儲物箱的注射模具設計【一模一腔】【說明書+CAD】

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日畢業(yè)論文（設計）題目儲物箱的注射模具設計文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字）選題研究意義：通過本次設計可以使我掌握注射模的模具結構機構的設計，對CAD、PRO/E等一系列軟件的應用熟練，讓我們能更快適應生產工作。培養(yǎng)自己綜合運用自己綜合運用所學基礎和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決相關專業(yè)工程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農業(yè)等各個行業(yè)廣泛應用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已經是一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。加之通過畢業(yè)設計實習調研，完成該課題可對我們大學四年期間所學的知識進行一次較為全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學的知識去解決生產中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力，為我們以后走上工作崗位打下一個良好的基礎。國內外研究現(xiàn)狀：注塑成型是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的一種重要的加工方法，世界上注塑模的產量約占塑料成型模具中產量的50%以上。注塑成型能一次成型形狀復雜、尺寸精確的制品，適合高效率、大批量的生產方式，以發(fā)展成為熱塑性塑料和部分熱固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要經過反復調試和修模才能正式投入生產，這種傳統(tǒng)的生產方式不僅是產品的生產周期延長，生產成本增加，而且難以保證產品的質量。要解決這些問題，必須以科學分析的方法，研究各個成型過程的關鍵技術，為實現(xiàn)注塑產品的更新?lián)Q代，提高企業(yè)競爭能力，必須進行注塑模具設計與制造，及成型過程分析的CAD/CAE/CAM集成技術的研究。國外注塑模CAD/CAE/CAM技術研究的成果有關統(tǒng)計數據表明：采用注塑模CAD/CAE/CAM技術能使設計時間縮短50%，制造時間縮短30%，成本下降10%，塑料節(jié)省7%注塑模計算機模擬技術正朝著與CAD/CAE無縫整體集成化方向發(fā)展，注塑CAD所構造的幾何模型為實現(xiàn)注塑模CAE技術提供了基本的幾何拓撲信息和特征信息，注塑模CAE的目標是通過對塑料材料性能的研究和注射成型工藝過程的模擬和分析，為塑料制品的設計、材料的選擇、模具設計、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過程的控制提供科學依據?，F(xiàn)時國際上占主流地位的注射模CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UG等；結構分析軟件有MSC、Analysis等；注射過程數值分析軟件有MoldFlow等；數控加工軟件有MasterCAM、Cimatron等?？傮w來說，國內的模具設計與制造技術與發(fā)達國家相比有很大差距。主要參考文獻 1陳馬宏鈞,方向明,素敏,典型零件機械加工生產實例,機械工業(yè)出版社,2004.2王季琨,沈中偉,劉錫珍,機械制造工藝學,天津大學出版社,2004.13哈爾濱工業(yè)大學,上海工業(yè)大學,機床夾具設計,上?？茖W技術出版社,19914李洪主,機械加工工藝手冊,北京出版,19965貴州工學院機械制造工藝教研室，機床夾具結構圖冊,貴州人民出版,19836黃健求,機械制造基礎,北京機械工業(yè)出版社,20057王啟平,機床夾具設計,哈爾濱工業(yè)大學出版社,20058鄭修本,機械制造工藝學,北京機械工藝出版社,20049模具制造手冊編寫組,模具制造手冊(第二版)M,北京：機械工業(yè)出版社， 200310 王樹勛,吳裕農,典型模具結構圖冊 M,廣州：華南理工大學出版社，2005.411張耀宸,馬占永,機械加工工藝設計實用手冊M,北京：國防工業(yè)出版社，2002.3注：此表如不夠填寫，可另加頁。研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等）研究目的：提高生產效率，降低生產成本，提高產品質量。研究內容：一、研究設計任務，查閱文獻資料，實習，做好設計準備，撰寫開題報告。二、研究制品生產、使用要求，完成制品圖。三、研究制品：了解制品的結構工藝性，材質特性，用途，用法，使用要求及生產批量等產品對模具設計的要求。四、選擇成型設備。五、構思模具結構總體方案，形成模具設計總裝草圖或3D模型。1.根據制品大小及結構特點，確定模具結構類型、材質、外形尺寸、型腔數目、分型面及流道布置。2.根據制品結構，分析物流充模流動方向，估計物料流程、流動阻力及熔接位置，考慮材料在型腔內的收縮、取向、結晶等情況。據此考慮流道類型、尺寸、澆注位置和排氣問題。3.考慮制品推進問題，確定退出方式。4.考慮模具的加熱和冷卻問題，確定模溫控制方式。5.考慮模具零件的加工、制造、裝配方法及有關技術要求，確定零件結構。六、設計計算，修改，完善設計方案。1.成型零件尺寸的計算。2.結構件尺寸計算。3.換熱量計算。七、審核方案設計結果，校驗模具對物料和注射機的適應性。八、繪制模具裝配圖，拆繪模具零件工作圖。九、撰寫設計說明書。研究方法：理論研究法；比較分析法；因素分析法；文獻研究法；定量分析法；社會調查法。