儲(chǔ)物箱注射模設(shè)計(jì),儲(chǔ)物箱,注射,設(shè)計(jì)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
儲(chǔ)物箱注射模設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF INJECTION MOULD FOR STORAGE BOX
學(xué)生姓名:
學(xué) 號(hào):
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：
指導(dǎo)老師及職稱：
學(xué) 部：理工學(xué)部
提交日期：
全日制普通本科生
畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………1
1.1 塑料模具研究的意義……………………………………………………………2
1.2 國(guó)內(nèi)外研究及其發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………2
2 塑件成型工藝性分析……………………………………………………………………3
2.1 塑件分析…………………………………………………………………………3
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析……………………………………………………3
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………4
2.2.2 成型工藝分析……………………………………………………………4
2.3 熱塑性塑料的注射過(guò)程及工藝參數(shù)……………………………………………4
2.3.1 注射成型過(guò)程……………………………………………………………4
2.3.2 注射過(guò)程…………………………………………………………………4
2.3.4 塑件的后處理……………………………………………………………5
2.3.5 聚丙烯的注射工藝參數(shù)…………………………………………………5
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定………………………………………………………………6
3.1 分型面位置的確定………………………………………………………………6
3.2 型腔數(shù)量的確定…………………………………………………………………6
3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定……………………………………………………………6
3.3.1 澆口形式的確定………………………………………………………6
3.3.2 澆口數(shù)量的確定…………………………………………………………6
3.4 推出機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………………7
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………………7
3.6 選擇模架………………………………………………………………………7
4 模具設(shè)計(jì)及其理論計(jì)算…………………………………………………………………8
4.1 熱流道系統(tǒng)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)尺寸的確定…………………………………………8
4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定……………………………………………………8
4.1.2 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………9
4.2 注射機(jī)型號(hào)的確定……………………………………………………………12
4.3 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………14
4.3.1 冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………14
4.3.2 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算………………………………………………………14
4.3.3 凸凹模加熱計(jì)算………………………………………………………16
4.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………16
4.5 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17
4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求……………………………………………18
4.5.2 頂出方式………………………………………………………………18
4.5.3 脫模力的計(jì)算…………………………………………………………18
4.5.4 定模脫模力……………………………………………………………20
4.6 成型零件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………20
4.7 安裝尺寸的校核………………………………………………………………21
4.8 典型零件的制造工藝…………………………………………………………21
4.8.1 型腔的加工工藝………………………………………………………21
4.8.2 凸模的加工工藝………………………………………………………22
4.9 模具工作過(guò)程…………………………………………………………………22
5 結(jié)論……………………………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………23
致謝 ………………………………………………………………………………………23
附錄…………………………………………………………………………………………24
儲(chǔ)物箱注射模設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
摘 要：本文主要內(nèi)容是通過(guò)分析儲(chǔ)物箱的工藝特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了儲(chǔ)物箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的過(guò)程以及要點(diǎn)，設(shè)計(jì)包括了儲(chǔ)物箱的塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，分型面外置的選擇，模具型腔數(shù)目的確定和模架的選擇，以及模具分型面和推出結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)過(guò)程。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程表明該模具能夠達(dá)到此塑件所要求的成型工藝和質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)物箱；塑料模具；注射模；分型面
The Design of Injection Mould for Storage Box
Student:
Tutor:
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract：This paper is mainly introduced the progress and the main points of the locker structure design and the die design through the analysis of the technology of the storage box. It includes the design method of the plastic structure parts of the locker,the selection of the external parting surface , confirming the number of mold cavity and choosing formwork,and the design process of mold parting surface and push mechanism.The whole design process illustrates that the mold can fulfill the requirements of molding process and quality of the plastic parts.
