302 小电机外壳造型和注射模具设计

302 小电机外壳造型和注射模具设计,电机,机电,外壳,造型,以及,注射,模具设计 南 昌 航 空 工 业 学 院毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文) 题目：小电机外壳造型和注射模具设计及 CAE 分析II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：一、原始资料：小电机外壳，UG-NX 及设计所涉及的相关软件。二、技术要求：1分析零件的工艺性，完成产品的 UG 建模并绘制 产品图； 2设计的注射模具应生产出符合图纸要求的产品并满足大批量生产要求；3. 选用国产 SZ 系列卧式注射机。III、毕 业设计(论文)工作内容及完成 时间：1查阅资料，学习并熟悉设计中所需软件。 3.214.062翻译外文资料，完成开题报告。 4.064.163建立产品模型，确定注射工艺和模具结构。 4.165.064绘制模具总装图和零件图。 5.065.31 5. 进行数值模拟撰写毕业论文。 5.316.15 、主 要参考资料：1UGNXCAD 快速入门指导， 清华大学工业出版社 2003 年2塑料模具设计， 秦蕊编， 西北工业大学出版社 1992 年3模具结构图册， 郑大中等编 机械工业出版社 1992 年 4模具设计与制造简明手册 上海科学技术出版社 1985 年5Donggang Yao, Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufacturing Science and Engineering. November 2004, Vol.126/7336. The Thickness Profile of Ultra-High Molecular Weight PolytheneFilms During Sequential Biaxial Drawing .Polymer Engineering andScience ,January 2003.Vol.43 , No.1.材料 系 锻压 专业类 010J13 班学生： 肖斌日期：自 05 年 3 月 21 日 至 05 年 6 月 24 日指导教师：刘新宇 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室主任：附注:任 务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 1 页 共 6 页外文翻译：注射模部件的小型化尺度问题摘要：注射模部件的小型化尺度问题引起了相关设计和及其过程参数的改变，结果产生了相关尺度效应，尺度效应可以是一阶的或二阶的。一阶可以用标准模型来描述，而二阶则不可。本文只针对注射模小型化所产生的一阶尺度效应进行分析，通过注射模热传递和流动过程的尺度分析，尺度效应对模具性能参数改变的分析，提出了在超薄壁零件和微型构件中消除或减少相关尺度模难题的方法。特别地提出了一种比例充填方法，并经实验得到证实。关键词：小型化 注射模 尺度分析 尺度效应1、 概述注射模部件在尺寸和重量方面的小型化已经成为一种不可阻挡的趋势，例如电子器件的注射模设计，经历了从标准模到薄壁模设计的转变，对一些特殊的器件，应该用超薄壁模设计，电子部件的小型化需要在增加 L/T 比时降低零件厚度。对这些模具进行设计时 L/T 比在 10 到 100 之间或稍大。塑料制品由于其自身的优点使得在光电通讯、影像传输、生化医疗、信息存储、精密机械等应用领域扮演着重要角色。为了能够生产具有实用价值的微细组件，许多新兴制造技术随之产生，包括光刻，电铸及脱模技术(LIGA)、紫外光蚀刻技术(UV)、放电加工(EDM) 、微注射成型、精密磨削和精密切削等。微注射成型技术以容易实现低成本大规模生产具有精密微细结构零件的优点成为世界制造技术的研究热点之一。世界上目前有几个大学和研究机构在进行研究，并且许多微细结构零件应用微注射成型已获得成功。最近在深度 X 射线和微电子器件成型方面的研究进展使得制造 0.5100m 尺度和 L/T 在 510 之间的微型部件成为可能。然而高 L/T 注射模的设计仍然是一技术难题。 系统尺度减小时，常常引起主要相互作用力的改变，导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。许多现有的、成熟的注射成型技术和理论可能行不通，必须在理论和实践上对微注射成型工艺的技术特点进行系统和彻底的研究与探讨。注射模中需要解决的尺度相关问题是如何把标准件模成型设计的过程经过合适尺度化用于小型化南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 2 页 共 6 页部件。标准件注射模充填时间从十分之一秒到十分之几秒，注射压力从几兆帕到大约200 兆帕，周期从几秒到几十秒。这些注射成型条件由于采用的是标准件，型腔中塑料熔体均匀流动使得产品可以达到预想结果。通过分析模具工艺所存在的尺度限制、研究进展和方法，可以得出高 L/T 超薄壁注射模设计当前所存在的困难的解决方法。小型化引起的尺度效应可以是一阶的，也可以是二阶的，一阶尺度效应可以用连续介质力学理论进行预测，而二阶则不可。注射模一阶尺度效应的一个表现是部件厚度减少时浇口热导增加。尺度效应可以使得微塑性成型的某些特性与传统成型相比发生很大变化，对材料的塑性变形行为，流动变形规律和磨擦行为等均有较大的影响。关于二阶尺度效应的讨论很多，本文主要关于一阶尺度效应，由于它可以用经典的连续介质力学模型来研究。微成型件尺寸的不断减少，成型件表面积与体积的比值大幅增加。单个晶粒对坯料的机械性能和变形行为的影响开始成为主导。然而，尺度所引起的质量问题很难预测。尺度减小时，部件应该完全填充并很好的满足设计者的初衷。成型性，是需要关注的一个重要问题。由于成型直接受到型腔聚合物的流动和热传递过程的影响，因而分析聚合物的流动和热传递过程注射模的尺度效应时是有用的。在这篇文章中，首先用无因次分析来研究尺度效应对注射模流动和热传递工艺的影响，成功地进行了模成型仿真。关于无因次分析在材料成型中的应用可以在有关书中找到（modeling in materials processing by Tucker and Dantzig ） 。相关论述中提出无因次分析在尺度行为方面的研究。