毕业设计（论文）-汽车冷却液水壶下盖注塑模具设计

制品工艺分析制品材料分析材料选择本文以汽车冷却液水壶下盖注塑模具进行设计研究，产品结构如图2.1所示。对此产品结构和性能需求通过进一步分析，并结合同类产品的材料性能，本冷却液水壶模具选用PP为原材料，生产量为中批量。图STYLEREF1\s2-SEQ图\*ARABIC\s11塑件三维图图STYLEREF1\s2-SEQ图\*ARABIC\s12二维零件尺寸图材料加工性能塑件材料为PP，该材料在成型特性上流动性能适中，同时吸湿性极小，故在使用之前无需进行干燥处理。产品边部宽度也必须控制在0.04mm左右，因此适用于高温加工的形式，但是当物料温度过高，则材料易引起材料分解。针对一些制品对精密度的需求很高的情况下，模温范围为较适宜，针对一些光泽、耐热性能要求较高的制品，模温范围为较适宜[11]。PP注射压力比聚苯乙烯高。此外，材料所生产的制品具有良好的抗冲击性、机械硬度、耐磨性；材料的收缩率为0.005。PP材料密度值为1.05[12]。PP的详细参数详如表2.1所示：表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s11PP相关参数[13]项目参数材料名称PP收缩率0.005成型压力120~140Mpa流长比30~150融合温度195~240°C成型模温38~93°C结晶性和射速半结晶性，中等速度制品分析本次设计的产品是汽车冷却液水壶下盖，首先通过对产品进行分析绘制出2D，3D模型。经分析得知，该塑件为生活中常用到的汽车冷却液水壶物品，其壳壁厚度大致均匀分布且结构简单，适合采用注射成型制作生产的产品。精度要求针对本次设计的产品汽车冷却液水壶下盖，其结构复杂且尺寸较大，故在制造时需采用流动性好性能好的塑料材料。在考虑绿色环保方面，产品的结构可以更为简约一点。本次制造的产品是用PP塑料制造的，PP塑料具备良好的流动性，在制造不同大小不同位置的零件时均可用。该制品的详细的尺寸间如上图2.1所示。由设计任务书和图纸资料可知，本次设计的塑料制品要求精度为MT5级。MT5级精度可以根据一般注塑成型的要求并满足中小批量生产要求进行设计。表面粗糙度一般情况下，通过注塑加工的零部件对表面粗糙度要求范围通常在以内，且成型制品的表面粗糙度主要由型腔决定，在大多数情况下，型腔的表面粗糙度为成型制品表面粗糙度的0.5倍，也就是。一般来讲，伴随着不断使用，注塑模具的型腔会磨损，使该型腔表面粗糙度升高，因此必须通过抛光对之修复。本次设计的汽车冷却液水壶下盖的制品外部所需要的表面粗糙度要比内部的低，外部大小值为，内部大小值为，因而在设计中为防止模具痕迹，要确保外部无模具印痕，并结合塑料流动与形状形成控制来提高塑件的外观表面质量[15]。2.2注射机确定注射器的选择要考虑制品的体积，所定的注射量和安装高度等相关因素。通过在模具3d绘制软件自动计算，能获得产品的体积。如图2.2所示：图2.3塑件体积测量计算产品体积，求出相应数据后，会对注射器选取和型腔多少产生决定性作用。采用三维软件测量已建模的塑料零件体积，再乘以PP的收缩率得到其质量。塑件的质量计算公式为(2-1)式中m1——塑件的质量ρ——材料的密度（1.05）g/m3V1——塑件的体积（13）cmm1=pV1=1.05×13=13.65gm总塑件=2×13.65=27.3g查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》浇注系统体积计算公式：V2=V1×K×n (22)计算式中K——工件体积，系数K得出0.6；V1——塑料零件体积；V2——浇注系统体积；n——型腔数量，此模具一模两腔n=2。代入上述公式V2=V1×K×n=13×0.6×2≈15.6cm3查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》注射总质量机计算公式： m0=n×m1+m2=n×m1+pV2 (23)计算式中m0——注射总质量；m1——注塑件质量，m1=13.65g；m2——浇注系统质量，m2=ρV2=1.05×15.6=16.38g；n——凸凹模数目，n=2。代入上述公式m0=n×m1+m2=2×13.65+16.38=43.68g注塑机选型以总注射体积为唯一依据，模具总注射体积由塑件体积与浇注系统体积组成，上述注射总质量仅为成型工艺辅助核算数据，不参与注射机的选型与参数校核。