塑料套注塑成型工藝與模具設(shè)計

塑料套注塑成型工藝與模具設(shè)計,塑料,注塑,成型,工藝,模具設(shè)計 廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院塑料模具設(shè)計課程設(shè)計說明書 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院 課程設(shè)計說明書 課程名稱： 課題名稱： 塑料套注塑模具設(shè)計 指導(dǎo)教師： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 成績評定： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 目錄 1 塑料成型工藝性分析 1 1.1 塑件分析 1 1.2 注射成型過程及工藝參數(shù) 2 1.3 PE的性能分析 2 2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 1 2.1 分型面位置的確定 1 2.2 確定型腔數(shù)量和排列方式 2 2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 3 3 注射機型號的確定 4 3.1 所需注射量的計算 4 3.2 注射機型號的選定 4 3.3 型腔數(shù)量及注射機有關(guān)工藝參數(shù)校核 4 4 澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設(shè)計 8 4.1 主流道的設(shè)計 8 4.2 冷料穴的設(shè)計 10 4.3 分流道的設(shè)計 10 4.4 澆口的設(shè)計 11 4.5 澆注系統(tǒng)的平衡 12 4.6 澆注系統(tǒng)凝料體積的計算 12 4.7 澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 13 4.8 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核 13 5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 15 5.1 定模部分的型芯與型腔 15 5.2 動模部分的型芯 16 5.3 成型零件的強度及支撐板厚度校核 18 6 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 19 7 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 21 8 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 23 9 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 25 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 26 10.1 冷卻系統(tǒng) 26 10.2 加熱系統(tǒng) 27 設(shè)計總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29 29 1 塑料成型工藝性分析 1.1 塑件分析 該塑件為塑料套，如圖1-1所示， 圖1-1 塑件零件圖 分析該塑料可知，本塑料套為階級圓筒直壁塑件，中間為一臺階，而且有一個31的圓環(huán)，周邊是四個加強筋。 該塑件為塑料套,所用材料為PE,無顏色要求,生產(chǎn)批量為中批量。 由塑件圖分析可知,精度未注,采用一般經(jīng)濟級精度6級。所用塑料為聚丙烯,該塑料流動性好,注射充型流動平穩(wěn),塑件外設(shè)置有脫模斜度,脫模斜度為30′-1° 1.2 注射成型過程及工藝參數(shù) 聚乙烯為典型的熱塑性塑料，是無臭、無味、無毒的可燃性白色粉末。成型加工的PE樹脂均是經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒料，外觀呈乳白色。其分子量在1萬一loa萬范圍內(nèi)。分子量超過10萬的則為超高分子量聚乙烯f UHMWPE3。分子量越高，其物理力學(xué)性能越好，越接近工程材料的要求水平。但分子量越高，其加工的難度也隨之增大。聚乙烯熔點為10---130C·其耐低溫性能優(yōu)良。在一60℃下仍可保持良好的力學(xué)性能，但使用溫度在80~110℃。 　　聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。但不耐強氧化的腐蝕，如發(fā)煙硫酸·濃硝酸、鉻酸與硫酸的混合液。在室溫下上述溶劑會對聚乙烯產(chǎn)生緩慢的侵蝕作用，而在90---100℃下，濃硫酸和濃硝酸會快速地侵蝕聚乙烯，使其破壞或分解。 　　聚乙烯在大氣、陽光和氧的作用下，會發(fā)生老化，變色、龜裂、變脆或粉化，喪失其力學(xué)性能。在成型加工溫度下，也會因氧化作用，使其熔體戮度下降，發(fā)生變色、出現(xiàn)條紋，故而在成型加工和使用過程或選材時應(yīng)予以注意。正因為聚乙烯擁有如上特質(zhì)，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深遠(yuǎn)的價值。[2]?