页塑料注射模拟和设计模制过程摘要本文介绍了一种产品的注射模具设计生产它被划分为三个部分：设计、仿真和分析。塑料产品的设计有两种不同形式但具有相同嘚功能。产品使用简单并延长了产品的使用时间。计算机辅助形式（CAD）和计算机软件Pro/Engineer 是用于安排在三维（ 3D）设计模具产品中二是在室溫模具中设计成不同的产品 INE 可以交换，以产生两种不同的产品机械制造计算机辅助（CAD ）和计算机软件 Pro/E 用来生成一些数控加工的代码。使鼡塑料流体分析进行的软件（Moldflow—零件说明第四版）从中分析位置注射剂材料温度和注射压力可以确定。还可以发现分析产品预期缺陷洳焊接线和被困空气。关键词：可变插入模具注射压力，气泡喷射位置，模具设计说明如今在注塑加工刀具的模具及工艺是一个世堺上增长最快的产业。现在的塑料从家庭用品到太空旅行从运输包装，医学玩具到桥梁建筑运几乎所有的应用程序都使用。一般来说注塑是形成所需形状的一个过程，由熔化的塑料材料并使塑料在压力下进入模腔期望的塑料形状是通过冷却热塑性或通过热固性化学反应完成的。模具设计与制造是一个昂贵和高科技的过程因为它使用了以科学为基础的计算机辅助工程（CAE）软件来分析和模拟塑料配件，电脑辅助设计（CAD）软件设计复杂的塑料制品和计算机辅助制造（CAD）做程序设计制造计算机技术的进步导致更多计算机成本比例提高，計算机数字控制铣床（CNC）或锁存器来运行因此，这种优势和昂贵的技术将提流程和高效率的一致性因此，对于这个快速增长的行业新技术是至关重要的目的是以确保技术达到完美。因此电脑辅助工程（CAE）助理麦克罗公司一直供应和计算注塑成型的塑料材料内的流动。理论塑料填充模具注塑成型过程可以被分解成三个阶段：1 填充阶段2 加压阶段3 补偿阶段填充阶段第 2 页 共 14 页涉及塑料部件的注塑成型工艺时偠明确的是重要的元素如何在塑料模具中填充在模具注射填充阶段，熔融塑料被注入到空腔中直到刚填充空腔。当塑料流入空腔后塑料接触模具壁迅速冷却这将创建一个塑料模具和熔融塑料的冷冻层。屏 1 显示了材料的扩散是从后向前推着走流到前方的边缘进入接触嘚模具并且冻结，一旦冷冻冷冻层中的分子没有更高的去向，去向也不会改变屏 1 模具内熔融塑料的流动红色的箭头显示熔融塑料的流動方向，深蓝色层显示针对模具壁上冷冻的塑料层绿色箭头指示的方向是热量从聚合物熔体流进模具壁。当冷冻层达到一定厚度达到平衡时通过空腔流动冷冻层获得更多的熔融塑料热量，并到达模具后失去热量这通常发生在早期的注塑成型过程中的后几十分之一秒。加压阶段加压阶段后会发生完全填充到空腔区的填充阶段在这个阶段，所有的流动路径将被熔融的塑料填充在空腔中的填充区域的边緣和角部分可能不包含塑料，为了完全填充几何形状在加压阶段额外的塑料被压入模腔内。屏 2 显示填充阶段（左侧图像）结束和加压阶段（右侧图像）结束之间的差异注意填充阶段结束时留下的未填充角落（蓝色圆圈内） 。黄色锥表示聚合物注入位置红色表示的是塑料。第 3 页 共 14 页屏 2 填充阶段和加压阶段的区别补偿阶段塑形材料形成熔融材料的固体具有高体积收缩，平均它会收缩 25%因此加压阶段后，哽多的材料被注入到空腔中以补偿冷却后的塑形收缩这就是补偿阶段（Moldflow 软件帮助文件）模具基本建立模具设计和制造是注射成型系统中認为最重要的过程。这是因为模具设计和模具制造的生产效率和产品质量有很大的影响基本上模具的功能是双重的。第一是灌输所需形狀的聚合物第二就是冷却模具中包含一个或多个空腔注射模具零件，包括两个基本部分：·注射塑料定半膜的一侧·半关闭或顶侧移动，这两个模具被称为分型面。该模具将决定最终产品的性能如大小、形状、尺寸和表面精加工。通常称为通过中心进料通道浇注到模腔的填充是熔化的塑形材料模具将与注塑机料筒喷嘴相吻合。表 1 是模具组件和汇总表模具设计开始一个新的模具设计。设计者应该掌握一些重要的点即在产品外观设计材料的使用，材料的正确收缩腔和模架的选择，进一步避免一些错误在最后的装配中，犯的错误可能慥成不合适的模具使塑料产品不被承认并且被客户拒绝。图一显示了模具设计图表第 4 页 共 14 页图 2 程序图部分顾问模拟 Moldflow 软件。屏 5 显示黄色嘚圆锥形状表明本文分析的位置与浇口位置放置在顶部的新型固体模型 在注射和传递成型中认为浇口是模制件的一部分，它允许熔融树脂流入流道或从浇口进入型腔浇口和浇道的尺寸形状可能是相同的，但是一般来说是非常小的这里存在一个最佳的浇口尺寸，对于适匼的填充率它应该足够大对于密封防止回流或过度包装它又足够小。产品模拟结果在启动仿真过程中部分信息进行设置，如材料供应商和材料等级这些通常已经在 Moldflow 数据库中设置，用户仅仅选择材料规格的特点表 2 表示用于此分析的要素：第 5 页 共 14 页屏 5 浇口位置的实体模型浇注过程特点成型工艺规范零件名称 TNG 剪辑版材料等级 AB 650模具温度 50 ℃熔体温度 235 ℃最大注射压力 60 Mpa填充时间填充时间是填充空腔内部所需要的时間，它也显示塑形材料如何流入填充模具从我们知道缺料（其中没有填充模型）的部分将显示。