TBQ-51滾輪注塑模具設計含NX三維及15張CAD圖

TBQ-51滾輪注塑模具設計含NX三維及15張CAD圖,tbq,51,滾輪,注塑,模具設計,nx,三維,15,cad 摘要 本文主要介紹TBQ-51滾輪塑料模具設計。設計中采用UG進行分模和型芯、型腔設計。查閱相關(guān)資料，根據(jù)我國最新工程（模具）標準以及歐美國家設計標準進行模架的選擇和設計。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)重新設計相關(guān)板的結(jié)構(gòu)和增設相關(guān)零件。工件的材料為POM+30%GF。設計完畢，使用UG進行三維模具實體裝配。選用XS-ZY-125注塑機并校核相關(guān)設計數(shù)據(jù)。使用AUTOCAD軟件完成模具的2D總裝圖和若干零件圖的繪制。編制塑料成型加工工藝參數(shù)。設計過程中研究分析模具的經(jīng)濟性和合理性。模具設計主要內(nèi)容包括：一模四腔，型芯采用小型芯結(jié)構(gòu)設計，推出方式采用推桿推出，進料方式采用點澆口進料等。 關(guān)鍵詞：注塑模具；POM+30%GF；TBQ-51滾輪； Abstract This paper mainly introduces TBQ-51 roller plastic mold design. UG is used in the design to separate die and core, cavity design. Refer to relevant information, according to the latest engineering (mold) standards in China and the European and American national design standards for the selection and design of mold frames. Re-design the structure of the related plate according to the plastic part structure and add the related parts. POM 30%GF. material of workpiece design finished, use UG for 3d mold solid assembly. Choose XS-ZY-125 injection molding machine and check relevant design data. use AUTOCAD software to complete the drawing of 2 D assembly drawings and several parts drawings of the mold. Compilation Process parameters of plastic molding. The economy and rationality of the die are studied and analyzed during the design process. The main contents of die design include: four cavities, the core is designed with small core structure, the push rod is used to push out, and the feed way is point gate feed, etc. Keywords: TBQ-51 roller; POM + 30% GF; injection mold; 目錄 摘要 1 Abstract 1 第一章 緒論 1 1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài) 1 1.2、本課題的選題依據(jù)和意義 2 第二章 塑件成型工藝性分析 4 2.1 TBQ-51滾輪的三維圖 4 2.2 塑件的工藝性分析 4 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 4 2.2.2 工藝分析 4 2.2.3 成型分析 4 2.3 POM+30%GF的材料特性及成型工藝 5 2.3.1POM+30%GF的材料特性 5 2.3.2 POM+30%GF的成型性能 6 2.3.3 POM+30%GF的性能及成型參數(shù) 7 第三章 利用UG初始模具設計 10 3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B 10 3.2 模具設計過程 10 第四章 注塑機的確定 11 4.1 注射機型號的選擇 11 4.2 型腔數(shù)量的確定 11 4.3最大注射量的校核 13 4.4 鎖模力的校核 13 4.5 注射壓力的校核 14 4.6 模具與注射機安裝部份的校核 14 4.7開模行程校核 14 第五章 模具結(jié)構(gòu)的設計 16 5.1排位及分型面的設計 16 5.1.1 塑件在模具中的位置 16 5.1.2 分型面的設計 16 5.2 成型零部件的設計及尺寸的計算 17 5.2.1 凹模和凸模的結(jié)構(gòu)設計 17 5.2.2 成型零部件的尺寸計算 18 5.3 標準模架的選擇 23 5.4 澆注系統(tǒng)的設計 23 5.4.1 主流道的設計 23 5.4.2 分流道的設計 24 5.4.3 澆口的設計 24 5.4.4 冷料穴的設計 25 5.5 推出和復位機構(gòu)的設計 25 5.5.1 推出機構(gòu) 25 5.6 冷卻系統(tǒng)的設計 26 5.7 排氣系統(tǒng)的設計 26 第六章 模具經(jīng)濟性分析 28 第七章 結(jié)論 30 參考文獻 31 第一章 緒論 1.1、本課題國內(nèi)外研究動態(tài) 目前，我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯［1］。 