根据上述分析计算及现有注射机的相关条件参数，我们选用注射模具型号为HTF120。表2.2注射机参数种类HTF120最大注塑量cm3173最大的机头螺杆式直径cm36最大注塑压力数据MPa197最大的注射距离cm80注塑周期次/s0.85螺杆式的回转速度(r/min)25〜160注射的种类螺杆式式最大的锁模力kN1200注射的投影面积cm2100移模的距离cm310最厚的合模数据cm430最薄的合模数据cm150注塑机柱子最小宽度--cm410x410动力的频率Hz3Hz模具结构设计分型设计在对注塑模具的分型面进行设计的时候，通常注塑模具在设计时会在产品最大平面的上方设置分型面，当分型面确定下来以后，需让产品留在动模内，并借助推杆将其取出。此外，设计分型面时要考虑产品与模具中气体的排出情况。针对注塑模具的分型方式，一般有水平、阶梯、平面、曲面等等几种形式，而本次设计汽车冷却液水壶下盖的分型面是水平的。根据冷却液水壶下盖的分析，确定最后分型面选择在产品截面积最上面的部位，该部位适用于注塑模具的脱模，位置见图3-1。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s11模具分型面的选择型腔的布局在进行模具型腔设计时，型腔的布置是非常重要的一个因素。首先需要从各个方面考虑它的重要性，根据产品的要求作决定，如产品体积、产品的结构等都对型腔分布有着一定的影响，如产品体积较大，则不宜设置过多的型腔，否则将会出现产品充填不满的现象；当产品结构较为复杂（需要多向抽芯）则决定了型腔的布置及顺序。其次应从制造成本经济性方面考虑，就是要解决在产品质量有保障的情况下怎么增加生产效率，在整个型腔布置过程中，最好以整齐、对称的方式完成布置。根据本次设计的需求和实际生产条件，这次的设计采取了一模两腔的结构，具体图样见REF_Ref13154\h图STYLEREF1\s3-2。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s12型腔布局和排列方式浇注系统浇注系统主要包括主流道、分流道和浇口等组成，设计阶段需要对其重点关注。详见下文内容。浇口浇口是将塑料填充到型腔内部的区域，也是连接分流道以及型腔之间的一个纽带，浇口位置的选择决定着塑料在型腔内是否可以完全充填，选择壁厚比较大的浇口部位会比较合理。在壁厚较大位置上设置浇口，可以保障材料在腔室内的完全填充，在一定程度上也可以保障塑料在型腔内部的分布均匀合理。本次设计中根据塑料性质、零件的壁厚大小等因素来取定，此处以查阅注塑模具设计手册得到的参数为标准，此次设计选取下述数据作为侧浇口的参数。对于侧浇口取值：侧浇口宽度w=2.7mm；侧浇口深度h=1.1mm；侧浇口长度l=3.2mm；如图3-3所示。图3-3浇口的设计主流道的设计主流道为塑料溶体材料从喷嘴到分流道之前的那一段，其通常设计成浇口套的形式，方便之后对模具的维护和更换，在设计主流道时需要注意尽量缩短主流道的长度，保证塑料熔体不会太早地在模具里冷却固化。标准的主流道角度是1-3°脱模角便于脱出废料。见图3-4所示。查询文献[4]书名为《注塑成型实用手册》主流道小端直径计算公式：d=d0+(0.5~1) (3-1)式中d0——注塑机喷嘴直径，d0=3.5mm；d——主通道头部小直径。代入上述公式d=d0+(0.5~1)=5mm查询文献[4]书名为《注塑成型实用手册》主流道球面半径计算公式：SR=SR0+(1~2) (32)式中SR——主通道球面半径尺寸；SR0——注塑机喷嘴半径，SR0=10mm。代入上述公式SR=SR0+(1~2)=10+1=11mm查询文献[4]书名为《注塑成型实用手册》主流道大端直径计算公式： D=d+2L0tana (3式中D——主通道大端直径；d——主通道头部小直径，d=3.5mm；a——斜角a=1°；L0——主通道长度，L0=122.64mm。代入上述公式D=d+2×L0×tana=3.5+2×122.64×tan(1)=7.79mm查询文献[4]书名为《注塑成型实用手册》主流道浇口套长度计算公式： L=L0+h (3式中L0——主通道长度尺寸，按照图纸标注的位置可以看到，L0=122.64mm；L——浇口套长度；h——共同高度，通常得出h=2.86mm。