模具毕业设计31分线盒注塑模具设计及成型流动分析.docx
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模具毕业设计31分线盒注塑模具设计及成型流动分析
摘要
分析了分线盒的结构特征，使用Pro/E软件进行分模设计，利用注塑模设计专家（EMX）外挂进行其模架的设计。
为了减少试模次数，降低设计成本，选用Moldflow软件对塑件进行模具设计的优化分析，并对分线盒注塑模进行了流动模拟分析。
在进行塑件3D设计后，利用CAD进行2D的排位，制图和出图。
主要注射模的定模机构、动模机构、浇注系统、导向装置、顶出机构、抽芯机构、冷却和加热装置、排气系统等的设计。
塑件流动模拟分析内容包括：
充填分析、保压分析、残余应力分析。
主要包括，充填时间、平均速度、气穴、熔接痕、体积收缩率、塑件变形等，由此获得满意合理的浇口数量和位置。
分析了降低塑件成本的方法，针对批量不大的不同规格结构形式的分线盒，设计成一模多用的模具。
只需更换模具中的几个关键零件就可以生产多规格形式的塑件，减少模具数量，成本费大幅度减少。
关键词：
分线盒；CAD/CAE；流动分析；一模多用；滑动型芯
ABSTRACT
Analyzesthestructuralcharacteristicsofjunctionbox，usingPro/Esoftwareforjunctionboxdesign,useofinjectionmolddesignexperts（EMX）plug-inforitsmolddesign. Toreducethetestingmodel,lowercost,anduseMoldflowsoftwareforplasticmolddesignoptimizationanalysis,andthejunctionboxforsimulation.
Afterplastic3Ddesigncourse，usingCADsoftwareforqualifying,drawing. Fixedthemoldmainbody,thedynamicmodelagencies,castingsystems,guidingdevice,topthebody,core-pullingmechanism,coolingandheatingequipment,exhaustsystemdesign.
Plasticflowsimulationanalysisinclude:
fillinganalysis,packinganalysis,residualstressanalysis. Include,fillingtime,averagespeed,airtraps,weldlines,volumeshrinkage,plasticdeformation,thusreasonablysatisfactorynumberandlocationofthegate.
Amulti-purposeinjectionmouldforanadapterjunctionboxwasdeveloped．Withreplacementofsomekeycomponentsinthemould，variousspecificationsandstructuresofadapterjunctionboxcanbemadeandthereforethemanufacturingcostsarereduced．
Keywords:
adapterjunctionbox;CAD/CAE;Moldflow;multi-purposemould;slidingcore
1绪论
塑件的生产成本包括原料费、水电费、人工费、模具费等，其中原料费、水电费、人工等与生产塑件的数量成正比关系，模具费分摊到每个塑件的费用与生产塑件的数量密切相关，即模具生产塑件的数量越多，模具费分摊到每个塑件的费用就越少,注射模设计制造周期长，精度要求高，价格昂贵，因此注射模适合大批量生产，但如图1所示分线盒塑件，需求量不大或在一段时间内需求量不大，而规格、型号较多，如每一个规格、型号塑件都做1副模具，模具数量多，生产周期长，制造费用高，成本高，缺乏市场竞争力。
现设计1副一模多用的注射模，只需更换模具中的几个关键零件就可生产多种规格塑件，成本大幅度减少，提高了市场竞争力，企业经济效益也显著提高。
2塑件工艺分析
2.1塑件分析
分线盒主要用于通讯、网络等的分线管接线。
从使用要求看，分线盒具有高电绝缘性和难燃、阻燃特性，防尘防潮，因此分线盒塑料选用硬聚氯乙烯（HPVC）。
HPVC成型性能好，使用性能稳定，货源充足，价格合理，收缩率0．6％～1．5％，溢料值0.06mm，可满足使用和成型要求。
图（a）为四通分线盒，有4个通路口，
mm通路口与分线管相配，
64±0．2mm尺寸与分线盒盖相配，这2组尺寸精度要求较高，其余尺寸精度只作一般要求。
塑件上4个通路
mm与分线盒的主分型面垂直，为外侧凸起和侧孔，为便于开模取件必须设计侧抽芯结构，而且为节约制造成本，侧抽芯的结构必须实现一模多用，只需要更换其中的部分零件就可以生产5种不同规格的制品。
要生产的制件如图2-1所示
图2-1分线盒二维图
图2-2分线盒三维图
2.2塑件的原材料分析及工艺参数
2.2.1塑件的原材料分析
塑件的原材料采用硬聚氯乙烯（HPVC）属热塑性塑料。
从实用性能上看，有较好的抗拉、抗弯、抗压抗冲击性能，有较好的电器绝缘性能。
但热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体。
从成型性能上看，易放出氯化氢，必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间，模具浇注系统应粗短，进料口截面易大，模具应有冷却装置。
a）尺寸精度分析
根据任务书的要求：
该零件工作尺寸的制造精度为IT9级。
塑件最大壁厚为3mm,最小为2mm,壁差为1mm,较均匀，有利于零件成型。
从课本《塑料成型加工与模具》表4-2得：
壁厚为2mm.
