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目錄 前言 ........................................................1 第一章 方案論證 ..............................................2 第二章 塑件分析設(shè)計 ..........................................2 第 2.1 節(jié) 原材料的選擇 ...........................................................................2 第 2.2 節(jié) 原材料的結(jié)構(gòu)與性能的分析 ...................................................2 第 2.3 節(jié) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析 ............................................................................4 第三章 注射機的 選擇 ..........................................6 第 3.1 節(jié) 注塑機的選擇 ...........................................................................6 第 3.2 節(jié) 注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核 ...................................................7 第四章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 ..........................................9 第 4.1 節(jié) 概述 ...........................................................................................9 第 4.2 節(jié) 流道的設(shè)計 ...............................................................................9 第 4.3 節(jié) 澆口的設(shè)計 .............................................................................10 第五章 分型面和排氣槽的設(shè)計 .................................11 第 5.1 節(jié) 分型面設(shè)計 .............................................................................11 第 5.2 節(jié) 排氣槽的設(shè)計 .........................................................................11 第六章 成型零件的設(shè)計 .......................................12 第 6.1 節(jié) 概述 .........................................................................................12 第 6.2 節(jié) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................................12 第 6.3 節(jié) 成型芯的徑向尺寸的計算 .....................................................12 第 6.4 節(jié) 型芯的高度的計算 .................................................................13 第 6.5 節(jié) 型腔的徑向尺寸的計算 .........................................................14 第 6.5 節(jié) 型腔的深度尺寸的計算 .........................................................14 第 6.6 節(jié) 型腔的側(cè)壁厚和底板的設(shè)計 .................................................15 第七章 塑件脫模機構(gòu)的設(shè)計 ...................................16 第 7.1 節(jié) 概述 .........................................................................................16 第 7.2 節(jié) 齒輪的設(shè)計 .............................................................................16 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 7.3 節(jié) 軸承的設(shè)計 .............................................................................21 第 7.4 節(jié) 軸的設(shè)計 .................................................................................23 第八章 合模導向機構(gòu)的設(shè)計 ...................................23 第 8.1 節(jié) 引言 .........................................................................................23 第 8.2 節(jié) 導柱的設(shè)計要點 .....................................................................24 第 8.3 節(jié) 導套的設(shè)計要點 .....................................................................24 第九章 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 ...................................25 第 9.1 節(jié) 模具溫度設(shè)計原則 .................................................................25 第 9.2 節(jié) 冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則 .................................................................26 第 9.3 節(jié) 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算 .........................................................26 第 9.4 節(jié) 冷卻水路結(jié)構(gòu)形式 ..................................................................28 結(jié)束語 ......................................................29 致謝 ........................................................29 參考文獻 ....................................................30 外文原稿 ....................................................31 譯文 ........................................................39 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 前 言 畢業(yè)設(shè)計是每個畢業(yè)生所必經(jīng)的一個學習階段。它是在老師的指導下由學 生獨立解決工程實際問題的過程。其基本目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ) 理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，分析與解決工程實際問題的能力。這對于培養(yǎng)我 們勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，提高我們分析、解決問題的能力， 培養(yǎng)我們正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點、理論聯(lián)系實際的工作作風、嚴肅認 真的科學態(tài)度都具有重要意義。 塑料是 20 世紀才發(fā)展起來的新材料。目前世界上塑料的體積產(chǎn)量已經(jīng)趕上 鋼鐵，成為當前人類使用的又一大類材料。我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑 料制品的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門。塑料工程通常是指塑料制造與 改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品與模具設(shè)計是塑料工程中的重要部分， 是塑料工業(yè)中不可少的環(huán)節(jié)。 塑料材料的密度低，比強度高，又具有耐腐蝕性和絕緣性。在較多的品種 中，有的耐磨性能良好，有的防震、抗沖性能優(yōu)異，有的耐疲勞性能突出。因 而各種塑料制品在國民日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，它的大量使用還由于它 的可加工性可以用注塑、擠塑、熱成型和壓延等方法高效的生產(chǎn)各種制品；它 又可經(jīng)纖維增強或改性，一定程度的改善制品所需的某些性能；另外塑料制品 著色容易，又可多樣修飾，使它濃妝淡抹走進千家萬戶。塑料制品被大量使用 是作結(jié)構(gòu)件，如各種電子儀表家用電器和通訊設(shè)備等的機殼、機架和機座、建 筑上的塑料管道板條和門窗。汽車上的前后保險杠、儀表盤和內(nèi)飾件。除此之 外塑料件作為電絕緣零件，與金屬導體、半導體器件相輔相成。近年來透明塑 料制品，從鏡片、光盤到照明燈具，又拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域。 對于一件塑料件只有通過正確的制品設(shè)計，才能步入國民經(jīng)濟以至尖端技 術(shù)的各個領(lǐng)域。因而在塑料制件的生產(chǎn)中我們工程技術(shù)人員必須熟悉制品設(shè)計 和有關(guān)理論、方法，結(jié)構(gòu)和造型。 塑料材料的粘彈性、強度和剛度，以及它的特殊的失效形式、使用壽命和 可靠性設(shè)計是設(shè)計中的技術(shù)難點。另外塑料材料的機加工，模具的冷卻系統(tǒng)、 模具精度，以及塑料件精度的取決因素和塑料件加工時的熔體流動或軟化變形 的可行性也是如今塑料制品設(shè)計上的技術(shù)難點。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 如今塑料件成型模具的生產(chǎn)效率不斷提高，注塑成型的熱流道模具已普遍 采用，各種自動脫模機構(gòu)已相當成熟，模具的冷卻系統(tǒng)的冷卻效率得到充分的 利用。再者，計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的使用顯著 提高了塑料模具設(shè)計和制造的效率和質(zhì)量，有效地縮短了模具設(shè)計制造周期。 繼 CAD 和 CAM 技術(shù)成功地在模具設(shè)計和制造中應(yīng)用后，此項技術(shù)向縱深方向 發(fā)展。另外計算機輔助工程（CAE）也將成為塑料模具設(shè)計中一種重要的輔助 軟件。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第一章 制件介紹及對材料的選擇 第 1 .1 節(jié) 制品的介紹 1.1.1 塑料制品的形狀尺寸介紹 向 δ 2處 放 大 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 1.1.2 選材依據(jù) 注射塑料制品的選材要求主要取決于使用要求，為達到均衡選材還需考慮 材料的注射工藝性和模具的結(jié)構(gòu)工藝性。 (1)塑料件所需性能（使用要求） 。 使用要求是一個綜合性的問題。這里我們設(shè)計的塑料制件是吸塵器彎管接頭。 已確定采用注射模塑成型， (2)幾種塑料性能比較，見表 1·1。 