免费在线. 引言 模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展趋势。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此模具工业对国民经济与社会持续健康发展将起慢慢的变大的作用。据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90％的零件是靠模具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60％。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看，20世纪80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并且有继续增长的趋势。2 塑件分析 塑件零件图 图 1 MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖二维图 图 2 MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖上表面三维图 图 3 MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖下表面三维图 制件说明：承受外力的几率不大,如冲击载荷振动摩擦等情况相对来说比较少塑件的工作时候的温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度脆化温度,分解温度的要求降低此外,塑料都会老化,作为一种光学用品还要考虑到材料的光氧化等问题并且制品要保持光滑，有良好外观，尺寸精度要求不是很高所选材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 （）主要技术指标： 密度g/cm3）：1.02~1.05 比容cm3/g）：0.69～0.74 吸水率 (24h) % :收缩点%）： 0.4~0.7 熔点 0C）：165～抗拉屈服强度Mpa）：380 拉伸弹性模量Mpa） 1.6～ 弯曲强度Mpa）：冲击强度kJ/m2 ）：16 硬度 ：体积电阻率) ：6.71击穿电压Kv/mm) ：1.工作所承受的压力高常温状态下工作所承受的压力可达1.0Mpa。2.抗冲击能力好ABS塑料拥有非常良好的机械强度和较高的冲击韧性。无缺口冲击强度30Mpa：缺口冲击强度3MPa。3.流体阻力小内壁光滑，转弯处呈圆弧形，流动摩擦力小，减小液流阻力。4.化学性能稳定ABS具有耐酸、碱性能。由于化学性能稳定．无毒无味，可大范围的应用于食品、饮料、啤酒等行业。5.耐温范围广使用温度为-30°+70°。6.质轻ABS程塑料比重为钢材的1/7，因此减轻结构重量，降低原料消耗。同时，减轻安装工人劳动强度。7.安装简易便捷，密封性好安装多采用承插式连接，使用溶剂型粘合剂粘接密封。实施工程简单方便、效果好、固化速度快。8.常规使用的寿命长本产品在室内使用一般可达三十年以上。9.价格低仅为不锈钢的五分之一左右。2.2 ABS注塑工艺2.3 塑件的结构工艺性分析 1尺寸精度 . 脱模斜度表2-是不同材表 常用塑料的脱塑料名称 脱模斜度 塑料名称 脱模斜度 型芯 型腔 型芯 型腔 聚乙烯 聚丙烯软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯、聚砜20~45 25~50 50~1°45 25~45 30~1° 50~2° PMMA 尼龙 聚碳酸酯 30~1 20~40 30~50 35~1°30’ 25~45 35~1° 聚苯乙烯 ABS30~1° 35~1° 35~1°30 40~1°20 氯化聚醚 聚甲醛 20~45’ 30~125~45 35~1°30 本设计材料为1°。 3.形状 塑件的几何形状除应满足使用上的要求外，还应尽可能使其所对应的模具结构相对比较简单，便于加工。而且应保证塑件的外表面光洁度要求。 4.壁厚 塑件的壁厚应根据塑件的使用上的要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定，塑件壁厚一般在1-4mm范围内。调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。由于我们所选的材料是ABS，可根据《新编塑料模具设计手册》查得ABS制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值，初步确定塑件的壁厚为1.5mm。 5．圆角 塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡，这样不但可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度，还能够改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。