導紙輪注塑模具設計

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The double-parting line molds has two profiles, I - I for the first parting line, after dividing pours the system to congeal the material from this to take out; II - II for the second parting line, after dividing models from this to leave. This mold uses the material is the fluidity and the form ability fine, the rate of finished products high, but is easy to appear the crack, takes shape models the drawing of patterns ascent not suitable small polystyrene. A guidance turn of product assumes the tall and slender circle tubular-shaped, also its outer distribution has six diameters to be big also the wall thin flange, in the injection process, for is advantageous for the product to take shape, reduces the plastic in injection process flow as far as possible, this mold uses the trace not to affect models an outward appearance and the operational performance four pin-point gate. This mold core tall and slender, is easy in the injection process medium core to distort, for avoids the slender configuration core having the distortion in the injection process, under the goods in process permission existence craft hole condition, has established eight support pillar, with by enhancement core rigidity. In order to guarantee in opens in the mold process to cause the product to remain moves a mold side, was deciding a mold side to establish three ejector pin. In order to be advantageous for pours the system to congeal the material to take out, has established two parting lineKEYWORDS: pin-point gate movable mold stationary mold 1 引言11.1模具工業(yè)在國民經濟中的地位11.2我國模具工業(yè)的現狀21.3塑料模具的功能31.4我國塑料?，F狀及發(fā)展趨勢42 模塑工藝規(guī)程的編制62.1 塑件的工藝性分析62.1.1 塑件的原材料分析62.1.2 塑件的結構和尺度精度分析及表面質量分析72.1.3 塑件的表面質量分析。72.2 計算塑件的體積和質量82.3 塑件注塑工藝參數的確定93 注塑模的結構設計103.1 分型面選擇103.2 型腔數目的確定11 3.3 排氣系統(tǒng)的設計113.4 澆注系統(tǒng)的設計113.4.1主流道系統(tǒng)設計123.4.2 分流道設計133.4.3 澆口設計143.4.4 澆口位置的設置143.4.5 冷料穴的設計153.5 脫模機構設計153.5.1 脫模力的計算153.5.2 脫模機構的相關設計163.6 成型零部件的結構設計163.6.1 凹模結構設計173.6.2 凸模結構設計174 模具設計的有關計算及材料的選擇184.1 型腔和型芯工作尺寸計算184.1.1 型芯的計算184.1.2 型腔的計算194.2 型腔厚度計算204.3 成型零件材料的選擇215 