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目 錄
摘要：…………………………………………………………………………………1
關鍵詞：………………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………………3
1.1 我國模具及CAD/CAM/CAE應用現狀……………………………………………3
1.2 現代模具行業(yè)對設計人員的基本要求…………………………………………5
1.3 塑料模具設計流程…………………………………………………………5
1.3.1 產品要求……………………………………………………………………5
1.3.2 塑料模具設計………………………………………………………………6
1.3.3 試模分析產品缺陷的產生和解決方案……………………………………6
1.4 小型電視機外殼模具設計思路…………………………………………………7
1.4.1 小型電視機產品的形體結構設計…………………………………………7
1.4.2 小型電視機產品的模具結構設計分析……………………………………7
1.4.3 小型電視機產品的模具結構設計…………………………………………7
2 小型電視機外殼模具工藝分析……………………………………………………8
2.1 產品數據…………………………………………………………………………8
2.2 殼體常用材料及應用上需要注意事項…………………………………………9
2.3 樣品分析……………………………………………………………………10
2.3.1 樣品壁厚檢查(料厚均勻性分析)…………………………………………10
2.3.2 脫模角檢查(拔模角分析)…………………………………………………11
2.3.3 樣品各成型面的檢查(機構分析)…………………………………………11
2.3.4 樣品分型面的確定(分型面分析)…………………………………………12
2.3.5 澆口進料形式確定(澆口分析)……………………………………………13
2.4 小型電視機外殼注射機的選擇…………………………………………………16
2.4.1 選擇注射機時應注意的問題……………………………………………16
2.4.2 根據注塑量初選注塑機…………………………………………………16
3 小型電視機外殼模具結構設計……………………………………………………17
3.1 模具材料的選擇…………………………………………………………………17
3.2 澆注系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………18
3.2.1 主流道的設計……………………………………………………………19
3.2.2 分流道的設計……………………………………………………………20
3.2.3 澆口的設計………………………………………………………………21
3.2.4 冷料穴的設計……………………………………………………………22
3.3 工作零件設計……………………………………………………………………22
3.3.2 型芯設計…………………………………………………………………23
3.3.3 工作零件的工作尺寸計算………………………………………………23
3.3.4 彎銷側向分型動作原理及設計要點……………………………………25
3.3.5 設計斜推結構時需注意的幾個要點……………………………………26
3.3.6 滑塊設計…………………………………………………………………26
3.3.7 導滑槽設計………………………………………………………………27
3.3.8 滑塊的定位裝置…………………………………………………………28
3.4 確定模板厚度……………………………………………………………………28
3.4.1 確定公模板………………………………………………………………28
3.4.2 確定母模板厚度…………………………………………………………28
3.5 確定模具冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………28
3.6 脫模機構的設計…………………………………………………………………30
3.7 導向機構的設計…………………………………………………………………30
3.7.1 導向機構的功用…………………………………………………………30
3.7.2 導向機構的設計…………………………………………………………30
3.8 模架……………………………………………………………………………… 31
3.9 典型零件的加工………………………………………………………………31
3.10 裝配……………………………………………………………………………34
3.11 試模……………………………………………………………………………35
4 注塑機各個參數的校核 ……………………………………………………………36
4.1 塑件鎖模力校核…………………………………………………………………36
4.2 注射壓力的校核…………………………………………………………………36
4.3 模具安裝尺寸校核………………………………………………………………36
4.4 開模行程的校核…………………………………………………………………36
4.5 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸的校核…………………………………37
5 結論…………………………………………………………………………………37
參考文獻………………………………………………………………………………38
致謝………………………………………………………………………………………39
39
小型電視機外殼注塑工藝分析及模具設計
摘 要：小型電視機外殼的材料為ABS，本設計主要設計了該外殼的注射成型模具。本模具主要采用一模一腔和四導柱的模具結構，鑲塊型芯的形式。但是不足之處在于側向抽芯部分是在定模與動模之間各一半，這樣給模具型腔和型芯的加工帶來不便之處，在成型側面的槽時采用小鑲塊的形式定位在動模上，很容易使模具產生溢料的現象。本模具主要由模仁滑塊鑲件、斜銷、模板、?；瑝K座等組成。具有高質量、高性能、高精度、高效率、自動化和低成本的優(yōu)點，適用于成批大量生產。
