拉線盤注塑模具設計【課設】【含CAD圖紙】

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課程設計（論文） 題 目 名 稱： 拉線盤注塑模具設計 學 院（部）： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號 指導教師姓名： 職稱 職稱 最終評定成績： 摘 要 隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料的不斷開發(fā)，工業(yè)、民業(yè)的各種塑料制品需要的不斷增長，注塑工藝越來越多地用于制造領域成形各種性能要求的制品。而注塑模具的設計質量、注塑機應用等直接影響成形制品的生產效率、質量及成本。一副好的注射模具可成型上百萬次，由于其壽命的延長，從另一方面降低了塑件的成型成本，并且好的模具由于更換，檢修少，從而提高了其生產效率。為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)的要求和民需生活品的需要，我們應不斷的研究開發(fā)，設計出能提高注射模性能的注射模，以滿足各行各業(yè)的需要。 在本設計中，通過運用CAD對拉線盤進行一模二穴的設計開發(fā)，其中包括凸、凹模的設計、推出機構的設計、注射機的選擇與校核、澆注系統的設計、冷卻系統的設計、模架的選擇等各項工作。在本設計中，設計的重點在成型零部件即凸、凹模的設計和澆注系統、冷卻系統的設計。其中澆注系統和冷卻系統的設計是一副模具的設計靈魂，澆注系統的設計直接影響著塑件的成型質量和生產效率[1]。因此，對澆注系統的設計是注射模具設計的重點工作。而與此同時，模具的溫度對塑件的質量和生產效率也著直接的影響，模具溫度的控制直接影響著模具的凝固時間和收縮內應力，從而影響模具的成型周期長短和塑件質量好壞，及其表面粗糙度等。在本設計中著重設計了凸、凹模尺寸、澆注系統和冷卻系統的尺寸及其系統結構。通過本次設計，我們首先學習了解了我國塑料模具的現狀和發(fā)展狀況、注射模的基本結構和注射模成型工藝過程以及模具設計的基本原理。 關鍵詞：CAD；注塑模；工藝 IV ABSTRACT With the continuous development of each high performance engineering plastics, plastic products industry, the industry needs to continue to grow, the injection molding process is more and more used in various performance requirements of forming the products manufacturing. The quality of injection mold design, injection molding machine by forming a direct impact on production efficiency, quality and cost of products. Mold can be a good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand, reduces the cost of plastic parts molding, and die as a result of a good replacement, less maintenance, thereby improving the production efficiency. In order to meet the needs of the growing industrial requirements and the quality of life, we should continue research and development, designed to improve the performance of injection mold injection mold, in order to meet the needs of all walks of life. In this design, through the design and development using CAD in a mold with two cavities on the tray, including convex and concave mold design, the design of ejecting mechanism, the choice of injection machine and check, gating system design, cooling system design, the choice of mold and other work. In this design, the design focus on the design of molding parts is convex and concave mold design, gating system and cooling system. The design of gating system and cooling system is the soul of a mold design, gating system design directly affects the plastic parts molding quality and production efficiency of [1]. Therefore, the design of pouring system is the focus of the design of the injection mould. At the same time, the temperature of the mould for the plastic parts quality and