074-控制箱注塑模具設(shè)計(jì)【模具三維】,模具三維,074,控制箱,注塑,模具設(shè)計(jì),模具,三維
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目:控制箱注塑模具設(shè)計(jì)
控制箱模具設(shè)計(jì)
摘要
塑料工業(yè)飛速發(fā)展，塑料制品在日常生活中占據(jù)著非常重要的地位。而塑料模具已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，公司的效益。所以主要依靠經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)注塑模具設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法滿足市場的要求。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)成為一種解決設(shè)計(jì)和制造中各種難題的手段，必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法。
本論文主要是控制箱注塑模具，注射材料是ABS，首先對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行了分析和測量，并繪制出二維和三維圖。然后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，包括對(duì)塑件的材料和工藝參數(shù)分析和計(jì)算，模具工作部分設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)介紹了分型面的選擇，點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)，斜頂機(jī)構(gòu)，頂桿頂出機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)。通過整個(gè)設(shè)計(jì)過程表明該模具能夠達(dá)到此塑件所要求的加工工藝。并對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再對(duì)模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
關(guān)鍵詞: Pro/E；模具設(shè)計(jì)；控制箱
II
控制箱英文 Injection Mold
Abstract
With the rapid development of the plastics industry, plastic products in daily life occupy a very important position. The plastic mold has become an important indicator of the level of the country's manufacturing industry and largely determines the quality of the product, the company's benefit. Therefore, the traditional injection mold design mainly rely on the experience does not meet the market demands. Die CAD/CAM/CAE technology has become a solution to various problems in the means of design and manufacture, will replace the traditional mold design.
This paper mainly 控制箱英文 injection mold, injection material is ABS, first on the shape of plastic parts was measured and analyzed, and draw 2D and 3D graphs. Then carries on the mold design of plastic parts, including the parameters of materials and technics of analysis and calculation of working parts of die and mold design, structure design, which focuses on the complex shell plastic parts the selection of the parting line, gate runner system, inclined guide pillar inclined slide block core pulling mechanism, inclined top side core-pulling mechanism, the top rod ejection mechanism and cooling system. Through the entire design process that the mold can achieve the required pieces of plastic processing technology. And the calculated data were analysed, on the foundation of the analysis data of die design for optimization and improvement.
Keywords : Pro/E ; mold design ;控制箱英文
II
主要符號(hào)表
M機(jī)max 注射機(jī)最大注射量（g/h或cm3/h）
K 塑料注射成型機(jī)最大注射量的利用系數(shù)
mi 一個(gè)塑件的質(zhì)量(g)
m澆 模具澆注系統(tǒng)中凝料的質(zhì)量(g)
