儲(chǔ)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(guó)內(nèi)外研究及其發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………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(jī)構(gòu)的確定……………………………

4、……………………………………7 3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………………7 3.6 選擇模架………………………………………………………………………7 4 模具設(shè)計(jì)及其理論計(jì)算……………………………………………………………8 4.1 熱流道系統(tǒng)的計(jì)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(jì)………………………………………………………9 4.2 4.3

5、注射機(jī)型號(hào)的確定……………………………………………………………12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………14 4.3.1 4.3.2 4.3.3 冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………14 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算………………………………………………………14 凸凹模加熱計(jì)算………………………………………………………16 4.4 4.5 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………16 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………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(jì)算…………………………………………………………18 定模脫模力……………………………………………………………20 4.6 4.7 4.8 成型零件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………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(chǔ)物箱注射模設(shè)計(jì)

8、 摘 要：本文主要內(nèi)容是通過分析儲(chǔ)物箱的工藝特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了儲(chǔ)物箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具 設(shè)計(jì)的過程以及要點(diǎn)，設(shè)計(jì)包括了儲(chǔ)物箱的塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)過程。整個(gè)設(shè)計(jì)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(chǔ)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(zhǎng)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(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jì)可以使我掌握注射模的模具結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)，對(duì) 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(yùn)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(cè)量與控制及其它相關(guān)工 程實(shí)際問題的能力，在獨(dú)立思考、獨(dú)立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品 在機(jī)械、電子、交通、國(guó)防、建筑、農(nóng)業(yè)、等各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，對(duì)塑料模具的需求

12、 ［1］ 日益增加，塑料模在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)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(guó)內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國(guó)外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時(shí)，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(guó)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(guó)對(duì)注塑模設(shè)計(jì)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(guó)家重點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用，使我國(guó)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(xiàng)目的成果對(duì)促進(jìn)我國(guó) 注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國(guó)注塑模CA

14、D技術(shù)及應(yīng)用水平很快提高。 目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一 方面，模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具采購(gòu)趨向也十分明顯。 因此，放眼未來，模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)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(jì)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(dòng)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(yíng)國(guó)際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國(guó) 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(duì)一維流動(dòng)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(dòng)與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓分子取向以及翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。80年 代中期注塑模CAD/CAE進(jìn)入實(shí)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(guó)PTC公司的Pro/Engineer 軟 件；3.美國(guó)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(guó)外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時(shí)間內(nèi)，他們將朝著大型、精密、復(fù)雜與 長(zhǎng)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(chǔ)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(chǔ)物箱，結(jié)構(gòu)應(yīng)近可能的簡(jiǎn)單，且強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足需要，在底部設(shè)有 較多的加強(qiáng)肋板，在上邊緣設(shè)有一圈弧形加強(qiáng)肋以增加儲(chǔ)物箱的剛度和強(qiáng)度。該塑件 長(zhǎng)端有兩處安裝提手的孔，當(dāng)儲(chǔ)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)募雍瘢褲M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(yùn)困難時(shí)，特意在箱子底部設(shè)計(jì)了有安裝滾輪 軸的卡槽，滾輪在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內(nèi)移動(dòng) 。 2.2.2 成型工藝分析 注射模精度等級(jí)：采用一般精度 4 級(jí)。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(gè)階 ［ ］ ［4］ 段 。 2.3.2 成型前準(zhǔn)備 分析檢驗(yàn)成型物料質(zhì)量：根據(jù)塑料工藝性能要求，檢驗(yàn)其各種性能指標(biāo)，如含水 量等。對(duì)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(jī)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(jī)計(jì)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(dòng)狀態(tài)，并且有良好的可塑性 全過程。 3）注射：注射機(jī)用柱塞或螺桿推動(dòng)具有流動(dòng)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(shí)自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實(shí)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(shí)可退回 柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質(zhì)，對(duì)模具進(jìn)一步冷卻，這

20、一階段稱冷卻定 型、實(shí)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(shí)間 。 6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機(jī)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)暮筇幚恚枰愿纳坪吞岣咚芗阅?，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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間對(duì)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(duì)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(shí)間結(jié)束前完成塑化過程就可以。 10﹚計(jì)量行程：

22、0.5D~4D;4D 的計(jì)量行程為熔料提供足夠長(zhǎng)的駐留時(shí)間是很重要 的。 11﹚殘料量：2mm~8mm,取決于計(jì)量行程和螺桿轉(zhuǎn)速。 12﹚預(yù)烘干：不需要；如果儲(chǔ)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(huì)收縮。 15﹚澆口系統(tǒng)：點(diǎn)式澆口或多點(diǎn)澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置 在制品最厚點(diǎn)，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(jì)階段，就應(yīng)該考慮成型時(shí)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(jì)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(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮到了模具的分型面，同時(shí)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(jì)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(gè)，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)不能采用側(cè)澆口、 潛伏式澆口或護(hù)耳式澆口，因?yàn)闈部谕耆靡贿叢焕M(jìn)料。只能采用直接澆口或點(diǎn) 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(shí)，還應(yīng)考慮塑料熔體所允許的最大流動(dòng)距離比，當(dāng)采用直接 澆口時(shí)，如圖 1 可估算出流動(dòng)比 K=L/t=230，這在 PP 塑料的流動(dòng)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(duì)型腔的填充。若采用普通流通道點(diǎn)澆口兩 點(diǎn)進(jìn)料的話，在

