塑料模具设计论文

塑料阀门注射成型工艺数值模拟与模具设计摘要：以水床阀门模具设计为例，介绍注塑模具的设计方法和流程。首先根据塑件材料及工艺性用Moldflow软件对零件进行模流分析，通过正交实验法安排实验，进行流动仿真，获得实验数据。从试验数据的级差分析，讨论工艺对塑件质量的影响，从而得到最优工艺参数组合。然后选择注塑机并确定型腔数目，接着确定成型方案：总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。最后进行注塑机工艺参数校核，包括注射量、锁模力、注射应力、模具厚度和注塑机闭合高度等方面。该设计对其它不同机构产品的注塑模具设计有一定的参考价值。关键词：注射成型；Moldflow；模拟分析；正交实验；模具设计NumericalSimulationandDesignofMoldofPlasticsValveAbstract:Chosenthewatervalve,paperintroducedthemethodoftheinjectionmolddesign.Firstly,basedtheusagematerialcategoryandthecraftcharacteristic,ananalysisiscarriedoutbysoftwareofMoldflow,arrangethecombinationofprocessparamelersinorthogonalexperimentandsimulatetheprocessofflow,andthanobtaintheexperimentaldata.Finally,therelationbetweenwariableandindexisstudiedwithintherangeofresearchontheanalyticresultofdatastatistixc,andthenobtainedoptimalprocessparameters.Secondly,selecttherightinjectionmachineandfixthenumberofcavity.Then,maketheshapescheme,thisiscontainedtotalstructuredesign,dividingadesignforface,sprinklingtonotethesystemdesign,takeoffdesignandcoolsystemdesign.Finally,checktheparametersofdesign,includingtheinjectionquantity,lockingthemolddint,injectionpressure,themoldingtoolthicknessandthemachineclisingheightetc.Themethodthisthesisintroducedcanbeusedtootherstructureproduct.Keywords:Injectionmolding;Moldflow;Simulationanalysis;TaguchiDOE(designofexperiment);Molddesign第一章选题背景1.1引言塑料工业近20年来开展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和模塑生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已越来越难以满足市场剧烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机辅助工程〔CAE〕技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低本钱、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。美国上市公司Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。利用Moldflow软件可以在模具加工前，在计算机上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、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至防止模具返修报废、提高制品质量和降低本钱等，都有着重大的技术经济意义。