731 固定架注射模設計【全套14張CAD圖+文獻翻譯+說明書】

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With side core pulling, though slightly more complicated structure, but can reduce the subsequent processing, reducing the production cycle. The use of a mold of a mold cavity, core mechanism and the cooling water arrangement symmetrical, easy to install. Key words: injection molding; runner; plastic bracket; injection molding; mold design 目 錄 前言 1 1 制品工藝分析 3 2 工藝方案分析及成型工藝參數的確 4 2.1 工藝方案分析選擇 4 2.2 成型工藝參數的確定 4 3 選擇設備 6 4 模具結構設計 7 4.1 分型面、排氣方式及型腔數目的確定 7 4.1.1分型面的選擇 7 4.1.2 排氣方式的確定 7 4.1.3 型腔數目的確定 7 4.2 澆注系統(tǒng)設計 8 4.3 成形零件結構設計 9 4.4導向和定位機構設計 9 4.5脫模機構設計 9 4.6 側抽芯機構設計 11 4.6.1斜銷設計 12 4.6.2 滑塊設計 13 4.6.3 導滑槽設計 13 4.6.4 楔緊塊設計 13 4.6.5 滑塊定位裝置 13 4.7 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 13 4.8 繪制模具裝配草圖 14 5 成型零件的尺寸計算和強度、剛度校核 15 5.1 成形零件的工作尺寸計算 15 5.1.1 直徑為9mm的側型芯的工作尺寸計算 15 5.1.2 主型芯工作尺寸計算 16 5.1.3 凹模工作尺寸計算 16 5.2 剛度和強度的校核 16 5.2.1 整體式矩形凹模側壁厚度 16 5.2.2 整體式矩形凹模底板厚度 16 5.2.3 整體式矩形凹模底板厚度 16 6 注塑機有關參數的校核 18 6.4.1定位圈尺寸 19 6.4.2最大與最小模厚 19 6.4.3噴嘴尺寸 19 主要參考文獻 21 致 謝 22 前言 一、注塑機的發(fā)展簡史及國內外現狀 注射成型是加工熱塑性高分子材料的主要方法之一。這種方法能制得外形復雜、尺寸精確和帶有金屬嵌件的制品，對各種聚合物加工的適應性強，易于實現全自動化生產。目前世界上80%的工程塑料制品采用注射成型加工。 注射成型加工的主要設備是注塑機。八十年代以后，隨著工程塑料的迅速發(fā)展和其應用領域的不斷開拓，注塑機正朝著高速、高效、低能耗和高自動化的方向發(fā)展。 注塑機的發(fā)展水平及趨勢：隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，近年來全電動式的精密注塑機越來越多。隨著世界各國在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴格的要求，節(jié)能已完成為注塑機電液系統(tǒng)的研究重點，針對閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的不足，德、日等國發(fā)展了應用變量泵和電液比例閥結合的負載感應型的注塑機電液控制系統(tǒng)。為進一步降低能耗，減少噪音，最新一代的注塑機是用轉速可調的電動機驅動液壓泵為動力源，在保壓、冷卻及空轉工況保持很低轉速，以達到節(jié)能、降噪的目的，其工作原理簡述如下： 利用注塑機同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機的轉速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量泵，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節(jié)流能量損失，進而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的“耗能型”注塑機升級為無高壓節(jié)流的“節(jié)能型”注塑機，節(jié)能型注塑機除了節(jié)能功能之要特性外，依據其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點： ◆ 減輕開、鎖模沖擊，延長機械和模具使用壽命。 ◆ 延長油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數、節(jié)省維護 ◆ 降低噪音、改善工作環(huán)境。 ◆ 系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30 ◆ 對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護。 ◆ 注塑機原有的控制方式及油路不變。 將注塑機改造升級為“節(jié)能型”注塑機，其投資（主要是變頻器）應該在一年內可通過節(jié)約的電費或油費收回。 總之，開發(fā)“節(jié)能型”注塑機理論可行，投資小、效益明顯，或許在不久的將來，變頻節(jié)能型注塑機會成為注塑機制造業(yè)的新賣點。 國內發(fā)展水平及方向：目前中國塑料機械產品主要集中在通用的中小型設備上，技術含量低，20世紀80-90年代的低檔產品供大于求，機械制造能力過剩，企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產品還是空白，仍需進口。據2001年統(tǒng)計，中國進口塑料機械使用外匯11.2億美元，而出口塑料機械創(chuàng)匯只有1.3億美元，進口遠大于出口。 中國加入世界經貿組織(WTO)后，國外的機械制造業(yè)加速對華轉移，世界一些知名的塑料機械企業(yè)，如德國德馬克、克虜伯、巴登菲爾，日本住友重工等公司先后“進駐”中國，有的還進一步設立了技術中心。國外塑料機械制造商的進入給中國塑料機械行業(yè)帶來了發(fā)展活力，同時也使中國塑料機械制造企業(yè)充滿了機遇與挑戰(zhàn)。 二. 課題設計的目的和意義 注塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品本課題研究的重點是設計一臺注塑機的液壓系統(tǒng)。要完成課題所達到的目的，就要確定液壓系統(tǒng)方案，這是本課題的重點，也是問題存在之處。在注塑機液壓系統(tǒng)方案確定后，怎樣選擇液壓元件，以及集中閥的設計就是可能出現的問題。 問題解決的辦法：在熟悉各液壓閥及液壓回路的作用后，我們就可以逐步確定系統(tǒng)方案了。例如：在設計過程中為了靈活的控制壓力控制注射壓力和保壓壓力，注射系統(tǒng)采用兩級壓力控制。而對于集成閥設計，則只能多查閱相關資料，仿照設計。 1 制品工藝分析 該制品為一塑料夾頭，材質為聚酰胺（PA）。PA塑料成型性能較好，具有一定的硬度和韌性。注射時，熔融溫度可定在230～280°C之間，模具溫度應在80～90°C之間，也可高些。吸濕性大，故注射前必須對其進行干燥。 制品精度要求一般，根據教育部頒標準SJ1372一般取五級精度。塑件尺寸精度與模具制造精度密切相關，對小型塑件來說，模具制造精度對塑件尺寸精度具有決定性的影響。根據產品精度要求，模具公差等級取IT9可以滿足要求。 制品壁厚有2.5和4mm，具有足夠的強度和剛度，脫模時能經受住脫模機構的沖擊與震動，裝配時能承受緊固力，能充分滿足使用要求與成形要求。 制品脫模斜度為2°，能保證塑件順利脫模。 因為使用上的要求，制品有側孔和側凸，側孔孔徑9mm，深度4mm，需要用側型芯來成型，因此模具需要側抽芯。 為避免因尖角引起的應力集中，改善流動充模特性，制品內外表面的交接轉折處都設計成了圓角，且圓角半徑不小于0.5mm。零件圖見圖1。 圖1 塑件圖 2 工藝方案分析及成型工藝參數的確定 2.1 工藝方案分析選擇 塑料加工的基本方法大致可以分為七大類：壓塑成形、傳遞成形、注塑成形、擠出成形、吹塑成形、熱成形、鑄塑成形。根據成形加工方法的不同，可以采用多種方法生產制品。根據零件材料及結構分析比較，可采用注射成形。 注射成形是將粉狀塑料從注射機料斗送入已加熱的料筒，經加熱熔融后，受柱塞或螺桿的推動，熔融塑料通過料筒前端的噴嘴快速注入閉合塑模中，經冷卻（熱塑性塑料）定型或加熱（熱固性塑料）定型后，開啟模具取出制品。幾乎所有的熱塑性塑料和部分熱固性塑料都可以用注射成形。 制品原料為PA塑料，屬于熱塑性塑料。與其他成形方法相比，注射成形具有成形周期短，能一次成形外形復雜、尺寸精確的制品，生產效率高，易于自動 化；注塑機為單機操作，更換原料及模具均很方便，是一種經濟高效的成形方法。由此可見，注射成形是成形制品的最好方案。 2.2 成型工藝參數的確定 注塑過程包括加料、加壓、塑化、注射、保壓冷卻和脫模等幾個步驟，其中最重要的是塑化、注射和模塑三個階段。PA塑料成型工藝參數的確定與注塑過程密切相關。PA塑料成型工藝參數如表1所示： 表1 PA塑料成型工藝參數 預熱 溫度/°C 100～110 時間/h 12～16 料筒溫度/°C 后段 190～210 中段 200～220 前段 210～230 成形時間/s 注射時間 20～90 高壓時間 0～5 冷卻時間 20～120 總周期 45～220 噴嘴溫度/°C 200～210 模具溫度/°C 40～80 注射壓力/MPa 70～120 3 選擇設備 經測量計算，制品總體積約為25，PA塑料的密度為1.14克/立方厘米，綜合考慮制品的外形尺寸、注射時所需壓力等情況。