U盘连接件注塑模具设计

哈尔滨工业大学学士学位论文I摘 要塑料具有优良的特性,使之在现代模具行业中成为主要的加工材料，各种塑料制品已广泛应用于国民经济的各个领域，其中大部分塑料制品皆是通过注塑成型工艺来加工的。传统的产品设计、模具设计及加工多数仍以二维工程图为主, 加工出来的模具成型质量低, 往往需不断地修改。这样使得产品研发周期较长，成本偏高。本论文以注塑模具设计理论为基础，调研了国内外的模具行业发展状况，开展了具体的模具设计。采用基于特征的三维设计软件 UG 对零件和模具开展了设计，完成了三维实体建模。该设计方案缩短了产品的研发周期、模具设计周期和加工周期, 提高了产品设计的可靠性。将产品 CAD 模型导入 Moldflow，对零件的填充、冷却、流动等过程进行了模拟分析，分析了成型过程中的填充时间、冷却效果、流动行为、成型压力等情况，获得了成型工艺随时间的变化规律，评估了模具设计的合理性。该技术方案使用于模具和工艺设计及优化，对提高生产质量和经济效益具有一定的指导意义。关键词：塑料；模具设计；有限元分析 哈尔滨工业大学学士学位论文IIABSTRACTPlastics have an excellent character to become one of the most important industry materials in the modern mold process, every kind of plastics has been widely used in various fields, and most of them are processed by molding. The traditional plastic product design, mold design and processing are based on two-dimensional engineering drawing, which produce the product with low quality, and often need to make constant amendments and modification. This technology has a long development period cycle and the cost is on the high side. This paper was based on the theory of injection mold design, and studied the state of development of die industry at home and abroad, then launched the specific mold design. UG software was selected for three-dimensional design of the part and mold process. This technology shortened the time of the product development, the die design and the processing design, and also improved the reliability of the product design.The modeling was introduced into Moldflow, then was analyzed for the process of the filling and the cooling processes. In this way, many parameter, such as filling time, cooling effect, flow and molding pressure, was obtained. Furthermore, the regularity of processes change with time was analyzed. Finally, the rationality of mold design was researched. The technology could be adopted by the design and optimize of mold and process, and was an important guidance to improve production quality and economic efficiency. Keywords: Plastic; Die Design; Finite Element analyze哈尔滨工业大学学士学位论文III目录摘要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 塑料成型与模具在现代工业的发展现状 .11.2 塑料模具的分类 .51.3 课题的目的与意思 .62 U 盘连接件模具设计 .82.1 塑件成型工艺性分析 .82.2 模具结构设计 .112.3 注射机型号的确定 .122.4 浇注系统形式和浇口的设计 .172.5 成型零部件的结构设计和计算 .212.6 模架选择和标准件的选用 .262.7 合模导向机构设计 .282.8 脱模推出机构设计 .292.9 排气系统设计 .302.10 温度调节系统 .312.11 模具设计流程 .353 塑件成型过程计算机模拟 .413.1 注塑模 CAD/CAE/CAM 技术 .413.2 有限元分析基础 .423.3 Moldflow 简介 .43哈尔滨工业大学学士学位论文IV3.4 塑件成型过程计算机模拟 .44总结与展望 .53参考文献 .54致谢 .55附录 .56哈尔滨工业大学学士学位论文11 绪论1.1 塑料成型与模具在现代工业的发展现状1.1.1 现代模具工业的现状模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动，使之形成所需要的形体。