车载蓝牙门禁卡扣造型及注射成型模具设计-模流分析-CAD图纸说明书论文毕业
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目录目录I摘要1Abstract2第一章 绪论41.1 注塑模具的简介41.2 注塑模具发展国内外现状41.3 国内模具的优劣势51.4 本课题研究内容6第二章 塑件工艺分析与材料的选择72.1 塑件工艺分析72.2 塑件材料的选择72.2.1 ABS塑料的特点72.2.2 ABS的技术指标72.2.3 ABS的注塑成型工艺参数82.3 ABS材料的应用82.4 塑件的体积与质量92.5 塑件壁厚的分析9第三章 模具结构方案的确定103.1 出模数量与型腔布局103.2 分型面的设计113.2.1 分型面设计的原则113.2.2 分型面类型的选择113.3 分型面具体结构形式的确定11第四章 模具浇注系统的设计134.1 浇注系统的组成134.2 浇注系统的设计原则134.3 流道的设计134.3.1 主流道的设计134.3.2 分流道的设计144.3.3 冷料穴的设计144.3.4 浇口的设计154.4 浇注系统标准件的选用16第五章 模具成型系统设计175.1 型腔结构设计175.2 型芯结构设计175.3 型腔成型零件尺寸计算185.4 型芯成型零件尺寸计算195.5 成型钢材的选用20第六章 模具温度系统设计216.1 模具温度调节系统概述216.2 模具冷却系统设计要求216.3 冷却水道的形式类型226.4 模具冷却水道的计算校核23第七章 模具顶出脱模机构257.1 顶出脱模机构概述257.2顶出机构零件257.3 顶出脱模机构的分类257.4 脱模机构的设计要点26第八章 模具抽芯机构288.1 斜顶抽芯机构28第九章 标准模架的选用299.1 模架概述299.2 标准模架的选用299.3 模架型号的确定29第十章 注塑机的选择与校核3110.1 注塑机的概述3110.2 初选注塑机型号3110.3 校核注塑机注塑量3210.4 校核压力3210.5 校核模具安装尺寸3310.6 校核移模行程3310.7 校核注塑机锁模力33第十一章 注塑充填moldlfow模流分析3511.1 模流分析概述3511.2 网格划分处理3511.3 设定注塑充填材料数据3711.4 充填时间3811.4 流动前沿温度3911.5 气穴3911.6 锁模力XY图4011.7 温度、零件4111.9 变形量42设计总结44致谢45附图46参考文献47III摘要伴随着机械制造工业的发展，模具是工业之母的地位依然不可撼动，模具能够实现高效率状态下，同等精度和质量制品的的大批量生产。模具工业技术在不断的发展前行中得到了更加广泛的应用。特别是在电子电器设备与机械仪表设备、生活日用塑胶件中有了更高程度的提高。本次设计是以“车载蓝牙门禁卡扣”塑件为原始文件，进行注塑模具设计。首选针对此塑件，进行结构分析，确定其塑件结构适合采用注塑模具结构生产，然后选择合适的高分子材料与型腔的出模数量。结合模具设计原则与设计规范，选择分型面并且分模完成成型系统零件设计，对浇注系统的设计方面，力求充填均匀，流道废料少、短。冷却系统均匀的分布在塑件的周边，使得温度冷却合理，在脱模顶出机构上，采用均匀分布顶出系统，让塑件能够均匀的受力顶出脱模。在选择标注模架系统方面，采用了国内最大的模具企业生产的龙记GB国标标准模架系统，能够保证制造周期短，制造精度高、效率高的特点。在完成全套的模具结构设计之后，对其生产所需的注塑机进行了选择与校核，其中校核项目包裹注塑量、注塑压力、锁模力、安装尺寸、顶出行程等内容。本次设计中，采用了计算机辅助设计软件，其中包括二维设计软件AutoCAD绘制模具的总装图与非标的零件工程图，采用了三维软件进行了塑件的建模与整体装配建模。本次设计来源于生活实践中，应用非常广泛，采用计算机辅助设计软件大大的提高了设计效率。通过完成了对应设计参数的计算与校核。经过计算校核，本套设计满足实践需求。关键词：注塑模具；结构设计；注塑机；校核；机械设计AbstractWith the development of machinery manufacturing industry, the status of mould as the mother of industry is still unshakable. The mould can realize mass production of products with the same precision and quality under the condition of high efficiency. Mould industry technology has been more widely used in the continuous development. Especially in electronic and electrical equipment and mechanical instrumentation equipment, daily plastic parts have been improved to a higher degree.This design is based on the original document Bluetooth entrance guard button plastic parts for injection mold design. The preferred method is to analyze the structure