喇叭固定圈注塑模具設計（全套含說明書和CAD圖紙）

喇叭固定圈注塑模具設計（全套含說明書和CAD圖紙）,喇叭,固定,注塑,模具設計,全套,說明書,仿單,以及,cad,圖紙 機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè) 外文翻譯 7 翻譯譯文： 大尺寸塑料模具鋼AISI.P20鋼的淬火過程設計 大尺寸的AISI.P20鋼，用于厚度不小于200mm的塑料模具鋼，為獲得一定的淬硬層，適當?shù)臒崽幚磉^程是十分關(guān)鍵的。本文就AISI.P20鋼的不同熱處理過程如油淬，直接水淬，水淬前預冷和自我回火，做了計算機模擬的數(shù)字調(diào)研，對數(shù)學模型熱處理過程細節(jié)做了討論，包括局部熱傳遞的不同反應式，熱物理性質(zhì)，潛熱，熱傳遞系數(shù)和相變計算，結(jié)果顯示；預冷水淬和自我回火，不僅能有效地防止淬裂，而且比油淬獲得更深的淬硬層 關(guān)鍵詞：計算機 模擬，熱處理過程，AISI.P20鋼，塑料模具 1. 前言 AISI.P20鋼，塑料模具鋼，通常淬硬前硬度值大約30~36HRC。P20鋼應該有均勻的硬度，在同一截面上，硬度值最大不超過3HRC，這就要求共析鐵素體盡可能少。 AISI.P20鋼，0.28%~0.40%C,0.20%~0.80%Si,0.60%~1.00%Mn,1.40~2.0%Cr,0.30%~0.553%Mo,<0.03%S,<0. %03P。油淬時鋼的最大厚度不應超過150mm。厚度超過150mm的大尺寸的鋼，為獲得一定的淬硬層，適當?shù)臒崽幚磉^程是非常關(guān)鍵的。然而熱處理過程是包括熱傳遞現(xiàn)象，冶金性，力學現(xiàn)象等復雜的過程。它很難或者說不可能用分析的方法來正確而有效地描述所有的物理現(xiàn)象。所以，在過去，熱處理過程的建立只是根據(jù)經(jīng)驗，而缺乏科學依據(jù)。近年來，計算機模擬使其有了巨大的進步。進行溫度與相度應力的耦合。3D非線性有限元素分析、相變動力的計算、對急劇轉(zhuǎn)變邊界條件的處理等。這些計算結(jié)果為引導制造業(yè)的計算機模擬，提供了一些基本法則。本文中，分析由計算機模擬的AISI.P20鋼的不同熱處理過程，提出預冷水淬和自我回火。 2. 熱處理過程的數(shù)學模型 2.1熱傳遞過程中，局部不同的反應： 大尺寸鋼在熱處理過程中的導熱量，可以通過3D模型局部不同反應方程計算出來 (1) 邊界條件和初始條件為： 是導熱性， 是比熱容，q是內(nèi)熱源是垂直于表面的溫度梯度，是表面溫度，是淬火介質(zhì)溫度， n是傳熱系數(shù)。邊界條件與初始條件作為鋼的表面溫度的函數(shù)輸入。 在分析瞬時溫度時，3D有限元分析法解傳熱方程用前一個反應式，當時間范圍是離散的，用后一個反應式。 這里的代表模具導熱率，代表模具熱容率，是供熱介質(zhì)。 熱物理性質(zhì)： 圖1 在AISI P20鋼上不同微觀組織的熱物理性質(zhì)：（a）導熱率（b）比熱（c）密度（M=馬氏體，B=貝氏體，P=珠光體，F(xiàn)=鐵素體，A=奧氏體） 上述圖1顯示：熱物理性質(zhì)是相成分和溫度的函數(shù)，可表示為 （5） 這里的代表，是第k相的體積分數(shù)，k分別表示為A（奧氏體），M（馬氏體），B（貝氏體），P（珠光體），F(xiàn)（共析鐵素體） 潛熱 由相變產(chǎn)生的內(nèi)熱源的密度由（6）計算 （6） 這里的是當奧氏體轉(zhuǎn)變的時候，每單位奧氏體與每單位第k相的差值。如表-1所示。是第k相在中的體積分數(shù)。 熱傳遞系數(shù) 當在空氣中冷卻時，綜合的熱傳遞系數(shù)包括：輻射傳遞系數(shù)和對流轉(zhuǎn)移系數(shù)，即 （7） 輻射傳遞系數(shù)，表示為： （8） 這里是表面熱輻射系數(shù)，本文中取為0.6，是Stefan-Boitzmann常數(shù)，=5.768 在空氣中冷卻的對流轉(zhuǎn)移系數(shù)的經(jīng)驗公式可近似地表述為 （9） 油和攪動的水的熱傳遞曲線是用反向熱傳遞的方法取得(IHTM)。首先，從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得冷卻曲線；這個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在不同位置有平探頭，尺寸120mm120mm20mm，如圖2所示。然后，這些冷卻曲線輸入基于ZHTM的有限差系統(tǒng)。從而計算出熱傳遞系數(shù)。圖3所示是計算之中和攪動的水的熱傳遞系數(shù)。用的槽車，尺寸為4.5m7.5m4m。 2.5相變計算 在熱處理中的相變通常分為擴散型相變和元擴散型相變（馬氏體轉(zhuǎn)變） 對擴散型相變，持續(xù)的冷卻曲線可能被打斷，在極短的時間間隔的恒溫區(qū)。孕育期采用的是Scheil可加性法則來確定，也就是標志相轉(zhuǎn)變開始時間John-Mchl-Avraml公式用來確定潛伏時間和評定微觀組織的體積分數(shù) Scheil可加性法則： （10） John-Mehl_Avarami反應式： （11） 潛伏時間： （12） 潛伏期體積分數(shù)： （13） 真正的體積分數(shù)： （14） 這里表示在一定T下的潛伏期，表示在一定溫度下短暫的等溫時間。b和n是兩個常數(shù)，它們由TTT圖上是新相體積分數(shù)從1%和99%的兩條不同曲線得到。和是新相在 i-1和i中的體積分數(shù)，是奧氏體在i時間的體積分數(shù)新相轉(zhuǎn)變開始的殘余奧氏體的體積分數(shù) 對馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體的數(shù)量僅僅是溫度的函數(shù)，其體積分數(shù)由Koistinen-Mar.burger法則得出： （15） 這里是馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度。是一個常數(shù)，對于AISI.P20鋼。 3. 