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機(jī)油蓋注塑模具設(shè)計(jì)
第1 章 注塑模具簡(jiǎn)介
1.0 概述
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強(qiáng)度和精度方面的不斷提高,塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大, 如: 家用電器, 儀器儀表, 建筑器材, 汽車工業(yè), 日用五金等眾多領(lǐng)域, 塑料制品所占的比例正迅速增加, 由于在工業(yè)產(chǎn)品中, 一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個(gè)傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件, 加上利用工程塑料特有的性質(zhì), 可以一次成型非常復(fù)雜的形狀,并且還能設(shè)計(jì)成卡裝結(jié)結(jié)構(gòu),成倍的減少整個(gè)產(chǎn)品中各種緊固件, 大膽的降低了金屬材料消耗量和加工及裝配件工時(shí), 因此, 近年來(lái)工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢(shì)不斷上升.
注塑成型使塑料加工中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其他成型方法望塵莫及的。由于注塑成型加工不僅實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、高速化，因此具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。
作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過(guò)程中的生產(chǎn)效益等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)也決定著企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的反應(yīng)能力和速度。
與其他機(jī)械行業(yè)相比，模具制造業(yè)只要有以下三個(gè)特點(diǎn)：
第一，模具不能像其它機(jī)械那樣可以作為基本定型的商品隨時(shí)都可以在機(jī)電市場(chǎng)上買到。這是因?yàn)槊扛蹦＞叨际轻槍?duì)特定塑料制品的規(guī)格而生產(chǎn)的，由于塑料制品的形狀、尺寸各異，差距甚大，其模具結(jié)構(gòu)也是大相徑庭，所以模具制造不可能成批量生產(chǎn)，換句話說(shuō)，模具是單件生產(chǎn)的，其壽命越長(zhǎng)，重復(fù)加工的性越小，因此，模具的制造成本較高。
第二，因?yàn)樽⑺苣＞呤菫楫a(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價(jià)格等因素外，很重要的一點(diǎn)就是需要盡快地投放市場(chǎng)，所以對(duì)于塑料制品而特殊訂制的模具來(lái)說(shuō)，其制造周期一定要短。
第三，模具制造是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，其加工過(guò)程集中了機(jī)械制造中先進(jìn)技術(shù)部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)要求培養(yǎng)“全能工人”，使其適應(yīng)多工種的要求，這種技術(shù)工人對(duì)模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。
綜上所述，模具制造業(yè)存在成本高，要求制造周期短，技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，這些問(wèn)題得到了很大的改善，由于有了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助加工，從根本上改變了模具生產(chǎn)的面貌，可靠地保證了模具所需要的精度與質(zhì)量、預(yù)硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的應(yīng)用，大大地方便了加工及熱處理。另外，模具標(biāo)準(zhǔn)件和以標(biāo)準(zhǔn)件為基體的特殊定制零件的普及，明顯地縮短了模具制造周期。
在模具設(shè)計(jì)方面，正逐漸把理論設(shè)計(jì)提高到日益重要的位置，即采用了理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法，改變了以往的經(jīng)驗(yàn)——類比——實(shí)驗(yàn)的方法。使我國(guó)的塑料模具設(shè)計(jì)水平進(jìn)入了新階段。
1.1 塑料成型模具在加工工業(yè)中的地位
模具是利用其特定的形狀成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具. 成型塑料制品的模具叫做塑料模具體.
對(duì)模具的全面要求是: 能生產(chǎn)出在尺寸精度,外觀,物理性能等方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品. 從模具使用角度, 要求高效率,自動(dòng)化,操作簡(jiǎn)便; 從模具制造角度,要求結(jié)構(gòu)合理,制造容易,成本低廉.
塑料模具影響著塑料制品的質(zhì)量.首先,模具型腔的形狀, 尺寸, 表面光潔度, 分型面, 進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸和形狀精度以及制件的物理性能, 機(jī)械性能, 電性能, 內(nèi)應(yīng)力大小, 各向同性, 外觀質(zhì)量, 表面光潔度, 氣泡, 凹痕, 燒焦, 銀紋等都有十分重要的影響. 其次, 在塑料加工過(guò)程中, 模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難易程度影響很大. 在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí), 應(yīng)盡量減少開(kāi)模. 合模和取制件過(guò)程中的手工勞動(dòng),為此常采用自動(dòng)開(kāi)合模和自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu). 在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從模具上脫落. 另外,模具對(duì)塑料制品的成本也有相當(dāng)?shù)挠绊? 除簡(jiǎn)易模具外, 一般來(lái)說(shuō)制模費(fèi)用是十分昂貴的, 一副優(yōu)良的注射模具可生產(chǎn)制品百萬(wàn)件以上, 壓制模約能商場(chǎng)二十五萬(wàn)件. 當(dāng)批量不大的時(shí)候, 模具費(fèi)用在制件成本中所站的比例將會(huì)很大, 這時(shí)候應(yīng)盡可能地采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具,以降低成本.
