電風(fēng)扇旋鈕的塑料模具設(shè)計(jì),電風(fēng)扇,旋鈕,塑料,模具設(shè)計(jì)
江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 綜合畢業(yè)實(shí)踐說(shuō)明書（論文） 標(biāo)題： 電風(fēng)扇旋鈕的塑料模具設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造 學(xué) 號(hào)： 0810403224 姓 名： 孫新想 指導(dǎo)教師： 陳青云 1 2011 年 5 月 15 日 摘 要 在這次設(shè)計(jì)中根據(jù)電風(fēng)扇旋鈕的注塑模設(shè)計(jì)的要求，首先對(duì)沖壓件進(jìn)行了分析， 分析該零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可滿足零件精度的要求，再?gòu)牧慵?的形狀、尺寸標(biāo)注及生產(chǎn)批量等情況看，選擇了注塑模的方案。 根據(jù)對(duì)零件的綜合分析，在這次設(shè)計(jì)中我設(shè)計(jì)的模具是注塑模，主要介紹的是 注塑模的設(shè)計(jì)，通過(guò)塑件的工藝分析，成型零件的設(shè)計(jì)，分型面的設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)等完成注塑模的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：模具；注塑模；電風(fēng)扇旋鈕 2 目 錄 目 錄 ..................................................................2 引言 ....................................................................3 1 設(shè)計(jì)目標(biāo) ..............................................................4 2 塑件的工藝分析 ........................................................5 3 注塑模的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ......................................................5 4 注塑模的設(shè)計(jì) .........................................................6 4.1 成型零件的設(shè)計(jì) ......................................................6 4.1.1 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................6 4.1.2 型腔的工作尺寸計(jì)算 ................................................6 4.1.3 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................7 4.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................9 4.3 分型面的設(shè)計(jì) .......................................................11 4.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .....................................................12 4.4.1 澆注系統(tǒng)分類的設(shè)計(jì) ...............................................12 4.4.2 澆注系統(tǒng)的平衡 ...................................................15 4.5 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................................16 4.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................19 4.7 注射模與注射機(jī)的關(guān)系 ..............................................22 結(jié)束語(yǔ) .................................................................25 致 謝 ................................................................26 參考文獻(xiàn) ...............................................................27 3 電風(fēng)扇旋鈕的塑料模具設(shè)計(jì) 引言 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，模具行業(yè)也同樣走到了春天。這點(diǎn)從模具相關(guān)專業(yè)的人 才緊缺就可以看的出來(lái)。 模具是一種技術(shù)密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)巾的地位也非常重要。 模具工業(yè)已被我國(guó)正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。由于 新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)人才的知識(shí)、能 力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。模具在產(chǎn)品制造過(guò)程中占據(jù)重要地位。