電池后蓋注射模設計

電池后蓋注射模設計,電池,注射,設計 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計 題目:電池后蓋注塑模設計 i 目錄 一．緒論 1 1.1注射模具的基本概念 1 1.2塑料模具發(fā)展概況 1 1.3電池后蓋塑件的設計 2 1.4本章小結 3 二．塑件成型工藝分析 3 2.1設計任務書 3 2.2塑件的初步分析 3 2.3 塑件的結構工藝性分析 4 2.4 ABS的注射成型過程及工藝參數確定 5 2.5本章小結 6 三． 塑件分型面與布局設計 7 3.1 分型面的設計 7 3.2 塑件的布局設計 8 3.3本章小節(jié) 9 四 初選注塑機 9 4.1 計算塑件體積和質量 9 4.2 澆注系統(tǒng)凝料體積與質量的初步估算 9 4.3 初選注塑機 10 4.4 成型設備的校核計算 11 4.5 本章小結 12 五 澆注系統(tǒng)的設計 12 5.1分流道、澆口與冷料穴的設計 14 六 模具結構設計 16 6.1 型腔布置與模具總體結構 16 6.2 成型零件的結構確定 17 6.3 導向定位機構設計 20 七．主要零部件的設計計算 25 7.1成型零件的成型尺寸 25 7.2模具型腔壁厚的核算 25 7.3 核定內模鑲件外形尺寸 28 7.4推出機構的尺寸設計 29 7.5 標準模架的確定 29 7.6 本章小結 30 八．注塑模排氣系統(tǒng)設計 30 8.1排氣分析 30 8.2本章小節(jié) 30 九 冷卻系統(tǒng)設計 31 9.1 冷卻系統(tǒng)設計 31 9.2 冷卻介質 31 9.3 冷卻系統(tǒng)的簡單計算 31 9.4本章小節(jié) 34 十 模具總體結構 35 總 結 35 參 考 文 獻 36 致 謝 38 34 一．緒論 1.1注射模具的基本概念 隨著社會的發(fā)展，人們對生活產品的需求也越來越廣。其中包括種類豐富的塑料產品，例如：一些家用電器、廚房用具、生活用品。不僅種類繁多,而且美觀耐用。新型塑料的產生和對塑料制件多樣化的需求，促進了塑料成型技術的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，最大程度滿足人們對塑料用品的需求。塑料模具已成為各類模具設計、制造與研究中最有代表意義的模具之一。塑料模具是成型塑料制件的工藝裝備或工具。塑料成型的工藝方法種類很多，通?？梢苑譃樽⑸淠＞?、壓縮模具、傳遞模具、擠出模具、中空吹塑模具及熱成型模具等。其中，注射成型是塑料模具應用最廣的成型方法，它是根據金屬壓鑄成形原理發(fā)展而來的。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數量之大是其它成型方法望塵莫及的。由于注射成型方法不僅產量多，而且適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)地生產，并且具有固定的尺寸，可以實現生產自動化、高速化，因此能帶來極高的經濟效益。 1.2塑料模具發(fā)展概況 現代工業(yè)的發(fā)展，新型塑料的產生和對塑料制件多樣化的需求，促進了塑料成型技術的不斷發(fā)展與創(chuàng)新。近年來，出現了許多新的塑料成型工藝方法。如注射成型技術方面的無流道凝料注射成型、熱固性塑料注射成型、排氣注射成型、反應注射成型以及多品種塑料的共注射成型；生產復合多層容器、片材和型材的多臺擠出機，將不同塑料送入共擠出模的共擠出成型；發(fā)泡塑料制品的注射和擠出成型技術等。當前，塑料模具成型技術正朝著精密化、微型化和超大型化方向發(fā)展。精密注射成型可將成型制品的尺寸公差控制在1μm 以內，其制品主要用于儀器儀表、電子等工業(yè)。 從塑料模具的設計、制造、材料選擇及加工四個方面考慮，塑料模具的發(fā) 展可以歸納為以下四個方面。 （1）CAD/CAM/CAE 技術的應用，顯著提高了模具設計的效率。利用計算機進行模具設計（CAD），實現了注射、擠出、中空吹塑等成型工藝的計算機模擬分析（CAE），計算機輔助制造（CAM）技術的應用，促使了模具CAD、CAE、CAM 技術向著一體化方向發(fā)展。這些技術的應用，顯著提高了模具設計的效率，提高了塑件和模具的質量，減少了模具設計的失誤，縮短了生產周期， 降低了成本。 （2）塑料模具的標準化，縮短了模具制造周期、降低成本、節(jié)省材料消耗， 實現了模具制造生產的標準化與大規(guī)?；? （3）塑料模具專用材料的研究與開發(fā)，提高了模具的壽命，獲得了良好的切削工藝性能，提高了質監(jiān)質量。 （4）模具加工的新技術與發(fā)展提高了模具的加工精度和縮短了模具制造周期。