Keywords：Storage;mould of plastics;injection mould;parting line
1 前言
1.1 塑料模具研究的意義
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，而注射模具是其中發(fā)展最快的的種類。因此，研究注射模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。受到政府和企業(yè)的高度重視，具有廣闊的前景。通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以使我掌握注射模的模具結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)CAD，PRO/E等一系列軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快適應(yīng)生產(chǎn)工作。培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測(cè)量與控制及其它相關(guān)工程實(shí)際問(wèn)題的能力，在獨(dú)立思考、獨(dú)立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機(jī)械、電子、交通、國(guó)防、建筑、農(nóng)業(yè)、等各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，對(duì)塑料模具的需求日益增加，塑料模在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)在注塑模CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)研究與應(yīng)用方面起步較晚。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國(guó)外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時(shí)，某些高等學(xué)校和科研院所也開(kāi)始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)工作，我國(guó)注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來(lái),我國(guó)對(duì)注塑模設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其CAD的開(kāi)發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學(xué)、華中理工大學(xué)、四川聯(lián)合大學(xué)等單位聯(lián)合進(jìn)行了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)”，并于1996年通過(guò)鑒定，部分成果己投入實(shí)際應(yīng)用，使我國(guó)的注塑模CAD/CAE/CAM研究和應(yīng)用水平有了較大提高.目前擁有自主版權(quán)的軟件有，華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HscZ0，鄭州工業(yè)大學(xué)研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項(xiàng)目的成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國(guó)注塑模CAD技術(shù)及應(yīng)用水平很快提高。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具采購(gòu)趨向也十分明顯。因此，放眼未來(lái)，模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國(guó)外注塑模CAD/CAE技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代許多研究者對(duì)一維流動(dòng)進(jìn)行了大量研究，由最初的CAD技術(shù)和CAM技術(shù)以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初開(kāi)展三維流動(dòng)與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓分子取向以及翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。80年代中期注塑模CAD/CAE進(jìn)入實(shí)用階段，出現(xiàn)了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統(tǒng)；2.美國(guó)PTC公司的Pro/Engineer 軟件；3.美國(guó)UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統(tǒng)等等.這些先進(jìn)軟件的熟練掌握極大地促進(jìn)了國(guó)外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，他們將朝著大型、精密、復(fù)雜與長(zhǎng)壽命模具的方向發(fā)展［1］。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件分析
