塑料传动链条注塑模具设计及成型过程模拟分析

塑料传动链条注塑模具设计及成型过程模拟分析摘要注塑成型具有成型速度快、生产效率高、生产成本低、制品表面质量好、颜色样式多样、尺寸精度高、结构从简单到复杂等等优点，绝大多数塑料的成型方式都是注塑成型。本文针对以PP聚丙烯作为材料的传动链条进行注塑成型模具设计及成型过程模拟分析，分析制品缺陷，优化模具结构，提高生产效率。通过分析PP的材料性能和成型性能，确定最佳成型温度范围，降低塑件收缩率。针对塑料传动链条的结构，采用一模两腔的成型方式，设计定模仁和滑块成型塑件，以滑块、斜销、导滑槽、楔紧块、滑块定位复位装置组成侧抽芯机构，开模时进行侧抽芯，再用推杆顶出制件，保证塑件可以顺利脱模。设计直流冷却水道对定模仁进行冷却，喷管式冷却水道对型芯进行冷却，保证模具温度维持在合适范围。用Moldflow软件对塑件完成整个成型过程的模拟，包括塑件结构缺陷的网格修复，找到最佳浇口位置并建立浇注系统、冷却系统，找出塑件在成型过程中的主要缺陷，消除主要缺陷，再进行冷却、填充、保压、翘曲分析。关键词：注塑成型，侧抽芯，冷却，模拟分析AbstractInjectionmouldinghasmanyadvantages,suchasfastformingspeed,highproductionefficiency,lowproductioncost,goodsurfacequalityofproducts,variouscolorstyles,highdimensionalaccuracy,simpletocomplexstructure,etc.Mostoftheplasticmouldingmethodsareinjectionmoulding.AimingatthetransmissionchainofPPpolypropyleneasmaterial,thispapercarriesoutthedesignofinjectionmouldingmouldandthesimulationanalysisofmouldingprocess,analysesthedefectsofproducts,optimizesthestructureofmoulds,andimprovestheproductionefficiency.ByanalyzingthematerialpropertiesandformingpropertiesofPP,theoptimumformingtemperaturerangewasdetermined,andtheshrinkagerateofplasticpartswasreduced.Accordingtothestructureoftheplastictransmissionchain,atwocavityformingmethodisadopted,anddesignMoldCoreandSliderstoshapetheplasticparts.Thesidecorepullingmechanismiscomposedofaslideblock,aninclinedpin,aguidegroove,awedgeblockandasliderpositioningresetdevice,andthesidecorepullingiscarriedoutwhenthemoldisopened,andtheejectorpinisusedtopushtheworkpieceout,soastoensurethattheplasticpartcanbereleasedsmoothly.Thedesignofdirectcurrentcoolingwaterchannelforcoolingthefixeddiecoreandnozzlecoolingwaterchannelforcoolingthecoretoensurethatthetemperatureofthedieismaintainedinanappropriaterange.Moldflowsoftwareisusedtosimulateandanalyzetheformingprocessofplasticparts,completegridanalysisandgridrepair,analyzetheoptimalgatelocation,optimizethelayoutofthegatingsystemandcoolingsystem.Cooling,filling,holdingpressureandwarpinganalysiswerecarriedouttofindoutthemaindefectsofplasticpartsintheformingprocessandeliminatethemaindefects.Keyword:InjectionMolding,SideCorePulling,Cooling,SimulationAnalysis目录TOC\o"1-1"\h\z\u\t"标题4,3,标题5,2"1绪论 绪论近年来，通过不断学习国外的先进技术及引进国外技术顾问，同时我们自己也实行人才强国战略，各高校、研究院也培养了很多技术人才，我国的注塑模具制造水平取得了显著的进步，无论是从数量、质量、技术都取得了很大提升[1]。