模具设计与制造打火机毕业设计

1、打火机塑胶支撑件热流道型注塑模设计【摘要】打火机的诞生改变了人们很多的生活习惯，而一次性打火机由于它特殊的情况（价格、方便性等等）更加得到人们的喜欢,所以在我们的生活中被普遍使用。其中塑胶支撑件是连接打火机按键与发火装置的关键部位。本文叙述了其注塑模具设计的一般流程，包括塑胶件的工艺分析；模具具体结构的设计；及模具各种2D、3D工程图的绘制；热流道技术；注塑成型设备的选择；相关参数的计算与说明等等。相比其他注塑模设计，本文采用目前模具设计中先进的热流道技术，包括喷嘴的设计、流道板的具体参数的选择与设计等等。在整个设计工作中，本文主要运用3D软件SolidWorks2006来完成，此外还利用了M

2、oldflow软件对塑件进行模流分析。【关键词】热流道；注塑模设计；SolidWorks2006；Moldflow；CAD【教师点评】该同学毕业设计的产品为市场上广泛使用的一次性打火机塑胶件用注塑模具，应用近年来逐渐兴起的热流道技术，该同学在现场实际调研的基础上，努力钻研模具设计技术、规范和方法，在毕业设计过程中，该同学积极进取，努力工作，并与课题组其他学生紧密协同，圆满完成了各项预定的任务。所完成模具设计技术文件质量高，完整规范，获得模具毕业设计组相关指导教师的较高评价。1.前言1.1打火机简介1.1.1打火机的发展历程打火机的诞生可以追溯到人类学会取火的阶段，自从两根木棍之间擦出的火花在非

3、洲、亚洲和欧洲大陆上闪现以来，人类历史产生上最早的“打火机”。随着科技的发展,人们发明了电打火，把这种技术用在打火机上最成功的是日本。日本在打火机发展历史中还有两个最重要的贡献是真正意义上的防风打火机与一次性打火机的制造发明。一次性打火机于20世纪7080年代在日本诞生，它的出现改变了人们的生活方式，很快在全球流行开来。80年代初欧洲的BIC公司、瑞典火柴公司发明了一种免调节火苗的新技术，以后来居上的姿态，很快在市场上占据主动，上演了打火机历史上一段长盛不衰的神话，20多年来始终占据着世界领先地位。90年代上海光明火柴厂首先引进日本技术，掀开了中国生产一次性打火机的历史篇章。1.1.2我国打火

4、机的现状与发展目前, 我国已形成了以温州为代表的金属外壳打火机生产基地和以宁波慈溪、余姚为代表的塑料电子打火机生产基地。我国每年打火机的产量在100亿只左右，年销售额70亿元人民币左右，约占世界打火机生产量的70左右1。面对中国的打火机行业的实际情况，欧美等发达国家筑起了技术性贸易壁垒，严重打击我国打火机的对外贸易。为突破这种堡垒，促进我国的外贸发展，我国打火机生产企业必须严格加强标准化管理，从实际出发，以提高产品质量为重点，逐步建立起适应我国市场经济体制要求和国际市场竞争需要的比较完整的企业标准化管理体制和标准化工作运行机制，使标准化工作贴近市场、服务市场，全面地把企业标准提高到符合生产要求

5、和使用要求的水平，并采取了积极的应对措施。在不断提升自己的实力后，通过切磋等方式，制定属于我们国家自己的行业规范，保护自己应有的利益。1.2塑料注塑模技术1.2.1塑料及其应用塑料是以高分子合成树脂为主要成分的材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既有的形状不发生变化。目前，塑料的品种已达300多种，常见的约30多种。按照其加工性能的不同可分热塑性塑料和热固性塑料。常用的塑料有PE、PP、PS、PMMA、ABS等等。本文设计的支撑件用到的材料就是ABS，它属于热塑性塑料。相对与其他加工材料，塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能

6、，以及优良的成型加工性能，这些特殊优点主要有以下几个方面：1.塑料的密度小、质量轻，塑料的密度约为0.92.3g/,而大多数在1.01.4 g/，所以在同样体积下，塑料制品要比金属制品轻得多；2.由于塑料的密度小，所以其强度比较高；塑料的绝缘性比金属材料好，介电损耗低；3.生产实践和科学试验表明，绝大多塑料的化学稳定性都很高；4.由于塑料是由聚合物高分子组成，柔韧性要比金属大很多，所以其减震、隔音性能好。除了以上所说的几点，许多塑料还都具有绝热、防水、防潮、防透气等特殊性能。作为日常用品，塑料的用途已经广为人知。1.2.2注塑成型工艺简介塑料在成型加工过程中表现出的一系列特性，也就是塑料的成型

7、工艺特性，与塑料的品种、模具结构等密切相关，设计者必须对塑料的成型工艺有充分的了解，这样才有利于合理地选择设计模具，达到控制产品质量的目的。塑料模塑成型的方法有很多，它主要的成型方法有注塑成型、吹塑成型、挤压成型、压缩成型、热成型等。其中注塑成型是塑料加工中被广泛应用的方法之一，主要优点是可以制造各种结构复杂、尺寸精密的成型制件、对各种塑料的成型适应性强、成型周期短、可多腔成型等。注塑成型又称注射成型，其成型的简单过程为：利用注塑机将粒状或粉状的塑料原料熔融后，通过喷嘴和模具的浇注系统使其快速进入温度较低的模具内，充满后经过保压和冷却固化，形成与模腔形状一致的塑料制品，然后开启模具取出制件。注

