收音机后盖注塑模设计与CAE分析

编号：毕业设计说明书题目：收音机后盖注塑模设计与CAE分析学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程学生姓名：莫忠文学号：0801020222指导教师：廖宏谊职称：教授题目类型：理论研究实验研究√工程设计工程技术研究软件开发2012摘要本课题以收音机后盖为例子，在传统模具设计的根底上，利用UG辅助设计软件完本钱产品实体模型的建立。通过注射模CAD/CAE相结合的技术，运用Moldflow对设计的注塑模具进行浇口、温度、压力、冷却、填充、流动等分析，将分析结果结合现实模具设计的经验和实际要求对设计的模具进行修改，找出最正确的模具设计方案，完善设计参数，然后在UGMOLDWIZARD(专家模架系统)模块下进行产品的模具结构设计。本设计过程着重于塑件的工艺性分析、浇注系统的设计、成型零件的设计、各参数的校核，CAE(Moldflow)分析，标准模架选择等。最后通过AutoCAD软件绘制产品图，模具装配工程图及主要零件工程图。注射成型方法可直接一次成型形状复杂的塑料产品，是一种高效率、大批量的生产方式。注射成型模具是这种生产方式中的关键工艺设备。注塑模CAE技术，作为提升模具设计效率和质量的手段，也就日渐受到重视。关键词：注塑模；Moldflow软件；CAE模拟分析；注射成型AbstractThistopictotheradiobackcoverforexample,inthetraditionalmolddesign,andonthebasisofusingUG4.0aideddesignsoftwarethisproductentitymodel.Injection-CAD/CAEintegrationoftechnology,usedofMoldflowdesignfortheinjectionmoldgate、temperature,pressure,cooling,filling,flowanalysisandso.Throughtheanalysisofmolddesignandpracticalexperiencerequirementstomodifythedesignofthemoldtofindthebestmolddesign,improveandperfectthedesignparameters.AndthenundertheUG5.0MOLDWIZARD(expertDie-system)moduleaddedproductsstructureofmolding,thedesignprocessfocusesontheplasticpartsoftheprocessofanalysis,thegatingdesignofsystem,formingpartofthedesignparametersoftheverification,CAE(Moldflow)analysis,choicethestandard-mode.Thenproductplans,moldassemblyprojectplansandmajorpartsofplansbydrawingAutoCADsoftware.Theinjectionmoldingmethodcanbedirectlyshapeoncecomplexshapeofplasticproducts,itisakindofhighefficiencyandmassproduction.Injectionmoldingisthekeyprocessequipmentproductionmode.AsascendingCAE,injectionmoldingmoulddesignefficiencyandquality,alsoincreasinglyattention.Keywords：InjectionMolding；CAEsimulationanalysis；Moldflowsoftware；InjectionMolding目录引言 11绪论 2我国塑料工业的现状和开展趋势 21.2塑料注射成型及其工艺的概述 41.2.1注射成型工作原理 41.2.2注射成型的必要条件 41.2.3注射成型工艺过程 41.3注塑模的概述 61.3.1注塑模的结构组成 61.3.2注塑模的分类 71.4注塑模CAE技术的开展和在注塑模设计中的应用 71.4.1注塑模CAE技术的开展 71.4.2注塑模CAE技术在注塑模设计中的应用 82塑件三维实体设计及其成型工艺确实定 82.1塑件模型建立 82.2分型面设计 102.3初步确定型腔数量以及排列方式 123塑件模流分析 133.1导入要分析文件和模型网格处理 143.2网格统计与修复 14Mlodflow结果分析 143.3.1最正确浇口位置分析 153.3.2速度/压力切换时的压力的分析 15Flow流动分析 16Cool冷却系统的分析 193.3.5Warp翘曲分析 203.4基于Moldflow的CAE分析总结 213.5总体分析结果数据 214注塑设备和模架选择 244.1注塑设备选择 24注塑机重要参数校核 254.3模架选择 275浇注系统设计 285.1分流道设计 285.2浇口设计 295.3冷料穴和拉料杆设计 306成型零件设计 316.1型腔型芯的设计 316.2成型零件钢材的选用 326.3成型零件工作尺寸的计算[6] 326.3.1各尺寸计算结果 346.3.2滑块、导滑槽及定位装置的设计 356.4塑模抽芯油缸的选取和使用 377冷却系统的排气系统设计 397.1冷却系统设计的原那么 397.2冷却系统参数确实定和管道的布置 397.3排气系统的设计 408脱模推出机构的设计 418.1脱模力的计算 418.2顶杆推管脱模机构 428.3导向和定位机构的设计 439结论 44谢辞 45参考文献 46引言

