鬧鐘后蓋的注塑模具設計

鬧鐘后蓋的注塑模具設計,鬧鐘,注塑,模具設計 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 前 言 光陰似梭，大學三年的學習一晃而過，為具體的檢驗這三年來的學習效果，綜合檢測理論在實際應用中的能力，除了平時的考試、實驗測試外，更重要的是理論聯(lián)系實際，即此次設計的課題為鬧鐘后蓋的注塑模具。 本次畢業(yè)設計課題來源于生活，應用廣泛，但成型難度大，模具結(jié)構(gòu)較為復雜，對模具工作人員是一個很好的考驗。它能加強對塑料模具成型原理的理解，同時鍛煉對塑料成型模具的設計和制造能力。 本次設計以注射鬧鐘后蓋模具為主線，綜合了成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設計，最后到模具零件的加工方法，模具總的裝配等一系列模具生產(chǎn)的所有過程。能很好的學習致用的效果。在設計該模具的同時總結(jié)了以往模具設計的一般方法、步驟，模具設計中常用的公式、數(shù)據(jù)、模具結(jié)構(gòu)及零部件。把以前學過的基礎課程融匯到綜合應用本次設計當中來，所謂學以致用。在設計中除使用傳統(tǒng)方法外，同時引用了CAD、Pro/E等技術(shù)，使用Office軟件，力求達到減小勞動強度，提高工作效率的目的。 本次設計中得到了戴老師的指點。同時也非常感謝邵陽學院各位老師的精心教誨。 由于實際經(jīng)驗和理論技術(shù)有限，設計的錯誤和不足之處在所難免，希望各位老師批評指正。 緒 論 {一} 【模具在加工工業(yè)中的地位】 模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。 對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。 模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。 現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展 [二] 【模具的發(fā)展趨勢】 近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面： （1） 加深理論研究 在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經(jīng)有經(jīng)驗設計階段逐漸向理論技術(shù)設計各方面發(fā)展，使得產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到很大的提高。 （2） 高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本起了很大的作用。 （3） 大型、超小型及高精度 由于產(chǎn)品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。 （4） 革新模具制造工藝 在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。 （5） 標準化 開展標準化工作，不僅大大提高了生產(chǎn)模具的效率，而且改善了質(zhì)量，降低了成本。 [三] 【設計在學習模具制造中的作用】 通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結(jié)構(gòu)特點及設計計算的方法，以達到能夠獨立設計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，了解模具結(jié)構(gòu)的特點，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。 畢業(yè)設計能夠?qū)σ陨细鞣矫娴囊蠹右造`活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。 1 塑件的工藝分析 1.1 【塑件成型工藝分析】如圖1.1所示： 圖1.1 鬧鐘后蓋 鬧鐘后蓋的形狀較復雜，帶有很多不同形狀的孔，在保證孔間距和孔的形狀是給模具的加工帶了很大的難度。鬧鐘后蓋的注塑材料首先選用ABS，鬧鐘的后蓋絕大部分的決定了鬧鐘的重心的位置的所在。所以我們必須很好多處理后蓋壁厚的均勻，譬如在注塑成型過程中因為壁厚的不均勻造成了收縮率的不一致，這樣就只能通過有效的控制模具溫度來調(diào)節(jié)收縮率。由于鬧鐘后蓋的主體作用是起固定作用，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就相應的給注塑帶來了一定的難度。主要是它螺釘孔的壁厚相對壁厚有一定的差距，勢必會在注塑的時候到來很大的牛頓減力，造成塑件填充不滿的缺陷，可以考慮采用雙澆口，但應用了Pro/E的塑料顧問對其進行模仿CAE的注塑之后，發(fā)現(xiàn)會給鬧鐘后蓋的表面帶來更多的熔接痕和氣孔。也可以利用模具的可靠的精度來定位，但是這樣的話成本太高，而且易造成模具損壞。因為考慮到凹凸模形狀的復雜，用整體形式是不利于損壞后的維修，適當?shù)氖褂们都涂梢越鉀Q這些問題，但不能利用過多的嵌件，不然的話就會造成型腔的強度與剛度不夠。 