线缆活动插口注塑成型工艺及模具设计（全套通过答辩含CAD和三维图）
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多自由曲面产品注塑模具分型线的自动确定 邵 健 11 ,吕 震 22 ,柯映林 11 ( 1. 浙江大学现代制造工程研究所 , 浙江 杭州 310027 2. 浙江大学城市学院 , 浙江 杭州 310015 【关键词 】 :模具 ,分型线 ,特征识别 ,有限元 【摘 要】 : 为有效地确定多自由曲面产品模具分型线问题 , 提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法。在该方法中 , 首先 , 提出了基于图的特征识别方法来对产品中的侧凹特征进行识别 , 并在识别的基础上对产品模型进行简化 ; 然后 , 提出了基于有限 元的离散方法 , 对简化的产品模型的所有组成面进行离散 , 并根据网格面的可视性来判别组成面的可视性 ; 最后 , 将产品中的所有组成面分成可视面组、不可视面组和退化面组 , 并通过抽取可视面组或不可视面组的最大边环来确定模具的分型线。研究实践表明 , 通过该方法可以有效地解决多自由曲面产品模具分型线的确定问题 , 提高模具设计的效率。 中图分类号 : T 文献标识码 : A 1 引言 模具型腔的设计过程一般包括脱模方向的选择、分型线的确定和分型面的生成 3个步骤。其中分型线的确定是非常重要的一个环节，不但影响到后 续分型面的生成，还对整个模具的结构和成本有很大的影响 具分型线的确定是比较简单的，但对于一些包含自由曲面的产品，模具的分型线往往难以确定。在一般的模具型腔设计过程中 ,分型线往往由模具工程师通过一些经验的方式来判断确定。但通过这种方式来确定模具的分型线，设计效率不高，同时由于设计者的疏忽也有可能造成分型线确定失误的问题。因此探索分型线的自动生成技术是模具设计自动化的一个重要研究内容。 2 相关研究 对分型线的确定 ， 有 3 类典型的方法 ： 1） 文献 2 等提出的通过拉伸零件最大投影轮廓线的方法来 确定产品的分型线 ； 2） 文献 3 等提出的通过对塑件模型切片来生成分型线的方法 ； 3） 文献 4等提出的通过对注塑件表面进行分组并抽取最大边环来自动生成分型线的方法。在这 3 种方法中 ， 都没有考虑产品中的侧凹特征对模具分型线的影响 ， 对于多自由曲面产品，无法有效地确定模具的分型线。文献 5等虽在文献 4 的基础上进行了改进 ,但对于多自由曲面产品 , 也无法有效地确定模具的分型线。 为此 ， 本文提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法 ， 不但考虑了侧凹特征对模具分型线确定的影响 ， 提出了基于图的 特征识别方法对产品中的侧凹特征进行识别 ， 还提出了基于有限元方法对包含自由曲面的产品模型的表面进行离散 ， 以解决自由曲面在模具分型线的确定过程中可能产生的歧义 ， 加快模具分型线的自动确定过程。与前述的 3类分型线确定方法相比 ，该方法的主要特点在于 : 首先对产品中的侧凹特征应用提出的侧凹特征识别方法进行识别 , 并根据特征识别的结果简化产品模型 , 从而避免了侧凹特征对模具分型线的影响 ； 应用有限元离散方法对产品模型的表面进行离散 , 并根据网格面的可视性来综合判断产品模型表面的可视性 , 消除自由曲面在判断面可视性时的不确定性。 3 基本概念 面的可见性 产品的表面一般由平面和自由曲面组成 , 一些简单的产品往往都由平面组成 , 但一些外形和结构复杂的产品 , 其表面则既包含平面 , 也包含自由曲面。对于平面来说 , 因为其法向惟一 , 所以一定为可视、不可视或过渡面中的一种。但对于曲面来说 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全为可视或不可视 , 也有可能部分可视、部分不可视。因此 , 要判断曲面的可视性 , 必须应用有限元方法。在有限元模型中 , 产品模型的表面往往离散为一些小的单元模型。由于这些单 元的表面都为平面 , 可以方便地判断出这些单元的可视性 . 示模具的脱模方向， 面 错误 !未找到引用源。 的法向，则可根据如下规则来判断面的可视性：如果 P0, 则 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 为可视面；如果 未找到引用源。 0, 则 错误 !未找到引用源。 为不可视面；如果 P=0错误 !未找到引用源。 则 未找到引用源。为过渡面。 一表面和复杂表面 所有表面的产品可以转化为 二维网格对各 组成部分进行有限元分析。网格包含以下三种类型： (a)可见网眼 (b)无形 的网 (c)过渡网格。 设 误 !未找到引用源。 表示模具的脱模方向 ,错误 !未找到引用源。 表示面 可根据如下规则来判断网格的可视性：如果 P0错误 !未找到引用源。 , 则错误 !未找到引用源。 为可视网格；如果 未找到引用源。 0错误 !未找到引用源。 , 则未找到引用源。 为不可视网格；如果 P =0错误 !未找到引用源。 , 则 误 !未找到引用源。 为过渡面。一些简单的产品往往都由平面组成 , 但一些外形和结构复杂的产品 , 其表面则既包含平面 , 也包含自由曲面。对于平面来说 , 因为其法向惟一 , 所以一定为可视、不可视或过渡面中的一种。