8、塑成型在塑料制件成型中占有很大比重，约占塑料制品总量的2030，世界上注塑模具产量约占塑料成型模具总产量的50。用于注塑成型的通用塑料主要是PS、PE、PP、ABS四种。其中ABS塑料属于高强度塑料，在注塑成型前需要预先干燥3 4。1.2.3 热流道注塑模具技术热流道注塑成型于20世纪50年代问世，经历了一段较长时间的推广以后，其市场占有率逐年上升，80年代中期，美国的热流道模具占注塑模具总数的15%17%，欧洲为12%15%，日本约为10%。但到了90年代，美国生产的塑料注塑模具中热流道模具占40%以上，在大型制品的注射模具中则占90%以上5。热流道注塑模具是无流道凝料注塑模具中最常见的一种

9、，通常分为绝热流道注塑模具和加热流道注塑模具两种，也可以分为单型腔热流道模具、多型腔热分流道模具(外加热)、阀式浇口热流道模、内加热的热分流道模具等四种。传统注塑成型中，滞留在浇注系统内的熔体冷却固化后作为废料,增加原材料消耗，降低了材料的利用率，增大注射机的能耗。热流道注塑成型作为传统注塑成型一个重要发展方向,其最大特点在于浇注系统内的塑料不会凝固,也不会随制件脱模,整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率；使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度；浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡。尽管在很多方面，热流道模具与冷流道模具相比有显著的优点，

10、但热流道模具也存在一些缺点与不足。概括起来有以下几点。1.模具的总体成本上升。由于热流道模具的元件价格比较贵，所以热流道模具成本可能会大幅度增高。如果制件为小批量生产，成本价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。2.热流道模具制作工艺要求高。由于热流道模具需要精密的加工机械作保证，所以热流道系统与模具的配合要求极为严格，否则在生产过程中会出现很多严重问题，如喷嘴与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。 3.温度控制系统的精确要求很高。    4.热辐射难以控制，热流道系统最大的毛病就是流道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。   &#

11、160;   5.与冷流道模具相比，热流道模具的生产操作与维修比较复杂，对这方面的技术人员要求较高6。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正在我国逐渐推广使用。在20世纪70年代，我国已经有热流道技术的应用，从20实际90年代开始，已相继创建了不少热流道装备的经营企业。虽然目前我国的热流道模具技术有了很大的进步，但是在模具设计和模具加工工艺、制造精度、表面粗糙度、加工模具的复杂程度以及模具的制造周期和使用寿命方面等与国外相比差距十分明显。此外，模具工业的整体设备水平也存在相对落后和利用率低、高素质的模具技术人才缺乏等现象。针对当前国内热流道模具存在的情况，我国的

12、热流道模具工业主要发展趋势要包括以下几个方面：热流道元件的小型化、标准化、系列化；提高热流道模具材料的耐磨性和耐热性；开发更精密的温控装置，以便快速安全的启动和操作；提高封合技术，防止模具泄露等等7。1.3我国塑料模具技术现状与发展方向从20世纪80年代以来，我国模具工业发展迅速，平均每年的增长速度均为13% ，在1999年我国模具工业产值为245亿，到2000年我国模具总产值为260270亿元，其中塑料模具占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在，历经半个多世纪，从总体来说，各个方面都有了很大发展，模具水平有了较大提高。根据

13、各种显示数据的表明，我国模具市场的总体趋势是稳定提升的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将继续高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。在未来的发展中，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流，这类模具的发展将高于总量发展的速度，其中国产化的占有率也会提高；在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAE/CAM技术，先进的CAD/CAE/CAM技术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用；推广和应用热流道技术、气辅注塑成型技术和高压注塑成型技术，随着生产的快速自动化要求，这类先进的成型技术将得到越来越多的关注和应用；开发新的塑料成型工艺和快速经济模具，随着塑料工业的发展和进步，要求模

14、具的生产周期大大缩短和经济实用；提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率，由于现代工业的分工越来越细，模具行业也要提高模具的标准化，方便模具各零件的生产加工和使用，缩短模具的生产周期；应用优质模具材料和先进的表面处理技术；研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程等8。1.4毕业设计的任务参考市面上的一次性打火机，设计打火机塑胶支撑件，包括塑件设计、工艺性分析CAE、确定收缩率和分型面、浇道系统的设计、冷却系统的设计与计算、模具结构件设计、干涉分析(动态碰撞检查)、零部件加工工艺方案制订、注塑设备选择、绘制模具设计图纸等。为满足大批量自动化生产的需要，该制件的设计选用热流道型注塑模具。完成以上内容后

