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畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是萬能充后殼產(chǎn)品造型與模具設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出用于生產(chǎn)的注射模具。初步對(duì)該塑件的結(jié)構(gòu)分析可知：該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，因此采用潛澆口和順序分型，并且采取一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式。由于塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故而需要采用斜頂推出機(jī)構(gòu)。
本次設(shè)計(jì)的具體過程如下：首先對(duì)塑件的成型工藝性能進(jìn)行分析。這包括對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)尺寸的分析和成型塑件的材料各項(xiàng)性能的分析。其次，就是如何合理的選擇注射機(jī)。選擇正確的注射機(jī)是本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。再次，就是擬定模具的結(jié)構(gòu)形式。模具的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)尺寸，通過計(jì)算進(jìn)行合理的選擇。第四步就是澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第五步是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，成型零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。第六步是斜頂推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
通過本次設(shè)計(jì)，使我對(duì)注塑模具的結(jié)構(gòu)和性能有了全面的了解，并且學(xué)到了模具設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，為以后踏入社會(huì)工作打下了基礎(chǔ)，可以說是受益匪淺。
關(guān)鍵詞：塑料模具，注射機(jī)，澆注系統(tǒng)
目 錄
摘 要 I
目 錄 Ⅳ
1 緒論 1
1.1 綜述 1
1.1.1 塑料模的功能 1
1.1.2 我國塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1
1.1.3 未來塑料模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向 1
1.2 本設(shè)計(jì)的意義及目的 2
2 塑件成型工藝性分析 3
2.1 塑件的分析 3
2.1.1 外形尺寸 3
2.1.2 脫模斜度 3
2.1.3 塑件圓角 4
2.2 PE-HD的性能分析 4
2.2.1 使用性能 4
2.2.2 成型性能 4
3 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 5
3.1 分型面位置的確定 5
3.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 5
3.3 注射機(jī)型號(hào)的確定 6
3.3.1 模架的分類 6
3.3.2 模架的型號(hào)規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù) 6
3.3.3 體積的計(jì)算 6
3.3.4 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 6
3.3.5 選擇模架 7
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
4.1 澆注系統(tǒng)的作用 9
4.2 主流道的設(shè)計(jì) 9
4.2.1 主流道的材料 9
4.2.2 主流道的表面精度 9
4.2.3 主流道尺寸 9
4.3.4 主流道當(dāng)量半徑 10
4.3.5 主流道的凝料體積 10
4.4 分流道的設(shè)計(jì) 10
4.5 澆口套的設(shè)計(jì) 10
4.5.1 澆口套的固定形式 10
4.5.2 澆口套的配合關(guān)系 11
4.5.3 澆口的計(jì)算 11
4.6 冷料穴的設(shè)計(jì) 12
5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 13
5.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.1.1 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.1.2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
5.2 成型零件鋼材的選用 16
5.3 成型零件工作尺寸的確定 16
6 模架的確定 18
6.1 標(biāo)準(zhǔn)模架 18
6.3 各模板尺寸的確定 18
6.4 模架各尺寸的校核 19
6.4.1 注射機(jī)拉桿間距 19
6.4.2 模具高度尺寸 20
6.4.3 模具的開模行程 20
7 排氣槽的設(shè)計(jì) 21
7.1 排氣系統(tǒng)的作用 21
7.2 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
7.3 間隙排氣 21
8 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23
8.1 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 23
8.2 脫模力的計(jì)算 23
8.3 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
9 斜頂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
9.1 斜頂機(jī)構(gòu) 25
9.2 斜頂機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 25
9.3 斜頂組合形式 25
10 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26
10.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 26
10.2 冷卻介質(zhì) 27
11 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28
11.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的分類 28
11.2 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 28
11.3 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 29
11.4 導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合形式 29
12 小結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
- IV -
1 緒論
1.1 綜述
1.1.1 塑料模的功能
模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60%-90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械行業(yè)，根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，21世紀(jì)機(jī)械；制造工業(yè)的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都將依靠模具完成，因此，模具工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進(jìn)步。
1.1.2 我國塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
近年來，我國的模具工業(yè)一直以每年13%左右的增長速度快速發(fā)展。據(jù)預(yù)測(cè)，我國模具行業(yè)在“十五”期間的增長速度將達(dá)到13%～15%。模具鋼的需求量也將以年12%的速度遞增，全國年需求量約70萬噸左右，而國產(chǎn)模具鋼的品種只占現(xiàn)有國外模具鋼品種的60%，每年進(jìn)口模具鋼約6萬噸。我國每年進(jìn)口模具約占市場總量的20%左右，已超過10億美元，其中塑料與橡膠模具占全部進(jìn)口模具的50%以上；沖壓模具占全部進(jìn)口模具約40%[1-2]。
1.1.3 未來塑料模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向
目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。未來我國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⑹牵?