但是由于自身的制造业起步较晚，经验的不足、科研水平的落后、企业竞争激烈、高技术人才的缺乏，各种原因加起来导致我们注塑模具制造水平达到了一个颈瓶阶段，与国外的顶尖注塑模具制造技术还相去甚远。精度要求高、使用寿命高、模具结构复杂的高端注塑模具依然要依赖于进口，这导致我国企业的生产成本急剧上升，利润下降，很多企业就会难以为继，注塑模具制造这个行业就会渐渐萎缩，长此下去非常不利于我国注塑模具行业的发展[1]。塑料制品具有质量轻、绝缘、化学稳定性好、强度高、耐磨、耐腐蚀、价格低廉、生产效率高等等特点。日常生活中信手拈来的就是塑料制品，塑料制品已经广泛地应用到农、林、牧、渔、制造业、建筑业、餐饮、文化体育等等行业当中去，可以应用于装饰、日用品制造、建筑材料等等。对于国外的制造业来说，模具制造就是工业的基础，注塑模具更是模具制造业中举足轻重的一部分，因为有了模具，生产效率、制品尺寸精度都在不断提高，生产成本下降了很多。GDP第一的美国把模具制造比作“工业的基础”，高端制造业强国德国把模具制造比作“加工业的天主”，许多欧洲国家将其比作“会吸金的磁铁”，我们的领国日本把模具制造比作“社会富裕进步的发动机”。国外的注塑模具发展有三个特点：(1)标准化国外的注塑模具制造行业有统一的生产、制造、使用标准，模具的标准化特点非常鲜明；(2)集成化国外建有自己的注塑模具制造系统，数据库的采集、模具的生产管理都达到了数据化，互联网信息互通、数据共享、行业集成发展，并由此来满足模具制造的需要；(3)智能化模具设计、生产设备、生产控制都已经迈向智能化，少数几个人就能操控智能系统，在国防、航天、汽车、电子等领域的应用已经很普及，智能化发展已经是大势所趋[9]。我国的注塑模具制造发展存在的问题比较多：(1)标准化程度低我国模具行业鱼龙混杂，由于模具行业的发展迅速、门槛低，导致很多大中小企业扎堆地生产模具，质量参差不齐，标准高低不一。虽然有国家标准，但仍然存在很多企业用自己的生产标准。由于管理难度太大，管理成本高，我国对模具制造标准化的管理还是显得不足。(2)模具使用寿命低模具使用寿命的提高是模具生产的一个台阶，还需要通过从制造技术、材料、成本、按生产需要来实现；(3)模具材料模具寿命很大程度上依赖于模具制造使用的材料，材料的质量问题是模具行业发展的核心，只有材料得到了保证，模具制造才能有了根本保证；(4)人才缺乏由于互联网行业的蓬勃发展，越来越多的人才从制造业分流出去，收入水平低、工作强度大导致较多的人才流向其他行业；(5)科研资金投入不足科研机构和企业对模具自主创新的意识还不够强，一方面科研投入大，回报周期长，导致滥竽充数的现象。要更好地发展注塑模具制造业，我们需要做到：(1)开发高效率、高质量的模具取代以往的劣质模具；(2)定制统一的国家标准来使模具行业标准化，从而提高模具开发效率；(3)为提高模具生产的精度，我们要更好地运用高新技术，如：气体辅助成型技术、微注塑成型技术等[1]；(4)提供政策便利，使更多资金，更多人才投入到模具开发中去，鼓励企业研发模具，加强专利知识产权的保护，调动专业人才的积极性；(5)各高校培养人才的方式应该更具有创新性，推陈出新，避免殊途同归的填鸭式教学，鼓励学生从实践出发，敢于尝试和创新，理论结合实际，使模具事业不断前进。2材料的选用与性能2.1塑料的选用塑件的材料采用PP（聚丙烯）。2.2材料性能PP是一种半透明乳白色固体，属于热塑性树脂，具有无毒、无味、无臭的的特点，它是最轻的通用塑料，密度只有0.92g/cm³，耐热性好、化学稳定性好耐腐蚀、耐磨损。在低温和高温下都具有抗断裂、抗氧化、抗冷缩性能。表面刚度好、抗拉伸强度较高、抗划痕特性好，制品表面光泽度较好。缺点是在低温条件下耐冲击性差，易产生“铜害”、耐候性差、尺寸精度低、刚性不足、比较容易老化、变脆、变形[8]。2.3成型性能PP属于结晶型高聚物，收缩率相当大，流动性好，成型性好。PP材料加工时不用干燥，溶解热大，在融化过程中需要吸收大量的热量，产品出模后比较高温，粘度随着剪切速率的提高而明显降低，受温度影响不大，所以为了增加其流动性，要提高剪切速率、注射压力和注射速度。表2.1PP塑料的性能指标性能指标具体数值密度/g•cm-30.9收缩率/%1.0~2.5熔点/℃164~170抗弯强度×10-3/kPa49~58.8抗拉强度×10-3/kPa29.4脆折点/℃﹤-10弹性模量×10-4/kPa98~980断裂伸长率/%200~700缺口冲击强度（悬臂梁法）/kJ•m-25~102.4注射成型工艺参数PP的热稳定性较好，加工温度为200~250℃为宜，高温下长时间留在炮筒有可能会降解（分解温度为310℃）。所以机筒温度不宜太高，加热时间也不宜太长，否则PP易降解[12]。当注射温度高，分子取向程度高会呈现较大的收缩率，致使难以满足产品的尺寸精度要求。因此，通常情况其料温和喷嘴温度能满足流动性要求情况下，为了改善收缩变形和凹陷，模具温度宜取40~80℃。