塑料內(nèi)凸錐形罩CAE分析與模具CAD設(shè)計(jì)

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1、 塑料內(nèi)凸錐形罩成型CAE工藝分析 與模具CAD設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名 XXXXXX 學(xué)生學(xué)號(hào) XXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師 XXXXX 提交日期 2011 年 6 月 1 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū) 茲發(fā)給2007級(jí)材料成型及控制工程班學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)

2、書(shū)， 內(nèi)容如下： 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 塑料內(nèi)凸錐形罩成型CAE工藝分析與模具CAD設(shè)計(jì) 2、應(yīng)完成的項(xiàng)目： （1）基于Pro/Engineer軟件建立內(nèi)凸錐形罩塑料制品的三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行Moldflow軟件CAE分析； （

3、2）通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)算，進(jìn)行內(nèi)凸錐形罩塑料制品的注塑模具設(shè)計(jì)； （3）基于Pro/Engineer軟件建立內(nèi)凸錐形罩塑料制品的成型模具三維模型； （4）完成模具的二維裝配圖和主要零件圖，圖紙工作量不少于3張A0； （5）翻譯一篇英文原版論文（字?jǐn)?shù)大于5000單詞，最好整篇翻譯）； （6）寫(xiě)一篇與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。 3、參考資料以及說(shuō)明：

4、 （1）伍先明，王群，龐佑霞。塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社。 （2）陳世煌，陳可娟。塑料注射成型模具設(shè)計(jì)[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社 （3）林清安。Pro/ENGINEER 2001模具設(shè)計(jì)[M]，北京：清華大學(xué)出版社 （4）李海梅，申長(zhǎng)雨。注塑成型及模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社 （5）周其炎。Moldflow5.0 基礎(chǔ)及典型范例[M]，北京：電子工業(yè)出版社 （6）林清安。

5、Pro/ENGINEER Wildfire2.0造型曲面設(shè)計(jì)[M]，北京：電子工業(yè)出版社 4、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)于2011年 01月 20日發(fā)出，應(yīng)于2011年 06月01日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會(huì)進(jìn)行答辯。 指導(dǎo)教師 簽發(fā)， 2011年 01 月 20 日 教研組（系、研究所）負(fù)責(zé)人 審核， 年 月

6、日 摘 要 本文詳細(xì)介紹了如何運(yùn)用Moldflow對(duì)塑料內(nèi)凸錐形罩注塑成型進(jìn)行工藝分析以及運(yùn)用Pro/E進(jìn)行模具CAD設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，很大程度上是依靠經(jīng)驗(yàn)作為指導(dǎo)，并且需要反復(fù)的試模與修模，來(lái)達(dá)到預(yù)期的效果。這便大大的降低了生產(chǎn)效率，加大了成本投入和能源消耗。通過(guò)運(yùn)用Moldflow對(duì)塑件的注塑成型進(jìn)行模擬、分析，我們可以選定最佳的設(shè)計(jì)方案，提高生產(chǎn)效率，降低成本投入。CAD在模具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用大大提高了我們的設(shè)計(jì)效率，可以在一定程度上使我們擺脫了一些繁瑣的繪圖與計(jì)算工作，更專注于整體的設(shè)計(jì)。 在本文中，首先為塑件制定初步的成型方案，選擇注射機(jī)，進(jìn)行相關(guān)的參

7、數(shù)校核；再通過(guò)Pro/E的模具模塊確定分型面，并完成型芯、型腔以及內(nèi)側(cè)抽芯滑塊的劃分；而后通過(guò)Moldflow對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，通過(guò)模擬分析的結(jié)果對(duì)方案進(jìn)行修改，選擇出最佳的澆口位置和合適的冷卻方案；最后通過(guò)EMX模架系統(tǒng)完成模具的整體設(shè)計(jì)與裝配。 關(guān)鍵詞：注塑模具；CAE；CAD；內(nèi)側(cè)抽芯 Abstract This paper describes how to use the Moldflow for making analysis of the injection molding process of the plastic cover with inward co

8、ne convex and how to use the Pro/E for making the CAD design of the mold.In the traditional mold design process, people depend heavily on the experience, and it needs to repair and test mold repeatly to achieve the desired results. This has greatly reduced the productivity, increased input costs and

9、 energy consumption.Through the use of Moldflow in making simulation and analysis of the injection molding of plastic parts, we can select the best design and improve production efficiency and reduce input costs.The use of CAD in mold designing improves the efficiency of our design greatly, so we ca

10、n get rid of some detailed drawing and calculation, focus more on the whole design. First, a preliminary molding program for the plastic parts is developed in this paper, the injection machine is selected, and the related parameter is checked. Then the mold parting surface is determined, the co

11、re, cavity and slider is divided by Pro/MOLDDESIGN. Next the analysis of molding process is made by Moldflow, and the program is modified by the simulation results, the best gate location and suitable cooling solution is chosen. Finally EMX system is used to complete overall design and assembly of t

12、he mold. Keyword: Injection mold, CAE,CAD,innercore pulling  目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1.1 注塑模具概述 1 1.2 注射成型CAE技術(shù)概述 1 1.2.1 注射成型軟件CAE模擬技術(shù) 2 1.2.2 注射成型CAE軟件Moldflow簡(jiǎn)介 3 1.3 注塑模具CAD技術(shù)概述 4 1.3.1 注塑模具CAD軟件Pro/E簡(jiǎn)介 5 1.3.2 EMX系統(tǒng)簡(jiǎn)介 5 第二章 塑件

13、成型工藝性分析 7 2.1 塑件分析 7 2.2 PA6的性能分析 8 2.3 注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 8 2.3.1 注射成型過(guò)程 8 2.4 本章小結(jié) 9 第三章 選擇注射機(jī)及相關(guān)參數(shù)校核 10 3.1 概述 10 3.2 型腔數(shù)量及排列方式選擇 10 3.3 注射機(jī)選型 10 3.3.1 注射量計(jì)算 10 3.3.2 選擇注塑機(jī) 12 3.3.3 型腔數(shù)量及注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 12 3.4 本章小結(jié) 14 第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 4.1 澆注系統(tǒng)形式的選擇 15 4.2 主流道的設(shè)計(jì) 15 4.3 分流道的設(shè)計(jì) 1

