底座蓋注塑模具設計

底座蓋注塑模具設計,底座,注塑,模具設計 中北大學材料科學與工程學院 課程設計 題目 底座蓋注塑模設計 作者 學院 專業(yè) 材料科學與工程學院 學號 指導教師 二〇一五年一月二十六日 中北大學 課程設計任務書 2014~2015 學年第 一 學期 學 院： 材料科學與工程學院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 學 生 姓 名： 學 號： 課程設計題目： 起 迄 日 期：2015年 1 月19日～2015年 1月31日 課程設計地點： 中北大學材料科學與工程學院 指 導 教 師： 李迎春 謝江波 王文生 付一政 系 主 任： 下達任務書日期: 2015年1月19日 課 程 設 計 任 務 書 1．設計目的： 通過塑料成型模具課程設計，強化學生課堂上學習到的塑料注射模具的知識，加深學生對注射模具動作原理的理解，培養(yǎng)學生獨立設計注射模具的能力，使學生熟練掌握Auto CAD等繪圖軟件的應用，為學生以后的畢業(yè)設計和從事相關工作打下良好的基礎。 2．設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）： 自行設計一個符合要求的塑料制件以及成型該制件的注射模具。 （1）對塑料制件的要求： ①塑件形狀應有利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使塑料制品達到高效、均勻冷卻，具有一定的力學性能及使用價值； ②設計塑料制件時應明確指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圓角、螺紋、側孔、嵌件等； ③成型該塑件的注射模具必須滿足下列條件之一： Ⅰ：成型模具應具有側向抽芯機構； Ⅱ：成型模具應具有自動脫螺紋機構； Ⅲ：成型模具應具有點澆口凝料的自動脫出、順序脫模、二級脫模等較為復雜的機構。 （2）對成型模具的要求： 所設計的模具能夠高效地生產(chǎn)出外觀和性能均符合使用要求的制品，模具結構合理，動作靈活，能夠滿足在使用時連續(xù)生產(chǎn)、高效率、自動化、操作簡便的要求。 3．設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕： 本次課程設計的工作內(nèi)容包括以下幾個部分： ①塑料制件圖紙一張，要求標注尺寸公差、粗糙度、技術要求以及所用原材料； ②注射模具裝配圖（零號圖紙）一張； ③注射模具零件圖至少四張，包括型腔零件圖、型芯零件圖、模板的零件圖、桿件的零件圖； ④注射模具結構計算說明書一本。 注：以上各項內(nèi)容均要求打印。 4．主要參考文獻： 1. 申開智.塑料成型模具.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003 2. 宋玉恒.塑料注射模具設計實用手冊.北京：航空工業(yè)出版社，1995 3. H.蓋斯特羅.注射模設計108例.北京：國防工業(yè)出版社，2002 4. 賈潤禮.實用注塑模設計手冊. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2000 5．設計成果形式及要求： 本次課程設計的設計成果以模具設計圖紙和模具設計計算說明書的形式提交。 6．工作計劃及進度： 2015年 月 日 ~ 月 日 塑料制件設計 2015 年 月 日 ~ 月 日 模具結構計算及草圖設計 2015年 月 日 ~月 日 模具裝配圖的繪制 2015年 月 日 ~ 月 日 模具零件圖的繪制 2015年 月 日 模具設計計算說明書的撰寫 2015年 月 日 答辯和成績考核 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 摘 要 模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設備，隨著科學技術的不斷進步，它在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長，為模具工業(yè)的發(fā)展營造了良好的市場環(huán)境。本次設計的是底座蓋的注塑模具，材料是PC,從零件的工藝性分析到模具結構的設計再到工藝計算，一直到最后的模具裝配圖。 關鍵詞：底座蓋； 注塑模具； 裝配圖 目 錄 1.概述 9 1.1 本次設計的目的 9 1.2 本次設計的要求 9 1.3 本次設計的步驟流程 9 2.擬定模具結構設計 10 2.1 塑件成型工藝性分析 10 2.1.1 塑件結構分析 11 2.1.2 成型工藝分析 11 2.1.3 塑件材料性能分析 11 2.2 分型面的確定 12 2.2.1 分型面的選擇原則 12 2.2.2 塑件分型面的確定 12 2.3.1 型腔數(shù)量的確定 13 2.3.2 型腔的排列方式 13 2.3.3模具結構形式的確定 13 2.4 注塑機型號的選擇 14 2.4.1 注塑機選擇的一般原則 15 2.4.2按預選型腔數(shù)選擇注塑機 16 2.4.3 校核注塑機的技術參數(shù) 17 3.