15、要求打印模具的装配图纸和模具成型部分的零件图纸，并完成符合相关规定、规范的毕业论文和提供完整的模具设计电子图档。1.5制品资料1.5.1制品的实物图这次设计的制件是一次性打火机上的一个部件，制件的参考实物图如图1所示。1.5.2制品的市场调查市场上，不同公司生产的或同一公司生产的不同型号的一次性打火机，制件会存在差异。经过市场上调查，找到一些打火机的样品，如图2所示，在样品中可以看到有些一次性打火机支撑件与这次设计的制件的实物图存在差异，主要是由于设计者设计的打火机的外观与功能的不同。如图1 制品的参考实物图图2 市场上的部分一次性打火机1.5.3制品三维模型根据制品的实物几何特征和尺寸，利用

16、CAD软件SolidWorks20069的三维模型中心模块进行制件的三维造型，得到的制品3D效果如图3所示，由于经过自己的设计，所以用SolidWorks2006构建出来的效果图与制品的实物图会存在差异。图3 制品的3D视图1.5.4制品零件图并利用SolidWorks2006软件的三维模型中心模块，将构建的制品3D模型图转换为2D视图，如图4所示。图4 制品的零件示意图2.热流道注塑模具设计2.1概述注塑模具的设计是塑料模具工业中的一个重要的环节，模具的质量直接影响生产制品的优劣。注塑模具分为动模和定模两大部分，定模部分安装在注塑机的固定座板上，动模部分安装在注塑机的移动座板上。注塑生产时，

17、定模与动模两大部分闭合，塑料通过喷嘴进入模具的型腔内，开模时，定模与动模两大部分分离，顶出机构讲制件顶出，完成一次制件注塑过程。注塑模具的设计按其结构特征来分主要包含成型部分的设计、模架的选用、浇注系统的设计、侧向抽芯结构的设计、顶出机构的设计、冷却和加热系统的设计等等。2.2模具设计环境与工具2.2.1 SolidWorks2006SolidWorks2006是由窗口环境下发展出来的3D实体模型建构系统，提供产品设计师与工程师们一套节省时间的高效率电脑辅助设计工具。在SolidWorks2006里面包含的模块有三维模型中心（3D Content Central）；模流分析简化包（Moldfl

18、owXpress）；eDrawings工具（eDrawings）；SolidWorks浏览器（SolidWorks Explorer）；COSMOS有限元受力分析简化包（COSMOSXpress）。常用到的是SolidWorks2006的前3个模块。SolidWorks2006具有较强的建模功能，可灵活的进行实体与曲面功能交互运用，提供了一个与其它系统无所匹敌的兼容性，SolidWorks完全兼容AutoCAD的系列产品图档，并可通过SolidWorks强大的2D to 3D的功能，将2D图档经视角等设置转换而形成3D实体模型，让旧有的2D图档再度重生。SolidWorks2006内还包含应力

19、/应变分析功能(COSMOSXpress)、提升制造速度与精确度的CAM功能、产品数据管理系统(PDM)等等。 在整个模具设计过程中，主要使用SolidWorks2006的三维模型中心模块（3D Content Central）和模流分析简化包模块（MoldflowXpress）。2.2.2 MoldflowMoldflow系列软件是塑料成型计算机辅助工程（CAE）的分析软件，利用Moldflow分析软件可以优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产质量的稳定性、使制件具有更好的工艺性。因此自1976年发行世界上第一套流动分析软件以来，经过30多年的不断发展，Moldflow系列软件一直主

20、导着塑料CAE软件的市场。在本次设计中，我们用到Moldflow系列软件中的Moldflow Plastics Advisers(MPA),该产品为注塑成型过程提供了一个低成本但高效率的解决方案。该产品包含Moldflow Part Adviser(产品设计顾问) Moldflow Mold Adviser(模具设计顾问)。MPA主要的特点是：1.可以从任意的常用CAD系统（UG、Pro/E、CATAIA）中接受实体的STL格式文件，而且不需要作任何修改，具有很强的兼容性；2.无需划分有限单元网格，可直接进行注塑成型分析，大大减少了设计周期；3.支持OpenGL技术，图形处理速度高效、快捷；4

21、.相对其他塑料CAE软件，其操作相对简单易学。2.2.3 AutoCAD2004AutoCAD是Autodesk公司推出的计算机辅助设计软件，由于其强大的功能，所以该软件广泛应用于建筑、机械、电子等设计领域。本次毕业设计，运用该软件进行塑胶制件、模具装配及其零件工程图的绘制和修改工作。 AutoCAD2004采用了XP风格的操作界面，所有工具栏的图标都是真彩色的。相对与Autodesk公司以前推出的AutoCAD版本，AutoCAD2004可以支持无限次地撤消和恢复操作。在图像管理方面功能也有所加强，如可以实现保存调出图层状态、图层状态的存盘、图层的拷贝和图层的转换等功能。此外，AutoCAD

22、2004还提供了一个非常实用的保密功能。当用户需要对文件进行保存时，可以在“Save Drawing As”对话框右上角的 “Tools”，找到该命令下拉列表的一个项名为“Security Options”的命令，执行后就可以设置访问密码了，这样大大保护了设计者的隐私。2.3注塑模具设计流程2.3.1 注塑模具的传统设计流程传统的注塑模设计流程如图5所示10。图5 传统注塑模具设计流程图在进行设计之前，设计者应该明确自己要设计的事项，要以设计任务书为依据设计模具。根据设计书的内容，设计者应熟悉塑件的几何形状、明确使用要求。然后对塑件进行成型工艺性的检查，以确认塑件各个细节是否符合注塑成型的工艺

