三孔面板插座注塑模具設(shè)計(jì)
三孔面板插座注塑模具設(shè)計(jì),面板,插座,注塑,模具設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
?
?
題 目 三孔面板插座塑料模具設(shè)計(jì)
專 業(yè)
班 級
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
???
201X 年X 月 X 日
摘 要
塑料注射模具是成型塑料的一種重要工藝裝備，通過對三孔面板插座塑料模具設(shè)計(jì),能夠全面的了解塑料模具設(shè)計(jì)的基本原則、方法.并能較為熟練的使用UG、AUTOCAD軟件進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì),提高自己的繪圖能力。為今后從事設(shè)計(jì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活和軍事等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，質(zhì)量要求也越來越高，中國已經(jīng)成為全球最大的塑料市場之一，塑料制品產(chǎn)量全球第二。
本次主要設(shè)計(jì)是對三孔面板插座注射模的設(shè)計(jì), 重點(diǎn)對塑件的成型原理、原料選用和注射技術(shù)進(jìn)行分析。通過根據(jù)形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。
關(guān)鍵詞：工藝方案；模具結(jié)構(gòu)；注塑機(jī)；模具設(shè)計(jì)
Abstract
Plastic injection mold is an important technological equipment of plastic forming, through the flashlight front cover plastic mould design, can fully understand the basic principles, methods of plastic mould design. And can be more skilled use of UG, AUTOCAD software for plastic mold design, improve their ability to draw. Engaged in the design for the future work laid a solid foundation.
With the needs of the development of modern industry, plastic products in industry, agriculture, military and other fields of daily life and the application scope is more and more wide, the quality requirements also more and more high, China has become one of the world's largest plastics market, plastic products production in the world's second.
The main design is on the cover of a flashlight injection mould design, focus on the forming principle of plastic parts, raw materials selection and injection technology were analyzed. By according to the shape, size, precision and surface quality requirement analysis, to determine the required moulding solutions, products after processing, the choice of the parting surface, cavity number and arrangement, the structure of molding parts, pouring system, etc.
Key words: Process; The mould structure; Injection molding machine; Mold design
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.3 國外研究現(xiàn)狀 2
2 塑料制品分析 3
2.1 明確制品設(shè)計(jì)要求 3
2.2 明確制品批量 3
2.3 材料選擇及性能 3
2.3.1 材料選擇 3
2.3.2 材料品種 4
2.4 成型設(shè)備 4
2.5 拔模斜度 4
2.6 計(jì)算制品的體積和質(zhì)量 4
2.6.1表面質(zhì)量的分析 4
2.6.2塑件的體積重量 5
3 注射機(jī)及成型方案的確定 6
3.1 注射機(jī)的確定 6
3.2 成型方案的確定 6
3.2.1 成型設(shè)備的選擇 6
3.2.2 成型的特點(diǎn) 7
3.2.3 成型的原理 7
3.2.4 成型過程 7
4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇 8
4.1 型腔數(shù)的確定 8
4.2 分型面的選擇 8
4.2.1 分型面的主要選擇原則 8
4.3 確定型腔的排列方式 9
4.4 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 10
4.3 模架裝配圖 10
5 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
5.1 凸模設(shè)計(jì) 11
5.2 凹模的設(shè)計(jì) 11
