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湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
計(jì) 算 內(nèi) 容
說 明
第一部分 塑件的分析
一、塑件的使用要求
耐用，耐磨，可以承受較大的沖擊力，不易摔壞；好看，
有光澤表面較光滑；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以耐高溫（一般低于
100oC），耐化學(xué)腐蝕。
二、塑件的材料選擇及其材料的介紹
根據(jù)塑件的用途及其使用要求，選用ABS塑料。
ABS的介紹：
1.名稱 中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer
2.基本特性 無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的
密度在1.02~1.05g/cm3,其收縮率為0.3~0.8%。ABS 吸濕性
很強(qiáng)成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流動性
一般，溢料間隙約在0.04mm。ABS有極好的抗沖擊強(qiáng)度，
且在低溫下也
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不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐
性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。
3.成型特點(diǎn) ````````````````
ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60oC，要求塑件光澤和耐熱時，應(yīng)控制在60~80 oC。
4.主要技術(shù)指標(biāo)
比容：0.86~0.98cm3/g。 熔點(diǎn)：130~160oC
吸水性：0.2~0.4% (24h)
熱變形溫度：4.6×105Pa---- 90~108oC
18.0×105Pa---- 83~103oC
屈服強(qiáng)度: 50MPa
拉伸彈性模量：1.8GPa
抗彎強(qiáng)度：80MPa
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5.ABS的注射工藝參數(shù)
注射機(jī)類型： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）： 30~60
噴嘴形式： 直通式
噴嘴溫度（oC）： 180~190
料筒溫度（oC）： 前 200~210 中 210~230 后 180~200
模溫（oC）： 50~70
注射壓力（MPa）： 70~90
保壓力（MPa）： 50~70
注射時間(s)： 3~5
保壓時間(s)： 15~30
冷卻時間(s)： 15~30
成型周期(s)： 40~70
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三、 塑件的形狀及其尺寸
塑件的工作條件對精度要求較低，根據(jù)ABS的性能可選擇其塑件的精度等級為5級精度（查閱《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》P66表3-8）。
經(jīng)計(jì)算得塑件的底面積為：S塑=2827.433mm2
得塑件的體積為：V塑=13.619cm3
塑件的質(zhì)量為：W塑 =V塑×r塑=13.7(g)。
塑件圖
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第二部分 分型面的選擇
分型面為定模與動模的分界面。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成形的先決條件。
一、分型面的選擇原則
1.使塑件在開模后留在有動模上；
2.分型面的痕跡不影響塑件的外觀；
3.澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；
4.使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；
5.使塑件易于脫模。
二、分型面的設(shè)計(jì) 如下圖所示：
分型面圖
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第三部分 型腔數(shù)目的決定及排布
已知的體積V塑或質(zhì)量W塑 ，又因?yàn)榇水a(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，初步確定采用一模四腔對稱性排布。排布圖如下圖示：
型腔數(shù)目及排布圖
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第四部分 注射機(jī)的初步選擇
一、注射量的計(jì)算：Q=4x13.7=54.8 (g)
二、初步選擇：XS-ZY-125型注射機(jī)
三、XS-ZY-125型注射機(jī)的主要參數(shù)
額定注射量(cm3)： 125
螺桿直徑 (mm): 42
注射壓力 (MPa): 120
注射行程（mm）： 115
注射時間（s） : 1.6
注射方式 ： 螺桿式
合模力 kN : 900
最大注射面積（cm2）： 320
最大開（合）模行程（mm）： 300
模具最大厚度（mm）： 300
模具最小厚度（mm）： 200
噴嘴圓弧半徑（mm）： 12
噴嘴孔徑（mm）： 4
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第五部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié)，它對注射成形周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度等）都直接影響。
一、設(shè)計(jì)時須遵循如下原則
1.結(jié)合型腔布局考慮；
2.熱量及壓力損失要??；
3.確定均衡進(jìn)料；
4.塑料耗量要少；
5.消除冷料；
6.排氣良好。
二、澆注系統(tǒng)的組成
普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道，分流道，澆口和冷料穴等四部分組成。
三、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為使塑件去掉澆口方便，并結(jié)合物料特性，以及塑件的形狀，以采用點(diǎn)澆口為宜。
1.主流道尺寸 根據(jù)該塑件體積及表3-10，可得體積流率Q=（13.7x4）/1.6≈35cm3/s,取主流道中熔體流動rs=5x103s-1,由圖
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3-56r-Q-Rn關(guān)系曲線圖，可得Rn=2mm,故得主流道大端尺寸D=2Rn=4mm，小端尺寸由注射機(jī)噴嘴尺寸，取d=4mm,SR=12+2=14mm。主流道的形狀和尺寸如圖所示：.
