基于PROE的调料勺注射模具设计毕业论文.doc

基于PRO/E的调料勺注射模具设计毕业论文目 录1绪论11.1我国塑料模具的工业发展现状11.2模具设计软件的区别比较11.3选题意义21.4本次设计项目概述31.4.1设计的主要内容31.4.2 调料勺注射模具设计的主要技术指标31.5本章小结32塑件工艺分析42.1市场调查并拟订调本料勺造型方案42.2调料勺的材料选用52.2.1 PS材料的物料性能52.2.2 PS材料的成型性能52.2.3 PS材料成形工艺的确定52.3调料勺的结构特征分析62.4调料勺的注塑成型工艺性分析62.5 用塑料顾问对塑件进行塑性分析82.5.1塑料顾问功能简介82.5.2对调料勺进行塑性分析82.5.3塑性分析结论102.6本章小结123模具结构形式的设计133.1模具结构形式的拟订133.2分型面位置的确定133.3型腔数量及排列方式的确定143.4注射机的选择及相关参数的校核143.4.1注射机的型号的选择143.4.2注射机有关工艺参数的校核163.5浇注系统的设计173.5.1主流道的设计173.5.2 分流道的设计183.5.3浇口的设计193.6模具成型零件的设计193.6.1成形零件具备的性能193.6.2成形零件的结构选择203.6.3成形零件的材料选用203.6.4成形零件的工作尺寸设计203.6.5型腔厚度的确定213.7合模导向机构的设计213.8脱模机构的设计223.9冷却系统的设计233.10排气系统的设计243.11模架的确定243.11.1模架类型的选择243.11.2模架尺寸的确定243.12本章小结254模具校核264.1模具装模部分相关尺寸的校核264.2模具强度及刚度的校核274.3本掌小结275应用PRO/E软件进行模具三维实体设计285.1模具成型零件的设计生成295.1.1 新建模具模型文件295.1.2建立模具装配模型295.1.3创建分型面315.1.4创建体积块325.1.5创建模具元件325.2建立浇注系统335.3创建水道345.4铸模并定义开模355.5本章小结366用EMX4.1模架专家系统进行模具架构设计376.1 EMX模架系统简介376.2在EMX中创建模架系统376.2.1定义新项目376.2.2选择组件376.2.3选择模板的尺寸386.2.4选择型腔嵌件类型396.2.5修改导柱和导套参数406.2.6修改螺钉参数416.2.7添加定位环416.2.8修改后销参数426.2.9添加浇口衬套426.2.10导入模具模型436.2.11加载模仁完成模具初步装配436.3创建顶杆436.4定义螺钉446.5 EMX再生模具工程图和总体装配图466.6本章小结477本文总结48参考文献49附 录50致 谢52III装订线襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸1绪论1.1我国塑料模具的工业发展现状塑料工业是世界上增长最快的工业之一，自从1909年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起，塑料工业已有90余年的历史。我国的塑料工业发展很快，特别是近20年，产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料也已投入批量生产。如今，我国塑料工业已形成相当规模的完整体系，它包括塑料的生产，成型加工，塑料机械设备，模具加工以及科研、人才培养等。塑料工业国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度，近20年来，我国模具工业发展迅速，年均增速达13%，1999年我国模具工业产值为245亿，其中塑料模约占30%， 近几年塑料模在模具总量中的比例还在逐步提高。模具水平也有较大的提高，在大型模具、精密塑料模具等方面都有显著提高，模具精度已达2-3m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10-30万次，淬火钢模达50-1000万次，但和国外相比仍有较大差距21。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也有较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道模具开始推广。制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新的台阶。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求量愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件的质量要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展。