塑料保暖杯盖注塑模具的设计.doc

摘 要 注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计进行了一种保暖杯盖的注塑模具设计，分析塑件的成型工艺，设计了一模一腔、双分型面、点浇口、斜导柱滑块向内抽芯的注塑模结构。利用Moldflow软件对塑件成型工艺性进行模拟分析，确定浇注系统类型和浇口位置，对塑件质量进行控制。使用Pro/E软件对制件进行三维实体造型，并利用其外挂模架专家系统EMX4.1选择标准模架、标准件，最终完成全套注塑模具的三维装配实体。在进行设计时，工艺性的合理性、零部件的选材、模具结构的设计对制件能否合格生产有很大影响。本设计从保证产量和质量要求出发，通过分析塑件的形状及其成形工艺的特点，拟定了模具成形的最佳方案，成功地实现了零件的成型设计。关键词：注塑模具；点浇口；斜导拄；Moldflow；Pro/EAbtsractInjection molding is one of the main molding methods for thermo plastics, and it can once-formed delicate plastic members with complexed shape. This paper discusse the design of injection mould of the lip of the vacuum mug.In this paper,the forming process of plastic part is analyzed. The injection mold mechanism of one mold with one cavity, two parting surfaces, point gate and pulling mechanism with slider and leaning guide post guiding the core inward, are designed. Through analyzing the molding process of the plastic part.By using Moldflow to make a simulation of the molding process, it can determine the type of the runner system and the location of the gate, and control the quality of the plastic parts.Using Pro/E to make three-dimensional model of the part, simultaneously using external mould base expert system EMX4.1 to select the standardized mould frame and parts.Finally, complete a set of assembly three-dimensional injection mould entities. In this paper,something can have a significant effect on the quality of the parts, such as the rationality of the process, the material selection and the mould structure design and so on. This design firstly can guarantee the production and quality. After analysing the shape of the plastic parts and the characteristic of its molding process, the optimal scheme of mould is formulated, and it successfully realized parts of the mold design.Key words:Injection mould;Point gate;Leaning guide post;Moldflow;Pro/E第1章 绪 论1.1 选题的背景目的和意义塑料保暖杯是现家庭常用日用塑料制品，其基本要求是对人体无毒无害、价格低廉、外形美观。