代入上述公式L=图3.4主流道的设计分流道设计注塑模具中分流道是把塑料从主流道导入到型腔，起到连接主流道和型腔的职责，它可以把塑料均匀地流入各个型腔内部，在分流道上通过对塑料流体横截面的大小、流向进行改变，来增加注射压力。如图3.5。在设计分流道时，须确保其均匀地分布在主流道的周围，所以设计分流道时要考量相关尺寸的规定。在本次汽车冷却液水壶下盖注塑模中，依据产品结构造型，只需要安装链条直分流道和主流道。在设计分流道直径和容量的时候，不能将其设计得太大，这样才能确保材料在从分流道进入到型腔过程中不会发生明显的降温情况，也能够有效地缓解材料在分流道内部的压力。可采用下式来估算分流道直径。(3-5)式中：根据塑料件的壁厚、结构材料、腔室构造位置划分情况。流道直径计算出值为：d=4.29mm。根据时间机械加工切削法原理，选取分流道尺寸为。实际中分流道直径d为5mm。图3.5分流道的设计图3.6分流道成型零件设计型芯设计和尺寸计算成型模块中的主体部件包括型芯，如图3.7所示。普通情况下，型芯可细分为2大类，即整体式及组合式。通过分析塑件结构，以下为型芯的成型尺寸计算。1.型芯径向尺寸计算平均尺寸法计算型芯直径，表达式为：(3-6)LLHHS∆δ其他符号意义同上。型芯长度尺寸计算为：(3-7)型芯宽度尺寸计算为：(3-8)2.型型芯深度尺寸计算型芯深度尺寸的平均尺寸法，平均尺寸计算公式为：(3-9)；其他符号意义同上。(3-10)图3.6型芯的三维结构图图3.7型芯的结构形式型腔设计和尺寸计算同型芯一样，在成形模块中，最主要的部分也包括型腔，如图3.8所示。它也主要分为整体式和组合式。由产品结构分析可得以下计算：平均尺寸法计算型腔的径向尺寸，具体计算公式为。(3-11)式中：；（0.005）；；；；型腔长度尺寸计算为：(3-12)型腔宽度尺寸计算为：(3-13)（2）型腔深度尺寸计算型腔深度使用平均尺寸方法测量，计算方式如下：(3-14)式中；；其他符号意义同上。(3-15)图3.8型腔的结构形式图3.9型腔的三维结构成型零件强度刚度校核本次模具里直接负责塑件成型的型芯、型腔等核心部件，我们选用的是P20模具钢。这款材料综合性能很适配本次设计，不光整体强度足够，经过热处理后表面耐磨、耐腐蚀，关键是淬火变形小，能牢牢保证型腔、型芯的尺寸精度，刚好契合汽车冷却液水壶下盖塑件的成型需求，也能扛得住注塑时熔体的持续压力和长期生产的磨损，用来做成型零件很合适。根据模仁侧壁刚度校核公式(3-16)式中：P——平均型腔成型压力，取值范围查表取30Mpa为10mm；；0.005；经过计算模仁侧壁厚度得:Sc=13.85mm在实际对模具结构设计时，也要顾及螺丝位置与水管大小，一般数值要大些。此次设计选取的模仁侧壁为30-40mm就可以。模架设计通常在模架进行选取的时候，要根据塑件的外形尺寸以及模具的各个零件的相关尺寸来计算，然后得到模具各个板类零件的厚度。另外，还要考虑到型腔的布局方式和排列形式，确保其长度和宽度的能形成整数，从而可以符合机床的制造和物料的采购需求。就小型模具而言，通常情况下可根据塑胶产品的尺寸设置型腔侧壁厚度30~50mm，对于大型模具来说要确保其型腔侧壁厚度维持在50~80mm。（1）确定成型型腔零件长宽高尺寸如下145×275×33.75mm（2）确定成型型芯零件长宽高尺寸如下145×275×74.78mm（3）确定模架定模板长宽高尺寸如下270×400×100mm图3.8定模板（4）确定模架动模板长宽高尺寸如下270×400×90mm图3.9动模板（5）确定垫块的高度因此在本次设计中取高度为80mm的垫块，以达到顶出脱模的实际需要。根据浇筑系统结构形式及顶出脱模要求，按国家标准模架选用模架，选用大水口模架系统，模架为：CI-2740-A100-B90-C100，如图3.8所示。图3.8标准模架结构形式脱模机构设计在成型过程中，制品冷却后，需要将其从模具内部中取出，一般情况下不会设计成有人工取出，因此在注塑模中一般都要设置产品推出机构，通常是使用推杆推出。推杆设计用于将模具产品从模具中顶出，因此在进行推杆的设计时需要考虑推杆是否能够顺利的完成推出动作。一般情况下，顶出的位置位于阻力最大的地方，然后通过软件进行分析计算，最终确定推杆的位置。