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漁具旋臂的塑料模具畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第1章 緒 論
1.1蓬勃發(fā)展的中國(guó)模具工業(yè)
由于近年市場(chǎng)需求的強(qiáng)大拉動(dòng)，中國(guó)模具工業(yè)高速發(fā)展，市場(chǎng)廣闊，產(chǎn)銷兩旺。2003年我國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)到450億元人民幣以上，約折合50多億美元，按模具總量排名，中國(guó)緊隨日本、美國(guó)其后，位居世界第三。1996年至2002年間，中國(guó)模具制造業(yè)的產(chǎn)值年平均增長(zhǎng)14%左右，2003年增長(zhǎng)25%左右，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達(dá)地區(qū)的增長(zhǎng)在25%以上。
近兩年，我國(guó)的模具技術(shù)有了很大的提高，生產(chǎn)的模具有些已接近或達(dá)到國(guó)際水平。大型、精密、復(fù)雜、高效和長(zhǎng)壽命模具又上了新臺(tái)階。大型復(fù)雜沖模以汽車覆蓋件具為代表，我國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級(jí)進(jìn)模、覆蓋面大增，已從電機(jī)、電鐵芯片模具，擴(kuò)大到接插件、電子零件、汽車零件、空調(diào)器散熱片等家電零件模具上。塑料模已能生產(chǎn)34"、48"大展幕彩電塑殼模具，大容量洗衣機(jī)全套塑料模具及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具。塑料模熱流道技術(shù)更臻成熟，氣體鋪助注射技術(shù)已開(kāi)始采用。壓鑄模方面已能生產(chǎn)自動(dòng)扶梯整體梯級(jí)壓鑄 模及汽車后轎齒輪箱壓鑄模等。模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高；模具交貨期較前縮短。模CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開(kāi)發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。電加工、數(shù)控加工在模具制造技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具加工機(jī)床品種增多，水平明顯提高?？焖俳?jīng)濟(jì)制模技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，尤其這一領(lǐng)域的高新技術(shù)快速原型制造技術(shù)(RPM)進(jìn)展很快，國(guó)內(nèi)有多家已自行開(kāi)發(fā)出達(dá)到國(guó)際水平的相關(guān)設(shè)備。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用更加廣泛，品種有所擴(kuò)展。模具材料方面，由于對(duì)模具壽命的重視，優(yōu)質(zhì)模具鋼的應(yīng)用有較大進(jìn)展。
成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)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(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)，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(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開(kāi)始推廣，有的廠采用率達(dá)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(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)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(dá)不到10%，與國(guó)外的50～80%相比，差距較大。
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)。
1.2 我國(guó)塑料模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向
1、在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來(lái)模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)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(shè)計(jì)與成型過(guò)程的3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
2、推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)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(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)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，而且其常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開(kāi)發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)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)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
3、開(kāi)發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
4、提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)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。
5、研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
6、提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國(guó)外差距甚大，在一定程度上制約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。
7、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
1.3注射成形基本過(guò)程
注射成形是現(xiàn)在成形熱塑性塑件的主要方法，因此應(yīng)用范圍很廣。所使用的成形機(jī)稱為注射機(jī)。
注射成形是把塑料原料（一般為經(jīng)過(guò)造粒、染色、加入添加劑等處理后的顆粒料）放入料筒中，經(jīng)過(guò)加熱融化，使之成為高粘度的流體——稱為“溶體”，容柱塞或螺桿作為加壓工具，使溶體通過(guò)噴嘴以較高的壓力（約為25~80Mpa）注入模具的型腔中，經(jīng)過(guò)冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
注射成形的全過(guò)程可以分為：
（1） 塑化過(guò)程 現(xiàn)代的注射機(jī)基本上是采用螺桿式的塑化設(shè)備。塑料原料（稱為“物料”）自送料斗以定容方式送入料筒。通過(guò)料筒外的電加熱和料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)的摩擦熱使物料熔化，達(dá)到一定的溫度后即開(kāi)始注射。注射動(dòng)作是由螺桿的推進(jìn)完成的。
(2) 充模過(guò)程 熔體自注射機(jī)的噴嘴噴出后，進(jìn)入模具的形腔，把形腔內(nèi)的空氣排除，并充滿形腔，然后升壓到一定的壓力，使熔體的密度增加，充實(shí)形腔的各部位。
(3) 冷卻凝固過(guò)程 熱塑性塑料的注射成形過(guò)程是熱交換的過(guò)程。即： 塑化 注射充模 固化成形
加熱 （理論上絕熱） 散熱
l 熱交換效果的優(yōu)劣，覺(jué)得塑件的質(zhì)量——外表面質(zhì)量和內(nèi)在的質(zhì)量。因此，模具設(shè)計(jì)對(duì)熱交換也要做充分的考慮?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法中也采用了計(jì)算機(jī)。
(4) 脫模過(guò)程 塑件在型腔內(nèi)固化后，必須用機(jī)械的方式把它從形腔中取出。這個(gè)動(dòng)作要由“脫模機(jī)構(gòu)”來(lái)完成。不合理的脫模機(jī)構(gòu)對(duì)塑件的質(zhì)量有很大的影響；但塑件的幾何形狀是千變?nèi)f化的，所以必然采用最有效的和最適當(dāng)?shù)拿撃７绞健?
