座蓋注塑模具設計【一模四腔】,一模四腔,注塑,模具設計 兩板式塑料注塑模的澆口，分流道和主流道的優(yōu)化 摘要：本文介紹了兩板式塑料注塑模的澆口，分流道和主流道的優(yōu)化尺寸大小。電子收款機（ECR）的塑料制品被用于這項研究中，其中有三個電子元器件鑄塑料制品包括登記套管頂部，底部套管和紙架。本文的主要目的是找出澆口，主流道和分流道的最佳尺寸和最佳布局，找出導致澆口，主流道和分流道尺寸不合適的原因。這項研究中使用了三種類型的軟件，如CAD工具軟件UG被用來設計3D建模，犀牛軟件作為標桿處理工具被用來設計澆口、分流道、主流道和Moldex軟件作為仿真工具被用來分析塑性流動。因此，修正了型腔進給系統(tǒng)的位置和尺寸大小，以消除短桿，過充和兩板系列注塑模具焊縫問題。 關鍵詞：計算機建模；仿真流動；優(yōu)化 1．簡介 通常的注塑過程包括三個階段：注射,合模和冷卻階段。本文介紹了隨著計算機日益廣泛的應用在設計工程，仿真軟件在模具制造行業(yè)的重大影響,而大量的商用軟件市場也增加了[1]。ECR塑料產品采用相同的材質和色彩,然而各部分尺寸大小不同。每個部分都有它自己的模具，但這個研究,所有的部分都用了這種系列的模具。設計模具的困難階段是決定這種系列注射模具的澆口、分流道、主流道的布局、位置、大小與水孔的位置[2],[6],[7]。為了探討了流動行為，Moldex軟件仿真軟件用于分析塑性流動。 2．方法 本研究首先從設計產品三維造型的ECR使用UG軟件，然后在文件被轉移到犀牛軟件后處理。在犀牛軟件的進給系統(tǒng)如澆口，分流道，主流道，水口和模具設計進行了設計。最后，Moldex軟件從犀牛軟件中使用進口文件。塑料原料，工藝條件決定前要進行注射，合模，冷卻和熱曲線分析。如果結果不符合，必須修改后再進行，如圖1所示。 1． 圖1 方法分析 3．設計 –雙板模具 所有的ECR的文件包括頂級套管，套管和底紙架，他們分別一步一步出自UG軟件犀牛軟件。該文件被保存在DXF擴展文件，它可以通過犀牛軟件來讀取。起初，頂套管中打開文件，它是犀牛軟件 從實體模型轉換成網狀模型，如圖2（a）。此外，圖2（b）顯示了從UG進口的早期階段底部外殼文件軟件犀牛軟件。外殼的底部表面細網的實現后取得了細化網格。腔表面后仍然存在，在核心方已被刪除從移開的網格。同樣的方法用于紙架，如圖2（c）所示。 圖2 ECR的網建模 3.1矩形邊緣澆口 矩形邊緣澆口需要確定的尺寸是深度和寬度。該部件深度計算公式為h =nt，其中h是門深入（毫米），t為墻截面厚度（毫米），n為材料常數[3]。從這個公式可以得出的澆口套管深度為1.2毫米和紙架深度為1.8毫米。邊緣澆口的寬度從公式1 [4] 推導。 W= n x A ? / 30 (1) 其中，W為澆口寬度（毫米），Ａ是表面面積腔（平方毫米），n為材料常數。通過計算得出澆口套管的表面面積８４６４８平方毫米，寬度為5.8毫米。進一步計算，底部寬度為5.9毫米套管和紙架寬度為1.27毫米。 3.2循環(huán)分流道 分流道直徑計算方式為：部分質量乘以密度和部分模具中心距，公式為2 [4]。 　　　　　　　　 D = W ? x L ? / 30 (2) 其中，D是分流道直徑，W是部分質量，L是部分模具中心距。頂套管的體積從犀牛軟件得出的是７８２０２立方毫米，重量0.08千克所以主流道直徑為6.5毫米。進一步計算，套管底部直徑為6.7毫米，紙架為1.5毫米。 3.3主流道 主流道尺寸是由型腔板的厚度和從給定角度一直徑7毫米來決定的。初始冷料井為7毫米，基本冷料井是10毫米。圖3顯示了頂部套管，套管位置及底部紙架一起進料系統(tǒng)。 圖3 兩板模的布局 4．填充分析- 雙板模具 從填充分析結果顯示，總填充的時間是１.０４１秒。在這階段上，100％有兩種結果：頂套管短桿和塑料不能流到紙架，如圖4所示。 圖４　填充過程 頂部外殼進行了重新設計，因為前面結合處流位于側邊，而導致熔合線在該地區(qū)的擴大，如圖5所示。熔合線是一個流動的結果，容易分解成兩個單獨的部分。當兩方面滿足，他們試圖重新熔合到一起，從而導致形成一個單一的一條線，這很容易斷裂[5]。 圖5 頂部套管的熔合線 4.1雙板模具改造 由于過充，修改澆口尺寸，將底部外殼減少25％，由從5.9毫米降為4.3毫米。分流道由6.7毫米降至至5毫米。紙架的位置由距模具中心50毫米到25毫米，將分流道尺寸提高25％。一些凹槽加在頂部套殼表面，以確保塑料流向頂部套管中心如圖6所示。 圖6 雙板模的修正 4.2修改過的填充過程 從填充改性后分析結果表明，塑料熔體三成分互相平衡。注射前的總時間為7.804x10-1秒。熔合線已消除了頂部套管中心旁體，結果是與塑料熔體流向拐角處相交，如圖7所示。 圖7修正后的填充過程 5．討論 該分流道的紙架的大小增加，來轉移和消除不填充的現象。澆口與底部外殼分流道分別降低因為過充。頂部套管的上表面加入一些凹槽消除熔合線。結果是消除了頂部套管中心旁體的熔合線。從結果中發(fā)現，由于是短桿的問題，二板模紙架的澆口和分流道大小增加了25％，由于過充問題，底殼的澆口和分流道尺寸減小了25％。 6．結論 這項研究是在分析兩板模中塑料材料的流動是成功的。做這些修正改進了型腔的布局和進給系統(tǒng)，提高了產品質量。此外，塑料制品上的短桿缺陷，過充和熔合線的消除在的在實際模具中是編造的。 參考文獻 1 S.S.S. Imehezri。，S.M. Sapuan爾蘇萊曼，材料和設計雜志，26卷，第157 -166，2005。 2 L.T. Manzione，計算機輔助工程應用在注塑成型，漢瑟，新 紐約，1987年。 3 R.G.W.Pye，注塑成型設計，朗文科學技術，紐約，1989年。 4 G.Monges和P.Mohren，如何進行注塑模具，漢瑟出版社，紐約，1993年。 5 M.B. Douglas，注塑成型，制造工藝基礎。學會制造工程師，密歇根州，1996年。 6 C.T. Wong, S. Sulaiman , N. Ismail,A.M.S. Hamouda，第二世界工程法律程序國會，Sarawak，馬來西亞。P193-198，2002。 7 M.Khairol，碩士論文，馬來西亞博特拉大學，2001。 畢業(yè)設計（論文） 座蓋注塑模具設計 學 院（部）： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 班 級： 學號 指導教師姓名： 職稱 職稱 最終評定成績：  摘 要 本設計是座蓋塑料零件的注塑模具設計，在結合了傳統(tǒng)的機械設計后把CAD/CAM技術應用在注塑模具的設計上，在CAD系統(tǒng)實行了模型和注塑模具的設計。