另外，塑件转角处的圆角对应于模具上的圆角，有时可便于模具的加工制造及模具强度的提高，避免模具在淬火或使用时应力裂开。 塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5到1mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，考虑以上的各种各样的因素后，确定塑件的圆角半径为3.5mm。 3. 注射机的选择设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。 公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注塑成型的过程所需要的时间称为置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力. 注射压力；为客服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力. 注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表所示。 表 注射速率 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期. 锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开. 合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围. 开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停. 空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间. 选择螺杆式注塑机的型号为：XS-ZY-125，其转速为20-30 转／秒，喷嘴形式为。 注射机的其他参数如下： 表 注射机参数 注塑机型号 XS-ZY-125 额定注射量 125cm3 螺杆（柱塞）直径 42mm 注射压力 120Mpa 注射行程 115mm 注射方式 螺杆式 锁模力 900KN 最大成型面积 320cm2 最大开合模行程 300mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 200mm 喷嘴圆弧半径 R12mm 喷嘴孔直径 Φ4 mm 顶出形式 两侧设有顶杆，机械顶出 动、定模固定板尺寸 428X458mm 拉杆空间 260X290mm 合模方式 液压、机械 液压泵 流量 100、12L/min 压力 6.5Mpa 电动机功率 11KW 加热功率 5 KW 机器外观尺寸 3340X750X1550mm ； （3-1） 式中 ——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； ——注射机最大注塑量，g； ——浇注系统所需塑料质量，； ——单个塑件的质量，。 式中、、也可以为注射机最大注射体积（cm3）、浇注系统凝料体积（cm3）、单个塑件的体积（cm3）。 塑料ABS的密度为1.03g/cm3，收缩率为0.4%～0.7%，取平均收缩率为0.5﹪。按照塑件零件图所示的尺寸，用三维制图软件UG近似计算如图-1所示。 图4 UG质量属性计算 由上图的数据可知，单个塑件的体积V1=342391.99 mm3。 估算浇注系统的体积：V= 19017.41 mm3 注射机最大注射体V3=175 cm3 由此可求出： n(0.8x125-2)/3.07=231 故取n=1满足要求。 3.3 锁模力的校核 锁模力又称合模力，是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此，注射机的合模力必须大于型腔内熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积，即 （3-2） 式中 ——注射机的公称锁模力（N）； ——模内平均压力（型腔内的熔体平均压力Mpa）； ——塑件、流道、浇口在分型面上的投影面积之和（），见表4； ——注射压力在型腔内所产生的作用力（N）。 表4 模内的平均压力 制品特点 模内平均压力（Mpa） 举例 容易成型制品 24.5 PE、PP、PS等壁厚均匀的日用品 一般制品 29.4 在模温较高下成型的薄壁容器类制品 中等黏度塑料盒有精度要求的制品 34.3 ABS、PMMA等有精度要求的工程结构件，如壳件、齿轮等。 加工高黏度塑料、高精度、充模难的制品 39.2 用于机器零件上高精度的齿轮或凸轮等 利用三维制图软件UG计算塑件总投影面积近似H1=8m）（H2=mm） . Moldflow模流分析 .1 制件有限元模型的建立 首先在UG软件中，将制件模型转换成stl格式并导入MPI中，对其进行网格划分，初始划分结果和网格统计结果如下图5和图6所示： 图5 制品的初步网格划分 图6 初步网格统计 由图6的网格统计对话框能够获得：表面三角形单元为41552个，节点为20811个，没有柱体单元，连通区域1个，自由边0个，公用边623287个，交叉边0个，配向不正确单元1个，相交单元10个，完全重叠单元0个，复制柱体0个，最小纵横比1.160，最大纵横比53.235，平均纵横比2.31，匹配百分比87.3%，相互百分比81.4%。 