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大連交通大學 畢業(yè)設計說明書 課程名稱： 課題名稱： 長筒注塑模具設計 指導教師： 班 級： 姓 名： 學 號： 成績評定： 指導教師簽字： 年 月 日 摘 要 隨著高性能工程塑料的不斷發(fā)展，各種塑料制品行業(yè)，該行業(yè)需要繼續(xù)增長，注射成型工藝越來越多地用于成形制造的產品的各種性能要求。注塑模具設計的質量，對注塑機的生產效率直接影響成型，產品的質量和成本。模具可以是一個很好的注射成型上百萬次，因為其較長的壽命，在另一方面，降低了塑件的成型和模具成本，作為一個結果，一個好的更換，維修少，從而提高生產效率。為了滿足日益增長的工業(yè)需求和生活質量的需要，應繼續(xù)研究和開發(fā)，已被設計來提高注塑模具的性能，滿足各行各業(yè)的需求。 在本設計中，通過對長筒，CAD模具設計和開發(fā)利用包括凸，凹模的設計，頂出機構的設計，注射機的選擇和校核，澆注系統(tǒng)的設計，冷卻系統(tǒng)的設計，模具及其他工作選擇。在本設計中，重點設計了以成形件的凸，凹模的設計，澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是模具設計的靈魂和冷卻設計，澆注系統(tǒng)的設計直接影響著塑件的成型質量和生產效率。因此，澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計工作的關鍵。同時，模具溫度對塑件的質量和生產效率有著直接的影響，對模具的凝固時間和收縮應力，模具溫度的控制直接影響，從而影響模具和塑料件質量的成型周期，和表面粗糙度。大小的凸，凹模尺寸，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計重點和系統(tǒng)結構設計。通過這樣的設計，我們首先學習了解當前的形勢和發(fā)展情況，中國塑料模具結構和成型工藝的模具及注塑模具設計的基本原理。 關鍵詞：長筒；注射模；設計；FRPP II Abstract With the development of high performance engineering plastics, plastic products industry, the industry needs to continue to grow, the injection molding process is more and more used in various performance requirements of the product manufacturing. The quality of injection mold design, the injection molding machine production efficiency directly affects molding, product quality and cost. Mold can be a very good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand, reduces the cost of molding and mold plastic parts, as a result, a good replacement, repair, thereby improving the production efficiency. In order to meet the growing needs of the industry and the quality of life needs, should continue to research and development, has been designed to improve the performance of injection mold injection mold, to meet the needs of all walks of life. In this design, through the one or two point of cover on the air conditioning remote control, the design and development of CAD die comprises a convex, concave mold design, the ejection mechanism design, selection and optimization of the injection machine, the design of gating system, cooling system design, mold and other work options. In this design, designed to focus on parts of the convex, concave mold design, gating system, cooling system. The gating system is the mold design of the soul and cooling design, the design of gating system directly affects the moulding quality and production efficiency [1]. Therefore, the design of gating system is the key of the injection mold design work. At the same time, mould temperature has a direct impact on the quality of plastic parts and production efficiency, solidification time and contraction