基于CAE分析的骨架注塑模设计(共49页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 基于CAE分析的骨架注塑模设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 材料成型及控制工程0602班 指导教师： 2010 年 5 月 27 日目 次专心-专注-专业1. 绪论随着我国国民经济的快速发展，带给模具制造行业前所未有的机遇，也让我们的行业面临了新的挑战，如产生了模具制造业自主知识产权的缺乏、高新技术的应用、材料能源消耗高、人才奇缺等一系列亟待解决的问题。 北京模具协会在调研的基础上参照了中国模具协会提出的“十一五”期间发展规划，针对模具行业的特点，发展现状，提出了我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题供行业今后开展工作时参考

2、，希望引起交流，共同促进模具行业的发展。在此基础上，我们还将聘请专家阐述对行业发展的观点，并组织刊登和连载新技术、新装备的应用文章等。模具加工设备的市场前景经过十五的发展，我国模具行业确实已有长足的进步。主要表现在：三资企业蓬勃发展，使我国模具生产规模和产品水平有了一个很快的发展；非国有经济如雨后春笋般地拔地而起，使我国模具生产规模迅速扩大，产品水平也有较快提高。在港资、台资及外资非凡集中的珠三角和长三角地区，随着机械、电子、轻工、建材、通讯及办公设备等企业的兴起，用于企业内部配套的自产自用模具生产也随之大量发展。这一部分模具生产规模约有300至500亿元。全国模具生产总规模，2005年已超过

3、600亿元。据罗百辉猜测分析，模具行业十一五期间的发展速度预计仍将会在高于年均15%以上的速度上高位运行，十一五期间模具生产总量每年大约都会有100至200亿元的增量，目前全国(未包括港、澳、台的统计数)模具生产的总规模已达约1000亿元左右。假如按平均每年150亿元增量，固定资产投入产出比大致为1:1，投入之中约有60%资金用于购买新设备来计算，则平均每年约会有90亿元用于购置各种设备。这就是模具行业中设备市场的一个概算。虽然这一设备市场与机床工业总规模相比只占不大的比例，但也不能说很小了，不应该被忽视。即使把外资企业主要用外国设备这一块去掉，留给国内机床行业的也起码还会有每年60亿元左右的

4、设备市场。假如国内设备水平和服务具有竞争能力，外资企业也是愿意选购价廉物美的国内设备的。因此，假如机床行业能把握好这一块市场，十一五期间这300亿元左右的市场用庞大两字来形容也不为过。模具行业对设备的基本要求与其他机械加工相比，模具加工有其一定的非凡性，这些非凡性主要是：1.大多数模具需要在实芯金属模块上加工出外形复杂的空间曲面，随着模具不断向大型化发展，模块重量也将越来越大，现在有的已达几十吨；2.大多数模具外形为长方体或正方体，很少有窄长形的，主要加工量集中在凹模和凸模上；3.随着模具制品要求越来越精密、复杂，对模具加工精度的要求也越来越高，现在许多模具的加工精度已达12m，不久将很快发展

5、为小于1m；4.随着用户对模具生产周期的要求越来越短，模具加工就要满足高效、快速，且有一定柔性和长时间满负荷不停顿运行等要求。根据上述4条非凡性，就对模具加工设备提出了如下一些基本要求：1.机床要有好的刚性和与模块重量相适应的大承载能力；2.工作台面尺寸要与模具外形尺寸相适应，宜于长方形或正方形及圆形，不宜窄长，而高度方向及其行程却要求有较大空间；3.要有高的精度及精度保持性；4.要能快速高效地去除余量，且有很高的可靠性，以保持连续长久满负荷运行；5.为适应复杂的空间曲面加工，且有大量的加工量，因此要求机床能多轴联动，且配有大信息容量的数控系统。上面只提出了一些大多数模具加工对设备的基本要求，

6、此外尚有不少非凡要求。例如加工塑料的机床就要求有更高的速度，但由于切削力小，为降低成本，机床可采用轻型结构；试模用的研配压机则不要求其高效快速，但要求有反转动能以便修模；某些简单工序的大量重复加工可用专机等等。同时，复合加工、柔性加工和在线检测也是模具加工的要求。问题分析： “十五”期间模具行业在体制改革，技术创新，结构调整、加强管理等方面做了很多工作，但制约模具行业发展的一些深层次问题还没有从根本上解决，结构性矛盾依然突出，与社会主义市场经济发展需求不相适应： 1)企业组织结构、产品结构，都不够合理，我国模具生产厂还有相当一部分是自产自酉己的模具车间(分厂)，专业模具厂也大都是“大而全”、“

7、小而全的组织形式，国外模具企业大多是“小而专”“小而精”；模具自产自配比例高达50，国外不超过30(主要依靠协作)；国内生产的模具属大型、精密、复杂、长寿命等类型国家急需的模具比例只有30左右，国外在60以上。 2)模具产品的水平和生产工艺水平比国际先进水平差距较大，主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命上比国外有差距。 3)技术创新能力弱，大大制约了行业技术进步和产业升级，企业技术创新能力建设严重滞后，缺乏自主创新的内在动力和物质技术手段，许多模具设计制造技术来源依靠国外，缺少有自主知识产权的产品技术，产品制作周期长，技术成果应用的水平低，国际上知名企业，先进的管理思想、先进制度技术及工艺不能