模具以其效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而被广泛应用于制造业中。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。事实上，在仪器仪表、家用电器、交通、通讯等各个行业中，有 70以上的产品是用模具来加工成型的。工业发达的国家，其模具工业年产值早已经超过机床工业的年产值。目前，世界模具是仍然供不应求。其中美国、日本、法国、瑞士等国一年出口的模具产值约占本国模具总产值的30。因此，研究和发展模具技术，提高模具制造水平，对于促进国民经哈尔滨工业大学学士学位论文2济发展有重要的意义。中国加入 WTO 以后，全球制造业重心逐步向中国内陆转移，我国的汽车、电子、通讯、家电仪器等相关产品得以飞速的发展，而这些领域的产品 85以上都是依靠模具成型，这势必带动模具行业的迅猛发展。据统计，中国现约有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。1999 年中国模具工业总产值已达 245 亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国内已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160 个，寿命 12 亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。哈尔滨工业大学学士学位论文3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。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。1.1.2 塑料成型技术的发展塑料成型工业是一门新兴的工业，石油工业的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料，推动了塑料工业的发展。目前，塑料制品几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。世界塑料工业从 20世纪 30 年代开始，到目前塑料制品的生产工艺已经达到系列化、自动化和连续化。塑料模具是使塑料变成使用中所需要的形状、尺寸的一种装备，塑料制件必须通过塑料模具的模塑过程才能成型，这个过程称为塑料成型。因此，塑料成型是现代工业生产的重要手段之一，塑料模具是现代工业生产中的重要装备。塑料成型与塑料模具在现代工业生产中举足轻重，它的发展状况将制约或推进现代工业的发展。1.1.3 塑料模具技术的发展历程塑料模具技术的发展主要经历了如下三个重要阶段：(1) 手工作坊设计阶段哈尔滨工业大学学士学位论文4这一阶段一直持续到 CAD 技术的发展初期，当时的注塑模设计，纯粹依靠设计人员的经验、技巧和现有的设计资料，从塑料的工艺计算到注塑模的设计制图，全依靠手工操作完成，是一种手工作坊的设计方式，生产效率极为低下。同时，由于设计过程纯粹依赖于设计人员的经验和技巧，缺乏系统的理论指导，所以模具和塑料的质量都难以保障。(2) 通用 CAD 系统设计阶段20 世纪 70 年代，以手工为主的作坊式注塑模生产在质量和数量上已跟不上塑料工业高速发展的形势，远远满足不了用户“高质量、短周期、低价格”的要求，于是人们开始尝试使用 CAD 系统进行注射模设计。到了 80 年代，随着 UG、Pro/E 等通用 CAD 集成软件的问世，注塑模 CAD技术也蓬勃发展起来了。CAD 技术在注塑模设计中的应用，很大程度上提高了注塑模设计的质量和效率，提高了注塑模设计的整体水平。(3) 专用注塑模 CAD 系统设计阶段采用通用 CAD 系统进行注塑模设计，虽然在很大程度上提高了模具设计质量和效率，但是，一方面由于通用 CAD 系统在一定意义上说，只是一种几何建模工具，并不是具有真正意义的设计工具，通用 CAD 系统对注塑模设计效率的提高主要在于三维效果的增强、分析及建模速度的加快等，注塑模设计经验的加入主要还是依赖于人工干预，每一次设计的设计过程与手工实现基本一样，设计效率没有从根本上得到提高。另一方面，作为通用的 CAD 系统，无论是 UG 还是 Pro/E，在开发之初都是作为通用机械设计与制造工具来构思的，并不针对注射模具，因此在使用这些通用CAD 软件设计注射模时仍感到效率低下、操作繁琐、功能短缺。为此，近年来发展的趋势是开发新一代的注射模 CAD 专用系统，或者是在 CAD 通用系统的基础上进行有针对性的二次开发。以实现注射模设计在一定程度上的自动化和智能化。哈尔滨工业大学学士学位论文51.1.4 塑料成型技术的发展方向模具设计技术大多依赖个人的经验积累。模具设计长期以来一直依靠人的经验和机械制图来完成。自从 20 世纪 80 年代我国发展模具计算机辅助设计(CAD) 技术以来,这项技术已被大家认可,并且得到了越来越快的发展,已在模具制造中显示出了巨大的优越性。