论文总字数：17055字

摘 要

生活中处处可见塑料制品，塑料模具设计也在不断的发展。注塑成型也是塑料加工成型的一种常见的方式。本次设计主要通过使用Mlodflow软件对于塑件的材料结构进行分析，对塑件进行尺寸计算，以及分析ABS材料的注射成型工艺参数来选定注射机，确定分型面，浇注系统，模架结构以及排气冷却系统等等参数。最后根据计算所得的数据结果，设计出适合生产本塑件的整体塑料模具结构，并绘制出模具的总装图以及各非标准部件的零件结构图，以此来完成本次的设计题目。

关键词：ABS材料；注塑成型；塑料模具

Abstract

Plastic products can be seen everywhere in life, plastic mold design is also in constant development. Injection molding is also a common way to process plastic. In this design, we mainly use mldflow software to analyze the material structure of plastic parts, calculate the size of plastic parts, select the injection molding machine using the injection molding process parameters of the ABS material, parting surface, hot water system and die frame structure Determine the exhaust and exhaust. Cooling system and other parameters. Finally, according to the calculated data, the overall plastic mold structure suitable for the production of the plastic parts is designed, and draw the final assembly diagram of the mold and the parts of the non-standard parts of the structure diagram, in order to complete the design topic.

Key words: ABS material, Injection molding,Plastic mold

目录

第一章 绪论 1

1.1模具和模具工业 1

1.2塑料模具 1

1.3塑料模具的发展趋势 1

1.3.1CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造中的广泛应用 1

1.3.2新型技术在塑料模具中的推广应用 1

第二章 塑料成型工艺性分析 3

2.1塑件的分析 3

2.1.1外形尺寸要求 3

2.1.2精度等级要求 3

2.1.3脱模斜度要求 3

2.2ABS塑料的性能介绍 3

2.3ABS盖的注射成型过程及注射工艺参数 3

2.3.1注射成型过程 3

2.3.2注射成型工艺参数 3

第三章 基于Moldflow的CAE分析 5

3.1网格划分 5

3.2最佳浇口分析 5

3.3创建浇注系统进行模流分析 6

3.4气穴分析 6

3.5熔接线分析 7

3.6锁模力分析 7

第四章 确定模具的结构和初选注射机 9

4.1选择分型面的位置 9

4.2型腔数量和排列方式的确定 9

4.2.1型腔的数量 9

4.2.2型腔排列形式的确定 9

4.2.3初步设计模具结构形式 10

4.3确定注射机的型号 10

4.3.1塑件体积和质量的确定 10

4.3.2模具型腔塑料熔体体积的初步估算 10

4.3.3选择注射机 10

4.3.4注射机校核 11

第五章 浇注系统的设计 12

5.1主流道的设计 12

5.1.1主流道尺寸 12

5.1.2主流道当量半径R_n 12

5.1.3主流道凝料体积 12

5.1.4主流道浇口套的形式 12

5.1.5定位圈的设计 13

5.2分流道的设计 13

5.2.1分流道的布置形式 13

5.2.2分流道的长度 14

5.2.3分流道的截面形状和截面尺寸 14

5.2.4分流道的凝料体积 14

5.3浇口的设计 14

5.3.1侧浇口尺寸的确定 14

5.4冷料穴与拉料杆 14

第六章成型零件的结构设计及计算 15

6.1成型零件的结构和材料选用 15

6.2成型零件工作尺寸的计算 15

6.2.1凹模径向尺寸的计算 15

6.2.2凹模深度尺寸的计算 15

6.2.3型芯径向尺寸的计算 15

6.2.4型芯高度尺寸的计算 16

第七章脱模推出机构的设计 17

7.1脱模力的计算 17

7.2 推出方式的确定 17

7.2.1推出面积 17

7.2.2推杆推出应力 17

第八章侧向分型与抽芯机构的设计 19

8.1侧向分型与抽芯结构类型的确定 19

8.2斜导柱抽芯机构的设计 19

8.2.1抽芯力计算 19

8.2.2抽芯距计算 19

8.2.3斜导柱长度及开模行程计算 19

8.2.4滑块设计 20

第九章排气系统的设计 21

9.1排气系统的位置 21

9.2常用的排气排气方式 21

第十章冷却系统的设计 22

10.1冷却介质 22

10.2冷却系统的计算 22

10.2.1确定单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 22

10.2.2确定冷却介质的流量 22

10.2.4确定冷却水道的导热总面积 23

10.2.5确定模具冷却水道的总长度 23

第十一章 模架的确定 23

11.1各模板尺寸的确定 23

11.2模架的校核 24

第十二章 合模导向机构的设计 24

12.1合模导向机构的作用 24

12.2导向机构的形式 25

12.2.1导柱的结构形式 25

12.2.2导柱的设计原则 25

12.2.3导套的结构形式与设计原则 25

第十三章 模具结构及工作原理 26

13.1模具的装配图 26

13.2模具的工作原理 27

第十四章 结论 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1模具和模具工业

模具是一种有一定形状与尺寸的型腔工具，与模具内各种系统互相配合，将各种塑料溶体填充至模具型腔内，生产出具有特定的形状、尺寸、功能的零件^[1]。模具工业地位重要，与国民经济的五大支柱产业—机械、电子、汽车、石化和建筑都有紧密的联系，满足五大支柱产业发展的需要^[2]。