23、条件，这可以利用一些塑料CAE分析软件辅助分析。在对工艺性分析之后，利用CAD软件进行塑件的型芯型腔造型，确定其收缩率和分型面。将塑件的型芯型腔设计完毕之后，根据塑件的参数，选取合适的模架。接下来的工作就是对模具的浇道系统、冷却或加热系统、模具其他构件的设计，根据前面的设计，选择合理的注射机，最后绘制模具的设计图。随着CAD/CAM技术在模具领域的发展，传统的模具设计正在发生着重大变化，每个公司也有自己实际的一套操作手册。但总的来说，设计的基本过程和内容，均与传统的设计基本相同。2.3.2基于SolidWorks2006的热流道型注塑模具设计流程根据上述的传统注塑模具的设计流程，结合自己毕业设

24、计的任务书，按照指导老师所提出的要求和建议，以及使用的CAD软件Solidworks2006，自己设计出了一套热流道型注塑模具的设计流程。流程的内容如图6所示。 图6 注塑模具设计流程图2.4注塑模具设计与参数计算2.4.1制件分析2.4.1.1制件工艺分析制件是一次性打火机上的塑胶支撑件，在接到设计任务并开始设计之前，应对制件的实物特征（几何特征和尺寸特征等）和使用要求进行仔细地分析和研究，并结合注塑成型的工艺对成型的难易程度进行综合考虑，以在保证制件的质量和使用要求的前提下，尽量选用较简单的模具结构，减小模具制造难度和降低加工成本。2.4.1.1.1制件所用材料的性能从制件的实物分析，可以

25、知道本次设计的塑胶支撑件所用材料是塑料ABS，化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名称是Acrylonitrile Butadiene Styrene。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS、SAN、BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS塑料的密度是1.041.06 g/。ABS的成型时收缩率为0.30.8%。成型时，温度为200240。ABS塑料需要在料斗中的进行预热干燥，干燥的工艺条件为在8090条件下干燥2个小时。ABS的使用温度不高，一般不超

26、过80。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性。ABS塑料燃烧缓慢，火焰呈黄色，且有黑烟。燃烧后塑料会软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但且没有熔融滴落的现象。 ABS工程塑料具有突出的力学性能和优良的综合性能，有极好的冲击强度、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，尺寸稳定性好，成型加工和机械加工较好。由于其突出的性能，ABS塑料被广泛用于制造电器外壳、手机、电话机壳、容器等，也用于生产板料、管料等产品3。在设计时应注意ABS塑料的一些相关问题。要求模具分型面、配合面的精度要高，以免溢料。塑料ABS的一些注塑工艺参数见表1。表1 ABS注塑工艺参数注射机

27、类型螺杆式保压力（MPa）3070螺杆转数（r/min）2060注射时间（s）35喷嘴形式直通式保压时间（s）1530喷嘴温度（）180260冷却时间（s）1030模具温度（）4085成型周期（s）3070注射压力（MPa）601002.4.1.1.2制件结构工艺性分析塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料的实际生产中，成型会对制件的结构、形状、尺寸精度等提出要求，以便降低模具结构的复杂程度，保证成功产出性价比高的塑料制件。因此，高质量的注塑产品，在设计产品时就应该充分考虑其结构的工艺性。这次设计的塑胶支撑件整体体积较小，外形虽然规则，但结构相对复杂。里面有较多的槽位，

28、但对与其他制件的配合不受影响，所以从以下几点去分析塑件。（1）塑件壁厚塑料制件的壁厚是最重要的结构要素。制件的壁厚太大，则塑料在模腔中需要冷却的时间较长，产品的生产周期也会随着延长；制件的壁厚太薄，制件的刚性较差且不耐压，在脱模过程中容易发生变形。另外，壁厚太薄，流动阻力加大，造成塑料的填充不满，成型比较困难。此外，制件的壁厚原则上要求一致，因为壁厚不均匀，在成型时会出现收缩不均匀，产成缩孔，以致发生变形或开裂。从参考实体上测量出，制件的大部分壁厚比较均匀，大约为0.50.8mm，某些部位的厚度可以达到11.5mm。考虑到ABS塑料的收缩率为0.5左右，以及在模具设计中，需要对制件进行拔模斜度

29、的设计，所以对制件的平均壁厚修改为0.8mm，参考实体上大于平均壁厚的由于其工作要求，所以按照之前的几何尺寸定义。这样的修改有利于制件的注塑，保证了制件的质量。（2）开模方向选择正确的开模方向不但有利于降低模具设计的难度，也有利于制件的顺利开模和顶出，保证制件的质量。从塑胶支撑件的实体参考模型可以看出，制件的底部是水平平面，因此开模方向应该垂直于底部方向，由下往上顶出。由于制件两边各有一个小槽需要进行侧抽芯，这样的开模方向可以大大减少侧抽芯机构的设计难度。（3）拔模斜度为了制件可以顺利从模腔中脱出，在平行于开模方向的制件表面上，必须设计一定的拔模斜度。在不影响尺寸精度的情况下，制件的内外表面都

