氣壓瓶蓋注射模具設計-抽芯塑料注塑模含NX三維及17張CAD圖

氣壓瓶蓋注射模具設計-抽芯塑料注塑模含NX三維及17張CAD圖,氣壓,瓶蓋,注射,模具設計,塑料,注塑,nx,三維,17,cad 摘 要 本文詳細地闡述了氣壓瓶蓋注射模具的設計過程。設計了注射模具中的各個系統，如澆注系統、導向與定位機構、側向分型與抽芯機構，并對塑料材料性能進行了分析。根據塑件的產品數量要求，以及結構要求，該模具采用一模一腔。整個設計過程都是用Pro/E軟件進行參數化設計，使整個模具設計過程簡單明了。利用MPA軟件進行模流分析，為模具設計和成型工藝的指定提供參照依據。使用Pro/E軟件設計成型零件以及非標零件，從而進行全方面的參數化設計，即對模具進行分模、生成元件、裝配、試模、開模等設計。使用EMX4.1調用標準模架以及標準件，從而完成模具的整體設計。同時應用Pro.e可快捷的將三維圖轉化為二維工程圖，直接指導生產。針對塑件的特點，本模具設計了側抽芯滑塊機構，也構成了本次模具設計的主要內容。 關鍵詞 ：注射模，參數化設計，側抽芯和滑塊，氣壓瓶蓋 ABSTRACT This article has elaborated the injection mould design of the Air pressure bottle cover. Designed all system of the injecting mould .and orientating institution,side disparting modle and taking out core institution. Besides , analyzing material’capabilities .Considing the number of the production and fabric requiring , the mould is one mould with one cavity .That die is injection moule adhibiting three side cores.The whole design processeses are all according to the foundation of the software of Pro/ E .Using MPA carries through model stream analysis.for mould design and type technology to offer reference basis; then using Pro-E to carries out moulding parts and unstandarding parts, according the whole Parameter melts to design,namely carrying through dividing mould,generation element and examination mould, open mould. In EMX, we can load the standard component and standard parts, at the same time we can use it turn from the picture of 3D for the picture of 2D,immediacily instruct production.Basising the characteristic of the mold, the moule design Side core slide .These things also constituted main contents of this die design. Key words ：Injection mould，Parameterization design，Side core and slide mrvhsnidm，Air pressure bottle cover II 目錄 第一章 前言 1 1.1 模具行業(yè)發(fā)展的現狀 1 1.2 我國模具發(fā)展的現狀 1 1.3 參數化技術慨述 2 1.4 選題目的以及意義 3 第二章 塑件成型工藝性分析 4 2.1 氣壓瓶蓋三維模型及二維圖 4 2.2 結構特征分析及成型工藝性分析 5 2.2.1 結構特征分析 5 2.2.2 成型工藝性分析 5 2.2.3 塑件材料的基本性能 5 2.2.4 塑料的成型收縮率 6 2.2.5 塑件材料的流動性 6 第三章 塑件成形工藝與設備 7 3.1 注塑成型工藝條件 7 3.1.1 溫度 7 3.1.2 壓力 7 3.1.3 時間 7 3.2 注射機型號的確定 8 3.2.1 由公稱注射量選擇注射機 9 3.2.2 由鎖模力選擇注射機 9 3.3 型腔數量以及注射機有關工藝參數的校核 10 3.3.1 型腔數量校核 10 3.3.2 最大注射量校核 10 3.3.3 鎖模力的校核 11 3.3.4 注射壓力校核 11 3.3.5 安裝尺寸校核 12 3.3.6 開模行程校核 13 第四章 注射模具結構設計 14 4.1 型腔的確定 14 4.2 制品成型位置及分型面的選擇 14 4.3 澆注系統設計 16 4.3.1 主流道設計 16 4.3.2 冷料穴的設計 18 4.3.3 分流道設計 18 4.3.4 澆口的位置、數量的確定 19 4.3.5 剪切速率的校核 22 4.3.6 排氣系統設計 23 4.4 成型零部件設計 24 4.4.1 凹模結構設計與計算 24 4.4.2 型芯結構設計與尺寸計算 