毕业论文-汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计（定稿）

汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计摘要随着科学技术的发展，塑料注射成型已经广泛应用于汽车行业，在国民经济中占有重要地位。对于注射成型，塑料模具的设计至关重要。在塑料材料、加工工艺确定后，塑料模具对实现塑件加工要求、塑件使用要求和塑件外观要求，起着不可替代的作用。本文以汽车内饰件为具体实例进行注塑工艺分析与模具设计，除了工艺分析计算，还包括MOLDFLOW成型过程模拟和UG模具设计。通过工艺分析计算，选择合适的注塑机，合理设计模具的模架、浇注系统、成形零件、导向定位机构、脱模机构、侧抽芯机构及冷却系统。利用MOLDFLOW分析软件进行充填、料流、翘曲和冷却模拟，优化成型工艺参数、浇注系统和冷却系统，提高模具的质量。同时，应用UG的MOLDWIZARD模块进行模具设计，充分运用标准件，提高设计效率。关键词浇注系统；侧抽芯；冷却系统；MOLDFLOW分析；优化INJECTIONPROCESSANALYSISANDMOLDDESIGNOFANAUTOMOBILEINTERIORABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,PLASTICINJECTIONMOLDINGHASALREADYBEENWIDELYUSEDINTHEAUTOMOBILEINDUSTRYITPLAYSANIMPORTANTPARTINTHENATIONALECONOMYFORTHEINJECTIONMOLDING,THEDESIGNOFPLASTICMOLDISESSENTIALAFTERTHEPLASTICMATERIALANDPROCESSINGTECHNOLOGYAREIDENTIFIED,THEDESIGNOFPLASTICMOLDPLAYSANIRREPLACEABLEROLEINREALIZINGTHEREQUIREMENTOFPARTSPROCESSING,USINGANDAPPEARANCEINTHISPAPER,THEAUTOMOBILEINTERIORISDESIGNEDASTHESPECIFICEXAMPLEFORINJECTIONPROCESSANALYSISANDMOLDDESIGNINADDITIONTOTHEPROCESSANALYSISANDCALCULATION,THEREAREALSOTHEPROCESSOFMOLDFLOWSIMULATIONANDUGMOLDDESIGNTHROUGHTHEPROCESSANALYSISANDCALCULATION,WECANCHOOSETHESUITABLEINJECTIONMOLDINGMACHINE,DESIGNTHEMOLDBASE,THEFEEDSYSTEM,FORMINGPARTS,POSITIONORIENTEDINSTITUTIONS,DEMOULDINGAGENCIES,SIDECORESLIDEANDCOOLINGSYSTEMRATIONALLYUSINGTHEMOLDFLOWSOFTWARETOSIMULATETHEPROCESSOFFILLING,MATERIALFLOWING,WARPAGEANDCOOLINGFORTHEPURPOSEOFOPTIMIZINGTHEMOLDINGPROCESSPARAMETERS,THEFEEDSYSTEMANDCOOLINGSYSTEMTHEN,WECANIMPROVETHEQUALITYOFTHEDIEATTHESAMETIME,WITHTHEAPPLICATIONOFUGSMOLDWIZARD,WECANMAKEFULLUSEOFSTANDARDPARTSANDIMPROVETHEEFFICIENCYINTHEPROCESSOFMOLDDESIGNKEYWORDSFEEDSYSTEMSIDECORESLIDECOOLINGSYSTEMMOLDFLOWANALYSISOPTIMIZATION目录1引言12塑件工艺分析221塑件成型工艺分析222原料（ABS）的成型特性、性能指标与工艺参数2221成型特性2222性能指标3223工艺参数33注塑机选择431注塑机初选432注塑机校核44成型零件设计741成型零件结构设计742成型零件钢材选用743成型零件的力学计算744定位楔块设计125浇注系统设计1551浇注系统的组成及设计原则1552流道及浇口设计15521主流道设计15522冷料穴设计17523分流道设计18524浇口设计19525拉料杆设计2053型腔压力估算226分型面及排气槽设计2361分型面设计2362排气槽设计237冷却系统设计2571模具温度调节的必要性25711模具温度调节对塑件质量的影响25712模具温度调节对生产效率的影响2572无定型塑料薄壁塑件冷却时间的计算2573冷却系统的计算2674冷却回路布置288导向与定位机构设计3081导向机构设计3082定位圈设计319脱模机构设计3291脱模机构选择3292脱模力计算3293推杆脱模机构设计3394浇注系统凝料脱出限位机构设计3610抽芯机构设计38101侧抽机构选择38102抽拔距计算38103斜推杆的斜角3811注塑机与注射模的关系39111安装参数校核39112开模行程校核3912MOLDFLOW成型过程模拟40121塑件平均厚度40122导入实体40123划分网格40124重新网格划分41125网格诊断并修复42126浇注系统分析44127冷却系统分析5813UG模具设计65131模具设计过程65132模具三维图形7114结论72致谢73参考文献741引言工程塑料质量轻，不腐蚀，绝缘性好，易成型，越来越被汽车业界认识和接受，工程塑料在汽车中应用也就变得越来越广泛，所以，塑料模具的应用也越来越广泛。