紅英扇外殼的注塑模具設計-塑料注射模含NX三維及10張CAD圖帶模流

紅英扇外殼的注塑模具設計-塑料注射模含NX三維及10張CAD圖帶模流,紅英扇,外殼,注塑,模具設計,塑料,注射,nx,三維,10,cad,圖帶模流 基于MOLDFLOW的紅英扇外殼模具設計 摘 要 伴隨著機械制造工業(yè)的發(fā)展，模具是工業(yè)之母的地位依然不可撼動，模具能夠?qū)崿F(xiàn)高效率狀態(tài)下，同等精度和質(zhì)量制品的的大批量生產(chǎn)。模具工業(yè)技術在不斷的發(fā)展前行中得到了更加廣泛的應用。特別是在電子電器設備與機械儀表設備、生活日用塑膠件中有了更高程度的提高。 本次設計是以“紅英扇外殼”塑件為原始文件，進行注塑模具設計。首選針對此塑件，進行結構分析，確定其塑件結構適合采用注塑模具結構生產(chǎn)，然后選擇合適的高分子材料與型腔的出模數(shù)量。結合模具設計原則與設計規(guī)范，選擇分型面并且分模完成成型系統(tǒng)零件設計，對澆注系統(tǒng)的設計方面，力求充填均勻，流道廢料少、短。冷卻系統(tǒng)均勻的分布在塑件的周邊，使得溫度冷卻合理，在脫模頂出機構上，采用均勻分布頂出系統(tǒng)，讓塑件能夠均勻的受力頂出脫模。在選擇標注模架系統(tǒng)方面，采用了國內(nèi)最大的模具企業(yè)生產(chǎn)的龍記GB國標標準模架系統(tǒng)，能夠保證制造周期短，制造精度高、效率高的特點。 在完成全套的模具結構設計之后，對其生產(chǎn)所需的注塑機進行了選擇與校核，其中校核項目包裹注塑量、注塑壓力、鎖模力、安裝尺寸、頂出行程等內(nèi)容。 本次設計中，采用了計算機輔助設計軟件，其中包括二維設計軟件AutoCAD繪制模具的總裝圖與非標的零件工程圖，采用了三維軟件進行了塑件的建模與整體裝配建模。 本次設計來源于生活實踐中，應用非常廣泛，采用計算機輔助設計軟件大大的提高了設計效率。通過完成了對應設計參數(shù)的計算與校核。經(jīng)過計算校核，本套設計滿足實踐需求。 關鍵詞：注塑模具；結構設計；注塑機；校核；機械設計 Abstract With the development of machinery manufacturing industry, mold is the mother of industry's position is still unshakable, mold can achieve high efficiency, the same precision and quality of the mass production of products. Die industry technology in the continuous development of forward has been more widely used. Especially in electrical and electronic equipment and mechanical instrumentation equipment, daily life of plastic parts in a higher degree of improvement. This design is based on the "hongying fan shell" plastic parts as the original document, the injection mold design. The first choice for the plastic parts, structural analysis, determine the plastic parts structure is suitable for the injection mold structure production, and then choose the appropriate polymer materials and cavity of the number of mold. Combined with the design principles and design specifications of the mold, the parting surface is selected and the parts of the forming system are designed by parting the mold. In terms of the design of the casting system, the company strives to achieve uniform filling, less waste and shorter flow passage. The cooling system is evenly distributed around the plastic parts, which makes the cooling temperature reasonable. On the ejection mechanism of ejection mold, the evenly distributed ejection system is adopted to enable the plastic parts to ejection and ejection with uniform force. In the aspect of selecting marking die support system, longji GB GB standard die support system produced by the largest die company in China is adopted to ensure short manufacturing cycle, high manufacturing accuracy and high efficiency. After the completion of a full set of mold structure design, the injection