阀门是大型成套装置中的重要组成局部，主要用于工艺管道介质(物料、水、蒸汽、空气和油品等)的切断、节流、调压和改变流向等。阀门质量的优劣直接影响这些装置的正常生产、平安运转和环境污染，并起着至关重要的作用。由于塑料阀门所具有的质量轻、耐腐蚀、不吸附水垢、可与塑料管路一体化连接和使用寿命长等优点，塑料阀门在给水〔尤其是热水与采暖〕和工业用其他流体的塑料管路系统中，其应用方面的优势是其他阀门无法相比的.在现代工业和日用产品中，越来越多用塑料代替金属做阀门，其市场开展空间非常宽广。本次毕业设计以?塑料阀门注射成型工艺数值模拟与模具设计?为题，通过模拟注塑成型的过程，并结合正交实验设计法，研究工艺参数与注塑塑件翘曲变形的关系，得到优化的工艺参数。在此根底上确定成型方案，完成模具设计。1.3国内外开展形势CAE软件？我们从来不用！我们只用制造模具使用的绘图和数控加工软件做模具就够了。类似的答复在国内中小模具厂中十之八九。其实，对塑料模具厂家来说，仅仅使用制造模具用的绘图和数控加工软件是远远不够的。因为通过塑料成型CAE软件分析，可以在模具设计已完成、还没开始制造时，就提前对设计好的模具进行模拟分析，及时纠正模具的设计缺陷。因此使用CAE软件对模具厂家来说是减少坏模、降低生产本钱的重要手段，这种预先模拟检测的方法在国外十分普及。现在国内确实存在CAE软件应用不广的现象,这是由于国内塑料模具企业普遍存在凭经验生产的现象，往往是通过反复试模来修改模具。其实这种传统的生产方式不仅本钱高，而且不精确。目前，在国内由于中国改革开放的不断深入开展，以及中国经济的高速增长，中国企业由传统的制造方式向自行设计转变，不断向技术转变，对质量和本钱的要求越来越高。传统的经验设计由于不能从本质上解决问题已经远远不能满足要求，全面采用包括Moldflow技术的CAE势在必行。Moldflow作为高科技技术在国外，尤其在欧美塑料工业行业中得到极为广泛的应用，成为塑料产品数据交换交流的工业标准。Moldflow软件不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至防止模具返修报废、提高塑件质量和降低本钱等，都有着重大的技术经济意义。目前Moldflow在全球有8000多个用户，几乎囊括了世界所有的知名公司，Moldflow人才是企业和科研机构极为重要的组成局部。第二章数值模拟分析与正交实验设计2.1塑件分析图1是水床阀门的三维造型图。该制品外形尺寸为：73mmx73mmx25.3mm,最大壁厚6.6mm,最小壁厚1.2mm，形状简单外形尺寸较大壁厚较小，外轮廓为碗状，底部为锥体，与水床连接处有外螺纹，无侧抽。质量要求：外表应光滑、不能有熔接痕、银丝、气泡、内应力、划痕、油污等缺陷。塑件所用材料为PVC-50PHR,属偏软型。PVC为无定型材料、吸湿性大、不易分解、流动性差，通常需参加润滑剂改善流动性。宜取高压注塑，应采用对料流阻力小的浇注系统。其注塑的工艺条件为：料筒温度160～190℃，喷嘴温度高于料筒温度10～20℃，注射压力90～130MPa以上，模具温度40～60℃，螺杆转速20～50r/min。2.2三维建模通过Proe软件来建立塑件3D模型，造型重点是保证塑件形状和尺寸精度，本次设计选用的水床阀门造型比拟简单，利用Proe软件先旋转建立本体，再用螺旋扫描切口命令建立螺纹，最后倒角圆角即可完成模型。结果如图1所示。2.3数值模拟分析前处理2.3.1塑件模型导入把塑件模型在Proe中的prt格式转换为stl格式，本制件有螺纹，网格划分是会出现很大的纵横比，从而使网格修复工作量增大。所以在转换为stl格式之前把螺纹和小圆角去掉，这样对分析结果影响不大。导入Moldflow软件中，选择网格划分类型〔Fusion〕和产品设计尺寸单位〔Millimeters〕，如图2所示。2.3.2塑件模型网格划分被分析模型的网格划分和修改是MPI分析前处理中最为重要，同时也是最为复杂、烦琐的环节，需耐心仔细地进行处理。网格划分的是否合理，将直接影响到产品的最终分析结果。网格越小分析精度会越高，然而修改的复杂程度和系统的计算量都将大大提高。网格的边长一般是产品最小壁厚的1.5～2倍，这样能够根本保证分析的精度。根据塑件壁厚取网格大小为3mm，如图3所示。