5.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 12
5.3.1 模腔工作尺寸的計(jì)算 12
6.1 主流道設(shè)計(jì) 14
6.2 澆口的設(shè)計(jì) 14
7 排氣與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16
7.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 16
7.2 冷卻水路的計(jì)算 16
7.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17
8 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
8.1 推桿復(fù)位裝置 19
8.2 推件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
8.2.1 推桿長度的計(jì)算 20
8.3 斜推桿的設(shè)計(jì) 21
8.4 斜推桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 21
8.5 斜推桿傾斜角的確定 22
9 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23
9.1 導(dǎo)向、定位機(jī)構(gòu)的主要功能 23
9.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23
9.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 23
10 結(jié)論與展望 25
致謝 26
參考文獻(xiàn) 27
IV
模具設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 概述
注射成型也稱為注射或注塑，是熱塑性塑料的一種重要成型方法。到現(xiàn)在為止，有超過1/3的塑料原材料，是通過注射成型工業(yè)加工的，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用此成型方法。它的特點(diǎn)是生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高的、易自動化，因此廣泛應(yīng)用于塑料制品的生產(chǎn)?，F(xiàn)在塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件的質(zhì)量與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和塑料成型工藝密切相關(guān)。在這三要素中，塑料成型模具的質(zhì)量最為關(guān)鍵，他的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出成型的塑件。模具是決定最終產(chǎn)品的性能、規(guī)格、形狀以及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使塑料成型生產(chǎn)過程順利進(jìn)行、保證塑料成型質(zhì)量不可缺少的工藝裝備，是體現(xiàn)塑料成型設(shè)備高效率、高性能和合理先進(jìn)塑料成型工藝的具體實(shí)施者，也是新產(chǎn)品開發(fā)的決定環(huán)節(jié)。由此可見，周而復(fù)始地獲得符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求及質(zhì)量穩(wěn)定的塑料制件，塑料成型模具的優(yōu)劣是關(guān)鍵，它最能反映出整個(gè)塑料成型生產(chǎn)過程的技術(shù)含量以及經(jīng)濟(jì)效益。因此，注射成型的模具設(shè)計(jì)制造成為當(dāng)今社會模具發(fā)展的熱點(diǎn),己發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。
1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進(jìn)水平的距離。
（1） 注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具（2）加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期。
1.3 國外研究現(xiàn)狀
在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，據(jù)1991年統(tǒng)計(jì)，日本生產(chǎn)塑料模和生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)各占40；韓國模具專業(yè)廠中，生產(chǎn)塑料模的占43.9，生產(chǎn)沖壓模的占44.8%;新加坡全國有460家模具企業(yè)，60%生產(chǎn)塑料模，35%生產(chǎn)沖模和夾具。
