1、畢業設計說明書論文(全套CAD圖紙) QQ 36396305 摘 要這是一篇關于塑料板凳的注塑模具設計的說明書，同時這篇說明書也具有注塑模具設計的一般共性問題和方法。一個注塑模具的設計過程通常要包含產品造型設計、模具設計、加工制造這三個階段。本篇設計說明書從大體上來說只包含塑料板凳的產品造型設計和模具設計。板凳是用來承受載荷的，那么它必須具有一定的強度，塑料板凳要滿足這一基本要求必須進行結構設計與力分析。結構設計進行的是對塑件的尖角、棱、加強筋、壁厚等的設計；而力分析主要運用靜力計算和ANSYS軟件的靜力分析進行的。結構設計可以幫助進行優化，從而節省材料，而力分析是在已有結構的基礎上看是否能夠

2、承受一定的載荷，由此合格的塑料板凳的產品造型可設計出。造型設計是模具設計的的前步，有了三維造型就可以在PROE中的mfg模塊的模具型腔子模塊中進行三維造型的布局、創建工件、創建分型面、分割工件、創建成型零件、生成型腔型芯、加裝模架等一系列的步驟，并且最終生成二維圖紙。其中加裝模架可以進行手工造型加裝和運用EMX4.1標準模架庫進行加裝。手工加裝靈活度大，但不方便且耗時;運用EMX4.1進行加裝很方便，數十秒內便可加裝完畢，但為了能熟練掌握模具結構及其設計，我采用了手工加裝的方法。關鍵詞： 注塑模具 塑料板凳 分型面 ANSYS 型腔 型芯 模架Abstract:This paper is a

3、bench on the plastic injection mold design specifications, while this paper also has a general common injection mold design issues and approaches. An injection mold design process usually includes three stages： product design, mold design, manufacturing. This paper only contains plastic bench design

4、 and mold design. Bench is used to bear the load, then it must have some strength, plastic bench to meet the basic requirements for the design and structure must be analyzed. Structural design is the sharp corners, edge, rib, thickness design of the plastic product; mechanics analysis, by using stat

5、ic analysis and static analysis software ANSYS conducted. Optimized structure design can help to save material, and mechanics analysis is the basis of the existing structure to inspect it can bear the load, thus qualified plastic bench of product modeling can design. Product design is the first step

6、 of mold design, with three-dimensional modeling on the mfg in PROE mold cavity module sub-module in three-dimensional modeling of the layout, create jobs, create sub-surface, cutting jobs, create molded parts, generating cavity core, mold, etc. to install a series of steps, and eventually produce t

7、wo dimensional drawings. Which can be manually installed mold molding installation and use of standard mold base library EMX4.1 installation. Manual installation flexibility, yet it is not convenient and time-consuming; use EMX4.1 for easy installation, retrofitting can be completed within tens of s

8、econds, but in order to master the mold structure and design, I used the manual plus installation method.Key words: Injection mold Plastic bench Sub-surface ANSYS Mold core Mold cavity Mold structure 目 錄概 論51 塑料板凳的產品設計81.1 注塑模具設計的簡要過程81.1.1 塑件分析81.1.2 注塑機的選用91.1.3 模具設計的有關計算91.1.4 模具結構設計91.1.5 排氣方式設計

9、91.1.6 模具總體尺寸的確定91.1.7 注塑機參數的校核91.1.8 模具總裝配圖和零件工作圖101.1.9 全面審核投產制造101.2 注塑件設計101.2.1 塑件的設計原則101.2.2 塑件的工藝性分析121.2.3 塑件表面質量分析171.3 塑料板凳的ansys受力分析181.3.1 材料參數查詢181.3.2 用ansys進行結構靜力分析的過程191.3.3 塑料板凳的ANSYS具體分析步驟201.3.4 分析結論252 注塑模具成型零件設計252.1 成型零件工作尺寸的設計計算262.1.1 尺寸的影響因素及平均收縮率262.2.2 型腔和型芯工作尺寸的計算272.2 型

10、腔的壁厚設計292.2.1 模具型腔側壁和底板厚度的計算302.2.2 矩形型腔結構尺寸計算312.3 分型面的設計342.3.1 分型面的選擇原則342.3.2 分型面的形式352.3.3 型腔總體布置與分型面選擇362.4 三板模分型、復位機構設計372.4.1 三板模的開模順序382.4.2 彈簧382.4.3 復位桿復位393 注射模具澆注系統設計393.1 澆注系統的設計原則403.1.1 保證產品外觀質量403.1.2 保證制品上的內部質量403.1.3 流道設計的注意事項403.2 澆注系統設計413.3 主流道設計413.3.1 主流道設計原則423.3.2 澆口襯套的設計42

11、3.4 分流道的設計433.4.1 分流道的截面形狀443.4.2 分流道的尺寸453.5 澆口設計453.5.1 澆口種類453.5.2 非限制澆口特點463.5.3 限制澆口特點463.5.4 澆口位置的選擇483.6 成型周期503.6.1 注射時間503.6.2 閉模冷卻時間513.6.3 取出塑件的時間514 注塑模具的冷卻系統設計514.1 冷卻與效率524.2 所需冷卻時間的計算534.3 冷卻水道的設計554.3.1 冷卻水道傳熱面積計算564.3.2 冷卻時所需冷卻介質的體積流量564.3.3 冷卻水道傳熱面積的計算574.3.4 冷卻水道數目的計算585 模架設計595.1