8、很好的借鉴运用。 4)产品技术水平低，结构不合理。一方面中低档模具生产能力严重过剩，企业相互恶性竞争，互相压价，影响企业发展，另一方面市场急需的高档模具、高新技术产品开发和生产水平不高，产品质量和售后服务不能满足用户需求，每年需大量进口。 5)管理落后，与国际水平相比模具企业的管理落后更甚于技术落后，技术落后易被发现，管理落后易被忽视，国内很多模具企业还沿用过去作坊式的管理模式，真正实现现代化企业管理还不多。 6)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，国外先进国家标准件使用覆盖率达70以上，国内标准件使用率覆盖率只有45左右，由于标准化水平低影响到模具制作周期及模具质量和成本等多方面因素。国

9、产模具设备行业发展建议鉴于国内机床行业尚不重视模具行业中的设备市场，国产设备在这一市场中的很低的占有率，罗百辉指出，机床行业应该密切关注模具行业的发展，重视模具行业中的设备市场，即使是在目前任务饱满的情况下，也应从长远发展出发，从战略高度去熟悉，并对这一市场进行充分研究与正确定位。在金切设备方面，非凡是在中低档数控设备方面，国内企业也一样是大有可为的。近年来，光是浙江的模具行业，每年都从台湾或国内台资企业购进2000多台中低档设备，我国一些机床企业，是完全有能力进入这一市场的。先从中低档产品开始，再逐渐向高端发展，这可能是一条比较切合实际的路子。当然，随着模具工业总体水平的不断提高，所需设备的

10、档次理所当然的也在不断提高。例如浙江有些模具企业已开始淘汰台湾设备而把采购目光逐渐转向日本和欧美了。然而日本和欧美设备的价格究竟还是昂贵了一些。这也正是国内机床企业的一个良好机遇。希望国内机床行业能把握好这个良好机遇，在我国模具行业十一五的发展中，为其插上翅膀，真正起到利其器而助发展之积极作用。针对国产模具加工设备行业创新开发能力不足、市场占有份额偏低，罗百辉建议骨干重点企业，应一方面努力提高现有产品的质量和尽快改善服务，另一方面应针对模具行业所需去开发一些新产品，并大力进行宣传，以逐渐形成好的品牌和树立起良好的形象来。非凡是生产金切机床的骨干企业，更应重视这一问题，因为生产电加工设备的企业在

11、这一点上相对要好得多，有关企业已经在模具行业中树立起了一些较好的品牌和建立起了良好信誉和形象。2. 塑件成型工艺性分析本次设计的塑件为线圈骨架，零件如图2-1图2-1 线圈骨架2.1 塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析l 结构分析：该塑件壁厚2mm，壁厚均匀，结构较简单，故比较容易成型。l 尺寸精度分析：该塑件尺寸精度等级为MT3级，尺寸精度中等。l 表面质量分析：表面质量要求不高。综合以上分析可以看出，该零件的尺寸精度等级中等。注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件比较容易成型。2.2 塑件原材料的选择本次设计，选择材料为宁波乐金（LG）甬兴化工有限公司生产的ABS塑料（ABS HI-121

12、H），ABS塑料的特点以及ABS HI-121H的物料性能如下： ABS塑料特点ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料。ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.041.06 gcm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。成型特性： 无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。 宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为270度。对精度较高的塑件，模温宜取5

13、0-60度，对高光泽耐热塑件，模温宜取60-80度。 如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 ABS HI-121H物料性能ABS HI-121H塑料的性能参数如下表2-1：表2-1 ABS HI-121H塑料的性能参数性能项目试验条件测试方法测试数据数据单位物理性能熔体流动速率220C 10kgASTM D-123823g/10min光泽度45-104-白度青色反射率法-53-比重23CASTM D-7921.05g/cm2吸水性23CASTM D-5700.3%模塑收缩率-ASTM D-9550

14、.3-0.6%机械性能拉伸强度50mm/minASTM D-638500kg/cm2伸长率50mm/minASTM D-63818%弯曲强度5mm/minASTM D-790800kg/cm2弯曲模量5mm/minASTM D-79026000kg/cm2热性能热变形温度18.6 kg/cm2ASTM D-78593C维卡软化点5kg 50C/nr-103C3. 拟定模具的结构形式3.1分型面位置的确定根据分型面的选择原则，分型面要取在塑件最大截面处，对于本次设计的零件，塑件的最大截面随着塑件开模方向的不同而不同，有如图3-1的两种方案可供选择：方案一方案二图3-1 分型面的选择以下，将通过m