表 1·1 幾種常用塑料的使用性能排序 序號 性能 說 明 塑料代號排序 1 強度剛度 高 低 PA POM PSU PET EP ABS PS PVC PMMA PP PE 2 耐磨減磨 好 差 PA PAR PP PBT PC FEP POM ABSPVC PS PMMA PSU 3 耐化學性 好 可 PCTFEF3 PEEK PPS PENTON PTFE PPSU PPO ABS HDPE PB PA PC PMMA 4 耐熱性 高 低 PTFE EP PSU PC PP PE POM PMMA ABS PS PVC 5 尺寸穩(wěn)定性 精 粗 PENTON PVC PSF PS PMMA ABS PC PA PSU PPO PP PE 6 抗老化性 強 弱 FEP F46 PTFE UEMWPE PEEK PMMA PAR PBT PC POM 7 阻燃性 好 差 PTFE PVC PI PPO PC PVF PEC EP PMMA PE PP 8 電性能 低 高 PTFE PE PVC PET PMMA PI PBT PPS PA TTE PPP 9 透明性 好 劣 PMMA PS PC PCTFEF3 PA PA-1010 10 耐折疊性 好 差 PP PE PVC PPC PS ABS 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 1.1.3 選材方法 經(jīng)驗法。按選材經(jīng)驗和推薦使用情況綜合考慮使用要求，選取合適的材料， 其中還須考慮經(jīng)濟成本和材料來源。 1.1.4 材料選擇 PS 其它性能均合適，但由于太脆，故不予采用。工程塑料性能優(yōu)良，但成 本太高，也不可取。綜合考慮材料的性能和成本，最后選擇聚乙烯 PP。 聚丙烯比重小，強度、剛性、硬度、耐熱性能均優(yōu)于 HDPE，可在 100℃ 左右使用。具有良好的耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，但低溫 易變脆，不耐磨，易老化，適合于制造一般的機械零件。PP 屬結(jié)晶性材料，吸 濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長期與熱金屬接觸會發(fā)生分解。其流動性極好， 溢邊值 0.03mm 左右。冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)散熱適度。成型收 縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，取向性強。成型加工時注意 控制成型溫度，料溫低取向性明顯，尤其是在低溫高壓時更明顯。模具溫度低 于 50℃以下塑件無光澤，易產(chǎn)生溶接痕、流痕；90 ℃以上時易發(fā)生翹曲、變形。 塑件應(yīng)壁厚均勻，避免缺口，以防止應(yīng)力集中。PP 的其它性能見表 1·2。 [1] 表 1·2 PP 的部分性能 密度 g/cm 0.9~0.91 屈服強度 MPa 37 線脹系數(shù)/℃ 9.8 抗壓強度 MPa 56 計算收縮率% 1.0~3.0 斷裂伸長率% >200 燃燒性 慢 彎曲模量 GPa 1.45 物 理 性 能 透明性 半透明 力 學 性 能 沖擊韌度 kJ/mm 3.5~4.8（缺口） 時間 h 1~2預(yù) 熱 溫度℃ 80~100 不含穩(wěn)定劑時表面迅速變色、發(fā) 脆，加抗氧劑可以改善其抗大氣老化 性能 后段 160~180 對堿類穩(wěn)定 中段 180~200 料筒 溫度℃ 前段 200~220對多數(shù)油類穩(wěn)定，能吸收極少量 礦物油、植物油 模溫℃ 40~80 注射壓力 MPa 70~120強酸及高濃度氧化劑能引起破壞， 對水和無機鹽溶液穩(wěn)定。 注射 20~60 高壓 0~3 化 學 性 能 受許多烴類、酮類高級脂肪族的 侵蝕而軟化或溶解，對醇類穩(wěn)定。 成 型 條 件 成型時間 （總周期 50~160）s 冷卻 20~90 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 48 第 1.2 節(jié) 塑料制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.2.1 尺寸精度 塑料制品的尺寸精度與塑料制品品種有關(guān)，根據(jù)各種塑料收縮率不同，可 將各種塑料的公差等級分為高精度、一般精度和低精度。對于塑料制品技術(shù)要 求和尺寸精度盡量降低，采用一般精度。PP 塑件一般精度為 MT6，未注公差 尺寸為 MT5。 1.2.2 表面質(zhì)量 塑件表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表觀缺陷狀況（缺料、溢料、凹陷、熔接痕、 銀紋、澆口處發(fā)渾、翹曲、粘膜和粘流道等） 。如果不考慮表觀缺陷狀況，則制 品的表面質(zhì)量主要取決于表面粗糙度。一般而言，原材料的質(zhì)量、工人操作水 平及模具型腔的表面粗糙度等因素均對制品的表面粗糙度有影響，其中模腔的 表面粗糙度影響最大。制品要求的表面粗糙度數(shù)值越小，模腔表面越光滑，加 工模具時的研磨拋光要求也越高，模具制造的難度也越大。因此，制品表面的 粗糙度應(yīng)視情況而定，除了考慮使用要求外，還須考慮美觀。模塑制品的表面 粗糙度通常為 Ra0.02~1.28 ，這里取 Ra0.6。模腔表面粗糙度數(shù)值為制品的m? 1/2，即 Ra0.01~0.64 ,這里取 Ra0.4。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第二章 模具方案論證 我所設(shè)計的產(chǎn)品是吸塵器彎管連接頭，具有側(cè)孔，所以對整個模具設(shè)計考 慮，主要考慮到模具結(jié)構(gòu)中的側(cè)向分型與抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 目前比較常用的側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)主要有以下幾類： （1）手動側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 該機構(gòu)是只在推出制品前用手工方法或或手工工具將活動型芯取出的方法稱為 手動抽芯。手動抽芯的模具結(jié)構(gòu)簡單，加工制造成本低，但勞動強度大，生產(chǎn) 效率低，而且抽拔力受到人力的限制，僅僅用于小型的制品的小批量的生產(chǎn)。 （2）機動側(cè)向分型與抽芯機構(gòu) 機動側(cè)向與抽芯機構(gòu)利用注塑機的開模運動。對其方向進行變換后，可將模具 側(cè)型芯從制品中抽出。操作方便，生產(chǎn)效率高，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 （3）液壓及氣動側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)。 液壓及氣動側(cè)向分型抽芯機構(gòu)是依靠液壓系統(tǒng)及氣壓系統(tǒng)抽出側(cè)型芯。該類機 構(gòu)多用于大型管件的制品（特別是在彎頭，三通接頭等）其主要特點是根據(jù)抽 芯力的大小和抽拔距的長短來考慮，可以得到較大的抽芯力和抽芯距。而且運 動非常的平穩(wěn)。液壓抽芯機構(gòu)帶有鎖緊裝置，側(cè)型芯設(shè)在動模一邊，成型時， 側(cè)型芯由定模上的壓緊塊鎖緊。