接着系统会根据设置自动完成网格划分，网格划分结果如图4所示。2.3.3塑件模型网格缺陷修改在MPI中，系统自动生成的网格可能存在着或多或少的缺陷，网格缺陷不仅可能对计算结果的正确性和准确性产生影响，而且在一些网格缺陷比拟严重的情况下，会导致计算结果根本无法进行。所以，就要对网格缺陷进行修改。[12]在网格修改之前，首先要对网格状态进行统计，在根据统计结果对现有网格缺陷进行修改。网格状态统计结果如图5所示。对于Fusion模型，网格信息必须满足以下原那么：联通域的个数应该为1；自由边和非交叠边个数应该为0；未定向的单元应该为0；交叉单元格式应该为0；完全重叠单元个数应该为0；单元纵横比最大数值控制在10-25之间；⑦网格匹配率应大于85%通过网格统计状态，发现除最大纵横比拟大外其他各原那么都满足。一般情况下，要求三角形单元的纵横比要小于6，这样才能保证分析结果的精确性。但是有些情况下不不能满足所有的网格单元的纵横比都到达这个要求，因此要在保证网格平均纵横比小于6的前提下，尽量降低网格的最大纵横比。通过网格诊断工具的网格纵横比工具对纵横比进行修复，修复完后再进行网格状态统计，如图6所示。2.4数值模拟分析2.4.1浇口位置分析浇口直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔，是浇注系统的关键部位。浇口位置的设计直接关系到熔体在模具型腔内的流动，从而影响聚合物分子的取向和产品成型后的翘曲，因此选择合理的浇口位置在模制产品的设计中是十分重要的。在模具设计中，浇口位置确实定需根据以下原那么：①应开设在塑件的厚壁处②尽量缩短流动距离③减少熔接痕，提高熔接强度④要考虑分子的取向影响⑤考虑排气问题⑥考虑制品的外观质量问题等。在模具设计中，浇口位置设计较困难。Moldflow软件中MPI/GateLocation－浇口位置分析模块可以自动分析出最正确浇口位置。如果模型需要设置多个浇口时，可以对模型进行屡次浇口位置分析。当模型已经存在一个或多个浇口时，可以进行浇口位置分析，系统会自动分析出附加浇口的最正确位置。步骤：选择分析序列\GateLocation---选择材料\CMOLDGenericEstimates公司的pvc---成型条件设置为默认---立即分析最正确浇口位置分析结果以图象的形式给出最正确浇口位置所在的区域，如图7所示。结果显示中，蓝色的区域为最正确浇口位置区域，浇口设在该区域可保证注塑过程的熔体平衡性。2.4.2浇口确实定浇口位置的选择，通常以与实际经验相结合的方法来确定。作为产品的初步成型分析，其目的是根据最正确浇口位置的分析结果设定浇口位置，分析产品注塑过程中可能出现的问题和质量缺陷。作为初步的分析，这里先不建立浇注系统，而是直接在产品网格模型上设定浇口位置。根据浇口位置分析结果，结合塑件的外形与机构特征设定浇口位置，如图8所示。接着进行填充分析，目的是查看制件的填充行为是否合理，填充是否平衡，能否完成对制件的完全填充，防止出现短射以及流动不平衡等成型问题，确定浇口位置设定是否合理，为后序分析做准备。[12]浇口浇口使用系统缺省的成型条件，选定分析序列为Fill，立即分析。如图9所示，制件在1.016s的时间内完成熔体的充填。通过动态显示，可以清晰地看到熔体在型腔内的流动。结果显示无充不满现象，等高线显示流动根本平衡。如图10所示，图中红色线条代表熔接痕。熔接痕数目较少，主要分布在塑件的内外表，对塑件外观无影响。如图11所示，气穴位置多数分布在产品的底部边缘，此位置在模具设计中处在分型面位置，因此气体很容易排出，不会影响到产品的外观质量。通过以上分析说明此浇口位置设定可行。2.4.3浇注系统建立在MPI系统中，默认的产品拨模方向是沿Z轴正向，因此在多型腔布局之前，把修改好的模型旋转到正确位置。本次设计分析采用一模四腔，采用建模工具的型腔复制向导进行多型腔布局，如图12所示。浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔深处，以获得外姓轮廓清晰，内在质量优良的塑料制品。本设计采用点浇口，利用柱体单元命令创立浇注系统，主流道、分流道及浇口尺寸均采用系统默认值。创立完后，还需用网格工具的重新划分命令对这些单元进行网格划分，从而使之成为可供分析使用的流道。浇注系统创立如图13所示。接着再进行Fill分析，来确定和优化浇注系统尺寸。使用系统缺省的成型条件，选定分析序列为Fill，立即分析。