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仪器表盖注塑模设计,仪器,注塑,设计
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基于UGNX的仪器表盖注塑模设计DESIGN OF INJECTION MOULD FOR INSTRUMENT TABLE COVER BASED ON UGNX摘要塑件制品是现代新兴产品之一,它犹如空气一般时时刻刻围绕在人们的身边,给我们的生活带来便利。近年来变频器在家电业中的应用，使得家电产品出现了诸如变频空调、变频冰箱等高新产品,从而更加节能。论文对仪器仪表-变频器外壳进行分析和研究,主要分三个部分阐述,第一部分是对变频器外壳进行CAD研究,主要包括工艺分析及三维建模、注塑机选择与模架确定、成型零部件的设计、浇注系统的设计、顶杆和导向机构的设计,通过这一系列的分析研究后绘制总装图,其中最重要的部分就是成型零部件的设计以及浇注系统的设计；第二部分是对变频器外壳进行CAE分析,主要是利用MOLDFLOW软件对其结构进行模流分析,包括进行填充、保压、冷却时间等分析,从而来优化浇注系统和冷却系统；第三部分是对变频器外壳进行CAM研究,主要是运用UG软件进行型芯型腔的模拟仿真加工。论文运用CAD/CAE/CAM进行注塑模设计,可以优化其性能,大大缩短模具生产周期、提高模具制造精度、提高模具合格率、降低生产成本。关键词:变频器外壳；成型零部件；浇注系统；模具IAbstractPlastic products is one of the modern new products,it is like the air around people all the time,bring convenience to our life.In recent years,the application of frequency converter in the industry,the electrical appliances product in the high-tech products,such as frequency conversion air conditioning,frequency conversion refrigerator to more energy efficient. Paper analyzes instruments - frequency converter shell and research,mainly divided into three parts,the first part is the CAD of converter shell is studied,mainly including process analysis and 3D modeling,injection molding machine selection and determination of formwork,molding parts design,gating system design,the design of the plunger and steering mechanism,through the map assembly after a series of analysis and research,one of the most important part is the design of molding parts, and the design of gating system;The second part is the CAE analysis of converter shell,mainly using MOLDFLOW software to mold flow analysis of its structure, including the analysis of filling,pressure,cooling time,etc,thus to optimize the gating system and cooling system;The third part is to study the CAM of converter shell,mainly using UG software to core cavity simulation processing. Papers to injection mold CAD/CAE/CAM design,can optimize its performance, shorten the mold production cycle,improve the mould manufacturing accuracy, improve the qualified rate,reduce the production cost of the die. Keywords:frequency converter shell molding parts gating system mould II目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1注塑成型模具的应用及其地位11.2国内外注塑模具现状21.2.1国内现状21.2.2国外现状21.3注塑成型模具的发展趋势31.4课题研究的内容3第二章 变频器外壳三维建模及工艺分析42.1UG软件介绍42.2变频器外壳的建模42.3塑件工艺分析52.3.1塑件材料分析52.3.2注塑成型过程62.3.3注塑成型工艺条件6第三章 