molding machine required for its production was selected and checked, including checking the contents of package injection volume, injection pressure, clamping force, installation size, ejection stroke and so on. In this design, computer aided design software is adopted, including 2d design software AutoCAD to draw the general assembly drawing of the mold and non-standard parts engineering drawing, and 3d software is adopted to conduct modeling of plastic parts and overall assembly modeling. This design comes from the life practice, the application is very widespread, the use of computer aided design software greatly improved the design efficiency. The corresponding design parameters are calculated and checked. After calculation and verification, this set of design meets the practical needs. Key words: injection mold; Structural design; Injection molding machine; Check; Mechanical design VI 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1 注塑模具的簡介 1 1.2 注塑模具發(fā)展國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1.3 國內(nèi)模具的優(yōu)劣勢 2 1.4 本課題研究內(nèi)容 2 2 塑件工藝分析與材料的選擇 3 2.1 塑件工藝分析 3 2.2 塑件材料的選擇 3 2.2.1 ABS塑料的特點 3 2.2.2 ABS的技術指標 3 2.2.3 ABS的注塑成型工藝參數(shù) 4 2.3 ABS材料的應用 4 2.4 塑件的體積與質(zhì)量 4 2.5 塑件壁厚的分析 5 3 模具結構方案的確定 6 3.1 出模數(shù)量與型腔布局 6 3.2 分型面的設計 6 3.2.1 分型面設計的原則 6 3.2.2 分型面類型的選擇 7 3.3 分型面具體結構形式的確定 7 4 模具澆注系統(tǒng)的設計 8 4.1 澆注系統(tǒng)的組成 8 4.2 澆注系統(tǒng)的設計原則 8 4.3 流道的設計 8 4.3.1 主流道的設計 8 4.3.2 分流道的設計 9 4.3.3 冷料穴的設計 9 4.3.4 澆口的設計 9 4.4 澆注系統(tǒng)標準件的選用 10 5 模具成型系統(tǒng)設計 11 5.1 型腔結構設計 11 5.2 型芯結構設計 11 5.3 型腔成型零件尺寸計算 12 5.4 型芯成型零件尺寸計算 13 5.5 成型鋼材的選用 13 6 模具溫度系統(tǒng)設計 15 6.1 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述 15 6.2 模具冷卻系統(tǒng)設計要求 15 6.3 冷卻水道的形式類型 16 6.4 模具冷卻水道的計算校核 16 7 模具頂出脫模機構 18 7.1 頂出脫模機構概述 18 7.2 頂出機構零件 18 7.3 頂出脫模機構的分類 18 7.4 脫模機構的設計要點 18 8 標準模架的選用 20 8.1 模架概述 20 8.2 標準模架的選用 20 8.3 模架型號的確定 20 9 注塑機的選擇與校核 22 9.1 注塑機的概述 22 9.2 初選注塑機型號 22 9.3 校核注塑機注塑量 23 9.4 校核壓力 23 9.5 校核模具安裝尺寸 23 9.6 校核移模行程 23 9.7 校核注塑機鎖模力 24 第10章 Moldflow的注塑模擬成型分析 25 10.1 成型模擬簡述 25 10.2成型過程分析 26 10.3 充填時間分析 29 10.4流動前沿溫度分析 29 10.5 頂出時體積收縮率 30 10.6 鎖模力的分析 31 10.7 凍結層因子分析 32 10.8 熔接痕分析 33 10.9 變形量分析 34 10.10 溫度、零件 35 11 設計總結 37 參考文獻 38 致 謝 40 附 圖 41 1 緒 論 1.1 注塑模具的簡介 隨著科學技術與工業(yè)技術的不斷進步與更新，注塑模具在機械工業(yè)中占用不可動搖的地位，特別現(xiàn)在的電子產(chǎn)品時代的更新，越來越多的塑料產(chǎn)品進入我們的生活中，新的產(chǎn)品出現(xiàn)于更新?lián)Q代越來越頻繁，比如我們常用的汽車儀表類產(chǎn)品、電子通訊類產(chǎn)品，更是達到了前所未有的高度，2010年之后，我國的整體國民經(jīng)濟狀態(tài)發(fā)生了更大的改變，消費能力有了很大的提高，購買能力大幅的提升刺激了消費水平的提高。 塑料產(chǎn)品在汽車儀表、電器電子、醫(yī)用救援、工程器械等領域有更大的提高，注塑模具是機械行業(yè)與材料工程中發(fā)展最快的領域其中一塊。塑料材料是高分子材料工程領域中的一種，塑料材料有不可替代的特點，他的密度不大，質(zhì)量比較輕便，強度和剛度也較好，而且很多高分子塑料還具有絕緣性能，能夠替代傳統(tǒng)的金屬材料，無機非金屬材料。