當(dāng)今世界注射模具的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模具技術(shù)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了世界注射模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的模具制造設(shè)備，特別是近幾年來這些國家把CAD/CAM/CAE系統(tǒng)作為模具工業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展的趨勢如日中天 [6] 。在注塑模具設(shè)計(jì)工業(yè)中，國外先進(jìn)國家（日本、德國、美國等）從20世紀(jì)80年代中期已廣泛使用計(jì)算機(jī)對塑料模進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)（CAD），輔助制造（CAM），并對模具設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行定量計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析（CAE），已由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)逐步過渡到計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，對模具澆注系統(tǒng)和型腔的熔料流動行為以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱量分布都采用了微機(jī)輔助設(shè)計(jì)[9]。
1
2 塑料制品分析
2.1 明確制品設(shè)計(jì)要求
圖2.1、為塑料制品的三維圖。整個(gè)塑件呈現(xiàn)方形，該構(gòu)件的表面的形狀和整體的結(jié)構(gòu)較其他塑件較為簡單，在零件的內(nèi)部有倒扣，由于是在零件的內(nèi)部，需要斜頂出抽芯，表面粗糙度要求不太高，而且較為實(shí)用性零件對其尺寸公差沒有太嚴(yán)格的要求。
圖2.1 塑料制品的三維圖
2.2 明確制品批量
該產(chǎn)品生產(chǎn)量大，故設(shè)計(jì)的模具要求有較高的注塑效率，又考慮到模具的結(jié)構(gòu)，模具采用一模二腔結(jié)構(gòu)，澆口形式采用側(cè)澆口。
2.3 材料選擇及性能
2.3.1 材料選擇
三孔面板插座該塑件作為工業(yè)用品，要具備安全無毒，化學(xué)穩(wěn)定性高，不易分解等特點(diǎn)和價(jià)格低廉的要求；同時(shí)，作為承重物件在一定的高度掉下或過載時(shí)，不會出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，這就意味著塑件所使用的材料要有一定的機(jī)械強(qiáng)度。
2.3.2 材料品種
根據(jù)2.1中對塑件的分析要求，同時(shí)考慮原材料價(jià)格要低廉，現(xiàn)決定選用應(yīng)用廣泛的ABS工程塑料。ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種原料為單體經(jīng)過共聚而成的一種熱塑性塑料（可以反復(fù)加熱軟化冷卻成型的塑料），因此兼有三種元素的共同性能，使其具有“堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性”的性質(zhì)。ABS塑料無毒、無味。
表1 ABS塑料的部分技術(shù)指標(biāo)
技術(shù)指標(biāo)
值
密度(g / cm^-3)
1.02～1.16
收縮率(%)
0.4～0.7
透明度
不透明
比熱容/(J·kg^-1·k^-1)
1470
吸水性（24小時(shí)）（%）
0.2～0.4
屈服強(qiáng)度/MPa
50
拉伸彈性模量/GPa
1.8
抗壓強(qiáng)度/MPa
53
彎曲彈性模量/GPa
1.4
熔點(diǎn)℃
130～160
2.4 成型設(shè)備
經(jīng)比較，成型設(shè)備采用臥式注射機(jī)較好，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體較低,容易操作和加料，塑件脫模后可以自動落下可實(shí)現(xiàn)自動化操作，注塑機(jī)的重心較低安裝穩(wěn)定，適合大中型注射機(jī)的設(shè)計(jì)制造。
2.5 拔模斜度
由于零件深度很小，所以拔模角度為一度。
2.6 計(jì)算制品的體積和質(zhì)量
2.6.1表面質(zhì)量的分析
該零件的 表面質(zhì)量要求很高各個(gè)成型面都得進(jìn)行拋光處理
2.6.2塑件的體積重量
計(jì)算塑件的重量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算得塑件的體積：V＝5.731cm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：公式為W＝Vρ
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得ABS的密度為1.05 g/cm3，故塑件的重量為：
W＝Vρ=5.731*1.05=5.80g
計(jì)算得澆注系統(tǒng)的體積：V＝4.53cm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：公式為W＝Vρ
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得ABS的密度為1.05 g/cm3，故塑件的重量為：
W＝Vρ=4.53*1.05=4.7565g
3 注射機(jī)及成型方案的確定
3.1 注射機(jī)的確定
根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況（主要考慮到模具的高度問題），可初步選用的注射機(jī)為
D（塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)）初步選用注射機(jī)海天110X1B。
注射機(jī)海天110X1B參數(shù)：
額定注射量：147mm
最大成型面積：320cm
柱塞直徑：36mm
注射壓力：183Mpa
模板尺寸：550×550（mm×mm）
柱桿空間：400X400(mm×mm)
鎖模力：1100KN
噴嘴圓弧半徑：10mm
噴嘴孔徑：2.5mm
最大開模行程：750mm（可調(diào)整型）
模具最大厚度：410mm
模具最少厚度：160mm
3.2 成型方案的確定
3.2.1 成型設(shè)備的選擇
