蜜餞盒蓋注塑模具設計,蜜餞,盒蓋,注塑,模具設計 注 塑 模 課 程 設 計 設計題目：盒蓋注塑模設計 姓 名： 學 號： 班 級： 專 業(yè)： 指導教師： 學 院： 目錄 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 二、塑件的工藝性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 （一）塑件的模型建立2D圖一、3D圖二，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 （二）塑料的結(jié)構特點、化學和成型使用性能，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 （三）塑件工藝參數(shù)、模具型制品的收縮率、壁外形及圓角、脫模斜度．．．．．．5 三、分型面設計與型腔．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 （一）確定制品分型分型面．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 （二）型腔數(shù)量的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 四、成型設備的選擇與塑料工藝參數(shù)的編制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 （一）計算塑件、澆注系統(tǒng)的體積及塑件的質(zhì)量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 （二）選擇注射機的類型和型號．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 （三）塑件注射工藝參數(shù)的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 （四）查表填寫原材料的注射工藝參數(shù)及塑件模塑的工藝卡 ．．．．．．．．．．11 五、模具的結(jié)構設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 （一）澆注系統(tǒng)的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 （二）成型零件的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 （三）頂出機構設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 （四）冷卻系統(tǒng)設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 （五）導向機構設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 六、排氣系統(tǒng)設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 七、模架的選擇及校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 八、模具裝配圖和零件圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 盒蓋注塑模設計 一、前言 塑料，由于具有一系列優(yōu)異的物理力學性能、化學性能和易成形加工工藝性能而在輕工、農(nóng)業(yè)、國防、航天航空、機械制造、建筑材料、交通運輸?shù)炔块T與人們的日常生活密切相關的諸多方面都得到了非常廣泛的應用。塑料件蜜餞盒蓋就是塑料運用的實例。 盒蓋是一個典型的塑料件，該零件大小適中，適合采用一模兩腔的兩板模生產(chǎn)。 通過設計該模具可較全面地熟悉塑料模具的設計過程，鍛煉自己綜合運用專業(yè)知識的能力。 在塑料制品的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設計、先進的模具制造設備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代的成形設備等都是成形優(yōu)質(zhì)塑料的重要條件。 由于塑模生產(chǎn)領域計算機應用的獨特優(yōu)勢，以三維模型為基礎的以CAD/CAM/CAE技術為代表的模具計算機應用的集成化生產(chǎn)模式獲得了快速的發(fā)展和進步。模具CAD/CAM/CAE技術的廣泛應用，顯示了用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，模具CAD/CAM/CAE技術已成為模具企業(yè)普遍應用的技術。在CAD的應用方面，已超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，目前3D設計已達到了70％～89％。PRO-E、UG、CIMATRON等軟件的應用很普遍。應用這些軟件不僅可完成2D設計，同時可獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM/CAE的集成提供了保證。應用3D設計，還可以在設計時進行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。