毕业设计（论文）-电源插头的成型工艺分析及模具设计（全套图纸）.doc

毕业设计（论文）正 文题目 基于Moldflow和Pro/EMX的电 源插头模流分析优化及模具设计 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。（宋体小4号）作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目录摘要 1前言 21 插头的工艺分析 41.1 电源插头的工艺流程 41.2 注塑材料的选择 41.3 塑料件表面质量及结构工艺 62基于MOLDFLOW的插头嵌件模流分析及优化 82.1 MOLDFLOW模流分析基本功能 82.2塑件网格划分及修复 82.3 成型材料的选择 102.4最佳浇口位置的选择 102.5创建浇注系统 112.6创建冷却系统 122.7插头的嵌件模流分析 122.8优化方案及比较 133 注射机的选择 173.1 注射机的选择 173.2 选择注射机确定型腔数 173.3 注塑机的主要工艺参数的校核 184 浇注系统设计 204.1 浇注系统的组成及设计原则 204.2 流道设计 214.3浇口设计 225基于PRO/EMX注射模零部件的设计 255.1分型面的选择 255.2成型零件总体结构设计 255.3脱模推出机构设计 315.4 排气方式的选择 315.5 冷却系统设计 325.6基于EMX的模架设计 336 总结 37致谢 38参考文献 39附录 40IV基于Moldflow和Pro/EMX的电源插头模流分析优化及模具设计摘 要：电源插头是一种常见的带嵌件的塑料件，本文利用MOLDFLOW软件对塑件进行最佳浇口分析，获得塑件的最佳浇口，创建浇注系统后进行塑件填充过程模拟后发现填充时间过长。针对这一问题进行了优化，经过三种方案的比较获得最佳成型参数，使填充时间减少为1.1s左右，并根据以上分析利用Pro/E的模具设计专家外挂EMX进行相关的模具零件设计。结果表明：使用MOLDFLOW软件模拟塑料熔体在整个注射过程中的充填、冷却及流动情况，能确保获得高质量制件。打破传统模具结构设计的试模、修模等过程，在得到仿真分析最佳质量效果的数据、参数之后用来作为模具结构设计的依据。再结合Pro/ EMX模块的使用，进行快速模架设计可以有效降低企业制模成本提高塑料模具的设计效率并缩短产品上市周期。关键词：电源插头；嵌件；模流分析；优化；模具设计；Pro/ EMX；MOLDFLOW全套图纸，加153893706Abstract：Power plug is a common plastic product with inserts. In this paper I use MOLDFLOW software to analysis the best gate about the plastic parts and find it. After creating the gating system I simulate the filling process and I find the filling time too long. To solve this problem I optimize the project through three programs compare to get the best molding parameters, then the filling time is reduced to about 1.1s, and the above analysis related mold parts are designed by Pro / E mold design expert external EMX. The results show that the use of MOLDFLOW simulation plastic melt throughout the injection process filling, cooling and flow, to ensure high-quality parts. Breaking the traditional mold structure design test mode, maintenance mode and other processes, after obtaining the best quality results of the simulation analysis data, parameters used as the basis for the die structure design. Combined with