1.2模具设计软件的区别比较随着模具行业的迅猛发展，涌现出了大量计算机辅助软件。目前我国应用于模具设计的常用软件有UG、PRO/E、CAD、EMX等等还有几个日本软件。CAD一般的公司都在用，但是它设计模具消耗时间长，而且模具图不能用3D表示，必须要有能看懂工程图功底的人才能看懂设计图纸。使用UG和PRO/E这两个软件的模具制造企业面很广。UG主要集中在江浙一带。PRO/E主要集中在珠三角一带。从产品加工方面考虑，用UG设计的产品自动生成的数控代码加工要稳定些。从产品的设计过程来说，PRO/E能快设计出来，目前国内用PRO/E的人要多于UG，而专家系统EMX主要是对标准零件进行调入，因为都是标准件，后期加工比较简单。创始于日本UNISYS公司的CADCEUS模具设计软件，最大的优点是操作方便，快捷，其储存着当今日本数家公司有名的模具标准部品，同时该软件也结合了几十年模具设计的总结经验，是一套综合、独特、先进的3D设计软件，目前日本国内公司应用较多。本课题选用的设计软件是PRO/E，它是目前三维建模软件的领头羊。该软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。PRO/ENGINEE不仅提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境，同时在建模方面是强项，唯一不足的地方是在模具设计方面和加工方面要显得差一些，必须借助外挂程序2。尽管如此，目前在中国市场的占有率还是处于领先地位，且在产品开发、结构设计上运用最广泛。1.3选题意义本毕业设计课题来自人们日常生活中的厨房用品调料勺。传统的调料勺子材料大多采用陶瓷或者各种钢，陶瓷烧制时间长，体积和重量大，且易碎，碎后产生各种锋利的边缘，给用户带来诸多不便。钢质调料勺重量大，成本高，工艺复杂且边缘的光整也不易保证，很难形成规模化生产。目前市场上的陶瓷类餐具受年轻用户青睐的一个重要的原因就是这些餐具大多很靓丽，上面常常印有色彩鲜艳的美丽图案，然而这些美丽的外表下面却隐藏着许多危害健康的因素。不久前，国家质量技术监督局公布了国内陶瓷餐饮用具的抽查结果，合格率仅为54%左右，其中铅和镉元素的溶出量过高。据有关专家介绍，餐具中如铅镉超标，当盛放温热或含有植物酸的食物时，游离的铅镉就很容易与食物结合，经常使用这样的餐具易引起铅镉重金属中毒。因此，专家提醒，选择陶瓷餐具要注重产品的质量，这其中当然包括调料勺子22。塑料克服了以上缺点，质量轻，各种外表问题容易控制，原料便宜，且加工工艺成熟，效率高，且可以在保证安全的前提下使外表颜色各异，靓丽鲜艳，便于大量生产。目前市场上的塑料勺子种类很多，但大都加工粗糙，质量一般，且专门为调料用具设计的勺子种类不多，市场潜力巨大，所以通过严格控制选材和质量，做出卫生、美观高质量的调料勺，意义很大。因此提出本课题。通过完成该毕业课题，可以系统地学习塑料的性能与用途，掌握调料勺的工艺性及设计方法。同时基于PRO/E设计软件的三维实体建摸及其模具设计，可以了解模具设计的相关知识和基本方法，掌握相关技能，培养创新能力，为所学知识作进一步的回顾总结。1.4本次设计项目概述1.4.1设计的主要内容(1)根据任务书所提供的调料勺，了解它的用途，分析拟订其工艺性、尺寸精度等技术要求。(2)确定零件成型方法拟订成型方案。(3)选择零件成型设备，根据成型设备的种类来进行模具模架的选择，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。(4)确定模具的总体结构,设计整套模具,考虑模具安装与加工精度。1.4.2 调料勺注射模具设计的主要技术指标(1)调料勺具有一定的外表面质量要求, 要求表面光滑，无明显的熔接线痕迹不能有飞边。(2)产品无明显的缩孔、凹陷及烧焦现象。 (3)产品要求变形较小。(4)模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm。1.5本章小结本章重点讲述了国内现阶段模具行业的发展状况，以及目前模具设计行业所使用的设计软件，然后结合本课题所使用的设计软件阐述选题意义并提出设计项目的主要内容和技术指标。为后续设计工作定好了基本方向。2塑件工艺分析2.1市场调查并拟订调本料勺造型方案经过前期广泛深入的市场调查和资料收集，提出如下几种方案：(1)普通的直柄勺子，前端容器部分大致成椭圆形外表；如图1、图2所示。图2 图1 (2)双耳汤匙，柄的末端加一圆形部位，方便手持；如图3、图4所示。图4 图3(3)直柄，但前端的容器部分和手柄成一定的角度，方便手持。如图5、图6示。 图6图5目前市场上第一种形式的还是占很大比率，只是颜色、材料、轮廓和尺寸等方面有所不同，属传统型结构；第二种形式目前市场上也可以见到，它的创新之处在于末端加上了方便手持的圆柄部分，并且圆柄部分还可以进行形式各异的装饰和个性化的设计；第三种形式主要的创新之处在于打破手柄和前端部分在同一直线上的传统固定化结构设计，使前端与手柄成一定的角度，方便手持，符合人体工学。