Golf車型蓋板注塑工藝分析及模具設計（優(yōu)秀含CAD圖紙+設計說明書）

Golf車型蓋板注塑工藝分析及模具設計（優(yōu)秀含CAD圖紙+設計說明書）,golf,車型,蓋板,注塑,工藝,分析,模具設計,優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,設計,說明書,仿單 畢 業(yè) 論 文 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化  Golf車型蓋板注塑工藝分析及模具設計 The Injection Process Analysis and Mold Design of Golf Car Covering board 2 畢業(yè)論文 摘 要 隨著我國汽車產業(yè)進一步增長，由此帶來的汽車模具產業(yè)迅速崛起，塑料模具占據了45%的份額，未來我國汽車塑料模具發(fā)展將更加迅猛，預計2013年我國汽車塑料模具產業(yè)規(guī)模將突破550億元。汽車塑料零部件行業(yè)對汽車行業(yè)的依存程度很高，因此市場對汽車塑料零部件產品的需求日益提高。目前注射模具CAE技術已經成為塑料產品開發(fā)、模具設計及產品加工過程中提高產品生產率、保證產品質量進而降低成本、減輕勞動強度最有效的途徑。 本次設計的制品為Golf車型蓋板，其材料為ABS。首先用MOLDFLOW軟件對其模具進行澆注位置、澆注溫度、變形分析、冷卻分析等技術參數的確定，然后對構件的注塑模具包括澆注系統、排氣系統、導向與定位機構、脫模機構和溫度調節(jié)系統等進行了具體的結構設計和三維實體建模，用UG三維造型軟件完成制品模具的三維模型圖，并對所設計的模具進行開模仿真，以保證模具能夠順利開模，不會發(fā)生干涉。設計出符合要求的模具三維圖后運用AutoCAD軟件繪出模具二維裝配圖及零件圖。 關鍵詞：注射模具CAE技術；Moldflow分析； UG三維造型；AutoCAD Abstract With the further growth of China's automotive industry, Resulting automobile mold industry is booming. Plastic mold occupy 45% of the share .The future development of China's automotive plastic mold will be more rapid. Expected in 2013 China's automotive plastic mold industry will exceed 55 billion yuan. Automotive plastic parts industry of the automotive industry a high degree of dependence. So the market for automotive plastic parts increasing demand for products. Current injection mold CAE technology has becomethe a most effective way to improve product productivity and guarantee product quality and then reducing costs and labor intensity. The design of the product is Golf car cover .The material is ABS. The first thing is use the MOLDFLOW to determine the parameters of pouring position, pouring temperature, deformation analysis, cooling analysis techniques.Then carry out specific structural design and three-dimensional solid modeling for every part including d casting system, exhaust system, orientation and positioning mechanism, stripping agencies and temperature regulation.Use UG a 3D modeling software to complete a three-dimensional model diagram molds and then make a mold opening simulation for the design. Ensure the interference will not occur. After design to meet requirements of the mold 3D map, Draw two-dimensional mold assembly drawing and parts diagram by AutoCAD. Key words：CAE technology of Injection mold; MOLDFLOW analysis; UG three-dimensional modeling; AutoCAD software 目錄 第1章 緒 論 3 1.1我國模具工業(yè)的現狀及汽車塑料模具行業(yè)發(fā)展趨勢 3 1.2塑料注射成型過程中CAD/CAE技術的應用 4 1.3本論文研究內容 5 第2章 Golf車型蓋板塑件工藝性分析 6 2.1注塑材料分析 6 2.2注塑材料成型工藝條件分析 9 2.3本章小結 10 第3章 成型零部件設計 11 3.1創(chuàng)建塑件三維模型 