25 4.5 模架的選用 27 4.5.1 型腔側壁以及底板厚度尺寸 27 4.5.2 模具高度尺寸的確定 28 4.6 導向與定位機構 29 4.7 脫模機構的設計 30 4.7.1 脫模力的計算 31 4.7.2 推桿脫模機構設計 32 4.8 側向分型與抽芯機構設計 33 4.8.1 斜導柱的設計 34 4.8.2 滑塊的設計 39 4.8.3 楔緊塊的設計 41 4.8.4 斜導柱抽芯機構中的干涉現象 41 4.9 冷卻系統設計 41 4.9.1 冷卻系統的計算 42 4.9.2 冷卻系統的設計原則 44 4.10 模具成型零部件材料的選擇 45 4.11 裝配總圖 46 4.12 模具的裝配過程 47 4.13 模具運動分析過程 48 第五章 試模 49 5.1 試模過程 49 5.2 試模過程中可能產生的缺陷、原因以及調整方法 49 5.3 試模過程記錄 51 第六章 總結 58 參考文獻 59 致謝 60 畢業(yè)設計 第一章 前言 1.1模具行業(yè)發(fā)展的現狀 模具行業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業(yè)的重要領域。模具技術水平的高低，決定著產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右。二十一世紀世界制造加工業(yè)的競爭更加激烈，對注塑產品與模具的設計制造提出了新的挑戰(zhàn)，產品需求的多樣性要求塑件設計的多品種、復雜化，市場的快速變化要求發(fā)展產品及模具的快速設計制造技術，全球性的經濟競爭要求盡可能地降低產品成本、提高產品質量，創(chuàng)新、精密、復雜、高附加值已成為注塑產品的發(fā)展方向，必須尋求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑產品與模具設計制造系統。 當前，國內塑料模具市場以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點為工程塑料模具。有關數據表明,目前僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品36萬噸；電冰箱、洗衣機和空調的年產量均超過1000萬臺；彩電的年產量已超過3000萬臺；到2010年,在建材行業(yè),塑料門窗的普及率為30％,塑料管的普及率將達到50％。這些都會導致對模具的需求量大幅度增長。近來我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，目前已呈現出市場廣闊、產銷兩旺的局面。深圳周邊及珠江三角洲地區(qū)是中國塑料模具工業(yè)最為發(fā)達、科技含量最高的區(qū)域，預計有可能在10年內發(fā)展成為世界模具生產中心。其次，浙江東部的余姚、寧海、黃巖溫州等地區(qū)的塑料模具工業(yè)發(fā)展也非?？臁?相當多的發(fā)達國家塑料模具企業(yè)移師中國，是國內塑料模具工業(yè)迅速發(fā)展的重要原因之一。中國技術人才水平的提高和平均勞動力成本低都是吸引外資的優(yōu)勢，這些是塑料模具市場迅速成長的重要因素所在，所以中國塑模市場的前景一片輝煌。 1.2我國模具發(fā)展的現狀 雖然近幾年來，我國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大發(fā)展，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。例如，在總量供不應求的同時，一些低檔塑料模具已供過于求，市場競爭激烈；一些技術含量不太高的中檔塑料模具也有一些趨向于供過于求，然而精密加工設備還很少，一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍大量進口。許多先進的技術如ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技術的普及率還不高，我國塑料模具行業(yè)與其發(fā)展需要和國外先進水平相比，還存在很多方面的問題?，F在國外發(fā)達國家模具標準化程度為70％～80％，而我國只有30％左右。如能廣泛應用模具標準件，將會縮短模具設計制造周期25％～40％，并可減少由于使用者自制模具件而造成的工時浪費?，F在應用模具CAD／CAM技術設計模具已較為普遍，隨著通用機械CAD/CAM技術的發(fā)展，塑料注射模CAD/CAM已經不斷的深化。從上世紀60年代基于線框模型的CAD系統開始, 到70年代以曲面造型為核心的CAD/CAM系統，80年代實體造型技術的成功應用，90年代基于特徵的參數化實體/曲面造型技術的完善，為塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技術提供了可靠的保證。目前在國內外巿場已涌現出一批成功應用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系統。而且通過推廣使用模具標準件，實現了部分資源共享，這樣就大大減少模具設計的工作量和工作時間，對于發(fā)展CAD／CAM技術、提高模具的精密度有重要意義。因此，模具成為國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術和產品?，F代模具是多學科知識集聚的高新技術產業(yè)的一部分，是國民經濟的裝備產業(yè)，其技術、資金與勞動相對密集。 