紙巾筒塑料模具設計論文

紙巾筒塑料模具設計 1 1.引言 1.1 我國模具行業(yè)的發(fā)展狀況和趨勢 經(jīng)過 1990 年代的高速發(fā)展，中國的模具產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達到一定的水平，生產(chǎn)能力也有了相當大的提高，模具市場的規(guī)模也正在逐步擴大。過去十 年，中國模具工業(yè)（ 主要集中在汽車、電子信息以及電器） 以每年 15%左右的增長速度快速發(fā)展。 到 2005 年，全國模具生產(chǎn)廠點已達 3 萬多家，從業(yè)人員 50 多萬人；模具銷售總額高達 610 億元，比上年增長 25%；模具生產(chǎn)企業(yè)總體上任務飽滿、訂單充足。 2006 年，業(yè)界預測中國汽車的年度銷售數(shù)量將會比前一年增長 15%，年度銷售數(shù)量將會達到 640 萬臺。而汽 車零部件市場比汽車整車的市場更大，可以預測汽車相關模具產(chǎn)業(yè)將會有高速發(fā)展。 與 2004 年相比， 2005 年中國的模具生產(chǎn)值增加了 125%，以 610 億人民幣居世界第三位。其中，出口比前一年增加了 150%，達到了 7.4 億美元。 目前，國內(nèi)模具行業(yè)正隨著我國制造業(yè)特別是汽車和電子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展而逐漸步入 黃金期 。 近年來，模具行業(yè)結構調(diào)整步伐加快，主要表現(xiàn)為大型、精密、復雜、長壽命模具和模具標準件發(fā)展速度高于行業(yè)的總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力增加較快。隨著經(jīng)濟體制改革的 不斷深入，“三資”及民營企業(yè)的發(fā)展較快 11。 在注塑模具方面， 2006 年，注塑模具比例進一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進一步提高，注塑模具在量和質(zhì)方面都有較快的發(fā)展，我國最大的注塑模具單套重量已超過 50 噸，最精密的注塑模具精度已達到 2 微米。在 CAD/CAM技術得到普及的同時， CAE 技術應用越來越廣， CAD/CAM/CAE 一體化得到發(fā)展，模具新結構、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多 12。 據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，未來我國模具發(fā)展趨勢包括 10 個方面 13： 、 模具日趨大型化。 、 模具的精度將越來越高。 10 年前精密模具的精度一般為 5 微米，現(xiàn)已達到 2-3微米， 1微米精度的模具也將上市。 、 多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，對鋼材的性能要求越來越高。 、 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。 、 隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。 、標準件的應用將日益廣泛。模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模具制造周期，還能提高模 具的質(zhì)量和降低模具制造成本。 、快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊。 、隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時紙巾筒塑料模具設計 2 對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求。 、以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機械零件的復雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。 、模具技術含量將不斷提高。 從應用趨勢方面分析，受用戶要求模具的生產(chǎn)周期縮短影響；快速經(jīng)濟模具的開發(fā)將被重視，模具標準件的應用將日漸廣泛，且采用計算機控制和機械手 操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術也會得到發(fā)展和提高。 1.2 注塑模具設計與制造技術 8 質(zhì)量、成本（價格）、時間（工期）已成為現(xiàn)代工程設計和產(chǎn)品開發(fā)的核心因素，現(xiàn)代企業(yè)大都以高質(zhì)量、低價格、短周期為宗旨來參與競爭市場。先進制造技術的出現(xiàn)正急劇改變著制造業(yè)的產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過程，對模具行業(yè)也是如此。模具行業(yè)必須在設計技術、制造工藝、生產(chǎn)模式等諸方面加以調(diào)整以適應這種要求。 1.2.1 注塑模具的可視化設計 現(xiàn)在我們對產(chǎn)品設計的要求是快速、準確。隨著軟件技術的發(fā)展，三維設計（ 3D）的誕生使模具實現(xiàn)了可視化、 面向裝配的設計。模具由二維設計（ 2D）到三維（ 3D 實現(xiàn)了模具設計技術的重大突破。 模具三維設計直觀再現(xiàn)了未來加工出的模具本體，設計資料可以直接用于加工，真正實現(xiàn)了 CAD/CAM 一體化和少、無圖樣加工； 模具三維設計解決了二維設計難以解決的一系列問題，如干涉檢查、模擬裝配、 CAE 分析等； 模具三維設計能對模具的可制造性加以評價，大大減少了設計失誤。 1.2.2 注塑模具的快速制造 基于并行工程的模具快速制造 近些年來，為了滿足工期的要求，模具企業(yè)大都在自覺與不自覺中應用“并行”的概念來組織生產(chǎn)、銷售工作。并 行工程應用的明確提出是對現(xiàn)有模具制造生產(chǎn)模式的總結與提高。并行工程、分散化網(wǎng)絡制造系統(tǒng)為模具快速制造提供了有效的實施平臺。 并行工程的基礎是模具的標準化設計。標準化設計是由三方面要素組成：統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和文件傳輸格式是基礎；實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享是關鍵；高速加工等先進制造工藝是必備條件。 應用快速原型技術制造快速模具（ RP+RT） 在快速原型（ Rapid Prototyping,RP）技術領域中，目前發(fā)展最迅速、產(chǎn)值增長最明顯的就是快速模具 (Rapid Tooling,RT)技術。應用快速原型技術制造快速模具（ RP+RT），在最終生產(chǎn)模具之前進行新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，有效地縮短開發(fā)時間、降低成本。這就是 RP+RT紙巾筒塑料模具設計 3 技術產(chǎn)生根本原因。 高速切削技術的應用 高速切削（ High Speed Machining,HSM）在模具領域的應用主要是在加工復雜曲面方面。其中高速銑削（也稱為硬銑削 Hard Milling,HM）可以把復雜形面加工得非常光滑，幾乎或者根本不再需要精加工，從而節(jié)約了點火花（ EDM）加工和拋光時間及有關材料的消耗，及大地提高了生產(chǎn)效率，并且形面的精度不會遭到破壞。 1.2.3 制造模式的改變 信息流驅動的模具制造 先進制造生產(chǎn)模式對模具工業(yè)的影響主要體現(xiàn)在信息的流動。