茶杯注塑模具设计-模流分析杯子-CAD图纸说明书论文毕业
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茶杯注塑模具设计-模流分析杯子-CAD图纸说明书论文毕业,茶杯,注塑,模具设计,分析,杯子,CAD,图纸,说明书,论文,毕业
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分 类 号 密 级 茶杯的注塑模具设计所在学院X专 业X班 级X姓 名X学 号X指导老师X 年 月 日摘 要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类。因此研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，并对注塑产品提出了基本的设计原则。详细介绍了注射模具的材料及工艺分析，浇注系统、主要零部件、推出机构、温度调节系统和排气系统的设计过程，并对模具各参数选取和校核做相应说明。本设计利用UG、Auto CAD对导柱、导套及各标准件和标准模架进行了参数化设计。在完成模具设计以后，通过采用moldflow模流分析软件，进行了CAE有限元的注塑充填分析，分析项目包括了充填，保压，冷却，翘曲等，最后生成了详细的模流分析报告，用于指导注塑工艺生产，调节注塑参数关键词：机械设计；模具设计；注塑模；注塑机；模流分析； Abstract The plastic industry is one of the fastest growing industrial categories in the world, and the injection mold is a fast developing category. So the research to understand plastic injection mold production process and improve the quality of products has great significance.This design introduced the basic principle of injection molding, and the basic principle of design of injection molding products. Detailed analysis of materials and technology of injection mold, the design process of the gating system, main components, side parting and core pulling mechanism and push mechanism, the temPPrature control system and exhaust system, and make the corresponding explanation to various parameters of die selection and check. This design uses UG Auto CAD to guide pillar, a guide sleeve and the standard parts and standard mold for parametric design.After the completion of mold design, mold flow analysis software by using Moldflow, analyzed the injection filling CAE finite element analysis program, including filling, packing, cooling, warping, and finally generate a detailed flow analysis report, to guide the production of injection molding, injection molding parameters adjustmentKey words: mechanical design; mold design; injection mold; injection molding machine; mold flow analysis;V目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论1第2章 塑件材料与工艺分析42.1 塑件材料的特性42.2 成型特性42.3 工艺参数52.4 塑料制件的结构工艺性52.4.1尺寸及精度62.4.2表面粗糙度72.4.3形状72.4.4斜度72.4.5壁厚72.4.6圆角8第3章 拟定成型工艺93.1制件成型方法93.2制件的成型参数93.3确定型腔数目93.3.1计算制品的体积和重量93.3.2 确定型腔数103.4塑件在模具中的位置103.4.1型腔的布置103.42分型面的选择11第4章 浇注系统的设计134.1 确定浇口形式及位置134.2 流道、浇口套、定位圈的设计14第5章 成型零部件的设计165.1成型零部件的结构设计165.1.1 型腔结构设计165.1.2 型芯结构设计175.2 成型零部件工作尺寸计算185.2.1 成型零部件性能185.2.2 型腔、型芯工作部位尺寸计算195.3 成型零部件的强度与刚度计算205.3.1 强度、刚度计算20第6章 结构零部件的设计226.1 选用标准注射模架226.1.1初选注射机226.1.2选标准模架236.2 定模板与动模板的设计246.3 合模导向机构的设计24第7章 温度调节系统设计26第8章 排气系统设计288.1排气的作用288.3排气设计方法28第9章 顶出系统设计30第10章 注塑机参数校核3210.1 最大注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核3210.2 开模行程的校核3210.3 模具与注射机安装相关部分尺寸校核32第11章 绘制图纸并编写技术文件3311.1绘制各非标准零件图纸33第12章 MOLDFLOW模拟成型分析3512.1 具体方案的确定3512.2 moldflow成型工艺设定3612.3 充填时间分析3712.4 流动前沿温度分析3812.5 顶出时体积收缩率3812.6 锁模力的分析3912.7 冻结层因子分析4012.8 熔接线分析4112.9 变形量分析42总 结44参考文献45致 谢46 第1章 绪论在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，所带来的效果是明显的，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已经很广泛的采用。