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骨輪零件塑料成型工藝及注塑模具設(shè)計
第一章.緒 論
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防建設(shè)和科學(xué)技術(shù)，交通運輸，石油化工，機械電子，郵政通信，建筑旅游，醫(yī)療衛(wèi)生，環(huán)境保護，家用電器，教育文化，體育藝術(shù)等各個領(lǐng)域，塑料制品已經(jīng)無處不在，在目光難及的人造衛(wèi)星，宇宙飛船上，塑料制品占其體積的一半，甚至塑制人體器官也離不開塑料.
“塑料模具設(shè)計”課程是該專業(yè)的一門專業(yè)課，通過“塑料模具設(shè)計”課的學(xué)習(xí)，能夠讓我們對“塑料模具設(shè)計與制造”這門課有了進一步的了解，使我們更加清晰的知道塑料注射模的發(fā)展?jié)摿?。通過“塑料注射模畢業(yè)設(shè)計”的學(xué)習(xí)，使我了解到塑料行業(yè)的發(fā)展趨勢及發(fā)展前景。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料注射模已經(jīng)成為制造塑料制造品的主要手段之一，且發(fā)展成為最有前景的模具之一。實際上，塑料制品是目標，塑料注射模是實現(xiàn)目標的一種手段，所以不能“孤立地為模具而只考慮模具”，應(yīng)從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，把塑料注射模作為塑料注射成型加工系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，這樣在設(shè)計和制造塑料注射模時，就應(yīng)把這個系統(tǒng)中的其它環(huán)節(jié)作為塑料注射模設(shè)計與制造的考慮因素.
1.1 塑料模的發(fā)展歷史
我國發(fā)展塑料工業(yè)從50年代末開始，60年代石油工業(yè)的發(fā)展，促進了塑料工業(yè)的飛速發(fā)展。70年代引進成套設(shè)備，使聚乙烯、聚丙烯等材料的生產(chǎn)不僅產(chǎn)量增加而且質(zhì)量上了新臺階。特別是近幾年，我國的注射成型設(shè)備也可以自主開發(fā)。注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法，該方法適合用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。由于注射成型加工不僅常量多而且適用多種原料，能夠成批，連續(xù)地生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實現(xiàn)自動化、高速化。因此，具有極高的經(jīng)濟效益。但是，我國在成型工藝方面發(fā)展的確與國外還有著較大的差距。單就從模具標準化和專業(yè)化方面看，就有著很大的差距。目前，先進國家象美國、德國、日本等國家的標準化達70%，專業(yè)化達80%。而我國僅為20%和5%。至2002年，全球所生產(chǎn)的塑料制品超過1.65億噸之多.塑料已經(jīng)成為在鋼鐵，木材，水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料.[6]
1.2 塑料模具的類型
塑料模有很多種，包括注射模，壓縮模，傳遞模，擠出模，中空吹塑模等多種塑料成型模具.在上述各種塑料模具中，由于注射模具具有高效，精密，可成型各種復(fù)雜制品，工藝先過等諸多其它成型模具所不及的特點而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的模塑成型工藝裝備.所以在骨輪塑料模的設(shè)計中采用注塑模.主要設(shè)計的內(nèi)容有:合理地選擇模具結(jié)構(gòu)；正確地確定模具成型零件的尺寸；設(shè)計的模具應(yīng)當制造方便；充分考慮設(shè)計特色盡量減少后加工；設(shè)計的模具應(yīng)當效率高，安全可靠；模具零件應(yīng)耐磨耐用;模具結(jié)構(gòu)要適應(yīng)塑料的成型特性.[1]
1.3 課程設(shè)計的目的
1.了解了聚合物的物理性能，流動特性，成型過程中的物理化學(xué)變化及塑料組成分類及性能；2.了解塑料成型的其本原理和工藝特點，正確分析成型工藝對模個的要求；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(fù)雜程度的模具；5.具有初步分析解決成型現(xiàn)場技術(shù)問題的能力，包括具有初步分析成型缺陷產(chǎn)生的原因和提出克服的辦法；6.使之能滿足與此專業(yè)相關(guān)的企業(yè)，事業(yè)單位對就業(yè)者的要求，并為學(xué)習(xí)者的進步發(fā)展和創(chuàng)業(yè)打下較為牢固的基礎(chǔ)。
1.4 課程設(shè)計的要求
學(xué)習(xí)本課程的要求是理論聯(lián)系實際在學(xué)習(xí)好，相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識和基本設(shè)計方法的同時，還必須具備實際動手的能力即掌握上機操作，生產(chǎn)塑料制品的基本技能和用計算機設(shè)計塑料制品和塑料模具的技能.
