蒸發(fā)器上殼體注塑模設計【17張CAD圖紙+PDF圖】

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開題報告 題 目： 蒸發(fā)器上殼體模具設計 系 別： 專業(yè)班級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 二〇 年 月 日 一、 選題的背景和意義（所選課題的歷史背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢） 從50年代技術創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注射成型機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80％采用了注射成型。近年來由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對注射制品日益增長的需要，推動了注射成型技術水平的發(fā)展和提高。我國塑料機械2000年銷售額在70億元人民幣左右，以臺數(shù)記約為8.5萬臺，其中40％左右是注射成型機。從美國、日本、德國、意大利、加拿大等主要生產(chǎn)國來看，注塑機的產(chǎn)量都在逐年增加，在塑料機械中占的比重最大。 1．塑料注射成型機的技術水平及發(fā)展趨勢 從注射機問世起，鎖模力在1000－5000kN，注射量在50－2000g的中小型注射機占絕大多數(shù)。到了70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機械以及大型家用電器方面的廣泛應用，使大型注射機得到了迅速發(fā)展。美國最為明顯。在1980年全美國約有140臺10000kN以上鎖模力的大型注塑機投入巾場，到1985年增至500多臺。日本名機公司已經(jīng)成功地制造了當今世界最大的注塑機，其鎖模力達到120000kN，注射量達到{TodayHot}92000g。 80年代以來，CAD/CAE／CAPP／CAM計算機應用技術在塑機制造業(yè)的廣泛采用，促進了我國注塑機研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。以寧波海天公司為代表的一批國家級高新技術企業(yè)都相繼引進美國U.G.S和PTC公司的計算機輔助設計和分析等軟件，實現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機構(gòu)運動仿真，對主關原件分析，對高應力區(qū)的應力分布、應力峰值、危險區(qū)域等進行準確的分析計算，幫助設計人員迅速地了解、評估和修改設計方案，保證重要零件結(jié)構(gòu)合理性的可靠性達到完美結(jié)合。為了保證高質(zhì)量的設計輸出到高質(zhì)量的產(chǎn)品輸出，舊的加工方式已經(jīng)很難適應技術、質(zhì)量競爭的要求。 國內(nèi)公司進行了兩項國際先進水平的重大技術裝備研制，其一是注塑機的防護門、配電箱等扳金件表面噴塑流水線形成批量生產(chǎn)能力，其二是注塑機螺桿和機筒雙金屬噴涂工藝投入批量生產(chǎn)，使關鍵零部件已經(jīng)形成了三個完整的系列，它們是以曲肘式鎖模的HTW和HTFX系列，直壓式鎖模的HTK系列，伺服電機控制的HTD系列。基本參數(shù)由鎖模力580kN到36000kN，注射重量由70g至51460g，處于國內(nèi)的領先地位。 國際注射機上移模速度，已從過去的20－30m/min提高到40－50m／min，最高的達到70m/min。國內(nèi)領先公司的中小型機已經(jīng)跨進40－50m／min水平，大型機處在30－35m／min水平。注射速度從過去的100mm/s提高到現(xiàn)在的250mm／s，有的達到450mm／s。日本制鋼所研制的電動型注塑機達到900mm/s。國內(nèi)先進的注塑機一般都超過130mm/s。用蓄能器加速達到450mm/s。注射壓力從過去的120－150MPa提高到目前的180－250MPa。日本的SN120P機已達到460MPa，它生產(chǎn)的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在0.02－0.03mm，壁厚可保證0.l－0.2mm。節(jié)能方面從過去的流量比例和壓力比例控制發(fā)展到變量控制或定量控制，變頻調(diào)速控制，伺服控制技術的注塑機，能耗僅為傳統(tǒng)機器的30％，國內(nèi)采用變頻伺服技術的注塑機，能耗僅為傳統(tǒng)的50％。注塑機的高效率主要體現(xiàn)在工作節(jié)拍快，制品周期短，普遍比過去提高24％以上。高效注塑機的開模與預塑一般都是同步完成。開模中同時完成抽芯和頂出。日展會上最快注塑機，工作周期只有1秒鐘。注塑機{HotTag}的控制技術歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程序控制器控制和專用計算機控制的發(fā)展過程。自60年代末美國費洛斯公司首先應用計算機控制技術，經(jīng)過80年代以來的高速發(fā)展，已經(jīng)不是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時間、冷卻過程及液壓回路的各種參數(shù)的綜合控制。過去大多數(shù)采用開環(huán)控制，目前正在向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國克勞斯馬菲公司PM控制系統(tǒng)，通過合模力、模腔壓力和充模過程的控制，使制品質(zhì)量的誤差精確到0.15％。國內(nèi)領先的控制技術與當今的國際先進水平的差距還比較大，我們自主研制的專用電腦在可靠和穩(wěn)定性、抗干擾能力及反饋響應靈敏度、分辨率精度等方面與西門子、巴巴康門等有一定距離。另外硬件的運動精度、綜合誤差都需進一步提高。 目前注塑機發(fā)展的另一個重要方面，是各種專用注塑機，如排氣式注塑機、發(fā)泡注塑機、多色注塑機等等。以加拿大HUSKY公司為代表的瓶胚機、包裝機，集中體現(xiàn)了高新技 術含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術三分之一時，仍可高質(zhì)量的保證制品成型，使機器的體積和重量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大意義。我們國內(nèi)領先公司也積極研制了HTC系統(tǒng)的熱固性材料的注塑機，HTP包裝專用注塑機并出口到北美市場，HTE瓶胚專用注塑機，HTS雙色成型注塑機，我們將會把這些研發(fā)進一步推向深入。 2.加入WTO以后的形勢和發(fā)展策略 加入WTO以后，將對我國塑機行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，對企業(yè)來說機遇和挑戰(zhàn)并存。除了幼稚工業(yè)在一定時段內(nèi)得到保護外，其他的行業(yè)關稅壁壘的保護將不復存在。