柱塞式成型機(jī)中，塑料熔化成黏流態(tài)的熱量主要由筒外部的加熱器提供。在柱塞的平穩(wěn)推動下，料流是一種平緩的滯流態(tài)勢。料筒內(nèi)同一橫截面上不同徑距的質(zhì)點(diǎn)有著梯度變化的流速，結(jié)果靠料筒軸心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的溫度分布也有差異，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的電熱圈加熱，所以溫度高；而靠近軸心的料，因流動快，且又與料筒加熱圈隔了一層熱阻很大的塑料層，所以溫度低?？梢娫谥搅贤矁?nèi)，塑料的塑化程度很不均勻。
該三孔面板插座選用螺桿式注塑機(jī)，型號為海天110X1B。
3.2.2 成型的特點(diǎn)
注射成型又稱注射模塑,成型周期短,能一次成型外形復(fù)雜,尺寸精密,帶有嵌件的塑料制件。制品無需修整或僅需少量修正,可得到較窄的公差,廢料損耗最小,且生產(chǎn)效率高,易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn),適于多件批量較大的塑件生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但是,產(chǎn)品質(zhì)量有時(shí)難短期穩(wěn)定,模具的結(jié)構(gòu)有時(shí)不宜高效成型等缺點(diǎn)。
3.2.3 成型的原理
注射成型工藝是塑料成型的一種最常用的方法。它將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機(jī)的料筒中，經(jīng)過加熱到流動狀態(tài)，在注射機(jī)的柱塞或螺桿的推動下，以一定的流速，通過噴嘴和閉合模具的澆注系統(tǒng)而充滿型腔，經(jīng)過一定的時(shí)間的冷卻定型，打開模具，從模內(nèi)取出成型的塑件。
3.2.4 成型過程
注射成型工藝過程包括成型前的準(zhǔn)備、注射過程和制品的后處理。
a.成型前的準(zhǔn)備
為了使注射成型順利進(jìn)行，保證塑件質(zhì)量，一般在注射之前要進(jìn)行如下準(zhǔn)備工作[1]：
(1)原料的檢驗(yàn)和預(yù)處理；
(2)料筒的清洗；
(3)嵌件的預(yù)熱；
(4)脫模劑的選用；
b.注射過程
完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個(gè)步驟。但實(shí)質(zhì)上只有在料筒中的塑化與在注射過程中的流動兩個(gè)過程。所謂塑化即塑料熔融，是指塑料在料筒中經(jīng)加熱達(dá)到黏流狀態(tài)并具有良好可塑性的全過程。所謂流動是指塑料熔體在注射進(jìn)入模具型腔后的流動。該流動情況有可分為充型、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個(gè)階段。
c.塑件后處理
塑件在成型過程中，由于塑化不均勻或由于塑料在型腔中的結(jié)晶、定向、以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或因其他原因使塑件內(nèi)部不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致在使用過程中變形或開裂。因此，應(yīng)該設(shè)法消除掉。消除的方法有退火處理和調(diào)濕處理[1]。
4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇
4.1 型腔數(shù)的確定
以機(jī)床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%計(jì)算：
=8.1
式中： N----型腔數(shù)
S----注射機(jī)的注射量（g）
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因?yàn)?，N=8.1>2
所以，此模具型腔為一模2 腔結(jié)構(gòu)合理。
4.2 分型面的選擇
4.2.1 分型面的主要選擇原則
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個(gè)重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關(guān)，一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以與合模方向平行或傾斜。因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。
根據(jù)分型面的選擇原則：
（1）分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
（2）在開模時(shí)盡量使塑件留在動模；
（3）分型面的選擇應(yīng)保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量；
（4）有利于排氣和模具的加工方便；
（5）有助于避免側(cè)抽芯或便于側(cè)抽芯。
該塑件對美觀不太要求，無斑點(diǎn)和熔接痕，表面質(zhì)量要求一般。在選擇分型面時(shí)，根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質(zhì)量以及成型后能順利取出塑件，屬于薄壁殼小型塑件，塑件冷卻時(shí)會因?yàn)槭湛s作用而包覆在凸模上，所以，應(yīng)有利于塑件滯留在動模一側(cè)，以便于脫模，并不影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度，以及外觀形狀。
綜上所述，合理的分型面應(yīng)選擇在下部。如圖所示：
圖4.1 分型面選擇圖
4.3 確定型腔的排列方式
模板上的排列形式通常有圓形、H形、直線型及復(fù)合型等。
在設(shè)計(jì)時(shí)有以下原則：
（1）盡量采用對稱式排布，確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。
