塑料端蓋注射模設計,塑料,注射,設計 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設計（論文）中期報告 題目：塑料端蓋注射模設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B090201 姓 名 李娜 學 號 B09020138 導 師 賈建利 2013年3 月16 日 1.設計（論文）進展狀況 開題報告之后，在老師指導下主要完成了以下工作： (1)查找與閱讀論文相關的合適的英文文獻，對其進行翻譯并完成； (2)根據所給塑件的材料對其進行了分析，查閱塑件注塑工藝的參數(shù)； 料筒溫度: 后部190～210℃ 中部200～220℃ 前部210～230℃ 噴嘴200～210℃ 模具溫度20～40℃ 注射壓力60～80MPa 注射周期30～50s (3)根據中小批量生產采用一模兩腔的形式； (4)初步選擇注射機XS-ZY-125，并查閱此注射機的工藝參數(shù)，如表1所示； 表1 XS-ZY-125的工藝參數(shù) 注射裝置 螺桿直徑/ 42 理論注射量/ 125 注射壓力/ 120 鎖模裝置 鎖模力/ 900 拉桿間距/ 260*290 模板行程/ 300 模具最小厚度/ 200 模具最大厚度/ 300 定位孔直徑/ 100 定位孔深/ 30 噴嘴口直徑/ 4 噴嘴球半徑/ 12 頂出行程/ 100 頂出力/ 60 (5)計算單件塑件的體積和質量，計算塑件澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，計算 鎖模力，并校核所選的注射機是否滿足要求； (6)根據分型面的選擇原則確定分型面，塑件底面，既是最大截面處而且對粗糙度的要求比較低； (7)澆注系統(tǒng)的設計：為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，分流道采用梯形截面加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失流動阻力均不大，由于直接澆口會使塑件上有明顯的澆口的痕跡，側澆口易產生熔接痕，所以采用點澆口,如圖2所示； 圖1 塑件三維圖 圖2 點澆口 （8）側向抽芯機構采用斜導柱形式，由于塑件有內凹，必須進行內抽，采用斜頂桿，邊頂邊抽； （9）完成了模具總裝配草圖的設計，如圖3、圖4所示。 圖3 模具總裝配圖草圖 圖4 模具總裝配圖草圖 2.存在問題及解決措施 到目前為止，在畢業(yè)設計中遇到問題如下： （1） 在對所選注射機校核時，計算鎖模力時對塑件在分型面上的投影面積沒理解； （2） 對澆注系統(tǒng)凝料的體積的計算比較模糊； （3） 塑件圓周分布上有側凹，內側也有側凹，只知道設計時應用側抽芯結構，并沒有真正理解在結構裝配圖中怎么安排； （4） 沒有設計冷卻系統(tǒng)，對論文所涉及的知識認識得不夠深刻，所以對命題的探討不過深入。 導致上述問題主要有兩個原因，一是研究不夠深入，二是撰寫不夠嚴密。針對這兩個原因，解決方法有： (1)對于論文所涉及的知識多理解及學習，多查閱相關書籍； (2)對于寫作過程中遇到的具體難題要多向指導老師請求援助； (3)在設計遇到問題時多和同學交流，一起探討，共同進步； (4)自己也要對模具設計方面的知識多了解，并深刻理解，在現(xiàn)有的基礎上提高自己，完善自己，更好地完成設計任務。 3.后期工作安排 在此后期的任務，主要是： （1）修改完善模具的總裝配圖； （2）根據設計計算的尺寸及所選的機構畫出裝配圖； （3）完成模具零件的選材及零件圖的繪制； （4）編寫設計說明書及校核圖紙，交給導師查閱； （5）準備答辯。 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： B090201 姓 名： 李娜 學 號： B09020138 外文出處：材料加工技術雜志187-188（2007） 附 件： 1. 原文； 2. 譯文 2013年03月 自適應系統(tǒng)溫度調節(jié)的電動注塑模具 摘要 在開發(fā)和生產過程中對注塑模具的控制是否在模具溫度條件的控制是一個基本問題。精確的研究在模具熱力學過程中表明,換熱可以操縱熱電。這樣的系統(tǒng)升級傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具或可以是一個獨立應用熱操縱。 論文中,作者將目前的研究項目的結果進行了三個階段,其結果是在A686專利、2006專利。測試階段,原型階段和工業(yè)化階段將提出。項目的主要成果是總體加快在線溫度調節(jié)的模具的周期時間和總體影響強調變形控制的塑料產品的質量。 應用程序的提出是模具溫度和產品質量控制在注射成型過程的一個里程碑。 關鍵詞：注塑模具冷卻；熱電模塊；有限元模擬 1.引言 開發(fā)技術的冷卻模具通過熱電氣(TEM)意味著推動工業(yè)實踐和發(fā)展，即在設計、工具制造和開發(fā)工具。目前的冷卻技術有技術的局限性。其局限性的位置及與事先預測有限元分析(FEA)仿真包，但不是完全可以避免的。不同狀態(tài)的結果的藝術分析顯示所有現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)不提供可控的傳熱能力足以符合當前聚合物加工要求的工藝窗口。 只有熱容操作功能的聚合物加工是當今有限的(在任期短傳感器的生產周期時間內,降低成本)。其他方產品優(yōu)化功能已經驅動機械和聚合物加工的局限性[3]。 1.1.熱過程在注模塑料的處理 塑料的處理是基于熱傳導塑料材料和模腔之間的。在計算傳熱時，應該考慮兩個主要事實:首先是所有使用能源，這是基于第一定律熱力學定律的能量保護[1]；第二是速度的傳熱。在傳熱分析的基本任務是隨時間和溫度計算其分布在研究系統(tǒng)。最后取決于速度之間的熱傳導的系統(tǒng)與環(huán)境和速度的傳熱系統(tǒng)內部?；趥鳠峥梢宰鳛闊醾鲗?、對流和輻射[1]。 1.2.冷卻時間 完成注射模塑過程周期包括模具閉合階段,注入融化成腔、包裝測定不同條件下動物血壓相補償收縮效應、冷卻階段,開模階段和部分排出期。在大多數(shù)情況下,最長時間的上述所有階段是冷卻時間。 冷卻時間在注射模塑過程被定義為時間需要冷卻塑料零件到彈射溫度[1]。 降低冷卻過程的主要目的是減少附加冷卻時間，但理論上是不必要的。在實踐中,它擴展了從45% 到67%的整個周期時間[1,4]。 從文學與實驗[1,4],它可以看到，模具溫度對脫模時間影響極大,因此冷卻時間(成本）。 注射成型過程是一個循環(huán)過程,模具溫度變化見圖1,溫度也有所不同,從平均價值通過整體周期時間。 圖1 模具在一個周期內的溫度變化 2.塑料注射模具冷卻技術 因為它已經描述,已經有幾種不同的技術,讓用戶來冷卻模具[5]。最傳統(tǒng)的方法是用鉆井技術,即生產模具的洞。通過這些孔(冷卻線),冷卻介質流動,消除生成和積累的熱量從模具[1,2]。它也是非常方便的在不同的材料建造,不同的熱導率,目的是提高控制模具溫度條件。這樣的方法是所謂的被動方法對模具溫度控制。 這個具有挑戰(zhàn)性的任務是使系統(tǒng)活躍,它可以改變熱條件,對于所需的方面,比如產品質量或周期時間。對于模具，一個這樣的方法是集成熱電氣模塊(TEM),它可以改變熱條件期望的性質。用這樣的方法,一個可以控制傳熱與時間和空間變量,那意味著什么,晝夜可以調節(jié)整個注塑周期,獨立于位置的模具。熱控制是通過控制單元,輸入變量是收到的人工輸入或從注塑仿真輸入。對于輸出值,控制單元模塊行為監(jiān)控TEM。 2.1.熱電模塊(TEM) 為需要的熱操作,TEM模塊集成到模具。熱量與電之間的交互變量對于換熱是基于珀爾帖效應。珀爾帖效應的現(xiàn)象是眾所周知的,但直到現(xiàn)在從未用于注塑應用程序。TEM模塊(見圖2)是一個對P和N型半導體妥善安排的設備由,在兩個陶瓷板之間的位置形成的熱與冷溫差冷卻器的網站。傳熱的力度可以容易控制通過的大小和極性的提供的電力電流。 圖2 TEM框圖 2.2模具冷卻的應用 應用程序的主要想法是插入到墻壁的TEM模塊模腔作為主要傳熱單元。 這些基本的裝配中見圖3。二次傳熱是通過常規(guī)流體冷卻系統(tǒng)實現(xiàn),允許從模腔熱力學系統(tǒng)熱流入與流出。設備呈現(xiàn)在圖3，包括熱電模塊(A),使主要的傳熱來自可控表面模具腔(B)的溫度。二次傳熱是通過冷卻通道(C)啟用,在模具中提供恒溫條件。熱電模塊(A)作為熱泵運行，像這樣的操縱與熱派生通過流體冷卻系統(tǒng)(C)到模具。系統(tǒng)二次加熱與冷卻通道操作作為熱交換器。