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第 27 頁(yè)
一、產(chǎn)品介紹
1、 產(chǎn)品名稱：冰箱調(diào)溫按鈕
2、 產(chǎn)品用途：用于各種電氣系統(tǒng)的控制按鈕鍵
3、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸（見產(chǎn)品圖[1]）
4、 生產(chǎn)量：月產(chǎn)量150萬(wàn)只。
5、 產(chǎn)品性能及使用要求：
（1） 外觀為原料本色，透明美觀；無(wú)其它雜色或斑點(diǎn)，表面平滑無(wú)裂紋、銀絲，無(wú)氣泡，無(wú)形變等缺陷；質(zhì)量輕，可減輕設(shè)備自重。
（2） 性能要求：收縮率不大于0.5%，吸水性不高于0.8，沖擊強(qiáng)度> 15 KG?cm2，彎曲強(qiáng)度>70 KG?cm2 .表面電阻系數(shù)<1×1013Ω;體積電阻系數(shù)<1015Ω?cm，馬丁耐熱溫度>70℃。
（3） 使用條件：使用溫度：室溫，220V用電場(chǎng)所；使用負(fù)荷：人工手指操作按壓力。
二、產(chǎn)品材料的選擇與配方設(shè)計(jì)
根據(jù)產(chǎn)品的使用要求和性能要求，選擇PSH-GN-095-06的樹脂作主原料，PS是所有塑料當(dāng)中最輕的一種，能減輕設(shè)的自重。透光率不低于88%，霧度約3%，折射率比較大具有特殊的光亮性。PS的拉伸、彎曲常規(guī)力學(xué)性能皆高于其它聚烯烴，是屬于硬而脆的材料，所以必須加入一些增韌劑以改善制品的柔韌性，加入量為15份。由于制品屬于透明塑件，無(wú)需加染色劑。如表—1
表2—1 PSH-GN-095-06樹脂性能參數(shù)表
項(xiàng)目
參數(shù)值
項(xiàng)目
參數(shù)值
相對(duì)密度
吸水性%
收縮率%
比體積率%
拉伸屈服強(qiáng)度Mpa
沖擊韌性KJ?m-2
1.05
0.04
0.7
0.95
48
20.6
拉伸彈性模量Mpa
馬丁耐熱溫度℃
熱變形溫度（1.82MPa）℃
體積電阻率Ω?cm
熔點(diǎn)℃
軟化溫度℃
2.8×103
52
92
1×1016
165
120
PS中文名：聚苯乙烯
英文名：Polystyrene
2.1、基本特性
聚苯乙烯是僅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種。聚苯乙烯無(wú)色透明、無(wú)毒無(wú)味，落地時(shí)發(fā)出清脆的金屬聲，密度為1.054g/cm3。聚苯乙烯的力學(xué)性能與聚合方法、相對(duì)分子質(zhì)量大小、定向度和雜質(zhì)量有關(guān)。相對(duì)分子質(zhì)量越大，機(jī)械強(qiáng)度起高。聚苯乙烯有優(yōu)良的電性能（尤其是高頻絕緣性能）和一定的化學(xué)穩(wěn)定性。能耐堿、硫酸、磷酸、10﹪~30﹪的鹽酸、稀醋酸及其他有機(jī)酸，但不耐硝酸及氧化劑的作用。對(duì)水、乙醇、汽油、植物油及各種鹽溶液也有足夠的抗蝕能力。能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮類和脂類等。聚苯乙烯的著色性能優(yōu)良，能染成各種鮮艷的色彩。但耐熱性低，熱變形溫度一般在70~98 oC，只能
在不高的溫度下使用。質(zhì)地硬而脆，有較高的熱膨脹系數(shù)，因此限制了它在工程上的應(yīng)用。近幾十年來(lái)，發(fā)展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯為基體的共聚物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺點(diǎn)，又保留了它的優(yōu)點(diǎn)，從而擴(kuò)大了它的用途。
2.2、成型特性：
1.無(wú)定形料,吸濕性小，不易分解，性脆易裂，熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力
2.流動(dòng)性較好， 溢邊值0.03mm左右，防止出飛邊。