F0 注射機(jī)的公稱鎖模力(N)
P′ 單位投影面積所需的鎖模力(MPa)
A澆 澆注系統(tǒng)及飛邊在分型面上的投影面積(cm2)
Ai 一個(gè)塑件在分型面上的投影面積（cm2）
Q 抽拔力（N）
μ 塑料對(duì)鋼的摩擦系數(shù)
p0 單位面積的包緊力（kg/cm2）
h 支承板厚度（mm）
p 成型壓力（Mpa）
E 彈性系數(shù)（Mpa）
V 冷卻介質(zhì)的體積流量（m/min）
W 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料重量（kg/min）
Q 塑件在凝固時(shí)所放出的熱量（J/kg）
ρ 冷卻介質(zhì)的密度（㎏/mm）
c 冷卻介質(zhì)的比熱容[J/（㎏·C）]
t 冷卻介質(zhì)的出口溫度（℃）
II
1 緒論
1.1前言
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。使用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)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)國家被稱為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”；德國則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會(huì)也認(rèn)為“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力”，同時(shí)也是“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過日本機(jī)床總產(chǎn)值。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興的電子工業(yè)。
1.2 國外塑料模具發(fā)展概況
注塑成型是最大量生產(chǎn)塑料制品的一種成型方法，二十多年來，國外的注塑模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代已開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動(dòng)過程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)、提高和改善。
1.3 我國塑料模具發(fā)展概況
我國塑料模具發(fā)展迅速。目前，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比重約為30%，在模具進(jìn)出口中的比重高達(dá)50～70%。隨著中國機(jī)械、汽車、家電、電子信息和建筑建材等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高。
據(jù)介紹，在生產(chǎn)汽車時(shí)，各種功能性零部件都要靠模具成型，僅制造一款普通轎車約需200多件內(nèi)飾件模具，而制造保險(xiǎn)杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿足率僅約50%。塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢所趨，目前全國塑料門窗和塑管普及率將達(dá)到
31
30%～50%，塑料排水管市場占有率將超過50%，大大增加對(duì)模具的需求。據(jù)專家預(yù)測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。
近年來，我國塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動(dòng)和支柱產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的推動(dòng)下，形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，從上游的原輔材料工業(yè)和加工、檢測設(shè)備到下游的機(jī)械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展一片生機(jī)。
目前，我國模具工業(yè)地域特點(diǎn)明顯，主要表現(xiàn)為：東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。模具生產(chǎn)最集中的地區(qū)在珠江三角和長江三角地區(qū)，約占全國模具產(chǎn)值的2/3以上。塑料模具與模具整個(gè)行業(yè)的地域分布相似，浙江、江蘇、廣東塑料模具位于全國前列，其產(chǎn)值在全國模具總產(chǎn)值中的比例達(dá)到70%。
1.4 本文研究內(nèi)容
當(dāng)今世界，隨著智能化科技的發(fā)展，很多技術(shù)都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，而控制箱作為自動(dòng)化控制裝置的“房子”，它的美觀性也是很重要的。本設(shè)計(jì)正是基于控制箱的注塑模具設(shè)計(jì)，利用CAD/CAM/CAE技術(shù)在較短模具開發(fā)周期，較低模具生產(chǎn)成本，使整個(gè)產(chǎn)品更具市場競爭力。
2 塑件結(jié)構(gòu)及成型工藝分析
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
該產(chǎn)品為規(guī)則盒蓋類物體，其最大輪廓尺寸為482mm×235mm×120mm。對(duì)于控制箱的設(shè)計(jì)要求首先是強(qiáng)度的要求，在箱體的一側(cè)有一散熱口，需要借助側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型，控制箱的外觀要要求其表面光滑美觀，無磨損、無脫模痕跡、無熔接痕、無氣泡等影響外觀的缺陷。