of the plastic part and determine that the structure of the plastic part is suitable for the production of injection mold structure. Then the appropriate amount of polymer material and cavity is selected. According to the design principles and specifications of the mould, the parting surface is selected and the part design of the forming system is completed by parting. For the design of the gating system, the filling is uniform and the runner waste is less and shorter. The cooling system is evenly distributed around the plastic parts, which makes the temperature cooling reasonable. In the ejection mechanism, the ejection system with uniform distribution is adopted, so that the plastic parts can eject ejection under uniform force. In the selection of marking die base system, Longji GB national standard die base system produced by the largest domestic die and mould enterprises is adopted, which can ensure the characteristics of short manufacturing cycle, high manufacturing accuracy and high efficiency.After the complete set of die structure design was completed, the injection machine needed for its production was selected and checked, including the checking items of package injection quantity, injection pressure, clamping force, installation size, ejection trip and so on.In this design, computer aided design software is used, including two-dimensional design software AutoCAD to draw the assembly drawing and non-standard parts engineering drawing of the die, and three-dimensional software is used to model the plastic parts and the whole assembly modeling.This design comes from life practice and is widely used. The efficiency of design is greatly improved by using computer aided design software. The corresponding design parameters are calculated and checked. After calculation and verification, the design meets the practical needs.Key words: Injection Mold; Structural Design; Injection Molding Machine; Checking; Mechanical Design第一章 绪论1.1 注塑模具的简介随着科学技术与工业技术的不断进步与更新，注塑模具在机械工业中占用不可动摇的地位，特别现在的电子产品时代的更新，越来越多的塑料产品进入我们的生活中，新的产品出现于更新换代越来越频繁，比如我们常用的汽车仪表类产品、电子通讯类产品，更是达到了前所未有的高度，2010年之后，我国的整体国民经济状态发生了更大的改变，消费能力有了很大的提高，购买能力大幅的提升刺激了消费水平的提高。塑料产品在汽车仪表、电器电子、医用救援、工程器械等领域有更大的提高，注塑模具是机械行业与材料工程中发展最快的领域其中一块。塑料材料是高分子材料工程领域中的一种，塑料材料有不可替代的特点，他的密度不大，质量比较轻便，强度和刚度也较好，而且很多高分子塑料还具有绝缘性能，能够替代传统的金属材料，无机非金属材料。塑料材料在一定温度下融化，比金属材料熔点更低，成型更溶蚀，采用塑料材料以及注塑模具生产和制造的塑料具备了生产效率高，质量稳定，精度高，工程造价便宜，可以实现大批量连续生产。