有柄盖注塑模具设计毕业设计说明书

1、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design needing the thickness of plastic uniform, the surface should be smooth .Considering the size of product is large, so the design uses one-mode and o

2、ne-cavity form in this case. The design also use half-structure to forming the handle of product after analyzing the structure of the product. In order to ensuring the surface smooth, the edge without distortion, we use

3、pneumatic ejection structure. This structure also simplifies the mold structure, economical and practical. Meanwhile, we </p><p><b>　　Key words</b></p><p>　　Mug; Injection Mould; Hal

4、f-structure; Pneumatic ejection structure</p><p><b>　　目 录</b></p><p><b>　　摘要、关键词I</b></p><p>　　Abstract、Key wordsII</p><p><b>　　目录II

5、I</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.塑料工艺分析与模具方案确定2</p><p>　　2.1 制件的分析2</p><p>　　2.2 模具方案的初步确定3</p><p><b>　　2.3总装图3</b>

6、;</p><p>　　3. 塑料的成型特性及工艺参数4</p><p>　　4. 注塑设备的选择4</p><p>　　4.1 计算塑件的体积和重量4</p><p>　　4.2 选择设备型号、规格、确定型腔数4</p><p><b>　　5. 浇注系统5</b></p>

7、<p>　　5.1 确定成型位置5</p><p>　　5.2 分型面的选择5</p><p>　　5.3 浇口套的选用6</p><p>　　5.4 流程比的校核7</p><p>　　6. 脱模机构的设计8</p><p>　　6.1 顶出机构8</p><p>　

8、　6.2 脱模力的计算8</p><p>　　7. 侧向抽芯机构的设计9</p><p>　　7.1 抽拔距与抽拔力的计算10</p><p>　　7.1.1抽芯距10</p><p>　　7.1.2抽芯力的计算10</p><p>　　7.2 抽芯机构的设计11</p><p>　

9、　7.2.1滑块与滑块槽的设计11</p><p>　　7.2.2定位装置的设计12</p><p>　　7.2.3斜导柱的设计与计算12</p><p>　　8. 温度调节机构的选择13</p><p>　　8.1模具温度调节对塑件质量的影响13</p><p>　　8.2冷却系统的设计原则13</

10、p><p>　　8.3冷却装置的布置如下14</p><p>　　9．塑件的Moldflow分析15</p><p>　　9.1 有限元法介绍15</p><p>　　9.2 有柄盖模型前处理15</p><p>　　9.3初始方案分析结果输出17</p><p>　　9.4制定优化方案

11、20</p><p>　　10. 注射机有关工艺参数的校核22</p><p>　　10.1 注射量的校核22</p><p>　　10.2 锁模力与注射压力的校核22</p><p>　　10.2.1锁模力的校核22</p><p>　　10.2.2注射压力的校核23</p><p>

12、;　　10.3 材料厚度与注射机开模行程的校核24</p><p>　　11. 成型零部件的设计与计算机构形式24</p><p>　　11.1 成型零部件的结构形式24</p><p>　　11.1.1凹模的结构设计24</p><p>　　11.1.2型芯的结构设计24</p><p>　　11.2成型零

13、部件的工作尺寸的计算25</p><p>　　12. 模架、支承与连接零件的设计与选择28</p><p>　　12.1定模座板（250mm×315mm×25mm）28</p><p>　　12.2定模板（250 mm×250mm×25mm）29</p><p>　　12.3动模板（250mm&

14、#215;250mm×50mm）29</p><p>　　12.4 动模座板（250mm×315mm×25mm）29</p><p>　　13. 合模导向与定位机构的设计29</p><p>　　13.1 导柱导向机构30</p><p>　　13.2 导向孔、导套的结构及要求30</p>

15、<p>　　13.3 导柱布置30</p><p>　　14. 排气与引气系统31</p><p>　　14.1.1排气系统的作用及气体来源31</p><p>　　14.1.2排气系统的设计要点31</p><p>　　14.2引气装置31</p><p><b>　　结 论33&l

16、t;/b></p><p><b>　　谢辞34</b></p><p><b>　　参考文献35</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品

17、。要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。</p><p>　　注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。</p&

18、gt;<p>　　传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。</p><p>　　我国

19、模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主

20、要手段，CAE软件也得到应用。</p><p>　　2.塑料工艺分析与模具方案确定</p><p><b>　　2.1 制件的分析</b></p><p>　　如下图所示，该制件为塑料有柄盖，使用材料为PP。</p><p><b>　　图2-1制件图</b></p><p>

21、;<b>　　图2-2制件三维图</b></p><p>　　2.2 模具方案的初步确定</p><p>　　由于塑件属于圆筒形薄壁深壳状零件，我们采用哈夫机构成型塑件的手柄，考虑到实际使用情况，杯口和杯外表面必须有很高的光滑度，可见用顶杆或者推件板顶出是不可行的，这里我们使用气动顶出装置。并用气阀引导防止塑件在脱模时由于型腔内外的气压差导致变形。</p>