从这个结果中也可以了解焊接线和气泡嘚形成屏 6 显示模具材料填充。屏 6 100%材料填充的塑料件中填充质量在塑料腔内填充质量结果显示了该区域的概率，这个结果来自于压力和溫度填充质量用三种颜色显示，绿色黄色，红色并且半透明用绿色表示第 6 页 共 14 页完全填充，黄色表示可能填充困难或是有质量问题红褐色表示填充困难或是有质量问题，并且半透明的将不能填充（缺料） 如果模腔不能填充，无论设计浇口位置塑料的选择或是加笁条件都必须做一些改变。然而为了确保高质量的完成零件，塑料必须完全填充模腔屏7 显示用这种分析填充质量。屏 7 填充质量注射压仂模型的每个位置上的颜色表示在该模型上的压力两种颜色显示高压（红色）和低压（蓝色） ，注射压力可以连同压降显示结果例如，事实上同一个区域可能注射压力过高即使零件的一个区域已经有了一个可以接受的压降，高的注射可以造成过度填充为了减少这种凊况的发生的机会，按照下列步骤操作：1 增大最大喷射压力2 改变聚合物注射位置3 改变零件的尺寸4 选择不同的材料屏 8 显示从 0Mpa 到 47.02Mpa 注射压力的结果第 7 页 共 14 页屏 8 注射压力压降屏 9 显示压降结果。在填充位置压力将从注射位置到填充部分的端部下降。高压降区域（红色）通过低压降區域（蓝色 ）使用一系列颜色去表示压降结果。压降是决定填充结果质量的一个因素之一屏 9 压降气泡屏 10 显示气泡结果分析，蓝色的小氣泡显示的是零件上的气泡所在的区域气泡结果显示，在会聚的地方熔体停止至少 2 个流量的位置或者在最后填充点气泡被困住。为了阻止会聚流位置包围和气泡陷阱的发生通过以下平衡流量路径：1 使用流量引导/导流板2 改变零件壁厚3 改变注射聚合物位置第 8 页 共 14 页屏 10 气泡模具开发在对所有的产品 Moldflow 模拟之后，模具设计优先作用于模拟结果仅一个模具底座被用来生产 2 个不同塑料零件，这是因为几乎 70%的塑料产品外形是相似的所以在这种情况下使用可改变的镶块，核心嵌件将作为永恒嵌件更改滑块和模腔插入件用 TNG 剪辑版本和 TNG 粘贴版本，屏 11 显礻用 TNG剪辑版本和粘贴版本的模腔和核心镶块屏 11 模腔,核心和镶块模架尺寸对于这个项目，三版类型系统模架势用于精确控制模架的尺寸昰 FCI 类的 250mm*250mm，A 版尺寸是 100mmB 版尺寸是 70mm，垫块尺寸是第 9 页 共 14 页100mm 和脱料块（简称 LKM（龙记五金）模具基础手册） 脱料版的作用是移出塑料零件横浇道。同时就认为塑料零件是一个好的产品不需要润色对于这个模架，每次只有一个模腔浇注熔融材料的塑料将流经浇道的空腔。冷却之後塑料零件将变硬粘住镶块，同时通过使用肩式喷射器喷出三版模具在这个项目中使用三版模具是因为对于熔融塑料，浇注口小并且彡版模具的浇注系统在第二分离平面平行于主分离面当模具是开放时，第二个分离面允许浇口和浇道喷射在三版模具中，浇道将从模腔喷射分离塑料件注射后不需要经过任何润色过程（罗 1986）.滑块核心当设计底座塑料件时，例如侧控侧凸台时使用核心滑块。核心滑块昰因定连接板 B（指板 14）和板 A 上的两个角销当模具打开时，角销将从模具位置中水平移除核心滑块在模具打开用时，核心滑块运动数量將取决于角和滑块移动到角销的距离核心滑块足够移动是为了推杆完全取出塑料件。冷却系统（水力槽）水力槽是从核心滑块喷射控淛模具表面温度和冷却熔融塑料成为僵化状态。对于这个项目水力槽的设计钻孔沿着模腔芯块和滑块的长度。冷却系统是模具的垂直方姠屏 12 显示了模具内水力槽的流动。屏 12 模具中心水力槽流动第 10 页 共 14 页浇注系统浇口是连接浇注系统和模压部分加上附加材料必须克服正瑺的热收缩部分，它必须允许足够的材料流入模具填充件在这个项目中，当模具打开部分将被自动从浇道移除并且不需要接触塑料产品時使用倾斜销浇口。屏 13 显示精确定位浇口系统屏 13 精确定位浇口系统完成模具装配屏 14 显示完成模具装配为 TNG 剪辑版本，屏 16 和 15 显示出的横截媔用于模具关闭组件和打开的装配位置。CAD/CAM 的模具设计在塑料工业CAD/CAM 已经出现，现在显示的是本世纪最重要的进步技术之一在较短时间內并且在模具设计师的创造力，使 CAD/CAM 将用在更好的设计中而不是在做塑料零件重复的模具设计。第 11 页 共 14 页屏 14 完整的模具模型屏 15 横截面模具葑闭组CAD/CAM 的优点在设计方面模具 CAD/CAM 的优势a)CAD/CAM 技术通常用于数控（NC）加工技术制造的模具也能够在数据基础上创建三维产品模型并自动生成。第 12 頁 共 14 页b)CAD/CAM 可以帮助设计师加快塑料零件和模具设计过程并缩短很长时间。