the use of Pro/EMX for rapid mold design can effectively reduce the cost of mold manufacture and improve plastic mold design efficiency and shorten time to market.Keywords: Power plug; Inserts; Filling Analysis; optimization; Mold Design; Pro/ EMX; MOLDFLOW前 言 工业制造的基础工艺装备是模具，模具在一定程度上决定着工业产品的效益、质量和新产品的开发研究能力：在电子产品、汽车工业、电机研究、电器制造、仪器设计、仪表设计、家电设计和通讯产品等产品中，61%-83%的零部件产品部主要依靠模具成形来制造。模具生产的产品所表现出来的形状复杂、尺寸精度商、高生产率和能源消耗低，是其它产品加工制造方法所不能达到的。模具生产技术水平的高与低己经成为判断一个国家制造水平高低的重要标志之一1。在塑料成型工艺方法中，注塑模是应用最广泛的一类塑料成型模具。由于影响塑料成型因素众多，其成型过程非常复杂，其工艺研究传统上多依赖经验方法进行，可靠性不高，模流分析是克服经验性不足的有力工具。目前模流分析已成为塑模设计一个标准流程。所以本文试图通过对电源插头注塑成型过程的数值模拟来研究成型现象，使我们对所学的模具设计与制造的相关理论知识有一个更深层次的理解，为制定优化方案奠定基础。培养学生综合应用所学的模具设计、计算机及应用软件的有关知识，解决工程设计中计算机辅助分析问题的能力。并且采用moldflow软件对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却以及制品中的应力分布、制品的收缩和熔接痕等情况，从而培养学生对有限元软件的了解和使用模拟软件对注塑成型过程进行模拟分析的能力。通过计算机模拟仿真技术可以减少试模修模次数，提高制品质量和降低成本等，本课题的研究对企业降低成本，提高效率有着重大的技术和经济意义2。模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。中国航天航空事业、汽车行业和家电等各大行业的迅速发展,都促进了注射模具的飞跃发展。一部空调大约需要20副注塑模,一台全自动洗衣机大约需要200副注塑模,而一台电冰箱需要的注射模具高达350副左右。据有关数据统计可知,注射模具在家电业以的每年10%增长率在迅速增长。汽车需要的模具更是惊人。一部车大概需要上几千副模具来生产3。模具CAD/CAE/CAM技术的发展与应用、数控和电加工技术的发展、快速成型技术、快速制模技术等模具设计和制造的新技术发展和模具材料的发展,使我国的模具业进入了一个新的时代。在大型注塑模方面:我国完全可以自主生产汽车保险杠、大屏幕的电视机塑料外壳以及较大容量的洗衣机壳体等塑料产品。在精密注塑模方面:我们能生产照相机塑料件、多型腔小模数齿轮等精密注塑模4。尽管我国注射模具已经取得长足发展,但是和国际先进水平比较,在模具CAD/CAM/CAE技术推广度、快速模具制造技术的运用以及大型、精密、复杂模具的开发等几个方面仍然存在一定差距。这也是我国模具行业的主要发展方向。总而言之，我国塑料模具工业的发展趋势主要有一下几个方面3-7：1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。2、在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件。3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。4、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。5、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。6、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。7、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。1 插头的工艺性分析 1.1 电源插头的工艺流程由GB 1002-1996单相电源插头的相关参数建立3D模型，如图1.1所示，该塑件是一个两相电源插头，生产批量很大。电源插头的工艺流程为：首先将电源线使用去皮机将两端去皮；然后将一头和电极片经端子机打端子；最后将其组装在电极镶嵌板上通过注塑机注塑成型既得成品。