production efficiency has a direct impact, the mold temperature control directly affect the mold solidification time and contraction stress, thus affecting the molding cycle of mold and plastic parts quality, and surface roughness. The size of the convex, concave die size, gating system and cooling system and its system structure design in the design. Through this design, we first learn to understand the current situation and development of plastic mold in our country, the basic structure and the injection mold injection mold and molding process and the basic principles of mold design. Keywords: CAD; injection mold; Technology 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第1章 緒 論 1 1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 1 1.2塑料模具工業(yè)的現狀和技術的主要發(fā)展方向 1 第2章 塑件的工藝分析 3 2.1塑件的工藝性分析 4 2.1.1塑件的原材料分析 4 2.1.2 ABS的注塑工藝參數 5 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 5 2.2.1結構分析 5 2.2.2尺寸精度分析 5 2.2.3表面質量分析 5 2.3計算塑件的體積和質量 6 第3章 注射機的選擇及校核 7 3.1 注射機的選擇 7 3.2 型腔數目的確定及校核 8 3.3 鎖模力的校核 9 3.4 開模行程的校核 9 第4章 澆注系統的設計 10 4.1 分型面的選擇 10 4.2 主流道的設計 11 4.3 澆口設計 11 4.3.1 剪切速率的校核 12 4.3.2 主流道剪切速率校核 12 4.3.3 澆口剪切速率的校核 12 第5章 成型零部件設計 14 5.1 型腔和型芯工作尺寸計算 14 5.2 型腔側壁厚度計算 17 第6章 合模導向機構設計 18 第7章 溫度調節(jié)系統設計 19 7.1 對溫度調節(jié)系統的要求 19 7.2 冷卻系統設計 19 7.2.1 設計原則 19 7.2.2 冷卻時間的確定 19 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 20 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 20 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 21 7.2.6 冷卻系統的計算 22 7.2.7 凹模冷卻系統的計算 22 第8章 抽芯系統的設計 24 8.1 斜導柱設計 24 8.2 楔緊設計 27 8.3 彈簧設計計算 27 第9章 模具工作原理說明 29 結 論 30 參考文獻 31 致 謝 32 主要符號表 第1章 緒 論 1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 從20世紀80年代初開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。在隨后隨著模具技術的不斷發(fā)展，模具工業(yè)也被廣泛的被投用于汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料以及日用品等工業(yè)部門中。在發(fā)達國家人們認為，沒有模具，就沒有高質量的產品。并且模具享有“發(fā)展工業(yè)的一把鑰匙”；“一個企業(yè)的心臟”；“富裕社會的一種動力”等之美譽。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15%的增長速度快速發(fā)展。模具企業(yè)也如雨后春筍，迅速萌生，蓬勃發(fā)展。 隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，我國的模具技術水平也有較大的提高已能制造體現現代模具設計制造水平的大型、負責、精密的模具，部分模具達到了國際先進水平。雖然我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已經到達了國際先進水平，但是無論是數量上還是在質量上仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的大型、精密、復雜模具。為了縮小與發(fā)達國家的模具行業(yè)的差距，我國的模具正積極的向著開發(fā)大型、精密、復雜模具；加強模具標準件的應用；推廣CAD/CAM/CAE技術等幾方面進行大力發(fā)展。 1.2塑料模具工業(yè)的現狀和技術的主要發(fā)展方向 （1）現狀 近年來國外塑料模的發(fā)展速度也迅速增長，在諸多國家中（日本、德國、瑞士等）其塑料模工業(yè)的發(fā)展都高于了沖壓模，塑料模生產的經濟經額占據了整個模具產業(yè)的1/2。國外大量生產的塑料模主要采用多腔模、多層模和多層多腔、多工位多腔等類型模具，多層模已發(fā)展到64×64腔，還研制了多層模專用的注射成形機，各試飲料塑料瓶、杯子幾鞋模多采用多工位多腔模，飲料瓶模多達32腔。日本和歐美一些國家用鋁材制作注塑模，由于鋁導熱性比鋼好，是鋼的三倍，注射周期可縮短25~30%，并且模具重量也大為減輕。 塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的,在我國,起步較晚,但發(fā)展很快,特別是最近幾年，無論在質量、技術和制造能力上都有很大發(fā)展,取得了很大成績。我國在塑料模的發(fā)展中用30年的時間就走過了國外90年的發(fā)展歷程，現已具備相當規(guī)模。在1987年我過塑料產量已達297萬噸，位居世界第5位。如今我國塑料產業(yè)已形成了相當規(guī)模的完整體系，塑料模的設計技術、制造技術、CAD技術、CAABS技術已有相應的設計和開發(fā)應用。塑料的生產，成型加工，塑料機械設備。模具工業(yè)以及科研等，都已發(fā)展都了一定規(guī)模。 （2）發(fā)展趨勢 隨著人類社會的不斷進步和高新技術的不斷發(fā)展，人們對產品的要求越來越高，這就促使了我們必須大力研發(fā)模具設計技術。世界各國對塑料模設計技術也給予了高度的重視和關注并投入重金進行研究和開發(fā)。在國際上塑料模具未來的發(fā)展主要向著以下幾方面進行： ①在模具設計制造中全面推廣CAD/CAM/CAE技術 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，CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。 ②注射模CAD的實用化 塑料模Mold——Flow或C——Flow軟件和塑料模Mold——Cool或C——Cool軟件已經商品化，注射模CAD正向實用化方向邁進。我國政府對注射模CAD實用化進程也十分重視。專門組織了“八五”國家重點技術攻關項目“注射模CAD/CAM/CAE集成系統研究”。目前，美國PSP公司的IMES專家系統，能幫助模具設計人員用專家的知識解決注射模的問題。 ③塑料模專用材料研究和開發(fā) 目前，塑料模鋼擁有的類型有：基本型、預硬化型、時效硬化型、熱處理硬化型、馬氏體時效鋼和粉末冶金模具鋼等鋼種。在“八五”期間，國家也組織了諸多鋼鐵廠單位大力研究和開發(fā)塑料模專用系列鋼，這將進一步擴大和完善塑料模鋼材。 ④塑料模加工程控化 機械技術與電子技術的密切結合，日益更多地采用數控數顯、計算機程序控制的加工方法，實現高層次、多工位加工，使塑料模在質量上、效率上產生一個新的飛躍。激光成型技術也在塑料模腔加工中取得了巨大成功。 ⑤模具研磨拋光自動化、智能化 模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低（約占整個模具周期的1/3),且工人勞動強度大,質量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數控研磨機,可實現三維曲面模具的自動化研磨拋光。 32 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是拉線盤產品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用ABS，生產類型為大批量生產。 圖1 拉線盤圖 2.1塑件的工藝性分析 2.1.1塑件的原材料分析 該材料為ABS ABS是一種沒有側鏈，高密度，高結晶性的線性聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。 ABS是一種表面光滑，有光澤的硬而致密的材料，淡黃或白色，可在-40-100°C溫度范圍內長期使用。它的耐磨性和自潤滑性也比絕大多數工程塑料優(yōu)越，又有良好的耐油，耐過氧化物性能。很不耐酸，不耐強堿和不耐太陽光紫外線的輻射。 ABS的拉伸強度達70MPa，吸水性小，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，ABS為高度結晶的樹脂，在熱塑性樹脂中是最堅韌的。具抗熱強度，彎曲強度，耐疲勞性強度均高，耐磨性和電性能優(yōu)良。 ABS的分子結構式為毛CHZ-0矢，是一種沒有側鏈的高密度、高結晶性的線型聚合物。由于C-0鍵的鍵長小于C-C鍵，因此ABS鏈軸方向的填充密度大。與聚乙烯相比，ABS的碳氧鍵短，內聚能密度高，密度大。 按其分子鏈中化學結構的不同，可分為均ABS和共ABS兩種。兩者的重要區(qū)別是：均ABS密度、結晶度、熔點都高， 但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低；而共ABS密度、結晶度、熔點、強度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬（約 50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用 塑料。 適于制作減磨耐磨零件,傳動零件,以及化工,儀表等零件。 ABS分子鏈的柔順性大，鏈的結構規(guī)整性高，因而結晶度高，結晶能力強。均ABS的結晶度為75%一85 %，共ABS為70%一75 %，即使快速淬火，結晶度也能達到65%以上。完全非晶態(tài)的ABS只有在一100℃時才能得到。 高密度和高結晶度是ABS具有優(yōu)良勝能的主要原因，如硬度大和模量高，尺寸穩(wěn)定性好，耐疲勞性突出，不易被化學介質腐蝕等。盡管ABS分子鏈中C-。鍵有一定的極性，但由于高密度和高結晶度束縛了偶極矩的運動，從而使其仍具有良好的電絕緣性能和介電性能。 ABS端基中含有半縮醛結構。當加熱至100℃左右時，可從其端基的半縮醛處逐漸解聚，因此其耐熱性較低。當加熱到 170℃左右時，可從分子鏈的任何一處發(fā)生自動氧化反應而放出甲醛，甲醛在高溫有氧時會被氧化成為甲酸，甲酸對ABS的降解反應有自動加速催化作用，因此 常在均ABS樹脂中加人熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、甲醛吸收劑等，以滿足成形加工的需要。由于共ABS分子鏈中含有一定量的C-C鍵，它可以阻止ABS分子鏈的 氧化降解，因而共ABS比均ABS的熱穩(wěn)定性能要好得多。