按鍵注塑模具設(shè)計(jì)【4腔】注塑成型工藝與模具設(shè)計(jì)
按鍵注塑模具設(shè)計(jì)【4腔】注塑成型工藝與模具設(shè)計(jì),4腔,按鍵,注塑,模具設(shè)計(jì),成型,工藝
湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
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27
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(guò)程及工藝參數(shù) 1
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 2
3 注射機(jī)型號(hào)的確定 3
3.1 所需注射量的計(jì)算 3
3.2 注射機(jī)型號(hào)的選定 3
3.3 型腔數(shù)量及注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)校核 3
4 澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設(shè)計(jì) 7
4.1 主流道的設(shè)計(jì) 7
4.2 冷料穴的設(shè)計(jì) 9
4.3 分流道的設(shè)計(jì) 9
4.4 澆口的設(shè)計(jì) 10
4.5 澆注系統(tǒng)的平衡 11
4.6 澆注系統(tǒng)凝料體積的計(jì)算 11
4.7 澆注系統(tǒng)各截面流過(guò)熔體的體積計(jì)算 11
4.8 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計(jì)算與校核 12
5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 14
5.1 定模部分的型芯與型腔 14
5.2 動(dòng)模部分的型芯 15
5.3 成型零件的強(qiáng)度及支撐板厚度校核 16
6 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 18
7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
8 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21
9 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23
10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24
10.1 冷卻系統(tǒng) 24
10.2 加熱系統(tǒng) 25
設(shè)計(jì)總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
1 塑料成型工藝性分析
1.1 塑件分析
該塑件為××按鍵，如圖1-1所示，
圖1-1 塑件零件圖
該塑件為××按鍵,所用材料為PE,無(wú)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(jì)級(jí)精度6級(jí)。所用塑料為聚丙烯,該塑料流動(dòng)性好,注射充型流動(dòng)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(guò)程及工藝參數(shù)
聚乙烯為典型的熱塑性塑料，是無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)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(wàn)一loa萬(wàn)范圍內(nèi)。分子量超過(guò)10萬(wàn)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(diǎn)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(guò)氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。但不耐強(qiáng)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(huì)對(duì)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(huì)快速地侵蝕聚乙烯，使其破壞或分解。
聚乙烯在大氣、陽(yáng)光和氧的作用下，會(huì)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(huì)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(guò)程或選材時(shí)應(yīng)予以注意。正因?yàn)榫垡蚁碛腥缟咸刭|(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(jià)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(jī)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(shí)間
0~5s
成型周期
40~120s
保壓時(shí)間
20~60s
冷卻時(shí)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(wú)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(duì)有機(jī)蒸汽透過(guò)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(diǎn)范圍為132-135℃，低密度聚乙烯熔點(diǎn)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(jì)階段，就應(yīng)該考慮成型時(shí)分型面的形狀數(shù)量，否則就無(wú)法用模具成型。在模具設(shè)計(jì)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(duì)塑件質(zhì)量工藝，操作難易程度和模具設(shè)計(jì)制造有很大影響。因此分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)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(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，選擇分型面應(yīng)盡量使塑件開模時(shí)留在動(dòng)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(jī)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(dòng)模上的型芯凸出，開模后，塑件包緊型芯，留于動(dòng)模，然后采用脫模板將塑件推出，整個(gè)塑件成型精度較高，模具也比較簡(jiǎn)單。
圖2-1 分型面形式與位置
綜上所述，分型面選擇方案Ⅰ，模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(fèi)用、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)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(dòng)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(jī)型號(hào)的確定
3.1 所需注射量的計(jì)算
1) 塑件質(zhì)量、體積計(jì)算
對(duì)于該設(shè)計(jì)，提供了塑件圖樣，據(jù)此建立塑件模型并對(duì)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(jī)型號(hào)的選定
根據(jù)以上的計(jì)算初步選定型號(hào)為XS-ZY-125，型臥式注射機(jī)，查表[2]其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3-1。
表3-1 XS-ZY-125型注射機(jī)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(shí)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(jī)械
注：該注射機(jī)由上海塑料機(jī)械廠生產(chǎn)
3.3 型腔數(shù)量及注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)校核
1) 型腔數(shù)量的校核
(1) 按注射機(jī)的最大注射量校核型腔數(shù)量
式中 K 注射機(jī)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(jī)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(gè)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(jī)料筒塑化速率校核型腔數(shù)量
