汽車線束接口注塑模具設計

汽車線束接口注塑模具設計,汽車,接口,注塑,模具設計 摘要 汽車線束接口屬于中小型模具，它是汽車中不可或缺的重要零部件。本文對汽車線束接口進行了工藝分析。確定采用PA66作為塑件的材料，該材料具有耐磨性好、強度高、成本低和可塑性好的特點。根據(jù)塑件的特點采用一模四件進行注塑成型，并使用PRO/E軟件對塑件進行三維建模。然后重點闡述了汽車線束接口的注塑模具設計，主要設計有：塑件材料的分析、注塑機的選擇、確定分型面和型腔（數(shù)量、結構和布局等）、澆注系統(tǒng)的設計（澆口設計和流道設計等）、模具模架設計、合模機構設計、頂出機構設計、冷卻系統(tǒng)設計、排氣系統(tǒng)的設計等設計和計算。對模具和注塑機的合適程度進行了校驗。完成了汽車線束接口模具總體裝備結構設計和零件設計。 關鍵詞 汽車線束接口；注塑模具； PRO/E Abstract Automotive wiring harness interfaces are small and medium mold, it is an indispensable automobile parts. In this paper, automotive wiring harness interfaces are process analysis. Determined using PA66 plastic as a material, a material with good wear resistance, high strength, low cost and good plasticity characteristics. According to the characteristics of plastic parts using a mold four injection molding, and the use of PRO / E software for three-dimensional modeling of plastic parts. Then focuses on automotive wiring harness interfaces injection mold design, the main design are: selection of materials analysis plastic parts, injection molding machine, determine the design of the parting surface and cavity (volume, structure and layout, etc.) gating system (sprue design and runner design, etc.), die mold design, mold clamping mechanism design, the ejection mechanism design, cooling system, exhaust system design, such as design and calculation. Match mold and injection molding machines were checked. Completed the automotive wiring harness interfaces mold overall equipment design and part design. Keywords automotive wiring harness interfaces injection mold PRO/E II 目 錄 摘要 I Abstract II 目 錄 I 1 緒論 1 1.1 模具的簡介 1 1.2 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 我國模具發(fā)展的趨勢 2 1.4 本畢業(yè)設計的研究內(nèi)容和意義 3 2塑件材料與工藝分析 4 2.1 材料的分析 4 2.1.1 塑件的材料性質 4 2.1.2 PA66的注模條件 4 2.2 塑件的工藝 5 2.2.1塑件的壁厚 5 2.2.2 塑件的脫模斜度 5 2.2.3 塑件的尺寸精度 5 2.2.4 塑件的表面質量 6 3注塑機的選擇 7 3.1 注塑成型的簡介 7 3.2 注塑成型的工藝條件 7 3.3 選擇注塑機 7 3.3.1 注塑機的基本參數(shù) 7 3.3.2 注塑機的分類 8 3.3.3 塑件的體積. 8 3.3.4 塑件的質量 8 4 成型零部件的設計 9 4.1 確定分型面 9 4.2 確定型腔的數(shù)目和排列 9 4.3 模架的確定 10 4.4 模芯尺寸的確定 10 4.5 型腔壁厚和底部壁厚的計算 11 4.6選擇模架 11 4.7成型零件的工作尺寸計算 11 5 澆注系統(tǒng)的設計 14 5.1 澆口的設計 14 5.2 主澆道的設計 15 5.3 分澆道的設計 16 5.4 冷料穴的設計 17 5.5 澆注系統(tǒng)的平衡 17 6其他裝置的設計 18 6.1 推出機構的設計 18 6.1.1 簡單推出機構 18 6.2 合模導向裝置的設計 18 6.3冷卻系統(tǒng)的設計 18 6.4排氣系統(tǒng)的設計 21 7注塑機的校核 22 7.1 最大注射量的校核 22 7.2 鎖模力的校核 22 7.3 噴嘴尺寸的校核 22 7.4定位圈尺寸的校核 22 7.5 模具外形尺寸的校核 22 7.6 模具閉合高度的校核 23 結論 24 致謝 25 參考文獻 26 26 1 緒論 1.1 模具的簡介 模具在制造業(yè)中處于重要地位，它引領著我國經(jīng)濟的增長，有著很廣闊的發(fā)展前景。塑料模具是在工業(yè)生產(chǎn)中利用特定的形狀，并采用特定的方式來制作塑料制品的一種特定的工藝，它是型腔模的一種。