模具技術(shù)集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡等諸多學科，是一個綜合性多學科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展［3］。我國模具行業(yè)今后仍需提高的共性技術(shù)有［4］： 隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。雖然模具種類繁多，但其發(fā)展重點應該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國內(nèi)尚不能自給，需大量進口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復雜、長壽命模具。模具標準件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響［6］。因此，一些重要的模具標準件也必須重點發(fā)展，而且其發(fā)展速度應快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國模具標準化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，降低成本。由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價格優(yōu)勢，因此對于出口前景好的模具產(chǎn)品也應作為重點來發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點發(fā)展產(chǎn)品，而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎，屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品［7］。 1.2、本課題的選題依據(jù)和意義 塑料工業(yè)是發(fā)展歷史短但發(fā)展速度驚人的新興工業(yè)之一?，F(xiàn)今，塑料已成為四大工業(yè)基礎材料（鋼鐵、木村、水泥和塑料）之一，21世紀跨入塑料工業(yè)迅猛發(fā)展的時代。由于塑料具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制件可加工成任意形狀，而且具有生產(chǎn)率高、價格低廉等特點，所以應用日趨廣泛，年增長居四大工業(yè)材料之首，已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門［6］。 模具工業(yè)在我國國民經(jīng)濟的重要性表現(xiàn)在國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機械、電子、汽車、石油化工和建筑，都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應，以滿足五大支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，以汽車、摩托車行業(yè)模具市場為例，在工業(yè)發(fā)達國家，汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場其占整個模具市場的一半左右，汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到明確目的。通過對模具行業(yè)的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢的的研究，從以下幾個方面進行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離［8］。 （1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具； （2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。 （3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。 選題意義 （1）通過本次畢業(yè)設計，使我能夠真正的鞏固所學的專業(yè)知識。 （2）在這次畢業(yè)設計中，使我運用到許多繪圖和分析軟件，培養(yǎng)我在此基礎上掌握運用專業(yè)軟件解決實際問題的能力。 （3）通過本課題的研究，培養(yǎng)我綜合運用所學基礎理論知識、基本技能和專業(yè)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際以及自我分析和解決問題的能力。 2 第二章 塑件成型工藝性分析 2.1 TBQ-51滾輪的三維圖 該零件為TBQ-51滾輪，原材料為POM+30%GF，批量較大。該制件在使用過程中起支撐作用，要求有較高的致密度，如圖2.1。 圖2.1 TBQ-51滾輪 2.2 塑件的工藝性分析 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 塑件上下端面平行對稱。