22、<p>　　工作过程：开模后，气泵往型芯内鼓高压气体，气阀杆的弹簧受到压缩，气体冲出气阀将塑件吹出，鼓气结束，受到压缩的弹簧回复原始状态。合模时，哈夫机构在斜导柱的引导下复位，顺利完成合模。</p><p><b>　　2.3总装图</b></p><p>　　总装图如图2-3所示。</p><p><b>　　图2-3

23、总装图</b></p><p>　　15.水嘴 16.螺塞 17.弹簧 18.钢珠 19.薄壁水管 20.右滑块 21.水嘴 </p><p>　　22.定模座板 23.浇口套 24.定位环 25. 内六角圆柱头螺钉 26.楔紧块 </p><p>　　27.斜导柱28.左滑块 29.水嘴 30.型芯 31.封水胶垫 32.水嘴

24、 33.螺塞 34.气压泵接口</p><p>　　3. 塑料的成型特性及工艺参数</p><p>　　PP的材料名称是聚丙烯（百折胶）。百折胶质轻，可浮于水，它具有高的结晶度，高耐磨性，高温冲击性好，化学稳定性高，卫生性能好，无毒，耐热性高，可在100摄氏度左右使用，突出的延伸性能和抗疲劳性能。可应用于微波炉、餐具、盆、塑料桶、保温瓶外壳、编织袋等生活用品，也可用于法兰，齿轮，接头，把

25、手等工业元件。PP的最大缺点就是容易氧化老化。可用添加抗氧化剂与紫外光吸收剂等加以克服。</p><p>　　收缩率：1.0～2.5% 熔融温度：230～275 成型温度：15～65度</p><p>　　比重：0.902～0.906 成型压力：100～130Mpa 流比长：100～200</p><p>　　结晶性：半结晶性 射速：高速

26、注射 </p><p>　　4. 注塑设备的选择</p><p>　　4.1 计算塑件的体积和重量</p><p>　　体积：通过UG软件的“质量属性”分析塑件，得到塑件的体积为=46813.2061mm3=46.813cm3。</p><p>　　质量：材料PP的密度取=0.91g/ cm3，则单个塑件的质量m=V=42.6g。</p

27、><p>　　4.2 选择设备型号、规格、确定型腔数</p><p>　　根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即</p><p>　　n=(0.8-)/ (4-1)</p><p>　　式中 n—型腔数；</

28、p><p>　　Vj—浇注系统的体积（g）；</p><p><b>　　—塑件体积。</b></p><p>　　估算浇注系统的体积Vj：</p><p>　　根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。</p><p><b>　　=0.78</b></p>&l

29、t;p>　　由于该塑件外形较大，且需要比较复杂的抽芯机构，因此采用一模一腔，即n=1</p><p>　　则 Vb=(nVg+Vj)/0.8= 59.5 (4-2)</p><p>　　根据所计算的各项参数，选用J54-S200/400型注塑机，注塑机的参数如下：</p><p>　　表

30、4-1注塑机主要参数</p><p><b>　　5. 浇注系统</b></p><p>　　5.1 确定成型位置</p><p>　　由于塑件的手柄处有侧凹，我们使用哈夫机构来成型，将两个滑块安排在手柄的两侧，每个滑块成型手柄的一半侧凹。</p><p>　　5.2 分型面的选择</p><p>

31、;<b>　　选择分型面的原则：</b></p><p><b>　　(1)有利于脱模；</b></p><p>　　(2)有利于保证塑件的外观质量和精度要求；</p><p>　　(3)有利于成型零件的加工制造；</p><p>　　(4)分型面数目与形状通常采用平行分型面，即采用一个与注射机开模

32、运动方向垂直的分型面；</p><p>　　(5)型腔方位的确定：在决定型腔在模具内的方位时，分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹，以避免采用比较复杂的模具结构；</p><p>　　(6)有利于侧向抽芯；</p><p>　　(7)考虑侧向抽拔距；</p><p>　　(8)应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，而将短抽拔距

33、作为侧向分型芯或抽芯，并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯；</p><p>　　(9)锁紧模具的要求；</p><p>　　(10)有利于排气；</p><p>　　(11)分型面的选择应考虑注射机的技术参数。</p><p>　　综上所述，结合本塑件实际情况，将分型面定为如图5-1所示</p><p><b

34、>　　图5-1 分型面</b></p><p>　　为了避免A板和滑块有尖角产生，分型面应在边倒圆底端。</p><p>　　5.3 浇口套的选用</p><p>　　由于采用直接浇口，在有柄盖底部的花纹需要成型，所以交口套底面必须加工出所需要的花纹，详细数据请参见浇口套零件图，示意图如下5-2所示</p><p><

35、b>　　图5-2 浇口套</b></p><p>　　由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触和碰撞,所以常将主流道设计成可拆卸的浇口套，材料为T10A钢,并淬火处理到洛氏硬度50～55HRC.</p><p>　　T10A钢适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，可用作不受较大冲击的耐磨零。</p>

