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纸巾筒塑料模具设计说明书,毕业设计论文
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纸巾筒塑料模具设计 1 1.引言 1.1 我国模具行业的发展状况和趋势 经过 1990 年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生产能力也有了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。过去十 年，中国模具工业（ 主要集中在汽车、电子信息以及电器） 以每年 15%左右的增长速度快速发展。 到 2005 年，全国模具生产厂点已达 3 万多家，从业人员 50 多万人；模具销售总额高达 610 亿元，比上年增长 25%；模具生产企业总体上任务饱满、订单充足。 2006 年，业界预测中国汽车的年度销售数量将会比前一年增长 15%，年度销售数量将会达到 640 万台。而汽 车零部件市场比汽车整车的市场更大，可以预测汽车相关模具产业将会有高速发展。 与 2004 年相比， 2005 年中国的模具生产值增加了 125%，以 610 亿人民币居世界第三位。其中，出口比前一年增加了 150%，达到了 7.4 亿美元。 目前，国内模具行业正随着我国制造业特别是汽车和电子产业的持续高速发展而逐渐步入 黄金期 。 近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加 较快。随着经济体制改革的 不断深入，“三资”及民营企业的发展较快 11。 在注塑模具方面， 2006 年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过 50 吨，最精密的注塑模具精度已达到 2 微米。在 CAD/CAM技术得到普及的同时， CAE 技术应用越来越广， CAD/CAM/CAE 一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多 12。 据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括 10 个方面 13： 、 模具日趋大型化。 、 模具的精度将越来越高。 10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现已达到 2-3微米， 1微米精度的模具也将上市。 、 多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。 、 热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。 、 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。 、标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模 具的质量和降低模具制造成本。 、快速经济模具的前景十分广阔。 、随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时nts纸巾筒塑料模具设计 2 对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 、模具技术含量将不断提高。 从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手 操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。 1.2 注塑 模具设计 与制造 技术 8 质量、成本（价格）、时间（工期）已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与竞争市场。先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程 ，对模具行业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。 1.2.1 注塑模具的可视化设计 现在我们对产品设计的要求是快速、准确。随 着 软件技术的发展，三维设计（ 3D）的诞生使模具实现了可视化、 面向装配的设计。模具由二维设计（ 2D）到三维（ 3D 实现了模具设计技术的重大突破。 模具三维设计直观再现了未来加工出的模具本体，设计资料可以直接用于加工，真正实现了 CAD/CAM 一体化和少、无图样加工； 模具三维设计解决了二维设计难以解决的一系列问题，如干涉检查、模拟装配、 CAE 分析等； 模具三维设计能对模具的可制造性加以评价，大大减少了设计失误。 1.2.2 注塑模具的快速制造 基于并行工程的模具快速制造 近 些年来，为了满足工期的要求，模具企业大都在自觉与不自觉中应用“并行”的概念来组织生产、销售工作。