塑料端蓋注塑模具設(shè)計（A=115）【原創(chuàng)】-中孔端蓋

塑料端蓋注塑模具設(shè)計（A=115）【原創(chuàng)】-中孔端蓋,原創(chuàng),塑料,注塑,模具設(shè)計,中孔端蓋 摘要 本設(shè)計是塑料零件的注塑模具設(shè)計，在結(jié)合了傳統(tǒng)的機械設(shè)計后把CAD/CAM技術(shù)應用在注塑模具的設(shè)計上，在CAD系統(tǒng)實行了模型和注塑模具的設(shè)計。本文介紹了我國當前模具技術(shù)的發(fā)展狀況以及CAD/CAM在模具上的應用，其中包括AUTOCAD。而主要的機械部分設(shè)計，其內(nèi)容包括塑料注塑模具的工作原理及應用，設(shè)計準則。塑料注塑模的設(shè)計計算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，注塑機的選用，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，動、定模，澆注系統(tǒng)，脫模機構(gòu)，頂出機構(gòu)，冷卻系統(tǒng)等設(shè)計等方面。如此設(shè)計出的結(jié)構(gòu)可確保模具工作運行可靠。 關(guān)鍵詞： CAD 、CAM、注塑模、工藝 Abstract It is to design the holder injection mould, references to the traditional mechanical design, focus on the CAD/CAM application in the plastic mould design, that is to say to apply the CAD system in model and plastic injection mould design. This artic introduces the mould technology and the CAD/CAM application of mould in china nowadays. Including AUTOCAD，MASTERCAM. While main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould, design standards. The calculation of the plastic mould design concerns about the mould construction design, choosing Injection Molding Machine, injection system ,the move mould, immobility mould, the irrigating system, the doffing mould organ, the goring organ, the cooling system’s design and so on. The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould. keywords： CAD、CAM、PLASTIC INJECTION MOULD 目 錄 摘要 1 第1章 緒論 6 1.1 模具的作用與地位 6 1.2 本次設(shè)計研究目的及意義 6 第2章CAD技術(shù)在注塑模具行業(yè)中的應用 7 2.1CAD發(fā)展概況 7 2.2注塑模CAD內(nèi)容 8 第3章塑件分析 9 3.1 塑件的二維圖（圖3-1） 9 3.2 塑料名稱 9 3.3 生產(chǎn)綱領(lǐng) 9 3.4 塑件分析 9 第4章塑件結(jié)構(gòu)及工藝性分析 10 4.1 開模方向 10 4.2 脫模斜度 10 4.3 分型面 10 4.4 收縮率 10 4.5 零件壁厚 10 4.6 圓角 11 第5章PP的材料成型特征與工藝參數(shù) 12 第6章注射機的選擇及校核 14 6.1注射機的選擇 14 6.2型腔數(shù)目的確定及校核 16 6.3鎖模力的校核 16 6.4開模行程的校核 17 第7章澆注系統(tǒng)的設(shè)計 18 7.1分型面的選擇 18 7.2主流道的設(shè)計 19 7.3澆口設(shè)計 19 7.3.1 剪切速率的校核 20 7.3.2 主流道剪切速率校核 21 7.3.3 澆口剪切速率的校核 21 第8章成型零部件設(shè)計 22 8.1型腔和型芯工作尺寸計算 22 8.2 型腔側(cè)壁厚度計算 24 第9章 合模導向機構(gòu)設(shè)計 25 第10章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 27 10.1對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 27 10.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計： 27 10.2.1 設(shè)計原則 27 10.2.2 冷卻時間的確定 28 10.2.3 塑料熔體釋放的熱量 28 10.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 29 10.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 29 10.2.6 冷卻系統(tǒng)的計算 31 10.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 31 第11章 模具工作原理說明 34 結(jié)論與展望 35 致謝 36 參考文獻 37 第1章 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(chǔ)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(shù)和智能控制為一體，既是高新技術(shù)載體，又是高新技術(shù)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(lǐng)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(shù)服務做了重要貢獻。模具工業(yè)是重要的基礎(chǔ)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(shù)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 本次設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)合的文字及口頭表達能力； (6).撰寫設(shè)計說明書（論文）的能力； (7).養(yǎng)成嚴肅、認真、細致地從事技術(shù)工作的優(yōu)良作風。 第2章CAD技術(shù)在注塑模具行業(yè)中的應用 2.1CAD發(fā)展概況 計算機輔助設(shè)計(CAD-ComputerAidedDesign)指利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。