塑料材料在一定溫度下融化，比金屬材料熔點更低，成型更溶蝕，采用塑料材料以及注塑模具生產(chǎn)和制造的塑料具備了生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，精度高，工程造價便宜，可以實現(xiàn)大批量連續(xù)生產(chǎn)。而且注塑模具的生產(chǎn)設備注塑機相對于其他金屬材料的制造設備更小。因為具備了上述有優(yōu)點，所以越來越多的塑料產(chǎn)品進入我們的生活中，注塑模具的發(fā)展水平，是衡量一個國家的工業(yè)制造水平的重要標志之一。 1.2 注塑模具發(fā)展國內(nèi)外現(xiàn)狀 塑料產(chǎn)品是采用高分子樹脂材料通過注塑模具與注塑生產(chǎn)工藝制造的產(chǎn)品。塑料產(chǎn)品具備有質(zhì)量輕便，抗酸堿鹽性能好，耐腐蝕性好，有一定的彎折性能，而且絕緣不導電。國內(nèi)現(xiàn)在越來越多的采用塑料制品來替代原來的其他產(chǎn)品，更多的進度我們的日常生活中。 2010年之后，隨著國內(nèi)工業(yè)技術的變革創(chuàng)新，機械工業(yè)水平的提高，對應的注塑模具產(chǎn)業(yè)有的快速的增長，大約每年的注塑模具增長速度在10-16%之間，我國的注塑模具從發(fā)展起步至今，經(jīng)過約50年的進步，有了較大的改變，技術水平有了很大的提高，特別是在近幾年的家用汽車普及、家用電器增長、電子電信日用消費子的快速發(fā)展，在沿海前沿地帶形成了以珠三角與長三角一代的專業(yè)模具企業(yè)區(qū)域，逐漸向高精尖領域發(fā)展。塑料模具的發(fā)展將會比沖壓模具、壓鑄模具等其他模具的發(fā)展更快。 國內(nèi)模具逐漸往高精度、高質(zhì)量、超大型、超長壽命，縮短制造周期，降低制造成本，高效率方向發(fā)展。新的計算機輔助設計技術，將會極大的改善模具制造企業(yè)的專業(yè)技術層次，應用領域與設計范圍將會實現(xiàn)不斷的擴大，不同類型的模具將會越來越多，創(chuàng)新性越來越多，效益會越來越好。自動化程度和標準化程度或逐步提高。 國外高級注塑模具技術與工藝制造裝備主要集中在美國、德國、法國為主的歐美系，與日本、韓國為主的日系中。國外注塑模具的設計、制造、成型技術向著多工位化、高效自動化，超低成本方面發(fā)展。現(xiàn)在，國外的模具制造企業(yè)，能夠感受到我國模具制造業(yè)的崛起所帶來的國際環(huán)境變化，更多的中國模具進入國際市場領域。占有原來歐美日韓的市場蛋糕，預計到2020年，我國將有可能成為全球范圍內(nèi)最大的注塑模具供應區(qū)域，國外的模具制造周期只有國內(nèi)模具制造周期的46-52%之間。但是國外的模具制造成本卻又中國模具制造成本的130-300%之間，成本可以達到我國成本的三倍之多，我國的人工勞動成本優(yōu)勢是國外人工勞動成本的1/3左右，對國際市場上的客戶產(chǎn)生了深遠影響，2015年之后，德國與日本的整體模具總造價降低了10-20%之間，和外國的注塑模具技術發(fā)展有密不可分的關系。 1.3 國內(nèi)模具的優(yōu)劣勢 國內(nèi)模具制造企業(yè)優(yōu)勢是地域集中，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的群體效益，國家政策扶持引導企業(yè)自主創(chuàng)新，給與國內(nèi)模具制造企業(yè)技術性的經(jīng)濟補貼。還涉及到的出口模方向，國家也給與了模具企業(yè)對應了關稅政策優(yōu)惠。 國內(nèi)模具制造企業(yè)的劣勢是各個企業(yè)之間各自為政，沒有形成統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，國內(nèi)模具的標準化進程與自動化進程較低，與發(fā)達國家機械工程模具有較大的差距，相關核心技術與工業(yè)制造裝備機床很多需要國外進口，技術在某些大型模具領域上，不能獨立完成，還需要國外專業(yè)技術人員指導操作。 1.4 本課題研究內(nèi)容 1.根據(jù)塑件圖完成測繪和建模，繪制塑件的二維工程圖和三維模型。 2.分析塑件結構，選擇合適的材料，進行結構方案的確定 3.選擇分型面，確定出模數(shù)量，根據(jù)塑件確定澆口的類型，完成成型系統(tǒng)設計，確定模具整體方案。 4.確定模具整體方案之后，進行注塑機的選擇與校核。確定注塑工藝。 5.完成模具結構的各類計算與校核。 6.采用AutoCAD繪制注塑模具的二維總裝圖、非標零件工程圖，采用三維軟件完成整套模具的三維建模。 7.設計完成的模具需要滿足實踐生產(chǎn)需求。 2 塑件工藝分析與材料的選擇 2.1 塑件工藝分析 根據(jù)已知塑件的結構分析，如下圖2.1所示，采用三維建模完成塑件的模型繪制，該塑件的結構屬于中等難度，該塑件尺寸不大，壁厚比較均勻，適合采用注塑模具生產(chǎn)和制造，塑件的生產(chǎn)批量為中等批量注塑成型生產(chǎn)，精度等級可以采用一般精度等級。 塑件整體外形呈現(xiàn)矩形片狀體，結構簡單，但塑件尺寸較大，厚度很薄，所以要考慮澆注系統(tǒng)充填均勻性和頂出系統(tǒng)的布置。 圖2.1 塑件三維模型圖 2.2 塑件材料的選擇 2.2.1 ABS塑料的特點 該塑料適合采用ABS高分子材料，該塑料為熱塑性材料中的一種，查材料的物性表分析ABS的性能指標可以得得知，該材料吸水性小，有一定的強度和剛度，絕緣不導電，耐磨，抗彎折性能好，對于成型塑件的的壁厚不能取太大或者太小，一般ABS材料的壁厚取值可以采用1-3mm之間，脫模斜度取1-5°范圍值均可。ABS材料的綜合性能好，價格也不貴，所以應用非常廣泛。 2.2.2 ABS的技術指標 ABS材料的技術參數(shù)如下所示 收縮率：1.005 比重：1.05g/cm3 熔融溫度：195-240℃ 成型溫度：40-90℃ 成型壓力：120-140Mpa 射速：中等速度 2.2.3 ABS的注塑成型工藝參數(shù) ABS材料的成型工藝參數(shù)中主要的幾個要求就是注射溫度，模具溫度，注射壓力，注射速度這幾個參數(shù)。