塑料板凳注塑模具设计（全套图纸）

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1、毕业设计说明书论文(全套CAD图纸) QQ 36396305 摘 要这是一篇关于塑料板凳的注塑模具设计的说明书，同时这篇说明书也具有注塑模具设计的一般共性问题和方法。一个注塑模具的设计过程通常要包含产品造型设计、模具设计、加工制造这三个阶段。本篇设计说明书从大体上来说只包含塑料板凳的产品造型设计和模具设计。板凳是用来承受载荷的，那么它必须具有一定的强度，塑料板凳要满足这一基本要求必须进行结构设计与力分析。结构设计进行的是对塑件的尖角、棱、加强筋、壁厚等的设计；而力分析主要运用静力计算和ANSYS软件的静力分析进行的。结构设计可以帮助进行优化，从而节省材料，而力分析是在已有结构的基础上看是否能够

2、承受一定的载荷，由此合格的塑料板凳的产品造型可设计出。造型设计是模具设计的的前步，有了三维造型就可以在PROE中的mfg模块的模具型腔子模块中进行三维造型的布局、创建工件、创建分型面、分割工件、创建成型零件、生成型腔型芯、加装模架等一系列的步骤，并且最终生成二维图纸。其中加装模架可以进行手工造型加装和运用EMX4.1标准模架库进行加装。手工加装灵活度大，但不方便且耗时;运用EMX4.1进行加装很方便，数十秒内便可加装完毕，但为了能熟练掌握模具结构及其设计，我采用了手工加装的方法。关键词： 注塑模具 塑料板凳 分型面 ANSYS 型腔 型芯 模架Abstract:This paper is a

3、bench on the plastic injection mold design specifications, while this paper also has a general common injection mold design issues and approaches. An injection mold design process usually includes three stages： product design, mold design, manufacturing. This paper only contains plastic bench design

4、 and mold design. Bench is used to bear the load, then it must have some strength, plastic bench to meet the basic requirements for the design and structure must be analyzed. Structural design is the sharp corners, edge, rib, thickness design of the plastic product; mechanics analysis, by using stat

5、ic analysis and static analysis software ANSYS conducted. Optimized structure design can help to save material, and mechanics analysis is the basis of the existing structure to inspect it can bear the load, thus qualified plastic bench of product modeling can design. Product design is the first step

6、 of mold design, with three-dimensional modeling on the mfg in PROE mold cavity module sub-module in three-dimensional modeling of the layout, create jobs, create sub-surface, cutting jobs, create molded parts, generating cavity core, mold, etc. to install a series of steps, and eventually produce t

7、wo dimensional drawings. Which can be manually installed mold molding installation and use of standard mold base library EMX4.1 installation. Manual installation flexibility, yet it is not convenient and time-consuming; use EMX4.1 for easy installation, retrofitting can be completed within tens of s

8、econds, but in order to master the mold structure and design, I used the manual plus installation method.Key words: Injection mold Plastic bench Sub-surface ANSYS Mold core Mold cavity Mold structure 目 录概 论51 塑料板凳的产品设计81.1 注塑模具设计的简要过程81.1.1 塑件分析81.1.2 注塑机的选用91.1.3 模具设计的有关计算91.1.4 模具结构设计91.1.5 排气方式设计

9、91.1.6 模具总体尺寸的确定91.1.7 注塑机参数的校核91.1.8 模具总装配图和零件工作图101.1.9 全面审核投产制造101.2 注塑件设计101.2.1 塑件的设计原则101.2.2 塑件的工艺性分析121.2.3 塑件表面质量分析171.3 塑料板凳的ansys受力分析181.3.1 材料参数查询181.3.2 用ansys进行结构静力分析的过程191.3.3 塑料板凳的ANSYS具体分析步骤201.3.4 分析结论252 注塑模具成型零件设计252.1 成型零件工作尺寸的设计计算262.1.1 尺寸的影响因素及平均收缩率262.2.2 型腔和型芯工作尺寸的计算272.2 型

10、腔的壁厚设计292.2.1 模具型腔侧壁和底板厚度的计算302.2.2 矩形型腔结构尺寸计算312.3 分型面的设计342.3.1 分型面的选择原则342.3.2 分型面的形式352.3.3 型腔总体布置与分型面选择362.4 三板模分型、复位机构设计372.4.1 三板模的开模顺序382.4.2 弹簧382.4.3 复位杆复位393 注射模具浇注系统设计393.1 浇注系统的设计原则403.1.1 保证产品外观质量403.1.2 保证制品上的内部质量403.1.3 流道设计的注意事项403.2 浇注系统设计413.3 主流道设计413.3.1 主流道设计原则423.3.2 浇口衬套的设计42

11、3.4 分流道的设计433.4.1 分流道的截面形状443.4.2 分流道的尺寸453.5 浇口设计453.5.1 浇口种类453.5.2 非限制浇口特点463.5.3 限制浇口特点463.5.4 浇口位置的选择483.6 成型周期503.6.1 注射时间503.6.2 闭模冷却时间513.6.3 取出塑件的时间514 注塑模具的冷却系统设计514.1 冷却与效率524.2 所需冷却时间的计算534.3 冷却水道的设计554.3.1 冷却水道传热面积计算564.3.2 冷却时所需冷却介质的体积流量564.3.3 冷却水道传热面积的计算574.3.4 冷却水道数目的计算585 模架设计595.1