CAD的應用，使得設(shè)計人員在設(shè)計過程中，能充分發(fā)揮計算機的強大算術(shù)邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計和繪圖等項任務，并通過設(shè)計人員進行創(chuàng)造性的設(shè)計以實現(xiàn)最優(yōu)方案。 CAD(ComputerAidedDesign）誕生于20世紀60年代，是美國麻省理工大學提出了交互式圖形學的研究計劃，由于當時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。70年代，小型計算機費用下降，美國工業(yè)界才開始廣泛使用交互式繪圖系統(tǒng)。80年代，由于PP機的應用，CAD得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專門從事CAD系統(tǒng)開發(fā)的公司。CAD最早的應用是在汽車制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中。隨著計算機變得更便宜，應用范圍也逐漸變廣。通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對機械行業(yè)針對性差，不過幸運的是，AutoCAD是個開放性軟件，可以對它進行二次開發(fā)，如采用ADS，ARX語言等。由于二次開發(fā)的深入，加強了參數(shù)化設(shè)計、智能化設(shè)計等，這樣充分發(fā)揮了計算機的強大的搜索功能和運算功能。 CAD技術(shù)的發(fā)展與應用對于徹底改變塑料模具設(shè)計與制造的傳統(tǒng)方法與落后面貌，提高模具的設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效率，縮短模具的設(shè)計制造周期，具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經(jīng)發(fā)展得比較完善，能夠為設(shè)計人員、模具制作人員、工程師提供指導，通過仿真設(shè)置和結(jié)果闡明來展示壁厚、澆口位置、材料、幾何形狀變化如何影響可制造性。實現(xiàn)了對注塑過程的模擬、設(shè)計原理的應用和精確計算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設(shè)計工程師在產(chǎn)品設(shè)計階段可以在計算機上“制造”塑料產(chǎn)品。據(jù)美國Protetype&PlasticMold公司統(tǒng)計，該公司使用CAD系統(tǒng)后一年內(nèi)生產(chǎn)效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準備時間，制造周期平均縮短了30%，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓和技術(shù)服務的力度；進一步擴大CAE技術(shù)的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。塑料模具CAD的應用帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 2.2注塑模CAD內(nèi)容 在模具設(shè)計中，模架及某些零件，如導柱、導套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標、行標或國標。對于這些標準的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫，以被設(shè)計時調(diào)用。對于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結(jié)構(gòu)強度計算等內(nèi)容，已有一些較成熟的計算方法或經(jīng)驗計算方法，可設(shè)置這些計算公式的模塊，以便設(shè)計人員進行快速計算。注塑模CAD的內(nèi)容有以下幾點： 1.注塑制品的幾何造型 2.模腔面形狀的生成 3.模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計 4.標準模架選擇 5.部裝圖及總裝圖的生成 6.模具零件圖的生成 7.常規(guī)計算和校核。 第3章塑件分析 3.1 塑件的二維圖（圖3-1） 圖3-1（塑件的二維圖建模) 3.2 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PP。 3.3 生產(chǎn)綱領(lǐng) 因市場需求量大，大批量自動化生產(chǎn)。 3.4 塑件分析 中孔端蓋是人們用手接觸相當頻繁的部件，對其有著較高的外觀要求，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PP。 第4章塑件結(jié)構(gòu)及工藝性分析 該塑件是中孔端蓋，對表面美觀有一定要求，設(shè)計時要注意對外邊面的處理。塑件基本尺寸，中孔端蓋表面圓角5度，壁厚約3mm。 4.1 開模方向 由零件的圖分析，作為外殼類產(chǎn)品，外表面的表面質(zhì)量是比較重要的，再根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)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(shè)置頂出機構(gòu)，所以開模方向應沿零件的Z軸。 4.2 脫模斜度 根據(jù)產(chǎn)品的外型，結(jié)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(shè)計與制造簡明手冊》查得：所以脫模斜度設(shè)置為1°。 4.3 分型面 結(jié)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(cè)，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(shè)置在沿零件的外表面上，并根據(jù)流道等條件進行設(shè)置，具體設(shè)定在后文中表述。 4.4 收縮率 PP的收縮率一般為1~2.5%，在設(shè)計本產(chǎn)品時，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝特點和材料的特性，在本設(shè)計中，零件的收縮率為2%。 4.5 零件壁厚 本產(chǎn)品的壁厚設(shè)置為3mm，是根據(jù)產(chǎn)品的工作要求和PP的化學和流動特性確定的。 4.6 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。 第5章PP的材料成型特征與工藝參數(shù) 該塑件所采用材料為：聚丙烯（PP）。它來源廣泛，合成工藝較簡單、密度小、價格低、加工成型容易。