它在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。注塑模具与其它机械行业想比，有以下三个特点：第一，模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。模具制造不可能形成批量生产，即模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性越小。因此，模具的制造成本较高。第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊定订制的模具来说，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对企业来说要求培养“全能工人”，使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。综上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善。注塑模具的特点：a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行，而不是在模具内进行，因而模具不设加料腔，而设浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔。浇注系统对注塑模来说至关重要。 b)塑料熔体进入型腔之前，模具已经闭合。在注塑过程中需根据塑料特性，在模具中设加热或冷却系统。c)注塑模生产适应性强，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑简单制品，也可注塑复杂制品，生产率高，容易实现自动化。d)注塑模一般是机动的，结构一般较复杂，因而制造周期较长，成本较高。注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的，它的特点使得它的用处越来越宽，涉及的范围也大了。模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主(约占整个模具周期的l/3)，不仅效率低，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。国外在模具生产中，计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术已得到十分成功的应用。三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的，它大幅度的缩短了模具的生产周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。本课题是关于茶杯的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料齿轮注塑模具设计. 所设计塑料齿轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性.选择注塑模型腔进行加工分析,用数控加工进行编程加工。本课题要解决的主要问题是茶杯注塑模具工艺方案的拟定和设计。注塑模具设计总体思路如图1-1所示 本课题要达到的预期效果：a.外观及尺寸均符合要求，未出现溢边、缩坑等缺陷；b.结构合理；c.结构简单，加工简便；d.顶出动作平稳、可靠。45第2章 塑件材料与工艺分析本章着重介绍塑料成型的工艺特点以及塑件的工艺要求，塑件结构设计方面的知识。为后面几章的模具设计奠定了基础。对零件的分析得塑件材料取PP。2.1 塑件材料的特性化学名称：聚丙烯称PP，比重:0.94-0.96克/立方厘米，成型收缩率:1.5-3.6% ，成型温度：140-220 。聚丙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70-100)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀，电绝缘性能优良；但聚丙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚丙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。 特点：耐腐蚀性,电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,可以氯化,化学交联、辐照交联改性,可用玻璃纤维增强。压聚丙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性；聚丙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好；高分子量聚丙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨. 低压聚丙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;高压聚丙烯适于制作薄膜等；高分子量聚丙烯适于制作减震,耐磨及传动零件。2.2 成型特性1.结晶料，吸湿小，不须充分干燥，流动性极好流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快,保压充分。宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。2.