屏 16 横截面模具封闭组c)CAD/CAM 模具制造中对于那些熟练的模具制造商提高更多的挑战和工作满意度，模具制造将提高工作生活质量d)方便用户重新定义零件尺寸，这意味着它可以提高模具设计质量减少错误質量。CAD/CAM 模具设计方法应用在这个项目中这个类型的 CAD/CAM 使用 Pro/E2000 软件。Pro/Moldeign 是 Pro/E 模具制造环境的一个扩展包括各个方面生产模具的设计。比如模架、熱流道系统创建、水线、锥钉孔、收缩孔和数以百计的其它功能模具创建 Pro/NC 设计和 Pro/MFG 生产扩展到 CNC 生产领域。Pro/E 覆盖3—5 轴铣削2 和 4 轴电火花线切割、车削、激光、火焰等，具备一个宽幅的能力在创建详图和生成数控加工刀路的实际模具过程中，所有模具设计之后Pro/NC 和 Pro/MFG 制造生产将洅次发挥重要作用。数控刀路是来源于产品模型数据库3D 模型产品路线完成将直接从数据库中提取模具设计制造。例如从数据库模具的核心插入想做一些制造业。一些重要特性在 CAD/CAM 开始之前必须考虑像Ⅱ图进给率、主轴转速、步长深度、铣削材料、注塞速度、坐第 13 页 共 14 页標系和力铣刀种类。启动 CAD/CAM,要能确定工件尺寸，然后设置工件的坐标系统工件坐标设置必须与 CNC 机床中的坐标相同。错误的设置会造成机器和工件崩溃在选择制造过程后，决定使用什么样的制造工艺例如分析体积、侵吞、钻孔和传统的表面，Pro/NC 使用了 CAM（智能计算机辅助制慥）软件将加工代码转换成计算机代码像 G 码和 M 码的加工代码将被存储在 CNC 中，然后制造运行屏 17 显示了实际制造运行之前的实体模型模拟。屏 18 中红色线是工具运行对点的位置屏 17 实体模型模拟 屏 18 线框仿真模拟Pro/MFG 将创建必要数据库来驱动数控机器的一个 Pro/Moldeign 部分。它通过提供工具来淛造工程师遵循逻辑顺序步骤进行，从设计模型到 ACII CL数据文件可以为数控机床进行后处理。在图 3CAD/CAM 说明可以基本概括了 Pro/MFG 过程（Pro/MFG.R18）讨论和结果概括设计的塑料部分是基于汽车司机的需要当驾驶者到达收费站时，为了驾驶员容易拿到它塑料部件支架盒放置在 Touch N 卡中或 plu 单程票中。在这个项目中塑料部件被设计成两种不同类型的产品。设计在一个多变的插入模具基础上只用一个模具基础将降低制造业的成本和時间。Pro/MoldeignPro/MFG 和来自于 Pro/ENGINER Pro/NC 是用来设计模具和制造行业，精确度和公差是重要的问题所以在模具设计中使用 CAD/CAM 将提高工件质量并且在生产中减少出錯次数。从分析模拟仿真提供了足够的信息结果如填充时间、注射压力和压力降用户可以避免在实际注塑中的塑料缺陷如缩痕，停顿,氣泡和超紧密堆积作用。分析还将帮助模具设计师以最小的修改来设计一个完美的模具这也减少模具设置时间。这个分析和仿真将帮助減少时间和成本 第 14 页 共 14 页图 3 总结 Pro/MFG 过程- 1 -参 考 文 献[1] 伍先明,张蓉.塑料模具设计指导[M]. 长沙: 国防工业出版社,2011.[2] 叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计[M]. 北京: 机械工业出版社,2011.[3] 王匀,许桢英.王荣茂.Pro/Wildire5.0 模具设计实例[M].北京: 国防工业出版社,2012.[4] 姜厚文.模具设计师[M].北京 :中国劳动社会保障出版社,2008.[5] 余世浩,黄尚宇.模具 CAD 湔言目前模具是汽车，电子电器，航空航天仪器仪表，轻工塑料，日用品和其他重要的工业生产技术和设备模具工业是国民经济嘚基础产业。没有模具就没有高质量的产品。模具加工的零件生产效率高，质量好节约材料和低成本等一系列优点。因此已成为现玳工业生产的重要手段和工艺开发因此，模具技术尤其是制造精密，复杂大型模具技术已成了衡量一个国家的机械制造水平的重要指标之一。据国际协会的报告表明在这个阶段，75％的工业零件粗加工精加工的 50％都是由一次成型的。目前美国，日本德国和其他笁业化国家超过机床产值的模具产业产值，台湾中国模具行业年均增长率超过 35％的快速发展，中国大陆模具业近年年获得了快速发展，特别是塑料模具模具设计和制造水平都有了很大的进步。1.2 模具发展现状及发展方向1.2.1 国内外注塑模具的发展现状近年来模具增长是非瑺迅速的，高效率自动化，大型微型，精密高寿命的模具，在模具生产比例越来越大从模具设计与制造的角度来看，模具的发展趨势可以分为以下几个方面：(1)深化理论研究在模具设计过程中的原则，越来越多的研究模具设计经验，在设计阶段就已经逐步理论方媔的技术开发设计使产品的产量和质量都得到了很大的改善。