關稅的降低會使大量的進口機占領國內(nèi)市場，先進的技術、優(yōu)秀的品質(zhì)及良好的服務都具有強勁的競爭力。利用我國開放的優(yōu)惠條件，一些發(fā)達國家和地區(qū)的塑機制造商，已經(jīng)進入我國內(nèi)地。在江蘇省昆山市的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，已經(jīng)匯集了多家代表臺灣塑機制造業(yè)的廠家。香港震雄的塑機制造業(yè)已經(jīng)全部搬遷到深圳新工業(yè)園區(qū)，他們充分利用國內(nèi)的人力和物力資源，減少生產(chǎn)成本，然后同我們開展市場競爭。而我國的塑機行業(yè)也可以低稅進口質(zhì)優(yōu)價廉的配套零件，提高整機的質(zhì)量水平，有利于出口。 我們應該抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，揚長避短，找到本企業(yè)的發(fā)展空間。首先，應該確立外向型發(fā)展戰(zhàn)略，大力擴大出口，創(chuàng)造條件使自己的產(chǎn)品進軍國際市場，特別是優(yōu)勢產(chǎn)品應該加強出口工作力度，提高市場占有率。鼓勵更多的企業(yè)到境外設研究所，辦企業(yè)，特別是東南亞、中東、非洲、俄羅斯和東歐市場都具有很大的潛力。第二，積極擴大國際經(jīng)濟技術合作，大力引進國外先進技術，可以是合資合作，也可以是購買技術。選擇國際知名品牌的制造商，設立聯(lián)合的產(chǎn)品開發(fā)研究機構(gòu)。第三，積極推行專業(yè)化生產(chǎn)，改變大而全、缺乏高、精、尖的弱勢，提高關鍵零件部件的質(zhì)量水平，把創(chuàng)造世界名牌產(chǎn)品作為奮斗的目標。確立優(yōu)質(zhì)高效精益求精、至誠服務、譽滿全球的質(zhì)量方針。跟蹤世界先進技術，通過加大科技投人，加強產(chǎn)、學、研相結(jié)合的研究開發(fā)，突出自主的技術創(chuàng)新加速科技成果的產(chǎn)業(yè)化，加快塑機產(chǎn)品的升級。 模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、蒸發(fā)器上殼體、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域。 二、 研究的基本內(nèi)容和擬解決的主要問題 蒸發(fā)器，主要由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。加熱室向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量，促使液體沸騰汽化；蒸發(fā)室使氣液兩相完全分離。加熱室中產(chǎn)生的蒸氣帶有大量液沫，到了 較大空間的蒸發(fā)室后，這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸氣分離。通常除沫器設在蒸發(fā)室的頂部。 本文設計的主要是蒸發(fā)器上殼體的模具設計，研究的基本內(nèi)容和擬解決的主要問題主要有下面幾個： 1、注射成型工藝過程分析 2、澆口種類的確定 3、型腔數(shù)目的確定 4、注射機的選擇和校核 5、注射量的校核 6、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 7、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 8、注射模具結(jié)構(gòu)設計 9、澆注系統(tǒng)的設計 三、 研究方法及措施 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構(gòu)成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件結(jié)構(gòu)設計主要應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經(jīng)驗決定），本文就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 四、研究工作的步驟、進度 此處有學生根據(jù)學校老師的要求填寫 五、主要參考文獻（其中外文文獻不少于2篇） 1．曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝及模具設計 北京機械工業(yè)出版社 1993 2．黃虹主編 塑料成型加工與模具 化學工業(yè)出版社2003年3月第一版 3．黃銳主編 塑料工程手冊 下冊 第四章節(jié) 機械工業(yè)出版社 4．宋卓頤 史勤芳 房雙寬 趙永仙編著 塑料原料與助劑 科學技術文獻出版社2003年9月第1版 5．黃銳主編 塑料成型工藝學 第二版 中國輕工業(yè)出版社 1997年5月第2版 6．塑料模設計手冊（軟件版） 機械工業(yè)出版社 7．王文廣 田寶善 田雁晨 主編 塑料注射模具設計技巧與實例 化學工業(yè)出版社2004年1月第1版 8．田春年主編 塑料注射成型模具結(jié)構(gòu)設計圖冊 北京 輕工業(yè)出版社 1998 9. Donggang Yao, Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufacturing Science and Engineering. November 2004, Vol.126/733 10. The Thickness Profile of Ultra-High Molecular Weight Polythene Films During Sequential Biaxial Drawing .Polymer Engineering and Science ,January 2003.Vol.43 , No.1. 六、導師評語： 簽字： 年 月 日 七、專業(yè)負責人意見 簽字： 年 月 日 - 9 - 蒸發(fā)器上殼體注射模具設計 摘要：注射模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，是現(xiàn)代生產(chǎn)制造行業(yè)的核心，在大多數(shù)國家，注射模具設計與制造技術已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)制造技術先進與否的關鍵。 本設計以目前最先進的三維高端軟件UG為核心，實現(xiàn)對蒸發(fā)器上殼體的三維造型。通過對蒸發(fā)器上殼體的工藝、材料分析，選用適當?shù)淖⑸錂C，并擬定合理的注射成型工藝方案。在模具設計中，采用一模兩腔的布局，二板式的模架結(jié)構(gòu)。并通過對分型面、澆注系統(tǒng)、成型零部件、頂出脫模機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)的設計，選用適合的標準模架及標準件，完成對蒸發(fā)器上殼體的一套完整的模具設計方案。 