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小型 电视机 外壳 注塑 工艺 分析 模具设计

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目 录摘要：1关键词：11 前言31.1 我国模具及CAD/CAM/CAE应用现状31.2 现代模具行业对设计人员的基本要求51.3 塑料模具设计流程51.3.1 产品要求51.3.2 塑料模具设计61.3.3 试模分析产品缺陷的产生和解决方案61.4 小型电视机外壳模具设计思路71.4.1 小型电视机产品的形体结构设计71.4.2 小型电视机产品的模具结构设计分析71.4.3 小型电视机产品的模具结构设计72 小型电视机外壳模具工艺分析82.1 产品数据82.2 壳体常用材料及应用上需要注意事项92.3 样品分析102.3.1 样品壁厚检查(料厚均匀性分析)102.3.2 脱模角检查(拔模角分析)112.3.3 样品各成型面的检查(机构分析)112.3.4 样品分型面的确定(分型面分析)122.3.5 浇口进料形式确定(浇口分析)132.4 小型电视机外壳注射机的选择162.4.1 选择注射机时应注意的问题162.4.2 根据注塑量初选注塑机163 小型电视机外壳模具结构设计173.1 模具材料的选择173.2 浇注系统的设计183.2.1 主流道的设计193.2.2 分流道的设计203.2.3 浇口的设计213.2.4 冷料穴的设计223.3 工作零件设计223.3.2 型芯设计233.3.3 工作零件的工作尺寸计算233.3.4 弯销侧向分型动作原理及设计要点253.3.5 设计斜推结构时需注意的几个要点263.3.6 滑块设计263.3.7 导滑槽设计273.3.8 滑块的定位装置283.4 确定模板厚度283.4.1 确定公模板283.4.2 确定母模板厚度283.5 确定模具冷却系统283.6 脱模机构的设计303.7 导向机构的设计303.7.1 导向机构的功用303.7.2 导向机构的设计303.8 模架313.9 典型零件的加工313.10 装配343.11 试模354 注塑机各个参数的校核 364.1 塑件锁模力校核364.2 注射压力的校核364.3 模具安装尺寸校核364.4 开模行程的校核364.5 模具与注射机安装模具部分相关尺寸的校核375 结论37参考文献38致谢3938小型电视机外壳注塑工艺分析及模具设计学 生：向 立指导老师：杨文敏（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：小型电视机外壳的材料为ABS，本毕业设计主要设计了该外壳的注射成型模具。本模具主要采用一模一腔和四导柱的模具结构，镶块型芯的形式。但是不足之处在于侧向抽芯部分是在定模与动模之间各一半，这样给模具型腔和型芯的加工带来不便之处，在成型侧面的槽时采用小镶块的形式定位在动模上，很容易使模具产生溢料的现象。本模具主要由模仁滑块镶件、斜销、模板、模滑块座等组成。具有高质量、高性能、高精度、高效率、自动化和低成本的优点，适用于成批大量生产。关键词：ABS；一模一腔；注射成型；滑块型芯；大量生产；The Analysis of the Injection Process and Design of the Mould for the Shell of TelevisionStudent: Xiang Li Teacher： Yang Wenming(Oriental Science & Technology College of Hunan agricultural University, Chang Sha 410128,China)Abstract: Small TV shell material for ABS, this graduation design, the main design of the shell injection molding. This mould mainly adopts a mold a cavity and four guide pin die structure, and set pieces cores of form. But there is room for lateral core-pulling partly in fixed mode and dynamic model between each half, so give mold cavity and cores of processing bring inconvenience; When the slot in molding side by small set piece in the form of dynamic model, positioning mold makes it easy to produce the phenomenon of overflow. This mould mainly by the mould kernel slider set piece, oblique pin, template, mould the slider seat etc. With high quality, high performance, high precision, high efficiency and automation and low cost advantages, suitable for mass production batches。Key words: ABS；a mold a cavity；injection molding；pieces cores；mass production batches； 1 前言1.1 我国模具及CAD/CAM/CAE应用现状模具是制造业中用量最大、影响面广的工具产品，工业产品的零件粗加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%由模具来完成。随着钢铁时代向聚合物时代过渡，工业及生活中使用的工程塑料、橡胶己远远超过钢铁，聚合物必须用模具成型，没有高水平的模具就没有高质量的产品;另一方面，随着产品更新换代速度加快，模具成为新产品开发的关键。计算机辅助设计(CAD)指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完成产品的设计、分析、绘图等工作，一般包括零件设计、装配设计、复杂曲面设计、图样绘制等。计算机辅助制造(CAM)指NC程序编制、包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码的生成等。注射模计算机辅助工程(CAE)技术是利用塑料加工流变学、传热学、数值计算方法和计算机图形学等理论，对注射模浇口及流道的配置和尺寸、冷却管道的尺寸、布置及联接方式、塑料熔体在模具中的流动、充填、冷却情况等进行定量分析和模拟。CAD、CAM的概念是在50年代末60年代初，由美国麻省理工学院教授提出的。从60年代中期到70年代中期，针对某个领域的CAD系统蓬勃发展。之后随着计算机的应用发展，深入到生产各领域。欧美许多模具生产企业较早地将CAD/CAM应用到生产实际中。国外CAE技术是1983年以后开始研发的，是CAD/CAM的进一步发展。将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造模具的有力保证。我国注射模成型工艺发展了近50年，但是由于塑料制品的多样性、复杂性和工程技术人员经验的局限性，长期以来，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。传统模具开发流程为概念设计-产品设计-模具设计-模具制造-设置工艺参数-试模-生产。传统方法在开始大规模生产前由于仅凭经验设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅要工艺师重新设置工艺参数，甚至还要设计师调整塑料制品和模具设计方案，修改模具。重复各个步骤增加了生产成本，影响模具质量，同时延长了制品生产时间。我国的模具行业是应用CAD/CAM较早的一个领域，但就整个行业而言，至今具有较完备集成环境的企业较少。目前在该行业具有代表性的是在设计、制造及管理等部门部分或单独采用了CAD、CAM等技术。