收缩范围和收缩值大，方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。3.加热时间不宜过长，否则会发生分解。4.软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。5.可能发生融体破裂，不宜与有机溶剂接触，以防开裂。2.3 工艺参数模具设计方面浇口开设位置应该避开塑件的重要表面，以不影响塑件的使用、外观及后加工工作量。注塑工艺条件 注射机类型：柱塞式。 料筒温度：170200（前期）140160（后期） 模具温度：3045 注射压力：60100Mpa 注射时间：05s 保压时间：1560s 冷却时间：1560s 成型周期：40140s2.4 塑料制件的结构工艺性 该制件为茶杯如图2-1所示，制件要求有良好的尺寸精度和机械性能，对表面的质量要求较高，无熔接痕，表面平整光滑，尽可能避免冷疤、云纹、缩孔、凹痕等缺陷。 图2-1 产品图正面图2-1 产品图背面2.4.1尺寸及精度影响塑件尺寸精度的因素： A、模具制造的精度，约为1/3。 B、成型时工艺条件的变化，约为1/3。 C、模具磨损及收缩率的波动。具体来说，对于小尺寸制品，模具制造误差对尺寸精度影响最大；而大尺寸制品则收缩波动为主要。该塑件尺寸不大，一般精度等级。塑件尺寸的精度取决于塑料的流动性。在注射成型华中，薄壁塑件的尺寸不能设计的过大。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，及所获得塑件尺寸的准确度。2.4.2表面粗糙度塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低12级。一般，型腔表面粗糙度要求达Ra 0.40.2m；透明制品型腔和型芯粗糙度一致；非透明制品的隐蔽面可取较大粗糙度，即型芯表面相对型腔表面略为粗糙。塑件的表面粗糙度一般为Ra 0.80.2m。2.4.3形状塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。2.4.4斜度当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。脱模斜度的选择原则：热塑性塑料件脱模斜度取0.53.0。热固性酚醛压塑件取0.51.0。塑件内孔的脱模斜度以小端为准，符合图样要求，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向得到。塑料收缩率大，塑件壁厚大则脱模斜度取大些。对塑件高度或深度较大的尺寸，应取较小的脱模斜度。2.4.5壁厚就设计原则来说要求同一塑件各处的壁厚均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响，塑件壁厚尽可能均匀。塑件的最小壁厚应满足的条件： （1）保证塑件的使用时的强度和刚度。 （2）使塑料熔体充满整个型腔。 塑件壁厚过小，则塑料充模流动的阻力很大，对于形状复杂或大型塑件成型较困难。塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了塑件的生产率，还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。 所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。本次设计的壁厚比较均匀。平均壁厚为1-2.5mm，最大壁厚为2.5mm。塑件尽量保证两侧均匀，且满足塑件的最小壁厚。2.4.6圆角塑件除了必须要保留的尖角外，凡转角处应采用圆弧过渡。一般即使取0.5也可以增加塑件的强度。塑件设计成圆角的作用：避免产生应力集中。提高了塑件强度。利于塑料的充模流动。塑件对应模具型腔部位设计成圆角，可以使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂，提高模具的坚固性。第3章 拟定成型工艺3.1制件成型方法热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料PP，可用注射成型。3.2制件的成型参数 根据制品结构特点及选定的原料PP，可拟定如下工艺参数塑料名称： PP密度（g/cm）：表3. 1 PP主要技术指标和工艺参数料筒温度喷嘴温度 /模具温度 /注射压力 /MPa注射机类型后/中/前/18019050707090螺杆式150170180190200210成 型 时 间螺杆转数（r/min）注射时间/s保压时间/s冷却时间/s成型周期/s3551551515403060后 处 理备 注方 法温度/时间/ h 红外线烤箱700.31原材料应干燥0.5h以上3.3确定型腔数目 3.3.1计算制品的体积和重量 通过三维制图UG软件测量得: 单件塑件投影面积 S=19622； 单件塑件体积V=5.5cm3； 查有关资料可知PP的密度为0.940.96g/cm3 则单件塑件重量m=5.2g 3.3.2 确定型腔数型腔数目的确定主要参考以下几点来确定1）根据经济性确定型腔数目和总成型加工费用最小的原则,并略准备时间试生产原材料费用,仅考虑模具加工费和塑件成型加工费2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目,当成型大型平板制件时常用这种方法3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目,根据经验,每加一个型腔制品尺寸精度要降低4%,对于高精度制品,由于多型腔模具难以保证各型腔的成型条件一致,故推荐型腔数目不超过4个。根据本产品的生产批量及产品复杂程度等综合可虑采用一模四腔由于一模四腔模具具有塑料制件的形状和尺寸一致性比较好，成型工艺条件容易控制，模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点，并结茶杯的产量要求，所以采用一模四腔模具。