接水盒塑料成型工藝與模具設(shè)計,接水盒塑料成型工藝與模具設(shè)計,接水盒,塑料,成型,工藝,模具設(shè)計 接水盒塑料成型工藝與模具設(shè)計 1緒 論 1.1國內(nèi)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 近年來隨著我國模具工業(yè)的迅猛發(fā)展，模具零件的標準化、專業(yè)化和商品化工作，已具有較高的水平，取得了長足的進步。自1983年全國模具標準化技術(shù)委員會成立以來，組織專家對模具標準進行制定、修訂和審查，共發(fā)布了90多項標準，其中沖模標準22項、塑料模標準20余項。這些標準的發(fā)布、實施，推動了模具行業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展，產(chǎn)生了很大的社會效益和經(jīng)濟效益。模標準件的研究、開發(fā)和生產(chǎn)正在全面深入展開，無論是產(chǎn)品類型、品種、規(guī)格，還是產(chǎn)品的技術(shù)性能和質(zhì)量水平都有明顯的提高。目前我國模具的標準化程度和應用水平還比較低，樂觀地估計不足30%，與國外工業(yè)發(fā)達國家(70-80%)相比，尚有較大的差距。現(xiàn)在生產(chǎn)銷售廠家雖然逐年增加，但大多數(shù)是規(guī)模小、設(shè)備陳舊、工藝落后、成本高、效益低。只有普通中小型標準沖模模架和塑料模模架、導柱、導套、推桿、模具彈簧、氣動元件等產(chǎn)品，商品化程度較高，可基本滿足國內(nèi)市場的需求，并有部分出口。而那些技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)先進、性能優(yōu)異、質(zhì)量上乘、更換便捷的具有個性化的產(chǎn)品，如球鎖式快換凸模及固定板、固體潤滑導板和導套、斜楔機構(gòu)及其零部件，高檔塑料模具標準件和氮氣主彈簧等在國內(nèi)的生產(chǎn)廠家甚少，且由于資金缺乏，技改項目難以實施，生產(chǎn)效率低，交貨周期長，供需矛盾日益突出。塑料制品質(zhì)量輕、耐腐蝕、生產(chǎn)效率高、耗能比較低，所以在生產(chǎn)、生活的各個方面得到了廣泛地應用。甚至在某些領(lǐng)域，塑料可取代金屬，例如塑料齒輪、塑料管件等，在某些領(lǐng)域塑料制品起著不可代替的作用。塑料的原材料只有加工成塑料制品才能實現(xiàn)其真正的價值。生產(chǎn)塑件的原因就是為了利用其性能和各種工藝加工方法來使其來成為一種既有一定的形狀又有一定的用途的實際產(chǎn)品。它的成型方法有很多種，例如，擠出、吹塑、注塑、壓鑄等。 其中，注塑成型一般過程是：原材料從注塑機料斗進入加熱筒進行加熱塑化，然后由注塑機的螺桿或柱塞推動塑化的料，行程一定的注塑壓力，塑化后的料在壓力的作用下，進入噴嘴，然后進入流道、澆口、模具型腔，等到注塑完成后，就進入了冷卻保壓階段，最后開模取出塑件。 因此，每年尚需從國外進口相當數(shù)量的模具標準件，其費用約占年模具進口額的3-8%。國產(chǎn)模具標準件在技術(shù)標準、科技開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，還存在不少問題。諸如，產(chǎn)品標準混亂，功能元件少且技術(shù)含量低，適用性差;技改力度小、設(shè)備陳舊、工藝落后、專業(yè)化水平低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定;專業(yè)人才缺乏，管理跟不上、生產(chǎn)效率低、交貨周期長;生產(chǎn)銷售網(wǎng)點分布不均，經(jīng)營品種規(guī)格少，供應不足;某些單位為了爭奪市場，不講質(zhì)量，以次充好，偽劣商品充斥市場。還有不計成本、盲目降價、擾亂市場的現(xiàn)象，是需要認真研究，丞待解決的。 總體來分析，中國模具標準件行業(yè)發(fā)展前景非常樂觀，標準件行業(yè)成為如今陽光產(chǎn)業(yè)，正一步步快速發(fā)展。發(fā)展趨勢:隨著車輛等發(fā)展，壓鑄模各方面隨之提高，并且要求也就高了很多。模具技術(shù)含量不斷提高模具的精度越來越高。模具的趨大型化。模具標準件的應用將日漸廣泛。多功能復合模具進一步發(fā)展。 1.1.2國外模具的發(fā)展趨勢 國外，特別是歐美和日韓等發(fā)達地區(qū)的模具工業(yè)起步較早，擁有比較先進的生產(chǎn)管理技術(shù)及經(jīng)驗，值得我們國內(nèi)模具行業(yè)學習和借鑒，在歐美，許多模具企業(yè)將高技術(shù)應用于模具設(shè)計和制造，主要體現(xiàn)在： (1) CAD/CAE/CAM/ERP的廣泛應用，發(fā)揮了信息技術(shù)帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性 （2）高速切削五軸高速加工技術(shù)基本普及，大大縮減制模周期，提高企業(yè)的市場競爭力 （3）快速成型技術(shù)和快速制模技術(shù)得到普及應用 （4）從事模具行業(yè)的人員精簡，一專多能，一人多職，精益生產(chǎn) （5）模具產(chǎn)品專業(yè)化，市場定位準確 （6）采用先進的管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)集成管理 （7）工藝管理先進，標準化程度高 據(jù)調(diào)查研究，日本模具加工的未來發(fā)展方向主要表現(xiàn)為無人手修模，無放電加工，加工時間短，五軸加工等方面。 