關鍵詞：ABS；一模一腔；注射成型；滑塊型芯；大量生產；
The Analysis of the Injection Process and Design of
the Mould for the Shell of Television
Abstract: Small TV shell material for ABS, this graduation design, the main design of the shell injection molding. This mould mainly adopts a mold a cavity and four guide pin die structure, and set pieces cores of form. But there is room for lateral core-pulling partly in fixed mode and dynamic model between each half, so give mold cavity and cores of processing bring inconvenience; When the slot in molding side by small set piece in the form of dynamic model, positioning mold makes it easy to produce the phenomenon of overflow. This mould mainly by the mould kernel slider set piece, oblique pin, template, mould the slider seat etc. With high quality, high performance, high precision, high efficiency and automation and low cost advantages, suitable for mass production batches。
Key words: ABS；a mold a cavity；injection molding；pieces cores；mass production batches；
1 前言
1.1 我國模具及CAD/CAM/CAE應用現狀
模具是制造業(yè)中用量最大、影響面廣的工具產品，工業(yè)產品的零件粗加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%由模具來完成。隨著鋼鐵時代向聚合物時代過渡，工業(yè)及生活中使用的工程塑料、橡膠己遠遠超過鋼鐵，聚合物必須用模具成型，沒有高水平的模具就沒有高質量的產品;另一方面，隨著產品更新換代速度加快，模具成為新產品開發(fā)的關鍵。
計算機輔助設計(CAD)指工程技術人員在人和計算機組成的系統(tǒng)中以計算機為輔助工具，完成產品的設計、分析、繪圖等工作，一般包括零件設計、裝配設計、復雜曲面設計、圖樣繪制等。
計算機輔助制造(CAM)指NC程序編制、包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼的生成等。
注射模計算機輔助工程(CAE)技術是利用塑料加工流變學、傳熱學、數值計算方法和計算機圖形學等理論，對注射模澆口及流道的配置和尺寸、冷卻管道的尺寸、布置及聯接方式、塑料熔體在模具中的流動、充填、冷卻情況等進行定量分析和模擬。
CAD、CAM的概念是在50年代末60年代初，由美國麻省理工學院教授提出的。從60年代中期到70年代中期，針對某個領域的CAD系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。之后隨著計算機的應用發(fā)展，深入到生產各領域。歐美許多模具生產企業(yè)較早地將CAD/CAM應用到生產實際中。國外CAE技術是1983年以后開始研發(fā)的，是CAD/CAM的進一步發(fā)展。將高新技術應用于模具的設計與制造，已成為快速制造模具的有力保證。
我國注射模成型工藝發(fā)展了近50年，但是由于塑料制品的多樣性、復雜性和工程技術人員經驗的局限性，長期以來，工程技術人員很難精確地設置制品最合理的加工參數，選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。傳統(tǒng)模具開發(fā)流程為概念設計--產品設計--模具設計--模具制造--設置工藝參數--試模--生產。傳統(tǒng)方法在開始大規(guī)模生產前由于僅憑經驗設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現問題后，不僅要工藝師重新設置工藝參數，甚至還要設計師調整塑料制品和模具設計方案，修改模具。重復各個步驟增加了生產成本，影響模具質量，同時延長了制品生產時間。
我國的模具行業(yè)是應用CAD/CAM較早的一個領域，但就整個行業(yè)而言，至今具有較完備集成環(huán)境的企業(yè)較少。目前在該行業(yè)具有代表性的是在設計、制造及管理等部門部分或單獨采用了CAD、CAM等技術。雖然這些技術在應用初期對提高產品設計水平、增加企業(yè)活力起到了積極的促進作用，但隨著產品更新換代速度不斷加快、同行業(yè)競爭加劇及市場不斷擴大，客戶對產品質量、成本、制造周期要求不斷提高，原來分散獨立使用已不適應發(fā)展需要。
