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目 錄
摘 要
Ⅲ
Abstract Ⅳ
1 緒 論 1
1.1模具在日常生活中的應(yīng)用 1
1.2本課題的研究意義與目的 1
1.3 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.4 注塑模的未來發(fā)展趨勢 2
1.5 氣壓瓶蓋的三維圖 3
2 本課題塑件的工藝分析 4
2.1 塑件材料特性及工藝參數(shù) 4
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度分析 5
2.3 塑件的體積和質(zhì)量 6
3 澆注方式的設(shè)計 7
3.1 分型面的設(shè)計 7
3.2 澆口的選擇 8
3.3 流道的設(shè)計 10
4 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
4.1 型腔側(cè)壁的尺寸計算 12
4.2 型腔和型芯工作尺寸計算 12
5 選擇合適的注塑機 16
5.1 注塑機的類型選擇 16
5.2 型腔數(shù)量以及注塑機有關(guān)工藝參數(shù)的校核 17
5.3 開模行程的校核 17
6 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 18
6.1 導(dǎo)向機構(gòu)的作用 18
I
6.2 導(dǎo)向機構(gòu)的形式 18
7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 19
7.1 冷卻系統(tǒng)對塑件的影響 19
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計準則 19
7.3 計算冷卻時間 19
7.4 冷卻系統(tǒng)的計算 20
7.5 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 21
8 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計 24
8.1 斜導(dǎo)柱的設(shè)計 24
8.2 滑塊定位設(shè)計 26
8.3 脫模機構(gòu)的設(shè)計及工作過程 27
9 本課題設(shè)計的注塑模的工作過程及原理 28
9.1 注塑模的工作原理 28
9.2 注塑成型的工作過程 28
結(jié) 論 30
參考文獻 31
II
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氣壓瓶蓋的注塑模具設(shè)計
摘 要
本課題的設(shè)計是氣壓瓶蓋注塑模的設(shè)計，通過對塑件的工藝分析，設(shè)計了澆注系統(tǒng)。通過對塑件體積和質(zhì)量計算，選擇了合適的注塑機并且進行參數(shù)校核，然后根據(jù)塑件尺寸完成對模具成型零部件的設(shè)計并計算詳細參數(shù)，接著設(shè)計了合模導(dǎo)向機構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)計了冷卻系統(tǒng)并對其計算校核，然后設(shè)計了抽芯系統(tǒng)實現(xiàn)塑件與型芯分離并對注塑模的工作過程及原理進行了詳細的說明。最后根據(jù)實際生產(chǎn)和質(zhì)量要求，確定最佳工藝方案為一模一腔的結(jié)構(gòu)方式。本設(shè)計中使用CAD進行繪制圖紙。
關(guān)鍵詞：氣壓瓶蓋；注塑模；成型工藝；CAD；
V
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Design of injection mould for pressure bottle cap
Abstract
The design of this project is the design of the injection mould for the pressure bottle cap.The pouring system was designed by analyzing the process of plastic parts. Through to the plastic volume and quality calculation, choose the suitable injection molding machine and the parameters , then according to the size of plastic parts to complete the mechanism design and calculate the detailed parameters of molding parts,then the model guide mechanism was designed.According to the production