题目: 打火机发火部热流道型注塑模毕业设计论文
姓名: 罗锦长
专业: 机械设计制造及其自动化
学院: 机电与控制工程学院
目 录
摘要(关键词
一 前言
(一) 热流道技术
(二) CAD 实用技术
(三) 毕业设计方案的建立
二 塑件设计
(一) 打火机塑件的背景介绍
(二) 发火部塑件的设计
三 模流分析
(一) Moldflow
(二) 技术参数的选择
(三) 浇口位置的选择
(四) 塑料填充分析
四 型腔型芯设计
(一) 分型面的分析与选择
(二) 型腔型芯的形成
五 模架与注塑机的选择
(一) 模架的选择与调入
(二) 注塑机的选择
六 热流道系统的设计
(一) 概述
(二) 热流道系统的设计
七 脱模推出机构的设计
(一) 脱螺纹机构
(二) 顶出机构
八 温度调节系统的设计
(一) 概述
(二) 加热系统
(三) 冷却系统设计
九 加工工艺的制订
十 总结
参考文献
致谢
英文摘要(关键词)
打火机发火部热流道型注塑模设计
【摘要】针对塑件的质量要求比较高，此次模具设计引入了热流道技术。设计过程包括设计准备、塑件设计、模流分析、模具设计、装配图及零件图的绘制和毕业设计论文的完成等六个环节。其中，塑件设计和模具设计是重要环节。因此，本文主要叙述了设计方案的确定、塑件设计及模流分析、模架的调用及注塑机的选择、热流道系统的设计、脱模推出机构的设计等等。这一系列的设计环节都离不开CAD/CAE技术的应用，这样将有助于切入问题的核心，避免不必要错误的造成。
【关键词】热流道、塑件设计、模流分析、模具设计、CAD/CAE。
【教师点评】该同学毕业设计的产品为市场上广泛使用的一次性打火机中的发火部注塑模具，应用近年来逐渐兴起的热流道技术，借助于SolidWorks和MoldFlow等3D CAD/CAM软件，完成了打火机发火部塑胶成品设计、一模四穴的型腔型芯工作部分、热流道机构、内螺纹抽芯机构、顶出机构、冷却系统等完整的模具结构设计,特别是在设计内螺纹抽芯机构过程中，通过进行方案对比解决了因塑件小而造成的该机构与顶出系统之间的干涉问题，圆满完成了各项预定的任务。所完成模具设计技术文件质量高，完整规范，获得模具毕业设计组相关指导教师的较高评价。
一 前言
(一) 热流道技术
1 概述
早在1940年，E.R.Knoules热流道模具的专利就已得到承认，这说明从很早以前就开始进行热流道的研究了。至80年代，几乎所有的塑料品种都能采用热流道技术成型，热流道技术在发达国家迅速发展起来。
热流道模具是将传统模具的流道经加热，于每一成形时，不需要取出流道的一种崭新设计，目前它在射出成形模具产业中扮演关键性角色，它提供着射出成形模具中从射出机的喷嘴处到模具的模穴之间塑料流动的控制。它与一般注射模的主要区别是注射成型过程中浇注系统内的塑料不会凝固，也不会随塑件脱模，所以这种模具又称无流道模具。透过热流板、热嘴、及其控制系统的功能，让模具在成形时能节省流道的塑料、减少流道压力、加快生产速度、做出高难度产品。
热流道系统作为模具系统的一个常用部件，能够有效地提高塑料制品的质量、提高生产效率、降低生产成本，并使资本的投入得到更高的回报。
很明显，热流道模具与三板模具的比较中，无废料、应力小、射出时间与冷却时间短、流道容易平衡、温度容易控制，再者产品稳定性好、模具寿命长，种种因素的比较，都突出了热流道模具的优势。在模具产业中，热流道模具所占的比例越来越大，已逐渐取代传统式模具的地位。
嵌件成型技术、共注射成型技术以及多组分注塑成型技术都离不开热流道的支持。大量的部件诸如汽车保险杠等因为流动路径的限制、壁厚的比率以及熔合缝问题只能采用热流道模具进行加工成型。在注射成型中，热流道系统所扮演的角色越来越重要，且向高科技方向发展。
尽管热流道系统和注射模具是一个整体，然而它的作用和功能与模具本身相比是完全不同的。作为系统组成的独立单元，其安装、连接和运行都有特殊的高精度的位置要求。由于这些原因，热流道系统的装配就成为模具安装的一个瓶颈。因此，避免热流道系统安装过程中的错误以及简化系统连接并节约装配时间就成为一个很重要的课题。
2 组合式热流道系统
传统热流道系统的缺点
传统热流道系统的喷嘴不总是安装在分流板上，通常，通过固定板来保持系统的一致性，可以连在喷嘴法兰上。它的优势在于技术操作上的方便，以及当热流道系统需要维修时，喷嘴拆除简单。但是，对于大多数塑品注塑过程来说，模具的温度接近200℃，所以在热流道与模具之间存在着温度差异。如果按照以上方法安装，温度将会大大提升，热量的损失速度也会加快，并且在分流板和喷嘴之间也可能产生流动死角。这样一来，塑品的质量往往达不到预期的效果。
（2）组合式热流道系统
模具行业发展至今，热流道技术取得了突破性发展，传统的热流道系统已无法满足现在的生产效率。组合式热流道系统的设计是现阶段较为先进的一种。在组合式热流道系统中，喷嘴与分流道板形成了一个简单的单元。熔体直接由分流道板流进喷嘴，因而不会产生偏差以及流动死角。通过螺纹，喷嘴被嵌入到分流板中，消除了喷嘴与分流板之间的泄漏 现象。传统的衬套系统设计会产生热膨胀，而这种组合式系统在消除此类泄漏上特别有效。
图1 组合式热流道系统
组合式热流道系统与模具的联接很少，其制造材料不要求具有很高的热传导性，也不要求对模具预加张力。这种联接提供了高精度和稳定的温度曲线，因此能量的消耗比传统的热流道系统要低得多。
组合式热流道系统能够直接装配独立于模具的液压线路。液压设备直接驱动的阀门口也可以直接安装在系统上，这样就省略了传统机器上的控制阀，使注塑成型更加灵活。另外，电器以及液压线路也可以按照客户的要求进行配置。
当模具或系统需要常规的维护时，组合式热流道系统可以同样采用简单的步骤从模具上拆卸下来，从而可以独立于模具进行修理和检测。
通常，组合式热流道系统降低了维修成本。完整的热流道系统基于组合式的预配设计和安装，装配过程中加热器或热电偶的导线被去掉。连接加热器和配电箱的导线被安放在一个特别设计的导管中，这对模具或者热流道系统的拆卸都是很有利的。同时，综合的热流道系统能够进行免拆卸日常维护，从而节约了时间并减少了装配错误发生的几率[1]。
3 热流道技术的优劣势
（1） 优势
①无水口料，不需要后加工，使整个成型过程完全自动化，节省工作时间，提高工作效率。
②压力损耗小。热流道温度与注塑机射嘴温度相等， 避免了原料在浇道内的表面冷凝现象，注射压力损耗小。
③水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。在型腔中温度及压力均匀，塑件应力小，密度均匀，在较小的注射压力下，较短的成型时间内，注塑出比一般的注塑系统更好的产品。对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势，而且能用较小机型生产出较大产品。
④热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供选择的喷嘴头，互换性好。独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。热流道系统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。
（2） 劣势
①整体模具闭合高度加大，因加装热流道板等，模具整体高度有所增加。
②热辐射难以控制，热流道最大的毛病就是流道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。
③存在热膨胀，热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。
④模具制造成本增加，热流道系统标准配件价格较高，影响热流道模具的普及[2]。
4 热流道技术的发展趋势
总之,热流道技术的发展是利远大于弊。在国外已有数十年的运用时间，藉由其多方面的技术优势与用途，因此在射出成形塑料模具的使用率与普及率已大幅度的提升。且在“分秒必争”且环保意识观念增强的时代，热流道技术可说已成为“射出成型产业”及“塑料模具产业”不可或缺的热门产品。热流道不但可提高生产速度、减少废料并能进一步的提升模具价值。
在现今以生产力、质量、重视环保及节省人力资源的情况中，普通模具无论在生产或设计上，都缺乏竞争力，而应用热流道系统再搭配CAD实用技术与模流分析，将使得产品生产能有效的提升效率及改善问题，若在产品设计初期能善用CAD技术来设计和进行模流分析，将有助于切入问题的核心，缩短产品开发时间及避免不必要的错误及由此造成更多的资源浪费。
（二）CAD 实用技术
1 CAD 实用技术的普遍应用
工业技术不断进步的一个重要标志是计算机应用的日益普及。在机械制造业中，计算机辅助设计技术资源普及成为常规的技术手段。跟随着全球制造业向我国的转移，CAD技术的发展十分迅速，更新越来越快，它的应用在我国越来越受到重视，更成为机械行业从业人员所必备的技术。
近年来，模具行业发展迅猛，在制造业中的地位日益突出。注塑模具是塑料成型加工的重要装备，随着 近年来计算机技术的蓬勃发展及其向各个领域的不断渗透，目前国内绝大多数的现代化模具及塑料生产企业都非常重视计算机辅助技术的应用，并基本取代了传统的设计生产方式。针对模具设计和塑料成型的CAE 软件可以协助设计人员在模具设计中能很快地建立三维模型和及早发现模具和成型过程中可能存在的问题，从而可以更加快速地做出设计方案，有效地缩短设计生产周期并降低成本。
CAD产品适用于优化制件和模具设计的整个过程，并提供了一套整体的解决方案。CAD 软硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议，而且这些信息可以方便地实现共享。
2 注塑模 CAD/CAE/CAM 技术
（1）注塑模 CAD/CAE/CAM 系统组成
一整套基本的注塑模 CAD/CAE/CAM 系统一般由一定数量和种类的硬件系统和相应的软件系统组成的，如图2所示。
图2 注塑模系统基本组成
（2）注塑模 CAD/CAE/CAM 系统过程和方法
注塑模CAD/CAE/CAM 系统是一个有机的整体，整套系统与企业的人才、技术相结合，最终将决定企业的生产效率和产品质量。其中的技术因素主要是企业在模具方面多方面积累的知识、经验和技巧。
传统的模具设计与制造大致分为以下几个步骤，如图3所示。
图3 传统模具设计制造过程
①计算机辅助设计（CAD）
I 在样品或图纸基础上CAD软件进行三维造型；
II 在真实感效果评价满意的基础上进行模具CAD设计；
III 绘出装配图和零件图。
②计算机辅助工程分析（CAE）
注塑成型CAE分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据，其中主要包括：
I 浇注系统的平衡，浇口的数量、位置和大小；
II 熔接痕的位置预测；
III 型腔内部的温度变化；
IV 注塑过程中的注射压力和熔融料体在填充过程中的压力损失；
V 熔融料体的温度变化；
VI 剪切应力、剪切速率。
根据注塑成型的CAE分析结果，就可以判断模具及其浇注系统的设计是否合理，其中的一些基本原则如下：
I 各流道的压差要比较小，压力损失要基本一致；
II 整个浇注系统要基本平衡，即保证熔融料体要同时到达，同时填充型腔；
III 型腔要基本同时填充完毕；
IV 填充时间要尽可能短，总体注射压力要小，压力损失也要小；
V 填充结束时熔融料体的温度梯度不大；
VI 熔接痕和气穴位置合理，不影响产品质量。
③计算机辅助制造（CAM）
I 由计算机完成整个模具生产的工艺过程设计；
II 由计算机辅助进行模具车间现场管理；
III 完成从模具产品的几何模型到工艺模型的转换；
IV 加工程序的自动编制；
V 利用数控机床进行模具零件的自动加工；
VI 利用仿真技术测试数控刀具轨迹，检测过切及加工表面干涉[3]。
3 CAD技术的特点
随着CAD/CAE/CAM技术在模具行业的广泛应用，传统的模具设计、制造方法必将被取代，其强大的优势主要表现在以下几个方面。
①缩短模具制作周期；
②提高模具质量；
③大幅度降低成本；
④有效利用有限的人力资源，充分发挥设计人员的主观能动性；
⑤利于技术资料的储备，提高企业的管理水平。
（三）毕业设计方案的建立
1 毕业设计任务
热流道技术的应用已是大势所趋，在国外已在模具行业中得到广泛应用，在国内也逐渐成为模具行业的潮流。因此，作为一位未来的模具工程师，热流道系统的设计是我们必须掌握的一门技术，而且我们更要做到熟能生巧。
为了便于使我更深入的了解热流道技术和掌握更全面的更先进的热流道技术，掌握热流道模具的设计和制造，本次毕业设计的题目为《打火机发火部热流道型注塑模设计》。设计要求提出了大批量自动化生产、塑件的质量高和塑件成品的成型难度高。
这次毕业设计在常规的模具设计之中，要涉及到热流道系统的设计，并要分析热流道系统对模具在成形时的塑品质量的影响。
2 模具设计的一般指导原则
模具设计人员在接到一部分图纸、一个样品或现在还很少使用的产品的一个模型后便开始进行新模具的设计。需增加的信息包括模具使用的注塑机、要求的模腔的个数；如果图纸没有标出，还要知道该制品所要使用塑料的类型。
在进行模具设计前还要了解其它一些因素，例如，指定塑料的模塑特性如何？将模塑多少件制品？预期的模塑周期？制品用在何处，怎样使用？制品是否要同其它零件进行配合？收缩率、脱模角？何种类型的流道系统？浇口位置、流动和熔合线、顶出痕？允许的浇口尺寸和形状？表面精整要求？雕刻？模腔布置？模具所需的备件？注塑机的性能指标是否合适？吨位、注射量、塑化能力？是否安排了制品的机械移出？计划完成时间？
这些问题和情况一部分可能随同模具订单已经有结论，可能还有一部分问题要与顾客对话解决。另外，模具的报价也是很重要的，应要在设计之前对模具进行估价[4]。
由于此次毕业设计并没有涉及到顾客、订单之类的因素，所以有些方面可以省略，不用详细考虑。我对这次的毕业设计作出了具体的注塑模设计流程，如下图所示。
3设计之前具备的资料
（1） 制品图
一个经确认数据详尽并有允许公差的制品图。
（2） 制品材料及其收缩情况
这部分内容应详见塑料的参考资料。
（3） 注塑机参数
这部分内容应详见国内外注塑机的相关资料。
（4） 其它数据
通常由模具订购者提供。有时用户只提出了产量要求，那么以上数据则需设计人员根据特定成型设备以及最佳生产率来确定。
①模腔数:
这方面的数据由指导老师提供，模具采用一模四穴。
②流道系统的类型:
本次设计的要求就是采用热流道系统。由于模具有4个模腔，流道布局可以有多种模式，可以用H形流道，但不必要，因为流道在与分型面不同的平面上，可以从正上方跨越模腔。流道呈X形与十字形是典形布局。我在这里是采用十字形布局。这方面的设计是本次毕业设计的一大重点，具体的设计在以后的章节有专门的分析。
③制品脱模方法:
从塑件上看，发火部带有内螺纹。螺纹孔相当于侧凹结构，通常使用旋出机械脱模。所以说，退螺纹机构是我设计的一大重要部分。现在市场上有很多这样的机构，例如手动脱离螺纹机构、模内手动脱螺纹及塑件机构、齿轮齿条脱螺纹机构、直角式注射机的螺纹型芯脱出机构、推杆轴承旋转式脱出机构等等。但是这些机构各有各的优缺点，从对比中取出可取之处，本人力求设计出来的退螺纹机构是具有独创性的，力保提高发火部塑件的质量和降低成本。
如有可能，设计人员还应该得到对模具进行成本估算及价格测算的简要方法。
然而，多数情况下设计人员都必须接受厂定标准，并且必须将新想法同实际经验以及已获得良好应用的模具结构放在一起进行综合考虑。
4 设计之前提出的问题
①塑件形状较为复杂，尺寸小，壁厚小，带有内螺纹，这些都是影响到收缩的因素。所以，收缩率应着重分析。在不影响到与打火机其它部件配合和能够实现打火机功能之下，可以考虑适当增加塑件尺寸和壁厚。
②热流道系统的设计。由于热流道的存在，必然带来了热膨胀，热胀冷缩等负面效果。另外，热流道应采用标准配件。热流道形式、热浇嘴的设计应着重考虑。
③齿轮传动机构的设计。齿轮传动机构嵌进模具内，应重点考虑齿轮参数 的选择。另外，干涉分析也必不可少。
④顶出机构的设计。由于模具内嵌有齿轮传动机构，这样带来了一系列干涉问题。顶出机构在摆脱齿轮的干涉下，设计方法应另辟新天地。
5 设计方案的建立
根据以上思路，进行逐一考虑。本次设计是做热流道模具，所以热流道板的设计是必不可少的。由于发火部塑件带有内螺纹结构，没有侧凹槽。在这里，我先要考虑的几个重要因素有：脱模方法、顶出方法等。经过我再三考虑，我提出两种初步的构想。
方案一：如图4所示。
过程1，熔融料体通过热流道系统，最终在热嘴注入到闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，使制件固化成型。
过程2，模具开模，装在定模座板上的齿条带动固定于轴右端的小齿轮，并通过锥齿轮和直齿轮的传动，使螺纹型芯按旋出方向旋转。当限位螺钉碰到B板时，此过程结束。
过程3，模具继续开模，限位螺钉带动B板向下移动，此时上模腔和下模腔分离，塑件与螺纹抽芯机构在旋转中分开一部分，直到限位螺钉与B板接触。开模结束。
过程4，模具开始闭模，B板向上移动，此时顶杆开始接触制品，并开始顶出。
过程5，闭模继续，最后可将制品顶出，闭模结束。
图4 方案一
方案二：如图5所示。
过程1，熔融料体通过热流道系统，最终在热嘴注入到闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，使制件固化成型。
过程2，模具开模，利用直角式注射机开、合模螺杆的旋转运动带动模内传动齿轮，这时，螺纹型芯在边退出边旋转。当顶板5碰到拉钩14时，此过程结束。此时，螺纹型芯已全部旋出制品。
过程3，模具继续开模，动模部分继续向下移动，当顶板碰到限位钩4时，开模结束，此过程也结束。此时，制品已被顶板5推出，完成脱模动作。
过程4，模具闭模。
方案一与方案二作出比较，由于方案一，机构较为多，包括齿轮、齿条和锥齿轮，实现起来不方便，成本也较为高。方案二，优势在于适用于螺纹轴线正好与开模方向垂直的情况，实现较为方便。在同样能实现目的的情况下，我选择了方案二。
图5方案二
二 塑件设计
（一） 打火机塑件的背景介绍
众所周知，打火机是我们日常生活中常用的日用品，它的需求量大，国内外市场前景好。根据市场调研，世界上每年的打火机需求量为150亿只，其中中国需求量为50亿只，其它国家100亿只左右。而我国也是打火机生产大国，目前中国打火机产量在100亿只左右，年销售额70亿元人民币左右，约占世界打火机生产量的70％左右。中国已成为世界打火机制造王国。大批量生产、生产成本低已是生产打火机的重要指标。
现在，人们对打火机的要求也越来越趋向于精美标致、产品质量高。而中国厂家生产出来的很多打火机产品都是属于低档次的。据调查，绝大部分厂家都是用普通模具来生产打火机塑件的。但是，随着时间的推移，热流道模具的引入被普遍看好。它在打火机行业中的应用已不容忽视。
 
