关 键 词：

含CAD二维图纸、UG三维模型、外文翻译、说明书 游戏 手柄 外壳 注塑 模具设计 cad 二维 图纸 ug 三维 模型 外文 翻译 说明书 仿单

资源描述：

内容简介：

压缩包内含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 毕业论文（设计） 题目名称： 游戏手柄外壳注塑模具设计 所在学院： 机械工程学院 专业（班级）：机械设计制造及其自动化机英143 学生姓名：指导教师：评阅人：院 长 ： 游戏手柄外壳注塑模具设计总计：毕业论文： 表 格： 插 图： 摘 要塑料模具是塑料成型工业中的重要组成部分，在模具发展历程中我国有了很好的进步，虽然一些注塑模具技术已和国际先进水平想持平，但是在质量和数量方面仍然满足不了现在国内市场的需求。其实模具的设计和制造影响着注塑件的质量的好坏，而且注塑件多种多样，其结构非常复杂，设计困难，所以设计注塑模具是一个非常复杂和知识需求非常高的产业。同时激烈的市场竞争带来越来越快的产品更新换代，对注塑模的设计和制造提出了更高的要求。因此在本次设计中充分考虑了模具设计标准化。本设计以材料为尼龙1010的游戏机手柄外壳注塑模具设计为课题。该题目涉及了注塑模具模架的设计及校核、型腔数量的选择、模具结构设计、冷却管道的设计和优化、UG三维绘图软件学习和应用等方面知识。其中模架的选择尤为关键，它的选择关系到塑件成型质量的好坏和效率的高与低，可以说是整套模具的骨架。其次，冷却管道在整个模具中也中起着至关重要的作用，它能控制设计的模具整体温度，可以将熔料冷却过程中的大部分热量全都带走，起到快速成型的作用。在本设计过程中充分利用了UG计算机软件辅助设计，绘制出完整的二维设计图纸和三维实体造型，使得整个模具设计的时间大大缩减，效率得到提高，从而简化了设计的整个过程。关键词：游戏机手柄；注塑模具；结构设计IABSTRACTPlastic mold is an important part of the plastic molding industry, in the mold development course in our country has made very good progress, while some injection mold technology has the international advanced level to flat, but now in terms of quality and quantity still cant satisfy the demand in the domestic market. Actually the mold design and manufacture of affecting the quality of injection molded parts, and plastic are diverse, its structure is very complex and design difficulty, so the design of injection mold is a very complex and the industry of knowledge demand is very high. Therefore, the design of injection mold is a very complex industry with very high knowledge demand. Meanwhile, the fierce market competition brings about faster and faster product upgrading, and higher requirements for the design and manufacture of injection mold are put forward. Therefore, the standardization of mold design is fully considered in this design.This design is designed to be a project with a molded plastic mold designed to be made of nylon 1010. The subject involves the design of injection mold die set and check, the choice of cavity number, injection mold structural design, the optimization design of cooling pipe, UG 3D drawing software knowledge learning and application, etc. The choice of the model is particularly critical, and its selection has to do with the quality of the plastic and the quality of the shape and the efficiency of the high and low, which is basically the skeleton of the entire mold. Secondly, the cooling pipe