與制造活動有關的信息包括產(chǎn)品信息和制造信息，現(xiàn)代制造過程可以看作是原材料或毛坯所含信息量的增值過程，信息流驅動將成為制造業(yè)的主流。目前，面向模具開發(fā)的CAD/CAPP/CAM/CAE、 DNC、 PDM、網(wǎng)絡集成等均是圍繞如何實現(xiàn)信息的提取、傳輸與物化，即使信息流得以暢通為宗旨。 1.3 Pro/E 模具設計的基本流程 目前，國際上占主流地位的注射模 CAD 軟件有 Pro/E、 I-DEAS、 UG 、SolidWorks 等；結構分析軟件有 MSC、 Analysis 等；注射過程數(shù)值分析軟件有MoldFlow 等；數(shù)控加工軟件有 MasterCAM、 Cimatron 等。 本次是運用 Pro/E 進行模具設計的 ,下面簡單介紹以下 Pro/E 模具設計流程。 Pro/E 模具設計的基本流程如圖 1.1 零件成品 (Design Model） 零件設計（ Part Design） 零件裝配（ Assembly Design） 模具裝配 （ Mold Assembly） 參照零件（ Reference Part） 工件（ Workpiece） 模型檢驗 （ Model Check） 厚度檢驗（ Thickness Check） 拔模檢驗（ Draft Check） 設置收縮率 （ Apply Shrinkage） 模流分析 （ Analysis of Mold Flows） 紙巾筒塑料模具設計 4 圖 1.1 Pro/E 模具設計的基本流程 1.4 課題意義 在傳統(tǒng)塑料模具設計中，設計周期長，一般要二到三個月的時間；設計成本高， 需要往返數(shù)次制模，修模；產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，對流體在模腔內(nèi)的流動狀態(tài)，冷卻狀況缺乏了解。 本文以紙巾筒的注塑模具設計為例，運用 Pro/E 軟件智能分模，不但保證了模具的精確性，而且分模簡單，是設計者可以節(jié)約時間，集中精力拆模做型腔；運用 CAE 分析功能，對塑料注塑過程進行模擬分析， 包括充模流動模擬、保壓過程模擬、冷卻過程模擬及翹曲模擬分析。通過模擬分析可以預測制品填充不足、熔接線、氣泡和翹曲變形等缺陷，還可以測定最佳澆口數(shù)量和位置，測定注塑時注射壓力以及注射時間，溶體流動前鋒的溫度變化等系列參數(shù)；運用專家模架系統(tǒng) ，根據(jù)設計參數(shù)直接選取標準模架，構造模具三維實體。這樣設計出來的模具具有更高的質(zhì)量，更大的準確性。 現(xiàn)代的模具設計在計算機的平臺上，運用 CAD/CAE/CAM 等軟件，使現(xiàn)代模具設計具有了高質(zhì)量，高效率，低成本等特點。 建立模具體積塊 (Mold Volume) 建立或分割 （ Create or Split） 模具開啟 （ Mold Opening） 干涉檢驗 （ Interference Check） 專家模具系統(tǒng) （ Expert Moldbase Extension） 2-D 工程圖 (Drawing) CNC 加工 建立分模面 （ Parting Surface） 紙巾筒塑料模具設計 5 2.注塑件的設計 2.1 功能設計 功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能 ,并達到一定的技術指標 .該塑件是日用品 ,承受外力的幾率不大 ,如沖擊載荷 ,振動 ,摩擦等情況比較少 ；塑件的工作溫度是室溫 ,這使得在材料選擇時對熱變形溫度 ,脆化溫度 ,分解溫度的要求降低 ；作為一種日用品 ,生產(chǎn)批量應該是 中批 中量或 大批大量生產(chǎn) ,這樣 ,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命 ,在材料的選擇時要綜合各種因素 。 2.2 材料選擇 通常 ,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 ,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù) .對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說 ,要考慮的主要是材料的力學性能 ,如屈服應力 ,彈性模量 ,彎曲強度 ,表面硬度等 .該塑件 屬于日常生活用品，沒有什么特別的要求，因此主要從容易成型方面選擇材料。查1P240表 12-4，選擇材料為聚丙烯，具有良好的流動性，且價格便宜。材料具體信息為： 材料： PP-7533 生產(chǎn)廠家： Taiwan PP 塑料固體密度為 3/908.0 cmg ，融化密度為 3/753.0 cmg 。最大剪切應力為0.26MPa。收縮率為 1.0%-3.0% 2.3 結構設計 塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性 。 在塑料生產(chǎn)過程中 ,一方面成型會對塑件的結構 ,形狀 ,尺寸精度等諸方面提出要求 ,以便降低模具結構的復雜程度和制造難度 ,保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品 ；另一方面 ,模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析 ,弄清塑件生產(chǎn)的難點 ,為模具設計和制造提供依據(jù) . 2.3.1 壁厚 通過查 1P259 表 13-2 得 PP 料的壁厚推薦值確定塑件各個部位的壁厚尺寸。 2.3.2 脫模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮 ,使其緊箍在凸?；蛐托旧?,為了便于脫模 ,防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損 ,與脫模方向平行的塑件內(nèi) ,外表面都應具有合理的斜度 。在塑件的高度比較小時也可以不需要脫模斜度。 查1 P259 表 13-2,聚丙烯的脫模斜度為 。， 130 ，由此確定塑件的脫模斜度。 2.3.3 加強肋 塑件上適當設置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動方向的加強肋還能降低充模阻力，提高 熔 體流動性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。 紙巾筒塑料模具設計 6 2.3.4 圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時才采用尖角結構。尖角容易產(chǎn)生應力集中，在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動和塑件的脫模。 2.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量 2.4.1 尺寸精度 該塑件是一般 日 用品，所以精度 要求為一般精度即可，但是由于要保證兩半殼體的閉合，所以在凹槽和鎖位處應該對精度要求高些，對其要有公差配合要求，應選擇高精度。根據(jù)精度等級選用表， PP 的高精度為 3 級，一般精度為 4 級 ，未注公差尺寸等級為 6 級。該塑件為一般日常生活用品，所以取一般精度 MT4。但由于塑件直徑為 120mm 處要與紙巾筒下部相連，所以取高精度 MT3。各尺寸的公差值查 1P266 表 13-2。 2.4.2 塑件的表面質(zhì)量 塑件的表面粗糙度，除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤，波紋等疵點外，主要的由模具的表面的粗糙度決定。 塑件的表觀缺陷是其特有 的質(zhì)量指標，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個等級。 由于該制品為一般日常生活用品，對表面粗糙度要求不高，取塑件表面粗糙度為 0.8 m。 