图1.1 电源插头模型1.2 注塑材料的选择1.2.1注塑材料的比较与选用通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE具有应用范围广、加工性能良好，价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用，以下拿三种常用典型材料比较选取。依次是ABS、聚苯乙烯、聚氯乙烯： 第一种ABS外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的综合物理力学性能，耐热，耐腐，耐油，耐磨、尺寸稳定，加工性能优良。 ABS为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，在160-190范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%-0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，但一般用于质量要求较高的塑件、形状复杂制品或大型制品成型。 第二种聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体，制品掷地时有金属般响鸣。聚苯乙烯透光率不低于80%，雾度约为3%，折射率较大，在1.591.60之问，具有特殊光亮性，但储存时易泛黄。泛黄原因之一是单体纯度不够，特别是在含有微量元素时；二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄。在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用。第三种聚氯乙烯(PVC)的本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙烯，随助剂用景不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬刮品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。 力学性能：硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料；软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性硬度拉伸强度会降低。 热性能：聚氯乙烯的热稳定性较差，长时问加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15-55度之间。 电性能：聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能。 其他性能：聚氯乙烯具有阻燃、耐化学药品性高。具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低；在常温下具有一定的抗化学腐蚀性8。 材料最终选定为PVC，因为pvc材料的电绝缘性优良；且容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工；同时具有原料丰富、制造工艺成熟、价格低廉等突出特点。1.2.2 PVC的成型条件表1.1 PVC的成型条件项目数值注射成型机类型柱塞式密度1.381.4计算收缩率0.20.6预热和干燥温度t()80100时间r(h)23料筒温度t()后段150170中段165180前段180200成型温度t()200210模具温度t()5070注射压力p(MPa)701401.2.3插头制件的质量特性图1.2 塑件属性信息1.3 塑料件表面质量及结构工艺1.3.1尺寸精度塑件的流动性影响制件尺寸的设计，注射成型制件尺寸要受注射机的注射量和锁模力的限制。影响模塑精度的因素十分复杂。首先是模具制造的精度，然后是塑料的收缩率的变化波动，同时由于磨损使模具尺寸不断的变化，都会造成模制尺寸不稳定。模制时工艺参数的变化，飞边厚度的变化以及模制所需脱模斜度均会影响到塑件的精度，即塑件精度的确定应合理，尽可能选取较低的精度等级。综合考虑本产品采用一般精度即7级精度9。1.3.2表面光洁度塑件制品的表面光洁度，除了从工艺上尽可能避免冷疤，云纹等疵点外，主要是由模具光洁度决定，一般模具表面光洁度要比塑件的高一等级。本塑件取Ra=6.3um。1.3.3脱模斜度脱模斜度大小受塑件径向尺寸的限制，又影响着脱模阻力，斜度大，脱模阻力小，有利于脱模，选择脱模斜度时还应考虑塑料材料的性质，塑件摩擦系数大，则宜采用较小斜度，便于脱模时不至于过大脱模阻力。