本科畢業(yè)論文-塑料齒輪注塑模具設計說明書.docx

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1、 淮陰工學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 26 頁 共 55 頁目錄塑料齒輪注塑模具設計2摘要：21 前言32 模流分析報告53 制件的工藝設計分析264 分型面的設計345 澆注系統(tǒng)的設計356 模具成型零部件的設計417 合模導向機構的設計468 模具的工作過程原理48結論51致謝52參考文獻53塑料齒輪注塑模具設計摘要：本課題研究的是塑料齒輪注塑模具，塑料齒輪多應用于儀表、兒童玩具車和機械相機等等，塑料齒輪要求有比較高的強度和一定的柔韌性，所以我們選擇了力學綜合性能比較好的塑料材料ABS。在設計過程中，我們先對塑料齒輪制件進行工藝分析和模流分析，來選取合適的模架和注塑機等等。經(jīng)過制件工藝性

2、分析和模流分析，知該制件為小型塑件，相應地需要設計小型模架和注塑機，該模具適合采用一出四腔雙分型面模具結構，采用細水口三板模模架，在齒輪頂面勻布設置三個點澆口注膠。關鍵詞： ABS 雙分型面 一模四腔 細水口Abstract:The research is about the injection mould for plastic gears, the plastic gear is more and more for instrument, childrens toy cars and mechanical camera and so on, the plastic gear require

3、ments relatively high strength and a certain degree of flexibility, so we choose the ABS with the better comprehensive mechanical properties. In the design process, first we have a technology analysis and a mould flow analysis for the plastic gears to select the suitable mold and injection molding m

4、achine and so on. After stamping process analysis and mold flow analysis,we know, the parts is small, accordingly we need to design small mold and injection molding machine, the mold is suitable to use the mold structure of a four cavity with double parting surfaces and the mold with thin fine nozzl

5、e and three plate mold,on the gear top surface we set three pin point gate to inject plastic.Keywords:ABS double parting surface a mold with four cavity thin fine nozzle1 前言在討論注塑模設計之前，我們先對國內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個較清晰的了解，這也就使我們對本課題的意義有所了解。首先要對模具有一個整體的認識。模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎，模具的質(zhì)量

6、、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。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，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”；德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)” ；日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的

7、。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。自塑料問世后的幾十年以來，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業(yè)發(fā)展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業(yè)部門不可缺少的材料。目前在國民經(jīng)濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(chǎn)量的總和。塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎裝備。用塑料模具生產(chǎn)的主

8、要優(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑料模具的現(xiàn)代設計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。1本課題是關于塑料齒輪的注塑模具設計。要求運用所學知識,能很好的對注塑模具進行設計。達到熟練的掌握注塑模具的設計知識,并能對注塑模具設計有更高層次的認識的目的。26該課題的設計要求通過基于現(xiàn)代CAD技術的注塑模設計,在設計過程中掌握模具設計的一般規(guī)律,對于運用現(xiàn)代CAD技術進行模具設計進行研究和應用,完成塑料齒輪注塑模具設計。所設計塑料齒輪模具要能滿足模具工作狀態(tài)的質(zhì)

9、量要求,使用時安全可靠,便于維修,在注塑成型時要有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性。2 模流分析報告2.1 基礎理論知識2.1.1 Moldflow軟件技術應用 （1）Moldflow 軟件概要Moldflow公司是一家專業(yè)從事塑料成型計算機輔助工程分析（CAE）的跨國性軟件和咨詢公司。自1978年美國Moldflow公司發(fā)布了世界上第一套流動分析軟件以來，幾十年不斷的技術改革和創(chuàng)新一直主導著CAE軟件市場。Moldflow軟件以87市場占有率及連續(xù)五年17的增長率成為全球主流分析軟件，該公司有遍布全球60個國家超過8000家用戶,在世界各地都有Moldflow

10、的研發(fā)機構及分公司。Moldflow公司擁有自己的材料測試檢驗工廠，為分析軟件提供多達8000余種材料檢測數(shù)據(jù)，極大地提高了分析準確度。Moldflow軟件為優(yōu)化塑件、模具設計和注塑生產(chǎn)工藝提供了一整套解決方案。Moldflow系列產(chǎn)品包括：Moldflow Plastic Advisers（快速試模分析），簡稱MPA。MPA允許直接導入CAD實體進行分析，讓用戶在短時間內(nèi)找到問題所在，并提供實用的解決方案。Moldflow Plastic Insight（高級成型分析），簡稱MPI。MPI是關于產(chǎn)品幾何造型及成型條件最佳化的進階模流分析軟件。從材料的選擇、模具的設計及成型條件參數(shù)設定，以確保

11、在射出成型過程中塑料在模具內(nèi)的充填行為模式，以獲得高質(zhì)量產(chǎn)品；Moldflow Manufacturing Solution（專家試模系統(tǒng)），簡稱MMS。MMS是一套整合了Moldflow分析結果與注塑成型機的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，為用戶提供實時經(jīng)營績效管理所需的生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)了工藝設置、優(yōu)化和控制的自動化。MMS采用直觀、系統(tǒng)、可存檔且全球支持的方法實現(xiàn)成型工藝的排定、設置、優(yōu)化、控制和監(jiān)控。 （2）Moldflow Plastic Insight（MPI）認識 MPI具有模擬分析注射成型中塑料流動形態(tài)、產(chǎn)品體積收縮、冷卻時間、纖維配向性、產(chǎn)品翹曲等功能，建立了豐富了材料數(shù)據(jù)庫。此外，MPI

