畢業(yè)設(shè)計（論文）-端蓋薄殼件的模具計算機輔助設(shè)計.doc

工學學士學位論文端蓋薄殼件的模具計算機輔助設(shè)計Mold CAD of Plastic Cover Shell佳木斯大學2015年6月國內(nèi)圖書分類號：工學學士學位論文端蓋薄殼件的模具計算機輔助設(shè)計本 科 生：導師：申請學位級別：工學學士工程領(lǐng)域：機械工程所在單位：機械工程學院答辯日期：2015年6月授予學位單位：佳木斯大學佳木斯大學工學學士學位論文摘要隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展以及計算機技術(shù)的不斷成熟，使用CAD技術(shù)進行模具設(shè)計研究已經(jīng)成為注塑模具發(fā)展的必然要求。使用CAD技術(shù)可以有效地提高注塑模具的設(shè)計水平、提高模具的制造質(zhì)量、縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、減少設(shè)計人員的勞動強度等，CAD技術(shù)在注塑模具行業(yè)應(yīng)用必將受到越來越多的重視。該設(shè)計介紹了國內(nèi)外注塑模具的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，闡述和分析了注塑模具CAD技術(shù)應(yīng)用情況。以端蓋薄殼件注塑模具為實例，對注塑模具CAD技術(shù)進行了詳細的研究，主要研究內(nèi)容：（1）結(jié)合薄殼件的結(jié)構(gòu)特點進行選材，確定澆注材料。（2）通過相關(guān)書籍文獻進行理論計算，完成對塑件型腔型芯、斜導柱分型抽芯、斜頂、澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)等機構(gòu)的計算后并簡單校核并初步選擇模架。（3）使用Creo軟件的模具設(shè)計模塊對實例進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容具體包括：模具型芯型腔設(shè)計、澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計、EMX標準模架的調(diào)用以及注塑模具輔助零件設(shè)計等。關(guān)鍵字：注塑模具；CAD；Creo；EMXAbstractWith the continuous development of science and technology and computer technology matures, for mold design using CAD technology research has become the inevitable requirements of injection mold. Using CAD technology can effectively improve the level of injection mold design, improve the manufacturing quality of mould, shorten the development cycle, reduce the production cost, reduce the labor intensity of designer, CAD technology applied in injection mould industry will be more and more attention.This design introduces the domestic and foreign research present situation and future development trend of injection mold, expounds and analyzes the injection mold CAD technology application situation. To end cover shell injection mould as an example, the injection mold CAD technology has carried on the detailed research, the research content mainly has the following three aspects:(1) With the structure characteristics of a thin shell parts for material selection, determine the pouring material.(2) Through the books on literature theory calculation, complete the mould cores and inclined guide pillar parting core-pulling, inclined top, gating system and cooling system of institutions such as computation and simple after checking and preliminary choose die set.