1.2 塑料注射模具設(shè)計的思路 （1）收集、分析、消化原始資料 收集整理有關(guān)制件設(shè)計、成型工藝、成型設(shè)備、機械加工及特殊加工數(shù)據(jù)，以備設(shè)計模具時使用。消化塑料制件圖，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術(shù)要求。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結(jié)構(gòu)、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進行分析，看看估計成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。 （2）消化工藝數(shù)據(jù)，分析工藝任務書所提出的成型方法、設(shè)備型號、材料規(guī)格、模具結(jié)構(gòu)類型等要求是否恰當，能否落實。成型材料應當滿足塑料制件的強度要求，具有好的流動性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據(jù)塑料制件的用途，成型材料應滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。 確定成型方法 采用直壓法、鑄壓法還是注射法。 （3）選擇成型設(shè)備 根據(jù)成型設(shè)備的種類來進行模具，因此必須熟知各種成型設(shè)備的性能、規(guī)格、特點。例如對于注射機來說，在規(guī)格方面應當了解以下內(nèi)容：注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑、澆口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具體見相關(guān)參數(shù)。要初步估計模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機上安裝和使用。 具體結(jié)構(gòu)方案 （4）確定模具類型 如壓制模（敞開式、半閉合式、閉合式）、鑄壓模、注射模等。選擇理想的模具結(jié)構(gòu)在于確定必需的成型設(shè)備，理想的型腔數(shù)，在絕對可靠的條件下能使模具本身的工作滿足該塑料制件的工藝技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)濟的要求。對塑料制件的工藝技術(shù)要求是要保證塑料制件的幾何形狀，表面光潔度和尺寸精度。生產(chǎn)經(jīng)濟要求是要使塑料制件的成本低，生產(chǎn)效率高，模具能連續(xù)地工作，使用壽命長，節(jié)省勞動力影響模具結(jié)構(gòu)及模具個別系統(tǒng)的因素很多，很復雜：型腔布置。根據(jù)塑件的幾何結(jié)構(gòu)特點、尺寸精度要求、批量大小、模具制造難易、模具成本等確定型腔數(shù)量及其排列方式。 2 塑件工藝分析 2.1塑件的工藝性分析 塑件的材料采用ABS屬于熱塑性塑料，它的成型特性為：ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一種堅韌而有剛性的非結(jié)晶性熱塑性工程塑料。苯乙烯使ABS有良好的可塑性、光澤和剛性；丙烯腈賦予ABS有良好的耐熱、耐化學腐蝕和表面硬度；丁二烯賦予ABS良好的抗沖擊性和低溫回彈性?？赏ㄟ^調(diào)整這三種組分的比例來調(diào)節(jié)ABS的性能。 ABS為非結(jié)晶性聚合物，成型后無結(jié)晶，成型收縮率低，一般為0.3％～0.6％。無明顯熔點，熔融溫度低，熱穩(wěn)定性較好。有一定的吸濕性，約0.2％～0.5％，注塑前需作干燥處理，使含水率在0.1％以下。ABS熔體粘度適中，流動性較好，易于充模，粘度對剪切速率比較敏感，隨剪切速率增加，熔體粘度急劇下降；而溫度對粘度的影響不很明顯。 要想獲得合格的塑料制件除選用塑料的原材料外，還必須考慮塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸合表面質(zhì)量等工藝性，塑件的結(jié)構(gòu)工藝性與模具設(shè)計有直接關(guān)系，只有塑件設(shè)計滿足成型工藝要求，才能設(shè)計出合理的模具結(jié)構(gòu)以防止成型時產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷、及開裂等缺陷，達到提高生產(chǎn)率和降低成本的目的。 塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動及成型時工藝條件的變化，塑件成型后的時效變化和模具的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。使用ABS注射成型塑件時，由于熔體粘度高，所需要的注射成型壓力較高，因此塑件對型芯的包緊力較大，故塑件應采用較大的脫模斜度，另外熔體粘度高，使ABS塑件易產(chǎn)生熔接痕，所以模具設(shè)計時應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力，ABS是易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕，云紋等缺陷，為此，成型加工前應進行干燥處理，在正常的成型條件下，壁厚，熔料溫度對收縮成型的塑件尺寸穩(wěn)定性較好。ABS成型周期短；表觀粘度對剪切速率的依賴性很強，因此，在模具設(shè)計中大都采用澆口很小的澆注系統(tǒng)，比如：點澆口，側(cè)澆口等等。