現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中合理的加工工藝, 高效的設(shè)備, 先進(jìn)的模具是必不可少的三項(xiàng)重要因素, 尤其是塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求, 塑料制件使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要作用. 高效的全自動(dòng)的設(shè)備也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn)的模具才能發(fā)揮其效能, 產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提. 由于工業(yè)塑件和日用塑件制品的品種和產(chǎn)量需求量很大, 對(duì)塑料模具生產(chǎn)不斷向前發(fā)展起著積極的推動(dòng)作用.
1.2 塑料成型模具的發(fā)展趨勢(shì)
隨著塑料成型加工機(jī)械和成型模具的迅速發(fā)展, 高效率, 自動(dòng)化, 大型, 微型, 精密, 高壽命的模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占的比例越來(lái)越大. 從模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)角度來(lái)看, 模具的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為以下幾方面:
1.2.1 加深理論研究, 在模具設(shè)計(jì)中,對(duì)工藝原理的研究越來(lái)越深入, 模具設(shè)計(jì)已經(jīng)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段逐漸向理論計(jì)算設(shè)計(jì)方面發(fā)展.
1.2.2 高效率, 自動(dòng)化成,大量采用各種高效率, 自動(dòng)化的模具結(jié)構(gòu), 如高效冷卻以縮短成型周期; 各種能可靠地自動(dòng)脫出產(chǎn)品和流倒凝料的脫模機(jī)構(gòu); 熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等. 高速自動(dòng)化的塑料成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具, 對(duì)提高生產(chǎn)效率, 降低成本起了很大的作用.
1.2.3 大型, 超小型及高精度 由于塑料應(yīng)用的擴(kuò)大, 塑料制件已應(yīng)用到建筑, 機(jī)械, 電子, 儀器, 儀表等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域, 于是出現(xiàn)了各種大型, 精密和高壽命的成型模具, 為了滿足這些要求, 研制了高強(qiáng)度, 高硬度, 高耐磨性能且易加工, 熱處理變小, 導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料.
1.2.4 革命模具制造工藝 為了更新產(chǎn)品花色品種和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求,除大力發(fā)展高強(qiáng)度, 高耐磨性的材料外, 同時(shí)又重視簡(jiǎn)易制模工藝研究.
1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)化成 開(kāi)展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作, 使模板, 導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化,商品化, 以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具
1.2.6 開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造商(CAD/CAM)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于模具工業(yè), 在注射成型系統(tǒng)中, 針對(duì)沒(méi)一個(gè)環(huán)節(jié)都可將計(jì)算機(jī)作為輔助工具而加入. 構(gòu)成給環(huán)節(jié)的CAD或CAM或CAE, 下面分別介紹:
1.2.6.1 塑件設(shè)計(jì) 塑件的設(shè)計(jì)包括塑件結(jié)構(gòu), 尺寸,精度, 表面, 性能等方 面的設(shè)計(jì). 塑件設(shè)計(jì)方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有: 塑件CAD; 塑料, 輔料, 輔件選擇的專家系統(tǒng).
1.2.6.2 注射機(jī)的選用 常見(jiàn)注射機(jī)使用方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有: 注射機(jī)選擇專家系統(tǒng); 注射機(jī)故障診斷系統(tǒng).
1.2.6.3 注射模使用狀況的好壞直接影響到注射質(zhì)量, 在對(duì)于高技術(shù)注射模來(lái)說(shuō), 都要對(duì)注射模在使用過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控或?qū)ψ⑸淠５姆勰M仿真,由此知注射模的工作情況.
1.2.6.4 注射工藝 注射工藝方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有: 注射工藝制定的專家系統(tǒng). 塑件質(zhì)量故障診斷.
1.2.6.5 注射模設(shè)計(jì) 注射模設(shè)計(jì)主要完成注射模的結(jié)構(gòu)尺寸, 精度, 表面現(xiàn)象性能等方面的設(shè)計(jì), 并選擇模具的材料等. 計(jì)算機(jī)在注射模設(shè)計(jì)方面的工作有: 注射模CAD: 注射模材料,輔料, 輔件選擇專家系統(tǒng); 工裝選擇專家系統(tǒng); 注射模CAPP; 注射模加工模擬; 注射模CAQ.
為了迎合模具的發(fā)展趨勢(shì), 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程主要應(yīng)用PTC公司pro/engineer 和國(guó)產(chǎn)CAXA軟件進(jìn)行對(duì)塑料零件的設(shè)計(jì)和對(duì)注射模具的凹. 凸進(jìn)行仿真加工, 并經(jīng)過(guò)后置處理轉(zhuǎn)化為NC加工程序.
