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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) CPU 風(fēng)扇后蓋注塑模設(shè)計(jì) THE DESIGN OF CPU FAN COVER INJECTION MOLD 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 院 名 稱 機(jī) 電 學(xué) 院 專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化 指 導(dǎo) 教 師 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn) 行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不 含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。 徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件 和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文 的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù) 進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位 論文。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 摘要 本設(shè)計(jì)是 CPU 風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計(jì)，在結(jié)合了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)后把 CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用在注塑模具的設(shè)計(jì)上，在 CAD 系統(tǒng)實(shí)行了模型和注塑模具的設(shè)計(jì)。 本文介紹了我國(guó)當(dāng)前模具技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及 CAD/CAM 在模具上的應(yīng)用，其中包 括 AUTOCAD，PRO-E。而主要的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括塑料注塑模具的工作原理 及應(yīng)用，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。塑料注塑模的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注塑機(jī)的選用，澆注 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，動(dòng)、定模，澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)，頂出機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)等設(shè)計(jì)等方面。如 此設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)可確保模具工作運(yùn)行可靠。 關(guān)鍵詞 CAD；模具；注塑模具； 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) I Abstract It is to design the CPU electric fan back cover 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，PRO-E. 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 systems design and so on. The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould. keywords CAD model plastic injection mould 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 目 錄 摘要 .I Abstract .II 1 緒論 .1 1.1 塑料模具簡(jiǎn)介 .1 1.2 我國(guó)塑料模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.3 我國(guó)塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 .2 1.3.1 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例 .2 1.3.2 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù) .2 1.4 塑料模設(shè)計(jì)的一般步驟 .2 1.4.1 擬定制品成型工藝 .2 1.4.2 擬定模具機(jī)構(gòu)方案 .3 2 擬定模具結(jié)構(gòu)型式 .5 2.1 塑件成型工藝性分析 .5 2.2 塑件的工藝性分析 .6 2.2.1 塑件材料的選擇 .6 2.2.2 塑件的壁厚 .8 2.2.3 塑件的表面質(zhì)量 .8 2.2.4 塑件的精度等級(jí) .9 2.2.5 塑件的脫模斜度 .9 2.3 ABS 塑件的注射工藝 .10 2.4 確定成型方法 .11 2.5 擬定制品成型工藝參數(shù) .11 3 擬定模具結(jié)構(gòu)方案 .12 3.1 初步確定注射機(jī) .12 3.1.1 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 .12 3.1.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面積及所需鎖模力的計(jì)算 .12 3.1.3 根據(jù)注射量和鎖模力的值，選用 SZ200/120 臥式注射機(jī) .12 3.1.4 注射機(jī)料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù) n.13 3.2 選擇制品的分型面 .13 3.3 型腔數(shù)目的確定 .14 3.4 型腔排列形式的確定 .15 4 成型零件的設(shè)計(jì) .16 4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .16 4.1.1 整體式凹模 .16 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) I 4.1.2 組合式凹模 .16 4.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .16 4.3 成型零件鋼材的選用 .16 4.4 成型零件工作尺寸的計(jì)算 .16 4.5 成型零件強(qiáng)度及支承板厚度計(jì)算 .18 5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .20 5.1 主流道的設(shè)計(jì) .20 5.2 主流道襯套形式 .20 5.3 分流道設(shè)計(jì) .21 5.3.1 分流道布置形式 .23 5.3.2 分流道尺寸 .23 5.3.3 分流道凝料體積 .24 5.3.4 分流道剪切速率校核 .24 5.3.5 分流道的表面粗糙度 .24 5.4 澆口的設(shè)計(jì) .24 5.4.1 澆口形狀、尺寸的確定 .24 5.4.2 冷料穴的設(shè)計(jì) .25 6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .26 6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式 .26 6.1.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) .26 6.1.2 精定位裝置 .26 7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .28 7.1 脫模機(jī)構(gòu)的組成 .28 7.2 脫模機(jī)構(gòu)的分類 .28 7.3 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 .29 7.4 脫模力的計(jì)算 .30 8 模架的確定 .31 9 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) .32 9.