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華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
1. 前言
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。注塑模中的疊層式熱流道模具是當(dāng)今注塑模具工業(yè)發(fā)展的一項前沿技術(shù)。疊層式模具通常是將兩副常規(guī)的單層注塑模組合在一起,能充分利用注射機的生產(chǎn)能力,大批量生產(chǎn)扁平制件以降低生產(chǎn)成本。熱流道技術(shù)具有節(jié)約原料、易于自動化、提高產(chǎn)品性能、縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)點,將其與疊層式模具相結(jié)合,僅需增加少量的模具成本卻能成倍地增加產(chǎn)量和實現(xiàn)高效自動化,故疊層式熱流道模具技術(shù)日趨受到世人的關(guān)注。
2. 注塑件的設(shè)計
2.1 功能設(shè)計
圖2－1 光碟支架
本塑件要求能夠放置一張普通光盤，關(guān)于零件的造型圖如圖2-1所示，詳細(xì)結(jié)構(gòu)可參考零件圖紙。作為光盤播放器的一部分，主要是應(yīng)用它的形狀特征，對其表面質(zhì)量要求不高，滿足一般塑料件的外觀即可。另外還需要承受一定的外力，如小載荷、振動、摩擦等情況；塑件的工作溫度略高于室溫，這使得在材料選擇時對熱變形溫度、脆化溫度、分解溫度的要求較高；生產(chǎn)批量是大批大量生產(chǎn)，這樣，就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命，在材料的選擇時要綜合各種因素；此外，塑料都會老化，作為一種光驅(qū)用品,還要考慮到材料的光氧化等問題。
2.2 材料選擇
對于熱流道模具，要求塑料的熔融范圍小，熱穩(wěn)定好，對壓力敏感，易于熔融和固化。熱塑性變形溫度高，能將塑件迅速從模具中取出。其次還要考慮材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力、彈性模量、彎曲強度、表面硬度等。本塑件對材料的要求首先必須是強度和耐熱好，其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題；綜合各種條件，我們選用各種性能都比較好的ABS塑料，可以滿足本塑件的各項要求，同時也適合用于熱流道模具的生產(chǎn)。
本塑料生產(chǎn)過程中,成型對塑件的結(jié)構(gòu)、形狀要求、尺寸精度等方面要求較高，而對塑件的表面粗糙度要求不高，滿足一般的塑料制品的要求即可。便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度，保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品；另一方面，模具設(shè)計者通過對給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難點,為模具設(shè)計和制造提供依據(jù)。
2.3 對塑件的說明
此零件屬于薄殼制件，厚度平均為1.5mm。在使用PRO/E造型時，先拉伸出一矩形實體，將上端挖出后進(jìn)行抽殼，之后進(jìn)行相應(yīng)的加強筋和齒條等結(jié)構(gòu)，之后挖除中心的平行四邊形孔。
2.3.1 壁厚
各種塑件，不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁，根據(jù)使用要求具有一定的厚度，以保證其力學(xué)強度。一般地說，在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚，不僅可以節(jié)約原材料、降低生產(chǎn)成本；而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時間縮短、提高生產(chǎn)率；其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷、縮孔、夾心等質(zhì)量上的缺陷。ABS壁厚推薦值：最小壁厚0.8mm。該塑件屬于中小型件，從圖2－1上可以看出，塑件大部分的壁厚均勻， 為1.5mm，最大的壁厚位于齒條處，充型時相對于其它位置可能有一定的難度，可以依靠改善注射工藝來得到改善，從而得到合格的制件。
2.3.2 脫模斜度
由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮，使其緊箍在凸?；蛐托旧?，為了便于脫模，防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損，與脫模方向平行的塑件內(nèi)，外表面都應(yīng)具有合理的斜度，但是本塑件是淺殼件，可以不設(shè)置拔模斜度，因為它高度方向的尺寸只有12mm，并且呈現(xiàn)階梯狀分布，可以很方便的進(jìn)行脫模。
2.3.3 加強肋
圖2－2加強筋
塑件上適當(dāng)設(shè)置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動方向的加強肋還能降低充模阻力，提高融體流動性，避免氣泡、縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。右圖2－2所示為在該塑件中的加強肋，它的作用是加強塑件的強度（在本加強筋的對稱一側(cè)，有齒條充當(dāng)加強筋，在此處設(shè)置有利于平衡塑件強度，減少翹曲），同時有利于料流方向的改變。由于塑件本身內(nèi)部有階梯狀的內(nèi)凹，減少了制件使用時對光盤的摩擦，同時還可以增加塑件的強度。
2.3.4 圓角
塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角過渡連接，有特殊要求時才采用尖角結(jié)構(gòu)。使用尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動和塑件的脫模。該塑件大部分的圓角取R0.5，主要是考慮到了本塑件本身的壁厚較薄，采用較大的過渡角會引起塑件產(chǎn)生明顯的局部收縮，如果成型后發(fā)生較大的變形，可以采用適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚怼?