并 行工程应用的明确提出是对 现 有模具制造生产模式的总结 与提高。并行工程、分散化网络制造系统为模具快速制造提供了有效的实施平台。 并行工程的基础是模具的标准化设计。标准化设计是由三方面要素组成：统一数据库和文件传输格式是基础；实现信息集成和数据资源共享是关键；高速加工等先进制造工艺是必备条件。 应用快速原型技术制造快速模具（ RP+RT） 在快速原型（ Rapid Prototyping,RP）技术领域中，目前发展最迅速、产值增长最明显的就是快速模具 (Rapid Tooling,RT)技术。 应用快速原型技术制造快速模具（ RP+RT），在最终生产模具之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间、降低成本。这就是 RP+RTnts纸巾筒塑料模具设计 3 技术产生根本原因。 高速切削技术的应用 高速切削（ High Speed Machining,HSM）在模具领域的应用主要是在加工复杂曲面方面。其中高速铣削（也称为硬铣削 Hard Milling,HM）可以把复杂形面加工得非常光滑，几乎或者根本不再需要精加工，从而节约了点火花（ EDM） 加工和抛光时间及有关材料的消耗，及大地提高了生产效率，并且形面的精度不会遭到破坏。 1.2.3 制造模式的改变 信息流驱动的模具制造 先进制造生产模式对模具工业的影响主要体现在信息的流动。与制造活动有关的信息包括产品信息和制造信息，现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。目前，面向模具开发的CAD/CAPP/CAM/CAE、 DNC、 PDM、网络集成等均是围绕如何实现信息的提取、传输与物化，即使信息流得以畅通为宗旨。 1.3 Pro/E 模具设计的基本流程 目前，国际上占主流地位的注射模 CAD 软件有 Pro/E、 I-DEAS、 UG 、SolidWorks 等；结构分析软件有 MSC、 Analysis 等；注射过程数值分析软件有MoldFlow 等；数控加工软件有 MasterCAM、 Cimatron 等。 本次是运用 Pro/E 进行模具设计的 ,下面简单介绍以下 Pro/E 模具设计流程。 Pro/E 模具设计的基本流程如图 1.1 零件成品 (Design Model） 零件设计（ Part Design） 零件装配（ Assembly Design） 模具装配 （ Mold Assembly） 参照零件（ Reference Part） 工件（ Workpiece） 模型检验 （ Model Check） 厚度检验（ Thickness Check） 拔模检验（ Draft Check） 设置收缩率 （ Apply Shrinkage） 模流分析 （ Analysis of Mold Flows） nts纸巾筒塑料模具设计 4 图 1.1 Pro/E 模具设计的基本流程 1.4 课题意义 在传 统塑料模具设计中，设计周期长，一般要二到三个月的时间；设计成本高，需要往返数次制模，修模；产品质量不能保证，对流体在模腔内的流动状态，冷却状况缺乏了解。 本文以纸巾筒的注塑模具设计为例，运用 Pro/E 软件智能分模，不但保证了模具的精确性，而且分模简单，是设计者可以节约时间，集中精力拆模做型腔；运用 CAE 分析功能，对塑料注塑过程进行模拟分析， 包括充模流动模拟、保压过程模拟、冷却过程模拟及翘曲模拟分析。通过模拟分析可以预测制品填充不足、熔接线、气泡和翘曲变形等缺陷，还可以测定最佳浇口数量和位置，测定注塑时注射压力以及注射时间，溶体流动前锋的温度变化等系列参数；运用专家模架 系统，根据设计参数直接选取标准模架，构造模具三维实体。这样设计出来的模具具有更高的质量，更大的准确性。 现代的模具设计在计算机的平台上，运用 CAD/CAE/CAM 等软件，使现代模具设计具有了高质量，高效率，低成本等特点。 建立模具体积块 (Mold Volume) 建立或分割 （ Create or Split） 模具开启 （ Mold Opening） 干涉检验 （ Interference Check） 专家模具系统 （ Expert Moldbase Extension） 2-D 工程图 (Drawing) CNC 加工 建立分模面 （ Parting Surface） nts纸巾筒塑料模具设计 5 2.注塑件的设计 2.1 功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能 ,并达到一定的技术指标 .该塑件是日用品 ,承受外力的几率不大 ,如冲击载荷 ,振动 ,摩擦等情况比较少 ;塑件的工作温度是室温 ,这使得在材料选择时对热变形温度 ,脆化温度 ,分解温度的要求降低 ;作为一种日用品 ,生产批量应该是 中批中量或 大批大量生产 ,这样 ,就必须考虑生产成本和模具寿命 ,在材料的选择时要综合各种因素 。 