requirement, the cooling system is designed and checked,then the core system is designed and the working process and principle of the injection mold are described in detail . Finally, according to the actual production and quality requirements, the optimum technological scheme is determined as the structure of one mould and one cavity. In this design, we use CAD to draw.
Key words: air pressure cap; injection mold;molding process;CAD;
VI
第1章 緒論
1 緒 論
伴隨塑料產(chǎn)業(yè)的迅速成長和常見塑料和工程塑料在強度和精密度要求的提升，塑料產(chǎn)品的使用規(guī)模和適用領(lǐng)域也是愈發(fā)廣泛。不同的行業(yè)都離不開塑料制品的使用，在家用電器、五金行業(yè)和建筑材料的應(yīng)用上也是快速增加。
注塑模具是用來加工特殊形狀的零部件的成型工具。模具好壞與否對塑料成型的好壞的影響非常大。作為塑件產(chǎn)出中最重要的一環(huán)，模具的好壞直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。
注塑成型是加工零件很常用的一種方式。由于注塑成型全面實行自動化和高速化生產(chǎn)，因此具有高效率、高價值等優(yōu)點。作為注塑成型加工的最常用的工具，注塑模在質(zhì)量、精密度和注塑成型過程中的效率等方面的水準，能夠直接影響到注塑產(chǎn)品質(zhì)量的高低。
1.1模具在日常生活中的應(yīng)用
1
生產(chǎn)、生活中我們無時無刻不接觸模具生產(chǎn)產(chǎn)品。在日常作息中約80%的生活用品都是來自于模具加工，模具行業(yè)可以說是工業(yè)領(lǐng)域的一大霸主。在日常生活中，常見的例如電視、烤箱、電磁爐及汽車上的諸多部件都是通過注塑成型而產(chǎn)出的。
我們平時常用到的許多工具,大到大型車床的底盤，小到一個平頭螺絲、螺母以及許多電器的零部件,都離不開注塑模具。不同的模具決定著不同零件的外觀,模具的質(zhì)量與零件的質(zhì)量息息相關(guān)。目前來看,眾多新興領(lǐng)域?qū)λ芰狭悴考枨蟛粩嗌仙粋€恰當?shù)乃芗蛟S能替換好幾個金屬零件。目前來看，不論是工業(yè)上還是日常生活方面，都在不斷的趨向塑料化，由于塑料伴隨著快速發(fā)展其精密度和強度愈來愈高，這就使得塑料可涉及的范圍愈加廣泛。
1.2本課題的研究意義與目的
本課題的主要工作是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉的產(chǎn)品且制造容易的氣壓瓶蓋注塑模。文中主要介紹了氣壓瓶蓋在塑料成型中的工藝設(shè)計，確定了注塑模的工藝設(shè)計方案及制定了詳細的工藝加工處理的辦法
綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)理論知識，分析設(shè)計中容易出錯的問題，并解決。本課題中，進行尺寸的計算和測量是不可避免的，因此我們必須掌握繪畫的基本技巧。并能夠熟練的使用軟件進行調(diào)整。為了能夠更好的進行畢業(yè)論文的撰寫，我們要養(yǎng)成認真嚴謹?shù)淖鍪聭B(tài)度。
1.3 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀
我國模具行業(yè)的發(fā)展是制造業(yè)的中流砥柱,與此同時，制造業(yè)的發(fā)展和模具行業(yè)的發(fā)展之間起著相輔相成的作用。目前來看，我們國家的模具廠家已達到2萬多家,在業(yè)職工超過100萬人,通過模具獲得的收益已達到550億元[1]。但是，我國的模具車床行業(yè)還不算強大。雖然目前我國模具行業(yè)憑借年進出口總量享有全球模具制造大國的稱號，但因為技術(shù)方面約束，僅僅局限于中端市場，然而對國內(nèi)模具行業(yè)來說，高端市場帶來的收益才是重頭。
就目前國內(nèi)來看，對于塑料模具來說，總是供不應(yīng)求，中高端水準的模具已經(jīng)占據(jù)了40%左右的市場需求,這些模具的特點是復(fù)雜、精細、大型、耐用。而我國對于這些高水準的模具仍需大量進口，由此看出在這各行業(yè)我國與國外先進的水準還有一定距離。根據(jù)此現(xiàn)狀，許多企業(yè)做出了相應(yīng)的改善，例如招收技術(shù)人才，提升研發(fā)技能,開發(fā)新技術(shù)、新工藝并向外推廣。
1.4 注塑模的未來發(fā)展趨勢
