保溫水瓶瓶蓋塑料件注射模設計【瓶蓋的注塑成型工藝分析及模具設計】【一模兩腔】【側抽芯】【說明書+CAD+UG】

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The die using a two part, point gate feeding, injection machine using the 250X1B model, setting the cooling system, CAD 2D assembly drawing and parts drawing, drawing die UG 3D chart, select reasonable processing method of mould. An instruction booklet, the systematic use of a brief text, schematic diagram and calculating the plastic parts of concise, this paper has elaborated the parametric design process analysis of beverage bottle embryo injection technology, the general steps of injection mould design are given. In the process of structural analysis and process analysis on the product, analysis of the main basis for the selection of injection machine, and the main parameters of the check. In the process of die structure design of each part, the design shall refer to the principles, combined with the specific analyses. In the choice of sub surface, this design by analysis and comparison, and choose a best scheme. Focus on analysis and design of the temperature control system, explains the importance of the temperature regulating system of product molding, in mold, of die structure after the end, the installation of a general description, opening and closing action of mould is discussed, the possible problems in the process of test model are analyzed in detail, and put forward the corresponding solution. Using NX UG three-dimensional modeling throughout the design process, the design becomes very easily, also can discover the interference problem in mould so as to make reasonable mold design. 關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD繪制二維圖；注射機：飲料瓶胚 Key words: mechanical design; die design; CAD two-dimensional graph drawing; injection machine: beverage bottle 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 塑料簡介 1 1.2 注塑成型及注塑模 1 第2章 塑料材料分析 4 塑料材料的基本特性 4 第3章 塑件的工藝分析 6 3．1 塑件的結構設計 6 3．2 塑件尺寸及精度 8 3．3 塑件表面粗糙度 8 3．4 塑件的體積和質量 8 第4章 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定 9 4．1 注射成型工藝過程分析 9 4．2 澆口種類的確定 10 4．3 型腔數(shù)目的確定 10 4．4 注射機的選擇和校核 10 海天HTF250X1B 11 第5章 注射模具結構設計 15 5．1 分型面的設計 15 5．2 型腔的布局 16 5．3 澆注系統(tǒng)的設計 16 5．4 注射模成型零部件的設計 20 5．5 排氣結構設計 23 5．6 脫模機構的設計 23 5．7 注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 25 5．8 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 26 5．9 模架及標準件的選用 27 5.10.側向抽芯機構類型選擇 24 5.11.斜導柱側向抽芯機構設計計算 25 5.12.斜導柱抽芯機構 26 第6章 模具材料的選用 28 6．1 成型零件材料選用 29 6．2 注射模用鋼種 29 總結 29 致謝 30 附錄 32 參考文獻 32 第1章 緒論 模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域。 1.1 塑料簡介 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 1.2 注塑成型及注塑模 將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。 注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。 注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。 注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。 注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質量的主要因素。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。 塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。 目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。 采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義[3]。 第2章 塑料材料分析 塑料材料的基本特性 聚碳酸酯（PP） 聚丙烯，英文名稱:Polypropylene；簡稱:PP PP是一種半結晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時非常脆因此許多商業(yè)的PP材料是加入1~4%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有更強的抗沖擊強度。PP的強度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150C。由于結晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應力開裂問題。通常，采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。PP的流動率MFR范圍在1~40。低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強度較低。對于相同MFR的材料，共聚物型的強度比均聚物型的要高。由于結晶，PP的收縮率相當高，一般為1.8~2.5%。并且收縮率的方向均勻性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加劑可以使收縮率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。