而且注塑模具的生产设备注塑机相对于其他金属材料的制造设备更小。因为具备了上述有优点，所以越来越多的塑料产品进入我们的生活中，注塑模具的发展水平，是衡量一个国家的工业制造水平的重要标志之一。1.2 注塑模具发展国内外现状塑料产品是采用高分子树脂材料通过注塑模具与注塑生产工艺制造的产品。塑料产品具备有质量轻便，抗酸碱盐性能好，耐腐蚀性好，有一定的弯折性能，而且绝缘不导电。国内现在越来越多的采用塑料制品来替代原来的其他产品，更多的进度我们的日常生活中。2010年之后，随着国内工业技术的变革创新，机械工业水平的提高，对应的注塑模具产业有的快速的增长，大约每年的注塑模具增长速度在10-16%之间，我国的注塑模具从发展起步至今，经过约50年的进步，有了较大的改变，技术水平有了很大的提高，特别是在近几年的家用汽车普及、家用电器增长、电子电信日用消费子的快速发展，在沿海前沿地带形成了以珠三角与长三角一代的专业模具企业区域，逐渐向高精尖领域发展。塑料模具的发展将会比冲压模具、压铸模具等其他模具的发展更快。国内模具逐渐往高精度、高质量、超大型、超长寿命，缩短制造周期，降低制造成本，高效率方向发展。新的计算机辅助设计技术，将会极大的改善模具制造企业的专业技术层次，应用领域与设计范围将会实现不断的扩大，不同类型的模具将会越来越多，创新性越来越多，效益会越来越好。自动化程度和标准化程度或逐步提高。国外高级注塑模具技术与工艺制造装备主要集中在美国、德国、法国为主的欧美系，与日本、韩国为主的日系中。国外注塑模具的设计、制造、成型技术向着多工位化、高效自动化，超低成本方面发展。现在，国外的模具制造企业，能够感受到我国模具制造业的崛起所带来的国际环境变化，更多的中国模具进入国际市场领域。占有原来欧美日韩的市场蛋糕，预计到2020年，我国将有可能成为全球范围内最大的注塑模具供应区域，国外的模具制造周期只有国内模具制造周期的46-52%之间。但是国外的模具制造成本却又中国模具制造成本的130-300%之间，成本可以达到我国成本的三倍之多，我国的人工劳动成本优势是国外人工劳动成本的1/3左右，对国际市场上的客户产生了深远影响，2015年之后，德国与日本的整体模具总造价降低了10-20%之间，和外国的注塑模具技术发展有密不可分的关系。1.3 国内模具的优劣势国内模具制造企业优势是地域集中，能够实现高度的群体效益，国家政策扶持引导企业自主创新，给与国内模具制造企业技术性的经济补贴。还涉及到的出口模方向，国家也给与了模具企业对应了关税政策优惠。国内模具制造企业的劣势是各个企业之间各自为政，没有形成统一的产业联盟，国内模具的标准化进程与自动化进程较低，与发达国家机械工程模具有较大的差距，相关核心技术与工业制造装备机床很多需要国外进口，技术在某些大型模具领域上，不能独立完成，还需要国外专业技术人员指导操作。1.4 本课题研究内容1.根据塑件图完成测绘和建模，绘制塑件的二维工程图和三维模型。2.分析塑件结构，选择合适的材料，进行结构方案的确定3.选择分型面，确定出模数量，根据塑件确定浇口的类型，完成成型系统设计，确定模具整体方案。4.确定模具整体方案之后，进行注塑机的选择与校核。确定注塑工艺。5.完成模具结构的各类计算与校核。6.采用AutoCAD绘制注塑模具的二维总装图、非标零件工程图，采用三维软件完成整套模具的三维建模。7.设计完成的模具需要满足实践生产需求。第二章 塑件工艺分析与材料的选择2.1 塑件工艺分析根据已知塑件的结构分析，如下图2.1所示，采用三维建模完成塑件的模型绘制，该塑件的结构属于中等难度，该塑件尺寸不大，壁厚比较均匀，适合采用注塑模具生产和制造，塑件的生产批量为中等批量注塑成型生产，精度等级可以采用一般精度等级。塑件整体外形呈现带圆弧的片状体，在塑件的两侧有倒扣，需要内抽芯才能完成脱模，在设计的时候要重点注意。图2.1 塑件三维模型图2.2 塑件材料的选择2.2.1 ABS塑料的特点该塑料适合采用ABS高分子材料，该塑料为热塑性材料中的一种，查材料的物性表分析ABS的性能指标可以得得知，该材料吸水性小，有一定的强度和刚度，绝缘不导电，耐磨，抗弯折性能好，对于成型塑件的的壁厚不能取太大或者太小，一般ABS材料的壁厚取值可以采用1-3mm之间，脱模斜度取1-5范围值均可。ABS材料的综合性能好，价格也不贵，所以应用非常广泛。2.2.2 ABS的技术指标ABS材料的技术参数如下所示收缩率：1.005比重：1.05g/cm熔融温度：195-240成型温度：40-90成型压力：120-140Mpa射速：中等速度2.2.3 ABS的注塑成型工艺参数ABS材料的成型工艺参数中主要的几个要求就是注射温度，模具温度，注射压力，注射速度这几个参数。注射的温度就包含了料筒的温度，料筒分为前中后三段的温度，和喷嘴的温度，需要通过查表，了解其基础工艺温度，然后结合塑件与模具的实际情况来调节注塑机的温度。模具的温度可以通过在模具上面设置冷却水道，根据水温高低，控制水流大小流速来实现，保证模具的整体温度在一个可控的范围内，能够与实现注塑生产的稳定性。最后通过材料物性表控制注射的压力和射速，来进行较好的工艺生产。以下为该材料的基础成型工艺参考内容。注塑机类型：螺杆式螺杆转速：35-65r/min料筒温度：后段：195-200；中段200-210；前段210-220喷嘴温度：220-225预热温度：50-60注塑压力：75-95Mpa注射时间：15-20S冷却时间：20-50S2.3 ABS材料的应用ABS材料主要应用领域在汽车、电子电信、电器仪表、装饰件、工程件、办公设备、家用电器外壳、装饰工程配件，各类小型家电设备，大中小型玩具外壳和配件等领域，ABS具有很好的综合性能以及非常好的二次加工能力，可以在塑件的表面进行表面喷涂，电镀，钻孔加工，丝印，移印等，在该材料中增加和改变不同的成分，可以变成不同的改性材料，该材料的延伸改性材料在日常生活中已经是非常常见的的材料之一，在众多的材料中脱颖而出。