上部下部開有十個通孔。上端面壁厚不均且伴有小凹槽以及通孔。整體呈柱狀且質(zhì)量分布均勻。作為支撐部件，要求一定的強度。 2.2.2 工藝分析 型芯上的孔洞不宜直接加工，宜采取鑲塊安裝，以便于經(jīng)濟和后期處理。內(nèi)部的凹槽壁薄同樣不宜直接加工，應以鑲塊直接安裝于型芯，形成凹槽。塑件上端面上的凹槽深度過小，不宜布置于型芯，應直接由其他零件形成。因為塑件批量大，若一模一腔，需要的注塑機數(shù)量過多，資源浪費，若一模多腔，則模具過大，裝運及安裝費時費力和注塑機選擇性少。綜合考慮，宜采用一模四腔。 2.2.3 成型分析 考慮到塑件上下端部壁厚，中間壁薄，若采用測澆口，熔料由下至上流動則可能造成塑件整體致密度不夠，達不到塑件本身結(jié)構(gòu)上的支撐作用；采用點澆口，熔料由上而下流動則可因重力作用，對致密度的影響較小。同時考慮工作效率和經(jīng)濟效益，多個點澆口會造成資源浪費。綜合多個因素，宜采取一個點澆口布置在頂端進澆，這樣進澆平衡，熔料成型平穩(wěn)，塑件各處強度較好。因為塑件起到支撐作用，因而對其表面粗糙度、尺寸精度有著一定的要求。在成型過程及推出環(huán)節(jié)，都應注意對表面質(zhì)量的保護、控制。另外，模具中鑲塊較多、塑件壁厚不均且有細小部件，宜在成型過程中控制溫度、時間、壓力等因素，選取最佳參數(shù)進行生產(chǎn)，以減小對模具的破壞，減少修模的周期和次數(shù)。 2.3 POM+30%GF的材料特性及成型工藝 2.3.1POM+30%GF的材料特性 POM+30%GF聚甲醛熱塑性結(jié)晶聚合物。被譽為“超鋼”或者“賽鋼”，又稱聚氧亞甲基。英文縮寫為POM。通常甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受熱解聚?？捎米饔袡C化工、合成樹脂的原料，也用作藥物熏蒸劑。因此POM+30%GF幾乎具有三者所有的性質(zhì)，且三者相互作用、相互制約,使POM+30%GF具有許多材料無法比擬的綜合性能。其中，丙烯腈極性強，內(nèi)聚力大，使聚合物強度高、耐腐蝕性好。丁二烯能顯著改善材料的耐磨性、耐水性、耐油性等。苯乙烯可以使POM+30%GF呈現(xiàn)出熱塑性塑料的加工特性，同時它也可以使POM+30%GF擁有良好的染色性能。一般三者在POM+30%GF中比例依次為25%～35%、25%～30%、40%～50%。比列的不同使用，會造成不同的結(jié)果。比如丁二烯比列過高，就會造成POM+30%GF材料變得硬度小、外觀光澤度變差、熔融流動性不佳。因此，一般選擇適合比例的POM+30%GF材料進行注塑。 POM+30%GF性質(zhì)上為無毒、無味，外觀有的是顆粒，有的為粉狀，顏色多呈象牙色、半透明或透明。其密度略大于水，密度為1.42 g/cm3，投入水中，緩慢下沉，并不溶于水，但其吸濕性和濕敏性都較大，容易潮濕，因此儲存時，應保持環(huán)境干燥。POM+30%GF耐熱性偏差，不能對其用過高溫度長時間干燥，當溫度超過175℃，則會造成其熱分解，造成材料浪費和破壞。POM+30%GF在三種單體結(jié)合的綜合作用下，擁有良好的力學性質(zhì)，一方面它的抗沖擊性比較優(yōu)良，其雖不能承受高溫，但其可以承受低溫，最低一般可達到零下40℃，這也是其被廣泛使用的原因之一。其抗沖擊性雖好，但其熔體對剪切速率比較敏感，速率過高可造成其粘度過低，因而其多用中等載荷和低轉(zhuǎn)速下的軸承下的送料方式。POM+30%GF可以廣泛使用也離不開其良好的絕緣性，作為常用的絕緣材料，其幾乎不會受外界的影響，包括溫度、壓力、濕度等因素，始終保持自身性質(zhì)。但其也有一些無法避免的缺陷，如其一般不溶于水、酸，卻溶于酮、氯代烴，從而產(chǎn)生開裂等現(xiàn)象。另外，POM+30%GF不能承受曝曬，這主要是其在紫外線的作用下易分解，所以用在戶外的POM+30%GF產(chǎn)品往往半年就得更換。 總的來說，POM+30%GF綜合使用性能優(yōu)良。因此POM+30%GF塑料在機器、家電、汽車、紡織、船舶等制造及生產(chǎn)等領域中獲得了大量的應用。此外，POM+30%GF也常用來制作文教用具、體育用品、玩具、電子琴及食品包裝容器、農(nóng)藥噴霧器及家具等日常生活用品、物品。 2.3.2 POM+30%GF的成型性能 POM+30%GF吸濕性大，比較容易受潮濕環(huán)境影響，所以一般使用前必須充分進行充分干燥。通常情況下，成型前，對原材料用80～90℃的溫度進行長達2小時的干燥處理，使其含水量降到0.1%左右的最佳成型條件，再進行倒料、熔料，否則最終的成型產(chǎn)品容易出現(xiàn)氣泡、銀絲等致命瑕疵。如果對塑件的尺寸精度、表面粗糙度有較高的要求，應先對模具進行預熱，待模具溫度達到一定的溫度（50℃～80℃），再進行注射成型工藝。一般情況下，熔融的POM+30%GF粒料冷卻成型的時間較短，若是采用冷澆道的注塑模具，其澆注系統(tǒng)流道應該首先考慮短且較粗的尺寸，最好可以設置冷料穴，澆口也應該考慮尺寸較大的，一般常采用扇形澆口或者直接澆口等。另外，根據(jù)經(jīng)驗，POM+30%GF進行成型工藝前，應對模具加熱且控制好溫度。前面提到過，POM+30%GF的耐熱性不夠強，所以模溫對成型塑件的質(zhì)量有比較大的影響。若預熱的模具溫度過高，一方面可能造成產(chǎn)品開模后冷卻時間長，成型周期長，影響效益。另一方面，造成成型過程中，產(chǎn)品熔融開裂，必要時需要采取退火處理的手段。相反的，若模溫過低，成型后的產(chǎn)品的致密度不夠大，其抗壓、抗彎、抗張強度低。