b）表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺、内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。
2.3HPVC的注射工艺参数
（a）、注射机：
螺杆式
（b）、螺杆转速（r/min）：
15～25
（c）、料筒温度（℃）：
后段：
150～160
中段：
165～170
前段：
170～180
（d）、喷嘴温度（℃）：
180～200；喷嘴形式：
通用型。
（e）、模具温度（℃）：
30～60
（f）、注射温度（℃）：
190～215
（g）、注射压力（MPA）：
80～130
（h）、保压压力（MPA）：
40～60
（i）、成型时间（S）：
注射2～5；保压15～40；成型周期40～90；冷却15～40。
2.4HPVC的主要性能指标
表2-1HPVC的主要性能指标
密度（g/cm^3）
1.35---1.45
屈服强度/Map
35---50
质量体积（cm^/g）
0.69---0.74
抗拉强度/Map
35---50
吸水率24h/%
0.07---0.4
拉弯弹性模量/Gap
2.4---4.2
玻璃化温度/℃
87
抗弯强度/Map
≥90
熔点/℃
160---212
弯曲弹性模量/Map
0.05---0.09
计算收缩率/%
抗弯强度/Map
比热容/（j/（kg*k））
1260
抗剪强度/Map
3注塑机的选型
注射机为塑料注射成型所用的主要装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。
注射机规范的确定是根据素件的大小及型腔的数目和排列方式，再确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出形程，开模距离等进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相配的注射机。
3.1所需注射量的计算
3.1.1塑件质量、体积计算
根据任务书提供的塑件图样，建立塑件模型并对此模型分析得：
塑件体积：
塑件质量：
（1）浇注系统凝料体积的初步计算
可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模一腔，所以浇注系统凝料体积为：
（2）该模具一次注射所需塑料
体积：
（3-1）
质量：
（3-2）
3.2注射机型号的选择
近年来我国引进注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。
掌控使用设备的技术参数是注射模型设计和生产所必需的技术准备。
在设计模具时。
最好查阅注射机生产厂家提供的《注射机使用说明书》上标明的技术参数。
根据以上初步计算初步选定型号为XS—ZY—250型卧式注射机。
表3-1注射机的主要技术参数
螺杆直径/mm
50
拉杆内间距/mm
448x370
螺杆长径比
最大模具厚度/mm
350
理论容量/cm^3
250
最小模具厚度/mm
250
注射质量/g
推出行程/mm
注射速率（g/s）
顶出力/ken
塑化能力（g/s）
顶出杆根数
额定注射压力/Mpa
1300
定位孔直径/mm
螺杆转速/（r/min）
顶出中心孔直径/mm
40
锁模力/ken
180
喷嘴球半径SR/mm
18
开模行程/mm
350
喷嘴孔半径/mm
4
3.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核
3.1.1型腔数量的校核
（1）由注射机额定注射量确定型腔数量
（3-1）
——注射机额定注射量
——浇注系统工程凝料量
——单个塑料的容积或质量
（2）按注射机额定锁模力进行校核
（3-2）
式中：
-注射机的额定锁模力，N
-单个塑件在模具分型面上的投影面积，
-浇注系统在模具分型面上的投影面积，
-塑料熔体对型腔的成型压力，MPa（其大小一般是注射压力的80％）
3.1.2注射机工艺参数的校核
（1）注射量校核
注射量以容积表示，最大注射容积为
（3-3）
式中：
-模具型腔和流道的最大容积（
）
-指定型号和规格的注射机注射量容积（
）
-注射系数，取0.75
倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥塑料在料桶中停留时间过长，所以最小注射量容积：