3.塑件壁厚應(yīng)均勻，不宜有嵌件，(如有嵌件應(yīng)預(yù)熱)，缺口，尖角，各面應(yīng)圓滑連接
4.可用螺桿或柱塞式注射機(jī)加工，噴嘴可用直通式或自鎖式。
5.宜用高料溫，模溫、高注射壓力，延長(zhǎng)注射時(shí)間有利于降低內(nèi)應(yīng)力，防止縮孔、變形（尤其對(duì)厚壁塑件），但料溫高易出銀絲，料溫低或脫模劑多則透明性差。
6.可采用各種形式澆口，澆口與塑件應(yīng)圓弧連接，防止去除澆口時(shí)損壞塑件，脫模斜度宜取2度以上，頂出均勻以防止脫模不良發(fā)生開裂、變形，可用熱澆道結(jié)構(gòu)。
2.3、綜合性能：
熱變形溫度： 65oC ---- 96oC
屈服強(qiáng)度: 35~63 MPa
抗拉強(qiáng)度: 35~63 MPa
斷裂伸長(zhǎng)率 1.0%
拉伸彈性模量： 2.8~3.5 GPa
抗彎強(qiáng)度： 61~98MPa
抗壓強(qiáng)度： 80~112 MPa
2.4、PS的成形條件：
注射機(jī)類型： 螺桿式
預(yù)熱： 溫度 60~75 oC
時(shí)間 2h
料筒溫度： 前段 170~190oC
后段 140~160oC
模具溫度： 32~65 oC
成形時(shí)間： 注射時(shí)間 15~45s
高壓時(shí)間 0~3s
冷卻時(shí)間 15~60s
總 周 期 40~120s
注射壓力： 60~110Mpa
螺桿轉(zhuǎn)速： 48（r/min）
參照樹脂性能對(duì)照產(chǎn)品性能與使用要求可知， PSH-GN-095-06能滿足要求，故除加增強(qiáng)劑外不需加其它助劑配方，即可生產(chǎn)產(chǎn)品。
三、工藝參數(shù)的確定
3.1、注射量計(jì)算
根據(jù)一次注射出的產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)的體積進(jìn)行計(jì)算
V實(shí)=6(V塑+ V分)+ V主
V塑=?πd12×2+?π(d22- d32)×1+ ?πd22×0.5
=?π(13.5)2×2+?π(102- 62)×1+ ?π102×0.5
=316㎜3
V分=π×(d/2)2×h=3.14×4×10=12.56㎜3
V主=?πh(r2+Rr+R2)=?π×35(1.752+1.75×3+32)=634.2
V主=6(376+12.56)+634.2=2965.56㎜3=2.966㎝3
3.2、鎖模力計(jì)算：
根據(jù)[3]：F=K P A
根據(jù)PS的流動(dòng)性和模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取K=0.6；注射壓力考慮采用多型腔注射，壓力應(yīng)高些，取P=60MPa/cm2。A表示表示成型面積
A的計(jì)算：A= ?πd2=0.25×13.52=1.4316cm 2
F=K P A=0.6×60×1.4316=51.696KN
3.3、保壓時(shí)間的計(jì)算:
T保=0.3(S+2S2)=0.3×(2+2×32)=3s
3.4、冷卻時(shí)間的計(jì)算:
T冷=[S2/π2k]×in[8(Ts-Tm)/π(TE-Tm)]=3s
3.5、塑化時(shí)間的計(jì)算:
T塑=一次注射量/塑化能力=2.3/10=0.23s
Ts—成型溫度[5] Tm—模具溫度
TE—脫模溫度 α—熱擴(kuò)散系數(shù)（㎡/h），取 3.2×1
表3—1注射工藝控制參數(shù)
項(xiàng)目
控制部位
控制參數(shù)
備注
溫度（℃）
干燥
60
[5]P237附D
料筒后段
150±5
料筒中段
180±5
料筒前段
160±5
噴嘴
150±5
模具
60±5
壓力(Map)
塑化背壓
<20
注射壓力
60
保壓壓力
30~40
鎖模力（噸）
52
時(shí)間（秒）
干燥時(shí)間
2h
注射時(shí)間
0.2
保壓時(shí)間
3
冷卻時(shí)間
3
開合模時(shí)間
5
成型周期
12
四、設(shè)備的選擇
4.1、注射機(jī)的選擇
（1）注射量的確定