模具加工技術與設備的現代化發(fā)展，推進了模具行業(yè)向著技術精密、專業(yè)化與柔性化相結合、高技術與高技藝相結合的方向發(fā)展。 1.3電池后蓋設計 1.3.1產品外觀設計 根據整機模型，應用所學的proe軟件測繪設計電池后蓋的三維模型，外觀如圖1-1。 圖1-1 產品效果圖 1.3.2功能 該電池后蓋是由于某遙控器 里面有四個定位柱 整體成殼狀 1.3.3材料選擇 塑件材料選用ABS，屬于價格適中的工程塑料，以適應使用中，經常會出現桌面碰擦或跌落，而不會損害，保持足夠的強度和耐用性。 1.4本章小結 本章主要介紹注塑模具的發(fā)展以及當今模具的發(fā)展概況，以及電池后蓋的概貌，主要包括其外觀設計、功能和材料選擇的介紹。 二．塑件成型工藝分析 2.1設計任務書 電池后蓋塑件的設計任務書見附錄1所示。 2.2塑件的初步分析 2.2.1 使用性能﹑制件技術要求和生產要求 該塑件為電池后蓋,用于某遙控器框的固定以及整體連接，ABS一般精度設計，其余尺寸沒有特殊的精度要求,按照未注精度等級設計。生產綱領取決于訂貨, 這里按照中等批量進行了設計。 模具設計應保證制件表面無明顯痕跡 2.2.2 塑件的材質分析 ABS塑料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。是不透明非結晶聚合物,無毒,無味,密度為p = 1.02-1.05g/cm3?？梢员ＷC材料供應通暢，滿足成本要求。 ABS可采用注射,擠壓,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，屬于熱塑性無定性料,吸濕性強,成型前須充分干燥 (2)該零件的形狀如圖1-1所示，塑件結構單向對稱，是一個中等復雜結構的殼類零件，外形是甲殼蟲輪廓，使得整機外形美觀，不失活潑與生活感 塑件壁厚范圍處于1.5～3mm之間，較為均勻。圖2-1所示 圖2-1 塑件內腔結構圖 2.3.1塑件的表面質量分析 該零件的表面要求光滑無明顯縮痕以及其他裂紋、燒焦類缺陷外，表面無其它特別的要求。 對照GB/T14486-2008【2】，塑件主要公差見表2-1 表2-1 塑件上主要尺寸的公差要求 部位 尺寸 尺寸公差 外 形 尺 寸 100 47.5 R40 14*（B類） 28（B類） 9（B類） 內形尺寸 87* 84.15* 孔尺寸 φ21 φ18 孔定位 尺寸 1.33 ±0.2 注意：表中帶*尺寸為MT3級，其余均按照MT5級。 2.3.2塑件的生產批量 該塑件生產類型屬于中批量生產，可以考慮采用一模多腔、快速脫模以及成型周期不宜太長的模具，同時模具造價適當控制。 2.4 ABS的注射成型過程及工藝參數確定 2.4.1 注射成型過程 （1）成型前的準備。塑件為黑色ABS，首先對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，成型前須進行干燥，處理溫度 80～88℃,干燥時間為 2h，檢驗保證水分低于0.07%。允許使用熱風干燥器，最好使用除濕設備。避免塑件出現銀絲、水泡或燒焦缺陷。 （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)進入模具的型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻五個階段。為防止在充模過程中出現排氣不良、灼傷、熔接痕等缺陷，要求開設深度小于0.04mm的排氣槽。 （3）塑件的后處理（退火）。ABS塑件可進行防止脆斷的退火處理。 2.4.1 確定注射成型的工藝參數 根據該塑件的結構特點和ABS的成型性能，查資料【1】P49—表3.1 常用塑料的注射工藝”得下表2-2。 表2-3 ABS注射成型過程工藝參數 工藝參數 內容 注射劑類型 螺桿式 噴嘴形式 直通式 料筒溫度/℃ 后段 195±5 中段 210±5 前段 220±5 噴嘴溫度/℃ 210±5 模具溫度/℃ ６0～70 注射壓力/MPa 70～90 成型時間/s 注射時間 3～5 保壓時間 20～30 冷卻時間 20～30 總周期 45～65 螺桿轉速/(r/min) 30～60 后處理 方法 紅外線烤箱 溫度/℃ 80～88 時間/h 2～3 2.5本章小結 本章主要對電池后蓋塑件結構的工藝性要求、ABS成型工藝性進行了分析。通過對保證塑件質量的成型過程進行詳細分析，確定了成型方案的可行性，查表列出了塑件的主要尺寸公差，根據經驗數據表，確定各塑件的成型的主要工藝參數。在設計的時候要考慮它的一些相關性能和使用要求,這樣才能根據塑件的實際要求來進行設計模具 三． 塑件分型面與布局設計 3.1 分型面的設計 模具上用以取出制品和(或)澆注系統(tǒng)凝料的，可分離的接觸表面稱之為分型面。