模具行业是机械制造的主要产业之一，也是国家鼓励外商投资的一大产业。模具工业是国民经济的根底工业，受到政府和企业界的高度重视，由于模具制造的多样性、复杂性和广泛的适用性，故而模具工业被称之为“帝王工业〞。受益全球经济复苏和国内经济快速开展，我国塑料行业持续增长，注塑模具工艺空前开展，依靠人工经验来设计模具已经不能满足需要，企业越来越多地利用注塑模流分析技术来辅助塑料模具设计。注塑模CAE技术，作为提升模具设计效率和质量的手段，也就日渐受到重视。利用CAE技术，设计人员可以仿真出塑料成型过程中的充填、保压、冷却及脱模后的翘曲变形等过程，准确预测塑料熔胶在模腔内的流动状况，温度、压力、剪切应力、体积收缩等变量在整个充填工程中某瞬间的分布情况。利用注塑模流分析分析技术，能预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高产业效率。因此在注塑模中CAE技术的应用将是我们进行模具设计的开展趋势。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化、网络化方向开展。进入二十一世纪以后，模具根本上全部采用计算机辅助设计和制造。用户设计的零件图形从互联网输出，先进塑件分析，再进行三维模具设计。设计时根据用户的设备条件和成型工艺，协商讨论确定模具方案。CAD结束之后，使用moldflow软件进行计算机模拟分析(CAE)，该软件可以模拟注射过程，并在计算机显示器上用不同的颜色显示出注射时物料流动速度、温度、压力变化，由此判断模具设计的合理性。由于采用CAE技术大大减少了制造过程中模具的修整和试模的工作量。设计的模具确定之后，使用CAM软件为CNC机床或加工中心编制加工用的数控程序。数控程序编制好后，可先在计算机上模拟加工过程，以检验数控程序的正确性。在确认数控程序没有问题时，可通过与厂内局域网连接的直接数控(DNC)计算机将数控程序传送至选定的CNC机床或加工中心，在毛坯准备和装卡完毕之后，便可以进行加工。因此模具企业应大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向模具软件功能集成化，模具设计分析制造的三维化，模具软件应用网络化，同时还应强调信息的集成，强调技术、人和管理的集成。1绪论我国塑料工业的现状和开展趋势〔1〕我国塑料模具工业的开展现状80年代以来，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引导下，我国模具工业开展迅速，年均增速均为14%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约35%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大开展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电和烟台北极星Ⅰ.K模具制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都到达了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，到达了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达～μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具、天津通信播送公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%～80%相比，差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的开展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大开展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、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。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已到达70%～80%相比，仍有差距。〔2〕我国塑料模具工业和今后的主要开展方向将包括：①提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而开展的一模多腔所致。②在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已开展成为一项比拟成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。〔3〕推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是开展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低本钱。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。〔4〕开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。〔5〕提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的开展，为提高模具质量和降低模具制造本钱，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低本钱；再次是要进一步增加标准件的规格品种。〔6〕应用优质材料和先进的外表处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。〔7〕研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。1.2塑料注射成型及其工艺的概述注射成型又称注射模塑或者注塑。它是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。也已成功地用于成型某些热固性塑料制品。起加工的制品在塑料制品总量中约占20%-30%。制品的用途已扩大到各个领域。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。注射成型工作原理注射成型过程是指将颗粒或粉状塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体后，由注射机柱塞或螺杆以一定的压力与速度推动，以很大的流速通过喷嘴和模具的浇道注入温度较低的闭合的模具型腔各处，经一定时间的保压冷却、硬化定型得到所需形状的塑料制品。然后开模，由顶出杆顶出制品，完成一个注射成型周期。注射成型的必要条件注射成型必须满足以下三个必要条件[3]：〔1〕塑料必须以熔融的状态被注入到模具的型腔中；〔2〕注入的塑料熔体必须具有足够的压力和流动速度以完成充满模具模腔；〔3〕需要有符合制品形状和尺寸并满足成型工艺要求的模具。注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括注射前的准备、注射过程和制品的后处理三个主要阶段，各个阶段又可分为多个小阶段，如图1-1所示[3]。