特别是提出了一种尺度充填方法，并经实验得到证实。2无因次分析薄壁腔和窄流道的聚合物熔体流动普遍采用广义 Hele-Shaw 流动模型，通常近似假设流体在一恒定时间内达到稳态流动，忽略其惰性效应，近似认为为牛顿流体，以一维流动分析为例，根据能量守恒定律，Hele-Shaw 流动模型可以写为： 式（1）z 和 x 分别为厚度和流动方向， x 是液层流动速率，P 是压力， 为黏度，牛顿流动模型的有效性可以用魏森贝格数（Weissenberg）证实。高的熔化温度时，由于Weissenberg 数较小，松弛时间较短，流体可以认为是纯粘性的。下面的讨论中，用于标准注射模成型中，型腔边界假定无流动。21 等温聚合物流动假定不考虑热交换，方程（1）可以写成与厚度无关的形式，见式（2） ，H 为制件南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 3 页 共 6 页厚度， x 是标准化厚度后的流速。黏度与剪切速率和压力相关。方程（2）表明相同的压力作用于不同壁厚的模具型腔浇口时，具有相同的剪切速率和切向压力，从而有相同的粘性。进而可推出等温聚合物流体压力相同时，L/T 与制件壁厚无关。这只是当雷诺数与几何尺寸匹配时，同等流量的一个特例。流动中处理尺寸问题时用相同的标准化平均速度是有用的。式（3）中 是流体密度，可以看到，雷诺数与制件厚度的平方成正比。Weissenberg 数也可以用下面式子表示，见式（4） ，其中 为标准化厚L度后的流体长度， 为黏弹性流体挤压后产生弹应力的松弛时间。可以看到流速 相u同时具有相同的 Ws 数。因此，Hele-Shaw 流动模型对于小型化的型腔仍然适用。图1：表面张力相对腔长度的变化对于同构几何尺寸因子可以用于研究无因子群尺度效应，见式（5） ，其中 H0 是初始厚度， H1 为小型化的厚度，比例定律对于雷诺数有式（ 6） ，对于 Weissenberg 数有式（7） ，可以看到 Weissenberg 数是与尺寸无关的。22 表面张力效应型腔变薄时，熔体前沿表面张力将增加。对于细长型腔，由于表面张力熔化界面的对应压力可由式（8）计算；s 是 N/m 单位上液体表面张力， 是腔壁与液体的接触角。另一方面，与粘应力有关的聚合物入口压强可由下式表示：式（9） 。上面关于表面张力 Sur 的定义是近似的，因为表面张力效应接触角近似为非常小，cos0.对于一聚合物熔体有式（11）的关系.将式（11）带入式（10）可得式（12） 。假如考虑=1000 Pa-s，=100/s，s=0.05N/m.表面张力作为 L 的函数列于图 1。可以看出型腔长度大于 10m 时表面张力不到 1%.2.3 非等温聚合物向量-张力形式能量方程以下面形式给出：式（13） ，其中 Cp 为定压比热容，k 为传热系数， 是张量，T 为温度，t 为时间贝克来数（Peclet）：代表对流强度和扩散强度的相对大小。Pe 数定义为式（14） ，其中 为传热系数，对于聚合物，10-7m2/s,取流速 =100/s, 一般尺u寸的注射模有 L=20cm,H=2mm,可以得到 Pe=4105.格雷茨数（Graetz）:是一个方向热对流和另一方向对流的比值，这个无因次量用于主要对流方向和热导方向不同且具有不同的特征长度。在注射模细长腔中主要对流方向为流体流动方向，而对流方向为壁厚方向。Gz 数可由下式表示：（16） ，对于标南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 4 页 共 6 页准注射模，10-7m2/s, =100/s,L=20cm,H=2mm,可得 Gz=40。u布伦克曼数（Brinkman）:Br 数可以表示成式（18）所示，流速 u=100/s，=1000Pa-s,L=20cm,k=0.2W/m-0C, T=1000C,可得 Br 数为 2.2.4 冻结时间量度从 Gz 数和 Br 数的尺度分析可以看出，比较厚度方向的热导,对流和粘性耗散在能量方程中会很快减小。填充阶段浇口温度随零件厚度的变化见图 2。对于大约 2mm 厚的标准零件，型腔内部温度由于粘性加热而增加。对于有 0.5mm 厚的薄壁零件，会有很强的热对流使得平均温度很快降低。在超薄壁模和微模成型中，填充阶段熔体的冻结时间可以由简单一维热传导方程求得，基于方程（19） ，冻结时间 tf可以由整个聚合物熔体达到冻结温度 Tg 的时间来预测，见式（20） ，其中 Ti 为注射温度，Tw 为模具型腔温度， 3 、成型尺度分析塑料原料如何更好的流动和注入型腔成型可以参照压力流体长度曲线，填充长度采用 L/T 比可以更好的得到理解，对于恒定粘性等温流体的细长腔， 可以用下面L的方程预测，式（21） ，从方程中可以看出，成型性与尺度因子是无关的，因此零件尺度减小时成型性并不会改变。聚碳酸酯被作为塑料原料，注射温度设为 2650C，同时采用 1200C 注射温度的成型环境做比较，并把 2650C 环境仿真等温成型环境（等温环境下填充过程由于粘性耗散效应实际上并不是等温的） ，两种环境下流速分别为 =1000/s 和 100/s，第一个流速u为快速注射速度而第二个为标准注射速度，仿真过程采用细长型腔，四种不同厚度的零件（2.5mm，0.5mm，0.1mm，0.02mm） ，其宽厚比保持恒定为 10.仿真结果见图 4-7，这些结果会在下面进行讨论。3.1 冷模腔尺度填充冷模腔是指成型温度设定为 1200C 的成型。L/T 比与注射压力的关系见图 4 和图5，从仿真结果可以看出，在冷模腔填充过程简单的功率定律对 并不适用。L上面用冷腔模定性地分析了其结果，当制件厚度减至 0.25mm 时塑料原料的冷却温度为十分之一秒。因而注射时间接近临界冷却时间时，需要大量的注射压力。对于标准制件，冷却时间大约 10s。3.2 等温模条件填充南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 5 页 共 6 页等温模条件成型结果见图 6 和图 7，通过和冷模条件下结果对比可以看到与等温模条件下填充有很大的不同。首先，填充同样几何尺寸所需要的注射压力相对很小。其次，注射速度的变化引起注射压力的变化完全不同。在冷模填充过程中，注射速度加快时薄壁和超薄壁零件的注射压力也增加（如图 4 和图 5） 。第三点不同是冷模下的填充过程和等温聚合物的填充过程区别相当的明显，特别是注射速度很低时。