塑料端蓋注塑成型模具的設(shè)計(jì)

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1、 桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 塑料端蓋注塑成型模具的設(shè)計(jì) 系 部： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 起迄日期: 2010年12月10日 ~2010年12月30日 指導(dǎo)教師: 教研室主任：

2、 目 錄 一、塑件成型工藝性分析 5 1、塑件的分析 5 2、ABS的性能分析 5 3、ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 6 二、擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 6 1.分型面位置的確定 6 2.型腔數(shù)量和排列方式的確定 7 3.注射機(jī)型號(hào)的確定 8 三、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 1、主流道的設(shè)計(jì) 9 2.分流道的設(shè)計(jì) 10 3.澆口的設(shè)計(jì) 12 4.校核主流道的剪切速率 13 5.冷料穴的設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 四、 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 1. 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 2. 成型零件鋼材的選用 16 3.

3、成型零件工作尺寸的計(jì)算 16 4、成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 19 五、模架的確定 20 1.各模板尺寸的確定 20 2.模具各尺寸的校核 21 六、排氣槽的設(shè)計(jì) 22 七、脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22 1.推出方式的確定 22 2.脫模力的計(jì)算 22 八、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 1、冷卻介質(zhì) 23 2、冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 23 3.凹模嵌件和型芯冷卻水道的設(shè)置 24 九、導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25 十、 總裝圖和零件圖的繪制 25 十一 參考文獻(xiàn) 25 塑料端蓋注射模課程設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)為一塑料端蓋，塑料材料為ABS，如圖所示。要求如下：

4、 1） 塑件壁厚為3mm,4塊肋板厚度為2mm,塑件的質(zhì)量要求不允許有裂紋和變形缺陷； 2） 脫模斜度為30’ -1o; 3） 塑件為大批量生產(chǎn)； 4） 尺寸公差按照課本所標(biāo)出的尺寸公差設(shè)定。 注：圖中字母的實(shí)際數(shù)字按照題目一覽表中的數(shù)據(jù)選擇，數(shù)據(jù)的單位為mm. 數(shù)據(jù)：（兩人一組，請(qǐng)選擇其中一組數(shù)據(jù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。（mm）） 題號(hào) d0 d1 D1 D2 D3 h1 h2 Ls 48 15 21 83 89 93 39 49 56.5 設(shè)計(jì)如下圖1-1所示的的一塑料端蓋，闡明注射模的設(shè)計(jì)過程。塑件的質(zhì)量要求是不允許有裂紋和變形缺陷；脫模斜

5、度為30′～1°；塑件材料為ABS,大批量生產(chǎn)，塑件公差按模具設(shè)計(jì)要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 圖1-1 一、塑件成型工藝性分析 1、塑件的分析 （1） 外形尺寸 改塑件壁厚3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不太長(zhǎng)，適合用于注射成型，如上圖所示。 （2） 精度等級(jí) 每個(gè)尺寸的公差不一樣，有的屬于一般精度，有的屬于高精度，就按實(shí)際公差進(jìn)行計(jì)算。 （3） 脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-10選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。 2、ABS的性能分析 （1） 使用性能 綜合性能良好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好；易于

6、成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。 （2） 成型性能 1） 無定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種來確定成型方法及成型條件。 2） 吸濕性強(qiáng)。含水量應(yīng)小于0.3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。 3） 流動(dòng)性中等。溢邊料0.04mm左右。 4） 模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口的位置、形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。 （3） ABS的主要性能指標(biāo)如下表 表1 密度/g.cm-3 1.02=1.08 屈服強(qiáng)度/MPa 50 比體積/c

7、m3.g -1） 0.8～0.98 拉伸強(qiáng)度/MPa 38 吸水率(%) 0.2～0.4 拉伸彈性模量/MPa 1.4×103 熔點(diǎn)/℃ 130～160 抗彎強(qiáng)度/MPa 80 計(jì)算收縮率(%) 0.4～0.7 抗壓強(qiáng)度/MPa 53 比熱容/J.(kg. ℃) -1 1470 彎曲彈性模量/MPa 1.4×103 3、ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) （1） 注射成型過程 1) 成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 2) 注射過程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由

8、模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。 3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60～75℃，處理時(shí)間為16～20s。 （2） 注射工藝參數(shù) 1) 注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min。 2) 料筒溫度（℃）：后段150～170； 中段165～180； 前端180～200。 3）噴嘴溫度（℃）：170～180。 4）模具溫度（℃）：60～80 5）注射壓力(MPa): 80～110. 6)成型時(shí)間（s）：30（注射時(shí)間取1.6，冷卻時(shí)間20.