20 世纪 90 年代开始发展的模具计算机辅助工程分析(CAE) 技术 ,现在也已有许多企业应用,它对缩短模具制造周期及提高模具质量有着显著的作用。除了模具 CAD/CAE/CAM 技术之外，模具工艺设计也非常重要。计算机辅助工艺设计(CAPP)技术已在我国模具企业中开始应用。基于知识工程( KBE) 技术近年来已越来越受到重视。它是面向现代设计决策自动化的重要工具，已成为促进工程设计智能化的重要途径。KBE 技术作为一种新型的智能设计思想，将对模具的智能、优化设计产生重要的影响。为了对各种成型加工过程进行更精确的模拟，目前各国学者都在研究新模型、新算法及新的成型模拟系统，并将模拟软件与制品设计、模具设计及制造紧密结合，开发一体化的集成技术，与CAD、 CAM、CAPP、PDM 、ERP 技术软件的渗透、协调能力加强，使计算机模拟技术呈现智能化、集成化的趋势。1.2 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（1）注射模注塑模又称注塑模，塑料注射成型时在金属压铸成型的基础的上复杂化起来的，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）压缩模哈尔滨工业大学学士学位论文6压缩模又称压塑模或压胶模。成型是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，成型是所用设备与压缩模同，只是模具结构不同。（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（1）单分型面塑料模具只有一个分型面，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的辅助分型面。主要用于测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 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等，即具有一定的分析和解决问题的能力包括塑料制件的质量判断、模具的安装与调试、分析质量问题和提出解决方案。哈尔滨工业大学学士学位论文7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生产 U 盘连接件的注塑模具，要求结构合理，能够保证产品的精度及表面质量。设计要求对塑料制品成型的工艺进行分析与改进，合理设计塑料模具的结构，最终运用有限元分析软件 Moldflow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。哈尔滨工业大学学士学位论文82 U 盘连接件模具设计2.1 塑件成型工艺性分析2.1.1 塑件分析(1) 塑件分析(2) 塑料名称 丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物 ABS(3) 生产纲领 批量生产(4) 塑件结构及成型工艺性分析本次设计的 U 盘连接件模具是一种比较典型的面壳模具实例，塑件结构比较简单，精度等级为 5 级，机械性能要求良好，能耐冲击，要有很好的耐磨损特性。详细尺寸见图纸。图 2.1 U 盘连接件2.1.2 热塑性塑料（ABS）的注塑成型过程及工艺参数(1) 注射成型过程a) 成型前的准备。对 ABS 的色泽、细度和均匀度进行检验。由于ABS 的吸水率相对较大，平均吸水率大于 0.02%，在注塑前不必进行干燥处理。但为了提高制品的性能，需在 8090下预热 2h 即可。哈尔滨工业大学学士学位论文9b) 注射过程。塑料在注塑机料筒内经过加热、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，常需要进行适当的后处理。主要的后处理方法有退火和调湿处理，本件采用调湿处理。(2) ABS 的注射工艺参数a)注射机：螺杆式。b) 螺杆转速（r/min）3060 。c) 料筒温度（）： 后段 180200中段 210230前段 200210d) 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 1530；冷却 1530；成型周期4070。2.1.3 ABS 的性能分析(1) 使用性能ABS 外观为粒状或粉状，呈浅象牙色，不透明但成型的塑料件有较好的光泽。它无毒、无味，易燃烧、无自熄性，具有较高的抗冲击强度，且低温下也不迅速下降；有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。ABS 几乎不受酸、碱，盐及水和无机化合物的哈尔滨工业大学学士学位论文10影响。(2) 成型性能1、无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间在 80-90下预热干燥 3 小时。 2、宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270).对精度较高的塑件,模具温度宜取 50-60,对高光泽.耐热塑件,模具温度宜取60-80。3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。 4、如成形耐热级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置 。