虽然这些技术在应用初期对提高产品设计水平、增加企业活力起到了积极的促进作用，但随着产品更新换代速度不断加快、同行业竞争加剧及市场不断扩大，客户对产品质量、成本、制造周期要求不断提高，原来分散独立使用已不适应发展需要。我国是制造业大国，在新一轮国际产业结构变革中，我国正逐步成为全球制造业的重要基地之一。“以信息化带动工业化，发挥后发优势，推动社会生产力的跨越式发展”是国家的发展战略。应用高新技术，特别是信息技术改造传统产业、促进产业结构优化升级，将成为我国今后一段时间制造业发展的主题之一。我国CAD/CAE/CAM等现代制造技术的研发与应用起步晚、基础差。80年代初，机械CAE技术中的有限元法被成功地应用到注射成型分析过程中，逐步形成了注射模CAE系统。注射模CAE技术是力学、流体、热学、高分子材料、注射成型工艺、注射模设计、有限元分析和计算机等多学科相交叉的新兴学科。国际市场上出现了一些商品化注射模CAE软件，如美国Actech noofgy公司的C-mold、澳大利亚MF公司的MoldFlow等。近十来年CAE技术也已走向成熟。国内是在“八五”期间才开始注射模CAE技术的研究、开发工作，近年来也陆续出现了有自主知识产权的注射模CAE软件，如郑州工业大学国家橡塑模具工程研究中心开发的Z-MOLD等。“九五”期间科技部同国家经贸委等部门实施“CAD应用工程”，现己成功地实现了“甩图板”，并在部分企业进行了CAD等技术的应用试点与示范，现代技术的开发和应用有了良好的起步和发展，“十五”期间国家将投入8亿元实施信息化工程。同时在CAD/CAE/CAM等软件方面拥有了自主知识产权的软件，如北航海尔CAXA系列软件、上海交大申模公司的三维有限元分析系统、吉林金网格模具工程研究所研究的模具CAD/CAE/CAM一体化等。虽然国外软件的应用在我国模具行业中仍占主要地位，但可预计国产的CAD/CAE/CAM软件将在我国模具工业中发挥越来越重要的作用。在CADC/AE/CAM研究及应用上，我国处于起步阶段，CAD真正应用不超过十年，CAM也仅是近些年逐步开始应用，CAE的应用仅限于为数不多的较大模具企业应用，还处于探索阶段。随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞越发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展。为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期，生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。没有计算机辅助技术的支持，就不可能适应上述两方面的要求。本文的课题来源于企业生产实践，通过以小型电视机外壳为例，研究CAD/CAE/CAM在塑料制品及塑料注射模设计、模拟、加工中集成设计的全过程的模式。以AutoCAD、Pro/E和Model Flow(CAE)三种流行软件为主来设计小型电视机外壳，完成设计全过程及设计模式。通过本文小型电视机外壳精密模具设计，可以看到模具行业中对设计人员及现代设计方法的要求。31.2 现代模具行业对设计人员的基本要求生产周期短，效率高，品质高，是现代模具的典范，发展的方向是高速、高效、准确地完成客户所需要的模具，对模具设计人员的要求就更加严格。设计的不合理，生产出来的产品就不可能过关，这是很简单的道理。要做一个合格的设计员就要准确无误地分析产品原始档案，与客户之间沟通，即要尽量满足客户的需求,又要合理的简化模具结构，来降低模具的成本。对于设计人员来说，除了有强有力的理论基础，还必需具备软件应用能力，掌握与工作紧密相关的软件是每个设计人员必经之路。软件的运用是一种技能，熟练的软件应用能力，能给你的工作带来事半功倍的效果。除了要求生产设备自动化，智能化外，还要求设计人员要有良好的职业素质及工作能力，才能生产高精度的产品，在最短的时间内，生产出最让客户满意的产品。设计人员基本要具备以下几个方面的能力:(1)熟练的软件应用能力;(2)产品的分析，消化原始资料，对客户的产品图进行检测，查看是否有不可成型，妨碍机构运动、壁厚不均匀、能造成产品的不良缺陷等的能力;(3)设计结构及模具材料的选用的能力;(4)模流分析(Mold Flow)能力，分析结果直接影响到成品的质量;(5)设计后要预知将产生的缺陷，及补救方案，不能在产生缺陷后无法修改模具，而使模具报废等严重问题。1.3 塑料模具设计流程良好的设计流程是设计出准确合理的好产品的基础，制订模具设计流程是使模具设计规范化、制程化的保证，是适应模具交货期短，缩短模具设计时间的必由之路。塑料注射模计算机辅助设计制造流程:塑件三维建模模流分析塑料产品装配模具结构设计生成模具工程图模具关键零件数控加工关键零件数控电加工模具装配调式。1.3.1 模具要求(l)接到的执行单从模具执行单上审查产品的所有要求，其中包括:产品图;要求产品的模穴数;塑料材质;有时会提供模具的大小，进料位置，有倒勾时，还会要求做斜销还是滑块。(2)接到的2D和3D产品图处理，包括:如果接到的产品图是2D图，则要必须先将2D图转化为3D图(用Pro/E或UG软件)，即根据产品的2D图建构产品的3D模型图;如果有了产品的3D模型图，模具3D设计人员必须检查3D模型图的外观，成品的平均壁厚是否有壁厚不均的地方会产生缩水，成品的拔模角是否有利于开模，成品的结构是否有利于产品成型。如果产品的3D模型图有以上的问题存在，要先修改成品的问题。1.3.2 塑料模具设计经过以上的产品图处理之后转入模具设计阶段，包括:(l)产品成型分析MoldFlow(CAE);(2)2D模具结构图绘制(AutoCAD);(3)3D模仁成型部分拆制(Pro/E);(4)模具零件图的拆制。模具零件图也就是所说的模具加工图，是根据模具2D图和3D图拆制的模具零件图。包括模板图、滑块座图、斜撑销图、模仁图、滑块图、斜销图等，还有推杆备料明细表、五金零件备料明细表、出图明细表等。其中前三部分工作同时进行。1.3.3 试模分析产品缺陷的产生和解决方案要预知将产生的缺陷及补救方案，不能在产生缺陷后无法修改模具。小型电视机外壳属薄壳件，薄壳件加工成型的质量缺陷主要表现在塑件的翘曲变形、表面缩痕和流痕等问题上，对于这些问题，合理地设置工艺参数起着决定性的作用。以翘曲变形为例进行分析:影响塑件变形的因素(工艺参数)主要有:模具温度、熔体温度、浇口尺寸、注射速率、保压压力、保压时间，同时还要考虑模具温度和熔体温度的交叉因素、熔体温度和浇口尺寸的交叉因素对翘曲变形的影响。通过CAE模拟分析，找出上述这些因素最佳工艺参数的组合，以改善和消除塑件的翘曲变形，提高塑件的质量。1.4 小型电视机外壳模具设计思路小型电视机产品的机构设计是实现产品功能的关键，这不仅需要与产品外观相协调，更要考虑后序的生产装配、喷涂、喷绘、模具设计制造等各方面。1.4.1 小型电视机产品的形体结构设计牵扯知识范围十分广泛，主要有材料的选用、模具结构设计、表面处理、加工手段、包装装潢几个方面，这此因素的运用直接影响着小型电视机产品的生命和外观形象的变化。可以说设计者的水平高低决定了产品的生命力和产品档次高低，高档次产品不一定是高造价，运用低造价设计出高档次的产品是设计者水平高素质的体现。1.4.2 小型电视机产品的模具结构设计分析(1)要审查造型设计是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、结构强度、电路安装(和电子工程人员配合)等是否合理;(2)根据造型要求确定制造工艺是否能实现，包括模具制造、产品装配、外观的喷涂、丝印、材质选择、需采购的零件供应等;(3)确定产品功能是否能实现，用户使用是否最佳;(4)进行具体的机构设计，确定每个零件的制造工艺，要注意塑件的结构强度、安装定位、筋骨方式、产品变形、元器件的安装定位、安装要求、确定最佳装配路线;(5)结构设计要尽量考虑模具设计和制造的难度，提高注射生产的效率，最大限度地减低模具成本和生产成本;(6)确定整个产品的生产工艺，检测手段，保证产品的可靠性。1.4.3 小型电视机产品的模具结构设计对以上所需要清楚的东西，做好工艺排序，然后进入模具结构的设计一装配图的设计。