毕业设计（论文）-多用角架搁板注塑模具设计及其仿真加工【全套图纸】.doc

图书分类号：密 级：毕业设计(论文)全套图纸，加153893706多用角架搁板注塑模具设计及其仿真加工THE DESIGN OF INJECTION MOULD OF MULTI-PURPOSE HORN WEAR SHELF AND SIMULATION PROCESSING2011年5月27日 摘要注射模具是模具工业的重要发展方向，也是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具 CAD/CAE/CAM 技术的应用从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了生产效率、产品品质以及企业自身的竞争力。本文根据多用角架搁板实物模型进行了模型特征重构，在此基础上基于 PRO/E软件设计出一套合理的注射模具。首先分析了多用角架搁板制件的工艺特点，包括材料性能、结构工艺性、成型特性与条件等，并选择了成型设备。然后介绍了香皂盒注射模的分型面选择、型腔数目及布置形式，重点介绍了浇注系统、成型零件、冷却系统、脱模机构的设计。然后选择模架，并对注射机的工艺参数进行了校核。在此基础上，本文讲诉了如何运用Mastercam软件对多用角架搁板凸模进行仿真加工。关键词 注射模具；PRO/E；Mastercam；仿真加工AbstractInjection molding is an important direction of development of mold industries, it also is an important indicator of the level of one countrys industry. The application of molding CAD/CAE/CAM fundamentally changed the way of traditional product development and manufacturing method, improved production efficiency, the quality of products and competitiveness of interprises.The model was reconstructed based on the real multi-purpose horn wear shelf. Appropriate injection mold was designed based on PRO/E. First, the technological characteristics of the multi-purpose horn wear shelf were analyzed, including material properties, the process of the structure, forming characteristics and conditions, and the forming equipment were selected. Then the parting line was selected, the number of cavity and layout were determined. A specific introduction was made on the gating system, the cooling system, the forming parts and the stripping institutions. Then the standard mould bases were selected, and checked the technological parameters of the forming equipment. On this basis, this paper also tells about how to use the Mastercam to complete the simulation processing of multi-purpose horn wear shelf.Keywords Injection mold PRO/E Mastercam simulation processingII毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1模具工业的地位和发展前景11.2课题内容和意义12塑件成型工艺性分析32.1塑件结构分析32.2塑件的工艺性分析32.2.1塑件材料的选择32.2.2 塑件的壁厚52.2.3 塑件的表面质量52.2.4 塑件的精度等级62.2.5 塑件的脱模斜度62.3 PP塑件的注射工艺73 分型面的选择93.1 