漁具旋臂的塑料模設計
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漁具旋臂的塑料模具畢業(yè)設計說明書
第1章 緒 論
1.1蓬勃發(fā)展的中國模具工業(yè)
由于近年市場需求的強大拉動，中國模具工業(yè)高速發(fā)展，市場廣闊，產銷兩旺。2003年我國模具產值達到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。1996年至2002年間，中國模具制造業(yè)的產值年平均增長14%左右，2003年增長25%左右，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達地區(qū)的增長在25%以上。
近兩年，我國的模具技術有了很大的提高，生產的模具有些已接近或達到國際水平。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具又上了新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件具為代表，我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產部分轎車覆蓋件模具。體現(xiàn)高水平制造技術的多工位級進模、覆蓋面大增，已從電機、電鐵芯片模具，擴大到接插件、電子零件、汽車零件、空調器散熱片等家電零件模具上。塑料模已能生產34"、48"大展幕彩電塑殼模具，大容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。塑料模熱流道技術更臻成熟，氣體鋪助注射技術已開始采用。壓鑄模方面已能生產自動扶梯整體梯級壓鑄 模及汽車后轎齒輪箱壓鑄模等。模具質量、模具壽命明顯提高；模具交貨期較前縮短。模CAD/CAM/CAE技術相當廣泛地得到應用，并開發(fā)出了自主版權的模具CAD/CAE軟件。電加工、數控加工在模具制造技術發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具加工機床品種增多，水平明顯提高?？焖俳洕颇＜夹g得到了進一步發(fā)展，尤其這一領域的高新技術快速原型制造技術(RPM)進展很快，國內有多家已自行開發(fā)出達到國際水平的相關設備。模具標準件應用更加廣泛，品種有所擴展。模具材料方面，由于對模具壽命的重視，優(yōu)質模具鋼的應用有較大進展。
成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。
據有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產品方面，除了彩電等音像產品外，筆記本電腦和網機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。
1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向
1、在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基于網絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
2、推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高質量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制，而且其常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
3、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式。
4、提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產率要求而發(fā)展的一模多腔所致。
5、研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。
6、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產、提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。
7、應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。
1.3注射成形基本過程
注射成形是現(xiàn)在成形熱塑性塑件的主要方法，因此應用范圍很廣。所使用的成形機稱為注射機。
注射成形是把塑料原料（一般為經過造粒、染色、加入添加劑等處理后的顆粒料）放入料筒中，經過加熱融化，使之成為高粘度的流體——稱為“溶體”，容柱塞或螺桿作為加壓工具，使溶體通過噴嘴以較高的壓力（約為25~80Mpa）注入模具的型腔中，經過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
注射成形的全過程可以分為：
（1） 塑化過程 現(xiàn)代的注射機基本上是采用螺桿式的塑化設備。塑料原料（稱為“物料”）自送料斗以定容方式送入料筒。通過料筒外的電加熱和料筒內的螺桿旋轉的摩擦熱使物料熔化，達到一定的溫度后即開始注射。注射動作是由螺桿的推進完成的。