2.2 材料选择 通常 ,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求 ,以及原材料厂家提供的材料性能数据 .对于常温工作状态下的结构件来说 ,要考虑的主要是材料的力学性能 ,如屈服应力 ,弹性模量 ,弯曲强度 ,表面硬度等 .该塑件 属于日常生活用品，没有什么特别的要求，因此主要从容易成型方面选择材料。查1P240表 12-4，选择材料为聚丙烯， 具有良好的流动性，且价格便宜。 材料具体信息为 ： 材料： PP-7533 生产厂家： Taiwan PP 塑料固体密度为 3/908.0 cmg ，融化密度为 3/753.0 cmg 。最大剪切应力为0.26MPa。收缩率为 1.0%-3.0% 2.3 结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性 。 在塑料生产过程中 ,一方面成型会对塑件的结构 ,形状 ,尺寸精度等诸方面提出要求 ,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度 ,保证生产出价廉物美的 产品 ;另一方面 ,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析 ,弄清塑件生产的难点 ,为模具设计和制造提供依据 . 2.3.1 壁厚 通过查 1P259 表 13-2 得 PP 料的壁厚推荐值确定塑件各个部位的壁厚尺寸。 2.3.2 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩 ,使其紧箍在凸模或型芯上 ,为了便于脱模 ,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损 ,与脱模方向平行的塑件内 ,外表面都应具有合理的斜度 。在塑件的高度比较小时也可以不需要脱模斜度。 查1 P259 表 13-2,聚丙烯的脱模斜度为 。， 130 ，由此确定塑件的脱模斜度。 2.3.3 加强肋 塑件上适当设置的加强肋可以防止 塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高 熔 体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。 nts纸巾筒塑料模具设计 6 2.3.4 圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。 2.4 塑件的尺寸精度及表面质量 2.4.1 尺寸精度 该塑件是一般 日 用品，所以 精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表， PP 的高精度为 3 级，一般精度为 4 级 ，未注公差尺寸等级为 6 级。该塑件为一般日常生活用品，所以取一般精度 MT4。但由于塑件直径为 120mm 处要与纸巾筒下部相连，所以取高精度 MT3。各尺寸的公差值查 1P266 表 13-2。 2.4.2 塑件的表面质量 塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要的由模具的表面的粗糙度决定。 塑件的表观缺陷是其 特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。 由于该制品为一般 日常生活用品，对表面粗糙度要求不高，取塑件表面粗糙度为 0.8 m。 2.5 塑件 2D 图 由以上对塑件要求的分析，绘制塑料制品图，见图纸 ZJTMJ02 和 ZJTMJ03。 nts纸巾筒塑料模具设计 7 3.塑件的 3D建模及注射成型工艺性分析 3.1 塑件的 3D 模型 运用 PROE 绘图软件绘制塑件的 3D 图，如下： 图 3.1 纸巾筒盖 图 3.2 纸巾筒下筒 图 3.3 纸巾筒 图 3.6 层切面信息 3.2 塑件的注射成型工艺性分析 3.2.1 初步分析 模型质量属性分析 分析结果：体积 =2.046 3410 mm 曲面面积 = 2410726.3 mm 密度 = 3/908.0 cmg 质量 = g571.18 拔模检查 查 1 P259,聚丙烯的脱模斜度为 。， 130 ，由 图 3.5 可以看出 模具需要拔模nts纸巾筒塑料模具设计 8 的曲面都呈黄色，根据色带图 3.4 的对比， 需要拔模的曲面 都满足拔模斜度要求。 图 3.4 颜色范围 图 3.5 拔模面色阶 厚度检查 用 2mm 的偏距层切片检查模型不同区域的厚度，还可以得到层切片面积，根据结果可以看出那些区域过厚， 可能会带来在塑件冷却中发生的一写问题。 在对话框中输入最大厚度为 2mm，最小厚度为 0.6mm， 由图 3.6 各层切面的分析信息可以看出，该塑件厚度满足检查要求。 3.2.2 塑件注射成型工艺性 CAE 分析 调用 ProE 的 Plastic Advisor，对塑件进行模型窗口分析，最佳浇口分析，塑料流动性分析，冷却质量分析，缩痕分析等。 