注塑模由于使用周期较长，在反复注射生产下顶杆存在一定位移，因此需在设计过程中对顶杆进行导向复位改进设计。一般情况下，该导向结构是由导柱及配套零件组成，设计数量由生产的需要而定，一般保证产品的最少脱落量，并考虑成本，本次设计是采用推杆推出方式，推杆所选的材料是SKD61。推杆强度的校核(3-17)故符合要求。式中：——推杆材料的许用应力，为120Mpa；——推杆所受的应力；F——脱模力，为1692.4N；n——推杆数目，为9根；d——推杆直径，为1.5mm95.59Mpa(3-18)满足强度要求，如图3.9所示。 图3.9推出机构冷却系统冷却系统整体设计注塑模具设计时，在尽量靠近制品的地方设计冷却水道，实现对制品的冷却。通过这种方式可避免制品脱模时产生的弯曲变形现象和保证制品成型质量及缩短成型周期。由于注塑模具是以温度控制完成塑件成型过程的，因此温度直接影响产品质量和生产效率。根据不同塑料产品成型特点以及技术要求不同，模具温度要求也不尽相同。一般情况下模具冷却介质主要采取水作为冷却介质，也有采用气体介质的，但成本过高，现在基本不太进行应用。注塑模具冷却水的热量传递到环境。采用水作为冷却介质具有很多优点如水的热容量大、成本较低等特点。冷却系统的计算以熔化物所放出的热量与冷却水吸收的热量在一定时间内相等作为起算条件，则有。公式：

(3-19)；）；；；；；；1.求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q根据假设，注射时间为2秒，冷却时间为20秒，保压时间为15秒，开模取件时间为3秒。得出注射成型的周期40秒。若冷却介质为20℃水，介质输出温度为28℃，水流紊流状态，1h内成型频率n=3600/40=90。W=N×M(3-20)计算式中W——单位时间内成型总质量；M——塑料零件的总重量，m=0.04368kg；N——小时的次数，N=3600/40=90。W=N×M=0.04368×1.0590=3.9312通过对注塑模具设计手册中的PP热分解产生的热量资料进行分析Qs=401kJ/kg

(3-21)故：Q=W×Qs=1.242（310~410）2.水的体积流量

由公式(3-23)式中：c——水比热容c=4.187kJ/(kg·℃)；θ1——出水口水温假定θθ2——入水口水温倘诺W——单位时间内注射总质量，W=3.9312kg/h；Qs——凝固发出热量，查询参考文献[10]查表得，Qs=401kJ/kg；ρ——水密度，ρ=1000kg/m3；qv——冷却水流量。qv3.求冷却水道直径d根据注塑模设计手册[1]中所列的注塑模水体积流量值，得到d=8mm，在设计过程中冷却水道达到要求，如图3.10所示。图3.10冷却水道排气结构设计确保注射过程中型腔气体排出，因此对注塑模具的排气系统合理设计，直接影响产品注塑时是否能够顺利充满型腔以及产品是否有气体。通常我们在设计排放槽时选择将顶杆与孔留下的空隙进行排放，且在设计排放槽时要保证不能将塑料排除出型腔。因为所设计产品尺寸小，因此最终选择通过模具间的缝隙排除。导向机构的设计对模具导向机构的设计，在进行模具设计时，要将模具导向机构设计在模具周围较合适的位置。并且要保持模具导向机构距离模具周围一定的距离，这样避免产品在加工过程中发生变质。导向机构的设置是为了确保模具组装或者合模过程不会因为组装不当而产生误差，对于模具的寿命有一定的影响，也影响着产品的精度，如图3.11所示。主要由导柱与导套组成。图3.11导向机构图3.12导套图3.13导柱抽芯机构的设计抽芯机构的概述对于塑料制品侧面有圆孔、异型孔、凸台、凹坑等结构时，它不能直接从模具内部脱开，为此采用侧向分型机构进行抽芯，抽芯机构与模具开模方向有一定角度。常见的抽芯机构有以下3种。采用机械开模力的办法，利用斜导柱和斜滑块的组合脱模，这种方式脱模力大，不需要人工操作，生产效率高，可实现机械化注塑生产。手动拔出机构：通过专门设计的拔芯构件，在打开模具以后，即刻可以拔出塑件与拔芯构件，工作人员拔出塑件上的拔芯构件。这种机构能够降低模具结构，适用于小批量生产的模具中，这种模具结构费用最低，制作时间最短。但是工作强度非常大。针对大尺寸型芯的脱模，采用常规的机械开模脱模可能达不到型芯的脱模距离，因而需要用到液压油缸来脱模，但前提是注塑机具有相应的液压油管路及伺服驱动装置才能实现，并且会增加制造工序、加大模具体积。