(2) 充模過程 熔體自注射機的噴嘴噴出后，進入模具的形腔，把形腔內的空氣排除，并充滿形腔，然后升壓到一定的壓力，使熔體的密度增加，充實形腔的各部位。
(3) 冷卻凝固過程 熱塑性塑料的注射成形過程是熱交換的過程。即： 塑化 注射充模 固化成形
加熱 （理論上絕熱） 散熱
l 熱交換效果的優(yōu)劣，覺得塑件的質量——外表面質量和內在的質量。因此，模具設計對熱交換也要做充分的考慮?，F(xiàn)代的設計方法中也采用了計算機。
(4) 脫模過程 塑件在型腔內固化后，必須用機械的方式把它從形腔中取出。這個動作要由“脫模機構”來完成。不合理的脫模機構對塑件的質量有很大的影響；但塑件的幾何形狀是千變萬化的，所以必然采用最有效的和最適當的脫模方式。
由（1）到（4）形成了一個循環(huán)。每一次循環(huán)，就完成一次成形——一個乃至數十個塑件。
1.4注射模的基本結構
注射模的基本結構依使用的目的而不同，大致上可以作如下的分類：
單腔二板式結構
二板式結構
多腔二板式結構
普通模具 單腔三板式結構
三板式結構
多腔三板式結構
滑動型心式結構
瓣合式結構
特殊模具 脫螺紋結構
多層結構
旋臂蓋的選料及其性能
選用熱塑性塑料ABS作為旋臂蓋的材料。
熱塑性塑料是在特定的溫度的范圍內能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料。ABS是acrylonitritle-butadiene-styrene copolymer 的縮寫，中文名是丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物。ABS可以根據要求通過改變單體的含量進行調整。當丙烯腈增加時，塑料的耐熱、耐蝕性和表面硬度可改善；丁二烯可提高彈性和韌性；苯乙烯可改善電性能和成形能力。近年來ABS塑料在汽車上的應用發(fā)展很快,如作檔泥板、扶手、熱空氣調節(jié)導管，以及小轎車車身等。阻燃級的ABS樹脂則用于電子計算機的殼體，控制臺、電信、光盤音響設備、彩電的機殼等。
成型性能：
l 無定性料，流動性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥。
l 宜取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為≥250℃）。對精度較高的塑件，模溫宜取50~60℃，對光澤、耐熱塑件，模溫宜取60~80℃。
綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性、電性能良好。與372有機玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻。
ABS的主要技術指標見表2-1。
表 2-1
密度
1.02~1.16
比容
0.86~0.98
吸水率%
0.2~0.4
收縮率%
0.4~0.7
熔點℃
130~160
彎曲強度MPa
90
抗拉屈服強度Mpa
50
拉伸彈性模量MPa
體積電阻率
硬度HB
9.7
熱變形溫度℃
0.45MPa
130~160
沖擊強度
無缺口
261
1.82MPa
90~108
缺口
11
2.2旋臂蓋注射成型工藝過程
旋臂蓋注射成形工藝過程如下：
注射裝置準備裝料
預烘干 裝入料斗 預塑化 注射裝置準備注射
清理嵌件、預熱
清理模具、涂脫模劑 放入嵌件 合模 注射 保壓
脫模 冷卻
塑件送下工序
注射成形工藝參數見表2-2。
表 2-2
注射機類型
預熱和干燥
料筒溫度（℃）
噴嘴溫度（℃）
溫度（℃）
時間（h）
后段
中段
前段
螺桿式
80～95
4～5
150～170
165～180
180～200
170～180
模具溫度（℃）
注射壓力（Mpa）
成形時間（s）
50～80
60～100
高壓時間
保壓時間
冷卻時間
成形時間
0～5
15～30
15～30
40～70
螺桿轉速（r/min）
后 處 理
方 法
溫度（℃）
時間（h）
30～60
紅外線燈、烘箱
70
2～4
旋臂蓋塑料模具設計
一、 塑件的工藝性分析
零件圖
1、塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析
1）塑件的結構分析
該零件的總體形狀為圓形，結構比較簡單。
2）塑件尺寸精度的分析
該零件尺寸精度為7級，均無公差要求。
由以上的分析可見，該零件的尺寸精度屬中等偏上，對應模具相關零件尺寸的加工可保證。從塑件的壁厚上來看，最小處壁厚為0.9mm，最大處為1.7mm，壁厚差為0.8mm。
3）表面質量的分析
該零件的表面要求無凹坑等缺陷外，表面無其它特別的要求，故比較容易實現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注射時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
2、塑件的體積重量
計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數。
計算得塑件的體積：V＝190.35mm3
計算塑件的質量：公式為W＝Vρ
根據設計手冊查得ABS密度為ρ＝102kg/dm3，故塑件的重量為：
W＝Vρ
＝190.35×1.02×10-3
＝2.24g
根據注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機為：SZ－60/40型注塑成型機.