2.4 塑件的体积与质量本次设计中，采用三维软件进行了塑件模型的建立，可以通过三维软件直接测量得到塑件的体积，如下图2.2所示。图2.2 塑件的体积测量然后根据质量公式：M=PV，可以计算得到塑件的质量：M=PV=1.05g/cmx7.2=7.56g。2.5 塑件壁厚的分析塑件的壁直接影响的注塑成型的质量，通过三维软件分析塑件壁厚在1-3mm之间，满足材料一般注塑成型要求。第三章 模具结构方案的确定3.1 出模数量与型腔布局为保证注塑模具与生产能力之间互相适应，提高生产能力和效率，以及保证合理的经济指标能力，注塑模具在设计的同时需要考虑模具的出模数量，一般有以下几种方法1. 结合经济指标确定型腔数量；2. 结合注塑机的额定注塑量来确定型腔数量；3. 结合注塑机的锁模力来确定型腔的数量；4. 结合塑件的精度等级来确定型腔数量；通过分析本次设计的塑件，该塑件尺寸不大，塑件结构难度为中等难度，精度等级要求一般，经济性要求合理，然后考虑后续的模具结构设计形式，注塑机的参数能综合性，本次设计采用一模二腔的结构形式，其型腔结构布局如下图所示。采用对称布局的结构形式，保证注塑充填的均匀性。图3.1 模具结构布局形式3.2 分型面的设计3.2.1 分型面设计的原则分型面一般指的是模具型芯和型腔之间随着动模和定模打开之后的面，分型面得到位置直接影响着塑件的结构形状，模具分型面的有时候还会开设排气槽，或者有滑块抽芯机构等。分型面的设计原则可以按照如下几点综合考虑：1. 方便塑料产品的脱模：开模具打开时候，产品要尽可能的留在动模上面。2. 方便抽芯机构的实现，一般还要考虑模具上时候需要设计滑块抽芯机构。3. 保证塑料的外观和表面质量不受影响，特别是外观需要光滑或者是镜面的产品。4. 保证塑料产品的尺寸和精度的等级在合理的公差范围值之内。5. 尽可能的使得模具型腔内的空气通过分型面排出去。6. 考虑实际机械机床加工的便利性，让加工更简单。7. 分型面要考虑让模具的整体结构更加的精简和合理，8. 考虑模具整体的装配便利性，让装配技术人员简单的更换和维修。3.2.2 分型面类型的选择模具的分型面一般分为单分型面和多分型面。其类型特点如下：（1）、单分型面模具一般此类模具结构都比较简单，也是注塑模具中最常见的结构形式之一。可以设计为单腔模具或者是多腔模具，从分型面打开后，可以之间看见型芯和型腔，浇注系统的结构形式也比较简单，可以直接用动模的勾料针勾出来。这种单分型模具结构简单，工作安全可靠，制造便利，能够很容易的实现自动化生产。（2）、多分型面模具多分型面模具的结构形式一般指的是三板模，和单分型面的模具相比，他多了一块脱料板，一般适合采用的是点式浇口注塑成型的模具，浇口在塑件的顶面，在脱模的时候开业实现浇注系统与塑件的自动分离。但是缺点就是模具结构复杂，制造困难，修模装配麻烦，制造经济成本高。3.3 分型面具体结构形式的确定结合塑件的实际结构形式，以及考虑模具结构形式，适合采用如下图所示的分型面，该分型面能够保证模具制造方便，结构合理，注塑充填工艺性能好。图3.2 分型面的选择第四章 模具浇注系统的设计4.1 浇注系统的组成浇注系统是原料从注塑机喷嘴出来以后一直到达模具型腔的这一段距离内产品的凝料，合理设计浇注系统是非常重要的，浇注系统一般分为普通流道和无流道两种，普通流道就是常见的冷流道，包括了主流道、分流道、浇口、冷料穴，这几个重要特点。如果是无流道系统，一般指的是采用了专门的热流道浇注系统，这类一般造价昂贵，结构复杂，在大型精密模具中才会应用。4.2 浇注系统的设计原则1.确定一个合适的流道截面类型，一般有圆形，梯形，半圆形等形状。2.根据材料自身的成型性能、以及塑件的结构形式，出模数量，来确定流道的尺寸大小，长度。3.主流道、分流道的尺寸长度应该尽可能的短，这样才能减少原材料的损耗，提高经济效益。4.浇注系统周边尽可能的不要设计冷却系统，避免浇注系统在进入型腔之前就过快的冷却。5.浇注系统要尽可能的设计冷料穴，让充填前端的冷却凝料不要进入模具型腔里面影响塑件的成型。6.浇口的设计要尽可能的保证充填的均匀，饱满，同时又要兼顾塑件的表面外观质量。7.浇口尽可能的设计在塑件的隐秘区域，而且要有利于区域浇口衬套，不能影响外观。8.流道的废料要尽可能的少。4.3 流道的设计4.3.1 主流道的设计主流道一般是从注塑机连接浇口衬套一直到分流道连接处截止的流道，也可以说是浇口衬套内的流道，一把从注塑机出来的凝料首先就要经过他，一般情况下主流道和模具的正中心呈现一个中心重合状态。浇口衬套与注塑机喷嘴需要满足如下图所示的关系式：D = d + (0.5 1) mm R1= R2 + (1 2) mm 图4.1 浇口衬套与注塑机配合关系4.3.2 分流道的设计凝料流过主流道之后，就要进入分流道了，分流道要求塑料原料尽可能快的进入模具型腔，温度的损失要尽可能的小，模具流道的表面要尽可能的抛光，让阻力小一些，同时为了提高注射的压力，此处的分流道应该比主流道略小。分流道的尺寸结合一般塑件的壁厚2-3mm，考虑塑件的实际结构情况，可以采用圆形截面的分流道，分流道的直径一般取值范围在3-10mm之间变动，如果材料的流动性比较好，分流道的尺寸还可以小一点，如果原材料的流动性比较差，那么就需要较大的分流道直径了。分流道的设计方面，应该尽可能的避免弯折或者转向，保证其射度不能过快的降低。