注射工藝參數(shù) 表1-1 PE注射工藝參數(shù) 注射成型機類型 螺桿式 轉(zhuǎn)速 （30~60）r/min 料筒溫度 后段160~170℃ 中段200~220 前段180~200 噴嘴溫度 250~260℃ 模具溫度 40~80℃ 噴嘴形式 直通式 注射壓力 70~120Mpa 保壓力 50~60MPa 注射時間 0~5s 成型周期 40~120s 保壓時間 20~60s 冷卻時間 15~50s 注：源自參考文獻(xiàn)[1]中的表4-18 1.3 PE的性能分析 使用性能 聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無毒，具有優(yōu)越的介電性能。易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒。透水率低，對有機蒸汽透過率則較大。聚乙烯的透明度隨結(jié)晶度增加而下降在一定結(jié)晶度下，透明度隨分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔點范圍為132-135℃，低密度聚乙烯熔點較低（112℃）且范圍寬。 常溫下不溶于任何已知溶劑中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶劑中。 2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 2.1 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的形狀數(shù)量，否則就無法用模具成型。在模具設(shè)計階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面選擇是否合理，對塑件質(zhì)量工藝，操作難易程度和模具設(shè)計制造有很大影響。因此分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵因素。 1) 分型面的選擇原則[1]： (1) 分型面的選擇應(yīng)便于塑件脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)，選擇分型面應(yīng)盡量使塑件開模時留在動模; (2) 分型面應(yīng)盡可能選擇在不影響外觀的部位，并使其產(chǎn)生的溢料邊易于消除和修整; (3) 分型面的選擇應(yīng)保證塑件尺寸精度; (4) 分型面選擇應(yīng)有利于排氣; (5) 分型面選擇應(yīng)便于模具零件的加工; (6) 分型面選擇應(yīng)考慮注射機的規(guī)格 2) 分型面的選擇方案 (1) 分型面選擇方案Ⅰ。分型面與開模方向垂直，位置選在直徑為33的端面如圖2-1所示，動模上的型芯凸出，開模后，塑件包緊型芯，留于動模，然后采用脫模板將塑件推出，整個塑件成型精度較高，模具也比較簡單。 圖2-1 分型面形式與位置 1 動模部分 2 分型面 3 定模部分 (2) 分型面選擇方案Ⅱ。分型面與開模方向垂直，位置選在直徑為33與25的相交處如圖2-2所示，33和25分別在動模和定模內(nèi)成型，這將由于合模誤差不利于保證其同軸度要求。采用圓筒形推桿將塑件推出，整個塑件成型精度較方案Ⅰ低，模具也較方案Ⅰ復(fù)雜。 圖2-2 分型面形式與位置 1 定模部分 2 分型面 3 動模部分 綜上所述，分型面選擇方案Ⅰ，模具結(jié)構(gòu)相對簡單，塑件成型精度可靠，因此采用方案Ⅰ。 2.2 確定型腔數(shù)量和排列方式 該塑件為小型塑件，精度要求不高，又是中等批量生產(chǎn)，可以采用一模多腔的形式?？紤]到模具制造費用、設(shè)備運轉(zhuǎn)費用低一些，初定為一模四腔的模具形式。如圖2-3所示。 圖2-3 型腔的排列 2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面分析中可知，本模具擬采用一模四腔，推件板推出，流道采用平衡式，澆口采用側(cè)澆口，定模不需要設(shè)置分型面，動模部分需要一塊型芯固定板和支撐板，因此基本上確定模具結(jié)構(gòu)形式為A4型帶推件板的單分型面注射模。 3 注射機型號的確定 3.1 所需注射量的計算 1) 塑件質(zhì)量、體積計算 對于該設(shè)計，提供了塑件圖樣，據(jù)此建立塑件模型并對此模型用建模分析得： 塑件體積 塑件質(zhì)量 2) 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按塑件體積的0.6倍估算，由于該模具采用一模四腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為 3) 該模具一次注射所需塑料PE 體積 質(zhì)量 3.2 注射機型號的選定 根據(jù)以上的計算初步選定型號為XS-ZY-125，型臥式注射機，查表[2]其主要技術(shù)參數(shù)見表3-1。 