開模時，首先由液壓抽芯系統(tǒng)抽出側(cè)型芯，然 后再頂出制品，頂出機構(gòu)復(fù)位后，側(cè)型芯在復(fù)位。 綜上所述，根據(jù)機構(gòu)特點和產(chǎn)品本身的特點，我選擇液壓抽芯機構(gòu)，因為 該機構(gòu)能滿足該產(chǎn)品的較長的抽拔距以及提供較大的抽拔力。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第三章 注射機的選擇 注塑成型機類型和規(guī)格很多，臥式注塑機是目前使用最廣泛的注塑成型機， 其注塑柱塞或螺桿與模板的合模運動均沿水平方向裝設(shè)，并且多數(shù)在一條直線 上，其優(yōu)點是機體較低，容易操縱和加料，制件推出模具后可自動墜落，故意 實現(xiàn)全自動化操作，機床重心較低安裝穩(wěn)定，一般大中型注塑機均采用這種形 式。此處就采用臥式螺桿式注塑機。 模具設(shè)計時需要考慮注射機技術(shù)的規(guī)范有：最大注射量、最大注射壓力、 最大鎖模力、模具安裝尺寸和開模行程等。由于同一規(guī)格的注射機，生產(chǎn)廠家 不同，技術(shù)規(guī)格也有所不同，所以設(shè)計時最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的注射 機使用說明書上標明的技術(shù)規(guī)格。這里從采用互聯(lián)網(wǎng)上查得的采用 TT1- 1290/270 型。其技術(shù)規(guī)格如表 3·1 所示： 圖 3·1 注塑機的安裝尺寸 表 3·1 注塑機技術(shù)規(guī)范 項目 單位 A 注射裝置 TT1-1290/270 螺桿直徑 mm 56 螺桿長徑比 L/D 18.8 注射容積 cm3 603 注射速率 g/s 86 塑化能力 g/s 11.6 注射壓力 Mpa 206 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 220 合模裝置 合模力 KN 2700 移模行程 mm 270 拉桿內(nèi)間距 mm x310 模具厚度 mm 200-500 模具定位孔直徑 mm 頂出行程 mm 125 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 頂出力 KN 62 其它 料筒加熱功率 KW 5.1 油泵電機功率 KW 7.5 最大油泵壓力 Mpa 16 外形尺寸 M 3.4x1.12x1.65 機器重量 T 2.2 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第四章 注塑模設(shè)計 第 4.1 節(jié) 塑料制件在模具中的位置 4.1.1 分型面的選擇 分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制 造工藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動充模特性及塑件的脫模， 因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計的一個重要問題。 分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性 及精度、嵌件的位置、形狀以及推出方式、模具的制造、排氣、操作工藝等多 種因素的影響，因此在選擇分型面時要綜合分析比較，遵循以下原則： 1. 分型面應(yīng)選在塑件最大輪廓處 2. 確定有利的留模方式，便于塑件脫模 通常分型面的選擇應(yīng)盡可能使塑件在開模后留在動模一側(cè)，這樣有助于動 模內(nèi)設(shè)置的推桿機構(gòu)動作。 3. 保證塑件的精度要求 4. 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求 5. 便于模具加工制造 6. 對排氣效果、側(cè)向抽芯的影響 考慮以上幾方面，我們將塑件投影面積最大的平面作為分型面，與開模方 向垂直。 第 4.2 節(jié) 主流道分流道的設(shè)計 4.2.1 主流道及主流道襯套 為了有效地傳遞壓力， 澆注系統(tǒng)主流道及其附近的 塑料熔體應(yīng)該最后固化，主 流道與分型面垂直，為便于 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 流道凝料拔出，設(shè)計成 2°（2°~4° ）錐角的圓錐形。內(nèi)壁粗糙度 ，內(nèi)壁4.0?Ra 研磨拋光時不形成與開模方向垂直的劃痕，以免造成脫模困難。主流道與噴嘴 接觸處作半球形凹坑，二者配合嚴密，避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑 R2 比噴嘴球頭半徑 R1 大 1~2mm,R2=R1+(1~2)=17mm，主流道小端直徑比注塑機噴 嘴孔徑大 0.5~1mm，取 16mm。大端直徑比分流道深度大 1.5mm 以上。臺階轉(zhuǎn) 角半徑 R 宜大一些，以免淬火開裂或應(yīng)力集中,取 R=3mm。由于主流道與注塑 機的高溫噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以設(shè)計成獨立的主流道襯套。選用優(yōu)質(zhì)鋼材 T8A 制作，并經(jīng)熱處理——淬火+低溫回火提高硬度至 50~55HRC。 將襯套與定位環(huán)分開設(shè)計，定位環(huán)用于安裝模具時作定位作用，并高出模 具表面 5(5~10)mm 緊壓在機器定模板與模具定模板之間，用來承受主流道襯套 被反向壓出的力。 流道錐角 α=2° [3] 噴嘴球半徑 SR15 噴嘴口孔徑 4? 4.2.2 冷料井的類型和結(jié)構(gòu) 由于注塑機噴嘴與冷模具接觸降溫，致使噴嘴前端存有一段低溫料，為了 除盡這段冷料，在主流道對面設(shè)計冷料井使冷料不進入分流道和型腔，采用冷 料井底部帶推桿的冷料井 [3]。用帶 Z 形頭拉鉤的推桿在分模時將凝料從主流到 拉出。拉料桿固定在推板上，推出制件時，冷料連同塑件一起被推出。取產(chǎn)品 時向拉料鉤的側(cè)向稍許移動，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一起取下。 拉料桿直徑 d = mm013.28? 冷料井處孔徑 d = mm. 4.2.3 分流道設(shè)計 影響分流道設(shè)計的因素很多，制品的幾何形狀、壁厚、尺寸大小及尺寸的 穩(wěn)定性，內(nèi)在質(zhì)量和外在質(zhì)量要求，塑料的種類，注射機的壓力，加熱溫度， 單位：mm D d D1 L L1 28 4.5 12 22~56 13 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 注射速度，主流道及分流道的拉料及脫落方式，型腔布置及澆口形式的選擇都 能影響分流道的設(shè)計。在設(shè)計分流道時考慮以下幾點： 1. 塑料流經(jīng)分流道時的壓力損失及溫度損失要小。 2. 分流道的固化時間應(yīng)稍后于制品的固化時間，以利于壓力的傳遞及保壓。 