二、型腔數的確定及澆注系統(tǒng)的設計
1、型腔數的確定
型腔數的確定有多種方法，本題采用注射機的注射量來確定它的數目。其公式如下：
n2=(G-C)/V
式中：G——注射機的公稱注射量/cm3
V——單個制品的體積/cm3
C——澆道和澆口的總體積/cm3
生產中每次實際注射量應為公稱注射量G的（0.75－0.45）倍，現(xiàn)取0.6G進行計算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.2－1）倍，現(xiàn)取C＝0.6V進行計算。
n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375×60)/190.35=8.46
由以上的計算可知，可采用一模八腔的模具結構。
2、確定型腔的排列方式
本塑件在注射時采用一模八件，即模具需要八個型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結構的復雜程度等因素，擬采用下圖所示的型腔排列方式。
3、澆注系統(tǒng)的設計
1）主流道的設計
根據設計手冊查得SZ－60/40型注射機噴嘴有關尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3.5mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝15mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應稍大于注射
噴嘴直徑d。
D＝d+(0.5－1)mm=φ3.5+1＝φ4.5mm
主流道的半錐角α通常為1°－2°過大的錐角會產生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大，此處的錐角選用2°。經換算得主流道大端直徑D＝φ6mm,為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑ｒ＝5mm的圓弧過渡。主流道的長度L一般控制在60mm之內，可取L＝46mm。
2）冷料穴與拉料桿的設計
對于依靠推件板脫模的模具常用球頭拉料桿，當前鋒冷料進入冷料穴后緊包在拉料桿的球頭上，開模時，便可將凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動模
一側的型芯固定板上，并不隨脫模機構移動，所以當推件板從型芯上脫出制品時也將主流道凝料從球頭拉料桿上硬刮下來。
3）分流道的設計
分流道在設計時應考慮盡量減小在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。圓形和正方形流道的效率最高，當分型面為平面時一般采用圓形的截面流道，但考慮到加工的方便性，可采用半圓形的流道。
一般分流道直徑在3－10mm范圍內，分流道的截面尺寸可根據制品所用的塑料品種、重量和壁厚，以及分流道的長度由《中國模具設計大典》第2卷中圖9.2－12所示的經驗曲線來選定，經查取D’
=5mm較為合適，分流道長度取L＝100mm從圖9.2－14中查得修正系數fL=1.02，則分流道直徑經修正后為D＝D’fL=5×1.02=5.1，取D＝5mm
4）澆口的設計
根據澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側澆口較為合適。
側澆口一般開設在模具的分型面上，從制品的邊緣進料，故也稱之為邊緣澆口。側澆口的截面形狀為矩形，其優(yōu)點是截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正。 在側澆口的三個尺寸中，以澆口的深度h最為重要。它控制著澆口內熔體的凝固時間和型腔內熔體的補縮程度。澆口寬度W的大小對熔體的體積流量的直接的影響，澆口長度L在結構強度允許的條件下以短為好，一般選L＝0.5－0.75mm。
確定澆口深度和寬度的經驗公式如下：
h=nt ①
W=nA1/2/30 ②
式中：h——側澆口深度（mm）中小型制品常用h=0.5－2mm，約為制品最大壁厚的1/3－2/3, 取1.5mm
t——制品的壁厚（mm） 3.38mm
n——塑料材料的系數 查表得 0.8
W——澆口的寬度（mm）
A——型腔的表面積（mm2） 計算得2940mm2
將以上各數據代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。計算
后所得的側澆口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)≥104s-1作為初步校驗。
設定充模時間為1s，于是：
r=6q/Wh2==1.6×104＞104s-1
所以符合要求。
三、排氣、冷卻系統(tǒng)的設計與計算
1、排氣系統(tǒng)的設計
排氣槽的截面積可用如下公式進行計算：
F＝25m1(273+T1)1/2/tP0 ?、?
式中：F——排氣槽的截面面積（m2）
m1——模具內氣體的質量(kg)
P0——模具內氣體的初始壓力（Mp）取0.1Mp
T1——模具內被壓縮氣體的最終溫度(℃)
t——充模時間(s)
模內氣體質量按常壓常溫20℃的氮氣密度ρ0＝1.16kg/m3計算，有
m1=ρ0V0 ?、?
式中：V0——模具型腔的體積（m3）
應用氣體狀態(tài)方程可求得上式中被壓縮氣體的最終溫度（℃）
T1＝（273+T0）(P1/P)0.1304-273 ?、?