3.4塑件在模具中的位置3.4.1型腔的布置由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力,以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定,这就要求型腔与主浇道之间的距离尽可能最短,同时采用平衡的浇道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的排布可以避免塑件尺寸的差异、应力形成和脱模困难等问题。主要考虑制件在分型后能保留在动模上以便脱模，并结合制件的结构特征应将型腔设置在定模侧，型芯设置在动模侧。本设计是一模四腔，为合理的设计浇注系统和容易脱模，型腔的布局如图3-1所示：图3-13.42分型面的选择由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、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，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则：1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模3）分型面的选择应保证塑件的精度要求4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求5）分型面的选择要便于模具的加工制造6）分型面的选择应有利于排气除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。 综合考虑以上的设计原则并结合该塑件的结构特点和质量要求，应采用塑件外形最大轮廓处作为分形面。如图3-2所示。图3-2分型线第4章 浇注系统的设计浇注系统的作用就是将熔融状态的塑料均匀、迅速地输入型腔，使型腔内体及时排出；并且将注射压力传递到型腔的各个部位，从而得到组织紧密的制品。浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。4.1 确定浇口形式及位置 浇口是浇道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。浇口位置的选择对制品的质量显得尤为重要，浇口选择的遵循原则是：a.塑件能量的损失最小；b.浇口的位置应使进入行腔的塑料能顺利的排出模腔内的空气，进入型腔的塑料不要立即封闭排气系；c.浇口的位置要避免造成收缩变形和塑件的熔接痕;；d.拼镶结构的模具，浇口的位置不能使流动的塑料冲击镶件，但也不能离浇口太远，否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好；e.浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。避免塑料直接正面冲击型芯；f.外观要求高的塑件则浇口不允许设置在分型面上，同时要考虑清理简便，不损坏塑件。根据本设计的具体情况，采用点浇口浇注系统。本模具流道布置采用平衡式分流道，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等形状及截面尺寸都相同。采用这种形式，是为了减小进料口附近的收缩对齿轮精度的影响。进料口均匀在塑件端面，不会影响外观。 4.2 流道、浇口套、定位圈的设计主流道是注射机喷嘴与主流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。A. d=注射机喷嘴孔直径+（0.51） 取d=3.5mmB. 主流道斜度=24 取=2C. 分流道直径D 取D=4mmD. 浇口套弧面R=注射机喷嘴球面半径+（12）mm 取R=11mmE . 分流道应尽量缩短，L值按具体情况确定，不宜过长或过短，要8mm。本设计L长初定24mm。浇口套材料常用T10A制造，热处理后硬度为5055HRC。浇口套与定模板采用H7/m6的过渡配合，浇口套与定位圈采用的H9/f9间隙配合。由于受型腔或分流道的反压力作用，浇口套会产生轴向移动，所以浇口套的轴向定位要可靠。采用两颗M520螺钉固定于定模板。根据上述经验和计算本设计的浇口套及定位圈形式如图4-2、图4-3所示： 图4-2 浇口套 图4-3 定位圈本模具浇注系统如图4-4所示：图4-4浇注系统 第5章 成型零部件的设计构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性。设计塑模的成型零件时，应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构，并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构。也就是说，根据塑件的尺寸，汁算成型零件型腔的尺寸，确定型腔的组合方式，确定成型零件的机加工、热处理、装配等要求，还要对关键的部位进行强度和刚度校核。5.1成型零部件的结构设计 所谓成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。整体式凹模结构它是在整块金属模板上加工而成的，其特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但是由于整体式型腔加工困难，热处理不方便，所以其常用于形状简单的中、小型模具上。组合式凹模结构是指型腔是由两个以上的零部件组合而成的。按组合方式不同，组合式凹模结模可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。整体嵌入式凹模最常用的形式。小型塑件在采用多型腔模具成型时，各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板中。这种结构加工效率高，装拆方便，可以保证各个型腔的形状尺寸致。 5.1.1 型腔结构设计型腔是成型塑件外表面的成型零件。分析产品，其外部结构简单，考虑各方面因素，采用整体式型腔，有足够的强度与刚度，使用可靠且置换方便。如图5-1所示：图5-1 型腔5.1.2 型芯结构设计型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。对于茶杯来说，它们的结构有所不同，因此其型芯结构也不同。