圖2.1 塑件三維圖
2.2 產(chǎn)品成型工藝性分析
2.2.1 塑件的分析
該塑件平均壁厚6mm，外形尺寸比較大，所以塑料熔體流程比較大，所需的注射壓力會(huì)比較大。該塑件的精度等級(jí)比較低，屬于一般精度等級(jí)。
2.2.2 材料性能分析
a. 材料名稱：塑件的材料為ABS，化學(xué)名稱 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，英文名稱Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic[1]。
b. ABS使用性能：綜合性能好，沖擊強(qiáng)度和力學(xué)性能強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性良好，易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，是合適制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)件。
c. 成型性能：(1)無定型塑料，其品種較多，各品種的機(jī)電性能及成型特性各有差異，應(yīng)該品種來確定成型方法和成型條件。
(2) 吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑應(yīng)長時(shí)間干燥。
(3) 流動(dòng)性中等，溢邊值為0.03%左右。
(4) 模具設(shè)計(jì)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口的位置和形式。
d. 主要用途：ABS樹脂的最大應(yīng)用領(lǐng)域是汽車、電子電器和建材。汽車領(lǐng)域的使用包括汽車儀表板、車身外板、內(nèi)裝飾板、方向盤、隔音板、門鎖、保險(xiǎn)杠、通風(fēng)管等很多部件。在電器方面則廣泛應(yīng)用于電冰箱、電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)器、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子電器中。建材方面，ABS管材、ABS衛(wèi)生潔具、ABS裝飾板廣泛應(yīng)用于建材工業(yè)。此外ABS還廣泛的應(yīng)用于包裝、家具、體育和娛樂用品、機(jī)械和儀表工業(yè)中。
e. 材料收縮率：ABS成型收縮率為0.3%～0.8%，在設(shè)計(jì)過程中取0.5%。
2.2.3 ABS的注射成型過程
1) 成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢測，由于ABS吸水性較大，成型前需進(jìn)行充分的干燥；
2) 注射過程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段；
3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75℃，處理時(shí)間為16~20s。
3 分型面選擇及型腔數(shù)目確定
3.1 型腔數(shù)目的確定
最佳澆口位置位于塑件上表面的中間，但是把澆口設(shè)在此位置顯然會(huì)破壞塑件的美觀性，觀察發(fā)現(xiàn)塑件的尾部雖然不是最好的澆口位置，但是在最佳澆口區(qū)域范圍之內(nèi)，所以這是可以接受的。由于塑件本身體積很大，考慮到塑件尺寸和模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，又考慮到型腔的平衡布置和澆口開設(shè)部位的對(duì)稱，所以采用一模一腔布置。
3.2 分型面位置的確定
模具取出塑料件或澆注系統(tǒng)凝料的面為分型面，分型面有平直分型面、傾斜分型面、階梯分型面、曲面分型面、瓣合分型面和立體分型面等幾種形式。分型面對(duì)制品表面質(zhì)量，尺寸精度和行位精度、脫模，型腔型芯結(jié)構(gòu)和排氣以及進(jìn)料澆口和模具制造都有直接影響。因此在選擇和確定分型面時(shí)，應(yīng)全面分析、比較和考慮，選定較為有利的方案。
分型面確定的要素為，盡量使塑件留在動(dòng)模，應(yīng)選在塑件尺寸較大處，不能影響塑件外觀，利于進(jìn)料成型易于排氣，利于型腔加工保證精度，避免或便于側(cè)抽芯。它的確定是否合理將直接影響模具設(shè)計(jì)的成功與否。
分型面選擇的原則重要有以下幾點(diǎn)[2]：
1) 分型面的選擇應(yīng)便于塑件脫模并簡化模具結(jié)構(gòu)，因此，應(yīng)盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)；
2) 分型面的選擇應(yīng)考慮塑件的技術(shù)要求，當(dāng)塑件表面有同軸度、平行度等要求時(shí)，應(yīng)盡可能將其置于同一半模內(nèi)，否則，將會(huì)由于合模誤差影響塑件精度；
3) 分型面應(yīng)盡量選擇在不影響塑件外觀的位置，并使其產(chǎn)生的飛邊易于清理和修整；
4) 分型面的選擇應(yīng)有利于排氣，為此應(yīng)盡量使分型面與充模時(shí)型腔料流末端重合，以利于排氣；
5) 分型面的選擇應(yīng)便于模具零件的加工；
6) 分型面的選擇應(yīng)考慮注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)，注塑成型時(shí)所需要的鎖模力與塑件在合模方向的投影面積成正比，所以選擇分型面時(shí)，應(yīng)盡量選擇塑件在垂直合模方向上投影面積較小的表面，以減少鎖模力。
根據(jù)以上原則，此塑件的分型面不是很難確定，取塑件最大投影面積平面為分型面如圖所示。
圖3.1 分型面位置
4 注射機(jī)的選擇和校核
4.1 注射機(jī)的主要參數(shù)
