儲物箱的注射模具

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1、目 錄 摘要…………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1 1 前言…………………………………………………………………………………1 1.1 塑料模具研究的意義……………………………………………………………2 1.2 國內(nèi)外研究及其發(fā)展趨勢………………………………………………………2 2 塑件成型工藝性分析………………………………………………………………3 2.1 塑件分析…………………………………………………………………………3 2.2

2、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析……………………………………………………3 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………4 2.2.2 成型工藝分析……………………………………………………………4 2.3 熱塑性塑料的注射過程及工藝參數(shù)……………………………………………4 2.3.1 注射成型過程……………………………………………………………4 2.3.2 注射過程…………………………………………………………………4 2.3.4 塑件的后處理……………………………………………………………5 2.3.5 聚丙烯的注射工藝參

3、數(shù)…………………………………………………5 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定………………………………………………………………6 3.1 分型面位置的確定………………………………………………………………6 3.2 型腔數(shù)量的確定…………………………………………………………………6 3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定……………………………………………………………6 3. 3.1 澆 口形式的確定…… ………………… ………………… ……………6 3.3.2 澆口數(shù)量的確定…………………………………………………………6 3.4 推出機構(gòu)的確定……………………………

4、……………………………………7 3.5 抽芯機構(gòu)的確定…………………………………………………………………7 3.6 選擇模架………………………………………………………………………7 4 模具設(shè)計及其理論計算……………………………………………………………8 4.1 熱流道系統(tǒng)的計算和結(jié)構(gòu)尺寸的確定…………………………………………8  4.1.1 4.1.2 流道系統(tǒng)尺寸的確定……………………………………………………8 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………9 4.2 4.3

5、注射機型號的確定……………………………………………………………12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………14 4.3.1 4.3.2 4.3.3 冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………14 冷卻系統(tǒng)的計算………………………………………………………14 凸凹模加熱計算………………………………………………………16 4.4 4.5 排氣系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………………16 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………17

6、4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 壓縮空氣頂出的基本要求……………………………………………18 頂出方式………………………………………………………………18 脫模力的計算…………………………………………………………18 定模脫模力……………………………………………………………20 4.6 4.7 4.8 成型零件設(shè)計…………………………………………………………………20 安裝尺寸的校核………………………………………………………………21 典型零件的制造工藝…………………………………………………………21

7、 4.8.1 4.8.2 型腔的加工工藝………………………………………………………21 凸模的加工工藝………………………………………………………22 4.9 模具工作過程…………………………………………………………………22 5 結(jié)論………………………………………………………………………………23 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………23 致謝 …………………………………………………………………………………24  儲物箱注射模設(shè)計

8、 摘 要：本文主要內(nèi)容是通過分析儲物箱的工藝特點，詳細(xì)介紹了儲物箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具 設(shè)計的過程以及要點，設(shè)計包括了儲物箱的塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，分型面外置的選擇，模具型腔 數(shù)目的確定和模架的選擇，以及模具分型面和推出結(jié)構(gòu)等設(shè)計過程。整個設(shè)計過程表明該模具能 夠達(dá)到此塑件所要求的成型工藝和質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：儲物箱；塑料模具；注射模；分型面 TheDesignofInjectionMouldforStora geBox Abstract：Thispaperismai nlyintroducedt he progressandthemai npoints

9、ofthel ockerstructure designandthediedesignt hroughtheanalysisofthetechnologyofthestoragebox.Itincludest hedesign method of the plastic structure parts of the locker,the selection of t he external parting surface , confirmingthe number of mold cavity and choosing formwork,and the desi gn process

10、of mold parting surface and push mechanism.The whole design process illustrates that the mold can fulfill t he reuirementsofmoldi ngprocessandualityoftheplasticparts. Keywords：storage?mouldofplastics?injectionmould?partingline 1 前言 1.1 塑料模具研究的意義 1 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注射模具

11、是其中發(fā)展最快的 的種類。因此，研究注射模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意 義。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，也是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。受到政府和企業(yè) 的高度重視，具有廣闊的前景。通過本次設(shè)計可以使我掌握注射模的模具結(jié)構(gòu)機構(gòu)的 設(shè)計，對 CAD，PRO/E 等一系列軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快適應(yīng)生產(chǎn)工作。培養(yǎng)自 己綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測量與控制及其它相關(guān)工 程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品 在機械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)、等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，對塑料模具的需求

12、 ［1］ 日益增加，塑料模在國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù) 密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國在注塑模CAD技術(shù)開發(fā)研究與應(yīng)用方面起步較晚。從20世紀(jì)80年代中期開始， 國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高 等 學(xué) 校 和 科 研院 所 也 開 始 了 注 塑 模 CAD 系 統(tǒng) 的 研 制 與開 發(fā) 工 作 ， 我 國注 塑 模 CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來,我國對注塑模設(shè)計制造技

