支撐塊塑料成型工藝與模具設計-注塑模具【含CAD圖紙、說明書】【LB7】

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支撐塊塑料成型工藝與模具設計 1緒論 1.1 國際國內(nèi)塑料成型模具發(fā)展概況 80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速為13%，2003年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為375億，至2007年我國模具總產(chǎn)值約為525億元，其中塑料模約35%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，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英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表盤等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距，具體數(shù)據(jù)見表1-1。 表1-1 國內(nèi)外塑料模具技術比較表 項目 國外 國內(nèi) 注塑模型腔精度 0.005～0.01mm 0.02～0.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm 非淬火鋼模具壽命 10～60萬次 10～30萬次 淬火鋼模具壽命 160～300萬次 50～100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標準化程度 70～80% 小于30% 在模具行業(yè)占有量 30～40% 25～30% 成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。 近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%～80%相比，仍有差距。 1.2 我國模具設計技術今后發(fā)展方向 （1）提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 （2）在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 （3）推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 （4）開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 （5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件的規(guī)格品種。 （6）應用優(yōu)質材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。 （7）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。 1.3 畢業(yè)設計主要內(nèi)容及任務 先對支撐塊塑件進行結構分析，確定型腔的布局，從各方面考慮其結構布局，我也多次到成型部門進行現(xiàn)場模具制造學習，積累了生產(chǎn)實際經(jīng)驗，了解本課題一些相關技術要求及注意事項。 設計的主要內(nèi)容有： （1）消化塑料制件圖：了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術要求。 （2）消化工藝資料：分析工藝任務書所提出的成型方法、設備型號、模具結構類型等要求是否恰當，能否落實。成型材料應當滿足塑料制件的強度要求，具有好的流動性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據(jù)塑料制件的用途，成型材料應滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。選擇理想的模具結構在于確定必需的成型設備，理想的型腔數(shù)，在絕對可靠的條件下能使模具本身的工作滿足該塑料制件的工藝技術和生產(chǎn)經(jīng)濟的要求。對塑料制件的工藝技術要求是要保證塑料制件的幾何形狀，表面光潔度和尺寸精度。生產(chǎn)經(jīng)濟要求是要使塑料制件的成本低，生產(chǎn)效率高，模具能連續(xù)地工作，使用壽命長，節(jié)省勞動力。 （3）選擇設備：根據(jù)成型設備的種類來進行模具設計，因此必須熟知各種成型設備的規(guī)格和性能特點。