采用一模一腔，則所需一次注射量至少約為40。故可初步選用國產XS-ZY-125型注射機。該型號注射機基本參數如下： 結構形式：臥式 理論注射容量：125（cm3） 螺桿直徑：42（mm） 注射壓力：120（Mpa） 注 射 時 間：1.6（s） 注 射 行 程：115（mm） 螺 桿 轉 速：28（r/min） 合 模 力：900（kN） 拉桿內間距：260×290（mm） 移 模 行 程：300（mm） 最大模具厚度：300（mm） 最小模具厚度：200（mm） 合 模 方 式：液壓.機械 模具定位孔直徑：Φ100（mm） 噴 嘴 半 徑：SR12（mm） 噴嘴孔直徑：Φ4（mm） 生 產 廠 家：無錫塑料機械廠 4 模具結構設計 注射模由動模和定模兩部分組成。動模安裝在注射機的移動工作臺面上，定模安裝在注射機的固定工作臺面上。動模與定模閉合后已塑化的塑料通過澆注系統(tǒng)注入到模具型腔中冷卻、固化與定型。 根據制品結構特點可初步確定，要設計的模具由七大系統(tǒng)組成： 1、成形零部件；它包括凹模、凸模、型芯各種成型桿等等。 2、澆注系統(tǒng)；澆注系統(tǒng)控制著塑件在注塑成型過程中充模和補料兩個重要階段，對塑件質量關系極大； 3、導向與定位機構；導向機構主要有導向、定位和承受注塑是產生的側壓力三個作用； 4、脫模機構，其作用是把塑件從型芯或型腔脫出來；主要有推桿推出、推板推出、推管推出等。 5、側向分型抽芯機構,用來成型側孔側凹并完成側抽芯動作； 6、溫度調節(jié)系統(tǒng)，一般有冷卻或加熱系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)一般在模具內開設冷卻水道，加熱則在模具內部或四周安裝電加熱元件，成型時要求模溫穩(wěn)定、均勻。 7、排氣系統(tǒng)。 下面分別就上述部分進行設計。 4.1 分型面、排氣方式及型腔數目的確定 4.1.1分型面的選擇 選擇分型面時，應該盡量考慮選擇在制品的最大截面處，并使制品留在動模一側以便于脫模，同時要有利于簡化模具結構和便于排氣。通過綜合考慮，選擇制品的下表面作為分型面，詳見裝配圖。由于采用一模一件，且采用點澆口，故設計兩個分型面。分型面一是為了脫澆道凝料，分型面二是為了脫塑件的。 4.1.2 排氣方式的確定 該制品的尺寸不大，精度要求一般，可直接利用分型面的微小間隙排氣，同時也能利用推桿與孔的間隙排氣，而不必再開設專門的排氣槽。為了增加分型面的排氣效果，可增加分型面的粗糙度，并使加工的刀痕或磨削痕順著排氣方式。 4.1.3 型腔數目的確定 設計模具時，首先必須考慮采用單型腔模還是多型腔模，并決定型腔數量的多少。影響型腔數目的重要因素有：注射機的鎖模力；注射機的注射量；制品精度以及經濟性等。當尺寸精度和重復性精度要求很高或復雜塑件時應盡量減少型腔的數量。綜合考慮塑件形狀，該副模具采用一模一件。 4.2 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對制品質量影響很大。 該副模具為一模一件，其澆注系統(tǒng)由主流道和澆口組成。 主流道與注塑機噴嘴在同一軸線上，物料在主流道中不改變方向。由于采用的是臥式注塑機，因此主流道應垂直于分型面。為了便于流道凝料的拔出，主流道設計成具有4°錐角，內壁有Ra=0.8m以下的粗糙度。主流道與噴嘴接觸處做成半球形的凹坑。為避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑R2比噴嘴球頭半徑R1大1～2mm，即 R2=R1+1=12+1=13mm…………………………………(1) 主流道小端直徑比注塑機噴嘴孔直徑大0.5～1mm，取5mm。澆口套見圖2。 因為主流道較長，為避免在模板間的拼縫處溢料，以致主流道凝料無法脫出，必須采用澆口套。澆口套與定位圈分開加工，用螺釘將定位圈和定模座板聯接，以防止?jié)部谔资艿饺垠w的反壓力而脫出。 綜合考慮各方面的因素，宜采用點澆口。點澆口在開模時容易實現自動切斷，塑件上殘留澆口痕跡小，可使塑件有較好的表面質量。 圖2 澆口套 4.3 成形零件結構設計 注射模具的成形零件是指構成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、側型芯。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成成品的內表面，側型芯用以成形零件的側孔、側凹。 制品外形比較簡單，選用整體式凹模，雖然加工比較困難，需采用電火花加工，但是整體式凹模強度和剛度高，不會使制品產生拼接縫痕跡。 