模具設(shè)計(jì)水 平的高低，在很大程度上決定了生產(chǎn)率的高低。有效的模具設(shè)計(jì)可以降低資源調(diào)整 次數(shù)和調(diào)整時(shí)間，為生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度提供更大的優(yōu)化空間，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的 目的。模具設(shè)計(jì)是工裝系統(tǒng)的重要組成部分，它影響著產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。對(duì) 模具設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究有著重要意義 經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大，技 術(shù)要求也越來(lái)越高。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，雖然模具種類繁多，但在“十一五”期間其發(fā) 展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國(guó)內(nèi)尚不能自給， 需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。又由于模 具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對(duì)整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。 因此，一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展，而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展 速度，這樣才能不斷提高我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生 產(chǎn)周期及降低成本。 本設(shè)計(jì)的意義就是可以通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)可以讓自己學(xué)到更多的東西，鍛煉自己的 能力。所需要達(dá)到的目標(biāo)是塑料制品的設(shè)計(jì)及成型工藝的選擇；一般塑料制品成型 模具的設(shè)計(jì)能力；塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進(jìn)、塑料模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的能力； 通過(guò)自己學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)，在與網(wǎng)上的知識(shí)和老師的輔導(dǎo)，綜合各方面的信息 數(shù)據(jù)匯編匯總整理出來(lái)。在這個(gè)基礎(chǔ)上利用自己工作的方便自己做實(shí)驗(yàn)結(jié)合相關(guān)數(shù) 4 據(jù)資料慢慢的得出相關(guān)信息達(dá)到最后設(shè)計(jì)的目的。 1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是電風(fēng)扇開關(guān)旋鈕，它所要達(dá)到的要求：要能耐高溫，絕緣性要 好，耐氣候性強(qiáng)，剛性，韌性佳，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的各種性能分析，選用材料為 ABS， 該塑件的厚度為 1mm,公差等級(jí)為 MT5 級(jí)。它是用來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)速和定時(shí)的，能夠滿足人 們的熱天對(duì)風(fēng)力和吹風(fēng)長(zhǎng)短要求，同時(shí)也起到美觀的作用。 根據(jù)工件的實(shí)際形狀與尺寸，設(shè)計(jì)一副注塑模把它生產(chǎn)出來(lái)，要求它的外表面 比較光滑即表面粗糙度要求高。 通過(guò)對(duì)塑件外部造型、工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對(duì)塑件進(jìn)行計(jì)算仿真和生產(chǎn)驗(yàn)證，也 通過(guò)對(duì)分模線、塑件的壁厚、圓角、塑件的尺寸精度、脫模斜度進(jìn)行了綜合的考慮， 工件的尺寸和形狀如圖 1 所示。 圖 1 電風(fēng)扇開關(guān)旋鈕 5 2 塑件的工藝分析 ABS 塑料是由丙烯、丁二烯、苯乙共聚而成。ABS 具有良好的綜合力學(xué)性能， ABS 成型塑件時(shí)有較好的光澤。其密度為 1.02～1.05g/cm 3 . ABS 還有很好的沖擊強(qiáng) 度。ABS 在升溫時(shí)粘度增高。所以成型時(shí)壓力增高。塑件的脫模角度宜稍大。ABS 還 易吸水，所以為了得到較好的塑件，在加工之前，還必須把它進(jìn)行干燥處理。要求 塑件精度較高時(shí)，可以控制模溫在 50~ 600 C 左右，電風(fēng)扇開關(guān)旋鈕要求它的外表面 光澤，應(yīng)控制模溫在 60~ 800C 左右。 ABS 塑料的收縮率為 0.3%~0.8%，塑料的收縮率對(duì)塑件的質(zhì)量和形狀是一個(gè)很重 要的參數(shù)。 取其制品精度 MT5 級(jí)，要得到良好的塑件，不但要控制好塑料的收縮率，而且 還要對(duì)模具質(zhì)量也很重要，一副較好的模具，模具加工容易，壽命較高，而且對(duì)產(chǎn) 品的質(zhì)量得到很好的保證。 該工件是屬于薄壁塑件，且過(guò)渡角也不是很大，所以模具的型腔和型芯加工是 比較難的，在加工的過(guò)程中要求執(zhí)行者小心仔細(xì)。此塑件算是小型塑件，模架也不 算度大，并且精也不是要求特別的高，所以采用一模多腔，這樣對(duì)提高生產(chǎn)效率是 很有利的。 3 注塑模的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ABS 塑料它是屬于熱塑性塑料，該產(chǎn)品是通過(guò)注塑成型的。