170-繞線骨架塑料模具設計【模具三維】

170-繞線骨架塑料模具設計【模具三維】,模具三維,170,骨架,塑料,模具設計,模具,三維 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：繞線骨架塑料模具設計 繞線骨架塑料模具設計 摘要 本文是關于帶有側凹的骨架塑料件注塑模的設計，主要內(nèi)容包括塑件的成形工藝分析，模具結構形式的確定，分型面位置的確定,澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設計,成形零件的結構設計和計算,模架的確定和標準件的選用,合模導向機構的設計,脫模推出機構的設計等。在正確分析塑件工藝特點和材料的性能后，涉及模具結構計算及熔融塑料在模具中流動預測等復雜的工程運算問題；運用CAD等不同的軟件分別對模具的設計、制造和產(chǎn)品質(zhì)量進行分析。該模具采用點澆口、側抽芯、一模兩腔的結構，通過對整個設計過程的反復校核，表明此次設計的模具能夠達到塑件的強度要求。 關鍵詞：側抽芯；點澆口；一模兩腔 Bobbin Plastic Mold Design Abstract This paper is about the design of plastic injection mold with concave side, cone-shaped include plastic parts forming process analysis, determination of die structure form, parting surface positioning, gating system forms and runner design, forming parts structure design and calculation, the determination of the formwork and standard parts choose, shut the mould design of steering mechanism, striABSing out institution design, etc. In the correct analysis plastics technology characteristics and ABS material performance, involving the mould structure, strength, lifetime calculation and molten plastic mould flow prediction in complex engineering computation problem; Using CAD, such different software UG respectively to mold of design, manufacturing and product quality analysis. The mold uses the structure of pulling side, point gate, a two-cavity mold. Much of the attention was put on the process of taking the plastic screw cap off the mould. Key words: Pulling the side；Point gate；A two-cavity mold 主要符號表 n 型腔數(shù)量 K 注射機最大注射量的利用系數(shù) 注射機最大注塑量 澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量 單個塑件的質(zhì)量 模具開模行程 推出距離 塑件高度 體積流量 澆注系統(tǒng)斷面當量半徑 T 注射時間 主流道的平均當量截面半徑 主流道小端直徑 主流道大端直徑 脫模斜度 L 頂桿的長度 目 錄 1 緒論 1 1.1模具的作用與地位 1 1.2本次畢業(yè)設計研究目的及意義 1 1.3國內(nèi)外相關研究情況 1 2 塑件分析 3 2.1塑件骨架分析 3 2.1.1塑件的二維圖建模 3 2.1.2塑料名稱 3 2.1.3生產(chǎn)綱領 3 2.1.4塑件分析 3 3 塑件結構及工藝性分析 4 3.1塑件結構分析 4 3.1.1開模方向 4 3.1.2脫模斜度 4 3.1.3分型面 4 3.1.4收縮率 4 3.1.5零件壁厚 5 3.1.6圓角 5 3.2塑件體積及質(zhì)量 5 4 ABS的材料成型特征與工藝參數(shù) 6 4.1成型工藝參數(shù)的確定 8 5 注射機的選擇及校核 9 5.1注射機的選擇 9 5.2型腔數(shù)目的確定及校核 10 5.3鎖模力的校核 11 5.4開模行程的校核 11 6 澆注系統(tǒng)的設計 12 6.1分型面的選擇 12 6.2主流道的設計 13 6.3澆口設計 13 6.3.1剪切速率的校核 14 6.3.2主流道剪切速率校核 14 6.3.3澆口剪切速率的校核 15 6.4冷料穴和拉桿的設計 15 7 成型零部件設計 16 7.1型腔和型芯工作尺寸計算 16 7.2型腔側壁厚度計算 18 8 推出機構的設計 19 9 合模導向機構設計 21 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 23 10.1對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 23 10.2冷卻系統(tǒng)設計 23 10.2.1設計原則 23 10.2.2冷卻時間的確定 24 10.2.3塑料熔體釋放的熱量 24 10.2.4高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 25 10.2.5注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 25 10.2.6冷卻系統(tǒng)的計算 26 10.2.7凹模冷卻系統(tǒng)的計算 27 11 斜導柱抽芯結構設計 30 11.1側向分型抽芯機構的分類 30 11.2手動分型抽芯機構 30 11.3機動式分型抽芯機構 30 