(l)3D转2D的DWG图(CAD图);(2)成品的开模分析，确定凸、定模分模面;(3)成品的结构分析，确定机构，如有倒扣的，用斜销成型或侧滑块成型;(4)成品的进浇点的分析，借助MoldFlow软件，确定浇口的形状、位置等，及注射机的选用;(5)确定模具的结构(两板模、三板模、及热浇道)，有时候根据需求而确定;(6)成品的收缩率的确定(未加收缩的，给产品在3D图中放收缩) ;(7)确定成品的开模腔数(一模多腔，要注意注射模均衡);(8)成品放缩及镜射成品图;(9)确定成品的摆放位置(模腔的排配);(10)确定模仁的大小(由于小型电视机模具结构复杂，模仁(模腔)需要单独加工);(11)画出流道及浇口;(12)确定模座大小，调用模座(13)将模仁放入模座中的适当位置:(l4)画定位圈及注射浇口套;(15)画滑块及斜销等机构;(16)画顶出机构;(17)画冷却水路;(18)画模座其它周边的结构;(19)标注模座的尺寸。2 小型电视机外壳模具工艺分析小型电视机壳体的作用:是整个电视机的支承骨架;对电子元器件进行定位及固定;承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。2.1 产品数据原始资料要求:(1)由Pro/E软件生成3D图，图1是产品正面，图2是产品反面;(2)塑料材质: ABS;(3)模具腔数:一模一腔;(4)模具型式:冷流道模具;(5)生产数量:预计生产50万件。2.2 壳体常用ABS材料及应用上需要注意事项 (l)由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。ABS的特性主要取决于三种单体的比率及分子结构，这在产品设计上具有较大的灵活性，并且由此产生了市场上多种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件(不直接受到冲击，不承受结构耐久性的部件)，如电视机内部的支撑架等。还有就是普遍用在要电镀的部件上(如按钮，侧键，导航键，电镀装饰件等)。目前常用奇美PA727，PA757等。(2)PC(聚碳酸脂)PC是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，PC的缺口冲击强度非常高，并且收缩率很低。PC有良好的机械性，但流动性较差，注射过程较困难。因此，如果塑件要求有较高的抗冲击性，那么选低流动率的PC材料;反之，可以使用高流动率的PC材料，这样可以优化注射过程。避免一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和成本增加。高强度、价格较贵、流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳，如翻盖小型电视机中与转轴配合的两个壳体，不带标准滑轨模块的滑盖机中有滑轨和滑道的两个壳体等，目前指定必须用PC材料。较常用Gelexanexl 1414和Samsung HF1023IM。本文小型电视机外壳采用的是ABS塑料。通常外壳都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素的影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面壳大于底壳或底壳大于面壳。可接受的面壳尺寸偏差小于0.15mm，可接受底壳尺寸偏差小于0.lmm。在无法保证零段差时，尽量使产品的面壳大于底壳。一般来说，面壳因有较多的孔，成型收缩较大，所以收缩率选择较大，一般选0.5%。底壳成型收缩较小，所以收缩率选择较小，一般选0.4%，即面壳收缩率一般比底壳大0.1%。即便是两件壳体选用相同的材料，也要在做模时，底壳取较小的收缩率。 图1 产品正面(Fig1 Product frontage) 图2 产品反面(Fig2 Product reverse side)2.3 样品分析此分析主要是在Pro/E和MoldFlow中分析。Pro/E:可进行产品设计、装配设计、模具设计、NC加工、仿真等。本例对3D图进行分析看它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、结构等，并大至分好分模面。MoldFlow分析目的:(1)尽早在设计阶段使用MoldFlow以获取最大的利益;(2)预先确认可能存在的问题;(3)使产品的品质比以往所做的更好;(4)使产品成本降低;(5)在相同或更短的时间内制造更多的产品。2.3.1 样品壁厚检查(料厚均匀性分析)壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度、外观、成型及成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。壁厚检查包括成品壁厚分布、平均壁厚检查、是否有过薄难以充填或过厚处。对于塑料件来说，壁厚不均会使其在注射成型时产生缩水现象。因此，当拿到样品时，应对其进行壁厚检查。对于有壁厚不均的部位要及早通知修改模型。塑件的厚度不应过厚或过薄，壁厚常取1.5mm左右，对于电视机塑件来说，最厚处应小于2mm(根据经验)。另外，要查看是否存在薄厚悬殊处，若通过计算在某一部分存在小于0.4的胶位，应建议客户加胶或自行处理。壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内(低缩水率材料小于0.5%)，可以避免明显的翘曲、填充及外观缺陷等问题。本例Pro/E经壁厚检查分析，得知样品无壁厚不均现象。2.3.2 脱模角检查(拔模角分析)要对所有平行于模具分开的方向的面进行拔模。拔模角检查包括确认是否有拔模、须拔模处、脱模度数，角度小是否会造成成品刮伤或贴母模等。样品的脱模角决定了成品在模具开模时能否顺利脱出，是否会产生粘模等现象。所以在设计好脱模角度后还应对其进行脱模角检查。塑件在脱模方向的拔模角，视成型面深度而定，一般在0.52度之间。对于模具上动模和定模之间的擦破位，拔模角应大于1.5为好，少数也可能小于1.5，但不能没有拔模角。该工作也由Pro/E执行结果符合要求。Pro/E中拔模角度的解释:如图3，点选的平面用来确定脱模方向(平面的法线方向，远离平面一侧为正方向)，通过设定三种颜色的显示，双向显示:要以看到拔模角O、=0、0(、=的塑件表面，这些塑件拔模角的确定，决定了分型面的选择)。图3 点选平面方向7Fig3 The spot chooses the plane direction72.3.3 样品各成型面的检查(机构分析)该工作主要是检查样品各表面是否有不利于模具开模(影响脱模)的倒勾、凸台凹坑等。对于需要做到的倒勾、凸台和凹坑，可采用斜销或滑块成型。而由于设计时无意形成的倒勾(如需斜销头部成型的倒勾)，则可以改变斜销的运动方向或更改样品，即将头部倒勾以减料方式削平。此外，对于其它形式的倒勾可酌情更改样品。由拔模角分析及图4和图5上倒扣(外凸或内凹)可知，该产品需四个滑块成型，而内侧壁的二处倒勾需用斜销成型。另外，还应检查样品上是否存在无法成型之处(如薄片等)。图4 倒扣Fig4 Pours buckles图5 倒勾Fig5 Pours cancels2.3.4 样品分型面的确定(分型面分析)样品的分型面应有利于产品的成型和脱模，并且分型线不应该存在有尖角的地方，否则模仁(成型部分，型腔、型芯单独做镶在模板里)无法加工，且产品也很难成型。因产品较大，外观光洁性要求很高，且4个侧面的外表面都有侧凹，故分型面应为曲面，4面为侧向抽芯，但为了外观要求，应做成整体滑块。如图6所示粗线即为侧向抽芯后在产品上形成的接合线，夹线沿着产品上曲面相交的交线和产品的外廓，此处夹线不设计在虚线处是因为虚线处将在矩形处产生夹线，影响产品的外观。模流分析夹线包围集中在中间小孔处，加小型芯成型以利于排气，后部已用滑块成型。模具分型线设计原则一般选在塑件的最大轮廓线上，因此采用切片法寻找最大轮廓线。其具体思想是根据分型方向形成一系列切面然后计算出所有切面同塑件模型相交的闭合轮廓线，再提取每个轮廓线上的最左和最右点，连接这些点形成塑件轮廓的分型线。这种方法适合带有自由曲面的塑件，如电视机壳表面。图6 分模面（Fig6 Minute mold surface）2.3.5 浇口进料形式确定(浇口分析)浇口的类型很多，常见的有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、扇形浇口等多种，根据其特性来选择使用的不同场合。浇口一般都较细小，因此流动阻力很大，细微的变化都会对塑料熔体的充填产生很大的影响。浇口设计主要有浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。