on die stress, mold temperature control of a direct impact, thus affecting the molding cycle of molds and plastic parts quality, and surface roughness. The size of the convex, concave die size, design key points and system structure design of gating system and cooling system. Through this design, we first learn to understand the situation and the current development situation, basic principle of injection mold and die design China plastic mould structure and injection molding process. Key Words: remote base, injection mold, design, FRPP 目 錄 摘 要 II Abstract 3 目 錄 4 1 緒 論 6 2 塑件的工藝分析 8 2.1塑件的工藝性分析 8 2.1.1 塑件的原材料分析 8 2.1.2 FRPP的注塑工藝參數(shù) 9 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 10 2.2.1 結構分析 10 2.2.2 尺寸精度分析 11 2.2.3表面質量分析 11 2.3計算塑件的體積和質量 11 3 注塑模設計 12 3.1 注射模具分型面的選擇 12 3.1.1 分型面的基本形式 12 3.1.2 分型面選擇的基本原則 12 3.1.3 分型面的選擇 12 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 12 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 12 3.2.2 注射模具主流道的設計 13 4 成型零件和模體的設計 16 4.1 模具型腔的結構設計 16 4.2 型芯的結構設計 17 4.3 成型零件的尺寸確定 17 5 頂出機構的設計 23 6 注塑機有關參數(shù)的校核 27 7 排氣系統(tǒng) 29 參考文獻 30 1 緒 論 近年，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。 模具成型具有優(yōu)質，高產，低消耗，低成本的特點。因而，在國民經濟各個部門得到了極其廣泛的應用。在模具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化學穩(wěn)定性好，電絕緣性強，力學性能高，自潤滑，耐磨及相對密度小等獨特的優(yōu)異性能，成為工業(yè)部分必不可少的新型材料。 根據(jù)業(yè)內專家預測，今年中國塑料模具市場總體規(guī)模將增加13%左右，到2005年塑料模具產值將達到460億元，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右，產值在增長，也就意味著市場在日漸擴大。 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，所以中國塑模市場的前景一片輝煌，這是塑料模具市場迅速成長的重要因素所在。 按照我國國家標準，模具共分為10大類46個小類，塑料模具是10大類中的l個大類，共有7個小類：熱塑性塑料注塑模、熱固性塑料注塑模、熱固性塑料壓塑模、擠塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他類塑料模。塑料模的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，在我國起步較晚，但發(fā)展卻很快，特別是最近幾年，無論在質量、技術和制造能力上，都有很大發(fā)展。但就總體來看，與國民經濟發(fā)展和世界先進水平相比，差距仍較大，一些大型、精密、復雜、高效、長壽命的塑料模具每年仍大量進口。 據(jù)悉目前全世界年產出模具約650億美元，其中塑料模具約為260億美元。我國1999年模具總產值245億元．其中塑料模具約為82億元，2000年近100億元。七類塑料模具中，注塑模具所占比例很大，約占全部塑料模具的80%左右。 塑料模具的主要用戶是家用電器行業(yè)、汽車、摩托車行業(yè)、電子音像設備行業(yè)、辦公設備行業(yè)、建筑材料行業(yè)、信息產業(yè)及各種塑料制品行業(yè)等。目前國內年需塑料模具約130-140億元，真中有30多億元仍靠進口，進口量最多的塑料模具有汽車摩托車飾件模具、大屏幕彩電殼模具、冰箱洗衣機模具、通訊及辦公設備塑殼模具、塑料異型材模具等。大學三年的學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習和課程、生產實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產實習，我對于模具特別是塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實現(xiàn)了零的突破。在指導老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。 在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。 32 2 塑件的工藝分析 該塑件是長筒產品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用FRPP，生產類型為大批量生產。 