一般很少采用。抽芯机构的计算斜导柱滑块抽芯机构的计算1.计算抽芯距离S=L+（3-5）(4-1)式中：S——抽芯距离L——塑件倒扣距离本次设计中，抽芯距离S=41.82+（3-5）mm=47mm图4.1抽芯距离图4-2抽芯距离2.抽芯力的计算查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页抽芯力计算公式： Q=A×P×(f×cosα−sinα) (STYLEREF1\s42)式中f——摩擦常数，取f=0.15；P——单位面积压力，取P=10Mpa；Q——分模力；a——脱模角度，a=1°；A——塑料件包含面积，A=5969.33mm2。代入上述公式Q=A×P×(f×cosa-sina)=5969.33×10×(0.15xcos(1)-sin(1))=7910N图4.2单个滑块测抽面积3.斜导柱直径的计算查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页弯曲力计算公式： N=Q×cos2∅cos⁡(a+2×∅) (STYLEREF1\s4SEQ公式\*ARABIC\s1计算式中N——折弯力；f——摩擦因子，平常取f=0.1~0.2这儿f=0.15；Q——分模力，Q=7910N；∅——摩擦斜角，∅=arctanf=arctan(0.15)=8.53°。代入上述公式N=弯曲力为332.08N查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页斜导柱截面尺寸计算公式： d=3N×L40.1×[σ] (STYLEREF1\s计算式中[σ]——折弯允许应力，查询参考文献[4]查表得，[σ]=200Mpa；L4——有效尺寸，L4=s/sina=5/sin(23°)°=16.18mm；N——折弯力，N=8331.3N；d——斜导柱直径。代入上述公式d=本次设计中，该滑块采用两根斜导柱进行驱动，因此单根斜导柱采用10mm直径。该次的设计中我们采用的斜导柱为标准斜导柱，其半径是5mm。本次设计斜导柱倾角为23度，一般斜导柱倾角为18—25度。如图4.1所示。图4.1斜导柱抽芯机构斜导柱滑块抽芯机构的计算1.计算抽芯距离S=L+（3-5）(4-1)式中：S——抽芯距离L——塑件倒扣距离本次设计中，抽芯距离S=16.31+（3-5）mm=21mm图4.1抽芯距离图4-2抽芯距离2.抽芯力的计算查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页抽芯力计算公式： Q=A×P×(f×cosα−sinα) (STYLEREF1\s42)式中f——摩擦常数，取f=0.15；P——单位面积压力，取P=10Mpa；Q——分模力；a——脱模角度，a=1°；A——塑料件包含面积，A=276.33mm2。代入上述公式Q=A×P×(f×cosa-sina)=276.33×10×(0.15xcos(1)-sin(1))=366.21N图4.2单个滑块测抽面积3.斜导柱直径的计算查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页弯曲力计算公式： N=Q×cos2∅cos⁡(a+2×∅) (STYLEREF1\s4SEQ公式\*ARABIC\s1计算式中N——折弯力；f——摩擦因子，平常取f=0.1~0.2这儿f=0.15；Q——分模力，Q=366.21N；∅——摩擦斜角，∅=arctanf=arctan(0.15)=8.53°。代入上述公式N=弯曲力为385.7N查询文献[11]书名为《注塑模具设计基础》第146页斜导柱截面尺寸计算公式： d=3N×L40.1×[σ] (STYLEREF1\s计算式中[σ]——折弯允许应力，查询参考文献[4]查表得，[σ]=200Mpa；L4——有效尺寸，L4=s/sina=21/sin(23°)°=53.75mm；N——折弯力，N=385.7N；d——斜导柱直径。代入上述公式d=通过以上计算分析尺寸为10mm合适些。该次的设计中我们采用的斜导柱为标准斜导柱，其半径是5mm。本次设计斜导柱倾角为23度，一般斜导柱倾角为18—25度。如图4.1所示。