毕业设计（论文）-液刹注塑模具设计及型腔仿真加工

第一章绪论对于塑料模具制造行业，我们需要掌握一定的专业理论和技能，才能够真正融入和了解透彻注射成型的基本机理。因此见得，对于型腔结构组成而言，为了满足产品的工艺条件，因此衍生了浇注系统、脱模机构等装置，通过温度自我调节机制保证生产品质。其次，机械原理也是十分重要的，它会直接影响了设计人员的思维，从中起到引导和依赖的关键作用。继而能够为每一步的分析和结论提供有效的理论依据，确保结构的合理性。另一方面，常见的浇注结构细分成许多类别，例如中心浇口、侧浇口，还有爪式浇口等，不同的型式有独特的优势和用处，这个需要结合到实际的塑件外形和尺寸中，根据生产需求和材料特性等，设定适宜的模架零件，以及分型面的合理选择和注射机型号。此外，在设计和计算成型部件的时候，我们亟需翻阅模具设计和基础原理等书籍来参照，里面已经有许多参数表格和图等，能够帮助我们快速确定出想要的数据，避免疏忽马虎导致设计错误，则前功尽弃。除此之外，随着工业的突飞发展，现在的机械技术逐步完善，并且许许多多的三维设计软件也越来越先进和便捷，同时被广泛应用到实际项目中。通过虚拟的实体造型和装配，能够减少设计过程的纰漏，从而节省样板成本；更为重要的是，对于一些制造类设备，还可以利用软件专业模块，来执行有限元模拟分析，最终分析其结构的科学性和准确性。由此见得，想多角度了解透彻注塑模的构造，需要接触更多实用的工具，和不断提升自我技能含量，这样也是大学几年时光积淀的收获。综述可得，通过毕业设计，能够结合大学吸收的专业知识，应用到实际项目中来，是对我职业生涯的一次提升，为以后的就业提供技术保障。1.1模具在加工工业中的地位对于机械加工范畴而言，所谓模具，即就是能够依照特定的结构或者外形，从而通过液态原料成型冷固得到制品。这样的制造方式可以避开许多工艺因素，弥补机加工生产的缺陷。与此同时，模具可用于加工金属或塑料件，因而由材料特性的差异，使得模具结构构架不同，比如注塑模、压铸模以及锻造模等。然而，合格的模具应该需要具备几项优点：产品的加工精度、外观和性能等满足预期要求；模具整体结构组成合理简单，而且方便拆装和维护；加工难度不高、零件通用性好、经济成本较低；生产效率可观。由此看来，产品的质量取决于模具的好坏。一方面，凹凸模的尺寸精度、浇注型式、分型面位置、推出机构以及冷却方式等，都会间接对制件的外形和内在性能等造成不同程度的影响。另一方面，车间生产过程中，通常结构越简易的模具操作流程越便捷；倘若想实现大批量制作塑料件，那么必须加快成型效率，于是方可缩短开合模的行程距离，并且采用自动脱模装置，从而节省时间；不过也使得了模具加工费用的增加。与此相反，如果产量不多的话，则需要综合分析加工成本和制件利润关系，进而科学合理设计模具，以此最大化减轻损失。在当今工业时代，优质的产品制造离不开高效的工艺规程、卓越的自动化设备，以及精良的模具。其次，产品的研发设计受限于模具的材料成型工艺，因而还需要不断地进行优化和改良结构，同时逐步实现自动化生产。1.2模具的发展趋势在步入工业革命的新纪元之后，由于各类产品的研制和开发，驱使模具获得了突飞猛进的发展，而且逐渐走向精密、自动化、高质量和效率快等路线。综述可见，依照目前的加工技术和经济能力，那么模具未来的发展趋势有如下几点：（1）深入探究工艺理论经过长期的原理分析和实践总结，于是收获了许多模具相关的经验数据，并且不断地更新完善，渐渐过渡到理论技术阶段；这样能够防止在设计过程中出现疏漏，同时提供了可靠的科学依据，从而增强制件的生产速度和提升品质。