748 手機上蓋塑料模具設(shè)計【全套9張CAD圖+文獻翻譯+說明書】
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手機上蓋塑料模具設(shè)計
摘 要
注射成型的基本概念是使熱塑性材料在受熱時熔融，冷卻時硬化，在大部分加工中，粒狀材料（即塑料樹脂）從料筒的一端（通常通過一個叫做“料斗”的進料裝置）送進，受熱并熔融（即塑化或增塑），然后當(dāng)材料還是溶體時，通過一個噴嘴從料筒的另一端擠到一個相對較冷的壓和封閉的模子里。溶體在模腔里冷卻，硬化，直至完全固化。然后將模子打開，推出工件，并重復(fù)以上工序。
關(guān)鍵詞 ：注射成型；熔融；冷卻；硬化；固化
ABSTRACT
The basic concept of injection molding revolves around the ability of a thermoplastic material to be softened by heat and to harden when cooled .In most operations ,granular material (the plastic resin) is fed into one end of the cylinder (usually through a feeding device known as a hopper ),heated, and softened(plasticized or plasticated),forced out the other end of the cylinder,while it is still in the form of a melt,through a nozzle into a relatively cool mold held closed under pressure.Here,the melt cools and hardens until fully set-up.The mold is
then opened,the piece ejected,and the sequence repeated.
Key words ：injection molding；softened； cooled；harden；set-up
目 錄
1 前言 1
1.1 塑料成型模具在加工工業(yè)中的地位 1
1.2 塑料成型模具發(fā)展趨勢 1
1.2.1 加深理論研究 1
1.2.2 高效率、自動化 2
1.2.3 大型、超小型及高精度 2
1.2.4 革命模具制造工藝 2
1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)化 2
1.2.6 開發(fā)計算機輔助設(shè)計與輔助制造（CAD/CAM） 2
（1）、塑件設(shè)計 2
（2）、注射機的使用 2
2 塑件材料及工藝性分析 3
2.1塑件材料分析 3
2.1.1塑件材料的選擇 3
2.1.2材料的基本特性 3
（1）物理力學(xué)性能 3
（2）熱性能 3
（3）電性能 3
（4）耐環(huán)境性 3
（5）耐候性 3
（6）ABS的流變性 4
（7）ABS的吸水性 4
（8）ABS制品的后處理 4
2.1.3ABS的注射成型工藝及主要參數(shù) 4
（1）注射成型工藝過程 4
（2）ABS注射成型工藝參數(shù) 4
（3）ABS的主要性能指標(biāo) 5
2.2塑件工藝性分析 5
2.2.1塑件的幾何形狀 5
2.2.2尺寸和精度分析 6
2.2.3脫模斜度 6
3 型腔數(shù)目的決定及排布 7
4 分型面的選擇 8
5 澆注系統(tǒng)的初步估計 9
5.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則： 9
5.2澆注系統(tǒng)的組成： 9
5.2.1主流道的設(shè)計 9
5.2.2分流道的設(shè)計 10
5.2.3澆口形式 10
6 注射機的型號和規(guī)格 12
6.1注射機的確定 12
6.2注射機的主要參數(shù) 12
7 成型零部件的工作尺寸計算 13
7.1成型零件工作尺寸 13
7.1.1塑料的成型收縮 13
7.1.2成型零部件的制造偏差 13
7.1.3成型零部件的磨損 13
7.2凸凹模尺寸計算 14
7.3成型零件的強度、剛度計算 15
7.3.1側(cè)壁： 15
7.3.2底部： 15
7.3.3凸模、型芯計算公式： 15
8 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 17
8.1導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的作用 17
8.2導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇 17
9 推出機構(gòu)的設(shè)計 18
9.1推出機構(gòu)的組成 18
9.2設(shè)計原則 18
9.3脫模力的計算 18
9.4復(fù)位零件 19
9.5抽心機構(gòu)設(shè)計 19
10 溫控系統(tǒng)設(shè)計 21
10.1注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計 21
10.2注射模冷卻裝置系統(tǒng)設(shè)計要點 21
10.3冷卻系統(tǒng)的計算 21
10.4與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù) 21
11 模具結(jié)構(gòu)分析 23
12 結(jié)束語 24
13 參考文獻 25
14 致謝 26
IV
1 前言
1.1 塑料成型模具在加工工業(yè)中的地位
模具是利用其特定形狀成型具有一定形狀和尺寸的制造工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。
全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用角度，要求高效率、自動化、操作簡便；從模具制造角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。