1.3 塑料成型模具的分類
不同的塑料成型方法使用著原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各不相同的塑料成型模具。按照成型加工方法的不同，可將塑料成型模具分為以下幾類。
1、 壓制成型模具
壓制成型模具簡(jiǎn)稱壓模。將塑料原料直接加在敞開(kāi)模具型腔內(nèi)，再將模具閉合，塑料在熱和壓力作用下成為流動(dòng)狀態(tài)并充滿型腔，然后由于化學(xué)或物理變化使塑料硬化定型，這種成型方法叫壓制成型，這種成型方法所用的模具叫壓制成型模具。壓制模具多用于成型熱固性塑料，也有用于成型熱塑性塑料的。另外，還有不加熱的冷壓成型壓制模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。
2、 壓鑄成型模具
壓鑄成型模具又稱傳遞成型模具。將塑料原料加入預(yù)熱的加料室，然后向壓柱施加壓力，塑料在高溫高壓下熔融并通過(guò)模具的澆注系統(tǒng)，進(jìn)入型腔，這種成型方法叫壓鑄成型，這種方法所用的模具叫壓鑄成型模具。
3、 注射成型模具
塑料先加在注射機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔融在注射機(jī)的螺桿或活塞推動(dòng)下，經(jīng)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模型，塑料在模具型腔內(nèi)硬化定型，這就是注射成型的簡(jiǎn)單過(guò)程。注射成型所用的模具叫注射模具。注射模具主要用于熱塑性塑料制品的成型，但近幾年來(lái)也越來(lái)越多地用于熱固性塑料成型。注射成型在塑料制件成型中占有很大比重，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上使注射模具。
4、 擠出成型模具
擠出成型模具又稱機(jī)頭。使處于粘流狀態(tài)的塑料在高溫高壓下通過(guò)具有特定斷面形狀的連續(xù)型材的成型方法叫擠出成型。用于塑料擠出成型的模具叫擠出成型模具。
5、 中空制品吹塑成型模具
真空或壓縮空氣成型模具為一單獨(dú)的陰模或陽(yáng)模。將預(yù)先制成的塑料片周邊緊壓在模具周邊上，使加熱軟化，然后再在緊靠模具的一面抽真空，或在其后面充壓縮空氣，使塑料片緊貼到模具上 ，冷卻定型即得制品，此種成型方法模具受力較小，要求不高，甚至可用非金屬材料制作。
除了上面說(shuō)列舉的幾種塑料模具外，尚有泡沫塑料成型模具，玻璃纖維增強(qiáng)塑料成型模具等。
第一部分 機(jī)械部分
第2章 零件材料的選擇及材料性能
2.1 塑料制品的設(shè)計(jì)依據(jù)
該塑料制品使機(jī)油蓋，形狀尺寸如圖所示:
由于要和進(jìn)油處有尺寸精度, 形位公差要求, 該塑件制品選用 PA(polyamie), 聚酰胺, 俗稱尼龍. PA堅(jiān)韌耐磨, 耐油, 耐水, 抗霉菌, 但吸水大, 在本塑件中選用其中的PA1010,此種材料半透明,吸水小,耐寒性較好, 適于制作一般的機(jī)械零件, 減摩耐磨零件,傳動(dòng)零件, 以及化工, 電器, 儀表等零件.
PA1010的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
密度(g/cm3): 1.04 比容(cm3/g) : 0.96
吸水率(24h,%): 0.2~ 0.4 收縮率(%) :1.3~ 2.3(橫向)
0.7~ 1.7(縱向)
熔點(diǎn)( C): 205 熱變形溫度(.C) : 148
抗拉屈服強(qiáng)度(Mpa) :62 彈性模量(Mpa): 1.8x103
彎曲強(qiáng)度(Mpa) : 88 沖擊強(qiáng)度(kJ/m2) :無(wú)缺口--- 不斷
缺口------25.3
硬度(HB) :9.75 體積電阻率( .cm) : 1.5x103
擊穿電壓(kV/mm): 20
分析計(jì)算
2.1.1 塑件體積
從PRO/E 中的零件體積計(jì)算, 算得機(jī)油蓋的體積為26.3cm3
2.2塑件質(zhì)量
PA1010的密度為1.04 g/cm3 , 所以塑件質(zhì)量M=ρV = 1.04 x26.3 =27.35g
2.2 模型體積的計(jì)算
由立體模型, 大概算得:
澆注系統(tǒng)體積 : V=1.36 cm3
第3章 塑料注射成型模具的設(shè)計(jì)
3.1 注射機(jī)類型的選擇
注射機(jī)是使塑料熔融并在模具中成型制品的設(shè)備.
根據(jù)該產(chǎn)品的注射形式和所需塑料用量等要求, 查<<模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)>>, 選得注射機(jī)的型號(hào)為XS—Z—60.