——大力普及、廣泛應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)，逐步走向集成化?，F(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。
——提高大型、精密、復(fù)雜與長壽命模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，逐步減少模具的進(jìn)口量，增加模具的出口量。
——在塑料注射成型模具中，積極應(yīng)用熱流道，推廣氣輔或水輔注射成型，以及高壓注射成型技術(shù)，滿足產(chǎn)品的成型需要。
——提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)，其大應(yīng)用可縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，同時(shí)也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。
——發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)，迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具，降低成本推向市場。
——積極研究與開發(fā)模具的拋光技術(shù)、設(shè)備與材料，滿足特殊產(chǎn)品的需要。
——推廣應(yīng)用高速銑削、超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝，滿足模具制造的需要。
——開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具的可靠性。
——研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)、逆向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率。
1.2 本設(shè)計(jì)的意義及目的
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是為了檢驗(yàn)我們?cè)诖髮W(xué)三年的學(xué)習(xí)里所學(xué)的知識(shí)?？梢宰屛覀冹柟讨R(shí)，也可以加強(qiáng)我們本身對(duì)模具行業(yè)的了解。這次的設(shè)計(jì)，三年里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)全部都用上了，除此之外，還鞏固了我們上網(wǎng)查閱課外知識(shí)的能力。加強(qiáng)了同學(xué)之間的交流，尤其是組員與組員之間的溝通能力，因?yàn)檫@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我們是五個(gè)同學(xué)一個(gè)小組。
對(duì)于這個(gè)課題，我們要討論采取怎么樣的尺寸，才能讓這個(gè)模具更加的合理。還有選取什么樣規(guī)格的模架，才能降低成本，不會(huì)浪費(fèi)材料也能達(dá)到預(yù)期的效果。
還有就是各個(gè)零部件的制作，如頂針，斜頂還有彈簧等重要的零件，它們之間的尺寸也尤其的重要。
通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，我相信我的專業(yè)知識(shí)會(huì)更一步的提高，溝通的能力也的得到相應(yīng)的加強(qiáng)。
2 塑件成型工藝性分析
2.1 塑件的分析
2.1.1 外形尺寸
該塑件壁厚為1.5mm,塑件外形尺寸比較小，塑料熔體流程較長，適合注射成型，制件是用于萬能充電器的塑料后蓋，每一個(gè)后蓋內(nèi)型有4處倒鉤，需分別由2個(gè)斜頂幫助成型成型。。
圖2.1 萬能充電器后蓋
2.1.2 脫模斜度
由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強(qiáng)行取出會(huì)導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮與脫模（斜頂）方向平行的內(nèi)、外表面，設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度。只有塑件高度不大、沒有特殊狹窄細(xì)小部位時(shí)，才可以不設(shè)計(jì)斜度。最小脫模斜度與塑料性能、收縮率、塑件的幾何形狀等因素有關(guān)。塑件脫模斜度為： 35′～130′一般型芯的脫模斜度要比型腔大，型芯長度及型腔深度越大，則斜度越小。在不影響外觀的情況，脫模斜度盡量大一點(diǎn)，以便脫模。
該塑件使用塑料為ABS，所以由查表可知，凹模的脫模斜度為25′～45′,凸模的脫模斜度為25′～45′[2-2]。
2.1.3 塑件圓角
塑料制件除了使用上要求采用尖角之處外，其余所有轉(zhuǎn)角處均應(yīng)盡可能采用圓弧過渡，因?yàn)楫?dāng)制件帶有尖角時(shí)，往往會(huì)在尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。塑件制品設(shè)置圓角，能使其成型流動(dòng)性能好，成型順利進(jìn)行。設(shè)置一般圓角半徑R 和厚度T：當(dāng)R/T＜0.3 時(shí)，應(yīng)力容易集中；當(dāng)R/T＞0.8 時(shí)則很少出現(xiàn)應(yīng)力集中。由塑件圖可知，該塑件有較多方體邊應(yīng)力集中處，故在塑件設(shè)計(jì)過程中確定各邊圓角半徑R=1mm[2-3]。 產(chǎn)品四周圓角為5mm.
2.2 ABS的性能分析
2.2.1 使用性能
塑料ABS有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用；塑料ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度屬塑料中較差的。ABS的力學(xué)性能受溫度的影響較大。
2.2.2 成型性能
(1) 無定形料,流動(dòng)性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時(shí)間預(yù)熱干燥80-90度,3小時(shí)
(2) 宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度).對(duì)精度較高的塑件,模溫宜取50-60度,對(duì)高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60-80度.
