10-外殼注塑模具設(shè)計
10-外殼注塑模具設(shè)計,10,外殼,注塑,模具設(shè)計
塑料外殼注射模具設(shè)計
摘 要
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
本論文介紹了注射成型的基本原理，特別是雙分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計原則，詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計過程，并對模具強度要求做了說明。設(shè)計成型零部件以及設(shè)計合理的推出機構(gòu)。對設(shè)計進行驗證主要是對注射機的相關(guān)重要參數(shù)進行驗證，包括模具閉合厚度、模具安裝尺寸、模具開模行程、注射機的鎖模力等。在校驗合格后，進行成型零件加工工藝過程的制定，既要保證塑件的質(zhì)量，又要兼顧經(jīng)濟性。
最后則是模具的裝配環(huán)節(jié)，包括制定裝配步驟、明確注意事項等。通過本設(shè)計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設(shè)計中的某些細節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對AutoCAD的學(xué)習(xí)，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。
關(guān)鍵詞：點交口，雙分型面，拉料桿
Plastic injection mold design shell
ABSTRACT
Plastic industry is grow now one of quickest industry classes in the world, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance.
This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request. Design shaped parts，reasonable drawing mechanism and so on．
The design should be certification．Primarily related to the injection machine of important parameters for the certification including die close thickness sizes，the name distance，injection machine of the die draw force and so on．After，qualified in check，the molding parts machining process design must ensure that the quality of Supervision taking into account the economy．
Final assembly is part of the mold，which including the design of assembly steps，clear proceeding required attention．Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work; Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus effective enhancement working efficiency.
KEY WORDS: point intersection,dual-surface，sprue puller
目錄
ABSTRACT 1
1 前 言 2
1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 2
1.1.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 3
1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 4
2制件分析 7
2.1.1塑件分析 7
2.1.2ABS的性能分析 8
2.1.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 10
3注射成型工藝參數(shù) 12
3.1擬定模具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式及初選注射機 12
3.2擬定模具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式 12
3.3選擇注射機 14
3.4澆注系統(tǒng)的設(shè)計 16
（1）.主流道的設(shè)計 16
（2）.分流道的設(shè)計 17
（3）.澆口的設(shè)計 19
（4）.澆注系統(tǒng)的平衡 20
（5）.澆注系統(tǒng)凝料體積的計算 20
（6）.各截面流過熔體的體積計算 21
4成型零件的設(shè)計及計算 23
4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
4.2成型零件鋼材的選用 23
4.3成型零件的設(shè)計 23
（1）.型腔徑向尺寸的計算 23
（2）.型腔深度尺寸計算 24
（3）.型芯徑向尺寸計算 24