例如對于注射機來說，應當了解以下內(nèi)容：注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑、澆口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具體見相關參數(shù)。要初步估計模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機上安裝和使用。 （4）利用AutoCAD和UG完成模具圖的繪制。 2塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計 2.1成型塑料制件結構工藝性分析 塑料制件主要根據(jù)使用要求進行設計,除考慮充分發(fā)揮所用塑料的性能特點外,還應考慮塑件的結構工藝性,塑件結構工藝性的主要內(nèi)容包括塑件的尺寸和精度,表面粗糙度,形狀,壁厚,斜度,加強筋,支撐面,圓角,孔,螺紋,嵌件,鉸鏈,標記,符號和文字。據(jù)所給零件的結構,本設計從以下幾方面對其分析： 圖2-1塑件圖 結構分析 從零件圖分析，該零件總體結構為塊形，比較簡單，在上下方向有兩個同軸的孔直徑為6mm，并且中間有斷面，因此，模具設計時必須設置側向抽芯機構，該零件結構屬中等難度。 尺寸精度分析 查表得PP塑料的一般精度為4級，由圖可知，塑件的重要尺寸有四個分別為、、、，查表可知該零件的尺寸精度中等偏上,對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。 從塑件厚來看，最大處為16.5mm，最小處為3mm，總的來講塑件壁厚變化比較均勻，有利于零件成型。 表面質量分析 對于PP塑料，流動性中等，采用高溫高壓注射，澆注系統(tǒng)對于料流阻力小，能夠達到中等以上表面粗糙度要求，而該零件沒有特別的表面質量要求，故比較容易成型。 塑件壁厚分析 塑件壁厚的設計與塑件原料的性能、塑件結構、成型條件、塑件的質量及其使用要求都有密切的聯(lián)系。壁厚過小，會造成充填阻力增大，特別對于大型件、復雜制件將難于成型。塑件的厚度的最小尺寸應滿足以下要求：滿足塑件結構和使用性能要求下取小壁厚 能承受推出機構等的沖擊和振動 制品連接緊固處、嵌件埋入處等具有足夠的厚度 保證貯存、搬運過程中強度所需的壁厚 滿足成型時熔體充模所需的壁厚。塑料制件規(guī)定有最小壁厚值，表2-1為熱塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推薦值。 表2-1熱塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推薦值 塑料類型 制件流程50mm的最小壁厚/mm 一般制件的壁厚/mm 大型制件的壁厚/mm 聚丙烯（pp） 0.85 2.45-2.75 >2.4-3.2 脫模斜度分析 當塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯，若塑件外形較復雜時，塑件的多個面與型芯緊貼，從而脫模阻力較大。為防止脫模時塑件的表面被檫傷和推頂變形，需設脫模斜度。 一般來說，塑件高度在25mm以下者可不考慮脫模斜度。但是，如果塑件結構復雜，即使脫模高度僅幾毫米，也必須認真設計脫模斜度。 ①斜度作用： 便于塑件脫模，防止脫模時擦傷塑件，須在塑件內(nèi)外表面脫模方向上留有足夠的斜度，在模具上稱為脫模斜度。 ②脫模斜度選取:取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率，一般取30′～1°30′。 塑件脫模斜度的選取應遵循以下原則： （1） 塑料的收縮率大，壁厚，斜度應取偏大值，反之取偏小值。 （2） 塑件結構比較復雜，脫模阻力就比較大，應選用較大的脫模斜度。 （3） 當塑件高度不大（一般小于2mm）時，可以不設斜度；對型芯長或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常為了便于脫模，在滿足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可將斜度值取大些。 （4） 一般情況下，塑件外表面的斜度取值可比內(nèi)表面的小些，有時也根據(jù)塑件的預留位置（留于凹?；蛲鼓Ｉ希﹣泶_定制件內(nèi)外表面的斜度。 （5） 熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些，故脫模斜度也相應取小一些。 一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。綜合以上的原則，由于塑件高度不是很大，收縮率一般，本設計中采用30′的脫模斜度。 