对于真正的等温填充，所有的曲线应该完全重合。实际中出现偏离的原因在于聚合物中真正的温度场并非等温的，由于流动过程中的剪切发热，聚合物内部的温度高于等温模的温度，零件厚度增加时聚合物内部温度也增加，除了厚度，注射速度在成型中也扮演了很重要的角色，当注射温度降低时剪切发热效应降低，尺度变化的流体可以由低的填充速度得到。比较图 6 和图 7 可以看到流速为 100/s 时剪切温度的升高远小于流速为 1000/s 时的情况。等温环境下对于超薄壁模和微模成型，注射速度为100/s 左右时尺度填充是有效的。4微尺度填充的实验研究低注射速度下的微尺度填充通过采用 Boy 30M 的注射机加以验证，实验采用Bayer 聚碳酸酯 CD2000 作为塑料原料,三个不同深度的流道（25m，150m，1mm）如图 8 所示，1mm 深的流道用于薄壁模成型，150m 深的流道用于超薄壁模成型，25m 深的流道用于微模成型。三个流道被连接在同一个横截面为 0.5in.0.5in.，深度为 0.25in.的熔体管上，熔体被加热至 2650C，注射速度调至注射机最大速度的 30%，填充时间设为 3s，保压设为 80Bar,保压时间设为3s，注模阶段完成后，用一晚的时间来冷却。这么长的冷却时间可以认为对流体长度是没有影响的，因为流体长度直接跟填充过程有关。图 9 所示为不同流体厚度与 L/T比值的相对关系。在同类研究中，如文献22采用快速热模成型研究超薄和微细结构的成型，结果表明：等温条件下填充过程，通过设定低的注射速度可以实现微尺度填充。5结论注射模零件的小型化尺寸问题引起了相关设计和过程参数的改变，本文分析了成型过程中零件小型化时所带来的一阶尺度效应，通过对几个无因次量进行分析，控制方程的有效性和影响流体流动过程中热传递的几个因素均得到了证实，只要流体长度远大于壁厚，超薄壁模和微模成型过程的表面张力可以认为是影响很小的，CAE 的应用，南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 6 页 共 6 页使得可以通过控制注射压力、注射速度和零件厚度来控制成型过程。经实验证明，等温条件下填充过程，通过设定低的注射速度实现了微尺度填充。不过对于具有标准厚度的零部件，对流和多孔渗透的介质流的影响是很大的，它们会迅速下降当零部件厚度减小时。对于超薄和微细结构的部件，厚度方向上的热导在能量方程中起很重要的作用。在薄壁模中，快速注射用于致谢对国家自然科学基金提供的经济上的帮助表示感谢！同时文中所有观点、发现和建议均代表作者自己的意思，并不代表国家自然科学基金会的观点。参考文献（略）减小成型的难度，而超薄和微细结构的成型则采用热模来完成填充。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 1 页 共 2 页小电机外壳造型和注射模具设计及 CAE 分析学生姓名 肖斌 班级 010J13指导老师 常春 刘新宇摘要：注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。本设计以目前最先进的三维高端软件 UG 为核心，实现对小电机外壳的三维造型。通过对电机外壳的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。在模具设计中，采用一模两腔的布局，二板式的模架结构。并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用适合的标准模架及标准件，完成对电机外壳的一套完整的模具设计方案。另外，为得到合格的塑件制品，在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟（CAE）分析，帮助分析潜在的问题，优化模具结构、工艺参数，以便及时修改制件和模具设计。结果表明，同传统的模具设计相比，CAE 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。关键词： 注射模具 三维造型 CAE 分析 指导老师签名：南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 2 页 共 2 页Micromotor shell modeling and injection mold design and CAE analysisAuthor: Xiao Bin Class: 010J13Director: Chang Chun Liu Xinyu Abstract: Injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring its production technology.Based on the present advanced 3D software UG , This paper realized the 3D modeling for the micromotor shell, analyzed the process and material of Micromotor shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .In the design process ，it used the configuration of two cavity in one plate and architecture of double-plate mould base. And through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the Micromotor shell。In addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the CAE analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. Results proved that CAE technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor. Keywords: Injection Mold 3D Modeling CAE AnalysisDirector signature:南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 1 页 共 34 页目 录1 引言 -31.1 塑料简介 -31.2 注塑成型及注塑模 -32 塑料材料分析 -521 塑料材料的基本特性 -522 塑件材料成型性能 -623 塑件材料成型条件 -73 塑件的工艺分析 -731 塑件的结构设计 -832 塑件尺寸及精度 -933 塑件表面粗糙度 -934 塑件的体积和质量 -104 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定 -1041 注射成型工艺过程分析 -1042 浇口种类的确定 -1143 型腔数目的确定 -1144 注射机的选择和校核 -114.4.1 注射量的校核 -124.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 -124.4.3 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 -135 注射模具结构设计 -1451 分型面的设计 -1452 型腔的布局 -1553 浇注系统的设计 -15531 浇注系统组成 -15532 确定浇注系统的原则 -16533 主流道的设计 -16534 分流道的设计 -17535 浇口的设计 -18536 冷料穴的设计 -1954 注射模成型零部件的设计 -19541 成型零部件结构设计 -19542 成型零部件工作尺寸的计算 -2055 排气结构设计 -2056 脱模机构的设计 -21561 脱模机构的选用原则 -21南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 2 页 共 34 页562 脱模机构类型的选择 -21563 推杆机构具体设计 -21564 脱模动作原理 -2257 模具总装图 -2358 注射模温度调节系统 -24581 温度调节对塑件质量的影响 -24582 冷却系统之设计规则 -2459 模架及标准件的选用 -25591 模架的选用 -25592 标准件的选用 -256 模具材料的选用 -2661 成型零件材料选用 -2662 注射模用钢种 -267 注射成型工艺过程模拟分析 -27总结 -32致谢 -32参考文献 -33南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 3 页 共 34 页1 引言模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。1.1 塑料简介塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能 1。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。1.2 注塑成型及注塑模将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的 30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 4 页 共 34 页注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成 2 。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型） 。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的 MOLDFLOW、美国的 CFLOW、华中科技大学的 H-FLOW 等。其中 MOLDFLOW 软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称 MPA） ，MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称 MPI） ，MOLDFLOW PLASTICS XPERT 南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 5 页 共 34 页（注射成型过程控制专家，简称 MPX） 。采用 CAE 技术，可以完全代替试模，CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义 3。2 塑料材料分析21 塑料材料的基本特性中国目前小孩比例甚多，市场也看中了这一点，为了适应小孩的需要，很多厂家开始生产以小孩为主要消费者的各种玩具，本次设计就是以此为基点，设计生产一套小电机外壳造型的注射模具，该电机外壳类似电吹风，玲珑小巧，握在掌心，在炎热夏季做清凉解暑之用，颇受小孩子喜欢，具有广阔的市场前景。设计中利用 CAD/CAE技术进行模具设计和成型工艺分析。首先，在三维高端软件 UGNX 上进行产品 3D 造型，然后使用 Auto CAD 绘制注射模具总装图和模具零件图，最后将产品三维图转入MOLDFLOW 软件中进行注射工艺过程模拟分析，确定最佳的注射工艺参数，同时分析制品缺陷的原因及解决办法。图（1）塑件三维造型图塑件三维造型如图（1）所示，显示的是塑件的三维等轴侧视图，外壳分为左右两部分，整体上呈对称结构，边侧开个小孔，用于伸出小电动机的转轴部分，近侧壁一方装有类似肋板的电机固定装置，下部伸出部分各有一个锪平孔，用于装配玩具风扇南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 6 页 共 34 页手柄。且一方开一小槽，用于电池与电机的联接。外壳两部分互设有配合边缘，四周设有四个导向装置，便于快速装配使用。该电机外壳外表光滑，呈透明状。故选用材料为聚苯乙烯 PS，它是一种优良的热塑性工程材料。22 塑件材料成型性能塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣，同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。PS 成型性能主要有：聚苯乙烯（Polystyrene）简称 PS。