CAE技術在歐美已逐漸成熟。在塑料模設計中應用CAE分析軟件，模擬塑料的充模過程，分析冷卻過程，預測成型過程中可能發(fā)生的缺陷。同時我在塑料件盒蓋的模具設計中,也運用了CAD繪圖軟件。 二、塑件工藝分析 （一）建立塑料件的模型 圖1 塑件2D圖 圖2 塑件3D圖 （二）、塑料的結(jié)構特點、化學和成型性能 1、基本特性 本制品的材料采用PS塑料：屬于熱塑性塑料，無色透明，無毒無味，落地時可發(fā)出清脆的金屬聲，密度約為1.05g/cm3 ，其塑件硬而脆，具有優(yōu)良的絕緣性，一定的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性，成型收縮率：0.4%～0.7%，成型溫度：170℃～250℃。 2、成型性能 無定形料，吸溫小，不需要充分干燥，不宜分解，但熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應力，流動性較好，可用螺桿或柱塞式注塑機成型。宜用高溫料，高模溫，低注射壓力，延長注射時間有利于降低內(nèi)應力，防止縮孔,變形?？捎酶鞣N形式澆口，頂出要均勻，塑件壁厚要均勻，最好不帶鑲塊，如有鑲塊應預熱。 3、模具設計方面 （1）可以使用所有常規(guī)類型的澆口。若用點澆口，直徑為0.8～1.0mm。 （2）PS 性脆易開裂，設計恰當合理的頂出脫模機構，防止因頂出力過大或不均勻而導致制品開裂，選擇較大的脫模斜度。 4、注塑工藝條件 （1）干燥處理：除非儲存不當，通常不需要干燥處理。如果需要干燥，建議干燥條件為80度,2～3小時。 （2）料筒溫度：180～280度。對于阻燃型材料其上限為250度。 （3）模具溫度:50～80度 （4）注射壓力：20～60MPa。 （5）注射速度：注射速度宜適當高些以減弱熔接痕，但因注射速度受注射壓力影響大，過高的速度可能會導致飛邊或出模時粘膜以及頂出時頂白頂裂等問題。 5、共混改性塑料 （1）PS+PVC 共混成為性能較好的不燃塑料。 （2）PPO 改善PPO加工性、降低吸濕性、降低成本、提高PS耐熱性、沖擊性。 5、主要用途 聚苯乙烯在工業(yè)中可制儀表外殼、燈罩、化學儀器零件、透明模型等；在電氣方面可制作絕緣性能良好的零件（如接線盒、電池盒等）。在日常用品方面廣泛地用于 包裝材料、各種容器、玩具等。 （三）、塑件工藝參數(shù)、模具型制品的收縮率、壁外形及圓角、脫模斜度． 1、塑件工藝參數(shù) （1）塑件的質(zhì)量和精度 塑料制品的表面質(zhì)量指的是塑料制品成型后的表面缺陷狀態(tài)，如常見的填充不足、飛邊、收縮凹陷、氣孔、熔接痕、銀紋、繞曲4變形，頂白，白斑，尺寸不穩(wěn)定及粗糙度等。塑料制品的表面粗糙度應遵循表3-4中GB/T 14234-93《塑料件表面粗糙度標準—不同加工方法和不同材料所能達到的表面粗糙度》。一般模具型腔粗糙度要比制品的要求低1～2級。塑件PS公差等級為MT5，它的表面粗糙度Ra1.60～3.20。查《塑料模具成形模具設計手冊》 （2）塑件的尺寸分析 這里尺寸是指塑件的總體尺寸，而不是指壁厚，孔徑等結(jié)構尺寸。塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件與產(chǎn)品圖中的尺寸行使程序，即所獲得的尺寸的準確度。塑料尺寸的大小與塑料的流動性有關。注射成型的塑件尺寸還要受到注射機的注射量、鎖模力和模板尺寸的限制。 2、成型收縮的形式 PS（聚苯乙烯）收縮率在0.4%～0.7%之間。常用收縮率0.5%。PS的流動性極好，成型加工容易。成型收縮主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 （1）塑料件的線性尺寸收縮 由于熱脹冷縮，塑料件脫模時的彈性恢復、塑性變形等原因?qū)е铝怂芰霞撃＠鋮s到室溫后其尺寸縮小。為此，設計模具時對于型腔個尺寸必須于以補償。 (2)收縮方向性 成形時分子按照方向排列，使塑料件呈現(xiàn)各向異性，沿料方向的收縮大，強度高。與料流方向相垂直，則收縮小強度低。此外，成形時由于塑料件各部分密度及填料分布不均，故收縮也不均勻。產(chǎn)生收縮差會使塑料件發(fā)生繞曲、變形、裂紋，尤其在擠塑及注射成形時，其方向性更為明顯。所以，在模具設計時，必須考慮收縮的方向性，按照塑料件的形狀、料流的方向來選取收縮率為宜。 （3）后收縮性 塑料件成形時，由于受成形壓力、剪切應力、各向異性、密度不均、填料分布不均、模溫不均、硬化不均及塑性變形等因素的影響，引起了一系列應力變化，在粘流狀態(tài)時不能全部消除，故塑料在應力狀態(tài)下成形時則存在著殘余應力。 （4）后處理收縮 根據(jù)塑料件的使用性能及工藝要求，在成形之后需要進行（時效）熱處理，處理后也會導致塑料件尺寸。因此，設計成形模具時，對高精度塑料件應當考慮后收縮及后處理收縮性能給尺寸造成偏差，并予以修正。 3、壁厚外形及圓角、脫模斜度 熱塑性塑料易于成型薄壁制品，壁厚可小至0.75mm，推薦壁厚2mm。查表3-6常用塑料的壁厚值《注射模具設計》。圓角最小轉(zhuǎn)角圓弧為0.5～0.8，PS脫模斜度50’～ 2°查表3-5常用塑料的脫模斜度《注射模具設計》。 三、分型面設計與型腔 （一）確定制品分型分型面 為將塑件從密閉的模腔內(nèi)取出，以及為了安放嵌件或取出澆注系統(tǒng)等，必須將模具分成兩個或幾個部分，一般將分開模具能取出塑件的面稱為分型面。