基于PROE的手机上盖注塑模设计毕业设计.doc

基于PRO/E的手机上盖注塑模设计基于PRO/E的手机上盖注塑模设计摘要：随着制造业和计算机软硬件的发展，模具已经得到了快速发展和广泛的应用，在模具工业不断发展的今天，计算机辅助设计以其先进的设计方式已经逐渐成为模具设计的主流方式，其在生产制造中使用得最为广泛。PRO/E作为计算机辅助设计的常用软件，具有强大的二维草绘和三维设计功能，在注塑模具的设计起到了很重要的作用。本论文以手机上盖注塑模具为例,对其结构、注塑工艺进行了分析设计。在PRO/E环境下，对手机上盖注塑模具进行了设置参照模型、设置收缩、添加毛坯文件、创建主分型面及分割型芯的分型面、创建流道、分割体积块、冷却系统设计、顶出机构设计等设计,并介绍了设计过程中的原则，从而展现使用PRO/E进行注塑模具设计的优越性。关键词：手机上盖；注塑模；PRO/E；计算机辅助设计Design of Injection Mold for the Cover of Mobile Phone Based on PRO/EStudent majoring in mechanical and Electronic Engineering Tutor Zhang DongfangAbstract：With the development of manufacturing industry and the computer software and hardware, mould has been rapid development and wide application, In the development of the mould industry today, computer aided design is a main way of the mold design has its advanced design, the manufacture is the most widely used. PRO/E as the common software of computer aided design, with a strong two-dimensional sketch and three-dimensional design function, to a very important role in the design of injection mold for the. In this paper, mobile phone cover injection mold for example, analyzes the design of its structure, injection molding process. In the PRO/E environment, the mobile phone cover injection mold was set the reference model, shrinkage, add a blank document, create the main parting surface and split core type face, creating a runner, size of block partition, the design of the cooling system, ejection mechanism design, and introduce the principles of the design process using PRO/E, which shows the superiority of the injection mold design.Key words: Mobile phone cover; Injection mould; PRO/E; CAD引言模具是工业生产的重要装备，在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，75%以上的金属制品（含半成品），95%以上的塑料制品是通过模具（包括压延辊筒）来成型的。采用模具加工产品具有生产率高、操作简便、质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低便于实现机械化和自动化等一系列的优点。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有广泛的应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。随着计算机技术的迅猛发展，工业领域的三维设计软件也得到了前所未有的发展，各种三维CAD/CAM软件系统应运而生，各具特色，其中PTC（美国参数技术）公司开发的PRO/EIGINEER软件系统表现得非常突出，其“参数化”及“单一数据设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、自动测量、机构仿真和应力分析等多种功能。它的出现彻底改变了传统的CAD/CAM作业方式，大大缩短了设计周期。利用PRO/E可简化设计过程，提高产品设计的和质量，减少设计人员的重复劳动，从而使设计人员能将其主要精力集中于模具创造性的设计工作上1。1 课题研究背景及现状1.1 选题的目的及意义模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业的高度重视，模具生产已经成为现阶段工业发展的重中之重。模具生产的四高二低（高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能、低耗材）使模具工业在制造业中的地位越来越重要。现代模具产业已成为技术密集型和资金密集型的产业，与高新技术产业成为相互依托的关系，一方面模具产业是为高新技术产业化服务的不可缺少的装备，另一方面模具本身又大量采用高新技术，因此模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。通过模具成形零件的快速、优质、低耗、环保体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。决定着产品质量效益和产品的研发能力。模具工业在我国国民经济中的重要性表现在国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石油化工和建筑都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱产业发展的需要。 通过设计初步掌握塑料成型的基本原理的和工艺特点，熟悉成型设备对模具的要求。