其中，汽车内饰件用塑料量已占整车塑料用量的50左右。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成形技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件使用要求和塑件的外观造型要求，起着不可替代的作用。塑料模技术，包括设计技术、材料选择、加工技术管理与维修技术等多种领域，属于系统工程技术。随着计算机行业的不断发展，塑料模已经向着CAD/CAM/CAE集成化发展。模具设计不但要求能够生产出一定尺寸精度和形状精度的制品，还应满足结构合理、加工容易、操作容易等要求。本文以汽车内饰件为具体实例进行注塑工艺分析与模具设计，其步骤如下首先，进行工艺分析计算，选择合适的注塑机，合理确定模具的型腔数目、分型面、排气槽、浇注系统、成形零件、导向定位机构、脱模机构、侧向抽芯机构及冷却系统。然后，应用MOLDFLOW分析软件划分网格，对浇口位置进行模拟，对注塑过程进行填充、料流、翘曲进行模拟，在确定浇注系统时得到理想的塑料熔体流动形式、控制熔接痕的形成位置、减小制品可能发生的翘曲变形；同时，对几种冷却通道布置进行冷却分析，根据分析结果选择最佳设计方案，并确定该通道合适的水流速度、水温、模具温度等参数，从而优化成型工艺参数，确定浇注系统和冷却系统。最后，用UG的MOLDWIZARD模块进行模具三维设计，充分应用标准件，提高设计效率。2塑件工艺分析21塑件成型工艺分析图21汽车内饰件汽车内饰件如图21所示，原料选用ABS（苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物）。此塑件形状比较复杂，同时壁厚很薄，在25MM左右，不容易充填，大而薄的曲面注射成型后容易发生翘曲变形，因此要保证浇注平衡和冷却均匀，尽量减小翘曲变形；分析塑件外观，凹槽成型需要内抽芯机构，所以，要保证内抽芯机构与脱模机构不发生干涉；考虑到塑件外观要求，采用侧浇口进行注射成型；为了保证流道凝料的顺利脱出，采用两次分型，并设定限位装置；因为型芯的形状比较复杂，用整体形式损坏后不容易维修，同时加工难度高，所以适当增加镶件，并保证型芯的强度和刚度。22原料（ABS）的成型特性、性能指标与工艺参数查中国模具设计大典表837，苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物（ABS），综合性能较好，冲击韧度、力学强度较高，选用成型汽车内饰件，可提高汽车的安全系数，减轻碰撞时对人体造成得伤害；尺寸稳定，耐化学性、电气性能良好，易于成形和机械加工。221成型特性（1）吸湿性强，含水量应小于03，必须充分干燥；（2）流动性中等，溢边料004MM左右；（3）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温；料温对物性影响较大，料温过高易分解，分解温度为250；（4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式；脱模斜度宜取2以上。222性能指标密度102116G/CM3收缩率0308熔点130160吸水率0204（24H）比热容1470J/（KGK）屈服强度50MPA抗拉强度38MPA223工艺参数注塑机类型螺杆式料筒温度前段180200中段165180后段150170喷嘴温度170180模具温度5080注射压力60110MPA注射时间090S高压时间05S冷却时间20120S螺杆转速30R/MIN前处理烘干处理80902H后处理红外线灯或烘箱7024H3注塑机选择31注塑机初选（1）塑件体积估算使用UG软件，打开塑件，并计算出其体积，塑件体积；304321965MV塑件体积较大，可采用一模一件，加上浇注系统凝料，估算总成型体积为301713806421955MV所需塑料的体积为3310224527386CK式中，压缩系数，查塑料模具设计表35，取；910K（2）注塑机选择根据所需塑料的体积，查中国模具设计大典表993，选用注塑机型号SZ2500/5000，注塑机参数如下理论注射量2622CM3注射压力160MPA螺杆直径95MM注射速率500G/S螺杆转速10170R/MIN锁模力5000KN拉杆内间距900900MM移动行程950MM最大模具厚度870MM最小模具厚度450MM喷嘴口孔径7MM喷嘴球半径SR20MM32注塑机校核（1）最大注射量的校核塑件的体积必须与所选择的注塑机的最大注射量相适应。为了保证正常的注射成型，最大注射量应大于塑件的体积（包括流道及浇口凝料）。所选注塑机的最大注射量以最大注射容积标定，按如下公式校核13VK式中，利用系数，；801K注塑机最大注射量；33326CMV1297680CVK3CM故，注塑机满足要求。13（2）注射压力校核注塑机的最大注射压力应大于塑件成型所需的注射压力，即10P式中，注塑机的最大注射压力，160MPA；塑件成型所需的注射压力，60110MPA；1故，注塑机满足要求。