1.3參數化技術慨述 參數化技術是當前CAD技術重要的研究領域之一，通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現尺寸對圖形的驅動。在設計過程中，系統自動地捕獲用戶的設計意圖，并把各個設計對象以及對象之間的關系記錄下來，當用戶修改圖紙中的設計參數時，系統能夠自動地更新圖紙，使圖紙中反映用戶設計意圖的設計對象之間的關系依舊可以維持。參數化設計技術以其強有力的草圖設計、尺寸驅動修改圖形功能，極大地改善了圖形的修改手段，提高了設計的柔性，在慨念設計、初始設計、產品建模及修改系列設計、多方案比較、動態(tài)設計、實體造型、裝配、公差分析與綜合、機構仿真、優(yōu)化設計等領域發(fā)揮著越來越大的作用，并體現出很高的應用價值，能否實現參數化目前已成為評價CAD系統優(yōu)劣的重要技術指標。 Pro/ENGINEER 集合了零件設計、產品組合、模具開發(fā)、NC加工、鈑金件設計、鑄造件設計、自動量測、機構仿真、應力分析等功能于一體。是塑料模具實現參數化的一個必備的軟件。EMX（Expert Moldbase Extension）是PRO/E系統中的一個外掛模塊，專門用來建立各種標準模架及模具標準件和滑塊、斜銷等附件，能夠建立冷卻水管，能夠自動產生模具工程圖和明細表，還可以模擬模具開模過程進行動態(tài)仿真和干涉檢查，并可將仿真結果輸出成視頻文件，是個功能非常強大且使用非常方便的模具設計工具。 本設計結構和模架設計是利用模架設計專家系統設計的。型腔和型芯設計可以在EMX里設計，也可以事先在PRO/E的制造模塊里完成。本設計有一部分是在EMX里完成。在模架調入之后可以根據需要添加、刪除各種模具零件。也可以修改現成的標準件使之滿足自身設計。完全的參數化設計，使用非常方便。 Pro/ENGINEER參數化設計的特性： (1)．3D實體模型除了可以將用戶的設計思想以最真實的模型在計算機上表現出來之外，借助于系統參數，還可以隨時計算出產品的體積、面積、重心、重量、慣性大小等，可極大的減少設計人員的計算時間。 (2)．Pro/ENGINEER可隨時由3D實體模型產生2D工程圖，且可自動標示工程圖尺寸。不論在3D還是2D圖形上作尺寸修正。其相關的2D圖形或3D實體模型均自動修改，同時組合、制造等相關設計也會自動修改，如此可確保數據的正確性，并避免反復修正的耗時性。 (3)．以特征作為設計的單位?？呻S時對特征做合理、不違反幾何順序調整、插入、刪除、重新定義等修正動作。 1.4 選題目的以及意義 畢業(yè)設計將總結專業(yè)基礎和專業(yè)技術的學習成果,鍛煉和開發(fā)學生的綜合運用能力。本課題要求跟據圖紙以及任務書設計出結構優(yōu)化的模具。該塑件為氣壓瓶蓋，它是配在氣壓瓶上用的一種蓋子，由于是配用，批量不是很大，為中批量生產。其結構有點復雜，有三個側抽芯，因而該塑件的模具有一個典型結構——側抽芯滑塊機構。這個課題能充分體現專業(yè)知識，對模具設計能力有一定的鍛煉。 通過對氣壓瓶蓋的注射模具的設計，可以鞏固專業(yè)知識為以后從事本專業(yè)實際工作和研究工作奠定了重要的思想基礎，也同時具有一定的初步開發(fā)模具能力。另外加深了對機械基礎知識的應用。提高了整體的設計能力。 第二章 塑件成型工藝性分析 2.1氣壓瓶蓋三維模型及二維圖 圖2.1 氣壓瓶蓋三維模型 材料ABS，中批量生產，未注公差等級 IT4 圖2.2 氣壓瓶蓋二維圖 2.2結構特征分析及成型工藝性分析 2.2.1結構特征分析 該塑件為氣壓瓶蓋，其二維圖尺寸如圖2-2所示，塑件的壁厚為2.5mm,為中批量生產，材料為ABS，成型工藝性好，可以注射成型。 2.2.2成型工藝性分析 根據塑件的用途以及塑料的性質分析其表面質量，確定塑件的精度等級要求為：IT4；其中塑件的表觀缺陷是其特有的質量指標，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個等級。 為了便于塑件從模腔中脫出或從塑件中抽出型芯，塑件設計時須考慮其內外壁面應該有足夠的脫模斜度。最小脫模斜度與塑料性能、塑件幾何形狀有關。該塑件壁厚約為2.5mm，大開口處有5o的斜角，小開口處有3o的傾角，這樣足以使型芯很容易抽出。為了容易使大的側抽芯容易抽出可以查參考文獻中的表2-19 ，脫模斜度（型芯）：1o。 2.2.3 塑件材料的基本性能 本塑料制件采用ABS成型，密度為1.02至1.16 g/cm3。全稱為苯乙烯——丁二烯——丙烯腈共聚物，它是一種三元共聚物，擁有三種組元的共同性能，使其具有“堅韌，質硬，剛性”的特點。ABS樹脂具有較高的的沖擊韌性和力學強度，尺寸穩(wěn)定，耐化學性及電性能良好。而且有易成型和機加工的特點。此外，表面還可以鍍鉻，成為塑料涂金屬的一種常用材料。它是一種無定形材料，吸濕性強，其吸水率（24h）:0.2%～0.3%；含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時間預熱干燥。其拉伸彈性模量為1800～2900MPa，彎曲強度：99～134MPa；與鋼的摩擦因數為0.21。在設計時候要注意澆注系統的料流阻力小，澆口處外觀不良，易發(fā)生熔接痕，要注意選擇澆口位置、形式。頂出力不宜過大。 2.2.4 塑料的成型收縮率 塑件從模具中取出到冷卻至室溫會發(fā)生尺寸收縮，這種性能稱收縮性。查參考文獻[1]中的表2-16該塑料的成型收縮率（%）：0. 4～0.7；由于收縮不僅與樹脂的熱脹冷縮有關，還和各成型因素有關，所以將成型后塑件的收縮稱成形收縮。影響收縮的因素主要有：1.塑料品種 2.塑料特性 3.