（4）.型芯高度尺寸計算 25
5模架的選用 25
5.1各模板的尺寸的確定 25
5.2模架各尺寸的校核 25
6排氣槽…………………………………………………….…………..……………………..24
7 推出機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………….…………..………….24
8脫模機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………….…………25
9 模具冷卻、加熱系統(tǒng)的設(shè)計................................................................................28
9.1模具加熱 28
9.2模具冷卻 28
10.致謝………………………………………………………….…………………….………31
11.參考文獻………………………………………………………………….……..………… 32
1.前言
1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一。隨著科技日新月異的發(fā)展，塑料工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，從而使塑料的數(shù)量也不斷上漲。當(dāng)然塑料工業(yè)的發(fā)展離不開塑料模具設(shè)計，模具工業(yè)被譽為“工業(yè)之母”。隨著模具技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具已成為各種工業(yè)產(chǎn)品不可或缺的重要工藝設(shè)備。模具成型具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本的特點。因而，在國民經(jīng)濟各個部門得到了極其廣泛的應(yīng)用。在模具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性強，力學(xué)性能高，自潤滑，耐磨及相對密度小等獨特的優(yōu)異性能，成為工業(yè)部分必不可少的新型材料。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:1、體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。2、開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。3、第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。4、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。5、模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:
1）模具日趨大型化；
2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；
3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；
4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；
5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)；
7）模具的精度將越來越高；
8）模具研磨拋光將自動化、智能化；
9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；
10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。
2制件分析
2.1.1塑件分析
塑件圖：
圖2.11 塑料制件
1外形尺寸 該塑件壁厚為1mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔體流程不太長，適合于注射成型。
2精度等級 塑件每個尺寸的公差不一樣，書中已給定未注尺寸公差為MT5。
3脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，其脫模斜度參考文獻《塑料成型工藝與模具結(jié)構(gòu)》表1-7可知在35′～1°30′，選擇統(tǒng)一脫模斜度為1°。
2.1.2ABS的性能分析
1.使用性能 ABS?具有良好的加工性能，幾乎可以適用多種加工方法，注射，擠出，模壓，吸塑，沖壓，折彎，電鍍等。ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象。ABS的吸水率較高，加工前應(yīng)進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度80~85℃，時間2~4h對特殊要求的制品.(如電鍍的干燥條件為溫度70~80℃，時間18~18h
；
2.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(yù)熱干燥80-90度,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(dǎo)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。
