【正文】 e design ponents are described separately. Whole process of mold design and analysis using the injection mold CAE analysis software moldflow, conducted the analysis of injection molding process and mold design optimization。此課題主要是要求我們通過三維模型設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)以及模具各部分的零件。做好畢業(yè) 設(shè)計(jì)可以使 我們 在學(xué)完培養(yǎng)計(jì)劃所規(guī)定的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課及各類必修和選修專業(yè)課程之后，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，較為集中和專一地培養(yǎng) 我們自己 綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，分析和解決實(shí)際問題的能力。 作為一名 工科 畢業(yè)生更應(yīng)該 珍惜和利用這次機(jī)會(huì)，充分利用學(xué)校的各種資源，在老師的帶領(lǐng)下 做 好這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)。 國(guó)內(nèi)外注塑成型工藝與模具的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . .. 注塑成型設(shè)備與注塑工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 注塑機(jī)是注塑成型的主設(shè)備，注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型工藝有著密切的關(guān)系。 特別是新型工程塑料的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)注塑成型機(jī)械和 設(shè)備提出更高的要求，實(shí)質(zhì)向品種多、規(guī)格全、高效、高速、高精度、低能耗和低噪音方向發(fā)展。 70 年代以來，由于工程塑料的發(fā)展，特別是結(jié)構(gòu)泡沫塑料等制品在汽車、機(jī)械、大型家用電器、建筑、宇航、船舶等工業(yè)部門的廣泛開發(fā)和應(yīng)用，使注塑機(jī)又轉(zhuǎn)向大型化。在大型注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面，合模系統(tǒng)采用全液壓式或液壓機(jī)械式，即曲軸連桿式，兩者在市場(chǎng)上均有競(jìng)爭(zhēng)力能力。 90年代的注塑機(jī)正向節(jié)能、精密成型、超精密成型、低噪音和高級(jí)自動(dòng)化方向發(fā)展。精密成型是指生產(chǎn)制品尺寸精度的范圍在 ；低噪音是指注塑機(jī)能平穩(wěn)、無(wú)撞擊和無(wú)振動(dòng)下工作，按確定方位、在距離機(jī)器 1m 左右的地方，所測(cè)的噪音應(yīng)低于 70分貝；高級(jí)自動(dòng)化是指注塑機(jī)能遠(yuǎn)距離操作或無(wú)人操作，保證制品的精度、注塑工藝條件的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。注射成型工藝對(duì)各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 我國(guó)塑料模具發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來越高的要求， 預(yù)計(jì)到 2021 年， 僅汽車行業(yè)將需要各種塑料制件 36 萬(wàn)噸； 電冰箱、 洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過 1000萬(wàn)臺(tái)；彩電的年產(chǎn)量已超過 3000 萬(wàn)臺(tái)。 近年來，我國(guó)的模具工業(yè)一直以每年 13%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。模具鋼的需求量也將以每年 12% 的速度遞增，全國(guó)年需求量約 70 萬(wàn)噸左右，而國(guó)產(chǎn)模具鋼的品種只占現(xiàn)有國(guó)外模具鋼品種的， 每年進(jìn)口模具鋼約 6 萬(wàn)噸。 目前， 全世界模具的年產(chǎn)值約為 650 億美元， 我國(guó)模具工業(yè)的產(chǎn)值在國(guó)際上排名. .. 位居第三位， 僅次于日本和美國(guó)。目前， 我國(guó)模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步， 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)， 增加高檔模具的比重， 通過求品質(zhì)來求效益， 提高模具的國(guó)產(chǎn)化程度， 減少對(duì)進(jìn)口模具的依賴?，F(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成， 更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、 人和管理的集成。 —— — 在塑料注射成型模具中， 積極應(yīng)用熱流道， 推廣氣輔或水輔注射成型， 以及高壓注射成型技術(shù)， 滿足產(chǎn)品的成型需要。模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)， 其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，同時(shí)也會(huì)顯著提高 模具的制造精度和使用性能， 大大地提高模具質(zhì)量。 —— — 發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)， 以便迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具， 降低成本。 —— — 推廣應(yīng)用高速銑削、超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝， 滿足模具制造的需要。 —— — 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)、 逆向工程與并行工程， 最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率。 . .. 第二章 制件分析及最佳澆口位置的確定 制件結(jié)構(gòu)與原料特性分析 制件結(jié)構(gòu)分析 圖 圖 型腔數(shù)目 注射模的型腔數(shù)目，可以是一模一腔，每一次注射生產(chǎn)一個(gè)塑件。 . .. 每一副模具中型腔數(shù)目的多少與塑件 尺寸精度、模具制造成本、注塑成形的生產(chǎn)效益、制造難度等因素有關(guān)。多模腔的制造成本高于單模腔，但不是簡(jiǎn)單的整數(shù)比，因此從塑件成本中所占的模具費(fèi)比例來看，多腔模比單腔模要低。多模腔的制造難度比單模腔大，當(dāng)其中一腔先損壞時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)維修，影響生產(chǎn)。結(jié)合本次 零件圖 ， 如圖 ， MP4塑料面板的原料采用 ABS，粗略測(cè)量可以知 道該注塑件的長(zhǎng)為 125mm，寬為 75mm，深度方向約為 10mm，平均壁厚只有 1mm，這樣的注塑件大而薄，而且此件還有許多地方的的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 凸臺(tái)、小孔等結(jié)構(gòu)比較多，制件的 制造要求較高，為了保證精度 ， 不宜使用一模多腔，并且注意到此塑件四周都存在側(cè)抽芯，進(jìn)一步說明不宜使用一模多腔，所以只能采用一模一腔才能滿足要求。每個(gè)塑件的分型面可能只有一種選擇，也有可能有多種選擇。 圖 型 面 選擇分型面時(shí)，應(yīng)該從 以下幾個(gè)方面考慮 : ? 使塑件在開模后留在動(dòng)模上； ? 分型面的痕跡不影響塑件的外觀； ? 澆注系統(tǒng)，特別是澆口能夠合理的安排； ? 使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； ? 使塑件易于脫模。 塑件原材料分析 此塑料制件采用 ABS 做原料， ABS 英文全名 Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer 中文名稱： 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯塑料。 C 以 上可以定型。 ABS 通常在 270 以上才開始分解。熔體流動(dòng)性與注射溫度和壓力都有關(guān)系，其中 對(duì) 注射壓力稍微敏感些。 密度： — 3cm/g 拉伸強(qiáng)度： 380Kg/cm2 抗裂伸長(zhǎng)率： 20% 吸水率： %~% 射出成型溫度： 180~280℃ 射出成型壓力： 700~1400Kg/cm2 成形收縮率： %~% 模具溫度： 60~90℃ 分析準(zhǔn)備及澆口位置的確定 moldflow 模流分析前的準(zhǔn)備 使用 moldflow doctor CAD 對(duì)工件三維模型進(jìn)行模流分析前的處理。 . .. ? 自動(dòng)縫合自由邊（ modifyauto stitch）， 對(duì)于公差小于 mm 的自由邊進(jìn)行自動(dòng)縫合。 （ 2） 模型簡(jiǎn)化（ Simplification） 即去除一些小特征 ? 去圓角（ fillet）：將一些較小的圓角予以去掉，便于進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 ? 去倒角（ chamfer）：將一些較小的倒角予以去掉，便于進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 ? 去字符（ step）：將模型面上的字符去掉，以便于進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 這樣我們就完成了 制件 三維模型模流分析之前的前處理，導(dǎo)出文件，再導(dǎo)入到moldflow 中即可進(jìn)行相關(guān)的模流分析。對(duì)于一般的注塑工件做模流分析網(wǎng)格匹配率達(dá)到 %，最大縱橫比在 10 以下，已經(jīng)滿足要求。 圖 圖 進(jìn) 澆口暫定位置 從上面的的 moldflow 分析可以提出以下幾種方案： . .. 方案一：設(shè)置一個(gè)進(jìn)澆口 從上面的 moldflow 模擬分析可以知道如果設(shè)置一個(gè)澆口，那么在藍(lán)色位置最好，但是 這樣會(huì) 得到 如圖 所示 的畸形模具結(jié)構(gòu)，這種畸形模具在壓力和結(jié)構(gòu)上都無(wú)法達(dá)到平衡，因此這種方案因淘汰。由圖 ，以及結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、模具結(jié)構(gòu)等方面的考慮，可以提出第一個(gè)進(jìn)澆口的三個(gè)位置如圖 所示。 方案①的第二進(jìn)澆口分析如圖 ； 方案②的第二進(jìn)澆口分析如圖 ； 方案③的第二進(jìn)澆口分析如圖 ； 圖 ① 圖 ② 圖 ③ 根據(jù)上面模擬分析結(jié)果、自己的 經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合模具結(jié)構(gòu)、壓力平衡方面綜合考慮分. .. 別設(shè)置兩個(gè)進(jìn)膠口，并用 moldflow 中的“快速填充”進(jìn)行分析，判斷，篩選出最好的澆口位置。 . .. 第三章 注塑機(jī) 的選擇 估算模具一次注射原料 ABS 量 模具一次注射需要的 原料 ABS 量 主要是由塑件和澆注系統(tǒng)凝料組成。 使用 UG 中的注塑模模塊下的投影區(qū)域命令可以得到塑件在分型面（即 XOY 面）上的投影面積為 1S =4520 2mm 流道凝料在分型面上的投影面積按經(jīng)驗(yàn)取為： 2S =500 2mm 即總的投影面積 0S =4520+500=5020 2mm 所以所需的鎖模力 F=P* 0S . .. P為塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力其大小一般是注射壓力的 80% ， ABS 的注射壓力為60100Mpa，因?yàn)槭潜”诘?，所以取大的? 澆注系統(tǒng)的作用： 將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。 