(3) Using Creo software of mold design, the die structure design module for instance design content including: mold core mold design, the design of gating system and cooling system, EMX standard mould base calls and injection mold auxiliary parts design, etc.Keywords:Injection mould; CAD; Creo; EMX目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 注塑模具的背景及研究的意義11.2 注射模具的國內(nèi)外發(fā)展概況11.3 注射模具的國外發(fā)展概況21.4 本文的主要研究內(nèi)容2第2章塑件工藝性分析42.1 明確塑件設(shè)計選用的材料42.2 計算塑件的體積和質(zhì)量42.3 確定注塑工藝參數(shù)52.4 本章小結(jié)6第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算73.1 塑件成型位置及分型面的選擇73.2 模具型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)設(shè)計73.2.1 型腔數(shù)目及排列方式73.2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計83.3 模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計103.3.1 型腔和型芯工作尺寸計算103.3.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計算113.4 脫模、推出機構(gòu)設(shè)計123.4.1 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計123.4.2 斜頂機構(gòu)設(shè)計133.4.3 頂出機構(gòu)設(shè)計153.5 導向機構(gòu)設(shè)計163.6 模具加熱、冷卻系統(tǒng)的確定163.7 校核計算183.7.1 最大注射量的校核183.7.2 鎖模力的校核193.7.3 模具閉合高度的校核193.7.4 開模行程的校核193.7.5 注射壓力的校核203.8 計算模具總體尺寸和工作尺寸203.9 選擇注塑機和模架203.10 本章小結(jié)21第4章基于Creo模具CAD224.1 型腔設(shè)計224.1.1 建立文件夾，設(shè)置工作目錄224.1.2 新建模具型腔設(shè)計文件224.1.3 設(shè)置模具型腔布局224.1.4 創(chuàng)建工件234.1.5 設(shè)置收縮率234.1.6 創(chuàng)建分型面234.1.7 分割體積塊254.1.8 抽取模具元件254.1.9 創(chuàng)建澆注系統(tǒng)254.1.10 鑄模264.1.11 定義開模動作264.2 基于EMX模架設(shè)計與仿真274.2.1 新建EMX項目274.2.2 定義模架274.2.3 裝配模具型腔284.2.4定位環(huán)、主流道襯套和垃圾釘?shù)膭?chuàng)建284.2.5 側(cè)面鎖模器的創(chuàng)建304.2.6 滑塊的創(chuàng)建304.2.7 斜頂?shù)膭?chuàng)建314.2.8 頂桿的創(chuàng)建324.2.9 裝配模架相關(guān)元件324.2.10 模具開模運動仿真324.3 本章小結(jié)33結(jié)論34致謝35參考文獻36附錄1 中文譯文37附錄2 外文原文4144第1章緒論1.1注塑模具的背景及研究的意義塑料，作為現(xiàn)代四大工業(yè)基礎(chǔ)材料之一已經(jīng)在21世紀已經(jīng)被運用到各個行業(yè)，而其中的注塑成型在所有塑料成型技術(shù)中所占的比例越來越大1。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)行條件下工業(yè)零件70%的粗加工和50%的精加工都是由注塑模具成型來完成的。最重要的是，我們?nèi)粘Ｊ褂玫南匆聶C、照相機、電話、電視、電扇等各種家電和通信工具中大約有90%的零件都需要用注塑模具成型工藝來進行生產(chǎn)2。注塑有“生產(chǎn)周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制品”，“對所有原料的適應(yīng)性強”，“生產(chǎn)效率高、能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)”等一系列的優(yōu)越性3。