表2.2PP注射成型工艺参数工艺参数取值范围预热温度/℃80~100时间/h1~2料筒温度/℃前段180~200中段200~220后段160~170成型时间/s注射时间0~5保压时间20~60冷却时间15~50成型周期40~120喷嘴温度/℃170~190注射压力/MPa70~100保压压力/MPa50~60螺杆转速/r•min-130~60模具温度/℃40~80塑料件厚度较大，故取较低的料筒温度，料筒温度可选范围：160~250℃，喷嘴温度可选范围：130~220℃。在注塑成型时，提高注射压力会使熔料的流动性增大。螺杆式注塑机的注射压力比柱塞式更低。其数值以试模来确定，一般控制在70~100MPa，保证塑件不产生凹痕、不缺料、不溢料、不产生气泡。提高模具温度有助于大分子变得松弛，从而降低取向作用的影响；PP的结晶度会提高，减少塑件的成型缺陷。一般将PP的模具温度控制在：40~80℃。2.5PP的主要缺陷及消除措施缺陷：PP的成型产品抗弯曲应力变形差，收缩率大，尺寸精度低的问题，时间长了容易变脆，耐候性不好。有气孔、熔接痕强度低、溢料飞边，表面强度和硬度不足。消除措施：将模具温度控制在合适范围内，提高料筒剪切速率；注射速度、注射压力可以适当提高，防止模料在高温下长时间停留在料筒。

3注塑成型过程及工艺性分析3.1注射成型过程成型前的准备：对PP的色泽、粒度和均匀度等进行检验，PP成型前不用进行干燥。PP在料筒内加热达到粘流态，再将PP注射入型腔，经过充模、压实、保压、倒流、冷却，再开模顶出。3.2塑件的体积计算利用UG软件进行三维实体建模，并可直接通过软件进行分析[4]，得到塑件的体积为V件=56.123cm3。图3.1塑件三维图3.3塑件工艺性能分析塑件最小壁厚为5.5mm(＞0.8mm)，大于塑件的最小壁厚，因此注射成型时填充效果好，表面质量高，适合用注塑成型。3.4主要成型尺寸计算按平均收缩率为1.75%(0.0175)计算,由GB/T14486-2008,查“塑料模塑件尺寸公差表”，得知公差为MT5级，基本尺寸为27.5mm时，公差为0.5mm；基本尺寸为41.5mm时，公差为0.64mm；基本尺寸为42.5mm时，公差为0.64mm；基本尺寸为70mm时，公差为0.86mm；基本尺寸为74.5mm时，公差为0.86mm；其中27.50+0.50mm、42.50+0.64mm、A类尺寸为不受模具部分活动影响的尺寸，B类尺寸为受模具部分活动影响的尺寸。图3.2塑件二维尺寸图3.5注塑机的初选一模PP塑料注射用量:V件=模腔数×制品体积×安全系数(3.1)=2×V塑件×1.2=2×56.123×1.2=134.695cm³根据一次所需要的注射量，根据《塑料成型工艺与模具设计》P81表5.1初步选择螺杆式注塑成型机G54-S200表3.1G54-S200型注塑机的主要参数螺杆直径/mm55额定注射量/cm3200注射方式螺杆式注射压力/MPa109模具厚度/mm最大406锁模力/kN2540最小165最大成型面积/cm3645喷嘴圆弧半径/mm18最大开合模行程/mm260孔直径/mm4注射行程/mm1603.6注塑机校核和最终选择3.6.1最大注塑量校核注塑量必须满足：V件 /0.8≤V注(3.2)V件 /0.8=134.695/0.8=168.37(cm3)≤200(cm3)式中V注：标称注射量(cm3)V件 ：注塑件和浇注系统的体积(cm3)0.8：最大注射容量利用系数经过计算得知塑件跟浇注系统的总体积168.37cm3小于额定注射量200cm3，校核合格。3.6.2锁模力校核单个塑件在分型面上的投影面积：A1=41.5×28.5=1182.75(mm2)(3.3)浇注系统在分型面上的投影面积：Aj=π25D+8×10+2×6×(3.4)型腔压力P腔P腔=P注×80(3.5)锁模力计算：F=P腔(3.6)=87.2×(2×1182.75=224028.14(N)=224.03(kN)≤2540(kN)经过计算得知，锁模力符合要求。3.6.3注射压力的校核注射压力必须满足：P查表2.2得：P成=70~100(MPa)≤109(MPa式中P成P经校核得知，注射压力满足要求。3.6.4模具闭合高度校核模具厚度应满足：Hmin＜H模＜Hmax式中Hmin——注塑机所允许的最小模具厚度（mm）H模——模具闭合厚度（mm）Hmax——注塑机所允许的最大模具厚度（mm）设计模具厚度：H模=25+60+100+40+80+25=330(mm)G54-S200型注塑机，Hmin=165(mm)，Hmax=406(mm),符合Hmin＜H模＜Hmax模具闭合高度要求。3.6.5模具开模行程校核模具开模行程应满足：Sm<SzSm=h塑+h浇+h推+10=96+90+35+10=231mm)式中Sz——注塑机模板行程(mm)，查注塑机G54-S200型，Sz=260(mm)Sm——模具的开模行程(mm)经校核得知，G54-S200满足开合模行程的要求。3.6.6模具安装部分的校核G54-S200型注塑机模板最大安装尺寸为532mm×634mm；设计模具的外形尺寸为320mm×300mm，故满足模具安装要求。综上所述，所选择的注塑机G54-S200满足各方面要求。