在制品設計階段就應考慮成現形時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成形；在模具設計階段，應首先確定分型面位置，然后才能選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對制品質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大的影響。因此，分型面的正確設計需要塑料產品設計人員和模具設計人員的共同努力和配合。 分型面的形式常見的主要有五種，如圖3-1所示。 圖3-1 五種分型面形式 分型面位置是模具結構設計的最重要因素。一般遵循的主要原則有： 1) 分型面應選擇在制品的最大輪廓處，否則制品無法脫模。在選擇分型面對，這是首要原則。 2) 有利于保證制品的外觀質量 3) 有利于簡化模具結構 當安排制品在型腔中方位時，應盡可能避免或減少側向分型或抽芯，特別應避免在定模一側的側向抽芯，提高模具工作的穩(wěn)定性和可靠性. 據塑件的結構特點，遵循分型面應選在塑件外形最大輪廓處的原則，故分型面方案確定選擇平直分型面，如圖3-2所示。 圖3-2 塑件分型面 應該注意到，配合分型面的設計，要保證塑件順利脫模，所以選在克體內部和外邊緣 這樣不會影響整體的外觀 最好的保證外表面的光滑 3.2 塑件的布局設計 3.2.1 型腔數量的確定 為滿足中等批量生產，塑件最高精度等級為MT3級，對于ABS算而言，屬于一般精度，可采用一模多腔的結構形式。同時，考慮到塑件尺寸、模具結構尺寸的關系，以及制造費用和各種成本費用等因素，設計一模二腔的結構形式。 3.2.2 型腔布局的確定 3.2.2.1 平衡布局與非平衡布局 多型腔模具的型腔在模具分型面上的排布形式分為平衡布局和非平衡式布局。平衡式布局的特點是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度、截面形狀與尺寸均對應相同，可實現各型腔均勻進料和達到同時充滿型腔的目的。非平衡式布局的特點是有利于設計主流道到各型腔澆口的分流道長度不相同，因而不利于均衡進料，但這種方式可以明顯縮短分流道的長度，節(jié)約塑件的原材料。 3.2.2電池后蓋塑件的布局 塑件采用一模兩腔，為了達到同時充滿型腔的目的，滿足精度、物理與力學性能要求，這里選用平衡式布局的形式。型腔布局示意圖如圖3-3、 圖3-3 型腔布局形式一 3.3本章小節(jié) 在本章中解決零件分型面的設計與布局問題。 選用的是零件最大的截面處作為分型面，以此來設計一模兩腔布局,但應注意到模具的側抽問題對后續(xù)模具設計的影響。 四 初選注塑機 4.1 計算塑件體積和質量 通過NX6.0軟件三維造型可獲得塑件體積V=13760.3mm3 ， 分型面的投影面積為21871.0mm2。 ABS的密度為ρ=1.05g/cm3，所以塑件的質量為: m=ρV=1.05×13760.3×10-3≈14.45g .2 澆注系統(tǒng)凝料體積與4質量的初步估算 塑件采用側澆口澆注系統(tǒng) ，由于澆注系統(tǒng)凝料在設計之前不能確定準確的數值，但按照前面設定的布局距離，設計平衡式澆注系統(tǒng)形式如圖4-1所示（在后續(xù)的設計可以獲得準確的數字），假設分流道的截面面積按照直徑計算，并設計兩處為側澆口進料口，初步定位側澆口之間的距離，并且由塑件的外形尺寸，考慮各分流道上的冷料穴長度，垂直流道1條，主流道長度為57 ，分流道長度27，冷卻巢長度為14 流道總體積：V凝=98*3.14*5*52= 7693mm3 流道總質量：M凝=1.05×98×3.14×32×10-3≈8 g 4.3 初選注塑機 至此，估算一模兩腔總體積為 ：V總=2V+V凝=2×13760.3+2769.48=30289.88 mm3≈30cm3 一模兩腔總質量為 : 2m+ M凝=2×14.45+0.3≈29.3g 注塑機規(guī)格型號的確定主要是依據塑件的大小、型腔數量和產品批量。在選擇注塑機時主要考慮其塑化率、額定注射量、額定鎖模力、安裝模具的有效面積（注意拉桿之間的距離）、頂出行程等。根據以上估算的總體積或總質量即為注射機應該滿足的一次注射量與額定塑化量數據。兼顧模具外形尺寸，模板尺寸取296*200對照注塑機的拉桿間距參數，螺桿式注塑機注射量為理論注射量的80%，由于密度接近,等質量情況，PS體積≈ABS的體積，注塑機的理論注塑容量應該滿足： V額定≥V總/0.8=30/0.8=37.5 cm3 M額定≥M總/0.8=29.3/0.8=36.63 g 拉桿間距可進400×330 查資料【3】，初步選擇注射機AT-80-B型螺桿式注塑機的主要技術參數，見表4-1。 