1.5 課程設(shè)計的意義
本課程設(shè)計所設(shè)計的為一骨輪塑件制品，，而且選用注塑成型的方法，一方面比較適合塑料原材料的成型性能特點，另一方面用注塑成型方法加工的塑料制品，不僅可以成型其制品的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且制品精度高，質(zhì)量好，注塑成型的生產(chǎn)率也高.通過這次設(shè)計，可以真實的感覺到不論在專業(yè)知識，還是在基礎(chǔ)知識方面，我的能力都有了很大的提高和進步.一方面可以把平時所學(xué)的知識融會貫通，另一方面.可以使設(shè)計出來的東西有創(chuàng)新的特點.同時在蘇老師的身上，我還學(xué)到一種治學(xué)精神.
第2章 塑料工藝設(shè)計
本節(jié)根據(jù)一個塑件的模塑成型要求,綜合介紹塑件的注塑成型工藝的選擇,成型模具的設(shè)計程序,模具主要零部件的加工工藝規(guī)程的編制及模具裝配與試模的工藝方法等內(nèi)容.[3]
2.模塑工藝規(guī)程的編制
由零件圖可知：本設(shè)計的塑件是一個骨輪線架，而且本塑件所采用的材料為聚甲醛，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
圖1塑件圖
2.1塑件的工藝分析
2.1.1塑件的原材料分析。本材料采用共聚甲醛。屬于熱塑性材料。該塑料從使用性能上講有以下特點：
a．結(jié)晶性熔融范圍很窄。熔融或凝固速度快，結(jié)晶化速度快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結(jié)晶化，流動性下降。
b．熱敏性強，極易分解，一般在240℃是發(fā)生分解，(在200℃中滯留30上也會發(fā)生分解),分解時產(chǎn)生刺激性，腐蝕性氣體。
c．流動性中等，溢邊值為0．04左右，流動性對溫度變化不敏感，對注射壓力變化敏感。
d．結(jié)晶度高，結(jié)晶化時體積變化大，成型收縮范圍大，收縮率大，
e．吸濕性低，水分對成型影響極小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面粘附水分，加工前可進行干燥并起預(yù)熱作用，特別是對大面積薄壁塑件，改善塑件表面光澤有較好效果。
f．摩擦因數(shù)低，彈性高，塑件表面可帶皺紋花樣，但易產(chǎn)生表面缺陷，如毛斑，折皺，熔接痕，縮孔，凹痕等弊病。
綜合性能良好，加工方便，減摩，耐摩，耐疲勞性能優(yōu)異，制品彈性，剛性，尺寸穩(wěn)定性好，可用手尺寸要求穩(wěn)定的，配合表面要求高的零部件。[2]
2．1．2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
a.結(jié)構(gòu)分析。從零件圖上分析，本制品為一個圓柱形。在寬度方向有一個內(nèi)側(cè)。在高度方向有一個厚度為3的翻邊。因此，模具設(shè)計時必須設(shè)置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，該零件屬于中等復(fù)雜程度。
b.尺寸精度分析。該零件重要尺寸，如, , 等。尺寸精度為MT3（GB/T14486-1993）級。次重要尺寸，如，，， 等尺寸精度為MT4（GB/T14486-1993）級。由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。
從模具的壁厚上來看，壁厚為3,而且各處都一致，均勻的壁厚有利于制件的成型。
c.表面質(zhì)量分析。本制品要求零件表面無銀絲，起泡，縮孔，折皺等現(xiàn)象，還要達到外觀光滑，聞不到刺激性的氣味。其它，沒有很高的要求，所以可以很容易實現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注塑是在工藝參數(shù)控制的較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
2．2 計算塑件的體積和質(zhì)量
計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù) ；
計算塑件的體積：（過程略）；
計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計手冊可查得聚甲醛的密度故塑件的質(zhì)量為：
由上面的分析可得，本模具應(yīng)用一模一腔的結(jié)構(gòu)，既考慮了注塑機的最大的注塑量和本材料的各項性能因素，還有結(jié)構(gòu)的尺寸因素。同時考慮其外形，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)在設(shè)備等情況，初步先用注塑機為G54-S200/400。
2．3 塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找相關(guān)文獻和參考工廠實際應(yīng)用的情況，共聚甲醛的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可根據(jù)實孫情況作適當調(diào)整）[5]