由于在制作塑料制品的時候,都采用了不同原材料和不同的方式來進行制作，我們可以根據(jù)這些材料的差別將模具分為塑料模具、玻璃模具、壓鑄模具和橡膠模具等。在人們的生活的方方面面都離不開機械工具或者機械制品，而這些大多都是用注塑模具來制作成型的，所以模具行業(yè)在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位。利用高分子材料加工,并用塑料制造成型的塑件模具,被稱作注塑模具。如何設計注塑模具,是當今高分子材料加工里的一個重要問題點。通常情況下，模具很大程度的決定了塑件的生產(chǎn)效率以及塑件制品的質量。并且模具質量的高低又和模具的設計方法和加工方式有很大很密切的關系。隨著國民經(jīng)濟的增長，市場對塑件的品種和產(chǎn)量需求與日俱增、生產(chǎn)產(chǎn)品的更新周期越來越短、客戶對塑件的要求逐漸增高，所以模具設計與制造的周期需要縮短，質量也需要提高，這就促使塑料模具設計與制造技術必須不斷發(fā)展才能滿足市場的要求，從而一定程度上推動了塑料工業(yè)以及機械加工工業(yè)的蓬勃發(fā)展。 1.2 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 我國模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展如今已經(jīng)到了一個新的發(fā)展階段，取得了很多的成績。前幾年金融危機的發(fā)生，使得國外許多發(fā)達國家面臨勞動力和模具原材料成本高的現(xiàn)實出現(xiàn)了困境，使得產(chǎn)業(yè)逐漸向中國轉移。據(jù)專家預測，未來，我國將成為世界最大的模具制造國。即使目前，我國的模具規(guī)模逐漸擴大,甚至向海外發(fā)展,也受到了國際市場的喜愛。但我國模具行業(yè)還停留在“大國”的層面上，而非真正意義上的“強國”。因為，我們的模具產(chǎn)品的質量仍處于中低端，高端產(chǎn)品卻少之甚少。 如何使我國的模具制造越來越好，就需要改進現(xiàn)在許多的缺點和不足，這些涉及到模具發(fā)展的每個方面，例如塑件的設計和構造、設計師的創(chuàng)新意識、人才的培養(yǎng)和教育、模具設備設施的引進和投入、以及怎么使中國模具走向世界等等。其中最主要的問題是如何要提高產(chǎn)品的品質。 目前我國模具行業(yè)的短板如下： 1、產(chǎn)品的熱處理，由于我們所實用的模具材料和國外的并不相同，這導致我們制作的模具產(chǎn)品在品質和使用壽命上都比不上那些發(fā)達國家的模具制品。在我國，我們大多使用很常見很普通的模具材料，而發(fā)達國家則使用最先進的材料，而這種材料的綜合性能都高于我國使用的材料，不管是在機械性能還是耐腐蝕性等方面都優(yōu)于我們采用的普通材料。 2、標準化普及率不高。國內(nèi)模具標準化開始的比較晚，底子薄，標準件的制作、普及和研究與發(fā)達國家對比，還是處于落后地位。目前，我國國內(nèi)的模具標準件的使用率并不高，約為50%~55%，而一些模具加工實力較強的發(fā)達國家則在80%以上。 3、模具人才求遠大于供。培養(yǎng)一個具備優(yōu)秀和擁有老道經(jīng)驗的模具員需要很長的時間。由于軟硬件的設施條件的匱乏，一些高校培養(yǎng)的專業(yè)學員技能達不到要求；而且，由于缺乏標準的教育體制，導致目前市場上的模具員的質量和能力有高有低。 4、需加快調(diào)整模具產(chǎn)品結構。不僅要提高制造模具的速度，而且還要有能力制造出精密、大型、耐用的模具產(chǎn)品。加快推進模具標準件的發(fā)展，并重點發(fā)展注塑模具行業(yè)，提升注塑模具的品質。 5、提高創(chuàng)新能力。企業(yè)需要利用科學的方式制作塑料制件，并配齊加工模具所需要的設備，進行科學有序的研發(fā)。 6、模具企業(yè)間聯(lián)合重組。由于在模具企業(yè)中很多企業(yè)都是民營企業(yè)，制作模具的設施還不完備，導致模具的質量并不高,而且民營企業(yè)過多,這無形中加劇了市場競爭。 7、海外市場的開拓。在國際市場上，我們要利用自己的優(yōu)勢和特點，例如可以把優(yōu)秀的沖壓模具推廣到市場，贏得市場的贊同，并與時俱進，繼續(xù)開拓國外市場。 1.3 我國模具發(fā)展的趨勢 目前，我國模具的產(chǎn)品種類多，制作周期短，市場競爭很激烈。在這樣情況下，市場對模具制造商的要求業(yè)越來越高，制造周期短、質量好、性價比高的模具產(chǎn)品更受歡迎。因此，模具發(fā)展的趨勢是顯而易見的。 1、模具產(chǎn)品將向大型化、精密化發(fā)展 我們生產(chǎn)的模具產(chǎn)品逐漸趨于大型化。由于一模多腔具有高的生產(chǎn)效率，使模具日趨大型化。有些零件日漸微型化，這就要求精密模具精度甚至只有2～3μm。按這個趨勢發(fā)展下去，有些生產(chǎn)模具的加工精度會越來越高,甚至達到了1μm以內(nèi)，所以我們就需要利用超精加工來加工模具。 2、多功能復合模具的發(fā)展 多功能復合模具可以完成一系列的任務。用多功能復合模具可以在短時間內(nèi)生產(chǎn)出成批的產(chǎn)品組件，大大提高了生產(chǎn)效率。比如各種小型的電機和各種各樣的電器等等。 3、采用熱流道模具將越來越多 采用熱流道技術，不僅可以提升模具的生產(chǎn)效率,還可以提高塑件產(chǎn)品的質量，并且可以很大程度的節(jié)約制作塑件原材料的成本，節(jié)還可以約能源。所以如果這項技術得到普及和廣泛的應用，將使模具行業(yè)得到巨大的發(fā)展。國外熱流道模具已有一大半的普及率，有些高達90%以上。國內(nèi)近幾年也開始推廣熱流道技術，但普及率仍不是很高。制作符合國家標準的熱流道元器件，和生產(chǎn)高質量和性價比的元器件，成為發(fā)展熱流道模具發(fā)展的一個重要突破點。 