塑件的收缩率大，收缩产生的包紧力大，也宜采取较大斜度。脱模过程，塑件一般是受到压缩载荷，因此抗压强度大的塑件，可承受较大压缩载荷，可以取较小的脱模斜度。塑件的几何形状和尺寸对脱模斜度选取也有影响，壁较厚和几何形状复杂的塑件，收缩率较大或各部分收缩差别大，一般的说有较大脱模阻力，宜采取较大斜度，塑件高度对脱模斜度选取有相互矛盾的影响，对具体塑件上斜度数值取应综合考虑各种因素后确定。PVC的塑件要求所以取外侧斜度为45，内侧斜度为4510。1.3.4 圆角塑件除了使用上要求采用尖角处以外，其余所有转角处均应尽可能采用圆角过渡，因制件尖角处易产生应力集中，在受力或受冲击震动时会发生破裂，甚至在脱模过程中由于模塑内应力而开裂，特别是制件的内圆角，一般即使采用R=0.5mm的圆角，就能使塑件的强度大为增强，理想的内圆角，半径应有壁厚的1/4以上。塑件设计成圆角，使模具型腔对应部位亦成圆角，这样增强了模具的坚固性，塑件的外圆对应着型腔的内圆角，它使模具在淬火和使用时不会因团应力集中而开裂。2 基于MOLDFLOW的插头嵌件模流分析及优化2.1 MOLDFLOW模流分析基本功能Moldflow Plastic Insight(MPI)是一个提供深入塑料制品和模具设计分析的软件，它可以提供全面的分析功能、可视化功能和项目管理工具。这些工具为客户的深入分析和优化提供了帮助。MOLDFLOW可以使用户可以对塑件的几何尺寸、材料选择、模具的设计以及工艺参数设置进行优化从而获得质量高的产品。共有三个分析优化模块：（1）MOLDFLOW的流动分析模拟了塑件融料在注塑过程中的流动情况，确保用户获得质量较高的的产品。使用用户可以优化浇口位置和工艺参数、预测塑件可能会出现的生产缺陷。通过设置相关参数后，可以模拟出塑件的填充过程、填充状态和填充时间，通过该模块的模拟仿真极大的节约企业制模成本，缩短了产品的生产周期，提高的企业的效益。（2）在进行了注塑和保压过程的优化后，可以创建冷却系统：包括流道、模具外形和镶块等，然后可以进行冷却分析。（3）MOLDFLOW的翘曲分析功能对塑件的收缩和翘曲进行预测。可以用线性或非线性方法来准确的预测翘曲的变形量，并且指出引起翘曲的主要原因11。2.2 塑件网格划分及修复对于带嵌件的塑件的主要操作流程为：（1）导入塑件的注塑部分的模型，并对其划分网格选择填充材料；（2）导入金属嵌件的模型，并对其划分网格，再对其指定属性为零件镶嵌表面（双层面），然后设置材料的种类和初始温度；（3）修复网格，减小纵横比；（4）对嵌件和主体进行装配；（5）设置分析类型；（6）设置工艺参数；（7）开始分析。划分产品网格是为了得到质量上乘的网格，才能保证分析的精度和效果好坏的前提条件。网格区配率不高将无法进行冷却及翘曲分析。同时网格中不能出现有相交单元、完全重叠单元、复制柱体。由于本塑件结构较为复杂，而且主要做填充和流动分析，所以只需将最大纵横比控制在20以内就好。分别对塑件和嵌件划分网格，如图2.1所示。通过细分网格及不断的网格优化，如（1）修补问题网格通过合并节点来降低最大纵横比。（2）修补塌陷面、自由边、重叠单元。（3）修补零面积单元。通过网格修补、优化后得到符合分析精度的网格信息、质量。如图2.2所示：图2.1 划分网格图2.2 网格信息2.3 成型材料的选择根据前面的塑件的原材料分析，最适合选用PVC（聚氯乙烯）材料。因此选用Geon的PVC，牌号为3547-693A。软件中选择材料品牌截图如图2.3所示：图2.3 材料选择2.4 最佳浇口位置的选择初步确定为以下型腔数量及布局进行分析，在创建浇注系统前应先确定产品上的最佳进浇位置。浇口位置不正确导致性能不良的影响有：流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观，特别是增强纤维材料，其机械性能将会受到影响。更改加工条件对这些影响也是无济于事。如果浇口设在模制件的较薄部分，厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。尽管厚壁部分需要更长的保压时间，但由于材料在薄壁部分结晶较快，厚壁部分将不再有熔料供应。结果除了会产生光学和机械问题之外，还会在厚壁区域增大收缩量，在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。经过MOLDFLOW的模拟分析，得到以下结果，如图2.4所示:图2.4 最佳浇口位置2.5 创建浇注系统浇注系统是熔融塑胶由机台料筒进入模具型腔的通道，将处于高压下的熔融塑胶快速、平稳地引入型腔。浇注系统设计不好将导致制品变形和翘曲，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。