4注塑模具基本结构设计4.1分型面及其选择4.1.1选用单分型面注射模具该塑件为对称件，为提高生产效率，采用单分型面注塑模具，一模两腔的成型方式，将主流道开设在定模仁，分流道设计在动定模结合面，主流道末端设有冷料井，保证开模后塑件留在动模；采用侧抽芯机构，开模时侧抽芯机构在进行抽芯，用推杆顶出塑件。4.1.2确定分型面位置塑件形状简单，为轴对称件，存在曲线边，为了便于开模时将塑件从模具型腔中取出和满足排气需要，将分型面选在塑件的截面积较大处。如下图所示。图4.1分型面示意图4.2型腔数目确定及排列为了提高效率、降低成本，采用一模两腔，塑件型腔设置在模具对称中心两边成型。型腔排布应保证塑料熔体充满每个型腔，各个型腔塑件质量要有同一性，使得型腔能够均匀冷却，综合考虑模具可容型腔尺寸和塑件本身尺寸,确定型腔的摆放位置。如下图所示：图4.2塑件摆放示意图4.3浇注系统浇注系统的设计要保证在充填阶段塑料熔体能顺利充满型腔，排除空气和气泡，尽量避免出现熔接痕。熔接痕出现时，要改变熔接痕的尺寸、位置、数量等，使其对塑件使用影响不大。4.3.1主流道设计将主流道设计成独立的主流道衬套，因为主流道磨损很快，与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞。选用碳素工具钢（如T8A、T10A等）材料制造，并经热处理淬火提高硬度至53~57HRC。如下图：图4.3浇口套主流道设计成圆锥形，锥角α=2~6°，流道表面粗糙度Ra≤0.8μm，h=3mm。查表得知G54-S200型注塑机的喷嘴孔直径d0=4mm、喷嘴圆弧半径SR1=18mm，故取：模具主流道衬套小端直径为：d=d0+0.5=4+0.5=4.5(mm)模具主流道衬套球面半径为：SR=SR1+(1～2)=18+2=20(mm)查GB/T4169.19-2006，主流道衬套长度20+80=100(mm),主流道锥角α取3°,主流道下端直径D=7.4mm。由于在注塑的过程中塑件的包紧力较大，故将冷料井设计反锥度冷料穴的形式深度h取8mm，斜度取5°。4.3.2分流道设计采用梯形断面分流道，切削加工在型芯上，机械加工经济性好，减少热量损失和阻力损失，由于塑料PP的物理性能要求，为避免制件表面疵痕，必须对分流道表面进行抛光，进行镀铬表面处理效果更好,分流道设置在分型面。查《塑料成型模具》表4-3-1分流道直径推荐值，取w=8(mm)，h=1~23w=4(mm)，x=34w=6(mm)图4.4分流道横断面4.3.3浇口设计采用侧浇口从制件边缘进料，该浇口断面尺寸小，具有矩形或者接近矩形的形状，便于机械加工，加工精度高，试模时浇口尺寸容易调整，回头料少，去除浇口方便，可以调整充模时浇口封闭时间和剪切速率[11]。对中小型件来说，侧浇口的典型尺寸为：深度h=0.5~2.0(mm)、宽b=1.5~6.0(mm)、浇口台阶长度l=0.5~2.0(mm)。这里取h=1.0(mm)、b=3.0(mm)、l=2.0(mm)。4.4成型零部件结构设计4.4.1定模仁结构设计定模仁采用镶嵌式设计，安装简单、便于更换、节约成本。开设两条直径为10mm的冷却水道，对定模进行冷却，用4个M6的螺钉进行固定。图4.5定模仁4.4.2型芯结构设计采用整体嵌入式型芯，主型芯和模板用通孔台肩式凸模从下面嵌入动模板，再用垫板螺钉固定，型芯和轴间采用过度配合，精度等级为H8/k7。为了防止型芯转动，将一模两腔的两个型芯做成一个整体。图4.6型芯4.5结构零部件设计采用4-Φ25mm的导柱与导套配合使用引导动定模合模。由于侧抽芯的需要，设计4-Φ12mm斜导柱开合模时驱动滑块。4.6塑件脱模机构设计采用推杆脱模机构，推杆加工简单、标准化程度高、更换容易，脱模方便，但是推杆与塑件的接触面积小容易顶伤塑件或者使塑件发生塑性变形，应增加推杆数目和增大接触面积来避免这些问题的产生。推杆数量为4根。采用复位杆复位，复位杆的数量为4根。查GB/T4169.1-2006，推杆尺寸取D=8(mm)、D1=14(mm)、h=5(mm)、R=0.8(mm)、L=80(mm)。图4.7推杆查GB/T4169.13-2006，复位杆尺寸取D=12(mm)、D=17(mm)、h=4(mm)、L=100(mm)。图4.8复位杆4.7侧抽芯机构4.7.1斜销斜销与固定板之间用过渡配合，斜销的斜角一般取15~20°，最大不能超过25°，斜销驱动部分直径为∅10~40mm，固定台阶D=d+5mm，d为斜销与固定孔配合直径，斜销长度由滑块需要移动的距离决定。材料多用GCr15淬火或20Cr钢渗碳淬火、T8A或T10A淬火，淬火硬度50~60HRC。为保证塑件顺利出模抽拔距S取20mm，斜角20°，斜销的有效长度：x=Ssinα=(4.1)查GB/T4169.4-2006，d=12(mm)、D=17(mm)、H=5(mm)、M=125(mm)、N=35(mm)，R=11(mm)。图4.9斜销4.7.2滑块与导滑槽采用瓣合模滑块与T型导滑槽配合，要求平稳地滑行，不能过松或者过紧。为了保证导滑槽的尺寸精度和表面质量，将导滑槽做成组合式。滑块与导滑槽的配合精度等级为H8/f7，其余面之间留出1mm的配合间隙。导滑槽的硬度（52~56HRC）应该比滑块高。