浇口的数目和位置主要影响充填模式，而浇口的形状和尺寸主要影响熔体流动性质。浇口的设计一方面应该保证提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填模式，另一方面应该避免射流、滞流、凹陷等现象。注射模CAE技术主要在两个方面体现了现代制造技术的优势，首先是封闭型腔内的熔体流动成型过程分析，其次是满足成型工艺参数的模具及注塑机的机构运动控制分析。利用注塑成型分析软件，可以很方便地通过注塑成型模拟，获得熔体的流动前沿动态视图。透过模具内部，可以检查所指点的任一点模具温度和压力，给设计者进入整个加工过程的真实感受。通过注塑成型流动模拟，不但可以分析塑料制品在模具型腔中的温度场、压力场，还可以预测熔接缝和气穴的形成部位。针对模拟分析存在的问题，可以借助于3D计算机造型系统修改制品设计，或修改模具设计。利用先进的CAE工具，可以提高塑料制品的质量，避免模具返工和修改设计，节省时间和金钱。塑料注射成型充填模拟软件都是采用基于中性层模型的有限元/有限差分方法。所谓中性层就是假想的位于模具型腔和型芯中间的层面，但在应用上有较大局限性，将被型腔表面模型取代。了解所应用的塑料特性后，对初选浇口时有一定的作用。利用MoldFlow进行分析时软件将自动应用数据库中的塑料数据进行分析。如图7浇口位置分析图。图7 浇口位置分析图Fig7 Runner position analysis其主要分析内容:初步设定浇口位置后，分析塑件的填充效果、是否有短射、流动温度差(浇口处与最终成型处温度差愈小愈好)等，播放小图标，可表现动画效果，如塑料流动过程等。(1)充模时间:指浇注塑料从浇口到当前位置的注塑流动时间。它的主要用途为确定浇注路径的平衡性和用于理解熔接痕和气囊的形成。如图7所示，红色表示此地方温度最高(温度过高，易发生熔体破裂)，之后温度降低，最后充满处温度最低为蓝色，表明温度是随时效变化的。充模时间1.94s。另外,从填充时间的结果可以看出是否发生短射，可根据情况调整浇注系统设计和注射工艺参数来改善。从填充时间的动态图可以了解各个时刻塑料熔体在模具型腔内的流动状态。平衡的流动状态，每股料流将同时到达型腔未端;不平衡的流动状态，将会引起某些区域还未填满而另一区域己经产生过保压，使该区域的密度比其它区域大，质量大造成材料的浪费和机械性能的差异。(2)压力下降:表示从浇注口到当前位置的压力差值。从压力分布的结果可以了解型腔内压力的分布情况。在平衡流动状态下，压力总是从浇口到型腔未端逐步降低。若压力在型腔与浇口间产生突变，也就是流动不平衡，将会使塑件内部产生内应力，造成产品顶出后变形或使用中发生应力破坏。可以通过调整浇口的位置、大小或浇口的数量来改变型腔内压力变化的分布情况。(3)熔接痕位置:是指两股以上流动的熔融塑料前锋相接触时，由于料流前锋温度下降，接触表面不能很好地熔合。在注射成型加工中，熔接缝的产生主要是由于型腔的结构造成的，如多浇口、有型芯或有嵌件的塑件中，必然造成多股料流同时充模，然后汇聚相接而熔合在一起;另外，若塑件壁厚过厚或厚度不均、注射速率过高而形成喷射流及模具排气不良等，都会产生熔接缝。熔接痕形成的形态结构和机械性能都完全不同于其它部分的三维区域，使得熔接缝的力学性能大大低于塑件的其它部分，易产生应力集中，削弱了制品的机械性能。所有塑料加工成型中，都可能产生熔接缝。熔接缝尽管难以避免，通过这一结果与填充时间的叠加图，可以预见到熔接缝的位置和强度，再通过修改制品结构或模具设计，减轻熔接缝的不利影响，可以大大减轻熔接缝对制品强度的影响，来满足使用上的要求。在注射成型过程中，熔接痕和气泡的产生，一般而言难以避免，产生的原因是塑料流动不平衡造成的。流动不平衡与塑件壁厚和流经的路径情况有关。为减少熔接痕和气泡的产生，可以采用改变塑件壁厚的方法。熔接痕和气泡是否成为问题，要看具体情况。(4)预测质量:预测零件的最终外观质量和机械性能。如图8所示，红色代表存在质量问题，是最不理想，不能采用;黄色代表可能存在质量问题，可以接受，但不能太多;绿色代表高质量，越多越好;透明部分代表没有材料，也就是未被填充，质量得不到保证，可重新调整成型工艺参数，如压力、温度、时间等，或调整浇注系统设计。图8 质量分析图Fig8 Quality analysis chart以上CAE分析流动结果只是其中常用的一部分，但从中可以看出综合应用CAE分析结果将对优化模具设计起到一定的指导作用，使设计由经验向理论设计过渡。另外，Mold Flow在后处理时，可将分析出的结果按照需求生成Rpeort，也就是把分析结果按照自主选择的形式生成书面报表，便于对分析结果进行保存和比较分析。而远程用户则可以在不使用该软件的情况下，通过网页的形式浏览该报表，满足不同用户需求。经分析与经验本次采用一模一腔及四浇口形式。2.4 小型电视机外壳注射机的选择模具与设备必须配套使用，多数都是根据成型设备种类进行模具设计。设计模具之前，首先要选好成型设备，了解其性能，如注射容量、锁模力、注射压力、模具安装尺寸、顶出方式和距离、喷嘴直径和喷嘴球面半径、定位孔尺寸、模具最大最小厚度、模板行程、模具外形大小能否安装等。2.4.1 选择注射机时应注意的问题(1)注射机的拉杆内间距应大于模具的宽度，以便模具能顺利安装;(2)应该使模具厚度处于注射机的最小装模厚度和最大装模厚度之间;(3)注射机喷嘴的球面半径应小于模具浇口套的球面半径;(4)注射机应有足够的顶出行程。总之，应根据模具的实际情况来选择注射机，如图9所示。图9 注塑机组成简图12Fig9 Injection molding machine composition diagram 注塑模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备，按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机。2.4.2 根据注塑量初选注塑机模具型腔能否充满与注塑机允许的最大注塑量密切相关，设计模具时，应保证注塑模具内所需要熔体总量在注塑机实际的最大注塑量的范围内。根据生产经验，注塑机的注塑量是所允许最大注塑量（额定注塑量）的80%。经Pro/E软件分析得产品的体积85.458。nm1+m2(25%75%)M (1)式中: n型腔数量m1单个塑件的质量和体积（g或）m2浇注系统所需塑料质量和体积 （g或）M注塑机允许的最大注塑量（g或）185.458+185.45860%=137.328（25%75%）M所以M171.66所以初选压力机为XSZY500注射机表1 XSZY500注射机参数表20Tabel 1 XS-ZY-500 injection machine parameter list序号项目参数序号项目参数1理论注射量（）5006最少模具厚度（mm）3002注射压力（Mpa）1457模具定位孔直径（mm）1603锁模力35008喷嘴球直径（mm）SR154移板行程5009注射速率（g/s）1405最大模具厚度(mm)45010螺杆转速（r/min）102003 小型电视机外壳模具结构设计模具结构设计包括分模线位置、滑块夹线、浇口型式及位置、顶出方式及位置、定位方式、冷却方式等。为了适应生产，常将模具做以下分解:(1)成型部分:包括模仁、滑块镶件、斜销等.(2)模座:用机构件实现开合模动作，包括模板、模滑块座等。E之后在RPO/E中对产品放缩水，再转到CAD中画组立图，定浇道形式、模穴及排布形式。再定出模仁的厚度及模座的大小。调用标准模座图成型、冷却、浇道、顶出等部分的结构，最后标注。之后用组立图拆模板。与此同时用PRO/E进行3D分模做出与成型有关部分的3D档以CAM做加工。3.1 模具材料的选择根据模具的生产条件和模具的工作条件需要，结合模具材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的，经济上合理、技术上先进的模具材料。对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必需综合考虑模具的使用寿命、模具制造工艺过程的难易程度、模具制造费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。主要指标有：(1)模具材料的基本性能。 要考虑模具材料的耐磨性、韧性、硬度和红硬性（红硬性是指模具材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力）。