結(jié)果與討論 商用FE軟件MSC.Marc和用戶自己定義的子程序用于分析AISI.P20鋼熱處理過程，大尺寸的P20鋼（1700mm1000mm460mm0）.由于其對稱性，還有一個高度的幾何條件需要考慮，通過試探法來確定網(wǎng)孔的尺寸，圖5所示用膨脹計測試的AISI.20鋼的TTT圖。用膨脹計是為了便于熱處理過程中相轉(zhuǎn)變的計算。 3.1油淬 油通常作為AISI.P20鋼的淬火介質(zhì)，來避免、降低鋼在熱處理過程中的淬裂度，圖3所示的是油的熱傳遞系數(shù)，在860奧氏體后。然后大尺寸的鋼被油淬，圖6所示為油淬后沿中心軸的計算的微觀組織分布的狀態(tài)。 如圖6示，沒有發(fā)現(xiàn)馬氏體，貝氏體也很薄，在鋼表面大約10mm深處珠光體開始出現(xiàn)。當鐵素體體積分數(shù)達到峰值12.5%時，從表面大約50mm深至中心的主要相是珠光體，因此，對于大尺寸的P20鋼，油淬是不合適的。 3.2 直接水淬 因為油淬的淬硬層太薄，所以用水淬來代替油，在860，奧氏體出現(xiàn)后，鋼被水淬至室溫，圖7所示是大尺寸的模具鋼淬火后沿中心線計算的微觀組織分布狀態(tài)。 從圖3（b）中可以看出攪動的水具有很高的冷卻能力，當鐵素體出現(xiàn)在鋼表面100mm深時，珠光體出現(xiàn)在表面下30mm深處。而中心鐵素體體積分數(shù)增加不足10%，所以，對于想獲得更合適的微觀組織的大尺寸鋼，水淬是合適的 雖然通過直接水淬，能夠獲得較好的組織分布。但是在實際熱處理中，淬火裂紋總是發(fā)生。所以，什么是更合適的熱處理過程，需要進一步的研究。 3.3 水淬+空氣預冷 從圖8中可以看出，在直接水淬過程中產(chǎn)生的裂紋和角落周圍的馬氏體轉(zhuǎn)變相關(guān)。為了克服這個問題，本文中，將設計和模擬新的熱處理過程—水淬+空氣預冷。 圖9所示是空氣預冷1200S后的珠光體分布狀態(tài)。從圖9（a）中可以看出，預前空冷合適的時間，角落的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最終降低了在后續(xù)的水淬過程中產(chǎn)生裂紋的傾向。圖9 中b,e,d所示在空氣預冷過程中非常薄的珠光體層在角落周圍。在鋼的大部分區(qū)域，奧氏體沒有分解，在后續(xù)的水淬過程中將持續(xù)分解，和直接水淬一樣。 在大尺寸P20鋼的實際熱處理過程中，證明，空氣預冷能有效地避免淬硬裂紋，但是，一些小的裂紋仍然產(chǎn)生。這些裂紋位于表面附近。它們是在水淬過程中馬氏體轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的。為了使大尺寸AISIP20鋼的熱處理過程最佳化。本文將設計和模擬另一個熱處理過程：空氣預冷+水淬+自我回火。 3.4 空氣預冷的水淬 圖11所示是沿中心線的不同位置的冷卻曲線。熱處理過程包括4個階段：預冷1118s；第一次水淬3892s；第一次空冷201s；第二次水淬2380s 圖11所示為模擬結(jié)果。第一次水淬后，表面溫度接近100，低于 點，所以，馬氏體開始轉(zhuǎn)變。如果繼續(xù)在水中冷卻，鋼很容易產(chǎn)生淬火裂紋。此時，鋼在水淬后進入第一次空冷，從中心的傳過來的熱量將增加表面溫度，使其溫度在200以上。因此，轉(zhuǎn)變的馬氏體被回火，它的脆性降低，但是短暫的回火不會影響鋼料中心的冷卻速率。第二次水淬后表面溫度低于100，中心溫度降低接近300。所以，鋼被取出后，放在空氣里，新的轉(zhuǎn)變的馬氏體和表面附近的貝氏體，類似于自我回火，這種方法有效于避免淬硬裂紋。用這個方法形成的組織狀態(tài)和直接水淬形成的組織狀態(tài)基本相同。 結(jié)論： 根據(jù)熱傳遞和微觀組織狀態(tài)的數(shù)學模型，大尺寸的塑料模具鋼的熱處理過程作了進一步研究。闡述了水能夠取代油，作為淬火介質(zhì)。空氣預冷的水淬加自我回火是理想淬火過程之一。 AISI P20鋼奧氏體化后第一次空冷直至角落周圍只有薄薄的一層珠光體，而這些角落是最容易產(chǎn)生淬火裂紋的地方。在后續(xù)的水淬過程中當表面轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，鋼從水中轉(zhuǎn)至空氣中，即鋼料作新形式的馬氏體自我回火。模擬結(jié)果清楚的顯示了預冷和自我回火不會降低淬硬深度。其微觀組織狀態(tài)與直接水淬得到的組織相似，但是后者更能有效阻止淬火裂紋，比油淬能獲得更深的淬硬層。 注： 15 喇叭固定圈注塑模具 設計說明書 設 計 題 目 ： 設 計 者： 班 級： 指 導 教 師： 摘 要 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，對注塑模具的設計與生產(chǎn)提出了質(zhì)量好、制造精度高、研發(fā)周期短等越來越高的要求，能否適應這種需求已成為模具生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。模具技術(shù)是融合機械工程、計算機應用、自動控制、數(shù)控技術(shù)等學科為一體的綜合性學科。 本文中針對喇叭固定圈注射模具制定出合理的設計結(jié)構(gòu)，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(gòu)設計，冷卻系統(tǒng)設計等。根據(jù)分析，設計了一套塑料注射模具，并對模具以及主要零件進行了CAD繪圖。 