本次设计中，采用了梯形截面的分流道，查表确定分流道尺寸取值为：高度=6mm;宽度=8mm4.3.3 冷料穴的设计冷料穴是为了把充填前端的冷却较快的锋料储藏起来，避免进入模具型腔里面影响塑件质量的一个区域，一般设计在主流道的末端，下面设计有勾料针，把凝料拉出来，如果是分流道的长度比较长的时候，也会在分流道的末端设计一个冷料穴来储藏锋料。一般情况下，冷流道的直径取值范围在5-14mm之间，深度大概是6-10mm左右，如果是大型的模具，可能还会开设更大的冷料穴。冷料穴没有精度要求，只要能够储藏前端锋料即可冷料穴下部设计有勾料针，一般采用Z形勾料针，这种加工简单，使用方便。4.3.4 浇口的设计浇口是浇注系统设计中最重要的一个位置了，浇口的位置以及结构形式，对塑料产品的影响非常大。浇口的类型有：直接式浇口；侧入式浇口；潜入式浇口；点式浇口；牛角式浇口等浇口类型。浇口的作用是连接分流道末端与塑料产品之间的桥梁，浇口的位置应该尽可能的小，保证塑件的外观质量良好，同时还要考虑充填的流动性，尽可能的避免熔接痕的产生，如果在塑件的孔位产生了熔接痕，这会导致塑件的强度降低。本次设计中，综合塑件质量要求与模具结构形式，采用点浇口浇注系统，其尺寸查表后取值如下：点浇口直径D=1mm完成后的浇注系统如下图所示图4.2 浇注系统结构形式4.4 浇注系统标准件的选用本次设计中，采用了标准的浇口衬套和定位环，标准件的采用能够缩短设计与制造周期、提高模具经济成本，更换容易，修模维修简单。能够更好的提高生产效率。图下图所示为定位环与浇口衬套结构形式。图4.3定位环与浇口衬套结构形式第五章 模具成型系统设计模具的成型零件一般包含了型芯、型腔、各种与塑件想接触的成型区域零件的镶件等零件。而在本文中，特指的是型芯和型腔的结构设计。设计的时候要考虑塑料的材料性能，以及对应的尺寸需求，塑件精度等级、表面粗糙度等技术指标，还需要考虑成型零件的加工便利性。5.1 型腔结构设计型腔主要用于成型塑件的外表面或者外观面，型腔上一般还有浇注系统的流道，以及冷却水道。本次设计中，采用的是镶嵌式的型腔结构形式，该结构加工简单，制造容易，更换维修方面，机械加工与装配工艺简单，适合本次模具设计，完成后的模具型腔结构设计如下图所示。图5.1 模具型腔结构设计5.2 型芯结构设计型芯主要是用于成型塑件的内表面或内部结构特征，型芯上一般还有顶出脱模机构，能够让顶杆实现顺利的脱模，以及冷却水道。本次设计中，采用的是镶嵌式的型芯结构形式，该结构加工简单，制造容易，更换维修方面，机械加工与装配工艺简单，适合本次模具设计，完成后的模具型腔结构设计如下图所示。图5.2 模具型芯结构设计5.3 型腔成型零件尺寸计算型腔径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：式中： ；（0.5%）；型腔长度尺寸计算为：型腔宽度尺寸计算为：（2）型腔深度尺寸计算型腔深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：式中 ；其他符号意义同上。5.4 型芯成型零件尺寸计算1、型芯尺寸的计算（1）型芯径向尺寸计算型芯径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：；其他符号意义同上。型芯长度尺寸计算为：型芯宽度尺寸计算为：（2）型腔深度尺寸计算型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：；其他符号意义同上。5.5 成型钢材的选用成型零件的钢材一般需要选择专门的模具钢，需要具备几个重要的因素：1.钢材的机械加工性能要好，能够实现机床的快速切削，并且在加工以后的精度要高，不易变形。2.具备较好的省模抛光性能，一般情况下，模具要达到Ra0.8的表面粗糙度等级，已经是接近镜面的光洁度了，如果是镜面高光模具，还需要达到Ra0.4mm的表面粗糙度。3.具备良好的强度和刚度，一般情况下，成型零件钢材的硬度需要达到38-42HRC左右的硬度，太软了容易承受不了注塑机压力而产生变形，如果是硬度过高，又会机械加工切削困难。4.具备较好的耐磨性和耐腐蚀性，对于某些塑料材料，在注塑成型的时候塑料材料自身具备一定的腐蚀性和，需要材料能够抵抗一定的腐蚀性，其次就是一些滑动工作零件需要长期的摩擦配合工作，所以需要具备一定的耐磨性能。综合以上几点钢材选择要求，本次设计中选择了牌号为718H钢材，这种模具钢材能够很好的适应本次设计的以及模具生产需求。718H的GB标准钢材的代号是3Cr2NiMo，这种钢材材质均匀，纯洁度好，抛光性能也不错，机械加工性能好。可以满足一般塑胶模具的成型零件需求。718H钢材如下图所示图5.3 718H模具钢材第六章 模具温度系统设计6.1 模具温度调节系统概述注塑机通过把颗粒状的塑料原材料加热加压融化后注射到注塑模具的型腔里面，然后熔料在模具的型腔里面一直冷却凝固后成型，这段时间是由熔融装在下的树脂原料和模具的温差共同实现的，一般情况下注射的原材料温度在200-300之间，而模具的温度一般情况下是人手可以轻微触摸的，在40-80之间，根据不同树胶材料的成型温度不同，需要对应的调节模具的温度，来加速冷却效应，缩短成型周期，并且需要保证这个冷却过程是均匀的逐步冷却过程的，不然过快或者过慢的冷却，都会导致塑件质量的不稳定或者瑕疵产品的产生。在做模架温度调节系统设计时候，首先需要材料的自身物理性能，可以通过查询材料物性表来获取材料的注射温度和模具温度，根据材料参数来进行一下调节：（1）、如果注塑成型的时候材料温度不够的情况下，需要增加模具的加热装置。