由工藝參數(shù)的確定中已知一次注射量為2.4cm3
射機(jī)的公稱注射量Q為：Q＝2.4×1.2＝2.88cm3
取注射機(jī)的公稱注射量為~~3 cm3
（2）鎖模力的計(jì)算
由工藝參數(shù)的確定中已知為（ 0.6）噸，成型面積為（ 1.4316 ）cm2
（3）所需注射機(jī)臺(tái)數(shù)的計(jì)算
由月產(chǎn)量和注射機(jī)的生產(chǎn)能力（成型周期）及考慮設(shè)備利用率求出:
本產(chǎn)品生產(chǎn)工作制度設(shè)計(jì)為24h三班工作制，設(shè)備24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備利用率設(shè)為0.85，根據(jù)如前初設(shè)的工藝控制參數(shù)成型周期約為12秒，生產(chǎn)模具一模六件，則所需注射機(jī)臺(tái)數(shù)為:
÷（×6×0.85） =1.36（臺(tái)） 取整數(shù)值2臺(tái)
根據(jù)以上計(jì)算出的公稱注射量（ 3）cm3, 鎖模力（ 0.6 ）噸，成型面積選用 SYS-10型號(hào)注射機(jī)）數(shù)量為（2 ）臺(tái)。
表4—1注射機(jī)技術(shù)性能參數(shù)表
項(xiàng)目
單位
參數(shù)
備注
理論注射量
cm3
10
注射壓力
Map
150
最大注射面積
cm2
90
鎖模力
KN
15
最大模具厚度
㎜
180
最小模具厚度
㎜
100
模板行程
㎜
120
噴嘴球半徑
㎜
12
噴嘴口半徑
㎜
2.5
五、模具設(shè)計(jì)
5.1選擇制品的分型面[5]
分型面應(yīng)設(shè)置在零件截面最大的部位，塑件冷卻時(shí)會(huì)因?yàn)槭湛s作用而包覆在凸模上，故從塑件脫模件精度要角度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動(dòng)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。如A-A面，箭頭的朝向代表動(dòng)模的位置，塑料包整動(dòng)模天型芯而留在動(dòng)模，模分型如下圖：
分型如下圖：
圖5-1 分型面
5.2、型腔布置
已知的體積V塑或質(zhì)量W塑 ，又因?yàn)榇水a(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量等各種因素，以及注射機(jī)的型號(hào)選擇，初步確定采用一模六腔平衡式排列；根椐制品的形狀，在模板上的的排列形式為圓形。以確保制品的均一和穩(wěn)定，而且型腔布置與澆口開設(shè)部位也非常對(duì)稱，這樣防止了模具承受偏載而產(chǎn)生的溢料現(xiàn)象。
排布圖如下圖所示：
圖5—2型腔布置
5.3、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括主流道、分流道、澆口、冷料井和拉料桿的設(shè)計(jì)。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證塑件熔體的流動(dòng)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(jì)合理、盡量減少塑料的消耗。
根據(jù)塑件的形狀采用推桿推出。
5.3.1主流道及主流道襯套[5]
主流道的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
a、 在模具結(jié)構(gòu)的允許的情況下，L盡量短，一般小于60mm，過大則會(huì)影響熔體的順利充型。
b、 主流道大端呈圓角，以減少料流轉(zhuǎn)向過渡時(shí)的阻力，
c、 大多數(shù)情況下，將主流道和定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合固定在模板上，主流道襯套采用H7/m6過渡配合，與定位圈的配合采用H9/f9間隙配合。
d、 主流道襯套選用T8、T10制造，熱處理強(qiáng)52~56HRC。
