曲面多孔異形件的注塑模模具設(shè)計含4張CAD圖

曲面多孔異形件的注塑模模具設(shè)計含4張CAD圖,曲面,多孔,異形,注塑,模具設(shè)計,cad 基于NX的曲面多孔異形件模具設(shè)計 摘要 模具工業(yè)又稱為工業(yè)之母，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，同時通過模具制造的產(chǎn)品有“三高兩低”的特點，適合于高生產(chǎn)率、高材料利用率、高精度和低成本、低能耗產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)計到生活中的方方面面。模具制造水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的標(biāo)準(zhǔn)。塑料模具又是模具中應(yīng)用最廣，成本最低，壽命長的模具。其生產(chǎn)周期短，可以大批量制造塑件經(jīng)濟性好。對于復(fù)雜異形件制造的優(yōu)勢得天獨厚。如今為了簡化模具設(shè)計，一般用注塑模具向?qū)碇圃炷＞?，如UG，CAD等軟件進行設(shè)計建模。其中UG中的moldwizard中注塑模制造帶有破孔曲面的塑料模具既方便又快捷。 關(guān)鍵詞：UG ；塑料模具；異形件。  Abstract Mould industry, also known as the mother of industry, is widely used in all walks of life. At the same time, the products made by mould have the characteristics of "three high and two low ", which are suitable for all aspects of production design to life of high productivity, high material utilization, high precision and low cost and low energy consumption products. The level of mould manufacturing has become the standard to measure the manufacturing level of a country's products. Plastic mold is the most widely used mold, the lowest cost, long life mold. Its production cycle is short, it can make plastic parts in large quantities with good economy. For complex special-shaped parts manufacturing advantages are unique. At present, in order to simplify mold design, injection mold guide is generally used to make mold, such as UG,CAD and other software for design modeling. The injection mould in the moldwizard in the UG is convenient and quick to manufacture the plastic mould with broken hole surface. Keywords: UG; plastic mold; special shaped parts. 目錄 第一章 緒論 1 1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài) 1 1.2、本課題的選題依據(jù)和意義 2 第二章 模具前期設(shè)計 4 2.1 曲面多孔異形件三維圖 4 2.2 塑件的工藝性分析 4 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 4 2.2.2 工藝分析 4 2.2.3 成型分析 4 2.3 ABS的材料特性及成型工藝 5 2.3.1ABS的材料特性 5 2.3.2 ABS的成型性能 5 2.3.3 abs的性能及成型參數(shù) 6 2.4曲面插補 7 2.4.1平行于平面的的封閉孔 7 2.4.2不規(guī)則孔修補 8 2.4.3側(cè)邊曲面孔修補 9 第三章 利用UG模具設(shè)計 10 3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B 10 3.2 模具設(shè)計過程 10 第四章 注塑機的確定 11 4.1 注射機型號的選擇 11 4.2 型腔數(shù)量的確定 11 4.3最大注射量的校核 13 4.4 鎖模力的校核 13 4.5 注射壓力的校核 14 4.6 模具與注射機安裝部份的校核 15 4.7開模行程校核 15 第五章 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 17 5.1排位及分型面的設(shè)計 17 5.1.1 塑件在模具中的位置 17 5.1.2 分型面的設(shè)計 17 5.3 標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇 18 5.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 19 5.4.1 主流道的設(shè)計 19 5.4.2 分流道的設(shè)計 19 5.4.3 澆口的設(shè)計 20 5.4.4 冷料穴的設(shè)計 20 5.5 推出和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 21 5.5.1 推出機構(gòu) 21 5.