（2）、如果成型塑件的壁厚过大的时候，为了防止收缩，好考虑增加加热装置。（3）、如果成型温度超过材料要求的温度，就必须要增加模具冷却装置。（4）、一般情况下，在做热塑性材料成型时，都需要设计冷却系统，来缩短其生产周期，提高生产效率，快速降低模温。6.2 模具冷却系统设计要求（1）、冷却水管的间距需要基本保持一致，水管与塑件之间的间距也要尽可能一致，需要排布均匀，形状也需要尽可能一致。（2）、冷却水管的直径一般取值为6-14mm之间的直径，冷却水管和产品之间的间距保证在15-30mm之间的间距，如果太近的话，冷却会过快，如果太远的话，冷却效果又会太差。（3）、冷却水管要先避开浇注系统的流道和浇口，避免浇注系统过快的冷却而损失压力和射速。（4）、冷却水管要考虑塑件成型时候的熔接线位置，尽量不要设置在有熔接线的位置。（5）、冷却水管整体要形成一个闭合回路，还需要重点实现不同零件之间的联通，保证不同零件之间的密封性，通常可以使用防水圈连接，水道止水栓来实现水道末端的封闭。（6）、冷却水嘴的接头端应该尽可能的设置在操作人员的背面，这样不影响员工的调试与操作。（7）、动模部分与定模部分最好能够分别独立的设计冷却水道，这样可以方便注塑工艺的调试以优化和控制注塑工艺产生的产品缺陷和不良。（8）、模具冷却水管的设计方面，需要考虑加工的便利性，一般是采用麻花钻、深孔钻来加工，要考虑机床加工性，麻花钻的直径等因素。6.3 冷却水道的形式类型冷却水道最终要形成一个闭合的回路，让各个区域都要冷却均匀。常见的方式有直通式，串联式，并联式，环绕式，水塔式（水井式），喷泉式，多层循环式，侧面环绕式，平面螺旋式。本次设计中，结构模具结构形式，塑件结构特点，考虑浇注系统与成型系统，采用了环绕式冷却水道，如下图所示。图6.1 模具冷却系统设计6.4 模具冷却水道的计算校核根据热平衡计算：在单位时间内熔体凝固时放出等热量等于冷却水所带走的热量，故有公式：；）；1).求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q设注射时间为2s，冷却时间为20s，保压时间为15s，开模取件时间为3s.，得注射成型周期为40S。设用20的水作为冷却介质，其出口温度为28，水呈湍流状态，一个小时成型次数n3600/4090查注塑模具设计指导手册得ABS单位重量放出的热量 故：2).水的体积流量由公式3).求冷却水道直径d根据水的体积流量查注塑模具设计指导手册1得d=8mm；本次设计中的冷却水道满足要求。第七章 模具顶出脱模机构7.1 顶出脱模机构概述在塑件完成注塑成型之后，熔融装在下的凝料完成固化，根据塑料材料的特性，塑料材料会产生一定的收缩性，随着塑件的收缩，而塑件又在型芯部分，所以必然会产生一定的包裹力，需要克服脱模时的瞬时大气真空力以及持续脱模时的摩擦力。脱模系统在顶出塑件的时候，不能损坏塑件，需要保证塑件的完整形态，不能有沾模，顶白，顶穿等不良现象，顶出的位置不能够影响塑件的表面外面质量。脱模方向与模具的开模方向相同，且在注塑机顶棍中心线上受力顶出。7.2顶出机构零件顶出系统的零件包括常见的顶杆、顶板、顶针面板、顶针底板、复位杆、复位弹簧等零件。如果涉及其他的顶出脱模类型，还有气动脱模机构，液压脱模机构，齿齿轮齿条旋转脱模机构，液压马达旋转脱模机构等等。顶出系统的顶出力要均匀稳定，不能倾斜。7.3 顶出脱模机构的分类根据动力来源划分，脱模机构一般可以分三大类别：（1）、手动脱模机构，这类脱模机构现在非常少见，方法是模具在打开之后，采用人工操作的方法去取出塑件，非常浪费时间，效率低下。（2）、机械推出脱模，这类是最常用的脱模方式，也是应用最广泛的方式，这类脱模依靠注塑机上面的顶棍，通过模具底板的顶棍孔顶出顶杆或者推板，完成塑件的脱模，这类机械脱模脱模方式工作可靠，顶出行程，顶出速度，顶出时间，均可以通过注塑机伺服机构调节，能够实现大批量稳定连续生产，应用广泛。（3）、其余脱模机构，一般用在特殊模具结构中，包括的液压动力推出机构，气动推出脱模机构，内螺纹旋转脱模机构，前模顶出脱模机构等。7.4 脱模机构的设计要点脱模顶出是模具设计的重要环节，一般脱模顶出系统的设计需要遵循以下几个要点：（1）、顶出结构的设置要平衡，使得塑件能够均匀受力。防止塑料产品在顶出脱模时产生变形。（2）、要考虑塑件的结构特点和使用性能，保证塑件的外观优良，特别是高光和透明性产品，顶出机构的设计必须要在隐秘位置，其次不能影响塑件的使用结构。（3）、顶出机构的设置应该在塑件的受力位置，这样材料实现最大脱模力的产生。这样顶出的时候，塑件的强度好，承受能力大，不至于产生产品的不良现象。（4）、如果塑件又较深的骨位，支撑柱结构结构特征，为了防止脱模困难，也需要设计脱模机构。（5）、顶杆的布置应该尽可能在塑件的圆角或者斜角位置。（6）、顶杆最好能够实现对称分布。使得顶出力均匀。（7）、在有滑块抽芯机构的模具中，顶杆在运动的时候不能和滑块抽芯机构产生干涉现象。（8）、需要考虑成型零件的镶件位置，不能考得太近，要保证成型零件的刚度和强度。（9）、顶出系统不能和成型零件的冷却水道。固定螺丝等零件产生干涉现象。（10）、顶杆的边缘距离成型钢料的边缘需要保证有1-2mm的距离，以保证成型零件的强度和刚度。根据以上设计要点进行模具的顶出脱模机构设计，完成后的顶出脱模机构如下图所示。图7.1 顶出脱模机构设计第八章 模具抽芯机构8.1 斜顶抽芯机构当塑件有非常小的卡扣或者侧孔的时候，为了简化模具结构，可以采用斜顶抽芯机构来实现抽芯运动脱模，斜顶的结构比较简单，工作可靠，运动配合靠顶出系统提出动力源实现脱模抽芯。