4、CAD/CAM技術發(fā)展迅速 CAD/CAM技術是模具行業(yè)成長過程中的一個關鍵。CAD/CAM技術是設計模具的發(fā)展方向。目前，CAD/CAM技術已基本普及，所以近年來模具CAD/CAM技術的各方面的價格已經(jīng)可以被普通企業(yè)所接受,所以很多企業(yè)都采用了CAD/CAM技術。隨著CAD/CAM技術的發(fā)展和進步，CAD/CAM的知識教育也得到了發(fā)展。 5、模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 隨著模具技術的發(fā)展，國外有些國家已經(jīng)擁有了模具自動制作處理裝置。我國還需要學習和借鑒這方面的模具知識，才能跟進他們的步伐。目前，模具自動加工系統(tǒng)有很多優(yōu)點，例如：機床直接的合理組合；定位夾具優(yōu)良,和塑件匹配度高；擁有優(yōu)良的機具、完整的刀具數(shù)控庫；良好的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；優(yōu)質的質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。由此看來，我國的模具技術在近幾年發(fā)展得很快，但和國外先進技術比較之下，還是存著一定的不足。 1.4 本畢業(yè)設計的研究內(nèi)容和意義 畢業(yè)模具設計在模具專業(yè)里占有很高的比例，同時它也是很關鍵的一個教學階段，它使學生把自己的知識運用到生產(chǎn)中去，是由學校走向工廠的一段橋梁。使我們第一次把所學習的理論知識應用到實際生產(chǎn)中去。 通過此次的畢業(yè)設計的各個環(huán)節(jié)對模具設計有了更加深入的理解，培養(yǎng)和提高了自己的設計能力。 畢業(yè)設計可以讓我們了解和掌握模具的基本知識，比如繪圖，計算，查閱資料和手冊的能力。熟悉各種標準件，熟練操作繪圖軟件。還可以了解和掌握模具的設計和工藝上的知識，并且獨立地完成模具的畢業(yè)設計，為將來走向社會、走向企業(yè)打下堅實的基礎。 本設計是塑料注塑成型。在設計過程中，我是一步一步嚴格地依照畢業(yè)設計的要求去完成的，要求數(shù)據(jù)精準，結構合理，在保證塑件質量的前提下，還要簡化結構，使注塑更加簡單。但由于本人的實際經(jīng)驗不足，因此考慮問題的地方還不是很全面，設計中難免會出現(xiàn)一些問題，還望老師和同學指正。在這里，對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示由衷的感謝。 2塑件材料與工藝分析 2.1 材料的分析 該塑料制品是汽車線束接口，根據(jù)該產(chǎn)品的塑件特點和對塑件的要求，我們采用的材料為PA66。 2.1.1 塑件的材料性質 PA66一般稱作尼龍66；漢語：聚己二酰己二胺；英語：Polyamide66。 PA66在整個PA系列中，表現(xiàn)很突出,可以算是使用最多最廣、機械強度最好的一種,由于結晶溫度高,所以PA66的剛性、耐熱性都較高，這使得PA66廣泛應用于汽車行業(yè)、儀器殼體的制造和一些需要具有抗沖擊性和高強度要求的產(chǎn)品。 PA66的性狀見表2-1。 表2-1 PA66的性狀 化學性質 能耐酸、堿、大多數(shù)無機鹽及其他物質的等腐蝕，耐腐蝕能力好,但易溶于苯酚、甲酸等極性溶劑。 物理性質 擁有很好的耐磨性，機械強度較好。由于吸水性較好，所以塑件的尺寸變化會比較大。 密度（g/cm3） 1．10～1．14 拉伸強度(MPa) 60～80 熔點（℃） 252 脆化溫度（℃） -30 熱分解溫度（℃） >350 連續(xù)耐熱（℃） 80～120 沖擊強度（kJ/m2） 60～100 靜彎曲強度(MPa) 100～120 馬丁耐熱(℃) 50-60 彎曲彈性模量(MPa) 2000～3000 體積電阻率（Ωcm） 1.83×1015 平衡吸水率（%） 2．5 PA66的特性 PA66是屬于聚酰胺材料，同時也是半晶體-晶體材料，它有很高的熔點。PA66即使是較高溫度的情況下，PA66也能穩(wěn)定在一定的強度和剛度，所以很適合用來制作汽車線束接口。當塑件完成以后，PA66可能還存在一定的吸濕性，材料的種類、壁厚的大小和環(huán)境等條件因素都影響著它的吸濕性。在設計塑件時，吸濕性對塑件尺寸的影響非常重要。 2.1.2 PA66的注模條件 PA66的注模條件見表2-2 表2-2 PA66的注模條件 干燥處理 由于吸水性較好，在加工之前，如果材料是密封的，塑件沒有吸濕，就可以不進行干燥處理。但是，如果材料沒有密封，那么可以在85℃的熱空氣中進行干燥處理。一旦濕度大于0.2%，就需要在105℃的真空環(huán)境下干燥10小時，以穩(wěn)定塑件尺寸。 熔化溫度 熔化溫度為260～290℃。所以應該把溫度設置在290℃之下，防止熔化。 模具溫度 一般取80℃。因為模具溫度會對結晶度造成影響，而它又決定了產(chǎn)品物理特性。對于壁厚較薄的塑件，如果模具溫度很低，當?shù)陀?0℃的時候，塑件的結晶度就會逐漸變化，所以不得不做退火處理來穩(wěn)定塑件的幾個形狀。 注射壓力 一般取750～1250bar。 注射速度 高速（增強型材料的注射速度應稍微低一些）。 流道和澆口 PA66的凝固得很快，在短時間內(nèi)就會發(fā)生凝固，所以澆口的位置的選擇尤為重要。澆口孔徑要大于或等于0.5*h（h為制件厚度）。在采用熱流道的情況下，澆口的尺寸會微微小于常規(guī)流道的尺寸，這是由于熱流道可以防止材料短時間內(nèi)凝固。在使用潛入式澆口的情況下，澆口的最小直徑取0.75mm。 2.2 塑件的工藝 這個塑件為擁有八個抽芯孔的中小零件。塑料側壁厚度比較均勻，表面質量好，沒有明顯的注塑缺陷等。 