14、7 4.4 冷料井的設(shè)計(jì) 18 4.5 澆口的設(shè)計(jì) 19 4.6 流動(dòng)模擬 19 4.7 本章小結(jié) 23 第五章 模具成型零件設(shè)計(jì)及計(jì)算 24 5.1 成型零件的工作尺寸計(jì)算 24 5.2 成型零件的尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 26 5.3 分型面的確定 27 5.4 側(cè)向分型與抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27 5.4.1 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)類型的確定 28 5.4.2 彈簧抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28 5.5 成型零件生成 29 5.6 本章小結(jié) 30 第六章 模架的選用與注塑機(jī)安裝尺寸的校核 31 6.1 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 31 6.2 注射機(jī)安裝尺寸

15、的校核 32 6.3 本章小結(jié) 32 第七章 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 33 7.1 脫模形式的選擇 33 7.1.1 澆注系統(tǒng)凝料的脫出機(jī)構(gòu) 33 7.1.2 塑件的脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 7.1.3 推板復(fù)位 35 7.2 脫模力的校核 35 7.2.1 脫模力的計(jì)算 35 7.2.2 接觸應(yīng)力的校核 36 7.3 本章小結(jié) 36 第八章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 8.1 加熱系統(tǒng) 37 8.2 冷卻系統(tǒng) 37 8.2.1 冷卻介質(zhì)的選用 37 8.2.2 冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 37 8.3 排氣系統(tǒng) 40 8.4 本章小結(jié) 40

16、 總結(jié) 41 參考文獻(xiàn) 42 致謝 43 III  第一章 緒 論 1.1 注塑模具概述[[] 申開(kāi)智. 塑料成型模具[M]，第二版，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005. ] 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，一個(gè)國(guó)家模具生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和老產(chǎn)品更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。材料只有通過(guò)成型才能成為具有使用價(jià)值的各種制品，75%以上的金屬制品，95%以上的塑料制品都是通過(guò)模具來(lái)成型的。近年來(lái)，我國(guó)塑料模具行業(yè)發(fā)展相當(dāng)快。在改革開(kāi)放的三十年期間，我國(guó)對(duì)塑料制品的需求不斷增長(zhǎng)，使得塑料行業(yè)獲得快速的發(fā)展。

17、 塑料注射成型是塑料加工的最主要方法之一。有三分之一制品，尤其是具有復(fù)雜外形的制品，都是通過(guò)注塑模實(shí)現(xiàn)成型的。隨著家電工業(yè)、電子工業(yè)、汽車工業(yè)中對(duì)注塑制品的需求量不斷增大，更加推動(dòng)了注射成型工業(yè)的發(fā)展。 注塑模具則是注射成型技術(shù)的關(guān)鍵之一。塑料的粒料或粉料通過(guò)料斗進(jìn)入到機(jī)筒熔融塑化，最終注射進(jìn)入模具型腔，冷卻成型。注塑模具的質(zhì)量直接影響著塑料制品的好壞。模具的形狀、尺寸精度、表面粗糙度、分型面位置、脫模方式對(duì)塑件的尺寸精度、行為精度、外觀質(zhì)量影響很大。模具的控溫方式、進(jìn)焦點(diǎn)、排氣槽位置等對(duì)塑件的結(jié)晶、取向等凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及由它們決定的物理力學(xué)性能、參與內(nèi)應(yīng)力、光學(xué)、電學(xué)性能，以及氣泡、凹陷、燒

18、焦、冷疤、銀紋等各種制品缺陷有重要關(guān)系。 注塑模具的分類方法有很多。按其在注塑機(jī)上的安裝方式可以分為移動(dòng)式（多用于立式注射機(jī)）和固定式注塑模具；按其所用注塑機(jī)類型可分為臥式或立式注塑機(jī)用注塑模具和角式注射機(jī)用注塑模具；按模具的成型腔數(shù)目可分為單型腔和多型腔注塑模具，按照總體結(jié)構(gòu)特征有可以分為單分型面注塑模具、雙分型面注塑模具、帶有活動(dòng)鑲件的注塑模具、橫向分型抽芯注塑模具、自動(dòng)卸螺紋注塑模具、多層注塑模具、無(wú)流道注塑模具等。 注塑模具的基本結(jié)構(gòu)式由動(dòng)模和定模兩大部分組成的。注塑時(shí)動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，塑料熔體通過(guò)澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的冷卻后，模具開(kāi)模，動(dòng)模與定模分離，脫

19、模機(jī)構(gòu)將塑件頂出脫模。 1.2 注射成型CAE技術(shù)概述[[] 吳夢(mèng)陵，張瓏，莊衛(wèi)國(guó). 塑料成型CAE——Moldflow應(yīng)用基礎(chǔ)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2010. ] CAE(Computer Aided Engineering)是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法。注射成型CAE技術(shù)則是通過(guò)CAE數(shù)值分析技術(shù)對(duì)注射成型過(guò)程進(jìn)行模擬，達(dá)到避免產(chǎn)品缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)成本的目的。 1.2.1 注射成型軟件CAE模擬技術(shù) 塑料成型是制

20、造業(yè)中的一個(gè)重要組成部分，而流動(dòng)模擬對(duì)塑料成型具有重要意義。運(yùn)用塑料流動(dòng)模擬能幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化成型工藝與模具結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員從成型工藝的角度改進(jìn)產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)、選擇合適的塑料材料的成型設(shè)備，評(píng)判不同材料采用統(tǒng)一工藝與模具成型的可行性，分析可能出現(xiàn)的問(wèn)題，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短模具開(kāi)發(fā)周期的目的。成型過(guò)程的數(shù)值模擬是模具CAE中的基礎(chǔ)，目前，所采用的數(shù)值模擬方法主要有兩種：有限元法和有限差分法。一般在工件上采用有限元方法，當(dāng)涉及時(shí)間時(shí)，則運(yùn)用有限差分法。 注塑成型流動(dòng)模擬技術(shù)不斷的改進(jìn)和發(fā)展，經(jīng)歷了從中面流技術(shù)到雙面流技術(shù)再到實(shí)體流技術(shù)這三個(gè)具有重大意義的里程碑。如圖1-1為CAE分析的有限