表4-1 AT-80-B型螺桿式注塑機的主要技術參數 序號 主要技術參數 參數數值 1 螺桿直徑/mm Φ36 2 螺桿轉速/(r/min) 18 3 理論注塑容量/cm3 127 4 理論注塑容量/g 113 5 注塑壓力/MPa 153 6 注塑速率/(g/s) 85 7 塑化能力/（kg/h） 33 8 螺桿最大轉速/(r/min) 150 9 鎖模形式 肘桿式 10 鎖模力/KN 800 11 拉桿間距（H×V）(mm/mm) 355×300 12 模板行程/mm 270 13 最大開距/mm 570 14 最小模厚/mm 130 15 定位孔直徑/mm φ100 16 定位孔深度/mm 25 17 噴嘴伸出量/mm 25 18 噴嘴球半徑/mm SR10 19 頂出行程/mm 60 4.4 成型設備的校核計算 4.4.1 按注射機的額定塑化量進行校核 式中 K—注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8； M—注射機的額定塑化量，g/h； m1—澆注系統(tǒng)所需塑料質量，g； t—預塑時間，s； m—單個塑件的質量，g； n—型腔的數量。 通過計算可得: 故該注塑機額定塑化量能滿足生產需要。 4.4.2 鎖模力的校核 鎖模力是指注射機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力。注射機鎖模力的校核關系式為： 式中 ——注射機鎖模力，已知 ——壓力損耗系數，一般取1.1～1.2； ——塑料熔體對型腔的成型壓力，其大小一般是注射壓力的，MPa。 由2.4.2確定的成型工藝參數可見注射壓力為50～70MPa，這里取60 MPa，故 ——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和,前述利用軟件 NX6.0得到單個塑件的分型面投影面積為14948mm2。由公式計算 故AT-80-B型螺桿式注塑機鎖模力足夠滿足鎖模要求。 4.5 本章小結 本章主要是根據注射量初步選擇和校核了注塑機。首先確定在成型過程中需要塑件的總體積，根據體積對所初選的注塑機進行校核，主要是按額定塑化量和鎖模力進行校核，若注塑機滿足校核，則選擇該注塑機，若不滿足，則重新選擇。 五.分流道、澆口與冷料穴的設計 分流道是主流道至澆口之間的一段過渡通道。由于分流道往往是澆注系統(tǒng)中最長的部分，所以如何減小分流道的流程和流動阻力，對塑件的成型質量和模具勞動生產率的提高至關重要。對分流道的主要要求：【2】 1) 盡量少的將澆注系統(tǒng)內的空氣和熔體前端冷料帶入型腔，以提高成型質量； 2) 分流道的對熔體的阻力要小，體積流量要大，以減小熔體經過分流道時的壓力與溫度損失； 3) 分流道的凝固時間應該稍后于型腔內熔體的凝固時間，以利于補縮； 4) 保證熔體迅速而均衡地進入每個型腔或同一型腔的每個角落； 5) 分流道的長度盡量短，容積盡量?。? 6) 形狀和尺寸便于加工以及刀具選擇； 7) 上一級流道比下一級分流道大10～20%； 由于分流道的設計很大程度受到澆口位置、型腔布置、塑料流道特性及工藝參數的影響。 六 模具結構設計 6.1 型腔布置與模具總體結構 對于一模多腔的模具型腔布置，在保證澆注系統(tǒng)分流道的流程短、模具結構緊湊、模具能正常工作的前提下，盡可能使模具型腔對稱、均衡、取件方便。本模具采用一模兩腔，型腔平衡布局。布局尺寸以塑件中心孔為基準，考慮分型面投影面積中心保持與主流道重合，布局尺寸如圖6-1所示。。 圖6-1 排位圖 綜合塑件結構與澆注系統(tǒng)設計，模具總體結構依據三板式結構進行設計，選用簡化大水口的AI-1530-A40-B25-C60模架。 6.2 成型零件的結構確定 成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質量直接影響塑件的質量。該塑件的材料為ABS塑料，需要較大的脫模斜度，對表面粗糙度較高，精度要求一般，結合布局尺寸（長寬比較大），要求成型零件有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性，良好的表面光潔度，應選用優(yōu)質模具鋼制作，還應進行熱處理以使其具備45HRC以上的硬度。查資料[7]，選擇預硬鋼3Cr2Mo作為型腔鑲塊、主型芯材質，預硬硬度為35～45HRC，便于加工制造，成型后不必熱處理硬度便可滿足使用；斜頂零件在推出過程承受較大的扭矩，在工作過程中承受運動磨損，選用H13,使得摩擦副的材質不同，避免發(fā)熱融合，需要氮化處理達到表面硬度48～52HRC；其余形狀簡單的小型芯選用優(yōu)質碳結鋼T10A,滿足較高的淬火硬度50～55HRC。 6.2.1 凹模（型腔）設計 凹模是成型塑件外表面的主要零件，按結構不同可分為整體式和組合式兩種結構形式。由于整體式型腔不利于節(jié)約貴重的模具鋼材，而且不利于熱處理成本降低，故設計采用組合式凹模，現代模具設計理念，最大限度使用標準模架縮短制造周期，選用組合式結構，設計模仁鑲塊是當前模具設計的主流。