（2）效率好、自动化产品的快速生产是必然结果，由此迫使模具拥有优良的自动化能力；所以可通过与高端辅助设备搭配作业，或者改造内部结构，最终实现自动高效的成型方式。（3）大小型及高精度未来市场的激烈竞争，会让产品的特色更独具一格，因而将会衍生大小型和高精度模具。不过，对材料的技术要求也愈来愈高，继而逐步研究出具备突出机械性能的新能源原料，来用于模具加工。（4）更新模具制造工艺模具工艺的规程决定了其制造周期，以及钳工的前后期工作量大小。因此，持续更新和优化加工工艺，能够降低时间和人工成本，确保理想的生产效率。然而，对于一些结构比较复杂的制件，它对应的凹凸模外形也是如此。为了解决此种工艺难题，需要使用更加卓越的数控设备来完成。（5）标准化大力实施和规划模具制造的一致性理念，逐步统一使用标准化配件，这样方可浓缩类别，使得零部件的适配性强，从而减少了加工成本，此外也缩短了模具的生产周期，节省采购时间。第二章塑料的工艺分析2.1塑件图及技术要求900宽体液刹的具体尺寸和结构依次如下图1.1、1.2所示：其整体轮廓尺寸是，壁厚是，外形尺寸适中，几何对称。图1.1900宽体液刹的尺寸图图1.2900宽体液刹的三维模型技术要求：1.壁厚一致；2.产品表面不能出现裂痕和变形等缺陷；3.拔模斜度：；4.未注圆角大小：；5.材料：。2.2原料（ABS）的特性和成型工艺参数ABS归属于工程塑料的一种，俗称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，即是三种化学原料的混合物，因此性能稳定且优越。其次，在自然状态下无色无毒，而且耐腐蚀和耐磨性等都非常好，同时质量轻、液态流动性强，适合用于注塑成型。综述可见，ABS的应用范畴十分广阔，比如电子产品、厨具以及家居等。2.2.1ABS塑料主要的性能指标密度（）收缩率熔点弯曲强度拉伸强度拉伸弹性模量弯曲弹性模量压缩强度缺口冲击强度硬度2.2.2ABS的注射成型工艺参数注射机类型螺杆式喷嘴形式通用式收缩率预热温度喷嘴温度模具温度注射压力保压注射时间高压时间冷却时间螺杆转速第三章注射设备的选择3.1注射成型工艺条件3.1.1模具所需塑料熔体注射量已知900宽体液刹的成型原料是，于是通过翻阅资料，方可查得它对应的密度是，而且收缩率是。然而，对于这次设计，分别取中间值较为适宜，即、。其次，通常而言一套模具的注射量为：上式中：，可由UG软件测量出来，结果如下图3.1所示：；，取；，参照制品外形尺寸，因而取；那么推算出产品质量：。图3.1900宽体液刹的体积3.1.2分型面上的投影面积及所需锁模力一方面，投影在分型面上的面积，实际包含了制品和流道中的凝料，因此深入推导得：上式中：；，且；另一方面，锁模力为：其中：，取。3.2选择注射机按照以上的参数计算，继而能够通过翻阅注射机的规格资料，从而确定选用型号，其相应的技术数据如下所示：表3.1注射机参数名称单位数值螺杆直径理论注射容量注射重量注射压力锁模行程锁模力外形尺寸最大模厚最小模厚顶出根数顶出行程3.3模架的选定以此类推，参考900宽体液刹的外形尺寸，接而选择合适的模架规格：CI-7570-A150-B130-C150，然而具体尺寸和结构可见装配图，即如下图3.2：图3.2塑件模架3.4注射机的校核3.4.1最大注射量的校核由模具设计手册中查知，最大注射量必须符合一定的关系条件，即其中：，而且；，已知；；综述可见，满足，于是此次注射量校核合格，因此满足实际应用。3.4.2锁模力校核所谓锁模力，就是开合模机构所产生的夹紧力；只有当此作用力大于型腔的压力时，才能使得原料顺利成型。那么，由经验公式推出，其必须满足关系式，即：其中：，理论值是，取；，查知，继而设定；；；于是最终计算出：；所以不等式成立，锁模力能够满足实际应用。3.4.3模具与注射机安装部分相关尺寸校核（1）模具闭合高度校核其中：，；，；，；因而得：，由此满足条件。（2）开模行程校核从开模机理上来看，其行程大小和模厚紧密相关，并且存在特定的理论关系，即：其中：，查知；，；，；然后得出：，不等式成立，因而符合设计要求。