注塑机选择与模架确定93.1国内注塑机品牌93.2注塑机的组成和作用93.3注塑机的分类及主要参数和选择103.4模架的组成和选择113.5注塑机参数校核123.5.1模具闭合高度的校核123.5.2锁模力的校核133.5.3最大注射量的校核133.5.4开模行程的校核14第四章 成型零部件的设计154.1型腔数目的确定和布局154.2分型面的设计154.2.1分型面的类型154.2.2分型面的选择原则154.3成型零部件结构设计164.3.1凹模结构设计164.3.2凸模结构设计164.4成型零部件工作尺寸的计算17第五章 浇注系统的设计195.1浇注系统设计的原则195.2流道设计195.2.1主流道设计195.2.2分流道的设计205.2.3冷料井设计215.3浇口设计21第六章 冷却系统的设计246.1冷却系统的设计原则246.2冷却系统的基本形式及连接方式246.3冷却系统的计算26第七章 模具结构设计及总装配图287.1顶出机构的设计287.2侧向分型和抽芯机构297.3导向定位机构的设计317.4拉料杆的选择337.5模具总装配图的示意图337.6总装配图的技术要求35第八章 变频器外壳的结构和工艺分析368.1利用MOLDFLOW进行变频器外壳的结构分析368.1.1MOLDFLOW软件的介绍368.1.2常见的缺陷以及产生缺陷的原因和解决办法368.1.3模流分析38第九章 型芯型腔的CAM仿真加工439.1仿真加工软件的介绍439.2型芯的仿真加工449.3型腔的仿真加工51总结与展望58总结58展望58致谢59参考文献60II第一章 绪论1.1注塑成型模具的应用及其地位塑料工业是当今极具活力的一门产业。在现代工业材料中塑料的地位举足轻重,尤其在汽车、仪器仪表、电子通信等,甚至在文体用品、家用电器、纺织领域中也是广泛使用。根据中国塑料加工工业协会统计数据,2015年我国塑料制件的产量突破7000万吨。展望21世纪,高分子合成材料将进入质的飞跃发展时期。至2014年我国塑料模具占模具总进口量的45%,成为一种重要的模具产品,在这其中注塑成型模具又占有很大的比重。注塑成型产品的质量和成品率完全可以由模具设计的好坏来决定,即注塑模具设计的先进性以及它的合理性在一定的程度上决定了能否生产出好的塑件。在现代塑料制件生产中有三个缺一不可的要素:(1)注塑成型工艺的合理性；(2)高精度以及高效的设备；(3)先进的模具。尤其是注塑成型模具对完成塑料加工工艺要求、塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。只有在自动化生产的模具中装有全自动、高效的的设备才能发挥其作用,模具的制造以及创新都是产品生产和更新的前提。我国注塑模具产品水平自2004年以来也取得了很大的进步,比如在大型注塑模方面已经能够生产1219mm（48in）电视机的塑料外壳、6.5KG大容量洗衣机洗衣桶的模具以及整体仪表板等塑料模具；在精密注塑模具方面已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具等。这也显示了目前我国注塑模技术水平已达到了较高水平,并在国民经济发展过程中将发挥越来越重要的作用。现在考察某个国家的科学与生产技术水平的一个重要标准就是塑料的生产能力以及运用状况。国家科技与生产以及国民经济发展都受到塑料的加工与应用和塑料工业发展的快慢的影响。在目前看来世界模具市场仍供不应求,由此可见发展模具技术以及提高模具技术水平对于促进国民经济的发展依然具有特别重要的意义。在日本模具被誉为“进入富裕社会的原动力”；在德国被誉为“金属加工业中的帝王”；在罗马尼亚被誉为“模具就是黄金”。由此可以看出在现代化技术迅速发展的世界里,人们将会生存在“塑料世界”中,所以注塑模具在国民经济发展过程中有着十分重要的地位。1.2国内外注塑模具现状1.2.1国内现状我国塑料模具工业从起步到现在取得了很大的成就,模具产值已成为世界第三,也有已达到国际水平的高质量、高效率和高寿命的大型、复杂、高精度的模具,虽然国内模具取得了很大的发展,但是与国外的模具行业相比较还存在一定的差距,比如在生产设备和技术、操作人员的素质和培养等方面。经过近几年不断努力的发展以及在国家一系列的政策支持之下，我国模具工业的增长速度很快,弥补了起步晚、底子薄等缺点。模具在制造业中占很大比重,因此带动我国工业的发展。塑料制品在我们的生活中越来越多,广泛用于汽车、电子通信、仪器仪表、文体用品、化工、纺织、家用电器等各个领域。但在有些方面与国外相比还存在很大差距。如表1-1所示。表1-1国内外模具差异比较国内国外项目0.02-0.05mm0.005-0.001mm注塑模型腔精度不足10%80%以上热流道模具使用率Ra0.20umRa0.01-0.05um型腔表面粗糙度50-100万次160-300万次淬火钢模具寿命10-30万次10-60万次非淬火钢模具寿命在国内模具发展的过程中我们取得了一定的进步,但在同时我们也遇到了挑战,比如:1.外资企业在国内无处不见,他们成为国内许多商家的竞争对手。2.生产设备和生产技术的落后给商家造成一定的困难。3.模具生产效率低下给商家造成一定的压力。4.缺少创新技术使得中小型企业面临倒闭。面对上述问题,我们要认真对待,国家通过相应的政策缓解商家的压力,同时企业也应该向国外学习,提升技术和改善设备,多吸引人才提高创新能力。1.2.2国外现状国外注塑成型模具最基本的特点就是高度集中化、智能化、网络化。国外注塑成型模具最主要的目标是高效以及提高产品质量,国外一些发达国家的模具标准化已经达到70%-80%,他们开始实现资源共享,这样可以大大的缩短生产周期以及降低成本,从而能够更好的满足客户的需要。然而在注塑成型模具的管理方面,国外采用了以设计为主,按照工艺流程加工的专业方式,更好地体现了模具加工的专业化。