式中 K 注射機(jī)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(jī)的額定塑化量，該注射機(jī)為50kg/h=13.89g/s；
t 成型周期，因塑件小，壁厚不大，取50s；
m1 單個(gè)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(jī)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(hào)與規(guī)格的注射機(jī)注射量容積，該注射機(jī)為125cm3;
注射系數(shù)，取0.75~0.85，無(wú)定型塑料取0.85，結(jié)晶型塑料取0.75，該處取0.75。
倘若實(shí)際注射量過(guò)小，注射機(jī)的塑化能力得不到發(fā)揮，塑件在料筒中停留的時(shí)間就會(huì)過(guò)長(zhǎng)。所以最小注射容積。故每次注射的實(shí)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)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(jī)額定的鎖模力，否則在注射成型時(shí)會(huì)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(jī)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(dòng)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(jī)的額定注射壓力即為該機(jī)器的最高壓力（見(jiàn)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(shí)際生產(chǎn)中，該塑件成型時(shí)所需注射壓力為70~120Mpa,由于選用的是螺桿式注射機(jī),其注射壓力的傳遞比柱塞式要好,同時(shí)PE流動(dòng)性好,因此注射壓力選用90 Mpa。代值計(jì)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(jī)噴嘴，通常為
對(duì)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(jī)注射機(jī)噴嘴球半徑SR，通常為
對(duì)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(jī)構(gòu)的校核
(1) 開模行程的校核
式中 H 注射機(jī)動(dòng)模板的開模行程，取300mm，見(jiàn)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(jī)構(gòu)的校核
該塑件的推出行程為22.5mm小于注射的機(jī)推出行程，符合要求。
5) 模架尺寸與注射機(jī)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(jī)拉桿內(nèi)間距為260mm360mm，因360mm>250mm，符合要求。
注：對(duì)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(jì)交叉進(jìn)行的。
4 澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道,具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能,對(duì)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(jì)
主流道置于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)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(dòng)和開模時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)
2) 主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機(jī)反復(fù)接觸，屬易損件，對(duì)材料要求較嚴(yán)。因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)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(dú)進(jìn)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(zhǎng)，定位圈和襯套設(shè)計(jì)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(jì)
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(dòng)前鋒冷料，以防止熔體冷料進(jìn)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(zhǎng)時(shí)，在分流道的末端有時(shí)也設(shè)冷料穴。同時(shí)冷料穴兼有分模時(shí)將主流道凝料從主流道襯套中拉出并滯留在動(dòng)模一側(cè)。本設(shè)計(jì)采用推板脫模機(jī)構(gòu)，由于PE的彈性很強(qiáng)，故采用溝形頭冷料穴，
4.3 分流道的設(shè)計(jì)
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(gè)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(zhǎng)度
長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，結(jié)合模具尺寸結(jié)構(gòu)，取分流道長(zhǎng)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(jìn)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(jì)采用梯形截面，加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失，流動(dòng)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(zhǎng)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(jì)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(jì)。
分流道設(shè)計(jì)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(zhǎng)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??；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(duì)外層塑料熔體流動(dòng)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(dòng)與填充，防止塑料流動(dòng)產(chǎn)生反壓力，消耗動(dòng)能。
4.4 澆口的設(shè)計(jì)
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(bǔ)料時(shí)間及防止倒流等作用。澆口的形狀、尺寸、位置對(duì)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(shí)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(jìn)料位置。
2) 澆口結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算
矩形側(cè)澆口的大小由其厚度，寬度和長(zhǎng)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(zhǎng)度取 L = 1.0mm
4.5 澆注系統(tǒng)的平衡
對(duì)于該模具，從主流道到各個(gè)型腔和分流道的長(zhǎng)度相等，形狀及截面尺寸相同，各個(gè)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(jì)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(duì)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(xiàng)計(jì)算與校核符合要求，不需要重新設(shè)計(jì)計(jì)算。
4.7 澆注系統(tǒng)各截面流過(guò)熔體的體積計(jì)算
1) 流過(guò)澆口的體積
2) 流過(guò)分流道的體積
3) 流過(guò)主流道的體積
4.8 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計(jì)算與校核
1) 確定適當(dāng)?shù)募羟兴俾?