普通澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理不僅對(duì)塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大、而且還與塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān)，因此澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在平衡式布 置中，從主流道末到各型腔的分流道和澆口，其長(zhǎng)度、斷面面積和尺寸都對(duì)應(yīng)相等。 2. 采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損、縮短充模時(shí)間。 3. 澆口尺寸、位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應(yīng)有利于熔體流動(dòng)、避免產(chǎn)生渦流、噴射和蛇形流動(dòng)，并有利于排氣和不縮。 5. 澆注系統(tǒng)凝料脫出應(yīng)方便可靠，凝料應(yīng)易于和制品分離或者易于切除和修整。 7. 盡量 減少因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。 9. 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)存冷料的措施。 主澆道的設(shè)計(jì) 主流道是澆注系統(tǒng)中從注塑機(jī)噴嘴與模具相接觸的部位開始，到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。主流道部分在成型過程中，其小端入口處于注塑機(jī)噴嘴及一定溫度、壓力的塑料熔體要冷熱交替地反復(fù)接觸，屬于易損件，對(duì)材料的要求較高，因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可以拆卸更換的主流道襯套式（俗稱澆口套），以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。澆口套應(yīng)設(shè)置在模具的對(duì)稱中心位置上，并盡可能保證與相連接的注塑機(jī)噴嘴為同一軸心。 主流道長(zhǎng)度 L由模具結(jié)構(gòu)來確定，從模具的結(jié)構(gòu)上知道 L= mm 分流道設(shè)計(jì) 分流道的作用 在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時(shí)應(yīng)該設(shè)置分流道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)的過渡段，因此要求所設(shè)計(jì)的分流道應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經(jīng)分流道充滿型腔，并且流動(dòng)過程中壓力損失及熱量損失盡可能小，能將塑料熔體均衡的分配到各個(gè)型腔。常用的分流道截面形. .. 狀一般可以分為圓形、體形、 U形及矩形等。但是考慮到圓形截面分流道因其要以分型面為界分成兩半進(jìn)行加工才能利于凝料脫出，這種加工的工藝性不佳，且模具閉合難以精確保證兩半圓對(duì)準(zhǔn)，故生產(chǎn)中不常使用，許多模具設(shè)計(jì)采用梯形截面的分流道。 圖 由上面的計(jì)算以及式子（ ）、（ ） 有 : 4 L* ? = 4 5358*9 .5 82 6 5 ?? = 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 此式計(jì)算結(jié)果應(yīng)在 — 內(nèi)才合 理，因此這里計(jì)算的結(jié)果不合理，因此據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道截面大底邊尺寸一般為 510mm 這里取 8mm 高度取 B32H? 取 H=6mm 梯形的側(cè)面斜角 ? 常取 5176。這里取 6176。 澆口的設(shè)計(jì) 澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道，除了直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。本例 通過前面的 moldflow 分 析結(jié)果分析最終 采用兩個(gè)側(cè)向澆口，位置如圖 。 . .. 第五章冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一般注射模具內(nèi)的塑料溫度為 200176。 C以下。常用的冷卻介質(zhì)是水，這里我們也采用水來做冷卻介質(zhì)。 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算包括熱傳導(dǎo)面積的計(jì)算、溫控 介質(zhì)通道的尺寸和介質(zhì)用量的確定以及通道回路的排布等等。 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量可用下式計(jì)算： Q=n*m*q （ ） Q—— 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量（ kJ/h）； n—— 每小時(shí)的注射次數(shù)； m—— 每次注射的塑料量，包括澆注系統(tǒng)（ kg）； q—— 單位質(zhì)量的塑料在模腔內(nèi)的熱量（ kJ/kg）； 只 考慮塑料在模內(nèi)處于單相粘流態(tài)，則 q= ）（ 01p *C ?? （ ） pC —— 塑料的比熱容（ kJ/（ ））； 1? —— 塑料熔體充模時(shí)的溫度（176。 C）； 注塑機(jī) XSZY125的注射時(shí)間為 ，而 ABS 的成型周期為 3070s 左右，因此取每小時(shí)的注射次數(shù)為 60 次即 n=60 q=*（ 23060） = kJ/kg Q=n*m*q=60**= kJ/h 冷卻水的體積流量 為保證冷卻效果，忽略自然對(duì)流散發(fā)到空氣中模具的潛熱、輻射散發(fā)到空氣中的模具熱量、以及模具傳給注射機(jī)的熱量。 ）（ 水水水 10q *C QV ??? ?? （ ） qV —— 冷卻水的體積流量； Q—— 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量（ kJ/h）； 0水? —— 冷卻水出口溫度（176。 C）； 水的密度 ? =1000 kg/ 3m ； 水在此溫度的比熱容 水C = kJ/（ kg*k）；