图6 市场上的打火机 图7 市场上的打火机
（二） 发火部塑件的设计
此次模具毕业设计是四人一组，合作完成一组打火机所有塑件（包括打火机燃料部、支撑件、按键和发火部四部分塑件）的热流道型注塑模设计。作为一名模具设计人员，从接受指导老师的任务到模具的设计工作，不仅要考虑到自己本身的塑件设计，还要涉及到团队的因素，四个塑件必须能够组装。设计工作的所有步骤都要自己亲力亲为，在假设拥有齐全的设备和资源的前提下，应用自己的专业知识对塑件做出合理、实用的设计方案并使自己的方案实现。
我分配到的任务是打火机发火部塑件热流道型注塑模设计 。这一开始的设计部分当然是要进行发火部塑件的设计。下面是塑件的设计。
1 发火部塑件的分析
指导老师给了我们打火机模具组一个市场上比较精致的打火机，作为我们设计的参考。我们先把打火机拆开，分别是底座、机壳、按钮和发火部四部分塑件。我负责发火部塑件及其模具设计工作。
发火部塑件在打火机里的功能是：
①作为一个连接件，下面连接打火机底座，上面连接打火机机壳；
②其里面是装入打火机打火零件，底座里的燃油也是由此通过导管上传。
塑件半透明，结构相对其它塑件复杂，厚度薄，是一个典型的薄壁塑料件品。其内有一块肋板，两侧面有两个凹槽，起到与机壳连接的作用。有一个通孔，要接入导管，是导入底座里的汽油的通道。通孔上又有一个螺纹槽，要与齿轮相连接。作为一个支撑件，强度要求高，耐冲击性高。其绝缘性良好，表面硬度稍低。由于发火部塑件是嵌入打火机里头的，所以对塑件表面的光洁度不算高。但对于螺纹部分的尺寸要求比较高。
2发火部塑件的设计
针对发火部塑件的结构与功能的分析，我用了几天的时间再进一步地对市场上的相关打火机产品进行比较分析，自己的塑件产品设计如图8。制品总高21mm，总长23mm。上壁厚为1mm，下壁厚为0.7mm，肋板厚度为0.88mm。内螺纹尺寸为 ，长为4.5mm。侧凹槽是 。其余尺寸详见附图。
图8 打火机发火部塑件的工程图
根据以上的工程图，利用SolidWorks软件进行3D建模。如图9、10所示。这样，塑件的设计工作就暂时完成。
 