注射的溫度就包含了料筒的溫度，料筒分為前中后三段的溫度，和噴嘴的溫度，需要通過查表，了解其基礎工藝溫度，然后結合塑件與模具的實際情況來調(diào)節(jié)注塑機的溫度。模具的溫度可以通過在模具上面設置冷卻水道，根據(jù)水溫高低，控制水流大小流速來實現(xiàn)，保證模具的整體溫度在一個可控的范圍內(nèi)，能夠與實現(xiàn)注塑生產(chǎn)的穩(wěn)定性。最后通過材料物性表控制注射的壓力和射速，來進行較好的工藝生產(chǎn)。以下為該材料的基礎成型工藝參考內(nèi)容。 注塑機類型：螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速：35-65r/min 料筒溫度：后段：195-200℃；中段200-210℃；前段210-220℃ 噴嘴溫度：220-225℃ 預熱溫度：50-60℃ 注塑壓力：75-95Mpa 注射時間：15-20S 冷卻時間：20-50S 2.3 ABS材料的應用 ABS材料主要應用領域在汽車、電子電信、電器儀表、裝飾件、工程件、辦公設備、家用電器外殼、裝飾工程配件，各類小型家電設備，大中小型玩具外殼和配件等領域， ABS具有很好的綜合性能以及非常好的二次加工能力，可以在塑件的表面進行表面噴涂，電鍍，鉆孔加工，絲印，移印等，在該材料中增加和改變不同的成分，可以變成不同的改性材料，該材料的延伸改性材料在日常生活中已經(jīng)是非常常見的的材料之一，在眾多的材料中脫穎而出。 2.4 塑件的體積與質(zhì)量 本次設計中，采用三維軟件進行了塑件模型的建立，可以通過三維軟件直接測量得到塑件的體積，如下圖2.2所示。 圖2.2 塑件的體積測量 然后根據(jù)質(zhì)量計算公式如下（見式2.1）： M=PV （式2.1） 可以計算得到塑件的質(zhì)量：M=PV=1.05g/cm3x307.45=322.g。 2.5 塑件壁厚的分析 塑件的壁直接影響的注塑成型的質(zhì)量，通過三維軟件分析塑件壁厚為3mm，滿足材料一般注塑成型要求。 3 模具結構方案的確定 3.1 出模數(shù)量與型腔布局 為保證注塑模具與生產(chǎn)能力之間互相適應，提高生產(chǎn)能力和效率，以及保證合理的經(jīng)濟指標能力，注塑模具在設計的同時需要考慮模具的出模數(shù)量，一般有以下幾種方法 1. 結合經(jīng)濟指標確定型腔數(shù)量； 2. 結合注塑機的額定注塑量來確定型腔數(shù)量； 3. 結合注塑機的鎖模力來確定型腔的數(shù)量； 4. 結合塑件的精度等級來確定型腔數(shù)量； 通過分析本次設計的塑件，該塑件尺寸不大，塑件結構難度為中等難度，精度等級要求一般，經(jīng)濟性要求合理，然后考慮后續(xù)的模具結構設計形式，注塑機的參數(shù)能綜合性，本次設計采用一模一腔的結構形式，其型腔結構布局如下圖所示。采用對稱布局的結構形式，保證注塑充填的均勻性。 圖3.1 模具結構布局形式 3.2 分型面的設計 3.2.1 分型面設計的原則 分型面一般指的是模具型芯和型腔之間隨著動模和定模打開之后的面，分型面得到位置直接影響著塑件的結構形狀，模具分型面的有時候還會開設排氣槽，或者有滑塊抽芯機構等。分型面的設計原則可以按照如下幾點綜合考慮： 1. 方便塑料產(chǎn)品的脫模：開模具打開時候，產(chǎn)品要盡可能的留在動模上面。 2. 方便抽芯機構的實現(xiàn)，一般還要考慮模具上時候需要設計滑塊抽芯機構。 3. 保證塑料的外觀和表面質(zhì)量不受影響，特別是外觀需要光滑或者是鏡面的產(chǎn)品。 4. 保證塑料產(chǎn)品的尺寸和精度的等級在合理的公差范圍值之內(nèi)。 5. 盡可能的使得模具型腔內(nèi)的空氣通過分型面排出去。 6. 考慮實際機械機床加工的便利性，讓加工更簡單。 7. 分型面要考慮讓模具的整體結構更加的精簡和合理， 8. 考慮模具整體的裝配便利性，讓裝配技術人員簡單的更換和維修。 3.2.2 分型面類型的選擇 模具的分型面一般分為單分型面和多分型面。其類型特點如下： （1）、單分型面模具 一般此類模具結構都比較簡單，也是注塑模具中最常見的結構形式之一?？梢栽O計為單腔模具或者是多腔模具，從分型面打開后，可以之間看見型芯和型腔，澆注系統(tǒng)的結構形式也比較簡單，可以直接用動模的勾料針勾出來。這種單分型模具結構簡單，工作安全可靠，制造便利，能夠很容易的實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 （2）、多分型面模具 多分型面模具的結構形式一般指的是三板模，和單分型面的模具相比，他多了一塊脫料板，一般適合采用的是點式澆口注塑成型的模具，澆口在塑件的頂面，在脫模的時候開業(yè)實現(xiàn)澆注系統(tǒng)與塑件的自動分離。但是缺點就是模具結構復雜，制造困難，修模裝配麻煩，制造經(jīng)濟成本高。 3.3 分型面具體結構形式的確定 結合塑件的實際結構形式，以及考慮模具結構形式，適合采用如下圖所示的分型面，該分型面能夠保證模具制造方便，結構合理，注塑充填工藝性能好。 圖3.2 分型面的選擇 4 模具澆注系統(tǒng)的設計 4.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是原料從注塑機噴嘴出來以后一直到達模具型腔的這一段距離內(nèi)產(chǎn)品的凝料，合理設計澆注系統(tǒng)是非常重要的，澆注系統(tǒng)一般分為普通流道和無流道兩種，普通流道就是常見的冷流道，包括了主流道、分流道、澆口、冷料穴，這幾個重要特點。如果是無流道系統(tǒng)，一般指的是采用了專門的熱流道澆注系統(tǒng)，這類一般造價昂貴，結構復雜，在大型精密模具中才會應用。 4.2 澆注系統(tǒng)的設計原則 1.確定一個合適的流道截面類型，一般有圓形，梯形，半圓形等形狀。 2.根據(jù)材料自身的成型性能、以及塑件的結構形式，出模數(shù)量，來確定流道的尺寸大小，長度。 3.