但对于曲面来说 , 由于其法向并不惟一 , 既有可能全为可视或不可视 , 也有可能部分可视、部分不可视。因此 , 要判断曲面的可视性 , 必须应用有限元方法。在有限元模型中 , 产品模型的表面往往离散为一些小的单元模型。由于这些单元的表面都 为平面 , 可以方便地判断出这些单元的可视性。一般情况下 示模具的脱模方向 ,图 2 所示 , 图 2a 为可视表面 , 所有的单元面均为可视单元面 ; 图 2b 为不可视表面 , 所有的单元面均为不可视单元面 ; 图 2c 为可视、不可视同存表面 , 在其 单元面中 , 既存在可视单元面 , 又存在不可视单元面和过渡单元面。其中“ +”表示可视单元面 , “ -”表示不可视单元面 ,“ 0”表示过渡单元面。 4 确定分型面的过程 化的产品模型 因为 侧凹特征的存在会直接影响到模具分型线的正确确定。因此 , 在确定模具的分型线前 , 首先要对产品中的侧凹特征进行识别 , 并对产品模型进行简化。识别特征的方法较多 7 , 本文提出了一种基于图的特征识别方法。在识别过程中 , 首先将产品模型用面属性邻接图 ( 8 的方式表示，然后通过在产品 搜索侧凹特征子图的方式来识别侧凹特征。 图 1 所示为 3 种典型类型的侧凹特征的子图。图 1a 为一凹类型的侧凹特征及其子图 U， 该侧凹特征只有一个特征生成面 ( 侧凹特征附着的面 ) 在割集( 将侧凹特征的子图从产品 中分离出来的一组边 ) A c 中 , 所有的边都为凸边 ， 在子图 所有的边都为凹边 ； 图 1b 为一凸类型的侧凹特征及其子图U, 该侧凹特征也只有一个特征生成面 在割集 , 所有的边都为凹边 , 在子图 U 中 ,所有的边都为凸 边 ; 图 1c 所示为一通孔类型的侧凹特征 , 该侧凹特征有两个特征生成面 在割集 , 所有的边都为凸边 , 在子图 U 中 , 所有的边都为凹边。在子图匹配的过程中 , 如果对产品的 用遍历方式进行搜索 , 则搜索的时间将会非常长。因此 , 在实际的搜索过程中 , 总是先找到产品中所有的特征生成面然后再确定子图的割集 , 并利用割集将产品的 分解为两部分 , 一部分为产品 一部分为侧凹特征 凹特征识别后 , 为了方便模具分型线的确定 , 还需要对产品模型进行简化 , 简 化的过程即产品构的过程。 品模型转化 简化模型后 ,产品将会被转 换成采用离散曲面模型 ,采用有限元分析方法。无论怎样的平面 ,曲面或自由曲面产品模型可以表示为 2维表面网格，转换过程如图 4所示。 该产品模型可以描述为 ；其中代表了产品的模型； 错误 !未找到引用源。 代表模型的每个表面； 样一来，每一个外表面即可表示为 错误 !未找到引用源。 ；其中 角形或四边形网格是当前常用的转化过程。虽然网格的数量是由经验确定的 ,有一些原则是可以照办，例如网格的数量的多少表面与表面的曲 率有关。网格的数量越大 ,其表面曲率越大。 离复杂表面 产品中可视、不可视同存的表面 , 称为复合产品表面 , 而对于单一的可视面或不可视面 , 则称为单一产品表面。在确定模具的分型线前 , 必须将复合产品表面分解为单一产品表面 , 从而在将这些产品表面归入可视或不可视面组时 , 就不会产生二义性。在对复合 产品表面进行分解前 , 首先要获取这些产品表面对应脱模方向的最大外轮廓线 , 以最大轮廓线为界 , 复合产品表面就可以分解为单一产品表面。在分解过程中 , 首先要做 1个垂直于产品脱模方向的平面为投影平面 , 并将产品表面投影到投影平面上。投影后 , 首先找到产品表面在投影平面上的投影轮廓线 , 然后沿脱模方向拉伸投影轮廓线并与产品表面相交 , 则所确定的交线即为该产品表面的最大外轮廓线。如图 3 所示为复合产品表面的分解过程示意。图中的 表示投影平面。 S+ 和 经过分解后的单一产品表面 ,S+ 表示可视表面 , 示不可视表面。 模具的分型线即为产品中可视面组和不可视面组的最大边环 , 因此 , 为了正确地确定模具的分型线 , 首先要将产品中所有过渡面调整到可视面组或不可视面组中去。在调整过程中 , 首先要判断过渡面最大轮廓线与可视面组或不可视面组最大边环的关系。 (1) 如果过渡面的 错误 !未找到引用源。 大轮廓线在可视面组的最大边环内 , 则将过渡面调整到可视面组中去 , 调整规则表述为33 .(2) 如果过 渡面的最大轮廓线在不可视面组的最大边环内 , 则将过渡面调整到不可视面组中去 , 调整规则表述为 :33 其中 , 示产品中的可视面组 , 示产品中的不可视面组 , 示产品中的过渡面组 , 33 中的第 ， 错误 !未找到引用源。 )(3 )(3错误 !未找到引用源。 表示不可视面组的最大边环。设过渡面组 3中的面组为 错误 !未找到引用源。 3G, 调整到 的面组为3G 错误 !未找到引用源。 , 则最后确定的模具的分型线为 错误 !未找到引用源。)()( 3231 。 5 实例研究 本文提出的多自由曲面产品模具分型线的确定方法已在注塑模具型腔设计制造系统中实现 , 系统的开发基于 U G 平台 , 开发工具为 + 和 U G/ 基于 台的一组 2 次开发工具 , 包括 U G/ 用程序界面 ( A io , 。该开发工具可以使用户方便地对产品 B- r 型中的几何和拓扑信息进行操作 , 实现用户的自定义功能。 图 4 所示为某汽车车灯产品的产品模型。