0P（3）锁模力校核锁模力又称合模力，是指注塑机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。为避免塑件注射成型时由于锁模力不足而使模具沿分型面胀开，注塑机的锁模力可按如下公式计算200PAKF式中，注塑机的公称锁模力，3200KN；模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPA；2安全系数，查中国模具设计大典表994，K2取12；K塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和（CM2）；0A在UG中打开塑件，计算塑件的投影面积2013CMAKNMPACMPAK432651032202NF5故，注塑机满足要求。200经过MOLDFLOW分析，注射成型所需的锁模力约为6500KN，所选注塑机不满足要求，查塑料注射模具设计实用手册附录B，选用注塑机型号SZ3200/8000，注塑机参数如下理论注射量2855CM3注射压力165MPA螺杆直径105MM锁模力8000KN拉杆内间距11001100MM移动行程1000MM最大模具厚度1050MM最小模具厚度450MM喷嘴口孔径7MM喷嘴球半径SR20MM4成型零件设计41成型零件结构设计（1）凹模结构设计凹模是成型塑件外表面的成型零件。为了保证强度和刚度要求，同时保证塑件外表面无拼接缝痕迹，选用整体嵌入式凹模。整体嵌入式凹模装在凹模固定板上，需用螺钉紧固，并用楔块定位。（2）型芯结构设计为了节省优质模具钢材，便于机加工和热处理，选用组合式型芯。组合式型芯装在型芯固定板上，需用螺钉紧固，并用楔块定位。42成型零件钢材选用用作注射模成型零件的钢材，应具备如下性能（1）机械加工性能良好，易于切削，加工后能得到高精度零件；（2）抛光性能优良，钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质；（3）注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交变的应力作用，要求材料的耐磨性和抗疲劳性能好。查中国模具设计大典表941，ABS工程塑料选用P20钢材（3CR2MO），将模板预硬化后以硬度3638HRC供应，其抗拉强度为133MPA。模具制造中不必热处理。43成型零件的力学计算对于大尺寸模具主要是刚度问题，要防止模具产生过大的弹性变形。因此，须先确定不同情况下的许用变形量，用刚度条件计算公式进行壁厚和垫板厚度的设计计算，再用强度条件计算公式进行校验。利用UG进行型腔、型芯分型，数据如图41所示。图41分型数据（1）许用变形量P的计算从模具型腔不产生溢料考虑，查中国模具设计大典表9413，取MP05其值为；M04（2）刚度和强度条件计算带模框的整体式矩形凹模侧壁厚度计算HHSSLL图42整体式矩形凹模此类结构按刚度条件进行计算，模框厚度为3132HSCEPHLLS式中，模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPA；P凹模型腔深度，查图41得，；HMH34上H41下查图41得，；5上H65下矩形凹模型腔中塑件长度，查图41得，；LL27长ML265短矩形凹模型腔长度查图41得，；LML480长L30短矩形凹模型腔侧壁厚度；S根据，查中国模具设计大典表9417，C30LH9C；108查中国模具设计大典图9429，根据得3620475LB；53一般中碳钢的弹性模量取21105MPA；E许用变形量；P故型腔凹模长边厚度为034526901485012353478031长S型腔凹模短边厚度为03452790148501235362031短S型芯凹模长边厚度为041526930850124365347803长S型芯凹模短边厚度为0415279308501243653203短S通过以上计算，查中国模具设计大典表13210，型腔凹模固定板选用500MM710MM；型芯凹模固定板选用500MM710MM；强度条件进行校验，所以选用公式410LH2MAX13SPH型腔凹模长边厚度校核2MAX3SPHP22647MPA56108345型腔凹模短边厚度校核2MAX13SPHPA549526900834型芯凹模长边厚度校核2MAX13SPHPMPA279527108435型芯凹模短边厚度校核2MAX13SPHPA64135279008435式中，模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPA；P凹模型腔深度，利用UG求，查图41得，；HMH上H41下一般中碳钢为160MPA；PP；12L根据，查中国模具设计大典表9417得；301LH108S矩形凹模厚度，；MS90235短MS524710长矩形凹模型腔侧壁厚度；S经强度校核，所选用模板满足要求。凹模结构采用整体嵌入式如图43所示。图43嵌入式凹模1型芯固定板2楔块3型芯整体式矩形凹模底板厚度31314PPEBCBT式中，模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPA；P矩形凹模型腔短边长度（MM），查图41得；BMB265矩形凹模型腔长边长度（MM），查图41得；LL47一般中碳钢的弹性模量取21105MPA；E许用变形量；P1324BLC故4L1265734027150126TM398强度条件进行校验整体式矩形凹模底板厚度212170PPBT式中，模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPA；P矩形凹模型腔短边长度（），查图41得；BMMB265一般中碳钢为160MPA；PP故216035710T8经强度校核，整体式矩形凹模底板厚度最小为。