国外注塑成型技术同样向着高效、自动化、连续化、低成本的方向发展。因此模具向着多功能、高精度方向前进,例如:组合模、多色注塑等,同时模具也向着低成本、自动化方向前进,比如:装夹和取件自动化,叠模的制造。1.3注塑成型模具的发展趋势我国塑料模具工业起步晚、底子薄,与工业发达国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和改革及开放方针引导下,我国注塑模得到迅速发展,高效率、自动化、大型、微型、精密、无流道、气体辅助、高寿命模具在整个塑料模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造技术方面来看,塑料成型模具的发展趋势可归纳为以下几点:1.加深理论研究。2.高效率、自动化。3.大型、超小型及高精度。4.标准化。5.扩大研究各种特殊结构的注塑模具。6.全面推广CAD/CAE/CAM技术。7.进一步加强快速原型制造技术。8.超精加工和复合加工。1.4课题研究的内容近年来变频器在家电业中的应用，使得家电产品出现了诸如变频空调、变频冰箱等高新产品，从而更加节能。论文主要论述如下:1.变频器外壳注塑模具设计,设计内容包括注塑机的选择、分型面选择以及确定、成型零部件的结构设计以及尺寸计算、浇注系统的设计、脱模和抽芯机构的设计、排气和冷却系统的确定,最后利用UG软件进行模具总装图的绘制。2.运用MOLDFLOW软件对塑件进行结构分析,主要进行填充、保压、冷却时间等分析,探究注塑过程中是否出现气穴、溶接线、翘曲等缺陷。3.运用UG进行数控仿真加工,主要对型芯和型腔的仿真加工。第二章 变频器外壳三维建模及工艺分析2.1UG软件介绍UG是麦道公司推出的一款集CAD/CAM/CAE于一体的参数化设计软件,在我们以后的工作中经常运用,比如在汽车、航空航天、机械、日常用品等行业中运用广泛。随着技术的发展,UG经历了版本升级,论文采用了UG8.5。UG8.5主要由以下几个模块组成,CAD模块:是我们主要学习的模块,主要有实体建模、特征建模、自由形状建模、用户自定义特征、装配特征和可视化特征；CAE模块:主要有有限元分析和机构分析；CAM模块:主要有加工仿真模块和流通切削模块。UG应用是大学机械设计及制造专业的必修课,我们可以非常容易的以这个软件为平台对一些实物图进行三维建模,还可以通过这个软件进行仿真加工,可以模拟出实物图,给我们的设计带来方便,也可以通过这个软件进行型芯型腔的设计以及模架的选择。2.2变频器外壳的建模论文根据塑件的实物进行测量,主要测量长、宽、高、倒角、孔径等来绘制二维图形,如图2-1所示,然后根据自己测绘的零件图利用UG软件进行三维建模,通过拉伸、拔模、倒角等命令来创建模型,在建模过程中要特别注意孔的位置和分型面的位置,为之后的工作做准备。图2-1零件二维图根据二维图中所给出的尺寸利用UG绘制平面图,然后通过拉伸、拔模、倒角等进行建,如图2-2所示。图2-2零件三维图2.3塑件工艺分析2.3.1塑件材料分析1.塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,也可以是添加各种助剂组成的混合物。它在一定的温度和压力条件下具有流动性,并在成型固化后保持形状不发生变化。通常选择塑件材料的依据是它所处的工作环境及使用性能的要求,当然还包括原材料厂家提供的材料性能数据。通过对它们之间的对比、分析、评价来筛选出综合性能比较理想的材料。(1)由于塑件在常温下工作,所以主要考虑如下力学性能:强度、硬度、刚度、韧性、弹性、弯曲性能等。(2)材料的物理性能,包括绝缘程度、绝热程度、温度、外观等。(3)材料的化学性能,包括对接触物（水、油、其他溶剂）的耐性、使用的安全性等。(4)成型工艺性,包括流动性、热敏性、结晶性等。2.变频器外壳材料分析:在塑料模具中常用的塑料有ABS、PP、PC、PE等,以下取3种典型的塑料进行比较:(1)ABS:ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的聚合物。它具有丙烯腈、丁二烯、苯乙烯这3种材料的优点:电镀性能良好、抗冲击性能好、耐热性能好、机械性能良好、耐燃性能好、流动性比HIPS差一点、柔韧性好、低温时也具备高冲击强度、色彩范围广、易于注塑和挤塑加工。(2)PC:PC是聚碳酸酯。它具有冲击强度高、无色透明、着色性好、绝缘性能强、耐腐蚀性和耐磨性好等优点,但是它自身的润滑性能差、有应力开裂倾向以及与其它树脂相溶性差等缺点。(3)PP:PP是聚丙烯。它是一种高密度、高结晶线性聚合物。它具有高熔点、耐热和耐腐蚀性、耐弱酸和弱碱性、质量轻、密度小、无毒无臭等优点,同时它也具有耐低温冲击性差、较易老化等缺点。三种材料的性能参数比较,如表2-1所示。表2-1材料性能参数材料密度（KG/m3）收缩率（%）模具温度（）注射压力（MPa）最大不溢料间隙（mm）PP900-9101.0-2.580-9070-1000.03PC1050-12000.4-0.660-9080-1500.02所以综合上述条件选择ABS作为此次研究塑件的材料。2.3.2注塑成型过程注塑成型主要包括以下几个过程:填充、保压、冷却、脱模,这四个阶段决定了成品的质量。1.填充:填充是把材料充实到型腔内的过程,是注塑模具循环生产的第一个阶段,从模具闭合开始注塑到模具型腔充满95%,填充时间越短,成型质量越好。2.保压:保压即保持压力,持续施加压力,压实熔体,增加密度,从而补偿塑料的收缩。3.冷却:塑料制品只有冷却到一定刚性,脱模后才能保持良好的质量,冷却的主要参数是冷却时间。注塑模具的成型时间主要包括填充时间、合模时间、冷却时间、保压时间、脱模时间。4.脱模:脱模是注塑模具的最后一个环节也是非常重要的环节,脱模不当会对塑料制品产生很严重的质量问题,导致制品出现缺陷。