9、4，輔助時(shí)間8） 二、擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 1.分型面位置的確定 通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上。其位置如圖1-2所示 圖2-1 分型面的選擇 2.型腔數(shù)量和排列方式的確定 （1）型腔數(shù)量的確定 該塑件采用的精度一般在2-3級(jí)之間，且為大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑料件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費(fèi)用和各種成本費(fèi)用等因素，初步定為一模兩腔結(jié)構(gòu)形式。 （2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設(shè)的部位對(duì)稱。由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模兩腔，故采用直線對(duì)稱排比，如

10、圖 1-3所示 圖 2-2 （3）模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面的分析可知，本模具設(shè)計(jì)為一模兩腔，對(duì)稱直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)和擬采用脫模板推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，流道采用對(duì)稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨(dú)開設(shè)分型面取出凝料，動(dòng)模部分需要添加型芯固定板、支撐板和脫模板。由上綜合分析可確定選用帶脫模板的單分型面注射模。 3.注射機(jī)型號(hào)的確定 （1）注射量的計(jì)算 通過三維軟件建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得 塑件體積： V塑=66.729cm3 塑件質(zhì)量： m塑=ρV塑=66.73×1.02g=68.1g 式中，ρ參加表【1】4-44可

11、取1.02g/cm3. (2)澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2~1倍來估算。由于本次采用流道簡(jiǎn)單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和2個(gè)塑件體積之和）為 V總=V塑（1+0.2）×2=66.729×1.2×2cm3=160.15cm3 (2-1) (3) 選擇注塑機(jī) 根據(jù)第二步計(jì)算得出一次注入型腔的塑料總質(zhì)量V總=160.15cm3,并結(jié)合式（4-18）則有【1】：V總/0.8=160.15/0.8cm3=200

12、.188cm3。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱注射量為250cm3, 注射機(jī)型號(hào)為SZ-250/100臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。 表2 注射機(jī)主要技術(shù)S參數(shù) 理論注射容/cm3 250 移模行程/mm 300 螺桿柱塞直徑/mm V注射壓力/MPa 45 最大模具厚度/mm 380 150 最小模具厚度/mm 220 注射速率/g.s-1 135 鎖模形式 雙曲肘 塑化能力/g.s-1 45 模具定位孔直徑/mm 110 螺桿轉(zhuǎn)速/r.min-1 16~170 噴嘴球直徑/mm 35 鎖模力/kN 1000 噴嘴口孔徑/mm 4

13、 拉桿內(nèi)間距/mm 400x400 (4)注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 1）注射壓力校核。查表4-1可知，ABS所需要注射壓力為80~110MPa,這里取p0=100MPa,該注射機(jī)的公稱注射壓力p公=150MPa,注射壓力安全系數(shù)k1=1.25~1.4，這里取k1=1.3,則： k1 p0=1.3×100=130

14、數(shù)值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來確定。A澆是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2~0.5倍。由于本例流道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，分流道相對(duì)較短，因此流道凝料投影面積可以適當(dāng)取小一些。這里取A澆=0.2 A塑。 ③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總，則 A總=n(A塑+A澆)=n(A塑+0.2 A塑)=2×1.2 A塑=2×1.2×6534 mm2=15682 mm2 ④模具型腔內(nèi)的脹型力F脹，則 F脹=A總p模=15682×35N=548856N=548.87kN 式中，p模 是型腔的平均計(jì)算壓力值。p模 是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20％~40％，大致范

15、圍為25~40MPa。對(duì)于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。ABS屬中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故取35MPa。 查表4-45可得該注射機(jī)的公稱鎖模力F鎖=1000kN,鎖模力安全系數(shù)為k2=1.1~1.2，則 k2 F脹=1.2 F脹=1.2×548.87=658.64