通过总体结构和功能方面的比较和考虑，本设计采用圆弧形手柄，与前端光滑连接，具体可见产品三维图。2.2调料勺的材料选用通过资料检索和市场调查，调料勺的塑件材料初步考虑选用：PS(聚苯乙烯)2.2.1 PS材料的物料性能英文名称：Polystyrene，密度约为1.05 /克立方厘米，成型收缩率为0.6-0.8%，其流动性良好，成型温度范围宽约为170-250。电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性耐水性，化学稳定性良好。强度一般，但质脆。2.2.2 PS材料的成型性能(1)属无定形料，吸湿小，不须充分干燥，不易分解，但热膨胀系数大，易产生内应力。流动性较好，可用螺杆或柱塞式注射机成型；(2)宜用高料温，高模温，低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形；(3)可用各种形式浇口，浇口与塑件圆弧连接，以免去除浇口时损坏塑件。脱模斜度大，顶出均匀。塑件壁厚均匀，最好不带镶件，如有镶件应预热。2.2.3 PS材料成形工艺的确定查相关资料5，PS成型工艺参数可作如下选择，成型时可根据具体情况做相关调整。具体参数如下：预热和干燥：温度6075C；时间2h料筒温度：中后段温度140160C 、前段温度为170190C模具温度：3265C注射压力：60110MPa成型时间：注射时间1545s、保压时间03s、冷却时间1560s、总周期40120s2.3调料勺的结构特征分析调料勺的二维零件图如图7所示。图7 调料勺的零件图图8 调料勺的的三维实体模型调料勺的三维实体模型如图8所示。从零件图上分析，调料勺总体上成一定圆弧状，零件结构比较简单。零件重要尺寸如前端半径13.3mm，深度尺寸7mm，长度尺寸28mm，这些尺寸的公差要求一般，只要大致保证形状精度即可，在对应的模具相关零件的尺寸加工中很容易得以保证。2.4调料勺的注塑成型工艺性分析在PRO/E Wildfire 3.0中打开文件，进行调料勺的注塑成型工艺性分析。- 51 -(1) 模型的质量属性由于调料勺的材料为PS，其密度在1.051.065之间，在“密度”的文本框输入1.05e，单击或按回车键，完成模型质量属性的计算。从PRO/E软件中的分析功能中，可以查询到该制品的重量为，体积约为,如图9所示。(2) 厚度分析塑料制品的壁厚对塑件成型质量的影响很大。壁厚过小成型流动阻力大，复杂制品难以充满型腔。塑料制品壁厚的最小尺寸应满足以下几方面的要求：具有足够的强度和刚度；脱模时能经受脱模机构的冲击与振动；装配时能承受紧固力。本调料勺前端壁厚约为1mm，勺柄壁厚为0.9mm，为了避免注射成型时塑件翘曲变形在勺柄部增设加强筋，加强筋的高度为0.2mm。热塑性制品一般都规定有最小壁厚值，查相关手册3，材料为PS的制品其最小壁厚为0.75mm。作为小型塑件，很显然本调料勺壁厚满足最小厚度条件。利用PRO/E Wildfire 3.0 的模型分析功能来对制件厚度均匀进行检测。此时系统会自动完成计算，并显示出结果如图10所示。图10调料勺厚度检测图图9 调料勺质量属性图(3) 模具拔模分析塑件在模塑成型过程中，塑料从熔融状态转为固体状态，将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧地包在模具型芯和型腔中凸起的部分上。为此需要考虑内外壁有足够的拔模斜度。塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质、收缩率、摩擦因素、塑件的壁厚和几何形状有关，由PS材料的性能确定其成型收缩率为0.6-0.8%，故设置塑件收缩率为0.006。在设计时，可以参考手册3资料来确定塑件的脱模斜度，由塑件的材料为选择依据，PS塑料的脱模斜度为52，本设计选择的拔模斜度为1。为了检测塑件的拔模斜度是否符合要求，PTC公司的产品PRO/E Wildfire提供的完善的拔模检测方法，用其提供的分析功能完成本调料勺拔模斜度的检测结果如图11所示。图11调料勺拔模斜度检测图从图上可以看出，塑料的曲面呈现蓝色，如果出现黄色，说明塑件中存在未拔模的情况，应该对塑件作相应的修改，除非塑件有特殊的要求，否则应该直到看不到黄色为止。显然，塑件的设计完全符合开始设定的拔模斜度要求。2.5 用塑料顾问对塑件进行塑性分析2.5.1塑料顾问功能简介塑料顾问是PRO/ENGINEER中的一个CAE(计算机辅助分析)程序, 它可以对塑件的工艺参数、塑料的型号和注射位置进行设定,同时能模拟塑料填充过程，可以直观看到塑件温度和压力分布、熔接痕和气泡的位置等。从而避免了塑件出现翘曲、过填充、溢料、应力集中等不良问题4。为确保塑件的质量，优化模具设计方案提供了充足的保证。