【《某塑料外壳注塑机的选择校核计算及模具结构设计》8300字（论文）】

某塑料外壳注塑机的选择校核计算及模具结构设计TOC\o"1-3"\h\u1.绪论 [5]。图5.1产品进行缺陷修复前图5.2产品进行缺陷修补后（2）产品简化为了提高网格匹配率，可以去除一些对分析几乎没有影响的特征。图5.3进行产品简化后的最终效果5.1.2网格划分将修复缺陷后的产品导入AutodeskMoldflowSynergy2012，并使用“生成网格”命令对模型进行网格划分。本次设计产品的最小壁厚为1.4mm，网格的边长一般为产品最小壁厚的1.5～2倍，本次选择是最小壁厚的1.5倍，即2.1mm。5.1.3网格处理在产品数据分析和处理问题之前,就必须先对产品网格进行优化和调整。产品网格的好坏也会对数据分析结果形成一定的影响,在某些严重产品网格问题的情形下,还会造成计算错误。据此,就必须对产品网格问题加以纠正。而针对双层面模型,产品网格数据也应该符合下列条件:自由边和多重边的数量都必须是0;完全重叠单元的数量为0;纵横比必须在二十以内;匹配比例应超过百分之八十五;等基本原则,如此可以使最终的分析结论更加贴近于现实。处理后效果图如图5.4、图5.5所示：图5.4缺陷优化前图5.5缺陷优化后5.1.4产品材料的选择本次产品设计所选的材料为牌号为CycolacGPM5500的ABS。材料的选择如图5.6所示。图5.6产品材料的选择5.1.5浇注系统的设计在Moldflow中使用最佳浇口分析，我们能初步找到产品上的最佳浇口位置，为后续设计提供参考。图5.7最佳浇口位置以上是模流分析提供的最佳浇口参考位置，但在现实中考虑到模具加工的方便性与经济性，以及模具的生产周期与成本，现将流道设在两个型腔的中心，使用平衡对称式流道，有利于注射压力的平衡，使用侧浇口从侧面进胶，单件设计两个浇口。本次设计采用一模两腔，主流道形状为锥形，大口直径10mm，小口直径4mm，长为87.5mm，如图5.8所示。图5.8主流道参数分流道在MoldFlow中又叫冷流道，形状设计成圆形非锥体，与主流道接触的分流道直径为6mm，如图5.9所示；与浇口相接触的分流道直径为5mm，如图5.10所示。图5.9分流道参数图5.10分流道参数浇口在MoldFlow中又称冷浇口，需要依据塑件的结构设计合的浇口，简单的塑件优先选用结构简单，产生废料少的侧浇口。本次设计的浇口为梯形侧浇口，始端顶部宽度和底部宽度是2mm，末端顶部宽度和底部宽度是2.6mm，高度均为3mm，如图5.11所示。图5.11浇口参数浇注系统的最终效果图如图5.12所示。图5.12浇注系统5.1.6冷却系统的设计在注塑过程中，模具温度不当，会影响最终的注射结果，因此，有必要根据塑料件的结构形状和浇注系统的设计，合理设计冷却系统。根据材料的注射工艺要求，ABS注射熔体的前部温度为200℃。塑料熔体凝固成塑料零件后，模具打开并在大约70℃时顶出。温度下降取决于模具中冷却水带走的热量。模具的温度可以通过调节水流的大小来调节。冷却管道形状设置为圆柱形，直径为6mm，采用环绕型运水。最终冷却系统如图5.13所示：图5.13冷却系统5.2分析结果5.2.1流动分析（1）填充时间此结果显示的是产品的填充情况，产品的填充时间为0.7283s,蓝色表示刚开始填充区域，红色表示最后末尾填充区域，填充结果良好，没有出现短射和滞流现象。图5.14填充时间（2）流动前沿温度从图5.15中可以知道最高温度为201.6℃，最低温度为198.1℃，两者相差3.5℃，温差较小，完全满足20度以内温差要求，制件在充填的过程中，各部分温差在允许范围内，不会出现低温滞流区域。图5.15流动前沿温度（3）注射位置处压力：XY图该图显示了总的注射时间以及注射位置的压力变化。通过分析压力图，可以知道最大注射压力在0.708s，为52.4MPa。图5.16注射位置处压力：XY图（4）锁模力：XY图本产品锁模力最大为15.56t，出现在1.388s时刻。注塑机的额定锁模力必须高于15.56t。图5.17锁模力：XY图（5）熔接线从图5.18中可以知道熔接线的位置主要存在于产品的圆孔位以及面与面相连的转角边缘上。熔接线一般来说无法完全消除，观察熔接线产生的位置及颜色，只要对产品最终注射结果影响不大的熔接线是不需要消除的。