初始条件：材料 PP-7533 生产厂家 ： Taiwan PP。在 plastic advisor中搜索到此材料 ， 可以查看材料的一些具体信息。以这些信息作为分析的初始条件。其中模具温度为 C。38 ，熔化温度为 C。240 ，材料融化温度范围： CC 。 280200 ，模具温度范围： CC 。 5720 ，塑料固体密度为 3/908.0 cmg ，融化密度为3/753.0 cmg ，最大剪切应力为 0.26MPa。 浇口 位置 分析 分析结果 ： 图 3.7 中，蓝色为浇口的最佳区域，红色为最差区域。从图中可以看出，浇口最佳位置点在塑件的中部区域的第二个 圆柱面上。图中没有出现红色区域，说明没有浇口最差点。显然在塑件中部设置浇口会使模具结构边得很复杂。考虑到 塑件模具结构的设计需要，把浇口位置设置在塑件的底部圆柱的外表面上，具体位置如图 3.8示 nts纸巾筒塑料模具设计 9 图 3.7 浇口最佳区域 图 3.8 浇口位置 模型窗口分析 模型窗口显示的是在一个指定的模具温度下，熔解温度和注射时间的范围。系统综合处理了大量数据，在图上指定一个模具温度、熔解温度、注射时间的最佳配合点。图中绿色区域是最佳区域，绿色区域越多，塑件越容易成型。如 果绿色区域是一个狭窄区域就意味着如果处理条件变了，即使是很小量，塑件的成型效果也是不令人满意的。黄色区域表示塑件可能会出现质量问题，但是还是可以成型的。黄色区域说明塑件的浇口和材料没有很好的配合。红色区域显示塑件的浇口和材料没有任何好的处理条件组合，需要改变浇口位置或材料。 图中可以看出，最佳条件不一定是绿色区域中心，因为有些可变性高的条件 ，系统都作为了最佳区域。 初始条件：图 3.8 所示的浇口位置，其他条件同最佳浇口位置分析初始条件一样。 分析结果如图 3.9 示： 图 3.9 模型窗口分析结果 由图中可以看出 注射成型各因素的 最佳组合：模具温度为 C。50.47 ，熔解温度为 C。240 ，注射时间为 0.6s，最大注射压力为 100MPa，流动速率为33.74cu.cm/s。 塑料流动分析 通过最塑件的模拟填充，得到填充时间，注射压力，压降，波前温度，质量nts纸巾筒塑料模具设计 10 预测，填充可能性等六个分析结果。主要检查是否有迟滞现象，过 饱压 、径流效应、潜流现象、失衡 的流动等五钟影响塑件成型质量现象。 迟滞现象是指由于较厚的区域造成流体在较薄区域速度下降，冷却加速，无法填满 模具的 现象。 过饱压是指额外的流体被压缩在一个流道中，而其他流道已充满。 径流效应是指流体在较薄的部分填充之前，竞相流过型腔厚实部分的现象。 潜流现象是指和另一股流体遇到另一流体后，反向流动回外边已趋冷的流体层现象。 失衡 的流动是指在流体填充完其他流道以前，一些流道以被填满了。 初始条件：材料 pp-7533，浇口位置如图 3.8 示，按模型窗口分析最佳条件处理 。 分析结果： 图 3.10 显示模型全为绿色，表示分析结果合格。信息窗口显示选用此塑料和浇口位置是可以很轻易地进行填充， 没有短射方面的问题 可能会出现品质不佳，但还是 可以接受的 。 图 3.10 塑料填充 下面主要分析塑件可能存在的质量问题及其原因。 填充时间 如图 3.11 所示，红色区域是最先填满的区域，蓝色区域是最后填满的区域。填充时间将显示迟滞发生在非常狭窄的间距中。过饱压一般发生在最短填充时间的部分。 图 3.11 填充时间 nts纸巾筒塑料模具设计 11 注射压力 如图 3.12 所示，红色为高压区域，蓝色为低压区域。低压区域面临是否能够填充满的问题。前面的报告中已经指出，本模具可以很容易填充。在塑件的蓝色区域，两股流体交汇，可能会产生潜流现象。 图 3.12 塑料在模穴中射压 压降 红色区域为压降最大区域，蓝色区域为压降最小区域。当塑件厚度均匀时，压降也很均匀 。发生压降不均匀，会产生翘曲，阴影或塑料劣化等不良现象。图3.13显示压降很均匀。 图 3.13 塑料在模穴中的压降 波前温度 如图 3.14 所示，蓝色表示最低温区域，红色表示为最高温区域。波前温度太低，那么可能发生迟滞现象。波前温度太高，可能发生物质退化和表面瑕疵等现象。 nts纸巾筒塑料模具设计 12 图 3.14 塑料的波前温度 流动可能性 前面报告已经得出，模具很容易填满 。 品质 预测 如图 3.15 所示，绿色为品质 较好区域，黄色表示品质 中等 。由图可以得出，塑件品质 较好。 图 3.15 品质预测 冷却质量分析 初始条件：与塑料流动性分析相同 分析结果：分析报告显示，塑件有轻微的冷却质 量问题，但是 系统没有给出红色警告提示 ，所以可以接受。 以正常冷却温度为基准，塑件冷却温度在CC 。 77.273.1 范围内。以正常的冷却时间为基准，塑件冷却时间在-0.89s1.31s 范围内。 各方面分析结果图如下： 表面温度的变异量 如果塑件的表面温度变化比正常值高，就需要在设计冷却水道时重点考虑这一区域的冷却问题 。