而保暖杯盖是产品不可缺少的配套零件之一。本课题以塑料保暖杯盖的成型加工工艺及相关模具为设计对象，力求采用先进设计方法，经济地、科学合理地制定出成型工艺和结构简单、满足使用要求、制造工艺性好的注射模具。通过对塑料保暖杯盖注塑模具的设计，对注塑模具设计的整个过程有了更全面的了解，巩固所学知识，对模具设计中出现的问题能够独立解决。掌握制件的材料性能和模具用材料的性能以及运用所学知识对模具进行优化。进一步提高自己的模具设计水平和模具设计辅助软件的掌握程度。并了解模具制造和使用方面的情况，吸取其中的经验。1.2 塑料及塑料工业的发展概况1.2.1 世界塑料制品工业的生产现状世界塑料制品工业在经历了本世纪70年代至80年代的飞速发展以后，进入90年代以来，发展速度已明显趋缓。90年代初期，世界塑料原料的产量一直在近亿吨水平徘徊。从世界各大洲的生产情况来看，亚洲、北美、非洲的塑料制品工业仍呈继续增长趋势，其中亚洲是90年代塑料工业发展最为迅速的地区，东欧、西欧、大洋洲从1991年起产品数量有所下降，中南美洲从1992年开始出现负增长的趋势。从主要国家的生产情况分析，美、日、德、俄、法、意、英等7个国家中，除美国的塑料产量仍继续增长外，其他国家均有不同程度的下降。1992年在世界总产量中居前10名的国家和地区是：美国3000万吨、日本1258万吨、德国930万吨、韩国481万吨、法国430万吨、荷兰380万吨、中国台湾省345万吨、俄罗斯335万吨、中国大陆333万吨、意大利300万吨。从生产速度的增长情况来看，增速最快的是韩国、中国大陆和台湾省4。1.2.2 我国塑料制品工业的生产现状近10多年来，我国塑料工业发展迅猛，产品数量大幅度增加，质量和档次明显提高，新产品和新品种不断涌现，现已进入10大塑料制品生产国的行列。统计资料表明，我国塑料制品工业90年代初的工业总产值近500亿元人民币，总产量达500多万吨。其中：聚氯乙烯制品约180万吨，聚乙烯制品约200万吨，聚苯乙烯及ABS制品约为17多万吨，聚氨酯制品约为8万吨。在大类产品中，各类包装制品的产量已达100多万吨，农膜产量约60万吨，编织袋产量约50多亿条，塑料鞋类产量高达46亿双，这些产品的生产总量均已居世界首位。我国塑料制品工业发展于20世纪50年代后期，主要用于日常用品，如塑料鞋、日用薄膜等。进入20世纪90年代以来，塑料的应用已涉及到国民经济和人民生活中各个方面，如仪表、机械制造、汽车、家用电器、化工、建材、医疗卫生、农业、军事、航天和原子能工业中，塑料已经成为金属的良好代用材料，出现了金属零件塑料话的趋势。例如ABS塑料有1/4用于汽车、1/3用于家用电器和视听设备中。包装用塑料制品已达100多万吨。在建材应用上，各种塑料门窗、管道、地板革、异型材等应用日趋广泛。到2010年，塑料门窗和塑料排水管的普及率将达到30%50%。由于塑料材料具有不能被其他材料所替代的特性，使得塑料工业在促进现代科技发展、加速国防现代化建设、推进农业现代化、改善和提高人们生活方面，发挥着越来越重要的作用3。1.3 模具的重要性和发展趋势1.3.1 模具工业在国民经济中的重要性用模具生产的足疗制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，因此广泛用于仪器、仪表、家用电器、汽车行业。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具价值的几十倍、上百倍。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定产品质量、效益和新产品的开发能力。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。