15、oldflow软件，根据塑件成型时的锁模力（图3-2），结合实际生产需要来对这两种方案进行分析比较，以确定出最优方案。锁模力方案一方案二图3-2 成型时的锁模力在两种方案的锁模力图中，我们可以看出，两种方案的锁模力都是随着填充的进行而缓和的增加，没有出现明显的突然增大情况，均在V/P转换点达到最大值，这是比较理想的。然而对比V/P转换点的最大锁模力，方案二的锁模力为0.3039t，方案一的锁模力为0.178t，方案二的锁模力超过方案一41.4%，这是由于方案一中塑件在开模方向的投影远小于方案二中塑件在开模方向上的投影的缘故。锁模力大则对注塑机的要求要高，同时消耗的能量也多，另外考虑到，塑件生产

16、批量较大，又需要侧抽芯结构，选择方案二的分型面位置，不利于一模多腔的型腔排布，因此方案一要优于方案二，在此选择方案一中分型面的位置，分型面在线圈骨架轴线上。3.2 型腔的数目和布置方式1. 型腔的数目从塑件的零件图可以看出，塑件的尺寸较小，结构比较简单。根据要求，塑件精度MT3，生产批量一万件。由于塑件的精度不高，结构比较简单，生产批量较大，因此初步采用一模八腔的成型方案。2. 型腔布局线圈骨架的零件结构比较简单，但是成型必须有侧抽机构。前面已经确定出了塑件成型的分型面的位置以及型腔数目，在确定型腔的布局时，根据成型时所设计侧型芯数量的不同，型腔的布局可以有两种方案进行对比挑选，如图3-3：方

17、案一：侧型芯数量为四时的型腔布局方案二：侧型芯数量为八时的型腔布局方案一方案二图3-3 型腔的排列方式从图3-3可以看出，方案一设计了八个侧型芯，而方案二设计了四个侧型芯，由于方案二中，侧型芯需要成型两个零件的内孔，行程较长，设计侧抽机构有困难，相比方案二，方案一中一个侧抽芯成型一个塑件内孔，侧抽行程短，易于成型。因此选择方案一所设计的型腔排列方式。 3. 模具结构形式的确定从上面的分析可知，本模具设计为一模八腔，两列对称的布局，根据塑件的结构，推出机构拟采用推杆推出的推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此模具不需要单独开设分型面取出凝料，为了减小

18、加工的难度，模具型腔采用镶拼结构。此外，塑件的结构要求有侧抽芯结构成型内孔。由以上分析，确定模具模仁的基本尺寸，选择燕秀工具箱中标准龙记模架AI-2035-A50-B60-C70，其结构形式如图3-4。 图3-4 龙记模架AI-20353.3 注射机型号的确定1. 注射量的计算 通过pro/E对线圈骨架建模，计算体积得：塑件体积：V塑=2.58103mm3=2.58cm3 塑件质量：m塑=V塑=1.052.58g=2.71g 式中，塑件密度=1.05g/cm32. 浇注系统体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。故一次注入模具

19、型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和8个塑件体积之和）为：V总=V塑（1+0.6）8=2.581.68cm3=33.024 cm3 (3-1)3. 选择注射机 根据第二步计算得出一次注射注入模具型腔的塑件质量V总=33.024cm3，计算注射机公称注射量V公：V公= V总/0.8=33.024/0.8 cm3 =41.28 cm3 (3-2) 根据以上计算，初步选定公称注射量为125 cm3的注射机，选择注射机型号为XS-ZY125卧式注射机，其主要技术参数见表3-1。表3-1 XS-ZY125卧式注射机技术参数最大注射量125 cm3注射压力119Mpa锁模力900KN最大注射面积320

20、 cm2模具最大厚度300mm模具最小厚度200mm最大开模行程300mm定位圈直径100mm顶出两侧孔径22mm喷嘴球半径12mm两侧孔距230mm孔径4mm模板尺寸420450mm机器外形尺寸33407501550mm4. 注射机参数校核（1）注射压力 查资料1得ABS所需注射压力为80110Mpa，这里取90 Mpa，该注射机的公称注射压力p公=119Mpa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3，则，k1p0=117Mpap公，所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积A塑，利用pro/e三维软件计算得：A塑=2.647cm2 。 浇注系统在

21、分型面上的投影A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇的数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上投影面积A塑的0.20.5倍，由于本次设计流道较复杂，分流道相对较长，因此流道凝料投影面积可适当取大一些。这里取= 0.4 A塑。塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总： A总 =n（A塑+A浇）=n（A塑+0.4 A塑）=81.4 A塑=81.42.647 cm2=29.6464 cm2 (3-3)模具型腔内的胀型力F胀，F胀= A总P模=29.6464 cm210235Mpa=.4N=103.76KN (3-4)式中P模是型腔的平均计算压力值。P模是型腔内

22、的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540Mpa。对于粘度较大精度较高的塑件应取较大值。ABS属中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35MPa，根据表3-1可知该注射机的公称锁模力F锁=900KN，锁模力安全系数k2=1.11.2，这里取k2=1.2，则，k2 F胀=1.2 F胀=1.3103.76KN=124.5KNF锁=900KN，所以注射机锁模力合格。4. 模具浇注系统的设计 4.1 主流道的设计主流道常位于模具中心塑料熔体的入口处，他将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的