12、還能模擬分析氣體輔助注塑成型及熱固性成型等。使用MPI模擬分析可縮短注塑生產(chǎn)周期。我們通過電腦模擬分析能確定和修改潛在問題。并幫助模具設計人員預測常碰到的問題并加以修正設計。幫助合理選擇材料材質(zhì)以節(jié)省材料費用，簡化煩瑣的注射成形條件設定以提高工效，達到降低成本之目的。MPI主要模塊及功能如下：模型導入與修復。MPI有三種分析方法：基于中心面的分析、基于表面的分析與三維分析。中心面既可運用MPI軟件的造型功能完成，也可從其他CAD模型中抽取，再編輯；表面分析模型與三維分析模型直接讀取其它CAD模型，如快速成型（STL）、IGES、STEP、Pro/E模型及UG模型等格式的文件。模型導入后，軟件提

13、供了多種修復工具，以生成既能得到準確結果，又能減少分析時間的網(wǎng)格。塑料材料與注塑機數(shù)據(jù)庫。材料數(shù)據(jù)庫包含了超過4000種塑料材料的詳細數(shù)據(jù)，注塑機數(shù)據(jù)庫包含了290種商用注塑機的運行參數(shù)，而且這兩個數(shù)據(jù)庫對用戶是完全開放的。流動分析:分析塑料在模具中的流動，以優(yōu)化模腔的布局、材料的選擇、充填和保壓等工藝。冷卻分析:分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響，優(yōu)化冷卻管道的布局和工作條件，與流動分析相結合，可以得到完美的動態(tài)注塑過程。翹曲分析:分析整個塑件的翹曲變形，包括線形、線形彎曲和非線形，并指出產(chǎn)生翹曲的主要原因以及相應的改進措施。纖維充填取向分析:塑件纖維取向?qū)Σ捎美w維化塑料的塑件性能（如拉伸強度）有

14、重要影響。MPI軟件使用一系列集成的分析工具來優(yōu)化和預測整個注塑過程的纖維取向，使其分布合理，從而有效地提高該類塑件的性能。優(yōu)化注塑工藝參數(shù):根據(jù)給定的模具、注塑機及塑件材料等參數(shù)，結合流動分析結果自動產(chǎn)生控制注塑機的充填保壓曲線，從而避免了在試模時對注塑機參數(shù)的反復調(diào)試。結構應力分析:分析塑件在承受外界載荷情況下的機械性能，并可在考慮注塑工藝的前提下，優(yōu)化塑件的強度和剛度。確定合理的塑料收縮率:MPI通過流動分析結果確定合理的塑料收縮率，保證模腔的尺寸在允許的公差范圍內(nèi)，從而減少塑件廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。氣體輔助成型分析:模擬氣體輔助注射成型過程，對整個成型過程進行優(yōu)化。MPI/Gas 能仿

15、真壓力控制或體積控制兩種模式，可以模擬塑料充填與氣體在模穴滲透模式，分析結果包括預測氣體會不會吹穿產(chǎn)品、產(chǎn)品厚度分布、氣體穿透能力、氣體保壓壓力曲線、包風、熔合線位置和溫度分布等。特殊注塑成型過程分析:MPI可以模擬共注射、反應注射、微芯片封裝等特殊的注射成型過程，并對其進行優(yōu)化。22.2 制件分析2.2.1 制件結構分析結構制件的基本結構尺寸如圖2.1、圖2.2所示。圖2.1 制件圖圖2.2制件三維圖制件大小為小尺寸規(guī)格，是具有16根齒的塑料錐齒輪，錐齒輪的齒要求具有耐磨性和一定的強韌性，制件中心有一圓柱通孔，制件的壁厚不是很均勻，注塑有一定的難度，所以需要模流分析。2.2.2 制件材料分析

16、本次設計選擇力學綜合性能較好的材料ABS作為塑件的材料，ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三種化學單體合成。其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。其化學分子結構方式如下：每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相， 另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS不透明，外觀除薄膜外都呈淺象牙色、無毒、無味、兼有韌、硬、剛特性，燃燒緩慢，離火后仍

17、繼續(xù)燃燒，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結構。這就可以賦予用戶在產(chǎn)品設計上有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上數(shù)百種不同品質(zhì)的ABS材料。ABS具有優(yōu)良的綜合性能，由于組分、牌號和生產(chǎn)廠家生產(chǎn)方法的不同，使之在性能上存在較大差異，因此以下的試驗數(shù)據(jù)僅供參考。3 （1）物理力學性能 ABS具有優(yōu)良的物理力學性能，如不透水，但略透水蒸氣，沖擊強度較高，尺寸穩(wěn)定性好等。ABS有極好的沖擊強度，即使在低溫也不迅速下降。但是它的沖擊性能與樹脂中所含橡膠的多少、粒子大小、接枝率和分散狀有關，同時也與使用環(huán)境有