塑件模型如圖1下所示。塑件名稱：聚丙烯PP.色調(diào)：半透明、白色生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量
圖1 儲(chǔ)物箱
Fig.1 Strorage box
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析：
該塑件為儲(chǔ)物箱，結(jié)構(gòu)應(yīng)近可能的簡(jiǎn)單，且強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足需要，在底部設(shè)有較多的加強(qiáng)肋板，在上邊緣設(shè)有一圈弧形加強(qiáng)肋以增加儲(chǔ)物箱的剛度和強(qiáng)度。該塑件長(zhǎng)端有兩處安裝提手的孔，當(dāng)儲(chǔ)物箱上蓋蓋上以后，安裝到孔中的提手又起著卡扣作用，該部位為受力較集中的部分，故此處的壁厚應(yīng)該適當(dāng)?shù)募雍?，已滿足其力學(xué)的性能的要求。
當(dāng)箱子中裝有東西多而重量較大搬運(yùn)困難時(shí)，特意在箱子底部設(shè)計(jì)了有安裝滾輪軸的卡槽，滾輪在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內(nèi)移動(dòng)［2］
2.2.2 成型工藝分析
注射模精度等級(jí)：采用一般精度4級(jí)。脫模斜度：該塑件壁厚約為3mm，其脫模斜度查表得到聚丙烯PP其型腔脫模斜度為：25°～45°，其型芯脫模斜度為：20°～45°。由于該塑件沒(méi)有狹小部分，且塑件整體造型已具備了一定的斜度，所以只有塑件底部肋板處放脫模斜度取1°。
2.3 熱塑性塑料的注射成型過(guò)程及其工藝參數(shù)
2.3.1 注射成型過(guò)程
注射成型工藝過(guò)程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射成型過(guò)程以及塑件的后處理三個(gè)階段［3］。
2.3.2 成型前準(zhǔn)備
分析檢驗(yàn)成型物料質(zhì)量：根據(jù)塑料工藝性能要求，檢驗(yàn)其各種性能指標(biāo)，如含水量等。對(duì)于該塑件材料PP參考文獻(xiàn)知道聚丙烯PP吸水率?0.03%，允許水含量0.05%~0.20%。由于該塑料不易吸水，故可以不進(jìn)行干燥處理。
2.3.3 注射過(guò)程
注射過(guò)程是塑料轉(zhuǎn)變成塑件的主要階段。它包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
1）加料：由注射機(jī)的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻、最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機(jī)計(jì)量裝置來(lái)控制。
2）塑化：塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到熔融流動(dòng)狀態(tài)，并且有良好的可塑性全過(guò)程。
3）注射：注射機(jī)用柱塞或螺桿推動(dòng)具有流動(dòng)性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經(jīng)過(guò)噴嘴、澆注系統(tǒng)，直接壓入模腔。
4）保壓：保壓時(shí)自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開(kāi)始后移的這段過(guò)程，即壓實(shí)工序。
5）冷卻定型：當(dāng)澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固。繼續(xù)保壓不在需要，此時(shí)可退回柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質(zhì)，對(duì)模具進(jìn)一步冷卻，這一階段稱冷卻定型、實(shí)際上冷卻定型過(guò)程從塑料注入型腔就開(kāi)始，它包括從注射完成、保壓到脫模前這段時(shí)間［4］。
6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開(kāi)模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑件推出模外。
2.3.4 塑件的后處理
塑件進(jìn)行注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，借以改善和提高塑件性能，塑件的后處理主要是退火和調(diào)濕處理。通過(guò)查找文獻(xiàn)知道該塑料不需要任何后處理。
2.3.5 聚丙烯PP的注射工藝參數(shù)
1﹚料筒溫度：30℃~220℃
2﹚熔料溫度：220℃~250℃
3﹚料筒恒溫：220℃
4﹚模具溫度：80℃~90℃
5﹚注射壓力：PP具有很好的流動(dòng)性，避免采用過(guò)高的折射壓力，一般在80MPa~140MPa之間，一些薄壁包裝容器可達(dá)180MPa.