減少熱容的可控區(qū)域保溫(D)安裝在模腔(F)和模具結構板(E)之間。 整個應用程序包括TEM模塊,一個溫度傳感器和電子裝置，來控制系統(tǒng)的完整。該系統(tǒng)的描述見圖4，包括一個輸入單元(輸入界面)和一個供應單元(電子單元和電力電子供應H橋單元)。 輸入和供應單元與溫度傳感器回路信息附在一個控制單元,作為執(zhí)行單元試圖強加預定義的溫帶/時間/位置關系。使用珀爾帖效應,單元可以用于加熱或冷卻的目的。 二級除熱是通過流體冷卻媒體實現(xiàn)視為換熱器,如圖4。根據目前的冷卻技術和作為一個水槽或源的熱量第一單位。這允許完全控制過程從溫度、時間和位置通過整個周期。此外,它允許不同的溫度/時間/位置循環(huán)，也為起點和終點的過程。技術的描述可用于各種工業(yè)和研究目的,精確的溫度/時間/位置控制是必需的。 本文系統(tǒng)分析了從理論以及實踐的觀點見圖3和4。通過有限元模擬分析了理論方面,而實用的開發(fā)和實現(xiàn)的原型應用到實際測試。 圖3 TEM冷卻裝配的結構 圖4溫度檢測和監(jiān)管結構 3.有限元分析模具冷卻 當前的發(fā)展對注塑模具設計包括幾個階段[3]。其中還設計和優(yōu)化一個冷卻系統(tǒng)。這是通過使用定制的有限元法進行模擬軟件包(模塑仿真分析[4]),可以預測冷卻系統(tǒng)功能,特別是其影響塑料。與這種模擬相似,模具設計師收集了關于在產品流變學和變形的信息，由于收縮作為生產時間周期信息。 這個熱信息通常是準確的,但仍然存在不可靠的情況下的流變材料信息不足。高質量的輸入為熱調節(jié)TEM,需要得到一個關于溫度分布在周期時間和整個模具表面和整個模具厚度的圖片。因此,不同的過程模擬是必要的。 3.1物理模型,有限元分析 有限元分析為開發(fā)項目的實現(xiàn)是由于作者長期經歷這樣的包裝[4]和在虛擬環(huán)境中執(zhí)行不同測試的可能性。整個冷卻系統(tǒng)設計了原型在有限元環(huán)境(見圖5)通過溫度分布在每個部分的原型和聯(lián)系人之間的冷卻系統(tǒng)進行了探討。為在一個樣機上模擬物理特性機,仿真模型構建了利用COMSOL軟件多重物理量。結果是一個有限元模型與真實的原型(見圖7),通過它可以比較和評估結果。 就有限元模型在術語的傳熱物理的探討考慮兩個熱源:一個水換熱器與流體物理和熱電模塊與傳熱物理(只有傳導和對流輻射進行分析,忽略了由于低相對溫度,因此低影響溫度)。 在實際測試中，有限元分析的邊界條件設定目標達到相同的工作條件。周圍的空氣和水換熱器被設定在穩(wěn)定溫度20 ℃。 有限元分析的結果中可以看到，如圖6,即晝夜分布通過模擬區(qū)域顯示在圖5。圖6表示穩(wěn)態(tài)分析,非常準確的原型測試相比。為了模擬時域響應進行了瞬態(tài)仿真,對于未來的工作也顯示非常積極的結果。在很短的時間(5s)能夠實現(xiàn)一個溫差200℃,可能會在TEM結構導致一些問題。這些問題通過幾個方案就都解決了,如充足的安裝,選擇合適的材料和應用TEM智能電子監(jiān)管。 圖5 一個原型在有限元環(huán)境的橫截面 圖6 有限元分析的溫度分布 3.2.實驗室測試 因為它已經描述,原型制作和測試(見圖7)。結果顯示,設置的假設被證實。用TEM模塊,可以在整個周期的時間控制溫度分布的不同部分的模具。與實驗室測試,這是證明了的,可以是實際的熱操縱監(jiān)管與TEM模塊。測試是在實驗室,模擬真實的工業(yè)環(huán)境,注塑成型機克勞斯?馬斐公里60 ℃、溫度傳感器、紅外攝像機和原型TEM模塊。反應溫度在1.8 s反應溫度從5℃到80℃，這代表了一個在注射成型周期廣闊的區(qū)域內的熱量控制。 圖7 現(xiàn)實環(huán)境中的原型 4.結論 利用熱電模塊與它直接連接輸入和輸出之間的關系是冷卻應用程序一個里程碑。對注塑模具的引入與冷卻結構精密問題的處理,部分高質量的塑料代表了很高的期望。 作者是假設使用珀爾帖效應可用于溫度控制在模具注塑。基于仿真工作的方法和真正的生產實驗室設備證明,假設被證實。仿真結果顯示,在注塑過程中一個廣泛的領域可能應用TEM模塊。 提到的溫度曲線跨周期時間的功能,注射模塑過程可以完全控制。工業(yè)的問題,如均勻冷卻問題類表面及其后果的塑料零件的外表可以解決。在注射時間過熱的一些表面可以解決薄長填充墻的問題。此外,這樣的應用程序控制流變特性的塑料材料可以獲得。在充填階段的模腔，用適當?shù)臒嵴{節(jié)TEM是可能甚至控制熔體流動的模具。這是做了適當?shù)臏囟确植嫉哪＞?更高的溫度對薄壁零件的產品)。 應用TEM模塊,可以顯著減少周期時間在注塑過程。時間的限制可能減少在于框架的額外的冷卻時間10% 25%,在1.2節(jié)描述。 應用TEM模塊可以積極控制產品的翹曲和產品翹曲調節(jié)量的方式來達到所需的產品公差。 本文提出了TEM模塊冷卻應用注射模塑過程，這是是一個優(yōu)先的選擇專利,屬于TECOS舉行。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：塑料端蓋注射模具設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B090201 姓 名 李娜 學 號 B09020138 導 師 賈建利 2012年 12 月24 日 1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.1題目背景 現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展為素有“工業(yè)之母”美譽的模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇，而模具材料的應用在模具制造中起舉足輕重的作用。塑料，作為重要的模具材料之一，隨著家電、汽車、電子、電器、通訊產品的迅猛發(fā)展而得到更為廣泛的應用。塑料模具，成為時下模具品種之“關鍵詞”。在此背景下，如何更深入地認識塑料模具的發(fā)展狀況并把握其市場走向，成為重要課題。 隨著中國汽車、家電、電子通訊、各種建材的迅速發(fā)展與國民經濟的快速增長，在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例將進一步提高，其發(fā)展速度將快于其他模具種類，塑料模具的加工與生產將形成遍地開花之勢。 我國塑模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，有了很大發(fā)展，水平有了很大提高，總體趨勢平穩(wěn)向上，在未來的模具市場中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例竟逐步提高。此次畢業(yè)設計對塑料端蓋的設計可以更好的了解模具的設計及相關知識，了解其發(fā)展前景對自己以后從事工作奠定基礎。 1.2研究意義 隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，許多企業(yè)開始追求提高產品質量及生產一效率,縮短設計周期及制造周期,降低生產成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力等目標。新興的模具設計制造技術很大程度上實現(xiàn)了企業(yè)的愿望。近年來，PRO/E技術的應用越來越普遍和深入, 大大縮短了模具設計周期, 提高了制模質量和復雜模具的制造能力。塑料的應用越來越廣泛了,它的結構設計及質量也顯得非常重要的。 1.3國內外相關情況 模具工業(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，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”；德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力”，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力”。日本模具產業(yè)年產值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。 未來我國的模具將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化。二是模具的精度越來越高。三是多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務對鋼材的性能要求也越來越高。四是熱流道模具在塑料模具中的比重逐漸提高。