其世界产量仅次于 PE、PVC、PP 居世界第四位，后来高抗冲级的 PS 产生（简写 HIPS）拓宽了 PS 的用途范围。PS 为无定型、非极性线性高聚物。由于在分子链上有苯环取代基，分子的不对称性增加，内旋转受到限制，为此，呈现刚性，性脆。玻璃化温度较高，为80100 ，分子量一般在 5 万20 万。CPS 的密度为 1.054 ，为无色透明粒状热塑性树脂。具有良好的化学稳定3/cmg性，它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮类、酯类等。能耐一般酸、碱、盐的腐蚀。热稳定性好，成型温度范围宽，在粘流态下温度的少许波动不会影响注射过程。吸湿性极小，只有 0.02%0.06%，所以在加工前，可以不干燥，又其比热较低，所以塑化效率高，在模具中固化快，成型周期短。PS 收缩率低，只有 0.4%0.7%，对模制品影响不大。PS 具有一定的力学强度，化学稳定性及电气性能都较优良，透光性好，达88%92%，仅次于有机玻璃，折光率为 1.591.60，具有优良的电绝缘性能，一般不受温度、湿度的影响。着色性佳，并易于成形。它的特点是差不多完全能耐水。缺点是耐热性较低，而且其制品由于内应力容易碎裂，仅能于低负荷和不高的温度(6075)下使用，所以在成型中一定要注意这个问题，清除内应力除调节工艺参数、模具结构等之外，还可将制品进行后处理以消除内应力，如将其置于 6075热水浴中或烘箱中， “退火”处理 13 小时。冷却定型温度应小于 50，可使制品表面光亮、平滑。处于粘流态的聚苯乙烯，其粘度对剪切速率和温度都比较敏感，在注射成型中无南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 7 页 共 34 页论是增大注射压力或升高温度都会使熔融粘度显着下降。因此，聚苯乙烯既可用于螺杆式也可用于柱塞式注射机成型。在此选用柱塞式注射机。料筒温度控制在140260之间，喷嘴温度为 170190，注射压力为 60150MPa，为了使制品顺利脱模，模壁斜度应增大至 12 度。PS 主要用于各种仪表外壳，骨架，仪表指示灯，灯罩，汽车灯罩，化工贮酸槽、酸输送槽(特别如氢氟酸)，化学仪器零件，电讯零件，由于透明度好，还可用于制造光学仪器零件及透镜 4。23 塑件材料成型条件确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近，只有这样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效率和经济效益。PS 的注射工艺条件参数见表 1、2 和 3。表 1 PS 的注射工艺参数料筒温度注射机类型预热温度 喷嘴温度前段 后段模具温度柱塞式 6075 160170 170190 140160 2060表 2 PS 的注射工艺参数注射压力 MPa成型时间 S冷却时间 S成型周期S后处理介质后处理温度后处理时间 S601001545 1530 4090 热水浴或鼓风烘箱70 24表 3 PS 的热处理条件塑料 热处理介质 处理温度 制件厚度 mm 处理时间 min6070 63060PS 空气或水7077 7120360南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 8 页 共 34 页3 塑件的工艺分析在模具设计之前需要对塑伯的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。电动机外壳如图（2）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构并不太复杂，只是几何形状有点不规则，外轮廓线由圆弧和直线组成。图（2）玩具小电动机外壳平面视图31 塑件的结构设计（1） 、脱模斜度由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取 0.51.5 ，根据文献1，塑件材料 PS 的型腔脱模斜度为 35 1 30/ ，型芯 /脱模斜度为 30/1（2） 、塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 9 页 共 34 页模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在14 ，最常用的数值为 23 。该小电机外壳壁厚均匀，周边和底部壁厚均为mm2 。壳内凸出部件的壁厚均为 1（3） 、塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于 0.51 的圆角。一般外圆弧半径大m于壁厚的 0.5 倍，内圆角半径应是壁厚的 0.5 倍。该小电机外壳表面圆角半径为 2 ，内部转弯处圆角半径为 1（4） 、孔塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。本设计中孔都在侧面或边缘，能采用型芯直接加工成型。32 塑件尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为PS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献2表 3-2 塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据文献2，选用一般精度等级，PS 的精度等级一般为四级，可在文献中查到相应的公差值。 南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 10 页 共 34 页33 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为 Ra 0.021.25 之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2，即 Ra m0.010.63 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多，为 Ra0.4 ，内部为 0.8 。m外部接手柄区域粗糙度加大，主要是为了装配牢固和方便，且增加摩擦力以便小孩拿紧该小电扇。