.故每次注射的实际注射量容积V′应满足
而V′≈44
符合要求。
（2）最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力
，应该大于注射成型时所需调用的注射压力P
即
（3-4）
式中：
-安全系数，常取
=1.25-1.4
实际生产中，该塑件成型时所需注射压力
为70Mpa-100Mpa,代值计算，符合要求。
3.1.3安装尺寸校核
（1）主流道小端直径D大于注射机喷嘴d，通常为
D=d+（0.5--1）mm
对于该模具d=4mm,取D=4.5mm,符合要求
（2）主流道入口的凹面半径SR0应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为
SR0=SR+（1-2mm）
对于该模具SR=12mm,取SR0=13mm,符合要求。
（3）定位圈尺寸
注射机定位孔尺寸为{H7}，定位圈尺寸取{f6}，两者之间呈较松动的间隙配合，符合要求。
（4）最大与最小模具厚度
模具厚度应满足Hmin式中Hmin=200mm，Hmax=300mm
而该套模具厚度H=90+32+50+63=235mm,符合要求。
3.1.4开模行程和推出机构的校核
开模行程的校核
H≥H1+H2（3-5）
H≥H1+H2+（5-10）mm
式中H—注射机动模板的开模行程（mm）
H1—塑件推出行程
H2=25+32+60+（5-10）=112—117（mm）
代值计算，符合要求。
该注射机推出行程满足要求
3.1.5模具尺寸与拉杆内间距校核
该套模具模架的外形尺寸为300mmx285mm,而注射机拉杆间距为448mmx370mm,因370mm〉300mm,符合要求。
注：
对于上面的2）、3）、4）、5）的校核内容与后面的模具结构设计交叉进行的，但为了整体形式与内容的统一，所以将该部分内容放于此。
4分型面的选择
在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状位置，否则无法用模具成型。
在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。
分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。
因此，分型面的选择是注射设计中的一个关键因素。
有利于保障塑件的外观质量
（1）分型面应选则在塑件的最大截面处
（2）尽可能使塑件留在动模一侧
（3）有利于保障塑件的尺寸精度
（4）尽可能满足塑件的使用要求
（5）尽量减少塑件在和模方向上的投影面积
（6）长型芯应置于开模方向
（7）有利于排气
（8）有利于简化模具结构
该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则，同时从所提供的塑件图样上可以看出￠64的圆桶四周有四个外经￠26的圆环。
根据其特点和表面质量要求，采用平面分型面，这样有利于塑件脱模，也易于型芯和型腔的加工。
其位置和形状如图4-1所示
图4-1分型面结构及形式
4.1确定型腔数量和排列方式
一般来说，大中型塑件和精度要求的小型塑件优先采用一模一腔的结构形式，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求）形状具有一定的特殊性，又是小批量生产时，可以采用一模一腔的结构。
故由此初步拟订一模一腔，如图4-2所示
图4-2型腔图
5浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射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。
它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
该模具采用普通流道浇注系统，采用点浇口，双分型面。
5.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴处的熔体导入分流道或型腔中。
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。
主流道尺寸
（1）主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5-1）
=4+（05-1），取D=4.5mm