其主要技術(shù)規(guī)格如下:
螺桿(柱塞)直徑 Ф38 mm
注射容量 60cm3
注射壓力 122Mpa
鎖模力 500KN
最大注射面積 130cm2
模具厚度 70~ 200mm
模板行程 180mm
噴嘴 球半徑 12mm
孔半徑 ф4 mm
定位孔直徑 ф550+0.06
頂出中心孔徑 ф50mm
3.2 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
3.2.1 注射量的校核
根據(jù)<<模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)>>可知:V件<0.8V注
式中: V件—塑件與澆注系統(tǒng)的體積
V注—注射機(jī)的注射常量變(cm3)
0.8—最大注射量的利用系數(shù)
由前面知: V件=V+V澆=26.3cm3+1.36cm3=27.66cm3
所以V件=26.3cm3<0.8x60=48cm3 合格
3.2.2 注射壓力的校核
塑件成型所需的注射壓力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定注射壓力, 其關(guān)系按下式校核
P成
2t 取D=12mm
軸部長(zhǎng)度 L<60
澆口套形式如下圖表示:
澆口套材料為T(mén)10A，淬火硬度為HRC53~58。
4.3、冷料穴
當(dāng)注射機(jī)未注射塑料之前，噴嘴最前端的熔融塑料的溫度較低，形成冷料渣為了積存這部分的冷料渣，在進(jìn)口的末端的動(dòng)模板上開(kāi)設(shè)一洞穴，這個(gè)就是冷料穴。
為了在開(kāi)模時(shí)，從澆口套內(nèi)拉出進(jìn)料口冷凝料與注塑機(jī)分離，一般在冷料穴的末端位置設(shè)置拉料桿。拉料桿一般由注射機(jī)頂出機(jī)構(gòu)的頂板帶動(dòng)。開(kāi)模后塑料制品脫模，進(jìn)料口的冷凝料被拉料桿拉出，在此設(shè)計(jì)中采用了Z頭拉料桿。
4.4、排氣槽
在該型芯、型腔結(jié)構(gòu)中，型芯、型腔板與動(dòng)模板的間隙已經(jīng)構(gòu)成很好的排氣系統(tǒng)，因此，不需開(kāi)設(shè)排氣槽，減少了加工量，降低了成本。
第5章 成型零部件的設(shè)計(jì)
5.1. 模具分型面及其類型
在選擇分型面時(shí)一般應(yīng)考慮以下因素：
1、 塑料制品的形狀、尺寸和壁厚。
2、 塑料性能及填充條件。
3、 澆注系統(tǒng)的布局。
4、 成型效率及成型操作。
5、 排氣及成型操作。
6、 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
模具分型面可能垂直于合模方向，也可傾斜于合模方向或平行于合模方向。
二、成型零件的結(jié)構(gòu)形式
成型零件是直接成型塑料制品的的零件。它主要包括型腔、凸模、型芯等。
（一） 凹模（型腔）結(jié)構(gòu)形式
凹模是成型塑料制品外表面的零件，他一般裝在定模板上。其形式有整體和組合式兩種類型。在此選擇整體式凹模，其優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在塑料制品上無(wú)拼縫痕跡。
（二） 凸模的結(jié)構(gòu)形式
凸模使成型塑料制品內(nèi)表面的零件，一般裝在動(dòng)模板上。
凸模的結(jié)構(gòu)多數(shù)是整體的，便于加工制造。
（三） 凹模（型腔）和凸模工作部分的尺寸計(jì)算
凹模和凸模工作部分尺寸與塑料制品的尺寸和公差、塑料收縮率及模具的磨損和制造公差等因素有關(guān)。PA材料可達(dá)5級(jí)精度。
1、凹模內(nèi)形尺寸計(jì)算 塑料制品的外形尺寸取決于凹模的內(nèi)形尺寸，凹模內(nèi)形尺寸的計(jì)算公式如下：
DM=[ D（1 + Scp）- XΔ ]+δM
式中DM — 型腔的內(nèi)徑尺寸（mm）
D — 制品的最大尺寸
Scp — 塑料的平均收縮率
Δ — 制品公差
X — 系數(shù)，取3/4
δM —— 模具制造公差，一般取（1/8~1/4）Δ
代入數(shù)據(jù)得:
ф50 DM=(50+50×1.2％-3/4×0.46) =50.255
2. 型腔深度的尺寸計(jì)算
模具型腔的深度尺寸是由制品的高度尺寸決定的。
HM=（h1+h1Q-2/3Δ）+δM
式中HM—型腔深度尺寸
h1—制品高度最大尺寸，取δM=Δ/3
15 HM=（15+15×1.2％-2/3×0.46）=14.88
3、型芯徑向尺寸的計(jì)算
dm=（D1+ D1Q+3/4Δ）-δM
式中 dm——型芯外徑尺寸
D1——制品內(nèi)徑最小尺寸
Δ — 制品公差
δM —— 模具制造公差，一般?。?/8~1/4）Δ
代入數(shù)據(jù)得:
ф29 dm=（29+29×1.2％+3/4×0.46）=29.693
ф31 dm=（31+31×1.2％+3/4×0.46）=31.752
4、 型芯高度尺寸的計(jì)算
模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸決定的
hm=（H1+H1Q+2/3Δ）-δM
式中hm——型芯高度尺寸（mm）
H1——制品深度最小尺寸（mm）
Δ — 制品公差
δM —— 模具制造公差，一般?。?/8~1/4）Δ
代入數(shù)據(jù)得:
48 hm=（48+48×1.2％+2/3×0.32）=48.79
三、成型零件的強(qiáng)度計(jì)算
塑料注射模具的成型零件必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便承受工作時(shí)的作用力，因此，模具零件應(yīng)按各自工作使的受力情況進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算。在模具設(shè)計(jì)中，往往憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及確定其他尺寸，然后對(duì)一些主要零件按其具體受力情況進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核。對(duì)于大型塑料注射模具的型腔等主要零件，一定要進(jìn)行校核。