另外，為得到合格的塑件制品，在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬（CAE）分析，幫助分析潛在的問題，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)，以便及時修改制件和模具設計。結(jié)果表明，同傳統(tǒng)的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性。 關鍵詞： 注射模具 三維造型 CAE分析 Micromotor shell modeling and injection mold design and CAE analysis Abstract: Injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it’s production technology. Based on the present advanced 3D software UG , This paper realized the 3D modeling for the micromotor shell, analyzed the process and material of Micromotor shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .In the design process ，it used the configuration of two cavity in one plate and architecture of double-plate mould base. And through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the Micromotor shell。 In addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the CAE analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. Results proved that CAE technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor. Keywords: Injection Mold 3D Modeling CAE Analysis Director signature: 第 2 頁 共 2 頁 目 錄 1 引言 3 1.1 塑料簡介 3 1.2 注塑成型及注塑模 3 2 塑料材料分析 5 2．1 塑料材料的基本特性 5 2．2 塑件材料成型性能 6 2．3 塑件材料成型條件 7 3 塑件的工藝分析 7 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設計 8 3．2 塑件尺寸及精度 9 3．3 塑件表面粗糙度 9 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 10 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 10 4．1 注射成型工藝過程分析 10 4．2 澆口種類的確定 11 4．3 型腔數(shù)目的確定 11 4．4 注射機的選擇和校核 11 4.4.1 注射量的校核 12 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 12 4.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 13 5 注射模具結(jié)構(gòu)設計 14 5．1 分型面的設計 14 5．2 型腔的布局 15 5．3 澆注系統(tǒng)的設計 15 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 15 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 16 5．3．3 主流道的設計 16 5．3．4 分流道的設計 17 5．3．5 澆口的設計 18 5．3．6 冷料穴的設計 19 5．4 注射模成型零部件的設計 19 5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設計 19 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 20 5．5 排氣結(jié)構(gòu)設計 20 5．6 脫模機構(gòu)的設計 21 5．6．1 脫模機構(gòu)的選用原則 21 5．6．2 脫模機構(gòu)類型的選擇 21 5．6．3 推桿機構(gòu)具體設計 21 5．6．4 脫模動作原理 22 5．7 模具總裝圖 23 5．8 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 24 5．8．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 24 5．8．2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 24 5．9 模架及標準件的選用 25 5．9．1 模架的選用 25 5．9．2 標準件的選用 25 6 模具材料的選用 26 6．1 成型零件材料選用 26 6．2 注射模用鋼種 26 7 注射成型工藝過程模擬分析 27 總結(jié) 32 致謝 32 參考文獻 33 1 引言 模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、蒸發(fā)器上殼體、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域。 1.1 塑料簡介 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 1.2 注塑成型及注塑模 將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。 注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。 注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。 注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結(jié)構(gòu)都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)、推出機構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。 注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質(zhì)量。