塑料帶輪模流分析及模具設計【10張CAD圖紙+PDF圖】

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編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 塑料帶輪模流分析及模具設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　　 0923263 學生姓名： 曹 振 指導教師： 高漢華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年 5 月 25 日 I 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 塑料帶輪模流分析及模具設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械96 學 號： 0923263 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　 塑料帶輪模流分析及模具設計 　　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據 課題來源于生產實際。 隨著工業(yè)生產和科學技術的發(fā)展，市場需求的增加以及環(huán)保的需要，塑料零件的使用越來越廣泛。塑料產品生產正向多產品、高質量和交貨期段的方向發(fā)展，這就要求模具設計和生產具有更短的周期、更低的成本和更高的質量。依賴傳統(tǒng)經驗和手工技能進行模具設計與制造方式遠不能滿足這種要求，應用計算機軟件進行模具設計和制造是解決這一矛盾的有效途徑。 本設計采用CAD/CAM軟件對塑料塑料帶輪進行模擬分析和模具設計，可以節(jié)約試模費用，提高設計和生產效率，提高產品的設計質量，降低模具制造成本，并延長模具的使用壽命。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1.掌握塑料模具設計的方法和技巧。 2.完成塑料帶輪成型工藝和主要部件的參數計算。 3.完成塑料帶輪模具標準件的選用。 4.完成塑料帶輪模具零、部件圖10張以上。 5.完成塑料帶輪模具總裝圖1張。 6.撰寫畢業(yè)說明書一份。 ①計算正確完整，文字簡潔通順，書寫整齊清晰。 ②論文中所引用的公式和數據應注明出處。 ③論文字數不少于1.5萬字。 四、接受任務學生： 機械96 班 　　姓名 曹振 五、開始及完成日期： 自2012年 11月 12日 至 2013年 5 月 25日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年 11月12日 摘 要 塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注射模具是其中發(fā)展較快的種類。塑料注射成型模具的特點是：能一次成型外形復雜、尺寸精密的塑料制品，對各種塑料的適應性強，成型周期短，生產效率高，產品質量穩(wěn)定，易于實現生產自動化。因此，應用計算機輔助塑料模具設計，對縮短模具設計時間，提高塑料制品質量和生產效率有很大意義。 本設計主要針對塑料帶輪零件，應用計算機輔助模具設計。設計中首先根據塑料制品要求擬定成型工藝方案、初選成型設備、確定模具結構方案，設計澆注系統(tǒng)并進行模流分析、選用模架、選擇和校核注射機，完成模具型腔設計并對模具主要零件設計計算，然后應用PRO/E軟件，完成整副模具的三維設計，并對模具進行了虛擬裝配和試模，針對其中出現的問題，對模具進行了修改，最后導出模具二維工程圖。 通過本設計，我對注塑模具設計有一個比較全面的認識，加深了對模具結構及工作原理的理解，了解了模具設計中應注意的一些具體細節(jié)問題，學會了查閱和收集資料的方法；學會了如何應用PRO/E軟件，完成注射模設計，從而有效地提高了設計工作效率。 關鍵詞：塑料制品；注射模具；計算機輔助設計；PRO/E Abstract The plastics industry is the fastest growing in the world today one of the industry categories, the injection mold is one of the rapid development of the species. The characteristics of the plastic injection mold: Can forming a complex shape, size, precision plastic products, adaptability of various plastic, molding cycle is short, high production efficiency, product quality and stability, easy to implement production automation. Therefore, the application of computer-aided plastic mold design, reduce mold design time, improve quality and production efficiency of plastic products. The design is mainly for plastic pulley parts, computer aided mold design. Design prepared according to the requirements of the