11.4側向分型抽芯的結構設計 30 11.4.1斜導柱設計 30 11.4.2滑塊設計 31 11.4.3導滑槽設計 32 11.4.4滑塊定位裝置設計 32 11.4.5鎖緊塊設計 32 11.4.6側向分型與抽芯機構的選擇 32 12 模具工作原理說明 33 13 模具的經(jīng)濟性分析 34 14 結論 35 參考文獻 36 致 謝 37 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 38 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 39 附 錄1.....................................................................................................................40 附 錄2.....................................................................................................................41 VI 1 緒論 1.1模具的作用與地位 模具是指工業(yè)生產(chǎn)上通過注塑、壓鑄或鍛壓等方式生產(chǎn)產(chǎn)品所用的各種模型和工具，是工業(yè)生產(chǎn)中極其重要而又不可或缺的特殊基礎工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。其生產(chǎn)過程集精密制造、計算機技術和智能控制為一體，既是高新技術載體，又是高新技術產(chǎn)品。由于使用模具批量生產(chǎn)制件具有的高生產(chǎn)效率、高一致性、低耗能耗材，以及有較高的精度和復雜程度，因此已越來越被國民經(jīng)濟各工業(yè)生產(chǎn)部門所重視，被廣泛應用于機械、電子、汽車、信息、航空、航天、輕工、軍工、交通、建材、醫(yī)療器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造領域，據(jù)資料統(tǒng)計，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機、汽車、摩托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機、傳真機、電話及手機等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、空調(diào)、洗衣機、微波爐、吸塵器、電風扇、自行車等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；在槍支等兵器軍工產(chǎn)品中占95%以上。為我國經(jīng)濟發(fā)展、國防現(xiàn)代化和高端技術服務做了重要貢獻。模具工業(yè)是重要的基礎工業(yè)。工業(yè)要發(fā)展，模具須先行。沒有高水平的模具就沒有高水平的工業(yè)產(chǎn)品?，F(xiàn)在，模具工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，模具技術也已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。 1.2本次畢業(yè)設計研究目的及意義 （1） 調(diào)查研究中外文獻檢索和閱讀能力； （2） 綜合運用專業(yè)理論和知識分析、解決實際問題的能力； （3） 設計、計算與繪圖的能力，包括使用計算機的能力； （4） 掌握模具設計方法和步驟，了解模具的加工工藝過程； （5） 邏輯思維與形象思維相結合的文字及口頭表達能力； （6） 撰寫設計說明書（論文）的能力； （7） 養(yǎng)成嚴肅、認真、細致地從事技術工作的優(yōu)良作風。 1.3國內(nèi)外相關研究情況 改革開放20多年來，我國的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，設計、制造加工能力和水平、都有了很大的提高。目前我國模具工業(yè)的技術水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。國內(nèi)已經(jīng)認識到了模具在制造業(yè)中的重要基礎地位，許多模具 企業(yè)十分重視技術發(fā)展，增大了用 9 于模具技術進步的投資[7]。 現(xiàn)在，我國模具生產(chǎn)廠點約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)80多萬人。“十五”期間，模具年平均增長速度達到20％左右，2005年模具銷售額達650億元，同比增長25％；模具出口7.4億美元，比2004年的4.9億美元增長約50％，均居世界前列。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50％，塑料模具約占33％，壓鑄模具約占6％，其它各類模具約占11％。但是，由于創(chuàng)新能力弱，行業(yè)關鍵技術難以突破，使得我國模具行業(yè)長期以來面臨著“低端競爭、高端進口”的尷尬局面。 為了適應市場對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，模具越來越向著大型化、高精度化、多功能復合模具化等方向發(fā)展[2]。熱流道模具、氣輔模具等先進的模具加工技術也將在塑料模具中得到更廣泛的應用。標準件的廣泛應用，將極大的影響模具制造周期，提高模具的質(zhì)量，并降低模具的制造成本。模具技術含量的不斷提高，將使中高檔模具比例不斷增大，產(chǎn)品的機構調(diào)整將引發(fā)模具市場走勢不斷變化[5]。 目前，國外注射成型技術的發(fā)展迅速，精密注射成型、注射成型中的計算機技術的廣泛應用，以及全電動注射劑、兩板式注射機、無拉桿注射機、電磁動態(tài)化注射機、低壓注射成型、高速注射成型、復合注射成型、超級小精密注射成型等技術的研發(fā)及應用，都大大提高了國外模具的生產(chǎn)和制造水平[1]。 