肥皂盒注塑模設計 2

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1、 湖北科技職業(yè)學院畢業(yè)論文 摘 要 【內(nèi)容摘要】本課題主要是針對肥皂盒的模具設計,通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。根據(jù)題目設計的主要任務是肥皂盒注塑模具的設計。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)肥皂盒塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對肥皂盒的具體結(jié)構(gòu)，該模具是側(cè)澆口的

2、單分型面注射模具。通過模具設計表明該模具能達到盒蓋的質(zhì)量和加工工藝要求。 【關(guān)鍵詞】：復位機構(gòu)，脫模機構(gòu)，澆口， 1 目 錄 摘 要 I 第一章 前言 1 1.1 我國模具行業(yè)前景 1 1.2 注塑模CAE技術(shù)簡介 4 第二章 塑料成型工藝基礎 7 2.1 肥皂盒的造型設計 7 2.2 肥皂盒塑料PS的結(jié)構(gòu)與工藝特性 7 2.2.1聚苯乙烯的流動性 8 2.2.2 聚苯乙烯的成型流動收縮性 8 2.2.3聚苯乙烯的工藝特性 8 2.3 注射成型原理及工藝特性 9 第三章 塑件工藝性分析 10 3.1分析塑件的結(jié)

3、構(gòu)工藝性 10 3.2 工藝性分析 10 3.3注射機的選擇 10 第四章 塑料制件在模具中的位置與澆注系統(tǒng)的設計 12 4.1 型腔數(shù)目的確定 12 4.2型腔的分布 13 4.3分型面的選擇 13 4.4 普通澆注系統(tǒng)的設計 14 4.4.1 普通澆注系統(tǒng)的組成及設計原則 14 II 4.4.2主流道的設計 16 4.4.3分流道的設計 17 4.4.4 澆口的設計 20 4.4.5 排氣系統(tǒng)的設計 22 第五章 成型零部件的結(jié)構(gòu)設計 24 5.1 凹模的結(jié)構(gòu)設計 24 5.2 型芯結(jié)構(gòu)的設計 26 5.3 成型零部件的工作尺寸的計算 27

4、 5.3.2 型腔和型芯相關(guān)尺寸的計算 29 5.3.3 矩形型腔側(cè)壁和底板厚度的確定 33 第六章 結(jié)構(gòu)零部件的設計 34 6.1 注射模架的選擇 34 6.2合模導向機構(gòu)的設計 35 6.2.1導柱導向機構(gòu)設計要點： 35 6.2.2導柱的設計 36 6.2.3 導套的結(jié)構(gòu)設計 37 第七章 推出機構(gòu)的設計 38 7.1 推出機構(gòu)設計原則 38 7.2 推出機構(gòu)的選擇 38 7.3 推出力的計算 39 7.4 推桿的設計 40 7.5推出機構(gòu)工作原理圖 41 II 第八章 加熱、冷卻系統(tǒng)的設計 45 8.1 冷卻回路的尺寸確定 45 8.2 冷

5、卻回路的布置 46 第九章 主要尺寸的校核 48 9.1 模具厚度的校核 48 9.2 開模行程的校核 48 致 謝 50 參考文獻 51 II 第一章 前言 1.1 我國模具行業(yè)前景 模具，是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%-80%的零部件都依靠模具成形，模具質(zhì)量的高低決定著產(chǎn)品質(zhì)量的高低，因此，模具被稱之為“百業(yè)之母”。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。模具生產(chǎn)的工藝水平及科技含量的高低，已成

6、為衡量一個國家科技與產(chǎn)品制造水平的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益、新產(chǎn)品的開發(fā)能力，決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力。 改革開放以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅猛。1996至2001年間，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值年平均增長14%左右。目前，全國共有模具生產(chǎn)廠點1.7萬個，從業(yè)人員50多萬人。2001年全國模具工業(yè)總產(chǎn)值達300億元人民幣，我國模具年產(chǎn)值已位居世界第四。 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平近年來也取得了長足的進步。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具上了一個新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表，已能生產(chǎn)部分新型轎車的覆蓋件模具。體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進模的覆蓋面，已從電機、電

7、器鐵芯片模具，擴展到接插件、電子槍零件、空調(diào)器散熱片等家電零件模具。在大型塑料模具方面，已能生產(chǎn)48英寸電視的塑殼模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達到了較高的水平，并可替代進口模具。但是，我國模具工業(yè)無論是在數(shù)量還是質(zhì)量上，與工業(yè)發(fā)達國家存在著很大的差距，滿足不了工業(yè)發(fā)展的需要，目前國內(nèi)市場的滿足率僅在70%左右。

8、 我國大部分模具是企業(yè)自產(chǎn)自用，真正作為商品流通的模具僅占1/3。所產(chǎn)模具基本上以中低檔為主，一些大型、精密、復雜和長壽命的高檔模具，在技術(shù)上無法與發(fā)達國家相比，生產(chǎn)能力也遠遠不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。近五年來，我國平均每年進口模具8.14億美元，2001年進口模具11.12億美元(出口模具僅1.88億美元)，這還不包括隨進口設備和生產(chǎn)線作為附件帶來的模具。根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，近幾年進出口相抵，我國已成為世界上最大的模具進口國。 我國模具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)很不合理。我國模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中沖壓模具約占50%，塑料模具約占34%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占10%；發(fā)達國家對發(fā)展塑料模普遍比較重視，塑料模