凹模在成型壓力下會(huì)產(chǎn)生變形，變形量必須控制在允許范圍內(nèi)。若變形量大，會(huì)導(dǎo)致凹模擴(kuò)大，使塑料制品尺寸增大，易出現(xiàn)飛邊，甚至?xí)斐砂寄ｉ_(kāi)裂。另外，在塑料制品壓制成型后，當(dāng)成型壓力消失時(shí)凹模因彈性恢復(fù)而收縮，若其收縮量大于塑料制品收縮率使，就會(huì)使凹模緊緊地包住塑料制品造成開(kāi)模困難，易破壞塑料制品或造成塑料制品質(zhì)量不高。
凹模承受的力有下列幾種：
1、 合模時(shí)的壓應(yīng)力。
2、 凹模內(nèi)塑料流動(dòng)的壓力。
3、 澆口封閉前一瞬間的保壓壓力。
4、 開(kāi)模時(shí)的拉應(yīng)力。
（一）凹模壁厚計(jì)算，常用的凹模有矩形、圓形凹模。此設(shè)計(jì)選用整體式矩形凹模。
凹模的壁厚可按下式計(jì)算：
t=
式中 t — 凹模厚度（mm）
p — 凹模壓力，一般為25~45MPa，這里取35MPa
H — 凹模深度（mm）
E — 彈性模量，鋼為2.1×105MPa
δ — 允許變形量（mm）
c — 為常數(shù)，由L/H的比值而定，這里L(fēng)/H=150//45=3.3取c=0.93
代入數(shù)據(jù)得
t = =≈16mm
（二）動(dòng)模墊板厚度計(jì)算
墊板厚度h的計(jì)算公式如下：
h=K
F=Pa
式中 F—?jiǎng)幽|板受的總壓力（N）；
A— 塑料制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的總的投影面積（mm2）；
B— 動(dòng)模墊板寬度（mm）；
L—支承塊距離（mm）；
P—凹模壓力，取35MPa
[σ彎]—抗彎許用應(yīng)力（MPa）
K—修正系數(shù)，取0.6~0.75
代入數(shù)據(jù)得：h=0.75×=19.2mm，取20mm。
第6章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注塑模具的動(dòng)模與定模的正確定位和導(dǎo)向的重要零件。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，其只要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則如下：
（1） 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對(duì)稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板變形。
（2） 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來(lái)選定，并應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。
（3） 導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求。
（4） 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性。
（5） 為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但同時(shí)也裝在動(dòng)模板上，這就根據(jù)具體情況而定的。
（一） 導(dǎo)柱的形式有無(wú)儲(chǔ)油槽導(dǎo)柱、帶儲(chǔ)油槽導(dǎo)柱、短導(dǎo)柱、直通式導(dǎo)柱、頂柱式導(dǎo)柱等，導(dǎo)柱的材料一般用20鋼，淬碳處理，或用T8A，淬火硬度為HRC50~55。導(dǎo)柱的長(zhǎng)度可根據(jù)模具實(shí)際情況而定。
（二）導(dǎo)套機(jī)構(gòu)和精度要求
導(dǎo)套結(jié)構(gòu)形式如圖所示：
（三）導(dǎo)柱、導(dǎo)套在模板上的布置
導(dǎo)柱（導(dǎo)套）在模板上的布置在此設(shè)計(jì)中采用四導(dǎo)柱（導(dǎo)套）在矩形模板上的布置，結(jié)構(gòu)如圖所示。
第7章 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
把塑料制品從凹?；蛲鼓Ｉ厦摮鰜?lái)的機(jī)構(gòu)即為推出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)，它是塑料注塑模具的重要組成部分。
推出機(jī)構(gòu)的形式和推出方式與塑料制品的形狀、結(jié)構(gòu)和塑料性能有關(guān)。
對(duì)推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：
1、 塑料制品脫模后，不能使塑料制品變形。推力分布均勻，推力面積要大，推桿盡量靠近凸模，但也不要距離太近。
2、 塑料制品在推出時(shí)，不能造成碎裂。推力應(yīng)作用在塑料制品承受力大的部位，如塑料制品的肋部、凸緣及殼體壁等。
3、 不要損壞塑料制品的外觀美。
4、 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)準(zhǔn)確、動(dòng)作可靠、制造方便、更換容易。
推出機(jī)構(gòu)的零件包括：推桿、推板和推管等。
一、推桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
推桿的作用是將塑料制品從模具內(nèi)推出。推桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，得到廣泛采用。常用的推桿有圓柱頭推桿、帶肩推桿、扁推桿等。
推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在一次脫模機(jī)構(gòu)中，常用推桿脫模機(jī)構(gòu)。因?yàn)橥茥U制造方便，滑動(dòng)阻力小，可以在塑料制品任意位置配置，更換方便，脫模效果好，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛采用。因?yàn)樗芰现破方Y(jié)構(gòu)形狀不同，推桿在塑料制品上分布的位置和脫模形式也不相同，所以有多種多樣的脫模方式。
推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則如下：
1、 推桿的直徑不能過(guò)細(xì)，應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，能承受一定的推力。一般推桿直徑為2.5~15。對(duì)于直徑為2.5以下的推桿最好做成臺(tái)階形狀。