PP也不象PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。 成型性能： 1.結晶料，濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。 2.流動性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔.凹痕，變形。 3.冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低溫高壓時容易取向，模具溫度低于50度時，塑件不光滑，易產(chǎn)生熔接不良，流痕，90度以上易發(fā)生翹曲變形。 4.塑料壁厚須均勻，避免缺膠，尖角，以防應力集中。 成型工藝 由于PP具有高結晶性。需采用注射壓力較高及可多段控制的電腦注塑機。鎖模力一般按3800t/m2來確定，注射量20%-85%即可。 　　干燥處理：如果儲存適當則不需要干燥處理。 　　熔化溫度：PP的熔點為160-175℃，分解溫度為350℃，但在注射加工時溫度設定不能超過275℃。熔融段溫度最好在240℃。 　　模具溫度：模具溫度50-90℃，對于尺寸要求較高的用高模溫。型芯溫度比型腔溫度低5℃以上。 　　注射壓力：采用較高注射壓力（1500-1800bar）和保壓壓力（約為注射壓力的80%）。大概在全行程的95%時轉保壓，用較長的保壓時間。 　　注射速度：為減少內應力及變形，應選擇高速注射，但有些等級的PP和模具不適用（出現(xiàn)氣泡、氣紋）。如刻有花紋的表面出現(xiàn)由澆口擴散的明暗相間條紋，則要用低速注射和較高模溫。 　　流道和澆口：流道直徑4-7mm，針形澆口長度1-1.5mm，直徑可小至0.7mm。邊形澆口長度越短越好，約為0.7mm，深度為壁厚的一半，寬度為壁厚的兩倍，并隨模腔內的熔流長度逐肯增加。模具必須有良好的排氣性，排氣孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收縮痕，就要用大而圓的注口及圓形流道，加強筋的厚度要?。ɡ缡潜诤竦?0-60%）。均聚PP制造的產(chǎn)品，厚度不能超過3mm，否則會有氣泡（厚壁制品只能用共聚PP）。 　　熔膠背壓：可用5bar熔膠背壓，色粉料的背壓可適當調高。 　　制品的后處理：為防止后結晶產(chǎn)生的收縮變形，制品一般需經(jīng)熱水浸泡處理。 發(fā)展前景 　　隨著人們生活水平不斷提高，必然帶來在文化、娛樂、食品、醫(yī)療、材料、居室裝飾等各個方面不同變化的要求與提高，市場中很多物品越來越多地使用透明材料。因此，開發(fā)透明PP專用料是一個很好的發(fā)展趨勢，尤其需要透明性高、流動性好，成型快的PP專用料，以便設計加工成人們喜愛的PP制品。透明PP比普通PP、PVC、PET、PS更具特色，有更多優(yōu)點和開發(fā)前景。 無毒、無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件 。常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用，可用于食具。 第3章 塑件的工藝分析 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。 瓶蓋塑件如圖3.1所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產(chǎn)量大，要求中低的模具成本，成型容易，精度要求一般 圖3.1 3D視圖 3．1 塑件的結構設計 3.1.1 脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，塑件指定造型斜度10°；根據(jù)文獻[1]，塑件材料PP的型腔脫模斜度為0.35～130/， ，型芯脫模斜度為30/～1 3.1.2 塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～5，最常用的數(shù)值為2～3。該塑件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2左右。（3）、塑件的圓角為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內圓角半徑應是壁厚的0.5倍。該塑料件表面圓角半徑和內部轉彎處圓角較小。 3.1.3 孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。 3．2 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為PP，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。 3．3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高許多，為，內部為0.4。 3．4 塑件的體積和質量 本次設計中，塑件的質量和體積采用估算，在有關3D軟件（UG）中，用分析模塊對其進行質量特性分析，輸入材料密度（查資料PP的密度約為1.18） 計算過程： 式中 塑件的體積 m產(chǎn)品密度 n=11cm3 m=0.905cm3 本設計中： NM=11X0.905=11.5g 結合計算機三維輔助軟件與公式計算得單個產(chǎn)品的質量紙為11.5g 第4章 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定 4．1 注射成型工藝過程分析 根據(jù)塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。 1、成型前對原材料的預處理 根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A熱干燥，PP材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 2、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 3、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對PP材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的內應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調濕處理。該塑料制件材料為PP，就采用退火處理1～3小時。 4．2 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。 由于本設計中塑件外表面質量要求較高，不允許出現(xiàn)澆口痕跡，所以選用點澆口。點澆口直接在兩端的平面處進，瓶蓋在吹塑后，澆口在底部。 點澆口的側傾角可以在較大的范圍內依塑件的具體形狀選擇。其直徑與潛伏式澆口相同。引入的圓錐角α約在2°左右。司筒頂出結構相對簡單（采用兩板式模具結構）并且塑料流動平衡等優(yōu)點， 可以有效提高生產(chǎn)效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對外形尺寸較小的產(chǎn)品。 4．3 型腔數(shù)目的確定 因為本設計中采用點澆口，且塑件的尺寸較大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模二腔，進行加工生產(chǎn)。 4．4 注射機的選擇和校核 由于采用一模二腔，需要至少注射量為10.5X2=21g，流道水口廢料4g，總注塑量達到25g根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天250X1B。注射方式為螺桿式，其有關性能參數(shù)為： 海天HTF250X1B 型號 參數(shù) 單位 250X1B　 螺桿直徑 mm 65 理論注射容量 cm3 1068 注射重量PS g 972 注射壓力 Mpa 208 注射行程 mm 322 螺桿轉速 r/min 0~180 料筒加熱功率 KW 19.65 鎖模力 KN 3600 拉桿內間距(水平×垂直) mm 710×710 允許最大模具厚度 mm 710 允許最小模具厚度 mm 250 移模行程 mm 660 移模開距(最大) mm 1370 液壓頂出行程 mm 160 液壓頂出力 KN 110 液壓頂出桿數(shù)量 PP 13 油泵電動機功率 KW 37 油箱容積 l 922 機器尺寸(長×寬×高) m 7.6×2.1×2.5 機器重量 t 15 最小模具尺寸(長×寬) mm 400×550 4.4.1 注射量的校核 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內。