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算235.1 求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q235.2 求冷卻水的體積流量235.3 求冷卻水道直徑245.4求冷卻水在管道內的流速V245.5 求冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數h245.6 求冷卻管道總傳熱面積A245.7 求模具上應開設的冷卻管道的孔數n245.8 冷卻水孔總長度計算256 模具標準件的選用257 模具閉合高度的確定278 注塑機有關參數的校核279結論28致謝29參考文獻30III1 引言1.1模具工業(yè)在國民經濟中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年3月中國政府頒布的關于當前產業(yè)政策要點的決定中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中6090的產品的零件，組件和部件的生產加工。 模具制造的重要性主要體現在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達到170種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80的模具需要更換。中國摩托車產量位居世界第一，據統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產。一個型號的摩托車生產需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。 目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數控制模設備，提高模具加工質量，縮短生產周期，溝通外貿渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義。1.2我國模具工業(yè)的現狀 自20世紀80年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。20世紀90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長到130億元人民幣，1999年已達到245億元人民幣，2000年增至260270億元人民幣。今后預計每年仍會以1015的速度快速增長。 目前，我國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數千家，成為我國國內知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現已有幾千家。 在模具工業(yè)的總產值中，企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50（中國臺灣：40），塑料模具約占33（中國臺灣：48），壓鑄模具約占6（中國臺灣：5），其他各類模具約占11（中國臺灣：7）。 中國臺灣模具產業(yè)的成長，分為萌芽期（19611981），成長期（19811991），成熟期（19912001）三個階段。 萌芽期，工業(yè)產品生產設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業(yè)等產品外銷表現暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。 1981年1991年是臺灣模具產業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺灣地區(qū)就將模具產業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關工業(yè)產品的外銷策略，全力發(fā)展整體經濟。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等CAD/CAM技術，所以臺灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術的時間相當早。 成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下，1994年，1998年，由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃”與“工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產業(yè)升級，朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具。