凱爾瑞舒適款兒童座椅之ZY2008塑件的注塑模具設計及成型-滑塊抽芯注射模含模流、NX三維及11張CAD圖

凱爾瑞舒適款兒童座椅之ZY2008塑件的注塑模具設計及成型-滑塊抽芯注射模含模流、NX三維及11張CAD圖,凱爾瑞,舒適,兒童座椅,ZY2008,注塑,模具設計,成型,滑塊抽芯,注射,模含模流,NX,三維,11,CAD 注塑模具設計說明書 題目：凱爾瑞舒適款兒童座椅之ZY2008零件注塑模具設計 院系： 專業(yè)： 姓名： 學號： 指導老師： 職稱： 20XX年6月 摘 要 模具是機械領域中的一個類但是卻有著必不可少的重要作用，而此次的畢業(yè)設計就是針對凱爾瑞舒適款兒童座椅之ZY2008零件進行的注塑模具設計，綜合該塑件的結(jié)構(gòu)和用途進行分析，確定塑件材料為POM，根據(jù)塑件的尺寸等要求選擇合適的精度等級。其次分析塑件在模具中的排列方式采用了一模二腔的結(jié)構(gòu)方式，這個要結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)特點要保證塑件在模具中的位置分布要均勻和理并根據(jù)實際生產(chǎn)條件確定好模具的出模數(shù)量。完成以上的初步分析后還要確定好塑件分型面然后完成對成型零件的設計，澆注系統(tǒng)的設計也是至關(guān)重要的一部分，在對澆注系統(tǒng)進行設計時要盡可能的使流道短、廢料少，同時澆口的位置選擇也非常的重要，在注塑進膠的過程中保證充填均勻，流動通暢。冷卻系統(tǒng)的設計需要結(jié)合多方面進行考慮，要保證冷卻均勻同時不得與周邊的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何干涉。頂出機構(gòu)的種類較多，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)和要求選擇不同的頂出方式，頂出位置一般盡量選擇塑件有足夠鋼度且不會影響外觀質(zhì)量的位置，均勻的布置。模架的選擇根據(jù)行業(yè)標準選擇使用龍記標準模架，選擇標準模架不僅大大的縮短了制造時間，也更能保證生產(chǎn)的精度。然后根據(jù)完成后的模具選擇合適的注射機。 最后是對本次設計完成后的模具與注射機進行計算與校核，采用三維軟件對完成的數(shù)據(jù)測量，確保各項系統(tǒng)能夠與選擇的注射機正常配合工作。經(jīng)過驗證可以得知設計能夠滿足生產(chǎn)經(jīng)濟要求。 關(guān)鍵詞：塑料，模架，注射機，校核 Abstract Mold is a kind of mechanical field, but it plays an essential role. This graduation design is aimed at the injection mold design of Kyle Rui comfortable children's seat zy2008 parts. Based on the analysis of the structure and use of the plastic part, it is determined that the plastic material is POM, and the appropriate precision grade is selected according to the size of the plastic part. The first mock exam is to analyze the arrangement of plastic parts in the mold. A two cavity structure is adopted. The structure of plastic parts should be combined to ensure the location of plastic parts in the mold should be uniform and rational, and the number of dies can be determined according to the actual production conditions. After the above preliminary analysis, it is necessary to determine the parting surface of the plastic part and then complete the design of the molding part. The design of the pouring system is also a crucial part. When designing the pouring system, it is necessary to make the runner short and the waste less as much as possible. At the same time, the location of the gate is also very important to ensure that the filling is even and the flow is smooth during the injection molding process. The design of the cooling system needs to be considered in many aspects to ensure uniform cooling without any interference with the surrounding structure. There are many kinds of ejection mechanisms, and different ejection methods are selected according to the structure and requirements of the plastic parts. Generally, the ejection position