澆注系統(tǒng)的設計 17 3.1澆注系統(tǒng)的設計的基本要點 18 3.2 流道的設計 18 3.2.1 主流道的設計 18 3.2.2 分流道的設計 18 3.3 澆口的設計 18 3.3.1 澆口形式的選擇 19 3.3.2澆口位置的選擇 19 3.3.3澆口的尺寸的確定 20 3.3.4點澆口剪切速率的確定 21 3.4 澆注系統(tǒng)的平衡與冷料井的設計 21 3.4.1 澆注系統(tǒng)的平衡 22 3.4.2 冷料井的設計 22 4.成型零件的設計 23 4.1成型零件的設計要點 24 4.2 成型零件的結構設計 24 4.2.1 凹模（斜滑塊） 24 4.2.2 型芯 24 4.3 成型零件工作尺寸的計算 25 5.模架的確定和標準件的選用 25 5.1 模架的確定 25 5.2 各模板的尺寸及材料 25 6.合模導向機構的設計 26 6.1導向機構的整體設計 26 6.1.1導向機構的設計原則 26 7.脫模機構的設計 29 7.1 脫模推出機構的設計原則 29 7.2 塑件的推出基本方式 29 7.3底座蓋II的推出機構 29 8.溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 30 8.1 加熱系統(tǒng) 31 8.2 冷卻系統(tǒng) 32 8.2.1 冷卻介質(zhì) 33 8.2.2 冷卻系統(tǒng)的計算 34 參考文獻 35 總結 36 1.概述 1.1 本次設計的目的 1．通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，基本掌握塑料模具設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。 2．通過計算、繪圖和運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關設計資料，進行塑料模具設計全面的基本技能訓練。 3．綜合運用塑料模具設計、機械制圖、公差與技術測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理等先修課程的知識，分析解決塑料模具設計問題。 1.2 本次設計的要求 1.獨立擬定成型工藝，正確選用成型設備，合理確定模具結構 2.根據(jù)塑件技術要求，提出模具結構方案： 模具結構合理，質(zhì)量可靠，操作方便 高效、優(yōu)質(zhì)、安全生產(chǎn)，模具壽命長 可根據(jù)模具設計和制造要求提出修改塑件要求，必須征得客戶同意 正確確定成型零件的結構形狀、尺寸及技術要求 制造工藝性良好，造價便宜 充分利用塑料成型優(yōu)良的特點，盡量減少后加工 1.3 本次設計的步驟流程 1.指導零件工作圖 2.初匯裝配圖草圖 3.各部分結構設計 4.協(xié)調(diào)零部件間裝配關系，完成裝配圖 5.整理和編寫設計計算說明書 6.課程設計總結 7.答辯準備 2.擬定模具結構設計 2.1 塑件成型工藝性分析 2.1.1 塑件結構分析 此次設計的塑件是底座蓋，其零件圖和三維圖分別如下圖所示。 圖 2-1 零件圖 圖2-2 三維圖 2.1.2 成型工藝分析 1.精度等級 影響塑件精度的因素很多，如塑料的收縮率，注塑成型條件（時間、壓力、溫度等），塑件形狀、模具結構（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按 SJ1372—1978標準，塑料件尺寸精度分為 8 級，本塑件所用材料為PC,由此查塑料模具設計手冊可知，本塑件宜選用一般精度 5 級。 2.脫模斜度 由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強行取出會導致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設計足夠的脫模斜度。只有塑件高度不大、沒有特殊狹窄細小部位時，才可以不設計斜度。最小脫模斜度與塑料性能、收縮率、塑件的幾何形狀等因素有關。 考慮到本塑件的結構以及模具的側抽芯結構，可以使開模后塑件自動留在型腔中，所以不需要考慮脫模斜度。 2.1.3 塑件材料性能分析 1、PC的性能 耐沖擊性聚苯乙烯（PC）是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產(chǎn)的一種抗沖擊的聚苯乙烯產(chǎn)品。乳白色不透明顆粒.密度為1.05g/cm^3.熔融溫度150~180℃.熱分解溫度300℃.溶于芳香烴,氯化烴,酮類和酯類.能耐許多礦物油,有機酸,堿,鹽,低級醇及其水溶液,不耐沸水.PC是最便宜的工程塑料之一,和ABS,PC/ABS,PC相比,材料的光澤性比較差,綜合性能也相對差一些. PC是由PS加丁二烯改性而成的,因為PS的沖擊強度很低,做出的產(chǎn)品很脆,而丁二烯的韌性很好,加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高2~3倍.盡管PC的沖擊強度比PS的沖擊強度高出很多,但其綜合性能還是不如ABS,PC/ABS等. 2、PC的工藝特點 因PC分子中含有5-15%的橡膠，在一定程度上影響了其流動性，注射壓力和成型溫度都宜高一些。其冷卻速度比PS慢，故需足夠的保壓壓力、保壓時間和冷卻進間。成型周期會比PS稍長一點，其加工溫度一般在190-240℃為宜。PC制件中存在一個特殊的“白邊”的問題，通過提高模溫和鎖模力、減少保壓壓力及時間等辦法來改善，產(chǎn)品中夾水紋會比較明顯。 