M8通过以上计算，查中国模具设计大典表13210，型腔凹模固定板选用；型芯凹模固定板选用；M125705M160750模架总高度，满足注塑机要求（最大模具厚度H241604，最小模具厚度）。144定位楔块设计（1）型芯固定板上定位楔块设计长边方向上定位楔块，如图44所示。12025276014图44定位楔块短边方向上定位楔块，如图45所示。2560902714图45定位楔块（2）型腔固定板上定位楔块设计长边方向上定位楔块，如图46所示46定位楔块短边方向上定位楔块，如图47所示。1550902714图47定位楔块5浇注系统设计51浇注系统的组成及设计原则浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大；浇注系统设计的正确与否，对注射成型过程和塑件质量均有着直接影响，在浇注系统设计时应遵循如下原则（1）在满足塑料成形和排气良好的前提下，尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；（2）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩；（3）设计浇注系统时，应考虑取出浇口方便，修正浇口时在塑料塑件上不留痕迹，以保证塑料塑件外观。52流道及浇口设计521主流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出的熔体导入分流道或是型腔中。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切联系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收的冷料多，冷却时间增长；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度增高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料成形困难。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）主流道设计原则浇口套的内孔呈圆锥形，锥度为26；浇口套进口的直径应比注塑机喷嘴孔直径大12MM；浇口套球面半径一般要比注塑机喷嘴接触处球面半径大051MM；浇口套（主流道长度）应尽量短，可以减小冷料回收量，减小热量和压力损失；浇口套部位热量集中，温度很高，应考虑冷却。（2）主流道设计计算体积流率QSCMVQ/49736081式中，塑件体积；1注射时间，查中国模具设计大典表921，取46S；确定恰当的剪切速率对于主流道，取；132051S对于分流道，取；对于矩形类浇口，取；154S求当量半径NR根据剪切速率和体积流率，查中国模具设计大典图9215得主流道的当量半径；MN52分流道的当量半径；R浇口的当量半径；N31主流道尺寸根据注塑机喷嘴口孔径，为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径应稍MD71D大于注塑机喷嘴直径，通常取；MD811主流道入口得凹坑球面半径也应大于注塑机喷嘴球头半径，通常为2R1RMR2012主流道的半锥角，主流道长度，则主流道大端直径为ML352DD4102TAN8TAN3512取，在当量半径范围内，塑料塑件成型质量好。M0主流道如图51所示。81040L35R21图51主流道（3）浇口套设计根据大型注塑模具设计技术原理与应用图59和表514，选取基本尺寸30MM的A型浇口套尺寸，如图52所示。R33000130008R21204050001图52浇口套522冷料穴设计冷料穴的长度通常为流道直径的152倍，如图53所示。D15D2D图53冷料穴523分流道设计（1）分流道设计原则在保证正常注射成型工艺条件下，分流道的截面面积应尽量小，长度应尽量短；较长分流道末端应开设冷料穴，便于容纳注射开始时产生的冷料，防止空气进入型腔内；（2）分流道设计水平分流道设计考虑分流道的效率和加工的难易，采用梯形流道，如图54，其中，流道直径查中国模具设计大典图9212，；MD8R2585图54水平分流道竖直分流道设计竖直分流道采用圆锥形，与水平分流道连接处直径采用点浇口公式进行计算，如下41ANCD4305906M65式中，塑料材料系数，查中国模具设计大典表922，；60N塑件壁厚的函数值，查中国模具设计大典表923，；39C型腔表面积；1取直径为，后经MOLDFLOW分析，小端直径太小，体积剪切速率太大，容小DM503易导致塑料裂解，所以将设为。小D4圆锥大端直径，取，与水平分流道一样，则竖直分流道示意图如图55所示。88L4图55竖直分流道524浇口设计（1）浇口设计原则浇口应开设在塑料塑件断面较厚的部位，能使熔融的塑料从塑料塑件厚断面流向薄断面，保证塑料充填完全；浇口位置得选择，应使塑料充填流程最短，减小压力损失，有利于排除模具型腔中的气体；浇口位置应尽量开设在不影响塑料塑件外观的部位，如开设在塑料塑件的边缘和底部等。