11 圖3-1塑件三維測繪圖 11 3.2分型面的選擇 11 3.3模具型腔的分布 12 3.4凹模的設計 13 3.5凸模的設計 14 3.6本章小結 15 第4章 注塑機的選定 15 4.1注塑機的作用及發(fā)展 15 4.2注塑機的分類 15 4.3注塑機的參數 16 4.4注塑機的選取 16 第5章 澆注系統設計 17 5.1注射模具澆注系統的組成 17 5.2 注射模具主流道的設計 17 5.3澆注系統的冷料穴和拉料桿設計 18 5.4 分流道設計 18 5.4.1分流道設計要點 18 5.5澆口的設計 19 5.5.1澆口的選擇 19 5.5.2澆口位置選擇 20 5.6排氣系統的設計 22 5.7本章小結 23 第6章 冷卻系統 24 6.1模具冷卻系統設計原則 24 6.2冷卻的基本形式 24 6.3冷卻系統的結構 25 6.3.1型芯的冷卻系統結構 25 6.3.2型腔的冷卻系統結構 26 6.4工件翹曲分析 28 6.5本章小結 29 第7章 脫模機構的設計 30 7.1 脫模結構的設計原則 30 7.2脫模結構分類 31 第8章 模具支架的設計與仿真 32 8.1 模具支架的選用 32 8.2模具支架工作原理 32 8.3模具支架與總裝設計 33 8.4本章小結 34 第9章 結論與展望 35 9.1結論 35 9.2展望 35 參考文獻 36 附錄1：英文資料 37 附錄2：中文翻譯 47 致 謝 53 第1章 緒 論 1.1我國模具工業(yè)的現狀及汽車塑料模具行業(yè)發(fā)展趨勢 模具是零件成形過程的重要工藝裝備，是汽車摩托車、電機電器、IT電子、OA辦公設備、交通設施、建材衛(wèi)浴、醫(yī)療器械等制造業(yè)的重要基礎裝備。由于用模具成形的產品精度高、一致性好、外形美觀，因此，越來越多地用于飛機、船舶和高速列車等設備的結構和內飾件制造中。加之生產過程可實現高效、大批量并節(jié)材、節(jié)能，所以模具也常被人們譽為現代工業(yè)生產之母。 近年來中國模具業(yè)取得了快速發(fā)展，中國模具產品結構進一步趨向合理，具有高技術含量的大型、精密、復雜、長壽命模具的份額從20%提高到30%，2010年中國模具銷售額1120億元。同時，中國汽車模具企業(yè)的裝備水平不斷得到改善，技術水平不斷提高，生產能力得到加強，汽車模具業(yè)呈現出新的發(fā)展態(tài)勢。 我國模具目前的結構比例：沖壓模所占比例約37%，塑料模約占43%，鑄造模(包含壓鑄模)約為10%，鍛模、輪胎模、玻璃模等等其他類模具占10%。與工業(yè)發(fā)達國家的模具類別比例一致。 汽車塑料零部件行業(yè)對汽車行業(yè)的依存程度很高，隨著近年來我國汽車市場持續(xù)高速發(fā)展，中國乃至世界汽車保有量的不斷增加，市場對汽車塑料零部件產品的需求日益提高。據Euromap的統計數據分析，全球的核心塑料模具機械生產值于2010年達到25億歐元。其中中國企業(yè)所占的比重由2008年的25.5%迅速增長至35%。然而，值得一提的是，韓國的機械制造商得益于全亞洲2010年的增長，在國家共享世界量的調查調查中一鳴驚人，取得令人稱羨的成績。日本的全球銷量份額從2008年的5%上漲至2011年的%，于美國持平。今后我國模具技術的研究重點和汽車塑料模具行業(yè)發(fā)展趨勢應該是： （1）模具日趨大型化。 （2）模具的精度越來越高。 （3）多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，對鋼材的性能要求也越來越高。 （4）熱流道模具在塑料模具中的比重逐漸提高。 （5）隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。 （6）標準件的應用將日漸廣泛。 （7）快速經濟模具的前景十分廣闊。 （8）隨著車輛和電機等產品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求。 (9)以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。 (10)模具技術含量將不斷提高，中、高檔模具比例將不斷增大，這也是產品結構調整所導致模具市場走勢的變化。 1.2塑料注射成型過程中CAD/CAE技術的應用 1.優(yōu)化塑料制品設計 應用CAD技術可以設計出產品的大體結構，再通過CAE技術進行結構分析、可行性評估和優(yōu)化設計。協助設計師改進產品形狀、設計合理壁厚、選擇最佳成型性能塑料，快速地設計出最優(yōu)的塑料產品。采用模具CAD/CAE技術后，制件一般不必再進行原型試驗，制件的形狀能逼真地顯示在計算機屏幕上，有限元分析能夠進行力學性能檢測。 塑料產品的壁厚大小、結構設計等直接影響到塑件的成型和產品質量，如果完全依靠產品設計師的經驗，不但費力、費時，而且設計的產品不夠合理。CAE能夠分析產品受外界載荷情況下的機械性能，預測在載荷、溫度作用下產生的應力、變形，得到結構應力分布情況，優(yōu)化產品的強度、剛度設計。對于纖維增強塑料，根據流動分析和塑料品種確定材料的機械性能。 2.模具設計的重要工具 傳統的模具制造要經過反復試模、修模，才能完善設計。利用CAE技術，可以對型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道和冷卻系統等進行優(yōu)化設計，在計算機上進行試模、修模。CAE軟件可以作為設計工具，分析充填過程、冷卻時間、熔接縫與氣穴的位置、制件最終形狀等，模具設計師可參考這些信息完成模具設計。 (1)確定模具澆注系統方案 澆注系統對注塑成型質量、模具壽命影響極大，確定合理的澆注系統是模具設計的一項重要工作，也是注塑CAE分析最基本的功能。根據產品和塑料材料性能、工藝參數，CAE的流動分析模塊可以模擬塑料在模具中的流動，從動態(tài)的填充時間、填充結果查看塑料填充流動的合理性、熔接痕位置，確保填充平衡、塑料能均勻同步地充填到制件的各部位；保壓、冷卻和變形等分析模塊可以檢驗制件的質量、優(yōu)化流道設計，選擇澆口的最佳位置、形式，得到合理的模腔布局、模腔壁厚、材料、填充和保壓的工藝參數。