分型面位置的确定93.2 型腔数目的确定104 注射机型号的选择114.1 体积质量的计算114.2 注射机的选择114.3 注射机相关参数的校核125 注射过程与模流分析145.1 MoldFlow分析软件简介145.2 网格划分145.3 塑件的最佳浇口位置分析155.4 塑件的流动性分析165.4.1 气穴和熔接痕165.4.2 注射位置处压力175.4.3充填时间175.4.4 锁模力185.5塑件的冷却分析185.6 MoldFlow分析总结196 浇注系统的设计206.1 浇注系统的设计原则206.2 主流道的设计和计算206.3 浇口的设计216.4校核主流道的剪切速率217注塑模具成型零件及模具体的设计227.1成型零件的结构设计227.2成型零件钢材的选用227.3成型零件工作尺寸的计算227.3.1凹模径向尺寸的计算227.3.2凹模深度尺寸的计算237.3.3凸模径向尺寸的计算237.3.4 凸模高度尺寸的计算237.4 合模导向机构的设计237.5 脱模机构的设计247.5.1脱模力的计算247.5.2塑件脱出机构257.6 模架的确定267.7模架各尺寸的校核268冷却系统及排气系统设计278.1 冷却系统的设计278.1.1 模具温度调节的必要性278.1.2 冷却系统的设计原则278.1.3 冷却水道的设计278.2排气和引气系统的设计299模具的装配与调试3110 基于Mastercam X2的仿真加工3310.1 Mastercam X2软件简介3310.2 多用角架搁板凸模加工3410.2.1 加工坯料及对刀点的确定3410.2.2规划曲面挖槽粗加工刀具路径3410.2.3 工件参数设置3510.2.4 曲面挖槽粗加工实体加工模拟3510.2.5规划分型面浅平面精加工刀具路径3610.2.6分型面浅平面精加工实体加工模拟3610.2.7规划等高外形精加工刀具路径3710.2.8 曲面等高外形精加工实体加工模拟3710.2.9 规划3圆鼻刀曲面平行精加工刀具路径3810.2.10曲面平行精加工实体加工模拟3910.2.11 规划顶面平行铣削精加工刀具路径3910.2.12 顶面平行铣削精加工平行铣削实体加工模拟4010.3生成加工NC代码40结论42致谢43参考文献44471 绪论1.1模具工业的地位和发展前景塑料注射成型所用的模具称为注射成型模，简称注射模。它是实现注射成型工艺的重要工艺装备。塑料模具为模具总量近 40，而且这个比例还在不断上升。这类模具主要是两类：一类是大型模具，一类是精密模具。大型模具主要是以汽车仪表板，保险杠和家电产品模具为代表的成型模具。精密模具是以集成电路、塑封模具为代表的成型模具。注射模具被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。很大部分工业产品依赖注射模具才得以规模生产、快速扩张，由于注射模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具工业，尤其是注射模具工业发展较快，当前全球模具工业的产值已经达到 600 亿650 亿美元，是机床工业产值的两倍，其中注射模具工业的产值已经达到 240 亿至 260 亿 。纵观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、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。21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。在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重人才的培养，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。1.2课题内容和意义本次设计的课题设计内容主要包括以下几点：1.进行多用角架搁板塑件的三维造型设计；2.从塑料品种、塑件形状、尺寸精度、表面粗糙度等方面考虑注塑成型工艺的可行性和经济性，进行塑件成型的工艺性分析；3.根据塑件的质量和模具型腔数大致确定模具的结构，初步确定注射机型号，了解注射机与模具有关的技术参数；4.考虑塑件成型位置及分型面选择，模具型腔数，型腔的排列，流道布局及浇口位置设置来进行凸、凹模零件设计；5.将模具三维模型导入CAM软件中，进行注塑成型模具三维型面的数控仿真加工；6.由模具三维结构图绘制出二维装配图，依据装配图完成模具主要零件的设计和图样绘制。本次毕业设计通过对注塑成型模具的设计，可了解常用塑料的性能、塑料制品的设计原则及方法，掌握注射模具常用结构的组成、特点及应用场合，并由此熟悉注射成型工艺及仿真加工的全过程。通过学习现代化的设计制造方法，积极开展CAD/CAM技术在注射模具设计中的推广应用, 从而提高自己进行模具设计的工作能力。