塑料圓盒注塑模具的設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

塑料圓盒注塑模具的設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,塑料,注塑,模具,設(shè)計,cad,圖紙,文檔 分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學院 畢業(yè)設(shè)計(論文) M120圓盒塑料模具設(shè)計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計《M120圓盒塑料模具》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 摘 要 注射成型是熱塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形狀復雜的精密塑件。本次設(shè)計中，主要運用到了所學的注射模設(shè)計以及相關(guān)機械設(shè)計等方面的知識。分析了一副注射模的一般設(shè)計過程，即注射成型的分析、注射機的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、注射模具設(shè)計的有關(guān)計算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖的繪制等。設(shè)計主要包括成型位置及分型面的選擇，模具型腔數(shù)的確定及型腔的排列布置和流道布局，還有澆口位置的選擇，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，抽芯機構(gòu)的設(shè)計，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，推出機構(gòu)的設(shè)計，斜導柱的設(shè)計等。設(shè)計過程主要利用了UG進行三維零件的繪制并根據(jù)設(shè)計計算繪制出模具的型芯和型腔以及基本模架等，然后用Auto CAD進行二維裝配圖和零件圖的繪制，最后通過對整體結(jié)構(gòu)的校核，提高了其穩(wěn)定性和可靠性。 關(guān)鍵詞：M120圓盒；注塑模；PS塑料 VI Abstract Injection molding is one of the main methods for thermo plastics, and it can once-form delicate plastic members with sophisticated shape. In this design, the knowledge of injection mold design and related mechanical design are mainly used. The design process of a injection mold is analyzed, that is, the analysis of injection molding, the selection of the injection molding machine and the check of the related parameters of it, the structural design of the mold,, the related calculation of the injection mold design, the determination of the overall size of the mold and the drawing of the sketch, the drawing of the assembly diagram of the mold structure and the parts diagram, and so on.. the design includes the choice of the molding location and the parting surfaces, the determination of the number of the mold cavity, the layout arrangement and the runner layout of the cavity, as well as the choice of the gate location, the structural design of the mold parts、the core-pulling mechanism、the gating system、the ejection mechanism and so on.Design process mainly uses theUG 3D part drawing and according to the design drawing of the mould core and cavity, and basic mold rack and so on, then use Auto CAD 2D assembly drawing and parts drawing, at last, by check, for the whole structure to improve its stability and reliability. Keywords: M120 pods; Injection mold; PS plastic VI 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 緒論 1 1.1 塑料模具設(shè)計的研究內(nèi)容和意義 1 1.2 本課題應(yīng)達到的要求 1 2 塑件分析 2 2.1 材料的選擇 2 2.2 塑件的幾何形式及結(jié)構(gòu)分析 3 3 設(shè)備的選擇與校核 5 3.1 塑件質(zhì)量的計算 5 3.2 型腔數(shù)量的確定 5 3.3 注射機參數(shù)的校核 6 3.3.1 注射量校核 6 3.3.