折頁(yè)盒注塑模具設(shè)計(jì)
折頁(yè)盒注塑模具設(shè)計(jì),折頁(yè),注塑,模具設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)論文
折頁(yè)盒注塑模設(shè)計(jì)
折頁(yè)盒注塑模設(shè)計(jì)
摘 要：目前塑料行業(yè)已經(jīng)發(fā)展為世界上最快的行業(yè)之一。在我們?nèi)粘Ｉ钪?幾乎每一個(gè)地點(diǎn)都在研究和使用一些塑料制品,這些材料產(chǎn)品中絕大多數(shù)都是通過(guò)注塑或者成型等方法進(jìn)行生產(chǎn)。眾人皆知,注塑成型技術(shù)就是指通過(guò)高效率的制造各種類(lèi)型形狀的材料和以較低的成本來(lái)制作各種復(fù)雜類(lèi)型產(chǎn)品。
此次的大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作內(nèi)容分別為:折頁(yè)箱及鋁塑件塑料注射加工模具。從各種注射專(zhuān)用塑料成型材料的外觀特點(diǎn)和整體性能要求角度進(jìn)行分析,根據(jù)各種注射材料塑件的整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形狀和整體尺寸等客觀因素要求入手,合理地設(shè)計(jì)選擇了各種注射塑料成型的應(yīng)用方法。通過(guò)對(duì)我國(guó)模具制備塑件成品制造制備工藝的深入研究成果分析和對(duì)世界模具塑件制造制備條件和我國(guó)模具成品制備用料和水品的不同角度分析把握,開(kāi)始了我國(guó)模具制備整體的塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中注塑模具的各種整體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)全部?jī)?nèi)容主要包括:注塑模具使用型腔的具體數(shù)目和型腔位置的確定,模具各種整體零件結(jié)構(gòu)和工作形式的整體設(shè)計(jì),動(dòng)模及模具定模一體成形模具零件尺寸大小和整體尺寸的確定,澆注控制系統(tǒng)的工作形式及整體大小和零件尺寸的確定,脫模操作方式的確定,調(diào)溫及冷熱排氣控制系統(tǒng)的確定,模架式的選擇;等以上各個(gè)具體操作步驟全部設(shè)計(jì)完成后,便們就可以直接開(kāi)始設(shè)計(jì)畫(huà)出注塑模具的各種整體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖,根據(jù)具體的零件尺寸要求校準(zhǔn)各種注塑工藝模具及使用相應(yīng)的大型注塑機(jī)等等的有關(guān)模具尺寸,并對(duì)各種注塑工藝中的參數(shù)需要做出精確校準(zhǔn)和綜合計(jì)算。之后再開(kāi)始進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)檢查對(duì)所可能遇到的這些問(wèn)題都已經(jīng)進(jìn)行了充分確定和及時(shí)糾偏,然后再開(kāi)始繪制一個(gè)整體模具的總裝配圖,按照這個(gè)裝配圖中的要求首先繪制一個(gè)一體成型的模具零件及一個(gè)同時(shí)需要模具進(jìn)行整體加工的各個(gè)零部件和一個(gè)工作臺(tái)的流程圖,同時(shí)還要通過(guò)綜合因素考慮以達(dá)到每個(gè)零件的整體加工制造工藝。
關(guān)鍵詞：折頁(yè)盒注塑模；澆注系統(tǒng)；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
Design of Injection Mould for Folding Box
Abstract: The plastics industry is one of the fastest growing in the world. In our daily life, we use plastic almost every day, most of these products can be molded by injection molding method. It is well known that injection molding is the process of making products of various shapes and of making products of complex shapes at low cost.
The main content of this graduation project is the injection mold design of the plastic parts of folding box. Based on the analysis of the properties of plastic materials and the basic shape and size of plastic parts, the injection molding method was selected reasonably. Through the analysis of the technology of the plastic parts, the production conditions of the mould and the grasp of the water products, the structural design of the mould is started. The structural design process of the mould includes the determination of the number and position of the cavity, the design of the overall structural form of the mould, the determination of the size of the dynamic mould and the fixed mould forming parts, the determination of the form and size of the pouring system, the determination of the demoulding mode, the determination of the temperature regulation and exhaust system, and the selection of the mould base. After the above steps are completed, the structural sketch of the mould will be drawn up, the relevant dimensions of the injection mould and the injection molding machine will be checked according to the specific dimensions, and the process parameters will be checked and calculated. Then, the problems are determined and corrected by preliminary examination. Then, the die assembly drawing and the working drawing of molded parts are drawn according to the assembly drawing, and the processing technology of the parts is considered.
Key words:Injection mould for folding box; Gating system; Guide mechanism; Temperature regulation system
目 錄
1 緒 論 1
1.1模具在加工工業(yè)中的地位 1
1.2 模具CAD/CAM 1
1.3 塑料的組成特點(diǎn)與分類(lèi) 1
1.3.1塑料的組成及各組成物的作用 1
1.3.2 塑料的優(yōu)缺點(diǎn) 2
1.4 熱塑性塑料注射模的基本組成 3
1.5 注射成型模具分類(lèi) 4
1.6 熱塑性塑料的工藝特性 4