第四章型腔布局与分型面设计4.1型腔的布局由前面章节阐述可知，900宽体液刹采用了一模一腔的成型方式。其次，侧面特征需要结合侧抽芯机构来实现，因而不能同时并排；那么顾及到脱模难易等多方面因素，从而设定型腔的形式，如下图4.1所示：采用了平衡式布局。图4.1型腔布局4.2分型面的设计在模具结构中，分型面是凹凸模的临界交接点，对制品的质量和成型工艺起到十分关键的功用。为此，我们必须选择恰当的位置来作为分模基准。除此之外，需要遵守以下几点原则，即依次为：不干扰制品的顺利脱模；必须位于塑件的最大轮廓处；尽量降低成型部件的加工难度；确保产品的光泽度和质量；方便侧抽芯机构的设计；不影响模具排气和浇注形式；分模后塑件依旧还在型腔上。于是经过综合分析之后，从而方可得出：由于此次的液刹零件曲面较多，而且结构复杂，因而分型位置不可能在一个平面上；再者，为了确保能够顺利脱模，于是确定出合理的分型面，结果如下图4.2所示：图4.2塑件分型面第五章浇注系统的设计5.1主流道的设计主流道是熔体原料的流入枢纽，和注射机的喷嘴紧密连接。于此同时，其结构型式如下图5.1所示：图5.1主流道结构关键参数设计：采用圆锥形流道，一般经验值为；其次，内壁光泽度至少要满足，并且进行抛光处理；主流道顶部球形凹陷半径是，通常要大于喷嘴半径；还有深度是，同时进料口处直径要大于喷嘴，理论值为；尾部通过圆角过渡，大小为；总长度满足；5.2主流道衬套的设计由于注射机使用了有托唧咀，于是将主流道衬套设计成如下图5.2的结构型式：即通过两个的紧固螺钉，然后将定位圈（）和上面板配合衔接。不仅如此，加工材质采用钢，而且经过淬火工艺，让其硬度升至。图5.2主流道衬套结构图5.3浇口的选择5.3.1浇口的选用对于浇口，即流道与成型机构的连接部件。一方面，为了确保900宽体液刹外观质量，则脱模断开后压痕较浅；另一方面，浇口结构要便于冷凝后掰断，而且不残留。不过，这次型腔布局为一出一，那么适合选用直接式类型，如下图5.3所示：图5.3潜伏式浇口5.3.2浇口位置的选用在注塑过程中，浇口位置是极为关键的一点；倘若布置不合理，则会对制品质量产生不良影响；反之，如果正确科学地设计浇口尺寸和安置点，那么就能够改善塑件外观和性能等。于此同时，需要遵守几点原则，即依次是：防止明显熔接痕的出现；不对制品表面造成破坏；便于凹凸模排气；减小熔料的流动行程；避免浇口处受力；位置最好选在产品最大壁厚；经过一番阐析后，顾及到玩具注重表面美观，因而要求不可以有任何小瑕疵。不仅如此，还要结合生产效率和制造成本，继而决定选在液刹零件的中间位置。5.3.3排气的设计排气的功用关键是将凹凸模内部的残留气体排出，从而缓冲成型压力，减小注射周期，最终达到高效的生产目标。不过，排气的方式无独有偶，要依照实际的模具结构而定。然而对于本次900宽体液刹注塑模，仅需通过零部件之间的装配间隙，和分型面自然排气即可。第六章成型零件的设计在塑件的制造过程中，需要依靠模具内部的成型零部件，从而共同有序执行来完成整个生产内容。但是，成型机构中必定含有凹凸模和杆件等；其它组件的应用要顾虑到产品结构的复杂程度。其次，它们之间是紧密接触的，于是对制品的质量承担着关键的作用。