16、。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。 （1） 主流道尺寸 1） 主流道的長(zhǎng)度：小型模具L主 應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2） 主流道小端直徑：d=注射機(jī)噴嘴尺寸+（0.5~1）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。 3) 主流道大端直徑：d＇= d+2 L主tanα≈8mm，式中α=2°。 4） 主流道球面半徑：SR0=注射機(jī)噴嘴球頭直徑+（1~2）mm=(12+2)mm=14mm。 5） 球面的配合高度：h=3mm。 （2） 主流道的凝料體積 V主

17、=L主(R2主+r2主+ R主r主)=×50×（4.52+2.252+4×2.25）mm3=1377.7 mm3=1.38cm3 （3）主流道當(dāng)量半徑 Rn =mm=3.125mm （4）主流道澆口套的形式 主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購。主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對(duì)材料要求較嚴(yán)格，因而盡管小型注射模可以將主流道澆口套與定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。設(shè)計(jì)中常采用碳素工具鋼（T8A 或T10A），熱處理淬火表面硬度為50~55HRC，如圖 1-4 所示。 如圖 1-4 2.分流

18、道的設(shè)計(jì) （1）分流道的布置形式 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道。 （2）分流道的長(zhǎng)度 由于分流道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，根據(jù)兩個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道較短，故設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)選小一些。單邊分流道長(zhǎng)度L分取35mm，如圖1-3所示。 （3）分流道的當(dāng)量直徑 因?yàn)樵撍芗馁|(zhì)量m塑=ρv塑=68.1×1.02g=69.46g<200g，根據(jù)式（4-16），分流道的當(dāng)量直徑為D分=0.2654 =0.2654×× mm=5.3mm (4) 分流道截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形，梯形，U形，六角形等，

19、為了便于加工和凝料的脫模，分流道大多設(shè)計(jì)在分型面上，本設(shè)計(jì)采用梯形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失，流動(dòng)阻力均不大。 （5）分流道截面尺寸 設(shè)梯形的下底寬度為x，底面圓角的半徑R=1mm，并根據(jù)表4-6設(shè)置梯形的高h(yuǎn)=3.5mm，則該梯形的截面積為 A分==(x+3.5 tan8) ×3.5 再根據(jù)該面積與當(dāng)量直徑為4.4mm的圓面積相等，可得 （x+3.5tan8°）×3.5==，即可得：x≈6mm，則梯形的上底約為7mm，如圖1-5 所示。 圖1-5 （6）凝料體積 1）分流道的長(zhǎng)度L分=35×2=70mm。 2

20、）分流道截面積A分= ×3.5mm2 =22.75 mm2 。 3)凝料體積V分=L分A分=70×22.75=1592.5mm3≈1.59cm3。 (7)校核剪切速率 1）確定注射時(shí)間：查表4-8，可取t=2s。 2）計(jì)算分流道體積流量：q分=(V分+V塑)/t=(1.59+68.1)/1.6 cm3/s=111.5 cm3/s. 3)由式（4-20）可得剪切速率 r分==Error! Reference source not found.s-1==3.6×103 s-1 該分流道的剪切速率處

21、于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5×102~5×103s-1之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。 （8）分流道的表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.25~2.5um即可，此處取Ra1.6um。另外，其脫模斜度一般在5°~10°之間，這里取脫模斜度為8°。 3.澆口的設(shè)計(jì) 該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模兩腔注射，為便于調(diào)整沖模時(shí)的剪切速率和封閉時(shí)間，因此采用側(cè)澆口。其截面形狀簡(jiǎn)單，易于加工，便于試模后修正，且開設(shè)在分裂面上，從型腔的邊緣進(jìn)料，塑件輪轂和外周有4條肋板相連，而澆口正對(duì)其中一對(duì)肋板，有利于向輪轂和頂部填充。