图1-1注射成型工艺过程首先是注射前的准备阶段，为了使注射成型顺利进行，保证塑件质量，一般在注射之前要进行原料预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂等准备工作。原料的预处理包括原料的检验、着色和预热枯燥等过程。生产中如果需要改变塑料品种、更换物料、调换颜色，或者发现成型过程中出现勒热分解或降解反响，均应对注射机的料筒进行清洗。注射成型前对嵌件进行预热可以防止嵌件周围塑料层强度下降而出现裂纹缺陷，不过对于小嵌件在模内易被塑料熔体加热，所以可不预热。选择脱模剂是为了便于脱模，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。其次是注射过程阶段，完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个步骤。所谓塑化是指塑料在料筒中经加热到达粘流状态并具有良好可塑性的全过程。塑化之后熔体内的组分、密度、粘度和温度分布都比拟均匀，这样才能保证塑料熔体在下一注射充型过程中具有良好的流动性。注射充型过程是指是指柱塞或螺杆从料筒内的计量位置开始，通过注射液压缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过喷嘴和浇注系统快速进入封闭型腔的过程。如图1-2所示是注射成型周期内用压力传感器测得的压力随时间变化的曲线图。曲线1是料筒计量室中注射压力随时间变化的曲线；曲线2是喷嘴末端的压力曲线；曲线3是型腔始端〔浇口处〕的压力曲线；曲线4是型图1-2注射成型压力随时间变化的曲线腔末端的压力曲线。图中CD时间段是保压阶段，在这一阶段中熔体仍处于螺杆所提供的注射压力之下，熔体会继续流入型腔内以弥补熔体因冷却收缩而产生的空隙。EF时间段是冷却定型阶段，在模具冷却系统的作用下制品逐渐冷却到具有一定的刚度和强度时脱模，脱模时制品内存在着剩余压力，假设剩余压力过大，会造成制品开裂、损伤和卡模等弊病。最后是制件的后处理阶段，塑件成型过程中，由于塑化不均匀，或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各局部收缩不一致，或因其他原因使塑件不可防止地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂，因此应该设法消除掉。消除内应力的方法有退火处理和调湿处理。注塑模的概述注塑模的结构组成注塑模是指注塑成型所有的模具。注塑模的结构是由注塑机的形式、制品的复杂程度及模具内的型腔数目所决定的，所以注塑模的结构形式多种多样，但大体上都是由定模和动模两大局部组成的，定模安装在注塑机的固定模板上，动模安装在注塑机移动模板上。本文主要介绍的是典型的单分型面注塑模结构，如图1-3所示[6]。图1-3典型单分型面注塑模结构a)合模b)开模1-定位圈；2-浇口套；3-凹模；4-型芯；5-推杆；6-拉料杆；7-推杆固定板；8-推板；9-动模座板；10-复位杆；11-动模垫板；12-动模板；13-导柱；14-导套；15-冷却通道；16-定模板；17-定模座板根据模具中各零件所起的作用，又可细分为以下根本的组成局部：〔1〕定模机构。定模机构是安装在注射机的固定模板上的局部型腔。由定位圈1、浇口套2、定模座板17、定模板16和凹模3组成一体，在注射机上固定不动。浇口套入口与注射机的喷嘴相联，引入熔融塑料。〔2〕动模机构。动模机构是安装在注射机的动模板上的局部型腔。由型芯4、动模板12、导柱13、动模座板9和动模垫板11等组成一体，在注射机的锁模装置的驱动下往复运动。〔3〕浇注系统。浇注系统是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。通常由主流道、冷料穴、分流道和浇口等组成。〔4〕导向装置。导向装置是用以保证动模和定模闭合时位置准确。它由导柱13和导套14组成。〔5〕顶出机构。顶出机构是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式、顶管式和推板式等。〔6〕抽芯机构。当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机构工作前，先要将作侧向运动的型芯从制品中抽出，该侧向运动是由抽芯机构实现的。该机构只在局部注塑模中才有设置。〔7〕冷却和加热装置。加热是为满足注射成型工艺对模具温度的要求，冷却为使熔料能在模具内冷却定型。一般凹模、型芯中通冷却水、热水、热蒸汽等。〔8〕排气系统。排气系统是为了把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的气体排出，而在模具分型面〔凹模、型芯相配合的接触面又称合模面〕处开设排气槽。注塑模的分类注塑模的分类方法很多，按所用注塑机的类型可分为卧式〔或立式〕注塑机用注塑模和直角式注塑机用注塑模；按模具型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模；按模具总体结构特征分类，通常分为单分型面、双分型面、带活动镶件、带侧向抽芯、自动脱螺纹、推出机构在定模一侧以及热流道凝料等注塑模，本课题采用的是带内侧向抽芯的注塑模。1.4注塑模CAE技术的开展和在注塑模设计中的应用注塑模CAE技术的开展80年代注塑模CAE技术开始从理论研究进入实用化阶段，开展了三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压、纤维分子取向以及翘曲预测等领域。进入90年代后开展了流动、保压、冷却和应力分析等注塑工艺全过程的集成化研究。CAE技术的出现，为注塑模设计提供了可靠的保证。传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的经验，而注塑成型过程非常复杂，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，成型缺陷各式各样，模具设计往往需要反复的试模、修模才能投入生产，很少有一次成功的，发现问题后，不仅要重新调整工艺参数，甚至要修改塑料制品和模具，不但费时费力，而且降低了产品的开发速度。利用注射模CAE技术可在模具制造之前,在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模,预测设计中潜在的缺陷,突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚，为设计人员修改设计提供科学的依据。随着人们对塑料制品的需求范围不断扩大，各种大型的高精度、形状复杂塑料制品在生产过程中也出现了反复试模、修模各种问题，这就需要我们不断的开展CAE技术，用CAE技术来解决在分模过程出现的问题，提高生产效率，减少废品率。