關(guān)鍵字：注射模具，澆注系統(tǒng)，脫模機構(gòu)，冷卻系統(tǒng) 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第1章 前言 1 第2章 塑件的工藝分析 2 2.1塑件的工藝性分析 2 2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 4 2.2.1結(jié)構(gòu)分析 4 2.2.3表面質(zhì)量分析 4 2.3 計算塑件的體積和質(zhì)量 4 2.4 注塑機的初選 4 第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設計 5 3.1 注射模具分型面的選擇 5 3.1.1 分型面的基本形式 5 3.1.2 分型面選擇的基本原則 5 3.1.3 分型面的選擇 5 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 5 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 5 3.2.2 注射模具主流道的設計 6 3.2.3 分流道的設計 7 第4章 成型零件的設計 9 4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設計 9 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設計 10 4.3 成型零件的尺寸確定 10 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設計 10 4.3 成型零件的尺寸確定 11 第5章 頂出機構(gòu)的設計 14 第6章 冷卻系統(tǒng)的設計 16 第7章 排氣系統(tǒng) 18 第8章 成型設備有關(guān)參數(shù)校核 18 第9章 模具特點和工作原理 19 總 結(jié) 20 參考文獻 21 第1章 前言 塑料制品的成型是塑料成為具有實用價值制品的重要環(huán)節(jié)。塑料成型方法已達40多種。其中最重要的是注射，擠出，吹塑和壓制等。它們幾乎占了整個塑料成型的85%；其中注射尤為突出，占塑料成型的30%以上。注射模具成形是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，有些熱固性塑料也可以用注射模塑成型。 先進制造技術(shù)的發(fā)展使人們不再單純地依賴產(chǎn)品圖或產(chǎn)品樣件來設計制作模具,逆向工程技術(shù)的應用使產(chǎn)品的圖片、照片或影像資料,甚至產(chǎn)品模具本身,都可以作為模具的設計依據(jù)。逆向工程技術(shù)特別在消化、吸收國外先進模具技術(shù)方面具有突出的優(yōu)勢, 由此還帶來設計思路上的變化,有時可以先設計模具型腔,然后據(jù)此再完善產(chǎn)品設計圖樣。 21 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是喇叭固定圈產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 圖2.1 喇叭固定圈圖 2.1塑件的工藝性分析 該材料為ABS，選擇材料：ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物 塑料分析：(１)、基本特性:ＡＢＳ是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ＡＢＳ具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使ＡＢＳ有良好的耐化學腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ＡＢＳ堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件有較好的光澤。密度為1.02~1.05/cm。ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70度左右，熱變形溫度約為93度左右。耐氣侯性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。 根據(jù)ABS中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應各種不同的應用。根據(jù)應用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。 （2）、主要用途 ABS在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池、冷藏庫和冰霜襯里等。汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制作水表殼、紡織器材、電器零部件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器、農(nóng)藥噴霧器及家具等。 （3）成型特點:ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60度，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在60~80度。 ABS的注塑工藝參數(shù) 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(zhuǎn)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 塑件精度要求,塑件工作要求不高，故選普通精度：４級 2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 2.2.1結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。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2mm,壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。 