36、<p>　　5.4 流程比的校核</p><p>　　在确定浇口位置及数量时，对于大型塑件还应该考虑所允许的最大流程比。因为当塑件壁厚较小，而流程较长时，不但内应力增大，而且会因为料流温度降低较多而造成注射不满，这时必须增大塑件的壁厚，或增加浇口数量、改变浇口位置，以缩短最大流程。流程比是指塑料熔体在型腔内流动的最大流程与其厚度之比。即：</p><p><b>　

37、　（5-1）</b></p><p>　　B——流程比；——各段流程长度；——各段流程的型腔厚度；</p><p>　　——允许的流程比，（这里塑料PP的允许流程比为280）</p><p>　　所以在允许的范围内，可行。</p><p>　　6. 脱模机构的设计</p><p><b>　　6.

38、1 顶出机构</b></p><p>　　有柄盖属于薄壁、深腔壳状物件，故采用气动顶出，可简化模具结构，缩短模具闭合时间，同时塑件无顶痕，保证了有柄盖表面的光滑度。</p><p>　　气动顶出的设计要点：</p><p>　　(1)压缩空气供应充足。多腔模具中各腔供应的压缩空气必须均衡。</p><p>　　(2)气道阀门密封良

39、好避免塑料溢入；气道密封应良好，防止泄漏影响顶出力；</p><p>　　(3)带底孔的塑件尽量不用气动顶出；</p><p>　　(4)采用气动顶出时，型芯脱模斜度应尽量的小；</p><p>　　(5)采用锥形阀气动顶出时，应根据塑件底部面积选择合适的锥阀直径和锥度；</p><p>　　(6)矩形塑件采用两或多个气动顶出，以免塑件受力不

40、均。</p><p>　　气动顶出装置如图2-3所示</p><p>　　6.2 脱模力的计算</p><p>　　脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力；此外，尚需克服机构本身运动的摩擦阻力几塑料和钢材之间

41、的粘附力。一般而论，制品刚刚开始脱模之瞬间的摩擦力最大。</p><p>　　由于=2.5mm，d=90mm；</p><p>　　/d=0.0278<0.05</p><p>　　所以该塑件为薄壁塑件，又因为塑件的断面为圆环形，根据参考知其计算公式：</p><p>　　F=+0.1A （6-

42、1）</p><p>　　式中，S是塑料平均成型收缩率（%）；E是塑料的弹性模量（MPa）; 是塑件对型芯的包容长度（mm）;是模具型芯的脱模斜度（°）；是塑料的泊松比；是塑件的平均壁厚；f是塑件与型芯之间的静摩擦力，常取0.1～0.2;A是盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积，=1+fsincos1。</p><p>　　本塑件的材料选择为PP（百折胶），有关参数为S=1.75%

43、,E=950MPa, =40mm，=0.392，A=276.46mm2，=3°；代入求得：</p><p>　　脱模力F=81.65kN。</p><p>　　7. 侧向抽芯机构的设计</p><p>　　当注射成型侧壁带有孔，凹穴，凸台等的塑件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模前先抽调侧向成型零件，否则就无法脱模。带动侧向成型

44、零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。按动力来源可分为：手动抽芯机构、液动或气动抽芯机构和机动抽芯机构等三大类型。其中机动抽芯机构是利用注射机的开模运动和动力，通过传动零件将侧型芯或侧型腔抽出。这种机构结构比较复杂，但抽芯不需要人工操作，生产效率高，与液压或气动抽芯机构相比较无须另行设计液压或气压抽芯系统，成本较低。根据传动零件的不同，机动抽芯又可分为斜导柱抽芯、斜滑块抽芯、弯销抽芯、斜导槽抽芯、弹簧抽芯、齿轮齿条抽芯等多种抽

45、芯形式。本次设计根据模具的结构，采用斜导柱抽芯机构。斜导柱抽芯机构是最常用的一种抽芯机构，具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点；其工作原理是：斜导柱固定在定模板上，滑块在动模板的导滑槽内可以移动。开模时，开模力通过斜导柱作用于滑块，迫使滑块在动模板的导滑槽内向两边移动，完成抽芯动作；塑件由推板推出型腔；挡板、弹簧及螺钉是滑块保持抽芯后的最终位置，保证合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔，使滑块回到成型位置</p><

46、p>　　由于本塑件两侧有和一端有凹槽，阻碍成型后塑件直接从模具里脱模，所以必须采用内侧抽芯机构。又因为抽芯距不是很大，侧凸的成型面积较小，故可采用斜滑块内侧抽芯机构。斜滑块应考虑分型与与抽芯方向的要求，并尽量保证塑件具有较好的外观质量，不要使塑件表面留有明显的拼缝痕迹。另外，还应使斜滑块的组合部分具有足够的强度。</p><p><b>　　图7-1 抽芯机构</b></p>

47、;<p>　　7.1 抽拔距与抽拔力的计算</p><p><b>　　7.1.1抽芯距</b></p><p>　　抽芯距是指型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，滑块所移动的距离。一般抽芯距等于侧孔深加2～3mm。</p><p>　　则 S=S1+（1+3)mm=10mm+3mm=13mm