注塑模CAE技术是根据塑料加工流变学和传热学的根本理论，建立熔体在模具型腔中的流动、传热的物理、数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，利用计算机可视化技术形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态填充、冷却过程的一门分析技术。利用注塑模CAE技术可以在模具制造前，模拟注塑过程〔包括充填、保压及冷却〕并及早发现问题，优化模具设计和工艺条件设定，减少试模次数以提高生产效率，现已成为注塑加工技术的一个重要开展方向。注塑模CAE技术在注塑模设计中的应用注塑模CAE技术借助于有限元法、有限差分法和边界元等数值计算方法，分析型腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形，由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，到达优化制品、模具结构、优选成型工艺参数的目的，如通过对浇注系统的平衡、浇口的数量和位置、浇口的大小、熔接痕位置的预测，根据型腔各局部温度变化差异，测定注塑时的注塑压力以及塑料在充填型腔时的压力损失、熔料的温度变化、注塑变化、剪切应力、剪切速率等系列参数。注塑模的CAE分析在注塑模设计中可应用于型腔设计、浇口设计、流道设计、制品变形预测和冷却系统设计，实现优化塑料制品设计、塑料模具设计和注塑工艺参数等功能。Moldflow软件在注塑模设计中的作用主要表达在以下三个方面，首先可以优化塑料制品，得到制品的实际最小壁厚，从而优化制品结构，降低材料本钱，缩短生产周期，保证制品能全部充满。其次可以优化模具结构，可以得到最正确的浇口数量与位置、合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模修模，提高模具质量，减少修模次数；最后优化注塑工艺参数，确定最正确注射压力、保压压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间和冷却时间，注塑出最正确的塑料制品。本课题采用Moldflow软件对外壳制件进行流动模拟分析，预测存在气泡的位置、熔接线位置以及锁模力的大小，分析出浇口的最正确位置。2塑件三维实体设计及其成型工艺确实定2.1塑件模型建立本毕业设计的塑料件设计原型是空气过滤器盖板，通过UG4.0并且绘制出这个零件的3D图和2D图。制件3D模型的创立：模型绘制采用UGS公司的产品UG4.0,最终绘制出来的3D结构图如图2-1所示:图2-1 塑件3D图本模型2D图由UG3D图转换而来,并在软件AutoCAD2007上进行整理绘制出来的，2D图如图2-2所示：图2-2塑件2D图塑件成型材料确实定及其收缩率确实定1塑料选择ABS〔1〕ABS的注塑工艺参数如表2-1所示：表2-1ABS的注塑工艺参数1、注塑机类型：螺杆式7、保压力50~70MP2、喷嘴形式直通式8、注射时间3~5s3、螺杆转速〔r/min〕30~609、保压时间15~30s4、喷嘴温度180~190C10、模具温度50~70C5、成型温度C料筒：前150~170中165~180后180~20011、冷却时间15~30s6、注射压力60~100MP12、成型周期40流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用的通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~，但也可以使用小到的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。ABS材料完全可以使用热流道系统。化学和物理特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及外表硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件较好的光泽。密度为。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大局部醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料外表受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为93度左右。耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。其主要用途有ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池、冷藏库和冰霜衬里等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零部件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行枯燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60度，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80度。查资料得ABS04～1.006，这里选取1.005。2.2分型面设计分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可别离的接触面。在模具设计阶段，应首先确定分型面的形状和位置，然后才能选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大的影响。分型面的选择原那么除了必须开设在制件界面轮廓的最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下因素：(1)因为分型面处不可防止的会在塑件上留下溢料痕迹或拼合不准确的痕迹，故分型面最好不选在制件光亮平滑的外外表或带圆弧的转角处。从制件的推出装置设置方便考虑，分型时要尽可能的使制件留在动模一边，当制件上有多个型芯或形状复杂、锥度小的型芯时，制件对型芯的包紧力特别大，这种型芯应设在动模一边，而将凹模放在定模一边。(2)从保证制件相关部位同轴度的角度出发，同轴度要求高的塑件，取分型面时最好把要求同轴的局部放在模具分型面的同一侧。当制件上要求互相同轴的部位不便设在分型面的同一侧时，那么应设计特殊的定位装置，提高合模时的对中性。(3)有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，除了液压抽芯能获得较大的侧向抽拔距离外，一般分型抽芯机构侧向抽拔距离都较小。