（2）塑件結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)盡量使型腔緊湊排列，而減小模具的外形尺寸。
（3）分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短。
（4）為了避免模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，澆口開口部位與型腔布置應(yīng)對稱。
因?yàn)樵撍芗俅笈可a(chǎn)的小型塑件，但對產(chǎn)品的精度、表面粗糙度還是有較高的要求，通過前面算出的單個(gè)產(chǎn)品的體積V和質(zhì)量W, 綜合考慮生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量等各種因素，以及注射機(jī)的類型選擇確定采用一模1腔排布。
本塑件在注射時(shí)采用一模2件。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素采用如下圖4.2的型腔排列方式。
4.2 模具型腔排列方式
4.4 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)，對于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好。模架尺寸參照裝配圖4.3
本模具采用的是《塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P104頁中的P2型標(biāo)準(zhǔn)模架，如圖所示：
4.3 模架裝配圖
5 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 凸模設(shè)計(jì)
凸模用于成型塑料的內(nèi)表面，又稱型芯、陽?；虺尚蜅U。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。整體嵌入式結(jié)構(gòu)，由整塊金屬材料直接加工成模仁，其中公模仁的結(jié)構(gòu)如下圖5.1
圖5.1凸模的結(jié)構(gòu)
5.2 凹模的設(shè)計(jì)
凹模用于成型塑件的外表面，又稱陰模、型腔。按照結(jié)構(gòu)的不同可以分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式和四壁鑲嵌式五種。為了便于加工和有利于排氣，運(yùn)用組合式的型腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖5.2
圖5.2 凹模的結(jié)構(gòu)
5.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算
本設(shè)計(jì)中零件工作尺寸的計(jì)算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進(jìn)行計(jì)算，已給出這 ABS的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取z=Δ/3。
5.3.1 模腔工作尺寸的計(jì)算
1. 凹模的內(nèi)形尺寸：
式中：L凹為型腔內(nèi)形尺寸(mm)；
L塑為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取0.5%
Δs為塑件公差，查表知ABS塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在3~6mm范圍內(nèi)取0.24mm;18~24mm范圍內(nèi)取0.24mm;80~100mm范圍內(nèi)取1.00mm;在100~120mm公差取1.14mm；在140~160mm公差取1.44mm;在200~225mm公差取1.92mm;在280~350mm公差取2.5mm;在315~355mm公差取2.8mm
所以型腔尺寸如下：
L1=[100×(1+0.005)-(3/4)×0.50]=100.75
型腔深度的尺寸計(jì)算：
h=[h(1+k)-(2/3)Δ] （5.7）
式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、K 含義如（1）式中。
H1=[3×(1+0.005)-(2/3)×0.20]=2.885
H2=[21.55×(1+0.005)-(2/3)×0.56]=21.36
2）凸模的外形尺寸計(jì)算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ] （5.8）
式中： L凸模/型芯外形尺寸(mm)；
L為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[100×（1+0.005）+（3/4）×0.74]=100.46
L3=[70×（1+0.005）+（3/4）×0.50]=70.53
型芯的深度尺寸計(jì)算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ] （5.9）
式中： h為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。型芯的高度分別為：
H1=[20×（1+0.005）+（2/3）×0.44]=20.4
6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意與注射機(jī)的注射口相符合，主流道、澆口套、定位圈等的各項(xiàng)參數(shù)與注射機(jī)的規(guī)格密切相關(guān)，由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸，所以模具的主流道部分通常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套，即澆口套。
對澆注系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循如下原則：
A、了解塑料的成型性能
B、盡量避免或減少產(chǎn)生熔接痕