（2）主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球半径+（1-2）
=12+（1-2），取SR0=13mm
（3）球面配合高度h=3mm-5mm,取h=3mm
（4）主流道长度尽量小于60mm，由标注模架结合该模具结构，取L=40mm。
5.2主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质刚材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A、等，热处理硬度为50HRC-55HRC，如图5-1所示
图5-1主流道衬套
5.3浇口的结构形式
浇口的设计原则：
（1）浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动；
（2）浇口位置应有利于流动、排气和补料；
（3）浇口位置应使流程最短，料流变向量少，并防止型芯变形；
（4）浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。
图5-2浇口的位置与形式
5.4浇注系统的平衡
对于该模具，从塑件图上可以刊出，该塑件是对称结构，采用点浇口，浇注系统显然是平衡的。
流动比的校核：
（5-1）
式中
-流动距离比
-流动路径各段长度，mm
-流动路径各段的型腔厚度，mm
n-流动路径的总段数
因为影响流动比的因素主要是塑料的流动比，根据注塑压力确定HPVC的流动性中等，其允许流动比{
}=130-170，所以
符合要求。
6成型零件的结构设计和尺寸设计
6.1成型零部件的结构形式
6.1.1凸凹模的结构设计
中小型凹模宜采用整体式凹模，本设计采用整体式凹模，这是因为凹模板厚度为27mm，比较薄，模板尺寸也较小，采用整体式并不会浪费材料，整体式凹模的优点是：
强度大，塑件上不会产生拼模缝痕迹。
凸模的装配形式有模体与底板一体式，底板装配式，螺钉配合底板式。
本模具属于小型模具，为了减少模具零件的加工量和便于加工，采用过渡配合（H7/m6）将型芯压入模具。
6.1.2成型零部件的工作尺寸的计算
成型零部件中与塑件接触并决定塑件几何形状的各处尺寸，称为工作尺寸，它包括型腔深度与型芯高度尺寸、型腔和型芯径向尺寸、成型零件中心距。
根据与塑件熔体或塑件之间产生摩擦磨损之后尺寸的变化趋势，可将工作尺寸分为三类：
1）孔类尺寸（A类）；2）轴类尺寸（C类）；3）中心距类尺寸（C类）.任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的实际尺寸与基本尺寸之间的误差叫制品的尺寸偏差。
引起制品产生尺寸偏差的原因很多，据目前的生产经验来说，主要的原因是来自塑件的收缩率、成型零部件的制造偏差及其在使用过程中的磨损等三方面。
生产中一般根据制品尺寸允许的公差
来确定成型零部件的制造偏差
及其磨损量
，它们关系如下：
;
。
（5-2）
利用平均收缩率来计算，平均收缩率（Scp）是塑件的最大收缩率（Scpmax）与最小收缩率（Scpmin）的和的一半，即：
Scp＝（Scpmax+Scpmin）/2
＝0.6%+1.5%/2
＝0.105%（5-3）
型腔工作部分尺寸:
型腔径向尺寸:
Lm=〔〔1+s〕Ls-x△〕（5-4）
型腔深度尺寸：
Hm=〔〔1+s〕Ls-x△〕（5-5）
型芯径向尺寸：
lm=〔〔1+s〕ls+x△〕（5-6）
型芯深度尺寸：
hm=〔〔1+s〕ls+x△〕（5-7）
型芯高度尺寸：
hm=〔〔1+s〕hs+x△〕（5-8）
中心距尺寸：
（5-9）
式中:
Ls-形径向基本尺寸的最大尺寸（mm）
Ls-塑件内形径向基本尺寸的最小尺寸（mm）
Hm-塑件外形高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
hm-塑件内形深度基本尺寸的最小尺寸（mm）
Cm-塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）
x-修正系数，取0.5-0.75
△-塑件公差（mm）
各工作部位尺寸计算结果如图6-1所示，通常制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1mm公差的部位不需要进行收缩率计算
图6-1分线盒各工作部分的尺寸
6.1.3型腔零件强度、刚度的校核
对于该套模具选整体式型腔。
型腔的强度、刚度校核如下
