毕业设计（论文）新型U盘外壳的注塑模具.doc

目录目录 绪论绪论.1 1 1.1 我国模具技术的现状及发展趋势.2 1.2 塑料模具的分类.4 1.3 PRO/E 软件的介绍.5 1.4 课题的目的与意义.5 2.2. U U 盘外壳模具设计盘外壳模具设计.7 7 2.1 U 盘外壳成型工艺性分析 .7 2.2 模具结构设计.9 2.3 注射机型号的确定.11 2.4 浇注系统设计.14 2.5 成型零部件的尺寸精度分析.16 2.6 模架选择.16 2.7 模具设计流程.18 3.3. 塑料顾问塑料顾问.2323 3.1 材料选用 .23 3.2 GATE LOCATION (浇口位置分析) .23 3.3 PLASTIC FILL（分析塑料流动） .24 3.4 MOLD WINDOW （成型条件分析） .28 3.5 COOLING QUALITY（冷却质量分析）.28 3.6 缩痕分析 .30 3.7 接痕和气泡分析 .31 总结与展望总结与展望.3333 参考文献参考文献.3434 致谢致谢.3535 1 绪论绪论 开放以来，我国的塑料工业得到了迅猛的发展，塑料制品已成为工业、农业、 国防建设、文教卫生和人们日常生活中不可或缺的制品。随着国民经济的快速发展， 对塑料制品的需要量越来越大，样式更新、质量更好、性能更加、结构更复杂的塑 料制品在不断的涌现。 制品是靠成型加工方法得到的。成型的加工方法很多，而注塑成型是其中最重 要的一种成型加工方法。它生产的制品具有精度高、形状复杂、一致性好、生产率 高和消耗低等特点，有极大的市场需要和广阔的发展前景。塑料成型加工是一门不 断发展的综合学科，他不仅随着高分子材料合成技术的提高，成型加工设备的更新 改造、成型工艺的成熟和进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型 加工领域的渗透而得到长足地发展。 模具行业就有他自身的舞台。人类已经迈入了 21 世纪，这是一个科学技术飞 速发展、知识更替日新月异的时代。人类的生存、社会的进步、经济的发展与模具 工业息息相关。模具工业是制造工业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础； 同时其本身又是高新技术产业的重要领域。一些国家因为模具工业的进步，带来了 高科技的发达。塑料模具是模具工业的一个重要的领域，它的设计是模具制造中的 关键阶段，通过合理的设计制造出来的模具不仅能顺利地成型高质量的塑件，还能 简化模具的加工过程和实施塑件的高效生产，从而达到降低生产成本和提高附加价 值的目的。 工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新 技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。美 国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业” ；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展 的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值达到亿日元， 远远超过日本机床总产值亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过 了新兴的电子工业。 发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工 业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品 开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家 重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的 一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。目前，我国模具 工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效 益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。 现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、 2 先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。世 纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提 高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高 模具行业的应变能力，满足用户需要。 发展先进生产力离不开模具工业的发展，模具生产历史悠久，在几千年前，周 鼎、秦俑的制作，就才用了模具。但是用 CAD/CAE/CAM 等先进的信息、数控技术改 造和提升了的模具制造工业，即现代模具制造业，却已经成为高新技术产业的一部 分，成为高新技术的进一步发展，也心须有现代模具工业的支撑。在高新技术领域， 如航天航空、电子信息产业，以及作为国民经济持续发展基础的装备制造也的发展， 都离不开大型、精密、复杂模具，都要求模具工业的发展跟上去，与之相适应。