PC是經(jīng)過改性的高耐沖擊PS，是無定型塑料，熱穩(wěn)定性好，非牛頓流體，易于成型。具有良好的可塑性和較小的成型收縮率，是熱塑料成型工藝性能最好的品種之一，易制作形狀復雜的制品。 2.2 分型面的確定 2.2.1 分型面的選擇原則 塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵因素。 分型面的選擇應遵循以下基本原則 1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量； 2）分型面應選擇在塑件的最大截面處； 3）盡可能使塑件留在動模一側； 4）有利于保證塑件的尺寸精度； 5）盡可能滿足塑件的使用要求； 6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積； 7）長型芯應置于開模方向； 8）有利于排氣； 9）有利于簡化模具結構。 2.2.2 塑件分型面的確定 根據(jù)塑件的結構形式，分型面選在底座蓋Ⅱ的最大平面處，如下圖A-A截面。 圖2-3 塑件分型面 2.3 型腔數(shù)量及排列方式的確定 2.3.1 型腔數(shù)量的確定 為了制模具與注塑機的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性，并保證塑件精度，模具設計時應確定型腔數(shù)目。型腔數(shù)目的確定一般可以根據(jù)經(jīng)濟性、注射機的額定鎖模力、注射機的最大注射量、制品的精度等。一般來說，大中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構，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。 該塑件精度要求不高，生產(chǎn)批量適中，且具有兩邊抽芯，但抽芯距較短，從模具加工成本及制品生產(chǎn)成本考慮，故擬定為一模四腔。采用一模四腔，能夠適應生產(chǎn)的需求，潛伏式點澆口，澆口去除方便，模具結構孔不復雜，容易保證塑件質(zhì)量。 2.3.2 型腔的排列方式 該塑件有兩個側孔，要使側抽芯從塑料脫出，必須設計一套自動抽芯的結構，并且采用一模兩腔，型腔的排列方式采用單列直排，如圖2-4： 圖 2-4 型腔的排列方式圖 2.3.3模具結構形式的確定 從上面的分析可以知道，本模具采用一模兩腔，推件板推出，在動模部分設計一個成型滑塊來成型，因此基本上可以確定模具結構形式為A2型帶推件板的單分型面注射模。 2.4 注塑機型號的選擇 2.4.1 注塑機選擇的一般原則 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模是應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶取得商量調(diào)整。 2.4.2按預選型腔數(shù)選擇注塑機 1.注射量 模具所需的塑料熔體注射量 式中 m —— 一副模具所需的質(zhì)量或體積（g或） n —— 初步選定的型腔數(shù)，這里n=4 —— 單個塑件的質(zhì)量或體積（g或） —— 澆注系統(tǒng)的質(zhì)量或體積（g或） 是個未知量，對于流動性好的普通精度塑件，澆注系統(tǒng)凝料為塑件的質(zhì)量或體積（g或）的15%-20%；對于流動性不好或是精度要求高的塑件，澆注系統(tǒng)凝料為塑件的質(zhì)量或體積（g或）的0.2-1倍。 在學校做設計時常以0.6來估算，即 3.0=19.2 2.鎖模力 塑件和流道凝料（包括澆口）在分型面的投影面積及所需鎖模力 式中 A —— 塑件及流道凝料在分型面上的投影面積（） n —— 初步選定的型腔數(shù)，這里n=4 —— 單個塑件在分型面上的投影面積（） —— 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積（） —— 模具所需的鎖模力（N） —— 塑料熔體對型腔的平均壓力（） 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積（）在模具設計好前是個未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是單個塑件在分型面上的投影面積（）的0.2-0.5倍，因此可用0.35n來估算。即 成型時塑料熔體對型腔的平均壓力（）一般為注塑壓力的30%-65%。查表可得PC的注射壓力為=120-150MPa 2138.076×30=64.14kN, 式中型腔壓力取30Mpa 3.選擇注塑機型號 注塑成型機按結構形式可分為立式、臥式、和直角式三類。立式注塑機是注射柱塞（或螺桿）垂直裝設，鎖模裝置推動模板也沿垂直方向移動，主要優(yōu)點是占地面積小，安裝或拆卸小型模具很方便，容易在動模上（下模）安放嵌件，嵌件不易傾斜或墜落。其缺點是制品自模具中頂出后不能靠重力下落，需靠人工取出，這就有礙于全自動操作，但附加機械手去產(chǎn)品后，也可實現(xiàn)全自動操作。臥式注塑機是注射柱塞或螺桿與合模運動方向均沿水平裝設，其優(yōu)點是機體較低容易操縱和加料，制件頂出后可自動墜落，故易實現(xiàn)全自動操作。