模具工业在我国国民经济中的重要性，表现在国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石油化工和建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱产业发展的需要。以汽车、摩托车行业模具市场为例，在工业发达国家，汽车、摩托车行业是模具的最大市场，其占整个模具市场的一半左右。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入，例如科龙、美的、康佳和威力等集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。目前，全世界的模具年产值约有600650亿美元。发达国家，如美国、日本、法国、瑞士等国家，模具出口约占本国模具年产值的1/3。而我国模具出口数量极少，1998年出口为0.96亿美元，约占我国模具总产值的3.6%，与发达国家的差距比较大3。1.3.2 模具工业的发展趋势当前，由于产品品种增多，更新加快，市场竞争激烈，因此对模具的要求是交货期短、精度高及成本低，塑料成型模具正朝着高效率、高精度及高寿命方向发展。随着现代产品对形状、尺寸、精度及零件整体性要求的提高，以及新材料、新工艺的广泛应用，对现代模具的结构和形腔形状的要求也日趋复杂。许多精密塑料成型模具结构的复杂程度近似于一台精密机床，不仅形腔表面形状复杂，而且模具中零件的配套性要求极高，加工中必须保证多个模具之间几何形状的协调一致。例如塑料注射模具的设计与制造具有三维几何形状复杂及运动配合精度要求高等特点，同时涉及模具强度计算、模具寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂工程运算问题，是一项综合性的复杂技术工作。只有在成型设备和模具设计及制造方面引入CAD/CAM/CAE先进技术，才能迅速地完成查询表格数据、零件目录，绘制模具图纸和明细表等工作，使设计的模具达到尽可能的完美，让模具设计人员从繁重的重复劳动中解脱出来，有较多的时间从事创造性工作，以提高模具的设计质量15。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：(1) 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；(2) 在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；(3) 大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；(4) 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；(5) 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；(6) 发展优质模具材料和先进的表面处理技术；(7) 逐步推广高速铣削在模具加工的应用；(8) 进一步研究开发模具的抛光技术和设备；(9) 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；(10) 开发新的成形工艺和模具。1.4 对选题的设计设想和设计方法本次设计设计的是保暖杯盖注塑模具。设计时首先要对塑件进行工艺分析，根据塑件的特点合理的选用注射机。然后是对模具的主体进行设计，又包括浇注和排气系统的设计、型腔和型芯的设计、模架的选取。主体设计好之后，就要设计导向和脱模机构、侧抽芯机构和温度调节系统的设计。做完这些之后，就该对所设计的模具进行校核了，只有通过了校核模具的设计才真正的结束。第2章 塑件分析和成型材料特性2.1 塑件分析该塑件为保暖杯盖，广泛应用于日常生活中对水或食物进行保暖。目前市场上有多种产品类型，各种类型产品的形状、尺寸、结构、材料等皆尽不同。因此也导致了各种产品的生产方法与市场占有空间参差不齐，所以，经济、合理地对制件进行工艺设计是十分必要的。该塑件结构为带内螺纹的旋转类制品。制件的具体结构如图2.1所示。零件壁厚基本均匀，所有壁厚均大于最小壁厚0.8mm，注射时不会发生充填不足现象。材料为ABS，根据常用塑料模型件尺寸公差等级选用一般精度MT3，根据塑件及其模具精度的对应关系MT3对应的模具制造精度为IT9210 。