（2）浇口设计成形零件为大面积薄壁塑件，采用扇形浇口，首先，确定侧浇口深度和宽度的经验公式如下MNTH2560AW753031其中，侧浇口深度（MM）；H塑件壁厚（MM）；T塑料材料系数，查表922，；N60N浇口宽度（MM）；型腔表面积；1A扇形浇口的面积250172MHWS根据分流道直径和扇形最大宽度，求它们对应的深度，如下M8DH941501S722后经MOLDFLOW分析得浇口尺寸太小，体积剪切速率太大，容易导致塑料裂解，所以，将浇口设为，设为；1HM02HM90侧浇口的长度，而扇形浇口的长度比侧浇口的长度长一些，常为L75，在设计中采用。2701525拉料杆设计（1）水平分流道拉料杆设计确定拉料杆的尺寸3D要想实现脱出凝料的作用，在凝料断裂前，拉料杆不能断裂，即（）塑钢FBB223式中，拉料杆头部小端直径（MM）；3D竖直分流道小端直径，；MD4拉料杆所选钢的抗拉强度，拉料杆选用45钢，查机械设计实用手册B表2822得45钢的抗拉强度；MPAB70ABS的抗拉强度，查中国模具设计大典表839B得B；MPAB50则50247023DM13查大型注塑模具设计技术原理与应用图513及表517得选用C型分流道拉料杆，相应参数如下MHDMHDD4,0,84,6,13,832010156强度校核拉料杆将凝料从竖直分流道上拉断，则必须保证凝料在拉料杆前端、的面积之2D3差大于断面面积，即保证2232DD式中，竖直分流道小端直径，；M4通过验证得凝料在拉料杆前端、的面积之差小于断面面积，为了保证顺利拉2D3出凝料，可将拉料杆的前端退入定模板2MM，依靠拉料杆前端与定模板共同作用，实现顺利脱料。（2）竖直分流道拉料杆设计参考先进注塑模330例设计评注图54，竖直分流道拉料杆采用钩形拉料杆，选用的顶杆，并参考中国模具设计大典图927，在UG中作图，将顶杆顶MD8端做成钩形拉料杆，其二维图如图56所示。682010图56拉料杆53型腔压力估算浇注系统初步确定后，对于大型注射模具，必要时应对整个系统的压力降进行估算，以预测浇注系统设计是否合理。此外，它还是对型腔壁厚、垫板等模具零件进行刚度和强度校核的理论依据。查中国模具设计大典表994，型腔平均计算压力为35MPA。6分型面及排气槽设计61分型面设计分型面应选择在塑件的最大截面处，否则，塑件无法脱模，所以，分型线和分型面设计仅有一种可能，只能把最大截面处作为分型面。62排气槽设计（1）排气槽设计方法对于大型模具，可利用镶件的缝隙排气，也可利用推杆与孔的配合间隙排气，但可靠而有效的方法是在分型面上开设专用排气槽，即在熔体最后充满的部位开设。（2）排气槽高度排气槽的截面尺寸，以有利于排气而又不溢料为原则，查中国模具设计大典表932得ABS排气槽高度；MH03气流方向的排气槽长度L，一般不超过2MM，排气槽后续的导气沟应适当增大，以减小排气阻力，其高度，单个宽度；排气槽表面应618MW523沿气流方向进行抛光。（3）排气槽截面尺寸计算排气槽的截面面积公式计算如下0112735TPTMF式中，排气槽截面面积（M2）；模具内气体质量（KG）；1模内气体的初始压力，；0PMPAP10模内被压缩气体的最终温度（）；1T充模时间（S），取2S；T模具内气体质量，按常压常温20的氮气密度计算，有30/16MKG01VM式中，模具型腔体积（M3），利用UG得；0V3401029653MV应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度（）27327310401PT式中，模具内气体的初始温度，取室温20；0模具内被压缩气体最终排气压力（MPA），取35MPA；1则KGVM440107391029653CPT953275227340112401111097732535MTF取排气槽高度，则排气槽总宽度为MHWW397实际排气槽宽度应大于计算值，因为当模具使用一段时间后，挥发性气体的积垢使排气有效截面减小；根据熔体流动特点，可设置两个排气槽，宽度均为20MM，分别在熔体最后充满部位。7冷却系统设计71模具温度调节的必要性711模具温度调节对塑件质量的影响（1）变形模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小塑件的变形。对于形状复杂的塑件，经常会因为收缩不均匀而产生翘曲变形，因此，必须选用合适的温度调节系统，使型腔和型芯各部分的温度基本保持均衡，以便塑料熔体同时凝固；（2）尺寸精度利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减少塑件成形收缩率的波动，提高塑件尺寸精度的稳定性；（3）表面质量提高模具温度调节系统能改善塑件的表面质量，过低的模温会使塑件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕，导致塑件表面粗糙度大。712模具温度调节对生产效率的影响据统计，模具的冷却时间约占整个成型时间的三分之二，因此，缩短冷却时间是提高生产效率的重要因素。在注射模中，冷却系统是通过冷却水的循环将塑料熔体的热量带走的，冷却通道中冷却水是处于层流状态还是湍流状态，对于冷却效果有显著影响；在湍流下的热传递比层流高1020倍，所以，为了缩短冷却时间，可提高冷却水的流速，使冷却水处于湍流状态。72无定型塑料薄壁塑件冷却时间的计算塑件在模具内的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔到开模取件的时间。