34 塑件的体积和质量用 UGNX 软件对该小电机外壳进行三维实体造型，然后用分析模块对其进行质量特性分析，输入材料密度（ 的密度为 ） ，即可以得出该塑件制品上半PS054.13/cmg部分的体积为 ，质量为 克。下半部分体积为 ，质量为 克。2.33cm9. 27.3c45.4 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定41、注射成型工艺过程分析 5根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。（1） 、成型前对原材料的预处理根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，PS 材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。如有需要，可在 70 80 下干燥 24 h。（2） 、料筒的清洗在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 11 页 共 34 页料清洗，也可采用对空注射法清洗。 （3） 、脱模剂的选用脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油） ，硅油，对 PS 材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。第二步: 注射成型过程完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。第三步：制件的后处理注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为 PS，就采用退火处理 13 小时。42 浇口种类的确定注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。由于本设计中塑件小电机外壳外表面质量要求较高，不允许出现浇口痕迹，所以选用潜伏式浇口。潜伏浇口有自外直接接塑件表面和从内侧接于塑件的不外露部分，或从内侧接于推杆上，而在推杆上做出进料通道。潜伏浇口的侧倾角可以在较大的范围内依塑件的具体形状选择。其直径与点浇口相同。引入的圆锥角 约在 10左右。潜伏式浇口具有开模时自动切断、浇口痕迹小、结构相对简单（采用两板式模具结构）并且塑料流动平衡等优点， 可以有效提高生产效率，缩短成型周期，节约成型材料和塑件去浇口清理等工作，尤其是对外形尺寸较小的产品。43 型腔数目的确定因为本设计中采用潜伏式浇口，且塑件的尺寸较小，电机外壳分为上下两部分，南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 12 页 共 34 页为保证一次加工过程中各种参数均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模两腔，装载两部分零件，进行加工生产。44 注射机的选择和校核由于两个塑件的体积和质量相差不大，故采用体积较大的塑件（3.22 ）作3cm为参考由于采用一模两腔，需要至少注射量为 6.44 ，再根据工艺参数（主要是3cm注射压力） ，综合考虑各种因素，选定注射机为 。注射方式为柱塞式，其0ZXS有关性能参数为：额定注射量: 30 注射压力: 1193cmMPa注射行程: 130 注射时间: 2.9 S合模力: 250 最大成型面积: 90KN3cm最大开模行程: 160 模具最大厚度: 180模具最小厚度: 60 模板最大距离: 340合模方式: 液压-机械式4.4.1 注射量的校核模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的 80%以内。校核公式为：mn%8021式中 -型腔数量-单个塑件的体积（ ）1 3c-浇注系统所需塑料的体积（ ）2 3本设计中： 3.22 =2.27 30n1m32m3c240%871.21 注射量符合要求4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 13 页 共 34 页An21式中 n -型腔数目-单个塑件在模具分型面上的投影面积1A-浇注系统在模具分型面上的投影面积2-注射机允许使用的最大成型面积n=2 =13.57 =3.38 =9012cm2cA2cm=22An905.38.57.3投影面积符合要求注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即：（ ）P F21An式中： P塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）F注射机额定锁模力（N）其它意义同上根据文献2表 5-1，聚苯乙烯推荐使用的型腔压力为 1522 MPa，在此取 P=MPa18（ ）P=21AnN250493618305锁模力符合要求443、模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核（1） 、模具厚度（闭合高度）模具闭合高度必须满足以下公式 maxminH式中 -注射机允许的最大模厚i-注射机允许的最小模厚ax本设计中 180760符合要求（2） 、开模行程（S）的校核南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 14 页 共 34 页模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于液压-机械式合模机构的注射机，其开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模应有： mHS10521max式中 -推出距离1-包括浇注系统凝料在内的塑件高度2本设计中 =160 = 15 mm = 15 mmmaxS12经计算，符合要要求。（3） 、顶出装置的校核在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两侧顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。XS-Z-30 型注射机为两侧推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。