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 6 3.4 開模行程的校核 8 3.5 脫模力Q 8 4 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計 10 4.1 塑料制件在模具中的位置 10 4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 11 4.2.1 主流道的設(shè)計 12 4.2.2 主流道尺寸的確定 12 4.2.3 澆口位置的選擇 13 5 成型零部件的設(shè)計與計算 14 5.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 5.1.1 型腔（或凹模）的設(shè)計 14 5.1.2 型芯（或凸模）的設(shè)計 15 5.2 成型零件工作尺寸的計算 15 5.2.1 型腔外形尺寸的確定 16 5.2.2 型芯外形尺寸的確定 18 5.2.3 型腔深度和型芯高度尺寸的計算 19 6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 20 6.1 脫模力的計算 20 6.2 推出機構(gòu)的設(shè)計 21 6.3 推出機構(gòu)的復位與導向 22 6.4 模架的選取 23 7 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 24 7.1 抽芯距的確定 24 7.2 抽芯機構(gòu)設(shè)計 24 7.2.1 斜導柱抽芯的工作原理 24 7.2.2 斜導柱傾斜角的選擇 24 7.2.3 斜導柱直徑計算 25 7.2.4 斜導柱長度計算 25 7.3 側(cè)滑塊的設(shè)計 25 7.3.1 側(cè)滑塊形狀設(shè)計 25 7.3.3 導滑槽的設(shè)計 26 8 合模導向機構(gòu)設(shè)計 27 8.1 導柱 27 8.2 導套 27 9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 29 9.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 29 9.2 冷卻回路的尺寸確定 29 總結(jié) 31 致 謝 32 參考文獻 33 III 1 緒論 1.1 塑料模具設(shè)計的研究內(nèi)容和意義 研究的內(nèi)容： （1）了解聚合物的物理性能、流動特性，成型過程中的物理、化學變化及塑料的組成分類主性能。 （2）了解塑料成型的基本原理和工藝特點，正確分析成型工藝對模具的要求。 （3）能掌握各種成型設(shè)備對各類模具的要求 （4）掌握各類成型模具的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計計算方法，能設(shè)計中等復雜程度的模具。 研究的意義： 隨著科學技術(shù)的發(fā)展需要，模具已成為現(xiàn)代化不可缺少的工藝裝備，它被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母，所有工業(yè)產(chǎn)品莫不依賴模具才得以規(guī)模生產(chǎn)、快速擴張，被歐美等發(fā)達國家譽為“磁力工業(yè)”。模具設(shè)計是機械專業(yè)一個最重要的教學環(huán)節(jié)，是一門實踐性很強的學科，是對我們所學知識的綜合運用，通過對模具設(shè)計和制造過程有個基本了解，為以后的工作及學習深造打下了堅實的基礎(chǔ)。M120圓盒是日常生活中常用的基本品，對它的注塑模具進行設(shè)計和分析，有一定的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值，是順應(yīng)當前模具制造行業(yè)發(fā)展需要的，具有重大意義。 1.2 本課題應(yīng)達到的要求 1、熟悉注塑模具發(fā)展歷程，以及當前模具制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。 2、能綜合運用所學的專業(yè)知識（如注塑模成型與模具設(shè)計）進行中等復雜程度模具的設(shè)計和計算。 3、熟練掌握CAD/CAM軟件UG的三維造型、模具設(shè)計的原理和方法。在UG的模具設(shè)計模塊中設(shè)計成型零件。 5、根據(jù)三維模架生成M120圓盒塑件注塑模的二維工程圖。 6、論文正文依據(jù)充分，論證正確，有一定見解，文字通順，條理清楚，數(shù)據(jù)準確，格式符合要求。 2 塑件分析 2.1 材料的選擇 該塑件為M120圓盒,沒有太高的配合精度，所以從塑件使用性能上分析，其必須具備有一定的綜合機械性能,包括一定的彈性和耐油性，耐水性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。而符合以上性能的塑料材料很多，從材料的來源以及材料的成本和調(diào)配顏色來看，PS（聚苯乙烯系塑料）比較適合。PS是目前世界上應(yīng)用最廣泛的材料，它來源廣，成本底，符合該塑件成型的特性。因此制作該塑件選用PS塑料。 表2-1 PS的注射工藝參數(shù) 注射機類型 螺桿轉(zhuǎn)數(shù) 噴嘴形式 噴嘴溫度 螺桿式 50～70 直通式 180～190 料筒的溫度 模具溫度 注射壓力 保壓力 190-200 200-220 170-190 50～70 60～90Mpa 30-～60Mpa 注射時間 保壓時間 冷卻時間 成型周期 3～-5S 15～30S 10～30S 30～70S 預熱溫度 預熱時間 計算收縮率 80～85 2～3h 0.3～0.8% 電絕緣性（尤其高頻絕緣性）優(yōu)良，無色透明，透光率僅次于有機玻璃，著色性耐水性，化學穩(wěn)定性良好，強度一般，但質(zhì)脆，易產(chǎn)生應(yīng)力脆裂，不耐苯、汽油等有機溶劑.適于制作絕緣透明件.裝飾件及化學儀器.光學儀器等零件. ⒈無定形料，吸濕小，不須充分干燥，不易分解，但熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力.流動性較好，可用螺桿或柱塞式注射機成型. ⒉宜用高料溫，高模溫，低注射壓力，延長注射時間有利于降低內(nèi)應(yīng)力，防止縮孔.