智能灯光遥控器上盖注塑模具设计及成型过程模拟分析

智能灯光遥控器上盖注塑模具设计及成型过程模拟分析智能灯光遥控器上盖注塑模具设计及成型过程模拟分析智能灯光遥控器上盖注塑模具设计及成型过程模拟分析摘要遥控器在日常生活的家电、电子等方面应用广泛，是与一些设备电器等配套使用时不可或缺的物品。在遥控器外壳的组件里，遥控器上盖起着很重要的作用，不仅可以使得遥控器的外观美观、大方时尚，同时可以保护内部器件或起固定作用。本设计是成型智能灯光遥控器上盖的注塑模具，首先是采用SolidWorks三维建模软件对产品以及模具结构进行设计并建模，详细内容有选择分型面、设计成型零件、设计浇注系统、设计行位机构、选择标准模架、设计冷却和导向系统等。而后利用模流分析软件Moldflow优化分析上盖模型，包括最优浇口位置、充填分析和翘曲分析等,再根据模拟出来的结果对成型工艺参数、塑件的造型、模具的冷却系统和浇注系统进行相应的修改，确保获得质量较好的塑料制品，同时也是为了验证前面的产品和模具设计的合理性。本注塑模具的设计原则是，在实现同等性能的前提条件下，尽可能的简化模具结构，降低加工难度，以减少制造成本。在设计过程中，浇注系统、成型零件、冷却系统和注塑机选型及校核均通过严格的计算和验证设计得到或直接调用国家标准件，同时编制模具零件加工工艺卡，最终完成智能灯光遥控器上盖模具的设计和注塑成型分析。本文还全面介绍了智能灯光遥控器上盖模具整体结构以及工作过程中每个部件的工作原理，同时对成型零件的尺寸公差做了详细的计算。关键词：遥控器上盖，SolidWorks，Moldflow，模流分析，模具设计

AbstractTheremotecontroliswidelyusedinhouseholdappliancesandelectronicsindailylife,andisanindispensableitemwhenusedinconjunctionwithsomeequipmentandappliances.Inthecomponentsoftheremotecontrolhousing,thecoveroftheremotecontrolplaysanimportantrole,whichnotonlymakestheremotecontrollookbeautifulandstylish,butalsoprotectstheinternalcomponentsorfixesthem.Thisdesignistheinjectionmoldforformingtheuppercoveroftheintelligentlightingremotecontrol.Firstly,theSolidWorks3Dmodelingsoftwareisusedtodesignandmodeltheproductandthemoldstructure.Thespecificcontentsinclude:theselectionofthepartingsurface,thedesignandcalculationofthemoldedpart,Thedesignofthegatingsystem,thedesignofthepositionmechanism,theselectionofthestandardformwork,thedesignofthepushmechanism,thedesignofthecoolingsystemandtheguidingsystem.ThenusethemoldflowanalysissoftwareMoldflowtooptimizetheuppercover,theoptimizationcontentincludestheoptimalgateposition,fillinganalysis,coolinganalysisandwarpageanalysis,andthenaccordingtothesimulationresults,themoldingprocessparameters,theshapeoftheplasticparts,Themoldcoolingsystemandthegatingsystemaremodifiedaccordinglytoensurethattheplasticproductsofbetterqualityareobtained,andalsotoverifytherationalityofthepreviousproductandmolddesign.Thedesignprincipleofthisinjectionmoldistosimplifythemoldstructureasmuchaspossibleandreducetheprocessingdifficultytoreducethemanufacturingcostunderthepremiseofachievingthesameperformance.Inthedesignprocess,thecastingsystem,moldingparts,coolingsystemandinjectionmoldingmachineselectionandcalibrationareobtainedthroughstrictcalculationandverificationdesignordirectlycallthenationalstandardparts,andatthesametime,themoldpartprocessingcardiscompiled,andtheintelligentlightremotecontrolisfinallycompleted.Thedesignoftheuppercovermoldandinjectionmoldinganalysis.Thispaperalsocomprehensivelyintroducestheoverallstructureoftheuppercovermoldoftheintelligentlightingremotecontrolandtheworkingprincipleofeachcomponentintheworkingprocess,andmakesdetailedcalculationsonthedimensionaltoleranceofthemoldedparts.Keywords:remotecontrolcover,SolidWorks,Moldflow,moldflowanalysis,molddesign

目录1 绪论 绪论引言随着社会科技的进步和制造业的快速发展，塑料制品在汽车，电子通信，消费品，电气和家用电器行业中的应用正在以每年约7-8％的速度增长[1]。塑料持续扩散的原因之一在于生产工艺的发展，这使得生产无论复杂程度高的组件，只需一次操作即可获得优异的表面质量和出色的尺寸稳定性是非常可能的。尽管注塑工艺仍然只有几十年的历史，但毫无疑问，它可以被指定为非金属的主要和最合理的成型工艺[2]。塑料产品的广泛应用使得注塑模具设计制造的要求有了更进一步的提高。在成型过程中还实现了大型双色注塑模具，高品质装饰注塑模具，层压注塑模具，自动进料模具，无飞溅光泽模具以及集成注塑模具的创新设计[3,4]。从制造技术的角度来看，集成CAD/CAE/CAM技术的使用为注塑模具的设计，开发和生产带来了新的水平，并引入了国外CAD/CAE/CAM制造商的注塑成型软件。如：美国西门子（SiemensPLMSoftware）公司开发的UG软件，美国参数技术公司（PTC）开发的软件Pro/E，欧特克公司开发的Moldflow仿真软件，美国达索（DassaultSystemesS.A）公司开发的CATIA软件及SolidWorks软件以及美国Autodesk公司开发的Inventor软件[5]等等。国内外注塑模具的现状对比近年来，因为国内注塑技术的快速发展，以及国外先进技术，标准化，知识分子的交流与实施，以及工业化国家中国模具网络的发展，注塑模具的研发设计及制造的水平有一定的提高，在数量上、质量和技术等方面都有了很大的进步。但是，相对于美国，英国等发达国家来说，由于我国的工业起步比较晚，基础薄弱，管理技术欠缺，设备落后等等原因，我国的注塑模具的总体水平与国外发达国家相比还存在着十年以上差距。如文献[6]中可以看到，国内外模具之间的差距主要体现在以下几个方面：模具的精度，热流道模具的使用水平，标准化水平和模具的使用寿命。中国注塑模具市场竞争激烈：如果铸模总数不足，一些低水平铸造模具库存过剩，一些技术含量低的中高档模具往往供过于求。但每年仍需大量进口一些长寿命、大型、复杂、精密的中高档注塑模具。总之，我国的注塑模具技术的研发和应用与世界先进水平仍有一定差距，因此我国应该重视技术创新，加大技术资金的投入，多与国外先进技术进行交流，使我国的注塑模具水平能够得到更快速高效的发展。国内注塑模具的发展趋势为了适应市场的激烈竞争及人们需求的不断提高，我国注塑模具也需要与时俱进，不断创新发展才能在竞争中占有一席之地。我国在模具研究这方面有了一定的进展，新材料新能源的应用与先进制造技术的应用使得我国注塑模具行业往高效，节能，精密的更好方向发展。发展的方向主要有以下几个方面：CAD/CAM/CAE一体化技术在模具中的应用在计算机技术与水平飞速发展的今天，计算机辅助设计（英文简称为CAD）/计算机辅助制造（英文简称为CAM）/计算机辅助分析（英文简称为CAE）在制造业领域占了重要位置，在设计和检测中模具技术也越来越成熟。其中用于注塑成型和相关工艺的CAE技术的出现对模塑工业产生了快速增长的影响。正确使用该技术可以提高工程师处理成型过程各个方面的能力，并且已被证明有利于提高生产率和产品质量[7]。CAE软件能够模拟注塑成型过程中脱模后的填充，保压，冷却和变形，可以准确预测熔体流入型腔的流量，以及变量如压力，温度和体积收缩。具体分布过程中的一个时刻。通过利用CAE注射成型流动分析技术，可以提前模拟模具的合理性，减少试验次数，减少产品开发周期，提高工艺效率[8]。在文献[9,10]中可以看到整个模流分析的整个过程，通过应用CAE软件进行产品的模流分析，用模具温度、注射时间和注射压力等注塑参数模拟实际的生产。这表明模流技术在模具开发过程中发挥了重要作用，优化了塑料产品设计，塑料模具设计和注塑工艺参数等。高质量和特殊材料在模具应用中不断发展随着新材料的发展，模具材料的选择也越来越受到关注。模具材料的成本在模具成本中占10%至30%之间，好的模具材料可以提高模具的耐磨性，提高模具寿命，减低模具生产成本以及提高产品的成型质量。随着复合材料和合金材料的研究，一些耐高温，高韧性的材料可以满足不同实际生产过程的不同要求。因此，对材料的研究并应用模具领域可以推进模具行业的发展。模具设计的标准化水平不断提高随着新技术在模具生产中的使用，发达国家的模具标准件利用率达到80%。为了迎合国际市场的发展和需求，我国模具行业的发展方向应该更加趋进于标准化。言而总之，注塑模具设计制造会向着环保、迅速、高效、经济的大方向快速发展。