如图14所示为体积剪切速率，其值不应该超过材料的极限值。所用材料的最大剪切速率为200001/s，而图14中预测值的最大值为202161/s超过了材料的极限值。增大浇口尺寸为2mm，同时料温改为190℃，再进行分析。分析结果显示预测值的最大值降为196021/s到达要求，如图15所示。浇口分流道进料点主流道浇口分流道进料点主流道如图16所示为流动前沿温度，也称波前温度。它所代表的是熔体前沿截面中心的温度，如果流动前沿温度高，熔体流动将更为流畅且熔接痕强度通常都较好。其温度范围如果与料温较接近，那么代表制件填充情况较好。由图16知流动前沿温度分布较均匀，温度范围较接近熔体温度。℃。为冷却系统设置提供依据。通过以上分析，此浇注系统设计根本可以，只是浇口尺寸较之前变为2mm。2.4.4冷却系统建立模温的波动和分布不均匀，或者是模温的不适合都会严重影响塑料产品的质量。因此设计合理的冷却系统显得尤为重要。冷却管道的设计应当兼顾实现实现合理可行的均匀冷却和缩短成型周期时间两个方面。根据塑件的外形特点及前面分析的结果，利用柱体单元命令创立冷却系统，水道直径取8mm。创立完后，还需用网格工具的重新划分命令对这些单元进行网格划分，从而使之成为可供分析使用的流道。初步拟定冷却水道的设计方案，如图18所示。图18.初步设定冷却水道通过冷却分析结果判断制件的冷却效果的优劣，根据冷却效果计算出冷却时间的长短，确定成型周期所用时间。在获得均匀冷却的根底上优化冷却管道布局，尽量缩短冷却时间，从而缩短单个制品的成型周期，提高生产率，降低生产本钱。℃。而产品经冷却的最高温度应低于设定的产品顶出温度，在过程参数设置中，顶出温度为75℃，显然分析结果超过了顶出温度，所以要对冷却系统进行修改。如图20所示，为改良后的冷却水道。制件底部的隔板式冷却水路不变，把制件上部改为环形水路。℃，低于产品的顶出温度，如图21所示。如图22所示，为冷却介质温度，其显示了冷却周期结束时计算出的冷却系统中冷却介质的温度。回路中的冷却介质的生温应该小于2～3℃℃。显然满足要求。如图23所示，为制件冷却时间，显示最大为38.84s，根本满足。通过以上的初步分析，选定了浇注系统和冷却系统的布置方式，为下阶段的模具设计提供参考和依据。2.5正交实验的方案及试验注射成型中，工艺参数的变化直接影响模具内熔体流动状态和最终制品的质量。如何获得最优的工艺参数是改善制品质量的关键。采用正交实验设计方法，并结合Moldflow软件，以减小成型过程的翘曲变形量为目标，对注射成型工艺参数进行优化，得到最优的工艺参数组合用于实际生产，获得可靠的制品质量。2.5.1正交实验设计正交实验设计方法是20世纪40年代后期提出的，最突出的特点是只用较少的实验次数就可以由实验结果通过计算推断出最优的参数组合。正交试验通过简单计算各因素水平对试验结果的影响，并将其用图表形式表示出来，再通过极差分析、综合比拟，最后确定优化参数，计算在正交表上进行。整个过程简单明了，可以很大程度地缩短产品的开发设计周期，在实际生产、研究过程中具有十分重要的意义。在工程应用方面，对质量、性能、本钱的优化，正交实验方法是非常简单而有效的系统方法。[20]正交实验采用正交表安排实验，正交表一般记法Ln(mk)，n是表的行数也就是要安排的试验数;k是表中的列数，表示因素的个数；m是各因素的水平数。正交表的列之间具有正交性，可以保证每2个因数的水平之间在统计学上是不相关的。2.5.2塑件模型前置处理选择前面分析所用模型及浇注系统和冷却系统，如图24所示。制件冷却系统浇注系统制件冷却系统浇注系统2.5.3工艺参数优化〔1〕实验设计结合正交实验设计方法，研究塑料成型工艺参数对翘曲变形量的影响。将工件的总翘曲变形量作为试验指标，其他约束条件为注塑机根本参数。在正交实验中将翘曲量作为质量指标，即翘曲变形量越小，质量越好。采用正交试验法优化工艺参数过程中，设计因子的取值范围相当重要，因为这不仅关系到所选范围是否包含最优解或者次优解，也影响到优化过程的搜索效率。选取对翘曲变形影响最大的6个工艺参数作为实验的因子，即注射时间、模具温度、熔体温度、保压压力、保压时间、冷却时间，每个因子选取三个水平。所选的六因子三水平如表1所示。控制因子水平123填充时间A/s1模具温度B/℃405060熔体温度C/℃170180190保压压力D/MPa108118128保压时间E/s51015冷却时间F/s152535表1六因子三水平按正交表安排实验顺序，输入相应的工艺参数，选择分析次序为冷却+流动+翘曲，分别做27次分析，实验结果如表2所示。