中國模具生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多，也比英國、加拿大、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等國落后、其差距主要表現(xiàn)在下列幾方面。國內(nèi)自配率不足80％，其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。中國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），專業(yè)模具廠也大多數(shù)是“大而全”、“小而全”的組織形式。國外模具企業(yè)大多是“小而專”、“小而精”。模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多[6]。模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術。 2 塑件分析 2.1塑件骨架分析 2.1.1塑件的二維圖建模 (a)塑件二維圖 (b)塑件三維圖 圖3.1 塑件圖 2.1.2塑料名稱 根據(jù)各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場價格，選擇材料為ABS。 2.1.3生產(chǎn)綱領 因市場需求量大，大批量自動化生產(chǎn)。 2.1.4塑件分析 骨架要求表面色澤均勻，成型收縮率小，制件成型后不能有明顯色差、縮痕、熔接痕、污點、銀絲等缺陷，還需要有一定的手感。綜合考慮選擇ABS。 3 塑件結構及工藝性分析 3.1塑件結構分析 該塑件是骨架，該零件結構復雜程度一般，主要特征是帶有側凹的回旋體結構，因此在設計模具時要加入側抽芯結構。此外，對澆口的選擇要考慮到該塑件對外觀的要求。在考慮生產(chǎn)成本的條件下，應盡量滿足塑件中精度、大批量生產(chǎn)的要求。二維、三維實體如圖3.1所示，骨架的主要結構參數(shù)：骨架高17mm，壁厚1.5mm。材料為ABS。 (a)塑件二維圖 (b)塑件三維圖 圖3.1 塑件圖 3.1.1開模方向 由零件的二維圖分析，再根據(jù)模具的結構分析得到，產(chǎn)品的外表面應該在定模上，在產(chǎn)品的內(nèi)表面設置頂出機構，所以開模方向應沿零件的Z軸。 3.1.2脫模斜度 根據(jù)產(chǎn)品的外型，結合產(chǎn)品的工作條件、工藝特點，為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，因此根據(jù)《模具設計與制造簡明手冊》查得：所以脫模斜度設置為1°。 3.1.3分型面 結合零件的使用要求，應保證其外表面的注塑質(zhì)量，零件的內(nèi)表面應留在動模側，開模的時候，零件的外表面應與定模分離，所以零件的分型面應設置在沿零件的外表面上，并根據(jù)流道等條件進行設置，具體設定在后文中表述。 3.1.4收縮率 ABS的收縮率一般為0.5%，在設計本產(chǎn)品時，結合產(chǎn)品的結構工藝特點和材料的特性，在本設計中，零件的收縮率為0.5%。 3.1.5零件壁厚 本產(chǎn)品的壁厚設置為1.5mm，是根據(jù)產(chǎn)品的工作要求和ABS的化學和流動特性確定的。 3.1.6圓角 塑件底面與面之間一般應采用圓弧過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應力集中提高塑件強度，而且可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。另外，塑件轉角處的圓角對應于模具上的圓角，有時可便于模具的加工制造及模具強度的提高，避免模具在淬火或使用時應力裂開。 塑件轉角處的圓角半徑通常不要小于0.5到1mm，在不影響塑件使用的前提下應盡量取大些，綜合考慮以上的各種因素后，確定塑件的圓角半徑為2mm。 3.2塑件體積及質(zhì)量 通過使用軟件軟件實體造型后知體積為4.03，材料密度取1.05g/，所以塑件質(zhì)量：4.23g。 4 ABS的材料成型特征與工藝參數(shù) ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)英文名稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene。 比重:1.05g/cm3成型收縮率:0.3～0.8% 成型溫度：180～200℃干燥條件：80～85℃2～3小時 物料性能: （1） 綜合性能較好,沖擊強度較高,化學穩(wěn)定性,電性能良好。 （2） 與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理。 （3） 有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。 （4） 流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。 適于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件。 成型性能: （1） 無定形料,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80～85℃度,2～3小時. （2） 宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度），對精度較高的塑件，模溫宜取50～60度,對高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60～80度。 （3） 如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變?nèi)胨坏确椒ā? （4） 如成形耐熱級或阻燃級材料，生產(chǎn)3~7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。 本制品采用ABS材料，根據(jù)注塑工藝分析的需要，首先對ABS塑料進行注塑工藝分析。 （1） ABS 塑料的干燥 ABS塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大, 在加工前進行充分的干燥和預熱, 不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲, 而且還有助于塑料的塑化, 減少制件表面色斑和云紋。