基于moldflow UG,CADCAM软件塑料模具的设计

1、word文档可编辑1.引言模具在加工工业中的地位我国模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型用模具生产制件所具备的高精度、搞复杂程度、高一致性、搞生产率和代销费，是其他加工制造方法所不能比拟的。国际模具及五金塑胶产业供应协商会负责人罗百辉指出，在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图画、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管

2、理信息化、经营国际化方向发展。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。而塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑

3、料成形模具产量中约半数是注塑模具。目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。2005年模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50，均居世界前列。2006年，我国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。广东占我国模具总产量的四成，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高。注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量己超过

4、50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创

5、造了良好条件。近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20,3Gr2Mo、PMS、SMI、SMII等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。1.2模具的发展趋势经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：1、大力提高注塑模开发能力。将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。2、注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠

6、现代技术。随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。3、模具生产正在向信息化迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBEKBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制

7、造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。4、注塑模向更广的范围发展。随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种

8、成型方法一体化的模具将得到发展。更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法。各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。1.3毕业设计的意义通过此次毕业设计进一步的对模具设计专业的了解，熟练掌握模具的工作流程。另外，在具有必备的基础理论知识和专门知识的基础上，重点掌握从事模具设计与制造专业领域实际工作所需基本能力和基本技能，包括塑料模具设计与制造能力，利用模具moldflow,UG，CAD/CAM等软件进行模具设计的能力等等。1.4本文主要研究内容利用Moldflow注塑模具分析软件，针对插线板底盖塑料模具进行填充保

9、压、冷却、变形等流动方案分析，并进行工艺参数、浇口位置、冷却系统等方面的设计；研究分析结果，综合分析其合理性；对产品成型方案进行工艺参数、浇口位置、冷却系统等的优化并加以比较，确定最佳成型方案；利用UG和AutoCAD绘制插线板底盖模具图和成型零件图。2、塑件及原料信息塑件成型工艺性分析应用Pro/ENGINEERWildfire5.0绘制模具的三维视图，如图1和图2所示。图1插线板底盖内侧图2插线板底盖外侧在应用Pro/ENGINEERWildfire5.0绘制模具的三维视图的基础上导出的塑件插线板底盖的三视图，如图3所示。63-图3插线板底盖三视图制件说明：插线板后盖零件结构较复杂,具有内

10、外侧孔与侧凹,故成型时需采用抽芯机构。由塑件表面质量有要求，制件表面不能留有浇口与顶出痕迹。另外，由产品图可见,插线板后盖零件在形状、尺寸等方面差异很大,如此大的差异要在同一副模具中注射成型,一方面也给加工制作、注射成型带来很大的难度,另一方面给设计带来较大的难度。综合以上因素,模具整体结构方案如下所述。2.2工艺要求1）外观要求：工件是插线板底盖，工艺要求不高，只要没有明显的工件填充不足、变形以及弯曲等影响使用的注塑缺陷，就可以使用，所以设定工件的制造公差A=1。2）体积计算：该产品材料为PVC,查书本（新编塑料模具设计手册）得知其密度为1.38克/立方厘米，收缩率为0.1%0.5%，平均收

11、缩率为0.3%。使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形塑件的体积和质量。2.3制件材料的选择对于这种大批量生产的小制件，所选材料一般是聚氯乙烯，英文缩写PVC。聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽。随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。2.3.1主要技术指标密度（g/cm3）：1.351.45比容（cm3/g）：0.690.74吸水率（24h）（%）：0.070.4收缩率（

12、%）：0.61.5熔点（0C）：160212抗拉屈服强度（Mpa）：3550拉伸弹性模量（Mpa）：2.44.2x103word文档可编辑word文档可编辑弯曲强度（Mpa）：90冲击强度（kJ/m2）：58硬度HB：16.2体积电阻率（0于m）:6.71x1013击穿电压（Kv/mm）：26.52.3.2工艺特性聚氯乙烯具有如下成型加工工艺特性：1、热稳定性差。为避免材料过热分解，应尽量避免一切不必要的受热现象，严格控制成型温度，避免物料在料筒内滞留时间过长（特别是生产启动和班次交接时），并应尽量减少塑化过程中的摩擦热。聚氯乙烯熔融粘度高，熔融加工工艺中应尽量避免使用分子量太高的品级，配料中