由以上数据能清楚地看出，匹配百分比大于85%，可进行流动、冷却与翘曲分析，只是初始有限元划分的问题是最大纵横比大于10%，须对网格做修复。 对网格修复处理前先对制品网格进行网格的最大纵横比诊断，诊断结果如下图7所示，然后针对纵横比大的网格运用网格工具中的各种命令如插入节点、合并节点、重新划分网格及自动修复等对网格做处理，降低最大纵横比。处理后的纵横比诊断如图8所示，最大纵横比降低到了16.835，符合标准要求。 图7网格处理前的纵横比诊断 图8网格处理后的纵横比诊断 修复后的网格统计结果如下图9所示：表面三角形单元为41552个，节点为20811个，没有柱体单元，连通区域1个，自由边0个，公用边623287个，交叉边0个，配向不正确单元0个，相交单元0个，完全重叠单元0个，复制柱体0个，最小纵横比1.155，最最大纵横比16.835，平均纵横比1.586，匹配百分比97.6%，相互百分比98.4%。 由以上数据能清楚地看出，最大纵横比小于20%，匹配率大于90%，那么就能够直接进行流动、冷却及翘曲分析，并能得到比较精确的结果。 图9修复后的网格统计 4.2 最佳浇口位置.3 浇注方案的设计 4.3.1浇注方案一的设计 根据最佳浇口位置分析结果，在浇口设置的最佳区域选定节点N436和N3760作为制件的浇口位置，采用冷流道，如下图11所示： 图11浇注方案一 4.3.2浇注方案二的设计 根据对市场上同种类型的产品的调查分析，浇注方案二采用侧浇口，浇口设置在制件侧部的节点N1024和N4348上，同样采用潜伏式浇口，如下图12所示： 图12浇注方案二 4.4不同浇注方案的Moldflow流变分析结果及其比较 流变分析的目的是通过对熔融体流经流道，浇口填充型腔的过程的模拟，预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和气温变化、气穴和熔接痕的位置，并且优化模腔的布局。流变分析包括填充分析和保压分析。 4.4.1填充分析结果比较 虽然填充分析过程只是整个成型周期中的一小部分，但它确实很重要的过程，如果填充不充分，则不可以进行保压和冷却过程，因此，为了能够更好的保证制件质量，塑料熔融体必须确保填充充分。填充分析结果最重要的包含填充时间、气穴位置、熔接痕、锁模力、熔融体流动前沿温度。 (1)冻结时间 冻结时间指的是熔融体填满整个型腔所需的时间，两种方案的分析结果分别如图13、图14所示。 图13冻结时间（方案一） 图14冻结时间（方案二） 从上图能够准确的看出，两种方案都能将制件充满，方案一的填充时间为0.5738s，方案二的填充时间为0.6483s，两种方案的填充时间都相差不大，但方案二比方案一的填充更均匀。所以就填充时间而言，两种方案都较好。 (2) 气穴位置 气穴是指在塑料熔融体注射充填过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等。两种方案气穴位置的分析结果如下图14和图15所示。 图15气穴位置（方案一） 图16气穴位置（方案二） 由上图能够准确的看出，方案一和方案二所形成的气穴都较少，且大都位于制件的内侧，这样既不影响美观也易于设置排气位置，，所以就气穴位置来说，两种浇注方案都满足规定的要求。 （3） 熔接痕 在塑料制品成型中，当熔融体由分流状态再次合流便会形成熔接痕，不但影响制品的外观，而且易于产生应力集中，影响制品的总体强度。两种方案所形成的熔接痕的位置分别如图17和图18所示。 图17熔接痕（方案一） 图18熔接痕（方案二） 由上图能够准确的看出，方案一所形成的熔接痕比方案二多，且方案一中的弹簧扣位置也存在熔接痕，弹簧扣处于受力较大的位置，如果存有熔接痕，非常容易造成弹簧扣断裂。因此，就熔接痕而言，方案二比方案一好。 （4）锁模力 锁模力即为在进行注塑时闭合模具所需要的力。锁模力会随着型腔的充填而逐渐变化，要降低锁模力的最大值，最重要的是设法降低充填所需压力。两种方案的锁模力分析结果如图19和图20所示。 图19锁模力（方案一） 图20锁模力（方案二） 由上图能够准确的看出，方案一完成成型所需的最大锁模力为5.352t,方案二完成成型所需的最大锁模力为5.514t,略低于方案一，因此，就锁模力而言，方案二较好。 （5）熔融体流动前沿温度 熔融体流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度。在制件比较薄的地方，如果这一温度太低，则会造成滞流、短射现象的发生。如果这一温度太高，则会使塑料聚合体发生降解，造成制件的表面缺陷。两种方案的熔融体流动前沿温度的分析结果如图21和图22所示。 