澆口套圖
2.分流道尺寸 為使四澆口能同時進(jìn)料，各分流道按平衡式布置，故熔體在各分流道中的流速Q(mào)R=35/4=8.5cm3/s,取 rR=5x102s-1由圖3-56得：Rn=2.5mm,取3mm，為使分流道易于加工和頂出凝料系統(tǒng)容易，采用設(shè)在模具一邊的U形分流道。
3.點(diǎn)澆口尺寸 根據(jù)QG=QR=8.5cm3/s,并取rG=105s-1,由圖3-56可得Rn=0.5mm，故得dG=2Rn=1.0mm。
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4.冷料穴 底部設(shè)計(jì)成帶有球頭形拉料桿的冷料穴，目的是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量。
該模具澆注系統(tǒng)的尺寸如圖所示。
模具澆注系統(tǒng)圖
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第六部分 排氣槽設(shè)計(jì)
一、排氣槽設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料熔體填充型腔時,必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈,一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時必須考慮排氣問題。有時在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強(qiáng)度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設(shè)溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。
通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。
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第七部分 成形零件設(shè)計(jì)
一、成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.凹模 采用整體式凹模
2.凸模 由于塑件帶有螺紋，為了簡化模具的加工工藝，凸模設(shè)計(jì)成活動鑲塊的形式，活動鑲塊的固定方式如下圖所示：
活動鑲塊的固定方式
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二、成型零件工作尺寸的計(jì)算
1.產(chǎn)生偏差的原因
①.塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因有：預(yù)定收縮率（設(shè)計(jì)算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實(shí)際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動。
σs=(Smax-Smin)×制品尺寸
σs —— 成型收縮率波動引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin —— 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。
②.成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。
③.成型零部件的磨損
２.本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最小值分別取０.8%和０.3％。
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此產(chǎn)品采用５級精度，屬于低精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)x取值可在0.5~0.75的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到IT７～I(xiàn)T８級，綜合參考，相關(guān)計(jì)算具體如下：
型腔徑向尺寸的計(jì)算：
LM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌsl-0.5Δ]+δZ0
= [(1+0.55%)×36.2-0.5×0.36]+0.36/30
=36.22+0.120 mm
LM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌs2-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.55%)×46-0.5×0.40]+0.40/30
=46.03+0.130 mm
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LM3=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌs3-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.55%)×60-0.5×0.46]+0.46/30
=60.1+0.150 mm
型腔深度尺寸的計(jì)算：
HM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.55%)×18-0.5×0.28]+0.28/30
=17.88+0.090 mm
HM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Hs2-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.55%)×16-0.5×0.24]+0.24/30
=15.87+0.080 mm
型腔工作尺寸圖
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型芯的徑向尺寸的計(jì)算：
lM1=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.55%)×46+0.5×0.40]0-0.40/3
=46.430-0.13 mm
lM2=[(1+(Smax+Smin)/2)ls2+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.55%)×44+0.5×0.40]0-0.40/3
=44.420-0.13 mm
lM3=[(1+(Smax+Smin)/2)ls3+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.55%)×40+0.5×0.40]0-0.40/3
=40.420-0.13 mm
型芯深度尺寸的計(jì)算：
hM1=[(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.55%)×14+0.5×0.24]0-0.24/3
=14.270-0.08 mm
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hM2=[(1+(Smax+Smin)/2)hs2+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.55%)×15+0.5×0.40]0-0.24/3
=15.280-0.08 mm
型芯工作尺寸圖
計(jì)算螺紋型芯的工作尺寸：
螺紋型芯大徑： (dM大)0-δz=[(1+ sˉ)ds大+Δ中] 0-δz
螺紋型芯中徑： (dM中)0-δz=[(1+ sˉ)ds中+Δ中] 0-δz
螺紋型芯小徑： (dM小)0-δz=[(1+ sˉ)ds小+Δ中] 0-δz
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dM大, dM中, dM小——— 分別為螺紋型芯的大，中，小徑；
ds大， ds中，ds小——— 分別為塑件內(nèi)螺紋大，中，小徑基本尺寸；
Δ中———塑件螺紋中徑公差；
δz———螺紋型芯的中徑制造公差，其值取Δ/5。
則 (dM大)0-δz =[(1+0.55%)×56+0.03]0-0.03/5
=56.3380-0.006
(dM中)0-δz =[(1+0.55%)×55+0.03]0-0.03/5
=55.3320-0.006
(dM小)0-δz =[(1+0.55%)×54+0.03]0-0.03/5
=54.3270-0.006
三、成型零件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算
注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個模具失效或無法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模
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具設(shè)計(jì)時，成型零部件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和較核是必不可少的。
一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強(qiáng)度計(jì)算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計(jì)時只能對它們進(jìn)行強(qiáng)度校核。
因在設(shè)計(jì)時采用的是整體式圓形型腔。因此，計(jì)算參考公式如下：
側(cè)壁：
按強(qiáng)度計(jì)算：
按剛度計(jì)算：
底部：按強(qiáng)度計(jì)算：
按剛度計(jì)算：
凸模、型芯計(jì)算公式：
按強(qiáng)度計(jì)算：
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按剛度計(jì)算：
由公式分別計(jì)算出相應(yīng)的值為：
按強(qiáng)度計(jì)算得：tc=11.1mm th=14.8mm r=18.5mm
按剛度計(jì)算得：tc=2.83mm th=1.91mm r=3.97mm
參數(shù)符號的意義和單位：
Pm 模腔壓力（MPa）
E —— 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105；
—— 材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5；
u —— 材料的泊松比 查表得0.025；
—— 成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05；
采用材料為45，調(diào)質(zhì)，≥200HBS。
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第八部分 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動定模或上下模合模時，正確定位和導(dǎo)向的零件。
一、 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用
1.定位件用 模具閉合后，保證動定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。
2.導(dǎo)向作用 合模時，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動定?；蛏舷履?zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。
3.承受一定的側(cè)向壓力。
二、 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇
1. 導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)約形式及尺寸如下圖：
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導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式
其材料采用T8A經(jīng)淬火處理，硬度為50~55HRC。導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定部分表面粗糙度Ra為08μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。導(dǎo)柱、導(dǎo)套用H7/k6配合鑲?cè)肽０濉?