13、術(shù)及 其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學(xué)、華中理工大學(xué)、 四川聯(lián)合大學(xué)等單位聯(lián)合進(jìn)行了國家重點科技攻關(guān)課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系 統(tǒng)”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實際應(yīng)用，使我國的注塑模CAD/CAE/CAM 研究和應(yīng)用水平有了較大提高.目前擁有自主版權(quán)的軟件有，華中理工大學(xué)開發(fā)的塑料 注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HscZ0，鄭州工業(yè)大學(xué)研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正 在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項目的成果對促進(jìn)我國 注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CA

14、D技術(shù)及應(yīng)用水平很快提高。 目前，我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一 方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。 因此，放眼未來，模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜 及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具 生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、 設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國 外注塑模CAD/CAE技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代許多研究者對一維流動進(jìn)行了大量研究，

15、 由最初的CAD技術(shù)和CAM技術(shù)以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代 初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預(yù)測等領(lǐng)域。80年 代中期注塑模CAD/CAE進(jìn)入實用階段，出現(xiàn)了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著 名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統(tǒng)；2.美國PTC公司的Pro/Engineer 軟 件；3.美國UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統(tǒng)等等.這些先進(jìn)軟件的熟練掌握極大地促進(jìn) 了國外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時間內(nèi)，他們將朝著大型、精密、復(fù)雜與 長壽命模具的方向發(fā)展

16、 。 2 塑件成型工藝分析 2.1 塑件分析 塑件模型如圖 1 下所示。塑件名稱：聚丙烯 PP.色調(diào)：半透明、白色生產(chǎn)綱領(lǐng)：  2 大批量 2.2 圖 1 儲物箱 Fig1Stroragebox 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析 2.2.1 結(jié)構(gòu)分析： ［2］ 該塑件為儲物箱，結(jié)構(gòu)應(yīng)近可能的簡單，且強度和剛度應(yīng)滿足需要，在底部設(shè)有 較多的加強肋板，在上邊緣設(shè)有一圈弧形加強肋以增加儲物箱的剛度和強度。該塑件 長端有兩處安裝提手的孔，當(dāng)儲物箱上蓋蓋上以后，安裝到孔中的提手又起著卡扣作

17、用，該部位為受力較集中的部分，故此處的壁厚應(yīng)該適當(dāng)?shù)募雍?，已滿足其力學(xué)的性 能的要求。 當(dāng)箱子中裝有東西多而重量較大搬運困難時，特意在箱子底部設(shè)計了有安裝滾輪 軸的卡槽，滾輪在軸上轉(zhuǎn)動，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內(nèi)移動 。 2.2.2 成型工藝分析 注射模精度等級：采用一般精度 4 級。脫模斜度：該塑件壁厚約為 3mm，其脫模斜 度查表得到聚丙烯 PP 其型腔脫模斜度為：25～45，其型芯脫模斜度為：20～45 。由于該塑件沒有狹小部分，且塑件整體造型已具備了一定的斜度，所以只有塑件 底部肋板處放脫模斜度取 1。 

18、3 2.3 熱塑性塑料的注射成型過程及其工藝參數(shù) 2.3.1 注射成型過程 3 注射成型工藝過程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射成型過程以及塑件的后處理三個階 ［ ］ ［4］ 段 。 2.3.2 成型前準(zhǔn)備 分析檢驗成型物料質(zhì)量：根據(jù)塑料工藝性能要求，檢驗其各種性能指標(biāo)，如含水 量等。對于該塑件材料 PP 參考文獻(xiàn)知道聚丙烯 PP 吸水率?0.03%，允許水含量 0.05%~0.20%。由于該塑料不易吸水，故可以不進(jìn)行干燥處理。 2.3.3 注射過程 注射過程是塑料轉(zhuǎn)變成塑件的主要階段。它包括加料、塑化、注射、保壓

19、、冷卻 定型和脫模等步驟。 1）加料：由注射機的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻、 最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機計量裝置來控制。 2）塑化：塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到熔融流動狀態(tài)，并且有良好的可塑性 全過程。 3）注射：注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中 經(jīng)過噴嘴、澆注系統(tǒng)，直接壓入模腔。 4）保壓：保壓時自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。 5）冷卻定型：當(dāng)澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固。繼續(xù)保壓不在需要，此時可退回 柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質(zhì)，對模具進(jìn)一步冷卻，這