(3) 如需解決夾水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變?nèi)胨坏确椒ā?
(4) 如成形耐熱級(jí)或阻燃級(jí)材料，生產(chǎn)3-7天后模具表面會(huì)殘存塑料分解物，導(dǎo)致模具表面發(fā)亮，需對(duì)模具及時(shí)進(jìn)行清理，同時(shí)模具表面需增加排氣位置。
(5) 質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹槽時(shí)可強(qiáng)行脫模。
3 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式
3.1 分型面位置的確定
根據(jù)塑件情況，一套模具中可以只有一個(gè)分型面，也可以同時(shí)設(shè)定兩個(gè)或多個(gè)分型面。常見的取出塑件的主分型面與開模方向垂直，也有采用與開模方向一致的側(cè)向主分型面。
分型面的位置關(guān)系到成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀、塑件的正常成型與脫模以及模具制造成本，因此，在選擇分型面時(shí)，盡量遵守以下原則：
（1）分型面位置應(yīng)設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和加工型腔，這是分型面選擇的首要原則。
（2）有利于保證塑件尺寸精度。
（3）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。
（4） 考慮滿足塑件的使用要求。
（5）盡量減小塑件在分型面上的投影面積，以減小所需合模力。
（6）有利于塑件脫模。
（7）長型芯應(yīng)置于開模方向。
為保證塑件能順利分型，主分型面應(yīng)首先考慮選在塑件外形的最大輪廓處，根據(jù)制件的特征選擇三次定距分型，分型面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
3.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定
為了使模具與注塑機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑件精度，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定型腔數(shù)目。常用的有如下四種方法：
(1) 根據(jù)經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)目。
(2) 根據(jù)注塑機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目。
(3) 根據(jù)塑件精度確定型腔數(shù)目。
(4) 根據(jù)注塑機(jī)的最大注塑量確定型腔數(shù)目。
根據(jù)制件的特點(diǎn)，我們選取的是一模兩腔的結(jié)構(gòu)。
3.3 注射機(jī)型號(hào)的確定
3.3.1 注射機(jī)的分類
注射機(jī)類型分類方法各異。最常見的是按注射機(jī)外形特征分類，即按注射裝置和鎖模裝置的排列方式分類，可分為：臥式注射機(jī)、立式注射機(jī)、角式注射機(jī)等[3]。
3.3.2 國產(chǎn)注射機(jī)的型號(hào)規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)
注射量表示法用注射容量（單位cm3）表示注射機(jī)的規(guī)格，能直觀表達(dá)注射機(jī)成型塑件的范圍[4]。
我國早期的注射機(jī)多采用注射量表示法，如XS—ZY－125，XS表示塑料成型機(jī)械，Z表示注射成型，Y表示螺桿式（無Y則表示柱塞式），125表示公稱注射容積為125 cm3。
注射機(jī)性能的基本參數(shù)有：公稱注射量、注射壓力、注射速度、鎖模力、鎖模裝置基本尺寸等。
3.3.3 注射量的計(jì)算
通過對(duì)制件結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算得：
塑件體積 ： (3.1)
塑件的質(zhì)量： (3.2)
注射模一次成型的塑料質(zhì)量（塑件和流道凝料質(zhì)量之和）應(yīng)在最大注射量的35％～75％范圍內(nèi)，最大可達(dá)80％，最小應(yīng)不小于10％。為了充分發(fā)揮設(shè)備的能力，選擇范圍通常在50％～80％。
一般只需對(duì)最大注射量進(jìn)行校核，但當(dāng)注射熱敏性塑料時(shí)，還需校核最小注射量，因?yàn)橐淮巫⑸淞刻?，塑料在料筒中停留時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致塑料高溫分解，降低塑件質(zhì)量和性能。最小注射量應(yīng)大于公稱注射量的20％。
3.3.4 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2~1倍來計(jì)算。由于本次采用流道簡單，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來計(jì)算，故一次注入模具型腔熔體體積的總體積為：
(3.3)
3.3.5 選擇注塑機(jī)
根據(jù)第二步計(jì)算得出一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量V總=,于是有V總/0.8=。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱注射量為500 cm3，注射機(jī)型號(hào)為SZ-500/200臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表3.1[4]。