本文介紹了我國當前模具技術的發(fā)展狀況以及CAD/CAM在模具上的應用，其中包括AUTOCAD。主要的機械部分設計，其內容包括塑料注塑模具的工作原理及應用，設計準則。塑料注塑模的設計計算，包括模具結構設計，注塑機的選用，澆注系統(tǒng)的設計，動、定模，澆注系統(tǒng)，脫模機構，頂出機構，冷卻系統(tǒng)等設計等方面。如此設計出的結構可確保模具工作運行可靠。 關鍵詞：CAD；CAM；注塑模；工藝 VI ABSTRACT It is to design the holder injection mould, references to the traditional mechanical design, focus on the CAD/CAM application in the plastic mould design, that is to say to apply the CAD system in model and plastic injection mould design. This artic introduces the mould technology and the CAD/CAM application of mould in china nowadays. Including AUTOCAD，MASTERCAM. While main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould, design standards. The calculation of the plastic mould design concerns about the mould construction design, choosing Injection Molding Machine, injection system ,the move mould, immobility mould, the irrigating system, the doffing mould organ, the goring organ, the cooling system’s design and so on. The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould. Keywords: CAD;CAM;PLASTIC INJECTION;MOULD 目 錄 摘 要 II ABSTRACT III 目 錄 IV 第1章 緒 論 1 1.1模具的作用與地位 1 1.2 本次設計研究目的及意義 1 1.3 CAD發(fā)展概況 1 1.4 注塑模CAD內容 2 第2章 塑件的工藝分析 4 2.1塑件的工藝性分析 4 2.1.1塑件的原材料分析 4 2.1.2 ABS的注塑工藝參數 5 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 5 2.2.1結構分析 5 2.2.2尺寸精度分析 5 2.2.3表面質量分析 6 2.3計算塑件的體積和質量 6 第3章 注射機的選擇及校核 7 3.1 注射機的選擇 7 3.2 型腔數目的確定及校核 8 3.3 鎖模力的校核 9 3.4 開模行程的校核 9 第4章 澆注系統(tǒng)的設計 10 4.1 分型面的選擇 10 4.2 主流道的設計 11 4.3 澆口設計 11 4.3.1 剪切速率的校核 12 4.3.2 主流道剪切速率校核 12 4.3.3 澆口剪切速率的校核 12 第5章 成型零部件設計 13 5.1 型腔和型芯工作尺寸計算 13 5.2 型腔側壁厚度計算 14 第6章 合模導向機構設計 15 第7章 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 16 7.1 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求 16 7.2 冷卻系統(tǒng)設計 16 7.2.1 設計原則 16 7.2.2 冷卻時間的確定 16 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 17 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 17 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 18 7.2.6 冷卻系統(tǒng)的計算 19 7.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 19 第8章 模具工作原理說明 22 總 結 23 參考文獻 24 致 謝 25 主要符號表 第1章 緒 論 1.1模具的作用與地位 模具是指工業(yè)生產上通過注塑、壓鑄或鍛壓等方式生產產品所用的各種模型和工具，是工業(yè)生產中極其重要而又不可或缺的特殊基礎工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。其生產過程集精密制造、計算機技術和智能控制為一體，既是高新技術載體，又是高新技術產品。由于使用模具批量生產制件具有的高生產效率、高一致性、低耗能耗材，以及有較高的精度和復雜程度，因此已越來越被國民經濟各工業(yè)生產部門所重視，被廣泛應用于機械、電子、汽車、信息、航空、航天、輕工、軍工、交通、建材、醫(yī)療器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造領域，據資料統(tǒng)計，利用模具制造的零件數量，在飛機、汽車、摩托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產品中占80%以上；在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機、傳真機、電話及手機等電子產品中占85%以上；在電冰箱、空調、洗衣機、微波爐、吸塵器、電風扇、自行車等輕工業(yè)產品中占90%以上；在槍支等兵器軍工產品中占95%以上。為我國經濟發(fā)展、國防現代化和高端技術服務做了重要貢獻。