表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度，除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等癡點外，主要取決于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2級，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般為1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨損而使表面粗糙度值不斷加大，應隨時給以拋光復原。非配合表面和隱蔽面可取較大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度與塑料的品種有關。一般，型腔表面粗糙度要求達到0.2~0.4mm。本次設計的為支撐塊注塑模設計，對表面的要求一般，并且屬于塊體，所以粗糙度選擇0.4mm。 塑件的結構工藝性 ①由圖可知該支撐塊塑件后部的壁厚為16.5mm，側壁壁厚為3mm；所以該塑件的頸部的壁厚設計為3mm，滿足壁厚的變化。PP材料能夠滿足充模流動要求?？紤]制件壁厚不均，為防止變形，應強化冷卻，模具溫度取下限值，延長冷卻時間。 ②從模具總體結構考慮，塑件為骨架主體需設置側向抽芯機構。 增加剛性，減小變形的結構分析：多數(shù)塑料的彈性模量和強度較低,受力時易變形甚至破壞?？刹捎眉訌娊顏硖岣咚芰现破返膹姸群蛣偠?由于模具屬于塊狀，可以不用考慮，因此不需要加強筋增加剛度和強度。 圓角設計： 在塑件設計過程中，為了避免應力集中，提高塑件強度，改善塑件的流動情況及便于脫模，在塑件的各面或內(nèi)部連接處，應采用圓弧過渡。尤其對增強塑料更有利于填充型腔。另外，塑件上的圓角對于模具制造和機械加工及提高模具強度，也是不可少的。在塑件結構上無特殊要求時，塑件的各連接處均應有半徑不小于0.5-1mm的圓角。 塑件的材料 所用塑料的加工性能和工藝性能如表2-3所示。 表2-3 聚丙烯PP（英文名稱:Polypropylene）的性能表 項目 數(shù)據(jù) 使用溫度 小于164℃，熱性好，最低使用溫度可達-15℃，在低于-35℃時會脆裂。 化學穩(wěn)定性 聚丙烯的高頻絕緣性能好，而且由于不吸水，絕緣性能不受溫度的影響。聚丙烯在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化，必須加入防老化劑。具有較好的抗化學藥品侵蝕性，能耐80℃以下的無機酸、堿液等浸泡。 性能特點 密度：0.90-0.91，無色、無味、無毒。由于在熔點下有較好的流動性，成型性能好，成型制件的表面光澤、染色效果、外傷痕留等方面都優(yōu)于聚乙烯。是通用塑料中耐熱最高的一種?？估瓘姸却螅姸雀?，有較高的彎曲疲勞壽命， 耐刮性、耐磨性也比較好。剛性不足，防火安全性差，耐候性差。收縮率：1.0％ 成型特點 1.結晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。 2.流動性好,但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔.凹痕,變形。 3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱。料溫低溫高壓時容易取向,模具溫度低于50度時,塑件不光滑，易產(chǎn)生熔接不良,流痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形。 4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應力集中。 結論 聚丙烯熱容量大，注射成型模具必須設計能充分進行冷卻的冷卻回路；聚丙烯成型的適宜模具溫度為80℃左右，否則會造成成型塑件表明光澤差或產(chǎn)生熔接痕等缺陷，且溫度過高會產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。 2.2塑件三維UG建模及分析 2.2.1UG建模，三維零件設計 （1）建模軟件：UG 圖2-2塑件三維模型 （2）塑件的質量及體積 圖2-3塑件的體積 PP的密度ρ=0.9，利用UG軟件。進行三維實體建模，并可直接通過軟件進行測量，得到塑件的體積為：V=10.19。 塑件質量： 2.2.2確定成型工藝參數(shù) 注塑成型工藝參數(shù)的確定。 