變形. ⒊可用各種形式澆口，澆口與塑件圓弧連接，以免去處澆口時損壞塑件.脫模斜度大，頂出均勻.塑件壁厚均勻，最好不帶鑲件，如有鑲件應(yīng)預熱. PS成型收縮率，拉伸模量，泊松比與剛的摩擦因素見下頁表2-3 表2-3PS成型收縮率，拉伸模量，泊松比與鋼的摩擦因素 塑料名稱 成型收縮率/% 拉伸模量E/×103Mpa 泊松比U 與鋼的摩擦系數(shù)f PE 1.5-3.5 0.212-0.98 0.49 0.23-0.5 PP 1.0-2.5 1.6-6.2 0.43 0.49-0.51 PS 0.6-0.8 1.4-8.9 0.38 0.45-0.75 PS 0.3-0.8 1.91-1.98 0.38 0.20-0.25 2.2 塑件的幾何形式及結(jié)構(gòu)分析 圖2-1 塑件三維圖 1、脫模斜度 脫模斜度取決于塑件形狀，壁厚及塑料的性能和收縮率。本塑件型腔深度一般 ，但由于考慮到塑件配合精度不高，所以塑件兩側(cè)要有角度，所以采用使塑件強行脫模的方式，而且往外偏有個小角度。該塑件脫模斜度取5.5°。 表2-4 塑料制品的脫模斜度 塑料制品材料 脫模斜度 塑件外表面 塑件內(nèi)表面 PS塑料 40′～1°20′ 35′～1° 2、 壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計塑件時必須考慮的問題之一。應(yīng)該考慮盡量采用均勻壁厚，所以該塑件壁厚取為2.00mm，符合推薦壁厚，且可保證塑件的剛度、強度，可防止塑件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以及氣泡、縮孔等各種質(zhì)量缺陷。 表2-5 塑件壁厚選擇 塑料種類 制件最小壁厚mm 一般產(chǎn)品壁厚mm 大型產(chǎn)品壁厚mm 塑料PS 0.75 1.75-2.6 3～3.5 3、 側(cè)抽芯機構(gòu) 當塑件有側(cè)抽芯時，應(yīng)盡可能放在動模或下模，避免定模或上模側(cè)抽芯。該塑件外部有側(cè)孔，內(nèi)部還有凸臺，因該塑件材料為PS，且該孔是通孔，故必須采用側(cè)抽芯機構(gòu)，側(cè)抽芯機構(gòu)由滑塊和斜導柱等機構(gòu)組成，采用滑塊整面抽芯。 3 設(shè)備的選擇與校核 為保證注射質(zhì)量和充分發(fā)揮注射設(shè)備的能力,應(yīng)根據(jù)注射模一次成型的塑料體積和質(zhì)量來初步確定注射機的類型。根據(jù)理論和在實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗得出塑件和澆注道之間材料的總和應(yīng)該在注射機理論注射量的50%~80%之間。（初步估算澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為10g）初步選定注射機為XS-ZY-500[17]。 3.1 塑件質(zhì)量的計算 根據(jù)三維軟件UG模型分析得體積：V=118.76cm3 因為PS的平均密度為：ρ=1.05g/cm3 所以，M=124.7g。 圖3-1 UG中零件的質(zhì)量屬性 3.2 型腔數(shù)量的確定 因型腔數(shù)量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關(guān)，因此有任何一個參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機的最大注射量來確定型腔數(shù)量； （3.1） 式中 ——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； M0 ——注射機允許的最大注射量（g或cm3）； m——澆注系統(tǒng)凝量（g或cm3）； m——單個塑件的質(zhì)量或體積(g或cm3)。 由此可求出： 故取n=1滿足設(shè)計要求。 3.3 注射機參數(shù)的校核 3.3.1 注射量校核 模具型腔是否能充滿與注射機允許的最大的注射量密切相關(guān)，設(shè)計模具時，應(yīng)保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機實際的最大注射量范圍內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注射機的最大注射量是其允許最大注射量（額定注射量）的80%，由此有： （3.2） 1×124.7+10.5≤0.8×500 即 135.2≤400 (符合要求) 3.3.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 1、投影面積校核 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。如果這一數(shù)值超過了注射機允許使用的最大成型面積，則成型過程中將會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此，設(shè)計注射模時必須滿足下面關(guān)系[17]： A=nA+A （3.3） 式中 A——單個塑件在模具分型面上的投影面積，該塑件為12666.1269mm； A——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積,約為A的0.2～0.5倍，該設(shè)計取0.4； 總的投影面積計算為： A=nA+A=1×12666.1269+0.4×12666.1269=17732.5785 mm 2、鎖模力的校核 F≥F=AP （3.4） 式中 Fm——注射機的額定鎖模力為3500KN； P——模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（Mpa）,通常為20～40 Mpa，此設(shè)計中取35 Mpa； 所以F=17732.5785×35=630.64KN，則F≥F （符合要求） 故該注射機符合要求。