对于无定型塑料的薄壁塑件通常按照塑件截面的平均温度来计算冷却到该温度（出模温度）的时间。WKST1028LN式中，塑件的最大壁厚，利用UG得塑件最大厚度为4MM；S塑料的热扩散系数（MM2/S），可查中国模具设计大典表982得K；SMK/092塑料熔体的注塑温度，查中国模具设计大典表982，取2200C；模具温度，查中国模具设计大典表982，取50C；WW塑件截面的平均脱模温度，查中国模具设计大典表982，取6011C；ST25470628LN094273冷却系统的计算（1）热平衡计算在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水所带走的热量，因此有321CWQQV式中，冷却水的体积流量（）；VMIN/3单位时间内注入模具中的塑料重量（），估算IN/KG；I/420MIN/42051KGGW单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量（）；QKGJ/冷却水的密度（）；3/K冷却水的比热容（）；1CCGJ冷却水的出口温度（C），通常出入口水温相差应在5C以内，取2522C；冷却水的入口温度（C），取20C；33可表示为1QUC102式中，塑料的比热容（），查中国模具设计大典表983得CKGJ/；CKGJC/4712塑料熔体的初始温度（C），取220C；0塑料塑件在推出时的温度（C），取60C；1结晶型塑料的熔化质量焓（），查中国模具设计大典表98UKGJ/3，；0Q/2035602471MIN/174803533QV查中国模具设计大典表981，选用冷却通道直径，I/053QVM8最低流速，保证冷却水的稳定湍流；SMV/61冷却水在圆管中的流速为即为最低流速；/为了保证密封，在型腔与固定板之间应加密封圈，防止冷却水从缝隙中流出，查机械设计实用手册表7217，选用材料为氯丁橡胶，内径，截面MD19061直径的O形橡胶密封圈。MD09652（2）冷却管道总传热面积计算HWQA1式中，单位时间内注入模具中的塑料重量（），估算MIN/KG；MIN/420IN/42051KGG单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量（）；QKGJ/冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数HCHM2模具温度与冷却水温度之间的平均温差（C）；对于细长冷却管道，其冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数的计算式为H20863DVFH式中，与冷却水温度有关的物理系数，查中国模具设计大典表985，F；46F冷却水的密度（）；3/MKG冷却水在圆管中的流速（）；VS/冷却管道的直径（）；D93240108694632380H2520MA（3）冷却管道的孔数由式790481932DLN式中，冷却管道总传热面积（）；A2M冷却管道开设方向上模具长度（）；冷却管道的直径（）；D所以，冷却管道孔数大于1根都满足要求。74冷却回路布置（1）凹模和型芯平衡成型塑件的型芯形状远复杂于凹模形状，同时塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，这时，绝大部分热量将依靠型芯的冷却回路来传递，所以，型芯上的冷却回路可多于凹模，以保证冷却均衡；（2）冷却管道一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的12倍，冷却管道的中心距约为管道直径的35倍；（3）冷却回路成型塑件的模具型腔较浅，同时塑件形状大体为曲面，为了便与加工，型腔冷却回路和型芯冷却回路均采用平面回路式冷却回路，并以长边为主；对于重要位置（如形状复杂的地方），采用隔板式冷却回路。8导向与定位机构设计81导向机构设计（1）导柱设计参考先进注塑模330例设计评注图47，采用带头导柱，对于大中型模具，因为导柱需要支撑型腔板得重量，导柱直径可用下式校核MENWLDP674105412018976356153413根据中国模具设计大典表1325得选用的标准带头导柱D（GB/T416941984），其参数如下，材料选用20钢，热处理渗碳0508淬硬MD50L40M4015660HRC；经过开模行程校核，导柱不能满足第二次分型时的导向作用，可在型腔和型芯上做凸台来实现型腔和型芯的导向，所以，可将导柱直径做小一些，根据中国模具设计大典表1325得选用，的导柱。D40L40（2）导套设计参考先进注塑模330例设计评注图47，采用带头导套，用于比较厚的模板，根据导柱，查中国模具设计大典表1324得选用标准带头导套型，安装MD40在型腔固定板上，其参数如下，材料选用20钢，热处理渗碳0508淬硬5660HRC；MD40L125，材料选用20钢，热处理渗碳0508淬硬5660HRC；60（3）导向机构位置设计导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱工作部分的配合精度采用H7/F7导柱固定部分配合精度采用H7/K6导套外径的配合精度采用H7/K6导柱工作部分的表面粗糙度为，固定部分为，导套内外圆柱面表面粗糙M40M80度取；M80（5）凸台设计在型腔和型芯的四个角上建凸台，然后倒圆角，实现型腔和型芯分型、合模时导向作用。