畢業(yè)設計-分線盒注塑模具設計（含全套CAD圖紙）

畢業(yè)設計-分線盒注塑模具設計（含全套CAD圖紙）,畢業(yè)設計,分線盒,注塑,模具設計,全套,cad,圖紙 武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 分線盒注塑模具設計及成型流動分析 院系名稱 機械工程與自動化學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機設072 姓 名 萬攀 一.課題研究的意義 當今社會，制造業(yè)已經成為衡量一個國家經濟基礎以及科技實力的重要依據，而模具技術則代表一個國家制造業(yè)水平高低的主要標準。它是現代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、攻關器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備，人們越來越認識到模具在制造業(yè)中的重要基礎地位。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本把模具譽為“進入富裕社會的原動力”，德國則冠之為“加工工業(yè)中的帝王”，在歐洲其他一些發(fā)達國家模具被認為“磁力工業(yè)”。由此可見模具技術在各國國民經濟中的重要地位。 塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產業(yè)及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛的應用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產量中約半數是注塑模具。時至今日塑料工業(yè)已經形成設計，生產，檢測，標準以及教學等一套完整的工業(yè)體系，其塑料制品也已經囊括各種行業(yè)，無所不有?？梢娝芰瞎I(yè)在國民經濟中占有越來越重要的地位。模具行業(yè)發(fā)展與否，將直接影響到各行業(yè)的發(fā)展，因此，在塑料成型中注塑模具是至關重要的。 由于我國塑料工業(yè)歷史較短，模具設計和制造力量還比較薄弱，注塑成型模具制造還趕不上制品生產的發(fā)展。近年來，我國塑料工業(yè)得到了蓬蓬的發(fā)展，塑料的應用已普及到國民經濟各個部門，在國防和尖端科學技術領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。 經過本次畢業(yè)設計可以掌握機械工藝裝備設計的一般方法及基本工序。鞏固和加強機械零件設計、機械制造工藝與裝備、機械制圖、模具設計和模具制造工藝等專業(yè)理論知識在實際生產中應用的能力。鞏固和加深對機械二維、三維的制圖能力。設計過程中鍛煉查閱文獻和資料自我設計的能力，培養(yǎng)和提升我們的創(chuàng)新能力，增強我們獨立思考問題和解決問題的能力。所以認真完成本次設計非常重要。 二. 國內外文獻的綜述 1. 國內塑料模具發(fā)展概況及趨勢 模具，是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具質量的高低決定著產品質量的高低，因此，模具被稱之為“百業(yè)之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。 中國模具工業(yè)的技術水平近年來也取得了長足的進步。目前，國內已能生產精度達2微米的精密多工級進模。工位數最多已達160個，壽命達1—2億次。在大型塑料模具方面，現在已能生產48英寸電視塑殼模具，6.5KG大容量洗衣機的塑料模具，以及汽車保險杠，整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面國內已能生產照相機塑料模具，多行腔小模數齒輪模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。在汽車模具方面，現已能制造新型轎車的部分覆蓋件模具。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具，鋁合金到了較高的水平，并可替代進口模具。雖然中國模具工業(yè)在過去的十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重還比較底，CAD/CAE/CAM的普及率不高，許多先進的模具技術的應用還不夠廣泛等。特別在大型、精密，復雜和長壽命模具技術上存在明顯差距，這些類型模具的生產能力不能滿足國內需求，因而需要大量從國外進口。 根據國內和國際模具市場的發(fā)展狀況，有關專家預測，未來我國的模具經過行業(yè)結構調整后，將呈現十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化；二是模具的精度將越來越高；三是多功能復合模具將進一步發(fā)展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有較大發(fā)展；六是模具標準化和模具標準件的應用將日漸廣泛；七是快速經濟模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模的比例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大，這也是產品結構調整所導致的模具市場未來走勢的變化。 在塑料模具中注射模具是應用最廣泛、類型最多、結構最復雜的一種。在現代塑料制件的生產中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少的三項重要因素，尤其是塑料模具對實現塑料加工工藝要求、滿足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起著重要的作用。一副好的注塑?？沙尚蜕习偃f次，這與模具的設計、模具材料及模具的制造有著很大的關系。 2． 國外塑料模具發(fā)展概況及趨勢 目前模具發(fā)達國家己經將CAD/CAM/CAE技術貫穿于模具制造的整個環(huán)節(jié)，而我國的模具企業(yè)對CAD/CAM/CAE技術的應用僅限于大型模具企業(yè)中，而且也集中在CAD/CAM技術上，而對于CAE技術的應用目前還處于起步階段。注射模CAE技術是一門以CAD/CAM技術水平的提高為發(fā)展動力，以高性能計算機及圖形顯示設備的推出為發(fā)展條件，以計算力學中的邊界元、有限元、結構優(yōu)化設計及模態(tài)分析等方法為理論基礎的新技術。它的發(fā)展實際上包含了計算機技術、塑料熔體流動理論、有限元方法的完善。