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 .32 9.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 .32 9.3 冷卻時(shí)間的確定 .33 9.4 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 .33 9.5 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 .33 10 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .35 11 模具材料的選用 .36 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) II 11.1 模具材料選用原則 .36 11.2 注塑模具常用材料 .36 11.3 各種零件的選材 .37 結(jié)論 .39 致謝 .40 參 考 文 獻(xiàn) .41 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 0 1 緒論 1.1 塑料模具簡(jiǎn)介 模具行業(yè)是制造業(yè)重要的組成部分，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，受到政府和企業(yè)界 的高度重視，具有廣闊的前景。塑料模具是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中利用特定的形狀，通過一定 的方式來成型塑料制品的工藝裝備或工具，它屬于型腔模的范疇。按制品所采用的原料 不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具、金屬?zèng)_壓模具、金屬壓鑄模具、橡膠 模具和玻璃模具等。因人們?nèi)粘Ｉ钏玫闹破泛透鞣N機(jī)械零件在成型中多數(shù)是通過模 具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個(gè)大行業(yè)。在高分子材料加工領(lǐng)域中，用于塑料 制品成形的模具稱之為塑料成形模具，簡(jiǎn)稱塑料模。塑料模優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)代高分子材 料加工領(lǐng)域中的重大課題。通常情況下，塑料制品質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，其模 具的因素約占 80%。然而模具的質(zhì)量好壞又直接與模具的設(shè)計(jì)與制造有很大關(guān)系。隨著 國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各部門對(duì)塑件的品種和產(chǎn)量需求越來越大、產(chǎn)品更新愈來愈快、用戶對(duì) 塑件的要求愈來愈高，因而對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造的周期和質(zhì)量提出了更高的要求，這就促 使塑料模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)不斷向前發(fā)展，從而推動(dòng)了塑料工業(yè)以及機(jī)械加工工業(yè)的高 速發(fā)展。 模具的設(shè)計(jì)是模具制造過程中的關(guān)鍵部分，通過合理的設(shè)計(jì)制造出來的模具不僅能 順利地成型高質(zhì)量的塑件，還能簡(jiǎn)化模具加工過程和實(shí)施塑件的高效率生產(chǎn)，從而達(dá)到 降低生產(chǎn)成本和提高附加價(jià)值的目的。 1.2 我國(guó)塑料模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 模具制造是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展模具工業(yè)，日益受到世界 各國(guó)的重視和關(guān)注。80 年代以來，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支 持和引導(dǎo)下，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為 13%，1999 年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值為 245 億，至 2000 年我國(guó)模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)為 260-270 億元，其中塑料模在模具總量中的比 例還將逐步提高。 模具工業(yè)是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美 等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)” 。我國(guó)塑料模具工業(yè)起步到現(xiàn)在，歷 經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大的發(fā)展，模具水平有了較大的提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和 整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模 數(shù)齒輪模具及塑封模具。在模具方面，我國(guó)模具總量雖已位居世界第三，但設(shè)計(jì)制造水 平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多，模具商品化和標(biāo)準(zhǔn)化程度比國(guó)際 水平低許多。在模具價(jià)格方面，我國(guó)比發(fā)達(dá)國(guó)家低許多，約為發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/31/5，工業(yè) 大綱級(jí)別 1 級(jí)，小 二號(hào)黑體， 居中， 125 倍行 段前 0.5 行，段后 0 大綱級(jí)別 2 級(jí)，小 三號(hào)黑體， 1.25 倍 行距，段 前 0.5 行， 段后 0.5 行 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 1 發(fā)達(dá)國(guó)家將模具向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)進(jìn)一步明朗化。注塑模型腔制造精度可達(dá) 0.02- 0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá) 10-30 萬 次，淬火鋼模達(dá) 50-100 萬次，交貨期較以前縮短。成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、 高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。氣體 輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟。 1.3 我國(guó)塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 1.3.1 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例 這是由于塑料模成型制品的日益大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求 而發(fā)展的一模多腔所決定。在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用 CAD/CAM/CAE 技術(shù)。 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟 件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基 于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAM/CAE 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM 系統(tǒng)無 法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM 軟件的智能化程度將逐步提高；塑料 制件及模具的 3D 設(shè)計(jì)與成型過程的 3D 分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的 作用。 