同时有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色。一模多腔时，应使各模腔的容积不致相差太多，否则难以保证制品质量。在Moldflow中建立浇注系统如图2.5所示。图2.5 浇注系统2.6 创建冷却系统冷却系统对于塑料成型有着重要的影响。通过优化冷却系统的布局, 可以达到使塑件快速、 均衡冷却的目的,从而缩短注射成型的冷却时间, 提高劳动生产效率,提高制品质量，减小废品率。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，从而使产品质量达不到要求。回路冷却介质温度如图2.6所示:图2.6 回路冷却介质温度回路冷却介质温度指冷却回路进水口和出水口的温度差。冷却回路温差不宜超过2-3度12。温差过大会使模具温度不均，特别是塑件型腔和模板尺寸很大时，为使塑件的冷却速度基本一致，可以改变冷却水管排列形式。冷却液的温差越小，说明冷却的效果越好。经过分析得出该冷却系统回路介质温度温差只有0.36度，故方案可行。 2.7 插头的嵌件模流分析首先我们按默认的参数进行一次填充模拟，通过分析填充的过程和结果的不足再来进行方案的优化。原始的分流道的直径为5mm，锥形浇口的大端直径为5mm，小端为2mm。初始的模具温度设为29度，融料温度设为180度，填充压力设为自动。填充结果如图2.7所示。图2.7 充模时间填充时间太长，并且填充不完全，无法满足企业生产需要。需要对填充的参数做进一步的优化。2.8 优化方案及比较2.8.1提出方案 方案一：增大浇口及流道尺寸，使融料迅速通过，以缩短填充时间，提高生产效率。方案二：适当增加和控制注塑压力，使融料获得更强的动力，以缩短填充时间。方案三：升高模具和注塑融料的温度，使融料更容易通过流道到达型腔，以缩短填充时间。2.8.2验证方案 2.8.2.1方案一原始的分流道的直径为5mm，锥形浇口的大端直径为5mm，小端为2mm。现改为分流道直径为6mm，锥形浇口的大端直径为6mm，小端为4mm。得出填充时间如图2.8所示。图2.8 方案一充模时间结论：适当增大浇口及流道尺寸能在一定程度上缩短填充时间。当然会增加更多的废料。2.8.2.2方案二初始参数的压力曲线如图2.9所示，调整后的压力曲线如图2.10所示，得出的填充时间如图2.11所示。图2.9 方案二原压力曲线图2.10 方案二压力曲线图2.11 方案二充模时间结论：适当增加注塑压力能在一定程度上缩短填充时间。2.8.2.3方案三原模具温度为29度，融料温度为180度。现将模具温度设为50度，融料温度设为210度。得到填充时间如图2.12所示。图2.12 方案三填充时间结论：适当升高模具和融料的温度能较为明显的缩短填充时间。2.8.3结果分析及最优方案结果分析：以上三种方案都在一定程度上能缩短填充时间，但明显方案三效果更加显著，后查阅相关资料发现，PVC的熔点较其他常用塑料高，约为180度。这就导致如果将融料的初始温度设为180度的话，进入浇注系统后由于模具的温度较低迅速的将融料的温度降至180以下，这就导致部分融料迅速凝固在浇注系统内，严重影响了填充的效果和塑件质量。提出最优方案：综合上述三种方案，决定将分流道直径设为5mm，锥形浇口的大端直径设为5mm，小端设为2mm。将模具温度设为50度，融料温度设为210度。并且适当增大注塑压力，使填充时间控制在1秒左右，在比较经济的条件下以提高生产效率，增加企业的收益。注塑压力曲线如图2.13所示，得到填充时间如图2.14所示。图2.13 最优方案压力曲线图2.14 最优方案填充时间表2.1 各方案结果对照表项目分流道/浇口注射压力模具/融料温度填充时间初始方案5/2默认29/1809.132S方案一6/4默认29/2808.492S方案二5/2增压29/1807.888S方案三5/2默认50/2107.392S最优方案5/2增压50/2101.078S比较得到：适当的升高模具和融料的温度并增加注射压力可以明显缩短填充时间，提高产品的生产效率。3 注射机的选择3.1 注射机的选择注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合求的模具。注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射体积、注射压力、锁模力、拉杆的间距、最大和最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出的行程、开模的距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，如果用户已经提供了相关的注射机型号和规格，设计人员有必要对其进行校核，如果不能够满足相关要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整13。