因此，模具是一種先進的、經(jīng)濟的成型技術(shù)。但是，注塑模具一般投資較大，設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備的維修和保養(yǎng)困難等因素都在阻礙著現(xiàn)階段阻礙其發(fā)展。所以，完善和改進注塑模具設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)成為注塑模具行業(yè)發(fā)展的重中之重。1.2注射模具的國內(nèi)外發(fā)展概況我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距。但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國的模具行業(yè)也得到了快速的發(fā)展。20世紀80年代后期，我國的模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年來，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三字模具企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。目前，我國的模具工業(yè)已初具規(guī)模，全國共有模具生產(chǎn)企業(yè)（長、點）約3萬個，從業(yè)人員近100萬人。1984年10月在成都成立了中國模具協(xié)會，現(xiàn)有團體成員1500多個。從20世紀80年代以來，我國模具工業(yè)以每年15%以上的增速快速發(fā)展。1984年我國模具工業(yè)的總產(chǎn)值不到20億元，到2006年已達到720億元，2007年達870億元。其中，模具出口以43%的年增長速度高速發(fā)展，2007年達14.13億美元4。近年來我國模具行業(yè)的增長勢頭良好，模具產(chǎn)量已僅次于日本、美國，位居世界第三，已進入模具生產(chǎn)大國的行列。從總體上看，雖然我國模具工業(yè)已得到較大的發(fā)展，但與很多工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的模具行業(yè)特別是注塑模具設(shè)備不夠精良、技術(shù)較為落后、管理水平都比較低。長期以來，我國注塑模具的設(shè)計與制造很多依賴于國外的經(jīng)驗。據(jù)統(tǒng)計，我國每年生產(chǎn)的模具只能滿足國內(nèi)需求的60%5左右，而其中低檔模具供過于求，中高檔模具仍遠不能自給，很多精密復(fù)雜的模具需要進口。從整個模具市場看，我國進口模具總量約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進口比例占到40%以上，可見，國內(nèi)的模具生產(chǎn)不能完全滿足其經(jīng)濟高速發(fā)展的需要。此外，我國模具行業(yè)所存在的問題還表現(xiàn)為4：（1）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)不盡合理；（2）模具開發(fā)能力差，經(jīng)濟效益欠佳，管理落后；（3）模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平低，生產(chǎn)周期長；（4）工藝裝備水平低，切配套性不好，利用率低；（5）專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協(xié)作能力差；（6）模具材料及相關(guān)技術(shù)落后；（7）人才嚴重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少。1.3注射模具的國外發(fā)展概況模具行業(yè)的高新技術(shù)一直在掌握在發(fā)達國家的手中，不過隨著世界各國對模具行業(yè)的愈加重視，使得模具行業(yè)和模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面4：（1）模具制造技術(shù)向高速、高效、高精、復(fù)合化方向發(fā)展；（2）開發(fā)精密、復(fù)雜、大型、長壽命模具；（3）全面推廣CAD/CAE/CAM等先進的模具設(shè)計、分析與制造技術(shù)，使其向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；（4）優(yōu)質(zhì)模具材料及先進表面處理技術(shù)將進一步受到重視；（5）加強模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化和現(xiàn)代化管理；（6）快速經(jīng)濟制模技術(shù)前景廣闊；（7）開發(fā)先進的模具加工和專有設(shè)備，使成型表面的加工和光整加工向精密、自動化方向發(fā)展；（8）提高模具及模具標準件、重要輔件的標準化及模具生產(chǎn)企業(yè)專業(yè)化程度。