五是隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。六是標準件的應用將日漸廣泛。七是快速經濟模具的前景十分廣闊。八是隨著車輛和電機等產品向輕量化發(fā)展壓鑄模的比例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求。九是以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快塑料模具的比例將不斷增大。十是模具技術含量將不斷提高中、高檔模具比例將不斷增大，這也是產品結構調整所導致模具市場走勢的變化。 2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1研究內容 本設計主要是以工程實際零件——塑料端蓋，該塑件為復雜件，圓周分布有側凹，內側有側凹，必須用側抽芯機構完成，設計難度較大，需要綜合運用所學知識完成模具結構設計。 2.2研究方案 2.2.1分型面的選擇 首先確定模具的開模方向為塑件的軸線方向，根據分型面應選擇在塑件外的最大輪廓處原則，則此塑件的分型面選在端蓋的下底面處。型腔布局采用一模四腔，主要用于生產批量較大的場合或小型塑件的成型。 2.2.2方案的選擇 根據塑件工藝的分析，PA1010（尼龍1010）塑料是半透明、輕而硬、表面光亮的結晶形白色或微黃色顆粒，相對密度和吸水性比尼龍6和尼龍66低，機械強度高，沖擊韌性、耐磨性和自潤滑性好，耐寒性比尼龍6好，熔體流動性好，易于成型加工，但熔體溫度范圍較窄，高于100℃時長期與氧接觸會逐漸呈現(xiàn)黃褐色，且機械強度下降，熔融太時與氧接觸極易引起熱氧化降解。PA1010（尼龍1010）塑料還具有較好的電氣絕緣性和化學穩(wěn)定性，無毒。不溶于大部分非極性溶劑，如烴、脂類、低級醇等，但溶解于強極性溶劑，如苯酚、濃硫酸、甲酸、水合三氯乙醛等，耐霉菌、細菌和蟲蛀。現(xiàn)方案如下： （1）方案一 該塑件的澆注系統(tǒng)主流道設計采用圓形截面積，分流道截面形狀采用半圓形，澆口類型采用直接澆口，由于零件有側凹，抽芯機構采用斜滑塊形式，為了使塑件從模具型腔和型芯上脫出，采用推板推出機構。 （2）方案二 該塑件的澆注系統(tǒng)主流道設計采用圓錐形截面積，分流道截面形狀采用梯形，澆口類型采用點澆口，由于零件有側凹，抽芯機構采用斜導柱形式，為了使塑件從模具型腔和型芯上脫出，采用推板推出機構。 （3）方案三 該塑件的澆注系統(tǒng)主流道設計采用圓錐形截面積，分流道截面形狀采用梯形，澆口類型采用側澆口，由于零件有側凹，抽芯機構采用斜滑塊形式，為了使塑件從模具型腔和型芯上脫出，采用推板推出機構。 綜上所述，為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，分流道采用梯形截面加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失流動阻力均不大，由于直接澆口會使塑件上有明顯的澆口的痕跡，側澆口易產生熔接痕，所以采用點交口；側向抽芯機構采用斜導柱形式；推板推出機構一般用于深腔薄壁的容器、罩子、殼體形以及透明制品等不允許有推桿痕跡的塑件；所以采用方案二。 2.3研究方法或措施 通過文獻調查，圖書查閱，上網搜索，利用現(xiàn)有資料對零件了解，充分了解塑件結構，繪制3D圖，并完成基本參數(shù)的計算及注射機的選用；確定模具類型及結構，完成模具結構草圖；根據選定的方案計算設計。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1研究的重點及難點 本次設計設計的是塑料端蓋模具設計，重點是塑件的圓周分布有側凹，內側也有側凹，必須用側抽芯機構完成，所以側抽芯機構的設計既是重點又是難點。 3.2前期工作 （1）首先在老師的指導下接受任務，了解所設計的對象塑料端蓋模具設計； （2）上網查閱參考文獻； （3）去圖書館借閱塑料模具設計相關書籍； （4）閱讀借閱的圖書并記錄圖書筆記； （5）利用現(xiàn)有的資料繪制了塑料端蓋零件圖，如圖1所示； （6）根據零件圖運用Pro/E畫出塑料端蓋的三維圖，如圖2所示； （7）對所給塑件的材料進行分析； （8）根據塑件材料的工藝確定可行的方案； （9）比較選擇最終方案。 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1~2周：熟悉課題，完成關于塑料注射模的2000字文獻綜述，繪制塑件3D圖，翻譯外文資料； 3周：確定模具類型及結構，繪制模具結構草圖，準備開題答辯； 4~9周：對模具工作部分尺寸及公差進行設計計算，并運用Pro/E輔助設計完成部分模具零件，準備中期答辯； 10~14周：運用Pro/E完成模具整體結構3D圖，完成模具零件的選材、工藝規(guī)程的編制、裝配圖及零件圖的繪制等工作； 15~18周：對所有圖紙進行校核，編寫設計說明書，所有資料提前請指導教師檢查，準備畢業(yè)答辯。 圖1 塑料端蓋零件圖 圖2 塑料端蓋三維圖 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設計.北京:高等教育出版社.1993. 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Cleaner Prod. 11 (2002) 41. 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：塑料端蓋注射模設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： B090201 學 生： 李娜 學 號： B09020138 指導教師： 賈建利 2013年5月 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：塑料端蓋注射模設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： B090201 學 生： 李娜 學 號： B09020138 指導教師： 賈建利 2013年5月 塑料端蓋注射模設計 摘要 隨著社會的發(fā)展，不同品種和功能的塑料的出現(xiàn)，塑料產品與我們的日常生活越來越密切。塑料模具設計對生產與生活也越來越重要。 本次畢業(yè)設計的課題為塑料端蓋注塑模具設計，主要在對塑件從材料上進行工藝分析，確定分型面及型腔數(shù)；完成澆注系統(tǒng)的設計，澆口采用側澆口；抽芯機構采用斜導柱實現(xiàn)塑件的側孔成型；脫模機構采用頂桿推出。同時通過合理地選擇注射機并對注塑壓力、最大注塑量、鎖模力、開模行程等相關方面進行校核，進一步保證設計的合理型，并設計溫度調節(jié)系統(tǒng)和闡述模具裝配等方面。 本次設計完成了塑料端蓋的生產，此次設計不僅結構簡單，生產效率高，而且運動可靠生產成本低。最重要的是適用于人們的生活中。 關鍵詞：端蓋注塑模具；分型面；注塑模具；注射機 Plastic end cap injection mold design Abstract With the development of society different varieties and function plastic appearance in our lives, plastic productions have closer to our daily lives. Plastic mold design is more and more important to the production and life. The topic of this graduation design for the plastic end cover injection mold design, mainly in based on the analysis of the molding for plastic parts are made from the raw material analysis, forming characteristics, parting surface selection, the design of the gating system, cooling system design, the core and cavity structure design, launch reset structure design, design of side core-pulling mechanism and the design of steering mechanism and other aspects detailed in this