plastic products molding process solutions primaries molding equipment, mold structure of the program is determined, the design of gating system and mold flow analysis, selection of mold, select and check injection machine, complete mold cavity design and moldThe main parts of the design calculations, And then apply the PRO / E software, to complete the entire pair of three-dimensional mold design, mold virtual assembly and test mode, problems for which the mold has been modified, and finally export mold two-dimensional drawings. The design, injection mold design has a more comprehensive understanding, deepen the understanding of the mold structure and working principle and to understanding mold design should pay attention to some of the specific details, learned how to access and data collection methods; Societyhow to apply PRO / E software, to complete the design of injection mold, thereby effectively improving the efficiency of the design. Keywords: Plastic products; injection mold; computer-aided design; PRO / E 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1塑料工業(yè)的發(fā)展及用途 1 1.2塑料模具在塑料制品生產中地位 1 1.3本文主要研究內容 2 2 塑件成型工藝分析 3 2.1 概述 3 2.2 零件的材料和注塑工藝 3 2.2.1 材料ABS 3 2.2.2 注射成型工藝分析 3 2.3 確定模具溫度及冷卻方式 4 2.4 零件的三維圖和二維圖 4 2.5 帶輪的結構與精度分析 5 2.6 塑料制品的幾何形狀 5 2.7 注射機的選擇 5 2.7 零件圖及其尺寸公差 6 3 模具總體結構設計及零部件的設計 7 3.1 型腔數目的確定 7 3.2 分型面的設計 7 3.3 澆注系統(tǒng)的設計 8 3.3.1 主流道 8 3.3.2 分流道 9 3.3.3 澆口 10 3.4 冷卻及排氣系統(tǒng)設計 10 3.4.1 排氣系統(tǒng)的設計 10 3.4.2 冷卻系統(tǒng)的設計 10 3.5影響塑件尺寸精度的因素 10 3.6模具零件工作尺寸的計算 11 3.7 凹模底板厚的確定 12 4 合模導向機構的設計 13 4.1 導向機構的總體設計 13 4.2 導柱設計 13 4.3 導套設計 13 4.4 推板導柱與導套設計 14 5 脫模推出機構的設計 15 5.1 脫模推出機構的設計原則 15 5.2推管推出機構 15 5.3推出機構的導向與復位 16 6 側向分型與抽芯機構的設計 17 6.1側向分型與抽芯機構的工作原理 17 6.2抽芯距和抽芯力的計算 17 6.3斜導柱側向分型與抽芯機構 18 6.4 側向分型與抽芯機構尺寸計算 21 7 利用Pro/E進行分模 23 7.1 創(chuàng)建模具模型 23 7.2 選擇模架 26 7.3 創(chuàng)建分型面 27 7.4 分割工件獲取成型零件 28 7.5 創(chuàng)建澆注系統(tǒng) 29 7.6 鑄模及模流分析 29 7.6.1 模架概述 31 7.6.2 模架的分類 31 7.6.3 模架的選擇 31 8 注塑機的校核 33 8.1 鎖模力的校核 33 8.4 最大注射壓力的校核 33 8.5 開模行程的校核 34 9結論與展望 35 9.1結論 35 9.2不足之處及未來展望 35 致 謝 36 參考文獻 38 39 塑料帶輪模流分析及模具設計 1 緒論 1.1塑料工業(yè)的發(fā)展及用途 塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一。自1909年實現以純粹化學合成方法生產塑料算起，塑料工業(yè)已有100余年的歷史。1927年聚氯乙烯塑料問世以來，隨著高分子化學技術的發(fā)展，各種性能的塑料，特別是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料發(fā)展迅速，其速度超過了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯與聚苯乙烯等四種通用塑料，使塑件在工業(yè)產品與生活用品方面獲得廣泛的應用，以塑料代替金屬的實例，比比皆是。塑料有著一系列金屬所不及的優(yōu)點，諸如：重量輕、耐腐蝕、電氣絕緣性好、易于成型、生產效率高與成本低廉等。