13、应加入适当润滑剂以增加物料流动性，稳定剂应采用效率较高的有机锡类，如马来酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡等。注塑成型不宜采用柱塞式注塑机。2、聚氯乙烯熔体粘度高，需要较高的成型压力，为避免熔体破裂注塑、挤出时宜采用中、低速，避免高速。3、聚氯乙烯热分解时放出氯化氢，对设备有腐蚀作用，加工的金属设备应采取电镀的防护措施或采用耐腐钢材。4聚氯乙烯熔体冷却速度快（比热容仅为8361170kJ/（kgK），且无相变热），成型周期短。2.4模具材料的选择模具材料选用牌号为3547-692A、制造商为Geon的PVC。其性质有：熔体密度为1.06，固体密度为1.19，弹性模量为3280MPa。材料的推荐工艺

14、参数如图4所示。顶岀3.（8捲丈囱tn連丞塔惨追厦据的?SJftdlE糕丈瓶屈世N.ll（E）対杠酬光学时t幷佑曲托冒工艺袄童性热島iT旳属性机林属性匚卿属性.-SW图4工艺参数2.5PVC成型工艺参数表1成型工艺参数密度（）1.38注塑成型机类型螺杆式计算收缩率（）0.6-1.5料筒温度（C）后段160-170预热温度（C）70-90中段165-180时间（h）4-6前段170-190模具温度（C）30-60注射压力（Mpa）80-140喷嘴温度（C）-螺杆转速（r/min）28注射时间15-60成型高压时间0-5螺杆式时间冷却时间15-60适用注射机类型(s)总周期40-1302.6对塑件

15、设计的原则和要求塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑件有特殊的机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点，补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件的形状尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点，在设计时必须考虑：1、塑件的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性等；2、塑料的成型工艺性，如流动性；3、塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（塑性塑料）或快速受热固化（热固性塑料）；4、塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异；5、模具总体结构，特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度；6、模具零件的形状及制造工艺。除此之外，还应考虑塑件设计原则：1、在满足性能和使用

16、条件下，尽可能使结构简单、壁厚均匀、连接可靠、装使用方便；2、结构合理，用简单的加工方法就能完成模具的制作；3、减小成型加工后的辅助加工。型腔布局与校核型腔数目的确定因素主要根据四个，分别根据经济性、锁模力、塑件精度、以及注射量来确定。模具有单型腔模具与多型腔模具之分，其中，单型腔模具的结构简单，制造的成本低，周期短，工艺参数易于控制，塑件精度高，但是生产效率低、造成塑件的成本高；而多型腔模具则提高了塑件的生产率，降低了成本，但是另一方面造成了模具的结构复杂，制造成本与周期长，工艺参数难于控制，塑件的精度低等。所以根据要求合理的选择型腔的数量对降低生产的成本是很重要的。该塑件结构没有侧向孔的成

17、形，行腔形状虽然有些复杂，根据形状，采用组合镶嵌型芯的方法，将成型零件分成几部分后，使制造方便，利用推杆推瓶子内部型芯脱模，动作可靠，也不影响瓶子的外观；采用标准模架，省去了不必要的加工麻烦，减少了加工时间，从而减少了人力、物力、才力，提高了生产效率。该制件精度要求高，又是分批量生产，而且其螺纹需要采用侧向抽芯机构，所以型腔数量确定及校核如下：根据市场经济及生产效率的要求，本模具采用一模两腔型腔结构，即型腔数目n2。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;(3-1)式中K注射机最大注射量的利用

18、系数，一般取0.8；m注射机最大注塑量，g;pm1浇注系统所需塑料质量，g;单个塑件的质量，g。式中m、m、m也可以为注射机最在注射体积（cm3）、浇注系统凝料体积p1（cm3）、单个塑件的体积（cm3）。由此可求出：故取n2可满足设计要求。此外，为了降低模具的复杂程度，保持一定的生产效率，增加模具的可靠程度，所以确定采用一模两腔。因为是采用一模两腔的方式，所以型腔的布置也比较简单，拟采用对称排列。如图5所示：注射机的选择及校核设计模具时，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

19、、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。4.1注射容量的计算注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力。在确定了单个塑件的体积和模腔数量就可大体计算多模塑件的体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，就是一模的塑料的总体积V，在选择注塑机的注射容量V时可以用下式计算。塑注以容量计算时，V塑0.8V注(4-1)式中V-注射机最大注射容量，cm3；注V-成型塑件与浇注系统体积总和，cm3；塑0.8最大注射容量的利用系数。由以上塑件的尺寸，用三维制图软件Pro/E近似计算如图6所示。药IS:1.MXBWflfiHK3底】也贮am3.-1-350