由（1）到（4）形成了一個(gè)循環(huán)。每一次循環(huán)，就完成一次成形——一個(gè)乃至數(shù)十個(gè)塑件。
1.4注射模的基本結(jié)構(gòu)
注射模的基本結(jié)構(gòu)依使用的目的而不同，大致上可以作如下的分類：
單腔二板式結(jié)構(gòu)
二板式結(jié)構(gòu)
多腔二板式結(jié)構(gòu)
普通模具 單腔三板式結(jié)構(gòu)
三板式結(jié)構(gòu)
多腔三板式結(jié)構(gòu)
滑動(dòng)型心式結(jié)構(gòu)
瓣合式結(jié)構(gòu)
特殊模具 脫螺紋結(jié)構(gòu)
多層結(jié)構(gòu)
旋臂蓋的選料及其性能
選用熱塑性塑料ABS作為旋臂蓋的材料。
熱塑性塑料是在特定的溫度的范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料。ABS是acrylonitritle-butadiene-styrene copolymer 的縮寫，中文名是丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物。ABS可以根據(jù)要求通過(guò)改變單體的含量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)丙烯腈增加時(shí)，塑料的耐熱、耐蝕性和表面硬度可改善；丁二烯可提高彈性和韌性；苯乙烯可改善電性能和成形能力。近年來(lái)ABS塑料在汽車上的應(yīng)用發(fā)展很快,如作檔泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管，以及小轎車車身等。阻燃級(jí)的ABS樹(shù)脂則用于電子計(jì)算機(jī)的殼體，控制臺(tái)、電信、光盤音響設(shè)備、彩電的機(jī)殼等。
成型性能：
l 無(wú)定性料，流動(dòng)性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。
l 宜取高料溫、高模溫，但料溫過(guò)高易分解（分解溫度為≥250℃）。對(duì)精度較高的塑件，模溫宜取50~60℃，對(duì)光澤、耐熱塑件，模溫宜取60~80℃。
綜合性能較好，沖擊強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性、電性能良好。與372有機(jī)玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻。
ABS的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2-1。
表 2-1
密度
1.02~1.16
比容
0.86~0.98
吸水率%
0.2~0.4
收縮率%
0.4~0.7
熔點(diǎn)℃
130~160
彎曲強(qiáng)度MPa
90
抗拉屈服強(qiáng)度Mpa
50
拉伸彈性模量MPa
體積電阻率
硬度HB
9.7
熱變形溫度℃
0.45MPa
130~160
沖擊強(qiáng)度
無(wú)缺口
261
1.82MPa
90~108
缺口
11
2.2旋臂蓋注射成型工藝過(guò)程
旋臂蓋注射成形工藝過(guò)程如下：
注射裝置準(zhǔn)備裝料
預(yù)烘干 裝入料斗 預(yù)塑化 注射裝置準(zhǔn)備注射
清理嵌件、預(yù)熱
清理模具、涂脫模劑 放入嵌件 合模 注射 保壓
脫模 冷卻
塑件送下工序
注射成形工藝參數(shù)見(jiàn)表2-2。
表 2-2
注射機(jī)類型
預(yù)熱和干燥
料筒溫度（℃）
噴嘴溫度（℃）
溫度（℃）
時(shí)間（h）
后段
中段
前段
螺桿式
80～95
4～5
150～170
165～180
180～200
170～180
模具溫度（℃）
注射壓力（Mpa）
成形時(shí)間（s）
50～80
60～100
高壓時(shí)間
保壓時(shí)間
冷卻時(shí)間
成形時(shí)間
0～5
15～30
15～30
40～70
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
后 處 理
方 法
溫度（℃）
時(shí)間（h）
30～60
紅外線燈、烘箱
70
2～4
旋臂蓋塑料模具設(shè)計(jì)
一、 塑件的工藝性分析
零件圖
1、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
1）塑件的結(jié)構(gòu)分析
該零件的總體形狀為圓形，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
2）塑件尺寸精度的分析
該零件尺寸精度為7級(jí)，均無(wú)公差要求。
由以上的分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度屬中等偏上，對(duì)應(yīng)模具相關(guān)零件尺寸的加工可保證。從塑件的壁厚上來(lái)看，最小處壁厚為0.9mm，最大處為1.7mm，壁厚差為0.8mm。