2.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量
尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般用品，所以精度要求為一般精度即可。據(jù)精度等級選用表，ABS的高精度為3級，一般精度為4級。根據(jù)塑件尺寸公差表（SJ/T10628--1995），選擇相關(guān)尺寸的公差。本塑件由于尺寸需要穩(wěn)定，所有尺寸都采用4級的精度，以滿足實際的需求。
3. 產(chǎn)品工藝性分析
3.1 材料性能
ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。這三種組分的各自特征，使ABS具有“硬、韌、剛”的綜合力學(xué)性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成型塑件光澤性好。密度為1.02～1.05。ABS有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。其尺寸穩(wěn)定性好，易于成型加工。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響。其缺點是：耐熱性不高，連續(xù)工作溫度只有70度左右；耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
3.2 成形特性及條件
（1） ABS塑料吸濕性強，成型前必須充分預(yù)熱干燥，達(dá)到含水量小于0.3％的要求。
（2） 本塑料流動性一般，溢邊值0.04mm。
（3） 溫度、時間、壓力在塑件的成形中對質(zhì)量影響較大。成型時宜采用較高的加熱溫度（模溫50～80℃）和較高的注射壓力（螺桿式注射機：溫度160～220℃，注射壓力70～100MPa。）
（4） 結(jié)構(gòu)工藝性：零件壁厚均勻，所有壁厚都大于ABS塑料的成形最小壁厚0.8mm，注射成型時不會發(fā)生填充不足現(xiàn)象。（應(yīng)用Pro/E及塑料顧問分析得出）
（5） 塑件相關(guān)信息如下（Pro/E分析得出）：
體積 = 39489.905
曲面面積 = 55980.123
密度 =
質(zhì)量 = 41.46 g
模型的最大投影面積 = 18379.8
4．塑件的注塑充型模擬
采用的最大注塑壓力為100MPa；模具溫度為70℃；流體溫度為214℃。結(jié)果顯示：Your model is generally well suited to an Adviser analysis...However, care should be taken when interpreting results around chunky model features as the results may be less reliable. （你需要分析的塑件非常適合用塑料顧問軟件來分析……但是，對于厚度不均勻處，分析結(jié)果會有較大的誤差。）
Your part can be easily filled but part quality may be unacceptable. View the Quality plot and use the Dynamic Adviser to get help on how to improve the quality of the part.（你的元件可以很順利的充型，但是部分位置可能不能達(dá)到理想的效果。你可以利用本軟件的圖形結(jié)果來提高你塑件的質(zhì)量。）
在模擬澆注前，對塑件進(jìn)行了澆口的優(yōu)化模擬，結(jié)果如圖4－1所示：可以看出，最佳的澆口位置在塑件的中間部分，因此將澆口設(shè)置在圖示箭頭所示之處。
圖4－1 澆口模擬圖形
使用軟件優(yōu)化后的成型工藝參數(shù)進(jìn)行澆注模擬得到模擬結(jié)果圖形如下：
D
C
B
A
圖4－2 成型模擬結(jié)果圖一
B
A
D
C
圖4－3 成型模擬結(jié)果圖二
從圖4－2 B和圖4－3 A可以看出，本塑件可以很好的充型，且可以得到較好的成型質(zhì)量，沒有成型不良的地方。但是對于圖4－3 C、D可以看出塑件很可能有氣泡和熔合紋的產(chǎn)生。對與產(chǎn)生缺陷的原因有兩個：一，本軟件模擬的時候不考慮冷卻和排氣；二， 在壁厚不均勻的地方容易產(chǎn)生氣泡，在兩個熔體交匯處容易產(chǎn)生溶合紋。所以在模具設(shè)計中可以根據(jù)這些缺陷產(chǎn)生的位置設(shè)置好冷卻系統(tǒng)和排氣裝置（在氣泡容易產(chǎn)生的位置布置推桿，可以利用頂桿和型芯的配合間隙進(jìn)行排氣；在溶合紋產(chǎn)生處，如果可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)工藝，使料流在交匯處可以充分溶合，就會大大降低溶合紋產(chǎn)生的幾率），達(dá)到減少甚至消除缺陷的效果。需要注意的是：模擬中采用的工藝參數(shù)為軟件優(yōu)化結(jié)果，在實際生產(chǎn)中僅用于參考，還需要根據(jù)實際注塑效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。