前文提到過POM+30%GF對剪切速率比較敏感，冷卻速度較快，所以其注塑成型時，噴嘴多采用直通式，注射機采用螺桿式且注塑速度一般多用中低速。 2.3.3 POM+30%GF的性能及成型參數(shù) POM+30%GF的主要性能參數(shù)如表2.1。 表2.1 POM+30%GF的主要性能參數(shù) POM+30%GF的主要性能 性能參數(shù) 拉伸彈性模量/GPa 2 拉伸強度/MPa 38 摩擦率 0.45 屈服強度/MPa 50 熱變形溫度/℃ 90~108 彎曲彈性模量/GPa 1.4 熱導率/（W·m-1·K-1） 0.263 體積電阻率/（Ω·m-3） 7×1014 斷裂伸長率（%） 35 密度/（g·cm-3） 1.42 熔點/℃ 130~160 彎曲強度/GPa 80 比熱容/（J·kg-1·K-1） 1470 計算收縮率（%） 0.4~0.7 POM+30%GF的主要成型工藝參數(shù)如表2.2。 表2.2 POM+30%GF的主要成型工藝參數(shù) 項目 塑料 POM+30%GF 高抗沖 POM+30%GF 耐熱 POM+30%GF 電鍍級 POM+30%GF 阻燃 POM+30%GF 透明 POM+30%GF 注射機類型 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速/（r·min-1) 30～60 30～60 30～60 20～60 20～50 30～60 噴嘴 形式 直通式 直通式 直通式 直通式 直通式 直通式 溫度/℃ 180～190 190～200 190～200 150～210 180～190 190～200 料筒溫度/℃ 前段 200～210 200～210 200～220 210～230 190～200 200～220 中段 210～230 210～230 220～240 230～250 200～220 220～240 后段 180～200 180～200 190～200 200～210 170～190 190～200 模具溫度/℃ 50～70 50～80 60～85 40～80 50～70 50～70 注射壓力/MPa 70～90 70～120 85～120 70～120 60～100 70～100 保壓壓力/MPa 50～70 50～70 50～80 50～70 30～60 50～60 注射時間/s 3～5 3～5 3～5 0～4 3～5 0～4 保壓時間/s 15～30 15～30 15～30 20～50 15～30 15～40 冷卻時間/s 15～30 15～30 15～30 15～30 10～30 10～30 成型周期/s 40～70 40～70 40～70 40～90 30～70 30～80 第3章 利用UG模具設計 3.1 UG的注塑模向?qū)Чδ芙榻B UG是一款功能齊備、性能強大的三維設計軟件，其中的注塑模向?qū)媚K是進行塑件的塑料模設計的優(yōu)良的、快捷的實用工具。大量的模具設計與研發(fā)基于該模塊功能進行優(yōu)化、調(diào)整。它也是很多公司模具工程師首選的模具設計工具。 UG注塑模向?qū)K支持經(jīng)典的塑料模具設計的全部工作，包括從讀取塑件模型的參數(shù)的初始化項目開始，到確定和調(diào)整塑件的開模方向、根據(jù)材料設定塑件的收縮率、設置模坯工件、塑件的分型面、定義塑件型芯與型腔，到模架選擇、加載標準件（如定位圈、澆口套、復位桿、頂桿等），再到設計頂塊、滑塊，最后到冷卻水路、流道設計等。隨著研發(fā)人員不斷的完善模塊功能，注塑模向?qū)У膽迷谒芰夏＞咴O計中愈發(fā)便捷、日益重要。 3.2 模具設計過程 （1）UG讀取塑件模型參數(shù)，進行初始化項目。 （2）定義模具坐標系，調(diào)整塑件開模方向。 （3）設置合適尺寸和形狀的模坯工件，以便于后期處理生成的模具型芯與型腔。 （4）根據(jù)塑件尺寸，合理設置模腔布局。 （5）進行模型表面的修補與分型，觀察型芯與型腔。 （6）加載并選擇合適模架(本文根據(jù)實際需要選擇三板模）。 （7）調(diào)出并根據(jù)相關(guān)尺寸選擇合適的標準件。 （8）模具澆注、冷卻系統(tǒng)、推出機構(gòu)的初步設計 （9）模具的腔體設計：包括求差出板中標準件、流道、水路或其他實體的腔體。 （10）導出模具設計中的每個模具板、零件。 （11）重新進行裝配并進行模具結(jié)構(gòu)的認識、研究。 第四章 注塑機的確定 4.1 注射機型號的選擇 前文提到POM+30%GF材料進行注射成型時，多用螺桿式注塑機，依據(jù)實際情況，綜合考慮，初選XS-ZY-125型號注射機。其主要的性能、技術(shù)參數(shù)如表4.1。 表4.1 XS-ZY-125注射機主要技術(shù)參數(shù) 項目 性能參數(shù) 噴嘴圓弧半徑/mm 4 塑化能力/kg·h-1 35 最大成型面積/cm2 320 最大開合模行程/mm 300 注射行程/mm 115 注射方式 螺桿式 模具最小厚度/mm 200 螺桿直徑/mm 42 注射壓力/MPa 120 模具最大厚度/mm 300 鎖模力/kN 900 額定注射量/cm3 12 噴嘴孔直徑/mm 125 拉桿空間/mm 260*290 4.2 型腔數(shù)量的確定 型腔數(shù)量的確定是模具進行模架選擇和整體結(jié)構(gòu)設計首先需要考慮的問題，而型腔數(shù)量的確定方式多種多樣。有先根據(jù)現(xiàn)有注塑機的情況下，選擇型腔數(shù)量；也有根據(jù)工程量，先確定型腔數(shù)量，再進行注塑機的選擇。這里，我們主要根據(jù)注塑機的規(guī)格來設計型腔數(shù)量。