但也存在許多自身的缺陷，諸如：抗老化性、耐熱性、抗靜電性、耐燃性及比機械強度低于金屬。但隨著高分子合成技術、材料改性技術及成型工藝的進步，愈來愈多的具有優(yōu)異性能的塑料高分子材料不斷涌現，從而促使塑料工業(yè)飛躍發(fā)展。 塑料品種眾多，新的工程塑料品種的增加，塑料成型設備、成型工藝技術和模具技術水平的發(fā)展，為塑料制品的應用開拓了廣闊的領域。目前，塑料制品已深入到國民經濟的各個部門中。特別是在辦公機器、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、航空、交通、通信、輕工、建材業(yè)產品、日用品以及家用電器行業(yè)中零件塑料化的趨勢不斷加強，并且陸續(xù)出現全塑產品。據報道，美國塑料工業(yè)已成為全美第四個最大的工業(yè)，每年的塑料消耗量已經超過鋼材。在全世界按照體積和重量計算塑件的消耗量也超過了鋼材。我國的塑料工業(yè)發(fā)展也很快，特別是近20年，產量和品種都大大增加，許多新穎的工程塑料也已投入批量生產，塑料產量1990年達到了536.8萬噸，居世界第四位。如今，我國塑料工業(yè)已形成了相當規(guī)模的完整體系，它包括塑料的生產，成型加工，塑料機械設備，模具加工以及科研、人才培養(yǎng)等。塑料工業(yè)在國民經濟的各個部門中發(fā)揮了愈來愈大的作用。 1.2塑料模具在塑料制品生產中地位 塑料模具設計與制造技術的發(fā)展與塑料工業(yè)的發(fā)展息息相關。由于塑料制品的制造是一項綜合性技術，圍繞塑料制品成型生產將用到有關成型物料、成型設備，成型工藝、成型模具及模具制造等方面知識。特別是作為塑料必備成型工具的塑料注射模具，由于它成型效率高，易成型形狀復雜的制品，并可實現自動化生產，得到迅速的發(fā)展，在我國其發(fā)展速度之快、需求量之大也是前所未有的。同時，其技術水平也得到了迅速發(fā)展和提高，新的設計結構層出不窮，傳統(tǒng)的設計理念不斷更新。 塑料制品的制造包括四個環(huán)節(jié)：產品設計、塑料的選擇、塑料制品的成型、模具的設計與制造。 1．產品設計 產品質量源于設計，任何產品設計都要滿足用戶提出的產品性能、使用壽命、可靠性、安全性和經濟性等方面的要求。 2．塑料品種的選擇 塑料品種的合理選擇是保證塑料制品的質量重要環(huán)節(jié)。首先要從塑料品種和性能著手，根據需要選擇。 3．塑料制品的成型 塑料制品的成型加工是根據各種塑料的固有特性，采用不同的摸塑工藝，成型所使用的模具即塑料模具。 4．模具的設計與制造 模具是塑料制品生產的重要工藝設備。隨著國民經濟領域的各個部門對塑料制品的品種和產量需求愈來愈大、產品更新換代周期愈來愈短、用戶對塑料制品質量的要求愈來愈高，因而對模具設計與制造的周期和質量提出了更高的要求，促使塑料模具設計和制造技術不斷向前發(fā)展，從而也推動了塑料工業(yè)生產高速發(fā)展，可以說，模具設計與制造水平標志著一個國家工業(yè)化發(fā)展的程度。 1.3本文主要研究內容 本課題來源于生產實際，屬于某公司塑料帶輪產品。 本文首先利用PRO/E軟件設計塑件并對塑件進行模流分析，然后應用PRO/E軟件完成整副模具的三維設計，并對模具進行了虛擬裝配和試模，針對其中出現的問題，對模具進行了修改，最后利用AutoCAD軟件導出模具二維工程圖。 2 塑件成型工藝分析 2.1 概述 注塑件的設計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設計人員，采用不同的CAD軟件進行模具輔助設計，都有自己的一套設計過程。本畢業(yè)設計主要是應用Pro/E 3.0、EMX4.1及AutoCAD軟件進行模具的設計的。 2.2 零件的材料和注塑工藝 2.2.1 材料ABS 由設計任務書可知該塑件產量萬件，生產類型屬中批量生產，塑件材料為ABS。 ABS是聚苯乙烯的改性產品，是目前產量最大、應用最廣的工程塑料。ABS是不透明非結晶聚合物，無毒、無味，密度。ABS具有突出的力學性能，堅固、堅韌、堅硬；具有一定的化學穩(wěn)定性和良好的介電性能；具有較好尺寸穩(wěn)定性，易于成型和機械加工，成型塑件表面有較好光澤，經過調色可配成任何顏色，表面可鍍鉻。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為700C左右，熱變形溫度約為930C左右，但熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍等都高；耐候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆?？刹捎米⑸?、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等多種成型加工方法。成形性能如下[3]： 1.ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理，表面光澤要求高的塑件應長時間預熱干燥。 2．流動性中等，溢邊值 左右。 3．壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小，塑件尺寸精度高。 4．ABS 比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 5．ABS 的表觀粘度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用點澆口形式。 6．頂出力過大或機械加工時塑件表面會留下白色痕跡，脫模斜度宜取以上。 7．易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力。 