電動車充電器外殼注塑模設計

電動車充電器外殼注塑模設計,電動車,充電器,外殼,注塑,設計 畢業(yè)設計（論文）資料 設計（論文）題目： 電動車充電器外殼注塑模設計 　　  摘 要 本文主要介紹的是電動車充電器外殼注塑模具的設計方法。首先分析了電動車充電器外殼制件的工藝特點，包括材料性能、成型特性與條件、結構工藝性等，并選擇了成型設備。接著介紹了電動車充電器外殼注塑模的分型面的選擇、確定的型腔數目及其布置情況，著重的描述了成型零件、澆注系統(tǒng)、導向機構、脫模機構以及冷卻系統(tǒng)的設計過程。接著選擇標準注塑模模架和模具材料，校核了注射機的相關工藝參數。最后闡述了模具的工作原理，以及對在安裝調試的過程中有可能出現的問題進行分析與總結，并制定相適應的措施。 本文論述的電動車充電器外殼注塑模具采用二板式結構，采用一模一腔的型腔布置，最后利用推桿將制件推出，完成整個注塑過程。 關鍵詞：充電器外殼，注塑模，澆注系統(tǒng)，脫模機構 ABSTRACT This topic mainly explained the injection mold design process about electric car charger shell. First ,the article analyzed the technological characteristics of charger shell parts, of which mainly introduce it’s material, forming characteristics and conditions, the process of the structure, what’s more ,the forming equipment and the parting line were selected, the number of cavities was determined. This topic laid on emphasis on gating system, cooling system, Molding parts, Steering mechanism, moulding mechanism and spacer parting institutions. In addition, the standard mould bases and Mould materials were selected and the technological parameters of the forming equipment was checked. Finally, problems that may emerge during the mold installation process were analysed and the appropriate solutions were provided. Plate mold was used on the design of charger shell, there was one cavity in this mould,finally, a push rod was used to push off the charger shells. Keywords: charger shell, Injection mold, Gating system, Demoulding mechanism 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 第２章 電動車充電器外殼工藝性分析 2 2.1 材料性能 2 2.2 成型特性和條件 2 2.3 結構工藝性 3 2.4 零件體積及質量估算 3 2.5 電動車充電器外殼注塑工藝參數的確定 3 2.6 初選注射機的型號和規(guī)格 4 第３章　電動車充電器外殼注塑模具的結構設計 5 3.1 分型面的選擇 5 3.2模具基本結構的確定 6 3.3型腔的數量和布局的確定 6 3.4澆注系統(tǒng)設計 6 3.4.1主流道的設計 7 3.4.2 分流道設計 7 3.4.3 澆口設計 8 3.4.4 冷料穴設計 8 3.5 注塑模成型零部件設計 8 3.5.1 型腔、型芯結構設計 8 3.5.2 成型零件工作尺寸計算 9 3.5.3 型腔壁厚計算 11 3.6 合模導向機構設計 13 3.7 脫模機構設計 14 3.7.1脫模力計算： 14 3.7.2脫模機構的確定及接觸應力校核 15 3.8冷卻系統(tǒng)設計 16 3.8.1冷卻系統(tǒng)的設計原則 16 3.8.2冷卻系統(tǒng)的設計計算 16 3.9側抽芯機構的設計 17 3.9.1大滑塊設計 17 3.9.2小滑塊設計 18 3.10 排氣系統(tǒng)設計 18 3.11 模架及模具材料的選擇 18 第4章 注射機相關參數校核 20 4.1 最大注射量的校核 20 4.2 注射壓力校核 20 4.3 鎖模力校核 21 4.4 模具厚度的校核 21 第5章 模具的工作原理及調試 22 5.1 模具的工作原理 22 5.2 試模 23 第6章 模流分析 25 6.1 最佳澆口位置分析 25 6.2 填充質量分析 26 6.3 質量預測 27 第7章 典型零件工藝分析 28 7.1 凸模嵌件 28 7.2 定模板 32 結 論 36 參考文獻 37 致 謝 38 V 長沙學院畢業(yè)設計(論文) 第1章 緒論 在當代社會中，材料，能源，信息已成為生活與生產的三大頂梁支柱，在這三大支柱中，材料又是所有生產的物質基礎。