我國是制造業(yè)大國，在新一輪國際產業(yè)結構變革中，我國正逐步成為全球制造業(yè)的重要基地之一?！耙孕畔⒒瘞庸I(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，推動社會生產力的跨越式發(fā)展”是國家的發(fā)展戰(zhàn)略。應用高新技術，特別是信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)、促進產業(yè)結構優(yōu)化升級，將成為我國今后一段時間制造業(yè)發(fā)展的主題之一。我國CAD/CAE/CAM等現代制造技術的研發(fā)與應用起步晚、基礎差。80年代初，機械CAE技術中的有限元法被成功地應用到注射成型分析過程中，逐步形成了注射模CAE系統(tǒng)。注射模CAE技術是力學、流體、熱學、高分子材料、注射成型工藝、注射模設計、有限元分析和計算機等多學科相交叉的新興學科。國際市場上出現了一些商品化注射模CAE軟件，如美國Actech noofgy公司的C-mold、澳大利亞MF公司的MoldFlow等。近十來年CAE技術也已走向成熟。國內是在“八五”期間才開始注射模CAE技術的研究、開發(fā)工作，近年來也陸續(xù)出現了有自主知識產權的注射模CAE軟件，如鄭州工業(yè)大學國家橡塑模具工程研究中心開發(fā)的Z-MOLD等?！熬盼濉逼陂g科技部同國家經貿委等部門實施“CAD應用工程”，現己成功地實現了“甩圖板”，并在部分企業(yè)進行了CAD等技術的應用試點與示范，現代技術的開發(fā)和應用有了良好的起步和發(fā)展，“十五”期間國家將投入8億元實施信息化工程。同時在CAD/CAE/CAM等軟件方面擁有了自主知識產權的軟件，如北航海爾CAXA系列軟件、上海交大申模公司的三維有限元分析系統(tǒng)、吉林金網格模具工程研究所研究的模具CAD/CAE/CAM一體化等。雖然國外軟件的應用在我國模具行業(yè)中仍占主要地位，但可預計國產的CAD/CAE/CAM軟件將在我國模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
在CADC/AE/CAM研究及應用上，我國處于起步階段，CAD真正應用不超過十年，CAM也僅是近些年逐步開始應用，CAE的應用僅限于為數不多的較大模具企業(yè)應用，還處于探索階段。
隨著全球經濟的發(fā)展，新的技術革命不斷取得新的進展和突破，技術的飛越發(fā)展已經成為推動世界經濟增長的重要因素。市場經濟的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產品越來越多品種、小批量、高質量、低成本的方向發(fā)展。為了保持和加強產品在市場上的競爭力，產品的開發(fā)周期，生產周期越來越短，于是對制造各種產品的關鍵工藝裝備——模具的要求越來越苛刻。沒有計算機輔助技術的支持，就不可能適應上述兩方面的要求。
本文的課題來源于企業(yè)生產實踐，通過以小型電視機外殼為例，研究CAD/CAE/CAM在塑料制品及塑料注射模設計、模擬、加工中集成設計的全過程的模式。以AutoCAD、Pro/E和Model Flow(CAE)三種流行軟件為主來設計小型電視機外殼，完成設計全過程及設計模式。通過本文小型電視機外殼精密模具設計，可以看到模具行業(yè)中對設計人員及現代設計方法的要求。[3]
1.2 現代模具行業(yè)對設計人員的基本要求
生產周期短，效率高，品質高，是現代模具的典范，發(fā)展的方向是高速、高效、準確地完成客戶所需要的模具，對模具設計人員的要求就更加嚴格。設計的不合理，生產出來的產品就不可能過關，這是很簡單的道理。要做一個合格的設計員就要準確無誤地分析產品原始檔案，與客戶之間溝通，即要盡量滿足客戶的需求,又要合理的簡化模具結構，來降低模具的成本。對于設計人員來說，除了有強有力的理論基礎，還必需具備軟件應用能力，掌握與工作緊密相關的軟件是每個設計人員必經之路。軟件的運用是一種技能，熟練的軟件應用能力，能給你的工作帶來事半功倍的效果。除了要求生產設備自動化，智能化外，還要求設計人員要有良好的職業(yè)素質及工作能力，才能生產高精度的產品，在最短的時間內，生產出最讓客戶滿意的產品。
設計人員基本要具備以下幾個方面的能力:
(1)熟練的軟件應用能力;
(2)產品的分析，消化原始資料，對客戶的產品圖進行檢測，查看是否有不可成型，妨礙機構運動、壁厚不均勻、能造成產品的不良缺陷等的能力;
(3)設計結構及模具材料的選用的能力;
(4)模流分析(Mold Flow)能力，分析結果直接影響到成品的質量;
(5)設計后要預知將產生的缺陷，及補救方案，不能在產生缺陷后無法修改模具，而使模具報廢等嚴重問題。
1.3 塑料模具設計流程
良好的設計流程是設計出準確合理的好產品的基礎，制訂模具設計流程是使模具設計規(guī)范化、制程化的保證，是適應模具交貨期短，縮短模具設計時間的必由之路。
塑料注射模計算機輔助設計制造流程:塑件三維建?！Ａ鞣治觥芰袭a品裝配—模具結構設計—生成模具工程圖—模具關鍵零件數控加工—關鍵零件數控電加工—模具裝配調式。
1.3.1 模具要求
(l)接到的執(zhí)行單
從模具執(zhí)行單上審查產品的所有要求，其中包括:
①產品圖;
②要求產品的模穴數;
③塑料材質;
④有時會提供模具的大小，進料位置，有倒勾時，還會要求做斜銷還是滑塊。
(2)接到的2D和3D產品圖處理，包括:
①如果接到的產品圖是2D圖，則要必須先將2D圖轉化為3D圖(用Pro/E或UG軟件)，即根據產品的2D圖建構產品的3D模型圖;
②如果有了產品的3D模型圖，模具3D設計人員必須檢查3D模型圖的外觀，成品的平均壁厚是否有壁厚不均的地方會產生縮水，成品的拔模角是否有利于開模，成品的結構是否有利于產品成型。
③如果產品的3D模型圖有以上的問題存在，要先修改成品的問題。
1.3.2 塑料模具設計
經過以上的產品圖處理之后轉入模具設計階段，包括:
(l)產品成型分析MoldFlow(CAE);
(2)2D模具結構圖繪制(AutoCAD);
(3)3D模仁成型部分拆制(Pro/E);
(4)模具零件圖的拆制。
模具零件圖也就是所說的模具加工圖，是根據模具2D圖和3D圖拆制的模具零件圖。包括模板圖、滑塊座圖、斜撐銷圖、模仁圖、滑塊圖、斜銷圖等，還有推桿備料明細表、五金零件備料明細表、出圖明細表等。
其中前三部分工作同時進行。
1.3.3 試模分析產品缺陷的產生和解決方案