paper, the design of the end cover injection mold process. At the same time, through the rational selection of the injection machine and check the injection pressure, the maximum injection quantity, clamping force, mold opening stroke and other related aspects, further ensuring reasonable design, and design the temperature control system and elaborated the mold assembly. This design completed the production of plastic end cover, it not only has simple structure, but also has high production efficiency and the movement is reliable low production cost.The most important it is suitable for people's life. Key Words:cover injection mold;lateral core-pulling;parting surface;injection mold;injection machine i 主要符號表 公稱壓力 注射壓力 最大注射量 收縮率 體積流量 鎖緊塊的斜角 斜導柱傾斜角 開模行程 最大收縮率 模具制造公差 模具制造公差 模具磨損量 傳熱膜系數(shù) 斜導柱直徑 抽芯距 材料的許用應力 模具最大閉合高度 模具最小閉合高度 導滑槽施加的壓力 模具型腔的總熱量 流道中各段流程的厚度 塑件包緊型芯的側面積 L斜導柱的有效工作長度 流道中各段流程的長度 塑件對型芯產生的單位正壓力 為脫模板中心允許的最大變形量 斜導柱與滑塊之間的摩擦阻力 導滑槽與滑塊之間的摩擦阻力 II 目 錄 摘要 I Abstract II 主要符號表 III 1 緒論 1 1.1塑料的發(fā)展 1 1.2塑料模具發(fā)展 1 1.2.1國內外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2國內外注塑模具的發(fā)展趨勢 2 1.3本文主要設計內容 2 2 塑件材料及工藝的分析 4 2.1PA1010基本特性 4 2.2PA1010成型工藝分析 4 2.3塑件結構分析 4 2.4塑件尺寸及精度分析 5 2.5塑件表面質量分析 5 2.6塑件厚度分析 5 2.7塑件的體積和質量 6 3 塑件在模具中的布局 7 3.1型腔數(shù)目的確定 7 3.2型腔的分布 7 3.3分型面設計 7 3.3.1分型面的分類 7 3.3.2分型面的選擇原則 7 4 澆注系統(tǒng)的設計 9 4.1澆注系統(tǒng)設計的組成及要求 9 4.2主流道設計 9 4.3分流道設計 10 4.3.1分流道設計要點 10 4.3.2分流道的形狀和尺寸 11 4.3.3分流道的表面粗糙度 11 4.4澆口設計 11 4.4.1澆口的作用 12 4.4.2澆口的截面形狀和尺寸 12 4.4.3澆口位置的選擇 13 4.5冷料穴的設計 14 4.6拉料桿的設計 14 5 成型零件的結構設計 15 5.1成型零件的結構形式及設計 15 5.1.1凹模結構設計 15 5.1.2型芯結構設計 16 5.2成型零件工作尺寸的計算 16 5.2.1影響塑件尺寸精度的因素 16 5.2.2模具成型零件的工作尺寸計算 17 6 結構零部件設計 18 6.1注射模架的選取 20 6.2墊塊的設計 20 6.3合模導向機構的設計 20 6.3.1導柱的設計 20 6.3.2導套設計 21 7 側向分型與抽芯機構的設計 22 7.1斜導柱的設計 22 7.1.1斜導柱的形狀及技術要求 22 7.1.2斜導柱的傾斜角 22 7.1.3斜導柱的長度 22 7.1.4斜導柱的受力分析與直徑計算 23 7.2滑塊的設計 24 7.3導滑槽的設計 24 7.4滑塊定位裝置 25 7.4.1滑塊定位裝置的作用 25 7.4.2結構形式 25 7.5楔緊塊 25 7.6成型斜頂桿的設計 26 8 推出機構設計 27 8.1推出方式的選取 27 8.2推出力計算 27 8.3推出機構設計 28 8.3.1推桿推出機構設計 28 8.3.2推出機構導向與復位 29 9 注射機的型號和規(guī)格選擇及校核 31 9.1初選注射機規(guī)格 31 9.2注射機工藝參數(shù)校核 31 9.2.1最大注射量的校核 31 9.2.2注射壓力的校核 32 9.2.3鎖模力的校核 32 9.3注射機安裝部分與模具相關尺寸校核 32 9.3.1噴嘴尺寸校核 32 9.3.2定位圈尺寸校核 33 9.3.3最大最小模厚校核 33 9.3.4開模行程校核 33 10 冷卻系統(tǒng)的設計 34 10.1冷卻裝置設計要點 34 10.2冷卻回路布置 34 11 模具的分析及保養(yǎng) 35 11.1模具的經濟效益分析 35 11.2模具的保養(yǎng) 35 12 結論 36 參考文獻 37 致謝 38 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 39 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 40 V 1 緒論 1 緒論 1.1塑料的發(fā)展 現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展為素有“工業(yè)之母”美譽的模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇，而模具材料的應用在模具制造中起舉足輕重的作用。塑料，作為重要的模具材料之一，隨著家電、汽車、電子、電器、通訊產品的迅猛發(fā)展而得到更為廣泛的應用。塑料模具，成為時下模具品種之“關鍵詞”。在此背景下，如何更深入地認識塑料模具的發(fā)展狀況并把握其市場走向，成為重要課題。 隨著中國汽車、家電、電子通訊、各種建材的迅速發(fā)展與國民經濟的快速增長，在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例將進一步提高，其發(fā)展速度將快于其他模具種類，塑料模具的加工與生產將形成遍地開花之勢。 模具是汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料、日用品等工業(yè)生產的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。沒有模具，就沒有高質量的產品。用模具加工的零件，具有生產率高、質量好、節(jié)約材料、成本低等一系列優(yōu)點。因此已經成為現(xiàn)代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此，模具技術，特別是制造精密、復雜、大型模具的技術，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。 1.2塑料模具發(fā)展 1.2.1國內外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內生產的小模數(shù)塑料齒輪等精密塑料模具已達到國外同類產品水平。在齒輪模具設計中采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型壓縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線造型要求。顯示管隔離器注塑模、高效多色注射塑料模、純平彩電塑殼注塑模等精密、復雜、大型模具的設計制造水平也已達到或接近國際水平。使用CAD三維設計、計算機模擬注塑成形、抽芯脫模機構設計新穎等對精密、復雜模具的制造水平提高起到了很大作用。20噸以上的大型塑料模具的設計制造也已達到相當高的水平。34英寸彩電塑殼和48英寸背投電視機殼模具，汽車保險杠和儀表盤的注塑模等大型模具，國內都已可生產。國內最大的塑料模具已達50噸。 雖然在這十多年中注塑模具工業(yè)取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。精密加工設備在模具加工設備中的比重還比較低，CAD/CAE按術的普及率不高，許多先進的模具技術應用還不夠廣泛等。