5. 冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)應(yīng)以粗，短為原則，宜設(shè)冷料穴，澆口宜取大，如：直接澆口，圓盤澆口或扇形澆口等，但應(yīng)防止內(nèi)應(yīng)力增大，必要時可采用調(diào)整式澆口。模具宜加熱，應(yīng)選用耐磨鋼。
6. 料溫對塑件質(zhì)量影響較大，料溫過低會造成缺料，表面無光澤，銀絲紊亂料溫過高易溢邊，出現(xiàn)銀絲暗條，塑件變色起泡。
7. 模溫對塑件質(zhì)量影響很大，模溫低時收縮率，伸長率，抗沖擊強度大，抗彎，抗壓，抗張強度低。模溫超過120度時，塑件冷卻慢，易變形粘模，脫模困難，成型周期長。
8. 成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂，產(chǎn)生應(yīng)力集中，故成型時應(yīng)嚴(yán)格控制成型條件，成型后塑件宜退火處理。
9. 熔融溫度高，粘度高，對剪切作用不敏感，對大于200克的塑件，應(yīng)采用螺桿式注射機，噴嘴應(yīng)加熱，宜用開暢式延伸式噴嘴，注塑速度中高速
10.ABS的主要性能指標(biāo)，其性能指標(biāo)見表1：
密度
ρ/g·cm-3
1.02～1.16
比體積
v /cm3·g-1
0.86～0.98
吸水率（24h.
ωp·c×100
0.2～0.4
收縮率
s
0.4～0.7
熔點
t/℃
130～160
熱變形溫度
t/℃
0.46 MPa
90～108
0.185 MPa
83～103
抗拉屈服強度
/MPa
50
拉伸彈性模量
/MPa
1.8×103
抗彎強度
/MPa
80
沖擊韌度
an/kJ·m～2
無缺口
261
ak/kJ·m～2
缺口
11
硬度
HBW
9.7
R121
體積電阻系數(shù)
ρv/Ω·㎝
6.9×1016
表2.1.2 ABS性能指標(biāo)
2.1.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)
1.注射成型過程
①料筒溫度和噴嘴溫度 由于ABS中有丁二烯成分，使得其耐熱性不高，機筒溫度不宜太高，加熱時間也不宜太長，否則ABS易變色。當(dāng)注射溫度高，取向的分子由于解取向，致使拉伸強度略有下降。因此，通常情況其料溫和噴嘴溫度能滿足流動性要求情況下，盡可能設(shè)定較低。其設(shè)定溫度如表2。成型溫度
不同階段 機筒溫度/℃ 噴嘴溫度/℃
后 中 前
溫度 150-170 165-180 180-220 200
②模具溫度 模具溫度對提高ABS制品表面的質(zhì)量、減小內(nèi)應(yīng)力有著重要的作用。但是提高模溫，制品收縮率增大，成型周期延長。
ABS 的模具溫度一般設(shè)定為75～85 ℃,定模溫度設(shè)置為70～80 ℃, 動模溫度設(shè)置為50～60 ℃，這是為了防止粘前模（即定模），此外，定模模溫高使得ABS在澆注系統(tǒng)的流動性好，有利于充型；而動模模溫低，有利于縮短冷卻時間，而提高生產(chǎn)效率。在注射較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁的制件時, 應(yīng)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模腔內(nèi)的冷卻時間。③注塑壓力和保壓壓力
ABS 熔體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(dāng)然并非所有ABS 制件都要施用高壓, 對小型、構(gòu)造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力，可在70～100MPa范圍內(nèi)選擇；而復(fù)雜、薄壁、長流程、小澆口制品，注射壓力可提高到100～140MPa。注制過程中, 澆口封閉瞬間模腔內(nèi)的壓力大小往往決定了制件的表面質(zhì)量及發(fā)生銀絲狀缺陷的程度。壓力過小, 塑料收縮大, 與型腔表面脫離接觸的機會大, 制品表面易霧化。壓力過大,塑料與模腔表面摩擦作用強烈, 容易造成粘模和劃傷。而且，壓力太高，容易造成制品內(nèi)應(yīng)力過大。注射制品一般都存在兩向異性，即流動方向與垂直流動方向性能不一，這是由于注塑過程中產(chǎn)生取向造成的。注射壓力太高，必然導(dǎo)致兩向性能差異的加大。保壓壓力控制在60～70 MPa，就可以滿足制品和成型的要求了。
2.注射成型工藝參數(shù)
ABS注射成型工藝參數(shù)：
注射機類型
螺桿式
預(yù)熱
干燥
溫度t/℃
時間T/h
80～85
1～2
料筒溫度
t/℃
后段
中段
前段
150～170
165～180
180～200
噴嘴溫度t/℃
170～180
模具溫度t/℃
50～80
注射壓力p/MPa
60～100
成型時間
T/s
注射時間
20～90
高壓時間
0～5
冷卻時間
20～120
總周期
50～220
螺桿轉(zhuǎn)速N/（r·min-1）
30
后處理
方法
紅外線燈、烘箱
溫度t/℃
70
時間T/h
2～4
表2.1.3 注射成型工藝參數(shù)
取成型時間（s）：30（注射時間2.5，冷卻時間20，輔助時間7.5）。
2.2擬定模具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式及初選注射機
2.2.1擬定模具結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式
1.分型面的確定
通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選擇在外殼截面積最大且利于開模取件的底平面上，其位置圖如圖所示