1.7 注塑成型工藝 4
1.7.1 注塑成型工藝過(guò)程 4
1.7.2 注塑成型工藝過(guò)程可分為塑化計(jì)量、注塑充模和冷卻成型三個(gè)階段。 5
2 塑件成型工藝性分析及其材料的選用 5
2.1 塑件成型工藝性分析 6
2.2 塑件材料的選用 7
2.2.1 脫模斜度 7
2.2.2 ABS的性能分析 7
2.2.3 ABS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 8
3 注射機(jī)型號(hào)的選用 9
4 標(biāo)準(zhǔn)模架及其相關(guān)模板尺寸的確定 11
4.1 模架的確定 11
4.2 各模板尺寸的確定 12
4.3模架各尺寸的校核 12
5 折頁(yè)盒注射模設(shè)計(jì) 13
5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13
5.1.1主流道和冷料穴的設(shè)計(jì) 13
5.1.2分流道的設(shè)計(jì) 14
5.1.3澆口的設(shè)計(jì) 17
5.1.4校核主流道的剪切速率 17
5.2 模具成型部分的設(shè)計(jì)及計(jì)算 18
5.2.1型腔數(shù)目的確定 18
5.2.2分型面的確定 18
5.2.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.2.4模具零件材料的選用及處理 19
5.2.5成型零件工作尺寸的計(jì)算 19
5.2.6凹模壁厚及底板厚度的計(jì)算 26
5.2.7排氣槽的設(shè)計(jì) 27
5.3模具導(dǎo)向和推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28
5.3.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28
5.3.2推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
5.3.3脫模力的計(jì)算及推出零件尺寸的確定 30
5.3.4推出零件的設(shè)計(jì) 33
5.3.5主流道及流道凝料的推出 33
5.4模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34
5.4.1冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 34
5.4.2冷卻回路形式的確定 35
5.4.3冷卻介質(zhì) 36
5.4.4冷卻管道的簡(jiǎn)單工藝計(jì)算 36
6 總結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 42
致 謝 44
1 緒 論
1.1模具在加工工業(yè)中的地位
模具主要定義是泛泛指一種利用其特殊的整體形狀尺寸進(jìn)行材料去加工成型制造出來(lái)的具有某些特別形狀與特殊尺寸的金屬制品。在各類(lèi)金屬材料加工生產(chǎn)以及加工制造行業(yè)中被廣泛地大量應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)械模具中。例如:大型金屬流體鑄造壓力加工模具成型所使用需要長(zhǎng)期使用的各種砂型或方形壓鑄壓力模具、金屬鑄造壓力模具加工所使用需要長(zhǎng)期使用的大型鍛壓壓力模具、冷壓壓力模具等。
對(duì)于模具的整體質(zhì)量要求為:能夠在生產(chǎn)點(diǎn)的尺寸精度、外形、物理特征等方面達(dá)到滿足實(shí)際使用需要而設(shè)計(jì)的公有機(jī)械制成的模具。以模具實(shí)際使用的為設(shè)計(jì)角度,要求產(chǎn)品高效、自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便;從模具制造工藝的角度,要求其結(jié)構(gòu)合理,制造容易,成本低廉。
1.2 模具CAD/CAM
而此次采用新的cad兩種技術(shù)無(wú)疑就又是對(duì)我國(guó)模具設(shè)備制造業(yè)的一次重大技術(shù)革命,它無(wú)疑是我國(guó)模具制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)突破性發(fā)展趨勢(shì)。引用到先前的圖紙模具模型cade等系統(tǒng)后,圖紙將不再能夠成為一個(gè)模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)之間的唯一分界線,也不再能夠成為一個(gè)模型在設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中唯一理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù),圖紙?jiān)O(shè)計(jì)會(huì)被精心地進(jìn)行簡(jiǎn)化,甚至最終圖紙會(huì)完全消失。近年來(lái),我國(guó)注塑企業(yè)進(jìn)行自主研制開(kāi)發(fā)的新型注塑模應(yīng)用cad/cam應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)得到了很大的改進(jìn)發(fā)展,主要產(chǎn)品包括了由北航化正大學(xué)軟件系統(tǒng)工程技術(shù)研究所自行自主開(kāi)發(fā)的注塑caxa應(yīng)用系統(tǒng)、華中理工大學(xué)自行自主開(kāi)發(fā)的新型注塑模hsc5.0系統(tǒng)和注塑cae應(yīng)用軟件等,這些應(yīng)用軟件都分別具有一些能夠充分適應(yīng)國(guó)內(nèi)注塑模具的實(shí)際生產(chǎn)使用發(fā)展情況、能夠在工業(yè)微機(jī)上廣泛應(yīng)用且制作成本相對(duì)較低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用特點(diǎn),為進(jìn)一步研究推廣和完善普及注塑模具應(yīng)用cad/cam系統(tǒng)技術(shù),為我國(guó)企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展條件。
1.3 塑料的組成特點(diǎn)與分類(lèi)
1.3.1塑料的組成及各組成物的作用
塑料主要用途是以有機(jī)聚合物和聚酯樹(shù)脂等主要原料合成為主,再通過(guò)加入不同材料種類(lèi)的化學(xué)添加劑,在一定的熱溫度和各種壓力下對(duì)其進(jìn)行加熱塑化而加工成型的一種專(zhuān)用高分子復(fù)合材料。
(1)生物樹(shù)脂:主要原料包括各種自然合成樹(shù)脂和其他各種人工合成的生物樹(shù)脂。由于自然合成樹(shù)脂的實(shí)際產(chǎn)量有限,在塑料生產(chǎn)中很少大量使用天然樹(shù)脂而主要原因是大量采用各種人工合成的天然樹(shù)脂,樹(shù)脂在合成塑料中一般的活性含量大約為40%。樹(shù)脂材料作為一種基礎(chǔ)加工材料,它本身就應(yīng)該具有良好的高度流動(dòng)性與高度可塑性,是其立體成型加工過(guò)程當(dāng)當(dāng)中的必須組成條件。不同的橡膠樹(shù)脂,決定了橡膠塑料的各種類(lèi)型。添加劑主要物質(zhì)包括:塑料填充添加劑、增塑劑、穩(wěn)定固化劑、發(fā)泡劑、著色劑等,這些物質(zhì)都會(huì)直接嚴(yán)重影響使用到建筑塑料的整體物理、力學(xué)、化學(xué)性能。
(2)材料回填劑:它們通常是建筑坦料的重要的可組成組分部件。其中需要加入的塑料含水率最高的也可以要達(dá)到40%~50%,常見(jiàn)的塑料填充脫水劑主要品種有高聚碳酸鈣、炭黑、玻璃纖維等。
在各種材料中同時(shí)加入各種填充和助劑主要工作目的一般有兩個(gè):一個(gè)就是材料增量,增加了各種塑料的使用體積或材料重量,明顯地大大減少了塑料樹(shù)脂的實(shí)際使用量,降低了生產(chǎn)成本。二種改性方法主要是樹(shù)脂進(jìn)行化學(xué)改性,樹(shù)脂中內(nèi)部添加了各種填充催化劑后,改變了酚醛樹(shù)脂各種化學(xué)分子之間的化學(xué)構(gòu)造,增加了酚醛樹(shù)脂原來(lái)不穩(wěn)定可能能夠具有的各種化學(xué)穩(wěn)定特性,如在在酚醛樹(shù)脂中內(nèi)部添加了木質(zhì)淀粉后,克服了酚醛樹(shù)脂的化學(xué)脆性,提高了酚醛樹(shù)脂的化學(xué)彈性;在樹(shù)脂聚乙烯內(nèi)部中又添加了聚鈣質(zhì)樹(shù)脂填料,提高了其耐熱腐蝕能力和樹(shù)脂機(jī)械運(yùn)動(dòng)剛度。