1997年11月間臺灣憑借模具產業(yè)的實力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協(xié)會會員，。整體而言，臺灣模具產業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。1.3塑料模具的功能 模具是利用其特定形狀去成型具有一定型狀和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具，金屬沖壓模具，金屬壓鑄模具，橡膠模具，玻璃模具等。因人們日常生活所用的制品和各種機械零件，在成型中多數是通過模具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個大行業(yè)。在高分子材料加工領域中,用于塑料制品成形的模具,稱為塑料成形模具,簡稱塑料模.塑料模優(yōu)化設計,是當代高分子材料加工領域中的重大課題。 塑料制品已在工業(yè)、農業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應用。為了生產這些塑料制品必須設計相應的塑料模具。在塑料材料、制品設計及加工工藝確定以后，塑料模具設計對制品質量與產量，就決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內應力大小、表觀質量與內在質量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模結構的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對塑件成本也有相當大的影響，除簡易模外，一般來說制模費用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此。 現代塑料制品生產中，合理的加工工藝、高效的設備和先進的模具，被譽為塑料制品成型技術的“三大支柱”。尤其是加工工藝要求、塑件使用要求、塑件外觀要求，起著無可替代的作用。高效全自動化設備，也只有裝上能自動化生產的模具，才能發(fā)揮其應有的效能。此外，塑件生產與更新均以模具制造和更新為前提。 塑料摸是塑料制品生產的基礎之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當塑料制品及其成形設備被確定后，塑件質量的優(yōu)劣及生產效率的高低，模具因素約占80%。由此可知，推動模具技術的進步應是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設計與制造水平，標志一個國家工業(yè)化的發(fā)展程度。1.4我國塑料?，F狀及發(fā)展趨勢 中國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。 （1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。 （2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。 （3）推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。 （4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。2 模塑工藝規(guī)程的編制 該塑件是導紙輪，如圖2.1所示，其零件圖如圖所示，本塑件采用的材料是聚苯乙烯，生產類型為大批量生產。 圖 2.1 導紙輪2.1 塑件的工藝性分析2.1.1 塑件的原材料分析 1） 基本特性：聚苯乙烯（PS）無色透明，無毒無味，落地時發(fā)出清脆的金屬聲，密度為。聚苯乙烯的力學性能與聚合方法、相對分子質量大小、定向度和雜質量有關。相對分子質量越大，機械強度越高，聚苯乙烯具有優(yōu)良的電性能和一定的化學穩(wěn)定性，能耐堿、硫磷、磷酸、10%30%的鹽酸、稀醋酸及其他有機酸，但不耐硝酸和氧化劑的作用。對水、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，但耐熱性能低，熱變形溫度一般在7098，只能在不高的溫度下使用，質地硬而脆，有較高的熱膨脹系數。 2） 成型特點：流動性和成型性優(yōu)良，成品率高，但易出現裂紋，成型塑件的脫模斜度不宜過小，但頂出要均勻，由于熱膨脹系數高，塑件中不宜有嵌件，否則會因兩者的熱膨脹系數相差太大而導致開裂，塑件壁厚應均勻，宜用高料溫、高模溫、低注射壓力成型并延長注射時間，以防止縮孔及變形，降低內應力，但料溫過高，容易出現銀絲，因流動性好，模具設計中大多數采用點澆口形式。