固定座的注塑模具設計【課設】【2腔】【含CAD圖紙】

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1 畢 業(yè) 設 計( 論文) 題 目 名 稱 固定座的注塑模具設計 題 目 類 別 學 院（系） 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 指 導 教 師 開題報告日期 II 目 錄 摘 要 .III Abstract.IV 第 1 章 引言 .1 1.1 國內國外模具技術發(fā)展的研究現(xiàn)狀 .1 1.2 技術發(fā)展趨勢 .3 第 2 章 零件分析設計 .5 2.1 零件的作用 .5 2.2 零件材料（ABS）的特性分析 .5 2.3 材料的可塑性 .6 第 3 章 注射機的選用及校核 .11 3.1 注射機的選用 .11 3.2 注射機的校核 .11 第 4 章 澆注系統(tǒng)設計 .15 4.1 主流道設計 .15 4.2 冷料井設計 .15 4.3 分流道設計 .15 4.4 澆口設計 .16 第 5 章 成型零件的設計 .18 5.1 塑料制件在模具中的位置 .18 5.2 成型零件的設計 .19 第 6 章 排氣系統(tǒng)的設計 .21 第 7 章 脫模機構的設計 .21 7.1 脫模力的計算 .22 7.2 推管強度計算與校核 .23 第 8 章 合模導向機構的設計 .23 第 9 章 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 .24 9.1 模具冷卻裝置的設計 .25 9.2 模具加熱裝置的設計 .27 結束語 .29 參考文獻 .30 致 謝 .31 III 摘 要 模具是工藝生產的主要裝備，塑料注塑模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模 具，能夠成型復雜的高精度的塑料制品。以下介紹了熱流道模具的應用生產和其是如 何工作的，注塑模具軟件的發(fā)展以及計算機輔助設計生產在注塑模具的設計生產中的 越來越重要的作用。 本文中針對固定座注塑模具制定出合理的設計結構，其中包括成型部分及其零部 件設計，澆注系統(tǒng)設計，脫模機構設計，冷卻系統(tǒng)設計等。根據(jù)分析，設計了一套塑 料注塑模具，并對模具以及主要零件進行了 CAD 繪圖。 關鍵字：注塑模具，澆注系統(tǒng)，脫模機構，冷卻系統(tǒng) IV ABSTRACT The mould is the main equipment of production process, plastic injection mold the mold is now most widely used in all plastic mold, forming complex and high precision plastic products. The following describes the application of hot runner mold production and how it works, role in the development of injection mould computer aided design software and design of production in the production of injection mold is becoming more and more important in the. This paper according to the fixed mold making a reasonable design structure, including molding parts and components design, gating system design, demould mechanism design, the design of the cooling system. According to the analysis, a set of plastic injection mold design and mold and the main parts of the CAD drawing. Keywords: ejection mechanism of injection mould, gating system, cooling system 1 第 1 章 引言 模具是工業(yè)生產技術和設備的基礎，模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)的重要 標志水平的措施。多品種的模具產品，主要集中在沖壓模具，塑料模具和壓鑄模具的 基礎。在中國的模具工業(yè)產值，占沖壓模具，塑料模具，33，6，壓鑄模具的 50，其他類型的模具占11。表面模具產品的應用非常廣泛，汽車，摩托車零部件， 電視機，電冰箱，洗衣機，空調，輪胎等工業(yè)產品和塑料制品都需要模具成型。模具 產品具有高精度，高復雜性，高一致性，高生產率和低能量供應，引起重視各界對國 家經濟。模具起著國民經濟1重要的作用。 1.1 國內國外模具技術發(fā)展的研究現(xiàn)狀 1.1.1 國外模具技術發(fā)展及目前水平 模具是工業(yè)產品生產的基礎上，模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)的重要標志 水平的措施。