注塑機型： 螺桿式；
密度： 1.41～1.43；
計算收縮率： 1.2～3.0；
預(yù)熱：溫度℃： 80～100℃；
時間h： 3～5；
料筒溫度： 后段溫度：160～170℃；
中段溫度：170～180℃；
前段溫度：180～190℃；
噴嘴溫度： 170～180℃；
模具溫度： 90～120℃；（通過模溫調(diào)節(jié)液來控制）
注射壓力/MPa： 80～130；
注射速度： 50％（在盡量長，工藝允許的時間內(nèi)填充）
注射時間： 20～90；
保壓時間： 0～5；
冷卻時間： 20～60；
總周期： 50～160 ；
螺桿轉(zhuǎn)速： 28r/min；
螺桿背壓/MPa： 0.6；
噴嘴孔徑： 4；
噴嘴形式：逆向倒錐形的直通式；（為了避免物料與模具接觸時發(fā)生固化堵住通道，同時也防止產(chǎn)生流涎，并能減少制品的變形）
后處理：紅外線燈，鼓風(fēng)烘箱100～110℃；
8～12h；
余料量：4；(過大容易增大注射壓力損失,并延長物料受熱時間,從而收起降解)。
在成型過程中要盡量使料充分結(jié)晶，還要盡量避免料二次結(jié)晶，繼續(xù)收縮，從而影響制件的精度。 注塑時可用螺桿式和柱塞式成型，長徑比18，壓縮比2～3，計量的長度4～5。
第三章．注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：分型面選擇，模具型腔數(shù)目的確定，型腔的排列方式，冷卻水道布局，澆口位置設(shè)置，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計，推出機構(gòu)的設(shè)計等內(nèi)容。[7]
3．1分型面的選擇
在設(shè)計中，只有選擇分型面的位置，然后才能去設(shè)計其他生產(chǎn)條件及生產(chǎn)批量所需的機械化和自動化程度等細節(jié)方面的問題。
所以說，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。所以要求選取的分型面位置不會使塑件卡在型腔無法取出，也同時要做到塑件在動定模打開的時候，盡可能滯留在動模一側(cè)。
由于本塑件為一個骨輪制品，總體形狀為圓柱形。表面質(zhì)量沒有其它的特殊要求，制品的形狀結(jié)構(gòu)簡單對稱，且垂直于軸線方向，綜上考慮，選擇如圖2-2所示的分型方式既可以降低模具的復(fù)雜程度，減少模具加工難度又于成型后取出制件，故所以選擇所示的分型方式。
圖2 分型面的選擇
3．2確定型腔的排列方式
由于本塑料的形狀和尺寸決定，還同時考慮澆注系統(tǒng)，模具復(fù)雜程度，和注塑機的注射量等因素，采用一模一腔的形式. 圖3 澆口的分布
3．3澆注系統(tǒng)的設(shè)計
3．3．1主流道設(shè)計
根據(jù)設(shè)計手冊查得G54-S200/400 型注塑機噴嘴的有關(guān)尺寸
噴嘴前端孔徑：4；
噴嘴前端球面半徑：18；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
；
取主流道球面半徑；
取主流道的小端直徑5；
主流道截面積的大小最先影響塑料熔體的流速和充模時間，主流道出口端應(yīng)有圓角，圓角半徑約為2.0。表面粗糙度小于Ra0。63～1。25，主流道進口端與噴嘴頭部做成凹下的球面，以便與噴嘴頭部的球面半徑匹配，否則會造成漏料，給脫下主流道帶來困難。
為了便于將凝料從主流道中撥出，將主流道設(shè)計為圓錐形，其錐角可選2～4o，經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝7。小端直徑D=5。為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設(shè)計半徑r=5的圓弧過渡。主流道長度選60。
主流道襯套設(shè)計：主流道先用B型襯套，其材料要選用優(yōu)質(zhì)鋼材（T8A），熱處理后硬度為53～57HRC。與定模的配合為H7/m6。
定位環(huán)設(shè)計：定位環(huán)秘注塑機定模固定板中心的定位孔相配合,其作用是為了使主流道與噴嘴和料筒對中.
3．3．2分流道設(shè)計
分流道的形狀及尺寸，應(yīng)根據(jù)塑件的體積，壁厚，形狀的復(fù)雜程度，注塑速率，分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算太復(fù)雜，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列方式可知分流道的長度較短，雖然理論上來講，分流道以圓形為好，但為了便于加工模具，可采用梯形分流道。分流道尺寸為：
b2=3/4b1=6,h=2/3b1=5；
選用b1=8；
分流道的分支和拐角要盡量少，要平衡或?qū)ΨQ地分布，拐角處要高分流道冷料穴。[2]
3．3．3拉料桿的設(shè)計：由于本模具采用脫件板脫模機構(gòu),所以采用端頭為球形的拉料桿,球形拉料桿的球頭和細頸部分伸到冷料井內(nèi).動,定模打開時將主流道凝料拉向動模一側(cè),頂出行程中,脫件板將塑件從主型芯上脫下的同時也將主流道從球頭上脫下.