取分型面时应首先考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模的方向上，而将短的一边作为侧向分型或抽芯。对有顶出机构的模具，采取动模边侧向分型抽芯，模具结构较简单，能获得的抽拔距离也比拟长，应选分型面时应优先考虑把制件的侧凹或侧孔放在动模边。假设设在动模边，那么模具结构较复杂。此外当分型面作为主要排气面时，料流的末端应在分型面上以利排气。综合考虑分型面的选择受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件的位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此我们在选择分型面时应该综合分析比拟，然后再选出正确的分型面。根据各个制约因素，最终确定分型面如图2-3所示图2-3实际分型面2.3初步确定型腔数量以及排列方式模具中每增加一个型腔，制品的尺寸精度要降低4％，但该产品对外观的质量没有太高的要求，再就是为了提高生产效率，本次模具设计采用的是一模两腔，型腔的分布如图2-4所示:图2-4型腔排列3塑件模流分析MoldflowPlasticsInsight注塑流动模拟MPI的流动分析模拟了塑料熔体在整个注塑过程中的流动情况，确保用户获得高质量的制件。使用流动分析用户可以优化浇口位置和加工参数、预测制件可能出现的缺陷、自动确定取得流动平衡的流道系统尺寸。新建工程导入或新建CAD文件 网格划分新建工程导入或新建CAD文件 网格划分网格检查与修复选择分析类型选择成型材料创立浇注系统创立冷却系统设定分析工艺参数分析计算查看分析结果图3-1Moldflow分析流程图结构模拟MPI的翘曲分析可以预测塑料制件的收缩和翘曲。可以使用线性和非线性方法来精确预测翘曲的变形量，并指出引起翘曲的主因。MPI的模内剩余应力修正算法〔CRIMS)使用户可以精确分析Moldflow数据库中500种材料的翘曲情况。MPI应力分析功能可以分析塑件的在外力状态下的结构性能，它提供一个线性分析方法在概念设计阶段，快速预测制件是否符合设计的结构要求。采用非线性方法来确定由于外载荷而导致的永久变形。纤维取向分析塑料的纤维取向对注塑制件的机械和结构性能有着重大影响，MPI先进的可视化工具使客户可以清晰的看到纤维取向在制件的各个部位的分布，从而获得制件的刚度信息。注塑参数优化MPI的注塑工艺优化功能对于每一特定制件，自动确实定其最优加工工艺参数和注塑机参数。它的分析结果可以作为MPX的输入参数使试模快捷高效。气辅工艺模拟使用MPI可以模拟体积控制和压力控制气程辅工艺。它首先模拟聚合物在模具中的流动，然后模拟气体在型腔内的穿透情况。热固性材料注塑模拟MPI提供工具进行热固性塑料成型的模拟：如注塑成型、IC卡成型、树脂模塑成型、BMC材料模塑成型和反响注塑成型等。MPI的分析步骤:如以下的流程图如图3-1所示。3.1导入要分析文件和模型网格处，如图3-2图3-2网格划分图3-2网格划分3.2网格统计与修复修复参数全部为系统默认值，修复有关信息如图3-3所示。图图3-3网格统计数3.3Mlodflow结果分析在进行分析结束后将有大量的有关流动、冷却和翘曲等的分析过程和分析结果的息，这些信息包括文字、图片和动画。在分析结果中可分为三大局部，一局部是Flow流动分析结果，一局部是Cool冷却分析结果，另一局部是Warp翘曲分析结果。分析前的一些工艺和设置：材料选择：种类：ABS;牌号：HAG5210FR;制造商：东莞市鑫煜塑胶；工等级：注射；典型特征：流动性好、高刚性、抗冲击;主要用途：电子用品壳体。流道直径6mm，冷却水道直径为10m；下面分析中没具体说明的为设置为软件默认设置值。最正确浇口位置分析通常情况下，分析所得的最正确浇口位置不是我们所要的位置，我们只是通过分析所得云图来考虑实际的浇口位置时尽量靠近最正确浇口位置,如图3-4所示。图3-4最正确浇口位置速度/压力切换时的压力的分析 各方案的速度/压力切换时的压力分析结果如图3-5所示。图3-5压力分析Flow流动分析充填时间如图3-6所示。图3-6充填时间图3-7制件平均温度制品的流动前沿处的平均温度如图3-7所示。锁模力：XY图比拟制品的锁模力XY图的分析结果如图3-8所示。图3-8锁模力XY〔4〕气穴的分布分布在分型面处较合理的，有些许气困在孔处，这时我们只需在此设置排气槽即可。要尽量防止在零件内部产生集气。通过改变产品壁厚、浇口位置和填充速度可以有效的防止集气的发生。如图3-9所示。图3-9气穴的分布〔5〕熔接痕熔接线发生在两个料流前锋相遇的地方，或者是料峰分开又集合的地方，例如有孔的位置。有时熔接线会在跑道效应产生时形成，材料在厚的地方流的快，薄的地方流的慢，厚薄相接的地方就形成了熔接线，熔接线对网格密度很敏感，有时会出现在实际并不存在的地方，有时实际存在，而又显示没有。熔接线应该和填充时间一起使用来确定熔接线是否存在，和温度、压力结果结合起来确定熔接线的质量。减少浇口的数量可以防止熔接线，改变浇口的位置或改变产品的壁厚能够移动熔接线的位置。从本制品来看，温度低对熔接痕影响较大，低温熔料的分流集合性能较差，容易形成熔接痕。如果说塑件的内外外表在同一部位产生熔接细纹时，往往是由于料温太低引起的熔接不良。对此，可适当提高料筒及喷嘴温度或者延长注射周期，促使料温上升。同时，应节制模具内冷却水的通过量，适当提高模具温度。一般情况下，塑件熔接痕处的强度较差，如果说对模具中产生熔接痕的相应部位进行局部加热，提高成型件熔接部位的局部温度，往往可以提高塑件熔接处的强度。本设计的模具熔接痕分析如图3-10所示。图3-10熔接痕分析〔6〕缩痕指数比拟缩痕指数给出了制件上产生缩痕的相对可能性，其值越高，说明缩痕或缩孔出现的可能性越大。本制件的缩痕指数如图3-11所示。图3-11缩痕指数〔7〕顶出时的体积收缩率比拟制品的顶出时的体积收缩率如图3-12。出时的体积收缩率，该结果为单一数据结果，显示在顶出时刻的体积收缩。整个产品的收缩应该均匀一致。但通常收缩都是不一致的，整个制品来说，影响不大，可以接受。图3-12体积收缩率图3-12体积收缩率Cool冷却系统的分析影响冷却系统的因素很多，除了塑料制品的几何形状、冷却介质、流量、温度、冷却水路的布置、模具材料、塑料熔体温度、模具温度、塑件顶出温度外，还涉及塑料与模具之间非稳态热循环交互作用。这些参数之间是互相联系、互相影响的,唯有这些参数的合理组合才能获得理想的效果。Moldflow分析软件可以对冷却系统作优化设计，通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力。