它的原理是將顆粒 或粉狀塑料從注塑機(jī)的料中送進(jìn)加熱器中，經(jīng)加熱熔化，在受壓的情況下，把它注 到成型的型腔中，再冷卻成型。注塑成型它的周期短，能成型復(fù)雜的、尺寸精確的 制件。它的成型工藝過(guò)程包括如下：成型前的準(zhǔn)備，注塑過(guò)程，塑件后處理。由于 ABS 料它是屬于易濕的塑料，所以在加工前要把它進(jìn)行充分的干燥。注塑過(guò)程它是 一個(gè)比較關(guān)鍵的進(jìn)程，各個(gè)步驟都要控制好，這對(duì)塑件的質(zhì)量和形狀起著至關(guān)重要 的作用。注塑成型的核心問(wèn)題是：就是采用措施得到良好的塑料熔體，并把它注塑 到型腔中去，在控溫下，使塑件達(dá)到所求的質(zhì)量。溫度、注塑壓力、時(shí)間是其關(guān)鍵 的工藝參數(shù)。 6 注塑模按結(jié)構(gòu)分為單分型、雙分型和多分型面，此塑件是采用側(cè)澆口工件較簡(jiǎn) 單，因此采用單分型面的模具，又因?yàn)樵摴ぜ儆诒”谒芗?，?dāng)采用推桿，會(huì)把塑 件容易頂壞。所以該工件采用推件板推出，容易保證塑件的質(zhì)量。注塑模包括：成 型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷 卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支承零部件。只有處理好各個(gè)環(huán)節(jié)的制約關(guān)系，才能設(shè)計(jì)出一 副較好的模具出來(lái)，一副模具設(shè)計(jì)出來(lái)，把它裝在注塑機(jī)上，還要通過(guò)校核，才能 投入生產(chǎn)。因此注塑模與注塑機(jī)的關(guān)系也是至關(guān)重要，注塑模必須與注塑機(jī)必須相 匹配，在操作的過(guò)程中不能出現(xiàn)差錯(cuò)，不然操作就會(huì)功虧一簣。 4 注塑模的設(shè)計(jì) 4.1 成型零件的設(shè)計(jì) 要求比較光滑，因此要求成型零件的拋光性能要好，表面應(yīng)該光滑美觀。表面 粗糙度要求 Ra0.4μm 以下。型腔的材料選 45 鋼。淬火處理，使其達(dá)到硬度 40HRC 以上。 4.1.1 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于該塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但要求其精度也要較高，要求其塑件不充許產(chǎn)生拼 接線痕跡，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的參考，該型腔采用整體式較為合理。其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖 2 所 示： 圖 2 型腔 查閱資料可得塑件的理想的外壁圓角半徑為塑件的壁厚的 1.5 倍。即 R=1.5*t, 即 R=1.5mm,該型腔的加工，先下料一塊為 400*400*50mm 的 45 鋼，然后在磨床上進(jìn) 行磨削，使其達(dá)到應(yīng)有的光潔度，然后熱處理，使其達(dá)到硬度達(dá)到 40HRC 以上。成 型的型腔可以在電火花機(jī)上加工得到所要的尺寸和精度，最后通過(guò)精磨和拋光，得 7 到所要的型腔。 4.1.2 型腔的工作尺寸計(jì)算 所謂工作尺寸就是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺寸。它主要包括型 腔的徑向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。它受到塑件的尺寸精度的影響。型腔 的計(jì)算公式如下： 型腔的徑向尺寸計(jì)算 ： （4-1）?????4310???spnLSL = ???013.45210.??? zmm =[52.286-0.00975]0δz mm =[52.2765]0δz mm （4-2）?????4310???spLS =[(1+0.55/100) 15-0.75 0.008]0δz mm ? =[15.0765]0δz mm 其中：L M是型腔的徑向尺寸；S cp是塑料的平均收縮率；△是塑件的公差值。查 表得 ABS 塑料的最小收縮率為 0.3%，最大的收縮率為 0.8%，由公式得 Scp=(0.3%+0.8%)/2 得 Scp為 0.55，至于塑件的精度，在此到△的系數(shù)取 3/4，當(dāng)塑 件的精度不同時(shí)會(huì)有變化。 型腔的深度尺寸計(jì)算： （4-3）????3210???spnHS =[(1+0.55/100) 26-0.009 2/3]0δz mm ? =[26.143-0.006]0δz mm =[26.136]0δz mm 其中：H M為型腔的深度尺寸；△的系數(shù)取 2/3。 塑件的字體是通過(guò)在型腔上做相反的字，它的深度為 0.3mm,它是通過(guò)金雕工藝， 8 把它雕到上的，因此在這里不詳細(xì)說(shuō)明是怎么樣生產(chǎn)出來(lái)的。 4.1.3 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯是成型塑件的內(nèi)表面的的零件。此塑件它有兩個(gè)小孔，它是用小型芯來(lái)成 型，主型是用來(lái)成型塑件的內(nèi)壁，塑件的內(nèi)表面精度要求要稍微低一些，因此型芯 的加工可以稍稍粗糙點(diǎn)。該芯采用整體式，它結(jié)構(gòu)牢固，它固定在動(dòng)模固定板上。 其形狀如圖 1 所示。 其工件角度都是通過(guò)核算而得到的。型芯選 45 鋼，淬火處理，使其硬度達(dá)到 40HRC 以上，以保證其硬度，不使它在加工時(shí)，變彎、變軟。它的加工過(guò)程是，先 取一段 φ60*40mm 的一塊圓棒料，開始在車床上車削，然后進(jìn)行熱處理，再進(jìn)行電 火花加工，使其達(dá)到所要求的形狀和尺寸，最后進(jìn)行磨和拋光。 型芯的尺寸計(jì)算： (LM)-δz 0=[(1+Scp)Ls+3/4△] -δz 0 （4-4） =[(1+0.55) 50+0.75 0.011]-δz 0 mm? =[50.2835]-δz 0 mm 型芯的徑向尺寸： (LM)-δz 0=[(1+Scp)Ls+3/4△] -δz 0 （4-5） =[(1+0.55/100) 13+0.75 0.008)]-δz 0 mm ? =[13.0775]-δz 0 mm 其上面字母所表示的意義和型芯的字母是一樣的。 