3．3．4澆口設(shè)計
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用針尖澆口也就是點澆口比較合適，點澆口截面一般為圓形，其直徑選為1.5。
澆口與模腔接合處采取倒角或圓弧，以避免澆口順開模拉斷時損壞制品，同時本制品尺寸較大，可以使用多個點澆口進料方式。澆口尺寸：
圖4澆口的尺寸
l=2；
D=5；
D1=5；
=4o；
c=R0。3；
d=nK=2；
3．4抽芯機構(gòu)設(shè)計
該骨輪制品塑件有一內(nèi)側(cè)凹，并且垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具中脫出。因此，成型內(nèi)側(cè)必須做成活動的型芯就必須要設(shè)計抽芯機構(gòu)。
本模具選用斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)。
3．4．1確定抽芯距 抽芯距要保證側(cè)向瓣合模塊完全退到骨架臺肩之外才能將制品頂出脫模。
；
；
；
其中：S為設(shè)計抽芯距；
Sc為臨界抽芯距；
3．4．2斜導(dǎo)柱傾角
斜導(dǎo)柱的傾斜角是斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它與抽撥力和抽撥距有直接關(guān)系，一般?。?5o～25o，在本模具中選?。?0o。
的大小對斜銷的有效長度,抽撥距和受力情況等起決定性作用。
3．4．3斜導(dǎo)柱的尺寸
斜導(dǎo)柱直徑的確定：斜導(dǎo)柱直徑主要受彎曲力影響。
斜導(dǎo)柱的直徑取決于抽撥力及其傾斜角度,可按設(shè)計資料的有關(guān)公式進行計算,本模具經(jīng)驗估值,取斜導(dǎo)柱的直徑為；
3．4．4斜導(dǎo)柱的長度計算
斜導(dǎo)柱長度計算參考如圖。其總長度與斜導(dǎo)柱直徑傾角,抽撥距,以及斜導(dǎo)柱固定板尺寸有關(guān)；
L總=L1+L2+L3+L4+L5
=D/2tan+h/cos+s/sin+d/2tan+(10～15)
=88
取D=30,
L4為斜導(dǎo)柱的有效長度；
3．4．5斜導(dǎo)柱形狀
斜導(dǎo)柱頭部可以做成半球形或錐臺形,但應(yīng)注意錐臺的斜角必須大于斜導(dǎo)柱傾角,以避免工作長度(L)脫離滑塊斜孔之后,斜導(dǎo)柱頭部仍有驅(qū)動作用,為了減小斜導(dǎo)柱與滑塊斜孔之間的摩擦,可在斜導(dǎo)柱外部圓輪廓上銑出出兩個對稱平面。
3．4．6斜導(dǎo)柱的材料及安裝配合
斜導(dǎo)柱與導(dǎo)柱一樣,可用45鋼或碳素工具鋼,也可用20鋼滲碳(熱處理要求硬度55HRC。表面粗糙度Ra小于0.63～1.25。斜導(dǎo)柱與固定板之間采用過渡配合。H7/m8配合。由于斜導(dǎo)柱在模具工作過程中主要用于驅(qū)動側(cè)向滑塊的導(dǎo)滑等問題均與斜導(dǎo)柱的安裝配合關(guān)系不大,斜導(dǎo)柱與滑塊斜孔之間可用較松的間隙配合H11/b11。[8]
3．4．7滑塊,滑槽設(shè)計
滑塊是斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)中的最重要零部件,其上安裝有側(cè)向型芯或成型鑲塊注射成型的可靠性都要由它的運動精度保證。
其結(jié)構(gòu)形式采用組合配合結(jié)構(gòu)。既可節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材,又可使加工方便,結(jié)構(gòu)如圖。
側(cè)向抽芯過程中,滑塊必須在滑槽內(nèi)運動,并要求運動平穩(wěn)且有一定精度,為使模具結(jié)構(gòu)緊湊,降低模具裝配的復(fù)雜程度,先用整體式結(jié)構(gòu)。
當滑塊完成抽撥動作后,其滑動部分仍有全部或部分留在滑槽內(nèi)。 滑槽對滑塊的導(dǎo)滑部位采用間隙配合,特性為H8/g7。H8/h8。
3．4．8定位裝置設(shè)計和導(dǎo)滑長度
定模裝置在開模過程中用來保證滑塊停留在剛剛脫離斜導(dǎo)柱的地方,不可能發(fā)生任何移動,以避免再次合模時斜導(dǎo)柱不能準確地插進滑塊的斜孔。滑塊的定位裝置采用彈簧與臺階的組合方式。導(dǎo)滑長度是根據(jù)抽芯距的長度來決定的。由計算抽芯距可得導(dǎo)滑長度為30.