20、Z5t-a+迅TS!-xy蹄几何G|L.MTOW|e.cim匚航故皆谡矍图6塑件质量属性插线板底盖的体积：估算浇注系统的体积插线板底盖的质量：估算浇注系统的质量塑件总体积：塑件总重量：根据公式得：或满足注射量:式中塑注额定注射量，注塑件与浇注系统凝料的重量和塑聚氯乙烯的密度，塑件采用塑料的密度，所以，有注这样说明在选用注射机时，最大注射容量要不小于76cm3或注射量不小于55g。4.2应用Moldflow进行流动分析流动分析用于预测热塑性高聚物在模具内的流动。Moldflow通过程序，模拟从注塑点开始逐渐扩散到相邻点的流动前沿，直到流动前沿扩展并填充完制件上最后一个点，完成流动分析计算。进行流

21、动分析是为了获得最佳保压阶段设置，从而尽可能地较低由保压引起的制品收缩、翘曲等质量缺陷。图7体积收缩率图8顶出时的体积收缩率由图7和图8可知，在所选的材料和注塑机等条件下应用Moldflow对制件的分析结果证明收缩率较均匀。又因为收缩率的结果越均匀越好。所以此种选择较为合理。il日EJ.图9注射位置处压力XY图图10速度/压力切换是的压力由图9可知此处采用了曲线保压方式，且有利于得到较均匀的制件收缩率分布。由图10可知将制件填满的最小压力是138.4MPa，所以所选注塑机的压力最小要大于138.4MPa。4.3注射机的选择因材料为PVC,单个工件的体积为30.6，选择螺杆式注塑机的型号为:SZ

22、-250/160，其转速为20-30转/秒，喷嘴形式为直通式。注射机的其他参数如下表2：表2注射机参数注塑机型号SZ-250/160理论注射容积（）200额定注射里（g）187螺杆（柱塞）直径（mm）40塑化能力（）13.8注射速率（）145注射压力（Mpa）180Mpa螺杆转速（r/min）10-200注射行程（mm）160注射方式螺杆式锁模力（KN）1600拉杆有效间距（mm）415385最大合模行程（mm）280最大开距（mm）680模板尺寸（mm）690650模具最大厚度（mm）400模具最小厚度（mm）205顶出行程（mm）70液压顶出力（kN）404.4注射机的校核4.4.1注射量

23、的校核由前面计算可知单件塑件重里为，浇注系统重里为，则每次注射所需塑料里为：塑塑件总体积：塑注射机的最大注射量187x0.8=149.660.6g。所以能满足要求锁模力校核注射成型时，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：(nA+A)p1578.77KNp则锁模力满足要求。注射压力的校核塑件成型所需要的压力是有注射机类型、喷嘴形式、塑件流动性

24、、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的，我们设计模具时，可根据塑料的注射成型工艺确定塑件的注射压力与注射机额定压力相比较，材料PVC的注射成型工艺参数中塑件的注射压力为80-140MPa。，用moldflow软件分析得到压力，如下图11，可知注射压力为137.8MPa，小于我们所选注射机的180MPa。故满足要求。即注射机的公称注射压力要大于成型压力，要。公注又因为=180MPa=137.8MPa（80140MPa）公注即公注注射机的注射压力合格。137.S193.43札陆B4H=1.516e69.90图11压力4.4.4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

25、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：S二H+H+a+（510）（4_3）式中S模具开模行程；H推出距离（脱模距离，H=10mm）H塑件高度；（H2=14mm）22a一定模板与中间板之间的分开距离。（a二90mm）则S二H+H+a+（510）=10+14+90+510=122mm12注射机最大开合模行程。注故满足要求。4.4.5模具厚度与注射机闭合高度的校核模具厚度H和注射机闭合高度的校核可以按照下式进行校核。HHHminmax式中H.-注射机允许最小模厚（H.=205mm）m

26、inminH-注射机允许最大模厚（H=400mm）maxmax由于模具厚度H=324mm,400324205，故能满足要求。由以上各个参数校核可以得出所选的注射机完全能够满足本次塑件的注射成型要求。产品浇注方案的设计5.1分型面的选择分型面是模具动模和定模的结合处，在塑件的最大外形处，是为了塑件和凝料的取出而设计的，分型面有单分型面与多分型面之分，而且根据塑件的形状有平面、曲面和斜面几种。影响选取分型面的因素很多，合理的选择分型面是使塑件能完好成型的先决件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：1、分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，使塑件易于脱模2、塑件在开模后留在动模上；3、分型面上的痕迹不

27、影响塑件的外观；4、浇注系统，特别是浇口能合理的安排；5、使推杆痕迹不留在塑件外观表面上；6、便于模具的制造。综上所述，可得如图12所示的分型面满足要求：图12分型面注塑产品有限元模型的建立本设计的研究对象为插线板底盖注塑模具，将塑件修复后的proe模型通过STL导入Moldflow/MPI模块，在MPI中进行有限元划分。5.2.1制件模型的导入将制件的proe模型先另存为STL格式，然后将其导入Moldflow中。在导入对话框选择双层面进行操作。得到如图13所示的未经处理的零件图图13处理前的模型5.2.2制件有限元的初始划分对已经导入Moldflow中的未经处理前得模型进行有限元划分，初始

