電器旋鈕注射模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE+仿真】

電器旋鈕注射模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE+仿真】,說明書+CAD+PROE+仿真,電器旋鈕注射模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE+仿真】,電器,旋鈕,注射,模具設(shè)計,說明書,仿單,cad,proe,仿真 塑料罩殼注射模設(shè)計 2011屆畢業(yè)論文 塑料罩殼注射模設(shè)計 系 、 部： 機械工程系 學生姓名： 唐曉波 指導教師： 張蓉 職稱 副教授 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 0702班 完成時間： 2011年5月17號 36 摘 要 對塑料罩殼注射模結(jié)構(gòu)采用點澆口進料，采用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)， 材料采用流動性能中等的ABS塑料，通過對塑件的分析，注射機的選定，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，成型零件的設(shè)計計算，脫模推出機構(gòu)的設(shè)計，以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和導向地位機構(gòu)的設(shè)計，給出了生產(chǎn)塑料罩殼的一個實際參考設(shè)計生產(chǎn)流程。 關(guān)鍵詞: ABS；一模四腔；側(cè)澆口；模具設(shè)計 ABSTRACT To plastic cover shell injection mould structure adopts point runner feeding; Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow property ABS plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency; Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastic cover shell actual reference design of the production process. Keywords: ABS; Plastic cover shells; Injection mould; Mold design. 目錄 1.塑件成型工藝性分析 5 1.1 塑件的分析 5 1.2 ABS工程塑料的性能分析 5 1.2.1基本性能 5 1.2.2 ABS物理性能 6 1.2.3 ABS熱性能 6 1.2.4 ABS力學性能： 6 1.3 ABS的注射成型過程及其工藝參數(shù) 7 1.3.1注射成型過程 7 1.3.2 注射工藝參數(shù) 8 2.擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機 8 2.1 分型面位置的確定 8 2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 8 2.3 注射機型號的確定 9 2.3.1 注射量的計算 9 2.3.2 澆注系統(tǒng)凝料提及的初步估算 10 2.3.3 選擇注射機 10 2.3.4 注射機的相關(guān)參數(shù)的校核 11 3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計 12 3.1.主流道的設(shè)計 12 3.1.1 主流道尺寸 12 3.1.2 主流道的凝料體積 12 3.1.3 主流道當量半徑 13 3.1.4 主流道交口套的形式 13 3.2. 分流道的設(shè)計 13 3.2.1 分流道的布置形式 13 3.2.2 分流道的長度 14 3.2.3 分流道的當量直徑 14 3.2.4 分流道的截面形狀 14 3.2.5 分流道界面尺寸 14 3.2.6 凝料體積 15 3.2.7 校核剪切速率 16 3.2.8 分流道的表面粗糙度和脫模斜度 16 3.3. 澆口的設(shè)計 16 3.3.1 側(cè)澆口尺寸的確定 18 3.3.2 側(cè)澆口剪切速率的校核 18 3.4 校核主流道的剪切速率 18 3.5 冷料穴的設(shè)計計算 19 4.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 19 4.1.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 4.2.成型零件鋼材的選用 21 4.3 成型零件工作尺寸的計算 21 4.3.1 凹模內(nèi)尺寸的計算 21 4.3.2凹模深度尺寸的計算 21 4.3.3型芯尺寸的計算 22 4.3.4 型芯高度尺寸的計算 22 4.3.5 Φ6、Φ8、Φ10型芯徑向尺寸的計算 23 4.3.6 成型孔的高度 23 4.3.7 成型孔間距的計算 23 4.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 24 4.1.1凹模側(cè)壁厚度的計算 24 4.1.2動模墊板厚度的計算 25 5.脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 25 5.1 脫模力的計算 26 5.2. 推出方式的確定 27 5.2.1 采用推桿推出 27 6.模架的確定 27 6.1 各模板厚度尺寸的確定 27 6.2 計算并選擇模架型號 27 6.3 模架尺寸的校核 28 7.排氣槽的設(shè)計 28 8.