塑料模具影響著塑料制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在塑料加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應(yīng)盡量減少分模。合模和取制件過程中的手工勞動，為此常采用自動開合模和自動頂出機構(gòu)。在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具上脫落。另外，模具對塑料制品的成本也有相當(dāng)?shù)挠绊?。除簡易模具外，一般來說制模費是十分昂貴的，一副優(yōu)良的注射模具可生產(chǎn)制品百萬件以上，壓制模約能生產(chǎn)二十五萬件。當(dāng)批量不大的時候，模具費用在制件成本中所占比例將會很大，這時應(yīng)盡可能地采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。
現(xiàn)代塑料制品中合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進的模具是必不可少的三項重要因素，尤其是塑料模具對實現(xiàn)塑料加工工藝要求，塑料制件使用要求和造型設(shè)計起著重要作用。高效的全自動的設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才能發(fā)揮基效能，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提。由于工業(yè)塑件和日用塑料制品的品種和產(chǎn)量需求量很大，對塑料模具生產(chǎn)不斷向前發(fā)展。
1.2 塑料成型模具發(fā)展趨勢
隨著塑料成型加工機械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。從模具設(shè)計和制造技術(shù)角度來看，模具的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面：
1.2.1 加深理論研究
在模具設(shè)計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計已經(jīng)由經(jīng)驗設(shè)計階段逐漸向理論計算方面以發(fā)展。
1.2.2 高效率、自動化
大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)，如高效冷卻以縮短成型周期；各種能可靠地自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機構(gòu)；熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等。高速自動化的塑料成型機械配合以先進的模具，對提高生產(chǎn)效率，降低成本起了很大作用。
1.2.3 大型、超小型及高精度
由于模料應(yīng)用的擴大，塑料制件已應(yīng)用到建筑、機械、電子、儀器、儀表等各個工業(yè)領(lǐng)域，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工，熱處理變小、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料。
1.2.4 革命模具制造工藝
為了更新產(chǎn)品花式和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，除大力發(fā)展高強度、高耐磨性的材料外，同時又重視簡易制模工藝研究。
1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)化
開展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，使模板，導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具。
1.2.6 開發(fā)計算機輔助設(shè)計與輔助制造（CAD/CAM）
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機已廣泛應(yīng)用于模具工業(yè)，在注射成型系統(tǒng)中，針對每一個環(huán)節(jié)都可將計算機作為輔助工具而加入。構(gòu)成該環(huán)節(jié)的CAD或CAM或CAE。
（1）、塑件設(shè)計
塑件的設(shè)計包括塑件結(jié)構(gòu)、尺寸、精度、表面、性能等方面的設(shè)計。塑件設(shè)計方面的計算機輔助技術(shù)有：塑件CAD、塑料、輔料、輔件選擇的專家系統(tǒng)。
（2）、注射機的使用
常見注射機的使用方面的計算機輔助技術(shù)有：注射機選擇專家系統(tǒng)：注射機故障診斷系統(tǒng)。
①、注射模使用狀況的好壞直接影響到注射質(zhì)量，在對于高技術(shù)注射模來說，都要對注射模在使用過程中進行監(jiān)控或?qū)ψ⑸淠５姆勰M仿真，由此知注射模的工作狀況。
②、注射工藝 注射工藝方面的計算機輔助技術(shù)有：注射工藝制定的專家系統(tǒng)；塑件質(zhì)量故障診斷。
③、注射模設(shè)計 注射模設(shè)計主要完成注射模的結(jié)構(gòu)尺寸、精度、表面性能等方面的設(shè)計，并選擇模具的材料等。
2 塑件材料及工藝性分析
2.1塑件材料分析
2.1.1塑件材料的選擇
該塑件選用塑料為ABS. 中文名為：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。
2.1.2材料的基本特性
ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三種化學(xué)單體合成。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(jié)構(gòu)，而它的優(yōu)良性能在于以下幾方面：
（1）物理力學(xué)性能