e、 定位環(huán)固定螺釘一般取M6~M8，螺釘一般選用兩個(gè)以上。
R =噴嘴球面半徑+2~3=12+3=15mm d=噴嘴孔徑+1=2.5+1=3.5mm
a=4° r=1mm D=6mm
圖5—3 主流道及主流道襯套的結(jié)構(gòu)
5.3.2分流道[3]
a:分流道截面和尺寸
選用U形分流道截面,表面積/體積比小,冷卻速度慢最低,熱量及摩擦損失小,進(jìn)料流中心冷凝慢,有利于保壓
尺寸的確定:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定分流道的直徑[5]
D=0.2654×(m)?（L）? m—流經(jīng)分流道的塑料量(g)
L—分流道的長(zhǎng)度(mm) D—分流道直徑(mm)
查資料得部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍:苯乙烯是3.5~10之間
根據(jù)實(shí)際情況取D=5mm
圖5—4 分流道截面形狀
b:分流道布置
根據(jù)型腔的布置,分門巴道貌岸然也是選用平衡式布置,其長(zhǎng)度、形狀和斷面尺寸都必須對(duì)應(yīng)相等，以保證塑件在強(qiáng)度、性能及質(zhì)量上的一致性。
分流道表面粗糙度Ra一般為1.6um
圖5—5 分流道的布置
C、澆口[5]：各澆口的尺寸計(jì)算[1]
α=2° l=1㎜ r=2㎜
經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算h=nt=0.6×2.5=2.5 n—塑料系數(shù),PS為3.6
b=n(A) ?/30=0.2
圖5—6 澆口尺寸
D、冷料井[6]
結(jié)構(gòu)及尺寸：
圖5—7 冷料井
d=6㎜ H1=(5/4)d=8㎜
H2=(3/4)d=5㎜ α=20°
E、拉料桿[3]
拉料桿的結(jié)構(gòu)：
圖5—8 拉料桿的結(jié)構(gòu)
下圖為主流道的拉料桿組合形式，同時(shí)還具有脫除主流道凝料的作用。一般拉料桿安裝在主流道的對(duì)面，開模時(shí)，拉料桿將主流道凝料拉出。
d= 6 公差為0.015 ,與拉料桿配合的型板孔
配合長(zhǎng)度M1=(1.5~2)d =10 D= 10 H=4 M根據(jù)模板尺寸確定
圖5-9 拉料桿的組合形式
5.4、成型零件的設(shè)計(jì)
5.4.1成型零件的工作尺寸的計(jì)算
根據(jù)塑件形狀簡(jiǎn)單，體積較小，適宜采用整體式型腔，見圖[2]和圖[3]，組合式型芯見圖[4]。這種形式的型腔形狀簡(jiǎn)單，牢固可靠，不易變形，成型塑件的質(zhì)量較好。、本產(chǎn)品為PS制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，此產(chǎn)品采用6級(jí)精度，屬于一般精度制品。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(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到IT７～I(xiàn)T８級(jí)，綜合參考，相關(guān)計(jì)算具體如下：
收縮率Sax=0.8% Sin=0.6%
平均收縮率為S=0.7%,
圖5—10 塑件成型尺寸
如上圖所示塑件尺寸單位/mm
已知D=13.50-0.24 D1=100-0.16 H1=1.50-0.16
H2=20-0.16 H3=1.50-0.16 d=6+0.20 h=1+0.160
①型腔尺寸: Dm=[D(1+S）-0.75Δ]0+δz
=[13.5(1+0.007)-0.75×0.24]0+0.043
=13.40+0.043
Dm1=[D m1（1+S）-0.75Δ]0+δz
=[10(1+0.007)-0.75×0.16]0+0.036
=9.99540+0.036
Hm1=[H 1（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[1.5(1+0.007)-0.667×0.16]0+0.025
=1.4040+0.025