2.1.2 塑件的結構和尺度精度分析及表面質量分析 1） 結構分析：要想獲得合格的塑料制件，除合理選用塑件的原材料外，還必須考慮塑件的結構工藝性，塑件的結構工藝性與模具設計有直接關系，只有塑件設計滿足成型工藝要求，才能設計出合理的模具結構，以防止成型時產生氣泡、縮孔、凹陷及開裂等缺陷，達到提高生產率和降低成本的目的。從零件圖上分析，該零件總體形狀為細長圓管形，在其外圓上分布有六個直徑較大且壁較薄的凸緣，并且在凸緣上有一深15mm的凹槽。為了便于將凝料從澆注系統(tǒng)中取出，必須設置兩個分型面，由此可見該零件屬于中等復雜程度的零件。 2） 尺寸精度分析： 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產品圖中尺寸的符合程度，即所獲塑件尺寸的準確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度、模具的磨損程度、塑件收縮率的波動及成型時工藝條件的變化、塑件成型后的時效變化和模具的結構形式等有關。因此，塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。查中國模具設計大典 可知，PS未注公差尺寸按MT5計算，故本塑件尺寸公差均按MT5級標注。 按照制品的外形尺寸采用單向負偏差，制品的內形尺寸采用單向正偏差的原則，查中國模具設計大典，可得塑件尺寸如下：、。 由以上分析可知，該零件的尺寸精度中等，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。從塑件的壁厚上來看，壁厚較均勻，有利于零件的成型。2.1.3 塑件的表面質量分析。 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現。 綜上分析可以得出，注塑時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。2.2 計算塑件的體積和質量 計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數 計算塑件的體積： 計算塑件的質量：根據設計手冊可查得聚苯乙烯的密度為： 故塑件的質量為： 考慮塑件的外形體積較大，故初步考慮采用一模一件模具結構?？紤]塑件外形尺寸，注塑時所需壓力等情況，初步選用注塑機為XSZ125型。查實用模具技術手冊XSZ125型注塑機的主要技術參數如下： 注射方式：螺桿式 螺桿直徑： 42mm 最大注射量：125g（） 注射壓力：119MPa 鎖模力：900KN 最大注射面積：320 模具最大厚度：300mm 模具最小厚度：200mm 最大開模行程：300mm 噴嘴球半徑：12mm 噴嘴孔半徑： 定位圈直徑： 兩側孔徑： 頂出孔距：230mm 模板尺寸：mm/mm 機器外型尺寸： 2.3 塑件注塑工藝參數的確定 選擇合適的注塑工藝參數，能以最低的能源和原材料消耗，獲得最高的生產率和經濟效益。查找相關文獻，對聚苯乙烯的成型工藝參數可作如下選擇：（試模時，可根據實際情況作適當調整），具體參數見表1-1。 注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。 表1-1 工藝參數料筒溫度后段溫度160中段溫度230前段溫度220噴嘴溫度230注射壓力100 MPa注塑時間45S保壓88 MPa保壓時間20S冷卻時間30S3 注塑模的結構設計 注塑模具的結構是由注射機的類型和塑件的結構所決定的。塑件結構由于其使用要求的不同而千變萬化，導致注塑模具的結構形式多種多樣。但把各種類型的注塑模具加以分析歸納，每套注塑模具也有若干職能部分組成，且它們在不同的注塑模具中起著相同的作用。 注塑模具結構設計主要包括：分型面選擇、模具腔數目的確定、型腔的排列方式、冷卻水道布局，澆口位置設置、模具工作零部件的結構設計、頂出結構設計等內容。3.1 分型面選擇 模具閉合時動模和定模相配合的接觸平面叫做分型面，也可以叫做合模面。在模具制造不良或鎖模力不足的情況下，模內熔融塑料會通過此分型面濺出，在塑件上形成較厚的飛邊，經修整后還會留下明顯的殘痕。 模具設計開始的第一步，就是選擇分型面的位置。分型面的選擇受塑件形狀、壁厚、成型方法、后處理工序、塑件外觀、塑件尺寸精度、塑件脫模方法、模具類型、型腔數目、模具排氣、嵌件、澆口位置與形式以及成型機的結構等影響。 分型面有多種形式，常見形式有：水平分型面、階梯分型面、斜分型面、錐分型面和異型分型面。 依照：塑件脫出方便（塑件外表面脫模斜度130、塑件內表面脫模斜度50）、模具結構簡單、型腔排氣順利、確保塑件質量、無損塑件外觀、設備利用合理等來選擇型面。 模具設計中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結構。應根據分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。 該塑件為導紙輪，表面質量無特殊要求。為減少模具加工難度和便于成型后取出澆注系統(tǒng)凝料，需設置兩個水平水型面。