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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： 學 生： 學 號： 指導教師： 2013年5月 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： 學 生： 學 號： 指導教師： 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(chǎn)品與我們的日常生活越來越密切。塑料模具設計對生產(chǎn)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(diào)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(chǎn)，此次設計不僅結構簡單，生產(chǎn)效率高，而且運動可靠生產(chǎn)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 I 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 v 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(chǎn)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 VI 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(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨勢 2 1.3本文主要設計內(nèi)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(zhì)量分析 5 2.6塑件厚度分析 5 2.7塑件的體積和質(zhì)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(jīng)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(chǎn)權聲明 39 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 40 IX 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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。沒有模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。用模具加工的零件，具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、節(jié)約材料、成本低等一系列優(yōu)點。因此已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)生產(chǎn)的小模數(shù)塑料齒輪等精密塑料模具已達到國外同類產(chǎn)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(nèi)都已可生產(chǎn)。國內(nèi)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 21 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(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)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(wǎng)絡化。追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)方式，降低了對模具工人技術全面性的要求，強調(diào)專業(yè)化。 1.2.2國內(nèi)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(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)模化和現(xiàn)代化發(fā)展的同時，“小而?！?、“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(zhì)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(jīng)濟模具的前景十分廣闊。八是隨著車輛和電機等產(chǎn)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(chǎn)品結構調(diào)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(nèi)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(chǎn)端蓋塑件產(chǎn)品，基于此，必須實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)周期，才能降低成本。注射模具的使用是實現(xiàn)高效率生產(chǎn)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(chǎn)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浴（溫度95℃左右）加熱4h。粉末噴涂時應將原料用80目篩網(wǎng)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(nèi)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(nèi)部有一倒鉤式凸臺，因此需要內(nèi)抽芯機構，內(nèi)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(jù)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(chǎn)效率及后序加工方面，要 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(jù)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(jù)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(zhì)量分析 塑料制件的表面粗糙度是決定其表面質(zhì)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(zhì)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(chǎn)生應力，使塑件產(chǎn)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， 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(jīng)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(zhì)量 根據(jù)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)。 多型腔模具的優(yōu)點是：塑件成型生產(chǎn)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(chǎn)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(jù)注射機的技術參數(shù)和塑件的技術經(jīng)濟要求，計算出要求選取型腔的數(shù)目。 b. 先根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量，以及提高生產(chǎn)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 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(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)對塑件性能、尺寸、質(zhì)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(nèi)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小； 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(jīng)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(nèi)。 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 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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(jù)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(nèi)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(zhì)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(diào)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(zhì)量影響很大，塑件上的一些質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)側充填模具型腔，其截面形狀多為矩形；側澆口可以根據(jù)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(chǎn)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(jù)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(jīng)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(nèi)，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(zhì)量有很大影響，合理設計澆口位置，可以提高塑件的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(jù)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(jīng)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(jù)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(jīng)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(chǎn)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。 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(jīng)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(nèi)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(nèi)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(zhì)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量優(yōu)異的塑料塑件，并對經(jīng)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(zhì)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(jù)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(jù)公式： （5.6） = d. 型芯高度尺寸計算已知塑件基本尺寸： 根據(jù)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(zhì)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、定模或在上、下模合模時，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 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(nèi)芯堅韌不易折斷。一般導柱的材料有20鋼（表面經(jīng)滲碳淬火處理），T8、T10鋼（經(jīng)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(nèi)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]： 26 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(jīng)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) 畢業(yè)設計（論文） 斜導柱受到的彎矩為：；由材料力學知識可知：；圓形截面的抗彎截面系數(shù)：[7]。 推出斜導柱的直徑： (7.5) 為側型芯滑塊受到脫模力的作用線與斜導柱中心線交點到斜導柱固定板的距離。抽拔力與脫模力互為反作用力。 由前面已知：A為型芯包絡面積；P當模內(nèi)冷卻時??；一般碳鋼；為脫模斜度；塑件對鋼的摩擦系[6]。