还要根据实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能，如抗氧化能力、抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度等。(2)模具材料的工艺性 。模具材料的工艺性，经常考虑一下几种：可加工性；淬火温度和淬火变形；淬透性和淬硬性；氧化脱碳敏感性等。(3)模具材料的冶金质量及其它考虑因素。 冶金质量也对模具材料的性能有很大的影响，只有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具材料的各种性能。常考虑的冶金质量指标有：冶炼质量，锻造轧制工艺，热处理和精加工，导热性，精料和制品化等。其它还要考虑选用的模具材料的价格和通用性。总之，选用高质量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造的主要发展趋势，我国也正在向这一方向发展。以下工作零件材料就根据以上原则选择。综上所述工作零件材料选用4CrMoV1Si。3.2 浇注系统的设计 所谓浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动的通道，其作用是使塑料熔体平稳而有序的充填到型腔中，以获得组织致密，外形轮廓清晰的塑件。浇注系统由主流道，分流道，浇口等组成，浇注系统设计的优劣，直接影响到塑件的外观，物理性能，尺寸精度，成型周期等。 浇注系统设计的基本原则：1) 适应塑件的工艺性 为此，应深入了解塑料的工艺性，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响，以及在充模，保压补缩和倒流各阶段中，型腔内塑料的温度，压力变化情况，以便设计出适合塑料工艺特性的理想的浇注系统，保证塑件的质量。2) 排气良好 排气的顺利与否直接影响成型过程和塑件质量，不能顺利排气会使注射成型过程充填不满或产生明显的熔接痕等缺陷。因此，浇注系统应能顺利地引导熔体充满型腔，并在填充过程中不产生紊流或涡流，是型腔内的气体能顺利地排出。3) 流程要短 在保证成型质量和满足良好排气的前提下，尽量缩短熔体的流程和减少拐弯，以减少熔体压力和热量损失，保证必需的充填型腔的压力和速度，缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，从而提高效率，减少塑料用量；提高熔接痕强度，或使溶接痕不明显。对于大型塑件可采用多浇口进料，从而缩短流程。4) 避免料流直冲型芯或嵌件 高速熔体进入型腔时，要尽量避免料流直冲小型芯或嵌件，以防型芯和嵌加变形和位移。5) 修整方便，保证塑件外观质量 设计浇注系统时要结合塑件大小，结构形状，壁厚及技术要求，综合考虑浇注系统的结构形式，浇口数量和位置。做到去除，修整浇口方便，无损塑件的美观和使用。例如电视机，录音机等外壳，浇口绝不能开设在对外观有严重影响的外表面上，而应设在隐蔽处。6) 防止塑件变形 由于冷却收缩的不均匀性或需要采用多浇口进料时，浇口收缩等原因可能引起塑件变形，设计时应采取必要措施以减少或消除塑件变形。7) 浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小，容积也应尽量少，这样既能减少塑料耗量，又能减小所需锁模力。8) 浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称，浇注系统与型腔的布置应尽量减小模具的尺寸。3.2.1 主流道的设计 按主流道的轴线与分型面的关系，浇注系统有直浇注系统和横浇注系统。在卧式和立式注射机中，主流道轴线垂直于分型面，属于直浇注系统；在直角式注射机中，主流道轴线平行于分型面，属于横浇注系统。主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的轴线重合，以利于浇注系统的对称布置。主流道一般设计得比较粗大，以利于熔体顺利地向分流道流动，但不能太大，否则会造成塑料消耗增多。反之主流道也不宜过小，否则熔体流动阻力增大，压力损失大，对冲模不利。因此，主流道尺寸必须恰当。通常对于粘度大的塑料或尺寸较大的塑件，主流道截面尺寸应设计得大一些；对于粘度小的塑件或尺寸较小的塑件，主流道截面尺寸设计得小一些。主流道横截面形状通常采用圆形截面。为了便于凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥度=26，内壁粗糙度Ra小于0.4m，小端直径一般取36比注射机喷嘴直径大0.51mm，Rar+(0.5-1) mm，主流道的长度有定模座厚度确定，一般L不超过60mm。3.2.2 分流道的设计 主流道与浇口的料流通道，是塑料熔体由主流道流入模腔的过渡段，负责将熔体的流向进行平稳的转换，在多腔模中还起着将熔体向各个模腔分配的作用。 1）分流道的截面形状及尺寸 分流道截面形状和尺寸应根据塑件的结构和分流道的长度等因素来确定。由流道的效率（流道的截面积与周长的比值）分析可知，圆形和矩形流道的效率最高，即具有压力损失少的最大截面积和传热损失少的流道的最小面积，因此圆形截面的矩形截面是分流道比较理想的形状。 综合考虑，虽然圆形和矩形流道的效率最高，但由于圆形截面分流道因其以分型面为界分成两半进行加工不利于凝料脱出，加工工艺性不佳，且模具闭合后难以精确保证两半圆对准，故生产实际中不常使用；矩形截面的分流道不易于凝料的推出，生产中也比较少用。 实际生产中常采用梯形截面分流道。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大。根据经验，一般取梯形流道的深度为梯形截面大底边宽度的2/3-3/4，侧面斜度取5- 10。对于壁厚小于3，质量200以下的塑件，可采用下面的经验公式确定其截面大底边宽度尺寸： D=0.26542(2) 式中： D梯形的大底边宽度，mm m塑件的质量，g L分流道的长度，mm 对于U形截面的分流道，H=1.25R，R=0.5D。2）分流道的长度 分流道要尽可能短，且少弯折，以利于最经济地使用原料和减少注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。若分流道设计得比较长时，其末端应留有冷料穴，以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔。3）流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度一般取1.6um左右，不需要很低，这样的表面有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。4）分流道的布置 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式两类。平衡式布置是指分流道到各型腔浇口的长度，端面形状，尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等，这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，使成型的塑件力学性能基本一致。但是，这种形式的布置使分流道比较长。非平衡式布置是指分流道到各型腔浇口长度不相等的布置，这种布置使塑件进入各型腔有先有厚，因此不利于均衡送料，但对型腔数量多的模具，为了不使流道过长，也常采用。为达到同时充满型腔的目的，各浇口的断面尺寸要制作得不同，在试模中要多次修改才能实现。3.2.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的最短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状，位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的作用：熔体充模后，浇口处首先凝固，可防止注射机螺杆（或柱塞）后退时熔体向分流道回流；熔体在流经狭窄的浇口时产生摩檫热，使熔体升温，有助于充模；易于切除浇口余料，二次加工方便；对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料，对于多浇口单型腔模具，浇口不仅可以用来平衡进料，还可以用来控制熔合纹在塑件中的位置。