主流道、分流道的尺寸長度應該盡可能的短，這樣才能減少原材料的損耗，提高經(jīng)濟效益。 4.澆注系統(tǒng)周邊盡可能的不要設計冷卻系統(tǒng)，避免澆注系統(tǒng)在進入型腔之前就過快的冷卻。 5.澆注系統(tǒng)要盡可能的設計冷料穴，讓充填前端的冷卻凝料不要進入模具型腔里面影響塑件的成型。 6.澆口的設計要盡可能的保證充填的均勻，飽滿，同時又要兼顧塑件的表面外觀質(zhì)量。 7.澆口盡可能的設計在塑件的隱秘區(qū)域，而且要有利于區(qū)域澆口襯套，不能影響外觀。 8.流道的廢料要盡可能的少。 4.3 流道的設計 4.3.1 主流道的設計 主流道一般是從注塑機連接澆口襯套一直到分流道連接處截止的流道，也可以說是澆口襯套內(nèi)的流道，一把從注塑機出來的凝料首先就要經(jīng)過他，一般情況下主流道和模具的正中心呈現(xiàn)一個中心重合狀態(tài)。 澆口襯套與注塑機噴嘴需要滿足如下圖所示的關系式： D = d + (0.5 ~ 1) mm R1= R2 + (1 ~ 2) mm 圖4.1 澆口襯套與注塑機配合關系 4.3.2 分流道的設計 凝料流過主流道之后，就要進入分流道了，分流道要求塑料原料盡可能快的進入模具型腔，溫度的損失要盡可能的小，模具流道的表面要盡可能的拋光，讓阻力小一些，同時為了提高注射的壓力，此處的分流道應該比主流道略小。 分流道的尺寸結合一般塑件的壁厚2-3mm，考慮塑件的實際結構情況，可以采用圓形截面的分流道，分流道的直徑一般取值范圍在3-10mm之間變動，如果材料的流動性比較好，分流道的尺寸還可以小一點，如果原材料的流動性比較差，那么就需要較大的分流道直徑了。分流道的設計方面，應該盡可能的避免彎折或者轉(zhuǎn)向，保證其射度不能過快的降低。 本次設計中，采用了梯形截面的分流道，查表確定分流道尺寸取值為： 高度=8mm;寬度=12mm 4.3.3 冷料穴的設計 冷料穴是為了把充填前端的冷卻較快的鋒料儲藏起來，避免進入模具型腔里面影響塑件質(zhì)量的一個區(qū)域，一般設計在主流道的末端，下面設計有勾料針，把凝料拉出來，如果是分流道的長度比較長的時候，也會在分流道的末端設計一個冷料穴來儲藏鋒料。 一般情況下，冷流道的直徑取值范圍在5-14mm之間，深度大概是6-10mm左右，如果是大型的模具，可能還會開設更大的冷料穴。冷料穴沒有精度要求，只要能夠儲藏前端鋒料即可 冷料穴下部設計有勾料針，一般采用Z形勾料針，這種加工簡單，使用方便。 4.3.4 澆口的設計 澆口是澆注系統(tǒng)設計中最重要的一個位置了，澆口的位置以及結構形式，對塑料產(chǎn)品的影響非常大。 澆口的類型有：直接式澆口；側入式澆口；潛入式澆口；點式澆口；牛角式澆口等澆口類型。 澆口的作用是連接分流道末端與塑料產(chǎn)品之間的橋梁，澆口的位置應該盡可能的小，保證塑件的外觀質(zhì)量良好，同時還要考慮充填的流動性，盡可能的避免熔接痕的產(chǎn)生，如果在塑件的孔位產(chǎn)生了熔接痕，這會導致塑件的強度降低。 本次設計中，綜合塑件質(zhì)量要求與模具結構形式，采用點澆口澆注系統(tǒng)，其尺寸查表后取值如下： 點澆口直徑D=1mm 完成后的澆注系統(tǒng)如下圖所示 圖4.2 澆注系統(tǒng)結構形式 4.4 澆注系統(tǒng)標準件的選用 本次設計中，采用了標準的澆口襯套和定位環(huán)，標準件的采用能夠縮短設計與制造周期、提高模具經(jīng)濟成本，更換容易，修模維修簡單。能夠更好的提高生產(chǎn)效率。圖下圖所示為定位環(huán)與澆口襯套結構形式。 圖4.3定位環(huán)與澆口襯套結構形式 5 模具成型系統(tǒng)設計 模具的成型零件一般包含了型芯、型腔、各種與塑件想接觸的成型區(qū)域零件的鑲件等零件。而在本文中，特指的是型芯和型腔的結構設計。設計的時候要考慮塑料的材料性能，以及對應的尺寸需求，塑件精度等級、表面粗糙度等技術指標，還需要考慮成型零件的加工便利性。 5.1 型腔結構設計 型腔主要用于成型塑件的外表面或者外觀面，型腔上一般還有澆注系統(tǒng)的流道，以及冷卻水道。本次設計中，采用的是鑲嵌式的型腔結構形式，該結構加工簡單，制造容易，更換維修方面，機械加工與裝配工藝簡單，適合本次模具設計，完成后的模具型腔結構設計如下圖所示。 圖5.1 模具型腔結構設計 5.2 型芯結構設計 型芯主要是用于成型塑件的內(nèi)表面或內(nèi)部結構特征，型芯上一般還有頂出脫模機構，能夠讓頂桿實現(xiàn)順利的脫模，以及冷卻水道。本次設計中，采用的是鑲嵌式的型芯結構形式，該結構加工簡單，制造容易，更換維修方面，機械加工與裝配工藝簡單，適合本次模具設計，完成后的模具型腔結構設計如下圖所示。 圖5.2 模具型芯結構設計 5.3 型腔成型零件尺寸計算 型腔徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，計算如下：（見式5.1） （式5.1） 式中： ； （0.5%）； ； ； ； 因為型腔對塑件產(chǎn)生工作的部分呈圓形，長寬相同，所以型腔長寬尺寸計算為： 型腔深度尺寸計算 型腔深度尺寸采用平均尺寸法，計算公式如下：（見式5.2） （式5.2） 式中 ； ； 其他符號意義同上， 5.4 型芯成型零件尺寸計算 1、型芯尺寸的計算 （1）型芯徑向尺寸計算 型芯徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，計算公式如下（見式5.4.1） （式5.4.1） ； ； 其他符號意義同上。 因為型芯的工作部分呈正方形，長寬相同，所以型芯長寬尺寸計算公式（見式5.4.2）： （式5.4.2） 型芯深度尺寸采用平均尺寸法，計算公式如下（見式5.4.3）： （見式5.4.3） ； ； 其他符號意義同上。 5.5 成型鋼材的選用 成型零件的鋼材一般需要選擇專門的模具鋼，需要具備幾個重要的因素： 1.鋼材的機械加工性能要好，能夠?qū)崿F(xiàn)機床的快速切削，并且在加工以后的精度要高，不易變形。 2.具備較好的省模拋光性能，一般情況下，模具要達到Ra0.8的表面粗糙度等級，已經(jīng)是接近鏡面的光潔度了，如果是鏡面高光模具，還需要達到Ra0.4mm的表面粗糙度。 