式中：T0——模具內氣體的初始溫度（℃）
由V＝9132mm3
充模時間t=1s
被壓縮氣體最終排氣壓力為P1＝20MPa
由③式得：T1＝(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7℃
模具內的氣體質量由②式得：
m1=V0ρ0=9.132×10-6×1.16kg=1.06 ×10-5kg
將數據代入①式得：所需排氣槽的截面面積為：
F=[25×1.06×10-5(273+311.7)1/2]/(1×0.1×106)=0.064mm2
查取排氣槽高度h=0.03mm，因此排氣槽的總寬度為：
W’’=F/h=0.064/0.03=2.13mm
為了便于加工和有利于排氣，運用鑲拼式的型芯結構，與整體式型芯相比，鑲拼型芯使加工和熱處理工藝大為簡化。
2）冷卻系統(tǒng)的設計與計算
冷卻系統(tǒng)設計的有關公式：
qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2) ①
式中：qV——冷卻水的體積流量(m3/min)
W——單位時間內注入模具中的塑料重量(kg/min)
Q1——單位重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量(kJ/kg)
ρ——冷卻水的密度(kg/m3) 0.98×103
c1——冷卻水的比熱容[kJ/(kg.℃)] 4.187
θ1——冷卻水的出口溫度(℃) 25
θ2——冷卻水的入口溫度(℃) 20
Q1可表示為：Q1=[c2(θ3-θ4)+u]
式中：c2——塑料的比熱容[kJ/(kg.℃)] 1.465
Q3——塑料熔體的初始溫度(℃) 200
θ4——塑料制品在推出時的溫度(℃) 60
u——結晶型塑料的熔化質量焓(kJ/kg)
Q1=[c2(θ3-θ4)+u]=1.465(200-60)=205.1kJ/kg
將以上各數代入①式得：
qV=(0.013×205.1)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min
=0.13×10-3m3/min
上述計算的設定條件是：模具的平均工作溫度為40℃，用常溫20℃的水作為模具的冷卻介質，其出口溫度為25℃，產量為0.013kg/min。
由體積流量查表可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當的位置布置直徑d為8mm的管道來調節(jié)溫度。
四、模具工作零件的設計與計算
1. 凹模型腔及型心的設計
凹模的結構采用整體嵌入式，這樣有利于節(jié)省貴重金屬材料。
凸模的結構如圖所示
本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這ABS的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取z=Δ/3。
2、型腔側壁厚度和底板厚度的計算
1）型腔側壁厚度的計算
根據圓形整體式型腔的側壁厚度計算公式：
S≥0.90[Pr4/E(δ)]1/3 ?、?
式中：S——側壁厚度(mm)
P——型腔壓力(Mpa) 40
r——型腔半徑(mm) 17.625
E——模具材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
[δ]——剛度條件，即允許變形量(mm) 0.05
將以上各數代入式得：
S≥1.15[(40×19.84)/(2.1×105×0.05)]1/3
=9.62mm
2）底板厚度的計算公式如下：
hs≥0.56(Ph4/E[δ])1/3
將各參數代入式中得：hs≥4.68mm
型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mm
S可取10mms腔取32mm
根據計算，型腔側壁厚度應大于9.62mm，而型腔的直徑為35－25mm。根據澆注系統(tǒng)的條件及制件的大小，初選標準模架，依據《塑料注射模中小型模架及技術條件》(GB/T12556-90)，根據模板的參數確定導柱、導套、墊塊等的有關尺寸。
五、脫模機構的設計與計算
1、脫模力的計算
此模具采用推件板脫模，因該制件的，屬厚壁制品，厚壁制品脫模力受到材料向壁厚中性層冷卻收縮的影響，可用彈性力學的有關厚壁圓筒的理論進行分析計算，公式如下：
Qc=[1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac]/{[(dk+2t)2+dk2]/[(dk+2t)2-dk2]}
式中，對于圓筒制品中：
k——脫模斜度系數
k=(fcCosβ-Sinβ)/fc(1+fcSinβCosβ)=0.92
fc——脫模系數，即在脫模溫度下制品與型芯表面之間的靜摩擦系數，它受高分子熔體經高壓在鋼表面固化中粘附的影響。 0.50
α——塑料的線膨脹系數（1/℃） 查表得：6×10-5
μ——塑料的泊松比 0.40
E——在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量（MPa） 3.16×103
Tf——軟化溫度(℃) 100
Tσ——脫模頂出時制品的溫度（℃） 60
Ac——制品包緊在型芯上的有效面積（mm2） 1422.55
t——制品的厚度（mm） 3.38
將以上各數據代入公式得：
Qc=1372.45N
2）推板的厚度
筒形或圓形制品采用推件板脫模，推件板的受力狀態(tài)可簡化為圓環(huán)形平板周界受集中載荷的力學模型，最大撓度產生在板的中心。按剛度條件和強度條件的計算公式如下，取大者為依據。
按剛度條件：h=(C2QeR2/Eδp)1/3 ?、?