C、有利于型腔中氣體的排出
D、防止型心的變形和嵌件的位移
E、盡量采用較短的流程充滿型腔
6.1 主流道設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)手根據(jù)冊查得海天110X1B 型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ2.5mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝10mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)稍大于注射
噴嘴直徑d?！＝d+(0.5－1)mm=φ3+0.5＝φ3.2mm
主流道的半錐角α通常為1°－2°過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時(shí)熔體的流動阻力過大，此處的錐角選用1°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝φ7.74mm,為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑ｒ＝1mm的圓弧過渡。
6.2 澆口的設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔之間的熔體通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
其主要作用是：
（1）熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止其倒流；
（2）熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時(shí)產(chǎn)生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模；
（3）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積的0.03-0.09，澆口的長度約為0.5mm-2mm,澆口的具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，取其下限值。
當(dāng)塑料熔體通過澆口時(shí)，剪切速率增高，同時(shí)熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。
根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為合適。
圖6.1 平衡式澆注系統(tǒng)
7 排氣與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。所以，我們在模具上需要設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以到達(dá)理想的溫度要求。
一般注射模內(nèi)的塑料熔體溫度為200℃左右，而塑件從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效地冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機(jī)玻璃等等，當(dāng)塑件是小型薄壁時(shí)，如我們的塑件，則模具課簡單地進(jìn)行冷卻或利用自然冷卻不設(shè)定冷卻系統(tǒng)：當(dāng)塑件是大型的制品時(shí)，則需要對模具進(jìn)行人工冷卻。
通過比較最終確定本次設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻方法。
7.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則
1、冷卻水孔數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大。
2、冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同間距，一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常用12～15mm。
3、降低入水與出水的溫度差，防止制品變形。
4、水道的開設(shè)便于加工和清理，一般孔徑為6～10mm。
5、采用并流流向，加強(qiáng)澆口處的冷卻。
7.2 冷卻水路的計(jì)算
在注射過程中，塑件的冷卻時(shí)間是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時(shí)為止的這段時(shí)間。這一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)常以制品已充分固化定型而且具有一定的強(qiáng)度和剛度為準(zhǔn)，確定生產(chǎn)周期：
式中t為生產(chǎn)周期（s）,t注為注射時(shí)間，t冷為冷卻時(shí)間，t澆為脫模時(shí)間,由《塑料制品成型及模具設(shè)計(jì)》 第237頁附錄D可查得t注2-5s,t冷15-60s，總周期t為30-140s;
ABS的單位熱流量： ABS的單位熱流量Qs為590-690 kJ/kg
每小時(shí)需要注射的次數(shù)N=3600/t;
取t=30s，可求得N=120次.
每小時(shí)的注射量：
從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量 Qs取650kJ/kg,代入式中得
根據(jù)塑件產(chǎn)品在模具中的位置和模板的布置，確定水路圖如圖7.1所示
圖7.1 水路圖
7.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
如果型腔內(nèi)因各種原因產(chǎn)生的氣體不能被排除干凈，塑件上就會形成氣泡、產(chǎn)生熔接不牢、表面輪廓不清及充填不滿等成型缺陷，另外氣體的存在還會產(chǎn)生反壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)模具時(shí)必須考慮型腔的排氣問題。