18、關、如溫度越高則沖擊強度越大。當聚合物中丁二烯橡膠含量超過30%時，不論沖擊、拉伸、剪切還是其它力學性能都迅速下降（見表2-1和2-2）。 （2）熱性能。ABS制品的負荷變形溫度約為93，若能對制品進行退火處理，則還可增加10左右。 （3）電性能。ABS聚合物的電絕緣性受溫度和濕度的影響很小，且在很大頻率變化范圍內(nèi)保持恒定。 （4）耐環(huán)境性 ABS聚合物幾乎不受水、無機鹽、堿、酸類的影響，但在酮、醛、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，它不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但長期與烴接觸會發(fā)生軟化溶脹。ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的鋟蝕會引起應力開裂。 （5）耐候性 ABS聚合物的最大不足之處是

19、耐候性較差，這是由于分子中丁二烯所產(chǎn)生的雙鍵在紫外線作用下易受氧化降解的緣故。經(jīng)受350nm以下波長的紫外線照射，氧化作用更甚。氧化速度與光的強度及波長的對數(shù)成正比。ABS是一種成型加工性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。 （6）ABS的流變性 ABS聚合物在熔融狀態(tài)下流動特性屬于假塑型液體。雖然ABS的熔體流動性與加工溫度和剪切速率都有關系，但對剪切速率更為敏感。因此在成型過程中可以采用提高剪切速率來降低熔體粘度，改善熔體流動性。ABS屬一無定形聚合物，無明顯熔點，成型后無結晶，成型收縮率為0.4%0.5%。在成型過程中，ABS的熱穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)降解或分解，但溫度過高時

20、，聚合物中橡膠相有破壞的傾向。 （7）ABS的吸水性 ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%0.8%范圍。成型時如果聚合物中含有水分，制品上就會出現(xiàn)斑痕、云紋、氣泡等缺陷，因此在成型前，需將聚合物進行干燥處理，使其含水量降到0.2%左右。3表2.1 ABS的主要性能指標3力學性能屈服強度/Mpa50熱性能及電性能成型收縮率/%0.4%0.5%拉伸強度/Mpa38熔點（粘流溫度）/C130160斷裂伸長率/%35熱變形溫度/C45 N/cm3180 N/cm39010883103拉伸彈性模量/Gpa1.8線膨脹系數(shù)/（10-5/C）7.0彎曲強度/Mpa80比熱容/1470彎曲弱性模理/Gpa

21、1.4熱導率/0.263沖擊強度/kJ/m2無缺口缺口261燃燒性/（cm/min）慢11體積電阻/*cm6.9*1016布氏硬度/HBS9.7/R121擊穿電壓/（kV/mm）物理性能密度/（g/cm3）1.021.16吸水性/%（24h）0. 20.4比體積/（cm2/g）1.021.06透明度或透光率不透明2.3 模流分析模型準備2.3.1 模型簡化由圖2.2制件三維圖可以看出，制品有一些細小圓角，這些細小圓角特征的存在，會對模型網(wǎng)格劃分帶來不利影響，同時，這些細小圓角本身是否存在對模流分析結果不會產(chǎn)生較大的影響，因此，一般應將細小圓角去除，所以要簡化模型。簡化模型的方法一般有兩種。第一

22、種是在三維建模軟件中直接將細小特征刪除，第二種是利用Moldflow CAD Doctor軟件來修復、簡化模型。本方案就利用第一種方法來去除細小圓角。在三維圖中去除圓角后，然后在Moldflow MPI中建立工程文件，將去除圓角的三維圖以Iges格式導入Moldflow中，如圖2.3所示。圖2-3 去除圓角導入Moldflow的簡化圖2.3.2 網(wǎng)格模型診斷修復 （1）網(wǎng)格劃分與統(tǒng)計本制品由于具有壁厚不均勻特征，同時又具有一定的細微局部結構特征，適合采用雙面流網(wǎng)格（fusion網(wǎng)格）來進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分結果統(tǒng)計如圖2.4所示。圖2.4網(wǎng)格劃分結果統(tǒng)計由圖2.4的網(wǎng)格統(tǒng)計結果可以看出，所劃分

23、出的網(wǎng)格稍有一定的缺陷，如縱橫比稍大等問題，需要應用網(wǎng)格工具來進一步診斷并修復。 （2）縱橫比診斷及修復A.縱橫比診斷在Mesh菜單中有許多命令可用來檢查網(wǎng)格模型的質(zhì)量，包括Mesh Statistics（網(wǎng)格統(tǒng)計）報告和其它檢查并顯示網(wǎng)格問題的命令。如：縱橫比檢查、單元重疊及相交檢查、取向檢查、連續(xù)性檢查、自由邊檢查、厚度檢查、重復次數(shù)和表面網(wǎng)格匹配檢查等。應用診斷工具，進行縱橫此診斷，診斷結果如圖2.5所示。圖2.5 縱橫比診斷結果由圖中可以看出，存在稍大縱橫比，這將對分析的正常進行與分析結果的精度產(chǎn)生一定的影響，可以進行修復優(yōu)化。B. 縱橫比修復Mesh菜單下有一個叫Mesh Tools

24、（網(wǎng)格修復工具）的工具集，這是一個包含一系列網(wǎng)格修復工具的對話框，包括：自動修復（Auto Repair）、修復縱橫比（Fix Aspect Ratio）、自動合并（Global Merge）、合并節(jié)點（Merge Nodes）、置換對角邊（Swap Edge）、匹配節(jié)點（Match Node）、局部重劃網(wǎng)格（Remesh Area）、插入節(jié)點（Insert Nodes）、移動節(jié)點（Move Nodes）、對齊節(jié)點（Align Nodes）、調(diào)整單元取向（Orient Elements）、填充孔（Fill Hole）、創(chuàng)建邊界（Create Regions）、光順節(jié)點（Smooth Nodes