填充劑的形狀通常為粉體,也可以是纖維狀和多種涂料層狀,不管這些填充劑的外觀形狀是怎樣,對(duì)其特點(diǎn)的要求主要是:容易被樹(shù)脂直接浸潤(rùn),與樹(shù)脂相互戳附很好,性質(zhì)比較穩(wěn)定且容易分散,對(duì)于設(shè)備磨損不嚴(yán)重。
(3)同時(shí)添加有機(jī)樹(shù)脂增塑劑:為了大大幅度改進(jìn)有機(jī)樹(shù)脂對(duì)于有機(jī)塑料的化學(xué)可塑性,降低其耐熱熔融的化學(xué)強(qiáng)度,需在一些有機(jī)樹(shù)脂中同時(shí)添加含有一定量的各種有機(jī)化合物,這些被后來(lái)人們廣泛稱(chēng)之為有機(jī)增塑劑,如添加氯化石蠟、磷酸酪類(lèi)、二甲酸脂酸酯類(lèi)等。在許多現(xiàn)代彈性塑料產(chǎn)品制造和加工業(yè)中,聚氯乙烯、硝酸聚酯纖維、醋酸聚酯纖維塑料中都有這是必須的它需要直接通過(guò)添加含有一定量的彈性增塑劑原料來(lái)用以改善其加工成型和塑料加工時(shí)的性能,提高彈性塑料的成形柔韌性和其它必須特別注意的加工性能。
(4)固化劑:主要應(yīng)用于各種熱固性塑料。它的功能和作用特點(diǎn)就是:熱固性的塑料在進(jìn)行硬化成型時(shí),其原本的線形分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為了體型的分子結(jié)構(gòu),硬化成形過(guò)程會(huì)使材料加速,故又被人們統(tǒng)稱(chēng)為硬化劑。
在酚醛環(huán)氧樹(shù)脂中酚醛可以直接加入鄰苯乙二胺,在環(huán)氧酚醛樹(shù)脂中則也可以直接加入鄰苯六甲基四胺,就是這一點(diǎn)的基本道理。
1.3.2 塑料的優(yōu)缺點(diǎn)
(1)質(zhì)量輕。塑料的密度一般在范圍內(nèi)0.9~2.3g/cm3,約為鋁的1/2,銅的1/6。
(2)相對(duì)于比強(qiáng)度與相對(duì)于剛度。由于塑料的力學(xué)強(qiáng)度和剛性雖然沒(méi)有金屬差,但由于塑料的密度較小,因此它們之間的相對(duì)比強(qiáng)度和剛性都很高。
(3)產(chǎn)品具有良好的電絕緣性能特點(diǎn)。塑料基材具有良好的絕緣電氣損耗絕緣技術(shù)特性和極小的介電損耗絕緣特性,這種絕緣技術(shù)效果可以與其他陶瓷、橡膠材料相比。除了主要用于工業(yè)做電子絕緣材料,現(xiàn)在又被廣泛應(yīng)用于工業(yè)做導(dǎo)電半導(dǎo)體絕緣塑料、導(dǎo)電導(dǎo)磁絕緣塑料,在目前我國(guó)的通用電子設(shè)備制造材料行業(yè)中已經(jīng)有著十分重要的應(yīng)用地位。
(4)良好的導(dǎo)熱耐腐蝕性。塑料本身同樣具有良好的耐熱抗氧化和耐熱防水和耐腐蝕作用能力,優(yōu)于普通的有色金屬和其他木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑,僅次于普通陶瓷和彩色玻璃。不同的塑料品種形成塑料的對(duì)膜抗腐蝕反應(yīng)能力不同,聚四氟乙烯所對(duì)應(yīng)形成的膜在塑料中最佳。一些大型化工廠的管路、容器均非常適合大量采用這種抗腐蝕的彈性塑料。
1.4 熱塑性塑料注射模的基本組成
(1)定模機(jī)構(gòu)
定模機(jī)構(gòu)指的是將固定于注射器模板上的一個(gè)部分尺寸安裝到定模器上。由定位循環(huán)、主流通路道體、定模底板、定模塊及凹式模件等組成的整個(gè)一體,在注射器上進(jìn)行固定運(yùn)轉(zhuǎn)。主流通路口與注塑機(jī)的噴嘴連接,引入已經(jīng)熔融的塑料。
(2)動(dòng)模機(jī)構(gòu)
動(dòng)模型腔機(jī)構(gòu)就是將這些安裝于各種注塑機(jī)動(dòng)成型模板上的機(jī)械零件直接固定在部分不同尺寸的動(dòng)模型腔上。由凸模、動(dòng)動(dòng)主模板、導(dǎo)柱、動(dòng)模墊板和運(yùn)動(dòng)模腳等主要零件連接組成的運(yùn)動(dòng)整體,在凸模注塑機(jī)械壓鎖和凸模加工器械等等設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下也可進(jìn)行橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
(3)澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)就是把熔融的塑料導(dǎo)致到一個(gè)完全閉合的模腔。一般包括主流路、冷卻孔、分流路及砼開(kāi)口。
(4)導(dǎo)向裝置
導(dǎo)向器控制裝置主要目的是為了能夠保證在穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)模與不穩(wěn)定模之間能夠進(jìn)行雙向閉合的驅(qū)動(dòng)過(guò)程中所在位置上的精度。它由一個(gè)電子整流導(dǎo)柱和一個(gè)電磁整流閥套件相連接而來(lái)組成。對(duì)于一些多腔位的頂針注射模,其中位于標(biāo)高點(diǎn)的頂針定出導(dǎo)向機(jī)構(gòu)亦應(yīng)該設(shè)置為只有一個(gè)頂針導(dǎo)向器,以免造成頂針的彎曲及底針折斷。
(5)頂出機(jī)構(gòu)
頂壓擠出脫模機(jī)構(gòu)本身就是一種用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)各類(lèi)塑料制品自動(dòng)化和脫模的頂出設(shè)備。常見(jiàn)的方式類(lèi)型主要有采用頂桿式、屋面自動(dòng)開(kāi)關(guān)管道式和采用拉手自動(dòng)推板式。
(6)抽芯機(jī)構(gòu)
例如,當(dāng)一個(gè)制品上面帶有一個(gè)側(cè)孔或側(cè)凹的結(jié)構(gòu)時(shí),在進(jìn)行頂出操作前,先要把一個(gè)可以做向右移動(dòng)的類(lèi)型芯從整個(gè)制品中抽取,該類(lèi)型芯的側(cè)向移動(dòng)主要是由抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由此我們可知,該機(jī)構(gòu)僅僅只是一個(gè)部分注射成型模所以不需要進(jìn)行設(shè)置。
(7)冷卻和加熱裝置
加熱時(shí)主要是為了保證滿足采用塑性材料成型注射機(jī)和成型模具技術(shù)制造工藝所使用需要的加熱溫度控制,冷卻時(shí)則是為了保證使得塑性熔料在成型模具內(nèi)能夠進(jìn)行快速冷卻和注射定型。一般凹、凸模僅有可能直接通過(guò)用于冷卻水、熱風(fēng)、電動(dòng)機(jī)和高壓蒸氣器。
(8)排氣系統(tǒng)
排氣排除系統(tǒng)主要目的是為了充分滿足將專(zhuān)用模具安裝分型腔內(nèi)部塑料原有的熱空氣和分型塑料在外部受熱時(shí)可能產(chǎn)生的有害化學(xué)物質(zhì)從安裝模具外部分型塑料表面內(nèi)部排除,而在安裝模具的外部分型塑料表面內(nèi)部開(kāi)設(shè)一個(gè)小型排氣槽。
1.5 注射成型模具分類(lèi)
(1)根據(jù)各類(lèi)塑料的注射品種而不同，大致來(lái)說(shuō)可以將其細(xì)分為熱固化塑性橡膠注射塑料成型模和熱固化活性塑料注射注塑成型模。
(2)按所用的注塑機(jī)類(lèi)型的不同而分為臥式注射成型模、立式注射成型模、角式注射成型模。
(3)按注射成型的結(jié)構(gòu)特征分為:
①分型面注射成型模,又稱(chēng)雙板式注射成型模。
②采用雙分型的平面板板注射成型模,也就是可稱(chēng)為簡(jiǎn)稱(chēng)三角形板式分型注射材料成型模。特別多的是用于適合點(diǎn)焊和交口加工狀態(tài)的金屬注射材料成型模。在基層開(kāi)模時(shí),中間的模板和基層定模后的墻體基層材料進(jìn)行了近一定距離的分模,取出了地下水澆口,流道上的剩余廢料。
1.6 熱塑性塑料的工藝特性
(1)收縮率:熱塑性材料的收縮變化形式與其他熱固體材料相近。