拉伸強度、壓縮強度等都比低壓聚乙烯高，還有很突出的剛性和耐折疊性，以及優(yōu)良的耐腐蝕性和電絕緣性。但沖擊性能不足，低溫條件下易脆裂，且成型收縮率較大，熱變形溫度不高，但可以通過改性改善。 它主要的成形特性如下： 1.結(jié)晶性料，吸濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長期與熱金屬長期接觸易發(fā)生分解。 2.流動性極好，溢邊值0.003mm左右。 3.冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應散熱緩慢。 4.成形收縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形、方向性強。 5.注意控制成形溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50℃以下塑件不光澤，易產(chǎn)生熔接不良，流痕；90℃以上易發(fā)生翹曲、變形。 6.塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以避免應力集中。 表1-1聚丙烯成型條 塑料名稱 聚丙烯 料筒溫度（℃） 后段 160～170 中段 200～220 前段 180～200 縮寫 PP 注射壓力（MPa） 70～120 注射成形機類型 螺桿式 注射時間（s） 0～5 密度（g/cm3） 0.90～0.91 保壓時間（s） 20 ～60 比容（ml/g ） 1.92 冷卻時間（s） 15～50 收縮率（% ） 1.0～2.5 總周期（s） 40～120 噴嘴溫度（℃） 170～190 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48 干燥 溫度（℃） 70～85 適用注射機類型 螺桿式 柱塞式均可 時間（h） 2 模具溫度（℃） 40～80 后處理 無 第6章注射機的選擇及校核 6.1注射機的選擇 設(shè)計模具時，應詳細地了解注射機的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計出合乎要求的模具，應了解的技術(shù)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。 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(gòu)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(shù)參數(shù)如下： 表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(cè)設(shè)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(cè)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 6.2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1腔型腔結(jié)構(gòu)，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(guān)，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； 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（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、單個塑件的體積（cm3）。 故取滿足我們設(shè)計要求。 6.3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(guān)，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離，即： （式中符號同前） 式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2; 為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2； P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，Mpa; 為注塑機的額定銷模力,N。 6.4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： （4-3） 式中—模具開模行程； —推出距離（脫模距離） —塑件高度；（H2） —定模板與中間板之間的分開距離。 則=391mm<500mm 小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 第7章澆注系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計是注塑模具設(shè)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(shè)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。 7.1分型面的選擇 分型面是模具結(jié)構(gòu)中的基準面，選擇模具分型面時通?？紤]如下有關(guān)問題： 1根據(jù)塑件的某些技術(shù)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(jié)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。 7.2主流道的設(shè)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(shè)計成圓錐形，主流道通常設(shè)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(shè)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。 7.3澆口設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)置澆口； 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質(zhì)量。 7.3.1 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= 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 7.3.2 主流道剪切速率校核 Q=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） d 主流道小端直徑 ， d=0.63 （CM）； d主流道大端直徑，d=1.2（CM） R== 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 7.3.3 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1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。 