图4.1斜导柱抽芯机构模具材料确定和总装图设计材料确定在注塑模具的制作方面要对零件材料作出选择，按照具体的注塑产品的要求和条件来进行选择，包括产品的生产数量、精度要求、产品结构形式、外观状态等。并要考虑到注塑产品的经济效益问题，注塑模具中各个位置的选材如表5.1所示。表5.1材料选择零部件结构性能要求材料牌号热处理硬度导柱、导套等表面耐磨，心部有一定韧性T10A表面淬火HRC55型芯、型腔等强度大，表面耐磨，耐腐蚀，淬火变形要小P20HRC52～55浇口套表面耐磨，耐腐蚀，热硬性T10淬火加低温回火HRC55拉料杆等有一定强的度及耐磨性SKD61淬火加低温回火HRC55顶出杆有一定强的度及耐磨性SKD61——各种模板等有一定强度45调质HB200螺钉等有一定强度45——模具总装图通过以上分析，我们可取直接由标准件组成模具零件的设计方法，比较便于操作，因此，该注塑模零件部分结构已经完成，按照前面总结出来，开始进行二维三维制图。模具总装的工作原理为：合模阶段；注射成型阶段；开模阶段；顶出脱模阶段；复位与循环。合模阶段：注塑机带动动模与定模完成闭合锁紧，模具内部分型面严密贴合，型腔、型芯配合形成完整封闭的产品成型空腔，同时顶出机构、导向定位结构同步到位，保证模具各部件位置精准、无偏移。注射成型阶段：熔融塑料经由注塑机喷嘴，射入模具主流道浇口套，依次经过主流道、分流道、浇口，平稳注入封闭的模具型腔内部；塑料熔体在型腔内逐步填满整个产品轮廓，经过保压、冷却、定型，使熔融塑料快速固化，形成与型腔形状一致的塑料制品。开模阶段：待制品充分冷却固化后，注塑机带动动模向后移动，动定模沿分型面分开，完成模具开模；制品与浇注系统凝料会随动模一侧脱离定模，留在型芯及动模上。顶出脱模阶段：模具顶出机构在注塑机顶棍推动下向前运动，推动顶针、推板等脱模部件，将成型好的塑料制品与浇注废料一同从动模型芯上平稳顶出，实现制品脱落。复位与循环：顶出机构完成脱模后自动复位，模具再次合模，进入下一次注塑成型循环，以此连续批量生产塑料产品。最终汽车冷却液水壶下盖注塑模具的设计图见图5.1和图5.2所示的平面、立体装配图。图5.1模具二维总装图图5.2三维总装图图5.3三维分解图注射机参数校核注塑机锁模力的校核1.注塑量的校核查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》第195页最大注塑量校核计算公式： (n×V1+式中V2——浇注系统体积，V2=15.6cm3；V注——最大注塑体积，V注=173cm3；n——型腔数目，n=2；V1——塑件体积，V1=13cm3。代入上述公式(n×V1+V2)=2×13+15.6=41.6cm30.8×V注=0.8×173=138.4cm341.6≤138.4通过上面计算注塑量结果，是符合设计要求的。2.锁模力的校核查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》第195页最大锁模力校核计算公式： Fs≥Fz=式中n——凸凹模数量，n=2；P——型腔压力，P=10Mpa；A——工件分型面投影面积，使用软件计算A=5517.44mm2；图6.1投影面积Fs——合模力，注塑机器Fs=1200KN；Fz——胀模力。代入上述公式Fs≥Fz=P×n×A=1200≥5517.44x2x10=1103.5KN1103.5KN＜1200KN通过上面计算锁模力结果，是符合设计要求的。校核压力通过查阅材料的成型工艺表，我们可知PP的注塑压力为100-130mpa，而本实验采用的注塑机其额定注塑压力值为197mpa，因此它能够达到本实验的注塑压力。校核模具安装尺寸注塑机器拉杆长宽为：410×410模具长宽为：320×400通过验证计算，模具放在注塑机上是合适的,向工厂的钳工师傅请教，然后在按照上面的计算，得到校核数据通过验证计算，是符合要求的。查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》第195页模具厚度校核计算公式： Hmin<H<Hmax (6SEQ公式\*ARABIC\s1计算式中Hmax——最大厚度，Hmax=430mm；Hmin——最小厚度，Hmin=120mm。代入上述公式120通过以上计算是符合设计要求的。