塑料與鋼鐵、木材、水泥一起共同構成了現代工業(yè)四大基礎材料，在社會經濟發(fā)展的過程中占有重要地位。 塑料是目前世界上應用最為廣泛、產量最大的材料，年產量約占全部高分子材料的百分之七十以上。它具有其獨特的優(yōu)點，質量比較輕，熱傳導性能好，加工性能也頗佳。此外，各種改良性能的新品種塑料將出現，它們的性能通過改進后，能滿很多特殊場合的特殊性能，能夠滿商品日益多樣化的需求。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品現在已經從日雜用品迅速向功能性產品發(fā)展，特別是近年來在電子、汽車、航空、醫(yī)療等高科技產業(yè)方面得到了廣泛的應用。塑料在行業(yè)中廣泛運用，必會帶動與之相關的塑料模具產業(yè)，也會帶動模具技術向前發(fā)展，在塑料模具中，注塑模占有很大的比重，當今的模具技術正朝著大型化，精密化，復雜化的趨勢發(fā)展，科技含量越來越高，制造生產周期也越來越短。所以推動模具技術發(fā)展是當務之急的頭等大事，大型模具的設計與制造的能力已經成為評定一個國家生產制造水平高低的標志之一。 當今世界上工業(yè)比較發(fā)達的國家都采用計算機輔助設計與計算機輔助制造技術來生產模具，極大的提高了模具的設計效率，同時也縮短了的生產周期，而CAD/CAM/CAE技術是計算機技術與工程制造技術相結合，相互促進相互滲透發(fā)展起來的一門綜合性學科，它是先進制造技術的根本體現與標志，隨著其迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械設計與機械制造模式都發(fā)生了根本性的轉變。計算機輔助設計（CAD） 技術和計算機輔助制造（CAE） 技術的結合越來越緊密，在產品開發(fā)與設計過程中，設計人員如果能將這兩種技術很好的結合在一起，就能夠實現良好的互動設計，從而保證企業(yè)在生產設計環(huán)節(jié)上提高效率與質量，最終能夠使企業(yè)達到效益的最大化[9]。 我國模具工業(yè)起步較晚，經歷半個多世紀的發(fā)展，已經有飛躍性的發(fā)展，有些技術已經達到國際水平，但是盡管近幾年來我國模具技術有了很大突破，但是在為取得好成績感到自豪的同時我們要深刻認識到我們國家整體綜合水平要追趕上國外先進技術并不是一朝一夕的事，這就需要我們要積極進取，一起努力，攜手共進，把我國的模具技術推到一個更高的水平。  第２章 電動車充電器外殼工藝性分析 2.1 材料性能 圖2.1所示為電動車充電器外殼立體圖，材料為ABS，外觀黑色，精度等級一般（5級精度），制品表面光滑美觀。ABS為熱塑性塑料，密度1.05～1.07g/cm3，抗拉強度30～50MPa，抗彎強度41～79MPa，拉伸彈性模量1587～2277MPa，彎曲彈性模量1380～2690MPa，收縮率0.3%～0.8%[2]。該材料綜合性能好，沖擊強度高，尺寸穩(wěn)定，易于成型，耐熱和耐腐蝕性也較好，并具有良好的耐寒性。是目前產量最大、運用最廣泛的一種塑料。 圖2.1 電動車充電器外殼立體圖 2.2 成型特性和條件 ABS塑料的吸濕性比較強，塑料在成型前必須進行充分預熱與干燥（80～90℃下至少干燥2小時），使其含水量小于0.3%。對于要求表面有光澤的零件，塑料在成型前更應該進行長時間預熱（80～90℃下至少干燥3小時）。 塑料加熱溫度對塑料的質量影響較大，溫度過高易于分解（分解溫度>270℃）,一般料筒溫度為180～260℃，建議溫度245℃。 成型時宜采用較高的加熱溫度（對精度較高的塑件，模溫宜取50.60℃，對高光澤耐熱塑件，模溫宜取60.80℃）和較高的注射壓力（柱塞式注射機：料溫180～230℃，注射壓力100～140MPa；螺桿式注射機：溫度160～220，注射壓力70～100MPa）[3]。 2.3 結構工藝性 零件壁厚基本均勻，所有壁厚均大于塑件的最小壁厚0.8mm，借助塑料顧問分析可知注塑成型時不會發(fā)生填充不足現象。塑件為殼體類制件, 外表面為可見光亮面,制件上表面有有兩個孔，側面開了多個通孔，內表面有一個支撐住，四周有唇特征，塑件總體尺寸較大，長146.5mm，寬86mm，高20mm。該制件結構比較復雜，采用兩板分型結構，制造精度要求稍高。 2.4 零件體積及質量估算 借助于proe軟件，直接測量出單個塑件的體積V=44.0cm3，質量M=ρV＝1.06×44.0＝46.64g。 澆注系統(tǒng)凝料按一個塑件體積的30%進行估算，則凝料體積V凝=44×30%=13.2 cm3。 塑件和澆注系統(tǒng)凝料 總體積V總=57.2 cm3，總質量M總=60.63g。 2.5 電動車充電器外殼注塑工藝參數的確定 查《實用模具技術手冊》表12.10，確定ABS塑料的注射工藝參數如下[4]: 注射機類型：螺桿式 螺桿轉速：30～60r/min 噴嘴形式：直通式 噴嘴溫度：180～190 ℃ 料桶前端溫度：200～210 ℃ 料桶中段溫度：210～230 ℃ 料桶后段溫度：180～200 ℃ 模具溫度：50～70 ℃ 注射壓力：70～90 保壓力：50～70 注射時間：3～5s 保壓時間：15～30s 冷卻時間：15～30s 成型周期：40～70s 以上參數在試模時可以做適當調整。 2.6 初選注射機的型號和規(guī)格 注塑機的主要參數有公稱注射量、注射壓力、注射速度、塑化能力、鎖模力、合模裝置的基本尺寸、開合模速度、空循環(huán)時間等。這些參數是設計、制造、購買和使用注塑機的主要依據： (1)公稱注塑量　　指在對空注射的時螺桿或柱塞做一次最大注射行程注射裝置所能達到的最大注射量，體現注塑機的生產能力。 (2)注射壓力　　施加的克服螺桿(或柱塞)熔料流經噴嘴，澆道和型腔時的流動阻力的壓力稱為注射壓力。 (3)注射速率　能夠使熔料及時充滿型腔的流動速率稱為注射速率（或注射時間或注射速度）。 這里從實際注射量在額定注射量的20%～80%之間考慮，初選額定注射量在270以上的臥式注射機SZ.250/1250注射機[5]。該設備的技術規(guī)范見表2.1。 表2.1 SZ.250/1250注射機技術規(guī)范 注 射 裝 置 螺桿轉速/（r·） 10～200 理論注射容量/ 270 注射壓力/ 160～150 注射速率/（g·） 110 塑化能力/（kg·） 18.9 鎖模力/KN 1250 鎖 模 裝 置 拉桿間距(H×V)/（×） 415×415 模板行程/ 360 模具小厚度/ 150 模具最大厚度/ 550 定位孔直徑/ 160 定位孔深度/ 50 噴嘴伸出量/ 50 噴嘴球半徑/ 15 頂出行程/ 165 頂出力/KN 110  第３章　電動車充電器外殼注塑模具的結構設計 3.1 分型面的選擇 分型面是模具上用于取出塑件或澆注系統(tǒng)冷凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據需要可能有一個或兩個以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以與合模方向平行或傾斜。分型面的選擇設計，主要是根據塑件的精度要求、結構形式、嵌件的位置及形狀、塑料件在模具成形中的位置、澆注系統(tǒng)的形式及位置、排氣的方式、脫模形式、模具的類型、模具加工制造的工藝等因素，進行全面考慮，作出合理選擇。分型面選擇合理與否，是塑件能否完好成型的先決條件。因此在選擇分型面時應考慮周合，提供多種方案再從其中選出較為合理的方案。選擇分型面的基本原則是：分型面應選擇在塑件斷面輪廓最大位置處，以便于順利脫模，同時還應考慮以下幾個因素[1]： 1.符合塑件脫模的基本要求，就是能使塑件從模具中取出，分型面位置應設在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位。 2.分型線不影響塑件外觀，即分型面應盡量不破壞塑件光滑的外表面。 3.確保塑件留在動模一側。 4.確保塑件質量。 5.應盡量避免形成側孔、側凹，若需要滑塊成型，力求滑塊結構簡單，盡量避免定模滑塊。 6.滿足塑件鎖緊要求。 7.合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口。 8.有利于模具加工。 根據上述原則，電動車充電器外殼注塑模具的分型面位置如圖3.1所示 圖3.1電動車充電器外殼注塑模具分型面位置 3.2模具基本結構的確定 注塑模具的有可分為單分型面和雙分型面兩種基本結構。 單分型面注塑模具，是最簡單的也是最流行的一種分型結構，分型面將整個模具分為兩部分：一部分固定在注塑機上稱為定模，一部分可以運動稱為動模。分模時塑件和澆注系統(tǒng)凝料隨動模一起運動被帶出，最后被設置在動模上的推出機構（推桿，推板，推管等）一同推出，實現脫模。 雙分型面注塑模 顧名思義，它有兩個分型面，一個分型面用于取出流道內的凝料，另一個分型面用于取出塑件，又名為三板式注塑模。與單個分型面注塑模比較，三板式注塑模多加了一個中間板。它適合運用于采用點澆口進料的多種模具。在開模時中間板在定距拉桿的作用下，只能夠分開一段距離，這段距離可方便的取出這兩塊板中間流道內的凝料，而利用推出機構（推板或推桿）將型芯上的塑件推出。 電動車充電器外殼四周都有抽芯，結構比較復雜，從成本考慮，我選擇單分型面注塑模。結構更簡單，成本更低，經濟效益更高。 3.3型腔的數量和布局的確定 確定型腔數量的方法有：一是根據技術參數來確定，綜合考慮注塑機最大注塑量、額定鎖模力以及塑件精度等，二是根據經濟性來確定型腔的數目，它是根據總成型加工費最小原則，并忽略準備時間和試生產原材料費用，經考慮模具加工費和塑件成型加工費。本零件體積比較大，四周又有側抽芯，結構又比較復雜，故主要從塑件精度及經濟性來綜合考慮型腔的數量，綜上所分析，因此整個模具決定采用一模一出的結構分布，即一次注射成型一個塑料制件。 3.4澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是指熔融的塑料由注射機噴嘴進入到型腔之間的進料通道。它的主要作用是使注射壓力充分傳遞到模腔內的各個部位使熔融的塑料充滿型腔，來保證塑件內部的致密組織、尺寸輪廓精度以及表面的光潔度，從而達到產品所需達到的要求。 澆注系統(tǒng)設計主要包括主流道，分流道，澆口以及冷料穴的設計。在此設計過程中，我們采用的是直接澆口。 3.4.1主流道的設計 主流道就是熔融塑料從注塑機到模具型腔內部的通道。它的直徑過大或過小都會影響到熔體的流速以及填充時間，不合理的設計便會影響冷卻速度，甚至還有可能出現澆不滿產生缺陷或氣孔，從而影響到整個塑件的質量。 由于主流道是連接注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，橫截面為圓形，帶有一定的錐度，另外由于經常與高溫的噴嘴接觸，故把主流道設計成拆可更換的襯套，簡稱澆口套。澆口套的設計要點：1.為了防止?jié)部谔着c注射機噴嘴對接處溢料，主流道與噴嘴的對接處應設計成半球形凹坑；2.為了減小對塑料熔體的陰力及順利脫出主流道凝料，澆口套內壁表面粗糙度應加工到Ra0.8um；3主流道錐角過大或過小都會對塑件質量產生不良影響，通常取2－4度；主流道大端呈圓角，半徑r=1-3mm,以減小料流轉向過渡時的阻力；5.在模具結構允許的情況下，主流道盡可能的設計短一些，長度一般不超過60mm。