is the position where the plastic parts have enough rigidity and will not affect the appearance quality, and the layout is uniform. According to the industry standard, Longji standard mold base is selected. The selection of standard mold base not only greatly shortens the manufacturing time, but also ensures the accuracy of production. Then according to the completed mold, choose the appropriate injection machine. Finally, the mold and injection machine after the completion of the design are calculated and checked, and the completed data are measured by three-dimensional software to ensure that all systems can work normally with the selected injection machine. After verification, we can know that the design can meet the economic requirements of production. Key words: plastic, mold base, injection machine, check 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章、緒論 1 1.1注塑模具的概述 1 1.2我國注塑模具的現(xiàn)狀 1 1.3國外注塑模具的發(fā)展 2 1.4本次設計主要解決的問題 2 第二章、產(chǎn)品工藝分析原材料的確定 3 2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 3 2.1 塑件的工藝性分析 4 2.1.1塑件的原材料分析 4 2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 4 2.2計算塑件的體積和質(zhì)量 4 2.3塑件注塑工藝參數(shù)的確定 5 2.4塑料成型設備的選取 6 第三章、注塑模具的結(jié)構(gòu)設計 7 3.1分型面選擇與確定 7 3.2確定型腔的數(shù)目及排列方式 8 3.2.1模腔數(shù)量的確定 8 3.2.2型腔的排列方式 8 3.3澆注系統(tǒng)設計 9 3.3.1主流道設計 9 3.3.2分流道設計 9 3.3.3澆口設計 10 3.3.4排氣結(jié)構(gòu)的設計 11 3.3.5主流道襯套的選取 11 3.5推出機構(gòu)設計 12 3.6 推出機構(gòu)的計算 13 3.6.1脫模力的計算 13 3.6.2推桿強度的校核 13 第四章、成型零件結(jié)構(gòu)設計 14 4.1、成型零件的結(jié)構(gòu)設計 14 4.2 成型尺寸計算 15 4.2.1 型腔成型零件尺寸計算 15 4.2.2 型芯成型零件尺寸計算 15 4.2.3型腔零件的強度剛度校核 16 4.3 成型零件鋼材的選用 17 4.4抽芯機構(gòu)設計 17 第五章、模具冷卻系統(tǒng)的設計與模架的選擇 20 5.1、模具冷卻系統(tǒng)概述 20 5.2、冷卻系統(tǒng)設計原則 20 5.3、冷卻水道的計算 20 5.3.1求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 21 5.3.2 水的體積流量 21 5.3.3 求冷卻水道直徑d 21 5.4 模架型號的選擇 22 5.4.1 標準模架的選擇 22 5.4.2 導柱導套的選擇 23 第六章、注塑機有關(guān)參數(shù)的校核 24 6.1 注塑機最大注射量校核 24 6.2 校核壓力 24 6.3 校核模具安裝尺寸 24 6.4 校核移模行程 25 6.5 校核注塑機鎖模力 25 第七章、繪制模具總裝圖 26 7.1本模具總裝圖 26 第八章、Moldlfow注塑CAE模流分析 27 8.1 moldflow模流分析概述 27 8.2 MOLDLFOW模流分析操作過程。 27 8.4 總體溫度 30 8.5 注射位置處壓力：XY圖 30 8.6 鎖模力XY圖 31 8.7 壓力 31 8.8 充填時間 32 8.9 流動前沿溫度 32 8.10 氣穴 33 8.11 熔接線 34 8.12 溫度，零件 34 8.13 變形，所有因素：變形 35 總結(jié) 36 致謝 37 參考文獻 38 V 第一章、緒論 1.1注塑模具的概述 注塑模具的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的時間，在工業(yè)發(fā)展中有著極其重要的地位，注塑模具的發(fā)展在與時俱進，不斷地創(chuàng)新進步。進十年來我國的注塑模具發(fā)展非常的迅速，得到了很大的提升 ，我國作為制造大國，注塑模具的發(fā)展對我國的社會經(jīng)濟市場將會有很重要的作用。我國進入注塑模具領域相比其他的發(fā)達國家較晚，但經(jīng)過多年來國家的大力支持與發(fā)展，我國正在逐漸的與他們拉近距離，如今我國的注塑模具已經(jīng)形成了自己的一套標準，從模具標準件到模架，還有注塑機等，都形成了很多標準的體系。目前國內(nèi)使用最多的模具有龍記、帥剛、科美、巨豐等品牌，注塑模具標準化是整個行業(yè)的國際發(fā)展趨勢，同時也是行業(yè)發(fā)展的必然方向。將注塑模具標準化能夠很好的降低生產(chǎn)制造成本，節(jié)省設計制造時間，同時又能夠使模具更加的穩(wěn)定可靠。 