8．易采用高料溫、高模溫、高注射壓力成型。在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在，而在強調塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在。 2.2.2 注射成型工藝分析 根據產品三維模型，分析塑件的工藝性對模具設計的要求。開始設計之前，應根據塑件的技術圖樣和使用要求對其進行仔細地分析研究，并結合注射成型的工藝程序綜合考慮成型的難易程度，以便能在保證塑件質量和使用要求的前提下盡量選用比較簡單的模具結構，以便減小模具制造難度和降低加工成本。如果塑件的工藝性確實有問題，或者塑件成型需要極為復雜的模具結構，并因此導致模具制造非常困難或經濟上極不利時，則應和塑件設計部門及時協(xié)商解決有關問題。 根據該塑件的結構特點和ABS的成型性能，查有關資料初步確定注射成型工藝參數如表2.1所示。 表2.1 塑件的注射成型工藝參數 工藝參數 規(guī) 格 工藝參數 規(guī) 格 預熱和干燥 800～90°C 成型時間 /S 注射時間 3～5 時間2h 保壓時間 15～30 料筒溫度/°C 后段 180～200 冷卻時間 15～30 中段 210～230 總周期 40～70 前段 200～210 螺桿轉速/r·min-1 30～60 噴嘴溫度/°C 180～190 后處理 方法 紅外線燈烘箱 模具溫度/°C 60～80 溫度 70°C 注射壓力/MPa 70～90 時間 2～4 h 2.3 確定模具溫度及冷卻方式 ABS為非結晶塑料，流動性中等，壁厚一般，因此，在保證順利脫模的前提下，應盡可能降低模溫，以縮短冷卻時間，從而提高生產效率。所以模具應考慮采用適當的循環(huán)水冷卻，成型模具溫度控制在。 2.4 零件的三維圖和二維圖 圖2.1 塑件圖 由圖2.1可以看出塑件是對稱的圖形。 2.5 帶輪的結構與精度分析 帶輪的總體形狀為圓盤形，無特別明顯的卡、勾等需要特殊處理的結構；塑件的帶槽壁及中間孔壁相對比較厚，因此，熔體在模腔內的流動應比較順暢。總體而言，該帶輪的結構相對簡單。 帶輪的精度方面，中間的軸孔有上偏差外，矩形沉槽的深度有下偏差，其余尺寸均為自由公差；因此，該帶輪的精度要求不要，比較容易實現精度要求。 帶輪的表面質量方面，要求V型帶槽無無明顯流紋、凹陷等不良現象；表面粗糙度均為為成型后直接達到。總體而言，帶輪的表面質量要求比較容易實現。 2.6 塑料制品的幾何形狀 1．脫模斜度 為了便于塑料制品脫模，以防止脫模時摩擦制品表面，與脫模方向平行的制品表面一般應具有合理的脫模斜度。其大小主要取決于塑料的收縮率、塑料制品的形狀和壁厚以及制品的部位。在一般情況下，脫模斜度為30’~1030’，但應根據具體情況而定。當制品有特殊要求或精度要求較高時，應該用較小的斜度；較高、較大尺寸選用較小的斜度；塑料制品斜度；塑料制品形狀復雜的，不易脫模的，應取較大的脫模斜度，制品上有凸起或加強筋，單邊應有20~30的斜度；塑料制品壁厚打的應選用較大的斜度；在開模時，為了讓制品留著芯片上，內表面斜度比外表面斜度小，相反，為了讓制品留在行腔一邊，選用內表面脫模斜度為30，外表面脫模斜度稍大為3.50。 為了使塑件在開模時留在動模上及順利脫模，帶輪軸套孔以及筒壁都應具有一定的脫模斜度。由于齒為工作部分，其強度要求高，所以不能有脫模斜度，以免影響帶輪工作性能。帶輪尺寸雖然小，但精度要求較高，所以脫模斜度要選擇小一點。帶輪周邊不存在對脫模產生影響的結構，所以脫模斜度選為：筒壁部分，外壁30，內表面10；帶輪部分外壁10。 2．塑料制品圓角 塑料制品上所有轉角應盡可能采用圓弧過渡。采用圓弧過渡的好處在于避免應力集中，提高強度，改善熔體在型腔，便于脫模。在制品結構上無特殊要求時，制品的各連接處的圓角半徑應不小于0.5~1mm。對于使用要求必須以尖角過渡或分型面處和型芯與型腔配合不便制成圓角時，側仍以尖角過渡。 帶輪的棱角主要有軸套部分，如果采用圓弧過渡，則型腔型芯不易加工，所以沒有需要采用圓弧過渡部分。 2.7 注射機的選擇 根據創(chuàng)建好的實體模型，利用Pro/E的分析功能，從中快速計算出帶輪的體積為170；澆注系統(tǒng)凝料和廢料按塑件注射量的計算，即澆注系統(tǒng)凝料的體積為34。因帶輪的年產量僅為5000件，且制件軸孔有一定的尺寸精度要求()，綜合考慮帶輪的結構及精度要求，采用一模一腔的模具結構。帶輪的材料為ABS，取其密度為1．02～1.05／，則模具每次所需的注射量為： 根據一次注射量分析，以及考慮到塑料的品種、塑件結構、生產批量及注射工藝參數、注射模具尺寸大小等因素，參考設計手冊[2]，初選XS-ZY-500型螺桿式注射機，記錄下XS-ZY-500型注射機的主要技術參數如表2.2所示。 表2.2 XS-ZY-500型注射機的主要技術參數 序號 主要技術參數項目 參數數值 1 最大注射量/cm3 500 2 注射壓力/MPa 145 3 鎖模力/kN 3500 4 拉桿內向距/mm×mm 540×440 5 最大模具厚度/mm 450 6 最小模具厚度/mm 300 7 最大開模行程/mm 500 8 噴嘴前端球面半徑/mm 18 9 噴嘴孔直徑/mm 5 10 定位圈直徑/mm 150 2.7 零件圖及其尺寸公差 標注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步。傳統(tǒng)的模具設計需要計算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過公式計算基本尺寸，S指塑件的平均收縮率。