模具結構 4.成形工藝。 這里取計算成型收縮率為0.5%。 2.2.5 塑件材料的流動性 ?塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。這是模具設計時必須考慮的一個重要工藝參數。流動性大易造成溢料過多，填充型腔不密實，塑件組織疏松，樹脂、填料分頭聚積，易粘模、脫模及清理困難，硬化過早等弊病。但流動性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動性必須與塑件要求、成型工藝及成形條件相適應。ABS的流動特性屬非牛頓流體。查參考資料可以知道ABS流動性中等。影響塑料流動性的因素一般有1.溫度 2.壓力 3.模具結構。 第三章 塑件成形工藝與設備 3.1注塑成型工藝條件 3.1.1 溫度 注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現象”；模具溫度一般通過冷卻系統來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。ABS塑料與溫度的經驗數據查參考資料如表3-1所示。 表3-1 溫度的經驗數據 料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度/℃ 模具溫度/℃ 后 段 中 段 前 段 180～200 210～230 200～210 180～190 50～70 資料來源： 陳志剛主編．塑料模具設計．北京：機械工業(yè)出版社，2003年2月，第36頁 3.1.2 壓力 注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關。對于像ABS流動性一般的塑料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據生產經驗，背壓的使用范圍約為3.4～27.5MPA。 3.1.3 時間 完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般為3～5秒，保壓時間一般為20～120秒，冷卻時間一般為30～120秒（這三個時間都是根據塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。確定成型周期的經驗數值如表3-2所示。 表3-2 成型周期與壁厚關系 制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s 0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 資料來源：黃虹主編． 塑料成型加工與模具． 北京：化學工業(yè)出版社，2003年3月，第87頁 經過上面的經驗數據和推薦值，可以初步確定成型工藝參數，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數設置也不一致，結合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數如表3-3所示。 表3-3 制品成型工藝參數初步確定 內容 特性 內容 特性 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速（r/min） 50 噴嘴形式 直通式 模具溫度(℃) 50 噴嘴溫度(℃) 175 后段溫度(℃) 180～210 中段溫度(℃) 210～230 前段溫度(℃) 200～210 注射壓力(MPa) 80 保壓力（MPa） 60 注射時間(s) 4 保壓時間 （s） 25 冷卻時間(s) 25 其他時間（s） 成型周期(s) 60 成型收縮(%) 0.5 預熱干燥溫度(℃) 80～95 預熱干燥時間(h) 4～5 資料來源： 陳志剛主編．塑料模具設計．北京：機械工業(yè)出版社，2003年2月，第67 頁 3.2 注射機型號的確定 注射模具是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注射成型工藝過程外，還應對所選用的注射機有關技術參數有全面了解，才能生產出合格的塑料制件。注射機為塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種。注射成型時注射模具安裝在注射機的動模板和定模板上，由鎖模裝置和模并鎖緊，塑料在料筒內加熱呈熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內，塑料制品固化冷卻后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將制件推出。 3.2.1 由公稱注射量選擇注射機 利用PRO/E測量工具可以測得塑件體的體積為：V=94.204cm3。取其密度為1.1g/ cm3，那么質量M=94.204cm31.1g/ cm3=103.62g。查參考文獻 流道凝量的體積一般取塑件體積0.5倍；由于該模具采用一模一腔，所以： 實際注射量為:V=1.5V=1.5×94.204=141.306 cm； 實際注射質量為：M=1.5M=1.5×103.62=155.43g； 模具設計時，塑件成型所需的塑料熔體的總容量或質量需在注射機額定注射80%內。由此可得注射機所需體積最小為：141.306/80%=176.633cm3。 3.2.2 由鎖模力選擇注射機 塑料制件在分型面上的投影面積為A1=3038.5mm2。