23、流动速度和充填时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计成可拆卸更换的浇口套。1. 主流道尺寸的设计主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计根据初选的模架取60.5mm进行设计；主流道小端直径：d=注射喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm；主流道大端直径：d1=d+2L主tan=8.3mm，式中=2；主流道球面半径：SRO=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=13mm；球面配合高度：h=3mm，2. 主流道的凝料体积 利用pro/E测量得：V主=2.37cm3 3. 主流道当量半径 Rn=（2.25+3.84）/2=3.045mm4. 主流

24、道浇口套的形式 主流道浇口套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求比较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位环设计称一个整体，但考虑上述因素通常仍将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC，如图4-1所示。图4-1 主流道浇口套的结构形式4.2 分流道的设计1. 分流道的布置形式分流道在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。2. 分流道的截面形状常用的分流道截

25、面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。 3. 分流道的当量直径主流道的尺寸在前面已经确定，分流道的当量直径可根据式4-1计算。D1=(0.80.9) D (4-1) 一级分流道当量直径：D1=(0.80.9) D=0.857.67mm=6.5195mm二级分流道当量直径：D2=(0.80.9) D1=0.856.5195=5.5416mm三级分流道当量直径：D3=(0.80.9) D2=0.855.5416mm=4.71mm 4. 分流道的截面尺寸由于分流道截面为梯形，根

26、据上步骤中计算的当量直径计算当量分流道截面面积，根据面积相近似的原则选择常用的分流道的横截面尺寸如表4-1。分流道当量截面面积的计算：A1=(D1/2)2=3.14(6.5195/2) 2mm2=33.3655mm2A2=(D2/2)2=3.14(5.5416/2) 2mm2=24.11mm2A3=(D3/2)2=3.14(4.71/2) 2mm2=17.4145mm2表4-1 分流道表面形状及尺寸一级分流道二级分流道三级分流道H543.5B865R211面积36.5mm220.48mm215.75mm25. 分流道的长度根据塑件八个型腔的布局以及采用的平衡式注射的成型方式，确定分流道的布置形

27、式以及长度如图4-2所示。1-一级分流道2-二级分流道3-三级分流道图4-2 分流道的长度6. 凝料体积利用pro/E软件绘制分流道，并测量体积得：V分= 8.757cm37. 校核剪切速率（1）确定注射时间：查注射机公称注射量V公与注射时间t的关系1得，t=1.6s。（2）计算分流道体积流量：q分=（V分+4 V塑）/t=（8.757+42.58）=19.077cm3/s (4-2)（3）计算剪切速率： (4-3)该分流道的剪切速率处于浇口主流道的最佳剪切速率51025103之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。8. 分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.

28、252.5m即可。此处取Ra1.6m.另外，其脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。4.3 浇口设计该塑件的精度要求一般，采用一模八腔。根据型腔的布局，可采用侧浇口注射成型，也可采用点浇口注射成型。采用点浇口时，模具结构较为复杂，在此采用侧浇口即可。1. 侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度 根据侧浇口的计算公式： h= n t =0.72=1.4 mm (4-4)式中：t是塑件壁厚，这里t=2mm，n是塑件成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。在设计时，浇口深度常常先取小，以便在今后试模时发现问题并进行修模处理，由于线圈骨架尺寸较小，浇口深度在此取1mm。（2）计算侧浇口的宽

29、度侧浇口的宽度B=1.55.0mm，由于线圈骨架的尺寸较小，在此取B=1.5mm。（3）计算侧浇口的长度侧浇口的长度L浇一般选用0.72.5mm，这里取L浇=1mm。2. 侧浇口的剪切速率（1）计算浇口的当量半径由面积相等可得，由此矩形浇口的当量半径。（2）校核浇口的剪切速率确定注射时间：查参考资料1表4-8可得，t=1.6s；计算浇口的体积流量： (4-5)计算浇口的剪切速率：根据公式，有 （4-6）该矩形侧浇口的剪切速率在浇口与分流道的最佳剪切速率51035104 S-1之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。4.4 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、分流道的体积以及主流道的当量半

30、径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。1. 计算主流道的体积流量 （4-7）2. 计算主流道的剪切速率 （4-8）主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51025103 S-1之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。4.5 冷料穴的设计及计算1. 主流道冷料穴主流道冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量，同时冷料穴还可以起到拉主流道凝料的作用。本次设计中，根据确定的线圈骨架分型面的位置，决定线圈骨架成型后需要用推杆推出，因此，主流道可设计为冷料穴拉料，推杆推出的结构形式。推杆推出的结构形式主要有三种，分别为z字形冷料

31、穴、反锥度冷料穴和浅圆环槽冷料穴，其结构形式如图4-3。图4-3 拉料杆的结构形式图4-4 冷料穴线圈骨架材料（ABS）的弹性一般，因此选用z字形主流道拉料杆，因为主流道末端尺寸为7.67（图4-1），因此选用8mm的拉料杆，见图4-4。2. 分流道冷料穴由于本次设计一模八腔，分流道相对较长，为了防止流经流道的冷料进入型腔，需要在靠近浇口位置开始冷料穴，以容纳冷料，其结构形式如图4-4。5. 成型零件的结构设计及计算5.1成型零件的结构设计1-定模型腔 2-塑件 3-侧型芯 4-型腔镶块 5-型腔镶块 6-动模型腔图5-1 镶拼型腔结构型腔是成型制品的外表面的成型零件。按型芯结构的不同可将其分