遵循以下原則，設計的澆口套尺寸見表3.1。 表 3.1 主流道部分尺寸 符 號 名 稱 尺 寸/mm d 主流道小端直徑 1.5 SR 主流道球面半徑 16 h 球面配合高度 3 a 主流道錐角 2 L 主流道長度 58 D 大端直徑 20 3.4.2 分流道設計 本模具采用一模一腔，且只有一個澆口，故沒有分流道。 3.4.3 澆口設計 澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，起著調節(jié)，控制料流速度、補料時間，防止倒流及在多型腔中起著平衡進料的作用。常見的澆口有測澆口、重疊式澆口、直接澆口、點澆口等。在選擇澆口位置時，應考慮以下問題[1]： 1) 應避免引起熔體破裂； 2) 澆口應開設在塑件壁厚最大處； 3) 應有利于排氣； 4) 有利于盡量減少熔接痕和提高熔接痕強度； 5) 防止型芯變形； 6) 避免產生噴射和蠕動； 7) 考慮塑件的收縮變形及分子取向； 8) 應考慮塑件的外觀。 根據塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用直接澆口，采用中心澆口。依據是熔體通過主流道直接進入型腔，流程短，進料快，流動阻力小，傳遞壓力好，熔體流動均勻，保壓補縮作用強，有利于排氣和消除熔接痕。 3.4.4 冷料穴設計 由于采用直接澆口，在設計過程中不采用冷料穴和分流道，只要將澆口安排在合理的位置保證塑料熔體能夠均勻地分布到型腔的各個部分。 3.5 注塑模成型零部件設計 3.5.1 型腔、型芯結構設計 型腔是指模具閉合時用來填充塑料以成型制件的空間，按型腔的結構不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四個結構形式。通常包括凹模、凸模、小型芯、螺紋型芯或型環(huán)等 ，成型塑料件內表面的零件統(tǒng)稱凸?；蛐托?，為節(jié)省優(yōu)質鋼材和便于加工及熱處理，型腔和型芯都采用整體嵌入式結構，它們的固定采用緊配合固定。其安裝情況如圖3.2： 圖3.2 凸、凹模嵌件安裝圖 3.5.2 成型零件工作尺寸計算 成型零件的工作尺寸凹模和凸模直接構成型腔的尺寸。它通常包括凹模和凸模徑向尺寸、凹模和凸的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。 一、影響工作尺寸的主要因素[1] 塑料制品公差由模具的制造精度、模具的磨損量和塑件的成型收縮率構成。 1. 模具制造公差 模具的制造公差可取塑件公差的1/3－1/4； 2. 模具的磨損量 對于一般的中小型塑件，最大的磨損量可取塑件公差的1/6，對于大型塑件則取以下； 3. 塑件的收縮率 塑件成型后的收縮率與多種因素有關，通常按平均收縮率計算，； 二、工作尺寸計算方法[1] 目前，成型零件的工作尺寸計算方法主要有兩種，一種是平均值法，即按平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是極限收縮法。對平均收縮率較小的塑件一般采用平均值法。ABS材料的收縮率在0.3%－0.8%之間，其平均收縮率=0.55%，模具制造公差選δz=Δ/6。塑件除中心孔距95.1精度為三級外，其余尺寸精度為五級。型腔、型芯工作尺寸計算見表3.2[5]。 表3.２ 型腔、型芯工作尺寸計算 類別 塑件尺寸 制品公差△ 計算公式 工作尺寸 型 腔 工 作 尺 寸 的 計 算 1.14 1.0 0.44 0.32 0.32 0.32 0.28 Error! Reference source not found. 0.28 0.28 0.24 0.24 0.2 型 芯 工 作 部 分 尺 寸 1.44 1.0 1.0 0.44 0.28 +0.28 0.2 中心距類尺寸 1 0.72 0.74 0.44 0.44 0.32 0.28 0.28 3.5.3 型腔壁厚計算 注射模在工作過程中要承受諸如注射壓力、保壓力、鎖模力等多種附加力。模具型腔如遇到強度不夠的情況，將產生塑性變形甚至發(fā)生斷裂破壞；如遇剛度不夠的情況，將產生比較較大的彈性變形，這會使模具的貼合面處存在比較大的間隙，進而發(fā)生溢料與產生飛邊。另外，當成型后成型壓力消失時，型腔因彈性回復而收縮，當收縮量大于塑件的收縮時，型腔會緊緊包住塑件，造成開模困難或塑件殘留在定模上而損壞塑件或塑件質量不良。因此，有必要對模具型腔進行強度和剛度計算。該塑件型腔形狀為整體式矩形，可由剛度計算得型腔壁厚及型腔底板厚，其式為： (式3.1) (式3.2) S c ——型腔側壁厚度(mm)； S d ——型腔底板厚度(mm)； p ——型腔內熔體壓力，一般取25~45MPa；(取35MPa) E ——彈性模量，鋼材取2.1×105MPa； δ ——成型零件的許用變形量；(ABS 屬于中粘度塑料，故取0.05mm) c ——L / a 決定的常數； c' ——L / b 決定的常數； L ——型腔長度(mm)； a ——型腔深度(mm)； b ——型腔寬度(mm)。 已知L =146.5mm， a =20mm， b =86mm，由于L / a =7.325，表中無法查取c 的值，故采用經驗公式： S = (0.20L +17)×0.85 (式3.3) 得出最小型腔側壁厚度Sc =39.4mm。 有關參數為：L / b =1.70，查得c' =0.0260；p=35MPa；b =86mm；E=2.1×105MPa； δ =0.05。代入公式得型腔底板厚Sh =16.80mm。 該模具型腔壁厚可取>39.4mm，底板厚取>16.80mm。 