2.2.1塑件的壁厚 塑件的壁厚不能太薄，這是必須有足夠的強度和剛度才能保證線束接口的穩(wěn)定性，只有當塑件能夠承受緊固力；熔體能夠充滿形腔；塑件能夠承受脫模機構的撞擊與震動，塑件才夠穩(wěn)定。壁厚不能太厚，不然使用的材料過多，提高成本，并且還加長了產(chǎn)品的制造時間，使制作塑件的周期變長，得不償失。塑件的壁厚都要求應力均勻，如果應力不均勻會使固化或者冷卻速度不一樣，導致塑件在冷卻過后變形、彎曲或開裂，使塑件的產(chǎn)品質量難以得到保證。 2.2.2 塑件的脫模斜度 脫模斜度可以使塑件順利脫模，防止脫模時塑件的外表有損壞，影響塑件的質量，所以與脫模方向平行的塑件表面要有適當?shù)拿撃Ｐ倍?。脫模斜度的大小是依?jù)塑料收縮程度、塑件的幾何外形以及壁厚和制件的部位。根據(jù)線束接口的特點，塑件與脫模方向平行的塑件表面均不是塑件的外觀面，而且塑件的高度比較低，所以不需要脫模斜度。 2.2.3 塑件的尺寸精度 該塑件的精度要求不算很高，依據(jù)如何選擇塑件精度的等級，根據(jù)塑件零件圖來計算；沒有標注的公差取MT5。 2.2.4 塑件的表面質量 該塑件的表面質量要求無黑點、無裂痕、無凹陷、無凸起等明顯缺陷，塑件的表面粗糙度也不能太高，為了使塑件表面質量良好,要根據(jù)塑件使用要求來選擇制件表面的光澤度和粗糙度，特別是透明的塑件，它對表面光澤度和粗糙度有著更高更嚴格要求。 對于本塑料制品來說，外觀上不能有明顯的注塑缺陷，澆口不能對塑件的外觀有破壞，內(nèi)表面則沒有特別的要求。本塑件表面粗糙度可取Ra0.8，塑件內(nèi)部的粗糙度可取Ra1.6。 3注塑機的選擇 3.1 注塑成型的簡介 注塑成型是塑料的一種重要的成型方式。只有極少數(shù)的熱塑性塑料不能使用注塑成型技術，其他所有的熱塑性塑料都可以使用這種方法。注塑成型技術還以使用一些熱固性塑料，比如酚醛塑料。 注塑成型是把熔融的塑料材料，并利用高壓注入模腔,等到塑件冷卻固化以后,得到成型產(chǎn)品。注塑成型是有間斷的操作過程。注塑成型的周期有的是幾秒有的是幾分鐘。注塑周期的是由塑件壁厚、幾何形狀、注塑機的種類和塑件材料的加工特點等影響的。注塑成型制件的質量范圍很廣小到幾克,大到幾千克。 注塑成型具有很多的優(yōu)點:完成產(chǎn)品的周期短、生產(chǎn)效率高、能生產(chǎn)各種各樣的塑件和尺寸精確的塑件，并且可以很容易的實現(xiàn)自動化。所以注塑模具被廣泛的用于塑料制品的制作和加工。在塑料制品中注塑成型占有很高的比例。它是一種先進的成型工藝，并朝著高速化和自動化發(fā)展。 3.2 注塑成型的工藝條件 在制作塑件制品中，確定塑件的材料、成型方法、塑件的結構之后，工藝條件對塑件質量的影響很大。注塑成型的工藝條件主要有溫度、壓力和時間這三類。 汽車線束接口的注射成型工藝參數(shù)見表3-1。 表3-1汽車線束接口的注塑成型工藝參數(shù) 工藝參數(shù) 規(guī)格 工藝參數(shù) 規(guī)格 預熱和干燥 溫度：90-100℃ 時間：2.5-3.5h 成形時間(s) 高壓時間：0-5 保壓時間：20-50 冷卻時間：20-40 成形周期：50-100 料筒溫度(℃) 后段：240-250 中段：260-280 前段：255-265 螺桿轉速（r/min） 20-50 噴嘴溫度(℃) 250-260 后處理： 方法：水或油 模具溫度(℃) 60-120 溫度（℃）：90-100 注射壓力(MP) 80-130 時間（h）:4-10 3.3 選擇注塑機 3.3.1 注塑機的基本參數(shù) 注塑機使指塑料注塑成型機器。它能將塑料注射以后制成各種成型的塑料制品。注塑機主要包括注塑裝置，合模裝置等。 3.3.2 注塑機的分類 根據(jù)注塑機的規(guī)格大小可以進行分類，如表3-2所示。 表3-2注塑機的規(guī)格 類型 合模力/kN 理論注射量/cm3 類型 合模力/kN 理論注射量/cm3 超小型 160 16 大型 5000～12500 4000～10000 小型 160～2000 16～630 超大型 ＞1600 ＞16000 中型 2000～4000 800～3150 也可以根據(jù)注塑機的外形特征可以分為：立式注塑機、臥式注塑機和直角式注塑機這三種。 3.3.3 塑件的體積. 依據(jù)塑件的3D建模，使用Pro/e可以得到塑件的體積為：V1=4093.31mm3 澆注系統(tǒng)的體積：V2=25%V1=1023.33mm3 一次注射的塑料體積為：(4V1+V2)/0.8=mm3=cm3 3.3.4 塑件的質量 塑件和澆注系統(tǒng)的質量為：M=ρV=g 依據(jù)該塑料制品的體積，采用一模四件的結構，綜合以上計算，查表選擇螺桿式注射機XS-ZY-250。該注射機的基本參數(shù)見表3-3。 表3-3 XS-ZY-250注射機的基本參數(shù) 結構形式 臥式 最大開模行程/mm 350 注射方式 螺桿式 噴嘴 球半徑/mm 18 螺桿直徑/mm 50 孔半徑/mm φ4 最大注射量/g 250 定位孔直徑/mm φ125 注射壓力/Mpa 130 頂出 中心孔位置/mm 鎖模力/kN 1800 兩側 孔徑/mm φ40 最大注射面積/mm3 500 孔距/mm 280 模具最大厚度/mm 350 模板尺寸/mm×mm 520×598 模具最小厚度/mm 250 機器外形尺寸/m×m×m 2.34×0.8×1.46 4 成型零部件的設計 4.1 確定分型面 注塑模具可以有一個分型面，或者有好幾個，而且形狀也可以多種多樣，有平面、曲面、斜面等不同的形狀，分型面的選擇和設計一般都要符合一定的要求： 1.塑件可以順利的脫模。 2.方便進行側向分型和抽芯。 3.不損傷和降低塑件的質量。 4.保護塑件不發(fā)生溢料現(xiàn)象。 5.使注塑機的排氣通順。 6.使零件更加容易加工和制作。 7.減少由于脫模斜度原因造成的塑件尺寸的不準確。 