表3-1 XS-ZY-125型注射機主要技術(shù)參數(shù) 額定注射量 125cm3 鎖模力 900KN 螺桿直徑 42mm 拉桿內(nèi)間距 260×360mm 額定注射壓力 150MPa 最大開模行程 300mm 注射時間 1.8s 最大模具厚度 300mm 塑化能力 50kg/h 最小模具厚度 200mm 螺桿轉(zhuǎn)速 10～140r/min 定位孔直徑 100mm 噴嘴球半徑 SR12mm 噴嘴孔直徑 4mm 合模方式 液壓-機械 注：該注射機由上海塑料機械廠生產(chǎn) 3.3 型腔數(shù)量及注射機有關(guān)工藝參數(shù)校核 1) 型腔數(shù)量的校核 (1) 按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 式中 K 注射機最大注射量的利用系數(shù)，結(jié)晶型塑料一般取0.8； 注射機允許的最大注射量，=125cm3； 澆注系統(tǒng)所需要的塑件體積，=20.736 cm3； 單個塑件的質(zhì)量或體積，=8.64g； 上式中 左邊=4; 右邊= 滿足要求 (2) 由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量 式中 K 注射機最大注射量的利用系數(shù)，結(jié)晶型塑料一般取0.8； M 注射機的額定塑化量，該注射機為50kg/h=13.89g/s； t 成型周期，因塑件小，壁厚不大，取50s； m1 單個塑件的質(zhì)量和體積，?。? m2 澆注系統(tǒng)所需塑件質(zhì)量和體積，取。 上式中 左邊=4; 右邊= 滿足要求 2) 注射機工藝參數(shù)的校核 (1) 注射量的校核 注射量以容積表示，最大注射容積為 式中 模具型腔和流道的最大容積； V 指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積，該注射機為125cm3; 注射系數(shù)，取0.75~0.85，無定型塑料取0.85，結(jié)晶型塑料取0.75，該處取0.75。 倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑件在料筒中停留的時間就會過長。所以最小注射容積。故每次注射的實際注射容積應(yīng)滿足，而，符合要求。 (2) 鎖模力的校核 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大推力，其大小等于制件澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和乘以型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力。該推力應(yīng)小于注射機額定的鎖模力，否則在注射成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象。 型腔內(nèi)塑料熔體的推力： 式中 型腔內(nèi)塑料熔體沿注射機軸向的推力； A 塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上積投影面積； 型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力，一般是注射壓力的30%~50%，PE流動性好，所薄壁容器類，取型腔平均壓力為50Mpa； 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力； 注射壓力； K 壓力損失系數(shù)，可在0.2~0.4的范圍內(nèi)選取，此處選0.4。 上式左邊=50A60A=右邊，符合要求。 (3) 最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力（見表3-1），應(yīng)該大于注射成型是所需調(diào)用的注射壓力，即 式中 安全系數(shù)，常取。 注射成型是所需調(diào)用的注射壓力 實際生產(chǎn)中，該塑件成型時所需注射壓力為70~120Mpa,由于選用的是螺桿式注射機,其注射壓力的傳遞比柱塞式要好,同時PE流動性好,因此注射壓力選用90 Mpa。代值計算: 左邊=150MPa 右邊= 符合要求。 3) 安裝尺寸校核 (1) 噴嘴尺寸 主流道的小端直徑D大于注射機噴嘴，通常為 對于該模具，取，符合要求。 主流道入口的凹球面半徑應(yīng)大于注射機注射機噴嘴球半徑SR，通常為 對于該模具SR=12mm，取，符合要求。 (2) 最大與最小模具厚度 模具厚度H應(yīng)滿足 式中 ， 而該套模具厚度，符合要求。 4) 開模行程和推出機構(gòu)的校核 (1) 開模行程的校核 式中 H 注射機動模板的開模行程，取300mm，見表3-1； 塑件推出行程，取22.5mm； 包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度為80mm 其值為，符合要求 (2) 推出機構(gòu)的校核 該塑件的推出行程為22.5mm小于注射的機推出行程，符合要求。 5) 模架尺寸與注射機拉桿內(nèi)間距校核 該套模具模架的外形尺寸為250mm250mm，而注射機拉桿內(nèi)間距為260mm360mm，因360mm>250mm，符合要求。 注：對上面2、3、4、5的校核內(nèi)容是與后面的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計交叉進行的。 4 澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道,具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能,對塑料質(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、冷料穴和澆口。 