在产品模型中 , 不但存在侧凹特征 , 同时模型表面也存在自由曲面 , 因此在确定零件的模具分型线前 , 首先要对产品模型中的侧凹特征进行识别并对产品模型进行简化。因为确定的脱模方向为 Z 轴方向 , 所以在产品模型中 , 实际的侧凹特征为产品侧壁的通风 孔。产品中另外的特征 , 由于其特征方向都与脱模方向一致 , 并不构成真正的侧凹特征。图 4b 所示为经过简化后的产品模型。产品模型简化后 , 即可应用有限元方法对简化产品模型的表面进行离散。本例中采用的网格为四边形网格 , 网格单位为 8, 离散后的产品模型如图 4c 所示。对所有的网格面确定其可视性 , 并由此来判断模型表面的可视性。由于在该产品模型中并不存在复合产品表面 , 可以直接将所有的产品表面归入可视面组、不可视面组和过渡面组中。在将所有的过渡面通过调整规则调整到可视面组和不可视面组之后 , 即可确定模具的分型线。 图 4d 所示为最终经系统自动确定的该测试产品的模具分型线。 6 结束语 本文提出了一种将特征识别技术和有限元方法相结合的模具分型线确定方法 , 可以有效地确定多自由曲面产品的模型分型线的问题 , 从而缩短模具设计的周期 , 提高模具设计的效率。通过对数十个多自由曲面产品的测试表明 , 系统自动确定的模具分型线与设计师依据经验判断确定的模具分型线的情况完全吻合。目前 , 该方法已经应用于笔者所开 发的注塑模具型腔设计制造系统中 , 运行情况良好。 参考文献 1 , N, “ 1251990. 2 , N, “ 16, 11997. 3 T, F, S, et “of , 204( 2111990. 4 A, L, “ of s 7591990. 5 , , “of 16, 11997. 6 , T, S, “by a 3D 14, 3301998. 7 Y C, W, Y H, et “ of 47(1): 951998. 8 et “of 12(7): 5122000 ( 9 W, Y C, Y H, “of to 34(6): 4692002. 10 G, Y H, S, “A of 33(14): 10232001. 图 1 三种类型表面 图 2 单一表面及复杂表面 （ a）凸 (b)凹 (c)穿透 图 3 3种类型的削弱特征和 重复 选 择 图 4 转化的过程 图 5 复杂表面的拆分 图 6 面 图 7 一个塑造部 分 的分型线确定 本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 年 月 日 学院（部） 班 级 学生姓名 课题名称： 线缆活动插口注塑成型工艺及模具设计 课题主要任务： 件材料为： 品表面光整，不能产生任何缺陷。 件制品为 10 万件。 件图纸见附件。 2、模具设计主要任务： 据任务书编写开题报告。 立完成该课题的设计说明书编写。 制 模具装配总图和模具装配爆炸图。 制模具零件图。 估算模具价格。 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 自从开题报告以后至今，经过导师和我的共同努力，我已完成以下工作： 成本体开题报告一份 ； 过查找资料完成了一份 2000 字的模具设计相关的外文翻译 ； 目标塑料零件进行了绘制了一份 件图和 e 零件图 ； 阅模具设计相关书籍和导师的多次指导修改完成注射模具装配草图设计 ； 成了一份 射模具装配草图 。 2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 成模具尺寸设计计算并绘制标准模具装配图 ； 制模具零件图 ； 模具零件进行校核计算 ； 写设计说明书，完成设计论文，准备最终答辩 。 3、存在的具体问题 绘制三维 模具 视图方面存在 部分 技术性的问题，今后我将通过各方面的努力克服这个困难完成绘制塑件，模具装配等三维视图 ； 绘制模具装配 草 图时，我发现自己对模具各个模板 以及各个主要部件的尺寸大小模糊 ，今后 的设计中 要多看书多问导师 ，仔细计算好它们的大小尺寸。 芯机构还没有完成，需要看书查资料进行设计。 4、 指导教师对该生前期研究工作的评价 指导教师签名： 日 期： 湖南工业大学本科毕业设计过程管理资料 2013 届毕业设计 课题任务书 学院（部）：机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 指导教师 徐弘 朱小东 学生姓名 刘鹏 课题名称 线缆活动插口注塑成型工艺及模具设计 内 容 及 任 务 1、模具设计主要内容： 件材料为： 品表面光整，不能产生任何缺陷。 塑件 制品为 10 万件。 塑件 图纸见附件。 2、模具设计主要任务： 据任务书编写开题报告。 立完成该课题的设计说明书编写。 制 模具 装配总图和 模具 装配爆炸图。 制 模具 零件图。 估算模具价格。 湖南工业大学本科毕业设计过程管理资料 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 1、根据指导教师下达的课题任务书，写出 1500 字左右的开题报告。 2、收集或查阅塑料模具设计相关资料，包括：设计资料、专业网页资料、论文或专著不少于 15 篇。 3、根据课题内容完成毕业实习，并编写毕业实习日记和实习报告。 4、课题设计具体要求： 在指导教师指导下，分析塑件工艺，对模具要素进行设计分析、计算、和构思并以此为基础进行计算机三维参数化设计，完成模具结构设计。 