48、 （7-1）</p><p>　　7.1.2抽芯力的计算</p><p>　　查表得抽芯力Q的计算公式[9]：</p><p><b>　　（7-2）</b></p><p>　　式中 l—活动型芯被塑件包紧的断面形状周长；</p><p>　　h—型腔部分的深度

49、；</p><p>　　—塑件对型芯单位面积的挤压力，一般取8~12MPa；</p><p>　　—塑料与钢的摩擦系数，一般取0.1~0.2；</p><p>　　—侧孔或侧凹的脱模斜度()，本设计中取=。</p><p>　　则 =（10.2315+24.0785+11.4292+18.0456+3）458（0.1cos—sin）=1251

50、89.1N</p><p>　　7.2 抽芯机构的设计</p><p>　　螺塞 2.弹簧 3.钢珠 4.右滑块 5.压紧块 6.斜导柱 7.左滑块</p><p>　　图7-1 斜导柱抽芯机构</p><p>　　塑件的侧向抽芯机构如上图所示，开模时，斜导柱随定模一起运动，其带动滑块运动，直到运动到定位装置的位置；闭模时，斜导

51、柱先进入斜导柱孔，在斜导柱和楔紧块的作用下，使侧向机构顺利合模。 </p><p>　　7.2.1滑块与滑块槽的设计</p><p>　　(1)滑块与侧向型芯的连接</p><p>　　斜导柱抽芯机构的滑块分为整体式和组合式两种，考虑到节约材料和机械加工容易，本次设计中的滑块采用整体式，侧向型芯作为滑块的一部分一起加工。</p><p>

52、;<b>　　(2)滑块槽的设计</b></p><p>　　侧向抽芯过程中，滑块必须在滑槽内运动，并要求运动平稳且具有一定的精度。本次设计采用“T”形组合式的导滑槽，其由一块板做成滑槽板，导滑部分容易磨削，精度也容易保证。</p><p>　　设计滑槽时还应注意下面问题：</p><p>　　<1> 滑块完成抽拔动作后，其滑动部分

53、仍应有全部或部分长度留在滑槽内，滑块的滑动配合长度常大于滑块宽度的1.5倍；滑块完成抽拔动作后，其滑动部分留在导滑槽中的长度不应小于滑块配合长度的2/3，否则，滑块复位时容易倾斜，甚至破坏模具。为不增大模具体积又要保证导滑槽长度，可在模具上采用局部加长导滑槽的方法；</p><p>　　<2> 滑槽对滑块的导滑部分采用间隙配合，配合特性可选用H8/g7或H8/h8，其它各部分均留有间隙，滑块的滑动部分

54、和滑槽导滑面的粗糙度Ra为0.8；</p><p>　　<3>由于模具工作时，滑块在导滑槽内要往复移动，为降低磨损，滑块的材料可用T8A、T10A、或45钢，导滑部分淬火硬度在40HRC以上，导滑槽的材料可用耐磨材料或铜滑板，淬火硬度为54~58HRC。</p><p>　　在本设计中，查阅《模具设计与制造简明手册》表2-4-74，选定滑槽高度为12mm，滑槽宽度为9mm，材料

55、选为T10A，热处理54～58HRC。</p><p>　　7.2.2定位装置的设计</p><p>　　侧抽芯动作完成后，滑块应留在所要求的位置上，不可任意滑动，以便合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔中，该设计采用钢珠联合弹簧定位形式。钢珠直径7mm，弹簧丝直径1mm。</p><p>　　7.2.3斜导柱的设计与计算</p><p>　　

56、综合实际情况，本模具采用斜导柱安装在定模，滑块安装在动模的。斜导柱倾斜角选为20°，则斜导柱有效工作长度为L=S/sin20°，其中S为抽芯距。</p><p>　　即 L2=13/sin20°=38mm </p><p>　　斜导柱直径取决于斜导柱所受的最大弯曲力，按斜导柱所受的最大弯曲应力小于其许用弯曲应力的原则，直径的计算公式为</p>&

57、lt;p>　　d==m=14.97mm （7-3）</p><p>　　其中P为斜导柱所受的弯曲力,主要取决于抽拔力Q和倾斜角α，其简化计算公式为 ； （7-4）</p><p>　　在这里P=125189.1/cos=133223.46N<

58、/p><p>　　H是抽芯孔中心与A点的垂直距离（mm）；</p><p>　　是斜导柱材料的许用弯曲应力（MPa），可取=300MPa。经计算与校核，斜导柱直径选则d=16mm。</p><p>　　8. 温度调节机构的选择</p><p>　　8.1模具温度调节对塑件质量的影响</p><p>　　(1)尺寸精度 对