型腔侧壁厚度的校核
按强度校核:
（6-1）符合要求。
式中r-凹模内半径（mm）,平均为32mm
p-模具型腔内最大的塑料熔体压力Mpa,一般为30Mpa-50Mpa，取50Mpa
-模具强度计算的许用应力，预硬化模具钢具体值为
=300Mpa
按刚度校核:
（6-2）
式中r-凹模内半径（mm）,平均为32mm
P-模具型腔内最大的塑料熔体压力Mpa,一般为30Mpa-50Mpa，取50Mpa
E-模具钢材的弹性模量，预硬化塑料模具钢E=
Mpa
-模具钢材的泊松比，取0.25
-模具刚度计算许用变形量
=25i=
mm
带入计算R=32.47＜55,符合要求
型腔底板厚度的校核
按强度校核：
（6-3）
符合要求。
式中各符号意义与取值同前
按刚度校核：
（6-4）
符合要求。
式中各符号意义与取值同前。
7脱模机构的设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯中脱出，使塑件从凸模或凹模上脱出的机构称为脱模机构，或推出机构。
7.1脱模推出机构的设计原则
1）推出机构应尽量设置在动模一侧
2）保证塑件不因推出而变形损坏
3）机构简单，动作可靠
4）良好的塑件外观
5）合模时的准确复出
7.2推出机构的设计
1）脱模力的计算应考虑的方面：
2）由收缩包紧力造成的制品与型芯的摩擦阻力，该值应有实验确定。
3）由大气压力造成的阻力。
4）由塑件的黏附力造成的脱模阻力。
5）推出机构运动摩擦阻力。
7.2.1脱模力的计算
由于制件为圆环形截面（t/d<0.05），则
（7-1）
式中
—无量纲系数，随f和
而异；
值还可从表8-3中选取
t/d—壁厚与直径之比
—圆环塑件的壁厚，mm
S—塑料平均成型收缩率
E—塑料的弹性模量，MPa
L—塑件对型芯的包容长度，mm
f—塑件与型芯之间的摩擦因数
—模具型芯的脱模斜度
—塑料的泊松比
A—盲孔塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，
通孔制件的A等于零。
F=10.1KN
7.2.2确定顶出方式及顶杆位置
根据制品结构特点，确定在制品的四周边缘对称设置四根普通的圆顶杆，普通圆形顶杆按标准模架Z41，直径6.0选用。
7.2.3推杆强度计算
圆形推杆直径d
（7-2）
式中d-圆形推杆直径（mm）
K-推杆长度系数≈0.7
L-推杆长度（mm）
n-推杆数量
E-推杆材料的弹性模量（N/cm^2）钢E=
d≈4取d=6mm
3.推杆的应力校核
（7-3）
式中
-推杆应力（
）
-推杆钢材的屈服极限强度（N/cm）一般中碳钢
=3200
合金结构钢
=4200
≈8952.25
﹤
满足要求
8侧抽芯机构的设计
8.1滑动堵头与滑动型芯设计
分线盒注射模型腔布置为对称结构，滑动堵头、滑动型芯需根据分线盒的结构进行更换和组合，滑动堵头、滑动型芯采用较耐磨的T10A淬火处理，以保证足够的工作寿命；滑动堵头、滑动型芯尺寸及形状精度要求较高，以保证安装方便，运动顺滑。
滑动堵头、滑动型芯结构如图8-1所示。
（a）滑动堵头（b）滑动型芯
图8-1滑动堵头与滑动型芯结构
8.2斜导柱长度的计算
侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直，斜导柱的工作长度L与抽芯距及倾斜角有关，即L=S/sinɑ
斜导柱总长度为：
Lz=L1+L2+L3+L4+L5（8-1）
=d2tanɑ/2+h/cosɑ+dtanɑ/2+s/sinɑ+（5-10）mm
式中Lz-斜导柱总长度
d2-斜导柱固定部分大端直径
h-斜导柱固定板厚度
d-斜导柱工作部分的直径
s-抽芯距
Lz=90mm
斜导柱直径计算
侧向抽拔力Ft=AP（ucosɑ-sinɑ）（8-2）
式中A-塑件包紧侧型芯的侧面积
P-塑件收缩率对型芯单位面积的正压力塑件在模内冷却P=0.8x10^7-1.2x10^7（Pa）
u-塑件对钢的摩擦系数
ɑ-斜导柱倾斜角ɑ=20℃
Ft=8.46KN
因为Hw=15mm
Hw为侧型芯滑块受到脱模力的作用线与斜导柱中心线交点到斜导柱固定板的距离。
由于其直径计算比较复杂，有时为了方便，也可以用查表的方法确定斜导柱的直径。
先按已求得的抽拔力Ft和选定的斜导柱倾斜角ɑ查有关资料得出斜导柱的直径d：
d=16mm
9温度调节系统
9
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