2759 掛鉤注射模設(shè)計(jì)

2759 掛鉤注射模設(shè)計(jì),掛鉤,注射,設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 35 頁1 引言1.1 塑料模具的現(xiàn)狀和地位1.1.1 國外模具技術(shù)發(fā)展及目前的水平模具制造技術(shù)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。西方發(fā)達(dá)國家為了適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品多、更新快、市場競爭激烈的局面，加強(qiáng)了對低消耗、高效率、高一致性、高精度和高復(fù)雜度的模具產(chǎn)品的研發(fā)，近十多年來，國外先進(jìn)國家的模具技術(shù)水平得到了飛速發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)先進(jìn)的快速模具制造技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)被稱為自數(shù)控技術(shù)以來的又一次革命，尤其對模具工業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。RPM 技術(shù)與 RMT 技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。RPM 技術(shù)與陶瓷型精密鑄造相結(jié)合，為模具型腔精鑄成型提供了新途徑。應(yīng)用 RPM/RMT 技術(shù)從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的 1/3，成本的 1/4 左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景 [1]。(2)新一代模具 CAD/CAM 軟件技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。 新一代模具軟件應(yīng)建立在從模具設(shè)計(jì)實(shí)踐中歸納總結(jié)出的大量知識(shí)上。這些知識(shí)經(jīng)過了系統(tǒng)化和科學(xué)化的整理，以特定的形式存儲(chǔ)在工程知識(shí)庫中并能方便地被模具所調(diào)用。在智能化軟件的支持下，模具 CAD 不再是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算方法的模仿，而是在先進(jìn)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下，充分運(yùn)用本領(lǐng)域?qū)＜业呢S富知識(shí)和成功經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)結(jié)果必然具有合理性和先進(jìn)性 [2]。(3)模具專業(yè)化生產(chǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化程度高。專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要特征之一，國外工業(yè)先進(jìn)的國家模具專業(yè)化生產(chǎn)已達(dá) 75%以上。標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提，能系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，是機(jī)械制造業(yè)向深層次發(fā)展必由之路 [3]。(4)模具敏捷制造系統(tǒng)發(fā)展較快。目前國外先進(jìn)國家的模具敏捷制造系統(tǒng)發(fā)展較快。高速銑削加工、超精加工和復(fù)合加工技術(shù)、熱流道技術(shù)等已在國外先進(jìn)國家得到了很好的應(yīng)用 [4，5] 。這些先進(jìn)的技術(shù)的應(yīng)用極大的提高了這些國家模具產(chǎn)品的質(zhì)量、精度?？s短了生產(chǎn)周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益，提高了產(chǎn)品的競爭力。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 35 頁1.1.2 國內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展及目前的水平從起步到現(xiàn)在，我國模具工業(yè)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已有了較大的提高，與國外的差距正在進(jìn)一步縮小。在精密模具方面，國內(nèi)多工位級(jí)進(jìn)模、精沖模、精密塑料模的精度已達(dá) 0.003 mm，甚至更高 [6]。多工位的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已日趨成熟，在引進(jìn)技術(shù)及設(shè)備情況下，部分企業(yè)的此類模具已達(dá)到或接近國外先進(jìn)水平。在大型模具方面，我國已能生產(chǎn)轎車覆蓋件模具、48 英寸大屏幕彩電前殼及后蓋注射模具、6.5 kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模、轎車儀表板形狀復(fù)雜的注射模、自動(dòng)扶梯整體階梯壓鑄模及汽車變速箱體壓鑄模等。另外，為了提高生產(chǎn)率，采用了多工位及多模腔。在制造技術(shù)方面，CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用水平已上了一個(gè)新臺(tái)階。以高速發(fā)展的家電制造業(yè)為例，引進(jìn)了美國、德國、日本、澳大利亞等國相當(dāng)數(shù)量的 CAD/CAM 系統(tǒng)，取得了一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展。在過去的 20 年中，我國模具工業(yè)得到了長足的進(jìn)步。但是，我國的模具工業(yè)與模具發(fā)達(dá)國家相比在模具的設(shè)計(jì)水平、模具的制造水平和模具的標(biāo)準(zhǔn)化水平方面還是有差距的。所以，今后我國模具工業(yè)的發(fā)展趨勢是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合，在模具的開發(fā)和制造過程中，采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備、采用逆向工程、并行工程、敏捷制造、虛擬技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，模具工業(yè)向著集團(tuán)化、規(guī)模化方向發(fā)展，走出一條自主開發(fā)模具的成功之路。1.2 本課題的要求本文主要闡述和說明掛鉤的造型設(shè)計(jì)和成形零件模具設(shè)計(jì)及其開模運(yùn)動(dòng)仿真的過程。