9、所占比例一般在40%左右；大型、精密、長壽命模具所占比例為50%以上，而我國僅為25%左右；我國主要模具生產(chǎn)能力集中在各主機廠的模具分廠(或車間)內(nèi)，所產(chǎn)模具商品化率很低，模具自產(chǎn)自銷比例高達60%-70%，而國外70%以上是商品模具；即使是專業(yè)模具廠，我國也大多數(shù)是“大而全”“小而全”，國外則大多是“小而?！薄靶《?，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益俱佳。 國內(nèi)外模具的質(zhì)量水平不可同日而語，開發(fā)能力和經(jīng)濟效益仍有差距。發(fā)達國家一個模具職工平均創(chuàng)造產(chǎn)值15萬-20萬美元，我國只有4萬-5萬元人民幣。國外企業(yè)大都有一定利潤，而我國模具企業(yè)大多是微利甚至虧損。據(jù)統(tǒng)計，2001年我國大陸制造工業(yè)對模具的市場需

10、求量約為400億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長還將遠遠超過每年10%的增幅。 汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國內(nèi)模具市場的一半左右。預計到2005年汽車年產(chǎn)量將達320萬輛，保有量將達到3000萬輛。這將需要各種塑料制件36萬噸，而目前的生產(chǎn)能力僅為20多萬噸，發(fā)展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調(diào)等，在國內(nèi)的市場也很大。目前，我國彩電年產(chǎn)量已超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了1000萬臺?！笆濉逼陂g家電市場預計年增輻將超過10%，家電行業(yè)的發(fā)展對模具的需求量將會很大。其他發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和

11、建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。 另外，從國際市場來看，目前世界模具市場仍然是供不應求。近幾年，世界模具市場總量一直保持在600億-650億美元之間。美、日、法、瑞等國每年出口模具約占其本國模具總產(chǎn)值的1/3，我國模具的出口量還不到總產(chǎn)值的5%，我國模具出口可以發(fā)展的空間非常廣闊。根據(jù)國內(nèi)和國際模具市場的發(fā)展狀況，有關(guān)專家預測，未來我國的模具經(jīng)過行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化；二是模具的精度將越來越高；三是多功能復合模具將進一步發(fā)展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有

12、較大發(fā)展；六是模具標準化和模具標準件的應用將日漸廣泛；七是快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模的比例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術(shù)含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大，這也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整所導致的模具市場未來走勢的變化。 1.2 注塑模CAE技術(shù)簡介 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，對各種塑料成型過程的模擬成為塑料加工業(yè)研究的熱點，主要是利用高分子物理學、流變學、傳熱學和計算機圖形學等理論，對塑料成型過程進行模擬，研究加工條件的變化規(guī)律，預測塑件設計、模具設計和成型條件對塑件結(jié)構(gòu)和性能的影響，從而優(yōu)化模具設計和成型條件、

13、降低成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。注塑模CAE技術(shù)是利用計算機塑料注射成型過程個階段進行定性和定量的描述，從而在模具制造前發(fā)現(xiàn)并改正設計弊端。 目前注塑模CAE技術(shù)的研究工作主要集中在流動模擬、冷卻模擬、以及壓實和翹曲等方面。 （1）注塑模流動充模過程模擬分析 流動充填模擬分析一般包括澆道系統(tǒng)分析和型腔充填分析。澆道系統(tǒng)分析的目的是確定合理的流道尺寸、布置以及最佳的澆口數(shù)量、位置和形狀；型腔充填分析的主要目的是為了得到合理的型腔形狀及最佳的注射壓力、注射速率等參數(shù)。 （2）注塑模冷卻系統(tǒng)模擬分析 注塑模冷卻系統(tǒng)的設計直接影響著注塑模生產(chǎn)效率和塑件質(zhì)量，冷卻系統(tǒng)的冷卻效果決定著冷卻時間

14、，而模具的冷卻時間約占整個注塑循環(huán)周期的2/3。一個完善的冷卻系統(tǒng)能顯著地減少冷卻時間，從而提高注塑生產(chǎn)效率。塑件的變形和內(nèi)部殘余熱應力常常是由于冷卻不均勻而產(chǎn)生的。利用CAE技術(shù)進行分析，可獲得經(jīng)濟的冷卻時間、合理的冷卻管道尺寸和布置，使塑件盡可能的均勻冷卻。 注塑模CAE操作過程，大致上分為三部分： （1） 前處理 （2） 建立有限元模型（FEM），將流道、澆口及型腔建成有限元網(wǎng)格。 （3） 設定成型樹脂、模具材料、注塑機規(guī)格及冷卻液種類等。 （4） 設定成型條件，包括注射壓力、注射速度、冷卻速度等。 1）分析 填充分析：可以模擬樹脂從注入型腔開始到充滿型腔的填充過程