3）表面質(zhì)量的分析
該零件的表面要求無(wú)凹坑等缺陷外，表面無(wú)其它特別的要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注射時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
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＝190.35mm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：公式為W＝Vρ
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得ABS密度為ρ＝102kg/dm3，故塑件的重量為：
W＝Vρ
＝190.35×1.02×10-3
＝2.24g
根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機(jī)為：SZ－60/40型注塑成型機(jī).
二、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、型腔數(shù)的確定
型腔數(shù)的確定有多種方法，本題采用注射機(jī)的注射量來(lái)確定它的數(shù)目。其公式如下：
n2=(G-C)/V
式中：G——注射機(jī)的公稱注射量/cm3
V——單個(gè)制品的體積/cm3
C——澆道和澆口的總體積/cm3
生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量G的（0.75－0.45）倍，現(xiàn)取0.6G進(jìn)行計(jì)算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.2－1）倍，現(xiàn)取C＝0.6V進(jìn)行計(jì)算。
n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375×60)/190.35=8.46
由以上的計(jì)算可知，可采用一模八腔的模具結(jié)構(gòu)。
2、確定型腔的排列方式
本塑件在注射時(shí)采用一模八件，即模具需要八個(gè)型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，擬采用下圖所示的型腔排列方式。
3、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1）主流道的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得SZ－60/40型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3.5mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝15mm
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＝d+(0.5－1)mm=φ3.5+1＝φ4.5mm
主流道的半錐角α通常為1°－2°過(guò)大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過(guò)小的錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過(guò)大，此處的錐角選用2°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝φ6mm,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＝5mm的圓弧過(guò)渡。主流道的長(zhǎng)度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L＝46mm。
2）冷料穴與拉料桿的設(shè)計(jì)
對(duì)于依靠推件板脫模的模具常用球頭拉料桿，當(dāng)前鋒冷料進(jìn)入冷料穴后緊包在拉料桿的球頭上，開(kāi)模時(shí)，便可將凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動(dòng)模
一側(cè)的型芯固定板上，并不隨脫模機(jī)構(gòu)移動(dòng)，所以當(dāng)推件板從型芯上脫出制品時(shí)也將主流道凝料從球頭拉料桿上硬刮下來(lái)。
3）分流道的設(shè)計(jì)
分流道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時(shí)還要考慮減小流道的容積。圓形和正方形流道的效率最高，當(dāng)分型面為平面時(shí)一般采用圓形的截面流道，但考慮到加工的方便性，可采用半圓形的流道。