滑块要有足够的长度，防止滑动时产生偏斜，一般为滑槽宽度的1~1.5倍（取1.5倍）。开模时要保证滑动面留在导滑槽内的长度l≥滑块宽度W，以免发生复位困难。图4.10滑块4.7.3滑块定位装置采用弹簧钢球定位，弹簧钢丝直径可以取1.2mm，到位后钢球落入凹槽内，从而使滑块停留在刚刚分离的位置，取直径为2mm的钢球代替止动销，将滚动摩擦代替滑动摩擦，摩擦力阻力减小，结构简单、使用寿命长。4.7.4楔紧块充型时型腔压力很大，迫使滑块向后运动，需要用到楔紧块来固定位置，采用整体式的楔紧块，与定模座板加工为一体，能够提供很大的楔紧力，硬度要求为52~56HRC，以防止划伤或者变形。为保证开模时楔紧块与斜销不会发生干涉现象，楔紧块的斜角要比斜销大2~3°。4.8注塑模温度调节系统注塑模具型腔的温度控制对塑件的尺寸精度及表面质量影响非常大，由于PP比热容大，出模温度高，为了调节模具温度，需要在模具内开设冷却水道，因为模具温度决定了结晶条件，所以会影响结晶型聚合物的成型。对于PP来说，其玻璃化温度低于室内温度，如果在成型时未能够达到要求的结晶度，制品会在使用或者储存的过程中出现后结晶的现象，从而使制品的形状和尺寸都发生变化，模具温度过高会导致内应力太大，塑件脱模时容易发生翘曲变形，为防止出现这些情况，要使结晶达到平衡状态，将模具温度控制在40~80℃。4.8.1冷却系统设计原则冷却水道要均布，加强浇口附近温度冷却，在动模定模都需要设计冷却水道，保证冷却水孔到塑件表面距离相等，以防止塑件脱模后冷却不均匀而发生翘曲变形，冷却水道直径越大、冷却孔间距越小冷却效果越好。4.8.2动定模冷却水道设计塑件类似于圆筒形件，动模部分由于侧抽芯组合机构的存在，冷却水道只能设计在凸模部分，采用喷流式冷却回路。定模部分浇注系统温度最高，需要在定模开设冷却水道进行温度调节，采用直流式冷却水道，将入水口设置在浇口附近，因为浇口温度最高，需要冷却剂带走大量的热量。冷却时间t：t=(4.2)=0.0052由上式计算得知，在80s内模具需要持续地通水进行冷却。式中S——制品的厚度(m)θc——塑料熔体注入温度θ3mθ——塑件脱模时的平均温度(℃)a1——塑料热扩散系数(m2查《塑料成型模具》表4-9-2，a1=0.67×10−每公斤PP放出的热量：q=(4.3)=1.926(220-80)+1.8=449.64(kJ/kg)式中cp——比热容γ——潜热(kJ/kg)查《塑料成型模具》表4-9-2，cp=1.926kJ/(kg·℃)，γ=1.8×平均单位时间放出热量：Q=NMq(4.4)=(1/80)+134.695×0.9×449.64=6813.48(J/s)按照水道在动模带走热量为总热量的60%(Qi)，在定模边带走热量为总热量的40%(Qo)，则：Qi=6813.48×60%=4088.09(J/s)Qo=6813.48×40%=2725.39(J/s)动模部分冷却水用量为：φi=(4.5)=4.091000×4.18×2=4.89定模部分冷却水用量为：φo=(4.6)=2.731000×4.18×2=3.27×10式中ρ1——水的密度(kg/m3cp2——水的比热容θ5'−冷却水道直径可以根据塑件的平均壁厚来选定，塑件平均壁厚小于2mm时，冷却水道直径可以取8~10mm；平均壁厚2~4mm时，冷却水道直径可以取10~12mm；平均壁厚4~6mm时，冷却水道直径可以取10~14mm；本次设计的塑件平均壁厚为5.20mm，冷却水道直径取10mm。需要注意冷却水道直径不能超过14mm，避免冷却剂的流速太低而降低了热传递效率。4.9选择标准模架查GB/T12555-2006选择2730A型模架，定模由定模板和定模座板组成，动模由滑块、轴肩、支撑板、垫块、动模座板组成；推杆推出制件，由复位杆复位，A板60mm，B板100mm，C板70mm。

5Moldflow分析5.1分析目的由于塑料的材料性能非常复杂，所以在注塑成型过程中很难把控其进展的方向。塑件的质量很大程度取决于注塑成型过程的把控，通过Moldflow软件分析，可以真实地模拟塑料熔体在充型过程的流动情况[6]，优化塑件结构、注塑工艺参数、浇注系统、冷却系统，得到最佳塑件。5.2模型结构本次模拟分析的模型是一个高度为96mm、壁厚不均匀的塑料传动链条，表面光滑，结构简单，是一个轴对称件，采用一模两腔，喷流式管道冷却型芯。图5.1模型结构图5.3网格划分结果塑件网格划分的三角形为8292个，纵横比大于6的三角形数量为0个，纵横比最小为5.8，最大为1.16，平均纵横比为1.66。5.4最佳浇口位置分析浇口位置选择直接关系到塑件的质量，直接影响型腔的温度分布，塑件的翘曲和聚合物分子取向，熔体的流动方向，流动阻力大小，离浇口位置越远，流动阻力越大。浇口位置的选择主要考虑：型腔内的流动阻力、塑料熔体流动平衡、塑件的结构和壁厚等[3]。图5.2最佳浇口位置分析5.5建立浇注系统冷浇口横断面为矩形，宽3mm，高1mm；冷流道横断面为梯形，上底8mm，下底6mm，高3mm，长12mm。冷主流道为圆锥体，长度100mm，上端部直径4.5mm，底部直径9mm。图5.3建立浇注系统5.6成型窗口分析“成型窗口”分析的作用：标明能够生产合格产品的成型工艺条件范围。