由于注射模具處于整個模具行業(yè)中非常重要的地位，國外先進的注塑成型模具正在向高精度、復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展，例如：組合模、多色注塑等；向高效率、高自動化和節(jié)約成能源降低成本的方向發(fā)展，例如：疊模的大量制造和應(yīng)用，裝夾的自動化，取件全部自動化等。節(jié)能降耗目前已經(jīng)成為注塑機最主要的發(fā)展趨勢，多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本將會是未來注塑成型技術(shù)在國際市場的主流。1.4 本文的主要研究內(nèi)容本文通過對端蓋薄殼件的整個澆注過程進行設(shè)計（包括對其型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計、開模輔助件設(shè)計以及模架設(shè)計），完整的還原了一個簡單的小型塑料模具在加工之前的設(shè)計過程，設(shè)計內(nèi)容主要包括以下3點：（1）塑件體積、質(zhì)量、尺寸及材料的確定（詳見第2章塑件工藝性分析）；（2）型腔結(jié)構(gòu)、開模輔助件設(shè)計（詳見第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算）；（3）端蓋薄殼件的計算機輔助設(shè)計（詳見第4章基于Creo模具CAD）。第2章塑件工藝性分析2.1 明確塑件設(shè)計選用的材料塑件的材料選用的是ABS塑料，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其性能主要表現(xiàn)為：（1）使用性能綜合性能良好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性，電性能良好。適于制作一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件和電訊結(jié)構(gòu)零件；（2）成型性能1）無定性料，流動性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為0.4mm左右。2）吸濕性強，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經(jīng)長時間的預(yù)熱干燥。3）成型時宜取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為250C）。（3）ABS的主要性能指標6ABS的主要性能指標如表2-1所示。表2-1 ABS的主要性能指標序號項目值1密度/(g/cm3)1.021.162屈服強度/(MPa)983質(zhì)量體積/(cm3/g)0.860.984拉抗強度/(MPa)805吸水率24h/(%)0.20.46拉伸彈性模量/(GPa)1.87玻璃化溫度/(C)901088抗彎強度/(MPa)1269熔點/(C)13016010彎曲彈性模量/(GPa)2.811計算收縮率/(%)0.40.712抗壓強度/(MPa)719813比熱容/(J/(kgK)168014抗剪強度/(MPa)752.2 計算塑件的體積和質(zhì)量在計算塑件的體積和質(zhì)量之前需確定塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量：（1）結(jié)構(gòu)分析從塑料薄殼件Creo立體圖上可以看出，該薄殼件總體可歸為長方體，總體長度為234mm，寬度為182.72mm，高度為28.5mm，中間為兩個直徑為50mm的孔，另外，在薄殼件側(cè)面有一個寬度為25mm、高度為10mm的小凹坑，此處在開模時需要使用側(cè)向分型抽芯機構(gòu)；在薄殼件內(nèi)部的Z軸方向左右分別有一個小凹坑，這里需要使用斜導柱分型。制件壁厚為2.5mm。除此之外再無需設(shè)置其他特殊的分型機構(gòu)。（2）尺寸精度分析由于該零件屬普通零件，對制件的精度等級無特別要求，根據(jù)ABS塑料的成型性質(zhì)，選制件的精度等級為MT3級（GB/T14486-1993），后面會對塑件的主要尺寸及尺寸公差進行詳細計算。由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。從塑件的壁厚上來看，塑件各處壁厚均為2.5mm，壁厚均勻，有利于零件的成型。 （3）表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，內(nèi)部不得有導電介質(zhì)外，沒有特別的質(zhì)量要求，一般比較容易實現(xiàn)。綜上分析可以看出，注塑時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。計算塑件的體積和質(zhì)量：由于塑件是Creo實體建模而成，故體積可用Creo軟件直接分析得出。