产品设计产品设计软件SolidWorks是达索系统公司的子公司。三维设计软件SolidWorks软件大大缩短了设计者和工程师的设计时间，并将产品快速，高效率投入生产。SolidWorks已成为世界安装量最大、用户体验最佳的三维软件，使用者包括航天航空，汽车，化工，家用电器，电子通讯，食品，模具，日用消费品等多个行业。Moldflow是一家从事美国某注塑计算机辅助工程分析（CAE）的多国籍软件及咨询公司。模流分析软件Moldflow是世界CAE主流软件。其主要的产品有MPA（MoldflowPlssticsAdvisers）、MPI（MoldflowPlssticsInsight）、MMS（MoldflowMsnufacturingSolutions）。AutoCAD是美国欧特克公司推出的计算机辅助设计软件。经过多次版本的更新，AutoCAD从简单的画图软件突破转变为功能强大的CAD系统，包括3D建模，使其成为最受欢迎和广泛使用的世界上的CAD软件，现已广泛应用于机械、电子通讯、建筑、化工、家用电器、汽车、模具、轻工及航空航天等领域。产品的三维设计由于人们对家电产品的大量需求，每年的家用电器生产与制造的数量以惊人的速度增长，在制造业中占有一定的地位。伴随着家用电器的快速普及，遥控器的使用现在已屡见不鲜，随处可见。例如空调，电视机，DVD以及灯光照明等，都配套有遥控器，方便于人们可以远处随时控制家电。遥控器的设计不但要求产品功能齐全，同时要求造型新颖、小巧美观、大方、方便携带和产品价格低廉。此次利用SolidWorks所设计的智能灯光遥控器的外壳三维图如图2.1所示。本毕业设计主要选取其中智能灯光遥控器的上盖（如图2.2及图2.3所示）进行设计注塑模具及成型过程模拟分析。图2.1智能灯光遥控器外壳三维模型设计图2.2智能灯光遥控器上盖三维模型图2.3智能灯光遥控器上盖CAD图作为上盖，智能灯光遥控器的上盖设计要考虑到装配和美观的问题，主要采用了卡扣设计，止口的设计以及美工线的设计。图2.4（a）卡扣1图2.4（b）卡扣2如图2.4（a）和（b）所示，卡扣又称卡扣位，扣位，通过塑料的弹性和结构变形来实现拆装，与螺丝一样起到连接与固定遥控器上下盖的作用。由于遥控器的尺寸不大及质量轻，整个壳体的固定采用卡扣固定就已经足够，没有必要用到螺丝固定，使得在满足产品功能的前提下结构更简单，减小模具的加工难度，降低成本。图2.5止口如图2.5所示为上盖止口的设计，主要可起到以下两个作用：（1）限位作用。防止遥控器上下盖在装配的时候发生错位，产生断差的作用。（2）防静电释放的作用。可以防止静电从外部进入到遥控器外壳里面，以免破坏到内部的电子元件，因此止口又称为静电墙。图2.6美工线如图2.6所示，在不妨碍产品的结构及功能的情况下，适当添加美工线可以起到美观装饰的作用。产品材料的选用及性能分析目前外壳常用的塑料材料主要有PC(聚碳酸酯)和ABS(丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物)。因为在综合性能的方面考虑上，相对于PC来说ABS更良好，而且尺寸稳定、易于机加工，广泛应用在机械工业中制造齿轮、轴承等零部件，制造业中电视机外壳、空调机外壳和电子产品外壳，以及汽车工业中用于作挡泥板、扶手等。因此可以选用ABS作为智能灯光遥控器上盖的材料。ABS是聚苯乙烯（一种新式工程塑料）的改性产物。不透明，密度为，收缩率为0.4%～0.8%。因为各种单体的特性使得共聚物ABS具有耐腐蚀，坚韧、质硬、刚性的协同特点，低温抗冲击性能好是其另一特点。ABS有很好的化学稳定性，耐油性，耐强碱、弱酸、醇类，但不耐强酸、酮、醛、酯、某些氯代烃和芳烃。塑件的工艺性分析尺寸精度一般来说，塑件产品的精度不高。影响塑件本身产品精度的原因是多方面的，比如说模具的表面粗糙度及磨损情况，塑胶材料的种类，注塑参数，塑件形状和尺寸等。依照精度等级选择表，ABS高精度MT2，一般精度MT3，未注式公差MT5。由于智能灯光遥控器上盖属于中小型塑件，该塑件对配合要求不是那么高，因此选择一般精度要求，为MT3，查阅相关的模具设计手册可得到ABS产品公差数值表如下：表2.1ABS产品公差对应数值表单位：mm基本尺寸精度等级基本尺寸精度等级33～30.0824～300.163～60.0830～400.186～100.140～500.210～140.1250～650.2214～180.1265～800.2618～240.1480～1000.3壁厚注塑产品壁厚是产品最主要的参数，关乎着产品的重量，体积以及强度，与塑件的尺寸关系密不可分。一般说来，塑件的尺寸越大，所选用的壁厚越厚。所以塑件制品的壁厚可以根据塑件的尺寸以及材料的不同来选择，常用的ABS材料的厚度为。同时为了避免塑件在注塑过程中填充不均匀而产生内应力，使得塑件发生翘楚变形以及局部凹陷等缺陷，在设计过程中应该使得塑件的料厚尽量均匀，在这里，为了满足上盖的使用性能，本设计塑件的平均料厚取。圆角为了使塑件注塑时避免在拐角处出现应力集中，提高塑件的强度，除了有特殊要求的尖角外，在塑件的各个面相交的拐角处应该设计过渡的圆角。在一般设计的情况下，过渡圆角的半径一般取塑件料厚的倍，并且最小的圆角半径不小于。注射成型工艺参数表2.2ABS注射成型工艺表预处理ABS材料有高吸湿性，使用前必须干燥处理。干燥条件：一般都是在热风下干燥不少于3个小时。熔化温度熔化温范围为，一般选择。模具温度温度越低，产品表面粗糙度越粗糙。ABS的模具温度为。注射压力MPa成型温度喷嘴温度料筒后段温度中段温度前段温度