注射機和模具結(jié)構(gòu)確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結(jié)構(gòu)、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。 塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。 目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。 采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義[3]。 2 塑料材料分析 2．1 塑料材料的基本特性 中國目前小孩比例甚多，市場也看中了這一點，為了適應小孩的需要，很多廠家開始生產(chǎn)以小孩為主要消費者的各種玩具，本次設計就是以此為基點，設計生產(chǎn)一套小蒸發(fā)器上殼體外殼造型的注射模具，該蒸發(fā)器上殼體外殼類似電吹風，玲瓏小巧，握在掌心，在炎熱夏季做清涼解暑之用，頗受小孩子喜歡，具有廣闊的市場前景。設計中利用CAD/CAE技術進行模具設計和成型工藝分析。首先，在三維高端軟件UG·NX上進行產(chǎn)品3D造型，然后使用Auto CAD繪制注射模具總裝圖和模具零件圖，最后將產(chǎn)品三維圖轉(zhuǎn)入MOLDFLOW軟件中進行注射工藝過程模擬分析，確定最佳的注射工藝參數(shù)，同時分析制品缺陷的原因及解決辦法。 圖（1）塑件三維造型圖 塑件三維造型如圖（1）所示，顯示的是塑件的三維等軸側(cè)視圖，外殼分為左右兩部分，整體上呈對稱結(jié)構(gòu)，邊側(cè)開個小孔，用于伸出小蒸發(fā)器上殼體的轉(zhuǎn)軸部分，近側(cè)壁一方裝有類似肋板的蒸發(fā)器上殼體固定裝置，下部伸出部分各有一個锪平孔，用于裝配玩具風扇手柄。且一方開一小槽，用于電池與蒸發(fā)器上殼體的聯(lián)接。外殼兩部分互設有配合邊緣，四周設有四個導向裝置，便于快速裝配使用。該蒸發(fā)器上殼體外殼外表光滑，呈透明狀。故選用材料為聚苯乙烯ABS，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。 2．2 塑件材料成型性能 塑件材料對注射工藝和模具結(jié)構(gòu)的適應能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好壞直接影響到成型加工的難易程度和制品質(zhì)量的優(yōu)劣，同時還影響生產(chǎn)效率的高低和設備的輻射能損耗等。 ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它將ABS，SAN，BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 一般性能 ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，其制品可著成五顏六色，并具有高光澤度。ABS相對密度為1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的結(jié)合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS的氧指數(shù)為18～20，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。 力學性能 ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承。ABS的耐蠕變性比ABSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大。 熱學性能 ABS的熱變形溫度為93~118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內(nèi)使用。 電學性能 ABS的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。 　　 環(huán)境性能 ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產(chǎn)生應力開裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易產(chǎn)生降解；于戶外半年后，沖擊強度下降一半。 ABS塑料的加工性能 ABS同ABS一樣是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 　　ABS的熔體流動性比PVC和PC好，但比PE、PA及ABS差，與POM和HIABS類似；ABS的流動特性屬非牛頓流體；其熔體粘度與加工溫度和剪切速率都有關系，但對剪切速率更為敏感。 　　ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象。ABS的吸水率較高，加工前應進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度80~85℃，時間2~4h；對特殊要求的制品(如電鍍)的干燥條件為溫度70~80℃，時間18~18h。ABS制品在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應力，內(nèi)應力的大小可通過浸入冰乙酸中檢驗；如應力太大和制品對應力開裂絕對禁止，應進行退火處理，具體條件為放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內(nèi)2~4h，再冷卻至室溫即可。2．3 塑件材料成型條件 確定注射工藝條件時，需要根據(jù)塑料品種選擇適當?shù)墓に噮?shù)，知道了塑料的工藝參數(shù)還能選擇合適的注射機，使機型的規(guī)格大小及性能參數(shù)的范圍盡量與注射工藝參數(shù)接近，只有這樣才能在保證制品質(zhì)量的前提下，獲得最高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 ABS的注射工藝條件參數(shù)見表1、2和3。 表1 ABS的注射工藝參數(shù) 注射機類型 預熱溫度℃ 噴嘴溫度℃ 料筒溫度℃ 模具溫度℃ 前段 后段 柱塞式 65～75 160～180 180～190 140～170 30～60 表2 ABS的注射工藝參數(shù) 注射壓力MPa 成型時間S 冷卻時間S 成型周期 S 后處理介質(zhì) 后處理溫度℃ 后處理時間S 60～100 15～45 15～30 40～80 熱水浴或 鼓風烘箱 70 2～4 表3 ABS的熱處理條件 塑料 熱處理介質(zhì) 處理溫度℃ 制件厚度mm 處理時間min ABS 空氣或水 60～80 30～60 70～87 120～360 3 塑件的工藝分析 在模具設計之前需要對塑伯的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。 