图21熔融体流动前沿温度（方案一） 图22熔融体流动前沿温度（方案二） 由上图能够准确的看出，方案一的熔融体流动前沿温度较均匀，但相对而言，凹槽处的温度较低，且凹槽部位较薄，易产生滞流、短射现象，方案二的熔融体流动前沿温度各处的温差很小，绝大部分与设置的模温260°C相近，分布也较均匀。因此，对熔融体流动前沿温度而言，方案二较好。 4.4.2保压分析结果比较 由于塑料熔融体从熔融态冷却到固态时体积变化很大，注射保压时间的目的是对浇口的塑料熔融体保持压力，使得当模腔内的塑料制品产生收缩时，塑料熔融体能继续充满型腔。 体积收缩率是指塑料聚合物从熔融温度逐步冷却到周围温度时发生的收缩。两种方案的体积收缩率结果如图22和图23所示。 图23体积收缩率（方案一） 图24 体积收缩率（方案二） 由上图能够准确的看出，方案一的体积收缩率最大为6.685%，体积收缩较均匀，方案二的体积收缩率最大为6.715%，比方案一小，但体积收缩没有方案一均匀，因此，就体积收缩率而言，方案一略好。 根据制件的具体使用上的要求，制件的上表面上的质量要求比较高，不能存在过多的气穴和熔接痕。考虑上述主要流变结果的比较能够准确的看出，浇注方案一比浇注方案二较好，因此，本设计实例采用浇注方案二的设计，采用侧浇口，冷流道。 4.5 浇注系统的设计 4.5.1 分型面的选择 分型面是模具结构中的基准面，选择模具分型面时通常考虑如下有关问题： 根据塑件的某些技术方面的要求，确定成型零件在动模和定模上的配置； 塑件的生产批量； 结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置； 型腔的溢流和排气条件； 模具加工的工艺性。 分析零件特点后，发现零件的外表面有比较高的精度要求，且经过模流分析，模具浇注是使用侧浇口，所以决定分型面沿零件的外表面。如下图24所示： 图25分型面 4.5.2主流道的设计 （1）主流道各部分尺寸计算 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分。主流道通常设计在模具的浇口套中，在卧式注射机上主流道垂直于分型面，为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形，选用材料为P20，热处理要求淬火53～57HRC。主流道各部分尺寸如下图25所示： 图 26 主流道各部分尺寸 按照前面所选取的注射机的参数和设计的基本要求主流道各部分尺寸计算如下： 主流道小端直径 主流道球面半径 ； 主流道锥角 α＝2°～6°，为了方便拉出主流道，这里取α＝2°； 主流道长度 L＝42 主流道大端直径 （2）浇口套的结构及形式 定位环是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机喷嘴对中定位。根据该主流道形状及其与注射机喷嘴的关系，浇口的的结构及形式选用如图26所示的浇口套与定位圈设计成整体式的形式，在端面用螺栓浇口套压在模体内，克服塑料对浇口套的反座力。浇口套与模板间的配合采用H7/m6的过渡配合。 图27浇口套的结构及形式 4.5.3分流道的设计 （1）分流道设计原则 在注射过程中，熔融的塑料在流经分流道时，应使它的压力损失以及热量损失最小，而分流道中产生的凝料最少为原则。分流道的设计要点总体归纳如下： 1、分流道的形状和尺寸。在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量小。但分流道的截面积过小会减低注射速度，使填充时间延长，同时也许会出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过大则增加冷凝料的回收量，并延长了冷却时间。在设计时采用较小的截面积，在试模时为必要的修正留有余量。 分流道在分型面上的布置形式。虽然分流道有多种不同的布置形式，但应遵循两个原则：一个是排列尽量紧凑，缩小模板尺寸；另一个是流程尽量短，对称布置，使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致。 3、分流道的程度。在可能的情况下分流道的长度应尽量的短，以减少压力损失，避免模体过大影响成本。在多模腔模具中各型腔的分流道长度应尽量相等，以达到注射时压力传递的平衡，保证塑件尽可能地同时充满各个型腔。 分流道的表面粗糙度。分流道的表面粗糙度一般Ra取1.6，这样做才能够在分流道的摩擦阻力下使物流外层的流动小些，使其分流道的冷却皮层固定，有利于熔融塑料的保温。 （2）分流道截面形状的确定 常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率， 即 (4-1) 式中 其中圆形截面形状的分流道的截面积与周边长之比最大，即效率最高，也就是说，分流道流过相同的塑料量，其分流道的内表面积最小。这样做才能够减少注射过程中散热面积，即熔料温度降低最小，同时使摩擦力变小，减少压力损失。且由于该塑件的分流道开设在分型面的两侧，故本设计中采取了圆形截面。 （3）分流道截面尺寸的确定 分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。 通常圆形截面的分流道直径为2～10mm；对流动性较好的尼龙、聚乙烯、聚丙烯等塑料的小型塑件，在分流到长度很短时直径可小到2mm；对流动性较差的聚碳酸酯、聚砜等可大至10mm；对于大多数塑料，分流道截面直径常取5～6mm。 本设计材料为ABS，所以取截面尺寸为5mm。 （4）分流道长度的确定 分流道的长度要尽可能短，且折弯少，以便减少压力损失和热量散失，节约塑料的原材料和降低能耗。 本设计采用一模两腔，根据型腔的大小，选择分流道的长度为20mm。 4.5.4浇口的设计 由前面的成型方案可知，该制品采用侧浇口。 其各尺寸如右图27所示： 进料口 长L=0.5mm 厚度t=0.8mm 图 28 侧浇口尺寸 4.5.5冷料穴和拉料杆的设计 一般来说，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10~25的深度有个温度逐渐升高的区域，只有到了最深时才会到达正常的塑料熔体温度。而位于这一区域的塑料的流动性能及成型性能都不佳，这样如果这里的熔体进入型腔，将会产生次品。因此我们在主流道对面的动模板上开设冷料穴，其标称直径与主流道大端直径相同，深度为为直径的1.2倍。 本设计中选用Z字形拉料杆形式的冷料穴，如右图28所示，它开模后通常用手工取出冷料。冷料穴除了容纳冷料的作用外，同时还具有在开模时将主流道中的冷凝料钩住，使其保留在动模的一侧，便于脱模的功能。 图 29 Z字形拉料杆 4.5.6排气系统的设计 排气系统的作用是在注射成型的过程中，将型腔中的气体有序而顺利地排出，以免塑件产生气泡、疏松等缺陷。注射过程中需要排出的气体有：浇注系统和型腔中原有的自然气体，塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料熔体在受热或凝固时分解产生的低分子挥发气体，塑料熔体中某些添加剂的挥发和化学反应所产生的气体。 图 30 凹模三维图 图31 凹模二维图 注：图中椭圆柱体处为放置小型芯的位置。 5.2 型芯的结构设计 成型塑件内表面的 图 32主型芯三维图 图33主型芯二维图 5.3 成型零件的工作尺寸计算 所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。 (Lm)0+δz=[(1+S)Ls-1/2Δ]0+δz (5-1) 塑件的平均收缩率S为：％＝0.％, 模具制造公差取的制品公差δz=△/3=0.33。 ＝[(1+0.%)48.57-0.51]0+0.33 ＝0+0.33 宽： =[(1+0.5%)36.37-0.51]0+0.33 =36.050+0.33 5.3.2型腔的深度尺寸计算 (Hm)+δz0=[(1+S)Hs-1/2Δ]0+δz (5-2) =[(1+0.5%)8.3-0.51]0+0.33 =7.840+0.33 式中：H——型腔深度公称尺寸， ——制品高度最大尺寸， Δ——制品的设计公差 ——模具制造公差。 (lm)0-δz=[(1-S)lmin+1/2Δ]0-δz (5-3) 长 ＝[(1+0.%)45.01+0.51] ＝ 宽 ＝[(1+0.%)31.75+0.51] ＝ 5.3.4型芯的深度尺寸计算 (5-4) =[(1+0.5%)6.8+0.51] ＝ 6模架的选择 6.1 模架的选择 按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水口模架共有A、B、C、D四种型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八种型式，其中以D字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架。 本塑料模具的设计采用侧浇口，冷流道，所以最终选择龙记公司的模架库。而模架的大小是由模芯的大小来确定的，模芯的布置如图34所示，模芯的大小是100×160mm。 图 37 模芯布置图 根据经验数据和模架库的选择，选择模架的型号为：CI 1825 A50 B60 C60， 其结构和尺寸如图35和36所示。 其中： CI——大水口模架， 1825——模架的的尺寸为180mm*250mm； A50——定模板高为50mm； B60——动模板高为60mm； C60——垫块的高度为60mm； 图38模架结构 图39 模架各部位尺寸图 6.2 模具厚度的校核 模具厚度H和注射机闭合高度的校核可根据下式进行校核。 HminHHmax (6-1) 式中 Hmin -----注射机允许最小模厚（Hmin =300mm） Hmax ----注射机允许最大模厚（Hmax =200mm） 由上节设计可知模具厚度H=210mm，300210200，故能满足规定的要求。 7合模导向机构设计 导向机构是保证动、定模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构导柱导向和锥面定位两种形式。一般会用导柱导向定位，本设计采用导柱导向定位。 