3.具備良好的強度和剛度，一般情況下，成型零件鋼材的硬度需要達到38-42HRC左右的硬度，太軟了容易承受不了注塑機壓力而產(chǎn)生變形，如果是硬度過高，又會機械加工切削困難。 4.具備較好的耐磨性和耐腐蝕性，對于某些塑料材料，在注塑成型的時候塑料材料自身具備一定的腐蝕性和，需要材料能夠抵抗一定的腐蝕性，其次就是一些滑動工作零件需要長期的摩擦配合工作，所以需要具備一定的耐磨性能。 綜合以上幾點鋼材選擇要求，本次設計中選擇了牌號為718H鋼材，這種模具鋼材能夠很好的適應本次設計的以及模具生產(chǎn)需求。718H的GB標準鋼材的代號是3Cr2NiMo，這種鋼材材質(zhì)均勻，純潔度好，拋光性能也不錯，機械加工性能好?？梢詽M足一般塑膠模具的成型零件需求。718H鋼材如下圖所示 圖5.3 718H模具鋼材 6 模具溫度系統(tǒng)設計 6.1 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述 注塑機通過把顆粒狀的塑料原材料加熱加壓融化后注射到注塑模具的型腔里面，然后熔料在模具的型腔里面一直冷卻凝固后成型，這段時間是由熔融裝在下的樹脂原料和模具的溫差共同實現(xiàn)的，一般情況下注射的原材料溫度在200-300℃之間，而模具的溫度一般情況下是人手可以輕微觸摸的，在40-80℃之間，根據(jù)不同樹膠材料的成型溫度不同，需要對應的調(diào)節(jié)模具的溫度，來加速冷卻效應，縮短成型周期，并且需要保證這個冷卻過程是均勻的逐步冷卻過程的，不然過快或者過慢的冷卻，都會導致塑件質(zhì)量的不穩(wěn)定或者瑕疵產(chǎn)品的產(chǎn)生。 在做模架溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計時候，首先需要材料的自身物理性能，可以通過查詢材料物性表來獲取材料的注射溫度和模具溫度，根據(jù)材料參數(shù)來進行一下調(diào)節(jié)： （1）、如果注塑成型的時候材料溫度不夠的情況下，需要增加模具的加熱裝置。 （2）、如果成型塑件的壁厚過大的時候，為了防止收縮，好考慮增加加熱裝置。 （3）、如果成型溫度超過材料要求的溫度，就必須要增加模具冷卻裝置。 （4）、一般情況下，在做熱塑性材料成型時，都需要設計冷卻系統(tǒng)，來縮短其生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，快速降低模溫。 6.2 模具冷卻系統(tǒng)設計要求 （1）、冷卻水管的間距需要基本保持一致，水管與塑件之間的間距也要盡可能一致，需要排布均勻，形狀也需要盡可能一致。 （2）、冷卻水管的直徑一般取值為6-14mm之間的直徑，冷卻水管和產(chǎn)品之間的間距保證在15-30mm之間的間距，如果太近的話，冷卻會過快，如果太遠的話，冷卻效果又會太差。 （3）、冷卻水管要先避開澆注系統(tǒng)的流道和澆口，避免澆注系統(tǒng)過快的冷卻而損失壓力和射速。 （4）、冷卻水管要考慮塑件成型時候的熔接線位置，盡量不要設置在有熔接線的位置。 （5）、冷卻水管整體要形成一個閉合回路，還需要重點實現(xiàn)不同零件之間的聯(lián)通，保證不同零件之間的密封性，通?？梢允褂梅浪B接，水道止水栓來實現(xiàn)水道末端的封閉。 （6）、冷卻水嘴的接頭端應該盡可能的設置在操作人員的背面，這樣不影響員工的調(diào)試與操作。 （7）、動模部分與定模部分最好能夠分別獨立的設計冷卻水道，這樣可以方便注塑工藝的調(diào)試以優(yōu)化和控制注塑工藝產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷和不良。 （8）、模具冷卻水管的設計方面，需要考慮加工的便利性，一般是采用麻花鉆、深孔鉆來加工，要考慮機床加工性，麻花鉆的直徑等因素。 6.3 冷卻水道的形式類型 冷卻水道最終要形成一個閉合的回路，讓各個區(qū)域都要冷卻均勻。常見的方式有直通式，串聯(lián)式，并聯(lián)式，環(huán)繞式，水塔式（水井式），噴泉式，多層循環(huán)式，側面環(huán)繞式，平面螺旋式。 本次設計中，結構模具結構形式，塑件結構特點，考慮澆注系統(tǒng)與成型系統(tǒng)，采用了直通式冷卻水道，如下圖所示。 圖6.1 模具冷卻系統(tǒng)設計 6.4 模具冷卻水道的計算校核 根據(jù)熱平衡計算： 在單位時間內(nèi)熔體凝固時放出等熱量等于冷卻水所帶走的熱量，故有 公式：????????? ； ）； ； ； ； ； ； 1).求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 設注射時間為2s，冷卻時間為20s，保壓時間為15s，開模取件時間為3s.，得注射成型周期為40S。 設用20℃的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為28℃，水呈湍流狀態(tài)，一個小時成型次數(shù)n＝3600/40＝90 查注塑模具設計指導手冊得ABS單位重量放出的熱量 ??? 故： 2).水的體積流量 ?由公式 3).求冷卻水道直徑d 根據(jù)水的體積流量查注塑模具設計指導手冊[1]得d=12mm；本次設計中的冷卻水道滿足要求。 7 模具頂出脫模機構 7.1 頂出脫模機構概述 在塑件完成注塑成型之后，熔融裝在下的凝料完成固化，根據(jù)塑料材料的特性，塑料材料會產(chǎn)生一定的收縮性，隨著塑件的收縮，而塑件又在型芯部分，所以必然會產(chǎn)生一定的包裹力，需要克服脫模時的瞬時大氣真空力以及持續(xù)脫模時的摩擦力。 脫模系統(tǒng)在頂出塑件的時候，不能損壞塑件，需要保證塑件的完整形態(tài)，不能有沾模，頂白，頂穿等不良現(xiàn)象，頂出的位置不能夠影響塑件的表面外面質(zhì)量。 脫模方向與模具的開模方向相同，且在注塑機頂棍中心線上受力頂出。 7.2 頂出機構零件 頂出系統(tǒng)的零件包括常見的頂桿、頂板、頂針面板、頂針底板、復位桿、復位彈簧等零件。