利用注塑機的參數(shù)來確定型腔數(shù)量也有多種方式，下面根據(jù)注射機的額定塑化速率初步確定模具型腔的數(shù)量n。即按如下公式確定數(shù)量： （4.1） 式中， n——型腔數(shù)量； m1——單個塑件的體積，單位g； m2——澆注系統(tǒng)凝料的塑料體積，單位g； K——注射機的最大注射量的有效系數(shù)，通常取0.8左右，依據(jù)設備老舊程度選值。 M——注射機的額定塑化量，單位g/h； T——成型周期，單位s。 通過UG分析，塑件質(zhì)量約為8.7g，如圖4.1所示。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，初步估計澆注系統(tǒng)凝料為7g左右。又根據(jù)表2.2、表4.1，初選成型周期為40s，額定塑化量為35000g/h。代入式4.1，發(fā)現(xiàn)注塑機型號偏大，但考慮到上一章節(jié)中所選模架的尺寸，注塑機型號不變。 因為該塑件需要較大批量的生產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)實情況，一模一腔是不符合經(jīng)濟技術(shù)要求的，考慮采取多模腔設計。但依據(jù)經(jīng)驗，隨著模腔數(shù)的增加，會影響成型塑件的表面質(zhì)量和尺寸的精度。前文提到過，該塑件起到支撐結(jié)構(gòu)作用，需要一定的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。同時查閱資料，由SJ1372-1978標準和塑料模具手冊知，塑料制品的尺寸精度等級總共分為8級，其中POM+30%GF塑件常選3～5級精度，3級為高精度，4、5級別為中低精度等級且本塑件選用5級精度即可達到使用要求。在有一定精度要求下，不考慮四腔及以上的型腔數(shù)量，否則成型精度達不到要求。若是三腔設計，模具體積過大，結(jié)構(gòu)復雜程度較大。綜合考慮，本次設計采用一模兩腔的設計方式。 4.3最大注射量的校核 型腔數(shù)確定后，需要對注塑機的其它一些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進行校核，其中就包括注塑機的最大注射量。最大注射量就是用來滿足一次成型過程中所需要的所有熔料體積或質(zhì)量，其中一般包括塑件用料和澆注系統(tǒng)的用料、注塑機本身設備相關(guān)用料等。即注塑機的最大注射量應滿足： （4.2） 式中 mn——注射機最大注射量（cm3）； m——單個塑件的體積（cm3）； mj——澆注系統(tǒng)凝料的體積（cm3）； n——型腔數(shù)量（取2）。 k——注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8。 經(jīng)UG分析，單個塑件體積約為8.3cm3，澆注系統(tǒng)凝料約為2.5cm3，通過計算，校核通過。 4.4 鎖模力的校核 鎖模力也是注塑機的關(guān)鍵參數(shù)之一，它主要用來保證注塑機可以給模具 提供足夠的壓力，確保模具不會在成型過程中脹開。因此，可以說鎖模力一定程度上也保證了塑件的表面質(zhì)量。通常鎖模力可采用下列公式進行校核： （4.3） 式中 ，F(xiàn)n——注射機額定鎖模力（KN）； n——型腔數(shù)量，取2； P——熔體對模腔平均壓力（MPa）,一般取注射壓力的80%； Az——塑件在分型面的投影面積（cm2）； Aj——澆注系統(tǒng)在分型面的投影面積（cm2）。 經(jīng)UG分析，塑件在分型面上的投影面積為15.6cm2，澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為9cm2，通過計算，校核通過。 4.5 注射壓力的校核 注射壓力的校核是注塑機規(guī)格的常用校核方式之一。注射壓力的校核方式比較簡單，主要依據(jù)所選用的材料、所成型塑件的形狀及結(jié)等方面進行考慮。查閱資料知，POM+30%GF注射成型時所需的型腔壓力約為30MPa，而所選注塑機的額定壓力為120MPa，遠遠大于所需的30MPa，所以校核通過。 4.6 模具與注射機安裝部份的校核 因為模具需要安裝到注塑機上，所以注塑機有關(guān)模具的安裝參數(shù)的校核是必須進行的。模具的閉合高度是注塑機安裝部分的主要校核參數(shù)之一，它主要按以下公式進行： （4.4） 式中 Hmin——注射機標注最小模厚（mm）； Hmax——注射機標注最大模厚（mm）； H——模具閉合高度（mm）。 經(jīng)設計后，模具閉合高度為276mm。從表4.1知，注塑機的可以安裝模具的最大模厚為300mm，最小模厚為165mm。滿足，所以校核通過。 4.7開模行程校核 注塑機的開模行程關(guān)乎塑件和澆注余料是否可以被頂出和取出，所以其參數(shù)的是必須進行校核的?？紤]到注射機采用聯(lián)合作用合模機構(gòu)，因此校核開模行程時可以忽略模具厚度的影響。這樣，注塑機的行程校核通常按以下公式進行： （4.5） 式中 S——最大開模行程（mm）； H1——頂出距離（脫模距離）（mm）； H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)塑件高度（mm）。 經(jīng)設計后，模具頂出距離為15mm，凝料高度為71mm，顯然，校核通過。 第五章 模具結(jié)構(gòu)的設計 5.1排位及分型面的設計 5.1.1 塑件在模具中的位置 由于該塑件起支撐結(jié)構(gòu)作用，要求具有一定的致密度和強度，物理與力學性能盡可能均衡穩(wěn)定，所以模具型腔在分型面上的排布形式采取平衡式布置形式，如圖5.1。 