因 为，模具工业在发展先进生产力当中，处于一个非常重要、非常关键的地位。我国 模具工业年产值目前虽然已经达到 40 多亿美元，但产品结构不合理，高档模具的比 重低，不适应国民经济产业发展的需要。2001 年模具进口高达 11.12 美元，而模具 出口只有 1.8 亿美元。落实“三个代表”重要思想，进一步提高模具产品的设计制 造水平，才能促进我过先进生产力的发展。发展先进文化，模具工业也肩负着重要 的责任和重要使命。学习和传播先进文化，必须有先进的载体和工具。广播电视设 备、音像设备和制品、通讯设备、电脑和网络传输设备、文化办公用品等等，如果 没有先进的精密、复杂模具，这些产品是作不出来的。 通过这次设计要达到如下目的： 1、能够认识和指导如何协调各种约束条件使设计更加趋于完美，能在有限的 时间内完成任务。 2、协调模具设计与模具加工的微妙关系，了解模具加工过程。 3、通过对具体模具的设计，能够大致的掌握设计基本步骤和解决设计中的可 能出现的各种各样的问题。 4、加强制图识别能力。 5、从制件的形状复杂程度，材料基本性能，能够统筹评估出所将要设计模具 从设计到生产的大致周期、价值。 6、了解加工中定位的处理，及尺寸标注之间的关系，及各种车床能够达到的 精度。 1.1 我国模具技术的现状及发展趋势我国模具技术的现状及发展趋势 1.1.1 模具工业的现状模具工业的现状 模具是现代化工业生产的重要工艺装备，被称为工业之母。而塑料模具又是整 个模具工业中的一支独秀，发展极为迅速。世界各国都非常重视模具工业的发展。 3 模具工业和机械制造加工设备一样，是国民经济各部门发展的重要基础之一。 随着机械行业（尤其是汽车、摩托车工业） 、电子工业（如家电行业） 、航空工 业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展，许多新产品的开发和研制在很大的程度 上都依赖于模具生产。根据国际生产技术协会的预测，21 世纪机械制造工业的零件， 其产品约 3/4 的粗加工和超过一半的精加工都将依靠模具完成。工业发展的关键是 技术的进步，模具工业也不例外。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技 术水平已经成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。模具设计水平的高低、模 具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着许多新产品的开发和老产品 的更新换代，影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。 世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展 模具工业，积极采取先进技术和设备提高模具制造水平，并且已经取得了显著的经 济效益。 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整和发展。在中国，人们已经越来越 认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一 个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产 品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度， 将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技 术的研究和开发。 塑料工业是世界上增长最快的工业之一。随着科技日新月异的发展，塑料工业 得到了前所未有的发展，从而使塑料的数量也不断上涨。当然塑料工业的发展离不 开塑料模具设计,模具工业被誉为“工业之母”随着模具技术的驯熟发展，在现代工 业生产中，模具已成为各种工业产品不可或缺的重要工艺设备。模具成型具有优质、 高产、低消耗、低成本的特点因而，在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。 模具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化学稳定性好，电绝缘性强， 力学性能高，自润滑，耐磨及相对密度小等独特的优异性能，成为工业部分必不可 少的新型材料。 中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有 了较大提高。在大型模具方面已能生产 48in（约 122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、 6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密 塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。 