2.5 塑件 2D 圖 由以上對塑件要求的分析，繪制塑料制品圖，見圖紙 ZJTMJ02 和 ZJTMJ03。 紙巾筒塑料模具設計 7 3.塑件的 3D建模及注射成型工藝性分析 3.1 塑件的 3D 模型 運用 PROE 繪圖軟件繪制塑件的 3D 圖，如下： 圖 3.1 紙巾筒蓋 圖 3.2 紙巾筒下筒 圖 3.3 紙巾筒 圖 3.6 層切面信息 3.2 塑件的注射成型工藝性分析 3.2.1 初步分析 模型質(zhì)量屬性分析 分析結果：體積 =2.046 3410 mm 曲面面積 = 2410726.3 mm 密度 = 3/908.0 cmg 質(zhì)量 = g571.18 拔模檢查 查 1 P259,聚丙烯的脫模斜度為 。， 130 ，由圖 3.5 可以看出模具需要拔模紙巾筒塑料模具設計 8 的曲面都呈黃色，根據(jù)色帶圖 3.4 的對比，需要拔模的曲面都滿足拔模斜度要求。 圖 3.4 顏色范圍 圖 3.5 拔模面色階 厚度檢查 用 2mm 的偏距層切片檢查模型不同區(qū)域的厚度，還可以得到層切片面積，根據(jù)結果可以看出那些區(qū)域過厚，可能 會帶來在塑件冷卻中發(fā)生的一寫問題。在對話框中輸入最大厚度為 2mm，最小厚度為 0.6mm，由圖 3.6 各層切面的分析信息可以看出，該塑件厚度滿足檢查要求。 3.2.2 塑件注射成型工藝性 CAE 分析 調(diào)用 ProE 的 Plastic Advisor，對塑件進行模型窗口分析，最佳澆口分析，塑料流動性分析，冷卻質(zhì)量分析，縮痕分析等。 初始條件：材料 PP-7533 生產(chǎn)廠家 ： Taiwan PP。在 plastic advisor中搜索到此材料 ， 可以查看材料的一些具體信息。以這些信息作為分析的初始條件。其中模具溫度為 C。38 ，熔化溫度為 C。240 ，材料融化溫度范圍： CC 。 280200 ，模具溫度范圍： CC 。 5720 ，塑料固體密度為 3/908.0 cmg ，融化密度為3/753.0 cmg ，最大剪切應力為 0.26MPa。 澆口位置分析 分析結果：圖 3.7 中，藍色為澆口的最佳區(qū)域，紅色為最差區(qū)域。從圖中可以看出，澆口最佳位置點在塑件的中部區(qū)域的第二個圓柱 面上。圖中沒有出現(xiàn)紅色區(qū)域，說明沒有澆口最差點。顯然在塑件中部設置澆口會使模具結構邊得很復雜。考慮到塑件模具結構的設計需要，把澆口位置設置在塑件的底部圓柱的外表面上，具體位置如圖 3.8 示 紙巾筒塑料模具設計 9 圖 3.7 澆口最佳區(qū)域 圖 3.8 澆口位置 模型窗口分析 模型窗口顯示的是在一個指定的模具溫度下，熔解溫度和注射時間的范圍。系統(tǒng)綜合處理了大量數(shù)據(jù)，在圖上指定一個模具溫度、熔解溫度、注射時間的最佳配合點。圖中綠色區(qū)域是最佳區(qū)域，綠色區(qū)域越多，塑件越容易成型。如果綠色區(qū)域是一個狹窄區(qū)域就意味著如果處理條件變了，即使是很小量，塑件的成型效果也是不令人滿意的。黃色區(qū)域表示塑件可能會出現(xiàn)質(zhì)量問題，但是還是可以成型的。黃色區(qū)域說明塑件的澆口和材料沒有很好的配合。紅色區(qū)域顯示塑件的澆口和材料沒有任何好的處理條件組合，需要改變澆口位置或材料。 圖中可以看出，最佳條件不一定是綠色區(qū)域中心，因為有些可變性高的條件，系統(tǒng)都作為了最佳區(qū)域。 初始條件：圖 3.8 所示的澆口位置，其他條件同最佳澆口位置分析初始條件一樣。分析結果如圖 3.9 示： 圖 3.9 模型窗口分析結果 由圖中可以看出注射 成型各因素的最佳組合：模具溫度為 C。50.47 ，熔解溫度為 C。240 ，注射時間為 0.6s，最大注射壓力為 100MPa，流動速率為33.74cu.cm/s。 塑料流動分析 通過最塑件的模擬填充，得到填充時間，注射壓力，壓降，波前溫度，質(zhì)量紙巾筒塑料模具設計 10 預測，填充可能性等六個分析結果。主要檢查是否有遲滯現(xiàn)象，過飽壓、徑流效應、潛流現(xiàn)象、失衡的流動等五鐘影響塑件成型質(zhì)量現(xiàn)象。 遲滯現(xiàn)象是指由于較厚的區(qū)域造成流體在較薄區(qū)域速度下降，冷卻加速，無法填滿模具的現(xiàn)象 。 過飽壓是指額外的流體被壓縮在一個流道中，而其他流道已充滿。 徑流效應是指流體在較薄的部分填充之前，競相流過型腔厚實部分的現(xiàn)象。 潛流現(xiàn)象是指和另一股流體遇到另一流體后，反向流動回外邊已趨冷的流體層現(xiàn)象。 失衡的流動是指在流體填充完其他流道以前，一些流道以被填滿了。 初始條件：材料 pp-7533，澆口位置如圖 3.8 示，按模型窗口分析最佳條件處理。 分析結果：圖 3.10 顯示模型全為綠色，表示分析結果合格。信息窗口顯示選用此塑料和澆口位置是可以很輕易地進行填充，沒有短射方面的問題可能會出現(xiàn)品質(zhì)不佳，但還是可以 接受的。 圖 3.10 塑料填充 下面主要分析塑件可能存在的質(zhì)量問題及其原因。 填充時間 如圖 3.11 所示，紅色區(qū)域是最先填滿的區(qū)域，藍色區(qū)域是最后填滿的區(qū)域。填充時間將顯示遲滯發(fā)生在非常狹窄的間距中。過飽壓一般發(fā)生在最短填充時間的部分。 圖 3.11 填充時間 紙巾筒塑料模具設計 11 注射壓力 如圖 3.12 所示，紅色為高壓區(qū)域，藍色為低壓區(qū)域。低壓區(qū)域面臨是否能夠填充滿的問題。前面的報告中已經(jīng)指出，本模具可以很容易填充。在塑件的藍色區(qū)域，兩股流體交匯，可能會產(chǎn)生潛流現(xiàn)象。 圖 3.12 塑料在模穴中射壓 壓降 紅色區(qū)域為壓降最大區(qū)域，藍色區(qū)域為壓降最小區(qū)域。當塑件厚度均勻時，壓降也很均勻。發(fā)生壓降不均勻，會產(chǎn)生翹曲，陰影或塑料劣化等不良現(xiàn)象。圖3.13 顯示壓降很均勻。 圖 3.13 塑料在模穴中的壓降 波前溫度 如圖 3.14 所示，藍色表示最低溫區(qū)域，紅色表示為最高溫區(qū)域。波前溫度太低，那么可能發(fā)生遲滯現(xiàn)象。波前溫度太高，可能發(fā)生物質(zhì)退化和表面瑕疵等現(xiàn)象。 紙巾筒塑料模具設計 12 圖 3.14 塑料的波前溫度 流動可能性 前面報告已經(jīng)得出，模具很容易填滿 。 品質(zhì)預測 如圖 3.15 所示，綠色為品質(zhì)較好 區(qū)域，黃色表示品質(zhì)中等。由圖可以得出，塑件品質(zhì)較好。 圖 3.15 品質(zhì)預測 冷卻質(zhì)量分析 初始條件：與塑料流動性分析相同 分析結果：分析報告顯示，塑件有輕微的冷卻質(zhì)量問題，但是系統(tǒng)沒有給出紅色警告提示，所以可以接受。以正常冷卻溫度為基準，塑件冷卻溫度在CC 。 77.273.1 范圍內(nèi)。以正常的冷卻時間為基準，塑件冷卻時間在-0.89s1.31s 范圍內(nèi)。各方面分析結果圖如下： 表面溫度的變異量 如果塑件的表面溫度變化比正常值高，就需要在設計冷卻水道時重點考慮這一區(qū)域的冷卻問題。從 圖 3.16 可以看出，塑件的溫度變化比較均勻，且變化量紙巾筒塑料模具設計 13 不大。 圖 3.16 塑料表面溫度的變異量 凝固時間的變異量 一個區(qū)域的冷卻時間比正常值大時，就表示那個區(qū)域將要求冷卻補償集中在那個區(qū)域。比正常值低時，表示那個區(qū)域冷卻時間快，也是將潛在有遲滯或短射現(xiàn)象。 圖 3.17 塑料凝固時間的變異量 冷卻品質(zhì) 如圖 3.18 中，紅色區(qū)域表示冷卻質(zhì)量最低，黃色次之，綠色冷卻質(zhì)量最好。塑件絕大部分都呈綠色，冷卻質(zhì)量好。 紙巾筒塑料模具設計 14 圖 3.18 冷卻品質(zhì) 縮痕分析 縮痕分析用來表示縮痕出現(xiàn)的位置?？s痕現(xiàn)象是指成 型品表面發(fā)生凹陷，是由熱量收縮造成的?？紫妒撬芗耐馄榱朔乐贡砻姘枷菟傻淖銐蚪┯驳牡挚?