(3) ABS 的主要性能指标ABS 的主要性能指标见表 1.1：表 1.1 ABS 主要性能指标密度（g/cm ）31.051.2 计算收缩率（%） 0.55比体积(cm /g) 1.101.11 抗拉屈服强（MPa）38吸水率（% ） 0.020.04 拉伸弹性模量(MPa) 1800收缩率（% ） 0.30.8 抗弯强度（MPa） 80熔点（） 170176 硬度（HB） 9.72.1.4 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施(1) 缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为 70C 左右热变形温度约为 93C） 、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆） 。哈尔滨工业大学学士学位论文11(2) 消除措施：加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，适当提高模具温度。2.2 模具结构设计2.2.1 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，应首先确定分型面的位置，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。塑件在动定模的方位确定后，其分型面选在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。(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。哈尔滨工业大学学士学位论文12(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。本设计中塑件的分型面选在零件的最大截面处 。2.2.2 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型塑件（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1、多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。2、多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。该塑件外观质量要求较高，是尺寸精度要求一般的小型塑件，因此可采用多型腔多分型面的设计。从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。分型面为双分型面垂直分型。2.3 注射机型号的确定注射机是注射成型的设备，注射模是安装在注射机上使用的工艺装备。除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、哈尔滨工业大学学士学位论文13模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。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、最大和最小模具厚度、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相匹配的注射机，倘若用户已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，则需与用户协商后调整。2.3.1 所需注射量的计算(1) 塑件质量、体积的计算根据建立的塑件三维模型分析得到：塑件体积 3159.cmV浇注系统凝料体积可以按照塑件体积的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31286.46.0cmV一次注射所需PP为：体积 32107.4cmV质量 g194.60.M(2) 注射机型号的确定根据以上的计算初步选定型号为XS-ZS-22型注射机，其主要技术参数如下：额定注射量：20 cm 螺杆直径：20mm3哈尔滨工业大学学士学位论文14注射压力：115Mpa 注射行程：130mm最大成型面积：90 锁模力：250kN 2cm拉杆空间：235 mm 最大开合模行程：160mm最大模具厚度：180mm 最小模具厚度：60mm喷嘴口直径：2mm 喷嘴球半径：12mm顶出形式：四侧设有顶杆，机械顶出 动、定模固定板尺寸：250mm280mm 合模方式：液压-机械。 2.3.2 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）21NKmn上式右边 11.32 4，符合要求。式中 K-注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取 0.8；-注射机允许的最大注射量（g 或 ） ，该注射机为 30g Nm3cm-单个塑件的质量和体积（g 或 ） ，取 1.749g；1 1-浇注系统所需塑料质量和体积（g 或 ） ，取 0.6 4 。2 3c1mb) 按注射机的额定锁模力校核型腔数量（2.2）12()FnpA型上式右边 18.63 4，符合要求。式中 F-注射机的额定锁模力（ ）,该注射机为 250KN；N哈尔滨工业大学学士学位论文15-塑件在模具分型面上的投影面积（ ） ；1A2m-浇注系统在模具分型面上的投影面积（ ） ；2-塑料熔体对型腔的成型压力，一般为注射压力的 ，P型 30%5ABS 的流动性好，该处取型腔平均压力为 46MPa。