西方國家為了適應各種工業(yè)產品，更新快，競爭激烈的市場形勢，生產 周期的加強短，精度高，壽命長，模具產品的研究和開發(fā)成本在過去十年的低，日本， 美國和其他發(fā)達國家的國外先進的模具技術水平的代表一直是該國的快速發(fā)展，主要 表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）在模具的設計和制造已經被廣泛地應用于的CAD / CAM / CAE技術。 模具CAD/ CAM/ CAE技術是計算機輔助設計，計算機輔助制造，計算機輔助分析技術。 這一技術的應用可以大大提高模具設計，制造的標準和分析測試水平的水平。以縮短 生產周期，提高產品質量和精度，降低產品成本的目的。模具生產的一次革命。目前， 國外已普遍采用的技術。中國目前有許多這種技術的企業(yè)應用的，但在一般情況下， 應用表面不是很常見的。 （2）快速原型（RPM）的技術已被廣泛應用。 RPM是激光，光學掃描，先進的新材料，計算機，該技術的高科技數(shù)控綜合應用放棄 制造業(yè)變革的傳統(tǒng)加工方法是一大突破。與傳統(tǒng)的機械加工相比，這種技術的模制應 用具有周期短，成本低，精度高，壽命長的優(yōu)點，是一類模具制造技術更顯著總體經 濟效益。該技術已在汽車，航空航天，家電，船舶，醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛應用。國外 大公司如通用汽車，福特汽車，法拉利，豐田，麥道公司等公司都在積極利用這一技 術在產品的設計和制造。在中國，一些公司都集中在使用RPM技術模具設計與制造的 模具產品，并收到了良好的效果。但是，大多數(shù)企業(yè)并沒有使用該技術。 2 （3）模具標準化程度高。 模具模具標準化包括產品標準，材料標準，加工標準和標準的模具。應用模具及 模具標準件的標準化可以極大地影響模具制造周期。使用模具標準件不但能縮短模具 制造周期，而且能提高模具質量和降低產品成本。因此，高度的模具發(fā)達國家，一般 約80的標準化的，而模具業(yè)務的標準化程度還比較低，一般在35左右。 （4）模具發(fā)展迅速敏捷制造系統(tǒng)。 敏捷制造是受市場變化和客戶個性化的需求為導向，動態(tài)變化的競爭環(huán)境中不可預知 的生存和謀求發(fā)展的能力;競爭是一個新的操作系統(tǒng)，它不局限于一個企業(yè)，還可以通 過虛擬企業(yè)組織生產，使企業(yè)可以重新設計和開發(fā)由激進組織，整合新技術制造業(yè)， 信息，管理等領域的新的營銷策略實現(xiàn)敏捷制造。目前，先進的模具敏捷制造的快速 發(fā)展的國家。這也是中國的模具行業(yè)，近期的發(fā)展目標。此外，高速銑削技術，超精 加工及復合加工技術，熱流道技術在先進國家得到了很好的應用。這些先進技術的應 用，大大提高了模具產品在這些國家的質量，準確性。縮短生產周期，提高經濟效益， 提高產品的競爭力。 1.1.2 國外模具技術發(fā)展及目前水平 近年來，中國的模具技術已取得的進展顯著，有了很大的提高。大型，精密，復 雜，高效，壽命的模具，并在一個新的臺階長。大型，復雜模具在汽車覆蓋件模具為 中國的主要汽車模具企業(yè)的代表，已能生產一些汽車覆蓋件模具，反映制造技術水平 高，多工位級進模的覆蓋面大大增加，從電機，電器鐵芯片模具，擴展到接插件，電 子槍零件，空調器散熱片等家電零件模具。塑料模具已能生產34英寸和48英寸的大屏 幕背投電視電視塑殼模具，6.5公斤容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險缸和整體儀表 板等塑料模具的。塑料模具熱流道技術的成熟度，氣體輔助注塑技術已經開始應用。 壓鑄件方面已能生產整個扶梯梯級壓鑄模以及汽車變速箱的汽車壓鑄模具，模具質量 后，模具壽命提高顯著，模具的交貨時間縮短。模具CAD/ CAM/ CAE技術應用越來越 廣泛的應用，并具有自主版權的模具CAD/ CAM/ CAE軟件的開發(fā)。 更廣泛地使用模具標準件品種已經擴大。高品質模具鋼的應用有很大的進步，但還不 足以面對廣泛的應用。國內鋼材模具鋼失敗，不是一個系列，各種精美的材料，產品， 所以要解決。生產的模具及模具標準件的標準化有了很大的提高，但標準化程度總體 仍然偏低，標準的生產規(guī)模并不大，物種尚待開發(fā)，質量有待提高，模具修復技術也 3 有所提升，除了電刷外模修復，以及各種脈沖焊機，修復更好的引進和開發(fā)。 1.2 技術發(fā)展趨勢 當前，我國工業(yè)生產的特點是產品品種多，更新快和市場競爭激烈。模具技術的 發(fā)展應該與這些要求相適應。 1.2.1 在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術 模具CAD/ CAM/ CAE技術的一個飛躍模具技術的發(fā)展，整體P CAD/ CAM/ CAE技 術的條件已基本成熟。由于模具CAD/ CAM技術已經發(fā)展成為一個比較成熟的共性技 術，近年來，模具CAD/ CAM技術的硬件和軟件的價格已經降低的范圍內，中小企業(yè) 普遍接受。 1.2.2快速原型制造（RPM ）及相關技術的發(fā)展會更好 快速原型技術是基于形成一個想法新穎離散/堆積，根據(jù)該部件的 CAD模型快速自 動化復雜的三維固體（模型）和制造。約1/4的PRM技術可用于直接或間接地，模具制 造，從概念來設計制造的模具，僅需要對常規(guī)的加工方法的1/3 和成本的時間。 1.2.3高速銑將得到更廣泛的使用 國外高速銑削主軸高達40kr/分鐘600kr/ min的速度，快速進給速度可以達到 3080米/分鐘，高達2.5克加速度，時間的刀可提高到 12秒。極大地改善表面粗糙度 Ralm，采用高速銑削能縮短模具制造周期，降低產品成本的處理效率和可用性。 