独立完成塑料模具总装配 绘制； 模具 总装配 炸图绘制；独立完成模具零件（必须包含成型零件） 的绘制，图纸总量不少于2 张零号图。 独立编写 字以上的设计说明书，设计说明书正文包括：课题的提出、工艺参数的选择和工艺方案论证、模具设计方案确定和注塑机的选型、模具结构具体设计和计算过程、相关设计图表和参数化设计过程。结束语等内容。 完成模具价格估算。 5、完成论文答辩。 进 度 安 排 起止日期 工作内容 成开题报告。 成资料查找和收集。 成毕业设计实习。 件工艺分析，设备选型， 模具结构 方案草图、 模具成型零件设计、编写相关设计说明书。毕业设计前期检查。 具结构参数化设计、编写相关设计说明书。毕业设计中期检查。 制装配总图和部分零件图。修改设计说明书。 成装配总图和零件图纸的标准化 。按毕业设计要求完成设计说明书编写。 文答辩。 湖南工业大学本科毕业设计过程管理资料 主 要 参 考 资 料 1 李学锋塑料模设计及制造机械工业出版社， 2001 年 2 塑料模具设计手册编写组 塑料模具设计手册 机械工业出版社 3 翁其金塑料模塑工艺与塑料模设计机械工业出版社， 1998 年 4 刘昌祺塑料模具设计手册第 1 版机械工业出版社， 1999 年 5 唐志玉塑料模具设计师指南第 1 版国防工业出版社， 1999 年 6 史铁梁 模具设计指导 机械工业出版社 7 许发越模具标准应用手册机械工业出版社， 1994 年 8 王文广塑料注射模设计技巧与实例化学工业出版社， 2004 年 9 贾润礼 ， 程志远实用注塑模设计手册中国轻工业出版社 ， 2000 年 10 杨峰 具设计 人民邮电出版社 11 李军精通 中文野火版模具设计中国青年出版社 , 2004 年 12 材料成型专业相关教材。 系（ 教研室 ） 意见 签名： 年 月 日 学院（部）主管领导 意见 签名： 年 月 日 附图： 湖南工业大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 本设计是线缆活动插口塑料零件的注塑模具设计，在结合了传统的机械设计后把术应用在注塑模具的设计上，在 统实行了模型和注塑模具的设计。本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及 模具上的应用，其中包括要的机械部分设计，其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应用，设计准则。塑料注塑模的设计计算，包括模具结构设计，注塑机的选用，浇注系统的设计，动、定模，浇注系统，脱模机构，顶出机构，冷却系统等设计等方面。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。 关键词： 塑模；工艺 湖南工业大学本科毕业设计（论文） t is to to on AM in is to to AD in AM of in of of s so in of 南工业大学本科毕业设计（论文） 录 摘 要 . 录 . 1 章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 具的作用与地位 . 错误 !未定义书签。 本次设计研究目的及意义 . 错误 !未定义书签。 展概况 . 错误 !未定义书签。 注塑模 容 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 塑件的工艺分析 . 错误 !未定义书签。 件的工艺性分析 . 错误 !未定义书签。 件的原材料分析 . 错误 !未定义书签。 注塑工艺参数 . 错误 !未定义书签。 件的结构和尺寸精度及表面质量分析 . 错误 !未定义书签。 构分析 . 错误 !未定义书签。 寸精度分析 . 错误 !未定义书签。 面质量分析 . 错误 !未定义书签。 算塑件的体积和质量 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 注射机的选择及校核 . 错误 !未定义书签。 注射机的选择 . 错误 !未定义书签。 型腔数目的确定及校核 . 错误 !未定义书签。 锁模力的校核 . 错误 !未定义书签。 开模行程的校核 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 浇注系统的设计 . 错误 !未定义书签。 分型面的选择 . 错误 !未定义书签。 主流道的设计 . 错误 !未定义书签。 浇口设计 . 错误 !未定义书签。 剪切速率的校核 . 错误 !未定义书签。 主流道剪切速率校核 . 错误 !未定义书签。 浇口剪切速率的校核 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 成型零部件设计 . 错误 !未定义书签。 型腔和型芯工作尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 型腔侧壁厚度计算 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 合模导向机构设计 . 错误 !未定义书签。 第 7 章 温度调节系统设计 . 错误 !未定义书签。 对温度调节系统的要求 . 错误 !