25、定模部分必須要有一個(gè)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(fèi)材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點(diǎn)澆口，上述問題 不復(fù)存在，是一個(gè)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(jī)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(jì)算。對(duì)于該設(shè)計(jì)，提供了塑料圖樣，據(jù)此在 Pro/E 中建立模型 并對(duì)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(shí)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(jì)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(duì)澆口進(jìn)行冷卻，儲(chǔ)物箱底部的肋板高 為 20mm,凝料長(zhǎng)定位 30mm 比較合適。由于凝料有一個(gè)脫模斜度，通過計(jì)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?？紤]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(jì)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(jì)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(jì) （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(jiǎn)單確定采用兩點(diǎn)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(qiáng)度的銅合金制造， 本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算。流道板加熱功率，是在一定時(shí)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(shí)，由溫度調(diào)節(jié)器 自動(dòng)控制，補(bǔ)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(jì)完

32、成，獲知了流道板的體積后，按 質(zhì)量 m 的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 每 1kg 鋼升溫需 100W 電熱功率計(jì)算。 模具可增大些比值， 升溫時(shí)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(jì)。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(bǔ)充流道板的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱損耗功率；其三是考慮 電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響和加熱器的熱效率。工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)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(duì)于鋼材，C=0.48kJ/(kg?℃); T——流道板的加熱時(shí)間（min），通常為 20min~30min，時(shí)間長(zhǎng)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(guó)注射機(jī)基本都是普通注射機(jī)，不是高速注射機(jī)，熔融塑料在熱流道中停 留時(shí)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(gè)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(duì)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(shí)，Co=0.18 W/﹙㎡K﹚。已知道板輻射表面 積 Ar=0.126 ㎡.由兩種狀態(tài)計(jì)算功率損失。 無絕熱設(shè)

38、計(jì)的流道板，先計(jì)算熱輻射系數(shù) D 在考慮流道板周邊間隙中空氣對(duì)劉熱損失，查表可知取空氣自然對(duì)流系數(shù)α= 10 W/﹙㎡K﹚.龜茲流道板的對(duì)流和輻射熱損失 k s 絕熱設(shè)計(jì)的流道板，計(jì)算安裝反射薄片時(shí)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(duì)流和輻射熱損失 k s 2 k s 根據(jù)上述計(jì)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(jì)的流道板 絕熱設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)

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(jì)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(jī)型號(hào)的確定 表 2 注射機(jī)參數(shù) Table2 Injectionmachineparameters 項(xiàng)目

41、 單位 尺寸 實(shí)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（小）模具厚度 mm 1100（600） 4.2.1 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 n≤（Mt/3600－m2)/m1 式中 K——注射

43、機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，PP 取 0.75 M——注射機(jī)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(gè)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(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)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(jì) 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(shí)溫度在 60

47、℃以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，時(shí)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(duì)于黏度低，流動(dòng)性好的塑料， 因?yàn)槌尚凸に囈竽＞邷囟榷疾惶撸驹O(shè)計(jì)采用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。因?yàn)檎l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(jì)算 如果忽略模具因空氣對(duì)流、熱輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具 金屬材料的熱阻，可對(duì)模具冷卻系統(tǒng)進(jìn)行初步的簡(jiǎn)略計(jì)算。 1)求塑件在固話時(shí)每小時(shí)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(shí)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?yàn)榱髁枯^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(shí)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(jì)算模具所需的冷卻水管的總長(zhǎng)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(yàn)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(jì)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(zhǎng) 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(jì)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(jiǎn)求得：d=0.02125m,考慮到水道復(fù) 雜，流動(dòng)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(huì)更好一點(diǎn) 。 4.3.3 凸凹模加熱計(jì)算 對(duì)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(jì)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(dòng)性好，模具溫度也較低，所以不設(shè)置點(diǎn)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(jì) 注射成型時(shí)，整個(gè)型腔由塑料填滿，型腔內(nèi)氣體應(yīng)能順利排出，否則就會(huì)產(chǎn)生熔 接、充型不滿和局部燒焦等缺陷。本設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)推出，沒有機(jī)械推出裝備，所以就 不能利用其推出機(jī)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?jí)毫?0.1MPa T1——模內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度（℃） T——充模時(shí)間（s） 模內(nèi)氣體質(zhì)量按常溫 20℃的氮?dú)饷芏扔?jì)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(shí)間查參考資料知 PP 成型周期為 60s 閉模時(shí)間為 6s 注射時(shí)間為 10s 塑化和冷卻 時(shí)間 31s 開模時(shí)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(shí)際排氣槽寬度應(yīng)大于計(jì)算值，因?yàn)楫?dāng)模具使用一段時(shí)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(shí)，可采用多個(gè)，甚至連續(xù)的排氣槽排氣。 可在整個(gè)型腔周邊上安排排氣槽排氣。參考資料，本設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(jī)構(gòu)，即推出機(jī)構(gòu)。本套模具屬于大型腔模具，推出形式選 用氣動(dòng)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(shí)，并不會(huì)像在平板形狀中那樣，立即釋放到空氣中，而是有足夠的時(shí)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(shí)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(shí) 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(shí)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(dòng)系統(tǒng)。模具開啟后，閥桿向前移動(dòng) 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(shí)踐中普遍采用，本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)氣閥，推動(dòng)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(jì)算（簡(jiǎn)單計(jì)算法） 塑件坐在模具中冷卻定型時(shí)，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(shí)必須克服著一包緊力，對(duì)于不帶瞳孔的殼體類塑件，脫模時(shí)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(shí)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(jì)算脫模力的時(shí)候，總是計(jì)算初始脫模力。 1)動(dòng)脫模力的計(jì)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(duì)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(jì)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(zhǎng)邊長(zhǎng)度加短邊平均長(zhǎng)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(jì)算結(jié)果，脫模力達(dá) 187KN，數(shù)字過大，與工程實(shí)際不相符合。 （2）動(dòng)模脫模力計(jì)算（精確計(jì)算法）。按精確計(jì)算方法測(cè)算，查資料計(jì)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(dòng)推出的壓縮空氣的氣壓為 0.261Mpa，為安全起