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 29 8.1 冷卻介質(zhì) 29 8.2 冷卻系統(tǒng)的計算 29 8.2.1 單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W 29 8.2.2 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量 29 8.2.3 計算冷卻水的體積流量 30 8.2.4 確定冷卻水路的直徑 30 8.2.5 冷卻水在管內(nèi)的流速 30 8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉(zhuǎn)熱系數(shù) 30 8.2.7 計算冷卻水道的導熱總面積A 30 8.2.8 計算冷卻模具水管的總長度L 31 8.2.9 冷卻水路的根數(shù) 31 9.導向與定位機構(gòu)的設(shè)計 31 9.1 導柱導向機構(gòu) 31 10.模具總活動過程說明 32 11.設(shè)計小結(jié) 32 參考文獻 34 致謝 35 塑料罩殼注射模設(shè)計 1 塑件成型工藝性分析 1.1 塑件的分析 （1）外形尺寸 該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔體流程不長，其材料為ABS塑料，為熱塑性塑料，流動性較好，適合于注射成型。 (2) 精度等級 塑件所有尺寸公差在任務(wù)書中未能給出，未注公差的尺寸取為MT7. (3) 脫模斜度 ABS的成型性能良好，成型收縮率較小，參考文獻[1]中表1-12，選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。 1.2 ABS工程塑料的性能分析 1.2.1基本性能 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三種單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。適于制作一般機械零件、減摩耐磨零件，專動零件和電信結(jié)構(gòu)零件。 成形特性： 1．無定形料，其品種牌號很多，各品種的機電性能及成形特性也各有差異，應(yīng)按品種 確定成形方法及成形條件。 2．吸濕性強，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)長時間干燥。 3．流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯，AS差，但是比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 4．比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高），料溫對物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度在250℃左右，比聚苯乙烯易分解），對要求精度較高塑件模具溫度宜取50~60℃，要求光澤及耐熱型塑件宜取60~80℃，注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射機時料溫為180~230℃，注射壓力為100~140MPa，螺桿式注射機則取160~220℃，70~100MPa為宜。 1.2.2 ABS物理性能 密度： 1.03~1.08g/cm3 比體積： 0.86~0.98 cm3/g 吸水率： 0.2~0.4% 1.2.3 ABS熱性能 熔點： 130~160℃ 熔融指數(shù)： 200℃負荷50N,噴嘴Φ2.09 0.41~0.82g/10min 維卡針入度； 71~122℃ 馬丁耐熱： 63℃ 熱變形溫度： 90~108℃(45N/cm2) 83~103℃(180N/cm2) 線膨脹系數(shù)： 7.0ⅹ10-5/℃ 計算收縮率： 0.4~0.7% 比熱容： 1470 J/ (kg . K) 燃燒性： 慢 熱導率： 0.263 W/ (m . k) 1.2.4 ABS力學性能 屈服強度： 50MPa 抗拉強度： 38MPa 斷裂伸長率： 35% 拉伸強性模量： 1.8GPa 抗彎強度： 80MPa 彎曲彈性模量： 1.4GPa 抗壓強度： 53MPa 抗剪強度： 24MPa 沖擊韌度：無缺口 261 k / Jm2 有缺口 11 k / Jm2 布氏硬度： 9.7HBS 說明：該成形條件為加工通用級ABS料時所用，苯乙烯--丙烯腈共聚物（即AS）成形條件與上相似。 查參考文獻[1]中表1-3得其主要性能指標，見表1。 表1 ABS的性能指標 密度 1.03~1.07 抗拉屈服強度 50 比體積 0.86~0.98 拉伸彈性模量 1.8 吸水率 0.2~0.4 抗彎強度 80 收縮率 0.3~0.8 沖擊韌度（缺口） 11 熱變形溫度℃ 90~108 硬度 9.7，R121 熔點℃ 130~160 體積電阻系數(shù) 6.9× 1.3 ABS的注射成型過程及其工藝參數(shù) 1.3.1注射成型過程 （1）成型前準備。對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于ABS含有氰基等吸水性集團，故吸水性較大，因此成型前須進行充分干燥，使其水分含量降至0.1%以下，常用方法是循環(huán)鼓風干燥，溫度控制是70~80℃，時間4h以上。也可以采用烘箱干燥，溫度控制在80~100℃，時間2h，干燥粒層厚度不超過50mm。 （2）注射過程。塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程分為沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。 （3）塑件的后處理（退火）。退火處理的方法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為70℃，處理時間為2h~4h。 1.3.2 注射工藝參數(shù) （1）注射機：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min.。 （2）料筒溫度t/℃：前段180~200； 中段165~180； 后段150~170。 （3）模具溫度t/℃：50~80； （4）注射壓力(p/Mpa)：60~100； （5）成型時間（s）：注射時間 20~90 S 高壓時間 0~5 S 冷卻時間 20~120 S 總周期 50~220 S 2 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機 2.1 分型面位置的確定 通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在塑件截面積最大，且有利于開模取出塑件的底平面上，其位置如圖2所示。 圖2 分型面的選擇 2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 （1）型腔數(shù)量的確定 由于該塑件精度要求不高，塑件尺寸較小，且為大批量生產(chǎn)，可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，以及制造費用和各種成本費用等因素，初步定為一模四腔的結(jié)構(gòu)形式。 （2）型腔排列方式的確定 由于該模具選擇的是一模四腔，其型腔中心距的確定故流道采用H型對稱排列，使型腔進料平衡，如圖3所示。 圖3 型腔數(shù)量的排列布置 （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)計是一模四腔，對稱H型直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機構(gòu)初選推件板推出或是推出桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設(shè)分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板或推件板。由上綜合分析可確定采用大水口（或帶推件板）的單分型面注射模。 2.3 注射機型號的確定 2.3.1 注射量的計算 通過Pro/E建模分析得塑件質(zhì)量屬性如圖4所示。 圖4 塑件質(zhì)量屬性 塑件體積： 塑件質(zhì)量：=1.05×11.075=11.63g 式中，ρ可根據(jù)參考文獻[3]表9-6取為1.05。 2.3.2 澆注系統(tǒng)凝料提及的初步估算 由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件提及的0.2倍~1倍來估算。由于本次設(shè)計采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3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4個塑件體積之和）為： =1.3×4×11.075=57.6 2.3.3 選擇注射機 根據(jù)以上計算得出在一次注射過程中，注入模具型腔的塑料的總體積為=57.6，由參考文獻[2]式4-18，=/0.8=57.6/0.8=72.00。根據(jù)以上的計算，查參考文獻[1]中表1-25，初步選定公稱注射量為106，注射機型號為SZ-100/630臥式注射機，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。 表2 注射機主要技術(shù)參數(shù) 理論注射量 106 拉桿內(nèi)向距/mm 370×320 螺桿柱塞直徑/mm 35 移模行程/mm 270 注射壓力 164.5 最大模具厚度/mm 300 注射速率 80 最小模具厚度/mm 150 塑化能力 11.8 鎖模形式 雙曲肘 螺桿轉(zhuǎn)速 14~200 模具定位孔直徑/mm Φ125 鎖模力/kN 630 噴嘴球半徑/mm 15 2.3.4 注射機的相關(guān)參數(shù)的校核 (1) 注射壓力校核 查參考文獻[4]可知，ABS所需注射壓力為70MPa~90MPa，這里取=90MPa，該該注射機的公稱注射壓力=164.5MPa，注射壓力安全系數(shù)=1.25~1.4，這里取=1.3，則：=1.3×90=117<，所以注射機注射壓力符合要求。 (2) 鎖模力校核。 ① 塑件在分型面上的投影面積 ==3664.5 ② 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，即澆道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積的數(shù)值，可以按照多型腔模具的統(tǒng)計分心來確定。是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2倍~0.5倍。由于本設(shè)計的流道較簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以相應(yīng)取小一些，這里取=0.2。 ③ 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積，則有 =n(+)=n(+0.2)=4×1.2=17589.6 ④ 模具型腔內(nèi)的脹型力，則 ==17589.6×25=439.74kN 式中，是型腔的平均計算壓力值。是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%~50%，大致范圍在14MPa~36MPa。對于黏度較大的精度較高的塑件制品應(yīng)取較大值。ABS屬于中等黏度塑料切精度要求不高，故將取為25MPa。 由表2 可知注射機的公稱鎖模力是=630kN，鎖模力安全系數(shù)=1.1~1.2這里取=1.2，則取=1.2=1.2×439.74=527.7kN<所以注射機鎖模力滿足要求。 對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。 3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 3.1.