從以上的計算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 第8章成型零部件設(shè)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PP收縮率為Q=1～2.5%，故平均收縮率為Qcp=（0.3+0.8）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取z=△/3。 8.1型腔和型芯工作尺寸計算 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, PP平均收縮率S=2%. Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S X-修正系數(shù)，取0.5-0.75 Δ-塑件公差,取MT7=0.6 δ-模具制造公差取(1/3-1/4) Δ=0.15-0.2 Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S 1）徑向計算公式： L = ( L + L·S％ - 3△/4 ) （7） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； L---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜ ； 凹模尺寸： ＝[L（1＋k）－（3/4）△] ＝[115×（1＋0.02）－3/4×0.56] ＝ 2）高度計算公式： H = ( H + H·S％- 2△/3 ) （8） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，（取平均值）； H---- 成型零件的深度方向的尺寸，單位：㎜； H ---- 塑件的深度方向基本尺寸，單位：㎜； 凹模深度尺寸計算： H＝[H（1＋k）－(2/3) △] ＝[60×(1＋0.02)－2/3×0.34] ＝ 2、型芯尺寸的計算公式： 型芯長度的計算公式： L = ( L + L·S％ + 3△/4 ) （9） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值 ； L ---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜； 型芯尺寸的計算： C＝C（1＋k）±δ/2 ＝105(1＋0.02)±(0.68/3)/2 ＝ 8.2 型腔側(cè)壁厚度計算 (1)凹模型腔側(cè)壁厚度計算 凹模型腔為組合式型腔，按強度條件計算公式 S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1進行計算。 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(cè)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 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(cè)壁厚度為18mm。 第9章 合模導向機構(gòu)設(shè)計 導向機構(gòu)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(gòu)主要有導柱導向和錐面定位，本設(shè)計采用導柱導向定位。導向機構(gòu)除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側(cè)向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產(chǎn)生單面?zhèn)葔毫Γ蛘哂捎诔尚驮O(shè)備精度低的影響，使導柱承受了一定的側(cè)向壓力，從保證模具的正常工作。導柱的結(jié)構(gòu)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8～12㎜，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(shè)計采用？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?cè)肽０?。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設(shè)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(jié)構(gòu)，帶頭導柱軸向固定容易。 設(shè)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(shè)在矩形模具四角的危險斷面上。通常設(shè)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(shè)置在動?；蚨?，設(shè)在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設(shè)在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設(shè)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(shè)置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結(jié)構(gòu)如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設(shè)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(jié)構(gòu)，帶頭導柱軸向固定容易。 第10章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)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(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。PP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(jié)構(gòu)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(shè)計： 10.2.1 設(shè)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(shè)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(shè)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(gòu)發(fā)生干涉。 