2.5.2对调料勺进行塑性分析进入PRO/ENGINEER系统，打开要分析的调料勺塑件图文件，选择“应用程序”下的Plastics Advisor，进入程序界面后先选取塑料材料，然后进行浇口位置分析(Gate location Analysis)和模流分析(Plastic Flow Analysis)，可以看到填充质量(Confidence of fill)、温度分布(Flow front drop)、填充时间(Fill time)、注射压力(Injection pressure)、冷却温度(Cooling quality)、产品质量预测(Quality prediction)等分析结果。继续运行冷却分析(Cooling Quality Analysis)与缩痕分析(Sink Mark Analysis)，可以解决更多的问题。具体塑性分析结果如下所示：图13 填充可行分析结果图12 最佳浇口位置分析结果 图15 波前温度分析结果图14 填充时间分析结果图17 压降分析结果图16 注射压力分析结果图19 冷却时间变化分析结果图18 表面温度变化分析结果图21 缩痕预分析结果图20 冷却质量分析结果图23 产品质量预测结果图22 缩痕着色分析结果 图24 塑料流动分析结果图25 模型窗口分析结果2.5.3塑性分析结论(1) 浇口位置分析从图12中可以看出，蓝色区域代表浇口的最佳位置，然后按照从优到劣的顺序排列依次是：绿色、黄色、红色。很明显本设计实际的浇口位置处于模流分析中最佳浇口的位置范畴。由于考虑去除浇口容易，且不留明显痕迹，故将浇口位置设置在勺柄侧面，这样也有利于保证塑件外型美观，同时使型腔内部塑料的流动状态最佳，而获得恰当的冲模效果和最大的制品强度。(2) 塑件填充可行性分析从图13中可以看出，填充的效果是比较好的，基本是绿色通道。检验填充可行性的重要指标分别是：波前温度、注射压力和压降。反复调整好这些参数，可以生产出质量上乘、外观漂亮的产品。(3) 填充时间分析填充时间即为塑料填满到模具各处的时间，如图14可知中心的红色区域是最先填满的，而外围的蓝色是最后填满的。勺子大头两端不易迅速的充满，注塑时可适当对塑料填充的速度进行调整。(4) 波前温度分析波前温度低会导致中等甚至下等的可填充性，高则会使塑料物质退化或表面出现瑕疵，从图15中可以看出，本分析结果中波前温度始终控制在一个中间的可行数据之内，比较理想。(5) 注射压力和压降分析注射压力一般与压降参数一起分析考虑，根据零件不同的结构，压降可能有所不同，实际的注射压力也要作相应调整，所以要统筹兼顾，防止由于部分区域的高注射压力造成塑件过保压。如图16和17中所示,每一种颜色都代表不同的压力，可以根据右边对应的压力颜色查出塑件每个部位的压力，再根据压力来选择压力机，这样压力机的大小吨位容易把握。这也防止了因压力机选择太小使零件溢边或选择太大造成塑料资源浪费的情况出现。 (6) 冷却质量分析要结合图20中表面温度变化和图21中冷却时间变化的分析结果来分析冷却质量，从图18中可知，只有在调料勺两大头端颜色向红色变化，表明该区域要冷却。从图19中可知，塑件显示颜色基本上为蓝色。说明冷却时间较短而且相对均衡。冷却质量分析结果较为理想，具体可见图20。(7) 缩痕分析和质量预测结合图21中缩痕预分析和图22中缩痕着色分析可知，塑件表面没有明显的凹陷和较大的缩痕。图23中产品质量预测结果图即为塑件填充完后的效果图，很显然充模效果良好，满足塑件成型要求。(8) 确定塑件成型参数由塑料分析结果图24表明，零件很容易填充，但零件质量不易保证，故需要不断调整塑件的成型参数。综合以上分析，可以看出，该制件结构设计较为合理，壁厚均匀，选用的材料成型工艺性较好，可以进行注射工艺操作。2.6本章小结本章重点内容是要确定调料勺的结构造型参数和成型工艺参数。经过前期深入的市场调查和分析，最终确定了调料勺造型方案。然后利用PRO/E设计软件绘制出调料勺三维造型图并围绕造型图对塑件进行详细的成型工艺参数分析。尤其是利用塑料顾问（Plastics Advisor）对调料勺进行了具体的模流分析，根据所设定的成型参数，塑件成型效果达到预期的要求。3模具结构形式的设计3.1模具结构形式的拟订(1) 从调料勺塑件结构分析本调料勺塑件总体上成一定圆弧状，无侧向孔或凸缘，零件结构简单。故模具设计时无须斜滑块或者斜导柱，设置上下分型即可。 (2) 从调料勺塑件尺寸精度分析调料勺塑件的重要尺寸公差要求一般，只要大致保证形状精度即可，使得在对应的模具相关零件的尺寸加工中很容易得以保证。因此本模具精度一般，可采用二板脱模机构，能保证塑件有良好的外观质量。3.2分型面位置的确定分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、嵌件位置及其形状、塑件在模具中的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排气、模具制造及其成型设备结构等因素的影响24。