校核移模行程查询文献[12]书名为《注塑模具设计与制造教程》第195页开模行程校核计算公式： Smax≥s=H1+H2+a+10mm计算式中Smax——脱模距离，Smax=310mm；H1——推出距离，H1=30mm；a——浇注系统长度，a=135.14mm；H2——塑料件的高度，H2=45.9mm。代入上述公式Smax=310≥s=H+H2+a+10mm=30+45.9+135.14+10=221.04mm经过推算，注塑机移模距离符合注塑模具要求。模流分析模流分析是计算机辅助工程，它利用数值计算和计算机模拟分析、设计及优化。通过模流分析，工程师可以以数字方式模拟实际物理环境中的条件，用于在不同情况下预测产品或系统的性能和行为，并进行必要的修改和改良美国AUTODESK公司自主研发的Moldflow仿真软件可以拟造整个注射成型过程。涵盖熔融塑料的流动、充填、冷却和凝固等各个阶段，并预测零件的缩孔、变形、裂纹、翘曲等缺陷情况。通过Moldflow软件的使用，用户可以对生产过程中可能存在的问题进行预测，并做出相应的调整和优化，以提高产品质量，降低制造成本。模拟前处理前处理包括导入模型，网格划分，设定参数。前处理是整个分析最重要的部分，各参数的设定决定着后期分析的准确性。模型导入及网格生成Moldfolw支持导入的格式非常多，但不同的格式会导致模型分析差异较大。本零件结构较为复杂，为保险起见，将模型三维实体从Creo中导出为.step格式。导入moldflow时有三种网格类型可供选择。根据零件的结构在本设计选择双层面。在对模型进行网格化分时，需设定网格边长，通常设为模型厚度的1~2倍，其网格匹配率要大于等于85%才能进行流动分析，最大纵横比应小于10，平均纵横比应小于等于3。综上所述，本产品在进行网格划分时选择网格边长为4mm，单元类型为三角形，对于数据不合理的部分进行修复，修复结果见REF_Ref131887631\h图STYLEREF1\s7所示。 （a） （b）图STYLEREF1\s71模型网格划分创建浇注系统Moldfolw中自带较为简单的浇注系统，只能创建形状规则的浇口及流道，而本塑件使用的模具所设计的浇注较为复杂，需要手动进行创建。通过创建节点、生成柱形单元、设置流道各尺寸参数、对汽车冷却液水壶下盖的浇注系统进行网格化，设定注塑位置，检查其是否与水壶相连通。建立的浇注系统如REF_Ref131976615\h图STYLEREF1\s7所示。图STYLEREF1\s72浇注系统的连通性检查创建冷却水路由于水路设计繁琐，结构很多。无法由冷却回路向导直接生成，因此在UG中绘制好线段导出IGES格式再添加至moldflow中，为其指定管道属性，直径为12mm，其他参数默认，将线段生成网格，最后设置冷却水入口，冷却介质为纯水，其入口为25℃，其他参数不做修改。冷却水路如REF_Ref132022743\h图STYLEREF1\s7所示。图STYLEREF1\s73冷却水路建立设置分析类型及材料选择在设置完前面的网格参数后，就可以设置分析类型。Moldflow中可分析的种类较多，为贴合本产品的设计，选择填充+保压+翘曲分析，在进行冷却分析时需要将分析类型改为冷却分析。Moldflow中含有强大的材料库，根据塑件的属性我们选择pp，牌号：(20%Rubber)，其材料详情栏中所示。材料的黏度曲线与PVT曲线如下REF_Ref132025177\h图STYLEREF1\s7所示。黏度曲线图（a）可显示材料对温度的敏感性，温度越高粘度曲线下降越快则表示材料对温度越敏感，PVT曲线图（b）表示温度、体积和压力对材料成型的影响。 （a） （b）图STYLEREF1\s74黏度曲线与PVT曲线模拟结果分析流动分析流动分析首先是模拟熔融材料进入且逐渐填满模具型腔的过程，这过程被称作为充填，填充分析是为了判断上述过程的可靠性。其次对熔融材料成型后的塑件进行分析，判断其表面是否产生位移，并分析是否为最佳保压进程。充填时间充填时间是开始注射液体到整个型腔被填满所消耗的时间。REF_Ref132033030\h图STYLEREF1\s7是本设计的填充时间分析，从图中可知，充满型腔时间仅需1.141s。图STYLEREF1\s75充填时间流动前沿温度流动前沿温度是模具中熔融液体前沿的温度到达的时间，代表截面的中心位置。由REF_Ref132033749\h图STYLEREF1\s76可知塑件流动前沿温度较为均匀。