21、元單元模型。 圖1-1 有限元單元模型 （1） 中面流技術(shù) 中面流技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。其數(shù)值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制體積法。中面是需要用戶提取的位于模具型腔面和型芯中間的層面，基于中面流技術(shù)的注塑流動(dòng)模擬軟件應(yīng)用的時(shí)間最長(zhǎng)，范圍也最廣，其典型代表如國(guó)外的Moldflow公司（被AutoDesk公司收購(gòu)）的MF軟件、元AC-Tech公司（被Moldflow公司并購(gòu)）的C-Mold軟件。 （2） 雙面流技術(shù) 雙面流是指將模具型腔或制品在厚度方向上分成兩部分，有限元網(wǎng)格在型腔或制品的表面產(chǎn)生，而不是在中面。相應(yīng)的，與基于中緬的有限差分法是在中面兩側(cè)

22、進(jìn)行不同，厚度方向上的有限差分盡在表面的內(nèi)側(cè)進(jìn)行。在流動(dòng)過(guò)程中上下兩表面的塑料熔體同時(shí)并且協(xié)調(diào)的流動(dòng)。 （3） 實(shí)體流技術(shù) 從某種意義上講，雙面流技術(shù)知識(shí)一種從二維半（2.5D）數(shù)值分析（中面流）向3D數(shù)值分析（實(shí)體流）過(guò)度的手段。要實(shí)現(xiàn)塑料制品的虛擬制造，必須依靠實(shí)體流技術(shù)。實(shí)體流技術(shù)在實(shí)現(xiàn)原理上仍與中面流技術(shù)相同，所不同的是數(shù)值分析方法有較大差別。在中緬流技術(shù)中，由于制品的厚度遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向（常稱流動(dòng)方向）的尺寸，塑料熔體的粘度大，可將熔體的充模流動(dòng)視為擴(kuò)展層流，于是熔體的厚度方向速度分量被忽略，并假定熔體中的壓力不沿厚度方向變化，這樣才能將3D流動(dòng)問(wèn)題分解為流動(dòng)方向的2D問(wèn)題和厚

23、度方向的一維分析。在實(shí)體瘤技術(shù)中熔體的厚度方向的速度分量不在被忽略，熔體的壓力隨厚度方向變化，這是只能采用立體網(wǎng)格，依靠3D有限差分法或3D有限元法對(duì)熔體的充模流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值分析。因此，與中面流或雙面流相比，基于實(shí)體流的注塑流動(dòng)模擬軟件目前存在的最大問(wèn)題是計(jì)算量巨大、計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 1.2.2 注射成型CAE軟件Moldflow簡(jiǎn)介 在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，Moldflow軟件是應(yīng)用最多，范圍最廣的注塑模擬軟件。Moldflow軟件是Moldflow公司的產(chǎn)品，該公司自1976年發(fā)型了世界上第一套塑料注塑成型流動(dòng)分析軟件以來(lái)，幾十年來(lái)以不斷的技術(shù)改革和創(chuàng)新一直主導(dǎo)者CAE軟件市場(chǎng)。2000年4月

24、，Moldflow公司受夠了另一個(gè)世界著名的塑料成型分析軟件公司C-Mold。提出了“進(jìn)行廣泛的注塑過(guò)程分析”的理念。2008年6月12日，設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)導(dǎo)廠商Autodesk公司宣布完成收購(gòu)Moldflow公司，并將進(jìn)一步集成現(xiàn)有全球性支持機(jī)制及經(jīng)銷伙伴，持續(xù)為Moldflow用戶提供產(chǎn)品維護(hù)及服務(wù)；現(xiàn)持有Moldflow維護(hù)合約（Maintenance Agreement）的用戶，將轉(zhuǎn)入Autodesk Subscription產(chǎn)品維護(hù)及服務(wù)合約之中。 Moldflow的產(chǎn)品用于優(yōu)化制件和模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，提供了一個(gè)整體解決方案。Moldflow軟硬件技術(shù)為制件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、注塑生產(chǎn)等整

25、個(gè)過(guò)程提供了非常有價(jià)值的信息和建議。Moldflow系列產(chǎn)品包括：塑料顧問(wèn)系列（Moldflow Plastic Advisers）；高級(jí)成性分析（Moldflow Plastic Insight）；專家試模系統(tǒng)（Moldflow Manufacturing Solution）。 Moldflow產(chǎn)品系列中，應(yīng)用最多的是高級(jí)成性分析（Moldflow Plastic Insight），它在功能上可以劃分為以下內(nèi)容。 1) MPI/Fusion（雙層面網(wǎng)格模型），分析形狀特征復(fù)雜的薄殼類塑膠零件。它基于Moldflow的獨(dú)家專利Dual Domain（雙層面）分析技術(shù)，直接從CAD軟件中提取

26、實(shí)體表面產(chǎn)生網(wǎng)格。Fusion網(wǎng)格大大降低前期網(wǎng)格處理時(shí)間，能快速對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行流動(dòng)、冷卻、翹曲等分析。它以最快的網(wǎng)格處理及最佳的網(wǎng)格質(zhì)量和準(zhǔn)確的分析結(jié)果成為應(yīng)用廣泛的薄壁件分析的網(wǎng)格形式。 2) MPI/3D（3D實(shí)體模型），模擬粗厚見(jiàn)產(chǎn)品的塑料流動(dòng)分析。 3) MPI/Midplane（中見(jiàn)面網(wǎng)格模型），分析壁厚較均勻的薄殼類塑膠零件。它提取實(shí)體壁厚的中間面作為網(wǎng)格外形，并賦予它厚度，使用較少的網(wǎng)格數(shù)目快速分析得到最精確的分析結(jié)果。 4) MPI/Flow（流動(dòng)分析、優(yōu)化填充和保壓階段），模擬注射成型過(guò)程中熔膠流動(dòng)行為模式，以確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)、質(zhì)量及制造的可行性。 5) MPI/Cool（

27、冷卻分析），塑料沖模和保壓階段被優(yōu)化后的進(jìn)一步分析。 6) MPI/Warp（翹曲變形分析），預(yù)測(cè)塑料產(chǎn)品在開(kāi)模后的收縮和翹曲結(jié)果。 7) MPI/Gas（氣體輔助注射分析），仿真壓力控制后體積控制兩種氣體輔助射出成型模式。 8) MPI/Stress（應(yīng)力分析），分析塑件產(chǎn)品在受外界載荷情況下的機(jī)械性能，在考慮到注塑工藝條件下，優(yōu)化塑料制品的強(qiáng)度和剛度。 9) MPI/Shrink（收縮分析），提供精確的收縮量評(píng)價(jià)和透過(guò)模具外形的收縮變化以確保預(yù)測(cè)產(chǎn)品收縮的尺寸。 10) MPI/Optim（注塑機(jī)參數(shù)優(yōu)化分析），注射成型條件最佳優(yōu)化工具，能夠自動(dòng)處理生產(chǎn)過(guò)程中的注射成型條件。