塑件體積為：V=101344mm3根據(jù)設(shè)計手冊6可查得ABS塑料的密度為1.021.1g/cm3，暫取1.1g/cm3，故塑件的質(zhì)量為：W=V=111.48g采用一模兩穴的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸、注塑時所需的壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注塑機為XZY-2000型7。2.3 確定注塑工藝參數(shù)查找相關(guān)文獻和參數(shù)工廠實際使用的情況，ABS塑料的成型工藝參數(shù)可作如下選擇（見表2-2）：（試模時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整）表2-2 ABS塑料的成型工藝參數(shù)項目值注射機螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)2050料筒溫度/(C)后段：8580中段：165180前段：180200噴嘴溫度/(C)170180噴嘴形式：直通式模具溫度/(C)5080注射壓力/(MPa)60100保壓壓力/(MPa)60100成型時間/(s)注射：2090保壓：05冷卻：20150成型周期：601002.4本章小結(jié)塑料制件主要是根據(jù)使用要求進行設(shè)計，是在保證其使用性能、物理性能、力學性能、電氣性能、耐化學腐蝕性能和耐熱性能等的前提下，盡量選用價格低廉和成形性能好的材料，還應(yīng)考慮其總體結(jié)構(gòu)，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出機構(gòu)簡單。第3章模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算3.1 塑件成型位置及分型面的選擇為了塑件及澆注系統(tǒng)凝料的脫模和安放嵌件的需要，將模具型腔適當?shù)胤殖蓛蓚€或更多部分，這些可以分離部分的接觸表面，通稱為分型面8。選擇分型面分一般原則：（1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量；（2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處；（3）盡可能使塑件在動模一側(cè)；（4）有利于保證塑件的尺寸精度；（5）盡可能滿足塑件的使用要求；（6）盡可能減少塑件在合模方向的投影面積；（7）長型芯應(yīng)置于開模方向；（8）有利于排氣；（9）有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上原則并結(jié)合設(shè)計件的外形特征，將主分型面確定在塑件最大外圍輪廓平面處，側(cè)面設(shè)計有側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，另外，塑件內(nèi)側(cè)左右小凹坑分別加設(shè)斜頂機構(gòu)。具體分型面設(shè)計情況詳見Creo三維設(shè)計圖。3.2 模具型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 型腔數(shù)目及排列方式在模具生產(chǎn)制造業(yè)上，通常將構(gòu)成產(chǎn)品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產(chǎn)品外表面的（模具）零件稱為型腔8。在實際生產(chǎn)過程中，為了提高生產(chǎn)效率，對于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的零件或大批量生產(chǎn)時常采用一模多穴的方式，而對于復(fù)雜的零件或生產(chǎn)批量不太大時常采用一模一穴的方式。本次設(shè)計根據(jù)所選設(shè)計件的實際情況來看，最終確定為一模兩穴的設(shè)計方式（如圖3-1所示），排列形式為左右并排，這樣可以便于兩個側(cè)滑塊完成側(cè)向分型抽芯，而且也可以保證在設(shè)計件內(nèi)側(cè)小凹坑處設(shè)計斜頂機構(gòu)在分型時兩個設(shè)計件的斜導柱的運動不發(fā)生干涉。由于設(shè)計件的排列方式?jīng)Q定澆注系統(tǒng)的設(shè)計位置，本文將澆注系統(tǒng)設(shè)計在兩設(shè)計件中間位置，這樣做可以保證在澆注時熔料進入型腔后能更加均勻流到型腔的各個部位，缺點是這樣設(shè)計導致澆注系統(tǒng)的分澆道長度較長，影響熔料在進入型腔時的初始溫度，但因本設(shè)計件屬于中小型設(shè)計件，所以該問題對最終成型無明顯影響。圖3-1型腔的排列方式3.2.2澆注系統(tǒng)設(shè)計注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機噴嘴進入模具開始到型腔為止所流經(jīng)的通道8。澆注系統(tǒng)設(shè)計是注射模設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響注射成型的效率和質(zhì)量。設(shè)計時一般遵循以下基本原則：（1）必須了解塑料的工藝特性；（2）排氣良好；（3）防止型芯和塑件變形；（4）減少熔體流程及塑料耗量；（5）修整方便，并保證塑件的外觀質(zhì)量；（6）要求熱量及壓力損失最小。