如图5-2所示：图5-2 型芯5.2 成型零部件工作尺寸计算5.2.1 成型零部件性能成型由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须有以一些性能:必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压；1） 有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损；2） 通常进行热处理，使其硬度达到HRC45以上；3） 对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢理；4） 材料的抛光性能好，表面应该光滑美观。表面粗造度应在Ra0.4以下；5） 切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好；6） 熔焊性能要好,以便修理；7） 成型部位应须有足够的尺寸精度。孔类零件为H8H10，轴类零件为 h7h10。5.2.2 型腔、型芯工作部位尺寸计算1.型腔和型芯尺寸的计算型腔长度尺寸计算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差Lm-模具型腔长度基本尺寸Ls-塑件外表面的长度基本尺寸：50S-塑料平均收缩率X-修正系数（0.50.75）-塑件外表面长度基本尺寸的公差 所以Lm = 50（1+0.016）-0.75x0.3=51.07(+0.3)型腔宽度尺寸计算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差Lm-模具型腔宽度基本尺寸Ls-塑件外表面的宽度基本尺寸：50S-塑料平均收缩率X-修正系数（0.50.75）-塑件外表面宽度基本尺寸的公差： 所以Lm = 50（1+0.016）-0.75x0.1551.07(+0.3)型芯长度尺寸计算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯长度基本尺寸 ls-塑件内表面的长度基本尺寸：48.13 所以 lm = 48.13（1+0.016）+0.75x0.3 =49.21 (-0.15)型芯宽度尺寸计算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯宽度基本尺寸 ls-塑件内表面的宽度基本尺寸：48.13 所以 上盖lm= 48.13（1+0.02）+0.75x0.15 =49.21(-0.15) 2.型腔深度和型芯高度尺寸的计算 型腔深度：Hm=（1+s）Hs-X+制造公差 Hm-模具型腔深度基本尺寸Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸：28.12X-修正系数（0.50.75）所以 Hm=21.12（1+0.016）-0.75x0.05 =21.44（+0.05） 型芯高度：Hm=（1+s）Hs-X+制造公差 Hm-模具型腔深度基本尺寸Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸：28.12X-修正系数（0.50.75）所以 Hm=28.12（1+0.016）-0.75x0.05 =21.44（+0.05） 5.3 成型零部件的强度与刚度计算为了方便加工和热处理，其型芯整体镶嵌式，型腔为整体镶嵌式。因此，型腔的强度和刚度按型腔整体式计算。由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可参考经验推荐数据。5.3.1 强度、刚度计算 进行成型零部件强度、刚度计算时考虑的要素：塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因强度不足而产生塑料变性甚至破坏，也可能因为刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。（1） 塑件成型过程中不产生溢料粘度特性塑料品种允许变形值 中粘度塑料PP0.05（2） 保证塑件的尺寸精度塑件尺寸经验公式1050i/3(1+i)50200i/5(1+i)（3） 保证塑件顺利脱模tS=1.40.8%=0.0112式中 保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量； t 塑件壁厚，mm；S塑件的收缩率。第6章 结构零部件的设计6.1 选用标准注射模架6.1.1初选注射机模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：式中：-型腔数量 -单个塑件的重量（g） -浇注系统所需塑料的重量（g）本设计中：n=4 5.2g =17.9g m（4x5.2+17.9）/0.8 即m48.38g因而预选注塑机额定注塑量最少为67.77以上2）注射压力： P注P成型经查有关资料可知PP塑料成型时的注射压力P成型=7090MPa3）锁模力： P锁模力pF式中p塑料成型时型腔的压力，PP塑料的型腔压力p=30MPa F浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（）各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积 F=8786 PF=308786x=263.58KN根据以上的分析、计算，查相关资料初选注射机型号为：80XB,其有关技术参数如下： 型号单位80A80B80C 参数螺杆直径mm343640理论注射容量cm3111124153注射重量PSg101113139注射压力Mpa206183149注射行程mm122螺杆转速r/min0220料筒加热功率KW5.7锁模力KN800拉杆内间距(水平垂直)mm365365允许最大模具厚度mm360允许最小模具厚度mm150移模行程mm310移模开距(最大)mm670液压顶出行程mm100液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW11油箱容积l200机器尺寸(长宽高)m4.31.251.8机器重量t3.22最小模具尺寸(长宽)mm2402406.1.2选标准模架根据以上分析、计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格。