2、 推桿應(yīng)設(shè)在塑料制品最厚及收縮率大的凸?；蛘哞偧浇?，但不能離凸模和鑲件配固定孔過(guò)近，以免影響固定板的強(qiáng)度。
3、 推桿分布要合理，使推出塑料制品使受力均勻，以保證塑料制品不變形。
4、 塑料制品靠近主流道處的內(nèi)應(yīng)力大，易碎裂，因此，在主流道處應(yīng)盡量不設(shè)推桿。
5、 為了避免推桿與側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)發(fā)生沖突，推桿要避開(kāi)側(cè)抽芯處，如果必須設(shè)計(jì)推桿時(shí)，應(yīng)考慮復(fù)位機(jī)構(gòu)。
6、 推桿與推桿孔的配合間隙不能大于所用塑料的溢邊值，溢邊值一般為0.02~0.08。
7、 推桿截面形狀，應(yīng)根據(jù)塑料制品的幾何形狀而定。
8、 推桿和推桿孔的配合應(yīng)靈活可靠，不發(fā)生卡住現(xiàn)象。
二、推板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
推板一般適用于塑料制品比較高，難于脫模的塑料注射模具。有時(shí)推板與推桿聯(lián)合使用。推板與凸模接觸部分應(yīng)設(shè)有一定斜度，一般為3~5°，這樣可減少推板與凸模壁的摩擦。
高殼、薄壁類塑料制品和小型多孔塑料制品常用推板脫模機(jī)構(gòu)。對(duì)于，骨架類塑料制品，一般采用斜導(dǎo)柱開(kāi)模，滑塊在推板滑槽內(nèi)滑動(dòng)，推板由定距螺釘推動(dòng)推出制品。
第8章 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、 概述
當(dāng)塑料制品帶有通孔、凹槽、凸臺(tái)時(shí)，塑料制品不能直接從模具中脫出必須將成型側(cè)孔、凹槽及凸臺(tái)的成型零件做成活動(dòng)的，稱為活動(dòng)型芯。完成活動(dòng)型芯抽出和復(fù)位的機(jī)構(gòu)叫抽芯機(jī)構(gòu)。
（一） 抽芯機(jī)構(gòu)的分類
1、 機(jī)動(dòng)抽芯 開(kāi)模時(shí)，依靠注射機(jī)的開(kāi)模動(dòng)作，通過(guò)抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)活動(dòng)型芯，把型芯抽出。機(jī)動(dòng)抽芯具有脫模力大、勞動(dòng)強(qiáng)度小、生產(chǎn)率高和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中廣泛采用。按其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為以下幾種：斜導(dǎo)柱、斜滑塊抽芯、齒輪齒條抽芯等。
2、 手動(dòng)抽芯 開(kāi)模時(shí)，依靠人力直接或通過(guò)傳遞零件的作用抽除活動(dòng)型芯。
液壓抽芯 活動(dòng)型芯的抽出，依靠液壓筒進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)脫模力的大小和抽出距離的長(zhǎng)短可更換抽芯液壓筒，因此能得到較大的脫模力和較長(zhǎng)的抽芯距，由于使用高壓液體為動(dòng)力，傳遞平穩(wěn)。其缺點(diǎn)是增加了操作工序，同時(shí)還要有整套的抽芯液壓裝置，因此使用范圍受到限制，一般很少用.
（二） 抽芯距和脫模力的計(jì)算
把型芯把從塑料制品成型位置抽到不妨礙塑料制品脫出位置，即型芯在抽拔方向的距離，稱為抽芯距。抽芯距應(yīng)等于成型孔深度加上2~3mm 。
1、抽芯距的計(jì)算 計(jì)算公式如下：
s = Htgθ
式中 S — 抽芯距（mm）；
H — 斜滑塊完成抽芯距所需 行程（mm）；
θ— 斜滑塊傾斜角，一般取15°~25°。
2、脫模力的計(jì)算 塑料制品在冷卻時(shí)包緊型芯，產(chǎn)生包緊力，若要將型芯抽出必須克服由包緊力引起的磨擦阻力，這種叫脫模力。在開(kāi)始脫模瞬間所需的脫模力為最大。
影響脫模力的因素有很多，大致歸納如下：
（1） 型芯成型部分的表面積和斷面幾何形狀：型芯成型部分表面積最大，包緊力也大；型芯的斷面形狀為圓形時(shí)，包緊力小，其脫模力夜??；型芯斷面形狀為矩形或曲線形時(shí)，包緊力大，其脫模力也大。
（2） 塑料的收縮率、摩擦系數(shù)和剛性：塑料制品收縮率大，對(duì)型芯的包緊力大，脫模力也大；表面潤(rùn)滑性能好的塑料，脫模力較?。卉浰芰媳扔菜芰纤杳撃Ａπ?。
（3） 塑料制品的壁厚：包容面積同樣大小的塑料制品，薄壁塑料制品收縮小，脫模力也??；厚壁塑料制品收縮大，脫模力也大。
（4） 塑料制品同一側(cè)面的同時(shí)抽芯數(shù)量：當(dāng)塑料制品在同一側(cè)面有兩個(gè)以上的孔槽，采用抽芯機(jī)構(gòu)同時(shí)抽拔時(shí)，由于塑料制品孔距的收縮了較大，故脫模力也大。
（5） 活動(dòng)型芯成型面的粗糙度：活動(dòng)型芯成型表面與塑料制品的接觸表面在抽拔時(shí)所產(chǎn)生的相對(duì)摩擦，對(duì)脫模力有很大影響，因此，零件的成型表面應(yīng)有較小的粗糙度（一般在Ra0.4μm以下），加工的紋向要求與抽拔方向一致。
（6） 成型工藝：注射壓力、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間對(duì)于脫模力影響也很大。
根據(jù)各種因素的影響，脫模力計(jì)算公式如下：
F = Lhp（μcosα-sinα）
式中 F—脫模力；
L—活動(dòng)型芯被塑料制品包緊的斷面形狀的周長(zhǎng)（mm）；
h—成型部分深度（mm）；
p—單位面積包緊力，一般取8~12MPa；
μ—摩擦系數(shù)，取0.15~0.2；
α—脫模斜度（°）。
代入數(shù)據(jù)得 F = ×14.5×30×10×（0.2×cos40′-sin40′）=2013N
二 斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（一）斜滑塊抽芯的工作原理
斜滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)是由與開(kāi)模方向成一定角度的斜滑塊所組成。
在本設(shè)計(jì)中,機(jī)油蓋有外螺紋,采用斜滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu).