型芯的高度尺寸計(jì)算如下： （ HM） =[(1+Scp)Hs+2/3△] -δz 0 （4-6） =[(1+0.55/100)25+2/3x0.006]-δz 0 mm =[25.1425]-δz 0 mm 塑件中心距的尺寸計(jì)算： （ LM） -δz 0=(1+Scp)Ls ±δ/2mm （4-7） =(1+0.55/100) 26±δ/2mm? 9 塑件理想的內(nèi)角圓半徑應(yīng)為塑件壁厚的 1/3 以上。所以取內(nèi)角圓半徑為 0.5mm。 型腔由于受到熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔側(cè)壁和厚 度過(guò)下，則會(huì)引起溢料和出現(xiàn)飛邊，這樣就降低了塑件的精度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響脫 模。因此還要計(jì)算側(cè)壁和底板的厚度。 模具型腔的壁厚的計(jì)算，應(yīng)以最大的壓力為準(zhǔn)。此塑件是屬于小尺寸塑件，為 了防止其彈性變形，其內(nèi)應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力，強(qiáng)度不足是主要原因，因此應(yīng)以強(qiáng)度 計(jì)算。 這個(gè)零件可以近似看作圓形件。型腔側(cè)壁的計(jì)算如下： S=r{{([σ]/([σ]-2P))} 1/2} （4-8） 其中：S 是側(cè)壁厚度；P 是型腔壓力；[σ]模具材料的許用應(yīng)力；r 型腔半徑。 經(jīng)算得，圖中型腔的壁厚已經(jīng)足夠。 型腔的厚度計(jì)算公式如下： h=1.1r (p/[σ]) 1/2mm （4-9）? 其中：h 型腔的高度；r 型腔的半徑。經(jīng)算得 15mm 已經(jīng)滿足要求了。 型腔動(dòng)模支承板的厚度的計(jì)算。因?yàn)樵撔颓皇遣捎谜w式型腔，動(dòng)模墊塊厚度 的選擇顯得較為自由。 （4-10）214.3RS?? =3.14 26 26 =21.22mm3 由《注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例》161 頁(yè)的表 5-18 查得墊塊為 20~25mm.本副模具 選厚度為 25mm. 4.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)模或上下模合模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。本副模具是采 用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)它起到的作用有：定位作用、導(dǎo)向作用、承載作用、 保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的作用。 10 導(dǎo)柱導(dǎo)向通常是由導(dǎo)柱和導(dǎo)套的間隙配合而組成的。 導(dǎo)柱分帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱。因?yàn)樵摦a(chǎn)品是成批量的生產(chǎn)，導(dǎo)柱經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，容 易磨損，所以采用導(dǎo)套，這樣導(dǎo)套壞了，可以隨時(shí)更換。小型模具采用帶頭導(dǎo)柱。 導(dǎo)柱的技術(shù)要求包括：導(dǎo)柱的長(zhǎng)度、形狀、材料、數(shù)量及布置。此副模具把導(dǎo) 柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)，這樣有利于推桿的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)柱固定端與模板之間采用 H7/m6，而 導(dǎo)柱與導(dǎo)套采用 H7/f7 的間隙配合。導(dǎo)套也分直導(dǎo)套和芾頭導(dǎo)套。其用法與導(dǎo)柱的 用法一樣。導(dǎo)套的技術(shù)要求的技術(shù)要求包括：導(dǎo)套的形狀、導(dǎo)套的材料、及固定形 式及配合精度。導(dǎo)套采用 H7/r6 配合鑲?cè)肽０濉?導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和尺寸如圖 3 所示。 圖 3 導(dǎo)柱 在數(shù)控機(jī)床上通過(guò)計(jì)算切割得到長(zhǎng)度為 100mm 的導(dǎo)柱,導(dǎo)柱的材料選 T8A,淬火 處理到 55~60HRC,導(dǎo)柱的前端做成錐臺(tái)形，這樣是為了導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)柱固定 端粗糙度 Ra 為 0.8μm，導(dǎo)向部分 Ra 為 0.4μm 該導(dǎo)柱的布置采用等直徑導(dǎo)柱對(duì)稱 分布，但是為了在合模時(shí)要注意。 導(dǎo)套采用直導(dǎo)套，這樣簡(jiǎn)單易制作，而且也適用。其結(jié)構(gòu)和形狀如圖 4 所示： 11 其 余 圖 4 導(dǎo)套 導(dǎo)套的前端倒圓角，是為了讓導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套。材料通常也采用 T8A，熱處 理，使其硬度達(dá)到一定硬度，以利于耐磨。粗糙度為 Ra 為 0.8μm，固定采用 H7/r6 配合鑲?cè)肽０濉?4.3 分型面的設(shè)計(jì) 打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)的凝料的面，稱之為分型面。分型面的設(shè)計(jì)它受 到塑件的形狀、壁厚、和外觀、尺寸精度、及模具型腔的數(shù)目等諸多因素的影響。 型腔數(shù)目的確定及布置。