因此，在选择分型面时，应反复比较与分析，选取一个较为合理的方案。分型面的选择原则如下：应选择在塑件外型的最大轮廓处；有利于塑件的脱模；要保证塑件的精度要求；有利于防止溢料和考虑飞边在塑件上的部位；分型面作为主要的排气渠道，应将分型面设计在熔融塑料的流动末端，以利于模具型腔内气体的排出；选择分型面时应使模具零件易于加工；考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响；应有利于型腔加工和脱模方便。图26 PRO/E生成的分型面根据以上设计原则，本设计中由于塑料勺子表面质量要求不是很高，要求表面光滑，无飞边和明显的熔接线痕，通过PRO/E软件的处理可得到分型面如图26所示。此分型面可相对降低模具的复杂程度，易于模具加工，且方便塑件脱模。3.3型腔数量及排列方式的确定由于塑件精度要求不高，并且尺寸较小，形状简单。所以初步定为一模两腔的布置，采用平衡式排列，以同时保证两型腔能平衡进料23。通过PRO/E可知其型腔排列方式示意图如27所示。图27 PRO/E生成的型腔排列方式示意图3.4注射机的选择及相关参数的校核3.4.1注射机的型号的选择（1）塑件质量、体积的计算在PRO/ENGINEER Wildfire 3.0中利用分析功能查得的调料勺质量属性图可知其质量和体积参数分别为：，。（2）浇注系统凝料体积的初步估算可按塑件体积的0.6倍来估算，因为从上述分析中确定为一模两腔，所以塑件成型所需注射量为。结合生产实际，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%，所以注射机的最大注射量为。（3）锁模力的计算模具设计时应使注射机的额定锁模力大于胀模力，即；其中为注射机额定锁模力（N）；为塑料熔体在型腔内的平均压（MPa）；为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm）。因为是一模两腔，根据多腔模的统计分析，是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2-0.5倍因此可用0.4来进行估算，其中面积由PRO/E分析约为1297.18mm，所以制品的投影面积估算为：。型腔平均压力通常为2040MPa。因为所用材料为PS，粘度高，精度高，压力损失大，根据查表应选择25MPa，所以锁模力为：（4）最大注射压力的计算注射机注入的塑料熔体流经喷嘴、流道、浇口和型腔，将产生压力损耗，一般型腔内平均压力仅为注射压力的1/41/2。所以=50100MPa。根据PS材料的特性，成型时的注射压力为60110MPa，所以最大注射压力50MPaP110MPa。（5）选择注射机综上所述，塑件注射量和锁模力拟选用XS-Z-60型卧式注射机，其主要参数如表3.1所示。表3.1 XS-Z-60型卧式注射机主要技术参数技术参数名称具体数值锁模力/KN500注射容量/ cm60注射压力/ MP122移模行程/mm180螺杆直径/mm38最大模具厚度/mm200喷嘴球半径/mmSR12注射速率/（g/s）165注射方式柱塞式推出形式中心推出定位圈孔径/mm55螺杆转速/（r/min）10390最小模具厚度/mm70拉杆内间距/mm1903003.4.2注射机有关工艺参数的校核（1）按注射机的最大注射量校核型腔数量 3-1式中 K注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.75；n型腔数量，取n为2；注射机允许的最大注射量，该注射机为60cm；单个塑件的质量和体积(g或cm)，取cm；浇注系统所需塑料质量和体积(g或cm)，取cm。以上根据所计算得出的结果上式右边=32.62，所以符合要求。（2）注射机工艺参数的校核1)注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的额定压力能否满足塑件成型时所需要的注射力，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因数所决定，在生产实践中其值一般为50MPa100MPa。由式3-2得： 3-2式中 为注射压力安全系数，一般取=1.251.4。则=1.380=104MPa，而=122MPa，所以注射压力校核合格。2) 锁模力的校核注射时塑料熔体进入型腔内仍然存在较大压力。为了平衡塑料熔体的压力，锁紧模具保证塑件的质量，注射机必须提供足够的锁模力。它同注射量一样，也反映了注射机的加工能力，是一个重要的参数。为使注射时不发生溢料和涨模现象，满足下式： 3-3式中 A制品的投影面积为3632.104mm2； 锁模力安全系数，一般取1.1-1.2；PS的型腔平均压力为25MPa。计算得出F1.23632.10425=108.963KN,而F=500KN，所以锁模力校核合格。