通過對不同澆注系統的分析比較，選擇模具澆注系統的最佳設計方案。 (2)冷卻分析 冷卻分析系統對模具的冷卻系統進行分析，優(yōu)化設計冷卻回路的布局和參數，使得產品冷卻均勻、減小內應力。根據冷卻效果計算出冷卻時間的長短，確定產品的注塑成型周期，盡量縮短冷卻時間，縮短成型周期。 (3)翹曲分析 塑件的翹曲變形很復雜，尤其是薄型零件。翹曲分析可以根據注塑設備、材料特性、環(huán)境條件和冷卻情況，預測并減少翹曲變形。通過分析整個塑件的翹曲變形，得到產品產生翹曲的主要原因以及相應的補救措施。 3.塑料模結構分析 隨著模具質量要求的提高和現代設計技術的發(fā)展，模具設計不能僅僅是完成設計，而應該采用現代設計方法對設計的模具進行各種分析，檢驗模具結構設計是否合理，分析結構不合理的原因和位置，在CAD軟件中進行相應修改，再用CAE軟件進行各種性能檢測，最終確定出符合性能、經濟等要求的模具。 4.優(yōu)化注塑工藝參數 由于經驗的局限性，工藝師很難精確地選擇合理的注塑工藝參數。CAE可以模擬塑件注塑成型全過程，預測產品可能產生的缺陷。CAE通過對注塑成型過程的定性與定量描述，知曉塑料在模具型腔內的流動情況，幫助工藝師選擇合適的塑料品種、成型設備，確定最佳的注塑壓力、注塑時間、冷卻時間、塑料溫度、鎖模力、模具溫度、保壓壓力和保壓時間等工藝參數，在對各種成型方案進行對比后得到最優(yōu)的工藝方案。 1.3本論文研究內容 本文主要是對Golf車型側板模具進行了設計，這主要包含注塑模具的建立、利用UG NX6.0軟件進行三維圖形的繪制和建立效果圖、充分表達出各個系統的設計思路、確定相應的模具零件、建立模具的總體裝配和相應參數的計算，并且利用MOLDFLOW軟件對側板注塑模具進行分析優(yōu)化，并應用它進行了注塑過程充填模擬。在模擬過程中分析了各種注塑工藝參數如溫度、翹曲、壓力等參數影響。在應用實例中以UG NX6.0和MOLDFLOW作為工具，以ABS塑料為例，模擬了Golf車型側板的模具圖繪制及注塑系統、冷卻系統等的設計和模具的填充過程、翹曲分析、溫度變化等，使其達到制品合格率大幅提高的要求，改變了大部分企業(yè)依靠手工試模的傳統模式，解決了結構合理性的模擬要求，提高模具設計質量，縮短生產周期，提高了起到很好的社會效應。 第2章 Golf車型蓋板塑件工藝性分析 2.1注塑材料分析 1．注塑成型的材料：即塑料，它以樹脂為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分的高分子聚合物，在加工過程中一定溫度和壓力的作用下能流動成型的高分子有機材料。在進行模具設計時需要確定注塑材料，然后根據此材料的各種物理、化學、力學性能束確定各種物理參數大小，保證生產出臺格產品，塑料總體具有如下性能：具有良好的收縮性、流動性、熱性能和冷卻速度，好的吸濕性。 2．Golf車型蓋板材料分析 塑件所用材料為ABS，化學名為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，該產品具有高強度、低重量的特點。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，但無熔融滴落現象。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大， 是常用的一種工程塑料之一。其化學特點：綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性,電性能良好。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。有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。 3.注塑材料主要參數 注射材料為ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）其主要參數：密度為1.05~1.18g/㎝3，收縮率為0.4%~0.9%，彈性模量值為0.2Gpa，泊松比值為0.394，吸濕性<1%，熔融溫度217~237℃，熱分解溫度>250℃。 4.注塑材料成型過程 注塑成型過程包括塑化、填充、保壓和冷卻四個階段。 塑化是由固體狀態(tài)的ABS加熱后變化成為具有流動性能的過程。 填充是將塑化材料充實到模型腔內進行填滿的過程。根據本論文設計的方案，參數選取軟件默認，用MOLDFLOW填充時間分析結果如圖2-1所示。 圖2-1充填時間分析 從圖2-1可以看出，型腔內兩工件的填充時間顏色分布看，填充時間分布比較均勻，流動填充的時間相差很小，流動性較好。 運用MOLDFLOW的MPI分析得出保壓階段的鎖模力分布如圖2-2所示： 圖2-2鎖模力變化情況 保壓階段時塑料熔體因冷卻而發(fā)生收縮，但因塑料仍處于柱塞或螺桿穩(wěn)定壓力下料筒內的熔料會被繼續(xù)注入模腔內以補充因收縮而留出空隙。如果柱塞或螺桿停在原地不動，壓力曲線則會略有衰減。如果柱塞壓力保持不變，也就會隨著熔料入模同時向前作少許移動，則在此階段中模具壓力將保持不變。從保壓階段參數分布表2-1可以看出，此階段中模具壓力保持不變，隨著時間的增加，到注塑時間到20s時，鎖模力逐漸減少至0 T，并保持不變，直至保壓百分比到達百分之百。 