1.2.4模具的高速掃描和數(shù)字化系統(tǒng)將得到更好的利用 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)，它提供了從模型或實物，以所需要的模型，大大降低了 模具的制造周期的發(fā)展的許多功能的期望的掃描過程中，以及一些快速掃描系統(tǒng)可以 快速安裝在現(xiàn)有的數(shù)控銑床和加工中心。達3米/分的高速掃描儀的掃描速度。 1.2.5超精加工及復合加工將得到發(fā)展 隨著精度和模具的大型，超精密加工技術，在lm 和收藏家，化學，超聲波，激光技術 集成與復合加工方向發(fā)展將得到發(fā)展。兩種或兩種以上的復合加工技術在模具制造在 未來雙方的技術特點也有廣闊的前景。 1.2.6熱流道技術將被推廣 由于模具熱流道技術的結果可以提高生產率和質量的部分，各部分可大幅節(jié)省原 材料和能源節(jié)約。國外熱流道技術發(fā)展迅速，塑料模具不得不花一半的熱流道技術， 有的廠甚至超過80，近年來已開始推廣使用國產，但總體還沒有達到10。 4 1.2.7模具將繼續(xù)加大標準化程度 模具是提高標準化程度，用我們的模具標準件覆蓋率估計已達到35。發(fā)達國家一般 在80，為了適應模具行業(yè)的發(fā)展，標準化必然會加強模具，模具將進一步提高標準 化程度，模具標準件的生產和銷售也將問世。 5 第 2 章 零件分析設計 2.1 零件的作用 題目所給零件為塑料固定座，該零件尺寸較小，按照其工作要求，其精度等級可 選用一般精度等級。如圖(1) 如圖(1)固定座圖 2.2 零件材料（ABS）的特性分析 （一） 材料的組成 ： 丙烯晴，丙二烯，苯乙烯。 （二） 化學性 熱塑性塑料在特定的范圍內能反復加熱溶解和冷卻的一 類塑料零件。 （三） 用途 6 能承受一定的外力作用，且有良好的力學性能的尺寸穩(wěn)定性、并在高溫下仍 能保持優(yōu)良性能、可作為工程結構的一類塑料，適用于制作一般機械零件、減摩 耐磨零件、傳動零件和電信結構零件。 2.3 材料的可塑性 （一）流動性 1 溫度的影響： 料溫高則流動性增大，但不同的塑料品種，其影響程度甚大，但該材料對溫度 的影響很小。 2 壓力影響： 壓力增加則塑料熔體受剪主要增大，熔體的表現(xiàn)粘度下降，因而其流動性增大。 3 模具的影響： 澆注系統(tǒng)形成、尺寸、布置、冷卻系統(tǒng)設計，流道阻力等諸多因素皆直接影響到 熔體在模腔內的實際流動性。 （二）使用性能 綜合性能良好，沖擊韌性、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定耐化學性、電化學性良好； 易于成型和繼續(xù)加工與 372 有機玻璃有良好的熔接性，可作雙色成型塑件，且表面可 以鍍鉻。 （三）成型特性 1 、無定型料，其品種牌號很多，各品種的機電性能及成型特也有差異，應按品 種確定成型方法與成型條件。 2 、濕性強，含水應小于 0.3%，必須充分干燥。要求表面光澤的塑件應要求長時 間預熱干燥。 3 、流動性良好。 4 、模具設計時要注意澆注系統(tǒng)選擇進料口位置、形式，頂出壓力過大或繼續(xù)加 工時塑件表面呈現(xiàn)“ 白色”痕跡，脫模斜度宜取兩度上。 綜合上述，故該材料在成型加工時，要選擇“低溫高壓” 的工藝條件為好。 7 見表一所示 表一成型條件 密 度 3cmg 計 算 收 縮 率 （% ） 加熱前料筒溫度 （ ）C模具溫度成型壓力MPa預熱 后處理 宜用注射機類 型 噴 嘴 料 筒 前 部 料 筒 中 部 料 筒 后 部 溫度 C時 間 h方 法 溫 度 C 時 間 h 1.15 0.5 1 265 260 250 240 80 70 1 20 100 11 0 12 1 6 油、 水、 鹽 水 90 1 00 4 宜用 螺桿 式注 射機， 螺桿 帶止 回環(huán)， 噴嘴 宜用 自鎖 式 （四）材料的收縮性 1、 塑件從模腔中取出冷卻至室溫后的尺寸發(fā)生縮小的這種性能稱為收縮性。塑 件尺寸收縮不僅是樹脂本身熱脹冷縮的結果，而且還與各種成型因素有關。 2、 成型收縮形式 （1）收縮的形成是由于冷卻大分子鏈段運動困難，自由體積縮小所引起的。 （2）方向性收縮是由于熔體在充模過程中受到很大的切應力，致使大分子鏈段沿 液流方向被“ 梳展” 排列，冷卻時大分子力圖恢復自由狀態(tài)，使流動方向的收縮率大于 收縮方向收縮率。 8 （3）后收縮：當塑料在儲存和使用條件下發(fā)生應力松弛。在此，該種材料不預考 慮。 3、 收縮的影響 （1） 塑料品種的影響： 塑料的品種不同，其成型收縮值迥異。同一品種塑料，由于其分子量、填料及其 配比的不同，則收縮值及其各種向異性的程度也不相同，熱塑性塑料的收縮值比熱固 性塑料大，且收縮范圍寬、方向性更明顯。結晶過程引起體積的縮小、內應力增強分 子取向增大，導致其收縮方向性差別增加。另外，成型后的收縮、退火或調溫度處理 的后收縮，一般比熱固性塑料大。 （2） 塑件特性的影響： 塑件形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、數(shù)量及其布局等對塑件的收縮值亦有重大關 系。 （3） 模具的影響： 模具結構、分型面的選擇、施壓方向、澆注系統(tǒng)形式、澆注口位置、數(shù)量、截 面尺寸對收縮值及其收縮方向性也有很大影響。尤其以壓注與注射成型更為明顯。 （4）成型條件的影響： 模具溫度高收縮值大，反之收縮值減小。注射壓力高、保壓時間長，塑件收 縮值降低，反之收縮值增大。