3. 保證塑料迅速而均勻的進入各個型腔。 4. 分流道的長度應(yīng)盡可能短，其容積要小。 5. 要便于加工及刀具的選擇。 (1)分流道截面分析 ①圓形截面分流道 其優(yōu)點是表面積與體積之比值為最小，在容積相同的 分流道中圓形截面分流道的塑料與模具接觸的面積最小，因此其壓力損失及溫 度損失小，有利于塑料的流動及壓力傳遞，其缺點是圓形截面分流道必須在動、 定模上分別設(shè)計兩個半圓形，因此給模具加工帶來一定難度。 ②拋物面截面（U 形截面） 其截面的形狀接近于圓形截面，同時此種截 面的分流道只在模具一面加工。但缺點是與圓形截面相比，熱損失較大，流道 廢料較多。 ③梯形截面 此種截面是拋物線形截面的變形，與以上兩種截面相比，其 熱損失較大，但便于分流道的加工及刀具的選擇。 考慮到 PP 流動性極好，溢邊值 0.03mm 左右，冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷 卻系統(tǒng)散熱應(yīng)適度，料溫低，取向性明顯。50℃以下無光澤。因而，這里選擇 橢圓形截面分流道。查表得到 PP 的圓形截面分流道直徑為 D=4.7~9.5mm，這 里取 D=5mm。 ~ 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 (2)分流道的長度 其長度 L 取盡可能短、少彎折，以減少壓力和熱量的損失。 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體 的流動狀態(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面的粗糙度并不要求很低，這里取 1.6 ，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中m? 心部位的熔體產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪 切熱。 4.2.4 澆口的設(shè)計 采用潛伏澆口，澆口開在 分型面上，從制件邊緣進料。 邊緣澆口具有矩形或接近矩形 的斷面形狀，其優(yōu)點是澆口便 于機械加工，易保證加工精度。 試模時澆口的尺寸易修整，適 于各種塑料品種，其最大特點 是可以分別調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間（即補料時間） ， ，主要由澆 口的厚度決定，當厚度決定后，根據(jù)塑料的流動性能選擇適當?shù)募羟兴俾屎土?動速率。在依據(jù)制品的重量（或體積）確定澆口的寬度，因此，矩形澆口容易 調(diào)整到最佳工藝條件。如圖所視 4.2.5 排溢系統(tǒng)的設(shè)計 [3] 當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆筑系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受 熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，否則將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪 a. 橢圓形截面 b. U 形截面 c.梯形截面 圖 4·5 分流道截面 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 廓不清、填充缺料等成型缺陷。另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導 致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋） ，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低 充模速度，因此設(shè)計時有必要考慮排氣問題。 本模具為中小型的簡單型腔，且設(shè)有推桿定出機構(gòu)和側(cè)向抽芯機構(gòu)，可以 利用推桿、活動型芯與模板的配合間隙進行排氣，其間隙可取在 0.03~0.05mm 之間，這里取 0.04mm。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第五章 模具成型尺寸的計算 第 5.1 節(jié) 5.1.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1)凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 整體式凹模有一整塊金屬切削而成，結(jié)構(gòu)牢固、不易變形。這里模具型腔 結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，可以采用整體式凹模。模板一般采用 45#鋼制作，但是 45#鋼在 局部淬火時容易變形，所以動模板加工時，留修模余量，對型腔部分作局部淬 火，后再次對模板進行修模。模板材料 45#鋼正火，硬度 170～210HBS，表面 粗糙度： 。型腔表面淬火，硬度 43～48HBS，表面粗糙度：mRa?2.3?a6.1 (2)型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 把型芯單獨制造，在嵌入到齒條端上，這樣加工方便，還有便于修模。 5.1.2 成型零件工作尺寸計算 按平均收縮率計算成型尺寸比較簡便易行，是最常用的計算方法，這里采 用此方法。PP 平均收縮率 ，塑件制造公差 ，對應(yīng)模具制造公%6.0?SCP?5MT 差 。1IT (1)型腔徑向尺寸計算 2/??PCL (4·7) PCSPCSPMLL2??? (4·8) 2//mwPC?? 式中 ——型腔（孔）的最小尺寸ML ——型腔使用過程中允許的最大磨損量（取塑件總誤差的 1/6，一般w? 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 在 0.02~0.05mm 之間） ——成型零件制造誤差（正值）m? ——塑件（軸）的最大尺寸PL Δ ——塑件公差（負值） 出于修?？紤]，對型腔徑向尺寸來說易修大，預(yù)留一負修模余量 ,標上制r? 造公差 得型腔徑向名義尺寸：m? = + ML)2//(rmwPC????m 對于注塑模，型腔磨損量很小時，可用下式計算： = + (4·9))(P ①塑件徑向尺寸 =50mm， =49.68mm；1P256.01?C 50.02mm??8.49%.8.49xLMP 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm，1ITm? =(50.02-0.07)+0.071 =50.02+0.07mm ②塑件徑向尺寸 =33mm， =33 =32.74；2PL2PC5.0? =32.94mm74.32%6.74.3xM?? 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm? =(32.94-0.16)+0.162L =32.94+0.16mm ③塑件徑向尺寸 =6mm， =6 =5.84；3P3PC2.0? =5.88mm84.5%6.xLM?? 