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(zhì)量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=46.87cm 計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設計手冊可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質(zhì)量：M=Vρ＝50g(通過3D軟件測量得到) 2.4 注塑機的初選 根據(jù)塑件的計算重量或體積，選擇設備型號規(guī)格，確定型腔數(shù)當未限定設備時，須考慮以下因素： 采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設計 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側(cè)；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應與成型設備的參數(shù)相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 1、確定成型位置 由于塑件結(jié)構(gòu)簡單,所以不用設計小型心,型腔直接開設在定模板和中間板上.采用兩排各8個型腔分布. 2、確定分型面 采用單分型面注射模,從AA分型面一次分型,如下圖所示: 圖3.1 分型面 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從成型設備噴嘴進入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。 （1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設計合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設計 主流道是熔融塑料由成型設備噴嘴先經(jīng)過的部位，它與成型設備噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融成型設備噴嘴反復接觸、碰撞，一般澆口不直接開設在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。 （1）主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從成型設備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。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 （2）主流道尺寸 在臥式或立式成型設備上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比成型設備噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，成型設備噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。 （3）主流道澆口套 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。 澆口套的材料應選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應進行淬火處理，為了防止成型設備噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應低于成型設備噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于成型設備的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于成型設備噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設備噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。 澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時，其出料端端面直徑應盡量選得小些。澆口套于成型設備的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于成型設備噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設備噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。 定位環(huán)是模體與成型設備的定位裝置，它保證澆口套與成型設備的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應與成型設備的定位孔間隙配合。澆口套端面應與定模相配合部分的平面高度一致。成型設備SZ-63／400的噴嘴球半徑為18 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設備噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取19 mm，圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴口內(nèi)徑，取3 .2mm，如圖3.2。 圖3.2 澆口套 主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能順利從澆口中拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為 3o。小端直徑d比成型設備噴嘴直徑大0.5－1mm。由于小端的前面是球面，其深度為3－5mm，取值為5mm，成型設備噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面大1－2mm。 3.2.3 分流道的設計 分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用，通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。 