22、 （1） 側(cè)澆口尺寸的確定 1） 計(jì)算側(cè)澆口的深度。根據(jù)表4-10，可得側(cè)澆口的深度h計(jì)算 公式為 h=nt=0.7×3mm=2.1mm 式中，t是塑件壁厚，這里t=3mm；n是塑件成型系數(shù)，對(duì)于ABS，其成型系數(shù)n=0.7。 在工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，澆口深度常常先取小值，以便在今后試模時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修模處理，并根據(jù)表4-9中推薦的ABS側(cè)澆口的厚度為1.2~1.4mm，故此處澆口深度h取1.3mm。 2） 計(jì)算側(cè)澆口的寬度。根據(jù)表4-10，可得澆口處的寬度B的計(jì)算公式為B= =cm=2.54cm≈3cm 式中，n是塑料成型系數(shù)，對(duì)于ABS其n=0.7；A是凹模的內(nèi)

23、表面積（約等于塑件的外表面面積）。 3）計(jì)算側(cè)澆口的長(zhǎng)度。根據(jù)表4-10，可得側(cè)澆口的長(zhǎng)度一般選用0.7～2.5mm，這里取L澆=0.7mm。 （2）側(cè)澆口剪切速率的校核 1）計(jì)算澆口的當(dāng)量半徑。由面積相等可得∏R2澆=Bh，由此矩形澆口當(dāng)量半徑R澆=()0.5。 2）校核澆口的剪切速率 ①確定注射時(shí)間：查表得4-8，可取t=2s： ②計(jì)算澆口的體積流量：q澆=V塑/t=68.1/1.6=42.56cm3/s=4.256×104mm3/s。 ③ 計(jì)算澆口的剪切速率：由式（4-20）可得：r澆=3.3qv/(∏Rn3),則()1.5 r澆==s-1=3.3×4.256×104/［

24、3.14×(3×1.3/3.14)1.5］=2.08×104 s-1。 該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×103~5×104s-1之間，所以，澆口的剪切速率校核合格。 4.校核主流道的剪切速率 上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積（澆口的體積太小可以忽略不計(jì)）以及主流道的當(dāng)量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。 （1） 計(jì)算主流道的體積流量 q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.38+0.86+2×68.1）/1.6cm3/s=86.51cm3/s-1 （2） 計(jì)算主流道的剪切速率 R主=3.3q主/（∏R主3）=3.3

25、×86.51×103/（3.14×3.1253）s-1=2.98×103s-1 主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×102～5×103s-1之間，所以，主流道的剪切速率校核合格。 5.冷料穴的設(shè)計(jì)及計(jì)算 冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計(jì)僅有主流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用與球頭形拉料桿匹配的冷料穴。開模時(shí)，利用凝料對(duì)球頭的包緊力使凝料從主流道襯套中脫出。 四、 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 1. 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1） 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模是成

26、型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計(jì)中采用整體式凹模，如圖 1-6 所示。 （2） 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯） 凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通?？煞譃檎w式和組合式兩種類型。通過對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析可知，該塑件的型芯有兩個(gè)：一個(gè)是成型零件的內(nèi)表面的大型芯，如圖 1-7所示，因塑件包緊力較大，所以設(shè)在動(dòng)模部分；另一個(gè)是成型零件的中心軸孔內(nèi)表面的小型芯，如圖 1-8 所示，設(shè)計(jì)時(shí)將其放在定模部分，同時(shí)有利于分散脫模力和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。將這幾部分裝配起來，如圖1-9所示。 圖 1-6凹模嵌件 圖 1-7

27、大型芯模嵌件 圖 1-8小型芯 2. 成型零件鋼材的選用 根據(jù)對(duì)成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性及良好的抗疲勞強(qiáng)度性能，同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能。又因?yàn)樵撍芗榇笈可a(chǎn)，所以構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用P20（美國(guó)牌號(hào)）。對(duì)于成型塑件外圓筒的大型芯來說，由于脫模時(shí)與塑件的磨損嚴(yán)重，因此鋼材選用高合金工具鋼Cr12MoV。而對(duì)于成型內(nèi)部圓筒的型芯而言，型芯較小，但塑件中心輪轂包住型芯，型芯需散發(fā)的熱量較多，磨損也比較嚴(yán)重，因此也采用Cr12MoV，型芯新中心通冷卻水，如圖1-10所示。 3. 成型零件工作尺寸的計(jì)算 采用表