按強度條件：h=(K2Qe/σp)1/2 ②
式中：h——推件板的厚度(mm)
C2——隨R/r值變化的系數 0.3500
R——推桿作用在推件板上的幾何半徑(mm) 61
r——推件板圓形內孔或型芯半徑(mm) 13.125
Qe——脫模力(N) 1372.45
E——推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
K2——隨R/r值變化的系數 1.745
σp——推件板材料的許用應力(MPa) 610
δp——推件板中心允許變形量(mm)，通常取制品尺寸公差的1/5－1/10，
即δp=(1/5－1/10)Δi 0.088
其中Δi——制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88
將上述各數據代入①式得：h=1.69mm
將上述各數據代入②式得：h=1.98mm
所以推板的厚度可?。?5mm
3、頂桿直徑的計算
推桿推頂推件板時應有足夠的穩(wěn)定性，其受力狀態(tài)可簡化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型，根據壓桿穩(wěn)定公式推導推桿直徑計算式為：
d=K(l2Qe/nE)1/4 ①
推桿直徑確定后，還應用下式進行強度校核：
σc=4Qe/nπd2≤σs ②
式中：d——推桿直徑(mm)
K——安全系數，通常取K=1.5－2 2
l——推桿的長度(mm) 102
Qe——脫模力(N) 1372.45
E——推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
n——推桿根數 7
σc——推桿所受的壓應力(MPa)
σs——推桿材料的屈服點(MPa) 360
將以上各數據代入①式得：
d=10.06mm 圓整取10mm
將以上各數據代入②式進行校核：
σc=4Qe/nπd2=17.47 MPa≤σs=360 MPa
所以此推桿符合要求。
六、注射機與模具各參數的校核
1、工藝參數的校核
1）注射量的校核（按體積）
Vmax=αV ①
式中：Vmax——模具型腔流道的最大容積(cm3)
V——指定型號與規(guī)格注射機的注射量容積(cm3)
ρ——塑料的固態(tài)密度(g/cm3)
α——注射系數取0.75－0.85，無定形料可取0.85，結晶形可取0.75。
將以上各數代入①式得：Vmax=αV ＝0.85×60＝51cm3
倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留的時間會過長。所以最小注射量容積Vmin＝0.25V。
Vmin＝0.25V=0.25×60=15cm3
實際注射量V’=2V0+2×0.6V0==29cm3
即Vmin ＜V’＜Vmax
所以符合要求。
2）鎖模力的校核
公式：F≥KAPm
式中F——注射機的額定鎖模力(kN) 400
A——制品和流道在分型面上的投影和(cm3)
Pm——型腔的平均計算壓力(MPa) 由表9.9-4 取30
K——安全系數，通常取K＝1.1－1.2 1.2
則：KAPm＝1.2×2[π(35.25/2)2+20×6]×30
=78.905kN＜400kN=F
所以符合要求。
3）最大注射壓力的校核
Pmax≥K’P0
式中：Pmax——注射機的額定注射壓力(MPa) 150
P0——成型時所需的注射壓力(MPa) 100
K’ ——安全系數，常取K=1.25－1.4 取1.3
則K’P0=1.3×100=130 MPa＜Pmax150 MPa
所以符合要求。
2、安裝參數的校核
經查資料SZ-60/40型注射機的最大開模行程S=180mm
S≥H1+ H2+(5－10)mm
=17.5+20+10
=47.5mm
滿足要求
所以注射機的開模行程足夠，由以上的驗證可知，型注射機能滿足使用要求，故可采用。
[摘要]塑料保險杠取代金屬保險扛是汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，但是塑料保險杠的設計目前仍采用傳統(tǒng)的模具設計方法。因此本文針對轎車前保險杠的制品結構，采用華塑CAE(HSCAE)軟件對轎車保險杠注射模的型腔壓力、熔體溫度及流動前沿進了優(yōu)化分析及模擬，同時對保險杠注射模的主要參數進行了校核。研究結果表明本文采用的設計方法可以極大提高保險杠注射模設計開發(fā)的效率。
關鍵詞保險杠 注射模 熱流道 CAE
1 前言
??? 隨著汽車上業(yè)的發(fā)展，全金屬保險杠越來越不適應現(xiàn)代汽車在輕量化、高機能化以及與車體造型一體化等方面的要求，尤其在轎車、輕型車上，有用塑料保險杠取代全金屬保險杠的趨勢。作為鋼鐵件的替代產品，汽車塑料保險杠以其造型美觀，重量輕，易于成型，耐腐蝕，成本低，綜合機械性能良好，且容易實現(xiàn)規(guī)模化生產等優(yōu)點在汽車行業(yè)占據了一席之地。目前，我國轎車。微型車、輕型車等生產廠家正在逐步實現(xiàn)該產品的更新?lián)Q代。
2 轎車前保險杠幾何結構分析
??? 圖1所示零件為馬自達轎車前保險杠，零件壁厚3.5mm，通常要求制件表面光滑無缺陷，對其外形精度沒有過高要求。如圖1所示，保險杠形狀為馬鞍形，長1925mm，寬715mm，高538mm，平均壁厚為3.5mm。橢圓形燈孔左右各一，中間為通風柵格，內側加強筋若干。尾部有內側卷曲，因此，需要采用內側抽芯。
1 前言???