(2)熔體流動(dòng)性:想要分析一種塑料的熔體流動(dòng)性，我們首先可以根據(jù)其填料相對(duì)分子質(zhì)量、熔體粘度指數(shù)、阿基米德螺旋流程線的直徑長(zhǎng)度、表觀粘度和填料流動(dòng)性之比(填料流程線的長(zhǎng)度/填料塑件的壁厚)等因素來(lái)進(jìn)行分析。相對(duì)分子質(zhì)量較小、熔體質(zhì)量指數(shù)密度較高、螺旋狀曲線長(zhǎng)度較長(zhǎng)、外觀化學(xué)粘性較小、流動(dòng)比較大的彈性塑料說(shuō)它具有良好的化學(xué)流動(dòng)性。
(3)結(jié)晶性:熱塑性塑料按其在冷凝過(guò)程中的狀態(tài)及有無(wú)發(fā)生結(jié)晶的現(xiàn)象,可以劃分為結(jié)晶式塑料與非結(jié)晶式塑料兩大類(lèi)。
(4)所謂熱敏性和所謂水敏性:所謂熱敏性塑料是廣泛指某些生產(chǎn)材料過(guò)程中的熱性和穩(wěn)定性相對(duì)較差的一類(lèi)水性塑料,在生產(chǎn)材質(zhì)過(guò)程中的水原料溫高、受熱強(qiáng)和持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的受熱條件下,會(huì)自然產(chǎn)生這樣一種不易降解、分化、變色等獨(dú)殊特性,具有此類(lèi)獨(dú)殊特性的這種材料被大家統(tǒng)稱(chēng)稱(chēng)之為熱敏型水性塑料。
1.7 注塑成型工藝
1.7.1 注塑成型工藝過(guò)程
如圖1.1所示。
圖1.1 注塑成型工藝過(guò)程
1.7.2 注塑成型工藝過(guò)程可分為塑化計(jì)量、注塑充模和冷卻成型三個(gè)階段。
注塑填料成型的工藝流程階段可以分別劃分依次為成型注塑填料成型充模計(jì)量工藝階段、注塑流體填料成型充模計(jì)量階段和注塑冷卻式成型注塑填料成型計(jì)量階段。
(1)連續(xù)均化處理是廣泛指將一種擠壓成型的固態(tài)物料直接放置于裝有注塑機(jī)的火力發(fā)電廠和燃油氣缸內(nèi),經(jīng)過(guò)多次高溫連續(xù)加熱、壓實(shí)以及快速攪拌物料混合等復(fù)雜操作以后,由松散的各種粉狀或具有顆粒性質(zhì)的固態(tài)物料轉(zhuǎn)換而來(lái)形成連續(xù)固態(tài)均化的一種熔體處理過(guò)程,稱(chēng)之為連續(xù)塑化。將已經(jīng)加熱塑化好的各種熔體經(jīng)過(guò)一個(gè)柱塞或者的螺桿計(jì)數(shù)進(jìn)行加熱定溫、定壓、定量或者輸出輸送到一個(gè)注塑機(jī)筒上時(shí)所做的需要定期進(jìn)行的各種機(jī)械準(zhǔn)備計(jì)數(shù)操作,這些都可以是通常需要專(zhuān)業(yè)注塑機(jī)工人來(lái)進(jìn)行控制,柱塞或者的螺桿計(jì)數(shù)可以在熔體塑化的整個(gè)過(guò)程中用來(lái)作為準(zhǔn)備計(jì)數(shù)。
(2)使用注塑模具充模:所謂注塑模具充模主要用途是廣泛指由注塑柱塞或者注塑螺桿從整個(gè)注塑機(jī)筒內(nèi)部的一個(gè)加壓計(jì)量澆注點(diǎn)前端開(kāi)始,通過(guò)對(duì)整個(gè)注塑模具油缸和加壓活塞內(nèi)部進(jìn)行加壓施加一定的澆注高壓,將已經(jīng)被加壓塑化好的固體材料和注塑熔體經(jīng)過(guò)整個(gè)注塑機(jī)筒前端的一個(gè)加壓噴嘴和注塑模具內(nèi)部中的一個(gè)澆注加壓系統(tǒng)迅速地加壓送入一個(gè)完全封閉的注塑模腔。
(3)注塑冷卻定型:從注射機(jī)的澆口和凍結(jié)之初起,直至制品完全脫模而終,這是注塑成型技術(shù)的最后一個(gè)階段。在此階段中我們需要特別注意的事項(xiàng)包括模腔內(nèi)的溫度、制品密集性、熔體對(duì)模具內(nèi)部的冷卻狀態(tài)以及其他脫模條件。
1.7.3 成型
成型的條件以及要素:
(1)工作溫度:包括機(jī)筒的工作溫度、模具的工作溫度、干燥工作溫度、燃料的工作溫度。
(2)支撐壓力:主要包括腹部注射支撐壓力、保壓支撐壓力、背部支撐壓力、合模腹部壓力。
(3)使用時(shí)間:包括注射期、保壓期、冷卻期、干燥期。
(4)射入速度:模具的射出速度,螺桿的轉(zhuǎn)速,模具的開(kāi)、閉速度,頂出的速度。
(5)量:計(jì)量、頂出量、開(kāi)模量。
2 塑件成型工藝性分析及其材料的選用
本設(shè)計(jì)實(shí)例為一折頁(yè)盒，如圖2.1所示。
圖2.1 塑件圖
2.1 塑件成型工藝性分析
（1）外形尺寸
該塑件壁厚2mm，塑件外形尺寸、體積不大，塑料熔體流程不太長(zhǎng)，適合注射成型，如圖2-1所示。
（2）建立三維模型
利用折頁(yè)盒塑件的主要大小和尺寸可以在 solidworks 軟件的三維造型接口下來(lái)完成一個(gè)折頁(yè)盒塑件的三維造型,圖2.2為一個(gè)折頁(yè)盒塑件的三維立體效果圖。
圖2.2 塑件三維立體圖
經(jīng)SolidWorks軟件里的質(zhì)量分析功能測(cè)得產(chǎn)品的體積，表面積。
2.2 塑件材料的選用
塑件在工藝上的質(zhì)量規(guī)范要求是不能夠允許出現(xiàn)有裂紋或者是變形等缺陷;塑件的基本使用條件是耐用,抗磨,可以同時(shí)承受較大的外力和沖擊,不易發(fā)生摔壞;好看,有明亮的光澤,表面比較光滑;化學(xué)特性比較穩(wěn)定,并且可以抵抗高溫(通常低于 100°c ),耐化學(xué)腐蝕。
根據(jù)各種塑件的應(yīng)用用途、使用需求以及其外觀和形狀,選擇 abs 材料來(lái)作為這一次設(shè)計(jì)中的主要塑件。
2.2.1 脫模斜度
ABS屬無(wú)定型塑料，成型收縮率小，參考表2.1選擇該塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。
表2.1 常用塑件的脫模斜度
塑件名稱(chēng)
脫模斜度凹模
脫模斜度型芯
聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、聚酰胺、氯化聚醚
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜
聚苯乙烯、有機(jī)玻璃、ABS、聚甲醛
熱固性塑料
2.2.2 ABS的性能分析
(1)使用性能
綜合傳動(dòng)性能好,沖擊傳動(dòng)強(qiáng)度、力學(xué)傳動(dòng)強(qiáng)度都比較高,尺寸穩(wěn)定,耐化學(xué)腐蝕穩(wěn)定性,電氣穩(wěn)定性能好;并且易于汽車(chē)加工一體成型及專(zhuān)用機(jī)械加工,其所用材料內(nèi)外表面均為拋光鍍鉻,適用于加工制作普通的汽車(chē)機(jī)械傳動(dòng)部件、減速器和摩擦機(jī)械零件、傳動(dòng)控制部分和整體結(jié)構(gòu)組件。
(2)成型性能
1)不采用定型注射塑料。其品種繁多,各個(gè)品種的機(jī)電動(dòng)力學(xué)性能和成型工藝特性也不同而且各有所不同,應(yīng)該根據(jù)品種情況來(lái)選擇合適的成型工藝方法和相應(yīng)的成型工藝。
2)具有較好的吸濕能力。水的質(zhì)量評(píng)定分?jǐn)?shù)宜為小于0.3%,必須充分干燥,要求外觀光澤的注塑件均應(yīng)按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱和干燥。
3)資金的流動(dòng)性相對(duì)較弱。0. 04mm 左右的溢邊材料。
4)在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的同時(shí),還要特別注意澆灌系統(tǒng),選擇良好的進(jìn)料嘴位置、入口方式。但是當(dāng)其推出能力多大或者在機(jī)械上加工的時(shí)候,使得塑件的表面容易會(huì)顯示出白色的痕跡。
（3）ABS的主要性能指標(biāo)
其性能指標(biāo)見(jiàn)表2.2。
表2.2 ABS的性能指標(biāo)
密度/(g)
1.03~1.06
屈服強(qiáng)度/MPa
50
比體積/(/g)
0.86~0.98
拉伸強(qiáng)度/MPa
38
吸水率/%
0.2~0.4
拉伸彈性模量/MPa
熔點(diǎn)/°C
130~160
彎曲強(qiáng)度/MPa
80
計(jì)算收縮率/%
0.3~0.8
拉壓強(qiáng)度/MPa
53
比熱容/[]
1470