保壓階段: 表2-1保壓階段參數分布表 時間（s） 保壓（%） 壓力（MPa） 鎖模力（tonne） 狀態(tài) 1.63 1.48 33.58 4.49 P 3.13 6.48 33.58 2.79 P 4.63 11.48 33.58 0.91 P 6.13 16.48 33.58 0.22 P 7.63 21.48 33.58 0.06 P 9.13 26.48 33.58 0.00 P 10.63 31.48 33.58 0.00 P 11.19 壓力已釋放 11.20 33.38 0.00 0.00 P 12.09 36.36 0.00 0.00 P 13.59 41.36 0.00 0.00 P 15.09 46.36 0.00 0.00 P 16.59 51.36 0.00 0.00 P 18.09 56.36 0.00 0.00 P 19.59 61.36 0.00 0.00 P 21.09 66.36 0.00 0.00 P 22.59 71.36 0.00 0.00 P 24.09 76.36 0.00 0.00 P 25.59 81.36 0.00 0.00 P 27.09 86.36 0.00 0.00 P 28.59 91.36 0.00 0.00 P 30.09 96.36 0.00 0.00 P 31.19 100.00 0.00 0.00 P 2.2注塑材料成型工藝條件分析 影響注塑成型最重要的工藝條件是塑化流動和冷卻溫度、注射壓力及作用時間。 1. 溫度 注塑過程需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等。前兩種溫度主要影響塑料的塑化和流動，而后一種溫度主要是影響塑料的流動和冷卻。 2. 壓力 注塑過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力，并直接影響塑料的塑化和制品質量 背壓是指螺桿反轉后退儲料時所需要克服的壓力。采用高背壓有利于色料的分散和塑料的融化，但卻同時延長了螺桿回縮時間，降低了塑料纖維的長度，增加了注塑機的壓力，因此背壓應該低一些，一般不超過注塑壓力的20%。 注塑壓力是由注塑系統的液壓系統提供的。液壓缸的壓力通過注塑機螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動下，經注塑機的噴嘴進入模具的豎流道（對于部分模具來說也是主流道）、主流道、分流道，并經澆口進入模具型腔，這個過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流動過程中的阻力，或者反過來說，流動過程中存在的阻力需要注塑機的壓力來抵消，以保證填充過程順利進行。 圖2-3注射位置處壓力圖 如圖2-3所示為注射位置壓力圖。實際拖用的壓力應比充滿型腔壓力要高，在注射過程中．模控壓力會急劇上升，最終達到一個峰值，這個峰值就是所謂的注射壓力。注射壓力顯然要比充滿型腔壓力偏高。從圖中可以看出，注射壓力約為48MPa，大于型腔充滿時的壓力37.5MPa.這些參數對于選擇注塑機時有參考意義。 3. 時間（成型周期） 完成一次注塑過程所需的時間稱成型周期，也稱模塑周期。成型周期直接影響勞動生產率和設備利用率。因此，生產中應在保證質量的前提下，盡量縮短成型周期中各個與有關時間。 整個成型周期中，以注射和冷卻時間最重要，對制品質量有決定性的影響。注射時間中的保壓時間就是對型腔內塑料的壓實時間在整個注射時間內所占用的比例較大，一般約20~120s（特制厚件可達5~10min）。冷卻時間主要決定于制品的厚度，塑料的熱性能和結晶性能，以及模具溫度等。冷卻時間的終點，應以保證制品脫模時不引起變形為原則。冷卻時間一般約30~120s。冷卻時間過長沒必要，不僅降低生產效率對復雜制件還將造成脫模困難，強行脫模時甚至會產生脫模應力。成型周期中的其他時間則與生產過程是否連續(xù)化和自動化有關。 2.3本章小結 Golf車型蓋板的特點是薄壁件，尺寸不大質量輕、零件的壁厚小、有三根倒勾，不利于原料流動，在殼空隙易產生熔積痕與氣穴．其制件表面光滑、無融合線，應力均勻等的高強度高精度產品，其產品不但加工精度要求高，而且零件的一致性和互換性要求也很高。其材料為ABS．將它看作一般的彈塑性材料。根據前期MOLDFLOW的成型工藝分析和工藝條件（壓力、溫度）的控制，確定工件的材料和后續(xù)各個章節(jié)所采用的工藝，使塑件表面美觀、光潔、無明顯熔接痕、銀絲和流痕．同時為了從成型零件上順利脫出塑件，必須在塑件內外表面沿脫模方向設計足夠的脫模斜度，并且采用斜頂。塑件的轉角處應盡可能采用圓弧過渡，以增加塑件的強度和改善充模流動性，同時增加美觀程度。 第3章 成型零部件設計 3.1創(chuàng)建塑件三維模型 建模過程一般是根據用戶提供的零件圖或者塑件樣品，利用UG NX6.0對 Golf車型蓋板進行三維模型的繪制。 根據零件的實物，首先進行零件結構的示意圖繪制，表達其外形結構的具體尺寸是二維圖形，建立Golf車型蓋板的結構圖。然后根據結構圖利用UG NX6.0軟件中的三維建模命令拉伸、旋轉、抽殼等命令來創(chuàng)建實體造型，在建模中應該體現零件分型面的位置，為后續(xù)的分析做好準備。接著利用編輯命令來修改局部環(huán)節(jié)達到完整的整體效果。使用中注意圖形編輯命令時應該重點把結構修正完備，特別是倒鉤的位置體現。繪制出的三維圖如下圖3-1所示 圖3-1塑件三維測繪圖 3.2分型面的選擇 分型面是模具結構的基準面，它直接影響著成型塑件的質量、模具加工的工藝性以及注射成型的效率等。分型面選擇的基本原則： 分型面應保證塑件的表面質量，保持塑件外觀整潔。 分型面應盡量與物料流動的末端相重合以利于排氣。 應考慮在開模時塑件盡量留在動模一側。 應容易保證塑件的精度要求，力求簡單適用并易于加工。 應考慮側向分型面與主分型面的協調。 分型面應與注射機的參數相適應。 考慮脫模斜度的影響并使嵌件和活動型芯應安裝方便。 圖3-2分型面 本次設計由于塑件外形比較簡單，在選擇分型面的時候，首先，考慮到利于產品脫模，即分型面應選擇在制品的最大外形尺寸處。其次，為了利于型腔的加工，保證制品的精度；利于型腔或型芯結構的裝卸和保證強度質量；利于嵌件的安裝以及活動鑲件活動螺的安裝，綜合考慮選擇垂面式分型面如圖3-2所示 3.3模具型腔的分布 塑件的生產類型對注射模具結構、注射模具材料使用均有重要影響。