工艺条件要在这个范围内，才能保证塑件生产质量。5.6.1质量：XY图熔体温度为180°C，注射时间为0.0005s时，塑件质量与模具温度之间的关系。图5.4成型窗口分析质量：XY图5.6.22D切片图熔体温度：180~260°C，熔体温度：180~200°C，注射时间：26.33s。在黄色范围内都可以选择成型条件。图5.52D切片图5.6.3最大剪切应力表示剪切应力与模具温度之间的关系。由图可以看出，剪切应力几乎不受模具温度的影响。图5.6最大剪切应力图5.7冷却系统分析冷却系统的设计要求：一是使塑件表面温度冷却均匀，减少塑件因为受热不均而发生收缩变形；二是使成型冷却时间最短。影响冷却的因素包括：塑件材料性质、冷却介质、塑件的结构、模具温度、熔体温度等。5.7.1工艺设置工艺设置向导——冷却设置熔体温度240℃，开模时间5s，注射+保压+冷却时间30s；5.7.2最高温度，零件结果显示冷却结束后塑件上的最高温度为顶部，塑件顶出时，最高温度必须低于顶出温度。如果最高温度大于顶出时的温度，顶部这些区域往往会产生变形和翘曲等问题。图5.7零件最高温度5.7.3回路管壁温度回路管壁温度应该比冷却液入口温度低5°C以上。图中可以看出管壁的顶端回路管壁温度比入口温度高10°C以上，该部位需要继续加强冷却。图5.8回路管壁温度分布图5.7.4达到顶出温度时间达到顶出温度时间表明从注射开始冷却到顶出温度的时间。塑件要均匀冷却，冷却时间要尽可能缩短，由于塑件中空的区域容易产生热点，所以冷却时间较长，对该区域需要加强冷却。图5.9达到顶出温度时间图5.7.5最高温度位置由图中可以看出，零件最高温度位置是塑件的侧孔，这个位置冷却管道难以到达，很容易造成冷却不够充分。图5.10零件最高温度位置5.8充填分析5.8.1充填时间分析下图显示的是熔体流动前沿的流动情况，明显看出，在远离浇口的一侧需要的填充时间较长，无发生短射、迟滞现象。熔体流道这些位置的时间比较接近，说明塑件模型能够平衡填充。图5.11充填时间5.8.2总体温度熔体总体温度与区域的流动性有关，流动好的区域整体总体温度较高，流动性较差的区域，总体温度下降很快。剪切热过高会出现热斑区域，温度太高容易造成材料降解，会出现变脆、黑斑等问题。同时，温差的存在会引起塑件的收缩和翘曲，塑件中的熔体总体温度要保持均衡，避免出现收缩和翘曲的问题。此温度分布范围比较窄，表明结果好。图5.12充填总体温度分布5.8.3锁模力XY图最大锁模力为15.53t。结果显示塑件的几何结构在XY平面上的投影没有重叠，锁模力的预测比较准确。图5.13锁模力:XY图5.8.4顶出时的体积收缩率塑件顶出时的体积收缩率为7.529%~15.48%。图5.14顶出时的体积收缩率5.8.5充填气穴在塑件的顶部和底部出现气穴，可以通过改变塑件厚度、浇口位置和注射时间消除或减少气穴。图5.15充填时气穴分布5.8.6注射位置处压力XY图通过此图可以清晰地看到压力的变化情况，注射时最大需要25.67MPa的注射压力，可以根据此参数来确定合适的注塑机。当塑料熔体注入型腔后，压力持续增高，出现尖峰，表明充模没有很好地平衡，也可能是随着流动的深入，熔体体积减少导致流动速度提高。图5.16注射位置处压力:XY图5.8.7填充末端总体温度图5.17填充末端总体温度分布5.8.8熔接线此熔接痕是由于一股流动前沿分开后又合到一起时产生的。该模型的熔接线主要出现在通孔的位置。图5.18熔接线5.8.9充填末端压力塑件的填充末端压力分布平衡，说明了充填效果很好。进料口处的最大压力为23.95MPa,型腔内的最大压力为7.459MPa。图5.19填充末端压力5.9保压分析5.9.1第一主方向上的型腔内残余应力图5.20第一主方向上的型腔内残余应力5.9.2第二主方向上的型腔内残余应力图5.21第二主方向上的型腔内残余应力5.9.3体积收缩率图5.22体积收缩率5.10翘曲分析工艺设置——“分离翘曲原因”5.10.1所有因素变形变形最大值在远离浇口侧的两个角落和浇口位置相对侧壁的中心位置。图5.23所有效应变形5.10.2变形，所有效应：X方向、Y方向、Z方向图5.24所有效应变形:X方向、Y方向、Z方向通过对比三个方向因收缩不均造成的变形量可知，X方向上的变形量最大，在Y,Z方向的变形量差不多。而冷却和分子取向因素的影响相对很小，这是可以忽略不计。因此，改善和优化的重点是从改善收缩不均和降低产品收缩率两个方面着手，具体措施有：调整保压曲线；减小产品壁厚差；改变浇注系统的设计；选择收缩率较小的原材料等。6注塑模具技术要求6.1成型产品外观、尺寸、配合要求1、产品表面不能有以下缺陷：拉断、拉裂、顶白、缺料、烧焦、白线、披峰、起皱、起泡、烘印。2、收缩：外观不明显的地方允许有略微收缩（要求手触摸不到凹痕）：外观明显的地方不允许有收缩痕迹。3、变型：塑件表面不平度不能超过0.3mm，有装配要求的按照装配要求。4、熔接痕：要求异形穿孔熔接痕长度不能超过15mm，圆形穿孔熔接痕长度小于或等于5mm，并要求熔接痕的强度能通过安全测试。6.2模具外观1、铭牌内容要完整打印模具外形尺寸、工装编码、模具重量、模具编码、要求字符清晰，并用铆钉固定在模具靠近动模板的地方。