2塑件成型工艺性分析2.1塑件结构分析在家居用品中，搁板的使用越来越受欢迎，各式各样的搁板既可用作厨房碗碟的收纳工具、客厅的CD架、卧房床头的书架等实用工具，还可以是一件靓丽的装饰品，倘若使用得当，搁板可以瞬间为家居增色。本设计中的多用脚架搁板能够用来放置塑料盆一类的日用品。其结构外形如下图2-1所示，其椭圆形凸台是用来使得相同的搁板竖直连接在一起，方便您装拆且为您节省空间的同时，也已成为一件靓丽的装饰品。 正面 反面 图2-1 多用角架搁板外形2.2塑件的工艺性分析2.2.1塑件材料的选择塑件的材料要在保证产品的使用性能、物理性能、力学性能、耐腐蚀性能和耐热性能的前提下，尽量选用价廉且成型性能又好的塑料。该产品用于承载物品，要求有较好的力学性能，有较大的强度和刚性，屈服强度高，弯曲疲劳寿命要高；有稳定的化学性能，对接触物（水、洗化用品）有很好的耐腐蚀性，卫生程度较高，日常使用时无毒安全，成型工艺性较好，所选的塑料流动性好，易于成型，有较高的表面光泽；市场价格尽量低，产品有较大的利润空间和市场竞争力。ABS 常用作电器外壳，机械强度较高，但是耐热性差，洗浴时的较高温度会使该材料产生较大变形。PA 化学稳定性较差，注射成型时熔融温度范围窄，热稳定性差，温度控制较复杂。PC 价格昂贵 ，成本太高，化学稳定性差，不耐碱、酮、脂等，成型工艺较复杂，常用来制造光学零件。PP价格低廉，化学稳定性好，机械强度较高，成型工艺性较好，主要用来制造日用品。通过以上分析可以看出，PP 是制造塑料置物架的最佳材料，几种常用塑料相关资料见表 2-1。 表2-1 几种常用塑料相关资料塑件品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途ABS线型结构非结晶型小于 70较好机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性较差成型性能好,成型前原料要干燥应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等聚酰胺(尼龙)线型结构结晶型小于 70(尼龙6)较好,不耐强酸和氧化剂,能溶于甲酚,苯酚,浓硫酸等抗拉强度,印度,耐磨性,自润滑性突出,吸水性强熔点高,熔融温度范围较窄,成型前原料要干燥.熔体黏度低,要防止溢料,制品易产生变形等特点耐磨零件及传动件,如齿轮,凸轮等,电气零件中的骨架外壳,阀类零件聚碳酸酯(pc)线型结构非结晶型小于130耐寒性好,脆化温度-100有一定的化学稳定性,不耐碱,酮,酯等透光率较高,介电性能好,吸水性小,力学性能好,抗冲击,抗蠕变性能突出,但耐磨性较差熔融温度高,熔体粘度大,成型前原料需干燥,粘度对温度敏感,制品要进行后处理在机械上用作齿轮,凸轮,蜗轮,滑轮等,电机电子产品零件,光学零件等聚丙烯(pp)线型结构结晶型10-120较好耐寒性差,光养作用下易降解老化,力学性能比聚乙烯好成型时收缩率大,成型性能较好,易产生变形等缺陷板,片,透明薄膜,绳,绝缘零件,汽车零件,阀门配件,日用品等PP 塑料的相关参数见表 2-2。表2-2 PP塑料相关参数性能项目试验条件测试标准测试数据数据单位基本性能熔体流动速率23,2.16kgASTM D-123830g/10min密度-ASTM D-15050.9g/cm3机械性能拉伸屈服强度50mm/minASTM D-638270Kg/ cm2弯曲模量-ASTM D-7906000Mpa 续表2-2性能项目试验条件测试标准测试数据数据单位机械性能洛氏硬度-ASTM D-785100R标尺弯曲强度-GB 934150Mpa热性能维卡软化点1kgfASTM D-1525152热变形温度4.6kg/ cm2ASTM D-6481052.2.2 塑件的壁厚塑件的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小不能满足使用强度和刚度的要求，而本产品对强度和刚度的要求较高。壁厚太大则浪费原材料，在大批量生产时造成生产成本提高，利润空间降低；注射成型时则易造成塑件内部产生气穴，外部产生凹陷；冷却时需要更长的冷却时间，增加了冷却系统设计和加工的难度。从以上诸方面考虑，应在满足使用的前提下对塑件进行最大限度的薄壁化。同一塑件的壁厚应当尽可能一致，塑件壁厚不同将导致收缩不同，最终导致变形或开裂。 PP 塑料最小壁厚及推荐壁厚见表 2-5。表 2-5 PP 塑料最小壁厚及推荐壁厚塑件材料最小壁厚小型零件推荐壁厚中型零件推荐壁厚大型零件推荐壁厚PP0.851.451.752.403.20本产品属于中型塑件，推荐壁厚为 1.75mm，但是考虑到塑件的力学要求，应使用较大壁厚，这里取壁厚为 2mm。2.2.3 塑件的表面质量塑件的表面粗糙度和外观质量决定了塑件的表面质量。一般来说，原材料的质量、成型工艺和模具表面粗糙度都会影响到塑件的表面粗糙度，尤其是以型腔壁的表面粗糙度影响最大。