表3.1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射容量
500 cm3
模板行程
500mm
螺桿柱塞直徑
55mm
最大磨具厚度
280mm
注射壓力
150Mpa
最小磨具厚度
500mm
注射速率
173g/s
定位孔深度
25mm
塑化能力
110kg/h
模具定位孔直徑
160mm
螺桿轉(zhuǎn)速
30r/min
噴嘴求半徑
20mm
鎖模力
2000N
噴嘴口半徑
3mm
拉桿內(nèi)間距
570mm*570mm
頂出行程
90mm
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖 4.1 澆注系統(tǒng)的組成
4.1 澆注系統(tǒng)的作用
使塑料熔體平穩(wěn)有序地填充到型腔中，把注射壓力充分傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得組織致密、外形清晰的塑件。
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否影響塑件的內(nèi)在性能質(zhì)量、尺寸精度、外觀質(zhì)量、成型效率、塑料利用率等。對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循以下基本原則：
(1) 適應(yīng)塑料的成型工藝性能。
(2) 結(jié)合型腔布局考慮。
(3) 熱量及壓力損失要小。
(4) 有利于型腔中氣體的排出。
(5) 防止型芯變形和嵌件位移。
(6) 保證塑件外觀質(zhì)量。
(7) 降低成本，提高生產(chǎn)效率。
4.2 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具澆口套接觸處開始，到分流道為止的一段塑料熔體的流動(dòng)通道。
主流道位于模具中心線上，和注射機(jī)噴嘴中心線重合。在臥式或立式注射機(jī)用模具中，主流道垂直于分型面。
4.2.1 主流道的材料
主流道的襯套材料采用T8A，熱處理硬度為53~57HRC。
4.2.2 主流道的表面精度
流道壁表面粗糙度取，且加工使應(yīng)沿流道軸向拋光。
4.2.3 主流道尺寸
(1) 主流道的長度
小型模具L應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計(jì)中取20mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(2) 主流道小端直徑
d1=注射機(jī)噴嘴尺寸+(0.5~1)mm=(1+0.5)mm=3.5mm. (4.1)
(3) 主流道大端直徑
(4.2)
(4) 主流道球面半徑
SR=注射劑噴嘴球頭半徑+(1~2)mm=(20+2)mm=22mm (4.3)
(5) 球面的配合高度
h=3mm
4.3.4 主流道當(dāng)量半徑
(4.4)
4.3.5 主流道的凝料體積
(4.5)
4.4 分流道的設(shè)計(jì)
考慮到制件的特征，直接采取
4.5 澆口套的設(shè)計(jì)
4.5.1 澆口套的固定形式
如圖所示為將主流道襯套和定位圈設(shè)計(jì)成整體式，一般用于小型模具；主流道襯套和定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，以臺(tái)階的形式配合固定在定模座板上，其中為澆口套穿過定模座板和定模板的形式。
圖 4.3 澆口套的固定形式
4.5.2 澆口套的配合關(guān)系
（1）澆口套與定模底板間配合采用H7/m6的過渡配合。
（2）澆口套與定位圈采用H9/f9的間隙配合。
定位圈與注射機(jī)固定模板的定位孔相配合，用于模具與注射機(jī)的安裝定位。定位圈外徑由注射機(jī)固定模板定位孔直徑確定。澆口套（定位圈）由M6～M8的螺釘固定在模具定模座板上。
圖 4.5 澆口套的配合關(guān)系
4.5.3 澆口的計(jì)算
圖4.6 模具澆口套與注射機(jī)噴嘴的配合
d=噴嘴孔直徑+(0.5~1.0)mm=（3+0.5）mm=3.5mm； (4.6)
D≤2t； (4.7)
α=20~60 取α=40；
r=1~3mm,取r=2mm；
L<60 為佳，取L=20mm。
4.6 冷料穴的設(shè)計(jì)
主流道冷料穴開設(shè)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，冷料穴直徑與主流道大端直徑相同或略大些，深度約為直徑的1～1.5倍，其體積要大于冷料的體積。
如果分流道較長，也需要設(shè)置冷料穴，可將分流道末端沿料流方向延長作為冷料穴，以容納前鋒冷料，其長度為分流道直徑的1.5～2倍。
5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算
5.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模用于成型塑件的外表面，又稱陰模、型腔。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為:整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式和四壁鑲嵌式[8]。
總體來說，整體式強(qiáng)度、剛度好，但不適用于復(fù)雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結(jié)構(gòu)，使復(fù)雜的型腔加工相對(duì)容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但易在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡。
（1）整體式