also plays a crucial role in the whole mold. It can control the overall temperature of the mold design, and can remove most of the heat from the molten material cooling process. In this design process, UG computer software aided design is fully utilized to draw a complete 2D design drawing and 3D solid modeling. The design time of the whole mold is greatly reduced, and the efficiency is improved, and the whole process of design is simplified.Key Words：Gamepad; Injection mold; Structural designVI目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 塑料模具目前发展现状11.2 研究注塑模具的意义11.3 现代注塑模具设计方法21.4 本次设计的主要内容22 注塑件的分析32.1 明确塑件设计要求32.2 塑件的原材料分析32.3 计算塑件的体积和质量43 总体方案设计53.1 模架的方案设计53.2 型腔的方案设计64注塑机的选择74.1 实际注塑量74.2 注射压力74.3 锁模力74.4 塑件注塑工艺参数的确定84.5 注塑机的选取及校核95 注塑模具的结构设计115.1 分型面的选择115.2 确定型腔的数目及排列方式125.3 浇注系统的设计125.4 排气系统的设计155.5 成型零件的设计165.6 抽芯机构的设计185.7 推出机构的设计205.8 温控系统的设计226 注塑机有关参数的校核236.1 开模行程校核236.2 最大注塑量校核236.3 模具与注塑机安装尺寸校核236.4 模具闭和高度校核237 绘制模具总装图及工作原理247.1 二维模具总装图247.2 三维模具总装图267.3 本模具的工作原理288 结 论29参 考 文 献30附录1：外文翻译29附录2：外文原文35致 谢39游戏手柄外壳注塑模具设计1 绪论塑料模具是塑料成型工业中的重要组成部分，近年来随着工业的快速发展，我国模具工业有了长足的进步，部分注塑模具已达到国际先进水平，从而导致对模具的需求不断增加，而对模具的质量也要求越来越高。但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要。由于注塑件的质量很大程度上取决于模具的设计和制造，而注塑件千变万化，注塑模具结构复杂多变，所以注塑模具设计是一项非常复杂和知识密集型产业，同时激烈的市场竞争带来越来越快的产品更新换代，对注塑模的设计和制造提出了更高的要求。本设计是应用UG三维软件来完成注塑模具的设计。该题目涉及注塑模具设计、UG绘图软件应用等方面知识。1.1 塑料模具目前发展现状模具是现代化工业生产的重要工艺装备，被称为“工业之母”。而塑料模具又是在整个模具工业中的一枝独秀，发展极为迅速1。模具是工业生产的基础工艺装备， 75%的粗加工工业产品零件、5%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。我国模具行业近年来发展十分迅速，据不完全统计，2016年模具生产工厂店共有2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约360亿元，总量供应不求，出口约2亿美元，进口约10亿美元。因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。1.2 研究注塑模具的意义注塑模具是现代工业发展的基础，许多产业的发展都离不开模具行业的支持。其注塑成型是将熔化的塑料由高压射入模具，经冷却凝固，得到塑料制品的一种加工形式。它具有成型率高、质量稳定、自动化程度高、成本低等优点，在塑料生产中占十分重要的地位。注塑模具是注塑成型的一种重要工艺装备，其在注塑成型中处于核心地位。据统计，注塑模具在整个塑料模具的总量中占 50%以上。同时注塑模具也是塑料在注塑成型中的关键工艺装备，在推动注塑成型技术向前发展的同时，自身也在不断地发展完善，己成为现代制造业一个重要的组成部分。由于经济发展较快时期产品畅销，自然对模具需求旺盛;而经济发展滞缓时期，产品销售不畅，企业必然想办法开发新产品，这同样会给模具强劲的需求。因此模具工业被称为“不衰亡的工业”，被称为“金钥匙”、“进入富有社会的原动力”，随着制造业的发展不断前行模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件及其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。所以研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.3 现代注塑模具设计方法随着制造业的迅猛发展，塑料产品在汽车、电子通信、计算机、家用电器等众多领域的应用越来越广泛，使得对注塑模具的设计制造的要求也随之提高。以往注塑模具设计主要依靠经验以及反复试模，来不断的修改工艺参数，这样使得模具设计制造的周期很长、生产成本也随之提高。