〔2〕结果分析采用级差分析的方法对正交实验结果进行分析，以获得最优的工艺参数组合，如表3所示。表3中T1、T2、T3三行数据分别是各因数同一水平翘曲变形量之和，T1、T2、T3三行数据分别除以9，得到三行新的数据L1、L2、L3表示各因数在每一水平下的平均翘曲变形量。各控制因子平均翘曲变形量最小的水平组合的方案就是最优的工艺参数组合，即A1B1C3D3E2F1。通过级差分析，可以确定各因数对翘曲变形量影响的重要程度。表3中级差R是每一列L1、L2、L3三个数据的级差，即最大数减去最小数。从表3可知，熔体温度和充填时间对翘曲变形量影响程度最大。其次是保压压力和冷却时间，对翘曲变形量影响最小的是模具温度和保压时间。实验号控制因子实验结果ABCDEFy/mm111111121122223113333412123351223116123122713132281321339133211102111121121222312213331132212311422231215223123162313231723213118233212193111132031222121313332223212322332231324323121253313212633213227333213表2正交实验结果注:A、B、C、D、E、F分别代表充填时间、模具温度、熔体温度、保压压力、保压时间、冷却时间,每个因子选取三个水平;y为每次实验所得阀门的最大翘曲变形量。控制因子ABCDEFT1T2T3771L1L2L3R表3因子级差绘制6个控制因子的趋势图如图25所示。填充时间越短，熔体温度越高，保压压力越大，翘曲变形量越小；延长保压时间但不能太长，冷却时间适当，降低模具温度，翘曲变形量都有减小的趋势。图25.6个控制因子的趋势图〔3〕实验验证前面得到的最优工艺参数组合A1B1C3D3E2F1只是理论上的最优方案，还需进行进一步的模拟实验验证。输入最优工艺参数组合A1B1C3D3E2F1数据分析，结果如图26所示，得到翘曲变形量0.0812mm,比前面所作27次模拟实验中的最小翘曲变形量0.0811mm大0.0001mm，还需进一步优化。取A为1s、B为40℃、C为190℃、D为130MPa、E为12s、F为18s，再进行模拟分析。得到结果如图27所示翘曲变形量为0.0770mm，比之前的都小，翘曲变形量得到优化，方案可行，同时验证了前面分析结果的正确性。图26.理论优化方案翘曲变形量图27.进一步优化工艺参数的翘曲变形量〔4〕结论工艺参数对翘曲变形量的影响程度按显著性由高到低排序为：熔体温度＞充填时间＞保压压力＞冷却时间＞模具温度＞保压时间。由以上分析得到最正确工艺参数为：充填时间1s，模具温度40℃、熔体温度190℃、保压压力130MPa、保压时间12s、冷却时间为18s，用该参数组合进行模拟实验得到制件的翘曲变形量为0.0770mm。第三章模具设计3.1成型工艺规程的编制3.1.1塑件的尺寸精度分析从零件图上分析，该零件重要尺寸如：φ22.41、φ22.14、φ27.18、φ30等的尺寸精度为3级，次要尺寸如：R51.2、R30、M31等的尺寸精度为4～5级，其他尺寸精度为7级。由分析可见，该零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看，中间体局部最大处为6.6mm，外部均匀为1.2mm，总体壁厚较均匀，有利于零件成型。3.1.2塑件的体积和质量计算cm³³³³³³³=101.1528g。3.根据故所需的cm³式中——理论注塑容量；—一副模具成型产品所需实际注塑容量；选型号为XS-ZY-250的注射机[2]，其各参数如表4所示:注射装置注塑容量/cm³250螺杆直径/mm50注射压力/MPa150注射行程/mm160注射时间/s2螺杆转速/〔r·min^-1)25合模装置锁模力/kN1800拉杆间距/mm448x370模板最大行程/mm500模具厚度/mm200-350锁模方式液压-机械其它机器质量/kg4500模具定位孔径/mmΦ125喷嘴球径/mmR12喷嘴孔径/mmΦ4外形尺寸/m3.2注射模的结构设计注射模的结构设计主要包括:分型面的选择\模具型腔数目确实定及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置、模具工作零件的结构设计、推出机构的设计等内容。