為節(jié)省優(yōu)質模具鋼材，便于機加工和熱處理，采用整體式型芯，用固定板和螺釘固定。側型芯采用螺釘與滑塊固定。 4.4導向和定位機構設計 塑料模閉合時為保證型腔形狀和尺寸的正確性，應按一定的方向和位置合模，所以必須設有導向定位機構，即在模具型腔周圍設有四對配合的導向柱和導向孔。導向機構主要有導向、定位和承受注塑時產生側壓力三個作用。導柱采用帶軸肩導柱，工作部分直徑取16mm。為避免凸模進入凹模時因方位搞錯而損壞模具或定位不準而相互碰傷，導柱比主型芯至少高出8mm。導柱安裝段與模板間采用過度配合H7/m6，導向段與導向孔間采用動配合H7/f6。導柱應具有硬而耐磨的表面，選用T8A淬火處理HRC50～55。導柱與模板間用軸肩和墊板聯接。導套與導向孔配合加工。導柱位置的布置方式采用長和寬距離不同的對稱布置，裝配時在安裝位置注明裝配方向，以免裝備錯位。 為提高使用壽命和在磨損后便于更換，模具的導向孔鑲有導套。采用帶頭導套，導套內孔與導柱之間為動配合H7/f7，外表面與模板孔采用較緊的過渡配合H7/n6。導套材料采用T8A淬火處理HRC50～55。 為了便于模具在注射機安裝以及模具澆口套與注射機的噴嘴孔的精確定位，應在定模上安裝定位圈，用于與注射機定位孔匹配。定位圈除完成澆口套與噴嘴孔的精確定位外，還可以防止?jié)部谔讖哪然?。根據所選用的注塑機的型號可見，定位圈的直徑取100mm。 4.5脫模機構設計 注塑模必須設有準確可靠的脫模機構，以便在每一循環(huán)中將塑件從型腔內或型芯上自動地脫出模外。因此，對脫模機構有以下要求： 1.結構優(yōu)化、運行可靠，機構盡可能簡單，零件制造方面，容易替換。機構動作要準確可靠、運動靈活、機構本身有足夠的剛度和硬度，以抵抗脫模阻力。 2.不影響塑件外觀，不造成塑件變形破壞，推出塑件的位置應盡量設在塑件內部或隱藏處，以免損壞塑件外觀，要保證塑件在脫模過程中不變形、不檫傷。 3.塑件留在動模。模即的結構應保證塑件在開模過程中留在具有脫模裝置的半模，即動模上。 綜合考慮以上原則，該副模具采用順序分型脫模機構即可順利取出制品。該脫模機構由以下零件組成：推桿、推桿固定板、推板、推件板以及連接推桿固定板和推桿墊板用的螺釘等。 脫模力的計算是注射模脫模機構設計的重要依據。脫模力的計算與測量十分復雜。下面我們采用簡單估算法來計算脫模力。 脫模力由兩部分組成，即 =+ ………………………………………………（2） 式中 —制品對型芯包緊的脫模阻力（N） —使封閉殼體脫模需克服的真空吸力（N），計算時可忽略不計 又因為制品為薄壁件，以可根據薄壁矩形制品脫模計算公式計算脫模力 == ………………………………………………（3） 式中 E—塑料的彈性模量（MPa） —塑料的平均收縮率 —塑料的泊松比 h—型芯脫模方向高度（mm） —脫模斜度修正系數，其計算公式為 = …………………………………………（4） f—制品與鋼材表面之間的靜摩擦系數 —脫模斜度（°） t—制品壁厚（mm） 查塑料有關參數可知，E=2.6MPa，=0.0055，f=0.26，=0.35，t=2.5mm，又=0.4/1=0.4 所以==23460N……………………………………………（5） 制品為類環(huán)狀結構，為了保證塑件質量，設推件板。推桿材料采用T8A。推桿位置設在脫模阻力大的地方，如在靠近側壁的地方。推桿采用直桿式圓柱形推桿。推桿的非工作段與孔有1mm的雙邊間隙，以減少摩擦。推桿與推桿孔的配合采用H7/f7，推桿和推桿固定板采用軸間連接，推桿與固定孔之間設計有1mm的間隙。 推桿在推出制品時要承受脫模阻力，因此要對推桿直徑進行校合。推桿直徑計算公式為： ……………………………………（6） 式中 d—推桿直徑（mm） K—安全系數，取1.2 —脫模力（N） E—推桿材料的彈性模量（Mpa） n—推桿根數 又n=4，K=1.2，=23460N（前面已求），E=2.6MPa 所以d=6.54 故推桿直徑取8mm即可。 下面對推桿強度進行校合。 ……………………………………………………（7） 式中 —推桿所受的壓應力（MPa） —推桿材料的屈服點（MPa） d—推桿直徑（mm） n—推桿根數 —脫模力（N） 所以 ==116.7Mpa…………………………………………………（8） 又因為 =360MPa﹥116.7Mpa，所以推桿強度符合要求。 4.6 側抽芯機構設計 制品有側孔和側凹，因此模具必須設置側抽芯機構才能順利脫出制品。先計算抽芯距和抽拔力。 1、抽芯距S的計算 抽芯距S等于側孔深度加上3mm的安全距離，即 S=4+3=7mm 2、抽拔力Q的計算 抽拔力即抽出側型芯所需的抽拔力 而的計算公式與脫模力的計算公式相同，即 =+………………………………………………（9） 式中 —制品對側凹模包緊的抽拔阻力（N） —使封閉殼體抽拔需克服的真空吸力（N），計算是可忽略不計 又因為制品為薄壁件 所以可根據薄壁矩形制品脫模計算公式計算抽拔力，即 ==…………………………………………（10） 所以==353N 所以總抽拔力Q==353N 斜銷側抽芯機構結構緊湊，制造方便、動作可靠，適用于抽拔距和抽拔力不大的情況。