28、4-15中的平均尺寸法計(jì)算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計(jì)算。 （1）凹模徑向尺寸的計(jì)算 塑件外部徑向尺寸的轉(zhuǎn)換：ls1=93+0.3 -0.2mm= 93.30 -0.5mm，相應(yīng)的塑件制造公差△1=0.5mm，ls2=89+0.3 -0.2mm=89.30 -0.5mm,相應(yīng)的塑件制造公差△2=0.5mm。 LM1=[(1+Scp)l s1- X1△1] =[(1+0.0055)×93.3-0.6×0.5]+0.083 0mm =93.51+0.083 0 mm LM2=[(1+Scp)ls2- X2△2] =[(1+0.0055)×89.3-0.6

29、×0.5]+0.083 0mm =89.49+0.083 0mm 式中，Scp塑件的平均收縮率，查表1-2可得ABS的收縮率為0.3％～0.8％，所其平均收縮率Scp==0.0055；X1、X2是系數(shù)，查表4-15可知X一般在0.5～0.8之間，此處取X1= X2=0.6；△1、△2分別是塑料上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；是塑料上相應(yīng)尺寸制造公差，對(duì)于中小型塑料件取δZ=△（下同）。 （2）凹模深度尺寸的計(jì)算 塑件高度方向尺寸的轉(zhuǎn)換：塑件高度的最大尺寸Hs1=39±0.1mm=39.10 -0.2mm,相應(yīng)的△s1=0.2mm；塑件輪外凸臺(tái)高度的最大尺寸Hs2=5+0.1 0mm=5.

30、10 -0.1mm,相應(yīng)的△s2=0.1mm。 HM1=[(1+Scp)Hs1- X1△1] =[(1+0.0055)×39.1-0.63×0.2]+0.033 0mm =39.19+0.033 0 HM2=[(1+Scp)Hs2- X2△2] =[(1+0.0055)×5.1-0.65×0.1]+0.017 0mm =5.06+0.017 0式中，X1、X2是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.7之間，此處取X1=0.63，X2=0.65。 （3）型芯徑向尺寸的計(jì)算 1）動(dòng)模型芯徑向的計(jì)算。塑件內(nèi)部徑向尺寸的轉(zhuǎn)換： Ls1=83+0.2 -0.1mm=82.9+0.

31、3 0mm,△s1=0.3mm lM1=[(1+Scp)ls1+ X1△1] =[(1+0.0055)×82.9+0.7×0.3]0 -0.05 mm =83.570 -0.05 mm 式中，X1是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.8之間，此處取X1=0.7。 2）動(dòng)模型芯內(nèi)孔尺寸。 lM2=[(1+Scp)ls2- X2△2]=[(1+0.0055)×21-0.8×0.1] mm =21.04+0.016 0mm 式中，ls2=210 -0.10mm是成型塑件輪轂外圓柱孔的徑向尺寸；x2的值查表4-15一般在0.5～0.8之間。此處取X2=0.8。 3）定模型芯

32、尺寸的計(jì)算。塑件內(nèi)孔徑向尺寸的裝換： Ls3=15+0.1 0mm=14.9+0.1 0mm lM3=[(1+Scp)ls3-X3△1] =[(1+0.0055)×14.9+0.65×0.1]0 -0.017mm =15.050 -0.017 mm 式中，X3是模具尺寸計(jì)算系數(shù)，查表4-15可取0.65。 (4） 型芯高度尺寸的計(jì)算 1）成型塑件內(nèi)大型芯高度。塑件尺寸轉(zhuǎn)換： hs1=36±0.1mm=35.9+0.2 0mm HM1=[（1+ Scp）hs1+ X1△1]=[(1+0.0055)35.9+0.630.2] 0 -0.033 mm =

33、36.220 -0.033mm. 式中，X1是模具尺寸計(jì)算系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5-0.8之間，此處取X1=0.63。 2）成型塑件中心圓筒的型芯高度。塑件中心圓筒高度尺寸轉(zhuǎn)換： hs2=49+0.2 -0.1mm=48.9+0.3 0mm hM2=[(1+Scp)hs2+ X2△2]= =[(1+0.0055)48.9+0.60.3]0 -0.05 mm =49.350 -0.05mm 試中，X2 模具尺寸計(jì)算系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5-0.7之間。此處取X2=0.6。 （5）成型孔間間距的計(jì)算 CM=[(1+s)Cs]±δ