图2.1 制件外观图(mm)2.2 成型材料的特性2.2.1 塑件的原材料分析ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三元共聚物。是非结晶聚合物，不透明、无毒、无味及微黄的热塑性树脂，可燃烧，但燃烧缓慢且有特殊刺激味，密度1.021.20g/cm3。由于ABS树脂原料来源广泛，价格低廉，性能优异，因此20世纪60年代后发展很快，是目前产量最大的一种工程塑料。ABS具有三种成分的综合性能，丙烯腈使ABS具有一定的强度、硬度、耐化学性、耐油性及耐热性，丁二烯使ABS具有弹性、良好的冲击强度和耐寒性，苯乙烯可使ABS具有优良的介电性能、光泽和良好的成型加工性能。因此，ABS是一种具有坚韧、硬质和刚性的工程材料。通过控制三种成分的比例可以改变ABS的性能。ABS具有突出的力学性能和良好的综合性，坚固、坚韧、坚硬，是重要的工程塑料，用途广泛。可做为家用电子设备上的零部件，如电视机、录音机、电冰箱、洗衣机、电话、电风扇及吸尘器的壳体、内衬和部件；机械工业上用于制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、仪器仪表盘及铰链等；还可用于制作玩具、包装容器、家具、安全帽及办公设备等。2.2.2 ABS的成型特性(1) 可用注塑、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等成型加工方法。(2) 收缩率小，可制得精密塑料。(3) 吸湿性较大，成型前应干燥处理。(4) 流动性中等，溢边值0.04mm,熔体粘度强烈依赖于剪切速率，因此模具设计大都采用点浇口形式。(5) 熔融温度较低，熔融温度范围固定，宜采用高料温、高模温和高注射压力，有利于成型。(6) 浇注系统流动阻力要小，注意浇口形式和位置应合理，防止产生熔接痕或减小熔接痕数量。脱模斜度不宜过小。(7) 比苯乙烯加工困难。料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250左右，比聚苯乙烯易分解)，对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140Mpa，螺杆式注塑机则取160220，70100Mpa为宜3。表2.1 ABS的注射工艺参数1注射机类型螺旋转速/()喷嘴机筒温度/模具温度/螺杆式30形式温度/前段中段后段60100直通式170180180200165180150170注射压力/MPa保压力/MPa注射时间/s保压时间/s冷却时间/s成型周期/s60100507020900520120502202.3 脱模斜度的选择由于制品冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯或型腔中凸出的部分。为了使制品易于从模具内脱出，设计时必须保证制品的内外壁具有足够的斜度，以确保塑件脱模，该斜度叫做脱模斜度。脱模斜度还没有比较精确的计算公式，目前仍依靠经验数据。脱模斜度与塑料的品种制品的形状及模具的结构等有关，ABS塑料型腔取1.5°，型芯取1.5°。2.4 本章小结经过对制件结构工艺性分析，根据材料类型确定制件及其模具的精度等级。查找有关制件材料ABS成型特性和相关注射工艺参数，同时确定了型腔、型芯的脱模斜度。第3章 注射机选择3.1 常用的注射机分类3.1.1 注塑机的组成根据熟料注射成型过程，一般可将注塑机分为以下几个部分：(1) 注射装置 注射装置包括料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆及驱动装置、喷嘴等部件。(2) 开合模装置 开合模装置的作用有两点，第一是实现模具的开闭动作，第二是在成型时提供足够的加紧力使模具夹紧。(3) 推出机构 推出机构的作用是开模时推出模内的塑料制品。(4) 液压传动和电器控制1。3.1.2 注塑机的分类用于注射成型的设备有：通用注射机；热固性塑料注射成型机；特种注射成型工艺用注射成型机。其中通用注射成型机应用最为广泛。