就熱固性塑料而言，隨預熱情況、成型溫度、成型壓力、 保持時間、填料類型及硬化特性的不同，亦會對其收縮值及其收縮方向性造成影響。 總之，成型條件不僅影響塑料的可模塑性，且對制品的力學性能、外觀、收縮以及塑 件中的結晶和取向等都有廣泛影響。 三：熔體的流動特性 （一）粘性的流動行為 在塑料成型的過程中，極少數(shù)幾種工藝外，均要求塑料處于粘性狀態(tài)。因為，在 這種狀態(tài)下的塑料不僅易于流動，而且易于變形。這給它的輸送和成型制品帶來極大 的不變。使之大規(guī)模的工業(yè)化生產成為可能。熔體流動和變形，都是在外加工的作用 下實現(xiàn)的。其中，最為重要的是剪切應力，因為成型時塑料熔體或分散體在設備或模 具中流動的壓降，所需功率及制品質量等均受它的制約，切應力還直接影響到熔體粘 9 度。 （二）影響粘度流動的因素 粘度是描述塑料熔體流動行為的重要量度，為塑料模設計不可缺少的工藝數(shù)據(jù)， 分析了解其影響因素十分重要。分別受到溫度、壓力、剪切速率、聚合物等因素的影 響。其中，聚合物又要分析到分子量，分子量的分布、聚合物化學結構等諸多因素。 塑件的幾何形狀與成型方法、模具結構、能否順利成型與脫模、以及與制品質量 等均有密切關系。塑件幾何形狀設計需滿足成型工藝性要求。 一：避免側孔與側凹 塑件的內外表面形狀應設計得易于模塑成型，以防止采用復雜的瓣合模與側抽芯 模具結構，為此塑件設計應盡量避免有側孔與側凹。 二：脫模斜度 為便于塑件從模腔中脫出或從塑件中抽出型芯，塑件設計時須考慮其內外壁面應 有足量的脫模斜度。最小的脫模斜度與塑件性能、塑件幾何形狀有關。根據(jù)資料所得 ABS 材料的型芯與型腔脫模斜度分別為： 35- 1 和 40- 120 注： 1. 脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內外形尺寸所定；塑件內孔，以型芯小端為準，尺 寸符合圖樣要求，斜度由擴大方向取得；塑件外型，以型腔大端為準，尺寸符合 圖樣要求，斜度由縮小方向取得。一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范 圍內。 2. 當要求開模后塑件留在行腔內時，則塑件內表面的脫模斜度應大于塑件外表面 的脫模斜度。 三：塑件的壁厚 合理確定塑件壁厚十分重要。塑件壁厚受使用要求、塑料性能、塑件幾何尺寸與 形狀以及成型工藝等眾多因素的制約。塑件各部分壁厚應均勻一致，切忌突變與截面 厚薄懸殊的設計。塑件壁厚一般在 16cm 范圍內，常用值為 23cm，通常隨塑 料品種及塑件大小而定。熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚需查閱相關資料。 此外，塑件壁厚還與熔體充模流程有關。 四：圓角 10 為防止塑件轉角的應力集中，改善其成型過程中的充模特征，增強相應處的模具 與塑件的機械強度，提高其外觀的可視性，必須塑件各面的轉角處或內部連接處，均 采用圓角過度。實驗表明，當圓弧半徑大于塑件壁厚 1/4 時，應采用集中系數(shù)小于 2； 當這個比值增大為 1/2 時，其應力集中系數(shù)可減至 1.5。塑件內部表面轉交處，采用如 下圖的圓角圓弧半徑過度，可有效減小其內應力。 11 第 3 章 注射機的選用及校核 3.1 注射機的選用 3.1.1 制品的體積估算 將該固定座塑件的體積我們用 solidworks 三維造型軟件進行自動測試 ,398.1420mV總 3.1.2 根據(jù)體積選注射機 則由2表 5-1 常用熱塑性塑料注射機型號和主要技術規(guī)格初選 型注射機SZ40/68 如下表二所示： 表二 注射機主要技術參數(shù) 理論 注射 容積3cm 螺桿 直徑 注 射 壓 力 （MPa ） 模板 行程m 模具 最大 厚度 頂出 行程 噴嘴 孔直 徑m 實際 注射 量g 鎖 模 力 （KN ） 模具 最小 厚度m 定位 孔直 徑 噴嘴 球半 徑 58 26 160 220 240 40 4 53 400 130 064.5312 3.2 注射機的校核 3.2.1 注射量的校核 33821.49.14820cmV總 則： gm75總總 在一個注射成型周期內，需注射入模具內的塑料熔體的質量，應為制件和澆注系 統(tǒng)兩部分質量之和，即： 澆總 mn 根據(jù)生產經驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的 85%，即： g85.0 12 式中： 一個成型周期內所需注射的塑料質量 ；mg 型腔數(shù)目，取 ；n2n 單個塑件的質量 ；總 g 澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料質量 取 ；澆 ggm10澆 注射機額定注射量 ；gm 則有： 5.438.04172 3.2.2 鎖模力的校核 鎖模力是在成型時鎖緊模具的最大力。成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲 力應小于鎖模力，即： 10AkPFc 式中： 注射機的額定鎖模力 ；FN 塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 ；A 2m 熔融塑料在型腔內的平均壓力 ；對于螺桿式注射機，其型腔內平cPaP 均壓力一般為 ，取 ；aMP3520c30 安全系數(shù)，常取 ；k2.1k 其中： 塑料制品在分型面的投影面積為: 2213174mA 主流道在分型面的投影面積為: 2225.80 分流道在分型面的投影面積為: 23764mA 故總投影面積為: 2321 5.40765.81m 則有: KNKNF160.40 故滿足條件. 