(2) 注射机工艺参数的校核a) 注射量校核注射量以容积表示，最大注射量为 3max15207.cmV式中 -模具型腔和流道的最大容积（ ） ；maxV-注射机的注射量容积（ ）,该注射机为 20 ；3c3c-注射系数，取 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3min520.cV注射的实际注射量容积 应满足 ，而 =10.176 ，符合Vinaxm要求。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MPa15max大于注射成型时所需调用的注射压力 ，即0p（2.3）maxk哈尔滨工业大学学士学位论文16式中 -安全系数，常取 =1.251.4。实际生产中，该塑件成型时所需kk的注射压力 为 80 90 。0pMPa(3) 安装尺寸校核a) 喷嘴尺寸主流道的小端直径 D 大于注射机喷嘴 d,通常为(0.51)dm对于该模具 d=2mm，D=3mm，符合要求。主流道入口的凹球面半径 应大于注射机喷嘴球半径 ,通常为 R1R1(2)对于该模具 R=13mm，取 =12mm，符合要求。b) 定位圈尺寸注射机定位孔尺寸为 ，定位圈尺寸为 ，两者之0.1 2m 0.241m间呈较为松动的间隙配合，符合要求。c) 最大与最小模具厚度模具厚度 H 应满足 minaxH式中 ， 。60min180ax而该套模具厚度 H=25+50+20+30+25+25=175mm，符合要求。(4) 开模行程校核 mH)105(21式中 -注射机动模板的开模行程（ ） ，取 160mm；H-塑件推出行程（ ） ，取 10 ；1m哈尔滨工业大学学士学位论文17-包括流道凝料在内的塑件高度（ ） ，其值为2Hm。m60代值计算，符合要求。(5) 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核该套模具模架的外形尺寸为 ，而注射机拉杆内间距为m21896，因 ，符合要求。m2805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，所以先将此部分内容整理于此。2.3.3 注射机安装固定方法注射模与注塑机的安装固定可采取如下两种方法：（1）螺钉直接固定 用螺钉直接将模具固定到注塑机模板上的优点是固紧力大，也安全可靠；缺点是安装麻烦，另外对模具上模板外形尺寸限制较死，因为他要求几个螺钉通过孔间距正好要与注塑机某组螺孔间距符合。（2）压板间接固定优点是简便快速，对模具上模具固定板外形尺寸限制小，但固紧力小于用螺钉直接固定。利用压板直接固定方法适用于重量较少的小型模具，而螺钉直接固定方法适用于重要大的大、中型模具。本模具为小型模具，故采用采用压板间接固定的方法。2.4 浇注系统形式和浇口的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，具有哈尔滨工业大学学士学位论文18传质、穿压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的设计时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，一般应遵循以下几个原则：(1) 了解塑料的成型性能：了解被成型塑料熔体的流动特性、温度、剪切速率对粘度的影响等；(2) 尽量避免或减少产生熔接痕：在选择浇口位置时，应注意避免熔接痕的产生，当熔体流动时应尽量减少分流的次数；(3) 有利于型腔中气体的排出：浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部分，使浇注系统及型腔中原有的气体能有序的排出，避免产生缺陷；(4) 防止型芯的变形和嵌件的位移：浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件，以防止熔体的冲击力使细小型芯变形或嵌件位移；(5) 尽量采用较短的流程充满型腔：这样能使塑料熔体的压力损失和热量损失减小到最低限，以保持较理想的流动状态和有效的传递最终压力。2.4.1 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、定模上哈尔滨工业大学学士学位论文19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0.51.0 mm，如图 2.1 即 d= +（0.51 ） ，而 =2mm，所以 d=2+1mm 0d0d=3mm。这样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。图 2.2 主流道结构形式凹球面半径 应比喷嘴球径 R 大 12mm，即 R= +（12）1RR=12+1=13mm，可以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使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是直接加工再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。另外当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，使其以平稳的流态均衡的分配到各个型腔。设哈尔滨工业大学学士学位论文20计时应注意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。本件由于采用流动性较好的ABS，且长度较短，直径取 3mm。