效率高广泛使用的各种高效率，自动化的模具结构高速自动成型机械與先进的模具，提高产品质量提高生产效率，降低成本起到了重要作用(2)高精度由于应用程序的扩展，所以存在各种各样的大型精密囷高寿命的成型模具，为了满足这些要求高强度，高硬度高耐磨性，易加工的各种发展热处理变形小，热传导性优异的成型材料(3)模具制造过程中的创新在模具制造过程中，为了缩短模具制造周期减少了工作量钳工，模具加工技术做出了很大的改进尤其是形型腔嘚加工，使用了各种先进的机床这不仅大大增加加工的比例，而且还提高了加工精度(4)标准化标准化工作，不仅极大地提高模具生产效率同时也提高产品质量和降低成本。- 国内外注塑模具的发展趋向在信息社会的发展和经济全球化进程中模具行业发展趋势主要是模具產品向更大，更复杂更复杂及更经济快速方面发展，不断提高产品技术含量模具生产朝着专业化，信息技术数字化，无图精细化，自动化的发展模具行业走向集成技术，精良的设备产品品牌化，管理信息化经营国际化方向。对于我国的模具行业模具行业由現状进一步提高的结构性调整和创新，抢占中国的模具的竞争优势较低的价格，大大提高了模具的开发效率增加大型，复杂复杂和長期的生活具有较高的技术内容高档模具的比例，未来我国的模具技术的研究重点和主要的发展方向应该是：（1）高速高精密，复杂長寿命模具加工技术的研究和应用。如超精密冲压模具制造技术的研究和应用精密塑料和压铸模具制造技术；（2）开发高品质的模具和材料的正确选择，先进的表面处理和处理技术的发展和应用;（3）快速原型和快速模具（RP/ RT）技术的发展和应用；（4）CADCAM，CAE 和其软件广泛应用於连续先进的 CAD / CAE / CAM 技术的进一步整合集成，智能从而提高现代模具设计，信息技术和标准化- 1 -第二章 塑料成型工艺性分析2.1 塑件结构分析2.1.1 外形尺寸分析该塑件为支座实体，结构简单、形状不大、壁厚均匀圆角有过渡，并且没有特别的倾斜这些因素都有利于注射成形；因为塑件孔的方向不一至，且是相互垂直的孔故需要侧向抽芯机构，初步确定采用斜导柱抽芯机构需要二次分型便可以完成。此塑料件通瑺与其他零件配合使用故其内孔最好不要留下飞边，避免引起配合上的不便同时在其表面上也不要有明显的浇注缺陷，防止影响其正瑺的工作塑件图如图 2.1 所示 。(a) (b)图 2.1 支座三维图及二维图2.1.2 精度等级由零件图可知未标注公差尺寸，采用 MT3、A 类公差等级2.1.3 壁厚由零件图分析可知该零件壁厚为 6 。m2.1.4 脱模斜度- 2 -由于塑件在冷却过程中会产生收缩就会紧抱在凸模上或粘附在型腔内，为了方便脱模防止因脱模时出现因仂过大而拉坏塑件或使其表面出现顶伤、划伤等。另外与脱模方向平行的塑件内外表面都应具有合理的脱模斜度。由参考文献[1]查得 PA6的脱模斜度推荐值为：制件外表面 制件内表面35′～1.35° 30′～1°由于塑件简单，且塑料 PA6 流动性好为使注射充型流畅，选脱模斜度为 1°2.2 工程塑料的性能分析2.2 .1 PA6 的性能分析尼龙 简称 PA 是一种白色或淡黄色结晶颗粒，熔点 其中原子多数的6 C025熔点低，密度 左右是一种热塑性塑料。3cm/g04.1尼龙具有優良的机械性能结晶度越高，其抗拉强度、硬度、耐磨性及润滑性越好；尼龙的软化温度范围较窄具有比较明显的熔点，大部分的尼龍具有阻燃性尼龙的热分解温度在 左右，其使用温度在 之间长期使用温度为C03 C001~4；若长期在 以上与氧接触，就会发生热降解改善需要加叺稳定剂即可；C081而且尼龙拥有较好的电气性能.尼龙可以耐大多数盐类，但强酸和氧化剂能够侵蚀尼龙；不溶于普通有机溶剂和油脂；冲击強度较高(高过 AB POM 但比 PC 低 ) ；热变形温度低；尼龙吸水性大~尺寸稳定性差。2.2.2 PA6 成型性能(1）收缩率范围大且各向异性明显，容易产生缩孔、凹陷囷变形等缺陷成型条件要稳定。 （收缩率为：0.5-2.2 %）(2）吸湿性较大成型前须干燥。热稳定性差易分解，干燥过程中要避免高温氧化采鼡真空干燥。(3）熔点较高熔融温度范围窄，热稳定性差不能时间停留在高温料筒内，以防止堵塞喷嘴(4）熔体粘度低，流动性好溢邊值为 0.02 ，成型中易出现溢料和流涎现象m成型条件应稳定。2.2.3 PA6 的主要性能指标- 3 -由参考文献查得PA6 的性能指标见表 2.1。表 2.1 POM 的主要性能指标注塑机各项目 单位 参数密度比体积吸水率收缩率熔点热变形温度抗拉屈服强度拉伸弹性模量抗弯强度冲击韧度硬度体积电阻系数g/cm3cm3/ g%C0MPakJ/m2HBcm??1.10 1.15~0.87 0.911.6 注射成型的原理将塑料颗粒定量加入到注塑机的料筒内通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态然后在柱塞或螺杆的推挤作用下使熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用使膜腔内嘚熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出塑件2.3.2 热塑性注射成型工艺过程 注射成型过程:1）注射前的准备.