在大批量生產中，由于注射模具價格在整個生產費用中所占比例小，提高生產率和注射模具壽命問題比較突出，所以可以考慮使用自動化程度較高、結構復雜、精度壽命高的模具。因此合理安排注塑模具的型腔布局對模具的生產過程有重要意義。為了提高模具生產效率和經濟性、保證塑件精度，模具設計時應首先確定型腔數目。 確定型腔數應考慮的以下幾點要求： （1）長期大批量生產宜采用多型腔結構； （2）制品較小時應采用多型腔結構； （3）制品批量小、不集中，適合采用單腔結構； （4）制品復雜或精度高，多腔一致性差，制造困難，應采用單腔結構。 型腔數目的確定，應該根據塑件的幾何形狀及尺寸、質量、注射能力、模具成本批量大小、交貨期長短等要求來綜合考慮。 根據注射機的額定鎖模力F的要求來確定型腔數目n ，即 (3-1) T—注塑機額定鎖模力（N）； p—型腔內塑料熔體的平均壓力（MPa）； A/A—分別為澆注系統和單個塑件在模具分型面上的投影面積（mm）。 大多數小型件常用多型腔注射模，而高精度塑件的型腔數原則上不超過4個，生產中如果交貨允許，我們根據上述公式估算，采用一模兩腔。 考慮本制品的結構與生產批量，確定采用一模兩腔的多型腔結構。另外考慮到模具成型零件以及脫模方式的設計，故采用一模四腔 綜合考慮，本設計將分型面設計在如圖3-2 所示位置，將分型面設計在此處，可以有利于型芯及型腔的加工。 3.4凹模的設計 凹模亦稱型腔。凹模是成型制品外表面的成型零件，是制品外表面形狀、結構的復制。按照其組成方式不同，可以分為：整體式凹模和組合式凹模。組合式凹模又可以分為：整體嵌入式凹模、局部鑲嵌式凹模、底部鑲拼式凹模和四壁拼合式凹模。以上幾種凹模方式相比較而言，整體式凹模的特點是牢固、不宜變形、不會在塑件上產生接線痕跡。但加工整體式凹模相對困難，且熱處理不方便。而組合式凹模，可以簡化復雜的加工工藝，減少熱處理變形，拼合處有間隙利于排氣，便于模具的維修，節(jié)省貴重的模具鋼。為了保證組合后型腔尺寸精度和裝配的牢固，減少塑件上的鑲塊的尺寸、形位公差等級高。綜合比較后本設計采用整體嵌入式凹模，由于塑件表面有通孔形狀，固需要在凹模上鑲嵌鑲針使其成型。 由于本次設計主要應用的軟件是UG NX6.0。因為，在設計過程中應用了該軟件中的三維造型技術與裝配功能模塊，所以在設計凹模的過程中，由軟件可以直接設計生成凹模（型腔）的材料為45鋼，具體形狀結構如圖3-3中所示。 圖3-3型腔分布圖 3.5凸模的設計 凸模即成型塑料制品的內表面的大型芯，而成型制品上的孔是小型芯或稱為成型桿。 凸模分為：整體結構的凸模、整體鑲入結構的凸模和鑲拼組合結構的凸模。就以上幾種凸模結構看，整體結構的凸模多使用于試制性制品的小模具或形狀很簡單的小模具，偶有使用整體結構的凸模，是將凸模與模板成為一整體來加工。由于材料浪費太大，所以一般情況下不宜采用。整體鑲入結構的凸模，其結構節(jié)約優(yōu)質鋼材，便于制造加工。鑲拼組合結構的凸模，多應用于復雜制品模具，其特點是易于加工，質量容易得到保證。 本次設計的塑件的結構比較簡單，所以選擇整體鑲入結構的凸模最為合適。但在設計型芯時，必須注意結構合理，以應保證型芯和鑲塊的強度，防止熱處理時變形且避免尖角與壁厚突變。應用UG軟件設計的整體凸模（型芯）如圖3-4所示 圖3-4型芯分布圖 3.6本章小結 根據Golf車型蓋板的實體件，完成工件三維實體圖的繪制，再根據分型面的選取原則確定開模時合理的分型面，完成模具零件的凸模和凹模的生成。采用一腔四模注塑零件，可以提高零件生產效率。最后利用UG軟件進行開模仿真和干涉檢測，避免模具設計人員因經驗不足引起錯誤，設計效率高、設計周期縮短,大大提高了模具設計開發(fā)的一次成功率,真正意義上實現了產品的全相關性設計與制造一體化。 第4章 注塑機的選定 4.1注塑機的作用及發(fā)展 注塑機是通過注塑機實現的。注射機的類型很多，無論哪種注射機，其基本的作用均為： 加熱塑料使其達到融化狀態(tài) 對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔 為了更好完成上述兩個基本作用，注射機的結構已經歷了不斷的改進和發(fā)展最早出現了柱塞式注射機，結構簡單，但是控制溫度和壓力比較困難。后來出現的單螺桿定位預塑注射機，塑化效果得到改善，注射壓力和速度較穩(wěn)定，但是操作麻煩和結構復雜，所以應用不廣。再后來出現的移動螺桿式注射機可以使塑料在料筒里得到良好的混合和塑化，不僅提高了模塑質量，還擴大了注射成型塑料的范圍和注射量。 目前工廠中，廣泛使用的是移動螺桿式注射機，但還有少量的柱塞式注射機。在生產60KG以下的小型制件時多用柱塞式，對模塑熱敏性塑料，流動性差的各種塑料，中型及大型多用移動移動螺桿式。 4.2注塑機的分類 根據注塑裝置和合模裝置的相對位置進行分類，可分為立式、臥式、角式注塑機。 （1） 立式注塑機 注射裝置和鎖模裝置処于同一垂直中心線上，且模具是沿上下方向開閉。 容易實現嵌件成型有利于持久性保持機械和模具的精度。 通過簡單的機械手可取出各個塑件型腔，有利于精密成型。 小批量試生產時，模具構造簡單成本低，且便于卸裝。 （2） 臥式注塑機 即是大型機由于機身低，對于安置的廠房無高度限制。 產品可自動落下的場合，不需使用機械手也可實現自動成型。 由于機身低，供料方便，檢修容易。模具需通過吊車安裝。 （3） 角式注塑機 注射螺桿的軸線與合模機構模板的運動軸線相互垂直排列，優(yōu)缺點介于立式與臥式之間。因其注射方向和模具分型面在同一平面上，所以角式注塑機適用于開設側澆口的非對稱幾何形狀的模具或成型中心不允許留有澆口痕跡的制品。 4.3注塑機的參數 注塑機的規(guī)格通常用一些參數來表示。主要參數有注射量、注射壓力、鎖模力、移模速度等。這些參數是設計模具和選用注塑機時的依據。注射量和鎖模力的大小反映了注塑機得加工能力的大小，通常用它們來表示注塑機得規(guī)格型號。 1. 注射量 注射量是注塑機生產塑料制品能力的重要標志。注射量是指注塑機的柱塞或螺桿作一次最大行程對空注射時所能達到的注射量。注射量的表示方法有兩種：熔料的容積或是熔料的質量。 