28、11) MPI/Fiber（纖維取向分析）。 12) MPI/Reactive_Molding（熱固性塑料分析），可以模擬熱固性樹(shù)脂的流動(dòng)和固化，并深入理解這些復(fù)雜的處理過(guò)程。 13) MPI/Mucell（微孔發(fā)泡成型分析）。 14) MPI/Co_Injection（連續(xù)注射分析），模擬連續(xù)注入兩種材料的性能。 1.3 注塑模具CAD技術(shù)概述[[] 肖祥芷，王義林. 模具CAD/CAE/CAM[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004. ] CAD(Computer Aided Design)是利用計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對(duì)產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、工程分析與技術(shù)文檔編

29、制等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。CAD是人和機(jī)器相結(jié)合共同進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種新設(shè)計(jì)方法，從而把人和機(jī)器的最好特性聯(lián)系起來(lái)。人的特性是具有思維、邏輯推理、學(xué)習(xí)及直觀判斷的能力。而計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、精確度高、信息存儲(chǔ)量大、不易忘與不易出錯(cuò)的特點(diǎn)。結(jié)合的方式是，首先由人根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，將涉及過(guò)程與方法進(jìn)行綜合分析，建立模型（包括數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)模型、幾何模型），并編制成可運(yùn)行的解析這種模型的程序。在程序運(yùn)行過(guò)程中，計(jì)算機(jī)將發(fā)揮其特長(zhǎng)，完成樹(shù)脂分析、計(jì)算、圖形處理及信息管理等任務(wù)。而人將運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)與判斷能力來(lái)控制整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，這種控制通過(guò)人-機(jī)對(duì)話或者圖形顯示的方式進(jìn)行，讓人和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交流，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短

30、，從而獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。由此可見(jiàn)，不能將CAD與計(jì)算機(jī)繪圖等同起來(lái)，計(jì)算機(jī)繪圖只是使用圖形軟件和硬件進(jìn)行繪圖及有關(guān)標(biāo)注，以擺脫繁重的手工繪圖為目標(biāo)的方法和技術(shù)，但它是CAD的基礎(chǔ)技術(shù)之一。 注塑模CAD是指在注塑模設(shè)計(jì)過(guò)程中采用CAD系統(tǒng)來(lái)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，一邊提高模具設(shè)計(jì)的水平和效率。從系統(tǒng)的功能范圍來(lái)分，所采用的CAD系統(tǒng)有通用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)兩類。前者主要是提供設(shè)計(jì)過(guò)程中一些通用的造型、繪圖、數(shù)控加工等功能，并不針對(duì)注塑模具，模具本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員自己構(gòu)思完成。而專用的注塑模CAD系統(tǒng)則支持注塑模設(shè)計(jì)的基本流程，提供各個(gè)具體模塊的設(shè)計(jì)功能，如型腔布置、標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì)、澆注系

31、統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。 塑料注射成型生產(chǎn)包括塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個(gè)主要方面，它需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟練早做工人協(xié)同努力來(lái)完成，它是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過(guò)程。CAD技術(shù)在注塑模中的應(yīng)用主要有塑料制品的設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具開(kāi)、合模運(yùn)動(dòng)仿真。 采用注塑模CAD技術(shù)的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。按照傳統(tǒng)方法，塑料制品的構(gòu)思完成后，需制作實(shí)體模型以評(píng)估其外觀、測(cè)定其性能。若采用仿形加工來(lái)制造模具型腔或者電火花機(jī)床所需的點(diǎn)擊，常常需要先做木模，經(jīng)過(guò)兩次翻型后才能得到石膏靠模。這種方法的致命缺點(diǎn)是木模的精度無(wú)法保證。此外，若

32、金平直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模具，往往需要多次試模和修正，才能使模具生產(chǎn)出合格的塑料制品。 注塑模CAD技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)方式及流程。采用幾何造型技術(shù)，塑料制品一般不必進(jìn)行圓形試驗(yàn)，制品形狀能逼真地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，借助于彈性有限元軟件可以對(duì)制品的力學(xué)與使用性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。采用模具CAD軟件，自動(dòng)繪圖功能能夠取代人工繪圖，自動(dòng)檢索能取代查閱手冊(cè)，快速分析能夠取代手工計(jì)算。模具設(shè)計(jì)師可以從繁重的繪圖和計(jì)算中解放出來(lái)，幾種精力從事注入方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。 注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是應(yīng)用CAD技術(shù)的主要環(huán)節(jié)，注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：注塑制品的幾何造型；成型部分零件的生成；標(biāo)準(zhǔn)模架的選

33、擇；典型零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模具零件圖的生產(chǎn)；常規(guī)計(jì)算和校核。 1.3.1 注塑模具CAD軟件Pro/E簡(jiǎn)介 PRO/E是美國(guó)PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡(jiǎn)稱。Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 1.3.2 EMX系統(tǒng)簡(jiǎn)介 EMS（EX

34、PERT MOLDBASE EXTENSION）, 模具專家系統(tǒng)擴(kuò)展是PROE軟件的模具設(shè)計(jì)外掛，是PTC公司合作伙伴BUW公司的產(chǎn)品。EMX可以使設(shè)計(jì)師直接調(diào)用公司的模架，節(jié)省模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約成本，減少工作量。 EMX是一個(gè)基于知識(shí)庫(kù)的模架裝配和細(xì)化工具，在分模基礎(chǔ)上增強(qiáng)了Pro/E軟件模具設(shè)計(jì)的功能，專門為模具設(shè)計(jì)人員而開(kāi)發(fā)的，能簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)過(guò)程，提高生產(chǎn)率。過(guò)去，模具設(shè)計(jì)人員都要花大量時(shí)間在創(chuàng)建、定制和細(xì)化模架部件和注塑模具的模具組件上，效率低，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，提高成本。而Pro/E EMX提供了智能、自動(dòng)化模架和模具組件，組件定位后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成相鄰板材和組件上的切口及鉆孔和螺