注塑模具的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，主要可以概括為前模和后模兩個部分，各塊板子之間通過螺絲和桿棒零件進行連接，各個不同的零件配合形成注塑模具的七大系統(tǒng)，當模具開始工作時先是閉合狀態(tài)，注塑完成后冷卻系統(tǒng)對模具和塑件進行冷卻，最后退出機構(gòu)推出，復位機構(gòu)將注塑模具復位就完成了一個整體的工作過程。 1.2我國注塑模具的現(xiàn)狀 在如今我們的生活當中，注塑模具的產(chǎn)品無處不見，它已經(jīng)完全的融入到我們的生活，從我們的衣食住行到醫(yī)學器材，軍工設備、工程機械、航天航空等等領域注塑模具都扮演了非常重要的角色。我國多年以來努力的發(fā)展注塑模具，使我國的工業(yè)得到了很好的發(fā)展，如今我國已經(jīng)成為國際上的制造業(yè)大國，制造業(yè)的發(fā)展影響我國的整體經(jīng)濟現(xiàn)狀。 我國注塑模具的重點發(fā)展地方主要集中在珠三角和沿海地區(qū)，這里聚集了國內(nèi)最多的模具生產(chǎn)制造廠家和設計人才。但近兩年來我國的注塑模具發(fā)展面臨了很大的挑戰(zhàn)，當基本技術(shù)成熟后想向發(fā)達國家的水平靠近需要的是整個制造加工行業(yè)水平的整體提升，我國的注塑模具在高端注塑模具上依然沒有較好的競爭力，生產(chǎn)的模具多為本國內(nèi)使用，在出口模上很難達到高端模具的水品，主要是技術(shù)人才的缺乏。現(xiàn)在很多的大學都設有模具專業(yè)，為我國工業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)了一大批技術(shù)型人才，讓更多的大學生進入到這個行業(yè)中來。國家也針對注塑模具的發(fā)展開放了許多的政策，對本行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)實施減稅和補貼，扶持企業(yè)發(fā)展壯大。 我國的注塑模具技術(shù)水平雖然相較于發(fā)達國家有一定的差距，但是我國的生產(chǎn)制造成本卻是其生產(chǎn)制造成本的1/3，這是我國最主要的競爭優(yōu)勢。 1.3國外注塑模具的發(fā)展 國外注塑模具的發(fā)展相較于國內(nèi)時間要長很多，他們的整體制造業(yè)技術(shù)水平要高于國內(nèi)，生產(chǎn)設備比起國內(nèi)也要先進很多，自動化生產(chǎn)線普及很高，像德國、美國等發(fā)達國家的注塑模具技術(shù)水平主要體現(xiàn)在高端注塑模具的生產(chǎn)上，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品精度更高，尤其在像汽車模等高端的注塑模具領域也領先我們很多，國外的模具生產(chǎn)周期也比國內(nèi)要更短，成熟的技術(shù)不僅僅能夠很好的控制產(chǎn)品的質(zhì)量，更能節(jié)省更多的勞動力，這是我國目前的發(fā)展方向，要不斷地的研發(fā)新型、高端的技術(shù)。目前發(fā)達國家手里掌握著許多制造業(yè)的核心的技術(shù)，像高精密機床，多軸加工中心等在國外的普及率特別的高，這些都是生產(chǎn)高質(zhì)量注塑模具必不可少的條件。在目前的市場上的高級注塑模具主要來源于美國、德國、日本、歐盟等幾個發(fā)達國家，基本占據(jù)了所有的注塑模具出口，但國外的模具制造成本相比國內(nèi)也更加的高，主要在勞動力成本上，我國人口數(shù)量龐大，勞動力成本極低，所以許多國外的許多模具都會找中國代工。所以技術(shù)是行業(yè)和國家發(fā)展的關(guān)鍵，掌握領先于他人的技術(shù)才能夠在激烈的國際市場競爭中有話語權(quán)。 1.4本次設計主要解決的問題 首先要對本設計的塑件進行分析，確定好塑件的尺寸大小，結(jié)合塑件在生活中的應用選擇合理的材料以及出模數(shù)量等等，接下來就是對模架結(jié)構(gòu)進行設計。 1.分析塑件的結(jié)構(gòu)結(jié)合設計要求選擇合適的分型面。 2.通過上面的分析確定型腔的布局方式。 3.結(jié)合注塑模具生產(chǎn)要領選擇合適的澆注方式。 4.對模具的冷卻系統(tǒng)進行設計。 5.結(jié)合以上的條件，適合的脫模頂出方式。 7.根據(jù)設計完成的模具選擇注塑機并進行計算校核。 第二章、產(chǎn)品工藝分析原材料的確定 2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 本次設計中的凱爾瑞舒適款兒童座椅之ZY2008零件產(chǎn)品如下圖2-1，2-2所示，。該塑件為典型的塑料類零件，塑件整體的壁厚均勻，尺寸不大，適合采用注塑模具生產(chǎn)注塑成型。該塑件適合采用POM材料來進行注塑生產(chǎn)，生產(chǎn)批量考慮實際生產(chǎn)情況，可以采用中大批量生產(chǎn)。 圖2-1 塑件三維圖 圖2-2塑件的二維圖 2.1 塑件的工藝性分析 2.1.1塑件的原材料分析 POM材料是世界上使用最廣的五種塑料中的一種，POM材料是一種高分子聚化合物，POM具有非常好的抵抗沖擊的能力，能夠耐熱，能夠承受一定的低溫。對于酸堿鹽的腐蝕性有較好的抵抗性能，POM材料的表面光潔度好，表面可以進行二次噴涂、絲印、移印、電鍍，著色，成型后的POM材料的產(chǎn)品還能夠進行焊接，熱壓螺母和金屬件，超聲波焊接等。 大部分的POM原材料是無毒的，難容與水、吸水率非常低，對于表面部分還可以進行拋光處理。可以獲得表面光潔度非常好的產(chǎn)品。POM材料注塑出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸變量小，POM材料的融化溫度在180-230度之間，在230度以上會產(chǎn)生熱分解效應，對于POM還可以添加改性材料，增加玻璃纖維等，以達到改性增強的目的，與其他材料的結(jié)合度較好。 