经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速 成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩 短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合， 中国装备制造业在加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业 4 中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适 应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用 现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺 装备的迫切需求。 1.1.2 模具的发展趋势模具的发展趋势 随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。 （1）模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 （2）模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展 （3）快速经济制模技术得到应用 （4）特种加工技术有了进一步的发展 （5）模具自动加工系统的研制和发展 （6）模具材料及表面处理技术发展迅速 （7）模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 1.2 塑料模具的分类塑料模具的分类 1.2.1 按照塑料制件的成型方法不同分类按照塑料制件的成型方法不同分类 （1）注射模 注射模又称注塑模，塑料注射时在金属压铸成型的基础上复杂化起来的，成型 所采用的设备是注射机，注射模通常适合于热塑性塑料的成型，是塑料成型生产中 自动化程度最高，采用最广泛的一种成型方法。 （2）压缩模 压缩模又称压塑模或压胶模。成型所用设备为塑料成型压力机，是热固性塑料 通常采用的成型方法。 （3）压注模 压注模又称传递模，成型所用设备与压缩模相同，知识模具结构不同。 （4）气动成型模 除了上述几种成型模具外，还有铸塑模、中空吹塑成型模具、泡沫塑料成型模 具等等。 1.2.2 按照型腔数目分类按照型腔数目分类 （1）单分型面塑料模具 5 只有一个分型面，因此称为单分型面塑料模具。这是注射模中最简单且用的最 多的一种结构形式。合模后，动、定模组合构成型腔，主流道在定模一侧，分流道 及浇口在动模一侧，动模上设有推出机构，用于推出塑件和凝料。 （2）多分型面塑料模具 增加具有一定功能的辅助分型面。主要用于侧向分型抽芯机构设在定模一侧以 及有结构特殊性需要的顺序模具中，这类模安装复杂。 还有按加工塑料的品种可分为热塑性塑料模具和热固性塑料模具；按模具在设 备上的安装方式分为移出式塑料模具和固定式塑料模具等。 1.3 Pro/E 软件的介绍软件的介绍 Pro/ENGINEER Wildfire软件是PTC公司基于单一数据库、参数化、特征、全相 关及工程数据再利用等概念基础上开发的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将 产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与 制造工作。 应用Pro/ENGINEER Wildfire系统强大的三维建模功能，可以方便地创建塑料制 品的特征实体模型。首先创建基础特征，然后再基础特征之上创建放置特征，如创 建圆孔、倒角、筋特征等，并可生成塑料制品特有的拔模特征。然后根据需要可使 用工程图模块直接由三维实体模型生成二维工程图。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决相关性 问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装 所有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并 行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设 计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 PRO/E是做模具设计最好的软件，是三维建模的领头羊。在中国使用的PROE软件 都是汉化的，存在很多漏洞、待进一步修复及加强，本课题所使用的是 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0版本进行模具设计。 1.4 课题的目的与意义课题的目的与意义 毕业设计作为学生毕业之前最后的学习机会，是大学期间所学知识综合运用的 体现，也是将来走上工作岗位的一次大练兵。通过本次毕业设计，我们应掌握塑料 成型工艺和模具设计方法，了解 PRO/E 软件中机械设计和曲面造型设计的特点，即 具有一定的分析和解决问题的能力包括塑料制件的外型设计、质量判断、分析质量 6 问题和提出解决方案。 同时，我们要学会正确运用技术标准资料，培养认真负责、踏实细致的工作作 风和严谨的工作态度，强化质量意识和时间观念，形成从业的基本职业素养。努力 创新、不断积累、勇于开拓和创新，不断提高应用技能，开辟塑料模具设计的新领 域。 本论文的目的是设计一套新型 U 盘外壳的注塑模具，要求结构合理，能够保证 产品的精度以及表面质量。设计要求对塑料制品出现的工艺进行分析与改进，合理 设计塑料模具的结构，最终运用软件 Plastic Advisor 对塑件的参数化三维模型进 行模拟分析，以此检验模具设计的合理性，并提出改进的意见。 