注射模是安裝在注射機(jī)上的，因此在設(shè)計(jì)注射模具時(shí)應(yīng)該對(duì)注射機(jī)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要的了解，以便設(shè)計(jì)出符合要求的模具，同時(shí)選定合適的注射機(jī)型號(hào)。從模具設(shè)計(jì)角度考慮，需要了解注射機(jī)的主要參數(shù)有：公稱注射量、公稱注射壓力、注射速率、塑化能力、鎖模力、合模裝置的基本尺寸、開合模速度、空循環(huán)時(shí)間等[2]。
以下簡介幾個(gè)參數(shù)：
1) 公稱注塑量 指注射機(jī)對(duì)空注射的情況下，螺桿一次最大行程所注射的塑料體積，它在一定程度上反映注塑機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
2) 注射壓力 為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，流道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力，我們將這種壓力稱為注射壓力。
3) 注射速率 為了使熔料及時(shí)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(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。
4.2 塑件體積和澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
通過Pro/E建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得塑件體積：
澆注系統(tǒng)凝料體積在沒有設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的情況下是無法確定的，所以需借住經(jīng)驗(yàn)公式來估算，在這里澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來計(jì)算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積：
式(4.1)
4.3 選擇注塑機(jī)
注射機(jī)的最大注射量應(yīng)大于制品的重量或體積(包括流道及澆口凝料飛邊)，通常注射機(jī)的實(shí)際注射量最好是注射機(jī)的最大注射量的80％，所以選用的注射機(jī)最大注射量應(yīng)為，所以。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，查找國產(chǎn)注射成型機(jī)，初選注射機(jī)型號(hào)為XS-ZY-3000臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見下表4.1
表4.1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射容量/ cm3
3000
拉桿空間/mm
900×8000
螺桿柱塞直徑/mm
120
最大模具厚度/mm
960
V注射壓力/Mpa
130
最小模具厚度/mm
400
注射行程/mm
280
合模方式
兩次液壓動(dòng)作
注射方式
螺桿式
定位圈直徑/mm
160
合模力/N
63×105
噴嘴球半徑/mm
12
模板最大行程/mm
1120
噴嘴口孔徑/mm
4
4.4 注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核
4.4.1 注射壓力校核
查表4.1[3]可知，對(duì)于材料是ABS的厚壁制件所需要的注射壓力為80~110Mpa，這里取，該注塑機(jī)的公稱注射壓力，注射壓力安全系數(shù)k1=1.1~1.3，這里取1.2，則：
式(4.2)
所以，注塑機(jī)注射壓力合格。
4.4.2 鎖模力校核
鎖模力是注射機(jī)鎖模裝置施加于模具的最大夾緊力。鎖模力的作用在于平衡和克服模腔壓力產(chǎn)生的使模具沿分型面張開的力，保持模具緊密鎖合，防止溢料。
1) 塑件在分型面上的投影面積A塑。通過Pro/E軟件測量得。
2) 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆。因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)還未設(shè)計(jì)，所以采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，在這里取。
3) 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總的投影面積A總。則：
式(4.3)
4) 模具型腔內(nèi)的膨脹力F脹。則：
式(4.4)
式中
P模--型腔的平均計(jì)算壓力值。P模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%~40%，大致范圍為25~40Mpa。對(duì)于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。ABS屬于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35Mpa。
由表4-1可得該注塑機(jī)的公稱合模力F鎖=63×105N，合模力的安全系數(shù)為k2=1.1~1.2這里取1.2。則：
式(4.5)
所以該注射機(jī)合模力合格。
對(duì)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(jìn)行。
5 成型零件設(shè)計(jì)及模架選取
5.1 成型零件鋼材的選用
成型零件材料選用的要求如下[2]：
1) 材料高度純潔；
2) 良好的冷、熱加工性能；
3) 拋光性能優(yōu)良；
4) 淬透性高；
5) 耐磨性和抗疲勞性能好；
6) 具有耐腐蝕性和一定的耐熱性。
在這里采用廣泛用于制造塑料和壓鑄模型腔的45鋼，45鋼調(diào)質(zhì)處理后有較好的綜合力學(xué)性能。
5.2 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計(jì)采用整體式凹模。如圖5.1所示。