通過運(yùn)用模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和 PRO/E、CAD 等這些課程的知識(shí)去做一次模具設(shè)計(jì)的實(shí)踐，并在這次實(shí)踐中鍛煉自己用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力。在這次模具設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，我運(yùn)用 Pro/E 軟件和 CAD 軟件對本產(chǎn)品造型進(jìn)行了繪圖設(shè)計(jì)及 Pro/E 和 CAD 軟件間的 3D 與 2D 轉(zhuǎn)換，同時(shí)運(yùn)用到模具知識(shí)對產(chǎn)品造型進(jìn)行反饋，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加合理，也積極查找資料對掛鉤的模具成形零件進(jìn)行設(shè)計(jì)。使我又進(jìn)一步的了解注塑模具的知識(shí)，同時(shí)加深了對注塑模具的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理的理性知識(shí)；并掌握模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 35 頁2 注塑件的設(shè)計(jì)2.1 功能設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能，并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo)。該塑件是日用品，承受外力的幾率不大，如沖擊載荷，振動(dòng)，摩擦等情況比較少;塑件的工作溫度是室溫，這使得在材料選擇時(shí)對熱變形溫度，脆化溫度，分解溫度的要求降低;作為一種日用品，生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn)，這樣，就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命，在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素；此外，塑料都會(huì)老化，作為一種光學(xué)用品，還要考慮到材料的光氧化等問題。2.2 材料選擇通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù)。對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說，要考慮的主要是材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力，彈性模量，彎曲強(qiáng)度，表面硬度等。該塑件對材料的要求首先必須是透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題，以下是對幾種透光性能較好材料的性能對比，如表2.1所示。表2.1 材料的特性PS PP PMMA拉伸強(qiáng)度/MPa 51.9 66~72 ——彎曲強(qiáng)度/MPa 110 95~113 ——斷裂伸長率/% 2 80~100 ——落球沖擊強(qiáng)度 J/m 16 422 ——洛氏硬度（M） 115 82 101氧指數(shù)（OI）18。1 24.9 17.3熱變形溫度/℃ 85 134 100維卡軟化點(diǎn)/℃ 105 153 120馬丁耐熱溫度/℃ —— 112 ——體積電阻率/ ·cm?1017~1019 2.1×10 1610 ~10145 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 35 頁吸水率% 0.05 0.13 1.19透光度/% 88~92 93 93霧度% 3 0.9 0.9折射率 1.592 1.586 1.492價(jià)格（元/噸） 1150~1230 33000~41000 19500~20700和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表 2.2 所示。表2.2 材料的性能和成型特性比較 塑料品種性能特點(diǎn)成型特點(diǎn) 模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)使用溫度 主要用途聚苯乙烯（非結(jié)晶型）透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件—30℃~80℃裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等有機(jī)玻璃（非結(jié)晶型）透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質(zhì)脆易開裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫，以防分解收縮率取0.35℅26擊穿強(qiáng)度 (kV·mm-1) E3模具溫度 t（ C）? 90~82.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對成型工藝方法的適應(yīng)性。在塑料生產(chǎn)過程中，一方面成型會(huì)對塑件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸精度等諸方面提出要求，以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度，保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品;另一方面，模具設(shè)計(jì)者通過對給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn)，為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。圖2.1 零件圖各種塑件，不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁，根據(jù)使用要求具有一定的厚度，以保證其力學(xué)強(qiáng)度。一般地說，在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚，不僅可以節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短，提高生產(chǎn)率;其次可 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 35 頁避免因過厚產(chǎn)生的凹陷，縮孔，夾心等質(zhì)量上的缺陷。以下是PP的壁厚推薦值：最小壁厚mm 小型件壁厚mm 中型件壁厚mm 大型件壁厚mm0.75 1.25 1.6 3.2~5.42.3.1 脫模斜度由于塑件成型時(shí)冷卻過程中產(chǎn)生收縮，使其緊箍在凸?；蛐托旧?，為了便于脫模，防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損，與脫模方向平行的塑件內(nèi)，外表面都應(yīng)具有合理的斜度。以下是PP的脫模斜度推薦值：制件外表面 制件內(nèi)表面35′~1.35° 30′~1°塑件內(nèi)表面在造型時(shí)就有弧度，如果要有脫模斜度就是在凹槽和鎖位處，這不僅對脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。