，它可能是個孔，或是一群更小的孔?？紫秾λ芗慕Y構有嚴重的影響。 初始條件：與塑料流動性分析相同 分析結果：塑件有少于 1%的縮痕面積。主要是由于塑件厚度的輕微變化造成的。由圖 3.19 可以看出，塑件質(zhì)量好，有少量的縮痕，對塑件不造成影響。 圖 3.19 塑件縮痕 焊接線與逃氣分析 焊接線是在填充時間，數(shù)個流道的流體匯合后生成的弱處或可見缺陷。逃氣分析結果將顯示在數(shù)股流體會合處或最后填充區(qū)域，那里的氣泡將會在塑件 上形成一個凹陷瑕疵。 焊接線分析 由圖 3.20 中紅色線可以看出，塑件上可能有極少的焊接線，且對塑件不造成大的影響。 紙巾筒塑料模具設計 15 圖 3.20 焊接線 逃氣分析 根據(jù)逃氣分析可以確定是否需要在模具上開逃氣槽，怎樣設計排氣裝置。由圖 3.21 可以看出塑件上有極少的氣泡產(chǎn)生，表示注射過程中能夠很好的排氣。 圖 3.21 逃氣 綜合以上分析，可以看出，該塑件結構很合理，壁厚均勻，脫模斜度適當，選用的材料成型工藝性好，可以進行注射工藝性操作。以上分析也為后面的澆口位置確定，分型面位置，排氣裝置，冷卻裝置的設計提供了合理的依 據(jù)。 3.3 注塑機 3.3.1注塑成型工藝參數(shù) 查 1P244 表 12-10 得 PP 料注射成型的主要工藝參數(shù)如下表 3-1 3.3.2 注塑機的選擇 由公稱注射量選定注射機 由 3.2.1 分析已得出單個塑件體積 V=2.046 3410 mm ， 流道凝料 V=0.5V (流道凝料的體積 (質(zhì)量 )是個未知數(shù) ,根據(jù)手冊取 0.5V(0.5M)來估算 ,塑件越大則比例可以取的越小 )。 實際注射量為 :V實=20.461.5= 30.69 cm3 ； 紙巾筒塑料模具設計 16 根據(jù)實際注射量應小于 0.8倍公稱注射量原則 , 即： 0.8V公 V實 V公= V實/0.8 =30.690.8 =38.36cm3 ； 由上計算初步確定注塑機為 SZ-160/60，查 4P14 表 1-6得注塑機 主要技術參數(shù)如下 表 3-2。 表 3-1 制品成型工藝參數(shù)初步確定 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速（ r/min） 3060 噴嘴形式 直通式 模具溫度 4080 噴嘴溫度 ( ) 170190 后段溫度 ( ) 160170 中段溫度 ( ) 200220 前段溫度 ( ) 180200 注射壓力 MPa 70120 保壓力 MPa 5060 注射時間 s 05 保壓時間 s 2060 冷卻時間 s 1550 成型收縮 (%) 12 成型周期 s 40120 表 3-2 國產(chǎn)注射機 SZ-160/60技術參數(shù)表 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 結構類型 臥 拉桿內(nèi)間距 (mm) 320320 理論注射容積（ cm3 ） 160 移模行程 (mm) 300 螺桿直徑 (mm) 40 最大模具厚度 (mm) 300 注射壓 (MPa) 145 最小模具厚度 (mm) 170 注射速率 (g/s) 100 鎖模形式 (mm) 液壓 塑化能力 (g/s) 11.7 模具定位孔直徑 (mm) 125 螺桿轉速 (r/min) 20200 噴嘴球半徑 (mm) 35 鎖模力 (KN) 600 噴嘴口直徑 （ mm） 4 紙巾筒塑料模具設計 17 4.模具結構設計 4.1 型腔數(shù)目的確定 注塑模的型腔數(shù)目 ,可以是一模一腔 ,也可以是一模多腔 ,在型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關因素： （ 1） 塑件的尺 寸精度 ； （ 2）模具制造成本； （ 3）注塑成型的生產(chǎn)效益； （ 4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般日用品 ，根據(jù)生產(chǎn)批量和經(jīng)濟因素，初步確定該模具為一模兩腔。 4.2 分型面的確定 根據(jù)分型面的選擇原則： （ 1）便于塑件脫模； （ 2）在開模時盡量使塑件留在動模； （ 3）外觀 不遭到損壞； （ 4）有利于排氣和模具的加工方便。 結合該產(chǎn)品的結構 ,分型面確定在塑件的最大投影面積上 。 用 Proe對其進行分形面設計，分形面及型腔布置如下圖 4.1 圖 4.1 分型面 4.3 澆口的確定 PP 料的流動性好 ,可適用于各種澆口 ,為了不影響外觀 ,簡化模局結構 ,確定使用側澆口。 澆口位置已經(jīng)在 3.2.2 分析中確定。 4.4 模具材料的確定 現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標準化 ,所以在模具材料的選擇時主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料 .如何合理的選擇模具鋼 ,是關系到模具質(zhì)量的前提條件 ,如果 選材不當 ， 則所有的精密加工所投入的工時 ,設備費用將浪費。 在選擇模具鋼時 ,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能 ,從使用性能考紙巾筒塑料模具設計 18 慮 :硬度是主要指標之一 ,模具在高應力作用下欲保持尺寸不變 ,必須有足夠的硬度 ,當承受沖擊載荷時還要考慮折斷 ,崩刃問題 ,所以韌性也是一重要指標 ,耐磨性是決定模具壽命的重要因素 。 從工藝性能考慮 :要熱加工工藝好 ,加工溫度范圍寬 ,冷加工性能如切削 ,銑削 ,拋光等加工性能好 ,此外還要考慮淬透性和淬硬性 ,熱處理變形和氧化脫碳等性能 .另外從經(jīng)濟考慮 ,要求材料來源廣 ,價格低。 查 5P183 選擇模仁的材 料為 SM45 鋼。 SM45 鋼屬優(yōu)質(zhì)碳素塑料模具鋼，與普通優(yōu)質(zhì) 45 碳素鋼相比，其鋼中硫，磷含量低，鋼材純度好。制造小型塑料模具，用調(diào)質(zhì)處理可獲得較高的硬度和較好的強韌性。 SM45 鋼的優(yōu)點是價格便宜，切削加工性好，淬火后具有較高的硬度，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的強韌性和一定的耐磨性，被廣泛用于制造中、低擋的塑料模具。 材料預備熱處理： 斷后退火；高溫回火；正火 推薦回火規(guī)范：回火溫度為 500560C。 ，空冷，硬度為 2533HRC。 4.5 澆注系統(tǒng)的設計 注塑模的澆注系統(tǒng) 是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設計中的主要內(nèi)容之一。 4.5.1 主流道 主流道是一端與注塑機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有有錐度的流動通道。根據(jù)注塑機型號和查 1P303 表 15-19，主流道尺寸如下圖 4.2 圖 4.2 主流道尺寸 圖 4.3 分流道截面 紙巾筒塑料模具設計 19 由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道澆口套 ， 以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨加工和熱處理。 查1P457 表 20-33選擇 B型澆口套，公稱尺寸 d=16mm。 由注塑機確定定位圈的尺寸，公稱尺寸為 125mm，見 1P457 表 20-32。 4.5.2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。分流道 的斷面形狀有圓形，矩形，梯形， U 形和六角形。 澆道的截面積越大，壓力的損失就越大；澆道的表面積越小，熱量的損失就越少。用澆道的截面積和表面積的比值來表示澆道的效率，效率越高，澆道的設計越合理?？