要預知將產生的缺陷及補救方案，不能在產生缺陷后無法修改模具。小型電視機外殼屬薄殼件，薄殼件加工成型的質量缺陷主要表現在塑件的翹曲變形、表面縮痕和流痕等問題上，對于這些問題，合理地設置工藝參數起著決定性的作用。以翹曲變形為例進行分析:影響塑件變形的因素(工藝參數)主要有:模具溫度、熔體溫度、澆口尺寸、注射速率、保壓壓力、保壓時間，同時還要考慮模具溫度和熔體溫度的交叉因素、熔體溫度和澆口尺寸的交叉因素對翹曲變形的影響。通過CAE模擬分析，找出上述這些因素最佳工藝參數的組合，以改善和消除塑件的翹曲變形，提高塑件的質量。
1.4 小型電視機外殼模具設計思路
小型電視機產品的機構設計是實現產品功能的關鍵，這不僅需要與產品外觀相協(xié)調，更要考慮后序的生產裝配、噴涂、噴繪、模具設計制造等各方面。
1.4.1 小型電視機產品的形體結構設計
牽扯知識范圍十分廣泛，主要有材料的選用、模具結構設計、表面處理、加工手段、包裝裝潢幾個方面，這此因素的運用直接影響著小型電視機產品的生命和外觀形象的變化。可以說設計者的水平高低決定了產品的生命力和產品檔次高低，高檔次產品不一定是高造價，運用低造價設計出高檔次的產品是設計者水平高素質的體現。
1.4.2 小型電視機產品的模具結構設計分析
(1)要審查造型設計是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、結構強度、電路安裝(和電子工程人員配合)等是否合理;
(2)根據造型要求確定制造工藝是否能實現，包括模具制造、產品裝配、外觀的噴涂、絲印、材質選擇、需采購的零件供應等;
(3)確定產品功能是否能實現，用戶使用是否最佳;
(4)進行具體的機構設計，確定每個零件的制造工藝，要注意塑件的結構強度、安裝定位、筋骨方式、產品變形、元器件的安裝定位、安裝要求、確定最佳裝配路線;
(5)結構設計要盡量考慮模具設計和制造的難度，提高注射生產的效率，最大限度地減低模具成本和生產成本;
(6)確定整個產品的生產工藝，檢測手段，保證產品的可靠性。
1.4.3 小型電視機產品的模具結構設計
對以上所需要清楚的東西，做好工藝排序，然后進入模具結構的設計一裝配圖的設計。
(l)3D轉2D的DWG圖(CAD圖);
(2)成品的開模分析，確定凸、定模分模面;
(3)成品的結構分析，確定機構，如有倒扣的，用斜銷成型或側滑塊成型;
(4)成品的進澆點的分析，借助MoldFlow軟件，確定澆口的形狀、位置等，及注射機的選用;
(5)確定模具的結構(兩板模、三板模、及熱澆道)，有時候根據需求而確定;
(6)成品的收縮率的確定(未加收縮的，給產品在3D圖中放收縮) ;
(7)確定成品的開模腔數(一模多腔，要注意注射模均衡);
(8)成品放縮及鏡射成品圖;
(9)確定成品的擺放位置(模腔的排配);
(10)確定模仁的大小(由于小型電視機模具結構復雜，模仁(模腔)需要單獨加工);
(11)畫出流道及澆口;
(12)確定模座大小，調用模座
(13)將模仁放入模座中的適當位置:
(l4)畫定位圈及注射澆口套;
(15)畫滑塊及斜銷等機構;
(16)畫頂出機構;
(17)畫冷卻水路;
(18)畫模座其它周邊的結構;
(19)標注模座的尺寸。
2 小型電視機外殼模具工藝分析
小型電視機殼體的作用:是整個電視機的支承骨架;對電子元器件進行定位及固定;承載其他所有非殼體零部件并限位。殼體通常由工程塑料注塑成型。
2.1 產品數據
原始資料要求:
(1)由Pro/E軟件生成3D圖，圖1是產品正面，圖2是產品反面;
(2)塑料材質: ABS;
(3)模具腔數:一模一腔;
(4)模具型式:冷流道模具;
(5)生產數量:預計生產50萬件。
2.2 殼體常用ABS材料及應用上需要注意事項
(l)由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。ABS的特性主要取決于三種單體的比率及分子結構，這在產品設計上具有較大的靈活性，并且由此產生了市場上多種不同品質的ABS材料。這些不同品質的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。高流動性，便宜，適用于對強度要求不太高的部件(不直接受到沖擊，不承受結構耐久性的部件)，如電視機內部的支撐架等。還有就是普遍用在要電鍍的部件上(如按鈕，側鍵，導航鍵，電鍍裝飾件等)。目前常用奇美PA—727，PA—757等。
(2)PC(聚碳酸脂)PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細菌特性、阻燃特性以及抗污染性，PC的缺口沖擊強度非常高，并且收縮率很低。
PC有良好的機械性，但流動性較差，注射過程較困難。因此，如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么選低流動率的PC材料;反之，可以使用高流動率的PC材料，這樣可以優(yōu)化注射過程。避免一味減少強度風險，什么部件都用PC料而導致成型困難和成本增加。
高強度、價格較貴、流動性不好。適用于對強度要求較高的外殼，如翻蓋小型電視機中與轉軸配合的兩個殼體，不帶標準滑軌模塊的滑蓋機中有滑軌和滑道的兩個殼體等，目前指定必須用PC材料。較常用Gelexanexl 1414和Samsung HF1023IM。
本文小型電視機外殼采用的是ABS塑料。
通常外殼都是由上、下殼組成，理論上上下殼的外形可以重合，但實際上由于模具的制造精度、注塑參數等因素的影響，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面殼大于底殼或底殼大于面殼?？山邮艿拿鏆こ叽缙钚∮?.15mm，可接受底殼尺寸偏差小于0.lmm。在無法保證零段差時，盡量使產品的面殼大于底殼。一般來說，面殼因有較多的孔，成型收縮較大，所以收縮率選擇較大，一般選0.5%。底殼成型收縮較小，所以收縮率選擇較小，一般選0.4%，即面殼收縮率一般比底殼大0.1%。即便是兩件殼體選用相同的材料，也要在做模時，底殼取較小的收縮率。
圖1 產品正面(Fig1 Product frontage) 圖2 產品反面(Fig2 Product reverse side)
2.3 樣品分析
此分析主要是在Pro/E和MoldFlow中分析。