特 1 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術上存在明顯差距，這些類型模具的生產能力也不能滿足國內需求，因而需要大量從國外進口。 國外注塑模具制造行業(yè)的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網絡化。追求的目標是提高產品質量及生產效率。國外發(fā)達國家模具標準化程度達到較高水平，實現(xiàn)部分資源共享，大大縮短設計周期及制造周期，降低生產成本。最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力 滿足用戶需求。 模具企業(yè)在技術上實現(xiàn)了專業(yè)化，在模具企業(yè)的生產管理方面，也有越來越多的采用以設計為龍頭、按工藝流程安排加工的專業(yè)化生產方式，降低了對模具工人技術全面性的要求，強調專業(yè)化。 1.2.2國內外注塑模具的發(fā)展趨勢 由于塑料模具工業(yè)快速發(fā)展及上述各方面差距的存在，因此我國今后塑料模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具生產企業(yè)在向著規(guī)?；同F(xiàn)代化發(fā)展的同時，“小而專”、“小而精”仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術上來說，為了滿足用戶對模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求，以下的發(fā)展趨勢也較為明顯。 未來我國的模具將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢：一是模具日趨大型化。二是模具的精度越來越高。三是多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務對鋼材的性能要求也越來越高。四是熱流道模具在塑料模具中的比重逐漸提高。五是隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。六是標準件的應用將日漸廣泛。七是快速經濟模具的前景十分廣闊。八是隨著車輛和電機等產品向輕量化發(fā)展壓鑄模的比例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求。九是以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快塑料模具的比例將不斷增大。十是模具技術含量將不斷提高中、高檔模具比例將不斷增大，這也是產品結構調整所導致模具市場走勢的變化。 國外注塑成型技術在也向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。因此，模具向高精度復雜、多功能的方向發(fā)展。例如：組合模、即鈑金和注塑一體注塑鉸鏈一體注塑、活動周轉箱一體注塑；多色注塑等；向高效率、高自動化和節(jié)約能源，降低成本的方向發(fā)展。例如：疊模的大量制造和應用，水路設計的復雜化、裝夾的自動化、取件全部自動化。 1.3本文主要設計內容 本次畢業(yè)設計的課題是塑料端蓋注射模設計，也就是設計一副注塑模具來生產端蓋塑件產品，基于此，必須實現(xiàn)大批量的生產、提高生產效率，降低生產周期，才能降低成本。注射模具的使用是實現(xiàn)高效率生產的一個非常好的途徑，在本次設計中就是要對塑料端蓋塑件的特性進行分析，對成型工藝性的可行性進行分析，完成其生產模具的設計。模具的設計過程綜合性很強，需要考慮的因素很多，需要一個整體的思維模式去考慮問題，才能設計出一個合格的作品。本此設計的目標，就是通過確定成型零件、推出機構等的合理結構并進行計算校驗，設計出一個結構合理、操作簡單、動作可靠、使用壽命長的模具。本文的研究的塑料端蓋如圖1.1、1.2所示。 圖1.1 塑料端蓋二維圖 圖1.2 塑料端蓋三維圖 2 塑件材料及工藝的分析 2 塑件材料及工藝的分析 2.1 PA1010基本特性 PA1010（尼龍1010）塑料是半透明、輕而硬、表面光亮的結晶形白色或微黃色顆粒，相對密度和吸水性比尼龍6和尼龍66低，機械強度高，沖擊韌性、耐磨性和自潤滑性好，耐寒性比尼龍6好，熔體流動性好，易于成型加工，但體溫度范圍較窄，高于100℃時長期與氧接觸會逐漸呈現(xiàn)黃褐色，且機械強度下降，熔融態(tài)時與氧接觸極易引起熱氧化降解。PA1010（尼龍1010）塑料還具有較好的電氣絕緣性和化學穩(wěn)定性，無毒。不溶于大部分非極性溶熔劑，如烴、脂類、低級醇等，但溶解于強極性溶劑，如苯酚、濃硫酸、甲酸、水合三氯乙醛等，耐霉菌、細菌和蟲蛀。膠原料熔程較窄，一般為3～4℃。熔融流動性較好。適合注射成型、擠出成型吹塑成型。 2.2 PA1010成型工藝分析 PA1010原料加工前應在90℃左右烘箱中干燥處理?？刹捎米⑺堋D出吹塑和噴涂法加工成型制品。擠出成型時機筒溫度：加料段為160℃左右、均化段為215℃左右，成型模具為180~190℃。注塑成型時，機筒溫度為190~230℃，噴嘴溫度為205℃左右，模具溫度為30℃左右，注射壓力為110MPa左右。成型制品后要用油或水?。囟?5℃左右）加熱4h。粉末噴涂時應將原料用80目篩網篩過，粉末加熱50~60℃，預噴涂金屬件預熱至245~255℃，用火焰法噴涂（用0.2~0.25MPa的CO2氣輸送粉料，乙炔壓力為0.05MPa，氧氣壓力為0.2~0.4。 2.3塑件結構分析 塑件的結構工藝性分析的內容主要包括：塑件的結構分析、尺寸和精度分析、表面粗糙度分析、塑件壁厚和脫模斜度分析等。另外還有圓角、孔、嵌件、加強筋、支承面等，在模具設計過程中，因分析主要因素，并和所設計塑件有關。 由塑件的結構特征可知，其內部有一倒鉤式凸臺，因此需要內抽芯機構，內抽芯不同于一般的側向分型與抽芯機構，因為它不能有很大的抽拔距，也很難利用開模合模動力；由于制件外圍有一圓環(huán)凸緣，脫模機構的簡單與否對模具的結構復雜程度和制造成本有很大的影響；由于該材料為尼龍1010，其成型工藝比較復雜，根據本材料的成型工藝特性，設計合格的模具結構和成型工藝參數(shù)的選定是其又一個難點；考慮到耗費，成本，成型周期，生產效率及后序加工方面，要 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 采用合適的澆注系統(tǒng)。 2.4塑件尺寸及精度分析 塑件尺寸的大小取決于塑料的流動性。影響塑料制件尺寸精度的因素有： a. 塑料收縮率的波動； b. 成型工藝條件的變化； c. 塑件成型后的時效變化； d. 模具結構形狀； e. 模具的制造精度和使用磨損。 塑件的尺寸精度一般不高，因此，在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。塑件的尺寸公差可依據SJ1372-78塑件公差值標準進行設計。塑料公差等級的選用與塑料品種有關，根據各種塑料收縮率的變化不同，塑料的精度等級可分為：高精度、一般精度和低精度。參見表2.1。 表2.1 精度等級的選用[2] 塑料品種 公差等級 標注尺寸公差 未注公差尺寸 高精度 一般精度 PA無填料填充 MT3 MT4 MT6 PA玻璃纖維填充 MT2 MT3 MT5 2.5塑件表面質量分析 塑料制件的表面粗糙度是決定其表面質量的主要因素。塑件的表面粗糙度主要與模具型腔表面的粗糙度有關，一般要求模具型腔表面的粗糙度比塑件低1~2級。塑件的表面粗糙度Ra一般為0.8~0.2μm。 對于塑料端蓋而言，其表面質量一般要求如下：表面沒有缺陷、毛刺，而且有較好的光潔度；曲線光滑，必要圓角，避免尖角；塑件表面具有良好的耐磨性。 2.6塑件厚度分析 塑件有一定的壁厚，可以使塑料制件在使用過程中有足夠的強度和剛度，而且可以使塑件在成型時保持良好的流動狀態(tài)。同時，塑件有一定的壁厚可以承受脫模推出力。同一塑件的壁厚應該一致，否則會因為冷卻或固化速度不同產生應力，使塑件產生變形、縮孔及凹陷等缺陷。熱塑性塑件的壁厚一般推薦在1~4mm， 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 塑件壁厚受使用要求、材料性能、塑件尺寸和成型工藝等諸多因素制約。為滿足成型工藝條件，應盡量使制件各部分壁厚均勻，不同壁厚的比例控制在1:3之間。經過測量，該零件的壁厚較為均勻大致為2.5~3mm，其值在推薦值之間，易于成型。 2.7塑件的體積和質量 根據塑料端蓋的尺寸和技術要求，由工程圖繪制其三維實體模型，通過Pro/E實體建模分析后，其體積為：；PA1010的密度；從而塑件的質量：。 