导柱导向机构主要零件是导柱和导套。本设计采用标准的导柱和导套。 7.1 导柱 导柱导向部分长度要比凸模端面的高度高出8~12mm，采用T8A碳素钢要渗碳淬火处理，硬度为50~55HRC，导柱固定部分表面粗糙度Ra=0.8μm。导柱均布四个于模具分型面的四周。导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1~1.5倍。导柱固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合。 导柱结构图如下图37所示： 图40导柱三维图 图41导柱二维图 7.2 导套 带头导套结构相对比较简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫块的场合。导套用与导柱相同的材料T8A碳素钢渗碳0.5~0.8mm厚，淬硬到HRC56~60.，硬度一般小于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱导套拉毛，导套和倒滑部分的表面粗糙度为Ra0.8μm。 其结构尺寸如下图39所示： 图42导套二维图 导套与导柱之间用H7/f6的间隙配合；导柱和导套与模板的固定采用过渡配合H7/m6，如图34所示。 图43 导柱与导套的配合 8 脱模机构设计 塑件在从模具上取下以前,还有一个从模具的成型零件上脱出的过程,使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。它包括以下几个部分，脱模力的计算、推出机构、复位机构等的机构形式、安装定位、尺寸配合以及某些机构所需的强度、刚度或稳性校核。在设计此机构时，应遵守以下几个原则： 保证塑件不因推出而变形损坏； 机构简单动作可靠； 良好的塑件外壳； 合模时的正确定位。 8.1 脱模力的计算 在开模瞬间，尽管由于开模力引起的故障不多，但为把模具设计得完美无暇，一定要进行脱模力的估算。其型芯的受力分析下图35所示： 图 44 型芯受力分析图 (8-1) 式中 ----塑件对钢的摩擦系数，约为0.1~0.3×107Pa，脱模斜度α=1°，代入上式得 =20×2×104×1×107×（0.2cos1-sin1） =7.3KN 8.2 推出机构的设计 推杆推顶塑件是最简单的，也是应用最广泛的脱模机构。因为推杆位置设置有较大自由度，因而用于推顶箱体等异形制品，以及塑件局部需较大脱模力的场合。本设计的格力电风扇底座上盖的外观要求比较高，高度尺寸较小，宜采用推杆推出机构。常用的推杆形式有直通式推杆、阶梯式推杆、顶盘式推杆。 8.2.1 推杆的形状及固定形式 本次设计采用直通式推杆，机构简单，尾部采用台肩的形式，台肩的直径与推杆的直径约差4~6mm如下图36所示；推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8的间隙配合。 图 45直通式推杆 推杆在模具中的固定形式为：直径为d的推杆，在固定板上的孔为d+1mm，推杆台肩部分的尺寸为d+4mm，推杆固定板上的台阶孔为d+5mm。 8.2.1推杆机构位置和直径的确定 推杆的安装和布置遵循以下原则： （1）考虑脱模力的平衡，尽可能的避免产生附加倾向力矩。在筋、凸台处多设推杆。 （2）不要让浇口对准推杆端面。过高压力会损伤推杆。 （3）推杆应设在排气困难的位置。 （4）只要不损坏塑件表面，尽可能地设计顶杆，以减轻塑件脱模接触应力。 由于本塑件的围周紧紧包在型芯上面，此处的脱模力相对来说比较大，故在 塑件的四周应布置顶杆，塑件内表面设有两根筋，所以应在筋的旁边布置顶杆，塑件的弹簧扣上也应布置顶杆，顶杆的布置位置如下图43所示： 图 46 顶杆布置图 直径的确定：如图43所示，在塑件周围采用四根直径为5的推杆，在筋两旁采用四根直径为4的推杆，在弹簧扣上采用一根直径为3的推杆。 8.3 复位杆的设计 复位机构选用复位杆复位。由于它制造简单，复位杆与动模的配合精度为H7/f6，材料为T8A，头部淬硬HRc54~58。合模时，为了尽最大可能避免同定模板发生干涉而合模不严，安装时，复位杆应低于动模分型面的0.25mm的距离。本设计采用的复位杆为标准件。 图47 复位杆二维图 9 温度调节系统 9.1 moldflow翘曲分析 翘曲是由于材料的内应力不同而导致其收缩率不一致，从人引起的变形，通常，制件冷却不均匀是引起翘曲的重要原因，即当制件一侧的温度不同于另一侧温度时，就会引起两层面之间的冷却和收缩不均匀，由此产生内用力，引起制件翘曲变形。 运用moldflow对制品进行充填+保压+翘曲分析，采用默认的工艺设置，查看其翘曲分析结果如下图所示。 图48所有因素:变形 图49 X方向的翘曲变行 图50 Y方向的翘曲变形 图51 Z方向的翘曲变形 由以上分析可知，该制品总变形中翘曲量最大值为0.2276；X方向上为0.2034；Y方向为0.1571；Z方向为0.1040，翘曲变形都不大，都符合标准要求，最大翘曲量发生在制件四周转角处，因此只要在制品的四周设置冷却水路即可满足规定的要求。 