我們可以根據(jù)分型面的要求來選擇分型面，并且依據(jù)模具的加工方法和塑件表面質量等要求，分型面的選擇如圖所示。 圖 4-1 分型面 4.2 確定型腔的數(shù)目和排列 由于沒有抽芯機構，所以在成型時力度的均勻且制造塑件較容易，為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和節(jié)約成本，提高塑件的質量，應確定模具的型腔排列和腔型數(shù)目。該制件使用一模四件成型，可以使型腔在模具的中心位置分布勻稱，這樣可以使?jié)沧⑾到y(tǒng)的放置方式和模具的所受到的力平衡。多型腔模有很多優(yōu)勢:在生產(chǎn)上,可以提高生產(chǎn)產(chǎn)量；在模具的加工上，由于型腔呈對稱形式放置，使料流流動方向也更加平穩(wěn)，使對型芯型腔內(nèi)表面的沖擊壓力減小，使得模具在制作過程中溫度均勻,受力平衡。型腔排列如圖4-2所示 圖4-2 型腔排列 圖 4-2 型腔的排列 4.3 模架的確定 確定和了解了型腔強度和剛度以后,就可以計算所需型腔側壁和底板的厚度。塑件的型腔在成型時承受熔體很大壓力的作用，也許會因為強度不足使塑件變形或者遭到破壞；甚至會因為剛度不夠使產(chǎn)品變形，從而致使塑料溢出造成飛邊，從而影響塑件的精度,造成塑件的脫模困難的情況等等。 型腔強度依據(jù)型腔在多種受力情況下的應力值仍低于許用應力值來計算的；型腔剛度則是根據(jù)以下3點來計算的： 1）成型中沒有溢料的現(xiàn)象 2）塑件的精度必須達標 3）塑件可以成功脫模 4.4 模芯尺寸的確定 在模具中有一個零件,其確定了塑件幾何外形和尺寸,它就是成型零件。它一般含有型芯、凹模和成型桿等。當它在運行的時候，會與塑料直接進行觸碰，還要承載塑料熔體的高壓以及料流的沖刷，而且在脫模的時候會與制件有刮蹭現(xiàn)象。所以，成型零件需要有合適的幾何外形，精準的尺寸和符合要求的表面粗糙度，另外，成型零還必須結構設計適合，有很強的強度和很硬的剛度，并且耐磨性要好。 在設計成型零件的時候，應該考慮塑料的結構、特點、特性以及塑件的制作要求，方能設計型腔的幾何結構，并且選用最佳的澆口位置和分型面，這樣就可以準確地設計脫模的方法、以及排氣裝置等等，依據(jù)成型零件的裝配和制作要求來設計成型零件的構造，然后得出成型零件的尺寸，最后再校對驗算重要的成型零件的強度和剛度。 由于制作的工藝性的要求，這里使用一體式的型芯、型腔。正由于使用了一體式型腔和一體式型芯模，模芯的大小便能隨意改變，模芯承載的力最后傳到型腔和型芯，由于要節(jié)省耗料和成本，以及模具尺寸的原因，模芯設計得小時會比較好，但在現(xiàn)實中，又存在冷卻因素的干擾，而且經(jīng)過模芯的和經(jīng)過模芯外的冷卻系統(tǒng)的差別比較大，前者比后者要高,冷卻系統(tǒng)又必須有充足的空間，這里設計的模芯的大小為200×200 mm。 4.5 型腔壁厚和底部壁厚的計算 主要有計算法和查表法。 依據(jù)制件的尺寸精度計算（按剛度計算） （式4-1） （式4-2） 式中 c、c'——系數(shù)，取c=0.093mm、c'=0.0267mm p——型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，取p=34.3 Mpa e許——許用變形量，取e許=6.72×10-3mm h——型腔深度，取h=231mm b——底板受壓寬度，取b=130mm E——彈性模量，取E=2.06×10-5 4.6選擇模架 這里選用LKM大水口CI3131型模架(315mm ×315mm)，A板高63mm，B高63mm,C板100mm。模具的閉合高度為276mm。 4.7成型零件的工作尺寸計算 在成型零件上，可以直接使用成型塑件部分的尺寸稱為成型零件的工作尺寸。 工作尺寸主要有： 型腔徑向尺寸： (式4-3) 型芯深度尺寸： (式4-4) 型腔深度尺寸： (式4-5) 型芯高度尺寸： (式4-6) 式中 Scp——塑料平均收縮率； Ls——塑件在室溫下的尺寸； Lm——模具型腔在室溫下的尺寸； 取δz＝Δ/3，δc＝Δ/6。 Δz——模具制造公差； Δc——模具磨損公差； Δ——塑件公差； 注：據(jù)實驗表明，成型零件有制造誤差，所以成型零件的制造公差δz在通常情況下取制件總公差Δ的1/3～1/4，這里δz取IT6或IT7精度公差等級，制件上沒有標注的公差可以用MT5精度等級取值。 由于一般制作塑件時會會有精度要求，所以成型零件需要制定精度等級和精準的公差值。本塑件沒有標注的公差尺寸精度要求比較低。（PA66的塑件未注的公差等級取MT5）。 成型零件中心距工作尺寸計算見式4-7： Lm=[Ls+LsScp)]±δz2 (式4-7) 材料的平均收縮率取0.5％，根據(jù)上式，可得成型零件的工作尺寸，如表4-1所示。 表4-1 型芯和型腔的工作尺寸 類別 塑件尺寸 計算公式 型腔或型芯的工作尺寸 型腔徑向尺寸 Ф2300-0.9 Ф230.4750+0.30 450-0.28 45.0150+0.093 R5.20-0.14 R5.1210+0.047 型腔深度尺寸 2.50-0.16 2.4060+0.053 型芯徑向尺寸 2080+1.10 209.8650-0.37 380+0.36 38.460-0.12 150+0.24 15.2550-0.047 R4.30+0.14 4.42650-0.047 R70+0.16 R740-0.053 250+0.32 250-0.107 1.50+0.16 1.626-0.053 30+0.16 3.1350-0.053 100+0.20 10.20-0.067 20+0.16 2.130-0.053 5.20+0.14 5.3310-0.047 型芯高度尺寸 30+0.12 3.0950-0.04 10+0.16 1.1120-0.053 90+0.16 9.15200.053 4.30+0.14 4.41500.047 5 澆注系統(tǒng)的設計 材料的熔體從注塑機的噴嘴進入模具后,又流到型腔，這一段經(jīng)過的通道稱為澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)的用處是將熔體安全順利地填入型腔，在填充塑件和塑件凝固穩(wěn)定時，把型腔內(nèi)的氣體都擠出，并且將壓力轉移到型腔的每個位置，使壓力可以均勻布置，得到材料堅固穩(wěn)定，幾何形狀清楚，表面光滑且尺寸精準的塑件。