圖2.2.1分型面
本設(shè)計采用的是點澆口，雙分型面Ⅰ-Ⅰ分型面設(shè)置在流道板上面，塑件底部為Ⅱ-Ⅱ分型面。
2.型腔數(shù)量及排列方式選擇
此外殼屬小型塑件，形狀比較規(guī)則，精度要求一般，且為批量生產(chǎn)，無需側(cè)抽芯。如果用一模一腔的或一模兩腔固然可以簡化模具結(jié)構(gòu)，但考慮到經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率，并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)，防止其過于復(fù)雜，初步擬選一模四腔。
由于該模具選擇的是一模四腔，流道采用H形對稱排列，使型腔進料平衡，如圖所示。
圖2.2.2 型腔分布圖
3.模具結(jié)構(gòu)形式的初步確定
由以上分析可知，本模具設(shè)計為一模四腔，對稱H型直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀。推出機構(gòu)初選推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用點澆口。因此定模部分需要添加流道板，動模部分需要添加推桿。由上綜合分析可確定采用點澆口雙分型面注射模。
2.2.2選擇注射機
1.注射機選型
1）注射量計算
經(jīng)計算，塑料制件體積V≈9035mm3，塑件質(zhì)量m≈9486.75g（ABS密度取1.05 g/cm3）流道凝料的質(zhì)量m2的0.2倍來估算。從上述分析中確定為一模四腔，所以注射量為：V=1.2Vx4=9035x1.2=4x10842=43368mm3，M=4x1.2m=4x9486.75x1.2=45536.4g
2）在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算。
流道凝料在分型面上的投影面積A2，在設(shè)計模具之前是個未知數(shù)，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.2倍～0.5倍，可取0.35nA1，來進行估算，所以：
A=nA1+A2=1.35nA1=7744mm2
式中 A1=1408mm2
A2=0.35nA1=0.35×4×1408=2112㎜2
模具所需鎖模力 Fm=Ap型=7744×30=232320N=232.32kN
式中 型腔壓力p查到為20~40Mp，取中間數(shù)，得30Mp。
2）選注射機
根據(jù)以上每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值，初選SA600/100UB
2.2.3注射機SA600/100UB
3參數(shù)）開模行程的校核：
S≥H1+H2+5~10=0+38+5~10=38+5~10mm
H1—塑件脫模距離，mm
H2—塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)，mm
S—注塑機最大開模行程，mm
34≤70，所以開模行程校核合格。
2.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計
2.3.1澆口形式的確定
此外殼屬小型塑件，采用的是一模多腔，若采用側(cè)澆口就可以采用單分型面模來成型，結(jié)構(gòu)形式較為簡單，，但采用側(cè)澆口塑料熔體流程較長，在澆口對面容易產(chǎn)生熔接，對塑件質(zhì)量有一定的影響。若采用點澆口從塑件底部的中心進料，點澆口被拉斷之后痕跡很小，流程較小，熔接痕較短，對塑件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量比較有利。因此本設(shè)計采用一模四腔、點澆口的普通流道澆注系統(tǒng)，包括：主流道、分流道、冷料穴、點澆口。
2.3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計
1.主流道的設(shè)計
1）主流道尺寸：
（1）主流道小端直徑 d=注射機噴嘴直徑d0+（0.5～1）=3+（0.5～1）,取d=5.5mm。
（2）主流道球面半徑 SR=注射機噴嘴球半徑SR0+(1～2)=5+(1～2),取d=20mm。
（3）球面配合高度 h=3～5mm，取3mm。
（4）主流道長度 盡量小于60mm，本次設(shè)計初取50mm進行計算。
（5）澆口套總長 L=L0+h=60mm。
（6）主流道大端直徑 D=d+2Ltan≈8.12mm（半錐角為為1°～2°，這里取=1.5°）。
2）主流道澆口套的形式
澆口套剖面圖如圖所示
圖2.3.1 澆口套
2.分流道的設(shè)計
1）分流道的布置形式
該模具的分流道布置采用平衡式，以使塑料熔體經(jīng)分流道能均衡的分配到四個型腔和避免局部膨脹模力過大影響鎖摸。流道布置如圖7所示
圖2.3.2 流道分部
2）分流道的長度
（1）梯形分流道單向長度。
根據(jù)型腔布置，可計算得分流道單向長度為 L1=35+35=70mm
（2）圓錐形分流道單向長度。
根據(jù)所選模板厚度，模具結(jié)構(gòu)，型芯高度及考慮到水道的布置可取圓錐形分流道單向長度為 L2=20mm
（3）分流道單向長度為 L=L1+L2=90mm
3）分流道的形狀及尺寸。
為了減少流道內(nèi)的壓力損失，所以水平流道設(shè)計成梯形流道。為了方便脫模垂直分流道設(shè)計成圓錐形流道。
（1）梯形分流道設(shè)計
該塑件壁厚小于3mm，根據(jù)經(jīng)驗公式=5.4mm