直角式注塑機是注塑機柱塞或螺桿與合模運動方向相互垂直，這種注塑機的主要優(yōu)點是結構簡單，便于自制，適用于單件生產(chǎn)中心部位不允許留有澆口痕跡的平面制件，同時常利用開模時絲桿的轉動來拖動螺紋型芯或型環(huán)旋轉，以便脫下塑件?？紤]到生產(chǎn)成本和易于實現(xiàn)自動化，塑件還是靠自身重力下落比較合適，且重心較低安裝穩(wěn)妥。 通過上述的分析，該塑件的注射量和鎖模力較大，由于本模具具有抽芯機構，設計較復雜，同時考慮到開模行程和脫模力的原因，所以應該采用臥式注射機。 根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注塑量和鎖模力的計算值，查閱參考書，可選用SZ60/450臥式注射機（上海第一塑料機械廠），其參數(shù)見下表： 理論注射容量/cm3 78 鎖模力/kN 450 螺桿直徑/mm 30 拉桿內(nèi)間距/mm 280×250 注射壓力/MPa 170 移模行程/mm 220 注射速率/(g/s) 60 最大模厚/mm 300 塑化能力/(g/s) 5.6 最小模厚/mm 100 螺桿轉速/(r/min) 14～200 定位孔直徑/mm 55 噴嘴球半徑/mm 20 噴嘴口直徑/mm 3.5 鎖模方式 雙曲肘 2.4.3 校核注塑機的技術參數(shù) 1. 校核模具的型腔數(shù)n 由注射機料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù)n， =(0.8×5.6×30-0.6×4×2.74)/2.74＝46.65≥4 式中 k—注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8 M—注射機的額定塑化量（5.6g/s） t—成型周期，取30s 2.注射壓力的校核 =1.3×130=169Mpa＜170=Pe 注射壓力校核合格 式中 —取1.3，—取130MPa，屬于薄壁深腔模。 3.鎖模力的校核 =1.2×64.14=76.968KN 而F=450kN，故校核后得出鎖模力合格。 3.澆注系統(tǒng)的設計 3.1澆注系統(tǒng)的設計的基本要點 所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動通道。澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳物質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。 圖 3-1 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)設計得正確與否對塑件品質(zhì)影響很大，對澆注系統(tǒng)的基本要求是： 1.要適應塑料的成型性能 2.要能保證塑件的質(zhì)量 3.盡量避免出現(xiàn)熔接痕：熔接痕的存在主要會影響外觀，使得產(chǎn)品的表面 較差；而出現(xiàn)熔接痕的地方強度也會較差。 4.使塑料熔體流動乎穩(wěn)，避免嚴重紊流。防止卷入、吸收氣體。 5.盡量避免過度保壓和保壓不足：過度保壓會使產(chǎn)品密度較大，增加內(nèi)應 力，甚至出現(xiàn)飛邊。 6.盡量減小及縮短澆注系統(tǒng)的截面及長度 7.盡可能做到同步填充：一模多腔情形下，要讓進入每一個型腔的熔體能 夠同時充滿，而且使每個型腔的壓力相等。 8.防止型芯的變形和嵌件的位移。 9.有利于型腔中氣體的排出 3.2 流道的設計 3.2.1 主流道的設計 1.主流道設計要點 1）為便于將凝料從主流道中拉出，主流道通常設計成錐形，其錐角 α=2°～6°。內(nèi)壁表面粗糙度一般為 Ra=0.8。 2）為防止主流道與噴嘴處溢料及便于將主流道凝料拉出，主流道與噴嘴應緊密對接，主流道進口處應制成球面凹坑，其球面半徑為 R 2 =R 1 +(1～2)mm,凹入深度 3～5mm。 3) 為了物料的流動阻力，主流道末端與分流道連接處呈圓角過渡，其圓角半徑 r=1～3mm。 4) 主流道長度 L 應盡量短，否則將增加主流道凝料，增大壓力損失，一般主流道長度由模具結構和模板厚度所確定，一般不大于 60mm，取 L=40mm。 5) 因主流道與塑料熔體反復接觸，進口處與噴嘴反復碰撞，因此，常將主流道設計成可拆卸的主流道襯套，用較好的鋼材制造并進行熱處理，一般選用 T8、T10 制造，熱處理硬度為 HRC50～55。 2. 主流道尺寸 根據(jù)所選注塑機，則主流道小端尺寸為 d=注射機噴嘴尺寸+(0.5～1)=3.5+0.5mm=4mm 主流道球面半徑 SR=注射機噴嘴球頭半徑+（1～2）=20+2=22mm 3. 主流道襯道的形式 本設計雖然是小型模具，但是為了便于加工和縮短主流道長度，襯套和定位圈還是設計成分體式，主流道長度取40mm如圖3-2。襯套采用T10A鋼，熱處理淬火后表面硬度為53HRC～57HRC。 圖 3-2 主流道襯套 4. 主流道凝料體積 =（）0.8 cm3 5. 主流道剪切速率校核 由經(jīng)驗公式 =(3.3×21.66)/(3.14×0.2525)=825/s＜5×103/s Rn==0.2525mm 校核合格 3.2.2 分流道的設計 1. 分流道的布置形式 分流道是連接主流道到和澆口的進料通道。在單腔膜中，常不開設分流道，而在多腔膜中，一般都設置有分流道，塑料沿分流道流動時，要求通過它盡快地充滿型腔，流動中溫度降低盡可能小，阻力盡可能低。