1.3.2 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù) 采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原 材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成 型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣 使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而 且其常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型 流動(dòng)分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射 成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。 1.3.3 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國(guó)外差距甚大，在一定程度上制 約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要 大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī) 模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī) 格品種。 1.4 塑料模設(shè)計(jì)的一般步驟 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 2 為了設(shè)計(jì)出合理且精度較高的模具，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)程序來進(jìn)行，塑料模具設(shè)計(jì)的 一般步驟如下： 1.4.1 擬定制品成型工藝 (1) 塑料制品分析 消化制品圖：通過了解其用途以及對(duì)制品的工藝性，尺寸精度等技術(shù)要求；對(duì)于 形狀比較復(fù)雜和精度要求較高的制品，還必須了解該制品的外觀及裝配要求；根據(jù)制品 的結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)會(huì)有哪些缺陷（如熔接痕、縮孔、裂紋等）產(chǎn)生，是否要對(duì)制品圖紙?zhí)岢?修改意見。 制品材料的選擇：根據(jù)制品圖的形狀、大小及使用要求。 計(jì)算制品的質(zhì)量、體積及制品的正面投影面積。 確定制品的成型方法（對(duì)熱塑性塑料指定采用注射成型） 擬定制品成型工藝參數(shù) 根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選定的原材料種類，選定如下成型工藝參數(shù)：料筒溫度、噴嘴 溫度、模具溫度、注射壓力、注射時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間以及總的生產(chǎn)周期。 1.4.2 擬定模具機(jī)構(gòu)方案 選擇分型面 分型面的形式和位置應(yīng)有利于模具加工、排氣、脫模、塑件的表面質(zhì)量及工藝操作。 型腔布置 根據(jù)塑件的形狀大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度、批量大小以及模具的制造的難易、成 本高低等確定型腔數(shù)目與排列方式。 確定澆注系統(tǒng)：包括主流道、分流道、冷料穴、澆口的形狀、大小和位置，同時(shí) 應(yīng)注意澆注系統(tǒng)的平衡問題， 溢料、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：根據(jù)制品的形狀與澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)，決定是否增設(shè)溢流 槽和排氣槽及其位置。 選擇脫模方式：考慮開模、分、型的方法與順序，確定推出機(jī)構(gòu)（包括拉料桿、 推桿、推管、推板）的形式以及合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置，同時(shí)計(jì)算出脫模行程、脫 模力以及各推出機(jī)構(gòu)的尺寸大小等。 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 當(dāng)塑件存在側(cè)向凸、凹及側(cè)孔時(shí)，需要考慮增設(shè)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。此時(shí)必須選擇機(jī)構(gòu) 類型，計(jì)算抽芯力和抽芯距離，同時(shí)還要確定各抽芯機(jī)構(gòu)的數(shù)量和尺寸大小。 模具主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮成型與安裝的需要以及制造與裝配的可能，根據(jù)所選的材料，通過理論計(jì)算確 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 3 定定模座板、定模板、動(dòng)模座板、動(dòng)模板、支承板、墊塊、推板和推桿固定板等的外形 尺寸，并在此基礎(chǔ)上選標(biāo)準(zhǔn)模架；同時(shí)還確定導(dǎo)柱、導(dǎo)套、滑塊等的結(jié)構(gòu)尺寸；用相應(yīng) 的公式計(jì)算型腔與型芯的尺寸并確定其公差；此時(shí)還要確定各類零件的安裝、固定、定 位的方法及相應(yīng)尺寸。 模具調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)置 主要通過計(jì)算方法確定模具冷卻系統(tǒng)管道的形狀、位置、數(shù)量及尺寸。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 4 2 擬定模具結(jié)構(gòu)型式 2.1 塑件成型工藝性分析 該塑件是一 CPU 風(fēng)扇底座，如圖 1 所示。根據(jù)制品的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，材料選 擇為 ABS： 圖 11 零件三維立體圖 化學(xué)名稱：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名稱：Acrylonitrile Butadiene Styrene 比重：1.02 克/立方厘米 成型收縮率：0.4-0.7% 成型溫度：200-240 干燥條件：80-90 2 小時(shí) 熔點(diǎn)：130-160 熱變形溫度：90-108 (0.46MPa) 83-103 (0.185MPa) 抗拉屈服強(qiáng)度：50MPa 拉伸彈性模量：1.8 Map310 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 5 抗彎強(qiáng)度：80MPa 沖擊強(qiáng)度：261 （無缺口） 11 （缺口）2.KJm 2.KJm 硬度：9.7HB 體積電阻系數(shù)： 16.90.c 擊穿強(qiáng)度：15.7-19.7 V 特點(diǎn)：1.綜合性能好，沖擊強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性和電性能良好； 2.有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明等級(jí)別； 3.流動(dòng)性比 HIPS 差一點(diǎn)，比 PMMA、PC 等好，柔韌性好。 成型特性： 1.定形料，流動(dòng)性中等，吸濕大，必須干燥，表面要求光澤的塑件須長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干 燥 80-90 度，3 小時(shí)； 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(duì)精度較高的塑 件，模具溫度宜取 50-60 度，對(duì)高光澤、耐熱塑件，模具溫度宜取 60-80 度； 3.要解決夾水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變水位等方 法； 4.如成形耐熱級(jí)或阻燃級(jí)材料，生產(chǎn) 3-7 天后模具表面會(huì)殘存塑料分解物，導(dǎo)致模 具表面發(fā)亮，需對(duì)模具及時(shí)進(jìn)行清理，同時(shí)模具表面需增加排氣位置。 