提高分析、解决问题的能力，增强自身的创新意识。在使用CAD和PRO/E设计制造过程中锻炼自己的创造思维能力，控制设计过程，使个人技能水平有所增加。1.2 国内外注塑模具的发展现状和发展趋势1.2.1 国内外注塑模具的发展状况 我国塑料模具工业的发展迅速。从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展,模具水平有了较大提高。在大型模具方面，已经能生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。精密塑料模具方面，可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。用这些模具生产的一些塑料制品制件达到了国外同类产品的水平。塑料模具的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的开发和应用,但与国外塑料模具的先进水平相比,依然存在一定差距。在模具方面，我国模具总量虽已居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和和标准化程度比国际水平低很多。在模具材料方面，专用塑料模具品种少、规格不全质量尚不稳定，CAD、CAE、Solidworks等软件应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业多属劳动密集型企业。在加工设备、模具制造工艺和测量技术方面，（1）德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴5轴联动的高速加工机床，能实现模具表面的镜面加工。而国内模具企业的4轴5轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大。（2）德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在线测量，这方面国内至少差15-20年。因此，努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争力刻不容缓。我国多所研究部门和许多高校也在积极地开展具有自主知识产权的CAG/CAE/CAM软件的探索研究，并且在一定领域已取得了可喜的研究成果。1.2.2 注塑模的发展趋势(1)在模具设计制造中全面推广应用AutoCAD、UG、PRO/E等技术。(2)模具CAD/CAE/CAM技术向集成化、网络化、智能化多方位发展。 (3)模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济方向发展，技术含量不断提高，制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化等方向发展。(4)推广应用热流道技术，气体辅助注射成型技术和高压注射成型技术。(5)开发新的成型工艺和快捷经济模具，以适应多品种、少批量的生产方式。(6)应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。(7)提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。(8)应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量。1.3 模具设计软件(PRO/E)的介绍 PRO/E是有美国PTC参数技术公司推出的液体套三维CAD/CAM参数化软件系统，其被涵盖于产品概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、生产加工产品的全过程，其中包括了大量的电缆和管道布线，模具设计与分析等使用模块，应用领域涉及到了航空航天、汽车、机械、数控加工、电子等诸多行业。PRO/E是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。所为单一数据库就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户不管是哪一个部门的都为一件产品造型而工作。这使得设计更优化，产品质量更高，价格也更便宜。PRO/E是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋、槽、倒角和抽空等。通过标准数据交换过格式，PRO/E还可以输出三维和二维图形给予其他软件，诸如有限元分析及后置处理软件等。以上功能模块可以对塑料产品造型、分型面的提取、模具结构三维设计、模具装配及模具动作状况进行模拟，检查是否干涉等变得更加方便可靠，PRO/E软件的这些功能模块在注射模具设计的优势体现的更加淋漓尽致2。2 手机上盖结构及成型工艺分析2.1 手机上盖的结构分析手机上盖的塑料制品成型结构及数据如图：图2-1手机结构塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对内表面粗糙度要求不高，但外边面应光洁无疤痕。2.2 手机上盖的成型工艺分析2.2.1 塑件的原材料性能分析本手机上盖选用的是ABS塑料，选用该塑料的原因是因为ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，属热塑性塑料，从使用性能上看，该塑料刚度好，耐水、耐热性强，其介电性能与温度和频率无关，是理想的绝缘材料；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性较好，成型容易，但收缩率大。另外，该塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。ABS的主要性能指标见表2-1：表2-1 ABS各项性能参数表密度（g/cm3）105抗拉屈服强度（MPa）50比容（cm3/g）092拉伸弹性模量（MPa）0.8103吸水率24h（%）03机械性能（）无缺口261收缩率（%）1.30-1.60缺口11熔点（）130160弯曲强度（MPa）80热变形条件（）0.45MPa90108强度（hb）9.71.80MPa83103体积电阻率（.）6.91032.2.2 尺寸及精度塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件的精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动以及成型是工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构等，因此，塑件的尺寸精度一般不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据GB/T14486工程塑料模塑塑料制件公差数值标准确定，因此在本设计中根据（GB/T14486）常用材料模塑件公差等级和选用：手机外壳选用的精度等级为一般精度选用3级。塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。在注射成型过程中，流动性差的塑料及薄壁塑件等的尺寸不能设计的过大。大而薄的塑件在塑料尚未充满型腔时已经固化，或勉强能充满但料的前锋已不能很好的熔合而形成冷接缝影响塑件的外观和结构强度。2.2.3 壁厚塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而不同。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了冷却时间，降低了生产效率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到，但一般不宜小于，常取。在本设计中，壁厚取，同时同一塑件的壁厚应尽可能一致,则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂等的缺陷。2.2.4脱模斜度设计脱模斜度的目的是便于塑件的脱模，避免在脱模过程中拉伤塑件表面， 其大小取决于塑料的收缩率。脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。塑件外形以型腔大端为准，尺寸要符合要求，斜度沿形状减小方向，内孔以小端为准，符合图样要求斜度由扩大方向取得，而且脱模斜度不包括在塑料制品公差范围内，脱模斜度见表：表2-2 常用塑料的脱模斜度塑料名称脱模斜度型腔型芯聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯化聚醚25452045硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35403040聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛3510303040热固性塑料254020402.2.5 圆角在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处，理想的内圆角半径应为壁厚的以上。这样避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善制品成型时的塑料流动情况及脱模。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。但是，采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使钳工劳动量增大。通常内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的倍，一般圆角半径不应小于。2.2.6粗糙度塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤云纹等疵点来保证外，主要取决于模具型腔表面粗糙度。一般模具粗糙度要比塑件的要求低12级。塑料制件表面粗糙度一般为之间。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给以抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况决定他们的表面粗糙度。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证3、4。3 模具的零件结构尺寸及总体结构设计3.1 分型面及型腔数目的确定3.1.1 分型面分模是注射模具设计的最重要的一环，它是用分型面将包含模具型腔的体积块分开成动模型芯和定模型腔，而分型面就是动模型芯和定模型腔的接触面。分模一般按以下步骤进行：修补塑件提取塑件的分型线，生成分模面，分模得到动模型芯、定模型腔和滑块型芯。对于具有孔或者槽的塑件在分模前需要修补好这些结构。塑件修补好后开始提取塑件的分型线。分型线是产品的最大轮廓线是产生分模面的基础。该塑件分型线可以通过搜索修补好的塑件的边线获取。分型面是以产生的分型线为基础采用拉伸面、边界面或者其他创建面方法获得。在塑件设计时, 必须考虑成型时分型面的形状和位置， 否则无法用模具成型，因此分型面的选取不仅关系到塑件的正常和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面选择的总体原则是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此分型面在选择时应遵循的基本原则如下：(1)保证产品质量：当产品有同轴度要求时，可以将型腔放在模具同一侧以防止两部分错位。(2)产品脱模方便：分型面应使产品留在动模上，由于推出机构一般设置在动模一侧，将型芯设置在动模部分，产品冷却收缩后会包紧型芯，会使产品留在动模，有利于脱模。(3)型腔排气顺畅：型腔气体的排出，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面，排气槽也都设在分型面上，因此，分型面应尽量选择在塑料熔体流动的末端。(4)保证产品外观：如对于带圆弧的零件，为了保证圆弧处分型不影响零件外观，应当将分型面设置在圆弧顶部，使毛边产生在产品端面，去除后对产品外观无损。(5)有利于侧向抽芯：产品有侧凹或或侧孔时，侧向滑块型芯应当放在动模一侧，这样模具结构会比较简单。对于投影面积较大而又需侧向抽芯时，由于侧向滑块合模时的锁紧力较小，这是应将投影面积较大的分型面设在垂直于合模方向。在创建分型面时，需要注意两个基本要求：分型面不能自身相交，即同一分型面不能自交叠；分型面必须与工件模型或模具体积块完全相交。当塑件分型面确定之后，就需要考虑是型腔数目采用。基于以上分析可得，所选分型面如图3-1所示。 分型面图3-1分型面3.1.2 型腔数目型腔是指模具中塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过把凸凹相反而已。注射成型是先合模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯或凸模。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计应确定型腔数目。