模具的结构总体设计与注塑机选择分型面的确定分型面的类型按照形状可分为垂直分型，水平分型，斜面分型和阶梯分型等。选择塑料制品分型面基于以下原则：（1）选择模具加工方便的位置。（2）不得影响产品脱模。通常选择塑料制品的最大横截面。（3）不应影响塑料制品尺寸精度。（4）应该有利于抽芯和排气。根据分型面的原则，智能灯光遥控器上盖选择塑件的最大的截面处作为分型面，采用水平分型，如下图3.1的A-A所示的位置：图3.1分型面的确定排气槽的设计在一般情况下，可以利用模具分型面、镶件、顶针和推杆的间隙将模具型腔内的气体排到模具外面。但是当物料产生的气体较多，或者成型有部分是薄壁结构的塑件或者采用快速注射工艺时，需要在模具上开设排气槽，以排出在塑料熔体注入型腔后型腔中的空气以及熔体挥发出来的气体。由于智能灯光遥控器上盖在止口部分有部分是薄壁结构，因此需要开设排气槽，以防止排气不足而使得熔体流动阻力变大，使薄壁部分无法被充满。在模具的前模仁上开设了半径为2.5mm，深度为0.5mm的排气槽，排布如下图3.2所示。图3.2排气槽的排布型腔布置模具型腔数目的确定在分型面位置确定之后，就需要确定模具型腔数目，是选单型腔或者多型腔。影响型腔数量主要取决于注塑机最大注塑量、锁模力、塑化能力、产品精度、流变参数和经济成本等因素。由于智能灯光遥控器上盖属于中小型产品，需要设置侧抽芯机构，结合模具尺寸大小与塑件尺寸之间的关系以及模具的生产制造成本和经济利益关系，决定采用一模两腔的形式。 型腔的排列由上提到，智能灯光遥控器上盖需要设置侧抽芯机构，且采用一模两腔的形式，为了防止模具受到偏载的作用导致发生溢料等情况，所以型腔的布置和浇注系统的部位采用对称排列，如下图3.3所示。图3.3型腔的排列注射机的选择及校核注射量的计算利用SolidWorks软件对智能灯光遥控器上盖进行三维建模，再利用软件的测量工具可以测出一个智能灯光遥控器上盖塑件的体积为，又因为ABS的密度为，所以塑件的质量为 （3.1）则估算浇注系统的体积为 （3.2）其中，N——型腔数目，这里取N=2。故注塑过程中总的注射量为 （3.3）故总注射量对应的质量为 （3.4）注射机的选择因为塑件的材料为ABS，因此宜选用螺杆式注塑机。根据一模两腔的形式以及上面计算出来塑件的注塑量，初步选择的注塑机型号为：螺杆式XS-ZY-125。初选注塑机的参数如下表3.2所示。表3.2螺杆式XS-ZY-125注射机的参数类型参数类型参数最大注射量/125最大模具高度/400螺杆直径/42最小模具高度/200注射压力/116.6拉杆间距/260×290注射行程/115模板尺寸/428×458锁模力/t90喷嘴口孔径/∅4模板最大行程/300喷嘴球径/SR18注射量的校核所选定的注塑机应使得智能灯光遥控器上盖模型加上浇注系统的总注射量小于注塑机最大注射量的百分之八十，即 （3.5）式中，——注塑机标称注射量（）；——上盖模型加上浇注系统的总注射量（）；其中 ， ，故成立，通过了注射量校核。锁模力的校核查阅注塑模具手册可得以下式子： （3.6）式中，——上盖模具型腔数目，；——分型面上单个上盖的投影面积（），由SolidWorks计算出；——分型面上浇注系统的投影面积（），取35%的的面积得；P——单位型腔面积上的塑料熔体压力（MPa），一般取注塑机注射压力的80%，；F——注塑机名义锁模力（N）,。将以上数据代入式（3.6）中，得故通过了锁模力的校核。注射压力的校核上述工艺参数数据表明，螺杆式XS-ZY-125注塑机的额定注射压力为116.6MPa，高于ABS的注射压力，故通过了注射压力的校核。模具与注塑机安装相关尺寸的校核查表2可知，最大模具高度为400mm，最小模具高度为200mm，易知智能灯光遥控器上盖模具可以装入注塑机中。主流道小端直径d应该略大注塑机喷嘴口孔径大概0.5～1mm，而 （3.7）主流道入口凹坑球面半径SR应该略大注塑机喷嘴球径大概1～2mm,而 （3.8）结合式3.7和式3.8，通过了注塑机喷嘴校核。开模行程的校核由于本设计的模具属于三板模，采用单分型面，查阅参考文献有： （3.9）式中，和——推出距离和塑件高度（mm）；a——第二个分型面分开的距离（mm）；S——注塑机注射行程（mm），由表2可得到。将数据代入式3.9中，可知道S远大于这个开模行程。故所选用的注塑机开模行程满足要求。

浇注系统的设计主流道的设计主流道是塑料熔体从注塑机喷嘴到分流道的流动通道。主流道有如下几个设计要点：（1）为便于凝料脱出，主流道可设计的锥度，上盖模具的主流道取；（2）主流道小端直径d应该略大注塑机喷嘴口孔径大概0.5～1mm，取，主流道入口凹坑球面半径SR应略大注塑机喷嘴球径大概1～2mm，取。（3）在主流道、分流道之间采用圆弧过渡，圆角半径为1～3mm。分流道的设计分流道是塑料熔体从主流道到浇口的流动通道，起分流及转换方向的作用。考虑到便于加工，有利于塑料流动等因素，因此决定采用梯形截面，结构如图4.1所示。图4.1分流道截面设计查阅设计手册可以得到：梯形的上底取，高取，脱模斜度取5°。内浇口的设计智能灯光遥控器的上盖外观要求光滑美观，在上盖的外表面不能设置内浇口，因此根据塑件的结构特点，可以采用潜伏式浇口的结构形式，将内浇口的位置选择在塑件的背面，使得塑件的表面不会出现浇口的痕迹，而且在模具开模的同时能自动切断浇口，如图4.2所示，利用内侧推杆开设通道的潜伏式浇口，有两个流道，熔体经过二次流道从塑件的内表面进浇到型腔中，使得上盖的外表面质量较好。图4.2潜伏式浇口由于智能灯光遥控器的上盖的壁厚，推杆上的二次浇口直径为。