12、 脱模机构的设计595.1.1 脱模机构的设计原则595.1.2 脱模阻力的计算605.2 推杆的设计615.2.1 推杆的形式615.2.2 推杆的位置625.2.3 推杆的固定及配合625.2.4 推杆尺寸的计算635.3 支承零件的设计645.3.1 动模座板和定模座板645.3.2 动模板、定模板645.3.3 支承板655.3.4 垫快655.4 注塑模的导向机构设计655.4.1 导柱导向机构665.4.2 导向孔665.5 排气结构设计675.5.1 排气方式685.5.2 排气槽设计要点686 注塑机参数选择696.1 锁模力的校核706.2 安装尺寸的校核716.3 注射量的

13、校核716.4 模具厚度726.5 开模行程的校核73致 谢74参考文献74概 论注塑模的特点:热塑性塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注塑模的特殊性和设计难度。由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；模腔充满后熔体被部分压缩；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部位、各方向塑料收缩率不同，不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异，同一牌号的树脂或塑料在加工时配方不同其充模流动特性及收缩率也不同。基于上述特点，设计注塑模时首先要充分了解所加

14、工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理适用，并可在设计中有效利用塑料特性，如点浇口模具用于塑料绞链制品。注塑模具设计的基本要求与注意事项：合理地选择模具结构：根据塑件的图纸及技术要求，研究和选择适当的成型方法与设备，结合工厂的机械加工能力，提出模具结构方案，充分征求有关方面的意见，进行分析讨论，以使设计出的模具结构合理，质量可靠中，操作方便。必要时可根据模具设计和加工的需要，提出修改塑件图纸的要求，但需征得用户同意后方可实施。正确地确定模具成型零件的尺寸：成型零件是确定制件形状、尺寸和表面质量的直接因素，关系甚大，需特别注意。计算成型零件尺寸时，一般可采用平均收缩率法。对精度较高并需控制修模余

15、量的制件，可按公差带法计算，对于大型精密制件，最好能用类线法，实测塑件几何形状在不同方向上的收缩率进行计算，以弥补理上难以考虑的某些因素的影响。设计的模具应当制造方便：设计模具时，尽量做到使设计的模具制造容易，等价便宜。特别那些比较复杂的成型零件，必须考虑是采用一般的机械加工方法加工还是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎样进行组装，类似问题在设计模具时均应考虑和解决，同时还应考虑到试模以后的修模，要留有足够的修模余量。充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工：尽量用模具成型出符合塑件设计特点的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，减少浇口、溢边的尺寸，避免不必要的后加工。但应将

16、模具设计与制造的可行性与经济性综合考虑，防止片面性。设计的模具应当效率高、安全可靠中：这一要求涉及到模具设计的许多方面，如浇口系统需充模块、闭模块，温调系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高等。模具零件应耐磨耐用：模具零件的耐用度影响整个模具的使用寿命。因此在设计这类零件时不但应对其材料、加工方法、热处理等提出必要的要求。像推杆一类的销柱件还容易卡住、弯曲、折断，因此而造成的故障占模具故障的大部分。为此还应考虑如何方便地调整与更换，但需注意零件寿命与模具相适应。由上述可知，一个注射模具的设计包含的内容很多，与其设计相关的内容也很多，比如模具设计前的塑件设计、模具设计后的加工制造、试模、修配

17、等任务，这些都是与模具设计系系相关的。图1为本塑料板凳模具设计的三维造型图：图2为模具爆炸视图：图1 三维模具装配图图2 模具爆炸视图1 塑料板凳的产品设计1.1 注塑模具设计的简要过程1.1.1 塑件分析1 明确塑件设计要求仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种、塑件形状、尺寸精度、表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行行和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。2、明确塑件的生产批量小批量生产时，为降低成本，模具尽可能简单；在大批量生产时，应在保证塑件质量前提下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产效率，因此对模具的推出机构，塑件和流道

18、凝料的自动脱模机构提出了严格要求。3、计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。1.1.2 注塑机的选用根据塑件的体积或重量大致确定模具的结构，初步确定注塑机型号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数，如：注塑机定位圈的直径喷嘴前端孔径及球面半径、注塑机最大注塑量、锁模力、固定模板和移动模板面积大小及安装螺孔位置、注塑机拉杆的间距、闭合厚度、开模行程、顶出行程等。、1.1.3 模具设计的有关计算1、凹、凸模零件工作尺寸的计算；2、型腔壁厚、底板厚度的确定；3、模具冷却系统的确定。1.1.4 模具结构设计1、塑件成型分型面选择；2、模具型腔数

19、的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置；3、模具工作零件的结构设计；4、顶出机构与抽芯机构的设计；5、拉料杆的形式选择；1.1.5 排气方式设计1.1.6 模具总体尺寸的确定模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架，在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。1.1.7 注塑机参数的校核1、最大注塑量的校核；2、注塑压力的校核；3、锁模力的校核；4、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核，包括闭合高度、开模行程、模座安装尺寸等几个方面的相关尺寸校核。1.1.8 模具总装配图和零件工作图模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清