25、）、創(chuàng)建柱體單元（Create Beams）、創(chuàng)建三角單元（Create Triangles）、刪除實體（Delete Entities）和清理多余節(jié)點（Purge Nodes）等。應用網(wǎng)格診斷修復工具，進行節(jié)點、三角形邊等操作，進行縱橫此修復，修復結果如圖2.6所示。圖2.6 縱橫比修復結果B.其他網(wǎng)格缺陷的診斷修復同樣，應用網(wǎng)格診斷修復工具，對單元重疊及相交、取向、連續(xù)性、自由邊等進行檢查及修復，診斷修復后結果如圖2.7所示。圖2.7 修復后網(wǎng)格統(tǒng)計從統(tǒng)計結果可以看出，網(wǎng)格質(zhì)量已基本滿足分析要求。2.4 澆口位置方案優(yōu)化在制品及模具設計中，是否有合適澆口位置直接影響到制品設計的工藝性質(zhì)量和

26、模具設計制造的可實現(xiàn)性及成型工藝。因此澆口位置方案應有充分考量并實現(xiàn)方案的優(yōu)化。2.4.1 初始方案初始方案澆口設置在齒輪側(cè)面最大輪廓處，具體位置如圖2.8所示。圖2.8 側(cè)面澆口位置對所采用澆口方案進行快速充填分析，部分分析結果如下：（1）充填時間分析結果圖2.9 充填時間分析結果（2）V/P切換時壓力分析結果圖2.10 V/P切換時壓力分析結果2.4.2 優(yōu)化方案優(yōu)化方案是在制件頂面中間勻布設置3個點膠口，如圖2.11所示。圖2.11 頂面中間澆口位置對所采用澆口方案進行快速充填分析，部分分析結果如下： （1）優(yōu)化后的充填時間分析結果圖2.12 優(yōu)化后的充填時間分析結果（2）優(yōu)化后的V/P

27、切換時壓力分析結果圖2.13 V/P切換時壓力分析結果2.4.3 結論由充填分析結果可以看出，優(yōu)化方案相對于初始方案注射時間由2.314s縮小到2.213s，熔料流動比較均勻，到達結構相同的地方的時間相同，制件的綜合力學比較一致穩(wěn)定。由V/P切換時壓力分析結果可以看出，優(yōu)化方案相對于初始方案壓力由2.599MPa縮小到1.178MPa，壓力梯度比較均勻，結構相同的地方壓力一致。由上述比較可以看出，第二種的優(yōu)化方案在熔料流動、注射時間、壓力及對制件性能影響等方面都取得了更好的結果，是一個優(yōu)化的方案。由鎖模力分析圖和流動前沿溫度分析結果也可對此進行驗證，如圖2.14所示。圖2.14 鎖模力及流動前

28、沿分析圖2.5 冷卻工藝方案優(yōu)化2.5.1 初始方案 （1）初始方案設定 冷卻系統(tǒng)設計方案如圖2-15所示。在易設置冷卻系統(tǒng)的定模部分設置冷卻通道。動 模部分未設置。冷卻介質(zhì)為恒溫水，溫度為30。圖2.15 初始方案冷卻系統(tǒng) （2）初始方案部分分析結果 對初始方案進行冷卻、流動、翹曲分析，部分分析結果如下： A.冷卻時間分析結果圖2.16 冷卻時間分析結果由上圖所示制品最大冷卻時間為7.555s，流道最大冷卻時間為7.537s。B.冷卻回路溫度分析結果圖2.17 冷卻回路溫度分析結果由上圖所示，可以分析出冷卻介質(zhì)出入口溫度差為0.01。C.局翹曲變形量分析結果圖2.18 全局翹曲變形量分析結果

29、由上圖可以分析出，制品全局變形量為0.1286mm。2.5.2 優(yōu)化方案 （1）優(yōu)化方案設定冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設計方案如圖2.19所示。該方案在動模部分設置了冷卻通道，努力使冷卻更均勻。圖2.19 優(yōu)化方案冷卻系統(tǒng)（2）優(yōu)化方案部分分析結果對初優(yōu)化方案進行冷卻、流動、翹曲分析，部分分析結果如下：A.冷卻時間分析結果圖2.20 冷卻時間分析結果B.冷卻回路溫度分析結果圖2.21 冷卻回路溫度分析結果C.局翹曲變形量分析結果圖2-22 全局翹曲變形量分析結果（3）方案優(yōu)化前后質(zhì)量控制參量對比方案優(yōu)化前后質(zhì)量控制參量對比如表2.2所示。表2.2 優(yōu)化前后質(zhì)量控制參量對比質(zhì)量控制參量初始方案優(yōu)化方案優(yōu)化效果

30、制品冷卻時間(s)7.555 7.531良好冷卻回路溫度差()0.010良好全局翹曲變形量(mm)0.12860.1284良好2.5.3 結論由冷卻時間分析結果可以看出，優(yōu)化方案相對于初始方案制品冷卻凝固時間由7.555s縮短到7.531s，且制件的各處冷卻比較均勻；由冷卻回路溫度分析結果可以看出，優(yōu)化方案相對于初始方案冷卻液出口相對于入口溫度差由0.01降到0。由全局翹曲變形量分析結果可以看出，優(yōu)化方案相對于初始方案變形量由0.1286mm降到0.1284mm，且制件各處翹曲變形比較均勻。由此可見優(yōu)化方案能有效縮短冷卻時間，提高冷卻回路冷卻效果和保證冷卻的均勻性，能降低制品成型的變形量，是一