而在使用Pro/E3.0進行模具設計的過程中，塑件已經定義了其收縮率，則不需要通過繁瑣的計算而直接可以標注出成型零部件的基本尺寸。 但尺寸標注還有一個公差的問題，這是無法從軟件自動導出的，需要設計者設定。由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得大一些。否則就會出現大量尺寸超差的廢品，為此，各國對塑料件的尺寸公差制訂了國家標準和行業(yè)標準。中國也曾制訂了部級專業(yè)標準，但大都無相應的模具型腔的尺寸公差。對于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比較高，建模時就應該沿減料方向適當加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達到合乎要求的尺寸精度。 綜上分析，該塑件可采用注射成型加工，考慮采用一模一件、快速脫模以及成型周期不太長的模具，同時模具造價要適當控制。在注射成型生產時，該塑件結構簡單，無特殊的結構要求和精度要求，只要工藝參數控制得當，該塑件是比較容易成型的。 3 模具總體結構設計及零部件的設計 3.1 型腔數目的確定 按注塑機的最大注射量確定型腔數目，型腔數目n根據公式可得 式中 ——注射機最大注射量利用系數，一般取0.8； ——注射機最大注射量或; ——澆注系統(tǒng)凝料量,或; ——單個塑件的體積或質量或。 本課題考慮模具分型取出塑料的難易程度，n取1，即型腔數目為1。 3.2 分型面的設計 分型面的設計在注射模的設計中占有相當重要的位置，分型面的設計合理與否直接影響塑件質量、模具的整體結構及工藝操作難度及模具的制作成本。分型面可以為一個也可以為多個。 分型面選擇的原則： (1)分型面應選擇在塑件外形最大輪廓處，以利于塑件從定模順利脫模。 (2)應有利于塑件脫模，一般模具的脫模機構通常設置在動模一側，模具開模后塑件應該停留在動模一邊，以便于模具順利脫模。 (3)要保證塑件的精度要求，塑件光滑表面不能作為分型面，以避免影響外觀質量，塑件中要求同軸度的部分要放在分型面的同一側，以保證塑件同軸度的要求。 考慮模具的側向抽拔距都比較小，選擇分型面時應將抽芯和分型距離長的方向置于開合模的方向，將小抽拔距的方向作為分型和抽芯方向。 作為主要大氣排氣渠道，應將分型面設置在熔融料的流動末端，以利于模具型腔內氣體的排除。 考慮模具加工難度，要使模具利于加工，工藝要力求簡單。 圖3.1 分型面選擇 從帶輪的結構上分析可知只需要一個分型面。帶輪零件圖上并沒有標明帶輪各個表面要光滑，而且它的主要功能是傳動，只要保證精度以及同軸度要求，分型面的位置可以任意選擇，遵照分型面的設計原則應設置在最大投影面上，以便于帶輪順利脫模，有兩種方案可供選擇：一個是分型面1，另一個分型面2，如圖3.1所示。 當選擇2作為分型面時，澆口的設置可以是上端面，也可以是分型面1。如果澆口設置在分型面1，則塑料流動到上端面時，由于筒壁間隙較小，里面的空氣有可能會受到壓縮而不能排出，造成沖模不到位。同時在注射力的壓縮下，空氣會發(fā)熱，導致ABS會分解，甚至發(fā)生意外事故。如果將澆口位置設在上端面，就可以避免這一問題。因為塑料在沖模過程中，不能一下子將分型面1沖滿，所以空氣完全有空間排除。但是上端面橫截面小，當型芯固定之后，澆口就無法放置，因為型芯和澆口會發(fā)生干涉。 所以選擇2作為分型面時，澆口的正確位置應該設在上端面。雖然筒壁部分的縫隙很小，但是塑件的體積很小，可以利用模具的縫隙順利排氣。 在這種情況下，軸套型芯和筒壁孔型芯應該分開以順利脫模。軸套型芯和帶輪型腔可以都設置在動模板上，以保證帶輪同軸度要求。帶輪型腔加工也比較容易，可以直接用內帶輪的加工方法加工。筒壁內孔和軸套芯在開模合模的過程中，兩者的同心要求難以滿足。所以否定了端面1作為分型面的方案。 不論塑料制品的結構如何，采用何種設計方法都必須首先確定分型面，因為選取不同的分型面就使得模具的結構有所不同。在本課題的設計中，分型面選在塑件的最大輪廓處，這樣有助于分型。由于塑件中間有通孔，選擇這樣的分型面避免采用側抽芯，簡化了模具的整體設計。 3.3 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指塑料溶液從注射機噴嘴中射出后到達型腔之前在模具內流經的通道。澆注系統(tǒng)分為普通流道的澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)的設計是注射模設計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑料制件以及最佳的成型效率有直接影響。 澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四個部分組成。其作用可以概述如下：將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地的輸送到型腔，同時使型腔內的氣體順利的排出；在塑料熔體填充及凝固的過程中,將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個部位,以獲得形狀完整、內外質量優(yōu)良的塑料制件。 澆注系統(tǒng)設計是否合理不僅對塑件性能、結構、尺寸、內外在質量等影響很大，而且還與塑件所用塑料的利用率、成型生產效率等相關，因此澆注系統(tǒng)設計是模具設計的重要環(huán)節(jié)，對澆注 系統(tǒng)進行總體設計時，一般應遵循以下基本原則： (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。 3.3.1 主流道 1．