2.3.2 圓角塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循R/T函數(shù)關(guān)系，當(dāng)R/T=0.6以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取R1，較大值取到R3。加強(qiáng)肋的圓角半徑值關(guān)系如表2.4所示。表2.4 肋的圓角半徑值關(guān)系表肋的高度/mm 6.5 6.5~13 13~19 ＞19圓角半徑/mm 0.8~1.5 1.5~3.0 2.5~5.0 3~6.5塑件上其它的特征還有如孔，螺紋，嵌件，鉸鏈，文字和花紋等，各個(gè)特征都有其設(shè)計(jì)原則和特殊功能，因?yàn)樵撍芗]有涉及，所以就不一一介紹2.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量2.4.1 尺寸精度(1) 尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般民用品，所以精度要求為一般精度即可，但是由于要保證兩半殼體的閉合，所以在凹槽和鎖位處應(yīng)該對精度要求高些，對其要有公差配合 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 35 頁要求，應(yīng)選擇高精度。根據(jù)精度等級(jí)選用表，PP 的高精度為 2 級(jí)，一般精度為 3 級(jí)。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在 100~120 范圍內(nèi)，取 MT2B 級(jí)的公差數(shù)值為0.52 mm，MT3B 級(jí)的公差數(shù)值為 0.78 mm。(2) 尺寸精度的組成及影響因素：制品尺寸誤差構(gòu)成為： = + + + ?sz?ca式中 ——制件總的成型誤差； ?——塑料收縮率波動(dòng)所引起的誤差；s——模具成型零件制造精度所引起的誤差； z——模具磨損后所引起的誤差；?c——模具安裝，配合間隙引起的誤差；a影響塑料制品尺寸精度的因素比較復(fù)雜，歸納有以下三個(gè)方面。(a) 模具—— 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。(b) 塑料材料—— 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。(c) 成型工藝—— 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。2.4.2 塑件的表面質(zhì)量表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，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(gè)等級(jí) [10]。該塑件要求對型腔拋光，所以對粗糙度的要求比較高，查表得 PP 拋光后順紋路方向的表面粗糙度為 0.02mm，垂直紋路方向的表面粗糙度為 0.26mm。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 35 頁3 注塑成型的準(zhǔn)備3.1 注塑成型工藝簡介注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作。圖3.1 注塑成型壓力—時(shí)間曲線（1）物料準(zhǔn)備：成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 35 頁型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。（2）注塑過程：塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時(shí)間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從T2到T3） ，由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。（3）制件后處理：由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10℃～20℃至熱變形溫度以下10℃～20℃之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液，沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100℃～121℃，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取2h～9h。3.2 注塑成型工藝條件(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(xiàn)象” ；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 35 頁應(yīng)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。PP料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3.1所示。表3.1 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度/℃ 模具溫度/℃ 熱變形溫度 /℃后段 中段 前段 1.82MPa 0.45MPa150~210 170~230 190~250 240~250 5~75 65~96 ——(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(dòng)的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實(shí)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(guān)。對于像 PS流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為 3.4 MPa ~27.5MPa。(3)時(shí)間：完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等） ，在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為 3s~5s，保壓時(shí)間一般為20s～120s，冷卻時(shí)間一般為 30s~120s（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長） 。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如表 3.2 所示。表 3.2 成型周期與壁厚關(guān)系制件壁厚/mm 成型周期/s 制件壁厚/mm 成型周期/s0.5 10 2.5 351.0 15 3.0 451.5 22 3.5 652.0 28 4.0 85經(jīng)過上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表 3.3 所示。