31、個優(yōu)化了的方案。3 制件的工藝設計分析3.1制件的脫模斜度3.1.1脫模斜度的意義和影響通常情況下制件在冷卻后會產(chǎn)生一定的收縮，也會產(chǎn)生包緊力，該力作用在凸模或者成型的型芯上；也可粘附作用，塑件是緊貼在凸模的型芯上。為了容易脫模，還要防止塑件表面在脫模時刮傷和擦毛，在設計的時候塑件表面沿脫模方向一般具有合理的脫模斜度。3.1.2脫模斜度的確定因為該塑料齒輪為小型制件，所以本次設計中采用1的拔模斜度，這樣從外表面到內(nèi)表面，模具的脫模斜度基本正常，能保證正常的脫模斜度要求。3.2確定型腔數(shù)量及型腔布局3.2.1型腔數(shù)量的確定模具型腔數(shù)量的確定主要跟注射機的最大注射量、額定鎖模力、塑化速度、制品的尺

32、寸和精度、生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素有關。該塑件（制件）為小型塑料件，相對應的模具規(guī)格也是小型的。同時，考慮到模具結構尺寸與塑件尺寸之間的關系，加之制造成本和經(jīng)濟利益的因素，決定選用一模四腔的模具結構形式。3.2.2型腔布局A.型腔排列的一般原則（1） 流動長度要適當，流道廢料盡量少，澆口位置要合適統(tǒng)一，進料要平衡，還要使型腔壓力平衡；（2） 排位應保證流道、澆口套距定模型腔邊緣有一定距離，以滿足封膠要求；（3） 排位應滿足模具結構等的空間要求；（4） 為了使模具達到較好的冷卻效果，排位應注意螺釘、推桿對冷卻水孔的影響，預留冷卻水孔的位置； （5） 排位要盡可能緊湊，以減小模具的外形尺寸，且長寬比例要

33、適中，同時也要考慮注射機的要求。5 B.型腔排列形式的確定主要跟注射機的最大注射量、額定鎖模力、塑化速度、制品的精度要求、生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素有關。一模多穴排位時，要考慮到進膠的平衡性，如果有行位應優(yōu)先考慮朝X或Y 方向運動便于加工。產(chǎn)品之間沒有流到時，可適當縮小產(chǎn)品之間的間距，最小間距可以做到50-100mm，若有流到通過，則間距做到100-150mm。綜合考慮上述排列原則及加工難度、經(jīng)濟性、效率、成本等因素，又由于本設計選擇的是一模四腔，故采用縱向上下左右對稱排列，如圖3.1：圖 3.1 型腔布局圖3.2.3型腔的結構由于該模具為一模四腔，考慮到型腔型芯加工的方便性和維修更換零件的方便性，型

34、腔型芯采取組合嵌入式結構，又考慮到型腔型芯是直接與塑膠接觸的零件，對材料的剛硬度和耐腐蝕性有比較高的要求，因此型腔型芯的材料要比定動模板的材料好，因此型腔型芯選用比較好的進口模具不銹鋼S136H，而定動模板選用國產(chǎn)材料2Cr13。3.3模架的選擇 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結合標準模架，選用細DBI-2527-A49-B40-C80-L250(GB/T12556-2006)此種小型細水口三板模標準模架7，其基本結構如圖3.2所示。圖 3-2模架結構示意圖3.4模具的選材及熱處理要求表3.1 模具各零部件選材及熱處理表83.5注射機型號的選擇 注射模是安裝在注射機上使

35、用的工藝裝備，因此設計注塑模時應該詳細了解注射機的技術規(guī)范,才能設計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔數(shù)目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推(頂)出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對這些參數(shù)進行校核，倘若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶取得商量再進行調(diào)整。3.5.1對塑件體積、質(zhì)量的計算 對于該設計，用戶提供了塑件（制件）的圖樣及尺寸，使用三維軟件畫出三維實

36、體圖，軟件能自動計算出所畫圖形體積，如圖3.3所示，查資料知其密度平均值1.05g/cm3塑件體積 V1 2.47cm3塑件質(zhì)量 m1 =1.052.472.59g圖3.3 3D塑件體積測量示意圖3.5.2澆注系統(tǒng)凝料體積的計算 運用三維軟件可以測出凝料的體積V2，如圖3.4所示 V2=4.79cm33.5.3該模具一次注射所需塑料 體積 V0 = V1+V2 = 2.47+4.79 7.26cm3 質(zhì)量 m0 = = 1.057.26 7.62g圖3.4 3D凝料體積測量示意圖3.5.4注射機型號的選定近年來我國引進注射機型號很多，國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設備的技術參數(shù)是

37、注塑模設計和生產(chǎn)所必需的技術準備。在設計模具時，最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的注射機使用說明上標明的技術參數(shù)。根據(jù)以上計算一次注射量的分析以及考慮到塑件品種、塑件結構、生產(chǎn)批量及注射工藝參數(shù)、注射模具尺寸大小等因素，由以上數(shù)據(jù)計算知，該模具一次注塑所需7.26cm3塑料，該模具的整體尺寸為300 x270 x314mm(LxHx厚度)參考設計手冊初步選定型號為XSZY-250型臥式螺桿注射機，它的主要技術參數(shù)見下表3.2：表3.2 XSZY-250型螺桿式注射機的主要技術參數(shù)11序號主要技術參數(shù)項目參數(shù)數(shù)值1最大注射量/cm2502注射壓力/MPa1303塑化能力（g/s）64拉桿間距（mmmm