28、划分结果如图14所示，初始化统计结果如图15所示。图14模型的初步网格划分p?w.-+:-:-由用更节皇-交30575!：317.23craZ1皿0站准Q7仙d一元芫r节交-甬交相匚比比一比比出百百分已互.H9H.itfl-I隣Ai-fl图15初步网格统计由上面的网格统计对话框可以得到：表面三角形单元为4206个，节点为2093个，没有柱体单元，连通区域1个；自由边0条，共用边6309条，交叉边0条；配向不正确单元0个，相交单元0个，完全重叠单元0个，复制柱体0个；最小纵横比1.16，最大纵横比24.29，平均纵横比2.50；匹配百分比90.6%，相互百分比91.3%。由以上数据可以很清晰的看

29、出初始有限元划分的问题所在，最大纵横比10影响后续分析，所以应该对网格进行修复。5.2.3制件有限元模型的完善由于MPI模块在生成网格时，由于模型的几何形状、大小等原因，会产生单元的重叠和交叉，纵横比的不合理，出现自由边和不连贯等问题，所以要对网格进行进一步的修改和调整。在本设计中出现的主要问题是纵横逼的不合理所以主要是降低纵横比。纵横比表示的是一个单元的边宽度和其边上的高的关系。而且纵横比是一个很重要的因素，它影响到分析的精度。在一些敏感区域，对纵横比就显得更加重要，通常情况下，纵横比的平均值最大不得超过10。降低纵横比的方法一般有：自动修补、合并节点、交换共用边、插入节点以及对某区域重新划

30、分网格。进行一系列修复后得到的处理后的网格划分如图16所示，网格统计结果如图17所示。-.:.忑！：.:.I三闻希十41392955Qi139,-MM7CPUSf1.%图16修复后网格图17修复后网格统计CPtZ由上面的网格统计对话框可以得出：表面三角形单元为4130个，节点为2055个，没有柱体单元，连通区域1个；自由边0条，共用边6195条，交叉边0条；配向不正确单元0个，相交单元0个，完全重叠单元0个，复制柱体0个；最小纵横比1.16，最大纵横比8.22，平均纵横比2.42；匹配百分比90.6%，相互百分比91.4%。由上分析结果可以看出：最大纵横比10，而且其他参数也符合要求，所以可以

31、进行流动、冷却和翘曲分析，并且可以得到比较精确的结果。5.3浇注系统设计5.3.1主浇道在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为26，在这里锥角选择为。由于初选注射机的型号为SZ-250/160，查表得喷嘴圆弧球半径为SR12mm，喷嘴孔直径为04mm。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12mm，防止主流道口部积存凝料而影响脱模，通常将主流道小端直径设计的比喷嘴孔直径大0.51mm。其中，浇口套主流道大端直径D应尽量选得小些。如果D过大模腔内部压力对浇口套的反作用也将按比例增

32、大，到达一定程度浇口套容易从模体中弹出。根据公式D=4兀K式中D主流道大端直径（mm）；V流经主流道的熔体容积（包括各个型腔、各级分流道、主流道，以及冷料穴的容积）（cm3）；K因熔体材料而异的常数。查新编模具设计手册可知硬质PVC的K=2.3o浇注系统的熔体容积V在第4章计算可知，V=60.6cm3。代入公式计算主j注流道大端直径得:注如下图18所示为主流道各部尺寸：图18主流道尺寸主流道浇口套一般采用碳素工具钢如：T8A、T10A等材料制造，如处理硬度5357HRC。浇口套与模板之间的配合采用H7/h6的过渡配合，浇口套与定位圈采用H9/f9的配合。定位环使浇口套和注射机喷嘴孔起对正定位，

33、定位环与注射机定位孔配合直径应按选用的注射机的定位孔直径设计，一般比定位孔直径小0.1到0.3mm以便于装模，定位环的材料选用T8A。分浇道分流道指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为5。10。的梯形流道。浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用

34、，当分型面为平面时可采用梯形或U字型截面的分流道。而分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道（1）确定浇口的形状本设计中采用潜伏式浇口如图20所示图20潜伏式浇口潜伏式浇口的优点：1)潜伏式浇口一般设在塑件侧面较隐蔽处，所以不影响塑件的美观。2)塑件成形后顶出时浇口与塑件自动拉断，所以容易实现生产自动化2)确定浇口位置浇口位置的选择要考虑以下原则：1、尽量缩短流动距离。2、避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷。3、浇口应开设在塑件壁厚最大处。4、考虑分子定向的影