我國正在完成從進口模具到自己研發(fā)模具的轉(zhuǎn)變。根據(jù)當下市場來說，模具行業(yè)發(fā)展良好，市場對模具需求也很高，企業(yè)也愿意為這個行業(yè)投入資金，對模具行業(yè)改進和創(chuàng)新的項目也在不斷呈現(xiàn)出來。另外，在政府的大力支持下，以模具制造為主的產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)基地在全國已有100多個，未來還將繼續(xù)擴大規(guī)模。
在國外，我國的模具行業(yè)也有不俗的表現(xiàn)。國內(nèi)的模具行業(yè)不僅在傳統(tǒng)的市場上迅速擴張，同時也在新興市場上有所建樹。在醫(yī)療器材、航空航天、軌道建設(shè)等一些高水準領(lǐng)域帶動下，使得我國模具行業(yè)水準顯著提升。據(jù)不完全統(tǒng)計，已經(jīng)有一百多個國家和地區(qū)愿意進口我國的模具，可以說取得了顯著的成效。
1.5 氣壓瓶蓋的三維圖
根據(jù)本課題使用的需求，繪制的氣壓瓶蓋三維圖如下所示：
25
第二章 本課題的塑件工藝分析
第2章 本課題塑件的工藝分析
圖1.1氣壓瓶蓋的三維圖
從三維圖中來看，塑件的整體是呈現(xiàn)對稱分布的，該零件是屬于簡單的塑件，塑件的壁厚為。經(jīng)設(shè)計分析在拐角處倒圓角會使該塑件更趨于合理。
2 本課題塑件的工藝分析
通過對氣壓瓶蓋進行工藝分析可得本塑件可用塑料制作，生產(chǎn)方式是批量生產(chǎn)。塑件的壁厚為，成品的工藝性好，可以進行注塑成型。以下是詳細的工藝分析。
2.1 塑件材料特性及工藝參數(shù)
塑料又名改性聚苯乙烯，它比聚苯乙烯的實際性能和工藝性能更好[2]。在精密、綜合性能要求好的塑件中，使用最普遍的是塑料，它具有良好的機械強度，特別是沖擊強度；具有一定的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。它通常是無色無味無毒的并且沒有具體形狀，并且在成型的表面有良好的光澤。與此同時，也有低耐熱性、耐候性不好和在紫外光下易碎的缺點。
干燥處理：塑料具有吸濕性，在注塑成型之前建議烘干處理。
推薦干燥條件：下至少干燥2小時，且材料溫度波動應(yīng)小于0.1%
熔點：；建議：；模具溫度：
注射壓力：；注射速度：中高速度
圖2.1 市面上常見的ABS塑料
表2.1 ABS注塑工藝參數(shù)表
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度分析
因為要求的塑件沒有特別的表面精度要求，注塑時選擇合適的工序來控制表面精度即可實現(xiàn)，同時也可以滿足氣壓瓶蓋的成型要求。另外，零件的表面不得出現(xiàn)毛刺，瑕疵；內(nèi)部也不得摻有雜質(zhì)，這些只要對工藝步驟稍加控制即可實現(xiàn)。氣壓瓶蓋塑件圖如下圖所示：
圖2.2 氣壓瓶蓋塑件圖
2.3塑件的體積和質(zhì)量
為了選擇合適的注塑機并且確定模具型腔的數(shù)目需要氣壓瓶蓋塑件的質(zhì)量。
經(jīng)軟件估算塑件體積：V=70.5cm
查表可得ABS塑料的密度為
塑件質(zhì)量：＝73.7g（軟件估算所得）
通過分析故選擇采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，接著對注塑時所需壓力及現(xiàn)有設(shè)備分析考慮，初步選用注塑機型。
第3章 澆注方式的設(shè)計
3 澆注方式的設(shè)計
澆注系統(tǒng)的設(shè)計直接關(guān)系到塑件的質(zhì)量和注塑成型工藝的調(diào)整難易度[3]，在成型過程中型腔的裝配位置和澆口的位置選擇合理，可避免注塑模受力不均勻而導(dǎo)致溢料的這種情況發(fā)生[4]。澆口的放置也有講究，應(yīng)放置在避開嵌件和細小型芯的地方，防止沖撞型芯造成變形?？偟膩碚f，應(yīng)該注意以下幾點：
熔融塑料需充分布滿型腔，避免產(chǎn)生渦流，進料時能順利排氣；要適應(yīng)塑料的工藝性；流程不能太長；澆注系統(tǒng)的位置要選擇在以注塑模中心線對稱的地方來防止塑件變形。
3.1 分型面的設(shè)計
3.1.1 分型面的選擇
??塑件的成型和脫模與分型面的選擇息息相關(guān)，總的來說，選擇分型面應(yīng)綜合考慮以下幾點：?
??1)保證塑件質(zhì)量。首先得以保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進行綜合考慮。
??2)便于塑件脫模。這一條是為了降低生產(chǎn)成本提高效率并且減小報廢率。
??3)簡化模具結(jié)構(gòu)。?同一個塑件的分型面有諸多選擇，但不同的分型面對應(yīng)的模架設(shè)計的復(fù)雜程度不同，因此合適的分型面可以很大程度的簡化模具結(jié)構(gòu)降低成本。
本課題的分型面選在塑料件的最大投影處。
如圖所示：
圖3.1 選取的分型面
3.1.2 剪切速率的校核
經(jīng)測算塑件尺寸精度最好，注射模主流道剪切速率在
澆口的剪切速率。計算公式如下所示：