彎曲彈性模量/MPa
2.2.3 ABS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù)
（1）注射成型過(guò)程
1)加工模具準(zhǔn)備成型前的具體準(zhǔn)備。對(duì)使用abs的材料色澤、顆粒吸水率和均勻性等都進(jìn)行了嚴(yán)格檢驗(yàn),由于使用abs的材料吸水能力比較大,因此在材料成形前一定要對(duì)其進(jìn)行充分干燥。
2)原料灌裝溶液注射專(zhuān)用工藝。當(dāng)澆注塑件在塑料注射機(jī)內(nèi)的材料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)多次高溫連續(xù)加熱、塑化至材料達(dá)到均勻流動(dòng)澆注狀態(tài)后,由塑料模具進(jìn)入澆注成形體系直接澆注進(jìn)入塑料模具澆注成形腔。其充模工藝制作過(guò)程大致分為可以向下劃分依次為充模、壓實(shí)、保壓、倒流、冷卻5個(gè)工藝步驟。
3）塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75°C，處理時(shí)間為16~20s。
（2）注射工藝參數(shù)
1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min。
2）料筒溫度（°C）：后段150~170；中段165~180；前段180~200。
3）噴嘴溫度（°C）：170~180。
4）模具溫度（°C）：50~80。
5）注射壓力（MPa）：60~100。
6）成型時(shí)間（s）：95（注射時(shí)間30s，冷卻時(shí)間50s，輔助時(shí)間15s）。
3 注射機(jī)型號(hào)的選用
（1）注射量的計(jì)算
通過(guò)SolidWorks三維建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得，
塑件體積：
塑件質(zhì)量：
式中，參考表2-2，取。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計(jì)算
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2~1倍來(lái)估算。本次設(shè)計(jì)中取0.2，則
（3） 選擇注射機(jī)
根據(jù)第二步計(jì)算得出一次注入模具型腔的塑料總體積，依公式（），則有
因此，查工具書(shū)初步選定公稱(chēng)注射量為2000cm3，注射機(jī)型號(hào)為XZY-2000臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.1。
表3.1 XZY-2000臥式注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
理論注射量/cm3
2000
模板開(kāi)模行程/mm
750
螺桿柱塞直徑/mm
110
最大模具厚度/mm
890
注射壓力/MPa
90
最小模具厚度/mm
500
電機(jī)功率/kW
40、40
鎖模形式
肘桿
電熱功率/kW
21
注射行程/mm
280
螺桿轉(zhuǎn)速/(r)
0~47
注射時(shí)間/s
4
鎖模力/kN
60×105
最大成型面積/cm2
2600
拉桿內(nèi)間距/mm
760×550
注射形式
螺桿式
（4）注射機(jī)相關(guān)參數(shù)的校核
1）注射壓力校核。查工具書(shū)，ABS所需注射壓力為60~100MPa，而注射機(jī)公稱(chēng)注射壓力=90MPa，即<，所以注射機(jī)注射壓力合格。
2）鎖模力校核
① 塑件在分型面上的投影面積為：
② 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積，通常是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積的0.2~0.5倍，這里取=0.3，則
③ 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積為：
④ 模具型腔內(nèi)的脹型力為：
式中，是型腔的平均計(jì)算壓力值，通常取注射壓力的20%~40%，大致范圍為25~40MPa。對(duì)于黏度較大且精度要求較高的塑料制品應(yīng)取較大值，ABS屬于中等黏度塑料且塑件有一定的精度要求，故取35MPa。
查表3-1可得該注射機(jī)的的公稱(chēng)鎖模力=6000kN，則
<
所以，該注射機(jī)鎖模力合格。
4 標(biāo)準(zhǔn)模架及其相關(guān)模板尺寸的確定
4.1 模架的確定
中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇方法有兩種，均是經(jīng)驗(yàn)法。這里根據(jù)其中一種方法，即模板有效使用面積（型腔在模板上的平面尺寸）來(lái)選擇標(biāo)準(zhǔn)模架。
塑件在分型面Ⅱ—Ⅱ上的投影寬度必須滿足：
（4-1）
塑件在分型面Ⅱ—Ⅱ上的投影寬度必須滿足：
（4-2）
式中， —推板寬度（mm）；
—復(fù)位桿長(zhǎng)度方向的間距；
10—推桿與墊塊之間的雙邊距離；
30—復(fù)位桿與型腔之間的雙邊距離。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（4-1）有：
即推板寬度≥210mm，查《塑料注射模中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的尺寸組合》表，可得=225mm，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模架的寬度B=355mm。復(fù)位桿的直徑d=20mm。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（4-2）有：
即復(fù)位桿在長(zhǎng)度方向上的間距，查《塑料注射模中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的尺寸組合》表，可得=429mm，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模架長(zhǎng)度L=500mm。故所選模架為《塑料注射模中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的尺寸組合》表中第10號(hào)A3型標(biāo)準(zhǔn)模架，其規(guī)格為。
4.2 各模板尺寸的確定
(1)a機(jī)電面板的安裝尺寸。a板塑件是一個(gè)固定的圓形模型腔板,塑件高度設(shè)計(jì)應(yīng)盡量控制為116mm,考慮到不僅需要在大型模板上另外一側(cè)開(kāi)設(shè)一條大型冷卻式排水管,還必須注意使其進(jìn)入流出有一個(gè)長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)的水流距離,故使用a型模板塑件厚度設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用145mm。
(2) b 板的尺寸。 b 板采用的是型芯固定板,由于注塑件的尺寸相對(duì)較大,按照模架的標(biāo)準(zhǔn),板厚可以取 60mm 。
（3）C板尺寸。C板即為墊塊，其厚度為：
墊塊厚度=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5~10）mm
=[120+30+30+（5~10）]mm
=185~190mm
這里初步選定C板厚度為185mm。
經(jīng)上述兩個(gè)模架模板尺寸綜合計(jì)算,模架的模板尺寸已被充分確定并構(gòu)成為一個(gè)的該模架的模板序號(hào)及其編號(hào)應(yīng)該為10號(hào),板面高度為355×500mm,模架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式應(yīng)該是基于a3型的一個(gè)整體標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模架。其中的物體外形面積大小可用公式表示為：。
4.3模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注塑機(jī)來(lái)校核模具設(shè)計(jì)的尺寸。