隨著汽車上業(yè)的發(fā)展，全金屬保險杠越來越不適應現(xiàn)代汽車在輕量化、高機能化以及與車體造型一體化等方面的要求，尤其在轎車、輕型車上，有用塑料保險杠取代全金屬保險杠的趨勢。作為鋼鐵件的替代產品，汽車塑料保險杠以其造型美觀，重量輕，易于成型，耐腐蝕，成本低，綜合機械性能良好，且容易實現(xiàn)規(guī)?；a等優(yōu)點在汽車行業(yè)占據了一席之地。目前，我國轎車。微型車、輕型車等生產廠家正在逐步實現(xiàn)該產品的更新?lián)Q代。
2 轎車前保險杠幾何結構分析
???圖1所示零件為馬自達轎車前保險杠，零件壁厚3.5mm，通常要求制件表面光滑無缺陷，對其外形精度沒有過高要求。如圖1所示，保險杠形狀為馬鞍形，長1925mm，寬715mm，高538mm，平均壁厚為3.5mm。橢圓形燈孔左右各一，中間為通風柵格，內側加強筋若干。尾部有內側卷曲，因此，需要采用內側抽芯。
保險杠材料要求在較寬的溫度范圍內剛性好，耐沖擊性能好，尺寸穩(wěn)定性好，耐溶劑性好，涂裝性能好。丙烯綜合什能較好，故在此選用聚丙烯(改性)作為保險杠材料。
?所設計保險杠模具特點為：模具外形尺寸大(2400mm×700mm×11OOmm)、體積重(25~40t)，結構復雜，類似為一個中等程度的工作母機；模具澆注系統(tǒng)為熱流道，需要電加熱；型腔、型芯冷卻系統(tǒng)復雜，型腔與澆注系統(tǒng)的熱流道相互矛盾；制品頂出系統(tǒng)復雜，常用液壓、機械聯(lián)合頂出，并采用機械手自動取出制品；制品尺寸大，澆注系統(tǒng)常為冷，熱流道相結合。
3 CAE優(yōu)化分析
在對轎車前保險杠注射模的總體結構、使用功能控制及模具結構的具體設計(包括澆注系統(tǒng)成型零件和導向裝置、測向分型抽芯機構、模溫控制裝置等的設計)進行全面設定的基礎上，采用華中科技大學國家模具重點實驗室開發(fā)的HSCAE(華塑CAE)軟件進行優(yōu)化及動態(tài)模擬分析，從而改變了過去那種單靠人為經驗來設計模具澆口位置及尺寸，需要多次試模．反復修改，才能最后設計定型和制造模具的落后方法。該課題的開展，將會極大地減少設計人員反復估算饒口尺寸的繁雜勞動，加速我國對大型轎車注射模設計、制造及產品牛產系列化的進程。
? 塑料注射成型時，塑料在型腔中的流動和成型，與材料的性能、塑件的形狀尺寸、成型溫度、成型速度．成型壓力、成型時間、模腔表面情況和模具設計等一系列因素有關。CAE優(yōu)化分析就是利用計算機高速運算功能，綜合考慮各種因數，得出流動場、溫度場、壓力場、剪切應力場等模擬結果，從而評定所用方案的優(yōu)劣。這里使用華中科技大學模具國家重點實驗室開發(fā)的HSCAE5.0軟件進行優(yōu)化分析。
流動場分析結果如圖2所示，其流動是平衡的，結合后面熔結痕分析結果說明澆口開設是合理的。