表2-4注塑成型工藝參數(shù) 聚 丙 烯 預熱和干燥 不需預熱和干燥 成型時間/s 注射時間 20~90 保壓時間 0~5 料筒溫度 /℃ 后段 150~170 冷卻時間 20~120 中段 180~200 總周期 50~220 前段 200~220 噴嘴溫度/℃ 170~180 后處理 方法 紅外線燈 模具溫度/ ℃ 50~80 溫度/ ℃ 鼓風烘箱60~70 注射壓力 /MPa 60~100 時間/h 2~4 2.2.3注塑機的選擇 根據(jù)以上的計算： 初步選擇注塑機規(guī)格如下： 注塑機規(guī)格：XS-Z-60 表2-5 XS-Z-60型注塑機的主要參數(shù) 注塑機型號 XS-Z-60 額定注射量/ cm3 60 螺桿（柱塞）直徑/ mm 38 注射壓力/ Mpa 122 注射行程/ mm 170 注射方式 柱塞式 鎖模力/ KN 500 最大成型面積/ cm3 130 最大開合模行程/ mm 180 模具最大厚度/ mm 200 模具最小厚度/ mm 70 噴嘴圓弧半徑/ mm 12 噴嘴孔直徑/ mm 4 頂出形式 兩側設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸/ mm 330×440 合模方式 液壓---機械 液壓泵 流量/ L/min 70、12 壓力/ Mpa 6.5 電動機功率/ KW 11 加熱功率/ KW 2.7 機器外形尺寸/ mm 36108501550 3注塑模的結構設計 3.1分型面的選擇 分型面的位置要有利于模具加工，排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質量等。外表質量：分型面最好不選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉角處，方便脫模，制件留在動模邊：從制件的推出裝置設置方便考慮。包緊力大的，芯應設在動模邊而將凹模放在定模邊包緊力小且不能確切判斷留向的將型芯和凹模的主要部分都設在動模邊對型芯無包緊力，對凹模粘附力較大的，將粘附力較大的設在動模邊同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一側。排氣：當分型面作為主要排氣面時 料流的末端應在分型面上以利排氣。分型面的選擇有如下兩種方案。 方案一： 圖3-1方案一分型面 方案二： 圖3-2方案二分型面 采用這兩種方案，抽芯機構設在動模部分，模具結構簡單。但塑件的澆道與塑件一起脫下，且要使塑件留在動模邊，但是塑件為塊狀，又有抽芯，所以，該塑件生產(chǎn)應選用方案二。 3.2型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 通過以下幾個方面計算型腔的數(shù)目： 1．注射機的注射量 設注射機的公稱注射量為G（cm），單個制品的體積V(cm)，流道口的體積為C(cm)，則最大的型腔數(shù)目為： （3-1） 生產(chǎn)過程中每次實際注射量為公稱注射量的0.7倍，現(xiàn)取0.7G進行計算。同樣流道口和澆道口的總體積是未知量，取C=0.6V，故 取 2．制品精度 根據(jù)經(jīng)驗，在模具中每增加一個型腔，制品的尺寸精度要降低4%。該制品中能決定制品精度的一個典型尺寸Lz(mm),該尺寸公差為x,采用單型腔時，該制品能達到的尺寸公差為%，對無定型材料pp取=（0.05—0.07），則最大型腔數(shù)目為： （3-2） 由于該制品有兩個孔具有較高精度要求，對于高精度制品，通常取。 3．經(jīng)濟性考慮 設計劃生產(chǎn)的制品總量為N，模具的型腔數(shù)目為則模具的費用為,C為制造每一個模具所需的費用，為模具費用中與型腔數(shù)目無關的部分，注射機每小時的生產(chǎn)費用為Y元，注射周期為t(s),若忽略準備時間和試模時原料費用，則總的成型加工費用（元）為： （3-3） 若使用的成形加工費用X最小，即令，則解上式有： （3-4） 從以上討論可以看到，模具的型腔數(shù)目必須取、的最小值，其中僅供參考。但綜合考慮注射機的成本較高和塑件的經(jīng)濟性，取n=2。 根據(jù)計算結果和塑料注射機的技術規(guī)格，采用XS-Z-60 注射機，一模兩腔生產(chǎn)塑件，塑件的形腔排列如下圖： 圖3-3 塑件排列 3.3澆注系統(tǒng)方案設計 主流道設計 XS-Z-60型注射機噴嘴的有關尺寸： 噴嘴球面半徑：=12mm 噴嘴孔直徑：=4mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系： mm， 得出： =15mm =3° =3mm =7mm 澆口設計 澆口位置選擇應注意以下幾點： ① 應有利于充模流動、排氣和補料； ② 減小制品翹曲變形； ③ 澆口位置與分子取向關系； ④ 注塑成型時的噴射現(xiàn)象與澆口位置和尺寸的關系； ⑤ 減少熔接痕，增加熔接牢度； ⑥ 澆口位置應防止料流將型芯或鑲件技歪變形； 常用塑料可以選用的澆口形式如下表： 表3-2 常用塑料可以選用的澆口形式 塑件名 稱 測澆口 點澆口 潛伏澆口 扇形澆口 平縫澆口 環(huán)形澆口 輻射澆口 爪澆口 凸耳澆口 多級澆口 