2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 1.結(jié)構(gòu)分析 塑件的整體結(jié)構(gòu)呈長方形，尺寸不大，壁厚均勻非常適合注塑模具成型，需要注意的是在塑件的兩側(cè)壁上有兩個圓形的小孔，這兩個小孔需要抽芯才能實現(xiàn)脫模。 2.尺寸精度分析 該塑件整體的壁厚均勻在1-4mm之間，厚薄均勻，塑件的尺寸不大，可以按照一般精度等級進行生產(chǎn)注塑，在模具的機械加工注意保證型芯和型腔上面的成型尺寸。 3.表面質(zhì)量分析 該塑件需要在外面表面保證沒有毛邊，飛邊，披風，縮水痕跡，不得有頂白、缺膠現(xiàn)象產(chǎn)生。 2.2計算塑件的體積和質(zhì)量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=12.5cm（采用三維軟件直接測量得到） 計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設計手冊可查得POM的密度為ρ=1.425kg/dm 塑件質(zhì)量：M=Vρ =12.5×1.425 =17.8g 采用一模二腔的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機型號為HTF80XB型。 圖2-3 塑件體積測量 2.3塑件注塑工藝參數(shù)的確定 查找有關(guān)文獻和參考工廠時間應用的情況，POM的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整） 注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。 料筒溫度： 后段溫度t選用 190～210c； 中段溫度t 選用 200～220c； 前段溫度t 選用 210～230c； 噴嘴溫度： 選用200～210c； 注塑壓力一：選用40～100Mpa； 注塑時間： 選用20～90s； 保壓壓力： 選用 65Mpa； 高壓時間： 選用0～5s； 冷卻時間： 選用20～120s； 總周期： 選用45～220s； 后處理方法： 采用油﹑水﹑鹽水； 后處理溫度： 90～100t/c; 后處理時間： 4h。 說明：3.1：預熱和干燥均采用鼓風烘箱，烘烤4-8小時。 2.4塑料成型設備的選取 根據(jù)計算及原材料的注射成型參數(shù)初選注塑機為HTF80XB查注塑機參數(shù)表知： 表2-1 注塑機參數(shù)表 型號 單位 80×A 80×B 80×C 參數(shù) 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 111 124 153 注射重量PS g 101 113 139 注射壓力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 122 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 0~220 料筒加熱功率 KW 5.7 鎖模力 KN 800 拉桿內(nèi)間距(水平×垂直) mm 365×365 允許最大模具厚度 mm 360 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距(最大) mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動機功率 KW 11 油箱容積 l 200 機器尺寸(長×寬×高) m 4.3×1.25×1.8 機器重量 t 3.22 最小模具尺寸(長×寬) mm 240×240 第三章、注塑模具的結(jié)構(gòu)設計 注塑模具結(jié)構(gòu)設計包括了分型面的選擇，模具型腔出模數(shù)量的確定，成型型芯和型腔的確定，澆注系統(tǒng)和流道的設計，頂出和脫模機構(gòu)的設計，標準模架的確定和型號的選擇，溫度冷卻水道的設計。 3.1分型面選擇與確定 在注塑模具設計中，首先就需要確定分型面，分型面決定了注塑模具的整體結(jié)構(gòu)，必須要根據(jù)如下的注塑模具設計原則來進行選擇： 1. 分型面應該考慮塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量，表面不得有毛刺、飛邊、溢料、縮水等表面不良現(xiàn)象，塑件尺寸需要滿足圖紙尺寸的要求。 2. 分型面的選擇需要考慮進膠口的充填工藝性，保證塑料原材料的充填流動性較好，同時需要流道盡可能的短。 3. 分型面盡可能的選擇在塑件的最大輪廓處，這樣才能有利于脫模。 4. 分型面的選擇時候，需要保證盡可能的讓塑件留在動模型芯部分。 5. 盡可能的保證有利于塑件成型時候的排氣要求，不得有困氣現(xiàn)象。 6. 需要考慮塑件和模具成型的抽芯機構(gòu)，需要盡可能少的抽芯以降低模具難度和制造成本。 該塑件為塑料材料注塑生產(chǎn)，塑件的表面需要保證有一定的光潔度和美觀度，不能影響塑件的表面質(zhì)量，對于本次設計中，塑件的分型面的選擇如下圖所示： 圖3-1 塑件分型面的選擇 3.2確定型腔的數(shù)目及排列方式 3.2.1模腔數(shù)量的確定 根據(jù)塑件的生產(chǎn)批量為中等批量注塑生產(chǎn)，適合采用一模二腔的形式進行注塑生產(chǎn)和模具設計，型腔數(shù)量的多少與注塑機的最大注塑量有關(guān)系。 查注塑機參數(shù)表，可以得知，該注塑機的額定注塑量為：124。 根據(jù)以下公式進行校核型腔出模數(shù)量： N=（0.8x124-1.4）/12.5=7.82個； 式中： 124 1.4 12.5 本次模具設計中，還需要綜合考慮模具的整體結(jié)構(gòu)形式，以及澆注系統(tǒng)的布局方式，本次設計采用一模二腔的結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過校核，滿足注塑機額定注塑量的要求。 3.2.2型腔的排列方式 對于模具的型腔布局方式，一般可以采用對稱或者整列方式布局，如下圖所示： 圖3-2 模具型腔的排列方式 通過采用上圖3-2所示的型腔布局排列方式，可以盡可能少的減少模具的澆注系統(tǒng)廢料，提高注塑充填工藝，同時分型面也比較對稱和工整，模具的頂出和脫模也非常方便。