因此，模具的型腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素。产品的外观面应有很好的光泽度且非常光滑，对表面粗糙度要求较高，应不大于 1.60，产品的内表面与使用无关且不影响外观，对表面粗糙度无太高要求，为了降低模具制造成本 ，凸模成型表面的粗糙度设计为 3.20。PP 材料通过注射成型所能达到的表面粗糙度范围是0.101.60，满足塑料角架搁板的表面粗糙度要求。使用注射成型时几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度见表 2-3。表 2-3 使用注射成型时几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度材料Ra 参数范围/um0.0250.050.100.200.400.801.603.206.30ABS-PC-PA-PP-PE-2.2.4 塑件的精度等级影响塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化等。在一般生产过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑料使用要求的前提下将尽可能地把塑件尺寸精度设计得低一些。目前我国颁布了工程塑料模塑塑料件尺寸公差的国家标准 GB/T14486-1993。该标准将塑件分成 7 个精度等级，MT1的精度要求最高，一般不采用。见表2-4表 2-4 PP 材料模塑件公差等级材料代号模具塑料公差等级标注公差尺寸未注公差尺寸高精度一般精度PP聚丙烯MT3MT4MT6MT2MT3MT6MT2MT3MT5根据此表和塑件的设计使用要求，塑件的精度选用MT3。2.2.5 塑件的脱模斜度塑件冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于粘附作用紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时出现顶白、顶伤、划伤等，在塑件设计时应使其表面有合理的脱模斜度。脱模斜度的选择要遵循以下原则：（1）塑件精度要求高时，应采用较小的脱模斜度；（2）较高较大的塑件尺寸，应选用较小的脱模斜度；（3）形状复杂的、不易脱模的，应选用较大的脱模斜度；（4）塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度值；（5）塑件壁较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大数值。常用塑料的脱模斜度见表 2-6。由于 PP 塑料的收缩率很大，所以应选择较大的脱模斜度，选择脱模斜度为3。表 2-6 常用塑件的脱模斜度塑料名称脱模斜度型腔型芯PE PP PA25452045HPVC35403050PS ABS POM351/303040热固性塑件254020502.3 PP塑件的注射工艺PP塑件的注塑工艺参数如下表2-7表2-7 PP塑件的注塑工艺参数预烘干不需要,如贮藏条件不好,在80下烘干1小时温度喂料区温度/3050料筒/后段160180中段18002000前段200230喷嘴/220300熔料/220280模具/4080压力注射/Mpa70120保压/Mpa5060背压/Mpa520 续表2-7预烘干不需要,如贮藏条件不好,在80下烘干1小时时间注射/s15保压/s2050冷却/s2050成型周期/s40120螺杆转速/30603 分型面的选择3.1 分型面位置的确定分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面。它的合理选择是塑件能够完好成型的条件，不仅关系到塑件的脱模，而且涉及模具结构和制造成本。合理的分型面不但能满足制品各方面的性能要求，而且使模具结构简单，也会有令人满意的成本。在选择分型面的时候，应该遵循以下几个原则：（1）符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具内取出，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位；（2）分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面；（3）确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面；（4）应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块；（5）确保塑件质量，例如：将有同轴度要求的塑件部分放到分型面的同一侧等；（6）满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积大的方向放在定、动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面；（7）合理安排浇注系统，特别是浇口位置；（8）有利于模具加工。