【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主要有收縮不均勻、冷卻不均勻和分子取向不均勻等，在Moldflow分析軟件中這三種原因?qū)βN曲的影響值都可以分析出來(lái)。在Moldflow分析軟件中這些值通常有總體翹曲值和X、Y、Z軸方向的翹曲值，而通常Z軸方向的變形被視為翹曲，而在這里我們主要對(duì)比兩種布局在冷卻因素上的總體變形量就可以了，如圖31318所示。，明顯布局1的變形量要比布局2的小，因此使用布局1的排布形式要優(yōu)于布局2的排布形式。圖317布局1的翹曲總變形量 圖318 布局2的翹曲總變形量 基于Moldflow的CAE分析總結(jié)綜合以上的分析結(jié)果我們可以知道，不管是對(duì)塑件在填充過(guò)程中的分析，還是在冷卻系統(tǒng)中的分析，或者是在填充和冷卻之后的翹曲分析，本課題中型腔布局設(shè)計(jì)采用布局1的排布形式優(yōu)于布局2的排布形式。因此在后面的型腔布局設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該采用的是布局1的設(shè)計(jì)形式。利用Moldflow 進(jìn)行模擬分析, 除了可以進(jìn)行上述型腔排布形式的優(yōu)化分析之外，還可以優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),得到最優(yōu)的澆口數(shù)量與位置、合理的流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，并且還可以對(duì)澆口、流道、以及冷卻系統(tǒng)等尺寸進(jìn)行優(yōu)化分析，確定并優(yōu)化注塑工藝參數(shù)，最終減少了試模、修模的次數(shù)，縮短了模具設(shè)計(jì)與制造周期,保證制品完全填充。4 模具設(shè)計(jì) 塑件成型工藝性分析 塑件材料(ABS)的性能分析塑件為飲水機(jī)上斗，采用的是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，即ABS塑料，其可以有如下的性能：(1) 使用性能。其綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好，易于成型和機(jī)械加工，其表面可渡鉻成為塑料涂金屬的一種常用材料，適用于制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件、結(jié)構(gòu)零件、電子電氣和儀表外殼等。(2) 成型性能。ABS是一種無(wú)定型塑料，其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，成型方法和成型條件要按各品種的性能來(lái)確定。ABS吸濕性強(qiáng)，％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥，其流動(dòng)性中等。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要選擇好進(jìn)料口位置和形式，因?yàn)楫?dāng)推出力過(guò)大或進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)塑件呈現(xiàn)白色痕跡。(3) ABS的主要性能指標(biāo)見表41[4]。表41 ABS的性能指標(biāo)密度/~屈服強(qiáng)度/MPa50比體積/~拉伸強(qiáng)度/MPa38吸水率（％）～拉伸彈性模量/MPa熔點(diǎn)/130~160抗彎強(qiáng)度/MPa80計(jì)算收縮率（％）～抗壓強(qiáng)度/MPa53比熱容/1470彎曲彈性模量/MPa 塑件的分析(1) 外形尺寸分析零件如圖41所示 圖41 上斗該塑件為飲水機(jī)上斗，壁厚為2mm的曲面薄壁零件，厚度均勻，但是其有多個(gè)曲面，并且由于其有四周均勻分布三個(gè)卡扣，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這對(duì)于模具型腔型芯的設(shè)計(jì)和加工要求就比較高，如何正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、頂出系統(tǒng)和合理的注射成型工藝條件是模具設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。(2) 尺寸精度的分析在一般生產(chǎn)過(guò)程中，為了降低模具加工難度和模具的生產(chǎn)成本，在滿足塑件使用要求的前提下盡可能把塑件尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。對(duì)于本課題塑件分析看，我們需定塑件尺寸的精度等級(jí)為MT3A，屬于中等的精度等級(jí)。(3) 塑件表面質(zhì)量分析本塑件要求外表美觀、無(wú)斑點(diǎn)、無(wú)熔接痕、無(wú)頂桿痕跡，對(duì)于外觀要求比較高，因此對(duì)其外表面質(zhì)量也要求比較高，內(nèi)表面沒(méi)有較高的粗糙度要求。