35、紋操作，大大地縮短了生產(chǎn)周期，并把模具設(shè)計(jì)人員從耗時(shí)的、重復(fù)性的模具細(xì)化工作中解放出來(lái)。  第二章 塑件成型工藝性分析 本設(shè)計(jì)為內(nèi)凸錐形罩，如圖2-1所示。塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，帶有內(nèi)凸部分，分型時(shí)需要進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯。材料要求為PA6，精度要求為MT3，塑件公差按模具設(shè)計(jì)要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 圖2-1 塑件結(jié)構(gòu)圖 2.1 塑件分析 1) 外形尺寸 該塑件壁厚3.5~4mm，塑件外形尺寸不打，塑料熔體流程不長(zhǎng)，材料為熱塑性塑料，流動(dòng)性好，適合于注射成型。 2) 精度等級(jí) 根據(jù)任務(wù)要求，塑件精度等級(jí)要保證MT3。 3) 脫模斜度 PA6的自潤(rùn)滑性好，并且塑件側(cè)壁有

36、5的斜度，故塑件可以順利脫模，不必另設(shè)脫模斜度。 4) 外觀要求 此塑件為薄壁殼體類塑件，外形比較規(guī)整。要求塑件表面平整光滑，無(wú)翹曲、皺折、裂紋等缺陷，防止產(chǎn)生熔接痕。 2.2 PA6的性能分析 PA6的外觀為透明或不透明乳白或淡黃的力量，表觀角質(zhì)、堅(jiān)硬，制品表面有光澤。PA6的密度為1.10kg?dm-3,吸水率為1.6%~3.0%，收縮率為0.6%~1.4%，熔點(diǎn)210℃~225℃，熱變形溫度在0.46MPa下為140℃~176℃，0.185MPa下為80℃~120℃[4]。其性能指標(biāo)見(jiàn)表2-1。 表2-1 PA6的性能指標(biāo) 密度ρ/kg?dm-3 1.1

37、0~1.15 抗拉屈服強(qiáng)度σb/MPa 70 比體積v/(dm3?kg-1) 0.87~0.91 拉伸彈性模量E1/MPa 2.6103 吸水率24h/% 1.6~3.0 抗彎強(qiáng)度σω/MPa 96.9 收縮率s/% 0.6~1.4 沖擊韌度（缺口）αk/(kJ?m-2) 11.8 熱變形溫度t/℃ 140~176 硬度(HB) M85~114 熔點(diǎn)t/℃ 210~225 體積電阻系數(shù)ρv/(Ω?cm) 1.71016 PA6抗拉強(qiáng)度、硬度、耐磨性、自潤(rùn)滑性突出，吸水性強(qiáng)；化學(xué)穩(wěn)定性好，能溶于甲醛、苯酚、濃硫酸等。一般用于成型耐磨零件及傳動(dòng)件，

38、如齒輪、凸輪、滑輪等；電器零件中的骨架外殼、閥類零件、單絲、薄膜、日用品等。 PA6熔點(diǎn)高，成型前需要進(jìn)行預(yù)熱。自潤(rùn)滑性好，吸水性強(qiáng)，粒料需要干燥處理。PA6流動(dòng)性能好，充模性能好，但是易產(chǎn)生溢料和飛邊。PA6在熔融溫度以下較硬，易損壞型腔主流道，型腔易發(fā)生粘模。為防止醫(yī)療，可以適當(dāng)提高結(jié)晶化溫度，注意模具溫度的控制[1]。 2.3 注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 2.3.1 注射成型過(guò)程 混料——干燥——螺桿塑化——充模——保壓——冷卻——脫?！筇幚? 1) 干燥 PA6的吸濕性較大，在加工前應(yīng)進(jìn)行充分的預(yù)熱和干燥，可消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且有助于塑料的

39、塑化，減少制件表面色斑和云紋。預(yù)熱與干燥的條件是，使用鼓風(fēng)機(jī)烘箱，設(shè)定溫度100℃~110℃，干燥12h~16h。 2) 注射成型時(shí)各段溫度 PA6溫度相關(guān)工藝參數(shù)如表2-2所列。 表2-2 PA6工藝參數(shù)表 工藝參數(shù) PA6 工藝參數(shù) PA6 料筒后端溫度/℃ 220~230 噴嘴溫度/℃ 275~295 料筒中段溫度/℃ 250~280 模具溫度/℃ 70 料筒前段溫度/℃ 280~300 3) 注射壓力 PA6的熔融粘度不高，流動(dòng)性能好，而且本設(shè)計(jì)中塑件體積不大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可選用較低的注射壓力。注射過(guò)程中，家口封閉瞬間型腔的壓力

40、大小決定了塑件的表面大小據(jù)定了塑件的表面治療及銀絲裝缺陷的程度。壓力過(guò)小，塑料收縮打，與型腔表面脫離接觸的機(jī)會(huì)大，制件表面容易霧化；壓力過(guò)大，塑料與型腔表面摩擦作用強(qiáng)烈，容易造成粘模。對(duì)于螺桿式注射機(jī)一般去70~120MPa。 4) 模具溫度 根據(jù)PA6性質(zhì)，選擇模具溫度70℃。本塑件為中小型制件，形狀規(guī)則，故不用考慮專門對(duì)模具加熱。 5) 后處理 制件成型后需進(jìn)行后處理。后處理方法為在90℃~100℃的水中浸泡4h。 2.4 本章小結(jié) 本章主要通過(guò)對(duì)塑件外形尺寸、精度等級(jí)、脫模斜度、外觀要求等方面的分析，再結(jié)合PA6自身的材料性質(zhì)，初步選定注射成型方案及注射成型

41、工藝參數(shù)。  第三章 選擇注射機(jī)及相關(guān)參數(shù)校核 3.1 概述 在對(duì)內(nèi)凸錐形罩進(jìn)行材料選定、零件工藝性分析、成型工藝過(guò)程分析和工藝參數(shù)大致選定的基礎(chǔ)上，根據(jù)塑件批量大小和精度要求就可確定型腔數(shù)量和排列方式。根據(jù)模具所需要的注射量就可以確定注射機(jī)的型號(hào)及安裝尺寸。 3.2 型腔數(shù)量及排列方式選擇 本設(shè)計(jì)中塑件屬于中小型塑件，形狀比較規(guī)則，精度要求一般。塑件內(nèi)部有內(nèi)凸部分，需要進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯?？紤]到經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效率，并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)，防止模具結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，初步擬定采用一模兩腔。考慮到分型的承壓面寬度不小于25mm（中型模具），型腔中心距初定為160mm，型腔放置如