主流道尺寸 主流道指澆注系統(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。本次采用直澆口式澆注系統(tǒng)，主流道垂直于模具分型面。主流道設計在模具的澆口套中，如 圖3.2所示。為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出，主流道設計成倒圓錐形，其錐角為30，小端直徑=5。由于小端的前面是球面，半徑=18+2=20mm，其長度初選為86mm。流道表面粗糙度Ra取0.8。 圖3.2 主流道形狀及其與注射機噴嘴的關系 1—注射機噴嘴； 2—澆口套； 3—定模板 2．主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式，即澆口襯套，以便有效的選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理。澆口襯套都是標準件，只需去買就行了。常用澆口襯套分為有托澆口襯套和無托澆口襯套，有托澆口襯套用于配裝定位圈。澆口襯套的規(guī)格有Φ12，Φ16，Φ20 等幾種。由于注射機的噴嘴半徑為18mm，所以澆口襯套的為R20，澆口襯套如圖3.3所示。 圖3.3 澆口套 3.3.2 分流道 在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，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。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設計應滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。 本次設計中，由于采用一模一件，制品為圓形，采用直接澆口，故不需開設分流道。 3.3.3 澆口 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。 本次設計采用直接澆口，開設在零件頂面上，其截面形狀為圓形。采用此種形狀的澆口減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，去除澆口容易，且不會留下明顯的痕跡。 圖3.4 直接澆口形式 3.4 冷卻及排氣系統(tǒng)設計 3.4.1 排氣系統(tǒng)的設計 利用型芯、頂桿等的間隙排氣，不需要另外設計排氣系統(tǒng)。 3.4.2 冷卻系統(tǒng)的設計 該塑件為大批量生產，應盡量縮短成型周期，提高生產率；加上ABS塑料為結晶型塑料，成型時需要充分冷卻，冷卻要均勻分布。因此，該模具在定模板上開出冷卻水道，采用冷卻水進行循環(huán)冷卻型腔。 3.5影響塑件尺寸精度的因素 影響塑件尺寸精度的因素很多，概括的說，有塑件材料、塑件結構和成型工藝過程，模具結構、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素，其中塑件材料方面的因素主要是指收縮率的影響。在模具設計中，應根據塑件的材料、幾何形狀、尺寸精度等級及影響因素等進行設計計算。 1．塑料收縮率波動 塑件成型后的收縮變化與塑件的品種以及塑件的形狀、尺寸、壁厚、成型工藝條件、模具的結構等因素有關，工藝條件、塑件批號發(fā)生的變化會造成塑料收縮率的波動，由此引起的塑件尺寸誤差可用公式表示為 [3] 式中 ——塑件的最大收縮率，%； ——塑件的最小收縮率，%； ——塑件的基本尺寸。 實際收縮率與計算收縮率會有差異，按照一般的要求，由塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差小于塑件公差的，即。 2．模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的制造精度越低，塑件尺寸精度也越低。一般成型零件工作尺寸的制造公差取塑件公差的，即。 3．模具成型零件的磨損 磨損的結果使型腔尺寸變大，型芯尺寸變小，磨損的程度與塑料的品種和模具材料及熱處理有關。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考慮磨損。 生產批量小，磨損量取小值，甚至可以不考慮磨損量；熱塑性塑料摩擦系數小，磨損量可取小值；模具材料耐磨性好，可取小值；對于中小型塑件，最大磨損量可取塑件公差的；對于大型件，最大磨損量應取塑件公差的以上。 4．塑料平均收縮率的計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關手冊得ABS的收縮率為。[3] =（0.004+0.007）/2×100% =0.55% 3.6模具零件工作尺寸的計算 該塑件尺寸精度無特殊要求，大部分尺寸為自由尺寸，可查常用塑料制品公差等級表[1]，可得ABS塑料未注公差尺寸精度等級為，按查取公差，其主要尺寸公差要求如表3.1所示。 表3.1 塑件的主要尺寸公差要求 塑件標注尺寸 塑件尺寸公差（按MT5級精度） 外 形 尺 寸 25 16 內 形 尺 寸 4.5 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關手冊得ABS的收縮率為。故平均收縮率為：。[3] 根據塑件尺寸公差要求，模具制造公差取 。 成型零件尺寸的計算如表3.2所示。 表3.2 成型零件尺寸的計算（單位mm）[6] 塑件尺寸 計算公式 型腔或型芯工作尺寸 徑 向 尺 寸 軸 向 尺 寸 3.7 凹模底板厚的確定 墊塊跨度為290mm，按經驗公式取墊板厚 而設計選用模架的墊板厚度為60。因此，能滿足要求。 