ABS具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，如不透水，但略透水蒸氣，沖擊強度較高，尺寸穩(wěn)定性好等。ABS有極好的沖擊強度，即使在低溫也不迅速下降。但是它的沖擊性能與樹脂中所含橡膠的多少、粒子大小、接枝率和分散狀誠有關(guān)，同時也與使用環(huán)境有關(guān)、如溫度越高則沖擊強度越大。當(dāng)聚合物中丁二烯橡膠含量超過30%時，不論沖擊、拉伸、剪切還是其它力學(xué)性能都迅速下降。
（2）熱性能
ABS制品的負(fù)荷變形溫度約為93℃，若能對制品進行退火處理，則還可增加10℃左右。
（3）電性能
ABS聚合物的電絕緣性受溫度和濕度的影響很小，且在很大頻率變化范圍內(nèi)保持恒定。
（4）耐環(huán)境性
ABS聚合物幾乎不受水、無機鹽、堿、酸類的影響，但在酮、醛、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，它不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但長期與烴接觸會發(fā)生軟化溶脹。ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的鋟蝕會引起應(yīng)力開裂。
（5）耐候性
ABS聚合物的最大不足之處是耐候性較差，這是由于分子中丁二烯所產(chǎn)生的雙鍵在紫外線作用下易受氧化降解的緣故。經(jīng)受350nm以下波長的紫外線照射，氧化作用更甚。氧化速度與光的強度及波長的對數(shù)成正比。
ABS是一種成型加工性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。
（6）ABS的流變性
ABS聚合物在熔融狀態(tài)下流動特性屬于假塑型液體。雖然ABS的熔體流動性與加工溫度和剪切速率都有關(guān)系，但對剪切速率更為敏感。因此在成型過程中可以采用提高剪切速率來降低熔體粘度，改善熔體流動性。
ABS屬一無定形聚合物，無明顯熔點，成型后無結(jié)晶，成型收縮率為0.4%~0.5%。在成型過程中，ABS的熱穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)降解或分解，但溫度過高時，聚合物中橡膠相有破壞的傾向。
（7）ABS的吸水性
ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%~0.8%范圍。成型時如果聚合物中含有水分，制品上就會出現(xiàn)斑痕、云紋、氣泡等缺陷，因此在民型前，需將聚合物進行干燥處理，使其含水量降到0.2%左右。
（8）ABS制品的后處理
一般情況下很少出現(xiàn)應(yīng)力開裂，所以除了使用要求較為苛刻的制品，通常不作制品的后處理。注射速度對ABS的熔體流動性有一定影響，注射速度快，制品表面光潔度不佳；注射速度慢，制品表面易出現(xiàn)波紋、熔接痕等現(xiàn)象，因而除了充模有困難的情況下，一般以中、低速為宜。在制品要求表面光澤較高時，模具溫度可控制在60—80℃對一般制品可控制在50-60℃。
2.1.3ABS的注射成型工藝及主要參數(shù)
（1）注射成型工藝過程
預(yù)烘干→裝入料斗→預(yù)塑化→注射裝置準(zhǔn)備注射→注射→保壓→冷卻→脫?！芗拖鹿ば颉謇砟＞摺⑼棵撃夏！⑸?
（2）ABS注射成型工藝參數(shù)
表2.1ABS注射成型工藝參數(shù)
類型 名稱 數(shù)據(jù)
注射機類型 螺桿式 30-60r/min
溫度 料筒一區(qū)/℃ 150-170
溫度 料筒二區(qū)/℃ 180-190
溫度 料筒三區(qū)/℃ 200-210
溫度 噴嘴/℃ 180-190
溫度 模具/℃ 50-70
壓力 注射/Mpa 60-100
壓力 保壓 /Mpa 40-60
時間 注射/s 2-5
時間 保壓/s 5-10
時間 冷卻/s 5-15
時間 周期/s 15-30
后處理 方法 紅外線烘箱
后處理 溫度/℃ 70
后處理 時間/h 0.3-1
（3）ABS的主要性能指標(biāo)
表2.2ABS的主要性能指標(biāo)
類型 名稱 數(shù)據(jù)
力學(xué)性能 屈服強度/Mpa 50
力學(xué)性能 拉伸強度/Mpa 38
力學(xué)性能 斷裂伸長率/% 35
力學(xué)性能 拉伸彈性模量/Gpa 1.8
力學(xué)性能 彎曲強度/Mpa 80
力學(xué)性能 彎曲弱性模理/Gpa 1.4
力學(xué)性能 塑件質(zhì)量沖擊強度/kJ/m2 （無缺口） 261
力學(xué)性能 塑件質(zhì)量沖擊強度/kJ/m2 （含缺口） 11
力學(xué)性能 布氏硬度/HBS 9.7R121
熱性能 熔點（粘流溫度）/℃ 130—160
熱性能 熱變形溫度（45 N/cm3）/℃ 130—160
熱性能 熱變形溫度（180 N/cm3）/℃ 83—103
熱性能 線膨脹系數(shù) /（10-5/℃） 7.0
電性能 比熱容/ 1470
電性能 熱導(dǎo)率/ 0.263
電性能 燃燒性/（cm/min） 慢
電性能 體積電阻/Ω*cm 6.9*1016
物理性能 密度/（g/cm3） 1.02—1.16
物理性能 吸水性/%（24h） 0. 2—0.4
物理性能 比體積/（cm2/g） 1.02—1.06
物理性能 透明度或透光率 不透明
2.2塑件工藝性分析
2.2.1塑件的幾何形狀
塑件圖如下所示：
圖1 塑件圖
2.2.2尺寸和精度分析
塑料的尺寸精度主要決定于塑料收縮率的波動和模具制造誤差。本次塑料制品的尺寸按4級精度取值。塑件的表面粗糙度主要取決于模具粗糙度，一般情況下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高1～2級。
2.2.3脫模斜度
脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定，以塑件內(nèi)孔型芯小端為準(zhǔn)，尺寸符合圖紙要求，斜度由擴大方向取得；塑件外形，以型腔大端為準(zhǔn)，尺寸符合圖紙要求，斜度由縮小方向取得。一般情況，脫模斜度不包括塑件的公差范圍內(nèi)。本設(shè)計采用1°脫模斜度。
3 型腔數(shù)目的決定及排布