流道凝料（包括澆口）在分型面上的上的投影面積A2， A2 =0.3A1 =0.3·3038.5=911.55 mm2 ； A= A1+ A2=3038.5+911.55=3950.05 mm2 查參考文獻 FF=A·P （3.1） =3950.05 mm2 ·30MPa =3950.05 mm2×30×10Pa =118.5（KN） 式中 F注射機的公稱鎖模力（N）；A塑件和澆注系統在分型面上的投影面積之和；P為型腔內熔體壓力，查參考文獻表5-1，取P=30MP ； 結合上面兩項的計算，查參考文獻中的表4-2，初步確定注塑機為 XS-ZY-250型注射機。 該注射機的主要技術參數如下所示： 表4-2 注射機XS-ZY-250技術參數表 特性 內容 特性 內容 結構類型 臥式 拉桿內間距/mm 448×370　　　 理論注射容積/ cm 250 模板最大行程/mm 500 螺桿直徑/ mm f50 最大模具厚度/mm 350 注射壓/ MP 130 最小模具厚度/mm 200 注射速率/ g/s 200 鎖模形式/mm 液壓 注射行程/ mm 160 模具定位孔直徑/mm Φ125+0.060 螺桿轉速/ r/min 25～89 噴嘴球半徑/mm 18 塑化能力/ g/s 噴嘴孔直徑/mm f4 鎖模力/ KN 1800 模板尺寸（mm） 598×520 資料來源： 陳志剛主編．塑料模具設計．北京：機械工業(yè)出版社，2003年2月，第98頁 3.3 型腔數量以及注射機有關工藝參數的校核 3.3.1型腔數量校核 為了使模具與注射機相匹配以提高生產率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計前應合理的確定型腔數目。 按注射機的最大注射量校核型腔數量 （3.2） 其中 ————注射機最大注射量，； ————澆注系統凝料量，； ————單個塑件的容積，； 通過上面3.2.1可知算單個塑件的質量為103.62g；澆道凝料的質量為 51.81g。 而凝料的容量和最小注射量應不小于注射機額定最大注射量的20%，故可得， n=1.43，所以型腔的數目取：n=1。 3.3.2最大注射量校核 為確保塑件質量，注塑模一次成型的塑件質量（包括流道凝料質量）應在公稱注塑量的35%～75%范圍內，最大可達80%，最小不小于10%。為了保證塑件質量，充分發(fā)揮設備的能力，選擇范圍通常在50%～80%。 V=141.306 cm V公=250 cm V/ V公×100%=141.306/250×100%=56.52% 可見注射量滿足要求。 3.3.3 鎖模力的校核 當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注射機軸向方向的很大推力，其大小等于制品與澆注系統在分型面上的垂直投影面積之和乘以型腔內塑料熔體的平均壓力。該推力應小于注射機的額定鎖模力T合，否則在注射成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現象。 在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按參考文獻中的下式校核注塑機的額定鎖模力： F＞ A·P （3.3） 式中 F——注塑機額定鎖模力，F=1800KN； P——為型腔內熔體壓力（MPa），由3.2.1可知，P=30MP； A·P= 3950.05 mm2·30MPa = 118.5（KN）<1800 (KN) 可見鎖模力滿足要求。 3.3.4 注射壓力校核 注射壓力的校核是檢驗注射機的最大注射壓能否滿足制品成型的需要。為此注射機的最大注射壓力應大于或等于塑件成型時所需要的注射壓力，即 Pmax>P 式中 Pmax為注射機的最大注射壓力，該注射機的Pmax為130MPa;P為塑件成型時所需要的注射壓力,一般取P=40～200Mpa.制品成型時所需的注射壓力一般很難確定，它與塑料品種、注射機類型、噴嘴形式、制品形狀的復雜程度以及澆注系統等因素有關。在確定制品成型所需的注射壓力時可利用類比法或參考各種塑料的注射成型工藝參數等，ABS的成型注射壓力在78.4MPa至150MPa的范圍內，考慮本塑件平均厚度為3mm，所以注射壓力可P取為100Mpa,可見螺桿注射壓力滿足要求。 3.3.5 安裝尺寸校核 3.3.5.1 噴嘴尺寸校核 為了使注塑模能夠順利地安裝在注射機上并生產出合格的產品，在設計模具時必須校核注射機上與模具安裝有關的尺寸，因為不同型號和規(guī)格的注射機，其安裝模具部分的形狀和尺寸各不相同。一般情況下設計模具時應校核的部分包括噴嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板上的螺孔尺寸等,這里先對噴嘴尺寸進行校核，其他的校核需要在模具結構設計進行完以后進行校核。 注射機噴嘴前端的球面半徑r和孔徑d與模具澆口套始端的球面半徑R及小孔徑D應吻合,以避免高壓塑料熔體從縫隙處溢出。它們一般應滿足下列關系: 如果<,將會出現死角,而積存塑料,使主流道內的塑料凝料將無法脫出。 所以，注射機噴嘴尺寸是標準，模具的制造以它為準則。 該模具=18mm(見表4-2),取=20mm，符合要求。 該模具=4mm(見表4-2)，取=4.5mm,符合要求。 如下圖3.1所示： 3.1 噴嘴與澆口套關系圖 3.2.5.2 定位圈尺寸 為了保證模具主澆道中心線與注射機噴嘴中心線相重合,注射機固定模板上設有定位孔,模具的定模板上應設有凸起的定位圈,兩者按H9/F9間隙配合。定位圈直徑D為與注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑確定，定位環(huán)與注射機定模固定板定位孔相配合，配合精度為H11/b11，以便于裝模。