（3-1）
其中：——流量速率（cm/s）
——澆注系統(tǒng)斷面半徑（cm）
3.2 澆口的選擇
澆口是處在流道和模腔間的通道。塑件的質(zhì)量和精度很大程度是取決于澆口位置的選擇以及澆口截面大小。
模架的類型是考慮如何選擇澆口的重要因素，澆口有兩種辦法去掉，手動或者自動。
我們需要根據(jù)塑件和它的裝配方式來考慮來選擇澆口。
3.2.1澆口的設(shè)計原則
塑件最大壁厚的地方是選擇澆口放置的最佳位置。澆口位置的設(shè)計應(yīng)防止導(dǎo)致塑件不美觀或是造成缺損。同時澆口位置的選取也會對熔接痕的位置產(chǎn)生影響。此外，澆口應(yīng)該布置在既不顯眼又無足輕重的位置。
澆口的尺寸應(yīng)該選在塑件壁厚的50%～80%之內(nèi)。
3.2.2 澆口截面的大小
按常理來說，小的澆口的截面尺寸容易修改,先選個較小的澆口尺寸進行計算，通過校核具體數(shù)據(jù)后在進行修改尺寸。澆口偏小可以提高熔融材料流經(jīng)速度,并且熔融材料因澆口偏小流經(jīng)時產(chǎn)生的較大摩擦力會迅速提升熔融材料溫度,從而使其不附著于表面,有利于熔融材料充滿型腔。另外,澆口截面較小所以熔料容易在此處固化,這樣可以避免過量補給從而減小塑件的內(nèi)應(yīng)力,同時可以減少模具成型的時間,而且小澆口易去除。
但是澆口尺寸的選定并不是絕對的，并不是所有塑件都是取小澆口適宜生產(chǎn)，有些塑件會因為小澆口過早的固化導(dǎo)致不能及時向型腔內(nèi)進料進而造成塑件缺陷，所以還得具體情況具體分析。
澆口截面尺寸的確定，可根據(jù)不同的澆口類型和塑件的尺寸大小來確定。本塑件厚度約2.5mm，根據(jù)設(shè)計原則澆口截面尺寸應(yīng)在1.25～2mm之間，為滿足塑件成型要求，故本澆口截面尺寸取1.5mm。
3.2.3 澆口位置的確定
抉擇澆口位置時，常考慮以下幾點問題：
1、應(yīng)該把澆口的位置放在塑件壁厚最大的地方，是熔料從厚的一邊流向薄的一邊，并保持熔料在澆口到型腔流速一定。
2、防止熔料在經(jīng)過澆口時產(chǎn)生噴射造成塑件有沖紋。
3、應(yīng)把澆口設(shè)置在塑件的受力方向，防止熔料的流動方向上應(yīng)力過高。
4、在選取澆口位置時考慮到塑件尺寸精度的要求，由于熔料在流經(jīng)澆口到型腔時里面的變形不一樣，所以可能變形也要考慮。
5、因考慮到塑件的整體美觀性，所以得選在易去除且不明顯得位置。
6、 塑件外形的質(zhì)量精度要求很大程度上也可以決定澆口位置選取。
綜合考慮到本氣壓瓶蓋具體形狀及以上的幾點要求，本塑件的澆口位置選在壺口處。具體位置如下圖所示：
圖3.2 澆口的布置
3.2.4 澆口剪切速率的校核
在這之中：澆口截面,由于當量面積， 計算得。
通過比較，期望得澆口剪切速率在之間，計算所得數(shù)據(jù)偏小。但考慮到本課題塑件較為特殊，為一模一腔的結(jié)構(gòu)方式，沒有分流道，損失得注射壓力較少，熔體充入型腔速度快，易成型，模具各部分受力均勻，所以偏小的澆口的剪切速率是在可接受范圍內(nèi)。
綜上所述，澆口截面尺寸取1.5mm。
3.3 流道的設(shè)計
3.3.1 主流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計
主流道是是連接著注射機噴嘴和模具閉合模腔的部分。由于主流道和高溫的塑料熔體及注射機噴嘴在成型過程中不停的碰撞接觸，所以主流道常設(shè)計成可拆卸的主流道襯套即澆口套。為了裝配合理，澆口套中主流道大端直徑D應(yīng)往小的取。因為D過大時，內(nèi)部注射壓力過大，此時澆口套獲得的反作用力也更大，等反作用力足夠大時澆口套就會從模具中彈出[5]。具體尺寸如下圖所示：
圖3.3 澆口套
3.3.2 主流道剪切速率校核
（cm/s）
其中：
T注射時間：T=3（s）；
主流道當量截面半徑：（cm）
主流道小端直徑 ，=0.7 （cm）； 主流道大端直徑，=1.5（cm）
根據(jù)計算所得主流道剪切速率在期望范圍之內(nèi)，即主流道設(shè)計合理。
第4章 成型零部件的結(jié)構(gòu)的設(shè)計
4 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
查表的PP收縮率為Q=1～2.5%，所以平均收縮率為，考慮到受制于現(xiàn)有的模具制造技術(shù)，模具制造公差取。
4.1 型腔側(cè)壁的尺寸計算
(1)凹模型腔側(cè)壁厚的尺寸計算
按強度條件進行計算：
（4-1）
式中各參數(shù)分別為：
p=50Mpa；
[δ]=0.05mm；
[σ]=160MPa
r=28mm
≈16.8mm
通常為了便于加工，我們通常會取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為17mm。
(2)凹模底板厚度計算
按強度條件進行計算，
（4-2）
凹模底板厚度為：
≥{1.22×50×282/160}1/2
≥17.3mm
通常為了便于加工，我們通常會取整數(shù)，所以凹模底板厚度為18mm。