主流道的設(shè)計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和沖模時間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計中常設(shè)計成可拆卸更換的交口套。 3.1.1 主流道尺寸 (1) 主流道的長度 一般由模具結(jié)構(gòu)確定，對于小型模具L應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計中初取55mm進行計算。 (2) 主流道小端直徑 d=注射機噴嘴尺寸+(0.5~1)mm= 4.5mm (3) 主流道大端直徑 D=d+2= 8mm式中≈ 4° (4) 主流道球面直徑 SR=注射機噴嘴球半徑+(1~2)mm=15+2=17 mm。 (5) 球面的配合高度 h=3mm。 3.1.2 主流道的凝料體積 =55×(+4×2.26)×3.14/3=1730.63 3.1.3 主流道當量半徑 mm 3.1.4 主流道交口套的形式 主流道襯套為標準件可選購。主流道小斷入口與注射機噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯酪r套與定位圈設(shè)計成一個整體，但是考慮到上述因素通常依然將其分開來設(shè)計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理。本設(shè)計澆口套采用碳素工具鋼T10A，熱處理淬火表面硬度為50HRC~55HRC。如圖5所示。定位圈的結(jié)構(gòu)由總裝圖來確定。 圖5 主流道交口套的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.2. 分流道的設(shè)計 3.2.1 分流道的布置形式 為盡量減少在流道內(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，如圖6所示。 圖6 分流道布置形式 3.2.2 分流道的長度 根據(jù)四個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分流道長度適中，如圖6所示。 3.2.3 分流道的當量直徑 流過一級分流道塑料的質(zhì)量 1.05×11.075×4=46.52g < 106g 因該塑件壁厚為1.5mm，單行分流道長度為=40mm，按參考文獻[3]中式（2-20）得 D=≈4.52mm 3.2.4 分流道的截面形狀 本流道采用梯形截面，其加工工藝好，切塑料熔體的熱量散失、流動阻力不大。 3.2.5 分流道界面尺寸 表 2 部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍 塑料的名稱 分流道斷面直徑 （mm） 塑料名稱 分流道斷面直徑 (mm) ABS、AS 4.8～9.5 聚苯乙烯 3.5～10 聚乙烯 1.6～9.5 軟聚氯乙烯 3.5～10 尼龍類 1.6～9.5 聚氨酯 6.5～8 聚甲醛 3.5～10 熱塑性聚酯 3.5～8 丙烯酸塑料 8～10 聚苯醚 6.5～10 根據(jù)上表可取梯形的上底寬度為B=5.4mm(便于選擇刀具)，底面圓角的半徑R=1mm，梯形高度取H=2B/3=3.6mm，設(shè)下底寬度為b，梯形面積滿足如下關(guān)系。 代值計算得b=3.824mm，考慮到梯形底部圓弧對面積的減少及脫模斜度等因素，取b=4.5mm。通過計算梯形斜度α=7.2°，基本符合要求，如圖7所示。 圖7 分流道截面形狀與尺寸 3.2.6 凝料體積 (1) 分流道的長度為(44.52+7.5+25.48 )×2=152mm. (2) 分流道截面積 (3) 凝料體積 152×20=3040=3.04 考慮到圓弧的影響取3 3.2.7 校核剪切速率 （1）確定注射時間：由參考文獻[2]表4-8，可取t=1.6 s。 （2）計算單邊分流道體積流量：14.78 （3）由參考文獻[3]（式2-22）可得剪切速率 該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道德最佳剪切速率在~之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。 3.2.8 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，一般取其粗糙度為Ra 1.25μm~2.5μm即可，此處取Ra 1.6μm。另外其脫模斜度一般在5°~ 10°之間，通過上述計算脫模斜度為10.6°，脫模斜度足夠。 3.3. 澆口的設(shè)計 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，采用一模四腔注射，為方便調(diào)整沖模時的剪切速率和封閉時間，因此采用側(cè)澆口。其界面形狀簡單，易于加工，便于試模后修整，切開設(shè)在分型面上，從型腔的邊緣進料。 運用pro/E分析工具PLASTIC Advisor對澆口選擇點和熔料充型難易程度進行監(jiān)測分析，澆口選定在分型面上，從塑件底部進料填充，如圖8所示。 圖8 澆口的選定和充型模擬 經(jīng)pro/E分析工具PLASTIC Advisor充型模擬分析，選取圖8所示澆口進行充型，能很好的實現(xiàn)塑件熔體的填充，分析結(jié)果如圖9所示 圖9 充型結(jié)果顯示 3.3.1 側(cè)澆口尺寸的確定 （1）計算側(cè)澆口的深度。根據(jù)參考文獻[3]表2-6，可得側(cè)澆口的深度h的計算公式為 h=nt=1.5×0.7=1.05mm 式中，t是塑件壁厚，這里t=1.5mm；n是塑料成型系數(shù)，對于ABS，其成型系數(shù)為n=0.7 為了便于今后試模是發(fā)現(xiàn)問題進行修模處理，并根據(jù)參考文獻[2]表4-9中推薦的ABS側(cè)澆口的厚度為1.2mm~1.4mm，故此處澆口深度h取1.3mm。 （2）計算側(cè)澆口的寬度。根據(jù)參考文獻[1]表2-6，可得側(cè)澆口的寬度B的計算公式為 式中，A為凹模的內(nèi)表面積(約等于塑件的外表面積)。 （3）計算側(cè)澆口的長度。根據(jù)表2-6啊，可取側(cè)澆口的長度0.75mm。 3.3.2 側(cè)澆口剪切速率的校核 （1）確定注射時間：查參考文獻[1]表2-3，可取t=1.6s； （2）計算澆口的體積流量： （3）計算澆口的剪切速率：對于矩形澆口可得：≤4×，則 ≈1.7×<4×，剪切速率合格。 式中，為矩形澆口的當量半徑，即= mm。 該矩形澆口的剪切速率比較大，首先把澆口面積適當做小一點，通過試模根據(jù)塑件成型情況來調(diào)整。 3.4 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(澆口體積的大小可以忽略不計)以及主流道的當量半徑，這樣就可以校核主流到熔體的剪切速率。 1) 計算主流道的體積流量 2) 計算主流道的剪切速率 主流道的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率之間，所以，主流道的剪切速率合格。 3.5 冷料穴的設(shè)計計算 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用球頭形拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的包緊力使凝料從主流道陳濤中脫出。 4.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 4.1.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1)凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模是成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)塑件的結(jié)構(gòu)，選用的是整體式凹模，它是由一整塊金屬材料（也稱定模板或凹模板）直接加工而成。其特點是為非穿通式模體，強度好，不易變形。但由于加工困難，故只適用于小型且形狀簡單的塑件成型。此時可省去定模座板根據(jù)歲塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計采用整體嵌入式凹模，如圖10所示。 圖10 整體嵌入式凹模 (2)凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(型芯) 凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可以分為整體式組合式兩種類型。該塑件采用整體式型芯，如圖11所示，因塑件的包緊力較大，所以設(shè)在動模部分。 圖11 凸模型芯 4.2.成型零件鋼材的選用 根據(jù)對成型塑件的分析，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，同時考慮到它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件為大批量生產(chǎn)，所以構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用P20。對于成型塑件內(nèi)表面的型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此鋼材選擇P20鋼，進行滲氮處理。 4.3 成型零件工作尺寸的計算 采用參考文獻[2]中式(2-26)~(2-30)相應(yīng)公式中的平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計算。 4.3.1 凹模內(nèi)尺寸的計算 塑件外部尺寸的轉(zhuǎn)換，塑件外緣基本尺寸為50mm、80mm未注公差，屬A類尺寸，按照任務(wù)書上要求尺寸精度MT7進行計算，則 相應(yīng)塑件的制造公差為=1.32mm； ，相應(yīng)塑件的制造公差為。 式中，是塑件的平均收縮率，查表參考文獻[5]中表1-4可知ABS的收縮率為0.3% ~0.8%，所以取其平均收縮率=；是系數(shù)，查參考文獻[3]可得=0.56；是塑件上相應(yīng)尺寸的公差(下同)，是塑件上相應(yīng)制造公差，對于中小型塑件取=(下同)。 4.3.2凹模深度尺寸的計算 塑件高度尺寸的換算：塑件的高度基本尺寸，相應(yīng)公差是=0.88mm；，相應(yīng)公差是=1.08mm。 塑件高度為未注公差尺寸，屬A類尺寸，按MT7級進行計算。 = 式中，、是系數(shù)，查表2-20得，=0.56，=0.55。 4.3.3型芯尺寸的計算 塑件內(nèi)徑向尺寸的轉(zhuǎn)換： ，相應(yīng)制造公差為=0.86mm；，相應(yīng)制造公差為=0.64mm,那么則有 ； 式中，是系數(shù)，查表2-20可得，=0.56。 4.3.4 型芯高度尺寸的計算 塑件內(nèi)腔高度尺寸轉(zhuǎn)換： ，相應(yīng)的制造公差=0.68mm； ，相應(yīng)的制造公差=0.88mm。 = 4.3.5 Φ6、Φ8、Φ10型芯徑向尺寸的計算 Φ6、Φ8、Φ10自由公差按MT5查得：不需要轉(zhuǎn)換，因此得： 4.3.6 成型孔的高度 2×Φ6、2×Φ8、2×Φ10的成型芯是與凹模碰穿，所以公差應(yīng)該取正，以利于修模。 4.3.7 成型孔間距的計算 成型孔之間的距離分別如下： 塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標注如圖12所示。 圖12 凹模嵌件及型芯的成型尺寸 4.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 4.1.1凹模側(cè)壁厚度的計算。 凹模側(cè)壁厚度與型腔內(nèi)壓強及凹模的深度有關(guān)，其厚度根據(jù)參考文獻[2]表4-19中的剛度公式計算。 