凹模
5.2.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。通過對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，選用整體式凸模。如圖5.2所示。
5.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算
成型零件工作尺寸計(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、極限制造公差和極限磨損量進(jìn)行計(jì)算。前一種計(jì)算方法簡便，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。
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的塑件精度要求只需一般精度等級(jí)就能滿足要求，所以采用平均值法計(jì)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(jì)算。
5.3.1 凹模徑向尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.1)
式(5.2)
式(5.3)
式(5.4)
式(5.5)
式中
--塑件的平均收縮率，查表1-2[2]可得ABS的收縮率為0.3%~0.8%，所以平均收縮率（下同）；
--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取、
、；
--塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；
--塑件上相應(yīng)尺寸制造公差，對(duì)于中小型零件?。ㄏ峦?。
5.3.2 凹模深度尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.6)
式中
--系數(shù)，查表4-15[1]可知一般在0.5~0.7之間，此處取。
5.3.3 凹模上芯子徑向尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.7)
式(5.8)
式中
--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取、。
5.3.4 凹模上芯子高度尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.9)
式中，--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。
5.3.5 凸模徑向尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差；
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.10)
式(5.11)
式(5.12)
式中
--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。
5.3.6 凸模高度尺寸的計(jì)算
塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：
，相應(yīng)的塑件制造公差。
式(5.13)
式中
--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。
5.4 成型零件尺寸的計(jì)算
塑料模型腔在注射成型過程中，在型腔全部充滿的瞬間，熔體壓力可達(dá)到一較高值。型腔必須具有足夠的壁厚以承受熔體充模時(shí)產(chǎn)生的高壓，否則可能因強(qiáng)度不足，產(chǎn)生塑性變形甚至破裂；或因剛度不足，產(chǎn)生大的彈性變形，引起成型零部件在其接觸或配合表面出現(xiàn)較大的間隙，形成溢料或飛邊，降低塑料制品的精度和影響塑料制品脫模。所以計(jì)算成型零件的壁厚是很有必要的。
型腔的強(qiáng)度與剛度是型腔應(yīng)具備的力學(xué)性能的兩個(gè)方面，根據(jù)分析，塑料模具型腔對(duì)強(qiáng)度與剛度并非在各種情況下都提出較高要求，而是有側(cè)重的。對(duì)于大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)首先對(duì)模具剛度進(jìn)行校核；對(duì)于中小尺寸型腔，在其發(fā)生大的彈性變形之前，內(nèi)應(yīng)力往往已經(jīng)超過許用應(yīng)力，因而強(qiáng)度是主要矛盾，設(shè)計(jì)型腔側(cè)壁和底板厚度應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算。
本設(shè)計(jì)的塑件屬于大型尺寸，所以強(qiáng)度不足是主要矛盾，應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算型腔側(cè)壁和底板厚度。
側(cè)壁厚度：
式(5.14)
式(5.15)
底板厚度：
式(5.16)
型腔與型腔之間的壁厚：
型腔與型腔之間的壁厚沒有確切的計(jì)算式，所以按經(jīng)驗(yàn)選取，在這里取。
式中
--型腔高度，；
--型腔長度，；
--型腔寬度，；
--模具型腔內(nèi)最大的熔體壓（型腔壓力估算公式確定，一般是30~50MPa）；
--許用應(yīng)力（一般中碳鋼許用應(yīng)力為160MPa）。
5.5 各模板尺寸的選擇
模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)。對(duì)于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好，可以以塑件布置在推桿推出范圍之內(nèi)及復(fù)位桿與型腔保持一定距離為原則來確定模架大小。