Pro/E:可進行產品設計、裝配設計、模具設計、NC加工、仿真等。本例對3D圖進行分析看它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、結構等，并大至分好分模面。
MoldFlow分析目的:
(1)盡早在設計階段使用MoldFlow以獲取最大的利益;
(2)預先確認可能存在的問題;
(3)使產品的品質比以往所做的更好;
(4)使產品成本降低;
(5)在相同或更短的時間內制造更多的產品。
2.3.1 樣品壁厚檢查(料厚均勻性分析)
殼體的壁厚對部件的很多關鍵特性的影響至關重要，包括結構強度、外觀、成型及成本。設計階段優(yōu)化的殼體厚度可以降低后續(xù)可靠性測試的風險，修模的成本以及成型的困難。
壁厚檢查包括成品壁厚分布、平均壁厚檢查、是否有過薄難以充填或過厚處。對于塑料件來說，壁厚不均會使其在注射成型時產生縮水現象。因此，當拿到樣品時，應對其進行壁厚檢查。對于有壁厚不均的部位要及早通知修改模型。
塑件的厚度不應過厚或過薄，壁厚常取1.5mm左右，對于電視機塑件來說，最厚處應小于2mm(根據經驗)。另外，要查看是否存在薄厚懸殊處，若通過計算在某一部分存在小于0.4的膠位，應建議客戶加膠或自行處理。
壁厚要均勻，厚薄差別盡量控制在基本壁厚的25%以內(低縮水率材料小于0.5%)，可以避免明顯的翹曲、填充及外觀缺陷等問題。
本例Pro/E經壁厚檢查分析，得知樣品無壁厚不均現象。
2.3.2 脫模角檢查(拔模角分析)
要對所有平行于模具分開的方向的面進行拔模。拔模角檢查包括確認是否有拔模、須拔模處、脫模度數，角度小是否會造成成品刮傷或貼母模等。樣品的脫模角決定了成品在模具開模時能否順利脫出，是否會產生粘模等現象。所以在設計好脫模角度后還應對其進行脫模角檢查。
塑件在脫模方向的拔模角，視成型面深度而定，一般在0.5～2度之間。對于模具上動模和定模之間的擦破位，拔模角應大于1.5°為好，少數也可能小于1.5°，但不能沒有拔模角。
該工作也由Pro/E執(zhí)行結果符合要求。
Pro/E中拔模角度的解釋:如圖3，點選的平面用來確定脫模方向(平面的法線方向，遠離平面一側為正方向)，通過設定三種顏色的顯示，雙向顯示:要以看到拔模角>O、=0、<0(<、>、=的塑件表面，這些塑件拔模角的確定，決定了分型面的選擇)。
圖3 點選平面方向[7]
Fig3 The spot chooses the plane direction[7]
2.3.3 樣品各成型面的檢查(機構分析)
該工作主要是檢查樣品各表面是否有不利于模具開模(影響脫模)的倒勾、凸臺凹坑等。對于需要做到的倒勾、凸臺和凹坑，可采用斜銷或滑塊成型。而由于設計時無意形成的倒勾(如需斜銷頭部成型的倒勾)，則可以改變斜銷的運動方向或更改樣品，即將頭部倒勾以減料方式削平。此外，對于其它形式的倒勾可酌情更改樣品。
由拔模角分析及圖4和圖5上倒扣(外凸或內凹)可知，該產品需四個滑塊成型，而內側壁的二處倒勾需用斜銷成型。另外，還應檢查樣品上是否存在無法成型之處(如薄片等)。
圖4 倒扣
Fig4 Pours buckles
圖5 倒勾
Fig5 Pours cancels
2.3.4 樣品分型面的確定(分型面分析)
樣品的分型面應有利于產品的成型和脫模，并且分型線不應該存在有尖角的地方，否則模仁(成型部分，型腔、型芯單獨做鑲在模板里)無法加工，且產品也很難成型。
因產品較大，外觀光潔性要求很高，且4個側面的外表面都有側凹，故分型面應為曲面，4面為側向抽芯，但為了外觀要求，應做成整體滑塊。如圖6所示粗線即為側向抽芯后在產品上形成的接合線，夾線沿著產品上曲面相交的交線和產品的外廓，此處夾線不設計在虛線處是因為虛線處將在矩形處產生夾線，影響產品的外觀。模流分析夾線包圍集中在中間小孔處，加小型芯成型以利于排氣，后部已用滑塊成型。
模具分型線設計原則一般選在塑件的最大輪廓線上，因此采用切片法尋找最大輪廓線。其具體思想是根據分型方向形成一系列切面然后計算出所有切面同塑件模型相交的閉合輪廓線，再提取每個輪廓線上的最左和最右點，連接這些點形成塑件輪廓的分型線。這種方法適合帶有自由曲面的塑件，如電視機殼表面。
圖6 分模面（Fig6 Minute mold surface）
2.3.5 澆口進料形式確定(澆口分析)
澆口的類型很多，常見的有側澆口、點澆口、潛伏式澆口、扇形澆口等多種，根據其特性來選擇使用的不同場合。澆口一般都較細小，因此流動阻力很大，細微的變化都會對塑料熔體的充填產生很大的影響。澆口設計主要有澆口的數目、位置、形狀和尺寸的設計。澆口的數目和位置主要影響充填模式，而澆口的形狀和尺寸主要影響熔體流動性質。澆口的設計一方面應該保證提供一個快速、均勻、平衡、單一方向流動的充填模式，另一方面應該避免射流、滯流、凹陷等現象。
注射模CAE技術主要在兩個方面體現了現代制造技術的優(yōu)勢，首先是封閉型腔內的熔體流動成型過程分析，其次是滿足成型工藝參數的模具及注塑機的機構運動控制分析。利用注塑成型分析軟件，可以很方便地通過注塑成型模擬，獲得熔體的流動前沿動態(tài)視圖。透過模具內部，可以檢查所指點的任一點模具溫度和壓力，給設計者進入整個加工過程的真實感受。通過注塑成型流動模擬，不但可以分析塑料制品在模具型腔中的溫度場、壓力場，還可以預測熔接縫和氣穴的形成部位。針對模擬分析存在的問題，可以借助于3D計算機造型系統(tǒng)修改制品設計，或修改模具設計。利用先進的CAE工具，可以提高塑料制品的質量，避免模具返工和修改設計，節(jié)省時間和金錢。
塑料注射成型充填模擬軟件都是采用基于中性層模型的有限元/有限差分方法。所謂中性層就是假想的位于模具型腔和型芯中間的層面，但在應用上有較大局限性，將被型腔表面模型取代。
了解所應用的塑料特性后，對初選澆口時有一定的作用。利用MoldFlow進行分析時軟件將自動應用數據庫中的塑料數據進行分析。如圖7澆口位置分析圖。
圖7 澆口位置分析圖
Fig7 Runner position analysis
其主要分析內容:
初步設定澆口位置后，分析塑件的填充效果、是否有短射、流動溫度差(澆口處與最終成型處溫度差愈小愈好)等，播放小圖標，可表現動畫效果，如塑料流動過程等。