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 21 5.7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 22 5.8抽芯機構(gòu)的設(shè)計 23 5.8.1斜導(dǎo)柱分型與抽芯機構(gòu) 23 5.8.2斜導(dǎo)側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)應(yīng)具備以下基本功能 23 5.8.3斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)計算 23 5.8.4斜導(dǎo)柱傾斜角的確定 23 5.8.5斜導(dǎo)柱長度的計算 24 5.8.6斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu) 24 第六章 模具經(jīng)濟性分析 25 第七章 結(jié)論 27 第八章 設(shè)計的總結(jié)及部分成果展示 28 致謝 31 參考文獻 32 第一章 緒論 1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài) 目前，經(jīng)濟全球化趨勢日益明顯，在經(jīng)濟全球化的浪潮下中國經(jīng)濟飛速飛速發(fā)展。中國已經(jīng)成為世界第一大制造強國，作為“工業(yè)之母”的模具行業(yè)自然也飛速發(fā)展趕超其他國家。隨著國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展世界對于模具需求量劇增，由于我國強大的制造能力模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進行模具采購也是越來越多訂單量也與日俱增［1］。因此，著眼于未來來看，國內(nèi)、國外的模具市場總必將迎來新的發(fā)展浪潮，那么中國將是這波浪潮中的佼佼者隨之迎來一個爆發(fā)式發(fā)展，我國將會從模具制造大國一步一個腳印地向模具制造強國的行列邁進?！笆晃濉逼陂g，模具工業(yè)又有了新的里程碑式的發(fā)展，無論在產(chǎn)能和質(zhì)量上都有較大提升。優(yōu)化了行業(yè)結(jié)構(gòu)組成、產(chǎn)品水平不斷提升、開發(fā)創(chuàng)新能力不斷增強、企業(yè)的管理模式創(chuàng)新以及技術(shù)進步取得較大發(fā)展［2］。 模具技術(shù)是一個綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程，其涵蓋內(nèi)容非常豐富囊括了機械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計算機等諸多學(xué)科。更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟的模具產(chǎn)品式模具技術(shù)的發(fā)展趨勢和發(fā)展方向，模具制造周期不斷縮短模得益于模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展。設(shè)備精良化、技術(shù)集成化、管理信息化、產(chǎn)批品牌化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展［3］。受限于共性技術(shù)我國模具行業(yè)今后共性技術(shù)發(fā)展亟待提高［4］： (1) 將模具技術(shù)建立在CAD/CAE平臺上的先進設(shè)計，現(xiàn)代化、信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化水平的模具制造技術(shù)著重發(fā)展。 (2) 把先進模具加工技術(shù)建立在CAM/CAPP基礎(chǔ)上并且與先進制造技術(shù)相結(jié)合，模具加工的自動化水平與生產(chǎn)效率就能顯著提高促進模具制造技術(shù)發(fā)展。 (3) 模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理技術(shù)要應(yīng)用于模具制造生產(chǎn)。 (4) 高速、高精、復(fù)合模具加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。例如精密塑料模具制造技術(shù)的研究和應(yīng)用。 (5) 進一步發(fā)展各種快速經(jīng)濟模具制造技術(shù)以此來提高模具生產(chǎn)效率、降低成本和縮短模具生產(chǎn)周期。 (6) 先進制造技術(shù)的應(yīng)用。 (7) 原材料在模具中成形的模流分析。 (8) 先進的模具加工和專有設(shè)備的研究與開發(fā)。 (9) 模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。 (10) 良好的檢測技術(shù)來檢測模具及其制品。 (11) 研究與開發(fā)優(yōu)質(zhì)、新型模具材料，及其正確應(yīng)用新型材料的性能。 (12) 模具生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化管理技術(shù)。 模具信息化、數(shù)字化技術(shù)和精密、超精、高速、高效制造技術(shù)方面的突破是模具行業(yè)在“十一五”期間需要解決的重點關(guān)鍵技術(shù)也是我國模具接下來發(fā)展方向所在［5］。 各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高是跟隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展方向和動態(tài)趨勢發(fā)展而同步的。能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具我國尚不能自給自足。那么面對種類繁雜的模具其發(fā)展重點應(yīng)該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量的模具我國仍依賴進口。模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響［6］。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)作為重點發(fā)展項目來促進模具生產(chǎn)，而且目前發(fā)展趨勢模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度只有標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展跟隨潮流，這樣才能不斷提高我國模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，降低成本。