〔1〕回路冷却介质温度、回路管壁温度的比拟方案中的回路冷却介质温度、回路管壁温度如图3-13所示；回路冷却介质温度的温差和回路管壁温度的温差分别为0.25℃、℃；一般冷却介质及管壁温差不超过3度，所以冷却系统设计满足制品冷却要求。图3-13回路冷却介质温度、回路管壁温度Warp翘曲分析引起翘曲的原因主要有收缩不均匀、冷却不均匀和分子取向不均匀等，在Moldflow分析软件中这三种原因对翘曲的影响值都可以分析出来。在Moldflow分析软件中这些值通常有总体翘曲值和X、Y、Z轴方向的翘曲值，如图3-14。而通常Z轴方向的变形被视为翘曲，其他两个方向视为收缩，因此在分析结果中关键是要查看Z轴方向上的变形量。图3-14翘曲值3.4基于Moldflow的CAE分析总结利用Moldflow进行模拟分析,我们可以知道，通过对塑件在填充过程中的分析、冷却系统中的分析、翘曲分析，有利于我们对塑件的型腔排布形式的优化分析之外，还可以优化模具结构,得到最优的浇口数量与位置、合理的流道系统和冷却系统，并且还可以对浇口、流道、以及冷却系统等尺寸进行优化分析，确定并优化注塑工艺参数，最终减少了试模、修模的次数，缩短了模具设计与制造周期,保证制品完全填充。3.5总体分析结果数据制品经分析后，确定的成型工艺参数、浇注系统、冷却系统后的总体分析结果如下：表3-1总体分析数据表成型工艺参数：模具外表温度60熔体温度180开模时间5s注射+保压+冷却时间方式自动充填控制自动速度/压力切换总体参数：材料牌号HAG5210FR材料供给商东莞市鑫煜塑胶最大注射压力80MPa模具温度60熔体温度180材料性能流动性好、机械强度高，常用于薄制件、收录机外壳填充分析：充填结束时间2.2119s总重量(制品+流道)14.5016g制品总重量(不包括流道)13.4715g最大锁模力-在充填期间1.8931tonne保压分析：保压结束时间30.1773s总重量(制品+流道)14.5016g制品总重量(不包括流道)13.4715g锁模力-最大值2.5485tonne冷却分析：型腔外表温度-最大值38.7334型腔外表温度-平均值32.5814平均模具外部温度27.0356循环时间37.2119s4注塑设备和模架选择4.1注塑设备选择选取宁波海天国际集团股份〔haitian/〕生产的HTF120J/TJ注塑机。如图4-1所示为注塑机的图片。如图4-2所示为注塑机的模板尺寸图图4-1 注塑机的外形图图图4-2注塑机的模板尺寸图表4-1注塑机的一些参数理论容量ShotSize(Theoretical)cm3173注塑重量InjectionWeight(PS)g157注塑速率InjectionRateg/s41塑化能力PlasticizingCapacityg/s4.6注塑压力InjectionPressureMpa197合模力ClampTonnageKN1200移模行程ToggleStrokemm350最大模厚Max。MoldHeightmm430最小模厚Min。MoldHeightmm150顶出行程EjectorStrokemm120顶出力EjectorTonnageKN334.2注塑机重要参数校核〔1〕注塑容量校核国产标准注塑机的标准规定，以注塑聚苯乙烯时在对空注塑的条件下，注塑机螺旋杆或柱塞做一次最大行程时所能到达的最大容量()。注塑容量是选择注塑机的重要参数。它在一定的程度上反映了注塑机的注塑能力，标志着注塑机能成型最大体积的注塑制品[22]。以容量计算时，必须使得在一个注塑成型周期内所需的注塑塑料熔体的容量在注塑机额定注塑量的80%内，也就是式中 为注塑机最大注塑容量，； 为成型塑件与浇注系统体积的总和，； 0.8为最大注塑容量的利用系数。通过三维软件UG的建模设计分析计算得塑件体积=，因为浇注系统的凝料在设计之前是不能确定具体数值的，但是可以根据经验按照塑料件体积的0.2～1倍来估算。本次模具设计中，计算如下:=×2+×=式中， 为成型塑件的体积，乘以2是因为本次的模具是一模四腔；为浇注系统的体积和，包括主流道，分流道，浇口，冷料穴的体积和。所以，而注塑机的注塑容量为173cm3，所以注塑机的注塑容量符合要求〔2〕注塑压力校核注塑压力的校核是校验注塑机的最大注塑压力能否满足制品成型的需要。只有在注塑机额定的注塑压力内才能调整出某一制件所需的要的注塑压力，因此注塑机的最大压力要大于该制件所要求的注塑压力。制件成型时所需的注塑压力，与塑料的品种，注塑机的类型，喷嘴形式，制件的复杂程度以及浇注系统等因素有关。在本次模具设计中，参考了制件的材料ABS一些参数以及Moldflow分析的结果，确定制品所需的注塑压力为10.7292MPa。而注塑机的注塑压力可以到达197MPa，也就是注塑机的注塑压力符合要求。〔3〕锁模力校核当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注塑机轴向的很大的推力，其大小等于制件与浇注系统在份型面上的垂直投影之和乘与型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应该小于注塑机额定的锁模力，否那么在注塑成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。型腔内塑料熔体的推力(N)可按下式计算式中 型腔内塑料熔体沿注塑机轴向的推力，N； A 塑料与浇注系统在分型面上的投影面积，； 型腔内塑料熔体的平均压力，； P 型腔内塑料熔体的压力， 注塑压力；K～0.4的范围选取。查常用塑料推荐选用的型腔压力表取=25MPa。计算如下，在UG中注塑模向导中，塑料与浇注系统在分型面XOY平面投影面积为，所以因为那么=25×=KN式中也就是型腔内的塑料熔体沿注塑机轴向的推力为16.6KN，而注塑机的锁模力为1200KN，所以，注塑机的锁模力符合要求。〔4〕开模行程校核模具开模后为了能取出塑胶件，要求有足够的开模距离，本次模具使用的注塑机的开模行程是给定的，不受模具厚度的影响，当模具的厚度变化时，可由其调模装置调整。只要使得注塑机最大开模行程大于模具所需的开模距离就符合注塑的要求。即:Smax≥S式中 Smax 为注塑机最大开模距离，mm； S 为模具所需的开模距离，mm；因为H侧≤H1+H2=13.5+82.6192所以S=13.5+82.6192+5=101.Smax=350即是Smax≥S所以开模行程满足要求。4.3模架选择根据型腔排列的方式以及初步确定的壁厚，选择龙记模架，型号为LKMAI5560，A板壁厚为70mm，B板厚度为70mm图4-3模架5浇注系统设计分流道设计〔1〕分流道的长度分流道是将熔融塑料从主流道中通过流道截面及其方向的变化，平稳进入单腔中的进料浇口或从主流道进入多腔模的各个型腔的浇口的通道，一般设在分型面上。