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)間的計(jì)算
(1) 模具充模時(shí)間
(2) 單個(gè)型腔充模時(shí)間
(3) 注射時(shí)間
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得注射時(shí)間
根據(jù)文獻(xiàn)[3]中表3.3-5可知注射機(jī)最短注射時(shí)間，所選時(shí)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(jì)和計(jì)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(tái)，故需要在動(dòng)，定模部分同時(shí)設(shè)置型芯。取凸臺(tái)向小內(nèi)徑的一面為動(dòng)，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(jì)算有平均值法和公差帶法兩種。本設(shè)計(jì)為便于計(jì)算采用平均值法。塑件尺寸按經(jīng)濟(jì)級(jí)6級(jí)計(jì)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(jì)算（見(jiàn)圖5-1）
(1) 采用整體式型腔
(2) 尺寸的計(jì)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(jiàn)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(duì)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(jì)算（見(jiàn)圖5-2）
(1) 采用臺(tái)肩固定的形式，上底面用定模座板壓緊。
(2) 尺寸的計(jì)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(jiàn)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(duì)于中、小塑件，，，則得：
型芯徑向尺寸：
同理，型芯高度尺寸：
5.2 動(dòng)模部分的型芯
動(dòng)模上型芯Ⅱ尺寸的計(jì)算（見(jiàn)圖5-3）
1) 采用臺(tái)肩固定的形式，下底面用型芯固定板壓緊。
2) 尺寸的計(jì)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(jiàn)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(duì)于中、小塑件，，，則得：
型芯徑向尺寸：
同理，型芯高度尺寸：
5.3 成型零件的強(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)連接固定的板，材料為45鋼。
通過(guò)4個(gè)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(guò)4個(gè)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(qiáng)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(jī)構(gòu)中的一部分將塑件推出，要有足夠的強(qiáng)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(dòng)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(dòng)模板上與支承板之間形成推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作空間，或是調(diào)節(jié)模具的整體高度，以適應(yīng)注射機(jī)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(méi)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(dòng)模座板（315mm250mm，厚25mm）
材料為45鋼。其上注射機(jī)的頂桿孔為16mm，其上用4個(gè)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(gè)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要用于保證動(dòng)模和定模兩大部分及其他零部件之間的準(zhǔn)確對(duì)合。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，設(shè)計(jì)的基本要求是導(dǎo)向精確，定位準(zhǔn)確，并且有足夠的強(qiáng)度，剛度和耐磨性，多采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)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(dòng)定模合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)時(shí)將導(dǎo)柱置于動(dòng)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(shí)導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)為通孔，便于導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)向孔時(shí)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(shí)模具安裝錯(cuò)誤，因此將一邊的導(dǎo)柱向內(nèi)移動(dòng)4mm。
(1) 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖7-1）
導(dǎo)柱應(yīng)高出型腔端面6~8mm，其長(zhǎng)度為
式中 型腔高度；
型芯固定板厚度；
推件板厚度。
(2) 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖7-2）
因?yàn)閷?dǎo)套要穿過(guò)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(zhǎng)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(guò)程，必須采用導(dǎo)向機(jī)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(wú)需另行設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
3) 頂板的導(dǎo)向
頂板的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)柱導(dǎo)套配合導(dǎo)向，由于推出時(shí)推出行程比較大，因此將導(dǎo)柱的另一端與動(dòng)模座板之間采用H7/k6配合，其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖7-3所示。
8 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無(wú)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)也稱推出機(jī)構(gòu)。
1) 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