38、）448*3705鎖模力/kN18006動、定模固定板尺寸/（mmmm）598*5205最大模具厚度/mm3506最小模具厚度/mm2007最大開模行程/mm5008噴嘴前端球面半徑/mm159噴嘴孔直徑/mm310頂出桿根數(shù)511注射時間/s212螺桿轉(zhuǎn)速r/min25、31、39、58、893.6注射機有關工藝參數(shù)的校核3.6.1注射機的工藝參數(shù)的校核（1）注射量校核注射量以容積表示 最大注射容積為 Vmax=V =0.85250=212.5cm3式中 -模具型腔和流道的最大容積（cm3）； V -指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積（cm3），該注射機為250cm3； -注射系數(shù)，取0.75

39、0.85，該處取0.85。每次注射的實際注射量容積V0應滿足V0Vmax，而V07.26cm3, Vmax=V =0.85250=212.5cm3 , V0S+Hmax式中L注射機動模板的開模行程（mm）,在該注塑機中其值為500mm,S移動模板行程（mm）,取50mm（該距離至少為塑件在開模方向距離的2倍）,Hmax模具最大厚度（mm）,其值為Hmax=314mm（附件總裝圖測量所得），上式右邊=50+314=364mm500mm，符合要求。（2）推出機構校核該注射機推出行程為150mm,大于H1=45mm（測量附件總裝圖得出）,符合要求。以上分析證明：XSZY-250型螺桿式注射機能滿足要

40、求，故可以采用。113.6.4注射機鎖模力的校核當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生模具分型面脹開的力。為了夾緊模具，保證注射過程順利進行，注射機合模機構必須有足夠的鎖模力，鎖模力必須大于脹開力。用公式表示為： F=p(nA+B)Fp式中， F 塑料熔體在分型面的脹開力，N； P 型腔壓力，一般為注射壓力的80%左右； n型腔數(shù)量； A單個塑件在模具分型面上的投影面積，mm2；由CAD可以計算出A=289.5 B澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm2；由CAD可以計算出B=1692.5 Fp注射機的額定鎖模力，N式中左邊=130*0.8（4*289.5+1692.5）*10-3=296.5

41、KN1800KN 符合要求。4 分型面的設計4.1分型面的選擇原則模具上用以取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面。分型面是決定模具結構形式的重要因素，并且直接影響著塑料熔體的流動、充填性能及塑件的脫模。分型面的選擇受到塑件的形狀、壁厚、尺寸精度，及塑件在模具內(nèi)的成型位置、脫模方法、澆口的形式及位置、模具類型、模具排氣、模具制造及其成型設備結構因素的影響。本次設計，分型面的選擇考慮七個方面：（1）分型面應設置在塑件外形最大輪廓處，便于脫模，否則塑件無法取出。（2） 考慮塑件的外觀，使得分型面產(chǎn)生的飛邊易于清除且不影響塑件的外觀。（3） 分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度要求。（4）

42、有利于防止溢料，考慮飛邊在塑件上的位置。（5） 分型面選擇應考慮排氣效果，所以應盡量設置在塑件熔體充滿的末端處，這樣分型面就可以有效排除型腔內(nèi)積聚的空氣。（6） 考慮脫模斜度對塑件尺寸的影響。（7） 使成型零件便于加工。104.2分型面的確定本次設計采用雙分型面，如圖4.1所示，分型面1為平面狀，它設置在卸料板和定模板的分界面上，它的作用是將澆注系統(tǒng)的凝料先脫掉，澆口自動剪斷。分型面2為碟盆狀，設置在塑件（制件）最大輪廓處，位置在定模板和動模板分界處，這樣設計的分型面2可以使塑件非常好脫模，只需頂出很小一段距離，塑件就會自動脫落。而且這樣設計的分型面可使整個塑件的排氣間隙增加，有利于模具的排氣

43、。分型面處產(chǎn)生的飛邊在塑件的側(cè)面底部邊緣處，不易察覺、不影響美觀，容易去除且使得塑件外觀無缺陷，整個塑件成型精度比較高，模具結構也比較簡單。 圖4.1 分型面示意圖5 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑料質(zhì)量影響很大，它的作用是：將塑料熔體均勻地送到每個型腔，并將注射壓力有效地傳送到型腔的每個部位，以獲得形狀完整、質(zhì)量優(yōu)良的塑件。它分為普通流道系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。在設計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置,澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時

44、必須按如下原則：A、型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象。B、型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。C、系統(tǒng)流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小。D、對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內(nèi)進入各個型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置。滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。5.1主流道設計5.1.1澆口套設計注塑機的噴嘴與分流道之間的供塑料熔體流動的通道稱為主流道，它的形狀和尺寸對熔體