校核公式為： 式中 --型腔數(shù)量 --單個塑件的體積（） --澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（） 本設計中：n=2 11.7 =7.6 M=2X11.7+7.6=31g 注塑機額定注塑量為: 1068X0.8=854g＞31g 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積 --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 A=11560mm2 =2424mm2 n+=2X11560+2424=23364mm2 注射成型時為了可靠的鎖模，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力。即： （） 式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據(jù)教科書表5-1，型腔內通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP 鎖模力符合要求 4．4．3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 1、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 式中 --注射機允許的最大模厚 --注射機允許的最小模厚 本設計中模具厚度為300mm 符合要求 2、開模行程（S）的校核 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動模固定板的移動距離。 注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與模具的開模距離相適應。對于臥式注射機，其開模行程與模具厚度有關，對于多分型面注射模應有： 式中 --推出距離 --包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 =（水口料的長度+20~30） 本設計中 =60 =90+0=90mm 總的開模距離需要： H=90+60=150mm 經(jīng)計算，符合要要求。 3、頂出裝置的校核 在設計模具推出機構時，需校核注射機頂出的頂出形式，要注意在兩側頂出時模具司筒的面積應能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。 海天HTF250X1B型注射機為兩側推出機構。經(jīng)檢查能滿足將模具脫出的要求。 第5章 注射模具結構設計 5．1 分型面的設計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側。 5.1分型面的選擇 5．2 型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力，以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖所示。由于本設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要相同的注射工藝參數(shù)，以達到高的成功率，模具采用一模二腔.并采用點澆口，以求達到良好的澆注質量。 圖5.2 型腔布局方式 5．3 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通點澆口澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。 1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道 5－澆口 6－型腔 7－冷料穴 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素： 1、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。 2、模具成型塑件的型腔數(shù)：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模二腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。 3、塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產(chǎn)生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。 4、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。 5、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施[6]。 5．3．3 主流道的設計 流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。 1、主流道的尺寸 設計中選用的注射機為海天HTF250X1B其噴嘴直徑為4，噴嘴球面半徑為16，根據(jù)圖5.3.3.1，主流道各具體尺寸如下： 圖5.3.3.1 澆注系統(tǒng)與定位環(huán)、澆口套 2、主流道襯套的形式 選用如圖5.3.3.2所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。將主流道襯套和定位球設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，襯套與定模板的配合采用。 圖5.3.3.2 主流道襯套及其固定形式 3、主流道襯套的固定 主流道襯套的固定，采用2個M6X20L螺絲直接鎖附固定 5．3．4 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計中由于塑件排布比較緊湊,且采用點澆口。如圖5.3.4所示。 圖5.3.4 主流道和點澆口的位置 5．3．5 澆口的設計 澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，點澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點： 1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內的氣體。 根據(jù)澆口選用原則和為保證塑件表面質量及美觀效果，采用點澆口。 澆口一般尺寸如CAD圖所示，根據(jù)此圖結合實際選用適當值。 5．3．6 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)固化的冷料。因為最先流入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響制品的質量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，這里取為，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的z形式有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推桿配用，開模時倒錐形的冷料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。 5．4 注射模成型零部件的設計 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質量。 5．4．1 成型零部件結構設計 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 1、凹模的設計 凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設計中采用鑲嵌式凹模，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到數(shù)控加工或電火花加工。 5.4.1.1型腔3D圖 2、凸模的設計 本設計中零件結構較為簡單，深度不大，但經(jīng)過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現(xiàn)，塑件采用的是整體式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護。 型芯與動模板的配合可采用。 