由于我國生產(chǎn)力成本低所以模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價格優(yōu)勢，出口模具也是作為制造業(yè)走出國門的重要一步。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點發(fā)展產(chǎn)品，而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎(chǔ)，屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品［7］。 1.2、本課題的選題依據(jù)和意義 塑料工業(yè)是發(fā)展歷史短的新興工業(yè)其發(fā)展勢頭之猛遠超其他工業(yè)。并且跨入四大工業(yè)基礎(chǔ)材料（鋼鐵、木村、水泥和塑料）之中并且發(fā)展勢頭不見下降，在21世紀(jì)造就了一個塑料工業(yè)迅猛發(fā)展的時代。并且其年增長居四大工業(yè)材料之首，已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門。由于塑料具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制件可加工成任意形狀，而且具有生產(chǎn)率高、價格低廉等特點，普遍應(yīng)用于生活中的方方面面［6］。 模具工業(yè)在我國國民經(jīng)濟的重要性表現(xiàn)在國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用——機械、電子、汽車、石油化工和建筑，都需要塑料產(chǎn)品并且特種塑料還可以代替金屬，以滿足五大支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。以汽車、摩托車行業(yè)模具市場為例，在工業(yè)發(fā)達國家，汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場其占整個模具市場的一半左右，其中有些國家已經(jīng)研究出可以代替鋼構(gòu)汽車外殼。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車模具在汽車行業(yè)的發(fā)展中的地位非常明確。通過對模具行業(yè)的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢的的研究，從以下幾個方面進行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離［8］。 （1）大型，精密，復(fù)雜模具研究與開發(fā)。 （2）使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。對于標(biāo)準(zhǔn)件的研究制定也許加大投入 （3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計制造水平。 （4）隨著先進制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用［9］。這種能縮短周期的先進制造技術(shù)無疑能進一步解放生產(chǎn)力。 選題意義 （1）在校四年所學(xué)的專業(yè)知識能在這次畢業(yè)設(shè)計中得到鞏固。 （2）在這次畢業(yè)設(shè)計中，使我主要使用UG、CAD和CAXA，進一步加強了我對這些專業(yè)軟件的使用能力和利用這些軟件分析制圖能力。 （3）通過本課題的研究，培養(yǎng)我綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際以及自我分析和解決問題的能力。 41 第二章 模具前期設(shè)計 2.1 曲面多孔異形件三維圖 該零件為曲面多孔異形件，原材料為abs，批量較大。該制件在使用過程中起支撐作用，要求有較高的致密度，如圖2.1。 圖2.1 曲面多孔異形件 2.2 塑件的工藝性分析 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 本曲面零件尺寸為170㎜×125㎜×35㎜塑件上下端面平行對稱。上部下部開有通孔。上端面壁厚不均且伴有小凹槽以及通孔。整體呈柱狀且質(zhì)量分布均勻。作為支撐部件，要求一定的強度。 2.2.2 工藝分析 塑件有側(cè)孔，采用側(cè)抽芯的模具。綜合考慮，宜采用一模兩腔。若一模一腔，需要的注塑機數(shù)量過多，資源浪費，若一模多腔，則模具過大，裝運及安裝費時費力和注塑機選擇性少。 2.2.3 成型分析 考慮到塑件上下端部壁厚，中間壁薄；采用側(cè)澆口，熔料由上而下流動則可因重力作用，對致密度的影響較小。這樣進澆平衡，熔料成型平穩(wěn)，塑件各處強度較好。因為塑件起到支撐作用，因而對其表面粗糙度、尺寸精度有著一定的要求。在成型過程及推出環(huán)節(jié)，都應(yīng)注意對表面質(zhì)量的保護、控制。另外，模具中鑲塊較多、塑件壁厚不均且有細小部件，宜在成型過程中控制溫度、時間、壓力等因素，選取最佳參數(shù)進行生產(chǎn)，以減小對模具的破壞，減少修模的周期和次數(shù)。 2.3 ABS的材料特性及成型工藝 2.3.1ABS的材料特性 由于所需材料用于加熱器外殼的制造，經(jīng)過對產(chǎn)品的性能要求和經(jīng)濟成本等綜合考慮，選擇ABS做為產(chǎn)品的材料。 ABS的外觀呈象牙色，無毒、無味、易著色、其熔體的流動性中等。ABS具有良好的力學(xué)性能，耐磨性能優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定性好。在熱學(xué)和電學(xué)性能方面，ABS無明顯熔點，可在-40°C到85°C的溫度范圍內(nèi)長期使用，絕緣性能好。