32、为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，设计中采用镶拼式型腔，如图5-1。5.2 成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑到它的机械加工性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的镶块采用Cr12MoV。对于成型塑件内孔的侧型芯，成型中被塑件包裹，型芯散发的热量比较多，磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV。5.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸计算方法一般有两种，一种是平均值法，即按照平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计

33、算。前一种计算方法简便，但不适于精密塑件的模具设计，后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。本设计根据塑件的尺寸精度选用简单的平均值法。1. 型腔径向尺寸的计算塑件外部径向尺寸的转换：，相应塑件制造公差 ；，相应塑件制造公差；，相应制造公差。 （5-1） （5-2） （5-3）式中是塑件的平均收缩率，差表得1ABS的收缩率为0.3%0.8%，所以平均收缩率，是系数，查表得x一般在0.50.8之间，此处取；分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；是塑件上相应尺寸的制造公差，对于中小塑件取（下同）。2. 型腔深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的转换：，相应塑件制造公差 ；，相

34、应塑件制造公差。 (5-4) (5-5)式中是系数，查表“成型零件尺寸计算方法”1得x一般在0.50.7之间，此处取。3. 型芯径向尺寸的计算塑件内部径向尺寸的转换：，相应塑件制造公差 ；，相应塑件制造公差 ；，相应塑件制造公差 (5-6) (6-7)式中是系数，查表“成型零件尺寸计算方法”1得x一般在0.50.8之间，此处取。6. 排气槽的设计本塑件由于采用侧浇口进料，熔体经塑件侧面充满整个型腔，通过Moldflow对线圈骨架进行填充分析，得到的气穴分析结果如图6-1。图6-1 线圈骨架成型时的气穴分析从图中可以看出，线圈骨架成型时出现的气穴有部分在分型面上，这部分气穴可以通过分型面排气避免

35、，两侧直壁上四个角的位置也可能产生气穴，这部分气穴将通过推杆与型腔的配合间隙以及型腔镶件间隙避免，其他一些气穴位置不明显，对产品结构强度的影响不大。7. 推出机构的设计1. 推出方式的确定1- 定模板2- 定模型腔板3- 定模型芯镶块4- 定模型腔镶件5- 塑件6- 动模型腔镶件7- 支撑板8- 推杆9- 斜导柱10- 侧滑块11- 锁紧块图3-19 推出机构与侧向分型机构从塑件分型面的位置以及型腔的布置方式可以看出，该塑件在开模与侧抽结束后，塑件将留在动模型腔内，塑件两侧的边缘在动模型腔中的位置最深，粘附力也较大，考虑到气穴的位置可能会在塑件边缘角上，因此在动模一侧的塑件边缘两侧各设计两个推

36、杆退出机构，其结构简图如图3-19：8. 冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发出的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。1. 冷却介质ABS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200 C和40-80 C。所以模具温度初选50 C，用常温水对模具进行冷却。2. 冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具内的塑料熔体的总质量W1）塑料制品的体积 V=V主+ V分+ nV塑=（1.127+82.58）cm3=21.767 cm3 2）塑料制品的质量 m=V=21.7671.02=22.20

37、234 g=0.0222kg3）塑件壁厚为2mm，查表1 “常用塑料制品壁厚与冷却时间的关系”得，t冷=9.3s，取注射时间t注=1.6s，脱模时间t脱=8s，则注射周期：t=t注+t冷+t脱=1.6+9.3+8 s=18.9 s。由此得每小时注射次数：N=（3600/18.9）次=190次。4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=1900.0222kg/h=4.229kg/h。（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs查表1“常用塑料熔体的单位热流量Qs”可知，ABS的单位热流量Qs的值的范围在（310400）Kj/kg之间，故可取Qs=320Kj/kg。（3）计算冷却水

38、的体积流量qv 冷却水道入口的水温为，出水温度为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得： （8-1） （4）冷却水路的直径d 当时，查表4-301“冷却水d的稳定湍流速度与流量”为了使冷却水处于湍流状态，水管直径可取8mm，考虑到线圈骨架尺寸较小，在型腔镶拼结构8mm时较大，因此取6mm的水管直径。（5）冷却水在管内的流速 （8-2）（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h 因为平均水温为23.5C，查表4-311 “水温与f的关系”1可得，则有： （8-3）（7）计算冷却水道的导热总面积A （8-4）（8）计算模具所需冷却水管的总长L （8-5）（9）冷却水路的根数x 根据上一步所计算的冷

39、却水管总长可以看出，计算所的数据较小，根据所选模架的尺寸（250350mm）不足一根，显然这是不合理的，因此需要根据具体情况加以修改。3. 确定冷却系统结构根据塑件的对称性和在模具中的位置（动定模各成型一半），为了提高生产效率，分别在动模和定模部分设计两根冷却管道。其结构简图如图8-1。图8-1 冷却水路简图9. 导向和定位机构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模和脱模机构的运动导向。按作用分为模外和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精