42、圖3-1所示。 圖3-1 型腔布置示意圖 3.3 注射機(jī)選型 3.3.1 注射量計(jì)算 1) 塑件質(zhì)量、體積計(jì)算 通過(guò)Pro/E建模分析，如圖3-2所示，塑件體積V1=43.22cm3，質(zhì)量m1=47.54g（取PA6密度ρ=1.1g/cm3），流道凝料的質(zhì)量m2是未知數(shù)，取0.6倍塑件質(zhì)量來(lái)估算。從上分析中確定為一模兩腔，所以注射量為： m=1.6nm1=1.6247.54g=152.128g （3-1） V=mρ=152.128g1.1g/cm3 =138.298cm3 （3-2） 圖3-2

43、塑件質(zhì)量屬性分析 2) 塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計(jì)算 流道凝料在分型面上的投影面積A2，在模具設(shè)計(jì)前是個(gè)未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析，A2是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A1的0.2~0.5倍。因此可用0.35nA1來(lái)進(jìn)行估算，所以： A=nA1+A2=nA1+0.35nA2=1.35nA1=14608.64mm2 （3-3） 式中 Ai=πR2=π41.52=5410.607mm2 模具所需要的鎖模力Fm按下面公式計(jì)算： Fm=AP型=14608.6435=511302.4N=511.3KN

44、 （3-4） 式中P型選取35MPa。 3.3.2 選擇注塑機(jī) 根據(jù)以上每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計(jì)算值，初選XS-ZY-300注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表3-1。 表3-1 XS-ZY-300注射機(jī)技術(shù)參數(shù)[1] 項(xiàng)目 參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 理論注射容積/cm3 320 注射壓力/MPa 175 螺桿直徑/mm 60 塑化能力/(kg/h) 68.4 移模行程/mm 340 拉桿內(nèi)間距/mm 400300 最小模具厚度/mm 285 最大模具厚度/mm 355 模具定位孔直徑/mm 150 鎖模形式 液壓——機(jī)械 噴嘴口直徑

45、/mm 5 噴嘴球半徑/mm 18 鎖模力/KN 1.5105 3.3.3 型腔數(shù)量及注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 1) 型腔數(shù)校核 (1) 由注射機(jī)料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù)n n≤KMt/3600-m2m1=0.86840050/3600-0.6247.5447.54≈14.78 (3-5) 14.78>2，故型腔數(shù)校核合格。 式中 K——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； M——注射機(jī)的額定塑化量（g/h或者cm3），該注射機(jī)為68040g/h； t——成型周期，取50s m1——單個(gè)

46、塑件的質(zhì)量或體積（g或cm3），m1=47.54g； m2——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量或體積（g或cm3），m2=0.6nm2。 (2) 按注射機(jī)的最大注射量校核型腔數(shù)量 n≤KmN-m2m1=0.8320-0.6247.5447.54≈4.1 (3-6) 4.1>2，故型腔數(shù)校核合格。 式中，mN為注射機(jī)允許的最大注射量（g或cm3），其他符號(hào)意義同上。 (3) 按注射機(jī)的額定鎖模力校核型腔數(shù)量 n≤F-P型A2P型A1=15105-351060.35541010-635106541010-6≈7.22

47、 (3-7) 7.22>2，故該注射機(jī)符合設(shè)計(jì)要求。 式中 F——注射機(jī)的額定鎖模力（N），該注射機(jī)為15105； A1——一個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積（mm2），A1=5410mm2； A2——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（mm2），A2=0.35A1=1893.5mm2； P型——塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力（MPa），該處取35MPa。 2) 注射機(jī)工藝參數(shù)的校核 (1) 注射量校核 注射量以容積表示，最大注射容積為， Vmax=αV=0.75320=240cm3

48、 (3-8) 式中 Vmax——模具型腔和流道的在注射壓力下所能注射的最大容積（cm3）； V ——指定型號(hào)與規(guī)格的注射量容積（cm3），該注射機(jī)為250cm3； α ——注射系數(shù)，取0.75~0.85，因?yàn)镻A6為結(jié)晶性塑料，該處取0.75. 倘若實(shí)際注射量過(guò)小，注射機(jī)的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時(shí)間就會(huì)過(guò)長(zhǎng)。所以最小注射容積Vmin=0.25V=0.25320=80cm3。故每次的實(shí)際注射量V應(yīng)該滿足Vmin62.5cm3，符合要求。

49、(2) 鎖模力校核 在前面已經(jīng)進(jìn)行校核，符合要求 (3) 最大注射壓力校核 注射機(jī)的額定注射壓力即為該注射機(jī)的最高壓力嗎，Pmax=175MPa。，Pmax應(yīng)該大于注射成型時(shí)所需要調(diào)用的注射壓力P0，即 Pmax≥KP0=1.470~120=98~168MPa (3-9) 故符合設(shè)計(jì)要求。 式中 K——安全系數(shù)，常取K=1.25~1.4，該處取1.4； P0——實(shí)際生產(chǎn)中，該塑件成型時(shí)所需要注射壓力為70MPa~120MPa。 其它安裝尺寸及開(kāi)模行程的校核待模具設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行。 3.4 本章小

50、結(jié) 本章主要根據(jù)塑件的性質(zhì)和任務(wù)要求，選擇一模兩腔的成型方式，并選定XS-ZY-300注射機(jī)。最后對(duì)型腔數(shù)目及注射機(jī)的注射量、鎖模力、最大注射壓力等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校核。校核結(jié)構(gòu)符合要求。  第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指從注塑機(jī)噴嘴模具開(kāi)始，到型腔入口為止的那一段流道。它控制著塑件在注塑成型過(guò)程中充模和補(bǔ)料兩個(gè)重要階段。 4.1 澆注系統(tǒng)形式的選擇 澆口形式的選擇就決定了流道系統(tǒng)，而流道系統(tǒng)又決定了模具的結(jié)構(gòu)形式。本次設(shè)計(jì)可以采用側(cè)澆口或點(diǎn)澆口。若采用側(cè)澆口，可以采用單分型面的方式，模具的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但澆口去除比較麻煩，并且會(huì)影響到塑件的表觀質(zhì)量