同時，應能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔，因此，采用平衡式分流道如圖 5-5 所示。分流道應短而粗。但為了減少澆注系統(tǒng)的回料量，分流道也不能過粗。過粗的分流道冷卻緩慢，還會增長模塑周期。 2. 分流道的長度 長度應盡量取短，且少彎折。該模具的分流道的長度很短， 第一級分流道 L1=50 mm 第二級分流道 L2=25 mm 第三級分流道 L3=20mm 3. 分流道的形狀及尺寸 分流道的截面形狀有圓形、半圓形、矩形、梯形、U 形等多種。在流過同等橫截面積的條件下，橫截面為正方形的流動阻力最大，傳熱最快，熱量損失最大，因此對熱塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圓形橫截面流動阻力小，熱量損失最小，熔體降溫也最慢，但從加工來說，它需要同時在動模和定模上開設半截面，要使兩者完全吻合，制造較困難。半圓形和矩形截面的分流道比表面積（即表面積/體積比）較大，較少采用。而梯形截面、U 形截面的分流道，加工容易且熱量散失和流動阻力也不大。為了便于機械加工及凝聊脫模，本設計的分流道設置在分型面上，截面形狀采用加工工藝性比較好的梯形截面。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔體的熱量散失及流動阻力均不大，一般可以采用下面的經(jīng)驗公式來計算截面尺寸： B=0.2654=0.2654=1.713mm 由于B不在適用范圍，需要自行設計。取B=6mm H==6=4mm ，取H=4mm （1）分流道截面形狀如圖 從理論上L2，L3分流道可比L1截面小10%，但是 為了刀具的統(tǒng)一和加工方便，在分型面上的分流道采用 一樣的截面。 （2）凝料體積 分流道長度 L=（40+25+20×2）×2=210mm 分流道截面積 A==20 凝料體積 （3）分流道剪切速率校核 采用經(jīng)驗公式=(3.3×4.52)/(3.14×)=350＜5×103/s 0.2418cm 4. 分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 0.63?m～1.6?m，這樣的表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力。 避免熔流表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處 Ra= 1.6 從前面圖中可以看出，流道分兩組，流道開在塑件的中心處，通過作圖可以看出，該模是由主流道、一級分流道、二級分流道、三級分流道和點澆口組成。 3.3 澆口的設計 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短通道（除了直接澆口外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。 澆口的主要作用： 1） 型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流； 2） 易于切除澆口尾料； 3） 對于多型腔模具，用以控制熔接痕的位置。 當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高，黏度降低，提高流動性能，有利于充型，但是澆口尺寸過小會使壓力增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質(zhì)量。 3.3.1 澆口形式的選擇 在注塑模設計中，按澆口的結構形式和特點，常用的澆口形式有如下幾種： 直接澆口、中心澆口、側澆口 、環(huán)行澆口、輪輻式澆口、爪形澆口 、點澆口、 潛伏式澆口?。 各種澆口的結構形式如圖3-5所示： 圖3-5 澆口結構形式 澆口的設計與塑件的形狀，截面尺寸，模具結構，注射工藝參數(shù)及塑料性能等因素有關。澆口的截面尺寸要小，長度要短，這樣才能增大料流速度，快速冷卻封閉。便于與塑件分離或切除，且澆口的痕跡不明顯。由于我設計的是中小型塑件一模多腔表面不允許有大的痕跡的塑件，所以選用點澆口。 3.3.2澆口位置的選擇 澆口的位置選擇，應遵循如下原則： 1. 避免制件上產(chǎn)生噴射等缺陷 避免噴射有兩種方法：a 加大澆口截面尺寸，降低熔體流速；b 采用沖擊型澆口，改善塑料熔體流動狀況。該模具采用方法 a。 2. 澆口應開設在塑件截面最厚處； 3. 有利于塑件熔體流動； 4. 有利于型腔排氣； 5. 考慮塑件使用時的載荷狀況； 6. 減少或避免塑件的熔接痕； 7. 考慮分子取向?qū)λ芗阅艿挠绊懀? 8. 考慮澆口位置和數(shù)目對塑件成型尺寸的影響； 9. 防止將型芯或嵌件擠歪變形。 鑒于上述原則，本模具澆口位置取在塑件頂部圓中心。 3.3.3澆口的尺寸的確定 澆口截面積通常為分流道截面積的 0.07～0.09 倍，澆口截面積形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度約為 0.5～2mm 左右。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模時逐步修正. 