1.2 【鬧鐘后蓋原料（ABS）的成型特性與工藝參數(shù)】 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS樹脂微黃色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐熱，耐化學腐蝕，丁二烯使聚合物具有優(yōu)越的柔性，韌性；苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動性。因此ABS樹脂具有突出的力學性能和良好的綜合性能。同時具有吸濕性強，但原料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好，塑件盡可能偏大的脫模斜度。 1.2.1 ABS塑料主要的性能指標： 密度 (Kg.dm-3) 1.13——1.14 收縮率 % 0.3~0.8 熔 點 ℃ 130~160 熱變形溫度 45N/cm 65~98 彎曲強度 Mpa 80 拉伸強度 MPa 35~49 拉伸彈性模量 GPa 1.8 彎曲彈性模量 Gpa 1.4 壓縮強度 Mpa 18~39 缺口沖擊強度 kJ/㎡ 11~20 硬 度 HR R62~86 體積電阻系數(shù) Ωcm 1013 擊穿電壓 Kv.mm-1 15 介電常數(shù) 60Hz3.7 1.2.2 ABS的注射成型工藝參數(shù): 注塑機類型：螺桿式 噴嘴形式： 通用式 料筒一區(qū) 150——170 料筒二區(qū) 180——190 料筒三區(qū) 200——210 噴嘴溫度 180——190 模具溫度 50——70 注塑壓 60——100 保壓 40——60 注塑時間 2——5 保壓時間 5——10 冷卻時間 5——15 周期 15——30 后處理 紅外線烘箱 溫度（70） 時間（0.3——1） 由為重要的是因為目前原油價格的下降，導致ABS的市場價格大幅度的下跌。 2 注塑設備的選擇 2.1 【估算塑件體積】 估算塑件體積和質(zhì)量： 該產(chǎn)品材料為ABS，查書本得知其密度為1.13-1.14g/cm3，收縮率為，計算其平均密度為1.135 g/cm3，平均收縮率為0.55﹪。 使用PRO/E軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形澆道凝料和塑件的體積。 另預置澆道凝料為2 cm3因此估算塑件體積為9 cm3。 2.2 【選擇注射機】 根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量，查書可選定注塑機型號為SZ-40/25. 注塑機的參數(shù)如下： 注塑機最大注塑量：40cm3 注塑壓力：200/Mpa 注塑速率：50(g/s) 塑化能力：20(Kg/h) 鎖模力：2500KN 注塑機拉行間距：250×250mm 頂出行程：55mm 最小模厚：130mm 最大模厚：220mm 模板行程：230mm 注塑機定位孔直徑：55 mm 噴嘴球半徑：SR10 2.3 【模架的選定】 根據(jù)塑件選定模架為：S2030—B—I—35—35—70。見圖2.1： 圖2.1 塑件的模架 2.4 【最大注射壓力的校核】 鬧鐘后蓋的原料為ABS，所需注射為60-100MPa，而所選注射機壓力為200 MPa，所以注射壓力符合要求。 2.4.1最大注塑量的校核 注塑機的最大注塑量應大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好是注塑機的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機最大注塑量應滿足： 0.8 V機 ≥ V塑＋V澆 式中 V機 ————注塑機的最大注塑量，40cm3 V塑————塑件的體積，該產(chǎn)品V塑＝18cm3 V澆————澆注系統(tǒng)體積，該產(chǎn)品V澆＝2cm3 故 V機≥（18+4）cm3 2.4.2鎖模力校核 F鎖﹥pA 式中 p————熔融型料在型腔內(nèi)的壓力，該產(chǎn)品 A————塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計算A=4641 mm3 F鎖————注塑機的額定鎖模力。 故 F鎖＞pA=200Mpa×4641 mm3 選定的注塑機的壓力為2500KN，滿足要求。 2.4.3 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 A 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適 模具長×模具寬<拉桿面積 B模具閉合高度校核 Hmin————注塑機允許最小模厚=130mm Hmax————注塑機允許最大模厚=220mm H——————模具閉合高度=180mm 故滿足Hmax＞H＞Hmin。 （1） 開模行程校核 注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構(gòu)的注塑機），故注塑機的開模行程應滿足下式： S機————注塑機最大開模行程，230mm; H1———頂出距離，16mm； H2————包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，52mm; S機－(H模－Hmin)＞H1＋H2＋(5～10) 因為本模具的澆注系統(tǒng)和塑件的特殊關系，澆注系統(tǒng)和塑件的高度就已經(jīng)包括了頂出距離。 故： 230－(180－130)＞62＋(5～10) 滿足條件 3 塑料件的工藝尺寸的計算 所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。