根據計算數據畫出凹模與凸模，如圖3.2與圖3.3： 圖3.2凹模鑲塊 圖3.3 凸模鑲塊 3.6 合模導向機構設計 合模導向機構是塑料模具不能缺少的一個部分，導柱可以安裝在定模上也可以安裝在動模上，但是由于型芯一般設置在動模上，故一般也將導柱設置在動模上，方便操作的同時在合模時可以起保護作用。導向機構的作用是通過導柱導套的配合產生直線運動，從而保證動、定模在同一條直線上開合，實現凸模與凹模比較精準的定位，就能保證最終塑件的尺寸與位置精度。合模導向機構除了有導向和定位的功能外，還可以增加承受側壓力的能力，保證模具運動平穩(wěn)。 本模具采用導柱導向機構。 1導柱機構形式為便于加工導柱導套安裝孔，獲得較好的技術經濟效益，使用有肩導柱。 導柱的布置：為確保動模和定模只按一個方向合模，采用等直徑導柱對稱布置。為確保型芯不損壞，導柱設在動模一側，即正裝。導柱、導套三維如圖3.4、圖3.5所示： 圖3.4 導套 圖3.5 導柱 3.7 脫模機構設計 3.7.1脫模力計算： 脫模力是指將塑件從包緊的型芯上脫出所需克服的阻力。對于薄壁距環(huán)形斷面的塑件，其脫模力的計算公式為： （式3.4） 上式中， 是距環(huán)形塑件的平均壁厚，=1.5； E是塑料的彈性模量，E=1800； S是塑料的平均收縮率，這里取0.55%； L是塑件對型芯的包容長度，l=9； 是模具型芯的脫模斜度，=； f是塑件與型芯之間的精摩擦系數，對于ABS塑料取0.21； 是塑件的泊松比，=0.35； 是無因次因素，； A是盲孔塑件型芯在脫模機構方向上的投影面積，A=2132.67； 將上述數值代入公式（3.4）得到脫模力 F=563.9N 3.7.2脫模機構的確定及接觸應力校核 為保證塑料件成形后從模腔或型芯上順利脫出，模具結構中必須設計可靠有效的脫模機構。由于此模具結構比較復雜，四周都有側抽芯，不方便利于推板推管等脫模機構，所以采用推桿脫模機構，該機構運動簡單且推出力大。九根推桿通過推桿固定板固定在推板上，上端通過在凸模上開孔通過，并保持一定的間隙，保持推出機構平衡推出。其三維圖如圖3.6： 圖3.6 推桿 應力校核： 查手冊得ABS得許用應力為：。 由塑件在型芯上的包緊力F=563.9N，取推力P=600N。 則推桿在塑料件上的壓應力為： （式3.5） 代入數據得： ,故能滿足強度要求。 3.8冷卻系統(tǒng)設計 3.8.1冷卻系統(tǒng)的設計原則 為使冷卻系統(tǒng)具有比較高的效率，并且使型腔表面溫度分布均勻，在冷卻系統(tǒng)的設計過程中應遵循如下原則[1]： 1)動定模要分別冷卻，保持冷卻平衡； 2)孔徑與位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔徑越大； 3)冷卻水孔的數量越多，模具內溫度梯度越小，塑件冷卻越均勻； 4)冷卻水道可以穿過模板與鑲件的交界面，但不能穿過鑲件鑲件交界面，以免漏水； 5)盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等； 6)澆口處加強冷卻。 7)標記冷卻水通道的水流方向。 3.8.2冷卻系統(tǒng)的設計計算 我們假設熔體帶入的熱量全部由模具傳導，則有： (式3.6) 式中， q v 是冷卻水體積流量(m3/min)；n是單位時間(每小時)的注射次數(次/h )；m是注射機每次注入模具的材料質量(g/次)；Q1是材料的單位熱流量(J/kg)；ρ 是水的密度(kg/m3)；c是水的比熱容(J/kg?℃)；θ1是冷卻水出口溫度（℃）；θ2是冷卻水進口溫度。 本次設計中，所選材料ABS 注射成型周期為50~220s，故選成型周期為120s，則確定注射次數為n=15次/h；注射機每次注入模具的材料質量m=50.98g；ABS 的單位熱流量為Q1＝3.1J/kg~4.0×105J/kg，取Q1 =3.5×105 J/kg；水的比熱容c = 4.2×103J/kg?℃ ；密度ρ =1×103kg/m3；ABS用常溫θ2 =20℃的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為θ1 =30℃。代入公式得： 通過查表4-30[1]為了使水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔直徑10mm。 其布局如圖3.7： 圖3.7　冷卻水道分布圖 3.9側抽芯機構的設計 3.9.1大滑塊設計 大滑塊的抽芯是利用成型的開模動作用，使斜導柱與滑塊產生相對運動趨勢，使滑塊沿開模方向及水平方向的兩種運動形式，使之脫離倒勾，完成抽芯。其形狀及尺寸如圖3.8。 圖3.8　斜導柱大滑塊 其中： α≦25°，取α＝10°(α為斜導柱傾斜角度) β=α+2°＝12°(防止合模產生干涉以及開模減少磨擦) D=10mm S=T+2～3mm S=1.5+3=4.5 (S為滑塊需要水平運動距離；T為成品倒勾) S=(L1xsina.δ)/cosα(δ為斜撐梢與滑塊間的間隙,一般為0.5MM； L1為斜撐梢在滑塊內的垂直距離) 3.9.2小滑塊設計 本殼體上存在四個倒扣，通過分析可知，些倒扣不深，且形狀比較簡單，因此采用四個小滑塊進行抽芯，由于些模具已經安裝有斜導柱，結構比較擁擠，另外考慮到抽芯力不大，故用彈簧的彈力實現抽芯，利用楔緊塊實現抽芯機構的復位。 圖3.9　小滑塊 其中: T=2mm S=T+2～3mm S= 2+3=5 mm (S為滑塊需要水平運動距離；T為成品倒勾) α= 12° 3.10 排氣系統(tǒng)設計 熔體經塑件中央向四周擴散充滿型腔，有利于氣體沿分型面排出，不會在頂部產生憋氣的現象。