2.2 塑件的工藝性分析 2.2.1 塑件材料的選擇 塑件的材料要在保證產(chǎn)品的使用性能、物理性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能和耐熱性 能的前提下，盡量選用價(jià)廉且成型性能又好的塑料。該產(chǎn)品用于承載物品，要求有較好 的力學(xué)性能，有較大的強(qiáng)度和剛性，屈服強(qiáng)度高，彎曲疲勞壽命要高；有穩(wěn)定的化學(xué)性 能，對(duì)接觸物（水、洗化用品）有很好的耐腐蝕性，衛(wèi)生程度較高，日常使用時(shí)無毒安 全，成型工藝性較好，所選的塑料流動(dòng)性好，易于成型，有較高的表面光澤；市場(chǎng)價(jià)格 盡量低，產(chǎn)品有較大的利潤(rùn)空間和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，幾種常用塑料相關(guān)資料見表 2-1。ABS 常用作電器外殼，機(jī)械強(qiáng)度較高，但是耐熱性差，洗浴時(shí)的較高溫度會(huì)使該材料產(chǎn)生較 大變形。PA 化學(xué)穩(wěn)定性較差，注射成型時(shí)熔融溫度范圍窄，熱穩(wěn)定性差，溫度控制較復(fù) 雜。PC 價(jià)格昂貴 ，成本太高，化學(xué)穩(wěn)定性差，不耐堿、酮、脂等，成型工藝較復(fù)雜， 常用來制造光學(xué)零件。PP價(jià)格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度較高，成型工藝性較好， 主要用來制造日用品。通過以上分析可以看出，PP 是制造塑料置物架的最佳材料。 ABS 塑料的相關(guān)參數(shù)見表 2-2。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 6 表2-1 幾種常用塑料相關(guān)資料 塑件品種 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 使用溫度 化學(xué)穩(wěn)定性 性能特點(diǎn) 成型特點(diǎn) 主要用途 ABS 線型結(jié)構(gòu) 非結(jié)晶型 小于 70 較好 機(jī)械強(qiáng)度較 好，有一定 的耐磨性。 但耐熱性較 差，吸水性 較差 成型性能好, 成型前原料 要干燥 應(yīng)用廣泛， 如電器外 殼、汽車 儀表盤、 日用品等 聚酰胺(尼 龍) 線型結(jié)構(gòu)結(jié) 晶型 小于 70 (尼龍6) 較好,不耐 強(qiáng)酸和氧化 劑,能溶于 甲酚,苯酚, 濃硫酸等 抗拉強(qiáng)度, 印度,耐磨 性,自潤(rùn)滑 性突出,吸 水性強(qiáng) 熔點(diǎn)高,熔 融溫度范圍 較窄,成型 前原料要干 燥.熔體黏 度低,要防 止溢料,制 品易產(chǎn)生變 形等特點(diǎn) 耐磨零件及 傳動(dòng)件,如 齒輪,凸輪 等,電氣零 件中的骨架 外殼,閥類 零件,單絲, 薄膜,日用 品等 聚碳酸酯 (pc) 線型結(jié)構(gòu)非 結(jié)晶型 小于 130 耐寒性好, 脆化溫度- 100 有一定的化 學(xué)穩(wěn)定性, 不耐堿,酮, 酯等 透光率較高, 介電性能好, 吸水性小, 力學(xué)性能好, 抗沖擊,抗 蠕變性能突 出,但耐磨 性較差 熔融溫度高, 熔體粘度大, 成型前原料 需干燥,粘 度對(duì)溫度敏 感,制品要 進(jìn)行后處理 在機(jī)械上用 作齒輪,凸 輪,蝸輪,滑 輪等,電機(jī) 電子產(chǎn)品零 件,光學(xué)零 件等 聚丙烯(pp) 線型結(jié)構(gòu)結(jié) 晶型 10-120 較好 耐寒性差, 光養(yǎng)作用下 易降解老化, 力學(xué)性能比 聚乙烯好 成型時(shí)收縮 率大,成型 性能較好, 易產(chǎn)生變形 等缺陷 板,片,透明 薄膜,繩,絕 緣零件,汽 車零件,閥 門配件,日 用品等 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 7 表 2-2 ABS 塑料相關(guān)參數(shù) 性能項(xiàng)目 試驗(yàn)條件 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)單位 熔體流動(dòng)速率 23,2.16kg ASTM D-1238 30 g/10min基本性能 密度 - ASTM D-1505 0.9 g/cm3 拉伸屈服強(qiáng)度 50mm/min ASTM D-638 270 Kg/ cm2 彎曲模量 - ASTM D-790 6000 Mpa 洛氏硬度 - ASTM D-785 100 R 標(biāo)尺 機(jī)械性能 彎曲強(qiáng)度 - GB 9341 50 Mpa 維卡軟化點(diǎn) 1kgf ASTM D-1525 152 熱性能 熱變形溫度 4.6kg/ cm2 ASTM D-648 105 2.2.2 塑件的壁厚 塑件的壁厚對(duì)其質(zhì)量有很大的影響，壁厚過小不能滿足使用強(qiáng)度和剛度的要求，而 本產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求較高。壁厚太大則浪費(fèi)原材料，在大批量生產(chǎn)時(shí)造成生產(chǎn)成 本提高，利潤(rùn)空間降低；注射成型時(shí)則易造成塑件內(nèi)部產(chǎn)生氣穴，外部產(chǎn)生凹陷；冷卻 時(shí)需要更長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，增加了冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工的難度。從以上諸方面考慮，應(yīng)在 滿足使用的前提下對(duì)塑件進(jìn)行最大限度的薄壁化。同一塑件的壁厚應(yīng)當(dāng)盡可能一致，塑 件壁厚不同將導(dǎo)致收縮不同，最終導(dǎo)致變形或開裂。 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚見表 2-5。 表 2-5 PP 塑料最小壁厚及推薦壁厚 塑件材料 最小壁厚 小型零件推薦壁厚 中型零件推薦壁厚 大型零件推薦壁厚 PP 0.85 1.45 1.75 2.403.20 本產(chǎn)品屬于中型塑件，推薦壁厚為 1.75mm，但是考慮到塑件的力學(xué)要求，應(yīng)使用較 大壁厚，這里取壁厚為 2mm。 2.2.3 塑件的表面質(zhì)量 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 8 塑件的表面粗糙度和外觀質(zhì)量決定了塑件的表面質(zhì)量。使用注射成型時(shí)幾種常用材 料所能達(dá)到的塑件表面粗糙度見表 2-3。一般來說，原材料的質(zhì)量、成型工藝和模具表 面粗糙度都會(huì)影響到塑件的表面粗糙度，尤其是以型腔壁的表面粗糙度影響最大。因此， 模具的型腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素。產(chǎn)品的外觀面應(yīng)有很好的光 澤度且非常光滑，對(duì)表面粗糙度要求較高，應(yīng)不大于 1.60，產(chǎn)品的內(nèi)表面與使用無關(guān)且 不影響外觀，對(duì)表面粗糙度無太高要求，為了降低模具制造成本 ，凸模成型表面的粗糙 度設(shè)計(jì)為 3.20。PP 材料通過注射成型所能達(dá)到的表面粗糙度范圍是0.101.60，滿足 CPU風(fēng)扇后蓋的表面粗糙度要求。 2.2.4 塑件的精度等級(jí) 影響塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損程度，塑料收縮率的 波動(dòng)，成型工藝條件的變化等。在一般生產(chǎn)過程中，為了降低模具的加工難度和模具的 生產(chǎn)成本，在滿足塑料使用要求的前提下將盡可能地把塑件尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。目 前我國(guó)頒布了工程塑料模塑塑料件尺寸公差的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T14486-1993。該標(biāo)準(zhǔn)將塑件 分成 7 個(gè)精度等級(jí)， MT1 的精度要求最高，一般不采用。PP 材料模塑件公差等級(jí)見表 2-4 表 2-4。根據(jù)此表和塑件的設(shè)計(jì)使用要求，塑件的精度選用 MT3。 公差等級(jí) 標(biāo)注公差尺寸材料代號(hào) 模具塑料 高精度 一般精度 未注公差尺寸 MT3 MT4 MT6 MT2 MT3 MT6PP 聚丙烯 MT2 MT3 MT5 2.2.5 塑件的脫模斜度 塑件冷卻后產(chǎn)生收縮時(shí)會(huì)緊緊包在凸模上，或由于粘附作用緊貼在型腔內(nèi)。