由于鬧鐘后蓋須與前蓋配合，所以只有鬧鐘后蓋的邊緣的榫才起著配合決定性的作用，還有鬧鐘后蓋與電池蓋的配合，故需要計算相對于榫和鉸鏈的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸則直接按產(chǎn)品尺寸確定。因 ABS的成型收縮率為0.4～0.7%,所以平均收縮率取S=0.5% 3.1 [型腔的徑向尺寸] （LM）0+δ=[（1+S）Ls-(0.5～0.75)△] 0+δ=[1.008×Ls-0.75△] 0+δ 其中LM為型腔的基本尺寸公差值為正偏差，Ls塑件的基本尺寸。塑件公差△為負偏差，S為塑料的平均收縮率，δz為模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△，模具型腔按六級精度制造，根據(jù)型腔的尺寸，代入數(shù)據(jù)得： （一）、 Ls=81mm . 經(jīng)計算得：LM=79.440+0.32mm; (二)、 Ls=1mm . 經(jīng)計算得：LM=0.79550+0.07mm; (三)、 Ls=5.5mm . 經(jīng)計算得：LM=5.3250+0.085mm; (四)、 Ls=1.8mm . 經(jīng)計算得：LM=1.5990+0.07mm; (五)、 Ls=10mm . 經(jīng)計算得：LM=9.780+0.1mm; (六)、 Ls=7mm . 經(jīng)計算得：LM=6.750+0.1mm; (七)、 Ls=2mm . 經(jīng)計算得：LM=1.8060+0.07mm; (八)、 Ls=3mm . 經(jīng)計算得：LM=2.8140+0.07mm; (九)、 Ls=4mm . 經(jīng)計算得：LM=3.7770+0.085mm; (十)、 Ls=6mm . 經(jīng)計算得：LM=5.7930+0.085mm; (十一)、 Ls=8mm . 經(jīng)計算得：LM=7.7640+0.0.1mm; (十二)、 Ls=16mm . 經(jīng)計算得：LM=15.7230+0.14mm; (十三)、 Ls=12mm . 經(jīng)計算得：LM=11.7960+0.01mm 3.2 [型芯的計算] 3.2.1 芯徑向尺寸的計算： LM=[（1+S）Ls+3/4△]-ó0 其各字母的含義與前相同，型芯按六級精度制造，根據(jù)型芯的基本尺寸，代入數(shù)據(jù)得： （一）、 Ls=81mm經(jīng)計算得：LM=82.4050-0.32mm; （二）、 Ls=1mm經(jīng)計算得：LM=1.2150-0.07mm; （三）、 Ls=5.5mm經(jīng)計算得：LM=5.7450-0.085mm; （四）、 Ls=1.8mm經(jīng)計算得：LM=2.0190-0.07mm; (五)、 Ls=10mm . 經(jīng)計算得：LM=10.480-0.1mm (六)、 Ls=7mm . 經(jīng)計算得：LM=7.4080-0.1mm; (七)、 Ls=2mm . 經(jīng)計算得：LM=2.2260-0.07mm; (八)、 Ls=3mm . 經(jīng)計算得：LM=3.2340-0.07mm; (九)、 Ls=4mm . 經(jīng)計算得：LM=4.2770-0.085mm; (十)、 Ls=6mm . 經(jīng)計算得：LM=6.3030-0.1mm; (十一)、 Ls=8mm . 經(jīng)計算得：LM=8.3640-0.1mm; (十二)、 Ls=16mm . 經(jīng)計算得：LM=16.5330-0.14mm; (十三)、 Ls=12mm . 經(jīng)計算得：LM=12.3960-0.1mm; 3.2.2 型芯高度尺寸的計算： HM=[（1+S）Hs+3/4△] -ó0,按六級精度制造 Hs=15mm 經(jīng)計算得： HM=15.4870-0.13mm; 3.3 [模具型腔壁厚的計算] 如果是利用計算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產(chǎn)中的精確性，我們可以根據(jù)書中的經(jīng)驗值來取的。成型零件材料選擇。 為實現(xiàn)高性能的目的；選用模具材料應具有高耐磨性，高耐蝕睡，良好的穩(wěn)定性和良好的導熱性。必須具有一定的強度，表面需要耐磨，淬火變型要小，但不需要耐腐蝕性，因為ABS沒有腐蝕性?？梢圆捎肅r12，經(jīng)過調(diào)質(zhì)，淬火加低溫回火，正火。HRC≥55。可以去型腔壁厚為：0.20L+17=33。 4 澆注系統(tǒng)的設計 普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。在設計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模兩腔，澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時必須按如下原則： （1） 型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象。 （2） 型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。 （3） 系統(tǒng)流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小。 （4） 對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內(nèi)進入各個型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置。 （5） 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。 （6） 澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應影響塑件的外觀。 4.1 【主流道設計】 主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設計成錐形，錐度為3，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米,孔徑為0.5毫米。 主流道的設計要點如下： （1） 為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設計成圓錐形，因ABS的流動性為中性，故其錐度取3度，過大會造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um。 （2） 主流道大端呈圓角，其半徑取r=1～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過渡的阻力，r=1.5mm. （3） 在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應盡量短，否則會使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形。 （4） （5） 為使熔融塑料完全進入主流道而不溢出，應使主流道與注射機的噴嘴緊密對接，主流道對接處設計成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～4mm。在此模具中取r2=11～12mm。 （6） 由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度H=5～10mm。同時因該鬧鐘后蓋采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。 4.2 【冷料井設計】 冷料井位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長度約為主流道大端直徑?；诒敬卧O計的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料井，這類冷料井的底部由一個拉料桿構(gòu)成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機構(gòu)運動。利用球頭形的拉料桿配合冷料井。 4.3 【分流道設計】 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。 4.3.1 分流道設計要點： （1）.在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應以圓弧過度。 （2）.分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。對于此模來說在分流道上不須開設冷料井。 （3）.分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。 （4）.分流道與澆口連接處應加工成斜面，并用圓弧過度。 4.3.2 分流道的長度 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應力求縮短。 4.3.3 分流道的斷面 分流道的斷面尺寸應根據(jù)塑件的成形的體積，塑件的壁厚，塑件的形狀和所用塑料的工藝性能，注射速率和分流道長度等因素來確定。 因ABS的推薦斷面直徑為4.5～9.5(查表4-2)，部分塑件常用斷面尺寸推薦范圍。分流道要減小壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，同時因考慮加工的方便性。分流道應考慮出料的流暢性和制造方便，熔融料的熱量損失小，流動阻力小，比表面和小等問題，由于采用的是潛伏式二級分流道對熱損失及流動提出了較高的要求，采用圓形的份流道，為了保證外形無澆口痕，澆口前后兩端形成較大的壓力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔體冷凝速度，保證熔融的塑料不回流，同時可隔斷注射壓力對型腔內(nèi)塑料的后續(xù)作用，冷卻后快速切除。同時它的效果與S澆注系統(tǒng)有同樣的效果，有利于補塑。 4.3.4 分流道的布局 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡兩種，根據(jù)本模具的要求我們選取平衡式，也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應部位的尺寸相等。這種布置可實現(xiàn)均衡送料和同時充滿型腔的目的，是成型的塑件力學性能基本一致。而且在此模具中不會造成份流道過長的缺點。 4.4 【澆口選擇】 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。其主要作用是： （1） 型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結(jié)，防止其倒流。 （2）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積約為分流道截面積的0.03～0.09，澆口的長度約為0.5mm～2mm，澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步糾正。 