其技術(shù)參數(shù)如下[17]： XS-ZY-500注射機主要技術(shù)參數(shù): 額定注射量：500mm 最大成型面積：1000cm 柱塞直徑：65mm 注射壓力：120Mpa 模板尺寸：780×850（mm×mm） 柱桿空間：540×440（mm×mm） 鎖模力：3500KN 噴嘴圓弧半徑：16mm 噴嘴孔徑：2mm 最大開模行程：500mm 模具最大厚度：450mm 模具最少厚度：350mm 3.4 開模行程的校核 開模取出塑件所需開模距離必須小于注塑機最大開模行程。對于XS-ZY-500注塑機，其最大開模行程有注塑機曲軸機構(gòu)的最大行程決定，與模具厚度無關(guān)。 雙分型面注射模，其開模行程按下式校核： S≥H+H+ a +（5～10）mm （3.5） 式中 S——注塑機的最大開模行程（mm）； H1——塑件脫出距離（也可作為凸模高度）（mm）； H2——塑件高度（mm）； 已知 H1=130mm H2=97mm a=115 mm 所以 H1+H2+（5～10）=130+80+（5～10）=215～220（mm） 又由于XS-ZY-500臥式注塑機的移模行程為360mm，即220 mm﹤360mm 所以開模行程也符合要求。 3.5 脫模力Q （3.6） 式中 L——型芯或凸模被包緊部分的周長（cm）； h——被包緊部分的深度（mm）； p——由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積的正壓力，一般取7.8～1.8Mpa； f——摩察系數(shù)，一般取0.1～0.2； ——脫模斜度（o）。 而對于不通孔的殼型塑件脫模時，需克服大氣壓力造成的阻力（Q）, 即 =1×F F為垂直于推出型芯方向的投影面積（cm）。 并設(shè)大氣壓力為0.09 Mpa，則=F 所以，當不塑件對型芯的粘附力時，其總的脫模力（Q）為 Q= Q+ Q （3.7） 計算時，為使脫模力（Q）大于諸因素造成的阻力，須修正以確定脫模力。 由零件圖得L=130cm，h=80mm，p=7.8 Mpa ，f=1.5，=1 o。 所以Q=130×80×7.8×（0.15×cos1 o- sin1 o）+0.09≈13636.57N 推桿推頂接觸總面積a=10××﹙﹚=1950(mm) 則接觸壓力校核為： ==Mpa≈6.99 Mpa﹤=14 Mpa 由此，該模具推桿的推頂總面積是可行的。 4 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 塑料制件在模具中的位置 1、型腔排列方法 型腔的排列應(yīng)遵循以下原則[13]： 當采用一模多腔時，型腔在模板上通常采用圓形排列，H形排列，直線排列以及復合排列等。 在設(shè)計時應(yīng)遵循以下要點[19]： ①盡量采用平衡式排列，以構(gòu)成平衡澆注系統(tǒng)，保證塑件質(zhì)量均一和穩(wěn)定。 ②型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。 ③盡可能使型腔排列得緊湊些，以便減小模具的外形尺寸。 ④型腔的圓形排列所占模板的尺寸大，雖然有利于澆注系統(tǒng)的平衡，但加工困難，除圓形制品和一些高精度制品外，在一般情況下常用直線排列和H形排列。 由以上計算得出，型腔數(shù)為1，即一模一件。又此塑件結(jié)構(gòu)比較對稱，故塑件在模具型腔中間位置布局。 圖4-1 型腔布置圖 2、分型面的設(shè)計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的部分，這些可以分離部分的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為模具的分型面。 根據(jù)塑件的形狀和尺寸，由于此塑件為外觀件，選用單一平直分型面。 本模具采用平直分型面有以下優(yōu)點和符合設(shè)計基本原則[19]： （1）分型面在塑件外形最大輪廓處； （2）便于塑件順利脫模； （3）保證塑件的精度要求； （4）滿足塑件的外觀要求； （5）便于模具加工制造； （6）減少塑件在合模分型面上的投影面積，可靠鎖模避免漲模溢料現(xiàn)象； （7）有利于排氣； （8）保證抽心機構(gòu)順利抽芯； （9）保證斜銷機構(gòu)順利退出。 4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 它的作用是將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使型腔內(nèi)的氣體能及時順利排出，將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個部位，以獲得形狀完整、內(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件。澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則。 設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾點[13]： （1）流道應(yīng)盡量減小彎折，表面粗糙度為Ra1.6到Ra0.8μm； （2）應(yīng)按型腔布局設(shè)計，盡量與模具中心線對稱； （3）應(yīng)避免在模具的單面開設(shè)澆口，否則會造成注射時受力不均； （4）設(shè)計主流道，避免熔融塑料沖擊小直徑型芯及鑲件而產(chǎn)生彎曲或折斷； （5）在滿足塑料成型和排氣良好前提下，選取短的流程，可縮短填充時間； （6）能順利地引導熔融塑料填充各個部位； （7）生產(chǎn)成批塑件，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，縮短冷卻時間及成型周期。 4.2.1 主流道的設(shè)計 主流道(俗稱澆口套)是塑料熔體的流動信道，在臥式注射機上主流道垂直于分型面，由于本塑件在內(nèi)部開了一個比較大的槽，可讓主流道設(shè)于該處。 主流道的設(shè)計要點[19]： （1）澆口套內(nèi)孔呈圓錐形，錐度2°到6°。錐度過大會造成壓力減弱，流速減慢，塑料形成渦流，熔體前進易混進空氣，產(chǎn)生氣孔；錐度過小，使流速增大，熱量損耗大，表面粘度上升，造成注射困難。 （2）澆口套進口的直徑d應(yīng)比注射機噴嘴孔直徑d1大1到2mm。 （3）澆口套內(nèi)孔出料口處應(yīng)設(shè)計成圓角r，一般為0.5到3mm。 （4）澆口套與注射機噴嘴接觸處球面的圓弧度必須溫和。設(shè)模具澆口套球面半徑為R，注射機球面半徑為r，其關(guān)系式如下：R=r+（0.5～1）mm 澆口套球面半徑比注射機噴嘴球面半徑大，接觸式圓弧度吻合的好。 （5）澆口套長度應(yīng)盡量短，以減少冷料回收量，減少壓力損失和熱量損失。 （6）澆口套錐度內(nèi)壁表面粗糙度為Ra1.6到Ra0.8μm，料流順利，易脫模。 （7）澆口套的長度應(yīng)與定模板厚度一致，它的端部不應(yīng)凸出在分型面上，否則會造成合模困難，不嚴密，產(chǎn)生溢料，甚至壓壞模具。 （8）澆口套熱量最集中，為保證注射順利和塑件質(zhì)量，要考慮冷卻措施。 4.2.2 主流道尺寸的確定 為使凝料能順利拔出，設(shè)計成圓錐形，錐角取2°，選用材料為T10A，熱處理要求淬火53～57HRC。其主要尺寸可由以下計算獲得： 主流道小端直徑 d=D+(0.5～1)=3+1mm=3.5mm； （4.1） 主流道球面半徑 SR=R+(1～2)=15+1mm=16mm； （4.2） 球面配合高度 h＝3～5mm，取h＝3mm； 主流道錐角 α＝1°～3°，取α＝1°； 根據(jù)本塑件實際情況確定澆口套的形狀和尺寸如下： 圖4-2 澆口套圖 4.2.3 澆口位置的選擇 澆口形式很多，無論采用什么形式，開設(shè)位置對塑件成型性能及成型質(zhì)量都有很大影響，澆口位置選擇不當使塑件產(chǎn)生變形、熔融接痕、凹陷、裂紋等。澆口位置影響模具結(jié)構(gòu)。合理選擇澆口開設(shè)位置是提高塑件質(zhì)量的重要設(shè)計環(huán)節(jié)。 在選擇澆口位置時，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求與成型工藝條件等綜合進行考慮，一般應(yīng)遵循以下原則： （1）盡量縮短熔體的流動距離； （2）避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件缺陷； （3）澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚處； （4）減少熔接痕，提高熔接強度。 由于零件體積大，采用直接澆口注射. 5 成型零部件的設(shè)計與計算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設(shè)計，包括型腔、型芯、鑲塊和成型桿等。設(shè)計成型零件時，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵零件進行強度和剛度校核。 5.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 從材料來講，成型零件一般由優(yōu)質(zhì)鋼材制作。成型零件與塑料直接接觸，承受料流的高速沖刷、脫模時塑件給予摩擦力、高壓高溫塑料熔體擠壓力，因此要求其有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性。當成型有腐蝕性氣體產(chǎn)生的塑料時，模具材料還需具備良好的耐腐蝕性或表面鍍硬鉻。成型零件一般都應(yīng)進行熱處理或預硬化處理，要求熱處理變形量小，硬度達30HRC以上，為減小流阻力，一般粗糙度Ra值取0.4 μm以下。 模具的材料選擇預硬化型塑料模具鋼中的40Cr（GB/T 1299-2000）。40Cr是廣泛應(yīng)用的預硬型塑料模具鋼，綜合力學性能好，淬透型高，可以使較大截面的鋼材獲得較均勻的硬度，并具有很好的拋光性能，表面粗糙度低。用該鋼制造模具時，一般先進行調(diào)質(zhì)處理，硬度為28～35HRC（即預硬化），再經(jīng)冷加工制造成模具后，可直接使用。這樣既保證模具的性能，又避免熱處理引起模具的變形。因此，該鋼種宜于制造尺寸較大或形狀復雜、對尺寸精度與表面粗糙度要求較高的塑料模具和低熔點合金。 5.1.1 型腔（或凹模）的設(shè)計 該塑件為一般精度，故其精度等級為MT5級。另外，根據(jù)參考資料一般模具的表面粗糙度Ra值一般為1.6～0.2μm。在模具使用中，由于型腔磨損會使表面粗糙度值不斷加大。除塑件表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。所該M120圓盒的外邊面粗糙度為Ra1.6 μm，內(nèi)表面為3.2～6.3 μm[5]。 型腔是成型塑件外表面的凹狀零件，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為整體式和組合 式兩類。該塑件較為復雜，通過比較，采用組合式的凹模結(jié)構(gòu)。同時可以使凹模邊緣的材料的性能低于凹模的材料，避免了整體式凹模選用一樣的材料不經(jīng)濟，由于凹模的組合結(jié)構(gòu)可以利用間隙利于排氣，減少凹模熱變形。采用組合式，還可以方便凹模的維修，避免整體的凹模報廢。 本零件由于有M120的螺紋，不能直接出模，模具的設(shè)計中采用HALF式滑塊，零件在滑塊中成型，滑塊就是零件的型腔。 5.1.2 型芯（或凸模）的設(shè)計 型芯是成型塑件內(nèi)表面的零件。型芯按其結(jié)構(gòu)也可分為整體式和組合式，整體式其結(jié)構(gòu)牢固，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡，但不便加工，且消耗的模具鋼多，且熱處理不方便，常用于形狀簡單的中小型模具或工藝試驗模具。組合式凸模是由兩個或兩個以上的零件組合而成的凸模。應(yīng)用于凸模形狀復雜時，設(shè)計成通孔臺肩式，凸模帶有臺肩，從下面嵌入模板，再用墊板螺釘緊固，是最常用的方法。在設(shè)計和制造時必須注意結(jié)構(gòu)合理，保證型芯和鑲塊的強度，防止熱處理時變形，避免尖叫鑲拼。分析該塑件，結(jié)構(gòu)稍復雜，且位置關(guān)系有一定的要求，為了保證位置關(guān)系以及尺寸，將型芯設(shè)計為組合式[19]。 