根據(jù)本設(shè)計(jì)零件的尺寸,設(shè)計(jì)的斜滑塊為燕尾槽結(jié)構(gòu),內(nèi)側(cè)做成螺紋.其尺寸如下圖表示:
第9章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射成型時(shí)，模具溫度直接影響塑料填充和塑料制品的質(zhì)量，也影響注射周期。因此在使用模具時(shí)必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使模具溫度保持在一定范圍。
一 影響冷卻通道設(shè)計(jì)的因素
1、模具結(jié)構(gòu)形式。
1、 模具的大小及成型投影面積。
2、 塑料制品熔接痕的位置。
3、 澆口和流道的布設(shè)及其結(jié)構(gòu)。
二 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
1、冷卻通道離凹模壁不能太遠(yuǎn)也不能太近，通常其邊距為10~20mm。
2、冷卻通道的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)與塑料制品的厚度相適應(yīng)。
3、冷卻通道不應(yīng)通過(guò)鑲塊和鑲塊接縫處。
4、冷卻通道內(nèi)不應(yīng)有存水和產(chǎn)生回流的部位，應(yīng)暢通無(wú)阻，冷卻通道直徑一般為9~12mm。
4、 凹模凸模要分別冷卻，要保持冷卻平衡。
5、 模具主流道部位常與注射機(jī)噴嘴接觸，是模具上溫度最高的部位，應(yīng)加強(qiáng)冷卻，在必要時(shí)單獨(dú)冷卻。
6、 水管接頭的部位，要設(shè)置在不影響操作的方向，通常朝向注射機(jī)的背面。
7、 水管與水嘴連接處必須密封。
8、 復(fù)式冷卻循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)并聯(lián)而不應(yīng)串聯(lián)。
9、 進(jìn)出口冷卻水溫差不宜過(guò)大，避免造成模具表面冷卻不均勻。
三 冷卻系統(tǒng)的形式
冷卻通道的布局，應(yīng)根據(jù)塑料制品形狀及其所需冷卻溫度的要求而定。冷卻通道的形式有直通式、圓周式、多級(jí)式、螺旋式、循環(huán)式及噴流式等。本設(shè)計(jì)采用直通式冷卻通道。
四 冷卻裝置設(shè)計(jì)
1 冷卻裝置的形式 冷卻裝置的形式有溝道冷卻裝置、管道冷卻裝置、導(dǎo)熱冷卻裝置等，本設(shè)計(jì)采用管道冷卻裝置。
2冷卻的計(jì)算 塑料注射模具工作時(shí)必須將模具溫度控制在一定范圍內(nèi)。為使模具保持一定溫度，在單位面積內(nèi)所需排除的總熱量可近似按下式計(jì)算：
Q=
式中 Q—單位時(shí)間內(nèi)除去的總熱量（J/min）
n—每小時(shí)注射次數(shù)；
m—每次注入模具的塑料質(zhì)量（kg）；
—塑料成型時(shí)放出的熱熔量，取350KJ/kg
代入數(shù)據(jù)得Q==33250（J/min）
為滿足注射模具冷卻需要，在單位時(shí)間內(nèi)所需冷卻水量可按下式計(jì)算：
V=
式中 V—單位時(shí)間所需冷卻水的體積（m3/min）
ρ—冷卻水密度（在使用溫度時(shí)）（kg/ m3）
c—冷卻水比熱容（J/（kg×K））；
t1—冷卻水出口溫度；
t2—冷卻水進(jìn)口溫度；
代入數(shù)據(jù)得V===4×10 -4（m3/min）
選定模具冷卻水管直徑d=6mm
第二部分 CAD/CAM設(shè)計(jì)
第10章 CAD/CAM部分
在本次設(shè)計(jì)中的分模,仿真工作是用國(guó)產(chǎn)CAXA軟件進(jìn)行的.CAXA軟件作為一家高科技軟件企業(yè),以推動(dòng)中國(guó)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和制造業(yè)信息化的發(fā)展目標(biāo), 經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展,特別是從1997年推出”CAXA電子圖板97”以來(lái), CAXA系列軟件為我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮了積極的作用. 目前, CAXA軟件正版用戶超過(guò)50000家, 并連續(xù)4年榮獲”國(guó)產(chǎn)十佳軟件”稱號(hào), 正日益成為易學(xué),使用,好用的國(guó)產(chǎn)CAD/CAM軟件的象征; 并以市場(chǎng)占有率最大, 產(chǎn)品系列棄權(quán), 研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁, 國(guó)際化聯(lián)盟經(jīng)營(yíng)等優(yōu)勢(shì), 成為我國(guó)CAD/CAM軟件行業(yè)的排頭兵.