13 3.2.3 最大注射壓力的校核 塑件成型所需的最大鎖模力應小于注射機的額定鎖模力，即： sP 式中： 注射機的最大注射壓力 ；PMa 成型塑件所需的注射壓力 ；s 注射機的額定注射壓力為 160 ；40/68SZ 而 PA66 材料的注射壓力為 70120 ；Pa 故有： sP 3.2.4 注射機安裝模具部分的尺寸校核 1 噴嘴尺寸 主流道位于模具中心塑料熔體入口處，它將注射機噴嘴注出的塑料熔體導入分流 道。其形狀為圓錐形，便于塑料熔體按序順利地向前流動。開模時主流道凝料有能順 利地拔出。主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，甚至塑件的內 在質量，熱塑性塑料的主流道一般由澆口套構而成。如下圖所示： 模具主流道襯套的小端孔徑 D 和球面半徑 R 要與塑料注射成型機噴嘴前mm 端孔徑 d 和球面半徑 r 滿足下列關系：m 21R15.0d 保證注射成型時在主流道襯道處不形成死角，無熔料積存，并便于主流道凝料的 脫模。故有： m142mD514 2.定位孔尺寸 模具與注射機上定位孔為 ，兩者按 配合實現(xiàn)定位，以保證模具主流3.67fH 14 道的軸線與注射機噴嘴軸線重合。 3 模具厚度與注射機模板閉厚度 模具閉合時的厚度在注射機動、定模固定板之間的最大閉合高度和最小閉合高度 之間，即： minHmax 式中： 注射機允許的最小模具厚度 ；minH 模具閉合厚度 ； 注射機允許的最大模具厚度 ；ax 其中模具閉合厚度為： mHm1925632403 故有： 4019 3.2.5 開模行程的校核 對于單分型面注射模，其最大開模行程應滿足： mHS10521 式中： 注射機最大開模行程 ；S 塑件脫模距離 ；1Hm 包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 ；2 則有： S51060 其中：注射機最大開模行程與模具厚度無關。 15 第 4 章 澆注系統(tǒng)設計 4.1 主流道設計 主流道是指從注射機的噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段流道。主流 道橫截面形狀采用圓形截面。為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐 度為 ，取 ，內壁光滑，表面粗糙度 小于 。主流道大端與分624Ram4.0 流道相接處應有過渡圓角（通常 取 ，選用 ）以減少料流轉向時的阻rm31r1 力。 對于小型注射模具，直接利用主流道襯套的臺肩作為模具的定位圈，定位圈與澆 口套一體，壓配于定模板內，能防止從定模板內頂出。 且因定位圈直徑 D 為注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑確定。 直徑一般比注射機定位孔直徑小，以便于裝模，故選澆口套上 D 為： ，澆口套結構與尺寸參數(shù)如零件圖所示。mD01.36 4.2 冷料井設計 在每個注射成型周期開始時，最前端的料接觸低溫模具后會降溫，變硬被稱為冷 料。為了防止在下一次注射成型時，將冷料帶進型腔而影響塑件質量，一般在主流道 或分流道的末端設置冷料井，以儲藏冷料并使熔體順利地充滿型腔。 為了使主流道凝料能順利地從主流道襯套中脫出，往往使冷料井兼有開模時將主 流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用。先選用 Z 形拉料桿的冷料井，其結構 尺寸如下附圖所示： 附圖 a) 4.3 分流道設計 分流道是主流道與型腔澆口之間的一段流道。它是熔體由主流道流入型腔的過渡 通道。對于多型腔模需設分流道，為使各型腔內能同時填充，分流道采用平衡式布置。 16 比較不同截面形狀分流道的性能，采用 U 形分流道，其熱量損失小，加工性能容易。 U 形分流道寬度 可在 內選取，半徑 ，深度 ，Bm105BR5.0RH25.1 ；斜度HR5.0 ?。?； ；m8 ； ； ；5.2.H35.21m5.13.0 4.4 澆口設計 澆口是料流進入型腔最狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段。澆口尺寸狹小且 短，目的是使由分流道流進的熔體產生加速，形成理想的流動狀態(tài)而充滿型腔，又便 于注射成型后的塑件與澆口分離。本設計中澆口形式采用側澆口，其形狀簡單，便于 加工，而且尺寸精度容易保證；適用于一模多件，能提高生產效率；試模時，如發(fā)現(xiàn) 不適當，容易及時修改；能相對獨立地控制充填速度與封閉時間。 側澆口截面形狀為矩形，其尺寸參數(shù)如下： tnh 0.51b75.0l 31r 式中： 澆口深度 ，通常 ；hm2 塑件在澆口位置處的壁厚 ；t 系數(shù)，對于 PA， ；n8.0n 澆口寬度 ；b 澆口長度 ；lm 澆口半徑 ；r 則有： ； h6.128.0 ?。?； ；Bb5r 為去澆口方便，?。?；ml7.0 其中分流道與澆口的連接方式及尺寸參數(shù)如下附圖所示： 17 附圖 b) 18 第 5 章 成型零件的設計 5.1 塑料制件在模具中的位置 5.1.1 分型面的確定 打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面，叫分型面。 分型面的設計是型腔設計的第一步，它受塑件的形狀、壁厚、外觀、尺寸精度、排氣 槽和澆注口位置等諸多因素的影響。 1 分型面的選擇 選擇分型面即是決定型腔在模具中應占有的位置。設計中遵循的原則如下： （1）符合塑件脫模 為使塑件能從模具內取出分型面的位置應設在塑件斷面尺寸最大部位。這是一 條最根本的原則。 （2）分型面的數(shù)目及形狀 通常采用一個與注射機開模方向相垂直的分型面，特殊情況下采用一個以上的 分型面或其它形狀的分型面。確定分型面形狀時應以模具制造及脫模方便為原則。 如具有彎曲形狀的，其模具的分型面應以塑件的彎曲中心面作為分型面。 （3） 分型面的確定 在確定型腔在模具中的方位時，分型面的選擇應盡 量防止形成側孔或側凹，以避免采用較復雜的模具結構。 （4） 確保塑件的質量 分型面不要選擇光滑部位的外表面，避免影響外觀 質量；將塑件塑件要求同軸度的部分全部放到分型面的同一側，以確保塑件的同軸 度；要考慮減小脫模斜度造成塑件大、小端的尺寸差異要求等。 （5） 有利于塑件的脫模 由于模具脫模機構通常設置在動模一側，故選擇分型面時應盡可能使開模后塑 件在 動模一側。這對于自動化生產所用的模具，尤其顯得重要。 （6） 考慮側向軸拔距 一般機械式分型抽芯機構的側向抽拔距都很小，因此選擇分型面時應將抽芯或 分型 19 距離長的方向置于動、定模的開合方向上而將短抽拔距作為側向分型或抽芯。并注 意將側抽芯放在動模邊，避免定模抽芯。 （7） 鎖緊模具的要求 側向合模鎖緊力較小，故對于投影面積較大的大型塑件，應將投影面積大的方 向在動、定模的合模方向上，而將投影面積較小的方向作為側向分型面。 （8） 有利于排氣 當分型面作為主要排氣渠道時，應將分型面設計 在塑料熔體的流動末端，以利排氣。 （9） 模具零件易于加工 選擇分型面時，應使模具分割成便于加工的零件，以減小機械加工的阻力。 若按分型面設計原則中的“塑件要求同軸度的部分要放到分型面的同一側，以保證 塑件同軸度要求” 來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。來確定分型面的話，塑件脫 模比較困難。故為使塑件從模具中順利脫模，且簡化模具結構，應按設計原則中的最 基本一條：將分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，即塑件 處，而其同軸度要m74 求通過對結構中如定模板等零部件的設計與加工提出尺寸與形狀的公差精度來保證。 5.1.2 型腔數(shù)量及排列方式 考慮到該塑件尺寸較小，且為大批量生產，故采用多腔注射。根據(jù)所選注射機注 射容量，由前校核所述，選取二腔。 模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H 形排列、直線排列及復合排列 等。其中，型腔的圓形排列加工較困難，直線形排列加工容易，但平衡性能較差，使 用較廣泛，故選用直線形排列。 5.2 成型零件的設計 對于塑料模的型腔設計常用的有兩種方式：一種是整體式型腔，另一種是組合式 型腔。整體式型腔結構簡單，牢固不易變形，但是型腔復雜，加工難度非常大。組合 式型腔可使復雜型腔簡單化，并且加工難度降低，模具型腔可更換，提高了模具的使 用壽命。 5.2.1 成型零件工作尺寸的計算 成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,稱為成型零件的工作尺寸.成型零件工作尺寸 20 主要有型腔和型芯徑向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸,中心距等。 5.2.1.1 型腔徑向方向上的尺寸計算 分度圓直徑： cpmQdD1 齒頂圓直徑： a 齒根圓直徑： cpfmf 式中： 塑件分度圓直徑 ；d 塑件齒頂圓直徑 ；a 塑件齒根圓直徑 ；f 塑件平均收縮率（%） ；cpQ 則有： %85.12. 綜合以上幾節(jié)的敘述，進行下列計算 1、型腔尺寸（由零件尺寸進行逆推） ，AB6 的收縮率為 5。 a.圓周方向的尺寸 42+425=42.71 38+385=38.19 50+505=50.25 16+165=16.08 30+305=30.15 64+645=64.32 74+745=74.37 b.高度方向的尺寸 45+455=45.225 70+705=70.35 6+65=6.03 24+245=24.12 2+25=2.01 5+55=5.025 5.2.2 模具型腔側壁和底板厚度的計算 理論分析和實踐證明，對大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按剛度條件計算； 21 對小尺寸型腔，強度不足是主要問題，應按強度條件計算。 該模具為小尺寸型腔，則對于圓形鑲拼組合式，按強度計算有： 側壁： 12mpcPrt 底部： pht. 式中： 模腔壓力（ ） ；mPMa 材料許用應力（ ） ，對于 45 鋼， ；pPMPap160 凹模型腔內孔 ；rm 則有： tc 3.5121603 th7.85. 并由3表 6.10 對于型腔內壁直徑在 范圍內的圓形鑲拼組合式凹模有：m40 ; 模套壁厚：mtC8S18 今?。?10 第 6 章 排氣系統(tǒng)的設計 為了將模腔內的氣體順利排除，常在模具分型面處開設排氣槽。許多模具的推 桿或型芯與模板的配合間隙均起到排氣作用，可不必另外開設排氣槽。 。 第 7 章 脫模機構的設計 在注射成型的每一個循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔和型芯上脫出，這種脫出 塑件的機構稱為脫模機構。整個脫模過程包括開模、推出、取件、閉模、脫模機構復 位過程。 對于中心有孔的圓筒形塑件，采用推管推出機構進行脫模，推管推出平穩(wěn)可靠， 塑件無變形，無頂出痕跡。推管的脫模機構采用動模座板固定型芯的推管機構，即： 22 型芯（主型銷）固定在動模座板上，并且穿過推板和推桿固定板，推管固定在推桿固 定板上。