式中 D---分流道直徑；
m---單個塑件的質(zhì)量（g）；
L---單向分流道的長度
注：上式的適用范圍，即塑件厚度在3mm以下，質(zhì)量小于200g，且D的計算范圍在3.2mm～9.5mm內(nèi)才合理，對ABS塑料在4.8～9.5mm范圍內(nèi)，故合理。
對于梯形流道，設(shè)梯形的下底為，底面圓角半徑R=1mm，并根據(jù)（h=(～)B）設(shè)置梯形高h=4mm。梯形斜度為8°，則該梯形的截面積為 A梯==4+2.25
再根據(jù)該面積與當(dāng)量直徑為5.4的圓面積相等，可得：
4+2.25=,求得
下底寬=5.2mm
上底寬B=5.2+2tan8°=5.2+1.1=6.3mm
按標(biāo)準(zhǔn)銑刀直徑取圓整B=6mm，h=4mm。經(jīng)計算下底寬約為4.9mm，其截面形狀及尺寸如圖8所示。
圖2.3.3 流道截面圖
其當(dāng)量半徑 =0.269cm
式中 A---梯形的面積，由圖8計算得A=0.218cm2；
L---梯形的周長，由圖8計算得L=1.548cm。
（2）圓柱形分流道設(shè)計
為了方便凝料的脫出，流道板上的分流道設(shè)計成圓錐形。其錐角位于2°～4°，此處取4°。由于上述計算的分流道直徑為5.4mm，則圓錐形分流道大端直徑D=5.4mm，估算小端直徑為
d=D-2h1tan2°=5.4-2×16×0.035=4.28mm
4）分流道的表面粗糙度
分流道內(nèi)表面的粗糙度Ra并不要很低，一般0.63μm～1.6μm，這樣表面不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力。避免熔流表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處Ra=0.8μm。
4.澆口的設(shè)計
1）點澆口尺寸的確定
=（0.14～0.20）×=（2.00～2.85）mm
式中 d---點澆口直徑（mm）；
---塑件在澆口處的壁厚（mm）；
A---型腔表面積(等于V/t)，為41370（mm2）。
澆口截面尺寸根據(jù)經(jīng)驗公式計算得結(jié)果及點澆口推薦尺寸，澆口先取Ф1mm，在試模時根據(jù)填充情況再進行調(diào)整。流道尺寸如圖10所示
圖2.3.4流道尺寸
2）澆口位置的確定
采用點澆口進料，位置在底面中心，選擇該位置不但模具簡單，而且去除澆口的后加工操作也非常簡單，提高了工作效率。
5.澆注系統(tǒng)的平衡
對于該模具，從主流道到四個型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸對應(yīng)形同，各個澆口也相同，澆注系統(tǒng)顯然平衡的。
6.澆注系統(tǒng)凝料體積的計算
1）主流道與主流道冷料穴凝料體積
V主=V錐+V冷=
=（8.122+8.12×5.5+5.52）+32.71=1875mm3
式中 D0---主流道大端直徑；
d0---主流道小端直徑；
R0---冷料穴半徑；
L---主流道長度。
2）分流道凝料體積
（1）梯形分流道凝料體積 V梯==4578 mm3
（2）圓錐形分流道凝料體積V圓錐=4×｛｝
=（5.42+5.4×4.28+4.282）
=1478mm3
式中 D1---圓錐形分流道大端直徑；
d1---圓錐形分流道小端直徑；
L---圓錐形分流道長度。
3）澆口凝料體積
V澆很小，可忽略。
4）澆注系統(tǒng)凝料體積
V總=V主+V梯+V圓錐+V澆=（1875+4578+1478）mm3=7931mm3=7.9cm3
該值小于前面對澆注系統(tǒng)凝料的估算（約為33.1 cm3），所以前面有關(guān)澆注系統(tǒng)的各項計算與校核都符合要求，不需要再做計算。
7.各截面流過熔體的體積計算
1）流過澆口的體積
VG=V塑=41.37cm3
2）流過分流道的體積
VR=V塑+(V圓錐+V梯)/4=43.17+（1.478+4.578）/4=44.68cm3
3）流過主流道的體積
VS=4VR+V主=4×44.68+1.875=180.6cm3
2.3.3普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核
1.確定適當(dāng)?shù)募羟兴俾?
根據(jù)ABS塑料的流動性，澆注系統(tǒng)各段的取值，所成型的塑件質(zhì)量較好。
1）主流道、分流道 =5×102s-1～5×103s-1
2）點澆口最大剪切速率=5×104s-1
2.確定體積流率q
1）主流道體積流率
主流道流率不大，取=2×103s-1，代入得
=×0.3413×2×103=62cm3/s
式中 RS---主流道平均半徑（cm），為=0.341cm。
2）澆口體積流率
點澆口用適當(dāng)?shù)募羟兴俾?4×104s-1
==3.925cm3/s
式中 RG---點澆口半徑（cm）。
3）分流道體積流率
== 18.48cm3/s
式中 ---流過分流道的體積，為46.198cm3；
t---注射時間，為2.5s。
3.校核各處剪切速率
1）澆口剪切速率
==4×104s-1＜5×104s-1 合理
式中符號意義同上。
2）分流道剪切速率
==9.98×102s-1＞5×102s-1 合理
式中 qR---分流道體積流率，為18.48 cm3/s。
Rn---分流道當(dāng)量半徑，為0.269cm；
其他符號意義同上。
3）主流道剪切速率
= =1.643×103s-1 ＜5×103s-1 合理
式中符號意義同上。
2.4成型零件的設(shè)計及計算