脱模主要有顶杆脱模和脱料板脱模。2.3.3注塑成型工艺条件所谓成型工艺条件主要包括温度、压力、时间。这三个因素对塑料制品的质量具有很大的影响。1.温度控制注射成型需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度、油温。(1)料筒温度:因为每种塑料都有自己的流动温度和熔点,所以料筒温度与各种塑料的特性有关。料筒温度的选择对塑件性能有直接的影响,当料筒温提高时,塑件的表面粗糙度增加、冲击强度变大,而注射压力、塑件收缩率、翘曲、内部应力等减小。从这点看,该温度的提高对提高产品质量以及产量都是有好处的,因此在允许的状态下应该适当提高此温度。(2)喷嘴温度:喷嘴和浇口都可以加快熔体的流动速度,把势能转化为动能,而且具有调节熔体温度和温度均匀化的作用。喷嘴对熔体的温度是有影响的,但是如果当注射压力恒定不变,那么喷嘴长度和喷嘴直径对温度没有明显的影响。注射压力对熔体流经喷嘴的温度升高有很大影响,超过喷嘴直径变化对熔体温度升高的影响。喷嘴温度应稍低于料筒温度但不能过低，不然会造成喷嘴堵塞，增大阻力,使得塑料熔体无法进入型腔,影响塑料制品的质量。(3)模具温度:模具温度对塑件的外观和内在质量都有很大的影响。所以塑料的特性、塑件的形状、尺寸、性能要求以及其他工艺条件都将由模具温度来决定。无定形塑料熔体注入模腔后,随着模温降低而固化,模具温度主要影响充模速度,注塑无定型塑料,模温对制品的力学性能影响较小；结晶型塑料注入模腔后,模具温度对结晶度、结晶条件起决定性作用。适当提高模具温度可增加流动长度、提高制品的光洁度、密度、结晶度、减小内应力和充模压力。但是由于冷却时间延长,生产效率降低,制品的收缩增大。(4)油温:液压系统压力油温度在注塑工艺参数上起着重要的影响,油温升高,黏度变小,那么油的泄漏量就会增加,导致液压系统压力和流量的波动,这样注射压力和注射速率也会不稳定,影响产品质量。因此要注意油温的变化,对油冷却器的冷却水进行调节,油温应控制在55摄氏度以下最好。2.压力控制注射过程中的压力包括塑化压力、注射压力、合模力。(1)塑化压力:塑化压力就是螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力,亦称背压。我们可以通过溢流阀来调节其大小,通常情况下一般不超过2MPa。(2)注射压力:注射压力是柱塞或者螺杆顶部对塑料所施加的压力。注射压力的主要作用是克服塑料熔体从料筒向型腔的流动阻力,给予熔体一定的充模速率,这不仅与制品的质量、产量有密切的关系,而且还受塑料品种、注塑机类型、模具结构及其他工艺条件的影响。(3)合模力:在注射充模阶段和保压补缩阶段,模腔压力要产生使模具分开的胀模力。为了克服这种胀模作用,合模系统必须对模具施加闭紧力,称为合模力。合模力的调整直接影响制品的表面质量和尺寸精度,合模力不足会导致模具开裂,发生溢料；合模力太大会使模具变形,制品不符合要求,能量损失也很大。第三章 注塑机选择与模架确定3.1国内注塑机品牌在国内有许多品牌的注塑机,比如:海天、震雄、格兰、海星、海鹰、伊芝密博创、忆利达、震德等。海天是中国最大的注塑机生产企业，其大中型注塑机在国内市场占有率超过60%。在2006年宁波海天发布了一系列自主研发的注塑机产品,这些注塑机都拥有一个共同的特点:节能、环保、自动化,比如全自动系列的HTD以及超级节能的J5系列。尤其是J5系列,它拥有高性能的伺服电机动力控制系统,这使它在提高注射精度的同时还可以节能和降低噪音,当在保压阶段,电机低速转动,能耗极低；而在冷却阶段,电机不工作,能耗为零。而对于全自动系列的HTD注塑机,它不但拥有高效率、高精度、操作简单等优点,而且相对于传统注塑机而言,它同样具有节能、节水、降低噪音等优点。海天注塑机如图3-1所示。图3-1海天注塑机3.2注塑机的组成和作用注塑机主要由注射装置、锁模装置、液压传动和电器控制等组成。1.注射系统:注射装置是注塑机最主要的部分,它的主要作用就是使固态的塑料颗粒能够迅速并且均匀的塑化为熔融状态,然后能够在足够的压力和速度下将这些熔融状态的塑料注入到型腔内。注射装置包括料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆、驱动装置、喷嘴等。2.锁模装置:锁模装置的主要作用包括3个方面,第一个方面用来实现模具的开合动作；第二个方面用来在成型时提供足够的加紧力,使模具锁紧；第三个方面用来实现开模时推出模内制品。锁模装置可以是机械式、液压式或者液压机械联动方式。推出机构也有机械式和液压式两种。3.液压传动和电器控制:通过注射成型工艺过程可知注射成型由塑料熔融、模具闭合、熔体充模、压实、保压、冷却定型、开模推出制品等多道工序组成。为了保证注射成型按照预定的工艺要求和动作程序准确进行,那么必须设置液压传动和电器控制系统。注射机的动力系统是液压传动系统；而电器控制系统则是注射机的控制系统。3.3注塑机的分类及主要参数和选择1.注塑机的分类及主要参数(1)按注塑机的外型特征分类:立式注塑机、卧式注塑机和直角式注塑机。 立式注塑机:注射装置和锁模装置均垂直于地面安装的注塑机。 卧式注塑机:注射装置和锁模装置均沿水平方向布置的注射机。 直角式注塑机:注射装置和锁模装置相互垂直。(2)按塑料在料筒中的塑化方式分类:柱塞式注塑机、螺杆式注塑机。我国制定的注塑机国家标准草案规定可以采用锁模力表示法和锁模力/注射容量表示法来表示注塑机的型号。2.注塑机的主要技术参数包括注射、合模、综合性能等三个方面,如公称注射量、螺杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸等。3.