从塑件模型可以看出，将塑件周边把手的最下端侧面作为分型面。分析本产品的结构特点和使用要求，选择主分型面为塑件的上表面。见图3-1。图3-1 分型面示意图分型面设计方法有阴影曲面分型面、裙边分型面、侧面影像曲线分型面、复制曲面、延伸曲面、合并曲面等设计方法。在主分型面的设计中，采用复制塑件上表面的方法，并进行相关的编辑。具体设计过程为：（1）复制塑件上表面。（2）延伸塑件分型面边至工件表面。（3）合并曲面，使分型面为一个整体。应用Pro/e创建出的分型面见图 3-2。 正面 反面图3-2 主分型面3.2 型腔数目的确定为了使模具与注射机的生产能力相配，提高生产效率和经济性，并保证塑件的精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般遵循以下原则：（1）型腔的数目及排列形式与浇注系统、冷却系统有关。型腔的数目及排列形式的设计要考虑到后者的结构；（2）模具加工条件好，加工精度高时可以增加型腔数目，反之应减少型腔数目；（3）型腔越多，模具加工周期越长。设计时要考虑加工周期；（4）多型腔模具的可靠性及灵活性不如单型腔。但在空间利用和能耗上优于单型腔；（5）型腔的数目与塑件外形尺寸有关。一般尺寸较小的塑件采用多型腔，尺寸较大的塑件采用少型腔，甚至单型腔；（6）模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度将降低 4%。型腔数目的确定要考虑到塑件精度。多用角架搁板的外形尺寸较大，考虑到模具结构形式和模架的结构尺寸，以及制造费用和各种成本费等因素，应采用一模一腔。4 注射机型号的选择4.1 体积质量的计算通过 PRO/E 建模设计分析计算塑件的质量属性，计算结果见图 4-1。 图4-1 塑件质量属性的计算根据经验，浇注系统的凝料体积按照塑件体积的0.21倍来估算。在该设计中，采用直流道，其结构简单，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔内的塑料熔体的总体积（单个塑件的体积和浇注系统的凝料体积之和）为V总 =（1 + 0.3）V塑 = 1.3 313 .333 cm3 =407.333 cm3 式(4.1)式中 V总 表示型腔内的塑料熔体的总体积；V塑 表示塑件的体积。4.2 注射机的选择根据塑件体积估算注射机的公称注射量，计算如下： V公 = V塑 / 0.8 = 407.333 / 0.8 = 509.1 cm3 式(4.2) 式中 V公 表示注射机的公称注射量。根据以上计算，并考虑到模具尺寸和开模行程较大，初步选定公称注射量为1000 cm3 ，型号为 XS-ZY-1000 的注射机，其主要参数见表 4-1。表4-1 注塑机主要技术参数理论注塑容量/cm31000注射方式螺杆式螺杆柱塞直径/mm85注射行程/mm260注射压力/Mpa121模板最大厚度/mm700螺杆转速/(r/min)21-83模板最小厚度/mm300锁模力/KN4500电机功率/KW40模板最大行程/mm700拉杆空间/mm6505504.3 注射机相关参数的校核（1）注射压力的校核由表2-2可知，PP塑料所需的注射压力为70120MPa，该注射机的公称注射压力为121MPa，则： k 1p 0 = 1 .3 90 = 117121 MP a 式(4-3)式中 k1 表示注射压力安全系数 k1 =1.251.4，取 k1 =1.3；p0表示 PP 塑料所需的注射压力，取 p0=90Mpa。所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积A。应用PRO/E创建塑件在分型面方向上的投影面，并测量投影面积，见图 4-2。A =103502mm2 。图 4-2 塑件投影面积的计算浇注系统在分型面上的投影面积为A浇 ，即流道凝料包括浇口在分型面上的投影面积，是塑件在分型面上的投影面积A的 0.20.5 倍。由于本产品流道设计简单，无分流道，因此流道凝料投影面积可以适当取小。A浇 =0.2 A =0.2 103502 mm2 =20700.4 mm2 式（4.4）A总 = A浇 + A =20700.4 mm2 +103502 mm2 =124202.4 mm2 式（4.5）F胀 = A总 p模 =124202.4 mm2 22Mpa=2292.45KN 式（4.6）式中 F胀 表示模具型腔内的胀型力；p模 模具型腔内的压力，通常取注射压力的 20%40%，范围是 2040Mp。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值，PP 属于低等粘度、精度要求一般的塑件，因此取 22MPa 作为p的值。