在这种情况下，CAD/CAE/CAM一体化的技术为现代注塑模具的设计制造提供了新的解决方法。论文以塑料机壳为实例，基于CAD/CAE/CAM一体化技术进行模具设计与制造的研究，具体内容是：(1)运用UG软件对塑料机壳进行注塑模具的结构设计，具体包括:分型面的选择、成型零件的设计、浇注系统的设计、推出机构的设计、侧向抽芯机构的设计、冷却系统的设计及模架的选择等。(2)运用Moldflow软件对塑料机壳进行了优化分析，优化内容包含有最佳浇口、填充、流动、冷却和翘曲等相关的分析，根据分析的结果对成型工艺的参数、模具的冷却系统和模具的浇注系统进行相应的修正，反复多次在软件内进行模拟，最终获得了最优设计方案，确保获得最优成型质量的塑料制品。(3)运用UG软件数控加工模块对注塑模具的主要零件进行了数控仿真加工，依次完成了型芯板和型腔板的数控加工模拟仿真，明确了模板的加工方案，并最终生成NC程序2。1.4 本次设计的主要内容本设计是游戏手柄外壳注塑模具，外壳的材料为尼龙1010，通过对塑料件的分析选择注塑机，然后计算模具的工作尺寸，设计模具的结构，选择模架，最后对整体进行校核，得出完整的模具结构。其中利用计算机软件辅助设计，分析塑件，绘制出图纸。2 注塑件的分析2.1 明确塑件设计要求本论文所要介绍的是游戏手柄外壳注塑模具的设计。游戏手柄外壳的零件图如下图所示，其材料为尼龙1010，根据设计要求该注塑件的外表面有一定的粗糙度的要求，而内表面对粗糙度要求不高，因为该产品要和游戏机其他部件相配合，因此设计时有一定的配合要求。图2.1 游戏手柄外壳零件图2.2 塑件的原材料分析尼龙1010热塑性塑料，它具有吸水少、抗磨、抗寒、抗油和抗霉菌等优良的使用性能。在考虑塑件成型的方面，我们应在塑件的壁厚和深度选择上取大值，而塑件的壁厚还会影响成型时间的长短，如果壁厚厚我们最好取较长的成型时间，反之则取较短的成型时间。在注塑的过程中，熔料温度不能让它太高，因为温度高的话则会增大熔料的收缩性，而且在塑件边缘很容易产生飞边现象，但是成型温度低时，熔料凝固的速度快，很容易在塑件内产生内应力，所以，依据经验判断注塑件受热时，最好不要超出30分钟。有的时候，注塑件还会产生凹痕和波纹，这与注射压力和模温有关，一般成型条件我们最好取注射压力高和模具温度低 。为了能让塑件更好更快脱离模具，我们取用白油做脱模剂。尼龙1010技术指标：密度为1.04 gcm3比体积为0.96 cm3g吸水率为0.20.4收缩率为1.04%熔点为205C热变形温度0.45MPa下是148C，1.82MPa下是55C。在浇注时一定要把握好模具内的温度，而且要求注塑机平稳缓慢浇注，冷却系统要适当控制散热速度，不能太快，这样加工成型的塑件就不会出现缩孔、变形和凹痕等等的缺点。2.3 计算塑件的体积和质量利用UG软件进行塑料件的三维实体造型，如图2.2，然后进行塑件分析，得出塑料件的体积为14.76cm3。根据塑料模具设计参考资料可查到尼龙1010的密度=1.04 g/cm3 3塑料件的质量:M塑=V塑=1.04 g/cm314.76cm3=15.4g （2.1）浇注系统质量：根据UG设计的模具总装图中得V浇=7.78cm3 M浇V浇7.78 cm31.04 g/ cm3=8.1g （2.2）V总2V塑V浇14.76 cm327.78 cm337.3 cm3 （2.3）M总2M塑M浇15.4g28.1g38.9g （2.4）图2.2 塑料件UG实体造型3 总体方案设计3.1 模架的方案设计本游戏手柄外壳模具设计中，选用美国DME公司模架类型，其模架包括二板式A型和二板式B型，三板式也分A型、B型、C型、D型，一共六种类型。在UG三维软件中，模架选择DME类型，下图是二板式A型模架简图，从图中可以看出下半部分有一块动模板，上半部分有两块定模板。如图2.1所示：图3.1 二板式A型模架上图中TCP为定模座板，起固定和连接作用，使模具的定模部分固定在注射机的定模板上；AP为定模固定板，即可以镶嵌凹模或把其模板加工成成型腔；BP为动模固定板，即为了镶嵌凸模或者直接加工成凸模的板；CP为垫板，作用是使推板能完成推顶动作而形成空间；BCP为动模座板，即固定、连接动模部分和安装在注塑机上的板。DME模架的三板式A型比二板式A型多了一个动模板和一个浮动板，如图2.2所示：图3.2 三板式A型模架图3.2所示的DME的三板式模具中INP1为模具的浮动板，SPP为动模板。从图中可以看出该三板式模具可以分成定模板、中间板和动模板这三种框架。综合考虑了两个板式结构，二板式结构主要应用于比较简单的模具中，注塑件可以实现一次顶出，且模具的制造成本低、结构简单；而在结构复杂的注塑件生产中我们经常采用三板式，三板式在较为常用的点浇口型式和型腔板上有斜滑块的侧向抽芯结构应用较多。该游戏手柄外壳结构简单，一次顶出就可以实现制品的顶出，且三板式侧向抽芯结构较为复杂，成本较高，所以本设计选取二板式结构。3.2 型腔的方案设计该注塑件的生产类型属于中等批量，考虑到生产效率和成本，该模具应该采用多型腔，而且在注塑机最大注射量和锁模力的选择和校核中也影响着型腔数目的确定，同时按企业的生产效益来讲，其注塑件的市场性、经济性还有制造精度也能影响型腔个数的选择。综合考虑这么多因素的影响，我设计的注塑模具采用一模两腔，其优点有生产率高、经济性好还有成本低，最重要的是可以长时间批量生产。4注塑机的选择4.1 实际注塑量根据一些设计手册得知注塑机的Vs是V1的80%。