圖2 長筒圖 2.1塑件的工藝性分析 2.1.1 塑件的原材料分析 該材料為FRPP FRPP為無毒、無臭、無味的乳白色高結晶的聚合物，密度只有0. 90--"0. 91g/cm3，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它對水特別穩(wěn)定，在水中的吸水率僅為0. 01%，分子量約8萬一15萬。成型性好，但因收縮率大(為1%~2.5%）.厚壁制品易凹陷，對一些尺寸精度較高零件，還難于達到要求，制品表面光澤好，易于著色。 FRPP的結晶度高，結構規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學性能。FRPP力學性能的絕對值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍屬于偏 低的品種，其拉伸強度僅可達到30 MPa或稍高的水平。等規(guī)指數(shù)較大的FRPP具有較高的拉伸強度，但隨等規(guī)指數(shù)的提高，材料的沖擊強度有所下降，但下降至某一數(shù)值后不再變化。 溫度和加載速率對FRPP的韌性影響很大。當溫度高于玻璃化溫度時，沖擊破壞呈韌性斷裂，低于玻璃化溫度呈脆性斷裂，且沖擊強度值大幅度下降。提高加載速率，可使韌性斷裂向脆性斷裂轉變的溫度上升。FRPP具有優(yōu)異的抗彎曲疲勞性，其制品在常溫下可彎折106次而不損壞。 但在室溫和低溫下，由于本身的分子結構規(guī)整度高，所以抗沖擊強度較差。FRPP最突出的性能就是抗彎曲疲勞性，俗稱百折膠 2.1.2 FRPP的注塑工藝參數(shù) 無毒、無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響，但低溫時變脆，不耐磨、易老化。適于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿等有機溶劑對它幾乎不起作用，可用于食具。 FRPP具有許多優(yōu)良特性： 1、相對密度小，僅為0.89-0.91，是塑料中最輕的品種之一。 2、良好的力學性能，除耐沖擊性外，其他力學性能均比聚乙烯好，成型加工性能好。 3、具有較高的耐熱性，連續(xù)使用溫度可達110-120℃。 4、化學性能好，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學藥品不反應。 5、質地純凈，無毒性。 6、電絕緣性好。 7、FRPP制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好。 它有很多優(yōu)點但也有缺點： 1、制品耐寒性差，低溫沖擊強度低。 2、制品在使用中易受光、熱和氧的作用而老化。 3、著色性不好。 4、易燃燒。 5、韌性不好，靜電度高，染色性、印刷性和黏合性差 FRPP6的注塑工藝參數(shù) 料筒溫度 喂料區(qū) 30~50℃(50℃) ? 區(qū)1 160~250℃(200℃) ? 區(qū)2 200~300℃(220℃) ? 區(qū)3 220~300℃(240℃) ? 區(qū)4 220~300℃(240℃) ? 區(qū)5 220~300℃(240℃) ? 噴嘴 220~300℃(240℃) 括號內的溫度建議作為基本設定值，行程利用率為35%和65%，模件流長與壁厚之比為50：1到100：1 熔料溫度 220～280℃ 料筒恒溫 220℃ 模具溫度 20～70℃ 注射壓力 具有很好的流動性能，避免采用過高的注射壓力80～140MPa(800～1400bar)； 一些薄壁包裝容器除外可達到180MPa (1800bar) 保壓壓力 避免制品產生縮壁，需要很長時間對制品進行保壓(約為循環(huán)時間的30%)；約為注射壓力的30%～60% 背壓 5～20MPa(50～200bar) 注射速度 對薄壁包裝容器需要高的注射速度(帶蓄能器)；中等注射速度往往比較適用于其它類的塑料制品 螺桿轉速 高螺桿轉速(線速度為1.3m/s)是允許的，只要滿足冷卻時間結束前完成塑化過程就可以 計量行程 0.5～4D(最小值～最大值)；4D的計量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要的 殘料量 2～8mm，取決于計量行程和螺桿轉速 預烘干 不需要；如果貯藏條件不好，在80℃的溫度下烘干1h就可以 回收率 可達到100%回收 收縮率 1.2～2.5%；收縮程度高；24h后不會再收縮(成型后收縮) 澆口系統(tǒng) 點式澆口或多點澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道，內澆套；澆口位置在制品最厚點，否則易發(fā)生大的縮水 機器停工時段 無需用其它材料進行專門的清洗工作；FRPP6耐溫升 料筒設備 標準螺桿，標準使用的三段式螺桿；對包裝容器類制品，混合段和切變段幾何外形特殊(L：D＝25：1)，直通噴嘴，止逆閥 塑件精度要求,塑件工作要求不高，故選普通精度：４級 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,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4mm,壁厚均勻,，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)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(xiàn)。 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(shù)。 