51、。同時(shí)，采用側(cè)澆口也有可能會(huì)造成熔接痕。采用點(diǎn)澆口的方式，澆口在拉斷后痕跡很小，并前流程較短，對(duì)塑件的表觀和內(nèi)在質(zhì)量都比較有利。如圖4-1為采用Moldflow進(jìn)行的最佳澆口位置分析。根據(jù)分析結(jié)果，本設(shè)計(jì)采用一模兩腔，點(diǎn)澆口的澆注方式。 圖4-1 最佳澆口位置 4.2 主流道的設(shè)計(jì) 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道和型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動(dòng)和開(kāi)模時(shí)主流道凝料的順利拔出。起頂部設(shè)計(jì)成半球形凹坑，以便與噴嘴銜接，為避免塑料熔體溢出，凹坑球半徑比噴嘴頭半徑大1mm~2mm，如果凹坑半徑小于噴嘴球頭半徑則主流

52、道凝料無(wú)法一次脫出。由于主流道與注射機(jī)的高溫噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以設(shè)計(jì)成獨(dú)立的主流道襯套，材料選用45剛，并經(jīng)局部熱處理球面硬度38HRC~45HRC，設(shè)計(jì)獨(dú)立的定位環(huán)用來(lái)安裝模具時(shí)起定位作用，主流道襯套的進(jìn)口直徑略大于噴嘴直徑0.5mm~1mm以避免溢料并且防止銜接不準(zhǔn)而發(fā)生堵截現(xiàn)象。澆口套結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。 主流道尺寸： 1) 主流道長(zhǎng)度 一般由模具結(jié)構(gòu)確定，盡量小于60mm，由標(biāo)準(zhǔn)模架結(jié)合該模具結(jié)構(gòu)，取L0=60mm。 2) 主流道小端直徑 d=注射機(jī)噴嘴直徑d0+0.5~1=5+(0.5~1),取d=5.5mm。 3) 主流道球面直徑 SR=注射機(jī)噴嘴球半徑SR0+1

53、~2=20+（1~2），取SR=22mm。 4) 球面配合高度 h=2.6mm。 5) 主流道大端直徑 D=d+2Ltanα≈6.5mm. 6) 澆口套總長(zhǎng) L=55m。 圖4-2 澆口套結(jié)構(gòu) 4.3 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長(zhǎng)度取決于型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。 1) 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置與型腔的排列密切相關(guān)，應(yīng)遵循兩方面的原則：一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量短、鎖模力力求平

54、衡。本設(shè)計(jì)中流道布置采用平衡式，在定模板與型腔上同時(shí)開(kāi)設(shè)分流道。 2) 分流道的長(zhǎng)度 長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，且少?gòu)澱邸? 根據(jù)型腔的布置，選擇與主流道垂直的分流道單向長(zhǎng)度為， L1=86.3mm。 根據(jù)所選的模板厚度和型腔的高度，與主流道平行的錐形分流道單向長(zhǎng)度為， L2=32.6mm。 3) 分流道的形狀及尺寸 為了便于機(jī)械加工及凝料脫模，分流道設(shè)置在分型面上。本次設(shè)計(jì)使用的是三板模，因此與主流道垂直的分流道開(kāi)設(shè)在凝料板上，與主流道平行的錐形流道則開(kāi)設(shè)在動(dòng)模板和型腔上。 分流道的截面形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六邊形。為了減少流道內(nèi)的壓力損失，流道的截面積應(yīng)盡量大，

55、表面積應(yīng)盡量小。但同時(shí)為了保證容易脫模和易于加工，生產(chǎn)中常常使用梯形截面，本次設(shè)計(jì)中與主流道平行的分流道亦采用梯形截面設(shè)計(jì)。 1) 梯形分流道的截面尺寸 本塑件壁厚3.5mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分流道的直徑應(yīng)該在1.6mm~9.5mm，根據(jù)主流道大端直徑，選取分流道直徑6mm。 對(duì)于梯形流道，設(shè)梯形的下底寬度B=x mm，頂面圓角半徑R=1mm，梯形高度取H=2B/3=23x，取梯形斜度α=11，梯形面積應(yīng)滿足如下關(guān)系式： B-HtanαH=π624mm2 (4-1) 經(jīng)計(jì)算得，x=6.72mm。圓整后取B=6

56、.5mm，H=4.3mm。梯形流道截面如圖4-3所示。圖4-3 梯形流道截面 2) 圓錐形分流道設(shè)計(jì) 為了方便凝料的脫出，在定模板和型腔上的分流道設(shè)計(jì)成圓錐形的。其錐角α位于2~6之間，此處取6。由于上述計(jì)算的分流道直徑為6mm，分流道底邊寬度為6.5mm，所以圓錐形分流道的大端直徑就去6.5mm。因錐形流道較長(zhǎng)，為了便于電極加工孔，流道做成幾段錐形，通過(guò)定模板厚22.6mm，通過(guò)型腔的長(zhǎng)度為12.6mm，那么第一段小端直徑估算為， d1=D-2h1tan3=6.5-222.6-12.6tan3=5.8mm (4-2) 第二段分流道的起始端直徑去

57、d2=5mm，第二段小端直徑為， d3=D-2h1tan3=5-212.6tan3=3.7mm (4-3) 分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度并不要求很低，一般0.63~1.6，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動(dòng)阻力。避免熔流表面滑移，使中心具有較高的剪切速率，并且流道內(nèi)料流的外層流速較低，容易冷卻而形成固定表皮層，有利于流道保溫（相當(dāng)于外層塑料起絕熱層作用）。 4.4 冷料井的設(shè)計(jì) 主流道冷料井的設(shè)計(jì) 為避免前段冷料進(jìn)入分

58、流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的對(duì)面設(shè)冷料井，對(duì)臥式注塑機(jī)冷料井設(shè)在與主流道末端相對(duì)的動(dòng)模上。因本次設(shè)計(jì)采用的是三板模，所以冷料井開(kāi)設(shè)在定模板上。其形式采用半球形，如圖4-4所示。 分流道冷料井的設(shè)計(jì) 當(dāng)分流道較長(zhǎng)時(shí)，可將分流道端部沿料流前行方向延長(zhǎng)作為流道冷料井，，以貯存前段冷料。本設(shè)計(jì)在定模板上分流道端部加長(zhǎng)6.3mm（約1.5倍H），見(jiàn)圖4-5所示。 圖4-4 主流道冷料井形式 4.5 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接流道與型腔之間的一段細(xì)短通道。它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口的形狀位置和尺寸對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。本設(shè)計(jì)澆口采用點(diǎn)澆口，澆口截面積通常為分流道截面積的0.0