即MS=M1 （4.1）VS=V1 （4.2）式中：M1理论注塑质量，g；V1理论注塑容量，cm3；MS实际注塑质量，g；VS实际注塑容量，cm3；注塑系数，一般取值为0.8。本设计中V总=37.3 cm3，根据塑件总体积应大于实际注塑量，即： V1 =VS0.8 V总0.8=37.3 cm3/0.8=46.63cm 3 (4.3) 因此，注塑机的理论注塑量V1应大于47 cm3。4.2 注射压力注塑压力就是注塑机在注塑成型过程中对流道内的塑料熔体施加的压力，这种压力主要来自注塑机螺杆在旋转时产生的推压4。查手册得聚酰胺1010的注射压力为：p成=70100MPa （4.4）在上式注射压力情况下，注塑机可以加工制造较低粘度的塑料，而且形状简单和精度一般的注塑件都可以满足加工。4.3 锁模力其锁模力满足以下公式。即：F锁 p腔 A/1000 （4.5）式中：F锁-锁合模力kN； p腔-型腔压力MPa； A-注塑件和流道系统在分型面上的投影面积mm2。 塑料的种类、注塑件结构的复杂程度以及产品的精度都会使型腔压力不同，可由下图查型腔压力得。表4.1 不同条件型腔压力条 件易成型的塑料普通塑料高粘度塑料高精度塑料特高粘度塑料高精度塑件压力(MPa)25303540举 例PE、PS等厚壁均匀的日用品薄壁容器ABS等机器零件、高精度塑件高精度机器零件本设计选取塑件的型腔压力为：35MPa。A=A1+A2=A1+0.5A1=6588.24 1+0.5=9882.36mm2 （4.6）F锁 = p腔 A/1000=359882.36/1000 KN=345.88kN （4.7）公式中A为注塑件在分型面上的投影面积，其中流道系统面积也计算在内； A2为流道系统在分型面上的投影面积；由模具技术手册得知，A2取A1的0.20.5倍，因此选用A2=0.5A1。4.4 塑件注塑工艺参数的确定尼龙1010的成型工艺参数6：注塑温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度t1：选用 190210C；中段温度t2：选用 200220C； 前段温度t3：选用 210230C； 喷嘴温度t4：选用 200210C；注塑压力： 选用 40100Mpa；注塑时间： 选用 2090s；保压压力： 选用 65Mpa；高压时间： 选用 05s；冷却时间： 选用 20120s；总周期： 选用 45220s；后处理方法：采用油水盐水；后处理温度：90100tC；后处理时间：4h。4.5 注塑机的选取及校核4.5.1 注塑机的选取综上所计算的数值，查模具技术选取的注塑机的型号为：XS-Z-60卧式注射机。表4.2 XS-Z-60注塑机主要技术参数注射容量/cm60锁模力/kN500螺杆（柱塞）直径/mm38最大注射面积/mm2130注射压力/MPa122最小模具厚度/mm70模板行程/mm180最大模具厚度/mm200喷嘴口孔直径/mm4喷嘴球半径/mm12模具定位孔直径/mm55顶出中心孔径/mm504.5.2 注塑机的相关参数的校核（1）注射量的校核塑件成型所需的注射总量应小于或等于所选注射机的注塑容量。则：V件0.8V注 （4.8）式中：V件-塑料与浇注系统的体积（cm3）； V注-注射机注射容量（cm3）； 0.8-最大注射容量利用系数。由式2.3和表4.2得：37.3cm30.860cm3=48cm3，由计算得注射量合格。（2）注射压力的校核注射压力小于或等于额定注射压力，公式如下：p成P注 （4.9）式中：p成-塑件成型注射压力（MPa）； P注-注塑机额定注射压力（MPa）。当p成取最大值时，由式4.4和表4.2得 p成=100MPaP注=122MPa，满足不等式，所以，注射压力合格。（3）锁模力的校核锁模力满足的条件如公式所示：p腔AF锁 （4.10）式中：p腔-模具型腔压力（MPa）； A-注塑件和流道系统在分型面上的投影面积（mm2）； F锁-注塑机额定锁模力（N）。由式4.7和表4.2得： p腔A=345.88kNF锁=500kN，所以，注塑机锁模力合格。5 注塑模具的结构设计5.1 分型面的选择分型面的选择直接关系到整副模具的结构布局，是正确模具设计的关键，通常选在塑件轮廓的最大截面处。首先利用UG Moldwizard 模块模具工具修补孔，同时编辑搜索分型线，创建分型面7。根据设计要求，优选分型面，该塑件表面无特殊的要求，其分型面选择如下图所示：图5.1 第一种分型方式如图所示分型面的选取方式，其特点是抽芯在动摸，而且简单方便，重要的是不影响塑件外型质量。图5.2 第二种分型方式如图所示选取A-A为分型面，相对于上图分型面的选取方式其抽芯在定模，且抽芯较复杂，最好不要设计定模抽芯。综合考虑，选择动摸抽芯的方法，也就是方案一，其优点有利于抽芯及模具成型。5.2 确定型腔的数目及排列方式5.2.1 型腔数量的确定该注塑件的生产类型属于中等批量，考虑到生产效率和成本，该模具应该采用多型腔，而且注塑机的注射量和锁模力的选择和校核也影响着型腔数目的确定；同时按企业的生产效益来讲，其型腔的个数也被注塑件的市场性和经济性所制约着。根据锁模力确定型腔数目n：n=F锁p腔-A2/A1 （5.1）式中：F锁-注塑机锁模力（kN）；p腔-型腔内熔体的平均压力（MPa）；A2-浇注系统在分型面上的投影面积（mm2）；A1-塑件在分型面上的投影面积（mm2）。由公式4.6和4.7得：n2（个）由计算得知，注塑模具采用一模两腔的设计，其优点有生产率高、经济性好还有成本低，最重要的是可以长时间批量生产。5.2.2 型腔的排列方式如下图所示，型腔的排列方式如下：图5.3 型腔的排列方式5.3 浇注系统的设计浇注系统是从熔料被注塑机从喷嘴注入处算起，到熔料最终的目的地型腔内，熔料所经过的地方。