終上所述，塑料采用如下的成型工藝參數(shù)：
注射時間：1.2 sec
保壓時間：15 sec
冷卻時間：15 sec
模具溫度： 70℃
料流溫度： 200℃
注射壓力： 55Mpa
5. 確定模具基本結(jié)構(gòu)
本模具為疊層模具，采用冷流道，將會產(chǎn)生很多的凝料，增加制件的推出長度，影響生產(chǎn)率，所以采用熱流道無凝料，充分配合疊層模具的優(yōu)勢，提高生產(chǎn)率；由于塑件在高度方向為12mm，采用普通頂出方式就可以將塑件安全頂出，因此頂出方式采用推桿推出；由于是雙層模具，所以型芯、型腔、頂出等都有兩套，其中頂出裝置的動力來源是一個重要的問題，除了采用注塑機本身所帶有的頂出動力外，需要另外設(shè)置兩個液壓缸來實現(xiàn)另一套頂出裝置的動力提供；供熱流道二級噴嘴選擇的澆口一般有兩種：直接澆口和點澆口，由于直接使用于比較大的制件，且痕跡比較大，采用點澆口進(jìn)料，既能滿足進(jìn)料需求又可以避免在制件上留下較大的痕跡。本塑件無側(cè)凹和側(cè)壁孔，所以不需要設(shè)置側(cè)向抽芯裝置。
圖3－3
6. 初選注塑成型機的型號和規(guī)格
為了提高生產(chǎn)力，模具采用疊層模具，但是如果采用冷流道，將會產(chǎn)生很大一部分的凝料，不利于材料的利用和生產(chǎn)率的提高，因此決定采用熱流道模具成型，設(shè)置一模四腔，雙層模具。
根據(jù)公式：
式中：、、F分別代表注塑機最小注塑體積、最小注塑質(zhì)量和最小鎖模力；、分別代表塑件的體積和質(zhì)量；n為一次成型塑件的個數(shù)；P為注塑壓力；A為塑件的最大投影面積（沿分形面法線的方向）。
用于本模具為疊層模具，需要增加鎖模力（5％～15％），所以初步估計需用的鎖模力為5403～8454kN。綜合上述條件：注塑機需要滿足注塑體積大于400，質(zhì)量大于414g，鎖模力最好大于5403～8454kN。
選擇FD1000型注塑機，具體參數(shù)如表5－1：
表 5－1 FD1000型注塑機參數(shù)
注 塑 裝 置
螺桿型號
標(biāo)準(zhǔn)
螺桿直徑/mm
125
螺桿長徑比(L/D)
20
理論注塑容量/
6300
注塑壓力/MP
175
注塑速率/(g/s)
920
塑化能力/(kg/h)
120.5
螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)
0～80
鎖 模 裝 置
鎖模方式
外翻雙曲肘式
鎖模力/kN
10000
模板最大開距/mm
2300
模具厚度/mm
600～1100
拉桿間距/mm
1180×1100
模板最大行程/mm
1200
定位孔直徑/mm
250
定位孔深度/mm
30
噴嘴伸出量/mm
50
噴嘴球半徑/mm
30
頂出力/頂出行程/mm
260/300
電 氣
模具厚度調(diào)節(jié)電機功率/kW
5.5
加熱功率/kW
51.5
油泵電機功率/kW
104
其 它
機器質(zhì)量/t
70
外形尺寸/m
12.3×2.7×2.8
7. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
7.1 成型零部件的尺寸計算：
對于模具和塑件的尺寸公差標(biāo)注，有以下規(guī)則可以借鑒：
孔類尺寸：模具工作尺寸標(biāo)注形式為：； 塑件尺寸標(biāo)注形式為：
軸類尺寸：模具工作尺寸標(biāo)注形式為：； 塑件尺寸標(biāo)注形式為：
中心距離：模具工作尺寸標(biāo)注形式為：塑件尺寸標(biāo)注形式為：
A類尺寸 型腔徑向：由計算得：
單位：mm
表7－1 模具型腔徑向尺寸
塑件原始尺寸
模具尺寸計算
塑件原始尺寸
模具尺寸計算
其中：
是修正系數(shù)：1/2～3/4 取2/3 精度：
（以下公式中的參數(shù)代表意義與此一致）
表7－2 模具型腔深度尺寸
單位：mm
B類尺寸 型腔深度：由計算得：
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
單位：mm
C類尺寸 型芯徑向：由計算得：
表7－3 模具型芯徑向尺寸
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