40、度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。10. 侧向抽芯机构设计从线圈骨架的结构以及确定的分型面的位置，可以看出线圈的内通孔需要设计侧抽芯机构成型。10.1 结构形式的确定由于线圈骨架尺寸较小，抽芯距较小（孔深14mm），本次设计选用做常用的斜导柱侧向抽芯机构。其结构简单、制造方便、安全可靠。10.2 斜导柱侧向抽芯力的计算1. 抽芯距的计算 将侧型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离称为抽芯距离S抽。S抽=h+（23）mm=14+2mm=16mm （10-1） 式中S抽是抽芯距离，h是塑件侧孔深度。2. 斜导柱抽芯机构抽芯力的计算抽芯力是指塑件处于脱模状态，需要从与开模方

41、向有一交角的方位抽出型芯所克服的阻力。原材料确定时，抽芯力的大小与模具结构和塑件外形有密切的关系，由于侧型芯截面为矩形，按厚壁塑件计算抽芯力F抽： (10-2)式中：F抽是抽芯力，E是塑料的弹性模量（2900MPa），S是塑料成型的平均收缩率（0.6%） ，t是塑件壁厚（mm），L是被包型芯的长度（14mm），是塑件泊松比0.32， 是脱模斜度（0.5），f是塑料与刚才之间的摩擦因数（取0.45），r是型芯的平均半径（），是矩形型芯短边长度（），是矩形型芯长边长度（），A是塑件在于侧抽方向垂直的平面上的投影面积，由于侧孔为通孔A=0，K1是由和决定的无因次数，其中的值与塑件的横截面形状尺寸和相

42、关尺寸有关，K2由f和决定的无因次数，。10.3 斜导柱的设计1. 斜导柱长度及开模行程计算斜导柱的长度主要根据抽芯距离、斜导柱直径及倾斜角的大小而确定。结构形式如图10-1。其长度计算公式为 (10-3)式中，L是斜导柱的总长度（mm）；D是斜导柱固定部分大端直径（mm）；h是斜导柱固定板厚度（mm）；d是斜导柱直径（mm）；a是斜导柱的倾角（20）；mm称为斜导柱的有效长度；称为斜导柱的伸出长度；称斜导柱头部长度。图10-1 斜导柱抽芯机构10.4 滑块、倒滑槽及定位装置的设计1. 活动型芯与滑块的连接形式滑块分为整体式和组合式，本次设计中采用组合式结构。其结构形式如图10-2。2. 滑块

43、的导滑形式滑块在导滑槽中的活动必须顺利平稳，不发生卡滞、跳动等现象，本次设计导滑形式如图10-3。3. 滑块的定位装置为了保证在合模时斜导柱的伸出端可以可靠的进入滑块的斜孔，滑块在抽芯后的终止位置必须定位（即必须停留在固定位置），本次设计采用弹簧球头销定位结构，如图10-4。1-定模板 2-侧型芯 3-销钉 4-侧滑块5-动模板1-定模板 2-侧滑块3-动模板10-2型芯与滑块的组合形式10-3 滑块导滑形式10.5 楔紧块的设计为了防止活动型芯和滑块在成型过程中受力而移动，滑块应采用楔紧块锁紧。线圈骨架成型时锁紧力小，采用镶拼式锁紧块锁紧，结构简单，加工方便，结构如图10-5。1-侧滑块 2

44、-限位钉 3-弹簧 4-螺塞 5-楔紧块 10-4 弹簧球头销定位结构10-5 楔紧块的结构形式11. 注塑有关参数的校核在3.3中已经校核了注射压力、锁模力，由于模具结构基本确定，以下将对模具与注射机安装部分相关尺寸进行校核。1. 喷嘴尺寸的校核主流道的小端直径D大于注射机喷嘴的直径d，通常为D=d +（0.51）mm对于该模具d=4mm，而D=4.5mm，符合要求。主流道入口的凹球面半径SR0应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为 SR0=SR+（12）mm （11-1）对于该模具SR=12mm，而SR0=13mm，符合要求。2. 定位圈尺寸的校核注射机定位孔尺寸为mm，而定位圈尺寸为 mm，

45、两者之间呈较松动的间隙配合，符合要求。3. 最大与最小模具厚度的校核模具厚度应满足 (11-2) 式中，Hmin=200mm，Hmin=300mm, 而该套模具厚度为：261mm ，符合要求。4. 开模行程的校核 (5-10)式中 H 注射机最大开模行程（mm），为300mm； H1塑件推出行程（mm），为11.25mm； H2包括流道凝料在内的塑件高度（mm）。，符合要求。5. 模架尺寸与注射机拉杆内间距的校核该套模具模架的外形尺寸为250mm350mm，而注射机拉杆内间距为420mm450mm，符合要求。12. 基于CAE的注射成型分析计算机辅助工程分析(Computer Aided En