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm? =(5.88-0.16)+0.163 =5.88+0.16mm (2)型芯徑向尺寸計算 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 2/???PCL =Mrmw???/ 標上制造公差 得型芯徑向名義尺寸：m? = -)2//(rPCm 對于注塑模，型腔磨損量很小時修模余量也很小時可用下式計算： = + ML)(mP?? (4·10) ①塑件尺寸 =45mm， =45+ =45.28mm；4PL4PC256.0 =45.55mm28.4%.8.xLM?? 模具制造偏差 =0.084mm，m? (45.55+0.084)-0.0844 =45.55-0.084 mm ②塑件尺寸 =4mm， =28+ =28.24mm；5PL5PC28.0 =28.41mm24.%6.4.xLM?? 模具制造偏差 =0.048mm，m? (28.41+0.048)-0.0485 =28.41-0.048 mm ③塑件徑向尺寸 =1.8mm， =1.8 =1.92；6PL6PCL24.0? =1.93mm9.1%.xM?? 模具型腔按 級精度制造，其制造偏差 =0.07mm1ITm? =(1.93-0.16)+0.166L =1.93+0.16mm (3)型腔深度尺寸計算 (4)型芯高度尺寸的計算 。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 5.1.3 側(cè)壁和底板厚度計算 (1)型腔側(cè)壁厚度計算 型腔為不規(guī)則形狀，近似于矩形，按整體式圓形型腔進行計算。但塑料熔 體注入時，其最大變形發(fā)生在自由邊的中點。變形量為 (4·13)3 4maxEhpc??? 式中 ——由 而定的常數(shù)，這里選擇 0.330；L ——側(cè)壁內(nèi)側(cè)邊長 mm； ——側(cè)壁內(nèi)側(cè)邊高（型腔深度）mm。h 模腔壓力 =30~70Pa， 為注塑壓力。op)32~1(?op (4·14)34???Ehca 11mm??35403.16.270 故側(cè)壁厚選 11 mm。?a (2)底板厚度計算 ①允許變形量 已知，按剛度條件計算? (4·15)3 4????EbpcS ——型腔內(nèi)壁短邊長b ——常數(shù)，由 而定，取 0.0277。 c?bL =12.5mm35403.16.270??S ②按許用應(yīng)力計算 最大應(yīng)力集中在底板中心和長邊中點處，而以長邊中點處的應(yīng)力最大，應(yīng) 力為 2max)(Sbpc??? 按許用應(yīng)力計算底板最小厚度 (mm)為 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 (4·17)][2?bpcS??? 式中 ——由 決定的常數(shù)，查表取 =0.4518。c?bL/ ? 20 mm2057418.2?? 故底板厚度選 20 mm。?S 第 5.2 節(jié) 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計 5.2.1 抽芯距確定和抽拔力計算 [3] 齒輪齒條抽芯機構(gòu)的側(cè)向抽芯距 (3~5) mm，取整齒。??1s 注塑成型后，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，就必須克服因包緊產(chǎn)生的摩擦力。對于不帶通孔的 殼類塑件，脫模時還要克服大氣壓力。一般而論，塑件剛開始脫模時，所需克 服的阻力最大，即所需的脫模力最大。圖 4·6 為不帶通孔的殼類塑件脫模時型 芯的受力分析。脫模力可以按圖 4·6 來估算。根據(jù)力平衡原理，列出平衡方程 式： =0?xF 則： Ft + Fb sin = Fcos? 式中 Fb——塑件對型芯的包緊力； F——脫模時型芯所受的摩擦阻力； Ft——脫模力； ——型芯的脫模斜度。? 又 F = Fb ? 于是 Ft = Fb（ cos - sin ）? 而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上 包緊 圖 4·7 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 力之積，即：F b =A p 由此可得： Ft =A p（ cos - sin ） ?? (4·18) 式中 ——塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為? 0.1~0.3； A——塑件包容型芯的面積； P——塑件對型芯單位面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻的 塑件 p 5.2.2 楔緊裝置設(shè)計 注射時，型腔里的塑料熔體以很高的壓力作用在側(cè)型芯上，特別是當側(cè)型 芯的面積較大時，將產(chǎn)生一個很大的側(cè)推力，這個力將使型芯齒條產(chǎn)生運動， 因此必須另外加閉鎖裝置，即在閉模時需要有楔緊塊鎖住，開模時導柱齒條要 有一段空行程，確保楔緊塊能脫離滑塊，繼后由型芯齒條完成抽芯動作， 合模 時復(fù)位。 第六章 模溫調(diào)節(jié)與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 PP 粘度低、流動性好，成型工藝要求模具溫度不太高。注射成型過程中， 可把模具看成為熱交換器，塑料熔體凝固時釋放的熱量約有 5%以輻射、對流的 方式散發(fā)到大氣中，其余 95%由模具的冷卻介質(zhì)帶走。模具的冷卻時間約占成 型周期的 2/3~4/5，因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是一個很重要的問題。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 顯然，應(yīng)在模具上開設(shè)盡可能大、數(shù)量盡可能多的冷卻水通道，以增大傳 熱面積，縮短冷卻時間，達到提高效率的目的。 6.1.1 冷卻時間計算 塑件最厚部位斷面中心層溫度達到熱變形溫度以下所需時間簡化計算公式 為 (s) (4·26)])(4ln[2wsmTkt????? 式中 ——塑件所需冷卻時間，s? ——塑件厚度，mmt ——塑料熱擴散率，m 2/s k ——塑料熔體溫度，T℃ ——塑料熱變形溫度，s ——模具溫度，w 查表取 =6.7 106m2/s， =200 ， =102 ， =40k?TswT℃])4012(ln[07.6582???????? =11.2 s 查表得到，PP 制件厚度 2.5mm，對應(yīng)冷卻時間 17.5s，為了安全起見，以上數(shù) 值僅供參考，確切值在試模時確定。 6.1.2 冷卻參數(shù)計算 (1)塑件每小時在模內(nèi)釋放的熱量 (J) (4·27)iGQ?? 