7 2. U 盘外壳模具设计盘外壳模具设计 2.1 U 盘外壳成型工艺性分析盘外壳成型工艺性分析 2.1.1 塑件分析塑件分析 （1）塑件分析 （2）塑料名称 ABS （3）生产纲领 批量生产 （4）塑件结构及成型工艺性分析 U 盘外壳是根据可口可乐瓶的外形进行仿制的，采用“S”形曲线诱惑，在保 持瓶身流畅弧度的同时，将瓶身拉高变细，呈现更加“高挑纤瘦”的整体效果，带 来独特时尚体验，引领现代审美潮流。作为一个 U 盘，它的特点在于薄和小，旋转 式的打开方式使其摆脱了传统帽盖的经常丢失。在瓶盖处的小孔可以使它挂在钥匙 上，作为一个小饰品。如图 2.1 所示： 图 2.1 U 盘外壳 U 盘外壳模具设计是一个相对简单的模具，该零件分为 3 个部件，分别是上盖、 下盖、外套。U 盘上盖和下盖的侧面没有孔，因此不用侧抽芯。这两个零件厚度为 1mm，U 盘外套侧面有两个孔，需要使用 2 个滑块抽芯，塑件厚度为 1.5mm。该零件 的精度等级为 4 级，要求强度高、耐腐蚀和摩擦并且表面光滑，容易清洁处理。本 设计主要以上下盖零件为主，设计模具。如图 2.2 所示： 8 图 2.2U 盘外套、上盖、下盖 2.1.2 热塑性塑料（热塑性塑料（ABS）的注塑成型过程及工艺参数）的注塑成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程 a）成型前准备。ABS 的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥 和预热，不单消除水气造成的制品表面烟花状气泡带、银丝，而且还有助于塑料的 塑化，减少制品表面的色斑和云纹。 b）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇 注系统进入模具型腔成型，其过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个阶 段。 c)塑件的后处理。为了消除塑件内存在的应力、改善塑件的性能和提高尺寸的稳 定性，注射成型的塑件经脱模或机械加工之后，常需要进行适当的处理,主要的处理 方法有退火和调湿处理，本件采用调湿处理，处理温度为 70，保湿时间为 24h。 （2）ABS 的注射工艺参数 a）注射机类型：螺杆式。 b）螺杆转速（r/min）3060。 c）料筒温度（）：前段 200210 中段 210230 后段 180200 d）喷嘴温度（）：180190;喷嘴形式；直通式。 e）模具温度（）：5070。 f）注射压力（MPa）:7090。 g）保压压力（MPa）：5070。 h）成型时间（s）：注射 35；保压 5070；冷却 1530；成型周期 4070。 9 2.1.3 ABS 的性能分析的性能分析 （1）使用性能 综合性能较好，冲击韧性，机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电性能良好； 易于成型和机械加工，适于制作一般机械加工零件，耐磨零件，传动零件和电讯结 构零件。常用于水箱外壳、管道、电机外壳、仪表外壳等产品的制造。 （2）成型性能 ABS 材料有一定的硬度和一定的尺寸稳定性，在成型时会在制品上产生斑痕， 云纹，气泡等缺陷，吸湿性强，含水量应小于 0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽 的塑件应要求长时间预热干燥。 （3）ABS 的主要性能指标 ABS 的主要性能指标见表 1.1： 表 1.1ABS 主要性能指标 密度（g/cm3）1.021.16计算收缩率（%）0.55 比容（cm3/g）0.860.98抗拉屈服强度（MPa）50 吸水率（%）0.20.4拉伸弹性模量（MPa）1.8103 收缩率（%）0.40.7 抗弯强度（MPa）80 熔点（）130160硬度（HB）9.7 2.1.4ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 （1）缺陷：缺料（注射量不足） 、溢料飞边、着色不均匀、变形翘曲、熔接痕强度 低等。 （2）消除措施：加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增加排气槽、改变冷却水 道位置、增大注射压力、延长成型周期等。 2.2 模具结构设计模具结构设计 2.2.1 分型面位置的确定分型面位置的确定 在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形式和位置，否则无法用模具成型。 在模具设计阶段，应先确定分型面得到位置，然后才选择模具结构。由于分型面受 塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位 置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，以此在选择分型面时应综合分析比较， 以选择较为合理的方案。选择分型面时应遵循以下几项原则： （1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。塑件在动模的方位确定后，其分型面选在 塑件外形的最大轮廓处，否则塑件回无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。 10 （2）分型面的选择应有利于塑件顺利脱模。