一般分流道直徑在3－10mm范圍內(nèi)，分流道的截面尺寸可根據(jù)制品所用的塑料品種、重量和壁厚，以及分流道的長(zhǎng)度由《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》第2卷中圖9.2－12所示的經(jīng)驗(yàn)曲線來(lái)選定，經(jīng)查取D’
=5mm較為合適，分流道長(zhǎng)度取L＝100mm從圖9.2－14中查得修正系數(shù)fL=1.02，則分流道直徑經(jīng)修正后為D＝D’fL=5×1.02=5.1，取D＝5mm
4）澆口的設(shè)計(jì)
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。
側(cè)澆口一般開(kāi)設(shè)在模具的分型面上，從制品的邊緣進(jìn)料，故也稱之為邊緣澆口。側(cè)澆口的截面形狀為矩形，其優(yōu)點(diǎn)是截面形狀簡(jiǎn)單，易于加工，便于試模后修正?！ ≡趥?cè)澆口的三個(gè)尺寸中，以澆口的深度h最為重要。它控制著澆口內(nèi)熔體的凝固時(shí)間和型腔內(nèi)熔體的補(bǔ)縮程度。澆口寬度W的大小對(duì)熔體的體積流量的直接的影響，澆口長(zhǎng)度L在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的條件下以短為好，一般選L＝0.5－0.75mm。
確定澆口深度和寬度的經(jīng)驗(yàn)公式如下：
h=nt ①
W=nA1/2/30 ②
式中：h——側(cè)澆口深度（mm）中小型制品常用h=0.5－2mm，約為制品最大壁厚的1/3－2/3, 取1.5mm
t——制品的壁厚（mm） 3.38mm
n——塑料材料的系數(shù) 查表得 0.8
W——澆口的寬度（mm）
A——型腔的表面積（mm2） 計(jì)算得2940mm2
將以上各數(shù)據(jù)代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。計(jì)算
后所得的側(cè)澆口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)≥104s-1作為初步校驗(yàn)。
設(shè)定充模時(shí)間為1s，于是：
r=6q/Wh2==1.6×104＞104s-1
所以符合要求。
三、排氣、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
排氣槽的截面積可用如下公式進(jìn)行計(jì)算：
F＝25m1(273+T1)1/2/tP0 ?、?
式中：F——排氣槽的截面面積（m2）
m1——模具內(nèi)氣體的質(zhì)量(kg)
P0——模具內(nèi)氣體的初始?jí)毫Γ∕p）取0.1Mp
T1——模具內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度(℃)
t——充模時(shí)間(s)
模內(nèi)氣體質(zhì)量按常壓常溫20℃的氮?dú)饷芏圈?＝1.16kg/m3計(jì)算，有
m1=ρ0V0 ?、?
式中：V0——模具型腔的體積（m3）
應(yīng)用氣體狀態(tài)方程可求得上式中被壓縮氣體的最終溫度（℃）
T1＝（273+T0）(P1/P)0.1304-273 ②
式中：T0——模具內(nèi)氣體的初始溫度（℃）
由V＝9132mm3
充模時(shí)間t=1s
被壓縮氣體最終排氣壓力為P1＝20MPa
由③式得：T1＝(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7℃
模具內(nèi)的氣體質(zhì)量由②式得：
m1=V0ρ0=9.132×10-6×1.16kg=1.06 ×10-5kg
將數(shù)據(jù)代入①式得：所需排氣槽的截面面積為：
F=[25×1.06×10-5(273+311.7)1/2]/(1×0.1×106)=0.064mm2
查取排氣槽高度h=0.03mm，因此排氣槽的總寬度為：
W’’=F/h=0.064/0.03=2.13mm
為了便于加工和有利于排氣，運(yùn)用鑲拼式的型芯結(jié)構(gòu)，與整體式型芯相比，鑲拼型芯使加工和熱處理工藝大為簡(jiǎn)化。
2）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)公式：
qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2) ①
式中：qV——冷卻水的體積流量(m3/min)
W——單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min)
Q1——單位重量的塑料制品在凝固時(shí)所放出的熱量(kJ/kg)
ρ——冷卻水的密度(kg/m3) 0.98×103
c1——冷卻水的比熱容[kJ/(kg.℃)] 4.187
θ1——冷卻水的出口溫度(℃) 25
θ2——冷卻水的入口溫度(℃) 20
Q1可表示為：Q1=[c2(θ3-θ4)+u]
式中：c2——塑料的比熱容[kJ/(kg.℃)] 1.465
Q3——塑料熔體的初始溫度(℃) 200