塑料ABS的一些注塑工藝參數(shù)見表1。 表1 ABS注塑工藝參數(shù) 注射機類型 螺桿式 保壓力（MPa） 30～70 螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） 20～60 注射時間（s） 3～5 噴嘴形式 直通式 保壓時間（s） 15～30 噴嘴溫度（） 180～260 冷卻時間（s） 10～30 模具溫度（） 40～85 成型周期（s） 30～70 注射壓力（MPa） 60～100 2.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度，即獲得塑件尺寸的準確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動及成型時工藝條件的變化，塑件成型后的時效變化和墨跡的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。根據(jù)任務書要求該塑件精度等級為7級。 圖1 接水盒注射件零件尺寸圖 2.3計算塑件的體積和重量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=68.8cm3 計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計手冊查得ABS的密度為ρ=1.02-1.05g/cm3,故零件的質(zhì)量為： =68.8cm3×1.05g/cm3=72g； 2.4脫模斜度和壁厚圓角 脫模斜度大小與塑件的形狀、壁厚和收縮率有關(guān)，由表2-2-5可查得ABS的脫模斜度 型腔40’～1°20’,型芯35’～1° 脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定；塑件內(nèi)孔，以型芯小端為準，尺寸符號圖樣要求，斜度由擴大方向取得；塑件外形，以型腔（凹模）大端為準，尺寸符合圖樣要求，斜度由縮小方向取得， 一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。當要求開模后塑件留在型腔內(nèi)時，塑件內(nèi)表面的脫模斜度應大于塑件外表面的脫模斜度。塑件壁厚和圓角選擇。 2.5模塑成型工藝 熱塑性材料的注射成形工藝過程如下： （1）預烘干――裝入料斗——預塑化——注射裝置準備注射——注射——保壓——冷卻——脫?！芗拖鹿ば? （2）清 理 嵌 件、預 熱；清 理 模 具、涂 脫 模 劑——放 入 嵌 件——合 模——注 射 2.6機械性能分析 該零件屬于腔類注塑件，使用時無特殊受力要求，但是需要有較好的沖擊強度、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。塑件選用ABS材料能很好的符合塑件機械性能的要求，成型塑件的性能可以實現(xiàn)。 通過綜合分析可以看出，注射成型時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。 3 確定注射成型機的型號和規(guī)格 根據(jù)制品的生產(chǎn)批量（大批量生產(chǎn)）及尺寸精度的要求，確定型腔數(shù)為1，即一模一腔。型腔數(shù)目的確定型腔是指模具中成型塑件的空腔，而該空腔是塑件的復形，除去具體尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不過凸凹相反而已。注射成型是先閉合模具以形成空腔，然后進料成型，因此必須由兩部分或（兩部分以上）形成這一空腔——型腔。其凹入的部分稱為凹模，凸出的部分稱為型芯。型腔數(shù)目的確定于下列條件有關(guān)： 1.塑件尺寸精度型腔數(shù)越多時，精度也相對地降低，1、2級超 精 密 注 塑 件，只能一模一腔，當尺寸數(shù)目少時可以一摸兩腔；3、4級的精密塑件，最多一模四腔。 2.模具的制造成本多腔模的制造成本高于單腔模，但不是簡單的倍數(shù)比，從塑件成本中所占的模具費用比例看，多腔模比單腔模具低。 3.注塑成型的生產(chǎn)效益多腔模從表面上看，比單腔模經(jīng)濟效益高。但是多腔模所使用的注射機大，每一注射循環(huán)周期長而且維持費較高，所以要從最經(jīng)濟的條件上考慮模具的腔數(shù)。 4.制造難度多腔模的制造難度不單腔模大，當其中某一腔先損壞時，應立即停機維修，這樣就影響生產(chǎn)。塑料的成型收縮時受多方面影響的，如塑料品種，塑件尺寸、大小、形狀，熔體溫度，模具溫度，注射壓力，充模時間，保壓時間等。影響最顯著的是塑件的壁厚和幾何形狀的復雜程度。 3.1計算制品的體積和質(zhì)量 制品體積：V件=70.85cm3 制品質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計手冊查得ABS塑膠的密度為ρ=1.05g/cm3，因此單件制品質(zhì)量為=70.85×1.05g=74.4ɡ 3.2選擇注射機的型號和規(guī)格 根據(jù)計算的制品體積及質(zhì)量來確定注射機的型號和規(guī)格。為了保證注射成型的正常進行，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，一次注射成型需塑膠的總量最好為最大注射量的80％，即 W總≤80％W機 其中：W機—注射機最大注射量（ɡ或cm3）； W總—制品成型時所需的塑膠總量（ɡ或cm3）。 該制品總體積：V總=70.85cm3 總質(zhì)量：W總=Vρ=70.85×1.05=74ɡ 3.3 注射機的選擇 注射模具是安裝在注射機上的，模具與注射機應當相適應，這將關(guān)系到制件的質(zhì)量，均勻性及成型周期。 