模具工業(yè)是重要的基礎工業(yè)。工業(yè)要發(fā)展，模具須先行。沒有高水平的模具就沒有高水平的工業(yè)產品。現在，模具工業(yè)水平已經成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，在國民經濟中占有重要的地位，模具技術也已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一[1]。 1.2 本次設計研究目的及意義 (1).調查研究中外文獻檢索和閱讀能力； (2).綜合運用專業(yè)理論和知識分析、解決實際問題的能力； (3).設計、計算與繪圖的能力，包括使用計算機的能力； (4).掌握模具設計方法和步驟，了解模具的加工工藝過程； (5).邏輯思維與形象思維相結合的文字及口頭表達能力； (6).撰寫設計說明書（論文）的能力； (7).養(yǎng)成嚴肅、認真、細致地從事技術工作的優(yōu)良作風。 1.3 CAD發(fā)展概況 計算機輔助設計(CAD-Computer Aided Design)指利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。CAD的應用，使得設計人員在設計過程中，能充分發(fā)揮計算機的強大算術邏輯運算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數值計算、分析模擬、優(yōu)化設計和繪圖等項任務，并通過設計人員進行創(chuàng)造性的設計以實現最優(yōu)方案。 CAD(Computer Aided Design）誕生于20世紀60年代，是美國麻省理工大學提出了交互式圖形學的研究計劃，由于當時硬件設施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。70年代，小型計算機費用下降，美國工業(yè)界才開始廣泛使用交互式繪圖系統(tǒng)。80年代，由于PP機的應用，CAD得以迅速發(fā)展，出現了專門從事CAD系統(tǒng)開發(fā)的公司。CAD最早的應用是在汽車制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中。隨著計算機變得更便宜，應用范圍也逐漸變廣。通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一種通用的繪圖軟件，對機械行業(yè)針對性差，不過幸運的是，AutoCAD是個開放性軟件，可以對它進行二次開發(fā)，如采用ADS，ARX語言等。由于二次開發(fā)的深入，加強了參數化設計、智能化設計等，這樣充分發(fā)揮了計算機的強大的搜索功能和運算功能[2]。 CAD技術的發(fā)展與應用對于徹底改變塑料模具設計與制造的傳統(tǒng)方法與落后面貌，提高模具的設計質量與設計效率，縮短模具的設計制造周期，具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD軟件是澳大利亞MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已經發(fā)展得比較完善，能夠為設計人員、模具制作人員、工程師提供指導，通過仿真設置和結果闡明來展示壁厚、澆口位置、材料、幾何形狀變化如何影響可制造性。實現了對注塑過程的模擬、設計原理的應用和精確計算，并逐步優(yōu)化模擬過程，使設計工程師在產品設計階段可以在計算機上“制造”塑料產品。據美國Prote type & Plastic Mold公司統(tǒng)計，該公司使用CAD系統(tǒng)后一年內生產效率提高了一倍，節(jié)省了35%的準備時間，制造周期平均縮短了30%，材料節(jié)省了10%，模具成本降低了10%～30%。模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。塑料模具CAD的應用帶來了巨大的社會效益和經濟效益。 1.4 注塑模CAD內容 在模具設計中，模架及某些零件，如導柱、導套、推桿、支撐塊、澆口套、定位圈等分別已形成廠標、行標或國標。對于這些標準的或本單位采用的模架及零件可在通用的二維工程圖CAD系統(tǒng)中建立模架、零件庫，以被設計時調用。對于澆注系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、模架結構強度計算等內容，已有一些較成熟的計算方法或經驗計算方法，可設置這些計算公式的模塊，以便設計人員進行快速計算。注塑模CAD的內容有以下幾點： 1.注塑制品的幾何造型 2.模腔面形狀的生成 3.模具結構方面的設計 4.標準模架選擇 5.部裝圖及總裝圖的生成 6.模具零件圖的生成 7.常規(guī)計算和校核。 28 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是座蓋產品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用ABS，生產類型為大批量生產。 圖1 座蓋圖 2.1塑件的工藝性分析 2.1.1塑件的原材料分析 ABS材料的性能 塑料性能 ABS 熔融溫度/℃ 195-240 成型模溫/℃ 38-93 彎曲強度/Mpa 80 拉伸強度/Mpa 35-49 彎曲彈性模量/Gpa 1.4 拉伸彈性模量/Gpa 1.8 收縮率（%） 0.4-0.6 成型壓力/Mpa 120-140 流長比 30-150 密度/（） 1.02-1.08 射速 中等速度 另外ABS具有好的易加工性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，高沖擊強度。 外觀特性：提高模溫可提高塑件光潔度。 ABS的成型特性和條件 1)流動性和成型性優(yōu)良，成品率高。 2）容易出現裂紋，故塑件壁厚應均勻，脫模斜度不宜過小。 塑件結構工藝性 根據ABS的特性，一般制件的壁厚應均勻，型腔脫模斜度為15′-1°30′，型芯的脫模斜度為25′-1°。這里取2.5mm為制品的平均壁厚，外表面的脫模斜度為30′，內表面的脫模斜度為20′。 