定位圈用內六角螺釘固定在定模座上。 注射機定位孔尺寸為：Φ125+0.060mm（見表4-2），由所選模架可知定位圈尺寸取f1250-0.2mm,符合要求。 3.2.5.3 最大、最小模具厚度 在模具設計時應使模具的總厚度位于注射機可安裝模具的最大模厚與最小模厚之間。所以模具厚度必須滿足下式： （3.4） 式中 ——所設計的模具厚度； ——注塑機所允許的最小模具厚度200 mm； ——注塑機所允許的最大模具厚度350 mm。 由4.5.4查所確定的模架可知該套模具的閉合厚度，符合要求。 3.2.5.4 安裝模具固定方式 模具在注射機上動、定固定板上的安裝方法有用螺釘固定法和用壓板固定法兩種。當用螺釘直接固定的時候模具固定板與注射機模板上的螺孔要完全吻合；而用壓板固定的時候，只要在模具固定板需要安放壓板的外側附近有螺孔就能固緊，因此壓板方式有較大的靈活性。對于重量較大的大型模具，采用螺栓直接固定較為安全。本模具屬小型模具，采用的是壓板固定方式。 3.2.5.5 模具的長度與寬度 這要與注射機的拉桿間距相適應,使模具安裝時可以穿過拉桿空間在動、定模固定板上固定。由下面4.5可知該套模具長寬為355×250（mm），拉桿間距為448×370（mm），可見拉桿間距符合要求。 3.3.6 開模行程校核 根據本模具有側抽心結構，分開模具不只是為了取塑件,還要滿足完成側向抽芯距離所需要的開模距離的要求，因此考慮模具的實際情況，要按下式進行： 當Hc> H1 +H2時，開模行程應按下式校核, S≥Hc +（5～10）mm （3.5） 式中 S——注射機最大開模行程(mm),取500mm,見表4-2。 H1——塑件推出行程(mm)，取H1=25mm; H2——包括澆注系統高度在內的塑件高度，塑件高度為45mm，澆道凝料的高度為25mm，所以H2=45+25=70mm； Hc——由4.8.1.4可知完成側向抽芯距離所需要的開模距離 Hc=140.4mm,取Hc=145mm。 Hc=145mm> H1 +H2=25+70=95mm,該模具滿足上面的要求的條件， 因此： Hmax=500≥Hc +（5～10）mm （3.6） =155(mm) 所以滿足要求。 第四章 注射模具結構設計 4.1型腔的確定 為了使模具與注射機相匹配以提高生產率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計前應確定合理的型腔數目。由于本模具所要達到的生產批量為5萬件，為中批量生產，結合本塑件結構也較復雜，因此綜合考慮本模具采用一模一腔比較合理。 4.2制品成型位置及分型面的選擇 在注塑過程中，打開模具用于取出塑件或澆注系統凝料的面，通稱為分型面。常見的取出塑件的主分型面與開模方向垂直，分型面大多是平面，也有傾斜面、曲面或臺階面。分型面是決定模具機構形式的重要因素，分型面選擇的是否合適對塑件質量、模具制造與使用性能都有很大影響，它決定了模具的機構類型，是模具設計中的一個重要環(huán)節(jié)。 模具設計時應根據制品的結構形狀、尺寸精度、澆注系統形式、推出方式、排氣方式及制造工藝等多種因素，全面考慮，合理選擇。在選擇分型面時一般應遵循以下原則： （1）應便于塑件脫模和簡化模具結構，選擇分型面應盡可能使塑件開模時留在動模。這樣便于利用注射機鎖模機構中的頂出裝置帶動塑件脫模機構工作。 （2）分型面應盡可能的選擇在不影響外觀的部位，并使其產生的溢料邊易于消除和修整。 （3）分型面的選擇應有利于排氣。 （4）分型面的選擇應便于模具零件的加工。 （5）分型面的選擇應考慮注射機的技術規(guī)格。 分析該產品的結構,分型面可設計為以下幾種位置，如圖4-2所示。 分型面方案 一 分型面方案 二 4.1 分型面的位置 比較兩種分型方法，第一種分型方法塑件通過推出很容易從模具體中出來，而且模具型腔設計起來簡單，而第二種方法要把模具設計成有哈夫塊的形式，由于該模具有側抽芯結構，這樣模具設計起來就很困難，所以本設計采用第一種分型方法。 4.3 澆注系統設計 注射模的澆注系統是塑料熔體從注射機的噴嘴進入模具開始到型腔為止所流經的通道。它的作用是將熔體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中，將型腔內氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。因此，澆注系統設計的正確與否直接關系到注射成型的效率和塑件質量。 澆注系統是由主流道、分流道、澆口、冷料穴等組成。在設計模具澆注系統時，首先考慮使得塑料熔體迅速填充型腔，減少壓力與熱量損失。其次，應從經濟上考慮，盡量減少由于流道產生的廢料比例。最后，應容易修除制品上的澆口痕跡。對澆注系統進行總體設計時，一般應遵守如下基本原則： （1）了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動特性。 （2）采用盡量短的流程，以減小熱量與壓力損失。 （3）澆注系統設計應有利于良好的排氣。 （4）防止型芯變形和嵌件位移。 （5）便于修整澆口以保證塑件外觀質量。 （6）澆注系統應結合型腔布局同時考慮。 （7）流動距離比和流動面積比的校核。 （8）盡可能使塑件不進行或少進行后加工，成型周期短，效率高。 （9）大多數熱塑性塑料熔體的假塑性行為，應予以充分考慮。 4.3.1 主流道設計 主澆道即從注射機噴嘴開始到分流道為止的熔融塑料的流動通道。它與注射機的噴嘴在同一軸線上。目前最為普遍的主流道結構，是以澆口套形式鑲入模板中，這種主流道適用于所有注射模具。