59、一般塑件,必须使模温较低,并保持恒定温度,以减少塑件成型收缩率的波动,提高塑件尺寸稳定性；</p><p>　　(2)形状精度 模具型芯和型腔的各部分温差太大,会使塑件收缩不均匀导致翘曲变形,特别是对于壁厚不一致和形状复杂的塑件,常常会出现因收缩不均匀而变形的情况,因此,必须设计合适的冷却回路,使模具型腔、型芯各个部分的温度基本一致，从而使塑件各部分的冷却速度相同；</p><p>　　

60、(3)力学性能 对于结晶型塑料冷却速度影响其结晶度，而结晶度又影响其力学性能。冷却速度快，结晶度低，应力开裂的倾向小。一般可采用较高的熔体温度、较低的模具温度、较短的保压时间和快速填充，这样成型条件来减少塑件应力开裂的倾向。</p><p>　　(4)表面质量 当模具的温度过低时，会使塑料熔体粘度提高，流动阻力增大，从而出现填充不满，塑件轮廓不清，或者产生熔接痕或振动痕；提高模具温度即可改善塑件表面状态，使塑

61、件表面粗糙度降低。</p><p>　　8.2冷却系统的设计原则</p><p>　　(1)冷却系统的布置应先于脱模机构</p><p>　　(2)合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离</p><p>　　(3)降低进出水的温度差，普通模具的进出水温差不应超过5℃</p><p>　　(4)浇口处应加强冷却

62、</p><p>　　(5)应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处</p><p>　　(6)冷却水路应便于加工和清理。</p><p>　　8.3冷却装置的布置如下</p><p>　　图8-1型腔冷却系统 图8-2滑块冷却系统</p><p>　　图8-3 型芯的冷却系统</p&g

63、t;<p>　　9．塑件的Moldflow分析</p><p>　　9.1 有限元法介绍</p><p>　　Moldflow软件的原理是有限元法，有限元法是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物，由于它在解决工程技术问题时的灵活性、快速及有效性，发展非常神速，其解题范围包括了各个领域（固体力学、流体场、电磁场、温度场、声场）的数理方程；其计算机程序几乎能求解数理方程中的各类

64、问题，是工程技术人员必备工具，是力学、机械、土木工程、水力等专业的学生的必修课。有限元法是求解复杂工程问题的一种近似数值解法，现已广泛应用到力学、热学、电磁学等各个学科，主要分析工作环境下物体的线性和非线性静动态特性等性能。</p><p>　　有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化，有限元求解，计算结果的处理三部分。曾经有人做过统计：三个阶段所用的时间分别占总时间的40%~50%、5%及50%~5

65、5%。也就是说，当利用有限元分析对象时，主要时间是用于对象的离散及结果的处理。如果采用人工方法离散对象和处理计算结果，势必费力、费时且极易出错，尤其当分析模型复杂时，采用人工方法甚至很难进行，这将严重影响高级有限元分析程序的推广和使用。因此，开展自动离散对象及结果的计算机可视化显示的研究是一项重要而紧迫的任务。</p><p>　　有限元分析的基本步骤和几个问题：</p><p>　　离散

66、化：（1）单元怎样划分？编排单元码和节点码有什么原则？</p><p>　　（2）荷载如何移置？</p><p>　　单元分析：（1）节点力怎样用节点位移表示？</p><p>　　（2）如何建立以节点位移表示的节点平衡 方程式？</p><p>　　（3）怎样去求单元的内力（应力）？</p><p>　　整体分析：如

67、何以最快的速度、最少的时间、最好的方案解出方程组，以得到最佳（可行精度）的结果？</p><p>　　9.2 有柄盖模型前处理</p><p>　　（1）网格的划分，处理，诊断</p><p>　　导入有柄盖模型，并选择网格类型为表面模型，设置全局网格边长为10mm接着开始划分网格。划分完成后进行网格数据统计，网格数量8853，无自由边，无交叉边，最小纵横比1.15

68、，最大纵横比22.21。可以看出，对于之后要进行的翘曲分析，纵横比过大，需要调整。进行网格的纵横比诊断，调整网格纵横比为小于18。最后进行网格配向诊断，连通性诊断，自由边诊断等，均没有问题。</p><p>　　（2）分析类型及材料选择</p><p>　　双击Moldflow左边任务栏的填充，选择分析类型为“浇口位置”，然后选择材料为“TaiwanPP”牌号为6331。双击任务栏的“立即

69、分析” 。</p><p>　　图9-1 最佳浇口位置分析</p><p>　　查看分析结果，如图9-1所示，蓝色显示的即为最佳浇口位置。</p><p>　　修改分析类型为“冷却+流动+翘曲”，为接下来的分析做准备。</p><p>　　（3）浇注系统，冷却系统创建</p><p>　　右键点击任务栏中的注射位置，放

70、置注射位置在杯底中心。点击“建模”菜单的流道系统向导，选择浇口位置中心作为主流道位置，设置入口直径为3mm，拔模角3度，长度为52mm。接着进行连通性诊断，连通性良好。继续分析。</p><p>　　用手工方式创建冷却系统：使用复制/移动命令复制、移动节点，并将它们按顺序连接成线，接着选择网格菜单中的“生成网格”，网格边长选择默认。</p><p>　　放置水路进出口：右键点击“创建冷却回