82定位圈设计根据大型注塑模具设计技术原理与应用图58，选取特殊型定位圈E，如图81所示。图819071550010定位圈9脱模机构设计91脱模机构选择根据所设计的浇注系统，脱模机构采用浇注系统凝料脱出机构，一次分型实现凝料脱离，二次分型实现塑件脱模。92脱模力计算脱模力由两部分组成，即EQBC式中，塑件对型芯包紧的脱模阻力；使封闭壳体脱模需克服的真空吸力，为型芯的横截面面BQBBAQ10积；薄壁矩形塑件的脱模阻力计算公式如下18FCHKTE式中，塑料的拉伸弹性模量（MPA），查中国模具设计大典表961，；GPA95塑料塑件的厚度，；TMT52塑料的平均成形收缩率，查中国模具设计大典表961，；60型芯脱模方向高度；HH7413塑料的泊松比，查中国模具设计大典表961，；3脱模斜度修正系数，其计算公式为FKCOSIN1FF式中，塑件与钢材表面之间的静摩擦系数，查中国模具设计大典表961，；450F型芯的脱模斜度，对于ABS，脱模斜度通常取2以上，所以取为3；则COSIN1FKF390COSIN450138FCHTEQ72580N35692因为NABB10743010所以CE8256892593推杆脱模机构设计（1）推出零件设计推杆设计原则推杆除了起推出作用，同时端部作为成型部分，起到成形塑件作用，为了防止圆柱头推杆旋转，可选用标准圆柱头推杆，然后对头部进行加工，如图91所示。图91推杆头部推杆边缘须距侧面以上；M3推杆应均匀布置，在脱模阻力特别大的地方可增加推杆数目，在肋、凸台、支撑等部位应多设推杆；为防止熔体的渗漏，推杆的工作段应有配合要求，常是H8/F7或H7/F7；推杆材料多用45号钢或是T8、T10碳素工具钢。推杆尺寸的确定根据压杆稳定公式推导，公式如下412NEQLKDE式中，推杆直径，查中国模具设计大典表1322，选用的标准推MD10杆，材料为T8A；安全系数，通常取；251K推杆长度，根据所选模架，取；LML30脱模力；EQ推杆材料的弹性模量（MPA），取21105MPA；E推杆根数；N即，选用17根推杆。415203810N65强度校核MPAADNQSEC9309811724式中，脱模力；E推杆根数；推杆直径；D推杆材料的屈服点（MPA），查机械设计实用手册表2822，S；MPAS930通过以上计算，所选用推杆满足要求，根据表1322得，其参数如下，MD1D16MS5L40材料T8A（2）复位零件设计利用复位杆使脱模机构复位；根据所选标准模架，选用四根的标准推杆做复位杆，其参数如下MD25，（需加工到）；MD25D32S10L31M274材料T8A（3）固定零件设计通常将推杆凸肩压在推出固定板的沉孔和推板之间，两板之间用螺钉紧固。所有的推杆应对沉孔深度放出余量，在固定板上插入推杆后，再将之与固定板一起磨去余量，以保证所有杆件的凸肩高度与沉孔深度完全一致，避免推杆在高度方向上的窜动。D08DD08D4D623D图92推杆与推杆固定板的连接方式（5）定位零件设计限位钉可将脱模机构限制在正确位置，此外，还能防止脱模机构在复位时受异物障碍，因为在限位钉头部与推板所形成的空隙中可容纳污垢；查中国模具设计大典表13312得选用标准限位钉，其参数如下，MD12D0MS6L20（5）导向零件设计为了保证脱模机构运动平稳灵活，避免发生倾斜、卡死现象，采用导套导柱进行导向；根据中国模具设计大典表951得导柱直径选用；M25查中国模具设计大典表1326，选用标准有肩导柱，DML20，材料选用20钢，热处理渗碳0508淬硬5660HRC；ML501查中国模具设计大典表1324，选用标准带头导套型，5，材料选用20钢，热处理渗碳0508淬硬5660HRC；4导向零件设计示意图如图93所示。DH7/F7DH7/K640160图93脱模机构的导向装置94浇注系统凝料脱出限位机构设计采用拉料杆拉断点浇口的形式脱出浇注系统凝料，参考先进注塑模330例设计评注图166。（1）螺钉设计查机械设计实用手册表3253，选用内六角圆柱头螺钉；错略估算螺钉长度，选用M30内六角圆柱头螺钉。MH1904510（2）弹簧设计查机械设计实用手册表414得弹簧端部结构形式采用两端圈并紧并磨平，支承圈数；ZN查机械设计实用手册表415得选用标准圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧直径，弹簧中径，节距，有效圈数（选用），MD4MD40MT5145142N0变形量，最大心轴直径；NFS510X32有上列尺寸推算所选弹簧的其余尺寸，如下总圈数15201ZN弹簧自由高度0HMDNTZ25180245150并压高度BMHB821经过以上计算，最终选用M30,公称长度的内六角圆柱头螺钉，其中，螺L20纹长度，起限位作用；弹簧选用直径，弹簧中径，节距M20MD4MD40，有效圈数（选用105），变形量，最大心轴直径T5145142NNFS51，限位装置如图94所示。DX32003010055205图94限位装置10抽芯机构设计101侧抽机构选择分析塑件特点，因为凹槽和孔均在塑件中间，不能采用侧滑块，所以采用斜推杆内侧抽芯机构。102抽拔距计算抽拔距一般取侧孔深度加上23MM，公式如下321S式中，侧凹分开至不影响塑件脱模的距离（MM），利用UG测得；MS51M81103斜推杆的斜角已知脱模行程，侧抽距，计算斜角得S80脱MS8715TANCTACRR脱所以，斜推杆的斜角取6。