3.2.2.1主澆道的設(shè)計主澆道是指從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分澆道支線為止的一段料流通道，熔融塑料進入模具時最先經(jīng)過它9，起到將熔體從噴嘴引入模具的作用，軸線一般位于模具中心線上，與注射機噴嘴軸線重合，型腔也以此軸線為中心對稱布置。主澆道垂直于分型面，斷面形狀為圓形，為了便于凝料從直澆道中拔出，主澆道設(shè)計成圓錐形，錐度=24，流動性差的塑料取=36，進口端直徑根據(jù)注射機噴嘴孔直徑及熔料注射量確定。最終根據(jù)主澆道截面直徑的推薦值確定進口端與出口端直徑如表2-3所示。表2-3 主澆道進口端與出口端直徑項目值進口端直徑D1/(mm)4.5出口端直徑D2/(mm)73.2.2.2分澆道的設(shè)計分澆道是主澆道與型腔進料口之間的一段流道，主要起分流和轉(zhuǎn)向作用，一般將分澆道設(shè)置在分型面上，多型腔模具必須設(shè)計分澆道。分澆道的設(shè)計要求是：塑料熔體在流動中的熱量和壓力損失最小，同時使流道中的塑料量最小；塑料熔體能在相同的溫度、壓力條件下，從各個澆口盡可能同時進入并充滿型腔；從流動性、傳熱性等因素考慮，分澆道的比表面積（分澆道側(cè)表面積與體積之比）應(yīng)盡可能小8。常見的分澆道截面形狀有圓形截面、梯形截面、拋物線形截面、半圓形和矩形截面等，由于本設(shè)計所選零件形狀的特殊性及其一模兩穴的型腔排列方式，最終確定分澆道截面形狀為圓形。圓形截面的優(yōu)點是比表面積最小，因此阻力小，壓力損失小，冷卻速度最慢，流道中心冷凝慢有利于保壓，缺點是同時在兩半模上加工圓形凹槽，難度大，費用高。由于一模兩穴的設(shè)計，分澆道只需要設(shè)計在一條直線上，所以加工難度上可大大減小。在分澆道的末端需要設(shè)計澆口，而分澆道和澆口之間還需要設(shè)置圓弧過渡來便于熔料的流動及填充，所以將分澆道的末端設(shè)計為圓形，主澆道與分澆道結(jié)合處應(yīng)有圓角過渡，以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。尺寸方面，圓形截面分澆道直徑一般在范圍內(nèi)變動，流動性較好的塑料可設(shè)計成較小的直徑，對流動性差的塑料應(yīng)盡量設(shè)計成大的直徑。分澆道的長度根據(jù)型腔布置適當加長或縮短。最終本設(shè)計分澆道的尺寸為如表2-4所示。表2-4 分澆道尺寸項目值分澆道直徑d/(mm)12分澆道長度L/(mm)112分澆道末端球形半徑r/(mm)6主澆道與分澆道結(jié)合處圓角R/(mm)23.2.2.3澆口的設(shè)計澆口是指料流進入型腔前最狹窄的部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段，其尺寸狹小且短，目的是使料流進入型腔前加速，便于充滿型腔，其又利于封閉型腔口，防止熔體倒流，也便于成型后冷料與塑件分離。澆口的形式有：直接澆口、盤形澆口或中心澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、側(cè)澆口或邊緣形澆口、扇形澆口、薄片澆口、點澆口或菱形澆口、潛伏式澆口或剪切澆口及護耳式澆口或分接式澆口8。本設(shè)計的設(shè)計件屬于薄殼件，故選擇直接澆口的形式，斷面形狀一般為圓形和矩形。澆口的位置根據(jù)設(shè)計件的實際情況，這里將澆口設(shè)計為矩形，并將矩形的底面與分型面重合。澆口截面的厚度通常取塑件澆口處壁厚的1/32/3（或0.52mm），寬度上，對于中小型塑件常取b=（510）h，對于大型塑件常取b10h，長度上，澆口的長度L盡量短，對較小塑料熔體流動阻力和增大流速均有利，通常取L=0.52mm。最終本設(shè)計澆口的尺寸如表2-5所示。表2-5 澆口尺寸項目值澆口截面厚度h/(mm)1澆口截面寬度b/(mm)10澆口長度L/(mm)2根據(jù)主澆道、分澆道及澆口的設(shè)計情況，該塑料模具的澆注系統(tǒng)最終形式如圖3-2所示圖3-2 澆注系統(tǒng)3.3 模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計由于在設(shè)計模具型腔時將設(shè)計件近似為矩形，所以我們?nèi)≡O(shè)計件的最大三圍尺寸作為型腔設(shè)計的基本尺寸參照，所以基本尺寸為長度234mm，寬度182.72mm，高度28.5mm。3.3.1 型腔和型芯工作尺寸計算型腔和型芯工作尺寸計算如表3-1所示。表3-1 型腔和型芯工作尺寸計算項目模具零件名稱塑件尺寸/(mm)計算公式型腔或型芯的工作尺寸/(mm)型腔的計算矩形凹模型腔234182.7228.5型芯的計算矩形凹模型芯234182.7228.53.3.