所以，想要提高注塑的效率以及塑件的品質，必須把控好澆注系統(tǒng)的設計。 澆注系統(tǒng)設計的基本原則： 1. 掌握和學習塑料的工藝特性 2. 有良好的排氣性 3. 型芯和塑件不能變形 4. 縮短熔體流程，減小塑料的使用量 5. 修整簡單便捷，保證塑件產(chǎn)品的質量和外觀 6. 熱量低，壓力損失小 注射模的澆注系統(tǒng)主要由四個部分組成,如圖5-1所示。 圖 5-1 澆注系統(tǒng) 1-主澆道襯套 2-主澆道 3-冷料穴 4-拉料桿 5-分澆道 6-澆口 7-塑件 5.1 澆口的設計 澆口是流入型腔前嘴狹窄、最短的部分，它連接了分澆道和腔型。由于它狹窄和較短的特點，料流可以加速進入腔型，使腔型充滿。注射壓力消失之后，又可以順利的封閉型腔口，型腔中還沒有冷卻的熔體不會倒流，也更利于冷料和塑件分離。澆口的設計對塑件的品質有著很重要的影響。 常用幾種澆口的比較： 1.直澆口：直澆口一般位于塑件的外表面或者背面，當塑料流入模腔時，塑料很快就到達型腔，并沒有多少流動阻力，但是流道的橫截面積過大，會導致塑件固化的速度減慢，而且在塑料的入口處也容易造成一定的殘余應力，從而使塑件彎曲變形，還會使得澆口部分的凝料殘留在制件上，還需調(diào)整。直澆口一般用于單腔模具或者一些大型模具等。 2.點澆口：點澆口的尺寸一般比較小，截面為圓形，澆口可以自動拉斷，有利于操作的自動化，澆口在表面的殘留較小，壓力損失卻很大，且收縮大，容易變形。點澆口一般用在一些成型進表觀黏度與剪切速率成反比以及延黏度低的塑料熔體或著一些薄厚較薄的制件。 3.潛伏式澆口：它是由點澆口改變得到的。它的進料部分的位置一般在產(chǎn)品隱蔽產(chǎn)品的內(nèi)表面、側面或一些看不見的地方，由于潛伏式澆口有剪切力，所以澆冷料可以自動分離，但卻對塑件外觀沒有影響。但由于潛伏式澆口對塑件的表面要求質量較高且推出時會有很強的沖擊力，所以不適合韌性塑料和脆性塑料。 4.側澆口：側澆口可以依據(jù)制件的外形和特征，巧妙的選擇制件的一個邊緣用來進行進料，這樣可以隨意的改變制作模具的時的封閉澆口的時間以及剪切速率，。澆口的加工和去除都很簡單便捷，但是由于側澆口注射壓力損失大，使塑件排氣困難，形成一系列的表面缺陷，如痕跡殘留、凹陷等。 本制件外觀品控好，沒有凹陷、熔接痕等明顯缺陷。如果使用直澆道，那么塑件表面的上方可能會出現(xiàn)熔接痕；如果使用點澆口，本塑件的脫模機構的設計將變得不簡單，無形的提高了模具的加工成本；如果使用側澆道，在塑件的表面上可能會有一定的澆口痕跡，但是，這個痕跡并不在塑件的外表面上。 綜合上述觀點和塑件的特點，這里采用側澆口，優(yōu)點是可以使塑件成型后在外觀上沒有進膠痕跡，還可以設計更簡單的脫模機構使塑件品脫模。 5.2 主澆道的設計 主澆道是將注塑機的噴嘴和模具觸碰的位置作為起點，將分澆道支線作為終點的一段料通道。它的作用是將通過注射機的噴嘴將熔體進入模具，該塑件的主流道的小端尺寸是3～4mm，這里取3mm。 設置主澆道襯套 在主澆道會和溫度較高的塑料盒噴嘴循環(huán)觸碰的條件下,主澆道很容易被損壞,因此在一般情況下,不會將主澆道直接開在模板上,卻將其單獨設置在一個主澆道襯套中，這樣在主澆道容易損壞的部分，可以選用鋼材料，延長模具的使用壽命，并且易于更換。綜上所述,主流道襯套的方式和尺寸如圖5-2。 圖 5-2 主澆道襯套 主澆道球面的半徑R和噴嘴球面的半徑R0之間的聯(lián)系： 主澆道小端的直徑d和噴嘴出口的直徑d0之間的聯(lián)系： 主流道為圓錐形，錐度為3°； 在保證塑件質量良好的情況下，主流道的長度L能短盡量要短，并且要減少彎曲，這樣可以在注射成型過程中減少壓力損失和廢料，節(jié)約了制作模具的成本，提高了效率。所以這里把主流道做成直的，長度為90mm。 5.3 分澆道的設計 分澆道一個通道,它介于主澆道和型腔進料口的位置，它主要有分流和轉換方向的工作任務。分澆道的布局方式和長度，取決于型腔的布置和澆口的位置。分澆道應越短越好，因為這樣會減少壓力和熱量損失，而且還能減少流道凝料。 它的斷面有非常多的形狀，例如圓形，方形，梯形等。由于在流道內(nèi)有一定的壓力損失，如果分澆道的截面積過小，會降低輸送塑料的效率，增加了產(chǎn)品的制造時間，并使塑件出現(xiàn)一些列的損壞。所以，利用通過流道的截面積和周長的比來計算流道的效率。在這里，圓形流道和正方形流道的流道效率是最高的，但是并不采用正方形流道，因為正方形的流道的熔體會迅速凝固,影響脫模效果，這里采取梯形形式的流道。為了使加工簡單便捷，采用半圓形截面，取半徑R=4mm。 在分流道中，外層的熔體溫度下降很快，只有中心位置的塑料熔體的流動比較平穩(wěn)，由于分流道的內(nèi)表面粗糙度的值不需要很低，所以內(nèi)表面粗糙度取1.6μm左右即可，因此塑件表面略帶一點的粗糙，卻將塑件熔體的流動更加穩(wěn)定和流暢。 當正常加工的時候，流道經(jīng)銑床銑好后，可以使用打磨器具，對型腔的的表層進行表面處理，得到光滑的表面，減少了表面粗糙度。 為了減小流道內(nèi)的壓力損失和熱傳遞損失，盡量使流道的截面積增大大，表面積減小，所以圓形截面的效率最高。而生產(chǎn)中的分流道的截面通常使用梯形或U形的截面，但為了加工方便，本設計的分流道的截面形狀為圓形。 5.4 冷料穴的設計 在每次住宿成型時，流動熔體前段的領料有可能會進入型腔，需要設置冷料穴來阻止冷料堵塞澆口甚至影響制件的品質，使熔體成功的充滿型腔，所以需要配置冷料穴。