電池后蓋塑料件是由一個甲殼蟲殼體和四個定位柱組成 所以機構設計時應考慮這些易損部位采用組合鑲拼的凹模鑲塊，。組合的鑲塊整體嵌入定模扳。 組合式凹模裝配結構有通孔式、通孔臺肩式和盲孔式。由于本設計產品塑件高度尺寸不大，排除斜頂部位，塑件高度為15，所以采用盲孔式裝配，但應該注意為了拆裝方便，在模板上設計卸除鑲塊的頂出孔。結構如圖6-2所示，凹模鑲塊裝配高出定模扳模面0.5mm，用于保證合模面生產過程貼合。 圖6-2 組合式凹模 6.2.2.凸模（型芯）設計 成型塑件內表面的零件稱凸模，同樣按結構型芯可分為整體式和組合式兩種。凸模部分結構設計也應采用組合式，可節(jié)省貴重模具鋼。這樣動定模鑲塊的組合圖見圖6-3動定模鑲塊組合圖。 圖6-3 動定模鑲塊組合圖 6.3 導向定位機構設計 在注塑模具上，所有運動的零件都必須得到準確的導向和定位。原因如下。 ① 模具要反復開、合。注塑模在生產過程中，活動零件較多，每次開合模時都要有精確的導向和定位，以保證成型零件每次合模后配合精度，最終保證制品尺寸精度的穩(wěn)定性和延續(xù)性。 ② 模具要承受高壓。模具在生產過程中，受到強大的鎖模壓力和熔體脹型力的作用，沒有良好的導向定位機構則無法保證其強度和剛度。 ③ 模具要承受高溫。在生產過程中，模具的溫度會有較大的升高，溫度升高自然會有熱脹冷縮帶來的變形，需要導向定位機構保證成型零件在溫度升高仍能保證其相對位置的精度。 ④ 模具是一種精度要求高的生產工具，為保證模具的裝配精度，必須有良好的導向定位機構。 ⑤ 模具壽命要求高。模具是一種批量生產的工具，其壽命通常為數十萬、數百萬甚至數千萬，為保證模具的長壽命要求，必須有良好的導向定位機構。 因此，定位導向機構對于一副模具來說是非常重要的。 七．主要零部件的設計計算 7.1成型零件的成型尺寸 塑件成型尺寸的計算方法有國標計算法和簡化計算法兩種。前者計算方法適合于二維設計計算。而采用三維設計則在造型時采用中間值造型，使得塑件尺寸處于中間位置，運用簡化計算法進行計算和標注，更加符合軟件設計的特點。公式為： 該塑件的成型零件尺寸均按簡化計算法計算，查有關手冊得ABS平均收縮率S=0.5%，根據塑件尺寸公差數值（參見2.3.3） ，模具制造公差取，主要成型零件尺寸計算結果見表7-1。 表7-1 成型零件尺寸 型腔 塑件原尺寸 塑件尺寸 工作尺寸 100 80 15.5 100 100 型芯 100 82.5 15 80 10 （7.12模具型腔壁厚的核算 模腔在高溫高壓、冷卻的作用下承受不均勻的熱交變和壓力交變應力，塑料熔體在充填過程中，型腔所承受的壓力逐漸達到最大值，然后隨著塑件熔體的冷卻，壓力逐漸降低，塑料完全固化后型腔內的壓力降低到接近于常壓。在這一過程中，模具型腔的各承壓面必須有足夠的強度和剛度。在整副模具中最危險的承壓零件主要有型腔、凸模托板。當內應力超過材料的許用應力時，模具零件因強度不足而破裂，這兩種情況主要發(fā)生在型腔側壁圓角處；若剛度不足也會導致零件發(fā)生過大的彈性變形而導致溢料、影響塑件尺寸和精度、脫模困難，變形主要會發(fā)生在型腔側壁和凸模托板承力中心【5】。所以對所設計完成的模具必須進行有關的強度校核。ABS的型腔壓力一般小于注射壓力的70%，按照注射壓力70Mpa計算，型腔壓力取值50Mpa是可行的。 本模具采用的是整體組合的凹模嵌入模板A板，因此可用整體式矩形型腔壁厚計算公式來確定型腔側壁厚度S和型腔底板厚度T，如圖7-1所示。 圖7-1 整體式型腔布局 7.2.1側壁厚度S的計算 按剛度計算：側壁變形量與壁厚 P——型腔內最大熔體壓力，此處取50MPa； h——型腔深度，h=15mm； E——模具鋼的彈性模量，一般中碳鋼E=2.1×105MPa，預硬化塑料模具鋼E=2.2×105MPa； [f]——模具剛度計算許用變形量，查《機械零件設計手冊》得[f]=0.062mm，查ABS塑料的不發(fā)生溢料的允許變形值【1】為[f]=0.05mm；不影響脫模的允許變形值為小于tS為3.5×0.005=0.0175mm，ABS收縮率比較小，因此允許變形量以不妨礙脫模的允許值為準，即取[f]=0.175mm。 代入計算側壁厚度 ，得到設計的最小要求值。 按強度計算：側壁的每邊同時受到拉應力和彎曲應力 為計算簡便，略去較小的拉應力，計算側壁強度的公式為： 代入計算 式中 p——型腔內最大熔體壓力，此處取50MPa； h——型腔深度，h=15mm； []——模具鋼強度計算許用應力，一般中碳鋼[]=160MPa，預硬化塑料模具鋼[]=300MPa； 根據以上剛度、強度的計算，模具型腔側壁厚度應該大于以上兩值中較大者。即核算以側壁厚度26.379mm為準，得出型腔的壁厚要求為：型腔側壁厚度，前述按照經驗數據設計的側壁實際厚度為32.32mm，大于核算值。