12、 脫模機構的設計595.1.1 脫模機構的設計原則595.1.2 脫模阻力的計算605.2 推桿的設計615.2.1 推桿的形式615.2.2 推桿的位置625.2.3 推桿的固定及配合625.2.4 推桿尺寸的計算635.3 支承零件的設計645.3.1 動模座板和定模座板645.3.2 動模板、定模板645.3.3 支承板655.3.4 墊快655.4 注塑模的導向機構設計655.4.1 導柱導向機構665.4.2 導向孔665.5 排氣結構設計675.5.1 排氣方式685.5.2 排氣槽設計要點686 注塑機參數選擇696.1 鎖模力的校核706.2 安裝尺寸的校核716.3 注射量的

13、校核716.4 模具厚度726.5 開模行程的校核73致 謝74參考文獻74概 論注塑模的特點:熱塑性塑料原材料的特性所決定的，最主要的有兩點：一是注射時塑料熔體的充模流動特性，二是模腔內塑料冷卻固化時的收縮行為，這兩點決定了注塑模的特殊性和設計難度。由于塑料熔體屬于粘彈體，熔體流動過程粘度隨剪切應力、剪切速率而變化，流動過程中大分子沿流動方向產生定向；模腔充滿后熔體被部分壓縮；冷卻固化過程中塑料的收縮非常復雜，模腔內各部位、各方向塑料收縮率不同，不同種類、牌號的塑料收縮率有很大差異，同一牌號的樹脂或塑料在加工時配方不同其充模流動特性及收縮率也不同。基于上述特點，設計注塑模時首先要充分了解所加

14、工的塑料原材料的特性，使設計的模具合理適用，并可在設計中有效利用塑料特性，如點澆口模具用于塑料絞鏈制品。注塑模具設計的基本要求與注意事項：合理地選擇模具結構：根據塑件的圖紙及技術要求，研究和選擇適當的成型方法與設備，結合工廠的機械加工能力，提出模具結構方案，充分征求有關方面的意見，進行分析討論，以使設計出的模具結構合理，質量可靠中，操作方便。必要時可根據模具設計和加工的需要，提出修改塑件圖紙的要求，但需征得用戶同意后方可實施。正確地確定模具成型零件的尺寸：成型零件是確定制件形狀、尺寸和表面質量的直接因素，關系甚大，需特別注意。計算成型零件尺寸時，一般可采用平均收縮率法。對精度較高并需控制修模余

15、量的制件，可按公差帶法計算，對于大型精密制件，最好能用類線法，實測塑件幾何形狀在不同方向上的收縮率進行計算，以彌補理上難以考慮的某些因素的影響。設計的模具應當制造方便：設計模具時，盡量做到使設計的模具制造容易，等價便宜。特別那些比較復雜的成型零件，必須考慮是采用一般的機械加工方法加工還是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎樣進行組裝，類似問題在設計模具時均應考慮和解決，同時還應考慮到試模以后的修模，要留有足夠的修模余量。充分考慮塑件設計特色，盡量減少后加工：盡量用模具成型出符合塑件設計特點的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，減少澆口、溢邊的尺寸，避免不必要的后加工。但應將

16、模具設計與制造的可行性與經濟性綜合考慮，防止片面性。設計的模具應當效率高、安全可靠中：這一要求涉及到模具設計的許多方面，如澆口系統需充模塊、閉模塊，溫調系統效果好，脫模機構靈活可靠，自動化程度高等。模具零件應耐磨耐用：模具零件的耐用度影響整個模具的使用壽命。因此在設計這類零件時不但應對其材料、加工方法、熱處理等提出必要的要求。像推桿一類的銷柱件還容易卡住、彎曲、折斷，因此而造成的故障占模具故障的大部分。為此還應考慮如何方便地調整與更換，但需注意零件壽命與模具相適應。由上述可知，一個注射模具的設計包含的內容很多，與其設計相關的內容也很多，比如模具設計前的塑件設計、模具設計后的加工制造、試模、修配

17、等任務，這些都是與模具設計系系相關的。圖1為本塑料板凳模具設計的三維造型圖：圖2為模具爆炸視圖：圖1 三維模具裝配圖·圖2 模具爆炸視圖1 塑料板凳的產品設計1.1 注塑模具設計的簡要過程1.1.1 塑件分析1 明確塑件設計要求仔細閱讀塑件制品零件圖，從制品的塑料品種、塑件形狀、尺寸精度、表面粗糙度等各方面考慮注塑成型工藝的可行行和經濟性，必要時，要與產品設計者探討塑件的材料種類與結構修改的可能性。2、明確塑件的生產批量小批量生產時，為降低成本，模具盡可能簡單；在大批量生產時，應在保證塑件質量前提下，盡量采用一模多腔或高速自動化生產，以縮短生產周期，提高生產效率，因此對模具的推出機構