20、一階段稱冷卻定 型、實際上冷卻定型過程從塑料注入型腔就開始，它包括從注射完成、保壓到脫模前 這段時間 。 6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機構(gòu)的作用下將塑件推出模外。 2.3.4 塑件的后處理 塑件進(jìn)行注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進(jìn) 行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，借以改善和提高塑件性能，塑件的后處理主要是退火和調(diào)濕處理。 通過查找文獻(xiàn)知道該塑料不需要任何后處理。 2.3.5 聚丙烯 PP 的注射工藝參數(shù) 1﹚料筒溫度：30℃~220℃ 2﹚熔料溫度：220℃~250℃ 3﹚料筒恒溫：220℃

21、  4 ［5］ 4﹚模具溫度：80℃~90℃ 5﹚ 注射壓力：PP 具有很好的 流動性，避免采用過高的 折射壓力，一般在 80MPa~140MPa 之間，一些薄壁包裝容器可達(dá) 180MPa. 6﹚保壓壓力：避免制品產(chǎn)生壁縮，需要較長時間對制品進(jìn)行保壓：約為 注射壓力的 30%~60%。 7﹚背壓：2MPa~5MPa 8﹚注射速度：對薄壁包裝容器需要高的注射速度；中等注射速度往往比較適合 于其他類的塑料制品。 9﹚螺桿轉(zhuǎn)速：高速螺桿轉(zhuǎn)速﹙線速度約為 1.3m/s﹚是允許的，只需要滿足冷卻 時間結(jié)束前完成塑化過程就可以。 10﹚計量行程：

22、0.5D~4D;4D 的計量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要 的。 11﹚殘料量：2mm~8mm,取決于計量行程和螺桿轉(zhuǎn)速。 12﹚預(yù)烘干：不需要；如果儲藏不好，在 80℃的溫度下烘干 1h 就可以。 13﹚回收率：可達(dá) 100%回收。 14﹚收縮率：1.2%~2.5%；收縮程度高；24h 后不會收縮。 15﹚澆口系統(tǒng)：點式澆口或多點澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置 在制品最厚點，否則易發(fā)生大的收縮。 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 3.1 分型面位置的確定 在塑件設(shè)計階段，就應(yīng)該考慮成型時分型面得形狀和位置，否則無法完成模具成 型。

23、在模具設(shè)計階段，應(yīng)首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結(jié)構(gòu)。該塑 件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時已經(jīng)充分考慮到了模具的分型面，同時從所提供的塑件圖樣可以 看出該塑件為典型的箱體。將分型面設(shè)計在塑件上邊緣外援處，在提手處，將分型面 沿提手最大外援處設(shè)置分型面，以方便出模。 3.2 型腔數(shù)量的確定 當(dāng)塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。一般來 說，大型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，此塑件屬于大型塑 件，故采用一模一腔結(jié)構(gòu)形式 。 3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定 3.3.1 澆口形式和位置的確定

24、  5 該塑件屬于大型腔盒形件，分型面只能采用一個，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)不能采用側(cè)澆口、 潛伏式澆口或護耳式澆口，因為澆口完全偏置一邊不利進(jìn)料。只能采用直接澆口或點 澆口，澆口位置在塑件底部。 3.3.1 澆口數(shù)量的確定 在確定塑件的澆口時，還應(yīng)考慮塑料熔體所允許的最大流動距離比，當(dāng)采用直接 澆口時，如圖 1 可估算出流動比 K=L/t=230，這在 PP 塑料的流動比范圍之內(nèi)，基本符 合要求。但采用直接澆口塑件上印痕較大，不利于塑件的美觀和澆口處的力學(xué)性能， 流程比也接近于上限值，不利于塑料熔體對型腔的填充。若采用普通流通道點澆口兩 點進(jìn)料的話，在

25、定模部分必須要有一個分型面一邊取出澆注系統(tǒng)的凝料，這樣模具結(jié) 構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜而又浪費材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點澆口，上述問題 不復(fù)存在，是一個較好的解決方案。 在該模具中使用主流道杯，熱流道板，澆口噴嘴都采用加熱式的結(jié)構(gòu)，熱流道如 圖 2 下所示。 3.4 1—澆口；2—噴嘴分流道；3—熱流道分流板 4—主流道 圖 2 熱流道布置示意圖 Fig2Hartingdecoratesschemes 推出機構(gòu)的確定 4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定 3 5 -1 32

26、3 5 -1 -1 32 r 因此噴嘴流道直徑為：D = =1.112 ㎝ （6） 3 -1 -1 1﹚所需注射量的計算。對于該設(shè)計，提供了塑料圖樣，據(jù)此在 Pro/E 中建立模型 并對此分析，可知塑件體積為 V1≈2.710㎝ 2﹚噴嘴澆口尺寸的確定。注射時間根據(jù)類似產(chǎn)品取 10s， 則主流道體積流率 s=V/t=2.7100010=270cm/s （1） 分流道的體積流率 r=s

27、/2=270/2=135cm/s （2） 根據(jù)表查數(shù)據(jù)，PP 最大允許的剪切速率γ=10 s ,而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪 切速率求出澆口直徑。 pg 而熱流道噴嘴澆口直徑 2.7mm、3.9mm、4.5mm 等標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而本設(shè)計澆口采用開 放式直接澆口帶有一段凝料，有利于布置水道對澆口進(jìn)行冷卻，儲物箱底部的肋板高 為 20mm,凝料長定位 30mm 比較合適。由于凝料有一個脫模斜度，通過計算，澆口直徑 取 4.5mm,脫模斜度取 3，流道最小直徑為 Dg=4.5－230tan1.