注塑机的外形结构对于工艺操作、生产效率和模具设计均有影响，按其特征分类，通常有如下三种类型。(1) 立式注塑机 立式注塑射机的特点是注射装置与合模装置的轴线重合并与机器安装底面垂直。(2) 卧式注塑机 卧式注射机是注射机种最普通和最主要的形式，卧式注塑机的注射装置和定模装安装板在一侧，而合模装置、动模安装板和退出机构均设置在另一侧。(3) 直角式注塑机 其特点是注射装置与合模装置的轴线垂直，适用于中心部分不允许留有浇口痕迹的小型塑料制品。按塑料在料筒内的塑化方式又可分为以下两种：(1) 螺杆式注射机(2) 柱塞式注射机其中螺杆式注射机较柱塞式多一旋转动作，产生分力可使材料在螺旋槽间产生混炼作用，增加了塑化能力。它可成型形状复杂、尺寸精度要求高以及各种带嵌件的塑件；塑化能力强，成型周期短，效率高，生产过程易实现自动化；其加热缸的压力损失小，用较低的射出力也能成型；并且加热缸内的材料滞留处少，热稳定性差的材料也很少因滞留而分解，是当前应用较广泛的机型。图3.1 螺杆式注射机3.2 初选注塑机1、零件体积及质量估算(1) 利用PRO/E的模型分析功能10，测出单个制件的体积V=76.92cm3，单个质量m=76.92×1.05=80.76g(2) 塑件和浇注系统凝料，浇注系统凝料按制件50%算，总体积V总=115.38cm3，总质量m总=121.15g2、初选注塑机通常影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等，因此，在进行选择前必须先收集或具备下列资讯： 1) 模具尺寸(宽度、高度、厚度)、重量、特殊设计等； 2) 使用塑料的种类及数量(单一原料或多种塑料)；3) 注塑成品的外观尺寸(长、宽、高、厚度)、重量等； 4) 成型要求，如品质条件、生产速度等；为了提高生产效率，实现自动化生产,故采用卧式注射机；为了得到尺寸精度高，残余应力小的制件，故采用螺杆式注射机。从实际注塑量应在额定注射量的20%80%之间考虑，初选卧式注塑机为HTF160W2。该设备的技术规范见表3.1。表3.1 HTF160W2注射成型机的技术规范2螺杆直径/mm45螺杆转速(r.min-1)0265理论注射容量/cm3320注射压力/MPa188注射速率/(g.s-1)171塑化能力/(kg.h-1)20锁模力/kN1600拉杆间距(H×V)/(mm×mm)470×470模板行程/mm430模具最小厚度/mm180模具最大厚度/mm520定位孔直径/mm100定位孔深度/mm20喷嘴孔孔径/mm3喷嘴球半径/mm15顶出行程/mm140顶出力/kN33油泵电动机功率/kW22加热功率/kW9.75机器质量/t5.3外形尺寸(L×W×H)/(m×m×m)5.03×1.45×1.973.3 本章小结本章列出了注射机的分类，通过对注射机比较和ABS的成型性能，根据塑件体积和质量的计算，初选注射成型机成型塑件，并查阅注塑机的相关参数。第4章 分型面与型腔、排气槽布置4.1 型腔数目的确定型腔数目的确定，应根据续建的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑2。(1) 根据塑件质量要求，大型、中型、复杂塑件一般都采用单型腔注射模；大多数小型件常采用多型腔注塑模；而高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货期允许，宁可一模一腔。(2) 对于批量小于1万件的塑件，交货时间充足时，则单型腔模式最经济的方案。(3) 根据注射机最大注射量m来确定型腔数目n，即 (4.1)式中 m注射机允许最大注射量，为320g； m1单个塑件的质量，为80.76g；m2浇注系统凝料，为40.38g则 n2.67综合以上方法确定型腔数目，拟采用一模一腔。4.2 分型面设计模具闭合时型腔与型芯相接触的表面称为分型面。分型面按其位置与注射机开模运动方向的关系来分类有：分型面垂直于注射机开模运动方向，平行于开模方向，倾斜于开模方向。为了便于脱模，分型面的位置应设在塑件断面尺寸最大的地方，还要不影响制品的外观。