每副模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产，因此模具设计与所用的注塑机有这密切的关系，在模具设计的过程中，应当详细了解注塑机的相关技术规范，如注塑机的最大注射量，最大成型面积，最大注射压力，最大锁模力，模具最大厚度和最小厚度，最大的开模行程，注塑机模座和安装模具螺钉孔的位置和尺寸。3.2 选择注射机确定型腔数(1) 估计塑料的体积和重量。初步估算体积为：V=6.91 （3.1）初步估算质量：M=V1.4=9.68g（取PVC的密度为1.4/cm） （3.2）(2) 根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格，确定型腔数。注射机额定注射量m,每次注射量不超过最大注射量的80，即n= （3.3）式中 n型腔数； m总浇注系统重量 （g）; m塑件重量（g）； m注射机额定注射量（g）。估算浇注系统的体积V，设 n=4，则根据浇注系统初步设计方案进行估算得V=0.34VZ=8.29cm则浇注系统塑料重量m= V=8.291.4=11.61g 即m=62.92g；Vg=44.94cm3从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，选用XS-Z-60型注射机。故采用一模四腔。该注塑机技术参数如下：表3.1 技术参数结构形式卧式注射方式柱塞式最大注射量容量（mm）60螺杆直径(mm)38注射压力(MPA)122喷嘴孔径D(mm)4锁模力(KN)500喷嘴半径(mm)12最大成型面积（cm）130移模行程(mm)180最大模具厚度H（mm）200最小模具厚度H（mm）70定位孔直径(mm)50模板尺寸（mm）300440注：表内数据来自于参考文献13.P2383.3注塑机的主要工艺参数的校核（1）国产标准的注射机均用塑料的容量表示一次注射量。但是目前由于过去的习惯，对注射机的注射量也还是采用克量来表示。所以选择注射机的注射量时可以用公式或公式计算。以容量计算时 0.8 （3.4）式中 注射机最大注射量（） 成型塑件及浇注系统所需塑料的容量 （）0.8为系数，一般要求成型塑件的容量不得超过注射机容量的80%/以克计量时 0.8C （3.5）式中 C注射机最大注射克量（克） G成型塑件及浇注系统所需塑料的克量，G=(V件+V注)R=35.93（克） R成型塑料的比重（克/） 0.8意义同公式因此0.86035.93，故满足要求(2)锁模力的校核：当压力非常高的融料填充满模具型腔的时候就会形成一个沿着注射机的轴向推力，此推力的数值大小等于塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内塑料的压力，由于这个力的作用会使模具的分型面被撑开。为了使动模和定模紧密贴合，保证塑料成品的尺寸精度且尽可能减少溢边厚度，同时也为了使工作人员有一个更安全的生产环境，需要注塑机能提供够大的锁模力14。注塑机的锁模机构应该提供足够的锁模力，使动、定模两部分在注射过程中保持紧密闭合。每台注塑机都有一个额定的锁模力，所设计的模具在注射冲模时，分型面张开的总力不能超过这个额定的值，有如下关系式：Fp( nA+A)。 （3.6）式中：A塑件在分型面上的投影面积；A浇注系统在分型面上的投影面积；p注射压力，查手册知p=60100MPa;由于多腔注射，取p=100 MPa； F注塑机锁模力,XS-Z-60型注射机额定锁模力为500kN。投影面积计算：利用PRO/E自带的分析工具得到该零件的投影面积为：A= 6.7405274e+02 2=6.742 （3.7）A=0.2A=1.35cm （3.8）pn( A+A)=1004(A+A)=323.6kN500 kN，故满足要求15。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。4 浇注系统设计4.1 浇注系统的组成及设计原则所谓浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类。普通浇注系统由主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分组成。浇注系统的作用是使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳而顺利地充模，压实和保压16。