本副模具采用斜銷側抽芯機構，該機構由五個部分組成：斜銷、滑塊、導滑槽、楔緊塊、滑塊定位裝置。 4.6.1斜銷設計 斜銷材料采用T8，熱處理HRC45~50。斜角取18°，斜銷與固定板間用過渡配合H7/m6，滑塊與固定孔間采用比較松動的配合。斜銷安裝在定模，滑塊也在定模。 下面求斜銷的幾何尺寸和最小開模行程。 斜銷的強度條件式為 …………………………………………（11） 得斜銷直徑計算公式，即 d=………………………………………………（12） 斜銷長度的計算公式如下： L=++++=tan++++10 …………（13） 式中 —最大彎曲應力（MPa） —許用彎曲應力（MPa） N—彎曲作用力（N）， 而 N= ……………………………………（14） —摩擦系數，取0.26 L—斜銷總長度（mm） D—斜銷固定部分大端直徑（mm） h—斜銷固定板厚度（mm） d—斜銷直徑（mm） —斜銷的斜角（°） 其中，=稱斜銷有效長度，+成為斜銷伸出長度，為斜銷 部長度，取10mm。 又=137.2Mpa，=0.26，Q=353N，D=18mm，h=20mm，S=7mm，=18° L=tan++++10=60mm d=8.6mm,取d=12mm 開模行程H=S× ctg=7×ctg18°=25mm…………………………………（15） 4.6.2 滑塊設計 滑塊是活動零件，為便于側型芯磨損后更換，滑塊與側型芯做成組合式，滑塊滑動部分表面淬火，其硬度達到HRC45。 4.6.3 導滑槽設計 導滑槽是維持滑塊運動方向的支撐零件，因此要求滑塊在導滑槽內運動平穩(wěn)，無上下竄動和卡緊。為便于加工，該副模具采用T形導滑槽?；瑝K與導滑槽上下、左右應各有一對平面呈間隙配合，配合精度為H8/f7，其余各面留有0.5mm的間隙。導滑槽硬度達到HRC 52～56。 4.6.4 楔緊塊設計 楔緊塊楔角取20°，楔緊塊表面硬度達到HRC 45～50。 4.6.5 滑塊定位裝置 開模過程中，斜銷驅動滑塊完成側抽芯動作后脫離滑塊，為使滑塊留在剛分離的位置，必須設置滑塊定位裝置。該副模具采用彈簧和擋銷相結合來為滑塊定位。 4.7 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 模具型腔壁的溫度高低及其均勻性對成型速率和制品的質量影響很大，為了調節(jié)型腔的溫度，需在模具內開設溫度調節(jié)系統(tǒng)，設置冷卻水通道。在動、定模和型腔的四周均勻地布置冷卻水道，水孔間距取12mm，且水孔與相鄰型腔表面距離相等。采用并流冷卻，加強澆口處的冷卻。盡量降低入水與出水的溫度。 冷卻系統(tǒng)的設計原則： 1. 冷卻水通道的設置 動定模和型腔的四周應均勻地布置冷卻水通道，不可 只布置在模具的動模邊或定模邊，否則脫模后制品一側溫度高一側溫度低，在進 一步冷卻時會發(fā)生翹曲變形。 2. 冷卻水孔的設置 水孔的孔距越小、直徑越大對塑件冷卻越均勻。 3. 水孔與相鄰型腔表面距離相等 。 4. 采用并流流向，加強澆口處冷卻 熔體充模時澆口附近溫度最高，流動末 端溫度較低，因此在澆口部位應加強冷卻，而采用與塑料熔體大致并流的流動形式，將冷卻回路的入口設在澆口附近，出口設在流動末端。 4.8 繪制模具裝配草圖 根據制品結構特點可選用模架如圖3所示 圖3 模架 在以上設計工作的基礎上，可以繪制出模具的裝配圖，見圖紙。 5 成型零件的尺寸計算和強度、剛度校核 5.1 成形零件的工作尺寸計算 工作尺寸是指成形零件中與塑料熔體接觸并決定制品幾何形狀的尺寸。成形零件工作尺寸的計算方法有兩種，一種是平均值法，另一種是公差帶法，這里我們根據平均值法來計算成形零件工作尺寸。 按平均值法計算的模具成形零件工作尺寸的公式表 （mm） 表2 模具成形零件工作尺寸 尺寸類型 計算公式 X值 凹模徑向尺寸 0.5～0.75 型芯徑向尺寸 凹模深度尺寸 0.5～0.67 型芯高度尺寸 中心距 表中 —凹模徑向名義尺寸； —PVC平均成形收縮率，取0.0165； d—制品的名義尺寸； —制品公差； x—修正系數； —模具制造公差； —型芯徑向名義尺寸； D—制品的名義尺寸； —凹模深度名義尺寸； —型芯高度名義尺寸； h—制品高度名義尺寸； —中心距尺寸； 根據上述公式求成型零件工作尺寸。 5.1.1 直徑為9mm的側型芯的工作尺寸計算 =9.5830.0.193 mm =4.501+0.250 mm 5.1.2 主型芯工作尺寸計算 = 21.9620.0.273 mm b =18.852 0.0.247 mm =80.452+0.330 mm 5.1.3 凹模工作尺寸計算 =25.745+0.30 mm B=25.44+0.220 mm =60.015+0.430 mm 5.2 剛度和強度的校核 在成形零件中凹模和動模墊板是構成型腔的主要受力構件，強度不夠會使模具發(fā)生塑性變形甚至破裂，而剛度不足則會使模具過大的彈性變形，造成熔體溢料的弊病，因此需要對它們的剛度和強度進行校核。 