因為此產(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的塑件，屬于儀表外殼，精度要求比較高、且單件加工生產(chǎn)綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，以及注射機的型號選擇，確定采用一模一腔排布。由塑件的外形尺寸和機械加工的因素，確定采用大水口單型腔生產(chǎn)。
圖2 型腔圖
4 分型面的選擇
合理選擇分型面，有利于制品的質(zhì)量提高，工藝操作和模具的制造。因此，在模具設(shè)計過程中是一個不容忽視的問題，選擇分型面一般根據(jù)以下的原則：
1. 分型面應(yīng)該選擇在制品最大截面處，這是首要原則。
2. 盡可能使制品留在動模的一側(cè)。
3. 盡可能滿足制品的使用要求。
4. 盡可能減小制品在合模方向上的投影面積，以減小所需的鎖模力。
5. 不應(yīng)影響制品尺寸的精度和外觀。
6. 盡量簡單,避免采用復(fù)雜形狀,使模具制造容易。
7. 不妨礙制品脫模和抽芯。
8. 有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置。
9. 盡可能與料流的末端重合,有利于排氣
塑件冷卻時會因為收縮作用而包覆在凸模上，故從塑件脫模的角度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動模一側(cè)，以便于脫模。而且不影響塑件的質(zhì)量和外觀形狀，以及尺寸精度。
分型面如下圖所示:
圖3 分型面
5 澆注系統(tǒng)的初步估計
澆注系統(tǒng)是指塑料溶體從注射機噴嘴射出后到達型腔之前在模具的通。澆注系統(tǒng)分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類 。澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注射模具設(shè)計的一個很重要的環(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，是模具設(shè)計工作者十分重視的技術(shù)問題。
本制件采用的是普通流道澆注系統(tǒng)，從總體來看，其作用可概述如下：
1） 將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使型腔內(nèi)的氣體能及時順利排除。
2） 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(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑料之間。
5.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則：
1. 結(jié)合型腔的布置考慮，盡可能采用平衡式分流道布置。
2. 盡量縮短熔體的流程，以便降低壓力損失，縮短充模時間。
3. 澆口尺寸位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應(yīng)有利于熔體的流動、避免產(chǎn)生湍流、渦流、噴射和蛇形流動，并有利于排氣。
4. 避免高壓熔體對模具型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移的產(chǎn)生。
5. 澆注系統(tǒng)凝料脫出應(yīng)方便可靠，凝料應(yīng)易于和制品分離或易于切除和修整。
6. 熔接痕部位與澆口尺寸、數(shù)量及位置有直接關(guān)系，設(shè)計澆注系統(tǒng)時要預(yù)先考慮到熔接痕的部位、形態(tài)以及以制品質(zhì)量的影響。
7. 盡量減小因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料用量。
8. 澆注系統(tǒng)的模具工作表面應(yīng)達到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中澆注口應(yīng)有IT8以上的精度要求。
9. 設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮儲存冷料的措施。
10. 應(yīng)盡可能使主流道中心與模板中心重合。若無法重合也應(yīng)使兩者的距離盡量縮小。
5.2澆注系統(tǒng)的組成：
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
5.2.1主流道的設(shè)計
為了使凝料順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)大于注射機的噴嘴直徑d，通常為：
D=d+(0.3—1)mm…………………………………………（1）
主流道入口的凹坑球面半徑R2也應(yīng)該大于注射機噴嘴球面頭半徑R1，通常為：
R2=R1+(1—2)mm………………………………………（2）
主流道半錐角通常為錐度~，過大會產(chǎn)生湍流或渦流產(chǎn)生空氣，過小使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大。
主流道內(nèi)壁表面粗糙度應(yīng)在Ra0.8um以下，拋光時沿軸而進行。主流道的長度L一般按模板厚度確定。為了減少熔體充模時的壓力損失，應(yīng)盡可能縮短主流道的長度，L一般控制在60mm以內(nèi)。
5.2.2分流道的設(shè)計
分流道是指主流道與澆口之間的通道。其作用是使熔融塑料過渡和轉(zhuǎn)向。由于圓截面加工困難,本次設(shè)計采用半圓形斷面分流道。并且開設(shè)在凹模上，以便于脫模，加工也較容易。
5.2.3澆口形式
選擇澆口形式應(yīng)該遵循以下原則：
1. 盡可能采用平衡式設(shè)置；
2. 型腔排列進料均衡；
3. 型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；
4. 確保耗料量??；
5. 不影響塑件外觀。