4.1.1浇注系统的组成 主流道（也叫进料口），它的主要作用就是将注射机料筒喷嘴和注射模具连接起来。主流道的尺寸和融料进入型腔的速度及充模时间有一定关系。若主流道尺寸过大，其主流道塑料的体积增加，回收冷料多，冷却时间更长，使包藏的空气增多，如果排气不良，容易在塑料成品中夹杂气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢T8A、T10A 等，热处理要求淬火5357HRC。在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。4.1.2浇注系统的设计原则 浇注系统的设计对整个模具设计的影响至关重要，且必须遵循以下原则： 1、尽可能采用平衡式布局，以便设置平衡式分流道。2、型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象。3、型腔排列要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸。4、热量及压力损失要小。5、确保均衡进料。6、塑料消耗量少。7、排气良好。8、防止塑件出现缺陷。9、生产效率要高。4.2 流道设计4.2.1主流道设计1、主流道尺寸（1）主流道的长度。一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。（2）主流道小端直径。d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=3mm (4.1)（3）主流道大端直径。D=d+Ltan=4.8mm，式中2 (4.2)（4）主流道球面半径。SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=12+1=1 (4.3)（5）球面的配合高度。h=3mm2、主流道的凝料体积V主=L主(R2主+r2主+R主r主)/3=50（2.42+1.52+2.41.5）3.14/3=607.6mm3 （4.4）4.2.2分流道的初步设计1.分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道，如图4.1所示。图4.1 分流道布置形式2.分流道的长度根据四个腔的结构设计，分流道长度适中，如上图4.1所示。3.分流道的当量直径由于电源插头的注塑材料为软聚氯乙烯，这种物料粘度较高，但塑件的质量较小，故选用分流道截面为圆形结构，当量直径设为5mm。4.2.1冷料穴冷料穴位于主流道对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。其长度一般为流道直径的1至2倍。4.3 浇口设计4.3.1浇口设计浇口是主流道，分流道与型腔之间的连接部分，即浇注系统的终端。一般这段很短的通道截面面积很小。浇口的作用有： 1、使熔融塑料以最快的速度进入并充满型腔，并在保压过程中进行补料以弥补由于塑件收缩而留出的空间。 2、塑件注射成后，由于浇口的截面积很小，所以它的冷却速度大于塑件的冷却速度，并能迅速地冷却封闭，防止热料回流。 3、成型并被顶出的塑件，较容易与浇注系统分离。浇口的类型有：直接浇口、潜伏式浇口、盘形浇口、轮辐式浇口、点浇口、侧浇口、爪形浇口、环形浇口、分流式浇口等。1）直接浇口 又叫中心浇口，无分流道，注射压力直压入型腔，所以产品较坚实，流量快且大，适合注射大型产品，但产品内应力大、易变形、注塑保压时间长、浇口去除困难、痕迹明显、影响外观。2）点浇口 这是一种截面形状小如针点的浇口。其优点是去除浇口后，塑件上留下的痕迹不明显，开模后可自动拉断，成型时可减少熔接痕。点浇口既可用于单型腔模具，也可用于多型腔模具。多型腔模具中，点浇口能均衡各型腔的进料速度。浇口小冻结快，缩短成型周期，提高生产效率。3）侧浇口 在分型面上，从塑料边缘进料，形状为长矩形或接近矩形，加工方便、简单，应用灵活，既可以从产品外侧，也可以从产品内侧进料。可以一模多腔，浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。但压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，壳形件排气不便，易产生熔接痕、缩孔及气孔等缺陷。4）扇形浇口 扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式。适合于大面积薄壁塑件。5）潜伏式浇口(鸡嘴入水) 潜伏式浇口是点浇口演变来的且吸收了点浇口的优点，也克服了由点浇口带给模具的复杂性。其进料部分一般选在制件较隐蔽处，使不致影响制品的美观。