2.1.2 ABS的注塑工藝參數 1、注塑機類型： 螺桿式 7、保壓力 50~70MP 2、噴嘴形式 直通式 8、注射時間 3~5s 3、螺桿轉速（r/min） 30~60 9、保壓時間 15~30s 4、噴嘴溫度 180~190C 10、模具溫度 50~70 5、成型溫度 C 料筒： 前200~210 中210~230 后180~200 11、冷卻時間 15~30s 6、注射壓力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1結構分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。在凸臺上,一個帶有φ3mm的孔,因此,模具設計,該零件屬于中等復雜程度. 2.2.2尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為1mm,壁厚均勻,，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內部不得有雜質外，沒有什么特別的表面質量要求，故比較容易實現。 綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 2.3計算塑件的體積和質量 計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數。 計算塑件的體積：V=17.78cm（單個） 計算塑件的質量：根據設計手冊可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質量：M=Vρ＝19g(通過3D軟件測量得到) 采用一模4件的模具結構，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 第3章 注射機的選擇及校核 3.1 注射機的選擇 設計模具時，應詳細地了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出合乎要求的模具，應了解的技術規(guī)范有：注射機的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程以及機床模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸。 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,注塑成型過程所需要的時間稱為裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 注射壓力；為了克服熔料流經噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)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。 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數的為注射速率或注射時間或注射速度。常用的注射速率如表所示[4]。 表1注射速率 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. 鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. 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,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. 空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 選擇螺桿式注塑機的型號為：XS-ZY-500，其主要技術參數如下[5]： 表2注射機參數 注塑機型號 XS-ZY- 額定注射量 500cm3 螺桿（柱塞）直徑 85mm 注射壓力 121Mpa 注射行程 260mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 4500KN 最大成型面積 1800cm2 最大開合模行程 700mm 模具最大厚度 700mm 模具最小厚度 300mm 噴嘴圓弧半徑 R18mm 噴嘴孔直徑 Φ7.5mm 頂出形式 兩側設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸 900X1000mm 拉桿空間 650X550mm 合模方式 中心液壓、兩側機械頂桿 液壓泵 流量 200、18L/min 壓力 614Mpa 電動機功率 40KW 加熱功率 14KW 機器外形尺寸 7670X1740X2380mm 3.2 型腔數目的確定及校核 根據市場經濟及生產效率的要求，本模具采用一模4腔型腔結構，即型腔數目。因型腔數量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數有關，因此有任何一個參數都可以校核型腔的數量。一般根據注射機料筒塑化速率確定型腔數量； 式中——注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8； ——注射機最大注塑量，g； ——澆注系統(tǒng)所需塑料質量，； ——單個塑件的質量，。 式中、、也可以為注射機最在注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、 單個塑件的體積（cm3）。 故取滿足我們設計要求。 3.3 鎖模力的校核 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現溢料現象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模離，即： （式中符號同前） 式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2; 為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2； P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，Mpa; 為注塑機的額定銷模力,N。 3.4 開模行程的校核 注射機開模行程是有限的，開模行程應該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式： （4-3） 式中—模具開模行程； —推出距離（脫模距離） —塑件高度；（H2） —定模板與中間板之間的分開距離。 