4.1 主流道的設(shè)計 主流道置于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。 1) 主流道尺寸 (1) 主流道小端直徑 (2) 主流道球面半徑 (3) 球面配合高度 (4) 主流道長度 由標(biāo)準(zhǔn)模架結(jié)合該塑料制件的結(jié)構(gòu)決定 取L=80mm (5) 主流道大端直徑 (6) 澆口套總長 2) 主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)。因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨進行加工和熱處理，采用碳素工具鋼T10A熱處理硬度為50HRC~55HRC，如圖4-1所示。 圖4-1 主流道襯套 由于該模具主流道較長，定位圈和襯套設(shè)計成分體式較宜，其定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖4-2所示。 圖4-2 定位圈 3) 主流道襯套的固定 主流道襯套的固定形式如圖4-3所示。 4-3 主流道襯套的固定形式 4.2 冷料穴的設(shè)計 冷料穴的作用是貯存兩次注射間隔而產(chǎn)生的冷料及熔體流動前鋒冷料，以防止熔體冷料進入型腔。冷料穴一般設(shè)置在主流道的末端，當(dāng)分流道較長時，在分流道的末端有時也設(shè)冷料穴。同時冷料穴兼有分模時將主流道凝料從主流道襯套中拉出并滯留在動模一側(cè)。本設(shè)計采用推板脫模機構(gòu)，由于PE的彈性很強，故采用溝形頭冷料穴，結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。 圖4-4 冷料穴圖 4.3 分流道的設(shè)計 1) 分流道的布置形式 在分型面上與前面所述型腔排列密切相關(guān)，有多種不同的形式，但應(yīng)遵循兩個方面的原則：一是排列緊湊，縮小模板尺寸，二是流程盡量短，鎖模力均勻。該流道布置采用平衡式 2) 分流道的長度 長度應(yīng)盡可能短，結(jié)合模具尺寸結(jié)構(gòu)，取分流道長度L = 30mm 3) 分流道形狀及尺寸 圓形分流道截面積雖然效率高，但其是以分型面為界分成兩半進行加工才利于凝料脫出，因而其加工工藝性不佳，不予采用。許多模具設(shè)計采用梯形截面，加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失，流動阻力均不大，一般采用如下公式（參考文獻(xiàn)[3]公式5-5，5-6）可確定截面尺寸，即 式中 B 梯形大底面的寬度(mm) m 塑件質(zhì)量(g) L 分流道的長度(mm) H 梯形高度 注：上述公式的適用范圍，塑件厚度在3mm以下，質(zhì)量小于200g，且B的計算結(jié)果在3.2-9.5mm才合理。 由于，不在適用范圍，需自行設(shè)計。 分流道設(shè)計為梯形，由參考文獻(xiàn)[2]中圖9.2-12（分流道直徑尺寸曲線一）和參考文獻(xiàn)[3]中（常用分流道形狀及尺寸）取得分流道直徑，考慮到分流道長度系數(shù)，所以修正后分流道直徑為，圓整為4.5mm。梯形斜角通常取，此處取；底部圓角R=1mm~3mm，取R=1mm。其截面形狀及尺寸如圖4-6所示。 圖4-6 分流道截面形狀及尺寸 4) 分流道表面粗糙度 分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度常取，這可增加對外層塑料熔體流動阻力，使外層塑料冷卻塑料皮層固定形成絕熱層，有利于保溫。此處取Ra。 5) 分流道與澆口連接形式 分流道與澆口采用斜向與圓弧連接，這樣有利于塑料的流動與填充，防止塑料流動產(chǎn)生反壓力，消耗動能。 4.4 澆口的設(shè)計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細(xì)短通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，起著調(diào)節(jié)控制料流速度，補料時間及防止倒流等作用。澆口的形狀、尺寸、位置對塑件的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。 1) 類型及位置的確定 該模具是中小型塑件的多型腔模具，同時從所提供塑件圖樣中可看出，在底部?36的圓周上設(shè)置澆口比較合適。類型選用常用的側(cè)澆口，這類澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活選擇進料位置。 2) 澆口結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗計算 矩形側(cè)澆口的大小由其厚度，寬度和長度決定（參考文獻(xiàn)[1]式6-5，6-6） h = nt b = 式中 h 側(cè)澆口厚度（mm） b 側(cè)澆口寬度（mm） t 塑件壁厚（mm） n 與塑料品種有關(guān)的系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表6-4得 n = 0.7 A 塑件外表面積（mm2） 代入數(shù)據(jù)得 h = 0.7×2.5 = 1.75mm。 