图9 发火部塑件3D图 图10 发火部塑件的剖视图
3 制品材料的选择
根据塑件的属性，初步选择PMMA塑料，俗称有机玻璃 ，英文名称 olymethyl Methacrylate 。它的密度为1.18克/立方厘米，成型收缩率为0.5-0.7%，成型温度为160-230℃，干燥条件为70-90℃4小时。
其物料性能有：
①透明性极好,强度较高,流动性差，宜高压成型，注射压力80~~100Mpa。保压压力为注射压力的80%左右，背压亦不宜再高防止浇口流道早期冷却，适当加长注射时间需用足够压力补缩。
②注射速度对粘度影响大，不能太快、注射速度太高会引起塑件汽泡、烧焦、透明度差等、注射压力太低会使制品溶合线变粗。
③流动性随着料筒温度提启而增大，但在能够充懑型腔的前提下，温度不宜太高，以减少变色，银丝等缺陷，前筒200-230℃、中料筒215-235℃、后料筒140-160℃。
④模温高、制品透明度高，并减少熔接不良，尤其可减少制品内应力，且易充满型腔，模温一般在70~~90℃。
4 PMMA指标参数
①塑件的脱模斜度最小值
见表3.19[5]，塑件的脱模斜度最小值，型腔为35′—1°30′，型芯为30′—1°。本设计型腔型芯都选择1°。
②热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚
见表3.20[5]，塑件的最小壁厚为0.8mm，推荐壁厚对于小型塑件为1.5mm，中型塑件为2.2mm，大型塑件为4—6.5mm。本设计由于实际塑件尺寸很小，故选择最小壁厚为0.8mm。
③热塑性塑件孔的极限尺寸
见表3.24[5]，热塑性塑件孔的最小直径为0.25mm，孔的最大深度为3d（盲孔）、8d（通孔）。
④塑件的螺纹极限尺寸
见表3.30[5]，塑件的最小螺孔直径d=2mm，最大螺杆直径d1=3mm，最大螺孔深度为3d,对于d1 5时，最大螺杆长度为1.5d1，对于d1>5时, 最大螺杆长度为3d1。
⑤塑件的收缩率
见表3.30[5]，塑件的收缩率为0.5—0.7%。本设计收缩率选择为0.5%。
5 塑件的体积和质量
发火部塑件的质量特性：
密度 = 0.001180 克/立方毫米
质量 = 1.634819 克
体积 = 1385.439424 立方毫米
表面积 = 3079.812313 平方毫米
重心 : ( 毫米 ) X = 0.56905 6 Y = -0.004921 Z = 0.000336
三 模流分析
（一）Moldflow
1 Moldflow软件的介绍
Moldflow公司总部是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的软件开发和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，自1976年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场。Moldflow积累的丰富注塑经验带动塑品和模具设计，并将注塑分析与实际注塑机控制相联系，自动监控和调整注塑机参数，从而优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高塑品生产质量的稳定性，使塑品具有更好的工艺性。
Moldflow软硬件技术为塑品设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议，而且这些信息可以方便地实现共享。下面是Moldflow的系列产品：
Moldflow Plastics Advisers；
Moldflow Plastics Insight；
Moldflow Manufacturing Solutions。
2 Moldflow Plastics Advisers 的功能
Moldflow Plastics Advisers简称MPA，它为注塑成型过程提供了一个低成本、高效率的解决方案。其功能有：
①分析模型的精确化能确保仿真的精确性
I 分析模型进一步遵照最初的CAD模型来获取更精确的几何学描述；
II 增加了用来控制分析速度和结果之间平衡的分析。
②描述工具可以更好的表述模型和分析结果
I 新的探测和描述工具能更加精确地表达模型的细小特征；
II 对OpenGL 2.0 渲染语言的支持可更好的查看凹痕结果；
III 新的结果描述功能可以更形象得表述冷却质量分析结果。
3 有限元分析
Moldflow作为成功的注塑产品成型仿真及分析软件，采用的基本思想也是工程领域中最为常用的有限元方法。有限元方法就是利用假想的线（或面）将连续的介质的内部和边界分割成有限大小的、有限数目的、离散的单元来研究。这样，就把原来一个连续的整体简化成有限个单元的体系，从而得到真实结构的近似模型，最终的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的[3]。
以下是有限元分析的特点：
①原理清楚，概念明确；
②应用范围广泛，适应性强；
③有利于计算机应用。
（二）技术参数的选择
Material Grade:
| PMMA-22
| Max Injection Pressure:
| 100.00 MPa
| Mold Temperature:
| 80.00 deg.C
| Melt Temperature:
| 230.00 deg.C
|
（三）浇口位置的选择
在设计浇注系统时，首先选择浇口的位置，浇口位置的选择恰当与否，将直接关系到塑件的成型质量及注射过程是否能顺利进行。
浇口位置的选择应遵循以下原则：
①应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹；
②在设计浇口时，避免塑件熔体直接冲击小直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位；
③在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可缩短填充时间；
④浇口的位置应保证塑料熔体顺利注入型腔，即对着型腔中宽畅、厚壁部位；
⑤尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位[6]。
输入参数，利用Moldflow Adviser 7.1软件对塑件进行浇口位置分析，得出的结论如图11。由图可看出，浇口最佳位置在螺纹处旁边。但是这与螺纹抽芯构件相冲突。再者，由开模方向判定，这也是不符合的。经过再三考量，决定将浇口位置选在如图12所示位置。此位置虽说不是最好，但从图上所示，也是相对好的选择。它符合了以上所涉及的原则，对于本次热流道模具的设计，热嘴安排在此次，极为妥当。
 