从图 3.16 可以看出，塑件的温度变化比较均匀 ，且变化量nts纸巾筒塑料模具设计 13 不大 。 图 3.16 塑料表面温度的变异量 凝固时间的变异量 一个区域的冷却时间比正常值大时，就表示那个区域将要求冷却补偿集中在那个区域。比正常值低时，表示那个区域冷却时间快，也是将潜在有迟滞或短射现象。 图 3.17 塑料凝固时间的变异量 冷却品质 如图 3.18 中，红色区域表示冷却质量最低，黄色次之，绿色冷却质量最好。塑件绝大部分都呈绿色，冷却质量好。 nts纸巾筒塑料模具设计 14 图 3.18 冷却品质 缩痕分析 缩痕分析用来表示缩痕出现的位置。缩痕现象是 指成型品表面发生凹陷，是由热量收缩造成的。孔隙是塑件的外皮为了防止表面凹陷所生成的足够僵硬的抵抗，它可能是个孔，或是一群更小的孔。孔隙对塑件的结构有严重的影响。 初始条件：与塑料流动性分析相同 分析结果：塑件有少于 1%的缩痕面积。主要是由于塑件厚度的轻微变化造成的。 由图 3.19 可以看出，塑件质量好，有少量的缩痕，对塑件不造成影响。 图 3.19 塑件缩痕 焊接线与逃气分析 焊接线是在填充时间，数个流道的流体汇合后生成的弱处或可见缺陷。逃气分析结果将显示在数股流体会合处或最后填充区域，那里的气泡将会在 塑件上形成一个凹陷瑕疵。 焊接线分析 由图 3.20 中红色线可以看出，塑件上 可能 有极少的焊接线，且对塑件不造成大的影响。 nts纸巾筒塑料模具设计 15 图 3.20 焊接线 逃气分析 根据逃气分析可以确定是否需要在模具上开逃气槽，怎样设计排气装置。 由图 3.21 可以看出塑件上有极少的气泡产生，表示注射过程中 能够很好的排气。 图 3.21 逃气 综合以上分析，可以看出，该塑件结构很合理，壁厚均匀，脱模斜度适当，选用的材料成型工艺性好，可以进行注射工艺性操作。以上分析也为后面的浇口位置确定，分型面位置，排气装置，冷却装置的设计提供了合理 的依据。 3.3 注塑机 3.3.1注塑成型工艺参数 查 1P244 表 12-10 得 PP 料注射成型的主要工艺参数如下表 3-1 3.3.2 注塑机的选择 由公称注射量选定注射机 由 3.2.1 分析已得出单个塑件体积 V=2.046 3410 mm ， 流道凝料 V=0.5V (流道凝料的体积 (质量 )是个未知数 ,根据手册取 0.5V(0.5M)来估算 ,塑件越大则比例可以取的越小 )。 实际注射量为 :V实=20.461.5= 30.69 cm3 ； nts纸巾筒塑料模具设计 16 根据实际注射量应小于 0.8倍公称注射量原则 , 即： 0.8V公 V实V公= V实/0.8 =30.690.8 =38.36cm3 ； 由上计算初步确定注塑机为 SZ-160/60，查 4P14 表 1-6得注塑机 主要技术参数如下 表 3-2。 表 3-1 制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容 注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（ r/min） 3060 喷嘴形式 直通式 模具温度 4080 喷嘴温度 ( ) 170190 后段温度 ( ) 160170 中段温度 ( ) 200220 前段温度 ( ) 180200 注射压力 MPa 70120 保压力 MPa 5060 注射时间 s 05 保压时间 s 2060 冷却时 间 s 1550 成型收缩 (%) 12 成型周期 s 40120 表 3-2 国产注射机 SZ-160/60技术参数表 特性 内容 特性 内容 结构类型 卧 拉杆内间距 (mm) 320320 理论注射容积（ cm3 ） 160 移模行程 (mm) 300 螺杆直径 (mm) 40 最大模具厚度 (mm) 300 注射压 (MPa) 145 最小模具厚度 (mm) 170 注射速率 (g/s) 100 锁模形式 (mm) 液压 塑化能力 (g/s) 11.7 模具定位孔直径 (mm) 125 螺杆转速 (r/min) 20200 喷嘴球半径 (mm) 35 锁模力 (KN) 600 喷嘴口直径 （ mm） 4 nts纸巾筒塑料模具设计 17 4.模具结构设计 4.1 型腔数目的确定 注塑模的型腔数目 ,可以是一模一腔 ,也可以是一模多腔 ,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素： （ 1） 塑件 的尺寸精度 ； （ 2）模具制造成本； （ 3）注塑成型的生产效益； （ 4）模具制造难度。 考虑到该塑件是一般日用品 ，根据生产批量和经济因素，初步 确定该模具为一模两腔。 4.2 分型面的确定 根据分型面的选择原则： （ 1）便于塑件脱模； （ 2）在开模时尽量使塑件留在动模； （ 3） 外观不遭到损坏； （ 4）有利于排气和模具的加工方便。 结合该产品的结构 ,分型面确定在塑件的最大投影面积上 。 