表7－4 模具型芯高度尺寸
單位：mm
D類尺寸 型芯高度：由計算得：
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
第30頁 共30頁
表7－5 模具中心距離尺寸
E類尺寸 中心距離：由計算得：
單位：mm
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
塑件原始尺寸
模具計算尺寸
7.2 型腔和型芯的尺寸計算
考慮到本模具的型腔加工較之型芯容易，決定型腔采用整體式。
矩形整體式型腔：（選用材料40Cr）
（1） 型腔壁厚 由剛度計算：
圖 7－1 模具型腔壁厚
（2） 型腔底板厚 由剛度計算：
L=240 a=12 b=125 L/a=20 c=10 L/b=1.92
分型面
=0.0273 計算得出。
P——熔體壓力 ；
可以根據(jù)以下公式計算：P＝K×Pa
Pa——最大注射壓力
圖 7－2 分型面位置
K——壓力損耗系數(shù)：K=0.4
——熔體壓力100×0.4＝40Mpa
根據(jù)實際情況，采用如圖7－2所示位置作為分型面：
綜合上述的計算，型腔的尺寸如7－3圖所示：
圖7－3 型腔及型腔尺寸
可以看出，型腔的尺寸完全滿足了型腔應(yīng)有的強度要求，之所以采用如此的尺寸，是因為之后要在其上留下加工二級噴嘴、導(dǎo)柱孔、螺釘孔等的空間（加工孔影響型腔的整體剛度和強度），所以采用了比較大的厚度尺寸。
型芯的尺寸如圖7－4所示：
圖7－4 型芯及型芯尺寸
考慮到型芯比較不容易加工，所以選擇使用鑲塊的形式，使用螺釘固定！具體結(jié)構(gòu)參見模具的總裝配圖。
7.3 推出機構(gòu)的設(shè)計
7.3.1 推出力的計算：
由于本塑件為一矩形，按照矩形的脫模力來計算，矩形塑件斷面的脫模力：
E——塑料的彈性模量（MP）：E=1800MP
S——塑料平均成型收縮率（％）：S=0.5%
L——塑件對型芯的包容長度（mm）：L=1661.713mm
f ——塑件與型芯之間的靜摩擦系數(shù)，常取0.1～0.2：f＝0.2
——無因次系數(shù)：
——型芯的脫模斜度，由于本產(chǎn)品是淺殼狀制品，可以不設(shè)置拔模斜度：
——塑件的平均厚度：
——塑料的泊松比：
A——盲孔塑件型芯在脫模方向上的投影面積，此塑件無盲孔：A＝0
推出機構(gòu)最常用的有推桿推出和推板推出，考慮到本模具的結(jié)構(gòu)簡單，制件易推出。選擇推桿推出機構(gòu)。
7.3.2 推桿的確定：
（1）推桿的形式
推桿的形式很多，較常見的有a.圓推桿；b.矩形推桿；c.階梯型推桿；d.盤形推桿?？紤]到本塑件比較容易推出且圓推桿比較廉價，隨意推桿采用a類圓推桿。
推桿的尺寸
（2）推桿長度由模板厚度、墊板厚度、推出距離、模架本身等確定（本模具中 另外由于頂桿頂出位置不同和模架的機構(gòu)，所以還應(yīng)根據(jù)需要增加一定的長度）。推桿直徑不宜太細(xì)，應(yīng)有足夠的剛度和強度來承擔(dān)推力。推桿（初步采用T8A）直徑d的確定可根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式求得：
圓整為6mm。
式中，是安全系數(shù)，取值1.5；L是推桿的長度240.5（mm）；F是脫模力3323（N）；n是推桿數(shù)目：取4（取四根的原因是考慮到4根推桿可以很好的平衡塑件，在推出的過程中不容易產(chǎn)生傾斜）；E是推桿材料的彈性模量210000（MPa）。
推桿直徑確定之后，需要進(jìn)行強度校核，即：
式中，是推桿的許用應(yīng)力200（MPa）；是推桿所受的應(yīng)力（MPa）。
根據(jù)GB/T4169-1984,推桿的具體形狀和尺寸如圖7－5所示：
圖7－5 推桿
L
由于塑件有臺階且推桿布置的位置不同，推桿長度也不一致，采用兩個長度的推桿，其一：L=237.5mm；其二：L＝240.5mm（L所代表的長度為圖7－5所示的L尺寸）。
（3）推桿的布置
L
在保證塑件成型質(zhì)量和順利脫模的情況下，推桿數(shù)量應(yīng) 盡量少，并盡可能設(shè)置在塑件內(nèi)側(cè)，以免因頂出痕跡而影響塑件外觀。如果因為塑件某些特殊要求，推出位置必須設(shè)置在其外觀時，可在推桿工作表面加工一些裝飾性標(biāo)志。
圖7－6 推桿位置
本塑件的推桿布置如圖7－6所示：
推桿相對于中心線對稱，位于其內(nèi)部，推出部分在齒條和加強筋處比較不容易推出，在其邊緣分別布置一個推桿。圖示凸模塑件成型后上端中心不連接，所以布置兩根位于上端。圖示為型芯上的視圖，實際工作中還應(yīng)根據(jù)需要在型腔表面涂上相應(yīng)的脫模劑。