图11 浇口最佳位置 图12 我选择的浇口位置
（四）塑料填充分析
通过合理地运用Moldflow系列软件，可以预 先估计出设计好的注塑制品及其模具中可能存在的缺陷，同进结合设计人员的实际经验，就可以在开模之前分析缺陷出现的原因，并最终解决这些问题，从而减少修模、试模的次数，提高一次成功率。
注塑成型中产品出现缺陷有各种各样的原因，从材料、模具、工艺参数到成型设备都对制品的质量有着直接或间接的影响，这是一个综合因素的影响。出现产品缺陷一般有以下一些因素：
①产品设计中存在问题；
②模具设计不合理；
③成型工艺参数选择不当；
④材料（聚合物）性质本身造成的产品缺陷；
⑤注塑成型设备（注塑机）选择不恰当。
由于以上种种因素的相互作用，注塑出来的制品有可能出现的缺陷有：欠注、溢料、凹陷及缩痕、气穴、熔接痕、翘曲及扭曲、波浪纹、裂纹，等等[3]。
浇口位置选择后，利用Moldflow Adviser 7.1软件对塑品进行填充分析。第一次模流分析，出现的问题较为多，经过自己的检查和查看相关资料，得出的结论是制品设计出现较大错误。通过适当调整一下制品的结构设计并增加制品壁厚0.1mm,相接处倒圆角0.05mm，第二次进行模流分析，结果大为改观，不过还是有不少问题。此次修改的因素是注射压力和模温、熔温。经过这样几次来来回回的模流分析，得出最后结果如图3.3,3.4,3.5,3.6，详细见附件。
如图13所示，最高的注射压力是在浇口的周围，有865MPa，最低的注射压力是在塑品的低部，压力从上往下降低。注射压力分析属正常。
如图14所示，冷却质量总体上高，只是在与螺纹相连的壁较为低，这个结果比较正常，因为此处是有螺纹结构，流动较慢，散热也较慢。只要在冷却系统设计时，布置水道在这边经过，问题就会解决。
 