預期成果：完成設計計算說明書，設計任務書，圖紙。條件保障：每天所花時間不低于六小時，資料準備齊全，遇到自己解決不了的困難上網查詢或者向指導老師請教。進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）3周：進一步掌握塑料注射模具的組成、工作原理和設計原則；熟悉原始資料；查閱資料，寫出開題報告。測繪，完成模具注塑設計，出塑件圖。4周-5周：模具總體方案設計，模具結構草圖。6周-7周：注射劑類型的選擇、模架的選擇、注射機及有關參數的校核、成型零件的設計、教主系統(tǒng)的設計、脫模機構的設計、導向機構設計、冷卻系統(tǒng)設計。8周-9周：模具3D設計，裝配仿真、出3D圖一張。10周：由3D設計，繪模具裝配草圖、繪制模具裝配圖。11周：繪制模具非標零件圖。12周：計算機繪圖出草圖；教師審圖，學生修改圖紙，出圖、光盤。13周：編制模具非標零件加工工藝。14-15周周二：學生按規(guī)定格式和要求撰寫說明書。6月 下午3點交全部設計資料。論證小組意見 組長簽名： 20 年 月 日專業(yè)委員會意見 專業(yè)委員會主任簽名： 20 年 月 日注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。2.此表可從教務處網站下載中心下載。湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）開題論證記錄學 院： 工學院 記錄人：_ 學生姓名李 尹學 號200940614307年級專業(yè)及班級2009級機械設計制造及其自動化專業(yè)(2)班指導教師姓名董 亮指導教師職稱副教授畢業(yè)論文題目儲物箱的注射模具設計論證小組質疑及指導意見1. 注射成型原理是什么？2. 注射成型工藝過程包括幾個過程？3. 注射模具的結構組成是哪些？學生回答簡要記錄1利用塑料的可擠壓性和可模塑性，將松散的粒料或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為黏流態(tài)熔體，在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。 2完整的注射工藝過程包括:1、成型前的準備;2、注射過程；3、制品的后處理。 3根據模具中各個部件的不同作用，一套注射模可以分成以下幾個部分：內模零部，澆注系統(tǒng)，熱交換系統(tǒng)，行位系統(tǒng)，頂出系統(tǒng)，導向定位部件，排氣系統(tǒng)。論證小組成員簽名 記錄人簽名： 論證時間： 2013 年 3 月 26 日 注：記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。湖 南 農 業(yè) 大 學全日制普通本科生畢業(yè)設計 儲物箱注射模設計THE DESIGN OF INJECTION MOULD FOR STORAGE BOX 學生姓名:李 尹學 號:200940614307年級專業(yè)及班級：2009級機械設計制造及其自動化(3)班指導老師及職稱：董亮 副教授 學 院：工學院湖南長沙提交日期：2013年5月湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計誠 信 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本設計不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日目 錄 摘要1 關鍵詞1 1 前言1 1.1 塑料模具研究的意義2 1.2 國內外研究及其發(fā)展趨勢2 2 塑件成型工藝性分析3 2.1 塑件分析3 2.2 塑件的結構及成型工藝分析3 2.2.1 結構分析4 2.2.2 成型工藝分析4 2.3 熱塑性塑料的注射過程及工藝參數4 2.3.1 注射成型過程4 2.3.2 注射過程4 2.3.4 塑件的后處理5 2.3.5 聚丙烯的注射工藝參數5 3 模具結構形式的確定6 3.1 分型面位置的確定6 3.2 型腔數量的確定6 3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定6 3.3.1 澆口形式的確定6 3.3.2 澆口數量的確定6 3.4 推出機構的確定7 3.5 抽芯機構的確定7 3.6 選擇模架7 4 模具設計及其理論計算8 4.1 熱流道系統(tǒng)的計算和結構尺寸的確定8 4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定8 4.1.2 熱流道板結構設計9 4.2 注射機型號的確定12 4.3 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計14 4.3.1 冷卻系統(tǒng)14 4.3.2 冷卻系統(tǒng)的計算14 4.3.3 凸凹模加熱計算16 4.4 排氣系統(tǒng)設計16 4.5 脫模推出機構的設計17 4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求18 4.5.2 頂出方式18 4.5.3 脫模力的計算18 4.5.4 定模脫模力20 4.6 成型零件設計20 4.7 安裝尺寸的校核21 4.8 典型零件的制造工藝21 4.8.1 型腔的加工工藝21 4.8.2 凸模的加工工藝22 4.9 模具工作過程22 5 結論23 參考文獻 23 致謝 24儲物箱注射模設計學 生：李尹指導老師：董亮(湖南農業(yè)大學工學院，長沙 410128) 摘 要：本文主要內容是通過分析儲物箱的工藝特點，詳細介紹了儲物箱的結構設計和模具設計的過程以及要點，設計包括了儲物箱的塑件結構的設計方法，分型面外置的選擇，模具型腔數目的確定和模架的選擇，以及模具分型面和推出結構等設計過程。