浇口的尺寸一般根据经验确定，断面积为分流道断面积的3%9% , 断面形状为矩形或圆形，浇口的长度为11.5mm。在设计浇口时，往往先取较小的尺寸值，以便在试模时逐步加以修正。浇口的类型 盘形浇口又称薄板浇口或圆环形浇口。盘形浇口用于内孔较大的圆筒形塑件，或具有较大正方形内孔的塑件，浇口在整个内孔周边上，塑料熔体由内孔周边上以大致相同的速度进入型腔。塑件不会产生熔接痕，型芯受力均匀，空气顺畅排除。浇口尺寸计算，根据经验数据: 2 =0.52.0mm =0.82.0mm b=1.55.0mml-浇口深度 - 浇口长度 b-浇口宽度 浇口尺寸在制作时可取小些，在加工、试模时再进行修改。浇口位置 浇口位置开设正确与否，对塑件的成型性能和质量影响很大，因此合理选择浇口位置是设计浇注系统时的重要环节。在确定浇口位置时，应注意如下几点：尽量缩短流动距离浇口应开设在塑件壁最厚处尽量避免塑件出现熔合痕避免在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口应开设在不影响型芯稳定性的部位浇口应开设在不影响塑件外观的部位浇口的设置应避免熔体断裂本文中经分析和数据计算最后得浇口的数量为4个。结构如图13。3.2.4 冷料穴的设计 冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是聚集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径宜大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。3.3 工作零件设计 3.3.1 型腔结构形式选择定模也可称为型腔或定模型腔，它们是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状，尺寸，使用要求，生产批量以及模具的加工方法等有关。常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。整体式定模是用整块模具材料直接加工而成的。其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会带有镶拼接缝的溢料痕迹。使用整体式定模有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。但是，在制品的几何形状比较复杂的情况下，用整块模具加工一个形状复杂的整体定模型腔比较困难，往往不要使用仿行加工或电火花加工，而且在热处理时，型腔的某些部位还很容易发生变形或开裂，因此，从加工制造方面考虑，整体式定模主要适用于制品形状不太复杂的中小型注射模。 为了满足注射成型时的排气要求，采用整体式定模时，应注意在其内部开设一些不会妨碍制品成型质量的排气槽，以保证注射模具有可靠的排气功能。嵌入式定模的特点是其型腔部分仍用整体模具材料加工制造而成，但它们必须嵌入到固定板或某些特制的模套中才能使用。嵌入式定模的优点，如定模嵌入固定板或模套后，其结构强度和钢度将会提高，因此使用起来比较靠，不易变形。同时制品也不会出现拼缝溢料的痕迹，此外，当成型工艺需要定模部分具有较大的承压合模面时，利用嵌入式定模可以节省优质模具材料，即优质模具材料只用来制造型腔部分，而对型腔以外的承压合模面，则由材料较差的模套来提供。综合考虑多方面因素，本套模具定模部分型腔为嵌入式定模型腔。图13 浇口位置图Fig13 Runner site plan 3.3.2 型芯设计动模和型芯都是用来成型塑制品内形的零件，两者没有严格区别。一般来讲，可以认为动模是成型制品整体内形的模具零部件，而型芯则多指成型制品上某些局部特殊内形或局部孔、槽等所用的模具零部件，所以有时也可以把型芯叫做成型杆。动模和型芯的结构应该根据制品的形状、使用要求、生产批量以及模具的加工方法等因素来确定，动模和型芯的结构形式也可分为整体式、嵌入式、镶拼组合式及活动式等不同类型。嵌入式型芯主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最早采用的嵌入形式是型芯带有凸肩、型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，在垫上垫板与固定板连接，另一种嵌入方法是固定板上加工出盲沉孔，型芯嵌入盲孔后用螺钉直接与固定板连接。根据本塑件的特点，动、定模的型芯均采用带凸肩的嵌入式的型芯。3.3.3 工作零件的工作尺寸计算 工作零件中与塑料接触并决定制品几何形状的各处尺寸，称为工作尺寸。一般来讲，任何塑料制品的几何尺寸均可分为外形尺寸、内形尺寸和中心距尺寸等三大类型，而与它们对应的成型零部件的工作尺寸分别称为型腔尺寸，型芯尺寸和模具中心距尺寸。其中型腔尺寸和型芯尺寸又均可分为高度尺寸和径向尺寸。型腔，型芯和中心距的标注形式及其偏差分布所做的规定可以归纳成以下三条：制品上的外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值，与制品外形尺寸相应的型腔内尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值。(1)制品上的内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值，与制品内形尺寸相应的型腔外尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值。(2)制品和模具上的中心距尺寸均采用双向等值正，负偏差，它们的基本尺寸均为平均值。其公式如下2： 型腔径向尺寸： (3) 型腔深度尺寸：(4) 型芯径向尺寸：(5) 型芯高度尺寸：(6) 塑件的平均收缩率 对于形状简单表面为2D面的产品，应用工作零件工作尺寸的公式来计算成型部分尺寸比较容易，3D面的产品成型部分尺寸用公式是很难计算的，只有靠软件自动生成。在这套模具里，模具成型部分尺寸是利用Por/E辅助生成。如生成母模步骤如下，MODFIYPARTF001(母模)FEAT创建曲面拷贝(选择母模面)一粘贴(重复操作完全拷贝母模面)合并(与先前创建的实体)。本文采用公式计算与软件计算相结合。 主要型腔工作尺寸计算： 长宽尺寸:=（1+K）-0.5 =250(1+0.5%)-0.51.48 =251.25=（1+K）-0.5=200(1+0.5%)-0.51.35 =201.68深度尺寸=（1+K）-0.5 =18(1+0.5%)-0.50.24 =18.09=（1+K）-0.5 =16(1+0.5%)-0.50.24 =16.83主要型芯工作尺寸计算：长宽尺寸 =（1+K）+0.5 =250(1+0.5%)+0.51.48 =248.84=（1+K）+0.5 =200(1+0.5%)+0.51.35 =198.59深度尺寸=h（1+K）+0.5 =16(1+0.5%)+0.50.24 =15.58其他工作尺寸和公差见图纸。3.3.4 弯销侧向分型动作原理及设计要点 是利用成型机的开模动作，使弯销与滑块产生相对运动趋势，拨动面B拨动滑块使滑块沿开模方向及水平方向的两种运动形式，使之脱离倒勾。弯销的优点：由于弯销是矩形截面，其抗弯截面系数比圆形截面的斜倒柱要大，可以采用比斜倒柱较大的倾斜角，另外弯销侧向抽芯机构可以设计成变角度侧抽芯。如图10所示。图10 侧抽芯Fig10 The side pulls out the core上图中：=25(为弯销倾斜角度)H11.5W (H1为配合长度)S=T+23mm(S为滑块需要水平运动距离；T为成品倒勾)S=Hsin-/cos(为斜撑梢与滑块间的间隙,一般为0.5MM；H为拔块在滑块内的垂直距离)C为止动面，所以拨块形式一般不须装止动块。(不能有间隙) 2本例中设计的弯销为24，H为17， S=17 sin24-0.5/cos24=7.01mm(7)3.3.5 设计斜推结构时需注意的几个要点斜推结构设计得好坏将直接影响到模具的寿命和模具使用的可靠性，假若斜推结构设计得不合理，就会出现一些不正常的现象，例如，在出模时塑件跟着斜推一起侧向移动、斜推使用不久就断裂、斜推卡死、斜推顶不出、斜推刮伤塑件等问题，因此，在斜推结构设计注意几点问题:(1)为避免成型的斜推在运动时由于受翻转力矩的作用而发生卡死的现象，斜顶的斜推角度不能做得太大，通常为610；(2)斜推导滑的四个表面需设有油槽，保证正常工作时的润滑，斜推下导轨的上表面也需设计油槽，以保证斜推滑块与斜推下导轨之间的润滑(3)斜推与斜推滑块配合的每一个角必须设计为R1mm左右的圆角，以免应力集中导致斜推或滑块开裂。