15、。 保壓分析：可以模擬充入型腔的樹脂在保壓過程中的狀態(tài)。 冷卻分析：可以模擬模具在冷卻過程中的溫度變化狀態(tài)。 冷卻變形分析：根據(jù)保壓分析取得的樹脂收縮及冷卻分析取得的模具溫度變化狀態(tài)，分析注塑制品脫模后可能產(chǎn)生的翹曲變形狀況。 2）后處理 各種分析結(jié)果如型腔中樹脂在填充過程中的流動前鋒、樹脂壓力分布、模具的溫度分布、熔接線位置及氣穴位置等均可以用彩色圖、x-y圖文字或數(shù)字方式表示。 第二章 塑料成型工藝基礎 2.1 肥皂盒的造型設計 其圖形如圖2—1與2—2所示： 圖2-1肥皂盒工藝圖 圖2—2肥皂盒三維圖 2.2 肥皂盒塑料PS的

16、結(jié)構(gòu)與工藝特性 優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，提高肥皂的使用壽命； 缺點是:有可能使水流在臥室，不能保證房間的整潔性。在開模時需保證塑件留在型腔上，用推桿頂出。 2.2.1聚苯乙烯的流動性 聚苯乙烯是有苯乙烯的單體聚合而成的高聚物，屬于無定型塑料，具有良好的透明性、耐熱、耐光以及良好的電絕緣性能，加工流動性好。 聚苯乙烯的流動性好，容易成型，由于聚苯乙烯熔體粘度對剪切速率和溫度都比較敏感，所以在注射中，無論是增大注射壓力或升高機筒溫度都會使熔體粘度下降，均可達到改善聚苯乙烯熔體流動性的目的，其中提高機筒溫度效果更明顯。制品壁厚對流動性也有一定的影響，PS熔體的最大流動長度與壁厚之比為200：1

17、所以壁厚一般在1.0～4.0之間選取。 2.2.2 聚苯乙烯的成型流動收縮性 PS為非結(jié)晶型聚合物，成型收縮率較低，通常為0.5%～0.8%，提高注射壓力對降低成型收縮率是有利的，但注射速度不宜過高，否則模腔內(nèi)的空氣難以及時排出，還會使制件表面不光滑，透明度低，沖擊強度降下降，同時較大的剪切力還會導致制品的內(nèi)應力增加，因此對聚苯乙烯來說在不發(fā)生波紋、熔接痕等缺陷的前提下應盡可能采用較低的注射速度。 2.2.3聚苯乙烯的工藝特性 聚苯乙烯的著色性能優(yōu)良，能染成各種鮮艷的色彩。聚苯乙烯能耐堿、硫酸、磷酸、10%～30%的鹽酸、稀醋酸及其他有機酸，但不能耐硝酸及氧化劑的作用，對誰、汽油、植物

18、油及各種鹽溶液也有足夠的耐蝕能力。它是無色無味無毒的第三大塑料品種。它的吸水性較好，所以加工前不需要干燥處理。 2.3 注射成型原理及工藝特性 注塑模亦稱注射模，其成型原理是將塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔化呈流動狀態(tài)后，在柱塞和螺桿的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔之中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。這樣在操作上完成了一個周期的生產(chǎn)過程。通常，一個成型周期從幾秒鐘到幾分鐘不等，時間的長短取決于塑件的大小、形狀和厚度、模具的結(jié)構(gòu)、注射機的類型及塑料的品種

19、和成型工藝條件等因素。 注射成型是熱塑性材料成型的一種重要方法，它具有成型周期短、能一次成型形狀復雜的、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件。注射成型的生產(chǎn)率高、易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。注射成型的缺點是所用的注射設備價格高，注射模具的結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，不適合于單件小批量的生產(chǎn)，除了熱塑性塑料外，一些流動好的熱固性塑料也可用注射方法成型，其原因是這種方法生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 第三章 塑件工藝性分析 3.1分析塑件的結(jié)構(gòu)工藝性 該塑件尺寸中等，整體結(jié)構(gòu)較簡單，精度要求相對較低，再結(jié)合其材料性能，故選一般精度等級：五級。 塑件工藝參數(shù)： 成型時間：注射時間：0s～

20、3s 模具溫度：20～60℃ 保壓時間：15s～40s 噴嘴溫度：180～190 冷卻時間：15s～30s 保壓壓力：30～40Mp 總周期：40s～90s 注射壓力：60～100Mp 結(jié)論：由分析可確定為注射成型的模具 3.2 工藝性分析 為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，而澆口卻斜向開設在模具的隱蔽處。塑料熔體通過型腔的側(cè)面或推桿的端部注入型腔，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量與美觀效果。

21、 3.3注射機的選擇 按照圖 1 塑件所示尺寸近似計 塑件體積： V ≈26cm3 塑件質(zhì)量： M =26×1.035 g=26.91g 選用注射機為國產(chǎn)的注射機XS-ZY-125臥式注塑機。查表注額定注射量為 125 cmз，注射壓力為120MPa，鎖模力為90×104N，注射方式為螺桿式，噴嘴球半徑R為18mm，噴嘴口直徑為4mm。頂出形式是兩側(cè)設有頂桿，機械頂出。 第四章 塑料制件在模具中的位置與澆注系統(tǒng)的設計 4.1 型腔數(shù)目的確定 與單型腔模具相比較，單型腔模具具有塑料制件的形狀和尺寸一致性好、成型的工藝條件容易控制、模具結(jié)構(gòu)簡單緊湊、模具制造成本低、制造周