根據(jù)塑件的精度確定型腔的數(shù)目： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每增加一個(gè)型腔，塑件的精度就要下降 4%左右，該塑件它要求它的精 度比較高，根據(jù)《塑料模具技術(shù)手冊(cè)》 ，得到經(jīng)驗(yàn)公式： （4-11） ??????10410????Lxn? =2500 x/δL-24 =(2500 0.013)/（0.05 25）-24 =26-24 =2 個(gè) 所以確定模具的型腔為 2 個(gè)如圖 5。其中：x 是塑件尺寸的公差；δ%是料的收 縮率；ABS 料取 0.05%；L 是塑件的基本尺寸。 12 圖 5 模具分型與型腔 型腔的布局： 由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在設(shè)計(jì)中加以綜合 考慮。型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過(guò)澆注系統(tǒng)從壓力中等分所得的足夠壓力，以 保證塑件熔體同時(shí)均勻地充滿每個(gè)型腔。該模具采用的平衡式，其結(jié)構(gòu)裝配圖所示。 分型面設(shè)計(jì)： 該模具采用的是單分型面的模具，其分型分面的設(shè)計(jì)原則就滿足以下幾項(xiàng)原則： （1）塑件的脫模； （2）保證的塑件的質(zhì)量。該模具采用在最大圓周上，保證了塑件的外觀； （3）便于模具加工，該模具采用在圓周上分型，模具的型腔容易在電火花上加上， 型芯也易于加工； （4） 對(duì)成型面積的影響； （5） 對(duì)排氣效果的影響； 該模具的分型面的設(shè)計(jì)可以見圖 5，它基本符合上述要求。 4.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)它是獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑件以及最佳的成型效率有直接影響。 此塑件采用普通澆注系統(tǒng)，它是主由主流道、分流道、澆口、冷料井組成的。澆注 系統(tǒng)是一副模具的重要的內(nèi)容之一。從總體來(lái)說(shuō)，它的作用可以作如下歸納：它是 13 將來(lái)自注塑機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸教送到型腔，同時(shí)使型腔的氣體能及 時(shí)順利排出，在塑件熔體填充凝固的過(guò)程中，將注塑壓力有效地傳遞到型的各個(gè)部 位，以獲得形完整、內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件制件。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般原則：了解塑件的成型性能和塑件熔料的流動(dòng)特性。采 用盡量短的流程，以降低熱量與壓力損失。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于良好的排氣， 澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利填充型腔。便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。確保均勻進(jìn)料。 4.4.1 澆注系統(tǒng)分類的設(shè)計(jì) （1） 主流道的設(shè)計(jì)： 主流道是澆注系統(tǒng)中從注塑機(jī)噴嘴與模具的部位開始，到分流道為止的塑件熔 體的流通通道。在注塑機(jī)上，主流道垂直分型面。為了使凝料從其中順利推出，需 設(shè)計(jì)成圓錐形，錐角為 20~60，表面粗糙度 Ra<0.8μm,主流道部分在成型過(guò)程中，其 小端入口處與注塑機(jī)及一定溫度、壓力的塑料熔體要冷熱交替反復(fù)接觸，屬易損件， 對(duì)材料的要求較高，因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆。一般采用碳素工具鋼即 T8A、T10A 等。把它熱處理到 53~57HRC。取主流道的球面半徑為 15.5mm. （2）分流道的設(shè)計(jì)： 分流道是指主流道末端與澆口之間的通道。此副模具采用圓形的截面形狀，對(duì) 于壁厚小于 3mm,質(zhì)量在 200g 以下的塑件，截面的直徑可采用如下的的經(jīng)驗(yàn)公式： （4-12）4/1265.0LWD? =0.2654 15 61/4 ? =1.6mm 其中：D 是分流道的直徑；L 是分流的長(zhǎng)度；W 是塑件的質(zhì)量；此副模具選分流 道的截面積為 D=2mm。由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位 的塑料的熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面粗糙度 Ra 要求比較高，一 般取 1.6μm 左右。分流道在分型面上的布置的形式，它必須遵循以下兩方面的原則， 即一方面排列緊湊，縮小模具板面的尺寸，一方面流程盡量短，鎖模力力求平衡， 14 該模具采用平衡式的分流道。 分流道的布置： 分流道的布置也根據(jù)型腔的位置而定，型腔位置確定要考慮模具在分型面上力 的平平衡問(wèn)題，它的要求是反作用力，以及鎖模力就作用于主流道中心。根據(jù)流體 力學(xué)和熱力學(xué)原理可知，圓形橫截面流動(dòng)陰力最小，熱量損失小，熔體降溫最慢， 因此分流道選用圓柱形，設(shè)計(jì)是一模四穴平衡式布局，保證各型腔均勻地進(jìn)料。 （3） 澆口的設(shè)計(jì)： 由塑料、橡膠成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得澆口的各尺寸如下: （4-13）30/)9.~6(21Aob? t=(1/3)b=0.6 55001/2/30? =1.4mm =0.45mm 澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵的部 位，也是最薄點(diǎn)。其形狀、大小及位置應(yīng)根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚、成型材料及 塑件技術(shù)要求等進(jìn)行而確定。