注塑熔體流體理論的研究始于20世紀60年代，美國、英國、加拿大等國的學者如J.R.Pearson(英)、J.F.Stevenson(美)M.R.Kamal(加)、K.K. Wang〔美)等開展了一系列有關塑料熔體在模具型腔內流動與冷卻的基礎研究。隨后，許多研究者對一維流動進行了大量研究，主要是計算塑料熔體在等直徑圓管，中心澆口的圓盤以及端部澆口的矩形型腔中的流動過程。20世紀70年代完成了二維分析程序，20世紀80年代開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域，進入20世紀90年代后開展了成型過程流動、保壓、冷卻、應力分析及翹曲的全過程模擬，將各獨立模塊有機地結合起來，考慮它們之間的相互影響，以提高模擬軟件的分析精度和擴大適用范圍。這些卓有成效的研究成果，為開發(fā)使用型的注塑模分析軟件奠定了基礎。 隨著計算機技術與注塑成型理論的發(fā)展，在以上基礎性研究的基礎上，從事注塑成型的工程研究人員逐步完善了注塑成型過程的計算機模擬，即將塑件在模腔中的成型過程劃分為若干步，應用數學模型或有限元等理論分析方法， 對每一步在塑件中的應力、應變和溫度分布等進行分析計算，直到塑件最終成型為止，以檢查工藝方案和模具結構參數是否合理。每次分析計算的結果即可以在屏幕上以圖形化形式直觀的顯示出來，也可將全部數據打印出來。若設計者對這一方案尚不滿意，便可修改工藝方案和模具的結構參數，重新進行分析計算，直到滿意為止。這樣，利用計算機模擬技術，進行工藝和模具的優(yōu)化設計，從而節(jié)省試驗費用，縮短工藝和模具設計周期。由上可以看出，將CAE應用于注塑過程分析具有積極的意義。 三.本課題的研究內容、研究方法、研究手段和研究步驟 研究內容： 本課題主要是塑料成型的工藝設計及制造，也就是對分線盒注塑模進行工藝設計方案的分析確定及其工藝計算。 研究方法： 綜合運用塑料成型加工、模具設計與制造基礎、模具CAD、機械原理、機械設計理論、現代機械設計方法、工程材料學、機械加工工藝學，以及機構運動學、動力學分析方法、熱力學分析方法，對注塑模具進行設計。 研究手段： 圖書館資料查詢 、計算機輔助設計、計算機輔助分析、三維實體建模和分析仿真等。 研究步驟： 1. 運用Pro/E進行分線盒的三維設計。 2. 分析并提出分線盒注塑模的設計方案及加工工藝 3. 分析零件的成形工藝性及注射機選用，模具類型及結構的確定。 4. 運用AutoCAD繪制出注塑模具的裝配圖及各個零件圖，運用Pro/E分別進行模具分型面的設計；利用模具外掛EMX5.1進行模架及各個零件三維模具設計。 5. 在裝配圖上應清楚地表示出零件之間的裝配關系，裝配尺寸標注要正確；所有的非標準件都應繪制出零件圖，尺寸標注要完整，并用計算機輸出所有的設計圖稿。 四.時間安排 畢業(yè)論文設計分三個階段進行 1.2010年12月1日——2011 年1月8日為準備階段 熟悉課題，收集相關資料、擬定總體方案 2.2011年1月9日——2011年5月15日為實施階段 第一輪（2011年1月9日——2011年1月19日）：整理資料，確定研究思路與方向，撰寫開題報告。 第二輪（2011年1月20日——2011年2月9日）：塑件成型工藝性分析、注射機選型、型腔布置，分型面選擇。 第三輪（2011年2月10日——2011年4月20日）：成型零部件及其他相關零件的設計計算，繪制草圖。 第四輪（2011年4月20日——2011年4月27日）：選擇模架及模具裝備設計，繪圖。 第五輪（2011年4月28日——2011年5月15日）：整理說明書，英文翻譯。 3. 2011年5月16日——2011年5月25日為論文裝訂，準備答辯階段 五.參考文獻 1、黃虹， 塑料成型加工與模具 化學工業(yè)出版社 2、屈華昌，伍建國，塑料模具設計 機械工業(yè)出版社 1993 3、夏巨諶，李志剛，中國模具設計大典 2003 4、張曉黎，塑料加工和模具專業(yè)英語 化學工業(yè)出版社 2005 5、模具設計手冊 6、機械設計手冊 7、齊曉杰.塑料成型工藝及模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003. 8、陳于萍，周兆元.互換性與測量技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006. 9、馮炳堯.模具設計與制造簡明手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，2005. 指導教師簽名： 年 月 日 摘 要 分析了分線盒的結構特征，使用Pro/E軟件進行分模設計，利用注塑模設計專家(EMX)外掛進行其模架的設計。為了減少試模次數，降低設計成本，選用Moldflow軟件對塑件進行模具設計的優(yōu)化分析，并對分線盒注塑模進行了流動模擬分析。 在進行塑件3D設計后，利用CAD進行2D的排位，制圖和出圖。主要注射模的定模機構、動模機構、澆注系統(tǒng)、導向裝置、頂出機構、抽芯機構、冷卻和加熱裝置、排氣系統(tǒng)等的設計。 塑件流動模擬分析內容包括：充填分析、保壓分析、殘余應力分析。主要包括，充填時間、平均速度、氣穴、熔接痕、體積收縮率、塑件變形等，由此獲得滿意合理的澆口數量和位置。 分析了降低塑件成本的方法，針對批量不大的不同規(guī)格結構形式的分線盒，設計成一模多用的模具。只需更換模具中的幾個關鍵零件就可以生產多規(guī)格形式的塑件，減少模具數量，成本費大幅度減少。 關鍵詞：分線盒； CAD/CAE； 流動分析； 一模多用； 滑動型芯 ABSTRACT Analyzes the structural characteristics of junction box，using Pro / E software for junction box design, use of injection mold design experts (EMX) plug-in for its mold design.?To reduce the testing model, lower cost, and use Moldflow software for plastic mold design optimization analysis, and the junction box for simulation.? After plastic 3D design course，using CAD software for qualifying, drawing.?Fixed the mold main body, the dynamic model agencies, casting systems, guiding device, top the body, core-pulling mechanism, cooling and heating equipment, exhaust system design.? Plastic flow simulation analysis include: filling analysis, packing analysis, residual stress analysis.?Include, filling time, average speed, air traps, weld lines, volume shrinkage, plastic deformation, thus reasonably satisfactory number and location of the gate.? A multi-purpose injection mould for an adapter junction box was developed．