2. 注射壓力 注射壓力是指螺桿或柱塞施加于料筒中熔料上單位面積的力。它是用來克服熔料從料筒流經噴嘴、澆道和充滿模腔時的流動阻力，保證制品具有一定的致密度。 3. 鎖模力 鎖模力是指注塑機的合模裝置對模具所能施加的最大夾緊力。應用MOLDFLOW得出制品件的鎖模力圖為圖4-1。熔料是在高壓下注射入模腔的，雖然在流經噴嘴、模具的澆道口時有部分壓力損失，但仍具有相當大的壓力，該壓力通常稱為模腔壓力 4. 合模和開模速度 模板移動速度反映了設備的工作效率，直接影響著成型周期的長短，原則上應盡可能提高移模速度。為了使模具開模、合模啟動和中止過程平穩(wěn)，減小慣性力，需要模板慢速移動；而為了提高生產率，則要求空行程時模板能夠快速移動。因此，在一個成型周期的不同階段，模板的移動速度是變化的。 4.4注塑機的選取 用MOLDFLOW模流分析軟件分析，得到主要參數有：最大注射壓力43.982MPa ；制品和流道的總重量為4.5061 g ；最大鎖模力4.783T。，注射時間為1.213。綜合這些參數選擇注塑機的型號是XS-ZY-125，注射方式為柱塞式。其主要技術參數見表4-1。 表4-1 XS-ZY-125注射機技術參數 最大成型面積： 360cm2 注射方式: 柱塞式 鎖模力: 900 kN 螺桿直徑: 42 mm 最大注射壓力： 150 MPa 注射行程： 160mm 最大理論注射容積： 125cm 最大開模行程： 300 mm 模具厚度： 300mm 推出形式： 兩側推出（230 mm） 合模方式： 液壓-機械 電動機功率： 11KW 噴嘴孔徑： 4 mm 噴嘴半徑： R12 第5章 澆注系統設計 注射模澆注系統是將注射機料筒中的熔融塑料從噴嘴中高壓噴出后，穩(wěn)定而順暢地充入并同時充滿型腔的各個空間的通道。它在充模及塑料塑化過程中還將注射壓力平衡地傳遞到型腔的各個部位，以獲得填充殷實、完整、質量優(yōu)良的塑件。 5.1注射模具澆注系統的組成 注塑模具的澆注系統通常由主流道、分流道、澆口、冷料穴和排氣槽或溢流槽等部分組成。 在設計注射模的澆注系統應注意以下幾項原則。 （1）根據塑件的形狀和大小以及壁厚等諸因素，并結合選擇分型面的形式選擇澆注系統的形式及位置。 （2）根據所確定的塑料型腔數設計合理的澆注系統布局。 （3）應根據所選用的塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物料的流動。 （4）應盡量地縮短物料流程，以縮短成型周期和節(jié)省原料，提高注射效率。 （5）排氣良好。 5.2 注射模具主流道的設計 主流道按形狀大體可以分為：垂直式主流道、傾斜式主流道和弧形主流道。本次設計采用垂直式主流道。 為了便于澆注系統凝料從主流道中取出，主流道采用α=3°～6°左右的圓錐孔長度為90mm。注射機噴嘴孔徑比主流道小端直徑大1mm，而小端的前面是球面，其深度為3～5mm, 注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，故要求主流道的球面半徑比噴嘴的球面半徑大1～2mm。 5．3澆注系統的冷料穴和拉料桿設計 冷料穴有多種形式，常用的是端部為Z形和拉料桿的，具體要根據塑料性能選用。 主流道的拉料裝置設計成在拉料桿末端加工成鉤形，使其在開模過程中有一定的拉緊力能夠將凝料從澆口襯套中拉出。為了使主流道凝料能夠順利地從主流道襯套中脫出，往往使冷料穴兼有開模時將主流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用，根據拉料的方式的不同，常見的冷料穴和拉料桿結構形式有無拉料桿的冷料穴、帶球形拉料桿的冷料穴、帶鉤形拉料桿的冷料穴。其具體形狀見圖5-1。 圖5-1拉料桿 5.4 分流道設計 分流道是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉換方向的作用。通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內。 5.4.1分流道設計要點 在注射過程中，熔融的塑料在流經分流道時，應使它的壓力損失、熱量損失以及凝料最少為原則。分流道的設計要點總體歸納如下 （1）分流道的截面積應盡量的小，長度應盡量的短，以減少壓力損失。形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比為最大，以減少散熱面積、摩擦阻力和壓力損失。本次設計根據經驗公式計算出分流道的截面積R=5。 （2）分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理。在分流道上的轉向次數盡量少，在轉向處應圓滑過渡，不能有尖角，以減少壓力損失，有利于物料流動。 （3）分流道的內表面不必要求很光，一般表面粗糙度Ra1.6um即可，這樣可以使分流道的冷卻皮層固定，有利于對熔融塑料的保溫。流道設計如下圖5-2所示。 圖5-2主流道分流道圖 5.5澆口的設計 澆口亦稱進料口，是主流道、分流道與型腔之間的連接部分，即澆注系統的終端。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好地高質量地注射成型。澆口選擇不能太大和太小。澆口太小，熔料流動過程中冷卻面相對增大，熱量消耗大，注射壓力損失也大，但澆口太大，會造成材料的浪費。 澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩大類。限制性澆口是整個澆注系統中截面尺寸最小的部位，通過截面積的突然變化，使分流道送來的塑料熔體產生突然的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的，提高塑件質量。另外，限制性澆口還起著較早固化防止型腔中熔體倒流的作用。非限制性澆口是整個澆口系統中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。 