Hm2=[H 2（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[2（1+0.007）-0.667×0.16]0+0.025
=1.9070+0.025
Hm3=[H3（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[1.5（1+0.007）-0.667×0.16]0+0.025
=1.4040+0.025
②型芯尺寸
dm=[d （1+S）＋0.75Δ] 0-δz
=[6(1+0.007)-0.75×0.2]-0.0360
=6.19-0.0360
hm=[h（1+S）＋0.667Δ] 0-δz
=[1(1+0.007)-0.667×0.16]-0.0250
=1.017-0.0250
5.4.2型腔壁厚和底板厚度計(jì)算
注射成型過程中,型腔主要承受塑料熔體的壓力, 如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等，因此模具的型腔必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,如果型腔壁厚和底板厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料的許應(yīng)力時(shí),型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。與此同時(shí),若剛度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔由外膨脹或溢料間隙，從而導(dǎo)致整個(gè)模具失效或無(wú)法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求，因此必須對(duì)型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算。
型腔板采用調(diào)質(zhì)鋼45，彈性模量E=2×105MPa 強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力σ=160MPa
型腔壓力=50 Map 型腔半徑r=6.75㎜ h=3.5㎜
由表3.4-16對(duì)于中粘度塑料PS，模具制造精度IT9級(jí)時(shí)，有許用變形量[δ]
[δ]=25i 且W=H=3.5㎜
I 2 = 0.45w0.2 +0.001w=0.58㎜
所以[δ]=25×0.666=14.54um=0.0145㎜
圖5—11 圓形整體型腔
①整體式圓筒型腔壁厚[6]
A 按鋼度計(jì)算:
按強(qiáng)度計(jì)算：
①整體式圓筒型底板厚度
B 按鋼度計(jì)算
按強(qiáng)度計(jì)算
公式分別計(jì)算出相應(yīng)的值為：
按強(qiáng)度計(jì)算得： S=4.27㎜ hs=3.28㎜
按剛度計(jì)算得：s=1.55mm hs=0.76mm
比較強(qiáng)度和剛度條件計(jì)算結(jié)果,取整體式圓筒形型腔壁厚為15㎜。
按強(qiáng)度的剛度分別計(jì)算取底板厚度為18㎜。
5.4.3支承板的強(qiáng)度
常規(guī)結(jié)構(gòu)凹模做在定模上，型芯固定在動(dòng)模上。支承板與墊塊構(gòu)成橋形，承受型芯投影注射壓力，因此支承彈性變形量必須控制在允許的范圍之內(nèi)。
支承板的受力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為受均布荷重的簡(jiǎn)支梁
圖5—12 支承板的變形
支承板的厚度計(jì)算如下[2]：
=9[5×50×3.14×292/32×2.1×105×20×0.005]
=1.927㎝=20㎜
H---支承板的厚度 L---支承板在墊塊之間的跨度
P---型腔內(nèi)壓力表 R---凹模型腔半徑
B---支承板的寬度 E---鋼材的彈性模量一般為2.1×105
y---支承板允許最大彎曲變形量,一般取0.005㎝
其整體形狀與尺寸見圖[5]
5.4.4墊塊的設(shè)計(jì)[2]
墊塊設(shè)在支撐板與動(dòng)模座板之間,可以減少動(dòng)模座板的變形,或可減少動(dòng)模座板的厚度.