28、5=2.93mm （4） 再校核最小截面處的剪切速率 γG=32g/πDg=54695/s<10 s （5） 剪切速率符合要求。 3﹚噴嘴流道直徑的確定。 低粘度 PP， 道剪切速率取γ=1000s 進(jìn)行初步估算， pg 取標(biāo)準(zhǔn)直徑 Dr=1cm,則分流道剪切速率為 γR=32r/πDr =1375.8s （7） 在 5100~51000s ，

29、比初取值大 37..58%，如果分流道直徑取 12mm，剪切速率就顯 得有些小，所以分流道剪切速率合理。考慮到噴嘴安裝方面等因素，參考文獻(xiàn)中圖， 可以采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 BP25 型. 4﹚流道板分流道直徑的確定。根據(jù)熱流道噴嘴與流道板的安裝結(jié)構(gòu)、熱流道板分 流道直徑比噴嘴道直徑大 0.5mm~1mm，取分流道直徑為 11mm。與上面計算值 11.12mm 相差不大，剪切速率在預(yù)定的范圍內(nèi)，可行。 5﹚主流道直徑尺寸的確定。本設(shè)計的分流道僅有兩條，且分流道的剪切速率不太  7 3 -1 ［8］ 大，所以主流道直徑

30、也取 11mm，與分流道直徑一樣大，主流道剪切速率為 γs=32s/πDs =2067.3s 在 5100~51000S ，主流道剪切速率合理 。 4.1.2 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計 （8） 熱流道板應(yīng)該具有良好的加熱和絕熱設(shè)施，保證加熱器安裝方便和溫度控制有效。 熱流道板根據(jù)澆口數(shù)量和位置的不同，可分別采用Ⅰ字、H 字等各種外形。該塑件結(jié)構(gòu) 比較簡單確定采用兩點進(jìn)料，故采用Ⅰ字型熱流道板。 分流道通常用圓形截面直徑一般在 1mm~5mm.流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)圓滑過渡，防止塑料熔 體滯留。分流道端孔用細(xì)牙螺栓堵頭封住并用銅質(zhì)或聚四氟乙烯封墊圈防漏。熱流道

31、 板應(yīng)該選用比熱容小和熱傳導(dǎo)率高的材料，通常采用中碳鋼和高強度的銅合金制造， 本設(shè)計熱流道板采用 H13 中碳鋼。 1﹚熱流道板幾何尺寸的確定。根據(jù)上述的計算，主流道、分流道直徑取 11mm,兩 澆口之間的距離取 260mm,流道采用外加熱的方式，在流道板銑削嵌入電加熱器的槽， 考慮到流道板的固定和其他零件的連接等因素。 2﹚流道板加熱功率的計算。流道板加熱功率，是在一定時間內(nèi)流道板從室溫加熱 升溫到塑料熔體注射溫度所需要的功率。當(dāng)流道板達(dá)到給定的溫度時，由溫度調(diào)節(jié)器 自動控制，補償熱損失功率，維持熱流道溫度恒定。 流道板升溫加熱功率，在熱流道系統(tǒng)初步設(shè)計完

32、成，獲知了流道板的體積后，按 質(zhì)量 m 的經(jīng)驗公式計算。 每 1kg 鋼升溫需 100W 電熱功率計算。 模具可增大些比值， 升溫時間可少于 20min，而大型模具要減小比值。片面追求快速升溫，不利于電熱加熱 和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計。加熱流道板所需要的功率有三部分組成。其一是達(dá)到設(shè)置注 射溫度所需電功率；其二是補充流道板的傳導(dǎo)、對流和輻射熱損耗功率；其三是考慮 電網(wǎng)電壓波動影響和加熱器的熱效率。工程設(shè)計時，計算流道板的加熱器功率公式如 下： P=mc/60tη0

33、 （9） 式中 P——流道板加熱器的電功率（kw） m——流道板的質(zhì)量（kg） 流道板質(zhì)量，通過在 Pro/E 建模后，進(jìn)行質(zhì)量分析，密度為 7.85kg/dm，其質(zhì)量 為 m=9.27kg。 C——流道板材料的比熱容[kJ/(kg?℃)]，對于鋼材，C=0.48kJ/(kg?℃); T——流道板的加熱時間（min），通常為 20min~30min，時間長短取決于流道板尺  8 2 2 p 0 . 25 - 0. 24） 3 Ap= =0.001 ㎡