15mm 式中 p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=30mm；是模具剛度計算許用變形量。根據(jù)注射塑料品種可查參考文獻[2]表4-20得 =15=15×0.8393μm=12.589mm=0.0126mm 式中，=0.8393μm。 凹模嵌件初定單邊厚度選10，由于壁厚不能滿足15mm要求，所以凹模嵌件采用預(yù)應(yīng)力的形式壓入模板中，有模板和型腔共同來承受型腔壓力。由于型腔采用H形直線對稱結(jié)構(gòu)布置，型腔之間的壁厚=110(中心距)-40×2=30mm(或=80-25×=30mm)，由于型腔不是深大型腔，這個壁厚間隔能夠滿足要求。根據(jù)型腔的布置，初步選定模板平面尺寸為300mm×300mm，它比型腔布置的尺寸要大得多，所以完全滿足強度和剛度的要求。 4.1.2動模墊板厚度的計算 動模墊板厚度和所選模架的兩個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300mm×300mm這個范圍內(nèi)，查參考文獻[2]表7-4墊塊之間的跨度大約為。那么，根據(jù)型腔布置及型芯對動模墊板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即 T=0.54L=0.54×154×53.8mm 式中，是模具剛度許用變量。根據(jù)注射塑料品種查參考文獻[2]表4-20得=15==0.03465mm L是兩個墊板之間的距離，約154mm；是動模墊板的長度，取250mm，A是四個型芯投影到動模墊板上的面積。 單件型芯所受壓力的面積是 =47×77=3619 四個型芯的面積是 A=4=4×3619=14476 動模墊板可以按照標準厚度取為45mm，顯然不符合要求，可采用支撐柱的形式來增加支撐板的剛度。采用兩根直徑為50mm的支撐柱，且布置在支撐板正中間，根據(jù)力學模型認為，n=1，所以墊板的厚度計算為 21.35<53.8mm 符合要求。 5.脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 在注射成型的每一循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出，模具中的這種脫出塑件的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)。模具脫模方式按推出零件分：推桿脫模、推管脫模、推件板脫模、推塊脫模、成型零件脫模和多元聯(lián)合式脫模六種。 本塑件結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝性可采用推件板推出、推桿推出、或推件板加推桿推出的綜合推出方式，根據(jù)脫模力計算來確定。 5.1 脫模力的計算 (1) 主型芯脫模力 塑件為矩形塑件，其，（或），因此根據(jù)參考文獻[2]中式（4-25）可得脫模力為 =mm (2) 3-6小型芯脫模力 對于此處小型芯其，跟根據(jù)參考文獻[2]中式（4-26）計算其脫模力為 (3) 同上述（2）中步驟，分別計算得到8小型芯脫模力、10小型芯脫模力為=154.74N，=198.2N。 式中 E——塑料的拉伸彈性模量（MPa）； S——塑料成型的平均收縮率（%）； t——塑件的壁厚（mm）； L——被包型芯長度（mm）； ——塑料的泊松比（查參考文獻[3]表2-12）； ——脫模斜度（°）； ——塑料與鋼材之間的摩擦系數(shù)； A——型芯的平均直徑（mm）； ——由和決定的無因次數(shù)，； ——由和決定的無因次數(shù)，。 (4) 總脫模力的大小 F==2176.12+116.86+154.74+198.2=2645.92N. 5.2. 推出方式的確定 5.2.1 采用推桿推出 (1)推出面積 設(shè)4mm的圓推桿設(shè)置16根(4×4根)，那么推出面積為 (2)推桿推出力 根據(jù)參考文獻[3]表2-12取許用應(yīng)力[]=14MPa =<[]=14MPa 因此，經(jīng)上述計算得出，在實際生產(chǎn)中，以此推桿推出塑件，不會有頂白或者頂破的可能，故采用推桿推出。 6.模架的確定 6.1 各模板厚度尺寸的確定 (1) A板尺寸 A板是定模固定板，塑件高度為20mm，考慮到模板上還要開設(shè)冷卻水道，必須留出足夠的距離，故A板厚度取50mm。 (2) B板尺寸 B板是型芯固定板，按照標準模架標準板厚度取為60mm。 (3) C板(墊塊)尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+(5~10)mm=(25+25+20+5~10)mm=75mm~85mm，此處初步選定C板厚度為80mm。 6.2 計算并選擇模架型號 模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)，對于模具而言，在保證足夠的強度和剛度的條件下，模具結(jié)構(gòu)以緊湊實用為好。現(xiàn)根據(jù)一種標準模架選型的經(jīng)驗方法進行模架的選擇，即是根據(jù)塑件在分型面上投影的面積或者模仁周邊尺寸，以塑件布置在推桿推出范圍之內(nèi)及復(fù)位桿與型腔或是模仁邊緣保持一定距離為原則來確定模架的大小。其具體計算經(jīng)驗公式如下： 塑件投影寬度≤-10 塑件投影長度≤-(復(fù)位桿直徑) -30 式中 常數(shù)10——推桿邊緣與墊塊之間的雙邊距離，見參考文獻[3]表7-4； 常數(shù)30——復(fù)位桿與型腔或者模仁邊緣之間的雙邊距離，參見表7-4。 本設(shè)計中，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220mm×160mm，型腔所占的平面尺寸為190mm×130mm，利用上述經(jīng)驗公式計算可得 ≥+10 =130+10=140mm ≥++30=190+25+30=235mm 查參考文獻[3]表7-4，可取=150mm，=250mm，根據(jù)以上計算可得W=300mm，因此考慮采用300mm×350mm的模架，同時又考慮到是采用推件板和推桿綜合推出方式，且推桿均勻布置在型芯內(nèi)，這樣推桿邊緣與推桿固定板邊緣距離較大，因此為降低模具成本，可適當減少模具架尺寸，另考慮導柱、導套、水路的布置等因素，根據(jù)參考文獻[3]表7-1可確定選用帶推桿的側(cè)澆口DCT型模架，根據(jù)表7-4得W×L=300mm×300mm及各板得厚度尺寸。 