下面是ABS的技術(shù)指標(biāo)和工藝參數(shù)： ABS技術(shù)指標(biāo)：密度1.02-1.06 g.cm-3 比體積0.86-0.98 cm.g-1 吸水性0.2-0.4% 收縮率0.4-0.7% 熔點130-160°c 熱變形溫度90-108°c 抗拉屈服強度830-1030 Pa 拉伸彈性模強5000Pa 彎曲強度180Pa 硬度9.7HBS 2.3.2 ABS的成型性能 ABS樹脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三種單體的共聚物，ABS樹脂保持了苯乙烯的優(yōu)良電性能和易加工成型性，又增加了彈性、強度（丁二烯的特性）、耐熱和耐腐蝕性（丙烯腈的優(yōu)良性能），且表面硬度高、耐化學(xué)性好，同時通過改變上述三種組分的比例，可改變ABS的各種性能，故ABS工程塑料具有廣泛用途，勁勝塑膠推薦主要用于機械、電氣、紡織、汽車和造船等工業(yè)。 ABS塑料 化學(xué)名稱：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 比重:1.05克/立方厘米 成型收縮率:0.4-0.7% 成型溫度：200-240℃ 干燥條件：80-90℃ 2小時 2.3.3 abs的性能及成型參數(shù) 將 ABS的性能特點歸類可得下表內(nèi)容： 表2.3 ABS性能特點 塑料品種 結(jié)構(gòu)特點 使用溫度 穩(wěn)定性 性能特點 成型特點 ABS屬于熱塑性塑料 熱塑性結(jié)晶聚合物 可在 -40℃～ 80℃使用 化學(xué)穩(wěn)定性,電性能良好. 1、綜合性能較好,沖擊強度較高. 2、與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理. 3、有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。 1、與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理. 2、有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。 3、流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。 用途：適于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件 結(jié)論 ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的聚合物，它將PS，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(xué)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。 ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，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，但無熔融滴落現(xiàn)象。 ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學(xué)藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。 ABS工程塑料的缺點：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。 2.4曲面插補 該模件表面有很多破孔在設(shè)計前要對其進行修補主要利用邊緣修補和 和實體補片兩個功能。 2.4.1平行于平面的的封閉孔 利用邊緣修補中的實體掃描將所有破孔掃描如圖2.2所示選取平行于的孔如圖2.3所示選取一定要詳細。 圖2.2掃描破孔 圖2.3平行孔選取 2.4.2不規(guī)則孔修補 不規(guī)則孔則由邊緣修補中選取曲線上下分段按鈕同時利用循環(huán)候選項按鈕實現(xiàn)如圖2.4所示。在選取是注意環(huán)的路徑最后形成一個封閉環(huán)。至于非封閉孔則由關(guān)閉環(huán)按鈕實現(xiàn)。 圖2.4不規(guī)則封閉孔 2.4.3側(cè)邊曲面孔修補 兩側(cè)曲面上也有孔，處理起來比較麻煩，就要用到投影，先以YC-ZC平面創(chuàng)建基準(zhǔn)平面將破孔輪廓投影到平面上拉伸后利用實體補片的修剪功能將破孔處修剪，利用實體補片將修剪后的完成實體補片如圖2.5所示就是側(cè)面修補完成的。 圖 2.5實體補片 第三章 利用UG模具設(shè)計 3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B UG是一款功能齊備、性能強大的三維設(shè)計軟件，其中大量的模具設(shè)計與研發(fā)基于該模塊功能進行優(yōu)化、調(diào)整。它也是很多公司模具工程師首選的模具設(shè)計工具。 3.2 模具設(shè)計過程 （1）UG讀取塑件模型參數(shù)，進行初始化項目。 （2）定義模具坐標(biāo)系，調(diào)整塑件開模方向。 （3）設(shè)置合適尺寸和形狀的模坯工件，以便于后期處理生成的模具型芯與型腔。 （4）根據(jù)塑件尺寸，合理設(shè)置模腔布局。 （5）進行模型表面的修補與分型，觀察型芯與型腔。 （6）加載并選擇合適模架(本文根據(jù)實際需要選擇三板模）。 （7）調(diào)出并根據(jù)相關(guān)尺寸選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件。 （8）模具澆注、冷卻系統(tǒng)、推出機構(gòu)的初步設(shè)計 （9）模具的腔體設(shè)計：包括求差出板中標(biāo)準(zhǔn)件、流道、水路或其他實體的腔體。 （10）導(dǎo)出模具設(shè)計中的每個模具板、零件。 （11）重新進行裝配并進行模具結(jié)構(gòu)的認識、研究。 第四章 注塑機的確定 4.1 注射機型號的選擇 前文提到abs材料進行注射成型時，多用螺桿式注塑機，依據(jù)實際情況，綜合考慮，初選G54-S400型號注射機。其主要的性能、技術(shù)參數(shù)如表4.1。 表4.1 G54-S40注射機主要技術(shù)參數(shù) 項目 性能參數(shù) 噴嘴圓弧半徑/mm 4 塑化能力/kg·h-1 35 最大成型面積/cm2 645 最大開合模行程/mm 260 注射行程/mm 160 注射方式 螺桿式 模具最小厚度/mm 165 螺桿直徑/mm 42 注射壓力/MPa 109 模具最大厚度/mm 406 鎖模力/kN 2540 額定注射量/cm3 400 噴嘴孔直徑/mm 4 拉桿空間/mm 368*290 4.2 型腔數(shù)量的確定 型腔數(shù)量的確定是模具進行模架選擇和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要考慮的問題，而型腔數(shù)量的確定方式多種多樣。