蒸發(fā)器上殼體外殼如圖（2）所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)并不太復雜，只是幾何形狀有點不規(guī)則，外輪廓線由圓弧和直線組成。 圖（2）玩具蒸發(fā)器上殼體平面視圖 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設計 （1）、脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為35～130/，型芯脫模斜度為30/～1 （2）、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該小蒸發(fā)器上殼體外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2。殼內(nèi)凸出部件的壁厚均為1 （3）、塑件的圓角 為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應是壁厚的0.5倍。 該小蒸發(fā)器上殼體外殼表面圓角半徑為2，內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角半徑為1 （4）、孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。本設計中孔都在側(cè)面或邊緣，能采用型芯直接加工成型。 3．2 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結(jié)構(gòu)設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)文獻[2]，選用一般精度等級，ABS的精度等級一般為四級，可在文獻中查到相應的公差值。 3．3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.4，內(nèi)部為0.8。外部接手柄區(qū)域粗糙度加大，主要是為了裝配牢固和方便，且增加摩擦力以便小孩拿緊該小電扇。 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 用UG·NX軟件對該小蒸發(fā)器上殼體外殼進行三維實體造型，然后用分析模塊對其進行質(zhì)量特性分析，輸入材料密度（的密度為），即可以得出該塑件制品上半部分的體積為，質(zhì)量為克。下半部分體積為，質(zhì)量為克。 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 4．1、注射成型工藝過程分析[5] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。 （1）、成型前對原材料的預處理 根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （3）、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。 4．2 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。 由于本設計中塑件小蒸發(fā)器上殼體外殼外表面質(zhì)量要求較高，不允許出現(xiàn)澆口痕跡，所以選用潛伏式澆口。潛伏澆口有自外直接接塑件表面和從內(nèi)側(cè)接于塑件的不外露部分，或從內(nèi)側(cè)接于推桿上，而在推桿上做出進料通道。 潛伏澆口的側(cè)傾角可以在較大的范圍內(nèi)依塑件的具體形狀選擇。其直徑與點澆口相同。引入的圓錐角α約在10°左右。潛伏式澆口具有開模時自動切斷、澆口痕跡小、結(jié)構(gòu)相對簡單（采用兩板式模具結(jié)構(gòu)）并且塑料流動平衡等優(yōu)點， 可以有效提高生產(chǎn)效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對外形尺寸較小的產(chǎn)品。 4．3 型腔數(shù)目的確定 因為本設計中采用潛伏式澆口，且塑件的尺寸較小，蒸發(fā)器上殼體外殼分為上下兩部分，為保證一次加工過程中各種參數(shù)均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩腔，裝載兩部分零件，進行加工生產(chǎn)。 4．4 注射機的選擇和校核 由于兩個塑件的體積和質(zhì)量相差不大，故采用體積較大的塑件（3.22 ）作為參考由于采用一模兩腔，需要至少注射量為6.44 ，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為。注射方式為柱塞式，其有關性能參數(shù)為： 額定注射量: 30 注射壓力: 119 注射行程: 130 注射時間: 2.9 合模力: 250 最大成型面積: 90 最大開模行程: 160 模具最大厚度: 180 模具最小厚度: 60 模板最大距離: 340 合模方式: 液壓-機械式 4.4.1 注射量的校核 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為： 式中 --型腔數(shù)量 --單個塑件的體積（） --澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（） 本設計中： 3.22 =2.27 30 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積 --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 --注射機允許使用的最大成型面積 n=2 =13.57 =3.38 =90 =2 投影面積符合要求 注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即： （）P < F 式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據(jù)文獻[2]表5-1，聚苯乙烯推薦使用的型腔壓力為15～22 MPa，在此取P= （）P= 鎖模力符合要求 4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 （1）、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 式中 --注射機允許的最大模厚 --注射機允許的最小模厚 本設計中 符合要求 （2）、開模行程（S）的校核 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動模固定板的移動距離。 注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與模具的開模距離相適應。對于液壓-機械式合模機構(gòu)的注射機，其開模行程與模具厚度無關，對于單分型面注射模應有： 式中 --推出距離 --包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度 本設計中 =160 = 15 mm = 15 mm 經(jīng)計算，符合要要求。 （3）、頂出裝置的校核 在設計模具推出機構(gòu)時，需校核注射機頂出的頂出形式，要注意在兩側(cè)頂出時模具推板的面積應能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。 XS-Z-30型注射機為兩側(cè)推出機構(gòu)。經(jīng)檢查能滿足將模具脫出的要求。 5 注射模具結(jié)構(gòu)設計 5．1 分型面的設計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結(jié)構(gòu)的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側(cè)，如圖（3）所示 圖（3）分型面的選擇 5．2 型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖（4）所示。由于本設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要心可能相同的注射工藝參數(shù)，以達到高的成功率，模具采用潛伏式澆口，設置在手柄安裝處推桿上，并采用對稱式布局，以求達到良好的澆注質(zhì)量。 圖（4）型腔布局方式 5．3 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通流產(chǎn)澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質(zhì)的塑料制品極為重要。 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分，如圖（5）所示。 1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道 5－澆口 6－型腔 7－冷料穴 圖（5）普通流道澆注系統(tǒng) 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素： a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質(zhì)量。 b)、模具成型塑件的型腔數(shù)：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。 c)、塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結(jié)合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。 d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。 e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質(zhì)量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施[6]。 5．3．3 主流道的設計 不流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。 （1）、主流道的尺寸 設計中選用的注射機為XS-Z-30，其噴嘴直徑為4，噴嘴球面半徑為12，根據(jù)圖（6），主流道各具體尺寸如下： 圖（6）主流道尺寸示意圖 （2）、主流道襯套的形式 選用如圖（7）所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。將主流道襯套和定位球設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，襯套與定模板的配合采用。 圖（7）主流道襯套及其固定形式 （3）、主流道襯套的固定 用嵌入式定位環(huán)壓住主流道襯套大端，定位環(huán)與注射機模板上的定位孔之間的配合采用。 5．3．4 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計中由于塑件排布比較緊湊,且采用潛伏式澆口，在推桿上削去一小塊作為流道進行注射。在主流道設計好以后，推桿位置離它很近，故無需設置分流道而直接經(jīng)澆口注入推桿而使熔體充滿型腔。如圖（8）所示。 圖（8）主流道和澆口的位置 5．3．5 澆口的設計 澆口出叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，側(cè)澆口，潛伏式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質(zhì)量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點： 1. 熔體在型腔內(nèi)流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉(zhuǎn)向越小越好。 2. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體。 根據(jù)澆口選用原則和為保證塑件表面質(zhì)量及美觀效果，采用潛伏式澆口。 澆口一般尺寸如圖（9）所示，根據(jù)此圖結(jié)合實際選用適當值。澆口中心線偏離水平位置。澆口角度，的值取為1.6 圖（9）潛伏澆口的尺寸示意圖 5．3．6 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)固化的冷料。因為最先流入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響制品的質(zhì)量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，這里取為，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的形式有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推桿配用，開模時倒錐形的冷料穴通過內(nèi)部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。如上圖（8）所示。 5．4 注射模成型零部件的設計[7] 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構(gòu)成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結(jié)構(gòu)形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質(zhì)量。 