3．4．9壓緊塊設(shè)計
壓緊塊的工作部分一般都是斜楔面,為了保證斜楔面能在合查勘時壓緊滑塊而又能在開模時又能迅速脫開。以避免壓緊塊影響斜導(dǎo)柱對滑塊的驅(qū)動楔角’一般都比斜導(dǎo)柱傾角大一些。使模具開模時,壓緊楔塊起到讓位作用。
選取23o.
3．5成型零部件設(shè)計
注塑模閉合時,成型零件構(gòu)成成型塑料制品的型腔,成型零件主要包括凹模,凸模,型芯,鑲拼塊件,各種成型桿與成型環(huán)。其中。成型零件的結(jié)構(gòu),才料和熱處理的選擇以及加工工藝性,是影響模具工作壽命的主要因素。
成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計,要以成型符合質(zhì)量要求的塑料制品為前提,但必須考慮金屬零件的加工性及模具制造成本。[4]
3．5．1凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模是成型塑料外表面的成型零件,考慮模具加工的復(fù)雜程度,及材料的利用因素,采用鑲拼結(jié)構(gòu),有利于排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的加工,對改善工藝性有明顯好處,根據(jù)本制件分流道貌岸然與澆口的設(shè)計要求分流道均設(shè)在凹模鑲塊上，如圖所示：
圖5 凹模的結(jié)構(gòu)
3．5．2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸模是用來成型塑料制品的內(nèi)表面的成型零件,同時與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具型腔?？紤]模具型腔和材料的有效利用和加工方便等因素,選用組合式凸模。其圖如下：
圖6 凸模的結(jié)構(gòu)
3．5．3成型零部件的材料選擇
要求機械加工性能良好,拋光性能良好,耐磨性能和抗疲勞性能良好。而且具有耐腐蝕性能。綜上考慮選P20。
第四章．模具設(shè)計的有關(guān)計算
成型零件工作尺寸計算時要考慮制品的尺寸公差,所成型塑料的收縮率,溢料飛邊厚度,塑料制品脫模,模具制造的加工條件及可達到的水平等因素,采用平均尺寸,平均收縮率,平均制造公差和平均磨損量。[2]
查表得到POM的收縮率為1.2%～3.0%,同時考慮到工廠的現(xiàn)在設(shè)備和條件,模具制造公差.
Scp=(1.2+3.0)%/2=2.1%。
查表得聚甲醛的一般尺寸公差等級為MT4。
176IT5=0.92； 114IT4=0.50；60IT4=0.32m；3IT4=0.12；
4．1型腔的計算
徑向尺寸176：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.92≈0。31；
=(176+176×2.1%-3/4×0.92)
=175
徑向尺寸114：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.50≈0.17；
=(114+114×2.1%-3/4×0.50)
=113.9
式中：LM------凹模徑向公稱尺寸()；
Ls----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
深度尺寸60：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.32≈0.106；
=(60+60×2.1%-3/4×0.32)
=59.9
深度尺寸40：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.4≈0.13；
=(40+40×2.1%-3/4×0.4)；
=39.8
深度尺寸3：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.12=0.04；
=(3+3×2.1%-3/4×0.12)
=2.92
式中：HM------凹模徑向公稱尺寸()；
Hs----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
----制品公差；
--模具制造公差；
4．2型芯的尺寸計算
徑向尺寸：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.35≈0.117
=(170+170×2.1%-3/4×0.35)
=170
徑向尺寸：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.3=0.1
=(108+108×2.1%-3/4×0.3)
=108
式中：LM------凹模徑向公稱尺寸()；
Ls----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
深度尺寸60：
HM=(Hs+HsScp%+2/3)；
=1/3=1/3×0.32≈0.106
=(60+60×2.1%+2/3×0.32)
=60.3
深度尺寸17：IT4=0。28
HM=(Hs+HsScp%+2/3)；
=1/3=1/3×0.28≈0.093
=(17+17×2.1%+2/3×0.28)
=17.2
式中：HM------凹模徑向公稱尺寸()；
Hs----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
4.3型腔側(cè)壁厚和底板厚度計算
4.3.1凹模鑲塊型腔側(cè)壁厚度計算
由于本模具采用的是組合式圓形型腔,為了避免因強度不夠產(chǎn)生變形,甚至開裂損壞,同時還要避免因剛度不足產(chǎn)生撓曲變形,才能脫模或產(chǎn)生大量飛邊溢料,從而降低制品精度.本制品的尺寸較大,所以按剛度條件計算：
S=R-r=31
式中: P—成型壓力(模腔壓力)；
R—型腔外圓半徑；
r—型腔內(nèi)圓半徑；
--泊松比；
E—鋼材的彈性模量；
[]-型腔允許變形量；