由此看来，要合乎常理地设计成型零件，既要达到预期的尺寸偏差和光滑度，又要具备优异的机械特性，这样才能够在高温高压的工况下使用。最后，按照加工工艺和技术要求，继而实行对应的结构设计和计算。6.1成型零件的结构设计6.1.1型腔的结构设计型腔又称凹模，功用在于成型制品外形；因此，在进行结构设计的同时，首先分析塑件的相关精度指标，然后从加工方式和工艺方面入手，从而达到实际要求。那么，本次900宽体液刹整体造型较为复杂，轮廓位置存在侧面特征；据此我们优先采用整体嵌入式型腔，材料为，方可降低制造难度，节省成本，而且便于组装和保养。结构如下图6.1所示：图6.1型腔的结构图6.1.2型芯的结构设计型芯又称凸模，同理可得，为了维持模具结构的稳定性和可靠性，我们一样选取整体嵌入式结构，材料也是，如下图6.2所示：图6.2型芯的结构图6.2成型零件工作尺寸计算对于成型零件的尺寸计算，我们可以借助文献资料，从中引进理论公式，即分别是：其中：，；，可查公差表，而且；；接着，把已知数值依次引入，最终通过整合，得出表6.1：表6.1成型零件尺寸结构类别塑件尺寸公式模具尺寸型腔内部尺寸深度尺寸型芯外形尺寸高度尺寸第七章合模导向机构的设计本章节主要解析合模导向机构，它的设计要领包括了：（1）倘若用于小型模具中，则通常由2条导柱即可；相反，尺寸偏大时数目就加至。其次，在没有指定合模路线的情况下，导柱彼此对称安放，并且大小一致；然而有特殊方位的话，那么必须选取非对称和不等径的结构型式。（2）对导柱的装配位置有严格的要求，即一般定位在模具周边，同时需要满足：，、，具体数值可借鉴对应的标准模架参数。（3）各个导向零件具备精准的形位公差，即同轴度。否则会使得合模不顺畅，从而造成磨损；（4）导柱主体配合精度选取，然而头部为；（5）导柱长度要适中，最基本要高于凸模顶面，超出的理论值是,这样才能实现导向功用；7.1导柱结构参考以上阐述重点，然后我们方可完成导柱的设计，即结构如下图7.1所示:中间开设了3个的弧槽，用以型腔排气；不仅如此，头部尺寸取，而且工作部分为。于此同时，为了符合作业强度，继而选择来作为加工材料，并且后续经过热处理工序，最终使得硬度抵至。图7.1导柱的结构图7.2导套结构首先，在模具组装上，导套和导柱是过度配合关系，且等级是，以此能够进一步确定出其结构，如下图7.2所示：同样是带头型式，然而主体尺寸是，制造工艺和材质与导柱一致。图7.2导套的结构图7.3侧抽芯机构的设计7.3.1抽拔力在模具注射的后期作业，因为热胀冷缩的自然现象，所以在制品冷却的同时，则会使得型腔里面压力变大，从而产生一定的挤压力。由此可见，想要顺利完成脱模，那么亟需具备足够大的抽拔力，接而攻克所有阻力。于是，我们首要分析初始抽拔力，这个可查阅文献[1]中的理论剖析，继而直接引荐公式进来，即（7-1）其中，各代号表示：（），查知；，计算得；，经验值为，则选定；，；；然后经过推导，终得：除此之外，还有斜导柱承载着弯曲应力，同理由几何关系得出：（7-2）其中，各代号表示：，这里取；，；最终计算得到：。7.3.2抽芯距为了让凸模顺畅地脱出，于是对抽芯距的大小有严格的要求，即滑块的移动行程长度值。通常而言，符合以下等式关系，也就是：（7-3）其中，各代号表示：，则；；那么方可推算出：。第八章脱模机构的设计8.1脱模机构设计的总原则（1）模具执行脱模的过程，即将制品从凹模中顶出，于是方可将推出机构安置在型腔底部，由此也能降低设计难度；（2）为了避免对产品外观造成不良影响，则需要合理布局推出部件。