由表 4-1 可知注射机的公称锁模力F锁 =4500KN。锁模力安全系数k2 =1.11.2，这里取k2 =1.2， k2F胀 =1.2F胀 =1.22292.45KN=2750.94KNF锁 ，所以注射机锁模力合格。其余参数将在相关设计完成后进行校核。5 注射过程与模流分析5.1 MoldFlow分析软件简介MoldFlow公司是一家专门从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的软件和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，一直主导着塑料CAE软件市场。MPI全称为Moldflow Plastic Insight，是用于注塑模流分析的强大CAE软件，是目前公认的模流分析最佳软件，包括以下几个模块：填充保压(Flow)、冷却(Cool)、翘曲(Wrap)、纤维取向(Fiber)、结构应力(Stress)和收缩(Shrink)、气体辅助成型分析(Gas)等。运用MoldFlow软件,可以得到制品的实际最小壁厚,优化制品结构,降低材料成本,缩短生产周期,保证制品能全部充满,可以得到最佳的浇口数量与位置,合理的流道系统与冷却系统,并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少修模次数。运用MoldFlow软件也可以确定最佳的注射压力、保压压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间和冷却时间，以注塑出最佳的塑料制品。5.2 网格划分用MoldFlow软件进行分析前，首先用Pro/E将设计好的三维图转换成STL格式，然后导入MoldFlow中进行网格划分。图5-1所示为多用角架搁板导入MoldFlow后进行网格划分后的结果。图5-1 多用角架搁板网格划分结果模流分析的第一步是网格划分，网格质量的好坏会直接影响后面的诸多分析，又由于此塑件有许多散热孔，纵横比肯定会很大，所以划分网格之后要仔细的对网格进行修改。网格划分的结果将直接影响最终分析数据的准确性。本次分析采用双层面网格，经修整网格后，网格单元数为5792个，匹配率为88.6%，最大纵横比为15.256，基本符合MoldFlow分析所要求的网格质量标准。对处理后的网格统计结果再次分析，可以看出自由边、交叉边、相交单元数目均为零，最大纵横比小于20，匹配百分比大于85%，网格符合后续分析的要求。再次进行网格统计，统计结果见图5-2。图5-2处理后的网格统计结果5.3 塑件的最佳浇口位置分析浇口位置的不同，不仅影响流程长短，而且影响熔接痕的方位和熔接的强度，直接影响塑件制造质量和模具制造成本。使用MoldFlow对浇口位置进行分析，结果见图5-3。可以看出该塑件的最佳浇口位置在几何中心处。图5-3最佳浇口位置5.4 塑件的流动性分析5.4.1 气穴和熔接痕气穴的出现有可能导致短射的发生，造成填充不完全和保压不充分，形成最终制件的瑕疵，甚至可能由于气体的压缩产生热量出现焦痕，严重影响注塑产品的内部力学性能，不能保证制品的整体质量，所以应该尽量消除和改善气穴。气穴形成的原因分成两类：1) 由于熔体冷却固化时体积收缩，产生在制品厚壁或凸台、加强筋等壁厚不均匀出的气穴。2) 由于排气不良等原因，造成熔体中水分或需挥发成分被封闭在成型材料中所形成的起泡。本产品的气穴分析结果见图5-4。图中粉红色圈表示气穴，可以看出气穴存在于塑件的侧壁上且数量很少，结果理想。图5-4气穴分析熔接痕是由两股或多股熔体的流动前沿交汇在一起形成的。熔接痕会影响外观质量，一般来说，塑件的外观面应没有熔接痕或熔接痕较少。产生熔接痕的主要原因有以下几点：塑件有孔等局部结构；因壁厚变化产生竞流效应；料筒温度过低或材料粘度过大；注射压力过低；排气不畅。熔接痕不易避免，但可以采用以下措施调整和减少：调整浇口位置和尺寸，将熔接痕转移到非外观面；在一定范围内提高熔体和模具温度，使熔体前沿融合时不产生熔接痕。本产品的熔接痕分析结果见图5-5。可以看出熔接痕出现在椭圆孔的周围和侧壁上。其中孔周围的熔接痕不可避免，侧壁上的熔接痕不在主外观面上，不影响外观，总体结果良好。图5-5熔接痕分析5.4.2 注射位置处压力如图5-6所示为制品进料口位置的压力在填充、保压、冷却一系列过程中的变化图，可以看出最大注射压力为46MPa，小于注塑机的注射压力，所以选用的注塑机满足设计要求。随后压力迅速降到37MPa，为保压压力，一直持续12s左右，12s以后，压力下降为0。图5-6 注射位置处压力XY图5.4.3充填时间塑件填充时间的分析结果见图5-7，可以看出，塑件完全填充，填充时间为1.725s，时间较短，左右两侧对称填充，填充效果良好。图5-7填充时间分析5.4.4 锁模力锁模力的分析结果见图5-8，可以看出，速度压力转换后的最大压力小于270t即2700KN，小于注射机对应的最大锁模力4500KN。