20、楚地表达模具中成型制品的形状、浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。模具总装图应包括必要尺寸，如模具闭合尺寸、外形尺寸、特征尺寸（与注塑机配合的定位环尺寸），装配尺寸、极限尺寸（活动零件移动起止点）及技术条件，编写零件明细表等。通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件。1.1.9 全面审核投产制造模具设计员一般应参加加工、组装、试模、投产的全过程。1.2 注塑件设计1.2.1 塑件的设计原则 塑料制件的设计不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，并且尽可能使模具结构简单。这样可使成型工艺稳定，保

21、证塑件质量，又可使生产成本降低。在进行塑件结构工艺性设计时，必须遵循以下几个原则：(1)、在保证塑件的使用性能、物理性能、化学性能与力学性能等的前提下，应考虑塑料的成型工艺性，如流动性、收缩性等。尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。(2)、设计塑件时力求其结构简单、壁厚均匀、成型方便，塑件形状应有利于模具分型、排气、补缩和冷却。(3)、设计塑件时应考虑其模具总体结构合理，模具形腔易于加工制造，模具抽芯和推出机构简单。(4) 、塑件成型前后的辅助工作应尽量少，技术要求应尽量低。同时，在成型以后最好不要再进行机械加工。此设计的塑料板凳使用要求是：能承受一定的载荷比如一个人的体重80kg且结构上具

22、有一定的稳定性；一般在室内使用，因此对光照等环境的腐蚀老化要求不高，那么在选材方面要求也不是太高。此设计的首要条件：其一能载人；其二结构得以优化节省材料。下图1.1为本设计的塑料制品，塑料板凳的三维模型。因现在地板多为木质地板，所以在塑料板凳与地板面接触的部位必须要具有防刮擦措施。基于这一条件，所以在塑料板凳三维造型的腿底部开一个深5mm的槽，以装橡胶垫防刮擦整个结构如图1.2示。图1.1为塑件板凳的三维造型设计 顶部倒圆角R10图1.2为塑件板凳与地面接触部位设计塑件的设计由于塑料成型方法和塑料性能不同而有所差异，因此所选塑料的种类与模具设计有很大的相关性，塑件设计的结构在一定意义上决定着模

23、具的成型零件的设计，而模具的成型零件设计又与冷却浇注系统等结构零件布局相关 ，且整个模具又得安装在模架上。由此可知任何一个环节的模具设计都是具有相关性的，都要综合考虑前后因果关系。1.2.2 塑件的工艺性分析1.材料的特性分析聚乙烯是目前产量最大、应用最广的塑料品种之一。由于它性能优良、容易成型、原料来源丰富、价格便宜，所以发展很快。取乙烯是典型的热塑性塑料，为无臭、无味、无毒的可燃性白色粉未。成型用的聚乙烯均为经过挤出造粒的蜡状颗粒，外观呈乳白色。聚乙烯有一定睥力学强度，比其它的塑料相比差一点，但他价格比较便宜。聚乙烯具有较高的化学稳定性，常不常溶于任何一种已知溶剂，能耐稀硫酸、稀硝酸和任何

24、浓度的其他酸及各种碱、盐溶液，但不耐强氧化酸腐蚀。聚乙烯有高度耐水性，长期与水接触，性能可保持不变。在热、光、氧气作用下，逐渐变脆，力学强度性能下降（老化）。塑料板凳的原材料高密度聚乙烯（HDPE）高密度聚乙烯是聚乙烯在中压或者低压状态下生成的，其密度0.94-0.97g/ ,结晶度较高的（80-90），熔点132-135，塑件使用温度在110以下，脆化温度在-70以下。适于制作承载不高的零件，如齿轮、轴承等。塑料板凳需要具有一定的承载能力，但载荷也不太大也不是交变载荷，此种材料已能满足要求。2、材料的结构形状分析(a)、塑件外形尺寸分析设计塑件外形尺寸除受塑料流动性的影响之外，还受成型设备的

25、限制。注射成型的塑件尺寸要受到注射机注射量、锁模力和模板尺寸的限制压缩和压注成型的塑件尺寸受到压力机最大压力和压力机工作台面最大尺寸的限制。因此，塑件的设计要注意和注射机参数的匹配。(b)、塑件的尺寸精度影响塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状、飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等。一般，为了降低模具加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下，应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。和金属件一样，塑件也有公关要求，目前国内主要依据原第四机械工业部制定的塑件尺寸公差标准（SJ 13721978）。按此标准规定，塑件精

26、度分为8级，其中1、2两级属于精密技术级，只有在特殊要求下使用。在选择精度等级时，应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响。根据塑件精度等级的选用（SJ 13721978），材料为高密度聚乙烯，建议采用的精度等级为6级，但此塑件为板凳不与其它零件配合并且也没有特殊用途，所以我选择7级精度。查塑件尺寸公差表（SJ 13721978）可知公差数值为1.5mm。又按基本尺寸的上下偏差可根据塑件的特点近长入体原则来分配，从板凳的特点可知有高度尺寸、外壁尺寸、内壁尺寸等，现把这些尺寸看做中心距尺寸，在其基本尺寸后取上1.5mm的一半再冠以（+）号。3.塑件壁厚分析设计(a)、塑件壁厚应合理。壁厚过小，一方面难以满