分型面选择原则2：(1) 分型面位置应开设在有利于脱模的塑件最大轮廓处；(2) 分型面的位置应尽可能使塑件留在动模一侧，以简化脱模机构的设置；(3) 分型面的设置应有利于确保塑件的形状及尺寸精度；(4) 分型面的设置应满足塑件外观质量的要求；(5) 分型面的设置应有利于模具的排气；(6) 分型面的设置应有利于模具加工制作。经分析，该零件成型时采用侧内向抽芯，可能适合的模具结构有两种，即单分型面注射模和双分型面注射模。1、 单分型面注射模 型腔(凹模)在定模上；主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模口塑件连同流道内的凝料一起留在动模一侧；动模上设有顶出机构，用以顶出塑件和流道内的凝料。可能的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口和潜伏式浇口等。该类模具采用的侧向抽芯机构，一般是斜导柱抽芯机构(斜导柱在定模、滑块在动模)、斜滑块抽芯机构、弯销抽芯机构和斜导槽抽芯机构。2、 双分型面注射模 它从不同的分型面分别取出流道内的凝料和塑件，又称为三板式注射模具。与单分型面注射模相比，三板式注射模具增加了一个可移动的中间板(又名浇口板)。中间板适用与采用点浇口进料的单型腔和多型腔模具。在开模时由于定距拉板的限制，中间板与定模板作定距离的分开，以便取出这两块板之间流道内的凝料，而利用推板或推杆将型芯上的塑件脱出。适合的浇口有：点浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口等。该类模具采用的侧向抽芯机构，一般是斜导柱在动模，滑块在定模，或斜导柱、滑块均在定模的斜导柱抽芯机构。脱模时还必须有顺序脱模机构，模具结构复杂。ABS材料适用于点浇口，所以选用双分型面注射模。根据分型面选择原则和制件的特性，主分型面设置在杯盖口处如图4.1所示。A-A截面为本套模具主分型面。图4.1分型面的选择4.3 排气方案设计在注射成型过程中，需要排除的气体有因干燥不良而存在于熔体中的水汽，模腔内空气、原料中易挥发物质的挥发气、材料降聚分解气等。如果不能可靠地将上述气体排出模腔，将导致以下后果：或残留于制品内部形成气泡，或存积于熔料与模腔表壁之间导致制品表面内凹；增加熔体充型阻力，导致模腔填充不全、保压不充分、注射压力增大，熔体冲模速率降低。在注射成型过程中，模具的排气通常有以下几种1：(1) 利用分型面排气，是最简单的方法。其排气效果于分型面的接触精度有关。(2) 利用型芯(或镶件)与模板的配合间隙排气。(3) 利用侧型芯运动间隙排气。(4) 利用推杆与孔的配合间隙排气。(5) 开设排气槽，当以上措施仍不能满足快速，完全排气时，应在适当的位置开设排气槽或排气孔。因为该零件为小型零件，一模一腔，所以利用侧型芯和模板之间以及推杆和孔之间的间隙排气即可，不必单独考虑排气系统。4.4 本章小结本章通过对两种分型面的对比，根据制件及其材料特点，所以选取双分型面。为了使模具的生产效率与注射机相匹配，根据计算布置型腔数目。为了保证塑料充满型腔，需要是型腔的空气尽量排出，所以选择了相应的排气系统。第5章 浇注系统设计和CAE模拟分析5.1 浇注系统设计注塑模浇注系统是指从注射机喷嘴起到模具入口止的塑料熔体的流动通道。浇注系统分热流道浇注系统与普通流道浇注系统。带有普通浇注系统的模具每成型一模制品都伴随有浇注系统的流道凝料，模具脱模机构的设计既要考虑塑件的脱模也要考虑流道凝料的脱模5。5.1.1 浇注系统的设计原则浇注系统设计是否合理，对注射成型过程和塑件质量都有直接影响。因此设计浇注系统时需要考虑以下问题2：(1) 成型塑料的工艺特性。如成型塑料熔体的流动性，对压力、温度的敏感性，塑料熔体的收缩性、分子取向等性能。(2) 浇口位置、数量的设计要有利于熔体的流动，避免产生湍流、涡流、喷射等现象，有利于排气；设计时应预先分析熔接痕的位置及对塑件质量的影响。(3) 应尽量缩短熔体到型腔的流程，以减少压力损失。(4) 避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击，以防止型芯的变形或嵌件的位移。(5) 尽量减少浇注系统冷凝料的产生，减少原材料的损耗。(6) 浇口的设置要便于冷凝料的去除，不影响塑件的外观。