45、的流動以及注射的時間有著很大的影響。主流道通常被設計在澆口套中。在形狀上，主流道的設計通常采用圓錐形，錐度在215，本次設計設置為10。內(nèi)壁粗糙度在Ra0.63m。105.1.2定位圈和澆口套的固定形式本次設計的澆口套固定形式如下：將定位圈和澆口套都安裝在定模座板上。通過使用兩個M6螺絲將定位圈和澆口套固定起來，具體如圖5.1所示：圖5.1澆口套與定位環(huán)5.2分流道的設計5.2.1分流道的布局分流道的橫截面的形狀有多種：圓形、六邊形、半圓形、梯形和圓角梯形等。在各種截面中，半圓形截面是使用最為廣泛的，本設計就采用了半圓型截面這樣的分流道，使用效率高，在分流道中，在流過塑料熔體的流量相同的情況下

46、，其分流道內(nèi)部的表面積是最小的，可以減小在注射過程中的散熱面積，從而減少了壓力的損失。對應的缺點就是加工難度較大。不能使用加工中心端面銑刀銑削，通常會采用電火花加工?？紤]到模具型腔的分布情況，為使注射壓力在各個型腔較為相近，保持相同的注射壓力，其具體的布局采取平衡式，如圖5.2所示：圖5.2 分流道布局圖5.2.2分流道的形狀分流道的形狀選定為半圓形，加工在動模板上。直徑為7mm，在ABS塑料的設計推薦用的直徑范圍之內(nèi)1.59.5mm之內(nèi)。具體如下圖5.3所示：圖5.3 分流道截面示意圖5.3澆口的設計連接分流道和型腔之間的通道稱為澆口。它的位置、尺寸和形狀對產(chǎn)品塑件的成型的影響比較大。它的設

47、計包括了形狀和尺寸的確定還有位置的選擇。本次設計中為了提高生產(chǎn)效率采用了一模四腔的結構設計，又因為材料的特性，經(jīng)過各種分析比較，有如下以下優(yōu)點: （1）由于冷卻的時間短，進而縮短產(chǎn)品成型的周期，提高了相應生產(chǎn)效率。（2）在不影響塑件外觀的情況下容易去除澆注系統(tǒng)凝料。（3）因為澆口在分型面上而且形狀簡單因此容易加工，還可以隨時調(diào)整尺寸， 使各型腔澆注平衡。應該注意的問題：(1) 壓力的損失大，可以縮短澆口的長度或者用較大的注射壓力去注射。(2) 容易形成熔接痕、縮孔和氣泡等缺陷，在設計的時候需要考慮澆口位置的選擇和排氣措施。65.3.1 澆口的尺寸本次澆口設計為圓柱型，設計澆口時，長度應盡量小，

48、h=0.20.8mm（不能大于塑件壁厚的1/2），本次設計定為h=0.5。直徑設計為d=0.4mm。其具體數(shù)據(jù)還要根據(jù)試模后塑件的品質(zhì)質(zhì)量進行修改。圖5.4 塑件及澆注系統(tǒng)凝料示意圖6 模具成型零部件的設計在模具中，成型零部件是決定產(chǎn)品塑件的幾何形狀與尺寸的零部件，包括凸模、凹模、凸凹模、成型桿、成型環(huán)和型芯以及鑲塊等。6.1型腔的結構設計由于該設計中的型腔是比較小的，一些突出的和凹槽的地方加工的時候容易破損。所以整體采用了小塊批量加工，多做幾個零件備用，也可以在今后使用中零件損壞時及時更換。在此次設計過程中，因為塑件的形狀里有不規(guī)則的曲面齒型形狀，所對應的凹模形狀也不規(guī)則，故凹模的加工有一定

49、難度，考慮到型腔加工的方便性、維修更換零件的方便性，凹模采取組合嵌入式結構，如下圖6.1所示。圖6.1凹模（型腔）組合嵌入式結構示意圖6.2型芯的結構設計由于該設計中的型芯是比較小的，一些突出的和凹槽的地方加工的時候容易破損。所以整體采用了小塊批量加工，多做幾個零件備用，也可以在今后使用中零件損壞時及時更換。在此次設計過程中，因為塑件的中心有一通孔，所對應的凸模上有圓柱結構，故凸模的加工也有一定難度，考慮到型芯加工的方便性、維修更換零件的方便性，凸模也采取組合嵌入式結構，如下圖6.2所示。圖6.2凸模（型芯）組合嵌入式結構示意圖6.3司筒的結構設計在本次設計中，司筒的作用有兩種，第一種作用是推

50、出塑件，第二種作用是成型塑件。由于該設計中的司筒是比較小的，一些突出的和凹槽的地方加工的時候容易破損。所以整體采用了小塊批量加工，多做幾個零件備用，也可以在今后使用中零件損壞時及時更換。在此次設計過程中，因為塑件的形狀里有不規(guī)則的曲面齒型形狀，所對應的司筒形狀也不規(guī)則，故司筒的加工有一定難度，考慮到司筒加工的方便性、維修更換零件的方便性，司筒也采取組合嵌入式結構，如下圖6.3所示。圖6.3司筒組合嵌入式結構示意圖6.4成型零部件的工作尺寸的計算6.4.1型腔的工作尺寸的計算 （公式6.5）式中 模具成型零件在常溫下的實際尺寸； 塑件的計算收縮率，由查閱ABS塑件的收縮率經(jīng)驗曲線可知，此塑件的平