第五章.模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計算
注塑模溫對于塑料熔體的充模流動。固定成型,生產(chǎn)效率以及制品形狀和尺寸精度都有重要影響。若模溫過低,則會影響塑料的流動性,產(chǎn)生較大的流動剪切力,使塑件內(nèi)應(yīng)力較大,還會出現(xiàn)冷流痕,銀絲,注不滿等缺陷。
5．1加熱系統(tǒng)設(shè)計：由于聚甲醛需要使用轉(zhuǎn)高的模溫,而且塑件的要求在80℃以上,所以要選用加熱裝置。本模具采用的加熱方式選用為加熱板中插入電熱棒加熱。
由表查得,加熱棒d1=20。允許偏差0.12。蓋板直徑14.5,槽深3,長度200。
5．2冷卻系統(tǒng)設(shè)計： ?冷卻系統(tǒng)是否需要可做如下設(shè)計計算：
設(shè)定平均工作溫度為80℃,用20℃常溫水作為模具冷卻介質(zhì),出口溫度為30℃,產(chǎn)量為0.26kg/h。
(1) 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量Q3,查得聚甲醛單位熱流量為41。9×10
Q3=WQ2=0.26×41.9×10=10.89×10J/kg
(2) 求冷卻水的體積流量V
V=
=
=0.4310m
由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計算可知,因為模具每分鐘所需的冷卻水體積流量很小,所以可以不設(shè)冷卻系統(tǒng),依靠空冷的方式冷卻模具即可。
第六章.其它結(jié)構(gòu)設(shè)計
6．1排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計：在塑料熔體填充注射模腔的過程中,模腔內(nèi)除了原有空氣外,還有塑料含有水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣。[2]
塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子,揮發(fā)性氣體,塑料助劑揮發(fā)所產(chǎn)生的氣體,如不將其排出模具外,將會影響制件質(zhì)量,所以在模具中開設(shè)排氣槽,
排氣槽可以做成彎曲狀,其截面由細到粗逐漸加大,這樣可以降低塑料熔體從排氣槽溢出時的動能還能降低塑料熔體溢出時的流速以防發(fā)生事故。盡量開在塑料熔體最后才能填充的板腔部位如流道的終端。還在盡量設(shè)在分型面上,可以使排氣槽溢出的塑料飛邊隨制品一起脫模。
通常開設(shè)的位置,在試模以后才能確定下來,主要尺寸為：
排氣槽深度為0.01～0.03；
寬度為1.5～6；
6．2頂出機構(gòu)設(shè)計：頂出脫模機構(gòu)是注射模的重要功能之工,它由一系列頂出零件和輔助零件組成,可以具有不同的頂出動作。同時要保證,制品留在動模一側(cè),方便手動取出或自重脫落,還有不因頂出而損壞制品。頂出機構(gòu)還要簡單,不應(yīng)增加模具復(fù)雜程度。頂出零件要有足夠的強度,剛度和硬度。
分析本塑件,由于制品底面積較大,而且不允許有頂出痕跡,所以選用推板頂出脫模機構(gòu),主要特點是頂出脫模力大而均勻,運動平穩(wěn),不需要設(shè)置復(fù)位裝置。
所選用的推桿的形式和尺寸為:(GB/T4196.1-1984)。
由于本塑料的特點,采用二次頂出,即二次分型,以方便取出凝料.所以在定模座板和定模板之間增加一個限位塊,也就是一個限位拉桿.其尺寸為。
6．3.對合導(dǎo)向機構(gòu)：對合導(dǎo)向機構(gòu)的功能是保證動。定模部分能夠準確對合。使分別加工在動模和定模上的成型表面在模具閉合形成形狀和尺寸準確的腔體。從而保證塑件形狀,壁厚和尺寸準確。避免發(fā)生碰撞和干涉。[2]
本模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu),由于成型制件的主型芯多裝在動模一側(cè),所以把導(dǎo)柱和主型芯安裝在同一側(cè),合模時可起保護作用。同時本導(dǎo)向機構(gòu)具有定位準確,導(dǎo)向精確,并具有足夠的剛度,強度及耐磨性。
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)采用有肩導(dǎo)柱I型；導(dǎo)柱10025(I)GB/T-20鋼 4169。5-1984；
導(dǎo)套尺寸： 30(I)-20鋼GB/T 4169。02-1984；帶肩導(dǎo)套安裝需要墊板。裝入模板復(fù)以墊板即可。
6．4.模具閉合高度的確定： 模具的閉合高度主要是由定模座板,動模座板,推件板,墊板,型芯固定板,型腔固定板等幾塊模板組成,同時，考慮到制件尺寸較大，所以選用355系列的模架，所選用的尺寸如下：[2]
定模座板： 35545025；
動模座板： 35545025；
墊塊： 3556380；(GB/T4169.6-1984)
推件板： 35540010；
固定板： 35540020；
型腔固定板： 35540060；
動模固定板： 35540020；
支承板： 35540015；
因而模具的閉合高度：
H=25+25+80+10+20+60+20+15=255
本模具的外形尺寸為355450255。G54-S200/400型注塑機模板的最大安裝尺寸為532634。故能滿足模具的安裝要求。[1]
由上述計算模具的閉合高度H=255, G54-S200/400型注塑機所允許模具的最小厚度Hmin=165,最大厚度Hmax=406,即模具滿足該安裝條件。
Hmin≤ H ≤Hmax
經(jīng)查資料G54-S200/400型注塑機的最大開模行程S=260,滿足塑件頂出要求。
S≥H1 + H2 +(5～10) ,
=67+60+10
=137
此外,由于側(cè)分型抽芯距較短,不會過大增加開模距離,注塑機的開模行程足夠。
經(jīng)驗證。 G54-S200/400型注塑機能滿足使用要求,所以可以采用。
第七章 繪制模具總裝圖和非標零件工作圖
本模具的總裝圖如圖所示.非標零件圖如圖所示.