30、应该设计拔模斜度。设计之前，对制件定义的拔模角度为3°，但是在实际制件的设计中发现，如果拔模角度太大，所设计的制件会出现局部壁厚过薄，影响制件的注塑生产质量，所以必须降低拔模斜度。由于制件的壁厚相对比较薄，不能设计太大的拔模角度，根据设计当中出现的情况，所以对于这个制件设计了1°的拔模斜度，得出的设计效果符合产品要求。（4）加强筋加强筋是制件上的突出物，用来改善制件的强度和刚度。加强筋的方向应与模具的开模方向一致，便于脱模。从参考实体上可以看到，制件在两个通孔中间的位置合理设置了加强筋。增加了制件刚性，减少变形。制件中加强筋的设计同时能承受较大的顶出力，有利于布置顶杆。同时

31、，加强筋厚度约等于制件壁厚，有利于塑料的充模。（5）制件的尺寸与精度不同塑料材料有其固定的标准收缩率，收缩率小的材料，产品的尺寸误差就很小，容易保证尺寸精度。ABS塑料材料的收缩率为0.5，所以制件的尺寸精度可以得到保证。根据参考实体的尺寸，设计的制件的几何尺寸（长×宽×高）为24×13×19（mm），尺寸的公差为或更大。（6）圆角塑料制件的内外表面的交接处，一般都应设计成圆角，可以避免尖角引起的应力集中，改善制件的强度，也减少塑料流动的阻力。从实体上可以看出，制件在面与面之间的交接处都设计了圆角过渡，这样不仅可以避免制件尖角处的应力集中，提高制件强度，

32、而且可以改善熔料的流动状态，降低充模阻力，使充模更容易。根据经验公式，圆角半径一般设计为R0.25H(H为壁厚的大小)，所以大部分圆角半径为0.2mm。另外，加强筋的顶端及根部等处也应设计成圆角。2.4.1.2 计算制件的体积和质量根据前面所提的制件材料工艺性能可知，ABS的密度为1.041.06 g/cm3, ABS收缩率为0.30.8。所以取制件的密度为1.05g/cm3，收缩率为0.5。使用SolidWorks2006的分析测量实体功能，可以自动计算出制件的体积为，根据测出的体积，以及制件所用塑料的密度，可以算出每个制件的质量，由于模具采用一模四腔，所以制件总的质量为：0.74×

33、;42.96g2.4.2 DFMDFM（Design For Manufacturing）是现在大部分模具公司在对制件进行模具设计之前的一项初步构思设计。其主要对象是型芯型腔部分要如何设计才能满足制件的要求，内容主要是成型的浇口、分型面，侧抽芯机构的构思。另外，DFM需经过客户或产品设计者的同意后才可进行具体的模具设计工作。2.4.2.1 成型浇口位置选择与类型从制件的实物特征分析，一方面是考虑到热喷嘴的尺寸在制件上的定位问题，另一方面是考虑到顶杆的排布问题，所以将浇口的位置设在制件的底部凹槽的中间位置上。浇口的形式为点点浇口。使用SolidWorks2006自带的MoldflowXpress

34、模块。对所选的浇口位置进行分析，浇口的位置如图7所示。图7 浇口的位置制件选用的材料为ABS，熔化温度为默认的230，注模温度为默认的60。得到的分析结果如图8所示。图8 分析所得结果从软件模拟得到的结果显示，之前所选的浇口位置选择得当，制品容易填充，质量易被接受。制件的模拟充模时间为0.3秒，如图9所示。图9 充模时间在利用Solidworks2006的MoldflowXpress对制件进行浇口位置的分析之后，使用Moldflow Plastics Advisers(MPA)中的Moldflow Mold Adviser(模具设计顾问)对制件填充过程进行模拟分析。将SolidWorks200

35、6中制件的三维模型转换成STL格式，并和材料的相关数据调入该软件中可得出分析结果。对最佳浇注口位置的模拟分析，得到的结果如图10所示。从得出的结果与在SolidWorks2006中的MoldflowXpress得到的结果相符合。在Moldflow Mold Adviser中进行制件浇注过程的模拟仿真，首先选择浇注口的位置，调整制件视图位置，然后根据一模四腔的设计要求，复制制件。根据制件的大小设定模板的几何尺寸，设定流道的类型为热流道，然后设定流道的类型和大小、浇口的类型和大小、主流道的类型和大小，自己定义流道与浇口的排布，最后选择不同公司所生产的ABS的不同参数，选择一种跟自己设计的内容相接近

36、的一种，最后进行充模模拟仿真。图10 最佳浇口位置的分析模拟仿真结果如图11图15所示。包括的内容有Full Time、Confidence of Fill、 Injection Pressure、Pressure Drop、Flow Front Temp等等。CAE分析在模具设计中占有很重要的影响作用，它对制件的浇注成型可以进行模拟分析，得到的结果最所设计的模具结构提供了重要的参数，保证了模具的高品质，降低了设计的成本和周期。图11 Full Time 图12 Confidence of Fill 图13 Injection Pressure图14 Pressure Drop图15 Flow