未定义书签。 冷却系统设计 . 错误 !未定义书签。 设计原则 . 错误 !未定义书签。 冷却时间的确定 . 错误 !未定义书签。 塑料熔体释放的热量 . 错误 !未定义书签。 高温喷嘴向模具的接触传热 . 错误 !未定义书签。 注射模通过自然冷却传导走的热量 . 错误 !未定义书签。 冷却系统的计算 . 错误 !未定义书签。 凹模冷却系统的计算 . 错误 !未定义书签。 第 8 章 抽芯系统的设计 . 错误 !未定义书签。 斜导柱设计 . 错误 !未定义书签。 滑槽的设计 . 错误 !未定义书签。 楔紧设计 . 错误 !未定义书签。 滑块定位设 计 . 错误 !未定义书签。 弹簧设计计算 . 错误 !未定义书签。 第 9 章 模具工作原理说明 . 错误 !未定义书签。 总 结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 5 （ 2010 届） 本科毕业设计（论文）资料 题 目 名 称： 线缆活动插口注塑成型工艺及模具设计 学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 职称 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 010 届 本科毕业设计（论文）资料 第一 部分 本科毕业设计（论文） 201 届） 本科毕业设计（论文） 题 目 名 称 ： 线缆活动插 口注塑成型工艺及模具设计 学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 职称 最终评定成绩 (注： 0000 字 工艺、设计类课题不少于 3 张 验、控制类可 参 考 ) 2014 年 05 月 南工业大学 本科毕业论文（设计） 诚信声明 本人郑重声明：所呈 交的毕业论文（设计），题目 线缆活动插口注塑成型工艺及模具设计 是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。 作者签名： 日期： 年 月 日 纸和论文 ,咨询 摘 要 本设计是线缆活动插口塑料零件的注塑模具设计，在结合了传统的机械设计后把术应用在注塑模具的设计上，在 统实行了模型和注塑模具 的设计。本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及 模具上的应用，其中包括要的机械部分设计，其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应用，设计准则。塑料注塑模的设计计算，包括模具结构设计，注塑机的选用，浇注系统的设计，动、定模，浇注系统，脱模机构，顶出机构，冷却系统等设计等方面。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。 关键词： 塑模；工艺 纸和论文 ,咨询 I t is to to on AM in is to to AD in AM of in of of s so in of 纸和论文 ,咨询 录 摘 要 . 录 . 1 章 绪 论 . 1 . 1 本次设计研究目的及意义 . 1 . 1 注塑模 . 2 第 2 章 塑件的工艺分析 . 4 . 5 件的原材料分析 . 5 注塑工艺参数 . 5 . 6 构分析 . 6 寸精度分析 . 6 面质量分析 . 6 . 6 第 3 章 注射机的选择及校核 . 7 注射机的选择 . 7 型腔数目的确定及校核 . 8 锁模力的校核 . 9 开模行程的校核 . 9 第 4 章 浇注系统的设计 . 10 分型面的选择 . 10 主流道的设计 . 10 浇口设计 . 剪切速率的校核 . 12 主流道剪切速率校核 . 12 浇口剪切速率的校核 . 12 第 5 章 成型零部件设计 . 13 型腔和型芯工作尺寸计算 . 13 型腔侧壁厚度计算 . 14 纸和论文 ,咨询 V 第 6 章 合模导向机构设计 . 16 第 7 章 温度调节系统设计 . 17 对温度调节系统的要求 . 17 冷却系统设计 . 17 设计原则 . 17 冷却时间的确定 . 17 塑料熔体释放的热量 . 18 高温喷嘴向模具的接触传热 . 18 注射模通过自然冷却传导走的热量 . 19 冷却系统的计算 . 20 凹模冷却系统的计算 . 20 第 8 章 抽芯系统的设计 . 22 斜导柱设计 . 22 滑槽的设计 . 25 楔紧设计 . 25 滑块定位设 计 . 26 弹簧设计计算 . 26 第 9 章 模具工作原理说明 . 27 总 结 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 V VI 文） 1 第 1 章 绪 论 模具是指工业生产上通过注塑、压铸或锻压等方式生产产品所用的各种模型和工具，是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备， 被称为 “工业之母”。 其生产过程集精密制造、计算机技术 和 智能控制为一体，既是高新技术载体，又是高新技术产品。