ABS 原料要控制水分在0.13 %以下。注塑前的干燥條件是: 干冬季節(jié)在75～80 ℃以下, 干燥2～3h , 夏季雨水天在80～90 ℃下, 干燥4～8h , 如制件要達到特別優(yōu)良的光澤或制件本身復雜, 干燥時間更長, 達8～16h。因微量水汽的存在導致制件表面霧斑是往往被忽略的一個問題。最好將機臺的料斗改裝成熱風料斗干燥器, 以免干燥好的ABS 在料斗中再度吸潮, 但這類料斗要加強濕度監(jiān)控, 在生產(chǎn)偶然中斷時, 防止料的過熱。 (2) 注射溫度 ABS塑料的溫度與熔融粘度的關系有別于其他無定型塑料。在熔化過程溫度升高時, 其熔融實際上降低很小, 但一旦達到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍, 如220～250℃),如果繼續(xù)盲目升溫, 必將導致耐熱性不太高的ABS 的熱降解反而使熔融粘度增大, 注塑更困難, 制件的機械性能也下降了。所以,ABS 的注射溫度雖然比聚苯乙烯等塑料的更要高, 但不能像后者那樣有較寬松的升溫范圍。某些溫控不良的注塑機, 當生產(chǎn)ABS制件到一定數(shù)量時, 往往或多或少地在制件上發(fā)現(xiàn)嵌有黃色或褐色的焦化粒, 而且很難利用加新料對空注射等辦法將其清除排出。究其原因,是ABS塑料含有丁二烯成分, 當某塑料顆粒在較高的溫度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易沖刷的表面上, 受到長時間的高溫作用時, 造成降解和碳化。既然偏高溫操作對ABS 可能帶來問題, 故有必要對料筒各段爐溫進行限制。當然, 不同類型和構成的ABS 的適用爐溫也不同。如柱塞式機, 爐溫維持在180～230℃; 螺桿機, 爐溫維持在160～220 ℃。特別值得提出的是, 由于ABS的加工溫度較高, 對各種工藝因素的變化是敏感的。所以料筒前端和噴嘴部分的溫度控制十分重要[10]。實踐證明, 這兩部分的任何微小變化都將在制件上反映出來。溫度變化越大, 將會帶來熔接縫、光澤不佳、飛邊、粘模、變色等缺陷。 (3) 注射壓力 ABS熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高, 所以在注射時采用較高的注射壓力。當然并非所有ABS制件都要施用高壓, 對小型、構造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力。注制過程中, 澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小往往決定了制件的表面質(zhì)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小, 塑料收縮大, 與型腔表面脫離接觸的機會大,制件表面霧化。壓力過大,塑料與型腔表面摩擦作用強烈, 容易造成粘模。 (4) 注射速度 ABS料采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時, 塑料易燒焦或分解析出氣化物, 從而在制件上出現(xiàn)熔接縫、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。但在生產(chǎn)薄壁及復雜制件時, 還是要保證有足夠高的注射速度, 否則難以充滿。 (5) 模具溫度 ABS的成型溫度相對較高, 模具溫度也相對較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85℃, 當生產(chǎn)具有較大投影面積制件時, 定模溫度要求70～80℃,動模溫度要求50～60℃。在注射較大的、構形復雜的、薄壁的制件時, 應考慮專門對模具加熱。為了縮短生產(chǎn)周期,維持模具溫度的相對穩(wěn)定, 在制件取出后, 可采用冷水浴、熱水浴或其他機械定型法來補償原來在型腔內(nèi)冷固定型的時間。 (6) 料量控制一般注塑機注ABS塑料時, 其每次注射量僅達標準注射量的75%。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定, 表面光澤、色調(diào)的均勻, 要求注射量為標定注射量的50%為宜[12]。 4.1成型工藝參數(shù)的確定 查找《塑料模設計手冊》和參考工廠的實際應用的情況，ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。試模時，可根據(jù)實際的情況作適當?shù)恼{(diào)整。 注塑機類型螺桿式 螺桿轉速/(r/min)400 噴嘴形式/溫度 直通式170～180 料筒溫度/℃78° 前段 180～200 中段 165～180 后段 150～170 模具溫度/℃50～80 注射壓力/mpa60～100 保壓力/mpa30～50 注射時間/s 20～90 高壓時間/s 0～5 冷卻時間/s 20～120 成型周期/s 50～200 5 注射機的選擇及校核 5.1注射機的選擇 設計模具時，應詳細地了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出合乎要求的模具，應了解的技術規(guī)范有：注射機的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程以及機床模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸[8]。 公稱注塑量；指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注塑成型過程所需要的時間稱為裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。常用的注射速率如表所示。 表5.1注射速率 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；單位時間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. 鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. 