為防止?jié)部谔妆蛔⑺軝C噴嘴撞傷，應采取淬火處理使其具有一定硬度。主流道的基本尺寸通常取決于兩個方面：第一個是使用的塑料種類，所成型制品的質量和壁厚。第二個是注射機噴嘴幾何參數與主澆道尺寸的關系。 主流道設計時，其設計要點如下： （1）一般主澆道設計成圓錐形，錐度為28-48。以便凝料從流道內取出。查參考文獻[1]可得，ABS的流動性良好，取2°合適。內壁表面粗糙度小于0.63～1.25μm，這里取。 （2）為防止主流道與噴嘴處溢料，主流道與噴嘴接觸處緊密對接，主流道對接處制成球形凹坑，其球面半徑；主流道的進口直徑應根據注射機的噴嘴孔直徑確定，一般。由3.3.5可知澆口套始端球面半徑,噴嘴直徑為。所以主流道： 球面半徑：。 進口直徑：。 凹坑深h取3-5mm。這里取h=5mm。 由于主流道與塑料熔體及噴嘴反復接觸和碰撞，因此常將主流道制成可拆卸的主流道襯套，便于鋼材的加工和熱處理。通常將主流道襯套在淬火后嵌入模具中，這樣在損壞時便于更換或修磨。材料選擇T10A，熱處理后硬度為53-57 HRC，稱套長度與定模板配合部分的厚度一致。澆口套與澆道板配合為H7/m6。 主流道襯套的具體結構如圖4.2所示： 4.2 主流道襯套圖示 （3）為了減少料流轉向過渡時的阻力，主流道與分流道結合處采用圓角過度，其圓角半徑r=1～3mm.所以取r=2mm。 （4）在保證塑料良好成型的前提下， 主流道長度L應盡量短，否則將增多流道凝料，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射成型。通常主流道長度由模板厚度而定，一般取L≤60mm。由標準模架結合該模具的結構取。 （5）主流道大端直徑 （4.1） 半錐角為，取，取。 （6）為了使主流道與噴嘴和料筒對中，將定位環(huán)與主流道設計成組合結構，定位環(huán)與注射機定模固定板定位孔相配合，配合精度為H11/h11，定位環(huán)與定位孔的配合長度本模具取 8 mm。澆口套總長L0=L+h+2=45+8+2=55mm。 4.3.2 冷料穴的設計 冷料穴的作用：貯存因兩次注射間隔產生的冷料及熔體流動的前鋒冷料，防止熔體冷料進入型腔。設計要求：冷料穴底部成曲折的鉤形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模時將主流道凝料從主流道襯套中拉出并滯留在動模一側的作用。冷料穴分為主流道冷料穴和分流道冷料穴。冷料穴的位置一般都設計在主流道或分流道的末端，亦即塑料最先到達的部位。其作用是防止在注射時將冷料注入型腔，而使制品產生缺陷。在開模時，冷料穴又起到將主流道的凝料從澆口套中拉出的作用。冷料穴的直徑應大于主流道大端直徑。本模具在主流道設有冷料穴。具體見圖4.3澆注系統截面圖。 圖4.3澆注系統截面圖 4.3.3 分流道設計 分流道為主流道和澆口之間的流動通道。一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用的分流道截面有圓形、梯形、U形和六角形等，如下圖4-4所示： 4.4 常用流道截面形狀 查參考資料中表6-1可知，ABS塑料的分流道斷面直徑的推薦值為4.8～9.5mm，要減少流道內的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成圓形流道。取斷面直徑為6mm。 下面用經驗公式做更精確確定。 分流道熔體體積流量： qv=V/nt=20042=25(cm3 /s ) （4.2） 式中 qv ---熔體體積流量， V ---制件體積，通?？扇=（0.5～0.8）Vg，Vg為注射機的公稱注射量，可知V=0.8*250=200cm3 ； t ---注射時間，由參考文獻表6-2可知t=2s； n——分流道個數，這里取n=4。 取剪切速率γ=6102s-1 ，查參考文獻中的圖6-11可知分流道的當量半徑Rn =5mm。所以澆道的斷面直徑可取為6mm。 4.3.4 澆口的位置、數量的確定 澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，是澆注系統的關鍵部分，起著調節(jié)控制料流速度、補料時間以及防止倒流等作用。澆口的類型很多，一般常見的有側澆口、點澆口、潛伏式澆口、扇形澆口、薄膜澆口等多種，根據其特性不同使用在不同場合。一般情況澆口采用長度很短（0.5～2mm）而截面很狹窄的小澆口，因此流動阻力很大，細微的變化都會對塑料熔體的充填產生很大的影響。澆口設計主要包括澆口的數目、位置形狀和尺寸的設計。澆口的數目和位置主要影響充填模式，而澆口的形狀與尺寸主要影響熔體流動性質。澆口設計該保證提供一個快速、均勻、平衡、單一方向流動的充填模式，另一方面應該避免射流、滯流、凹陷等現象的發(fā)生。 澆口位置的選擇將影響塑料件的填充行為 、制品的最終尺寸（公差）、收縮行為、翹曲和機械性能水平、表面質量（外觀）。 澆口的設計需要遵循以下基本設計原則： （1）澆口的尺寸及位置選擇應避免熔體破裂而產生噴射和蠕動。 （2）澆口的位置應有利于流動排氣和補料。 （3）澆口位置應使流程最短，料流變向少，防止型芯變形。 （4）澆口位置及數量應有利于減少熔接痕和增加熔接強度。 （5）澆口的位置應考慮定位作用和對塑件性能的影響。 （6）澆口的位置應盡量開設在不影響塑件外觀的部位。一方面應 通過分析，本模具的澆口設計為側澆口，與點澆口的優(yōu)勢為這里可以用兩板模，而點澆口要用三板模，簡化模具結構。這里澆口的的斷面形狀設計為圓角梯形，其截面厚度h通常取澆口處壁厚的1/3～2/3,這里取h=1mm；其截面寬度b取8h,b=8mm；澆口長度取l=1mm。 