由經(jīng)驗公式得：d= 式中 A=0.583 n——塑料材料系數(shù)取0.6 k——塑件壁厚的函數(shù)值取0.291 3.3.4點澆口剪切速率的確定 由經(jīng)驗公式得： 在范圍內(nèi)，剪切速率校核合格。 3.4 澆注系統(tǒng)的平衡與冷料井的設計 3.4.1 澆注系統(tǒng)的平衡 流道排列的原則：1）盡可能使熔融塑料從主流道到各澆口的距離相等。 2）使型腔壓力中心盡可能與注射機的中心重合。 幾種常見的平衡式澆注系統(tǒng)如圖3-8所示： 圖 3-8 澆注系統(tǒng)的平衡方式 對于該模具，從主流道到各個型腔的分流道的長度相等，形狀和截面尺寸也相同，各個澆口也相同，因此澆注系統(tǒng)是平衡的 3.4.2 冷料井的設計 1主流道冷料穴 采用半球形，半徑比主流道末端半徑大1mm，球心比分流道低1mm。該冷料井設在斜銷固定板上。 2分流道冷料穴 在分流道端部加長2mm作為分流道冷料穴。 圖3-9 4.成型零件的設計 4.1成型零件的設計要點 模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。成型零件包括凹模。型芯、鑲件、成型杠和成型環(huán)等。成型過程中成型零件受到塑料熔體的高壓作用，料流的沖刷，脫模時與塑件間發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外還要求成型零件具有合理的結構和良好的加工工藝性，具有足夠的強度、剛度和表面硬度。 在設計模具時，應根據(jù)塑件的尺寸精度等級確定模具成型模具成型零件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的因素相當復雜，這些因素因作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。 影響塑件尺寸精度的主要因素有如下幾個方面： （1）塑件收縮率所引起的尺寸誤差。塑件成型后的收縮率與塑料的品種，塑件的形狀、尺寸、厚度、模具的結構，成型工藝條件等因素有關。在模具設計時，要準確的確定收縮率是很困難的，因為成型后實際收縮率與計算收縮率是有差異的，生產(chǎn)中工藝條件變化，塑料批次的改變也造成塑件收縮率的波動，這些都會引起塑件尺寸的變化。 （2）模具成型零件的制造誤差。模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。成型零件加工精度愈低，成型塑件的尺寸精度也愈低 （3）模具成型零件的磨損。模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時塑件的摩擦、成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕性氣體的銹蝕以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度提高而重新進行打磨拋光等，均會造成成型零件尺寸的變化。磨損的結果使型腔尺寸變大，型芯尺寸變小。 （4）模具安裝配合的誤差。模具成型零件裝配誤差以及在成型過程中成型零件配合間隙的變化，都會引起塑件尺寸的變化。 一般情況下，收縮率的波動、模具制造公差和成型零件的磨損是影響塑件尺寸精度的主要原因。而收縮率的波動引起的塑件尺寸誤差隨塑件尺寸的增大而增大。因此生產(chǎn)大型零件時，若單靠提高模具制造精度等級來提高塑件精度是比較困難和不經(jīng)濟的，應穩(wěn)定成型工藝條件和選擇收縮率波動較的塑料。生產(chǎn)小型塑件是，模具制造公差和成型零件的磨損是影響塑件尺寸精度的主要因素，因此，應提高模具精度等級和減少磨損。 設計成型零件是應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及精度要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位和冷卻水道的布置等，然后根據(jù)成型零件加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件的結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對重要的成型零件進行剛度和強度的校核。 4.2 成型零件的結構設計 4.2.1 凹模 底座蓋Ⅱ的外壁為圓筒形狀，帶有側凸臺和側凹孔，要進行側向抽芯，可采用瓣合模的結構形式。本模具采用的凹模即為斜滑塊。其結構形式比較復雜，詳圖見模具零件工作圖（SLZM01-02）。 4.2.2 型芯 本模具有兩個型心： 主型芯是一個簡單的整體式圓柱體型芯。成型部分用數(shù)控銑床銑出，熱處理后用線切割切割外形，然后用電極對成型面進行精加工。其結構形式如圖4-1所示： 圖 4-1 型芯 4.3 成型零件工作尺寸的計算 塑件尺寸公差由塑料制件尺寸公差表（標準SJ1372）查得，根據(jù)要求，PC選用高要求等級精度，即選用MT1，則查塑料成型模具書表3-5-1得，模具制造公差等級為IT8. 由公式 式中 s—塑件的收縮率，取0.006； Ls—塑件外徑尺寸； x—修正系數(shù)（取0.6）； Δ—塑件公差值（由塑件的公差表查得）。 