34、 （10） 4 p - T ) 1 2 Qp= =280.001（220-50）/0.010=476W （11） s l A - T ) 1 2 Qp= =119W 寸大小和注射工藝的溫度；這里取 20min； ΔT——流道板注射工作溫度與室溫之差（℃）。 查表知道 PP 噴嘴溫度為 220℃~290℃，模具溫度為 20℃~60℃，在此噴嘴溫度 220℃， 模具溫度取 50℃。 ΔT=22

35、0－50=170℃ 目前我國注射機基本都是普通注射機，不是高速注射機，熔融塑料在熱流道中停 留時間比較久，所以宜取較低噴嘴溫度和較高的模溫。 ηo——加熱流道板的效率系數(shù)，流道板的絕熱條件良好ηo=0.47~0.56；這里取 0.5。故 P=mc/60tηo=1.26kw 三個墊圈的熱傳導(dǎo)面積，如圖 5 所示 墊圈的傳導(dǎo)耗熱。用 HI3 中碳鋼，查表得λ=0.28﹙W/m℃﹚,則有 式中 p——熱流道板的傳導(dǎo)熱損失﹙W﹚ λ——絕熱零件材料的熱導(dǎo)率﹙W/ m℃﹚ T1——熱流道板的注射工作溫度﹙℃﹚ T2——注射模具結(jié)構(gòu)的溫度 ﹙℃﹚ 若用鈦合金

36、制造墊圈，查表知λ=7W/ m℃,有 s  圖 3 隔熱墊圈 Fig3Insulationgasket 9 4 4 T T2 - 100 100 α =C =7.5W/(㎡/K) （12） α =( +a )A =374.85W（13） 4 4 T 1 T2 - 100 100 α = C =0.5

37、1W/(㎡/K) （14） α = ( +a )Ar + ( + a )Ar2 =167.2W （15） 3﹚流道板的熱對流和熱輻射的功率損失。 道板溫度 T1=273+220=493K;模具溫度 T2=273+50=323K,得ΔT=T1－T2=170K.經(jīng)發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板的輻射系數(shù) Co=2.62W/﹙㎡K﹚;而光亮鋁箱覆蓋時，Co=0.18 W/﹙㎡K﹚。已知道板輻射表面 積 Ar=0.126 ㎡.由兩種狀態(tài)計算功率損失。 無絕熱設(shè)

38、計的流道板，先計算熱輻射系數(shù) D 在考慮流道板周邊間隙中空氣對劉熱損失，查表可知取空氣自然對流系數(shù)α= 10 W/﹙㎡K﹚.龜茲流道板的對流和輻射熱損失 k s 絕熱設(shè)計的流道板，計算安裝反射薄片時的輻射系數(shù) D 大面積上安裝反射箔片 Ar1=﹙0.05+0.06﹚0.382 ㎡,小面積上無反射面 Ar2=0.050.062 ㎡=0.006 ㎡,由此得對流和輻射熱損失 k s 2 k s 根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)匯總成下表 1 表 1 流道板數(shù)據(jù) Tablel Runnerplatedate 類型

39、 無絕熱設(shè)計的流道板 絕熱設(shè)計的流道板 流道板升溫加熱功率 1260 1260 熱傳導(dǎo)損失功率 476鋼墊圈 119鈦合金墊圈 對流和輻射熱損失 374.85表面灰暗 167.2大面積使用反射 其他因素的電損10% 211 154.6 總計

40、 2321.9 1700.6 4﹚討論。查表知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，而本設(shè)計流道板及電熱 器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而采用反射片，所以電熱的總功率為：  10 ［9］ 3 3 P=﹙1260+119+374.85﹚110％=1929.235W 選兩根 1000W 的矩形電熱管嵌入熱流道板的槽中即可 。 4.2 注射機型號的確定 表 2 注射機參數(shù) Table2 Injectionmachineparameters 項目

41、 單位 尺寸 實際注射容積 cm 4450 螺桿直徑 mm 110 塑化能力 g/s 116 注射壓力 MPa 181/197 噴嘴半徑 mm

42、 R20 鎖模力 KN 10000 拉桿有效間距 mm 11201120 定位圈尺寸 mm 300 最大（?。┠＞吆穸? mm 1100（600） 4.2.1 注射機有關(guān)參數(shù)的校核 n≤（Mt/3600－m2)/m1 式中 K——注射