直接澆口 平縫隙澆口 多重澆口 聚乙烯 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 聚丙烯 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 聚苯乙烯 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ AS √ √ √ √ √ √ √ √ ABS √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 尼龍 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 聚甲醛 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 根據(jù)分析塑件，考慮脫模的方便，由于塑件對表面質量有一定的要求，所以，最終選用側澆口。 綜上所述，澆注系統(tǒng)設計最終如下 圖3-4注系統(tǒng)設計 3.4型芯型腔結構設計 在模具設計中型芯、型腔可采用整體式或組合式結構。 但是由于該塑件成塊狀，最大長度達38mm，且形狀較簡單，由于需要抽芯，需要上下兩個型芯，分別為圓柱形，單獨加工，加工和熱處理都較簡單。 由于需要推板，型腔采用組合式，底部依靠推板成型，冷卻管道設置在上模。 3.5脫模機構設計 （1）脫模機構的方案選擇 模具型腔在動模部分，開模后，塑件留在動模部分。 推出機構可采用推板推出或推桿推出。 推板推出結構可靠，頂出力均勻，不影響塑件的外觀質量，推板制造簡單； 推桿推出結構簡單，推出平穩(wěn)可靠，推出時會在塑件上留下頂出痕跡，影響塑件外觀質量。 所以選用推板推出機構，但是由于塑件側有孔，所以我們必須采用推板加斜導柱外側抽心機構。 （2）斜導柱的傾斜角的選擇 在斜導柱側向分型與抽芯機構中，斜導柱與開模方向的夾角稱為斜導柱的傾斜角，它是決定斜導柱抽芯機構中工作效果的重要參數(shù)，的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等起直接的重要影響。通過受力分析與理論計算可知，斜導柱的傾斜角取2233’比較理想，一般設計時取，最常用的是；綜合考慮取。 （3）脫模力的計算 脫模力 由兩部分組成： （3-5） 式中： ——脫模力； ——塑件包緊力； ——克服真空所增加的脫模力。 表3-3 脫模力的計算 脫 模 力 的 計 算 計算公式 已知參數(shù) 計算結果 = =0.1Ab E=1500MPa; f=0.5; t=6mm; h=6mm; =0.02; =0.43; = =30’ =+=19.3KN 公式字母代表含義如下： ——脫模力（KN） ； E——塑料彈性模量； ——收縮率（mm/mm）； t——塑件壁厚（mm）； h——包容凸模的長度（mm）； f——塑料與鋼的摩擦系數(shù)； ——塑料的柏松比；——脫模修正系數(shù)——拔模斜度；Ab——塑件最大投影面積。 （4）側向抽芯力計算 = （3-6） =0.1Ab （3-7） =+=0.46KN （5）斜導柱直徑計算 （3-8） 式中： ——斜導柱所受彎矩； ——斜導柱所受彎曲力； ——斜導柱彎曲力臂。 由材料力學的知識可知： （3-9） 式中：——斜導柱所用材料的許用彎曲應力； ——抗彎截面系數(shù)。 斜導柱的截面為圓形，其抗彎截面系數(shù)為： （3-10） 由上式可推導出斜導柱的直徑為： （3-11） 式中：——側型芯滑塊受到脫模力的作用線與斜導柱中心線交點到斜導柱固定板的距離。 由于計算比較復雜，為了方便，用查表的方法確定斜導柱的直徑，先已求得側向抽芯力==0.46KN和選定的斜導柱傾斜角在表中查出最大彎曲力，然后根據(jù)和以及斜導柱傾斜角的數(shù)值在表中查出斜導柱的直徑。查出得取15mm。 3.6模架選取 由于型芯的高度太高，其開模行程較大，如果選用標準模架，那么在標準模架中要使用很厚的墊塊，而且也要選很大的模架才能滿足要求，那樣既浪費材料又增加成本，所以只選用了部分標準模架的標準件，如動模固定板。 其它基本尺寸如下表3-4： 表3-4 模架的基本參數(shù) 項目 數(shù)據(jù)(mm) 定模板 17 定模固定板 17 動模板 45 墊板 23 定位圈 8 下型芯固定板 11 推板 28 導柱 22 墊塊 51 模具的總高 193 4注塑模具設計的有關尺寸計算 4.1成型零件尺寸計算 查有關手冊得PP的收縮率為S=1.0％～2.5％，故平均收縮率為：S=（2.5-1.0）％/2=0.75％=0.0075，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取=Δ／3。 ——型腔徑向尺寸（mm）； ——型腔深度尺寸（mm）； ——型芯徑向尺寸（mm）； ——型芯高度尺寸（mm）； ——模具制造偏差（mm）； ——平均收縮率（mm/mm）； ——模具磨損量 磨損嚴重時 =Δ/2 磨損輕微時 =Δ/5～Δ/8 不考慮磨損時，去掉各式中的 型腔成型尺寸計算見表4-1。 表4-1型腔成型尺寸計算 已知：平均收縮率=0.0075；模具的制造公差取=Δ／3；修正系數(shù)X=0.5 類別 模具零 件名稱 塑件 尺寸 計算公式 計算結果 型腔尺寸計算 型腔徑向 尺寸計算 38 L = [(1+S)L- X] 38.2 23 23.1 15 15.1 7 7.1 5.5 5.5 型腔深度 尺寸計算 16.5 16.6 型芯尺 寸計算 型芯徑向 尺寸計算 6 6.1 型芯高度 尺寸計算 6 4.2脫模機構尺寸計算 抽芯距的計算 S=L+(2～3)=12+3 =15mm （4-1） 斜導柱長度計算 圖4-1斜導柱的長度 斜導柱長度計算 （4-2） = 式中：——斜導柱總長度； ——斜導柱固定部分大端直徑，取18mm； ——斜導柱固定板厚度，取17mm； ——斜導柱工作部分的直徑，取15mm； ——側向抽芯距。 計算得=82mm 4.3楔緊塊的形式 閉模后，斜銷不能使滑塊完全復位，且斜銷也不能承受熔體施于滑塊的側向推力，為此須設置楔緊塊。圖4-3所示為幾種常用的楔緊塊形式，可根據(jù)滑塊的的形狀和受力大小選用。楔緊塊的楔角′應大于斜銷的斜角通常取′=+（）。 根據(jù)模具的設計選用圖（a）的形式，加工方便。楔緊塊′取。 圖4-2楔緊塊的形式 5注塑機有關參數(shù)的校核 5.1模具安裝部分的校核 1．噴嘴尺寸校核 注塑機噴嘴球面半徑R0=12mm < R=15mm,故合格。 注塑機噴嘴孔直徑：=4mm< =4.5mm,故合格。 2.鎖模力校核 鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大夾緊力，當高壓的塑料熔體充填模腔時，會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。為此，注射機的額定鎖模力必須大于該脹型力,由于螺桿式注射機：XS-ZY-60的鎖模力為500KN>72KN。 結論：所選注塑機的鎖模力滿足要求。 3.拉桿間距、安裝螺孔尺寸校核 模具重量較重用螺釘固定。模具的外形尺寸應小于注射機的拉桿間距，以保證模具能安裝到注射機工作臺面上。 該模具的外形尺寸為246mm×296mm，XS-ZY-60型注射機模板最大安裝尺寸為330mm×440mm，故能滿足模具安裝要求。 5.2模具開模行程校核 （1）模具閉合厚度：模具總厚度應在最大厚度與最小厚度之間： ≥≥ 模具閉合厚度：H閉=193mm。 所選壓力機的模具最大厚度H=200mm，模具最小厚度H=70mm。 ≥≥ 故滿足要求。 （2）對雙分型面注射模，所需開模行程為H： H = H1 + H2 +（5～10）mm （5-3） 式中：a——中間板與定模的分開距離（mm）。 =180mm>H =16.5+47+5=68.5mm 而側分型抽芯距不會過大增加開模式距離，注射機的開模行程足夠。經(jīng)驗證XS-Z-60型注射機能滿足使用要求，故可以采用。 6模溫調(diào)節(jié)與冷卻系統(tǒng)的設計與計算 6.1注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則 設計冷卻系統(tǒng)需要考慮模具的結構、塑件的尺寸和壁厚、鑲塊的位置、熔接痕的產(chǎn)生位置等。 （1）塑件厚度均勻，冷卻通道至型腔表面的距離相等，亦即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合，塑件壁厚處冷卻通道應靠近型腔，間距要小以加強冷卻。一般冷卻通道與型腔表面的距離大于10mm，為冷卻通道直徑的1～2倍。 （2）在模具結構允許的前提下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數(shù)量盡量多，以保證冷卻均勻。 （3）為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應設置冷卻通道，并注意水道穿過型芯、型腔與模板接縫處時的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時水管接頭部位設置在不影響操作的方向，通常在注射機的北面。 （4）澆口處應加強冷卻。由于澆口附近溫度最高，通?？墒估鋮s水先流經(jīng)澆口附近，再流向澆口遠端。 （5）降低入水與出水的溫度差，避免模具表面冷卻不均勻。 （6）冷卻通道要避免接近塑件熔接痕的生產(chǎn)位置，以免降低塑件的強度。（7）冷卻通道內(nèi)不應有存水和產(chǎn)生回流的部位，應避免過大的壓力降。