4.2 型腔和型芯工作尺寸計算
型腔徑向尺寸已知在規(guī)定條件下的平均收縮率S，塑件的基本尺寸是最大的尺寸，其公差△為負偏差，因此塑件平均尺寸為，模具型腔的基本尺寸是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為。型腔的平均磨損量為，如以表示型腔尺寸, PP平均收縮率S=2%。
（4-3）
X-修正系數(shù)，取0.5～0.75
-塑件公差,取MT7=0.6
-模具制造公差取
1）徑向計算公式：
(4-4)
其中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜；
---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜；
---- 成型零件的制造公差，(㎜) ；
S ---- 塑件的成型收縮率，取平均值；
---- ，單位：㎜ ；
型腔尺寸：
[28×（1＋0.02）－3/4×0.56]＝27.6mm
2）型腔深度計算公式：
(4-5)
其中：△ ---- 尺寸公差，單位為㎜；
---- 制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ；
S ---- 塑件的成型收縮率；
---- 成型零件的深度方向的尺寸，單位為㎜；
---- 塑件的深度方向基本尺寸，單位為㎜；
凹模深度尺寸計算：
＝[22.5×(1＋0.02)22.95－2/3×0.34]
＝22mm
2、型芯尺寸的計算公式：
型芯長度的計算公式：
(4-6)
LM= 83mm
其中：△ ---- 尺寸公差，單位為㎜；
---- 制造公差，(㎜) ；
S ---- 成型收縮率 ；
---- 成型零件的徑向尺寸，單位為㎜；
---- ，單位為㎜；
圖4.1 型芯
表4.1型芯尺寸參數(shù)
基本尺寸類型
計算公式
基本尺寸
型芯長度尺寸
83mm
圖4.2 型腔
表4.2型腔尺寸參數(shù)
基本尺寸類型
計算公式
基本尺寸
型腔徑向尺寸
27.6mm
型腔深度尺寸
22mm
型腔壁厚
17mm
型腔底板厚度
18mm
第5章 選擇合適的注塑機
5 選擇合適的注塑機
5.1 注塑機的類型選擇
注塑機上會裝配注塑模具，所以在設(shè)計模具時，除了應(yīng)了解注射成型工藝外，還需要對選用的注塑機有相關(guān)的技術(shù)參數(shù)的了解，這樣才能生產(chǎn)出合格的塑料產(chǎn)品。注塑機是成型工藝里必不可少得設(shè)備，按注塑機外觀來分類，注塑機可分為立式、臥式及直角式三種。注塑成型時，注塑模裝配在注射機的動模板上，通過鎖模裝置固定，在料筒內(nèi)將材料加熱至熔融狀態(tài)，然后注射裝置通過噴嘴將熔融材料充入型腔，熔料固化冷卻成型后進行開模，最后由頂出裝置將塑件推出。
選擇型號為XS-ZY-500的螺桿式注塑機
表5.1注塑機參數(shù)
5.2 型腔數(shù)量以及注塑機有關(guān)工藝參數(shù)的校核
為了能和注塑機配套且在保證塑件精密度要求下，提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)濟收益，模具在進行設(shè)計之前都要經(jīng)過計算確定型腔的數(shù)目。為了便于選定型腔數(shù)目，不妨先假設(shè)本塑件采用一模二腔的結(jié)構(gòu)，即型腔數(shù)目n=2。
按注塑機的最大注塑量校核型腔的數(shù)量：
(5-1)
其中：
——注塑機最大注射量，
——澆注系統(tǒng)凝料量，
——單個塑件的容積，
注塑機額定的最大注塑量必須大于塑件成型所需的凝料量，所以這邊我們選擇型腔的數(shù)目為n=1。所以通過校核比對確定本模具應(yīng)采用一模一腔得型腔結(jié)構(gòu)。
5.3 開模行程的校核
注射機最大開模行程由注塑機的參數(shù)表中可得，而取出塑件的距離即為開模行程的最低要求。為此，若想確保塑件和流道中殘留的冷凝料能在開模后取出，注塑模具開模距離計算公式：
(5-2)
式中： — 模具開模行程
— 脫模距離200mm
— 塑件高度45mm
— 分離定模板與中間板需要的路程40mm
第六章 合模導(dǎo)向機構(gòu)的詳細設(shè)計
即
因開模距離小于注射機最大開模行程，故滿足要求。
第6章 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
6 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
動模和定模應(yīng)該按照固有的方向合模且位置不能有偏差，為了滿足這個要求就要設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)。常見的導(dǎo)向定位機構(gòu)是在模具四周設(shè)置4對相配合的導(dǎo)柱和導(dǎo)孔。
6.1 導(dǎo)向機構(gòu)的作用
6.1.1定位作用