本模具的工作原理：模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。注塑完成，模具打開，動模部分隨動模板一起運動漸漸將第一個分型面打開，凝料被拉出流道板外。與此同時在斜導(dǎo)柱的作用下，側(cè)型芯逐漸脫離塑件，做側(cè)向運動。開模到一定距離，限位拉桿起作用，從第二個分型面分型，斜導(dǎo)柱完成側(cè)向抽芯動作，當分型面打開到150時，動模部分停止運動，在注塑機頂出裝置作用下，推動推桿運動將塑件頂出。合模時，隨著分型面的閉合側(cè)型芯滑塊復(fù)位至型腔，同時復(fù)位桿對推桿進行復(fù)位。
第八章 注塑模主要零件加工工藝規(guī)程的編制
在此僅對凹?；瑝K，型芯固定板的加工工藝進行分析。
（1）上凹?；瑝K。上凹?；瑝K加工工藝過程見表1-1
表1-1 上凹?；瑝K的加工工藝過程
序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
2
鍛料
鍛到尺寸
3
熱處理
退火到28~35HRC
4
刨磨
刨六面到尺寸
5
平磨
磨六面尺寸，并保證上，下平面四面垂直度0.02/100。
6
銑削
以上底面為基準銑型腔，長寬要分別達到圖給尺寸。深度達到20。
7
鉗工
修銼兩個臺階兩端R10和R1。
8
熱處理
淬火到要求
9
平磨
磨尺寸到,磨到,保證各面垂直, 垂直度0.02/100.
10
鉗工
將本件壓入上固定板
11
平磨
與上固定板配磨,使本件與上固定板下下齊平,且使型腔深度
12
鉗工
研型腔到Ra0.1.
（2）下固定板
序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
切割鋼板至尺寸
2
刨削
刨六個面至尺寸
3
熱處理
調(diào)質(zhì)處理到20~25HRC
4
平磨
磨六個面至尺寸,保證上下平面和側(cè)面垂直, 垂直度0.01/100
5
鉗工
劃線以上平面為基準,劃各中心孔線;以及斜導(dǎo)槽中心線線;鉆穿孔線;
6
鉗工
與下墊板配合加工,同時鉆的光孔,
7
銑削
模具組合件鉆鏜斜銷孔到所要求尺寸.