開模時，首先從分型，保證兩端點澆口被拉斷，而在中間的兩個點澆口牽制下將主流道和分流道從澆口套和定模座板中帶出。隨后，沿分型，將制件取出。3.2 型腔數目的確定 一模多腔時需要確定最經濟的型腔數目n，影響n的因素有技術參數和經濟指標兩個方面，查中國模具設計大典得：型腔數目的計算公式： n= （3.1） 式中：n 型腔數目 G 注射機公稱注射量（） V 單個制品的體積 （） （3.2） 根據注射機的公稱注射量及單個塑件的質量，n圓整后取1 即：本模具采用一模一件制3.3 排氣系統(tǒng)的設計 注塑模的排氣是模具設計中不可忽視的一個問題，特別是快速注塑模成型工藝的發(fā)展對注塑模的排氣的要求更加嚴格。 排氣槽是指使模具型腔內的氣體排出模具外面在模具上設的氣流通槽或孔。 塑料熔體在注入型腔的同時，必須置換出型腔內的空氣和從熔體逸出的揮發(fā)性氣體。因為本模具體積較大，僅僅依靠模具從分型面處自然排氣、頂桿間隙排氣、推桿間隙排氣等還不夠，所以，必須設計排氣槽。 排氣槽位置和大小的選定，主要依靠試驗，通常將排氣槽先開設在比較明顯的部位，經過試模后再修改或增加。結合實際，本模具的排氣槽設在料流的終端，經計算、查表后得：排氣槽厚度為0.02mm，高度為0.03mm，長度為1.2mm。3.4 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)設計是注射模具中最重要的問題之一。澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體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，它的設計合理與否，直接影響著模具的整體結構及其工藝操作的難易。 澆注系統(tǒng)是指熔融塑料從注粗機噴嘴進入模具型腔所流經的通道。它的作用是使塑料熔體平穩(wěn)且有順序地填充到型腔中，并在填充和凝固過程中把壓力傳遞到各個部位，以獲得組織緊密、外形清晰的塑料制件。 澆注系統(tǒng)一般是由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。3.4.1主流道系統(tǒng)設計 1） 主流道設計 主流道是由注塑機與模具接觸的部位起到分流道為止的一段流道，是熔融塑料進入模具時最先經過的部位。 查實用模具技術手冊得：XSZ125型注塑機噴嘴的有關尺寸： 噴嘴前端孔徑：mm 噴嘴前端球面半徑：mm 根據模具主流道與噴嘴的關系： R=+(12)mm （3.3） D=+(0.51)mm （3.4） 取主流道球面直徑R=13mm； 取主流道的小端直徑d=4.5mm； 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為，經換算得主流道直徑D=6mm。為了使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑r=0.8mm的圓弧過渡。主流道的幾何形狀和尺寸如圖3.1所示，其截面積為圓型。 圖3.1 流道口 2） 主流道襯套設計 由于注塑成型時主流道要與高溫塑料熔體和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，所以一般都不將主流道直接開在定模上，而是將它單獨開設在一個嵌套中，然后將此套再嵌入定模內，該嵌套稱為主流道襯套。采用主流道襯套以后，不僅對主流道的加工和熱處理以及襯套本身的選材等工作帶來很大方便，而且在主流道損壞后也便于修磨和更換。 常用的主流道襯套有A、B兩種類型，結合本模具，本次設計采用A型，其結構形式及尺寸如圖3.2所示：圖3.2 主流道襯套3.4.2 分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的一段流道，它是熔融塑料由主流道流入型腔的過渡段，能使塑料的流向得到平穩(wěn)的轉移。對多腔模，分流道還起著向各型腔分配塑料的作用。 分流道的形狀及尺寸，應根據塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、注塑速率、分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀復雜程度一般，熔料填充型腔不太困難，根據型腔的排列方式可知分流道的長度較短，為便于加工起見，選用截面形狀為梯形的分流道。查實用模具技術手冊得相關尺寸：h=4mm，=6mm3.4.3 澆口設計 澆口它是分流道與型腔之間的狹窄部份，也是最短小的部分，它的作用有以下三點： （1）使分流道輸送過來的熔融塑料在進入型腔時，產生加速度，從而能迅速充滿型腔； （2）成型后澆口處塑料首先冷凝，以封閉型腔，防止塑料 產生倒流，避免型腔壓力下降過快，以致在塑件上出現縮孔和凹陷； （3）成型后便于澆注系統(tǒng)凝料與塑件分離。