溫度場分結果如圖3所示，結束時溫差比較大，可能原因是此模具采用熱流道技術，而CAE分析結果按冷流道汁算得出。若出現(xiàn)注射結束時不同位置的溫差太大，就很難獲得均勻的冷卻，不同的溫度將導致聚合體的密度和性能都發(fā)生著改變，這樣會產生翹曲。同時可能會產生較大的因溫差引起的殘余應力。
壓力場結果如圖4所示，因為熱流道原因，出現(xiàn)輕度壓力不是現(xiàn)象。若出現(xiàn)壓力不足現(xiàn)象應考慮以下因素：①材判流動性不夠；②制品過大而零件壁厚很?。虎哿鞯篱L度過長；④需要分級注射。
剪切應力場結果如圖畫所示，應力場均勻，不會產生噴現(xiàn)象。
CAE優(yōu)化分析時必須考慮到分析時所用STL，文件沒有坐標，不能精確定位，會人為引入流動不平衡因數。大型注射模常用熱流道或冷、熱流道結合技術與CAE分析假定的冷流道有很大區(qū)別，這也給分析帶來很大誤差。
4 保險杠大型注射模熱流道設計
在設計大型塑件模具澆注系統(tǒng)時，既要保證型腔充滿，又要減少因系統(tǒng)設計不當給制品帶來的缺陷。特大型塑件常采用多級分流道。多點同時澆注方案。復雜的澆注系統(tǒng)在提高塑件質量的同時也使設計的難度增加。因此，澆注系統(tǒng)的設計是設計大型注射橫的關鍵之一。
??? 本次沒計采用熱流道技術，這項新技術的開發(fā)乃是注射模的一次重大改革。它的應用不僅縮短了成型周期、提高了生產效率，同時也節(jié)省了原料。在大型模具設計中，熱流道系統(tǒng)設計應用愈來愈廣，特別是熱流道模具，它是大型模具的發(fā)展方向。
??? 下面就熱流道模具加以討淪。熱流道模貝之所以得到廣泛應用，是因為它具有以下獨特優(yōu)點：縮短成型周期，一般可達30％-40％；避免回收大量回頭料．從而節(jié)省原料，降低成本；由于嚴格控制溫度，因此提高了制品質量，保證了制品的尺寸精度和強度；熱流道有利于壓力傳遞，從而可以降低注射壓力；縮短開模行程，有利于保護模具，延長模具使用壽命；無需修剪料把，節(jié)省工時和人力；縮短制模周期，制品成本降低，在一般情況下生產成本降低16％。
??? 根據CAE分析結果，采用AutoCAD軟件進行二維模具設計，本模具設計為單型腔，熱流道、9點進澆、內側抽芯等技術。合模過程由兩矩形導滑塊導向，最后由錐面定位鎖緊。模具總長2000mm，寬1200mm，高1440mm，模具結構總圖如圖6所示。
二維模具設計的基本步驟如下：
(1) 繪制制品二維結構圖，確定好分型面，澆口的位置及尺寸大小。
(2) 采用金屬零件包圍制品內外表面。
(3) ?設置澆注系統(tǒng)、合模導向機構、頂出系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)。
(4) 按動、定模分型面繪制左右動定模的方位圖。
(5) 在動、定模視圖中分別表示出相關零件的裝配坐標位置。
(6) ?采用另一個視圖表達未完整主視圖的相關內容。
(7) ?在主視圖下方繪出制品圖，并標注產品的尺寸。
(8) ?標注零件序號，并列出零件明細表中的材料、件數、熱處理等技術要求。
(9) 在總裝圖中寫山技術要求及模具的動作原理.