模具開始閉合，動模和定模運動由導(dǎo)向機構(gòu)固定方向，以此來防止影響模具對合精度從而確保型腔的尺寸和形狀。同時導(dǎo)向機構(gòu)也有一定的定位作用，為了方便調(diào)整和正確裝配。
6.1.2導(dǎo)向作用
模具閉合時，模具的導(dǎo)向機構(gòu)先接觸，然后定模、動模按照固定方向和位置合模，從而避免型芯和型腔因錯位發(fā)生碰撞。
6.1.3承擔部分側(cè)向壓力
型腔中被充入受到注射壓力的熔融材料，此時型腔中的各個部位都有壓力，如果塑件不是對稱結(jié)構(gòu)，或者模具設(shè)計成非平衡進給的話，壓力就會不均勻，設(shè)置導(dǎo)向機構(gòu)可分擔部分側(cè)向壓力。
6.2 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)
6.2.1導(dǎo)向機構(gòu)的形式
導(dǎo)向機構(gòu)有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，本課題設(shè)計中選擇的形式是導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)，此形式在注射模中應(yīng)用廣泛。
6.2.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
本模具根據(jù)模具尺寸計算得導(dǎo)柱尺寸應(yīng)取d=15mm，為了保護型芯將四根圓柱形導(dǎo)柱設(shè)置在動模一側(cè)并均勻得分布在模具四角，為了避免型芯進入凹模型腔時產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致破損，將導(dǎo)柱長度設(shè)計得比型芯斷面高出6mm，導(dǎo)柱導(dǎo)套固定得部分得配合按H7/k6執(zhí)行。
第7章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
塑料產(chǎn)品是我們?nèi)粘Ｉ钍褂闷毡榈奈锲?，塑料產(chǎn)品的制造離不開成型工藝。注塑模具的冷卻系統(tǒng)，不僅影響生產(chǎn)一個零件的時間，更關(guān)鍵的是，對于產(chǎn)品質(zhì)量起著決定的作用。早在上世紀60年代，已經(jīng)有諸多技術(shù)人員開始設(shè)計冷卻系統(tǒng)，并取得了令人矚目得效果，但是隨著時代在變化，原有的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在成型工藝的要求，因此需要更先進的技術(shù)來解決這個問題。
7.1 冷卻系統(tǒng)對塑件的影響
注塑模具冷卻系統(tǒng)對塑件的影響主要體現(xiàn)在一下四個方面：
（1） 成型周期。一個塑件從成型工藝開始到產(chǎn)出所需要的時間即生產(chǎn)周期，在塑件進行成型工藝時，熔融材料溫度會達到200～300℃，然而取出塑件時的溫度在60～80℃，由此可見在期間很明顯的有一個降溫的過程，而這個過程就是由注塑模具的冷卻系統(tǒng)來完成的。
（2） 成型性能。在做成型工藝時，每個部分的溫差必須嚴格把控，如若各部分受熱差異較大，就會導(dǎo)致注塑成型時產(chǎn)生變形而影響塑件質(zhì)量，這就決定了塑件的成型性能，控制溫度變化最直接的就是冷卻系統(tǒng)。
（3） 尺寸精度。冷卻系統(tǒng)能夠保證各個部位處于一個根據(jù)塑件精度要求確定的恒溫下進行成型工藝，由此也可看出冷卻系統(tǒng)對尺寸精度的影響也不小。
（4） 力學(xué)性能。注塑模具冷卻系統(tǒng)溫度設(shè)置恰當，可以很好的改善和控制塑件成型時內(nèi)部的溫度變化，進而降低塑件內(nèi)應(yīng)力，同時加強力學(xué)性能。
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計準則
設(shè)計冷卻系統(tǒng)的準則：
（1）塑件收縮均勻需要被保證，成型過程中的熱平衡需要確保。
（2）冷卻水管的數(shù)量和尺寸直接決定了成型過程中的冷卻效果。
（3）冷卻水管直徑中心距和型腔壁的距離需要被嚴格把控。
（4）澆口處尤其需要冷卻，冷卻水的最佳進口處應(yīng)在澆口處。
（5）進出水的溫度變化很重要，普通模具進出水溫度變化在5℃以內(nèi)。
（6）冷卻水的方向不能對成型過程產(chǎn)生影響。
（7）冷卻水管不能隨意布置，最基本的要求冷卻水管不能與模具的其他部分相碰撞。
7.3 計算冷卻時間
在對冷卻系統(tǒng)做計算之前，為估算大致需要的冷卻時間[6]，假設(shè)閉模和開模時間各3s，頂出時間需2s，冷卻時間確定為30s，花20s保壓成型，周期為60s。
其中冷卻時間根據(jù)塑料和塑件壁厚不同而不同，計算公式：
t冷=㏑[·] （7-1）
t冷=㏑[·]
= 73（s）
式中：S——塑件壁厚，S取2.5mm；
——熱擴散系數(shù)(mm/s)，=0.07；
——成型溫度160-220℃，取200℃；
——平均脫模溫度，取80℃；
——模具溫度40～80℃，取50℃。