通常会选择比较内部或者不明显的位置，从而减轻品质风险；（3）通过理论分析，科学可靠地设计推杆数量和结构，用以确保达到足够的脱模力，并且在作业时，使得塑件均匀受力；（4）整体布局和结构组成尽量简易，同时紧凑稳固，不能和其余部件挤压或碰触，从而便于组装和加工。8.2推杆设计8.2.1推杆的结构剖析900宽体液刹的外形可知，其脱模只需底部推杆顶出即可，那么采用如图8.1所示的结构型式：即带头圆柱状，头径尺寸是，而且另一段为。其次，加工所用材质是。图8.1推杆的结构图8.2.2推杆的布局参照上述要点讲解，继而完成推杆的布局，于是如下图8.2所示：在制品底部采用16根推杆有序安置，分别均匀分布液刹边缘，以免发生应力集中。另一方面，对型腔气体排出也起到促进功用，则从各杆和凹模的配合间隙中流失。由此看来，整体分布科学合理，既不损坏塑件外观，又具备优越的稳定性。图8.2推杆的布局第九章温度调节系统的设计由于制件的材料性能和成型工艺，因而显然可知温度对品质保障的重要性；倘若模温的控制不到位，那可能会造成熔体流动不稳定，从而降低了整个机械特性，甚至出现应力集中导致破裂等情况。不但如此，产品完成冷却所需的时长将近整个注塑周期的80%；由此见得，低温的调控设计也是关键部分，不过也要顾及到生产成本和模具结构。于此同时，决定冷却方式的根源也层出不穷，主要有制件轮廓外形、分型面位置，以及模温要求等；通常选取型芯中加设多个流道，经过合理的布局和尺寸设计，并且采用适宜的介质流入和排出来实现降温。然而，对于此次毕设的900宽体液刹，其生产原料是ABS，因此具有较好的耐热性；从中分析得出，浇注系统温度不能偏低，不然会使得溶液流动缓慢和不均匀。总而言之，注射机一旦启动作业，继而立即实行模具加热，用以避免型腔填充欠缺。其次，针对温度调节系统的设计，首要重点在于：区分好温度变换顺序，哪个阶段需要升温或降温；（2）确保900宽体液刹各处等温，形变一致；（3）可通过流道持续注水方式，来实现高效降温；（4）系统构造尽可能简易，制造难度低，节省成本。9.1模具冷却系统的设计参照模具设计手册，得知冷却管道数目理论值大于3为最佳，而且管径尺寸不宜过小。在结构方面，流道之间必须几何对称或均匀分布，用以让产品稳定成型。不仅如此，要避开镶块和熔接痕位置，防止出现漏水现象，总之保证良好的密封性。于是，本次水管选定4个，并且管径是，具体结构如下图9.1所示：图9.1冷却系统的结构图9.2模具加热系统的设计已知900宽体液刹所用材质ABS，查知它的融解临界温度是。另外，自身的流动能力较为一般；并且起始模温设定在，显然不满足原料熔化指标，因而亟需对模具执行加热，使其升温。不过，加热的方式种类繁多，例如：热水、热气流、热油、以及电加热等。综合剖析后确定选取电加热，这样操控方便，且绿色无污染。

第十章模流分析和型腔仿真加工1.模流分析为了验证模具设计的可行性，则需要通过最后的把关，即模流分析。通俗来讲，就是利用计算机辅助技术，继而在相近的环境下，进行流体注射模拟仿真，从而得出各项指标数据，最终完成论证。然而，这次选择了模具制造行业常用的分析软件，接而执行后续操作：导入三维模型，接着分析壁厚一致性；其次，采取了双面流类型的网格来划分塑件，用以研究液刹成型中的流动平衡、冷却、熔接线，以及变形量等。因此，依次分析出：（1）分析浇注系统的充填时间，结果如下图10.1：图10.1充填时间分析图从中看出：充填时间为。（2）分析流动前沿温度，结果如下图10.2：图10.2流动前沿温度分析图从中看出：总体温度为260.4℃。（3）分析充填末端压力，结果如下图10.3：图10.3充填末端压力分析图从中看出：充填末端压力是69.89MPa。