計算塑件的體積：V=51.6cm(通過3D軟件測量得到) 計算塑件的質量：根據(jù)設計手冊可查得FRPP的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質量：M=Vρ＝54.696g 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(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 3 注塑模設計 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側向分型面與主分型面的協(xié)調；（7）分型面應與注射機的參數(shù)相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 根據(jù)對工件模型的觀察和分型面選擇的基本原則。該模具采用兩個分型面，開模時，I-I分型面分型，制品連同主型芯從動模板25中抽出。最后，在拉條21和六角螺釘9的作用下，拉動推板18在II-II面分型，同時斜導柱19工作，將哈夫滑塊17側分型，即實現(xiàn)脫模。另外，澆口由I分型面從兩側注入型腔，避免細長型芯受沖擊而產生彎曲造成制品壁厚不均勻。 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注射機噴嘴進入模具型腔所經的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。 （1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設計合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設計 主流道是熔融塑料由注射機噴嘴先經過的部位，它與注射機噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注射機噴嘴反復接觸、碰撞，一般澆口不直接開設在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。 （1）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。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 （2）主流道尺寸 在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。 （3）主流道澆口套 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。 澆口套的材料應選用優(yōu)質鋼T8A，并應進行淬火處理，為了防止注射機噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應低于注射機噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。 澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時，其出料端端面直徑應盡量選得小些。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。 定位環(huán)是模體與注射機的定位裝置，它保證澆口套與注射機的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應與注射機的定位孔間隙配合。澆口套端面應與定模相配合部分的平面高度一致。 注射機XS-Z-30的噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴口內徑，取3 mm，如圖3.2。 圖3.2 澆口套 2.3.1 主流道設計 根據(jù)XS-ZY-125型注塑機噴嘴的有關尺寸 噴嘴前端孔徑： d0=Ф4mm 噴嘴前端球面半徑： R0=12mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系： R=R0+（1～2）mm D=d0+(0.5～1)mm 取主流道的球面半徑： R=13mm 取主流道的小端直徑d=Ф4.5mm 為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流道設計為圓錐形式其斜度取1～3度經換算得主流道大端直徑D=Ф8.5mm，為了使料能順利的進入分流道，可在主流道的出料端設計半徑r=5mm的圓弧過渡。 2.3.2分流道設計 分流道的形式和尺寸應根據(jù)塑件的體積，壁厚和形狀的復雜程度來確定分流道的長度的。由于塑件的形狀比較簡單，尼龍1010的流動性好，沖型能力比較好，因此可采取梯形分流道，便于加工。根據(jù)主流道大端直徑D=Ф8.5mm，則梯形可選用上底為b=5.5mm,高為h=8mm的截面。 截面形狀為U型，在流道設計中要減小壓力損失，則希望流道的面積大。要減少傳熱損失，又希望流道的面積小。因此可用流道的面積與周長的比值來表示流道的效率。U型實質上是一種雙梯形流道截面。 分流道表面粗糙度： 分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度常取1.25—2.5Rμm，這可增加對外層塑料熔體流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。有利于保溫。但表面不得凸凹不平，以免對分型不利。 2.3.3澆口設計 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用側澆口較為理想。設計時考慮選擇從塑件的表面進料，而且在模具結構上采取鑲拼型腔﹑型心，有利于填充﹑排氣。故采用截面為矩形的側澆口，查表初選尺寸為（b×l×h）1mm ×0.8mm×0.6mm,試模時修正. 2.3.4排氣結構的設計 在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結構的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內，氣體如不能及時排出會使制件的內部有氣泡，甚至會產生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于長筒注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。