為便于制品成型，盡量縮短塑料在注射過程中的流程，選用四點澆口較為理想，因為這種澆口的長度很短，不超過其直徑，所以脫模后，縮件上的澆口殘痕不明顯，不需要再修正澆口痕跡。但采用這種澆口時，常常在模具上增加一部分型面，以便使?jié)部谀厦撃！?設計時考慮選擇從外壁處進料，料由近至遠處流，而且在模具結構上采取鑲拼組合成型腔、型芯，有利于填充、排氣，故采用四點澆口。查設計手冊初選分流道尺寸為： d=1.5mm, l=1.0mm, =1mm, =1.8mm, ,，試模時修正3.4.4 澆口位置的設置 選擇塑件的澆口開設部位，應注意以下幾點： （1）避免熔體破裂現象在塑件上產生缺陷； （2）考慮分子取向方位對塑件性能的影響； （3）有利于流動、排氣和補料； （4）應盡量減少熔接痕和增加熔接牢度； （5）防止料流將型芯或嵌件擠歪變形。 本制品呈細長圓管型，在其外圓分布有六個直徑較大且壁較薄的凸緣，為便于制品成型，盡量縮短塑料在注射過程中的流程；在其18mm的外圓上設置了4個點澆口。3.4.5 冷料穴的設計 冷料穴的作用是儲存兩次注塑的間隔中產生的冷料頭，以防止料頭進入型腔造成塑料熔接不牢，影響塑件質量，甚至發(fā)生冷料頭堵塞住澆口，造成成型不滿。冷料穴一般設在主流道末端，當分流道較長時，在它的末端也應開設冷料穴。 本模具采用冷料井與Z型拉桿匹配。3.5 脫模機構設計 用于開模時將塑件從模具中脫出的裝置成為脫模機構。脫模機構是注射模的重要功能結構之一，也稱為頂出機構。3.5.1 脫模力的計算 將制品從包緊的型芯上脫出時所需要克服的阻力稱為脫模力，它主要包括：由制品的收縮引起的制品與型芯的摩擦阻力和大氣壓力。 脫模力的作用點應盡量靠近型芯，并且脫模力應施于塑件剛性和強度最大的部位。 脫模力的計算是設計脫模機構和尺寸的依據，它與塑料種類、塑件包容在型芯上的面積以及塑件的熱收縮值等有關。查設計手冊得脫模力的計算公式： 式中：F 脫模力（N） E 塑料彈性模量（Pa） A 塑件包容在型芯徑向的面積（） f 塑料與鋼之間的摩擦因數 d 型芯直徑（mm） t 塑件壁厚（mm） 塑件材料的泊松比 塑件的徑向的熱收縮率，由式=（）d確定 塑料熱膨脹系數（） 注入型腔的熔融塑料的溫度（） 塑料出模溫度（）則： 3.5.2 脫模機構的相關設計 脫模機構在設計時要遵循以下原則： （1）頂出機構的運動要準確、可靠、靈活、無卡死現象；機構本身要有足夠的剛度和強度，足以克服脫模阻力。 （2）保證在頂出過程中塑料不發(fā)生變形； （3）頂出力的分布應盡量靠近型芯，且頂出面積應盡可能大，以防塑件被頂壞； （4）頂出力應作用在不易使塑件產生變形的部位； （5）若頂出部位需設計在塑料使用或裝配的基準面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位出凹進塑件0.1mm。 本模具的脫模是在頂桿、推桿、推桿板、推板、復位桿等零件共同作用下完成的。 推桿、頂桿、推板、復位桿、推桿板等尺寸詳見模具標準件的選用。3.6 成型零部件的結構設計 注射模具閉合后，其內部零部件將組合成一個能容納塑料的閉合型腔，即所說的型腔，它將接受由注射機注射出來的塑料熔體，并使它們在其內部固化成型為塑料制品。顯然，型腔的幾何形狀和尺寸決定了制品的幾何形狀和尺寸，所以構成型腔的所有零部件統(tǒng)稱為成型零部件。這類零件包括凹模、凸模等。 成型零部件在注射成型過程中直接與塑料熔體接觸，需要承受溫度、壓力及塑料熔體的沖擊和摩擦作用，長期工作之后，容易發(fā)生磨損、變形和斷裂。設計注塑模時應針對塑料制品的結構特點、生產批量、使用要求以及模具的使用壽命等，合理確定成型零部件的結構，滿足精度、粗糙度、強度及剛度的要求。3.6.1 凹模結構設計 凹模的成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本結構可分為整體式、整體嵌入式和組合式。結合本模具，采用組合式凹模，因為采用組合式凹模能簡化復雜凹模的加工工藝，減少熱處理變形，拼合處有間隙利于排氣、便于模具維修，節(jié)省的貴重的模具鋼。其結構及尺寸見零件圖。3.6.2 凸模結構設計 凸模主要是與凹模相結合構成模具的型腔，主要用來成型塑件整體的內部形狀。常見凸模結構形式有：組合式、圓柱型芯結構、異型型芯結構、鑲拼型芯結構等，本模具型芯結構簡單，采用最常見的圓柱形型芯結構就可滿足要求。其結構及尺寸詳見零件圖。4 模具設計的有關計算及材料的選擇 本模具設計成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。 查模具設計與制造簡明手冊得聚苯乙烯的收縮率為S=0.2%0.8%，故平均收縮率為=（0.2%+0.8%）/2=0.5%，考慮到工廠模具制造的現有條件，模具制造的現有條件，模具制造公差取=。4.1 型腔和型芯工作尺寸計算 成型零件的工作尺寸是成型零件上直接用來成型塑料制品的那部分尺寸。成型零件分為兩大類：光滑成型零件和螺紋成型零件。 成型零件的工作尺寸，要保證所成型塑料制品的尺寸。