5 注射模具结构设计51 分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；2）使塑件在开模后留在动模上；3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；6）使塑件易于脱模。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 15 页 共 34 页综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图（3）所示图（3）分型面的选择52 型腔的布局型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。型腔布局由图（4）所示。由于本设计中塑件是上下两部分配合装配使用，需要心可能相同的注射工艺参数，以达到高的成功率，模具采用潜伏式浇口，设置在手柄安装处推杆上，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量。图（4）型腔布局方式53 浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通流产浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。531 浇注系统组成普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分，如图（5）所示。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 16 页 共 34 页1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道5浇口 6型腔 7冷料穴图（5）普通流道浇注系统532 确定浇注系统的原则在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：a)、塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。b)、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。c)、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。d)、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。e)、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施 6。 533 主流道的设计不流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。（1） 、主流道的尺寸设计中选用的注射机为 XS-Z-30，其喷嘴直径为 4 ，喷嘴球面半径为m12 ，根据图（6） ，主流道各具体尺寸如下：m南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 17 页 共 34 页图（6）主流道尺寸示意图md5143mR142H9.2L5.29tanLdD5.6（2） 、主流道衬套的形式选用如图（7）所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位球设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用 。67/m图（7）主流道衬套及其固定形式（3） 、主流道衬套的固定用嵌入式定位环压住主流道衬套大端，定位环与注射机模板上的定位孔之间的配合采用 。1/bH534 分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道，分流道应能满足南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 18 页 共 34 页良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑,且采用潜伏式浇口，在推杆上削去一小块作为流道进行注射。在主流道设计好以后，推杆位置离它很近，故无需设置分流道而直接经浇口注入推杆而使熔体充满型腔。如图（8）所示。图（8）主流道和浇口的位置535 浇口的设计浇口出叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，潜伏式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。浇口的位置选择原则：浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使1)流程(包括分支流程)为最短；2)每一股分流都能大致同时到达其最远端；3)应先从壁厚较厚的部位进料；4)考虑各股分流的转向越小越好。2. 有效地排出型腔内的气体。根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，采用潜伏式浇口。浇口一般尺寸如图（9）所示，根据此图结合实际选用适当值。浇口中心线偏离水平位置 。浇口角度 ， 的值取为 1.63210dm南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 19 页 共 34 页图（9）潜伏浇口的尺寸示意图536 冷料穴的设计主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为 ，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的形式有多种，m5这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图（8）所示。54 注射模成型零部件的设计 7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、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，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的重要部分。