它是主流道与浇口的中间连接局部，起分流和转换方向的作用。在分流道设计时要考虑尽量减小在流道内的压力损失和能量损失，同时还要考虑减小流道的容积，在满足注射工艺条件下，分流道的截面积应尽量要小一些。在流道设计中要减小在流道内的压力损失，那么流道的截面积要大一些；而要减小传热损失，流道的外表积要小一些，因此可用流道的截面积与其周边长度的比值表示流道的效率，该比值愈大那么流道的效率愈高。而圆形流道的这个比值是最高的，具有最小的压力降和热损失，即效率最高，且凝料易推出，所以本课题采用的是圆形流道。因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估算分流道的直径，常用塑料的圆形截面分流道直径推荐见表5-1[4]。表5-1局部塑料常用圆形截面分流道尺寸推荐范围塑料名称分流道截面直径/mm塑料名称分流道截面直径/mmABS，AS聚苯乙烯3.5~10聚乙烯软聚氯乙烯3.5~10尼龙类硬聚氯乙烯6.5~16聚甲醛3.5~10聚氨酯丙烯酸塑料8~10热塑性聚酯抗冲击丙烯酸塑料聚苯醚6.5~10醋酸纤维素5~10聚砜6.5~10聚丙烯5~10离子聚合物2.4~10异质同晶体8~10聚苯硫醚~13根据分流道的布局,大概的可以测量出分流道的长度总长L=；〔2〕分流道的直径对于壁厚小于3mm,质量200g以下的塑料制品,可以采用如下的经验公式确定分流道的直径(该公式的分流道直径仅限在3.2～9.5mm以内)式中 D 流道的直径，mm； m 制品的质量，g； L 分道的长度。根据以上模型分析的得出的结果,塑料制件的质量=48g，×2。根据塑料的品种为PP,其常用的分流道直径为5～10mm，这里选6mm为分流道的直径。设计中在多型腔模具中,各型腔的分流道长度应该尽量相等,以到达注塑时压力传递的平衡。分流道的布局如图5-1所示,分流道对称分布。图5-1分流道分布浇口设计本次设计采用的浇口为侧浇口。侧浇口就是模具中流道的末端，最接近模具型腔的窄小局部〔远远小于流道平均直径〕，塑料通过这个小孔进入型腔。由于这一段很细，到脱模的时候可以很方便的把零件与流道中的材料扯断。侧浇口尺寸确实定计算侧浇口的深度。侧浇口的深度计算公式为×3mm=mm式中，t是塑件壁厚，这里t=3mm，n是塑料成型系数，对于PP，成型系数n=0.7。在工厂进行设计时，浇口深度常常先取最小值，已便在今后的试模时发现问题进行修模处理，根据经验取PP的侧浇口深度为0.6～0.9.，本设计中先取0.7。计算侧浇口的宽度。侧浇口的宽度计算公式为B=n=×=〔A取2〕侧浇口的长度一般选取0.7～2.5mm，这里选取L浇=。冷料穴和拉料杆设计冷料穴位于主流道出口一端，即主流道正对面的动模板上或处于分流道的末端。对于直角式注射机用模具，冷料穴是主流道的自然延伸。冷料穴的作用是存放熔料流前端的“冷料〞，这种冷料实际上是少量温度低于熔体温度的熔料，这种温度低的冷料如果进入型腔，会形成冷接缝，从而大大影响了制品的质量。对于主流道冷料穴，开模时应将流道中的冷凝料拉出，所以冷料穴直径应大于主流道大端直径，其长度约为主流道的大端直径。除此之外，拉料杆与冷料穴，通过合理的设计，在成型、冷却后和在开模时还可以其道将主流道和分流道凝料勾住、使其保存在动模一侧、便于脱模的作用。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上塑料流动的转向处。其直径与主流道大段直径相同或略大一点，深度为直径的1～1.5倍，从理论上那么要求其体积大于冷料体积。当分流道较长时，还可在分流道的尽头沿前进方向稍微延长的局部作为冷料穴。冷料穴主要包括构型〔Z〕形拉料杆、球形拉料杆、圆锥形拉料杆和起拉料作用的冷料穴。本设计采用Z形拉料杆，因为开模时主流道凝料被拉料杆拉出，便于生产。尺寸确定：用软件分析得主流道末端直径为8mm，比其略大，本设计我们取D=9mm。深度确定：L常为其直径的1.5倍，得L=9×我们取L为13mm时，冷料穴设计的顶杆能够顺利地将冷料穴中的凝固塑料顺利地强行推出。6成型零件设计6.1型腔型芯的设计〔1〕型腔的结构设计采用整体式型腔，也就是由整块材料加工而成的型腔。整体式型腔的优点是，强度和刚度相对较高，且不易变形，对塑件的上外表不会产生拼模缝的痕迹，缺点为切削量大，模具本钱高，同时给热处理和外表处理带来一定的困难，型腔的3D图如图6-1所示。凹模是成型制品的外外表的成型零件。按照凹模结构的不同可以将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。整体式具有较高的强度和刚度，但加工较困难，需用电火花、立式铣床加工，仅适用于结构简单的中小型塑件。而整体嵌入式凹模可以使用一般机加工方法加工各凹模，由于容易测量，也能保证一致性，它能节省优质模具钢，嵌入模板后具有足够的刚度和强度，使用可靠且置换方便，适用于小塑件的多型腔模。组合式凹模在切削加工、线切割、磨削、抛光及热处理加工时较为方便，但其刚度和强度差。根据对塑件的结构及对凹模刚度和强度的要求分析看，本课题中采用的是采用整体式型腔。图6-1动模型腔〔2〕凸模的设计凸模也成为型芯，是成型塑件内外表的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的分析可以知道这里采用的是整体装配式凸模，这种方式属于组合式的一种。如图6-2所示。图6-2定模型芯6.2成型零件钢材的选用对于成型零件材料的选用要求材料高度纯洁，具有良好的冷、热加工性能，抛光性能要优良，淬透性要高，而且要有足够的刚度、强度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，具有耐腐蚀性和一定的耐热性。根据对塑件的综合分析，这里的凹、凸模的钢材我们可以选用P20。6.3成型零件工作尺寸的计算[6]成型两件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成型腔的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸、高度尺寸以及位置尺寸。影响工作尺寸的因素一般有模具的制造精度、磨损量和塑件的成型收缩率。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种，一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算的。前一种方法比拟简单，但不适用于精密塑件的模具设计；后一种方法能保证所成型的塑件在规定公差范围内，但计算比拟复杂。由于本课题中塑件要求的精度是中等偏高一点的等级，采用第一种计算方法已经能满足精度要求了，所以这里我们采用平均值法对成形零件的工作尺寸进行计算。