(1)充模時間:指澆注塑料從澆口到當前位置的注塑流動時間。它的主要用途為確定澆注路徑的平衡性和用于理解熔接痕和氣囊的形成。如圖7所示，紅色表示此地方溫度最高(溫度過高，易發(fā)生熔體破裂)，之后溫度降低，最后充滿處溫度最低為藍色，表明溫度是隨時效變化的。充模時間1.94s。另外,從填充時間的結果可以看出是否發(fā)生短射，可根據情況調整澆注系統(tǒng)設計和注射工藝參數來改善。從填充時間的動態(tài)圖可以了解各個時刻塑料熔體在模具型腔內的流動狀態(tài)。平衡的流動狀態(tài)，每股料流將同時到達型腔未端;不平衡的流動狀態(tài)，將會引起某些區(qū)域還未填滿而另一區(qū)域己經產生過保壓，使該區(qū)域的密度比其它區(qū)域大，質量大造成材料的浪費和機械性能的差異。
(2)壓力下降:表示從澆注口到當前位置的壓力差值。從壓力分布的結果可以了解型腔內壓力的分布情況。在平衡流動狀態(tài)下，壓力總是從澆口到型腔未端逐步降低。若壓力在型腔與澆口間產生突變，也就是流動不平衡，將會使塑件內部產生內應力，造成產品頂出后變形或使用中發(fā)生應力破壞?？梢酝ㄟ^調整澆口的位置、大小或澆口的數量來改變型腔內壓力變化的分布情況。
(3)熔接痕位置:是指兩股以上流動的熔融塑料前鋒相接觸時，由于料流前鋒溫度下降，接觸表面不能很好地熔合。在注射成型加工中，熔接縫的產生主要是由于型腔的結構造成的，如多澆口、有型芯或有嵌件的塑件中，必然造成多股料流同時充模，然后匯聚相接而熔合在一起;另外，若塑件壁厚過厚或厚度不均、注射速率過高而形成噴射流及模具排氣不良等，都會產生熔接縫。熔接痕形成的形態(tài)結構和機械性能都完全不同于其它部分的三維區(qū)域，使得熔接縫的力學性能大大低于塑件的其它部分，易產生應力集中，削弱了制品的機械性能。所有塑料加工成型中，都可能產生熔接縫。熔接縫盡管難以避免，通過這一結果與填充時間的疊加圖，可以預見到熔接縫的位置和強度，再通過修改制品結構或模具設計，減輕熔接縫的不利影響，可以大大減輕熔接縫對制品強度的影響，來滿足使用上的要求。在注射成型過程中，熔接痕和氣泡的產生，一般而言難以避免，產生的原因是塑料流動不平衡造成的。流動不平衡與塑件壁厚和流經的路徑情況有關。為減少熔接痕和氣泡的產生，可以采用改變塑件壁厚的方法。熔接痕和氣泡是否成為問題，要看具體情況。
(4)預測質量:預測零件的最終外觀質量和機械性能。如圖8所示，紅色代表存在質量問題，是最不理想，不能采用;黃色代表可能存在質量問題，可以接受，但不能太多;綠色代表高質量，越多越好;透明部分代表沒有材料，也就是未被填充，質量得不到保證，可重新調整成型工藝參數，如壓力、溫度、時間等，或調整澆注系統(tǒng)設計。
圖8 質量分析圖
Fig8 Quality analysis chart
以上CAE分析流動結果只是其中常用的一部分，但從中可以看出綜合應用CAE分析結果將對優(yōu)化模具設計起到一定的指導作用，使設計由經驗向理論設計過渡。另外，Mold Flow在后處理時，可將分析出的結果按照需求生成Rpeort，也就是把分析結果按照自主選擇的形式生成書面報表，便于對分析結果進行保存和比較分析。而遠程用戶則可以在不使用該軟件的情況下，通過網頁的形式瀏覽該報表，滿足不同用戶需求。經分析與經驗本次采用一模一腔及四澆口形式。
2.4 小型電視機外殼注射機的選擇
模具與設備必須配套使用，多數都是根據成型設備種類進行模具設計。設計模具之前，首先要選好成型設備，了解其性能，如注射容量、鎖模力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出方式和距離、噴嘴直徑和噴嘴球面半徑、定位孔尺寸、模具最大最小厚度、模板行程、模具外形大小能否安裝等。
2.4.1 選擇注射機時應注意的問題
(1)注射機的拉桿內間距應大于模具的寬度，以便模具能順利安裝;
(2)應該使模具厚度處于注射機的最小裝模厚度和最大裝模厚度之間;
(3)注射機噴嘴的球面半徑應小于模具澆口套的球面半徑;
(4)注射機應有足夠的頂出行程。
總之，應根據模具的實際情況來選擇注射機，如圖9所示。
圖9 注塑機組成簡圖[12]
Fig9 Injection molding machine composition diagram
注塑模具是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注射成型工藝過程外，還應對所選用的注射機的有關技術參數有全面的了解，以保證設計的模具與使用的注射機相適應。注射機是生產熱塑性塑料制件的主要設備，按其外形注射機可分為立式、臥式和角式三種，應用較多的是臥式注射機。
2.4.2 根據注塑量初選注塑機
模具型腔能否充滿與注塑機允許的最大注塑量密切相關，設計模具時，應保證注塑模具內所需要熔體總量在注塑機實際的最大注塑量的范圍內。根據生產經驗，注塑機的注塑量是所允許最大注塑量（額定注塑量）的80%。
經Pro/E軟件分析得產品的體積85.458。
n×m1+m2≤(25%~75%)M (1)
式中:
n——型腔數量
m1——單個塑件的質量和體積（g或）
m2——澆注系統(tǒng)所需塑料質量和體積 （g或）
M——注塑機允許的最大注塑量（g或）
1×85.458+1×85.458×60%=137.328≤（25%~75%）M
所以M≤171.66
所以初選壓力機為XS—ZY—500注射機
表1 XS—ZY—500注射機參數表[20]
Tabel 1 XS-ZY-500 injection machine parameter list
序號
項目
參數
序號
項目
參數
1
理論注射量（）
500
6
最少模具厚度（mm）
300
2
注射壓力（Mpa）
145
7
模具定位孔直徑（mm）
160
3
鎖模力
3500
8
噴嘴球直徑（mm）
SR15
4
移板行程
500
9
注射速率（g/s）
140
5
最大模具厚度(mm)
450
10
螺桿轉速（r/min）
10~200
3 小型電視機外殼模具結構設計
模具結構設計包括分模線位置、滑塊夾線、澆口型式及位置、頂出方式及位置、定位方式、冷卻方式等。為了適應生產，常將模具做以下分解:
(1)成型部分:包括模仁、滑塊鑲件、斜銷等.