(4) 脫模斜度的分析由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮時(shí)會(huì)緊緊包在凸模上，或者由于粘附作用而緊貼在型腔內(nèi)，為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時(shí)出現(xiàn)頂白、頂傷、劃傷等，塑件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮其表面具有合理的脫模斜度。塑件上的脫模斜度大小，與塑件的性質(zhì)、收縮率、摩擦因素、塑件壁厚和幾何形狀有關(guān)。對(duì)于ABS一般凹模的脫模斜度是，型芯的脫模斜度是[4]，由于該塑件側(cè)面為曲面結(jié)構(gòu)，可順勢(shì)脫模，所以不放脫模斜度。 注塑成型工藝的確定 注射成型過(guò)程(1) 成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行充分的干燥。(2) 注射過(guò)程。塑件在注塑機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。(3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為，處理時(shí)間為16～20s。 注射工藝條件在注塑成型過(guò)程中，工藝條件的選擇和控制是保證成型順利進(jìn)行和塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，主要的工藝條件是影響塑化流動(dòng)和冷卻的溫度、壓力和相應(yīng)的各個(gè)作用時(shí)間。在這里我們選擇的注射機(jī)為螺桿式的注射機(jī)，其噴嘴為直通式，對(duì)于ABS塑件結(jié)合本產(chǎn)品綜合考慮可得到對(duì)應(yīng)的工藝條件參數(shù)見表22[4] 。表42 制品成型工藝參數(shù)噴嘴溫度/170～180保壓壓力/MPa30～40模具溫度/60～80注射時(shí)間/s料筒溫度前段180～200保壓時(shí)間/s10中段210～230冷卻時(shí)間/s20后段180～200其他時(shí)間/s7注射壓力/Mpa80~110成型周期/s40 注射機(jī)的選擇，通過(guò)PRO/。澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值的，～1倍來(lái)估算，[5]。由于這里采用的是一模一腔，因此一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為根據(jù)公稱壓力選定注射機(jī)，上面計(jì)算得出的一次注入模具型腔的塑料總體積可計(jì)算出注射機(jī)的公稱注射量得[5]根據(jù)原材料和塑料制件的各種參數(shù)，初定注射機(jī)的型號(hào)為：G54S200，其有關(guān)參數(shù)如表43所示:表43 G54S200注塑機(jī)參數(shù)注塑機(jī)的最大注塑量：200cm3螺桿直徑：55mm注射壓力：109MPa注射行程：160mm注射方式：螺桿式鎖模力：2540KN最大成型面積：320 cm3最大開合模行程：300cm最大模厚：645mm最小模厚：165mm噴嘴圓弧半徑：R18mm噴嘴孔直徑：Ф4mm注塑機(jī)拉桿空間：290268mm動(dòng)、定模固定尺寸：532634mm 分型面的選擇分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸面。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面的形狀和位置，然后才能選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)制品質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具設(shè)計(jì)制造都有很大的影響。分型面的選擇原則除了必須開設(shè)在制件界面輪廓的最大的地方才能使制件順利地從型腔中脫出外，還應(yīng)考慮以下因素：(1) 因?yàn)榉中兔嫣幉豢杀苊獾臅?huì)在塑件上留下溢料痕跡或拼合不準(zhǔn)確的痕跡，故分型面最好不選在制件光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。從制件的推出裝置設(shè)置方便考慮，分型時(shí)要盡可能的使制件留在動(dòng)模一邊，當(dāng)制件上有多個(gè)型芯或形狀復(fù)雜、錐度小的型芯時(shí)，制件對(duì)型芯的包緊力特別大，這種型芯應(yīng)設(shè)在動(dòng)模一邊，而將凹模放在定模一邊。(2) 從保證制件相關(guān)部位同軸度的角度出發(fā)，同軸度要求高的塑件，取分型面時(shí)最好把要求同軸的部分放在模具分型面的同一側(cè)。當(dāng)制件上要求互相同軸的部位不便設(shè)在分型面的同一側(cè)時(shí)，則應(yīng)設(shè)計(jì)特殊的定位裝置，提高合模時(shí)的對(duì)中性。