4 合模導向機構的設計 當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置,一般情況下，設計人員只要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置，則須由設計人員根據模具結構進行具體設計。 4.1 導向機構的總體設計 (1)導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓人導柱和導套后變形。 (2)該模具采用4根導柱，其布置為等直徑導柱不對稱布置。 (3)該模具導柱安裝在支承板和模套上，導套安裝在定模固定板上。 (4)為了保證分型面很好的接觸,導柱和導套在分型面處應制有承屑槽,即可削去一個面或在導套的孔口倒角，該模具采用后者。 (5)在合模時，應保證導向零仵首先接觸，避免凸模先進人型腔，導致模具損壞。 (6)動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 4.2 導柱設計 (1)該模具采用帶頭導柱，不加油槽。 (2)導柱的長度必須比凸模端面高度高出6mm~8mm。 (3)為使導柱能順利地進人導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分。 (4)導柱的直徑應根據模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度(該導柱直徑由標準模架可知為mm)。 (5)導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/k6配合，導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的間隙配合。 (6)導柱工作部分的表面粗糙度為m。 (7)導柱應具有堅硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內芯。多采用低碳鋼經滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經淬火處理,硬度為50HRC以上或弱鋼經調質、表面淬火、低溫回火，硬度為50HRC以上。 圖4.1帶頭導柱 4.3 導套設計 導套與安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導向精度的圓套形零仵。導套常用的結構形式有兩種：直導套(GB/T4169.2—1984)、帶頭導套(GB/T4169.3-1984)。 (1)結構形式。采用帶頭導套(I型),如圖8—1所示。 圖4.2 推導套（Ⅰ型） (2)導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔,利于排出孔內剩余空氣。 (3)導套孔的滑動部分按H8/夕或H7/f,的間隙配合,表面粗糙度為0.4μm。導套外徑與模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合鑲入模板。 (4)導套材料可用淬火鋼或銅(青銅合金)等耐磨材料制造,該模具中采用T8A。 4.4 推板導柱與導套設計 該套模具采用推板導柱固定在動模座板上的形式。推板導柱除了起導向作用外,還支撐著支承板，從而改善了支承板的受力狀況,大大提高了支承板的剛性。該模具設置了4套推板導柱與導套，它們之間采用H8/f7配合，其形狀與尺寸配合如圖8-3所示。 圖4.3 推板導柱、導套 1—推板導柱；2—推板導套；3—推半固定板；4—推桿；5—動模座板。 5 脫模推出機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也常稱為推出機構。 5.1 脫模推出機構的設計原則 塑件推出(頂出)是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的。在設計推出脫模機構時應遵循下列原則。 (1)推出機構應盡量設置在動模一側。 (2)保證塑件不因推出而變形損壞。 (3)機構簡單、動作可靠。 (4)良好的塑件外觀。 (5)合模時的準確復位。 5.2推管推出機構 對于中心有孔的薄壁圓筒形塑件，可用推管推出機構。如圖5.1所示．推管推出塑件的運動方式與推桿推出塑件基本相同．只是推管中間固定一個長型芯。圖a所示的結構使模具的閉合高度加大，但結構可靠，多用于推出距離不大的場合；圖b所示的結構將型芯固定在動模座板上，型芯雖長，但結構緊湊。推管推出機構動作均勻可靠，且在塑件上不留任何推出痕跡。 圖5.1推管推出機構 1—推管 2—型芯 3—復位桿 圖5.2所示的是推管的其它形式。圖a所示是讓推管在型腔板內活動，可有效縮短推管的長度；圖b所示是在推管上開長槽，型芯用圓柱銷或方銷固定模板上，這種形式的型芯較短，模具結構緊湊，但緊固力較小。 圖5.2推管推出機構 5.3推出機構的導向與復位 1．導向零件 對臥式注射機使用的模具來說，當推桿較細時，固定它的固定板及墊板的重量．容易使推桿彎曲，以至在推出時不夠靈活，甚至折斷，故常設導向零件。導柱的數量一般不少于兩個。常見的形式如圖5.3所示，圖a所示的導柱，除了起導向作用外，還起支撐作用，可以減小注射成型時支承板的彎曲。當推桿的數量較多，塑件的產量較大時，光有導柱是不夠的，還需裝配導套，以延長導向零件的壽命及使用的可靠性。如圖b所示。 圖5.3導向零件 1—導柱2—導套 2．復位零件 為了使推出零件在合模后能回到原來的位置，推桿或推管推出機構中通常還設有復位桿。復位桿必須和推桿固定在同一塊板上，其長度必須一致，分布必須均勻，端面要與所在動模的分型面齊平。在有的模具中復位桿可以省去，推塑件邊緣的推桿，直徑可以稍大些，一半推塑件，另一半就起了復位桿的作用。還有的模具在推桿上裝有彈簧，這樣在合模時，推出機構就可先于合模動作而復位了。 