模架型号为FCI-3535-A80-B80-C100-L290。图6-1 模架参数6.2 定模板与动模板的设计本模具的模架是Auto CAD的燕秀工具箱调出拉，已经设计好动定各模板的相关参数。具体看图6-1 模架参数6.3 合模导向机构的设计导向零件用来确定动、定模(或上、下模)的相对位置,并保证模具运动的方向精度.导向零件包括导柱、导套、导板等。导柱与导套的功能是为动模与定模（包括顶出板与动模板）在相对运动时导向。导向零件应尽量布置在靠近模具模板的边缘出,以便于较宽松和较方便的安置模具成型零件和温度调节系统根据具体模具结构，导柱的固定位置可以根据不同的需要设置在不同的模板上。一般的模具设计时尽量的将导柱的固定设置在定模板上。导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。在此次设计中我采用了导柱导向定位。它有如下功能：定位作用：模具闭合后，保证动定模或上下模位正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。承受一定的侧向压力：塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。在设计中，导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812，在此次设计中取10，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱的前端做成锥台形，以使导柱顺利地进入导向孔。所选的导柱导套材料为SKD61，硬度为5961。导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的11.5倍，在此次设计中取1倍。其它一些参数值如图6-2和图6-4所示。导柱固定端与模板之间采用76的过渡配合；导柱的导向部分采用77配合。其详细情况可参看模架结构图。图6-3导柱 图6-4导套第7章 温度调节系统设计冷却系统在模具设计中是很重要的一部分，冷却水道的布置对成品的质量尤为重要，下表是模具温度对成品的影响。 表7-1不正常模温对塑件质量的影响模具温度塑件质量情况现象 过高 缩孔在壁厚部分，易冷却地方先硬化，未冷却的地方先收缩，而产生缩坑。模具温度过高易产生缩孔溢料因为模具具有间隙，当温度过高，型腔内塑料粘度低，流动大，易从缝隙溢料不均匀变形各部位冷却不均，造成收缩不一致，产生变形过低填充不良温度过低，型腔内塑料粘度高难流动，填充不均熔接焊两股料流汇合时，由于模温低，产生不能完全熔合而出现类似毛发状的细纹线表面不光泽出现表面不十分有光泽的情况温度调整不的当 机械性能不良当模温过高或过低时，对部分塑料，结晶不良造成机械性能不良由上表可以知道冷却水道的位置取决于制品的形状和不同的壁厚。原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方,根据冷却系统的设计原则,冷却水道应围绕模具所成型的制品,且尽量排列均匀一致。设计冷却水道需考虑如下因素：a.模具的结构形式，对冷却系统设计直接有关；b.模具的大小和冷却面积；c. 塑件熔接痕位置；d. 水孔边离型腔的距离一般保持在1025mm，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率降低。水孔以直径一般在6mm上，根据模具大小决定；e.水孔管路应畅通无阻；f.水管接头的位置应放在尽可能不影响操作的一侧；g.冷却水孔管路最好不开在型腔塑料溶接的地方，以免影响塑件强度。手机后盖注射成型模具的冷却分为两部分，一部分是定模侧的冷却，另一部分是动模侧的冷却。a. 定模侧冷却水道结构。定模侧的冷却是两条冷却水道完成的，如图9-1所示。2动模侧冷却水道结构。 型芯冷却由型芯，型腔上的环绕水路冷却水道完成，冷却水路如图7-1所示。图7-1 冷却水路第8章 排气系统设计 适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。8.1排气的作用排气的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，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。另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，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。8.2排气方式模腔排气的方法很多，但每一种方法均须保证：排气槽在排气的同时，其尺寸设计应能防止物料溢进槽内；其次还要防止堵塞。因此从模腔内表面向模腔体外缘方向测量，长612mm以上的排气槽部分，槽高度要放大约0.250.4mm。另外,排气槽数量太多是有害的。因为如果作用在模腔分型面未开排气槽部分的锁模压力很大，容易引起模腔材料冷流或裂开，这是很危险的。除了在分型面上对模腔排气外，还可以通过在浇注系统的料流末端位置设排气槽，以及沿顶出杆四周留出间隙的方式达到排气的目的。因为排气槽开的深度、宽度以及位置的选择；如果不适当，产生的飞边毛刺，将影响制品的美观和精度。因此上述间隙的大小以防止顶出杆四周出现飞边为限。这里应特别注意的是：齿轮这样的制件在排气时，可能连最微小的飞边也是不希望有的。这一类制件最好采用以下方式排气：彻底清除流道内气体；用粒度为200的碳化硅磨料对分型面配合表面进行喷丸处理。另外，在浇注系统料流末端开设排气槽主要是指分流道末端位置的排气槽，其宽度应等于分流道的宽度，高度视材料而异。8.3排气设计方法对于复杂几何形状的产品模具，排气槽的开设；最好在几次试模后再去断定。而模具结构设计中的整体结构形式，其最大缺点就是排气不良。对整体模腔模芯有以下几种排气方法：利用型腔的槽或嵌件被人部位；利用侧面的嵌件接缝；局部制成螺旋形状；在纵向位置上装上带槽的板条心开工艺孔；当排气极困难时采用镶拼结构等、如果有些模具的死角不易开排气槽，首先应在不影响产品外观及精度的情况下适当把模具改为镶拼加工，这样不仅有利于加工排气清有时还可以改善原有的加工难度和便于维修。