5.1.2 主流道设计指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。其作用是将塑料熔体引入模具，其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和填充时间。主流道设计成圆锥形，其锥角常取1°4°，流动性差的塑料可取2°6°；流道表面粗糙度取Ra0.8m，且加工时应沿流道轴向抛光。当主流道尺寸较大时允许采用Ra1.6m。主流道常开设在浇口套上，主流道始端半径SR比注射机喷嘴球半径大12mm,R=15+1=16mm；球面凹坑深度25mm；主流道始端入口直径d应比注射机喷嘴孔直径大0.51mm，其值根据注塑机喷嘴孔径尺寸来取。其长度L以小于60mm为佳，特殊情况下也尽可能短，必要时可采取短流道型浇口套或者将浇口套深埋入座板中。主流道浇口套与模具座板的连接一般采用2支或4支M5M8的内六角螺钉2。本套模具中的浇口套如图5.1所示。图5.1主流道形式(mm)5.1.2 浇口设计1、浇口的形式及尺寸根据浇口截面大小对塑料熔体充填状态、保压补缩时间的调整能力，将浇口分为非限制性浇口和限制性浇口两种类型。非限制浇口仅指直接浇口，塑料熔体从主流道直接注入模腔，又称为主流道型浇口。限制性浇口是指分流道末端与模腔入口之间的一段长度极短、截面很小的通道。限制性浇口的特点如下所述6：(1) 熔体通过限制性浇口时，势能转变为动能与热能，会产生较大的加速度，剪切速率增大，并伴随一定的剪切摩擦升温，从而极大地改善熔体的进入模腔后的流动状态与充模能力。(2) 浇口截面厚度小，浇口封闭冻结时间短，可缩短成型周期。(3) 浇口截面尺寸小，可快速地通过截面厚度的修整，调整保压补缩时间，实施工艺优化，减少制品内应力、提高制品质量等。(4) 浇口截面尺寸小，针对一模多腔或多浇口进料的单型腔，可通过细微修整浇口截面宽度尺寸的方法，实现熔体均衡充模。(5) 浇口截面尺寸小，易于实现流道凝料与塑件的分离；同时，浇口痕迹小，对塑件外观质量影响小。(6) 熔体流经限制性浇口的压力损失大；当浇口截面尺寸过小时，会因熔体通过浇口时的剪切速率过高而产生熔体破碎，在小浇口正对着一个宽度与厚度较大的模腔时，也会产生喷射与蛇形流。2、浇口设计与塑件成型质量的关系(1) 浇口应尽可能开设在塑件之后壁处，以利于熔体流动充型、排气与保压补缩。(2) 尽量避免产生蛇形流。(3) 尽量缩短流动距离，流动比合适，避免熔体流动过程中拐弯多。(4) 应考虑浇口去除的难易程度，尽量较小浇口痕迹及其对塑件外观质量的影响，尽量减少后加工。综上所述，制件材料为ABS多使用点浇口，浇口形状、尺寸及设计要点根据表5.1进行设计。表5.1 点浇口的形式及设计要点2浇口形式及其简图尺寸设计要点特点1.浇口截面小，熔体流经浇口时形成极高的剪切速率。2.浇口位置设计的自由度高。3.浇口截面小，有利于浇口平衡调整。4.浇口去除后残留痕迹小。5.熔体流经点浇口的压力损失大，须采用带顺序分型机构的三板模脱流道凝料。6.特别适用于表观黏度随剪切速率增大而明显降低的塑料。综合模板强度以及实际情况，浇口形状和尺寸如图5.2所示图5.2 点浇口形状、尺寸(mm)5.2 CAE模拟分析本次设计使用的CAE分析软件为Moldflow Plastic Insight简称MPI。能够模拟最广泛的热塑性塑料和热固性塑料注射成型中的制造工艺。具体地说就是MPI可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的充填、保压及冷却阶段、还能预测出制品成型后的缺陷，如制品翘曲等。甚至能够分析纤维填充材料的流动情况，预测纤维的取向并在预测产品翘曲时加以考虑。MPI还可以模拟其他各种热塑性塑料成型工艺，如气体辅助注射成型、共注和注压成型以及反映成型过程，包括热固性注射成型、反应注射成型和半导体芯片封装7。5.2.1 浇口位置分析浇口位置的设定直接关系到熔体在模具型腔内的流动，从而影响聚合物分子的取向和产品成型后的翘曲，因此选择合理的浇口位置在模制产品的设计中是设计中是十分重要的。MPI系统中最佳浇口位置分析模块，可以用来为设计分析过程找到一个初步的最佳浇口位置。分析后的结果如图5.3所示，蓝色部分表示好的浇注位置。