符合本次設計要求。 3.3澆注系統(tǒng)設計 3.3.1主流道設計 主流道是模具中塑料的第一段凝料，主流道一般在澆口襯套內(nèi)，為錐形，錐形的角度一般在1-4度之間，根據(jù)材料的流動性和長度決定，主流道澆口襯套表面頂部為球形，與注塑機噴嘴相互配合，主流道應該盡可能的短，這樣可以節(jié)約主流道產(chǎn)生的廢料，可以提高注塑生產(chǎn)經(jīng)濟效益。澆口襯套的球面凹坑需要和注塑機噴嘴相互配合保證不產(chǎn)生溢料。 根據(jù)HTF80XB型注塑機噴嘴的有關(guān)尺寸 本次設計中，澆注系統(tǒng)種類為：側(cè)澆口 1、主流道相關(guān)設計 3.1=2.5+（）mm； 得到主流道小端直徑d=3.1mm； 主流道還需要考慮一定的脫模斜度，一般脫模斜度的取值為； 主流道高度L=62mm； 經(jīng)過CAD繪圖可以直接得出主流道大端直徑如下尺寸。 主流道大端直徑D=5.3mm； 2、澆口的設計 根據(jù)塑料的材料性能，和塑件壁厚、尺寸大小等因素，可以通過查注塑模具設計指導手冊表進行取值，本次設計中，取側(cè)澆口澆口數(shù)據(jù)如下尺寸。 對于側(cè)澆口取值： 側(cè)澆口寬度w=3.2mm； 側(cè)澆口深度h=1.5mm； 側(cè)澆口長度l=2mm； 為了保證主流道的廢料能夠順利的從澆口襯套內(nèi)脫出，采用澆口襯套標準件，一般的澆口襯套標準件均具有標準錐度，直接選擇即可，在主流道的末端，需要開設冷料穴，設置勾料針，保證順利脫模。 3.3.2分流道設計 分流道是連接主流道和澆口之間的一段流道，分流道一般需要比主流道小一點，用來提高凝料注射時候的壓力，分流道在一模多腔的模具中必不可少，在分流的設計環(huán)節(jié)中，應當盡可能少的減少溫度、壓力、射速的損耗。同時還需要考慮盡可能少的減少流道廢料的長度和直徑大小，這樣才能減少原材料的損耗。 分流道直徑可以根據(jù)如下面的公式進行計算和校核。 分流道的直徑可以采用如下經(jīng)驗公式進行計算。 式中： 13.13g； 20mm； 根據(jù)塑件的壁厚、材料的種類和型腔布局結(jié)構(gòu)形式， 經(jīng)過計算得分流道直徑:D=2.03mm 考慮時間機械加工切削工藝，取分流道尺寸如下。 根據(jù)刀具圓整為實際分流道直徑d=5mm；可以采用球形銑刀對分流道進行銑削加工，在加工完成后，需要對流道進行表面拋光，最好達到Ra0.8um的粗糙度，這樣可以保證凝料在流道的流動過程中的摩擦最小。 3.3.3澆口設計 澆口是澆注系統(tǒng)得到最后一段，用來連接塑件和流道之間的閘口，澆口的作用是讓熔融狀態(tài)下的凝料最快速度的充填到模具的型腔里面，讓充填滿型腔以后，還可以防止凝料的回流，澆口尺寸的大小根據(jù)塑件的體積，尺寸綜合選擇，在模具試模以后進行修正和調(diào)整，澆口的位置應該選擇最佳充填流動得到位置，澆口的種類如下： 1. 直接澆口：直接和模具中的塑件相連接，優(yōu)點是流道廢料少，缺點是在塑件的表面表面留下澆口痕跡，而且澆口去除非常困難。 2. 側(cè)澆口，側(cè)澆口一般是矩形，一般設計在分型面上，側(cè)澆口的尺寸一般都比較小，損失得到壓力和射速基本可以忽略，矩形的澆口形式使得機械加工切削非常方面，而且尺寸的大小比較好控制，而且在注塑充填成型后，人工去除非常方便。澆口去除以后，澆口痕跡在側(cè)壁或者端面上，澆口痕跡不明顯。 3. 點澆口，點澆口可以與塑件在成型后自動分離，澆口附近的殘余應力變化非常小，可以實現(xiàn)大批量連續(xù)生產(chǎn)，表面痕跡非常小，僅僅只有一個很小的點，缺點是一般模具采用三板模生產(chǎn)，三板模制造成本較高、結(jié)構(gòu)復雜，流道的廢料也比較多，經(jīng)濟效益不是那么好。 4.其他澆口，扇形澆口，潛伏澆口，牛角澆口，根據(jù)塑件的不同特點和模具結(jié)構(gòu)要求進行選擇。 本次設計中，根據(jù)塑件的尺寸和結(jié)構(gòu)特點，型腔布局排列結(jié)構(gòu)形式，澆注系統(tǒng)需要合理安排，在實際注塑充填時候，根據(jù)充填情況進行調(diào)整優(yōu)化。 完成后的澆注系統(tǒng)如下圖所示： 圖3-3 澆注系統(tǒng)設計 3.3.4排氣結(jié)構(gòu)的設計 在模具的充填過程中，需要排除模具型腔內(nèi)的多余空氣，如果不能及時的排除型腔內(nèi)的空氣，容易造成塑件表面起泡、困氣充填缺膠、局部高溫情況下，還會產(chǎn)生燒焦塑件，出現(xiàn)不良產(chǎn)品，本次設計中選擇的塑料材料流動性好，不需要開設排氣槽，采用的是模具自身的間隙排氣即可，這就包括的澆口襯套和型腔的間隙，頂桿、勾料針與型腔的配合間隙、模具分型面自身的分模間隙，配合間隙和分模間隙保證在0.02-0.03mm之間即可，太小的話，排氣太慢，如果間隙太大的話，會造成溢料和毛邊現(xiàn)象。該塑件直接使用間隙排氣和分型面自身排氣即可實現(xiàn)。不需要獨立開設排氣槽結(jié)構(gòu)。 3.3.5主流道襯套的選取 主流道襯套已經(jīng)是標準件了，只需要根據(jù)設計軟件和設計手冊選擇標準件即可，澆口襯套的尺寸長度可以根據(jù)模具模板的長度進行畫圖后得出，澆口襯套需要采用優(yōu)質(zhì)鋼材，熱處理HRC52-58度之間，澆口襯套與模具之間的公差配合采用H7/m6的間隙配合，這樣安裝配合方便，也不會產(chǎn)生溢料和毛邊。主流道襯套需要長時間承受注塑機噴嘴的擠壓，融料的流動壓力，需要保證主流道襯套的互換性，所以應當盡可能的采用標準件。 本次設計中，結(jié)合注塑模具設計指導手冊與設計軟件，選擇如下圖所示的澆口襯套標準件。 圖3-4 澆口襯套標準件 3.5推出機構(gòu)設計 注塑模具的推出機構(gòu)一般是由推出原件，復位機構(gòu)，和導向機構(gòu)三種機構(gòu)組合而成的，推出原件一般指的是頂桿或者推板，復位機構(gòu)一般指的是復位桿和復位彈簧，導向機構(gòu)頂針板的導柱或者導套，在小型模具中，直接使用復位桿導向即可，在中大型模具中或者精密模具中，才會使用頂針板導柱和導套，頂針板導柱和導套會增加模具的制造成本，一般小型模具中不采用。 