根據(jù)以上原則和零件的實際情況，為了使從主流道來的熔融塑料能均衡地以最短的流程到達各澆口并同時充滿各型腔，本設(shè)計選用針點澆口進膠是應(yīng)用廣泛的手機成型的澆口形式。
總之，澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)保證塑件熔體的流動平穩(wěn)、流程應(yīng)盡量短、防止型芯變形、整修應(yīng)方便、防止制品變形和翹曲、應(yīng)與塑件材料品種相適用、冷料穴設(shè)計盡量減少塑料的消耗。此零件采用推板和推管、斜頂桿推出,需開設(shè)冷料穴，拉料桿采用Z形式。分流道采用半圓形截面，并且開設(shè)在凹模上，以便于脫模，加工也較容易，在定模固定板上采用澆口套。
圖4 澆注系統(tǒng)
根據(jù)塑件的外形尺寸和質(zhì)量等決定影響因素，初步取值如下：
d=4mm D=4.5mm R=20mm t=3mm
r=2mm l=14mm L=40~50mm
初步估算澆注系統(tǒng)的體積，V澆=3~4cm3。
其質(zhì)量約為：M澆=V澆×r塑=3.03~4.12g。
6 注射機的型號和規(guī)格
6.1注射機的確定
通過Proe軟件分析得到體積V塑和質(zhì)量M塑 ：
經(jīng)計算得塑件的曲面面積為：S塑=321.13cm3
得塑件的體積為：V塑=34.59cm3
塑件的質(zhì)量為：M塑 =V塑×p塑=35.62(g)。
塑件的總質(zhì)量為：M=(n×W塑+ W澆) /0.8=45~50g。
所以，選擇用注射機型號為：XS-Z-60。
6.2注射機的主要參數(shù)
表6.1 XS-Z-60注射機參數(shù)
名稱 數(shù)據(jù)
注射方式 柱塞式
注射時間/s 2.9
注射行程/mm 170
螺桿直徑/mm φ38
注射容量/cm3 60
注射壓力/MPa 122
鎖模力/kN 500
最大注射面積cm2 130
模具厚度（最大）/mm 200
模具厚度（最?。?mm 70
最大開合模行程/mm 180
噴嘴球半徑/mm 12
噴嘴孔直徑/mm φ2
合模方式 液壓-機械
拉桿空間/mm 190*300
電動機功率/kw 11
7 成型零部件的工作尺寸計算
7.1成型零件工作尺寸
它是指成型零件上直接用來構(gòu)成素件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形零件的長和寬），型強的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸等。任何塑料制件都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，則竟的要求較高，在模具設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)素件的是尺寸精度等級確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級，影響素件尺寸精度的因素相當(dāng)復(fù)雜，這些影響因數(shù)應(yīng)作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。影響素件尺寸精度的主要因素及原因如下：
7.1.1塑料的成型收縮
成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因有：預(yù)定收縮率（設(shè)計算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動。
σs=(Smax-Smin)×制品尺寸
σs 成型收縮率波動引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。
按照一般的要求，塑料收縮率波動所引起的誤差應(yīng)小于塑件公差的1/3。
7.1.2成型零部件的制造偏差
模具成型零件的制造精度是影響素件尺寸竟的的重要因素之一。成型零件加工精度愈低，成型零件加工精度愈低，成型塑件的尺寸精度也愈低。時間證明，成型零件的制造總公差的1/3—1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時可取塑件公差的1/3-1/4，或取IT7-8級作為模具制造公差。工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。
7.1.3成型零部件的磨損
模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷，脫模時與塑件的摩檫，成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕氣體的銹蝕、以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度提高而重新打磨拋光等，均造成了成型零件尺寸的變化。這種變化稱為成型零件的磨損，磨損的結(jié)果是型腔變大，型芯尺寸變小。磨損大小還與塑件的品種和模具材料及熱處理有關(guān)。上述諸因素中脫模時塑件成型零件的摩檫磨損是主要的，為簡化計算起見，凡與脫模方向垂直的成型零件表面，可以不考慮磨損；與脫模方向平行的成型零件表面，應(yīng)考慮磨損。
7.2凸凹模尺寸計算
本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最小值分別?。?8%和０.3％。此產(chǎn)品采用５級精度，屬于低精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)x取值可在0.5~0.75的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到IT７～IT８級，綜合參考，相關(guān)計算具體如下：
凹模的計算：
Lm1=［(1+(Smax+Smin)/2>Ｌsl-Δ/2)Δ/3………………………………………（3）
=((1+0.55%)×32-1/2×0.28)Δ/3
=32.0360.09mm
凹模深度尺寸計算：
Ｈm1=〔(1+(Smin+Smax)/2)x3－2/3×0.22〕Δ/3………………………………（4）
=〔(１+0.55%)×3-2/3×0.22〕0.07
=2.870.07
圖5 凸凹模工作尺寸計算圖例