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計算3.3.2.1凹模型腔側(cè)壁厚度計算凹模型腔為矩形型腔，所以在計算時采用矩形型腔的壁厚計算公式進行計算：式中：p型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，選定值20MPa；h型腔深度，取21mm；l型腔側(cè)壁長邊長度，取233.59mm；E彈性模量，取1.8103MPa；H側(cè)壁全高，初選值50mm；許用變形量，取2.106。所以：mm3.3.2.2凹模型腔底板厚度計算根據(jù)矩形型腔底板厚度計算公式進行計算：式中：p型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，選定值30MPa；b地板受壓寬度，取182.7mm；B地板總寬度，根據(jù)外形尺寸確定，取318mm；許用應(yīng)力，地板料選定為45鋼，取300MPa。所以：mm在塑料模塑過程中，型腔所承受的力是十分復(fù)雜的，在注射模上，型腔所受的力就包括塑料熔體的壓力、合模時的壓力、開模時的拉力等，其中最主要的就是塑料熔體的壓力，當模具型腔工作時，在熔料壓力的作用下，型腔會相應(yīng)的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形，如果型腔的側(cè)壁和底板厚度不夠，就會導致成型零件尺寸受到影響，成型精度低或者脫模困難，嚴重時會導致型腔破壞等。但是如果型腔側(cè)壁和底板厚度過大的話，不僅浪費制作模具的材料，還會使脫模力變大，影響工作效率等。由于模具型腔的設(shè)計除了相應(yīng)的計算之外還需考慮實際情況，比如模仁上需加設(shè)水道、滑塊或斜頂機構(gòu)等。根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)及設(shè)計件本身的特點，初步確定模具型腔尺寸如表3-2所示。表3-2 模具型腔尺寸項目值高/(mm)上模：48.5下模：50總：98.5寬/(mm)370長/(mm)5083.4 脫模、推出機構(gòu)設(shè)計3.4.1 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計本設(shè)計件由于側(cè)面存在有小凹坑所以需要設(shè)計側(cè)向抽芯機構(gòu)，在實際生產(chǎn)中，斜導柱分型抽芯機構(gòu)是最常見的一種形式，它是利用斜導柱等零件把開模力傳遞給側(cè)型芯，使之產(chǎn)生側(cè)向移動來完成抽芯動作的。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、動作安全可靠、加工制造方便，但它的抽芯距和抽芯力受到模具結(jié)構(gòu)的限制，一般適用于抽芯力及抽芯距不大的場合。斜導柱分型抽芯機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于模具制造業(yè)，所以市場上也已經(jīng)出現(xiàn)了很多生產(chǎn)該組件的廠家，知名廠家如meusburger、hasco生產(chǎn)的斜導柱分型抽芯機構(gòu)可直接導入模具設(shè)計素材中10，只需修改主要的尺寸即可完成對該機構(gòu)的設(shè)計，省去了復(fù)雜的計算過程，大大提高了設(shè)計人員的工作效率。（1）斜導柱的傾斜角：從斜導柱的抽拔效果考慮，希望傾斜角值大一些好；而從斜導柱受力情況考慮，希望傾斜角值小一些好。一般在設(shè)計時取216.222，符合上述公式。規(guī)定當注射機的最大注射量以最大注射容積標定時，若計算值符合上述公式則認為所選注射機合格。在XZY-2000型注射機的參數(shù)中，最大注射量標定值為注射容量，即規(guī)定的注射容積，且經(jīng)計算符合公式，可以確定初步選定的注射機合格。3.7.2 鎖模力的校核當高壓塑料熔體充滿模具型腔時，會在型腔內(nèi)產(chǎn)生很大的力，迫使模具沿分型面漲開，這個力等于塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和與型腔內(nèi)熔體壓力的乘積。因此注射機鎖模力的叫和關(guān)系是應(yīng)為：式中：F注射機的公稱鎖模力（N）；A塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（m2）；Pq型腔內(nèi)熔體的壓力（MPa），常取Pq=2040MPa。在上述公式中，型腔內(nèi)熔體的壓力在前文計算型腔壁厚及底板厚時已經(jīng)確定為30MPa，為了統(tǒng)一計算結(jié)果這里的Pq=30MPa，XZY-2000型注射機的鎖模力為4500kN，塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和可在Creo軟件中直接測量，測得A=49697.2mm2，經(jīng)計算F遠大于PqA，所以該注射機的鎖模力符合要求，初步選定注射機合格。3.7.3 模具閉合高度的校核由于注射機可安裝模具的厚度有一定的限制，所以設(shè)計模具的閉合厚度Hm必須在注射機允許安裝的最大模具厚度Hmax和最小模具厚度Hmin之間，即XZY-2000型注射機的允許最大摸具厚度Hmax=700mm，允許最小模具厚度Hmin=300mm，而在本設(shè)計中模具的總厚度為Hm=98.5mm，顯然不符合要求。