整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的成型工藝和質量。 關鍵詞：儲物箱；塑料模具；注射模；分型面The Design of Injection Mould for Storage BoxStudent: Li YinTutor:Dong Liang(College of Engineering Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：This paper is mainly introduced the progress and the main points of the locker structure design and the die design through the analysis of the technology of the storage box. It includes the design method of the plastic structure parts of the locker,the selection of the external parting surface , confirming the number of mold cavity and choosing formwork,and the design process of mold parting surface and push mechanism.The whole design process illustrates that the mold can fulfill the requirements of molding process and quality of the plastic parts.Keywords：storage;mould of plastics;injection mould;parting line 1 前言1.1 塑料模具研究的意義 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)展最快的的種類。因此，研究注射模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大的意義。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，也是國民經濟的基礎工業(yè)。受到政府和企業(yè)的高度重視，具有廣闊的前景。通過本次設計可以使我掌握注射模的模具結構機構的設計，對CAD，PRO/E等一系列軟件的應用熟練，讓我們能更快適應生產工作。培養(yǎng)自己綜合運用所學基礎和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測量與控制及其它相關工程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農業(yè)、等各個行業(yè)廣泛應用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已經一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國在注塑模CAD技術開發(fā)研究與應用方面起步較晚。從20世紀80年代中期開始，國內部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作，我國注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來,我國對注塑模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學、華中理工大學、四川聯(lián)合大學等單位聯(lián)合進行了國家重點科技攻關課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實際應用，使我國的注塑模CAD/CAE/CAM研究和應用水平有了較大提高.目前擁有自主版權的軟件有，華中理工大學開發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HscZ0，鄭州工業(yè)大學研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項目的成果對促進我國注塑模CAD技術的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CAD技術及應用水平很快提高。目前，我國經濟仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國內模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經濟的方向發(fā)展，模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產批品牌化、管理信息化、經營國際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國外注塑模CAD/CAE技術發(fā)展相當迅速。70年代許多研究者對一維流動進行了大量研究，由最初的CAD技術和CAM技術以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域。80年代中期注塑模CAD/CAE進入實用階段，出現(xiàn)了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統(tǒng)；2.美國PTC公司的Pro/Engineer 軟件；3.美國UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統(tǒng)等等.