表 3.3 制品成型工藝參數(shù)初步確定內(nèi)容 特性 內(nèi)容 特性 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 35 頁注塑機(jī)類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50噴嘴溫度(℃) 230 后段溫度(℃) 150~210中段溫度(℃) 170~230 前段溫度(℃) 190~250 注射壓力 MPa 90 保壓力 MPa 80注射時(shí)間 s 1.5 保壓時(shí)間 s 5冷卻時(shí)間 s 20 其他時(shí)間 s 3成型周期 s 30 成型收縮(%) 0.6干燥溫度(℃) 60~80 干燥時(shí)間(℃) 1~3 后處理溫度 70℃，保溫時(shí)間 2h。3.3 注塑機(jī)的選擇1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī)，這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破，目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%；注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%。成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長最快，產(chǎn)量最多的機(jī)種之一。3.3.1 注塑機(jī)簡介注塑機(jī)的分類方式很多，目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。常用的說法有：（1）按設(shè)備外形特征分類：臥式，立式，直角式，多工位注塑機(jī)；（2）按加工能力分類：超小型，小型，中型，大型和超大型注塑機(jī)。此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類，但日常生活中用的較少。3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù)注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量，注射壓力，注射速度，塑化能力，鎖模力，合模裝置的基本尺寸，開合模速度，空循環(huán)時(shí)間等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)，制造，購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)。(1)公稱注塑量：指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí)，注射裝置所能達(dá)到的最大注射量，反映了注塑機(jī)的加工能力。(2)注射壓力：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿(或柱 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 35 頁塞)對熔料必須施加足夠的壓力，我們將這種壓力稱為注射壓力。(3)注射速率：為了使熔料及時(shí)充滿型腔，除了必須有足夠的注射壓力外，熔料還必須有一定的流動(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。常用的注射速率如表3.4所示。表3.4 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 100003注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射時(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5(4)塑化能力：單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量。塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào)，若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力，反之則會(huì)加長成型周期。(5)鎖模力：注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力，在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開。(6)合模裝置的基本尺寸：包括模板尺寸，拉桿空間，模板間最大開距，動(dòng)模板的行程，模具最大厚度與最小厚度等。這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍。(7)開合模速度：為使模具閉合時(shí)平穩(wěn)，以及開模，推出制件時(shí)不使塑料制件損壞，要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理，即合模時(shí)從快到慢，開模時(shí)由慢到快在到停。(8)空循環(huán)時(shí)間：在沒有塑化，注射保壓，冷卻，取出制件等動(dòng)作的情況下，完成一次循環(huán)所需的時(shí)間。3.3.3 選擇注塑機(jī)(1) 由公稱注射量選定注射機(jī)由注射量選定注射機(jī)。由Pro/E建模分析得：總體積 V =82.6cm ；3總質(zhì)量 M =86.8g；流道凝料 V =0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù)，根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算，塑件越大則比例可以取的越小) [11]；實(shí)際注射量為： V =82.6×1.5=123.9 cm ；實(shí) 3 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 35 頁實(shí)際注射質(zhì)量為 M =1.5M=86.8×1.5=130.2g；實(shí)根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則，如式（3.1）所示： 0.8V ≧ V （3.1） 公 實(shí)V = V /0.8 公 實(shí)= 123.9÷0.8= 154.9 cm ；3(2) 由鎖模力選定注射機(jī)，如式（3.2）所示：F F =A ·P 鎖 ?脹 分 型（3.2） =2 ·P24D?型=2× ×30×1023.10?6=569.91 （kN）式中 ： F 注射機(jī)的鎖模力（N） ； 鎖A 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；分P 型腔壓力，取 P =30MPa； 型 型D 取的是塑件的平均直徑；D = =110.5， D 110mm ；120??結(jié)合上面兩項(xiàng)的計(jì)算，初步確定注塑機(jī)為表3.5所示，查國產(chǎn)注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表取SZ-160/1000，主要技術(shù)參數(shù)如下。