在計算時要考慮塑料制品的尺寸公差，所成型塑料的收縮率、溢料飛邊厚度、塑料制品脫模、塑料制造的加工條件及可達到的水平等因素。4.1.1 型芯的計算 查注塑模結構設計得如下公式： 徑向尺寸： 式中： 型芯徑向基本尺寸； 塑件徑向基本尺寸； 塑件平均收縮率； 塑件制造公差； 模具制造公差取 則： 軸向尺寸： 式中： 型芯軸向基本尺寸； 塑件軸向基本尺寸； 塑件平均收縮率； 塑件制造公差； 模具制造公差取 則： 4.1.2 型腔的計算 徑向尺寸： 式中： 型腔徑向基本尺寸； 塑件徑向基本尺寸； 塑件平均收縮率； 塑件制造公差； 模具制造公差取則： 軸向尺寸： 式中： 型腔軸向基本尺寸； 塑件軸向基本尺寸； 塑件平均收縮率； 塑件制造公差； 模具制造公差取 則： 4.2 型腔厚度計算型腔厚度尺寸參照模具設計與制造簡明手冊表2-158計算公式側壁厚度： 底板厚度： 式中：p 型腔壓力（MPa） a 凹模受力部分高度（mm） l、b 凹模內腔長邊和短邊（mm） E 彈性模量（MPa） A 凹模高度 （mm） B 支承板寬度（mm） 允許變形量（mm） 側壁厚度的計算： 當l=21mm時， 當l=9mm時， 圓整后取大值，取 則：型腔高度為：42+25=55mm 底板厚度的計算： 圓整后取大值，取=10mm 則：型腔寬度為：4.3 成型零件材料的選擇 塑料模具形狀復雜，加工難度大，一般說來價格比較昂貴，為保證模具使用的高壽命，防止意外損壞，合理選擇模具材料十分重要的。成型零件材料選用要求如下： （1）機械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的鋼種； （2）拋光性能良好。注塑模成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面，要求選用鋼材硬度3040HRC為宜； （3）耐腐蝕性和抗疲勞性能好。所選鋼種應使注塑模能減少拋光修模次數，能長期保持型腔的尺寸精度，達到所計劃批量生產的使用壽命期限； （4）具有耐磨性能。 根據以上選材原則及該模具用于制品生產批量大、強度耐磨性要求高、成型零件強度高、耐磨性好、熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕的等選用。鋼是一個比碳素工具鋼具有更好綜合力學性能和工藝性能的低合金模具鋼，使合金工具鋼中唯一不含元素的經濟型鋼種。該鋼淬透性能好，淬火、低溫回火后有高的硬度和耐磨性，淬火硬度可達4652HRC，淬火時可以用油冷。5 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算 注塑模溫度調節(jié)是采用加熱或冷卻方式來實現的，確保模具溫度在成型要求的范圍之內。模具加熱方法有蒸汽、熱油、冷水加熱及電加熱等。最常用的是電阻加熱法；冷卻方法則采用溫水冷卻、冷卻水強力冷卻或空氣冷卻等方法，而大部分采用常溫水冷卻法。 模具溫度調節(jié)系統(tǒng)的功用：（1）改善成型條件；（2）穩(wěn)定制品的形位尺寸精度；（3）改善制品機械、物理性能；（4）提高制品表面質量。 注塑模的溫度調節(jié)系統(tǒng)必須有加熱和冷卻功能，必要時還要二者兼有。 本模具塑件在注射成型時不要求有太高的模溫，因而在設計模具時，在模具上可不設加熱系統(tǒng)。 塑料注塑模具冷卻系統(tǒng)的設計計算，不僅影響成型塑件的質量，還直接影響生產效率。 本模具是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計計算： 設定模具平均工作溫度為70，用20的常溫水作冷卻液，模具出口水溫為30，產量為w=4.5kg/h,模具寬度為260mm。求冷卻管道直徑及所需冷卻管道孔數。5.1 求塑料制品在固化時每小時釋放的熱量Q 查中國模具設計大典得聚苯乙烯單位重量釋放的熱量故： 5.2 求冷卻水的體積流量 由得： 式中：冷卻水在一定溫度下的密度（）冷卻水在圓管的流速（m/s）冷卻水的比熱容冷卻水的進口溫度；冷卻水的出口溫度。 則： 5.3 求冷卻水道直徑 查中國模具設計大典表9.81，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=8mm5.4求冷卻水在管道內的流速V由公式得： 5.5 求冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數h查中國模具設計大典表9.85得：f=6.48，在由公式得：5.6 求冷卻管道總傳熱面積A 5.7 求模具上應開設的冷卻管道的孔數n圓整后取整數n=7（個）5.8 冷卻水孔總長度計算式中：G單位時間內注入模具中的塑料質量（kg/h）塑料成型時在模具內釋放的熱焓量（J/kg）模具溫度（）冷卻水的平均溫度（）V冷卻水最低流速（m/s）冷卻水的密度（）d 冷卻水直徑 則： 由以上計算可知，本模具需采用冷卻系統(tǒng)。