51、均收縮率為0.6%； 塑件在常溫下的實際尺寸； 修正系數(shù)，由于實際應用中影響模具磨損的因素復雜多變，一般不考慮此處修正，所以X取0； z 此塑件選用IT7級，參考表6.1。模具成形零件的制造公差，它直接影響塑件的尺寸公差，成形零件的精度高，則塑件的精度也高。模具設計時，成形零件的制造公差z 可選為塑件公差的1/3-1/14，或選IT7級左右公差精度，表面粗糙度Ra為0.8-0.4um。11表6.1模具成型零件制造公差值表 表6.2 型腔工作尺寸計算表類型塑件尺寸計算公式 制造公差計算結果型腔徑向尺寸190.12IT79.0540.008型腔徑向尺寸222.80.15 IT7 22.9380.0

52、1型腔深度尺寸10.50.13 IT710.560.0096.4.2型芯工作尺寸的計算型芯的工作尺寸的計算同型腔一樣，如下表：類型塑件尺寸計算公式 制造公差計算結果型芯徑向尺寸140.11IT74.0240.006型芯徑向尺寸2338.170.5 IT7 339.840.03型芯深度尺寸120.13 IT712.0720.0097 合模導向機構的設計7.1導向機構的功用任何一副模具在定動模之間都設置有導向機構。其作用有如下：定位作用：合模時維持動定模之間的一定方位，合模后保持模腔的正確形狀。導向作用：合模時引導動模按序閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側(cè)向力。承載作用：采用推件板脫?；蛉迨侥＞?/p>

53、結構，導柱有承受推件板和定模板的重載荷作用。保持運動平穩(wěn)作用：對于大中型模具的脫模結構，有保持機構運動靈活平穩(wěn)的作用。7.2導向機構的設計（1）導柱 國家標準規(guī)定了兩種結構形式，帶頭導柱和有肩導柱。有肩導柱開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩檫，小型模具和生產(chǎn)批量小的模具主要采用帶頭導柱，大型模具和生產(chǎn)批量大的模具多采用有肩導柱。中小型模具導柱直徑約為模板兩直角邊之和的1/201/35。大型模具導柱直徑約為模板兩直角邊之和的1/301/40。具體直徑可查塑料模架標準。國家規(guī)定導柱頭部為接錐形，截錐形長度為導柱直徑的1/3，半錐角為10 15 ，也有頭部采用半球形的導柱，導柱具體尺寸可查有關

54、國家標準7。 （2）導套 直導套多用于較薄的模板，比較厚的模板須采用帶頭導套，導套壁厚通常在3-10mm ，視內(nèi)孔大小而定，大者取大值，帶頭導套軸向固定容易，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，導套具體尺寸可查有關國家標準。當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設計人員只要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置時，則需設計人員根據(jù)模具結構進行具體設計。圖7.1導柱導套示意圖8 模具的工作過程原理 模具完成一次注塑塑件產(chǎn)品主要有以下流程：（1）對塑料ABS：對其色澤、粒度及雜質(zhì)檢驗，并進行適當?shù)母稍铮唬?）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，將模具裝上注塑機并合模鎖緊模具

55、，對注塑機和模具進行預熱，預熱溫度設定為80-85，預熱時間2-3小時；（3）將ABS塑料粒倒入注塑機，對塑料進行預塑化，對注塑機設置以下參數(shù)： 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）：30 料筒溫度（）后段：150170 中段：165180 前段：180200 噴嘴溫度（）170180 模具溫度（）：5080 注射壓力（Mpa）：60100保壓壓力（Mpa）：60100成型時間（s）：注射1040；保壓05；冷卻時間1060；成型周期(s)：255511（4）開始注射，注射過程包括充模、保壓、放氣、固化成型、脫模等；（5）脫模工作過程及原理 如下圖8.1所示，是整個脫模工作過程和原理的分解圖。（6）塑件的后

56、處理塑件后處理包括：退火和調(diào)濕處理。退火處理是指將塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻。其目的是減少塑件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應力，這在生產(chǎn)厚壁或帶有金屬嵌件的塑件時更為重要。調(diào)濕處理是指將剛脫模的塑件放在熱水中，隔絕空氣，防止塑件的氧化，加快吸濕平衡速度。其目的是使塑件的顏色、性能以及尺寸穩(wěn)定。11圖8.1整個脫模過程分解圖結論 經(jīng)過接近二個月多的努力，畢業(yè)設計終于完成了?？赡艽水厴I(yè)設計尚存在不足之處，但通過這段時間的學習與工作，從中學習到了很多相關的知識和經(jīng)驗。這對以后的學習和工作都有著很大的幫助和作用。 畢業(yè)設計是檢驗我們在校期間對專業(yè)知識的掌握和熟練程度，是對我們所學專業(yè)知識的一次檢閱。這次畢業(yè)設計是對我們所學知識的一次綜合運用，把所學的知識運用到實際加工中。通過這次畢業(yè)設計，鞏固且擴充了“塑料成型工藝與模具設計”等課程所學的內(nèi)容，掌握了塑料模具設計的方法和步驟，知道如何運用相關資料、書籍與手冊、圖表等來查閱設計中所需的相關數(shù)據(jù)和內(nèi)容。且學會了綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識。進行塑料模具設計工作的實際訓練，培養(yǎng)和提高了獨立工作的能力。在做畢業(yè)設計時，讓我知道自己專業(yè)知識的缺乏與不扎實、不牢固性，也讓我意識到自己還有很多地方需要加強的。在設計時，也難免會遇到一些難以解決的疑難問題,但通過我的指導老