2.4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型腔是成型制品的外表面的成型零件，根據(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)分析及模具結(jié)構(gòu)，本設(shè)計中采用整體式型腔。
2.型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯是成型制品的內(nèi)表面及孔的成型零件，根據(jù)對塑件的分析采用整體式。
2.4.2成型零件鋼材的選用
根據(jù)對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性，同時考慮它 的機加工性能和拋光性能。又因為該塑件為批量生產(chǎn)，所以嵌入式型腔選用P20。對于成型塑件內(nèi)表面的型芯來說，由于脫模時磨損嚴(yán)重，因此鋼材選用P20，進行滲碳處理。
2.4.3成型零件的設(shè)計
1.型腔徑向尺寸的計算
mm,相應(yīng)的塑件制造公差1=0.64mm；
mm, 相應(yīng)的塑件制造公差2=0.64mm；
mm，相應(yīng)的塑件制造公差3=0.56mm。
==
=
==
=
==
=
式中 Scp---塑件的平均收縮率，查表1可得ABS的平均收縮率==0.0055；
---修正系數(shù)，可知，=0.58；
---塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；
---塑件上相應(yīng)尺寸的制造公差，對于中小塑件取（下同）。
2.型腔深度尺寸計算
,相應(yīng)的塑件制造公差1=0.38mm；
,相應(yīng)的塑件制造公差2=0.24mm。
=
==
==
=
式中 ---修正系數(shù)，可知，。
3.型芯徑向尺寸計算
，相應(yīng)的件制造公差1=0.64mm；
，相應(yīng)的塑件制造公差2=0.5mm；
，相應(yīng)的塑件制造公差3=0.24mm。
==
=
==
=
==
=
式中 ---修正系數(shù)，可知，。
4.型芯高度尺寸計算
,相應(yīng)的塑件制造公差1=0.38mm。
=
==
式中 ---修正系數(shù)，可知，=0.58。
Φ4的型芯是與型腔碰穿，所以高度應(yīng)取正公差，以利于修模。所以。
2.5模架的選用
因為型腔是采用整體式的，預(yù)設(shè)為200mm×200mm，又根據(jù)模具結(jié)構(gòu)需要，采用300mm×300mm的模架，符合要求。
2.5.1各模板的尺寸的確定
1.A板尺寸 A板定模型腔板，塑件高度為17.5mm，考慮到模板上，還要開設(shè)冷卻水道，還要留出足夠的距離，故A板厚度取35mm。
2.B板尺寸 B板是型芯固定板，取40mm。
3.C板（墊塊）尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板+（5～10）mm=（30+20+25+5～10）mm=80mm～85mm，初選80mm。
2.5.2模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注射機來校核模具設(shè)計的尺寸。
模具平面尺寸350mm×300mm＜400mm×300mm，校核合格。
模具高度尺寸305，285mm＜305mm＜355mm，校核合格。
模具的開模行程S=H1+H2+（5～10）mm=30mm+45mm+（5～10）mm
=80mm～85mm＜340mm，校核合格。
2.6排氣槽的設(shè)計
該塑件的分型面設(shè)在底部，在型腔板的上面，可以排氣。同時，底面的氣體會沿著型芯與推桿之間的間隙向外排氣。所以不用專門設(shè)計排氣槽。
2.7 推出機構(gòu)的設(shè)計
采用擺快式二級推出機構(gòu)，確保了制品不發(fā)生推出變形。模具結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全、可靠。
塑件在模腔中成形后，便可以從模具中取下，但在塑件取下以前，模具必須完成一個將塑件從模腔中推出的動作，模具上完成這一動作機構(gòu)稱為脫模推出機構(gòu)。推出機構(gòu)的組成：第一部分是直接作用在塑件上將塑件推出的零件；第二部分是用來固定推出零件的零件，有推桿固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出動作的導(dǎo)向及和模時推遲推出零件復(fù)位的零件。推出機構(gòu)應(yīng)使塑件脫模時不發(fā)生變形或損傷塑件的外觀；推力的分布依脫模阻力的大小合理合理安排；推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)力求簡單，動作可靠，不發(fā)生誤動作，和模時要正確復(fù)位。，
對于大塑件而言，因為其內(nèi)型腔有兩個圓孔，所以使用一般的推桿推出機構(gòu)、推板推出機構(gòu)等滿足不了塑件脫模的要求，為此大塑件的脫模方式采用側(cè)陷槽脫出機構(gòu)，側(cè)陷槽是指塑件在非開模方向上的凸出或凹進部位，這些部位在脫模時必須采用特殊的方法，推出側(cè)凹陷機構(gòu)分為用成形嵌件推出，用內(nèi)傾滑塊脫出，用內(nèi)斜銷及滑塊脫出等多中方式。根據(jù)本模具的成型特點考慮，使用內(nèi)傾滑塊脫出機構(gòu)，因為其可用滑動的傾斜推桿推出。在大塑件的另一端用一個推桿將其推出，而對于小塑件來說，將設(shè)置四個推桿，其中兩兩相同各在一側(cè)，這樣可以平衡其受了力，更好的將塑件推出。
2.8脫模推出機構(gòu)的確定