式中 ——單位時間內(nèi)注入模具的塑料質(zhì)量，這里約 12.5kg/hG ——塑料成型時在模具內(nèi)釋放的熱焓量，J/kgi? =12.5 5.9 =7.375 J?5106? (2)冷卻水體積流量計算 (4·28))(621tCQV??? 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 式中 ——冷卻水體積流量，m 3/minV ——冷卻水的比熱容，J/kg·KC ——冷卻水的密度，kg/m 3? ——冷卻水出口溫度，1t ℃ ——冷卻水進口溫度，2 =V)205(4187063. 6?? =5.87 10-3 m3/min (3)求冷卻水孔徑 根據(jù)體積流量，由表查找，取冷卻水孔徑 mm。10?d (4)求冷卻水在孔內(nèi)的流速 v24dV?? =1.25 m/s 601.875 3?? (5)求冷卻水壁和冷卻水間的傳熱系數(shù) ? 2.0 8)(dv??? (4·29) 式中 ——與冷卻水溫度有關(guān)的物理系數(shù)，查表得到 25 時，水的 =7.95。? ℃?2.08.1)596(.7??? =5977 W/m2·K (6)冷卻水孔總傳熱面積 A (4·30))(360??TQw?? 式中 ——冷卻水平均溫度， ，?T21t℃)5.40(597.6?A =0.0196 m2 (7)求冷卻水孔總長 L (4·31))()3608.0????TvdQw?? 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 = )5.240()1.2596(.73603.8. 6???? =0.63 m (8)求模具上應(yīng)開的冷卻水孔數(shù) n n = (4·32)dlA?? 式中 ——每根水孔的長度，ml n = =3.9 孔16.09?4? (9)冷卻水流動狀態(tài)校核 當平均水溫為 22.5 時，由圖查得，水的運動粘度 m2/s?！?1095.???? (4·33)?vdRe? = =1.361095.2??4? 故冷卻水屬穩(wěn)定湍流狀態(tài)，冷卻效果良好。 (10)冷卻水進出口溫差校核 (4·34)vCdGti??22190???? = 25.104871.353 6?? =5℃ 與原設(shè)定值一致。 6.1.3 冷卻回路設(shè)計 由前面計算得到冷卻孔數(shù) 4，孔徑 10mm。取冷卻水孔中心線與型腔壁距離 14mm，冷卻通道之間中心距 30mm。 型腔較淺，可以采用最簡單的直通式冷卻水路，動、定模冷卻水路布置相 同。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 6·1 冷卻水到分布簡圖 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第七章 工藝參數(shù)的校核 7.1.1 最大注射量的校核 注射模一次成型的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）應(yīng)在公稱注射量 的 35%~75%范圍內(nèi)，最大達 80%，最低不小于 10%。既保證塑件質(zhì)量，有充 分發(fā)揮設(shè)備的能力。選在 50%~80%范圍內(nèi)為好。實際一次成型的塑料重量為 18 2+14=50g ，是公稱注射量的 100%=73.7% ，在最佳范圍內(nèi)，合?13.605? 適。 7.1.2 注射壓力的校核 所選注射機的注射壓力必須大于成型塑件所需的注射壓力。成型所需的壓 力與塑料品種、塑件形狀尺寸、注射機類型、噴嘴及模具流道的阻力等因素有 關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗，這里成型的塑件形狀一般，精度要求一般，塑料熔體流動性較 好，所需注射壓力一般在 80~120MPa，小于注射機的注射壓力 206MPa，符合 要求。 7.1.3 鎖模力的校核 型腔壓力可按下式粗略計算 kPc? （4·35） 式中 ——模腔壓力(MPa)cP ——注射壓力（MPa） ——壓力損耗系數(shù)。與塑料品種、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及尺寸、塑件形狀、k 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 成型工藝條件及注射機類型而異，一般 0.25~0.5 范圍 內(nèi)選取。 按下式校核注射機的額定鎖模力： (N) kPAKTc??? （4·36） 式中 ——注射機額定鎖模力， =700(KN)T ——塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的總投影面積， （mm 2）A ——安全系數(shù)，通常取 1.1~1.2。K 1.1 0.5 171 7000 10-3=658.35(KN) <700(KN)?? 合適。 7.1.4 開模行程的校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。肘桿式鎖 模機構(gòu)，其最大行程不受模板厚度影響，對于單分型面注塑模具，開模行程可 按下式校核： ）） （（ mHS10~521?? （4·37） 式中 ——塑件脫模（推出距離）距離，mm1H ——塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)，mm2 =270mmS 31+52+10=93mm? 合適。 對于側(cè)向抽芯的動作是利用注塑機的開模動作，通過齒輪齒條機構(gòu)來完成 的模具，所需開模行程還須考慮側(cè)向分型抽芯的要求。根據(jù)抽芯要求 140+10=150mmS? 綜合分析考慮抽芯機構(gòu)、制件高度、脫模距離、模厚等因素，開模行程合適。 7.1.5 安裝尺寸的校核 (1)噴嘴尺寸 注射模主流道襯套在設(shè)計時就根據(jù)注射機噴嘴尺寸得到的，所以這里不再 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 校核。 (2)定位圈尺寸 選用的注射機定模板臺面上的定位孔孔徑 60mm，注射模端面凸臺徑向尺 寸 60mm，與定位孔呈間隙配合，便模具安裝并使主流道噴嘴同心，模具端面 凸臺高度 5mm 小于定位孔深度。 合適。 (3)模具外形 注射機拉桿內(nèi)間距 500 310，模具寬 315mm，可以卸掉一根拉桿，安裝在? 注射機工作臺面上。 (4)模具厚度（閉合高度） 模具厚度必須滿足以下關(guān)系： maxminH? （4·38） 式中 ——所設(shè)計的模具厚度，mm mH ——注射機允許的最小模具厚度，mmin ——注射機允許的最大模具厚度，mmax 150<175<320 合適。 由于抽芯機構(gòu)的要求，配合模具裝配，增加模具厚度以使齒條 有足夠的運 動空間，動模端面后再加一組墊塊（墊塊 40 310 63） 。這樣模具總厚度為? 238，仍屬于要求范圍，合適。 (5)模具裝固尺寸 選用的注射機上有許多不同間距的螺釘孔，用于安裝模具。這里模具比較 小，采用壓板固定比較合適。這種方式靈活性較大，只需在動、定模座板附近 有螺孔就行。 