With replacement of some key components in the mould，various specifications and structures of adapter junction box can be made and therefore the manufacturing costs are reduced． Keywords: adapter junction box; CAD/CAE; Moldflow; multi-purpose mould; sliding core 1. 緒論 1 2. 塑件工藝分析 1 2.1 塑件分析 1 2.2 塑件的原材料分析及工藝參數 3 2.2.1 塑件的原材料分析 3 2.3 HPVC的注射工藝參數 3 2.4 HPVC的主要性能指標 3 3. 注塑機的選型 4 3.1 所需注射量的計算 4 3.1.1 塑件質量、體積計算 4 3.2 注射機型號的選擇 4 3.3 型腔數量及注射機有關工藝參數的校核 5 3.1.1 型腔數量的校核 5 3.1.2 注射機工藝參數的校核 6 3.1.3 安裝尺寸校核 6 3.1.4 開模行程和推出機構的校核 7 3.1.5 模具尺寸與拉桿內間距校核 7 4. 分型面的選擇 7 4.1 確定型腔數量和排列方式 8 5. 澆注系統(tǒng)設計 9 5.1 主流道的設計 9 5.2 主流道襯套的形式 9 5.3 澆口的結構形式 10 5.4 澆注系統(tǒng)的平衡 11 6. 成型零件的結構設計和尺寸設計 11 6.1 成型零部件的結構形式 11 6.1.1 凸凹模的結構設計 11 6.1.2 成型零部件的工作尺寸的計算 11 6.1.3 型腔零件強度、剛度的校核 13 7. 脫模機構的設計 14 7.1 脫模推出機構的設計原則 14 7.2 推出機構的設計 15 7.2.1 脫模力的計算 15 7.2.2 確定頂出方式及頂桿位置 15 7.2.3 推桿強度計算 15 8. 側抽芯機構的設計 16 8.1 滑動堵頭與滑動型芯設計 16 8.2 斜導柱長度的計算 17 9. 溫度調節(jié)系統(tǒng) 18 9.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 18 9.2 冷卻介質的選用 18 9.2.1 冷卻系統(tǒng)的粗略計算 18 10. 模架的確定 19 11. 塑件的Moldflow分析 19 11.1 有限元法介紹 19 11.2 分線盒模型前處理 20 11.3 分線盒注塑模流動分析及改進 21 參考文獻 26 外文資料 27 中文翻譯 34 致 謝 38 武漢紡織大學2011屆畢業(yè)設計論文 1 緒論 塑件的生產成本包括原料費、水電費、人工費、 模具費等，其中原料費、水電費、人工等與生產塑件的數量成正比關系，模具費分攤到每個塑件的費用與生產塑件的數量密切相關，即模具生產塑件的數量越多，模具費分攤到每個塑件的費用就越少,注射模設計制造周期長，精度要求高，價格昂貴，因此注射模適合大批量生產，但如圖1所示分線盒塑件，需求量不大或在一段時間內需求量不大，而規(guī)格、型號較多，如每一個規(guī)格、型號塑件都做1副模具，模具數量多，生產周期長，制造費用高，成本高， 缺乏市場競爭力?，F設計 1副一模多用的注射模，只需更換模具中的幾個關鍵零件就可生產多種規(guī)格塑件，成本大幅度減少，提高了市場競爭力，企業(yè)經濟效益也顯著提高。 2 塑件工藝分析 2.1 塑件分析 分線盒主要用于通訊、網絡等的分線管接線。從使用要求看，分線盒具有高電絕緣性和難燃、阻燃特性，防塵防潮，因此分線盒塑料選用硬聚氯乙烯(HPVC)。HPVC成型性能好，使用性能穩(wěn)定，貨源充足，價格合理，收縮率 0．6％～1．5％，溢料值 0.06mm，可滿足使用和成型要求。 圖 (a)為四通分線盒，有 4個通路口， mm通路口與分線管相配，64±0．2mm尺寸與分線盒蓋相配，這2組尺寸精度要求較高，其余尺寸精度只作一般要求。塑件上4個通路mm與分線盒的主分型面垂直，為外側凸起和側孔，為便于開模取件必須設計側抽芯結構，而且為節(jié)約制造成本，側抽芯的結構必須實現一模多用，只需要更換其中的部分零件就可以生產5種不同規(guī)格的制品。要生產的制件如圖2-1所示 圖2-1 分線盒二維圖圖2-2 分線盒三維圖 2.2 塑件的原材料分析及工藝參數 2.2.1 塑件的原材料分析 塑件的原材料采用硬聚氯乙烯（HPVC）屬熱塑性塑料。從實用性能上看，有較好的抗拉、抗彎、抗壓抗沖擊性能，有較好的電器絕緣性能。但熱穩(wěn)定性較差，長時間加熱會導致分解，放出氯化氫氣體。從成型性能上看，易放出氯化氫，必須加入穩(wěn)定劑和潤滑劑，并嚴格控制溫度及熔料的滯留時間，模具澆注系統(tǒng)應粗短，進料口截面易大，模具應有冷卻裝置。 a) 尺寸精度分析 根據任務書的要求：該零件工作尺寸的制造精度為IT9級。塑件最大壁厚為3mm,最小為2mm,壁差為1mm,較均勻，有利于零件成型。從課本《塑料成型加工與模具》表4-2得：壁厚為2mm. b) 表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺、內部不得有導電雜質外，沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現。 2.3 HPVC的注射工藝參數 （a）、注射機：螺桿式 （b）、螺桿轉速(r/min)：15～25 （c）、料筒溫度（℃）： 后段：150～160 中段：165～170 前段：170～180 （d）、噴嘴溫度（℃）： 180～200 ；噴嘴形式：通用型。 （e）、模具溫度（℃）： 30～60 （f）、注射溫度（℃）： 190～215 （g）、注射壓力（MPA）：80～130 （h）、保壓壓力（MPA）：40～60 （i）、成型時間（S）：注射2～5；保壓15～40；成型周期40～90；冷卻15～40。 2.4 HPVC的主要性能指標 表2-1 HPVC的主要性能指標 密度（g/cm^3） 1.35---1.45 屈服強度/Map 35---50 質量體積（cm^/g） 0.69---0.74 抗拉強度/Map 35---50 吸水率24h/% 0.07---0.4 拉彎彈性模量/Gap 2.4---4.2 玻璃化溫度/℃ 87 抗彎強度/Map ≥90 熔點/℃ 160---212 彎曲彈性模量/Map 0.05---0.09 計算收縮率/% 抗彎強度/Map 比熱容/（j/(kg*k)） 1260 抗剪強度/Map 3 注塑機的選型 注射機為塑料注射成型所用的主要裝備，因此設計注射模是應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。注射機規(guī)范的確定是根據素件的大小及型腔的數目和排列方式，再確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出形程，開模距離等進行計算。根據這些參數選擇一臺和模具相配的注射機。 3.1 所需注射量的計算 3.1.1 塑件質量、體積計算 根據任務書提供的塑件圖樣，建立塑件模型并對此模型分析得： 塑件體積 ： 塑件質量： （1） 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計算 可按塑件體積的0.6倍計算，由于該模具采用一模一腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為： （2） 該模具一次注射所需塑料 體積： （3-1） 質量： （3-2） 3.2 注射機型號的選擇 近年來我國引進注射機型號很多，國內注射機生產廠的新機型也日益增多。掌控使用設備的技術參數是注射模型設計和生產所必需的技術準備。在設計模具時。最好查閱注射機生產廠家提供的《注射機使用說明書》上標明的技術參數。 根據以上初步計算初步選定型號為XS—ZY—250型臥式注射機。 表3-1 注射機的主要技術參數 螺桿直徑/mm 50 拉桿內間距/mm 448x370 螺桿長徑比 最大模具厚度/mm 350 理論容量/cm^3 250 最小模具厚度/mm 250 注射質量/g 推出行程/mm 注射速率(g/s) 頂出力/ken 塑化能力(g/s) 頂出桿根數 額定注射壓力/Mpa 1300 定位孔直徑/mm 螺桿轉速/(r/min) 頂出中心孔直徑/mm 40 鎖模力/ken 180 噴嘴球半徑SR/mm 18 開模行程/mm 350 噴嘴孔半徑/mm 4 3.3 型腔數量及注射機有關工藝參數的校核 3.1.1 型腔數量的校核 （1）由注射機額定注射量確定型腔數量 （3-1） ——注射機額定注射量 ——澆注系統(tǒng)工程凝料量 ——單個塑料的容積或質量 （2）按注射機額定鎖模力進行校核 （3-2） 式中： -注射機的額定鎖模力，N -單個塑件在模具分型面上的投影面積， -澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積， -塑料熔體對型腔的成型壓力，MPa（其大小一般是注射壓力的80％） 3.1.2 注射機工藝參數的校核 （1）注射量校核 注射量以容積表示，最大注射容積為 （3-3） 式中：-模具型腔和流道的最大容積（） -指定型號和規(guī)格的注射機注射量容積（） -注射系數，取0.75 倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮塑料在料桶中停留時間過長，所以最小注射量容積：.故每次注射的實際注射量容積V′應滿足,而V′≈44,符合要求。 （2）最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力，應該大于注射成型時所需調用的注射壓力P 即 （3-4） 式中： -安全系數，常取 =1.25-1.4 實際生產中，該塑件成型時所需注射壓力為70Mpa-100Mpa,代值計算，符合要求。 3.1.3 安裝尺寸校核 （1） 主流道小端直徑D大于注射機噴嘴d，通常為 D=d+ (0.5--1) mm 對于該模具d=4mm,取D=4.5mm,符合要求 （2） 主流道入口的凹面半徑SR0應大于注射機噴嘴球半徑SR，通常為 SR0=SR+（1-2mm） 對于該模具SR=12mm,取SR0=13mm,符合要求。 （3） 定位圈尺寸 注射機定位孔尺寸為{H7}，定位圈尺寸取{f6}，兩者之間呈較松動的間隙配合，符合要求。 （4）最大與最小模具厚度 模具厚度應滿足Hmin < H < Hmax 式中Hmin=200mm，Hmax=300mm 而該套模具厚度H=90+32+50+63=235mm,符合要求。 3.1.4 開模行程和推出機構的校核 開模行程的校核 H≥H1+H2 （3-5） H≥H1+H2+（5-10）mm 式中 H—注射機動模板的開模行程（mm） H1—塑件推出行程 H2=25+32+60+（5-10）=112—117（mm） 代值計算，符合要求。 該注射機推出行程滿足要求 3.1.5 模具尺寸與拉桿內間距校核 該套模具模架的外形尺寸為300mmx285mm,而注射機拉桿間距為448mm x 370mm,因370mm 〉300mm,符合要求。 注：對于上面的2）、3）、4）、5）的校核內容與后面的模具結構設計交叉進行的，但為了整體形式與內容的統(tǒng)一，所以將該部分內容放于此。 4 分型面的選擇 在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是注射設計中的一個關鍵因素。有利于保障塑件的外觀質量 （1） 分型面應選則在塑件的最大截面處 （2） 盡可能使塑件留在動模一側 （3） 有利于保障塑件的尺寸精度 （4） 盡可能滿足塑件的使用要求 （5） 盡量減少塑件在和模方向上的投影面積 （6） 長型芯應置于開模方向 （7） 有利于排氣 （8） 有利于簡化模具結構 該塑件在進行塑件設計時已經充分考慮了上述原則，同時從所提供的塑件圖樣上可以看出￠64的圓桶四周有四個外經￠26的 圓環(huán)。根據其特點和表面質量要求，采用平面分型面，這樣有利于塑件脫模，也易于型芯和型腔的加工。其位置和形狀如圖4-1所示 圖4-1 分型面結構及形式 4.1 確定型腔數量和排列方式 一般來說，大中型塑件和精度要求的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構形式，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求）形狀具有一定的特殊性，又是小批量生產時，可以采用一模一腔的結構。