澆口長度取 L = 1.0mm 4.5 澆注系統(tǒng)的平衡 對于該模具，從主流道到各個型腔和分流道的長度相等，形狀及截面尺寸相同，各個澆口也相同，澆注系統(tǒng)顯然是平衡的。 4.6 澆注系統(tǒng)凝料體積的計算 1) 主流道與主流道冷料井凝料體積 2) 分流道凝料體積 3) 澆口凝料體積 很小，可取為0。 4) 澆注系統(tǒng)凝料體積 該值遠(yuǎn)小于前面對澆注系統(tǒng)凝料體積的估算，所以前面有關(guān)澆注系統(tǒng)的各項計算與校核符合要求，不需要重新設(shè)計計算。 4.7 澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 1) 流過澆口的體積 2) 流過分流道的體積 3) 流過主流道的體積 4.8 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核 1) 確定適當(dāng)?shù)募羟兴俾? 根據(jù)經(jīng)驗澆注系統(tǒng)各段的取以下值，所成型塑件質(zhì)量較好。 (1) 主澆道 (2) 分澆道 (3) 澆口 (4) 其他澆口 2) 確定體積流量 1) 主澆道體積流量 主流道體積體積流率并不大，取 2) 澆口體積流量 側(cè)澆口用適當(dāng)?shù)募羟兴俾蚀氲? 3) 注射時間的計算 (1) 模具充模時間 (2) 單個型腔充模時間 (3) 注射時間 根據(jù)經(jīng)驗公式求得注射時間 根據(jù)文獻(xiàn)[3]中表3.3-5可知注射機最短注射時間，所選時間合理。 4) 校核各處剪切速率 (1) 澆口剪切速率 ，基本合理。 (2) 分流道剪切速率 ，合理。 式中 ， (3) 主流道剪切速率 ，基本合理。 式中 ，。 5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 5.1 定模部分的型芯與型腔 由于該塑件圓筒內(nèi)的中間有一凸臺，故需要在動，定模部分同時設(shè)置型芯。取凸臺向小內(nèi)徑的一面為動，定模兩型芯的接觸表面。該模具的型腔開設(shè)在定模上。成型零部件工作尺寸計算有平均值法和公差帶法兩種。本設(shè)計為便于計算采用平均值法。塑件尺寸按經(jīng)濟級6級計算。（公式參考文獻(xiàn)[1]7-7，7-9，7-11，7-13，7-14） 1) 型腔尺寸的計算（見圖5-1） (1) 采用整體式型腔 (2) 尺寸的計算。其中塑件尺寸按入體原則查文獻(xiàn)[1]表3-2（SJ1372-1987公差數(shù)值表） 式中 塑件的平均收縮率，PE為2.0%； 塑件的尺寸公差，見上塑件尺寸公差值； 模具成型零件制造誤差，該塑件 為小型塑件，取。 修正系數(shù)，對于中、小塑件，，，則得： 型腔徑向尺寸 ： 同理，型腔高度尺寸： 2) 定模上型芯Ⅰ尺寸的計算（見圖5-2） (1) 采用臺肩固定的形式，上底面用定模座板壓緊。 (2) 尺寸的計算。其中塑件尺寸按入體原則查文獻(xiàn)[1]表3-2（SJ 1372-1987公差數(shù)值表） 塑件尺寸 ，，，， 標(biāo)注制造公差后得文獻(xiàn)[1]公式7-8，7-12： 式中 塑件的平均收縮率，PE為2.0%； 塑件的尺寸公差，見上塑件尺寸公差值； 模具成型零件制造誤差，該塑件 為小型塑件，取。 修正系數(shù)，對于中、小塑件，，，則得： 型芯徑向尺寸： 同理，型芯高度尺寸： 圖5-2 型芯Ⅰ的形狀和尺寸 5.2 動模部分的型芯 動模上型芯Ⅱ尺寸的計算（見圖5-3） 1) 采用臺肩固定的形式，下底面用型芯固定板壓緊。 2) 尺寸的計算。其中塑件尺寸按入體原則查文獻(xiàn)[1]表3-2（SJ1372-1987公差數(shù)值表） 塑件尺寸 ，，，，， 標(biāo)注制造公差后得文獻(xiàn)[1]公式7-8，7-12： 式中 塑件的平均收縮率，PE為2.0%； 塑件的尺寸公差，見上塑件尺寸公差值； 模具成型零件制造誤差，該塑件 為小型塑件，取。 修正系數(shù)，對于中、小塑件，，，則得： 型芯徑向尺寸： 同理，型芯高度尺寸： 圖5-3型芯Ⅱ尺寸和形狀 5.3 成型零件的強度及支撐板厚度校核 1) 型腔壁厚的校核 該型腔側(cè)壁厚,因其直接為定模板,可按整體式圓形型腔，由公式7-48[1] 式中 p 型腔內(nèi)壓力.MPa,一般為20-50MPa,取40 MPa r 型腔內(nèi)半徑,為33mm h 型腔深度, 為38mm [σ] 型腔材料的許用壓力 ，一般中碳剛為160MPa H 型腔外壁高度 為35mm 考慮到導(dǎo)柱的長度和安裝尺寸,預(yù)定的10mm顯然滿足上述尺寸,完全可以滿足強度和剛度條件 2) 型腔底板厚度的校核 該型腔為整體式圓形行腔，按強度條件分析，由于最大應(yīng)力發(fā)生在周邊，所需底板厚度為（公式原自參考文獻(xiàn)[1]7-57）. ，符合要求。 式中 P 型腔內(nèi)壓力.Mpa，一般為20-50MPa,取40 MPa r 型腔內(nèi)半徑，為33mm [σ] 型腔材料的許用壓力 為160MPa 6 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用結(jié)構(gòu)形式為A4型、模架尺寸為250mm250mm的標(biāo)準(zhǔn)模架，可符合要求。 模具上所有的螺釘采用內(nèi)六角螺釘；模具外表面不流有突出部分且外表面光潔，加涂防銹油。兩模板之間流有分模間隙。 