所以模具側壁厚度滿足生產需要。 7.2.2型腔底板厚度T計算 按剛度計算： 式中 ——由型腔邊長比l/b決定的系數，這里為114.11/92.99=1.227,查資料【1】P201表9-23得=0.0209； p——型腔內最大熔體壓力，此處取50MPa； b——型腔寬度，b=100mm； E——模具鋼的彈性模量，一般中碳鋼E=2.1×105MPa，預硬化塑料模具鋼E=2.2×105MPa； []——模具剛度計算許用變形量，前面已知[]=0.0178mm。 按強度計算 式中 ——由型腔邊長比l/b決定的系數，查資料【1】P160表6.8得=0.4256； p——型腔內最大熔體壓力，此處取50MPa； b——型腔寬度，b=100mm； []——模具鋼強度計算許用應力，一般中碳鋼[]=160MPa，預硬化塑料模具鋼[]=300MPa； 根據以上剛度、強度的計算，模具型腔底板厚度應該大于以上兩值中較大者。即核算以側壁厚度27.15mm為準，得出型腔的底板厚度要求為： ，前述按照經驗數據設計的底板實際厚度為50.5 mm（見B板厚度減去開框深度），大于核算值。所以模具型腔底板厚度滿足生產需要。 7.3 核定內模鑲件外形尺寸 確定內模鑲件尺寸的方法有兩種：經驗法和計算法。在實際工作中常常采用經驗確定法而不是計算法。但對于大型模具、重要模具，為安全起見，最好再用計算法校核其他強度和剛度。 確定內模鑲件尺寸總體原則是：必須保證模具具有足夠的強度和剛度，使模具在使用壽命內不變形。 在上一章6.2.3，已經使用經驗數據法確定的內模鑲件尺寸，分別為300*200×40，300*200×25。對照本節(jié)的計算，所設計鑲件尺寸能夠滿足強度剛度要求。 7.4推出機構的尺寸設計 采用推桿推出機構，推桿的布置空間足夠，所以無需用繁瑣的計算方法確定推桿的尺寸大小，可以根據經驗選取的國標推桿(GB/T 4169.1-2006),注意保證推出距離略大于在動模板內的最深深度15mm， 7.5 標準模架的確定 7.6.1 模架種類的選擇 模架已經標準化，但型號和大小需要設計者確定。因此本設計由于塑件結構與澆注系統(tǒng)的同特點，采用簡化大水口二板模模架。由于模具按固定在注射設備上的需要，有工字模和直身模之分，通常模具寬度尺寸小于或等于500mm時，宜選擇工字模。故選用工字模 AI-1530-A40-B25-C60。 7.6.2模架尺寸的校核 故選用工字所選注射機來校核模具設計尺寸。因此本設計由于塑件結構與澆注系統(tǒng)的同特點，采用簡化大水口二板模模架。由于模具按固定在注射設備上的需要，有工字模和直身模之分，通常模具寬度尺寸小于或等于500mm時，宜選擇工字模。 （1）模具高度尺寸校核 模具高度尺寸為195mm，查4.3節(jié)注塑機最小夾模高度130，最大高度570,模具高度在模具最小厚度和最大厚度之間，所以校核合格。 7.7 本章小結 主要確定了模架的以及定模板、動模板、定模鑲件和動模鑲件的各項尺寸以及相關校核，還完成了模架推出距離的校核工作。 八．注塑模排氣系統(tǒng)設計 8.1排氣分析 注塑模屬于型腔模，型腔中有大量空氣，熔體快速進入型腔時，需要將這些空氣及時排除，避免塑件產生氣泡、銀絲或燒焦缺陷。另一方面，當熔體在型腔內成型固化后開模時，制品和型腔之間會產生真空，空氣必須及時進入。因此設計排氣系統(tǒng)是非常重要的。 本模具排氣方式采用分型面排氣方式，因為分型面是氣體主要排出的地方。由于分型面為平面，故可用磨削加工，磨削加工后的分型面貼合的好，型腔內的氣體不易排出，必須在型腔一側開設排氣槽。 一級排氣槽深度h：根據塑料品種確定，h應小于塑料的溢邊值。由“ 2.3 ABS工程塑料分析”可知ABS材料的溢邊值為0.05mm，故確定h取值為。 寬度W：全圓周長，取 8.2本章小節(jié) 在本章中主要考慮的是模具排氣槽的設計,在此運作中,應選用合適的排氣槽,從而滿足塑件模具的要求,以維持模具本身的正常運作 九 冷卻系統(tǒng)設計 9.1 冷卻系統(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，成型周期長，成型收縮大，脫模后塑件變形大， 而且還容易造成溢料和粘膜。所以冷卻系統(tǒng)的設計直接影響到塑件的成型質量和生產率。 為了提高冷卻系統(tǒng)的效率和使型腔表面溫度分布均勻，在冷卻系統(tǒng)的設計中應遵循以下原則： ① 冷卻回路的設計應與脫模機構相互協(xié)調； ② 合理地確定冷卻管道的直徑中心距以及型腔壁的距離； ③ 降低進出水的溫度差，有利于型腔表面溫度分布； ④ 一般離澆口越遠溫度越低，因此澆口處應加強冷卻； ⑤ 應避免將冷卻水道開設在塑件熔接痕處，并注意干涉級密封問題；冷卻水道應便于加工和清理。 