澆口分限制性澆口和非限制性澆口，該塑件采用的是 限制性澆口，它一方面通過(guò)截面積的突然變化，使分流道輸送來(lái)的塑料熔體的流速 產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，有利于塑料進(jìn)入，使其充滿型腔。另一方面改善塑料 熔體進(jìn)入型腔的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時(shí)充滿，可控制填充時(shí)間、 冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量， ，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝 料與塑件分開的作用。 此副模具，開模時(shí)，澆口即被自動(dòng)切斷，流道凝料自動(dòng)脫落，模具采用二板式 的結(jié)構(gòu)。ABS 具有良好的力學(xué)性能，它適用于采用側(cè)澆式澆口，塑件從邊緣進(jìn)料， 能夠提高生產(chǎn)率，并去除澆口方便，有利于熔體流動(dòng)和補(bǔ)縮口，有利于型腔內(nèi)氣體 的排出，減少塑件熔接痕，增加熔接強(qiáng)度。它在推出時(shí)，由于澆口及分流道成一定 角度，形成了能切斷澆口切口，這一切口所形成的剪切力可以將澆口自動(dòng)切斷。 澆口的位置的確定： 15 設(shè)計(jì)中，澆口的位置及尺寸的要求是比較嚴(yán)格的，初步試模，必要時(shí)還需要修 改。因此澆口的位置的開設(shè)，對(duì)成型性能及成型質(zhì)量的影響是很大的。一般在選擇 澆口位置時(shí)，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征，成型質(zhì)量和技術(shù)要求，綜合分析。 一般要滿足以下原則： ①盡量縮短流動(dòng)距離。 ②澆口應(yīng)開設(shè)在塑件的壁厚。 ③必須盡量減少或避免產(chǎn)生熔接痕。 ④應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。 ⑤考慮分子定向的影響。 ⑥避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。 ⑦不在承受彎曲沖擊載荷的部位設(shè)置澆口。 ⑧澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件的外觀質(zhì)量。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)的考慮，該塑件是等壁塑件，又為了不影響塑件的外觀，該塑件采用 側(cè)澆口，它能保證塑料迅速而且均勻充滿型腔。而且還有利于氣體的排除。 4.4.2 澆注系統(tǒng)的平衡 該塑件是屬于小型塑件，采用一模多腔，這樣有利于提高生產(chǎn)效率。但是在設(shè) 計(jì)時(shí)是否能同時(shí)達(dá)到充滿型腔的目的。這就要對(duì)澆注系統(tǒng)的平衡。若澆口平衡則可 以得到良好的物理和較精度尺寸的塑件。 分流道的布置分平衡式和非平衡式。平衡式是指從主流道到各分流道，其長(zhǎng)度、 截面形狀和尺寸均對(duì)應(yīng)相等。非平衡式即上述的參數(shù)不相等。 澆口的平衡的經(jīng)驗(yàn)公式如下： BGV=AG/(LR)1/2LG （4-14） 其中： A G澆口的截面面積；L R從主流道中心至澆口的流動(dòng)通道的長(zhǎng)度； L G澆 口的長(zhǎng)度。 此副模具是采用平衡式的，其上面的數(shù)據(jù)是一樣的，所以澆口是平衡的。 為了更加精確得到澆口的平衡，可以采用以下公式： 16 k=s/(lXe1/2) （4-15） =3.14 (2.5/2)2/(0.8Xe1/2) ? 由式得： K1/K2=M1/M2=(s1l2e1/2)/(s2l1e1/2) （4-16） 其中：k 是澆口平衡系數(shù)；S 澆口的橫截面面積；L 是澆口的長(zhǎng)度；e 是主流道 至型腔澆品的距離。 分流的平衡的計(jì)算： l1/l2=d1/d2=Q1/Q2 （4-17） =1.6/1.6=15/15 =1 由于采用是一模兩腔的，且采取的是平衡式的澆口，所以分流道的長(zhǎng)度、和分 流道的截面積尺寸也是一樣的。上式的式子它沒有考慮到分流道轉(zhuǎn)彎部分阻力的影 響，以及模具濕度不均勻的影響。 其中：L 1、 L2是流道 1 和 2 的長(zhǎng)度；D 1,d2 是流道 1 和 2 的直徑； Q 1 、Q 2 別是 塑料熔體在流道 1 和 2 的流量。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，還要對(duì)澆口平衡進(jìn)行試模。其步驟如下： ①首先將各澆口的長(zhǎng)度和厚度加工成對(duì)應(yīng)相等的尺寸。 ②試模后檢查每個(gè)型腔的塑件的質(zhì)量。 ③將后充滿的型腔的澆口的寬度略為修大一點(diǎn)，盡可能不改變澆口厚度， 因?yàn)闈部诤穸炔灰?，則澆口冷凝封固時(shí)間也就不一樣。 ④用同樣的工藝條件重復(fù)上述步驟直到滿意為止。 冷料井的設(shè)計(jì)： 用一個(gè)井穴將主流道延長(zhǎng)以按收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔， 把這一用來(lái)容納注射間隔產(chǎn)生的井穴稱為冷料井。 冷料穴一般設(shè)計(jì)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同 或略大一些深度約為直徑 1～1.5 倍。冷料井除了具有容納冷料的作用外，同時(shí) 17 還具有在開模時(shí)將主流道和分流道的冷料勾住使其保留在動(dòng)模一側(cè)，便于脫模 4.5 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱之為推出機(jī)構(gòu)。本副模具是通過(guò)注塑機(jī)的合 模機(jī)構(gòu)，把力傳給推板，然后通過(guò)通過(guò)固定板，再通過(guò)推桿，最后傳給推件板，把 塑件推出的。推出零件常分為推件板、推桿、推管、成型推桿等。此副模具所設(shè)計(jì) 的塑件是屬于薄壁塑件，而且在推出時(shí)不允許有推出痕跡，所以該模具采用推件板 推出，這樣有利于保證塑件的精度。