δ—制造公差，取Δ/4或Δ/5； 型腔圓柱面半徑SR1=[(1+0.013)×22- 0.6×0.04] 0+0.04 =22.26 0+0.04 型腔的凸臺到圓柱中心的距離H= [(1+0.013)×24- 0.6×0.04] =24.29 0+0.05 主型芯的徑向尺寸R1=[(1+0.013)×18 - 0.6×0.04] 0+0.05=18.21 0+0.05 主型芯接觸面高度尺寸H1=[(1+0.013)×18- 0.6×0.04]=18.21 0+0.04 側型芯的徑向尺寸R2=[(1+0.013)×2 - 0.6×0.04] 0+0.02=2 0+0.02 側型芯接觸面高度尺寸H2=[(1+0.013)×3- 0.6×0.04]=3 0+0.02 由于本次是課程設計，參考的資料有限，故在選擇材料的過程中我都是選擇型號和材料以及尺寸都是高于要求的，故對于型腔零件強度、剛度的校核可以不用進行。 5.模架的確定和標準件的選用 5.1 模架的確定 以上內(nèi)容計算確定之后，便可根據(jù)計算結果選定模架。在學校做設計時，模架部分可參照各模板標準尺寸來繪圖；在生產(chǎn)現(xiàn)場設計中，盡可能選用標準模具，確定出標準架的形式、規(guī)格及標準代號，這樣能大大縮減模具制造周期，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。 模架尺寸確定之后，對模具有關零件要進行必要的強度或剛度計算，以校核所選模架是否適當，尤其是對于大型模具，這一點尤其重要。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根據(jù)成型零件尺寸結合標準模架，利用EMX輔助設計，模架制造商為hasco-246*296。 模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應光潔，加涂防銹油。兩模板之間應有分模間隙，即在裝配、調(diào)試、維修過程中，可以方便的分開兩塊模板。 本模具的模架結構簡圖如下： 圖 5-1 模架的結構 5.2 各模板的尺寸及材料 1.定模底板（170mm×150mm，厚度為15mm） 定模座板是模具與注射機連接固定的板，材料為45鋼。 定位圈通過4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接。 4.定模板（170mm×150mm，厚度為15mm） 定模板應有一定的厚度，并且有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好調(diào)質(zhì)230HB～270HB。 5. 動模板（170mm×150mm，厚度為20mm） 與定模板一樣，推件板也應有一定的厚度，并且有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好調(diào)質(zhì)230HB～270HB。 6.支撐板（150mm×80mm，厚度為30mm） 作用為固定型芯。 8.推桿固定板（150mm×100mm,厚度為20mm） 材料為45鋼。 9.推板（150mm×100mm,厚度為20mm） 材料為45鋼，用4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與推板固定板聯(lián)接。 10.動模底板（170mm×150mm,厚度為30mm） 動模底板應有較高的平行度和硬度，因為該套模具的型芯固定在支承板上。材料較宜采用45鋼，調(diào)質(zhì)230HB～270HB。 6.合模導向機構的設計 當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設計人員只要按模架規(guī)格選用即可。如需采用精密導向定位裝置，則須由設計人員根據(jù)模具結構進行具體設計。 6.1導向機構的整體設計 6.1.1導向機構的設計原則 1. 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。 2. 為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應制有承屑槽，即可削去一個面或在導套的空口倒角，該模具采用無導套，無倒角設計。 3. 在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。 4. 動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 7.脫模機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置成為脫模機構，也常稱為推出機構。 7.1 脫模推出機構的設計原則 塑件推出（定出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，一次，塑件的推出是不可忽視的。在設計推出脫模機構時應遵守下列原則。 1．推出機構應盡量設置在動模一側。 2．保證塑件不因推出而變形損壞。 3．機構簡單、動作可靠。 4．良好的塑件外觀。 5．合模時的準確復位。 7.2 塑件的推出基本方式 1．推桿推出是一種基本的、也是一種常用的塑件推出方式。常用的推桿形式有圓形、矩形、階梯型。本設計采用最基本的直推桿的形式。 2．推件板推出對于輪廓封閉且周長較長的塑件，采用推件板推出機構。推件板推出部分的形狀根據(jù)塑件形狀而定。本設計采用推件板推出。 3．大型深腔塑件，經(jīng)常采用或輔助采用氣壓推出方式。