18、，塑件和流道凝料的自動脫模機構提出了嚴格要求。3、計算塑件的體積和質量計算塑件的體積和質量是為了選用注塑機，提高設備利用率，確定模具型腔數。1.1.2 注塑機的選用根據塑件的體積或重量大致確定模具的結構，初步確定注塑機型號，了解所使用的注塑機與設計模具有關的技術參數，如：注塑機定位圈的直徑噴嘴前端孔徑及球面半徑、注塑機最大注塑量、鎖模力、固定模板和移動模板面積大小及安裝螺孔位置、注塑機拉桿的間距、閉合厚度、開模行程、頂出行程等。、1.1.3 模具設計的有關計算1、凹、凸模零件工作尺寸的計算；2、型腔壁厚、底板厚度的確定；3、模具冷卻系統的確定。1.1.4 模具結構設計1、塑件成型分型面選擇；2

19、、模具型腔數的確定，型腔的排列和流道布局以及澆口位置設置；3、模具工作零件的結構設計；4、頂出機構與抽芯機構的設計；5、拉料桿的形式選擇；1.1.5 排氣方式設計1.1.6 模具總體尺寸的確定模架已逐漸標準化，根據生產廠家提供的模架圖冊，選定模架，在以上模具零部件設計基礎上初步繪出模具的完整結構圖。1.1.7 注塑機參數的校核1、最大注塑量的校核；2、注塑壓力的校核；3、鎖模力的校核；4、模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核，包括閉合高度、開模行程、模座安裝尺寸等幾個方面的相關尺寸校核。1.1.8 模具總裝配圖和零件工作圖模具總圖繪制必須符合機械制圖國家標準，其畫法與一般機械圖畫法原則上沒有區別，

20、只是為了更清楚地表達模具中成型制品的形狀、澆口位置的設置，在模具總圖的俯視圖上，可將定模拿掉，而只畫動模部分的俯視圖。模具總裝圖應包括必要尺寸，如模具閉合尺寸、外形尺寸、特征尺寸（與注塑機配合的定位環尺寸），裝配尺寸、極限尺寸（活動零件移動起止點）及技術條件，編寫零件明細表等。通常主要工作零件加工周期較長，加工精度較高，因此應首先認真繪制，而其余零部件應盡量采用標準件。1.1.9 全面審核投產制造模具設計員一般應參加加工、組裝、試模、投產的全過程。1.2 注塑件設計1.2.1 塑件的設計原則 塑料制件的設計不僅要滿足使用要求，而且要符合塑料的成型工藝特點，并且盡可能使模具結構簡單。這樣可使成型

21、工藝穩定，保證塑件質量，又可使生產成本降低。在進行塑件結構工藝性設計時，必須遵循以下幾個原則：(1)、在保證塑件的使用性能、物理性能、化學性能與力學性能等的前提下，應考慮塑料的成型工藝性，如流動性、收縮性等。盡量選用價格低廉和成型性能較好的塑料。(2)、設計塑件時力求其結構簡單、壁厚均勻、成型方便，塑件形狀應有利于模具分型、排氣、補縮和冷卻。(3)、設計塑件時應考慮其模具總體結構合理，模具形腔易于加工制造，模具抽芯和推出機構簡單。(4) 、塑件成型前后的輔助工作應盡量少，技術要求應盡量低。同時，在成型以后最好不要再進行機械加工。此設計的塑料板凳使用要求是：能承受一定的載荷比如一個人的體重80k

22、g且結構上具有一定的穩定性；一般在室內使用，因此對光照等環境的腐蝕老化要求不高，那么在選材方面要求也不是太高。此設計的首要條件：其一能載人；其二結構得以優化節省材料。下圖1.1為本設計的塑料制品，塑料板凳的三維模型。因現在地板多為木質地板，所以在塑料板凳與地板面接觸的部位必須要具有防刮擦措施。基于這一條件，所以在塑料板凳三維造型的腿底部開一個深5mm的槽，以裝橡膠墊防刮擦整個結構如圖1.2示。圖1.1為塑件板凳的三維造型設計 頂部倒圓角R10圖1.2為塑件板凳與地面接觸部位設計塑件的設計由于塑料成型方法和塑料性能不同而有所差異，因此所選塑料的種類與模具設計有很大的相關性，塑件設計的結構在一定意

23、義上決定著模具的成型零件的設計，而模具的成型零件設計又與冷卻澆注系統等結構零件布局相關 ，且整個模具又得安裝在模架上。由此可知任何一個環節的模具設計都是具有相關性的，都要綜合考慮前后因果關系。1.2.2 塑件的工藝性分析1.材料的特性分析聚乙烯是目前產量最大、應用最廣的塑料品種之一。由于它性能優良、容易成型、原料來源豐富、價格便宜，所以發展很快。取乙烯是典型的熱塑性塑料，為無臭、無味、無毒的可燃性白色粉未。成型用的聚乙烯均為經過擠出造粒的蠟狀顆粒，外觀呈乳白色。聚乙烯有一定睥力學強度，比其它的塑料相比差一點，但他價格比較便宜。聚乙烯具有較高的化學穩定性，常不常溶于任何一種已知溶劑，能耐稀硫酸、