6﹚保壓壓力：避免制品產(chǎn)生壁縮，需要較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)制品進(jìn)行保壓：約為
注射壓力的30%~60%。
7﹚背壓：2MPa~5MPa
8﹚注射速度：對(duì)薄壁包裝容器需要高的注射速度；中等注射速度往往比較適合于其他類的塑料制品。
9﹚螺桿轉(zhuǎn)速：高速螺桿轉(zhuǎn)速﹙線速度約為1.3m/s﹚是允許的，只需要滿足冷卻時(shí)間結(jié)束前完成塑化過(guò)程就可以。
10﹚計(jì)量行程：0.5D~4D;4D的計(jì)量行程為熔料提供足夠長(zhǎng)的駐留時(shí)間是很重要的。
11﹚殘料量：2mm~8mm,取決于計(jì)量行程和螺桿轉(zhuǎn)速。
12﹚預(yù)烘干：不需要；如果儲(chǔ)藏不好，在80℃的溫度下烘干1h就可以。
13﹚回收率：可達(dá)100%回收。
14﹚收縮率：1.2%~2.5%；收縮程度高；24h后不會(huì)收縮。
15﹚澆口系統(tǒng)：點(diǎn)式澆口或多點(diǎn)澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置在制品最厚點(diǎn)，否則易發(fā)生大的收縮。
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
3.1 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)分型面得形狀和位置，否則無(wú)法完成模具成型。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結(jié)構(gòu)。該塑件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮到了模具的分型面，同時(shí)從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件為典型的箱體。將分型面設(shè)計(jì)在塑件上邊緣外援處，在提手處，將分型面沿提手最大外援處設(shè)置分型面，以方便出模。
3.2 型腔數(shù)量的確定
當(dāng)塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。一般來(lái)說(shuō)，大型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，此塑件屬于大型塑件，故采用一模一腔結(jié)構(gòu)形式［5］。
3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定
3.3.1 澆口形式和位置的確定
該塑件屬于大型腔盒形件，分型面只能采用一個(gè)，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)不能采用側(cè)澆口、潛伏式澆口或護(hù)耳式澆口，因?yàn)闈部谕耆靡贿叢焕M(jìn)料。只能采用直接澆口或點(diǎn)澆口，澆口位置在塑件底部。
3.3.1 澆口數(shù)量的確定
在確定塑件的澆口時(shí)，還應(yīng)考慮塑料熔體所允許的最大流動(dòng)距離比，當(dāng)采用直接澆口時(shí)，如圖1可估算出流動(dòng)比K=L/t=230，這在PP塑料的流動(dòng)比范圍之內(nèi)，基本符合要求。但采用直接澆口塑件上印痕較大，不利于塑件的美觀和澆口處的力學(xué)性能，流程比也接近于上限值，不利于塑料熔體對(duì)型腔的填充。若采用普通流通道點(diǎn)澆口兩點(diǎn)進(jìn)料的話，在定模部分必須要有一個(gè)分型面一邊取出澆注系統(tǒng)的凝料，這樣模具結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜而又浪費(fèi)材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點(diǎn)澆口，上述問(wèn)題不復(fù)存在，是一個(gè)較好的解決方案。
在該模具中使用主流道杯，熱流道板，澆口噴嘴都采用加熱式的結(jié)構(gòu)，熱流道如圖2下所示。
1—澆口；2—噴嘴分流道；3—熱流道分流板 4—主流道
圖2 熱流道布置示意圖
Fig2 Harting decorates schemes
3.4 推出機(jī)構(gòu)的確定
該塑件屬于大型腔薄壁型半透明塑件，對(duì)表面質(zhì)量要求很高，在塑件表面不允許有推桿痕跡，同時(shí)塑件的推模力也比較大，因此經(jīng)過(guò)反復(fù)的考慮，決定采用氣動(dòng)推出，所以標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)在動(dòng)模的推出機(jī)構(gòu)就可以省略。這樣降低了模具的高度，也節(jié)約了成本。
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定