这里根据模流分析结果数据对注射机进行了再次校核，校核合格，符合生产要求。图5-8锁模力5.5塑件的冷却分析冷却分析的目的是通过模拟模具内热量传递的情况，优化管道的设置或检验既成设计，提高产品成型的质量。冷却系统性能的高低决定了冷却的效果和产品最终的质量。影响冷却系统性能的主要因素有塑料熔体与模具间的热传导速率和模具与冷却剂间的传导速率。冷却系统的性能决定于冷却管道的设置和冷却时间的长短。冷却系统的设计和分析结果见图5-9。可以看出，冷却液进口温度为26.85，出口温度为28.70。 图5-9冷却分析5.6 MoldFlow分析总结应用MoldFlow软件对最佳浇口位置、流动性以及冷却进行分析，发现浇口位置选择正确；气穴存在于塑件的侧壁上且数量很少，结果理想;熔接痕出现在椭圆孔的周围和侧壁上,其中孔周围的熔接痕不可避免，侧壁上的熔接痕不在主外观面上，不影响外观，总体结果良好；看出最大注射压力为46MPa，小于注塑机的注射压力，所以选用的注塑机满足设计要求;塑件完全填充，填充时间为1.725s，时间较短，左右两侧对称填充，填充效果良好；速度压力转换后的最大压力小于270t即2700KN，小于注射机对应的最大锁模力4500KN。然而冷却液进口温度为26.85，出口温度为28.70，温差为1.85，说明冷却系统的冷却能力有待提高，可以采取适当增加冷却水道的方法来解决这一问题。6 浇注系统的设计6.1 浇注系统的设计原则浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴到型腔的通道，关系到成型的质量。浇注系统应当能把注射机的压力充分、平稳、均匀地传递到型腔的各个部分，这样才能获得较高的表面质量。浇注系统的设计原则为：（1）能顺利地使熔融塑料充满型腔，可以顺利排气，防止涡流产生；（2）尽量缩短流程，少折弯，从而减小压力损失；（3）浇口凝料应易去除；（4）一模多腔时，应使各个型腔同步浇注，保证各个塑件一致；（5）浇注系统的断面和长度应尽量取小值，减小凝料体积；（6）浇注系统开设两个及以上浇口时，应当防止浇注系统的不均匀收缩导致的塑件翘曲变形。6.2 主流道的设计和计算主流道是塑料熔融体进人模具型腔时最先经过的部位，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导人分流道或型腔其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。另外，由于浇口套与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。（1）主流道的计算1) 主流道的尺寸：在Pro/E创建的模架上通过测量可得主流道的长度L=113mm。2) 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（7.5+0.5）mm=8mm。3) 主流道大端直径： 式（6.1）式中。4) 主流道球面半径： SR0=注射机喷嘴球头半径+(12)mm=（18+2）mm=20mm 式（6.2）5) 球面的配合高度：h=3mm。（2）主流道的凝料体积 式（6.3）（3）主流道的当量半径 式（6.4）（4）主流道浇口套的形式：主流道浇口套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求严格，所以设计中采T8A，热处理淬火表面硬度为5055HRC。并且主流道球面需进行硬化处理。6.3 浇口的设计浇口是连接流道和型腔的进料通道。浇口的作用是：塑料熔体通过浇口时剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；注射完毕后，塑料熔体会在浇口处凝固，防止熔体倒流；开模时使塑件和凝料易分离。浇口的形式和浇口位置对塑件的质量影响很大。最佳浇口位置已在第五章模流分析中论述过，在此不再分析。浇口分为直接浇口、侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、耳形浇口等 。其中，点浇口适用于壳、盒类塑件，应用非常广泛。考虑到本设计零件高度小，采用大水口浇注对零件表面质量影响不大，且模架设计变得简单，故采用大水口浇注。6.4校核主流道的剪切速率主流道体积流量： 式（6.5）剪切速率： 式（6.6）该主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间，所以，主流道的剪切速率合格。7注塑模具成型零件及模具体的设计7.1成型零件的结构设计(1) 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计采用嵌入式凹模。(2) 凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析，选用嵌入式凸模。