3.5浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。设计浇注系统时应注意以下原则：适应塑料的成型工艺特性、利于型腔内气体的排出、尽量减少塑料熔体的热量及压力损失、避免熔融塑料直冲细小型芯或嵌件、便于修整和不影响塑件的外观质量、防止塑件翘曲变形、便于减少塑料耗量和减少模具尺寸25。3.5.1主流道的设计主流道是熔融塑料进入模具型腔时最先经过的部位，其截面尺寸直接影响塑料的流动速度和填充时间，如果主流道截面尺寸太小，则塑料在流动时的冷却面积相对增加，热量损失大，使熔体粘度增大，流动性降低，注射压力损失也相应增大，造成成型困难。反之，如果主流道截面尺寸太大，则使流道的容积增大，塑料耗量增多，且塑件冷却定型的时间延长，降低了生产效率。 （1）主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道最小端尺寸为：d=注射机喷嘴尺寸+(0.51)=4+1=5mm 主流道球面半径为：SR=喷嘴球面半径+(12)=12+1=13mm主流道锥角一般在24范围内取，选取为3。（2）主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴吩咐接触，属易损件，对材料较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式(俗称浇口套)，材料选用T10A钢，热处理淬火后硬度为52HRC57HRC，如图28所示。图28 主流道衬套3.5.2 分流道的设计分流道是介于主流道和浇口之间的一段通道,它是熔融塑料由主流道流入型腔的过渡通道,能使塑料的流向得到平稳的转换。（1）分流道的布置形式分流道分流道布置形式应满足塑料良好的压力传递和保持理想的填充状态，并在流道过程中压力损失尽可能小，最终将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。本课题采用平衡式流道，如图29所示。图29 分流道的结构（2）分流道的长度查设计手册，得分流道长度一般在830mm之间，PS的最小分流道圆形直径为3.2mm，本设计中选择分流道直径为3.6mm，长度为25mm。（3）分流道的形状及尺寸为了方便于机械加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上定模一侧，截面形状采用加工工艺比较好的梯形截面。梯形截面对塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，采用经验公式来确定截面尺寸。梯形的侧面斜角常取510，取5。梯形流道拐角半径r=13mm，取1mm。分流道截面如图30所示。图30 分流道截面3.5.3浇口的设计（1）浇口的类型及位置的确定对于本调料勺而言，浇注系统属于常规类型。由于该塑件的尺寸小，填充时间相对较短，故浇口应采用标准浇口。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，且对各种塑料的成型适应性较强。由于浇口截面小，去除浇口较容易，且不留明显痕迹。浇口位置选取勺柄侧面，以保证分流道设计美观同时使型腔内部塑料的流动状态最佳，而获得恰当的冲模效果和最大的制品强度。（2）浇口结构尺寸的经验计算本设计中选择侧浇口,截面为梯形,其深度h由下式计算： 3-4式中 h侧进料口之深（mm）； t塑件在进料口位置处的壁厚（mm），取t=1； n系数，依塑料种类而异，PS取0.6。计算得：h=0.61=0.6（mm）宽度（指梯形大口宽度）由下式计算： 3-5式中 W侧进料口之宽（mm）；A型腔一侧的表面积（等于t）（）；n同上系数。计算得 W0.6（mm），小口宽度可相应初步选择为0.5mm。3.6模具成型零件的设计3.6.1成形零件具备的性能由于成形零件的质量直接影响到塑件的质量，且与高温高压的塑料熔体接触，所以必须具备以下性能：(1)具有足够的强度和刚度，以承受塑料熔体的高温和高压。(2)具有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的磨擦和磨损。(3)具有良好的抛光性能和耐腐蚀性能。(4)零件的加工性能好，可淬性良好，热处理变形小。(5)成形部位须有足够的位置精度和尺寸精度。3.6.2成形零件的结构选择型腔结构形式有：整体式、整体嵌入式、镶嵌式、四壁拼合式、拼块式。型芯结构有：整体式、镶嵌式和组合式。由于采用一模两腔，型腔尺寸较小，为了维修方便，决定使用型腔和型芯为整体嵌入式。3.6.3成形零件的材料选用由于塑件表面质量要求较高，对成形零件钢材也提出了新的要求，必须要有高的硬度，并且由于结构复杂，要求成形零件便于电极加工，结合多方面要求，综合考虑选用在塑料模具里最常用的型腔材料718，相当于市场上俗称的P20+Ni。3.6.4成形零件的工作尺寸设计此调料勺所用材料为PS，故收缩率取0.6%。