但是無論是均ABS還是共ABS，在加工和應用時應充分重視其熱穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定差的缺點。 注塑工藝參數 料筒溫度 喂料區(qū) 30~50℃(50℃) ? 區(qū)1 160~250℃(200℃) ? 區(qū)2 200~300℃(220℃) ? 區(qū)3 220~300℃(240℃) ? 區(qū)4 220~300℃(240℃) ? 區(qū)5 220~300℃(240℃) ? 噴嘴 220~300℃(240℃) 比重 1.43 熔點 175°C 伸強度（屈服） 70MPa 伸長率（屈服） 15% （斷裂） 15% 沖擊強度（無缺口） 108KJ/m2 （帶缺口） 7.6KJ/m2 均ABS的合成一般以甲醛的水溶液在酸的存在下縮合聚合。得到聚合度為100以上的a-ABS，然后將其加熱分解成甲醛氣體，經精制和脫水后，通常利用部分預聚合的方法純化單體，然后通入含少量引發(fā)劑的干燥溶劑中進行聚合。因為水的存在，使分子量顯著降低。引發(fā)劑可用路易斯酸或堿等。但大多用叔胺進行負離子加成聚合，反應如下：ABS的端基為半縮醛（—CH2OH），當溫度高于 100℃ 時，端基易斷裂，一般需經端基處理使之穩(wěn)定化。穩(wěn)定化處理后可耐熱到230 ℃。多ABS可在 170～200 ℃的溫度下加工，如注射、擠出、吹塑等。主要用作工程塑料，用于汽車、機械部件等。 POM是一種堅韌有彈性的材料，即使在低溫下仍有很好的抗蠕變特性、幾何穩(wěn)定性和抗沖擊特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展強度、抗疲勞強度，但不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性并且易于加工。無論均聚物材料還是共聚物材料，都是結晶性材料并且不易吸收水分。POM的高結晶程度導致它有相當高的收縮率，可高達到2%~3.5%。對于各種不同的增強型材料有不同的收縮率。 2.1.2 ABS的注塑工藝參數 1、注塑機類型： 螺桿式 7、保壓力 50~70MP 2、噴嘴形式 直通式 8、注射時間 3~5s 3、螺桿轉速（r/min） 30~60 9、保壓時間 15~30s 4、噴嘴溫度 180~190C 10、模具溫度 50~70 5、成型溫度 C 料筒： 前200~210 中210~230 后180~200 11、冷卻時間 15~30s 6、注射壓力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1結構分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為長形。在凸臺上,孔對稱分布,因此,模具設計,該零件屬于中等復雜程度. 2.2.2尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為3mm,壁厚均勻,，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內部不得有雜質外，沒有什么特別的表面質量要求，故比較容易實現。 綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 2.3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：V=17.78cm（單個） 計算塑件的質量：根據設計手冊可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質量：M=Vρ＝19g(通過3D軟件測量得到) 采用一模兩件的模具結構，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 第3章 注射機的選擇及校核 3.1 注射機的選擇 設計模具時，應詳細地了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出合乎要求的模具，應了解的技術規(guī)范有：注射機的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程以及機床模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸。 公稱注塑量；指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注塑成型過程所需要的時間稱為裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 注射壓力；為了克服熔料流經噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數的為注射速率或注射時間或注射速度。常用的注射速率如表所示。 表1注射速率 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. 鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. 空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 選擇螺桿式注塑機的型號為：XS-ZY-500，其主要技術參數如下： 表2注射機參數 注塑機型號 XS-ZY- 額定注射量 500cm3 螺桿（柱塞）直徑 85mm 注射壓力 121Mpa 注射行程 260mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 4500KN 最大成型面積 1800cm2 最大開合模行程 700mm 模具最大厚度 700mm 模具最小厚度 300mm 噴嘴圓弧半徑 R18mm 噴嘴孔直徑 Φ7.5mm 頂出形式 兩側設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸 900X1000mm 拉桿空間 650X550mm 合模方式 中心液壓、兩側機械頂桿 液壓泵 流量 200、18L/min 壓力 614Mpa 電動機功率 40KW 加熱功率 14KW 機器外形尺寸 7670X1740X2380mm 3.2 型腔數目的確定及校核 根據市場經濟及生產效率的要求，本模具采用一模2腔型腔結構，即型腔數目。