模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面的选择原那么和塑件的成型要求来选择分型面。选择分型面时一般应遵循以下几项原那么：a、分型面应选在塑件外形最大轮廓处。b、塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。c、保证塑件的精度要求。d、保证塑件的外观质量要求。e、便于模具加工制造。f、对成型面积的影响。g、排气效果的影响。h、侧向抽芯的影响。其中最重要的是第e和第b、h点。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面工易于加工的分型面。综合考虑以上因素，水床阀门属于圆环形，且没有侧向抽芯，分型面应在最大轮廓截面上，为保证其外外表质量，选择A-A平面较为合理。这样布置可以保证开模后塑件留在动模上，塑件分型面设置如图29所示。3.2.2确定型腔的排列方式考虑塑件的结构和模具的复杂程度及生产批量，本塑件在注射时采用一模四件，其布局见图12。3.2.3浇注系统设计注射模浇注系统是将注射机料筒中的熔融塑料从喷嘴中高压喷出后，稳定而顺畅地充入并充满型腔的各个部位的通道。它在充模及塑料固化过程中还将注射压力平衡的传递到型腔的各个部位，以获得殷实、完整、质量优良的塑件。注射模的浇注系统通常是有主流道、分流道、浇口、冷料穴、排气槽等局部组成。在设计注射模的浇注系统时应注意以下几点：根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素，并结合分型面的形式选择浇注系统的形状和位置；根据所确定的型腔数设计合理的浇注系统布局；应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性，选择浇注系统的截面积和长度并使其圆滑过渡以利于物料的流动；应尽量缩短物料流程和便于清理剩余物料；排气良好。〔1〕主流道的设计主流道的作用是将从注射机喷嘴中高速喷出的熔料加以约束并导向模腔或分流道，因此要求主流道具有压力损失小、热量损失小、约束喷出的料流不过分膨胀，并且易于脱出冷凝料等特点。故一般将主流道做成圆锥体，μm以下的粗糙度，在内壁研磨和抛光时应注意抛光方向，不形成垂直于脱模方向的划痕，否那么会发生脱出困难而造成成型中断。主流道的尺寸及形式根据手册查得该型号注射机喷嘴的有关参数如下：喷嘴球半径R0=12mm，喷嘴的孔径d0=4mm，根据R=R0+〔1~2〕mm，d=d0+〔0.5~1〕mm，故取流道的球面半径为14mm，取主流道的小端直径为5mm，为了便于将凝料从流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1°~3°，将其换算成大端直径为8mm，同时为了减少熔料的流动阻力，将其过渡局部做成R1的圆角。主流道衬套的形式主流道衬套的形式如图30所示。3〕主流道衬套的固定通过两个螺钉固定在定模坐板上，同时与刮料板采用过盈配合。(2)分流道的设计分流道的作用是把从主流道流入的熔料平稳地送到各个模腔外。它是主流道与浇口的中间连接局部，起分流和转向的作用，因此要求分流道的压力损失小、热量损失小等。分流道的形状和大小分流道的截面形状通常有圆形、梯形、半圆形和矩形。为了减少流道内的压力损失和热量损失，一般要求分流道的通导截面积最大，而散热的内外表积最小。其中圆形的效率最高，但由于圆形的加工制造困难，应选择分流道的截面积形状为半圆形。按推荐值娶分流道直径为d=6mm[1]。2〕分流道的外表粗糙度为了减少塑料流动时的摩擦，必须保证分流道的内外表粗糙度，故取内外表粗糙度为0.63um。3〕分流道的布局形式分流道的布局取决于型腔的布局，两者相互影响，其大致可分为平衡式和非平衡式。所谓的平衡式指的是从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸都必须相应的相等，以到达各个型腔的热平衡和塑料的流动平衡。本模具分流道布局采用平衡式。〔3〕浇口的设计浇口是主流道、分流道与型腔的连接局部，即浇注系统的终端。一般这段很短的通道截面积很小，当熔融塑料流在高压下通过浇口时，因为浇口的截面积很小，使料流加速，而由于摩擦作用，又使料流的温度升高，黏度下降，提高了料流的流动性，有利于充满型腔，因此它是浇注系统设计的关键。