24、稀硝酸和任何濃度的其他酸及各種堿、鹽溶液，但不耐強氧化酸腐蝕。聚乙烯有高度耐水性，長期與水接觸，性能可保持不變。在熱、光、氧氣作用下，逐漸變脆，力學強度性能下降（老化）。塑料板凳的原材料高密度聚乙烯（HDPE）高密度聚乙烯是聚乙烯在中壓或者低壓狀態下生成的，其密度0.94-0.97g/ ,結晶度較高的（80-90），熔點132-135，塑件使用溫度在110以下，脆化溫度在-70以下。適于制作承載不高的零件，如齒輪、軸承等。塑料板凳需要具有一定的承載能力，但載荷也不太大也不是交變載荷，此種材料已能滿足要求。2、材料的結構形狀分析(a)、塑件外形尺寸分析設計塑件外形尺寸除受塑料流動性的影響之外，還

25、受成型設備的限制。注射成型的塑件尺寸要受到注射機注射量、鎖模力和模板尺寸的限制壓縮和壓注成型的塑件尺寸受到壓力機最大壓力和壓力機工作臺面最大尺寸的限制。因此，塑件的設計要注意和注射機參數的匹配。(b)、塑件的尺寸精度影響塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損，塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，塑件的形狀、飛邊厚度的波動，脫模斜度及成型后塑件尺寸變化等。一般，為了降低模具加工難度和模具制造成本，在滿足塑件使用要求的前提下，應盡量把塑件尺寸精度設計得低一些。和金屬件一樣，塑件也有公關要求，目前國內主要依據原第四機械工業部制定的塑件尺寸公差標準（SJ 13721978）。按此標準

26、規定，塑件精度分為8級，其中1、2兩級屬于精密技術級，只有在特殊要求下使用。在選擇精度等級時，應考慮脫模斜度對尺寸公差的影響。根據塑件精度等級的選用（SJ 13721978），材料為高密度聚乙烯，建議采用的精度等級為6級，但此塑件為板凳不與其它零件配合并且也沒有特殊用途，所以我選擇7級精度。查塑件尺寸公差表（SJ 13721978）可知公差數值為1.5mm。又按基本尺寸的上下偏差可根據塑件的特點近長入體原則來分配，從板凳的特點可知有高度尺寸、外壁尺寸、內壁尺寸等，現把這些尺寸看做中心距尺寸，在其基本尺寸后取上1.5mm的一半再冠以（+）號。3.塑件壁厚分析設計(a)、塑件壁厚應合理。壁厚過小，

27、一方面難以滿足安裝、運輸、使用所要求的強度和剛度，以及難以承受塑件脫模推力。另一方面塑料熔體充型時流動阻力大，會出現缺料現象。壁太厚，塑件內部會產生氣泡，外部易產生凹陷，同時原料浪費。對熱固性塑料成型，增加了模壓成型時間，并易造成固化不完全；對熱塑性塑料成型，則增加了冷卻時間，降低生產率，PE屬于熱塑性塑料，要設法調整參數提高生產率。塑件壁厚一般為14mm，對于本塑料板凳的設計，因其要承受一定的壓載荷并且尺寸200*200*150為長寬高之積，在此因本設計結構相對簡單（如少了一些加強筋），所以壁厚選擇較大值3mm。4、塑件壁的設計包括壁的脫模斜度、壁的連接過渡和壁的加強等結構設計。（a）、塑件

28、的壁厚設計與校核3 如圖1.3，此剖面面積1195.67根據材料力學靜應力校核公式： 1.3 危險截面投影面積 式中: F 塑料板凳一般情況下所愛的靜載荷，800 N； 危險截面的面積、上圖所示部分，0.00119567 ，圖3示； HDPE 材料的許用拉壓應力，25.3Mpa 。把數據代入上述公式得： =0.669 Mpa Mpa從上式計算中可以看出側壁的截面載荷，理論上遠遠小于材料的許用應力，所以此設計壁厚是安全的。（b）壁的脫模斜度由于塑件冷卻后產生收縮，會緊緊包在凸模或成型型芯上；或者由于粘附作用，塑件緊貼在凹模型腔內。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷、擦毛等，在設計時塑件表面沿

29、脫模方向應具有合理的脫模斜度，如1.4圖示：1.4 拔模示意圖本設計塑件的脫模斜度2.5度，如圖1.51.5 本設計的拔模斜度塑件脫模斜度的大小，與塑料的性質、收縮率、摩擦因素、塑件壁厚和幾何形狀有關。脫模斜度設計的原則如下：硬質塑料比軟質塑料脫模斜度要大一些；形狀復雜或成型孔較多的塑件取較大的脫模斜度；塑件高度較大、也較深，則取較小的脫模斜度；壁厚增加、內孔包緊型芯的力大，脫模斜度也應取大些。有時，為了在開模時讓塑件留在凹模內或型芯上，可通過調整脫模斜度來實現。本塑料板凳的設計屬于一般性的日用品，在其精度、尺寸、公差等方面要示較低，但在外觀形狀方面要求比較高，因此板凳表面要有較高的光潔度。由