由于注射机的顶出装置在动模一侧，所 以分型面应尽可能使塑件开模后留在动模一侧。将型芯设置在动模部分，塑件冷却 收缩后抱紧型芯，使塑件留在动模，这样有利于脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔 较小或者有嵌件时，为使塑件留在动模，一般应将凹模型腔也设在动模一侧。 （3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量。同轴度要求较高的塑件，选 择分型面时最好把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧。 （4）分型面的选择应有利于模具的加工。通常在模具设计中，选择平直分型面的居 多。但为了模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。 （5）分型面的选择应有利于排气。分型面的选择与浇注系统的设计应同时考虑，为 了使型腔有良好的排气条件，分型面应尽量设置在塑料熔体流动方向的末端。 本设计中的 U 盘内盖的分型面选在零件的最大截面处。 图 2.3 分型面 2.2.2 确定型腔数量及排列方式确定型腔数量及排列方式 当塑件分型面确定后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。 一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但 对于精度要求不高的小塑件（没有配合精度要求） ，形状简单，又是大批量生产时， 若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。故由此初步拟定 采用一模四腔结构。 2.2.3 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 该塑件的质量要求较高，从该塑件的外部特征来看，塑件结构较简单，没有侧 11 孔，因此无需侧向抽芯。本模具采用单分型面注射模具（三版式注塑模） ，并用顶杆顶出机构。 、 图 2.3 分型面 2.3 注射机型号的确定注射机型号的确定 注射机时注射成型的设备，注射模是安装在注射机上使用的工艺设备。注射机 选用的是否合理，直接影响模具结构的设计，因此，在进行模具设计时，必须对所 选用活动注射机的相关技术参数有全面的了解。 注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模 具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应该对模具所需的注射量、锁 模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、 开模距离等进行计算。根据这些参数，选择一台和模具匹配的注射机，倘若用户已 经提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则 必须自己调整或于用户取得商量调整。 2.3.1 所需注射量的计算所需注射量的计算 （1）塑件质量、体积的计算 12 根据建立的塑件三维模拟分析得到： 塑件体积 上盖 下盖 3 1 98 . 0 cmV 3 2 04 . 1 cmV 浇注系统凝料体积可以按照塑件的 0.6 倍计算，由于模具采用一模四腔，所以 浇注系统凝料体积为，故该模具一次注射所需 ABS 为： 3 213 424 . 2 )(26 . 0cmVVV 体积 3 3210 04 . 4 )(2cmVVVV 质量 gVM28 . 4 04 . 4 06 . 1 0 （2）注射机型号的确定 根据以上的计算初步选定型号为 SYS-10（立式）注射机，其主要技术参数如 下; 最大注射量：10g 定位圈直径：55mm 注射压力：150Mpa 螺杆直径：22mm 最大注射面积：45 锁模力:150KN 3 cm 拉杆内间距：250 mm 280 mm 最大开模行程：120mm 最大模具厚度：180mm 最小模具厚度：100mm 喷嘴口直径：2.5mm 喷嘴球半径：12mm 顶出形式：四侧设有顶杆，机械顶出 2.3.2 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核型腔数量及注射机有关工艺参数的校核 （1）型腔数量的校核 a）按注射机的最大注射量校核型腔数量 （2-1） 1 2 m mKm n N 上式右边，符合要求。48 . 4 式中 K-注射机最大注射量的利用系数，无定型塑料一般去 0.85； -单个塑件的质量和体积（g 或） ，取g； 1 m 3 cm18 . 1 m -浇注系统所需塑料质量和体积（g 或） ，取 0.6； 2 m 3 cm 1 4m - 注射机允许的最大注射量（g 或）,该注射机为 10g。 N m 3 cm b）按注射机的额定锁模力校核型腔数量 （2-2） zm sm AP APF n 上式右边，符合要求。404 . 5 式中 F-注射机的额定锁模力（N） ，该注射机为 1.5N； 5 10 -塑件在模具分型面上的投影（） ； z A 2 mm 13 -浇注系统在模具分型面上的投影面积（） ； s A 2 mm -塑料熔体对型腔的成型压力，一般为注射压力的 30%50%，ABS 的 m P 流动性好，该处型腔平均压力为 45Mpa。 （2）注射机工艺参数的校核 a）注射量校核 注射量一容积表示，最大注射量为 （2-3） 3 max 73 . 