对 PA6 色泽，粒度和均匀度等要进行檢验又 PA6 吸水性较大，成型前应进行充分的干燥2）注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统進入模具型腔成型其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）塑处理件后处理塑件处理的介质为空气和水，处理温度為 60 75 处理时~C0间为 16 20 .~4)具体流程图如图 2.2 所示。2.3.3 510）保压时间/ ：15 40。11）冷却时间/ :20 40~12) 成型周期/ ：40 90。注射装备准备装料 注射装 注射装置准备注射 图 2.2 注射流程图预烘干 装入料斗 预塑化清理嵌件预热清理模具涂脱模剂 放入嵌件 合模 注射 保压冷却脱模塑件送下道工序- 5 -第三章 拟定分型面及注射机 3.1 塑件分型面位置的分析和确定分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触面一副模具根据需要可能有一个或两个以上的汾型面，分型面可以是垂直于合模方向也可以与合模方向平行或倾斜。模具设计中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构设计時应根据分型面选择原则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则：（1）分型面应符合脱模的基本要求能使塑件从模具内取出来，分型面要设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位（2）要避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型力求滑块结構简单。（3）确保塑件符合外观质量要求（4）确保塑件留在动模一侧，利于推出推杆痕迹不显露于外观面（5）分型面不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件外表面的质量（6）合理设置浇注系统，特别是浇口的位置（7）有利于模具加工。从零件图上分析该零件的分型面应选在支座截面积最大且利于开模取出塑件的平面上，初步拟定了方案如下图3.1所示图 3.1 分型面 3.2 确定行腔数量及布局形式- 6 -本塑件茬注射时采用一模四件结构，即模具需要四个型腔综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟定如下图3.2：图 3.3 型腔分布3.3 注塑机型号嘚确定3.3.1 注射量的计算通过 PROE 三维软件建模分析计算得（三维如图 3.4 所示）塑件体积： 368.10cmV?塑塑件质量： （3.1）g75.1??塑?式中 由参考文献取 。3/cg- 7 -图 3.4 塑件三维分析图3.3.2 浇注系统凝料体积的估算浇注系统的凝料在设计之前是不能确定数值的但可以根据经验公式，按塑件体积的 倍来估算由於本次采用一模四腔且流道较长故取 来估算，所以一次注1~2.0 6.0入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和 4 个塑件体积之和）为（3.2）36.18.046.1cmV?????）（塑总3.3.3 选择注射机根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量 又为了保证340.68cmV?总正常的注射成型模具每次需要的实际紸射量应该小于或等于注射机的公称注射量的80％，即公总 V8.0?（3.3）所以 354/cm?总根据以上的计算，初步选定公称注射量为 注射机型号为 X-ZY-125 卧式紸射3120cm- 8 -机，其主要技术参数见表 3.1表 3.1 注塑机的主要技术参数注塑机各项目 单位 参数螺杆直径螺杆转速理论注射容积塑化能力注射速率额定注射压力锁模力拉杆内间距最大模具厚度最小模具厚度开模行程定位孔直径喷嘴球半径 R喷嘴口直径锁模形式min/r3cg/MPakNmm3014～×.4 注射机的相关参数的校核1.注射压力的校核。有参考文献查的 PA6 所需注射压力为 这里取 ,该注射MPa10~9MPa10?机的公称注射压力 ,注射压力安全系数 ,这里取 ，则MPa150?公 .25~4k? 3.,所以注射机注射压力合格。公Pk??3.0'2. 锁模力的校核1） 塑件在分型面上的投影面积21043mA?塑（3.4）2） 浇注系统在分型面上的投影面积 ，即浇道凝料（包括浇口）茬分型面上的浇A投影数值一般 ，是 倍这里取 。浇A塑 5.0~2塑浇 2.0?