30、于對尺寸要求的不是太嚴格，為了便于脫模，所以將脫模斜度取大點，取2.5度。(c)壁的圓角塑件上，除了使用要求采用尖角之外，其余壁的轉角、壁厚過渡處，均應盡可能采用圓角過渡，以減少應力集中，否則會在受力、沖擊、振動時發生破裂，甚至在脫模過程由于成型內應力就會出現開裂，特別是塑件的內角處，都應設置合理的圓角。這樣不公避免應力集中，提高了強度，而且塑件美觀，也有利于塑料充型時的流動。此外，有了圓角，模具在淬火或使用時不致因應力集中而開裂。但是，當采用圓角會使凹模型腔加工復雜化，使鉗工勞動量增大或使用多軸聯動機床加工，這樣相應增加了制造成本。一般情況下R/t至少大于0.25，R為內圓角半徑，t為壁厚。

31、(d)、壁的加強為了增強薄壁塑件的強度、剛度，避免其變形，一般情況下采用加強筋。加強筋的主要作用是在不增加壁厚的情況下，增加塑件的強度和剛度，避免塑件變形、翹曲。有利于塑件的結構、尺寸穩定，此外，合理布置加強筋還可以改善充型狀況，減少塑件內應力，避免氣孔、縮孔、和凹陷等缺陷。加強筋的厚度和塑件壁厚相差不應太大，對于本塑料板凳的設計壁厚為3 mm則取筋板厚度為3mm。若塑件壁厚為t，則加強筋L=（1-3）t，肋寬A=（1/4）t，筋的方向盡可能與料流一致，布局應合理，以減小變形和開裂。圖1.6為本設計的加強筋設計。1.6 加強筋1.2.3 塑件表面質量分析塑料制件的表面質量包括表面粗糙度和表觀質

32、量。（a） 塑件表面粗糙度塑料原材料的質量、工人操作技術水平以及形腔的表面粗糙度等因素，均對塑件的表面粗糙度有影響，其中形腔表壁的表面粗糙度影響最大。通常，塑件要求的表面粗糙度值越小，形腔表壁越光滑，加工模具時研磨拋光工作要求也越高，模具制造的難度也越大。因此，塑件的表面粗糙度要視具體情況而定，除了考慮使用要求外，還要考慮美觀情況，本塑件塑料板凳主是日用品，所以外觀是要考慮的第一要素。目前，注射件的表面粗糙度通常為Ra0.025umRa1.25um，形腔表壁的表面粗糙度數值應為塑件的1/2，即Ra0.01umRa0.63um。模具在使用過程中，由于形腔磨損而使表面粗糙度不斷加大，所以應隨時給予

33、拋光復原。（b） 塑件表觀質量塑件的表觀質量是指塑件成型后的表面缺陷狀態，如常見的缺料、溢料、飛邊、凹陷、氣孔、熔接痕、銀紋、翹曲與收縮、尺寸不穩定等。它們是由于塑件成型工藝條件、塑件成型原材料的選擇、模具總體設計等多種因素造成的，但與塑件的設計是否合理也是有一定關系的。1.3 塑料板凳的ansys受力分析1.3.1 材料參數查詢板凳主要用來承受垂直方向的載荷的，例如一個人坐在上面，首先人的重力作用在板凳的頂面部，然后再由板凳的頂面傳遞給板凳的四條腿，板凳的四條腿與地面接觸，結果把載荷傳遞給地面。當然在這個過程中地面對板凳的四個腿有支承反力的作用，這樣塑料板凳就牌受壓狀態。當然板凳上的載荷不一

34、定是靜載荷，比如人坐在上面有時候要不停地動，那么板凳就可能受一定要彎矩作用，這樣，板凳就受到垂直向下的力和方向不定的彎矩，這兩個方面的載荷作用是很復雜的。為了簡化計算和分析，本設計分析只考慮其承受垂直向下的靜載荷作用力。塑料板凳的三維簡易模型如圖1.7示：塑料板凳的應用條件：塑料板凳的受力是比較復雜的，為了分析簡化，現假設塑料板凳的上表面受有800N的集中力，上表面的面積為0.0335718，與地板接觸的表面有垂直方向的移動約，在anasys中亦就是y軸方向的約束。塑料板凳簡易模型的整個壁厚均勻，都是3mm。塑料板凳的材料為HDPE，拉伸強度為27mpa。其屬性為：楊氏模量E= 9.2e8 ，

35、泊松比為0.47 。單元類型選擇本面體網格10節點的 TET 10node 92 。1.7 ANSYS受力分析的幾何模型1.3.2 用ansys進行結構靜力分析的過程有限元方法的最廣泛應用就是結構分析，在這里的結構不公包含象橋梁、建筑物等建筑工程結構，而且也包括象活塞、機械零件和工具等機械零部件一樣的船、航空和機械結構，由上述概述可知，塑料板凳也是一種結構零件，只不過材料不同而已。因此可以用ANSYS進行結構靜力分析。ANSYS靜力分析過程大致可以分為前處理、建模；加載并求解；后處理、檢查結果等這三個大步驟。1.首先建立模型在建立模型之前，先要定義工作文件名，指定分析標題，然后進入到“PREP