由于使用模具批量生产制件具有的高生产效率、高一致性、低耗能耗材，以及有较高的精度和复杂程度，因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视，被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗 器械 、 五金工具、 生物、能源 、日用品 等制造领域， 据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占 80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传 真机、电话及手机等电子产品中占 85%以上；在电冰箱、空调、洗衣机、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车等轻工业产品中占 90%以上；在枪支等兵器军工产品中占 95%以上。 为我国经济发展、国防现代化和高端技术服务 做了 重要贡献。模具工业是重要的基础工业。工业要发展，模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。现在，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志， 在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一 1。 本次设计研究目的及意义 (1)文献检索和阅读能力； (2)决实际问题的能力； (3)算与绘图的能力，包括使用计算机的能力； (4) 了解模具的加工工艺过程 ； (5) (6)文）的能力； (7)真、细致地从事技术工作的优良作风。 展概况 计算机辅助设计 (利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 应用，使得设计人 员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务，并通过设计人员进行创造性的设计以实现最优方案。 文） 2 生于 20 世纪 60 年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。 70 年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。 80 年代，由于 的应用， 以迅速发展，出现了专门从事 统开发的公司。 早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。通用的 一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是， 个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用 言等。由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能 2。 术的发展与应用对于彻底改变塑料模具设计与制造的传统方法与 落后面貌，提高模具的设计质量与设计效率，缩短模具的设计制造周期，具有重要作用。世界上第一套塑料模具 件是澳大利亚 司于 1976 年推出并以公司名字命名的前 经发展得比较完善，能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导，通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。实现了对注塑过程的模拟、设计原理的应用和精确计算，并逐步优化模拟过程，使设计工程师在产品设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品。据美国司统计，该公司使用 省了 35%的准备时间，制造周期平均缩短了 30%，材料节省了 10%，模具成本降低了10% 30%。模具 术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 术的条件已基本成熟，各企业将加大 术培训和技术服务的力度；进一步扩大 算机和网络的发展正使 企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。塑料模具 注塑模 在模具设计中，模架及某些零件，如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图 件库，以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容，已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法，可设置这些计算公式的模块，以便设计人员进行快速计算。注塑模 形状的生成 文） 3 文） 4 第 2 章 塑件的工艺分析 该塑件是线缆活动插口产品，其零件图如图所示。本塑件的材料采用 产类型为大批量生产。 图 1 线缆活动插口正面图 图 2 线缆活动插口背面图 文） 5 件的原材料分析 要求表面色泽均匀，成型收缩率小，制件成型后不能有明显色差、缩痕、熔接痕、污点、银丝等缺陷，还需要有一定的手感。综合考虑 选择 选择材料： 碳酸酯 3： 1、结晶性： 晶较为困难，分子量较低时有结晶趋势，一般为无定型聚合物。 2、吸水性：吸水性在通用工程塑料甚至所有热塑性塑料中都是较小， 3、机械性能： 学性能优良，尺寸稳定性。 蠕变性优于 寸稳定性高，耐疲劳强度较低，缺口敏感度高，耐磨性较差。 