則=291mm<500mm 小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 第4章 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流道、冷料穴，澆口[6]。 澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，故設計時要使型腔布置和澆口開始部位力求對稱，防止模具承受偏載而產生溢料現象，而澆口的位置也要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說來，需要注意以下問題： 1.適應塑料的工藝性； 2.流程要短； 3.排氣良好； 4.避免料流直沖型芯或嵌件； 5.澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量??； 6.澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱； 7.修整方便，保證制品外觀質量； 8.防止塑件變形。 4.1 分型面的選擇 分型面是模具結構中的基準面，選擇模具分型面時通常考慮如下有關問題： 1根據塑件的某些技術要求，確定成型零件在動模和定模上的配置； 2塑件的生產批量； 3結合塑件的流動性確定澆注系統(tǒng)的形式和位置； 4型腔的溢流和排氣條件； 5模具加工的工藝性。 4.2 主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經模具的部分。在臥式注射機上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設計成圓錐形，主流道通常設計在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應盡量選得小些。如果D過大模腔內部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達一定程度澆口套容易從模體中彈出。 4.3 澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統(tǒng)最關鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間[7]。 常用的澆口形式有直接澆口、側膠口、側膠口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對塑料熔體的充型特性、成型質量及塑件的性能會產生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對于不同的澆口形式也會有不同的適應性。 在模具設計時，澆口位置及尺寸要求比較嚴格，它一般根據下述幾項原則來參考： 盡量縮短流動距離； 澆口應開設在塑件壁最厚處； 必須盡量減少或避免熔接痕； 應有利于型腔中氣體的排除； 考慮分子定向的影響； 避免產生噴射和蠕動； 不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置澆口； 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質量。 4.3.1 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=5.8×10~5×10S、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： R= 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 4.3.2 主流道剪切速率校核 Q=0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S） T注射時間：T=2.5（S）； R主流道的平均當量截面半徑：R==0.538（CM） d 主流道小端直徑 ， d=0.63 （CM）； d主流道大端直徑，d=1.2（CM） R== 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 4.3.3 澆口剪切速率的校核 R= =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S 其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R 所以R=7mm。 單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模1腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。 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。 第5章 成型零部件設計 本成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。查表得PP收縮率為Q=1～2.5%，故平均收縮率為Qcp=（0.3+0.8）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現有條件，模具制造公差取z=△/3[8]。 5.1 型腔和型芯工作尺寸計算 型腔徑向尺寸 已知在規(guī)定條件下的平均收縮率S，塑件的基本尺寸 Ls是最大的尺寸，其公差△為負偏差，因此塑件平均尺寸為Ls-△，模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為Lm+δz/2。型腔的平均磨損量為δc/2，如以Lm +Z表示型腔尺寸, PP平均收縮率S=2%. Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S X-修正系數，取0.5-0.75 Δ-塑件公差,取MT7=0.6 δ-模具制造公差取(1/3-1/4) Δ=0.15-0.2 Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S 1）徑向計算公式： L = ( L + L·S％ - 3△/4 ) （7） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； L---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜ ； 型腔尺寸： [28×（1＋0.02）－3/4×0.56] [18×（1＋0.02）－3/4×0.56] 2）型腔深度計算公式： H = ( H + H·S％- 2△/3 ) （8） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，（取平均值）； H---- 成型零件的深度方向的尺寸，單位：㎜； H ---- 塑件的深度方向基本尺寸，單位：㎜； 凹模深度尺寸計算： H＝[H（1＋k）－(2/3) △] ＝[22.5×(1＋0.02)22.95－2/3×0.34] 2、型芯尺寸的計算公式： 型芯長度的計算公式： L = ( L + L·S％ + 3△/4 ) （9） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值 ； L ---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜； 5.2 型腔側壁厚度計算 (1)凹模型腔側壁厚度計算 凹模型腔為組合式型腔，按強度條件計算公式 S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1進行計算。 式中各參數分別為： p=50Mpa(選定值)； [δ]=0.05mm； [σ]=160MPa r=28mm S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 =28[(160/160-2×50)1/2]-1 ≈16.8mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數，所以凹模型腔側壁厚度為17。 (2)凹模底板厚度計算 按強度條件計算，型腔地板厚為： p=50 Mpa r=28mm [σ]=160MPa h≥{1.22pr2/[σ]}1/2 ≥{1.22×50×282/160}1/2 ≥17.3mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數，所以凹模型腔側壁厚度為18mm。 第6章 合模導向機構設計 導向機構是保證動模和定模上下模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位，本設計采用導柱導向定位。導向機構除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產生單面?zhèn)葔毫?，或者由于成型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側向壓力，從保證模具的正常工作[9]。導柱的結構形式可采用帶頭導柱和有肩導柱，導柱導面部分長度比凸模端面高出8～12㎜，以避免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱材料采用T10，HRC50～55，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分Ra為0.8～0.4μm，本設計采用？根導柱，固定端與模板間采用H7/m6 導套常采用T10A，Ⅱ型導套，采用H7/m6配合鑲入模板。具體結構如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 設計導柱和導套需要注意的事項有： （1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導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）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導向與引導作用。 （3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導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，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 （4）導柱可以設置在動?；蚨＃O在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設置四個標準帶頭導柱配合標準直導套作為導向系統(tǒng)，導柱設置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結構如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。 第7章 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 模具成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料熔體的充模、定型、成型周期和塑件質量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形大，并且還容易造成溢料和粘膜；模具溫度過低，則熔體流動性差，塑料輪廓不清晰，表面會產生明顯的銀絲或流紋等缺陷；當模具溫度不均勻時，型芯和型腔溫差過大，塑料收縮不均勻，導致塑料翹曲變形，會影響塑件的形狀和尺寸精度[10]。綜上所述，模具上需要設置溫度調節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。PP推薦的成型溫度為160-220℃，模具溫度為40~80℃ 。 7.1 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求 （1） 根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； （2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量； （3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； (4)溫度調節(jié)系統(tǒng)應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉； (5)從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。 