图13 Injection Pressure 图14 Colling Quality
如图15所示，制品的填充时间为0.43s，属正常范围。
如图16所示，制品的外观也属正常。
 
图15 Fill Time 图16 Skin Orientation
四 型腔型芯设计
（一）分型面的分析与选择
1 分型面选择的意义
分型面选择是否合理，对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大影响，它决定了模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。模具设计时应根据制品的结构形式、尺寸精度、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。
2 选择分型面的原则
对大多数制品来说，其分型面都在很显而易见的部位，即正好在或者是靠近一个容器的缘口或在一个工业制品的基座面。但是，在另一些制品中，分型面并不那么一目了然，而需进行大量周密的思考。
选择分型面总的原则是保证塑件质量,且便于制品脱模和简化模具结构,下面列出分型面选择应考虑的基本原则：
①分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；
②分型面一般开设在产品的最大截面处；
③尽量使塑件留在动模一侧；
④有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等；
⑤有利于成型零件的加工与制造；
⑥应有利于排气；
⑦应考虑注射机的技术规格[6]。
3 选择分型面
塑件带有螺纹孔，螺纹模芯应当留在动模板上。因此，可以确定塑件的开模方向，如图17所示。
由于塑件有通孔的存在，应关闭曲面。如图18所示
 
图17 塑 件开模方向 图18 关闭通孔
进一步分析塑件，根据分型面的选择原则，分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向，分型面一般开设在产品的最大截面处，所以可以确定分型面的位置，如图19所示。
 
图19 分型面的确定 图20 型腔型芯的形成
（二）型腔型芯的形成
型腔型芯的设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。
1 单个塑件的型腔型芯形成
在选择了分型面之后,利用SolidWorks软件,进行切削分割操作。即可以形成单个塑件的型腔型芯。如图20所示。
2 型腔的排列
（1）排列原则
多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点：
①尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统；
②尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸；
（2）本设计的排列方案
由于本设计是退螺纹脱模机构，采用的是齿轮传动机构方案，所以型腔的排列必定与齿轮的尺寸有关。齿轮传动机构是由一个大齿轮带动四个小齿轮传动，如图21。型腔排列同样就是这种布局，如图22。
 
图21 传动齿轮的排列 图22 型腔型芯的布置
3 型腔型芯形成
利用SolidWorks软件,将四个单个的型腔型芯按以上方法排列，再进行拉伸、组合操作，就可以形成型腔型芯，如图23、24所示。
 
图23 一模四穴的型腔型芯的形成 图24 型腔型芯拉伸
（1）型腔
 
图25 型腔的立体图 图26型腔的简单工程图
型腔的模型如图25所示，是一个大整体。如图26所示，此型腔结构复杂，外形尺寸为96.06X96.06X30mm。考虑到它加工起来困难，本来想将它拆成几部分构成，用镶块或成孔销，但是在以下的热流道系统设计中，热嘴与之相干涉，所以此方案行不通。型腔唯有用电火花加工凹进去的部分，虽然加工费用昂贵，但可以达到目的。
型芯
 