在注塑模具中浇注系统起着至关重要的作用，浇注成功与否直接影响注塑件成型的质量。5.3.1 主流道设计由注塑机喷嘴射出的熔料，先经过主流道的运输才能到达型腔，所以，主流道的大小可以直接影响熔料的流速，还有注塑件的成型时间。主流道如下图所示：图5.4 浇注系统的组成(2)主流道尺寸由表4.2 XS-Z-60型注塑机喷嘴的有关尺寸得知：喷嘴前端孔直径： d0=4mm喷嘴前端球面半径： R0=12mm根据模具主流道与喷嘴的关系:尺寸较小的模具中主流道长度L主应小于60mm，依据UG总装图的设计，取主流道长度为53mm。主流道前端小孔直径： d=d0+0.51mm=4+1mm=5mm （5.2）主流道后端大孔直径： D=d+2L主tan=5+253tan310.56mm （5.3）上式中=24，取中间值得：=3。主流道前端球面半径：R=R0+12mm=12+2mm=14mm （5.4） 5.3.2 分流道设计分流道是引导熔料流入型腔的装置，在其中起着桥梁的作用。熔料根据分流道的设计，随通道方向平稳的注入型腔内。（1）分流道直径 D分=0.2654m塑4L分 (5.5) 上式中：D分-分流道直径； m塑-注塑件质量； L分-分流道的长度。因为分流道长度是根据两注塑件在型腔内之间的距离确定，所以根据注塑模具设计取L分=48mm。D分=0.2654m塑4L分=0.265415.42448mm4mm（2）分流道截面形状分流通道的横截面形状应尽可能小，这样可以使比表面积变小，热损失量也会减小，同时摩擦阻力也会根据截面尺寸减少而变小，所以圆形横截面是理想的，因此分流通道采用圆形截面通道。如下图所示：图5.5 截面形状（3）凝料体积分流道截面积： A分=r分2=3.1422=12.56mm2，凝料体积： V分=L分A分=4812.56mm3=602.88mm30.6cm3。5.3.3浇口设计浇口是熔料进入型腔的最后一个装置，它连接着分流通道和型腔的通道。其中浇口有两个功能:第一，对将要进入型腔的熔料起着控制方向的作用；第二，当注射压力消失时，浇口内的熔料可以密封腔体，防止腔体中未冷却的熔料从腔体中倒流出。在诸多模具设计中，截面形状大多为矩形。浇口长度的选取应从最小值开始，因为在试模过程中可以根据需求修改浇口尺寸。 本设计选择侧浇口类型，它适用于中小型塑件，而且多型腔模具也适用。图中l=0.72.0mm；b=1.55.0mm；t=0.52.0mm。如下图所示：图5.6 侧浇口5.4 排气系统的设计当熔料注入型腔时，型腔内的空气和高温的塑料而产生的气体必须依次排出。气体排出不成功，型腔内的注塑件会因为有气体存在导致塑件填充不足，更严重的会产生有气泡、裂缝或塑件表面不平整的废注塑件；甚至会因为局部有气体的塑件，因压强增大，气体温度会随之增大，使塑料产生焦化现象。模具设计中排气的方法有最简单的方法是间隙配合排气；复杂点的方法是在分型面上设计排气槽排气，排气塞也可用于排气；还有强制排气，一般企业生产中很少采用，不推荐使用。查模具技术手册得尼龙1010与其它塑料相比间隙较小，而且该塑件具有良好的流动性。另外，本设计注塑件采用镶块拼接模具，可以利用拼接间隙和分型面间隙进行排气，不需要麻烦地在模具上设计排气槽，对于流动性好的塑料，最好不要通过排气槽排气。5.5 成型零件的设计注塑模具成型零件间接影响着塑件的形状和外形尺寸，对注塑件的质量起着很重要的作用。成型零件包括凹模和型芯。5.5.1 注塑模具凹模的结构设计凹模也称为型腔，决定着注塑件外表面质量的好坏。本凹模设计选用整体式，其材料是由整块金属加工而成，材料选用45钢，该材料的优点在于强度高、牢固可靠、拼接时无缝隙痕迹，适用于小型的简单模具。如下图所示：图5.7 整体式凹模简图5.5.2 注塑模具型芯的结构设计型芯的结构设计影响着注塑件成型快慢和表面质量好坏，同时也被用来塑件重要表面的成型，同时也被人称之为凸模。本模具设计采用的是整体式型芯。整体式优点在于适用于塑件内部形状较为简单以及结构牢固，使得塑件成型质量好。如下图所示。图5.8 整体式型芯简图5.5.3 成型零件的工作尺寸计算表5.1 成型零件的工作尺寸计算尺寸类别塑件尺寸计算方法结果径向尺寸凹模的径向尺寸LMZ0LMZ0=1+SLS-xZ0式中：S-塑料的平均收缩率；LS-最大外形尺寸（mm）；x系数，尺寸大和精度低的塑件x=0.5；尺寸小和精度高的塑件x=0.75；-塑件尺寸公差（mm）。116.05+0.10型芯径向尺寸LM0-ZLM0-Z=1+SlS+x0-Z式中：lS最小内形尺寸（mm），其余各符号的意义同上。深度及高度尺寸凹模的深度尺寸HMZ0160-0.16HMZ0=1+SHS-xZ0式中：Hs为最大塑件高度尺寸（mm）；x=1213。其余各符号的意义同上。16.1+0.030型芯的高度尺寸hM0-Z10+0.10hM0-Z=1+ShS+12130-Z式中：hS为塑件的内形深度最小尺寸（mm），其余各符号的意义同上。10.30-0.02中心距尺寸CMZ2CMZ2=1+SCSZ2式中：CS为塑件孔中心距尺寸（mm），其余各符号的意义同上。36.43+0.3605.6 抽芯机构的设计5.6.1 导柱（1）导柱的类型：下列两幅图是导柱的两种类型，其结构如下图所示：图5.9 导柱的类型（2）导柱的配合从图5.9中导柱结构分析得出，本设计中导柱与导向孔的配合选取间隙配合，其配合公差选取为H8/f8，其次与连接板配合选取过渡配合，配合公差为H7/k6。 （3）导柱的材料及热处理导柱在注塑模具的开模和合模过程中，起着非常重要的作用，所以对其要求也较高，其中起到导向作用，要求坚硬而且抗磨损，开模和合模的时候有一定的晃动，所以要具备较好的韧性，从钢制材料中选取20钢作为导柱材料，其热处理硬度为HRC5660。从图中可以看出，带头导柱结构简单，起着一定的导向作用，它适合批量生产小又简单的模具，而带肩导柱结构设计较好，相比带头导柱起着很好的导向作用，而且本设计中等批量生产完全适合该设计，最重要的是带肩导柱使得模具在开模和合模过程中各模板之间不能发生错位，保证在同一方向上。所以，本模具选用b型带肩导柱。5.6.2 导套（1）导套的类型:带头导套的结构如下图所示：图5.10 导套的类型（2）导套的结构设计有以下几个特点10：a、形状 为了使导柱能顺利的进入导套中，在导套的前端应有圆角R，导柱孔不论是在模板直接开的，还是镶入导套的，均应作为通孔，以免使导柱插入孔时空气无法排出。当导柱孔作为盲孔时，需在盲孔的侧面增加一通孔或在导柱表面上以及导套内表面开一纵向小槽，以利排气。b、材料 导套的材料为T8A淬硬到HRC5055，或采用20钢渗碳0.50.8mm厚，淬硬到HRC5660。c、导套的精度 导套与模板的配合通常为I型，采用H7/r6（s6）过盈配合，II型采用H7/m6过渡配合。d、粗糙度 导套内孔的粗糙度为0.01以上。该模具设计中的导套和导柱如下图所示：图5.11 导套和导柱5.7 推出机构的设计5.7.1 推出方式的确定图5.12 顶杆顶出方式如上图所示，当熔料冷却后，想要取出注塑件，需进行开模，然后由顶杆把注塑件顶出，在顶出的过程中，动模包裹太紧的话，不利于脱模，所以适当设计脱模斜度，而且顶杆数量较多，不会将注塑件顶变形。从结构这一方面，可以看出此顶出方式结构简单而且方便。图5.13 顶杆和推管一起顶出方式如上图所示，能看出在顶杆的基础上增加了推管，所以顶出的过程比只有顶杆更稳定，塑件更不会发生变形，但多出的推管与动模相配合处，在装配和制造方面增加了许多难度。综上所述，以上两种方式相比较，图5.12顶杆顶出方式比图5.13顶杆和推管联合顶出方式更经济，制造起来简单而且方便。5.7.2 脱模力的计算 其计算公式如下：Ft=Apcos-sin （5.6）式中：Ft-脱模力（N）； -型芯的脱模斜度； -摩擦系数，一般取0.10.3； A-塑件包容型芯的面积（mm2）； p-单位面积上塑件对动摸的包紧力， p约取812MPa。得：Ft=441210（0.2cos1-sin1）=963.69N5.7.3 圆形推杆的直径可由欧拉公式得： d=kL2F脱nE14 （5.7）式中：F脱-脱模力（N）； L-推杆长度（mm）； n-推杆数目； E-模具钢的弹性模量，一般取2.1105MPa。得： d=1.51252963.6912.110514=4.36mm5.8 温控系统的设计5.8.1 冷却系统对塑件成型的影响冷却系统就是管道内的介质将模具内的多余热量带出模具外，这样模具不会因为高温而降低塑件的生产效率，但是当介质带走模具中的热量过多时，模具温度过低，将会影响注塑件的成型质量，所以，应在注塑过程中保持所需要的温度。5.8.2 冷却系统的计算在本设计中采用常温水作为冷却介质，其水温为23，出口温度为26。（1）总质量W的计算 注塑件的体积： V=V主+V分+nV塑=2.63+0.3+214.76cm3=32.45cm （5.8） 注塑件的质量： m=V=32.451.04=33.748g=0.0337kg （5.9） 本注塑件壁厚为3mm,可查表得冷却时间t冷=23.4s，注射时间 t注=1.6s，脱模时间 t脱=8s。则注射时间为:t=t冷+t注+t脱=23.4+1.6+8s=33s （5.10）由此得每小时注射次数为：N=360033次=109次 （5.11） 单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量： W=Nm=1090.0337kgh=3.67kgh （5.12）（2）查表得知尼龙1010的单位热流量QS=390kJ/kg。（3）冷却介质的体积流量： qv=WQS60cq1-q2 （5.13） qv=3.673906010004.18726-23m3min=1.910-3m3min （4）查手册得，为了保证模具内所需温度稳定，取冷却水道的直径d=0.008m 。表5.2 冷却水的稳定湍流速度与流量冷却水道直径d/（mm）最低流量v/（m/s）流量qv/（m/min）81.665.0106 注塑机有关参数的校核6.1 开模行程校核由表4.2得知XS-Z-60型注塑机的最大开模行程S =180mm，校核公式如下： SH1+H2+510 (6.1)SH1+H2+510=35+81+510=126mm式中：H1-注塑件推出距离，一般等于模具型芯高度（mm）；由UG设计的模具三维图得： H1=35mm H2-注塑件的高度，包括浇注系统凝料的高度（mm）。由UG设计的模具三维图得: H2=81mm6.2 最大注塑量校核选用的注塑机最大注塑量应满足公式如下：0.8V机V塑V浇其中：V塑14.76 cm3；V浇7.78cm3故：V机V塑V浇0.8（214.76 cm37.78cm3）0.846.63cm3注塑机最大注塑量为60cm346.63cm3，所以满足要求。6.3 模具与注塑机安装尺寸校核本模具的外形尺寸为296mm296mm200mm, XS-Z-60型注塑机模板最大安装尺寸是330mm440mm。得：296mm296mm 330mm440mm，故满足要求。