此模具的設(shè)計(jì)也要滿足一般推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原 則：塑件滯于動(dòng)模一側(cè)，這樣有利于設(shè)計(jì)推出推出機(jī)構(gòu)，以致于使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 防止塑件變形、力求良好的塑個(gè)外觀、結(jié)構(gòu)可靠、脫模時(shí)工作可靠，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，制 造方便，更換容易。 脫模力的計(jì)算： Fd=Fp=AP （4-18） =3500 10-9 3 107? =105N 其中 Fd 是脫模力；Fp 是塑件對(duì)型芯的包緊力；P 為塑件對(duì)型芯的單位面積的包 緊力。模外冷卻取 P 約為 2.4~3.9*107Pa；模內(nèi)冷卻約取 0.8*1.2*107Pa,由此式可以 得到，當(dāng)塑件越大，對(duì)型芯的包緊面也越大，因此脫模力也越大，在模內(nèi)脫出所需 的脫模力要少于模外脫出的脫模力。但模內(nèi)脫模容易使塑件容易變形，因此該模選 用模外脫模。 此副模具采用簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)。它需要設(shè)計(jì)推桿、推件板、推桿固定板、推板等 的設(shè)計(jì)。 推桿的設(shè)計(jì)：此模具由于塑件是圓形件，各處的脫模力是一樣的，為了各處平 衡，設(shè)計(jì)推桿時(shí)應(yīng)均勻布置推桿。這樣使系統(tǒng)就顯得比較平衡了，增加了推桿的壽 命。推桿的直徑的設(shè)計(jì)，其尺寸和結(jié)構(gòu)如圖 6: 18 圖 6 推桿 推桿在推推件板時(shí)，應(yīng)具有足夠的剛性，以承受推出力，條件充許的話，盡可 以把推桿的直徑設(shè)得大一點(diǎn)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的推算，選推桿的直徑為 10mm，為了保持推 桿在工作時(shí)具有一定的穩(wěn)定性，把它進(jìn)行校核。由公式: d=φ(L 2Q/nE)1/4 （4-19） =1.5(1202105/4 2.2 105)<10mm? 取直徑為 10mm,已經(jīng)足夠了。 進(jìn)行強(qiáng)度校核： σ=4Q/n 3.14d2≤σ s （4-20）? =4 105/4 3.14 102? =410/1256<σ s 說(shuō)明它的強(qiáng)度是滿足的。其中 d 是推桿直徑；φ 是安全系數(shù)；通常取 1.5；L 是推桿長(zhǎng)度；Q 是脫模阻力；E 彈性模量；n 是推桿的根數(shù)；σ s是推桿的屈服極限。 推桿的材料選用 T8A，淬火處理。 推桿的固定形式，推桿直徑與模板上的推桿孔采用 H8/f7r 的間隙配合。推桿的 工作端面的配合部分的表面粗糙度 Ra 為 0.8μm。 推件板的由一塊與型芯按一定的配合精度相配合的模板，它是在塑件的周邊端 面上進(jìn)行推出，因此，作用面積大，推出力大，且均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，并且在塑件上 沒有推出痕跡。推件應(yīng)與型芯呈錐面配合，這樣可以降低運(yùn)動(dòng)磨擦，推件板與型芯 19 的配合，以不產(chǎn)生溢料為準(zhǔn)，否則推件板復(fù)位困難，并且有可能造成模具損壞。推 件板復(fù)位后，推板與動(dòng)模座板之間應(yīng)有 2~3mm 的空隙。 推件板的厚度計(jì)算：對(duì)于筒形或圓形，推件板受力狀況可以簡(jiǎn)化為“圓環(huán)形平 板周界到集中的載荷” 。按強(qiáng)度計(jì)算可得厚度為： h=(K2Q/[σ]) 1/2 （4-21） =(0.1 105/220)1/2<20mm? 所以對(duì)推件板采用 20mm，已經(jīng)足夠了。其中：h 是推件板的厚度；K 2是系數(shù)； Q 是脫模阻力。對(duì)于推件板，雖然推出的效果要比推桿好，但是當(dāng)型芯和推件板的 配合不好，則在塑件上會(huì)出現(xiàn)毛刺，而且塑件還有可能會(huì)滯在推件板上。在推出過(guò) 程中，由于推件板和型芯有磨擦，所以推件板也必須進(jìn)行淬火處理，以提高其耐磨 性。推件板的材料選用 T8A，淬火處理，使其硬度達(dá)到 55~60HRC，提高其耐磨性。 此副模具是采用潛伏式澆口，開模時(shí)，塑件包在動(dòng)模型芯上，并且隨動(dòng)模一起 移動(dòng)，所以它采用單分型面，這樣當(dāng)動(dòng)模移動(dòng)，潛伏澆口被切斷，而分流道、澆口 和主流道凝料在冷料井倒錐穴的作用下，拉出定模而隨動(dòng)模移動(dòng)。 推桿固定板的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖 7： 推桿固定板它只要滿足它的強(qiáng)度和剛度則就可以滿足需要。它的粗糙度要求可 以比較低。它是起到固定推桿的作用。 推板的設(shè)計(jì)主要從它的強(qiáng)度和剛度去考慮，只要滿足了，則就可以了。經(jīng)核算 推桿固定板和推板它們的厚度均為 20mm,都采用 T8A，淬火處理，使其硬度達(dá)到 50~55HRC。 20 圖 7 推板 4.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 注射模具的溫度設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)，不僅影響塑件的質(zhì)量，而且對(duì)生產(chǎn)效率、充模 流動(dòng)、固化定型都有重要影響。 模具對(duì)塑件質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 改善成形性 （2） 成形收縮率 （3） 塑件變形 （4） 尺寸穩(wěn)定性 （5） 力學(xué)性能 （6） 外觀質(zhì)量 當(dāng)大批量的生產(chǎn)時(shí)，而且又要滿足塑件的質(zhì)量要求時(shí)，增多型腔是不現(xiàn)實(shí)的。 這時(shí)提高生產(chǎn)率顯得尤其重要了。而提高生產(chǎn)率又與模具溫度的控制有密切關(guān)系。 