空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 選擇螺桿式注塑機的型號為：XS-ZY-500，其主要技術參數(shù)如下： 表5.2 注射機參數(shù) 注塑機型號 XS-ZY- 額定注射量 500cm3 螺桿（柱塞）直徑 85mm 注射壓力 121Mpa 注射行程 260mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 4500KN 最大成型面積 1800cm2 最大開合模行程 700mm 模具最大厚度 700mm 模具最小厚度 300mm 噴嘴圓弧半徑 R18mm 噴嘴孔直徑 Φ7.5mm 頂出形式 兩側設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸 900X1000mm 拉桿空間 650X550mm 合模方式 中心液壓、兩側機械頂桿 液壓泵 流量 200、18L/min 壓力 614Mpa 電動機功率 40KW 加熱功率 14KW 機器外形尺寸 7670X1740X2380mm 5.2型腔數(shù)目的確定及校核 根據(jù)市場經(jīng)濟及生產(chǎn)效率的要求，本模具采用一模兩腔型腔結構，即型腔數(shù)目。因型腔數(shù)量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關，因此有任何一個參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機料筒塑化速率確定型腔數(shù)量； (5.1） 式中 ——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； ——注射機最大注塑量，g； ——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量，； ——單個塑件的質(zhì)量，。 式中、、也可以為注射機最在注射體積（）、澆注系統(tǒng)凝料體積（）、單個塑件的體積（）。 估算澆注系統(tǒng)的體積：V=0.6xV=2.54cm3 故取滿足我們設計要求。 5.3鎖模力的校核 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。 5.4開模行程的校核 注射機開模行程是有限的，開模行程應該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內(nèi)的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式： （5.4） 其中———模具開模行程； ———推出距離（脫模距離，=60mm） ———塑件高度；（=25mm） 則=60+17+5~10=77mm<500mm 小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 34 6 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流道、冷料穴，澆口。 澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，故設計時要使型腔布置和澆口開始部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，而澆口的位置也要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說來，需要注意以下問題： 1.適應塑料的工藝性； 2.流程要短； 3.排氣良好； 4.避免料流直沖型芯或嵌件； 5.澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量??； 6.澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱； 7.修整方便，保證制品外觀質(zhì)量； 8.防止塑件變形。 6.1分型面的選擇 分型面是模具結構中的基準面，選擇模具分型面時通常考慮如下有關問題： 1根據(jù)塑件的某些技術要求，確定成型零件在動模和定模上的配置； 2塑件的生產(chǎn)批量； 3結合塑件的流動性確定澆注系統(tǒng)的形式和位置； 4型腔的溢流和排氣條件； 5模具加工的工藝性。 分析零件特點后，發(fā)現(xiàn)零件的外表面有比較高的精度要求，且經(jīng)過分析，模具澆注是使用點澆口，所以決定分型面沿零件的外表面。如下圖所示： 圖6.1 分型面示意圖 6.2主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。在臥式注射機上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設計成圓錐形，主流道通常設計在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應盡量選得小些。如果D過大模腔內(nèi)部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達一定程度澆口套容易從模體中彈出。 如下圖所示為主流道各部尺寸： (a)主流道二維圖 (b)主流道三維圖 圖6.2 主流道示意圖 6.3澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統(tǒng)最關鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質(zhì)量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 常用的澆口形式有直接澆口、點澆口、點澆口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對塑料熔體的充型特性、成型質(zhì)量及塑件的性能會產(chǎn)生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對于不同的澆口形式也會有不同的適應性。 