6.4 模具闭和高度校核由UG三维软件中设计的模架可以确定：定模座板厚度H1=26mm，定模固定板厚度为H2=36mm，动模固定板厚度为H3=36mm，垫板厚度为H4=66mm，定模座板厚度为H5=26mm。模具闭合高度：H=H1+H2+H3+H4+H5=26+36+36+66+26=190mm （6.2）XS-Z-60型注塑机的最小模具厚度为70mm，最大模具厚度为200mm。即H模=190mmH最小=70mm，故满足要求。7 绘制模具总装图及工作原理7.1 二维模具总装图图7.1 合模总装图图7.2 开模总装图7.2 三维模具总装图图7.3 三维合模总装图图7.4 三维开模总装图图7.5 注塑件顶出三维图7.3 本模具的工作原理首先，需要把模架和成型零件组装起来，准备好完整的注塑模具。然后，把组装好的模具安装在注塑机上面，动摸座板安装在注塑机的动模板上，还有所必需的定模安装在模具的定模固定板上，定模座板安装在注塑机的定模板上，顶杆的推动板也需要固定在注塑机上，一切准备安装完毕。准备合模，合模后注塑机上喷嘴把熔料喷出，经主流道，然后依次流向分流道、浇口和型腔。在注入熔料的同时，打开冷却系统，随时准备给模具降温，但是需要控制好冷却系统，保持模具所需的温度。待型腔注满后，等待注塑件的冷却，保持模具内的压强，注塑完成形成注塑件。接下来进行开模，开模时在导柱导向的作用下，动摸随动模板一起平稳的离开，慢慢的分型面被打开，当打开到一定距离时，动摸和动模板停止运动，完成开模过程，再接下来，在注塑机的作用下，推动推板运动顶杆将成型的注塑件顶出，取出注塑件。最后，在导柱导向的作用下进行合模，再次进行模具的准备。以上就是注塑模具的全过程。8 结 论注塑模具是批量生产某些形状难以加工的零件，即减小生产成本，又提高生产效率，在现代的工业领域中占据着相当重要的地位。注塑原理就是注塑机将熔料注入到型腔中，经冷却管道的降温，然后保压，最终得到成型注塑件。从总体的注塑原理可以看出，模具的设计是一项非常复杂而又充满挑战的工艺，在设计的过程中我们会学到很多很难能在书本上学到的知识和技术经验，并且模具的设计更需要创新，因为只有好的创新才会带来更好的经济效益，才能使模具事业带到更高的高度，所以我们只有不断的学习，不断的创新，才能立足于当今的模具设计发展的道路中。其次，在这次模具的设计中，运用了UG进行了模具三维的设计，其中我选取DME类型的标准模架，并采用一模两腔的模具进行注塑件中等批量的生产，模架的标准化能更好的提高注塑件的成型质量，缩短注塑模具整个生产周期，最重要的是为企业降低了生产成本，节约了注塑材料。另外，在本次设计中，我也遇到了一些困难，例如，分型面的选择问题，当时设计时一直犹豫是选择注塑件的上表面作为分型面，还是下表面作为分型面，刚开始我认为都可以，但是经过仔细的思考和寻求一些帮助后，终于确定了分型面的选取，如果选择下表面作为分型面，那么抽芯会在定模，且结构设计较为复杂，而且根据设计经验，抽芯最好不要在定模，所以最终找到了答案。最后，随着科学技术的发展，模具制造的工艺方面越来越简单化，结构肯定会越来越复杂化，在产品的加工精度和材料选择越来越经济性。参 考 文 献1 伍先明，王群主编. 塑料模具设计参考资料汇编M. 北京:国防工业出版社，2006.2 任天娟. 基于CAD/CAE/CAM一体化技术的注塑模具设计制造研究D. 长安大学，2016.3 邹继强主编. 塑料模具设计参考资料汇编M. 北京:清华大学出版社，2005.4 黄海阔. 基于Pro/E的注塑模具的优化设计研究D. 北京：华北电力大学，2014.5 陈敏. 详论注塑机的选择J. 广东塑料,2005,(07)：80-97.6 谭雪松，林晓新，温丽主编. 新编塑料模具设计手册M. 北京:人民邮电出版，2007.7 蔡厚道. 基于UG和Moldflow的塑料外壳注塑模具设计与数控加工A. 江西科技学院，2015，44（06）：89-92.8 王乾，罗广思. 基于计算机辅助技术的游戏手柄注塑模设计与制造A. 常州轻工职业技术学院，2012，41（06）：87-90.9 胡邓平，姜炳春，张维合，唐联耀，张静秋. 基于MoldFlow的游戏机手柄上壳注射工艺及模具设计J. 模具制造，2016，（10）:55-59.10 王孝陪主编. 塑料成型工艺及模具简明手册M. 北京:机械工业出版社, 2000.11 冯刚，田雅萍，张朝阁. 注塑模具冷却系统的关键技术及研究进展A. 工程塑料应用，2014，42（09）：115-119.12 付伟，陈碧主. 注塑模具设计原则、要点及实例解析M. 北京:机械工业出版社，2010,（09）:80-448.13 Mehdi Moayyedian a, Kazem Abhary a ,Romeo Marian a. New Design Feature of Moldin Injection Molding For Scrap ReductionJ.Procedia Manufacturing, 2015，2：241-245.14 Shuhui Ding , Zhenyun Chu , Xueyi Li , and Peisi Zhong. Injection Mold Running System Optimal Design of Lampshade Part Based on MoldflowJ. Advances in Mechanical and Electronic Engineering, LNEE,2012,177: 113118.15 Nanchang, Jiangxi. Design of Tread Flange Injection Mold Based on Pro/EC. CCTA 2010, 2011,4:555-562.