θ4——塑料制品在推出時(shí)的溫度(℃) 60
u——結(jié)晶型塑料的熔化質(zhì)量焓(kJ/kg)
Q1=[c2(θ3-θ4)+u]=1.465(200-60)=205.1kJ/kg
將以上各數(shù)代入①式得：
qV=(0.013×205.1)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min
=0.13×10-3m3/min
上述計(jì)算的設(shè)定條件是：模具的平均工作溫度為40℃，用常溫20℃的水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為25℃，產(chǎn)量為0.013kg/min。
由體積流量查表可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾弥睆絛為8mm的管道來(lái)調(diào)節(jié)溫度。
四、模具工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1. 凹模型腔及型心的設(shè)計(jì)
凹模的結(jié)構(gòu)采用整體嵌入式，這樣有利于節(jié)省貴重金屬材料。
凸模的結(jié)構(gòu)如圖所示
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(lái)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。
2、型腔側(cè)壁厚度和底板厚度的計(jì)算
1）型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
根據(jù)圓形整體式型腔的側(cè)壁厚度計(jì)算公式：
S≥0.90[Pr4/E(δ)]1/3 ①
式中：S——側(cè)壁厚度(mm)
P——型腔壓力(Mpa) 40
r——型腔半徑(mm) 17.625
E——模具材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
[δ]——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm) 0.05
將以上各數(shù)代入式得：
S≥1.15[(40×19.84)/(2.1×105×0.05)]1/3
=9.62mm
2）底板厚度的計(jì)算公式如下：
hs≥0.56(Ph4/E[δ])1/3
將各參數(shù)代入式中得：hs≥4.68mm
型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mm
S可取10mms腔取32mm
根據(jù)計(jì)算，型腔側(cè)壁厚度應(yīng)大于9.62mm，而型腔的直徑為35－25mm。根據(jù)澆注系統(tǒng)的條件及制件的大小，初選標(biāo)準(zhǔn)模架，依據(jù)《塑料注射模中小型模架及技術(shù)條件》(GB/T12556-90)，根據(jù)模板的參數(shù)確定導(dǎo)柱、導(dǎo)套、墊塊等的有關(guān)尺寸。
五、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、脫模力的計(jì)算
此模具采用推件板脫模，因該制件的，屬厚壁制品，厚壁制品脫模力受到材料向壁厚中性層冷卻收縮的影響，可用彈性力學(xué)的有關(guān)厚壁圓筒的理論進(jìn)行分析計(jì)算，公式如下：
Qc=[1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac]/{[(dk+2t)2+dk2]/[(dk+2t)2-dk2]}
式中，對(duì)于圓筒制品中：
k——脫模斜度系數(shù)
k=(fcCosβ-Sinβ)/fc(1+fcSinβCosβ)=0.92
fc——脫模系數(shù)，即在脫模溫度下制品與型芯表面之間的靜摩擦系數(shù)，它受高分子熔體經(jīng)高壓在鋼表面固化中粘附的影響。 0.50
α——塑料的線膨脹系數(shù)（1/℃） 查表得：6×10-5
μ——塑料的泊松比 0.40
E——在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量（MPa） 3.16×103
Tf——軟化溫度(℃) 100
Tσ——脫模頂出時(shí)制品的溫度（℃） 60
Ac——制品包緊在型芯上的有效面積（mm2） 1422.55
t——制品的厚度（mm） 3.38
將以上各數(shù)據(jù)代入公式得：
Qc=1372.45N
2）推板的厚度
筒形或圓形制品采用推件板脫模，推件板的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為圓環(huán)形平板周界受集中載荷的力學(xué)模型，最大撓度產(chǎn)生在板的中心。按剛度條件和強(qiáng)度條件的計(jì)算公式如下，取大者為依據(jù)。
按剛度條件：h=(C2QeR2/Eδp)1/3 ?、?
按強(qiáng)度條件：h=(K2Qe/σp)1/2 ?、?