這些先進軟件的熟練掌握極大地促進了國外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時間內，他們將朝著大型、精密、復雜與長壽命模具的方向發(fā)展1。2 塑件成型工藝分析2.1 塑件分析 塑件模型如圖1下所示。塑件名稱：聚丙烯PP.色調：半透明、白色生產綱領：大批量圖1 儲物箱Fig1 Strorage box2.2 塑件的結構及成型工藝分析2.2.1 結構分析： 該塑件為儲物箱，結構應近可能的簡單，且強度和剛度應滿足需要，在底部設有較多的加強肋板，在上邊緣設有一圈弧形加強肋以增加儲物箱的剛度和強度。該塑件長端有兩處安裝提手的孔，當儲物箱上蓋蓋上以后，安裝到孔中的提手又起著卡扣作用，該部位為受力較集中的部分，故此處的壁厚應該適當的加厚，已滿足其力學的性能的要求。 當箱子中裝有東西多而重量較大搬運困難時，特意在箱子底部設計了有安裝滾輪軸的卡槽，滾輪在軸上轉動，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內移動2。2.2.2 成型工藝分析 注射模精度等級：采用一般精度4級。脫模斜度：該塑件壁厚約為3mm，其脫模斜度查表得到聚丙烯PP其型腔脫模斜度為：2545，其型芯脫模斜度為：2045。由于該塑件沒有狹小部分，且塑件整體造型已具備了一定的斜度，所以只有塑件底部肋板處放脫模斜度取1。2.3 熱塑性塑料的注射成型過程及其工藝參數2.3.1 注射成型過程注射成型工藝過程包括：成型前的準備，注射成型過程以及塑件的后處理三個階段3。2.3.2 成型前準備分析檢驗成型物料質量：根據塑料工藝性能要求，檢驗其各種性能指標，如含水量等。對于該塑件材料PP參考文獻知道聚丙烯PP吸水率0.03%，允許水含量0.05%0.20%。由于該塑料不易吸水，故可以不進行干燥處理。2.3.3 注射過程 注射過程是塑料轉變成塑件的主要階段。它包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。1）加料：由注射機的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻、最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機計量裝置來控制。2）塑化：塑化是指塑料在料筒內經加熱達到熔融流動狀態(tài)，并且有良好的可塑性全過程。3）注射：注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經過噴嘴、澆注系統(tǒng)，直接壓入模腔。4）保壓：保壓時自注射結束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。5）冷卻定型：當澆注系統(tǒng)的塑料已經冷卻凝固。繼續(xù)保壓不在需要，此時可退回柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質，對模具進一步冷卻，這一階段稱冷卻定型、實際上冷卻定型過程從塑料注入型腔就開始，它包括從注射完成、保壓到脫模前這段時間4。6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。2.3.4 塑件的后處理 塑件進行注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進行適當的后處理，借以改善和提高塑件性能，塑件的后處理主要是退火和調濕處理。通過查找文獻知道該塑料不需要任何后處理。2.3.5 聚丙烯PP的注射工藝參數 1料筒溫度：302202熔料溫度：2202503料筒恒溫：2204模具溫度：80905注射壓力：PP具有很好的流動性，避免采用過高的折射壓力，一般在80MPa140MPa之間，一些薄壁包裝容器可達180MPa.6保壓壓力：避免制品產生壁縮，需要較長時間對制品進行保壓：約為注射壓力的30%60%。7背壓：2MPa5MPa8注射速度：對薄壁包裝容器需要高的注射速度；中等注射速度往往比較適合于其他類的塑料制品。 9螺桿轉速：高速螺桿轉速線速度約為1.3m/s是允許的，只需要滿足冷卻時間結束前完成塑化過程就可以。10計量行程：0.5D4D;4D的計量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要的。11殘料量：2mm8mm,取決于計量行程和螺桿轉速。12預烘干：不需要；如果儲藏不好，在80的溫度下烘干1h就可以。13回收率：可達100%回收。14收縮率：1.2%2.5%；收縮程度高；24h后不會收縮。15澆口系統(tǒng)：點式澆口或多點澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置在制品最厚點，否則易發(fā)生大的收縮。3 模具結構形式的確定3.1 分型面位置的確定 在塑件設計階段，就應該考慮成型時分型面得形狀和位置，否則無法完成模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結構。該塑件在進行結構設計時已經充分考慮到了模具的分型面，同時從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件為典型的箱體。將分型面設計在塑件上邊緣外援處，在提手處，將分型面沿提手最大外援處設置分型面，以方便出模。3.2 型腔數量的確定 當塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。一般來說，大型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，此塑件屬于大型塑件，故采用一模一腔結構形式5。