為了便 于脫模，防止塑件表面在脫模時(shí)出現(xiàn)頂白、頂傷、劃傷等，在塑件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其表面有 合理的脫模斜度。脫模斜度的選擇要遵循以下原則： （1）塑件精度要求高時(shí)，應(yīng)采用較小的脫模斜度。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 9 （2）較高較大的塑件尺寸，應(yīng)選用較小的脫模斜度。 （3）形狀復(fù)雜的、不易脫模的，應(yīng)選用較大的脫模斜度。 （4）塑件的收縮率大的應(yīng)選用較大的脫模斜度值。 （5）塑件壁較厚時(shí)，會(huì)使成型收縮增大，脫模斜度應(yīng)采用較大數(shù)值。 常用塑料的脫模斜度見表 2-6。由于 PP 塑料的收縮率很大，所以應(yīng)選擇較大的脫 模斜度，選擇脫模斜度為3 。 。 表 2-6 常用塑件的脫模斜度 脫模斜度塑料名稱 型腔 型芯 PE PP PA 2545 2045 HPVC 3540 3050 PS ABS POM 351/30 3040 熱固性塑件 2540 2050 2.3 ABS 塑件的注射工藝 ABS塑件的注塑工藝參數(shù)如下表2-7 表2-7 ABS塑件的注塑工藝參數(shù) 預(yù)烘干 不需要,如貯藏條件不好,在80下烘干1小時(shí) 喂料區(qū)溫度/ 3050 后段 160180 中段 18002000料筒/ 前段 200230 噴嘴/ 220300 熔料/ 220280 溫度 模具/ 4080 注射/Mpa 70120 壓力 保壓/Mpa 5060 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 10 背壓/Mpa 520 注射/s 15 保壓/s 2050 冷卻/s 2050 時(shí)間 成型周期/s 40120 螺桿轉(zhuǎn)速/ 3060 2.4 確定成型方法 ABS 屬于熱塑性塑料，對(duì)熱塑性塑料指定采用注射成型。 塑料注射成型工藝的最大特點(diǎn)是復(fù)制，能夠復(fù)制出所需的任意數(shù)量的直接使用或稍 作處理即可使用的制品，是一種適宜大批量生產(chǎn)的工藝。 2.5 擬定制品成型工藝參數(shù) 注射機(jī)類型：螺桿式 預(yù)熱與干燥：溫度 8085 時(shí)間 23h 料筒溫度：后段 150170 中段 165180 前段 180200 噴嘴溫度：170180 模具溫度：5080 注射壓力：60100MPa 成型時(shí)間：注射時(shí)間 2090s 高壓時(shí)間 05s 冷卻時(shí)間 20120s 總周期 50220s 螺桿轉(zhuǎn)速：30 后處理：方法 紅外線燈、烘箱 溫度 70時(shí)間 24h 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 11 3 擬定模具結(jié)構(gòu)方案 理想的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能發(fā)揮成型設(shè)備的能力，最大限度的滿足塑件的工藝技術(shù)要求 （如幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度等）和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求（成本低、效率高、使用壽 命長(zhǎng)、節(jié)省勞動(dòng)力等） 。 3.1 初步確定注射機(jī) 3.1.1 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 通過PRO/E建模分析，塑件質(zhì)量m 1為15.53g； 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得ABS的密度為1.10g/cm 3，故單個(gè)塑件體積為： = /=15.53/1.10=14.12 。1Vm3cm 流道凝料質(zhì)量 還是未知數(shù)，可按塑件質(zhì)量的0.6倍來計(jì)算。因?yàn)槭且荒Ｋ那?，? 注射質(zhì)量： m=1.6n =1.6415.53=99.39g1 注射體積： =m/=99.39/1.10=90.36V3cm 3.1.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面積及所需鎖模力的計(jì) 算 根據(jù)多型腔模統(tǒng)計(jì)分析，大致是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積 的0.2倍0.5倍，1A 可用0.4n 來估算。1A A= n + = n +0.4 n = 1.4n =1.445026.55=28148.6721A11A2m 其中： 12r224056.m 鎖模力： F=AP28148.6735985203.45N=985.20KN 式中 型腔壓力P取35MPa 3.1.3 根據(jù)注射量和鎖模力的值，選用 SZ200/120 臥式注射機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)為： 理論注射體積： 200 cm 3 螺桿直徑： 40 mm 注射壓力： 150 MPa 注射速率： 120 g/s 塑化能力： 19.44 g/s 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 12 螺桿轉(zhuǎn)速： 0220 r/min 鎖模力： 1200 kN 拉桿內(nèi)間距： 355385 mm 移模行程： 350 mm 最大模具厚度： 400 mm 最小模具厚度： 230 mm 模具定位孔直徑： 125 mm 噴嘴球半徑： 15 mm 噴嘴口直徑： 5 mm 3.1.4 注射機(jī)料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù) n n 4 合格21/30.8194360/0.6415.327.6415.kMtm 式中：k注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8 M注射機(jī)的額定塑化量，19.44 g/s t成型周期，取 30s 其他安裝尺寸的校核要待模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后才可進(jìn)行。 3.2 選擇制品的分型面 分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需 要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面，分型面可以是垂直與合模方向，也可以與合模方向 平行或傾斜。以分型面為界，模具被分為兩大部分，即動(dòng)模和定模部分，而其他的面則 被稱作分離面或分模面，注射模只有一個(gè)分型面。分型面的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問題， 因?yàn)榉中兔娴倪x擇與塑件幾何尺寸精度、脫模方法、后處理工序、模具類型、排氣條件、 嵌件位置、澆口形式等有關(guān)。 分型面選擇的一般原則： （1）便于塑件脫模； （2）分型面的選擇應(yīng)利于側(cè)面分型和抽芯； （3）分型面的選擇應(yīng)保證塑料制品的質(zhì)量； （4）分型面的選擇應(yīng)有利于避免溢料的產(chǎn)生； （5）分型面的選擇應(yīng)有利于成型時(shí)排氣； （6）分型面的選擇應(yīng)盡量便于模具加工。 CPU 風(fēng)扇后蓋塑件是薄壁底座零件，成型后緊緊包住型芯，故將型芯設(shè)在動(dòng)模邊， 型腔設(shè)在定模邊，開模后塑件留于動(dòng)模，有利于塑件脫模，故分型面選在 CPU 風(fēng)扇后蓋 的下底面，如圖 31 所示： 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 13 圖 31 分型面選擇示意圖 3.3 型腔數(shù)目的確定 型腔的布置，根據(jù)塑件的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度要求、批量的大小、模具制造的 難易度、模具成本等確定型腔數(shù)量及排列方式。確定型腔數(shù)目一般有以下四種方法： 1）根據(jù)經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)目 根據(jù)總成型加工費(fèi)用最小的原則，并忽略準(zhǔn)備時(shí)間和試生產(chǎn)原料費(fèi)用，僅考慮模具的 加工費(fèi)用和塑件成型加工費(fèi)用 模具費(fèi)用為 10MQnC 注塑成型費(fèi)用 ()6SatN 總成型加工費(fèi)用 S 為使總的成型加工費(fèi)用最小，即令 ，則有0dxn 式（3.1）21()6atC 所以 ： 式10Ntn （3.2） 2)根據(jù)注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目 當(dāng)成型大型平板制件時(shí)，常用這種方法.