43、機最大注射量的利用系數(shù)，PP 取 0.75 M——注射機的塑化能力為 116g/s t———成型周期，因塑件采用熱流道系統(tǒng)，查表知取 60s m1——單個塑件的質(zhì)量，取 2.4310 g （16） 3 5 2 5 m2——澆注系統(tǒng)所需的塑料質(zhì)量，由于該塑件采用熱流道系統(tǒng)成型，故無澆注系統(tǒng) 凝料。 上式右邊=0.7511662/2.4310 2. 2﹥1 符合要求。 4.2.2 鎖模力校核。塑件采用熱流道系統(tǒng)，投影總面積 A A=L1L2=602425=2.558510 ㎜

44、 （17） 由于該塑件屬于薄壁均勻的容器塑件，采用 PP 注塑，流動性好，故取 P1=25MPa,所需 鎖模力為 Fm=Ap1=2.558510 25=6395.25KN （18） 鎖模力校核為 F≥KFm=KAP1=1.26369.25=7675.5KN 式中 K 為鎖模力安全系數(shù)。 4.2.3 安裝尺寸的校核。  11 0. - . 1)定位圈尺寸。注射機定位尺寸為φ3000 間呈較松間隙配合，合要求。 ㎜，

45、定位圈尺寸取φ300 - . ㎜，兩者之 2)主流道入口的凹球面半徑ＳＲ應(yīng)大于注射機噴嘴球半徑ＳＲ ．通常為： ＳＲ＝ＳＲ +(1-2)=20+2=22 ㎜ ０ （19） ０ 3) 最大與最小模具厚度。 具厚度Ｈ應(yīng)滿足Ｈ 

46、Ａ——定模型腔厚度； Ｈ３——型腔墊板厚度。 4.2.3 開模行程和推出行程的校核，開模行程Ｓ≧Ｈ１＋Ｈ２＋（5～10）ｍｍ （20） ［10］ 2 2 12 式中Ｓ為注射機的開模行程取 1200ｍｍ，Ｈ１塑件的推出行程， 件脫芯后， 工取出， 數(shù)值取 350ｍｍ，Ｈ２為流道凝料在內(nèi)塑件高度取 400ｍｍ。所以開模行程為： Ｈ＝350＋400＋（10～20）＝760～770ｍｍ﹤S 符合要求 4.３ 溫度條調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 4.３.１ 冷卻系統(tǒng) 該模具內(nèi)的塑料溫度為 200℃左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時溫度在 60

47、℃以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，時熔融塑料的熱量 盡快的傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并迅速脫模。對于黏度低，流動性好的塑料， 因為成型工藝要求模具溫度都不太高，本設(shè)計采用常溫水對模具進(jìn)行冷卻。因為誰的 熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低。用水冷卻，即在模具周圍或內(nèi)部開設(shè)冷卻水道。 4.３.２ 冷卻系統(tǒng)的計算 如果忽略模具因空氣對流、熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具 金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進(jìn)行初步的簡略計算。 1)求塑件在固話時每小時釋放的熱量Ｑ 查參考文獻(xiàn)知道聚丙烯單位質(zhì)量放出的熱量Ｑ１＝5.910 kj/kg,故

48、 =W1=2.43605.910 =86kj/h（21） 式中 W——單位時間（每分鐘）內(nèi)注射模具中的塑料質(zhì)量（kj/min）,該模具每分鐘注 射 1 次，所以 W=2.431=2.43kg/min 2)求冷卻水的體積流量。由表得 v= W  3 ≈0.068﹙m /min﹚ （22） r ( 1 -q 2) 3 3 4 0. 4. 87( n ) h= =18276kj/㎡h℃ （23

49、） 0. 60 Q 60 2. 3 590 A= =0.1716 ㎡ （24） A 0. 716 L= = =4.554m （25） - L η= =4.554/0.8=5.7 根 （26） 式中 r ——冷卻水的密度，為 110 kg/m C1——冷卻水

50、的比熱容，為 4.187kj/kg℃ θ1——冷卻水的出口溫度，為 25℃ θ2——冷卻水的入口溫度，為 20℃ 3)求冷卻管道直徑 d。查資料知，為使冷卻水出于湍流狀態(tài)，因為流量較大，冷卻 水管直徑至少在 30 以上，這樣給標(biāo)準(zhǔn)水嘴的選擇帶來了一些困難，根據(jù)實際情況，一 般最大水嘴為 M16,所以水孔直徑定位 d=12mm。 4)確定冷卻水災(zāi)管道內(nèi)的流速 v，查資料取流速 v=1.1m/s,這樣的雷諾數(shù) Re 打到 10 ，冷卻效果較好。 5)求傳熱膜系數(shù)，查資料取?=6.65（平均水溫為 22.5℃） d 6)求冷卻管道總傳熱面積 A h q