（尼龍1010塑料的最小不溢料間隙為0.03mm，間隙較小，再加上尼龍1010的流動性較好，也不宜開排氣槽. 2.3.5主流道襯套的選取 為了提高模具的壽命在模具與注塑機頻繁接觸的地方設計為可更換的主流道襯套形式，選取材料為T8A，熱處理以后的硬度為53～57HRC，主流道襯套和定模的配合形式為H7/m6的過渡配合。 4 成型零件和模體的設計 4.1 模具型腔的結構設計 型腔大體有以下幾種結構形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。這里選擇整體式型腔。 在塑料注射模具的注射過程中，型腔從合模到注射保證過程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應該有足夠的硬度和剛度，總的來說，型腔所承受的力大體有合模時的壓應力、注射過程中塑料流動的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開模時的壓應力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過程中總是在變化。在這些壓力作用下，當型腔的剛度不足時，往往會產生彈性變形，導致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質量和尺寸精度。所以在模具設計時要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強度和剛度，以保證型腔在注射過程中產生超過規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計算和選擇是十分重要的。 （1）型腔側壁厚度的計算 按強度計算 其壁厚S按下列公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：S=4mm （2）底板厚度的計算 按強度計算 其壁厚H按下面公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：H=5.5mm 4.2 型芯的結構設計 型芯的結構形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 成型零件的尺寸確定 （1）型腔尺寸計算 型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應選擇塑件公差△的1/2，取負偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計算尺寸的表述如下。 模具中成型零件決定塑件的幾何形狀和尺寸；成型零件包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。 1) 凹模也稱為型腔，是形成塑件的外表面的模具零件。 由于該塑件外表面有凸臺結構，形狀比較復雜采用鑲拼式凹模。將四壁和底板分別經加工，熱處理和研磨之后，壓入模套之中。 2) 型芯和成型桿，型芯和成型桿是成型塑件內表面的模具零件。 大的型芯也稱為凸模，是成型塑件中較大的，主要內形的零件；型桿一般是指 成型塑件的孔或凹模的小型芯。 該塑件為管類零件，因此需要側向抽芯，型芯的內部有一個圓形與異形的兩段 內形桿與成型零件的型芯牢固配合。開模時抽出型芯。 3) 成型零件的工作尺寸的計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構成塑件的尺寸，主要有凹模，型芯成型桿及成型環(huán)的徑向尺寸，凹模的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸等。在模具設計中，應根據(jù)塑件的尺寸精度等級及影響塑件的尺寸和精度的因素來確定模具的成型零件的工作尺寸及精度。 1) 影響塑件尺寸和精度的因素 1）成型收縮率 在生產中，成型收縮率的波動很大，從而引起的塑件尺寸誤差也較大，塑件的尺寸變化值為：δS=（Smax-Smin）LS δS—塑件收縮率的波動而引起的塑件尺寸誤差（㎜）； Smax—塑件的最大收縮率； Smin—塑件的最小收縮率； 查表得玻璃纖維增強聚丙烯的成型收縮率為0.４%～0.８% 2）模具成型零件的制造誤差 如果模具的制造誤差在IT7～IT8級之間，則成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3 即δZ=1/3△ δZ—模具成型塑件的制造公差； △—塑件的尺寸公差； 具體計算可見以下三個表。 表2－1 尺寸與模具成型零件工作尺寸的取值規(guī)定 序號 塑件尺寸的分類 塑件的取值規(guī)定 模具成型零件的取值規(guī)定 基本尺寸 偏差 成型零件 基本尺寸 偏差 1 成形尺寸 L 、H 最大尺寸 Ls 、Hs 負偏差 凹模 最小尺寸 、 正偏差 2 內形尺寸 l 、h 最小尺寸 Ls 、hs 正偏差 型芯 最大尺寸 、 負偏差 3 中心距 C 平均尺寸 Cs 對稱 型芯 平均尺寸 對稱 表2－2 成型零件工作尺寸計算公式 尺寸類別 計算方法 說明 徑 向 尺 寸 凹模的徑向尺寸 其中： —塑料的平均收縮率 Ls—塑件外形最大尺寸（mm） X—系數(shù)大精度低的X=0.5 —塑件尺寸的公差（㎜） 1．徑向尺寸僅考慮、、的影響。 2．為了保證塑件實際尺寸在規(guī)定的公差范圍內對成型 尺寸進行校核如下： 型芯徑向尺寸 式中：為塑件的內形最小尺寸（㎜）其余同上。 深 度 及 高 度 尺 寸 凹模的深度尺寸 式中：為塑件的高度最大尺寸（㎜）；X取值在~之間，當尺寸大時，精度要求低的塑件取小值，反之取大值。 1．深度、高度尺寸僅考慮受、、的影響。 2．