3 塑件在模具中的布局 3 塑件在模具中的布局 3.1型腔數(shù)目的確定 單型腔模具的優(yōu)點是：塑件精度高，工藝參數(shù)易于控制，模具結構簡單，模具制造成本低，周期短。缺點是：塑件成型的生產效率低，成本高。單型腔模具適用于塑件較大，精度要求較高或者小批量及試生產。 多型腔模具的優(yōu)點是：塑件成型生產率高，成本低。其缺點是：塑件精度低，工藝參數(shù)難以控制，模具結構復雜，模具制造成本高，周期長。多型腔模具適用于大批量長期成產的小塑件。 在多型腔模具的實際設計中，型腔數(shù)目的確定方法主要有兩種： a. 首先確定注射機的型號，在根據注射機的技術參數(shù)和塑件的技術經濟要求，計算出要求選取型腔的數(shù)目。 b. 先根據生產效率的要求和制件的精度要求確定型腔的數(shù)目，然后再選擇注射機或對現(xiàn)有的注射機進行校核。 考慮到塑料端蓋為單塑件，綜合以上因素，這里考慮采用方案b的方法確定型腔數(shù)目，為保證產品質量，以及提高生產效率，考慮采用一模兩腔的形式。 3.2型腔的分布 模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對稱排列及復合排列等。 綜合考慮，因此模具型腔為一模兩腔，所以在模板上位于中心位置。 3.3分型面設計 3.3.1分型面的分類 分型面是動、定模具的分界面，即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零部件的結構形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設密切相關。 實際的模具結構基本上有三種情況： a. 型腔完全在動模一側； b. 型腔完全在定模一側； c. 型腔各有一部分在動定、模中。 3.3.2分型面的選擇原則 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 分型面設計是注射模的一個關鍵步驟，分型面的選擇影響塑件的成型與脫模、模具的結構與制造等。在設計分型面時，應遵循以下原則[2]： a. 分型面應該選在塑件外形的最大輪廓處； b. 分型面的選擇應該有利于順利脫模； c. 分型面的選擇應該保證塑件的精度要求和外觀要求； d. 分型面的選擇應該方便模具的加工制造； e. 分型面的選擇應該有利于排氣。 塑料端蓋塑件的外形最大輪廓為其外表面輪廓，以其上表面作為分型面不僅容易分型，而且也有利于抽芯機構的設計，其具體分型面選擇如下圖3.1所示。 圖3.1分型面的選擇 4 澆注系統(tǒng)的設計 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1澆注系統(tǒng)設計的組成及要求 普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。 澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應能夠順利的引導熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內在質量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)對塑件性能、尺寸、質量，原材料利用率和模具結構有很大影響。設計澆注系統(tǒng)時一般考慮的內容有： a. 對模腔的填充迅速有序； b. 可同時充滿各個型腔； c. 對熱量和壓力損失較??； d. 盡可能消耗較少的塑料； e. 能夠使型腔順利排氣； f. 澆注道凝料容易與塑料分離或切除； g. 不會使冷料進入型腔。 4.2主流道設計 主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內。 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。一個好的主流道應該能使溫度降和壓力損失最小。主流道通常設計在澆口套中，如下圖4.1所示。 1.注射機噴嘴 2.澆口套 圖4.1主流道形式與噴嘴機關系 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 為了能使凝料能順利從主流道中脫出，主流道應該設計成圓錐形，其錐角=2°~6°，小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5~1mm。主流道球面半徑應該比噴嘴球面半徑大1~2mm。流道的表面粗糙度≤0.8。 澆口套一般采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等材料制造，經熱處理淬火硬度范圍為53~57HRC。澆口套的結構形式如圖4.2所示，圖4.2a)為定位圈與澆口套制作成整體式，用螺釘固定在定模座板上，用于小型模具；圖4.2b)澆口套以臺階形式固定在定模座板上，澆口套穿過定模座板與定模板。澆口套與模板間的配合采用H7/m6過渡配合；澆口套與定位圈采用H9/f9配合。 a) b) 圖4.2澆口套的結構形式 經過對澆口套結構形式的對比，與對塑料成型性能的分析，考慮模具結構的合理性。最終決定本設計采用臺階固定形式。其參數(shù)具體設計如下： 錐角； 表面粗糙度； 澆口套球面半徑； 主流道小端直徑； 流道的長度，由模板決定。 4.3分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。分流道是主流道與澆口之間的通道。多型腔膜局一定要設置分流道，大型塑件由于使用多澆口進料也應設置分流道。 分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比表面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。 4.3.1分流道設計要點 a. 在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉折處應以圓弧過度。 b. 分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。 c. 分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。 d. 分流道與澆口連接處應加工成斜面，并用圓弧過度。 e. 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應力求縮短。 4.3.2分流道的形狀和尺寸 a. 分流道的形狀分流道設計在動?；蚨５囊粋然騼蓚?，在設計時，其截面形狀應盡量使其比表面積小，可以使其熱量損失減少。常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形和矩形等幾種形式[3]，如圖4.3所示。 圖4.3分流道截面形狀 圓形截面的比面積最小，但是需要開設在分型面的兩側，制造時要保證模板上兩部分的對中吻合，加工不是很方便；梯形和U形截面加工比較容易，熱量損失和壓力損失也較小，為常用的截面形式；半圓截面加工需球頭銑刀，表面積比梯形和U形略大，也是設計中嘗使用的形式；矩形截面比面積大，流動阻力大，不常用。 在本設計中，經對比，初選分流道的截面為圓形形狀。常用圓形截面分流道直徑為；流動性較好的塑料，在分流道較短時可以取2mm，流動性差的塑料可取10mm。大多數(shù)塑料分流道截面直徑常取5~6mm。PA1010塑料的流動性一般，所以本設計中取分流道直徑為。 b. 分流道的長度分流道的長度應盡可能短，且折彎少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料原材料和降低能耗。L的長度根據型腔的多少和型腔大小決定，本設計中分流道的尺寸為L=50。 4.3.3分流道的表面粗糙度 分流道中，熔體塑料與模具接觸后迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此，分流道的表面粗糙度要求不能太低，一般Ra取1.6左右，這樣可以使外塑料冷卻后形成皮層，間接起到絕熱層的作用。 4.4澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口分限制性澆口和非限制性澆口，限制性澆口能是熔體流速增加，提高其剪切速率，降低粘度，使流體稱為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔，多型腔模具采用限制性澆口能使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的，提高塑件質量。 