35、响。5、减少熔接痕提高熔接强度。在选定成型方案之前，对制品进行最佳浇口位置的分析。如图21所示：图21浇口匹配性5.3.4浇注方案设计现有两种浇注系统设计方案：在材料和注射机以及其他条件一致的条件，选择只有两个浇口位置和有四个浇口位置的情况对制件进行分析。从Moldflow模拟分析的结果可以得出最佳的浇注系统设计方案。方案一：两个浇口位置如图22所示为设有两个浇口位置的制件方案图。注射位置在主流道上，且有且仅有一个（图22中黄色点的位置）。图22浇注方案一方案二：四个浇口位置由于制件太长，所以改用四个浇口的浇注系统。浇注位置在主流道上（黄的点处），如图23所示。图23浇注方案二5.4冷料穴和脱

36、料装置（1）冷料穴冷料穴一般设置在主流道的末端，它的作用是用来储存注射间歇期间，喷嘴前端由散热造成的温度降低而产生的冷料。在注射时如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度；进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。影响塑件质量。同时在开模时，冷料进又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。冷料穴直径应大于主流道的大端直径，其长度约为主流道的大端直径，这样有利于物料的流动。冷料穴设置在主流道末端相对的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或大一些，深度约为直径的11.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。（2）脱料装置1、普通浇注系统的凝料的脱出。通常采用侧浇口、直接浇口及盘形环浇口类型的模

37、具，其浇注系统凝料一般与塑件连在一起。塑件脱出时，先用拉料杆拉住冷料穴，使浇注系统留在动模一侧，然后用推杆或拉料杆推出，靠其自重而脱落。2、潜伏式浇口浇注系统凝料的脱出。采用潜伏式浇口模具，其脱模装置必须分别设置塑件和流道凝料的推出机构，在推出过程中，浇口被拉断，塑件与浇注系统凝料各自自动脱落。可采取以下方式脱出凝料：利用推件切断浇口凝料，利用差动式推杆切断浇口凝料，其他形式。本设计中利用的是Z字形拉料杆，如图24所示。图24拉料杆5.5排气方式当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体，使蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔,接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的

38、高温灼伤制件，使之产生痕迹，而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时），因此必须考虑排气问题，注射模成型时排气通常用如下四种方式进行：（1）利用配合间隙排气（2）在分型面上开设排气槽排气（3）利用排气塞排气（4）强制性排气由于此塑件的成型部分是由几个组合镶嵌而成的，之间有比较多的配合间隙（包括分型面），所以在塑件成型的时候可以利用这些配合缝隙排气，不用特地的开设排气槽。不同成型方案的CAE分析及对比研究6.1流变分析的目的及方法对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的血多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间

39、等都与塑料在模具中的流动方式有关。流动分析的目的是预测熔融体流经流道，浇口填充型腔的过程。通过流动模拟，可帮助设计时确定合理的浇口数量和布置。优化注射成型工艺参数，预测所需的注射压力和锁模力，发现可能出现的成型缺陷。由于塑件熔融体得非牛顿特性和流动过程的非等温、非稳态性，导致熔融体充模流动过程模拟相当困难，需要从连续介质力学一般理论出发建立控制方程，借助于数值方法（有限元、有限差分、边界元）来求解。6.2MPI/Flow流变分析结果及其比较6.2.1MPI充填分析结果及比较充填阶段从熔体进入模腔开始，当熔体达到模具模腔的末端，模具模腔体积被填满时就完成了填充。充填分析计算出从注塑开始到模腔被填

40、满整个过程中的流动前沿位置。该分析用来预测制件，塑件以及相关工艺参数设置下的充填行为。充填分析要得到一个合理的填充结果，才能保证后序的分析在实现制件填充的基础上进行。（1）填充时间填充时间是指熔融体填满整个型腔所需要的时间。两种方案的分析结果分别如图25和图26所示。图25填充时间（浇注方案一）图26填充时间（浇注方案二）从云纹图中可以看出，云纹线的间距相同，既是熔体流动前沿速度相等，制件各个远端几乎在同一时刻充满制件，可以达到平衡充模。方案一的填充时间是1.262s，方案二的填充时间是1.516s。从分析结果看，虽然方案一的填充时间比方案二要短0.25s，但方案二比方案一要填充的更为均匀。（

41、2）气穴位置气穴是指在塑料熔融体注射填充过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的底分子挥发性气体等。这些气体若不能通过排气筒顺利排除模腔，将会造成不完全填充和保压，影响制品成型，并且经常会使困气区域温度升高造成制件表面灼伤影响制件脱模后的质量。图27气穴（浇注方案一）图28气穴（浇注方案二）从图27和图28可以看出，两种方案所形成的气穴都较少，方案二的气穴要比方案一的更少，而且大多都位于内侧和侧面，这样既不影响制件表面美观也易于设置排气装置。综上所述，浇注方案二较好。（3）速度/压力切换时的压力速度/压力切换时的压力可以判断所选压力是