選擇注射機時，必須保證制品的注射量小于注射機允許的最大注射量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，制品注射量一般不超過注射機最大注射量的80%。根據(jù)塑件形狀及尺寸采用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)，考慮外形尺寸、對塑件原材料的分析及注塑時所需要的壓力情況，參考模具設(shè)計手冊初選注射機類型XS-ZY-125型臥式注射機，其主要技術(shù)參數(shù) 額定注射量：125cm3 鎖模力：900KN 螺桿直徑:42mm 拉桿內(nèi)間距：260×360mm 額定注射壓力：150MPa 最大開模行程：300mm 注射時間：1.8s 最大模具厚度：350mm 塑化能力：50kg/h 最小模具厚度：200mm 螺桿轉(zhuǎn)速:10～140r/min 定位孔直徑:100mm 噴嘴球半徑:SR12mm 噴嘴孔直徑:4mm 3.4塑料注射工藝參數(shù)的確定 ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。試模時，可根據(jù)實際情況作適當?shù)恼{(diào)整。 注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。 料筒溫度：后段溫度t1， 190℃； 中段溫度t2， 220℃； 前段溫度t3， 210℃； 噴嘴溫度： 200℃； 模具溫度： 80℃； 注射壓力： 100MPa； 注射時間： 3秒； 保壓時間： 20秒； 冷卻時間： 30秒； 4 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：分型面的選擇、模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列方式、澆注系統(tǒng)設(shè)計、模具工作零件的設(shè)計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計、推出機構(gòu)的設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計等內(nèi)容。 4.1 分型面的選擇 分型面是動定模具的分界面，即打開模具取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成形零件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系。實際的模具結(jié)構(gòu)有三種情況：型腔完全在動模一側(cè)；型腔完全在定模一側(cè)；型腔各有一部分分別在動定模中。分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且涉及到模具結(jié)構(gòu)與制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則是：保證塑件質(zhì)量，便于制品脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)。同時在選擇分型面時考慮以下因素： （1）不影響塑件的尺寸精度和外觀； （2）盡量簡單，避免復雜形狀，使模具制造困難； （3）不妨礙脫模和抽芯； （4）有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置； （5）盡可能與料流的末端重合，有利于排氣。分型面的位置應設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和工型腔； 這是分型面選擇的首要原則。由于塑件為腔類零件，分型面大多選則在腔口部，由于塑件凸緣處有卡鉤，為方便設(shè)計側(cè)抽芯機構(gòu)，主分型面選擇在圖2所示處。 圖2 主分型面 4.2確定型腔數(shù)目及配置 塑件形狀較為復雜，本注射模設(shè)計采用一模一腔，中心點澆口進料。 4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是指塑料從注射機的噴嘴起到型腔入口為止的塑料融體的流動通道。它的作用是將塑料融體順利的充滿型腔的各個部位，并在填充及保壓過程中，將注塑壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則：能順利地引導熔融塑料充滿型腔，不產(chǎn)生渦流，又有利于型腔內(nèi)氣體的排出。在保證成型和排氣良好的前提下，選取短流程，少折彎，以減小壓力損失，縮短填充時間。盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯位移或變形及金屬嵌件偏移。澆口料易清楚，整修方便，無損塑件的外觀和使用。澆注系統(tǒng)流程較長或需要開設(shè)兩個以上澆口時，由于澆注系統(tǒng)的不均勻收縮導致塑件翹曲變形，應設(shè)法予以防止。在一模多腔時，應使各腔同步連續(xù)充澆，以保證各個塑件的一致性。合理設(shè)計冷料穴、溢料槽，使冷料不直接進入型腔及減少毛邊的負作用。在保證塑件質(zhì)量良好的前提下，澆注系統(tǒng)的斷面和長度應盡量取小值，以減少對塑料的占用量，從而減少回收料。 4.3.1主流道設(shè)計 主流道與注射機噴嘴在同一軸線上。在臥式或立式注射機用模具中，主流道垂直于分型面。