1) 定模座板（315mm250mm，厚25mm） 定模座板是模即與注射機連接固定的板，材料為45鋼。 通過4個M8的內(nèi)六角圓柱螺釘（其規(guī)格為GB/T 70.1—2000 M812）與定模固定板連接；定位圈通過4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘（其規(guī)格為GB/T 70.1—2000 M635）與其連接；定模板座與澆口套為H8/f8配合。 2) 定模板（250mm250mm，厚50mm） 用于固定型芯、導(dǎo)套。因定模板要有一定的厚度，并要有足夠的強度，故采用Q235A制成，調(diào)制230HB~270HB。 其上的導(dǎo)套孔與導(dǎo)套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合；定模板與澆口套采用H7/m6配合；定模板與型芯采用H7/m6配合。 3) 推件板（250mm250mm，厚25mm） 推出機構(gòu)中的一部分將塑件推出，要有足夠的強度，故采用T10A，淬火43HRC~58HRC；拉料桿孔與拉料桿之間采用H7/f6配合。型芯Ⅱ與推件板上型芯孔之間采用H7/f6配合。 4) 型芯固定板（250mm250mm，厚32mm） 該模具的型芯Ⅱ固定在型芯固定板上，采用45鋼；拉料桿孔與拉料桿之間采用H7/m6配合；型芯Ⅱ與型芯固定板上型芯孔之間采用H7/m6配合。 5) 支承板（250mm250mm，厚40mm） 支承板要求具有較高的平行度和硬度，起到了動模固定板的作用，采用45鋼較好，調(diào)制230HB~270HB。 6) 墊塊（50mm250mm，厚63mm） (1) 主要作用 在動模板上與支承板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的整體高度，以適應(yīng)注射機的模具安裝厚度要求。 (2) 結(jié)構(gòu)形式 采用平行墊塊。 (3) 墊塊材料 該模具墊塊采用Q235A制造。 (4) 墊塊高度的校核 <，符合要求。 式中 頂出板限位釘?shù)暮穸?，該模具沒有采用限位釘，故其值為0； 推出板厚度，為16mm； 推桿固定板厚度，為20mm； 推出行程，為22.5mm； 推出行程富余量，一般為3mm~6mm，取4mm。 7) 動模座板（315mm250mm，厚25mm） 材料為45鋼。其上注射機的頂桿孔為16mm，其上用4個M12的內(nèi)六角圓柱螺釘（其規(guī)格為GB/T 70.1—2000 M6120）與墊塊、支承板和型芯固定板連接。 8) 推出固定板（148mm250mm，厚16mm） 材料為45鋼。用4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘（其規(guī)格為GB/T 70.1—2000 M816）與推桿固定板固定。 9) 推板（148mm200mm，厚20mm） 材料為45鋼。其上的推桿孔與推桿采用H7/k6配合 7 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 導(dǎo)向機構(gòu)主要用于保證動模和定模兩大部分及其他零部件之間的準(zhǔn)確對合。導(dǎo)向機構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，設(shè)計的基本要求是導(dǎo)向精確，定位準(zhǔn)確，并且有足夠的強度，剛度和耐磨性，多采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)。 由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)模架，模架本身帶有導(dǎo)向裝置，因此只需按模架規(guī)格選用。 1) 動定模合模導(dǎo)向機構(gòu) 設(shè)計時將導(dǎo)柱置于動模上，其導(dǎo)向部分的尺寸由文獻(xiàn)[2]表7-1查得直徑為25mm。導(dǎo)柱與推件板之間采用H7/f7配合；導(dǎo)柱與型芯固定板之間采用H7/k6配合；定模板之間采用H7/k6配合；導(dǎo)向時導(dǎo)向孔設(shè)計為通孔，便于導(dǎo)柱進入導(dǎo)向孔時排盡孔內(nèi)的空氣；導(dǎo)套與定模座板間采用H7/f7配合；導(dǎo)套與定模之間采用H7/ k6配合。 為了防止模具安裝時模具安裝錯誤，因此將一邊的導(dǎo)柱向內(nèi)移動4mm。 (1) 導(dǎo)柱的設(shè)計（見圖7-1） 導(dǎo)柱應(yīng)高出型腔端面6~8mm，其長度為 式中 型腔高度； 型芯固定板厚度； 推件板厚度。 圖7-1 導(dǎo)柱 圖7-2 導(dǎo)套 圖7-3頂板的導(dǎo)向 (2) 導(dǎo)套的設(shè)計（見圖7-2） 因為導(dǎo)套要穿過定模座板和定模板所以采用帶頭導(dǎo)套，導(dǎo)套壁厚常在3~10mm，導(dǎo)套孔工作部分的長度一般是孔徑的1~1.5倍， 2) 推出板的導(dǎo)向 推出板在推出塑件過程，必須采用導(dǎo)向機構(gòu)以使塑件受力均勻，保證塑件不變形，并起到復(fù)位的作用，由于該模具為臥式有四根導(dǎo)柱導(dǎo)向，無需另行設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)。 