L=50㎜ D=30㎜
螺釘直徑選用M10, d1=11㎜ d2=16㎜ H=11㎜
5.5、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)置
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套，主要作用是導(dǎo)向、定位、承受一定的側(cè)壓力。，導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)定模或上下模合模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。
導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇：
一般在注射模中，動(dòng)、定模之間的導(dǎo)柱既可設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，也可設(shè)置在定模一側(cè)，視具體情況而定，通常設(shè)置在型芯凸出分型面最長(zhǎng)的那一側(cè)。導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具的尺寸選用，必須保證足夠的強(qiáng)度、剛度和足夠的抗彎強(qiáng)度。
導(dǎo)柱設(shè)計(jì)要點(diǎn)：①長(zhǎng)度：導(dǎo)柱導(dǎo)向的長(zhǎng)度應(yīng)該比凸模端高出10㎜。
②形狀：導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺(tái)，以使導(dǎo)柱能順利進(jìn)入導(dǎo)向孔。
③材料：導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面和堅(jiān)韌不易折斷的內(nèi)芯。因此多采用T8、T10鋼（經(jīng)淬火處理），硬度為50—55HRC。
④數(shù)量及分布：導(dǎo)柱應(yīng)合理均勻分布在模具的分型面上，根據(jù)此模具形狀，數(shù)量為四根。固定部分粗糙度Ra=0.8um,導(dǎo)向部分Ra=0.5um
⑤配合精度:固定端與模板之間采用H7/m6的過渡配合,導(dǎo)柱導(dǎo)向部分采用H7/m6的間隙配合.
導(dǎo)柱尺寸
圖5—13 導(dǎo)柱
導(dǎo)套設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
（1） 形狀 為使導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套，在導(dǎo)套的前端應(yīng)倒圓角。導(dǎo)柱孔最好做好通孔，以利于排出孔內(nèi)空氣及殘?jiān)鼜U料。
（2） 材料 導(dǎo)套用導(dǎo)柱相同的材料或銅合金耐磨材料制造，其硬度一般低于導(dǎo)柱硬度。導(dǎo)套固定部分和導(dǎo)滑部分的表面粗糙度一般為Ra0.8um。
（3） 固定形式及配合精度 直導(dǎo)套用H7/r6的配合鑲?cè)肽０?，為了增加?dǎo)套鑲?cè)氲睦喂绦苑乐箤?dǎo)套被拉出來(lái)。
圖5—14 導(dǎo)套
5.6、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[6]
5.6.1脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：
為了保證塑件在頂出過程中不變形或不損壞，必須正確分析塑件對(duì)模腔粘附力的大小及所在部位。以便選擇合適的頂出方式，和頂出裝置。頂出位置應(yīng)設(shè)在頂出阻力大的地方，根據(jù)此塑件的形狀，零件的推出阻力不大，將推桿設(shè)在?6孔的內(nèi)部，推桿參與成型，此類推桿又稱為成型推桿。
5.6.2脫模力的計(jì)算[6]
脫模力Fe由兩部分組成，即：Fe=Fc+Fb
Fc---克服塑料件對(duì)型芯包整的脫模力，N
Fb---一端封閉殼體需克服的真空阻力，N
其中 Fb=0.1Ab Ab---型芯的斷面面積,㎜2
Ab=0.25×3.14×d2=28.26㎜2