提手處的兩個(gè)小孔應(yīng)用側(cè)抽芯來(lái)成型，但塑件全部位于定模型腔內(nèi)，若采用機(jī)動(dòng)抽芯，在動(dòng)模部分還要設(shè)置一個(gè)分型面，對(duì)于大型模具來(lái)說(shuō)，盡量不要設(shè)置多個(gè)分型面，因?yàn)橐苿?dòng)的零件多了，對(duì)模具的強(qiáng)度、剛度和精度都不利，因此提手小孔可采用液壓或氣動(dòng)來(lái)完成抽芯。對(duì)于成型滾輪軸卡扣槽部分，在定模采用四個(gè)鑲件滑塊來(lái)成型，為了使該模具能夠長(zhǎng)壽命工作，若采用強(qiáng)制脫模以避免側(cè)向抽芯，模具的可靠性不高，同樣采用液壓或氣動(dòng)抽芯，模具結(jié)構(gòu)不太負(fù)責(zé)，而可靠性提高了［6］。
3.6 選擇模架
為了將該設(shè)計(jì)和工廠模具設(shè)計(jì)相結(jié)合，在此使用Pro/E軟件對(duì)該塑件進(jìn)行分型面設(shè)計(jì)。
大體步驟如下，先在Pro/E里對(duì)塑件進(jìn)行建模，然后進(jìn)入Pro/E的模具設(shè)計(jì)模塊，將塑件模型調(diào)入，然后使用公式1=Scp，Scp值為0.02設(shè)置該塑件的收縮率，然后增加體積塊，體積塊的尺寸按照模架的動(dòng)模板和定模板尺寸來(lái)定義，再設(shè)計(jì)分型面，并通過(guò)分型面將模具動(dòng)模和定模板分開(kāi)。以達(dá)到分模的目的。由于該塑件外形較大，故不再在定模中設(shè)置模仁，模架中的A板直接加工出型腔來(lái)，而動(dòng)模的主型芯應(yīng)單獨(dú)加工出來(lái)，然后鑲?cè)雱?dòng)模固定板中，這樣能夠節(jié)省材料和加工工時(shí)。參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)初步選用直接澆口型模架，型號(hào)A80100－420×160GB/T12555－2006。因?yàn)樵撃＞卟捎脷怏w推出，所以動(dòng)模部分的推出機(jī)構(gòu)及其零件都不需要，所以在原來(lái)模架的基礎(chǔ)上省去了部分零件，但又采用熱流道，又必須加一塊安放熱流道板的型腔墊板，所以形成了定模三板塊（定模座板，型腔墊板和凹模型腔板），動(dòng)模二塊板（動(dòng)模座板和凸模固定板）組成，簡(jiǎn)化的模架［7］。
4 模具設(shè)計(jì)及其理論計(jì)算
在對(duì)模具的分型面、型腔數(shù)量、澆注系統(tǒng)的形式和模具結(jié)構(gòu)初步確定以后，就應(yīng)對(duì)模具的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算。并最終確定各個(gè)工作零件的尺寸。
4.1 熱流道系統(tǒng)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)尺寸的確定
在本設(shè)計(jì)的熱流道系統(tǒng)中，流道比較簡(jiǎn)單，如圖2所示，且為平衡式布置，所以不需要進(jìn)行復(fù)雜的流變學(xué)計(jì)算。而熱流道噴嘴是標(biāo)準(zhǔn)件，所以先按塑料熔體通過(guò)澆口允許的剪切速率來(lái)初步確定澆口直徑，然后在計(jì)算相應(yīng)的其他流道尺寸。最后根據(jù)熱流道尺寸確定其他結(jié)構(gòu)尺寸。
4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定
1﹚所需注射量的計(jì)算。對(duì)于該設(shè)計(jì)，提供了塑料圖樣，據(jù)此在Pro/E中建立模型并對(duì)此分析，可知塑件體積為V1≈2.7×103㎝3
2﹚噴嘴澆口尺寸的確定。注射時(shí)間根據(jù)類似產(chǎn)品取10s，
則主流道體積流率Qs=V/t=2.7×1000÷10=270cm3/s （1）
分流道的體積流率Qr=Qs/2=270/2=135cm3/s （2）
根據(jù)表查數(shù)據(jù)，PP最大允許的剪切速率γ=105s-1 ,而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪切速率求出澆口直徑。
Dg==0.24㎝ （3）
而熱流道噴嘴澆口直徑2.7mm、3.9mm、4.5mm等標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而本設(shè)計(jì)澆口采用開(kāi)放式直接澆口帶有一段凝料，有利于布置水道對(duì)澆口進(jìn)行冷卻，儲(chǔ)物箱底部的肋板高為20mm,凝料長(zhǎng)定位30mm比較合適。由于凝料有一個(gè)脫模斜度，通過(guò)計(jì)算，澆口直徑取4.5mm,脫模斜度取3°，流道最小直徑為
Dg=4.5－2×30tan1.5°=2.93mm （4）
再校核最小截面處的剪切速率
γG=32Qg/πDg3=54695/s<105s-1 （5）
剪切速率符合要求。
3﹚噴嘴流道直徑的確定。對(duì)低粘度PP，流道剪切速率取γ=1000s-1 進(jìn)行初步估算，因此噴嘴流道直徑為：Dr==1.112㎝ （6）
取標(biāo)準(zhǔn)直徑Dr=1cm,則分流道剪切速率為
γR=32Qr/πDr3=1375.8s-1 （7）
在5×100~5×1000s-1 ，比初取值大37..58%，如果分流道直徑取12mm，剪切速率就顯得有些小，所以分流道剪切速率合理。考慮到噴嘴安裝方面等因素，參考文獻(xiàn)中圖，可以采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴BP25型.
4﹚流道板分流道直徑的確定。根據(jù)熱流道噴嘴與流道板的安裝結(jié)構(gòu)、熱流道板分流道直徑比噴嘴道直徑大0.5mm~1mm，取分流道直徑為11mm。與上面計(jì)算值11.12mm相差不大，剪切速率在預(yù)定的范圍內(nèi)，可行。
5﹚主流道直徑尺寸的確定。本設(shè)計(jì)的分流道僅有兩條，且分流道的剪切速率不太大，所以主流道直徑也取11mm，與分流道直徑一樣大，主流道剪切速率為
γs=32Qs/πDs3=2067.3s-1 （8）
在5×100~5×1000S ，主流道剪切速率合理［8］。
4.1.2 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
熱流道板應(yīng)該具有良好的加熱和絕熱設(shè)施，保證加熱器安裝方便和溫度控制有效。熱流道板根據(jù)澆口數(shù)量和位置的不同，可分別采用Ⅰ字、H字等各種外形。該塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單確定采用兩點(diǎn)進(jìn)料，故采用Ⅰ字型熱流道板。
分流道通常用圓形截面直徑一般在1mm~5mm.流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)圓滑過(guò)渡，防止塑料熔體滯留。分流道端孔用細(xì)牙螺栓堵頭封住并用銅質(zhì)或聚四氟乙烯封墊圈防漏。熱流道板應(yīng)該選用比熱容小和熱傳導(dǎo)率高的材料，通常采用中碳鋼和高強(qiáng)度的銅合金制造，本設(shè)計(jì)熱流道板采用H13中碳鋼。
1﹚熱流道板幾何尺寸的確定。根據(jù)上述的計(jì)算，主流道、分流道直徑取11mm,兩澆口之間的距離取260mm,流道采用外加熱的方式，在流道板銑削嵌入電加熱器的槽，考慮到流道板的固定和其他零件的連接等因素。
2﹚流道板加熱功率的計(jì)算。流道板加熱功率，是在一定時(shí)間內(nèi)流道板從室溫加熱升溫到塑料熔體注射溫度所需要的功率。當(dāng)流道板達(dá)到給定的溫度時(shí)，由溫度調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制，補(bǔ)償熱損失功率，維持熱流道溫度恒定。
流道板升溫加熱功率，在熱流道系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成，獲知了流道板的體積后，按質(zhì)量m的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。以每1kg鋼升溫需100W電熱功率計(jì)算。小模具可增大些比值，升溫時(shí)間可少于20min，而大型模具要減小比值。片面追求快速升溫，不利于電熱加熱和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。加熱流道板所需要的功率有三部分組成。其一是達(dá)到設(shè)置注射溫度所需電功率；其二是補(bǔ)充流道板的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱損耗功率；其三是考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響和加熱器的熱效率。工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算流道板的加熱器功率公式如下：
P=mc/60tη0 （9）
式中P——流道板加熱器的電功率（kw）
m——流道板的質(zhì)量（kg）
流道板質(zhì)量，通過(guò)在Pro/E建模后，進(jìn)行質(zhì)量分析，密度為7.85kg/dm3，其質(zhì)量為m=9.27kg。
C——流道板材料的比熱容[kJ/(kg?℃)]，對(duì)于鋼材，C=0.48kJ/(kg?℃);
T——流道板的加熱時(shí)間（min），通常為20min~30min，時(shí)間長(zhǎng)短取決于流道板尺寸大小和注射工藝的溫度；這里取20min；
ΔT——流道板注射工作溫度與室溫之差（℃）。
查表知道PP噴嘴溫度為220℃~290℃，模具溫度為20℃~60℃，在此噴嘴溫度220℃，模具溫度取50℃。
ΔT=220－50=170℃
目前我國(guó)注射機(jī)基本都是普通注射機(jī)，不是高速注射機(jī)，熔融塑料在熱流道中停留時(shí)間比較久，所以宜取較低噴嘴溫度和較高的模溫。
ηo——加熱流道板的效率系數(shù)，流道板的絕熱條件良好ηo=0.47~0.56；這里取0.5。故
P=mc/60tηo=1.26kw
三個(gè)墊圈的熱傳導(dǎo)面積，如圖5所示
Ap==0.001㎡ （10）
墊圈的傳導(dǎo)耗熱。用HI3中碳鋼，查表得λ=0.28﹙W/m·℃﹚,則有
Qp==28×0.001×（220-50）/0.010=476W （11）
式中Qp——熱流道板的傳導(dǎo)熱損失﹙W﹚
λ ——絕熱零件材料的熱導(dǎo)率﹙W/ m·℃﹚