9.2 冷却系统参数的计算 冷却回路的设计应做到：冷却回路系统内流动介质必须能充分吸收成型塑件所传导给模具的热量，使模具成型表面温度稳定地保持在所需要的温度上。 所需冷却水的流量： (9-1) 式中 查《塑料成型工艺与模具设计》表10-2：树脂成型时放出的热量可知ABS的=3×105J/Kg。 根据《注射模典型结构100例》P201附表3中查得 g／sρ=1kg/m3，比热容为C=4183J/(kg·k)，设冷却水出口温度为35℃，入口温度为25℃。 把所有数据代入公式中得： 计算出冷却水道的体积流量V后，可根据冷却水处于紊流状态下的流速与通道的关系，确定模具冷却水路的直径d，见表5。由上面的计算能得出，冷却水道直径可以再一次进行选择8mm。 表5 冷却水路直径 冷却水路直径d/mm 最低流速v/(m/s) 冷却水体积流量V/(m3/min) 8 10 12 15 1.66 1.32 1.1 0.87 5.0×10-3 6.2×10-3 7.4×10-3 9.2×10-3 注：在雷诺数Re10000，10℃的条件下。 9.3 冷却水道的结构设计 冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水道直径的1倍到2倍，冷却水道之间的中心距约为水孔直径的3倍到5倍，水孔间最佳距离50mm，离成品以10到20mm为佳，冷却水孔不应与顶针、螺丝碰穿。 根据以上经验原则，本套模具冷却水孔中心线mm，为了使得冷却效果达到较佳，尽量使水孔离塑件都保持为20mm，采用二条冷却水道成环形包围塑件，具体结构如图52所示： 图 52 冷却系统分布图 9.4 Moldflow冷却分析 图54 冷却时间 图55 回路冷却介质温度 冷凝时间是指从成型周期开始到制品完全冷却至低于顶出温度需要的时间。由图45可知，本制件的冷却时间为13.02s，一般冷凝时间为整个成型周期的60%，因此根据冷凝时间能大概的推算出成型周期。 水路中冷却液的温度显示冷却液在水路中的气温变化。冷却液的气温变化要均匀，温度的变化不超过3℃。由图46可知，本制件的冷却水温度差为0.29 ℃，符合标准要求。 图56回路流动速率 图57回路管壁温度 冷却液流动速率显示在冷却水路中冷却液的流动速率，由图47可知，流动速率为3.387lit/min。 水管的壁厚温度也叫做冷却液与管道接触面的温度。水路的管壁温度与冷却液的入水温度相差不超过5℃.该结果为了水路所经区域的热集中情况。如果管壁温度过高，说明该区域组要加强冷却。由图48可知，本制件分析结果温差为1.1 ℃，符合标准要求。 图58制品的最高温度 图59模具的温度 由图49可知，制件的最高温度为60.46℃，虽然局部温度比较高，但均小于设置的顶出温度89℃，所以仍然满足规定的要求。由图50可知，模具大部分温度在40℃左右，温度不高，也符合标准要求。 综合上述分析结果，本冷却水路的设计符合标准要求。 10 模具工作原理 10.1模具装配图 模具装配图如下图所示： 图60模具装配图三维图 图61 模具装配图 1、定模座板 2、4、5、20、21、22、螺钉 3、定位环 4 10.2模具工作原理 合模时，在导柱和导套的导向定位下，动模和定模闭合。型腔由定模板上的凹模与固定在动模板上的凸模组成，并由注塑机合模系统提供的锁模力锁紧。然后注射机开始注射，塑料熔体经定模上的浇注系统竟如型腔，待熔体充满型腔并经过保压、补缩和冷却定型后开模。开模时，注射机合模系统带动动模后退，模具从动模和定模分型面分开，塑件包在凸模上随动模一起后退，同时拉料杆将浇注系统的主流道凝料从浇口套中拉出。当动模移动一定距离后，注射机顶杆接触推板，推出机构开始动作，使推杆和拉料杆分别将塑件及浇注系统凝料从凸模和冷料穴中推出，塑件与浇注系统凝料一起从模具中落下，至此完成一次注射过程。合模时，推出机构靠复位杆复位并准备下一次注射。 11致谢 在本次的毕业设计中，按照无纸化模具设计的一般流程，设计了一个很常见的遥控器格力电风扇底座上盖的模具，并对所设计的模具进行了模流分析与各数据的计算，大幅度的降低了设计和制造成本和延长了模具的常规使用的寿命。 设计过程中，moldflow模流分析和斜顶杆的设计是其中的难点。 要进行moldflow分析，首先要对模型进行网格划分，这是第一个遇到的难关，网格划分很重要，没划分好的话会直接影响后面的分析结果和设计内容。网格划分主要的就是处理其最大纵横比，处理过程中非常容易导致模型的变形，要非常认真仔细。其实这部分最大的难点要属冷却水路的设计，设计冷却水路首先要根据模型的翘曲分析结果，对翘曲量大的地方加强冷却。冷却水路的设计特别大程度上也要取决于设计者的经验，对我们这些初学者来说，很难设计出满足规定的要求的冷却水路。 由于本人在模具设计方面经验不足，本毕业设计的模具还有一些不足，例如产品中存在一定量的熔接痕和产品边缘有气泡产生等问题，希望在以后积累更多的经验，解决也许会出现的问题。 另外，本产品属于薄壁类零件，在注塑过程中，使用冷流道可能降低了产品带的注塑质量，是产品产生缺陷，若使用热流道技术，能节约流道中的废料，缩短注塑周期，有利环保，提高制品品质。