42、否能将塑件填满。图29速度/压力切换时的压力（浇注方案一）图30填充不满的区域图31速度/压力切换是的压力（浇注方案二）由图29所示的填充压力图及图30所示的填充不满的区域图可以看出在浇注方案一情况下塑件会出现压力不足以填满整个制件的情形。如图31所示在这种方案下制件能完全被填满，而在结束时侧面压力几乎为零，这样就不会留下残余应力，更利于制件的加工。由此也可以判定方案二才是最佳方案。6.2.2保压分析结果及比较由于塑料熔融体从熔融态冷却到固态时体积变化很大。注射保压的目的是对浇口的塑料熔融体保持压力，使得当模腔内的塑料制品产生收缩时，塑料熔融体能继续充满模腔。保压阶段对于提高制品的密度，减少收

43、缩和克服制品表面缺陷有重要作用。保压模拟的目的是预测保压过程中型腔内的压力场、温度场、密度分布和剪切应力分布等。（1）体积收缩率体积收缩率是指塑料聚合物从熔融温度逐步冷却到周围温度时发生的收缩。影响制件体积收缩率的主要原因是保压时间和熔体温度。I2J412IT?6.13(423*图32体积收缩率（浇注方案一）图33体积收缩率（浇注方案二）从以上两种分析结果图中可以看出，在保压结束后浇注方案一的体积收缩率较小，但很不均匀。而浇注方案二的体积收缩率只是比浇注方案一稍大，但比其要均匀很多。所以就体积收缩率的比较结果来看，浇注方案二较好。综上对部分主要流变分析结果的比较可以看出，两种方案中，浇注方案二

44、的填充效果较好，气穴和速度/压力切换时的压力较为合理，保压结束后体积收缩率较为均匀。所以从Moldflow模拟分析的结果可知方案二为最佳方案，即选择四个浇口位置的浇注系统。冷却分析结果比较由于冷却时间在整个注塑生产周期中几乎占以上，注塑冷却系统的设计直接影响着注塑生产率和制件质量。一个完善的冷却系统设计能显著减少冷却时间，消除由于冷却不均匀所引起的翘曲变形和内部残余应力。6.3.1翘曲分析所谓翘曲，就是不均匀的内部应力导致的制件缺陷，翘曲分析用于判定采用热塑性材料成型的制件是否会出现翘曲。注塑成型的制件产生翘曲的原因在于收缩不均匀。制件上不同区域的收缩不均匀、厚度方向上的收缩不均匀或者材料分子

45、取向平行和垂直的方向上收缩不均匀都会导致翘曲的产生。0L6216DUIEHUtMS于=i.m图34变形，所有因素变形比例子图35X方向变形比例因子(I.59J7ID.win1.1t9it馆因于=i.flirj.ZOBS.仙抽-553t.461Z图36Y方向变形比例因子图37Z方向变形比例因子由以上分析可知，该制品总变形中翘曲量最大值为1.254；X方向上为0.7636；Y方向为1.169；Z方向为0.4612，从图中可见总体变形较大，而且发生在边角位置，Y方向的翘曲最大，整个结果来看，翘曲量偏大，影响塑件，因此要对其进行翘曲原因分析。IIJU-Itl7t.Utt4lM44n.DDMUJI6.1

46、Rf-K.ZTMC-W图38变形，冷却不均图39变形，收缩不均图40变形，取向因素图41变形，角效应由图38冷却不均导致的变形、图39由收缩不均引起的变形、图40由取向因素引起的变形、图41由角效应引起的变形分析可知，在本设计中引起翘曲的主要原因是收缩不均，其次是冷却不均，而其余因素的影响较小可以忽略。又因为翘曲大多发生在制件四周，而且比较集中，所以有以下两种冷却水路设计方案。6.3.2冷却系统设计方案确定下面对浇注方案二进一步进行冷却系统的设计。冷却系统设计方案一：采用11根冷却水管，管径为8mm,较稀疏的管道中心间距为30mm，较密集的管道中心间距为16mm，冷却液选用水，如图42所示。图