因型腔數量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數有關，因此有任何一個參數都可以校核型腔的數量。一般根據注射機料筒塑化速率確定型腔數量； 式中——注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8； ——注射機最大注塑量，g； ——澆注系統所需塑料質量，； ——單個塑件的質量，。 式中、、也可以為注射機最在注射體積（cm3）、澆注系統凝料體積（cm3）、 單個塑件的體積（cm3）。 故取滿足我們設計要求。 3.3 鎖模力的校核 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現溢料現象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模離，即： （式中符號同前） 式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2; 為澆注系統在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2； P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，Mpa; 為注塑機的額定銷模力,N。 3.4 開模行程的校核 注射機開模行程是有限的，開模行程應該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式： （4-3） 式中—模具開模行程； —推出距離（脫模距離） —塑件高度；（H2） —定模板與中間板之間的分開距離。 則=291mm<500mm 小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 第4章 澆注系統的設計 澆注系統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，它分為普通流道澆注系統和熱流道澆注系統。該模具采用普通流道澆注系統，包括主流到，分流道、冷料穴，澆口。 澆注系統的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，故設計時要使型腔布置和澆口開始部位力求對稱，防止模具承受偏載而產生溢料現象，而澆口的位置也要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說來，需要注意以下問題： 1.適應塑料的工藝性； 2.流程要短； 3.排氣良好； 4.避免料流直沖型芯或嵌件； 5.澆注系統在分型面上的投影面積應盡量?。? 6.澆注系統的位置盡量與模具的軸線對稱； 7.修整方便，保證制品外觀質量； 8.防止塑件變形。 4.1 分型面的選擇 分型面是模具結構中的基準面，選擇模具分型面時通?？紤]如下有關問題： 1根據塑件的某些技術要求，確定成型零件在動模和定模上的配置； 2塑件的生產批量； 3結合塑件的流動性確定澆注系統的形式和位置； 4型腔的溢流和排氣條件； 5模具加工的工藝性。 圖2 分型面的選擇 4.2 主流道的設計 主流道是指澆注系統中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經模具的部分。在臥式注射機上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設計成圓錐形，主流道通常設計在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應盡量選得小些。如果D過大模腔內部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達一定程度澆口套容易從模體中彈出。 4.3 澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統最關鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 常用的澆口形式有直接澆口、側膠口、側膠口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對塑料熔體的充型特性、成型質量及塑件的性能會產生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對于不同的澆口形式也會有不同的適應性。 在模具設計時，澆口位置及尺寸要求比較嚴格，它一般根據下述幾項原則來參考： 盡量縮短流動距離； 澆口應開設在塑件壁最厚處； 必須盡量減少或避免熔接痕； 應有利于型腔中氣體的排除； 考慮分子定向的影響； 避免產生噴射和蠕動； 不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置澆口； 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質量。 4.3.1 剪切速率的校核 生產實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據，可用以下經驗公式表示： R= 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統斷面當量半徑（CM）。 