7.2 冷卻系統(tǒng)設計 7.2.1 設計原則 （1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； （2）冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； （3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。 （4）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； （5）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃ （6）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 （7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 7.2.2 冷卻時間的確定 在對冷卻系統(tǒng)做計算之前，需要對某些數據取值，以便對以后的計算作出估算；取閉模時間3S，開模時間3S，頂出時間2S，冷卻時間30S，保壓時間20S，總周期為60S。 其中冷卻時間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算： t=㏑[·] =62/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)] = 73（S） 式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm； ——塑料熱擴散系數(mm/s)，=0.07； T——成型溫度160-220℃，T取200℃； T——平均脫模溫度，T取80℃； T——模具溫度40~80℃，T取50℃。 由計算結果得冷卻時間需要73 S，這么長的冷卻時間顯然是不現實的。本模具型芯中的冷卻管道擴大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動，冷卻效果大為增強。參照經驗推薦值，冷卻時間取30S即可。 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 Q =nG C(t－t) = 60×217.6×10×1.9×（220－60） = 3969.02KJ/h 式中：n——每小時注射次數， n=60 （次）； G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10； C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃，t=220； t——塑件脫模溫度℃，t=60。 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 Q=3.6A(t－t) =3.6×4069×10×140×（220－50） =348.63 KJ/h 式中：A——注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積（m），A=4069×10m（A=4R =4×3.14×18=4069×10m，R=18mm注塑機噴嘴球半徑，）； ——金屬傳熱系數 =140(W/ m℃)； t——模具平均溫度℃ t=50 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃ t=220。 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 （1）對流傳熱 Q=hA( t－t) =5.35×0.203×（50－20） =112 KJ/h 式中：h——傳熱系數（KJ/ m h ℃），h=5.35（h=4.187(0.25+)= 4.187×（0.25+）= 5.35）； A——兩個分型面和四個側面的面積m2，A=0.203【A=（A）+ (A)n = 0.097+0.22×0.48=0.203，A=2BL=2×220×220×10=0.097 m； A=4BH =4×220×250×10=0.22m）；B模具寬度m m，B=220； L模具長度m m，L=220，開模率n= =（60-31.5）/60=0.48】； t——模具平均溫度℃，t=50； t——室溫℃，t=20。 （2）輻射散發(fā)的熱量 Q=20.8 A[()－()] =20.8×0.22×0.8×[（）－（）] =128.7 KJ/h 式中: ——輻射率，一般表面=0.8~0.9； A=0.22； （3）工作臺散發(fā)的熱量 Q=hA( t－t) h = 502×0.0484×（50—30） =485.94 KJ/h 式中:傳熱系數——h=502KJ/(mh℃)； A ——模具與工作臺的接觸面積m，A=0.0484； [A=bl= 220×220×10=0.0484;b模具與工作臺接觸寬度m m，b=220;模具與工作臺接觸長度m m,l=220。] 從計算的結果看，工作臺散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，這顯然是不正確的，說明了Q的計算結果錯誤。這是因為有關Q的計算參考資料很少，計算中有很多地方不規(guī)范。簡單的計算以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，這些熱量全部由冷卻介質帶走，這些熱量應分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，實驗表明，約1/3的熱量被凹模帶走，其余由型芯帶走。模具應由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量： Q=（Q+ Q）－（Q+ Q+ Q） 由于現在無法得到Q的正確值，所以計算以簡單計算原則，取Q= Q。 