注射模通常以如下三種方式排氣
1）利用配合間隙排氣
2）在分型面上開設(shè)排氣槽
3）利用排氣塞排氣
對于簡單型腔的小型模具，可以利用推桿、活動型芯、活動鑲件以及雙支點(diǎn)鼓固定的型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣。其配合間隙不能超過0.5 mm ,一般為 0.03-0.05 mm。本設(shè)計(jì)采用利用配合間隙排氣的方式排氣。
8 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每一循環(huán)中，都必須便塑件從模具型腔中型芯上脫出,模具中這種脫出機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)（或推出機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)）。脫模機(jī)構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個(gè)動作，即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內(nèi)取出。
(1)推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動模一側(cè)以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作；
(2)保證塑件不因推出而變形損壞,外形良好；
(3)結(jié)構(gòu)簡單可靠:機(jī)械的運(yùn)動準(zhǔn)確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強(qiáng)度；
用推件板推出機(jī)構(gòu)中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。
8.1 推桿復(fù)位裝置
推出機(jī)構(gòu)用可用多種方式復(fù)位，如彈簧復(fù)位，強(qiáng)制回位和回針復(fù)位，一般模具設(shè)計(jì)追求安全可靠，同時(shí)采用這三種方法。復(fù)位桿應(yīng)對稱布置，長取2~4根，長度與推桿相同。
彈簧復(fù)位是一種簡單復(fù)位方法，它具有先行復(fù)位功能，數(shù)跟彈簧裝在動模板與推板之間，推出塑件時(shí)彈簧被壓縮，當(dāng)注射機(jī)的頂桿后退，彈簧即將推板推回。其結(jié)構(gòu)如下圖8.2所示
8.2 推件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
推出機(jī)構(gòu)——把塑件及澆注系統(tǒng)從從型腔中或型芯上脫出來的機(jī)構(gòu)。
推出機(jī)構(gòu)組成：推出部件（推桿、拉料桿、復(fù)位桿、推桿固定板、推桿墊板、限位釘）、推出導(dǎo)向部件（推桿導(dǎo)柱、推桿導(dǎo)套）、復(fù)位部件（復(fù)位桿）。
采用塑料模具約10mm;如果脫模斜度較大的塑料件，可以彈出深度的2/3。本套模具的推出機(jī)構(gòu)為機(jī)動推出，形式較為簡單，其布置形式見圖3.6。
圖8.2 推桿的分布
8.2.1 推桿長度的計(jì)算
頂桿總長度為：
h桿=h凸+h動墊+S頂+h頂固
式中： h桿 為推桿的總長度；
h凸 為凸模的總高度；
h動墊 為動模墊板的厚度；
S頂 為頂出行程；
h頂固 為頂桿固定板的厚度；
б1為富裕量，一般為（0.05～0.1）mm，表示頂桿端面應(yīng)比腔型的平面高出；
б2為頂出行程富裕量，一般為3～6mm。
根據(jù)以上公式計(jì)可得，推桿的總長度為190mm。
8.3 斜推桿的設(shè)計(jì)
斜推桿是常見的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)之一，它常用于制品內(nèi)側(cè)面存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)，強(qiáng)行推出會損壞制品的場合。它是將側(cè)向凹凸部位的成型鑲件固定在推桿板上，在推出的過程中，此鑲件作斜向運(yùn)動，斜向運(yùn)動分解成一個(gè)垂直運(yùn)動和一個(gè)側(cè)向運(yùn)動，其中的側(cè)向運(yùn)動即實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯。
斜推桿有整體式和二段式，二段式主要用于長而細(xì)的斜推桿，此時(shí)采用整體式的斜推桿于彎曲變形。
圖3.9 斜推桿抽芯機(jī)構(gòu)[1]
8.4 斜推桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1） 要保證復(fù)位可靠。
（2）在斜推桿近型腔一端，須做6~10mm的直身位，并做一2~3mm的掛臺起定位作用，以避免注塑時(shí)斜推桿受壓而移動。設(shè)計(jì)掛臺亦方便加工、裝配及保證內(nèi)側(cè)凹凸結(jié)構(gòu)的精度。
（3）斜推桿上端面應(yīng)比動模鑲件底0.05～0.1mm，以保證推出時(shí)不損壞制品。
（4）斜推桿上端面?zhèn)认蛞苿訒r(shí)，不能與制品內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)（入圓柱、加強(qiáng)筋或型芯等）發(fā)生干涉；
（5）沿抽芯方向制品內(nèi)表面有下降弧度時(shí)，斜推桿側(cè)移時(shí)會損壞制品。解決方案有：a.制品減料做平，但須征得客戶同意；b.斜推桿底部導(dǎo)軌做斜度α，使斜推桿延遲推出。
（6）當(dāng)斜推桿上端面和鑲件接觸時(shí)，推出時(shí)不應(yīng)碰到另一側(cè)制品。
（7）斜推桿在推桿固定板上的固定方式見上圖3.9.