當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內(nèi)磨檫加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。但澆口尺寸過小會使壓力損失增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質(zhì)量。澆口位置的選擇： （1） 澆口位置應使填充型腔的流程最短。這樣的結(jié)構(gòu)使壓力損失最小，易保證料流充滿整個型腔，同時流動比的允許值隨塑料熔體的性質(zhì)，溫度，注塑壓力等的不同而變化，所以我們在考慮塑件的質(zhì)量都要注意到這些適當值。 （2） 澆口設置應有利于排氣和補塑。 （3） 澆口位置的選擇要避免塑件變形。采側(cè)澆口在進料時頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用點澆口，有利于排氣，整件質(zhì)量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設在厚壁處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產(chǎn)生。 （4） 澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型時前端較冷的料流在型腔中的對接部位，它的存在會降低塑件的強度，所以設置澆口時應考慮料流的方向，澆口數(shù)量多，產(chǎn)生熔接痕的機會很多。流程不長時應盡量采用一個澆口，以減少熔接痕的數(shù)量。對于大多數(shù)框形塑件，澆口位置使料流的流程過長，熔接處料溫過低，熔接痕處強度低，會形成明顯的接縫，如果澆口位置使料流的流程短，熔接處強度高。為了提高熔接痕處強度，可在熔接處增設溢溜槽，是冷料進入溢溜槽。筒形塑件采用環(huán)行澆口無熔接痕，而輪輻式澆口會使熔接痕產(chǎn)生。 （5） 澆口位置應避免側(cè)面沖擊細長型心或鑲件。 因點口在脫開時會傷塑件的內(nèi)表面在這里是可以的，考慮到點澆口有利澆注系統(tǒng)的廢料和塑件的脫離，所以選取用點繞口。分流道與澆口的連接。在利用了Pro/E的塑料顧問對其進行模仿CAE的注塑之后選擇了更具優(yōu)勢的澆口，由于鬧鐘后蓋的側(cè)內(nèi)壁與鬧鐘芯存在一定的空隙，所以即使是在脫模的時候流在一定的澆口痕也不會影響裝配。澆口套見圖4.1： 圖4.1澆口套 5 分型面的選擇與排氣系統(tǒng)的設計 5.1 【分型面的選擇】 塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。定模和動模相接觸的面稱分型面。通常有以下原則： （1）分型面的選擇有利于脫模：分型面應取在塑件尺寸的最大處。而且應使塑件流在動模部分，由于推出機構(gòu)通常設置在動模的一側(cè)，將型芯設置在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模，這樣有利脫模。如果塑件的壁厚較大，內(nèi)孔較小或者有嵌件時，為了使塑件留在動模，一般應將凹模也設在動模一側(cè)。拔模斜度小或塑件較高時，為了便于脫模，可將分型面選在塑件中間的部位，但此塑件外形有分型的痕跡。 （2）分型面的選擇應有利于保證塑件的外觀質(zhì)量和精度要求。 （3）分型面的選擇應有利于成型零件的加工制造。 （4）分型面應有利于側(cè)向抽芯，但是此模具無須側(cè)向抽芯，此點可以不必考慮。 5.2 【排氣糟的設計】 塑料熔體在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，除此以外，塑料熔體會產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿。 因該模具為小型模具，且分型面適宜，可利用分型面排氣，所以無需設計排氣槽。 6 合模導向機構(gòu)的設計 導向合模機構(gòu)對于塑料模具是必不可少的部分，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構(gòu)，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。 導向機構(gòu)的主要作用有：定位、導向和承受一定側(cè)壓力。 定位作用： 為避免裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)壓力，或由于注射機的精度限制，使導柱工作中承受一不定的導向作用。 動定模合模時，首先導向機構(gòu)接觸，引導動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔，產(chǎn)生干涉而壞零件。由于注塑壓力的各向性就會對導柱進行徑向的剪力，導致導柱容易折斷。對型芯和型腔改進后，其的配合可以進行定位。 導柱、導套零件如下： 圖6.1 導柱 圖6.2 導套 7 脫模機構(gòu)的設計 在對鬧鐘后蓋塑件進行脫模是必須遵循以下原則： 1、因為塑料收縮是抱緊凸模，所以頂出力的作用點應盡量靠近凸模。因為塑件的壁厚的關系我們可以利用推板。 2、頂出力應作用在塑件剛性和強度最大的部位，如加強筋，壁厚等處。作用面積盡可能大一些，以防止塑件變形和損壞。 