3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定3.3.1 澆口形式和位置的確定 該塑件屬于大型腔盒形件，分型面只能采用一個，根據塑件結構不能采用側澆口、潛伏式澆口或護耳式澆口，因為澆口完全偏置一邊不利進料。只能采用直接澆口或點澆口，澆口位置在塑件底部。3.3.1 澆口數量的確定在確定塑件的澆口時，還應考慮塑料熔體所允許的最大流動距離比，當采用直接澆口時，如圖1可估算出流動比K=L/t=230，這在PP塑料的流動比范圍之內，基本符合要求。但采用直接澆口塑件上印痕較大，不利于塑件的美觀和澆口處的力學性能，流程比也接近于上限值，不利于塑料熔體對型腔的填充。若采用普通流通道點澆口兩點進料的話，在定模部分必須要有一個分型面一邊取出澆注系統(tǒng)的凝料，這樣模具結構相當的復雜而又浪費材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點澆口，上述問題不復存在，是一個較好的解決方案。在該模具中使用主流道杯，熱流道板，澆口噴嘴都采用加熱式的結構，熱流道如圖2下所示。1澆口；2噴嘴分流道；3熱流道分流板 4主流道圖2 熱流道布置示意圖Fig2 Harting decorates schemes3.4 推出機構的確定該塑件屬于大型腔薄壁型半透明塑件，對表面質量要求很高，在塑件表面不允許有推桿痕跡，同時塑件的推模力也比較大，因此經過反復的考慮，決定采用氣動推出，所以標準架設在動模的推出機構就可以省略。這樣降低了模具的高度，也節(jié)約了成本。3.5 抽芯機構的確定提手處的兩個小孔應用側抽芯來成型，但塑件全部位于定模型腔內，若采用機動抽芯，在動模部分還要設置一個分型面，對于大型模具來說，盡量不要設置多個分型面，因為移動的零件多了，對模具的強度、剛度和精度都不利，因此提手小孔可采用液壓或氣動來完成抽芯。對于成型滾輪軸卡扣槽部分，在定模采用四個鑲件滑塊來成型，為了使該模具能夠長壽命工作，若采用強制脫模以避免側向抽芯，模具的可靠性不高，同樣采用液壓或氣動抽芯，模具結構不太負責，而可靠性提高了6。3.6 選擇模架為了將該設計和工廠模具設計相結合，在此使用Pro/E軟件對該塑件進行分型面設計。大體步驟如下，先在Pro/E里對塑件進行建模，然后進入Pro/E的模具設計模塊，將塑件模型調入，然后使用公式1=Scp，Scp值為0.02設置該塑件的收縮率，然后增加體積塊，體積塊的尺寸按照模架的動模板和定模板尺寸來定義，再設計分型面，并通過分型面將模具動模和定模板分開。以達到分模的目的。由于該塑件外形較大，故不再在定模中設置模仁，模架中的A板直接加工出型腔來，而動模的主型芯應單獨加工出來，然后鑲入動模固定板中，這樣能夠節(jié)省材料和加工工時。參考國家標準初步選用直接澆口型模架，型號A80100420160GB/T125552006。因為該模具采用氣體推出，所以動模部分的推出機構及其零件都不需要，所以在原來模架的基礎上省去了部分零件，但又采用熱流道，又必須加一塊安放熱流道板的型腔墊板，所以形成了定模三板塊（定模座板，型腔墊板和凹模型腔板），動模二塊板（動模座板和凸模固定板）組成，簡化的模架7。4 模具設計及其理論計算 在對模具的分型面、型腔數量、澆注系統(tǒng)的形式和模具結構初步確定以后，就應對模具的各個系統(tǒng)進行詳細的分析和計算。并最終確定各個工作零件的尺寸。4.1 熱流道系統(tǒng)的計算和結構尺寸的確定在本設計的熱流道系統(tǒng)中，流道比較簡單，如圖2所示，且為平衡式布置，所以不需要進行復雜的流變學計算。而熱流道噴嘴是標準件，所以先按塑料熔體通過澆口允許的剪切速率來初步確定澆口直徑，然后在計算相應的其他流道尺寸。最后根據熱流道尺寸確定其他結構尺寸。4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定 1所需注射量的計算。對于該設計，提供了塑料圖樣，據此在Pro/E中建立模型并對此分析，可知塑件體積為V12.71032噴嘴澆口尺寸的確定。注射時間根據類似產品取10s，則主流道體積流率Qs=V/t=2.7100010=270cm/s （1）分流道的體積流率Qr=Qs/2=270/2=135cm/s （2）根據表查數據，PP最大允許的剪切速率=105s-1 ,而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪切速率求出澆口直徑。 Dg=0.24 （3） 而熱流道噴嘴澆口直徑2.7mm、3.9mm、4.5mm等標準尺寸，而本設計澆口采用開放式直接澆口帶有一段凝料，有利于布置水道對澆口進行冷卻，儲物箱底部的肋板高為20mm,凝料長定位30mm比較合適。由于凝料有一個脫模斜度，通過計算，澆口直徑取4.5mm,脫模斜度取3，流道最小直徑為 Dg=4.5230tan1.5=2.93mm （4）再校核最小截面處的剪切速率 G=32Qg/Dg=54695/s105s-1 （5）剪切速率符合要求。3噴嘴流道直徑的確定。對低粘度PP，流道剪切速率取=1000s-1 進行初步估算，因此噴嘴流道直徑為：Dr=1.112 （6） 取標準直徑Dr=1cm,則分流道剪切速率為R=32Qr/Dr3=1375.8s-1 （7）在510051000s-1 ，比初取值大37.58%，如果分流道直徑取12mm，剪切速率就顯得有些小，所以分流道剪切速率合理?？紤]到噴嘴安裝方面等因素，參考文獻中圖，可以采用標準噴嘴BP25型. 4流道板分流道直徑的確定。根據熱流道噴嘴與流道板的安裝結構、熱流道板分流道直徑比噴嘴道直徑大0.5mm1mm，取分流道直徑為11mm。與上面計算值11.12mm相差不大，剪切速率在預定的范圍內，可行。5主流道直徑尺寸的確定。本設計的分流道僅有兩條，且分流道的剪切速率不太大，所以主流道直徑也取11mm，與分流道直徑一樣大，主流道剪切速率為s=32Qs/Ds3=2067.3s-1 （8）在510051000S ，主流道剪切速率合理8。4.1.2 熱流道板結構設計 熱流道板應該具有良好的加熱和絕熱設施，保證加熱器安裝方便和溫度控制有效。