表3.5 國產(chǎn)注射機(jī)SZ-160/1000技術(shù)參數(shù)表特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容結(jié)構(gòu)類型 臥 拉桿內(nèi)間距(mm) 360×260理論注射容積（cm ）3179 移模行程(mm) 280螺桿(柱塞)直徑(mm) 44 最大模具厚度(mm) 360注射壓力(MPa) 132 最小模具厚度(mm) 170 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 35 頁注射速率(g/s) 110 鎖模形式(mm) 液壓塑化能力(g/s) 10.5 模具定位孔直徑(mm) 120螺桿轉(zhuǎn)速(r/min) 10~150 噴嘴球半徑(mm) 10鎖模力(KN) 1000 噴嘴口直徑 ----3.4 注射機(jī)的校核3.4.1 最大注塑量的校核為確保塑件質(zhì)量，注塑模一次成型的塑件質(zhì)量（包括流道凝料質(zhì)量）應(yīng)在公稱注塑量的 35%~75%范圍內(nèi)，最大可達(dá) 80%，最小不小于 10%。為了保證塑件質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備的能力，選擇范圍通常在 50%~80%。V =73.95 cm ； 實(shí) 3V ＝179 cm ；公= 41.3% 滿足要求。7.9510%?3.4.2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力，如式（3.3）所示：F＞ K A ·P 分 型（3.3）＞1.2×2× ×30×10 23.140?6＞ 683.892 kN 滿足要求。 式中： F 注塑機(jī)額定鎖模力：1000kN； K 安全系數(shù)，通常取 1.1~1.2，取 K =1.2； 3.4.3 塑化能力的校核由 3.2.3 初定的成型周期為 30s 計(jì)算，實(shí)際要求的塑化能力為 成 型 周 期每 次 實(shí) 際 注 射 量即： =2.465（g/s） ，小于注塑機(jī)的塑化能力 10.5（g/s） ，說明注射機(jī)能完全3095.7滿足塑化要求。3.4.4 噴嘴尺寸校核 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 35 頁在實(shí)際生產(chǎn)過程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑 R2 取比注射機(jī)噴嘴球面半徑 R1 大 1mm~2 mm，主流道小端直徑 D 取比注射機(jī)噴嘴直徑 d 大 0.5mm~1mm，如圖 3.2 所示，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模，所以，注射機(jī)噴嘴尺寸是標(biāo)準(zhǔn)，模具的制造以它為準(zhǔn)則。 圖 3.2 噴嘴與澆口套尺寸關(guān)系3.4.5 定位圈尺寸校核 注塑機(jī)固定模板臺(tái)面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱之為定位孔。注塑模端面凸臺(tái)徑向尺寸須與定位孔成間隙配合，便于模具安裝，并使主流道的中心線與噴嘴的中心線相重合。模具端面凸臺(tái)高度應(yīng)小于定位孔深度。3.4.6 模具外形尺寸校核注塑模外形尺寸應(yīng)小于注塑機(jī)工作臺(tái)面的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機(jī)拉桿間距相適應(yīng)，模具至少有一個(gè)方向的尺寸能穿過拉桿間的空間裝在注塑機(jī)的工作臺(tái)面上。3.4.7 模具厚度校核模具厚度必須滿足下式，如式（3.4）所示：H H H min?m?max（3.4）170 301 360 滿足要求。式中： H ——所設(shè)計(jì)的模具厚度 301 mm； mH ——注塑機(jī)所允許的最小模具厚度 170 mm；inH ——注塑機(jī)所允許的最大模具厚度 360 mm；max 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 35 頁3.4.8 模具安裝尺寸校核注塑機(jī)的動(dòng)模板，定模板臺(tái)面上有許多不同間距的螺釘孔或“T”形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時(shí)（大型模具常用這種方法） ，模具動(dòng)、定模板上的螺孔及其間距，必須與注塑機(jī)模板臺(tái)面上對應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時(shí)（中，小模具多用這種方法） ，只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。該模具外形尺寸為 300×400 屬中、小型模具，所以采用壓板固定法（一般認(rèn)為當(dāng)尺寸在 500×500 內(nèi)為中，小模具） 。3.4.9 開模行程校核所選注塑機(jī)為全液壓式鎖模機(jī)構(gòu)，最大開模行程受模具厚度影響。此時(shí)最大開模行程 S 等于注塑機(jī)移動(dòng)、固定模板臺(tái)面之間的最大距離減去模具厚度。如式開（3.5）所示：S ≧ H +H +（5~ 10）mm 開 12（3.5） 280≧92 滿足要求。 式中 S ——注塑機(jī)移模行程 280 mm；開H ——推出距離 15 mm；1H ——流道凝料與塑件高度 67 mm。24 模具設(shè)計(jì)4.1 塑料配方說明塑料配方設(shè)計(jì)是塑料制品成型加工中在加工設(shè)備和工藝參數(shù)確定之后所必須進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣，也是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)對塑料進(jìn)行改性的過程，其技術(shù)含量極高。一個(gè)成功配方的產(chǎn)生是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用高新技術(shù)的結(jié)局。塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物，添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加的混合物，通常為填充劑，增塑劑，穩(wěn)定劑，潤滑劑，著色劑等。根據(jù) PP 的特性及使 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 35 頁用性能要求，配方中應(yīng)含有以下添加劑。填充劑——玻璃微珠；PP 成型后易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，添加玻璃微珠使塑料的流動(dòng)性好，殘余內(nèi)應(yīng)力分布均勻，使光的漫反射率為 80%~88%。增韌劑——SBS，ABS，EPR；PP 的沖擊性能很差，是一種十分脆的材料，增韌改性是必須的。光穩(wěn)定劑——氧化鋅；塑料制品在日光或強(qiáng)熒光下，由于吸收紫外光的能量，引發(fā)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀或內(nèi)在性能變壞，這一過程稱為光氧化或光老化。