一般而言，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；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，可采用一模多腔来提高生产效率为。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。由于该塑件为手机外壳，其对于表面质量及精度要求都比较高，决定初步拟定采用一模一腔的模具形式。3.2 注塑机的选择及有关参数校核3.2.1注塑机的选择完整的注射成型工艺过程，按其先后顺序应包括：成型前的准备、注射过程、塑件的后处理等。(1)成型前的准备 为使注射成型过程能顺利进行，并保证塑料制件的质量，在成型前应做一些必要的准备工作，包括：a.原料的检验和预处理，在成型前应对原料进行外观（如色泽、颗粒大小、均匀度）及工艺性能（如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等）的检验;b.料筒的清洗；c.嵌件的预热；d.脱模剂的选用。 (2)注射过程 完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模几个步骤。其流动的情况又可分为充型、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。(3)塑件的后处理 塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此常需要进行适当的后处理以消除存在的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。其主要方法是退火和调湿处理。3.2.2注塑机的参数校核在塑料成型过程中，工艺条件的选择和控制是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素，主要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力、和相应的各个作用时间。时间(完成一次注射成型过程所需的时间称为成型或生产周期)，直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此生产中，在保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的有关时间。经查询7最终确定注射机型号为XS-Z-60具体的参数见表3-1：表3-1注射机参数表理论注射容积(cm）60螺杆直径(mm)30注射压力(MPa)180注射速率(g/s)70塑化能力(g/s)35螺杆转速(r/min)0200锁模力(kN)400拉杆有较距离(mm)220300移模行程(mm)250模具最大厚度(mm)250模具最小厚度(mm)150锁模形式双曲肘模具定位孔直径(mm)80喷嘴球半径(mm)SR10喷嘴口孔径(mm)3模板尺寸(mm)200315(1)最大注射量的校核注射机的表称注射量:机在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即 或 式中 (）一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量（或）； 型腔数目； （）单个塑件的容量或质量(或）； （）浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(或）。在选注塑机时，注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内，即 或 式中 （）注射机额定注射量(或）。根据容积计算可见注射机的注射量符合要求 。 (2)锁模力的校核当高压塑料熔体充满模具型腔时，会在模具型腔内产生很大的力，迫使模具沿分型面胀开，这个力的大小等于塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之各乘以模具型腔内熔体压力，它应小于注塑机的额定锁模力，才能保证注塑时不发生溢料现象，即，式中 高压塑料熔体产生的胀模力（）； 注塑机的公称锁模力（）； 模具型腔数目； 单个塑件在分型面上的投影面积（）； 浇注系统在分型面上的投影面积（）； 型腔内熔体压力，（）。塑料对模板的压力为：胀塑件浇)额胀由此可知锁模力足够。(3)最大注射量的校核注射机的额定注射压力即为它的最高压力应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即：而又因为HDPE的注射压力是，而XS-ZY-60注塑机的压力为，显然注塑机的注射压力满足要求。(4)模具安装部分的校核喷嘴尺寸： 主流道始端的球面半径主流道注射机喷嘴球面半径,主流道小端直径注射机喷嘴直径，模具厚度 ：模具厚度(又称闭合高度）必须满足：式中 注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距； 注射机允许的最大模厚。故注射机允许该厚度。(5)开模行程的校核开模行程(合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：式中 推出距离（脱模距离）（）； 包括浇注系统凝料在内的塑件高度（）。开模距离取 包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 余量取 则有：符合要求7。3.3浇注系统设计注射模的浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的作用是将熔体平稳地引入模具型腔，并在填充过程中，将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清楚、表面光洁和尺寸稳定的塑件。因此，浇注系统设计的正确与否直接关系到注射成型的效率和塑件的质量。而一个理想的浇注系统应该是：在充模阶段，能够使熔料以尽可能低的表观粘度、较快的速度、平稳的流动充满整个型腔，即快速充模、平稳有序；在保压阶段，能够使压力充分传递到型腔内的各个位置，即压力传递充分，均匀；在定型阶段，能够通过浇口的适时凝固来控制补料时间，防止熔料倒流，即适时凝固；在开模阶段，能够使塑件和料把很方便的分开，减少后工序的操作难度，即便于分离。浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。而该模具采用普通流道浇注系统，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。