冷卻通道直徑的選擇要易于加工清理，一般為6～12mm?？紤]到模具的結構，本次設計將冷卻水道開設在定模上，取8mm 6.2塑料模具的熱平衡計算 制品重量由UG分析得：9.17g=0.00917kg。 查塑料模技術手冊[16]表可知=350Kj/kg，塑件的成型周期為55s那么=3600/50=72。 分析可知=0.02，=n=1.44。 將數(shù)據(jù)代入計算得： =504 (6-1) 式中： ——塑料熔體每小時冷卻固化所放出的熱量（）； ——每千克塑料熔體凝固時放出熱含量=590）； ——每小時注射次數(shù)=72； ——每次注射的塑料用量=0.02； ——每小時注射的塑料量=1.44； 注射時間=5s ，冷卻時間=20s，開模取制件=15s ，得注塑周期時間為20s，由模具總裝圖可得：模具四側面積=（0.296×0.0.188+0.196×0.188）×2=0.185。 合模面積=0.196×0.296=0.058,再由設定的，和，得開模率為：0.35，故得散熱面積F=0.14+0.12×0.35=0.18。設模具平均溫度為=45℃，室溫為=20℃。 代入下列公式可得： 通過自然冷卻傳走的熱量： ( 6-2) 式中：——熱傳遞系數(shù) ——為模具平均溫度 ℃ ——為室溫℃ ——傳熱系數(shù) ——模具散熱表面積 由輻射散發(fā)的熱量： (6-3) 式中：——模具平均溫度 ℃ ——室溫℃ ——輻射率，一般加工表面取 0.8 由注塑機工作臺面?zhèn)髯叩臒崃浚? (6-4) 式中：——模具平均溫度 ℃ ——室溫℃ —— 傳熱系數(shù)，普通鋼 =140（℃） ——模具散熱表面積 冷卻水所帶走的熱量，按公式6-5計算： =10215 (6-5) 式中：冷卻水每小時從模具帶走的熱量，。 冷卻水用量的計算： (6-6) M——每一次注射所需的單位時間用水量(kg/s)(l/s)； ′——由冷卻系統(tǒng)傳去的熱功(W)； ——水的定壓比熱[J/(kg·k)] 20℃ =4183 ——水之入口溫度（℃）； ——水之出口溫度（℃）； 參數(shù)設置：′=1500=418W, =4178J/(kg·k), =25℃, =20℃ 計算結果：M=0.049(kg/s)(1/s) 用水量(流量)校核： 所計算出的用水量(流量)與表6-1校核。如大于允許值時，應加大孔徑。 表6-1 冷卻水管直徑與冷卻水速度的關系表 M=0.049(kg/s)(1/s)<5L/min，即：采用直徑為8mm的冷卻水道能滿足要求 7繪制模具總裝圖及零件圖 運用Auto CAD軟件，按照上述幾章設計的尺寸，繪制模具裝配總圖及各零件圖?？傃b配圖按照0#圖紙繪制，零件圖則按照3#等圖紙繪制。圖樣幅面應符合國家(GB4457.1-84)標準。 先繪制裝配草圖，經(jīng)指導老師認可，才進行正式圖的繪制。繪圖過程中嚴格按照國標制圖標準繪制。 l 7.1模具裝配圖的繪制 裝配圖應用足夠說明模具構造的投影圖及必要的剖面圖、剖視圖，一般主視圖和俯視圖對應繪制。還要注明必要尺寸，如模具高度、輪廓尺寸、開模行程以及裝配保證的有關尺寸和精度。畫出工件圖，填寫詳細的零件明細表和技術要求。裝配結構圖如圖7-1： 圖7-1 模具總裝圖 7.2模具零件圖的繪制 按設計的零件總圖，拆繪模具零件圖。零件圖也應有足夠的投影和必要的剖面、剖視圖，以便將零件結構表達清楚。另外，還要標注出零件的詳細尺寸、制造公差、形位公差、表面粗糙度、材料熱處理、技術要求等。計算成型零件主要尺寸及公差，標注在零件圖上。零件圖例如圖7-2： 圖7-2 動模板零件圖 7.3模具零件材料的選取 大部分零件材料選用的45#。模具零件材料選取如表7-1。 表7-1 模具零件材料 項目 材料 定模固定板 Q235A 定模板 45# 下型芯固定板 45# 墊板 45# 動模固定板 Q235A 推板 45# 導柱 20 上、下型芯 4Cr13 導套 20 滑塊 T8A 澆口套 T8A 斜導柱 45# 8結論 當接到任務以后進行選題。選題是畢業(yè)設計的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目，這對于整個畢業(yè)設計是否能夠順利進行關系極大。結合自己今后的工作方向和興趣所在，選取了塑料模具設計。在題目難度上，考慮到在專業(yè)知識掌握的情況，選取了支撐塊注塑模具設計。 （1）本文結合塑性成型的原理，對注塑件進行工藝分析和工藝結構分析，并通過適當?shù)挠嬎悖x擇出了合適的工藝成型參數(shù)，同時并進行注塑機的初步選擇。 （2）針對注塑件是尺寸小，屬于塊狀結構，設計時采用一模兩腔的注塑模結構，把分型面選擇在塑件水平投影最大的截面上，推件裝置采用推板，推出平穩(wěn)可靠，推出時不會在塑件上留下頂出痕跡，并采用斜導柱側向分型機構。 （3）同時，在設計的過程中，充分發(fā)揮了三維軟件UG的作用，首先用UG軟件計算注塑件的體積，然后通過計算的模具工藝參數(shù)，利用ug的Mold Wizard，進行模具裝配圖的設計。 注塑模具設計是一種經(jīng)驗性很強的生產(chǎn)方式。所以在設計的過程中難免出現(xiàn)很多不足之處，例如選擇脫模斜度，結構設計等對經(jīng)驗要求較高的參數(shù)設計方面，可能設計的不太恰當，我會繼續(xù)結合實際生產(chǎn)進行修正完善。 參考文獻 [1] 楊占堯．塑料成型工藝與模具設計[M]．北京：高等教育出版社，2001． [2] 王衛(wèi)衛(wèi)．材料成型設備[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005.1． [4] 朱輝，曹桄，唐保寧等．畫法幾何及工程制圖[M]．上?？茖W技術出版社，2002． [5] 吳宗澤、羅圣國．機械設計課程設計手冊[M]．北京：高等教育出版社，1999． [6] 劉鴻文．材料力學[M]．北京：高等教育出版社，2004． [7] 黃曉燕．模具CAD/CAM實用教程[M]．北京：清華大學出版社，2004． [8] 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編．塑料模設計與制造[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001． [9] 甘永立．幾何量公差與檢測[M]．上海：上?？茖W技術出版社．2004． [10] 李德群，唐志玉．中國模具設計大典[M]．南昌：江西科學技術出版社，2003． [11] 許發(fā)越．實用模具設計與制造手冊[M]．北京：機械工業(yè)版社，2001． [12] 張峰，楊林峰．電冰箱氣輔注塑模[J]．模具制造，2006(9)：44-46． [13] Edward S.Wilks．工業(yè)聚合物手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2006． [14] 張曉輝，李積山．用四桿機構推件的微齒輪注塑模[J]．模具制造，2007(6)：49-51． [15] 葉長青．斜銷和斜推桿六向內(nèi)外抽芯注塑模[J]．塑料科技，2007(9)：86-89． [16] 冉成新．塑料模具結構[M]．武漢：華中科技大學出版社，2009． [17] 王宏斌．模外卸活彎式電連接器注塑模[J]．機電元件，2006(2)：23-25． [18] 楊軍，張汝英．彩色顯像管鎖緊螺母注射模設計制造[J]．工程塑料應用，2007（3）：52-55． [19] 俞芙芳，謝云龍，劉瓊．打火機上蓋注塑模設計[J]．工程塑料應用，2006（11）：66-67． 致謝 到現(xiàn)在，經(jīng)過四個月的畢業(yè)設計終于可以畫上一個句號了。但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中，從中也學到了不少知識，尤其是注塑模具設計方面的。畢業(yè)設計不僅是對前面所學專業(yè)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 本文主要闡述了支撐塊注塑模具的設計，我對注塑模具產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時，受我主修專業(yè)的影響，我已經(jīng)習慣于關注模具這一行業(yè)，以及技術性帶來的一系列機遇與挑戰(zhàn)。 本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個人智慧的產(chǎn)品，沒有導師的指引和贈予，沒有父母和朋友的幫助和支持，我在大學的學術成長肯定會大打折扣。當我打完畢業(yè)論文的最后一個字符，涌上心頭的不是長途跋涉后抵達終點的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。我首先要感謝我的指導教師原國森老師，對我的構思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進行多次指導和悉心指點，使我在完成論文的同時也深受啟發(fā)和教育。 本次設計就這樣一步一步的完成了。在這次設計中，我也學到了許多注塑模具設計方面的知識，以及查找資料的能力。自己獨立完成一份設計后的心情是十分自豪的，因為自己從中學到了知識，同時也提高了自己的動手能力和團結協(xié)作意識，這對我們今后走上工作崗位是非常重要的。 再次由衷感謝原國森老師對我的指導和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報母校的培育之情，爭取使自己的人生對社會產(chǎn)生些許積極的價值。 31