46、gineering)技术在成形加工和模具行业中的应用，即模具CAE。模具CAE是广义模具CAD/CAM中的一个主要内容。12.1 CAE简介CAE所涉及的内容非常丰富，主要有以下功能：1）对工件的可加工性能作出早期的判断，预先发现成形中可能产生的质量缺陷，并模拟各种工艺方案，以减少模具调试次数和时间，缩短模具开发时间；2）对模具进行强度刚度校核，择优选取模具材料，预测模具的破坏方式和模具的寿命，提高模具的可靠性，降低模具成本；3）通过仿真进行优化设计，以获得最佳的工艺方案和工艺参数，增强工艺的稳定性、降低材料消耗、提高生产效率和产品的质量；4）查找工件质量缺陷或问题产生的原因，以寻求合理的解决

47、方案。成形过程数值模拟是模具CAE中的基础，目前所采用的数值模拟方法主要有两种：有限元法和有限差分法；一般在空间上采用有限元方法，而当涉及到时间时，则运用有限差分法。12.2 塑料成型模拟及塑料成型模拟软件简介塑料成型是制造业中的一个主要组成部分，而流动模拟对塑料成型具有重要意义；运用塑料流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品形状结构、选择适合的塑料材料和成型设备，评判不同材料采用同一工艺与模具成型的可行性，分析可能出现的问题；达到降低生产成本、缩短模具开发周期的目的。对于一般简单的塑料制品的成型，只进行流动模拟分析即可；但对于复杂精密塑件的成型，不

48、仅要对流动过程进行模拟分析，还需要对充模、保压过程中塑件与模具的冷却进行分析；甚至需要分析开模后塑件的残余变形与应力等。由于塑料成型数值模拟越来越重要的作用，以及实际的需要；国内外相继开发了相应的商品化软件，主要有：澳大利亚MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系列软件；美国AC-Tech公司的C-MOLD系列软件（已被MOLDFLOW公司并购）；美国SDRC公司的Polyfill和Polycool-II，德国IKV研究所的CADMOULD系列；法国CISIGRAPH的STRIM 100；我国华中科技大学的华塑CAE 3DRF 5.0等。这些软件功能不一，有的与塑料模具CAD/CAM集成，有的

49、分析功能十分强大，包括从流动分析、冷却保压分析到工艺参数优化和一些特种注射成型（如气体辅助注射）的分析等多种功能。以下主要介绍华塑CAE 3DRF 5.0和MOLDFLOW系列软件1. 华塑CAE 3DRF 5.0软件华塑CAE 3DRF 5.0软件是由华中科技大学塑性成型模拟及模具技术国家重点实验室李德群教授主持开发。该软件系统，无论在数学模型、算法、数据结构还是商品化程度和主要功能上均可与国际同类软件相媲美；但具有非常高的性价比，价格比国外同类软件低很多。该系统是HSCAE软件的最新版本，采用了新的三维图形核心和分析数据模拟显示技术，应用了先进的三维真实感流动分析技术；同时，该CAE软件与

50、华塑CAD模具结构设计与计算校核软件进行集成，实现了塑料成型工艺与模具的CAD/CAE/CAM一体化。目前，该软件已有流动分析和冷却分析两大模块。该系统硬件环境要求较低，并支持Windows98/NT中文简、繁体和英文操作系统。该软件系统的主要技术特点和功能有：几何模型的输入 自带几何造型系统，并支持通用三维CAD系统的STL文件输入；先进的图形和结果显示功能 实现模型及分析结果三维显示，快速旋转、平移、缩放；流动分析结果可随意按时间步显示和回溯；操作方便 系统具有良好的中文界面，支持相关的中国国标，优良的设计操作性能，采用可折叠的目录树管理操作进程和分析数据，让用户能有效的控制整个分析过程的

51、实现；先进的流动分析技术 采用三维真实感注射成型流动分析；强大的分析功能 准确地分析流动前沿、温度场、压力场、剪切力与剪切速率场；自动预测熔接缝和气穴的位置等；开放的数据库 支持国内外塑料数据库，并可以测试并添加新获得的塑料流变数据。2. MOLDFLOW系列软件MOLDFLOW系列软件是由专门从事注射成型CAE软件开发和市场经营的跨国公司MOLDFLOW公司开发的。该系列软件根据功能差别分为MPA（Moldflow Plastics Advisers）和MPI（Moldflow Plastics Insight），其中MPI功能非常强大，包括流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析、结构应力分

52、析、气体辅助注射成型分析、注射工艺参数优化等。以下是MPI的主要技术特性和功能。MPI/FLOW Base Modules基本模块模型及几何建模 能够对各种复杂的产品曲面进行造型，并能对模具冷流道、热流道及冷却管道方便的进行造型，并能自动进行有限单元网格划分；结果显示 能够对计算机计算结果按等值线、光照或按照有限单元、单元节点等多种方式显示，并能方便的放大、缩小、旋转、平移显示结果；标准图形接口 能够将CAD/CAM/CAE软件的IGES格式造型文件方便地输入到Moldflow造型模块，节省造型时间，方便产品分析；有限单元文件接口 能够将ANSYS、Patran、I-DEAS、C-MOLD软件