在模具設計時，澆口位置及尺寸要求比較嚴格，它一般根據(jù)下述幾項原則來參考： 盡量縮短流動距離； 澆口應開設在塑件壁最厚處； 必須盡量減少或避免熔接痕； 應有利于型腔中氣體的排除； 考慮分子定向的影響； 避免產(chǎn)生噴射和蠕動； 不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置澆口； 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質(zhì)量。 圖6.3 澆口示意圖 6.3.1剪切速率的校核 生產(chǎn)實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質(zhì)量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗公式表示： R= （6.1） 式中——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 6.3.2主流道剪切速率校核 =0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S） T注射時間：T=2.5（S）； R主流道的平均當量截面半徑：R==0.538（CM） 主流道小端直徑 ， =0.63 （CM）； 主流道大端直徑，=1.2（CM） =3.1158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10S 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 6.3.3澆口剪切速率的校核 R= =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S 其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R 所以R=7mm。 單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模4腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。 6.4冷料穴和拉桿的設計 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑宜大于主流道大端直徑，長度約為主流道大端直徑。 圖6.4冷料穴和拉料桿示意圖 7 成型零部件設計 本成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。查表得ABS收縮率為Q=0.3～0.8%，故平均收縮率為Qcp=0.5%，考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取z=△/3。 7.1型腔和型芯工作尺寸計算 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定ABS材料的平均收縮率為1.005%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： （7.1） 式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B — 塑件在常溫下實際尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。 型腔徑向尺寸 已知在規(guī)定條件下的平均收縮率S，塑件的基本尺寸 Ls是最大的尺寸，其公差△為負偏差，因此塑件平均尺寸為Ls-△，模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為Lm+δz/2。型腔的平均磨損量為δc/2，如以Lm +Z表示型腔尺寸, ABS平均收縮率S=1.005%. Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S （7.2） 經(jīng)整理最終公式為： Lm0+δz=[(1+S)Ls-(0.5～0.75)△]0+δz （7.3） 型腔計算 型腔高度計算 型芯計算 型芯高度計算 7.2型腔側壁厚度計算 (1)凹模型腔側壁厚度計算 凹模型腔為組合式型腔，按強度條件計算公式進行計算 S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 （7.4） 式中各參數(shù)分別為： p=50Mpa(選定值)； [δ]=0.05mm； [σ]=160MPa r=28mm S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 =28[(160/160-2×50)1/2]-1 ≈16.8mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數(shù)，所以凹模型腔側壁厚度為17。 (2)凹模底板厚度計算 按強度條件計算，型腔地板厚為： p=50 Mpa r=28mm [σ]=160MPa h≥{1.22pr2/[σ]}1/2 ≥{1.22×50×282/160}1/2 ≥17.3mm 為了加工方便，我們通常會取整數(shù)，所以凹模型腔側壁厚度為18mm。 8 推出機構的設計 推出結構由推出、復位、導向三大部分組成。本設計塑件脫模依靠注射機的開模動作驅動模具上的推出機構，實現(xiàn)塑件自動脫模。 推出機構設計原則： （1）設計的推出機構應盡量使塑件留于動模一側 （2）塑件在推出時不發(fā)生變形和損壞 （3）不損壞塑件的外觀質(zhì)量 （4）合模時推出機構正確復位 （5）在推出和復位的過程中，結構應盡量簡單，動作可靠、靈活，制造容易。 （1）推件力是將制品因收縮對型芯的摩擦力和大氣壓力。 Ft＝Ap(μcosα-sinα)+qA1 （8.1） 式中，A—塑件包絡型芯的面積 p—塑件對型芯單位面積上的包緊力，P取0.8×107～1.2×107 帕； α—脫模斜度；ABS≥5° q—大氣壓力0.09兆帕 μ—塑件對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1～0.3； A1—制件垂直于脫模方向的投影面積（mm2）。 