5.2 成型零件工作尺寸的計算 成型零件工作尺寸是成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯之間的位置尺寸，孔間距離尺寸，孔與凸臺至某成型表面的距離尺寸，螺紋成型零件的徑向尺寸和螺距尺寸等。由于考慮到影響因素多，所以我們一般按照平均收縮率、平均磨損量和模具平均制造公差為基準的計算方法。 （1）計算模具成型零件最基本的公為： L＝L（1＋S） （5.1） 式中 Lm——模具成型零件在常溫下的實際尺寸； Ls——塑件在常溫下的實際尺寸； S ——塑料的計算收縮率。 （2）塑料的平均收縮率計算公式為： （5.2） 式中 ——塑料的平均收縮率； ——塑料的最大收縮率； ——塑料的最小收縮率。 由材料的性質(zhì)可知：PS的收縮率為0.5%~0.6%，即平均收縮率為0.0055。 5.2.1 型腔外形尺寸的確定 塑件外形最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，與之相對應(yīng)的模具型腔最小尺寸為基本尺寸，偏差為正值。塑件內(nèi)形最小值為基本偏差為正值，與之相對應(yīng)的模具型芯最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值；中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。 型腔徑向尺寸計算公式為： （5.3） 式中 Lm——模具型腔的徑向公稱尺寸，mm； ——塑料的平均收縮率，%； Ls——塑件外形的徑向公稱尺寸，mm； ——模具制造公差，取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3，mm； △ ——塑件外形徑向尺寸的公差，mm。 ——修正系數(shù)，=0.5—0.75，這里取=0.75。 圖5-1 凹模實體圖 型腔120mm端工作尺寸計算： 查表得Δ=1.14，則=1.14/3=0.38 = =mm 型腔105mm端工作尺寸計算： 查表得Δ=1.14，則=1.14/3=0.38 = =mm 5.2.2 型芯外形尺寸的確定 型腔徑向尺寸計算公式為： （5.4） 式中 ——模具型芯徑向基本尺寸； ——塑件內(nèi)表面的徑向尺寸； ——塑件內(nèi)表面徑向基本尺寸的公差； ——模具制造公差。 圖5-2 凸模實體圖 型芯101mm端工作尺寸計算： 查表得Δ=1.14，則=1.14/3=0.38 mm 型芯64mm端工作尺寸計算： 查表得Δ=0.74，則=0.74/3=0.25 mm 5.2.3 型腔深度和型芯高度尺寸的計算 （1）型腔深度計算公式為： （5.5） 式中 ——模具型腔深度基本尺寸，mm； ——塑件凸起部分高度基本尺寸，mm； ——修正系數(shù)，取1/3~1/2。 代入數(shù)據(jù)得： =129.87mm （2）型芯高度計算公式為： （5.6） 式中 hm——模具型芯高度基本尺寸，mm； hs——塑件孔或凹槽深度尺寸，mm。 代入數(shù)據(jù)得： 6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 塑件在從模具上取下以前,還有一個從模具的成型零件上脫出的過程,使塑件從成型零件上脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)。 6.1 脫模力的計算 塑件注射成型后，塑件在模具內(nèi)冷卻定型，由于體積的收縮，對型芯產(chǎn)生包緊力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦阻力。對于底部無孔的筒、殼類塑件，脫模推出時還要克服大氣壓力。型芯的成型端部，一般均要設(shè)計脫模斜度。塑件在剛開始脫模時，所需的脫模力最大，其后推出力的作用僅僅是為了克服推出機構(gòu)移動的摩擦力。一般而論，塑料制件剛開始脫模時，所需克服的阻力最大，所以選擇此時作為臨界條件。塑件脫模的型芯受力分析如圖： 圖6-1 脫模力示意圖 根據(jù)力平衡原理，列出平衡式： 即： （6.1） 因?qū)嶋H上摩擦系數(shù)f較小，sinα 更小，cosα 也小于1，故忽略 fcosαsinα，式（6.1）簡化為 （6.2） 式中 ——塑件對型芯的包緊力； f——脫模時型芯所受的摩擦阻力； ——脫模力； ——型芯的脫模斜度。 又 而包緊力為包容型芯的面積于單位上包緊力之積，即： 由此可得： （6.3） 式中 ——塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1~0.3； ——塑件包容型芯的面積； ——塑件對型芯的單位面積上的包緊力，一般情況下模外冷卻的塑件p 取2.4~3.9×107Pa，模內(nèi)冷卻的塑件約取0.8~1.2×107Pa。 代入數(shù)據(jù)得：=97N 6.2 推出機構(gòu)的設(shè)計 推出機構(gòu)一般包括推桿推出機構(gòu)、推管推出機構(gòu)、推件板推出機構(gòu)、活動鑲塊及凹模推出機構(gòu)、多元綜合推出機構(gòu)等。 考慮到本塑件的形狀是薄殼，而且深度的拉開幅度很大，而推桿難以推出件，所以采用推件板推出機構(gòu)，推出的力大，且平穩(wěn) 圖6-2 推板圖 技術(shù)要求:材料T10碳素工具鋼；熱處理要求HRC≧50；工作配合部分表面粗糙度Ra≤0.8μm。 配合精度：與推桿孔的配合段可用H8/h8配合，配合表面粗糙度Ra為0.8um。 推出板的推桿材料為T8A或45鋼，推桿采用兩根直線分布。 6.3 推出機構(gòu)的復位與導向 為了保證推出機構(gòu)在工作過程中靈活、平穩(wěn)，每次合模后推出機構(gòu)能回到原來的位置，需要設(shè)計推出機構(gòu)的導向與復位裝置。 1、導向零件 推出機構(gòu)的導向零件在模具內(nèi)往復運動，除滑動配合處外，其余部分均處于 懸掛浮動狀態(tài)，為了防止推板和推桿固定板扭曲傾斜而折斷推桿或發(fā)生運動卡滯 現(xiàn)象，應(yīng)該在推出機構(gòu)中設(shè)置導向零件進行導向。對于推出距離不大，生產(chǎn)批量小的較小模具，可借助于復位桿進行導向和支撐。但應(yīng)適當增加復位桿的直徑和滑動配合長度，以減小滑動面上的壓強，提高復位桿的剛度。