本設計中的冷卻系統(tǒng)設計忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內塑料熔體凝固時所放出的熱量應等于冷卻水所帶走的熱量。 9.2 冷卻介質 由資料【1】可知ABS材料的成型溫度為200～240℃，模具溫度為40～80℃。模具溫度高塑件的表面光潔度好。設定模具平均溫度為60，為使得模具得到均勻冷卻。提高制品外觀質量和精度，以冷卻水在出入水口處的溫度差小為好，一般控制在5以下。所以用t1=20的常溫水作為模具冷卻介質，其出口溫度為t2=25。 9.3 冷卻系統(tǒng)的簡單計算 塑料帶給模具的熱量約5%是自然散熱帶走的,其余的95%由冷卻水帶走。在計算冷卻水路時假定全部熱量都被冷卻水帶走,這樣偏于安全,同時也為水溫和流量的調節(jié)提供更大的余地。還由于冷卻水路的位置、結構形式、孔徑、表面狀態(tài)、水的流速、模具材料的導熱系數均會影響模具熱量向冷卻水的傳遞,所以要精確地計算冷卻水路是非常困難的。為了不使計算過于麻,必須做一定的簡化 考慮到模具加工條件及強度等綜合因素，確定設計冷卻水孔直徑為D8，根據此直徑對冷卻回路進行布局設計。首先需要計算出冷卻回路的總長度。這是布局水路的基礎。 ① 每1h內注入模具中的塑料熔體的總質量W 塑料制品的質量 取注射周期，由此得每小時注射次數。 單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量（Kg/h） ② 確定1h的塑件總質量在凝固時所放出的總熱量 查資料【1】ABS單位時間釋放的熱量為300～400KJ/Kg ③ 冷卻水流量的計算 在實用上，將雷諾數 稱為穩(wěn)定紊流狀態(tài)，一旦達到這種狀態(tài)再增加水的流速，其傳熱效率并無明顯升高。水溫一定時，但過低的流速，可能會達到層流的雷諾數2300而大大降低冷卻效率；而水溫過低則大大增加水的粘度，也會導致層流。所以一般入水口冷卻水水溫在10～18℃范圍為宜，流速盡可能快，下表【5】為雷諾數為6600時的流速與流量。 表9-1 冷卻水路的穩(wěn)定紊流速度與流量 要保持模具較低的溫度，要保持冷卻水流量為 Kg/h 式中Q——每小時冷卻水應該帶走的熱量，KJ/h，； ——水的比熱容，KJ/Kg·℃，20℃水的C=4.183KJ/Kg·℃【1】 通常在注射過程中。型芯吸收的熱量比型腔多，而且散熱條件更為惡劣。為了合理平衡模具的溫度，使其溫度相接近，需要對型芯強化冷卻，即應該把有冷卻水帶走的總熱量大部分分配給型芯，少部分分給型腔。比例按照6:4設計。據此，將冷卻水流量也按照這個比例進行分配，實際需要的型芯型腔的冷卻水流量分別為： Kg/h Kg/h 由表9-1中數據，φ8mm的水道能實現紊流的最低流速為0.83m/s,最小流量是150Kg/h。以上需求數值小，要保證穩(wěn)定紊流，所以使用φ8mm的水道，可以按照流量減少水道的總表面積。大約為使用150 Kg/h 流量的0.7035倍，大約為使用150 Kg/h 流量的1.055倍. ⑤ 冷卻水孔壁平均溫度的確定 在注射成型時，由塑料熔體說帶入的熱量，必須由模具上的冷卻孔通過冷卻水將熱量由型腔（型芯）壁帶走。這樣型腔（型芯）壁與冷卻水孔壁就存在溫差，其平均溫差由下式決定： 式中tr——型腔和型芯壁的表面溫度，即材料廠家推薦的模具溫度，℃； tH——冷卻水孔壁平均溫度，℃； Q——每小時冷卻水應帶走的熱量，KJ/h，； ——冷卻水孔中心到型芯（型腔）壁的距離，m，設計值為12mm； A——與塑料材料接觸的型腔表面積，m2 ，由NX6.0軟件打開塑件，下拉分析>測量體>信息，查得塑件總面積為25084.86mm2,即0.02508m2； ——模具材料的導熱系數，KJ/m·h·℃，取值 KJ/m·h·℃【6】； 所以對于型腔 ℃ 所以對于型芯 ℃ ⑥ 所需冷卻水孔表面積F的計算 由牛頓冷卻定律知，單位時間內模具給予冷卻水的熱量由下式決定： 型腔、型芯的水孔表面積分別為： m2 m2 以上是按照150的流量直徑d8進行計算。由于冷卻需要的實際不滿足紊流，冷卻按照150流量，因此需要的面積分別為： ⑥ 所需冷卻水孔長度的計算 ，所以， mm mm 設計流道直徑D8，當前布局冷卻水道長度偏長?？梢罁陨嫌嬎?，改選直徑為D6的水路。由表9-1，直徑縮小，穩(wěn)定紊流的最小流量會有所降低，計算面積的倍數將增大，上式需求的L將也因直徑減小而有所加長。圖紙實際長度均大于400mm可以滿足冷卻要求。應該注意：最終冷卻系統(tǒng)應在試模的基礎上完成加工，以便于調整。 9.4本章小節(jié) 在本章中主要解決冷卻介質的選用問題和模具冷卻系統(tǒng)路徑及其尺寸的確定。根據上述的計算和選用最終對冷卻系統(tǒng)的長度進行了核算。 