通過計算得冷卻時間需要73秒，然而這個冷卻時間明顯過長，所以本課題設(shè)計將冷卻管道設(shè)計在型芯中，冷卻水在型芯中循環(huán)流動實現(xiàn)冷卻，大大提升了冷卻效果。根據(jù)推薦值，在此冷卻時間取到30秒即可實現(xiàn)充分冷卻。
7.4 冷卻系統(tǒng)的計算
型腔內(nèi)產(chǎn)生的總熱量：
（7-2）
=60× 217.6×10×300
=3916.8（KJ/h）
（1）一次注射量（KG）——G=217.6×10
（2）成型周期（S）——t=60
（3）單位熱流量（KJ/h）——=280～350； 取=300
（4）每小時的注射次數(shù)——n=60
從計算結(jié)果看，與相差不多但不相等，這是因為涉及的因素較多，所以應(yīng)該按來計算。
7.5 凹模冷卻系統(tǒng)的計算
（1）凹模冷卻水流量的計算
（7-3）
其中：
——水密度10KG/m；
——比熱容4.187×10 J/KG℃；
——出口溫度，取25℃；
——進口溫度，取20℃。
（7-4）
（2）冷卻水管的平均流速：
V平均=
V平均=
=4×0.61×10/（3.14×0.0082）
=11.64 m/min
=0.194m/s
式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm
查表可得，直徑為8mm的冷卻水管的最小流量不小于1.7m/s，因此可判斷冷卻水管中沒有湍流。
（3）冷卻水壁與水界面的傳熱膜系數(shù)
（7-5）
=
=
=1395 (w/mk)
式中：取7.6。
（4）凹模冷卻管的傳熱面積
（7-6）
=5.52×10 m
式中：——平均溫度，
（）。
（5）冷卻水孔總長L
（7-7）
=0.22m
（6）冷卻水孔圈數(shù)的確定
，所以冷卻水孔數(shù)位1根
式中：B為一圈冷卻水道長度。
（7）冷卻水流動狀態(tài)檢驗
（7-8）
式中：——雷諾數(shù)；
——水粘度，=1×10（m/s）。
（8）進口和出口溫度變化的計算
（7-9）
－=
－=
期望的溫差5℃以內(nèi)，計算所得的結(jié)果4.99℃符合期望，說明實際應(yīng)用正確。
第8章 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計
8抽芯系統(tǒng)的設(shè)計
抽芯距
為空深度在這里空深度為壁厚所以
（8-1）
抽心力的計算公式：
-抽芯力 C-側(cè)型芯截面的周長(m)
h-側(cè)型芯高度h=20 mm
p-塑件對側(cè)型芯的收縮應(yīng)力一般
8.1 斜導(dǎo)柱設(shè)計
(1) 設(shè)計斜滑塊的要點：
① 斜滑塊的傾斜角度取18 o，導(dǎo)軌總長的2/3大于斜滑塊的推出距離。
② 導(dǎo)滑槽內(nèi)斜滑塊的滑動不能有阻礙。
③ 型芯上端面要比側(cè)抽芯斜滑塊的端面低，且在條件允許下低于型芯端面mm。
(2)斜導(dǎo)柱的規(guī)格的選取
① 斜導(dǎo)柱的設(shè)計如下圖所示:
圖8.1 斜導(dǎo)柱
② 計算斜導(dǎo)柱的傾斜角度a
a為傾斜角，通過計算得a取18°。
(3) 確定斜導(dǎo)柱得長度
斜導(dǎo)柱長度計算公式：
(8-2)
為靠近定向模一側(cè)的傾角因所以。
斜導(dǎo)柱的總長度（mm）；斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑（24mm）；h 斜導(dǎo)柱固定板厚度（20mm）；d 斜導(dǎo)柱工作部分直徑（22mm）；S 抽芯距（10mm）。
（8-3）
248mm
(4) 斜導(dǎo)柱受力分析與強度計算
受力分析如下圖所示：
圖8.2 斜導(dǎo)柱的受力分析
則
則
式中，，是抽芯力，是開模力，為斜導(dǎo)柱受的彎曲力，是斜導(dǎo)柱與滑塊間的摩擦力，是滑塊與導(dǎo)滑槽間的摩擦力，F(xiàn)是滑塊受到的正壓力，斜導(dǎo)柱與滑塊，滑塊與導(dǎo)滑模之間的摩擦系數(shù)為0.5。
由式解得：
（8-4）
因摩擦力太小所以可以省略既（）
所以
在有關(guān)資料中可查到最大彎曲力，然后根據(jù)和以及可以查出斜導(dǎo)柱直徑應(yīng)取24mm。
(5)設(shè)計滑塊
滑塊是斜導(dǎo)柱側(cè)型抽芯機構(gòu)中不可或缺的部分[11]，它與側(cè)向型芯塊裝配在一塊，成型過程中滑塊的運動精度決定了塑件尺寸的精度和分型的方向，本設(shè)計采用組合式滑塊。
8.2 滑塊定位設(shè)計
滑塊定位裝置是為了確保模具在完成順利開模，再次合模時，斜導(dǎo)柱仍能與滑塊相互配合，防止兩者產(chǎn)生錯位導(dǎo)柱模具損壞[12]。這里采用彈簧銷加擋塊定位。具體設(shè)計如下圖：
圖8.3 滑塊設(shè)計
29
第8章 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計
8.3脫模機構(gòu)的設(shè)計及工作過程
8.3.1脫模機構(gòu)的設(shè)計原則