59、7倍~0.09倍，澆口長(zhǎng)度約為0.5mm~0.75mm左右。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其下限值，然后在試模時(shí)逐步修正。 點(diǎn)澆口尺寸的確定 由經(jīng)驗(yàn)公式 d=nk4A=0.70.385412348.2=2.8mm 式中 d——點(diǎn)澆口直徑（mm）； n——系數(shù)，依塑料種類而定，此處去0.7； k——依塑件壁厚而異的系數(shù)，k=0.2063.5=0.385; A——型腔一側(cè)表面積（等于V/t），為12348.2mm2。 澆口界面尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果及查表[1]點(diǎn)澆口推薦尺寸，澆口先直徑先取1.2mm，在試模時(shí)根據(jù)填充情況再進(jìn)行調(diào)整。流道

60、尺寸圖如圖4-5所示。 4.6 流動(dòng)模擬 在設(shè)計(jì)好澆注系統(tǒng)的形式與尺寸后，通過(guò)Moldflow進(jìn)行流動(dòng)與填充模擬，針對(duì)制品結(jié)構(gòu)進(jìn)行充填、保壓、冷卻、變形等流變分析，比較分析結(jié)構(gòu)，綜合分析澆注系統(tǒng)的合理性。 圖4-5 流道形式及尺寸 1) 充模時(shí)間 充模時(shí)間顯示的是熔體流動(dòng)前言的擴(kuò)展情況。熔體流動(dòng)前言的速度應(yīng)該相等，塑件填充應(yīng)該平衡，塑件的充模時(shí)間也應(yīng)盡可能的短。塑件的充模時(shí)間陰影圖如圖4-6所示。從圖中可以看出，塑件的各個(gè)遠(yuǎn)端基本同時(shí)充滿，流動(dòng)平衡。在2.728s時(shí)樹(shù)脂完全充滿型腔。 圖4-6 流動(dòng)模擬充模時(shí)間顯示圖 2) 體積溫度 提及溫度反映了

61、之間內(nèi)部所產(chǎn)生的剪切熱。如果制件內(nèi)部有強(qiáng)烈的剪切作用，制件的溫度將升高。在充模階段，提及溫度圖應(yīng)非常均勻，其變化以不超過(guò)5℃為宜。實(shí)際應(yīng)用時(shí)允許有較大的溫度降，通常20℃以內(nèi)的溫降都是可以接受的。提及溫度是中間數(shù)據(jù)結(jié)果，通過(guò)它可以看到溫度隨時(shí)間變化的情況，如圖4-7所示。從圖中可看出，塑件體積溫度分布均勻。 圖4-7 流動(dòng)模擬體積溫度示意圖 3) 流動(dòng)前沿溫度 流動(dòng)前言溫度是聚合物熔體充填一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的中間流溫度。因?yàn)樗淼氖墙缑嬷行牡臏囟?，因此其變化不大。流?dòng)前言溫度圖可與熔接痕圖結(jié)合使用，熔接痕成時(shí)熔體的溫度高，則熔接痕的質(zhì)量就好。而在一個(gè)截面內(nèi)熔接痕首先形成的地方時(shí)截面的中心

62、，因此，如果流動(dòng)前沿的溫度高，熔接痕強(qiáng)度通常都高。一般流動(dòng)前言溫度的溫降不宜高于5℃。本塑件的流動(dòng)前沿溫度如圖4-8所示。從圖中我們可以看出，熔體填充時(shí)流動(dòng)前言溫度的溫降很小。 4) 體積剪切速率 體積剪切速率代表的是整個(gè)截面的剪切速率，由界面內(nèi)材料的流速和剪切應(yīng)力計(jì)算多的，可以把它直接與材料數(shù)據(jù)庫(kù)中的材料極限值進(jìn)行比較。本塑件的體積剪切速率如圖4-9所示。查表[2]可知，PA6的最大剪切速率值為60000s-1，主流道與分流道的剪切速率則最高保持在500~5000 s-1。由圖4-9可知，本設(shè)計(jì)中主流道、分流道、和澆口處的剪切速率符合要求。 圖4-9 流動(dòng)模擬體積剪切速率示意圖 圖

63、4-8 流動(dòng)模擬流動(dòng)前沿溫度示意圖 4.7 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。通過(guò)計(jì)算選定分流道的截面形式以及主流道、分流道和澆口的相關(guān)尺寸。最后運(yùn)用Moldflow對(duì)設(shè)計(jì)好的澆注系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和校核，驗(yàn)證澆注系統(tǒng)的可行性。  第五章 模具成型零件設(shè)計(jì)及計(jì)算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件在工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有

64、較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能和良好的拋光性能。 5.1 成型零件的工作尺寸計(jì)算 本設(shè)計(jì)中的精度要求為MT3，計(jì)算中按相應(yīng)公差查取[1]，采用平均值法來(lái)計(jì)算。 1) 型腔深度尺寸的計(jì)算 塑件外部深度尺寸的轉(zhuǎn)換 hs1=370.16mm=37.16-0.320mm，相應(yīng)的塑件制造公差?1=0.32mm； HM1=1+Scphs1-x1?10+δz1 (5-1) =1+0.

65、0137.16-0.580.320+0.053mm=37.3-0.046+0.099mm 式中，Scp是塑件的平均收縮率，查表[4]可得PA6的收縮率為0.6%~1.4%，所以其平均收縮率Scp=0.006+0.0142=0.01，x1是系數(shù)，查表[4]可知x1=0.58；?1是塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；δz1是塑件上相應(yīng)尺寸的制造公差，對(duì)于中小型塑件取δz1=?/6（下同）。 2) 型腔徑向尺寸計(jì)算 塑件外部徑向尺寸換算 ls1=830.26mm=83.26-0.520mm，制造公差?1=0.52mm； Lm1=1+Scphs1-x1?10+δz1

66、 (5-2) =1+0.0183.26-0.580.520+0.087mm=83.7-0.091+0.178mm 式中 x1取0.58mm，?1取0.52mm。 3) 凸模高度尺寸計(jì)算 塑件內(nèi)部深度尺寸轉(zhuǎn)換 Hs2=33.50.16mm=33.320+0.32mm，制造公差?1=0.32mm； hm2=1+ScpHs2+x1?1-δz10 (5-3) =1+0.0133.32+0.580.32-0.0530mm=33.8-0.014+0.039mm 式中 x1取0.58mm，?1取0.