7.4 復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計
為了進(jìn)行下一循環(huán)的成型，脫模推出機構(gòu)在完成塑件的頂出動作后必須回到初始位置。除推出板外，其它頂出形式（推桿頂出、推管頂出等）一般均需要設(shè)置復(fù)位機構(gòu)?？紤]到復(fù)位桿復(fù)位的可靠性，選擇復(fù)位桿作為復(fù)位機構(gòu)。一般設(shè)置4根，對稱布置在推出板的四周。復(fù)位桿的材料、熱處理及表面粗糙度要求與推桿相同，其形式和尺寸分別采用如下所示：
復(fù)位桿尺寸如圖7－7：
圖7－7 復(fù)位桿
裝配后的圖形如下：
圖形7－8為上頂出設(shè)備，圖形7－9為下頂出設(shè)備。
可以看出，上頂出設(shè)備的長度大于下頂出設(shè)備的長度，因為下頂出設(shè)備的動力來源于注塑機本身，而上頂出需要加裝液壓設(shè)備保證動力。
推桿
復(fù)位桿
推板固定板
推板
圖7－8 上頂出設(shè)備
推桿固定板
推板
推桿
復(fù)位桿
圖7－9 下頂出設(shè)備
7.5 導(dǎo)向機構(gòu)的選擇：
模具采用用導(dǎo)柱導(dǎo)套配合導(dǎo)向，并且起到支撐中間部分的作用。
由于在頂出制件的時候需要控制推出長度，以免使頂桿等滑出配合面，所以使用兩個系列的導(dǎo)柱：一類為限位導(dǎo)柱（圖A）、一類為普通導(dǎo)柱（圖B），考慮到平衡和支撐中間部分的作用，每類導(dǎo)柱各用四根，與之相配合的導(dǎo)套已在圖中示出。如圖7－10所示：
圖A 限位導(dǎo)柱
圖7－10 導(dǎo)柱、導(dǎo)套
圖B 普通導(dǎo)柱
7.6 熱流道系統(tǒng)的設(shè)計：
流率是指在澆注系統(tǒng)中的熔體流率。此時熔體處在高溫及高壓之下，其比容較固體時為高，而且依熔體之溫度，流道內(nèi)的靜壓力和塑料品種而異。此值可用斯賓塞推薦的狀態(tài)方程式計算，即：
因此
其中： ——熔體在流道中所受的外部壓力（MPa）；
——熔體在流道中所受的內(nèi)壓（MPa）；
——熔體在該狀態(tài)下的比容（）；
——熔體在－273℃下的比容：1.25（）；
——修正的氣體常數(shù)：0.28625；
——絕對溫度（℃＋273）。
注射時間為1.2s；8個塑件總重為316g。
則其主流道中的體積流率為：
。
分流道中的體積流率為：
；
進(jìn)料口的體積流率為：
。
（1）主流道的直徑：
圖7－11 主流道
（cm）外加熱方式。
為主流道中的體積流率 （）
取為11mm。
對于主流道護(hù)管，由于外加熱裝置不容易安裝，而絕熱流道又不利于生成，因為絕熱流道適應(yīng)的塑料有限，ABS不太適合使用絕熱流道，因此采用內(nèi)加熱系統(tǒng)，所以主流道護(hù)管內(nèi)壁和內(nèi)加熱器外壁之間的間隙寬度為：
（cm）
為主流道中的體積流率 （）
（2）分流道的直徑：
（cm）外加熱方式。
圖7－12 分流道
為分流道中的體積流率 （）
取為15mm。
（3）進(jìn)料口
點進(jìn)料口直徑：
圖7－13 點澆口
（cm）
為進(jìn)料口中的體積流率 （）
取為2mm
7.7 熱流道板（集流板）的設(shè)計
7.7.1. 熱流道板加熱功率的計算
所謂加熱功率是指把熱流道板升溫，從室溫（以20℃計）升高到指定溫度（一般為200～220℃）所需的熱功。升溫時間是個重要因素，習(xí)慣以1h為準(zhǔn)，但近年來為了提高生產(chǎn)率，對中小型模具改為0.5h。
一般計算式為：
式中：P——加熱功率（kW）；
t——熱流道板所需要升高的溫度（熱流道板溫度減去室溫）取244－20（℃）；
W——熱流道板的重量（包括緊固螺釘在內(nèi)）20.812（kg）；
T——升溫時間，取1（h）；
——熱效率（從實際統(tǒng)計約為0.2～0.3，寧可取低值）取0.25。
實際上，在升溫的過程中，不斷有熱損失發(fā)生。這種熱損失隨溫度的升高而逐漸增大。假定熱損失為零時，升溫時間為0.5h，熱效率為1（在考慮熱損失的總和之后確定熱效率），則可以用以下公式簡化計算。
（kW）
7.7.2 熱流道板熱損失的計算
(1) 由輻射及對流所生的熱損失
當(dāng)熱流道板溫度為200～300℃時，熱流道板表面積每1的損失為：
輻射損失
（W）
式中 a——表面輻射率（一般熱流道板的表面輻射率為0.8）。
對流損失
（W）
當(dāng)表面積為A時，＝0.8時，兩者合計為：
（W）
(2) 由傳導(dǎo)所生的損失
熱流道板一般均為架空安裝。但仍必須要有支承物，而且支承物由于受一定的壓力，其面積不能過小。支承物的熱傳導(dǎo)能率與其接觸面積承正比，而與其高度承反比。因此，有支承物的傳導(dǎo)熱損失為：