注塑机的选择选择一模两腔的设计方式,由于塑件的材料为ABS,它的密度为1.03-1.07g/cm3,收缩率为0.3%-0.8%,实际应用中密度为1.05g/cm3,收缩率为0.55%,则所需要的塑料体积为:其中n-型腔数目 V1-单个塑件体积,根据UG软件计算得V1=30cm3。如图3-2所示 V2-浇注系统体积,根据UG软件计算V2=36cm3。如图3-3所示根据公式M=V=31.5g所以本次注塑机选择海天PL1200,其性能参数如表3-1所示。表3-1注塑机性能参数表序号主要技术参数参数值1额定注射量173cm32锁模力1200KN3注塑压力135Mpa4最大开模行程340mm5模具最大厚度400mm6模具最小厚度150mm7喷嘴直径4mm8喷嘴圆弧半径12mm3.4模架的组成和选择1.模架的组成:注射模具的基本就是模架,它很好的把其他部分连接在一起从而使这些部件成为一个整体。注射模具主要有动模和定模两部分组成,动模安装在注射机的移动模板上,定模安装在定模板上。为了减少繁重的模具设计与制造的工作量,注塑模一般采用标准模架,主要包括凸模固定板、凹模板、定模座板、导柱、导套、动模座板、推板、推杆固定板、支承块等。当然也有一些特殊的模架如浇口模架等。2.模架的确定注塑模具设计中采用标准模架。我国有许多公司生产模架,比如香港的龙记模架、重村模架、明利模架、科佳模架、吴记模架、名扬模架、明科模架、亚轮塑料模架等,然而龙记模架是模架行业的领头人,在接近40年的时间里,龙记见证了香港和中国模具行业的高速发展,也为模架制造行业开拓先河,成为香港首家利用数控加工中心的模架生产商,非常符合设计的需要,所以选择龙记模架中的大水口模架（又称单分型面模架）。大水口模架有工字模 (I型)、直身模 (H型)及直身模加面板（T型）三类,结合 A、B、C、D四个型号,因此标准模架共有12种不同型号的规格,而此次设计所选择的模架型号为CI3335（A70B75C90）。如图3-4所示。1-定模座板 2-导套 3-导柱 4-凹模板 5-顶杆固定板 6-顶杆底板 7-支撑块 8-动模座板图3-4模架3.5注塑机参数校核3.5.1模具闭合高度的校核模具闭合高度校核Hmin注塑机允许模具最小厚度=150mmHmax注塑机允许模具最大厚度=400mmH模具闭合高度=331mm故满足HmaxHHmin。3.5.2锁模力的校核 锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。塑料熔体在高压的情况下进入模具型腔内会受到很大的力,这个力会使模具沿分型面涨开,这个涨开的力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积和型腔内压力的乘积。因此这个力必需小于选择的注塑机的额定锁模力，即F k0APc式中 P塑-型腔的平均压力,一般ABS材料注射时的型腔压力为30Mpa k0-锁模力安全系数，一般取k01.1-1.2，本设计取1.2 F-注塑机的额定锁模力 A-投影面积,利用UG软件计算投影面积得A=122.2cm2。如图3-5所示图3-5投影部分面积故F k0APc4392N选定的注塑机的压力为1200KN,满足要求。3.5.3最大注射量的校核最大注射量可以通过最大注射容量或者最大注射重量表示,这里用最大注射容量表示,制品的质量或体积应小于注塑机的最大注射量,通常注塑机的实际注射量最好是注塑机的最大注射量的80%。所以选用的注塑机最大注射量应满足：式中 V机-注塑机的最大注射量 V塑-塑件的体积,根据UG软件计算得该产品V塑30cm3 V浇-浇注系统体积,根据UG软件计算得V浇36cm3故 V机120m3选定的注塑机的注射容积为173cm3，满足要求。3.5.4开模行程的校核开模取出塑件所要的距离应该小于注塑机的最大开模行程。开模行程的校核有以下几种情况:1.模具厚度和注塑机最大开模行程无关。2.模具厚度和注塑机最大开模行程有关。3.有侧向抽芯的开模行程校核。在本次设计中开模行程的校核应该是第三种情况,即有侧向抽芯的开模行程校核。那么所需注塑机的开模行程应该根据侧向分型抽芯的抽拔距离、塑件的高度、顶出距离、模具厚度等因素来决定,为完成侧向抽芯距离S所要的开模行程为H4,则:因为H4H1+H2,所以进行如下校核。S机-注塑机最大开模行程等于340mm。H1-顶出距离等于22mm。H2-塑件高度等于14mm。满足条件。第四章 成型零部件的设计4.1型腔数目的确定和布局根据生产需求以及对零件的分析,采用一模两腔的生产方式,即型腔数目为二,型腔的布局根据模具的尺寸及形状排列。如图4-1所示。图4-1型腔排布4.2分型面的设计4.2.1分型面的类型分型面是动模和定模的分界面,因此它的位置会影响成型零件的结构、形状以及排气情况。1.分型面根据其数目可以分为单分型面、双分型面、多分型面。2.分型面根据形状可以分为平面、斜面、阶梯面、曲面。3.分型面根据与开模方向关系可以分为与开模方向平行、与开模方向垂直、与开模方向成一定角度。4.2.2分型面的选择原则分型面的选择不但关系到是否能成功脱模,而且还关系到模具设计的成本。因此分型面的选择有以下原则:1.分型面应该选择在塑件截面尺寸最大的位置,这样可以更好的使塑件脱模。2.保证塑件尺寸精度。3.保证塑件外观形状和质量,塑件熔体在分型面处容易产生飞边等缺陷,因此在光滑表面不宜选择分型面,应该尽量避免。4.满足塑件的使用要求,避免一些缺陷影响塑件的功能。5.考虑锁模力的大小,尽量减少在分型面上塑件的投影面积。6.使塑件留在动模一侧,有利于脱模。根据以上原则,很容易能够确定分型面,因此选择最上面作为分型面,这样有利于脱模而且也不会影响塑件的表面质量,当然这样选择分型面也有利于塑件的形成以及有利于推杆的设计。如图4-2所示。