由整塊金屬材料直接加工而成，用于形狀簡單的中小模具。特點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛性好。
（2）整體嵌入式
將整體式凹模作為一種凹模塊直接嵌入到固定板中，或嵌入?？蛑?，?？蛟偾度氲焦潭ò逯?。適用于塑件尺寸不大的多腔模。
特點(diǎn)是加工方便，易損件便于更換。凹模從凹模固定板下部嵌入，用支承板、螺釘將其固定；凹模從凹模固定板上面嵌入。
（3）局部鑲嵌式
當(dāng)凹模局部形狀復(fù)雜，或某一部分容易損壞需要經(jīng)常更換，常采用局部鑲嵌式結(jié)構(gòu)。嵌入圓銷成型塑件表面直紋；鑲件成型塑件的溝槽；鑲件構(gòu)成塑件圓環(huán)形筋槽；鑲件成型塑件底部復(fù)雜構(gòu)形。
（4）大面積鑲嵌式
對(duì)于底部或側(cè)壁形狀復(fù)雜的凹模，為了便于加工，保證精度，將凹模做成通孔式的，再鑲上底，或?qū)寄１谧龀设偳秹K。
適用于深腔或底部、側(cè)壁難于加工的組合型模具型腔；但各個(gè)結(jié)合面的研磨、拋光增加了工時(shí)。是側(cè)壁和底部大面積鑲拼的凹模結(jié)構(gòu)；為底部大面積鑲嵌的結(jié)構(gòu)，采用圓柱面配合。
（5）四壁拼合式
對(duì)于大型和形狀復(fù)雜的凹模，可將四壁和底板分別加工，經(jīng)研磨后壓入模套，側(cè)壁之間采用扣鎖連接，以保證連接的準(zhǔn)確性。這種結(jié)構(gòu)牢固、受力大，工程中常采用。圖(a)、(b)中，側(cè)壁相互之間采用扣鎖以保證連接的準(zhǔn)確性，連接處外側(cè)做成0.3～0.4mm的間隙，使內(nèi)側(cè)接縫緊密。在四個(gè)角處，嵌入的半徑R應(yīng)大于固定板(或?？?的轉(zhuǎn)角半徑r。
凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同將其分為整體式、組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，由于塑件外表面形狀簡單，尺寸較小，故采用整體式凹模，如圖5.1所示。
圖 5.1 凹模
5.1.2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模用于成型塑件的內(nèi)表面，又稱型芯、陽模或成型桿?！巴鼓！焙汀俺尚蜅U”二者并無嚴(yán)格的界線，通常成型桿特指能成型塑件上孔和局部凹槽的小型芯。
凸模按結(jié)構(gòu)也分為整體式和組合式兩類。小型模具凸模常采用整體式，與模板做成一體，大、中型模具采用組合式。成型桿通常單獨(dú)制造，再嵌入到模板中去。
下面介紹凸模的整體式、組合式結(jié)構(gòu)及小型芯(成型桿)組合式結(jié)構(gòu)。
（1）整體式
整體式凸模，用一整塊材料加工而成，結(jié)構(gòu)簡單、牢固，塑件成型質(zhì)量好，但鋼材消耗大，適用于小型模具。
（2）組合式
當(dāng)塑件內(nèi)表面復(fù)雜而不便于機(jī)械加工，或形狀雖不復(fù)雜，但為節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材，采用組合式凸模結(jié)構(gòu)。組合式適用于大中型模具，便于設(shè)置凸模的冷卻回路。
（3）成型桿(小型芯)組合式
成型桿(小型芯)通常單獨(dú)制造，再嵌入模板中。
凸模是成型制品的內(nèi)表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)的分析，由于制件采用對(duì)合擺塊型芯，故采用組合式凸模，如圖5.2所示。
圖 5.2 凸模
5.2 成型零件鋼材的選用
根據(jù)對(duì)成型塑件的綜合分析，該塑件的成零件要求有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時(shí)考慮他的機(jī)械加工性能和拋光性能。又因?yàn)樵撍芗榇笈可a(chǎn)，所以構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用P20(美國牌號(hào))。對(duì)于成型塑件外圓筒的大型芯來說，由于脫模時(shí)與塑件的磨損嚴(yán)重，因此剛才選用高合金工具鋼40CrMoSiV1，熱處理硬度為45~55HRC。
5.3 成型零件工作尺寸的確定
. 模腔工作尺寸的計(jì)算，凸模、凹模組成的模腔工作尺寸計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計(jì)算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成型零件制造公差、磨損量都為平均值時(shí)計(jì)算。
圖 5.3 凸模工作尺寸
圖 5.4 凹模工作尺寸
6 模架的確定
6.1 標(biāo)準(zhǔn)模架
標(biāo)準(zhǔn)模架組合構(gòu)成了模具的基本骨架。標(biāo)準(zhǔn)模架包括支承零部件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和脫模機(jī)構(gòu)。在模架的基礎(chǔ)上再加工、添加成型零部件和其他功能結(jié)構(gòu)件可以構(gòu)成任何形式的注射模具，如圖6.1所示。
圖 6.1基本模架
6.3 各模板尺寸的確定
由制件尺寸在分型面上的投影寬度W為150mm,長度為150mm。
且 、。 (6.1)
有上述經(jīng)驗(yàn)公式可確定 ,復(fù)位桿直徑d=20mm, B=315mm
所以 。
故有 L=315mm。
則選擇型標(biāo)準(zhǔn)模架，其規(guī)格為。
則與之相應(yīng)的零件尺寸如下表：
表6.1 模架各尺寸
導(dǎo)柱的直徑
32mm
導(dǎo)柱的間距
240mm*260
動(dòng)定模座板的寬度
400mm