（1）模具平面尺寸（拉桿間距），校核合格。
（2）模具高度尺寸610mm，因?yàn)?00mm（模具的最小厚度）<610mm<890mm（模具的最大厚度），校核合格。
（3）模具的開(kāi)模行程：
校核合格。
5 折頁(yè)盒注射模設(shè)計(jì)
5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道的始端到型腔之間的熔體進(jìn)料通道。
5.1.1主流道和冷料穴的設(shè)計(jì)
由于材料主流道通常需要與使用高溫噴射注塑機(jī)的材料噴口熔體和高溫注塑機(jī)的注射噴嘴熔體進(jìn)行反復(fù)性的接觸,因此在高溫注射模中,主流道的一些重要部分往往被用來(lái)設(shè)計(jì)為一種同時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行反復(fù)拆卸或者進(jìn)行更換的零件類(lèi)型。
在整個(gè)模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)中,主流道必須具有垂直于整個(gè)模具的各部分型和橫截面。為了更好地設(shè)計(jì)使得各種塑料混凝砼構(gòu)件能夠順利地從兩個(gè)主流道中切入拔出,需將其中的主流道內(nèi)壁設(shè)計(jì)為一個(gè)小的圓錐形,具有2°~6°的兩個(gè)圓錐形夾角,內(nèi)壁具有表面的特殊粗糙度,小端的內(nèi)壁直徑通常為4~8mm。同時(shí),為了更好地保證使得出口主流道上的混凝砼鋼管能夠順利安全地被接頭拔出,將其最小接頭端口的凹坑直徑最小設(shè)計(jì)得做到了遠(yuǎn)遠(yuǎn)地要大于一般機(jī)械注射器的每個(gè)噴嘴的接口端頭口徑1mm左右;這個(gè)凹坑的端口半徑最小r也遠(yuǎn)遠(yuǎn)相當(dāng)于比一般注射器上的噴嘴口端頭的凹坑半徑更大1~2mm。由于尖銳的弧形拐角處并不僅有利于流道熔體快速流動(dòng),因此在進(jìn)入主流道熔體根部的兩個(gè)拐角連接處處還應(yīng)當(dāng)適時(shí)增加1~2mm的弧形圓角
（1）主流道尺寸的確定
1）主流道的長(zhǎng)度：通常，中型模具應(yīng)盡量小于100mm，本次設(shè)計(jì)初取=90mm。
2）主流道小端直徑：d=注射機(jī)噴嘴尺寸+（0.5~1）mm，通常小端直徑為4~8mm，本次設(shè)計(jì)中取d=6mm。
3）主流道大端直徑：，式中為主流道的錐角，通常取2°~6°，本次設(shè)計(jì)取4°，則D=(6+2×90×tan4°)mm=18mm。
4）主流道凹坑半徑：SR0=注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1~2）mm=（18+2）mm=20mm。
5）凹坑的配合高度：h=5mm。
（2）主流道的凝料體積
根據(jù)公式
（5-1）
則
=11cm3
（3）主流道的當(dāng)量半徑
=（9+3）/2mm=6mm
（4）主流道澆口套形式
主流注射路徑在小端出口處和血液注射器大端噴嘴出口相反之間發(fā)生接觸,容易使其受到嚴(yán)重磨損。設(shè)計(jì)中通常碳素工具框型鋼鋼體選用量為碳素復(fù)合工具框型鋼,本次淬火設(shè)計(jì)碳素工具框型鋼鋼體選用量為t10a,熱處理后在二次淬火時(shí)其鋼體表面的化學(xué)硬度變化范圍一般為50~55hrc,如本次設(shè)計(jì)工具框圖5.1所示，如圖5.1所示，
圖5.1 主流道澆口套的結(jié)構(gòu)形式
5.1.2分流道的設(shè)計(jì)
（1）分流道的長(zhǎng)度和布置形式
雖然目前該型鑄模本身為一模一腔,但由于進(jìn)入塑件流道表面積較大,故我們建議盡量選擇兩個(gè)點(diǎn)作為澆口,同時(shí)為了有效地盡量減少進(jìn)入熔體在塑料流道內(nèi)部的巨大壓力流動(dòng)損耗并盡可能地盡量避免進(jìn)入熔體的流道溫度迅速下降,減小了熔體分流道的熔體容積與保證壓力均勻,本次該模設(shè)計(jì)中主要部分采用了平衡式的熔體分流道。由于單邊矩形分流道的模件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,根據(jù)模件的整體尺寸及其內(nèi)部體積值的大小,設(shè)計(jì)時(shí)我們一般可適當(dāng)?shù)貙⑵涮暨x小一些,單邊分流部件的矩形分流道設(shè)計(jì)直徑及其長(zhǎng)度一般應(yīng)至少取=45mm。
（2）分流道的當(dāng)量半徑
常用塑料的分流道直徑如表5.1所示。
表5.1 常用塑料的分流道直徑
塑料品種
分流道直徑/mm
塑料品種
分流道直徑/mm
ABS、AS
4.8~9.5
聚丙烯
4.8~9.5
聚甲醛
3.2~9.5
聚乙烯
1.6~9.5
丙烯酸酯
8.0~9.5
聚苯醚
6.4~9.5
耐沖擊丙烯酸酯
8.0~12.7
聚苯乙烯
3.2~9.5
尼龍6
1.6~9.5
聚氯乙烯
3.2~9.5
聚碳酸酯
4.8~9.5
由上表可知，ABS的分流道直徑為4.8~9.5mm。
在本次設(shè)計(jì)中，由于塑件的質(zhì)量：>200g，不能運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行確定，這里初定選取。
（3）分流道截面形狀
常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等,如圖5.4所示。在對(duì)流道的設(shè)計(jì)過(guò)程中,如果想盡量減少對(duì)流道內(nèi)部的壓力損失,則會(huì)考慮到流道截面積較大;如果想減少對(duì)傳熱器的損失,則希望流道的截面積較小,因此我們可用其流道的截面積和其周長(zhǎng)之間的比值公式來(lái)衡量流道工作的效率。如果比值較大則流道效率較高。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),圓形和正方形截面的吸收效率較高,但是由于正方形截面的吸收流道不容易將砼頂出;且由于當(dāng)其分型面成為一個(gè)水平面時(shí),往往會(huì)采用具有圓形或半徑截面的水流道,故在本次的設(shè)計(jì)中,采用了具有圓形或半徑截面的水流道。按照前面所述的公式進(jìn)行計(jì)算,得到了分流道直徑。
圖5.4 流道的截面形狀與效率
（4）凝料體積
1）分流道的長(zhǎng)度
=2L=2×45mm=90mm
2）分流道截面積
3）凝料體積
（5）校核剪切速率
1）確定注射時(shí)間：查表5.2，可取t=4.0s。
表5.2 注射機(jī)公稱(chēng)注射量Qn與時(shí)間的關(guān)系
公稱(chēng)注射量Qn/cm3
注射時(shí)間t/s
公稱(chēng)注射量Qn/cm3
注射時(shí)間t/s
60
1.0
4000
5.0
125
1.6
6000
5.7
250
2.0
8000
6.4
350
2.2
12000
8.0
500
2.5
16000
9.0
1000
3.2
24000
10.0
2000
4.0
32000
10.6
3000
4.6
64000
12.8
2）計(jì)算分流道體積流量：
3）計(jì)算剪切速率：
根據(jù)公式
γ=3.3qπR3 （5-2）
式中，q—體積流量（cm3/s）
R—表征流道截面尺寸的當(dāng)量半徑（cm）
代入數(shù)據(jù)
γ=3.3×193×1033.14×3.53s?1
=4.7×103s?1
該分流道的剪切速率處于分流道的最佳剪切速率γ=5×102~5×103s-1之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格，同時(shí)，分流道直徑也符合設(shè)計(jì)要求。
分流道的流體表面處理粗糙度一般要求不是非常低,一般只要采用好的ra1.25~2.5μm左右厚度即可,此處一般應(yīng)盡量采用好的ra1.6μm。另外,其中的新型脫模材料傾角一般需要控制在5°~10°之間,本次工程設(shè)計(jì)中需要采用的新型脫模材料傾角大約為8°。
5.1.3澆口的設(shè)計(jì)