則，A≈298㎝2 A1≈60.76cm2 帶入數(shù)據(jù)得Ft＝814.34N （2）頂桿直徑 根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式計算出頂桿直徑： d=φ[L2F/nE]1/4 m （8.2） 式中：φ—安全系數(shù)，常取φ=1.5； L—頂桿的長度m； n—頂桿數(shù)目。 代入數(shù)據(jù)得：d=5mm （3）頂桿直徑的強度校核公式： σ=4F/nπd2≤[σ] （8.3） 式中, [σ]—頂桿材料的許用應力Mpa； σ—頂桿反受的應力Mpa。 代入數(shù)據(jù)得: σ=4×814.34/(8×3.14×42)=8.10Mpa﹤[σ] 所以，頂桿強度符合要求。 推桿頂出機構如圖所示，圓柱形狀的推桿和推桿孔最容易加工，而且很容易保證其配合精度，容易保證其互換性，并且容易更換，而且它還具有滑動阻力小，不容易卡滯等優(yōu)點。 圖8.1 推桿頂出機構 9 合模導向機構設計 導向機構是保證動模和定模上下模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位，本設計采用導柱導向定位。導向機構除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產(chǎn)生單面?zhèn)葔毫?，或者由于成型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側向壓力，從保證模具的正常工作。導柱的結構形式可采用帶頭導柱和有肩導柱，導柱導面部分長度比凸模端面高出8～12mm，以避免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱材料采用T10,HRC50～55,導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分Ra為0.8～0.4μm，本設計采用6根導柱，固定端與模板間采用H7/m6 導套常采用T10A，Ⅱ型導套，采用H7/m6配合鑲入模板。具體結構如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 設計導柱和導套需要注意的事項有： （1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 （2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導向與引導作用。 （3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長度通常取配合直徑的1.5~2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 （4）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設置四個標準帶頭導柱配合標準直導套作為導向系統(tǒng)，導柱設置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結構如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 模具成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料熔體的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形大，并且還容易造成溢料和粘膜；模具溫度過低，則熔體流動性差，塑料輪廓不清晰，表面會產(chǎn)生明顯的銀絲或流紋等缺陷；當模具溫度不均勻時，型芯和型腔溫差過大，塑料收縮不均勻，導致塑料翹曲變形，會影響塑件的形狀和尺寸精度。綜上所述，模具上需要設置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。ABS推薦的成型溫度為160-220℃，模具溫度為40~80℃ 。 10.1對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 （1）根據(jù)塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； （2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量； （3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； (4)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉； (5)從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產(chǎn)率。 10.2冷卻系統(tǒng)設計 10.2.1設計原則 （1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； （2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； （3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。 （4）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； （5）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃ （6）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 （7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 本設計采用采用環(huán)繞式冷卻水分布。 10.2.2冷卻時間的確定 在對冷卻系統(tǒng)做計算之前，需要對某些數(shù)據(jù)取值，以便對以后的計算作出估算；取閉模時間3S，開模時間3S，頂出時間2S，冷卻時間30S，保壓時間20S，總周期為60S。 