22、期短等特點。但是，在大批量生產(chǎn)的情況下，多型腔應收更為合適的形式，它可以提高生產(chǎn)效率，降低塑件的整體成本。 型腔數(shù)目的確定，應根據(jù)塑件的幾何形狀及尺寸、質(zhì)量、批量大小、交貨長短、注射能力、模具成本等要求來綜合考慮。 根據(jù)注射機的額定鎖模力F的要求來確定型腔數(shù)目n ，即 n （4.1） 式中 F——注射機額定鎖模力（N） P——型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力（MPa） A1、A2——分別為澆注系統(tǒng)和單個塑件在模具分型面上的投影面積（mm2） 大多數(shù)小型件常用多型腔注射模，而高精度塑件的型腔數(shù)原

23、則上不超過4個，生產(chǎn)中如果交貨允許，我們根據(jù)上述公式估算，采用一模二腔。 4.2型腔的分布 在實際的多型腔模具設計與制造中，對于精度要求較高、物理與力學性能要求均衡穩(wěn)定的塑料制件，應盡量采用平衡式布置的形式。圖形如4—1所示： 圖4—1 4.3分型面的選擇 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、嵌件的位置塑件的推出、排氣等多種因素的影響、因此在選擇分型面時應遵循以下的原則： （1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處。 （2）分型面的選擇應有利于塑件是順利脫模 （3）分型面的選擇應保證塑件的精度要求 （4）分型面的選擇應滿足塑件的外觀質(zhì)量

24、要求 （5）分型面的選擇應便于模具的加工制造 （6）分型面的選擇應有利于排氣 除了上述這些基本原則以外，分型面的選擇還要考慮到型腔在分型面上的投影面積的大小以避免接近或超過所選用注射機的最大注射面積而可能產(chǎn)生溢流現(xiàn)象。圖形如4—2所示： 圖4—2分型面示意 4.4 普通澆注系統(tǒng)的設計 4.4.1 普通澆注系統(tǒng)的組成及設計原則 主澆道 分澆道 澆口 流道系統(tǒng)的設計是否適當，直接影響成形品的外觀、物性、尺寸精度和成形周期。 澆注系統(tǒng)設計原則 1）要能保證塑件的質(zhì)量(避免常見的充填問題 ) a)盡量減少停滯

25、現(xiàn)象: 停滯現(xiàn)象容易使工件的某些部分過度保壓，某些部分保壓不足，從而使內(nèi)應力增加許多。 b)盡量避免出現(xiàn)熔接痕 熔接痕的存在主要會影響外觀，使得產(chǎn)品的表面較差；而出現(xiàn)熔接痕的地方強度也會較差。 c)盡量避免過度保壓和保壓不足 過度保壓: 當澆注系統(tǒng)設計不良或操作條件不當，會使熔料在型腔中保壓時間過長或是承受壓力過大就是過度保壓。過度保壓會使產(chǎn)品密度較大，增加內(nèi)應力，甚至出現(xiàn)飛邊。 1)盡量減少流向雜亂 流向雜亂會使工件強度較差，表面的紋路也較不美觀。 2）盡量減小及縮短澆注系統(tǒng)的斷面及長度 *盡量減少塑料熔體的熱量損失與壓力損失 *減小塑料用量和模具尺寸 3）

26、盡可能做到同步填充 一模多腔情形下，要讓進入每一個型腔的熔料能夠同時到達，而且使每個型腔入口的壓力相等。 4)有利于型腔中氣體的排出 5)防止型芯的變形和嵌件的位移 6)盡量采用較短的流程充滿型腔 4.4.2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部分到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)的部分，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和沖模時間有較大的影響，因此必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 設計要點: 截面形狀、錐度、孔徑、長度、球面R、圓角r圖形如下4—3： 主圖4—3流道形狀及其與注射機噴嘴的關(guān)系 1——頂模板 2——澆口套 3

27、——注射機噴嘴 為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角a為2～6，小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5～1mm，一般d=2.5～5mm。由于小端的前面是球面，其深度為3～5mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1～2mm。流道的表面粗糙度Ra<0.8um。 根據(jù)選用的 XS-ZY-125 型號注射機的相關(guān)尺寸得 噴嘴前端孔徑： d0=4mm 噴嘴前端球面半徑：R0=12mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系 R=R0+(1~2)mm=13mm d=d0+(0.5～1)mm=5mm 錐

28、角為20～60，取其值為30，經(jīng)換算得主流道大端直徑為Φ7.6mm。 澆口套的選擇應根據(jù)注射機里的定位孔來選擇，它與定位孔是過度配合，查表可知定位孔直徑為100mm，所以澆口套的尺寸為100mm。 4.4.3分流道的設計 流道的截面形狀會影響到塑料在澆道中的流動以及流道內(nèi)部的熔融塑料的體積。此次選用圓形截面。形狀圖如圖4—4所示： 圖4—4流道的截面圖 1）圓形截面： 優(yōu)點：流道形狀效率較高，可達0.25D。 缺點：增加制作費用及成本，稍不注意會造成流道交錯而影響流動效率。 2）分流道的設計要點 制品的體積和壁厚，分流道的截面厚度要大于制品的壁厚。 （1） 成型樹脂的