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第八章 導柱導套的設(shè)計 第 8.1 節(jié) 導柱的設(shè)計要點 8.1.1、導柱的直徑和長度 導柱的直徑一般在 12~63mm 之間，而且導柱無論是固定段的直徑還是導向段的 直徑的形位公差與尺寸之間的關(guān)系應(yīng)遵循包容原則。在本設(shè)計中，導向段和固 定段 的直徑是 40mm，安裝段的直徑為 56mm，導柱的總長度為 125mm。 8.1.2、導柱的形狀 導柱的端部做成半圓形，半圓頭高度取與其相鄰圓柱直徑的 ，前端倒21 了角，使起能順利進入導向孔。 8.1.3、導柱的配合公差 安裝段與模板間采用過渡配合 H7/K6，導向段和導向孔間采用動配合 H7/f7。 8.1.4、粗糙度 固定段表面用 Ra0.8 m，導向段表面用 Ra0.4 m。?? 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 8.1.5、導柱的材料 導柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的芯部，因此在本設(shè)計中 所選導柱的材料為 20#鋼，滲碳 0.5～0.8，淬硬 56～60HRC。 導柱的示意圖： （ 圖 8.1.1 導柱 ） 其 余 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 8.2 節(jié) 導套的設(shè)計設(shè)計要點 8.2.1、形狀 為了方便導套壓入模板的同時便于導柱進入導套，在導套端面內(nèi)外倒圓角， 模具上的導向孔做成了通孔，這樣合模時孔中的空氣易排出，這樣就避免形成 附加阻力，同時也便于排除意外落入的塑料廢屑。 8.2.2、公差配合與表面粗糙度 導套內(nèi)孔與導柱之間為動配合 H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合 H8/k7（帶軸肩導套） ，其前端設(shè)計為一長 3mm 的引導部分，按松動配合 H8/e8 制造，其粗糙度內(nèi)外表面可用 Ra0.8 m。? 8.2.3、導套的材料 導套的材料可用耐磨材料，在本設(shè)計中采用的是 20#鋼，:熱處理 50～55HRC，滲碳 0.5～0.8 ，淬硬 56～60HRC 。 導套的示意圖： 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 （ 圖 8.3.1 導套 ） 第九章 脫模機構(gòu)的設(shè)計 注射模必須有準確可靠的脫模機構(gòu)，以便在每一個循環(huán)中將塑件從型腔內(nèi) 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 或型芯上自動的脫出模外，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化、半自動化。 推桿是推出機構(gòu)中最簡單最常見的一種形式。它加工簡單、安裝方便、維 修容易、使用壽命長、脫模效果好，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。這里才用這種形 式，但考慮到它與推桿的接觸面積較小，為了避免應(yīng)力集中或塑件變形，對每 個塑件設(shè)置兩根推桿。采用直桿式圓柱形推桿，結(jié)合塑件的形狀（塑件脫模斜 面為圓弧形，脫模力很?。?，推桿工作面直徑設(shè)為 d=5mm。 裝配時，推桿端面應(yīng)和型腔在同一平面或比型腔平面高出 0.05~0.1mm，以 免影響塑件外形。推桿孔的配合段用 H7/h7，推桿與固定板采用軸肩連接，兩 者的配合間隙 0.8mm。安裝時推桿軸線可做少許位移，確保與型腔上配合孔的 同心度。材料采用 T8A，頭部局部淬火，推桿上段表面硬度 HRC60~65，配合 段表面粗糙度 Ra0.8 ，其余 Ra1.6 。m?? 開模完畢后，拉料桿與推桿將水口料和產(chǎn)品一起頂出。 結(jié)束語 綜上所述，塑件的脫模結(jié)構(gòu)是模具設(shè)計的重點和難點，特別當塑件有螺紋 時。含有螺紋的塑件脫模時，無論是強制脫模，還是自動脫模，脫模結(jié)構(gòu)之間 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 的運動都要協(xié)調(diào)，保證塑件能準確從型芯上脫下來。本文設(shè)計的塑件是含有內(nèi) 螺紋的空心制件，是一種有代表性的空心螺紋制件，它集普通型芯和螺紋型芯 為一體，該設(shè)計對其它同類模具設(shè)計具有一定的參考價值。 致謝 指導老師 劉新民 敬愛的老師、親愛的同學： 大學四年的生活在彈指一揮間過去了，同學們由不成熟的小青年到現(xiàn)在成 中北大學分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 熟而且朝氣蓬勃的年青人，一步步都是在老師的精心呵護和細心的教育下走過 的。說到這兒，也許每個同學的腦海里都浮現(xiàn)出了一段只屬于自己和老師的故 事，有時會像父親的教導一樣嚴厲，有時會像慈母的關(guān)懷一樣溫暖?？傊际?讓人難忘的，值得回味的故事。 首先，我要感謝的是我的母?！A北工學院分院。我們是學院本專業(yè)的 第一屆本科生，是學院的新的希望，因而上至學院的領(lǐng)導，下到各系的老師都 對我們寄予了厚望，并且花費了大量的精力來培養(yǎng)我們，使我們的身心都得到 了全面的發(fā)展，綜合素質(zhì)得到了全面的提高，這是我們能順利完成大學四年學 業(yè)的一個重要因素。現(xiàn)在我們完成了學業(yè)，即將走上工作崗位，年青的我們祝 愿母校能為國家培養(yǎng)出更多的合格人才，讓更多優(yōu)秀的中華兒女投入到祖國的 社會主義建設(shè)中去。 還有我要感謝這次畢業(yè)設(shè)計的指導老師劉新民老師。劉新民導師治學嚴謹， 學識淵博，品德高尚，平易近人，在我學習期間不僅傳授了做學問的秘訣，還 傳授了做人的準則。這些都將使我終生受益。無論是在論文的選題、資料查詢、 開題階段，還是在論文研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，無不得到導師的悉心指導和 幫助。我愿借此機會向劉新民導師表示衷心的感謝！同時，也對李政中博士的 幫助和指導表示感謝！ 回顧四年學習期間的一千余個日日夜夜，自己為有機會擺脫工作的煩惱與浮 躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要 向關(guān)心和支持我學習的所有領(lǐng)導、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對 我的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 最后要感謝的是在我收集資料過程中和設(shè)計中給予無私幫助和支持的同學 特別是潘蘭英同學，論文的成果中也包含了他們的汗水。 參考文獻 [1]. 申開智主編 .塑料成型模具. 2002.第二版.北京. 中國輕工業(yè)出版社 . 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