CAXA部分的設(shè)計(jì)主要有零件三維建模,分模和仿真加工.
一.建模,分模
1. 根據(jù)零件的具體尺寸, 在CAXA制造工程師上畫(huà)出機(jī)油蓋的3D圖.
2. 建模,分模過(guò)程 其設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易過(guò)程如下:
(1) 建立模具模型
進(jìn)入CAXA制造工程師,打開(kāi)之前完成的機(jī)油蓋立體圖,然后在分型面出畫(huà)出掃描曲面, 接著單擊建立型腔按鈕.在彈出的對(duì)話框中設(shè)置一些參數(shù).把其中的收縮率設(shè)置為PA的參數(shù)為0.012
這樣就完成建立型腔的工作.
(2) 然后點(diǎn)擊分模按鈕,拾取分模曲面,接著確定,這樣就完成了分模過(guò)程,這時(shí)生成了兩個(gè)實(shí)體,選擇保存一個(gè),在重復(fù)同樣的動(dòng)作,保存另外一個(gè)實(shí)體.
二.仿真過(guò)程
先打開(kāi)上面工作中分出的型腔,接下來(lái)在CAXA工具欄中選取應(yīng)用菜單中的軌跡生成中的等高粗加工選項(xiàng), 設(shè)置一些必要的參數(shù),如切削用量,進(jìn)退刀方式,下刀方式和銑刀參數(shù),然后確定,選取型腔的最高點(diǎn)和最低點(diǎn),然后就選取加工曲面,按右鍵確定.這時(shí)軟件會(huì)自動(dòng)按照設(shè)置的參數(shù)生成了仿真軌跡,下一步就是選取應(yīng)用菜單中的軌跡仿真選項(xiàng),設(shè)置仿真過(guò)程中的一些參數(shù),然后拾取剛才生成的軌跡,按右鍵確定.接下來(lái)的畫(huà)面就是仿真過(guò)程,需要花費(fèi)一定的時(shí)間,至此,整個(gè)仿真工作就完成了.
上述工作就是任務(wù)書(shū)要求的CAD/CAM的工作.
設(shè)計(jì)心得體會(huì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是對(duì)我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)和考查, 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì), 溫新和鞏固了已學(xué)知識(shí),提高了我們的綜合素質(zhì),使我們樹(shù)立起理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與正確的設(shè)計(jì)方法.
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們四年來(lái)所做設(shè)計(jì)中時(shí)間最長(zhǎng),也是最獨(dú)立的一個(gè).以前的課程設(shè)計(jì)因?yàn)轭}目相同,多少有點(diǎn)抄襲,懶散現(xiàn)象,而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)每個(gè)人的課題都不一樣,避免了以往的這些弊病. 培養(yǎng)了獨(dú)立自主的能力.
這次我所設(shè)計(jì)的題目為機(jī)油蓋的注塑模具和模具的分模已及型腔的仿真加工,由于以往我們沒(méi)接觸到塑料模具的設(shè)計(jì)工作,覺(jué)得有點(diǎn)難以著手,感覺(jué)很陌生. 為了完成這次的任務(wù), 設(shè)計(jì)的前期就天天去圖書(shū)館找資料,翻閱有關(guān)注塑模方面的書(shū)籍,熟悉這方面的知識(shí), 從中也體會(huì)到以前在課堂上老師所授的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.必須要養(yǎng)成自學(xué)的習(xí)慣.我相信這點(diǎn)對(duì)我以后在工作中也是大有幫助的.
另外,在本次設(shè)計(jì)中還需要借助計(jì)算機(jī)輔助軟件CAD,CAXA,PRO/E等軟件來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)工作. 以前都有接觸到這些軟件,但使用的比較少,更不能很熟悉操作,通過(guò)這次的設(shè)計(jì)以后,發(fā)現(xiàn)自己對(duì)這些的軟件都有了更深一步的認(rèn)識(shí).
最后要感謝趙倫,劉璨兩位指導(dǎo)老師的不吝指正, 他們?cè)诜敝氐慕虒W(xué)之余,還每周都抽出時(shí)間給我們答疑,對(duì)我們提出的各種問(wèn)題認(rèn)真,耐心的解答,并對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)中沒(méi)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)地指正,讓我們能順利的完成這次大型的畢業(yè)設(shè)計(jì).
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