凸模徑向尺寸計算：
lm1=〔(1+(Smax+Smin)/2>×20+1/2×△)-△/3 ………………………………（5）
=〔(1+0.55%)×20+1/2×0.22〕-0.07
=205-0.07
凸模高度：
hm=〔(1+(Smax+Smin)/2>×hs+2/3×△)-△/3…………………………………（6）
=〔(1+0.55%)×50+2/3×0.22〕-0.07
=45.58-0.07
7.3成型零件的強度、剛度計算
注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個模具失效或無法達到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模具設(shè)計時，成型零部件的強度和剛度計算和較核是必不可少的。
一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強度計算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計時只能對它們進行強度校核。
因在設(shè)計時采用的是整體式圓形型腔。因此，計算參考公式如下：
7.3.1側(cè)壁：
①按強度計算：
……………………………………………………………（7）
②按剛度計算：
…………………………………………………（8）
)
1
)
1
(
)
1
(
(
-
+
-
-
-
=
u
rP
E
u
rP
E
r
t
m
p
m
p
c
d
d
7.3.2底部：
①按強度計算：
…………………………………………………（9）
②按剛度計算：
)
1
)
1
(
)
1
(
(
-
+
-
-
-
=
u
rP
E
u
rP
E
r
t
m
p
m
p
c
d
d
………………………………………… （10）
7.3.3凸模、型芯計算公式：
①按剛度計算：
………………………………………………………（11）
②按強度計算：
由公式分別計算出相應(yīng)的值為：
按強度計算得：tc=5.93mm th=5.05mm r=9.58mm
按剛度計算得：tc=1.02mm th=2.09mm r=4.12mm
參數(shù)符號的意義和單位：
Pm 模腔壓力（MPa）
E 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105；
材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5；
u 材料的泊松比 查表得0.025；
成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05；
采用材料為p20，調(diào)質(zhì)及表面淬火，≥55HRC。
8 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導(dǎo)向的零件。
8.1導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的作用
1、定位件用：模具閉合后，2、保證動定模和推板或上下模位置正確，3、保證型腔的形狀和尺寸精確，4、在模具的裝配過程中也起定位作用，5、便于裝配和調(diào)整。6、導(dǎo)向作用：合模時，7、首先是導(dǎo)向零件接觸，8、引導(dǎo)動定?；蛏舷履?zhǔn)確閉合，9、避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。10、承受一定的側(cè)向壓力。
8.2導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)約形式及尺寸如下圖：
圖6 導(dǎo)柱導(dǎo)套圖
其材料采用20鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為50~55HRC。導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定部分表面粗糙度Ra為08μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。導(dǎo)柱、導(dǎo)套用H7/r6配合鑲?cè)肽０濉?
9推出機構(gòu)的設(shè)計
9.1推出機構(gòu)的組成
推出機構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。
9.2設(shè)計原則
A、推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動模一側(cè)；
B、保證塑件在模具閉合后，動定模相對位置準(zhǔn)確
C、起定位作用
D、合模時，引導(dǎo)動定模準(zhǔn)確閉合
E、機構(gòu)簡單動作可靠；
F、能承受一定的側(cè)向壓力
9.3脫模力的計算
根據(jù)力平衡原理，列出平衡方程式：
∑Fx=0………………………………………（12）
Ft+Fbsinα=Fcosα…………………………（13）
Fb 塑件對型芯的包緊力；
F 脫模時型芯所受的摩擦力；
Ft 脫模力；
Α 型芯的脫模斜度。
又： F=Fbμ
于是 Ft=Fb(μcosα-sinα)
而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上包緊力之積，即：Fb=Ap
由此可得：Ft=Ap(μcosα-sinα) ………………………………………（14）
式中： μ為塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1~0.3
A為塑件包容型芯的總面積
p為塑件對型芯的單位面積上的包緊力，在一般情況下，模外冷卻的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模內(nèi)冷卻的塑件p約取0.8~1.2×107Pa。
所以:經(jīng)計算，A=321.13mm2 ,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45，。
Ft=475.04×10-6×1×107(0.25×cos45`-sin45`)
=760.72N.