图4-2分型面选择4.3成型零部件结构设计4.3.1凹模结构设计凹模又称型腔,凹模用于成型塑件的外表面,按照结构分为以下几种形式:整体式、整体嵌入式、局部嵌入式、大面积嵌入式以及四壁拼合式。凹模是成型产品外形的主要部件,考虑到凹模材料选择应该更加经济、便于维修、能够更好地排气来减少母模受热而采用四壁拼合式凹模结构。4.3.2凸模结构设计凸模又称型芯,凸模按结构可以分为整体式和组合式两种,因为此次设计的是小型模具且凸模容易加工,所以采用整体式。如图4-3所示。图4-3凸模设计4.4成型零部件工作尺寸的计算1.模具的型腔是塑件和模具接触的地方,因此它的尺寸公差将会直接影响塑件的性能和表面的粗糙度,因此型腔尺寸应该有足够的加工于量。(1)以塑件总长为71.4mm计算其中 L塑件-塑件外型的最大尺寸 k-塑件的平均收缩率 -尺寸公差 -制造公差取尺寸公差的1/3-1/6 (2)以塑件高为16mm计算其中H塑件-塑件最高方向最大尺寸(3)以塑件宽63mm计算其中L塑件-塑件形状最大宽度尺寸2.模具的型芯和型腔一样也是塑件和模具直接接触的地方,所以它的尺寸也会是影响塑件质量的关键因素,因此型芯的尺寸应该也留有足够的加工余量。(1)以塑件总长为71.4mm计算其中L塑件-塑件径向的最小尺寸(2)以塑件高为16mm计算其中Hm-塑件形状最大宽度尺寸(3)以塑件宽63mm计算其中Lm-塑件内腔的深度最小尺寸第五章 浇注系统的设计5.1浇注系统设计的原则注塑模设计的一个重要的环节是浇注系统,它能够对塑件的外观质量和成型周期等有很大的影响,因此在设计浇注系统时一定要遵循它的设计原则。包括以下几点:1.考虑型腔的布局方式。2.能量损失小。3.进料要均匀,不能出现堵塞现象。4.能很好的排气。5.生产效率要高。6.防止塑件出现缺陷。7.塑件外观无痕迹和磨损。5.2流道设计流道设计主要分三个方面,第一主流道设计；第二分流道设计；第三冷料井设计。5.2.1主流道设计1.主流道主要位于模具入口处,熔料主要通过主流道流入分流道。主流道的形状为圆锥形,这样有利于熔料的流动和流动凝料的拔出。如图5-1所示。图5-1主流道截面(1)主流道设计成圆锥形,一般其锥角可取2-6,流道壁表面粗糙度取Ra=0.63m,且加工时应沿道轴向抛光。(2)注射机的喷嘴球半径R1比主流道前端凹坑球面半径R2小1-2 mm；球面凹坑深度3-5mm；注射机的喷嘴孔直径比主流道始端入口直径d小0.5-1mm。(3)主流道末端呈圆无须过渡,圆角半径r=1-3mm。(4)主流道长度L以小于60mm为佳,最长不宜超过95mm。(5)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T10A,热处理淬火后硬度53-57HRC。2.主流道衬套主流道衬套如图5-2所示。图5-2主流道衬套(1)与喷嘴接触的端口直径和喷嘴直径的关系为:(2)圆弧半径(3)锥度=1-2。(4)主流道长度尽量缩短,不宜超过60mm。(5)主流道直接开设在定模板上,内壁粗糙度不宜超过Ra0.8m。5.2.2分流道的设计主流道与浇口之间的就是分流道,分流道在多型腔的设计中尤为重要,它是主流道与浇口的过度。分流道主要有圆形截面、梯形截面、半圆形截面、矩形截面等。因此分流道设计也应该注意以下几点:1.在分流道内熔体流动时所受的阻力应该尽可能的小。2.分流道在转折的地方应该用圆弧过度,这样能减少流体在流通时所受的阻力变小。3.分流道内进料应保持平衡。4.分流道的内壁表面粗糙度不宜超过Ra0.8m。5.当分流道长度过长时,应该在分流道的端尾出开设冷料井。6.分流道的直径根据经验公式,其中D表示分流道直径,W表示塑件质量,L表示其长度。7.型腔的布置决定了分流道的布置,两者相互影响。分流道有两种形式,分别为平衡式和非平衡式。分流道截面如图5-3所示。图5-3圆形分流道截面5.2.3冷料井设计当分流道过长时，需要冷料井,因此冷料井会出现在分流道的末端,当然冷料井也会出现在主流道正对面的动模板上。其作用是为了防止冷料影响塑件表面质量。由于要将冷凝料拉出,所以它的直径应稍大于主流道直径。冷料井有Z形、倒锥、圆环槽等形状,根据需要选择Z形冷料井。5.3浇口设计1.浇口就是在分流道和型腔之间细短的流道,它也是熔体进入型腔的重要入口,所以浇口的设计也是浇注系统中重要的环节。尤其是浇口的形状、尺寸、位置会对塑件的表面质量产生很大的影响。2.浇口的作用有以下几点:(1)当型腔充满以后,熔体首先会在浇口处凝结,这样就可以防止熔体倒流；(2)为了能够更好的切除浇口尾料；(3)在含有多个型腔的模具中,浇口可以更好的控制熔接缝隙的位置。3.浇口主要有两种形状,一种是矩形,另一种是圆形,通常浇口的截面积为分流道的0.03-0.09倍,浇口长度大约为0.5-2mm。4.浇口一般分为限制性浇口和非限制性浇口,而限制性浇口又分为侧浇口系列、点浇口系列、盘环型浇口系列。限制性浇口有以下一些特点:(1)熔体经过此类浇口时所受到的剪切速率大,这使得熔体的表面黏度变小,有利于熔体的流动。(2)在经过此类浇口时所受到的摩擦力大,此时部分能量转化成热能,使得熔体温度升高,有利于熔体流动。(3)当熔体通过限制性浇口中的小浇口时,压力损失较大,型腔压力下降,有利于锁模。(4)限制性浇口的浇口截面尺寸较小,熔体容易凝固,补料时间容易控制,减小了由于补料时间过长产生的内应力。(5)浇口尺寸小,缩短成型周期。(6)对于一模两腔或者多腔模具,因其阻力大,使得浇口处进料实现平衡进料。(7)浇口痕迹小,不影响塑件表面质量。选用限制性浇口,采用潜伏式浇口,潜伏式浇口是由点浇口演变而来的,浇口潜入分型面下面,斜向进入型腔。选择潜伏式浇口是因为潜伏式浇口有以下优点:对浇口位置限制小。浇口痕迹小,不影响塑件表面质量。进料浇口在塑件内表面或者侧面隐蔽处。