圖5.1 塑件在模具中的位置 1—動模；2—型芯；3—定模 平衡式排布形式，其主要優(yōu)勢是從主流道到各個型腔的澆口的分流道長度、截面形狀和大小均對應相同，這樣就可以促使熔料均勻地進入各個型腔并且同時充填完畢，從而使所成型的產(chǎn)品質(zhì)量分布均勻，內(nèi)在各處物理與力學性能一致。 5.1.2 分型面的設計 分型面形式的選擇是影響模具結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵性因素之一，它與模具的整體結(jié)構(gòu)選擇、流道的設計、塑件的推出方式、模具的加工工藝等有關(guān)。因此，分型面的選擇和設計是塑料模具設計中的一個重要內(nèi)容。 由于分型面受流道設計、塑件在模具中的位置、塑件技術(shù)與工藝性要求、塑件的推出方式、排氣系統(tǒng)設計等多方因素的影響，因此經(jīng)過綜合考慮，且結(jié)合分型面一般設計原則，即設置在塑件外形最大截面處、模具加工工藝性良好、保證塑件相關(guān)技術(shù)要求、脫膜方式可靠易行等，設計如圖5.2。 圖5.2 分型面選擇 5.2 成型零部件的設計及尺寸的計算 5.2.1 凹模和凸模的結(jié)構(gòu)設計 在凸模設計中，采用小型芯的結(jié)構(gòu)。這是因為一方面考慮到塑件的底部有一薄壁管狀結(jié)構(gòu)，在模具加工制造過程中難以直接加工成型。另一方面，塑件四周的柱狀通孔較深且有臺階，在澆注過程中，這樣的型芯部分容易受到熔料的沖擊破壞。在實際生產(chǎn)過程中，模具的頻繁更換和修模，會給企業(yè)帶來極大大不便。綜合因素考慮，將臺階通孔和管狀薄壁處做成小型芯嵌在凸模中，如圖5.4和圖5.5。 圖5.3型芯 圖5.4 小型腔嵌入凸模中 5.2.2 成型零部件的尺寸計算 塑件尺寸的精度受較多因素的影響，主要有塑件的成型材料（材料的收縮率）、塑件的結(jié)構(gòu)和成型工藝、模具加工工藝和裝配誤差、模具的結(jié)構(gòu)設計、模具生產(chǎn)過程中的磨損等因素。通常計算過程，塑件成型后的尺寸誤差為上面各影響因素所造成的誤差之和，即： （5.1）式中，δ——塑件的成型總誤差； δZ——模具成型零件加工制造誤差； δS——成型材料收縮率波動造成的誤差； δC——模具成型零件的使用磨損帶來的誤差； δj——模具成型零件的配合間隙精度誤差； δa——模具裝配誤差。 由此可以看出，塑件誤差為累計誤差。為簡化計算，計算過程中多采用使塑件尺寸的公差值Δ大于或等于塑件的累積總誤差δ，即 （5.2） 這里，塑件制造精度等級為MT5。同時，采用按平均收縮率、平均磨損量和平均制造公差為基準的計算方法。 a. 型腔的尺寸計算 （1）型腔的徑向尺寸計算 （5.3） 式中，Lm——型腔徑向尺寸（mm）； `S——塑件的平均收縮率； LS——塑件徑向公稱尺寸（mm）； δz——塑件公差值（mm）； Δ——凹模制造公差（mm）。 依據(jù)經(jīng)驗，δz可取Δ/3。查資料知，POM+30%GF的平均收縮率為0.55%。經(jīng)計算后，將型腔徑向的主要計算尺寸，列表5.1。 表5-1 型腔徑向尺寸計算 塑件徑向基本尺寸/mm 塑件精度等級 塑件公差值Δ/mm 型腔制造等級 型腔徑向計算尺寸/mm 27.5 MT5 0.46 IT8 27.5 MT5 0.46 IT8 23.2 MT5 0.32 IT8 8.2 MT5 0.18 IT8 3 MT5 0.16 IT8 2.5 MT5 0.16 IT8 （2）型腔的深度尺寸計算 （5.4） 式中，Hm——型腔的深度尺寸； Hs——塑件的凸起部分高度尺寸； x——修正系數(shù)，x=1/2～2/3，當塑件尺寸較大、精度要求低時取較小值；反之，取較大值。本次設計，取較大值2/3。 經(jīng)計算后，將型腔深度的主要計算尺寸，列表5.2。 表5-2 型腔深度尺寸計算 塑件凸起高度基本尺寸/mm 塑件精度等級 塑件公差值Δ/mm 型腔制造等級 型腔徑向計算尺寸/mm 23.2 MT5 0.32 IT8 21.2 MT5 0.32 IT8 3 MT5 0.16 IT8 2 MT5 0.16 IT8 b. 型芯的尺寸計算 （1） 型芯的徑向尺寸計算 (5.5) 式中，lm——型芯的徑向尺寸； ls——塑件的內(nèi)表面徑向尺寸； δz——模具的制造公差，δz取Δ/3； Δ——塑件的內(nèi)表面徑向尺寸公差值。 經(jīng)計算后，將型芯徑向的主要計算尺寸，列表5.3。 表5-3 型芯的徑向尺寸計算 塑件內(nèi)表面徑向尺寸/mm 塑件精度等級 塑件公差值Δ/mm 型腔制造等級 型腔徑向計算尺寸/mm 32 MT5 0.46 IT8 32 MT5 0.46 IT8 6 MT5 0.18 IT8 5 MT5 0.18 IT8 3 MT5 0.16 IT8 （2） 型芯的高度尺寸計算 （5.6） 式中，hm——型芯的高度尺寸； hs——塑件上孔或槽的深度尺寸； x——修正系數(shù)，x=1/2～2/3，當塑件尺寸較大、精度要求低時取較小值；反之，取較大值。本次設計，取較大值2/3。 經(jīng)計算后，將型芯高度的主要計算尺寸，列表5.4。 表5.4 型芯的高度尺寸計算 塑件孔或槽基本尺寸/mm 塑件精度等級 塑件公差值Δ/mm 型腔制造等級 型腔徑向計算尺寸/mm 30 MT5 0.46 IT8 29.75 MT5 0.46 IT8 10 MT5 0.18 IT8 5 MT5 0.18 IT8 （3） 中心距尺寸的計算 標注制造公差后，則有： （5.7） 式中，Cm——模具中心距尺寸； Cs——塑件中心距尺寸； δz——模具成型零件制造誤差，可取Δ/8。 