本次設計中，可以選擇常見的頂桿頂出脫模來實現(xiàn)，頂桿具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝工作可靠，維修更換方便，制造成本低，而且頂桿已經(jīng)是標準化的模具零配件，可以縮短模具的制造周期。推出脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖3-5 推出脫模機構(gòu) 上圖所示的推出脫模機構(gòu)，采用注塑機頂棍提供動力源，隨著頂針板的運動的實現(xiàn)塑件得到頂出和脫模。 3.6 推出機構(gòu)的計算 3.6.1脫模力的計算 根據(jù)如下公式進行計算 3000； 經(jīng)過計算得到：F=6000N 3.6.2推桿強度的校核 故符合要求。 式中， 是推桿材料的許用應力，為120Mpa； 是推桿所受的應力； F是脫模力，為6000N； n是推桿數(shù)目，為8根； d是推桿直徑，為3mm 45.47Mpa 所以滿足要求。 第四章、成型零件結(jié)構(gòu)設計 4.1、成型零件的結(jié)構(gòu)設計 與塑件直接接觸的模具剛性材料稱之為成型零件，成型零件需要考慮一定的機械加工工藝，結(jié)合材料收縮性與塑件的成型尺寸精度要求，塑件表面質(zhì)量的，成型零件一般指的是型芯和型腔，常見的成型零件的結(jié)構(gòu)形式有：整體式，組合式、鑲嵌式、瓣合式、環(huán)形式等，結(jié)構(gòu)現(xiàn)有塑件的特點，以及生產(chǎn)批量，可以采用鑲嵌式的型腔和型芯結(jié)構(gòu)。 （1）、型腔的結(jié)構(gòu)設計：模具的型腔采用的是鑲嵌式型腔，整體為矩形，可以節(jié)約昂貴的模仁材料，并且表面也利于拋光，切分開加工的話，機械加工更方便，而且更好替換。如下圖： 圖4-1 模具型腔結(jié)構(gòu)設計 （2）、型芯的結(jié)構(gòu)設計：模具的型芯采用的是鑲嵌式型腔，整體為矩形，可以節(jié)約昂貴的模仁材料，并且鑲件位置采用線切割等機械加工工藝的時候，可以使用較小的機器實現(xiàn)，節(jié)約制造成本，如下圖所示： 圖4-2 模具型芯結(jié)構(gòu)設計 4.2 成型尺寸計算 4.2.1 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，公式如下： 式中： ； （0.005）； ； ； ； 型腔長度尺寸計算為： =[(1+0.005)x92-1/4x0.08]=92.48mm 型腔寬度尺寸計算為： =[(1+0.005)x20-1/4x0.08]=20.12mm （2）型腔深度尺寸計算 型腔深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： 式中 ； ； 其他符號意義同上。 =[(1+0.005)x18-1/3x0.08]=18.12mm 4.2.2 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，公式如下： ； ； 其他符號意義同上。 型芯長度尺寸計算為： =[(1+0.005)x92+1/4x0.08]=92.44mm 型芯寬度尺寸計算為： =[(1+0.005)x10+1/4x0.08]=10.03mm （2）型型芯深度尺寸計算 型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： ； 其他符號意義同上。 =[(1+0.005)x18-1/3x0.08]=18.06mm 4.2.3型腔零件的強度剛度校核 根據(jù)模仁側(cè)壁剛度校核公式 式中： ； P——平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa 為18mm； ； 0.005； 經(jīng)過計算模仁側(cè)壁厚度得: Sc=18.43mm， 在實際進行模具結(jié)構(gòu)設計的時候，還需要考慮螺絲、冷卻水道的位置和尺寸，一般取值需要偏大一些。 而本次設計中，模仁的側(cè)壁取值為30-40mm之間，滿足要求。 4.3 成型零件鋼材的選用 根據(jù)塑料材料和塑件的結(jié)構(gòu)特點等綜合分析考慮，可以采用718H牌號的模具鋼材，該鋼材也可以叫做3Cr2Mo，是一種預硬模具鋼材，出廠的硬度是HRC8-42度之間，廣泛的應用在一般注塑模具中，能夠滿足中大批量高質(zhì)量生產(chǎn)的模具當中，718H鋼材的表面的拋光性能也非常好。718H鋼材進行氮化或者是加硬處理，還能夠把原來的50W次壽命提高，使得模具是壽命到達80W次以上。 718H鋼材還具備良好的機械切削加工性能，適用于電火花加工，線切割加工，表面曬紋等工藝處理。 4.4抽芯機構(gòu)設計 當塑件的側(cè)壁有側(cè)孔、內(nèi)凹、凸臺、卡扣的時候，塑件無法在開模方向順利脫模的情況，就需要采用一定角度的脫模抽芯機構(gòu)，一般采用的抽芯機構(gòu)脫模方式有三種： 手工脫模抽芯機構(gòu)：采用人工在模具外面取出抽芯的鑲件，這種效率最低，非常原始不建議使用。 1.機械開模抽芯機構(gòu)：利用模具開模的時候，提供的開模動力實現(xiàn)模具內(nèi)的抽芯運動，運動關(guān)系滿足三角函數(shù)運動關(guān)系方式，這種方式會增加模具難度和制造成本，但是可以成型比較復雜的塑件結(jié)構(gòu)。 2.液壓或氣動脫模抽芯機構(gòu)：采用液壓油或者是氣動液壓油缸實現(xiàn)模具的單向往復抽芯運動，優(yōu)點是可以實現(xiàn)長行程的抽芯運動，缺點是需要注塑機有液壓油路或者氣路機構(gòu)和相關(guān)的伺服機構(gòu)，對應的制造成本最高，而且模具外面有一組或多組油缸，增加的運輸難度和注塑機機臺尺寸。除非是長行程的抽芯，否則不建議采用該方式進行抽芯。 3.