同時，推桿與凸模的間隙也可以排出一部分氣體,故不另行開排氣槽。 3.11 模架及模具材料的選擇 塑料注射模架已經標準化和系列化了，因此，在設計時只需要根據塑件的結構和尺寸直接選用就可以了。選用標準模架具有一下優(yōu)點：簡單方便，買來即用，不用存庫；降低模架成本；簡化了模架的設計和制造，縮短了生產周期，提高了模具中易損壞零件的互換性，便于模具的維修。 根據塑件和型腔的大小及成型板的要求，并考慮斜導柱的安裝空間和滑塊的導滑長度，初選標準模架DDI.3032.A40.B40.C90。表3.4為模板的尺寸、材料及熱處理情況。 表3.3 模板的尺寸、材料及熱處理 名稱 尺寸 材料 規(guī)格 熱處理 定模板（××） 330×350×40 45鋼 GB/T12556.1.1990 調質處理，硬度（240-280）HBS 動模板（××） 330×350×40 45鋼 GB/T12556.1.1990 調質處理，硬度（240-280）HBS 推桿固定板（××） 210×350×20 45鋼 GB/T4169.8.1984 調質處理，硬度（230-270）HBS 推板（××） 210×350×25 45鋼 GB/T4169.8.1984 調質處理，硬度（230-270）HBS 墊塊（××） 58×350×90 45鋼 GB/T4169.8.1984 調質處理，硬度（230-270）HBS 動模座板（××） 350×400×40 45鋼 GB/T12556.1.1990 調質處理，硬度（230-270）HBS 定模座板（××） 350×400×40 45鋼 GB/T12556.1.1990 調質處理，硬度（230-270）HBS 第4章 注射機相關參數校核 4.1 最大注射量的校核 為了保證注射成型的正常進行，塑件連同澆道凝料及飛邊在內的質量一般不應超過最大注射量的80%[5]，即 (式4.1) 式中， 注射機最大注射量的利用系數，一般取=0.8； 注射機最大注射量（公稱容積），=270cm3； 所需塑料的容積（包括澆道凝料及飛邊在內）； 因塑料的體積與壓縮率有關，所以所需塑料體積為 (式4.2) 式中， 塑料的壓縮率，查表可知ABS塑料的壓縮率為（1.8～2.0），這里取平均值1.9； 塑料制品的體積（包括澆道凝料及飛邊在內），=57.2 cm3； 將上述數值分別帶入（式4.2）及（式4.1），可以得知 =0.8×270=216=1.9×57.2 =108.68cm3 滿足注射機的最大注射量的要求。 4.2 注射壓力校核 注射壓力校核的目的是校驗注射機的最大注射壓力能否滿足塑料制品成型的需求。為此，注射機的最大注射壓力應稍大于塑料制品成型所需的注射壓力。 （式4.3） 式中， 注射機的最大注射壓力，根據所選注射機=160； 塑料制品成型時所需的注射壓力，它由注射機類型、噴嘴形式、塑料流動性、澆注系統(tǒng)及型腔的流動阻力等因素確定，一般取。 值位于值之間，且相差不大，故最大注射壓力應滿足要求。 4.3 鎖模力校核 鎖模力又稱合模力。當熔體充滿型腔時，注射壓力在型腔內所產生的作用力是試圖使模具沿分型面分開，為此注射機的合模力必須大于型腔內熔體壓力與塑料制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積，故 （式4.4） 式中， —型腔內熔體的平均壓力，對于容易成型的制品取300； —注射機的公稱鎖模力，=1250； —塑料制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，=2911.27 將上述數據帶入（4.4）得 =300×2132.67=639.8KN=1250KN 故鎖模力滿足要求。 4.4 模具厚度的校核 注射機規(guī)定最大與最小厚度是指模板閉合后達到規(guī)定鎖模力時動模固定板上凸出的定位圈和定模固定板的最大和最小距離。因此，所設計的模具厚度應落在注射機規(guī)定的最大和最小厚度范圍內。本模具厚度可以按下式計算 (式4.5) 式中， —模具厚度，； —定模座板厚度，=30； —定模板厚度，=80； —動模板厚度，=70； —墊塊厚度，=90； —動模座板厚度，=30； 所以模具厚度為 SZ.2500/500注射機所允許的模具最大厚度和最小厚度分別為750和300，，模具厚度滿足要求。 第5章 模具的工作原理及調試 5.1 模具的工作原理 電動車充電器外殼注射模工作原理如圖5.1所示。其具體工作原理如下： 圖5.1 模具裝配圖 模具安裝在SZ.250/1250注射機上，定模部分固定在注射機的定模板上，動模部分固定在注射機的動模板上。合模后，注射機通過噴嘴將ABS熔料經流道注入型腔，經過保壓冷卻后塑件成型。 開模時，動模部分隨注射機動模板一起運動，斜導柱裝在定模上，大滑塊裝在動模上，當動模住后運動時，便由斜導柱帶動大滑塊橫向運動，實現兩側孔的抽芯，同時由于動模的向后運動，使小楔緊塊松開，小滑塊便在彈力的作用下實現四個反扣的的抽芯，當動模往后運動到一定距離時，推板被擋住，動模繼續(xù)向后運動，塑件便被推桿從凸模上推出來，實現開模運動。 合模時，注射機推力的作用下，抽芯機構通過過斜導柱和楔緊塊實現復位，脫模機械通過復位桿實現復位，待模具完全閉合后，完成合模動作，至此一個成型周期完成，進入下一個循環(huán)周期。 5.2 試模 在剛開始試模的時候，剛生產出來的塑件上可能會出現各種缺陷，如氣孔、飛邊或澆不滿等現象。所以必須對所產生缺陷原因進行分析，逐一排除可能存在的故障。表5.1是熱塑性塑料制品最常見缺陷及產生原因。在試模時，如果塑件上出現上述各種缺陷，需按成型條件、成型設備、模具結構及形狀等因素逐個分析其中的主要矛盾，然后再采取調整工藝參數、修正模具等方法加以解決。 