7.2.6 冷卻系統(tǒng)的計算 型腔內發(fā)出的總熱量（KJ/h）： Q= n G Q =60× 217.6×10×300 =3916.8 （1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10 （2）確定生產周期（S）——t=60 （3）塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=280~350； 取Q=300 （4）每小時的注射次數——n=60 從計算結果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因為Q涉及的因素較多，所以應該應該取Q來計算。 7.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 （1）凹模的冷卻水體積流量 q= = 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60] = 0.61×10 m/min 式中： Q=1/3 Q=1/3×2289=763 KJ/h ——水的密度10KG/m； C——水的比熱容4.187×10 J/KG℃； T——水管出口溫度，T取25℃； T——水管入口溫度，T取20℃。 （2）冷卻水管的平均流速： V= =4×0.61×10/（3.14×0.0082） =12.14 m/min =0.202 m/s 式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm 查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為8mm的冷卻水管所對應的最低流速為1.66 m/s時才能達到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動未達到湍流。 （3）冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數 = =7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2 =1395 (w/mk) 式中：是與冷卻介質溫度有關的物理系數，取7.6。 （4）凹模冷卻管的傳熱面積 A= =763×103/[3600×1395×（50-22.5）] =5.52×10 m 式中：T——模具與冷卻介質平均溫度， T=27.5℃（T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃）。 （5）冷卻水孔總長L L= =763×103/[3600×3.14×7.6×（1000×0.202×0.008）0.8×（50-22.5）] =0.22m （6）模具上應開設的冷卻水孔圈數 n=L/B =0.22÷（4×0.076） =0.72，所以冷卻水孔數位1根（如下圖）。 式中：B為開一圈冷卻水道時冷卻水道長度。 （7）冷卻水流動狀態(tài)校核 R= =0.202×0.008/（1×10） =1616＜10 式中：R——雷諾數； ——水的運動粘度，=1×10（m/s）。 （8）進出口溫差校核 T－T= =763×103/（900×3.14×0.0082×103×4187×0.202） =4.99℃ 預期溫差為5℃，校核的結果與預期的非常吻合，說明實際應用正確。 第8章 模具工作原理說明 模具安裝在注射機上，定模部分固定在注射機的定模板上，動模部分固定在注射機的動模板上。合模后，注射機通過噴嘴將熔料經流通注入型腔，經保壓，冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動板一起運動漸漸將分型面打開，當分型面打開完畢后，凝料從上模中脫出，在注塑機頂桿的作用下，頂桿通過推桿將塑件和凝料系統(tǒng)頂出，與此同時由于采用的是側膠口，在開模的瞬間，塑件和凝料分開。此時塑件自動脫落，實現全自動脫模。合模時，隨著分型面的閉合復位桿將頂桿復位，模具閉合，等待下一次的動作。 總 結 通過此畢業(yè)設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。 畢業(yè)設計從測繪塑件，進完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。 完成了注射模具的制造工藝設計，但由于缺乏實際工作經驗，在這些設計過程中也遇到了很多困難，但在老師的指導下，問題都迎刃而解。 參考文獻 [1] 肖景容．模具計算機輔助設計和制造[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1990. [2]?李志剛等.模具計算機輔助設計[M]．武漢：華中理工大學出版社，1990. [3] 張中原．塑料注射模設計[M]．北京：航空工業(yè)出版社，1999. [4] 材料成型設備王衛(wèi)衛(wèi)機械工業(yè)出版社，2004.8 [5] 模具CAD/CAM（第二版）伊啟中機械工業(yè)出版社 [6] 塑料模具技術手冊編寫組．塑料模具設計手冊[M]．機械工業(yè)出版社，2005 [7] 注塑CAE軟件應用張金標機械工業(yè)出版社，2011.5 [8] 王華山：塑料注塑技術與實例，化學工業(yè)出版社，2005.10 [9] 朱光力、萬金保等：塑料模具設計，清華大學出版社，2003 [10]劉昌祺：塑料模具設計，機械工業(yè)出版社，1998.10 [11]M.M.Fisher, F.E.Mark and T.Kingsbury:Energy recovery in the sustainable recycling of plastics from end-of-life electrical and electronic products,2005 IEEE International Symposium on Electronics and the Environment, May 2005. 致 謝 論文從開題、具體設計、論文的撰寫，均得到了老師、同學和朋友的大力支持。 在此感謝指導老師，以及身邊的同學悉心的教導和幫助。感謝老師給我方向性的建議，在設計過程中給予的幫助和支持！感謝謝幾位同學在模具設計上給予的建議和細節(jié)上的幫助,使我加深了對模具方面的認識，培養(yǎng)了我獨立思考題、解決問題的能力。