在一般情況下，冷料穴都設置在主澆刀的尾端或者分澆道的尾端。 因為這個制件的分流道比較長，所以在將冷料穴設置在料流方向的尾端，這樣有利于提升產(chǎn)品的質量，防止?jié)部诙氯?，本制件使用較為常見的鉤型（Z形）拉料桿，缺點是凝料退出后不能自動脫落。 5.5 澆注系統(tǒng)的平衡 在現(xiàn)在的大多數(shù)注塑模具中，尤其是中小型模具，一模多腔已經(jīng)普及。在設計模具時，應使每一個型腔在同一時刻進行同樣的充填與成型。在不改變塑件結構的前提下，從主流道到每個型腔的分流道的應該完全相同,不管是長度還是幾個形狀或者是截面等,這樣才能使腔型均勻布局，否則只能調(diào)節(jié)澆口尺寸來使制作的工藝條件相同，達到澆注系統(tǒng)平衡。根據(jù)上述的設計，本塑件的澆注系統(tǒng)的設計是平衡的。 6其他裝置的設計 6.1 推出機構的設計 推出機構是指：在模具的注塑成型的每個周期中，塑件必須從模具的型腔或者型芯上脫出的一個機構。 推出機構的設計有以下要求： 1. 塑件要留在動模 2. 在推出的時候塑件不能有所損壞或者形變 3. 塑件要有良好的外觀 4. 機構安全可靠 6.1.1 簡單推出機構 簡單推出機構是指通過推出機構一次動作就可以將塑件脫出。簡單推出機構有許多種，一般有推桿推出機構、推管推出機構等。 結合本塑件的特點，這里采用最簡單也最為常用的推桿推出機構。 推桿推出機構的截面形狀有很多種，有矩形或者圓形等，但截面形狀為圓形的比較多，這是因為圓形的加工和更換都很方便快捷，脫模的效果也比較好。根據(jù)本塑件的特點和幾何形狀，這里使用扁頂針。 設計推桿時應注意以下幾點： 1. 推桿應該選擇最難脫模的地方，并且是塑件剛度也很大的地方 2. 推桿的端面要高出型腔0.05到0.1mm之間 3. 推桿和它的配合孔的配合為H8/f7,配合長度為直徑的1.5到2倍但不小于10mm。 4. 推桿的數(shù)量不能過多，不然會影響脫模 6.2 合模導向裝置的設計 合模導向裝置是使動模定模（上模和下模）定位準確并起導向作用。合模導向裝置分為導柱導向和錐面定位這兩種。導柱導向裝置由導柱與導套構成。 導向裝置有如下作用： （1）導向作用。上模和下模合模的時候，引導上模和下模準確合模，以保證零件質量。 （2）定位作用。防止裝配時方位錯誤，并使腔型保持正確的形狀。 （3）承載作用。導柱在運行過程中承載側向壓力。 6.3冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)的設計有如下要求: 冷卻水道的出、入口溫差應較小 冷卻水道越多越好、橫截面越大越好 冷卻水道距型腔表面的長度越接近越好 冷卻水道在澆口處多布置 冷卻水道和塑料的收縮方向一致 接頭位置合理 避免設置在溶接痕處 完成一次注塑成型，所需要的模具的質量為24.36g，這里面還包含了澆注系統(tǒng)在內(nèi)，一次注射需要的時間為45s，可得出每小時能完成80次注射。 把澆注系統(tǒng)計算在內(nèi)，一次注塑成型需要使用模具的塑料質量是24.36g，一完成一次注射需要的時間是45s, 即 n=80次/h。 注塑模冷卻所需要的冷卻水的質量： (式6-1) 式中 m——冷卻水的質量（kg/h）； n——注射量（次/h）； m1——單次注入模具塑料的質量（含澆注系統(tǒng)）（kg/次）； Cp——冷卻水的定壓比熱容[KJ/(kg?℃)]；當水溫為20℃，Cp=4.183KJ/(kg?℃)；當水溫為30℃，Cp=4.174KJ/(kg?℃)； t1——冷卻水出口溫度（℃)； t2——冷卻水入口溫度（℃)： h——在塑料進入型腔時的熔融溫度開始到塑件冷卻到脫模溫度為止，塑件釋放的熱量（KJ/kg） 注：令冷卻水的入口溫度為t1=20℃ ,出口溫度為t2=30℃，平均水溫為=250℃。 當水溫為20℃，Cp=4.183KJ/(kg?℃)；當水溫為30℃，Cp=4.174KJ/(kg?℃)。 根據(jù)資料可知h=326.76 KJ/kg [4]。 根據(jù)式（6-1）可得 根據(jù)m=60.19（kg/h）冷卻水流量，查表4-15 [4]，選水孔直徑d=0.008m,得d0.13=0.534。為了有良好的導熱效果。取v=0.44m/s,則v0.87=0.49。冷卻水孔壁和冷卻水之間交界膜的傳熱系數(shù)： (式6-2) 式中 a——冷卻水孔壁與冷卻水交界膜的傳熱系數(shù)KJ/（m2?h?℃）； v——冷卻水平均流速（m/s）, v=0.87（m/s）可查表4-15 [4]； d——冷卻水直徑（m）, d0.13可查表4-15 [4]； t水——冷卻水平均溫度（℃） PA66材料注塑成型模具溫度t模=60 ℃ 冷卻水傳熱面積為： (式6-3) 將查得的數(shù)據(jù)帶入上式得A=0.002m2 式中 A——冷卻水孔傳熱總面積（m2）； g——塑件單位時間內(nèi)釋放的熱量（KJ/h）； t模——冷卻水孔壁平均溫度（℃）； t水——冷卻水平均溫度（℃）； 冷卻水孔的有效長度： （式6-4） 依據(jù)注塑模具的結構特點和制作工藝過程，冷卻水路按下圖放置。根據(jù)裝配圖得，冷卻水道的實際長度＞冷卻水道的有效長度。所以符合要求。如圖6-1. 圖 6-1 模具在注塑機中的安裝示意圖 6.4排氣系統(tǒng)的設計 由于該模具的型腔、型芯和動模板的間隙已經(jīng)形成了良好的排氣效果，所以這里為了節(jié)約成本，不再設計排氣系統(tǒng)。 7注塑機的校核 7.1 最大注射量的校核 塑件與澆注系統(tǒng)的體積為V=21.75cm3它小于注射機的標稱注射量250cm3，所以最大注射量和要求相符。 7.2 鎖模力的校核 鎖模力也叫作合模力，是注塑機的合模機構對模具能使用的最大夾緊力。在熔體能夠充滿形腔的時候，注塑壓力在形腔內(nèi)引起的作用力會向分型面展開，所以注塑機的鎖模力一定要大于型腔內(nèi)熔體壓力和制品及分型面上的投影面積之和的乘積。