29、流動性，對于含有玻璃纖維等流動性較差的樹脂, 流道截面要大一些。 （2） 流道方向改變的拐角處, 應適當設置冷料穴。 （3） 使塑件和澆道在分型面上的投影面積的幾何中心與鎖模力的中心重合。 （4） 保證熔體迅速而均勻地充滿型腔 （5） 分流道的尺寸盡可能短，容易盡可能小 （6） 要便于加工及刀具的選擇 （7） 每一節(jié)流道要比下一節(jié)流道大10～20％（D＝d×10～20％） 3）分流道的尺寸設計 流道的直徑過大：不僅浪費材料, 而且冷卻時間增長, 成型周期也隨之增長, 造成成本上的浪費。 流道的直徑過?。翰牧系牧鲃幼枇Υ? 易造成充填不足, 或者必須增加射出壓力才能充填。 因

30、此流道直徑應適合產(chǎn)品的重量或投影面積 流道長度宜短, 因為長的流道不但會造成壓力損失,不利于生產(chǎn)性,同時也浪費材料；但過短, 產(chǎn)品的殘余應力增大, 并且容易產(chǎn)生毛邊。 流道長度可以按如下經(jīng)驗公式計算: （4.2） D——分流道直徑mm W——產(chǎn)品質(zhì)量g L——流道長度mm 所以分流道的直徑選取為8mm，長度一般取在8～30mm之間，不宜小于8mm，所以分流道長度取15mm。 4）分流道的布置 流道排列的原則 a盡可能使熔融塑料從主流道到各澆口的距離相等。 b使型腔壓力

31、中心盡可能與注射機的中心重合。 流道的布置要平衡，可以說自然平衡，如果自然沒法平衡的話需要人工平衡。 4.4.3 澆口的設計 澆口：連接分流道和型腔的橋梁,是澆注系統(tǒng)中最薄弱最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 澆口作用： 1、熔料經(jīng)狹小的澆口增速、增溫，利于填充型腔。 2、注射保壓補縮后澆口處首先凝固封閉型腔，減小塑件的變形和破裂。 3、狹小澆口便于澆道凝料與塑件分離，修整方便 澆口的位置、數(shù)量、形狀、尺寸等是否適宜直接影響到產(chǎn)品外觀、尺寸精度、物理性能和成型效率。 澆口過?。阂自斐沙涮畈蛔?短射)、收縮凹陷、熔接痕等外觀上的缺陷,且成型收縮會增大。 澆口過大：澆口周圍產(chǎn)生過剩的殘余應力,導致

32、產(chǎn)品變形或破裂,且澆口的去除加工困難等。 澆口的選用通常要考慮以下幾項原則： a盡量縮短流動距離。 b澆口應開設在塑件壁厚最大處。 c必須盡量減少熔接痕。 d應有利于型腔中氣體排出。 e考慮分子定向影響。 f避免產(chǎn)生噴射和蠕動。 g澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。 h注意對外觀質(zhì)量的影響。 綜合塑料使用的澆口類型與選用原則這次設計選用側(cè)澆口。 澆口開在型芯一側(cè)，開模時澆口自動切斷。 4.4.4 冷料穴和拉料桿的設計 冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中的料流的前鋒冷料，以免這些冷料進入型腔，它還有便于在該處設置主流道拉料桿的功能，注射結(jié)束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝

33、料從從定模澆口套中被拉出，最后退出機構(gòu)開始工作，將塑件和澆注系統(tǒng)凝料一起推出模外。 拉料桿的常用形式上Z字形結(jié)構(gòu)，其典型的結(jié)構(gòu)形式如圖4—5所示： 圖4—5 拉料桿的材料為T8，進行熱處理時頭部硬度為HRC50~55，配合部分粗糙度為Ra0.8um. 4.4.5 排氣系統(tǒng)的設計 排氣不良容易引起塑件燒焦，短射、填充不足、脫模不良、陰影、氣泡、色差、縮水、流紋、表面凹陷、不熔合等。 排氣槽的作用主要有兩點。一是在注射熔融物料時，排除模腔內(nèi)的空氣；二是排除物料在加熱過程中產(chǎn)生的各種氣體。越是薄壁制品，越是遠離澆口的部位，排氣槽的開設就顯得尤為重要。另外對于小型件或精密零件也要重視

34、排氣槽的開設，因為它除了能避免制品表面灼傷和注射量不足外，還可以消除制品的各種缺陷，減少模具污染等。那么，模腔的排氣怎樣才算充分呢？一般來說，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上卻未留下焦斑，就可以認為模腔內(nèi)的排氣是充分的。 適當?shù)亻_設排氣槽；可以大大降低注射壓力、注射時間。保壓時間以及鎖模壓力，使塑件成型由困難變?yōu)槿菀?，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，降低機器的能量消耗。其設計往往主要靠實踐經(jīng)驗，通過試模與修模再加以完善，此模我們利用模具零部件的配合間隙及分型面自然排氣。 排氣間隙以不產(chǎn)生溢料為限，通常為0.03～0.05mm。 利用配合間隙排氣是最常見也是最經(jīng)濟的，更具有實用性。

35、 第五章 成型零部件的結(jié)構(gòu)設計 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(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，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。 設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進行強度和剛度校核