5.4.1.2型芯3D圖 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔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，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經(jīng)驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定PP材料的平均收縮率為0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： 式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B — 塑件在常溫下實際尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。 5．5 排氣結構設計 排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓縮所產(chǎn)生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。 由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽，利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。 5．6 脫模機構的設計 塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和司筒，推出機構的導向和復位部件等組成。 5．6．1 脫模機構的選用原則 1、使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形2、成永久變形）； 3、推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； 4、推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂； 5、推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形； 6、推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 5．6．2 脫模機構類型的選擇 推出機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣動推出機構。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機構、套管推出機構、司筒推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構等。 本設計中采用推桿推出機構使塑料制件順利脫模。 5．6．3 推桿機構具體設計 1、推桿布置 該塑件因型芯膠位不多.所以共采用了8根6mm推桿與2根10mm推桿，分布情況如圖5.6.3所示，這些推桿均勻的分布在流道上，產(chǎn)品邊緣使用推桿頂出，使制品所受的推出力均衡。 圖5.6.3 推桿布置圖 2、推桿的設計[7] 本設計中采用臺肩形式的圓形截面推桿，設計時推桿的直徑根據(jù)不同的設置部位選用不同的直徑，推桿直徑全部選用6mm。見圖（１0）。推桿端平面不應有軸向竄動。推桿與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，PP塑料的溢料間隙為。 5．7 注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的聚苯乙烯PP，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 5．7．1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。 5.7.1模具冷卻水路圖 5．8 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。 冷卻管路的位置與尺寸 　　塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 　　通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取6mm。 5．9 模架及標準件的選用 5．9．1 模架的選用 5．8．2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。 (1) 冷卻管路的位置與尺寸 　　塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 　　通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為3~10 mm（7/16~9/16英吋），在此取4mm。 5．9 模架及標準件的選用 5．9．1 模架的選用 1、確定模具的基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱流道注射模。 2、 模架的選擇 根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是兩個分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可選擇FCI型的模架，其基本結構如下： 5.9.1模架型號圖 FCI型模具定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，又叫三板模，細水口模架，適合點澆口，細水口轉大水口式澆口，采用斜導柱側抽芯的注射成形模具。 由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經(jīng)過考慮分析，導柱導套選擇選正裝。 根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及模具的外輪廓尺寸， 經(jīng)過計算可以知道該模具是一模二腔的模具，而型腔之間的距離在30-40mm之間 把型腔排列成一模兩腔可側得長為250mm，寬為120mm 模架的長L=120+復位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?型腔壁厚350mm 模架的寬W=80+復位桿的直徑+型腔壁厚250mm 根據(jù)內模仁的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其他螺絲導柱等零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。 所以就取W×L=350×250的模架，塑件的厚度為20mm，塑件的全部膠位留在定模部分，該模具型腔結構簡單，型芯、型腔的固定是固定總高度的加根據(jù)內模仁的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其他螺絲導柱等零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。 在此設計中，由于有斜導柱側抽芯機構，還需要考慮側抽芯對模具設計中模架外形尺寸的影響。 在本設計中，因為采用龍記的CI2535標準模架，其標準模腳的高度為80mm，因為不滿足頂出要求 綜上所述所選擇的模架的型號為：LKM CI-2535-A90-B80-C80 1、確定模具的基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱流道注射模。 5.10.側向抽芯機構類型選擇 一般指的模具的行位機構，即凡是能夠獲得側向抽芯或側向分型以及復位動作來拖出產(chǎn)品倒扣，低陷等位置的機構。 下圖列出模具的常用行位結構。 1.從作用位置分為下模行位、上模行位、斜行位（斜頂） 2.從動力來分，為機動側向行位機構和液壓（氣壓）側向行位機構 5.10.1側抽類型 5.11.斜導柱側向抽芯機構設計計算 　是利用成型的開模動作用，使斜撐梢與滑塊產(chǎn)生相對運動趨勢，使滑塊沿開模方向及水平方向的兩種運動形式，使之脫離倒勾。如圖所示： 1、側向分型與抽芯機構的類型 （1）手動抽芯 （2）液壓或氣動抽芯 （3）機動抽芯 2、抽心距：S=H+(3-5) 其中,S為抽芯機構需要行走的總距離， H為通過測量出來的產(chǎn)品抽芯距離（可以通過3D或2D進行實際測量） 3-5MM為產(chǎn)品抽芯后的安全距離 本設計中，抽芯距離不大，需抽芯8-12mm。 3、抽芯力： 將塑料制品從包緊的側型芯上脫出時所需克服的阻力稱為抽芯力。 抽芯力F=PA(f *cosα+sinα)