（8）當(dāng)斜推桿較長或較細(xì)時(shí)，在動模板上加導(dǎo)向塊，幫助頂出及回位時(shí)的穩(wěn)定性。加裝導(dǎo)向塊時(shí)其動模必須和內(nèi)模鑲件組合一起切割。
（9）斜推桿與內(nèi)模的配合公差取H7/f6，斜推桿與模架接觸處避空。
8.5 斜推桿傾斜角的確定
斜推桿的傾斜角度取決于側(cè)向抽芯距離和推桿板推出的距離H。它們的關(guān)系見圖3.10，計(jì)算公式如下：
tanα=S/H
其中：S=側(cè)向凹凸深度S1+(2～3)mm 圖3.10 幾何關(guān)系
斜推桿的傾斜角度不能太大，否則，在推出過程中斜推桿會受到很大的扭矩的作用，從而導(dǎo)致斜推桿磨損，甚至卡死或斷裂。
斜推桿的斜角一般為3°～15°,常用5°～10°。在設(shè)計(jì)過程中，這一角度能小不大。
本設(shè)計(jì)的斜推桿如圖
圖8.5 斜推桿
9 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
9.1 導(dǎo)向、定位機(jī)構(gòu)的主要功能
1、定位作用 導(dǎo)向裝置直接保證動模、定模位置的正確性，保證模具型腔的形狀和尺寸的精確性，從而保證塑料制品的精度。同時(shí)，在模具裝配的過程中便于裝配和調(diào)整。
2、導(dǎo)向作用 合模時(shí)引導(dǎo)動模按序正確閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側(cè)壓力。
3、承載作用 塑料熔體在充模過程中，或由于成型設(shè)備精度低的影響，可能產(chǎn)生單向的側(cè)壓力，故需導(dǎo)向裝置能產(chǎn)生一定的單向側(cè)壓力，以保證模具的正常工作。
9.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
9.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
（1）導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度。
（2）導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯進(jìn)入凹模時(shí)與凹模相碰而損壞。
（3）導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度。
（4）為了使導(dǎo)柱能順利的進(jìn)入導(dǎo)套、導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導(dǎo)套的前端也應(yīng)倒角.
（5）導(dǎo)柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護(hù)型芯不愛損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
(6)般導(dǎo)柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6，導(dǎo)套外徑的配合按H6/k6;
(7)除了動模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外、，一般還在動模座板與推板之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套，以保證推出機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動。
(8)導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考標(biāo)準(zhǔn)框架數(shù)據(jù)選取。
9.2.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)
（1）該模具采用帶頭導(dǎo)柱，且加油槽；
（2）導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面高度高出6～8mm；
（3）為使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔，導(dǎo)柱的端部常做成圓錐形或球形的先導(dǎo)部分；
（4）導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來確定，應(yīng)保證具有足夠的抗彎強(qiáng)度（該導(dǎo)柱直徑由標(biāo)準(zhǔn)模架
（5）導(dǎo)柱的安裝形式，導(dǎo)柱固定部分與模板按H7/m6配合。導(dǎo)柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的
（6）導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm；
（7）導(dǎo)柱滑動部分按H8/h8間隙配合，固定部分按H7/m6過渡配合
10 結(jié)論與展望
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生畢業(yè)前最后一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)習(xí)深化與升華的重要過程。它既是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)，又是對學(xué)生素質(zhì)與能力的一次全面檢驗(yàn)，而且還是對學(xué)生的畢業(yè)資格及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)有了更為深刻的認(rèn)識，。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們知識運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，得益于。。。。。。。。。。。。。。
參考文獻(xiàn)
[1]《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》．錢泉森主編．北京人民郵電出版社，2006年
[2]《塑料模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)教程》．張景黎主編．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.9
[3]《塑料模具設(shè)計(jì)手冊》．譚雪松主編.?北京：人民郵電出版社，2007.11
[4]《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊（第二版）》．馮炳堯、韓泰榮、蔣文森編．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2008.8
[5]《完全精通Pro/ENGINEER野火5.0中文版模具設(shè)計(jì)高級應(yīng)用》. 林清安主編. 北京: 電子工業(yè)出版社， 2011.12
[6]《注塑模設(shè)計(jì)要點(diǎn)與圖例》．許鶴峰 編著．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003年
[7]《塑料模具設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用實(shí)例》．模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.11
[8]《塑料注射模設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例》．田寶善等主編．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.8
[9]《實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》．張維合主編．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.9
[10]《注塑模具設(shè)計(jì)》．宋滿倉等主編．北京：電子工業(yè)出版社，2010.3
27
收藏