設(shè)注射機(jī)的額定鎖模力為F(N)，型腔內(nèi)塑料 熔體的平均壓力為 (MPa)，單個(gè)制品在分型面上的投影面積為 ，澆注系統(tǒng)在分mp 21()Am 型面上的投影面積為 ，則：2()A 式21()mnApF （3.3） 即： 式（3.4） 21mFp 3)根據(jù)注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 14 設(shè)注射機(jī)的最大注射量為 ，單個(gè)制品的質(zhì)量為 ，澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為 ，()Qg1Wg2()Wg 則型腔的數(shù)目 為：n 式（3.5）210.8Gn 若將質(zhì)量用(除以密度)體積表示，上述公式也可用。 4）根據(jù)制品精度確定型腔數(shù)目 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在模具型腔中每增加一個(gè)型腔，制品的精度要降低4 。設(shè)模具中的型腔 數(shù)目為 ，制品的基本尺寸為 ，塑件的尺寸公差為 ，單型腔模具注塑生產(chǎn)時(shí)可nL()m 能產(chǎn)生的尺寸誤差為 （聚甲醛為 0.2，尼龍66為 0.3，聚碳酸酯、聚氯乙s: 烯、ABS等非結(jié)晶型塑料為 0.05） ，則有塑件尺寸精度的表達(dá)式為： 式（3.6）(1)ssN: 簡(jiǎn)化后可得型腔數(shù)目為： 式（3.7）2504snL 對(duì)于高精度制品，由于多型腔模具難以使各型腔的成型條件一致，故通常推薦型腔 數(shù)目不超過4個(gè)。 鑒于所設(shè)計(jì)的制件的精度要求，又是大批量的生產(chǎn)，可以采用一模多腔的形式?？?慮到模具制造費(fèi)用低一點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用小一點(diǎn)，初定為一模四腔的模具形式。 3.4 型腔排列形式的確定 確定了型腔數(shù)目以后，接下來要考慮型腔的排列形式，多型腔在模板上排列形式通 常有圓形、H形、直線形及復(fù)合形等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1） 盡可能采用平衡式排列，確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。 2） 型腔布置與澆口開設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料的現(xiàn)象。 3） 盡量使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸。 本設(shè)計(jì)型腔的排列方式為H形，四個(gè)塑件與X軸對(duì)稱。如圖32所示： 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 15 圖 32 型腔排列形式 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 16 4 成型零件的設(shè)計(jì) 塑料在成型加工過程中，用來充填塑料熔體以成型制品的空間被稱為型腔。而構(gòu)成 這個(gè)型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模和型芯等。成型零件工作時(shí)，直接 與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還要發(fā)生摩擦。因此， 成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度；此外，成型零 件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。 4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模是成型塑件外輪廓的零件。凹模按其結(jié)構(gòu)不同分為整體式和組合式兩大類。 4.1.1 整體式凹模 整體式凹模由整塊材料加工而成，其特點(diǎn)是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會(huì)使制品 產(chǎn)生拼接線痕跡；但由于加工困難，熱處理不方便，因此整體式凹模常用于形狀簡(jiǎn)單的 中、小型模具上。 4.1.2 組合式凹模 指凹模由兩個(gè)或兩個(gè)以上零件組合而成。按其組合結(jié)構(gòu)，可分為整體嵌入式、局部 鑲嵌式、底部鑲拼式、側(cè)壁鑲拼式和四壁拼合式。采用何種形式總的原則就是要簡(jiǎn)化凹 模的加工工藝，減少熱處理變形，便于模具的維修和節(jié)約貴重的模具鋼材。 本次設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，從設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)的合理性等因素綜合考慮，將 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成鑲嵌式結(jié)構(gòu)。 4.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模（即型芯）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。整體式凸模是將成型的凸模與動(dòng)模板做成一體，不僅結(jié)構(gòu)牢固，還可省去動(dòng)模墊板。 但是由于不便于加工，故只適用于形狀簡(jiǎn)單的單型腔模具。本設(shè)計(jì)選用鑲件組合式凸模。 4.3 成型零件鋼材的選用 CPU 風(fēng)扇底座為大批量生產(chǎn)，成型零件選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應(yīng)良好。機(jī)械加 工性能和拋光性能應(yīng)良好，故鑲嵌式凹模鋼材選用 SM1。 定模板成型時(shí)有料流沖刷，但無脫模時(shí)塑件的摩擦，可采用 55 鋼調(diào)質(zhì)。 型芯是大批量生產(chǎn)，磨損嚴(yán)重，可采用硬度較高的模具鋼 Gr12M0V，淬火后表面硬度 5862HRC。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 17 4.4 成型零件工作尺寸的計(jì)算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模 的徑向尺寸（包括矩形和異形零件的長(zhǎng)和寬） 、凹模的深度尺寸和型芯的高度尺寸、型芯 和型芯之間的位置尺寸等。 成型零件工作尺寸的計(jì)算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平 均制造公差和平均磨損量進(jìn)行計(jì)算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進(jìn) 行計(jì)算。前一種計(jì)算方法簡(jiǎn)便，但不適用于精密塑件的模具設(shè)計(jì)，后一種計(jì)算方法能保 證所成型的塑件在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，但計(jì)算比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用的是前一種方法。 （1）模具型腔尺寸（單位 mm）：03()4ZMSLs 式（4.1 0.2960.29681.614873 ） 式中 s塑件的平均收縮率為： 式 maxins0.570.62 （4.2） 塑件外徑尺寸（80mm）SL 塑件公差值（查塑件公差表，取 1.48） 制造公差（ ）Z/50.296Z （2）型腔高度尺寸（單位 mm） 式 0314ZMSHh0.920.9231.4173 （4.3） 式中 h塑件高度最大尺寸（13mm） 塑件公差值（查塑件公差表，取 0.46） 制造公差（ ）Z/50.92Z (3 ) 型芯徑向尺寸（單位 mm）0314ZMSls 式（4.4） 00.256.25676.71874 式中 塑件內(nèi)徑尺寸（76mm）Sl 塑件公差值（查塑件公差表，取 1.28） 制造公差（ ）Z/0.Z 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 18 (4) 型芯高度尺寸 0314ZmhHS 式（4.5） 00.92.92.614 4.5 成型零件強(qiáng)度及支承板厚度計(jì)算 模具型腔側(cè)壁在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度， 如果型腔側(cè)壁和底板厚度過薄，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛 度不足而產(chǎn)生擾曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。