模架的选择与设计标准模架就如注塑模具的骨架，主要有上模座板、下模座板、垫板、支撑板、导柱、导套和复位杆等组成部分零件组成。智能灯光遥控器的上盖采用点浇口的方式进浇，除了上下模座板之外，为了方便脱料需要设置脱料板，即选用三板模结构。综合考虑，决定选用模架DC3540-80×90×100GB/T12555-2006。查阅GB/T12555-2006，可以得到以下尺寸及材料选择如下：动模座板：；选取Q235作为材料；动模板：；选取45号钢作为材料；定模板：；选取45号钢作为材料；推料板：；选取45号钢作为材料；定模座板：；选取Q235作为材料；推杆垫板：；选取45号钢作为材料；推杆固定板：；选取45号钢作为材料；支撑板：；选取45号钢作为材料。在选择模架材料的时候，应该考虑到一定的强度和耐磨性，因此可以选取45号钢和Q235材料，经过淬火有一定的强度和耐磨性。具体各个部分的材料选择如上所示。

侧抽芯机构的设计行位结构的设计行位，又称为滑块，是脱模时的侧向抽芯结构，行位结构由行位（滑块），锁紧块，压块和斜导柱组成。行位结构按照前后模分可分为前模行位和后模行位，按照模具结构可分为外行位结构和内行位结构。智能灯光遥控器上盖的行位结构选择后模外行位结构，具体结构如图6.1所示。斜导柱的倾角在12～22°，一般斜导柱倾角不大于25°，所以取为13°。图6.1行位结构的设计抽芯距计算抽芯距是指侧型芯从成型位置到不影响产品脱模位置所移动的距离，用表示。出于安全考虑，侧抽芯距要比上盖的卡扣侧孔深度长2～3mm，即 （6.1）式中，——上盖卡扣侧孔深度（mm），。代入式6.1，取侧抽芯距为4mm。抽拔力的计算塑件在冷却之后，会对型芯，侧抽芯机构产生一个抱紧力。因此在脱模的时候需要估算一下侧抽芯的抽拔力。查阅塑料成型模具设计手册，得到如下公式： （6.2）式中，A——活动型芯被塑件包紧的断面面积（），；——塑件收缩应力（Pa），一般模具中冷却的塑件取，这里取；μ——摩檫系数，一般μ=0.1～0.2，这里取μ=0.15；——脱模斜度（°），这里取3°；代入数据，解得抽拔力的值为P=20.7N斜导柱设计正常抽芯时，斜导柱长度公式为 （6.3）式中，——斜导柱总长度（mm）；D——斜导柱固定部分的大端直径（mm），D=20mm；h——斜导柱固定板厚（mm），h=35mm；d——斜导柱工作部分直径（mm），d=16mm；——抽芯距离（mm），；——斜导柱倾角（°），；代入数据，计算得到，查表取。则实现整个抽芯过程所需要的最小开模行程H为 （6.4）侧向抽芯机构的工作原理开模时，在动模带动下，滑块由于在斜导柱作用下被迫其向外移动，使得型芯与塑件脱离，滑块在弹簧和限位钉的共同作用下停留在合适的位置上，完成侧向抽芯动作。合模时，斜导柱使得侧型芯滑块向里移动复位，最后由锁紧块锁紧。

成型零件的设计及计算型腔的结构设计构成制品外表面的成型零件，称作型腔或凹模。凹模由结构分类，有整体凹模，整体嵌入凹模，局部镶嵌凹模和组合凹模等。由于智能灯光遥控器上盖属于中小型塑件，需要生产的批量比较大，而且模具采用的是一模两腔，因此决定采用整体嵌入式凹模。这种结构加工效率比较高，可以保证各型腔的形状尺寸和表面状况一致，便于热处理和拆装更换。将单个型腔单独加工成模仁（如图12所示）之后，再采用沉孔嵌入法将两个模仁嵌入模套之中，如图7.1所示。图7.1前模仁的结构设计图7.2型腔的结构设计型芯的结构设计构成制品内表面或孔的成型零件，称作型芯或凸模，基本上可以分为构成塑件内表面主体部分的主型芯，成型塑件孔的小型芯和成型杆等等。型芯可分为整体式型芯和嵌入式型芯。由于智能灯光遥控器上盖模具采用的是一模两腔，对应的型腔采用的是采用整体嵌入式凹模，为了与凹模对应，因此主型芯，小型芯也采用的是嵌入式型芯。由于智能灯光遥控器上盖的型芯比较复杂，因此为了加工与更换的方便，分别设计了五个镶件，等加工完再装配到模仁上，如图7.3和图7.4所示。图7.3后模仁的爆炸图图7.4后模仁的装配图将所有镶件装配到后模仁上面之后，再采用沉孔嵌入法将两个后模仁嵌入模套之中，如图7.5所示。图7.5型芯的结构设计成型零件尺寸计算由ABS的性能分析部分可以得到其收缩率为0.4%～0.8%，因此塑件平均收缩率为 型腔尺寸计算型腔径向和深度的尺寸计算公式分别如下： （7.1） （7.2）式中，——塑料平均收缩率；——上盖外形最大尺寸（mm）；——上盖高度最大尺寸（mm）；x——系数，对于尺寸大、精度低塑件，取x=0.5；对于尺寸小，精度低塑件，取x=0.7；在这里，型腔的径向系数x取，型腔的深度系数x取；Δ——上盖尺寸公差；——型腔的制造公差；依据上盖尺寸公差的数值，型腔的制造公差可以取；代入数据，有型芯尺寸计算型芯径向和深度的尺寸计算公式分别如下： （7.3） （7.4）式中，——塑料平均收缩率；——上盖内形最小尺寸（mm）；——上盖内形深度最小尺寸（mm）；x——系数，对于尺寸大、精度低塑件，取x=0.5；对于尺寸小，精度低塑件，取x=0.7；在这里，型腔的径向系数x取，型腔的深度系数x取；Δ——上盖尺寸公差；——型芯制造公差；依据上盖尺寸公差，型芯的制造公差可以取；代入数据，有型芯型腔材料的选择注塑模具的工作条件与冷作模具的不同，一般都需要在一定的温度条件（大约150℃～200℃）下使用。所以它不但受到一定的压力，而且受温度条件的影响。因此对塑料模具型芯型腔材料的选择，除了足够的强度、硬度和优良的工艺性能外，还应考虑是否有足够的热稳定性来防止温度变化引起的尺寸变化，最终影响塑件的尺寸。由上可知，模架材料选取了45号钢材料使得淬火后有一定的强度，硬度和耐磨性。而对于型芯和型腔而言，可以选用T8A材料，经过淬火回火后有较高硬度和耐磨性，同时也具有一定的热稳定性。