5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設計 成型零部件結(jié)構(gòu)設計主要應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 1）、凹模的設計 凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結(jié)構(gòu)與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式、嵌入式、 鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設計中采用整體式凹模，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結(jié)構(gòu)尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到仿形加工或電火花加工。 2）、凸模的設計 本設計中零件結(jié)構(gòu)較為簡單，塑件中只有蒸發(fā)器上殼體夾板處較為復雜，深度較大，但經(jīng)過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現(xiàn)，塑件采用的是整體式凸模，也叫型芯，雖然有些部位加工、維修不易，但成型后的塑件質(zhì)量好，在塑件內(nèi)表面也不會形成接縫，溢料痕跡，加工精度較高，成型效果好。型芯與動模板的配合可采用。 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經(jīng)驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定ABS材料的平均收縮率為0.6%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： 式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B — 塑件在常溫下實際尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。 5．5 排氣結(jié)構(gòu)設計 排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止塑料熔體正?？焖俪淠＃瑫r氣體壓縮所產(chǎn)生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內(nèi)部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。 由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽，利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。 5．6 脫模機構(gòu)的設計 塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構(gòu)的導向和復位部件等組成。 5．6．1 脫模機構(gòu)的選用原則 （1） 使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）； （2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； （3） 推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂； （4） 推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形； （5） 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 5．6．2 脫模機構(gòu)類型的選擇 推出機構(gòu)按其推出動作的動力來源分為手動推出機構(gòu)，機動推出機構(gòu)，液壓和氣動推出機構(gòu)。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機構(gòu)、套管推出機構(gòu)、推板推出機構(gòu)、推塊推出機構(gòu)、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構(gòu)等。 本設計中采用推桿推出機構(gòu)使塑料制件順利脫模。 5．6．3 推桿機構(gòu)具體設計 （1）、推桿布置 該塑件共采用了7根大小推桿，其分布情況如圖（10）所示，這些推桿設置在脫模阻力較大的地方及強度剛度較大處，使制品所受的推出力均衡。 圖（10）推桿布置 （2）、推桿的設計[7] 本設計中采用臺肩形式的圓形截面推桿，設計時推桿的直徑根據(jù)不同的設置部位選用不同的直徑，其中一個為4mm，四個為３mm，兩個為２mm，見圖（１0）。推桿端平面不應有軸向竄動。推桿與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，ABS塑料的溢料間隙為。 （3）、推桿固定和復位 如圖（11）所示 圖（11）推桿固定和復位 5．6．4 脫模動作原理 本設計中潛伏式澆口設計在動模部分，開模時塑件包在動模型芯上隨動模一起移動，推出機構(gòu)工作時，大小推桿將塑件從凸模上推出，同時澆口被切斷，塑件自動脫落。如圖（12）所示。 圖（12）塑件脫模動作圖 5．7 模具總裝圖[8] 圖（13）注射模具三維裝配圖（線框式） 5．8 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的聚苯乙烯ABS，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 5．8．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應力和明顯的熔接痕等缺陷。冷卻系統(tǒng)的外形結(jié)構(gòu)如圖（14）（15）所示。 圖（14）注射成形機的典型冷卻系統(tǒng) 圖（15）與模板連接之冷卻孔道 5．8．2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質(zhì)。 (1) 冷卻管路的位置與尺寸 　　塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內(nèi)，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 　　通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為10~14 mm（7/16~9/16英吋），在此取12mm。 5．9 模架及標準件的選用 5．9．1 模架的選用 根據(jù)以上的設計，再結(jié)合模具的強度和剛度以及所選注射機，各模板的代號及尺寸如下： 下模板 GB4169.8-84 230 推桿墊板 GB4169.7-84 20011011 推桿固定板 GB4169.7-84 20011013 墊塊 GB4169.6-84 2006033 動模墊板 GB4169.8-84 20018030 定模固定板 GB4169.8-84 20018020 上模板 GB4169.8-84 23018020 動模固定板 GB4169.8-84 20018020 5．