36、。 5.1 凹模的結(jié)構(gòu)設計 凹模也就是所謂的型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按結(jié)構(gòu)不同可分為整體式和組合式。 整體式凹模：其特點是牢固，不易變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。但是由于整體式型腔加工困難熱處理不方便，所以其常用于形狀簡單的中、小型模具上。 根據(jù)此次設計的要求與加工特點來看選用整體式凹模，其結(jié)構(gòu)圖如5—1與5—2所示： 圖5—1凹模的模具設計 圖5—2凹模的模具設計三維圖 凹模的材料選40Cr，凹模熱處理硬度達到HRC40～50,表面需鍍硌和拋光處理，型腔表面的粗糙度為Ra0.2～0.1um，配合面需要達到0.8um。 5.2 型芯結(jié)構(gòu)的設計 主型芯的

37、結(jié)構(gòu)形式也分整體式和組合式，由于肥皂盒的結(jié)構(gòu)較簡單所以選用整體式結(jié)構(gòu)，加工方便，簡化了結(jié)構(gòu)。小型芯常單獨制造，再嵌入模板中，最簡單的是用過盈配合直接從模板上面壓入，但是要在型芯下部鉚接，主要是為了防止配合不緊密時被拔出的可能。其基本結(jié)構(gòu)如圖5—2所示: 圖5—3型芯結(jié)構(gòu)設計 圖5—4型芯結(jié)構(gòu)設計三維圖 型芯材料選40Cr，熱處理達到表面硬度為HRC45～50，型芯表面的粗糙度為0.1～0.25mm，配合面為0.8mm，型芯表面熱處理時需好進行鍍鉻、與拋光處理。 5.3 成型零部件的工作尺寸的計算 所謂成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接構(gòu)成型腔腔體的部位的尺寸，其直接對應

38、塑件的形狀與尺寸。鑒于影響塑件尺寸精度的因素多且復雜，塑件本身精度也難以達到高精度，為了計算簡便，規(guī)定：&塑件的公差 塑件的公差規(guī)定按單向極限制，制品外輪廓尺寸公差取負值“”，制品叫做腔尺寸公差取正值“”，若制品上原有公差的標注方法與上不符，則應按以上規(guī)定進行轉(zhuǎn)換。而制品孔中心距尺寸公差按對稱分布原則計算，即取。 5.3.1 計算成型零部件工作尺寸要考慮的因素 （1）塑件的收縮率的波動 塑件成型后的收縮率的變化與塑料的品種、塑件的形狀、尺寸、壁厚、成型工藝條件、模具的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，塑料收縮率波動誤差為： δs=(Smax-Smin)Ls

39、 （5.1） 式中 δs——塑料收縮率波動誤差 Smax——塑料的最大收縮率 Smin——塑料的最小收縮率 Ls——塑件的基本尺寸 （2）模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的制造精度愈低，塑件尺寸精度愈低，一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差的1/3～1/4。 （3）模具成型零件的磨損 脫模磨損是最主要的因素，磨損程度與塑料的品種和模具的材料及熱處理有關(guān)，為簡化計算，凡與脫模方向垂直的表面不考慮磨損，與脫模方向平行的表面應考慮磨損。對于中小型塑料件，最大磨損量可取塑件公差的1/6，對于大型塑件應取塑件公差的1/6以上。 （

40、4）模具安裝配合誤差 模具成型零件裝配誤差以及在成型過程中成型零件配合間隙的變化，都會引起塑件尺寸的變化。 綜上所述塑件在成型過程中產(chǎn)生的尺寸誤差應該是上述各種誤差的總和，即 δ=δz+δc+δs+δj+δa （5.2） 式中 δ——塑件的成型誤差 δz——模具成型零件制造誤差 δc——模具成型零件的磨損引起的誤差 δs——塑料收縮率波動引起的誤差 δj——模具成型零件配合間隙變化誤差 δa——模具裝配誤差 5.3.2 型腔和型芯相關(guān)尺寸的計算 塑件成型后的收縮率與多種因素有關(guān)，通常按平均收縮率計算。 *100%

41、 PS的收縮率是0.6%～0.8%，它的平均收縮率是S=0.7% （1）型腔徑向尺寸的計算 因為塑件尺寸較小，精度級別高，δc可取△/6、δz可取△/3,此時，X取0.75。 根據(jù)公式 LM= （5.3） 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 124.74 1.48 LM = = =124.5 84.6 1.2 LM =

42、 = =84.29 （2）型芯徑向尺寸的計算 根據(jù)公式 M= （5.4） 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 119.26 1.48 m= = = 79.4 1.2 m= = = 14.71 0.58 m=

43、 = = （3）型腔深度的尺寸計算 在計算型腔深度和型芯高度尺寸時，由于型腔的底面或型芯的端面磨損很小，所以可以不考慮磨損量。 根據(jù)公式 HM= （5.5）以下x為2/3 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 27.35 0.7 H1M= = =27.07 （4）型芯高度的尺寸計算 根據(jù)公式 ： M=

44、 （5.6） 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 24.65 0.7 M= = =25.29 （5）中心距的尺寸計算 塑件上的中心距基本尺寸Cs和模具上的中心距的基本尺寸Cm均為平均尺寸 Cm=(1+S)Cs 標注制造公差后得：Cm=(1+S)Cs （5.7） 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 15 0.58 Cm=(1+S)Cs