34、z mm=56.83±0.016mm 塑件型芯及凹模的成型尺寸的標(biāo)注如下圖1-11、圖1-12、圖1-13 所示 圖1-11 圖1-12 圖1-13 4、成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 （1）凹模側(cè)壁厚度的計(jì)算 凹模側(cè)壁厚度與型腔內(nèi)壓強(qiáng)及凹模的深度有關(guān)，根據(jù)型腔的布置，模架初選200mm×355mm的標(biāo)準(zhǔn)模架，其厚度根據(jù)表4-19中的剛度公式計(jì)算。δp S=()=()mm=29.30mm 式中，p是型腔壓力（MPa）；E是材料彈性模量（MPa）；h=W,W是影響變形的最大尺寸，而h=39mm；δp是模具鋼度計(jì)算許用變形量。根據(jù)注射塑料品種。 δp=2

35、5i2=25×0.975um=24.38um=0.024mm 式中：i2=0.45×391/5+0.001×39um=0.975um。 凹模側(cè)壁是采用嵌件，為結(jié)構(gòu)緊湊，這是凹模嵌件單邊厚選15mm。由于型腔采用直線、對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置，故兩個(gè)型腔之間壁厚滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可以了。型腔與模具周邊的距離由模板的外形尺寸來確定，根據(jù)估算模板平面尺寸選用200mm×355mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全滿足強(qiáng)度和剛度要求。 （2）動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 動(dòng)模墊板厚度和所選模架的兩個(gè)墊塊之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架應(yīng)選在200mm×355mm這個(gè)范圍之內(nèi)，墊板之間的跨度大約為200mm-4

36、0mm-40mm=120mm。那么，根據(jù)型腔布置及型芯對(duì)動(dòng)模墊板的壓力就可以計(jì)算得到動(dòng)模墊板的厚度，即 T=0.54L（pA/EL1δP）1/3=0.54×120×[(35×10815.73)/(2.1×105×355×0.032)]1/3=35.08mm 式中，δP是動(dòng)模墊板剛度計(jì)算許用變形量，δP=25i2=25×（0.45×1201/5+0.001×120）mm=25×0.00129mm=0.032mm；L是兩個(gè)墊板之間的距離，約120mm；L1是動(dòng)模墊板的長(zhǎng)度，取355mm；A是兩個(gè)型芯投影到動(dòng)模墊板上的面積。 單件型芯所受壓力的面積為 A1=D2=0.785×832mm2=5

37、407.865mm2 兩個(gè)型芯的面積 A=2×A1=10815.73mm2 對(duì)于此動(dòng)模墊板計(jì)算尺寸相對(duì)于小型模具來說還可以再小一些，可以增加2根支承柱來進(jìn)行支撐，故可以近似得到動(dòng)模墊板厚度 Tn=［1/(n+1)］4/3T=(1/2) 4/3×35.08=13.9mm 故動(dòng)模墊板可按照標(biāo)準(zhǔn)厚度取32mm。 五、模架的確定 根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸為115mm×271mm，又考慮凹模最小壁厚，導(dǎo)柱、導(dǎo)套的布置等，再同時(shí)參考4.12.4節(jié)中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的選型經(jīng)驗(yàn)公式和表4-38，可確定選用模架序號(hào)為5號(hào)（W×L=200mm×355mm），

38、模架結(jié)構(gòu)為A4型。 1.各模板尺寸的確定 1）A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度為49mm，凹模嵌件深度44mm，又考慮在模板上還要開設(shè)冷卻水道，還需留出足夠的距離，故A板厚度取6mm。 2）B板尺寸。 B板是型芯固定板，按模架標(biāo)準(zhǔn)板厚取32mm。 3）C板（墊板）尺寸。 墊板=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5～10）mm=（34+20+15+5～10）mm，初步選定C為80mm。 經(jīng)上述尺寸的計(jì)算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架序號(hào)為5號(hào)，板面為200mm×355mm，模架結(jié)構(gòu)形式為A4型的標(biāo)準(zhǔn)模架。其外形尺寸：寬×長(zhǎng)×高=200mm×355mm×264mm，如圖 1-14