脫模機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)塑件的具體形狀和復(fù)雜程度設(shè)計，但是設(shè)計時須符合以下原則：
（1） 脫模機構(gòu)運動的動力由推出機構(gòu)提供，一般脫模機構(gòu)設(shè)計在動模內(nèi)。
（2） 脫模機構(gòu)在脫模時不能影響塑件的尺寸。
（3） 塑件在開模完成后應(yīng)在動模內(nèi)并由脫模機構(gòu)頂出。
（4） 脫模機構(gòu)需簡單實用。
由于本課題設(shè)計的是氣壓瓶蓋是個較簡單的塑件，所以選擇采用簡單脫模機構(gòu)，這里根據(jù)塑件具體形狀選擇推桿推出結(jié)構(gòu)。
8.3.2脫模機構(gòu)的工作過程
本塑件的設(shè)計的抽芯系統(tǒng)為斜導(dǎo)柱抽芯系統(tǒng)，脫模過程在凹凸模完成分型后進行，當模具開啟時，開模力通過斜導(dǎo)柱作用于滑塊，迫使滑塊沿斜導(dǎo)柱移動，這時左側(cè)滑塊被定位完成左側(cè)側(cè)孔型芯抽芯，接著右側(cè)滑塊從楔緊塊中滑出，完成噴嘴型芯側(cè)向抽芯，在側(cè)向分型完成后，此時推出機構(gòu)開始運作，推桿推動瓣合型芯將塑件與型芯完成分離，實現(xiàn)脫模。
第9章 本課題設(shè)計的注塑模的工作過程及原理
9 本課題設(shè)計的注塑模的工作過程及原理
9.1 注塑模的工作原理
模具裝配在注射機上，定模裝在注射機的定模板上，動模裝在注射機的移動模板上。合模后，注射機噴嘴將熔融材料射入主流道流經(jīng)澆口處充入閉合模腔，經(jīng)保壓冷卻后塑件成型。開模時左側(cè)斜導(dǎo)柱受到開模力，滑塊沿著斜導(dǎo)柱滑動，然后經(jīng)彈簧銷定位完成左側(cè)側(cè)孔型芯抽出。與此同時右側(cè)滑塊沿著斜導(dǎo)柱滑動從楔緊塊中滑出完成右側(cè)噴嘴型芯側(cè)向抽芯，接著注塑機動模板帶著動模與定模在分型面處分開，在凹凸模完全分開后，冷凝物從上模中脫落。此時在注塑機頂桿的作用下，頂桿帶動推桿推動瓣合型芯，使塑件完全從型芯上脫落，實現(xiàn)脫模。當模具閉合時，分型面的開始閉合，復(fù)位桿將頂桿復(fù)位，模具再次閉合，完成一次注塑成型。
9.2 注塑成型的工作過程
注塑成型過程中，在注射機的動模固定板上裝配上模具動模，然后動模隨著注射機合模系統(tǒng)運動[13]。合模系統(tǒng)在注射成型開始后引導(dǎo)動模向定模運動，運動方向通過導(dǎo)向機構(gòu)固定，接著動模沿著固定的方向在分型面處完成與定模的對合，然后通過合模導(dǎo)向機構(gòu)中的導(dǎo)柱和在定模板上的導(dǎo)柱孔來確保對合的精度。完成對合后，定模上的型腔和動模上的型芯組成一個閉合的模腔，閉合模腔的尺寸和形狀與塑件一致。為了防止閉合模腔在熔融材料進入時產(chǎn)生的壓力作用下被分開，合模系統(tǒng)會供應(yīng)合模力將閉合模腔鎖緊。熔融材料從注射機噴嘴中射出，通過澆口套中的主流道進入模腔，然后從澆口處流入閉合模腔直至完全布滿型腔，在保壓冷卻后塑件成型，合模系統(tǒng)帶動動模開始復(fù)位，此時凹凸模從分型面處開始分開。當開模到一定距離時，裝配在內(nèi)部的脫模頂出機構(gòu)會在合模系統(tǒng)中的推動裝置作用下運行，然后推動動模中的推出機構(gòu)，推出機構(gòu)會將塑件、澆口和流道中的冷凝物從動模這邊頂出主型芯脫落，就此完成一次注射成型過程。模具總裝配圖如下所示：
圖9.1模具裝配圖
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結(jié)論
結(jié) 論
本課題使我初步掌握了模具設(shè)計的步驟和加工方法，參閱了諸多注塑模具相關(guān)文獻，我先簡單進行了分析了解，并根據(jù)已有的零件圖展開了拓展，進行了一系列的思考和研究。本模具的設(shè)計是一個模具一個型腔，進行設(shè)計時，主要完成塑件的成型工藝分析，對其澆注方式即分型面、澆口和流道進行了詳細的設(shè)計，計算了模具型腔和型芯的主要尺寸，選擇了合適的注塑機并進行了相關(guān)工藝參數(shù)的校核，并對模具運行時的合模導(dǎo)向機構(gòu)和冷卻系統(tǒng)進行了設(shè)計和計算，設(shè)計了較完整的斜導(dǎo)柱抽芯系統(tǒng)，最后對注塑模的工作過程及原理作了詳細的說明。
在本設(shè)計中采用了CAD繪圖，對氣壓瓶蓋及模具零部件進行了繪制。繪制的圖紙要滿足國標的需求，相互之間配合的精度要有明確的表示。在進行本課題的設(shè)計中，既要使用到專業(yè)的理論知識，又要了解模具的基本結(jié)構(gòu)和特性。也要熟悉公差的配合以及材料的熱處理等基礎(chǔ)知識，在對模具圖形進行繪制的過程中，又提高了繪圖軟件的熟練程度。在完成任務(wù)書的同時，對文獻資料的查閱、設(shè)計的規(guī)范操作以及文檔的排版能力都有了極大的提高。
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