一般斜顶的倾斜角度取值范围为5-15度之间，本次设计中采用的斜顶抽芯机构的角度取值为5度。详细的斜顶抽芯机构如下图所示图8.1 斜顶抽芯机构第九章 标准模架的选用9.1 模架概述随着机械工业与模具制造业的发展，现在逐渐的实现了标准化，在模具中，现在已经实现了标准模架型号的GB国标规范，国内企业中，比较出名的标准模架企业有龙记模架，明利模架、环胜模架，标准模架的分类包含了大水口模架系统，细水口模架系统，简化细水口模架系统，标准模架的选用可以大大的缩短设计与制造的周期，并且可以提高制造精度。9.2 标准模架的选用选用标准模架的方式按照以下方法进行1.考虑浇注系统的特点，确定模架的基本类型2.结合型芯、型腔的外形长宽高尺寸，先确定模板的长宽高尺寸。3.考虑塑件的顶出行程，确定垫块的高度。最后，综合以上几点因素，查表确定标准模架的型号和规格，在实际工作中，还需要考虑整套模具的实际结构形式来综合选择标准模架的型号。9.3 模架型号的确定根据以下方式进行选择模架型号模架长度=型腔长度+（50-80）mm400mm模架宽度=型腔宽度+（50-80）mm330mm定模板高度=型腔高度+（30-50）mm80mm动模板考虑=型芯高度+（40-60）mm80mm垫块高度=顶出行程/0.8+面针板厚度+底针板厚度+垃圾钉高度120mm综合上述数据，结合浇注系统结构形式，选择FCI3340-A80-B80-C120型号的标准模架，标准模架的简图如下图所示。图9.1 模架基本结构形式第十章 注塑机的选择与校核10.1 注塑机的概述注塑机又可以成为注射机，他的作用是把颗粒状态下的原始高分子塑料进行上料加热，经过注塑机蜗杆旋转加热，让高温高压状态下的融化原材料注射进入模具的型腔里面固化成型，注塑机一般有卧式注塑机，立式注塑机，双色注塑机这三类。本次设计中可以采用卧式注塑机进行生产，卧式注塑机工作原理如下图所示。图10.1 注塑机原理图10.2 初选注塑机型号注塑机与注塑模具相互配合，其中既包含了相关的安装尺寸的校核，也包括了注塑量，注塑压力，顶出脱模行程等参数的校核，本次设计中，结合注塑模具的尺寸大小，注塑量等要求进行初步选择注塑机，然后再对注塑机中的参数进行校核。本次设计中，初选注塑机的型号为HT160XB，其参数表如下 型号单位160A160B160C 参数螺杆直径mm404548理论注射容量cm3253320364注射重量PSg230291331注射压力Mpa202159140注射行程mm201螺杆转速r/min0230料筒加热功率KW9.3锁模力KN1600拉杆内间距(水平垂直)mm455455允许最大模具厚度mm500允许最小模具厚度mm180移模行程mm420移模开距(最大)mm920液压顶出行程mm140液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW18.5油箱容积l240机器尺寸(长宽高)m5.41.452.05机器重量t5最小模具尺寸(长宽)mm320320表10.1注塑机参数10.3 校核注塑机注塑量在校核注塑机的最大注塑量的时候，首先通过三维软件测量浇注系统和塑件的总体积V，然后根据一般机械安全系数取值80%计算。需要满足以下公式。查注塑机参数表，注塑机的额定注塑量为320cm，所以满足注塑量的要求。10.4 校核压力查注塑机参数表，注塑机的额定注射压力为159Mpa，而本次选择的材料注塑压力范围值为100-120Mpa之间，满足注塑压力要求。10.5 校核模具安装尺寸查注塑机参数表，注塑机的拉杆内间距尺寸为455x455mm，而本次设计的模具外形尺寸为400x400mm，所以满足长宽尺寸的要求。查注塑机参数表，注塑机的容模厚度为180-500mm之间，而本次设计的模具总高度为385mm，多以满足高度要求。综上：模具长宽高的安装尺寸要求在注塑机的安装尺寸范围内。10.6 校核移模行程注塑的工作的时候，不但要顶出塑件，还要把模具打开，让机械手或者人工可以取出塑件，根据以下公式校核，查表注塑机总的开模行程为420mm；式中 所以满足开模行程的要求。10.7 校核注塑机锁模力当高温高压下的融料进入模具型腔之后，会对模具产生张开力，使得模具会在压力状态下打开，所以需要让注塑机把模具的前后模呈现锁紧状态。避免产生溢料、毛边、披锋等现象。投影面积可以直接在三维软件中测量得到，校核公式如下；式中：F-注塑机的额定锁模力n-型腔数量P-平均型腔成型压力，取值范围查表取30Mpa经过校核计算，满足注塑机锁模力的要求。第十一章 注塑充填moldlfow模流分析11.1 模流分析概述模流分析的这个叫法最开始来自于香港和台湾地区，模流分析的主要功能是采用专业的模拟软件，使用计算机完成注塑模具的注塑充填过程的模拟和仿真，可以得到许多实际注塑成型的工艺数据和相关参数。工程人员通过设置注塑参数和优化，对最终形成的报告在进行精确评估，是否可以应用于实际生产，并且可以对模具的设计、制造、注塑生产环节进行指导。当下主流的注塑模流CAE分析软件是MOLDFLOW,本次有限元CAE分析也将采用此软件进行分析。模流分析现越来越多的应用于工程领域，能够大大的缩短实际设计研发周期，并且降低试模调试的生产成本。11.2 网格划分处理MOLDFLOW软件中，需要导入其余三维模型，一般采用STL三角面格式导入，确定好分析前塑件的预处理工作，需要对三维模型进行网格划分，实现网格划分，是分析前的出来工作。网格划分的操作方式有三类，第一类是中性面，第二类是双面流（也可以叫做双层面），第三类是3D实体分析，这三种网格划分方式各有不同，如下图11.1所示。