圖7－14 熱流道板
式中：——支承物的總的傳導(dǎo)熱損失（W）；
——支承物的接觸面積12.56（）
——熱流道板與模具的溫差154（℃）
——支承物之高度2.25（cm）
——支承物之熱導(dǎo)率（W/cm·℃）
中碳鋼 ＝0.5336
不銹鋼 ＝0.1624
7.7.3. 加熱于熱流道板所需的總功率
假定熱流板的溫度在200---300℃之間，熱流道板表面為鋼的氧化表面，＝0.8，升溫時間為0.5h，并且留有10％的余裕，則其計算式為：
＝[0.267·＋（0.003206t-0.3278）+]×1.1 (W)
＝[0.267×224×20.812＋（0.003206×224－0.3278）×12.56＋12.56×154×0.1624]×1.1＝1563.24W
7.7.4. 熱流道板的結(jié)構(gòu)形式
常用的熱流道板為一平板，其外形輪廓一般為一字形、H形、十字形等。為節(jié)省加熱功率，其體積以小為宜。但過于小則熱容量太小，溫度不易穩(wěn)定。外加熱式熱流道板（所謂外加熱是指不在流道內(nèi)加熱）的形式采用如圖7-14所示。分流道加工成通孔，其外端用堵塞堵住。 熱流道板在工作中受較大的壓力和熱應(yīng)力，一般應(yīng)使用較強韌的炭結(jié)構(gòu)鋼，利用其熱導(dǎo)率高的優(yōu)點。為增加其強度，可用調(diào)質(zhì)處理。
7.7.5. 熱流道板的隔熱與支持
圖7－11 熱流道板和二級噴嘴
熱流道板雖然在結(jié)構(gòu)上與模具本體大面積隔離，但支撐部位仍然接觸。由接觸部的傳熱雖然不大，但它卻能影響模具溫度的均一性，造成局部過熱。裝配好的二級噴嘴和熱流道板如圖7－11所示。
7.8 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計與計算
塑料熔體具有的熱量通過輻射、對流約有5％擴散到空氣中，而95％由模具本身傳導(dǎo)，假設(shè)熔體帶入的熱量全部由模具傳導(dǎo)，則有：
式中，是冷卻水體積流量（）；是單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料熔體質(zhì)量1.9（）；是冷卻水的密度1000（）；是冷卻水的比熱容4.187[/(·℃)]；是冷卻水出口溫度27（℃）；是冷卻水入口溫度20（℃）。
可表示為：
式中，是塑料的比熱容1 1.047[/(·℃)]；是塑料熔體的初始溫度244（℃）；是塑件在推出時候的溫度70（℃）；是結(jié)晶型塑料的熔化質(zhì)量焓（）。
根據(jù)冷卻水出于湍流狀態(tài)下的流速v與管道直徑d的關(guān)系，確定冷卻管道的直徑d取為15mm。冷卻管道總傳熱面積A（）可用下式計算：
式中，W、意義同上，h是冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)[/(·℃)]；是模具溫度與冷卻水溫度之間的平均溫差45（℃）。對于長徑比大于50的細(xì)長冷卻管道，其孔壁與冷卻水的傳熱膜系數(shù)為h計算公式為：
式中f值查表4－23為6.48；是冷卻水的體積流量0.012/60；d為直徑0.015（m）。
所以，模具應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)為：
所以，取為4個。
冷卻水孔中心線與型腔壁厚的距離應(yīng)為冷卻水道直徑的1倍～2倍，取為30mm，冷卻水道之間的中心距約為水孔直徑的3倍～5倍。布置冷卻水孔如下圖7－12所示：
圖7－12 冷卻水管布置
8. 校核計算
8.1 最大注射量的校核
注塑機的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好在注塑機的最大注塑量的80％。所以，選用的注塑機最大注塑量應(yīng)：
式中：——注塑機的最大注塑量，g；
——塑件的體積，g，該產(chǎn)品＝8×41.5＝316g；
——澆注系統(tǒng)體積，g，本模具為熱流道，應(yīng)為0。
故
此處我們選擇的注塑機注塑量為920g/s，加上熱流道內(nèi)的塑料，可以滿足需要。
——澆注系統(tǒng)體積，g，本模具為熱流道，應(yīng)為0。
故
此處我們選擇的注塑機注塑量為920g/s，加上熱流道內(nèi)的塑料，可以滿足需要。
8.2 注射壓力的校核
注射機的最大注射壓力應(yīng)稍大于塑料制品成型所需要注射壓力。
注射時注射壓力?。?20MPa；
本模具所選的FD1000型注射機的額定注射壓力為＝175Mpa滿足要求。
8.3 安裝尺寸的校核
模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相適應(yīng)：
模具長×寬<拉桿面積；
模具的長寬為710×630<注塑機拉桿的間距1180×1100