紤]熱量損失和澆道加工性能等因素，查 6P151表 4-3，選擇 U 形截面的分澆道。查 1P304 表 15-11，聚丙烯的分流道等效直徑為 4.89.5mm，取分流道直徑為 6mm。截面形狀和尺寸如圖 4.3。長度尺寸如圖 4.4 4.5.3 冷料 井 冷料 井 一般位于主流道對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的 冷料，防止冷料進入型腔而形成冷接縫，此外，開模時又能將主流道凝料從定模板中拉出 ， 冷料 井 的尺寸 ， 宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端直徑 。該模具的冷料井設計為帶 Z形頭拉桿的冷料井。 冷料 井 的尺寸如圖 4.5所示： 圖 4.4 分流道長度尺寸 圖 4.5 冷料井及澆口尺寸 4.5.4 澆口 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時凝 固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定 。 該模具采用側澆口， 已在 4.3 中得到確定。 其有以下特性 : 形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證； 試模時如發(fā)現(xiàn)不當，容易及時修改； 能相對獨立地控制填充速度及封閉時間； 紙巾筒塑料模具設計 20 對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。 澆口的截面形狀和分流道的一樣都采用 U 形截面 ，與分流道的連接方式見圖4.5。澆口等效直徑 d=1.5mm，長度 l=1.5mm。 圖 4.6 主流道、分流道、澆口的連接情況 4.6 成型零件工作尺寸的計算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。該塑件有需要配合的地方，所以對尺寸的要求比較高 。塑件的基本尺寸如圖 4.7 所示，忽略倒圓弧的影響。未注壁厚均為 1mm。 成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨 損量進行計算；前一種方法簡便，但不適合精密塑件的模具設計，后一種復雜，但能較好的保證尺寸精度。本設計采用平均值法。 圖 4.7 塑件基本尺寸 4.6.1 凹模工作尺寸的計算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過程中凹模的磨損會使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，紙巾筒塑料模具設計 21 以及裝配的需要，在設計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸如圖 4.8(a,b)所示： 圖 4.8（ a） 凹模 圖 4.8（ b）凸模 凹模徑向尺寸的計算 凹模尺寸如圖 4.8（ a）所示。 L1m=(1+S)L1s 43 =(1+0.015) 12343 0.64 107.0 =124.37 107.0 mm 式中 L1m 以 123 加工時凹模的徑向尺寸 ； L1s 在 123 處 塑件的徑向尺寸 ； 塑件的公差值； 由塑件的公差等級查 1P266 表 13-12所得。 制造公差，6； S 塑件的平均收縮率， S =0.015。 L2m=(1+S)L2s 43 =(1+0.015) 8243 0.72 12.0 =82.69 12.0 mm 式中 L2m 以 82 和 R41 加工時凹模的徑 向尺寸 ； L2s 在 82和 R41 處 塑件的徑向尺寸 ； L3m=(1+S)L3s 43 =(1+0.015) 7243 0.64 107.0 =72.6 107.0 mm 式中 L3m 以 R36 加工時凹模的徑向尺寸 ； L3s 在 R36 處 塑件的徑向尺寸 ； 紙巾筒塑料模具設計 22 脫模斜度為 1。 凹模深度尺寸的計算 H1m=(1+ S )H1s 32 =(1+0.015) 1032 0.4 067.0 =9.88 067.0 mm 式中 H1m 以尺寸為 10加工時凹模的徑向尺寸 ； H1s 在 尺寸為 10 處 塑件的徑向尺寸 ； H2m=(1+ S )H2s 32 =(1+0.015) 1832 0.48 08.0 =17.95 08.0 mm 式中 H2m 以尺寸為 18 加工時凹模的徑向尺寸 ； H2s 在 尺寸為 18 處 塑件的徑向尺寸 ； 4.6.2 凸模工作尺寸的計算 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過程中凸摸的磨損會使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 凸模徑向尺寸的計算： 凸模尺寸如圖 4.8(b)所示。 L1m=(1+ S) L1s+ 43 =(1+0.015) 120+430 .58097.0 =122.24097.0 mm 式中 L1m 以 120 加工時 凸 模的徑向尺寸 ； L2m=(1+ S) L2s+ 43 =(1+0.015) 80+43 0.64 107.0 =81.68107.0 mm 式中 L2m 以 80 和 R40 加工時 凸 模的徑向尺寸 ； L3m=(1+ S) L3s+ 43 =(1+0.015) 74+43 0.64 107.0 紙巾筒塑料模具設計 23 =75.59107.0 mm 式中 L3m 以 R37 加工時 凸 模的徑向尺寸 ； 脫模斜度為 1。 凸模高度尺寸的計算： H1m=(1+ S) H1s+ 32 =(1+0.015) 8.88+320. 4 067.0=9.28067.0 mm 式中 H1s 凹模深度尺寸 H1m 減去塑件壁厚 1mm。 H2m=(1+ S) H2s+ 32 =(1+0.015) 16.95+320. 48 08.0 =17.5208.0 mm 式中 H2s 凹模深度尺寸 H2m 減去塑件壁厚 1mm。 H3m=(1+ S) H3s+ 32 =(1+0.015) 13.95+320. 46 077.0 =14.47077.0 mm 式中 H3m 凹模深度尺寸 H2m減去塑件高度 4mm。 4.7 ProE 分模 運用 ProE 軟件進行分模演示，得分模后的模具圖如圖 4.9 圖 4.9 分模演示 4.8 對注射模的校驗性質(zhì)的 CAE 分析 針對多型腔模，我們再進行一次校驗性質(zhì)分析。 4.8.1 鑄模模型質(zhì)量屬性分析 分析結果：體積 =4.8 3410 mm 紙巾筒塑料模具設計 24 曲面面積 = 241088.7 mm 密度 = 3/908.0 cmg 質(zhì)量 = g7.43 4.8.2 測量模型 在分型面上的投影面積 測量結果：面積 = 2410034.2 mm 4.8.3 運用 plastic advisor 進行分析 材料信息 圖 4.10 和圖 4.11 是材料的一些基本信息，也是分析的初始條件。 圖 4.10 材料信息（一） 圖 4.11 材料信息（二） 模型窗口分析 初始條件為中所顯示的材料信息。分析結果顯示模具溫度、熔解溫度、注射時間的最佳配合點是模具溫度為 C。50.47 。塑料熔解溫度為 C。248 ，注射 時間為 0.87s。 紙巾筒塑料模具設計 25 圖 4.12 最佳配合點分析 模流分析 初始條件是分析中的模具溫度、溶解溫度、注射時間最佳配合點。分析結果顯示，該塑件很容易充填，沒有短射方面的問題，可能會出現(xiàn)品質(zhì)不佳，但還是可以接受的。實際注射時間是 0.8s，實際注射壓力 56.02MPa，預估循環(huán)時間48.39s，剪切速率 47.79cu.cm，保壓力 34.49T 填充時間 如圖 4.13 所示，紅色區(qū)域是最先填滿的區(qū)域，藍色區(qū)域是最后填滿的區(qū)域。填充時間將顯示遲滯發(fā)生在非常狹窄的間距中。過飽壓一般發(fā) 生在最短填充時間的部分。