推管內部與主型銷做間隙配合，推管外部與型腔板做間隙配合，推管與主型 銷配合長度為頂出行程 ，推管與型腔板的配合長度為推管外徑的 倍，m53 25.1 這種頂出機構結構可靠，多用于脫模距離不大的場合。 7.1 脫模力的計算 當脫模斜度不大時（一般指 ）初始脫模力最大，一經推動，脫模力即迅速減小，5 所以脫模力的計算須按照無脫模斜度的條件計算。 由于塑件壁厚與其內孔直徑之比大于 ，故由1表 5-94 應按下式計算：201 1BfkmLSErQ 式中： 脫模力 ；N 塑料彈性模量 ，對于 ，由表 5-57 查得： E2/c6PA ；25/108.2.c 塑料平均成型收縮率 ；S% 包容型芯的長度 ；Lm 塑料與鋼的摩擦系數(shù)，對于 ，由表 5-56 查得： ；f 6PA35.02 塑料的泊松比，約為 ；m49.038. 塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積 ，當塑件底部有通孔B 2m 時，該項視為零。 與 和 有關的系數(shù)，其由下式計算所得：krt trk2 式中： 型芯的平均半徑 ， ；rcmcm475.1037 塑件的壁厚 ，約為 ；t t.15 則有： 2.47.1502.k 其中：取： ； ； ；cmNE3.0f46.m 23 則有： NQ15903.0152.46.01.8%72 7.2 推管強度計算與校核 7.2.1 推管直徑的計算 推管直徑 由下式計算所得：d 413264QEnld 式中： 推管直徑 ；dcm 推管長度系數(shù)， ；7.0 推管長度 ， ；l cml6.1 推管數(shù)量；n 推管材料的彈性模量 ，對于鋼：E2/N27/10.2cmNE 則有： cd3.01590.216764473 考慮到于推管中放一主型銷與冶金粉末嵌件配合，故選取： md 7.2.2 推管應力校核 其校核公式如下： SdnQ24 式中： 推管應力2/cmN 推管鋼材屈服極限強度 ，對于一般中碳鋼：S 2/c ；2/30cNS 則有： 2221 /30/0401594 cmNS 第 8 章 合模導向機構的設計 在模具工作時，導向機構可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確 24 形狀。同時,導向機構可以引導動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并能承 受一定的側壓力。 本設計導向機構采用導柱導套導向。因動、定模合模時無方位要求，故導柱在模 具上的布置方式可采用直徑相同并對稱布置。并使固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑 相等，以便于加工，且有利于保證同軸度和尺寸精度。為使導向裝置具有良好的導向 性能，將導柱的先導部分做成錐度。 考慮到模具生產批量大，故選用帶肩導柱與帶肩導套。為了使導柱、導套的配合 表面硬而耐磨，而中心部分具有良好的韌性，導柱導套材料選用 20 號鋼經滲碳淬火處 理，滲碳深度為 0.81.2mm。其中，導柱淬火到 HRC5660，導套淬火到 HRC5055，導套硬度低于導柱硬度，可以改善摩擦情況。導柱、導套的尺寸參數(shù)如下 附圖所示: 附圖 c) 附圖 d) 導柱、導套加工的工藝路線為:毛坯(棒料，材料為 20 號鋼)車削加工(內外圓配合 部分留磨量 0.20.3mm)熱處理(滲碳淬火)內外圓磨削精磨至要求尺寸。 導柱在熱處理后修復中心孔，最后進行磨削時，可利用兩端的中心孔進行裝夾， 并在一次裝夾中將導柱的兩個外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。 導套磨削加工時，先磨內圓，再以內圓定位，用頂尖頂住芯軸磨外圓。這樣，就 不僅可保證同軸度要求，且能防止內孔的微量變形。 導柱、導套端部轉彎處必須圓滑，以防止在運動中將配合表面劃傷。因此，全部精 磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現(xiàn)的棱帶。 25 第 9 章 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 在塑料注射成型過程中，模具就像一個熱交換器，輸入熱量的方式是加熱裝置的 加熱和塑料熔體帶走的熱量。輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導，其中 95%的 熱量是靠傳熱介質(冷卻水)帶走。在塑料成型過程中，要保持模具溫度穩(wěn)定，就應保持 輸入熱和輸出熱平衡。為此，必須設置模具溫度調節(jié)系統(tǒng)，對模具進行加熱和冷卻， 以調節(jié)模具溫度。 9.1 模具冷卻裝置的設計 9.1.1 冷卻系統(tǒng)的計算 1 注射周期 rcniTT 式中： 充模時間 ；iTs 開壓及保壓時間 ；n 冷卻時間 ；cs 開閉模及取件時間 ；rT A. 充模時間 由前面計算可知，在一周期內注射量為 gG8.29 則由1表 5-49 查得： ，取sTi8.05sTi60 B. 開壓及保壓時間 開壓及保壓時間與塑件壁厚有關，其公式為： 23.0STn 式中： 塑件平均壁厚 ；該塑件平均壁厚為 ；Smm5 故有： sTn 5.16253.0 C. 冷卻時間 由1表 5-51 查得 時，對于 PA66，S. sTc9.53 D. 開閉模及取件時間 其脫模取件及開閉模時間基本上與模內塑件的冷卻無甚關系，故計算冷卻系統(tǒng)時可 不考慮。 