剛度計算式為： 5.2.1 整體式矩形凹模側壁厚度 S= ……………………………（16） 式中 ………………………………………（17） 5.2.2 整體式矩形凹模底板厚度 ………………………………………………(18) 式中 ………………………………………(19) 強度計算式為： 5.2.3 整體式矩形凹模底板厚度 ……………………………………………(20) 上述計算公式中 S—凹模壁厚（mm）； H—凹模行腔深度（mm）； l—矩形凹模型腔長邊長度（mm）； b—矩形凹模型腔短邊長度（mm）； E—彈性模量（MPa）； —模具鋼材許用變形量（mm）； T—凹模底板厚度（mm）； —模具強度計算的許用應力（MPa）； 查相關數據，可知E=2.1×MPa，=0.6，= =30=0.030mm ，p=40MPa， =160MPa 代入上述數據可知實際上凹模側壁厚度，凹模底板厚度完全能滿足剛度和強度要求。動模墊板的強度校核方法與上同。 6 注塑機有關參數的校核 在進行模具設計時，應對注塑機的有關參數進行校核，以保證注射模能在指定的注射機上正常進行工作。 6.1注射壓力的校核 注塑機的額定注射壓力即為它的最高壓力，應該大于注塑機成型時所需要的的注射壓力，即 K 式中 —注塑機額定注射壓力（MPa）， K—安全系數，為1.3 —PA塑料的注射壓力（MPa），為70～120MPa 查相關數據可知，=120MPa，為70～120MPa，K，注塑機注射壓力能滿足制品成型的需要。 6.2鎖模力的校核 高壓塑料熔體在充滿型腔時會產生沿開模方向的鎖模力。該鎖模力等于制品和流道在分型面上的投影面積之和乘以型腔的平均計算壓力。模具鎖模力必須大于漲模力才能防止分型面上產生溢邊。鎖模力的校核式為 FKA 式中 F—注塑機的額定鎖模力（kN） A—制品和流道在分型面上的投影面積之和（） —平均計算壓力（MPa） K—安全系數，取1.2 查相關數據可知，F=1500kN,=30MPa,A=1.6×6.4=10.24, FKA 能滿足要求。 6.3開模行程的校核 注射機取出制件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模距離。因為采用的是雙曲肘鎖模機構，因此其最大開模行程不受模厚影響。且模具屬于單分型面模具，因此開模行程可按下式校核，即 S≥++5～10（mm） 式中 —塑件脫模距離（mm） —塑件脫模高度（mm），包括澆注系統(tǒng)在內 S—注塑機最大開模行程（mm） 查相關數據可知，S=300mm，=67mm，=67+65=132mm，S≥++5～10，注塑機的最大開模行程能夠滿足要求。 6.4安裝參數的校核 為了使注射模具能順利地安裝在注射機上并生產出合格的制品，在設計模具時必須校核注射機上與模具安裝有關的尺寸。 6.4.1定位圈尺寸 為了使模具主流道的中心線與注射機的噴嘴的中心線重合，模具定模板上凸出的定位圈應與注射機固定板上的定位孔呈較松動的間隙配合。 6.4.2最大與最小模厚 模具的總厚度應位于注射機可安裝模具的最大模厚與最小模厚之間，即 式中 —最小模厚（mm） —模具實際厚度（mm） —最大模厚（mm） 由前述可知道，膜厚=242mm，又查相關數據可知，=300mm，=200mm，，能滿足使用要求。 6.4.3噴嘴尺寸 注射機噴嘴頭部的球面半徑應比主流道始端的球面半徑大2mm，即 R2=R1+1（mm） 式中 —噴嘴頭部的球面半徑（mm） —主流道始端的球面半徑 由前述可知，=13mm，查有關數據可知，=12mm，R2=R1+1，所選用的注塑機能滿足使用要求。 通過上面對注射壓力、鎖模力、開模行程、安裝參數的校核，可知，所選用的國產XS-ZY-125注塑機完全能滿足成形制品的要求。 主要參考文獻 [1] 王樹勛等主編.《模具實用技術設計綜合手冊》.華南理工大學出版社，2003 [2] 許發(fā)樾主編.《模具設計與制造實用手冊》.機械工業(yè)出版社，2005 [3] 模具設計大典編委會.《中國模具設計大典》.南昌：江西科學技術出版社，2003 [4] 黃毅弘等主編.《模具制造工藝》.北京：機械工業(yè)出版社，1996 [5] （日）吉田弘美.《模具加工技術》.王旭譯.上海：上海交通大學出版社，1987 [6] 丁浩主編.《塑料加工基礎》.上海：上?？萍汲霭嫔?，1998 [7] 現代模具編委會.《注塑成型原理與注塑模具設計》.北京：國防工業(yè)出版社，1996 [8] 宋玉恒主編.《塑料注射模具設計實用手冊》.北京：航空工業(yè)出版社，1995 [9] 李秦芯主編.《塑料模具設計》.西安：西北工業(yè)大學出版社，1997 [10] 廖念釗主編.