經(jīng)計算后，將模具中心距的主要的計算尺寸，列表5.5。 表5.5 中心距尺寸的計算 塑件中心線的基本尺寸/mm 塑件精度等級 塑件公差值Δ/mm 模具制造等級 型腔徑向計算尺寸/mm 50 MT5 0.40 IT10 25 MT5 0.32 IT10 5.3 標準模架的選擇 根據(jù)參考文獻[6] 式8-15 模板長公式: L=L1+2×L2+2×L3 式中 L —— 模板長度 L1 —— 型腔長度 L1 L2 —— 導柱離型腔距離 L2 L3 —— 導柱孔離模板邊距離 L3 代入公式計算得模板長230mm。 根據(jù)參考文獻[6] 式8-16 模板寬公式: B=B1+2×B2+2×B3 式中 B —— 模板寬度 B1 —— 型腔寬度 B1 B2 —— 導柱離型腔距離 B2 B3 —— 導柱離模板邊距離 B3 代入公式計算得模板寬250mm。 根據(jù)以上計算，所以選擇DCI2325。 根據(jù)參考文獻[6] 式8-17 定模板高度尺寸公式: hA=h1+h2+h3 式中 hA —— 定模板高度 h1 —— 型腔高度 h1 h2 —— 冷卻孔離型腔距離 h2 h3 —— 冷卻孔離定模板底距離 h3 代入公式：所以定模板高度60mm。 根據(jù)參考文獻[6] 式8-18 動模板高度尺寸公式: hB=h1+h2+h3 式中 hB —— 動模板高度 h1 —— 型芯高度 h1 h2 —— 冷卻孔離型芯距離 h2 h3 —— 冷卻孔離動模板底距離 h3 代入公式：所以動模板高度50mm。 根據(jù)參考文獻[6] 式8-19 墊塊高度尺寸公式: hC=h1+h2+h3+h4 式中 hC —— 墊塊高度 h1 —— 推出行程 h1 h2 —— 推板厚度 h2 h3 —— 推板固定板厚度 h3 h4 —— 安全高度 h4=5~10mm 這里h4=5mm 代入公式：得墊塊高度80mm。 綜上所述，選擇模架DCI2325-A60-B50-C80 模具結(jié)構(gòu)采用三板模，模架結(jié)構(gòu)如圖5.9。 圖5.9 模架結(jié)構(gòu)圖 5.4 澆注系統(tǒng)的設計 5.4.1 主流道的設計 主流道的位置、截面形狀和長度布置對熔料流動過程的時間、速度等方面都有著影響，進而關(guān)系到產(chǎn)品的成型效果。本次設計采用將主流道到布置于澆口套中，并采取澆口套和定位圈為整體式的結(jié)構(gòu)設計。主流道的始端直徑為3mm，末端直徑為6mm，錐角約為3°，長度約為52mm。其結(jié)構(gòu)形式如圖5.10。 圖5.10 澆口套和主流道結(jié)構(gòu)形式 5.4.2 分流道的設計 分流道用來改變主流道中熔料的流動方向，使熔料保持動態(tài)平穩(wěn)地進入各個型腔，達到充填效果良好的目的。本次設計采用圓形截面的分流道，其截面的比表面積較小，可以減少熔料流動過程中的熱量損失，更好的充型。其截面直徑設計為6mm，結(jié)構(gòu)形式如圖5.11。 圖5.11 分流道設計和截面形狀 分流道如圖所示，全部在定模側(cè) 5.4.3 澆口的設計 澆口的設計和位置的選擇恰當與否，直接影響著塑件的成型質(zhì)量?？紤]塑件最佳澆口的位置（詳見后文7.1節(jié)），模具的澆口形式采用點澆口，且一個塑件上采用多個點澆口環(huán)型布置的形式。其結(jié)構(gòu)形式簡圖，如圖5.12。 圖5.12 點澆口的結(jié)構(gòu)形式 5.4.4 冷料穴的設計 冷料穴的布置可以有效的改善塑件的局部質(zhì)量，也在一定程度上起到降低熔料的流動不穩(wěn)定的作用，且冷料穴布置方便、結(jié)構(gòu)簡單。冷料穴的布置有多種形式，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)，本次設計將冷料穴布置于主流道末端，如圖5.13所示，圖中右末端的半球體即為冷料穴。 圖5.13 冷料穴 5.5 推出和復位機構(gòu)的設計 5.5.1 推出機構(gòu) 本次設計采取推桿推出機構(gòu)，因為推桿的布置靈活方便，其截面多設計為圓形，不論在其修補、制造過程中，還是在其安裝配合精度要求上，都容易滿足工程需要。另一方面，推桿運動過程中受到的阻力較小，動作簡單可靠。推桿數(shù)量設計為一個塑件2個，每個推桿高度h為5mm，總長度為122mm，尾部臺肩直徑為6mm，工作部分直徑為4mm，其形狀設計如圖5.14所示。 圖5.14 推桿形狀 5.6 冷卻系統(tǒng)的設計 模具的溫度直接影響模具的注射周期。在注射成型過程中，應盡量避免模具溫度的較大的波動。模具溫度過高，則會造成產(chǎn)品的變形，降低了生產(chǎn)速率。而模具溫度過低則會影響熔體的流動，不利于塑件成型。所以需要設計冷卻系統(tǒng)以調(diào)節(jié)模具的溫度，減少成型過程中模具溫度的大幅度波動。本次設計采用直流式冷卻水道，每個塑件型芯中心處、距離塑件內(nèi)表面12mm處布置兩條水路，水路直徑為10mm。 因為水的比熱容較大，而且容易獲取，且獲取成本低，使用方便。所以本次設計所采用的冷卻介質(zhì)為水，并采用直流式冷卻水道。冷卻水道形式如圖5.16所示。 圖5.16 直流式冷卻水道 5.7 排氣系統(tǒng)的設計 為了使塑件達到良好的成型效果，及時的排出模具內(nèi)部的氣體將會起到很大的積極作用。模具中的氣體產(chǎn)生的方式往往有多種多樣的，有的是模具本身在閉合和注塑過程中氣體被熔料帶入型腔中，有的是熔融塑料遇到較冷的流道產(chǎn)生的水蒸氣，有的是保壓壓力不夠造成內(nèi)部氣壓過大，從而在塑件內(nèi)部產(chǎn)生壓力泡。