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：(1)了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。(2)浇注系统的设计应有利于良好的排气。(3)减少熔体的流程及塑料耗量。(4)防止型芯和塑件变形。(5)修整方便，并保证塑件的外观质量。(6)浇注系统应结合型腔布局同时考虑。(7)要求热量及压力损失最小。3.3.1主流道的设计主流道可看作是喷嘴的通道在模具中的延续。在单型腔模具中，主流道直接通向塑件的浇口称为直浇口。单型腔注射模具的生产力通常是由主流道的冷却时间决定的。除了对主流道衬套提供足够的冷却外，主流道衬套上进料口的最小直径应尽可能小，并且又能适时充满型腔。注射成型机喷嘴的出口直径应比主流道衬套最小孔径小，这样在主流道的顶端不会形成凹槽妨碍主流道凝料的脱出。(1)为了便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成圆锥形,其锥角。(2) 为防止主流道与喷嘴处溢料即便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应该紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑。(3)主流道大端成圆角，半径,以减小料流转向过度时的阻力。(4)在模具结构允许，主流道应尽可能短，一般小于,过长则会影响熔体的顺利充型。(5)主流道衬套与定模座板采用过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。图3-2主流道浇口套3.3.2 分流道的设计在模具中，塑料熔体必须通过设在模具分型面上的分流道注入各型腔。适用于主流道的基本规律同样也适用于分流道的横断面。还有一个附加的因素必须考虑，分流道横断面也是其长度的函数，因为可以假设分流道中压力损失的增大至少是与分流道长度成正比的。而多半情况压力损失将更大，因为其横断面由于沿流道壁塑料熔体的固化而减小，而且离主流道距离越远，压力损失则更大。分流道设计时的基本原则：(1)在允许条件下，分流道截面积尽量小，长度尽量短。(2)分流道较长时，在末端设置冷料穴，以容纳冷料和防止空气进入。(3)分流道一般采用平衡式布置特殊情况下可以采用非平衡式布置，要求各型腔同时均衡进料，排流紧凑，流程短，以减少模具尺寸。(4)在多型腔模具中，各分流道尽量保持一致，长度尽量短，主流道截面积应大于各分流道截面积之和。(5)如分流道较多时，应考虑加设分流锥，可避免塑料熔体直接冲击型腔，也可避免塑料熔体急转弯使其平稳过渡。(6)分流道表面不要求过分光滑()，这样有利于保温。为了要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为 的梯形流道。浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低(比表面大)，通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。从上分析为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面。由于分流道的长度与分布跟型腔的数量及其排布有密切关系，并且分流道的直径要稍大于主流道大端直径，故如图。图3-3分流道3.3.3 浇口设计浇口是指塑料熔体从分流道末端进入各型腔的一段通道，浇口的形状和尺寸对塑件的质量影响非常大。在注塑模中，常用的浇口截面形状有有圆形、半圆形和梯形。浇口截面面积与分流道截面面积之比一般为，浇口长度一般为。浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则： 避免塑件上产生缺陷；浇口应开设在塑件截面最厚处；有利于塑料熔体的流动；利于型腔的排气；考虑塑件受力情况；增加熔接痕牢度；流动定向方位对塑件性能的影响；浇口位置和数目对塑件变形的影响；校核流动比；防止型芯或嵌件挤压位移或变形。此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素,综合以上几点原则，本设计采用侧浇口。为了去除浇口方便，浇口长度也可取 ,所以可取。浇口的尺寸主要取决于塑件的几何形状、壁厚以及所使用的塑料种类。设计时一般首先根据塑件的壁厚决定浇口的厚度，然后再根据所需塑料的质量和种类决定浇口的宽度，推荐的经验公式如下：并由资料7可得，浇口深度 。浇口的形状如下图所示：图3-4浇口 取 式中 浇口深度（）； 塑料系数，由塑料性质决定； 塑料件的壁厚（）。浇口宽度 取 式中 塑料系数； 凹模的表面积，亦即塑料件的外表面积。浇口长度 为了去除浇口方便，浇口长度也可取 ，所以可取 。综上得本设计的浇口尺寸为：深度，宽度，长度。3.3.4冷料穴冷料穴一般为于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝,在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井（冷料穴）。冷料穴的形式有：(1)与推杆匹配的冷料穴；(2)与拉料杆匹配的冷料穴；(3)无拉料杆的冷料穴7、8。图3-5冷料井3.4脱模机构的设计注射成型的每一个循环中,塑料制品必须准确的从模具的凹模或型芯上脱出,完成脱出制品的装置称为脱模机构。脱模机构的设计应遵循以下几点原则:尽可能使制件留在动模一侧,以便借助开。模力驱动脱模装置;防止制品变坏和损坏; 力求良好的制品外观,推出位置尽量选在制品内部或对外观影响不大的位置，机构合理可靠，制造方便。设计原则：(1) 因为塑料收缩时包紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。(2) 顶出力作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强肋、凸缘、壁厚等处，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。(3) 为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。本次设计采用一级脱模结构：当开模时间时推动推板，使推杆向上移动，顶出塑件。图3-6脱模机构3.5 排气系统的设计由于注塑模是先闭合后进料，所以当塑料熔体注入型腔时，型腔及流道内原有气体、成形过程中所产生的废气必须能够完全排出，才能保证模具型腔充填完整。如果出现排气不良，残余空气将被封闭在型腔内的某个部位，一方面，在该部位空气将被压缩而升温，可能因此而导致过热分解、色泽变黄、表面轮廓不清；另一方面如果滞留的气体过多可能会出现型腔填充不完整；严重的情况下，还会由于空气压缩产生高温而灼伤在制品等。