45、 =15(1+0.7%) =15.105 5.3.3 矩形型腔側(cè)壁和底板厚度的確定 由于型腔壁厚計算比較麻煩，所以根據(jù)參考文獻可以得出，矩形型腔內(nèi)壁短邊長為84mm，模套壁厚S2是40～45mm，根據(jù)自己的設計來看，此次選用凹模厚度是13mm，模套壁厚是40mm。足以滿足設計 的強度需要。 第六章 結(jié)構(gòu)零部件的設計 6.1 注射模架的選擇 模架是設計、制造塑料注射模的基礎部件，如圖6—1：

46、 圖6—1模架模型 標準中規(guī)定，中小模架的周界尺寸范圍是<560mm×900mm，此次選用的模架周界尺寸為560mm×900mm。 6.2合模導向機構(gòu)的設計 6.2.1導柱導向機構(gòu)設計要點： 1）小型模具一般只設置兩根導柱，當其元合模方位要求，采用等徑且對稱布置的方法，若有合模方位要求時，則應采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。大中型模具常設置三個或四個導柱，采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。 2） 直導套常應用于簡單模具或模板較薄的模具；Ⅰ型帶頭導套主要應用于復雜模具或大、中型模具的動定模導向中；Ⅱ型帶頭導套主要應用于推出機構(gòu)的導向中。 3） 導

47、向零件應合理分布在模具的周圍或靠近邊緣部位；導柱中心到模板邊緣的距離δ一般取導柱固定端的直徑的1~1.5倍；其設置位置可參見標準模架系列。 4） 導柱常固定在方便脫模取件的模具部分；但針對某些特殊的要求，如塑件在動模側(cè)依靠推件板脫模，為了對推件板起到導向與支承作用，而在動模側(cè)設置導柱。 5） 為了確保合模的分型面良好貼合，導柱與導套在分型面處應設置承屑槽；一般都是削去一個面，或在導套的孔口倒角， 6）導柱工作部分的長度應比型芯端面的高度高出6~8mm，以確保其導向作用。 7） 應確保各導柱、導套及導向孔的軸線平行，以及同軸度要求，否則將影響合模的準確性，甚至損壞導向零件。 8） 導柱

48、工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度時可采用H8/f8或H9/f9）；導柱固定部分的配合精度采用H7/k6（或H7/m6）。導套與安裝之間一般用H7/m6的過渡配合，再用側(cè)向螺釘防止其被拔出。 9） 對于生產(chǎn)批量小、精度要求不高的模具，導柱可直接與模板上加工的導向孔配合。通常導向孔應做志通孔；如果型腔板特厚，導向孔做成盲孔時，則應在盲孔側(cè)壁增設通氣孔，或在導柱柱身、導向孔開口端磨出排氣槽；導向孔導滑面的長度與表面粗糙度可根據(jù)同等規(guī)格的導套尺寸來取，長度超出部分應擴徑以縮短滑配面。 6.2.2導柱的設計 長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出 8—12 cm，以免出現(xiàn)導柱末

49、導正方向而型芯先進入型腔的情況。 形狀 導柱前端應做成錐臺形，以使導柱能順利地進入導向孔。 材料 導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用20 鋼（經(jīng)表面滲碳淬火處理） ，硬度為50—55HRC。 圖6—2導柱結(jié)構(gòu) 6.2.3 導套的結(jié)構(gòu)設計 材料 用與導柱相同的材料制造導套，其硬度應略低與導柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導柱或?qū)桌? 形狀 為使導柱順利進入導套，導套的前端應倒圓角。導向孔作成通孔，以利于排出孔內(nèi)的空氣。結(jié)構(gòu)如圖6—3： 圖6—3導套的結(jié)構(gòu)圖 第七章 推

50、出機構(gòu)的設計 7.1 推出機構(gòu)設計原則 1)結(jié)構(gòu)可靠 2)推出位置盡量選在塑件內(nèi)側(cè),保證塑件外觀良好 3)保證塑件推出時不變形不損壞 4) 脫模力作用位置靠近型芯 5)脫模力應作用于塑件剛度及強度最大的部位 6)作用力面積盡可能大 7)盡量使塑件留于動模一側(cè) 塑件留于動模推出機構(gòu)簡單，否則要設計定模推出機構(gòu)。 8)盡量選在垂直壁厚的下方，可以獲得較大的頂出力。 9)每一副模具的頂桿直徑最好是加工成直徑相同的，使加工容易。 10)圓推桿的頂部不是平面時要防轉(zhuǎn)。 11）把塑件推出模具10mm左右；如果脫模斜度較大時可以頂出塑件深度的2/3就可以了。 7.2 推出機構(gòu)的

51、選擇 采用推桿推出，推桿截面為圓形，推桿推出動作靈活可靠，推桿損壞后也便于更換。 推桿的位置選擇在脫模阻力最大的地方，塑件各處的脫模阻力相同時需均勻布置，以保證塑件推出時受力均勻，塑件推出平穩(wěn)和不變形。根據(jù)推桿本身的剛度和強度要求，采用四根推桿推出。推桿裝入模具后，起端面還應與型腔底面平齊或高出型腔0.05—0.1cm.圖如7—1所示： 圖7—1 7.3 推出力的計算 對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力（Ft） Ft=AP（ucosα-sinα） （7.1） 式中 Ft——塑件脫模力 A——塑件