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=㏑[·] =62/(3.142×0.07)㏑[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(jié)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) = 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) =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) =5.35×0.203×（50－20） =112 KJ/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(cè)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m m，B=220； L模具長度m m，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) h = 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m m，b=220;模具與工作臺接觸長度m m,l=220。] 從計算的結(jié)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(jié)果錯誤。這是因為有關(guān)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(jié)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 q= = 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= =4×0.61×10/（3.14×0.0082） =12.14 m/min =0.202 m/s 式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm 查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為8mm的冷卻水管所對應的最低流速為1.66 m/s時才能達到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動未達到湍流。 （3）冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數(shù) = =7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2 =1395 (w/mk) 式中：是與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)，取7.6。 （4）凹模冷卻管的傳熱面積 A= =763×103/[3600×1395×（50-22.5）] =5.52×10 m 式中：T——模具與冷卻介質(zhì)平均溫度， T=27.5℃（T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃）。 （5）冷卻水孔總長L L= =763×103/[3600×3.14×7.6×（1000×0.202×0.008）0.8×（50-22.5）] =0.22m （6）模具上應開設(shè)的冷卻水孔圈數(shù) n=L/B =0.22÷（4×0.076） =0.72，所以冷卻水孔數(shù)位1根（如下圖）。 式中：B為開一圈冷卻水道時冷卻水道長度。 （7）冷卻水流動狀態(tài)校核 R= =0.202×0.008/（1×10） =1616＜10 式中：R——雷諾數(shù)； ——水的運動粘度，=1×10（m/s）。 （8）進出口溫差校核 T－T= =763×103/（900×3.14×0.0082×103×4187×0.202） =4.99℃ 預期溫差為5℃，校核的結(jié)果與預期的非常吻合，說明實際應用正確。 第11章 模具工作原理說明 模具安裝在注射機上，定模部分固定在注射機的定模板上，動模部分固定在注射機的動模板上。合模后，注射機通過噴嘴將熔料經(jīng)流通注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動板一起運動漸漸將分型面打開，當分型面打開完畢后，凝料從上模中脫出，在注塑機頂桿的作用下，頂桿通過推桿將塑件和凝料系統(tǒng)頂出，與此同時由于采用的是點澆口，在開模的瞬間，塑件和凝料分開。此時塑件自動脫落，實現(xiàn)全自動脫模。合模時，隨著分型面的閉合復位桿將頂桿復位，模具閉合，等待下一次的動作。 37 結(jié)論與展望 經(jīng)過本次設(shè)計，學到了很多，更加系統(tǒng)地運用了大學四年所學的知識。在對中孔端蓋的設(shè)計過程中，本人查閱了很多資料，學習了之前未曾了解的一些知識，開闊了視野，對模具行業(yè)也有了新的認識。在技能方面，通過對此塑件模具的設(shè)計，本人更加熟練了對三維軟件和AutoCAD的運用，期間，我遇到了不少困難，如由于對軟件不熟悉，設(shè)計初期沒有設(shè)置繪圖尺寸，直到導入模架才發(fā)現(xiàn)問題；設(shè)計初期經(jīng)驗不足，考慮不全面，沒有對工作資料進行備份，由于失誤丟失前期工作等等。這些困難有專業(yè)性的也有非專業(yè)性的，解決專業(yè)性難題，讓本人更加深刻的掌握了模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，而解決那些非專業(yè)性的難題，讓本人學會了做事縝密，鍛煉了自己的耐心和毅力。設(shè)計過程中查閱了大量的相關(guān)資料，我了解了模具行業(yè)當前的現(xiàn)狀及發(fā)展形勢，更是鞏固了以往所學的機械制圖、公差與配合、塑料成型工藝及其模具設(shè)計、模具制造工藝等相關(guān)知識，把所有知識都結(jié)合到一起理解和運用，讓我們對大學所學的全部知識進行一次全面的整理、學會理論聯(lián)系實踐，為我們以后在社會中工作奠定了一個基礎(chǔ)。 致謝 在此感謝指導老師，以及身邊的同學悉心的教導和幫助。感謝老師給我方向性的建議，在設(shè)計過程中給予的幫助和支持！感謝謝幾位同學在模具設(shè)計上給予的建議和細節(jié)上的幫助,使我加深了對模具方面的認識，培養(yǎng)了我獨立思考題、解決問題的能力。 參考文獻 1.塑料成型工藝與模具設(shè)計(第二版)屈華昌高等教育出版社,2006.7 2.注塑模具典型結(jié)構(gòu)100例將繼宏王效岳中國輕工業(yè)出版社，2000.6 3.我國塑料模具現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢周永泰(中國模具工業(yè)協(xié)會,北京　100037) 4.材料成型設(shè)備王衛(wèi)衛(wèi)機械工業(yè)出版社，2004.8 5.模具CAD/CAM（第二版）伊啟中機械工業(yè)出版社 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