斜頂抽芯機構(gòu)：對于內(nèi)壁的側(cè)凹或者卡扣機構(gòu)，而且抽芯距離小的塑件結(jié)構(gòu)特征，可以采用更為簡單合理的斜頂抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)。斜頂機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，利用脫模頂出的力來實現(xiàn)，而且模具制造成本低，工作可靠，而且維修方便。 分析塑件的三維模型可以得知，塑件上有需要抽芯的結(jié)構(gòu)特征，需要設計抽芯機構(gòu)才能夠順利脫模，斜頂抽芯機構(gòu)即可實現(xiàn)卡扣位置的成型。 斜導柱滑塊抽芯機構(gòu)如下： （1）、計算抽芯距離 S=L+（3-5）MM 式中： S——抽芯距離 L——塑件倒扣距離 本次設計中，抽芯距離S=2+（3-5）mm=7mm （2）、抽芯力的計算 式中： ，N 25 本次設計中取傾斜角度為取16度。 經(jīng)過計算得：60N （3）、斜導柱直徑的計算 式中： ； 36mm； 經(jīng)過計算得：11.79mm 本次設計中，查表選用標準斜導柱，斜導柱直徑為12mm。斜導柱傾斜角度取值一般為15-30度之間，本次設計中，選用斜導柱傾斜角度為16度。完成后的斜導柱抽芯機構(gòu)如下圖所示。 圖4-3 斜滑塊芯機構(gòu) 第五章、模具冷卻系統(tǒng)的設計與模架的選擇 5.1、模具冷卻系統(tǒng)概述 當熔融狀態(tài)下的凝料，進過高壓注射進模具的型腔里面以后，需要逐步的冷卻和固化，這個過程是漫長的，需要控制模具各個區(qū)域的溫度盡可能的在同一時間段內(nèi)均勻的冷卻，不能溫度過高或者過低，且需要盡可能的縮短冷卻周期以提高生產(chǎn)效率。一般的熱塑性材料的注塑模具中，塑料材料的注射溫度都在200-300度之間，是必須要設計冷卻系統(tǒng)的。 5.2、冷卻系統(tǒng)設計原則 在設計冷卻系統(tǒng)的時候，需要盡可能的考慮如下設計原則： 1.盡可能的保證各條冷卻水道之間的間距相等。 2.盡可能的保證冷卻水管的直徑相同以利于加工。 3.進出水嘴的接頭盡可能的設計在操作側(cè)的背面，不要影響注塑機的操作人員。 4.冷卻水道應該要做防止漏水的機構(gòu)，特別是不同剛性零件之間要設計防水圈結(jié)構(gòu)。 5.冷卻水道不得距離澆注系統(tǒng)過近，距離澆注系統(tǒng)流道太近的話，會過快的讓融料的溫度冷卻以至于不利于注塑充填。 6.冷卻水管的加工，不得與螺絲，鑲件，頂桿等零件發(fā)生干涉現(xiàn)象導致漏水現(xiàn)象的發(fā)生。 5.3、冷卻水道的計算 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：????? ； ）； ； ； ； ； ； 5.3.1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 26.41.42590=2.4948 查注塑模具設計指導手冊得POM單位重量放出的熱量 ??? 故：2.4948=1022KJ 5.3.2 水的體積流量 ?由公式 1022/=0.35 式中： 5.3.3 求冷卻水道直徑d 本次設計采用的是上下直通式冷卻水道，根據(jù)水的體積流量查注塑模具設計指導手冊[1]得d=6mm；本次設計中的冷卻水道滿足要求。冷卻水道設計如下圖所示： 圖5.1 冷卻系統(tǒng)設計 5.4 模架型號的選擇 5.4.1 標準模架的選擇 注塑模具應當盡可能的去選擇標準模架，采用標準模架可以大大的降低制造生產(chǎn)成本，提高制造效率，縮短制造周期，標準模架分為三個大類，包括了大水口模架，簡化細水口模架，細水口模架系統(tǒng)。 需要結(jié)合型腔布局和排列結(jié)構(gòu)形式，盡可能的保證長寬尺寸為一個整數(shù)，這樣才能符合實際機械加工和原材料的購買要求，一般情況下，中小型模具可以根據(jù)塑件尺寸，保證型腔側(cè)壁厚度在30-50mm之間，大型模具保證50-80mm之間的型腔側(cè)壁厚度。 （1）、確定成型型腔零件長寬高尺寸如下 270x80x30mm （2）、確定成型型芯零件長寬高尺寸如下 270x80x40mm （3）、確定模架定模板長寬高尺寸如下 350x230x60mm （4）、確定模架動模板長寬高尺寸如下 350x230x70mm （5）、確定墊塊的高度 墊塊需要考慮實際頂出脫模的需求，本次設計中，采用墊塊高度為：100mm，即可滿足要求。 根據(jù)澆注澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，以及頂出脫模要求，選擇國標的標準模架，采用大水口模架系統(tǒng)。具體的模架型號為：CI2335-A60-B70-C100 模架基本結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖5-1 模架基本結(jié)構(gòu)形式 5.4.2 導柱導套的選擇 導柱和導套是整套模具工作的重要導向機構(gòu)，導套和導套在選擇標準模架的時候就自帶有了，本次設計中，采用的是有托導套和有托導柱，在導柱的前端，需要開設油槽，可以增加導柱和導套之間的潤滑作用。導柱和導套之間采用h7/m6公差配合，采用正裝導柱的結(jié)構(gòu)形式，保證工作順暢。 圖5-2 導柱導套結(jié)構(gòu)形式 第六章、注塑機有關(guān)參數(shù)的校核 注塑機是注塑模具進行生產(chǎn)和注塑的工藝裝備，注塑機的可以按照噸位的大小或者是注射量進行劃分型號，常見的注塑機種類有臥式注塑機、立式注塑機，雙色注塑機，而本次設計中的注塑模具，可以采用常見的臥式注塑機即可，注塑機的型號采用的是HTF80XB，下面對注塑機的相關(guān)參數(shù)進行校核，注塑機的基本結(jié)構(gòu)原理樣式如下圖所示。 圖6-1 注塑機結(jié)構(gòu)原理 6.1 注塑機最大注射量校核 124x80%≥2x12.5+1.4=26.4 其中： 2個； 124； 1.4； 12.5 查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注塑量為124，所以滿足注塑量的要求。 