根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用点浇口较为理想。设计时选择从制件顶部圆环处进料，料由壁厚处往薄处流。由模流分析最终确定浇口尺寸为φ2x1.5mm，如图31所示。通过以上设计，最终创立的浇注系统如图32所示。由于成型零部件直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到塑件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的外表粗糙度〔一般在Ra≤0.4um〕，以保证塑料塑件外表的光亮美观、容易脱模。一般来说，成型零件都应进行热处理或预硬化处理，使其有HRC30以上的硬度。本设计产品结构较简单，成型零件只需型腔、型芯即可。型腔的结构形式型腔是成型塑件外外表的部件，其结构形式总体上可分为整体式和镶拼式。本模具采用一模四件的结构形式，考虑加工的难以程度和材料的价值利用等因素，型腔拟采用镶嵌式结构，其结构形式如图33和图34所示。根据分流道和浇口的设计要求，分流道和浇口均设在型腔的镶块上。二维结构图塑件外观质量要求高，因此型腔内腔粗糙度值要求较小，型腔内腔粗糙度值设置Ra0.4um。型腔的结构形式塑件内形较复杂，假设做成一个整体型芯，中间局部因加工留痕及加工剩余应力的影响，在生产过程中容易断裂。因此将型芯设置为内外嵌套的型芯，这样既使得型芯强度足够，又有利于气体的排出，且型芯可替换。如图35和图36为芯1，图37为型芯2的结构形式。塑料制品注射成型并在模腔中冷却固化后开启模具，将制件从模体中顶出，是靠模具的顶出机构的动作来实现的。概括的说，顶出机构的功能是，在任何正常情况下，顶出机构都能确实可靠的将成型的塑件从模板一侧顶出，并在合模时其相关的顶出零件确保不与其他模具零件相干扰地复位到原来位置。在设计顶出机构时要注意以下几个原那么：①开模时应使塑件留在动模一侧②保证塑件外观完整无损；③防止顶出损伤；④顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠。该制件所用材料为软聚氯乙烯类，且底部与水床连接处有螺纹，采用推杆或推板都不适合。根据塑件的结构特性及所用材料，采用顶杆推型芯1，然后人工将制件从型芯1上取出来实现脱模。顶杆与型芯1通过螺纹连接，顶杆固定在推板固定板上，通过压缩弹簧的弹力实现复位。如图41所示。3.2.6合模导向机构设计合模导向装置是保证动模和定模合模时正确定位和导向装置。合模导向装置主要有导柱导向装置，其主要零件是导柱和导套。[3]1〕导向装置的作用导向、定位和承受一定的侧向压力。2〕导向零件的设计准那么：①导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或者靠近边缘的部位。②根据模具的大小，来定模具导柱的数量。③为了便于塑料塑件的脱模，导柱通常安装于模具的动模或者定模。④当上模板与下模板采用合模时，导柱装配处直径应与导套外径相等。⑤为保证分型面很好地接触，导柱与导套在分型面处应有承屑槽。⑥各导柱、导套的轴线应保证平行，否那么将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。3〕导柱和导套的结构形式导柱和导套已经标准化和系列化了，注射模常用的标准台阶式导柱有带头和带肩的两种，本设计采用带肩导柱，设置在动模一侧。导套也采用标准的。如图38所示。3.2.7冷却系统的设计在塑料固化成型过程中，由熔融状态冷却到固化状态是熔料温度和模具的温差来实现的，而一般来说，模具温度应在塑件热变形温度以下才能到达迅速固化成型的目的。因此模具温度直接影响到塑料的充模和塑件的定型，也直接影响注塑周期和塑件的质量，所以必须对模具进行有效的冷却，使模具温度保持在一定的温度范围内。在设计冷却系统时应注意以下几点：[4]冷却水道与成型面各处应取相同的距离，并使冷却的排列与成型面的形状相符。冷却水道的设计应使成型零件冷却均匀。冷却水道的直径应在8-12。冷却水道的距离应适当。冷却系统的设计应防止漏水。根据Moldflow冷却分析结果，在定模上设环形水路冷却型腔保证制件外外表冷却充分，制件内部冷却采用隔板式冷却型芯2，取冷却水管直径为8mm[1]。