采用通過在模具上直接打孔，并通以冷卻水進行冷卻的簡單流道式冷卻系統(tǒng)。冷卻水道間距l(xiāng)=15mm，冷卻水道與型腔間的距離l=20mm。6 模具標準件的選用 查模具標準應用手冊得如下標準件尺寸： 推桿 GB4169.184 T8A GB129886 墊塊： GB4169.684 Q235A GB70088 推板： GB4169.784 45鋼 GB69988 定模座板：GB4169.884 45鋼 GB69988 動模座板：GB4169.884 45鋼 GB69988 中間板： GB4169.884 Q235 GB70088 支承板： GB4169.884 45鋼 GB70088 查機械設計通用手冊及模具設計與制造簡明手冊得： 圓錐銷：銷 GB11786A625 35鋼 HRC2838 螺釘：GB6585M1680 螺釘：GB6585M830 彈簧：圓柱螺旋壓縮彈簧，d=3.0mm D=14.0mm t=4.77mm 圓柱銷：銷GB11986B1235 35鋼 HRC2838 六角頭螺栓：GB/T1228M20100 六角頭螺栓：GB578586M1250 小方頭螺栓：GB3588M840 六角頭頭部帶孔螺栓：GB29.188M1260 7 模具閉合高度的確定 在支承與固定零件的設計中，根據經驗及查模具設計與制造簡明手冊確定相關尺寸：定模座板，動模座板，定模固定板，定模板，動模板，動模固定板，根據推出行程和推出機構的結構尺寸確定墊塊高度。 因而模具的閉合高度： =25+25+20+25+25+25+80 =220mm8 注塑機有關參數的校核 本模具的外形尺寸為260mm315mm230mm。XSZ125型注塑機模板最大安裝尺寸為420mm450mm，故能滿足模具的安裝要求。 由上述計算模具閉合高度H=220mm，XSZ125型注塑機所允許模具的最小厚度，最大厚度，即模具滿足的安裝條件。 經查資料，XSZ125型注塑機的最大開模行程S=300mm，滿足式頂出塑件要求。對于雙分面注塑模： =25+25+10+42 =102mm 式中： 制品所用的脫模距離（mm） 制品高度（mm） a 取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度（mm） 此外，由于模具無側分型抽芯距，不會增加開模距離，注塑機開模行程足夠。 經驗證，XSZ125型注塑機能滿足使用要求，故可以采用。9結論 本課題所研究的模具是典型的三板式模具，即雙分型面注塑模。雙分型面注塑模有兩個分型面，為第一個分型面，分型后澆注系統(tǒng)凝料由此取出；為第二個分型面，分型后塑件由此脫出。 本模具所采用的材料是流動性和成型性優(yōu)良、成品率高、但易出現裂紋，成型塑件脫模斜度不宜過小的聚苯乙烯；PS作為工程塑料之一，“以塑代鋼、性能卓越”，用途極其廣泛。它具有重量輕、強度高、自潤滑、耐磨、防腐，絕緣等多種獨特性能。其磨擦系數比鋼低8.8倍，比銅低8.3倍，而比重僅為銅的七分之一。 通過這次設計我了解聚苯乙烯的物理性能、流動性成型過程中的物理、化學變化及塑料的組成、分類及性能。了解塑料成型的基本原理和工藝特點，較正確分析了成型工藝對模具的要求?；菊莆樟烁鞣N成型設備對各類模具的要求。掌握了各類成型模具的結構特點及設計計算方法。具有初步分析、解決成型現場技術問題的能力，包括具有初步分析成型缺陷產生的原因和提出克服辦法的能力。設計時，在充分考慮塑件設計特色，盡量減少后加工，設計的模具應當生產效率高，安全可靠，模具零件應耐磨耐用，模具結構要適應塑料的成型特性等方面，我合理地選擇了模具結構，設計的模具制造方便，正確地確定了模具成型零件的尺寸。 塑料制件的形狀主要是靠成型模具獲的，而它的質量是靠模具的正確結構和模具成型零件的正確形狀、精確尺寸及較低的表面粗糙度來保證的。由于塑件成型工藝的飛速發(fā)展，模具的結構也日益趨于多功能化和復雜化，這對模具的設計工作提出了更高的要求。雖然，塑料制件的質量與許多因素有關，但合格的塑料制件首先取決于模具的設計與制造的質量，其次取決于合理的成型工藝。導紙輪制品呈細長圓管形，且其外圓分布有六個直徑較大且壁較薄的凸緣。本課題在設計時存在的主要問題是：導紙輪型芯細長，在注射過程中型芯易變形，塑件易出現澆不足、縮孔、氣泡等缺陷；型腔尺寸太大，難以加工；開模后制品易留在動、定模兩側；澆注系統(tǒng)凝料無法取出；塑件無法取下。 為解決以上問題，特提出以下解決辦法：在注射過程中，為便于制品成型，斤兩縮短塑料在注射過程中的流程，因此設置了四個點澆口；為避免在注射過程盡量縮短塑料在注射過程中的流程，因此設置了四個點澆口；為避免在注射過程中細長型芯發(fā)生變形，在制品允許存在工藝孔的條件下，設置了八個支撐桿，用以提高型芯的剛性；為解決型腔難以加工的問題，設計時采用組合式；為保證在開模過程中使制品留在動模一側，在定模一側設置了三個頂桿；為方便將澆注系統(tǒng)凝料取出特設置了兩個分型面；在實際應用中采用專用的型芯夾具將型芯抽出，從而獲得塑料制件。