潤滑劑——硬脂酸及其鹽類；對塑料的表面起潤滑作用，防止塑料在成型加工時(shí)黏模，同時(shí)提高塑料制品表面光潔度。著色劑——粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占 80%左右，著色的目的有增加制品美感，以吸引消費(fèi)者的購買欲望，提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實(shí)現(xiàn)的。抗菌劑——磷酸鋯系銀離子抗菌劑；考慮到該產(chǎn)品人們可能會(huì)作為玩具把玩，因此需要做此設(shè)計(jì)。很多塑料制品的表面會(huì)滋生致病細(xì)菌，與人接觸后可能導(dǎo)致如感冒，咽炎，流行性腦膜炎，肺結(jié)核等疾病的傳播。塑料抗菌改性是在樹脂中加入抗菌劑，其逸出塑料表面后，可將沾在塑料表面的細(xì)菌殺死或抑制細(xì)菌的繁殖，保持自身的清潔狀態(tài)。4.2 分型面的確定 分型面的選擇原則： (1)便于塑件脫模； (2)在開模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模； (3)外觀不遭到損壞；(4)有利于排氣和模具的加工方便。結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，分型面確定在塑件的最大投影面積上。如圖 4.1 所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 35 頁圖 4.1 分型面4.3 型腔數(shù)目的確定注塑模的型腔數(shù)目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔數(shù)目的確定時(shí)主要考慮以下幾個(gè)有關(guān)因素：(1)塑件的尺寸精度；(2)模具制造成本；(3)注塑成型的生產(chǎn)效益；(4)模具制造難度。考慮到該塑件是一般日用品，查手冊得塑件的經(jīng)濟(jì)精度推薦 4 級(jí)，這個(gè)產(chǎn)品是兩個(gè)殼件的組合，所以初定為一模兩腔最合理。4.4 澆口確定PP 料的流動(dòng)性好，可適用于各種澆口，為了不影響外觀，簡化模局結(jié)構(gòu)，確定使用側(cè)澆口。4.5 模具材料的選擇現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以在模具材料的選擇時(shí)主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料 [19]。如何合理的選擇模具鋼，是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件，如果選材不當(dāng)，則所有的精密加工所投入的工時(shí)，設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。在選擇模具鋼時(shí)，首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能，從使用性能考慮：硬度是主要指標(biāo)之一，模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變，必須有足夠的硬度，當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷，崩刃問題，所以韌性也是一重要指標(biāo)，耐磨性是 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 35 頁決定模具壽命的重要因素，從 PP 特性看，這三項(xiàng)指標(biāo)是必須要滿足的，此外還有紅硬性，抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。從工藝性能考慮：要熱加工工藝好，加工溫度范圍寬，冷加工性能如切削，銑削，拋光等加工性能好，此外還要考慮淬透性和淬硬性，熱處理變形和氧化脫碳等性能。另外從經(jīng)濟(jì)考慮，要求材料來源廣，價(jià)格低。查手冊選擇模仁的材料是 4Cr13。屬馬氏體類型不銹鋼，該鋼機(jī)械加工性能較好，經(jīng)熱處理(淬火及回火)后，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，拋光性能，較高的強(qiáng)度和耐磨性，適于制造承受高負(fù)荷，高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具，透明塑料制品模具等。有關(guān)參數(shù)如下：物理性能：臨界溫度（℃）AC1：820；AC3：1100；線膨脹系數(shù)：10.5(在 20℃~100℃)熱導(dǎo)率：27.6W(M.K)-1(在 20℃左右)彈性模量 210000~223500(20℃左右)4.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計(jì)及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容之一。4.6.1 主流道主流道是連接注塑機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時(shí)也改善料流的速度，因?yàn)橐妥⑺軝C(jī)相配，所以其尺寸與注塑機(jī)有關(guān)。主要參數(shù)： 錐角 =3°；?內(nèi)表面粗糙度 Ra =0.00063mm；小端直徑 D =d +(0.5~1)mm；半徑 R =R +(1~2)mm ；21材料 T8A；由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 35 頁計(jì)成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨(dú)加工和熱處理。4.6.2 分流道分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表 4.1 所示。表 4.1 流道斷面尺寸推薦值塑料名稱 分流道斷面直徑 塑料名稱 分流道斷面直徑 mmABS，AS 聚乙烯尼龍類聚甲醛丙烯酸抗沖擊丙烯酸醋酸纖維素聚丙烯異質(zhì)同晶體4.8~9.51.6~9.51.6~9.53.5~108~108~12.55~105~108~10聚苯乙烯軟聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯熱塑性聚酯聚苯醚聚砜離子聚合物聚苯硫醚3.5~103.5~106.5~166.5~8.03.5~8.06.5~106.5~102.4~106.5~13分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U 形和六角形。要減少流道內(nèi)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，所以一般是制成梯形流道。4.6.3 冷料穴冷料穴一般位于主流道對面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進(jìn)入型腔而形成冷接縫，此外，開模時(shí)又能將主流道凝料從定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端直徑。 