39、 所示。 圖 1-14 2.模具各尺寸的校核 根據(jù)所選注射機(jī)來校核模具設(shè)計(jì)的尺寸。 1） 模具平面尺寸200mm×355mm﹤428×458mm（拉桿間距），校核合格。 2） 模具高度尺寸264mm，200mm﹤264mm﹤300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。 3） 模具的開模行程S=H1+H2+（5～10）mm=（40+40）mm=85～90mm﹤300mm（開模行程），校核合格。 237-238 六、排氣槽的設(shè)計(jì) 該塑件由于采用側(cè)澆口進(jìn)料，熔體經(jīng)塑件下方的臺(tái)階及中間的肋板充滿型腔，頂部有一個(gè)?19mm小型芯，其配合間隙可作為氣體排出的方式，不會(huì)

40、在頂部產(chǎn)生憋氣的現(xiàn)象。同時(shí)，底面的氣體會(huì)沿著推桿的配合間隙、分型面和型芯與脫模板之間的間隙向外排出。 七、脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.推出方式的確定 本塑件圓周采用脫模板、中心采用推桿的綜合推出方式。脫模板推出時(shí)為了減小脫模板與型芯的摩擦，設(shè)計(jì)中在用脫模板與型芯之間留出了0.2mm的間隙，并采用錐面配合，如圖1-15 所示，可以防止脫模板因偏心而產(chǎn)生溢料，同時(shí)避免了脫模板與型芯產(chǎn)生摩擦。 2.脫模力的計(jì)算 （1） 圓柱大型芯脫模力 因?yàn)棣?r∕t=41.5∕3=13.8>10，所以，此處視為薄壁圓筒塑件，根據(jù)式（4-24）脫模力為 F1 =2πtESLcosφ

41、（f-tanφ）∕［（1-μ）K2+0.1A］ =2×3.14×3×1.8×103×0.0055×(39-3) ×cos1°×(0.45- tan1°) ∕［(1-0.3)(1+0.45 sin1°cos1°)］+0.1×3.14×41.52 N≈4656.9N 式中，各項(xiàng)系數(shù)的意義見4.9.2節(jié)內(nèi)容。 （2） 成型塑件內(nèi)部圓筒型芯的脫模力的計(jì)算 因?yàn)棣?r∕t=8.5∕3=2.8<10，所以，此處視為厚壁圓筒塑件，同時(shí)，由于該塑件的內(nèi)孔是通孔，所以，脫模時(shí)不存在真空壓力，參考（4-24）可得脫模力為 F2 =2πrESLcosφ（f-tanφ）∕［（1+μ+K1）K2

42、］ =2×3.14×7.5×1.8×103×0.0055×49 ×(0.45- tan1°) ∕［（1+0.3+2×（1∕2）2∕［((cos1°)2+2×（1∕2）（cos1°））（1+0.45 sin1°cos1°）］］ N=6326.2N 對(duì)于塑件的四個(gè)肋板，由于是徑向布置，冷卻收縮是徑向收縮，所以對(duì)型芯的箍緊力不是太大，主要是粘模力，可以按計(jì)算脫模力乘以一個(gè)不太大的系數(shù)，此處考慮為1.2。 （2） 校核推出機(jī)構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力 （1） 推出面積 A1=π∕4（D2-d2）=π∕4·（932-832）mm2=1381.6 mm2 A1=π∕4（D12-d12）=π∕

43、4·（212-152）mm2=169.56mm2 （2） 推出應(yīng)力 б=1.2F∕A=1.2（F1+F2）∕(A1+A2)=1.2×(4656.9+6326.2)∕(1381.6+169.56)MPa=8.50 MPa<53 MPa(抗壓強(qiáng)度)合格 八、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)忽略模具因空氣對(duì)流、輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)的熱量，按單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固時(shí)所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所放出的熱量。 1、冷卻介質(zhì) ABS屬中等黏度材料，其成型溫度及模具溫度分別為200℃和50—80℃。所以，模具溫度初步選定為50℃，用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷

44、卻。 2、冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算 （1） 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W 1） 塑料制品的體積 V=V主+V分+nV塑=（1.38+0.86+2×66.729）cm3=135.68cm3 2） 塑料制品的質(zhì)量 m=Vρ=135.68×1.02g=138.39g=0.138Kg 3） 塑件壁厚為3mm，可以查表4-34得t冷=20.4s。取注射時(shí)間t注=2s，脫模時(shí)間t脫=8s，則注射周期：t=t注 +t注 +t脫=（2+20.4+8）s=30.4s。由此得每小時(shí)注射次數(shù)：N=（3600∕30.4）次=118次 4） 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：W=