根據(jù)設(shè)計手冊查的XS-ZY-125 型注射機噴嘴的有關(guān)尺寸： 噴嘴前端孔徑：d2=?4㎜； 噴嘴前端球面半徑：R1=13mm； 根據(jù)模具主流道與噴嘴關(guān)系： R=R1+（1～2）mm d=d2+(0.3～1)mm 取主流道球面半徑：R=15mm; 取主流道的小端直徑d=?4.5mm； 為了方便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計成正圓錐形，其斜度為2°～4°，這里取3°，將主流道設(shè)計成圓錐形，查表得主流道大端直徑D=?8mm。為了使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設(shè)計半徑r=1mm的圓弧過渡。主流道襯套設(shè)計時應注意一下事項：對于小型注塑模，可將主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計成一個整體，但在多數(shù)情況下均勻分開設(shè)計；主流道襯套應選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A等），熱處理后硬度為53~57HRC；襯 套 的 長 度 應 與 定 模 配 合 部 分 的 厚 度 一 致，主 流 道 口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會造成溢料，而且會壓壞模具。 圖3 主流道形狀及其與注射機噴嘴的關(guān)系 為了減少熔體充模時的壓力損失和塑膠損耗，應盡可能地縮小主流道的長度，這里主流道長度L取74mm。 4.3.2澆口設(shè)計 澆口又稱進料口或內(nèi)流道，它是分流道與塑件之間的狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短小的部分。它能使分流道輸送來的熔融塑料的流速產(chǎn)生加速度，形成理想的流態(tài)，順序、迅速地充滿型腔，同時還起著封閉型腔防止熔料倒流的作用，并在成型后便于使?jié)部谂c塑件分離。 澆口是指連接分流道和型腔的進料通道，它是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小且長度最短的部分。澆口的作用表現(xiàn)為：塑料熔體通過澆口時剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；同時熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高、粘度降低，從而提高了塑料的流動性，有利于充型；另外在注射過程中，塑料充型后在澆口處及時凝固，防止熔體的倒流；成型后也便于塑件與整個澆注系統(tǒng)的分離。澆口的尺寸過小會使壓力損失增大，冷凝加快，補縮困難；澆口的尺寸過大，澆口周圍產(chǎn)生過剩的殘余應力，導致產(chǎn)品變形或破裂，且澆口的去除困難等。澆口的形狀、尺寸和進料位置對塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的設(shè)計與塑料的品種、塑件形狀、塑件壁厚、模具結(jié)構(gòu)及注射成型工藝參數(shù)等有關(guān)。對澆口總的設(shè)計要求是：要使塑料熔體以較快的速度進入并充滿型腔，同時在型腔充滿后適時冷卻封閉。一般要求澆口截面小、長度短。實際使用時，澆口的尺寸常常需要通過試模，按成型情況酌情修正。澆口位置選擇的正確與否，對塑件質(zhì)量影響很大，選擇不當時會使塑件產(chǎn)生變形、熔接痕、凹陷、裂紋等缺陷。一般來說，澆口位置選擇要遵循以下原則：澆口位置的設(shè)置應使塑料熔體填充型腔的流程最短、料流變向最少。校核流動比。若流動比小于允許值，則塑件大致上能夠成型；若流動比超過允許值，會出現(xiàn)充型不足，這時應調(diào)整澆口位置或增加澆口數(shù)量，增大流道直徑或厚度。澆口位置的設(shè)計應有利于排氣和補縮。 澆口位置的設(shè)置應減少或避免產(chǎn)生熔接痕、提高熔接痕的強度。 澆口位置的選擇要避免塑件變形。 澆口位置的設(shè)置應避免引起熔體破裂。 澆口位置的設(shè)置應防止型芯變形。 澆口位置的設(shè)置應考慮塑件的外觀。 澆口與塑件連接處應做成R0.5的圓角或0.5×45的倒角，并防止在分離澆注系統(tǒng)時把塑件剪裂。澆口與分流道的連接處一般做成30～45°的斜角，并以R1~R2的圓角與分流道底面相交，以便熔體流動并減小壓力損失。側(cè)澆口適用于各種形狀及一模多腔的塑件，它是最常用的一種形式。其優(yōu)點是：去澆口方便，殘留痕跡??；熔體流速高；翹曲變形比直接澆口??；宜成型薄壁、復雜形狀塑件。缺點是：注射壓力損失大；保壓補縮作用比直接澆口小；對殼形塑件排氣不方便，易產(chǎn)生熔接痕。 圖4 澆口簡圖 4.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 由于制件投影面積相對較大，同時屬于深腔類零件，為保證塑件能在同一溫度均勻注射成型，同時提高生產(chǎn)效率，對于冷卻系統(tǒng)有很高的要求。再次注射模中采用型芯、型腔同時進行冷卻的設(shè)計方式。通過對型芯、型腔同時進行冷卻，模具的注射溫度得到很好的保證。平均壁厚均為2mm，確定冷卻水孔直徑為10mm。 圖5 定模型腔冷卻水路 圖6 主型芯冷卻水路 4.5成型零部件的設(shè)計 注射模的成型零部件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括型腔（凹模）、型芯（凸模），以及各種成型桿和成型鑲塊。按功能劃分，成型零部件可分為安裝部分和工作部分。安裝部分起安裝和固定成型零件的作用；工作部分與塑料直接接觸，用來成型塑件。成型零部件工作部分的形狀和尺決定塑件的形狀和尺寸。模具采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式。