(1) 凹模径向尺寸 3-6式中 L型腔尺寸 ； 塑件相应尺寸； S平均收缩率 ； 模具制造公差； 模具磨损余量。计算时取90, S取0.6%，取/5，按SJ/T10628-95中5级精度要求，=+0.16，=/5，由上式可得：L= 90(1+0.006)-0.032=90.508mm。(2) 凸模径向尺寸 3-7式中各项符号含义同上，计算结果可得：L=90（1+0.006）+0.032 = 90.572 mm。(3) 凹模高度尺寸 3-8式中H为型腔高度尺寸，为塑件高度尺寸，计算时取7mm，式中各项符号含义同上，计算结果可得：H=7（1+0.006）-0.032=7.010mm。(4) 凸模高度尺寸 3-9式中H为型芯高度尺寸，为塑件高度尺寸，计算时取7mm，式中各项符号含义同上，计算结果可得：H=7（1+0.006）+0.032 = 7.074 mm。具体见凸模和凹模二维剖面图如图31和32所示。图32凹模二维剖面图图31凸模二维剖面图3.6.5型腔厚度的确定查模具设计手册3可知中小型模具是指模板的长度和宽度在500mm以下的模具（这仅是从模具的力学角度来划分，而不是以塑件质量来划分的）。这类模具的强度，只要模板的型腔长宽尺寸不大于其长度和宽度的60%，深度不超过其长度的10%时，可以不必通过计算，根据注射机的模板尺寸250mm280mm，可以做成125mm100mm20mm的型腔尺寸。3.7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和定模正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏；并能承受一定的侧向力。导柱和导套配合间隙一般采用H7/h6级配合。这是标准件，模架系统中都自动设定，不需要进行计算。(1) 导柱规格用于动模与定模间或推出机构零件间的定位与导向。据国家标准GB/T4169.4-1984带头导柱的规格设计如图33所示。技术要求：材料选用T8A淬硬到5055HRC。图33导柱规格图(2) 导套规格据GB/T4169.31984带头导套尺寸，设计如图34所示。技术要求：材料采用T8A淬硬到5055HRC。图34导套规格图 3.8脱模机构的设计由于本调料勺外壳尺寸小，结构简单，并且属于薄壁零件，所以不适合采用推板式脱模机构，在这里，我们采用运用最多的顶杆脱模机构。（1）顶杆的形状及尺寸顶杆加工简单，更换方便，滑动阻力小，脱模效果好，设置的自由度大，在生产中广泛应用。查国标GB/T4169.11984，设计具体相关尺寸见图35所示。技术要求：材料采用T8A钢，端部淬硬到5055HRC。图35 顶杆规格图 （2）顶杆的位置及固定形式顶杆的位置应设在脱模阻力最大的地方。勺子为薄壁件，其侧面是阻力最大的地方，但考虑到外表对光滑程度的严格要求，顶杆不宜设在边缘部位，将顶杆位置设在底部圆弧部位及手柄部位中间。如图36所示。顶杆位置图36 顶杆顶出位置（3）复位杆规格 顶杆在完成推出塑件动作之后,要求返回初始位置,以待下一次动作。使顶杆复位的零件称复位杆。查相关手册设计复位杆的尺寸如图37所示。图37 复位杆规格 (4)拉料杆规格 根据主流道的大小和相关的尺寸关系，查塑料模设计手册，选择对应的拉料杆，具体尺寸见图38所示。图38 拉料杆规格3.9冷却系统的设计冷却系统的计算比较麻烦，在此只进行简单说明。冷却方式采用在定模板中通冷却管的方法,在单位时间内塑件熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量,模具温度为40度。由于塑件小，单位时间注射量小，所需冷却水道也比较小，但一条冷却水道对模具来说是不可取的，会导致冷却不均匀。所以开设一条往返水道，模外胶管串联，水道流量大小根据注射时具体工艺情况进行调整，水孔开设见装配图。3.10排气系统的设计由于本设计的模具结构简单，利用分型面就可以直接排气，故排气系统不做特别的设计。利用分型面排气是最简单的方法，排气的效果与分型面的接触精度有关。本设计的排气系统正是利用分型面的配合间隙来完成排气动作的。 3.11模架的确定3.11.1模架类型的选择模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。为提高模具质量，缩短生产周期，组织专业化生产，促进商业化，我国于1988年完成了塑料注射模中小型模架和大型模架两项国家标准的制定，并由国家技术监督局审批、发布实施。选择标模架，可以简化模具的设计与制造，一旦某一型号模架确定下来，就可以得到已经设计好的零件的尺寸数据，如模板大小，螺钉大小与安装位置等，而且这些零部件可以从市场上买到，或买来进行二次加工就可以使用，这样可以大大减轻模具的设计和制造工作。目前市场上出售的标准模架主要有三种：大水口系列、细水口系列、简化型细水口系列5，本设计中调料勺为小型塑件，模架的选用根据塑件大小和相关经验公式，知模架属中小型模架。