有先根據(jù)現(xiàn)有注塑機的情況下，選擇型腔數(shù)量；也有根據(jù)工程量，先確定型腔數(shù)量，再進行注塑機的選擇。這里，我們主要根據(jù)注塑機的規(guī)格來設(shè)計型腔數(shù)量。利用注塑機的參數(shù)來確定型腔數(shù)量也有多種方式，下面根據(jù)注射機的額定塑化速率初步確定模具型腔的數(shù)量n。即按如下公式確定數(shù)量： （4.1） 式中， n——型腔數(shù)量； m1——單個塑件的體積，單位g； m2——澆注系統(tǒng)凝料的塑料體積，單位g； K——注射機的最大注射量的有效系數(shù)，通常取0.8左右，依據(jù)設(shè)備老舊程度選值。 M——注射機的額定塑化量，單位g/h； T——成型周期，單位s。 圖4.1 制品三維圖 通過UG分析，塑件質(zhì)量約為0.697kg，如圖4.1所示。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，初步估計澆注系統(tǒng)凝料為0.025kg左右。又根據(jù)表2.2、表4.1，初選成型周期為40s，額定塑化量為35000g/h。代入式4.1，發(fā)現(xiàn)注塑機型號偏大，但考慮到上一章節(jié)中所選模架的尺寸，注塑機型號不變。 因為該塑件需要較大批量的生產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)實情況，一模一腔是不符合經(jīng)濟技術(shù)要求的，考慮采取多模腔設(shè)計。但依據(jù)經(jīng)驗，隨著模腔數(shù)的增加，會影響成型塑件的表面質(zhì)量和尺寸的精度。前文提到過，該塑件起到支撐結(jié)構(gòu)作用，需要一定的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。同時查閱資料，由SJ1372-1978標(biāo)準(zhǔn)和塑料模具手冊知，塑料制品的尺寸精度等級總共分為8級，其中ABS塑件常選3～5級精度，3級為高精度，4、5級別為中低精度等級且本塑件選用5級精度即可達到使用要求。在有一定精度要求下，不考慮四腔及以上的型腔數(shù)量，否則成型精度達不到要求。若是三腔設(shè)計，模具體積過大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較大。綜合考慮，本次設(shè)計采用一模兩腔的設(shè)計方式。 4.3最大注射量的校核 型腔數(shù)確定后，需要對注塑機的其它一些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行校核，其中就包括注塑機的最大注射量。最大注射量就是用來滿足一次成型過程中所需要的所有熔料體積或質(zhì)量，其中一般包括塑件用料和澆注系統(tǒng)的用料、注塑機本身設(shè)備相關(guān)用料等。即注塑機的最大注射量應(yīng)滿足： （4.2） 式中 mn——注射機最大注射量（cm3）； m——單個塑件的體積（cm3）； mj——澆注系統(tǒng)凝料的體積（cm3）； n——型腔數(shù)量（取2）。 k——注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8。 經(jīng)UG分析，單個塑件體積約為89.249cm3，澆注系統(tǒng)凝料約為3.288cm3，通過計算，校核通過。 4.4 鎖模力的校核 鎖模力也是注塑機的關(guān)鍵參數(shù)之一，它主要用來保證注塑機可以給模具 提供足夠的壓力，確保模具不會在成型過程中脹開。因此，可以說鎖模力一定程度上也保證了塑件的表面質(zhì)量。通常鎖模力可采用下列公式進行校核： （4.3） 式中 ，F(xiàn)n——注射機額定鎖模力（KN）； n——型腔數(shù)量，取2； P——熔體對模腔平均壓力（MPa）,一般取注射壓力的80%； Az——塑件在分型面的投影面積（cm2）； Aj——澆注系統(tǒng)在分型面的投影面積（cm2）。 經(jīng)UG分析，如圖4.2塑件在分型面上的投影面積為21.21cm2，澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為0.1cm2，通過計算，校核通過。 圖4.2分型面投影面積 4.5 注射壓力的校核 注射壓力的校核是注塑機規(guī)格的常用校核方式之一。注射壓力的校核方式比較簡單，主要依據(jù)所選用的材料、所成型塑件的形狀及結(jié)等方面進行考慮。查閱資料知，ABS注射成型時所需的型腔壓力約為70~90MPa，而所選注塑機的額定壓力為109MPa，遠遠大于所需的90MPa，所以校核通過。 4.6 模具與注射機安裝部份的校核 因為模具需要安裝到注塑機上，所以注塑機有關(guān)模具的安裝參數(shù)的校核是必須進行的。模具的閉合高度是注塑機安裝部分的主要校核參數(shù)之一，它主要按以下公式進行： （4.4） 式中 Hmin——注射機標(biāo)注最小模厚（mm）； Hmax——注射機標(biāo)注最大模厚（mm）； H——模具閉合高度（mm）。 經(jīng)設(shè)計后，模具閉合高度為331mm。從表4.1知，注塑機的可以安裝模具的最大模厚為406mm，最小模厚為165mm。滿足，所以校核通過。所選取模架及測量如圖4.3所示。 圖4.3 模架選取 4.7開模行程校核 注塑機的開模行程關(guān)乎塑件和澆注余料是否可以被頂出和取出，所以其參數(shù)的是必須進行校核的。考慮到注射機采用聯(lián)合作用合模機構(gòu)，因此校核開模行程時可以忽略模具厚度的影響。這樣，注塑機的行程校核通常按以下公式進行： （4.5） 式中 S——最大開模行程（mm）； H1——頂出距離（脫模距離）（mm）； H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)塑件高度（mm）。 經(jīng)設(shè)計后，模具頂出距離為15mm，凝料高度為71mm，顯然，校核通過。 