8.4热固性塑料成型时的排气槽设计热固性材料的排气比热塑性材料更为重要。首先在浇口前面的分流道都应排气。排气槽宽度应等于分流道宽度，高度为0.12mm。模腔的四周都应排气，各排气槽应相隔25mm，宽度为6.5mm，高度为0.0750.16mm，视物料流动世而定。较软的材料应取较低的值。顶出杆应尽量放大，而且在大多数场合，顶出杆圆柱面上应磨出34个高0.05mm的平面，磨痕方向应沿顶出杆长度方向。磨削应用粒度较细的砂轮进行。顶出杆端面应当磨出0.12mm的倒角，这样若有飞边形成时，就会粘附在制件上。第9章 顶出系统设计 塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推板推出机构、推板推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。脱模机构的选用原则：（1）使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形）；（2）推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；（3）推板的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；（4）推板的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；（5）推板位置痕迹须不影响塑件外观；考虑到塑件的特征等要求不高，决定选用简单推出机构中最简单、使用最广泛的推板推出机构。推板将塑件从动模的型芯推出脱模，由于设置推板的自由度较小，这样制造、修配较方便，容易达到推板与模板或型芯上推板孔的配合精度，推板推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推板损坏后也方便维修，因此选择推板机构推出是最合理的。该塑件采用了推板，其分布情况如图所示，推板的作用，使制品受推出力从而脱模。推板型芯孔配合一般为，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS塑料的溢料间隙为。本设计中，中间的型芯推板，与下面的顶针板之间，通过螺丝顶杆相连接，当注塑机顶向顶针板的时候，螺丝顶杆将中间的型芯顶起，这样子，型芯推板就将塑件推理中间的小型芯。 推板布局 第10章 注塑机参数校核10.1 最大注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核由于在初选注射机和选用标准模架时是根据以上的四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必进行校核，已经符合所选注射机要求。10.2 开模行程的校核注射机最大的开模行程S Sh件+h浇+（510）=191670式中 h件 塑料制品高度（mm） h浇浇注系统高度故满足要求。10.3 模具与注射机安装相关部分尺寸校核 从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采用压板固定模具，所以所选注射机规格满足要求。第11章 绘制图纸并编写技术文件11.1绘制各非标准零件图纸装配图是模具装配的主要依据,其要求为：尽可能按1:1比例绘制，并应符合机械制图国家标准。绘制时先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。为了更好地表达模具中成型塑件的形状、浇口位置等，在模具总装图的俯视图上，可将上模（或定模）拿掉，而只画出下模（或动模）部分的俯视图。模具总装图应包括全部组成零件，要求投影正确，轮廓清晰。按顺序将全部零件的序号编出，并填写零件明细表，标注技术要求和使用说明，标注模具的必要尺寸。步骤：1）首先画出模具中心线及模具主视图及侧视图外形线。确定动模与定模的分型面，确保塑件留在动模一侧。画出塑件位置及定模、动模型芯。画出流道及浇口。2）在动模投影平面上画出塑件位置，并在主视图上表示各零件之间的装配关系。3）画出所有零件的引线，并顺序标出零件序号。4）填写标题栏、明细表内容，包括件号、名称、材料、件数及标准件规格、数量等。5）编写技术要求，包括装配要求及试模要求。注明注射机规格及标准模架代号。模具装配图第12章 MOLDFLOW模拟成型分析12.1 具体方案的确定首先在MOLDFLOW软件中，导入产品，开始壁厚分析和曲面网格统计。本分析采用双层面（双面流）网格对产品进行划分，主要分析产品流动平衡、困气、冷却、熔接线及翘曲变形。图 网格划分方法 网格类型 = 双层面 网格匹配百分比 = 72.6 % 相互网格匹配百分比 = 62.3 % 节点总数 = 7904 注射位置节点总数 = 1 注射位置节点标签是: 19531 单元总数 = 15408 零件单元数 = 15408 主流道/流道/浇口单元数 = 0 管道单元数 = 0 连接器单元数 = 0 分型面法线 (dx) = 0.0000 (dy) = 0.0000 (dz) = 1.0000 三角形单元的平均纵横比 = 4.3255 三角形单元的最大纵横比 = 31.1382 具有最大纵横比的单元数 = 5669 三角形单元的最小纵横比 = 1.1666 具有最小纵横比的单元数 = 6757 总体积 = 39.6786 cm3 最初充填的体积 = 0.0000 cm3 要充填的体积 = 39.6786 cm3 要充填的零件体积 = 39.6786 cm3 要充填的主流道/流道/浇口体积 = 0.0000 cm3 总投影面积 = 102.7318 cm2表 网格统计12.2 moldflow成型工艺设定注射注塑机设置表注塑机参数: 注塑机参数: - 最大注塑机锁模力 = 7.0002E+03 tonne 最大注射压力 = 1.8000E+02 MPa 最大注塑机注射率 = 5.0000E+03 cm3/s 注塑机液压响应时间 = 1.0000E-02 s 工艺参数: - 充填时间 = 1.6000 s 自动计算已确定注射时间。 