2.導(dǎo)柱的布置采用等徑導(dǎo)柱不對稱布置，如圖所示。
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導(dǎo)柱的布置形式
第九部分 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
一、推出機(jī)構(gòu)的組成
推出機(jī)構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)
向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。
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二、設(shè)計(jì)原則
1.推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動模一側(cè)；
2.保證塑件不因推出而變形損壞；
3.機(jī)構(gòu)簡單動作可靠；
4.合模時的正確復(fù)位。
三、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
此塑件帶有螺紋，它的型芯是設(shè)計(jì)成活動鑲塊的形式，所以可以利用活動鑲塊來推塑件，開模時，塑件和鑲塊一起脫模，在模外，用手將塑件旋出。
四、復(fù)位零件
利用彈簧的彈力使推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。
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第十部分 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基本原則：熔體熱量95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時間占成型周期的2/3。
A、 冷卻系統(tǒng)從模具中帶走熱量：Q=KAΔTt/3600 (J)
A 冷卻介質(zhì)傳熱面積（m2）:A=πdL。
ｄ 冷卻管道直徑（m）;
L 冷卻管長度（m）;
K 冷卻管壁與介質(zhì)間的傳熱膜系數(shù)〔J/（m2hC）
K=0.032x/d(vd/)0.8(gC/)0.4 .
冷卻水的平均導(dǎo)熱系數(shù)(w(/mk))；
f 與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；
g 重力加速度（m/s）
v 冷卻介質(zhì)在管中流速（m/s）;
ρ 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度〔kg/m3〕,水在30℃
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時取為0.996×103kg/m3。
d. 冷卻管直徑；
△T 模溫與冷卻介質(zhì)的平均溫差（℃）；
t 冷卻時間；
水溫與f關(guān)系
平均水溫
20
25
30
35
40
45
f
6.45
6.84
7.22
7.60
7.98
8.31
二、冷卻管尺寸（直徑d，長度L、面積A=∏dL）
1.忽略其他散熱，冷卻介質(zhì)流量。
V=WQ/（（t-t）） (m/min)
C 介質(zhì)比熱J/kg.C，水為4.187x10；
W 單位時間內(nèi)注入模具中塑料重量（kg/min）;
Q 塑料熔體的單位熱量（J/kg）;
冷卻介質(zhì)密度（kg/ m）,水為10kg/ m
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2. 經(jīng)驗(yàn)確實(shí)管道直徑
直徑d(mm)
最低流速v(m/s)
流量Ｖ(m/min)
8
1.66
5.0x10
10
1.32
6.2 x10
12
1.10
7.4 x10
15
0.87
9.2 x10
20
0.66
12.4 x10
25
0.53
15.5 x10
3. 冷卻水對其通道表壁傳熱系數(shù)的簡化公式
當(dāng)冷卻水平均溫度在２0C以上，Ｒe=6 x10時，其計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差在２％以內(nèi)：
K=2041x(1-0.015)v/d
為冷卻水平均溫度；
4.計(jì)算
流量 V=W Q/（
=2.62x10
初步確定冷卻水道 d=8mm;
流速為 =Q/πd
=1.31x10m/s
管子的長度L=60WQ/k
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熱傳導(dǎo)面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值，其中冷卻的平均溫度為冷卻水在進(jìn)口處和出口處溫度的平均值。
第十一部分 注射機(jī)的參數(shù)校核
一、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核
注射成型時，塑件在模分型面的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過注射機(jī)的允許最大成型面積，則在成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有：
塑件總的投影面積nA與澆注系統(tǒng)的投影面積之和要小于最大成型面積 A。 nA+A
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