115-臺燈燈座注射模具設計【模具三維】

115-臺燈燈座注射模具設計【模具三維】,模具三維,115,臺燈,燈座,注射,模具設計,模具,三維 本科畢業(yè)設計（論文） 題目：臺燈燈座注射模具設計 臺燈燈座注射模具設計 摘要 本設計是用CAD軟件和Pro/E三維軟件，進行注塑模具設計與分析。通過對塑料成型工藝的正確分析 以及塑料模具的設計，再決定一個幾何形態(tài)和組件稱為成型零件的尺寸。其中包括前模板的模板、前模、后模。塑料成型零件在工作中是直接接觸的，是在一定溫度且熔體是在高溫高壓下的，所以必須保證有一個合理的結構，強度和剛度高、耐磨性好、正確的幾何形狀、尺寸精度高、表面粗糙度低、工藝參數(shù)的選擇、計算的重要組成部分和擠壓機構，設計過程的系統(tǒng)和其他結構的注入。 關鍵詞：塑料模具；注射成型；模具設計 I The Injection Mold Design Lamp Lampholder Abstract Through the analysis of the right of plastic molding process, a pair of plastic mould design. Decided to die in a geometric shape and size of components called molding parts, including former template template, front mould kernel, back, back mould kernel, back mould set piece of design. Molding parts in direct contact with the plastic at work, at a certain temperature melt under high temperature and high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and rigidity, good wear resistance, the correct geometry, high dimensional accuracy and low surface roughness. Important parts of the process parameters selection and calculation, and extrusion outfit, inject system and other structures of the design process. Key Words: Plastic mold; Injection molding;Mold design II 主要符號表 Ρ 密度 K 注射量的利用系數(shù) Rn 斷面當量半徑 T 注射時間 S 當量面積收縮率 A 塑件包絡型芯的面積 P 塑件對型芯單位面積上的包緊力 α 脫模斜度 q 大氣壓力 μ 塑件對鋼的摩擦系數(shù) A1 制件垂直于脫模方向的投影面積 T 注射時間 Φ 安全系數(shù) L 推管的長度 N 推管數(shù)目 σ 推管反受的應力 B 水管中心距 S 塑件平均壁厚 塑料熱擴散系數(shù) T 成型溫度 T 平均脫模溫度 T 模具溫度 N 每小時注射次數(shù) G 每次的注射量 C 塑料的比熱容 t 熔融塑料進入型腔的溫度 t 塑件脫模溫度 t 模具平均溫度 t 室溫 A注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積 金屬傳熱系數(shù) A注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積 輻射率 A 模具與工作臺的接觸面積 G 注射量 S 確定生產周期 Q 塑料單位熱流量 水的密度 C 水的比熱容 T 水管出口溫度 T 水管入口溫度 d 冷卻水管直徑 T 模具與冷卻介質平均溫度 R 雷諾數(shù) 水的運動粘度 抽芯力 脫模斜度 抽芯距 S 抽芯極限尺寸 R 塑件最大外形半徑 R 阻礙塑件脫落的最小外形半徑 目 錄 1 緒論 1 1.1模具的背景與研究的意義 1 1.2模具的作用與地位 1 1.3國內外相關研究情況............................................................................................2 1.4本次畢業(yè)設計研究的意義....................................................................................2 2 塑件結構及工藝性分析 3 3 材料的選擇 5 3.1材料ABS的注塑成型參數(shù) 5 3.2材料ABS性能 5 4 注射機的選擇及校核 7 4.1注射機的選擇 7 4.2注塑機的校核 8 4.2.1型腔數(shù)目的確定及校核 8 4.2.2鎖模力的校核 9 4.2.3開模行程的校核 9 5 澆注系統(tǒng)的設計 10 5.1分型面的選擇 10 5.2主流道的設計 11 5.3澆口設計 11 5.3.1剪切速率的校核 12 5.3.2主流道剪切速率校核 12 5.3.3澆口剪切速率的校核 13 5.4冷料穴和拉桿的設計 13 6 成型零部件設計 14 6.1型腔和型芯工作尺寸計算 14 6.2型腔側壁厚度計算 16 7 推出機構的設計 17 8 合模導向機構設計 19 9 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 20 9.1對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求 20 9.2冷卻系統(tǒng)設計 20 9.2.1設計原則 20 9.2.2冷卻時間的確定 20 9.2.3塑料熔體釋放的熱量 21 9.2.4高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 21 9.2.5注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 22 9.2.6冷卻系統(tǒng)的計算 23 9.2.7凹模冷卻系統(tǒng)的計算 23 10 抽芯系統(tǒng)設計 26 10.1側向分型抽芯機構的分類 26 10.2手動分型抽芯機構 26 10.3機動式分型抽芯機構 26 10.4液壓抽芯或氣壓抽芯機構 26 10.5聯(lián)合作用抽芯機構 26 10.6 抽芯力與抽芯距的計算 27 10.7側向分型抽芯的結構設計 27 10.7.1斜導柱設計 27 10.7.2滑塊設計 28 10.7.3導滑槽設計 29 10.7.4滑塊定位裝置設計 29 10.7.5鎖緊塊設計 29 10.7.6側向分型與抽芯機構的選擇 29 結論 30 致謝 31 參考文獻 32 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 33 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 34 1 緒論 1.1模具的背景與研究的意義 隨著科學技術的發(fā)展需要，模具已經成為現(xiàn)代化不可缺少的工藝裝備，人們已經越來越認識到模具在制造業(yè)中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低已成為衡盆一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力[1]。