本套模具的推出機構形式較為復雜，全部采用推桿推動推件板推出。這種設計的好處是，不用在以后的設計過程中設計復位桿了。 7.3底座蓋II的推出機構 1．本課程設計的塑件由于有側孔，為了防止強制脫模對塑件產(chǎn)生破壞，所以設置了斜導柱脫模機構，通過斜導柱的側向力，把動模模仁向兩邊分開，再用中心推桿把塑件頂出。 2．通常推桿裝入模具后，其端面應與底面平齊或高出型芯底面0.05~0.10mm。 3．推桿與推桿固定板，通常采用單邊0.5mm的間隙，這樣可以降低加工要求，又能在多推桿的情況下，不因各板上的推桿空加工誤差引起的軸線不一致使發(fā)生卡死現(xiàn)象。 4．推桿的材料常用碳素工具鋼T8A，熱處理要求硬度在50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度為Ra=0.8微米。 8.溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 8.1 加熱系統(tǒng) 本次設計是熱塑性塑料，而且該套模具的模溫要求為30-60°C左右，所以無需設置加熱裝置。 8.2 冷卻系統(tǒng) 本套模具內(nèi)塑料的溫度為180°C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時的溫度應該在60°C以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使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可迅速脫模。 成型溫度和模具溫度分別為160-190℃，和20~50℃，常用溫水對模具進行冷卻。 8.2.1 冷卻介質(zhì) 冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水比較多，因為水的熱容量大、傳熱系數(shù)大，成本低。用水冷卻，即在模具型腔的周圍內(nèi)部開設冷卻水道。 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)進行初步的簡略計算。 8.2.2 冷卻系統(tǒng)的計算 1.塑件在固化時每小時釋放的熱量Q PC單位質(zhì)量釋放出的熱量設為700Kj/Kg。 Q=WQ1=0.154×700×60＝6468Kj/h 2.冷卻水的體積流量 式中，—冷卻水的密度，為1000kg/m3 C1—冷卻水的比熱容，為4.187Kj/（kg°C） 1—冷卻水出口溫度，取25°C 2—冷卻水入口溫度，取20°C 3.冷卻水在管道中的流速 由于模具較小，空間有限，取進出水管道直徑d=8mm。 4. 冷卻水道孔壁與冷卻水之間的傳熱系數(shù)h 5 .冷卻管道總傳熱面積A 式中，—模具溫度與冷卻水溫度之間的平均溫度，模具溫度取50°C。 6.模具上應該開設的孔數(shù) 由于注射量較少，所需的冷卻水也較少，在這里無需開設冷卻水道。 參考文獻 [1] 陳錫棟 周小玉.實用模具手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001.7 [2] 彭建聲 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Chemosphere, 1999, 36(3):740-746 結 論 通過本次設計，對模具工業(yè)有了很好的了解。特別了解了注塑工業(yè)的重要地位和當今注塑模具的現(xiàn)狀。模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。 為了做好這次畢業(yè)設計，我找了很多有關模具設計方面的書籍，進行了系統(tǒng)的學習。并且還在網(wǎng)上找了不少有關模具設計方面的資料作為參考和學習之用。通過學習這些知識，對模具設計的過程有了清晰的認識，以及在模具設計過程中應該要注意些什么問題都有個大概的了解。學習了傳統(tǒng)的模具設計方法和現(xiàn)代模具設計方法，理解了現(xiàn)代模具設計的高效，高質(zhì)，低成本的優(yōu)越性。 由于是第一次進行模具設計，我采用了以傳統(tǒng)模具設計流程為主線，利用現(xiàn)代模具設計的優(yōu)越性方面的并行設計方法，運用三維設計軟件，以完成模具的三維實體設計為先，以繪制工程圖為后的設計流程，從而減少了模具設計過程中錯誤的出現(xiàn)和設計的返工。 在這次模具設計中，一個關鍵之處就是運用UG軟件進行模具設計。運用UG可以很好的完成制品3D模型的建立、制品設計的合理性、注射成型的工藝性分析、模具型腔的設計以及標準模架的選取等模具設計過程中的關鍵步驟，使得模具設計的時間的減少，并提高設計的質(zhì)量。CAE軟件在模具設計行業(yè)的應用，提高了模具設計的精確性和速度，降低了制造成本。因為通過這個軟件，可以讓設計師在推出產(chǎn)品前，有機會了解所設計的產(chǎn)品的缺點，并事先改善，有效的減少浪費和降低成本。 由于是第一次做模具設計，自身所具有的知識和經(jīng)驗有限，所以在設計過程中對于一些問題的理解和處理都顯得比較膚淺?？傊?，完成了這次畢業(yè)設計，使我的知識變得更加豐富。不僅學到不少專業(yè)知識，鍛煉了自己的工作能力，也學會了以什么樣的心態(tài)去面對設計工作。 27