墊塊的寬度
199mm
推板的寬度
56mm
定模座板的寬度
25mm
動(dòng)模墊板的厚度
50mm
脫模板的厚度
32mm
推板的厚度
25mm
推桿固定板厚度
20mm
復(fù)位桿間距
140mm*240mm
模板螺釘數(shù)量*規(guī)格
8*M16
模板螺釘間距
259mm*160mm
推板螺釘數(shù)量*規(guī)格
4*M10
推板間距
179mm*259mm
A板厚度
60mm
B板厚度
70mm
C板厚度
80mm
6.4 模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注射機(jī)來校核模具設(shè)計(jì)的尺寸。
6.4.1 注射機(jī)拉桿間距
模架平面尺寸 150mm*150mm<570mm*570mm(拉桿間距)，校核合格。
6.4.2 模具高度尺寸
注射機(jī)最大開模行程與模具厚度無關(guān)時(shí)，對(duì)于雙分型面注射模，開模行程按下式校核：
(6.2)
280mm<294mm<500mm(模具的最大厚度和最小厚度)，校核合格。
式中： a－開模后定模板與澆口板之間的距離，應(yīng)滿足澆注系統(tǒng)凝料的取出。
6.4.3 模具的開模行程
鎖模機(jī)構(gòu)為液壓－機(jī)械聯(lián)合作用的注射機(jī)的最大開模行程不受模厚影響，而是由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程來決定[12]。
對(duì)于單分型面注射模，開模行程的校核
(6.3)
(開模行程)，校核合格。
式中：
————塑件脫模距離，mm，一般為塑件的高度；
————包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，mm；
————注射機(jī)最大開模行程，mm
7 排氣槽的設(shè)計(jì)
7.1 排氣系統(tǒng)的作用
塑料熔體向注射模型腔充滿的過程中，如果氣體不能及時(shí)排除，將會(huì)引起：物料注射壓力過大、熔體充填型腔困難等問題，因此，在設(shè)計(jì)型腔結(jié)構(gòu)與澆注系統(tǒng)時(shí)，必須考慮排氣。
7.2 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
排氣槽最好加工成彎曲狀，其截面由細(xì)到粗逐漸加大，這樣可降低塑料熔體從排氣槽溢出的動(dòng)能，同時(shí)還可降低塑料熔體溢出流速，以防發(fā)生工傷事故。
選擇排氣槽的開設(shè)位置時(shí)，應(yīng)遵循的原則
① 排氣槽的排氣口不能正對(duì)操作工人。
② 排氣槽最好開設(shè)在分型面上，因?yàn)樵诜中兔嫔先绻蛟O(shè)排氣槽而產(chǎn)生飛邊，易隨塑件脫出。
③ 排氣槽應(yīng)盡量開設(shè)在型腔最后被充滿處，如流道和冷料穴的終端。
④ 排氣槽最好設(shè)在靠近嵌件和塑件壁最薄處，因?yàn)檫@樣的部位最容易形成熔接痕，宜排出氣體，并排出部分冷料。
⑤ 若型腔最后充滿部位不在分型面上，其附近又無可供排氣的推桿或活動(dòng)型芯時(shí)，可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌燒結(jié)的多孔金屬塊，以供排氣。
⑥ 高速注射薄壁型制品時(shí)，排氣槽設(shè)在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出而不產(chǎn)生明顯的升壓。
7.3 間隙排氣
在大多數(shù)情況下可利用模具分型面或模具零件間的配合間隙自然地排氣。表4-17是利用成型零件分型面配合間隙排氣的幾種形式，間隙值的大小和排氣槽一樣，以不產(chǎn)生溢料為限，其數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)塑料熔體流動(dòng)性而定，與粘度有關(guān)，通?？稍?.02～0.05mm范圍內(nèi)選擇。
為了塑料熔體順利充滿型腔，需要將型腔內(nèi)的原有空氣和注射成型過程中塑料揮發(fā)出來的氣體排出模外，常在模具分型面處開設(shè)幾條排氣槽。
小型塑件排氣量不大，可直接利用分型面排氣，不必另外設(shè)置排氣槽。許多模具的推桿或型芯與模板的配合間隙也可起到排氣的作用。大型塑件必須設(shè)置排氣槽。
對(duì)于中小型模具，在大多數(shù)情況下可利用模具分型面或模具零件間的配合間隙排氣，可不另設(shè)排氣槽。
間隙排氣可采用分型面間隙排氣和推桿配合間隙排氣形式，為不產(chǎn)生溢料，間隙值通常在0.02~0.05mm范圍內(nèi)選擇。
8 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
脫模機(jī)構(gòu)（或稱為頂出機(jī)構(gòu)）是將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動(dòng)分離，并從模內(nèi)取出。
按推出脫模動(dòng)作特點(diǎn)可分為：
一次推出脫模（簡單脫模）、二次推出脫模、動(dòng)、定模雙向推出脫模、帶螺紋塑件脫模。
按推出動(dòng)作的動(dòng)力源分類：
手動(dòng)脫模、機(jī)動(dòng)脫模、液壓脫模和氣壓脫模等。
8.1 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
（1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、可靠、靈活，并有足夠的剛度、強(qiáng)度來克服脫模阻力。
（2）保證塑件不變形或不損壞。機(jī)構(gòu)推出重心與脫模阻力中心相重合，推出力分布均勻，作用面積盡可能大且作用點(diǎn)靠近型芯，可防止塑件脫模后變形；推出力作用在塑件剛性和強(qiáng)度最大的部位（如凸緣、加強(qiáng)筋等），可防止塑件在推出時(shí)造成損壞。