同時，復位桿與推桿固定板的配合間隙，應(yīng)小于推桿與推桿固定板的間隙。通常由推出導柱與推板導套所組成，其導向裝置見裝配圖。 2、復位零件 推桿推出塑件后，要求返回初始位置，以待下一成型周期推桿再推出下一模 塑件。用復位桿復位，采用圓形截面，設(shè)置四根復位桿，位置設(shè)在推桿固定板的四周，為了使推出機構(gòu)平穩(wěn)復位，各復位桿的長度必須要求一致，且端面與所在的動模平齊。 6.4 模架的選取 模架的選取應(yīng)綜合考慮凸模的大小與布置、結(jié)構(gòu)形式、推出機構(gòu)、合模導向機構(gòu)等方面。根據(jù)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗得成型零件的計算及中件成品，凸模邊界到模板邊界的距離為80mm-120mm)，還有注射機的參數(shù)，盡量選取標準模架,本模架選取AI-4040-A120-B120-C210,如圖紙示。 圖6-5 模架結(jié)構(gòu)圖 7 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 零件的外圍有M120螺紋。由于螺紋無法正常出模，該必需采用側(cè)抽芯。 7.1 抽芯距的確定 在設(shè)計側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)時，除了計算側(cè)向抽拔力以外，還必須考慮側(cè)向抽芯距的問題。側(cè)向抽芯距一般比塑件上側(cè)凹和側(cè)孔的深度或側(cè)向凸臺的高度大2~3mm,用公式表示為： s=s′+(2～3) （7.1） 式中 s——抽芯距，mm s′——塑件上側(cè)凹和側(cè)孔的深度或側(cè)向凸臺的高度，mm,。 根據(jù)塑件尺寸可知，s′=45mm，代入公式得： s=s′+(2～3) =45+(2～3)=47～48mm，取5mm。 7.2 抽芯機構(gòu)設(shè)計 7.2.1 斜導柱抽芯的工作原理 斜導柱側(cè)向機芯機構(gòu)是由與開模方向成一定角度的斜導柱和滑塊所組成。為了保證抽芯動作平穩(wěn)可靠，必須有滑塊定位及閉鎖裝置。 7.2.2 斜導柱傾斜角的選擇 在斜導柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)中，斜導柱與開合模方向的夾角稱為斜導柱的傾斜角α，它是決定斜導柱抽芯機構(gòu)中工作效果的重要參數(shù)，α的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等起著直接的重要影響。 在確定斜導柱傾斜角時，通常抽芯距長時α可取大些，抽芯距短時，α可適當取小些；抽芯力大時α可取小些，抽芯力小時α可取大些。從斜導柱的受力情況考慮，希望α值取小些；從減小斜銷長度考慮，又希望α值取大一些。因此，斜導柱傾斜角α值得確定應(yīng)綜合考慮。在這我們?nèi)ˇ?18°[17]。 7.2.3 斜導柱直徑計算 1、斜導柱的有效工作長度 斜導柱的有效工作長度L的計算公式為： （7.2） 由以上計算可知s=5mm，α=20°代入公式得： =19.3mm 2、斜導柱直徑的選擇 查表，由最大彎曲力Fw和脫模力Ft與斜導柱直徑的關(guān)系可知斜導柱直徑為d=16mm。 7.2.4 斜導柱長度計算 斜導柱的總長計算公式為[19]： mm （7.3） 查表計算得，取Lz≈200mm。 7.3 側(cè)滑塊的設(shè)計 7.3.1 側(cè)滑塊形狀設(shè)計 側(cè)滑塊是斜導柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)中的一個重要零部件，一般情況下，它與側(cè)型芯組合成側(cè)滑塊，稱為組合式。在側(cè)型芯簡單且容易加工的情況下，也有將側(cè)滑塊和側(cè)型芯制成一體的，稱為整體式。在側(cè)向分型與抽芯過程中，塑件的尺寸精度和側(cè)滑塊移動的可靠性都要靠其運動的精度來保證[17]。 圖7-3 側(cè)滑塊三維圖 7.3.3 導滑槽的設(shè)計 斜導柱側(cè)向抽芯機構(gòu)工作時，側(cè)滑塊是在導滑槽內(nèi)按一定的精度和沿一定的方向往復移動的零件。根據(jù)側(cè)抽芯的大小、形狀和要求不同，以及各工廠的使用習慣不同，導滑槽的形式也不相同。常用的是形槽和燕尾槽。由于注射成型時，滑塊在導滑槽內(nèi)要求來回移動，因此，對組成導滑槽零件的硬度和耐磨性是有一定要求的。熱處理硬度要求大于50HRC。在設(shè)計導滑槽和側(cè)滑塊時，要正確選用它們之間配合。一般采用H8/f8，也可采用H8/f7或H8/g7的配合，其余各處均可留0.5mm左右的間隙。配合部分的粗糙度Ra要求大于0.8μm。為了讓側(cè)滑塊在導滑槽內(nèi)移動靈活，不被卡死，一般情況下，保留在導滑槽內(nèi)的側(cè)滑塊長度不應(yīng)小于導滑總的配合長度的2/3[19]。 8 合模導向機構(gòu)設(shè)計 導柱導向機構(gòu)的主要零件是導柱和導套。 8.1 導柱 導柱材料采用T8A，HRC50～55，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分Ra為0.8～0.4μm，本設(shè)計采用四根導柱，固定端與模板間采用H7/m6過渡配合，導向部分采用H7/f7間隙配合。 導向機構(gòu)是保證塑料注射模具的動模與定模的正確定位和導向的重要零件。導向機構(gòu)常采用導柱導向，其主要零件有導柱和導套。導柱常設(shè)在動模邊或定模邊均可，但一般設(shè)在主型芯周圍。 圖8-1 導柱 8.2 導套 導套常采用帶頭導套的形式，采用H7/m6配合鑲?cè)肽０?。具體結(jié)構(gòu)尺寸如下： 圖8-2 導套 9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 無論什么塑料進行注射成型，均有一個比較適宜的模具溫度范圍，在此模具溫度范圍內(nèi)，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，塑件脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學性能以及表面質(zhì)量較高。