分型面的選擇受到塑件的形狀、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置幾其形狀、塑件在模具內(nèi)的成型位置、頂出方法、澆注系統(tǒng)的設計，模具排氣，模具制造及操作等各種因素的影響。因此，在選擇時要認真分析、綜合比較，從幾個方案中找出一個比較合理的方案。 分型面是模具動模和定模的結(jié)合處，在塑件最大形處，是為了塑件和凝料取出而設計的。分型面的方向盡量與注塑成型機開模方向垂直的方向，特殊情況下采用與注塑成型機開模方向平行的方向。分型面有單分型面和雙分型面之分。 分型面選擇的原則：分型面應選擇在塑件外形的最大輪廓處；分型面的選取應有利于塑件的留模方式，便于塑件順利脫模，一般都應盡可能留在動模部分；保證塑件的精度要求；滿足塑件外觀的要求；便于模具的制造；減少成形面積；增強排氣效果。 由于本產(chǎn)品的分型面簡單，選擇塑件最大輪廓處為分型面，該塑件分型面比較簡單，用單分型面。分型面如圖3所示。 圖3 塑件分型面 （二）型腔數(shù)量的確定 由于本產(chǎn)品塑件外觀質(zhì)量要求高，精度方面也有要求較高，所以采取一模兩腔的方式。多腔模具設計分布有平衡式和非平衡式排布兩種，此處必須采用平衡布置分流道的方式，從主流道到分流道進入各型腔，要保持一定溫度和壓力平衡，在相同時間注滿型腔。也保證塑件的成形精度、形狀、斷面尺寸分布對稱性對應相等。非平衡式與之相反，容易造成注射時溫度和壓力不平衡，使模具在注射時有一定的脹行力，會加快損壞模具。后面這種方式是不允許采取的。此塑件的排布采用平衡式如圖4。 圖4 型腔分布 四、成型設備的選擇與塑料工藝參數(shù)的編制 （一）、計算塑件、澆注系統(tǒng)的體積及塑件的質(zhì)量 根據(jù)畫出來的三維模型圖，用CAD軟件查詢，工具/面域/質(zhì)量特性可以查詢到塑件的體積 V= 10.5297176 cm3,取V=10.53 cm3而澆注系統(tǒng)的體積應為塑件的0.6倍，所以澆注系統(tǒng)的體積為V澆=0.6×10.53 cm3=6.318 cm3.又由于是一模兩腔的方式，便一次注射所需要地塑料為V=V塑×Ni＋ V，所以V澆=10.53×2+6.318=27.378 cm3 本產(chǎn)品采用PS材料，密度為1.054 g/cm3,計算一個塑件的質(zhì)量M=Pv塑=1.054×10.53=11.09862g。 （二）選擇注射機的類型和型號 我國采用注射量來表示注射機的規(guī)格成型熱塑性塑料，類型和規(guī)格很多，本設計根據(jù)塑件的形狀，一模兩腔的方式選擇臥式螺桿式注射成型設備，查《塑料成型模具設計手冊》表1-3選取型號：J54-S-200/400國產(chǎn)注射機, 該注射機的主要技術參數(shù)如下表所示： 型 號 項 目 J54-S-200/400 額定的注射量 cm3 200~400 螺桿的直徑 mm 55 注射壓力 MPa 109 注射行程 mm 160 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 16、28、48 注射方式 螺桿式 鎖模力 KN 2540 最大成形面積 c㎡ 645 最大的開合模行程 mm 260 模具最大厚度 mm 406 模具的最小厚度 mm 165 動、定模固定板尺寸 mm×mm 532×634 拉桿空間 mm×mm 290×368 合模方式 液壓-機械 定位圈尺寸 mm 125 噴嘴球頭半徑 mm SR18 頂出形式 中心頂出 頂桿中心距 mm 機器外形尺寸 mm×mm 1700×1400×1800 （三）、塑件注射工藝參數(shù)的確定 塑 料 項 目 PS 注射機類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 30~48 噴嘴 形式 直通式 溫度/oC 170~180 料筒溫度/oC 前段 150~170 中段 165~180 后段 180~280 模具溫度/oC 50~80 注射壓力/Mpa 20～60 保壓壓力/Mpa 50~70 注射時間/s 20~90 保壓時間/s 0~5 冷卻時間/s 20~120 總周期/s 50~220 （四）、查表填寫原材料的注射工藝參數(shù)及塑件模塑的工藝卡． 塑料注射成型工藝卡 資料編號 車 間 共 頁 第 頁 零件名稱 盒蓋 材料牌號 PS 設備型號 裝配圖號 材料定額 每模件數(shù) 零件圖號 單件重量 11.1g 工 裝 號 材料干燥 設備 J54-S-200/400 溫度/oC 80~85 時間/h 2~3 料筒溫度 (oC) 后段/oC 180~280 中段/oC 165~180 前段/oC 150~170 噴嘴/oC 170~180 模具溫度/oC 50~80 時間 注射 20~90 保壓 0~5 冷卻 20~120 壓力 注射壓力 /Mpa 20~60 背壓 /Mpa 后處理 溫度/oC 70 時間定額 輔助/min 時間/h 2~4 單件/min 檢驗 編制 校對 審核 組長 車間主任 檢驗組長 主管工程師 五、模具的結(jié)構設計 （一）澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指模具中從噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體通道。它的作用是將塑料溶體平穩(wěn)地且有順序地充填和凝固的過程中，把注射壓力充分傳剃到各個部位，以獲得組織致密、外形清晰飽滿的內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)其組成部分有：主流道、分流道、澆口和冷料穴份組成。 