因此，脫模力的大小隨塑件包容型芯的面積增加而增大，隨脫模斜度的增加而減小。由于影響脫模力大小的因素很多，如推出機構(gòu)本身運動時的摩擦阻力、塑料與鋼材間的粘附力、大氣壓力及成型工藝條件的波動等等，因此要考慮到所有因素的影響較困難，而且也只能是個近似值。
用推件板推出機構(gòu)中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙，并用錐面配合，以防止推件因偏心而溢料。
9.4復(fù)位零件
由于推桿端面與推件板接觸，可以起到復(fù)位桿的作用。因此，可以不必再另外設(shè)置復(fù)位桿。另外，設(shè)計頂板導(dǎo)柱可以對頂板起導(dǎo)向作用，防止頂板因受力不均而偏斜，影響正常的頂出和復(fù)位
9.5抽心機構(gòu)設(shè)計
由于該零件包含兩個內(nèi)側(cè)抽芯，和一個外側(cè)抽芯，具體圖形如裝配圖所示，
側(cè)向型芯或者側(cè)向成型模腔從成型位置到不防礙素件的脫模推出位置所移動的距離稱為抽芯，用S表示。為了安全起見，側(cè)向抽芯距離通常比塑件上的側(cè)孔、側(cè)凹的深度或側(cè)向凸臺的高度大2—3mm，但在某些特殊的情況下，當(dāng)側(cè)型芯或側(cè)型腔從塑件中雖已脫出，但在還可能防礙塑件脫模時，就不能簡單地使用這種方法確定抽芯距離。
抽芯力的計算同脫模力計算相同，對于側(cè)向凸起較少的塑件的抽芯力的塑件的抽芯力比較小的，僅僅是克服塑件與側(cè)型腔的黏附力和側(cè)型腔滑塊移動時的摩擦阻力。對于側(cè)型芯的抽芯力，往往采取如下的公式進行估算：
F=chp(μcosa-sina) …………………………………………………（15）
式中 Fc------抽芯力（N）
c-------側(cè)型芯成型部分的截面平均周長（m）
h-------側(cè)型芯成型部分的高度（m）
p-------塑件對側(cè)型芯的收縮應(yīng)力，其值與塑件的集合形狀及塑件的品種成型工藝有關(guān)，一般情況下模內(nèi)冷卻的塑件，
p=（0.8-1.2）*107pa
μ------塑料在熱狀態(tài)時對鋼的摩擦系數(shù),一般為
μ=0.15—0.20
a-------側(cè)型芯的脫模斜度或斜角
圖7 外側(cè)抽芯的距離及角度
抽芯的距離及角度于上圖所示,斜導(dǎo)柱傾斜的角度為15度,斜緊塊的角度為17度,正好在開模的時候兩個不會產(chǎn)生干涉,抽芯的距離為3.92mm 導(dǎo)柱離開滑塊時的行程是20.10 并且定位銷剛好設(shè)計在20.1的位置,結(jié)構(gòu)符合要求
此制件還有個特殊的位置就是內(nèi)側(cè)抽芯部位,如下圖
圖8 內(nèi)側(cè)抽芯部位
斜頂?shù)膬A斜角度為7度,開模行程為40mm 斜頂走到相交的位置為制件以上90.2mm的地方,所以不會產(chǎn)生干涉,具體位置裝配圖所示.