4.3.5剪切速率的校核 生產實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據，可用以下經驗公式表示： （4.3） 式中 ——體積流量（）； ——澆注系統斷面當量半徑（）。 （1）主流道剪切速率校核 （） （4.4） 式中 T為注射時間，T=2（S）； （） （4.5） 式中——主流道的平均當量截面半徑； ——主流道小端直徑，； ——主流道大端直徑，； S （2）分流道剪切速率的校核 25（cm/s） 4.2 =3.5×10 S （3）澆口剪切速率的校核 R=1mm。 = =25 S 從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內，證明 流道與澆口的尺寸取值是合理的。 4.3.6 排氣系統設計 排氣系統的作用是在注射過程中，將型腔中的氣體有序而順利的排出，以免塑料件產生氣泡，疏松等缺陷。如果排氣不良有以下危害性： （1）在塑件上形成氣泡、銀紋、云霧、接痕，使表面輪廓不清； （2）嚴重時在塑件表面產生焦痕； （3）降低沖模速度，影響成型周期； （4）形成斷續(xù)注射，降低生產效率。 因此，及時有序的將氣體排出是十分必要的。一般有以下幾種排氣方式： （1）排氣槽排氣； （2）分型面排氣； （3）拼鑲件縫隙排氣； （4）推桿間隙排氣； （5）粉末燒結合金塊排氣； （6）排氣井排氣； （7）強制性排氣。 本塑件是小型塑件，結合塑件特點，可以采用分型面排氣方式足以排氣，因而不采用排氣槽排氣。 4.4 成型零部件設計 成型零部件的設計應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。其中最重要的是凹模和凸模尺寸的設計。成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要包括型腔和型芯的徑向尺寸及高度尺寸，及孔中心距等。本設計中采用平均值法計算，其中：塑件的尺寸精度取IT4級精度。塑件尺寸的公差值可由參考文獻表3-1可得出。模具制造精度取 = 。具體的設計及計算如下。 4.4.1凹模結構設計與計算 凹模是成型塑件外表面的零部件，其結構類型有整體式和組合式。本塑料若采用整體式雖然結構簡單、牢固、不容易變形，塑件無拼縫痕跡，但將造成加工困難，浪費材料，更換不便，增加成本等一系列問題。所以采用組合式。這樣可以改善加工工藝性，減少熱變形，節(jié)省優(yōu)質鋼材。將四壁加工，熱處理、研磨拋光后壓入模套。為使內壁接縫緊密，其連接處外側留有0.4mm的間隙。配合H7/f7，具體見總裝配圖。凹模按其結構可分為六種，1.整體式凹模；2.整體嵌入式凹模；3.局部鑲嵌式凹模；4.大面積鑲嵌式凹模；5.四壁拼合式凹模；6.拼塊式凹模。對于有側凹的圓形塑件（如骨架類塑件和帶有嵌件的塑件），為了塑件順利地從凹模里取出來，凹模常用相同的兩塊或多塊拼成，所以本產品采用組合式凹模。 4.4.1.1型腔的徑尺寸計算 塑件外形尺寸： ，。 由參考文獻中的公式7-7得型腔的徑向基本尺寸為： （4.6） 其中 Lm——型腔的基本尺寸（mm）； ——塑料的平均收縮率，由2.2.4可知=0.005； ——塑件外形基本尺寸(mm)； ——模具制造公差，這里取 =； ——塑件尺寸公差值。 4.4.1.2型腔的深度尺寸計算 塑件高度尺寸：。 由參考文獻中的公式7-11得型腔的深度尺寸為： （4.7） 其中 ——塑件高度尺寸； ——型腔深度尺寸； ——模具制造公差=； ——塑件尺寸公差； ——塑料的平均收縮率； 4.4.2 型芯結構設計與尺寸計算 型芯是用來成型塑件的內表面，本產品采用組合試型芯，上型芯連接方式為凸肩與A板連接，下型芯連接方式為螺釘連接。 4.4.2.1型芯徑向尺寸計算 塑件的內形尺寸： ，，。 由參考文獻中公式7-9得 （4.8） 其中 ——塑件的內形尺寸(mm)； ——塑料的平均收縮率, =0.005； ——塑件內形基本尺寸(mm)； ——模具制造公差，這里取=； ——塑件尺寸公差。 4.4.2.2 型芯高度尺寸 塑件高度尺寸：，，。 由參考文獻公式7-13得 （4.9） 其中 ——塑件深度尺寸； ——型芯高度尺寸； ——模具制造公差，這里取=； ——塑件尺寸公差； ——塑料的平均收縮率； 成型零件的尺寸對應凹模零件圖，大型芯零件圖，以及小型芯零件圖。 4.5模架的選用 注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者適用于模板尺寸為B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，該設計采用非標準模架。 4.5.1 型腔側壁以及底板厚度尺寸 在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產生的內應力超過型腔材料本身的許用應力[]時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經驗確定。 根據大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，按剛度校核原則：模具結構形式如圖4.11所示： 4.9 模具結構形式 本塑件的模具是小型模具所以只要按強度條件校核即可。由6.1.1可知凹摸為組合式，查參考文獻表3-9可知以下計算公式以及相應的參數值。 (4.10） (4.11) 式中 ——按強度計算腔側壁厚度（mm）； r ——型腔內半徑（mm），由塑件二維圖2.2可知r= 63mm； ——按強度計算底板厚度（m