結(jié) 論
塑料模具產(chǎn)業(yè)近年來在我國發(fā)展很快，隨之而來的是日益激烈的市場競爭，加入WTO后，外資模具廠家進入國內(nèi)市場，要在激烈的競爭中脫穎而出，發(fā)展模具標準件、實施模具的專業(yè)化生產(chǎn)至關(guān)重要。
發(fā)展模具標準件對縮短模具設(shè)計制造周期、降低模具生產(chǎn)成本、提高模具質(zhì)量都具有十分重要的意義，如果能夠?qū)崿F(xiàn)模具標準件的專業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)，將能極大地促進我國模具工業(yè)的發(fā)展。
國外發(fā)達國家模具標準化程度為70％～80％，而我國只有30％左右。 如能廣泛應(yīng)用模具標準件，將會縮短模具設(shè)計制造周期25％～40％，并可減少由于使用者自制模具件而造成的工時浪費。應(yīng)用模具CAD／CAM技術(shù)設(shè)計模具已較為普遍，推廣使用模具標準件，能夠?qū)崿F(xiàn)部分資源共享，這會大大減少模具設(shè)計的工作量和工作時間，對于發(fā)展CAD／CAM技術(shù)、提高模具的精密度有重要意義。
以往的模具即使只損壞了一個部件，也將無法使用。由于不是標準件，市場上很難有相應(yīng)產(chǎn)品，要到生產(chǎn)廠家去更換部件，費時費力。而如果采用標準件，則可以很方便的維修、更換，這將大大提高模具的使用壽命。[4]
本次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的塑料制品為一骨輪塑件，現(xiàn)在的塑料發(fā)展是相當?shù)目?，已?jīng)成為在鋼鐵、本材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料，而且在某一方面還由于自己的特點代替金屬等材料.制件的主要特點是質(zhì)量較輕，但卻有良好的電絕緣性能和耐腐蝕性能.同時所選用的成型方法為注射成型，因為在高速發(fā)展中，注射模具有高效、精密、可成型各種復(fù)雜制品，工藝先進等諸多其它成型模具所不及的特點而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的模塑成型工藝裝備.在高速度的發(fā)展中，注射模又將其它成型模具的優(yōu)點吸納，融合和發(fā)展，形成了更加完善、更加優(yōu)越也更加先進的一種新的成型技術(shù)。本次設(shè)計中由于制件有側(cè)凹，所以采用了斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機構(gòu)，相對來說，增加了模具加工的復(fù)雜程度，但原則上還是本著加工和制造為主要來進行設(shè)計，盡量減少能增加模具復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件.
同時，制品表面相對而言較大，為避免在點澆口附近的剪切速率過高，易造成分子高度定向，增加局部應(yīng)力.甚至開裂現(xiàn)象；而當排氣不良時，也易造成澆口部位塑料燒焦，在塑料件品上產(chǎn)生黑色條斑及黑點，所以設(shè)計時采用了多點澆口，即在成型制品的表面上設(shè)計4個對稱分布的澆口。以分布應(yīng)力，緩解集中。
通過這次設(shè)計，我自己可以感覺的到，不論在專業(yè)知識，還是在基礎(chǔ)知識方面，我的能力都有了很大的提高和進步，一方面可以把一時所掌握的知識進行融會貫通；另一方面，可以使設(shè)計出來的東西有創(chuàng)新的特點，同時，在蘇老師的指導(dǎo)和批評下，我還學(xué)會了一種一絲不茍的求學(xué)精神，那是致學(xué)的精神。在設(shè)計中 我達到課程所要求的：即在學(xué)習(xí)好相關(guān)的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)知識和基本設(shè)計方法的同時，還具備了實際動手的能力即掌握上機操作、生產(chǎn)塑料制品的基本技能和用計算機設(shè)計塑料制品和塑料模具的技能。
雖然設(shè)計中經(jīng)過了仔細的計算和驗證，仍然會有不足之處，希望老師能給予批評和指正。
謝 辭
在蘇老師的指導(dǎo)和監(jiān)督下,終于完成了這次設(shè)計 . 雖然設(shè)計成果已經(jīng)畫上了完滿句號。但是,他以淵博的軟硬件知識給我很多無私的幫助和指導(dǎo)；他認真實干的科研精神給了我很多啟發(fā)；他誠實直爽的性格給我留下了美好的印象。他那嚴于治學(xué)的態(tài)度和認真細致的精神將成為我以后的人生歷練中的一個榜樣。希望老師能在以后的工作中創(chuàng)造出更多的科研成果,培育出更多的桃李.
感謝本專業(yè)同學(xué)楊天柱,蘇獻超等同學(xué)對于我設(shè)計中給予大量的幫助,是他們給予我信心和力量.
感謝家人給予我三年以來默默無聞的支持,是他們給予生活的力量.
參 考 文 獻
[1] 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設(shè)計. 北京： 清華大學(xué)出版社，2005
[2] 楊占堯. 塑料注塑料模結(jié)構(gòu)與設(shè)計. 北京：清華大學(xué)出版社，2004
[3] 唐志玉. 塑料模具設(shè)計師指南. 北京：國防工業(yè)出版社，1996
[4] 劉昌祺. 塑料模具設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1998
[5] 陸宇. 實用注塑模具設(shè)計. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1985
[6] 唐志玉，李德群. 中國模具設(shè)計大典. 江西：科學(xué)技術(shù)出版社，2003
[7] 塑料模設(shè)計手冊編寫組. 塑料模設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2001
[8] 賈潤禮，程志遠. 實用注塑模設(shè)計手冊. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2004
[9] 閻亞林. 塑料模具圖冊. 北京：高等教育出版社，2004
[10] N.拉奧、K.奧布賴斯. 塑料工程師設(shè)計數(shù)據(jù)手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,
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