- 39 -附录1：外文翻译降低注塑成型模具报废率的新设计特征Mehdi Moayyediana,* Kazem Abharya，Romeo Marianaa南澳大学工程学院，莫森湖校区第二届国际材料，工业和制造工程会议，MIMEC2015，2015年2月4 - 6日，巴厘岛印度尼西亚摘 要本文提出了注塑成型流道系统的新的横截面形状。新的几何形状的目的是减少废料和循环时间，也使模具工具更容易排出浇道系统。SolidWorks Plastic分析了注塑成型过程中塑料零件的短缺缺陷，以验证新建议的几何结构。针对两个厚度为1mm的圆形平板，提出了不同比例的椭圆截面流道系统。SolidWorks Plastic采用有限元法（FEM）对注塑件进行模拟。选择填充时间，熔体温度，模具温度，保压时间和纯冷却时间作为注塑机的输入。这项研究的贡献是设计新的冷流道系统的几何形状，以减少废料和循环时间，也使注射成型时浇注系统更容易。这项研究结果显示新几何没有短缺缺陷。另外，显示了陡度和冷却时间的显着减少。与圆形横截面相比，废钢和冷却时间分别减少了25和2.5。流道系统与模具壁的接触面的减少改善了流道系统更容易从模腔排出。关键词：注塑工艺，模具设计，转轮几何形状，短缺缺陷1.引言过去的一个世纪里，塑料的迅速增长及其扩散到所有市场。根据世界原料重量的消耗，由于其性质和较低的生产成本，塑料是其他老材料，如铝，钢，橡胶，铜和锌相比最高1,2。注射成型是制造塑料制品最重要的工艺之一，大约三分之一的塑料通过注塑工艺转化为零件3。 注塑成型工艺在包装，航空航天，建筑工程，汽车零部件，家居用品等诸多行业的应用越来越广泛1，3，4。 注射成型注塑件的最终质量取决于材料特性，模具设计和工艺条件4-6。 注塑有三个基本操作。首先，塑料颗粒将被转化成熔体。然后，将熔融的塑料通过浇口，流道和浇口系统注入模腔或模腔内，最后打开模具将模腔从模腔中排出1，7，8。Runner系统是评估注射部件质量的参数之一。流道系统是浇口和浇口之间的连接线。 转轮系统的主要目的是将熔融塑料从浇口转移到浇口。在冷流道系统中，废料的主要来源是经过浇道和浇口系统的废料。因此，对于转轮系统设计将评估不同的规则，以证明转轮系统在注塑中的重要性，例如（a）较小的转轮尺寸以最小化废品；（b）容易从模具中取出并从模制部件上取下；（c）用最小的凹痕和焊缝快速填充腔体9-12。 流道系统设计的三个主要参数是流道横截面形状，直径和型腔布局9。对于不同的应用，浇道系统有7种类型的横截面形状9,10,13。最后，根据要求，可以推荐不同类型的转轮横截面14。在考虑现有不同横截面形状之后，本文的贡献是将流道系统的椭圆几何形状定义为有效的横截面形状。 我们设计和使用本文定义的椭圆截面形状的基本目标基本上是使转轮尺寸更小，以使废料最小化，减少注塑的总周期时间，并容易地从模具中取出零件。 除了我们的预期之外，还发现了一些与流道参数和流道系统的新几何相关的显着现象，这些将在另一篇论文中讨论。本文将介绍转轮系统的椭圆形或横截面形状的设计标准，并对转轮系统的圆形和半椭圆形进行比较。对作者而言，在注塑过程参数和材料特性方面已经做了很多尝试，但对于包括浇道，浇口和浇道的注射系统，还有一些出版物，但没有提及分析和模拟转轮系统的椭圆形横截面形状。本文简单介绍了转轮系统的结构，并对椭圆转轮的优点进行了评估。 然后，通过SolidWorks设计带浇道和浇口系统的注塑零件。为了精确的模拟结果，通过SolidWorks Plastic考虑FEM。2.转轮系统的横截面形状转轮系统的主要目的是通过浇口将熔融的塑料从浇口转移到所有腔体。 流道系统有不同的横截面形状，每个都有不同的应用13。 设计师应该评估不同的因素，为特定产品选择合适的流道系统形状。 对于两板模具，效率最高的流道系统最流行的形状是圆形。 对于三板工具，如果转轮只在一半的模板上制造，则梯形和改进的梯形是最好的选择，但是仍然是不可接受的，因为门不能与中心流动流10。 从矩形，正方形和多边形形状的空腔中弹出流道系统是具有挑战性的。 它是由不同截面的现有角落产生的。 如果设计者没有确定浇道系统的适当的横截面形状及其尺寸，就会发生导致模腔不完全填充的压力下降和模具壁热传递的高水平9,13,15。 因此，可以考虑用不同的流道系统横截面来调节熔融塑料的流量。 最后，通道的形状和长度对于具有最佳流动是重要的，因此具有较少缺陷的最佳产品16。3.流道系统具有椭圆形横截面形状在注射成型中，流道系统的最常见的横截面形状是圆形的。在选择特定零件设计的圆形时，应该评估的三个主要元素是：（a）较小的尺寸尽量减少废品；（b）更容易从模具中弹出；（c）以最小的凹痕，焊缝和短射线快速填充模腔9-11。因此，考虑到浇道系统的新的几何形状以使废料最小化，与浇口的中央流动流线对齐，适当地填充一个或多个腔体，并且容易地从模具中排出零件是本文的目标。最后，赛跑者系统考虑椭圆横截面形状。为了获得塑性缺陷最小的注射成型部件，必须精确比较流道系统的圆形和椭圆形截面形状。为了证明转轮的椭圆横截面形状的重要性及其被选作模具设计中重要问题的原因，需要对转轮系统的其他几何形状进行评估。比较圆和椭圆的截面的最佳几何形状是矩形和正方形。 矩形是一种不同宽度的正方形。 根据不同的应用场合，选择不同宽度比的矩形流道系统。与方形相比矩形的优点之一就是尽量减少转轮系统的废料，并且易于从模具中排出，但压降是减小方形宽度的缺点之一13。圆与椭圆之间的比较与正方形和矩形