2、每个模板在基准角符号正下方需要写上编号，位置在离底面10mm处。3、冷却水嘴要高于模架表面，水嘴头部嵌入外表面不大于3mm。4、冷却水嘴要用塑料块插水嘴管，规格可为G3/8″、G1/4″、G1/8″。5、进水标记为IN，出水口标记为OUT，序号在IN、OUT后面加上，如IN1、OUT1。如果冷却介质为油要在前面加一个字符O，如果冷却介质为气体要在前面加一个字符G。6、在模架上标明在离模板边10mm处用字母DATUM标记模板的基准角符号，要求字迹清晰、整齐美观。7、模具的吊装和存放会受到模具配件位置的影响，要用支撑腿保护这些模具配件。8、选择注塑机时要确保模具尺寸符合安装条件，模具顶出孔要与选择的注塑机相配合使用。9、定位圈用2-Φ6内六角螺钉固定，选用直径为100mm的定位圈，高度比顶板高10mm。定位圈采用沉孔式安装，不能直接贴合在定模板上。定位圈内部空间要保证注塑机喷嘴可以伸入。10、喷嘴注射口直径要比浇口套入口直径小，注塑机喷嘴球半径要比浇口套球半径小。11、模架吊环数量不能多余，表面不能有影响外观的缺陷：如锈迹、凹坑、冷却水孔等。模架各板都要倒角，半径大于1.5mm。12、模架吊环位置要便于吊装和运输，模具零部件在吊装时不用拆除。吊环孔位置要与其他零部件相协调，不能发生干涉。13、模具零部件重量超过10kg时，也要设计吊环孔，以便于安装和拆卸。14、侧抽芯机构、脱模机构的行程要控制好，避免出现超程而难以复位。15、垃圾钉设计在推板下发，锁模器要对称安装2~4个定位销。6.3抽芯、顶出复位、取件1、脱模机构顶出时要求顺畅、没有卡滞、异响，复位杆复位要到底。2、导滑槽要有油槽润滑，导滑槽、滑块表面都有进行热处理，硬度达到HRC60。3、弹簧直径大于∅20mm时要用导向杆，弹簧长度比导向杆小10~15mm。4、滑块侧抽芯机构用挡板和复位弹簧限位。5、用斜导柱来驱动滑块抽芯，滑块与楔紧块的角度要比斜导柱角度大2~3°。6、滑块的导入角度设置为3~5°，利于跟斜导柱配合和避免出现飞边。7、质量超过30kg的大型滑块采用的导向T形槽，其压板要可拆卸，滑块压板用4-Φ8螺钉固定。8、滑块的滑动距离要比抽芯距大2~3mm。滑块宽度没有超过150mm，所以滑块底面不用加耐磨板。9、如果塑件会出现粘定模的问题，那么要在动模侧壁保留火花纹或者加皮纹，也可以加工倒扣或者手工打磨麻点或倒扣筋。10、推杆头、直径和厚度的尺寸应该按照国标来设计不能随意改动。推杆与推杆孔的配合间隙要符合国家标准，推杆孔的粗糙度要符合加工要求，封胶段长度要符合推杆的活动要求、保证推杆不会出现串动。11、推杆要加工蚀纹或槽，防止塑件在顶出时跟着斜顶走，对制品外观没有影响。12、推杆上的顶块固定要牢固可靠，在非成型部分加工3~5°斜度，在推杆下部周边倒角。13、为了保护设备的液压系统，需要清理干净油路内的铁屑。保证油路、气道通畅无堵塞，液压顶出复位可以到位。6.4冷却系统1、冷却水道的直径为Φ10mm，冷却水道布置合理保证可以充分冷却模具。保证密封性良好，防止漏水，水道设置要方便检修，安装水嘴时要缠生料带，加强密封性。2、通水试验要在试模之前，设置通水时间为5分钟，进水压力为4Mpa。3、将密封槽开设在模架上，密封槽的尺寸大小、形状要跟密封圈相符合。4、先用黄油涂抹密封圈再安放，安放后密封圈要比模架面高。为保证水流速的一致性和更好地控制模具温度，前、动模采用集中运水方式。6.5一般浇注系统1、浇口套的主流道要进行表面处理抛光至Ra=0.4μm，浇道要进行表面处理抛光至Ra=0.8 μm。2、浇口、主流道、分流道都要按照图纸要求加工，为保证尺寸精度不能用手工磨机加工。3、分流道设计在分型面上，横断面为梯形，动定模无错位。4、侧浇口的浇口处要按照浇口尺寸、形状要求加工。侧浇口处动模相应有一小凹坑。5、要按照设计标准来设计冷料穴直径和深度。冷料井要容易去除，浇口痕迹不能影响塑件外观，塑件有装配要求的地方不能有残余料把。6、将冷料井设计为反锥度冷料穴的形式，保证开模时浇注系统随塑件留在动模上，深度h取mm，斜度取5°。6.6成型部分、分型面、排气槽1、动定模表面要避免出现凹坑、锈迹、不平整、等缺陷影响外观。型芯镶块与动模板间隙配合，四个角要低于间隙最大处1mm。保持分型面平整、洁净，用砂轮打磨避面空隙，封胶处不能出现凹陷。2、塑料溢边值要比排气槽深度大，PP大于0.03mm，用机床加工排气槽，不可以出现手工打磨机打磨过的痕迹。嵌件配合公差等级要查表，镶块下表面不可以垫铜片或者铁片，如过烧焊需要垫起，需要磨平烧焊处形成的大面焊渣。3、对定模进行抛光处理。抛光动模的柱表面或者筋位，避免出现刀痕或火花纹。4、滑块与斜销的配合部分滑块孔的斜度要大于2°以免起刺。用油石去除模具动模正面的火花纹、刀痕，如果未破坏的可以进行保留。5、对模具的零部件进行编号。保证筋位顺利顶出。6、对一模多腔的对称件，则要标明字母L或R，如果过对位置和尺寸有特殊要求的，则需要在不影响装配和外观的地方加上所要求的标记。7、保证模架锁紧面有70％以上面积相互触碰到。8、使用较大推杆，并在筋、凸台的旁边以及离侧壁较近的地方来布置推杆。9、塑件表面要进行喷砂或者蚀纹处理，蚀纹及喷砂需要达到加工的要求，蚀纹越深拔模斜度越大。