故由此初步擬訂一模一腔，如圖4-2所示 圖4-2 型腔圖 5 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，采用點澆口，雙分型面。 5.1 主流道的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴處的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。 主流道尺寸 （1） 主流道小端直徑D=注射機噴嘴直徑+（0.5-1） =4+（05-1），取D=4.5mm （2）主流道球面半徑 SR0=注射機噴嘴球半徑+（1-2） =12+（1-2），取SR0=13mm （3）球面配合高度h=3mm-5mm,取h=3mm （4）主流道長度盡量小于60mm，由標注模架結合該模具結構，取L=40mm。 5.2 主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質剛材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A、等，熱處理硬度為50HRC-55HRC，如圖5-1所示 圖5-1 主流道襯套 5.3 澆口的結構形式 澆口的設計原則： （1）澆口尺寸及位置選擇應避免熔體破裂而產生噴射和蠕動； （2）澆口位置應有利于流動、排氣和補料； （3）澆口位置應使流程最短，料流變向量少，并防止型芯變形； （4）澆口位置及數量應有利于減少熔接痕和增加熔接強度。 圖5-2 澆口的位置與形式 5.4 澆注系統(tǒng)的平衡 對于該模具，從塑件圖上可以刊出，該塑件是對稱結構，采用點澆口，澆注系統(tǒng)顯然是平衡的。 流動比的校核： （5-1） 式中-流動距離比 -流動路徑各段長度，mm -流動路徑各段的型腔厚度，mm n-流動路徑的總段數 因為影響流動比的因素主要是塑料的流動比，根據注塑壓力確定HPVC的流動性中等，其允許流動比{ }=130-170，所以符合要求。 6 成型零件的結構設計和尺寸設計 6.1 成型零部件的結構形式 6.1.1 凸凹模的結構設計 中小型凹模宜采用整體式凹模，本設計采用整體式凹模，這是因為凹模板厚度為27mm，比較薄，模板尺寸也較小，采用整體式并不會浪費材料，整體式凹模的優(yōu)點是：強度大，塑件上不會產生拼?？p痕跡。凸模的裝配形式有模體與底板一體式，底板裝配式，螺釘配合底板式。本模具屬于小型模具，為了減少模具零件的加工量和便于加工，采用過渡配合（H7/m6）將型芯壓入模具。 6.1.2 成型零部件的工作尺寸的計算 成型零部件中與塑件接觸并決定塑件幾何形狀的各處尺寸，稱為工作尺寸，它包括型腔深度與型芯高度尺寸、型腔和型芯徑向尺寸、成型零件中心距。根據與塑件熔體或塑件之間產生摩擦磨損之后尺寸的變化趨勢，可將工作尺寸分為三類：1) 孔類尺寸(A類)；2)軸類尺寸(C類)；3)中心距類尺寸(C類).任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的實際尺寸與基本尺寸之間的誤差叫制品的尺寸偏差。引起制品產生尺寸偏差的原因很多，據目前的生產經驗來說，主要的原因是來自塑件的收縮率、成型零部件的制造偏差及其在使用過程中的磨損等三方面。 生產中一般根據制品尺寸允許的公差來確定成型零部件的制造偏差及其磨損量，它們關系如下： ; 。 （5-2） 利用平均收縮率來計算，平均收縮率(Scp)是塑件的最大收縮率(Scpmax)與最小收縮率(Scpmin)的和的一半，即： Scp＝（Scpmax + Scpmin）/2 ＝0.6%+1.5%/2 ＝0.105% (5-3) 型腔工作部分尺寸: 型腔徑向尺寸: Lm=〔〔1+s〕Ls-x△〕 (5-4) 型腔深度尺寸：Hm=〔〔1+s〕Ls- x△〕 (5-5) 型芯徑向尺寸：lm=〔〔1+s〕ls+ x△〕 (5-6) 型芯深度尺寸：hm=〔〔1+s〕ls+ x△〕 (5-7) 型芯高度尺寸：hm=〔〔1+s〕hs+ x△〕 (5-8) 中心距尺寸： (5-9) 式中:Ls-形徑向基本尺寸的最大尺寸（mm） Ls-塑件內形徑向基本尺寸的最小尺寸（mm） Hm-塑件外形高度基本尺寸的最大尺寸（mm） hm-塑件內形深度基本尺寸的最小尺寸（mm） Cm-塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm） x-修正系數，取0.5-0.75 △-塑件公差（mm） 各工作部位尺寸計算結果如圖6-1所示，通常制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進行收縮率計算 圖6-1 分線盒各工作部分的尺寸 6.1.3 型腔零件強度、剛度的校核 對于該套模具選整體式型腔。型腔的強度、剛度校核如下 型腔側壁厚度的校核 按強度校核: (6-1)符合要求。 式中 r-凹模內半徑（mm）,平均為32mm p-模具型腔內最大的塑料熔體壓力Mpa,一般為30Mpa-50Mpa，取50Mpa -模具強度計算的許用應力，預硬化模具鋼具體值為=300 Mpa 按剛度校核: （6-2） 式中r-凹模內半徑（mm）,平均為32mm P-模具型腔內最大的塑料熔體壓力Mpa,一般為30Mpa-50Mpa，取50Mpa E-模具鋼材的彈性模量，預硬化塑料模具鋼E=Mpa -模具鋼材的泊松比，取0.25 -模具剛度計算許用變形量 =25i=mm 帶入計算R=32.47＜55,符合要求 型腔底板厚度的校核 按強度校核： （6-3） 符合要求。 式中各符號意義與取值同前 按剛度校核： （6-4） 符合要求。 式中各符號意義與取值同前。 7 脫模機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯中脫出，使塑件從凸?；虬寄Ｉ厦摮龅臋C構稱為脫模機構，或推出機構。 7.1 脫模推出機構的設計原則 1） 推出機構應盡量設置在動模一側 2） 保證塑件不因推出而變形損壞 3） 機構簡單，動作可靠 4） 良好的塑件外觀 5） 合模時的準確復出 7.2 推出機構的設計 1） 脫模力的計算應考慮的方面： 2） 由收縮包緊力造成的制品與型芯的摩擦阻力，該值應有實驗確定。 3） 由大氣壓力造成的阻力。 4） 由塑件的黏附力造成的脫模阻力。 5） 推出機構運動摩擦阻力。 7.2.1 脫模力的計算 由于制件為圓環(huán)形截面（t/d<0.05），則 （7-1） 式中—無量綱系數，隨f和而異；值還可從表8-3中選取 t/d—壁厚與直徑之比 —圓環(huán)塑件的壁厚，mm S—塑料平均成型收縮率 E—塑料的彈性模量，MPa L—塑件對型芯的包容長度，mm f—塑件與型芯之間的摩擦因數 —模具型芯的脫模斜度 —塑料的泊松比 A—盲孔塑件型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，,通孔制件的A等于零。 