澆口設計要點如下： 1. 選擇在不影響塑件外觀的部位，避免熔接痕。 2. 澆口應不影響塑件的使用性能。 3. 應盡量避免產生噴射和蠕動現象。 4. 應開設在壁厚處以保證最終壓力有效地傳到塑件厚部，利于填充與補料。 5. 盡量縮短流程，減少變向，以降低壓力損失。 6. 應利于型腔內氣體的排出，避免引起塑件變形。 7. 盡量設在便于熔體流動的方向。 8. 應便于清除凝料，如盤形，輪輻或爪形，潛伏式。 9. 初始值應取較小，為試模時必要的修正留有余地。 5.5.1澆口的選擇 澆口按照結構形式和特點，常用的澆口可分為以下幾種形式： （1）直接澆口 直接澆口又稱主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。塑料熔體由主流道的大端直接進入型腔，因而具有流動阻力小、流動路程短及補縮時間長等特點。由于注射壓力直接作用在塑件上，故容易在進料處產生較大的殘余應力而導致塑件翹曲變形。這種形式的澆口截面大，去除澆口比較困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的外觀質量。另外，這種澆口只適用于單型腔模具。 （2）側澆口 側澆口國外又稱標準澆口。側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內側或外側充滿模具型腔，其截面形狀多為矩形（扁槽），改變澆口的寬度與厚度可以調節(jié)熔體的剪切速率及澆口的凍結時間。這類澆口可以根據塑件的形狀特征選擇其位置，加工和修整方便，因此它是應用較廣泛的一種澆口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應性均較強。由于澆口截面小，減少了澆注系統塑料的消耗量，同時去除澆口容易，而且不留明顯痕跡。這種澆口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射壓力損失較大，對深型腔塑件排氣不利。 （3）環(huán)形澆口 對型腔充填采用圓環(huán)形進料形式的澆口稱為環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點是進料均勻，圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好，型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免。 （4）輪幅式澆口 輪幅式澆口是在環(huán)形澆口的基礎上改進而成，由原來的圓周進料改為數小段圓弧進料，澆口尺寸與側澆口類似。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多，且去除澆口容易。這類澆口在生產中比環(huán)形澆口應用廣泛，多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪幅澆口的缺點是增加了熔接痕，這會影響塑件的強度。 （5）點澆口 點澆口又稱針點澆口或菱形澆口，是一種截面尺寸很小的澆口，俗稱小澆口。這種澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增大塑料熔體的剪切速率并產生較大的剪切熱，從而導致熔體的表觀粘度下降，流動性增加，有利于型腔的充填 （6）潛伏式澆口 潛伏式澆口是點澆口的演變形式，除了具有點澆口的優(yōu)點外還具有以下特點：潛伏式澆口的位置選擇范圍更廣。在開模式即可實現自動切斷澆口凝料。潛伏式澆口有專用的銑切工具，給加工帶來方便。 綜合對比以上幾種澆口形式，并根據本次設計塑件選用的材料，及制品的使用環(huán)境與性能要求，本次設計采用潛伏式澆口形式。 5.5.2澆口位置選擇 如前所述，澆口的形式很多，但無論采用什么形式的澆口，其開設的位置對塑件的成型性能及成型質量影響都很大，因此，合理選擇澆口的開設位置是提高塑件質量的一個重要設計環(huán)節(jié)。 1.若不考慮零件的生產效率及注塑零件的表面工藝性，首先要先完成零件的表面網格的劃分，并統計進行網格統計，最大縱橫比要控制在20以內，因為網格的劃分成功與否關系到后續(xù)的填充、冷卻、收縮等的分析。用MOLDFLOW完成分析單個零件的澆口位置匹配性分布圖如圖4-2，綜合選擇最佳澆口位置如圖4-3。 圖4-2 澆口位置匹配性圖 從澆口位置匹配性圖和最佳澆口位置分布圖可知，最佳交口位置在零件上表面螺紋孔的后方，即接近網格N3617處。另外，澆口位置的不同還會影響模具的結構。因此，在開設澆口時應注意以下幾點： （1）盡量縮短流動距離； （2）避免熔體破裂現象引起塑件的缺陷； （3）澆口應開設在塑件壁厚處； （4）考慮分子定向的影響； （5）減少熔接痕提高熔接強度。 圖4-3 最佳澆口位置圖 此外，澆口位置的選擇還應注意到實際塑料型腔的排氣問題、塑件外觀的質量問題等。 2.考慮到以上因素，還有零件的生產效率及注塑零件的表面工藝性，確定出如下圖4-4的澆口位置方案，并用MOLDFLOW檢測其流通性，確保注塑能完成。 圖4-4整體澆注系統示意圖 綜上所述，本次設計澆口采用的形式是潛伏式澆口，位置設置在制品側壁的內側。 5.6排氣系統的設計 當塑料熔體充填模具型腔時，必須將澆注系統和型腔內的空氣以及塑料在成型過程中產生的低分子揮發(fā)氣體順利地排出模外。如果型腔內因各種原因產生的氣體不能被排除干凈，塑件上就會形成氣泡、產生熔接不牢、表面輪廓不清及填充不滿等成型缺陷，另外氣體的存在還會產生反壓力而降低充模速度，因此設計模具時必須考慮型腔的排氣問題。對于由于排氣不暢而造成型腔局部充填困難時，除了設計排氣系統外，還可以考慮開設溢流槽，用于在容納冷料的同時也容納一部分氣體，有時采用這種措施是十分有效的。 應用MOLDFLOW進行氣穴分析，得出如圖4-5所示為注塑后工件的氣泡分布： 圖4-5氣穴分布圖 注射模通常采用以下幾種方式排氣： （1）利用配合間隙排氣 對于簡單型腔的模具，可以利用推桿、活動型芯、活動鑲件以及雙支點固定的型芯端部與模板的配合間隙進行排氣。