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1、模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求. 与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。美国 MOLDFLOW 上市公司是专业从事注塑成型 CAE 软件和咨询公司，自 1976 年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型 CAE 软件市场。MOLDFLOW 一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，MOLDFLOW 的技术和
2、服务提高了注塑产品的质量，缩短了开发周期，也降低了生产成本，MOLDFLOW 已成为世界注塑 CAE 的技术领袖。利用 CAE 技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，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并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方 法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用 CAE 技术，这是发展的必然趋势。21 世纪，塑
3、料工业以以前所未有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工进行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。同时，模具的数控加工具有一定典型性，并比普通产品的数控加工有更高的要求。在模具的加工中，各种数
4、控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。因此
5、，凡制造业发达的国家，模具市场均极为广阔；凡模具发达国家，制造业也必定很发达和繁荣，也必定拥有国内、国外两个市场。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来 520 年的模具生产技术的发展趋势。一
6、 塑件的工艺分析 1.1 塑件的成形工艺性分析塑件名称：产品材料：ABS(抗冲) 塑件质量： 1.3g 塑件要求：MT8 级 零件图塑件材料特性 ABS 是在聚苯乙烯分子中 导入了丙烯腈 、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能。ABS 是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程材料。ABS 塑料为无定形料，一般不透明。ABS 无毒、无味，成形塑件的表面具有较好的光泽。ABS 具有良好的机械强度，特别是抗冲击强度。ABS 还具有一定的耐磨性、耐旱性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电性能。ABS 的缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线作用
7、下易变硬发脆。 塑件材料成形性能 ABS 易吸水，使成形塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。为此，成型加工前应进行干燥处理;在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小；要求塑件精度较高时，模具温度可控制在 5060oc ，要求塑件光泽和耐热，应控制在 60-80oc;ABS 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短，ABS 的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。 1.2 塑件的成形工艺参数确定查有关手册得到ABS（抗冲）塑件的成形工艺参数：密度 1.011.04g/cm3 收缩率 0.3%0.8% 预热温度 80oc85oc，预热时间 23h 料筒温度 后段
8、 150oc170oc 中段165oc180oc 前段 180oc200oc 喷嘴温度 170oc180oc 模具温度 50oc80oc 注射压力 60100MPa 成型时间 注射时间 2090s 保压时间 05s 冷却时间 20150s二 注射模的结构设计注射模的结构设计主要包括：分型面的选择、模具行腔数目的确定及型腔的排列、浇注系统设计、型心、型腔结构的设计、推件 方式、侧抽心机构设计、模具零件设计等内容。模具的基本结构 塑件采用注射成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具应为双分型面注射模（三开式）。 我们采用标准模架：100L/A2 型腔布置型腔分为单型腔和多型腔，多型
9、腔又有平衡式排布、非平衡式排布两种。在这里我们选择但型腔，因塑件体积质量较小，形状相对比较复杂，生产批量不大的特点，综合考虑，所以采用一模一腔注射模具。考虑到塑件的两侧均有内凹圆孔，须侧向抽心，采用一模一腔，这样模具尺寸较小，制造加工方便，节省材料。确定分型面影响选取分型面的因素很多，比如分型面应选在塑件的最大轮廓处；分型面的选取应有利于塑件的留模方式，便于塑件的顺利脱出 塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面有两种选择。方案 1 如图所示 此方案的分型面在工件的对称中心处，因塑件表面质量要求较高，影响其表面质量，侧抽心行程相对大，不容易达到侧抽心的目的。此方案不可行。 方
10、案 2 如图所示 此分型面在底部，对塑件的外观影响不 大，侧抽心行程不大，比较容易达到侧抽目 的，此方案可行。关于塑件的分型面我们还有多种方案，由于那些方案不是很理想，为了节省时间，我们不作介绍了。 (4) 浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑
11、料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出; 1.主流道设计。根据手册查得XS-ZS-22 型注射机喷嘴的有关尺寸。喷嘴球半径：R0=12mm 喷嘴口直径：d0=2mm 根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R0+(12)mm,d=d0+1.5mm 取主流道球面半径：R=14mm 取主流道小端直径：d=3.5mm 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度为 1030。经换算得主流道大端直径D=6mm。 （2）浇口套设计见下图： 主流道浇口套的设计，主流浇口套取T8A，热处理淬火硬取 55HRC。浇口套及其固定形式如图所示 浇口套预定模固
12、定板的连接形式为螺钉连接。配合为 h7/m6。 (5) 推件方式的选择 根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型心在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时 不影响外观，设立三个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出 0.1-0.2mm （6） 侧抽心机构的设计 改塑件上有内凹结构，并且两边对称，它垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出。因此，我
13、们在这里给它设计侧向抽心，把塑件两端的内凹结构做成活动的滑块形式的侧型心，即侧抽心。我们选用滑块导滑的斜滑块分型抽心机构。（7） 模具排气槽的设计当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04。
14、 (8) 冷却系统的确定 冷却水回路布置的基本原则： a) 冷却水道应尽量多，b) 截面尺寸应尽量大； c) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当； d) 适当布置水道的出入口； e) 冷却水道应畅通无阻； f) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位； 由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况，以及冷却水道的截面积。三 工艺计算 1、注射压力的确定由塑料的要求可知：此塑料的材料为ABS，ABS 的表观黏度和剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。由塑料模具设计与制造表 1-3 可查得：ABS 塑料的注射压力为7090MPa 2、锁模力的确定由于熔体塑料是在高温上充满型腔，一
15、定会对注射机的轴向产生很大的后推力，因此需要对模具加有一定的锁模力，否则就会产生溢料、飞边、塑件形状发生改变等缺陷，造成不应有的损失。型腔内的塑料容体的压力可由：P=KPO 计算，K 为压力损耗系数，一般可取：0.20.4。 所以：P=（0.20.4）（7090）=1436Mpa 取 P 为 35Mpa，A 为分形面上的投影面积。则 FO 远远大于 Pa=35118.256=4138.96N 3、注射量的确定 经测量计算塑件的体积为 1.29cm3 模具设计时，必须使得塑件在一个注射成型周期所需塑料容体的容量或质量在注射机额定容量的 80%以内，并且由表可查得 ABS塑料的密度为 1.011.
16、04g/cm3 所以估算质量为 m=v=1.011.29=1.3g 保证塑件良好质量前提的条件下，主流道 L 应尽量短，否则将多 流道凝料，并且压力损失会显著提高，通常主流道凝料长度由模板厚度确定，一般应 L60mm，可取 L=50mm。估算凝料的容积: V 凝=1/3（sin1/2 L2）L=0.333.140.008750=1.13cm3 M 凝=1130*1.01=1.1g 所以： V=1.29+1.13cm3=2.42cm3=2420mm3 m=2420/0.8=3025mm3 mg=m/0.8=3.9g 所以可初步确定注塑机额定注射量为 3025mm3 额定注射量质量为 3.9g四、选择注射设备 注射机规格的确定主要是根据塑件制品的大小及生产批量以及现有的设备特点来确定。 1、 根据注射机额定注射量为 3.9g，可由塑料模具设计与制造中表 2-8 选择确定注射机型号为：XS-ZS-22 2、校核注射压力注射机的注射压力为 75、115Mpa,我们所选的塑料的注射压力在