36、7”處理器，即進入到主菜單中的“Preprocessor”菜單來建立有限元分析模型，其內容主要包括定義單元、單元實常數、材料屬性和幾何模型等。上述內容是能用性的，在進行其它類型的分析時也是要必須做的工作，完成上述內容的設置后，對幾何模型劃分網格，生成一個有限元模型。2.施加載荷并求解在這一步，用戶能夠定義分析類型、分析選項設置、施加載荷、指定載荷步選項和開始有限元分析求解。對于結構靜力分析，ANSYS提供的分析類型和分析選項有很多種每一種都對應著各自的分析類型。對于載荷的施加，用戶能夠將載荷施加在幾何模型（如關鍵點、線、面或體）或有限元模型（如節點、單元）上，若施加到幾何模型上，由ANSYS在

37、求解分析時，也會將載荷轉換到有限元模型上。所謂幾何模型就是沒有進行風格化分時的模型。用于結構靜力分析的載荷有說服力：位移、力和力矩、面載荷如壓力、體載荷如溫度和流通量以及慣性載荷如重力、放置角速度等。在分析過程中，能夠施加載荷，也能夠對載荷進行刪除、運算和列表等操作。指定載荷步選項主要包括普通選項和非線性選項，具體情況視分析類型而論。3.進入后處理，檢查分析結果靜力分析的結果將寫入結構分析結果文件”Jobname.RST”中，這些數據主要包括兩大部分：(a)、基本數據：節點位移(UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ)。(b)、導出數據：節點和單元應力、節點和單元應變、單元力、節點反作

38、力等。在結構分析完之后，用戶能夠進入通用后處理（General Postprocessor POST1）和時間歷程后處理器（time-history POST26）中瀏覽分析結果。其中POST1用于檢查整個模型的指定子步上的結果，POST26則用于非線性靜力分析中跟蹤指定的結果與施加載荷歷程的關系。但要注意兩點：(a)、在POST1或POST26中瀏覽結果時，數據庫必須包含求解前使用的模型。、結果文件“jobname.RST”必須是可以利用的。在后處理中，用戶能夠采用下列方式來瀏覽結果：結構變形顯示、集中力的處理、用于梁和管線的單元結果處理、誤差估計、彩色云圖顯示、圖形顯示、等值線顯示、矢量圖

39、顯示、列表顯示以及按路徑顯示結果等。本設計采用云圖顯示。1.3.3 塑料板凳的ANSYS具體分析步驟對于本例分析，模型已經由PROE造型完，然后直接由ansys中的import選項直接導入即可。當然這必須先在PROE中要用IGES的格式把三維零件進行保存副本。進行網格化分，創建有限元模型。打開meshtool選擇smart size ，精度選擇四級，如圖1.8示：1.8 網化精度1.9 參數設置單擊“global”上的”set”，出現一個如圖1.9所示的對話框，在對話框上輸入：“size=20”，單擊”OK“，又單擊工具條上的”mesh”,出現一個拾框，單“pick all”，采用自由網格劃分

40、的結果如圖1.10示。1.10 板凳造型的有限元模型接下來輸入材料屬性。在material models 命令中打開“material model available”下面的對話框中，打開strructural-linear-elastic-isotropic 命令出現圖1.11示，在方框中填入圖示中的數據。單擊OK，完成材料屬性的設置。施加約束。因為在板凳頂面上作用著垂直向下的力，因此在與地板接觸的表面上施加垂直方向的約束，即UY方向的約束，其余的方位不需要施加約束。施加載荷。在有限元模型上面施加面載荷，如圖1.12示。有限元模型已經建立，約束、載荷已經設置完成。下面就是求解分析的過程。選擇

41、PCG求解器，查看Stress分析結果，如圖1.13示。1.11 材料特性設置1.12 頂面加載1.13 求解云圖結果由圖示可心清楚地看到應力的分布情況，主要是在棱角和截面有突變的地方應力大，在過度比較平緩或表面比較光滑的地方應力較小。最大應力出現在上部的圓孔處，此地方開孔也是為了降低應力。整個區域的應力分布由不同的顏色表示，紅色表面應力最大，深藍色表面應力最小。由圖可知整個區域的紅色區域很小，只有中間圓孔的上面棱邊處，此處應力最大為33.7mpa。緊接著由圓孔向外擴展的一小部分區載，下圖1.14可示：圖1.13可示紅色區域向外一點的棕色區域為應力第二大區域，所占面積也比較小此處應力值為29.

42、5mpa。由棕色區域再向外擴展是深黃和淡黃區域，此處的應力值也比較高分別為25.3mpa 和21.3mpa。還有四面處的棱邊處其應力色彩也有顯示黃色的，但區域很小。其它區域色彩顯示都沒有紅色和棕色，應力值比較低。1.14 圓孔應力分布圖1.3.4 分析結論 整個材料的拉伸強度為27mpa，但有的資料上顯示為30mpa，由于在整個簡易模型上進行的受力分析顯示，其上應力造過30mpa的區域很少，所以HDPE高密度聚乙烯基本滿足其強度條件，可以采用。2 注塑模具成型零件設計模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型芯、型環和鑲件等。成型零部