9．2 標準件的選用 為了便于模具的裝配，減少繁重的設計和制造工作量，縮短生產(chǎn)準備時間和降低成本，一些模具都選用標準零件，本設計中的標準零件選用如下： 導柱 GB4169.4-84 146318 4個 導套 GB4169.2-84 1418 4個 推桿 GB4169.1-84 390 3個 復位桿 GB4169.1-84 1233 4個 內(nèi)六角螺釘 GB70-85 M 1467 4個 M 1022.5 4個 M 1421 4個 M 511 4個 6 模具材料的選用 正確選用模具各部分零件的材料，是注射模具設計過程中的一項重要工作，它直接影響模具的使用壽命，加工成本以及制品的成型質(zhì)量。選擇模具材料時，需要根據(jù)模具工作條件，從使用性能和加工性能兩方面對材料提高要求。 6．1 成型零件材料選用 成型零件材料選用的要求如下： （1）、機械加工性能良好 （2）、拋光性能良好 注射成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面，，要求鋼材硬度35～40HRC為宜，過硬表面會使拋光困難。 （3）、耐磨性和抗疲勞性能好 （4）、具有耐腐蝕性能 6．2 注射模用鋼種 熱塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供應，常用50和55調(diào)質(zhì)鋼，硬度為250～280HB，易于切削加工。 型芯和鑲塊以棒材供應，采用淬火變形小，淬透性好的高碳合金鋼，經(jīng)熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種,淬火后回火HRC55，有良好的耐磨性。 參考文獻[2]表11-1、11-2，本設計模具材料選用情況如下： 塑料模具鋼材選用，ABS塑料適用鋼種PMS，SM2。其它模具選材見表（4) 模具零件 使用要求 模具材料 熱處理 導柱、導套 表面耐磨、有韌性、抗曲、不易折斷 T8（A） 表面淬火 成型零部件 強度高、耐磨性好、熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕 Cr12MoV 淬火 中溫回火 主流道襯套 耐磨性好，有時還要求耐腐蝕 45鋼 表面淬火 推桿、拉料桿等 一定的強度和耐磨性 T8（A） 淬火 低溫回火 各種模板、推板、固定板、模座等 一定的強度和剛度 45鋼 調(diào)質(zhì) 表（4）本設計模具選材情況 7 注射成型工藝過程模擬分析 高質(zhì)量的塑件需要優(yōu)秀的產(chǎn)品設計、高水平的模具和優(yōu)化的成型工藝三者的有機結(jié)合，傳統(tǒng)的方法大多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗進行反復的試模，現(xiàn)在應用專業(yè)的模流分析軟件MOLDFLOW進行注射流動模擬分析，大大減少了試模次數(shù)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 這里采用的是一種應用較多的CAE軟件-- MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問）在計算機上對整個注射過程進行模擬分析，將分析結(jié)果反饋到以上的設計中，對各種參數(shù)進行優(yōu)化。 分析步驟如下： 1、從UG中將塑件的三維模型到 MPA 中 2、澆注系統(tǒng)設計并設置進料口 3、選用合適的材料ABS 4、設置工藝參數(shù)，這里選擇注射壓力119 MPa，模具溫度45度，熔體溫度220度。 5、進行充模和流動分析 充模分析結(jié)果如下： SUMMARY Release Level: 6.0 Part Revision: 5 Material Supplier: Polystyrene Australia Material Grade: Austrex 112 Max Injection Pressure: 119.00 MPa Mold Temperature: 45.00 deg.C Melt Temperature: 220.00 deg.C Model Suitability: Part model was highly suitable for analysis. Moldability: Your part can be easily filled but part quality may be unacceptable. View the Quality plot and use the Dynamic Adviser to get help on how to improve the quality of the part. Confidence: Medium Injection Time: 0.38 sec Injection Pressure: 7.92 MPa Weld Lines: Yes Air TraABS: Yes Shot Volume : 3.22 cu.cm Filling Clamp Force: 0.43 tonne Packing Clamp Force Estimate @20%: ( 1.58 )MPa 0.14 tonne Packing Clamp Force Estimate @80%: ( 6.34 )MPa 0.58 tonne Packing Clamp Force Estimate @120%: ( 9.51 )MPa 0.87 tonne Clamp Force Area: 8.93 sq.cm Cycle Time: 7.88 sec 根據(jù)CAE分析結(jié)果，本次模具設計方案基本能滿足塑件的質(zhì)量要求，不過有些地方還需要適當?shù)母倪M（比如澆口位置）。多輸入幾次不同的成型工藝參數(shù)，比較所得的模擬分析結(jié)果就能確定出最佳的成型工藝條件，減少經(jīng)濟損失，并獲得高質(zhì)量的塑件制品。 總結(jié) 本次塑料模具設計，全面考慮了塑料成型性能，模具結(jié)構(gòu)特點，注射工藝參數(shù)，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理論分析和數(shù)據(jù)計算生產(chǎn)操作上論證該設計是合理可行的。并且，通過這次設計，我了解了注射模設計概況，熟悉了注射設備，基本掌握了注射成型的一般原理。 在設計和三維建模過程中也遇到了一些問題，通過對問題的探索與分析，最后得到圓滿解決，更另深刻的知道了模具設計各個階段的重要性和嚴謹性，達到了畢業(yè)設計的目的。 伴隨經(jīng)濟建設，特別是汽車、機械、電子、日用制造等行業(yè)的飛速發(fā)展，對模具設計與制造的人才的需求與日俱增，模具設計制造，特別是注射模具的設計與制造將更為受到重視，并將會廣泛應用到各個領域中，飛速發(fā)展。 相信這次設計中獲得的經(jīng)驗及處理問題的能力將會對今后的學習和工作有所啟示和幫助