根據(jù)上述分析計(jì)算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架序號(hào)為5號(hào)，板面為500mm×630mm。本設(shè)計(jì)分型面采用單分型面，采用推桿脫模，所以模架結(jié)構(gòu)形式為A1型的標(biāo)準(zhǔn)模架。模架的外形尺寸：寬×長×高=800mm×850mm×660mm。
5.6 模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注射機(jī)來校核選用的模架的各個(gè)尺寸。
模具平面尺寸：800mm×850mm＜800mm×900mm（拉桿空間），校核合格。
模具高度尺寸：600mm，960mm＞660mm＞400mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。
6 澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.1 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)人模具型腔時(shí)最先經(jīng)過的部位，它將注射機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動(dòng)，開模時(shí)主流道凝料又能順利地拉出來。另外，由于澆口套與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。
主流道設(shè)計(jì)如下：
主流道長度取 L＝45mm； 取主流道錐角 α＝4°；
主流道入口直徑 d＝注射機(jī)噴嘴直徑+1＝4+1＝5mm；
主流道出口直徑 D＝d+2Ltan(α/2)= 5+2×45tan(4°/2)≈ 8mm；
主流道球面半徑 SR＝注射機(jī)噴嘴球頭半徑+(1~2)＝18+2＝20mm；
球面配合高度 h＝3mm。
澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖4.1。
澆口套
6.2 分流道的設(shè)計(jì)和計(jì)算
分流道是主流道與澆口之間的通道。在設(shè)計(jì)分流道時(shí)主要考慮的是盡量減少熔體流動(dòng)時(shí)的壓力損失和溫度降低，同時(shí)盡量減少分流道的容積，采用的是平衡式分流道。
6.2.1 分流道截面形狀和尺寸
常用的截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形和矩形等。在分流道的設(shè)計(jì)中既要有大的截面積以減少熔體流動(dòng)的壓力損失；同時(shí)又要求流道的表面積小，以減少熔體的傳熱損失。因此，常用流道的截面積與周長之比來表示流道的效率。該比值越大，表示流道的效率越高。查得圓形和正方形流道的效率最高。但正方形截面的流道不利于冷凝料的推出，圓形的需開設(shè)在分型面兩側(cè)，且對(duì)應(yīng)兩部分必須相吻合，加工較困難。最常用的是梯形和U形截面，因加工方便，且熱量的損失和流動(dòng)阻力不大，在實(shí)際生產(chǎn)中的到了廣泛的應(yīng)用。
經(jīng)過分析，本設(shè)計(jì)采用U型截面分流道，其表面粗糙度Ra的值取1.6μm，其具體的截面形狀尺寸如圖6.2所示。
圖6.2 分流道截面尺寸
6.3 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接流道—型腔的一段細(xì)短通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，起著調(diào)節(jié)控制料流速度、補(bǔ)償時(shí)間及防止倒流等作用，對(duì)于多型腔模具，澆口還能用來平衡進(jìn)料。
澆口的形狀、尺寸和進(jìn)料位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，塑件上的一些質(zhì)量問題，如缺料、縮孔、白斑、熔接痕、翹曲等現(xiàn)象，常常是由于澆口的設(shè)計(jì)不合理而造成的。因此正確設(shè)計(jì)澆口，對(duì)保證塑件的質(zhì)量是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。
澆口的類型主要有直接澆口、側(cè)澆口、護(hù)耳澆口、輪輻澆口、爪形澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口等。其中直接澆口適用于體積較大的深腔殼體塑件及高粘度塑料；側(cè)澆口適用于中小型塑件的多型腔模具，其直接優(yōu)點(diǎn)是截面形狀簡單、易于加工、便于試模后修正，缺點(diǎn)是在制件的外表面留有澆口痕跡；爪形澆口適用于內(nèi)孔小且同軸度要求較高的細(xì)長管狀塑件；點(diǎn)澆口常用于成型各種殼類、盒類零件，其優(yōu)點(diǎn)是澆口位置能靈活的確定，澆口痕跡較小，易于自動(dòng)斷料，
該塑件表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，點(diǎn)澆口。位置在塑件的定端中心位置。不影響塑件的外觀表面，保證了塑件的美觀度。如圖6.2所示。
6.4 冷料穴的設(shè)計(jì)
由于本次模具設(shè)計(jì)采用的是點(diǎn)澆口，點(diǎn)澆口需要采用三板模模具，冷料穴位置不同于二板模模具，本次模具位于下圖箭頭所指的位置，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。三板模具常見的球形拉料桿，熔融塑料進(jìn)入冷料穴，緊緊包在拉料桿球形頭上硬下來，開模時(shí)，利用拉料桿通過鉤頭拉住穴內(nèi)冷料，使凝料從襯套中脫出。結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。
圖6.3球形拉料桿
6.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