导向机构和脱模机构的设计导向机构的设计注塑模导向机构主要起导向作用、定位作用和承受侧压力。由于智能灯光遥控器上盖模具是选用了标准模架DC3540-80×90×100GB/T12555-2006，对于标准模架中的导向机构的设计是有一定的科学依据和实践经验作为基础的。标准模架DC3540-80×90×100GB/T12555-2006的导向机构采用了4根相同的导柱在模腔周围对称分布，导柱采用带有轴向定位台阶和导套配合。导柱与导套配合的工作部分采用间隙配合H7/f7,与动模板配合的固定部分采用过渡配合H7/k6。导柱的工作部分表面粗糙度Ra为0.4μm，固定部分表面粗糙度Ra为0.8μm。导柱需要有足够的强度和耐磨性，因此可以采用T10碳素工具钢，经淬火处理标准模架DC3540-80×90×100GB/T12555-2006的导向机构中动定模板的导套带安装凸肩，推料板的导套不带安装凸肩。导套与导柱配合的内径部分采用间隙配合H7/f7，与定模板和推料板配合的外径部分采用过渡配合H7/k6。导套的内外圆柱面的表面粗糙度Ra均取0.8μm。与导柱类似，导套也需要有足够的强度和耐磨性，因此也采用T10碳素工具钢，经淬火处理。脱膜结构的设计在每一次的注塑成型后，需要有将塑件从模具型腔中取下来这一步骤，而为了保证塑件顺利从型腔脱下，需要设置顶出机构，也被叫做脱模机构。顶出机构按结构分类为：简单脱模机构、二级脱模机构和螺纹脱模机构等。而其中的简单脱模机构又可以分为推杆脱模机构、推件板脱模机构、推管脱模机构和气动脱模机构等[11]。由于智能灯光上盖模具在施加推力后可以脱出塑件，因此采用推杆脱模机构。推杆脱模机构的设计原则有以下几点：（1）保证推出结构的可靠性。（2）为保证制品外表面光滑，因此应尽量在制品内表面设置脱模机构。（3）尽量使塑件留在动模一侧。（4）为了提供较大的推出力，要在壁厚处设置推出机构。推杆脱模机构的组成可分为推出元件、导向元件和复位元件。如图8.1所示，智能灯光遥控器上盖模具的推出元件包括18根推杆，推杆固定板和推杆垫板。其中为了避免塑件的翘曲变形、裂纹和顶白现象，每个塑件的推杆的分布如图18所示。智能灯光遥控器上盖模具的复位元件是如图所示的4根复位杆，其位置与形状设计皆按照标准模架DC3540-80×90×100GB/T12555-2006。图8.1脱模机构的布置

冷却系统的设计在塑料部件的模塑过程中，模具温度的变动直接影响塑料部件的质量和生产效率。过高的模具温度会引起因为温度过高或冷却时间延长导致的塑料部件变形以及生产效率降低等问题，而模具温度过低会降低塑料熔体的流动性，使得难以填充模腔并出现填充不完整的、表面质量差和增加塑件的内应力等缺陷。因此需要在模具中设置温度调节系统。对于不同的塑料，有不同的性能和成型条件，因此对于模具温度的要求不同。在智能灯光遥控器上盖模具设计时，使用要求比较低模温（）的ABS塑料,因为熔体注入使得模具温度不停升高，而模具的散热能力不能保持模温，因此要设置冷却系统来控制模具温度在ABS材料成型温度条件的范围内。智能灯光遥控器上盖模具的模具温度是，选用的冷却方式是水冷。每单位时间熔体凝固期间释放的热量必须等于冷却水携带的热量。查阅相关的资料，可以得到以下热平衡计算公式： （9.1）式中，——冷却水流量（）；W——每单位时间（分钟）注入模腔中的熔体质量（kg/min），取；Q——每单位质量（kJ）上盖塑件凝固时释放的热量（kJ/kg），取Q=100kJ/kg；ρ——冷却水密度（），取；c——冷却水比热容[kJ/(kg×℃)]，取c=4.2kJ/(kg×℃)；——冷却水的进出口温度差，取=50℃；代入数据，解得查手册后，根据冷却水流量选择冷却水道直径为d=8mm。如图19，20，21所示，动、定模板及推料板上冷却水道的设计和排布如图。图9.1动模板上的水道分布图9.2定模板上的水道分布图9.3推料板上的水道分布

基于Moldflow的注塑模具CAE分析分析目的在计算机技术与水平飞速发展的今天，计算机辅助设计（英文简称为CAD）/计算机辅助制造（英文简称为CAM）/计算机辅助分析（英文简称为CAE）在制造业领域占了重要位置，在设计和检测中模具技术也越来越成熟。其中用于注塑成型和相关工艺的CAE技术的出现对模塑工业产生了快速增长的影响。经由CAE软件（比如Moldflow、Moldex3D等），可以模拟成型中的充填、保压、冷却、脱模后的变形，同时确切预测模具内的熔体压力、温度、体积缩小等变量的瞬间具体分布状况。在成型过程中塑件产生的收缩变形、翘曲和熔接痕等缺陷可采用CAE进行模流分析来进行预测，按照的模拟出来的数据以及一定的经验优化产品结构及模具，改善以前生产周期较长、生产成本较高、制品精度和质量差的传统反复试模等缺点。本章运用Moldflow软件对上面设计出来的智能灯光遥控器上盖模具进行CAE分析，并做出印证和优化。分析前准备上盖三维模型的导入在SolidWorks2016中建立智能灯光遥控器上盖实体模型，将sldprt格式的模型转化为igs格式导入Moldflow，选择双层面，成功导入。网格划分对导入的遥控器上盖三维模型进行检查，然后指定网格单元边长值（一般为产品最小厚度的1.5～2倍，智能灯光遥控器上盖的最小壁厚1mm，因此处网格边长选1.68mm），用双层面形式对模型网格化处理，划分结果如图10.1所示。