深度、高度成型尺寸的校核如下： 型芯的高度尺寸 式中：為塑件的內形深度最小尺寸（㎜） 中心距尺寸（） 式中：為塑件孔或凸臺中心距尺寸（㎜） 中心距尺寸的校核如下： 表2-3 型芯計算表 類別 序號 模具零件名稱 塑件尺寸 計算公式 工作零件的尺寸 ±型芯的計算 1 主型芯 25＋0.025 25.30－0.07 200＋0.5 201.35－0.2 2 側型芯 6＋0.24 6.1－0.03 22＋0.6 22.29－0.07 3 螺紋型芯 20 dm大=（D大＋D大×Scp－△cp） ）＋△m 20.27－0.03 18.376 dm中=（D中＋D中×Scp－△cp） ）＋△m 18.50－0.03 17.548 dm中=（D中＋D中×Scp－△cp） ）＋△m 17.66－0.03 2.5 L=（L＋L×Scp）±△m 2.52±0.15 8 L=（L＋L×Scp）±△m 8.2±0.2 中心距 大端處的中心距 38 38.23±0.03 表2-4 型腔計算表 類別 序號 模具零件名稱 塑件尺寸 計算公式 工作零件的尺寸 型腔的計算 型腔的計算 1 凸耳對應的型腔 40－0.8 40.08＋0.07 16－0.44 16.01＋0.04 2 分型面對應的凸耳 5－0.24 4.96＋0.04 2－0.024 1.967＋0.02 60－1.2 60.20＋0.07 3 拐角處型腔 29－0.6 29.33＋0.07 20－0.6 20.27＋0.07 4 小端型腔 26－0.6 26.3＋0.07 300.6 30.32＋0.07 5 型環(huán) 33 dm大=（D大＋D大×Scp＋△cp） ）－△m 33.048＋0.03 31.70 dm大=（D大＋D大×Scp＋△cp） ）－△m 31.74＋0.03 30.835 dm大=（D大＋D大×Scp＋△cp） ）－△m 30.87＋0.03 2 L=（L＋L×Scp）±△m 2.01±0.15 10 L=（L＋L×Scp）±△m 10.2±0.2 注塑成型時型腔內塑料熔體具有數(shù)十兆帕的壓力型腔應具有足夠的壁厚承受這一壓力，否則會產生過大彈性變形引起塑件尺寸超差或脫模困難，對于非整體式型腔，過大彈性變形會使拼縫產生溢料現(xiàn)象。型腔壁厚偏小在某些情況下表現(xiàn)為強度不足，工作中產生破壞現(xiàn)象。確定型腔壁厚的方法有計算法和經驗法計算法又有按強度，按剛度計算兩種。經驗法又有查表法和查圖法。目前，經驗法應用較多，即直接憑生產經驗確定模具結構尺寸。 該模具側壁厚度按強度計算，計算公式如下：tc=r[√σp/(σp-2PM)-1] PM—模腔壓力（Mpa）；PM=Pi·k=100×0.4=40 Mpa σP—材料的許用應力（Mpa）；45號鋼許用應力取137 Mpa。 2.4.5 型腔底板厚度的計算 按強度條件計算 th=r√1.22PM/бp 經計算得th=20㎜; 考慮注塑的安全性,底板厚度取25㎜. 5 頂出機構的設計 頂出機構的分類：按驅動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。 按模具結構分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。 （1）推出機構的結構組成 在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構稱為推出機構，也叫頂出機構或脫模機構。推出機構的動作通常是由安裝在注射機上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。 結構組成：由推出、復位和導向零件組成。 （2）結構分類 手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。 （3）結構設計要求 塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質量,合模時應使推出機構正確復位,動作可靠。 （4）結構設計 （a）推桿推出機構 推桿推出機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由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．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 （b）推管推出機構 推管推出機構是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結構形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。 （c）推件板的推出機構 凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構義稱頂板頂出機構，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。 特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。 （d）活動嵌件及凹模推出機構 有一些塑件由于結構形狀和所用材料的關系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 （5）頂出機構的設計原則： 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 注射設備的頂出裝置都設計在動模一側，因此，在一般情況下開模時，盡量設計使塑件留在動模一側，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應充分考慮。 在實踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側的情況時，可設法增加動默一側的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側面人為的開設橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構。 