F = 10.1KN 7.2.2 確定頂出方式及頂桿位置 根據制品結構特點，確定在制品的四周邊緣對稱設置四根普通的圓頂桿，普通圓形頂桿按標準模架Z41，直徑6.0選用。 7.2.3 推桿強度計算 圓形推桿直徑d （7-2） 式中d-圓形推桿直徑(mm) K-推桿長度系數≈0.7 L-推桿長度(mm) n-推桿數量 E-推桿材料的彈性模量(N/cm^2)鋼E= d≈4取d=6mm 3.推桿的應力校核 （7-3） 式中-推桿應力() -推桿鋼材的屈服極限強度(N/cm)一般中碳鋼=3200合金結構鋼=4200 ≈8952.25 ﹤滿足要求 8 側抽芯機構的設計 8.1 滑動堵頭與滑動型芯設計 分線盒注射模型腔布置為對稱結構，滑動堵頭、滑動型芯需根據分線盒的結構進行更換和組合，滑動堵頭、滑動型芯采用較耐磨的T10A淬火處理，以保證足夠的工作壽命；滑動堵頭、滑動型芯尺寸及形狀精度要求較高，以保證安裝方便，運動順滑?；瑒佣骂^、滑動型芯結構如圖8-1所示。 (a)滑動堵頭 (b)滑動型芯 圖8-1滑動堵頭與滑動型芯結構 8.2 斜導柱長度的計算 側型芯滑塊抽芯方向與開合模方向垂直，斜導柱的工作長度L與抽芯距及傾斜角有關，即L=S/sinɑ 斜導柱總長度為： Lz=L1+L2+L3+L4+L5 （8-1） =d2tanɑ/2+h/cosɑ+dtanɑ/2+s/sinɑ+(5-10)mm 式中Lz-斜導柱總長度 d2-斜導柱固定部分大端直徑 h-斜導柱固定板厚度 d-斜導柱工作部分的直徑 s-抽芯距 Lz=90mm 斜導柱直徑計算 側向抽拔力Ft=AP(ucosɑ-sinɑ) （8-2） 式中A-塑件包緊側型芯的側面積 P-塑件收縮率對型芯單位面積的正壓力塑件在模內冷卻P=0.8x10^7-1.2x10^7(Pa) u-塑件對鋼的摩擦系數 ɑ-斜導柱傾斜角ɑ=20℃ Ft=8.46KN 因為Hw=15mm Hw為側型芯滑塊受到脫模力的作用線與斜導柱中心線交點到斜導柱固定板的距離。 由于其直徑計算比較復雜，有時為了方便，也可以用查表的方法確定斜導柱的直徑。先按已求得的抽拔力Ft和選定的斜導柱傾斜角ɑ查有關資料得出斜導柱的直徑d： d=16mm 9 溫度調節(jié)系統(tǒng) 9.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 (1)冷卻系統(tǒng)的布置應先于脫模機構 (2)合理地確定冷卻管道的直徑中心距以及與型腔壁的距離 (3)降低進出水的溫度差，普通模具的進出水溫差不應超過5℃ (4)澆口處應加強冷卻 (5)應避免將冷卻水道開設在塑件熔接痕處 (6)冷卻水路應便于加工和清理。 9.2 冷卻介質的選用 HPVC的成型溫度的模具溫度分別為190℃-215℃、20℃-60℃用溫水對模具進行冷卻。冷卻介質有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數大、成本低。用水冷卻，即在模具型腔周圍或內部開設冷卻水道。 9.2.1 冷卻系統(tǒng)的粗略計算 冷卻水的體積流量 （9-1） 式中p-冷卻水的密度，為 -冷卻水的比熱容，為4.187kJ/(kg·℃) -冷卻水出口溫度取25℃ -冷卻水入口溫度取20℃ 冷卻管道直徑 當求出冷卻水的體積流量后，便可根據冷卻水處于湍流狀態(tài)下的流速v與管道直徑的關系（見課本P211的表10-1），確定模具冷卻水管道的直徑d。 取d=8mm. 模具應開設的冷卻管道的孔數為： (9-2) 10 模架的確定 根據以上分析，計算以及型腔尺寸位置可確定定模架的結構形式和規(guī)格。選用結構形式為A2型、模架尺寸為300mmx285mm的標準模架可符合要求。 模具上所有的螺釘盡量采用內六角螺釘；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應光潔，加防銹油。兩模板之間應有分模間隙，即在裝配、調試、維修過程中可以方便地分開兩模板。 11 塑件的Moldflow分析 11.1 有限元法介紹 Moldflow軟件的原理是有限元法，有限元法是力學、計算方法和計算機技術相結合的產物，由于它在解決工程技術問題時的靈活性、快速及有效性，發(fā)展非常神速，其解題范圍包括了各個領域（固體力學、流體場、電磁場、溫度場、聲場）的數理方程；其計算機程序幾乎能求解數理方程中的各類問題，是工程技術人員必備工具，是力學、機械、土木工程、水力等專業(yè)的學生的必修課。有限元法是求解復雜工程問題的一種近似數值解法，現已廣泛應用到力學、熱學、電磁學等各個學科，主要分析工作環(huán)境下物體的線性和非線性靜動態(tài)特性等性能。 有限元法求解問題的基本過程主要包括：分析對象的離散化，有限元求解，計算結果的處理三部分。曾經有人做過統(tǒng)計：三個階段所用的時間分別占總時間的40%~50%、5%及50%~55%。也就是說，當利用有限元分析對象時，主要時間是用于對象的離散及結果的處理。如果采用人工方法離散對象和處理計算結果，勢必費力、費時且極易出錯，尤其當分析模型復雜時，采用人工方法甚至很難進行，這將嚴重影響高級有限元分析程序的推廣和使用。因此，開展自動離散對象及結果的計算機可視化顯示的研究是一項重要而緊迫的任務。 有限元分析的基本步驟和幾個問題： 離散化 ：（1）單元怎樣劃分，編排單元碼和節(jié)點碼有什么原則； （2）荷載如何移置。 單元分析：（1）節(jié)點力怎樣用節(jié)點位移表示； （2）如何建立以節(jié)點位移表示的節(jié)點平衡 方程式； （3）怎樣去求單元的內力（應力）。 整體分析：如何以最快的速度、最少的時間、最好的方案解出方程組，以得到最佳（可行精度）的結果。 11.2 分線盒模型前處理 （1）網格的劃分，處理，診斷 導入分線盒模型，并選擇網格類型為表面模型，設置全局網格邊長為10mm接著開始劃分網格。劃分完成后進行網格數據統(tǒng)計，網格數量4498，無自由邊，無交叉邊，最小縱橫比1.15，最大縱橫比38.55?？梢钥闯?，對于之后要進行的翹曲分析，縱橫比過大，需要調整。進行網格的縱橫比診斷，調整網格縱橫比為小于20。最后進行網格配向診斷，連通性診斷，自由邊診斷等，均沒有問題。 （2）分析類型及材料選擇 雙擊Moldflow左邊任務欄的填充，選擇分析類型為“澆口位置”，然后選擇材料為“PVC”牌號為87322。雙擊任務欄的“立即分析” 。 圖11-1 最佳澆口位置分析 查看分析結果，如圖11-1所示，藍色顯示的即為最佳澆口位置。 修改分析類型為“流動+翹曲”，為接下來的分析做準備。 