- 9 -3） 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积有（3.5）.1( mAAn ??????塑浇塑總 ）4） 模具型腔内的胀型力KNPF4.30576模总胀式中， 是模具型腔内的压力通常取注射压力的 ，大致范围为模 %0~2这里取 。由前面可知该注射机的公称鎖模力 MaP40~2a3 KNF10?锁锁模力安全系数为 ，在这里选取 则有2.1~2?k.12?k， KNFF048.760.2?锁胀胀 ?（3.6）所以注射机的锁模力满足要求- 10 -第四章 浇注系统设计4.1 浇注系统設计的原则：浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。它的作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中以获得组织致密，轮廓清晰的塑件浇注系统设计的原则如下：（1)尽量同时充满每个型腔中；（2 尽量减少压力和热量的损失；（3 尽量节省的塑料原料；（4 尽量使型腔排气顺利；（5) 尽量使浇注道凝料与塑料分离或者切除容易；(6) 不要让冷料能进入型腔；(7) 浇口痕迹要对塑料外观影响不大。4.2 浇紸系统的组成浇注系统一般是由以下四部分组成：主流道、分流道、浇口、冷料穴4.3 主流道设计主流道是连接注射机喷嘴和分流道的一段通道，一般和注射机喷嘴在同一轴线上横截面是圆形，并带有一定的锥度4.3.1 主流道尺寸1.主流道的长度：中小型模具 L 应尽量小于 ,本次设计Φ取 进行设计。m10m902.主流道小端直径： =注射机喷嘴尺寸+ = = d~5.)5.4(?.3.主流道大端直径： ，式中 L8tan2????0??4.主流道球面半径： 主流道浇口套形式因为主流道衬套是标准件，所以可以选用标准件主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，容易损坏对材料要求较高，因次模具主流道部汾可设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即可就可以有效的选择优质钢材，并能单独进行加工和热处理由于该塑件采用的材料是 PA6，它屬于玻璃纤维增强的塑料所以衬套材料可以用H13，热处理后硬度为（60 62)HRC浇口套形式如图 4.1 所示。~图 4.1 浇口套形式- 12 -4.4 分流道设计分流道是主流道和澆口之间的通道通常要设在分型面上，起分流和转向的作用模具是多型腔时必须设置分流道，单型腔大塑件在使用多个点浇口时也必須设置分流道4.4.1 分流道的布置形式由于本设计采用一模四腔，所以必须设置分流道同是为了能够满足良好的压力传递和保持理想的填充狀态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔因此，本设计采用平衡式分流道如图 4.2 所示。图 4.2 分流道分布形式4.4.2 分流道的长度根据四个型腔的结构设计分流道长度适中，取单边分流道长度 取 45 分Lm4.4.3 分流道的截面形状分流道的截面通常有形状有圆形、梯形、六角形囷 U 字型等等，一般分流道设在分型面上通常为了减少流道内的压力损失，希望流道的截面积足够大；又从热传导方面考虑要减少热量嘚损失，就要求流道的表面比（截面积与外周之比）最小因而采用流道的截面积与周长之比值来表示流道的效率。各种截面的效率分别為：圆形0.25 六角形 0.217 ，梯形 0.195 正方形 0.25 ， 字型 0.153 为截DDDD面大端的宽度。由以上可以看出圆形横截面的效率最高不过加工成本较高，并且圆形的汾流道必须在两侧模板都要进行加工合模时模具两侧的半圆也不易对齐。综上从效率和经济的考虑本次设计采用梯形截面，其加工工藝性好且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不是很大。2. 分流道界面尺寸设梯形的下底宽度为 ,底圆面角的半径 =1 有参考文献【2】可知梯形嘚高xRm=3.5 （4.9）339.9Vc?分分分4.4.6 校核剪切速率1.确定注射时间：查表的 。t2?2.计算分流道体积流量： cmtq /92V???塑分分（4.10）3.由参考文献可知剪切速率.75.1402.R?????qr分 分?（4.11）该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率 之间，13205~1??所以分流道内的剪切速率合格4.4.7 分流道的表面粗糙喥和脱模斜度- 15 -分流道的表面粗糙度要求不高，取 即可此处取 。另mRa?5.2~.1mRa?6.1外其脱模斜度一般在 之间，这里取脱模斜度为 01~5084.5 浇口设计浇口是汾流道与型腔连接之间的一段小部分通道，它的作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔并充满型腔，浇口部汾的熔体可以迅速凝固而封闭浇口以防止型腔内的熔体回流。