图STYLEREF1\s76流动前沿温度气穴气穴是材料从不同方向流向同一节点而形成的现象。如REF_Ref132035151\h图STYLEREF1\s7所示的粉色小圆点就是气穴的节点。当气穴位于分型面上时气体可以直接排出。在本设计中模具含有较多的嵌件，其缝隙足以气体的排出。图STYLEREF1\s77气穴锁模力：XY图锁模力：XY图表显示了锁模力随时间的变化。锁模力对模具的充模是否均衡、保压压力以及容积控制的切换时间都很敏感。任意修改其中一个参数都将影响锁模力的大小。下REF_Ref132035974\h图STYLEREF1\s7显示本设计中的锁模力XY图，在填充第4~5s时锁模力达到最大值。图STYLEREF1\s78锁模力XY图冷却分析在进行冷却分析时，需要将分析类型改为冷却分析。通过冷却分析可以有效验证冷却水路的合理性。回路冷却液温度回路冷却液温度分析，是管道内的不同位置的冷却液的温度，一般而言冷却回路出入口温差不得大于3℃，REF_Ref132046631\h图STYLEREF1\s7可以观察到本设计的温度差为0.91℃，符合要求。图STYLEREF1\s79回路冷却液温度回路管壁温度回路管壁温度应在5℃的范围内波动，本设计中为避免模具中的各零件引起干涉，将回路设置稍微靠近了塑件，但管壁温度在允许范围内，由REF_Ref132046618\h图STYLEREF1\s70可观察得到。图STYLEREF1\s710回路管壁温度零件表面最高温度由REF_Ref132047230\h图STYLEREF1\s71可知，零件表面温度集中在为避免回路与型芯滑块造成干涉的把手处，该处最高温度88.21℃，因此该处达到顶出温度的时间较长。图STYLEREF1\s711零件表面最高温度7.6.3翘曲分析翘曲变形是塑件在成型后外形与原本的形状发生了偏离。由于塑件在温度的影响下会产生形变，使塑件产生微量弯曲。翘曲分析结果如下REF_Ref132038120\h图STYLEREF1\s72显示：总变形量是0.3319毫米。图STYLEREF1\s712翘曲变形分析结论本次设计是对汽车冷却液水壶下盖进行注塑模具设计。本人首先对汽车冷却液水壶进行了实体外形的分析，请教老师对本课题的思路与想法，（1）首先根据塑件结构进行了工艺性分析，分析塑件的外形结构，选择PP材料进行注塑，制定成型工艺。（2）分析和计算高温融料传入模具中后的发热情况，完成了冷却系统和的三维设计和建模，在型芯和型腔上分别设计冷却水道。本次设计中设计环绕型冷却水路。（3）对塑件进行三维模具分模，完成了型芯和型腔成型零件的设计，分型面可以保证塑件产品质量最佳且有利于顺利的脱模。本次设计中型腔采用整体嵌入式结构，型芯设计镶件式。（4）本套注塑模具采用了大水口模架系统模架CI-2740-A100-B90-C100，采用标准模架进行了设计，极大的降低了生产制造难度，提高了标准化程度。（5）本文还进行了浇注系统的设计，采用了侧浇口浇注，可实现快速的注塑充填成型，保证塑件的产品质量和精度。本套注塑模具生产动作可靠，机械制造加工方便，模具维修简单，制造成本低，满足生产实际。初始设计阶段的设计任务较之前有一定难度，由于我之前积累的知识经验较少，因此一直在学习并咨询指导老师及同学，初步学习注塑模具方面知识，能够更加自信地在实际操作过程中继续学习。当然由于经验不足，这次设计过程中个别部分尚欠完善。这里也希望各位专家多多指导。致谢日月如梭，弹指间大学生活走到了尽头，毕业的日子已经临近。想想以前四年的学习生活，内心无尽的留恋，同时我特别要感谢这四年里每一位给我教导和帮助的每一位同学、老师、家人和朋友。首先，我很想向此次毕业设计的指导老师表示真心的感激。从选题、二维三维模型设计到最后的论文写作都离不开老师的悉心指导和帮助。在我困惑时他的观点总可以带给我重大启迪并瞬间破题，受益匪浅。同时，他也营造了良好的氛围鼓励着我的学习。此外，他的治学的态度也令我十分钦佩。还教了我很多为人处事的原则和方法。名师出高徒，但更需要朋友的相互扶持，老师的潜心为人对我影响深远，让我今后人生走得更从容、更无畏。最后要感谢的再是我们在学校里面每一位任课老师，正是有了你们的教导和引导，无论什么时候我有问题去请教总是能耐心给予解答并提出一些建议。从生活和学习包括处理人际关系都受到了很大的影响。对我来说，他们不只是传道授