图 11.1 网格划分处理种类从上图可以得知，本次设计适合采用双面流，这种方式处理的三维分析结构值真实感足够，而且准确，对于电脑设备的要求和运算程度中等，适合本次分析方法采用。通过MOLDFLOW软件进行网格划分后，网格模型的相关参数如下所示：模型细节 : 网格类型 = 双层面 网格匹配百分比 = 90.2 % 相互网格匹配百分比 = 90.5 % 节点总数 = 8593 注射位置节点总数 = 1 注射位置节点标签是: 546 单元总数 = 16238 零件单元数 = 16238 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 = 3.8573 三角形单元的最大纵横比 = 56.8747 具有最大纵横比的单元数 = 5832 三角形单元的最小纵横比 = 1.1643 具有最小纵横比的单元数 = 33827 总体积 = 89.3110 cm3 最初充填的体积 = 0.0000 cm3 要充填的体积 = 89.3110 cm3 要充填的零件体积 = 89.3110 cm3 要充填的主流道/流道/浇口体积 = 0.0000 cm3 总投影面积 = 177.7118 cm2表11.2 塑件的网格参数11.3 设定注塑充填材料数据针对本次分析中，还需要设定材料数据，根据设计要求选定分析材料参数，如下所示。材料数据 : 树脂 : (0% Rubber) : Monsanto Kasei pvT 模型: 两域修正 Tait 系数: b5 = 366.0300 K b6 = 2.5500E-07 K/Pa 液体阶段 固体阶段 -b1m = 0.0010 b1s = 0.0010 m3/kgb2m = 6.1390E-07 b2s = 3.0210E-07 m3/kg-Kb3m = 2.0321E+08 b3s = 2.5425E+08 Pab4m = 0.0053 b4s = 0.0043 1/Kb7 = 0.0000 m3/kgb8 = 0.0000 1/Kb9 = 0.0000 1/Pa 比热(Cp) = 2400.0000 J/kg-C 热传导率 = 0.1800 W/m-C 粘度模型: Cross-WLF 系数: n = 0.2808 TAUS = 7.0508E+04 Pa D1 = 1.2400E+11 Pa-s D2 = 373.1500 K D3 = 0.0000 K/Pa A1 = 25.8490 A2T = 51.6000 K 转换温度 = 100.0000 C 机械属性数据: E1 = 1200.0000 MPa E2 = 1200.0000 MPa v12 = 0.4300 v23 = 0.4300 G12 = 419.6000 MPa 热膨胀(CTE)数据的 横向各向同性系数: Alpha1 = 0.0001 1/C Alpha2 = 0.0001 1/C表11.3 材料数据选择材料，设定好其余参数后即可开始分析后面的数据。11.4 充填时间充填时间是注塑机凝料进入主流道、分流道、充填塑件的整体时间长短，本次设计中，充填时间结果值为1.834s。根据颜色带进行划分时间长短，如果有灰色区域，则是充填不到，这个是不允许发生的情况，从下图评估，充填饱满，充填迅速，流动性好，如下图11.2所示。图11.2 充填时间11.4 流动前沿温度流道前沿温度是熔融状态下的凝料进入模具之后的前端温度变化取值范围，需要尽可能少的去损失流动前沿的温度，尽可能的根据分析数据去避免前端锋料的过快冷却，从下图看，超过90%的区域均为高温区域，所以流动前沿温度的损失较小。流动前沿的温度变化值在198.8-230.3之间。图11.3 流动前沿温度11.5 气穴气穴容易产生在塑件的凝料交接处，对于下图粉色区域，容易产生气穴，在模具设计的时候，需要考虑排气结构的设计情况。气穴分析结果值如下图所示。图11.4 气穴分布11.6 锁模力XY图锁模力XY曲面函数变化，随着时间的增加，在单位注射时间内，凝料进入模具型腔中，锁模力迅速增加，当完成前端注射后，锁模力又降低，锁模力XY函数曲线分析只，可以得知一个注射周期内的规律曲线变化，从下图可只，锁模力最大值为31T左右。图11.5 锁模力XY图11.7 温度、零件当一个周期注射完成后，在顶出脱模之前，塑件需要达到一个安全温度范围值，能够让注塑机前的操作人员可以安全的取出塑件，同时，零件温度的稳定，代表了塑件已经完全的完成了塑性固化成型，不再会有较大的质量变化波动，本次分析中，最终零件的温度值在50左右，符合人的操作安全承受温度值，分析结果值如下图所示。11.6 温度、零件11.9 变形量当一个周期的注塑充填完成后，高分子材料高低温差与自身应力结构特点，会发生一定的翘曲变形，但是通过注塑工艺的温度、保压、冷却、等综合调节，可以把变形量可控制在较好的范围值内，本次分析中，所有方向的变形量在最大范围值内，属于可以接受的变形量范围，满足注塑生产要求。分析结果如下图11.7所示。图11.7 变形量本次MOLDDLOW注塑充填CAE有限元分析，完成HTML独立动态报告生成，其余详细的分析结果值可以查阅指导报告，本次分析结果值评估，能够很好的实现注塑充填，塑件温度正常，注塑充填快，流动前沿温度损失小，完成注塑后，零件的温度适合操作人员双手接触，且零件的翘曲变形量较小，证明本套模具设计结构合理，满足实际注塑生产需求。设计总结针对模具的设计也让我充分的了解到了模具中型腔 型芯等的主要零件的具体作用，其中还有就是这些部件的加工精度问题，因为在一个好的装配体中
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