6.2 校核壓力 查材料的成型工藝表，可以得知，POM的成型注射壓力范圍取值為100-170Mpa，而本次選擇的注塑機的額定注塑壓力值為183Mpa，所以是滿足本次注射壓力的要求的。 6.3 校核模具安裝尺寸 本次設計中，選擇的國標模架的最大模具長寬的最大尺寸為350x280mm，而查詢本次選擇的注塑機的參數(shù)表中，注塑機拉桿內(nèi)間距的尺寸為365x365mm，所以本套注塑模具的長寬尺寸滿足安裝要求。 其次是校核安裝厚度的尺寸參數(shù)，本套模具的總高度值為280mm,而選擇的注塑機的最大容模厚度數(shù)據(jù)為150-360mm之間，所以滿足高度的安裝尺寸要求。 所以：本套注塑模具，長寬高尺寸均滿足注塑機的安裝尺寸要求。 6.4 校核移模行程 注塑模具在完成成型固化以后，模具需要打開一定距離，讓注塑機的頂棍頂向頂出機構(gòu)，實現(xiàn)塑件的最后一步脫模工序，查表注塑機總的開模行程為310mm； 式中 ，18mm； ，79mm； 310mm≥18+79mm+10mm=107 經(jīng)過計算，注塑機的移模行程滿足注塑模具的要求。 6.5 校核注塑機鎖模力 校核公式如下； 800≥（21636+130）30=102.06KN 式中： P-平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa 經(jīng)過計算，本次設計中的模具需要的鎖模力在注塑機額定鎖模力允許范圍內(nèi)，滿足要求。 第七章、繪制模具總裝圖 7.1本模具總裝圖 圖7-1 模具總裝圖 第八章、Moldlfow注塑CAE模流分析 8.1 moldflow模流分析概述 模流分析這個名詞最先出現(xiàn)在香港和臺灣地區(qū)，隨著國內(nèi)工業(yè)化進程的加速，已經(jīng)廣泛的應用于注塑模具的生產(chǎn)實踐中，MOLDLFOW是采用CAE有限元的技術(shù)手段，運用電腦完成數(shù)據(jù)的模擬分析，模擬在注塑過程中的所有過程，得到相關(guān)的注塑工藝參數(shù)，數(shù)值。經(jīng)過對結(jié)果和報告的分析，進行可行性的評估，不但可以用來完善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計，還能對模具結(jié)構(gòu)設計是否合理，完成前期驗證工作，避免了在實際的注塑充填中反復的調(diào)試工藝參數(shù)和試模，一般注塑模具均可以采用MOLDLFOW軟件來實現(xiàn)。 8.2 MOLDLFOW模流分析操作過程。 首先需要完成塑件三維模型的建模，然后把對應的三維模型文件導入到modlfow軟件中去，進行網(wǎng)格劃分，然后按照如下方式進行設定工藝參數(shù)。 （1）、模型網(wǎng)格劃分 首先針對模型數(shù)據(jù)，有幾種不同的劃分方式，選擇雙層面的網(wǎng)格劃分方式，這種方式既可以保證分析精度，也可以保證分析的耗時較短，如下圖所示。 圖8-1 網(wǎng)格劃分方式 確定要網(wǎng)格劃分類型以后，軟件就會自動進行網(wǎng)格的劃分了，劃分完成后的網(wǎng)格模型細節(jié)參數(shù)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 = 83.4 % 相互網(wǎng)格匹配百分比 = 81.7 % 節(jié)點總數(shù) = 2985 注射位置節(jié)點總數(shù) = 1 注射位置節(jié)點標簽是: 322 單元總數(shù) = 5430 零件單元數(shù) = 5430 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 = 3.6032 三角形單元的最大縱橫比 = 96.5352 具有最大縱橫比的單元數(shù) = 1359 三角形單元的最小縱橫比 = 1.1582 具有最小縱橫比的單元數(shù) = 6226 總體積 = 26.4464 cm^3 最初充填的體積 = 0.0000 cm^3 要充填的體積 = 26.4464 cm^3 要充填的零件體積 = 26.4464 cm^3 要充填的主流道/流道/澆口體積 = 0.0000 cm^3 總投影面積 = 34.5400 cm^2 表8-2 塑件的網(wǎng)格參數(shù) （2）、設定注塑材料 本次moldflow中，根據(jù)塑件要求的材料進行選擇，設定材料數(shù)據(jù)，參數(shù)如下所示。 針對本次分析中，還需要設定材料數(shù)據(jù)，根據(jù)設計要求選定分析材料參數(shù)，如下所示。 樹脂 : Delrin 500 T : DuPont Engineering Polymers --------- pvT 模型: 兩域修正 Tait 系數(shù): b5 = 456.1500 K b6 = 2.2000E-08 K/Pa 液體階段 固體階段 ------------------------------- b1m = 0.0008 b1s = 0.0008 m^3/kg b2m = 5.4770E-07 b2s = 3.2880E-07 m^3/kg-K b3m = 1.3124E+08 b3s = 2.4621E+08 Pa b4m = 0.0043 b4s = 0.0036 1/K b7 = 9.1470E-05 m^3/kg b8 = 0.0995 1/K b9 = 4.6000E-09 1/Pa 比熱(Cp) = 2240.0000 J/kg-C 熱傳導率 = 0.1100 W/m-C 粘度模型: Cross-WLF 系數(shù): n = 0.2920 TAUS = 1.7503E+05 Pa D1 = 9.7600E+24 Pa-s D2 = 223.1500 K D3 = 0.0000 K/Pa A1 = 61.5960 A2T = 51.6000 K 轉(zhuǎn)換溫度 = 140.0000 C 機械屬性數(shù)據(jù): E1 = 2900.0000 MPa E2 = 2900.0000 MPa v12 = 0.3900 v23 = 0.3900