53、产生的产品造型网格文件通过此接口直接传入到Moldflow软件中，方便的用于分析，无须再对产品进行造型；材料、工艺参数数据库 Moldflow材料、工艺参数数据库中包括近5000种树脂材料和各种常用的模具材料、冷却液、注塑机，方便的为您在模拟分析时提供选择；另外，此模块还可根据产品尺寸和所选材料为您提供初步的工艺参数，包括熔料温度、填充时间、锁模力、注塑压力等；实体模型网格自动生成 此模块可以将CAD软件(如:UG、Pro/E、SolidWorks)中的三维几何产品造型通过STL格式直接划分成Moldflow网格文件，进行Moldflow分析；该模块使用户能更好的将已有的CAD软件与Moldf

54、low软件配合使用，减少产品重复造型，方便快捷，是横跨其他CAD软件和Moldflow软件之间的一座天桥；流动分析 在产品造型、材料、工艺确定后，通过Moldflow流动分析模块的模拟，您可以得到在注塑过程中，熔融树脂填充模具型腔时的各种结果及参数，如：型腔温度、压力、熔料推进过程、锁模力大小、熔接痕出现位置、气穴出现位置等；并能根据产品的几何形状优化注塑时注塑机的螺杆曲线。12.3 分析模型的建立根据已经确定的模具结构形式，按照确定的浇道数据和冷却水路数据在Moldflow中建立模型，进行网格划分、选择材料、创建浇注系统、冷却系统，并设定成型工艺参数。本次设计将基于Moldflow对线圈骨架

55、进行“冷却+流动+翘曲”分析，对线圈骨架成型的翘曲变形进行分析，并结合正交试验法找出影响线圈骨架翘曲变形的主要原因以及使得线圈骨架变形最小的成型工艺参数。根据已经确定的模具结构，在Moldflow中创建分析模型如图12-1。线圈骨架的成型为一模八腔平衡式注射成型，当在Moldflow中一次分析八个型腔的成型时，分析结果最接近实际情况，但是需要的时间很多，为了提高工作效率，本次设计一次只分析两腔的成型，此时将两个塑件、二级和三级分流道以及浇口的出现次数设置为4，一级分流道的出现次数设置为2，如图12-2。图 12-1 线圈骨架成型八腔模型图 12-2 线圈骨架成型两腔模型对比两种模型的分析结果，

56、查看分析两腔时与分析八腔的差别，确定采用分析两腔的方案是否可以代替分析八腔的方案。以下将两种方案流动分析结果的部分对比要素以及结果列于表12-1。从表12-1中可以看出，对于两腔的分析模型设置出现次数后，从填充时间、锁模力、塑件体积和投影面积等方面看，结果较为相近，因此，可以采用两腔的分析方式代替对八腔的分析。表12-1 两腔分析与八腔分析结果对比填充时间八腔两腔锁模力八腔两腔体积和投影面积八腔两腔12.4 确定引起翘曲的主要原因利用Moldflow在ABS塑料成型的默认参数下进行“冷却+流动+翘曲”分析，分离翘曲原因（默认成型参数：模具表面温度：50C，熔体温度230C，填充时间：0.8，V

57、/P转换：自动，保压压力：填充压力80%，保压时间：10s）。所得翘曲（Warp）分析结果如下：（1）线圈骨架在各种因素影响下的总变形量的图形显示结果如图12-3所示：图12-3 总翘曲变形量 从图10-3中可以看出，综合因素影响下的产品变形量为0.1251mm，X、Y、Z 3个方向的总变形量分别为0.0950mm，0.0437mm，0.0895mm。（2）冷却因素引起的产品变形线圈骨架在冷却因素影响下的变形量的图形显示结果如图12-4所示。从图12-4可以看出，冷却因素影响下的产品变形量为0.0016mm，这表明冷却因素不是引起变形的主要因素。图12-4 冷却因素影响下的变形量（3）收缩引起

58、的产品变形线圈骨架在收缩因素影响下的变形量的图形显示结果如图12-5所示。 图12-5 收缩因素影响下的变形量从图12-5可以看出，收缩因素影响下的产品变形量为0.1252mm，产品变形基本上都是由于收缩引起的。（4）分子定向因素引起的产品变形 图12-6 分子定向因素引起的产品变形从图12-6可以看出，分析定向因素影响下的产品变形量为3.026E-09mm，这表明分子定向因素也不是引起变形的主要因素。制件的翘曲包括常温下的翘曲和受试时间、受试温度下的翘曲。翘曲的产生主要与模具设计、塑料类型以及成型工艺三个方面有关。由于塑料成型时流动方向的收缩率比垂直方向的收缩率大，使制件各项收缩不同而翘曲；又由于注射充模时不可避免地在制件内部残留有较大的内应力而引起翘曲，这些都是高应力取向造成变形的表现。所以从根本上说，模具设计决定了翘曲的翘曲倾向，要通过变更成型条件来抑制这种倾向是十分困难的。在前面的设计中，根据线圈骨架的精度要求以及生产批量等，已经确定了模具结构，在此，将利用Moldflow分析软件对线圈骨架的成型条件进行分析，并结合正交试验法确定出使得线圈骨架翘曲变形最小的成型工艺。通过前面分析，我们可以看出线圈骨架的变形主要是由于收缩因素引起的。由于模具结构和塑件材料（ABS）已经确定，在此主要结合实