澆口是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，它起著調節(jié)控制料流速度，補料時間及防止倒流等作用。澆口的形狀，尺寸和進料位置等對塑件成型質量影響很大，塑件上的一些質量缺陷，如縮孔，缺料，白斑拼接縫，翹曲等往往是由于澆口設計不合理而產生的，因此澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能都完好，高質量的注射成型。 4.4.1澆口的作用 澆口的主要作用是： a. 型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流； b. 易于切除澆口凝料； c. 對于多型腔的模具，用以平衡進料。 4.4.2澆口的截面形狀和尺寸 按澆口的結構形式和特點，常用的澆口形式可以分為以下幾種形式：直接澆口、中心澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪輻澆口、爪形澆口、點澆口等，圖4.4為側澆口形式。 圖4.4側澆口的形式 直接澆口用于成型大中型，長流程深型腔筒形或殼形塑件，適宜高粘度塑料成型，而且適于單型腔模具。側澆口一般開在分型面上，塑料熔體從外側或內側充填模具型腔，其截面形狀多為矩形；側澆口可以根據塑件外形特征選擇其位置，形狀多為矩形，加工休整比較方便，是一種廣泛使用的澆口形式，普遍適用于中小型塑件的多型腔模具。輪輻式澆口主要用于成型圓筒形無底塑件，澆注系統(tǒng)耗料多，家口較難去除，澆口痕跡明顯。點澆口的截面尺寸很小，點澆口有助于增大塑料熔體的剪切速率并產生較大的剪切熱，從而塑料的表觀粘度下降，流動性增強，有助于型腔的充填；設計點澆口澆注系統(tǒng)時，必須增設一個分型面，用于取出澆注系統(tǒng)凝料。 根據常用塑料所適應的澆口形式查表，并對塑件的外形分析，本設計采用澆口形式為側澆口，分流道、澆口和塑件在分型面同一側的結構形式。 側澆口尺寸計算的經驗公式[3]： (4.1) （4.2） 式中：—側澆口的寬度，mm； A—塑件外側表面積，； —側澆口厚度，mm； —澆口處塑件厚度，mm。 由塑件的Pro/E實體模型分析得之，外側表面積；澆口處塑件壁厚。 則側澆口寬度： ； 側澆口厚度： ； 對于澆口和塑件在分型面同一側的結構形式而言，一般寬，厚度，澆口長度。由計算結果知，所設計的家口尺寸在誤差允許的范圍內，設計符合要求。其最終確定的澆口設計參數(shù)如下： ； ； 。 4.4.3澆口位置的選擇 澆口開設位置對塑件成型性能及成型質量有很大影響，合理設計澆口位置，可以提高塑件的質量。不同的澆口設計還會對模具結構有影響，所以選擇澆口位置時應該參詳塑件的結構與工藝特性和成型的質量要求。 確定澆口的位置的基本原則可歸納如下： a. 盡量縮短流動距離比，保證迅速充模并考慮分析定向的影響； b. 避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件缺陷，可適當加大澆口截面尺寸； c. 澆口應開設在塑件壁厚處，保證熔體收縮時能得到及時補縮； d. 減少熔接痕提高塑件強度。 4.5冷料穴的設計 冷料穴是澆注系統(tǒng)的結構之一。冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流前鋒的冷料，以免這些冷料注入型腔。這些冷料既影響熔體的充填速度，又影響成型塑件的質量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，還有便于在該處設置主流道拉料桿的功能。注射結束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出結構開始工作，將塑件和澆注系統(tǒng)一起推出模外。 冷料穴一般開設在主流道末端的動模板上，冷料穴的標稱直徑與主流道末端大徑相等或稍大。深度約為直徑的1~1.5倍，要保證冷料穴足夠容納前鋒冷料。本設計中，冷料穴直徑D與主流道末端大徑差不多，深度為1.5D。 4.6拉料桿的設計 主流道拉料桿有兩種基本形式，一種是推桿形式的拉料桿，典型結構就是Z字形拉料桿；另一種是僅適于推件板脫模的拉料桿，其典型形式為球字頭拉料桿。Z字形拉料桿固定在推桿推板固定板上，球字頭拉料桿固定在動模板上。 根據模具結構分析，本設計中不使用推件板推出機構，所以應該采用第一種拉料桿形式，第一種拉料桿形式有Z字形拉料桿，和動模板反錐度穴拉料結構。 Z字形拉料桿靠Z形鉤將凝料拉出澆口套，反錐度穴拉料靠動模板錐度穴將凝料拉出后，由推桿在后面強制將其推出。經過比對分析之后本設計采用Z字形拉料桿形式。如圖4.5所示。 圖4.5 Z型拉料桿 5 成型零件的結構設計 5 成型零件的結構設計 成型零部件不僅要有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，還要求有合理的結構，交夠的強度、剛度和較好的耐磨性。 在設計成型零部件時，應該根據塑料的性能、塑件的結構，充分考慮分型面和澆口的位置、脫模方式和排氣等。模具型腔的總體結構還要考慮到機械加工制造的可行性和經濟性。 設計成型零部件包括確定型腔組合方式、成型零件尺寸計算、成型零件的加工工藝規(guī)程，校核關鍵部位強度和剛度等。 5.1成型零件的結構形式及設計 成型零部件決定了塑件的幾何形狀和尺寸，成型零件通常包括凹模、凸模和型芯，成型零件的結構設計主要是確定模具型腔的組合形式。 5.1.1 凹模結構設計 凹模通常也稱之為型腔是成型塑件外表面的主要零件，按其結構不同可以分為整體式和組合式兩種結構。 a. 整體式凹模是在整塊金屬模板上加工而成，其優(yōu)點是牢固、不易變形，不會使塑件產生拼接線痕跡。但是整體式凹模加工困難，熱處理不方便，其使用場合一般是形狀簡單的中小型模具。 b. 組合式凹模的結構是由兩個以上的零部件組合而成的，按組合方式不同組合式凹模結構可以分為：整體嵌入式、局部鑲拼式、底部鑲拼式、側壁鑲拼式和四壁拼合式等結構形式。如圖5.1所示。 a) 整體嵌入式凹模 b) 底部鑲拼式凹模 圖5.1組合式凹模結構 整體嵌入式凹模如圖5.1a)所示，在多型腔成型小型塑件時，整體嵌入式凹模的單個型腔采用機械加工、冷擠壓、電加工等方法制成，然后擠入模板之中，這種結構加工效率高，拆裝方便，可以保證各個型腔的形狀尺寸一致。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 底部鑲拼式結構可以保證機械加工、研磨、拋光、熱處理的方便。四壁拼合式凹模結構適用于大型和形狀復雜的塑件。 對于本次設計，從簡化凹模的加工工藝，減少熱處理變形和節(jié)約貴重金屬模具鋼出發(fā)，將采用組合式凹模結構。經過分析塑料端蓋的結構和模具澆注系統(tǒng)結構，本次設計的型腔數(shù)目為一模兩腔，對比組合結構不同形式的優(yōu)缺點，最終確定采用整體嵌入式凹模結構。 5.1.2 型芯結構設計 成型塑件內表面的零件成凸?；蛐托?。主要有主型芯、小型芯、側型芯、螺紋型芯和螺紋型環(huán)等，對于結構簡單的容器、殼體、蓋類塑件，成型主要內表面的零件稱凸?；蛑餍托?，成型其他小孔、側凹的型芯稱為小型芯或側型芯。 a. 主型芯的結構設計按結構主型芯可以分為整體式和組合式兩種。整體式結構其結構牢固，但不便加工，消耗的模具鋼材較多，主要用于工藝試驗或小型模具上形狀簡單的型芯。組合式結構對于形狀復雜的型芯，可以使模具的加工過程更加方便。其主要是將型芯單獨加工完成之后再鑲拼入模板中。 本次設計選用整體式結構，其結構牢固，成型塑件質量好。 b. 小型芯的結構設計小型芯用于成型塑件上的小孔或凹槽，小型芯單獨制造后再嵌入模板中，小型芯的固定方法通常有：臺肩固定式、圓柱墊固定、螺塞固定、鉚接固定等。 5.2成型零件工作尺寸的計算 在設計模具過程中，應該根據影響塑件尺寸精度的因素對塑件的成型零件尺寸進行設計計算。這些因素一般包括塑件材料、幾何形狀、精度等級等。 5.2.1影響塑件尺寸精度的因素 a. 模具成型零件尺寸精度的因素 模具成型零件的加工精度直接影響塑件的尺寸精度。實踐表明，因模具成型零件的加工而造成的誤差約占塑料塑件成型誤差的三分之一。通常模具的制造精度等級為3～4級即可。 b. 模具成型零件的磨損量 模具在使用過程中，由于料流的流動，塑料塑件的脫模，都會使模具成型零件受到磨損。模具成型零件的不均勻磨損、銹蝕、使其表明光潔度降低，而從新研磨拋光也會造成模具成型零件的磨損，其中以塑料塑件的脫模對模具成型零件的磨損最大。因此通常認為凡與脫模方向垂直的面不考慮磨損，與脫模方向平行的面才加以考慮。磨損量隨著生產批量的增加而增大。計算模具成型零件工作尺寸時，對于模具生產批量較小的模具取小值，甚至可以不考慮其磨損量。 