（3）保證塑件良好的外觀。頂出位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位。同時(shí)，與塑件直接接觸的脫模零件的配合間隙要保證不溢料，以避免在塑件上留下飛邊痕跡。
（4）盡量使塑件留在動(dòng)模一側(cè)。以便借助注射機(jī)的開模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作，簡化模具結(jié)構(gòu)。
8.2 脫模力的計(jì)算
將塑件從包緊的型芯上脫出時(shí)所需克服的阻力稱為脫模阻力，它主要包括由塑件的收縮引起的塑件與型芯的摩擦阻力和大氣壓力[14]。
脫模阻力的計(jì)算是設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)的依據(jù)。由于計(jì)算形狀復(fù)雜塑件的脫模阻力是相當(dāng)困難的，因此，將塑件所需的脫模阻力簡化為“厚壁塑件”與“薄壁塑件”兩種類型，每種類型又按圓形、矩形塑件的兩種不同幾何形狀分別進(jìn)行計(jì)算。
由于圓形塑件內(nèi)孔半徑與壁厚之比 (8.1)
則此時(shí)，塑件稱為薄壁塑件且塑件橫斷面形狀為矩形。
則它的脫模力計(jì)算公式為：
(8.2)
————塑件成型平均收縮率
————塑件壁厚
————塑料的彈性模量
————被包型芯的長度
————塑件泊松比
————脫模斜度
————塑料與鋼之間摩擦因數(shù)
————塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積，當(dāng)塑件得不有通孔時(shí)，A=0
8.3 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)之間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇順序脫模機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)圖中包含有定距拉桿順序脫模機(jī)構(gòu)和拉鉤壓板式順序脫模機(jī)構(gòu)。
9 斜頂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
9.1 斜頂機(jī)構(gòu)
模具斜頂又名斜梢，斜頂是以港資模具廠為主的珠三角地區(qū)模具行業(yè)的慣用說法，是模具設(shè)計(jì)中用來成形產(chǎn)品內(nèi)部倒鉤的機(jī)構(gòu)，適用于比較簡單的倒鉤情況。
9.2 斜頂機(jī)構(gòu)特點(diǎn)
斜頂?shù)奶攸c(diǎn)是成型一些比較簡單的倒鉤結(jié)構(gòu)，利用頂針板的推動(dòng)來幫助產(chǎn)品的倒鉤形成，也可以幫助產(chǎn)品脫模。因此斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)與頂針板行程有很重要的關(guān)系。
9.3 斜頂?shù)慕M合形式
圖 9.1 斜滑塊的組合形式
10 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只進(jìn)行簡單的計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)忽略模具因空氣對(duì)流、輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)的熱量，按單位時(shí)間塑料熔體凝固時(shí)所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量 。
10.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
冷卻裝置——在模具內(nèi)開設(shè)冷卻水道。外部用橡皮軟管連接。
加熱裝置——在模具內(nèi)或模具四周設(shè)置電熱元件、熱水（油）或蒸汽等具有加熱結(jié)構(gòu)的板件。
圖10.1 冷卻系統(tǒng)
10.2 冷卻介質(zhì)
ABS屬于中等粘度材料，其成型溫度及模具溫度如下表，用水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。
表10.1 ABS變形、模具及使用溫度
材料
熱變形溫度溫度
模具溫度
使用溫度
ABS
70—107℃
70~95℃
-40℃~85℃
11 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
11.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的分類
保證合模時(shí)動(dòng)模和定模準(zhǔn)確對(duì)合，避免模具中零件發(fā)生碰撞和干涉。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分為導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和錐面定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。圖中的導(dǎo)柱9和導(dǎo)套8。
圖 11.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定為。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機(jī)噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位則通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行合模定位。錐面定位則用于動(dòng)定模至間的精密定位。本模具所稱型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所帶的定位機(jī)構(gòu)[17]。