所以當出現(xiàn)HmHmin即可。所以墊板厚度H=300-98.5=201.5mm。3.7.4 開模行程的校核開模行程是指模具開合模過程中，注射機移動模板的移動距離。在本設(shè)計中，由于采用了斜導柱分型抽芯機構(gòu)，所以在開模時不但要滿足取出塑件，還要滿足完成側(cè)向抽芯距離L所需的開模距離HC的要求。計算塑件脫模所需的距離H1+H2，這里H1是塑件脫模所需的推出距離，H2是塑件高度，所以塑件脫模所需距離H1+H2=18.5+48.5=67mm。因為HcH1+H2，所以校核公式為：SH1+H2+(510)XZY-2000型注射機的開模行程為700mm，符合上述公式，所以初步選定注射機合適。3.7.5 注射壓力的校核注射機的最大注射壓力應(yīng)大于或等于塑件成型時所需的注射壓力，即XZY-2000型注射機的最大注射壓力Pma=121MPax，塑件材料為ABS，其注射壓力為60MPa100MPa，符合上述校核公式，所以初步選定的注射機合適。3.8 計算模具總體尺寸和工作尺寸模具的總體尺寸可分為上下模仁的尺寸加和或帶模架的模具總體尺寸，上下模仁尺寸如表3-4所示。表3-4 模具型腔尺寸項目值高/(mm)上模：48.5下模：50總：98.5寬/(mm)370長/(mm)508帶模架的模具總體尺寸可見Creo掛EMX設(shè)計圖。模具工作尺寸即型腔型芯的尺寸及斜導柱分型抽芯機構(gòu)、斜頂?shù)墓ぷ鞒叽?，詳見前文模仁設(shè)計和斜導柱分型抽芯機構(gòu)、斜頂設(shè)計部分。3.9 選擇注塑機和模架在校核計算時，初步選定XZY-2000型注射機，其符合所有校核計算，所以最終確定選用該注射機。XZY-2000型注射機技術(shù)參數(shù)如下表3-5所示。表3-5 XZY-2000型注射機部分技術(shù)參數(shù)序號項目值1螺桿直徑/(mm)852注射容量（理論）/(mm3)10003注射壓力/(MPa)1214鎖模力/(kN)45005允許最大摸具厚度/(mm)7006允許最小模具厚度/(mm)3007開模行程/(mm)7008鎖模形式雙曲肘9定位環(huán)直徑/(mm)15010螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)025011注塑速率/(g/s)8012塑化能力/(g/s)65模架的選取主要考慮上下模仁閉合時總尺寸，在將模仁導入模架時A板不但要完全容納模仁，而且還要有足夠的空間放置導向系統(tǒng)。結(jié)合上述條件，最終選定模架供應(yīng)商為futaba_s，尺寸為700700mm。3.10 本章小結(jié)注塑模具型腔設(shè)計的最主要的部分是分型面的設(shè)計。對于稍復(fù)雜的澆注件，在確定主分型面后，在根據(jù)澆注件的外形結(jié)構(gòu)加設(shè)側(cè)向分型抽芯機構(gòu)以及斜頂機構(gòu)。在進行模具型腔設(shè)計時，要保證在模具型腔不因為加設(shè)的機構(gòu)而發(fā)生改變、澆注成型后塑件的外觀不發(fā)生明顯缺陷的前提下，塑件能順利脫模，并方便二次合模，才為型腔設(shè)計的正確方式。第4章基于Creo模具CAD4.1 型腔設(shè)計在進行模架設(shè)計仿真之前，需要對設(shè)計件進行型腔的設(shè)計。型腔設(shè)計時最重要的部分是分型面的設(shè)計。在本設(shè)計中，分型面包括主分型面、側(cè)抽芯分型面以及底部的斜頂分型面。下面即整個型腔的設(shè)計過程。4.1.1 建立文件夾，設(shè)置工作目錄Step1：在任意磁盤新建文件夾，命名為cover-molding。Step2：雙擊Creo Parametric快捷方式，打開軟件。Step3：點擊“選擇工作目錄”，選擇剛剛創(chuàng)建的文件夾，點擊確定，完成工作目錄的設(shè)置。4.1.2 新建模具型腔設(shè)計文件Step4：點擊“新建”，選擇“制造模具型腔”，輸入文件名稱，取消使用缺省模板前面的小勾，點擊確定；Step5：選擇“mmns_mfg_mold”，以此來確定公制尺寸，點擊確定按鈕來完成新文件的創(chuàng)建。4.1.3 設(shè)置模具型腔布局Step6：點擊“參考模型”按鈕，在彈出的對話框中選擇“cover.prt”，點擊打開，在彈出的“創(chuàng)建參考模型”對話框中點擊確定。點擊“參考模型起點與定向”選項中的黑色箭頭，在“菜單管理器”中“獲得坐標系類型”里選擇“動態(tài)”，這時應(yīng)用界面會彈出參考模型方向?qū)υ捒?。在“坐標系移?定向”中選擇“旋轉(zhuǎn)”，“軸”設(shè)置為x，并將值設(shè)置為90，點擊確定。Step7：在“布局”對話框中，將“布局”設(shè)置為“可變”，在“可變”欄中，先點擊“添加”，設(shè)置第一個參考模型旋轉(zhuǎn)量為0，x增量為-100，y增量為0，設(shè)置第二個參考模型旋轉(zhuǎn)量為180，x增量為-100，y增量為0，點擊確定，完成模具型腔布局的設(shè)置。最終的布局情況如圖4-1所示圖4-1 參照零件4.1.4 創(chuàng)建工件Step8：點擊