图10.1上盖模型的网格划分结果图网格诊断及修复网格划分后，利用网格统计这个功能可以显示整个模型划分之后网格的所有统计信息，如图10.5所示。统计表中的部分信息为下一步的网格修复提供了方向。图10.2网格统计信息由图10.2可知，上盖三维模型网格的连通区域的值为1，自由边的值为0，相交的单元的值为0，该模型无重叠和交叉点，没有配向不正确的单元，网格相匹配程度大于85%，网格划分比较合理。下面对上盖的网格厚度以及纵横比进行诊断，再进行网格修复。图10.3网格厚度诊断结果由图10.3可以看出，产品壁厚平均大约为1.5mm，比较均匀，上盖的设计比较合理。图10.4（1）纵横比诊断结果图10.4（2）纵横比诊断结果如图10.7（1）和（2）所示，获得划好网格的上盖模型的纵横比诊断。由上图可以看出，90个单元的纵横比大于6，这部分单元大部分位于模型的圆角和倒角部分。因为网格质量的高低，会直接影响到后面分析结果的准确性，因此需要对纵横比较大的网格进行修复，减少分析出来的结果与实际情况的误差。对纵横比大于6的单元进行修复再统计，得到结果如图10.5所示，可知修复后纵横比大于6的单元数为53，降低了纵横比不合理的单元数，使得网格更加合理，分析出来的结果更准确。图10.5纵横比修复结果Flow（流动）的分析选择材料智能灯光遥控器上盖要求表面平滑光整、美观，表面不允许出现缩孔及纹路。在标准材料库中选择UMGABSLtd公司生产的牌号为“UMGABSGSM”的ABS材料。该ABS材料的性能参数如表10.1所示，其粘度曲线和PVT曲线分别如图10.6和图10.7所示。表10.1ABS的性能参数熔体密度（）模具温度范围（℃）熔体温度范围（℃）顶出温度（℃）最大剪切应力（MPa）最大剪切速率（1/s）0.9745325～80200～280880.2812000图10.6ABS的粘度曲线图图10.7ABS的PVT曲线图最佳浇口位置分析分析类型选择为浇口位置，并对划分好的上盖模型模拟分析，得到最佳浇口的参考位置，如图10.8所示。图10.8最佳浇口参考位置根据仿真结果，软件分析出来浇口匹配性最高的位置是该图的蓝色区域部分，最适合设置浇口。由于遥控器上盖的表面成型质量要求比较高，故选用潜伏式浇口比较合适，因此在上盖的内表面选择浇口位置。现在选取图10.8中A区域位于网格模型N14930节点处作为浇口位置。浇注系统的创建由于上盖采用潜伏式浇口，为了使得打开模具后浇注系统和凝料可以一起脱出，因此采用内侧推杆开设通道的潜伏式浇口进行二次流道方式。即采用推杆来设置二次流道，设计好合理的潜伏流道的尺寸和斜度后，使上盖在顶出时通过顶杆和拉料杆的共同作用，将浇注系统和凝料拉断后推出，实现自动脱模。潜伏式浇口的形式的见图10.9所示。图10.9潜伏式浇口浇注形式为了保证模拟分析的有效性，在分析之前一定要确认塑件与流道之间应该连成一个整体，如图10.10所示，构建完浇注系统后进行连通性诊断，可以看出两个上盖与浇注系统之间已连通。最后选择主流道顶端进料，浇注系统的创建完成（如图10.11所示），可以进行下一步分析。图10.10网格连通性诊断结果图10.11浇注系统的模型充填分析在热塑性注射成型的整个成型周期中，Moldflow主要是通过对充填，保压以及冷却进行模拟分析，来获得上盖在成型过程中的参数，预测塑件的成型效果是否达到设计要求以及注射过程中会发生怎样的问题，工程师以及设计者可以根据模拟的结果对产品的结构或者浇注方式进行调整。其中，充填是一个十分重要的过程，Moldflow可以对熔体在模腔内从开始到充满的流动情况进行模拟分析，从分析结果我们可以根据充填时间、充填速率、流动前沿的温度、气穴、压力值和熔接线等参数，对产品的结构和浇注系统进行改进。现在对上盖模型和浇注系统进行充填分析：（1）充填时间如图10.12所示，充填时间为2.905s，小于5.0s（最佳极限填充时间），结果显示型腔充满，充填过程平缓。图10.12充填时间结果示意图（2）流动前沿的温度图10.13流动前沿温度结果示意图由图10.13所示，我们可以看到上盖的绝大部分熔体的流动前沿温度的值非常接近于234.6℃，温差在10℃以内，温度差在合理的范围。温度变化比较大的部分位于薄板上，且面积不大，对于塑件的功能影响不大。可以对塑件结构进行优化。（3）体积剪切速率图10.14体积剪切速率结果示意图如图10.14所示，体积剪切速率的最大区域位于位于模型浇口位置附近，数值为2153371/s，超过了ABS的最大剪切速率，需要后续进一步优化。（4）总体温度如图10.15所示，总体温度的分布比较均匀，最大的温度为248.5℃，不超过ABS的降解温度。图10.15总体温度结果示意图（5）气穴图10.16气穴结果示意图如图10.16所示，可看出气穴主要位于在上盖模型的底部，可根据气穴的位置和模具结构可推断出，这些气穴所在的部分是最后成型的，可以通过开设排气槽或者利用模板之间的间隙来排除。（6）熔接线如图10.17所示，显示了塑件上熔接线的位置主要分布在孔的周围。从图可看出，没有出现连续、大量熔接线，但在上盖空心的部分会产生一条细长的熔接线。虽然对塑件强度影响不大，但还是尽量在后续设计中注意避免。图10.17熔接线结果示意图从以上的模拟分析结果可知：塑件的填充时间比较合理，体积剪切速率超过了ABS的最大剪切速率，总体温度的分布合理，气穴和熔接线的数量分布也在合理范围内。.根据上面的结果可做以下方案修正：将左右两边模型的浇口尺寸由原来的1.5mm修改为2mm；在模具中开设排气槽。