這些氣體的存在對塑件的質(zhì)量有著致命性的影響，可能會產(chǎn)生氣泡、凹穴、表面質(zhì)量極差等現(xiàn)象。另外氣體不能及時的排出模具，也會影響到塑件的成型周期，內(nèi)部壓力偏大造成熔料的流速、充型能力達不到要求，所以應當設計合理的排氣系統(tǒng)將模具中的氣體及時排出。在本次模具設計中，將模具中的氣體排出的方式主要為利用模具中各個零件之間存在裝配間隙，將氣體從這些間隙中排出。 第六章 模具經(jīng)濟性分析 本次設計從設計之初，就考慮到成本和經(jīng)濟性、環(huán)境性問題，前文中多有提及，這里簡單總結(jié)。 從生產(chǎn)角度，因為產(chǎn)品要求大批量，一模一腔固然使模具結(jié)構(gòu)簡單，設計成本低，但顯然生產(chǎn)周期過長，占用的資源過多，影響其他產(chǎn)品計劃部署，所以一開始就否定了此方案。后又結(jié)合注塑機選擇和模具結(jié)構(gòu)設計的復雜性，最終采用一模兩腔的形式。此方案也是兼顧了提高塑件的成型效率和設計周期，有效地降低生產(chǎn)成本。同時設計較為合理的模具結(jié)構(gòu)和選擇合理的工藝參數(shù)有效地提升生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟效益。 從模具壽命角度，設計通過分析知，最佳澆口位置位于塑件中心地帶，于是采用點澆口，且每個塑件上采取多澆口環(huán)型布置，這樣既符合最佳澆口設計，也加快了成型周期。在設計成型零部件時，考率材料收縮率波動性等對塑件質(zhì)量的影響，而不是僅僅提高模具制造精度來提高，否則制造困難且成本較高。在澆口形式的選擇上，也是對比分析點澆口與測澆口對塑件的影響，最終采用點澆口?？紤]到冷卻裝置對模具壽命的影響，通過分析，也是采用了結(jié)構(gòu)形式簡單的直流式冷卻水路，加工容易。另外從材料利用率看，點澆口形式的流道、分流道結(jié)構(gòu)簡單、較短，造成的凝料較少，社會資源浪費少。另一方面，前文也提到過，選擇點澆口容易實現(xiàn)余料的自動脫模，減少了人力和物力，對于生產(chǎn)來說，就更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，加快工程進度，提高生產(chǎn)效益。 本次模具設計全部成本費預計費用按以下計算法：模具價格=材料費+設計費+其他。其中各項比例大致為：材料費占比20%～30%，設計費占比12%～20%，其他占比50%～68%（包括加工制造、運輸、試模、人工等）。 本次設計主要使用的鋼材為45鋼、T10A、Q235、P20等。其中使用45鋼的零件有：動模座板、推板、推板固定板、支撐板、動模板、定模板等；使用Q235的零件有：墊片、定距拉桿、各規(guī)格螺釘?shù)龋皇褂肨10A的零件主要是澆口套、復位桿、推桿、斜導柱等；使用P20的零件有：楔緊塊、定位圈等。其中型芯和側(cè)滑塊采用Cr12MoV材料。45鋼的價格為5200元/噸；T10A的價格為5500元/噸；P20的價格為13000元/噸；Q235的價格為3600元/噸。鋼材的密度統(tǒng)一取7.85g/cm3。經(jīng)測算，材料費約為4000元，取總費用的25%；設計費取總費用的12%，約為1920元；其他費用取總費用的63%，約為10080元。所以本次模具設計總成本約為16000元。 總之，模具的設計不能忽略經(jīng)濟性和環(huán)境性問題，一味地只強調(diào)結(jié)構(gòu)的可行性和設計方便。本次設計更多地從長遠出發(fā)，用發(fā)展地眼光，充分地進行模具的經(jīng)濟性分析并將之付諸于實際。 第七章 結(jié)論 本次設計的模具為散熱風扇外殼塑料模具設計。散熱風扇外殼外形較為復雜，結(jié)構(gòu)上起支撐作用?？傮w思路是先進行分析塑件的最佳澆口位置，再對比分析選擇澆口的類型，確定為點澆口后，優(yōu)先考慮三板模設計。確定模具類型后，對塑件進行工藝性分析，合理設計和布局型芯、型腔。確定注塑機型號和型腔數(shù)量后，用UG初步選擇模具的標準模架，開始對模具整個結(jié)構(gòu)進行設計。 鑒于零件結(jié)構(gòu)的特殊性，本次設計采用了創(chuàng)新的手法： 在型芯的設計時，沒有采取設計整體式，而是采用活動鑲件固定在型芯上。 畢業(yè)設計以來，通過大量閱讀相關(guān)知識，深刻體會到模具設計工程的嚴謹性與復雜性。每一步的設計環(huán)節(jié)都需要考慮模具的整體設計，一個環(huán)節(jié)設計錯誤，很可能導致模具設計的失敗，所以每一個環(huán)節(jié)的設計都不能憑主觀臆斷進行，而要經(jīng)過嚴謹和合理的分析與設計。每一次環(huán)節(jié)設計，在閱讀、查找相似結(jié)構(gòu)設計時，一邊學習和優(yōu)化設計，同時很好的重新認識和了解多種多樣的模具結(jié)構(gòu)，豐富了自己的認知。整個畢設過程，整合了我大學大量的理論知識，鍛煉了我的學以致用的能力，也提高了我的創(chuàng)新能力。 在設計的同時，大量軟件的熟練使用，包括UG、CAD、等，也為我以后的工作提供了大量的幫助和信心。畢業(yè)設計在檢驗我的學力水平時，也為我更好邁向職場，做了良好的鋪墊。 參考文獻 [1]趙蓓蓓. 初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 科技資訊, 2019, (34). 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