熱流道板根據澆口數量和位置的不同，可分別采用字、H字等各種外形。該塑件結構比較簡單確定采用兩點進料，故采用字型熱流道板。分流道通常用圓形截面直徑一般在1mm5mm.流道轉折處應圓滑過渡，防止塑料熔體滯留。分流道端孔用細牙螺栓堵頭封住并用銅質或聚四氟乙烯封墊圈防漏。熱流道板應該選用比熱容小和熱傳導率高的材料，通常采用中碳鋼和高強度的銅合金制造，本設計熱流道板采用H13中碳鋼。1熱流道板幾何尺寸的確定。根據上述的計算，主流道、分流道直徑取11mm,兩澆口之間的距離取260mm,流道采用外加熱的方式，在流道板銑削嵌入電加熱器的槽，考慮到流道板的固定和其他零件的連接等因素。2流道板加熱功率的計算。流道板加熱功率，是在一定時間內流道板從室溫加熱升溫到塑料熔體注射溫度所需要的功率。當流道板達到給定的溫度時，由溫度調節(jié)器自動控制，補償熱損失功率，維持熱流道溫度恒定。流道板升溫加熱功率，在熱流道系統(tǒng)初步設計完成，獲知了流道板的體積后，按質量m的經驗公式計算。以每1kg鋼升溫需100W電熱功率計算。小模具可增大些比值，升溫時間可少于20min，而大型模具要減小比值。片面追求快速升溫，不利于電熱加熱和溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計。加熱流道板所需要的功率有三部分組成。其一是達到設置注射溫度所需電功率；其二是補充流道板的傳導、對流和輻射熱損耗功率；其三是考慮電網電壓波動影響和加熱器的熱效率。工程設計時，計算流道板的加熱器功率公式如下： P=mc/60t0 （9）式中P流道板加熱器的電功率（kw）m流道板的質量（kg）流道板質量，通過在Pro/E建模后，進行質量分析，密度為7.85kg/dm，其質量為m=9.27kg。C流道板材料的比熱容kJ/(kg)，對于鋼材，C=0.48kJ/(kg);T流道板的加熱時間（min），通常為20min30min，時間長短取決于流道板尺寸大小和注射工藝的溫度；這里取20min；T流道板注射工作溫度與室溫之差（）。查表知道PP噴嘴溫度為220290，模具溫度為2060，在此噴嘴溫度220，模具溫度取50。 T=22050=170目前我國注射機基本都是普通注射機，不是高速注射機，熔融塑料在熱流道中停留時間比較久，所以宜取較低噴嘴溫度和較高的模溫。o加熱流道板的效率系數，流道板的絕熱條件良好o=0.470.56；這里取0.5。故 P=mc/60to=1.26kw 三個墊圈的熱傳導面積，如圖5所示 Ap=0.001 （10）墊圈的傳導耗熱。用HI3中碳鋼，查表得=0.28W/m,則有 Qp=280.001（220-50）/0.010=476W （11）式中Qp熱流道板的傳導熱損失W 絕熱零件材料的熱導率W/ m T1熱流道板的注射工作溫度 T2注射模具結構的溫度 若用鈦合金制造墊圈，查表知=7W/ m,有 Qp=119W 圖3 隔熱墊圈Fig3 Insulation gasket3流道板的熱對流和熱輻射的功率損失。流道板溫度T1=273+220=493K;模具溫度T2=273+50=323K,得T=T1T2=170K.經發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板的輻射系數Co=2.62W/K;而光亮鋁箱覆蓋時，Co=0.18 W/K。已知道板輻射表面積Ar=0.126.由兩種狀態(tài)計算功率損失。無絕熱設計的流道板，先計算熱輻射系數 s1 =C0=7.5W/(/K) （12） 在考慮流道板周邊間隙中空氣對劉熱損失，查表可知取空氣自然對流系數=10 W/K.龜茲流道板的對流和輻射熱損失 ks1=374.85W（13）絕熱設計的流道板，計算安裝反射薄片時的輻射系數s2= C0=0.51W/(/K) （14）大面積上安裝反射箔片Ar1=0.05+0.060.382,小面積上無反射面Ar2=0.050.062=0.006,由此得對流和輻射熱損失 ks1=167.2W （15）根據上述計算數據匯總成下表1表1 流道板數據Tablel Runner plate date類型無絕熱設計的流道板絕熱設計的流道板流道板升溫加熱功率12601260熱傳導損失功率476鋼墊圈119鈦合金墊圈對流和輻射熱損失374.85表面灰暗167.2大面積使用反射其他因素的電損10%211154.6總計2321.91700.64討論。查表知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，而本設計流道板及電熱器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而采用反射片，所以電熱的總功率為： P=1260+119+374.85110=1929.235W （16）選兩根1000W的矩形電熱管嵌入熱流道板的槽中即可9。4.2 注射機型號的確定表2 注射機參數Table2 Injection machine parameters項目單位尺寸實際注射容積 4450螺桿直徑 mm110塑化能力 g/s116注射壓力 MPa181/197噴嘴半徑 mmR20鎖模力 KN10000拉桿有效間距 mm11201120定位圈尺寸 mm300最大（?。┠＞吆穸?mm1100（600）4.2.1 注射機有關參數的校核n（Mt/3600m2)/m1式中K注射機最大注射量的利用系數，PP取0.75M注射機的塑化能力為116g/st成型周期，因塑件采用熱流道系統(tǒng)，查表知取60sm1單個塑件的質量，取2.43103gm2澆注系統(tǒng)所需的塑料質量，由于該塑件采用熱流道系統(tǒng)成型，故無澆注系統(tǒng)凝料。 上式右邊=0.7511662/2.43103 1符合要求。4.2.2 鎖模力校核。塑件采用熱流道系統(tǒng)，投影總面積A A=L1L2=602425=2.5585105 2 （17）由于該塑件屬于薄壁均勻的容器塑件，采用PP注塑，流動性好，故取P1=25MPa,所需鎖模力為Fm=Ap1=2.5585105 25=6395.25KN （18）鎖模力校核為FKFm=KAP1=1.26369.25=7675.5KN式中K為鎖模力安全系數。