式中：h——推件板的厚度(mm)
C2——隨R/r值變化的系數(shù) 0.3500
R——推桿作用在推件板上的幾何半徑(mm) 61
r——推件板圓形內(nèi)孔或型芯半徑(mm) 13.125
Qe——脫模力(N) 1372.45
E——推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
K2——隨R/r值變化的系數(shù) 1.745
σp——推件板材料的許用應(yīng)力(MPa) 610
δp——推件板中心允許變形量(mm)，通常取制品尺寸公差的1/5－1/10，
即δp=(1/5－1/10)Δi 0.088
其中Δi——制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88
將上述各數(shù)據(jù)代入①式得：h=1.69mm
將上述各數(shù)據(jù)代入②式得：h=1.98mm
所以推板的厚度可取：15mm
3、頂桿直徑的計(jì)算
推桿推頂推件板時(shí)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，其受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型，根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式推導(dǎo)推桿直徑計(jì)算式為：
d=K(l2Qe/nE)1/4 ?、?
推桿直徑確定后，還應(yīng)用下式進(jìn)行強(qiáng)度校核：
σc=4Qe/nπd2≤σs ?、?
式中：d——推桿直徑(mm)
K——安全系數(shù)，通常取K=1.5－2 2
l——推桿的長(zhǎng)度(mm) 102
Qe——脫模力(N) 1372.45
E——推桿材料的彈性模量(MPa) 2.1×105
n——推桿根數(shù) 7
σc——推桿所受的壓應(yīng)力(MPa)
σs——推桿材料的屈服點(diǎn)(MPa) 360
將以上各數(shù)據(jù)代入①式得：
d=10.06mm 圓整取10mm
將以上各數(shù)據(jù)代入②式進(jìn)行校核：
σc=4Qe/nπd2=17.47 MPa≤σs=360 MPa
所以此推桿符合要求。
六、注射機(jī)與模具各參數(shù)的校核
1、工藝參數(shù)的校核
1）注射量的校核（按體積）
Vmax=αV ①
式中：Vmax——模具型腔流道的最大容積(cm3)
V——指定型號(hào)與規(guī)格注射機(jī)的注射量容積(cm3)
ρ——塑料的固態(tài)密度(g/cm3)
α——注射系數(shù)取0.75－0.85，無(wú)定形料可取0.85，結(jié)晶形可取0.75。
將以上各數(shù)代入①式得：Vmax=αV ＝0.85×60＝51cm3
倘若實(shí)際注射量過(guò)小，注射機(jī)的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留的時(shí)間會(huì)過(guò)長(zhǎng)。所以最小注射量容積Vmin＝0.25V。
Vmin＝0.25V=0.25×60=15cm3
實(shí)際注射量V’=2V0+2×0.6V0==29cm3
即Vmin ＜V’＜Vmax
所以符合要求。
2）鎖模力的校核
公式：F≥KAPm
式中F——注射機(jī)的額定鎖模力(kN) 400
A——制品和流道在分型面上的投影和(cm3)
Pm——型腔的平均計(jì)算壓力(MPa) 由表9.9-4 取30
K——安全系數(shù)，通常取K＝1.1－1.2 1.2
則：KAPm＝1.2×2[π(35.25/2)2+20×6]×30
=78.905kN＜400kN=F
所以符合要求。
3）最大注射壓力的校核
Pmax≥K’P0
式中：Pmax——注射機(jī)的額定注射壓力(MPa) 150
P0——成型時(shí)所需的注射壓力(MPa) 100
K’ ——安全系數(shù)，常取K=1.25－1.4 取1.3
則K’P0=1.3×100=130 MPa＜Pmax150 MPa
所以符合要求。
2、安裝參數(shù)的校核
經(jīng)查資料SZ-60/40型注射機(jī)的最大開(kāi)模行程S=180mm
S≥H1+ H2+(5－10)mm
=17.5+20+10
=47.5mm
滿足要求
所以注射機(jī)的開(kāi)模行程足夠，由以上的驗(yàn)證可知，型注射機(jī)能滿足使用要求，故可采用。
七、參考文獻(xiàn)
1、《塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 主編：楊占堯 2003.8
2、《實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 主編：程志遠(yuǎn) 2000.4
3、《塑料模具手冊(cè)》 主編：閻亞林 2004.8
4、《公差配合與測(cè)量技術(shù)》 主編：黃云清 2003.7
5、《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》
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