（4）分析平均温度，结果如下图10.4：图10.4平均温度分析图从中看出：平均温度为196.5℃。（5）分析最高温度，结果如下图10.5：图10.5冻结层因子分析图从中看出：最高温度是225.7℃。（6）分析熔接线，结果如下图10.6：图10.6熔接线分析图从中看出：图中深色部分为熔接痕。（7）分析变形量，结果如下图10.7：图10.7总变形量分析图从中看出：总变形量为。综合所有数据分析，方可得出结论：型腔的填充时间和平均温度符合实际标准指标，而且填充压力值适中，对制品质量影响可忽略；除此之外，熔接痕位置不明显，且痕迹较浅，不会降低塑件外观品质，因而本次的900宽体液刹注塑模具结构设计合理可行。2.型腔仿真加工其基本工序为：下料-精磨-钻孔-线割-CNC-抛光-装配。利用UG加工模块，进而对此次液刹注塑模型腔执行编程仿真；于此同时，陆续把成型面的曲面图通过UG产生刀具加工路径，留余量在数控铣上加工成型，再用电火花加工成型。具体工序步骤见仿真文件，最终导出程序，见附件。

总结在结合此次900宽体液刹的注塑模具设计分析内容，继而能够看出涉及到的知识点会比较多，机械制造就像一个庞大的蜘蛛网，一层联系得一层，紧密不可分割。一方面，在开始着手课题任务时，需要对产品执行详细分析，由此方可制定合理可靠的成型方针，最终使用适宜的模架和脱模结构，以及UG和moldflow，来完成整个模具造型和模流分析。与此同时，在这整个设计过程中，我切身深刻体会到理论知识的重要性，并且融合到实践应用中来，考验自身对注塑装置的理解程度；如何有效和科学地提高产品的生产效率，还要保证尺寸合理和稳固性。于此同时，还需要对设计软件UG和moldflow掌握熟练，为此需要下心思和精力去学习。而且此次的900宽体液刹模具结构较为复杂，需要结合侧抽芯机构来实现成型，接而逐步完成浇注系统、合模导向机构、推出机构等设计内容，其中掺和了部分零件的结构选型，以及尺寸参数计算。不仅如此，参考书籍中的经验分析要点或者原则，从而更加科学可信地去实行各个数据选取，此外还有温度自我调节系统等方面的设计；因而对自身的考验要求严格。为此，我特意翻阅相关案例书籍和观看教程视频，继而才能逐步提升技能水平。总而言之，我还是需要继续总结和翻阅资料，不断地学习和实践，积累经验，才能够为以后的就业打下牢固的基础。参考文献[1]邹继强.塑料制品及其成型模具设计[C].北京:清华大学出版社,2005．2．[2]伍先明,王群,庞佑霞,张厚安等.塑料模具设计指导[C].北京:国防工业出版社，2006.5.[3]中国机械工程学会,中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典[R].南昌:江西科学技术出版社.2003.[4]《塑料模具设计手册》编委会.模具设计手册[D].北京:机械工业出版社.2002.[5]陈万林.实用塑料注射模具设计与制造[S].北京:机械工业出版社。2002.[6]贾润礼,程志远等.实用注射模设计手册.北京:中国轻工业出版社,2000.[7]徐学林.互换性与测量技术（第二版）[M].湖南：湖南大学出版社，2009.[8]黄弘毅，李明.辉模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，2011.[9]濮良贵.机械设计（第八版）[M].北京:高等教育出版社，2006.[10]成大仙.机械设计手册（第5版）[M].北京:化学工业出版社，2007.[11]史铁梁．模具设计指导[M]．北京：机械工业出版社，2003:1-80.[12]孙凤勤．模具制造工艺与设备[M]．