這種類型的排氣方式，其配合間隙不能超過0.05 mm，一般為0.03～0.05 mm，視成型塑料的流動性性能的好差而定。 （2）在分型面上開設排氣槽 分型面上開設排氣槽是注射模排氣的主要形式。其形狀可設計成燕尾形。 （3）利用排氣塞排氣 如果型腔最后充填的部位不在分型面上，而其附近又沒有活動型芯或推桿，可在型腔處鑲入排氣塞。 本次設計的零件結構相對簡單，且頂出桿比較多，因此采用配合間隙排氣的排氣方式。 5.7本章小結 澆注系統是模具中注塑機噴嘴到型腔重要的流動通道。本章節(jié)主要講述了澆注系統的設計要點，以及主流道和分流道設計應注意的問題，最后應用MOLDFLOW分析注塑件的最佳澆口位置，結合工件表面工藝性和型腔分布的要點，最終確定了潛伏式澆口的澆注系統。 第6章 冷卻系統 冷卻系統是直接影響注塑制品質量和生產效率的重要因素，模具冷卻裝置的設計與使用冷卻介質、冷卻方法有關。本模具設計是用純水來冷卻。純水冷卻展為普遍。因為水的熱容量大、傳熱系數大、成本低廉。水濘就是在模具型腔周圍和型芯內開設冷卻水回路。使純水或者冷凝水在其中循環(huán)帶走熱量．維持所需的溫度。冷卻回路的設計應做到回路系統內流動的介質能充分吸收成型塑件所傳導的熱量，使模具成型表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內。而且要做到使冷卻介質在回路系統內流動暢通．無滯流位。但在冷卻水回路開設時，受到模具上備種孔(頂桿孔、型芯孔、鑲件接縫等)的限制。所以要按理想情況進行設計較團難，必須根據模具的具體特點靈活地設置冷卻回路。因此在本設計造型中我使用的是直流循環(huán)式的冷卻回路，考慮到動定模很小無法在其上開設冷卻回路且此設計的散熱要求不是很高，因而將冷卻水道分布設置在定模板和動模板中。這樣便有足夠的空間來進行鉆孔擴大水道的散熱面積，使冷卻的效果達到最佳。另外水道連接口采用可移動式的水連接套拆卸和安裝都很方便，成本也很低廉。 6.1模具冷卻系統設計原則 為了提高生產率，得到較小的變形制品。除了塑件形狀和型腔設計的內容之外，冷卻系統的設計是很重要的的，主要體現在以下幾方面： 1．冷卻水孔數量盡量多，尺寸盡量大：型腔表面的溫度與冷卻水孔的大小和冷卻水的溫度有關。 2．冷卻水孔至型腔表面距離相等：當塑件壁厚不均勻時，冷卻水孔道要靠近型腔，間距要小。一般孔邊離型腔的距離大于10毫米，常用12.15毫米。 3．澆口處加強冷卻：普通熔融的塑料充填型腔時候，澆口的溫度最高，距澆口越遠溫度越低。因此澆口附近要加強冷卻通入冷水，而在溫度低的外側使經過熱交換的溫水通過即可。 4．降低入水和出水的溫度差：對于長流道的制品特別注意溫差的問題 6.2冷卻的基本形式 1．冷卻形式 （1）直通水：這種的有效面積大．冷卻效果較好，～般做為優(yōu)先選擇的方式。 （2）點冷 ：主要包括噴泉式、導熱針、和銅板隔水片。三者應用場合不同可以根據冷卻方式進行選擇。 2．冷卻水路的連接方式 （1）串聯冷卻： 這種形式應用廣泛，流動僅取缺于進出口之間的壓力差和通道阻力。通道越長，阻力越大；通道直徑越大，阻力越小。冷卻介質流經通道時，從周圍金屬中吸收熱量，溫度升高，因而易造成進出水口的冷卻效率不均勻的現象。一般模具冷卻水路控制在5℃以內。 （2）串聯——并聯冷卻： 一般用于多型腔的冷卻．它可以保證每個支管中的流量相等。在設計冷卻管道時，必須考慮能讓塑料充模完全整．這是非常重要的一點由于冷卻使塑料流動性大大降低．從而需要更大的注射壓力，或可能造成充模不滿。必頒充分考慮所用材料的流動性及其溢料間隙，還有注射機的最大注射壓力，最大鎖模力等。若加上冷卻管道后，雖然冷卻時間減少．但造成型腔注射量不滿．或所需注射壓力超過注射機最大注射壓力，或由于注射壓力太九，而造成鎖模力不夠，產生漲模、溢料的缺陷。這時就應取消冷卻管道或重新設計．以降低冷卻效果，增大塑料的流動性。 6.3冷卻系統的結構 6.3.1型芯的冷卻系統結構 根據塑件的深度和寬度不同而異，一般采用噴射式循環(huán)水路。其冷卻水通過模具帶走熱量，是高效的、最常用的方法。本課題冷卻系統設計在模具中凸模板、凹模板上。當模具溫度升高時可對模具進行冷卻，從而可提高塑件品質．延長模具使用壽命。 1. 定模水道在定模板中的位置和形式：定模水道在定模中進行設計，采用普通的階梯孔類型，孔的精度達到Ra 0.8um。主要是保證水在其中的流暢性，順利帶走注塑產生的熱量，避免制件產生彎曲變形等缺陷。孔的連接形式是內螺紋連接。如下圖6-1和6-2所示為定模和定模水道圖： 圖6-1 定模和定模水道圖 2. 由于動模板中孔和槽的結構比較多，因而將水道盡量布置在安裝動模的最近處以達到最好的冷卻效果。動模水道的布置形式與工作原理和定模水道的相同，這里不在進行過多的介紹．具體布置形式請參見6-3和6-4所示為動模和動模水道圖： 圖6-3 動模和動模水道透視圖 水道連接我選用的是橡膠彎管和通用的水管接頭，這些材料無論從安裝上還是從性能和價格上都比較好．可將冷卻系統的水道連接好。 6.3.2型腔的冷卻系統結構 常采用環(huán)形冷卻水槽的形式，這種結構有很好的密封性。圖6-5所示為設計的型腔水道示意圖。 圖6-5 型腔水道示意圖 本模具采用環(huán)形冷卻水道的形式，其工藝條件值，即模具表面溫度75℃、熔體溫度265℃、開模時間5 s 、保壓冷卻時間總和30 s ，而填充控制方式為注射時間控制，注射時間為0.5 s ，速度/壓力控制轉換為填充體積控制，當物料填充98.6％時轉為壓力控制。采用上下各四條冷卻水道，中間兩條水道進行分析。分析結果如圖6-6所示。 圖6-6冷卻結構分析 一般來說，冷卻水的入口溫度與出口溫度不應相差太多，應控制在2—3℃以內，從回路冷卻介質溫度、制品溫度、模具溫度同時冷卻水的入口溫度與冷卻水/金屬界面溫度之差值應在5℃之內，就可以認為冷卻效果比較顯著。從圖6-6（a）、（b）可以看出，塑件注塑成型過程中，冷卻水的入口溫度與出口溫度相差只