11注塑机与注射模的关系111安装参数校核（1）喷嘴尺寸浇口套孔径为，球半径为，注塑机喷嘴口孔径为，球半径为M8M21M7，满足要求；SR20（2）最大与最小模厚模架总高度，满足注塑机要求（最大模具厚度H5240162540；最小模具厚度）；M105M112开模行程校核双分型面注射模的开模行程校核公式如下10521AH式中，塑件推出距离（）；M塑件在分型面以上的高度（）；2定模板和型腔板之间分离距离（）；AMH3105102810521而注塑机移模行程，满足要求。M12MOLDFLOW成型过程模拟121塑件平均厚度在UG中打开塑件，并均匀测量塑件五个点的厚度，塑件平均厚度为3HMH5324812953122导入实体从UG中导出STL格式并导入MOLDFLOW中，塑件原型如图121所示。图121汽车内饰件123划分网格网格边长度一般取塑件平均厚度的倍，所以取网格边长为并划分网格，32M57由图122可知，网格划分后存在大幅度失真。图122网格124重新网格划分取边长为10MM，重新划分网格，还是存在大量失真，所以考虑可能是导入文件格式不好，选用IGES格式，并设定边长为10MM（虽然理论上网格边长为平均厚度的23倍，但通过网格修复发现，对于微型结构，均需要插入点来修复，所以可以适当放大，即取10MM），重新划分网格如图123所示，从图123中可知，失真现象已经消失。图123网格125网格诊断并修复网格划分完成后，查看网格统计（MESHSTATISTICS），见图124。图124网格统计（1）纵横比诊断网格纵横比指的是三角形的最长边与三角形的高的比值，过大的纵横比会影响分析结果的准确性，推荐值取610。执行MESH中纵横比诊断（ASPECTRATIODIAGNOSTIC）命令，此时纵横比大于10的所有三角形网格均会显示出来，如图125所示。图125纵横比诊断使用MESHTOOLS中的MERGENODES、SWAPEDGE、INSERTNODES、ALIGNNODES等修复工具修复网格，直至所有网格均小于10，查看MESHSTATISTICS，根据图126可知，所有网格的纵横比均小于10。图126网格统计（2）单元定向诊断、重复交叉诊断和自由边诊断查看MESHSTATISTICS，根据图126可知，自由边数为56，非交叠边数为1，非定向单元数为5，互相交叉单元数为7，所以需要进行单元定向诊断、重复交叉诊断和自由边诊断。执行单元定向诊断，并执行ORIENTALL，即可实现单元定向；执行重复交叉诊断，并删除重复交叉网格；执行自由边诊断，使用MESHTOOLS中的FILLHOLE功能修复网格。反复诊断、修复后，最终结果如图127所示。图127网格统计126浇注系统分析（1）最佳浇口位置分析选用ABS塑料，成型工艺参数采用默认值进行分析，分析结果如图128所示。图128最佳浇口位置MAXIMUMDESIGNCLAMPFORCE560018TONNEMAXIMUMDESIGNINJECTIONPRESSURE14400MPARECOMMENDEDGATELOCATIONSARENEARNODE6149（2）浇口位置的确定当某个位置的因子接近于1时，表示这个位置是最佳的浇口位置，但考虑到产品外观要求，可将浇口设在塑件的一侧，采用侧浇口（扇形浇口）进行注射。为了缩短流道长度，便于充填，可将侧浇口设在长边上。侧抽芯结构复杂，如果就近设浇口和拉料杆，容易发生干涉。为了保证模具结构均匀分布，可将浇口设在远离侧抽芯的长边上。综上分析，将浇口设在远离侧抽芯的长边上，分别在长边的偏右、中间及偏左设置浇口，进行FILL分析分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的填充时间（FILLTIME）分析结果绘图，此时各窗口如图129所示。（A）浇口偏右B浇口在中间C浇口偏左图129填充时间浇口偏右及浇口偏左充填不平衡，同时，充填时间较长；浇口在中间充填比较平衡，同时，充填时间短，所以充填效果好。分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的熔体流动前沿温度（TEMPERATUREATFLOWFRONT）分析结果绘图，此时各窗口如图1210所示。（A）浇口偏右（B）浇口在中间C浇口偏左图1210流动前沿温度浇口偏右的流动前沿温度范围20702323；浇口偏左的流动前沿温度范围21362326；浇口在中间的流动前沿温度范围21812321；由以上结果可知，熔融塑料的温度在230左右，浇口在中间流动前沿温度与料温更为接近，塑件充填效果更好。分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的体积剪切速率（SHEARRATE，BULK）分析结果绘图，此时各窗口如图1211所示。A浇口偏右B浇口在中间C浇口偏左图1211体积剪切速率浇口偏右的体积剪切速率范围093845；1S浇口偏左的体积剪切速率范围086357；浇口在中间的体积剪切速率范围0101600；1由以上结果可知，浇口偏左的体积剪切速率最小，浇口在中间的体积剪切速率最大，浇口位置越偏离中间，体积剪切速率越小，所以可将浇口设在中间偏左一点，这样，有利于减小体积剪切速率，防止塑料熔体裂解等。分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的注射点压力（PRESSUREATINJECTIONLOCATIONXYPLOT）分