澆注系統(tǒng)的設計是否合理，這對于塑料件的性能、表現(xiàn)質(zhì)量及成形的工藝性能等都有很大的影響。因此，澆注系統(tǒng)的設計要注意幾個原則： 1、 適應塑料注射成形的工藝特性 2、 有利于型腔內(nèi)氣體的排出 3、 盡量減少塑料熔體的熱量損失和壓力損失 4、 避免塑料熔體直沖細小型心或嵌件 5、 要便于進行擰了的修整和不影響塑料件的外觀質(zhì)量 6、 防止塑料件繞曲變形 7、 預測熔接痕的位置 8、 盡量減少成形中物料的消耗和減少模具的形狀尺寸 澆注系統(tǒng)的設計是一個非常重要的問題，模具設計者必須予以足夠重視。 主流道是指緊接著設機噴嘴到分流道為止那一段錐形流道，它與注塑機噴嘴在同一軸心線上，熔融塑料進入模具時首先經(jīng)過它。其直徑的大小與塑料流速及充模時間的長短有密切關系。直徑太大時，則造成回收冷料過多，冷卻時間增長，而流道空氣過多也易造成氣泡和組織松散，極易產(chǎn)生渦流和冷卻不足，另外，直徑太大時，熔融的熱量損失會增大，流動性降低，注射壓力損失增大，造成成型困難；直徑太小時，則增加熔體的流動阻力，同樣不利于成型。 為了便于塑料從主流道中拉出，主流道設計成圓錐形，其錐角a=2°~4°,對于粘度較大的塑料熔體可以增大到6°主流道錐孔內(nèi)壁粗糙度Ra應為低于0.4，主流道的始端也應設計成凹形球面狀，球面半徑R根據(jù)注射機噴嘴球面半徑來確定，主流道要和注塑機的噴嘴緊密對接。主流道對接處設計成半球形凹坑，其半徑一般比噴嘴大1~2mm，凹坑深度常取3~5mm.主流道大端與分流道有過渡圓角，以減小塑料熔體流動轉(zhuǎn)向時的阻力，其圓角半徑一般取r1～3mm，或者取r=D/8（D為主流道大端的直徑）。所以需對塑件的成形過程及對選用的模架分析，選擇主流道。其襯套的固定用定位圈配合固定在模具的定模座板上。 主流道襯套和注塑機噴嘴的配合如圖6所示。 圖6 連接主流道與澆口的熔體通道叫分流道，分流道起分流和轉(zhuǎn)向作用。熔融塑料沿分流道流動時，要求它盡快地充滿型腔，流動中熱量損失要盡可能小，流動阻力要盡可能低。同時，應能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。盡量使分流道長度最短，但是，塑料以低溫成型時，為提高成型空間的壓力來減少成型制品收縮凹陷時，或欲得壁厚較厚的成型制品而延長保壓時間，減短流道長度并非絕對可行。因為流道過短，則成型制品的殘留應力增大，且易產(chǎn)生飛邊，塑料的流動不均，所以流道長度應以適合成型制品的質(zhì)量和結(jié)構為宜。排位的形狀分“O”形、“H”形、“X”形、“S”形，分流道截面形狀有：圓形、半圓形、梯形、“U”形、矩形和正六角形。常用的形式有圓形、梯形和“U”形。較小的截面周長有利于減少熔融塑料的熱量散失；但截面尺寸過小時，則材料的流動阻力大，延長了充模時間，易造成充填不足、燒焦、銀紋、收縮凹陷等缺陷，或者必須提高注射壓力來填滿，故流道截面大小應根據(jù)材料的流動性、成型制品的質(zhì)量及投影面積適度確定。設計原則：必須保證分流道的表面積與其體積之比值最小，既在分流道長度一定的情況下，要求分流道的表面積或側(cè)面積與其截面積之比值最小。PS流動性好，分流道粗糙度為0.3，流道直徑3.2～9.5mm，在此取6mm.分流道如圖6 圖6 澆口是連接分流道與型腔之間的一段細短通道，是澆注系統(tǒng)的最后部分，其作用是使塑料以較快速度進入并充滿型腔。它能很快冷卻封閉，防止型腔內(nèi)還未冷卻的熔體倒流。設計時須要考慮產(chǎn)品尺寸、截面積尺寸、模具結(jié)構、成型條件及塑料性能。澆口應盡量短小，與產(chǎn)品分離容易，不造成明顯痕跡。當熔融塑料通過狹窄的澆口時，流速增高，剪切速率加大，熔體溫度也隨之升高，這對充填型腔是有利的。同時，狹小的澆口在適當?shù)谋貉a縮后，首先凝固而封閉型腔，是型腔內(nèi)的熔料在無壓力狀態(tài)下自由收縮、凝固成形，因而塑料件內(nèi)殘余應力較小，可減小塑料件的變形與破裂。此外，狹小的澆口便于使?jié)驳滥吓c塑料件進行分離也便于修整塑料件，成形周期短。雖然如此，但是澆口截面尺寸也不能過小。如果澆口尺寸過小，則使注射成形時壓力將增大，冷凝快、補縮困難而造成塑料件缺料、縮孔或產(chǎn)生真空泡等缺陷，甚至還會產(chǎn)生熔體破裂而形成噴射現(xiàn)象，使塑料件表面出現(xiàn)凹凸不平。同時，澆口的截面 尺寸也不能過大。澆口尺寸過大會降低注射速率，溫度降低增加，塑料件表面會產(chǎn)生云層現(xiàn)象等缺陷。 一般，澆口的尺寸很難用理論公式進行計算，通常是根據(jù)經(jīng)驗來確定，制作時取下限，先作得小一些，然后根據(jù)試模時塑料件所表現(xiàn)出的質(zhì)量情況進行修正。通常，澆口的截面面積約為分澆道截面面積的3%～8%，截面形狀多為矩形或圓形，澆口的長度約為0.5～2.0mm，其表面粗糙度一般為Ra0.4～0.2um。 冷料穴是為儲存因熔體與低溫模具接觸而在料流前鋒產(chǎn)生的冷料而設置的，這些冷料如果進入型腔將減慢熔體填充速度，最終影響制品的成形質(zhì)量。冷料穴一般設置在主流道的末端，分流道較長時，分流道的末端也應設冷料穴。 一般情況下，主流道冷料穴圓柱體的直徑為5～6mm，深度為5～6mm。對于大型制品，冷料穴的尺寸可適當加大。對于分流道冷料穴，其長度為1～1.5倍的流道直徑。 （二）、成型零件的設計 在模具結(jié)構中，決定塑料件幾何形狀和尺寸的零件叫做成形零件。塑料注射模具的成形零件包括凹模、型心（有時也叫凸模）、鑲塊、成形螺桿、成形螺環(huán)等 成形零件工作時，直接與塑料相接觸，承受塑料熔體的高壓料流的沖刷；在脫模過程中還要與塑料件產(chǎn)生摩擦；在整個成形過程中有可能還要接觸程度不同的腐蝕性氣體。因此，成形零件要求要有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度、較低的表面粗糙度值和一定的耐腐蝕能力；從結(jié)構上來講，成形零件還要求結(jié)構合理，便于加工與裝配，具有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。 (1）型腔 型腔是成型塑件制品外表面的主要零件，按其結(jié)構不同，可分為整體式和組合式兩類。整體式凹模由整塊材料加工而成，其特點是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會使制品產(chǎn)生拼接線痕跡。而組合式凹模在使用中則出現(xiàn)制品產(chǎn)生拼接線痕跡的幾率高一些。所以，此處采用整體式凹模。如圖7 圖7 (2）型芯 型芯是成型塑件內(nèi)表面的零件。主要有主型芯和小型芯。對于簡單的容器，如殼、罩、蓋之類的塑件，成型其主要部分內(nèi)表面的零件稱主型芯，而將成型其他小孔的型芯稱為小型芯或成型桿。按結(jié)構主型芯可分為整體式和組合式兩種。此處采用組合式。如圖8 圖8 （三）頂出機構設計 在注射模中，將冷卻固化后的塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具中安全無損壞地推出的機構稱為脫模系統(tǒng)，也叫推出系統(tǒng)或頂出系統(tǒng)安全無損壞是指制品被推出時制品不變形，不損壞，不粘膜，無頂白，推桿位置不影響制品美觀，制品被推出時不會對人或模產(chǎn)生安全事故。 注射模的脫模系統(tǒng)包括： 1、 推桿、推管、推板、推塊等推出零件。 2、 復位桿、復位彈簧及推桿板先復位機構等推出零件的復位零件。 3、 推桿固定板和推桿底板等推出零件的固定零件。 4、 高壓氣體推出的氣閥等配件。 5、 內(nèi)螺紋脫模系統(tǒng)中的齒輪、齒條、馬達、油缸等配件。 脫模系統(tǒng)的動作方向與模具的開模方向是一致的。 頂出機構的設計規(guī)則： 1、盡量設法使塑件留于動模； 2、保證塑件不變形不損壞完整脫出； 3、盡量不損壞塑件的外觀； 4、結(jié)構可靠； 5、每副模具的推桿的直徑相同，方便加工； 6、塑件推出模具10mm左右，對型腔斜度較大者，頂出塑件深度2/3即可。 頂出力的計算 脫模力包括如下四點： 1、 制品在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產(chǎn)生抱緊力； 2、 不帶通孔殼體類制品，推出時要克服大氣壓力； 3、 脫模系統(tǒng)（如推桿、推管和推板等）本身運動的摩擦阻力； 4、 制品與模具之間的粘附力。 在開始頂出塑件的瞬間所需克服的阻力最大，稱為初始頂出力，以后還需的力稱為相繼頂出力，后者要比前者小，所以計算頂出力時，總是計算初始頂出力。 單個塑件所需的頂出力為： Q=Ahp(fcosa-sina) =0.363×0.018×1.2×107×(0.2-0.017) =14300N 所以兩個塑件所需的頂出力為28600N 式中： Q——頂出力（N）； f——摩擦系數(shù)，聚苯乙烯取0.1~0.2，其余取0.2~0.3,此處取0.2 a——脫模斜度，a為50′~2°，此處取1°； A——活動型芯被塑件包緊的斷面形狀周長，m； h——成型部分深度，m； P——單位面積的正壓力，一般取7.84×10~1.176×10Pa，此處取1.2×10Pa； 推出機構的類型分為一級頂出機構、二級頂出機構。 其中一級頂出機構又可分為頂桿頂出機構、頂管頂出機構、推板頂出機構、頂塊頂出機構、氣壓頂出機構、成型鑲件和型腔頂出。 本次設計是使用單分型面，且塑件可一次推出，所以采用一級頂出機構中的頂桿頂出機構。頂桿頂出機構是頂出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于頂桿截面多為圓形，制造、修配方便、頂出效果好，因此在生產(chǎn)中廣泛應用。有于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，推桿推出時阻力小，推出動作靈活可靠。而推出零件固定板即推桿固定板，則與推桿一起運動，將塑件頂出型芯。 單個塑件推桿的根數(shù)及直徑可通過以下公式計算并校核。 D=K[64F脫（uL）2/Nπ2E] 0.25 式中： D——推桿直徑，mm； K——安全系數(shù)，可取1.4～1.8,此處取1.6； F脫——脫模力，N； u——摩擦系數(shù)，一端固定時u為0.7，兩端固定時u為0.5，此處取0.7； L——推桿長度，mm； N——推桿根數(shù)； E——穩(wěn)定系數(shù)，此處取5×106。 若N為3，則 D=K[64F脫（uL）2/Nπ2E] 0.25 =1.6×[64×14300×（0.7×108）2/3×3.142×5×106] 0.25 =7.5mm 所以本設計中推桿直徑采用8mm符合要求。 