所以 Fb=2.86N
已知rcp=3㎜ t=2㎜ h=1㎜ β=0
E=2.8×103 MPa f=0.4 v=0.32 s=0.007
λ=rcp/t=3/2=1.5<10為厚壁圓筒塑料件
= 60.4N
所以: Fe=Fc+Fb=60.4+2.826=63N
E—塑料材料的拉伸彈性模量,MPa S—塑料的平均收縮率
ν—塑料材料的泊松比 β—型芯的脫模斜度
h—型芯脫模方向高度 κf—脫模斜度修正系數(shù)
κλ—厚壁塑料的計(jì)算因子
= 60.4N
所以: Fe=Fc+Fb=60.4+2.826=63N
E—塑料材料的拉伸彈性模量,MPa S—塑料的平均收縮率
ν—塑料材料的泊松比 β—型芯的脫模斜度
h—型芯脫模方向高度 κf—脫模斜度修正系數(shù)
κλ—厚壁塑料的計(jì)算因子
5.6.3推桿脫模機(jī)構(gòu)[2]
推桿直接與塑件接觸,開模后將塑件推出,此成型推桿除了推出塑件之外還參與塑件局部成型,即作為型芯。
推桿的計(jì)算公式:圓形推桿的直徑可由歐拉公式簡(jiǎn)化得
=1.2㎜
d—推桿直徑 E—推桿材料的彈性模量,MPa
L—推桿長(zhǎng)度 F脫—塑件的脫模力
κ—安全系數(shù)取1.5 ?—為推桿長(zhǎng)度系數(shù)
n—推桿數(shù)量
推桿直徑確定后還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核,其計(jì)算式為
[σ壓]—為推桿材料許用力,MPa
[σs]—推桿鋼材的屈服極限強(qiáng)度,N/cm2,一般中碳鋼的σs為3200 N/m
=37<3200N/m
所以此材料合符要求,推桿的具體形狀及尺寸見型芯圖[4]
5.6.4推桿位置
推桿應(yīng)設(shè)置于有效部位，根據(jù)此塑件形狀，可將推桿設(shè)置在凹模內(nèi)部，從投影面上看，如下圖應(yīng)在陰影部位范圍之內(nèi)。
圖5—15 推桿位置布置
推桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
（1）推桿和模體的配合性質(zhì)一般為H8/f7，以保證同軸度，配合長(zhǎng)度一般為走私的（1.5~2）倍,但至少要大于15㎜
（2）推桿材料多用45鋼,T8、T10碳素工具鋼，淬火硬度為HRC50以上，
（3）表面粗糙度在Ra1.6以下.
5.6.5復(fù)位機(jī)構(gòu)
為了使推出機(jī)構(gòu)合模后能回到原來(lái)的位置,推出機(jī)構(gòu)通常設(shè)有復(fù)位桿,復(fù)位桿在結(jié)構(gòu)上與推桿相似,所不同的是與與模板的間隙比較大,同時(shí)復(fù)位桿頂面不應(yīng)高出分型面.復(fù)位桿的材料選用一般T8、T10，淬火55-60HRC。
頂桿長(zhǎng)度計(jì)算如下[6]：H=（H凸+δ1）+H動(dòng)模+H墊塊-H頂墊
=（1+0.1）+30+50-13=67.1㎜
圖5—16 復(fù)位桿的結(jié)構(gòu)與裝配尺寸
5.7、模具調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)置
基本原則：熔體熱量95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時(shí)間占成型周期的2/3。
5.7.1、注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
1）冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大，型腔表面的溫度與冷卻水道的數(shù)量、截面尺寸及冷卻水的溫度有關(guān)。
2）冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等：
當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，但是當(dāng)塑件不均勻時(shí)，厚的地方冷卻水道到型腔表面的距離應(yīng)近一些，間距也可適當(dāng)小一些。一般水道孔邊至型腔表面的距離應(yīng)大于10mm，常用12~15mm.