因此设计型腔必须充分地考虑排气问题。排气槽的作用主要有两点。一是在注塑熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。别外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样开设才算充分呢？一般来说，若以最高的注射率注射熔料，在制品上去未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。适当的开设排气槽：可以大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产高利率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们可以利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。3.6 温度调节系统的设计 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定向、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模；模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。一般注射模具内的塑料熔体温度为左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷却系统8、9。冷却系统的设计原则：(1)尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。(2)冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。(3)尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于。(4)浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却。(5)应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于5。(6)合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑件应沿收缩方向开设冷却水孔。(7)合理确定冷却水管接头位置。为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具同一侧。(8)冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。(9)冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。3.7 模架结构的设计3.7.1 各模板尺寸的确定(1) A板尺寸A板是定模行腔板，塑件高度为，分型面呈梯形，则处于A板中的尺寸为，在末班上还开设冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板厚度取。(2) B板尺寸B板作为推杆，考虑到推杆与型芯的关系，塑件有还处于推杆范围内，因此B板厚度取。(3 )C垫块尺寸垫块推出行程推板厚度推杆固定板厚度，设计取。确定模架的外形尺寸：长宽高3.7.2 模架的确定根据型腔的布局可以看出，型腔嵌件分布尺寸为，又根据型腔侧壁的最小厚度为、，再考虑到导柱、导套及连接螺钉应占有的位置和采用推杆推出等各方面的问题，确定模架的板面为选用模架的型号为GB/T4169.3。图3-7模架3.8 成型零件的设计成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素10。3.8.1 成型零件的选材成型零件的材料选用，必需要符合以下几点要求：(1)机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。(2)抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，要求钢材硬度在HRC3540为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。(3)耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。(4)具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实，再依照上述标准，故在设计成型零件(凹模)中选用了镜面钢PMS11。4 基于PRO/E下的模具设计4.1 设置参照模型打开PRO/E软件，建立新的文件然后在新的文件中创建参照模型最终确定参照模型方向，然后产生型腔布局的结果。 图4-1创建参照模型 图4-2型腔布局结果4.2设置收缩设置收缩对模具执行按尺寸收缩命令，如图4-3 。图4-3按尺寸收缩4.3 添加毛坯在模型创建中利用手动创建拉伸操作板。最后运用草绘拉伸出工件，完成工件的添加，效果图如图。 图4-4菜单管理器 图4-5毛坯工件添加完成后的效果图4.4分型面的设计利用模具曲面复制和平整等命令创建两个分型面如图4-6。然后利用菜单中曲面-合并，将两个面合并，分型面设置完成。图4-6草绘分型面 图4-7分型面生成结果4.5 浇注系统的设计（1）主流道在型腔组建中利用加减材料旋转实体，然后草绘如图4-8。图4-8主流道草绘界面通过旋转命令绘制主流道，如图4-9所示。 (a) (b) 图4-9主流道创建结果:（(a)草绘图 (b)主流道形成）(2)分流道与浇口的连接形式：分流道与浇口常采用斜面和圆弧连接，这样有利于塑料的流动和填充，减小流动阻力，取斜面连接。布置形式：分流道的布置选用平衡式，可实现均衡进料和同时充满各型腔的目的，使各型腔成型出的塑件性能、尺寸基本一致，如图4-10。图4-10 分流道 4.6 分割体积块选择两个体积块分割所有元件，然后选取创建的分型面，完成分割曲面定义，如图4-11。图4-11菜单管理器全部选中所有体积块之后完成设定之后，分解视图可得分解后视图，如图4-12所示。图4-12分解后视图分别选择打开型芯和型腔，显示如图4-13、4-14。图4-13型芯图4-14型腔 4.7添加模架打开文件，隐藏“定位环”、“浇口套”“定模固定板”，为下一步方便选择参考平面，如图4-15。图4-15选定参考面 利用模型装配基础元件，在弹出的提示中分别选择六个定位平面，最后完成模架的装配，如图4-16。图4-16模架装配 4.8 冷却系统的设计创建一基准平面，