《互換性與技術測量》.北京：中國計量出版社，1998 [11] 周良德主編.《現代工程圖學》.湖南：湖南科技出版社，2000 [12] 《塑料注射模零件標準及術語GB.4169.1.11》.北京：國家技術監(jiān)督局 [13] （德）H.蓋斯特羅編著.《注塑模設計102例》.北京：國防工業(yè)出版社，1998 [14] 模具制造手冊編寫組編.《模具制造手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，1982 致 謝 23 關于可機加工性的論述 （美）卡爾帕基安(Serope kalpakjian) s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著 摘自: 《制造工程與技術（機加工）》（英文版） 《Manufacturing Engineering and Technology—Machining》 機械工業(yè)出版社 2004年3月第1版 摘要：文章集中闡述了機加工的一些列概念和種類及方法。從實例的角度向讀者解釋了一些列機加工所需要的過程及定義，也簡單介紹了各種機加工的材料。 關鍵詞：機加工、材料、概念 譯文： 20.9 可機加工性 一種材料的可機加工性通常以四種因素的方式定義： 1、 分的表面光潔性和表面完整性。 2、刀具的壽命。 3、切削力和功率的需求。 4、切屑控制。 以這種方式，好的可機加工性指的是好的表面光潔性和完整性，長的刀具壽命，低的切削力和功率需求。關于切屑控制，細長的卷曲切屑，如果沒有被切割成小片，以在切屑區(qū)變的混亂，纏在一起的方式能夠嚴重的介入剪切工序。 因為剪切工序的復雜屬性，所以很難建立定量地釋義材料的可機加工性的關系。在制造廠里，刀具壽命和表面粗糙度通常被認為是可機加工性中最重要的因素。盡管已不再大量的被使用，近乎準確的機加工率在以下的例子中能夠被看到。 20.9.1 鋼的可機加工性 因為鋼是最重要的工程材料之一（正如第5章所示），所以他們的可機加工性已經被廣泛地研究過。通過宗教鉛和硫磺，鋼的可機加工性已經大大地提高了。從而得到了所謂的易切削鋼。 二次硫化鋼和二次磷化鋼 硫在鋼中形成硫化錳夾雜物（第二相粒子），這些夾雜物在第一剪切區(qū)引起應力。其結果是使切屑容易斷開而變小，從而改善了可加工性。這些夾雜物的大小、形狀、分布和集中程度顯著的影響可加工性。化學元素如碲和硒，其化學性質與硫類似，在二次硫化鋼中起夾雜物改性作用。 鋼中的磷有兩個主要的影響。它加強鐵素體，增加硬度。越硬的鋼，形成更好的切屑形成和表面光潔性。需要注意的是軟鋼不適合用于有積屑瘤形成和很差的表面光潔性的機器。第二個影響是增加的硬度引起短切屑而不是不斷的細長的切屑的形成，因此提高可加工性。 含鉛的鋼 鋼中高含量的鉛在硫化錳夾雜物尖端析出。在非二次硫化鋼中，鉛呈細小而分散的顆粒。鉛在鐵、銅、鋁和它們的合金中是不能溶解的。因為它的低抗剪強度。因此，鉛充當固體潤滑劑并且在切削時，被涂在刀具和切屑的接口處。這一特性已經被在機加工鉛鋼時，在切屑的刀具面表面有高濃度的鉛的存在所證實。 當溫度足夠高時—例如，在高的切削速度和進刀速度下—鉛在刀具前直接熔化，并且充當液體潤滑劑。除了這個作用，鉛降低第一剪切區(qū)中的剪應力，減小切削力和功率消耗。鉛能用于各種鋼號，例如10XX，11XX，12XX，41XX等等。鉛鋼被第二和第三數碼中的字母L所識別（例如，10L45）。（需要注意的是在不銹鋼中，字母L的相同用法指的是低碳，提高它們的耐蝕性的條件）。 然而，因為鉛是有名的毒素和污染物，因此在鋼的使用中存在著嚴重的環(huán)境隱患（在鋼產品中每年大約有4500噸的鉛消耗）。結果，對于估算鋼中含鉛量的使用存在一個持續(xù)的趨勢。鉍和錫現正作為鋼中的鉛最可能的替代物而被人們所研究。 脫氧鈣鋼 一個重要的發(fā)展是脫氧鈣鋼，在脫氧鈣鋼中矽酸鈣鹽中的氧化物片的形成。這些片狀，依次減小第二剪切區(qū)中的力量，降低刀具和切屑接口處的摩擦和磨損。溫度也相應地降低。結果，這些鋼產生更小的月牙洼磨損，特別是在高切削速度時更是如此。 不銹鋼 奧氏體鋼通常很難機加工。振動能成為一個問題，需要有高硬度的機床。然而，鐵素體不銹鋼有很好的可機加工性。馬氏體鋼易磨蝕，易于形成積屑瘤，并且要求刀具材料有高的熱硬度和耐月牙洼磨損性。經沉淀硬化的不銹鋼強度高、磨蝕性強，因此要求刀具材料硬而耐磨。 鋼中其它元素在可機加工性方面的影響 鋼中鋁和矽的存在總是有害的，因為這些元素結合氧會生成氧化鋁和矽酸鹽，而氧化鋁和矽酸鹽硬且具有磨蝕性。這些化合物增加刀具磨損，降低可機加工性。因此生產和使用凈化鋼非常必要。 根據它們的構成，碳和錳鋼在鋼的可機加工性方面有不同的影響。低碳素鋼（少于0.15%的碳）通過形成一個積屑瘤能生成很差的表面光潔性。盡管鑄鋼的可機加工性和鍛鋼的大致相同，但鑄鋼具有更大的磨蝕性。