10溫控系統(tǒng)設(shè)計
10.1注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計
在注射過程中,模具的溫度直接影響著制品質(zhì)量和注射周期,各種塑料的性能不同,成型工藝要求的不同相應(yīng)的模具對溫度要求也不同, ABS在注射成型時所需的模具對溫度為40—60度之間。對任何塑料制品，模溫波動較大都是不利的。過高的模溫會使制品在脫模后發(fā)生變形，延長冷卻時間，使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會使降低塑料的流動性，難于充滿型腔，增加制品的內(nèi)應(yīng)力和明顯的溶接痕等缺陷。由于模溫不斷地被注入熔融塑料加熱，模溫升高，單靠模具自身散熱不能使其保持較低的溫度，因此必須加冷卻機構(gòu)。
10.2注射模冷卻裝置系統(tǒng)設(shè)計要點
1. 基本原則：實驗表明表明冷卻水孔的數(shù)量愈多，對制品的冷卻也愈均勻．
2. 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即孔的排列與型腔形狀相吻合，水孔邊距型腔的距離常用１２—１５mm．
3. 對熱量聚積大溫度上升高的部位應(yīng)加強冷卻．
4. 進水管直徑的選擇應(yīng)使水流速度不超過冷卻水道的水流速度，避免產(chǎn)生過大的壓力降。冷卻水道直徑一般不小于9mm,常用９—１2mm。
5. 凹模、凸?；虺尚托托緫?yīng)分別冷卻，并保證其冷卻平衡。
6. 冷卻水道不應(yīng)穿過沒有鑲塊或其接縫部位，水道連接必須密封以免漏水。
7. 復(fù)式冷卻循環(huán)并聯(lián)而不應(yīng)串聯(lián)。
8. 進、出口冷卻水溫差不應(yīng)過大，以免造成模具表面冷卻不均。熔體熱量95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時間占成型周期的2/3。
10.3冷卻系統(tǒng)的計算
Q 冷卻系統(tǒng)從模具中帶走熱量：Q=KAΔTt/3600 (J) …………（16）
A 冷卻介質(zhì)傳熱面積（m2）:A=πdL?！?7）
ｄ 冷卻管道直徑（m）:d=8mm;
L 冷卻管長度（m）L=0.16;
K 冷卻管壁與介質(zhì)間的傳熱膜系數(shù)〔J/（m2hC）K=4187f(ρv)0.8/d0.2 .
10.4與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)
v 冷卻介質(zhì)在管中流速（m/s）;
ρ 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度〔kg/m3〕,水在30℃時取為0.996×103kg/m3。
d 冷卻管直徑；
△T 模溫與冷卻介質(zhì)的平均溫差（℃）;
t 冷卻時間；
11模具結(jié)構(gòu)分析
1.塑料的加熱,塑化是在高溫料筒內(nèi)進行,不是在模具內(nèi)進行,因而模具不設(shè)加料腔,而設(shè)澆注系統(tǒng),熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔.
2. 塑料熔體進入型腔之前,模具已經(jīng)閉合.在注塑過程中需根據(jù)塑料特性,在模具中設(shè)冷卻系統(tǒng).
3.該模具采用單分型面注射模,型腔一部分設(shè)在定模,一部分設(shè)在動模,其主流道設(shè)在定模一側(cè),分流道設(shè)在分型面上,開模后塑料制品連同流道凝料一起留在動模上,動模一側(cè)設(shè)有推出機構(gòu),用以推出制品及流道凝料.
4. 注射模具生產(chǎn)適應(yīng)性強,生產(chǎn)率高,容易實現(xiàn)自動化.
5. 注射模一般是機動的,結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜,因而制造周期較長,成本較高.
12結(jié)束語
70多天的畢業(yè)設(shè)計就快要結(jié)束了，通過這次設(shè)計，使我對模具設(shè)計工作有了更深層次的認(rèn)識，即：模具不是只為設(shè)計而設(shè)計，要統(tǒng)籌規(guī)劃，全盤考慮。這次設(shè)計使我能夠理論聯(lián)系實際，多方面、多角度地去感知、體會書本上比較抽象的理論知識。在指導(dǎo)老師及同學(xué)們的關(guān)心與幫助下，我的做事效率得到了一定的提高，獨立思考并解決問題的能力得到了加強，培養(yǎng)了實際動手能力。這對我走進社會從事工作有著重要的影響。現(xiàn)在就本次畢業(yè)設(shè)計談?wù)勎业捏w會：
1、我學(xué)會拿到任務(wù)時應(yīng)當(dāng)如何去解決。當(dāng)拿到自己畢業(yè)設(shè)計的題目時，心里一片茫然，不知如何入手。后來翻閱很多有關(guān)的專業(yè)書籍，如：《塑料模具設(shè)計手冊》、《塑料成型工藝及模具簡明手冊》、《實用塑料注射模設(shè)計與制造》等等。也在這個的設(shè)計過程是學(xué)會了如何針對設(shè)計任務(wù)進行查找資料和獨立思考。
2、專業(yè)知識也有了一定的提高。通過做設(shè)計這一期間的實際操作及練習(xí)，在畫圖和開模的過程中，一定程度上掌握了PRO/E和Autocad這兩個軟件的應(yīng)用。譬如：虛線、點畫線的畫法及線條的粗細(xì)；剖線、剖面線的畫法及線條粗細(xì)；標(biāo)題欄的畫法及明細(xì)表的編排、技術(shù)要求，
3、了解聚合物的物理性能,流動特性,成型過程中的物理,化學(xué)變化以及塑料的組成,分類及其性能。
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