用 Proe对其进行分形面设计， 分形面及型腔布置 如下图 4.1 图 4.1 分型面 4.3 浇口的确定 PP 料的流动性好 ,可适用于各种浇口 ,为了不影响外观 ,简化模局结构 ,确定使用侧浇口。 浇口位置已经在 3.2.2 分析中确定。 4.4 模具材料的确定 现有的模具模架已经标准化 ,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料 .如何合理的选择模具钢 ,是关系到模具质量的前提条件 ,如果选材不当 ， 则所有的精密加工所投入的工时 ,设备费用将浪费。 在选择模具钢时 ,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能 ,从使用性能考nts纸巾筒塑料模具设计 18 虑 :硬度是主要指标之一 ,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变 ,必须有足够的硬度 ,当承受冲击载荷时还要考虑折断 ,崩刃问题 ,所以韧性也是一重要指标 ,耐磨性是决定模具寿命的重要因素 。 从工艺性能考虑 :要热加工工艺好 ,加工温度范围宽 ,冷加工性能如切削 ,铣削 ,抛光等加工性能好 ,此外还要考虑淬透性和淬硬性 ,热处理变形和氧化脱碳等性能 .另外从经济考虑 ,要求材料来源广 ,价格低。 查 5P183 选择模仁 的材料为 SM45 钢。 SM45 钢属优质碳素塑料模具钢，与普通优质 45 碳素钢相比，其钢中硫，磷含量低，钢材纯度好。制造小型塑料模具，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。 SM45 钢的优点是价格便宜，切削加工性好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐磨性，被广泛用于制造中、低挡的塑料模具。 材料预备热处理： 断后退火； 高温回火； 正火 推荐回火规范：回火温度为 500560C。 ，空冷，硬度为 2533HRC。 4.5 浇注系统的设计 注塑模的浇注 系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。 4.5.1 主流道 主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。 根据注塑机型号和查 1P303 表 15-19，主流道尺寸如下图 4.2 图 4.2 主流道尺寸 图 4.3 分流道截面 nts纸巾筒塑料模具设计 19 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主 流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套 ， 以便选用优质的钢材单独加工和热处理。 查1P457 表 20-33选择 B型浇口套，公称尺寸 d=16mm。 由注塑机确定定位圈的尺寸，公称尺寸为 125mm，见 1P457 表 20-32。 4.5.2 分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。 分 流道的断面形状有圆形，矩形，梯形， U 形和六角形。 浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查 6P151表 4-3，选择 U 形截面的分浇道。查 1P304 表 15-11，聚丙烯的分流道 等效 直径为 4.89.5mm，取分流道直径为 6mm。截面形状和尺寸如图 4.3。长度尺寸如图 4.4 4.5.3 冷 料 井 冷料 井 一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前 端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出 ， 冷料 井 的尺寸 ， 宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径 。该模具的冷料井 设计为带 Z形头拉杆的冷料井 。 冷料 井 的尺寸如图 4.5所示： 图 4.4 分流道长度尺寸 图 4.5 冷料井及浇口尺寸 4.5.4 浇口 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适 时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定 。 该模具采用侧浇口， 已在 4.3 中得到确定。 其有以下特性 : 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； 试模时如发现不当，容易及时修改； 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； nts纸巾筒塑料模具设计 20 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 浇口的截面形状和分流道的一样都采用 U 形 截面，与分流道的连接方式见图4.5。 