(3) 有側(cè)凹或側(cè)孔的制件，當(dāng)采用自動(dòng)側(cè)向分型抽芯時(shí)，除了液壓抽芯能獲得較大的側(cè)向抽拔距離外，一般分型抽芯機(jī)構(gòu)側(cè)向抽拔距離都較小。取分型面時(shí)應(yīng)首先考慮將抽芯或分型距離長(zhǎng)的一邊放在動(dòng)、定模開模的方向上，而將短的一邊作為側(cè)向分型或抽芯。對(duì)有頂出機(jī)構(gòu)的模具，采取動(dòng)模邊側(cè)向分型抽芯，模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，能獲得的抽拔距離也比較長(zhǎng)，故選分型面時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮把制件的側(cè)凹或側(cè)孔放在動(dòng)模邊。若設(shè)在動(dòng)模邊，則模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。此外當(dāng)分型面作為主要排氣面時(shí)，料流的末端應(yīng)在分型面上以利排氣。本塑件為飲水機(jī)上斗，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有側(cè)抽，選擇下圖平直分型面降低了模具的復(fù)雜程度，又便于成型后脫模，因此將塑件的分型面設(shè)計(jì)如圖42所示 圖42 分型面 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。它有四個(gè)基本組成部分，分別是主流道、分流道、澆口和冷料井。澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿型腔各個(gè)部位，并在充填保壓過(guò)程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制品。 塑料制品質(zhì)量的好壞，與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系甚大，因此，需要重視澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須注意以下幾個(gè)原則：[8](1) 必須保證熔料充模過(guò)程快而不絮亂，并創(chuàng)造良好的排氣條件。(2) 滿足所用塑料的成型特性，根據(jù)各種塑料的不同成型特性來(lái)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。(3) 為使熔體流動(dòng)阻力減小，應(yīng)盡量避免熔料正面沖擊小直徑型心和脆弱的金屬嵌件。(4) 一模多腔時(shí)，應(yīng)使各模腔的容積不至相差太多，否則難以保證制品質(zhì)量。 主流道的設(shè)計(jì)主流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)： = 2176。～ 6176。，對(duì)流動(dòng)性差的塑料可取3176?！?6176。，半徑r =1～3mm，以減少料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。，主流道應(yīng)盡可能短，一般小于60mm，過(guò)長(zhǎng)則會(huì)影響熔體的順利充型。，但在大數(shù)情況下是將主流道與定模座采用H 7/m6過(guò)渡配合，與定位圈的配合采用H9/f9間隙配合。、T10制造，熱處理強(qiáng)度為53 ～ 57HRC。查資料得G54S200型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸為，噴嘴孔直徑為d1=4mm，主流道球面半徑為R1=12mm，球面配合高度為3～5mm,取其平均值4mm，主流到錐角為2～6度，取3度，模具主流道球面半徑R=R1+（12）mm為20mm及小端直徑d=d1+，經(jīng)換算取得主流道下端直徑D=7mm。為了使溶料順利進(jìn)入分流道可在主流道出料端設(shè)半徑為r=2mm的圓弧過(guò)渡。 如圖43所示： 圖43 澆口套 澆口的設(shè)計(jì)澆口是連接分流道與型腔之間細(xì)短的通道，其作用是使從分流道流過(guò)來(lái)的塑料熔體以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，型腔充滿后，澆口部分的熔體能迅速地凝固而封閉澆口，防止型腔內(nèi)的熔體倒流。澆口的形狀、位置和尺寸對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的種類主要有直接澆口、中心澆口、點(diǎn)澆口、側(cè)澆口、潛伏澆口、耳形澆口等。由于本課題中的塑件表面質(zhì)量要求較高，不允許有較大的澆口痕跡，因此選用點(diǎn)澆口。點(diǎn)澆口是一種非常細(xì)小的澆口，又稱為針澆口。它在制件表面只留下針尖大的一個(gè)痕跡，不會(huì)影響制件的外觀。點(diǎn)澆口具有以下優(yōu)點(diǎn)：有利于充模；便于控制澆口凝固時(shí)間；便于實(shí)現(xiàn)塑件生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化；澆口痕跡小，容易修整。