表5.1 熱塑性塑料制品側常見缺陷及產生原因 制品缺陷 產生原因 塑件填充不足 料筒、噴嘴及模具溫度偏低；加料量不足；注射壓力太?。蛔⑸渌俣忍?；流道和澆口的尺寸太??；澆口數量不夠或位置不恰當；型腔排氣不良；注射時間太短；澆注系統(tǒng)發(fā)生堵塞；塑料的流動性太差。 塑件有溢邊 料筒、噴嘴及模具溫度太高；注射壓力太大，鎖模力太?。荒＞呙芊獠粐?，有雜物或模板已變形；型腔排氣不良；從加料端帶入空氣； 塑件上有黑點及條紋 料溫高，并分解；料筒或噴嘴接合不嚴；模具排氣不良；染色不均與；物料中有深色物； 塑件脫皮、分層 原料不純；同一塑料不同級別或不同牌號相混；配入潤滑劑過量；塑化不均與；混入異物氣疵嚴重；進料口太小，摩擦力大； 塑件有明顯的熔接痕 料溫過低；模溫低；擦脫模劑太多；注射壓力低；注射速度慢；加料不知；模具排氣不良； 塑件表面有裂紋 模具太冷；冷卻時間太長；塑料和金屬嵌件收縮率不一樣；頂出裝置傾斜或不平衡，頂出截面積小或分布不當；之間斜度不夠，脫模難； 塑件表面有波紋 物料溫度低，粘度大；注射壓力；模具溫度低；注射速度太慢；澆口太?。? 塑件翹曲變形 冷卻時間短；頂出受力不夠；模溫太高；制品內壓力太大；通水不良，冷卻不均；制品薄厚不均； 塑件尺寸不穩(wěn)定 機器電路或油路系統(tǒng)不穩(wěn)；成型周期不一致；溫度、時間、壓力變化；塑料顆粒大小不一； 塑件黏膜 模具頂出裝置結構不良；模腔脫模斜度不夠；模腔溫度不合適；模腔有接縫或存料；成型周期太短或太長；模芯無進氣孔； 第6章 模流分析 6.1 最佳澆口位置分析 圖6.1 最佳澆口位置 從圖中可知，圖中藍色部分為最好的澆口位置，紅色部分為最差的澆口位置，通過分析可以看出，此塑件的藍色區(qū)域主要底部中央區(qū)域及四周， 為了出料及安排方便，將主流道設在底部中央。 6.2 填充質量分析 圖6.2 填充質量 由分析圖中可知，顯示綠色部分為填充質量最好的區(qū)域，顯示紅色部分為填充質量最差的區(qū)域，黃色部分為中等填充質量區(qū)域。通過分析，此整個塑件基本上呈現綠色，只有邊緣小部分存在極少數的黃色小邊?？梢姶怂芗奶畛滟|量很好。 6.3 質量預測 圖6.3 質量預測 圖中顯示綠色部分質量最好的區(qū)域，顯示黃色部分為中等質量區(qū)域。通過分析，此整個塑件中部上呈現綠色，邊緣及四周呈現黃色?？梢姶怂芗奶畛滟|量中等一般，可以通加冷卻系統(tǒng)等措施改善其質量。 第7章 典型零件工藝分析 7.1 凸模嵌件 圖7.1凸模嵌件零件圖 表7.1凸模嵌件加工工藝過程 序號 工序名稱 加工藝過程及要求 工藝簡圖 1 備料 澆注Cr12MoV的鋼錠，體積為0.02的長方形坯料。 2 鍛造 鍛造至215mm×155mm×60mm方坯，每邊的留有5mm~10mm的加工余量。 3 熱處理 對鍛件進行退火處理。 4 銑削 對坯料進行粗銑，粗銑至210mm×150mm×58mm的方坯，留有一定的加工余量，然后再將銑成把圖紙要求尺寸，單邊留0.5mm的加工余量。 5 鉆孔 鉆九個直徑為5的推桿底孔及冷卻水道孔。 6 鉸孔 用鉸刀將推桿過孔鉸到所需的尺寸。 7 攻絲 將冷卻水道口攻M8的螺紋，深度為9mm. 8 熱處理 淬火后，再中溫回火，表面硬度達到40HRC~45HRC。 9 銑削 對凸模底面光一刀，然后把凸模的高度加工到圖紙要求的高度，然后編程對凸模進行精加工，留0.3mm的磨拋光的余量，裝配尺寸達到圖紙所要求的標準。 10 檢驗 檢驗工件上的各個尺寸精度和形狀位置精度都是否達到了圖紙要求的標準。 11 鉗工 對凸模工作部分進行打磨和初步拋光，，去除非成型部分棱角處的毛刺。 12 熱處理 對凸模表面進行滲碳處理，使凸模表面的硬度到達58HRC~62HRC。 13 鉗工 對凸模工作部分進行打磨和最后的精拋，刮研，使凸模表面的精度及粗糙度到達圖紙要求的標準。 14 檢驗 最終檢驗凸模表面的精糙度和凸模的表面硬度是否達到了圖紙要求的高度。 7.2 定模板 圖7.2 定模板零件圖 表7.2 定模板加工工藝過程 序號 工序名稱 加工工藝過程及要求 工序簡圖 1 備料 45鋼鍛件，尺寸為360mm×340mm×90mm。 2 熱處理 對鍛件首先進行退火處理。 3 銑削 首先粗銑坯料至352mm×332mm×82mm，各邊均留2mm的余量，保證基準面相互垂直,將凹模嵌件安裝腔和滑塊腔銑出來，單邊留0.5mm的余量。 4 鉆孔 鉆螺紋底孔及各個孔。 5 攻絲 將六個安裝螺釘孔進行攻M14的螺紋，深度為25mm. 6 電火花 用紫銅電極對各成型孔加以清理。 7 銑削 對鍛件各面進行銑削，留有0.5mm的加工余量。 8 熱處理 對定模板進行調質處理，使表面硬度達到240HBS~280HBS。 9 銑削 均勻精銑與工件接觸的下底面，按圖紙的要求。 10 鉗工 對安裝表面進行拋光處理，去除坯料周邊各棱角處的毛刺，使定模板表面的粗糙度達到圖紙的要求。 11 檢驗 最后檢驗各項尺寸精度和形狀位置公差是否達到圖紙的要求。 結 論 本次畢業(yè)設計主要對電動車充電器外殼注塑模具進行了設計。主要做了如下工作： 1. 對電動車充電器外殼制件的工藝進行了分析，包括材料性能、成型特性與條件、結構工藝性等，并選擇了成型設備。 2. 按照分型面的選擇原則，對電動車充電器外殼注塑模的分型面的進行了選擇，確定投影面積最大處為分型面。 3. 確定的型腔數目及其布置，本次設計采用一模一腔中心布置的形式。 4. 為了節(jié)省貴重材料，確定了成型零件的基本形式為鑲拼式結構。 5. 本次設計采用直澆口形式進行澆注。 6. 采用導柱導套機構保證合模的精確性。 7. 采用結構簡單推出力大的推桿機構為脫模機構。 