塑件推出(頂出)機(jī)構(gòu)是注射成型過(guò)程中最后一個(gè)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(jì)推出脫模機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循以下原則:
(1) 盡量設(shè)置在動(dòng)模的一側(cè);
(2) 保證塑件不因推出而變形損壞;
(3) 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠;
(4) 良好的塑件外觀;
(5) 合模時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位。
2) 塑件的脫模機(jī)構(gòu)
由于本塑件的形狀所確定，采用推板推出機(jī)構(gòu)。推板推出機(jī)構(gòu)在塑件表面不留推出痕跡，同時(shí)受力均勻，推出平穩(wěn)，且推出力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
3) 復(fù)位機(jī)構(gòu)
推出及復(fù)位時(shí)，導(dǎo)柱能夠起導(dǎo)向作用，可以保證準(zhǔn)確復(fù)位，無(wú)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(zhǎng)度設(shè)置較長(zhǎng)。
4) 脫模力的校核
應(yīng)用簡(jiǎn)單估算法對(duì)該套模具的脫模力進(jìn)行計(jì)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(duì)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?yàn)?，所以該塑料屬厚壁制件，塑件?duì)型芯包緊的脫模阻力計(jì)算公式（見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jì)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(jiàn)參考
文獻(xiàn)[2]的表9.6-1；
塑件的泊松比，取0.44，見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]的表9.6-1；
壁厚塑件的計(jì)算系數(shù)，其計(jì)算式為
代入數(shù)據(jù)，，計(jì)算出其值分別為
4.15，5.54，7.28
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得
，，
所需脫模力
因該脫模力較小，注射機(jī)的頂出力可以滿足要求。
9 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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(gè)型芯可以排氣，因此本設(shè)計(jì)不單獨(dú)開設(shè)排氣槽。
10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
10.1 冷卻系統(tǒng)
對(duì)熱塑性塑料，注射成型后必須對(duì)模具進(jìn)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(duì)于黏度低，流動(dòng)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(jìn)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?yàn)樗臒崃看?，傳熱系?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(jiǎn)單計(jì)算
(1) 塑件固化每小時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(zhǎng)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(tái)階處分為上下兩部分，下部分有澆注系統(tǒng)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)冷卻，因此布置在臺(tái)階偏下的部位。
對(duì)于型芯的冷卻水道，可采用隔片導(dǎo)流式。但由于上面計(jì)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(wú)需設(shè)計(jì)加熱裝置。
設(shè)計(jì)總結(jié)
本次課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完了塑料成型工藝及模具后進(jìn)行的，是重要的實(shí)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(shí)，學(xué)方法，增加興趣，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)的綜合性實(shí)踐活動(dòng)。所設(shè)計(jì)的模具符合塑件的基本特征，能夠利用一次分型及推出機(jī)構(gòu)將塑件成型，結(jié)構(gòu)合理。主要零部件都是在常見(jiàn)類型中結(jié)合塑件形狀來(lái)設(shè)計(jì)的，所用計(jì)算方法常見(jiàn)、適用，結(jié)構(gòu)合理，計(jì)算正確。公式來(lái)源于權(quán)威手冊(cè)，可靠，計(jì)算經(jīng)反復(fù)檢查，準(zhǔn)確。
通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了以下知識(shí)：
1.對(duì)所學(xué)的塑料模具設(shè)計(jì)及以前的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一次全面而系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。了解了拿到一個(gè)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(jì),推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及模架的選擇和調(diào)溫系統(tǒng)的確定。這一完整的流程會(huì)不僅對(duì)我們將來(lái)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(shí)畢竟是有限的,課程設(shè)計(jì)就告訴了我們?nèi)绾卫矛F(xiàn)有資源去獲得所需要的知識(shí),簡(jiǎn)言之就如何學(xué)習(xí),課程設(shè)計(jì)讓我們有了這樣一個(gè)訓(xùn)練自己的學(xué)習(xí)方法的平臺(tái),對(duì)我們不久的將來(lái)如何適應(yīng)工作是個(gè)很好的啟發(fā)。
3.認(rèn)識(shí)到了自己在專業(yè)知識(shí)上的欠缺和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不足。比如:在選擇模具材料時(shí),我不能夠做到合適的選取,只是硬搬別人的東西,對(duì)于公差和配合的選取,也是這樣,對(duì)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(shí)上的欠缺和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的不足。這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作指明了方向。
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