c. 利用注射模成型塑料塑件時，同樣也會產生毛邊。由于分型面上有渣滓，或者鎖模力不夠大，或者模具零件加工精度不高，使模具零件不能緊密貼合也會形成毛邊。 d. 成型工藝條件的控制及操作技術對塑料塑件尺寸精度的影響成型工藝條件包括料筒溫度、注射壓力、保壓時間、模具溫度、每次注射量、注射速度、冷卻時間、成型周期、原料的預熱及干燥等，對其進行正確的控制和管理，有利于獲得穩(wěn)定的尺寸，質量優(yōu)異的塑料塑件，并對經濟價值也有大的影響。各種工藝條件是互相關聯(lián)的，僅對一個工藝因素進行正確地控制，并不容易提高塑件的質量，必須進行全面地正確的控制。 5.2.2模具成型零件的工作尺寸計算 在設計模具過程中，應該根據影響塑件尺寸精度的因素對塑件的成型零件尺寸進行設計計算。這些因素一般包括塑件材料、幾何形狀、精度等級等。 計算成型零部件尺寸使用到的公式[3]： 收縮率波動誤差： (5.1) 塑件的成型誤差： (5.2) 成型零件實際尺寸： (5.3) 塑料的平均收縮率： (5.4) 式中 ——塑件基本尺寸； ——制造誤差； ——磨損誤差； ——間隙誤差； ——裝配誤差。 塑料收縮率波動誤差應該小于塑件公差/3。模具成型零件制造誤差一般取塑件公差的1/3~1/4，或取IT7~IT8級作為制造公差。成型零件磨損誤差主要原因是脫模磨損，磨損使得型腔尺寸加大，型芯尺寸減小，一般與脫模方向垂直的表面不考慮磨損，平行方向才考慮磨損。 對于小型塑件，如塑料端蓋，其主要的誤差來源是收縮率波動誤差、模具制造誤差和磨損誤差，其他誤差在計算成型尺寸時一般可以忽略。在計算成型零件尺寸過程中，無論是塑件尺寸或成型零件尺寸標注都是按照規(guī)定的方法標注的。凡是孔都是按照基孔制公差下限為零，公差等于上偏差()；凡是軸都是按照基軸制公差上限為零，公差等于下偏差()[5]。 一般取/3，在計算過程中，只要使成型零件的累積誤差小于塑件公差，即，則設計合格[1]。 a. 型腔尺寸的計算塑件的公差等級為MT6級，查塑件公差值表(GB/T 14486—1993)，可得塑件尺寸的公差值。 模具型腔的基本尺寸是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為。型腔的平均磨損為，考慮到平均收縮率，則型腔基本尺寸公式[3]： 略去較小的與，取，取。則有： (5.5) 已知塑件尺寸： ；；。 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算.查有關手冊得PA1010的收縮率為0.5％～4.0％,故平均收縮率為％。 型腔尺寸： = = b. 型芯尺寸的計算已知塑件基本尺寸：；；；。 型芯尺寸： = = = = c. 型腔深度的計算已知塑件基本尺寸： 根據公式： （5.6） = d. 型芯高度尺寸計算已知塑件基本尺寸： 根據公式： （5.7） = 6 結構零部件設計 6 結構零部件設計 6.1注射模架的選取 模架是設計和制造注射模的基礎部件，在設計注射模時選用標準注射模架，可以有效地提高模具質量，縮短模具制造周期。 中小型模架標準(GB/T 12555—2006)中規(guī)定了模架的結構形式，還規(guī)定了中小型模架的周界尺寸范圍≤560 mm×900 mm。 由本設計的情況可知，本設計是一模兩腔，推桿推出，斜導柱側向分型與抽芯，單分型面，設計選用的注射機為臥式注射機。所以選擇模架CI2735。 6.2墊塊的設計 用于支撐動模成型部分，并形成推出機構運動空間的零件稱為墊塊，又稱支承塊。墊塊的設計通常采用的結構式與動模座板設計為一體。在設計中，不采用整體結構，墊塊和動模座板分開設計，采用材料為45鋼，設計標準GB4169.6—84。具體尺寸參見零件圖。 6.3合模導向機構的設計 合模導向機構是保證動、定?；蛟谏稀⑾履：夏r，正確的定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式，一般情況下常采用導柱導向定位。 6.3.1導柱的設計 a. 導柱的結構形式如圖6.1所示，本設計采用的是帶頭導柱結構形式，帶頭導柱除臺肩外，長度部分基本尺寸一致，只是各部分公差不同。 圖6.1 導柱 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） b. 導柱的技術要求導柱導向部分的長度L應比凸模端面高度高8~12mm；導柱的前端應做成錐臺形或半球形，這樣有利于導柱順利進入導向孔。 導柱的材料應該具有這樣的特性：表面硬而耐磨，內芯堅韌不易折斷。一般導柱的材料有20鋼（表面經滲碳淬火處理），T8、T10鋼（經淬火處理），硬度達到50~55HRC。導柱固定端的表面粗糙度為，導向部分的表面粗糙度為。 導柱的數(shù)量一般為4根，其布置形式應合理分布在分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠距離，保證模具強度。在設計過程中，保證導柱中心到模具邊緣距離為導柱直徑的1~1.5倍。 配合精度要求：導柱固定端與模板之間采用H7/m6或H7/k6過渡配合，導向部分采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。 6.3.2 導套設計 a. 導套的結構形式導套的結構形式有直導套（I型導套），其結構簡單，加工方便，用于簡單模具或導套后面沒有墊板的場合；帶頭導套（II型導套），結構較復雜，用于精度較高的場合，此種導套的固定孔便于與導柱的固定孔同時加工。導套設計符合GB 1469.3—84。導套的結構見圖6.2。 圖6.2 導套 b. 導套的技術要求導套的前端應該倒圓角，以方便導柱順利進入；導向孔應該為通孔，以便排出孔內空氣。 導套的材料可與導柱相同，20鋼或T8A，選用T8A熱處理硬度HRC50~55。關鍵是性能是耐磨，導套的硬度應該略低于導柱，可以減輕磨損，防止導柱或導套拉毛。 配合精度要求：帶套導套用H7/m6或H7/k6過渡配合鑲入模板中，導套固定部分的粗糙度為。導向部分粗糙度為。 7 側向分型與抽芯機構的設計 7 側向分型與抽芯機構的設計 7.1斜導柱的設計 7.1.1斜導柱的形狀及技術要求 斜導柱的形狀如圖7.1所示(SJ/T 10519.16—1994)： (a) (b) 圖7.1 斜導柱的結構形式 斜導柱的材料通常為T8、T10等碳素工具鋼，亦可以采用20鋼滲碳處理(SJ/T 10519.16—1994)。其熱處理要求一般桿部硬度HRC56~60，大頭部分HRC，表面粗糙度。 本次設計中采用圖7.1（b)的斜導柱結構，斜導柱的工作部分與斜導孔配合為H11/b11，固定端與模板配合為H7/m6，材料為T8A，硬度。 7.1.2斜導柱的傾斜角 在斜導柱側向分型與抽芯機構中，傾斜角是決定斜導柱側向分型與抽芯機構工作效果的重要的參數(shù)，傾斜角的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等有直接重要影響。斜導柱的傾斜角一般來說有三種較為常見的情況：抽芯方向與開合模方向垂直；抽芯方向向動模一側傾斜；抽芯方向向定模一側傾斜。 選取什么樣的斜導柱結構主要看塑件側孔的方向，從分析塑件結構特點出發(fā)，其成型側孔的型芯抽出方向與開合模方向垂直。由受力分析及理論計算，斜導柱的傾斜角取比較理想，在一般的設計過程中取，最常用的是。楔緊塊的楔緊角。通常情況是：如果抽芯距長時可取大些，抽芯距短時可取小些；抽芯力大時可取小些，抽芯力小時可取大些[6]。 在本次設計中，斜導柱的傾斜角，楔緊塊的楔緊角。 7.1.3斜導柱的長度 當側型芯滑塊的抽芯方向與開合模方向垂直時，斜導柱的工作長度L與抽芯距S以及傾斜角的關系如下式所示[6]： 4 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） （7.1） （7.2) 由公式得S=9，，則斜導柱的工作長度。 斜導柱的總長度[6]為： (7.3） 式中 。 7.1.4斜導柱的受力分析與直徑計算 設計斜導柱側向分型與抽芯機構時，要對斜導柱的直徑進行計算，或是對已經選好的直徑進行校核。在對斜導柱的直徑進行計算之前，應該先對斜導柱的受力情況進行分析，計算斜導柱所受的彎曲力。 斜導柱所受到的彎曲力，彎曲力是是斜導柱通過斜導孔對滑塊施加的正壓力的F的反作用力（=F）；在前面的介紹中可以得知，抽拔力是摩擦力的反作用力（=）；設為開模力，則其通過導滑槽作用于滑塊上；又設F1為滑塊與斜導柱之間的摩擦力，F(xiàn)2是滑塊與導滑槽之間的摩擦力，設導滑槽與滑塊之間、滑塊與斜導柱之間的摩擦系數(shù)均為，則可以建立如下的力平衡方程式[2]： 式中 解得： 一般摩擦力較之其他力要小很多，所以?？梢院雎圆挥?)，可以簡化上式[2]： （7.4) 西安工業(yè)大學北方信