51、 18276 27 7) 計算模具所需的冷卻水管的總長度 L p 12 10 p 8) 求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水道的孔數(shù)η I 式中 I=0.8(為模具的寬度) 9)型腔和型芯的水孔數(shù)量分配。塑件冷卻定型后向凸模收縮，因此有經(jīng)驗表明凹 模帶走熱量的 40％，凸模帶走熱量的 60％，所以有： n 凹=0.45.7=2.3 根 取 3 根 n 凸=0.65.7=3.42 根 取 4 根 凹模水孔根據(jù)上述計算取孔徑θ12 ㎜，而凸模水道布置采用串聯(lián)隔板式，保證良好的 冷卻效果。必須使用通過隔板兩側(cè)冷卻水的雷諾數(shù)與進(jìn)出水孔的雷諾直徑，裝

52、隔板后  13 2 2 p /4- 0. 02 p - 0. 08 A= = 5. 4 - 0. 04 X=πd/2+d－0.002= 2 p -0. 08 通過流面積的當(dāng)量半徑 R=A/x= 通流面積 A 及截面周長 x 為： 2 8 2 4 . 4 - 0. 04 （27） （28） （29） 4 ［11］ ［12］ 25 273+ T 面積可用如下公式計算：F

53、 （30） -3 根據(jù)公式及其要求 Re=4vR/ν=10 ,經(jīng)過整理化簡求得：d=0.02125m,考慮到水道復(fù) 雜，流動阻力較大，取孔徑為 22mm.這是在 10℃下算出來的結(jié)果，在水溫 22.5℃下， 水的粘度還要小些，散熱效果會更好一點 。 4.3.3 凸凹模加熱計算 對于大型模具和高溫塑料膜，為了減少模注射次數(shù)和提高塑件成品率，一般應(yīng)設(shè) 置加熱系統(tǒng)。 過 Pro/E 建模分析粗略估算凹模質(zhì)量約為 1800kg,凸模質(zhì)量約為 700kg, 若按大型模

54、具 35W/kg 來計算，模具加熱功率達(dá) 87.5kw，電熱棒若按每根 2kw 來估算， 需安裝 44 根，每根孔徑 32mm,因此模具無法容納這么多的電熱棒。而本模具是成型 PP 塑料，該塑料流動性好，模具溫度也較低，所以不設(shè)置點加熱系統(tǒng)，若需要加熱的話， 可把冷卻水仙加熱來預(yù)熱模具 。 4.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計 注射成型時，整個型腔由塑料填滿，型腔內(nèi)氣體應(yīng)能順利排出，否則就會產(chǎn)生熔 接、充型不滿和局部燒焦等缺陷。本設(shè)計采用氣動推出，沒有機械推出裝備，所以就 不能利用其推出機構(gòu)的間隙進(jìn)行排氣，只能利用分型面進(jìn)行排氣。塑料熔體充模過程 很短，可以認(rèn)為模內(nèi)氣

55、體物體性質(zhì)符合絕熱條件。所需排氣槽的截面 tPo 式中 F——排氣槽截面面積(㎡) M1——模具內(nèi)氣體質(zhì)量（kg） Po——模內(nèi)氣體的初始壓力為 0.1MPa T1——模內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度（℃） T——充模時間（s） 模內(nèi)氣體質(zhì)量按常溫 20℃的氮氣密度計算出 m1=P0V0=3.13210 kg 應(yīng)用氣體狀態(tài)方程，  14 P 0. 304 可求得  T = ( 73 +To P  －273 （31） 0. 304 P T = (

56、73 +To =312℃ 式中 T0——模具內(nèi)氣體的初始溫度（℃） P （32） 25 273+ T F= =1.894 ㎜ （33） ［13］ 充模時間查參考資料知 PP 成型周期為 60s 閉模時間為 6s 注射時間為 10s 塑化和冷卻 時間 31s 開模時間 4s 取件 9s 故： tPo 查資料知排氣槽高度 h=0.02mm，因此排氣槽總寬度 W=F/h=1.894/0.02

57、=94.7mm （34） 實際排氣槽寬度應(yīng)大于計算值，因為當(dāng)模具使用一段時間后，揮發(fā)性氣體的積垢使排 氣有效截面積減小。若排氣槽總寬度較大時，可采用多個，甚至連續(xù)的排氣槽排氣。 可在整個型腔周邊上安排排氣槽排氣。參考資料，本設(shè)計設(shè)置 18 條排氣槽，以方便氣 體順利排出。如下圖圖 4 4.5 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 圖 4 排氣槽分布圖 Fig4Exhaustslotdistribution 15  ［14］ ［15］ ［16］