如果涉及其他的頂出脫模類型，還有氣動脫模機構，液壓脫模機構，齒齒輪齒條旋轉(zhuǎn)脫模機構，液壓馬達旋轉(zhuǎn)脫模機構等等。頂出系統(tǒng)的頂出力要均勻穩(wěn)定，不能傾斜。 7.3 頂出脫模機構的分類 根據(jù)動力來源劃分，脫模機構一般可以分三大類別： （1）、手動脫模機構，這類脫模機構現(xiàn)在非常少見，方法是模具在打開之后，采用人工操作的方法去取出塑件，非常浪費時間，效率低下。 （2）、機械推出脫模，這類是最常用的脫模方式，也是應用最廣泛的方式，這類脫模依靠注塑機上面的頂棍，通過模具底板的頂棍孔頂出頂桿或者推板，完成塑件的脫模，這類機械脫模脫模方式工作可靠，頂出行程，頂出速度，頂出時間，均可以通過注塑機伺服機構調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)，應用廣泛。 （3）、其余脫模機構，一般用在特殊模具結構中，包括的液壓動力推出機構，氣動推出脫模機構，內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)脫模機構，前模頂出脫模機構等。 7.4 脫模機構的設計要點 脫模頂出是模具設計的重要環(huán)節(jié)，一般脫模頂出系統(tǒng)的設計需要遵循以下幾個要點： （1）、頂出結構的設置要平衡，使得塑件能夠均勻受力。防止塑料產(chǎn)品在頂出脫模時產(chǎn)生變形。 （2）、要考慮塑件的結構特點和使用性能，保證塑件的外觀優(yōu)良，特別是高光和透明性產(chǎn)品，頂出機構的設計必須要在隱秘位置，其次不能影響塑件的使用結構。 （3）、頂出機構的設置應該在塑件的受力位置，這樣材料實現(xiàn)最大脫模力的產(chǎn)生。這樣頂出的時候，塑件的強度好，承受能力大，不至于產(chǎn)生產(chǎn)品的不良現(xiàn)象。 （4）、如果塑件又較深的骨位，支撐柱結構結構特征，為了防止脫模困難，也需要設計脫模機構。 （5）、頂桿的布置應該盡可能在塑件的圓角或者斜角位置。 （6）、頂桿最好能夠?qū)崿F(xiàn)對稱分布。使得頂出力均勻。 （7）、在有滑塊抽芯機構的模具中，頂桿在運動的時候不能和滑塊抽芯機構產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 （8）、需要考慮成型零件的鑲件位置，不能考得太近，要保證成型零件的剛度和強度。 （9）、頂出系統(tǒng)不能和成型零件的冷卻水道。固定螺絲等零件產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 （10）、頂桿的邊緣距離成型鋼料的邊緣需要保證有1-2mm的距離，以保證成型零件的強度和剛度。 根據(jù)以上設計要點進行模具的頂出脫模機構設計，完成后的頂出脫模機構如下圖所示。 圖7.1 頂出脫模機構設計 8 標準模架的選用 8.1 模架概述 隨著機械工業(yè)與模具制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在逐漸的實現(xiàn)了標準化，在模具中，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了標準模架型號的GB國標規(guī)范，國內(nèi)企業(yè)中，比較出名的標準模架企業(yè)有龍記模架，明利模架、環(huán)勝模架，標準模架的分類包含了大水口模架系統(tǒng)，細水口模架系統(tǒng)，簡化細水口模架系統(tǒng)，標準模架的選用可以大大的縮短設計與制造的周期，并且可以提高制造精度。 8.2 標準模架的選用 選用標準模架的方式按照以下方法進行 1.考慮澆注系統(tǒng)的特點，確定模架的基本類型 2.結合型芯、型腔的外形長寬高尺寸，先確定模板的長寬高尺寸。 3.考慮塑件的頂出行程，確定墊塊的高度。 最后，綜合以上幾點因素，查表確定標準模架的型號和規(guī)格， 在實際工作中，還需要考慮整套模具的實際結構形式來綜合選擇標準模架的型號。 8.3 模架型號的確定 根據(jù)以下方式進行選擇模架型號 模架長度=型腔長度+（50-80）mm≈700mm 模架寬度=型腔寬度+（50-80）mm≈700mm 定模板高度=型腔高度+（30-50）mm≈100mm 動模板考慮=型芯高度+（40-60）mm≈100mm 墊塊高度=頂出行程/0.8+面針板厚度+底針板厚度+垃圾釘高度≈140mm 綜合上述數(shù)據(jù)，結合澆注系統(tǒng)結構形式，選擇FCI7070-A100-B100-C140型號的標準模架，標準模架的簡圖如下圖所示。 圖8.1 模架基本結構形式 9 注塑機的選擇與校核 9.1 注塑機的概述 注塑機又可以成為注射機，他的作用是把顆粒狀態(tài)下的原始高分子塑料進行上料加熱，經(jīng)過注塑機蝸桿旋轉(zhuǎn)加熱，讓高溫高壓狀態(tài)下的融化原材料注射進入模具的型腔里面固化成型，注塑機一般有臥式注塑機，立式注塑機，雙色注塑機這三類。本次設計中可以采用臥式注塑機進行生產(chǎn)，臥式注塑機工作原理如下圖所示。 圖9.1 注塑機原理圖 9.2 初選注塑機型號 注塑機與注塑模具相互配合，其中既包含了相關的安裝尺寸的校核，也包括了注塑量，注塑壓力，頂出脫模行程等參數(shù)的校核，本次設計中，結合注塑模具的尺寸大小，注塑量等要求進行初步選擇注塑機，然后再對注塑機中的參數(shù)進行校核。本次設計中，初選注塑機的型號為FHT530XB，其參數(shù)表如下 表9.1 注塑機參數(shù) 型號 單位 530×A 530×B 530×C 參數(shù) 螺桿直徑 mm 75 80 90 理論注射容量 cm3 1749 1991 2519 注射重量PS g 1592 1812 2292 注射壓力 Mpa 205 180 142 注射行程 mm 397 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 0~120 料筒加熱功率 KW 41.85 鎖模力 KN 5300 拉桿內(nèi)間距(水平×垂直) mm 820×820 允許最大模具厚度 mm 820 允許最小模具厚度 mm 350 移模行程 mm 820 移模開距(最大) mm 1640 液壓頂出行程 mm 200 液壓頂出力 KN 158 液壓頂出桿數(shù)量 PC 17 油泵電動機功率 KW 55 油箱容積 l 1250 機器尺寸(長×寬×高) m 8.7×2.3×2.7 機器重量 t 30 最小模具尺寸(長×寬) mm 570×570 9.3 校核注塑機注塑量 在校核注塑機的最大注塑量的時候，首先通過三維軟件測量澆注系統(tǒng)和塑件的總體積V，然后根據(jù)一般機械安全系數(shù)取值80%計算。