第五章 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 5.1排位及分型面的設(shè)計 5.1.1 塑件在模具中的位置 由于該塑件起支撐結(jié)構(gòu)作用，致密度和強度要求較高，物理與力學(xué)性能盡可能均衡穩(wěn)定在支撐過程中不會變形，所以模具型腔在分型面上的排布形式采取平衡式布置形式，如圖5.1。 圖5.1 塑件在模具中的位置 1—動模；2—型芯；3—定模 平衡式排布形式，其主要優(yōu)勢是從主流道到各個型腔的澆口的分流道長度、截面形狀和大小均對應(yīng)相同，這樣就可以促使熔料均勻地進入各個型腔并且同時充填完畢，從而使所成型的產(chǎn)品質(zhì)量分布均勻，內(nèi)在各處物理與力學(xué)性能一致。 5.1.2 分型面的設(shè)計 分型面形式的選擇是影響模具結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵性因素之一，它與模具的整體結(jié)構(gòu)選擇、流道的設(shè)計、塑件的推出方式、模具的加工工藝等有關(guān)。因此，分型面的選擇和設(shè)計是塑料模具設(shè)計中的一個重要內(nèi)容。 由于分型面受流道設(shè)計、塑件在模具中的位置、塑件技術(shù)與工藝性要求、塑件的推出方式、排氣系統(tǒng)設(shè)計等多方因素的影響，因此經(jīng)過綜合考慮，且結(jié)合分型面一般設(shè)計原則，即設(shè)置在塑件外形最大截面處、模具加工工藝性良好、保證塑件相關(guān)技術(shù)要求、脫膜方式可靠易行等，設(shè)計如圖5.2。 圖5.2 分型面選擇 5.3 標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇 模具結(jié)構(gòu)采用兩板模，模架結(jié)構(gòu)如圖5.3。 圖5.3 模架結(jié)構(gòu)圖 5.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 5.4.1 主流道的設(shè)計 主流道的位置、截面形狀和長度布置對熔料流動過程的時間、速度等方面都有著影響，進而關(guān)系到產(chǎn)品的成型效果。本次設(shè)計采用將主流道到布置于澆口套中，并采取澆口套和定位圈為整體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主流道的始端直徑為3mm，末端直徑為6mm，錐角約為3°，長度約為52mm。其結(jié)構(gòu)形式如圖5.4。 圖5.4 澆口套和主流道結(jié)構(gòu)形式 5.4.2 分流道的設(shè)計 分流道用來改變主流道中熔料的流動方向，使熔料保持動態(tài)平穩(wěn)地進入各個型腔，達到充填效果良好的目的。本次設(shè)計采用圓形截面的分流道，其截面的比表面積較小，可以減少熔料流動過程中的熱量損失，更好的充型。其截面直徑設(shè)計為6mm，結(jié)構(gòu)形式如圖5.5。 圖5.5分流道設(shè)計和截面形狀 5.4.3 澆口的設(shè)計 澆口的設(shè)計和位置的選擇恰當(dāng)與否，直接影響著塑件的成型質(zhì)量。考慮塑件最佳澆口的位置（詳見后文7.1節(jié)），模具的澆口形式采用側(cè)澆口，其結(jié)構(gòu)形式簡圖，如圖5.6。 圖5.6 側(cè)澆口的結(jié)構(gòu)形式 5.4.4 冷料穴的設(shè)計 冷料穴的布置可以有效的改善塑件的局部質(zhì)量，也在一定程度上起到降低熔料的流動不穩(wěn)定的作用，且冷料穴布置方便、結(jié)構(gòu)簡單。冷料穴的布置有多種形式，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計將冷料穴布置于主流道末端，如圖5.7所示，圖中右末端的半球體即為冷料穴。 圖5.7 冷料穴 5.5 推出和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 5.5.1 推出機構(gòu) 本次設(shè)計采取推桿推出機構(gòu)，因為推桿的布置靈活方便，其截面多設(shè)計為圓形，不論在其修補、制造過程中，還是在其安裝配合精度要求上，都容易滿足工程需要。另一方面，推桿運動過程中受到的阻力較小，動作簡單可靠。推桿數(shù)量設(shè)計為一個塑件8個，每個推桿高度h為45mm，總長度為180mm，尾部臺肩直徑為6mm，工作部分直徑為3mm，其形狀設(shè)計如圖5.8所示。 圖5.8 推桿形狀 5.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 模具的溫度直接影響模具的注射周期。在注射成型過程中，應(yīng)盡量避免模具溫度的較大的波動。模具溫度過高，則會造成產(chǎn)品的變形，降低了生產(chǎn)速率。而模具溫度過低則會影響熔體的流動，不利于塑件成型。所以需要設(shè)計冷卻系統(tǒng)以調(diào)節(jié)模具的溫度，減少成型過程中模具溫度的大幅度波動。本次設(shè)計采用直流式冷卻水道，每個塑件型芯中心處、距離塑件內(nèi)表面12mm處布置兩條水路，水路直徑為10mm。 因為水的比熱容較大，而且容易獲取，且獲取成本低，使用方便。所以本次設(shè)計所采用的冷卻介質(zhì)為水，并采用直流式冷卻水道。冷卻水道形式如圖5.9所示。 圖5.9 直流式冷卻水道 5.7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 為了使塑件達到良好的成型效果，及時的排出模具內(nèi)部的氣體將會起到很大的積極作用。模具中的氣體產(chǎn)生的方式往往有多種多樣的，有的是模具本身在閉合和注塑過程中氣體被熔料帶入型腔中，有的是熔融塑料遇到較冷的流道產(chǎn)生的水蒸氣，有的是保壓壓力不夠造成內(nèi)部氣壓過大，從而在塑件內(nèi)部產(chǎn)生壓力泡。這些氣體的存在對塑件的質(zhì)量有著致命性的影響，可能會產(chǎn)生氣泡、凹穴、表面質(zhì)量極差等現(xiàn)象。另外氣體不能及時的排出模具，也會影響到塑件的成型周期，內(nèi)部壓力偏大造成熔料的流速、充型能力達不到要求，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)計合理的排氣系統(tǒng)將模具中的氣體及時排出。在本次模具設(shè)計中，將模具中的氣體排出的方式主要為利用模具中各個零件之間存在裝配間隙，將氣體從這些間隙中排出。 