47、42冷却装置设置（冷却方案一）冷却系统设计方案二：采用4根冷却水管，管径为8mm,冷却液选用水,如图43所示。图43冷却装置设置（冷却方案二）6.3.3冷却分析结果及其比较以下为两种冷却方案的结果及其对比分析。1）回路管壁温度回路管壁温度也叫冷却液与管道接触面的温度。水路的管壁温度与冷却液的入水温度相差不超过。由图44和图45所示的结果显示了水路所经区域的热集中情况。图44回路管壁温度（冷却方案一）图45回路管壁温度（冷却方案二）从图中可以看出，两种方案的冷却方式从入水口到出水口的温度增长均没有超过。冷却方案一的最高回路管壁温度为，入水口和出水口的温差为；冷却方案二的最高回路管壁温度为，入水口

48、和出水口的温差为。由此可知，在这种情况下两种方案效果一样。2）达到顶出温度的时间达到顶出温度的时间也叫制件冷却时间。理想情况下，制件应该尽可能在最短的时间内均匀的冷却。图46制件冷却时间（冷却方案一）图47制件冷却时间（冷却方案二）从图中分析结果可以看出，两种方案中冷却方案一所需的最长冷却时间为35.72s,最短冷却时间为1.30s；冷却方案二所需的最长冷却时间为36.72s。最短冷却时间为1.34s。由此可知冷却方案一的冷却时间较短，所以就制件的冷却时间来看，冷却方案一的设计较好。翘曲分析结果及其比较由上分析可知，在本设计中引起翘曲的主要原因是冷却不均和收缩不均。在以上两种冷却方案下的翘曲分

49、析结果如图所示。Al卫呵；dJ%蟲*麟t.ww?EFE图48总体翘曲变形（冷却方案一）图49总体翘曲变形（冷却方案二）从图中的分析结果可以看出，冷却方案一的最大翘曲量为1.229mm；冷却方案二的最大翘曲量为1.224mm。可见，冷却方案二的翘曲值较小，所以就翘曲变形分析结果来看冷却方案二的设计更好。方案比较参数总表表3浇注方案比较万案一万案二充填时间1.262s（填充不均匀）1.516s（填充较均匀）气穴位置狈価（较多）狈価（较少）速度/压力切换时的压力79.03MPa（压力不够）137.8MPa（刚好）体积收缩率8.83%（很不均匀）10.03%（比较均匀）由表3可知，虽然浇注方案一的填充

50、时间和体积收缩率的略低与方案二，但是浇注方案一的压力不够，塑件填充不满由此引起的缺陷十分明显，而且浇注方案二的填充和体积收缩率都比较均匀。所以综合考虑，选择浇注方案二为最佳方案。表4冷却方案比较万案一万案一设计难易程度复杂（成本高）简单（成本低）进出水口温差/c达到顶出温度的时间/s最大翘曲量/mm1.1(5)35.721.2292.2(5)36.721.224由表4可知，虽然冷却万案一的达到顶出温度的时间比冷却万案一略低，但冷却万案一的最大翘曲量要比冷却万案一小，而且两种万案的进出水口温差均小于5C,均符合要求。即两种方案差不多，但考虑设计的难易程度以及成本问题，冷却万案一有较为明显的优势。

51、所以综合考虑，选择万案一为最佳万案。成型零件的设计构成模具型腔的零部件统称成型零部件，如凹模（型腔）、凸模（型芯）形环和镶件等。成型零件是塑料注射模具的核心部位，其工作时，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。注射成型时先闭模以形成空腔，而后进料成型，因此必须有两部分（或以上）形成这一空腔。其凹入部分称为型腔（凹模），凸出部分称为型芯（凸模）凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成形杆用以形成制品的局部细节。模具的成形零件主要是凹模型腔

52、和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成形过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低制品尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。7.1型腔的结构设计型腔也称凹模，一般设在分型面上端。型腔是成型塑件外轮廓的零件，按其结构可分为整体式和组合式两大类。整体式适用于形状简单的塑件，镶拼组合式适用于形状复杂的塑件或加工不便的型腔。由于塑件表面光洁度要求比较高，不允许存在熔接痕迹

53、，而且形状简单。因此型腔采用整体嵌入式结构，型腔嵌入固定板后直接用螺钉固定。如图50所示。图50型腔7.2型芯的结构设计型芯按其结构可分为整体式和组合式两种。但由于塑件的型芯比较复杂，为了便于加工，因此采用镶拼组合式结构，将型芯制成局部镶嵌式，再镶入多个小型芯，共同配合完成塑件的成型。这种结构有利于型芯的加工，加工完成7.3司筒的结构设计司筒也叫顶管、推管或者中空的顶针，它分为直司筒、阶梯型司筒等。司筒即是在产品上有圆形的通孔或盲孔，而胶位又必须设置顶出所采用的一种顶出装置金属配件它由司筒和司筒针组成司筒装在顶针板上，司筒针装在底板上，开模后由司筒顶出包在司筒针上的胶位本设计中应用的是阶梯型司