由于ABS材料有腐蝕性，制件較為復雜，型腔結(jié)構(gòu)采用整體式結(jié)構(gòu)，便于加工,節(jié)約成本，材料采用國產(chǎn)T10A預硬鋼。型芯采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)，利于更換調(diào)整，便與熱處理，材料采用40Cr鋼。 4.5.1型腔和型芯的工作尺寸計算 本例中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均磨損量、平均制造公差和平均收縮率來計算。 型芯高度的尺寸計算公式： （4-2） 型芯徑向尺寸計算公式： （4-3） 型腔深度尺寸計算公式： （4-4） 型腔徑向尺寸計算公式： （4-5） 其中為模具型芯的高度尺寸；為模具型芯的徑向尺寸；為模具型腔的深度尺寸；為模具型腔的徑向尺寸。 經(jīng)過查表知ABS材料的收縮率為0.4％～0.6％，因此平均收縮率為0.5％，由于塑件尺寸較小，精度中等，所以模具制造公差取Δ/5，X取2/3。型芯的徑向長度尺寸為161.50-0.05，徑向?qū)挾瘸叽鐬?070-0.05，型芯的高度尺寸980-0.05。型腔徑向?qū)挾瘸叽鐬?210+0.05,長度尺寸為1900+0.05，深度尺寸為580+0.05。 4.5.2計算動模墊板厚度 （4-6） F=AP （4-7） H—動模墊板厚（mm）； K—修正系數(shù)，取0.6～0.7； F—動模墊板受的總壓力（N); L—支撐塊間距（mm）； B—動模墊板寬度（mm）； []—彎曲許用應力（MPa）； A—塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（mm2）； P—型腔壓力，一般取30～45MPa； 所以動模墊板厚度h為15～30mm，該處取厚度為20mm。 4.5.3計算型腔側(cè)壁和底板厚度 塑膠模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，所以應具有足夠的剛度和強度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，會因強度不夠而產(chǎn)生塑件變形甚至破壞；也可能會因為剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導致溢料和出現(xiàn)飛邊，不僅降低了尺寸精度，而且還影響了其順利脫模；所以，為了保證足夠的強度和剛度采用了動模型腔版。 型腔側(cè)壁厚度的計算 根據(jù)型腔長度L=300mm，型腔寬度B=224mm，型腔高度H=70mm， （4-8） 由于c由L/a決定，c=0.93；p取30～45MPa，這里取35MPa；彈性模量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6 所以代入上式得，S=12>8.65mm。 底板厚度的計算 查表得: （4-9） 因為L/b=60/60=1,查表知系數(shù)c′值，c′=0.0272；p取24～40MPa，取35MPa；彈性變量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6，代入公式得h=30>4.32mm。 4.6推出方式的設(shè)計 頂出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)因塑件的脫模要求的不同而不同，但是對頂出機構(gòu)所能達到的要求是一致的，也就是使塑件在頂出過程中不會損壞變形，保證塑件在開模的過程中留在設(shè)置有頂出機構(gòu)的動模內(nèi)。其中，一次頂出機構(gòu)是最常用的頂出機構(gòu)，此機構(gòu)只需一次動作就能是塑件脫模。本模具選用復合推桿一次頂出機構(gòu)。 脫模力的計算 ①計算正壓力 設(shè)計步驟： 參數(shù)：E=2900N/ cm2;S=0.006；t=0.513㎝；α=2.5°；R=1.5㎝;m（帕松比）=0.38 P=EStcosα/R（1-m）=13.3MPa （4-10） P—正壓力（MPa）； E—塑件的彈性模量（N/ cm2）； S—成型收縮率（mm/mm）； t—塑件平均壁厚（㎝）； α—脫模斜度（o）； R—凸模半徑（㎝）； m—塑膠的帕松比，約為0.38～0.39。 ②初始脫模力的設(shè)計步驟: 參數(shù)：E=2900N/ cm2;S=0.006;t=0.713㎝；L=2.2㎝；f=0.3；m=0.38 Q=2πtESLF/(1-M)(1+F)=80.52N （4-11） Q—脫模力（N）; E—塑膠彈性模量（N/ cm2）; S—塑膠平均收縮率（mm/mm）； t—塑件壁厚（㎝）； L—包容凸模的長度（㎝）； f—塑膠與鋼的摩擦系數(shù)；ππ?； m—塑膠的帕松比。 ③頂桿直徑的設(shè)計步驟： 參數(shù)：φ=0.5；L=14㎝；n=2；E=2900N/㎝2;Q=80.52N d=（64φ2t2Q/nπ3E）≈1.2㎝ （4-12） d—圓形頂桿直徑（㎝）； Φ—頂桿長度系數(shù)（約為0.7）； L—頂桿長度（㎝）； Q—總脫模力（N）； n—頂桿數(shù)量； E—頂桿材料的彈性模量（N/㎝2）； 對鋼來說，E=2.1×107。 ④頂桿的應力校核的設(shè)計步驟： 參數(shù)：Q=80.52N;n=4；d=1.2154㎝；s=2900㎜2 б=4Q/nπd2≤б （4-13） Q—總脫模力（N）; n—頂桿數(shù)量； d—圓形頂桿直徑（㎝）； б—頂桿應力（N/㎝2）； б—頂桿鋼材的屈服極限強度（N/㎝2）； 一般中碳鋼： б=32000N/㎝2 合金結(jié)構(gòu)鋼： б=42000N/㎝2 計算結(jié)果： б=13.75N/㎝2 ⑤推件板厚度的設(shè)計步驟： 參數(shù)：y=0.01㎝；B=25㎝；L=4.6㎝；Q=80.52N;E=2900N/㎝2 H=0.54L(Q/EBy)=1.105㎝ （4-14） L—頂桿間距（㎝）； Q—總脫模力（N）； E—鋼材的彈性模量（N/㎝2）； 一般中碳鋼 E=2.1×107； B—頂桿寬度（㎝）； y—頂桿允許最大變形量（㎝）。 頂桿應布置在脫模力最大處，以保證塑件被推出時其受力是平衡的，并且推出平穩(wěn)、不變形。 4.7確定導向機構(gòu) 為了便于設(shè)計制造以及維修方便，所以選導柱、導套作導向機構(gòu)；為了使模具在開模時推桿能夠順利頂出制件，減少推桿與模板的碰撞與摩擦，提高模具壽命，所以用四根推桿導柱進行導向。為了安裝方便，采用等直徑對稱分布，模具外側(cè)作標記形式。 又為了便于加工導柱、導套安裝孔，和獲得較好的經(jīng)濟效益，結(jié)合塑件的尺寸，為了保護型芯不受損壞，因此導柱設(shè)在動模一側(cè)，也就是常說的正裝。 導柱和導套的分布見模具總裝圖，導柱和導套的配合精度為H5/h6的間隙配合，導套和模板配合精度為H5/n6。 4.8側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計 接水盒側(cè)面與開模垂直方向上設(shè)計有圓孔及卡鉤，需要采取側(cè)抽芯動作，先向四邊側(cè)向抽出，然后才可能通過脫與固定在定模型腔上的斜滑塊有相對運動，斜導柱設(shè)計在拉料板上，拉料板與定模型腔之間設(shè)計有矩形彈簧以保證第二次開模能夠開模，從而斜導柱對底孔型芯進行側(cè)抽動作。模機構(gòu)將塑件從動模型芯推出。 4.8.1相關(guān)計算 （1） 抽芯距的計算 S抽= Sc+3=5 （2） 抽芯力的計算 抽芯力的計算跟脫模力的計算方法一樣。 型芯脫模力F1，參考《塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計》式9-1得F=AP(μcosθ-sinθ)所以 = 4452.83×10-6×107 /（0.1cos1°-sin1°)=2895.66N =1+2+3+4+5+6+7=4452.83 mm2 1=×31 ×2=194.68 2=(15-14)×4=1356.48 3=×23 ×5=361.1 4=A2=1356.48 5=×31 ×5=486.7 6=×40 ×2.5=314 7=×35 ×3.5=384.65 ---塑件包裹型芯的面積，mm2 ---塑件對型芯單位面積上的包緊力；模內(nèi)冷卻的塑件，p取0.8×107Mpa -1.2×107Mpa ---塑件對鋼的摩擦系數(shù)，為0.1-0.3 ---脫模斜度 4.8.2斜導柱設(shè)計 （1） 參考文獻[2]附錄F，選取斜導柱為18mm α=20° （2） 由于抽拔方向與開模方向垂直，斜導柱所需有效長度41.5mm，總長計算得83mm。 （3）斜導柱彎曲力計算 抽拔方向與開模方向垂直，斜導柱彎曲力 2=2895/[cos20°(1-2×0.5×tan20°-0.52)=1253 N＜1500N 校核合格 （4）滑塊、彈頂塊、楔緊塊及定位裝置的設(shè)計，見裝配圖。 滑塊1由楔緊塊壓緊，斜導柱導向。彈頂塊由鎖塊壓緊。 5 型芯、型腔的加工工藝分析 型芯如下圖5-1所示 圖7 型芯 型芯加工工藝分析，由于型芯為方形，所以用用銑床直接粗銑、精銑至所要求尺寸。型腔如下圖5-2所示： 圖8 型腔 型腔加工工藝分析，型腔鑲塊先用數(shù)控加工中心加工好產(chǎn)品的六個成形面，產(chǎn)品成形面的中間拐彎處直接加工直到滿足模具尺寸要求，兩端承口及關(guān)料口部分應該留有車床精加工余量，因為產(chǎn)品圓度要求比較高。其他定位孔及頂針孔，都應該在加工中心一次性加工出來。 6 注射機校核 6.1注射壓力的校核 注射壓力的額定壓力Pe=172MPa，塑膠成型時所需要的壓力Po=100MPa，Pe≥kPo=125MPa，K=1.25滿足要求。 6.2鎖模力的校核 鎖模力需滿足F≥Ko×A×P A—塑件和流道凝料在分型面的射影面積（㎝2）； F—注射機額定鎖模力，XS-ZY-60型，鎖模力為300Kn； Ko—鎖模力安全系數(shù)，這里取1.1； P—型腔的平均壓力，這里取25。 投影面積計算：A≈nA+A≈1.35nA A—單個塑件在分型面上的投影面積； A—流道凝料在分型面上的投影面積； N—型腔數(shù)； A=302π-152π=2119.6㎜2≈21.2㎝2 A=1.35×21.2×2=57.24㎝2 F≥Ko×A×P=1.1×57.24×25≈1354N 滿足要求。 6.3模具厚度H與注射機閉合高度的校核 ＜H＜ —注射機允許最小模厚，200㎜； —注射機允許最大模厚，350㎜； 而這里的模具閉合高度為320㎜，因為其值在200和350之間，所以滿足要求。 6.4注射機開模行程的校核 因為所選的注射機的鎖模機構(gòu)為液壓，其開模行程由連桿機構(gòu)的最大沖程決定，與模厚無關(guān)。從模具中取出塑件所需的最小開模距離H必須小于注射機移動模板的最大行程S,即滿足下式： S≥++（5～10）㎜ S—注射機移動模板的最大行程，這里S取1100㎜； —脫模距離（頂出距離）， 這里取60㎜； —包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度， 這里取128㎜； 則++10=60+128+10=198㎜≤730㎜ 所以能滿足要求。 6.5模具安裝部分的校核 該模具的外形尺寸為360×240，因此能滿足安裝要求。 