因為塑件壁厚均勻，所以一般不會發(fā)生遲滯現(xiàn)象。 圖 4.13 充填時間 壓降 紅色區(qū)域為壓降最大區(qū)域，藍色區(qū)域為壓降最小區(qū)域。當塑件厚度均勻時，壓降也很均勻。發(fā)生壓降不均勻，會產(chǎn)生翹曲，陰影或塑料劣化等不良現(xiàn)象。該塑件壁厚均勻，圖 4.14 顯示壓降很均勻，因此不會產(chǎn)生翹曲，陰影或塑料劣化等不良現(xiàn)象。 紙巾筒塑料模具設計 26 圖 4.14 塑料在模穴中的壓降 品質(zhì)預測 如圖 4.15 所示，綠色為品質(zhì)較好區(qū)域，黃色表示品質(zhì)中等，紅色為品質(zhì)最差區(qū)域。由圖可以得出，塑件品質(zhì)較好，而只有在主澆道中凝料才出現(xiàn)差品質(zhì)，不 對塑件質(zhì)量造成影響。 圖 4.15 品質(zhì)預測 冷卻質(zhì)量分析 初始條件是分析中的模具溫度、熔解溫度、注射時間最佳配合點。分析結果如圖 4.16 所示。從圖中可以看出塑件頂部有明顯是冷卻質(zhì)量問題，圓環(huán)面上有輕微的冷卻質(zhì)量問題。分析結果為后面的冷卻系統(tǒng)的設計提供了依據(jù)，需要認真設計冷卻機構。重點在上部球形面和直流道。 紙巾筒塑料模具設計 27 圖 4.16 塑件的冷卻質(zhì)量 表面溫度的變異量 如果塑件的表面溫度變化比正常值高，就需要在設計冷卻水道時重點考慮這一區(qū)域的冷卻問題。從圖 4.17 可以看出，塑件接近澆口部分的圓環(huán)面的溫度變化稍 大，因此在布置冷卻水道的時候需要考慮到如何使整個塑件表面溫度變化均勻。 圖 4.17 塑件表面溫度的變異量 凝固時間的變異量 一個區(qū)域的冷卻時間比正常值大時，就表示那個區(qū)域將要求冷卻補償集中在那個區(qū)域。比正常值低時，表示那個區(qū)域冷卻時間快，也是將潛在有遲滯或短射現(xiàn)象。由圖 4.18 可以看出塑件各部分凝固時間的變異量很均勻。 紙巾筒塑料模具設計 28 圖 4.18 凝固時間的變異量 縮痕分析、逃氣和融合線分析 從圖 4.19 圖中可以看出，縮痕主要集中在塑件下圓柱面和臺階平面的交界處，但是縮痕面積只有 3%，不影響塑件質(zhì)量，我們也可以運 用縮痕尺寸計算得出最大縮痕不超過 0.108mm。如果縮痕很大，可以在設計模具的時候對易產(chǎn)生縮痕的地方結構加以改善。也可以適當?shù)母淖円砸幌伦⑸錀l件等因素。 4.19 圖 縮痕分析 由圖 4.20 可以看出，塑件表面可能會有很少的融合線，但是不影響塑件質(zhì)量。也可以通過適當提高料溫、注射壓力或加快注射速度。由圖中可以看出，在塑件的某些部位會有少許的氣泡產(chǎn)生，但是根據(jù)對上下型腔和頂桿間隙的設計，氣體都可以順利排出。 紙巾筒塑料模具設計 29 圖 4.20 逃氣和融合線分析 通過以上分析，塑件成型質(zhì)量滿足要求，塑料也很容易填滿型腔，且不 會出現(xiàn)短射等不良現(xiàn)象。由分析得知，塑件會出現(xiàn)冷卻質(zhì)量問題，因此在模具設計過程中，需要重點注意冷卻裝置的設計。 4.9 模架的確定 4.9.1 型腔壁厚 、底板 厚度 和支撐板厚度的 計算 在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過型腔材料本身的許用應力 時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔 進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗確定 。 該模具型腔壁厚和底板厚度按整體式圓形型腔計算。型腔結構形式如圖4.21 型腔側壁厚度的計算 按強度計算 由 3P128 公式 5-2得： mmprs5.25)4.2229090(62)12( P 型腔內(nèi)單位平均壓力； 圖 4.21 型腔結構形式 查 3P127 取 P 為注射機筒壓力的 40%； 由 4.8.3 中分析得出實際注射壓力 為 56.02MPa。 P=0.4 56.02=22.4MPa. 型腔材料的許用應力；查 3P128 取 =90MPa 紙巾筒塑料模具設計 30 按剛度計算 由 3P129 公式 5-5得 mmEphs 6.3604.0101.2594.2215.115.1 3 5434 E 型腔材料的彈性模量， E= 5101.2 MPa h 型腔高度， h=59mm 型腔許用變形量，查 3P127 表 5-1取 =0.04mm 型腔腔底厚度的計算 按剛度條件計算 由 3P130 公式 5-6得 mmEprh s 504.0101.2 424.2256.056.0 5 43 4 r 由型腔具體形狀折中取 r=41mm 按強度條件計算 由 3P130 公式 5-7得 mmprh s 23.1890 424.2287.087.0 22 支撐板厚度的計算 支撐板按組合式矩形型腔底板計算 按強度計算 由 1P324 表 15-32 得公式43 2Bpblt 式中： t 支撐板厚度 b 底板受壓寬度， b=320mm P 底板所受平均壓力 l 兩墊塊之間的跨度， l =150mm B 底板總寬度， B=450mm 模具材料的許用應力， =90MPa 模內(nèi)平均壓力 P1 =22.4MPa，支撐板所受平均壓力 P= M P aAAP 05.445025010034.24.22 411 , 式中 :A 為模型在 分型面上的 投影面積， 由前面 4.8.2 分 析得出A= 2410034.2 mm 1A 為支撐板的面積， 1A = 2510125.1450250 mm 將以上數(shù)據(jù)代入公式中得： mmBpblt 24.2390450415032005.4343 22 紙巾筒塑料模具設計 31 按剛度計算 由 1P324 表 15-32 公式得 mmEBpblt 05.3004.0450101.232 15032005.4532 5 3 5 43 4 式中 E= 5101.2 MPa, =0.04mm,其他數(shù)據(jù)同上式中。 4.9.2 模架的選用 注射模標準模架共有兩個國家標準：一是使用于模板尺寸 B L 560mm900mm 的中小型模架（ GB/T12556.1 1990）；二是使用于模板尺寸 B L為 630mm 630mm1250mm 2000mm 的大型模架（ GB/T12555.1 1990）。 模仁尺寸的確定 因為采用的是整體式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經(jīng)過模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間，該設計取模仁的大小為 160 320 mm。 凸、凹模 板 尺寸的確定 凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進行強度或剛度校核來確定。根據(jù) 4.9.1的計算結果，只要凹模 側壁厚度滿足 36.6mm 就可以達到剛度 和強度 要求，理論上只要取大于 36.6mm 的值就滿足設計要求，但考慮到導柱和導套、螺釘、冷卻水孔等對模架強度、剛度的削弱作用，實際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設計中，在長度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 45 mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 65 mm。 所以凸、凹模 板的 尺寸為 2504 50 mm。 