27、足安装、运输、使用所要求的强度和刚度，以及难以承受塑件脱模推力。另一方面塑料熔体充型时流动阻力大，会出现缺料现象。壁太厚，塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷，同时原料浪费。对热固性塑料成型，增加了模压成型时间，并易造成固化不完全；对热塑性塑料成型，则增加了冷却时间，降低生产率，PE属于热塑性塑料，要设法调整参数提高生产率。塑件壁厚一般为14mm，对于本塑料板凳的设计，因其要承受一定的压载荷并且尺寸200*200*150为长宽高之积，在此因本设计结构相对简单（如少了一些加强筋），所以壁厚选择较大值3mm。4、塑件壁的设计包括壁的脱模斜度、壁的连接过渡和壁的加强等结构设计。（a）、塑件的壁厚设计与

28、校核3 如图1.3，此剖面面积1195.67根据材料力学静应力校核公式： 1.3 危险截面投影面积 式中: F 塑料板凳一般情况下所爱的静载荷，800 N； 危险截面的面积、上图所示部分，0.00119567 ，图3示； HDPE 材料的许用拉压应力，25.3Mpa 。把数据代入上述公式得： =0.669 Mpa Mpa从上式计算中可以看出侧壁的截面载荷，理论上远远小于材料的许用应力，所以此设计壁厚是安全的。（b）壁的脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧包在凸模或成型型芯上；或者由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，在设计时塑件表面沿脱模方向应具

29、有合理的脱模斜度，如1.4图示：1.4 拔模示意图本设计塑件的脱模斜度2.5度，如图1.51.5 本设计的拔模斜度塑件脱模斜度的大小，与塑料的性质、收缩率、摩擦因素、塑件壁厚和几何形状有关。脱模斜度设计的原则如下：硬质塑料比软质塑料脱模斜度要大一些；形状复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度；塑件高度较大、也较深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。有时，为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，可通过调整脱模斜度来实现。本塑料板凳的设计属于一般性的日用品，在其精度、尺寸、公差等方面要示较低，但在外观形状方面要求比较高，因此板凳表面要有较高的光洁度。由于对尺寸要求

30、的不是太严格，为了便于脱模，所以将脱模斜度取大点，取2.5度。(c)壁的圆角塑件上，除了使用要求采用尖角之外，其余壁的转角、壁厚过渡处，均应尽可能采用圆角过渡，以减少应力集中，否则会在受力、冲击、振动时发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力就会出现开裂，特别是塑件的内角处，都应设置合理的圆角。这样不公避免应力集中，提高了强度，而且塑件美观，也有利于塑料充型时的流动。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。但是，当采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使钳工劳动量增大或使用多轴联动机床加工，这样相应增加了制造成本。一般情况下R/t至少大于0.25，R为内圆角半径，t为壁厚。(d)、壁的

31、加强为了增强薄壁塑件的强度、刚度，避免其变形，一般情况下采用加强筋。加强筋的主要作用是在不增加壁厚的情况下，增加塑件的强度和刚度，避免塑件变形、翘曲。有利于塑件的结构、尺寸稳定，此外，合理布置加强筋还可以改善充型状况，减少塑件内应力，避免气孔、缩孔、和凹陷等缺陷。加强筋的厚度和塑件壁厚相差不应太大，对于本塑料板凳的设计壁厚为3 mm则取筋板厚度为3mm。若塑件壁厚为t，则加强筋L=（1-3）t，肋宽A=（1/4）t，筋的方向尽可能与料流一致，布局应合理，以减小变形和开裂。图1.6为本设计的加强筋设计。1.6 加强筋1.2.3 塑件表面质量分析塑料制件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量。（a）

32、塑件表面粗糙度塑料原材料的质量、工人操作技术水平以及形腔的表面粗糙度等因素，均对塑件的表面粗糙度有影响，其中形腔表壁的表面粗糙度影响最大。通常，塑件要求的表面粗糙度值越小，形腔表壁越光滑，加工模具时研磨抛光工作要求也越高，模具制造的难度也越大。因此，塑件的表面粗糙度要视具体情况而定，除了考虑使用要求外，还要考虑美观情况，本塑件塑料板凳主是日用品，所以外观是要考虑的第一要素。目前，注射件的表面粗糙度通常为Ra0.025umRa1.25um，形腔表壁的表面粗糙度数值应为塑件的1/2，即Ra0.01umRa0.63um。模具在使用过程中，由于形腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给予抛光复原。（

33、b） 塑件表观质量塑件的表观质量是指塑件成型后的表面缺陷状态，如常见的缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等。它们是由于塑件成型工艺条件、塑件成型原材料的选择、模具总体设计等多种因素造成的，但与塑件的设计是否合理也是有一定关系的。1.3 塑料板凳的ansys受力分析1.3.1 材料参数查询板凳主要用来承受垂直方向的载荷的，例如一个人坐在上面，首先人的重力作用在板凳的顶面部，然后再由板凳的顶面传递给板凳的四条腿，板凳的四条腿与地面接触，结果把载荷传递给地面。当然在这个过程中地面对板凳的四个腿有支承反力的作用，这样塑料板凳就牌受压状态。当然板凳上的载荷不一定是静载荷，