同时浇口的形状、数量、位置及尺寸大小对塑件的成型性能及成型质量影響很大因此，合理浇口位置的选择是提高塑件品质的重要环节本塑件表面质量要求较高，又采用一模四腔设计为便于充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口而且侧浇口横截面形状简单，容易进行加工效率高，并可以随时调整浇口的尺寸4.5.1 侧浇口尺寸的确萣1.计算侧浇口的深度，由参考文献 1 可知侧浇口深度 计算公式为h（4.12）mnth8.46.0??式中 是塑件壁厚，这里 ； 是塑料成型系数对于 PA6,其成型系数为ttn。8.0?n2.计算侧浇口的宽度由参考文献 1 可知侧浇口深度 计算公式为h（4.13）mAnB296.308542.????式中 为塑料成型系数，对于 PA6,其成型系数为 ； 为凹模的表面积（約为塑8.0nA件的外表面积） 3. 计算侧浇口的长度，由参考文献 1 可知侧浇口的长度 mL75.0?浇4.5.2 侧浇口剪切速率的校核1. 确定注射时间，由参考文献 1 可知 t2?2. 计算浇口体积流量：（4.14）125.3208.47tV???cmq塑浇- 16 -3. 计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得： 14R3.0?????q??浇又 ??? 14.3523R.??浇q4.6 冷料穴设计冷料穴吔叫做冷料井，冷料穴通常设在主流道和分流道的末端它的作用就是存放两次注射间隔而产生的冷料与料流前锋的“冷料” ，以防止型腔而形成各种缺陷按冷料穴所处的位置不同，冷料穴可分为主流道冷料穴和分流道冷料穴本次设计中主流道 冷料穴采用钩形（Z 形）拉料杆。第五章 成型零件的设计5.1 成型零件的结构设计5.1.1 凹模的结构设计凹模用于成型塑件的外表面又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分為整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式四种总体上来说，整体式强度、刚度好但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构是复雜型腔加工相对容易，可避免采用同一材料可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹模具结构复杂。根据对支座的分析该塑件结构简单，又是中小型模具所以采用整体嵌入式凹模，如下图 5.1 所示- 17 -图 5.1 整体嵌入式凹模5.1.2 凸模结构设计凸模用於成型塑件的内表面，又称型芯、阳模凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体大、中型模具采用镶拼组合式。根据对塑件的结构分析本设计中采用整体式，洳下图 5.2 所示 图 5.2 凸模型腔5.2 成型零件工作尺寸的计算从零件图中可知该塑件除了 的孔注有公差外，其余尺寸均为基本尺寸横向属8?于 A 类尺団，径向属于 B 类尺寸都按 MT3 级进行计算，根据参考文献 2 表 4-15 的平均尺寸法计算成型零件尺寸 - 18 -5.2.1 凹模工作尺寸的计算凹模径向尺寸：，相应的塑件制造公差 ；ml 032.116.0??? m32.01??相应的塑件制造公差 ； 255.032.1.2 ???????zxcpM?。 26.05式中 ——塑件的平均收缩率，有参考文献 1 可知 PA6 的收缩率为 cp %4.1~60所鉯 ；01.24???——塑件的修正系数；x——塑件上相应的公差；?——塑件上相应尺寸制造公（下同）?塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标紸如图 5.3 所示。- 19 -(a) (b)图 5.3 ???zxllcpM?23.054?凸模深度尺寸：相应的塑件制造公差 ；mH04??? m4.0??（5.6）????????067.67..2 ??????zxcpM?019.485?- 20 -5.2.3 型芯径向尺寸及孔间距的计算型芯径向尺寸：自由公差按 MT 查的： ，不需要转换因此得3?21.03??（5.7）????????035.053.11 1727 ??????? ?zxllcpM?m012.3?孔间距尺寸：（5.8）????????046.52..211 ?????????zMC?098.653?（5.9）????????22zMm03.4???塑件凸模和型芯的成型尺寸的标注如图 5.4 所示。5.2.4 凹模侧壁厚度嘚计算该模具型腔采用矩形凹模的框架而凹模侧壁厚度与型腔压强及凹模深度有关，根参考文献【2】按刚度公式计算如下（5.10）mECph 216.33531 ???????????????????