而模具材料的應用在模具制造中起舉足輕重的作用，塑料模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最為廣泛的模具，能夠成型復雜的高精度的塑料制品，材料為聚碳酸酯[2]、聚乙烯、聚丙烯等材料[3]都是其中重要組成。塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的, 在我國起步較晚, 但發(fā)展很快，特別是最近幾年,無論在質量、技術和制造能力上都有很大進步, 取得了很大成績[4]。模具設計是隨工業(yè)產品零件的形狀、尺寸與尺寸精度，表面質量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的，所以每副模具都必須進行創(chuàng)造性的設計，模具設計的內容為：產品零件（常稱為制件）成型工藝優(yōu)化設計與力學計算，尺寸與尺寸精度確定與設計等[5]。 1.2模具的作用與地位 模具是指工業(yè)生產的注塑模具，鑄造或鍛造生產各種型號和工具使用的產品，是在特殊的加工設備和生產工業(yè)中不可缺少的基礎，被稱為“母親產業(yè)”[3]。精密制造生產過程中，計算機技術和智能控制是一個有機的整體，是高新技術的載體，是一種高新技術產品。由于具有生產效率高，模具生產的零件，使用一致性高，低能量的供應，并有較高的精度和復雜度，因此已成為越來越重要的國民經濟產業(yè)，廣泛應用于機械，電子，汽車，信息，航空航天，航空，輕工業(yè)，軍事工業(yè)，交通，建筑材料，醫(yī)療器材，五金工具，生物，能源，日用品等制造業(yè)。據統(tǒng)計，模具制造零件數(shù)量的飛機，汽車，摩托車，拖拉機，汽車，電器，儀器儀表等機電產品占80%，在電腦，電視，錄像機，攝像機，錄像機，傳真，電話和移動電話及其他電子產品占85%以上；在冰箱，空調，洗衣機，微波爐，吸塵器，電風扇，雙周期及其它輕工產品占90%以上；在槍支和其他武器的軍事產品占95%以上。隨著中國經濟的發(fā)展，模具工業(yè)在國防現(xiàn)代化和高端技術服務上做出了重要貢獻。模具工業(yè)是重要的基礎工業(yè)，沒有高水平的模具，就沒有高水平的工業(yè)產品?，F(xiàn)在，模具工業(yè)水平已在國民經濟中占有重要地位，模具技術已成為衡量一個國家的一個產品制造水平的重要標志[4]。 1 1.3 國內外相關研究情況 模具生產是典型的單件生產方式它與常規(guī)生產相比,縮短交貨期,保證產品質量, 降低生產成本更顯得重要，模具產品價格昂貴，利潤率高，具有良好的市場前景, 在發(fā)達國家, 模具工業(yè)的總產值已超過機床工業(yè)[6]。早在20世紀80年代，我國政府就十分重視模具設計技術的開發(fā)和應用，隨著注射模具的發(fā)展，大部分的商業(yè)軟件已不僅僅是CAD，注射模具設計軟件實際上涵蓋了CAD/CAM/CAE/CAPP等部分，以某個設計軟件單獨完成為主，充分發(fā)揮其優(yōu)勢模塊的性能，優(yōu)化組合完成注射模具設計[7]。注塑模具作為注射成型的一種重要設備，其在塑料制品的推廣與使用方面占有核心的地位，因此注塑模具也需要不斷適應新技術的發(fā)展，在原有的基礎上做出相應的改善與創(chuàng)新。通過對我國注塑模具研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的分析，可以看出，伴隨著先進技術的使用，我國注塑模具得到了高速的發(fā)展[8]。模具行業(yè)對整個國家國民經濟發(fā)展起到主導作用，一個地區(qū)的工業(yè)化進程，是由模具的產生水平決定的，但就目前國內外發(fā)展水平來看還遠遠不如發(fā)達國家，能掌握和運用新技術的人才異常短缺，二高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊缺，為了適應國民經濟發(fā)展的需求，模具行業(yè)面臨著進一步的技術結構調整和加快國民化的繁重任務[9]。 1.4本次畢業(yè)設計研究目的及意義 (1) 調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合的文字及口頭表達能力； (6) 撰寫設計說明書（論文）的能力； (7) 養(yǎng)成嚴肅、認真、細致地從事技術工作的優(yōu)良作風。 此次設計涉及到機械制圖，結構設計等方面的知識，讓我們經過這次的畢業(yè)設計，將大學所學到的很多相關的專業(yè)知識結合運用起來，對我們來說是一次很好的培養(yǎng)，可以我們更加的獨立，為以后得工作做了很好的準備。 0 2 塑件結構及工藝性分析 該塑件是塑料件，對表面美觀有一定要求，設計時要注意對外邊面的處理。塑料件表面圓角5度，壁厚2mm左右。 圖2.1 塑件圖三維圖 根據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ABS，因市場需求量大，所以是大批量自動化生產。 塑料件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ABS。 一、開模方向 由零件的二維圖分析，作為外殼類產品，外表面的表面質量是比較重要的，再根據模具的結構分析得到，產品的外表面應該在定模上，在產品的內表面設置頂出機構，所以開模方向應沿零件的Z軸。 二、脫模斜度 根據產品的外型，結合產品的工作條件、工藝特點，為提高產品的生產效率和表面質量，根據《模具設計與制造簡明手冊》查得：所以脫模斜度設置為1°。 三、分型面 結合零件的使用要求，應保證其外表面的注塑質量，零件的內表面應留在動模側，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置在沿零件的外表面上，并根據流道等條件進行設置，具體設定在后文中表述。 四、收縮率 在設計本產品時，結合產品的結構工藝特點和材料的特性，在本設計中，ABS的收縮率一般為0.5%[2]。 五、零件壁厚 1 本產品的壁厚設置為2mm左右，是根據產品的工作要求和ABS的化學和流動特性確定的。 六、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[7]。另外，塑件轉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。 七、塑件體積及質量 通過使用軟件軟件實體造型后知體積為57.54cm3，材料密度取1.05g/cm3，所以塑件質量：60.42g。 0 3 材料的選擇 在材料的選擇時，應注意以下幾點： (1) 成型前的準備 對ABS的色澤、細度和均勻度進行檢驗。由于ABS的吸水率大約為0.0.5%～0.8%[5]，容易吸濕，成型前應進行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時或用干燥料斗以80℃烘1～2小時。 (2) 注射過程 塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻4個階段。 (3) 塑件的后處理 采用調濕處理，其熱處理條件查參考文獻[1]中的表4-7由處理溫度為70℃；保濕時間為2～4小時。 3.1材料ABS的注塑成型參數(shù) 注射機：螺桿式； 螺桿轉數(shù)（r/min）：48； 料筒溫度（℃）：前段 200～220； 中段 180～200； 后段 160～180； 噴嘴溫度（℃）：170～180； 模具溫度（℃）：50～80； 注射壓力（MPa）：70～100； 成型時間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～160。 3.2材料ABS性能 a. 