7.2成型零件钢材的选用成型零件材料选用的要求如下：1) 材料高度纯洁；2) 良好的冷、热加工性能；3) 抛光性能优良；4) 淬透性高；5) 耐磨性和抗疲劳性能好；6) 具有耐腐蚀性和一定的耐热性；7) 在这里采用广泛用于制造塑料和压铸模型腔的45钢，45钢调质处理后有较好的综合力学性能。7.3成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。前一种计算方法简便，但不适用于精密塑件的模具设计；后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。因为本设计的塑件精度要求只需一般精度等级就能满足要求，所以采用平均值法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。7.3.1凹模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差；，相应的塑件制造公差； 式(7-1) 式(7-2)式中 LM1 表示凹模对应于ls1的径向尺寸；LM2 表示凹模对应于ls2 的径向尺寸；x1x2表示系数,随塑件精度和尺寸变化，这里取 0.7；Scp 表示塑件的平均收缩率,PP 的收缩率为 1%3%,平均收缩率为 2%；是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型零件取7.3.2凹模深度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式(7-3)式中 x 数，随塑件精度和尺寸变化，一般在 0.5-0.7 之间,这里取0.6。7.3.3凸模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差； 式(7-4)式中 lM1表示凹模对应于ls1的径向尺寸；x1表示系数,随塑件精度和尺寸变化，这里取 0.7；Scp表示塑件的平均收缩率,PP 的收缩率为1%3%,平均收缩率为 2%；是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型零件取7.3.4 凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式(7-5)式中 x 表示系数，随塑件精度和尺寸变化，一般在 0.50.7 之间,这里取 0.6。7.4 合模导向机构的设计每套塑料模具都要设有导向机构,在模具工作时,导向机构可以维持动模与定模的正确合模,合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导定模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏，并能承受一定的侧向力。对于三板模式结构模具，导柱可以承受卸料板和定模型腔板的重载作用。对于大型模具的脱模机构，或者脱模机构中有细长推杆时，需要导向机构来维持机构运动的平稳。导向机构有两类：导柱导向机构、面和合模销精定位装置。本设计采用的是导柱导向机构。导柱主要有两种结构形式，一种是带头直通式导柱，另一种是有肩导柱，本设计选择直通式导柱。导套可分为直导套、带头导套。导向孔通常需要打通，使导柱进入时气体逸出，不产生反向压力，本设计选择的导套为带头导套。导柱导套间经常有相对滑动，采用间隙配合（常用H7/f7或H8/f8）；导柱导套与模板间无相对滑动但是要准确定位，采用过渡配合（常用H7/k6或H7/m6），形式和配合见图7-1。图7-1导柱导套的形式和配合7.5 脱模机构的设计从模具中推出塑件和浇注系统凝料的机构称为脱模机构，也称为推出机构或顶出机构。脱模机构设计时要遵循以下原则：（1） 脱模机构通常设置在模具的动模一侧，因为脱模机构的动力来自于注射机的推出机构，这样动力可以直接传递到脱模机构。（2） 脱模机构应保证塑件在推出过程中不产生变形或顶白，顶杆的布置要正确。（3） 推出位置应尽可能选在塑件的非外观面或表面质量要求较低的面，保证推出痕迹不影响外观。（4） 脱模机构的行程要合适，不能过大或过小。（5） 脱模机构在模具闭合时应能正确复位。7.5.1脱模力的计算多用角架搁板的脱模力塑件内壁长宽尺寸与壁厚之比，所以此塑件为薄壁矩形塑件。脱模时所需的脱模力： 式(7.6)式中 E 表示弹性模量,E=1500MPa；L 表示被包型芯的长度；S 表示塑料成型的平均收缩率,S=0.02； 表示脱模斜度,=； 表示塑料的泊松比,=0.32；F 表示塑料与钢材之间的摩擦系数， f =0.5；A 表示塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，底部有通孔时为零；K 表示由 f 和决定的无因次数， K1=f sinc