71、路”，放置冷却液入口，从而完成创建浇注系统和冷却系统。如图9-2所示。</p><p><b>　　图9-2 冷却回路</b></p><p>　　9.3初始方案分析结果输出</p><p>　　进行工艺参数的设置：双击工艺设置，弹出工艺设置向导。</p><p>　　在冷却设置中，设置模具表面温度设为50；熔体温度23

72、0，开模时间5s，注射+保压+冷却时间为自动，查看顶出条件为顶出温度93，顶出冻结百分比为100%；</p><p>　　在流动设置中，参数均为自动；</p><p>　　在翘曲设置中，勾选分离翘曲原因复选框。</p><p>　　准备就绪，进行有柄盖的“冷却+流动+翘曲”分析。得出分析结果。首先查看分析日志，在分析日志中查出最大注塑机锁模力为7吨；最大注射压力为1

73、.8MPa，充填时间为1.5s，在充填阶段的1.48s，流动速率为33.46立方cm每秒时，发生速度与压力的切换，保压阶段从1.5s开始，在11.49s时，压力完全释放，在28.14s保压结束。</p><p>　　生成分析报告：选择需要的分析内容并添加生成报告，报告如下： </p><p>　　图9-3 变形，不同的收缩</p><p><b&

74、gt;　　图9-4 充填时间</b></p><p><b>　　图9-5 气穴</b></p><p><b>　　图9-6 熔接痕</b></p><p><b>　　图9-7 锁模力</b></p><p>　　图9-8 回路管壁温度</p>&

75、lt;p><b>　　图9-9 制品温度</b></p><p>　　在报告中可以看出，不同的冷却引起的变形比较大，需要改进冷却系统，充填时间为1.5s，旋转塑件选择塑件上不同的点，发现充填时间的差值不超过0.2s，没有问题。产生气穴的位置均在分型面上或者在左右滑块缝隙，杯口边缘位置，易于排气，所以没有问题。在手柄位置有明显的熔接痕产生，需要改进工艺参数。需求的锁模力远小于注塑机的最大

76、锁模力，所以可行。查看回路管壁温度的温度偏差为摄氏度，可见冷却效果是非常好的。制品的上下温度偏差过高，导致冻结时间不同，影响塑件的顶出，所以冷却系统需要改进。</p><p><b>　　9.4制定优化方案</b></p><p>　　根据初始方案分析，改进冷却系统，同时调整工艺参数，改进如下：</p><p>　　模具表面温度改为60，顶出条

77、件设置为100时顶出塑件，速度压力切换条件设置为“注射压力120MPa控制”，其它设置不变。优化方案的分析报告如下图：</p><p>　　图9-10 变形，不同的收缩</p><p>　　图9-11 充填时间</p><p>　　图9-12 冻结时间</p><p><b>　　图9-13 熔接痕</b></p&

78、gt;<p>　　改变冷却系统如图，加长滑块处冷却水道，使不同的冷却产生的变形缩小。由于熔接痕不可避免，在调试模具时，采用增大流速，温度，压力等方法使熔接痕不明显。</p><p>　　10. 注射机有关工艺参数的校核</p><p>　　10.1 注射量的校核</p><p>　　本塑件采用一模一腔的结构，由上面的计算结果可知： </p>

79、<p>　　=46.813；=0.78</p><p>　　故每次注射需要的塑料为：</p><p>　　G=0.78+46.813=47.593</p><p>　　由于注射机J54-S200/400的标称注射量为400，大于47.593，所以满足要求。</p><p>　　10.2 锁模力与注射压力的校核</p>

80、<p>　　10.2.1锁模力的校核</p><p>　　由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象即：</p><p><b>　　（10-1）</b></p><p>　　式中 —注射机的公称锁模力（N），本次设计中，=900KN；</p><p&

81、gt;　　P—注射时型腔内注射压力，由下表10-1得： p =25MPa；</p><p>　　表10-1 常用塑料注射成型时型腔平均压力 单位：MPa</p><p>　　—塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和（mm2）。</p><p>　　则 = nA1+A2 (10-2)<

82、/p><p>　　其中—单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）</p><p>　　——流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm2）</p><p>　　本模具采用一模一腔，</p><p>　　因此= ==602.74mm2</p><p>　　则=1506.9KN (10-3)<

83、/p><p><b>　　得知N</b></p><p>　　所以注塑机的锁模力能够满足要求。</p><p>　　10.2.2注射压力的校核</p><p>　　J54-S200/400注射机的最大注射压力为109MPa，能够满足ABS塑料成型所需要T的注射压力80~140MPa的要求。</p><p&

84、gt;　　10.3 材料厚度与注射机开模行程的校核</p><p><b>　　材料厚度的校核</b></p><p>　　查文献[17]得材料校核的公式：</p><p>　　(10-4) 式中 —注射机允许的最小厚度（J54-S200/400注射机的＝165mm）；</p><p>　　—注射