物理性能 ABS樹脂是一種共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene(簡稱ABS)，這三者的比例為20：30：50（熔點為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產出一系列具有不同沖擊強度、流動特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強度會得到提高，但是硬度和流動性就會降低，強度和耐熱性變會減少。 ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合物理機械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學性和表面 5 光澤等，且易于加工成型。缺點是耐候性、耐熱性差，且易燃。 b. 成型性能 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成[6]。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是非結晶性材料。中單體的聚合產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構。這就可以在產品設計上具有很大的靈活性，并且由此產生了市場上上百種不同品質的ABS材料。這些不同品質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具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。 ABS是吸水的塑料，于室溫下，24小時可吸收0.05%~0.35%水分，雖然這種水分不至于對機械性能構成重大影響，但注塑時若濕度超過0.05%，塑料表面會受大的影響，所以對ABS進行成型加工時，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應小于0.05%。 c. ABS的主要性能指標 密度ρ=1.05 g/；收縮率0.4～0.7%，取值0.5%. d. ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良；消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預干燥。 6 4 注射機的選擇及校核 4.1 注射機的選擇 設計模具時，應詳細地了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出合乎要求的模具，應了解的技術規(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[7]。 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4.1 注射速率 注射量/CM3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM3/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，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 1 一次循環(huán)所需的時間。 經資料的查閱，選擇螺桿式注塑機的型號為：XS-ZY-500，其主要的技術參數(shù)如下： 表4.2 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 兩側設有推管，機械頂出 動、定模固定板尺寸 900×1000mm 拉桿空間 650×550mm 合模方式 中心液壓、兩側機械推管 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 7670×1740×2380mm 4.2注塑機的校核 4.2.1型腔數(shù)目的確定及校核 根據市場經濟及生產效率的要求，本模具采用一模兩腔型腔結構，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，因此有任何一個參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據注射機料筒塑化速率確定型腔數(shù)量； 2 (4.1) 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)所需塑料質量，g； ——單個塑件的質量，g。 式中、、也可以為注射機最大注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、單個塑件的體積（cm3）。 估算澆注系統(tǒng)的體積：V=0.6×V=34.52m3 故取滿足我們設計要求。 4.2.2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，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力[8]。 4.2.3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模距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式： (4.2) 式中—模具開模行程； —推出距離（脫模距離，H1=60mm）；—塑件高度；（H2=66.5mm） 則=60+66.5+5~10=135mm<700mm；小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 工作原理：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流通注入型腔，經保壓，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，在注塑機推管的作用下，推管通過推桿將塑件和凝料系統(tǒng)頂出,并且斜推桿隨著產品一起運動，一直脫掉倒扣，與此同時由于采用的是側澆口，在開模的瞬間，塑件和凝料分開。此時塑件實現(xiàn)全自動脫模。合模時隨著分型面的閉合復位桿將推管復位，模具閉合等下一次的動作。 1 5 澆注系統(tǒng)的設計 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、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)的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，故設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[10]。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，保證制品外觀質量； 8. 防止塑件變形。 5.1 分型面的選擇 圖5.1 分型面 分型面是模具結構中的基準面，選擇模具分型面時通?？紤]如下有關問題： (1) 根據塑件的某些技術要求，確定成型零件在動模和定模上的配置； (2) 塑件的生產批量； (3) 結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； 3 (5) 模具加工的工藝性。 分析零件特點后，發(fā)現(xiàn)零件的外表面有比較高的精度要求，且經過分析，模具澆注是使用側澆口，所以決定分型面沿零件的外表面。 