3）澆口處加強(qiáng)冷卻
塑料熔體充填型腔時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度就越低，因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通常將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使?jié)部诟浇哪＞咴谳^低溫度下冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具在經(jīng)過一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。
4）冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量小 ：
如果冷卻水道較長(zhǎng)，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。
冷卻水道的總長(zhǎng)度的計(jì)算可公式：Lw=Aw/π
Lw——冷卻水道總長(zhǎng)度 Aw——熱傳導(dǎo)面積 Dw——冷卻水道直徑
5）冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置：
聚苯乙烯的收縮率較小，水道應(yīng)盡量沿著收縮方向設(shè)置。冷卻水道的設(shè)計(jì)必須盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度；冷卻水道要易于加工清理一般水道孔徑為10mm左右，不小于8mm。根據(jù)此套模具結(jié)構(gòu)，采用孔徑為8mm的冷卻水道。
冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
根據(jù)塑料制品形狀及其所需冷卻效果，冷卻回流可選擇直通式既簡(jiǎn)單流道式，這是生產(chǎn)過程中最常用的形式。
其具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示：
冷卻水孔直徑d=8㎜，兩水孔的中心距C=20㎜
圖5—17 直通式冷卻系統(tǒng)
5.7.2、加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
需要設(shè)置加熱系統(tǒng)的一般是對(duì)模具溫度要求在80℃以上、熔融黏度高、流動(dòng)性差的熱塑性塑料，或者是熱固性塑料。而PS對(duì)模溫的要求只需60℃以下，且是屬于熔融黏度低、流動(dòng)性好的熱塑性塑料，所以此模具對(duì)加熱系統(tǒng)的設(shè)置可以不予考慮。
5.8、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.8.1排氣槽的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí),必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈,一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問題。有時(shí)在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強(qiáng)度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設(shè)溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。
通常中小型模具的簡(jiǎn)單型腔，可利用推桿、活動(dòng)型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。
5.8.2排氣槽的設(shè)置[4]
排氣槽應(yīng)開設(shè)在型腔最后被充滿的地方，最好是在分型號(hào)面上，因?yàn)榉中兔嫔吓艢獠郛a(chǎn)生的毛邊也很容易隨塑件脫出。排氣槽的出口不要正對(duì)操作人員，與塑件的深度不應(yīng)超過塑料的溢料值，其斷面為矩形或梯形。
圖5—18 排氣槽系統(tǒng)
1—分流道 2—澆口 3—排氣槽
4—導(dǎo)向溝 5—分型面
5.9、模具外形尺寸的確定
圖5—19 模具外形尺寸
5.10、注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
5.10.1注射量的校核
為了保證正常的注射成型，模具每次需要的實(shí)際注射量應(yīng)該小于本注射機(jī)的公稱注射量，既：V實(shí)≦V公=0.8×10=8㎝3
V實(shí)—實(shí)際塑料(包括澆注系統(tǒng)凝料)的總體
所以V實(shí)=6(V塑+ V分)+ V主
V塑=316㎜3
V分=π×(d/2)2×h=3.14×4×10=12.56㎜3
V主=?πh(r2+Rr+R2)=?π×35(1.752+1.75×3+32)=634.2
V主=6(376+12.56)+634.2=2965.56㎜3=2.966㎝3<8㎝3
所以注射量滿足要求
5.10.2鎖模力的校核
鎖模力是指注射機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所施加的最大夾緊力,當(dāng)高壓與塑料熔體充填模腔時(shí),會(huì)沿鎖模方向產(chǎn)生一個(gè)很大的脹型號(hào)力,為此,注射機(jī)的額定鎖模力必須大于該脹型力, 既：
F鎖≧F脹=A分×P型[5]
F鎖—注射機(jī)的額定鎖模力
P型—模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力表MPa，通常為20~30MPa，在此取25MPa
A分—塑料和澆注系統(tǒng)在分型號(hào)面上的投影面積之和，㎜2
A分=?πd2=0.25×3.14×13.52=143.1㎜2
故：F脹=A分×P型=143.1×25=3.58KN< F鎖=15KN
5.10.3注射壓力校核
該項(xiàng)工作是校核所選注射機(jī)的公稱壓力P公能否滿足塑成型時(shí)所需要的注射壓力Po，成型時(shí)所需的壓力一般由塑料流動(dòng)性，塑件的結(jié)構(gòu)和壁厚，以及澆注系統(tǒng)類型等因素決定。其值一般為70~150 MPa
通常要求：P公≧Po[5]
聚苯乙烯的Po為100 MPa〈 P公=150 MPa
5.10.4模具厚度校核
模具厚度Hm=160㎜ Hmax=180㎜ Hmin=100
故： Hmin
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