刀具和模具鋼很難用于機加工，他們通常再煅燒后再機加工。大多數鋼的可機加工性在冷加工后都有所提高，冷加工能使材料變硬并且減少積屑瘤的形成。 其它合金元素，例如鎳、鉻、鉗和釩，能提高鋼的特性，減小可機加工性。硼的影響可以忽視。氣態(tài)元素比如氫和氮在鋼的特性方面能有特別的有害影響。氧已經被證明了在硫化錳夾雜物的縱橫比方面有很強的影響。越高的含氧量，就產生越低的縱橫比和越高的可機加工性。 選擇各種元素以改善可加工性，我們應該考慮到這些元素對已加工零件在使用中的性能和強度的不利影響。例如，當溫度升高時，鋁會使鋼變脆（液體—金屬脆化，熱脆化，見1.4.3節(jié)），盡管其在室溫下對力學性能沒有影響。 因為硫化鐵的構成，硫能嚴重的減少鋼的熱加工性，除非有足夠的錳來防止這種結構的形成。在室溫下，二次磷化鋼的機械性能依賴于變形的硫化錳夾雜物的定位（各向異性）。二次磷化鋼具有更小的延展性，被單獨生成來提高機加工性。 20.9.2 其它不同金屬的機加工性 盡管越軟的品種易于生成積屑瘤，但鋁通常很容易被機加工，導致了很差的表面光潔性。高的切削速度，高的前角和高的后角都被推薦了。有高含量的矽的鍛鋁合金鑄鋁合金也許具有磨蝕性，它們要求更硬的刀具材料。尺寸公差控制也許在機加工鋁時會成為一個問題，因為它有膨脹的高導熱系數和相對低的彈性模數。 鈹和鑄鐵相同。因為它更具磨蝕性和毒性，盡管它要求在可控人工環(huán)境下進行機加工。 灰鑄鐵普遍地可加工，但也有磨蝕性。鑄造無中的游離碳化物降低它們的可機加工性，引起刀具切屑或裂口。它需要具有強韌性的工具。具有堅硬的刀具材料的球墨鑄鐵和韌性鐵是可加工的。 鈷基合金有磨蝕性且高度加工硬化的。它們要求尖的且具有耐蝕性的刀具材料并且有低的走刀和速度。 盡管鑄銅合金很容易機加工，但因為鍛銅的積屑瘤形成因而鍛銅很難機加工。黃銅很容易機加工，特別是有添加的鉛更容易。青銅比黃銅更難機加工。 鎂很容易機加工，鎂既有很好的表面光潔性和長久的刀具壽命。然而，因為高的氧化速度和火種的危險（這種元素易燃），因此我們應該特別小心使用它。 鉗易拉長且加工硬化，因此它生成很差的表面光潔性。尖的刀具是很必要的。 鎳基合金加工硬化，具有磨蝕性，且在高溫下非常堅硬。它的可機加工性和不銹鋼相同。 鉭非常的加工硬化，具有可延性且柔軟。它生成很差的表面光潔性且刀具磨損非常大。 鈦和它的合金導熱性(的確，是所有金屬中最低的)，因此引起明顯的溫度升高和積屑瘤。它們是難機加工的。 鎢易脆，堅硬，且具有磨蝕性，因此盡管它的性能在高溫下能大大提高，但它的機加工性仍很低。 鋯有很好的機加工性。然而，因為有爆炸和火種的危險性，它要求有一個冷卻性質好的切削液。 20.9.3 各種材料的機加工性 石墨具有磨蝕性。它要求硬的、尖的，具有耐蝕性的刀具。 塑性塑料通常有低的導熱性，低的彈性模數和低的軟化溫度。因此，機加工熱塑性塑料要求有正前角的刀具（以此降低切削力），還要求有大的后角，小的切削和走刀深的，相對高的速度和工件的正確支承。刀具應該很尖。 切削區(qū)的外部冷卻也許很必要，以此來防止切屑變的有黏性且粘在刀具上。有了空氣流，汽霧或水溶性油，通常就能實現冷卻。在機加工時，殘余應力也許能生成并發(fā)展。為了解除這些力，已機加工的部分要在（）的溫度范圍內冷卻一段時間，然而慢慢地無變化地冷卻到室溫。 熱固性塑料易脆，并且在切削時對熱梯度很敏感。它的機加工性和熱塑性塑料的相同。 因為纖維的存在，加強塑料具有磨蝕性，且很難機加工。纖維的撕裂、拉出和邊界分層是非常嚴重的問題。它們能導致構成要素的承載能力大大下降。而且，這些材料的機加工要求對加工殘片仔細切除，以此來避免接觸和吸進纖維。 隨著納米陶瓷（見8.2.5節(jié)）的發(fā)展和適當的參數處理的選擇，例如塑性切削（見22.4.2節(jié)），陶瓷器的可機加工性已大大地提高了。 金屬基復合材料和陶瓷基復合材料很能機加工，它們依賴于單獨的成分的特性，比如說增強纖維或金屬須和基體材料。 20.9.4 熱輔助加工 在室溫下很難機加工的金屬和合金在高溫下能更容易地機加工。在熱輔助加工時（高溫切削），熱源—一個火把，感應線圈，高能束流（例如雷射或電子束），或等離子弧—被集中在切削刀具前的一塊區(qū)域內。好處是：（a）低的切削力。（b）增加的刀具壽命。（c）便宜的切削刀具材料的使用。（d）更高的材料切除率。（e）減少振動。 也許很難在工件內加熱和保持一個不變的溫度分布。而且，工件的最初微觀結構也許被高溫影響，且這種影響是相當有害的。盡管實驗在進行中，以此來機加工陶瓷器如氮化矽，但高溫切削仍大多數應用在高強度金屬和高溫度合金的車削中。 小結 通常，零件的可機加工性能是根據以下因素來定義的：表面粗糙度，刀具的壽命，切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可機加工性能不僅取決于起內在特性和微觀結構，而且也依賴于工藝參數的適當選擇與控制。 5