本模具采用圖5.2a所示推管推出機構，推出機構采用彈簧復位。 6 側向分型與抽芯機構的設計 6.1側向分型與抽芯機構的工作原理 當注射成型側壁帶有孔、凹穴、凸臺的塑料制件時，模具上成型該處的零件就必須制成可側向移功的零件，稱為活動型芯，在塑件脫模前先將活動型芯抽出，否則就無法脫模。帶動活動型芯作側向移動的整個機構稱為側向分型與抽芯機構。 側向分型與抽芯機構的功能主要是：在一定時間內使側凸、凹成型件能準確地進行脫模，并保證成型件的壁厚和變形符合要求。當前最常用的是斜導柱側向分型與抽芯機構，其工作原理是利用斜導柱等傳動零件，把垂直的開模運動傳遞給側向型芯，使之產生側向運動而完成分型或抽芯動作，工作原理如圖6.1所示 圖6.1 斜導柱側抽芯注射模 1一型芯2一推管3一動模鑲件4一動模板5一斜導柱6一側型芯滑塊 7一楔緊塊8一中間板9一定模座板10一墊板11一拉桿導柱12一導套 6.2抽芯距和抽芯力的計算 對于有側凸凹的塑件，常用斜導柱及斜滑塊側向分型與抽芯機構，在進行設計時，需作以下計算： 1．抽芯距S 抽芯距指將側向型芯從成型位置抽到不妨礙塑件取出的位置所需的空間距離，即型芯移動的最小距離。一般抽芯距等于型孔深度再加2～3mm，即： （mm） （6-1） 式中，S－抽芯距 S2－型孔深度 圖6.2線架抽芯距 但是，當側向型芯脫出側凸、凹以后，其幾何位置還有礙于塑件脫模的情況時，則其抽芯距不能簡單地依靠這種方法確定，需根據具體成型件的形狀和結構尺寸的計算來決定。當成型如圖6.2所示圓形骨架塑件時： (mm) （6-2） (mm) （6-3） 式中 S－—抽芯距，mm； S1－—有效的抽芯距，mm； R－—骨架塑件臺肩半徑，mm； ｒ－—骨架塑件圓筒外圓半徑，mm。 2．抽芯力 塑件在模腔內冷卻收縮時逐漸對型芯包緊，產生包緊力。因此，抽芯力必須克服包緊力和由于包緊力而產生的摩擦阻力，在開始脫模的瞬間所需抽芯力為最大。影響脫模力的因素要考慮周全較為困難，在生產實際中常常只考慮主要因素，可按下式進行計算： （6-4） 式中 Fc－—抽芯力，N； A－—活動型芯被塑件包緊包絡面積，mm2； p－—塑件對側型芯的收縮應力，一般塑件模內冷卻?。?.8~1.2）×107Mpa；模外冷卻?。?.4~3.9）×107Mpa； －摩擦系數取0.1～0.2； －側型芯的脫模斜度或傾斜角。 6.3斜導柱側向分型與抽芯機構 斜導柱分型抽芯機構由斜導柱、側滑塊、鎖緊楔及滑塊定位裝置所組成。如圖6.2所示。 1．斜導柱 斜導柱主要用作驅動側滑塊的開閉運動。 （1）斜導柱的結構與配合要求 圖6.3斜導柱的結構 斜導柱頭部可做成半球或錐臺形，如圖6.3所示。為了減小斜導柱與滑塊斜孔之間的摩擦與磨損，在斜導柱外圓周上可銑出兩個對稱平面。斜導柱的表面粗糙度Ra小于0.63～1.25μm。斜導柱與其固定板采用過渡配合H7/m6聯接。斜導柱與滑塊斜孔之間可采用較松間隙配合(如H11/b11)，或在二者之間保留0.5～1mm以上的間隙，甚至當分型抽芯有延時要求時，可以放大到1mm以上。 （2）斜導柱的傾斜角 圖6.4 傾斜角與工作長度的關系 圖6.5 斜導柱抽芯工作圖 斜導柱軸線與開模方向的夾角稱為斜導柱的傾斜角，如圖6.4所示，它是決定斜導柱抽芯機構工作效果的重要參數。的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距和受力狀況等起著決定性的影響。 由圖可知 (6-4) (6-5) 式中 L——斜導柱的工作長度； S——抽芯距； ——斜導柱的傾斜角； H——與抽芯距S對應的開模距。 圖6.5所示是斜導柱抽芯時的受力圖，可得出開模力 (6-6) (6-7) 式中 Fw——側抽芯時斜導柱所受的彎曲力； Ft——側抽芯時的脫模力，其大小等于抽芯力Fc； FK——側抽芯時所需的開模力。 由式可知：增大，L和H減小，有利于減小模具尺寸，但Fw和FK增大，影響斜導柱和模具的強度和剛度；反之，減小，斜導柱和模具受力減小，但要在獲得相同抽芯距的情況下，斜導柱的長度就要增長，開模距就要變大，因此模具尺寸會增大。綜合考慮，經實際推導，值一般不得大于250，通常采用150～230。 （3）斜導柱直徑的確定 圖6.6 斜導柱受力分析 斜導柱的直徑決定于所需承受的彎曲力，而彎曲力又決定于抽芯力和斜導柱的斜角及工作長度。根據如圖6.6中斜導柱受力狀態(tài)的分析，可按下式計算： 彎矩為： （6-8） 式中，Mw—斜導柱所受彎矩； Lw—斜導柱彎曲力臂； 由材料力學知： （6-9） 式中，—斜導柱所用材料的許用彎曲應力； W—抗彎截面模量； 斜導柱一般為圓形，則 所以斜導柱直徑為： （6-10） 式中，Hw——側型芯滑塊受的脫模力作用線與斜導柱中心線的交點到斜導柱固定板的距離，它不等于滑塊高度的一半。 斜導柱直徑也可用查表法確定。按斜導柱的傾斜角、脫模力Ft查出最大彎曲力Fw，再查的斜導柱直徑。 （4）斜導柱長度的計算 圖6.7斜導柱的長度 斜導柱長度根據圖6.7所示，按下式進行計算。 斜導柱的總長為： （ｍｍ） （6-11） 式中 Lz——斜導柱總長度； d2——斜導柱固定部分大端直徑； h——斜導柱固定板厚度； d——斜導柱工作部分的直徑； S——抽芯距。 斜導柱安裝固定部分的尺寸為： （6-12） 式中 La——斜導柱安裝固定部分的尺寸； d1——斜導柱固定部分的直徑。 （5）斜導柱材料及熱處理 斜導柱多用45鋼或碳素工具鋼，也可用20鋼滲碳，熱處理硬度≥55HRC。 6.4 側向分型與抽芯機構尺寸計算 （1）抽撥距離 因 抽拔距離： （2） 斜導柱長度計算 圓整后取205mm。 （3）開模距離 7 利用Pro/E進行分模 7.1 創(chuàng)建模具模型 圖7.1 在Pro/E創(chuàng)建帶輪的模具體積塊 利用Pro/Engineer野火3