1.2塑料模具

注塑成型的成型方式主要依靠模具的开发。模具依赖于模具的开发设计，若制作设计存在缺陷，模具必然不会优秀，也就生产不出优秀的塑件。因此,模具的开发设计需要严格把关,根据塑件工艺设计的要求，对已确定的设计从模具结构上弥补制件设计中的缺点，实现大批量生产,这是模具的任务^[3]。由于注塑工艺具有工序较少、生产周期较短，生产率较高等优点，注塑制品不论是在日常生活中还是在各制造行业都占据着特别重要的位置。如果在热塑性材料进行注塑成型中工艺不当，会导致翘曲现象。翘曲就是塑件的成型过程中，材料在模具内部流动以及保压时存在不均匀的应力，制件的物理结构造成的区域收缩不均匀、成型材料在分子取向上纵横收缩非均匀等因素导致了制件整体的不均匀收缩^[4]。通过设置和合理的工艺条件与冷却系统，可以有效的解决这种问题。

1.3塑料模具的发展趋势

1.3.1CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造中的广泛应用

CAD/CAM技术的特点是参数化，将造型技术和传统技术相结合，提升了计算准确性，使用性能强，将2轴变5轴的方式进行精密加工 ^[5]。该技术能够改变传统设计中存在的缺陷，提升了计算精确性，并且减少了时间、人工等成本投入，进而提升了模具制造经济效益，对我国模具设计制造业有很大的推进作用^[5]。

1.3.2新型技术在塑料模具中的推广应用

传统的塑料模具的开发依赖纯人工的设计，需要不断的组装试模，不断的修改优化直到合格。这样的模具开发成本太大，开发周期太长。名为Moldflow的软件具有全面好用的功能，他可以通过虚拟模拟模具来得到以前需要大量成本才能得到的结果。可以在模具加工前，得到优化设计方案，并且能够进行模拟分析，模拟塑件的成型过程，进而准确预测可能的问题进行优化，缩短了模具开发周期^[6]。注塑成型过程中最重要的是工艺参数，其中包括注塑压力、注塑时间、注塑温度与保压时间等，实际生产中可用CAE/CAM技术分析得到最优的注塑工艺参数，但是在注塑成型过程中温度和压力是渐变的，如何对注塑机中温度和压力进行精确控制，对注塑生产的质量具有重大的影响^[7]。注塑成型 CAE 技术是使用有限元、有限差分和边界元等方法，动态仿真模具型腔内塑料溶体的填充保压、冷却和翘曲变形等，预测潜在的充填不足、熔接痕和翘曲等缺陷，进而优化产品、模具结构和成型工艺参数得到优质产品的一门应用科学技术^[8]。对于注射模聚合物，模具设计是一项关键的工作，涉及到几个关键的决策，直接影响到产品的质量、生产率和节约成本^[9]。

第二章 塑料成型工艺性分析

2.1塑件的分析

2.1.1外形尺寸要求

该塑件属于中小塑件，注塑材料为ABS材料，根据使用软件分析的结果，壁厚选定1.5mm，产品内壁倒角为壁厚一半，故选用R0.8。外壁倒角为壁厚1.5倍，故选用R2.2。塑件中心有直径2mm的通孔，距边壁距离满足设计要求。

2.1.2精度等级要求

根据GB/T 14486-2008的规定，结合本塑件的产量应当较大，故选用一般精度MT5以保证生产成本。

2.1.3脱模斜度要求

本次塑件的材料为ABS材料，通过查表可知型芯脱模斜度的要求范围，本次取25°。

2.2ABS塑料的性能介绍

ABS塑料的化学名称是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯，它是由这三种材料结合起来的聚合材料，很好的继承的每种材料的特点，同时具备了韧性、坚硬等性质。ABS是白色中带一点微黄颜色的塑料，其成型塑件有良好的光泽。它无毒、无味，密度中等（1.01g/cm³~1.08 g/cm³）。它的流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等要好。成型收缩率0.3%~0.8%，模具设计时通常取0.5%。