若D為8，則 N= 64F脫（uL）2/[(D/K)4π2E] =64×14300×（0.7×130）2/[(3.5/1.6)4×3.142×5×106] =2.5 所以本設計中單個塑件所需的推桿根數(shù)為3符合要求，所以總共有6根推桿。 推桿應力校核： [б]= 4K2F脫/D2Nπ=4×1.62×14300/42×3×3.14=276 N/cm2。 而推桿的許用應力為32000 N/cm2。故符合要求。 （四）冷卻系統(tǒng)設計 在塑料注射成型中，注入模腔中的熔體的溫度一般在200～300度之間，熔體在模腔中成型、冷卻、固化成制品，當制品從模具中取出時，溫度一般在60度左右，熔體釋放出的熱量都傳遞給模具。為保證正常生產(chǎn)，模具必須將這部分熱量及時傳遞出去，是模具的溫度始終控制在合理的范圍內(nèi)。模具中將這部分熱量及時傳遞出去的結(jié)構叫做冷卻系統(tǒng)。熱傳遞的方式有傳導、對流和輻射。模具中熱傳導的介質(zhì)主要是冷卻水（包括常溫水和凍水）冷卻介質(zhì)最普遍的是用水冷卻，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低廉，有時也用油和鈹銅。冷卻回路的設計應做到回路系統(tǒng)內(nèi)流動的介質(zhì)能充分吸收成形塑件所傳導的熱量，使模具成形表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內(nèi)，并且要做到使冷卻介質(zhì)在回路系統(tǒng)內(nèi)流動暢通，無滯留部位。 （1）冷卻回路所需的總表面積計算 經(jīng)查表及計算可得, 單位時間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量為77.76 kg /h，模具成形表面的溫度θ1為50 oC,冷卻水的平均溫度為25 oC, 冷卻水在該溫度下的密度為1000 kg/ ，冷卻水的流速v 為2m/s, 冷卻水孔直徑d 為0.006m。 冷卻回路所需總面積可按下式計算 A=Mq/3600(θ1-θ2) 式中 ——冷卻回路總表面積， ——單位時間內(nèi)注入模具中樹脂的質(zhì)量，kg /h ； ——單位質(zhì)量樹脂在模具所內(nèi)釋放的熱量， J·kg，值查表得4×105J·kg ； ——冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， /(·k) ； θ1——模具成形表面的溫度，oC ； θ2——冷卻水的平均溫度，oC 。 A＝(77.76 X 4 X 105)/3600 X 9673 X (50-25)＝0.0357 （2）冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以以下公式計算 =(pv)0.8/d0.2 =(v)0.8/ d0.2 =7.95 X (1000 X 2）0.8/0.0060.2 =9673 /(·k) 式中 ——冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，/(·k) ； ——冷卻水在該溫度下的密度，kg/ m3 ； v——冷卻水的流速，m/s ； d——冷卻水孔直徑，m ； ——與冷卻水溫度有關的物理系數(shù)。 3）冷卻回路的總長度計算 冷卻回路總長度可用下式計算 =1000A/πd =1000x0.0357/3.14x6 =1.895 m 在設計和制造冷卻系統(tǒng)的時候一般大于理論數(shù)值就可以了,而無需按照計算出來的尺寸來制造。 在設計冷卻系統(tǒng)時，應遵循以下原則：快速冷卻，均勻冷卻，加工簡單，并盡量保證模具的熱平衡，使制品收縮均勻。 序號 原則 簡圖及說明 1 冷卻水道可設計成單回路或多回路 冷卻水道必須是一個回路，使水道中的水循環(huán)。當水道較長時，隨著水溫的升高，模具的溫度不均勻，可設計成多個回路 2 冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大 圖a的冷卻水道為五個，直徑較大，型腔的表面溫度較均勻，溫度在60～60.5°C之間；圖b的冷卻水道為兩個，直徑較小，型腔的表面溫度不均勻，溫度在53.33～58.38°C之間 3 冷卻水道與型腔表面之間的距離應盡量相等 當塑件壁厚較均勻時，冷卻水道與型腔表面之間的距離應相等；當塑件壁厚不均勻時，厚的地方，冷卻水道與型腔表面之間的距離應近些，冷卻水道的間距也應小些。冷卻水道的孔邊與型腔表面之間的距離一般應大于10mm，常用12~15mm 4 冷卻水道的入口宜選在澆口附近 塑料熔體在填充型腔時，模具的澆口處是最熱的部分，距澆口越遠的地方溫度越低，為了得到等溫的型腔表面，冷卻水的入口宜選在澆口附近，出口選在熔體流動的末端 5 冷卻水道的出、入口溫差應盡量小 圖a的冷卻水道較長，其出、入口溫差會加大；圖b的冷卻水道較短，其出、入口溫差會減小。為了減小出、入口的溫差，必要時，要在模具上設置多對冷卻水道的出口和入口 （五）、導向機構設計 塑料注射模具導向機構的功能是 其動模部分和其定模部分在模具工作時， 進行正確的導向與定位。不僅如此，有的比較精密的模具，為了保證頂出機構平穩(wěn)的工作，不使塑料件在頂出過程中產(chǎn)生變形等質(zhì)量問題，還在頂出機構中設置了導向機構。注射模的導向機構主要有導柱導套定位和錐面定位兩種形式，一般都是采用導柱導向與定位。 導向作用 模具在合模過程中，首先是導向零件接觸，引導動模部分和定模部分準確地閉合，避免型心先進入型腔過程中造成模具相關成形零件的損壞。 