11.3 分線盒注塑模流動分析及改進 進行工藝參數的設置：雙擊工藝設置，彈出工藝設置向導。 在冷卻設置中，設置模具表面溫度設為50；熔體溫度200，開模時間5s，注射+保壓+冷卻時間為自動，查看頂出條件為頂出溫度93，頂出凍結百分比為100%； 在流動設置中，參數均為自動； 在翹曲設置中，勾選分離翹曲原因復選框。 準備就緒，進行分線盒的“流動+翹曲”分析。得出分析結果。首先查看分析日志，在分析日志中查出最大注塑機鎖模力為18噸；最大注射壓力為1.8MPa，充填時間為2.4s，在充填階段的1.08s，流動速率為18.56立方cm每秒時，發(fā)生速度與壓力的切換，保壓階段從2.5s開始，在12.48s時，壓力完全釋放，在32.63s保壓結束。 生成分析報告：選擇需要的分析內容并添加生成報告，報告如下： 圖11-2 變形，不同的收縮 制品在冷卻的過程中，體積會向厚壁的中心部逐漸收縮，而造成表面凹陷。根據圖11-2的報告分析，需要改進冷卻系統(tǒng)，在四個圓筒周圍增加冷卻水路或降低水溫。 圖11-3 充填時間 如圖11-3充填時間為2.5s，旋轉塑件選擇塑件上不同的點，發(fā)現充填時間的差值不超過0.2s，沒有問題。 圖11-4 氣穴 由圖11-4可看出：產生氣穴的位置均在分型面上或者在左右滑塊縫隙，杯口邊緣位置，易于排氣，所以沒有問題。 圖11-5 熔接痕 熔接痕的產生是因為熔體分流匯合時因料溫下降，或因制品局部太薄，導致匯合處熔接不良，有痕跡或強度降低。從圖11-5中可以看出在4個柱體位置有明顯的熔接痕產生，需要改進工藝參數。 圖11-6 鎖模力 需求的鎖模力遠小于注塑機的最大鎖模力，所以可行。 根據以上報告的參數分析可制定優(yōu)化方案：加長滑塊處冷卻水道，使不同的冷卻產生的變形縮小。由于熔接痕不可避免，在調試模具時，采用增大流速，溫度，壓力等方法使熔接痕不明顯。 參考文獻 ［1］ 屈華昌.塑料成型工藝與模具設計[M].北京：高等教育出版社，2001. ［2］ 陳萬林.實用塑料模設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999. ［3］ 劉彩英.塑料模具設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004. ［4］ 蔣繼宏.注射模具典型結構100例[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2006. ［5］ 李海梅.注射成型與模具技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003. ［6］ 張如彥.塑料注射成型與模具[M]. 北京：中國鐵道出版社，2000. ［7］ 張克慧.注射模具設計[M].陜西：西北工業(yè)大學出版社，2001. ［8］ 馬金駿.塑料模具設計[M].北京：中國科學技術出版社，2002. ［9］ 李德群.塑料成型模具設計[M].武漢：華中理工大學出版社，2003. ［10］ 唐志玉.大型注射模型設計基礎》[M].成都：成都科技大學出版社，2004. ［11］ 模具設計手冊 ［12］ 機械設計手冊 ［13］ 王文俊.實用塑料成型工藝[M].北京： 國防工業(yè)出版社,1999. ［14］ 洪慎章.使用注射成型及模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006. ［15］ 屈華.塑料成型工藝與模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. ［16］ 付建軍.模具制造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006. ［17］ 駱志斌.模具工實用技術手冊[M].南京：江蘇科技出版社，2003. ［18］ Wynne H, Irene M. 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With mold components, with high efficiency, good quality, low cost, saving energy and raw materials and a series of advantages, with the mold work-pieces possess high accuracy, high complexity, high consistency, high productivity and low consumption , other manufacturing methods can not match.，have already become an important means of industrial production and technological development, the basis of the modern industrial economy. The development of modern industrial and technological level depends largely on the level of industrial development die, so die industry to national economic and social development will play an increasing role. March 1989 the State Council promulgated "on the current industrial policy decision points" in the mold as the machinery industry transformation sequence of the first, production and capital construction of the second sequence (after the large-scale power generation equipment and the corresponding power transmission equipment), establish tooling industry in an important position in the national economy. Since 1997, they have to mold and its processing technology and equipment included in the "current national focus on encouraging the development