5.2主流道的設計 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，設計成圓錐形，主流道通常設計在主流道襯套（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計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm[9]。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。 如下圖所示為主流道各部尺寸： 圖5.2 主流道 5.3澆口設計 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)最關鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質量有著很大的影響[11]。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、側澆口、側澆口、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、成型質量及塑件的性能會產生不同的 1 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。 在模具設計時，澆口位置及尺寸要求比較嚴格，它一般根據下述幾項原則來參考： (1) 盡量縮短流動距離； (2) 澆口應開設在塑件壁最厚處； (3) 必須盡量減少或避免熔接痕； (4) 應有利于型腔中氣體的排除； (5) 考慮分子定向的影響； (6) 避免產生噴射和蠕動； (7) 不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置澆口； (8) 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質量。 圖5.3 澆口位置 5.3.1剪切速率的校核 生產實踐表明，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，所成型的塑件質量最好。對一般塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據，可用以下經驗公式表示： (5.1) 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 5.3.2主流道剪切速率校核 Q=0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5（CM/S） (5.2) T注射時間：T=2.5（S）； R主流道的平均當量截面半徑：=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） = 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S (5.3) 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 5.3.3澆口剪切速率的校核 =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S (5.4) 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2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。 從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 5.4冷料穴和拉桿的設計 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出[12]。冷料穴的直徑宜大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端的直徑。 圖5.4 冷卻穴 2 6 成型零部件設計 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ABS收縮率為Q=0.5%，故平均收縮率為Qcp=0.5%，考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取z=△/3。 6.1型腔和型芯工作尺寸計算 在模具設計時要根據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。 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，所以經查閱資料后，選定ABS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： (6.1) 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[14]。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。 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, ABS平均收縮率S=0.5%. (6.2) 經整理最終公式為：Lm0+δz=[(1+S)Ls-(0.5～0.75)△]0+δz 如下的計算是各型、腔的計算。 型腔計算 0 型腔高度計算 型芯計算 型芯高度計算 0 6.2型腔側壁厚度計算 (1) 凹模型腔側壁厚度計算 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 (6.3) =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 (6.4) ≥{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)，所以凹模型腔側壁厚度為18mm。 0 7 推出機構的設計 推出結構由推出、復位、導向三大部分組成[15]。本設計塑件脫模依靠注射機的開模動作驅動模具上的推出機構，實現(xiàn)塑件自動脫模。 推出機構設計原則：設計的推出機構應盡量使塑件留于動模一側；塑件在推出時不發(fā)生變形和損壞；不損壞塑件的外觀質量；合模時推出機構正確復位；在推出和復位的過程中，結構應盡量簡單，動作可靠靈活，制造容易。 一、推件力是將制品因收縮對型芯的摩擦力和大氣壓力 (7.1) 式中，A—塑件包絡型芯的面積； p—塑件對型芯單位面積上的包緊力，P取0.8×107～1.2×107 帕； α—脫模斜度；ABS≥5°； q—大氣壓力:0.09兆帕； μ—塑件對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1～0.3； A1—制件垂直于脫模方向的投影面積mm2）； 則A≈29cm2 ；A1≈60.76cm2； 帶入數(shù)據得Ft＝814.34N。 二、推管直徑 根據壓桿穩(wěn)定公式計算出推管直徑： (7.2) 式中，φ—安全系數(shù)，常取φ=1.5； L—推管的長度m； n—推管數(shù)目； 代入數(shù)據得：d=5mm。 三、推管直徑的強度校核公式 (7.3) 式中，[σ]—推管材料的許用應力Mpa； σ—推管反受的應力Mpa； 代入數(shù)據得: σ=814.34/(8×3.14×42)=8.10Mpa﹤[σ]； 所以，推管強度符合要求。 推桿頂出機構如圖所示，圓柱形狀的推桿和推桿孔最容易加工，而且很容易保證其配合精度，容易保證其互換性，并且容易更換，而且它還具有滑動阻力小，不容易卡滯等優(yōu)點。 1 圖7.1 圓柱形推桿 0 8 合模導向機構設計 導向機構是保證動模和定模上下模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位，本設計采用導柱導向定位。