85、机允许的最大厚度(J54-S200/400注射机的＝406mm)。</p><p>　　则 H=204mm</p><p>　　所以能够满足上面的要求。</p><p>　　注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件(包括浇注系统)所需要的开模距，即满足下式：</p><p><b>　　(

86、10-5) </b></p><p>　　式中 Sk—注射机的行程(J54-S200/400注射机的Sk＝160mm)；</p><p>　　H1—脱模距离(顶出距离),H1＝40mm；</p><p>　　H2—塑件高度+浇注系统高度，H2＝(46+52)mm=98mm</p><p>　　则 H

87、1+ H2+10mm＝148mm<160mm</p><p><b>　　所以能够满足要求。</b></p><p>　　11. 成型零部件的设计与计算机构形式</p><p>　　11.1 成型零部件的结构形式</p><p>　　11.1.1凹模的结构设计</p><p>　　中小型凹模

88、宜采用整体式凹模，本设计采用整体式凹模，这是因为凹模板厚度为25mm，比较薄，模板尺寸也较小，采用整体式并不会浪费材料，整体式凹模的优点是：强度大，塑件上不会产生拼模缝痕迹。</p><p>　　11.1.2型芯的结构设计</p><p>　　凸模的装配形式有模体与底板一体式，底板装配式，螺钉配合底板式。本模具属于小型模具，为了减少模具零件的加工量和便于加工，采用过渡配合（H7/m6）将型

89、芯压入模具，型芯底部用凸肩固定。</p><p>　　11.2成型零部件的工作尺寸的计算</p><p>　　成型零部件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺寸，称为工作尺寸，它包括型腔深度与型芯高度尺寸、型腔和型芯径向尺寸、成型零件中心距。根据与塑件熔体或塑件之间产生摩擦磨损之后尺寸的变化趋势，可将工作尺寸分为三类：1) 孔类尺寸(A类)；2)轴类尺寸(C类)；3)中心距类尺寸(C类).

90、任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的实际尺寸与基本尺寸之间的误差叫制品的尺寸偏差。引起制品产生尺寸偏差的原因很多，据目前的生产经验来说，主要的原因是来自塑件的收缩率、成型零部件的制造偏差及其在使用过程中的磨损等三方面。</p><p>　　生产中一般根据制品尺寸允许的公差来确定成型零部件的制造偏差及其磨损量，它们关系如下：</p><p><b>　　; 。</b>

91、;</p><p>　　利用平均收缩率来计算，平均收缩率(Scp)是塑件的最大收缩率(Scpmax)与最小收缩率(Scpmin)的和的一半，即：</p><p>　　Scp＝（Scpmax + Scpmin）/2 (11-1)</p><p>　　=(0.3%+0.8%)/2</p><p>

92、;<b>　　=0.0055</b></p><p>　　该塑件尺寸较大，因此精度要求较低，查表（SJ/T10628—1995），选用6级精度。因此每个尺寸的公差均可由表中查出。</p><p><b>　　已知塑件尺寸如下：</b></p><p>　　图11-1 制件图 </p><p>　　表

93、11-1 尺寸计算</p><p><b>　　表11-1续</b></p><p>　　12. 模架、支承与连接零件的设计与选择</p><p>　　注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各

94、种支承零部件有足够的强度和刚度。</p><p>　　12.1定模座板（250mm×315mm×25mm）</p><p>　　定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过8个Φ16的斜导柱与定模固定板连接，定位圈通过4个M4的内六角螺钉与其连接，定模座板与浇口套为H6/f5配合。</p><p>　　12.2定模板（250 mm

95、15;250mm×25mm）</p><p>　　用于固定型腔、导套、楔紧块、斜导柱。厚度经计算校核应大于12，取标准值25。采用45钢制成，调质230HB~270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/r6配合，另一端采用H8/h7配合；定模板与浇口套采用H6/f5配合。</p><p>　　注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成

96、模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。</p><p>　　12.3动模板（250mm×250mm×50mm）</p><p>　　用于固定型芯，厚度经计算采用50mm</p><p>　　12.4 动模座板（250mm×315mm

97、15;25mm）</p><p>　　模座是与注射机相联的模具底板，其作用是支承所有零部件、传递合模力及承受成型力。设计要点：</p><p>　　(1)应有一定厚度；</p><p>　　(2)轮廓形状和尺寸应与注射机上的动定模固定板相匹配；</p><p>　　(3)模座上开设的安装结构（螺栓孔、压板台阶等）必须与设备上安装的螺孔的大小和

98、位置相适应；</p><p>　　(4)材料：碳钢、45钢、合金结构钢，调质230~270HBS。</p><p>　　13. 合模导向与定位机构的设计</p><p>　　注射模在工作中周期性地开模、合模。当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置导向与定位机构。导向机构的作用是：&l

99、t;/p><p>　　(1)定位作用：为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，导向机构在模具的装配过程中也起定位作用，方便模具的装配和调整；</p><p>　　(2)导向作用：在动定合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；</p><

100、p>　　(3)承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力；</p><p>　　(4)保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。</p><p>　　13.1 导柱导向机构</p><p>　　考虑到塑件的精度要求和生产批量大小，故导柱要有导套配合，导套的外径与

101、导柱的相等，也就是导柱的固定孔与导套的固定孔同径，两孔可以一刀加工，以保证位置精度。导柱同导套的配合都是间隙配合H7/h6或H8/f8，间隙小于0.04mm，导柱装入模板多用过渡配合H7/m6或H7/r6。导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，使导柱能顺利进入导向孔。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢（T8A、T10A）经淬火处理，硬度为50~55HRC[18]，以保证导柱具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯。</p>

102、;<p>　　13.2 导向孔、导套的结构及要求</p><p>　　考虑到装配方便，把导套的前面倒一个圆角，内孔有一定锥度；为避免孔内空气无法排出而产生反压力，给导柱的进入造成阻力，合模时有较大噪声，设计时把导柱孔打通。该设计中，采用了有肩导柱和带头导套。</p><p><b>　　13.3 导柱布置</b></p><p>

103、　　根据模具的大小，选用了四根等直径导柱，它们合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘有足够的距离，以保证模具的强度。</p><p>　　14. 排气与引气系统</p><p>　　14.1.1排气系统的作用及气体来源</p><p>　　为了防止塑件出现气泡，疏松等缺陷，在注射过程中应该将型腔中的气体排出。模具型腔中的气体来源主要有以下几个方面：

104、(1)浇注系统和型腔中原有的气体；</p><p>　　(2)塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸汽；</p><p>　　(3)塑料熔体受热分解产生的挥发气体；</p><p>　　(4)熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成的气体；</p><p>　　14.1.2排气系统的设计要点</p><p>　　(1)保证迅速

105、，有序，通畅，排气速度应该与注射速度相适应；</p><p>　　(2)排气槽设在塑料流末端；</p><p>　　(3)应设在主分型面凹模一侧，便于加工和修整，飞边容易脱模和去除；</p><p>　　(4)尽量设在塑件较厚的部位；</p><p>　　(5)设在便于清理的位置，以免积存冷料；</p><p>　　(

106、6)排气方向应避开操作区，以防高温熔体溅出伤人；</p><p>　　(7)其深度与塑料流动性、注射压力以及温度有关；</p><p>　　在本模具中，型芯和型腔之间有较大的间隙，故不但图开设排气槽。</p><p><b>　　14.2引气装置</b></p><p>　　引气装置的作用与排气系统的作用相反，是为了顺利

107、脱模而采取的一种措施。大型深腔底部密封的壳型塑件，成型后型腔被塑料充满，气体被排出，塑件内孔表面与型芯间形成真空，使脱模困难。本模具由于塑件属于底部密封的壳型塑件，如不加引气装置，会使塑件变形。引气阀如图14-1所示 .</p><p><b>　　图14-1 引气阀</b></p><p><b>　　结 论</b></p>&l

108、t;p>　　在本次模具设计中，我结合实际情况，综合考虑了塑件材料的安全性（无毒），可成型性，塑件的质量要求，模具的制造成本，模具的可加工性等要素，本着一切从实际出发的原则进行设计。由于塑件是圆筒形薄壁深壳状零件，我采用哈夫机构成型手柄并用气动顶出装置顶出塑件，这即简化了模具结构又节省了制造成本，最主要的是使塑件表面无顶痕，保证了塑件的表面质量，也符合了人们生活的安全原则，在模具设计的后期，我用Moldflow软件对塑件进行分析，模

109、拟了塑件在模具初始方案时的浇注系统和冷却系统下的成型情况，查出缺陷并在模具优化方案中重新设置工艺参数，消除缺陷或将缺陷控制在范围内。这对模具后期调试提供了参考，节约了时间和劳动成本。</p><p><b>　　谢辞</b></p><p>　　经过两个多月时间的努力，我终于完成了毕业设计。开始的时候我对一些知识不是很清楚，所以我阅读了大量和模具，机械相关的书籍，花费

110、了很大的时间来系统地学习专业知识，在这个过程中我充实了自己，并为自己的进步感到喜悦。</p><p>　　在这期间有很多人给予了我莫大的帮助，特别是***指导老师，xx老师在每个星期都给我们布置工作，并定期检查我们的工作情况，在一些不符合要求的地方及时给我们指正，这对我顺利完成设计帮助很大。同时，在xx老师的指导下，我在这次过程中巩固了书本知识，并深入理解，使自己提高了一个层次。在设计中我不断改进设计中的机构，使

111、它更符合实际。</p><p>　　还有很多同学在设计期间也给我答疑解惑，我由衷的感谢他们，祝福他们在之后的道路上一切顺利！</p><p><b>　　参考文献</b></p><p>　　[1] 孙凤琴. 模具制造工艺与设备[M].北京：中国轻工业出版社，2003.</p><p>　　[2] 贾润礼. 实用注塑模具

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