8. 通過計算確定冷卻水管的大小，并采用凸模與凹模的冷卻方式各為一根冷卻水管環(huán)形布置。 9. 綜合考慮脫模力與安排布局的方便性，本次抽芯機構設計為兩種形式，一種為斜導柱加滑塊機構，另一種為彈簧加滑塊機構。 10. 在設計過程中，我們對成型零件的工作尺寸與脫模力以及壓力機參數進行了計算與校核。 最后為了保證設計的模具結構的合理性，采用Plastic adviser對整個塑件進行了模流分析，通過分析顯示，此模具的結構合理，注塑成型的塑件滿足設計的要求。 參考文獻 [1]葉久新,王群主編．塑料成型工藝及模具設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.06 [2]《塑料模具技術手冊》編委會編．塑料模具技術手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997 [3] 駱志斌主編.模具工實用技術手冊[M].南京：江蘇科學技術出版社，2000.3 [4] 陳錫棟，周小玉主編．實用模具技術手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001.7 [5] 張國強.注塑模設計與生產應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005 [6] 駱志高，陳嘉真.塑料成型工藝及模具設計[M].北京：工業(yè)出版社，2009 [7] 張維和.注塑模具設計實用教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007 [8] 胡鳳蘭.互換性與技術測量基礎[M].北京：高等教育出版社，2007 [9] 曹延安. 中國模具工業(yè)現狀[J]. 現代零部件, 2009(3): 32-33. 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Computer-Aided Design, 1998, (7): 377-389. 致 謝 本次畢業(yè)設計由高老師親自指導完成，在整個畢業(yè)設計過程中，高老師始終耐心給予指導和幫助，她和藹可親的態(tài)度，讓我在設計的過程中至始至終與她保持密切的聯(lián)系，以便我在設計過程中遇到難題與問題都能夠得到及時的解決，她學識淵博，治學嚴謹，讓我在設計中不斷的得到學習，并且從中受到啟發(fā)，在高老師的帶領下，我比較順利的完成了此次畢業(yè)設計，特在此向高老師表示衷心的感謝。 另外要感謝劉煜老師，劉老師在中午沒休息沒吃飯的情況一直幫我把每一張圖紙認真的審完，并給出修改建議，正因為老師這種敬業(yè)精神和對學生的關愛之情讓我有動力去認真完成好每一張圖紙，也在此表示非常的感謝 另外還要感謝在整個設計過程給予過幫助的同學們，他們在設計的過程中經常給我傳遞信息，讓我的設計與學校的要求保持一致，還有在與他們的交流中，我受益良多。 最后要感謝我的母校多年來的培養(yǎng)與教育，我的畢業(yè)設計與母校曾經教導過我的每一位老師緊密相連，在此也向他們表示最誠摯的謝意。 學生簽名： 日 期： 39 20 12 屆 本科生畢業(yè)設計（論文）資料 第二部分 過程管理資料 20 12 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書 系(部)：機電工程系 專業(yè)： 材料成型及控制工程 指導教師 高全芹 職稱 講師 學生姓名 李 靖 學號 2008012237 班級 08材料2班 課題名稱 電動車充電器外殼注塑模具的設計 內 容 及 任 務 一、 設計內容與任務： 1. 根據提供的二維圖，分析其結構特征，制定合理的成型工藝 2. 注塑設備選擇：根據現有的設備，從中選擇合適的注塑設備； 3. 確定分型面：根據后蓋塑料件的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧脫模方式等選擇合適的分型面； 4. 選擇模架：模架為標準件，選擇合適的即可； 5. 澆道系統(tǒng)設計：包括澆道的形狀和位置的確定； 6. 成型件設計：設計合理的成型零件，確定模腔的數量及其排列方式； 7. 冷卻系統(tǒng)設計與計算：冷卻水孔的位置與數量與冷卻效果有密切關系，在確定時，應盡可能地靠近型腔和盡可能地多，但不要發(fā)生干涉。 8. 側抽芯機構的設計 9. 繪制2D模具圖紙，包括模具的裝配圖紙和成型件圖紙。（總圖紙量大于或等于3張A0圖紙） 10. 進行模流分析 11. 編寫技術文件 (1)、編寫設計說明書一份（要求安照長沙學院本科畢業(yè)設計要求） 擬 達 到 的 要 求 或 技 術 指 標 1、 了解國內、外模具行業(yè)的現狀和發(fā)展趨勢。 2、 熟悉注塑模整套的成型工藝 3、 掌握注塑模設計的一般步驟 4、 熟悉模具設計中標準件的型號及選用。 4、熟悉模具設計中非標零件的結構設計及工藝規(guī)程設計。 5、熟練掌握AUTOCAD軟件的使用。 進 度 安 排 起止日期 工作內容 2011.12—20120.01 熟悉設計課題，收集、整理資料； 20120.03 畢業(yè)實習； 2012.04.01—4.15 注塑模的總體設計與結構設計； 2012.4.15—5.01 主要非標零件設計； 2012.5.01—5.10 整理規(guī)范設計圖紙； 2012.05.10—05.26 整理設計說明書，查缺補漏, 檢查圖紙和論文的格式、規(guī)范等是否符合統(tǒng)一要求，準備答辯。 主 要 參 考 資 料 [1] 許長清．合