砼澆口處是連接流道和成型腔的一段粗短通路。它雖然是澆注系統(tǒng)中橫切截面最少但卻又是其中的最為關(guān)鍵。其位置、類(lèi)別及其尺寸都會(huì)對(duì)于塑件成型產(chǎn)生巨大的影響。澆口的主要功能,澆口的理想尺寸很難使用手工計(jì)算得出來(lái),除了我們可以采用式(5-2)方法來(lái)做初步計(jì)算外,一般情況下可根據(jù)實(shí)際工藝,澆口的截面尺寸約占到分流道總面積的3%~9%,截面的形狀可以改變成矩形或橢圓,澆口的長(zhǎng)度約調(diào)整到1~1. 5mm 。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),一般首先采用較小的模具尺寸數(shù)值,以便于試模過(guò)程中逐步地加以糾偏。
5.1.4校核主流道的剪切速率
根據(jù)前面文章己經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)的計(jì)算校驗(yàn)得出的整個(gè)塑件材料體積、主流道的塑件體積、分流道的塑件體積以及整個(gè)熔體主流道塑件熔體的最大剪切流動(dòng)速率,對(duì)整個(gè)熔體主流道中塑件熔體的最大剪切流動(dòng)速度同樣進(jìn)行了當(dāng)量校驗(yàn),同時(shí)也對(duì)整個(gè)熔體主流道中塑件熔體的最大當(dāng)量剪切半徑也同樣進(jìn)行了當(dāng)量校驗(yàn)。
（1）主流帶體積流量的計(jì)算：
（2）主流道剪切速率的計(jì)算：
根據(jù)公式（5-2），
代入數(shù)據(jù)，有
γ=3.3×1953.14×63×103s?1=9.49×102s?1
主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于其最佳剪切速率=5×102~5×103s-1之間，所以，主流道的剪切速率合格，同時(shí)，主流道當(dāng)量半徑也符合設(shè)計(jì)要求。
5.2 模具成型部分的設(shè)計(jì)及計(jì)算
5.2.1型腔數(shù)目的確定
根據(jù)塑件的生產(chǎn)實(shí)際，塑件的體積、表面積大小以及工藝精度，確定本次設(shè)計(jì)的模具為一模一腔。
5.2.2分型面的確定
（1）分型面形狀的確定
分型面的形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以便于制品脫模和模具的制造。分型面可以是平面、階梯面或者曲面，本次設(shè)計(jì)中選擇平面作為分型面的形狀。
圖5.5 分型面位置示意圖
5.2.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將凹模分為：
1)整體式凹模
整體型凹模是由全部或多個(gè)組件進(jìn)行加工而成。它的特點(diǎn)就是牢固,不會(huì)導(dǎo)致使得制品在模具上產(chǎn)生任何拼接裂縫的痕跡,常被應(yīng)用于中、小型簡(jiǎn)易模具中。但由于這種整體型凹模在加工時(shí)較為困難,熱處理也較為不方便,所以并非適合制作復(fù)雜的形狀塑件和物料。
2)整體嵌入式凹模
在多個(gè)模型腔上的凹模往往被單獨(dú)直接地進(jìn)行加工以形成一個(gè)可以作為整體凹模的矩形鑲件,其它在整體上的外形大多數(shù)是采用一個(gè)上部帶有固定臺(tái)階的矩形圓柱體或者一個(gè)帶有矩形狀的鑲件,從下部直接將其嵌入至作為凹模的固定的基板中。如果一個(gè)鉚釘制品本身并非確實(shí)是一個(gè)大的旋轉(zhuǎn)圓形物體,則這種旋轉(zhuǎn)圓形鉚釘鑲件也很有可能只是需要直接使用圓形銷(xiāo)釘或者使用螺紋鉚釘來(lái)進(jìn)行定位。
3)局部鑲嵌式凹模
為了保證加工的方便,或者由于凹模中的某個(gè)組成部位容易受到破壞,往往會(huì)使用一種局部鑲嵌型凹模。
4)大面積鑲嵌式凹模
對(duì)于一些外觀形狀復(fù)雜的凹模,最常見(jiàn)的宗門(mén)設(shè)計(jì)制作方法之一是它就是將凹模經(jīng)過(guò)制作后形成一個(gè)通孔式,在其上面再鑲以一個(gè)基層式的底板;或者說(shuō)它也就是把整個(gè)宗門(mén)內(nèi)的墻面底板做成一個(gè)可以鑲嵌的塊。采用大面積鑲嵌式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)仔細(xì)將各個(gè)結(jié)合面磨平、拋光。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)之一是便于加工和熱處理,但是增加了人工時(shí)間。
5)四壁拼合式凹模
對(duì)于大型和復(fù)雜整體模套形狀復(fù)雜的凸模,可將模套四壁和三層底板分別對(duì)其進(jìn)行擠壓加工并經(jīng)研磨后將其壓入各個(gè)圓形模套之中,側(cè)壁之間通過(guò)自動(dòng)扣鎖方式來(lái)進(jìn)行連接,以有效保障其側(cè)壁連接的工作精度和連接準(zhǔn)確性,這種連接方法由于模套結(jié)構(gòu)牢固、承載力大,因此往往被廣泛工業(yè)采用。
5.2.4模具零件材料的選用及處理
作為一種主要用于模具的鋼材,特別是一種可以用作模具成型機(jī)械零件的鋼材,應(yīng)當(dāng)必須具備以下的性能:
a.可加工性好,熱處理變形小,可淬透性好。
b.拋光潤(rùn)滑性能好,在加工過(guò)程中和在成型和后處理時(shí)該部位的整體表面也同樣應(yīng)該做的是光滑美觀。
c.耐磨性好,以便延長(zhǎng)模具的壽命。
d.具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
e.耐腐蝕性強(qiáng),在日常生活使用中不容易受熱生銹。
5.2.5成型零件工作尺寸的計(jì)算
（1） 影響尺寸精度的因素
影響塑料制品尺寸精度的因素很多，表5.3列出了造成塑料制品尺寸誤差的主要原因。
表5.3 造成塑料制品尺寸誤差的主要原因
從模具設(shè)計(jì)和制造的角度來(lái)看，影響塑料制品尺寸精度的因素主要有五個(gè)方面：
① 模具成型部件的制造誤差；
② 模具成型部件的表面磨損；
③ 由塑料收縮波動(dòng)所引起的塑料制品的尺寸誤差；
④ 模具活動(dòng)成型部件的配合間隙變化引起的誤差；
⑤ 模具成型部件的安裝誤差。
因模具愿意使塑料制品產(chǎn)生的誤差為以上誤差值的總和，即
（5-4）
（2） 凹模和型芯尺寸的計(jì)算
采用表5.4所示的平均尺寸法計(jì)算成型零件尺寸。
表5.4 成型零件尺寸的計(jì)算方法
尺寸部位
計(jì)算公式
說(shuō)明
凹模徑向尺寸
a. 平均尺寸法
b. 極限尺寸法，按修模時(shí)凹模尺寸增大容易
校核
—隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間
—凹模徑向基本尺寸（mm）
—塑件徑向基本尺寸（mm）
—塑件的平均收縮率（%）
—塑件公差值（mm）
—凹模的磨損量（mm）
—凹模制造公差（mm）
—塑料的最大收縮率（%）
—塑料的最小收縮率（%）
型芯徑向尺寸
a. 平均尺寸法
b. 極限尺寸法，按修模時(shí)凹模尺寸增大容易
校核
—隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間
—型芯徑向基本尺寸（mm）
—塑件徑向基本尺寸（mm）
—型芯的磨損量（mm）
—型芯制造公差（mm）
凹模深度尺寸
a. 平均尺寸法
b. 極限尺寸法，按修模時(shí)凹模尺寸增大容易
校核
—隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.7之間
—凹模深度基本尺寸（mm）
—塑件高度基本尺寸（mm）
—凹模深度制造公差（mm）
中心距尺寸
—模具中心距尺寸（mm）
—模件徑向基本尺寸（mm）
—模具中心距尺寸制造公差（mm）
型芯高度尺寸
a. 平均尺寸法
b. 極限尺寸法
①修模時(shí)型芯增長(zhǎng)容易
②修模時(shí)型芯減短容易
—隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.7之間
—型芯高度基本尺寸（mm）
—塑件孔深度基本尺寸（mm）
—型芯高度制造公差（mm）
1）塑件深桶凹、凸模尺寸的計(jì)算
① 深桶凹模徑向尺寸（長(zhǎng)×寬）的計(jì)算
塑件深桶外部徑向尺寸的轉(zhuǎn)化：，相應(yīng)塑件制造公差，，相應(yīng)塑件制造公差；，相應(yīng)塑件制造公差，，相應(yīng)塑件制造公差。
根據(jù)表5.4中所列公式，有
式中， Scp—塑件的平均收縮率，查表2-2可知ABS的收縮率為0.3%~0.8%。得其平均值Scp=(0.003+0.008)/2=0.0055（下同）；
—系數(shù)，查表2-7可知一般在0.5~0.8之間，這里?。?
—塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；
—塑件上相應(yīng)尺寸制造公差，對(duì)于中小型塑件（下同）。
② 深桶凹模深度尺寸的計(jì)算
塑件深桶外部高度方向尺寸的轉(zhuǎn)換：塑件高度的最大尺寸，=85°，相應(yīng)的=0。
根據(jù)表5-4中所列公式，有
③ 深桶型芯徑向尺寸（長(zhǎng)×寬）的計(jì)算
塑件深桶內(nèi)部徑向尺寸的轉(zhuǎn)化：，相應(yīng)塑件制造公差；，相應(yīng)塑件制造公差。
根據(jù)表5-4中所列公式，有
④ 深桶型芯高度的計(jì)算
塑件深桶內(nèi)部高度方向尺寸的轉(zhuǎn)換：塑件高度的最大尺寸，=85°，相應(yīng)的=0。
根據(jù)表5-4中所列公式，有
2）塑件蓋體凹、凸模尺寸的計(jì)算
① 蓋體凹模徑向尺寸（長(zhǎng)×寬）的計(jì)算
塑件蓋體外部徑向尺寸的轉(zhuǎn)化：，相應(yīng)塑件制造公差，，相應(yīng)塑件制造公差；，相應(yīng)塑件制造公差，，相應(yīng)塑件制造公差。
根據(jù)表5-4中所列公式，有
② 蓋體凹模深度尺寸的計(jì)算
塑件蓋體外部高度方向尺寸的轉(zhuǎn)換：塑件高度的最大尺寸，=70°，相應(yīng)的=0。
根據(jù)表5.4中所列公式，有
③ 蓋體型芯徑向尺寸（長(zhǎng)×寬）的計(jì)算
塑件蓋體內(nèi)部徑向尺寸的轉(zhuǎn)化：，相應(yīng)塑件制造公差；，相應(yīng)塑件制造公差。
根據(jù)表5-4中所列公式，有
④ 蓋體型芯高度的計(jì)算
塑件蓋體內(nèi)部高度方向尺寸的轉(zhuǎn)換：塑件高度的最大尺寸，=70°，相應(yīng)的=0。
根據(jù)表5.4中所列公式，有
5.2.6凹模壁厚及底板厚度的計(jì)算
凹模與成型底板都一樣應(yīng)該要具有一個(gè)非常足夠的底板厚度,當(dāng)這個(gè)厚度太薄將很有可能直接導(dǎo)致整個(gè)成型模具間的剛度差而底板失去或者底板強(qiáng)度低。一般來(lái)說(shuō),對(duì)于大、中型的塑料模具,剛度總是差異很大的這是主要矛盾;對(duì)于一些小型的塑料模具,它們的機(jī)械強(qiáng)度這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上就顯得尤其重要。
強(qiáng)度不足會(huì)直接使得模具出現(xiàn)可塑性變形乃至斷裂;剛度不到位會(huì)直接使得模具在凹面上產(chǎn)生一個(gè)過(guò)大的彈性變形,導(dǎo)致凸面上凹模的尺寸增加并且產(chǎn)生了溢料的空氣間隙,當(dāng)這個(gè)變形的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了制品的收縮數(shù)量時(shí),制品在加工和成型之后模具的彈性回歸就會(huì)直接使得凹面上的模具緊緊地被包裹在制品中去而造成了開(kāi)模困難。
（1）凹模側(cè)壁厚度的計(jì)算
凹模側(cè)壁厚度與型腔內(nèi)壓強(qiáng)及凹模的深度有關(guān)，從剛度的觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)凹模最小壁厚t（mm）的公式
（5-5）
式中， p—型腔內(nèi)熔體的壓力，一般取p=25~45MPa；
L1—凹模側(cè)壁長(zhǎng)邊尺寸（mm）；
a—型腔受到熔體壓力的高度（mm）；
E—彈性模量，鋼材一般取E=2.1×105MPa；
h—型腔高度（mm）；
δ—允許的變形量（mm）。
在本次設(shè)計(jì)中，取p=30MPa，L1=199.1mm，a=6mm，E=2.1×105MPa，h=116.6mm。對(duì)于δ，表5.5給出了常用塑料的允許變形量δ。
表5.5 常用塑料的允許變形量δ
塑料名稱(chēng)
允許變形量δ/mm
尼龍、聚乙烯、聚丙烯
0.025~0.040
聚苯乙烯、ABS
0.04~0.06
聚碳酸酯、硬聚氯乙烯
0.06~0.08
根據(jù)上表所列允許變形量值，取δ=0.05mm。
代入數(shù)據(jù)，有
凹模最小壁厚為t=19.4mm，根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)模架的尺寸進(jìn)行凹模的設(shè)計(jì)，就可以完全滿足剛度和強(qiáng)度要求。
（2）底板厚度的計(jì)算
底板厚度和所選模架的兩個(gè)墊塊之間的跨度有關(guān)，假定型腔的長(zhǎng)度等于墊塊的跨度。根據(jù)型腔布置及型芯對(duì)底板的壓力計(jì)算出底板的厚度，即
（5-6）
式中， δp—底板剛度計(jì)算需用變形量，這里取δp=0.05mm；
L—兩個(gè)墊塊這件的距離，約為199.1mm；
L1—底板的長(zhǎng)度，根據(jù)初選模架355×500mm，可知L1=500mm；
E—彈性模量，E=2.1×105MPa；
A—型芯所受壓力面積：A=2×199.1×144.8mm2=57659mm2。
代入數(shù)據(jù)，有
此底板計(jì)算尺寸相對(duì)于中、小型模具來(lái)說(shuō)還可以再小一些，可以增加2根支撐柱來(lái)進(jìn)行支撐，可根據(jù)表5.6近似得到底板厚度為：
在本次設(shè)計(jì)中底板厚度取t=60mm。
表5.6 長(zhǎng)方形組合式凹模加支撐前后底板厚度的變化
支撐情況
計(jì)算方法
未加支撐時(shí)板厚
中間加一塊支撐后的板厚
按1:1.2:1加兩塊支撐后的板厚
按強(qiáng)度計(jì)算
t1
t1/2.7
t1/4.3
按剛度計(jì)算
t2
t2/3.4
t2/6.8
5.2.7排氣槽的設(shè)計(jì)
該塑件通過(guò)兩個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)料，熔體經(jīng)塑件的深桶底部充滿型腔，模具的兩邊有兩塊嵌件，其與凹模之間有間隙，可作為氣體
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