因此，應(yīng) 通過強(qiáng)度和剛度計(jì)算來確定型腔壁厚和底板厚度。 模具型腔壁厚的計(jì)算，應(yīng)以最大壓力為準(zhǔn)。理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐證明，大尺寸的模 具型腔，剛度不足是主要矛盾，設(shè)計(jì)型腔壁厚應(yīng)以滿足剛度條件為準(zhǔn)；而對(duì)于小尺寸的 模具型腔，強(qiáng)度不足是主要矛盾，設(shè)計(jì)型腔壁厚應(yīng)滿足強(qiáng)度條件為準(zhǔn)。以強(qiáng)度計(jì)算所需 要的壁厚和以剛度計(jì)算所需要的壁厚相等時(shí)型腔內(nèi)尺寸，即為強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算的分 界值。在分界值不知道的情況下，應(yīng)分別按強(qiáng)度條件和剛度條件計(jì)算出壁厚，取其中較 大值作為模具型腔的壁厚。 由于型腔的形狀、結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，同時(shí)在成型過程中模具受力狀態(tài)也很復(fù) 雜，一些參數(shù)難以確定，因此傳統(tǒng)的計(jì)算方法對(duì)型腔壁厚作精確的力學(xué)計(jì)算幾乎是不可 能的。只能從實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)具體情況做具體分析，建立近近似的力學(xué)模型，確定較 為接近實(shí)際的計(jì)算參數(shù)，采用工程上常用的近似計(jì)算方法，以滿足設(shè)計(jì)上的需要。采用 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)分析軟件可對(duì)型腔進(jìn)行精確分析和計(jì)算。對(duì)于不規(guī)則的行腔，可簡(jiǎn)化為規(guī)則 型腔進(jìn)行近似計(jì)算。 鑒于本設(shè)計(jì)的模具屬于中小型模具，且所設(shè)計(jì)的型腔為組合式的，故設(shè)計(jì)時(shí)型腔壁 厚應(yīng)滿足強(qiáng)度條件為準(zhǔn)： （1）型腔壁厚計(jì)算 式 1 14 43 35.5. .252.0.phs mE （4.6） 式中 p型腔壓力，取 35MPa E材料彈性模量，取 2.1105 MPa 剛度條件，取 0.05mm （2）支承板厚度 支承板厚度和所選模架兩墊塊間跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布局，模架應(yīng)選在 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 19 315400 這個(gè)范圍內(nèi)，墊塊間跨度約為 199，根據(jù)型腔布局及型芯對(duì)支承板的壓力，可 計(jì)算的到支承板厚度： 式1/32 53184.0.54()0.549()58.2.0plTLEm （4.7） 式中： 支承板剛度計(jì)算許用變形量（取 0.04）p 支承板長(zhǎng)度，取 400mm1 兩墊塊間距離（199mm）L 4 個(gè)型芯投影到支承板上的面積12l、 單件型芯所受壓力的面積： 14536.Arm 4 個(gè)型腔所受壓力的面積： 21218.l 此支承板厚度計(jì)算尺寸為 58.58，可利用兩根推板導(dǎo)柱來對(duì)支承板進(jìn)行支撐，這樣支 承板厚度可近似為： 式 4433158.2.1nTm （4.7） 故支承板厚度可取標(biāo)準(zhǔn)厚度 25mm。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 20 5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。 5.1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道是連接注射機(jī)噴嘴和分流道的一段通道，通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，熔 料在主流道中并不改變方向，其形狀、大小直接影響塑料的流動(dòng)速度和填充時(shí)間。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1）為便于凝料從主流道中拉出，主流道設(shè)計(jì)成錐角，其圓錐角=24，對(duì)流動(dòng) 性差的塑料可取36，過大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為 Ra=0.63 ，盡量不采用分段組合形式。本設(shè)計(jì)材料為ABS，選 較合適。m 4 2）主流道大端一般呈圓角，以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時(shí)的阻力。圓角半徑一般取 =13r ，本設(shè)計(jì)中取r=2mm。 3）在保證塑件成型良好和模具結(jié)構(gòu)允許的前提下，主流道應(yīng)盡可能短，一般小于60 ，否則將會(huì)使主流道凝料增多，塑料耗量大，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影 響注射成型。 4）為了使熔料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道和注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì) 接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球凹坑，其半徑： （12） ，其小端直徑：21R (0.51 )，凹坑深度取35 。 為注射機(jī)噴嘴半徑， 為噴嘴口直徑。12d1 2d 根據(jù)所選注塑機(jī)，則主流道小端尺寸d 1為4mm 主流道球面半徑SR噴嘴球面半徑+（12）15+217mm 5.2 主流道襯套形式 本設(shè)計(jì)為中小型模具，但為了便于加工和縮短主流道長(zhǎng)度，同時(shí)保證拆卸更換方便， 所以將主流道襯套和定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合固定在模板上。主流道長(zhǎng)度取 160，約等于定模板的厚度。主流道襯套如圖 51 所示，材料采用 T8 鋼，熱處理淬火后 表面硬度為 5256HRC 。 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 21 圖 51 主流道襯套 主流道凝料體積為： 式q主 4 2ndL246.0184.3m1.083c （5.1） 式中， 主流道斷面當(dāng)量半徑（mm） ；n 主流道長(zhǎng)度（ ） 。Lm （3）主流道剪切速率校核 由經(jīng)驗(yàn)公式： 式3 .nqR47.691s5301s （5.2） 式中： 式qq分 塑主 1.082.45.160 （5.3） 澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑： 式 46.5/2.30.6nRmc （5.4） 主流道剪切速率尺寸偏小，主要是噴嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。生產(chǎn)實(shí) 踐證明當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率 ，澆口的剪切速率23151s 時(shí)，所成型的塑料質(zhì)量好，由此，對(duì)一般熱塑性塑料，按推薦的值作為依4510s 據(jù)。 5.3 分流道設(shè)計(jì) 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 22 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體流動(dòng)的通道。一般開設(shè)在分型面 上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。用于一模多腔或單型腔多澆口的場(chǎng)合。在分流道的設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時(shí)還要考慮減小 流道的容積。