4、化学性能： 类、有机脂等都比较 稳定，具有一定的耐化学性。脂基存在使 5、热性能： 6、光学性能和耐辐射性： 光性高。由于折射率高，韧性高，宜制作精密光学仪器。 7、耐老化和阻燃性： 加入光稳定剂、热稳定性改善其性能。在基体中加入阻燃性物质，可提高阻燃性能。 8、电性能： 水性低， 此具有优异绝缘性能，但比非极性聚合物差。 9、稳定性： 在存在水、铁或残余碱等杂质的情况下。树脂易变黄，分子量降低。碱存在会引起变黄、支化和交联。 10、透气性： 透气性与气体的分子量和性质，由于水的极性强。 11、相容性：塑料合金的物理机械性能好坏，与该体系的各组分间的相容性密切相关。 注塑工艺参数 1、注塑机类型： 螺杆式 7、保压力 50702、喷嘴形式 直通式 8、注射时间 35s 3 、螺杆转速 3060 9、保压时 间 1530s 文） 6 （ r/ 4、喷嘴温度 180190 C 10、模具温度 5070 5、成型温度 C 料筒： 前 200210 中 210230 后 180200 11、冷却时间 1530s 6、注射压力 7090 12、成型周期 4070s 构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为圆形。在凸台上 ,一个带 有 3 因此 ,模具设计 ,该零件属于中等复杂程度 . 寸精度分析 从塑件的壁厚上来看 ,壁厚最大处为 3厚均匀 ,，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 面质量分析 该零件的表面除要求没有缺陷毛刺，内部不得有杂质外，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出 ,注塑时在工艺控制得较好的情况下 ,零件的成型要求可以得到保证 . 计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。 计算塑件的体积 ： V=单个） 计算塑件的质量：根据设计手册可查得 = 塑件质量： M= 19g(通过 3 采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机 125型。 文） 7 第 3 章 注射机的选择及校核 注射机的选择 设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范 ，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。 公称注塑量；指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时 ,注塑成型过程所需要的时间称为装置所能达到的最大注射量 ,反映了注塑机的加工能力。 注射压力；为了克服熔料流经喷嘴 ,浇道和型腔时的流动阻力 ,螺杆 (或柱塞 )对熔料必须施加足够的压力 ,我们将这种压力称为注射压力。 注射速率；为了使熔料及时充满型腔 ,除了必须有足够 的注射压力外 ,熔料还必须有一定的流动速率 ,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。常用的注射速率如表所示 4。 表 1注射速率 注射量/125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/ 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量 若塑化能力高而机器的空循环时间长 ,则不能发挥塑化装置的能力 ,反之则会加长成型周期 . 锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 ,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开 . 合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸 ,拉杆空间 ,模板间最大开距 ,动模板的行程 ,模具最大厚度与最小厚度等 开合模速度；为使模具闭合时平稳 ,以及开模 ,推出制件时不使塑料制件损坏 ,文） 8 模板在整个行程中的速度要合理 ,即合模时从快到慢 ,开模时由慢到快在到停 . 空循环时间；在没有塑化 ,注射保压 ,冷却 ,取出制件等动作的情况下 ,完成一 次循环所需的时间 . 选择螺杆式注塑机的型号为： 主要技术参数如下 5： 表 2注射机参数 注塑机型号 定注射量 500杆（柱塞）直径 85射压力 121射行程 260射方式 螺杆式 锁模力 4500大成型面积 1800大开合模行程 700具最大厚度 700具最小厚度 300嘴圆弧半径 嘴孔直径 出形式 两侧设有顶杆，机械顶出 动、定模固 定板尺寸 900杆空间 650合模方式 中心 液压、 两侧 机械 顶杆 液压泵 流量 200、 18L/力 614动机功率 40热功率 14器外形尺寸 7670型腔数目的确定及校核 根据市场经济及生产效率的要求，本模具采用一模 2腔型腔结构，即型腔数目 2n 。因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机料筒塑化速率确定型腔数量 n ； 文） 9 p 1式中 K 注射机最大注射量的利用系数，一般取 注射机最大注塑量， g； 1m 浇注系统所需塑料质量， g ； m 单个塑件的质量， g 。 