可以初步选择大水口模架，此时相关位置尺寸和零部件也可相应确定。（3.7和3.8节中结构零件的确定是与此处模架的大小相对应的情况下进行的，所以结构零件的设计是一个反复修正的过程）。3.11.2模架尺寸的确定根据3.6节的内容可知，模仁的尺寸为125mm100mm，型腔厚度为25mm。为了能使模仁能合理摆放，我们将模架总体尺寸设为200mm250mm，其中定模座板设为25mm，定模板设为25mm，动模板设为20mm，动模垫板设为30mm，模脚厚度为150mm，动模座板也为25mm，顶杆安装板厚为25mm，顶杆垫板30mm。其尺寸布局初步选择如图39所示。图39 模架外观尺寸布局3.12本章小结这一章是本文的重点章节，在本章中主要讲述了模具各结构的设计。内容包括:模具分型面的确定，型腔数目和大小的确定，注射机的选择及主要参数的确定，成型零件的设计,脱模机构的设计，浇注系统的设计等等,并最终完成了模架的选用。4模具校核4.1模具装模部分相关尺寸的校核（1）模具厚度与注射机模板闭合厚度各种规格的注射机，允许安装的模具厚度是不一样的，在其技术规范里均注明有最大模具厚度和最小模具厚度。所设计的模具闭合厚度应在注射机的最大模具厚度和最小模具厚度之间。本设计中模具闭合厚度为195mm，为200mm，为70mm，满足设计要求。（2）喷嘴尺寸的校核模具主流道小端直径d应稍大于喷嘴孔径d。，否则主流道中的凝料将无法顺利脱出，或因孔对中稍有偏移而妨碍塑料顺畅流动，本设计中浇口套的小端孔径为5mm，大于所选注射机的喷嘴孔径4mm，符合要求。模具主流道始端的球面半径R应稍大于喷嘴前端的球面半径R。，否则将形成死角，存积塑料，而使主流道凝料脱模困难。本设计中R为15mm 而R。为13mm，满足要求。（3）模板规格与拉杆间距模具模板规格应不超出注射机的模板规格，即模具长、宽方向底面不得伸出工作台面。本设计中，模板尺寸为200mm200mm，小于注射机的模板尺寸300mm440mm，符合要求。模具通常采取从注射机上方直接吊装入机内进行安装，或先吊到侧面再由侧面推入机内安装的方法，所以模具厚度要小于拉杆间距，XS-Z-60的拉杆间距为300mm，模具厚度为195mm，故满足要求。（4）顶出装置的校核各种型号的注射机顶出装置的结构形式、最大顶出距离是不相等的，设计模具时应保证模具的推出机构与注射机的顶出装置相适应。XS-Z-60型注射机为中心顶杆机械顶出，模具应对称地固定在移动模板中心位置上，以便注射机的顶杆顶在模具的推板中心位置上。因塑件高度尺寸较小，注射机的顶出距离满足要求，顶杆的强度、刚度都可不必验证，满足要求。（5）开模行程校核XS-Z-60的开模行程为180mm，可按下经验公式校核： mm 4-1式中 S注射机最大开模行程（mm）； 塑件推出距离，这里可取20mm；塑件高度（包括浇注系统），这里可取50mm；20+50+（510）mm，满足要求。经验证，XS-Z-60型注射机能满足使用要求，故可采用。4.2模具强度及刚度的校核由于此模具为中小型，其规格为200mm200mm，其模具的有效使用面积为240mm100mm不大于其长度和宽度的60%，而且其深度为20mm不超过其长度的10%，因此不必通过计算来校核，亦可满足强度和刚度的要求16。4.3本掌小结本章重点对模具装模部分相关的尺寸进行校核，确保了模具设计的合理性。5应用PRO/E软件进行模具三维实体设计PRO/ENGINEER是当今世界上最先进、最流行的工业设计软件之一。它具有强大的建模工具、分析模块和其他相应的多种应用模块。Mold Wizard是PRO/ENGINEER系列软件中一个独立的应用模块，也是运用于注塑模具自动设计的专业应用模块。它运用知识嵌入的基本理念，按照注塑模具设计过程的一般顺序来实现模具设计的整个过程4。在此过程中，它只需根据一个产品的三维实体造型，便可建立一套与产品造型参数相关的三维实体模具即可。运用软件PRO/ENGINEER WILDFIRE 3.0里的Mold Wizard模块对模具进行设计，在PRO/E中对模具进行设计主要流程如图40所示。设定模型文件夹设置收缩率添加参照模型创建毛坯工件创建分型面创建体积块创建模具元件模具内部结构设计生成注模型开模/合模模拟调入产品三维图图40 模具设计流程图5.1模具成型零件的设计生成5.1.1 新建模具模型文件 “文件”“新建”命令“制造”“模具型腔”,添加文件名为“mul-cavity”，取消对“使用缺省模板”单击，在弹出的“件文件选项”对话框中选中“mmns-mfg-mold”单击，则新建一个模具模型文件，进入模具设计环境，此时画面上显示坐标系及基准平面。5.1.2建立模具装配模型（1）设置收缩率单击“菜单管理器”中的“模具”“收缩”“按比例”命令，弹出“按比例收缩”对话框，如图41所示。图41“按比例收缩”对话框在“收缩公式”拦选择 1+S，“坐标系”中选取参照模型的参照坐标，“类型”中选择“各向同性的”和“前