7 09 . 9 85 . 0 cmVV 式中 -模具型腔和流道的最大容积（） ； max V 3 cm - 注射机的注射量容积（） ，该注射机为 9.09；V 3 cm 3 cm -注射系数，去 0.750.85，无定型塑料取 0.85, 结晶型塑料取 0.75。 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间 就会过长。所以最小注射量容积故每次注射的实际注射 3 min 364 . 1 09 . 9 15 . 0 cmV 量，而=2.34，符合要求。 min VV 应满足V max V V 3 cm 注：注射量亦可以质量表示，计算方法相同。 b）最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力，应该大于注射MPaP150 max 成型时所需调用的注射压力，即 0 p （2-4） 0 max pkp 式中 -安全系数，常取=1.251.4。实际生产中，该塑件成型时所需的注 k k 射压力为 7090。一般取 =1.3，=80，满足要求。MPaMPa k 0 pMPa （3）安装尺寸校核 a）喷嘴尺寸 主浇道的小端直径 D 大于注射机 d，通常为 D=d+（0.51）mm 对于模具 d=1mm,D=2mm,符合要求。 主流道入口的凹球面半径应大于注射机喷嘴半径 1 R ,通常为(12)mm 1 RR 对于该模具 SR=12mm,取 S=14,符合要求。 2 R b）最大与最小模具厚度 模具厚度 H 应满足 min HH max H 式中=100mm， =180mm。 min H max H 而这套模具厚度=25+20+30+60+25=160mm，符合要求。H （4）开模行程校核 （510）mm （2.5）aHHs 21 14 式中 s-注射机最大开模行程（mm） ，取 120mm； a-定模板和中间板制件的分开距离（mm） ，取 36mm； -塑件推出行程（mm） ，取 4mm； 1 H -塑件高度（mm） ，其值为 4mm； 2 H 代值计算，符合要求。 （5）模架尺寸与注射机杆内间距校核 该套模具模架的外形为 200230，而注射机杆内间距为 250280，因 280250，符合要求。 注：对于上面 2、3、4、5 的内容是与后面的模具结构设计交叉进行的，但为 了行文的整体形式和内容的统一，所以先将次内容整理于此。 2.4 浇注系统设计浇注系统设计 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，普通浇注系统 一般由主浇道、分浇道、浇口和冷料穴等死部分组成。 浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺 寸、内在质量、外在质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。对浇注系统 进行设计时，一般应遵守以下几个原则： （1）了解塑料的成型性能； （2）尽量避免或减少产生熔接痕； （3）有利于型腔中气体的排除； （4）防止型芯的变形和嵌件的位移； （5）尽量采用较短的流程充满型腔。 2.4.1 主流道设计主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入 分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料 的顺利拔出。 （1）锥度 主流道带锥度是为了模具打开时使主流道位于主分型面上动、定模上各占一半， 模具打开后，不必担心会滞留在定模一侧，本设计采用 3的锥度。 （2）径向尺寸 主流道径向尺寸的小端（与喷嘴连接的一端）应大于喷嘴口孔径 0.51.0mm，如图 2.2 所示：即 d=,而=2mm 所以 d= 2+1=3mm。这样) 15 . 0( 0 d 0 d 当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。 15 凹球面半径 R 应比喷嘴球径大 12mm，即(12)=12+2=14mm，以 1 R 1 RR 保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙时熔体充入这一间隙 中，妨碍主流道凝料顺利从定模拉出。 （3）主流道应专门开设在主流道衬套上 将主流道开设在一个专用零件主流道衬套上面不直接加工在定模板上的方法较 好，因为主流道的表面粗糙度和硬度要求一般都比定模板高，可以选用较好钢材， 损坏后也容易更换。即便主流道通过两块模板时，两板的拼缝间会溢入熔体。 2.4.2 分流道的设计分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用 是改变熔体流向，是其以平稳的刘泰均衡的分配到各个型腔。设计时应尽量减少流 动过程中的热量损失和压力损失。 分流道开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其比表 面积（流道表面积与其体积之比）小，使温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模 具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。常用的分流道截面形状有圆形、梯 形、U 形、半圆形和矩形等几种形式。