模具高度尺寸的確定 各塊板的厚度已經(jīng)標準化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個尺寸需要注意： 凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時型腔中有很大的成型壓力，當塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時，若凸模底 板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，根據(jù)4.9.1中計算 知道， 凸模支撐板的 厚度滿足 30.05mm 就 可滿足要求，為了安全，取底板厚度為 35mm，。凹模因為是與注塑機的工作臺接觸的，所受的力傳遞到工作臺上，所以凹模底板 就為定模坐板，厚度取 25mm 推板推出距離；在分模時塑件一般是黏結在型芯上的，需要推桿或推板推出一定的距離才能脫離型芯，該塑件的高度為 59 mm左右，黏結在型芯上的尺寸約 59 mm 左右，所以當推出距離為 58mm 時就能使塑件和型芯分離。如圖 4.22所 示 ,墊塊高度 H需滿足如下關系式： H h1 h2 h3 h 0 紙巾筒塑料模具設計 32 H C 板高度； 1 擋銷高度； h2 推板厚度； h3推桿固定板厚度； h 推出距離； 完成了以上的工作， 確定模具尺寸為 2504 50 mm， A板厚度 80 mm， B 板厚度 25 mm。 C板厚度 100mm。 4.9.3 模架參數(shù)表 圖 4.22 推出距離與墊塊高度關系 由以上計算，查 1P434 表 20-2 選取標準模架為 A3-250450 GB/T 12556.1-1990 表 4-1 模架參數(shù)表 項 目 材料 尺 寸（ mm） 定模座板 45 鋼 25 300 450 定模板 45 鋼 80 250 450 動模板 45 鋼 25 250 450 支撐板 45 鋼 35 250 450 墊塊 Q235 48 100 450 動模座板 45 鋼 25 300 450 推板 45 鋼 20 150 450 推板壓板 45 鋼 15 150 450 4.10 導向機構的設計 注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。 設計導柱和導套需要注意的事項有： 合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線 的 1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 導柱工作部分長度應比型芯端面高出 68 mm，以確保其導向與引導作用。 導柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用 H7/k6；導套外徑的配合精度采取 H7/k6。配合長度通常取配合直徑的 1.52 倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 導柱可以設置在動?；蚨?，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。 除了在動模和定模之間設置導柱，導套以外，還需 要在推板與動模坐之間Hh1h2h3h紙巾筒塑料模具設計 33 設置導柱、導套，以保證推板的順利推出。 4.10.1 合模導向機構的設計 導柱：由模架已經(jīng)確定基本尺寸為 25mm, mmL 25 ， L=100mm，詳細資料查 1P441 表 20-9； 導套：由導柱基本尺寸確定，長度 L=80mm，詳細資料查 1P445 表 20-12。 4.10.2 推板導向機構的設計 導柱：基本尺寸確定為 25mm，長度 L=125mm，詳細資料查 1P455 表 20-29； 導套：由導柱基本尺寸確定，詳細資料查 1P456 表 20-30。 4.11 頂出機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮觯瓿擅摮鏊芗难b置稱為脫模機構，也稱頂出機構。 本設計使用簡單的推桿脫模機構，且推出機構的類型為一次推出機構。 因為該塑件的分型面簡單，結構也不復雜，采用推簡單的脫模機構可以簡化模具結構，給制造和維護帶來方便。 用計算的方法確定推出零件的尺寸十分繁瑣，一般在模具設計時，當模具的外形尺寸設計好以后，可選擇推薦模架，推薦板的厚度就可以確定，而推桿的直徑可根據(jù)塑件的結構、尺寸、模具的結構及推桿的數(shù)量，根據(jù)經(jīng)驗來選擇，只有當脫模 力較大，模具選擇太小或推桿太細，才進行校核計算。 推薦板的厚度由已選模架確定，厚度 t=20mm。 查 1P451 表 20-18，取推桿直徑 d=6mm，推桿數(shù)量為 8。 推桿的固定形式： 本設計采用 推桿在固定板中的形式 固定。 推出機構的導向： 推出機構采用導桿和導套配合來導向，在導向機構設計中一得到確定。 推出機構的復位：脫模機構完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位。 本設計采用復位桿復位的形式。 查 1P454 表 20-26，確定復位桿的公稱尺 寸為 20mm，配合孔徑尺寸查1P454 表 20-27可得。 推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質(zhì)一般為 H8/f7 或 H7/f6，配合間隙值以熔料不溢料為標準。配合長度一般為直徑的 1.52 倍，至少大于 15mm，推桿與推桿固定板的孔之間留有足夠的間隙，推桿相對于固定板是浮動的， 圖 4.23 推桿與模體的配合 紙巾筒塑料模具設計 34 如圖 4.23 所示 。查 1P451 表 20-18得 d=6mm， D=12mm。查 1P452 表 20-21 取推桿與模具配合為 H7/f6 ， S=18mm. 4.12 排氣設計 在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學反應）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫，表面輪廓不清，不能完全充滿型腔，同時，還會因為氣體被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕，色澤不佳等缺陷。模具的排氣可以利用排氣槽排氣，分型 面排氣，利用型芯，推桿，鑲件等的間隙排氣。 由 4.8.3 中分析可以知道在注射的過程中有很少的氣泡產(chǎn)生，氣體可以通過分型面、推出機構與模板之間的配合間隙順利的排出。 4.13 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 在注塑成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具的溫度要求也不同。流動性差的塑料如 PC， POM 等，要求模具溫度高，溫度過低會影響塑料的流動，增大流動剪切力，使塑件內(nèi)應力增大，出現(xiàn)冷流痕，銀絲，注不滿等缺陷。普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào) 節(jié)模具的溫度，為了縮短成型周期，還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內(nèi)，可以提高成型效率。對于高熔點，流動性差的塑料，流動距離長的制件，為了防止填充不足，有時也在水管中通入溫水把模具加熱。 由前面分析可知道 PP 的成型溫度為 248，模具溫度為 47.5 。 4.13.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率； 模溫均勻，冷卻時間短，注射速度快可以減少塑件的變形 對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)； 溫度對塑件質(zhì)量的影 響有相互矛盾的地方，設計時要根據(jù)材料特性和使用要求偏重于主要要求。 