注射機噴嘴頭部一般為球面，其球面半徑R與其接觸的模具主流道始端凹球面半徑應該相適應，即=R+（1～2）㎜，在本次設(shè)計中=16㎜,R=15㎜,滿足要求。 澆口套小端直徑5.58㎜大于噴嘴孔直徑4㎜，滿足要求。 6.6頂出部分的校核 注射機最大頂出距離為320㎜，大于模具上所需要的最小頂出距離60㎜ 最后得出結(jié)論：通過校核，注射機完全滿足滿足該模具的使用要求。 6.7模具材料 型腔采用國產(chǎn)T10A，，表面熱處理硬達58~62HRC，適用于大中型精密模具，適用于長期生產(chǎn)高質(zhì)塑料模具。此鋼具有良好的可切削性及可一般拋光。型芯，澆口套、頂桿、導柱等重要配件可采用T10A和40Cr，40Cr鋼是機械制造業(yè)使用最廣泛的鋼之一，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性，熱處理硬度可達42~46HRC。鋼的淬透性良好，水淬時可淬透到Ф28～60mm,油淬時可淬透到Ф15-40mm。這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理。該鋼適于制作中型塑料模具。 總 結(jié) 通過分析塑件結(jié)構(gòu)，根據(jù)分型面的選擇原則，本模具選擇的分型面合理，能在生產(chǎn)過程中保證塑件的質(zhì)量，同時又能提高生產(chǎn)效率。導向機構(gòu)的設(shè)計能較好地實現(xiàn)模具的導向功能，是模具運動合理、完善。 通過對本模具的整體分析，本模具能較好地完成產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。型芯和型腔的設(shè)計比較合理，能夠較好地完成塑件的成型。 根據(jù)相關(guān)資料文獻、手冊，完成直角彎頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，并進行了一些尺寸的相關(guān)校核，給出了一個合理的模具結(jié)構(gòu)方案，并在此基礎(chǔ)上完成了模具總裝配圖紙。 利用Auto CAD、UG等相關(guān)軟件，完成了一些相關(guān)二維、三維圖形，使所設(shè)計的模具得以直觀顯示。選取了一些合理的工藝參數(shù)，并對所選的參數(shù)進行了校驗，根據(jù)校驗結(jié)果，返回改進工藝，最終定出了合理的工藝方案。綜上所述，本次設(shè)計具有一定的實際生產(chǎn)優(yōu)勢。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我對塑料模的設(shè)計思路、方案分析，擬定等各個環(huán)節(jié)有了較為清晰、深入的了解，拿到一個塑料制件，首先要對制件進行工藝分析，在滿足制件使用要求的前提下，為提高制件質(zhì)量、精度還可以對制件的某件的某些部位進行改進，注射模的設(shè)計步驟主要還包括：模具型腔個數(shù)的確定、分型面的選擇、型腔配置、澆道、澆口系統(tǒng)的確定、側(cè)凹處理的方式、推件裝置的確定、拉料桿型式的確定流道凝料脫落形式的確定、溫度控制方式的確定、型腔、型芯固定方式的確定、型芯抽拔方式的確定、校核、繪制主要需件工作簡圖等，在設(shè)計時要對各個方案進行權(quán)衡量，盡早彩用標準件以縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計成本，在塑料模選材的方面，我認識到塑料模所用材料與冷沖模，玻璃模等其它模具所用的材料有所不同，其選標主要按用途而定如在這副模具中，模具用于成大量生產(chǎn)，所以應具有足夠的耐磨性，并應具有良好的定模板。在設(shè)計的過程中，曾碰到了許多不夠成熟和理解的技術(shù)方面，制造方面，但經(jīng)過指導老師的悉心教導和各參考書的參閱均得到了較為圓滿的答案。由于本次畢業(yè)設(shè)計是在未曾真正接觸運用，操縱過模具的情況下僅憑書本認識和指導下完成，難免有些地方存在不足之處，還有待遇于今后在工作崗位上不斷的揣磨，積累經(jīng)驗提高設(shè)計的本領(lǐng)。 致 謝 首先感謝本人的導師韓艷艷老師，她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。韓艷艷老師淵博的知識，誠懇的為人，對學習認真態(tài)度，以及對我嚴格的要求，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！ 感謝母校——河南機電高等?？茖W校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能， 最后，我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻 [1]閻其鳳.模具設(shè)計與制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.11.1 [2]楊占堯，王高平.塑膠注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2008.7. [3]李長勝，趙敬云.Auto CAD 2008中文版實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.8. [4]寇世瑤.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2007.12. [5]馬霄.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京理工大學出版社，2008.1. [6]程芳，杜偉.機械工程材料及熱處理[M].北京：北京理工大學出版社，2008.7. ３１