其中冷卻時間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算： t=ln[·] （10.1） 代入數(shù)據(jù) =62/(3.142×0.07)ln[8/3.142×(200-50)/(80-50)] = 73（S） 式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm； ——塑料熱擴散系數(shù)(mm/s)，=0.07； T——成型溫度160-220℃，T取200℃； T——平均脫模溫度，T取80℃； T——模具溫度40~80℃，T取50℃。 由計算結果得冷卻時間需要73 S，這么長的冷卻時間顯然是不現(xiàn)實的。本模具型芯中的冷卻管道擴大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動，冷卻效果大為增強。參照經(jīng)驗推薦值，冷卻時間取30S即可。 10.2.3塑料熔體釋放的熱量 Q =nG C(t－t) (10.2) 代入數(shù)據(jù) = 60×217.6×10×1.9×（220－60） = 3969.02KJ/h 式中：n——每小時注射次數(shù)， n=60 （次）； G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10； C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃， t=220； t——塑件脫模溫度℃，t=60。 10.2.4高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 Q=3.6A(t－t) （10.3） 代入數(shù)據(jù) =3.6×4069×10×140×（220－50） =348.63 KJ/h 式中：A——注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積（m），A=4069×10m（A=4R =4×3.14×18=4069×10m，R=18mm注塑機噴嘴球半徑，）； ——金屬傳熱系數(shù) =140(W/ m℃)； t——模具平均溫度℃ t=50 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃ t=220。 10.2.5注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 （1）對流傳熱 Q=hA( t－t) （10.4） 代入數(shù)據(jù) =5.35×0.203×（50－20） =112KJ/h 式中：h——傳熱系數(shù)（KJ/ m h ℃）， h=5.35（h=4.187(0.25+)= 4.187×（0.25+）= 5.35）； A——兩個分型面和四個側面的面積m2，A=0.203【A=（A）+ (A)n = 0.097+0.22×0.48=0.203，A=2BL=2×220×220×10=0.097 m； A=4BH =4×220×250×10=0.22m）；B模具寬度mm，B=220； L模具長度mm，L=220，開模率n= =（60-31.5）/60=0.48】； t——模具平均溫度℃，t=50； t——室溫℃，t=20。 （2）輻射散發(fā)的熱量 Q=20.8 A[()－()] =20.8×0.22×0.8×[（）－（）] =128.7 KJ/h 式中: ——輻射率，一般表面=0.8~0.9； A=0.22； （3）工作臺散發(fā)的熱量 Q=hA( t－t) = 502×0.0484×（50—30） =485.94 KJ/h 式中:傳熱系數(shù)——h=502KJ/(mh℃)； A ——模具與工作臺的接觸面積m，A=0.0484； [A=bl= 220×220×10=0.0484;b模具與工作臺接觸寬度mm，b=220;模具與工作臺接觸長度mm,l=220。] 從計算的結果看，工作臺散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，這顯然是不正確的，說明了Q的計算結果錯誤。這是因為有關Q的計算參考資料很少，計算中有很多地方不規(guī)范。簡單的計算以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，這些熱量全部由冷卻介質(zhì)帶走，這些熱量應分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，實驗表明，約1/3的熱量被凹模帶走，其余由型芯帶走。模具應由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量： Q=（Q+ Q）－（Q+ Q+ Q） 由于現(xiàn)在無法得到Q的正確值，所以計算以簡單計算原則，取Q= Q。 10.2.6冷卻系統(tǒng)的計算 型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h）： Q= n G Q =60× 217.6×10×300 =3916.8 （1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10 （2）確定生產(chǎn)周期（S）——t=60 （3）塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=280~350； 取 Q=300 （4）每小時的注射次數(shù)——n=60 從計算結果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因為Q涉及的因素較多，所以應該應該取Q來計算。 10.2.7凹模冷卻系統(tǒng)的計算 （1）凹模的冷卻水體積流量 （10.5） 帶入數(shù)據(jù) = 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60] = 0.61×10 m/min 式中：Q=1/3 Q=1/3×2289=763 KJ/h ——水的密度10KG/m； C——水的比熱容4.187×10 J/KG℃； T——水管出口溫度，T取25℃； T——水管入口溫度，T取20℃。 （2）冷卻水管的平均流速： V= （10.6） 代入數(shù)據(jù) =4×0.61×