图5.18熔接线（6）气穴从图5.19中可以看出分型面和圆形孔上存在气穴，这些气穴是可以通过在分型面上增设排气槽排出。图5.19气穴5.2.3冷却分析（1）回路冷却介质温度从图5.20中可以知道冷却回路的进出水口的温差为0.81℃，冷却效果较好。图5.20回路冷却介质温度（2）回路管壁温度从图5.21中可以知道回路管壁与冷却介质温度相差4℃，温差相对均匀，冷却效果好。图5.21回路管壁温度5.2.4翘曲分析翘曲通常有三个原因。第一种是不均匀冷却，即模具一侧和另一侧的不同温度引起的翘曲;第二种是不均匀收缩，即不同区域变化引起的翘曲;第三个是取向因子，即沿流动方向和垂直方向不同收缩引起的翘曲。从图5.22可以看出产品在X、Y、Z三个方向上总的变形量为0.4398mm，变形量较小，基本符合设计要求。图5.22翘曲变形分析结果6.注射机的选择与校核6.1注射机型号的确定6.1.1注射量的确定产品的体积和质量可以使用UG建模软件得出。ABS的密度(g/cm3)在1.02～1.16%之间，本次设计取1.02g/cm3。质量与体积如图6.1所示，可以得出：塑件体积：V塑件质量：m图6.1产品质量和体积6.1.2浇注系统凝料体积计算在浇注之前，浇注系统中的凝料体积很难计算，但可以按照估算公式计算，体积约占产品体积的0.2～1倍，本次计算取0.7。故一次注射总体积为V6.1.3注射机选择按照计算，得出一次注入模具型腔的塑料总质量V总=24.99cm3，根据V公=V总表3型号XS-Z-60注射机参数项目参数项目参数公称注射量/cm360模具最小厚度/mm70螺杆直径/mm38模板尺寸/（mm×mm）330×440注射压力/MPa122拉杆空间/mm190×300注射行程/mm170合模方式液压-机械注射方式柱塞式推出形式中心推出锁模力/M5×105喷嘴球半径/mmSR12最大成型面积/cm3130喷嘴孔直径/mm4模板最大行程/mm180定位圈尺寸/mm55模具最大厚度/mm2006.2注射机的相关参数的校核6.2.1注射压力的校核ABS所需注射压力为60～100MPa,这里取p0=80MPa。所选注射机的公称注射压力为122MPa，注射压力安全系数取k16.2.2锁模力校核锁模力是指注塑机夹紧机构对模施加的最大夹紧力矩。在UG软件中,使用"投影面积"的命令可以得到塑料零件和浇注系统在部分式表面上的投影面积。由图6.2可知塑件的投影面积为：A由图6.3可知浇注系统的投影面积为：A那么，浇注系统和塑件在分型面上总的投影面积A总A当塑料熔体充满型腔时，型腔的各个方向都会产生很大的压力，锁模力将克服沿夹紧方向的膨胀力。因此，注射机的公称锁模力必须大于膨胀部件的膨胀力，不然容易出现锁模松动而产生溢料，即F锁>F胀=p模A总。F该注射机的公称锁模力由表2可以知道F锁=5×105N，一般锁模力安全系数为k图6.2塑件的投影面积图6.3浇注系统的投影面积7.塑料制品模具结构设计7.1分型面的选择分型面指的是拆开模具，取出塑料部件和浇注系统凝料的可分离接触面。只有将分型面确定好才能将产品成功分模，同时好的分型面对后面的模仁加工影响很大。对于产品结构简单的塑件在满足使用条件的情况下优先使用结构简单的水平分型面，利于模仁的加工。为了便于脱模，分型面一般设计在垂直于合模方向上。在设计分型面时应该考虑以下准则：（1）为取出塑料件方便，分型面应设在塑件脱模方向最大的投影位置。（2）分型面应尽量不损坏塑料件的光滑外表面。（3）塑件留在动模一侧，有利于推出，推杆推出的痕迹不显示外观。（4）分型面要有利于模具的加工。本次设计分型面选择在最大投影边缘处，属于水平分型面，垂直与合模方向，模具加工难度一般，注射完成后，产品可以平稳地放置在动模的一侧。图7.1分型面选择7.2型腔数量和排列形式的确定为了提高生产率和经济性，考虑到模具结构尺寸的大小关系，同时，保证塑件精度以及制造成本等要素，初步选择一模两腔结构。流道采用对称分布且设在分型面上。本次设计型腔布局如图7.2所示。图7.2产品的型腔布局7.3浇注系统的设计根据MoldFlow模流分析后的结果，浇注系统应该满足以下要求：（1）满足塑料熔体的注射要求（2）塑料消耗要少浇注系统体积要尽可能小，减少注射废料的产生。（3）保证熔体损耗要小在满足要求的前提下，主流道、分流道、和浇口要尽可能的短，减少塑料熔体热量的损失。