4.2.3 安裝尺寸的校核。1)定位圈尺寸。注射機定位尺寸為，定位圈尺寸取，兩者之間呈較松間隙配合，合要求。2)主流道入口的凹球面半徑應大于注射機噴嘴球半徑通常為： +(1-2)=20+2=22 （19）3) 最大與最小模具厚度。模具厚度應滿足minHHmax ，式中Hmin=600，Hmax=1100.該模具初步擬定厚度H1+B+A+H3+H4=40+160+420+90+40=750(符合要求) （20）式中、動模、定模座板厚度； 凸模固定板厚度； 定模型腔厚度； 型腔墊板厚度。4.2.3 開模行程和推出行程的校核，開模行程（510）式中為注射機的開模行程取1200，塑件的推出行程，塑件脫芯后，人工取出，數值取350，為流道凝料在內塑件高度取400。所以開模行程為：350400（1020）760770S符合要求104. 溫度條調節(jié)系統(tǒng)的設計4. 冷卻系統(tǒng)該模具內的塑料溫度為200左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時溫度在60以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，時熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并迅速脫模。對于黏度低，流動性好的塑料，因為成型工藝要求模具溫度都不太高，本設計采用常溫水對模具進行冷卻。因為誰的熱容量大，傳熱系數大，成本低。用水冷卻，即在模具周圍或內部開設冷卻水道。4. 冷卻系統(tǒng)的計算如果忽略模具因空氣對流、熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進行初步的簡略計算。1)求塑件在固話時每小時釋放的熱量查參考文獻知道聚丙烯單位質量放出的熱量5.9102kj/kg,故 Q=WQ1=2.43605.9102=86kj/h（21）式中W單位時間（每分鐘）內注射模具中的塑料質量（kj/min）,該模具每分鐘注射1次，所以W=2.431=2.43kg/min 2)求冷卻水的體積流量。由表得qv=0.068m3/min （22）式中冷卻水的密度，為1103kg/m3C1冷卻水的比熱容，為4.187kj/kg1冷卻水的出口溫度，為252冷卻水的入口溫度，為203)求冷卻管道直徑d。查資料知，為使冷卻水出于湍流狀態(tài)，因為流量較大，冷卻水管直徑至少在30以上，這樣給標準水嘴的選擇帶來了一些困難，根據實際情況，一般最大水嘴為M16,所以水孔直徑定位d=12mm。4)確定冷卻水災管道內的流速v，查資料取流速v=1.1m/s,這樣的雷諾數Re打到104，冷卻效果較好。5)求傳熱膜系數，查資料取=6.65（平均水溫為22.5） h=18276kj/h （23）6)求冷卻管道總傳熱面積A A=0.1716 （24）7) 計算模具所需的冷卻水管的總長度L L=4.554m （25）8) 求模具上應開設的冷卻水道的孔數 =4.554/0.8=5.7根 （26）式中I=0.8(為模具的寬度)9)型腔和型芯的水孔數量分配。塑件冷卻定型后向凸模收縮，因此有經驗表明凹模帶走熱量的40，凸模帶走熱量的60，所以有：n凹=0.45.7=2.3根 取3根n凸=0.65.7=3.42根 取4根凹模水孔根據上述計算取孔徑12，而凸模水道布置采用串聯(lián)隔板式，保證良好的冷卻效果。必須使用通過隔板兩側冷卻水的雷諾數與進出水孔的雷諾直徑，裝隔板后通流面積A及截面周長x為： A= （27） X=d/2+d0.002= （28）通過流面積的當量半徑R=A/x= （29）根據公式及其要求Re=4vR/=104,經過整理化簡求得：d=0.02125m,考慮到水道復雜，流動阻力較大，取孔徑為22mm.這是在10下算出來的結果，在水溫22.5下，水的粘度還要小些，散熱效果會更好一點11。4.3.3 凸凹模加熱計算對于大型模具和高溫塑料膜，為了減少模注射次數和提高塑件成品率，一般應設置加熱系統(tǒng)。通過Pro/E建模分析粗略估算凹模質量約為1800kg,凸模質量約為700kg,若按大型模具35W/kg來計算，模具加熱功率達87.5kw，電熱棒若按每根2kw來估算，需安裝44根，每根孔徑32mm,因此模具無法容納這么多的電熱棒。而本模具是成型PP塑料，該塑料流動性好，模具溫度也較低，所以不設置點加熱系統(tǒng)，若需要加熱的話，可把冷卻水仙加熱來預熱模具12。4.4 排氣系統(tǒng)設計 注射成型時，整個型腔由塑料填滿，型腔內氣體應能順利排出，否則就會產生熔接、充型不滿和局部燒焦等缺陷。本設計采用氣動推出，沒有機械推出裝備，所以就不能利用其推出機構的間隙進行排氣，只能利用分型面進行排氣。塑料熔體充模過程很短，可以認為模內氣體物體性質符合絕熱條件。所需排氣槽的截面面積可用如下公式計算：F= （30）式中F排氣槽截面面積()M1模具內氣體質量（kg）Po模內氣體的初始壓力為0.1MPaT1模內被壓縮氣體的最終溫度（）T充模時間（s）模內氣體質量按常溫20的氮氣密度計算出m1=P0V0=3.13210-3kg應用氣體狀態(tài)方程，可求得 T1=273 （31）式中T0模具內氣體的初始溫度（） T1=312 （32）充模時間查參考資料知PP成型周期為60s閉模時間為6s注射時間為10s塑化和冷卻時間31s開模時間4s取件9s故： F=1.8942 （33）查資料知排氣槽高度h=0.02mm，因此排氣槽總寬度13 W=F/h=1.894/0.02=94.7mm （34）實際排氣槽寬度應大于計算值，因為當模具使用一段時間后，揮發(fā)性氣體的積垢使排氣有效截面積減小。若排氣槽總寬度較大時，可采用多個，甚至連續(xù)的排氣槽排氣?？稍谡麄€型腔周邊上安排排氣槽排氣。