45、Nm=118×0.138 Kg∕h=16.28Kg∕h。 （2） 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量Qs 查表4-35直接可知ABS的單位熱量Qs的值的范圍在（310-400）kJ∕Kg之間，故可取Qs=370kJ∕Kg。 （3） 計(jì)算冷卻水的體積流量qv 設(shè)冷卻水道入水口的水溫為θ2=22℃，出水口的水溫為θ1=25℃，取水的密度ρ=1000 Kg ∕cm3，水的比熱容c=4.187 kJ∕（Kg·℃）。則根據(jù)公式可得： qv=WQs∕［60ρc(θ1-θ2) ］=16.28×370∕［60×1000×4.187×(25-22) ］m3∕min=0.00799m3∕mi

46、n （4） 確定冷卻水路的直徑d 當(dāng)qv=0.00799m3∕min時(shí)，查表4-30可知，未來是冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔的直徑d=0.015m。 （5） 冷卻水在管內(nèi)的流速v v=4qv∕（60πd2）=4×0.00799∕［（60×3.14×0.0152）］m∕s=0.754 m∕s （6 求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h 因?yàn)槠骄疁貫?3.5℃，查表4-31可得f=6.7，則有： h=4.187f(ρν)0.8/d0.2 =4.187×6.7×(1000×0.754)0.8/0.0150.2 kJ/(m2·h·℃) =1.3×104 kJ/(m2·h·℃) (

47、7) 計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積A A= WQs/hΔθ=16.28×370/{2.1×104×[50-（22+25）/2]}m2=0.01082m2 (8)計(jì)算模具所需冷卻水管的總長(zhǎng)度L L=A/πd=0.01082/(3.14×0.015)m=0.23m=230mm (9)冷卻水路的根數(shù)ｘ 設(shè)每條水路的長(zhǎng)度為ｌ=200mm,則冷卻水路的根數(shù)為 ｘ=L/ｌ=230/200根≈1.2根 由上述計(jì)算可以看出，一條冷卻水道對(duì)于模具來說顯然是不合適的，因此應(yīng)根據(jù)具體情況加以修改。為了提高生產(chǎn)效率，凹模和型芯都應(yīng)得到充分的冷卻。

48、 3.凹模嵌件和型芯冷卻水道的設(shè)置 型芯的冷卻系統(tǒng)的計(jì)算與凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算方法基本上是一樣的，因此不再重復(fù)。尤其需要指出的是大型芯和小型芯的冷卻方式。由于塑件上有四條肋板，大型芯設(shè)計(jì)時(shí)要在型芯上開四條溝槽，同時(shí)考慮推桿要通過大型芯推出塑件的輪轂部分，因此給冷卻系統(tǒng)帶來了難度。設(shè)計(jì)時(shí)在大型芯的下部采用簡(jiǎn)單冷卻流道式來設(shè)計(jì)，小型芯采用隔片式冷卻水道。凹模嵌件擬采用兩條冷卻水道進(jìn)行冷卻。冷卻水道布置如圖 1-16 所示。 圖 1-16 動(dòng)定模水道布置 1-定模板水道 2-凹模嵌件水道 3、6、7、8、10- Ο型密封圈 4-小型芯水道隔片 5-小型芯水道 9-凹模嵌件圓周水

49、道 11-動(dòng)模大型芯圓周水道 九、導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行和合模定位。錐面定位則用于動(dòng)、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡(jiǎn)單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所帶的定位結(jié)構(gòu)。 十、 總裝圖和零件圖的繪制 經(jīng)過上述一系列計(jì)算和繪圖，把設(shè)計(jì)結(jié)果用總裝圖來表示模具的結(jié)構(gòu)，如圖 所示。零件圖可由總裝圖來拆分。 十一 參考文獻(xiàn) 1 葉久新、王群主編，塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 2 塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)，塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004 3 屈華昌主編，塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) [M]. 北京：高等教育出版社，2006