成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 20 页 共 34 页确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。541 成型零部件结构设计成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。1） 、凹模的设计凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。本设计中采用整体式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到仿形加工或电火花加工。2） 、凸模的设计本设计中零件结构较为简单，塑件中只有电机夹板处较为复杂，深度较大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是整体式凸模，也叫型芯，虽然有些部位加工、维修不易，但成型后的塑件质量好，在塑件内表面也不会形成接缝，溢料痕迹，加工精度较高，成型效果好。型芯与动模板的配合可采用 。6/7PH542 成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定） ，这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 21 页 共 34 页塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定 PS 材料的平均收缩率为 0.6%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：BA06.式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸B 塑件在常温下实际尺寸成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的 1/31/4，或取 IT78 级作为模具制造公差。在此取 IT8 级，型芯工作尺寸公差取 IT7 级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。55 排气结构设计排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。在塑料熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。56 脱模机构的设计塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。561 脱模机构的选用原则（1） 使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形） ；南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 22 页 共 34 页（2） 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；（3） 推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；（4） 推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；（5） 推杆位置痕迹须不影响塑件外观；562 脱模机构类型的选择推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。本设计中采用推杆推出机构使塑料制件顺利脱模。563 推杆机构具体设计（1） 、推杆布置该塑件共采用了 7 根大小推杆，其分布情况如图（10）所示，这些推杆设置在脱模阻力较大的地方及强度刚度较大处，使制品所受的推出力均衡。图（10）推杆布置（2） 、推杆的设计 7本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆，设计时推杆的直径根据不同的设置部位选用不同的直径，其中一个为 4mm，四个为mm，两个为mm，见图（0） 。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为 ，其配合间隙不9/8/fHf或大于所用溢料间隙，以免产生飞边，PS 塑料的溢料间隙为 。m06.4.（3） 、推杆固定和复位如图（11）所示南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 23 页 共 34 页图（11）推杆固定和复位564 脱模动作原理本设计中潜伏式浇口设计在动模部分，开模时塑件包在动模型芯上随动模一起移动，推出机构工作时，大小推杆将塑件从凸模上推出，同时浇口被切断，塑件自动脱落。如图（12）所示。图（12）塑件脱模动作图57 模具总装图 8南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 24 页 共 34 页图（13）注射模具三维装配图（线框式）58 注射模温度调节系统在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为 左右，熔体固化成为塑件后，从 左右的模具中脱模、温度的降C20C60低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于 ）C80的塑料，如本设计中的聚苯乙烯 PS，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。581 温度调节对塑件质量的影响注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。冷却系统的外形结构如图（14） （15）所示。南昌航空工业学院 2005 届毕业生毕业论文第 25 页 共 34 页图（14）注射成形机的典型冷却系统 图（15）与模板连接之冷却孔道582 冷却系统之设计规则设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数： 冷