52、包絡型芯的面積 P——塑件對型芯單位面積上的包緊力 u——塑件對鋼的摩擦系數(shù)，為0.1～0.3 α——脫模斜度， 由此估算出脫模力為8000N 7.4 推桿的設計 ①推桿的強度計算 查《塑料模設計手冊之二》由式5-97得 （7.2） d——圓形推桿直徑cm φ——推桿長度系數(shù)≈0.7 l——推桿長度cm n——推桿數(shù)量 E——推桿材料的彈性模量N/cm2 (鋼的彈性模量E=2.1×10 7N/ cm2 ) Q——總脫模力 取d=5mm ②推桿壓力校核 查《塑料模設計手冊

53、》式5-98 （7.3） · · 推桿應力合格，硬度50～65HRC 7.5推出機構(gòu)工作原理圖 如下圖7—2 圖7—2 1——推板 2——推桿固定板 3——墊塊 4——推桿 5——型芯 6——型腔 第八章 加熱、冷卻系統(tǒng)的設計 本塑件在注射成型機時不要求有太高的模溫因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計算計。 設定模具平均工作溫度為60℃ ，用常溫20℃ 的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃。 8.1 冷卻回路的尺寸確

54、定 1）求塑件在硬化時每小時釋放的熱量Q1 查表得PS 的單位流量為 27×104 J/Kg 得Q1=WQ2=0.26×27×104 =7.02×104 需要設計冷卻回路 2） 冷卻回路的孔直徑的確定 確定冷卻水孔的直徑時應注意，無論多大的模具，水孔的直徑不能大于14mm，否則冷卻水難以成為湍流狀態(tài)，以致降低熱交換效率。一般水孔的直徑可根據(jù)塑件的平均壁厚來確定。平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取8～10mm，平均壁厚為2～4mm時，水孔直徑可取10～12mm，平均壁厚為4～6mm時，水孔直徑可取10～14mm。 此次設計，壁厚為2mm，所以選擇冷卻水孔的直徑為8mm，足以滿足設

55、計 的需求。 8.2 冷卻回路的布置 冷卻回路設置的原則 1）冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大 可以使型腔表面溫度分布趨于均勻，防止塑件不均勻收縮和產(chǎn)生殘余應力。 2 ）冷卻水道離模具型腔表面的距離 當塑件壁厚均勻時，冷卻水道到型腔表面最好距離相當，但當壁厚不均勻時，厚處冷卻水道到型腔表面的距離則應近一些，間距也可適當小些，一般水道孔邊至型腔表面距離為10～15mm。 3 ）水道出入口的布置 水道出入口的布置應該注意兩個問題，即澆口處加強冷卻和冷卻水道的出入口溫差應盡量小。 4）冷卻水道應沿著塑料收縮方向設置 5) 冷卻水道的布置應避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位 布置

56、形式如圖8—1所示： 圖8—1冷卻道示意圖 第九章 主要尺寸的校核 9.1 模具厚度的校核 根據(jù)所選注射機的種類： 模具的最大厚度=300mm 模具的最小厚度=200mm 模具設計時，應使模具的總高度位于注射機可安裝的最大模后與最小模后之間，模具厚度為=30+30+25+50+70=205mm，介于最大與最小之間，所以模具厚度滿足要求，注射機也滿足需求。 9.2 開模行程的校核 注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離一定要小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出，對于雙型面的模具校核公式為： S>H1+H2+a

57、+(5～10)mm （9.1） 式中 S——注射機最大開模行程，300mm H——推出距離，mm H——塑件高度，mm a——定模板與中間模板之間的分開距離，mm 數(shù)據(jù)帶入公式得 S>26+27+30+8=88mm 所以符合要求 致 謝 畢業(yè)設計就這樣在自己的忙碌中結(jié)束了，剛接到這個課題的時候真的不知道該從何做起，因為開課比較晚，也就相當于是邊學邊做，但是這對于我們來說也算是個好事，剛學我們就可以很牢靠的記住流程，跟著流程走就相對來說比較簡單了。如果不是老師細心與耐心的指

58、導，我也不會這么快的做到位，我們知道的畢竟是太少了，通過老師對自己設計的分析，然后自己再修改，這中間少走了很多彎路。 通過這次設計也讓我們認清自己的實力，自己懂得的知識還是很少，在做設計的時候，要串聯(lián)很多方面的知識，而我有時候真的不知道該如何去做，也都是通過查閱資料，雖然說不可能記住很多，但是我們要做到的就是遇到這方面的難題我們知道該去哪里查閱資料，這就是書庫的作用了。 至此，感謝學校，感謝老師們在這四年里對我的諄諄教導，讓我充實的度過了這四年的大學生活，你們的教誨將是我最寶貴的財富。最后，感謝我的指導老師劉老師對我的畢業(yè)設計的悉心指導和耐心幫教。 參考文獻 [1]屈華昌主編.塑料成型工藝與模具設計[M].北京:高等教育出版社,2001 [2]《塑料模設計手冊》編寫組主編.塑料模設計手冊[M].(第二版).北京:機械工業(yè)出版社,2002 [3]許發(fā)樾主編.實用模具設計與制造手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002 [4]吳兆祥主編.模具材料及表面處理[M].北京:機械出版社,2000 [5]馮炳堯，韓泰榮，將文森主編模具設計與制造簡明手冊[M] ，上?？茖W技術(shù) 47