T1——熱流道板的注射工作溫度﹙℃﹚
T2——注射模具結(jié)構(gòu)的溫度 ﹙℃﹚
若用鈦合金制造墊圈，查表知λ=7W/ m·℃,有
Qp==119W
圖3 隔熱墊圈
Fig.3 Insulation gasket
3﹚流道板的熱對(duì)流和熱輻射的功率損失。流道板溫度T1=273+220=493K;模具溫度T2=273+50=323K,得ΔT=T1－T2=170K.經(jīng)發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板的輻射系數(shù)Co=2.62W/﹙㎡·K﹚;而光亮鋁箱覆蓋時(shí)，Co=0.18 W/﹙㎡·K﹚。已知道板輻射表面積Ar=0.126㎡.由兩種狀態(tài)計(jì)算功率損失。
無(wú)絕熱設(shè)計(jì)的流道板，先計(jì)算熱輻射系數(shù)
αs1 =C0=7.5W/(㎡/K) （12）
在考慮流道板周邊間隙中空氣對(duì)劉熱損失，查表可知取空氣自然對(duì)流系數(shù)α=
10 W/﹙㎡·K﹚.龜茲流道板的對(duì)流和輻射熱損失
αks1==374.85W （13）
絕熱設(shè)計(jì)的流道板，計(jì)算安裝反射薄片時(shí)的輻射系數(shù)
αs2= C0=0.51W/(㎡/K) （14）
大面積上安裝反射箔片Ar1=﹙0.05+0.06﹚×0.38×2㎡,小面積上無(wú)反射面Ar2=0.05×0.06×2㎡=0.006㎡,由此得對(duì)流和輻射熱損失
αks1==167.2W （15）
根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)匯總成下表1
表1 流道板數(shù)據(jù)
Tablel runner plate date
類型
無(wú)絕熱設(shè)計(jì)的流道板
絕熱設(shè)計(jì)的流道板
流道板升溫加熱功率
1260
1260
熱傳導(dǎo)損失功率
476鋼墊圈
119鈦合金墊圈
對(duì)流和輻射熱損失
374.85表面灰暗
167.2大面積使用反射
其他因素的電損10%
211
154.6
總計(jì)
2321.9
1700.6
4﹚討論。查表知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，而本設(shè)計(jì)流道板及電熱器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而采用反射片，所以電熱的總功率為：
P=﹙1260+119+374.85﹚×110％=1929.235W （16）
選兩根1000W的矩形電熱管嵌入熱流道板的槽中即可［9］。
4.2 注射機(jī)型號(hào)的確定
表2 注射機(jī)參數(shù)
Table2 Injection machine parameters
項(xiàng)目
單位
尺寸
實(shí)際注射容積
4450
螺桿直徑
mm
110
塑化能力
g/s
116
注射壓力
MPa
181/197
噴嘴半徑
mm
R20
鎖模力
KN
10000
拉桿有效間距
mm
1120×1120
定位圈尺寸
mm
300
最大（?。┠＞吆穸?
mm
1100（600）
4.2.1 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核n≤（Mt/3600－m2)/m1
式中K——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，PP取0.75
M——注射機(jī)的塑化能力為116g/s
t———成型周期，因塑件采用熱流道系統(tǒng)，查表知取60s
m1——單個(gè)塑件的質(zhì)量，取2.43×103g
m2——澆注系統(tǒng)所需的塑料質(zhì)量，由于該塑件采用熱流道系統(tǒng)成型，故無(wú)澆注系統(tǒng)凝料。
上式右邊=0.75×116×62/2.43×103 ﹥1符合要求。
4.2.2 鎖模力校核。塑件采用熱流道系統(tǒng)，投影總面積A
A=L1×L2=602×425=2.5585×105 ㎜2 （17）
由于該塑件屬于薄壁均勻的容器塑件，采用PP注塑，流動(dòng)性好，故取P1=25MPa,所需鎖模力為Fm=Ap1=2.5585×105 × 25=6395.25KN （18）
鎖模力校核為F≥KFm=KAP1=1.2×6369.25=7675.5KN
式中K為鎖模力安全系數(shù)。
4.2.3 安裝尺寸的校核。
1)定位圈尺寸。注射機(jī)定位尺寸為φ㎜，定位圈尺寸取φ㎜，兩者之間呈較松間隙配合，合要求。
2)主流道入口的凹球面半徑ＳＲ應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴球半徑ＳＲ０．通常為：
?。樱遥剑樱遥?(1-2)=20+2=22㎜ （19）
3) 最大與最小模具厚度。模具厚度Ｈ應(yīng)滿足Ｈmin
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