浇口 等效 直径 d=1.5mm，长度 l=1.5mm。 图 4.6 主流道、分流道、浇口的连接情况 4.6 成型零件工作尺寸的计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高 。塑件的基本尺寸如图 4.7 所示，忽略倒圆弧的影响。未注壁厚均为 1mm。 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 和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。 图 4.7 塑件基本尺寸 4.6.1 凹模工作尺寸的计算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，nts纸巾筒塑料模具设计 21 以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸如图 4.8(a,b)所示： 图 4.8（ a） 凹模 图 4.8（ b）凸模 凹模径向尺寸的计算 凹模尺寸如图 4.8（ a）所示。 L1m=(1+S)L1s 43 =(1+0.015) 12343 0.64 107.0 =124.37 107.0 mm 式中 L1m 以 123 加工时凹模的径向尺寸 ； L1s 在 123 处 塑件的径向尺寸 ； 塑件的公差值； 由塑件的公差等级查 1P266 表 13-12所得。 制造公差，6； S 塑件的平均收缩率， S =0.015。 L2m=(1+S)L2s 43 =(1+0.015) 8243 0.72 12.0 =82.69 12.0 mm 式 中 L2m 以 82 和 R41 加工时凹模 的径向尺寸 ； L2s 在 82和 R41 处 塑件的径向尺寸 ； L3m=(1+S)L3s 43 =(1+0.015) 7243 0.64 107.0 =72.6 107.0 mm 式中 L3m 以 R36 加工时凹模的径向尺寸 ； L3s 在 R36 处 塑件的径向尺寸 ； nts纸巾筒塑料模具设计 22 脱模斜度为 1。 凹模深度尺寸的计算 H1m=(1+ S )H1s 32 =(1+0.015) 1032 0.4 067.0 =9.88 067.0 mm 式中 H1m 以尺寸为 10加工时凹模的径向尺寸 ； H1s 在 尺寸为 10 处 塑件的径向尺寸 ； H2m=(1+ S )H2s 32 =(1+0.015) 1832 0.48 08.0 =17.95 08.0 mm 式中 H2m 以尺寸为 18 加工时凹模的径向尺寸 ； H2s 在 尺寸为 18 处 塑件的径向尺寸 ； 4.6.2 凸模工作尺寸的计算 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸摸的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 凸模径向尺寸的计算： 凸模尺寸如图 4.8(b)所示。 L1m=(1+ S) L1s+ 43 =(1+0.015) 120+430 .58097.0=122.24097.0mm 式中 L1m 以 120 加工时 凸 模的径向尺寸 ； L2m=(1+ S) L2s+ 43 =(1+0.015) 80+43 0.64 107.0=81.68107.0mm 式中 L2m 以 80 和 R40 加工时 凸 模的径向尺寸 ； L3m=(1+ S) L3s+ 43 =(1+0.015) 74+43 0.64 107.0nts纸巾筒塑料模具设计 23 =75.59107.0mm 式中 L3m 以 R37 加工时 凸 模的径向尺寸 ； 脱模斜度为 1。 凸模高度尺寸的计算： H1m=(1+ S) H1s+ 32 =(1+0.015) 8.88+320. 4 067.0=9.28067.0mm 式中 H1s 凹模深度尺寸 H1m 减去塑件壁厚 1mm。 H2m=(1+ S) H2s+ 32 =(1+0.015) 16.95+320. 48 08.0=17.5208.0mm 式中 H2s 凹模深度尺寸 H2m 减去塑件壁厚 1mm。 H3m=(1+ S) H3s+ 32 =(1+0.015) 13.95+320. 46 077.0=14.47077.0mm 式中 H3m 凹模深度尺寸 H2m减去塑件高度 4mm。 4.7 ProE 分模 运用 ProE 软件进行分模演示，得分模后的模具图如图 4.9 图 4.9 分模演示 4.8 对注射模的校验性质的 CAE 分析 针对多型腔模，我们再进行一次校验性质分析。 4.8.1 铸模模型质量属性分析 分析结果：体积 =4.8 3410 mm nts纸巾筒塑料模具设计 24 曲面面积 = 241088.7 mm 密度 = 3/908.0 cmg 质量 = g7.43 4.8.2 测量 模型在分型面上的投影面积 测量结果：面积 = 2410034.2 mm 4.8.3 运用 plastic advisor 进行分析 材料信息 图 4.10 和图 4.11 是材料的一些基本信息，也是分析的初始条件。 