（4）为使斜推在顶出过程中，横向移动顺畅，不至于陷入塑件内，导致塑件与斜推一起侧向移动的现象出现，在装配时，应使斜推端面最少低于型芯或模板表面；(5)必须准确计算好斜推滑块在顶出行程终了时的位置，以保证注塑件上有足够的安全空间。3.3.6 滑块设计 滑块是斜导柱抽芯机构中的重要零部件。她上面安装有侧向型芯或成型镶块，注射成型和抽芯的可靠性都需要它的运动精度保证。滑块的结构形状可以根据具体制品和模具结构灵活设计，既可与型芯做成一个整体，也可采用组合装配结构，整体式结构多用于型芯较小和形状简单的场合，而组合式结构则是把型芯与滑块分开加工，然后装配在一起，采用组合式结构可以节省优质钢材（型芯用钢一般比滑块用钢要求高），并使加工变得比较容易。图11 滑块 Fig11 slider3.3.7 导滑槽设计 侧向抽芯过程中，滑块必须在滑槽内运动，并要求运动平稳且具有一定精度。设计滑槽时应注意下面问题：滑块完成抽拔动作后，其滑动部分仍应有全部或部分长度留在滑槽内。滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍，而保留在滑槽内的长度不应小于这个数值的2/3，否则，滑块开始复位时容易偏斜，甚至损坏模具。如果模具尺寸较小，为了保证滑槽长度，可以把滑槽局部加长，使其伸出模外。滑槽的滑块的导滑部位采用间隙配合，配合特性选用H8/g7或H8/h8，其他各处均应留有间隙，滑块的滑动部分和滑槽导滑的表面粗糙度均应小于0.63-1.25um。滑块与滑槽的材料 滑块可用45钢或碳素工具钢制造，导滑部分要求硬度40HRC，滑槽可用耐磨材料制造，也可用45钢或碳素工具钢制造，要求硬度为52-56HRC。图12 导滑槽Fig12 leads the sliding way3.3.8 滑块的定位装置 为了保证斜导柱伸出端准确可靠地进入滑块斜孔，则滑块在完成抽芯动作后，必须停留在一定位置上。为此，滑块需有灵活，可靠，安全的定位装置。选用螺钉定位。3.4 确定模板厚度3.4.1 确定公模板厚度公模板厚度在实践中一般取模仁最底端向下3040mm即可满足中小型模具的使用要求。如图示，由于模板形状较为复杂。用现成的力学公式套用误差较大，而实际生产中一般不会采用理论数据，实际数据往往都大于理论数据。在这里采用经验数据，由于本产品深度较大，产品精度较高，为了使模板变形最小，取模仁最底端向下40mm。模板边长=样品边长十(100160)mm，模板的边长一般取整数，并且必须是5或10的倍数。最后确定公模板尺寸为450mm400mm80mm3.4.2 确定母模板厚度母模板厚度在实践中一般取模仁最底端向上20mm30mm，即可满足中小型模具的使用要求。如果结构不是很复杂，可以选择20mm。但是，考虑到水路压板的排步最后将母模板底端尺寸加大到40mm。模板的边长一般取整数，并且必须是5或10的倍数。最后确定母模板尺寸为450mm400mm80mm。3.5 确定模具冷却系统在注射成型过程中，模具温度直接影响塑件的质量，如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起决定作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期80%。模温过高，会使冷却时间延长而降低生产率，使制品在脱模过程中和脱模后发生变形、顶白、粘模等缺陷，影响制品外观，降低形位和尺寸精度;模温过低，会降低塑料熔体的流动性，增加流动剪切应力，使塑件内应力增大，脱模后易变形开裂，还会出现冷流痕、银丝、充模不满等缺陷;模腔与模芯或模具的局部温差过大，也会导致塑件收缩不均，引起制品的弯曲(或翘曲)变形。模具温度95%的热量通过冷却水带走。因此，模具冷却是比较重要的，如果冷却系统开设不当，会使产品的生产周期增长，生产效率下降，同时塑件质量也会受到影响。在中小型模具中水路通常选用直径为6、8、10、12，其中直径为6、8、10的最为常见。在这套模具中选用直径为8的水路。非特殊情况不用直径为6的水路，直径为10、12的水路一般不用。水路一般距离产品10一15mm,而且应避免水路与其它零件发生干涉。水线布置图如图13和图14。图13 动模水线（Fig13 Moves the mold water line）图14 定模水线Fig14 Decides the mold water line3.6 脱模机构的设计在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出型件的机构称为推出机构（或称脱模机构）。推出机构的作用包括推出，取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物体从模具内取出。脱模机构的设计原则：塑料滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，与针对性的选择合适的脱模装置，是推出重心与脱模阻力中心重合。力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。在采用推杆脱模时，尤其要注意这个问题。结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且具有足够的强度和钢度。对于薄壁圆筒形塑件或局部为圆筒形的塑件，可用推管推出机构，推管推出塑件的运动方式与推杆推出塑件基本相同，只是推管的中间加一固定型芯。推管的材料可为T8，T10等，淬火53-57HRC；对于一般要求不高的模具，可用45钢作成，经调质处理235HB。最后确定本次采用推杆推出机构,材料为45钢。3.7 导向机构的设计3.7.1 导向机构的功用 任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。其作用有如下：定位作用 合模时维持动定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。导向作用 合模时引导动模按序闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。承载作用 采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。保持运动平稳作用，对于大中型模具的脱模结构，有保持机构运动灵活平稳的作用。3.7.2 导向机构的设计导柱 国家标准规定了两种结构形式，带头导柱和有肩导柱。有的导柱开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩檫，小型模具和生产批量小的模具主要采用带头导柱，大型模具和生产批量大的模具多采用有肩导柱。中小型模具导柱直径约为模板两直角边之和的1/201/35。大型模具导柱直径约为模板两直角边之和的1/301/40。具体直径可查塑料模架标准。国家规定导柱头部为接锥形，截锥形长度为导柱直径的1/3，半锥角为10 -15 ，也有头部采用半球形的导柱，导柱具体尺寸可查有关国家标准。 导套 直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板须采用带头导套，导套壁厚通常在3-10mm ，视内孔大小而定，大者取大值，带头导套轴向固定容易，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，导套具体尺寸可查有关国家标准。3.8 模架产品长250mm，宽200mm，根据公式动模仁长=250+235=320mm，取整320mm;动模仁宽=200+230=260nun，取整260mm，定模仁得长宽和动模仁一致。再根据公式，模板长=320+265=450mm；模板宽=260+270=400mm产品高=18mm，根据公式，定模仁高=25+18=43，取整45mm，动模仁高=25+18=43mm，取整45mm再根据公式，母模板高45+ 35=80mm；公模板高45+ 35=80mm；模脚高度一般等于公模板高度，为110mm;根据这几组数据可基本确定模架的形状。根据计算所得到的数据，尽量接近标准模座。查S系列A型模架选定模架为NL=450400型标准模架。由选定的标准模座可知:定模座板为35mm，公模板为80mm,母模板为80mm,方铁为110mm,动模座板为35mm。