2.3ABS盖的注射成型过程及注射工艺参数

2.3.1注射成型过程

注射成型过程包括前处理，注射和后处理。

(1)前处理
前处理需要对原材料的性质进行先手检测，进行一些预热等加工；对料筒进行清洁处理；检测模具是否需要进行预热等。
(2)注射
注射分为加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个阶段。
(3)后处理
后处理包括退火和调湿。退火通过令塑件慢慢冷却的方式使塑件消除内应力。调湿是将刚脱模的塑件放在热水中，以隔绝空气，防止塑件氧化，并加快达到吸湿平衡的一种处理方法^[10]。

2.3.2注射成型工艺参数

经查表可得ABS材料的注射成型工艺参数

表2.1 ABS材料的注射成型工艺参数

第三章 基于Moldflow的CAE分析

3.1网格划分

图3.1UG导入的塑件模型

图3.2模型网格划分后的网格厚度诊断

将UG文件导出为stl格式并导入moldflow进行网格划分

3.2最佳浇口分析

浇口连接着型腔与分流道，它的作用是让熔化的塑料从流道进入型腔，在型腔被填充满后，浇口位置的溶体材料会发生凝固，这样就能阻止材料倒流。浇口的设计十分重要，如果的浇口的设计存在问题，对于的塑件的成型质量会产生很大的影响。

从图中很轻易的就可以找出最佳的浇口的位置，蓝色最深的区域即为最佳浇口。

图3.3最佳浇口分析

3.3创建浇注系统进行模流分析

浇注系统是从喷嘴到型腔的通道。他的作用是将塑料溶体输送到型腔以得到塑件。冷却系统顾名思义，是起到冷却降温的作用的，冷却的对象包括塑件与模具等等，冷却效果的好坏影响了塑件的质量。

图3.5创建浇注系统

3.4气穴分析

在将塑件通过软件进行网格划分后，在单元之间形成的节点处，可能会出现气穴，气穴出现的原因是材料的汇集。当气穴产生在分型面时，气体可以通过分型面排出,气穴属于不好的现象，应当尽量避免气穴的产生^[11]，如果存在气穴，那需要尽量优化消除。

图3.6气穴分析

3.5熔接线分析

当两股或多股熔体汇积在一起，或是一股溶体经过分流后又聚合在一起时，会产生熔接痕。当两股或多股溶体的流速存在较大的差异或者几处壁厚存在较大差异的交界处时，也会有熔接痕。

图3.7熔接线分析

3.6锁模力分析

根据图3.7可以知道，锁模力是随时间变化的。软件对于锁模力的预测受到模具保压时的压力和充模情况等因素的影响。这些数据存在发生变化时，锁模力的变化会较大。

图3.8锁模力分析

表3.1产品的基本信息

确定模具的结构和初选注射机

4.1选择分型面的位置

分型面用来使成型完成的塑件从型腔中取出来，也能够起到一定的排气作用。分型面位置的确定有几项基本原则：

①确保塑件的正常脱模；

②型腔深度最浅；

③塑件外形较好；

④容易清理；

⑤方便排气。

图4.1分型面的选择

4.2型腔数量和排列方式的确定

4.2.1型腔的数量

该塑件属于小型塑件，产量较大，初定一模两腔的结构。

4.2.2型腔排列形式的确定

型腔的排列需要遵循以下原则：

①溶体在流道中的流动长度要尽可能短；

②要使流道和浇口套距型腔有一定的距离，使溶体充模完成后能够凝固封口；

③排布位置要根据模具的空间结构确定；

④给冷却系统预留出足够的空间； 

⑤尽可能节约空间，结构紧凑。              

型腔排列形式的确定跟注射机的一系列参数有直接联系。本次选定的是一模两腔的结构，所以选择中心对称的排布方式。

4.2.3初步设计模具结构形式

初步选择本模具为一模两腔的结构，排布方式确定为中心对称。结合塑件的具体形状分析，浇口方式使用侧浇口的形式，浇口位置位于分型面上。塑件采用推杆推出方式脱模，为直浇口单分型面注射模。

4.3确定注射机的型号

4.3.1塑件体积和质量的确定

对本次塑件进行UG建模，使用软件的分析功能，得到了塑件的体积质量如图4.2所示。

塑件体积；

塑件质量。（，ρ为ABS塑料密度，这里取1.05g/cm³）

图4.2塑件的体积与质量

4.3.2模具型腔塑料熔体体积的初步估算

根据经验，浇注系统的凝料体积为塑件体积的倍。流道较短，按照0.3倍来估算，所以模具型腔塑料熔体的体积

（公式4-1）

4.3.3选择注射机

根据上面的计算结果，查表可以选择 XS—ZY—125的卧式注射机。

表4.1XS—ZY—125注射机的部分性能

4.3.4注射机校核

⑴校核注射压力

查表可知ABS的注射压力P_注取90MPa，注射机的注射压力P₀为120MPa,注射压力安全系数k₁取1.3，则

（公式4-2）

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