模具閉合高度校核：
模具實際閉合厚度 ；
注塑機模具厚度 ，位于600～1100之間，滿足要求。
8.4 開模行程和頂出行程的校核
所選注塑機的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機構(gòu)的注塑機），故注塑機的開模行程應(yīng)滿足下式：
顯然：滿足要求！
式中：
8.5 鎖模力的校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大推力，應(yīng)小于注射機的額定鎖模力。由于本模具是疊層模具，鎖模力需增加15％，且為一模四腔，所以
式中：
模具型腔內(nèi)塑料熔體的推力可按下式計算：
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知
所以符合注射機鎖模力要求。
9. 根據(jù)校核計算結(jié)構(gòu)修改完善
10. 模具工作過程簡介
本模具系統(tǒng)的工作過程如圖所示：
圖 11-1 模具合模狀態(tài)
注射之前模具處于閉合狀態(tài)，經(jīng)過干燥處理的物料進(jìn)入注塑機進(jìn)行塑化，對空注射，料流穩(wěn)定后注塑機進(jìn)行注塑，注塑完成后，模具依次進(jìn)入保壓補縮、倒流、冷卻定型階段，最后冷卻定型。
A 限位導(dǎo)柱
圖 11-2 模具開模
注塑完成、塑件冷卻定型以后，模具開始開模，借助注塑機液壓系統(tǒng)進(jìn)行開模。在導(dǎo)柱的引導(dǎo)下，下分型面先打開，同時帶動固定在下型芯固定板的齒條運動，通過圖示的齒輪齒條機構(gòu)的運動帶動上型芯固定板運動，帶動上模架同時開模，上分型面打開。在開模過程中，限位導(dǎo)柱（圖11－2 A 處）限制開模最大距離，保證導(dǎo)柱對模具中間部分的支撐。
圖 11-3 頂出塑件
開模達(dá)到預(yù)定的位置（此位置需要滿足塑件可以順利脫出）之后，通過注塑機的頂出機構(gòu)推動下脫模機構(gòu)，同時利用頂桿的作用將塑件推出，而上部分的頂出動力來源與固定在型芯墊板和推板上安裝的液壓缸，通過液壓系統(tǒng)控制液壓缸，保證上頂出機構(gòu)可以順利的帶動推桿頂出塑件。
圖 11－4 塑件取出
塑件被推出之后，借助塑件自身的重力，塑件自動掉落，模具依靠導(dǎo)柱導(dǎo)套系統(tǒng)和復(fù)位桿順利合模進(jìn)入下一個生產(chǎn)周期（對于定模部分的頂出機構(gòu)，為了避免對各個桿件的沖擊，所以其復(fù)位需要依靠加裝其上的液壓缸來實現(xiàn)）。
11. 模具裝配圖
01 動模座板 02 動模墊塊 03 定模墊板 04 動模型腔 05 中間墊塊 06 內(nèi)六角螺釘 07 定模型腔 08 內(nèi)六角螺釘 09 內(nèi)六角螺釘 10 定模墊板 11 定模墊塊 12 定模座板 13 內(nèi)六角螺釘 14內(nèi)六角螺釘 15 主流道管16定位圈 17澆口套 18 頂桿 19 限位導(dǎo)柱 20 二級噴嘴 21 熱流道板 22 型芯 23 動模推板 24 動模推桿固定板 25 動模型芯固定板 26 導(dǎo)柱 27 內(nèi)置加熱棒 28 支撐墊 29 圓柱銷 30 堵塞一 31堵塞二 32復(fù)位桿 33液壓缸 34 定模推板 35定模推板固定板 36 內(nèi)六角螺釘 37 定模型芯固定板 38內(nèi)六角螺釘 39 滾輪 40 齒輪 41齒條
圖11－1 模具裝配圖
參考文獻(xiàn)
[1] 齊曉杰主編.塑料成型及模具設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社.2005
[2] 朱光力 萬金保 等編著.塑料模具設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社.2004
[3] 《塑料模設(shè)計手冊》編寫組編著.模具手冊之二 塑料模具設(shè)計手冊[M].2002.130～133、204～215
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[5] 陳劍玲，劉廷華，皮體斌，王建華.CD包裝盒疊層式熱流道模具設(shè)計[J].中國塑料，2004，18（7）：83~89.
[6] 鄧小梅.Pro／ENGINEER在模具方面的應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)（機械與電氣），2007，10，43；121.
附錄
附錄Ⅰ：外文原文
附錄Ⅱ：外文翻譯
目 錄
1產(chǎn)品工藝性分析…………………………………………………………………………2