3、為了保證良好的塑件外觀，頂出位置應盡量設在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位。將頂桿設計在塑件的內(nèi)部型腔。 4、若頂出部位需設在塑件使用或裝配的基準面上時，對不影響塑件尺寸和使用，一般頂桿與塑件接觸處凹進塑件0.1mm；否則塑件會出現(xiàn)凸起，影響基面的平整。 由于鬧鐘后蓋為薄壁圓筒形塑件，用頂管、推板脫模機構(gòu)和。為了縮短頂桿與型芯配合長度以減少磨擦，可以將頂管配合孔的后半段直徑減少，一般減少3——5mm.這是最常用的一種脫模機構(gòu)，這些頂桿一般只起頂出作用。有時根據(jù)塑件的需要，頂桿還可以參加塑件的成型，這時可以將頂桿做成與塑件某一部分相同形狀或作為型芯。頂桿多用T8AV、T10A材料，頭部淬火硬度達50HRC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8微米，和頂桿孔呈H8/f8配合。 8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐應力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過程中，冷卻時間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求有盡相同，因此，對模具冷卻系統(tǒng)的設計及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設計，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。 （1） 低的模具溫度可降低塑件的收縮率。 （2） 模具溫度均勻、冷卻時間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。 （3） 對結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但是將導致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷。 （4） 隨著結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度的提高，塑件的耐應力開裂性降低，因此降低模具溫度是有利的，但對于高粘度的無定型聚合物，由于其耐應力開裂性與塑料的內(nèi)應力直接相關，因此提高模具溫度和充模，減少補料時間是有利的。 （5） 提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。 在注射成形過程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為2000C左右，而從模具中取出塑件的溫度約為600C，溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度 因鬧鐘后蓋使用的塑料是ABS，要求模溫高，若模具溫度過低則會影響塑料的流動性，增加剪切阻力，使塑件的內(nèi)應力較大，甚至還出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。因此在注射開始時，為防止填充不足，充入溫水或者模具加熱。 總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須進行溫度調(diào)節(jié)。 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求： （1） 確定加熱或是冷卻； （2） 模溫均一，塑件各部分同時冷卻； （3） 采用低的模溫，快速且大量通冷卻水； 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應盡量結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低謙。 8.1 [模具冷卻系統(tǒng)的設計] 根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設計原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時可實現(xiàn)盡量降低入水與出水的溫度差的原則。根據(jù)書上的經(jīng)驗值取4根，冷卻水口口徑為6mm. 另外，具冷卻系統(tǒng)的過程中，還應同時遵循： 1、 澆口處加強冷卻； 2、 冷卻水孔到型腔表面的距離相等； 3、 冷卻水孔數(shù)量應盡可能的多，孔徑應盡可能的大； 4、 冷卻水孔道不應穿過鑲快或其接縫部位，以防漏水。 5、 進水口水管接頭的位置應盡可能設在模具的同一側(cè)，通常應設在注塑機的背面。 6、 冷卻水孔應避免設在塑件的熔接痕處。 而且在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，各相連接處應保持密封，防止冷卻水外泄。 8.2 [模具加熱系統(tǒng)的設計] 因在ABS要求的熔融溫度為200。而且流動性能為中性，同時在注射時模具溫度要求為50——70，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具應用電加熱。 9 模 具 的 裝 配 裝配模具是模具制造過程中的最后階段，裝配精度直接影響到模具的質(zhì)量、壽命和各部分的功能。模具裝配過程是按照模具技術(shù)要求和相互間的關系，將合格的零件連接固定為組件、部件直至裝配為合格的模具。 