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1、塑料挂钩座注射模具设计摘要注射模在机械、电子、航天航空、生物等领域及日用品的生产中得到了越来越广泛的应用，但我国的塑料成形模具设计整体水平还较低，跟发达国家有很大的差距，主要表现在：模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等。目前，我国的注射成型发展方向主要为提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及CAD/CAE/CAM技术的应用范围。本设计的课题是塑料挂钩座注射模具设计，塑件结构复杂，尺寸精度要求较高，模具设计具有一定的难度。设计内容分为以下三个方面：注射可行性分析、模具总体设计和模具零部件设计。整个设计过程主要借助PRO/ENGINEE
2、R（以下简称PRO/E）、MoldFlow等软件完成。该模具设计的过程为：（1） 对塑件实体进行测绘，同时在PRO/E中创建其3D模型，并用PRO/E的模型分析功能对其进行初步分析和计算；（2） 拟定型腔布局并选择合适的注射机；（3） 利用PRO/E的模具模块完成模具的模仁设计和浇注系统设计，在设计浇注系统时，运用MoldFlow软件对塑件进行了最佳浇口位置分析和注射模流分析及模拟；（4） 用PRO/E注塑模设计专家（简称EMX）进行模架和模具各零部件的设计。本设计的最大特点是运用先进的设计理念，在3D实体模型环境下完成整个模具设计过程。从零件建模，到模具结构设计，以及最后的工程出图，均通过P
3、RO/E软件完成；并且在设计过程中充分利用了PRO/E、MoldFlow的分析功能，进行了如浇注系统分析、注射模拟、开模动作检测、干涉检测等工作，以设计出最为合理的模具结构。此外，设计中大部分分析计算都依靠设计软件进行，手工需要完成的只是模具的结构形式选择及计算校核，从而把设计工作从以往复杂繁琐的计算过程中解放出来，借助于EMX，大大缩短了模具设计花费在创建、定制和细化模架部件以及模具组件上的时间，并且其3D 实体模型也随着设计零件的更改而自动更新，从而使设计周期大为缩短，较好的保证了该模具的设计水平。本设计较好的实现了利用先进CAD/CAE/CAM技术对该复杂、精密塑件的设计。关键词：塑料；
4、挂钩座；注射模；Pro/Engineer；MoldFlowThe abstract of designing plastic pothook injection mouldThe injection mould has been more and more widely used in the field of machine, electronics, aviation, biology and commodity. But the technology of designing injection mould in our country has a wide gap with devel
5、oped countries due to comparatively low average lever. The gap is mainly reflected in the following aspects: the large deformity of the part, the great burr of side overflow, the lower surface quality, the serious erosion and cauterization of the mould, the bad exhaust of mould and the easily destro
6、yed of the cavity and so on. At present, the direction of our injection mold is focus on improving the technology of large, exact, complex and long-life mould and widening the range of using the CAD/CAE/CAM.The subject of the design is an injection mould for plastic pothook, as the configuration of
7、the plastic is complex, and the precision of the dimension is high required, the design of the mould is difficult in some degree. The content of the design can be divided into three parts: the analysis of the injection possibility, the whole design of the mould and the design of the parts, the proce
8、ss have been finished chiefly with the help of software Pro/Engineer.The general processes of the design is: firstly, survey and draw the plastic, establish its 3D model by PRO/E; then primarily analysis and figure up it using the analytic function of PRO/E; then sketch the draft of the layout of ca
9、vity and choose an equal injection machine; next, making use of PRO/Es module to complete the design of core and cavity as well as molding system, on which, software MoldFlow is used to do the analysis of the best gate location and the analysis and simulation of fluid; at last, use Expert Moldbase E
10、xtension of PRO/E to execution the designing of the mold-base and every part of the mould. The most conspicuous feature of the design is that the whole process is done in the environment of 3D model, which is conduct by the advanced theory. The software POR/E completes the work from modeling to the
11、design of construction, and the last draw for engineering. During the process, the analytic function of PRO/E、MoldFlow have been fully used to do the work, such as: Analysis of molding system, injection simulation, the testing of mold opening and interference and so on, in order to make the most rat
12、ional mould. In addition, most analysis and count are finished by design software automatically, therefore, what left to be done by hand are only selecting the form of the mould、 calculate and check the result. In which condition, the fussy compute process can be avoided, and the time spent on creat