拔模斜度一般设计为3~5°。10、在动定模上要打商标、标志、材料号、日期码、专用号等字码。要将不透明件的标识方向打印正确。6.7包装1、模具外表面要喷涂蓝色漆，用防锈油对模具型腔进行喷涂处理。用黄油涂抹滑动部件。用黄油堵住浇口套进料口。2、锁模片要安装在模具上，并且保证规格符合设计要求，其中动模固定板至少用两片锁模片。3、检查模具装配图、零件图、产品图、电子文档、使用说明书是否齐全。结论本次毕业设计很好地将本人大学四年所学、所见、所想运用到设计中去，本人的综合能力得到了极大的锻炼及提升。模具设计需要有细心严谨的态度，稍有不慎就很可能会造成经济上的重大损失和时间的浪费。模具草图的拟定、工艺参数计算、校核参数结果、成型过程模拟分析、模具零件的选用、绘制模具零件图、绘制模具装配图、撰写模具设计说明书等步骤需要按部就班地进行，任何一个环节出现问题都可能影响到整个模具的结构及工艺性。设计模具时要注意可行性及最佳设计方案，零件之间不能出现相互干涉，并且要考虑到制造的经济性、工艺性。本次设计的难点在于滑块及型芯的设计，滑块的结构、与楔紧块的配合斜角、滑块的尺寸大小、抽芯距离、斜销的斜角、斜销的有效长度等都需要通过反复的校核、优化才能设计出来。其中滑块的结构出现了结构设计不合理的问题，经过多次优化设计结构才将这一问题解决。为了防止型芯转动，将两个型芯做成一个整体来解决此问题，这样设计必然会对型芯加工尺寸精度要求较高。型芯与滑块相互配合且不产生干涉也需要慎重考虑，因为滑块是一个活动部件，其他的零件设计及布置都需要优先考虑是否受到滑块的活动影响，若受到影响必须再一步进行优化设计。此外，模具零件的位置设计也需要考虑多个因素，模具能否顺利开模、能否保证顶出顺利、冷却是否充分、模具温度能否控制、合模时能否完全复位等。模具设计能够很好地考验及锻炼一个人思维的整体性及局部性，每个零件的设计都需要考虑到其对整体的影响，但又要保证它能够正常发挥其功能。能够胜任模具设计工作的人，思维层次肯定是比较高的，还要具备空间想象能力、计算能力、机械制图能力，对加工工艺过程要熟悉，才能知道模具结构制造的难易程度，从而改善模具结构。从事制造业的工作，必需要有一颗沉得住的心，相比起快速发展的互联网、IT行业，制造业属于传统行业，它的功与利在短时间之内很难比得上这些高新行业，必需通过经验的积累、时间的沉淀，一步一个脚印，踏实地走下去才能获得相应的成就。三天打鱼两天晒网的态度是不行的，从入门到掌握至少需要3年的时间，如果想有更深的造诣，则需要花费更多的时间坚持走下去。不是成功的路太黑暗，而是很多人在天亮之前就已经放弃了。所以，择一业而忠一生的人必定是成功的人，成功的人必定是方法对的人。参考文献[1]翟庆洪.国内外注塑模具发展现状的调查研究[J].科技风,2018,27:21.[2]王乾.基于Moldflow的多筋类塑件注塑成型参数优化[J].轻工机械,2015,33(4):89-89+92.[3]卢开斌.基于模流分析的浇口位置选择[J].时代农机,2017,44(3):91-92.[4]桑建国.UG软件在复杂塑料模具设计中的应用[J].企业技术开发,2015,3(5):23-50.[5]李红林,贺华波,费春华,刘军,孙保寿.模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造中的应用[J].电加工与模具,2003,(4):7-9+61.[6]刘国良,汪光灿.模流分析CAE在塑料成型模具设计中的应用[J].金属加工(冷加工),2010,(15):53-55.[7]别明智,叶淑英,张芝铭,杜靖,肖利群,梁全才.污水除砂机塑料链条链节注射成型加工工艺研究[J].工程塑料应用,2014,42(2):62-65.[8]黄骧洪.在链条设计和制造中应用工程塑料的探讨[J].江南学院学报,1999,4(3):11-15.[9]陈刚.注塑模具的标准化与自动化设计[J].机械管理开发,2018,33(11):23-24+27.[10]杨洋.注塑模具数字化设计与智能制造技术[J].技术与市场,2018,25(11):177.[11]刘子佳.试析注塑模具设计中浇口位置和结构形式的选用[J].科技风,2018,(32):21.[12]陈叶娣.注塑成型工艺参数对PP塑料梳成型缺陷的影响研究[J].工程塑料应用,2011,39(4):47-49. 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致谢本人历时近三个月终于把毕业设计的工作完成，对设计结果做了多次的找错、修正才能得到此作品，过程固然是艰辛的，但收获也是巨大的，我对自己能够顺利完成此毕业设计而感到骄傲和自豪。同时非常感谢陈安伏老师对我的悉心指导，从参考资料的查找、到设计任务布置、设计任务的落实与跟进、再到后来的初稿完成，老师都付出了很多。虽然过程困难重重，但老师依然不辞辛劳帮我纠错，督促我去订正，没有老师的帮助，就没有此设计成果。同时，我对本论文所引用专著的学者表示衷心的感谢，能够参考这些学者的研究成果我倍感荣幸、受益匪浅。我也很感谢帮助过我的同学，很多我自己解决不了的问题都是找同学帮忙解决的。由于本