4.6.4 澆口(1)澆口分類澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口、側(cè)澆口、直接澆口、潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用潛伏式澆口，其有以下特性：(a)去除澆口方便，開模時(shí)料頭可以自動(dòng)脫落，便于后處理加工； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 35 頁(b)試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；(c)能相對獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；(d)對于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。(2)澆口尺寸(a)側(cè)澆口深度尺寸 H 的確定H =nt =0.6×1.6 = 0.96mm n 塑料系數(shù) PP 料取 0.6； t 塑件在澆口位置處的壁厚，該設(shè)計(jì)取殼體中間壁厚 t=1.6 mm。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，H 的取值范圍在 0.5mm~2.0mm 之間，若按澆口處壁厚計(jì)算則 H =0.6×5=3mm，超出了經(jīng)驗(yàn)值，而且由于澆口是易磨損部位，所以開始時(shí)取小值是有好處的，這有利于以后的修模。(b)側(cè)澆口寬度尺寸 W 的確定，如式（4.1）所示：W = 30An（4.1） A 型腔一側(cè)的表面積： A =V/t ；V 澆注體積 ：V =53.9×10 mm ；3t 取平均壁厚 =3.3mm 取 3mm。1.652?W = = =2.68 取 3mm 30/tn3019.56.??4.6.5 剪切速率的校核生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率 R =5×10 ~5×10 s 、澆231?口的剪切速率 R =10 ~10 s 時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量最好。用公式：451?R = 3.nvq?式中： q ——體積流量（cm /s） ；v 3R ——澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑（cm） 。3n(1)主流道剪切速率校核Q =0.8Q/T=73.95÷1.5=49.3（cm /s） 3注射時(shí)間 T =1.5(s)； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 35 頁R = =0.27（cm） n421d?R 主流道的平均當(dāng)量截面半徑；nd 主流道小端直徑 ， d =0.4 （cm） ； 1 1d 主流道大端直徑， d =0.68（cm）2 2R = = =2.63×10 s 主 3.nvq?37.0149?31?(2)分流道剪切速率的校核 第一級(jí)分流道： Q = = =27（cm /s） 1分 2主 9.53R =0.3（cm）n1R = = =1.05×10 s 分 3.nvq?3.01427?31?第二級(jí)分流道： Q = （cm /s） 2分 分 5.?3因?yàn)楫?dāng)量半徑和第一級(jí)，相同所以， R = R /2 5×10 s2分 1分 ?21?(3)澆口剪切速率的校核R = = =1.42×10 s 澆 3.nvq?31.045?41?Q = Q =13.5（cm /s） ； 澆 2分澆口面積 S =1×3=3mm ，當(dāng)量面積 S = R 取 R =1mm。 3?2當(dāng)n當(dāng)n從以上的計(jì)算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 35 頁4.7 模架的確定 4.7.1 型腔壁厚和底版厚度計(jì)算在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料本身的許用應(yīng)力[ ]時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。與此同時(shí)，若剛?度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)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(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計(jì)，按強(qiáng)度校核；小型模具按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，按剛度校核原則：側(cè)壁厚度計(jì)算公式如式（4.2）所示：S ≧( ) ][4?Ecph31（4.2）=( )04.1.235?31=20.91 mm式中： C—與型腔深度對型腔側(cè)壁長邊邊長之比 h/L 有關(guān)的系數(shù)；查表 C=1； 1——型腔壓力， 取 30MPa； pp——型腔深度， =40；hhE——模具材料的彈性模量（MPa） ， E 取 2.1×10 ；5[ ]——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm)，取[ ]=0.04;? ?底板厚度計(jì)算公式如式（4.3）所示：≧（ ） sh][421?EpLc31（4.3）=（ ） =46.02mm04.1.283605?31 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 35 頁——由底板短邊與長邊邊長之比 決定的系數(shù)；查表 =0.026；1c 12/L1c——型腔壓力， 取 30 MPa；pp——底版短邊長度(mm)， =180；2L2——模具材料的彈性模量（MPa） ， E 取 2.1×10 ；E 5[ ]——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm)，取[ ]=0.04；? ?4.7.2 模架的選用注塑模模架國家標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，即 GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術(shù)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(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)采用龍記標(biāo)準(zhǔn)模架。(1)模仁尺寸的確定因?yàn)椴捎玫氖钦w式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實(shí)際中因?yàn)橐紤]冷卻因素，又因?yàn)榻?jīng)過模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間，該設(shè)計(jì)取模仁的大小為 100×250 mm。(2)凸、凹模尺寸的確定凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進(jìn)行強(qiáng)度或剛度校核來確定。