13、ing, ordering and simplifying the parts and component part can be largely shortened with the help of EMX. The 3D model can renew itself automatically as the change of the design parts, therefore, the design circle can greatly be shortened and the mould quality can be better secured.Key words: plasti
14、c; pothook; injection mould; Pro/Engineer; MoldFlow目录前言设计说明书第一章 产品分析 1.1 塑件分析 1.2 塑件原材料分析2第二章 拟定型腔布局. 2.1 型腔.4 2.2 型腔数目的确定. 2.3 型腔排布.5第三章 塑件相关计算及注塑机的选择 3.1 塑件相关计算.6 3.2 注塑机选择及注射工艺参数确定7第四章 分型面设计 4.1 分型面设计原则 4.2 分型面设计第五章 浇注系统设计.10 5.1 总体设计.10 5.2 主流道设计11 5.3 分流道设计11 5.4 进料口设计13 5.5 冷料穴的设计14 5.6 浇口套及定位
15、圈的设计14 5.7 塑件模流分析14第六章 模架选用及注射参数校核20 6.1 模架.20 6.2 开模行程校核21第七章 成型零部件设计.22 7.1 成型零件的材料选择22 7.2 成型零件结构设计.22第八章 侧向分型抽芯机构设计.28 8.1 侧向分型抽芯机构类型选择28 8.2 抽芯距确定与抽芯力计算28 8.3 斜导柱分型与抽芯机构零部件设计29第九章 合模导向机构设计.34 9.1 导向机构.34 9.2 定位装置.36第十章 脱模机构设计.37 10.1 脱模装置37 10.2 推出机构设计38 10.3 拉料机构40第十一章 冷却及排气系统设计42 11.1 冷却系统42
16、11.2 排气机构44第十二章 模具总体结构.45结束语.48致谢.49参考文献50第一章 产品分析1.1塑件分析1.1.1结构分析本次设计任务所提供的资料为塑件实体，如下图所示：【图11】塑件草图由零件实体模型及二维草图可知，该零件总体形状为近似梯形，零件大端有两个伸出块及六角通孔，上方有两个小沉孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有诸多突出小块，加强筋等等，并且所有结构对称布置。在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型心对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件属于较复杂程度。1.1.2尺寸精度分析该零件的重要尺寸精度为6级，其它尺寸
17、精度为78级，属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。1.1.3塑件厚度检测塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示：【图12】厚度检测从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，但大多处在23mm的范围之内，并综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。1.1.4表面质量分析 该零件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。综以上分析可知，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易
18、得到保证。1.2塑件的原材料分析 塑件的材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：【图13】聚碳酸脂1.2.1基本资料英文全名：Polycarbonate结构：PC：耐冲击性相当高，属于工程塑料。 耐热性佳、低温安定性良好。 成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。 无毒性。1.2.2机械特性密度：1.2 g/cm3拉伸强度：630kg/cm2硬度：70(Rockwell M)吸水率：0.24%1.2.3热物性质线膨胀率 ：3.8*10-5 cm/cm*热变形温度 ：1351.2.4成形加工性射出成型温度：230310射出成型压力：10001400Kg/cm2成形收缩率：0.5%0.7%模具
19、温度：80120注射时间：2090高压时间：05冷却时间：2090总 周 期：40190从以上资料分析可以得知，该塑料具较好的各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；而由耐热性的观点来看，PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性一般，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。第二章 拟定型腔布局2.1
20、型腔一般来说，精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。型腔的排布 及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。型腔数量确定及型腔的排布所谓型腔（cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两
21、部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。2.2型腔数目的决定型腔数目的决定与下列条件有关。a.塑件尺寸精度型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。b.模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。c.注塑成形的生产效益多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。d.制造难度多腔模的制造难度
22、比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下： A=ty/3600+anc/m（摘自注塑模具设计要点与图列许鹤峰 陈言秋 编著 化学工业出版社）式中：m：制品的生产总量/个 A：成型每个制品所需费用，元/个 n：型腔数量，个 t：成型周期，秒 y：成型费用，元/时 c：单个型腔模具制作费，元/个 a：多个型腔模具制作费递减率，% anc：模具费用，元然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但
23、不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。2.3型腔排布在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：【图21】 型腔布局a.如图21所示，四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：b.如图21所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，
24、但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。综合以上两种方案考虑，故拟定第二种型腔布局方式，其尺寸计算将在后面的设计中完成。第三章 塑件相关计算及注塑机的选择3.1塑件相关计算【图31】 投影面积计算3.1.1投影面积计算塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出,如图31所示：由分析可得：注塑件投影面积S=1008.76*44035mm2 3.1.2体积及质量计算体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由塑料模设计手册表14查得：=1.2g/cm3），如图32所示： 【图32】 体积及质量计算
25、结果如下：体积 = 4.9079263e+03 毫米3曲面面积 = 5.2316449e+03 毫米2密度 = 1.2000000e+00 公吨 / 毫米3质量 = 5.8895115e+03 公吨故注塑件的体积为： V4907.94=19631.6mm3 质量为： M19.631.223.56g（注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）3.2注塑机选择及注射工艺参数确定3.2.1注射机的选择考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况，查塑料模设计手册附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：结构类型：卧式 理论注射量: 60cm3注射压力：12200N/
26、cm3锁模力: 500kN最大注射面积:130cm2 最大模具厚度：200mm最小模具厚度：70mm喷嘴球半径:12mm喷嘴孔直径：4mm 3.2.2注射工艺参数确定查塑料设计手册表14，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择：成型温度/：料桶温度：后段：210-240 中段：230-280 前段：240-285 喷嘴温度：240-250 模具温度：90-110注射压力/MPa：80-130第四章 分型面设计4.1分型面设计原则分开模具取出塑件的面称为分型面，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因
27、素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。 分型面的确定主要应考虑以下几点：a.塑料在型腔中的方位在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直的方向避侧凹或侧孔。b.一般分型面与注射机开模方向垂直的平面，但也有将分型面作减倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工困难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。c.分型面位置。d.除了应开设在制件中断面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素：A.因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或
28、接合缝的痕迹，故分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。B.从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚较大但内孔较小时，则对型芯的包紧力很小，常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。4.2分型面设计根据本塑件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、塑件的外观质量等要求，主分型面的位置选择如下图所示：【图41】 分型面第五章 浇注系统设计 浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括
29、主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。5.1总体设计【图51】进料口分析在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择合适的进料口位置，采用MoldFlow Plastic Adviser分析软件对塑料进行分析，以便得到最合适的进料口，分析结果如下图所示：由MoldFlow分析结果不难看出，最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对成布置）：【图52】浇注系统5.2主
30、流道设计主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分，一般为圆锥形，锥度为2 6，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，此处的主流道锥角：5【图53】主流道各部分尺寸主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.51mm左右，通常取d=36mm，查型腔模具设计与制造表35，当材料为PC，注射机最大注射量为60g时，选取d=5mm，故主流道各部分直径如下图所示（其中L需根据模板厚度确定）：5.3分流道设计分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。
31、分流道截面形状和尺寸：常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；梯形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为梯形形式。分流道直径的计算，可由以下经验公式计算： （塑料模设计手册公式557.P188）式中：D各级分流道的直径（mm）； W流经该分流道的熔体重量（g）； L流过W熔体的分流道长度（mm）。【图54】分流道经估算得第一级和第二级分流道的直径分别为D15mm,D24mm，故各级分流道的尺寸如
32、下图所示：第三级分流道（即与进料口相连的那段分流道）设计为圆锥形，以便于脱模，其尺寸如图55所示： 5.4进料口设计【图55】分流道 进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。 点进料口的直径通常以下式计算： (注塑模具设计公式561.P195)式中：d点进料口直径（mm）； n系数，依塑料种类而异，其中PC对应为n0.7 c依塑件壁厚而异的系数。这里我们直接查塑料模设计手册表546，得d1.0mm【图56】储料井此外，点进料口与分流道的连接需要通过一个储料井，其具体形式如图所示：5.5冷料的穴设计冷料穴是为了防止冷料穴进入浇注系统的流道和型腔,从而影响注塑成型和塑料
33、件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴,本设计中冷料穴开设在主流道的末端。5.6浇口套及定位圈的设计定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。直经D一般比注射机孔直经小0.10.3毫米，以便装模。定位圈一般采用45号钢或Q275钢。定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6M8的内六角螺钉，本设计采用四个M6螺钉固定。浇口套的材料为T10、硬度HRC45；定位圈的材料为45刚，硬度HRC50,其尺寸设计如下图所示：【图57】浇口套与定位圈5.7塑件模流分析在PRO/ENGINEER软件模具模块中进行分模及浇注系
34、统创建后，即可自动产生铸模件，也就是注射成型时包括浇注系统在内的注射件，为了能够更好的分析塑件的注射成型性能，我们还是使用MoldFlow分析软件对其进行模流分析。本设计使用的是MoldFlow MPA模块，即Mold Plastic Adviser，使用MoldFlow MPA可对塑件进行简单的成型工艺分析，包括最佳浇口位置选择（前面已经使用）、流动分析，填充性能分析、成型质量预测、气泡与熔接痕分析，收缩痕分析等，如果要对塑件进行精确分析，还必须使用MoldFlow设计软件的MPI模块，这里只进行简单分析，故只需使用MPA即可，使用MPA分析前需设定成型条件，由前面的设计选择成型条件为：预热
35、温度：115；料桶温度：275，注射最大压力130MPa；高压时间：0.5s5.7.1冲模时间分析【图58】冲模时间5.7.2填充质量分析【图59】填充质量5.7.3成型压力分析【图510】成型压力5.7.4压力降分析【图511】压力降5.7.5流动前沿温度分析【图512】流动前沿温度5.7.6成型质量分析【图513】成型质量5.7.7熔接痕分析【图514】熔接痕5.7.8气泡分析【图515】气泡5.7.9分析报告表5-1 模流分析报告表 Moldability:Your part can be easily filled but part quality may be unacceptabl
36、e.Confidence:MediumInjection Time:0.87 secInjection Pressure:56.07 MPaWeld Lines:YesAir Traps:YesShot Volume :25.55 cu.cm Filling Clamp Force:12.13 tonnePacking Clamp Force Estimate 20%:( 11.21 )MPa 4.73 tonnePacking Clamp Force Estimate 80%:( 44.86 )MPa 18.90 tonnePacking Clamp Force Estimate 120%:( 67.29 )MPa 28.36 tonne