在注射過程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時，應是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設計要點總體歸納如下： 分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。 在可能情況下，分流道的長度應盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長度盡量相等，以達到注射大時壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時均勻的充滿各個型腔。在有些情況下分流道長度不能相等時，則應在澆口處作必要的補救措施，如果分流道較長時，應在其末端設置冷料穴，放置冷料和空氣進入模腔[15]。 在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應盡量的小，但分流道的截面積過小會降低注射速度，使填充時間延長，同時可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過大則增大冷卻時間應比型腔中塑件的冷卻時間要短，才不影響注射時的效率。因此在設計時應采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。 分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應采用軸對稱或中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。 在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少，在轉(zhuǎn)向處應圓滑過渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動。 當分流道設在定模一側(cè)或分流道延伸較長時，應在澆口附近或分流道的交叉處設置鉤料桿，以便于在開模時在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。 分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。 在總體分布中，應綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。 a．分流道的形狀和尺寸 分流道開設在定模板上，其截面形狀為半圓形，底部以圓角相連。分流道為二次分流道，具體形狀如圖三。 b、分流道的表面粗糙度 由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，這可增加對外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。 c、分流道在分型面上的布置形式 分流道在分型面上的布置形式與行腔在分型面上的布置形式密切相關(guān)。由于行腔呈矩形形狀分布，則分流道一般采用“非”字狀分布。 4.4.3、澆口的設計 此套模具采用的是點澆口的形式，點澆口是一種截面尺寸很小的澆口。這種澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增加塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱，從而導致容體的表現(xiàn)粘度下降，流動性增加，有利于型腔的充填。 第4章 成型零件的設計 4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設計 型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。這里選擇整體式型腔。 在塑料注射模具的注射過程中，型腔從合模到注射保證過程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應該有足夠的硬度和剛度，總的來說，型腔所承受的力大體有合模時的壓應力、注射過程中塑料流動的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開模時的壓應力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過程中總是在變化。在這些壓力作用下，當型腔的剛度不足時，往往會產(chǎn)生彈性變形，導致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度。所以在模具設計時要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強度和剛度，以保證型腔在注射過程中產(chǎn)生超過規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計算和選擇是十分重要的。 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設計 型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 成型零件的尺寸確定 （1）型腔側(cè)壁厚度的計算 按強度計算 其壁厚S按下列公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm 代入公式得：S=4mm （2）底板厚度的計算 按強度計算 其壁厚H按下面公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm 代入公式得：H=5.5mm 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設計 型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 成型零件的尺寸確定 （1）型腔尺寸計算 型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應選擇塑件公差△的1/2，取負偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計算尺寸的表述如下。 （a）型腔的徑向尺寸的計算式： 式中 D0—型芯的最小基本尺寸； —塑件的最大基本尺寸； S—塑件的平均收縮率，S=0.02； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選??； 根據(jù)公式計算得型腔的徑向尺寸： （b）型腔的深度根據(jù)尺寸的計算公式 式中 —型腔深度的最小尺寸； —塑件的最大基本小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計算得型腔的深度尺寸： （2）型芯尺寸的計算 型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計算尺寸表達如下。 （a）型芯的徑向尺寸的計算式： 式中 —型芯的最大基本尺寸； —塑件的最小基本尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計算得型芯的徑向尺寸： （b）型芯的高度尺寸的計算： 式中 —型芯高度的最大尺寸； —塑件內(nèi)形深度的最小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選??； 根據(jù)公式計算得型芯的高度尺寸： 確定主要零件結(jié)構(gòu)及尺寸 經(jīng)過初步設計,預選中小型315×400×194標準A1模架，各板厚數(shù)值皆已有國際規(guī)定，其強度足夠。 定模座板 外形尺寸：400×315×25mm；材料：Q235A；調(diào)質(zhì)HB216-260；澆口套與板之間采用φ20H7/k6過渡配合，四個孔距為260×160mm，四個小孔為160×100的銷釘孔。如圖5所示。 圖5 定模座板 4.6.3、型腔 外形尺寸：315×315×32mm；材料：45鋼；調(diào)質(zhì)HB230-270；板上開16腔孔；采用四個φ30,孔距為230*6mm的導套孔采用過渡配合（H7/k6）。 4.6.3、型芯 外形尺寸：315×315×32mm；材料：45鋼；調(diào)質(zhì)HB230-270；板上開24腔孔；采用四個φ20mm、孔距為258×260mm的導柱與孔采用過渡配合（H7/k6）；260×160mm。 4.6.7、推桿固定板 外形尺寸：199×315×20mm；材料：Q235A；四個與φ2.6推桿過渡配合、孔距為150×240mm的孔；四個用于連接推板的M12螺釘孔，孔距為285×160mm。 4.6.8、推板 外形尺寸：315×199×20mm；材料：45鋼；淬火HRC43-48；四個用于連接推桿固定板的φ12孔，孔距為285×160mm。如圖9所示。 圖9 4.6.9、動模座板 外形尺寸：400×315×25mm；材料：Q235A；調(diào)質(zhì)HB216-260；四個孔距為260×160mm的M16螺釘孔。如圖10所示。 圖10 動模座板 第5章 頂出機構(gòu)的設計 頂出機構(gòu)的分類：按驅(qū)動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。 按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。 （1）推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)，也叫頂出機構(gòu)或脫模機構(gòu)。推出機構(gòu)的動作通常是由安裝在成型設備上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。 結(jié)構(gòu)組成：由推出、復位和導向零件組成。 （2）結(jié)構(gòu)分類 手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。 （3）結(jié)構(gòu)設計要求 塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質(zhì)量,合模時應使推出機構(gòu)正確復位,動作可靠。 （4）結(jié)構(gòu)設計 （a）推桿推出機構(gòu) 推桿推出機構(gòu)是整個推出機構(gòu)中最簡單、最常見的一種形式。由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產(chǎn)中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 （b）推管推出機構(gòu) 推管推出機構(gòu)是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。 （c）推件板的推出機構(gòu) 凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構(gòu)義稱頂板頂出機構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。 特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。 （d）活動嵌件及凹模推出機構(gòu) 有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構(gòu)脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 （5）頂出機構(gòu)的設計原則： 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構(gòu)應設在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。 