根據(jù) 3.3.3 的計(jì)算結(jié)果，只要凹模長邊的寬度滿足 12 mm 就可以達(dá)到剛度要求，理論上只要取大于 12 mm 的值就滿足設(shè)計(jì)要求，但考慮到導(dǎo)柱和導(dǎo)套、螺釘、冷卻水孔等對模架強(qiáng)度、剛度的削弱作用，實(shí)際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設(shè)計(jì)中，在長度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 45 mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 50mm（實(shí)際生產(chǎn)中寬度方向的邊值一般比長度方向的邊值大） 。所以凸、凹模尺寸為 250×500 mm。(3)模具高度尺寸的確定各塊板的厚度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個(gè)尺寸需要注意： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 35 頁(a)凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時(shí)型腔中有很大的成型壓力，當(dāng)塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時(shí)，若凸模底板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，根據(jù) 4.7.1 知道，厚度滿足 46 可滿足要求，為了安全，取底板厚度為 50 mm。凹模的底板因?yàn)槭桥c注塑機(jī)的工作臺(tái)接觸的，所受的力傳遞到工作臺(tái)上，所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以，該設(shè)計(jì)取凹模底板厚度為 30 mm。(b)推板推出距離；在分模時(shí)塑件一般是黏結(jié)在型芯上的，需要推桿或推板推出一定的距離才能脫離型芯，該塑件的高度為 18 mm 左右，黏結(jié)在型芯上的尺寸約 15 mm 左右，所以當(dāng)推出距離為 15 mm 時(shí)就能使塑件和型芯分離。如果 C 板（即模腳）的高度太小，則推出的距離不夠而使塑件不能脫離型芯，如圖 4.5 所示：圖 4.5 推出距離關(guān)系需要滿足關(guān)系：H－ h1－ h2－ h3－ h＞0 H——C 板高度；h1——擋銷高度；h2——推板厚度；h3 推桿固定板厚度； h——推出距離； 完成了以上的工作，確定模具尺寸為 250×500 mm，A 板厚度 50 mm，B 板厚度40 mm，C 板厚度 50，為了保證凸、凹模不碰傷，A 板和 B 板之間取 1mm 間隙。為了起吊模具，模具上都設(shè)有吊環(huán)。123 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 35 頁4.8 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種類型。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。錐面定位機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的精密對中定位。導(dǎo)柱：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長的導(dǎo)柱應(yīng)開設(shè)油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。若導(dǎo)柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導(dǎo)柱的直徑需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。導(dǎo)套：導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)，帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。設(shè)計(jì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套需要注意的事項(xiàng)有：(1)合理布置導(dǎo)柱的位置，導(dǎo)柱中心至模具外緣至少應(yīng)有一個(gè)導(dǎo)柱直徑的厚度；導(dǎo)柱不應(yīng)設(shè)在矩形模具四角的危險(xiǎn)斷面上。通常設(shè)在長邊離中心線的 1/3 處最為安全。導(dǎo)柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。(2)導(dǎo)柱工作部分長度應(yīng)比型芯端面高出 6mm～8mm，以確保其導(dǎo)向與引導(dǎo)作用。(3)導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度時(shí)可采取更低的配合要求；導(dǎo)柱固定部分配合精度采用 H7/k6；導(dǎo)套外徑的配合精度采取 H7/k6。配合長度通常取配合直徑的 1.5~2 倍，其余部分可以擴(kuò)孔，以減小摩擦，降低加工難度。(4)導(dǎo)柱可以設(shè)置在動(dòng)模或定模，設(shè)在動(dòng)模一邊可以保護(hù)型芯不受損壞，設(shè)在定模一邊有利于塑件脫模。4.9 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機(jī)構(gòu)，也稱頂出機(jī)構(gòu)。脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般遵循以下原則：(1)塑件滯留于動(dòng)模邊，以便借助于開模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作。(2)由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大的部位。(3)結(jié)構(gòu)合理可靠，便于制造和維護(hù)。本設(shè)計(jì)使用簡單的推桿脫模機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵撍芗姆中兔婧唵?，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，采用推簡單的脫模機(jī)構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來方便。在對脫模機(jī)構(gòu) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 35 頁做說明之前，需要對脫模力做個(gè)簡單的計(jì)算。4.9.1 脫模力的計(jì)算首先需要對塑件進(jìn)行理想模型建模，如圖 4.6 所示：圖 4.6 塑件其中 A 段是塑件凹槽鎖位的長度，長度為 5mm，B 段是圓弧形殼體的理想建模，長度為 10mm，原塑件的兩端斜率不一致，所以取平均值為脫模斜度。= =25.9 取 26°?23.156?對建模進(jìn)行受力分析，F(xiàn) ——制件對型芯的包緊力（N） ； 1F 、 F ——F 的垂直和水平分量（N）