式中1m 、 m 也可以为注射机最在注射体积（ 浇注系统凝料体积（ 单个塑件的体积（ 故取 2n 满足我们设计要求。 锁模力的校核 注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢料现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射 机额定锁模离，即： )( 1 （式中符号同前） 式中 A 为单个塑件在分型面上的投影面积， 1A 为浇注系统在分型面上的投影与型腔不重叠部分的面积， 注塑机的额定销模力 ,N。 开模行程的校核 注射机开模行程是有限的，开模行程应该满足分开模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型机的最大开模距离必须大于取出塑件所需的开幕距离。为了保证开模后既能取出塑件又能取出流道内的凝料，对于双分型面注射模具，需要满足下式： 10521 4 式中 S 模具开模行程； 1H 推出距离（脱模 距离 ） 2H 塑件高度； （ a 定模板与中间板之间的分开距离。 则 10521 29100于注射机最大开合模行程，故满足要求。文） 10 第 4 章 浇注系统的设计 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，具有传质、传压和传热的功能，它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采 用普通流道浇注系统，包括主流到，分流道、冷料穴，浇口 6。 浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。概括说来，需要注意以下问题： 证制品外观质量； 分型面的选择 分型面是模具结构中的基准面，选择模具分型面时通常考虑如下有关问题： 1根据塑件的某些技术要求，确定成型零件在动模和定模上的配置； 2塑件的生产批量； 3结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置； 4型腔的溢流和排气条件； 5模具加工的工艺性。 主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分。在卧式注射机上主流道 垂直于分型面，为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形， 主流道通常设计在主流道衬套 （ 浇口套）中，为了方便注射，主流道始端的球面必须比注射机的喷嘴圆弧半径大 1 2止主流道口部积存凝料而影响脱模，文） 11 1其中， 浇口套 主流道大端 直径 D 应尽量选得小些。如果 达一定程度浇口套 容 易从模体中弹出。 浇口设计 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，浇口是连接分流道与型腔的通道，它是浇注系统最关键的 部分，它的形状、尺寸、位置对塑件的质量有着很大的影响。它的作用主要有以下两个：一是作为塑料熔体的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间 7。 常用的浇口形式有直接浇口、侧胶口、侧胶口、轮辐浇口、潜伏浇口等。由于不同的浇口形式对塑料熔体的充型特性、成型质量及塑件的性能会产生不同的影响。而各种塑料因其性能的差异对于不同的浇口形式也会有不同的适应性。 在模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，它一般根据下述几项原则来参考： 尽量缩短流动距离； 浇口应开设在塑件壁最厚处； 必须尽量减少或避免熔接痕； 应有利于型腔 中气体的排除； 考虑分子定向的影响； 避免产生喷射和蠕动； 不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口； 浇口位置的选择应注意塑件外观质量。 文） 12 剪切速率的校核 生产实践表明，当注射模主流道和分流道的剪切速率 R=102 5 103、浇口的剪切速率 R=104 105 时，所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料，将以上推荐的剪切速率值作为计算依据，可用以下经验公式表示： R= 中 体积流量（ S）； 浇注系统断面当量半径（ 主流道剪切速率校核 Q主 v =T = S） T=S）； 流道的平均当量截面半径： 4 21 = 主流道小端直径 ， 流道大端直径， 103 5 102 103 5 103 (满足条件 ) 浇口剪切速率的校核 152/(103 其中：浇口面积 S= /4 (当量面积 S= R 2当当n=7 单从计算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比较特殊，为一模 1腔，无分流道，压力损失少，进料速度快，成型比较容易，传递压力好，所以浇口的剪切速率是合适的。 从以上的计算结果看，流道与浇口剪切速
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