十 模具總體結構 圖10-1模具總體結構 使用NX6.0加載模架，添加標準件，包括澆口套、流道嵌件、模仁螺釘等溫凝固緊固件以及加載支承柱、加載頂桿，創(chuàng)建流道，根據設計的模具開模工作過程，加載螺釘，再對模具的斜頂部位，設計斜頂座進行裝配，設計斜頂的導向塊進行裝配。設計冷卻組件，包括密封圈、水道；最后對模具的各相關板加工避讓腔體，使用MOLDWIZARD完成全部的二維設計，檢查裝配干涉情況，對相關尺寸加以調整，完成的模具總體結構如圖10-1所示 十一 總結 （1）完成了產品圖的結構設計； （2）對產品的結構和功能作了比較詳細的工藝性分析； （3）根據塑件的特性和功能 還有現實情況選取ABS為塑件的制造材料 在考慮塑件的收縮率 完成三維造型 （4）通過三維圖對塑件進行整體分析 對塑件的質量還有體積進行分析 然后對該塑件進行注塑工藝分析 （5)分型面的確定 因為此塑件整體成殼狀 結構相對簡單 所以分型面選在塑件內表面 進而方便脫模 也方便型芯的加工 （6）根據塑件的結構分析 因為此塑件外形相對較大所以選做一模兩腔 （7）澆注系統(tǒng)的選用 本塑件選用側澆口 考慮方便脫模還有塑件相對比肩簡單 （8)由于本模具五冊抽芯 而且結構簡單 所以本模具選用常見的兩板標準模架 未考慮各部分零件加工工方便 型芯與動模板之間算用嵌入式 定模板與型腔選用整體式 （9）根據塑件的結構分析 塑件較大 所以必須考慮脫膜力 用于脫模力比較大 所以設置四根頂桿均勻分部 更便于脫膜 （10）因為定模板上的空間較大 所以冷卻隧道設置在定模板上 均勻分布在塑件上表面 直徑為8 參 考 文 獻· 【1】屈華昌編.塑料成型工藝與模具設計（第二版）[M].高等教育出版社. 【2】張維合編.注塑模具設計實用教程（第二版）[M].化學工業(yè)出版社. 【3】鄒繼強編.塑料制品及其成型模具設計[M]. 北京：清華大學出版社. 【4】何冰強.高漢華編.塑料模具設計指導與資料匯編（第二版）[M].大連理工大學出版社. 【5】王剛毅主編 塑料模具設計指導 清華大學出版社 【6】楊寶順.電視機外殼注射模冷卻水路的簡易計算 《模具工業(yè)》1997 NO.12 【7】郭新玲. 開閉器在注射模設計中的應用 《模具制造》2006 第06期 【8】唐家鵬.王銳，周偉文編.UG NX6.0模具設計[M].科學出版社. 【9】陳萬林編.實用塑料注射模具設計與制造[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 【10】張景黎編.模具加工與裝配[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社. 【11】陸建軍編.模具CAD/CAM應用[M].機械工業(yè)出版社. 【12】李云程編.模具制造工藝學[M].機械工業(yè)出版社. 【13】吳兆祥編.模具材料及表面處理[M].機械工業(yè)出版社. 【14】王曉江編.模具設計與制造專業(yè)英語[M].機械工業(yè)出版社. 致 謝 書劍匆匆流逝，大學生活已近尾聲，兩年多的努力與付出，隨著畢業(yè)設計的完成，將要劃下圓滿的句號。 本畢業(yè)設計在金華軍老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，從課題選擇到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著金華軍老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設計期間，金華軍老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，金華軍老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關懷和熏陶，我不會這么順利的完成畢業(yè)設計。在此向金華軍老師表示深深的感謝和崇高的敬意！ 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這三年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們三年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現，順利完成畢業(yè)論文。 同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示謝意。 我還要感謝同組的各位同學以及我的各位室友，在畢業(yè)設計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！ 說真的，時間走了，記憶卻還在。就想三年前我們剛剛踏入校園的那樣,經不住歲月的流年,感謝我的老師,感謝我的大學! 35