射出体积确定 = 自动 冷却时间 = 20.0000 s 速度/压力切换方式 = 自动 保压时间 = 10.0000 s 螺杆速度曲线(相对): % 射出体积 % 螺杆速度 - 0.0000 100.0000 100.0000 100.0000 保压压力曲线(相对): 保压时间 % 充填压力 - 0.0000 s 80.0000 10.0000 s 80.0000 20.0000 s 0.0000 环境温度 = 25.0000 C 熔体温度 = 220.0000 C 理想型腔侧模温 = 40.0000 C 理想型芯侧模温 = 40.0000 C12.3 充填时间分析填充时间流动规律的充填前沿材料。同时填充的模型各部分。充填的开始，那里是深蓝色的，红色区域为充填最末端。一但无法充填，那么那个地方将没有颜色使用：茶杯有较高的充填效果，证明其流向是均匀的，在前锋同时到达终点的物质流模型。这意味着每个过程应该结束了一个深蓝色的轮廓。轮廓是均匀分布的，等高线间隔表示聚合物的流动速度。轮廓的宽度表明快速流动，和狭窄的轮廓表明慢充。以下是浇注系统充填时间的分析：图 充填时间结果：充填时间为2.117s12.4 流动前沿温度分析结果表明塑料温度指定时间对各层的产品，厚度。此即是时间序列的曲线，可以指定一个固定区间或在一定时间。使用：温度显示在指定时间对塑料茶杯的厚度的温度。熔体在型腔中的接触表面温度不同于塑料模具表面指定的温度，热传导系数（HTC）集。在壁厚较低的区域，可能会发生无法充填，该区域没有温度显示。在茶杯充填的时候，在茶杯充填前端，熔融状态的凝料，可能会发生讲解或者是表面缺陷。查看项目结果值：红色区域：表示许多的剪切热量一般出现在充填的浇口旁边。蓝色区域：表示在该区域温度较低，可能会停滞流动或者流速过满。图 流动前沿温度结果：总体温度为220.4，12.5 顶出时体积收缩率这个的意思是凝料最初进入型腔以后的体积与凝料保压冷却成型以后的体积比。使用：体积收缩结果表明，取消节点平均数显示是个好方法。右击结果名字选择属性，这可以通过右键单击名称属性选择，确定在动画页面，动画中的帧的选择，然后取消安装选项页节点。体积收缩率分布必须均匀在整个产品减少翘曲，并小于最大推荐材料。体积收缩压力能够曲线控制。图 体积收缩率结果：顶出时的体积收缩率为20.62%12.6 锁模力的分析锁模力注塑机合模以后，在收到来自注塑机施加的压力以后，随着时间的变化，锁模力也会随之变化。使用：锁模力与注塑机的额定锁模力有关系，也与茶杯在Z轴方向上面的投影面积，平均型腔成型压力有函数关系，结果值应不超过近80%的限制机器，让20%作为安全系数。注意：模具的吨位计算是正确的，该模型的夹紧力必须沿Z轴方向。锁定记录的结果会产生误导的结果，如果连接到你的模型在xy平面重叠表面因夹紧力。注意：压力曲线的使用，可用来调整壁厚减小锁模力。查看项目：随着注塑机开始注塑，锁模力也随之变化，在凝料进入型腔以后，锁模力逐渐增加，当凝料快要充填满型腔是，压力逐渐减小。图 锁模力xy图结果：需要最大锁模力22T.12.7 冻结层因子分析结果表明了冻结层因素厚度，说明冷冻层厚度值越大，更薄层熔化。注意：冻结层因子是取一个中间值，动态演示中，跟随时间的变化，冻结层因子也随之变化，从最小的取值一致到最大的取值。使用：这个值描述了冻结层因子的因素，他的区间在0-1之间。冻结层因子的理想状态是在一个恒定的值，不能让冻结层因子过快的降低。在填充过程中，冻结层应在恒定的厚度之间，使连续流动的地区均衡。因为模壁的热损失是平衡的热熔胶从前面。一旦停止流动，占主导地位的热损失通过厚度，并在冻层厚度迅速增加。查看项目：冻结时间结果。图 冻结层因子结果：冷流道进胶，从图上可看出茶杯在32.12S时已经冻结，12.8 熔接线分析在熔融状态的凝料从不同的浇口进入型腔以后，跟随型腔的外形逐渐流动，根据茶杯在型腔内的形状，会有多个位置是凝料的结合处，这类结合处，就是茶杯熔接线的位置，熔接线表示的结构上的瑕疵或缺陷的存在。这类熔接线，对茶杯表面质量有致命影响，特别是外观要求比较严格的产品，比如我这套电视面板的，外观质量要求非常要，所以不允许有明显的熔接线。注：结果在130度角的熔接线结果聚合。对不同角度的聚合，产生熔接线结果并指定聚合角。使用：熔接线可造成的结构性问题，也使产品不能在视觉接受。有些不可避免的使你接缝，需要参考位置决定熔接线的位置，提高质量工艺。针对温度影响的接缝的形成和消融地面压力料时的推荐温度范围，熔合线强度。查看项目：加大茶杯的壁厚，降低茶杯厚度比值，改变浇口的位置和相关尺寸。已达到降低熔接线。加大注塑浇口、加大熔接线附近相关流道的尺寸。让浇口靠近熔接线。升高温度、加大射速、增大注射压力。模具上增加排气槽。这样可以释放气穴，削弱熔接线。图 熔接线结果：如图所示为熔接痕。12.9 变形量分析模流分析的变形分析结果有整体变形和收缩趋势：整体变形会受到产品进胶点的数量和位置影响，比如产品比较大，点数较少或者位置不合理，相应的变形量就会增大，而且压力可能偏高。收缩趋势是产品本身的变形趋势，和进浇点数位置关系不大。热流道模流分析的变形在理论上让我们知道了产品的变形结果，但是和实际是有差别的，比如注塑压力的话，实际压力会比分析压力高出20%-30%左右。图 总变形量结果：所有因素的变形量为0.9645mm，其余XYZ方向如附件报告所示。总 结大学学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技 能的综合运用和检验。在完成大学所有课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械 设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理 解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的文献查阅和建模 学习。在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教工厂中极具经验的模具设计人员和工人师傅以及各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在短时 间里，对模具的认识有了
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