注射設備的頂出裝置都設計在動模一側(cè)，因此，在一般情況下開模時，盡量設計使塑件留在動模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應充分考慮。 在實踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側(cè)的情況時，可設法增加動默一側(cè)的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側(cè)面人為的開設橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構(gòu)。 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構(gòu)應設在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 第6章 冷卻系統(tǒng)的設計 塑料在生產(chǎn)過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設計可按下式進行計算： 設該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30°，產(chǎn)量為（1分鐘2模）1000g/h。 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3，查有關(guān)文獻得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J 求冷卻水的體積流量V V=WQ1/Pc1(T1－T2) =140cm3 溫度調(diào)節(jié)對塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：變形尺寸精度 力學性能 表面質(zhì)量 在選擇模具溫度時，應根據(jù)使用情況著重滿足制件的質(zhì)量要求。 在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質(zhì)帶走，因此注射模的冷卻時間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時間約占整個循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時間是提高是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。在冷卻水冷卻過程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在此我選擇湍流。 如表五： 冷卻水道直徑 d/（mm） 最低流量v /（m/s） 流量 qv/（m/min） 12 1.10 7.4×10 第7章 排氣系統(tǒng) 在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內(nèi)，在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，氣體如不能及時排出會使制件的內(nèi)部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿甚至會產(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于喇叭固定圈注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。 第8章 成型設備有關(guān)參數(shù)校核 1、模具閉合高度的確定 根據(jù)支承與固定零件中提供的數(shù)據(jù)確定：定模座板H1=25mm ，上固定板H2=20mm 下固定板H3=25mm支承板H4=32mm動模座板H5=25mm，墊塊H6=50mm H=H1+H2+H3H+H4+H5+H6+H7 =25+20+25+32+25+50=177mm 2、 注射機有關(guān)參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為315㎜×400㎜，XS—Z—125型注射機模板最大安裝尺寸為500㎜×500㎜；故能滿足模具的安裝要求。 經(jīng)驗證，XS—Z—250型注射機能夠滿足使用要求，故可以采用 第9章 模具特點和工作原理 1、模具的特點： 該模具是兩板模，設計了1 個水平分型面。設計了定距拉桿， A 分 型面是為了取出制件。該模具一模8件，節(jié)省了成本，降低了制造周期，提高了生產(chǎn)效率。 2、模具的工作過程 模具裝配試模完畢后，模具進入正式工作狀態(tài)，其基本工作過程如 下。 （1）對塑料進行烘干，并裝入料斗。 （2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當?shù)念A熱。 （3）合模、鎖緊模具。 （4）對塑料進行預塑化，注射裝置準備注射。 （5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。 （6）脫模過程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注 塑機推桿推動模具推板，從而推動推件桿將之間頂出。 總結(jié) 總 結(jié) 這次課程設計針對設計內(nèi)容進行了大量的工作，順利完成了課程設計中所提出的各項任務，達到了課程設計的目的。 通過此課程設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。 課程設計進行三維造型繪制；完成塑件注射模具方案設計和相關(guān)設計計算；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。 參考文獻 [1] 申長雨，陳靜波等. 塑料型材擠初模具 CAE 技術(shù)[M]. 模具工業(yè)出版社，2001(7). 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