需要滿足以下公式（見式9.3）。 （見式9.3） 查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注塑量為1991cm3，所以滿足注塑量的要求。 9.4 校核壓力 查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注射壓力為180Mpa，而本次選擇的材料注塑壓力范圍值為100-120Mpa之間，滿足注塑壓力要求。 9.5 校核模具安裝尺寸 查注塑機參數(shù)表，注塑機的拉桿內(nèi)間距尺寸為820x820mm，而本次設計的模具外形尺寸為800x700mm，所以滿足長寬尺寸的要求。 查注塑機參數(shù)表，注塑機的容模厚度為350-820mm之間，而本次設計的模具總高度為475mm，多以滿足高度要求。 綜上：模具長寬高的安裝尺寸要求在注塑機的安裝尺寸范圍內(nèi)。 9.6 校核移模行程 注塑的工作的時候，不但要頂出塑件，還要把模具打開，讓機械手或者人工可以取出塑件，根據(jù)以下公式校核，查表注塑機總的開模行程為820mm； 式中 所以滿足開模行程的要求。 9.7 校核注塑機鎖模力 當高溫高壓下的融料進入模具型腔之后，會對模具產(chǎn)生張開力，使得模具會在壓力狀態(tài)下打開，所以需要讓注塑機把模具的前后模呈現(xiàn)鎖緊狀態(tài)。避免產(chǎn)生溢料、毛邊、披鋒等現(xiàn)象。投影面積可以直接在三維軟件中測量得到，校核公式如下（見式9.7）。 （式9.7） （式9.7） 式中：F-注塑機的額定鎖模力 n-型腔數(shù)量 P-平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa 經(jīng)過校核計算，滿足注塑機鎖模力的要求。 第10章 Moldflow的注塑模擬成型分析 10.1 成型模擬簡述 本次課題設計主要利用MoldFlow軟件對澆注系統(tǒng)進行分析，了解塑件在成型過程中的狀態(tài)以及其成型性能。 在Moldflow軟件中，選用其中的MPA模塊，這個模塊對注塑模具方面的許多問題都能提供比較近似的解決方案，完美結局有關塑料模具方面的問題。本次分析的成型過程主要包括收縮痕、氣泡和熔痕分析、充填性能分析、流動分析、預測成型的質(zhì)量以及選擇最佳的澆口位置。這次設計使用MPA模塊的過程只是進行相對簡單的分分析。 對注塑機的參數(shù)設置如下所示： 注塑機參數(shù): 最大注塑機鎖模力 = 7.0002E+03 tonne 最大注射壓力 = 1.8000E+02 MPa 最大注塑機注射率 = 5.0000E+03 cm^3/s 注塑機液壓響應時間 = 1.0000E-02 s 工藝參數(shù): 充填時間 = 1.9000 s 自動計算已確定注射時間。 射出體積確定 = 自動 冷卻時間 = 20.0000 s 速度/壓力切換方式 = 自動 保壓時間 = 10.0000 s 螺桿速度曲線(相對): % 射出體積 % 螺桿速度 0.0000 100.0000 100.0000 100.0000 保壓壓力曲線(相對): 保壓時間 % 充填壓力 0.0000 s 80.0000 10.0000 s 80.0000 20.0000 s 0.0000 環(huán)境溫度 = 25.0000 C 熔體溫度 = 230.0000 C 理想型腔側模溫 = 50.0000 C 理想型芯側模溫 = 50.0000 C 表10-1 注塑機參數(shù)設置 對注塑模流材料做如下設置 10.2成型過程分析 在Moldflow界面導入UG所繪制的三維模型，首先確定軟件的分析單位，然后對塑件產(chǎn)品進行 網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是有效分析的先決條件。塑件的網(wǎng)格劃分的方法主要有以下三種：中性面、零件表面、3D數(shù)模，如圖9-1所示。 圖10-1網(wǎng)格劃分方法 在MOLDFLOW軟件中選擇菜單，導入繪制的模型，對壁厚開始分析以及統(tǒng)計曲面網(wǎng)格。本課題采用雙層面（雙面流）的方法對塑件進行網(wǎng)格劃分，分析的內(nèi)容項目主要包括塑料熔體的平衡流動、模具是否困氣、模具的冷卻、產(chǎn)品的熔接痕以及注塑后可能發(fā)生的產(chǎn)品變形等。 通過軟件對塑件進行網(wǎng)格劃分，模型細節(jié)如下所示。 模型細節(jié) : 網(wǎng)格類型 = 雙層面 網(wǎng)格匹配百分比 = 90.2 % 相互網(wǎng)格匹配百分比 = 90.5 % 節(jié)點總數(shù) = 8593 注射位置節(jié)點總數(shù) = 1 注射位置節(jié)點標簽是: 546 單元總數(shù) = 16238 零件單元數(shù) = 16238 主流道/流道/澆口單元數(shù) = 0 管道單元數(shù) = 0 連接器單元數(shù) = 0 分型面法線 (dx) = 0.0000 (dy) = 0.0000 (dz) = 1.0000 三角形單元的平均縱橫比 = 3.8573 三角形單元的最大縱橫比 = 56.8747 具有最大縱橫比的單元數(shù) = 5832 三角形單元的最小縱橫比 = 1.1643 具有最小縱橫比的單元數(shù) = 33827 總體積 = 89.3110 cm^3 最初充填的體積 = 0.0000 cm^3 要充填的體積