37、 Front Temp.从Moldflow Mold Adviser的分析可以知道，自己设定的浇口位置和材料参数在制件的填充过程和成型质量均可以接受。但是模拟过程仍然产成一些问题，如制件的表面凹陷和表面温度问题，所以需要在模具中加入冷却系统，通过布置合理的水路，加强注塑的效果和质量。模拟过程中，制件上出现了一些的气泡，这个问题的解决可以利用模板制件的缝隙和顶杆的间隙等排除。2.4.2.2 分型面位置与形式定模与动模相接触的面称为分型面，它是用于将冷却凝固的制件从模腔里面取出的接触面。分型面的选择的好坏对制件的质量、模具结构及其制造、生产操作的难易等都有很大的影响。按分型面的形状来分，有平面分型

38、面、曲面分型面和阶梯型分型面。通常遵循以下原则：（1）分型面的选择应有利于制件的脱模和简化模具结构；（2）分型面应尽可能选择在不影响外观的位置，但要方便溢料的消除和修整；（3）分型面应有利于排气；（4）分型面的选择应保证制件的尺寸精度和外观质量要求等；（5）分型面的选择应有利于模具零件的加工与制造；（6）分型面的选择应有利于侧向抽芯2 3 4。制件的开模方向是垂直向上，而且设置了1°的脱模斜度。分型面的形状为平面分型面，选择在塑件底面，如图16所示。这样有利于制件的脱模而且不会影响制件的外观质量，还可以利用其间隙和型芯、推杆等间隙排气。图16 分型面2.4.3 分型前准备2.4.3.

39、1关闭曲面分模的过程实际就是做出一个面将模仁部分分割成凸模和凹模两部分，但这样的面必须封闭，而且要让SolidWorks2006软件识别出来。由于这个制件在分模的平行方向上存在着两个通孔，所以首先要把该平面上开放的孔覆盖起来，形成一个封闭平面。那些需要覆盖的孔就是分模以前需要完成的工作，在Solidworks2006里面，这个步骤叫做关闭曲面，关闭曲面之后制件的效果图如图17绿色版面所示。图17 关闭曲面之后制件的效果图2.4.3.2 模仁（型芯和型腔）尺寸的选定一般成型零件尺寸的理论计算相当的复杂，在现实中，模具设计师都是根据经验去选定模仁的尺寸，下面是两组经验数据：（1）两板模：模仁的边界

40、与模板边界的距离一般为4070mm, 三板模：模仁的边界与模板边界的距离一般为60100mm,如有滑块要适当加大距离（2）制件尺寸小于150×150mm，高度小于30mm，则制件与模仁边界距离的取值一般为1525mm; 制件尺寸大于150×150mm，则制件与模仁边界距离的取值一般为2550mm。 根据以上的经验数据，设计制件的型芯型腔大小为60×50mm，高度为50mm。利用SolidWorks2006的切削分离功能，设计出一个制件的模仁形状，如图18所示。图18 制件的型芯型腔部分2.4.4. 型腔排列采用多型腔的排列。多型腔在模具上通常采用圆形排列、H型排列

41、、直线型排列以及复合型排列等。多型腔排列在设计上应注意以下几点：（1）尽可能采用平衡式排列，以便浇注系统的平衡性，确保制件质量的均一和稳定；（2）型腔布置和浇口位置应尽量对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；（3）型腔排列应紧凑一些，减小模具的外形尺寸；（4）圆形排列加工麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用H型排列和直线型排列，且尽量选用H型排列，因为该平衡性更好10。制件属于一次性打火机上的一个零件，是属于大批量生产的产品，所以采用多型腔的排列，设计为一模四腔的布局方式。另外，虽然该制件的几何尺寸不大，但内部的结构相对复杂，在左右两边各有一个需要侧抽芯的小槽，在全面考虑之后，

42、选用直线型排列的形式。在SolidWorks2006里面，将之前所设计好的型芯型腔复制，并分别将型芯和型腔做成一个组合，如图19所示，方便侧抽芯机构的设计。组合后，型芯型腔部分的尺寸(长×宽×高)为240×50×50mm。图19 直线型排列2.4.5 分型根据前面DFM的构思，以底面为分型面创建出型芯和型腔。在SolidWorks2006设计中，完成制件的分型面、关闭曲面、切削分离和复制实体并做子装配组合之后，可以将制件的型芯和型腔部分分离，分型后得到的型芯和型腔部分如图20、图21所示。（a）（b）图20 型芯部分(a)单个型芯部分 (b)一模四个型芯

43、部分（a）(b)图21 型腔部分 (a)单个型腔部分 (b)一模四个型腔部分2.4.6 模架的选择与调入2.4.6.1 概述在现代模具工业中，模具设计主要是对成型制件外形的凹、凸模（型腔、型芯）零件以及开模和脱模方式进行设计，而模具上的大部分零部件可以从专门厂家直接选购，对于一些特殊的，也可以要求厂家另外加工生产。尤其是模架的选购，如果设计制造一套非标准模架，可能需要花费很多的时间、资金和人力，但是根据设计的参数，选择合适的厂家、选购合适的模架，则可降低模具生产的费用，也缩短了设计的周期。总的来说，模具零件的选购大大节约了模具制造时间和费用。现在，一般的模具厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑

44、模具，可以在20天左右的时间里完成。2.4.6.2 标准模架的分类注塑模具的标准模架有很多种类，而塑料注塑模模架国家标准有两个，即塑料注塑模中小型模架及技术条件和塑料注塑模大型模架。由于分类方式的不同，模架的叫法也不同。其中，在广东珠江三角洲地区，流行的港台标准与国家标准结构基本是一样的。对于标准模架，按浇口的形式分，模架分为大水口模架和小水口模架两大类（香港地区将浇口称为水口）。大水口模架是指采用除点浇口外的其它浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架，小水口模架是指浇口采用点浇口模具（三板式模具）所选用的模架。大水口模架共有四种型式，分别是A型、B型、C型和D型；小水口共有八种型式，分别是

45、DA型、DB型、DC型、DD型、EA型、EB型、EC型和ED型，其中以D字母开头的四种型号适用于自动切断浇口模具的模架3。2.4.6.3 选择模架市场上，模架的种类有很多，不同厂家生产出来的模具也存在差异。具体选哪种模架形式主要根据个人的爱好及所具有的加工设备而定。根据前面的DFM分析，确定采用点浇口，选择龙记公司提供的小水口标准模架库。模架的尺寸型号根据型芯型腔的长宽来确定的。型芯型腔总的长度为240mm，宽为50mm以及一模四腔的布局形式，根据前面提到的经验值数据，在型芯型腔较长一侧的方向上，左右两边加上55mm的距离，则总的长度为350mm，型芯型腔在宽的方向上，由于需要设计侧抽芯机构，

46、所以每一边加上75mm的距离，则总的长度为200mm。因此选择尺寸型号为2035的模架。由于浇口设计成能自行拉断的结构，又为了配合注塑机使用大多数采用工字模，所以模架的型式采用DAI型。龙记公司提供的具体尺寸数据如表2所示。表2 龙记模架可供选择的尺寸面板阔度PW直身模300工字模350 A 、B板厚度35405060708090100110120130标准方铁90加高方铁100120吊环丝孔M20根据经验数据选择A板的厚度为50mm，B板的厚度为50mm，因为制件最高的距离为19mm，所以选择标准方铁90mm，其它尺寸按原先的标准进行设定。利用SolidWorks2006的二次开发程序，输入

47、上面所设定的参数，调入模架，并把模仁放置于模架中。由于本次设计的模具是热流道型注塑模设计，在模架里面要放置热流道系统，所以在普通注塑模架的基础上，在A板的上面设计增加了三块板，如图22所示。图22 模架2.4.7 浇注系统设计2.4.7.1 浇注系统设计原则塑料制件在注塑成型时，塑料在注射机喷嘴中熔融，经过主流道、分流道，最后通过浇口进入模具的型腔中，经过冷却固化后可得到所需的制件。所以注塑模具的浇注系统是指从注射机喷嘴到型腔的塑料熔体的流动通道。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，占有非常重要的地位，它的设计合理与否对注塑的成型周期和制件质量（几何特征、物理性能、尺寸精度等）都有直接

48、影响。因此，浇注系统的作用是保证塑料熔体顺利、平稳地填充到型腔当中，在这个过程中，把压力充分地传递到各个部位，以便于获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。由于浇注系统在模具设计中的重要地位，所以设计时应遵循如下原则：（1）型腔布置和浇口开设的部位应对称，防止溢料现象的产生；（2）型腔和浇口的排列要合理，尽量地缩小模具的外形尺寸；（3）流程应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大），且应尽量减小弯折，降低压力损失，缩短填充时间；（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；（5）在满足充满型腔的前提下，浇注系统的容积应尽

49、量小，以减少塑料的耗量；（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不应影响塑件的外观。（7）浇注系统的排气要良好，能够顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产成涡流和紊流，并能使模腔内的气体顺利排除3 4 10。浇注系统的设计包含了主流道的设计、冷料井的设计、分流道的设计、浇口的设计等。其中浇口又称进料口，是连接分流道末端与型腔入口之间的一段细短的流道（直接浇口除外），它是浇注系统的关键部分。浇口的位置对制件的质量有直接的影响，位置选择不当会产生变形、熔接痕、凹陷等等。所以在一般的浇注系统设计中，浇口的设计要注意以下几点：（1）浇口的位置应使充模的流程最短

50、；（2）浇口的位置应有利于排气；（3）浇口的位置的选择应该避免制件的变形；（4）浇口的位置避免选择在细长薄壁上；（5）浇口的位置设计应该避免产生熔接痕2 11。这是传统模具设计的重要设计环节，对于本次毕业设计，采用的是热流道型注塑模具设计，所以浇注系统的设计与热流道系统的设计结合在一起，流道和浇口的直径大小，主流道与分流道的布置等内容将在热流道系统中提及，所以这部分将省略。2.4.8热流道系统2.4.8.1概述热流道系统是相对于冷流道系统说的，热流道注塑模是无流道凝料注塑模中最常见的一种，是注塑成型技术发展的新阶段。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正逐步推广使用，且应用的厂家越