3) 頂板的導(dǎo)向 頂板的導(dǎo)向機構(gòu)采用導(dǎo)柱導(dǎo)套配合導(dǎo)向，由于推出時推出行程比較大，因此將導(dǎo)柱的另一端與動模座板之間采用H7/k6配合，其導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計如圖7-3所示。 8 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計 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)也稱推出機構(gòu)。 1) 脫模機構(gòu)的設(shè)計原則 塑件推出(頂出)機構(gòu)是注射成型過程中最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出不可忽視。在設(shè)計推出脫模機構(gòu)時應(yīng)遵循以下原則: (1) 盡量設(shè)置在動模的一側(cè); (2) 保證塑件不因推出而變形損壞; (3) 機構(gòu)簡單，動作可靠; (4) 良好的塑件外觀; (5) 合模時的準(zhǔn)確復(fù)位。 2) 塑件的脫模機構(gòu) 由于本塑件的形狀所確定，采用推板推出機構(gòu)。推板推出機構(gòu)在塑件表面不留推出痕跡，同時受力均勻，推出平穩(wěn)，且推出力大，結(jié)構(gòu)簡單。 3) 復(fù)位機構(gòu) 推出及復(fù)位時，導(dǎo)柱能夠起導(dǎo)向作用，可以保證準(zhǔn)確復(fù)位，無需另設(shè)復(fù)位桿。為保證推出板不掉下，故應(yīng)將導(dǎo)柱長度設(shè)置較長。 4) 脫模力的校核 應(yīng)用簡單估算法對該套模具的脫模力進行計算。 脫模力由兩部分組成，由參考文獻(xiàn)[2]的式（9.6-1），即 式中 塑件對型芯包緊的脫模力（N）； 使封閉殼體脫模須克服的真空吸力（N），，為型芯的截面面積。 因為，所以該塑料屬厚壁制件，塑件對型芯包緊的脫模阻力計算公式（見參考文獻(xiàn)[2]的式（9.6-3）） 式中 型芯的平均半徑； 塑件的拉伸彈性模量（MPa），取2.2Gpa，見參考文獻(xiàn)[2]的表9.6-1； 塑件的平均收縮率，為1.0%~3.0%，取2.0%，見參考文獻(xiàn)[2] 表9.6-1； 型芯脫模方向的高度，分別為3mm，4.5mm，17mm； 脫模斜度修正系數(shù)，其計算公式為 塑件與鋼材表面的靜摩擦因數(shù)，為0.29~0.33，取0.30，見參考 文獻(xiàn)[2]的表9.6-1； 塑件的泊松比，取0.44，見參考文獻(xiàn)[2]的表9.6-1； 壁厚塑件的計算系數(shù)，其計算式為 代入數(shù)據(jù)，，計算出其值分別為 4.15，5.54，7.28 代入數(shù)據(jù)計算得 ，， 所需脫模力 因該脫模力較小，注射機的頂出力可以滿足要求。 9 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 該套模具屬小型模具，排氣量小，又為圓筒類塑件，有上、下兩個型芯可以排氣，因此本設(shè)計不單獨開設(shè)排氣槽。 10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 10.1 冷卻系統(tǒng) 對熱塑性塑料，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可能的傳給模具，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(如聚乙烯，聚丙烯等)，因成型工藝要求模溫不太高，所以常用溫水進行冷卻。 1) 冷卻介質(zhì) 冷卻介質(zhì)有水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱量大，傳熱系數(shù)大，成本低。決定用水冷卻，即在模具型腔周圍開設(shè)冷卻水道。 2) 冷卻系統(tǒng)的簡單計算 (1) 塑件固化每小時釋放的熱量 由參考文獻(xiàn)[1]表10-4查得PE的單位熱流量為 式中 W 單位時間(每分鐘)內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量(kg/min)，取W=50kg/h 冷卻水的體積流量，由參考文獻(xiàn)[1]式10-12得 = 式中 冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/min； W 單位時間內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量，取50kg/h 單位重量的塑件在凝固時所放出的熱量.kJ/kg； 冷卻介質(zhì)的密度，kg/m3； ——冷卻介質(zhì)的比熱熔， 冷卻介質(zhì)的出口溫度，取27℃； 冷卻介質(zhì)的進口溫度，取20℃ (2) 冷卻水管直徑，由參考文獻(xiàn)[2]表7-27查得 為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d = 10mm (3) 冷卻水在管道內(nèi)的流速V，公式參考文獻(xiàn)[1]式10-16得 式中 冷卻介質(zhì)的流速.m/s 冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/s 