34、比如人坐在上面有时候要不停地动，那么板凳就可能受一定要弯矩作用，这样，板凳就受到垂直向下的力和方向不定的弯矩，这两个方面的载荷作用是很复杂的。为了简化计算和分析，本设计分析只考虑其承受垂直向下的静载荷作用力。塑料板凳的三维简易模型如图1.7示：塑料板凳的应用条件：塑料板凳的受力是比较复杂的，为了分析简化，现假设塑料板凳的上表面受有800N的集中力，上表面的面积为0.0335718，与地板接触的表面有垂直方向的移动约，在anasys中亦就是y轴方向的约束。塑料板凳简易模型的整个壁厚均匀，都是3mm。塑料板凳的材料为HDPE，拉伸强度为27mpa。其属性为：杨氏模量E= 9.2e8 ，泊松比为0.

35、47 。单元类型选择本面体网格10节点的 TET 10node 92 。1.7 ANSYS受力分析的几何模型1.3.2 用ansys进行结构静力分析的过程有限元方法的最广泛应用就是结构分析，在这里的结构不公包含象桥梁、建筑物等建筑工程结构，而且也包括象活塞、机械零件和工具等机械零部件一样的船、航空和机械结构，由上述概述可知，塑料板凳也是一种结构零件，只不过材料不同而已。因此可以用ANSYS进行结构静力分析。ANSYS静力分析过程大致可以分为前处理、建模；加载并求解；后处理、检查结果等这三个大步骤。1.首先建立模型在建立模型之前，先要定义工作文件名，指定分析标题，然后进入到“PREP7”处理器，

36、即进入到主菜单中的“Preprocessor”菜单来建立有限元分析模型，其内容主要包括定义单元、单元实常数、材料属性和几何模型等。上述内容是能用性的，在进行其它类型的分析时也是要必须做的工作，完成上述内容的设置后，对几何模型划分网格，生成一个有限元模型。2.施加载荷并求解在这一步，用户能够定义分析类型、分析选项设置、施加载荷、指定载荷步选项和开始有限元分析求解。对于结构静力分析，ANSYS提供的分析类型和分析选项有很多种每一种都对应着各自的分析类型。对于载荷的施加，用户能够将载荷施加在几何模型（如关键点、线、面或体）或有限元模型（如节点、单元）上，若施加到几何模型上，由ANSYS在求解分析时，

37、也会将载荷转换到有限元模型上。所谓几何模型就是没有进行风格化分时的模型。用于结构静力分析的载荷有说服力：位移、力和力矩、面载荷如压力、体载荷如温度和流通量以及惯性载荷如重力、放置角速度等。在分析过程中，能够施加载荷，也能够对载荷进行删除、运算和列表等操作。指定载荷步选项主要包括普通选项和非线性选项，具体情况视分析类型而论。3.进入后处理，检查分析结果静力分析的结果将写入结构分析结果文件”Jobname.RST”中，这些数据主要包括两大部分：(a)、基本数据：节点位移(UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ)。(b)、导出数据：节点和单元应力、节点和单元应变、单元力、节点反作力等。在结构

38、分析完之后，用户能够进入通用后处理（General Postprocessor POST1）和时间历程后处理器（time-history POST26）中浏览分析结果。其中POST1用于检查整个模型的指定子步上的结果，POST26则用于非线性静力分析中跟踪指定的结果与施加载荷历程的关系。但要注意两点：(a)、在POST1或POST26中浏览结果时，数据库必须包含求解前使用的模型。、结果文件“jobname.RST”必须是可以利用的。在后处理中，用户能够采用下列方式来浏览结果：结构变形显示、集中力的处理、用于梁和管线的单元结果处理、误差估计、彩色云图显示、图形显示、等值线显示、矢量图显示、列表显

39、示以及按路径显示结果等。本设计采用云图显示。1.3.3 塑料板凳的ANSYS具体分析步骤对于本例分析，模型已经由PROE造型完，然后直接由ansys中的import选项直接导入即可。当然这必须先在PROE中要用IGES的格式把三维零件进行保存副本。进行网格化分，创建有限元模型。打开meshtool选择smart size ，精度选择四级，如图1.8示：1.8 网化精度1.9 参数设置单击“global”上的”set”，出现一个如图1.9所示的对话框，在对话框上输入：“size=20”，单击”OK“，又单击工具条上的”mesh”,出现一个拾框，单“pick all”，采用自由网格划分的结果如图1

40、.10示。1.10 板凳造型的有限元模型接下来输入材料属性。在material models 命令中打开“material model available”下面的对话框中，打开strructural-linear-elastic-isotropic 命令出现图1.11示，在方框中填入图示中的数据。单击OK，完成材料属性的设置。施加约束。因为在板凳顶面上作用着垂直向下的力，因此在与地板接触的表面上施加垂直方向的约束，即UY方向的约束，其余的方位不需要施加约束。施加载荷。在有限元模型上面施加面载荷，如图1.12示。有限元模型已经建立，约束、载荷已经设置完成。下面就是求解分析的过程。选择PCG求解器