6.5.1 冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很復(fù)雜，下面只進(jìn)行簡單的計(jì)算。需要說明的是，冷卻系統(tǒng)的簡單計(jì)算可能不符合實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，所以還需根據(jù)實(shí)際情況修改水路的尺寸以及調(diào)整水路的布置方式。
(1)單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量W
1) 塑料制品的體積：
式(6.7)
2) 塑料制品的質(zhì)量：
通過Pro/E的分析工具測得
3) 塑件的壁厚為6mm，查表4-34[1]可得冷卻時(shí)間，取注塑時(shí)間，脫模時(shí)間，則注塑周期：
式(6.8)
由此得每小時(shí)注射次數(shù)：
式(6.9)
4) 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：
式(6.10)
(2)確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量Qs
查表4-35[2]可知ABS的單位熱流量Qs的值的范圍在（310~400）KJ/kg 之間。故可取。
(3)計(jì)算冷卻水的體積流量qv
設(shè)冷卻水道入口的水溫為，出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容為。則根據(jù)公式可得：
式(6.11)
計(jì)算至此，查表4-30[2]發(fā)現(xiàn)，要使冷卻水處于湍急狀態(tài)，模具的冷卻孔的直徑要達(dá)到25mm，這顯然是不符合實(shí)際情況的，所以本模具的冷卻水路設(shè)計(jì)將根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則以及工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
6.5.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：
1) 冷卻水道的孔壁至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等，一般取15~25mm；
2) 冷卻水道數(shù)量盡可能多，而且要便于加工。一般水道直徑選用?6.0，?8.0，?10.0，兩平行水道間距取40~60mm；
3) 所有成型零部件均要求通冷卻水道，除非無位置。熱量聚集的部位強(qiáng)化冷卻，如電池兜、喇叭位、厚膠位、澆口處等。A板，B板，水口板，澆口部分則視情況定；
4) 降低入水口與出水口的溫差。入水，出水溫差會(huì)影響模具冷卻的均勻性，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)標(biāo)明入水，出水方向，模具制作時(shí)要求在模坯上標(biāo)明。運(yùn)水流程不應(yīng)過長，防止造成出入水溫差過大；
5) 盡量減少冷卻水道中“死水”(不參與流動(dòng)的介質(zhì))的存在；
6) 冷卻水道應(yīng)避免設(shè)在可預(yù)見的膠件熔接痕處；
7) 保證冷卻水道的最小邊距(即水孔周邊的最小鋼位厚度)，要求當(dāng)水道長度小于150mm時(shí)，邊間距大于3mm；當(dāng)水道長度大于150mm時(shí)，邊間距大于5mm；
8) 冷卻水道連接時(shí)要由O型膠密封，密封應(yīng)可靠無漏水；
9) 對(duì)冷卻水道布置有困難的部位應(yīng)采取其它冷卻方式，如鈹銅、熱管等；
10) 合理確定冷卻水接頭位置，避免影響模具安裝、固定。
根據(jù)上述冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，凹模的冷卻水路采用蛇形串聯(lián)布置，水路之間的間距為40mm，布置兩個(gè)入水口和兩個(gè)出水口，水路直徑取10mm，水路至型腔表面的距離為15mm。如圖6-4所示。凸模的冷卻水路采用串聯(lián)布置，考慮到水路有可能會(huì)干涉到推桿，所以采用的水路布置如圖6-5所示，布置兩個(gè)入水口和兩個(gè)出水口，水路直徑取10mm，水路至型腔表面的距離為15mm。如圖所示
冷卻水路
7 脫模機(jī)構(gòu)及排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.1 推出方式確定
脫模機(jī)構(gòu)是指注射成型后使塑件從凸模脫出的機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
1) 保證塑件不因頂出而變形損壞及影響塑件外觀；
2) 應(yīng)盡量使開模時(shí)塑件留在動(dòng)模，以利用注射機(jī)的移動(dòng)部分推出塑件；
3) 推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)確、靈活、可靠，無卡死與干涉現(xiàn)象；
4) 機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度、強(qiáng)度和耐磨性。
脫模機(jī)構(gòu)按推出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可分為：一次推出、二次推出、順序脫模等不同類型。本模具采用一次推出機(jī)構(gòu)，用推桿進(jìn)行脫模。需要注意的是，該塑件的面積較大，所以采用推桿脫模時(shí)候必須考慮推桿的強(qiáng)度問題。如圖7.1所示。
圖7.1 推桿
7.2 脫模力的計(jì)算
塑件內(nèi)壁長寬尺寸與壁厚之比：
式(7.1)
所以此塑件為薄壁矩形塑件。
脫模時(shí)所需的脫模力：
式(7.2)
式中
--矩形型芯短邊長度(mm)；
--矩形型芯長邊長度(mm)；是塑件壁厚(mm)；
--塑料的彈性模量（MPa）；
--凸模被包緊部分的長度(mm)；
--脫模斜度()；
--塑料成型的平均收縮率(%)；
--塑料與鋼之間的摩擦因素；
--由與決定的無因次數(shù)， ；
--塑料的泊松比；
--塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積(mm2)，當(dāng)塑件底部有通孔時(shí)，項(xiàng)視為零,這里。
7.3 推桿直徑的計(jì)算和校核
推桿的直徑：
式(7.3)
式中
--推桿直徑（mm）；
--推桿長度（mm），這里取推桿的平均長度；
--推桿數(shù)量，這里初步取19根推桿；
--推桿材料的彈性模量（MPa）；
--安全系數(shù)，取。
推桿直徑的校核：
式(7.4)
式中
--推桿材料的需用壓應(yīng)力，。
符合強(qiáng)度要求。
根據(jù)上面的分析計(jì)算，推桿的數(shù)量和直徑雖然已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求，但是需要考慮到塑件實(shí)際的復(fù)雜程度和塑件的質(zhì)量要求，所以還要對(duì)推桿的直徑、數(shù)量、布置進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。如圖7.2所示是經(jīng)過調(diào)整后推桿的布局如圖所示。
圖7.2 推桿位置
7.4 排氣槽的設(shè)計(jì)
排氣槽應(yīng)開設(shè)在型腔最后填充的部位，如塑件、流道、冷料穴的澆注終端。該塑件由于采用側(cè)澆口進(jìn)料，熔體填充型腔的最后部位位于分型面處，已經(jīng)足夠進(jìn)行排氣，所以本模具不需要另行開設(shè)排氣槽。
8 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
8.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的分類
當(dāng)注射成型側(cè)壁帶有孔、凸臺(tái)等的塑料制件時(shí)，模具上成型該處的零件就必須制成可側(cè)向移動(dòng)的零件，以便衣脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件，否則就無法脫模。帶動(dòng)側(cè)向成型零件作側(cè)向移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。對(duì)于成型側(cè)向凸臺(tái)的情況，常常稱為側(cè)向分型，對(duì)于成型側(cè)孔或側(cè)凹的情況，往往稱為側(cè)向抽芯，但是，在一般的設(shè)計(jì)中，側(cè)向分型與側(cè)向抽芯常?；鞛橐徽?，不加分辯，統(tǒng)稱為側(cè)向分型抽芯，甚至只稱側(cè)向抽芯。根據(jù)動(dòng)力來源不同，側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)一般可分為機(jī)動(dòng)、液壓（液動(dòng)）或手動(dòng)三大類型。由于塑件側(cè)壁存在一側(cè)凹，如圖所示，需要借助側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)成型。
8.2斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
a. 正確選擇主型芯位置
b. 開模時(shí)斜滑塊的止動(dòng)
c. 斜滑塊的傾角和推出行程
d. 斜滑塊的裝配要求
斜滑塊側(cè)向分型與抽芯的特點(diǎn)是利用推出機(jī)構(gòu)的推力驅(qū)使斜滑塊斜向運(yùn)動(dòng)，在塑件被推出脫模的同時(shí)由斜滑塊完成側(cè)向分型與抽芯動(dòng)作。通常，斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)要比斜導(dǎo)柱側(cè)向分形與抽芯機(jī)構(gòu)簡單的多，一般可分為外側(cè)分型抽芯和內(nèi)側(cè)抽芯兩種。在本次設(shè)計(jì)中由于塑件側(cè)壁上的孔是在外側(cè)所以采用外側(cè)抽芯最常用的機(jī)構(gòu)，即斜導(dǎo)柱加滑塊。如下圖所示。
側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)圖
8.3抽拔力的計(jì)算
斜導(dǎo)柱的傾斜角α取18°。
Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)] (8.1)
Ft——脫模力（推出力）（N）
E——塑料彈性模量（N/cm2，ABS塑料為1.8～2.9×105N/cm2之間，取2.0×105 N/cm2）
S塑料的平均成型收縮率（mm/mm）
L包容凸模的長度（cm）
f塑料與剛的摩擦系數(shù)（ABS塑料取0.2）
m塑料的帕松比（取0.3）
k=2r2/(t2+2tr)
（t為塑料平均壁厚）
t=塑料平均壁厚(cm)
r圓柱半徑(cm)
Ft=35×2π×6×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =13.5（kN）
查《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表9.1 取Fw=13.5KN d=20mm
8.4抽芯距及斜導(dǎo)柱長度的計(jì)算
在斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)中斜導(dǎo)柱采用了理論上最佳的斜角：18°，直徑取20m。
先計(jì)算抽心距：
S抽=S+(2~3) mm (8.2)
S抽=6+(2~3)
=9mm
斜導(dǎo)柱計(jì)算公式
(8.3)
H —固定板厚度；
S —抽芯距；
—斜導(dǎo)柱傾角。
斜導(dǎo)柱長度為：L=201mm。
其強(qiáng)度校核：
F彎=F抽/cosα
其中：
F彎—斜導(dǎo)柱所受的彎曲力（N）
F抽—抽拔力（N）
α —斜導(dǎo)柱的斜角
F彎=F抽/cosα=135000/cos18°=146007.3N
F彎
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