优化后重新分析后可以得到以下的结果：（1）优化后的充填时间：图10.18优化后充填时间结果示意图（2）优化后的前沿温度图10.19优化后流动前沿速度结果示意图（3）优化后的体积剪切速率图10.20优化后体积剪切速率结果示意图（4）优化后的总体温度图10.21优化后总体温度结果示意图（5）优化后气穴图10.22优化后气穴结果示意图（6）优化后熔接线图10.23优化后熔接线结果示意图通过优化冷却系统后，从以上的优化后结果图可以看出：优化后的充填时间变为2.736s，和之前无特别大的变化，同样在合理范围内；优化后的流动前沿速度，和之前无特别大的变化，同样在合理范围内；优化后的体积剪切速率小于ABS的最大剪切速率；优化后总体温度更加均匀；从优化后气穴的分布图来看，气穴明显减少；从优化后熔接线的分布图来看，熔接线也明显减少。因此，通过优化参数可以达到我们预期的效果。冷却分析冷却系统的创建根据上面所建立的塑件和浇注系统，在塑件的周围排布冷却水道，现在取冷却水道的半径为8mm，建立如图10.24所示的冷却系统，并划分网格，选取水作为冷却液，设置好冷却液入口。接着进行下一步的冷却分析。图10.24冷却系统示意图冷却结果分析冷却分析是通过对注塑的冷却过程中温度的变化参数来判断所设计的冷却系统是否满足要求，同时可以根据有缺陷的地方对冷却系统进行相应的结构优化，尽可能避免因冷却导致的塑件发生翘曲变形，使得提高产品质量，降低生产成本。现在对建好冷却系统后的模型进行冷却分析：（1）回路冷却介质温度如图10.25所示，从图中可知回路冷却液温度最大与最小之间的差值为0.47℃，小于3℃，在合理的范围之内，符合预期要求。图10.25回路冷却液温度结果示意图（2）回路雷诺数图10.26回路雷诺数结果示意图如图10.26所示，回路雷诺数为10000，符合预期要求。（3）回路流动速率回路流动速率是指冷却水在冷却系统中流过某一单元时的速度，单位为Lit/min。如图10.24所示，从图中可知该塑件的回路流动速率为3.387Lit/min。符合预期要求。图10.27回路流动速率结果示意图（4）达到顶出温度的时间由图10.28和图10.29可知，冷流道达到顶出温度的时间为17.51s、零件达到顶出温度的时间为38.28s，符合预期要求。图10.28顶出温度的时间图（冷流道）图10.29顶出温度的时间图（零件）由以上冷却分析的结果示意图可知，冷却系统的设计符合预期效果，各项参数合理，但并不是最优解的，且也不能确定塑件是否会出现收缩或者翘曲变形等问题，因此需再进行翘曲分析来确定冷却水道是否合理。翘曲分析所谓翘曲变形，是制品形状在开模后发生旋转和扭曲现象，是注塑成型中很容易出现的缺陷之一。导致翘曲变形的因素有很多，如工艺参数选择不合适、应力和收缩不均匀、冷却系统或模具结构不合理都会致使塑件翘曲变形。而通过使用CAE软件的翘曲分析，可以预测导致塑件发生翘曲变形的可能原因，进而通过优化冷却系统或模具，减小塑料制品的翘曲变形，提高塑品的成型质量。下面主要通过Moldflow对翘曲产生的三大原因：塑件的冷却不均匀、收缩不均匀以及分子取向不均匀进行分析，给出上盖产生翘曲的主要原因。冷却不均对翘曲变形的影响从图10.30中得知塑件绝大部分的变形量为0.06mm以下，说明注塑模具的冷却系统设计比较合理，且冷却系统对塑件的翘曲变形影响较小。图10.30冷却不均对翘曲变形的影响云图收缩不均对翘曲变形的影响图10.31收缩不均对翘曲变形的影响云图从图10.31得知塑件最大的变形量为0.3441mm，说明塑件的翘曲变形主要是由于收缩不均匀引起的，后期可以通过增长保压时间来改善，但是相对于产品最大外形120mm来说，变形量较小，符合要求。分子取向不均对翘曲变形的影响由图10.32我们可以知道变形量为0，这可以说明分子取向对塑件的翘曲变形没有产生任何影响。图10.32分子取向不均对翘曲变形的影响云图综上模拟分析的结果可以得出结论：塑件的收缩不均匀是造成上盖翘曲变形的主要原因。图10.33是所有效应对翘曲变形的影响云图，由图可得知塑件最大的变形量为0.3925mm，后期可以通过增长保压时间来改善，但是相对于上盖模型最大外形尺寸120mm来说，变形量较小，符合要求。图10.33所有效应对翘曲变形的影响云图

模具装配图及工作原理智能灯光遥控器上盖的注塑模具的装配图如图11.1所示。模具的工作原理为：模具开模时，首先推料板和定模板分开，使得浇注系统凝料和塑件分离，然后推料板和定模座板分离，确保拉料杆从浇注系统凝料中被强行脱出，完成浇口切断和凝料脱落的阶段。此后当动模板继续往后移动到达定距拉杆的位置时，定模板和动模板之间开始分离。与此同时，模具的行位机构也开始运动，由于楔紧块被固定在定模板上，使得侧型芯在滑块的带动下向外运动，其运动的距离由弹簧和限位钉限定，直到滑块与塑件完全脱离，实现了行位机构的脱模；注塑机的推杆运动带动模具的推板运动，使得固定在推板固定板上的推杆顶出塑件，最终完成塑件的脱模。随后，在复位杆和复位弹簧的共同作用下完成了顶出机构的复位，接着模具再次合模，完成一个循环。图11.1智能灯光遥控器上盖注塑模具装配图

总结本设计主要利用三维建模软件SolidWorks对智能灯光遥控器上盖进行了产品结构及模具结构设计，再使CAE分析软件Moldflow对设计进行模拟分析，分别对塑件进行最佳浇口位置分析、充填分析、冷却分析和翘曲分析等；选取了ABS作为上盖产品的材料，是一种热塑性塑料，流动性良好，加工性能好，尺寸稳定，收缩率仅为0.4%～0.8%，能够满足产品的使用性能及注射模具的