图5.3 最佳浇口位置5.2.2 充填、流动、冷却、翘曲分析MPI能够模拟熔融塑料充填到型腔中的状况，能预测出熔融塑料冷却成型后的质量。各项分析结果如下图所示图5.4 成型时的剪切应力从图5.4中可以看出，制件在成型过程中的最大剪切应力为0.18MPa，没超过材料的允许范围。图5.5 充填时间 从图5.5中看出，熔融塑料充满型腔的时间为2.603s。图5.6 成型时的体积温度 从图5.6中可以看到制件充填时体积温度的变化。图5.7 填充时可能出现熔接痕的部位 图5.7中彩色部分可看出制件在底部可能出现熔接痕，对此进行改进提高注塑机的注射压力而减少熔接痕的出现。图5.8 气穴 从图5.8看出在杯盖凸缘部位粉红色显示的是可能出现气穴的地方，加大注射机的注射压力，和合理设置排气系统能减少气穴的产生。图5.9 冷却时的剪切应力图5.9显示为冷却后制件壁上的剪切应力，全部为蓝色，所以剪切应力为0，制件的成型性能较好。图5.10 变形 图5.10显示出注射完成后的翘曲变形情况，从顶部至底部变形量依次增大，但都在制件的允许公差范围之内。图5.11 冷却后的残余应力 图5.11显示的是冷却后型腔内的残余应力为40Mpa左右。5.3 本章小结本章根据材料性能选择相应的浇注系统，设计出浇口类型和截面尺寸。利用Moldfolw软件的分析功能，分析出最适浇口和产品成型后可能出现的问题。分析结果为进一步优化产品及模具设计提供了很好的参考依据。第6章 成型零部件和导向机构的设计6.1 成型零件的结构设计注塑模成型零件是指模具中构成模具的型腔、直接决定塑件几何形状和尺寸的零件，如凹模、凸模或型芯、成型杆、成型环、活动镶块、固定镶块或拼合块等。成型零件应具备的性能要求是：(1) 结构合理，成型操作可靠；(2) 形位公差及几何尺寸精度恰当取(IT7IT10)；(3) 具有足够的强度、刚度、硬度(>40HRC)；(4) 对成型易产生腐蚀性气体的塑料，其成型零件表面应具有耐蚀性；(5) 成型零件材料的切削加工性好、可淬性好、热处理变形小、抛光性能好；6.2 成型零件钢材选用塑料注射模具的结构比较复杂，组成一套模具有各种各样的零件，各个零件在模具中所处的位置、作用不同，对材料的性能要求就有所不同。选择优质、合理的材料，是生产高质量模具的保证。为满足塑料注射模具对材料的各种要求，目前有许多专用的模具钢：3Cr2Mo(P20)钢、10Ni3CuAlVS(PMS)钢、06Ni7Ti2Cr钢、8CrMnWMoVS(8CrMn)钢等。同时，有色金属材料和非金属材料也是塑料注射模具中经常用到的材料，例如铍铜合金、锌基合金、环氧树脂等。根据本设计对制件所要求的精度和质量，综合上述模具材料的特点，该模具成型零部件的材料从45钢、T8钢、T10钢、P20钢中选择，并根据使用要求对其进行热处理，达到需要的工艺标准6。6.3 成型零件工作尺寸计算所谓成型零件工作尺寸是指成型零件上直接构成模腔腔体部位的尺寸，其直接对应塑件的轮廓形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达高精度。本设计成型零件主要是型芯、凹模和侧型芯。一般情况下，在注射成型时，收缩率波动、模具制造误差和成型零件的磨损是影响注塑件尺寸精度的主要因素。制件材料为ABS，根据常用塑料模塑件尺寸公差等级表(GB/T 14486-93) ，选用一般精度MT3精度。其公差值按表6.1选取。表6.1 塑料模型件尺寸公差表2基本尺寸/mm精度等级MT3360.3440500.5650650.6065800.66801000.72图6.1 制件工艺参数(mm)生产中与塑件精度相对应的模具制造精度可以按表6.2中数据取值。表6.2 塑件及其模具精度对应关系2塑件精度等级MT1MT2MT3MT4MT5MT6、MT7模具制造精度IT7IT8IT9IT10IT11IT12表6.3 模具尺寸公差1塑件基本尺寸/mm18303050508080120IT9/526274871、型腔尺寸计算5(1)径向尺寸基本公式： (6.1)式中 DM型腔径向尺寸；Ds制件公称直径；S塑料的平均收缩率，取0.55%；x是工作尺寸的制造与使用修正系数，由于尺寸比较大取1/2；塑件公差；成型零件制造公差。内螺纹小型腔尺寸计算：(2)型腔深