图27 型芯的立体图 图28 型芯的简单工程图
型芯的模型如图27所示，也是一个大整体。如图28所示，外形尺寸为96.06X96.06X15mm，复杂部分是凸出来的，所以加工比较容易，不需要用镶块或成孔销。
（4）螺纹型芯
图29 螺纹型芯
螺纹型芯模型如图29所示。螺纹尺寸为M8X0.5,长为4.5mm。此螺纹型芯也是旋转轴，下接齿轮，直接与大齿轮相啮合。
五 模架与注塑机的选择
（一）模架 的选择与调入
1 普通标准模架的优劣势
目前，国内外已有许多标准化的模架形式供用户订购。选用标准模架有如下优点：
①简单方便、买来即用、不必库存；
②能使模具成本下降；
③简化了模具的设计和制造；
④缩短了模具生产周期，促进了塑件的更新换代；
⑤模具的精度和动作可靠性得到保证；
⑥提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
但采用标准模架时，也会带来某些不便，列举如下：
①模板尺寸的局限性，在标准模架中模板的长、宽、高都只是在一定的范围内，对于一些特殊的塑件，可能无标准模架可选；
②由于在标准模架中导柱、紧固螺钉及复位杆的位置已确定，有时可能会妨碍冷却水管道的开设；
③由于动模两垫块之间的跨距无法调整，在模具设计中往往需要增加支撑柱来减小模板的变形。
综上所述，采用标准模架的优越性是十分明显的，我们希望在模具设计中，要尽可能选用标准模架，不仅如此，而且能在标准模架的基础上实现模具制图的标准化、模具结构的标准化以及工艺规范的标准化[4]。
2 模架的选择与调入
模架的尺寸型号根据模腔模芯的长宽来确定。模仁的长和宽都是96.06mm。根据经验数值：
模架的长 模仁长+80mm=96.06+80=176.06mm；
模架的宽模仁宽+60mm=96.06+60=156.06mm。
因此，在龙记公司提供的细水口标准模架库中，选择尺寸型号为2023龙记模架，模架的形式选用AI型。由于塑件的尺寸较小，所以，A板B板的高均选为50mm,支撑板为15mm,垫铁为25mm。
运行SolidWorks软件，调入模架，并把型腔放置于模架A板中，把型芯放置于模架B板上。如图30。
图30 型腔型芯在框架中的位置
（二）注塑机的选择
1 注塑机的简介
注塑机为塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时注塑模具安装在注塑机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注塑装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。根据注塑机的工作过程，一般可将注塑机分为三个部分：注塑装置、锁模装置、液压传动和电器控制。
2 初选注塑机
注塑机型号主要是根椐塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。在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塑料注射量、注射压力、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的锁模力、模具厚度、拉杆间距、安装固定尺寸以及开模行程等进行计算，这些参数都与注塑机的有关性能参数密切相关，如果两者不匹配，则模具无法安装使用。因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注塑机型号[7]。
由塑件分析知道:质量 = 1.634819 克=1.7g
体积 = 1385.439424 立方毫米=1385.5
估算出塑料与浇注系统在分型面上的投影面积
注塑压力选为P=100Mpa
 锁模力
注塑质量
根据以上数据，见 [6]热塑性塑料注塑机型号和主要技术规格，初步选择注塑机的型号为C4730-1（直角式）。
C4730-1（直角式）注塑机的主要技术规格：
螺杆（柱塞）直径为25mm；注射容量为30g；注射压力为170MPa；锁模力为380KN；
最大注射面积为45 ；模具厚度最大是325mm，最小是165mm；模板行程为225mm；
喷嘴球半径为15mm；推出中心孔径为30mm。
3 注塑机参数的较核
选择注塑机之后，这种注塑机是否合适，还要对该机型的其它技术参数进行校核。
注射压力的校核
该项工作是校核所选注塑机的额定压力 能否满足塑件成型时所需要的注射力 ，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定。设计中要求
式中：  ——注射压力安全系数，一般取1.25-1.4。在这里 ，本人取为1.25[7]。
  ，符合条件。
锁模力的校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。设计中要求
式中：  ——型腔的平均压力，根据塑料性质选为40MPa；
 ——锁模力安全系数，一般取1.1-1.2。在这里，本人取1.2。
 ，符合条件。
注塑机安装模具部分相关尺寸的校核
①喷嘴尺寸
模具主流道始端凹球面半径 。
②定位圈尺寸
模具安装在注射机上必须使模具中心线与料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合（H8/e8）。定位圈的高度，对小型模具为8-10mm。
③模具厚度
 ， ， 。
开模行程校核
开模行程是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。
对于单分型面注射模，开模行程H为
式中：  ——推出距离（脱模距离）；
 ——包括浇注系统凝料在内的塑件高度。
在此设计中， ,  (由于是热流道系统，所以没有浇注系统凝料)， 。
 ，符合条件。
（5）推出行程的校核
对所选注射机进行精确校核，要待模具的各个设计参数、结构尺寸全部确定之后才可进行。
六 热流道系统的设计
（一）概述
浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔各处，以便获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑件。因此要求充模速度快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上留下浇口痕迹小。
为了将压力和热损失减少到最小，进入型腔的熔体流动路径应尽可能短。流道与浇口的类型与布置形式对以下的内容是重要的：生产的经济性、成型塑件的性能、制品公差、熔接线、制件内应力的大小，等等。
热流道系统一般由热喷嘴、热流道板、温控箱和附件等几部分组成。那我就从这几部分来分别设计。
（二） 热流道系统的设计
1 热喷嘴的设计
很多条件都是选择热嘴时需考虑的因素，如:制品的形状、大小、厚度、型腔的排位及胶口位置，塑料的特性。
（1）结构设计
热喷嘴一般包括两种：开放式热喷嘴和针阀式热喷嘴。由于热喷嘴形式直接决定热流道系统选用和模具的制造，因而常相应地将热流道系统分成开放式热流道系统和针阀式热流道系统。
在这里我是选择针阀式热喷嘴。其工作原理是，浇口打开和关闭的实现与注射压力无关。在有些系统中，注射开始时，浇口在注射压力下打开。但该浇口不需要借助注射压力将浇口中冻结的塑料推出。浇口的打开和关闭是机械式或热控式的独立操作。图31是我设计的热喷嘴。热喷嘴的口径是。
图31 热喷嘴
（2）热嘴的绝热措施
为了避免热嘴的热量过多地传向低温的型腔，使温度难以控制，必须采取有效的绝热措施，常用的有塑料绝热和空气绝热两种办法。塑料层绝热的延伸热嘴，该热嘴与模具之间有一环形接触面，它既起密封作用，又是模具的承压面，此面积不宜太大，以减少散热。浇口处的间隙，厚约0.5mm，浇口以外的绝热层间隙以不超过1.5mm为宜，以免注射时推力太大，造成溢料现象。由于绝热间隙存料，故不宜用于热稳定性差，容易分解的塑料[8]。
3 热流道板的设计
热流道板是在一模多腔或者多点进料、单点进料但料位偏置时采用。材料通常采用P20或H13。分流板一般分为标准和非标准两大类，其结构形式主要由型腔在模具上的分布情况、喷嘴排列及浇口位置来决定。
图32和图33是我设计的热流道板。主流道形状由唧嘴决定，除非客户有特殊要求。为了流道尽量短，唧嘴应使用最短的，但是要考虑注塑和射嘴突出量。我在这里是选用 唧嘴，主流道锥度选用时应保证其大端直径与 分流道大致相等，我在这里是选用 锥度。分流道的直径我是选择 ，厚度。
 
图32 热流道板 图33 热流道板剖视图
4 其它
温控箱包括主机、电缆、连接器和接线公母插座等。
热流道附件通常包括：加热器和热电偶、流道密封圈、接插件及接线盒等。
5 热流道系统
设计热流道模具时，还应注意升温后热流道板的热膨胀问题。利用热流道喷嘴与浇口衬套之端面的滑动来补偿热流道板的模向膨胀尺寸。喷嘴与热流道板通过螺纹联接，在装配时预先设置一个移动量，在成型时，由热流道板的热膨胀使喷嘴移到正确位置。如图34和35所示。
 
图34 热流道系统 图35 热流道系统剖面
七 脱模推出机构的设计
(一) 脱螺纹机构
1 齿轮机构概述及选择
齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它可用来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。
一对齿轮传动，是依靠主动轮轮齿的齿廓，推动从动轮轮齿的齿廓来实现的。若两轮的传动能实现预定的传动比规律，则两轮相互接触传动的一对齿廓称为共轭齿廓。
在该设计里，由于传动形式较简单，所以选择的是外啮合齿轮传动，直齿圆柱齿轮，两轮转向相反。齿轮传动的失效形式有多种，较为常见的有轮齿折断和工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形等，针对以上失效形式，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。但在这里，设计里的齿轮传动中速低载，正常情况下都符合强度要求，所以为了节省时间，不对其进行较核。
2 脱螺纹机构的原理
（1）脱螺纹机构的类型
由于制品有内螺纹机构，所以模具不得不考虑用脱螺纹机构。目前，模具行业中，脱螺纹机构有以下几种方式：
①手动脱螺纹机构。模具制造成本低，生产效率低。
②机动脱螺纹机构。机动脱螺纹机构又分齿轮齿条脱螺纹机构、螺旋杆和齿轮脱螺纹机构、斜导柱和螺旋杆脱螺纹机构。模具结构比较复杂，尤其是螺纹圈数多时，模具结构比较庞大，制造成本也比较高。
③其它动力源脱螺纹机构。如电动机驱动脱螺纹机构、油缸或汽缸驱动齿条齿轮脱螺纹机构、液压马达驱动脱螺纹机构等。这种结构是借助模具以外的力源来驱动模具内的脱螺纹机构。
（2）脱螺纹机构的选择及原理
本设计的打火机发火部塑件，由于圈数较为少（9圈螺纹），若采用手动脱螺纹机构，生产的效率太低，因此应选择机动脱螺纹机构。对比几种机构，我采用的是螺旋杆和齿轮脱螺纹机构。
我设计的螺旋杆和齿轮脱螺纹机构如图36所示。此机构装配在模具内，如图37所示。利用直角式注射机开、合模螺杆的旋转运动带动模具内传动齿轮的旋转运动，由齿轮啮合关系，带动四个小齿轮转动。从而，四个小齿轮的旋转，使带有螺纹的轴旋转。这样，由于各级关系的运转传递，螺纹轴在边往下移动的同时，也作旋转运动，可以使制品顺利旋转脱开螺纹型芯。
 ; 
图36 齿轮传动机构 图37 齿轮传动机构在模具中的位置
3 齿轮的设计
（1）齿轮的设计
①大齿轮的设计
直齿圆柱齿轮
材料：45
齿数z=24,模数m=1.5，压力角 ，变位系数x=0，齿顶高系数 ，顶隙系数 ，齿厚h=5mm。工程图如图38所示，3D图如图39所示。
图38大齿轮工程图 图39 大齿轮3D图
②小齿轮的设计
直齿圆柱齿轮
材料：45
齿数z=14,模数m=1.5，压力角，变位系数x=0，齿顶高系数，顶隙系数，齿厚h=5mm。工程图如图40，3D图如图41。
 