41、，查看Stress分析结果，如图1.13示。1.11 材料特性设置1.12 顶面加载1.13 求解云图结果由图示可心清楚地看到应力的分布情况，主要是在棱角和截面有突变的地方应力大，在过度比较平缓或表面比较光滑的地方应力较小。最大应力出现在上部的圆孔处，此地方开孔也是为了降低应力。整个区域的应力分布由不同的颜色表示，红色表面应力最大，深蓝色表面应力最小。由图可知整个区域的红色区域很小，只有中间圆孔的上面棱边处，此处应力最大为33.7mpa。紧接着由圆孔向外扩展的一小部分区载，下图1.14可示：图1.13可示红色区域向外一点的棕色区域为应力第二大区域，所占面积也比较小此处应力值为29.5mpa。由

42、棕色区域再向外扩展是深黄和淡黄区域，此处的应力值也比较高分别为25.3mpa 和21.3mpa。还有四面处的棱边处其应力色彩也有显示黄色的，但区域很小。其它区域色彩显示都没有红色和棕色，应力值比较低。1.14 圆孔应力分布图1.3.4 分析结论 整个材料的拉伸强度为27mpa，但有的资料上显示为30mpa，由于在整个简易模型上进行的受力分析显示，其上应力造过30mpa的区域很少，所以HDPE高密度聚乙烯基本满足其强度条件，可以采用。2 注塑模具成型零件设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型芯、型环和镶件等。成型零部件直接与塑料

43、接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具设计的重要部分。成型零部件的设计内容和过程如下：(a)、首先，确定型腔总体结构，根据塑件的结构形状与性能要求，确定成型时塑件的位置，从何处分型，一次成型几个塑件，进浇口和排气位置、脱模方式等。(b)、确定成型零部件的结构类型。从结构工艺性的角度确定型腔各零部件之间的组合方式和各组成零件的具体结构。(c)、计算成型零件的工作尺寸。(d)、进行关键成型零件强度与刚度校核2.1 成型零件工作尺寸的设计计算2.1.1 尺寸的影响因素及平均收缩率 一般来说，在原材料、成型设备及成型工艺条件等其他因素一定的情

44、况下，塑件的尺寸主要是由模具的型腔和型芯尺寸决定的。因此，成型零部件工作尺寸的计算直接关系到塑件的尺寸和精度是否符合图纸要求。塑件在成型过程中产生的最大尺寸误差应等于下列各种误差:模具成型零部件制造误差；模具成型零部件在使用过程中的最大磨损量；塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；模具成型零部件因配合间隙变化而引起塑件尺寸的误差；成型零部件安装误差引起的塑件尺寸误差。即： =+ (2-1) 式中： =（-） (2-2)式中： 塑件的最大收缩率； 塑件的最小收缩率； 塑件的基本尺寸。 式(2-1)中累计误差应不超过塑件规定的公差值，即 （2-3） 将式(2-1)和 式(2-2)代入式（2-3），则

45、有（-）+ 一般情况下用平均收缩率S来计算成型零部件尺寸的基本公式为=+S或者 S= (-)/=/(1+S)式中： 模具成型零部件在常温下的实际尺寸。 塑件在常温下的实际尺寸。 S塑料的平均收缩率。平均收缩率S按下式计算S=（-）100 一般情况下，可取模具制造误差=（1/3-1/4）2.2.2 型腔和型芯工作尺寸的计算模具型腔和型芯工作尺寸的计算结果，主要是依据塑件的尺寸及其公差、塑料的平均收缩率和模具制造误差等数据通过公式计算而得出。塑件上的内孔，是由模具上的型芯所成型。塑件的外形，是由模具上的凹模所成型。塑件上内孔的深度，是由模具上型芯的高度所成型。塑件外形的高度，是由模具上凹模的深度所

46、成型。一般来说，当其他条件一定时，塑件内孔的内径和深度，是由模具型芯的外径和高度所决定；塑件外形的外径和高度，是由模具型腔的内径和深度所决定。因此，要保证塑件的尺寸与精度，就必须正确计算或给出模具成型零部件的尺寸及精度。正确判断塑件每一个类型及其相应成型零件尺寸的类型是关键。为了方便理论计算和实际装配，减少失误，易于纠错，对塑件和模具的尺寸标注形式做如下约定（或称为入体原则）：（1）、塑件的内腔（相当于孔类）尺寸为（可以记录为），对应于模具上的成型零件凸模（相当于轴类）的尺寸为（可以记录为： ）；（2）、塑件的外形（相当于轴类）的尺寸为（可以记录为：），对应于模具上的成型零件凹模（相当于孔类）

47、的尺寸为（可以记录为：）；（3）、塑件的内腔深度（相当于孔类） 的尺寸为 （可以记录为：） ，对应于模具上的成型零件凸模高度（相当于轴类）的尺寸为 （可以记录为：） ；（4）、塑件的外形高度（相当于轴类）的尺寸为（可以记录为：），对应于模具上的成型零件凹模深度（相当于孔类）的尺寸为（可以记录为：）；（5）、塑件 上中心距尺寸为，对应于模具上的成型零件中心距尺寸为。中心距尺寸属于定位尺寸。2.1 塑件的半剖图总之，无论是塑件还是模具，其尺寸及公差标注按照外形公差为负值、内形公差为正值、中心距为双向公差的原则标注，模具尺寸标注见图纸。几点说明：下标s代表塑件，下标m代表模具，以此来区别后面的尺寸是