5.8抽芯機構(gòu)的設(shè)計 由于該塑件比較小，成型孔的尺寸和深度較小，抽芯力不是很大，采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機構(gòu)，運動靈活，操作簡單，生產(chǎn)效率高，也是最常見，使用率最廣的抽芯機構(gòu)。特別是在抽芯距離短和抽拔力不太大的情況下更為適應(yīng)。 5.8.1斜導(dǎo)柱分型與抽芯機構(gòu) 斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)系由斜導(dǎo)柱、滑塊、側(cè)型芯、壓緊塊和滑塊定位裝置等組成，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，動作安全可靠。斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)主要由開模力通過斜導(dǎo)柱作用于滑塊上的分力驅(qū)動其朝一定的方向運動，從而完成抽芯動作。 5.8.2斜導(dǎo)側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)應(yīng)具備以下基本功能 a. 能夠保證不引起塑料變形的情況下準(zhǔn)確的抽芯和分型； b. 運動靈活、動作可靠,無過分磨損現(xiàn)象； c. 具有必要的強度和剛度； d. 配合間隙和拼縫線不溢料。 a、 b、c要求相結(jié)合，可以保證塑件必要的尺寸精度。b、c要求相結(jié)合，可以保證模具具有較長的工作壽命。 5.8.3斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)計算 抽芯距S 指型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模的位置時，型芯或滑塊在抽芯方向所移動的距離。通常抽芯距等于側(cè)孔深度加2~3mm的安全系數(shù)。計算公式為： （10.1） 代入數(shù)值得：。 5.8.4斜導(dǎo)柱傾斜角的確定 傾斜角不僅決定抽芯距離和斜導(dǎo)柱的長度，而且決定著斜導(dǎo)柱的受力狀況。當(dāng)傾斜角增大時，斜導(dǎo)柱受力狀況變壞，但為完成抽芯所需的開模行程可減少；反之，當(dāng)傾斜角減少時，斜導(dǎo)柱受力狀況有所改善，可是開模行程卻增加了，而且斜導(dǎo)柱長度也增加了，這會使模具厚度增加。因此，斜導(dǎo)柱傾斜角過大或過小都是不好的，一般取10～20，最大不超過25.本設(shè)計中選取值為18如圖5.10所示斜導(dǎo)柱安裝形式。 圖5.10斜導(dǎo)柱 5.8.5斜導(dǎo)柱長度的計算 （10.4） 式中 D——斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑（㎜），取17㎜； h——斜導(dǎo)柱固定板厚度（㎜），為20㎜； d——斜導(dǎo)柱工作部分直徑（㎜），為12㎜； s——抽芯距（㎜），為4㎜； ——斜導(dǎo)柱的傾斜角，實際生產(chǎn)中，往往取12°～25°之間，本設(shè)計中取20°。 通過計算得：L=60mm。 5.8.6斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu) 斜導(dǎo)柱材料取T8A，熱處理硬度為50～55HRC，表面粗糙度為0.8，斜導(dǎo)柱與模板之間采用過渡配合H7/m6，與滑塊上斜導(dǎo)柱孔采用間隙配合H7/n6。 第六章 模具經(jīng)濟性分析 本次設(shè)計從設(shè)計之初，就考慮到成本和經(jīng)濟性、環(huán)境性問題，前文中多有提及，這里簡單總結(jié)。 從生產(chǎn)角度，因為產(chǎn)品要求大批量，一模一腔固然使模具結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計成本低，但顯然生產(chǎn)周期過長，占用的資源過多，影響其他產(chǎn)品計劃部署，所以一開始就否定了此方案。后又結(jié)合注塑機選擇和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，最終采用一模兩腔的形式。此方案也是兼顧了提高塑件的成型效率和設(shè)計周期，有效地降低生產(chǎn)成本。同時設(shè)計較為合理的模具結(jié)構(gòu)和選擇合理的工藝參數(shù)有效地提升生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟效益。 從模具壽命角度，設(shè)計通過分析知，最佳澆口位置位于塑件中心地帶，于是采用點澆口，且每個塑件上采取多澆口環(huán)型布置，這樣既符合最佳澆口設(shè)計，也加快了成型周期。在設(shè)計成型零部件時，考率材料收縮率波動性等對塑件質(zhì)量的影響，而不是僅僅提高模具制造精度來提高，否則制造困難且成本較高。在澆口形式的選擇上，也是對比分析點澆口與測澆口對塑件的影響，最終采用點澆口?？紤]到冷卻裝置對模具壽命的影響，通過分析，也是采用了結(jié)構(gòu)形式簡單的直流式冷卻水路，加工容易。另外從材料利用率看，點澆口形式的流道、分流道結(jié)構(gòu)簡單、較短，造成的凝料較少，社會資源浪費少。另一方面，前文也提到過，選擇點澆口容易實現(xiàn)余料的自動脫模，減少了人力和物力，對于生產(chǎn)來說，就更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，加快工程進度，提高生產(chǎn)效益。 本次模具設(shè)計全部成本費預(yù)計費用按以下計算法：模具價格=材料費+設(shè)計費+其他。其中各項比例大致為：材料費占比20%～30%，設(shè)計費占比12%～20%，其他占比50%～68%（包括加工制造、運輸、試模、人工等）。 本次設(shè)計主要使用的鋼材為45鋼、T10A、Q235、P20等。其中使用45鋼的零件有：動模座板、推板、推板固定板、支撐板、動模板、定模板等；使用Q235的零件有：墊片、定距拉桿、各規(guī)格螺釘?shù)?；使用T10A的零件主要是澆口套、復(fù)位桿、推桿、斜導(dǎo)柱等；使用P20的零件有：楔緊塊、定位圈等。其中型芯和側(cè)滑塊采用Cr12MoV材料。45鋼的價格為5200元/噸；T10A的價格為5500元/噸；P20的價格為13000元/噸；Q235的價格為3600元/噸。鋼材的密度統(tǒng)一取7.85g/cm3。