用公式表達： F0≥F=P模A （式7-1） 或F0≥K1P （式7-2） 式中 F0——注塑機的最大鎖模力； P?！?nèi)平均壓力,約為注射壓力的80%； K1——壓力損失系數(shù)，通常取K1=（1/3）～（2/3）； P——注塞或螺桿作用在塑件的注塑壓力； A——制品、流道、澆口在分型面上的投影面積的和。 計算A = 4139.76mm2 F= P模A=104×4139.76=430535N＜900KN (式7-3) 滿足條件 7.3 噴嘴尺寸的校核 澆口套球面的半徑為R16 噴嘴球頭的半徑為R12 澆口套球面的半徑＞噴嘴球頭的半徑，符合要求 澆口套小端的孔徑為Φ4.5 噴嘴孔的直徑為Φ4 澆口套小端的孔徑＞噴嘴孔的直徑，符合要求 7.4定位圈尺寸的校核 模具定位圈的直徑=100 注射機定位孔的直徑=100 兩者相等，所以滿足條件。 7.5 模具外形尺寸的校核 圖 7-1 模具安裝示意圖 本塑件的外形尺寸為：400×355，注射機模板最大安裝尺寸是420×450，符合安裝的要求。如圖7-1所示。 7.6 模具閉合高度的校核 依據(jù)裝配圖,可以計算得到模具的閉合高度：H閉 =288mm 最小裝模高度Hmin=250mm,最大裝模高度Hmax=350mm,符合Hmin≤H閉≤Hmax的要求。 結論 在本次設計中，我發(fā)現(xiàn)了很多問題和疑惑，比如成型零件的尺寸計算、澆注系統(tǒng)的設計、PRO/E和AutoCAD畫圖軟件上的一些問題等。經(jīng)過努力，克服了這些困難，并對以前的知識進行了回顧和復習，并且去重新認識這些知識，把這些知識應用于實踐中去檢驗。并且讓我明白了知識的價值，知識可以改變命運，改變?nèi)藗兊纳钏?。也讓我了解了知識是建立在實踐的基礎上的，知識是需要通過實踐來進行檢驗的。我們需要用認真負責的態(tài)度來面對本次設計。 在老師的悉心指導下，對塑件的材料和工藝進行了分析；使用PRO/E軟件對塑件進行體積的測量，并確定注塑機的型號；選擇塑件的分型面，對模具的動模和定模進行設計；設計澆口位置的選擇、主流道、分流道和冷料穴，完成了澆注系統(tǒng)部分的設計；根據(jù)模具的推出機構的設計原理和模架技術標準完成脫模機構的設計；設計冷卻水道以完成冷卻系統(tǒng)的設計；根據(jù)塑件的特點和工藝特性選擇合適的導柱和導套，以完成合模導向機構的設計；最后對注塑機進行校核。這樣就基本上完成了汽車線束接口的設計。注塑成型的模具有很多的優(yōu)勢， 由于熔體的流速和壓力可以使型腔充滿熔體，磨損很小，所以一套模具可以大批量的對產(chǎn)品進行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率很高，并且可以成型出表面圖案復雜的塑件。注塑機自動化程度高，可以完成合模、塑化、脫模等一系列的過程，大大提高了模具的自動化生產(chǎn)，使模具的制作過程簡單并容易控制。如此一來，注塑模具可以制造出質量好、效率高、成本低的塑件。所以注塑模具在現(xiàn)代機械行業(yè)的發(fā)展中，占有重要地位。但是它也有一定的缺陷。在模具制造的初期，對模具的設計和研究投入的時間很多，并且對生產(chǎn)塑件的技術也有較高的要求。并且需要購入注塑機和材料，成本相對較高，只適合于大批量的生產(chǎn)。 通過這次畢業(yè)設計使我懂得了，設計是需要嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度的，同時也提高了我查閱資料的能力，由于本次設計自己的能力水平有限，設計中存在的諸多漏洞和錯誤的地方，還望各位老師批評和指導。 致謝 參考文獻 [1] 陳志剛.塑料模具設計[M]. 機械工業(yè)出版社，2002. [2] 許樹勤，王文勤. 模具設計與制造[M].北京大學出版社，2005. [3] 申開智. 塑料成型模具[M].中國輕工業(yè)出版社,2002. [4] 塑料模具技術手冊編委會編．塑料模具技術手冊[M]．機械工業(yè)出版社，1997.6. [5] 付麗，張秀棉. 塑料模具設計制造與應用實例[M].機械工業(yè)出版社，2005. [6] 王隆太，朱燈林.機械CAD/CAM技術[M].機械工業(yè)出版社，2009. [7] 周慧蘭. Pro/ENGINEERWILDFIRE4.4教程[M].化學工業(yè)出版社，2011. [8] 翁其金編.塑料模塑成型技術[M]．機械工業(yè)出版社，2000.11. [9] 馮炳堯、韓秦榮、蔣文森．模具設計設計與制造簡明手冊(第三版)[M].上海科學技術出版社，2008.6. [10] 邢邦圣.機械制圖與計算機繪圖[M].化學工業(yè)出版社，2008.1 [11] 陳國定.機械設計[M].高等教育出版社，2013.5 [12] 翁其金編.塑料模塑成型技術[M]．機械工業(yè)出版社，2000.11 [13] 賈潤禮，程志遠. 實用注塑模設計手冊[M]. 中國輕工業(yè)出版社，2000 [14] Donato Firrao,Paolo Matteis,Giorgio Scavino.Relationships between tensile and fracture mechanics properties and fatigue properties of large plastic mould steel blocks[J].Materials Science and Engineering A 468–470 (2007) 193–200 [15]Sang C H, Wong T N. Knowledge-based evaluation for the Conceptual design development of injection molding pans[J]. Engin. Appl. 1998, 9(5): 359-366.