參考資料，本設計設置18條排氣槽，以方便氣體順利排出。如下圖圖4圖4 排氣槽分布圖Fig4 Exhaust slot distribution4.5 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，即推出機構。本套模具屬于大型腔模具，推出形式選用氣動推出，壓縮空氣頂出適用于任何杯形或盒形塑件。當壓縮空氣進入型芯和塑件之間時，并不會像在平板形狀中那樣，立即釋放到空氣中，而是有足夠的時間在塑件下禪僧壓力將其推出，脫離型芯14。4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求 空氣供應必須充足。每幅模具型腔中的空氣溢出量必須均衡，這樣在多模型腔模具中，即使一部分或大多數塑件已經頂出。所以需要足夠大和實彈平衡空氣管道以及較小的噴嘴開口。為了避免塑料溢入，必須保證吹起口和噴嘴的尺寸的均勻性，同時必須保證有足夠的氣體流過吹起口和噴嘴。氣體必須經過凈化，無灰塵、油滴或水分。必須可靠控制氣壓，實現(xiàn)連續(xù)、無故障頂出15。4.5.2 頂出方式 氣體頂出方式，可以自制閥桿，閥桿在型芯或型腔的頂部用錐座固定，防止塑料進入氣動系統(tǒng)。模具開啟后，閥桿向前移動SE距離。也可以采用標準氣閥，這樣能縮短制造周期，在工程實踐中普遍采用，本設計采用標準氣閥，推動閥桿向前進四靠閥桿底部的氣體壓力。行程SE很小，大約為0.25mm.164.5.3 脫模力的計算（簡單計算法） 塑件坐在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模包緊，在塑件脫模時必須克服著一包緊力，對于不帶瞳孔的殼體類塑件，脫模時還需要克服大氣壓力。此外，還需克服塑料和鋼材之間粘合力。開始脫模時瞬間所要克服的阻力最大，稱為初始脫模力，以后脫模所需的力稱為相繼脫模力，后者比前者小，所以計算脫模力的時候，總是計算初始脫模力。1)動脫模力的計算，脫模力Qe由兩部分組成，查資料只方程為 Qe=Qc+Qb （35）式中Qc塑件對型芯包緊的脫模阻力（S）Qb使封閉殼體唾沫所需克服的真空吸力（N）,Qb=0.1Ab,這里0.1的單位是0.1MPa,Ab為型芯的橫截面積（2）在脫模力的計算中將=rcp/t10的制品視為薄壁制品。反之，視之為厚壁制品。式中t為制品厚度，rcp為型芯的平均半徑。該塑件為矩形塑件，型芯平均半徑為矩形長邊長度加短邊平均長度除以，故： rcp=（584.4+4000.85）/=312.8mm （36）所得型芯平均半徑為312.8mm，則： = rcp/t=312.8/3=104.2710 (37）故該塑件為薄壁塑件，根據資料得：式中E塑料的拉伸彈性模具（MPa）,查資料取1.6MPa;塑料的平均收縮率，查資料取2.0塑料的泊松比，查資料取0.33；h型芯脫模方向高度（mm）,取327.4mmt塑件壁厚（mm）,取3mm;Kf脫模斜度修正系數，其計算式為Kf=型芯的唾沫斜度，取3；f制品與鋼材表面的靜摩擦系數，查表取0.5；由此可得：Kf=0.4356 （38）則： Qc=163475.6N Qb=0.1Ab=0.1581.4400.85=23305.4N Qe=Qc+Qb=1.87105N由于采用氣動推出，故該脫模力除以塑件內表面積就是所需壓縮空氣的壓力為： P=0.803MPa （39）式中Aa為塑件在開模方向上的投影面積，Aa=581.4400.85=2.33105 mm2.故氣動推出的壓縮空氣的氣壓為0.803MPa,為了安全起見，取0.85MPa的氣壓。討論：根據上述計算結果，脫模力達187KN，數字過大，與工程實際不相符合。（2）動模脫模力計算（精確計算法）。按精確計算方法測算，查資料計算公式為： Qc=12KfcaE（TfTj）th=12.0850.57.810-51.6103(11050) 3327.4=37509N式中K脫模斜度系數 Kf=0.85 （40） a塑料線膨脹系數（1/）； Tf熱變形溫度（110）； Tj塑件脫模溫度（50）。其余符合同上式一樣。 Qe=37509+23300=60809N P=Qe/Aa=0.261MPa故氣動推出的壓縮空氣的氣壓為0.261Mpa，為安全起見，通入0.3MPa0.4MPa壓力的壓縮空氣。車間空氣壓縮機提供壓力一般為0.6MPa0.8MPa，所以可行。4.5.3 定模脫模力在定模型腔底部有縱橫交錯的多條加強肋板，在塑件口部邊緣也有一加強圈包緊在定模型腔上，若計算脫模力十分復雜，這樣在開模時塑件是留在動模還是定模，不十分確定，因此在定模型腔必須設置氣閥，在開模前先開啟定模氣閥，強行使塑件包住動模型腔模型芯從定模型腔脫出，最后開模結束，動模氣閥作推出塑件17。4.6 成型零件設計4.6.1 成型零件工作尺寸的計算大型塑件注射模具工作零件尺寸的確定，不能采用中小型模具零件計算方法，因為模具制造公差對中小型塑件尺寸精度影響很大，而塑料收縮率波動值卻對大型塑件尺寸精度影響很大。在計算時應根據塑件尺寸工程表和精度選用表為依據，同時考慮模具材料的熱膨脹和塑件的綜合收縮率，而不采用平均收縮率計算法。查資料綜合收縮率： SQ=ScpQ=0.020.0004=0.0196 （41）而Q=(TmT1)=13.410-6(5020)=4.0210-4 （42）式中 Scp塑料的平均收縮率，取2%； Q 型腔、型芯從室溫升到工作溫度時的膨脹率； aP20鋼線性膨脹系數（13.410-6/） Tm 模具溫度（50） T1 室溫（20）從上面計算可以看出，因模具溫度不高，線膨脹率不大，所以SQ與平均相差很小，僅為，因塑件尺寸大，公差也大，忽略這相差的對塑件的精度影響不大，因此下述計算仍用作為收縮率。查資料計算公式如下：(1+Scp)Lx （43）式中 制品的名義尺寸（最大尺寸）；制品公差（負偏差）；m凹模徑向名義尺寸（最小尺寸）；成型零件工作尺寸的修正系數，其取值與制品的尺寸及精度有關。當塑件尺寸很大且精度不高時影響塑件尺寸誤差的主要因