但是，對(duì)注射壓力要求高；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；不適合高粘度和對(duì)剪切速率不敏感的塑料熔體。由于點(diǎn)澆口的進(jìn)料平面不在分型面上，而且點(diǎn)澆口為一倒錐形，所以模具必須專門設(shè)置一個(gè)分型面作為取出澆注系統(tǒng)凝料所用，稱之為雙分型面注射模。雙分型面注射模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 雙分型面注射模具有兩個(gè)分型面，也稱為三板式注射板，也可稱為流道板。（1）采用點(diǎn)澆口的雙分型面注射?？梢园阎破泛蜐沧⑾到y(tǒng)凝料在模內(nèi)分離，為此應(yīng)該設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)凝料的脫出機(jī)構(gòu)，保證將點(diǎn)澆口拉斷，還要可靠地將澆注系統(tǒng)凝料從定模板或型腔中間板上脫離。（2）為保證兩個(gè)分型面的打開順序和打開距離，要在模具上增加必要的輔助裝置，因此模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。雙分型面注射模組成：（1）成形零部件，包括型芯(凸模)、中間板； （2）澆注系統(tǒng)，包括澆口套、中間板；（3）導(dǎo)向部分，包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)柱和中間板與拉料板上的導(dǎo)向孔；（4）推出裝置，包括推桿、推桿固定板和推板；（5）二次分型部分，包括定距拉板、限位銷、銷釘、拉桿和限位螺釘；（6）結(jié)構(gòu)零部件，包括動(dòng)模座板、墊塊、支承板、型芯固定板和定模座板等。 點(diǎn)交口的截面形狀為圓形，其直徑計(jì)算公式為：式中為塑件澆口處的壁厚（mm） 2mm 為型腔表面積（） 算得澆口的直徑d=~，取d=1mm 點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)凝料的推出機(jī)構(gòu)在注射模設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)選用點(diǎn)澆口結(jié)構(gòu)，需設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)凝料推出機(jī)構(gòu)，在開模時(shí)澆注系統(tǒng)的凝料與塑件可以進(jìn)行自動(dòng)切斷并脫落。本課題中采用的是利用拉料桿拉斷點(diǎn)澆口凝料的推出機(jī)構(gòu)。，由AA分型面首先分型，塑件包緊在型芯上，點(diǎn)澆口被拉斷。模具繼續(xù)打開，拉板7被拉緊后，BB分型面分型，繼續(xù)分模時(shí)，型膠板2與拉桿1拉緊，定模座板5與分流道推板6分開，這時(shí)凝料被道推板6從分流道拉桿4推出，靠自重墜落。 注射模具成型零件的設(shè)計(jì) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凹模是成型制品的外表面的成型零件。按照凹模結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。整體式具有較高的強(qiáng)度和剛度，但加工較困難，需用電火花、立式銑床加工，僅適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中小型塑件。而整體嵌入式凹模可以使用一般機(jī)加工方法加工各凹模，由于容易測(cè)量，也能保證一致性，它能節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具鋼，嵌入模板后具有足夠的剛度和強(qiáng)度，使用可靠且置換方便，適用于小塑件的多型腔模。組合式凹模在切削加工、線切割、磨削、拋光及熱處理加工時(shí)較為方便，但其剛度和強(qiáng)度差。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)及對(duì)凹模剛度和強(qiáng)度的要求分析看，本課題中采用的是整體嵌入式凹模，如圖515所示，其在動(dòng)模板上的固定方式采通孔臺(tái)肩式，為了防止回轉(zhuǎn)體型腔轉(zhuǎn)動(dòng)，其臺(tái)肩設(shè)計(jì)為非回轉(zhuǎn)體。如圖44所示。凹模的詳細(xì)尺寸見后續(xù)章節(jié)工程圖。 圖44 凹模 (2) 凸模的設(shè)計(jì)凸模也稱為型芯，是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，按照凸結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。整體式具有較高的強(qiáng)度和剛度，但加工較困難，僅適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中小型塑