5.浇口尺寸的设计浇口如图5-4所示。图5-4浇口采用潜伏式浇口,根据经验公式通道L=2-3mm浇口直径d=nkA1/4此公式薄壁件,壁厚范围0.55-0.7mm。其中L-通道长度 d-浇口直径 n-材料系数 A-型腔表面积 k-壁厚系数其中浇口壁厚系数k和塑料系数n如表5-1和表5-2所示。表5-1塑料系数n材料PE、PSPC、PPPA、PVACPVCn值0.60.70.80.9表5-2浇口壁厚系数k塑件厚度t/mm0.81.31.51.82.02.32.5k值0.0360.0410.0510.0550.0580.0620.065K=0.206t1/26. 浇口位置的选择浇口的数目和位置的选择对塑件的质量会产生一定的影响,因此要注意以下几点:(1)避免制件上喷射等缺陷。(2)应该在塑件截面最厚的地方开设浇口。(3)浇口位置的选择要有利于熔体的流动。(4)浇口位置确定后要使得排气更加通畅。(5)浇口位置不能设置在塑件受弯曲力和冲击力的截面。(6)尽可能的减少塑件的熔接痕。(7)浇口位置的数量对塑件质量的影响。第六章 冷却系统的设计6.1冷却系统的设计原则1.能够正确的确定冷却管道的中心距以及型腔壁和管道的距离。2.保证冷却孔到型腔表面距离相等。3.浇口冷却需要加强。4.使冷却介质的出入口温差减小。5.合理排布冷却管道的位置。6.合理确定冷却管道的接头位置。7.尽量避免冷却系统与其他机构的干涉。8.冷却管道的进出口尽量不要漏出模具外表面。9.易于加工和清洁。6.2冷却系统的基本形式及连接方式1.根据塑件的形状和加工需要,冷却水道有许多形式,下面是几种基本的形式:(1)简单流道式:直接在模具上打孔然后进行冷却。(2)螺旋式:在模具中开设螺旋状冷却水道。(3)喷流式:冷却水从型芯中的喷流管中喷出,慢慢流向冷却型芯壁。通常用水、油作为模具冷却介质,但是由于水的热容量比油的大；水成本比油的低而且水的冷却效果比油的好,所以决定采用水作为冷却介质。2.冷却水道的结构冷却水道一般有以下几种形式:(1)沟道式:直接在模板或者模具上开设水道,通过钻孔或者铣沟槽。这样冷却水可以直接作用在模体上,冷却效果更好而且也比较方便。传热导系数=0.64。(2)管道式:首先在模具上钻孔或者铣槽,然后在槽或者孔内放入铜管。这种方式比较复杂因此不采用。(3)导热杆式结构:在型芯内插入导热率比较好的合金管道,这适合于细长型芯冷却,在这里也不采用。3.冷却水道的连接方式冷却水道有串联、并联、串并联这三种连接方式。串联:在这种方式中冷却介质所受到的阻力比较小。并联:冷却介质从主干水道流到分支水道,但是要注意一点当近处的分支有冷却水流过,是否远处的分支也有冷却水流过,不然无法起到冷却效果。串并联:在多模型腔中一般采用这种方式,这样可以更加有效的起到冷却作用。冷却水道排布如图6-1所示,冷却水道如图6-2所示。图6-1冷却水道的排布图6-2冷却水道6.3冷却系统的计算1.冷却水体积流量的计算根据公式其中 qv-冷却水体积流量,m3/min G-单位时间内注入的塑料质量,kg/min Qi-成型凝固时释放的热量,J/kg Cp-冷却水比热容,J/（kg） -冷却介质的密度,kg/m3 t1-冷却水出口处温度, t2-冷却水入口处温度,2.冷却水路导热总面积其中A-传热面积 Tw-模壁平均温度 T-冷却介质的平均温度 k-当冷却介质管道内呈流动状态时,冷却道冷却壁与冷却介质间的传热膜系数3.冷却水路的直径如表6-1所示。表6-1冷却水道冷却水道直径d/mm最低流速v/（m/s）冷却水体积V/（m3/min）81.66510-3101.326.210-3121.107.410-3150.879.210-34.冷却水孔总长度5.冷却水路的条数根据经验取6条冷却水道。第七章 模具结构设计及总装配图7.1顶出机构的设计1.顶出机构:使塑件从模具中顶出的机构。因此顶出机构一般设置在动模板上。顶出机构主要由以下几个部分组成:(1)顶出元件：一般是顶杆、推件板等,主要作用是顶出塑件,使之脱落。(2)复位元件:一般是复位杆、复位弹簧,主要作用是使顶出机构在动作以后能恢复到原来位置。(3)限位元件:一般是限位块、限位钉等,主要作用是控制复位元件的位置,保证顶出元件在受注射力时仍能保持原位。(4)导向元件:一般是导柱、导套,主要作用是引导顶出元件正常移动同时保证顶出机构不因自身重量而下降。(5)结构元件:一般是顶杆固定板、螺钉等,主要作用是把各个元件组合起来,构成完整的顶出机构。2.顶出机构设计原则(1)开模时应该留在动模板上。(2)顶出机构的设计应该不影响塑件的外观质量。(3)选择好的作用点,灵活运动。(4)顶出元件应该均匀分布。(5)结构件要有足够的强度和刚度以及耐磨性。3.影响顶出力的因素顶出元件克服塑件在脱模时受到的阻力就是顶出力。由于塑件所受的力比较复杂,然而在选择注塑机的时候顶出力是足够的,所以只要满足F顶KF即可,其中F顶是顶出力,F是塑件的脱模力,K是安全值,一般取K=1.2。影响因素:(1)塑件的表面积和壁厚。(2)塑件的复杂程度。(3)成型收缩率的大小。(4)脱模斜度。(5)成型零件的粗糙度、是否出现黏模现象。7.2侧向分型和抽芯机构当塑件侧壁有凸台、凹穴、孔等时,这时为了能够顺利脱模必须在模具成型时设置可侧向移动的零件,这样可以在脱模前拿掉侧向成型的零件。带动侧向成型零件做侧向移动的整个机构就是侧向分型和抽芯机构。侧向分型和抽芯机构一般分为手动、气动、液动和机动这4种类型。在这里选用机动侧向分型和抽芯机构。斜导柱抽芯机构:利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成型块,使之侧向运动完成抽芯动作。主要有以下几个部分组成:斜导柱、滑块、导滑槽、楔紧块、定距限位装置等。1.斜导柱的设计斜导柱如图7-1所示。