定位作用 模具閉合之后，導向機構還同時保證動模部分和定模部分進行 正確的定位，也就是要保證各分型面兩側(cè)型腔的形狀與尺寸的準確。 導向機構在模具的加工和裝配過程中也起到了定位的作用，給模具的裝配和調(diào)整帶來了方便。 增加了模具相關零件的強度 由于導向裝置在模具工作過程中，承受了一定的側(cè)向壓力（塑料熔體在充型過程中會產(chǎn)生側(cè)向的壓力），或者由于成形設備精度下降的影響，也會使導柱承受一定的側(cè)向壓力。所以，模具的正常工作得以保證。如果側(cè)向壓力很大時，就不能單靠導柱來承受，那么，設計時就應考慮增設錐面定位機構。 設計導柱導向機構式必須注意： 1、數(shù)量及布置布局 導柱應合理均勻地分布在模具分型面的四角，導柱至模具的尺寸來選取 關于導柱的直徑的選取和布置的位置可參考標準模架來選取。為了不使模具在裝配或合模時將方向搞錯，導柱的布置方式常采用等直徑導柱不對稱布置或不等直徑導柱的對稱布置方式。 2、長度 導柱的長度應比凸模端面的高度高出8～12mm，以避免出現(xiàn)導柱未導正方向而型心先進入型腔。 3、形狀 導柱前端應做成錐臺形或半球形，以便能夠使導柱順利地進入導向孔。 4、配合精度 導柱的導滑部分的配合為H8/f7，導柱、導套固定部分的配合都按H8/f7配合。 5、材料 導柱的材料應具有堅硬而耐磨的表面，韌而不易折斷的心部，因而多選用20鋼經(jīng)滲碳淬火處理或選用T8、T10A鋼經(jīng)淬火處理，硬度為50～55HRC。導柱固定部分的表面粗糙度為Ra0.8um，而導向部分的表面粗糙度為Ra0.4um。 設計導套導向機構式必須注意： 1、形狀 為使導柱能夠順利進入導套的導向孔，于是，在導套的前端應設計有倒角或圓角。導柱孔一般都設計制作成通孔，以利于孔內(nèi)空氣及殘渣廢料的排出。如果模板較厚，導柱孔 做成不通孔時，可在不通孔的側(cè)面打一小孔進行排氣。 2、材料 用于導套的材料可與導柱的材料相同，也可使用銅合金等耐磨材料來制造，其硬度一般低于導柱的硬度，以減輕磨損，防止導柱與導套之間被拉毛。導套固定部分的表面粗糙度為Ra0.8um，而導向孔的表面粗糙度為Ra0.4um。 3、固定形式與配合精度 I型導套與模板之間為H7/p6或H7/s6的配合形式。 六、排氣系統(tǒng)設計 當塑料熔體注入模具型腔時，必須依次排出澆注系統(tǒng)和型腔中的空氣以及塑料受熱或凝固過程中所產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔中因各種原因而產(chǎn)生的氣體不能被排除干凈，那么，一方面將會在塑料件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清、充填缺料等成形缺陷；另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫將可能導致塑料制品局部燒焦與碳化。 注射模成形模具工作時，排氣通常采取以下四種方式： 1、 利用配合間隙排氣 2、 在分型面上開設排氣槽排氣 3、 推桿排氣 4、 利用鑲件排氣 排氣槽位置設計選擇原則 1) 排氣槽要設計在熔體流程的最終端。 2) 排氣槽要設置布局在兩股料流的匯合處。 3) 排氣槽要設置在型腔中容易滯留氣體的部位。 4) 排氣槽要設置在型腔中不通孔的底部。 5) 盡量將排氣槽設置在模具的分型面上。 6) 排氣槽的方向不要對著操作者的方位，盡管有安全門檔著。 七、模架的選擇及校核 模架是設計、制造塑料注射模具的基礎部分。標準中規(guī)定中小型模架的周界尺寸范圍為大于260mmX900mm。本設計中采用標準模架，根據(jù)資料和設計需要，選用了塑料注射模中小型模架的派生型的P2型號模架結(jié)構。根據(jù)《注塑模具設計》表4-16的標準模架參數(shù)：N×L=220×300mm. （一）、注射機最大注射量校核 塑件連同澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的重量一般不應大于注射機公稱注射量的80%，注射機多以公稱容量來校核 在一個注射成形周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料熔體的容量，應為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量之和，即 V＝nV1＋V2 式中： V— 一個成形周期內(nèi)所需注射的塑料容積（cm3）； n—型腔數(shù)目； V1—單個塑件的容量（cm3）； V2—澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料容量（cm3）。V2＝0.6 V1 故有 V＝nV1＋V2≤0.8 Vg 式中： Vg—注塑機額定注射量（400cm3）。 V＝nV1＋V2 ＝2×27.378＋0.6×27.378 ＝71.1828 cm3 V＝71.1828 ≤ 0.8×400=320 cm3 （滿足要求） （二）、注射壓力的校核 注射機的公稱壓力要大于成型的壓力，即 P公≥P注 式中 P公——注射機的最大注射壓力； P注——塑件成形所需的實際注射壓力；P注= KP0； K---安全系數(shù),常取K為1.25～1.4，此處取1.3； P0——成型時所需的注射壓力P0；在實際生產(chǎn)中P0通常取70～100MPa范圍，此處取80MPa。 根據(jù)注射機的類型，可得注射機最大注射壓力為109 MPa，又塑件成形所需的實際注射壓力P注= KP0＝1.3×80＝104 MPa 故可知P公=109 MPa≥P注=104 MPa，滿足要求。 （三）鎖模力的校核 由于高壓塑料熔體充滿型腔時會產(chǎn)生一個很大的推力，這個力應小于注射機的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，即： F鎖≥pA分 式中：F鎖——注射機公稱鎖模力（N）,查表得F鎖為2.54×106 N； p——注射時型腔內(nèi)注射的壓力，它與塑料品種和塑件有關（MPa）查表得p為30 MPa； A分——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（m3）。 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積為A2，在模具設計前還是個未知數(shù)，根據(jù)多型腔的統(tǒng)計分析，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.2~0.5倍，因此可用0.35A1來進行估算，所以 A分＝nA1＋A2＝nA1＋0.35 A1＝0.037 m2 F= pA分＝30×106×0.037＝1.11×106 N < F鎖＝2.54×106 N 故滿足要求 （四）模具安裝部分得尺寸校核 （1）噴嘴尺寸 注射機的噴嘴頭部的球面半徑R1應與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從縫隙處溢出。一般球面半徑R2應比噴嘴頭半徑R1大1～2mm，否則主流道內(nèi)的塑件凝料無法脫出。 此模具主流道始端的球面半徑R=20mm＞注射機的噴嘴頭部球面半徑R＝18mm，因此符合要求 （2）定位圈尺寸 為了使模具主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位圈或主流道襯套與定位圈的整體式結(jié)構的外尺寸應與注射機固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合，同時其大端的圓盤凸出定模端面高度5~10mm。本次設計模具定模板上的定位圈直徑為60mm，與所選注射機固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合，因此符合要求。 （3）最大、最小模厚 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和最小模厚之間。同時應校核模具的外形尺寸，使得模具能從注射機拉桿之間裝入。而注射機可安裝模具的最大厚度是406mm，最小厚度是165mm，本次設計模具的總厚度為在這個范圍內(nèi)，故滿足要求。 （4）螺孔尺寸 注射模具的動模板、定模板應分別與注射機動模板、定模板上的安裝方法有螺孔相適應。模具在注射機上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定兩種形式。本此設計采用螺釘固定。 （5）開模行程和頂出裝置的校核 注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況：一是當注射機采用液壓、機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度無關；二是當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度有關。 因為選用的注射機的合模方式為液壓－機械式合模方式，模具為單分型面，而注射機最大開模 行程與模具厚度無關，它的行程大小由連桿機構的最大沖程決定。 對于單分型面注射模，開模行程可按下式校核： S≥H1 + H2 +（5~10） 式中： S——注射機的最大開模行程（mm），查表得S＝260 mm； H1——塑件推出距離，mm； H2——制品高度，mm。 塑件推出距離H1一般等于型芯高度H1=25，H2=65 mm。 則： S＝260 mm≥H1 + H2 +（5~10）＝25＋20＋（5~10）＝50～60（mm） 故符合要求。 八、模具裝配圖和零件圖 (一)模具零件圖 見零件圖附件。 （二）模具裝配圖 見裝配圖附件。 致謝 為了鞏固自己所學的知識，熟悉有關資料，樹立正確的設計思路、方向，掌握設計方法，培養(yǎng)實際的工作能力；根據(jù)生產(chǎn)實際要求和設計方法、步驟，參照各種設計有關資料，基本上獨立地完成了該注塑模的畢業(yè)設計任務。 在現(xiàn)實生產(chǎn)中，模具工作性能的好壞，影響到生產(chǎn)制作的效率、質(zhì)量、成本、直接關系到企業(yè)的利益。因此對于模具的設計和對生產(chǎn)設備的選擇或依據(jù)現(xiàn)在設備進行量身定做模具，更是占有舉足輕重的地位。通過模具結(jié)構設計，在工藝分析、工藝方案論證、工藝計算、模具零件結(jié)構設計、編寫技術文件和查閱文獻方面受到一次綜合訓練，增強了我的實際工作能力。 由于編寫水平有限，時間倉促，如果文中有欠妥之處，懇請各位老師指點。 參考文獻 1、塑料成型模具設計手冊 主編 ：吳生緒；北京：機械工業(yè)出版社，2008 2、典型模具結(jié)構圖冊 編著：王樹勛 朱亞林 梅伶 龍國梁；廣州: 華南理工大學出版社，2005； 3、公差配合與測量 主編：胡容華 甘澤新 ；北京:清化大學出版社，2005； 4、機械制圖 主編：高玉勞 卜桂玲 5、沖壓與塑料成型機械設備 主編：馬 廣 張國文 6、塑料模具設計實用教程 編著：張維合 27