26 故其注射周期為： sTcni 719.5316.0 2 塑件熔體的單位熱流量 KTCQ21 式中： 塑件熔體的單位熱流量 ；1QkgJ/ 塑件的比熱容 ；C/ 結晶形塑料的熔化潛熱 ；K/ 冷卻水的出口溫度 ；1TC 冷卻水的進口溫度 ；2 其中： ； C301T20 并由表 11-4 查得： ；kgJ/184kgJK/103.5 則有： Q4813.51 3 模具冷卻時所需的冷卻水的體積流量 21TCWQVp 式中： 冷卻介質的體積流量 ；Vmin/3 單位時間內注入模具中的塑料質量 ；Win/kg 冷卻介質帶走的熱量 ；2QJ/ 冷卻介質的密度，為 ；310 冷卻介質的定壓比熱， 時， ；pCC2KkgJp/418 其中： ；min/5.60718.293kgTGW 在不考慮其它熱損失的情況下，可以認為塑件所放出的熱量等于冷卻介質帶走的 熱量，故有： ；kgJQ/4812 則有： min/107.35.203014825. 33V 4 模具冷卻水管道直徑 vVd604 27 式中： 冷卻水管道直徑 ；dm 管道內冷卻水的流速，一般取 ，選取v sm/5.280smv/0.2 則有： 60.2617343 5 冷卻水管總的傳熱面積 傳熱膜系數(shù)按下式計算： 2.08.174dvfk 式中： 冷卻通道孔徑與冷卻介質間的傳熱系數(shù)， （ ） ；k ChmJ2/ 與冷卻介質有關的物理系數(shù)，由5表 8-29 查得： ；f .7f 則有： Jk 22.08.03/5161.718.4 故冷卻水孔總的傳熱面積為： TkWQA260 式中： 模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫度 ，其中，模溫為 ；TC C80 則有： 213.0238092445.6mA 6 模具上開設的冷卻通道的孔數(shù) dLAn 式中： 冷卻通道的長度 ，為使模具得到均勻冷卻，要求控制回路長度在Lm 1.21.5m 內，今取為 1.4m； 則有： 84.10623.n 9.1.2 冷卻系統(tǒng)的結構 本模具采用凹模冷卻水道布局，在模具上鉆孔，通入冷卻水。由于直通式冷卻通 道形狀結構簡單，制造方便，適用于成型較淺的塑件，故采用該種形式，分別與動、 定模板上鉆孔。當塑件壁厚基本均勻時，冷卻通道與型腔表面距離相等，但考慮到塑 件留在動模上的部分比定模上的要厚，故動模上的水孔較靠近型腔。且由于該塑件壁 28 厚較厚，故應將冷卻通道盡量靠近型腔，今取定模上冷卻水孔的孔壁至鑲件表面的距 離為 7 ，動模上的為 5 。mm 9.2 模具加熱裝置的設計 對于熱塑性塑料注射成型模具，當遇到成型流動性差的塑料及采用熱流道時均需 要對模具進行加熱,對于熱固性塑料也需要加熱。因本設計中采用冷流道澆注系統(tǒng)且對 于塑件材料 PA66 其流動性好，故不需設置加熱裝置。 29 結束語 這次畢業(yè)設計針對設計內容進行了大量的工作，順利完成了畢業(yè)設計中所提出的 各項任務，達到了畢業(yè)設計的目的。 通過本次畢業(yè)設計，掌握方法和模具設計的步驟，結合具體零件的設計工作，包 括型腔數(shù)的確定，分型面，澆注系統(tǒng)的選擇，確定分型方法，溫度控制系統(tǒng)的設計， 注塑成型零件尺寸的計算。 完成畢業(yè)設計；注塑模具項目設計和相關的設計計算；最后完成模具的加工，掌 握項目的完整的設計過程中，工程設計和應用能力得到鍛煉和提高。 30 參考文獻 1.馮愛新，戴亞春，袁定國，等著.塑料成型技術.北京：化學工業(yè)出版社,2004 2.高錦張塑性成型工藝與模具設計.機械工業(yè)出版社 2001.8 3.李海梅，申長雨，等著注塑成型及模具設計實用技術北京：化學工業(yè)出 版社，2002.5 4.許發(fā)樾.實用模具設計與制造手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001-2 5.李建軍，李德群，等著.模具設計基礎及模具 CAD 北京：機械工業(yè)出版社 2005.9 6.張增紅，熊小平，等著.塑料注射成型化學工業(yè)出版社 2005.4 7.王旭塑料模結構圖冊機械工業(yè)出版社 1994.1 8.黃虹塑料成型加工與模具化學工業(yè)出版社 2003.3 9.屈華昌塑料成型工藝與模具設計高等教育出版社 2005.5 10.石安富，龔云表，等著.實用塑料成型技術手冊上?？萍冀逃霭嫔?1999.8 11.美T.A 奧斯瓦德 L.特恩格等著吳其曄譯 注射成型手冊化工出版社 2005.3 12. F.-S. Chen, P.-Y. Lee, M.-C. Yeh, Mater. Chem. Phys. 53 (1998)1927. 13. P. Luo, P.R. Strutt, Mater. Sci. Eng. A 104 (1995) 181185. 31 致 謝 本次畢業(yè)設計，我學到了在模具設計知識的大學階段做了一個很好的總結和整 理，也做平時學習零碎的知識系統(tǒng)的使用。也發(fā)現(xiàn)自己在某些方面的知識缺乏紀律， 做一個好的考察和理解。 用大量的專業(yè)知識的設計，如機械設計。工程制圖。高分子材料。塑料成型機， 塑料模具。材料力學。公差配合。通過對相關知識的設計和審查咨詢，奇怪的主體 的再認識，并在前人研究的基礎上，更深入的了解，而且還把書本上學到的知識應 用于實際設計，單一的學科與其他相關學科結合在一起，學會?？紤]的問題。在設 計中也用在一些計算機輔助設計軟件，更是一個利益，如在許多使用 Auto CAD 設 計進行平面制圖，對平面上的投影尺寸的零件設計可表示非常關鍵和非常準確。 通過這樣的設計，模具設計和加工是一個系統(tǒng)。一個全面的認識和理解，但也 遇到了許多問題，但在 XX 老師的熱心指導，最后對該設計的順利完成，老師的幫 助表示誠摯的謝意。