冷却水路布置如图39所示。3.2.8排气系统的设计由于注塑模具的浇注系统和型腔中积存空气，同时注入型腔的熔融塑料逸出挥发性气体，必须设计排气系统将气体排出，否那么将使塑件产生银纹，气孔及流动痕等缺陷。根据Moldflow分析结果，如图11所示，气泡根本上都集中在之间底部最大轮廓处，故可以利用分型面及鑲块之间的间隙排气。3.2.9模架的选用根据型腔布局、浇注系统形式、成型零件结构、推出机构、冷却系统的设置要求，估算出模架周界尺寸为：290x290mm，查模具设计手册选P4型模架，BxL=315x315。如图40所示。3.3模具设计的有关计算型零件工作尺寸计算均采用平均法计算。材料的收缩率为0.6%～1%，故平均收缩率为Scp=〔0.6+1〕%/2=0.8%，模具制造公差取δZ=Δ/3。类别塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔径向尺寸730000R3003400300000型腔深度尺寸00000-18000型芯径向尺寸310000000R500000R3000型芯高度尺寸0000注：表中公式按模具设计手册查得表41.型腔、型芯工作尺寸计算塑料模在注射成型过程中，由于注射成型压力高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，这就要求型腔要有一定的强度和刚度，如果模具型腔的强度和刚度缺乏，那么会造成模具的变形和断裂。型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准。对于大型模具的型腔，由于型腔尺寸较大，常常由于刚度缺乏而弯曲变形，应按刚度计算；对于小型模具的型腔，型腔常常在弯曲变形之前，其内应力已超过许用应力，应按强度计算。本设计所涉及模具属于中型模具，因此对于型腔侧壁和底板厚度，应按强度计算。整体式圆形型腔侧壁厚度按强度计算的公式为其中：p——型腔内熔体压力〔MPa〕；r——型腔内径〔mm〕；S——型腔侧壁最小壁厚〔mm〕；查得45钢的许用应力为160MPa，根据型腔尺寸，计算其侧壁厚度S≥18.5mm，模具中的实际型腔侧壁最小壁厚为25mm≥S。型腔底板厚度整体式圆形型腔底板厚度按强度计算的公式为其中——型腔底板最小壁厚〔mm〕；其他同上根据型腔尺寸，计算其底板厚度S≥24mm，模具中的实际型腔底板最小壁厚为25≥。3.4注射机有关参数的校核本模具的外形尺寸为400mmx315mmx332mm。XS-ZY-250注射机模板最大安装尺寸为448mmx370mm，故能满足模具的安装要求。模具的闭合高度H=332mm，XS-ZY-250注射机所允许的模具的最小厚度Hmin=200mm，模具的最大厚度Hmax=350mm，即模具满足Hmin〈H〈Hmax的安装条件。XS-ZY-250注射机的最大开模行程S=500mm，满足：S≥H1+H2+〔5～10〕mm。经验证，XS-ZY-250注射机能够满足使用要求，故可采用。3.5绘制模具总装图本模具的总装图如图41、图42、图43所示。1-定位环2-拉料杆3-定模座板4-刮料板5-导套6-型腔7-型芯18-导套9-导柱10-型芯211、12、26-O形密封圈13-垫块14、30、33-内六角螺钉15-推板16-水嘴17-动模座板18-顶杆19、28-弹簧21、22-支承板23-动模垫板24-动模板25-隔板26-型腔27-定模板29-定距拉杆31-限位块32-浇口套本模具的工作原理：模具安装在注射机上，定模局部固定在注射机的定模板上，动模局部固定在注射机的动模板上。合模后，注射机通过喷嘴将熔料经浇口套通入型腔，经保压，冷却后塑件成型。开模时在启闭器的作用下动定先不分开，在弹簧28的作用下第一分型面翻开，拉料杆2将凝料拉断，当定距拉杆29碰到定模板时，在限位块31的作用下将是刮料板4向下运动，使凝料自动脱落。随着继续开模动定模分开，在注射机顶出装置作用下，推动顶杆18使型腔26和制件一起顶出，然后人工手取下制件，通过弹簧19的作用使型腔26和顶杆18复位。利用Pro/E开模具的具体流程如下：(1)建立新文件；(2)提取参考模型；(3)创立模具毛坯；(4)设置收缩率；(5)创立分型面；(6)拆模；(7)生成模具成型零件；由于时间受限，模具开模局部就只分出成型零件，如图44所示。同时通过装配完成动定模局部及模具总装图，如图45、46、47所示。第