48、塑件的还是模具的尺寸。比如尺寸指的是塑件尺寸，而尺寸指的是模具尺寸。准确、快速、无误地区分塑件尺寸和模具尺寸，是塑件模具设计的重要问题。2.2 型腔的壁厚设计压缩盛成型模 其又称压缩模，按模具与压机的联接方式分：（a）.移动式压缩模上下模均不与压机固定联接；开模时将模具移出压机工作空间，用卸模架进行开模和推出塑件，这种模具结构简单，但劳动强度大，生产效率低，适用于塑件尺寸不大批量不大的场合。（b）.固定式压缩模 上、下模分别与压机的滑块和工作台固定联接，上下模分别与压机的滑块和工作台固定联接，开模及推出塑件均由压机完成，劳动强度低，生产效率高，但模具结构较移动式压缩模复杂，适用于批量生产，塑件

49、尺寸较大场合。2.2.1 模具型腔侧壁和底板厚度的计算型腔壁厚的强度计算的目的是保证型腔在各种受力条件下的应力值不得超过模具材料的许用应力。2.2 型腔图上图2.2为模具型腔的尺寸图型腔壁厚的钢度计算是要满足三个要求：注射成型过程中不发生溢料；保证塑件尺寸精度要求；保证塑件顺利脱模。当高压熔体注入型腔时，型腔的某些配合面产生间隙，间隙过大则出现溢料。因此，根据塑料的粘度特性，在不产生溢料的前提下，将允许的最大间隙值作为型腔壁厚刚度计算条件。比如，对于低粘度的塑料（PE）等0.025-0.04；某些塑件尺寸要求较高的精度，这就是说，要达此目的，模具型腔的刚度必须很好。此时型腔的允许变形量由塑件尺

50、寸L和公差值来确定=/式中： 与塑件精度等级相对来说应的塑件尺寸公差值有关， ； 塑件尺寸系数，当L200-500时，K=10 ；在本设计中从整体看来模具型腔口的长度是等长的223.1mm，因为PE材料尺寸变形度大，精度不容易控制，所以选择一般精度6级精度。其尺寸公差为1.6mm，把数据代入上式得：=1.6/=0.0615许用刚度值，即型腔的最大允许变形但不能超过此值。为保证塑件顺利脱模的条件是型腔允许的弹性变形量小于塑件壁厚的收缩值，即： 式中： 保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量， 0.0615mm; 塑件厚度，3mm ； S 塑料的收缩率。把数据代入上式，上式不等式成立。2.2.2 矩

51、形型腔结构尺寸计算矩形型腔是指截面呈矩形结构的成型型腔，可分为组合式和整体式两类。整体式可以得到良好的表面外观质量，不会产生飞边流延等缺陷，所以本设计采用整体式型腔。整体式矩形型腔底面由于不存在间隙，不会出现溢料，因此其壁厚计算主要是保证塑件精度和顺利脱模。2.3 整体型腔示意图(a)、 整体式矩形型腔侧壁厚的计算整体式矩形型腔任一侧壁均可看做是三边固定、一边自由的矩形板，因此最大变形发生在该自由边的中心，则有式中： c 由/ = 0.67决定的系数， 取 0.138 ； 侧壁的弹性变形量； P 型腔内熔体的压力，15 mpa ； 承受熔体压力的侧壁度度，150 mm； 型腔侧壁长边长，223

52、.1mm； 许用变形量的，0.0615 mm ； E 模具材料的弹性模量的，45 号钢 2.1Mpa ; S 矩形型腔侧最小侧壁厚度，62.9 mm；把上述数据代入上式 得： = =0.02 mm 0.0615 mm ；侧壁最大应力可用下式计算： / 0.41 时=式中： 型腔侧壁的最大弯曲应力； 弯截面系数，0.172 ； 矩形成形型腔的边长比， = b/ =1 。把上述数据代入上式： = =91.3 Mpa 235 Mpa 所以符合强度校核条件。(b)、整体式矩形型腔底板厚度的计算整体式矩形型腔底板的后面没有支承板，直接支撑在模脚上，中间是悬空的，由于熔体的高压，底板中心产生最大变形量，按

53、刚度，则有式中： h 型腔底板厚度； 由型腔边长比/b 决定的系数 ，b、为塑件型腔的最大边长223.1mm，取0.0138 。、 把数据代入式： =mm (c)、矩形型腔动模支承板厚度的计算矩形型腔动模支承板（或称为型芯支承板）在成型压力作用下发生变形时，导致塑件高度方向超差，分形面发生溢料。对于整体式型腔，只要它的底板厚度已校核了，则动模垫板厚度的选择就不是很严格。2.3 分型面的设计模具上用于取出塑件 和浇注系统凝料的可分离的接触表面通称为分型面。2.3.1 分型面的选择原则选择分型面总的原则是保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构，下面说明分型面选择应考虑的基本原则：(a) 分型面