其中圆形截面的比表面积最小，但需要开设 在分型面的两侧，制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合。分流道截面尺寸 视塑料品种、塑件尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定。因此采用半 圆形截面形状的流道，本件由于采用流动性比较好的 ABS 材料，且长度较短，直径 取 3mm。 分型面在分型面在分型面上的布置与型腔排列有关，但应遵循两个方面原则： 一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该 模具的流道布置形式采用平衡式，布置形式如图 2.4: 16 图 2.4 流道布置形式 2.5 成型零部件的尺寸精度分析成型零部件的尺寸精度分析 塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚 度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑件变形甚至破坏；也 可能因强度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱 模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的 或大型模具型腔，更不能单凭经验来确定。除根据塑件尺寸及精度要求外，还必须 考虑下列影响塑件尺寸精度的主要因素： （1）成型零件的制造公差 Z 一般取塑件公差的 1/31/6，对小型塑件取;对大型塑件模具取 3 1 Z 。 Z 6 1 （2）成型零件的磨损量 c 成型零件的最大磨损对小型塑件模具取=；对大型塑件模具取 c 6 1 。 c 6 1 （3）收缩率 S 成型收缩率岁塑件结构与形式，如塑件厚度、有无嵌件等的影响而变化，早成 实际收缩率与计算收缩率的差异，材料批号的不同和工艺条件（如成型压力与温度 等）的波动都将引起收缩率的波动，从而造成尺寸的误差，设计时必须根据实际情 17 况选择合理的收缩率。一般收缩率取收缩范围的平均值，即 （2.6） 2 minmax SS S 把查得 ABS 的数据代入式 2.1 得： = 2 minmax SS S %55 . 0 2 %4 . 0%7 . 0 2.6 模架选择模架选择 由于零件浇口采用点浇口方式，一般将模架设计为三板式注塑模，便于浇口凝 料脱模。该零件因为横截面积较小，因此模具采用顶杆顶出机构。且是一次顶出。 设计顶杆时，顶出力作用点应在塑件承受力大的部位，尽量避免顶出力作用于塑件 的最薄部位。 用四根导柱导套组成导向部件来确保动模与定模合模时能准确对中，成型部件 由凹模和凸模组成，合模后便组成了模具的型腔，凹模和凸模分别由凹模固定板和 凸模固定板用螺钉从背部固定，以便于拆卸更换，提高整个模具的寿命。选用结构 形式为 Futoba-2P:SC，如图 2.5 所示 图 2.5 标准模架 选用尺寸为 230250 的标准模架，可符合要求。该类型模架适用于薄壁壳体 类塑料制品的成型以及脱模力、制品表面要求较高的注射成型模具。模具上所有的 螺钉尽量采用六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加 涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地 分开两块模板。 （1）定模座板（230mm250mm、厚 25mm） 18 定模板是模具与注射机连接固定的板，材料为 P20。定位圈通过 4 个 M12 的内 六角圆柱螺钉与其连接，定模座板与浇口套为 H7/n6 配合。 （2）定模板（200mm230mm、厚 20mm） 该模具型腔为分开的，一部分在定模板上。一般采用 P20，硬度为 280330HBS。 （3）动模板（200mm230mm、厚度 30mm） 模具的型芯都设计在此板上，合模后，与定模板上的零部件组成一个能填充塑 料熔体的模具型腔模具，模具型腔的形状和尺寸就决定了塑料制件的形状和尺寸。 材料为 45 钢。 （4）动模座板（230mm250mm、厚 25mm） 材料为 Q235A，其上有注射机顶杆孔。 （5）推板（120mm230mm、厚 20mm） 材料为 45 钢。用 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。 （6）推杆固定板（120mm230mm、厚 15mm） 材料为 45 钢。 上述尺寸确定之后，就可以确定标准模架，利用 EMX 添加标准零件和之前设 计好的结构，逐步完成设计。 模具整体效果图如图 2.6 所示： 图 2.6 模具整体效果图 19 2.7 模具设计流程模具设计流程 2.7.1 模具设计的一般流程模具设计的一般流程 （1）在零件和组件模式下，对原始塑料零件模型进行三维建模。 （2）创建模具模型，包括根据原始塑件，定义参照模型和模具坯料两部分工作。 （3）设定收缩率。本课题是以尺寸定义收缩率，其收缩率为1.006。 （4）定义分型面。分型面是一个可以将模其分割成几个部分的曲面。参照模型的形 状越复杂，则分型面的形状也越复杂。 （5）定义体积块，以将模具分裁成单独的元件。 （6）抽取模具体积块，以生成模具元件，如：上模型腔、下模型腔等。 （7）设计浇注系统。 （8）模拟开模，并在开模中进行干涉检测。 （9）使用“塑料顾问”功能模块执行模流分析。 （10）装配模座，并进行局部的模座设计。 （11）生成工程图。 2.7.2 抽取模具体积快抽取模具体积快 （1）上模型腔，如图 2.7： 图 2.7 上模型腔 （2）下模型芯，如图 2.8： 20 图 2.8 下模型芯 2.7.3 模拟开模模拟开模 模拟开模，如图 2.9： 图 2.9 模拟开模 21 2.7.4 拔模检测拔模检测 在设计模具前，需要对制品进行分析和检测，如拔模检测，以提前发现模具设 计过程中的错误，从而提高模具设计的效率，减少设计过程中的错误率。如图 2.10 所示，在蓝色面上出现有洋红色的区域，这表示该零件拔模时，会在洋红色区域产 生倒扣，使零件拔出时受到阻碍。这些地方都需要进行修改。 图 2.10 拔模检测 22 2.7.5 模架的确定。模架的确定。 图 2.11 模架 2.7.6 模具试模模具试模 注塑模具在装配工作完成后，需要对模具进行试模前的检查，以发现模具设计 和制造中的问题，以便即时纠正，其具体内容如下。 成型零件、浇注系统等与熔料接触的表面应光滑、平整、无坍塌、伤痕等缺陷。 模具的闭合行程，安装于机器的各配合部位尺寸、脱模尺寸、开模距、模具工件要 求等应符合设备的相关条件。模具上应有生产号和合模标志，各种接头、阀门、附 件、备件应齐全。各滑动零件的配合间隙应符合要求，起止位置定位正确，镶嵌禁 锢零件应禁锢牢靠。对于注塑腐蚀性较强的注塑模，其模具型腔的表面应镀硌和防 腐处理。模具外观部分不应当有锐角，大、中型模具应有起吊用的吊环、吊孔。互 相接触的承压零件，应有合理的承压面积和承压方式，避免直接承受挤压。模具的 稳定性良好，有足够强度，工作时应受力均衡，行动平稳。模具安装好后，必须经 过空运转检查，以便进一步发现问题，进而解决问题。将模具缓缓闭拢，合模后各 结合面应接触紧密，不得出现间隙。开模时顶出脱模机构应保证顺利脱模，以便取 出塑件及浇注系统废料。活动型芯，顶出及导向部分等运动时应滑动平稳、灵活、 动作协调可靠。检查各锁紧机构，应能可靠、稳妥地锁紧，各禁锢件不得有任何松 动现象。各气动、液压控制系统动作正确，不泄露，不产生过大振动，各阀门工作 23 正常。冷却系统的水路应畅通，不漏水，各种控制阀门控制正常。试模是为了检查 模具安装完毕后的质量好坏，是否能生产出合格产品来。其程序大致如下。试模前， 应检验所用原料是否符合要求，不合要求者应进行处理或更换。根据选顶的工艺参 数将料筒和喷嘴加热合适温度，判断温度是否合适的最好方法，是在喷嘴与模具主 流道脱开时，用较低的注射压力，使熔料自喷嘴中缓慢流出，再观察流料流出情况。 如果料流中没有气泡、硬块、银丝、变色等情况，流料光滑明亮，即说明料筒与喷 嘴温度合适，可以试模。试模时先选择低压、低温和较长时间下成型，然后按压力、 时间和温度先后顺序变化，以求得到较好的工艺参数。若注射压力小，型腔难充满， 可加大注射压力。当增压效果不明显时，再改变温度和时间，当延长时间仍不能充 满时，在提高温度。但不能升温太快、太急，以免塑料发生过热降解。在生产壁薄 而面积的塑件时，一般采用高速注射，对于壁厚而面积小的塑件，则采用低速注射。 在高速和低速注射均能充满型腔时，除了玻纤增强塑料外，均能采用低速注射。对 于黏度高，热稳定性差的塑料，采用较慢的螺杆转速和略低的背压加料和预塑较好。 对于黏度低和热稳定性好的塑料，可采用较快的螺杆转速和略高背压。在喷嘴温度 适合时，采用喷嘴固定形式可提高生产率但喷嘴温度过高或过低时，需要采用每成 型周期向后移动喷嘴的形式。试模中得到的塑件按图样进行仔细检验，如塑件合格， 即可认为模具合格。试模是为了寻找最佳的成型工艺条件，因此试模的工艺选择应 该严格遵守注塑工艺规程，按正常的生产条件试模，这样才会使模具中存在的问题 得到充分暴露，试模结果对修模才有指导作用。 24 3. 塑料顾问塑料顾问 对于新产品的试制或形状复杂、质量和精度要求较高等产品模具的开发，即使 是具有丰富经验的工艺和模具设计人员也很难保证一次就能成功地设计出来合格的 模具。在开发模具之后发现的问题总是要付出高昂的代价才能解决，而且非常恼人。 现代模具设计中，Pro/E 已作为一种经常使用的工具，Plastic Advisor （塑料顾 问）是 Pro/E 中自带的一种分析模块。利用此模块可以创建注塑填充过程的动画， 并在 Pro/E 浏览器内自动创建 Web 报告；可以访问通用塑料库，并从典型的注塑机 参数中自动进行选择；确定最佳注射位置，以减少周期时间并改进产品外观；确定 潜在的模具填充问题，比如注量不足、气孔、熔接线等，改进设计质量，并减少制 造周期时间和模具返工率 3.1 材料选用材料选用 U 盘上下盖所用的材料为 GE（USA）公司的 ABS 材料。其牌号为 Cycoloy 28818E。模具外表面温度和熔体温度都为默认值，分别为 75，275。 3.2 Gate Location (浇口位置分析浇口位置分析) 图 3.1 上盖最佳浇口 25 图 3.2 下盖最佳浇口位置 浇口位置分析，即塑件的浇口选择在哪个地区是最适合让塑流顺利并流畅地填 充塑件。红色区域是最不合适的浇口位置，蓝色区域是最合适的位置，其他颜色部 分可参照图中右侧的颜色对照来判断。如图所示，该零件的浇口应选在其中心处， 蓝色最浓重的地方。由于需要做一模四腔，为了使分型面设计容易，该零件将浇口 设在零件底面。 3.3 Plastic Fill（分析塑料流动）（分析塑料流动） 填充分析要得到一个合理的填充结果，才能保证后序的分析在实现制件填充的 基础上