图40 小齿轮工程图 图41 小齿轮3D图
（2）轴的设计
轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。在这里，轴的工作能力计算省去，只考虑结构设计。
轴的材料选用45号钢。与大齿轮配合的轴如图42所示，也是螺旋杆，下端与注射机相配合，上端是通过键与大齿轮相配合，从而起到传递转动的作用。
螺纹型芯也是选用45号钢，上端有螺纹部分是作为螺纹型芯，下端通过键与小齿轮相配合。结构如图43所示。
 
图42 主动轴 图43 螺纹型芯轴
（3）键的设计
键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。这里选择的键联接是平键联接。键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。
我选择的是普通平键A型，根据设计数据，查资料可得各轴承型号[9]，分别为：
与大齿轮配合的键选用键4 10GB/T1096，高度h=4mm。
与小齿轮配合的键选用键26GB/T1096，高度h=2mm。
（4）轴承的选择
滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。它具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。
我选择的轴承是深沟球轴承，根据轴的直径，查资料可得各轴承型号[9]，分别为：
606；6000；6001；6002。
具体装配关系详看装配图，在这里就不详细介绍。
（二） 顶出机构
1 概述
制品在模腔内冷却后，模具打开，制品必须从模腔中顶出。并不是所 有模具，都带有机械顶出机构。因此，往往设计者要根据制品和模具的结构特征来设计出顶出机构，从而使制品能顺利自动顶出。为了避免制品的变形，顶出部件作用在成型制品断面上的压力应尽可能小，同时也应防止异形推杆的旋转。
制品顶出机构有：推杆、推管（顶出套）、顶件板、顶块、顶出环、盘式顶杆、阀杆推出，等等。
自动顶出的优点有：循环时间一致，因此，制品一致；不需要操作人员，改善了工厂的安全操作环境；相对于人工操作，可缩短循环时间。
制品顶出是注射成型过程中最后一个环节，顶出质量的好坏将最后决定制品质量。顶出机构不仅要满足制品的顶出，而且也是型腔排气的需要。例如，不适当的排气能导致以下问题：
①型腔填充不足；
②出现不适当的熔体流动前锋熔接线；
③所谓的锹塞尔效应，也就是说成型制品的热降解（烧伤）等。
特别要注意远离浇口而且在熔接线附近的排气问题[10]。
2 顶出的一般原则及注意事项
顶出的基本原则之一：当模具打开时，制品必须留在具有顶出机构的半模上。
①着重考虑行程、间隙和制品高度；
②必须考虑排气问题；
③顶出制品的位置。
顶出机构设计的注意事项：
①为防止制品变形，受力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，如细小的柱位与骨位；
②受力点应作用在制品能承受力量最大的部位，即刚性好的部位，如骨位边等；
③尽量避免受力点作用于制品薄平面上，防止制品破裂，穿孔，顶白等。如筒形制品弃用顶针顶出而选择推板顶出；
④应注意美规性，顶出痕迹尽量在制品隐蔽面或非装饰面，对于透明制品尤要注意；
⑤注意整体布局均匀，特殊情况要考虑采用多种装置。如：推方，强行脱模，油缸拉动，气体顶出等协同脱模；
⑥在不影响制品脱模和位置足够时应尽量采用同一型号大小的顶针，以方便采购和加工[10]。
3 顶出机构的设计
（1）顶出机构方案
本来初步构想，是采用单一的顶杆。但制品的壁厚小到0.8mm，这样将造成顶杆长度直径比太大；再者，如采用单一的顶杆，有可能与模具内的齿轮脱螺纹机构发生干涉现象。又制品轮廓封闭且周长较长，因此，此设计中，顶出机构是采用推件板、拉钩与限位钩相结合的机构。推件板推出部分的形状根据制品的形状而定。
此方案有一块推件板、两个拉钩（呈对角布置）、两个限位钩（呈对角布置），装配关系如图44所示，拉钩与A板用螺钉固定在一起，限位钩与B板用螺钉固定在一起。模具开模，顶板和动模部分向下移动，当拉钩与顶板接触时，顶板被拉钩卡住不动，动模部分与型芯继续向下移动，此时制品被顶板顶住，顺利脱模。当顶板与限位钩接触时，此时模具开模结束，制品全部脱出。
图44顶出机构在模具中的布置
（2）推件板设计
在型芯根部安装与之配合的推件板，推件板推出部分沿型芯周边移动将制品顶出。主要用于薄壁口及表面不允许带有顶出痕迹的制品，但对于型芯周边外形复杂时，顶板与CORE配合部分加工有难度。在此设计中，制品需要用推件板推出。
推件板特点是推出力均匀，力量大，运动平衡稳定。
推件板推出部分的形状应按照制品的形状来定，本次设计的工程图和3D图，如图45和46所示。推件板外形尺寸为230X200X5mm，左右两边各有两个凹槽，是用来与拉钩和限位钩配合的，里面有四个呈圆周排列的通孔，形状与制品的一样， 工作部分也是如此。
 
45 顶板工程图 46 顶板3D图
（3）拉钩与限位钩设计
拉钩的主要作用是：当拉钩碰到推件板时，拉钩会卡住推件板，使推件板不会停止移动。其工程图、3D图如图47、48所示。外形尺寸为57X20X5mm，钩的部分为5X20X8mm，上端有两个螺钉孔。
 