2.8.1脫模力的計算
＞10，視為薄壁件。
其脫模力為：
=10×0.45×8.5×10-5×2.2×103×（100-60）×1×16.5N
=555.4N
式中 ---脫模系數(shù),取0.45；
---塑料的線膨脹系數(shù)（1/℃），取8.5；
E---在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量，取2.2×103（MPa）；
---塑件的軟化溫度，（℃），取100；
---脫模時塑件溫度（℃），取60；
t---塑件的壁厚（mm），t=1mm；
h---型芯脫模方向的高度（mm），16.5mm。
塑件脫模力參量
塑料名稱
/(10-5/℃)
ABS
1.8～2.6
0.35～0.55
90～108
50～70
7～10
11.7～16.7
2.8.2推出方式的確定
脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則：
（1）推出結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
（2）保證塑件不因推出而變形損壞；
（3）機構(gòu)簡單，動作可靠；
（4）良好的塑件外觀；
（5）合模時的準(zhǔn)確復(fù)位。
由以上原則及根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，采用推桿推出機構(gòu)
1.推桿推出的面積
設(shè)6mm的圓推桿設(shè)置6根
2.推桿推出應(yīng)力
＜11.7MPa 合格
2.9模具加熱、冷卻系統(tǒng)計算
2.9.1模具加熱
當(dāng)注射成形工藝要求模具溫度在80℃以上時，模具必需有加熱裝置，由于UPVC注射成形工藝要求模具溫度在20—60℃，因此模具中不用設(shè)置加熱裝置即可滿足需要。
2.9.2模具冷卻
冷卻回路的設(shè)計應(yīng)做到回路系統(tǒng)內(nèi)流動的介質(zhì)能充分吸收成形塑件所傳導(dǎo)的熱量,使模具成形表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內(nèi),并且要做到使冷卻介質(zhì)在回路系統(tǒng)內(nèi)流動暢通,無滯留部位。
2.9.2.1冷卻回路所需的總面積計算
由文獻[3] 式[5.1] 冷卻回路所需總表面積可按下式計算
式中 ---冷卻回路總表面積，
----單位時間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量，
---單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量，，值可查表；
----冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，
----模具成形表面的溫度，℃;
--- 冷卻水的平均溫度，℃ 。
UPVC成形時放出的熱量
故
由文獻[3] 式[5.2] 冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可用下式計算
式中 ----冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，;
-----冷卻水在該溫度下的密度，
----冷卻水的流速，;
-----冷卻水孔直徑,
-------與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)， 值查表10.1
表5.1水的值與其溫度的關(guān)系
平均水溫/℃
5
10
15
20
25
30
35
40
45
56
值
6.16
6.60
7.06
7.50
7.95
8.40
8.84
9.28
9.66
10.05
故
2.9.2.2 冷卻回路的總長度的計算
由文獻[3] 式[5.3] 冷卻回路總長度可用下式計算
式中 -----冷卻回路總長度，;
-----冷卻回路總表面積，;
-----冷卻水孔直徑，。
故
確定冷卻水孔的直徑時應(yīng)注意，無論多大的模具，水孔的直徑不能大于14mm，否則冷卻水難以成為湍流狀態(tài)，以致降低熱交換效率。一般水孔的直徑可根據(jù)塑件的平均壁厚來確定。平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取10——14mm。本模具取10mm 。所以由模具的長度可知需要排布4根水道才滿足冷卻水道長度要求。
2.9.2.3冷卻水體積流量的計算
塑料樹脂傳給模具的熱量與自然對流散發(fā)到空氣中的模具熱量、輻射散發(fā)到空氣中的模具熱量及模具傳給注射機熱量的差值，即為用冷卻水?dāng)U散的模具熱量。假如塑料樹脂在模內(nèi)釋放的熱量全部由冷卻水傳導(dǎo)的話，即忽略其他傳熱因素，那么模具所需的冷卻水體積流量則可
由文獻[3] 式[5.4]式計算：
式中 -------冷卻水體積流量，;
-------單位時間注射入模具內(nèi)的樹脂質(zhì)量，;
--------單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量，;
-------冷卻水比熱容，;
--------冷卻水的密度，
-------冷卻水出口處溫度，℃
-------冷卻水入口處溫度，℃ 。
故：
結(jié) 論