經(jīng)測算，材料費約為4000元，取總費用的25%；設(shè)計費取總費用的12%，約為1920元；其他費用取總費用的63%，約為10080元。所以本次模具設(shè)計總成本約為16000元。 總之，模具的設(shè)計不能忽略經(jīng)濟性和環(huán)境性問題，一味地只強調(diào)結(jié)構(gòu)的可行性和設(shè)計方便。本次設(shè)計更多地從長遠出發(fā)，用發(fā)展地眼光，充分地進行模具的經(jīng)濟性分析并將之付諸于實際。 第七章 結(jié)論 本次設(shè)計的模具為曲面多孔異形件塑料模具設(shè)計。曲面多孔異形件外形較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上起支撐作用?？傮w思路是先進行分析塑件的最佳澆口位置，再對比分析選擇澆口的類型，確定為側(cè)澆口后，優(yōu)先考慮兩板模設(shè)計。確定模具類型后，對塑件進行工藝性分析，合理設(shè)計和布局型芯、型腔。確定注塑機型號和型腔數(shù)量后，用UG初步選擇模具的標(biāo)準(zhǔn)模架，開始對模具整個結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。 鑒于零件結(jié)構(gòu)的特殊性，本次設(shè)計采用了創(chuàng)新的手法： 在型芯的設(shè)計時，沒有采取設(shè)計整體式，而是采用活動鑲件固定在型芯上。 畢業(yè)設(shè)計以來，通過大量閱讀相關(guān)知識，深刻體會到模具設(shè)計工程的嚴(yán)謹(jǐn)性與復(fù)雜性。每一步的設(shè)計環(huán)節(jié)都需要考慮模具的整體設(shè)計，一個環(huán)節(jié)設(shè)計錯誤，很可能導(dǎo)致模具設(shè)計的失敗，所以每一個環(huán)節(jié)的設(shè)計都不能憑主觀臆斷進行，而要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)和合理的分析與設(shè)計。每一次環(huán)節(jié)設(shè)計，在閱讀、查找相似結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一邊學(xué)習(xí)和優(yōu)化設(shè)計，同時很好的重新認識和了解多種多樣的模具結(jié)構(gòu)，豐富了自己的認知。整個畢設(shè)過程，整合了我大學(xué)大量的理論知識，鍛煉了我的學(xué)以致用的能力，也提高了我的創(chuàng)新能力。 在設(shè)計的同時，大量軟件的熟練使用，包括UG、CAD、等，也為我以后的工作提供了大量的幫助和信心。畢業(yè)設(shè)計在檢驗我的學(xué)力水平時，也為我更好邁向職場，做了良好的鋪墊。  第八章 設(shè)計的總結(jié)及部分成果展示 塑料箱體三板模設(shè)計部分成果展 圖8.1 零件圖 圖8.1展示的是此次設(shè)計用到的零件圖，根據(jù)此零件設(shè)計出塑料曲面多孔異形件模具。裝配圖如圖8.2所示 圖8.2 模具裝配圖 圖8.3 模具爆炸圖 模具的爆炸圖如圖8.3所示，可以讓我們更加直觀的觀察到塑料箱體三板式模具整體結(jié)構(gòu)。 下圖展示的是塑料箱體三板模部分零部件圖8.4為推桿固定板圖8.5為上模板圖8.6為模具型芯。 圖8.4 推桿固定板 圖8.5 上模板 圖8.6曲面多孔異形件型芯 致謝 疫情期間，畢業(yè)設(shè)計只能在家里完成，要感謝宋昌才宋老師的鼎力相助，在宋老師的耐心解答和指導(dǎo)下終于順利完成了畢業(yè)設(shè)計。當(dāng)然也要感謝父母給自己創(chuàng)造了一個安靜的畢業(yè)設(shè)計環(huán)境，讓自己有足夠精力投入到畢業(yè)設(shè)計中去。 從開題報告開始宋老師就開始提供詳細的設(shè)計資料，包括注塑模向?qū)У?。大大提高了設(shè)計效率，同時在QQ群里不停解答設(shè)計過程中的疑難雜癥。同時宋老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和博冶的知識也讓我們佩服萬分，在給我們解答的過程中讓我們獲益匪淺。是宋老師一步步帶我們不斷完善自己的畢業(yè)設(shè)計在這里再次表達對宋老師的由衷感謝。 我們小組的畢業(yè)設(shè)計成員也提供了不少幫助，在相互討論中解決了一部分問題做到了互通有無。 同時還要感謝學(xué)校提供的學(xué)習(xí)平臺以及專業(yè)課老師傳授的專業(yè)知識，沒有專業(yè)知識的支撐畢業(yè)設(shè)計完成就是白日做夢。此次畢業(yè)設(shè)計完成也是有專業(yè)知識支撐下完成的，在這里感謝學(xué)校的培養(yǎng)以及各位老師的教誨。 參考文獻 ［1］?Injection mold design of reverse engineering using injection molding analysis and machine learning[J].Soonhwan Hwang1,2 and Jongsun Kim3,* Journal of Mechanical Science and Technology 33 (8) (2019) 3803~3812 ［2］桑建國.UG 軟件在復(fù)雜塑料模具設(shè)計中的應(yīng)用［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā),2015,3(5):23-50. ［3］翟慶洪.國內(nèi)外注塑模具發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查研究［J］.哈爾濱理工大學(xué)， 1671-7341. 2018-9 ［4］曲華昌，吳夢陵.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京 : 高等教育出版社，2014-8 ［5］于延軍 , 龐繼偉 , 鹿洪榮 . 汽車燈配光鏡復(fù)雜側(cè)抽芯注塑模具設(shè)計 [J]. 工程塑料應(yīng)用 ,2018,46(8):87-92. ［6］洪惠良 . 塑料成型工藝與模具設(shè)計 [M]. 北京 : 中國勞動社會保障出版社 ,2016. ［7］陳彥兆.UG 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