經(jīng)上述計算，模架尺寸已經(jīng)確定，根據(jù)《注射模中小型模架及技術(shù)條件》(GB/T12556—2006)標準，將模架標記為DCT3030-60×70×80GB/T12555-2006。 6.3 模架尺寸的校核 根據(jù)所選注射機來校核模具設(shè)計的尺寸。 (1)模具平面尺寸300mm×300mm <320mm×370mm (拉桿內(nèi)間距)，校核合格。 (2)模具高度尺寸250mm，240mm<260mm<400mm（模具的最大厚度和最小厚度，與注射機相配合的最大模具厚度是260mm，最小模具厚度是240mm），校核合格。 (3)模具的開模行程S=25mm+35mm+(5~10)mm=65~70mm<300mm，校核合格。 7.排氣槽的設(shè)計 在注射成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，則可能因充填時氣體被壓縮而產(chǎn)生高溫，引起塑件局部炭化燒焦，或使塑料熔接不良而引起缺陷。 注射的排氣方式，大多數(shù)情況下是利用模具分型面或配合間隙自然排氣，只在特殊情況下采用開設(shè)排氣槽的方式。 該塑件由于采用側(cè)澆口，進料熔體經(jīng)塑件底部向上填充型腔，每個型芯上有4根推桿，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會再頂部產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時，底面的氣體會沿著分型面、型芯和推件板之間的間隙排出。 8.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單的計算。設(shè)計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時所放出的熱量硬等于冷卻說所帶走的熱量。 8.1 冷卻介質(zhì) ABS屬流動性中等的材料，其成型溫度及模具溫度分別為200℃～240℃ 和50℃~80 ℃，熱變形溫度為70℃～107℃。所以模具溫度初步選定為40℃，用常溫水對模具進行冷卻。 8.2 冷卻系統(tǒng)的計算 8.2.1 單位時間內(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 =1.731+3.04+4×11.075=49.07 2) 塑料制品的質(zhì)量 m==1.05×49.07=51.53g≈0.0515kg 3）塑件壁厚為1.5mm，查參考文獻[2]表4-34得=5.7 s，注射時間由參考文獻[3]表2-3查得為=1.6 s，脫模時間=7.5 s，則注射周期為 t=++=14.8 s 由此得到，每小時注射次數(shù)為N=240次。 4) 單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔料的總質(zhì)量為 W=Nm=240×0.0515kg=12.37kg/h 8.2.2 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量 查參考文獻[2]表4-35直接可知道ABS的單位熱量的值的范圍是(310~400)kJ/kg之間，故取值為=355kJ/kg。 8.2.3 計算冷卻水的體積流量 設(shè)冷水道入水口的水溫為=22℃，出水口為=25℃，去水的密度為，水的比熱容。則根據(jù)公式可得： 8.2.4 確定冷卻水路的直徑 當=5.83×時，查參考文獻[2]表4-30可知，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔的直徑為d=8mm. 8.2.5 冷卻水在管內(nèi)的流速 == 合理 8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉(zhuǎn)熱系數(shù) 因為平均水溫為23.5℃，查參考文獻[2]表4-31可得，則有: 8.2.7 計算冷卻水道的導熱總面積A 8.2.8 計算冷卻模具水管的總長度L 8.2.9 冷卻水路的根數(shù) 以塑件外圍尺寸為基準，大致確定冷卻水路的根數(shù)為： 根 由上述計算可以看出，一條冷卻水路對于模具來說顯然是不合適的，本設(shè)計中采用動定模兩條冷卻水路來對型芯和凹模嵌件進行冷卻，成型零件的冷卻水道開設(shè)如圖所示。 9.導向與定位機構(gòu)的設(shè)計 注射模的導向機構(gòu)用于動模、定模之間的開合模導向和脫模機構(gòu)的運動導向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈與注射機相配合，是模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機構(gòu)則通過導柱導套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用木架本身所自帶的定位機構(gòu)。 9.1 導柱導向機構(gòu) 模具導柱導向的導柱、導套結(jié)構(gòu)，適用于精度要求高、生產(chǎn)批量大的模具。同時在設(shè)計導柱和導套時還應(yīng)注意以下幾點： (1) 導柱應(yīng)合理的均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強度。 (2) 導柱的長度應(yīng)比型芯端面高出6～8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。 (3) 導柱和導套應(yīng)有足夠的耐磨度和強度，常采用20#低碳鋼經(jīng)滲碳0.5～0.8 mm,淬火48～55HRC,也可用T8A碳素工具鋼,經(jīng)淬火處理。 (4) 為了使導柱能順利地入導套、導柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導套的前端也應(yīng)倒角。 (5) 導柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。 (6) 一般導柱滑動的配合形式按H8/f7，導柱和導套固定部分配合按H7/k6，導套外徑的配合按H7/k6。 (7) 除了動模、定模之間設(shè)導柱、導套外，一般還在動模座板與推反之間設(shè)置導柱和導套，以保證推出機構(gòu)的下常運動。 (8) 導柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考標準模架數(shù)據(jù)選取。 10.模具總活動過程說明 11.設(shè)計小結(jié) 通過這次系統(tǒng)的注射模的設(shè)計，，使我對模具設(shè)計工作有了更深層次的認識，即：模具不是只為設(shè)計而設(shè)計，要統(tǒng)籌規(guī)劃，全盤考慮。這次設(shè)計使我能夠理論聯(lián)系實際，多方面、多角度地去感知、體會書本上比較抽象的理論知識。在指導老師及關(guān)心與幫助下，我的做事效率得到了一定的提高，獨立思考并解決問題的能力得到了加強，培養(yǎng)了實際動手能力。我更進一步的了解了注射模的結(jié)構(gòu)及各工作零部件的設(shè)計原則和設(shè)計要點，了解了注射模具設(shè)計的一般程序。 進行塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計首先要對成型制品進行分析，再考慮澆注系統(tǒng)、型腔的分布、導向推出機構(gòu)等后續(xù)工作。通過制品的零件圖就可以了解制品的設(shè)計要求。對形態(tài)復(fù)雜和精度要求較高的制品，有必要了解制品的使用目的、外觀及裝配要求，以便從塑料品種的流動性、收縮率，透明性和制品的機械強度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考慮注射成型工藝的可行性和經(jīng)濟性。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求經(jīng)濟合理，認真掌握各種注射模具的設(shè)計的普遍的規(guī)律，可以縮短模具設(shè)計周期，提高模具設(shè)計的水平。 收獲大概可概括為以下幾點： 1. 培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力 從設(shè)計的開始，就有意識地培養(yǎng)自己獨立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。大到模具的整體布局，小到排氣槽的設(shè)置、冷料穴的長短，都要經(jīng)過認真思考，才能拿出相對比較成熟的方案。 2. 鍛煉了實際動手能力 在整個的設(shè)計過程中，翻閱了大量的文獻資料，參考了大量的書籍，除了獲得設(shè)計所需的數(shù)據(jù)外，還學到了其他許多的知識。更重要的是鍛煉了自己的動手能力和借助工具書解決實際問題的能力。授人以魚，不如授人以漁，我相信這些能力在我今后的工作和生活能定能讓我受益匪淺。 3. 繪圖水平得到了提高 通過做設(shè)計這一期間的實際操作及練習，學到了很多具體的繪圖細節(jié)。譬如：虛線、點畫線的畫法及線條的粗細；剖線、剖面線的畫法及線條粗細；標題欄的畫法及明細表的編排、技術(shù)要求等。此外，繪圖的速度也得到了進一步的提高，各種快捷鍵的操作也越來越熟練。 參考文獻 [1] 高軍，李熹平，高玉田，褚興榮. 注塑成型工藝分析及模具設(shè)計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社. 2009. [2] 葉久新，王群. 塑料成型工藝及模具設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 2007. [3] 伍先明，張蓉. 塑料模具設(shè)計指導[M]. 北京：國防工業(yè)出版社. 2006. [4] 石富安，龔云表. 工程塑料手冊[M]. 上海：上?？茖W技術(shù)出版社. 2003. [5] 《塑料模具設(shè)計手冊》編寫組. 塑料模設(shè)計手冊[M]. 第二版. 北京：機械工業(yè)出版社. 1999. [6] 唐志玉，李德群，徐佩弦. 塑料模具設(shè)計師指南[M]. 北京：國防工業(yè)出版社.1999. [7] 陳錫棟，周小玉. 實用模具技術(shù)手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 2003. [8] 詹友剛. ProE/ENGINEER 中文野火版5.0模具設(shè)計教程[M]. 第二版. 北京：機械工業(yè)出版社. 2010. [9] 馮炳虎，韓泰榮，殷振海，蔣文森.模具設(shè)計與制造簡明手冊[M]. 上海：上?？茖W技術(shù)出版社.1991. [10] 王衛(wèi)衛(wèi). 材料成型設(shè)備[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 2010. 致 謝 首先要感謝母校多年來對我的培養(yǎng)和教育，讓我在這幾年的大學生活里，不僅學習了科學文化知識，還學會了許多為人處世的道理，提高了自己分析問題和解決問題的能力。其次要感謝老師們多年來的辛勤教誨，正是因為他們的默默付出，才有我們的今天，特別是要感謝我的指導老師—張蓉老師，在她的悉心指導和幫助下我才能順利地完成我的畢業(yè)設(shè)計。同時也要感謝我同窗及好友多年來對我的關(guān)心和幫助！ 由于準備的時間較為倉促，資料查詢方面不盡全面，本設(shè)計之中存在許多不足之處，還望各位專家、教授不吝指教。再次謝謝你們！