54、筒，大直径为6mm小直径为3mm，如图52所示。而本设计中总共应用了8根司筒，其分布如图53所示。图52司筒图53司筒布局成型零件的工作尺寸计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。7.4.1型腔纵向尺寸和横向尺寸的计算1）纵向尺寸的确定：查表得，零件的标准公差值为+0.14mm,塑件的平均收缩率S为0.8%,模具的制造公差与磨损余量的综合值m=0.035，纵向最大尺寸D=160mm，系数x=0.75。据此，可得型腔纵向最大尺寸：=160.53+0.0352）横向尺寸的确定：查表得，主要系数与上同，其

55、余为零件的标准公差+0.12mm，模具的制造公差与磨损余量的综合值m=0.03mm，横向最大尺寸d=64mm。据此可得型腔横向尺寸：=63.762+0.03型腔深度方向尺寸的计算查表得，零件的标准公差值+0,07，塑件的平均收缩率S为0.8%,模具的制造公差与磨损余量的综合值m=0.02mm，纵向最大尺寸h=14mm,系数x=0.65。据此可得型腔深度方向尺寸：=13.462+0.02型芯纵向尺寸和横向尺寸的计算1）纵向尺寸的确定：查表得，零件的标准公差值+0.14mm，塑件的平均收缩率S为0.8%,模具的制造公差与磨损余量的综合值m=0.035mm，纵向最小尺寸D=158mm，系数x=0.7

56、5。据此可得型芯纵向尺寸：=160.0140.0352）横向尺寸的确定：查表得，主要系数与上同，其余零件的标准公差值+0.12mm，模具的制造公差与磨损余量的综合值m=0.03mm，横向最大尺寸d=62mm，据此可得型芯横向尺寸：=63.2460.03模架的选择以上内容确定之后，便可根据所定内容设计模架。在学校作设计时，模架部分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。模板周界尺寸使用括号内的尺寸时，原组合零件的规定尺寸允许增减。根据前面型腔的布局以及相互的位置尺寸关系的确定，再结合标准模架，初步选用A1型的标准模架，可符合要求。模具上所有的螺钉尽

57、量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。根据经验数据和模架库的选择本设计中选用龙记大水口模架型号是CI4040A70B70C90。其中：CI大水口模架；4040-模架的尺寸为400mm*400mm；A70定模板高为70mm；B70动模板高为70mm；C90垫块的高度为90mm；各模板尺寸如下所述：定模座板：450mm*400mm*30mm；定模板：400mm*400mm*70mm动模板：400mm*400mm*70；垫块：68mm*400mm*90；推杆固定板：260mm*400mm*25mm；推板：260mm*400mm*30mmn动模座板：450mm*

58、400mm*30。模架结构和尺寸如图54所示。图54模架导向机构和顶出机构的设计9.1导柱导向机构为了保证注射模具准确合模和开模，在注射模具中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位，以及承受一定的侧向压力。导柱导向机构主要零件是导柱和导套。导柱导柱结构形式为带头导柱如图55所示。导柱导向部分长度要比凸模端面的高度高出812mm,导柱前端做成锥台形。采用T8A碳素钢要渗碳淬火处理，硬度为5055HRC，导柱固定部分表面粗糙度Ra=0.8“m。一-.-1戈1:巧丿*T-V01nmH4D10135图55带头导柱导柱均布四个于模具分型面的四周。导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的11.5倍。导

59、柱固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合。导套如图56为带头导套的结构形式。带头导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫块的场合。导套用与导柱相同的材料T8A碳素钢渗碳0.50.8mm厚，淬硬到HRC5660.，硬度一般小于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱导套拉毛，导套和倒滑部分的表面粗糙度为Ra0.8仇m。图56带头导套导套与导柱之间用H7/f6的间隙配合；导柱和导套与模板的固定采用过渡配合H7/m6,如图57所示。图57导柱与导套的配合9.2顶出机构的设计在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构（又称推出机构、顶出机构）

60、。顶出机构的动作包括脱出和取出，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。由于零件的壁太薄而且制件较长,所以采用推杆顶出塑件。其中推杆选用司筒和顶针，推板用司筒和顶针推动，司筒直径查标准得直径为6mm,推板和推杆选用螺纹连接。9.2.1顶出机构的设计原则设计顶出机构时，应遵循以下原则。（1）结构可靠，机械运动准确、灵活，并有足够的刚度和强度。（2）保证塑件不变形、不损坏。（3）保证塑件外观良好。（4）尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动顶出装置，完成顶出动作。本设计的顶出机构的布置形式如图58所示（顶针没有全部表示出来）。厂刘模瞇ij厂山ar顶针