(2)模座:用機構件實現開合模動作，包括模板、?；瑝K座等。E
之后在RPO/E中對產品放縮水，再轉到CAD中畫組立圖，定澆道形式、模穴及排布形式。再定出模仁的厚度及模座的大小。調用標準模座圖成型、冷卻、澆道、頂出等部分的結構，最后標注。之后用組立圖拆模板。與此同時用PRO/E進行3D分模做出與成型有關部分的3D檔以CAM做加工。
3.1 模具材料的選擇
根據模具的生產條件和模具的工作條件需要，結合模具材料的基本性能和相關的因素，來選擇適合模具需要的，經濟上合理、技術上先進的模具材料。對于一種模具，如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必需綜合考慮模具的使用壽命、模具制造工藝過程的難易程度、模具制造費用以及分攤到制造的每一個工件上的模具費用等多種因素，進行綜合分析評價，才能得出符合實際的正確結論。
主要指標有：
(1)模具材料的基本性能。 要考慮模具材料的耐磨性、韌性、硬度和紅硬性（紅硬性是指模具材料在一定溫度下保持其硬度和組織穩(wěn)定性抗軟化的能力）。還要根據實際工作條件，分別考慮其實際要求的性能，如抗氧化能力、抗壓強度、抗拉強度和抗彎強度、疲勞強度等。
(2)模具材料的工藝性 。模具材料的工藝性，經?？紤]一下幾種：可加工性；淬火溫度和淬火變形；淬透性和淬硬性；氧化脫碳敏感性等。
(3)模具材料的冶金質量及其它考慮因素。 冶金質量也對模具材料的性能有很大的影響，只有優(yōu)秀的冶金質量，才能充分發(fā)揮模具材料的各種性能。?？紤]的冶金質量指標有：冶煉質量，鍛造軋制工藝，熱處理和精加工，導熱性，精料和制品化等。其它還要考慮選用的模具材料的價格和通用性。
總之，選用高質量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生產高質量的模具，已經成為當前工業(yè)發(fā)達國家模具制造的主要發(fā)展趨勢，我國也正在向這一方向發(fā)展。以下工作零件材料就根據以上原則選擇。綜上所述工作零件材料選用4CrMoV1Si。
3.2 澆注系統(tǒng)的設計
所謂澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動的通道，其作用是使塑料熔體平穩(wěn)而有序的充填到型腔中，以獲得組織致密，外形輪廓清晰的塑件。澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口等組成，澆注系統(tǒng)設計的優(yōu)劣，直接影響到塑件的外觀，物理性能，尺寸精度，成型周期等。
澆注系統(tǒng)設計的基本原則：
1) 適應塑件的工藝性 為此，應深入了解塑料的工藝性，分析澆注系統(tǒng)對塑料熔體流動的影響，以及在充模，保壓補縮和倒流各階段中，型腔內塑料的溫度，壓力變化情況，以便設計出適合塑料工藝特性的理想的澆注系統(tǒng)，保證塑件的質量。
2) 排氣良好 排氣的順利與否直接影響成型過程和塑件質量，不能順利排氣會使注射成型過程充填不滿或產生明顯的熔接痕等缺陷。因此，澆注系統(tǒng)應能順利地引導熔體充滿型腔，并在填充過程中不產生紊流或渦流，是型腔內的氣體能順利地排出。
3) 流程要短 在保證成型質量和滿足良好排氣的前提下，盡量縮短熔體的流程和減少拐彎，以減少熔體壓力和熱量損失，保證必需的充填型腔的壓力和速度，縮短填充及冷卻時間，縮短成型周期，從而提高效率，減少塑料用量；提高熔接痕強度，或使溶接痕不明顯。對于大型塑件可采用多澆口進料，從而縮短流程。
4) 避免料流直沖型芯或嵌件 高速熔體進入型腔時，要盡量避免料流直沖小型芯或嵌件，以防型芯和嵌加變形和位移。
5) 修整方便，保證塑件外觀質量 設計澆注系統(tǒng)時要結合塑件大小，結構形狀，壁厚及技術要求，綜合考慮澆注系統(tǒng)的結構形式，澆口數量和位置。做到去除，修整澆口方便，無損塑件的美觀和使用。例如電視機，錄音機等外殼，澆口絕不能開設在對外觀有嚴重影響的外表面上，而應設在隱蔽處。
6) 防止塑件變形 由于冷卻收縮的不均勻性或需要采用多澆口進料時，澆口收縮等原因可能引起塑件變形，設計時應采取必要措施以減少或消除塑件變形。
7) 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量小，容積也應盡量少，這樣既能減少塑料耗量，又能減小所需鎖模力。
8) 澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱，澆注系統(tǒng)與型腔的布置應盡量減小模具的尺寸。
3.2.1 主流道的設計
按主流道的軸線與分型面的關系，澆注系統(tǒng)有直澆注系統(tǒng)和橫澆注系統(tǒng)。在臥式和立式注射機中，主流道軸線垂直于分型面，屬于直澆注系統(tǒng)；在直角式注射機中，主流道軸線平行于分型面，屬于橫澆注系統(tǒng)。
主流道一般位于模具中心線上，它與注射機噴嘴的軸線重合，以利于澆注系統(tǒng)的對稱布置。主流道一般設計得比較粗大，以利于熔體順利地向分流道流動，但不能太大，否則會造成塑料消耗增多。反之主流道也不宜過小，否則熔體流動阻力增大，壓力損失大，對沖模不利。因此，主流道尺寸必須恰當。通常對于粘度大的塑料或尺寸較大的塑件，主流道截面尺寸應設計得大一些；對于粘度小的塑件或尺寸較小的塑件，主流道截面尺寸設計得小一些。
主流道橫截面形狀通常采用圓形截面。為了便于凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐度=2°～6°，內壁粗糙度Ra小于0.4μm，小端直徑一般取3～6㎜比注射機噴嘴直徑大0.5～1mm，Ra≥r+(0.5-1) mm，主流道的長度有定模座厚度確定，一般L不超過60mm。
3.2.2 分流道的設計
主流道與澆口的料流通道，是塑料熔體由主流道流入模腔的過渡段，負責將熔體的流向進行平穩(wěn)的轉換，在多腔模中還起著將熔體向各個模腔分配的作用。