5 大型注射模主要參數校核
(1)加熱流道板的熱功率計算。熱流道板相當于延伸了注塑機噴嘴，使得熔料流程大為縮短，有利于熔料的填充。但是采用熱流道澆注系統(tǒng)需配備精碗的模具溫度控制器，以防止熔料溫度過高而燒焦。加熱管功率一般憑經驗按每kg熱流道板需0.1-O.15kW估算，也叫按下式進行計算
(2)型芯、型腔的加熱冷卻系統(tǒng)。
??? 模溫是影響制品質量及成型效率的一個重要因素。在使用了熱流道的模具中，一方面熱流道需要加熱而另一方面模具需要冷卻。且由于此模具體積巨大模具開始工作時模溫低，需要預熱，工作一段時間后模溫上升超過規(guī)定溫度時又需要冷卻。聚丙烯(PP)的成型溫度在160℃-260℃，其模具溫度應控制在55℃~65℃。大型注射模最好用自來水冷卻，比較經濟，冷卻水孔直徑一般在φ8-φ12mm。
??? 大型注射模加熱裝置一般為電加熱棒加熱，它有方便、易控制等優(yōu)點，但必須防止局部過熱。
(3)型腔側壁厚度計算。
???理論分析與實踐證明，大型模具的剛度是中要問題，而強度足次要問題。故成型件尺寸應以滿足剛度條件為前提，聚丙烯所允許撓曲量在0.03-0.04mm。將側壁看作是受均布載荷的固定梁模型，由撓度公式可推出允許最小側壁厚度：
對于此保險杠模具:
(4)動模墊板問受力變形計算，方法原理同側壁校核，允許最大撓曲量一般取0.05mm。
一般對大型注射模還需進行制品對型芯包緊力的計算及頂出力的校核；連接螺釘頂出杠強度校核等。可參見注時模設計手冊。
6 結束語
??? 設計保險杠大型注射模應注意的問題：
? (1)應認真分析產品幾何結構，選擇好分型面；CAE優(yōu)化分析選擇澆口形式、大小、數目及進澆位置。
? (2)確定產品所用原材料常需要流動性好(即熔體流動指數大的塑料)、有利充模；好的機械力學特性，能保證轎車在沖擊下不變形、有彈性回復；耐惡劣環(huán)境氣候變化而不變形(翹曲)。
???(3)大型或特大型注射模設計應考慮使用熱流道或冷、熱流道相結合的澆注系統(tǒng)。
???(4)加熱、冷卻是大型注射模設計需要解決的一對矛盾。
???(5)大型注射模頂出系統(tǒng)一般很復雜，常需要機械液壓聯(lián)合頂出。
[Abstract] that the plastic safety bar substitutes metal being sure shouldering is that automobileindustry developing trend, but plastic safety bar design adopt the tradition design for die and mould method at present still. Therefore the main body of a book type cavity pressure , the forward position melting experiencing and observing the temperature and being on the move adopt China tomould the CAE (HSCAE) software injecting a model to saloon safety bar have entered the mainparameter optimizing analysis and the simulation , injecting a model at the same time to the safety bar specifically for saloon front safety bar products structure, having carried out the core ofschool. Study result indicates the main body of a book the design procedures adopting can beimmense raising a safety bar injecting a model designing development efficiency.
[Keyword] safety bar injection model heat current says CAE
1 preface
mounts development of job with the automobile, entire the more and more unadaptable metal safety bar Hyundai Motor request in the field of make light of quantization , high enginery-rization and unifying with car body model and so on, the plastic safety bar especially useful on the saloon , light vehicle, substitutes entire metal safety bar trend. And as iron and steel piece of replacement product, the plastic safety bar makes light of an automobile with whose attractive appearance , weight , molding , be able to bear corrosion , cost low , synthetical mechanical performance are easily fine, scale-rization childbirth easy to come true waits for merit to have occupied a space for one person in automobile industry. At present, our country saloon. That minitype vehicle , light vehicle etc. produces a manufacturer is realizing the renovation and upgrade being a product's turn step by step.
2 saloon front safety bars geometries structural analysis
Picture what 1 shows a part is a Mazda saloon front safety bar, part wall thickness 3.5 mms, generally, had demanded a request to make piece of surface nothing defect glossy , do not had to it's external form accuracy. 715 mms, are 538 mms taller than if picture what 1 shows , the safety bar form are shape of a saddle , 1925 long mms , width, average wall thickness is 3.5 mms. The ellipse light hole controls every one, centre is the grid being ventilated , reinforce a tendon on the inner side some. The tail assembly has inner side to curl , needs to adopt inner side to take a core out therefore.
Safety bar material requires that stiffness is easy to be able to bear within broader temperature range, pounding a function well , the dimension stability is able to bear the function of menstruum easy to spread dress well,well. The miscellaneous energy propylene is synthesized is fairly good , is safety bar material therefore selecting and using polypropylene (change nature) here.
Designed that the safety bar mould characteristic is: Mould external form dimension big (2400 mms X 700 mms X 11 OOmm) , volume duplicate each other (25 ~ 40 ts) , structure is complicated , are similar with for a medium degree machine tool; Mould teeming system is that heat current says , needs an electrical heating; The type cavity , core cooling system are complicated , the type cavity and systematic heat current of teeming contradict mutually; And take place products top system is com
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