為了使模溫控制在一理想的范圍內(nèi)，現(xiàn)設(shè)計一模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于本次設(shè)計的塑料PS黏度和流動性一般，模溫為50～80℃，成型溫度為200～270℃，故無須設(shè)計加熱系統(tǒng)，只需設(shè)計冷卻系統(tǒng)以確保合理的模溫。常用的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻，本設(shè)計設(shè)計采用的是水冷卻，經(jīng)濟實惠。 9.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 （1）冷卻水道應(yīng)盡量多； （2）冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等； （3）澆口出加強冷卻； （4）冷卻水道、入口溫差應(yīng)盡量?。? （5）冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置； 此外，冷卻水道的設(shè)計還必須盡量避免接近塑件的溶接部位以免產(chǎn)生溶接痕，降低塑件強度。 9.2 冷卻回路的尺寸確定 冷卻回路所需總表面積可按下式計算： A＝ （9.1） 式中 A——冷卻回路總面積（m）； M——單位時間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量（㎏/h）； q——單位質(zhì)量樹脂在模具內(nèi)釋放的熱量（J/㎏）； α——冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（W∕(m·K)）； ——模具成型表面的溫度(℃)； ——冷卻水的平均溫度(℃)。 所以A＝≈0.0356 m 圖9-1 冷卻回路布置 總結(jié) 在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，通過反復的學習，從而達到了鍛煉自己的目的，同時在此過程中還學到了有關(guān)模具的很多知識。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我感到自己應(yīng)用基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識解決問題的能力有了很大的提高，日常生活中，塑料制品隨處可見，因此，此次畢業(yè)設(shè)計是在我即將工作之前的一次重要演練。通過這次畢業(yè)設(shè)計，到了工作單位后，我將能夠更快的適應(yīng)工作崗位和工作要求。我對自己充滿信心。這對我以后工作的選擇開拓了更大的空間。總之一句話，畢業(yè)設(shè)計使我把上課學到的東西運用到實踐工作中去，從實踐生產(chǎn)中有所領(lǐng)悟。此次畢業(yè)設(shè)計給我很大的信心，對我走向社會和今后人生的道路上都有很大的幫助。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是我們大學生涯最后的考核，是大學學習的一個總結(jié)，也是我們學習成果最直接的表現(xiàn)；所以我們都以積極的態(tài)度認真地對待，在我們?yōu)榇髮W生活畫上完美句號的同時也鞏固了機械專業(yè)知識。 首先，我感謝這幾年來我所有的老師對我的諄諄教導和無微不至的關(guān)懷，謝謝他們傳授我知識，給予我前進的動力，教導我做人的道理；有了他們的關(guān)心和支持，我學習才輕松愉悅，成長方能健康。 參考文獻 [1] 曾志新，呂明．機械制造技術(shù)基礎(chǔ)．湖北：武漢理工大學出版社，2002.12． [2] 王光斗，王春富．機床夾具設(shè)計手冊．上海：科學技術(shù)出版社，2000.11． [3] 金屬機械加工工業(yè)人員手冊[M]．上海：科學技術(shù)出版社，1979． [4] 毛平淮．互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006． [5] 黃鶴?。畽C械制造裝備[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1987． [6] 馬福昌．金屬切削原理及應(yīng)用．濟南：山東科技出版社，1983． [7] 趙志修．機械制造工藝學．北京：機械工業(yè)出版社，1985． [8] 龔定安等．機床夾具設(shè)計原理．西安：陜西科技出版社，1981． [9] 成大先等．機械設(shè)計手冊．北京：化學工業(yè)出版社，1997． [10] 《模具制造手冊》編寫組，模具制造手冊(第二版)[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2003． [11] 王樹勛，吳裕農(nóng)．典型模具結(jié)構(gòu)圖冊[M]，廣州：華南理工大學出版，2005.4． [12] 張耀宸，馬占永. 機械加工工藝設(shè)計實用手冊[M]，北京：國防工業(yè)出版社，2002.3． [13] 葛正浩，UG注塑模具設(shè)計實例教程，化學工業(yè)出版社． [14] 2010中國模具大黃頁，模具制造雜志社，2010.5． [15] 齊衛(wèi)東，簡明塑料模具設(shè)計手冊，北京：北京理工大學出版社，2008.2． [16] 屈華昌，塑料成型工藝與模具設(shè)計，北京：高等教育出版社，2007.8． [17] D.Drummer K.Vetter. Expansion–injection–molding (EIM) by cavity near melt compression –About the process characteristic[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology，2011(4)：376~381. [18] J.G. Kovács, B. Sikló. Investigation of cooling effect at corners in injection molding[J]. 33