1）分流道的截面形狀及尺寸 分流道截面形狀和尺寸應根據塑件的結構和分流道的長度等因素來確定。由流道的效率（流道的截面積與周長的比值）分析可知，圓形和矩形流道的效率最高，即具有壓力損失少的最大截面積和傳熱損失少的流道的最小面積，因此圓形截面的矩形截面是分流道比較理想的形狀。
綜合考慮，雖然圓形和矩形流道的效率最高，但由于圓形截面分流道因其以分型面為界分成兩半進行加工不利于凝料脫出，加工工藝性不佳，且模具閉合后難以精確保證兩半圓對準，故生產實際中不常使用；矩形截面的分流道不易于凝料的推出，生產中也比較少用。
實際生產中常采用梯形截面分流道。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔體的熱量散失及流動阻力均不大。根據經驗，一般取梯形流道的深度為梯形截面大底邊寬度的2/3-3/4，側面斜度取5°- 10°。對于壁厚小于3㎜，質量200ɡ以下的塑件，可采用下面的經驗公式確定其截面大底邊寬度尺寸：
D=0.2654[2] (2)
式中： D——梯形的大底邊寬度，mm
m——塑件的質量，g
L——分流道的長度，mm
對于U形截面的分流道，H=1.25R，R=0.5D。
2）分流道的長度 分流道要盡可能短，且少彎折，以利于最經濟地使用原料和減少注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。若分流道設計得比較長時，其末端應留有冷料穴，以防前鋒冷料堵塞澆口或進入模腔。
3）流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度一般取1.6um左右，不需要很低，這樣的表面有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
4）分流道的布置 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式兩類。平衡式布置是指分流道到各型腔澆口的長度，端面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應部位的尺寸相等，這種布置可實現均衡送料和同時充滿型腔的目的，使成型的塑件力學性能基本一致。但是，這種形式的布置使分流道比較長。
非平衡式布置是指分流道到各型腔澆口長度不相等的布置，這種布置使塑件進入各型腔有先有厚，因此不利于均衡送料，但對型腔數量多的模具，為了不使流道過長，也常采用。為達到同時充滿型腔的目的，各澆口的斷面尺寸要制作得不同，在試模中要多次修改才能實現。
3.2.3 澆口的設計
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的最短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的形狀，位置和尺寸對塑件的質量影響很大。
澆口的作用：熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止注射機螺桿（或柱塞）后退時熔體向分流道回流；熔體在流經狹窄的澆口時產生摩檫熱，使熔體升溫，有助于充模；易于切除澆口余料，二次加工方便；對于多型腔模具，澆口能用來平衡進料，對于多澆口單型腔模具，澆口不僅可以用來平衡進料，還可以用來控制熔合紋在塑件中的位置。
澆口的尺寸一般根據經驗確定，斷面積為分流道斷面積的3%～9% , 斷面形狀為矩形或圓形，澆口的長度為1～1.5mm。在設計澆口時，往往先取較小的尺寸值，以便在試模時逐步加以修正。
澆口的類型 盤形澆口又稱薄板澆口或圓環(huán)形澆口。盤形澆口用于內孔較大的圓筒形塑件，或具有較大正方形內孔的塑件，澆口在整個內孔周邊上，塑料熔體由內孔周邊上以大致相同的速度進入型腔。塑件不會產生熔接痕，型芯受力均勻，空氣順暢排除。
澆口尺寸計算，根據經驗數據: [2]
=0.5～2.0mm =0.8～2.0mm
b=1.5～5.0mm
l--澆口深度 -- 澆口長度 b--澆口寬度
澆口尺寸在制作時可取小些，在加工、試模時再進行修改。
澆口位置 澆口位置開設正確與否，對塑件的成型性能和質量影響很大，因此合理選擇澆口位置是設計澆注系統(tǒng)時的重要環(huán)節(jié)。在確定澆口位置時，應注意如下幾點：
①盡量縮短流動距離
②澆口應開設在塑件壁最厚處
③盡量避免塑件出現熔合痕
④避免在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置
⑤澆口應開設在不影響型芯穩(wěn)定性的部位
⑥澆口應開設在不影響塑件外觀的部位
⑦澆口的設置應避免熔體斷裂
本文中經分析和數據計算最后得澆口的數量為4個。結構如圖13。
3.2.4 冷料穴的設計
冷料井位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是聚集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于主流道大端直徑，長度約為主流道大端直徑。
3.3 工作零件設計
3.3.1 型腔結構形式選擇
定模也可稱為型腔或定模型腔，它們是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀，尺寸，使用要求，生產批量以及模具的加工方法等有關。常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
整體式定模是用整塊模具材料直接加工而成的。其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會帶有鑲拼接縫的溢料痕跡。使用整體式定模有助于減少注射模中成型零部件的數量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。但是，在制品的幾何形狀比較復雜的情況下，用整塊模具加工一個形狀復雜的整體定模型腔比較困難，往往不要使用仿行加工或電火花加工，而且在熱處理時，型腔的某些部位還很容易發(fā)生變形或開裂，因此，從加工制造方面考慮，整體式定模主要適用于制品形狀不太復雜的