（4）确保进料均衡浇注系统的布局应尽量保证塑件的最终注射位置都能同时注射到。（5）防止制品变形，排气良好。（6）整修方便，不影响外观.浇注系统的最终形状与尺寸如图7.3。图7.3浇注系统7.4标准模架的确定本次设计选用CI型简化大水口模架。模具尺寸要求以回针边缘为基准，AB板距离模仁距离为10～20mm，以顶针板边缘为基准，AB板距离模仁进退5mm左右即可。AB板设计长宽为230×230mm，A板高为70mm，B板高为80mm，C板高为90mm，垃圾钉高度为5mm。最终选用模架型号为CI2323A70B80C90。模架型号如图7.4所示。图7.4模架型号7.5排气系统的设计在模具注射成型过程中，如果不将模具中存在的空气及时排出，它们可能会在填充过程中由于气体的压缩而产生高温，导致塑料零件局部碳化和炭化。同时，这些气体也可能挤入塑料熔体，导致气泡、空洞或填充不足等缺陷。本次排气槽采用分型面上的排气，同时为了加工与清洁的方便，我选择将排气槽做在凹模上。靠近型腔的深度是0.02mm，宽为3mm；远离部分的深度是0.2mm，宽为6mm。为了防止在注射过程中产生注射不满的现象，一次设计了四个对称分布的排气槽。图7.5分型面上开设排气槽7.6脱模机构的设计模具注射成型后，产品不会自动脱落，需要将产品从模具中取出，使产品从模具中脱落的机构称为脱模机构。7.6.1顶出机构的设计（1）模具打开后，顶出机构应留在带有制品以及浇注系统凝料的一侧上。（2）顶出时最基本的要求是要保证制品不变形损坏，所以应该按照制品的形状结构和开模力的大小，采用合理的顶出形式及结构。（3）顶出机构所处的位置应该尽可能靠近型芯，且顶针的作用面应该尽可能大一些。（4）顶出机构的位置应尽量设在塑件内部，且应尽可能对称均匀分布在制品上。本次设计的制品多为平面，但因顶出面位置不同，因此采用三种不同尺寸的顶针，共14根，其尺寸结构以及分布位置如图7.6、图7.7所示。图7.6顶针尺寸结构图图7.7顶针位置分布图7.6.2拉料杆的设计拉料杆的作用是在开模时把浇注凝料拉断。本次设计采用的是直径为6mm，长为141.5mm的Z形拉料杆，其形状结构如图7.8、图7.9所示。图7.8拉料杆图7.9拉料杆尺寸7.6.3复位杆的设计复位杆是推出机构中非常重要的部件，复位杆的作用是确保推出机构在合模过程中能顺利返回指定位置。本次设计属于小型模具，打开模具时，复位杆与顶针板一起移动。关闭模具时，由于回位弹簧的作用，复位杆与顶针板一起返回合模位置。图7.10复位杆及复位弹簧7.7冷却系统的设计考虑产品的尺寸，本次设计的冷却系统取孔径为6mm的水管，型腔、型芯布置独立的水路，水路均穿过模仁，同时为了防止模仁与A、B板之间出现漏水，在模仁与A、B板的接触面上加1.8mm厚的防水圈；为了避开顶针与螺丝，型腔和型芯的水路都设计为环绕四周的形式，具体如图7.11所示。图7.11冷却水路7.8导向机构的设计在模具工作时，导向机构可以使动模与定模正确合模，同时，能让动模按顺序合模，能承受一定的侧向力，避免型芯在合模过程中损坏。本次导柱、导套采用间隙配合进行导向，配合间隙是H7/h6。其形状结构如图7.12所示。图7.12导向机构7.9垃圾钉的设计因为顶针板与底板之间有间隙，为了保证不会因为有垃圾从而导致顶针板不能完全复位，所以设计垃圾钉。其具体设计如图7.13所示。图7.13垃圾钉7.10完整设计图本次设计的完整设计图如图7.14所示。图7.14设计图1-底板2-垫块3-顶针底板4-顶针板5-复位弹簧6-凸模固定板7-复位杆8-导套9-凸模10-凹模11-导套12-凹模固定板13-面板14-内六角螺钉15-浇口套16-唧嘴17-固定螺丝18-水路19-水嘴20-塑件21-顶针22-拉料杆23-内六角螺丝24-内六角螺丝25-垃圾钉26-内六角螺丝模具工作效果图如图7.15、图7.16所示。图7.15开模图7.16合模总结玩具手机外壳属于小型玩具，形状简单，但产品结构复杂。采用三维扫描仪扫描产品的外形和大小，通过UG软件进行了三维建模，结合MoldFlow进行模流分析，对成型过程中产生的各种缺陷进行系统的分析，同时在模具设计过程中加以改进。本次设计难度一般，主要的设计总结如下：（1）模仁结构设计：确定好分型面，将产品成功分模，选择合适的型腔数量和排列方式，本次采用一模两腔。