193.9 典型零件的加工确定加工工艺过程的主要任务是被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，即进行工艺路线的编制和工艺规程的编制。其中主要内容包括加工余量与毛坯尺寸的确定，工序尺寸的确定与公差的确定，切削用量的确定，加工过程的优化等。随着模具加工水平的急剧提高，模具精度完全取决于精密的机器加工来保证。常用的典型加工方法:(l)线切割:利用火花放电使金属融化或气化，并把融化或气化的金属除掉，从而实现各种形状金属零件的加工。按切割速度可分为快走丝和慢走丝两种，快走丝切割所加工的工件表面粗糙度一般在R=al.252.5阳范围内，而慢走丝所加工的工件表面粗糙度可达R=a0.16，且慢走丝的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快走丝好很多，所以在精加工零件时，慢走丝得到广泛应用。作为塑料模具加工的重要手段，线切割加工出的镶件孔与镶件的尺寸精度与准确决定了钳工装配镶件的时间。(2)型腔电火花加工:电火花加工是利用工具电极与工件电极之间脉冲性的火花放电，产生瞬时高温将金属蚀除，而进行加工的新工艺。将工具电极的形状复印到模具坯件上而形成型腔的复制成型加工工艺。电极可由车、铣、刨、磨、冷热成型、火焰喷涂或电铸等方法获得。可以用软的材料制作形状复杂的工具电极，对于难切削材料、特殊及复杂形状零件(如模具复杂型腔等)的加工中有巨大的优势，因此广泛运用于各种模具的型腔的加工，据统计，模具行业中的30%50%的加工量由电加工机床完成。但效率低、电能利用率不高、表面粗糙度会增大等。(3)NCC(数控铣):将零件在计算机上三维建模后转入加工软件模块中，编译为NC代码然后传到加工中心上，直接加工出零件的方式。可利用Pro/E软件的Manuaf。Ture模块对复杂曲面进行模似加工，数控加工工艺规划流程为:建立加工模型(设计模型和毛坯)一设置操作数据及工具数据选择机床、夹具、刀具一CNC加工工序设置(归划加工方式)规划刀具轨迹，计算生成刀具位置(CL)数据一CL数据文件后置处理生成用特定CNC控制系统的数控加工代码一加工。由于模具精度要求高，模仁具有三维立体型面，需采用Pro/E进行三维造型，生成三维型面加工代码输入CNC机床加工:模具模仁表面质量要求较高且要求表面很高的硬度，表面粗糙度Ra值要求很低，因此采用成型电加工机床、成型磨床加工，之后抛光保证粗糙度要求;模板上的孔系精密型孔和圆孔孔系，需采用精密数控坐标钻、铿和磨床进行孔加工，本例模仁的加工采用电火花加工。加工工艺流程见表2、表3、表4、表5、表6。6表 2 定模仁加工工艺流程Fig 2 Decide the mold kernel processing technical process工序号工序名称工序内容1下料切割钢板至尺寸32026045,单边余量23mm2铣按模仁尺寸32026045铣六面体，保证垂直度在0.03mm以内，单边留0.150.2mm余量。并加工水孔、攻螺纹、钻工艺孔以及模仁全周倒角C1.5。3热处理调质处理达到硬度HRC58624磨磨去双边余量达图纸要求5加工中心以基准角加工模仁3D面，留0.030.05余量6电火花加工放电至要求尺寸7检验8手工抛光达镜面要求表 3 动模仁加工工艺流程Fig 3 Move the mold kernel processing technical process工序号工序名称工序内容1下料切割钢板至尺寸32026045,单边余量23mm2铣按模仁尺寸32026045铣六面体，保证垂直度在0. 03mm以内，单边留0.150.2mm余量。并加工水孔、攻螺纹、钻工艺孔以及模仁全周倒角C1.5。3热处理调质处理达到硬度HRC58624磨磨去双边余量达图纸要求5加工中心以基准角加工模仁3D面，留0.030.05余量6电火花加工配合镶件放电至要求尺寸7检验8手工抛光达镜面要求表4 动模镶件1,2,3加工工艺流程Fig 4 Move the mold to inlay 1,2,3 processing technical process工序号工序名称工序内容1下料线割钢板至镶件最大外形尺寸，保证单边在23mm.2铣按镶件尺寸铣其形状，单边留0.150.2mm余量，并全周倒角C13热处理调质处理达到硬度HRC58624磨磨去双边余量达图纸要求5电火花加工与动模仁配合放电至要求尺寸6检验放电至要求尺寸7手工抛光达镜面要求表5滑块加工工艺流程Fig 5 Slide processing technical process工序号工序名称工序内容1下料切割钢板至尺寸781927 mm,单边余量23mm2铣按滑块尺寸781927mm，铣六面体和定位束块槽，单边留0.150.2mm，铣弹簧孔，攻螺纹孔3热处理调质处理达到硬度HRC58624磨磨去双边余量达图纸要求 续表5工序号工序名称工序内容5加工中心以基准角加工模仁3D面，留0.030.05余量6电火花加工与动模仁配合放电至要求尺寸7检验8手工抛光达镜面要求表6内斜顶加工工艺流程Fig 6 In wagon top processing technical process工序号工序名称工序内容1下料线切割钢板至尺寸形状，单边余量0.150.2mm2热处理调质处理达到硬度HRC5862C1.5。3磨磨去双边余量达图纸要求4电火花加工与动模仁配合放电至要求尺寸5检验6手工抛光3.10 装配在装配过程中，既要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对运动的零件，还必须保证它们之间的运动精度。所以模具装配精度的高低及质量的好坏，都直接影响制品生产是否正常，以及制品的尺寸、形状精度和成本。数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量，经过数控加工的零件，可直接进行装配，使模具钳工减轻了负担。装配基准在本套模具的加工过程中，各个零件都有统一的加工基准，在装配的时候以基边为基准来进行装配。这样就保证了模具的精度。(每张图纸均有基准角，即为装配基准，用于件与件装配，装配时都在一个方向基准角，装不反。)(l)模仁的装配为了节省工时，先加工模仁后加工镶件、斜销、滑块等其它零件。待模仁加工完毕后，交给钳工进行装配。钳工接到公定模仁后，首先应进行测量，看其最大外型尺寸是否符合公差要求，模仁的公差尺寸上偏差为0.0005，下偏差为0.001，如果在公差范之内，开始装配模仁，注意模仁的基准角要与模框的基准角一致，装好后进行动定模仁靠破。目的是保证模具达到注射成型的要求，防止模具在注射成型时出现塑料溢边等情况发生。在靠破时用红色来检查。红色的作用是检查零件表面的缺陷及零件间的密合度(一件喷上红色，另一件靠上，观察粘的均匀否，不均匀表示不平)。如果开模后，模仁表面的红色痕迹达到模具注射成型要求，至此完成模仁的装配。 (2)滑块装配如图3.40所示为滑块3D图。模仁装配完毕后，开始进行装配滑块或斜销，注意不能同时装配，以免配合不良导致斜销被撞坏。如图所示滑块上有两个工艺孔，由于成型面为曲面，不便测量尺寸，在装配前应对其表面进行抛光，只有将其装在母模上与模仁配合后才能达到精度要求。抛光完毕后进行靠破，要一个一个的靠破，便于装配，这样才能达到精度要求。(3)斜销的装配加工后的斜销与模仁配合很紧，斜销孔的公差(上偏差为+0.05下偏差为+0.03)，钳工在装配过程中对斜销进行修磨，使其与模仁配合良好。另外，斜销的杆部四周均匀布置了油槽，以利于润滑，在靠破时应在斜销侧壁的油槽内涂润滑油，以减小摩擦力，并储存摩擦产生的铁屑，油槽开设的范围以“斜销完全顶出后，油槽不露出型腔为准”，以免污垢污染型腔。要保护好成型部分，防止其撞坏。(4)推杆、滑块的装配以上工序完成后进行装配推杆和镶件。装配镶件时应注意不要装反，保护镶件的成型面不要撞坏。装配推杆时应注意有些推杆的表面为3D曲面，装配后应在推杆的尾部加防转，并刻上编号，防止下次修模时装错，推杆和镶件与模仁的配合间隙为0.O15mm，如果大于此间隙在注射成型时会漏料。全部零件安装完毕后，检查零件配合是否顺畅，在配合部分加高温润滑油，如导柱导套、斜销、滑块等处，注意模仁内不能有润滑油。检查完毕在下顶出板上加微动开关，送成型处试模。3.11 试模模具图交工后，设计者工作并未完成，往往需要跟踪模具加工制造全过程及试模修模过程，及时增补设计疏漏之处，更改设计不合理之处，或对模具加工厂方不能满足模具零件局部加工要求之处进行变通，直到试模完毕能生产合格注塑件。试模中应注意的其它问题:(l)推杆高度的变化: