毕业设计（论文）-汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计

毕业设计（论文）-汽车内饰件的注塑成型工艺 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与模具设计 毕业设计(论文)-汽车内饰件的注塑成型工艺分析与 模具设计 汽车内饰件的注塑成型工艺分析与模具设计 摘要 随着科学技术的发展，塑料注射成型已经广泛应用于汽车行业，在国民经济中占有重要地位。对于注射成型，塑料模具的设计至关重要。在塑料材料、加工工艺确定后，塑料模具对实现塑件加工要求、塑件使用要求和塑件外观要求，起着不可替代的作用。本文以汽车内饰件为具体实例进行注塑工艺分析与模具设计，除了工艺分析计算，还包括Moldflow成型过程模拟和UG模具设计。通过工艺分析计算，选择合适的注塑机，合理设计模具的模架、浇注系统、成形零件、导向定位机构、脱模机构、侧抽芯机构及冷却系统。利用Moldflow分析软件进行充填、料流、翘曲和冷却模拟，优化成型工艺参数、浇注系统和冷却系统，提高模具的质量。同时，应用UG的Moldwizard模块进行模具设计，充分运用标准件，提高设计效率。 关键词:浇注系统;侧抽芯;冷却系统;Moldflow分析;优化 Injection process analysis and mold design of an automobile interior Abstract With the development of science and technology, plastic injection molding has already been widely used in the automobile industry. It plays an important part in the national economy. For the injection molding, the design of plastic mold is essential. After the plastic material and processing technology are identified, the design of plastic mold plays an irreplaceable role in realizing the requirement of part’s processing, using and appearance. In this paper, the automobile interior is designed as the specific example for injection process analysis and mold design. In addition to the process analysis and calculation, there are also the process of Moldflow Simulation and UG mold design. Through the process analysis and calculation, we can choose the suitable injection molding machine, design the mold base, the feed system, forming parts, position-oriented institutions, Demoulding agencies, side core slide and cooling system rationally. Using the Moldflow software to simulate the process of filling, material flowing, warpage and cooling for the purpose of optimizing the molding process parameters, the feed system and cooling system. Then, we can improve the quality of the die. At the same time, with the application of UG's Moldwizard, we can make full use of standard parts and improve the efficiency in the process of mold design. Keywords: feed system; side core-slide; cooling system; Moldflow analysis; Optimization 目录 1 引言 1 2 塑件工艺分析 2 2.1 塑件成型工艺分析 2 2.2原料(ABS)的成型特性、性能指标与工艺参数 2 成型特性 2 性能指标 3 数 3 3 注塑机选择 4 3.1 注塑机初选 4 3.2 注塑机校核 4 4 成型零件设计 7 4.1 成型零件结构设计 7 4.2 成型零件钢材选用 7 4.3 成型零件的力学计算 7 4.4 定位楔块设计 12 5 浇注系统设计 15 5.1 浇注系统的组成及设计原则 15 5.2 流道及浇口设计 15 主流道设计 15 冷料穴设计 17 分流道设计 18 浇口设计 19 拉料杆设计 20 5.3 型腔压力估算 22 6 分型面及排气槽设计 23 6.1 分型面设计 23 6.2 排气槽设计 23 7 冷却系统设计 25 7.1 模具温度调节的必要性 25 模具温度调节对塑件质量的影响 25 度调节对生产效率的影响 25 7.2 无定型塑料薄壁塑件冷却时间的计算 25 7.3 冷却系统的计算 26 7.4 冷却回路布置 28 8 导向与定位机构设计 30 8.1 导向机构设计 30 8.2 定位圈设计 31 9 脱模机构设计 32 9.1 脱模机构选择 32 9.2 脱模力计算 32 9.3 推杆脱模机构设计 33 9.4 浇注系统凝料脱出限位机构设计 36 10 抽芯机构设计 38 10.1 侧抽机构选择 38 10.2 抽拔距计算 38 10.3斜推杆的斜角 38 11 注塑机与注射模的关系 39 11.1 安装参数校核 39 11.2 开模行程校核 39 12.Moldflow成型过程模拟 40 12.1 塑件平均厚度 40 12.2 导入实体 40 12.3 划分网格 40 12.4 重新网格划分 41 12.5 网格诊断并修复 42 12.6 浇注系统分析 44 12.7 冷却系统分析 58 13 UG模具设计 65 13.1 模具设计过程 65 13.2模具三维图形 71 14 结论 72 致谢 73 参考文献 74 1 引言 工程塑料质量轻，不腐蚀，绝缘性好，易成型，越来越被汽车业界认识和接受，工程塑料在汽车中应用也就变得越来越广泛，所以，塑料模具的应用也越来越广泛。其中，汽车内饰件用塑料量已占整车塑料用量的50%左右。 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成形技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件使用要求和塑件的外观造型要求，起着不可替代的作用。 塑料模技术，包括设计技术、材料选择、加工技术管理与维修技术等多种领域，属于系统工程技术。随着计算机行业的不断发展，塑料模已经向着CAD/CAM/CAE集成化发展。 模具设计不但要求能够生产出一定尺寸精度和形状精度的制品，还应满足结构合理、加工容易、操作容易等要求。 本文以汽车内饰件为具体实例进行注塑工艺分析与模具设计，其 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 如下: 首先，进行工艺分析计算，选择合适的注塑机，合理确定模具的型腔数目、分型面、排气槽、浇注系统、成形零件、导向定位机构、脱模机构、侧向抽芯机构及冷却系统。 然后，应用Moldflow分析软件划分网格，对浇口位置进行模拟，对注塑过程进行填充、料流、翘曲进行模拟，在确定浇注系统时得到理想的塑料熔体流动形式、控制熔接痕的形成位置、减小制品可能发生的翘曲变形;同时，对几种冷却通道布置进行冷却分析，根据分析结果选择最佳设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，并确定该通道合适的水流速度、水温、模具温度等参数，从而优化成型工艺参数，确定浇注系统和冷却系统。 最后，用UG的Moldwizard模块进行模具三维设计，充分应用标准件，提高设计效率。 2 塑件工艺分析 2.1 塑件成型工艺分析 图2-1 汽车内饰件 汽车内饰件如图2-1所示，原料选用ABS(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物)。此塑件形状比较复杂，同时壁厚很薄，在2.5mm左右，不容易充填，大而薄的曲面注射成型后容易发生翘曲变形，因此要保证浇注平衡和冷却均匀，尽量减小翘曲变形;分析塑件外观，凹槽成型需要内抽芯机构，所以，要保证内抽芯机构与脱模机构不发生干涉;考虑到塑件外观要求，采用侧浇口进行注射成型;为了保证流道凝料的顺利脱出，采用两次分型，并设定限位装置;因为型芯的形状比较复杂，用整体形式损坏后不容易维修，同时加工难度高，所以适当增加镶件，并保证型芯的强度和刚度。 2.2原料(ABS)的成型特性与工艺参数,,,,×K) 屈服强度 50MPa 抗拉强度 38MPa 数 注塑机类型 螺杆式 料筒温度 前段180,,,,,,,,,80,902h 后处理 红外线灯或烘箱 70? 2,; 塑件体积较大，可采用一模一件，加上浇注系统凝料，估算总成型体积为: 所需塑料的体积为: 式中，—压缩系数，查《塑料模具设计》表3-5，取; (2)注塑机选择 根据所需塑料的体积，查《中国模具设计大典》表9.9-3，选用注塑机型号: SZ-2500/5000，注塑机参数如下: 理论注射量 2622cm3 注射压力 160MPa 螺杆直径 95mm 注射速率 500g/s 螺杆转速 10,×900mm 移动行程 950mm 最大模具厚度 870mm 最小模具厚度 450mm 喷嘴口孔径 7mm 喷嘴球半径 SR20mm 3.2 注塑机校核 (1)最大注射量的校核 塑件的体积必须与所选择的注塑机的最大注射量相适应。为了保证正常的注 射成型，最大注射量应大于塑件的体积(包括流道及浇口凝料)。 所选注塑机的最大注射量以最大注射容积标定，按如下公式校核: 式中，—利用系数，; —注塑机最大注射量; 故 ，注塑机满足要求。 (2)注射压力校核 注塑机的最大注射压力应大于塑件成型所需的注射压力，即 式中，—注塑机的最大注射压力，160MPa; —塑件成型所需的注射压力，60,，注塑机满足要求。 (3)锁模力校核 锁模力又称合模力，是指注塑机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。为避免塑件注射成型时由于锁模力不足而使模具沿分型面胀开，注塑机的锁模力可按如下公式计算: 式中，—注塑机的公称锁模力，3200KN; —模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPa; —安全系数，查《中国模具设计大典》表9.9-4，K2取1.2; —塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和(cm2); 在UG中打开塑件，计算塑件的投影面积 故 ，注塑机满足要求。 经过Moldflow分析，注射成型所需的锁模力约为6500 KN，所选注塑机不满足要求，查《塑料注射模具设计实用手册》附录B，选用注塑机型号:SZ-3200/8000，注塑机参数如下: 理论注射量 2855cm3 注射压力 165MPa 螺杆直径 105mm 锁模力 8000KN 拉杆内间距 1100×1100mm 移动行程 1000mm 最大模具厚度 1050mm 最小模具厚度 450mm 喷嘴口孔径 7mm 喷嘴球半径 SR20mm 4 成型零件设计 4.1 成型零件结构设计 (1)凹模结构设计 凹模是成型塑件外表面的成型零件。为了保证强度和刚度要求，同时保证塑件外表面无拼接缝痕迹，选用整体嵌入式凹模。整体嵌入式凹模装在凹模固定板上，需用螺钉紧固，并用楔块定位。 (2)型芯结构设计 为了节省优质模具钢材，便于机加工和热处理，选用组合式型芯。组合式型芯装在型芯固定板上，需用螺钉紧固，并用楔块定位。 4.2 成型零件钢材选用 用作注射模成型零件的钢材，应具备如下性能: (1)机械加工性能良好，易于切削，加工后能得到高精度零件; (2)抛光性能优良，钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质; (3)注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交变的应力作用，要求材料的耐磨性和抗疲劳性能好。 查《中国模具设计大典》表9.4-1，ABS工程塑料选用P20钢材(3Cr2Mo)，将模板预硬化后以硬度36,38HRC供应，其抗拉强度为133MPa。模具制造中不必热处理。 4.3 成型零件的力学计算 对于大尺寸模具主要是刚度问题，要防止模具产生过大的弹性变形。因此，须先确定不同情况下的许用变形量，用刚度条件计算公式进行壁厚和垫板厚度的设计计算，再用强度条件计算公式进行校验。 利用UG进行型腔、型芯分型，数据如图4-1所示。 图4-1分型数据 (1)许用变形量δp的计算 从模具型腔不产生溢料考虑，查《中国模具设计大典》表9.4-13，，取其值 为; (2)刚度和强度条件计算 ? 带模框的整体式矩形凹模侧壁厚度计算 图4-2 整体式矩形凹模 此类结构按刚度条件进行计算，模框厚度为: 式中，—模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35 MPa; —凹模型腔深度，查图4-1得:，; —查图4-1得:，; —矩形凹模型腔中塑件长度，查图4-1得:，; —矩形凹模型腔长度查图4-1得:，; —矩形凹模型腔侧壁厚度; —根据，查《中国模具设计大典》表9.4-17，，; —查《中国模具设计大典》图9.4-29，根据得:; —一般中碳钢的弹性模量取2.1×105 MPa; —许用变形量; 故 型腔凹模长边厚度为: 型腔凹模短边厚度为: 型芯凹模长边厚度为: 型芯凹模短边厚度为: 通过以上计算，查《中国模具设计大典》表13.2-10，型腔凹模固定板选用: 500 mm×710 mm;型芯凹模固定板选用:500 mm×710 mm; 强度条件进行校验 ，所以选用公式 型腔凹模长边厚度校核 型腔凹模短边厚度校核 型芯凹模长边厚度校核 型芯凹模短边厚度校核 式中，—模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35 MPa ; —凹模型腔深度，利用UG求，查图4-1得:，; —一般中碳钢为160 MPa; ; —根据，查《中国模具设计大典》表9.4-17得:; S—矩形凹模厚度，; —矩形凹模型腔侧壁厚度; 经强度校核，所选用模板满足要求。凹模结构采用整体嵌入式如图4-3 所示。 图4-3 嵌入式凹模 1.型芯固定板 2.楔块 3.型芯 ? 整体式矩形凹模底板厚度 式中，—模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPa ; —矩形凹模型腔短边长度(mm)，查图4-1得:; —矩形凹模型腔长边长度(mm)，查图4-1得:; —一般中碳钢的弹性模量取2.1×105MPa; —许用变形量; 故 强度条件进行校验 整体式矩形凹模底板厚度 式中，—模具型腔内最大熔体压力即型腔压力，取35MPa ; —矩形凹模型腔短边长度()，查图4-1得:; —一般中碳钢为160MPa; 故 经强度校核，整体式矩形凹模底板厚度最小为。 通过以上计算，查《中国模具设计大典》表13.2-10，型腔凹模固定板选用:; 型芯凹模固定板选用:; 模架总高度，满足注塑机要求(最大模具厚度，最小模具厚度)。 4.4 定位楔块设计 (1)型芯固定板上定位楔块设计 长边方向上定位楔块，如图4-4所示。 图4-4 定位楔块 短边方向上定位楔块，如图4-5所示。 图4-5 定位楔块 (2)型腔固定板上定位楔块设计 长边方向上定位楔块，如图4-6所示。 图4-6 定位楔块 短边方向上定位楔块，如图4-7所示。 图4-7 定位楔块 5 浇注系统设计 5.1 浇注系统的组成及设计原则 浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大;浇注系统设计的正确与否，对注射成型过程和塑件质量均有着直接影响，在浇注系统设计时应遵循如下原则: (1)在满足塑料成形和排气良好的前提下，尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间; (2)浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩; (3)设计浇注系统时，应考虑取出浇口方便，修正浇口时在塑料塑件上不留痕迹，以保证塑料塑件外观。 5.2 流道及浇口设计 主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出的熔体导入分流道或是型腔中。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切联系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收的冷料多，冷却时间增长;若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度增高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料成形困难。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 (1)主流道设计原则 ? 浇口套的内孔呈圆锥形，锥度为2,6?; ? 浇口套进口的直径应比注塑机喷嘴孔直径大1,2mm; ? 浇口套球面半径一般要比注塑机喷嘴接触处球面半径大0.5,1mm; ? 浇口套(主流道长度)应尽量短，可以减小冷料回收量，减小热量和压 力损失; ? 浇口套部位热量集中，温度很高，应考虑冷却。 (2)主流道设计 ? 计算体积流率 式中，—塑件体积; —注射时间，查《中国模具设计大典》表9.2-1，取4.6s; ? 确定恰当的剪切速率 对于主流道，取; 对于分流道，取; 对于矩形类浇口，取; ? 求当量半径 根据剪切速率和体积流率，查《中国模具设计大典》图9.2-15得: 主流道的当量半径; 分流道的当量半径; 浇口的当量半径; ? 主流道尺寸 根据注塑机喷嘴口孔径，为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径应稍大于 注塑机喷嘴直径，通常取; 主流道入口得凹坑球面半径也应大于注塑机喷嘴球头半径，通常为: 主流道的半锥角，主流道长度，则主流道大端直径为: 取，在当量半径范围内，塑料塑件成型质量好。 主流道如图5-1所示。 图5-1 主流道 (3)浇口套设计 根据《大型注塑模具设计技术原理与应用》图5-9和表5-14，选取基本尺寸30 mm的A型浇口套尺寸，如图5-2所示。 图5-2 浇口套 冷料穴设计 冷料穴的长度通常为流道直径的1.5,2倍，如图5-3所示。 图5-3 冷料穴 分流道设计 (1)分流道设计原则 ? 在保证正常注射成型工艺条件下，分流道的截面面积应尽量小，长度应尽量短; ? 较长分流道末端应开设冷料穴，便于容纳注射开始时产生的冷料，防止空气进入型腔内; (2)分流道设计 ? 水平分流道设计 考虑分流道的效率和加工的难易，采用梯形流道，如图5-4，其中，流道直径查《中国模具设计大典》图9.2-12，; 图5-4 水平分流道 ? 竖直分流道设计 竖直分流道采用圆锥形，与水平分流道连接处直径采用点浇口公式进行计算，如下: 式中，―塑料材料系数，查《中国模具设计大典》表9.2-2，; ―塑件壁厚的函数值，查《中国模具设计大典》表9.2-3，; ―型腔表面积; 取直径为，后经Moldflow分析，小端直径太小，体积剪切速率太大，容易导致塑料裂解，所以将设为。 圆锥大端直径，取，与水平分流道一样，则竖直分流道示意图如图5-5所示。 图5-5 竖直分流道 浇口设计 (1)浇口设计原则 ? 浇口应开设在塑料塑件断面较厚的部位，能使熔融的塑料从塑料塑件厚断面流向薄断面，保证塑料充填完全; ? 浇口位置得选择，应使塑料充填流程最短，减小压力损失，有利于排除模具型腔中的气体; ? 浇口位置应尽量开设在不影响塑料塑件外观的部位，如开设在塑料塑件的边缘和底部等。 (2)浇口设计 成形零件为大面积薄壁塑件，采用扇形浇口，首先，确定侧浇口深度和宽度的经验公式如下: 其中，―侧浇口深度(mm); ―塑件壁厚(mm); ―塑料材料系数，查表9.2-2，; ―浇口宽度(mm); ―型腔表面积; 扇形浇口的面积 根据分流道直径和扇形最大宽度，求它们对应的深度，如下: 后经Moldflow分析得:浇口尺寸太小，体积剪切速率太大，容易导致塑料裂解，所以，将浇口设为，设为; 侧浇口的长度，而扇形浇口的长度比侧浇口的长度长一些，常为，在设计中采用。 拉料杆设计 (1)水平分流道拉料杆设计 ? 确定拉料杆的尺寸 要想实现脱出凝料的作用，在凝料断裂前，拉料杆不能断裂，即 () 式中，―拉料杆头部小端直径(mm); ―竖直分流道小端直径，; ―拉料杆所选钢的抗拉强度，拉料杆选用45钢，查《机械设计实用手册》表2.8-22得:45钢的抗拉强度; ―ABS的抗拉强度，查《中国模具设计大典》表8.3-9b得:; 则 查《大型注塑模具设计技术原理与应用》图5-13及表5-17得:选用C型分流道拉料杆，相应参数如下: ? 强度校核 拉料杆将凝料从竖直分流道上拉断，则必须保证凝料在拉料杆前端、的面积之差大于断面面积，即保证: 式中，―竖直分流道小端直径，; 通过验证得:凝料在拉料杆前端、的面积之差小于断面面积，为了保证顺利拉出凝料，可将拉料杆的前端退入定模板2mm，依靠拉料杆前端与定模板共同作用，实现顺利脱料。 (2)竖直分流道拉料杆设计 参考《先进注塑模330例设计评注》图5-4，竖直分流道拉料杆采用钩形拉料杆，选用的顶杆，并参考《中国模具设计大典》图9.2-7，在UG中作图，将顶杆顶端做成钩形拉料杆，其二维图如图5-6所示。 图5-6 拉料杆 5.3 型腔压力估算 浇注系统初步确定后，对于大型注射模具，必要时应对整个系统的压力降进行估算，以预测浇注系统设计是否合理。此外，它还是对型腔壁厚、垫板等模具零件进行刚度和强度校核的理论依据。查《中国模具设计大典》表9.9-4，型腔平均计算压力为35MPa。 6 分型面及排气槽设计 6.1 分型面设计 分型面应选择在塑件的最大截面处，否则，塑件无法脱模，所以，分型线和分型面设计仅有一种可能，只能把最大截面处作为分型面。 6.2 排气槽设计 (1)排气槽设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 对于大型模具，可利用镶件的缝隙排气，也可利用推杆与孔的配合间隙排气，但可靠而有效的方法是在分型面上开设专用排气槽，即在熔体最后充满的部位开设。 (2)排气槽高度 排气槽的截面尺寸，以有利于排气而又不溢料为原则，查《中国模具设计大典》表9.3-2得:ABS排气槽高度; 气流方向的排气槽长度L，一般不超过2mm，排气槽后续的导气沟应适当增大，以减小排气阻力，其高度，单个宽度;排气槽表面应沿气流方向进行抛光。 (3)排气槽截面尺寸计算 排气槽的截面面积公式计算如下: 式中，―排气槽截面面积(m2); ―模具内气体质量(Kg); ―模内气体的初始压力，; ―模内被压缩气体的最终温度(?); ―充模时间(s)，取2s; 模具内气体质量，按常压常温20?的氮气密度计算，有 式中，―模具型腔体积(m3)，利用UG得:; 应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度(?): 式中，―模具内气体的初始温度，取室温20?; ―模具内被压缩气体最终排气压力(MPa)，取35 MPa; 则: 取排气槽高度，则排气槽总宽度为: 实际排气槽宽度应大于计算值，因为当模具使用一段时间后，挥发性气体的积垢使排气有效截面减小;根据熔体流动特点，可设置两个排气槽，宽度均为20mm，分别在熔体最后充满部位。 7 冷却系统设计 7.1 模具温度调节的必要性 模具温度调节对塑件质量的影响 (1)变形 模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小塑件的变形。对于形状复杂的塑件，经常会因为收缩不均匀而产生翘曲变形，因此，必须选用合适的温度调节系统，使型腔和型芯各部分的温度基本保持均衡，以便塑料熔体同时凝固; (2)尺寸精度 利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定，能减少塑件成形收缩率的波动，提高塑件尺寸精度的稳定性; (3)表面质量 提高模具温度调节系统能改善塑件的表面质量，过低的模温会使塑件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕，导致塑件表面粗糙度大。 度调节对生产效率的影响 据统计，模具的冷却时间约占整个成型时间的三分之二，因此，缩短冷却时间是提高生产效率的重要因素。在注射模中，冷却系统是通过冷却水的循环将塑料熔体的热量带走的，冷却通道中冷却水是处于层流状态还是湍流状态，对于冷却效果有显著影响;在湍流下的热传递比层流高10, 式中，―塑件的最大壁厚，利用UG得:塑件最大厚度为4 mm; ―塑料的热扩散系数(mm2/s)，可查《中国模具设计大典》表9.8-2得:; ―塑料熔体的注塑温度，查《中国模具设计大典》表9.8-2，取220 ? C; ―模具温度，查《中国模具设计大典》表9.8-2，取50 ?C; ―塑件截面的平均脱模温度，查《中国模具设计大典》表9.8-2，取60 ?C; 7.3 冷却系统的计算 (1)热平衡计算 在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水所带走的热量，因此有 式中，―冷却水的体积流量(); ―单位时间内注入模具中的塑料重量()，估算; ―单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量(); ―冷却水的密度(); ―冷却水的比热容(); ―冷却水的出口温度(?C)，通常出入口水温相差应在5?C以内，取25 ?C; ―冷却水的入口温度(?C)，取20 ?C; 可表示为 式中，―塑料的比热容()，查《中国模具设计大典》表9.8-3得:; ―塑料熔体的初始温度(?C)，取220 ?C; ―塑料塑件在推出时的温度(?C)，取60 ?C; ―结晶型塑料的熔化质量焓()，查《中国模具设计大典》表9.8-3，; 查《中国模具设计大典》表9.8-1，，选用冷却通道直径，最低流速，保证冷却水的稳定湍流; 冷却水在圆管中的流速为 即为最低流速; 为了保证密封，在型腔与固定板之间应加密封圈，防止冷却水从缝隙中流出，查《机械设计实用手册》表7.2-17，选用材料为氯丁橡胶，内径，截面直径的O形橡胶密封圈。 (2)冷却管道总传热面积计算 式中，―单位时间内注入模具中的塑料重量()，估算; ―单位重量的塑料塑件在凝固时所放出的热量(); ―冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数[]; ―模具温度与冷却水温度之间的平均温差(?C); 对于细长冷却管道，其冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数的计算式为: 式中，―与冷却水温度有关的物理系数，查《中国模具设计大典》表9.8-5，; ―冷却水的密度(); ―冷却水在圆管中的流速(); ―冷却管道的直径(); (3)冷却管道的孔数 由式 式中，―冷却管道总传热面积(); ―冷却管道开设方向上模具长度(); ―冷却管道的直径(); 所以，冷却管道孔数大于1根都满足要求。 7.4 冷却回路布置 (1)凹模和型芯平衡 成型塑件的型芯形状远复杂于凹模形状，同时塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，这时，绝大部分热量将依靠型芯的冷却回路来传递，所以，型芯上的冷却回路可多于凹模，以保证冷却均衡; (2)冷却管道 一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的1,2倍，冷却管道的中心距约为管道直径的3,5倍; (3)冷却回路 成型塑件的模具型腔较浅，同时塑件形状大体为曲面，为了便与加工，型腔冷却回路和型芯冷却回路均采用平面回路式冷却回路，并以长边为主;对于重要位置(如形状复杂的地方)，采用隔板式冷却回路。 8 导向与定位机构设计 8.1 导向机构设计 (1)导柱设计 参考《先进注塑模330例设计评注》图4-7，采用带头导柱，对于大中型模具，因为导柱需要支撑型腔板得重量，导柱直径可用下式校核: 根据《中国模具设计大典》表13.2-5得:选用的标准带头导柱(GB/T4169.4-1984)，其参数如下: ，，，材料选用20钢，热处理 渗碳0.5,0.8淬硬56,60HRC;经过开模行程校核，导柱不能满足第二次分型时的导向作用，可在型腔和型芯上做凸台来实现型腔和型芯的导向，所以，可将导柱直径做小一些，根据《中国模具设计大典》表13.2-5得:选用，的导柱。 (2)导套设计 参考《先进注塑模330例设计评注》图4-7，采用带头导套，用于比较厚的模板，根据导柱，查《中国模具设计大典》表13.2-4得:选用标准带头导套?型，安装在型腔固定板上，其参数如下: ，，材料选用20钢，热处理 渗碳0.5,0.8淬硬56,60HRC; ，，材料选用20钢，热处理渗碳0.5,0.8淬硬56,60HRC; (3)导向机构位置设计 导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度; 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7;导柱固定部分配合精度采用H7/k6;导套外径的配合精度采用H7/k6; 导柱工作部分的表面粗糙度为，固定部分为，导套内外圆柱面表面粗糙度取; (5)凸台设计 在型腔和型芯的四个角上建凸台，然后倒圆角，实现型腔和型芯分型、合模时导向作用。 8.2 定位圈设计 根据《大型注塑模具设计技术原理与应用》图5-8，选取特殊型定位圈e，如图8-1所示。 图8-1 定位圈 9 脱模机构设计 9.1 脱模机构选择 根据所设计的浇注系统，脱模机构采用浇注系统凝料脱出机构，一次分型实 现凝料脱离，二次分型实现塑件脱模。 9.2 脱模力计算 脱模力由两部分组成，即 式中，―塑件对型芯包紧的脱模阻力; ―使封闭壳体脱模需克服的真空吸力，，为型芯的横截面面积; 薄壁矩形塑件的脱模阻力计算公式如下: 式中，―塑料的拉伸弹性模量(MPa)，查《中国模具设计大典》表9.6-1，; ―塑料塑件的厚度，; ―塑料的平均成形收缩率，查《中国模具设计大典》表9.6-1，; ―型芯脱模方向高度; ―塑料的泊松比，查《中国模具设计大典》表9.6-1，; ―脱模斜度修正系数，其计算公式为 式中，―塑件与钢材表面之间的静摩擦系数，查《中国模具设计大典》表 9.6-1，; ―型芯的脱模斜度，对于ABS，脱模斜度通常取2?以上，所以取为3?; 则: 因为 所以 9.3 推杆脱模机构设计 (1)推出零件设计 ? 推杆设计原则 推杆除了起推出作用，同时端部作为成型部分，起到成形塑件作用，为了防止圆柱头推杆旋转，可选用标准圆柱头推杆，然后对头部进行加工，如图9-1所示。 图9-1 推杆头部 推杆边缘须距侧面以上; 推杆应均匀布置，在脱模阻力特别大的地方可增加推杆数目，在肋、凸台、支撑等部位应多设推杆; 为防止熔体的渗漏，推杆的工作段应有配合要求，常是H8/f7或H7/f7; 推杆材料多用45号钢或是T8、T10碳素工具钢。 ? 推杆尺寸的确定 根据压杆稳定公式推导，公式如下: 式中，―推杆直径，查《中国模具设计大典》表13.2-2，选用的标准推杆，材料为T8A; ―安全系数，通常取; ―推杆长度，根据所选模架，取; ―脱模力; ―推杆材料的弹性模量(MPa)，取2.1×105MPa; ―推杆根数; 即，选用17根推杆。 强度校核 式中，―脱模力; ―推杆根数; ―推杆直径; ―推杆材料的屈服点(MPa)，查《机械设计实用手册》表2.8-22，; 通过以上计算，所选用推杆满足要求，根据表13.2-2得，其参数如下: ，，， 材料:T8A (2)复位零件设计 利用复位杆使脱模机构复位; 根据所选标准模架，选用四根的标准推杆做复位杆，其参数如下: ，，，(需加工到); 材料:T8A (3)固定零件设计 通常将推杆凸肩压在推出固定板的沉孔和推板之间，两板之间用螺钉紧固。所有的推杆应对沉孔深度放出余量，在固定板上插入推杆后，再将之与固定板一起磨去余量，以保证所有杆件的凸肩高度与沉孔深度完全一致，避免推杆在高度方向上的窜动。 图9-2 推杆与推杆固定板的连接方式 (5)定位零件设计 限位钉可将脱模机构限制在正确位置，此外，还能防止脱模机构在复位时受异物障碍，因为在限位钉头部与推板所形成的空隙中可容纳污垢; 查《中国模具设计大典》表13.3-12得:选用标准限位钉，其参数如下: ，，， (5)导向零件设计 为了保证脱模机构运动平稳灵活，避免发生倾斜、卡死现象，采用导套导柱进行导向; 根据《中国模具设计大典》表9.5-1得:导柱直径选用; 查《中国模具设计大典》表13.2-6，选用标准有肩导柱，，，材料选用20钢，热处理 渗碳0.5,0.8淬硬56,60HRC; 查《中国模具设计大典》表13.2-4，选用标准带头导套?型，，材料选用20钢，热处理 渗碳0.5,0.8淬硬56,60HRC; 导向零件设计示意图如图9-3所示。 图9-3 脱模机构的导向装置 9.4 浇注系统凝料脱出限位机构设计 采用拉料杆拉断点浇口的形式脱出浇注系统凝料，参考《先进注塑模330例设计评注》图16-6。 (1)螺钉设计 查《机械设计实用手册》表3.2-53，选用内六角圆柱头螺钉; 错略估算螺钉长度，，选用M30内六角圆柱头螺钉。 (2)弹簧设计 查《机械设计实用手册》表4.1-4得:弹簧端部结构形式采用两端圈并紧并磨平，支承圈数; 查《机械设计实用手册》表4.1-5得:选用标准圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧直径，弹簧中径，节距，有效圈数(选用)，变形量，最大心轴直径; 有上列尺寸推算所选弹簧的其余尺寸，如下: ? 总圈数 ? 弹簧自由高度 ? 并压高度 经过以上计算，最终选用M30,公称长度的内六角圆柱头螺钉，其中，螺纹长度，起限位作用;弹簧选用直径，弹簧中径，节距，有效圈数(选用10.5)，变形量，最大心轴直径，限位装置如图9-4所示。 图9-4 限位装置 10 抽芯机构设计 10.1 侧抽机构选择 分析塑件特点，因为凹槽和孔均在塑件中间，不能采用侧滑块，所以采用斜 推杆内侧抽芯机构。 10.2 抽拔距计算 抽拔距一般取侧孔深度加上2,3mm，公式如下: 式中，―侧凹分开至不影响塑件脱模的距离(mm)，利用UG测得:; 10.3斜推杆的斜角 已知脱模行程，侧抽距，计算斜角得: 所以，斜推杆的斜角取6?。 11 注塑机与注射模的关系 11.1 安装参数校核 (1)喷嘴尺寸 浇口套孔径为，球半径为，注塑机喷嘴口孔径为，球半径为，满足要求; (2)最大与最小模厚 模架总高度，满足注塑机要求(最大模具厚度;最小模具厚度); 11.2 开模行程校核 双分型面注射模的开模行程校核公式如下: 式中，―塑件推出距离(); ―塑件在分型面以上的高度(); ―定模板和型腔板之间分离距离(); 而注塑机移模行程，满足要求。 12.Moldflow成型过程模拟 12.1 塑件平均厚度 在UG中打开塑件，并均匀测量塑件五个点的厚度，塑件平均厚度为 12.2 导入实体 从UG中导出STL格式并导入Moldflow中，塑件原型如图12-1所示。 图12-1 汽车内饰件 12.3 划分网格 网格边长度一般取塑件平均厚度的倍，所以取网格边长为并划分网格，由图12-2可知，网格划分后存在大幅度失真。 图12-2 网格 12.4 重新网格划分 取边长为10mm，重新划分网格，还是存在大量失真，所以考虑可能是导入文件格式不好，选用IGES格式，并设定边长为10mm(虽然理论上网格边长为平均厚度的2,3倍，但通过网格修复发现，对于微型结构，均需要插入点来修复，所以可以适当放大，即取10mm)，重新划分网格如图12-3所示，从图12-3中可知，失真现象已经消失。 图12-3 网格 12.5 网格诊断并修复 网格划分完成后，查看网格统计(Mesh Statistics)，见图12-4。 图12-4 网格统计 (1)纵横比诊断 网格纵横比指的是三角形的最长边与三角形的高的比值，过大的纵横比会影 响分析结果的准确性，推荐值取6,10。执行Mesh中纵横比诊断(Aspect Ratio Diagnostic)命令，此时纵横比大于10的所有三角形网格均会显示出来，如图12-5所示。 图12-5 纵横比诊断 使用Mesh Tools中的Merge Nodes、Swap Edge、Insert Nodes、Align Nodes等修复工具修复网格，直至所有网格均小于10，，查看Mesh Statistics，根据图12-6可知，所有网格的纵横比均小于10。 图12-6网格统计 (2)单元定向诊断、重复交叉诊断和自由边诊断 查看Mesh Statistics，根据图12-6可知，自由边数为56，非交叠边数为1，非定向单元数为5，互相交叉单元数为7，所以需要进行单元定向诊断、重复交叉诊断和自由边诊断。 ? 执行单元定向诊断，并执行Orient all，即可实现单元定向; ? 执行重复交叉诊断，并删除重复交叉网格; ? 执行自由边诊断，使用Mesh Tools中的Fill Hole功能修复网格。 反复诊断、修复后，最终结果如图12-7所示。 图12-7 网格统计 12.6 浇注系统分析 (1)最佳浇口位置分析 选用ABS塑料，成型工艺参数采用默认值进行分析，分析结果如图12-8所示。 图12-8 最佳浇口位置 imum design clamp force 5600.18tonne imum design injection pressure 144.00MPa Recommended gate location s are: Near node 6149 (2)浇口位置的确定 当某个位置的因子接近于1时，表示这个位置是最佳的浇口位置，但考虑到产品外观要求，可将浇口设在塑件的一侧，采用侧浇口(扇形浇口)进行注射。为了缩短流道长度，便于充填，可将侧浇口设在长边上。侧抽芯结构复杂，如果就近设浇口和拉料杆，容易发生干涉。为了保证模具结构均匀分布，可将浇口设在远离侧抽芯的长边上。 综上分析，将浇口设在远离侧抽芯的长边上，分别在长边的偏右、中间及偏左设置浇口，进行Fill分析: ? 分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的填充时间(Fill time)分析结果绘图，此时各窗口如图12-9所示。 (a)浇口偏右 b 浇口在中间 c 浇口偏左 图12-9 填充时间 浇口偏右及浇口偏左充填不平衡，同时，充填时间较长;浇口在中间充填比较平衡，同时，充填时间短，所以充填效果好。 ? 分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的熔体流动前沿温度(Temperature at flow front)分析结果绘图，此时各窗口如图12-10所示。 (a)浇口偏右 (b)浇口在中间 c 浇口偏左 图12-10 流动前沿温度 浇口偏右的流动前沿温度范围:207.0,232.3?; 浇口偏左的流动前沿温度范围:213.6,232.6?; 浇口在中间的流动前沿温度范围:218.1,232.1?; 由以上结果可知，熔融塑料的温度在230?左右，浇口在中间流动前沿温度与料温更为接近，塑件充填效果更好。 ? 分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的体积剪切速率(Shear rate，bulk)分析结果绘图，此时各窗口如图12-11所示。 a 浇口偏右 b 浇口在中间 c 浇口偏左 图12-11 体积剪切速率 浇口偏右的体积剪切速率范围: 0,93845 ; 浇口偏左的体积剪切速率范围: 0,86357 ; 浇口在中间的体积剪切速率范围:0,101600 ; 由以上结果可知，浇口偏左的体积剪切速率最小，浇口在中间的体积剪切速率最大，浇口位置越偏离中间，体积剪切速率越小，所以可将浇口设在中间偏左一点，这样，有利于减小体积剪切速率，防止塑料熔体裂解等。 ? 分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的注射点压力(Pressure at injection location:XY Plot)分析结果绘图，此时各窗口如图12-12所示。 a 浇口偏右 b 浇口在中间 c 浇口偏左 图12-12 浇口处压力 浇口偏右注射压力为110MPa; 浇口偏左注射压力为105MPa; 浇口在中间注射压力为102MPa; 由以上结果可知，浇口在中间注射压力最小，注塑机所需提供的压力也最小。 ? 分别选中任务视窗面板上浇口偏右、浇口在中间与浇口偏左的锁模力曲线(Clamp force:XY Plot)分析结果绘图，此时各窗口如图12-13所示。 a 浇口偏右 b 浇口在中间 c 浇口偏左 图12-13 锁模力曲线 浇口偏右最大锁模力为355MPa; 浇口偏左最大锁模力为375MPa; 浇口在中间最大锁模力为300MPa; 由以上结果可知，浇口在中间最大锁模力最小，注塑机所需提供的锁模力也最小。 综合以上的分析结果，得出综合比较结果，如表12-1所示。 表12-1 充填 流动前沿温度(?) 体积剪切速率(1/s) 注射压力(MPa) 锁模力(MPa) 浇口偏右 不平衡 207.0―232.3 0―93845 110 355 浇口在中间 平衡 218.1―232.1 0―101600 102 300 浇口偏左 不平衡 213.6―232.6 0―86357 105 375 由表12-1可知，浇口位置 在中间充填平衡，流动前沿温度较浇口偏右及偏左更接近熔体温度，注射压力和锁模力较浇口偏右及偏左更小，但体积剪切速率大于浇口偏右及偏左，综合以上分析，为了实现更好的充填成型，可将浇口位置设在塑件中间稍偏左位置，如图12-14所示。 图12-14 浇口位置 (3)Flow+Warp分析 选定浇口位置，进行Flow+Warp分析，分析结果: ? 充填时间(Fill time) 图12-15 充填时间 根据图12-15可知:，塑料充填时间为2.329s，充填平衡。 ? 流动前沿温度(Temperature at flow front) 图12-16 流动前沿温度 熔融塑料的温度在230?左右，分析图12-16可知:流动前沿温度与料温较为接近，塑件充填情况较好。 ? 体积剪切速率(Shear rate, bulk) 图12-17 体积剪切速率 分析图12-17可知:在竖直分流道顶端和侧浇口处体积剪切速率很大，远远超出ABS塑料的最大剪切速率12000 s-1，可能会拉断塑料高分子链，产生裂解、变色等，所以，可适当增大竖直分流道顶端、侧浇口的尺寸。 ? 注射压力(Pressure at injection location: XY Plot) 图12-18 注射压力 分析图12-18可知:注塑过程所需最大注射压力为102.0MPa 160MPa，注塑 机满足要求。 ? 体积收缩率(Volumetric shrinkage at ejection) 图12-19 体积收缩率 分析图12-19可知:塑件顶出时，整个塑件的收缩率并不是很均匀，可在无过保压的情况下，提高保压压力或是延长保压时间。 ? 冷凝层因子(frozen layer fraction) 图12-20 冷凝层因子 分析图12-20可知:在浇口已凝固的情况下，塑件中间和浇口附近均未完全凝固，此后凝固区域则会因为保压路径被切断而出现保压不足的情况，从而极易有较大收缩状况发生;可通过优化冷却系统、增大浇口尺寸等方式来改善。 ? 气穴(Air traps) 图12-21 气穴 分析图12-21可知:塑件上可能出现气穴的区域比较多，应在塑料填充末端开设排气槽，同时可以较低充填时型腔的压力，利于塑料充填。 ? 锁模力(Clamp force: XY Plot) 图12-22 锁模力 分析图12-22可知:所需最大锁模力为5349 KN 5000 KN，超过注塑机的最大锁模力，需重新选择注塑机SZ-3200/8000，其锁模力为8000KN。 ? 翘曲变形(Deflection) 图12-23 翘曲变形 分析图12-23可知:塑件的四个角翘曲变形比较大，在无过保压情况下，可适当延长保压时间或增大保压压力。 根据以上模拟和分析，可得出以下结论: ? 浇口尺寸和竖直分流道尺寸不足，体积剪切速率过大，导致塑料产生裂解;同时易过早凝固，影响保压效果; ? 保压压力太小，体积收缩和翘曲变形都比较严重; ? 优化冷却系统，浇口凝固时塑件中间区域及浇口附近未完全凝固。 (5)提出优化方案 ? 改善方案一 浇注系统:增大浇口尺寸(取2.00mm，取0.90mm)，增大竖直分流道尺寸(取4.00mm)，有利于填充和保压; 保压压力:第一阶段保压:最大注射压力的90%(0,5s); 第二阶段保压:最大注射压力的85%(5,10s)。 ? 改善方案二 浇注系统:增大浇口尺寸(取2.00mm，取0.90mm)，增大竖直分流道尺寸(取4.00mm)，有利于填充和保压; 保压压力:最大注射压力的95 %(原保压压力为最大注射压力的80 %)。 (5)比较分析结果 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的顶出时体积收缩率(Volumetric shrinkage at ejection)分析结果绘图，此时各窗口如图12-24所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-24 顶出时体积收缩率 原始方案的体积收缩率范围为0.0873%,7.174%; 方案一的体积收缩率范围为-0.2657%,5.882%; 方案二的体积收缩率范围为-0.4128%,6.899 %; 由以上结果可知，方案一保压压力为最大注射压力的90%，体积收缩率最小，塑件的成型质量最好;方案二，进一步增大保压压力，体积收缩率反而逐渐增大。 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的缩痕指数(Sink index)分析结果绘图，此时各窗口如图12-25所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-25 缩痕指数 原始方案的缩痕指数最大值为5.197%; 方案一的缩痕指数最大值为3.934%; 方案二的缩痕指数最大值为4.925%; 由以上结果可知，方案一的缩痕指数最小;缩痕指数越小，则出现缩痕的可能性越小，塑件的成型质量也越好。 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的翘曲变形(Deflection)分析结果绘图，此时各窗口如图12-26所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-26 翘曲变形 原始方案的翘曲变形最大值为3.674mm; 方案一的翘曲变形最大值为3.075mm; 方案二的翘曲变形最大值为3.004mm; 由以上结果可知，随着保压压力的增大，塑件翘曲变形量逐渐变小。 综合以上的分析结果，得出综合比较结果，如表12-2所示。 表12-2 最大体积收缩率(%) 缩痕指数(%) 最大翘曲变形量(mm) 原始方案 7.174 5.197 3.674 方案一 5.882 3.934 3.075 方案二 6.899 4.925 3.004 比较原始方案和方案一，增大浇口尺寸，增大保压压力到，体积收缩率、缩痕指数和翘曲变形量明显减小，保压效果得到优化，塑件的成型质量明显提高;比较方案一和方案二，进一步增大保压压力，保压效果没有明显改善，所以，没必要进一步增大保压压力。 所以，注射成型时，可将成型工艺参数设为，，保压时间设为10 s;浇口尺寸取2.00mm，取0.90mm。 12.7 冷却系统分析 (1)初定冷却水道 初步确定冷却水道，如图12-27所示，并进行Flow+Cool+Warp分析。 图12-27 冷却水道 分析结果: ? (冷却水温度)Circuit coolant temperature 图12-28 冷却水温度 根据图12-28可知，冷却水流经冷却管道后温度变化最大为2.52?，不高于3?，满足冷却要求。 ? (雷诺兹指数)Circuit Reynolds number 图12-29 雷诺兹指数 根据图12-29可知，冷却水的雷诺数为10000 6000，处于湍流状态，冷却效果好。 ? (冷凝时间)Time to freeze 图12-30 冷凝时间 根据图12-30可知，当浇口位置凝固时，塑件中间部分还未凝固，容易引起收缩和翘曲变形，所以，应加强冷却。 ? (翘曲)Deflection (a) (b) 图12-31 翘曲 对比分析图12-31中的a图和b图可知，塑件的翘曲变形主要是由收缩引起的。塑件四边先完成凝固，当中心部分冷却时，对四边产生拉力，引起翘曲变形，所以，要加强对中心部分的冷却。 (2)提出优化方案 ? 改善方案一 在凹模和型芯冷却回路的中心部分添加两个隔板，加强冷却; ? 改善方案二 在凹模和型芯冷却回路的中心部分添加四个隔板，并在浇口附近添加一个隔板，进一步加强冷却。 (3)比较分析结果 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的体积收缩率(Volumetric shrinkage at ejection)分析结果绘图，此时各窗口如图12-32 所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-32 体积收缩率 原始方案的最大体积收缩率为5.676%; 方案一的最大体积收缩率为5.672%; 方案二的最大体积收缩率为5.669%; 由以上结果可知，随着隔板数量增加，最大体积收缩率逐渐减小，冷却效果不断改善。 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的缩痕指数(Sink index)分析结果绘图，此时各窗口如图12-33所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-33 缩痕指数 原始方案的缩痕指数最大值为3.791 %; 方案一的缩痕指数最大值为3.788 %; 方案二的缩痕指数最大值为3.786 %; 由以上结果可知，随着隔板数量增加，缩痕指数逐渐减小，冷却效果不断改善。 ? 分别选中任务视窗面板上原始方案、方案一与方案二的翘曲(Deflection,all effects: Deflection)分析结果绘图，此时各窗口如图12-34所示。 (a)原始方案 (b)方案一 (c)方案二 图12-34翘曲 原始方案的Z轴最大翘曲变形值为3.001 mm; 方案一的Z轴最大翘曲变形值为2.987 mm; 方案二的Z轴最大翘曲变形值为2.892 mm; 由以上结果可知，随着隔板数量增加，翘曲变形量逐渐减小，冷却效果不断改善。 综合以上的分析结果，得出综合比较结果，如表12-3所示。 表12-3 最大体积收缩率(%) 缩痕指数(%) Z轴最大翘曲变形量(mm) 原始方案 5.676 3.791 3.001 方案一 5.672 3.788 2.987 方案二 5.669 3.786 2.892 比较原始方案、方案一和方案二可知，随着隔板数量增加，最大体积收缩率翘曲、缩痕指数和变形量逐渐减小，型腔中间部分冷却情况改善，所以，选择方案二的冷却系统。 13 UG模具设计 13.1 模具设计过程 (1)创建分型线、分型面并分型 图13-1 型芯、型腔 (2)调入模架 图13-2 模架 (3)抽芯机构设计 从标准部件库中，调入标准内抽芯机构，并对部件进行紧固和定位(所用螺 钉和销钉标准见(4)标准部件设计)，完成修改后，如图13-3所示。 图13-3 斜顶出 (4)标准部件设计 ? 浇口套设计和定位圈设计 图13-4 浇口套、定位圈 ? 紧固部件(螺钉)设计 查《机械设计实用手册》表3.2-53得: 定位圈紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M6×16; 拉料杆紧固螺钉:螺堵 TB,T 844-1991 M12×20; 模板紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M20×200; 推板紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M12×50; 型腔紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M10×70; 型芯紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M10×80; 型腔定位楔块紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M8×55; 型芯定位楔块紧固螺钉:螺钉 GB/T70.1 M8×60; 斜顶出紧固螺钉:螺钉1 GB/T70.1 M4×20; 螺钉2 GB/T70.1 M4×16; 螺钉3 GB/T70.1 M6×16; 螺钉4 GB/T70.1 M4×12; 螺钉5 GB/T70.1 M6×16; 螺钉6 GB/T70.1 M4×20; 图13-5 螺钉 ? 定位部件(销钉)设计 查《机械设计实用手册》表3.2-117得: 定位圈定位销钉:销GB/T119.1 6m6×16; 模板定位销钉:销 GB/T119.1 16m6×50; 推板定位销钉:销 GB/T119.1 10m6×40; 斜顶出定位销钉:销 1 GB/T119.1 5m6×16; 销 2 GB/T119.1 5m6×16; 销 3 GB/T119.1 4m6×12; 销 4 GB/T119.1 4m6×12; 销 5 GB/T119.1 6m6×16; 销 6 GB/T119.1 5m6×14; 销 7 GB/T119.1 6m6×16; 销 8 GB/T119.1 5m6×16; 销 9 GB/T119.1 5m6×16; 图13-6 销钉 (5)推出机构导向部件设计 图13-7 推出机构导向部件 (6)镶件设计 图13-8 镶件 (7)顶出机构设计 图13-9 顶杆 (8)限位部件设计 图13-10 限位部件 (9)浇注系统设计 图13-11 扇形浇口 (10)冷却系统设计 1.水嘴 2.螺堵 3.水管 4.隔板 图13-12 冷却回路 13.2模具三维图形 图13-13 模具三维图 14 结论 本文以汽车内饰件为具体实例进行注塑成型工艺分析与模具设计，在完成工艺分析计算后，应用Moldflow分析软件对浇口位置、充填、料流、翘曲和冷却进行模拟发现: (1)工艺分析计算确定浇注系统的数据普遍偏小，注射成型过程中，料流的剪切作用比较大，容易引起变色、裂解等; (2)工艺分析计算的锁模力通常比较小，在充填完全过渡到保压阶段时，容易出现较大锁模力; (3)Moldflow模拟时，系统默认保压力为最大注射压力的80%，但经过模拟发现，最佳保压力一般取最大注射压力的90%左右;继续增大保压力，体积收缩反而变得越来越严重; (4)对于大面积薄壁塑件，冷却回路布置时，应重点考虑塑件中间的冷却，因为中间凝固慢，翘曲会比较严重。 工艺分析计算为模具设计提供了基础，在进行Moldflow分析后，优化了成型工艺参数、浇注系统和冷却系统，提高了模具的成型质量;利用UG的Moldwizard模块进行模具三维设计，直接调入模架和标准件，提高设计效率，同时，可以利用UG的CAM功能，生成程序直接操控数控机床进行机加工，提高加工效率。 通过这次毕业设计，提高了综合运用所学的基础理论知识、专业知识和基本技能，独立分析与解决实际工程问题的能力;培养正确的设计思想、严谨的科学态度和良好的工作作风;提高查阅文献、理论分析、设计计算、Moldflow分析、UG绘图及计算机应用等方面的能力，为以后科研打下了良好的基础。 致谢 本文是在导师管延锦教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。导师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的思维、高度的责任心以及献身事业的精神，令学生终生受益，是我以后工作和学习的楷模。在整个研究期间，导师不仅在学术上倾注了大量的心血，而且在研究和工作方法上给予了极大的关怀和帮助，体现了精益求精的科学研究作风，令学生终生难忘。值此论文完成之际,谨向导师这段时间来的辛勤培养致以最衷心的感谢和最崇高的敬意～ 博士生李熹平从论文的方案论证、实施到论文的定稿自始至终都倾注了极大的心血，提供了许多具体的帮助和精心的指导，在此谨向博士生李熹平致以最衷心的感谢和最诚挚的祝福～ 感谢山东大学模具工程技术研究中心提供良好的研究环境和学习氛围。 感谢温道胜、刘江伟等同学在学习期间的探讨和切磋中提供了许多无私的帮助，在此深表谢意，并祝他们事业有成～ 谨以此文献给养育我的父亲、母亲，您们对我的教育、关心与鼓励一直是我奋斗的源泉，您们在生活和学习中给予我最坚定、最可信赖的心灵支持。在此，深深祝福我的父母、我的家人身体健康、事事如意～ 向所有曾在学习、生活和工作中给予我关心、支持和帮助的老师、同学和朋友们表示真诚的谢意～ 最后，向评审学士论文并提出宝贵意见的专家们致以深深的谢意～ 宋珊珊 2009年5月 参考文献 中国机械工程学会，中国模具设计大典委员会. 中国模具设计大典:第2 卷.南昌:江西科学技术出版社，2003.1 申树义，高济. 塑料模具设计. 北京:机械工业出版社，2007.5 宋王恒. 塑料注射模具设计实用手册. 北京:航空工业出版社，1994.8 唐志玉. 大型注塑模具设计技术原理与应用. 北京:化学工业出版社， 2004.8 天福祥. 先进注塑模330例设计评注. 北京:机械工业出版社，2008 机械设计实用手册编委会. 机械设计实用手册. 北京:机械工业出版社， 2008.4 Ye XG，Fuh JYH，Lee KS. 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