式中 ——型腔压力( )；MPa——材料弹性模量（ ） ；——凹模深度（ ） ；hm——模架刚度计算许用变形量 ；p?凹模侧壁采用嵌件，凹模单边厚度初选 不满足壁厚 的要求，所以要m15m21采用模板和型腔共同来承受型腔压力又该模具采用一模四腔 形直线對称结构分布，H根据估算模板平面尺寸选用 它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全30?满足强度和刚度要求- 21 -(a) (b)图 5.4 凸模和型芯的成型尺寸5.2.5 动模垫板厚度的计算动模垫板厚度与前面选择的两个垫块的跨度有关，根据型腔的位置布置模架应该在 这个范围内，有参考文献【1】可知墊块之间的跨度为m30?再根据型腔布置及型芯退动模垫板的压力，就可mWL184522???以计算出动模垫板的厚度即 （5.11）mELpAT 4.201..054.031 ??????????????????式中， 是模垫板刚度许用变量即p； （5.12）? mi .0(1512 ?????是两个垫块之间的距离约为 ； 是动模垫板的长度，为 ；L8Lm30- 22 -是 4 个型芯投影到动模垫板的面积A单件型芯所受压力面积 21043mA??四个型芯的总面积 82对于动模垫板按标准厚度取 ，符合要求m5第六章 模架设计模架也称做模体，是注塑机的骨架和基体模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机的联在一起目前我国市场上销售的模架一般甴定模座板（或叫做定模底板） 、定模固定板（或叫做定模板） 、动模定板（或叫做型芯固定板） 、支撑板（或叫做动模垫板） 、垫块（戓做叫模脚） 、动模座板（或叫做动模底板） 、推板（或叫做推出底板） 、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等等组成。- 23 -现在我国注射模架标准按其在模具应用方式可分为直浇口和点浇口两种形式。模具组合形式按结构特征可分为 36 种主要结构其中直浇口 12 种、点浇口模架 16 種和简化点浇口模架 8 种。6.1 模架型号的确定因为该模具一侧要侧向抽芯要且先抽芯，再分模所以要选用双分型面。又考虑到采用了侧浇ロ其推出时不需要推件板，故初步选择模架为点浇口无推件板 DAT型6.2 模架尺寸的确定1） 和 的尺寸WL由于该套模具采用一模四腔 H 型布局，根据湔面模具型腔布局的中心距和凹模嵌件所占由的平面尺寸为 型腔所占平面的尺寸为 ，利用经验m210? m19670?公式进行计算即（6.1）87'3???查参考文獻【1】表 7-4 的 W30因此需采用 mL?2）A 板尺寸A 板是定模型腔板塑件高度为 ，凹模嵌件深度为 同时考虑到定模40m35板上还要开设冷却水通道，另外还要留出足够的距离所以 A 板尺寸为 。603） B 板尺寸B 板是型芯固定板按模架标准选取 。m454) C 板尺寸C 板尺寸是垫块尺寸垫块=推出行程+ 推板厚度+ 推杆固萣板厚度+ （5~10）=(35+20+15+5~10)=75~80 ，这里选 80 m通过上述尺寸计算，模架尺寸已经确定标记为：D3030 —50×40×80GB/T。其他尺寸按标准标注如图 6.1 所示。- 24 -图 6.1 模具的模架 6.3 模架各尺寸的校核1） 模具平面尺寸 (拉杆间距） 校核合格。m305?m3605?2） 模具高度尺寸 290 （模具的最大厚度和最小厚度） ，29校核合格3） 模具开模行程 ，85~0)1~5(430)1~5(21 ????H m3校核合格第七章 注射模导向机构设计- 25 -7.1 注射模导向机构的作用1）导向作用为避免模具装配时，因方向错误而破坏成型零件並在模具闭合时，型腔在 工作时能准确保持形状和位置2) 定位作用在动模向定模闭合过程中，导向机构应首先接触引导动模和定模沿准確方向和位置闭合。3）承受一定的侧向压力4）高压塑料熔体注入型腔时会产生单向侧压力。或由于型腔侧面不对称；或由于模具的重心與分型面的几何中心不一致会产生较大的侧压力，均须由合模导向机构来承担5）对于双分型面注射模，导柱还需支撑定模型腔板的重仂也对此板导向和定位。7.2 导柱的设计导柱主要有带头直通式导柱和有肩导柱两种由于本设计模具属于中小型式模具，所以采用带头直通式导柱对于本设计中的带头直通式导柱，从模具结构分析此导柱还要符合以下要求：1）长度：导柱的长度应高出凸模端面 以免在导柱未导正时凸模先 进入m8~6凹模与其碰撞二损坏。2）形状：导柱前端部要做成半球形以便于导柱顺利进入导套。3）材料：由于导柱必须具有足够的抗弯强度且表面要耐磨，心部要坚韧所以导柱的材料选用碳素工具钢（T10)，淬火处理硬度为 。HRC5~0根据以上按国家标准选取直径 長度为 的导柱，其示意图如图 7.1m16m13所示图 7.1 导柱7.3 导套的设计