1.1 材料性能…………………………………………………………………………2
1.2 成型特性及條件……………………………………………………………………… 3
1.3 塑料制品結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………… 3
1.3.1 加強肋…………………………………………………………………………3
1.3.2 圓角…………………………………………………………………………3
1.4 零件體積及質(zhì)量估算…………………………………………………………4
2 注塑成型的準(zhǔn)備………………………………………………………………………4
2.1 注塑成型工藝簡介……………………………………………………………………4
2.2 注塑成型工藝條件……………………………………………………………………5
2.3 注塑機基本參數(shù)…………………………………………………………………… 7
2.4 初選注射成型機的型號和規(guī)格………………………………………………………8
2.5注射機的校核…………………………………………………………………………9
2.5.1 注射機的校核……………………………………………………………………9
2.5.2 鎖模力的校核……………………………………………………………………9
2.5.3 塑化能力的校核…………………………………………………………………9
2.5.4 模具外形尺寸校核………………………………………………………………9
2.5.5 模具厚度校核……………………………………………………………………10
3.模具設(shè)計………………………………………………………………………………… 10
3.1 型腔數(shù)目的確定……………………………………………………………10
3.2 分型面位置的確定………………………………………………………………11
3.3澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計…………………………………………………………12
3.3.1 主流道尺寸與形式………………………………………………………………13
3.3.2 分流道 ………………………………………………………………………… 13
3.3.3 分流道表面粗糙度………………………………………………………………13
3.3.4 澆口……………………………………………………………………………… 14
3.3.5 澆注系統(tǒng)的平衡………………………………………………………………… 15
3.3.6 模具材料的選擇…………………………………………………………………15
3.4 確定型腔、型芯的固定方式及尺寸………………………………………………… 16
3.4.1 確定型腔、型芯的固定方式………………………………………………………16
3.4.2 確定型腔、型芯的尺寸……………………………………………………………16
3.5 成型型腔壁厚的計算………………………………………………………………… 17
3.6 確定頂出系統(tǒng)和機構(gòu)類型…………………………………………………………… 18
3.6.1 推桿數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式…………………………………………………………… 18
3.6.2 復(fù)位裝置設(shè)計……………………………………………………………………19
3.6.3 頂出機構(gòu)的導(dǎo)向………………………………………………………………… 19
3.7脫模機構(gòu)……………………………………………………………………………… 19
3.7.1 脫模力校核………………………………………………………………………19
3.7.2 推桿校核…………………………………………………………………………20
3.8 導(dǎo)向與定位機構(gòu)………………………………………………………………………21
3.9排氣設(shè)計……………………………………………………………………………… 21
3.10溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)…………………………………………………………………………22
4 模具工作說明…………………………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………25
致謝………………………………………………………………………………………… 26
附錄1………………………………………………………………………………………… 27
附錄2………………………………………………………………………………………… 31