在顶出时流道和制件被自动切断。故顶出时必须有较强的冲击力。对于过于强韧的塑料潜伏式浇口是不适宜的。加工比较困难，容易磨损。因为本设计是一模多腔的，采用点浇口注射效率高，去除浇口后，塑件上留下的痕迹不明显，开模后可自动拉断，所以采用点浇口较为理想。位置的选择：首先要避免熔体喷射冲压模，浇口位置还应使熔体取向对塑件性能有利，还要有利于冲模流动，补料和排气。本设计的直接浇口浇口位置选择在插头尾部侧边，该处不影响插头外观及表面质量。4.3.2浇口套设计浇口套有以下几种形式。如图4.2：图4.2 浇口套形式本设计采用（d），在浇口套端部设一个与注射机定位孔相配的定位环，并在端面用螺钉将浇口套压在模体内，克服塑件对浇口套的反作用力17。485 基于PRO/EMX注射模零部件的设计5.1 分型面的选择分型面就是动、定模或瓣合模的接触面，模具分开后由此可取出塑件和浇注系统。其选择原则为：（1）分型面应选在塑件的最大截面处；（2）不影响塑件外观质量；（3）有利于保证塑件的精度要求；（4）有利于模具加工；（5）有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置；（6）便于塑件的脱模；（7）尽量减小塑件在合模平面上的投影面积以减小所需锁模力；（8）便于嵌件的安装；（9）长型芯应置于开模方向。由模具结构分析可知，电源插头为上下对称结构且没有内嵌结构，因而选择电源插头上下对称平面作为分型面，如图5.1所示。图5.1 分型面5.2 成型零件总体结构设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。5.2.1型腔结构设计1)整体式凹模直接在模架板上开挖型腔。其优点是加工成本低。但是，通常模架的模板材料为普通的中碳钢，用做凹模，使用寿命短，若采用好的材料模板制作整体凹模，则制作成本高。整体结构的缺点如下：型腔结构设计a.难以排气。b.需要采用精密磨加工。c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形。一般此类成型零件都是在硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火花成型加工为主、铣削加工、磨削加工、电火花线切割为辅的加工方法。通常，对于成型1 万次以下塑件的模或塑件精度要求低，形状简单的模具可采用整体式凹模结构。2)整体嵌入式凹模将稍大于塑件外形（大一个足够强度的闭厚）的较好材料（高碳钢或合金工具钢）制作成凹模，再将此凹模嵌入模板中固定。其优点是“好钢用在刀刃上”。既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凹模损坏后，维修、更换方便。其缺点：a、零件数量增加b、分割的拼镶件趋多制造成本越高。c、各拼镶件的加工精度必须匹配，即必须提高各镶件的平均加工精度。d、维修作业较困难。3)局部镶拼式凹模对于形状复杂或某局部易损坏的凹模，将难于加工或易损坏的部分设计成镶拼形式，嵌入型腔主体上。既节省了工具钢，又易于更换损坏的凹模。4)四壁拼合式凹模对于大型的复杂的凹模，可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中，然后再和底板组合。这样既易于加工又省料。本模具采用整体嵌入式凹模结构，如图5.2所示。图5.2 嵌入式凹模示意图5.2.2型芯的结构设计1)整体式凸模这是形状最简单的型芯，用一块材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅适用于塑料件内表面形状简单的情况。2)嵌入式凸模主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板和固定板连接。异形凸模结构形式对于形状特殊或结构复杂的凸模，需要采用组合式结构或特殊固定形式，但应视具体形状而定。3)小型芯安装固定形式直径较小的型芯，如果数量较多，采用凸肩垫板安装方法较好。若各型芯之间距离较近，可以在固定板上加工出一个大的公用沉孔。因为对每个型芯分别加工出单独的沉孔，孔间距较薄，热处理时易出现裂纹。各型芯的凸肩如果重叠干涉，可将相干涉的一面削掉一部分。本设计采用嵌入式凸模，用螺钉将其与模板连接，组合式型芯的特点：组合式的型芯适用于塑件的内形复杂，机加工困难的型芯。组合式的型芯使加工变得简单，容易。组合式的型芯减小了贵重模具钢的耗量。组合式的型芯节省了加工工时，避免了大型件的热处理变形。5.2.3型腔结构设计5.2.3.1成型零件工作尺寸的计算所谓工作尺寸是指成型零件上有直接用来使塑件成型部分的尺寸，主要有形腔和型芯的径向尺寸，型芯或型腔的深度尺寸