51、来越广泛，积累起来的技术成果也与日俱增。热流道注塑模与一般注塑模具（冷流道注塑模具）相比，具有以下几方面的优势：（1）由于有加热器，流道凝料不需脱模，整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率； （2）对浇口系统的统一控制，使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度；（3）浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡；（4）减少进料系统压力损失，充分利用注塑压力，有利于保证制件质量；（5）与双分型面的三板模相比，流道更短；（6）保压时间更长，减小塑料制件的收缩率。如前所述，热流道模具可分为单型腔热流道模具、多型腔热分流道模具(外加热)、阀式浇口热流道模、内

52、加热的热分流道模具等四种。典型的热流道结构，主要由主流道喷嘴、流道板、喷嘴、加热和测温元件以及其他安装和紧固零件组成。热流道系统的塑料熔料输送过程可描述为：注射机料筒射来的熔体经过主流道分送到流道板中的分流道，最后经过喷嘴将熔体射进模具的型腔内，熔体进入型腔需经浇口的调节12。2.4.8.2喷嘴热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器，热电偶和浇口。它将熔体输送到模具的型腔中。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。主流道喷嘴，也称中央喷嘴，有关零件组成部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是没有分流道和流道板，这种热流道喷嘴被称为单喷嘴

53、。另外一类的主流道喷嘴下游有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。另外一种就是注射点的喷嘴，许多场合，这种购置的喷嘴没有浇口套零件，由模具制造者将浇口制造在定模上。不带浇口的喷嘴，有输出的流道，把熔体导入到注射点。喷嘴是热流道系统中的复杂部件，其种类繁多。分类也有很多种，以下是其中一些分类形式：从加热类型分类，喷嘴有外部加热、内部加热、两者混合加热。从功能分类，分主流道喷嘴和注射点喷嘴。从浇口类型分类，有开式喷嘴、顶针式喷嘴、开关式喷嘴和边缘式喷嘴，热流道行业通常以浇口的类型来命名喷

54、嘴。从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴。除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等13。本次设计的制件的几何尺寸较小，宽度为13mm,所以选用的喷嘴必须考虑到这些因素。在常见的四种喷嘴中，我选用了顶针式喷嘴，如图23所示。在热流道行业，这种喷嘴的应用在增加中。这种喷嘴的主要特点就是喷嘴在制件上残留的废料少，无定形和结晶型塑料都需要应用这种喷嘴。它有较小的浇口直径范围，为0.83mm，留在制品上的是很低的环圈。对于很小的制件，可用直径为0.5mm的浇口。对于不同类型的塑料，为了得到美观的制件外表，浇口直径的选择范围也有差异。顶针式喷嘴也有不同的种类，大体可

55、分为三类：加热鱼雷顶针、鱼雷顶针、管道顶针13。其中，加热鱼雷顶针式喷嘴有较小的径向直径，较多地用于多型腔的小制件注塑。根据这三类顶针各自的性质，本次设计选用不带浇口的加热鱼雷顶针式喷嘴，型号为KBS13，喷嘴的外直径为25mm,喷嘴的流道直径D为8mm，浇口直径d为1mm，喷嘴长度L104mm图23 顶针式喷嘴2.4.8.3流道板热流道的流道板是整个热流道系统的中心部件，它的作用是将主流道喷嘴传输来的塑料熔体经流道平衡的输送到各个注射点的喷嘴里面。流道板的结构繁多，而且随着模具行业的不断发展，该部件的技术也在不断发展。流道板常见有管式和板式结构。其中管式流道板虽然体积小、热效率高、防腐蚀，但

56、是需专门设计，而且加工和装配也较为困难。所以常用的是板式结构，而且是外加热的。板式结构的流道板悬架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板（有时会在定模板上添加一块板）。流道板是由电加热器加热的高温器件，四周是低温模板。为了与外界绝热，流道板的上下平面以及它的四周和模板间都有间隙。在模具中央轴线上，流道板与定模板（或附加板）之间配有中心定位销，中心定位销与流道板是紧密配合的。流道板的边缘还设计有止转定位销，它在模板平面的径向，必须有足够的间隙，它只能限制流道板的转动。流道板上的这两种定位销保证了流道板与其他部件的定位精度，保证了流道板与喷嘴的流道的对准，同时防止了流道板产成过大的热应力和热变形。热流道板的选择或设计有些基本要求必须满足：对于多型腔的塑料充模要有合理的分配；流道板加热升温较快，且温度控制可靠有效；流道板与模具的绝热良好，且与喷嘴间无熔体泄漏等等。为了熔体能平衡地输送到注射点的喷嘴上，流道板上的流道就应该有合理的几何参数，流道的长度和直径首先在满足注射点的数目和排布的情况下，输送熔体的流动速率也要合理。为了实现充模的平衡，可以通过两个途径来实现：（1）通过设计相等的流径长度，给予几何参量的平衡，也就是自然平衡。这种平衡是基于对各注射点流径的排布，对所有的型腔的流道、浇口的长度都是相等的。流道分叉后，常见的有一分二、一分三和一分四，将流道合理的缩小。（2）根据流径长度