導向機構除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產生單面?zhèn)葔毫?，或者由于成型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側向壓力，從保證模具的正常工作。導柱的結構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8～12mm，以避免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔[12]。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，本設計采用3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配合鑲入模板。具體結構如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，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構，帶頭導柱軸向固定容易。 設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，導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上，通常設在長邊離中心線的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：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) 導柱可以設置在動模或定模：設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設置四個標準帶頭導柱配合標準直導套作為導向系統(tǒng)，導柱設置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結構如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，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構，帶頭導柱軸向固定容易。 1 9 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 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，模具上需要設置溫度調節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。ABS推薦的成型溫度為160~220℃，模具溫度為40~80℃ 。 9.1對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求 根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式；希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量；采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好；溫度調節(jié)系統(tǒng)應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉；從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。 9.2冷卻系統(tǒng)設計 9.2.1設計原則 a. 盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； b. 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； c. 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； d. 澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； e. 應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃； f. 冷卻水的開設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水孔； g. 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發(fā)生干涉。 本設計采用采用環(huán)繞式冷卻水分布。 9.2.2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)據取值，以便對以后的計算作出估 1 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： (9.1) = 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℃。 由計算結果得冷卻時間需要73S，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。參照經驗推薦值，冷卻時間取30S即可。 9.2.3塑料熔體釋放的熱量 (9.2) =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。 9.2.4高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 (9.3) =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=4069×10-6（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。 1 9.2.5注射模通過自然冷卻傳到走的熱量 a. 對流傳熱 (9.4) =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面的面積m2； (9.5) = 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mm，B=220；L模具長度mm，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。 b. 輻射散發(fā)的熱量 (9.6) =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； c. 工作臺散發(fā)的熱量 (9.7) = 502×0.0484×（50—30） =485.94 KJ/h 0 式中:傳熱系數(shù)——h= 502KJ/(m·h·℃)； 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mm，b=220；模具與工作臺接觸長度mm,l=220] 從計算的結果看，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的計算結果錯誤。這是因為有關Q的計算資料很少，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。 9.2.6冷卻系統(tǒng)的計算 型腔內發(fā)出的總熱量（KJ/h）： (9.8) = 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，