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 第四章：模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設計 塑料在生產過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設計可按下式進行計算： 設該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質，其出口溫度為30°，產量為（1分鐘2模）1000g/h。 ① 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3，查有關文獻得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g： Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J ② 求冷卻水的體積流量V V=WQ1/Pc1(T1－T2) =352800/60×1/1000×4.2－（30－20） =140cm3 溫度調節(jié)對塑件的質量影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 變形 尺寸精度 力學性能 表面質量 在選擇模具溫度時，應根據(jù)使用情況著重滿足制件的質量要求。 在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質帶走，因此注射模的冷卻時間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時間約占整個循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時間是提高是提高生產效率的關鍵。 在冷卻水冷卻過程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在次我選擇湍流。 冷卻水道直徑 d/（mm） 最低流量v /（m/s） 流量 qv/（m/min） 12 1.10 7.4×10 第五章：模具閉合高度確定 為了縮短模具制造周期和降低成本，本塑料制件選用標準模架，模板及墊塊和推板的選用都標準。根據(jù)型腔數(shù)目及型腔尺寸的確定，該模具選用A1-710560-37-F1GB/T12556.1—1990,其中參數(shù)的含義是： 710560——模架的長度和寬度分別為710mm、560mm 模板的選擇:模板尺寸根據(jù)型腔的尺寸和壁厚來確定模板選用710㎜×560㎜×80㎜(GB/T4169.8-1984)材料選用45鋼 推板選用710㎜×455㎜×50㎜（GB/T4169.7-1984）材料選用45鋼 6 注塑機有關參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為750mm×600mm×570mm, XS-ZY-125型注塑機模板最大安裝尺寸是770mm×750mm。 由于上述計算的模具閉合高度為570mm，XS-ZY-125型注塑機的最小模具厚度為400mm，最大模具厚度為800mm 經校核XS-ZY-125型注塑機能滿足使用要求故可以采用。 第七章繪制模具總裝圖和非標零件工作圖 7.1本模具總裝圖和非標零件工作圖見附圖 7.2本模具的工作原理：模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經流道注入型腔，經保壓，冷卻后塑件成型，注塑完成。開模時動模部分隨動模板一起漸漸將分型面打開，與此同時在斜導柱的作用下側抽芯滑塊從型腔中退出，當分型面打開到時，動模運動停止，在注塑機頂出作用下，推動頂桿運動將塑件頂出。合模時同時復位桿也對頂桿進行復位。 7 排氣系統(tǒng) 在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結構的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內，在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，氣體如不能及時排出會使制件的內部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿甚至會產生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于長筒注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。 參考文獻 1. 楊占堯主編. 塑料注塑模結構與設計. 清華大學出版社. 2. 中國模具設計大典. 3. 王孝陪主編. 塑料成型工藝及模具簡明手冊. 機械工業(yè)出版社. 2000 4. 模具制造手冊編寫組. 模具制造手冊. 機械工業(yè)出版社. 1996 5. 馮炳堯，韓泰榮，蔣文生主編. 模具設計與制造簡明手冊. 上?？? 學技術出版社，1998 6. 賈潤禮，程志遠主編. 實用注塑模設計手冊. 中國輕工業(yè)出版社. 2000 7. 唐志玉主編. 模具設計師指南. 國防工業(yè)出版社. 1999 8. 屈華昌主編. 塑料成型工藝與模具設計. 機械工業(yè)出版社. 1995 9. 黃毅宏主編. 模具制造工藝. 機械工業(yè)出版社. 1999 10. 彭建聲主編. 簡明模具工實用技術手冊. 機械工業(yè)出版社. 1993 致 謝 本次注塑模的設計和任務書說明書的撰寫工作是在系教授的指導和幫助下完成的，在論文撰寫過程中多次給予關懷和指導，在此對楊老師表示深深的敬意和衷心的感謝。在這幾個月的設計和工作中，通過老師的講解和同學的幫助以及翻閱大量的資料，感覺自己在所學知識的深度和廣度上都有了極大的進步，而且興趣也有所增加，這些都得益于老師的諄諄教導和同學的熱心幫助，在論文即將完成之際，特別對這期間給予我關心的老師和同學們致謝。 由于本人知識水平有限，理論基礎和實踐經驗還很缺乏，加上時間倉促，論文中一定存在不少錯誤和不盡人意之處，敬請各位老師、同學和同行人士提出批評建議。