4.3.2 主流道剪切速率校核 Q=0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S） T注射時間：T=2.5（S）； R主流道的平均當量截面半徑：R==0.538（CM） d 主流道小端直徑 ， d=0.63 （CM）； d主流道大端直徑，d=1.2（CM） R== 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 4.3.3 澆口剪切速率的校核 R= =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S 其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R 所以R=7mm。 單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模1腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。 從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 第5章 成型零部件設計 本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。查表得PP收縮率為Q=1～2.5%，故平均收縮率為Qcp=（0.3+0.8）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現有條件，模具制造公差取z=△/3。 5.1 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 Ls是最大的尺寸，其公差△為負偏差，因此塑件平均尺寸為Ls-△，模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為Lm+δz/2。型腔的平均磨損量為δc/2，如以Lm +Z表示型腔尺寸, PP平均收縮率S=2%. Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S X-修正系數，取0.5-0.75 Δ-塑件公差,取MT7=0.6 δ-模具制造公差取(1/3-1/4) Δ=0.15-0.2 Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S 本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已經給出ABS的成型收縮率為S=0.005，模具的制造公差取 δZ=Δ/3,查表可得Δ=0.12 5.2.1 計算型腔徑向的尺寸 由公式 （6） 式中——模具型腔徑向基本尺寸； ——塑件外表面的徑向基本尺寸； ——塑件平均收縮率； ——塑件外表面徑向基本尺寸的公差。 ——精度系數，此處選取0.75 ∴由公式6可得 式中——哈夫塊圓型腔的最大外徑 ——定模板上孔的外徑 ——哈夫塊圓型腔的最小外徑 ——大型芯上的圓環(huán)外徑 5.2.2 計算型腔深度的尺寸 由式 （7） 式中 ——模具型腔深度基本尺寸； ——塑件凸起部分高度基本尺寸； —— 修正系數，此處取0.5； ——塑件平均收縮率； △——塑件外表面徑向基本尺寸的公差 ∴由公式（7）可得 式中 ——哈夫截面的長度 ——定模上為成型塑件凸起長4mm的深度 ——定模塊上開的深度 5.2.3 計算型芯徑向的尺寸 由公式 （8） 式中 ——模具型芯徑向基本尺寸 ——塑件內表面的徑向基本尺寸 △——塑件內表面徑向基本尺寸的公差 ——模具制造公差 ——修正系數，此處取0.6 ∴由公式（8）可得 式中 ——大型芯圓柱的直徑 ——大型芯凸起部分圓柱的直徑 ——大型芯中間的圓環(huán) ——哈夫塊的凸起圓直徑 ——小型芯上的被切圓直徑 ——小型芯上小圓柱的直徑 5.2.4 計算型芯的高度尺寸 由式 （9） 式中 ——模具型芯高度基本尺寸 ——塑件孔或凹槽深度尺寸 ——修正系數，此處取0.5 ∴由式（9）得 ——小型芯被切的圓柱高度 ——哈夫塊的高度 ——大型芯凸起部分的高度 5.2 型腔側壁厚度計算 (1)凹模型腔側壁厚度計算 凹模型腔為組合式型腔，按強度條件計算公式 S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1進行計算。 式中各參數分別為： p=50Mpa(選定值)； [δ]=0.05mm； [σ]=160MPa r=28mm S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 =28[(160/160-2×50)1/2]-1 ≈16.8mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數，所以凹模型腔側壁厚度為17。 (2)凹模底板厚度計算 按強度條件計算，型腔地板厚為： p=50 Mpa r=28mm [σ]=160MPa h≥{1.22pr2/[σ]}1/2 ≥{1.22×50×282/160}1/2 ≥17.3mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數，所以凹模型腔側壁厚度為18mm。 第6章 合模導向機構設計 導向機構是保證動模和定模上下模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位，本設計采用導柱導向定位。導向機構除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產生單面?zhèn)葔毫Γ蛘哂捎诔尚驮O備精度低的影響，使導柱承受了一定的側向壓力，從保證模具的正常工作。導柱的結構形式可采用帶頭導柱和有肩導柱，導柱導面部分長度比凸模端面高出8～12㎜，以避免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱材料采用T10，HRC50～55，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分Ra為0.8～0.4μm，本設計采用？根導柱，固定端與模板間采用H7/m6 導套常采用T10A，Ⅱ型導套，采用H7/m6配合鑲入模板。