21 生產(chǎn)效率主要取決于冷卻介質(zhì)（一般是水）的熱交換效果。因此縮短注射成形周期 的冷卻時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。 根據(jù)牛頓冷卻定律，冷卻介質(zhì)從模具帶走的熱量為： Q=αA△Tθ ’ （4-22） =8.2 4.45 10-2 40 6?? =88J 其中：α 是冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù)；A 冷卻管道壁的傳熱面積； △T 模具與冷卻介質(zhì)溫度之差值；θ ’冷卻時(shí)間，單位（s） 。 由上述式子可得，當(dāng)需傳遞熱量不變時(shí)，可通過(guò)以下三條途徑來(lái)縮短冷卻時(shí)間。 （1） 高傳熱系數(shù) α。 α =φ （ ρv ） 0.8/d0.2 （4-23）=7.5 (1 2)0.8/100.2?? =8.2 其中：φ 是冷卻介質(zhì)；ρ 是冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度；v 是冷卻介質(zhì)的流速。 由上式得，只有提高冷卻介質(zhì)的流速，便可達(dá)到傳熱系數(shù)。 （2） 高模具與冷卻介質(zhì)間的溫差△T △T=T w-Tθ （4-24） =60-20 =40℃ 其中：T w是模具溫度；T θ 是冷卻介質(zhì)的溫度。一般模溫是一定，為了提高溫差 △T，有利于縮短冷卻時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。 （3） 增大冷卻介質(zhì)的傳熱面積 A。 A=n 3.14dL （4-25）? =4 3.14 10 355 =44588mm2 22 L 模具上一根冷卻水孔的長(zhǎng)度；d 是冷卻通道的直徑；n 是模具開設(shè)冷卻通道孔 數(shù)。顯然，應(yīng)在模具上開盡可能多的冷卻通道，以增大傳熱面積，縮短冷卻時(shí)間， 達(dá)到提高生產(chǎn)生產(chǎn)效率。 冷卻時(shí)間的計(jì)算：影響冷卻時(shí)間的因素有如下： ①模具材料； ②冷卻介質(zhì)溫度和及流動(dòng)狀態(tài) ； ③模塑材料 ； ④塑件壁厚； ⑤冷卻回路的設(shè)計(jì)； ⑥模具溫度。 冷卻時(shí)間指塑料熔體從充滿型腔時(shí)起到可以取出塑件時(shí)止這一段時(shí)間。本副模 具采用塑件截面內(nèi)平均溫度達(dá)到規(guī)定的脫模溫度時(shí)，所需冷卻時(shí)間的簡(jiǎn)化計(jì)算公式： θ ’=[t2/(3.142k)]In[8(Tm-Tw)/3.142(Ts-Tw)] （4-26） =[12/3.1422.7 10-7In[8(200-60)/3.142(80-60)]? =4s 其中：式中 θ ’是塑件所需冷卻時(shí)間；t 是塑件的厚度 t=1mm；k 是塑件的熱擴(kuò) 散率；k=2.7*10 -7m2/s；T m是塑料熔體溫度；T s塑件脫時(shí)的截面內(nèi)平均溫度；T w是模 具溫度,ABS 料時(shí)模具溫度為 60℃。 冷卻水的進(jìn)出口溫差由下式校核： t1-t2=G*△ i/900 3.14 102Cρv （4-27）? 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則： ① 冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大； ② 冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等； ③ 澆口處加強(qiáng)冷卻； 23 ④ 冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量?。?⑤ 冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置； ⑥ 冷卻水道盡量避免在塑件的熔接痕處； ⑦ 合理確定冷卻水接頭位置。 4.7 注射模與注射機(jī)的關(guān)系 型腔的數(shù)量的確定和校核：此副模具選用的是 SZ-320/1250 的注射機(jī)。其中技 術(shù)規(guī)格見《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的 235 頁(yè)?，F(xiàn)詳述如下：這是由上海第一塑料機(jī) 械廠生產(chǎn)的： 理論注射量為 335cm3； 螺桿直徑 D=48mm； 注射壓力 145Mpa； 注射速率 v=140g/s； 塑化能力 19g/s； 螺桿轉(zhuǎn)速 v=10 ~200r/min； 鎖模力 F=1250KN； 拉桿內(nèi)間距 d=415*415mm； 移模行程 s=360mm； 最大模具厚度 d=550mm； 最不模具厚度 d=150mm； 鎖模形式為雙曲肘； 模具定位孔直徑為 D=φ160mm； 噴嘴球半徑 d=SR15。 由注射機(jī)料筒塑化速率確定型腔數(shù)量 n 得： n=2≤(KMt/3600-m 2)/m1 （4-28） ≤(0.8 19x3600 6/3600-40)/15? ≤3.4 24 其中：n 是型腔數(shù)目；K 是注射機(jī)的最大注射量的利用系數(shù)，取 0.8；M 是注射 機(jī)的額定塑化量；t 是成型周期，此時(shí)取 6s(因?yàn)樵谏厦嫠懔怂芗睦鋮s時(shí)間為 4s, 它占整個(gè)周期的 2/3.)m2 是澆注系統(tǒng)的塑料的質(zhì)量體積。型腔數(shù)為 2 符各要求。 注射量的校核： 由公式得: nm1+m2≤80%m （4-29） 2x15+40≤80%x335/1.02 70≤262 其中：m 是注射機(jī)充許的最大注射量；1.02 是 ABS 的密度。所以能保證注射模 內(nèi)所需熔體總量在注射機(jī)的最大注射范圍內(nèi)。 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核； 經(jīng)算得，塑件在分型面的投影面積和澆注系統(tǒng)在模具分型面的投影面積之和最 多不超過(guò) 5500mm2,在此就作 5500mm2。 由鎖模力的校核公式得： (nA1+A2)P
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