4.13.2 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 根據(jù)塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； 希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量； 采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉； 4.13.3 冷卻系統(tǒng)設計： 紙巾筒塑料模具設計 35 由 4.8.3 中分析得出，需要給模具設計冷卻系統(tǒng)，重點在上部球形面和直流道。 設計原則 盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； 冷卻水孔的數(shù)量 越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； 盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗表明，冷卻水管中心距 B 大約為 2.53.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為 0.81.5B。最小不要小于 10。 澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； 應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過 5 冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 凹模冷卻水道的設計 該塑件屬于 中等深度的塑件，又由于前面分析可以知道，在上部球形面和直流道處需要重點冷卻。因此凹模設置了兩層冷卻水線。根據(jù)冷卻水線設計原則，第一層冷卻水線設計在距分型面高度為 38mm 的平面上，冷卻水回路如圖 4.24；第二層冷卻水線設計在距分型面高度為 58mm 的平面上，冷卻水回路如圖 4.25。這樣就可以對塑件球形面進行重點冷卻。冷卻水道的直徑均為 8m 圖 4.24 凹模第一層冷卻水回路 圖 4.25 凹模第二層冷卻水回路 圖 4.26 上型腔中冷卻水道的分布 紙巾筒塑料模具設計 36 凸模冷卻水道的設計 為了 提高生產(chǎn)效率和塑件的均勻冷卻，在距分型面高度為 15mm 的平面上設計冷卻水道。冷卻水回路如圖 4.26 圖 4.27 凸模冷卻水回路 圖 4.28 下型腔冷卻水道的分布 紙巾筒塑料模具設計 37 5.注射機的校核 5.1 最大注塑量的校核 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的 80%。所以，一個周期內(nèi)所需的塑料溶體的總量必須在注射機的額定注射量的 80%以內(nèi)。 V實 = 4.8 3410 mm =48mm3 （見 4.8.1 中）， V公=160 mm3 （見注塑機參數(shù)表） V公 80%=160 0.8=128 V實，校驗合格。 5.2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機的額定鎖模力： F F型=K A分 P型 A分= 2410034.2 mm （見 4.8.2 分析）； P型=22.4MPa（見 4.9.1 中計算）； K安全系數(shù)，通常取 1.11.2，取 K=1.2。 F型=K A分 P型=1.2 410034.2 22.4=5.5 105 N 由表 3-2可知 F=600000N，所以 F F型,鎖模力滿足要求。 5.3 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應小于注塑機工作臺面的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機拉桿間距相適應，模具至少有一個方向的尺寸能穿 過 拉桿間的空間裝在注塑機的工作臺面上。 由表 3-2 可得注塑機的拉桿間距為 320 320mm，而模板坐的尺寸為 25 300 450mm，故滿足要求。 5.4 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式： Hmin Hm Hmax 170 290 300 滿足要求。 式中 Hm 所設計的模具厚度 290 mm； Hmin 注塑機所允許的最小模具厚度 170 mm； Hmax 注塑機所允許的最大模具厚度 300mm； 5.5 模具安裝尺寸校核 注塑機的動模板，定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或 “T” 形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具常用這種方法），模具動，定模板上的螺 孔及其間距，必須與注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中，小模具多用這種方紙巾筒塑料模具設計 38 法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。該模具外形尺寸為 300 450 屬中，小型模具，所以采用壓板固定法 。 5.6 開模行程校核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程 S開等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。 S開H1+H2+（ 510） mm 310 59+101+10 310 170 滿足要求。 式中 S開 注塑機移模行程 300 mm； H1 推出距離 59 mm； H2 流道凝料與塑件高度 101 mm。 紙巾筒塑料模具設計 39 6.模具總裝 設計 6.1 模具裝配 經(jīng)過上面幾章的設計計算，模具中各個零部件的形狀和尺寸都得到了確定。下面運用 EMX（專家模架系統(tǒng)），對模具進行整體的裝配設計，完成模具各個零部件的整體裝配。 凹模仁與定模坐板之間和凸模仁與支撐板之間都是用帶彈簧墊圈的內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M8 35 連接，用直徑為 6，長為 28mm 的圓柱定位銷定位。 定模板與定模板坐之間用內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M14 35 連接，用直徑為 6，長為 28mm 的圓柱定位銷定位。 動模板、支撐板、墊塊和動模板坐用內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M14 155 連接在一起，動模板和支撐板用直徑為 6，長為 28mm 的圓柱定位銷定位。 圖 6.1 模仁 紙巾筒塑料模具設計 40 圖 6.2 凸、凹模部分的零部件 圖 6.3 凸凹模裝配圖 紙巾筒塑料模具設計 41 圖 6.4 推板上各桿件的裝配 圖 6.5 模具分型面以上上部分 紙巾筒塑料模具設計 42 圖 6.6 模具分型面以下部分 圖 6.7 模具整體裝配 紙巾筒塑料模具設計 43 圖 6.8 模具整體裝配 圖 6.9 模具整體裝配透視圖 紙巾筒塑料模具設計 44 6.2 模具開模與合模過程 開模過程：注塑機開模時，移動板帶動動模部分向遠離定模部分的方向移動，模具由分型面分型，塑件由于拉料桿和型心的作用，連同流道內(nèi)的凝料隨動模移動，當注射機的頂桿接觸到模具的推板 的時候，推板帶動推桿將塑件和凝料推出，進而完全脫離模具。 合模過程：注塑機合模時，移動板帶動動模部分向靠近定模部分的方向移動，在復位桿的作用下，使推板帶動推桿和拉料桿向遠離定模部分移動，當模具完全閉合后，脫模機構也已經(jīng)復位。 紙巾筒塑料模具設計 45 總結 通過本次設計，對模具工業(yè)有了很好的了解。特別了解了 塑料工業(yè)的重要地位和當今注塑模具的現(xiàn)狀 。 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消 耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用