但热流道技术方面的要求高，成本也高，由于时间关系和经验的不足，没有采用热流道技术。 在完成本次毕业设计的过程中，本人渐渐地熟悉了注塑模设计的一般过程和步骤。设计过程中需大量地运用已学过的知识，因此很好地巩固了书本上所学到的知识，配合自己动手所得到的时间经验，对所学只是尤其是专业相关知识掌握得更牢固。 12 经济分析 如今，人们的生活水平慢慢的升高，人们购买空调的机率也慢慢变得大，自然空调遥控器格力电风扇底座上盖的需求量也就慢慢的变大，根据遥控器市场零售量零售额监测数据市场总体增长趋势M=C+P+J+T+W+Q （12-1） M—模具总造价； C—模具材料费用( 模架、型腔材料费、标准件费用)； P—模具配件费 J—模具加工费用( 型腔加工费、模具粗加工费及钳工装配费)； T—模具试模费； W—模具维修费； Q—其他零件费用。 1 模具材料费 零件名称 材料 尺寸 单价 数量 金额（元） 动模座板 45#钢 ×230×20 7元/千克 1 970 推板 45#钢 ×250×25 7元/千克 1 370 推板固定板 Q235A 110×250×20 4元/千克 1 320 垫块 Q235A 33×250×60 4元/千克 2 880 定模座板 45#钢 ×230×20 7元/千克 1 970 定位圈 45#钢 1 60 导柱 T10A 标准件 4 200 导套 T10A 标准件 Cr12MoV 小型芯 Cr12MoV 6 120 浇口套 T10A 6元/千克 1 拉料杆 T10A 标准件 6元/千克 定模板 PMS 180×250×50 10元/千克 1 动模板 45#钢 ×250×60 7元/千克 1 直通式推杆 T8A 线元/时； 约10小时 2500 线 机床加工12/时 约24小时 288 总计： 9238 500元/时，模具出厂有必要进行生产300件产品，模具生产周期约40~150S.平均生产周期约95S,经计算75件/时，约用时间为4小时，总额2000元。 4 模具维修费 模具进行大批量生产约大于50000件，一天工作8小时，约需要半年的时间，维修次数约2次，每次约100元，总额约200元。 5其他零件费用 费用约300元； 本设计的模具总造价=材料费+配件费+加工费+试模费+维修费+其他零件 =10500+82+9238+2000+200+300 =22320元 致 谢 经过的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，从选题、开题到，完成说明书在此，我要感谢每一个帮助过我的人。首先，我要感谢的是我的导师老师。老师，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予我悉心的指导和帮助。可以说，没有老师的悉心指导和帮助，我是不可能顺利完成我的毕业设计的。老师每周安排见面会，兢兢业业地为我们排忧解难，不仅治学严谨而且为人师表，堪称良师益友，教给我们的不仅是知识还有待人处世的积极态度，在此表示衷心的感谢。其次要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下知识的基础；并且要感谢所有的同学们，正是因为有了的支持和鼓励。次毕业设计才会顺利完成。最后我要感谢。 总之，感谢每一位关心过我，爱护过我的人。谭雪松，林晓新，温丽.新编塑料模具设计手册.人民邮电出版社,2007.8 许发樾.实用模具设计与制造手册.机械工业出版社 2000 王永平.注塑模具设计经验点评 机械工业出版社 2004.7 屈华昌主编.塑料成型工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，1996.4 唐志玉，李德群，徐佩弦.塑料模具设计师指南.北京：国防工业出版社，1996.3 单岩,王蓓，王刚.Moldflow模具分析技术基础.清华大学出版社，2004.9 中国纺织大学工程图学教研室等编。画法几何及工程制图.上海：上海科学技术出版社，2002.7 唐志玉. 塑料挤塑模与注塑模优化设计. 北京：机械工业出版社，2000 王文广. 塑料注射模具设计技巧与实例. 北京：化学工业出版社，2003 许发樾. 实用模具设计与制造手册. 北京：机械工业出版社，2000 陈万林等. 实用塑料注射模设计与制造. 北京：机械工业出版社，2001 丁闻. 实用塑料成型模具设计手册. 西安：西安交通大学出版社，1993 陈万林等. 实用模具技术. 北京：机械工业出版社，2001 《模具设计与制造技术教育丛书编委会》.模具结构设计.北京：机械工业出版社，2003 夏立戎.模具技术.北京：高等教育出版社，2004 北京化工学院，天津轻工业学院编. 塑料成型机械. 北京：中国轻工业出版社，1982 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 11 页 共 49 页

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