在模具裝配過程中，對模具的裝配精度應控制在合理的范圍內(nèi)，模具的裝配精度包括相關零件的位置精度，相關的運動精度，配合精度及接觸只有當各精度要求得到保證，才能使模具的整體要求得到保證。 塑料模的裝配基準分為兩種情況，一是以塑料模中和主要零件臺定模，動模的型腔，型芯為裝配基準。這種情況，定模各動模的導柱和導套孔先不加工，先將型腔和型芯鑲塊加工好，然后裝入定模和動模內(nèi)，將型腔和型芯之間墊片法或工藝定位器法保證壁厚，動模和定模合模后用平行夾板夾緊，鏜投影導柱和導套孔，最后安裝動模和定模上的其它零件，另一種是已有導柱導套塑料模架的。 澆口套與定模部分裝配后，必須與分模面有一定的間隙，其間隙為0.05——0.15毫米，因為該處受噴嘴壓力的影響，在注射時會發(fā)生變形，有時在試模中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在分模面上澆口套周圍出現(xiàn)塑料飛邊，就是由于沒有間隙的原因。為了有效的防止飛邊，可以接近塑件的有相對位移的面上銼一個三角形的槽，由于空氣的壓力的緣故可以更好的防止飛邊。 9.1 [模具的裝配順序] （1）確定裝配基準； （2）裝配前要對零件進行測量，合格零件必須去磁并將零件擦拭干凈； （3）調(diào)整各零件組合后的累積尺寸誤差，如各模板的平行度要校驗修磨，以保證模板組裝密合，分型面吻合面積不得小于80%，間隙不得小于溢料最小值，防止產(chǎn)生飛邊。 （4）在裝配過程中盡量保持原加工尺寸的基準面，以便總裝合模調(diào)整時檢查； （5）組裝導向系統(tǒng)并保證開模合模動作靈活，無松動和卡滯現(xiàn)象； （6）組裝冷卻和加熱系統(tǒng)，保證管路暢通，不漏水，不漏電，門動作靈活緊固所連接螺釘，裝配定位銷。裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中； （7）試模：試模合格后打上模具標記，包括模具編號、合模標記及組裝基面。 ① 模具預熱 模具預熱的方法，采用外部加熱法，將鑄鋁加熱板安裝在模具外部，從外部向內(nèi)進行加熱，這種方法加熱快，但損耗量大。 ② 筒和噴嘴的加熱 根據(jù)工藝手冊中推薦的工藝參數(shù)將料筒和噴嘴加熱，與模具同時進行。 ③ 工藝參數(shù)的選擇和調(diào)整 根據(jù)工藝手冊中推薦的工藝參數(shù)初選溫度，壓力，時間參數(shù)，調(diào)整工藝參數(shù)時按壓力，時間，溫度這樣的先后順序變動。 ④ 注塑 在料筒中的塑料和模具達到預熱溫度時，就可以進行試注塑，觀察注塑塑件的質(zhì)量缺陷，分析導致缺陷的原因，調(diào)整工藝參數(shù)和其他技術(shù)參數(shù)，直至達到最佳狀態(tài)。 （8）模具的維護 模具在使。那么優(yōu)化設計的鑲件和嵌件在這里就起到了很大的作用，只須更換個別已損壞的零件，不會導致用過程中，會出現(xiàn)正常的磨損或不正常的磨損。不正常的損壞絕大多數(shù)是由于操作不當所致模具的徹底報廢。 最后檢查各種配件、附件待零件，保證模具裝備齊全，另外在裝配過程中應嚴防零件在裝配過程中磕、碰、劃傷和銹蝕。裝配滾動軸承允許采用機油進行熱裝，油的溫度不得超過1000C。 9.2 [開模過程分析] 注塑機推動推桿墊板兼頂管墊板使動定模分開，在導柱導向的情況下，動定模順利分型，同時拉料桿拉斷澆口，使塑件在推板和頂管的作用下順利脫出。閉合時，同樣在導柱和導套的導向作用下通過頂柱使頂桿先于型腔復位。以免頂桿碰到型腔，損壞模具。 設計總結(jié) 通過對鬧鐘后蓋塑料成型模具的設計，對常用塑料在成型過程中對模具的工藝要求有了更深一層的理解，掌握了塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點及設計計算方法，對獨立設計模具具有了一次新的鍛煉。 在模具制造的加工工藝，來編寫加工工藝卡片。 在設計過程充分利用了各種可以利用的方式，同時在反復的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設計的后一階段充分利用CAD軟就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。 以計算機為手段，專用模具分析設計軟件為工具設計模具。軟件可直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫中模架尺寸，金屬材料數(shù)據(jù)庫及加工參數(shù)，通過幾何造型及圖形變換可得到模板及模腔與型芯形狀尺寸迅速完成模具設計。 模具CAD技術(shù)是模具傳統(tǒng)設計方式的革命，大大提高了設計效率，尤其是系列化或類似注射模具設計效率更為提高。 總之，通過畢業(yè)設計的又一次鍛煉完全清楚：充分利用CAD技術(shù)進行設計，在模具符合使要求的前提下盡量降低成本。同時在實際中不斷的積累經(jīng)驗，以設計出價廉物美的模具。 這次設計能順利完成，還得感謝戴老師的精心指導。但錯誤之處在所難免，望批評指正。非常感激！ 參考資料 [1]高等教育出版社朱光力主編，《模具設計與制造實訓》 [2]中國輕工業(yè)出版社賈潤禮編，《實用注塑模具設計手冊》。 [3]中國輕工業(yè)出版社，孫鳳琴編，《模具制造工藝與設備》。 [4]機械工業(yè)出版社，《塑料模具技術(shù)手冊》編委會。 [5]《塑料模具技術(shù)手冊》，機械工業(yè)出版社。 [6] 上海科學技術(shù)出版社馮炳蕘，蔣文森等編《模具設計與制造簡明手冊》。 [7]《機械工業(yè)出版社》屈昌華主編，《塑料成型工藝與模具設計》。 26