具體結構如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 設計導柱和導套需要注意的事項有： （1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 （2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導向與引導作用。 （3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長度通常取配合直徑的1.5~2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 （4）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設置四個標準帶頭導柱配合標準直導套作為導向系統，導柱設置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結構如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 第7章 溫度調節(jié)系統設計 模具成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料熔體的充模、定型、成型周期和塑件質量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形大，并且還容易造成溢料和粘膜；模具溫度過低，則熔體流動性差，塑料輪廓不清晰，表面會產生明顯的銀絲或流紋等缺陷；當模具溫度不均勻時，型芯和型腔溫差過大，塑料收縮不均勻，導致塑料翹曲變形，會影響塑件的形狀和尺寸精度。綜上所述，模具上需要設置溫度調節(jié)系統以達到理想的溫度要求。PP推薦的成型溫度為160-220℃，模具溫度為40~80℃ 。 7.1 對溫度調節(jié)系統的要求 （1） 根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； （2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量； （3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； (4)溫度調節(jié)系統應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉； (5)從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。 7.2 冷卻系統設計 7.2.1 設計原則 （1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； （2）冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； （3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。 （4）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； （5）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃ （6）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 （7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 7.2.2 冷卻時間的確定 在對冷卻系統做計算之前，需要對某些數據取值，以便對以后的計算作出估算；取閉模時間3S，開模時間3S，頂出時間2S，冷卻時間30S，保壓時間20S，總周期為60S。 其中冷卻時間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算： t=㏑[·] =62/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)] = 73（S） 式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm； ——塑料熱擴散系數(mm/s)，=0.07； T——成型溫度160-220℃，T取200℃； T——平均脫模溫度，T取80℃； T——模具溫度40~80℃，T取50℃。 由計算結果得冷卻時間需要73 S，這么長的冷卻時間顯然是不現實的。本模具型芯中的冷卻管道擴大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動，冷卻效果大為增強。參照經驗推薦值，冷卻時間取30S即可。 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 Q =nG C(t－t) = 60×217.6×10×1.9×（220－60） = 3969.02KJ/h 式中：n——每小時注射次數， n=60 （次）； G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10； C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃，t=220； t——塑件脫模溫度℃，t=60。 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 Q=3.6A(t－t) =3.6×4069×10×140×（220－50） =348.63 KJ/h 式中：A——注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積（m），A=4069×10m（A=4R =4×3.14×18=4069×10m，R=18mm注塑機噴嘴球半徑，）； ——金屬傳熱系數 =140(W/ m℃)； t——模具平均溫度℃ t=50 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃ t=220。 