a) 分流道的布置形式分型面在分型面上的布置与型腔排列有关，但应遵循两方面原则：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，布置形式如下：图 2.3 分流道布置形式2.4.3 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置选择，直接关系到塑件能否被完好高质量地注射成型。按浇口截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。浇口尺寸常用经验确定，先取下限值，然后在试模中加以修正。浇口截面积约为分流道面积的0.070.09 倍，浇口长度L=0.52mm，D=0.51.5mm，哈尔滨工业大学学士学位论文21。该零件的表面要求光洁，而点浇口的浇口较小，长度很短，615脱模后塑件上的浇口痕迹也不明显，不需要再修正浇口痕迹。因此浇口采用直接点浇口形式，方便零件的后续清理。2.4.4 冷料穴的设计由于开模时应将主流道中的凝料拉出，故冷料穴直径应稍大于主流道大端直径。该模具采用底部无杆的圆环槽冷料穴。其中，主流道大端直径为 8mm，则圆环槽直径尺寸为 ，冷料穴深度为1d120dm。364m2.5 成型零部件的结构设计和计算塑料模具型腔再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的型腔，更不能单凭经验来确定。确定工作尺寸出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，对中小型塑件取 = ；对大型塑Z13件模具取 WCS原点”命令，调整至图所示，单击“注塑模向导” “模具坐标”按钮，设置模具坐标系与工作坐标系相匹配。坐标系中的 ZC 轴正方向为顶出方向，且不会影响制件外观，顶杆痕迹一般可不用去除。哈尔滨工业大学学士学位论文36图 2.8 工作坐标系(3) 工件尺寸的确定单击“工件” ，选择“标准长方体”和“距离容差” ，根据装配图设置工件尺寸。如图 2.14：图 2.9 工件尺寸(4) 型腔数量的确定及型腔排列由于零件较小，因此可采用一模四腔的模具结构。这虽然增加了模具结构的复杂度，但却能保证产品的批量生产。在“型腔布局”中选择“矩形”和“平衡”复选框， “型腔数”设置为“4” ，让其“开始布局”并“自动对准中心” 。哈尔滨工业大学学士学位论文37图 2.10 矩形平衡式布局(5) 分型面的确定和创建“分型管理器”“MPV 初始化”“保持现有的”“设置所有面的颜色” ，使不同的面以不同的颜色显示。图 2.11 设置面颜色分型线创建：“编辑分型线”“搜索环”“曲线、边选择” ，若分型线正确单击“接受” ，不符合选择“下一路径” ，当分型线封闭后自动退出。分型面的创建：“创建/编辑分型面”“创建分型面 ”“扩大的曲面” ，分型面的创建如下图：哈尔滨工业大学学士学位论文38图 2.12 分型面效果图抽取区域和分型线：选择“区域抽取方法”为“边界区域” 。型芯和型腔的创建：将“型芯和型腔”对话框中的“公差”设置为“0.1”，单击“自动创建型腔型芯” ，系统自动生成的型芯和型腔如图 2.17和图 2.18 所示。图 2.13 型腔哈尔滨工业大学学士学位论文39图 2.14 型芯(6) 模架的确定和标准件的选用选择“HASCO_E”模架（规格 ） 。m29618图 2.15 模架(7) 添加标准件打开“标准件管理” ，选择“HASCO_MM ”，分别添加定位圈（Locating） 、主流道（Sprue Bushing）和顶杆（Ejector Pin(Straight)） 。选择“流道”“流道设计”“可用图样”的下拉列表中“4 腔” ，令A=54， B=54。哈尔滨工业大学学士学位论文40(8) 冷却系统的设计应用“窗口更多”“更改窗口”选择“camera_prod_010” ，设置 冷却管道类型为“COOLING HOLE ”，直径为“M6” ，放置在工件面上。(9) 至此，模具设计的全部过程已经结束，最终的模具图如图 2.20 所示：图 2.16 U 盘连接件注塑模具图小结：本章主要针对模具的浇口、主流道、分流道、冷料穴、成型零部件尺寸、模架的选择、合模结构、推出机构、冷却系统等的设计，初步完成了模具的框架。再利用三维造型软件 UG 进行三维造型，画出模具的三维立体图，为下面的有限元分析打下基础。哈尔滨工业大学学士学位论文413 塑件成型过程计算机模拟3.1 注塑模 CAD/CAE/CAM 技术注塑模 CAD/CAE/CAM 系统是一个有机的整体，整套系统与企业的人才、技术相结合，最终将决定企业的生产效率和产品质量。一套基本的注塑模 CAD/CAE/CAM 系统一般是由一定数量和种类的硬件系统和相应的软件系统组成的，如图 3.1 所示：图 3.1 CAD/CAE/CAM 系统注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动成型，与材料性能、制件的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。因此，对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品，即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员，也难保证一次成功地设计出合格的模具。所以，在模具基本设计完成后，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一