58、 2 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成 脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu)，即推出機構(gòu)。本套模具屬于大型腔模具，推出形式選 用氣動推出，壓縮空氣頂出適用于任何杯形或盒形塑件。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入型芯和塑件 之間時，并不會像在平板形狀中那樣，立即釋放到空氣中，而是有足夠的時間在塑件 下禪僧壓力將其推出，脫離型芯 。 4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求 空氣供應(yīng)必須充足。每幅模具型腔中的空氣溢出量必須均衡，這樣在多模型腔模 具中，即使一部分或大多數(shù)塑件已經(jīng)頂出。所以需要足夠大和實彈平衡空氣管道以及 較小的噴嘴開口。為了避免塑料溢

59、入，必須保證吹起口和噴嘴的尺寸的均勻性，同時 必須保證有足夠的氣體流過吹起口和噴嘴。氣體必須經(jīng)過凈化，無灰塵、油滴或水分。 必須可靠控制氣壓，實現(xiàn)連續(xù)、無故障頂出 。 4.5.2 頂出方式 氣體頂出方式，可以自制閥桿，閥桿在型芯或型腔的頂部用錐座固定，防止塑料 進(jìn)入氣動系統(tǒng)。模具開啟后，閥桿向前移動 SE 距離。也可以采用標(biāo)準(zhǔn)氣閥，這樣能縮 短制造周期，在工程實踐中普遍采用，本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)氣閥，推動閥桿向前進(jìn)四靠閥 桿底部的氣體壓力。行程 SE 很小，大約為 0.25mm. 4.5.3 脫模力的計算（簡單計算法） 塑件坐在模具中冷卻定型時，由于體積

60、收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模 包緊，在塑件脫模時必須克服著一包緊力，對于不帶瞳孔的殼體類塑件，脫模時還需 要克服大氣壓力。此外，還需克服塑料和鋼材之間粘合力。開始脫模時瞬間所要克服 的阻力最大，稱為初始脫模力，以后脫模所需的力稱為相繼脫模力，后者比前者小， 所以計算脫模力的時候，總是計算初始脫模力。 1)動脫模力的計算，脫模力 e 由兩部分組成，查資料只方程為 e=c+b （35） 式中 c——塑件對型芯包緊的脫模阻力（S） b——使封閉殼體唾

61、沫所需克服的真空吸力（N）,b=0.1Ab,這里 0.1 的單位是 0.1MPa, Ab——為型芯的橫截面積（㎜ ） 在脫模力的計算中將λ=rcp/t≥10 的制品視為薄壁制品。反之，視之為厚壁制品。 式中 t 為制品厚度，rcp 為型芯的平均半徑。該塑件為矩形塑件，型芯平均半徑為矩形 長邊長度加短邊平均長度除以π，故：  16 r =（584.4+4000.85）/π=312.8mm （36） fco s b sinb K ——脫模斜度修正系數(shù)，其計算式為 K = cp 所得型芯平均半徑為 312.8mm，

62、則： λ= rcp/t=312.8/3=104.27≥10 (37） 故該塑件為薄壁塑件，根據(jù)資料得： 式中 E——塑料的拉伸彈性模具（MPa）,查資料取 1.6MPa; ξ——塑料的平均收縮率，查資料取 2.0％ μ——塑料的泊松比，查資料取 0.33； h——型芯脫模方向高度（mm）,取 327.4mm t——塑件壁厚（mm）,取 3mm; 1+ fsinb cos fcos sin 由此可得：K = =0.4356 β——型芯的

63、唾沫斜度，取 3； f——制品與鋼材表面的靜摩擦系數(shù)，查表取 0.5； 1+ fsinb os （38） 8E K 則： Q = 1-m =163475.6N 5 5 Q e P= = =0.803MPa （39） 5 5 2 -5 3 b=0.1Ab=0.1581.4400.85=23305.4N e=c+b=1.8710 N 由于采用氣動推出，故該脫模力除以塑件內(nèi)

64、表面積就是所需壓縮空氣的壓力為： A 2. 3 10 式中 Aa 為塑件在開模方向上的投影面積，Aa=581.4400.85=2.3310 mm . 故氣動推出的壓縮空氣的氣壓為 0.803MPa,為了安全起見，取 0.85MPa 的氣壓。 討論：根據(jù)上述計算結(jié)果，脫模力達(dá) 187KN，數(shù)字過大，與工程實際不相符合。 （2）動模脫模力計算（精確計算法）。按精確計算方法測算，查資料計算公式為： c=12KfcaE（Tf－Tj）th=12.0850.57.810 1.610 (110－ 50) 3327.4=37509N 式中 K——脫模斜度系數(shù)  17 Kf= fcos sinb =0.85 （40） （1 + fsinb cos ） f ［17］ -6 -4 -6 18 a——塑料線膨脹系數(shù)（1/℃）； Tf——熱變形溫度（110℃）； Tj——塑件脫模溫度（50℃）。 其余符合同上式一樣。 e=37509+23300=60809N P=e/Aa=0.261MPa 故氣動推出的壓縮空氣的氣壓為 0.261Mpa，為安全起