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 （1）對流傳熱 Q=hA( t－t) =5.35×0.203×（50－20） =112 KJ/h 式中：h——傳熱系數（KJ/ m h ℃），h=5.35（h=4.187(0.25+)= 4.187×（0.25+）= 5.35）； A——兩個分型面和四個側面的面積m2，A=0.203【A=（A）+ (A)n = 0.097+0.22×0.48=0.203，A=2BL=2×220×220×10=0.097 m； A=4BH =4×220×250×10=0.22m）；B模具寬度m m，B=220； L模具長度m m，L=220，開模率n= =（60-31.5）/60=0.48】； t——模具平均溫度℃，t=50； t——室溫℃，t=20。 （2）輻射散發(fā)的熱量 Q=20.8 A[()－()] =20.8×0.22×0.8×[（）－（）] =128.7 KJ/h 式中: ——輻射率，一般表面=0.8~0.9； A=0.22； （3）工作臺散發(fā)的熱量 Q=hA( t－t) h = 502×0.0484×（50—30） =485.94 KJ/h 式中:傳熱系數——h=502KJ/(mh℃)； A ——模具與工作臺的接觸面積m，A=0.0484； [A=bl= 220×220×10=0.0484;b模具與工作臺接觸寬度m m，b=220;模具與工作臺接觸長度m m,l=220。] 從計算的結果看，工作臺散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，這顯然是不正確的，說明了Q的計算結果錯誤。這是因為有關Q的計算參考資料很少，計算中有很多地方不規(guī)范。簡單的計算以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，這些熱量全部由冷卻介質帶走，這些熱量應分別由凹模和型芯的冷卻系統帶走，實驗表明，約1/3的熱量被凹模帶走，其余由型芯帶走。模具應由冷卻系統帶走的熱量： Q=（Q+ Q）－（Q+ Q+ Q） 由于現在無法得到Q的正確值，所以計算以簡單計算原則，取Q= Q。 7.2.6 冷卻系統的計算 型腔內發(fā)出的總熱量（KJ/h）： Q= n G Q =60× 217.6×10×300 =3916.8 （1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10 （2）確定生產周期（S）——t=60 （3）塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=280~350； 取Q=300 （4）每小時的注射次數——n=60 從計算結果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因為Q涉及的因素較多，所以應該應該取Q來計算。 7.2.7 凹模冷卻系統的計算 （1）凹模的冷卻水體積流量 q= = 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60] = 0.61×10 m/min 式中： Q=1/3 Q=1/3×2289=763 KJ/h ——水的密度10KG/m； C——水的比熱容4.187×10 J/KG℃； T——水管出口溫度，T取25℃； T——水管入口溫度，T取20℃。 （2）冷卻水管的平均流速： V= =4×0.61×10/（3.14×0.0082） =12.14 m/min =0.202 m/s 式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm 查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為8mm的冷卻水管所對應的最低流速為1.66 m/s時才能達到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動未達到湍流。 （3）冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數 = =7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2 =1395 (w/mk) 式中：是與冷卻介質溫度有關的物理系數，取7.6。 （4）凹模冷卻管的傳熱面積 A= =763×103/[3600×1395×（50-22.5）] =5.52×10 m 式中：T——模具與冷卻介質平均溫度， T=27.5℃（T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃）。 （5）冷卻水孔總長L L= =763×103/[3600×3.14×7.6×（1000×0.202×0.008）0.8×（50-22.5）] =0.22m （6）模具上應開設的冷卻水孔圈數 n=L/B =0.22÷（4×0.076） =0.72，所以冷卻水孔數位1根（如下圖）。 式中：B為開一圈冷卻水道時冷卻水道長度。 （7）冷卻水流動狀態(tài)校核 R= =0.202×0.008/（1×10） =1616＜10 式中：R——雷諾數； ——水的運動粘度，=1×10（m/s）。 （8）進出口溫差校核 T－T= =763×103/（900×3.14×0.0082×103×4187×0.202） =4.99℃ 預期溫差為5℃，校核的結果與預期的非常吻合，說明實際應用正確。 第8章 抽芯系統的設計 抽芯距s=s1+5mm S1為空深度在這里空深度為壁厚所以 s=10mm 抽芯力的計算: Fc=ChP(cos(a)-sin(a))(4-9) =37.68×20×0.9×107(0.15cos(180)-sin(180)) =31.7×103N Fc-抽芯力 C-側型芯成行部分的截面的平均周長(m)= X12=36.78 mm h-側型芯成行部分的高=20 mm p-塑件對側型芯的收縮應力(包緊力)一般p=(0.8-1.2)x107pa模外冷 塑件p=(2.4-3.9)×107pau=0.15,a-側型芯的脫模斜度或傾斜角=180 8.1 斜導柱設計 (1)