图7-1斜导柱(1)结构设计:工作端设计成半球形,斜导柱倾斜角小于斜角,一般情况下=+（2-3）。斜导柱的材料为T8A,淬火硬度为55HRC,表面粗糙度为Ra0.8m-Ra1.6m,斜导柱与固定的模板之间过盈配合H7/m6。(2)斜导柱倾斜角的确定斜导柱轴线与开模方向的夹角称为斜导柱倾斜角,根据公式可得其中L-斜导柱的工作长度 s-抽芯距,一般比制品孔深3mm H-开模距再根据在工作时的受力情况分析其中 Fw-侧向抽芯时所受的弯曲力 Ft-侧向抽芯时的抽芯力 Fk-侧向抽芯时的开模力根据上述式子比较得到当变大时,L和H都变小,这样有利于减小模具的尺寸但是抽芯力和开模力会变大,这样会影响斜导柱的刚度和强度；反之可得当变小时L和H变大,抽芯力和开模力都变小,这样会增长斜导柱的长度,所以综合以上情况一般取15-20,本次设计取15。(3)斜导柱的长度计算斜导柱的长度根据公式得其中Lz-斜导柱长度 d-工作部分直径 a-倾斜角 h-定模厚度 s-抽芯距(4)弯曲力的计算弯曲力由抽芯力和倾斜角决定,不考虑摩擦力,根据公式(5)斜导柱的直径计算斜导柱的直径由它所受的弯曲力的大小所决定,根据公式其中 d-斜导柱直径 Fw-所受弯曲力 H1-滑块1/2高度处与轴线的交点到上端面与轴线交点处的垂直距离 a-倾斜角 弯-斜导柱选用材料所许用的弯曲应力2.滑块设计滑块材料选用T8A,硬度在40HRC以上,采用组合式结构。如图7-2所示。图7-2滑块3.导滑槽设计导滑槽和导滑块采用H8/f8间隙配合,导滑槽材料选用45,调质至28HRC-32HRC。4.滑块定位装置设计滑块定位装置主要用于保证滑块在开模时能够停留在刚刚脱离导柱的位置而不再产生位移,避免在合模时导柱由于不能准确进入滑块的孔内而导致模具损坏。5.楔紧块设计楔紧块用于在合模后锁住滑块,承受侧向型芯的推力。如图7-3所示。图7-3楔紧块7.3导向定位机构的设计1.导向定位机构主要有如下几点作用:导向作用、定位作用、承载作用、保持运动平稳的作用。设计导向定位机构应该注意以下几点:(1)导向零件合理分布在模具周围。(2)根据模具的形状和大小,一般模具需要2-4导柱。(3)因为塑件通常留在动模上,所以根据合理分布的原则,导柱应该在定模上。(4)导柱导套在分型面设置承屑槽,这样可以保证分型面更好的接触。(5)导柱导套以及导向孔的轴线应保持平行。(6)在合模时,导向元件首先接触,防止破坏塑件。(7)确定导柱导套的配合形式,简单的模具不要导套,根据需要使导柱导套配合。2.导柱的设计导柱如图7-4所示。图7-4导柱(1)导柱的长度必需比凸模端面高出一定距离,一般高出6-8（mm）,这样可以防止由于导柱没有导正之前凸模就进入型腔而带来的破损。(2)在一般情况下为了导柱能更好的进入导向孔,导柱的端面会设计成锥形端面或者球形端面,这里设计成锥形端面。(3)导柱的直径根据模具尺寸来确定,保证足够的抗弯强度。(4)导柱尾部应该全部进入模板内并且采用H7/m6过渡配合,为了防止导柱从模板中脱出,在导柱和凸台底部用垫板压住,导柱的滑动部分采用H8/f8的间隙配合。(5)导柱的材料应该坚硬且表面耐磨,不易折断,因此采用GCr15经过经过渗碳淬火热处理,硬度为55HRC以上。3.导套及导套孔的设计导套如图7-5所示。图7-5导套选用上图导套,这样能够使导柱更好的进入导套孔,在导套孔的前端应倒有圆角,导套孔滑动部分采用H8/f8间隙配合。7.4拉料杆的选择拉料杆有球形拉料杆、Z形拉料杆、薄片形拉料杆,根据需要选用Z形拉料杆。如图7-6所示。图7-6拉料杆7.5模具总装配图的示意图模具装配图如图7-7所示。1-动模底板 2、3、16、20、21、22、23-内六角螺钉 4-顶杆底板 5顶杆固定板 6-垫块 7支撑住8-限位柱 9-动模板 10-凹模 11-导柱 12-定模底板 13-定模扳 14-凸模 15-定模底板 17-斜导柱 18-楔紧块 19-滑块 24-垃圾钉 25-顶杆 26-弹簧 27-拉料杆 28-复位杆 29-主流道衬套 30-定位环 31-顶板导套 32-顶杆导柱图7-7装配示意图7.6总装配图的技术要求总装图技术要求如表7-1所示。表7-1技术要求表编号内容1推杆的端面与所在的模腔表面保持平齐,允许推杆高出型面的距离不大于0.1mm。2模具分型面与复位杆端面平齐,允许低于模具分型面的距离不大于0.03mm。3型芯、凸模、镶件等尾部高度尺寸未标注公差,这些零件的端面在装配后应该与相配合的零件齐平。4制件和表面的模腔分布在动、定模时,装配后沿分型面的错边不大于0.05mm,并且组合尺寸不超过型腔允许的极限尺寸。5装配后保证模具导向件灵活滑动,不出现卡死的现象。6模具装配后,安装平面平行度公差按GB/T1184-1997的级。7模具、模架以及其他的一些零件的工作表面不能有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺等缺陷。8经过热处理后的零件,硬度均匀,不能出现脱碳、软点、氧化斑点以及裂纹等缺陷,热处理后应清除氧化皮、赃物、油污等。9模具的冷却水通道应保证通畅,管接头及密封处在使用时不应该出现渗漏现象。总结与展望总结论文首先介绍了注塑模具的发展及其优点,介绍了国内注塑模具的运用,然后对变频器外壳材料进行分析和选择,查阅相关的注塑成型模具的资料,利用UG软件进行变频器外壳的建模,从总体上来看此次的注塑模具设计是可行的。论文主要研究成果如下:1.选择合理的注塑机和模架。2.成型零部件的设计,包括凸模和凹模的尺寸计算。3.浇注系统的设计,主要进行了主流道和分流道的设计以及浇口的设计。4.冷却系统的设计,主要进行了冷却回路
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