〔1〕型腔径向尺寸的计算模具的型腔内径尺寸是由制品的外径尺寸所决定。设制品的外径名义尺寸为是最大尺寸，其公差为负偏差。制品的平均径向尺寸取〔〕。考虑到收缩，其收缩量为。设型腔内径名义尺寸是最小尺寸，其公差为正偏差，那么其平均值。考虑到型腔工作过程中最大磨损量，取平均值为，那么有〔〕对于中、小制品，可取，，代入上式，得〔〕〔〕因为与其它各项相比很小，可略去，加上制造偏差，那么模具型腔内径计算公式为〔〕〔〕式中——型腔的内径尺寸〔〕；——制品的最大尺寸〔〕；——塑料的平均收缩率〔〕；——制品公差；——系数，可随制品精度变化。一般取之间。假设制品偏差大那么取小值，假设制品偏差小那么取大值；——模具制造公差，一般取。〔2〕型芯径向尺寸的计算模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定，其公差取正偏差。可用上述型腔径向尺寸相类似的推导方法，可得型芯的径向尺寸计算公式，即〔〕〔〕式中——型芯外径尺寸〔〕；——制品内径最小尺寸〔〕；其余符号含意同式〔6.〔3〕、型腔深度尺寸的计算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所决定。设制品高度名义尺寸为最大尺寸，其公差为负偏差。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差。由于型腔底面或型芯端面的磨损很小，可略去磨损量，故可参照式〔6.3.1〕有取，略去，加上制造偏差有：〔6.3式中——型腔深度尺寸〔〕；——制品高度最大尺寸〔〕。〔4〕型芯高度尺寸的计算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定。设制品深度尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差。型芯高度尺寸为最大尺寸，其公差为负偏差。用式〔6.3.5〕相类似的分析方法，推导出〔6.3式中——型芯高度尺寸〔〕；——制品深度最小尺寸〔〕。〔5〕中心距尺寸计算模具型腔〔孔〕或型芯〔轴〕的中心距尺寸是由制品的型芯或型腔的中心距尺寸所决定。设制品和模具中心距的公差均采用双向等值公差。又不考虑磨损量，故它们的名义尺寸均为平均尺寸，即〔〕〔6.3.7式中——模具中心距尺寸〔〕；——制件中心距尺寸〔〕；——模具中心距制造公差，可取制品公差的。各尺寸计算结果平均值法计算塑件的收缩率通常有如下公式对于PP6一般收缩率为〔0.3～0.7〕%，所以得到其平均收缩率为因此结合图2-2的塑件工程图中尺寸和公差要求代入上一小节的公式得到成形零件各工作尺寸的计算结果列见表6-1。表6-1成型零件工作尺寸的计算结果尺寸类型适用公式制品尺寸D〔制品公差模具制造公差及收缩率Q计算结果〔型腔内径(公式6.3对于中小型塑件取，收缩率Q为%16.2R2R3R5尺寸类型适用公式制品尺寸〔制品公差模具制造公差及收缩率Q计算结果〔型芯外径(公式6.3取，收缩率Q为0.5%9尺寸类型适用公式制品尺寸〔制品公差模具制造公差及收缩率Q计算结果〔型腔深度尺寸〔公式6.33取，收缩率Q为0.5%2.2滑块、导滑槽及定位装置的设计活动型芯与滑块的连接形式以及导滑槽与滑块的配合方式分别有很多种，这些配合方式不是哪种都适用的，得根据滑块和型芯的结构综合考虑来选择。滑块在模具中的抽出与复位必须正确灵活，因此在选择滑块的导滑形式是必须保证滑块在导滑槽种的活动能顺利平稳，不发生卡滞、跳动等现象，在这里我们选择的分别都是最常用的形式，如图6-3所示。图6-3滑槽与滑块的配合滑块的导滑长度L应大于滑块宽度B的1.5倍，并保证在导滑槽内的长度不小于滑块全长的2/3。对于滑块的设计如图6-14所示，其尺寸见表6-5[7]，由于我们设计的B值小于30mm，所以选择的C值为mm，D值选6mm。滑块的材料为T8A，滑动局部全部为淬硬40～45HRC。图6-4滑块的设计表6-2滑块的参考尺寸B<3030~4040~5050~6565~100100~160CD6810101215为了保证合模时滑块在抽芯后的终止位置必须定位，常见的形式有弹簧钢球式、外置弹簧式、弹簧球头销定位、滑块自重式以及内置弹簧式等。这里选择外置弹簧式，这种定位方式具有结构简单、安装调试方便等特点，弹簧的弹力必须是滑块自重力的1.5倍以上。6.4塑模抽芯油缸的选取和使用油缸因其结构紧凑，工作时直线运动平稳，输出力大，在注塑模模具中得到越来越广泛的应用；但又因其工作效率低、控制繁琐，使其应用受到了一定的限制。但本设计中的抽芯距离较长，滑块行程较大时，采用斜导柱抽芯，因斜导柱受力状况较差，容易损坏，并且模具体积较大，增加本钱；用油缸代替斜导柱可以改善受力状况，确保抽芯动作平稳实现，并且可以减少模具体积，降低本钱。但需要注意动作顺序的控制和滑块锁紧，以免动作错乱损坏模具或油缸锁紧力缺乏而无法封料，抽芯力缺乏而抽不动滑块。一般情况下，在模具设计时通过类比的方法来选择油缸，对油缸驱动力不进行计算。但如果没有类比对象或在一些不常见的场合选用油缸时，必须对油缸驱动力进行正确的计算，才能选择适宜大小的油缸。油缸驱动力计算：建立油缸力学模型图6-5。图6-5油缸力学模型由力的计算公式可知：F=PS式中：P——压强，Pa；S——受压面积，cm。从上面公式可以看出，由于油缸推动和拉动时受压面积不同，故所产生的力也不同，其力学公式如下：推力：F1=P×π〔D/2〕2=P×πD2/4拉力：F2=P×π[〔D/2〕2-〔d/2〕2]=P×π〔D2-d2〕/4式中：D—油缸内径，mmd—活塞杆直径，mm而在实际应用中，由于受运行效率的影响，还需加上一个负荷率。因为油缸所产生的力不会100％用于推或拉，常选0．8，故公式变为：推力：F1=0.8×P×πD2/4拉力：F2=0.8×P×π〔D2-d2〕/4从以上公式可以看出，只要知道油缸内径D和活塞直径d以及压强P(一般为常数)就可以算出该型号油缸所能产生的力。当油缸用于抽芯塑件时，油缸产生的力可理解为克服工件的包紧力。包紧力可按下式计算：F—LhFo(μcosθ-sinθ)cosθ式中：F——抽芯力，Nµθμ——塑料对钢的摩擦系数，一般为0．15-0．2；θ——脱模斜度；Fo——单位面积包紧力，一般可取7．85—11．77MPa；L——活动型芯被塑件包紧局部断面形状平均周长，cm；H——活动型芯被塑料包紧局部长度，cm；抽拔力可按计算的1／8选取，经实践验证，可顺利抽芯。7冷却系统的和排气系统设计在注塑成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。对于PP6树脂一般注射到模具内的塑料熔体的熔化温度是260~290，熔体固化成为塑件后从60左右的模具中脱模，其过程中所释放的热量中约有