54、选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。这样便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作。若塑件留在定模，将增加脱模机构的复杂程度。由于凸模固定在定模，开模后塑件收缩包紧凸模使塑件留于定模，增加了脱模难度，使模具结构复杂。然而当塑件带有金属嵌件时，因嵌件不会因收缩而包紧型芯，型腔若仍设于定模，将使模件留于定模，使脱模困难，故应将型腔设在动模。在另外的情况，如内形带有较多的孔或复杂的孔时，塑件成型收缩将包紧在型芯上，型腔设于动模不如设于定模脱模方便，后者公需采用简单的推板脱模机构便可使塑件脱模。对一声不吭这有侧凹或侧孔的塑件，选择分型面应尽可能将侧型芯

55、置于动模部分，以避免在定模内抽芯，同时应使侧抽芯的抽拔距离尽量短。 (b) 分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整 由于分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料痕迹或拼合缝痕迹，因此分型面最好不要设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。此外分型面还影响塑件飞边的位置，设计时应根据塑件使用要求和塑件性能合理选择分型面。(c) 分型面的选择应保证塑件尺寸精度塑件中有配合精度要求的D 和d 两表面有同轴度要求时，选择分型面应尽可能使D 和d同置于动模成型；若分型面选择使D 和d分别在动模与定模内成型，这将由于合模误差不利于保证其同轴度要求。(d) 分型面选择应有利于排气

56、分型面选择应尽可能使分型面与料流未端重合，这样才有利于排气(e) 分型面选择应便于模具零件的加工采用一垂直于开模运动方向的平面作为分型面，凸模零件加工不便而改用倾斜分型面则使凸模便于加工。(f) 分型面的选择应考虑注射机的技术规格当塑件在分型面上的投影面积接近注射机最大成型面积时，将可能产生溢料，若将分型面改变形式，则把投影到分型面的塑件面积减小，则可克服溢料现象。对于塑件高度较大时，当取出塑件所需开模行程超过注射机的最大开模行程时，可改用平行于开模方向的瓣合模分型面，但这将使塑件上留下分型面痕迹，影响塑件外观。由此可见，在应用上述原则选择分型面时，有时会出现相悖，当对制品外观要求高，不允许有

57、分型痕迹时的分型面与塑件较高时采用的分型面两者截然不同，总之选择分型面应综合考虑各种因素的影响，权衡利弊，以取得最佳效果。2.3.2 分型面的形式 按分型面的位置来分，分型面有垂直于注射机开模运动方向，平等于开模运动方向和倾斜于开模方向。按分型面的形状来分，有平面分型面、曲面分型面和阶梯分型面。一副模具可以有一个或一个以上的分型面，常见单分型面模具只有一个与开模运动方向垂直的分型面。有时为了取出浇注系统凝料，如采用针点浇口时，需增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面；有时为了实现侧向抽芯，也需要另增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面。对于有侧凹或侧孔的制品，则可采用平行于开模方向的瓣合模式分型面

58、，开模时先使动模与定模从1分开面分开，然后再使瓣合模从2分型面分开。分型面选择是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大影响，按决定了模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。模具设计时应在根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。2.3.3 型腔总体布置与分型面选择形腔总体设计包括分型面的选择、型腔数目的确定及其配置、进浇点与排气位置的选择、脱模方式等，1、型腔数目的确定，由于塑件板凳比较大，一个板凳就得350克塑料，若一个模具太多的型腔，则对注塑机的要求就很高，因此本设计采用一模两腔，即经济又可以提高加工效率。2、多型腔

59、的排列 尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定。型腔布置和浇口开设部位力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸。型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和H形排列，从平衡的角度来看应尽量H形排列。本设计采用H形排列，一个模具就两个型腔，如图2.4示：2.4 模具型腔3、分型面的选择分型面的选择可以有好多种方案，但是在这么多方案中应该选择一个开模容易、取塑件不麻烦、模具制造相对简单的一个分型面。因为本设计采用的是点浇口，所以就得

60、用两个分型面：一个主分型面，取板凳；一个辅助分型面，取浇注流道中的凝料。下图为模具浇注系统图2.5。2.5 浇注系统图由图可知在型腔上部的分流道处是一个辅助分型面，为了取出主流道、分流道、浇口处的凝料；而型腔下方，凸模固定板上方的联接面是主分型面，此处是为了取出塑料板凳。2.4 三板模分型、复位机构设计保证模具的开模顺序和开模距离的结构，叫定距分型机构。定距分型机构有很多种，主要可分成内置式定距分型机构和外置式定距分型机构两种。2.4.1 三板模的开模顺序（1）、在弹簧、开闭器和拉料杆的综合影响下，模具首先流道据推板和定模板分开，流道凝料和制品分离。（2）、其次是流道推板和面板分开，浇口拉料杆从流道凝料中强行脱出，流道凝料在重力和振动的作用下自动脱落。（3）、注射机动模板继续后移，模具从定模板之间打开，最后推杆将制品推离模具。这样的开模顺序，可以让制品在模具内的冷却时间与流道推板和动模板打开时间及流道推板和面板打开时间重叠，从而缩短了模具的注射周期。如果定模板和动模板之间不用弹簧开闭器，而是用拉条，则开模顺序通常是：流道推板和定模板还是先打开，其次是定模板和动模板之间打开，最后动模板通