43、件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具設計的重要部分。成型零部件的設計內容和過程如下：(a)、首先，確定型腔總體結構，根據塑件的結構形狀與性能要求，確定成型時塑件的位置，從何處分型，一次成型幾個塑件，進澆口和排氣位置、脫模方式等。(b)、確定成型零部件的結構類型。從結構工藝性的角度確定型腔各零部件之間的組合方式和各組成零件的具體結構。(c)、計算成型零件的工作尺寸。(d)、進行關鍵成型零件強度與剛度校核2.1 成型零件工作尺寸的設計計算2.1.1 尺寸的影響因素及平均收縮率 一般來說，在原材料、成型設備及成型工藝條件等其他

44、因素一定的情況下，塑件的尺寸主要是由模具的型腔和型芯尺寸決定的。因此，成型零部件工作尺寸的計算直接關系到塑件的尺寸和精度是否符合圖紙要求。塑件在成型過程中產生的最大尺寸誤差應等于下列各種誤差:模具成型零部件制造誤差；模具成型零部件在使用過程中的最大磨損量；塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差；模具成型零部件因配合間隙變化而引起塑件尺寸的誤差；成型零部件安裝誤差引起的塑件尺寸誤差。即： =+ (2-1) 式中： =（-） (2-2)式中： 塑件的最大收縮率； 塑件的最小收縮率； 塑件的基本尺寸。 式(2-1)中累計誤差應不超過塑件規定的公差值，即 （2-3） 將式(2-1)和 式(2-2)代入式（

45、2-3），則有（-）+ 一般情況下用平均收縮率S來計算成型零部件尺寸的基本公式為=+S或者 S= (-)/=/(1+S)式中： 模具成型零部件在常溫下的實際尺寸。 塑件在常溫下的實際尺寸。 S塑料的平均收縮率。平均收縮率S按下式計算S=（-）100 一般情況下，可取模具制造誤差=（1/3-1/4）2.2.2 型腔和型芯工作尺寸的計算模具型腔和型芯工作尺寸的計算結果，主要是依據塑件的尺寸及其公差、塑料的平均收縮率和模具制造誤差等數據通過公式計算而得出。塑件上的內孔，是由模具上的型芯所成型。塑件的外形，是由模具上的凹模所成型。塑件上內孔的深度，是由模具上型芯的高度所成型。塑件外形的高度，是由模具上

46、凹模的深度所成型。一般來說，當其他條件一定時，塑件內孔的內徑和深度，是由模具型芯的外徑和高度所決定；塑件外形的外徑和高度，是由模具型腔的內徑和深度所決定。因此，要保證塑件的尺寸與精度，就必須正確計算或給出模具成型零部件的尺寸及精度。正確判斷塑件每一個類型及其相應成型零件尺寸的類型是關鍵。為了方便理論計算和實際裝配，減少失誤，易于糾錯，對塑件和模具的尺寸標注形式做如下約定（或稱為入體原則）：（1）、塑件的內腔（相當于孔類）尺寸為（可以記錄為），對應于模具上的成型零件凸模（相當于軸類）的尺寸為（可以記錄為： ）；（2）、塑件的外形（相當于軸類）的尺寸為（可以記錄為：），對應于模具上的成型零件凹模（

47、相當于孔類）的尺寸為（可以記錄為：）；（3）、塑件的內腔深度（相當于孔類） 的尺寸為 （可以記錄為：） ，對應于模具上的成型零件凸模高度（相當于軸類）的尺寸為 （可以記錄為：） ；（4）、塑件的外形高度（相當于軸類）的尺寸為（可以記錄為：），對應于模具上的成型零件凹模深度（相當于孔類）的尺寸為（可以記錄為：）；（5）、塑件 上中心距尺寸為，對應于模具上的成型零件中心距尺寸為。中心距尺寸屬于定位尺寸。2.1 塑件的半剖圖總之，無論是塑件還是模具，其尺寸及公差標注按照外形公差為負值、內形公差為正值、中心距為雙向公差的原則標注，模具尺寸標注見圖紙。幾點說明：下標s代表塑件，下標m代表模具，以此來區別

48、后面的尺寸是塑件的還是模具的尺寸。比如尺寸指的是塑件尺寸，而尺寸指的是模具尺寸。準確、快速、無誤地區分塑件尺寸和模具尺寸，是塑件模具設計的重要問題。2.2 型腔的壁厚設計壓縮盛成型模 其又稱壓縮模，按模具與壓機的聯接方式分：（a）.移動式壓縮模上下模均不與壓機固定聯接；開模時將模具移出壓機工作空間，用卸模架進行開模和推出塑件，這種模具結構簡單，但勞動強度大，生產效率低，適用于塑件尺寸不大批量不大的場合。（b）.固定式壓縮模 上、下模分別與壓機的滑塊和工作臺固定聯接，上下模分別與壓機的滑塊和工作臺固定聯接，開模及推出塑件均由壓機完成，勞動強度低，生產效率高，但模具結構較移動式壓縮模復雜，適用于批