模具是一種技術(shù)密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國國民經(jīng)濟巾的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點扶持產(chǎn)業(yè)。由于新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術(shù)不斷進步，對人才的知識、能力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。
1 計算機技術(shù)在注射模中的應(yīng)用領(lǐng)域
塑料產(chǎn)品從設(shè)計到成型生產(chǎn)是一個十分復(fù)雜的過程，它包括塑料制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具加工制造和塑件生產(chǎn)等幾個工要方面。它需要產(chǎn)品設(shè)計師．模具設(shè)計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成，它是一個設(shè)計、修改、再設(shè)計的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。傳統(tǒng)的手工設(shè)計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術(shù)的運用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。計算機技術(shù)在注射模中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)塑料制品的設(shè)計：基于特征的三維造型軟件為設(shè)計者提供了方便的設(shè)計平臺，而且制品的質(zhì)量、體積等各種物理參數(shù)為后續(xù)的模具設(shè)計和分析打下了良妤的基礎(chǔ)。
(2)結(jié)構(gòu)分析：利用有限元分析軟件可以對制品的強度、應(yīng)力等進行分析，改善制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
(3)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)塑料制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產(chǎn)批量，模具設(shè)計軟件會提供相應(yīng)的設(shè)計步驟、參數(shù)選擇．計算公式以及標(biāo)準(zhǔn)模架等，最后給出全套模幾結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。
(4)模具開合模運動仿真：運用CAD技術(shù)可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進行仿真，從而檢查出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理處，并及時更正，以減少修模時間。
(5)注射過程數(shù)值分析：采用CAE方法可以模擬塑料熔體在模腔中的流動與保壓過程，其結(jié)果對改進模具澆注系統(tǒng)及調(diào)整注塑工藝參數(shù)有著重要的指導(dǎo)意義，同時還可檢驗?zāi)＞叩膭偠群蛷姸?、制品的翹曲性、模壁的冷卻過程等。
(6)數(shù)控加工：利用數(shù)控編程軟件可模擬刀具在三維曲面上的實時加工過程并顯示有關(guān)曲面的形狀數(shù)據(jù)，同時還可自動生成數(shù)控線切割指令、曲面的三軸，五軸數(shù)控銑削刀具軌跡等。
目前，國際上占主流地位的注射模CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；結(jié)構(gòu)分析軟件有MSC、Analysis等；注射過程數(shù)值分析軟件有MoldFlow等；數(shù)控加工軟件有MasterCAM、Cimatron等。
模具專業(yè)的學(xué)生要求綜合知識和實踐能力較強，它既是大學(xué)三年所學(xué)的機械制圖、工程材料、公差配合與技術(shù)測量、塑料成型工藝與設(shè)備等技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的綜合應(yīng)用，又需要了解大量的實踐經(jīng)驗。
通過畢業(yè)設(shè)計，使我在下述基本能力上得到培養(yǎng)和鍛煉：①塑料制品的設(shè)計及成型工藝的選擇；②一般塑料制品成型模具的設(shè)計能力；③塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進、塑料模具結(jié)構(gòu)改進設(shè)計的能力；④了解模具設(shè)計的常用商業(yè)軟件以及同實際設(shè)計的結(jié)合。
畢業(yè)設(shè)計是三年大學(xué)生活的里程碑。此次設(shè)計綜合運用到了大學(xué)三年里所學(xué)到的理論知識和專業(yè)知識，并為即將踏入社會奠定了堅實的基礎(chǔ)，使我更深刻的理解了這門專業(yè)。
致謝
四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。
同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。
最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。
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