图47 图48
限位钩的主要作用是：当限位钩与推件板接触时，整个模具开模结束，制品顺利顶出。本次设计的限位钩的结构和尺寸与拉钩一样，只是在装配时，是倒装方式，还有就是螺钉的定位尺寸不一样。
八 温度调节系统的设计
（一）概述
在注塑成型中，模具的温度直接影响到制品的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。一般注射到模具内的塑料熔体的温度为 左右，熔体固化成为塑件后，从 左右的模具中脱模，温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般低于 ）的塑料，仅需要设置冷却系统即可，因为通过调节水的流量就可以调节模具的温度。对于要求较高模具（ ）的塑料，若模具较大，模具散热面积广，有时仅靠注入高温塑料来加热模具是不够的，因此需要设置回执装置。有些塑件的物理性能，外观和尺寸精度的要求很高，对模具的温度要求十分严格，为此要设计专门的模温调节器，对模具的各部分的温度进行严格的控制[6]。
温度调节对塑件质量的影响表现在：变形、尺寸精度、力学性能、表面质量等。
模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形大，而且还容易造成溢料和粘模。
模具温度过低，熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的波浪纹等缺陷。
当模具温度不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的开关和尺寸精度。
综上所述，温度调节系统的设计是一项比较繁琐的工作，也尤其重要。
（二）加热系统
该模具是热流道模具，又是小型模具。所以除了热流道系统外，模具本身无需设置加热装置。
(三) 冷却系统设计
1 注塑模冷却
模具使注射进入的热塑料成型为所要的制品。为了能够顶出，制品必须能够承受顶出力，且不发生变形。正因为如此，顶出时塑料温度必须比注射时的要低，但不必完全冷下来。
设计者应知道成型周期相当大的部分，有时可占到成型周期的80%，要用于冷却。因而对于生产率要求较高的模具，将这种“损失”时间控制到最小是绝对必要的。然而，在设计模具冷却系统时，还有很多其他因素必须考虑。
影响模具冷却的因素：
①从“入口”到“出口”，冷却介质的温升（ ）；
②从“入口”到“出口”，冷却介质的流量，冷却介质的化学成分；
③模具零件的导热率；
④从注射到顶出，塑料的温差；
⑤流道系统（尺寸，布局）；
⑥流道类型（热流道或冷流道）；
⑦与成型制品直接接触部件内的冷却管道（尺寸，布局）；
⑧模板中的冷却管道的尺寸和布局；
⑨进出软管的尺寸和数量[11]。
2 Moldflow 的温度分析
由以上的 Moldflow 冷却质量的分析可知，在与螺纹相连的 壁散热速度较为慢，因为此处是有螺纹结构，流动较慢。在布置冷却水道时，应着重看待此位置。只要冷却系统设计合理，问题就会解决。
3 冷却介质
冷却介质有冷却水和压缩空气，因为水的传热系数大、热容量大、成本低，所以用冷却水较多。即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。
4冷却水道的布置
由于该塑件小，Moldflow冷却质量的分析也可知，塑件总体上冷却质量高。所以在这里，不必对其计算。只按设计数据粗略估计，模具塑料释放的总热量不大，所以只在模具A板和型腔周围开设冷却水道即可。取水道直径 ，冷却水在管道内的流速 [14]。
本设计的水道布置在A板与型腔内，如图49所示。冷却水从A板流进，流经热嘴附近，再往下流入型腔，绕塑件流一转，主要经过螺纹附近处，再往上流进A板，从同一侧流出。模具两侧各布置一条流道。
A板的水道图如图50所示，两侧各有一个出口处和入口处，A板与型腔相接处设有四个O形环，用来防止水泄露。
型腔的水道图如图51所示，两个出口处都需用喉塞塞住，防止水流出，型腔和出口处和入口处都在型腔上方。
图49 冷却系统的设计
 
图50 A板的水道图 图51 型腔的水道图
九 加工工艺的制订
制品的精度高低、表面质量好坏，取决于成型零件的制造工艺，因此编制出一个科学合理制造工艺，是保证成型零件质量，进而保证产品质量的关键。
简单的型腔和型芯以机械切削加工为主，再加抛光工序；复杂的型腔和型芯以机械切削进行粗加工，精加工以电火花加工为主。而机械切削加工基本上是数控化加工。
本设计中，型芯与型腔结构复杂，且尺寸小，所以主要用电火花进行精加工。在这里，就不作详细介绍。
现对本设计中的其中一个工作部分顶板编制制造工艺过程，如下：
顶板的具体尺寸如图52所示。
图52 顶板的工程图
制造工艺如下表所示。
序号 工序名称 加工工艺过程及要求 设备
1 下料 锯S50C钢200X230X5mm作坯料 锯床
2 铣削 在铣床上装夹找正，铣四个侧凹槽和一个倒角，再铣六面 铣床
3 铣削 铣四个通孔，和里面四个孔 铣床
4 热处理 淬火加低温回火，表面硬度达20HRC-35HRC 热处理炉
5 钳工 钳工研磨四个通孔
6 磨削 在平面磨床上装夹找正，磨削四个 侧凹槽 平面磨床
7 线切割 线切割加工里面四个通孔
8 抛光 在磨床上对成型面进行抛光 平面磨床
9 检验 根据图纸对尺寸和形状位置精度进行检验
10 装配
十 总结
模具业为工业之母，而模具行业中尤以塑料模居多。当今，随着科技文明的进步，人类生活水平不断的提高，消费结构和产业结构的加快升级，在工业社会里各产品推陈出新，必将对先进的模具技术提出更高的要求。
精密模具已使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业。模具制造的精密程度和技术层次，对于生产成品的品质，生产原料的有效利用，以及生产力的提高等方面，均有重要影响。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
对此，我们应该要与时俱进，掌握传统模具的设计方法的同时，需要时时刻刻充实自己，了解先进技术，把握高科技在模具行业中的运用，努力做到一位优秀的模具设计工程师。
【参考文献】
[1]现代塑料，组合式热流道系统优势多多，http://info.plas.hc360.com/html/001/010/002/002/84615.htm
[2]黄旸，我国推广热流道模具技术任重道远，http://info.plas.hc360.com/html/001/001/001/81876.htm
[3]王刚：Moldflow 模具分析应用实例，清华大学出版社，2005年
[4]H.瑞斯[加]：模具工程（第二版），化学工业出版社，2005年
[5]邹继强：塑料模具设计参考资料汇编，清华大学出版社，2005年
[6]黄虹：塑料成型加工与模具，化学工业出版社，2005年
[7]伍先明：塑料模具设计指导，国防工业出版社，2006年
[8]李建心：热流道模具的喷嘴设计，机械科学与技术，1997年，第26卷，第4期
[9]王昆：课程设计，高等教育出版社，2002年，140页
[10]E.林纳：注射模具130例，化学工业出版社，2005年
[11]H.瑞斯[加]：模具工程（第二版），化学工业出版社，2005年
[12]蒋炳炎，注射模热流道快速换料工艺研究，模具工业，2001年，第5卷，第243期
[13] L I Xiong：Heat Treatment of Die and Mould Oriented Concurrent Design，JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH , INTERNATIONAL1 2006 , 13(1) : 40243 , 74
[14]郑战光：用MOLDFLOW软件优选注射模冷却系统，装备制造技术，2003年，第3期
[15]尹清珍宗殿瑞：热流道精密成型模具的研究，模具工业，2000年，第5卷，第231期
[16]孙恒：机械原理（第六版），高等教育出版社，2000年
[17]实威科技：SolidWorks2005，中国铁道出版社，2005年
致谢
毕业设计能够顺利完成，首先要感谢伍晓宇教授给予的指导与帮助。毕业设计过程包括设计准备、塑件设计、模流分析、模具设计、装配图零件图的绘制和设计说明书的完成等六个环节。伍老师在这段时间里督促我们小组全力完成各项工作和在我们有困难时，都能给予宝贵的意见，还带我们去顺德参观模具工厂，让我们了解到了模具的设计制造流程。
在这里，我还有感谢杨海彬师兄解决了我Solidworks上的问题，感谢程蓉老师帮我克服了模流分析上的难题，感谢黄桂坚老师为我解决了模具结构设计上的问题，感谢胡琳老师解决了 我装配图零件图上的问题。
我衷心地谢谢各位老师。
Hot Runner Injection Mould for the Plastic Ignition of Lighter
【Abstract】Because of high quality requirements for the plastic products, hot runner technology is put forward in the mold design. Design process has six sections, including the preparation of designs, plastic part design, Moldflow analysis, mold design, drawing the blueprint of the assembly and its components and completing the brochures, which plastic part and its mold design are essential. Therefore, this paper describes the design project, design of plastic part and mold flow analysis, the options of moldbase and injection machine, hot runner system design, demoulding launch design, and so on. The series of design aspects are inseparable from the application of CAD and CAE which help us to avoid many mistakes.
【Key words】Hot Runner, Plastic part design, Mold flow analysis, mold design,CAD /CAE
|
发表于 2012-7-27 16:35:20