49、量生產，塑件尺寸較大場合。2.2.1 模具型腔側壁和底板厚度的計算型腔壁厚的強度計算的目的是保證型腔在各種受力條件下的應力值不得超過模具材料的許用應力。2.2 型腔圖上圖2.2為模具型腔的尺寸圖型腔壁厚的鋼度計算是要滿足三個要求：注射成型過程中不發生溢料；保證塑件尺寸精度要求；保證塑件順利脫模。當高壓熔體注入型腔時，型腔的某些配合面產生間隙，間隙過大則出現溢料。因此，根據塑料的粘度特性，在不產生溢料的前提下，將允許的最大間隙值作為型腔壁厚剛度計算條件。比如，對于低粘度的塑料（PE）等0.025-0.04；某些塑件尺寸要求較高的精度，這就是說，要達此目的，模具型腔的剛度必須很好。此時型腔的允許變

50、形量由塑件尺寸L和公差值來確定=/式中： 與塑件精度等級相對來說應的塑件尺寸公差值有關， ； 塑件尺寸系數，當L200-500時，K=10 ；在本設計中從整體看來模具型腔口的長度是等長的223.1mm，因為PE材料尺寸變形度大，精度不容易控制，所以選擇一般精度6級精度。其尺寸公差為1.6mm，把數據代入上式得：=1.6/=0.0615許用剛度值，即型腔的最大允許變形但不能超過此值。為保證塑件順利脫模的條件是型腔允許的彈性變形量小于塑件壁厚的收縮值，即： 式中： 保證塑件順利脫模的型腔允許彈性變形量， 0.0615mm; 塑件厚度，3mm ； S 塑料的收縮率。把數據代入上式，上式不等式成立。2

51、.2.2 矩形型腔結構尺寸計算矩形型腔是指截面呈矩形結構的成型型腔，可分為組合式和整體式兩類。整體式可以得到良好的表面外觀質量，不會產生飛邊流延等缺陷，所以本設計采用整體式型腔。整體式矩形型腔底面由于不存在間隙，不會出現溢料，因此其壁厚計算主要是保證塑件精度和順利脫模。2.3 整體型腔示意圖(a)、 整體式矩形型腔側壁厚的計算整體式矩形型腔任一側壁均可看做是三邊固定、一邊自由的矩形板，因此最大變形發生在該自由邊的中心，則有式中： c 由/ = 0.67決定的系數， 取 0.138 ； 側壁的彈性變形量； P 型腔內熔體的壓力，15 mpa ； 承受熔體壓力的側壁度度，150 mm； 型腔側壁長

52、邊長，223.1mm； 許用變形量的，0.0615 mm ； E 模具材料的彈性模量的，45 號鋼 2.1Mpa ; S 矩形型腔側最小側壁厚度，62.9 mm；把上述數據代入上式 得： = =0.02 mm 0.0615 mm ；側壁最大應力可用下式計算： / 0.41 時=式中： 型腔側壁的最大彎曲應力； 彎截面系數，0.172 ； 矩形成形型腔的邊長比， = b/ =1 。把上述數據代入上式： = =91.3 Mpa 235 Mpa 所以符合強度校核條件。(b)、整體式矩形型腔底板厚度的計算整體式矩形型腔底板的后面沒有支承板，直接支撐在模腳上，中間是懸空的，由于熔體的高壓，底板中心產生最

53、大變形量，按剛度，則有式中： h 型腔底板厚度； 由型腔邊長比/b 決定的系數 ，b、為塑件型腔的最大邊長223.1mm，取0.0138 。、 把數據代入式： =mm (c)、矩形型腔動模支承板厚度的計算矩形型腔動模支承板（或稱為型芯支承板）在成型壓力作用下發生變形時，導致塑件高度方向超差，分形面發生溢料。對于整體式型腔，只要它的底板厚度已校核了，則動模墊板厚度的選擇就不是很嚴格。2.3 分型面的設計模具上用于取出塑件 和澆注系統凝料的可分離的接觸表面通稱為分型面。2.3.1 分型面的選擇原則選擇分型面總的原則是保證塑件質量，且便于制品脫模和簡化模具結構，下面說明分型面選擇應考慮的基本原則：(

54、a) 分型面選擇應便于塑件脫模和簡化模具結構，選擇分型面應盡可能使塑件開模時留在動模。這樣便于利用注射機鎖模機構中的頂出裝置帶動塑件脫模機構工作。若塑件留在定模，將增加脫模機構的復雜程度。由于凸模固定在定模，開模后塑件收縮包緊凸模使塑件留于定模，增加了脫模難度，使模具結構復雜。然而當塑件帶有金屬嵌件時，因嵌件不會因收縮而包緊型芯，型腔若仍設于定模，將使模件留于定模，使脫模困難，故應將型腔設在動模。在另外的情況，如內形帶有較多的孔或復雜的孔時，塑件成型收縮將包緊在型芯上，型腔設于動模不如設于定模脫模方便，后者公需采用簡單的推板脫模機構便可使塑件脫模。對一聲不吭這有側凹或側孔的塑件，選擇分型面應盡可能將側型芯置于動模部分，以避免在定模內抽芯，同時應使側抽芯的抽拔距離盡量短。 (b) 分型面應盡可能選擇在不影響外觀的部位，并使其產生的溢料邊易于消除或修整 由于分型面處不可避免地要在塑件上留下溢料痕跡或拼合縫痕跡，因此分型面最好不要設在塑件光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉角處。此外分型面還影響塑件飛邊的位置，設計時應根據塑件使用要求和塑件性能合理選擇分型面。(c) 分型