分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是： 1） 比表面積（流道表面積與其體積之比）為最小。 2） 流道長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，截面盡量小。 通?？蛇x用的分流道截面形狀有矩形、半圓形、U 形、梯形、正方形，圓形等。 分流道的形狀及尺寸見表 ： 表 51 分流道的形狀及尺寸 分流道的形狀 說明 圓 形 截 面 優(yōu)點(diǎn)：截面積小，冷度慢、熱機(jī)磨擦 損失?。?缺點(diǎn)：澆道的機(jī)械加工困難。 梯 形 斷 面 優(yōu)點(diǎn)：易于機(jī)械加工具熱量損失 阻 力損失場(chǎng)較小，故其常用的形式其斷 面尺寸比例為，h=2/3W,X=3/4W 斜邊 與分模線的垂線呈（510）度的斜角。 U 形 斷 面 優(yōu)缺點(diǎn)與梯形斷面分流道基本相同。 為減小流道內(nèi)在的壓力損失和傳熱損失，希望流道的截面積大，表面積小，以圓形 截面效率最高。生產(chǎn)中常采用梯形或 U 形截面的分流道，本設(shè)計(jì)采用梯形截面的分流道， 如圖 52 所示: 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 23 圖 5-2 分流道截面形狀 5.3.1 分流道布置形式 分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式分平衡式布置 和非平衡式布置兩種。平衡式布置要求從主流道至各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、 斷面尺寸等都必須對(duì)應(yīng)相等，達(dá)到各個(gè)型腔的熱平衡和塑料流動(dòng)平衡。因此，各個(gè)型腔 的澆口尺寸可以相同，達(dá)到各個(gè)型腔同時(shí)均衡地進(jìn)料，均衡進(jìn)料可保證各型腔成型出的 塑件在強(qiáng)度、性能、質(zhì)量上的一致性。 非平衡式布置的主要特點(diǎn)是主流道至各個(gè)型腔的分流道長(zhǎng)度各不相同，或型腔大小 不同。為了使各個(gè)型腔同時(shí)均衡進(jìn)料，各個(gè)型腔的澆口尺寸必定不相同。非平衡式布置 主要采用 H 形和一字形布置。當(dāng)型腔數(shù)目相同時(shí)，采用 H 形或一字形布置，可使模板尺 寸減小。 分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流 道均衡的分配到各個(gè)型腔。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言采用平衡單排分流道，如圖 53 所示： 圖 53 分流道布局形式 5.3.2 分流道尺寸 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 24 因各種塑料流動(dòng)性差異，故可根據(jù)制品的品質(zhì)來估計(jì)分流道直徑，對(duì)壁厚小于等于 3mm，質(zhì)量在 200g 以下的塑件，可用經(jīng)驗(yàn)公式確定截面尺寸： 式 4410.2650.265.3210.67DmLm （5.5） 其中：第一級(jí)分流道 L1=100mm 第二級(jí)分流道 L2=7.5mm 根據(jù)部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍表，ABS 的 D 為 4.89.5，可取 D5mm，最佳為 h/D=0.840.92，x/D=0.70.83。取 h/D=0.86， x/D=0.75，則 h4.3mm，x3.75。 從理論上 L2 分流道可比 L1 截面小 10，但為了刀具的統(tǒng)一和加工方便，在分型面 上的分流道采用一樣的截面。 5.3.3 分流道凝料體積 分流道長(zhǎng)度 L100+7.54130mm 分流道截面積 25+3.7A=418.2m 凝料體積 330.56.45q c分 5.3.4 分流道剪切速率校核 采用經(jīng)驗(yàn)公式： 2540.00s-1 式 3.nR3.18(025) （5.6） 在 51025103s-1 之間，合理。 式中： q ； 式 vt14.231.8.83cm （5.7） 0.235cm； 式nR 23Ac （5.8） t注射時(shí)間，取 1.8s； A梯形面積（0.188cm2） ； c梯形周長(zhǎng)（1.739cm） 。 分流道剪切速率尺寸偏小，主要是分流道尺寸偏大所致。 5.3.5 分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 0.8m1.6m 即可，在此取 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 25 1.5m 5.4 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的 形狀、數(shù)量、尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的主要作用有兩個(gè)：一是塑料熔 體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。 常用的澆口形式有： 點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、側(cè)澆口、重疊式澆口、扇形澆口、薄片式澆口、盤形澆口、 環(huán)形澆口、輪輻式澆口、護(hù)耳式澆口和直澆口。 5.4.1 澆口形狀、尺寸的確定 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的布置方式，本次設(shè)計(jì)選用側(cè)澆口較為理想，如圖 54 所示。澆口斷面形狀采用矩形，根據(jù)側(cè)澆口的推薦值，可取深度 h1.5mm。寬度 b=2.4mm，澆口長(zhǎng)度 l=1.0mm。澆口位置應(yīng)選能同時(shí)充滿型腔位置，應(yīng)利于排氣，避免產(chǎn) 生熔接痕，及應(yīng)開設(shè)在不影響塑件外觀的部位。 圖 54 側(cè)澆口的形式及尺寸 5.4.2 冷料穴的設(shè)計(jì) 冷料穴一般位于主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道的末端。其作用就是存放料流 前端的“冷料” ，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成冷接縫；開模時(shí)又能將主流道中的凝料拉 出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。 本設(shè)計(jì)采用與推桿匹配的冷料穴，如圖 55 所示： bBrl30hH 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 26 圖 55 冷料穴 徐 州 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 27 6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了保證注射模具準(zhǔn)確合模和開模，在注射模中必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作 用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。 6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種。 6.1.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 模具導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)適用于精度要求高生產(chǎn)批量大的模具。當(dāng)對(duì)于小批生產(chǎn)的簡(jiǎn)單模 具，可不采用導(dǎo)套，直接與模體配合。 導(dǎo)柱導(dǎo)套設(shè)計(jì)的原則： 導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離， 以保證模具的強(qiáng)度。 導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)比型芯端面的高度高出 ，以免型芯進(jìn)入凹模時(shí)與凹模相碰68m: 而損壞。 導(dǎo)柱導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度，常采用 20低碳鋼經(jīng)滲碳 ，淬0.58m: 火 ，也可采用 碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理。485HRC:8TA 為了使導(dǎo)柱能順利進(jìn)入導(dǎo)