冷卻水管的直徑，mm (4) 冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱模系數(shù)h 由參考文獻(xiàn)[1]表10-5，取f = 7.22，公式原自參考文獻(xiàn)[1]中的式10-2 式中 與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)； 冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，kg/m3； 冷卻介質(zhì)在圓管中的流速，m/s； 冷卻水管的直徑，m (5) 冷卻水管總傳熱面積，由參考文獻(xiàn)[1]式10-14 式中 h 冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，℃) 模溫與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差，模具溫度取40℃ (6) 模具上應(yīng)開的孔數(shù)，由參考文獻(xiàn)[1]式10-17得 ，定為2孔 式中 L 冷卻管道開設(shè)方向上模具長度或?qū)挾?m 3) 冷卻水道的布置 該塑件為階梯形軸類零件，大體可以臺階處分為上下兩部分，下部分有澆注系統(tǒng)，應(yīng)重點加強冷卻，因此布置在臺階偏下的部位。 對于型芯的冷卻水道，可采用隔片導(dǎo)流式。但由于上面計算可知該模具塑料釋放的總熱量不大，只在模具型腔周圍開設(shè)冷卻水道即可。 10.2 加熱系統(tǒng) 由于該套模具的要求在70℃左右，又是小型模具，所以無需設(shè)計加熱裝置。 設(shè)計總結(jié) 本次課程設(shè)計是在學(xué)完了塑料成型工藝及模具后進行的，是重要的實踐環(huán)節(jié)，是與課堂教學(xué)相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，是一次學(xué)知識，學(xué)方法，增加興趣，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)的綜合性實踐活動。所設(shè)計的模具符合塑件的基本特征，能夠利用一次分型及推出機構(gòu)將塑件成型，結(jié)構(gòu)合理。主要零部件都是在常見類型中結(jié)合塑件形狀來設(shè)計的，所用計算方法常見、適用，結(jié)構(gòu)合理，計算正確。公式來源于權(quán)威手冊，可靠，計算經(jīng)反復(fù)檢查，準(zhǔn)確。 通過本次課程設(shè)計，使我學(xué)到了以下知識： 1.對所學(xué)的塑料模具設(shè)計及以前的專業(yè)知識進行了一次全面而系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。了解了拿到一個產(chǎn)品后如何下手的流程:塑件材料品的性能分析,制件工藝性分析,設(shè)備的選擇,型腔數(shù)目的選擇和確定,分型面的確定,澆注系統(tǒng)的確定,成型零件的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計,推出機構(gòu)的設(shè)計及模架的選擇和調(diào)溫系統(tǒng)的確定。這一完整的流程會不僅對我們將來從事本行業(yè)有很大的幫助,而且告訴了我做事要有條有理的道理。 2.查閱資料的能力。課堂上所學(xué)的知識畢竟是有限的,課程設(shè)計就告訴了我們?nèi)绾卫矛F(xiàn)有資源去獲得所需要的知識,簡言之就如何學(xué)習(xí),課程設(shè)計讓我們有了這樣一個訓(xùn)練自己的學(xué)習(xí)方法的平臺,對我們不久的將來如何適應(yīng)工作是個很好的啟發(fā)。 3.認(rèn)識到了自己在專業(yè)知識上的欠缺和實際經(jīng)驗的不足。比如:在選擇模具材料時,我不能夠做到合適的選取,只是硬搬別人的東西,對于公差和配合的選取,也是這樣,對于選用多大的配合間隙以及不能從零件制造的工藝性方面考慮零件的尺寸,粗糙度,形位公差是否標(biāo)注的合理。等等這些告訴了我在專業(yè)知識上的欠缺和現(xiàn)場經(jīng)驗的不足。這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作指明了方向。 參考文獻(xiàn) [1] 黃虹主編.塑料成型加工與模具.北京：化工工業(yè)出版社，2002 [2] 伍先明，王群，龐偌霞，張厚安編著. 塑料模具設(shè)計指導(dǎo)書. 北京：國防工業(yè)出版社，2008 [3] 陳錫棟，周小玉主編.實用模具技術(shù)手冊. 北京.機械工業(yè)出版社.2001 [4] 李德群，唐志玉主編.中國模具工程大典. 北京.電子工業(yè)出版社.2007 [5] 中國機械工程協(xié)會.中國模具設(shè)計大典編委會.中國模具設(shè)計大典.南昌. 江西科學(xué)技術(shù)出版社.2003 [6] 黃虹.塑料成型加工與模具.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2002 [7] 馮炳堯，韓泰容等.模具設(shè)計與制造簡明手冊.上海.上海科學(xué)技術(shù)出版社.1998 [8] 王鵬駒.塑料模具技術(shù)手冊.北京.機械工業(yè)出版社.1997