of industries, products and technologies catalog" and "to encourage foreign investment industry directory." Approved by the State Council, from 1997 to 2000, more than 80 professional mold factory owned 70% VAT refund of preferential policies to support mold industry. All these have fully demonstrated the development of the State Council and state departments tooling industry attention and support. Mold around the world about the current annual output of 60 billion U.S. dollars, Japan, the United States and other industrialized countries die of industrial output value of more than machine tool industry, beginning in 1997, China's industrial output value has exceeded the mold machine tool industry output According to statistics, home appliances, toys and other light industries, nearly 90% of the parts are integrated with production of chopsticks; in aircraft, automobiles, agricultural machinery and radio industries, the proportion exceeded 60%. Such as aircraft manufacturing, the use of a certain type of fighter dies more than 30,000 units, of which the host 8000 sets, 2000 sets of engines, auxiliary 20 000 sets. From the output of view, since the 80's, the United States, Japan and other industrialized countries die industry output value has exceeded the machine tool industry, and there are still rising. Production technology, according to the International Association predicts that in 2000, the product best pieces of rough 75%, 50% will be finished mold completed; metals, plastics, ceramics, rubber, building materials and other industrial products, most of the mold will be completed in more than 50% metal plates, more than 80% of all plastic products, especially through the mold into. 2 The historical development of mold The emergence of mold can be traced back thousands of years ago, pottery and bronze foundry, but the large-scale use is with the rise of modern industry and developed. The 19th century, with the arms industry (gun's shell), watch industry, radio industry, dies are widely used. After World War II, with the rapid development of world economy, it became a mass production of household appliances, automobiles, electronic equipment, cameras, watches and other parts the best way. From a global perspective, when the United States in the forefront of stamping technology - many die of advanced technologies, such as simple mold, high efficiency, mold, die and stamping the high life automation, mostly originated in the United States; and Switzerland, fine blanking, cold in Germany extrusion technology, plastic processing of the Soviet Union are at the world advanced.50's, mold industry focus is based on subscriber demand, production can meet the product requirements of the mold. Multi-die design rule of thumb, reference has been drawing and perceptual knowledge, on the design of mold parts of a lack of real understanding of function. From 1955 to 1965, is the