11.2 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
圖11.2 導(dǎo)柱
11.3 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)
為了便于導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套和導(dǎo)套壓入模板，在導(dǎo)套端面內(nèi)外應(yīng)倒圓角。導(dǎo)向孔前端也應(yīng)倒圓角，最好做成通孔，以便于排出空氣及意外落入的塑料廢屑。如模板較厚，必須做成盲孔時(shí)，可在盲孔的側(cè)面打一小孔排氣。導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)尺寸查閱國標(biāo)GB6149.2－84，根據(jù)相配合的導(dǎo)柱尺寸確定。
導(dǎo)套與模板為較緊的過渡配合，直導(dǎo)套一般用H7/n6，帶頭導(dǎo)套用H7/K6或H7/m6。帶頭導(dǎo)套因有凸肩，軸向固定容易。為了防止直導(dǎo)套在開模時(shí)被拉出，常用緊釘螺釘從側(cè)面緊固，如圖11.3所示，將導(dǎo)套側(cè)面加工成缺口，用環(huán)形槽代替缺口，導(dǎo)套側(cè)面開孔，鉚接的形式。
圖 11.3 導(dǎo)套
導(dǎo)套可用與導(dǎo)柱相同的材料或銅合金等耐磨材料制造，但其硬度一般稍低于導(dǎo)柱，以減少磨損，防止導(dǎo)柱拉毛。導(dǎo)套固定段和導(dǎo)向段的表面粗糙度Ra一般均為。
11.4 導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合形式
導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間因?yàn)橐?jīng)常相對(duì)滑動(dòng)，所以一般取H7/f7或H8/f8的間隙配合。導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模板之間的定為一般選擇H7/k6或H7/m6過渡配合。另外，導(dǎo)柱與導(dǎo)套配合長度通常取配合直徑的1.5~2倍，其余部分?jǐn)U孔以減少摩擦降低加工難度。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合形式如圖11.4。
圖 11.4 導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合
12 小結(jié)
本次設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)出一個(gè)注塑模具，主要裝配視圖如圖12.1所示。通過對(duì)該塑件的外形尺寸分析可知： 塑件外形尺寸較大，塑料熔體流程較長，適合注射成型，制件是萬能充電器后蓋，每一個(gè)后蓋內(nèi)型有4處倒鉤，需由兩個(gè)斜頂幫助成型。
經(jīng)過對(duì)模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算校核，本次設(shè)計(jì)基本能夠滿足要求。
圖 12.1 模具裝配主視圖
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[8] 黃虹，塑料成形加工與模具，化學(xué)工業(yè)出版社，2003
[9] 《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
[10] 唐增寶，何永然，劉安俊等主編. 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.華中科技大學(xué)出版社，2003
[11] 馮炳堯, 韓泰榮, 蔣文森編, 《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)》, 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè),2003
致 謝
在畢業(yè)論文將要完成時(shí)，我忠心地感謝xxx老師給我的細(xì)心的指導(dǎo)，本設(shè)計(jì)從開題，收集資料，撰寫到結(jié)構(gòu)的修改直至全部完成歷時(shí)近三個(gè)多月，在這段時(shí)間里，都得到黃曉明老師的支持、關(guān)懷和幫助下，我的論文不僅在邏輯結(jié)構(gòu)上，而且在內(nèi)容上都得到很大的改善，所及畢業(yè)論文得以順利完成都和老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。
其次就是要感謝我的同學(xué)和朋友，尤其是我的組員xxx，xxx在我需要查找資料、參考文獻(xiàn)的時(shí)候，他們提供了及時(shí)的信息和幫助，節(jié)省了我的大量時(shí)間和精力，使我能全身心地投入到設(shè)計(jì)工作中去，直至順利完成了《ABS萬能充電器后蓋注射成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)任務(wù)，在這里我向所有幫助過我的人致以忠心的感謝！
由于本人的水平和時(shí)間的限制，錯(cuò)誤之處在所難免，殷切希望各位老師和同學(xué)對(duì)本設(shè)計(jì)提出批評(píng)和改進(jìn)意見，謝謝！
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