图 4.10 材料信息（一） 图 4.11 材料信息（二） 模型窗口分析 初始条件为 中 所显示的材料信息。分析结果显示模具温度、熔解温度、注射时间的最佳配合点是模具温度为 C。50.47 。塑料熔解温度为 C。248 ， 注射时间为 0.87s。 nts纸巾筒塑料模具设计 25 图 4.12 最佳配合点分析 模流分析 初始条件是 分析中的模具温度、溶解温度、注射时间最佳配合点。分析结果显示，该塑件很容易充填 ，没有短射方面的问题，可能会出现品质不佳，但还是可以接受的 。实际注射时间是 0.8s，实际注射压力 56.02MPa，预估循环时间48.39s，剪切速率 47.79cu.cm，保压力 34.49T 填充时间 如图 4.13 所示，红色区域是最先填满的区域，蓝色区域是最后填满的区域。填充时间将显示迟滞发生在非常狭窄的间距中。过饱压一 般发生在最短填充时间的部分。 因为塑件壁厚均匀，所以一般不会发生迟滞现象。 图 4.13 充填时间 压降 红色区域为压降最大区域，蓝色区域为压降最小区域。当塑件厚度均匀时，压降也很均匀。发生压降不均匀，会产生翘曲，阴影或塑料劣化等不良现象。该塑件壁厚均匀，图 4.14 显示压降很均匀，因此不会产生翘曲，阴影或塑料劣化等不良现象。 nts纸巾筒塑料模具设计 26 图 4.14 塑料在模穴中的 压降 品质预测 如图 4.15 所示，绿色为品质较好区域，黄色表示品质中等，红色为品质最差区域。由图可以得出，塑件品质较好 ，而只有在主浇道中凝料才出现差品质 ，不对塑件质量造成影响。 图 4.15 品质 预测 冷却质量分析 初始条件是 分析中的模具温度、熔解温度、注射时间最佳配合点。分析结果如图 4.16 所示。从图中可以看出塑件顶部有明显是冷却质量问题 ，圆环面上有轻微的冷却质量问题 。 分析结果为后面的冷却系统的设计提供了依据， 需要认真设计冷却机构。重点在上部球形面和直流道。 nts纸巾筒塑料模具设计 27 图 4.16 塑件的冷却质量 表面温度的变异量 如果塑件的表面温度变化比正常值高，就需要在设计冷却水道时重点考虑这一区域的冷却问题。从图 4.17 可以看出，塑件接近浇口部分的圆环面的温度变化稍大 ， 因此在布置冷却水道的时候需要考虑到如何使整个塑件表面温度变化均匀 。 图 4.17 塑件表面温度的变异量 凝固时间的变异量 一个区域的冷却时间比正常值大时，就表示那个区域将要求冷却补偿集中在那个区域。比正常值低时，表示那个区域冷却时间快，也是将潜在有迟滞或短射现象。由图 4.18 可以看出塑件各部分凝固时间的变异量很均匀。 nts纸巾筒塑料模具设计 28 图 4.18 凝固时间的变异量 缩痕分析、逃气和融合 线 分析 从图 4.19 图中可以看出，缩痕主要集中在塑件下圆柱面和台阶平面的交界处，但是缩痕面积只有 3%，不影响塑件质量，我们也可 以 运用缩痕尺寸计算得出最大缩痕不超过 0.108mm。 如果缩痕很大，可以在设计模具的时候对易产生缩痕的地方结构加以 改善。也可以适当的改变以一下注射条件等因素。 4.19 图 缩痕分析 由图 4.20 可以看出，塑件表面 可能会 有很少的融合线 ，但是不影响塑件质量。也可以通过适当提高料温、注射压力或加快注射速度。 由图中可以看出，在塑件的某些部位会有少许的气泡产生，但是 根据对上下型腔和顶杆间隙的设计，气体 都 可以顺利排出。 nts纸巾筒塑料模具设计 29 图 4.20 逃气和融合 线 分析 通过以上分析，塑件成型质量满足要求， 塑料也很容易填满型腔， 且不会出现短射等不良现象。由分析得知，塑件会出现冷却质量问题，因此 在模具设计过程中，需要重点注意冷却装置的设计。 4.9 模架的确定 4.9.1 型腔壁厚 、底板 厚度 和支撑板厚度的 计算 在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力 时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对 型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定 。 该模具型腔壁厚和底板厚度按整体式圆形型腔计算。 型腔结构形式如图4.21 型腔侧壁厚度的计算 按强度计算 由 3P128 公式 5-2得： mmprs5.25)4.2229090(62)12(P 型腔内单位平均压力； 图 4.21 型腔结构形式 查 3P127 取 P 为注射机筒压力的 40%； 由 4.8.3 中 分析得出实际注射压力 为 56.02MPa。 P=0.4 56.02=22.4MPa. 型腔材料的许用应力；查 3P128 取 =
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