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學(xué)士論文簡(jiǎn)介學(xué)士論文簡(jiǎn)介4/23/20231汽車(chē)塑料保險(xiǎn)杠注射成型汽車(chē)塑料保險(xiǎn)杠注射成型模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師:劉新民劉新民學(xué)生學(xué)生:李安邦李安邦班級(jí)班級(jí):00207434/23/20232摘要摘要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是一篇關(guān)于汽車(chē)塑料保險(xiǎn)杠注射成型模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，文中詳細(xì)的介紹了模具設(shè)計(jì)過(guò)程及其相關(guān)計(jì)算，并對(duì)大型注塑模具成型零件的受力分析進(jìn)行了初步探討。該制品外表面為裝飾面，采用熱流道注射成型、定模頂出機(jī)構(gòu)，澆口及推桿均設(shè)置在制品內(nèi)表面。設(shè)計(jì)有注射機(jī)的選擇、澆注系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、開(kāi)合模設(shè)計(jì)系統(tǒng)等組成。制品適用于昌河牌小轎車(chē)。4/23/20233 塑料制品和方案論證塑料制品和方案論證u第第1.1節(jié)節(jié) 制件介紹制件介紹 由于第一手材料的比較難以找到,該設(shè)計(jì)選了昌河小型汽車(chē)的后保險(xiǎn)杠，它安裝汽車(chē)車(chē)尾部分。其外形尺寸132015090，形狀為無(wú)蓋殼體，整個(gè)制品的平均厚度為5。u第第1.2節(jié)節(jié) 方案簡(jiǎn)介方案簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)采用熱流道注射成型，不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，本設(shè)計(jì)采用熱流道注射成型，不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也節(jié)省了原料，它是大型模具的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)中還采用了推板推桿同時(shí)也節(jié)省了原料，它是大型模具的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)中還采用了推板推桿聯(lián)合頂出可以解決大型注塑模具制品脫出困難的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中合理利用頂聯(lián)合頂出可以解決大型注塑模具制品脫出困難的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中合理利用頂柱，從而解決了大型注塑模具尺寸跨度大難以滿足成型零件的剛度要求的柱，從而解決了大型注塑模具尺寸跨度大難以滿足成型零件的剛度要求的矛盾矛盾.4/23/20234裝配圖裝配圖 4/23/20235合模動(dòng)作過(guò)程 當(dāng)開(kāi)模至一定距離后，動(dòng)模板19開(kāi)始帶動(dòng)拉板18。繼續(xù)開(kāi)模動(dòng)作則由拉板18帶動(dòng)推板17，并通過(guò)復(fù)位桿3及推桿板5帶動(dòng)推桿6與推板同時(shí)推動(dòng)制品脫離定模鑲件。合模時(shí)，推桿由復(fù)位桿復(fù)位 模具的開(kāi)4/23/20236澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) u無(wú)流道澆注系統(tǒng)：由于本設(shè)計(jì)的塑件較大且相對(duì)較薄,在會(huì)出現(xiàn)沖模不完全.所以本設(shè)計(jì)采用了熱流道.u噴嘴形式:本設(shè)計(jì)采用外熱式延伸噴嘴.加熱采用電熱線圈.4/23/20237成型零件的設(shè)計(jì)成型零件的設(shè)計(jì) u成型零件工作尺寸的計(jì)算成型零件工作尺寸的計(jì)算 大型塑料注射模具零件工作尺寸的確定，不能采用中小型模具零件的計(jì)算方法，因?yàn)槟＞咧圃旃顚?duì)中小型塑件尺寸精度影響很大，而塑料收縮率波動(dòng)值卻對(duì)大塑件（即大型模具）尺寸精度影響很大。在計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)原四機(jī)部制訂的塑件尺寸公差表和精度選用表為依據(jù)，同時(shí)考慮模具模具材料的熱膨脹率和塑件的綜合收縮率 u型腔壁厚和墊板厚度的計(jì)算型腔壁厚和墊板厚度的計(jì)算 由于模具尺寸大，在滿足強(qiáng)度要求的模具型腔在高壓作用下仍可能產(chǎn)生較大變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。故型腔壁厚和墊板厚度校核應(yīng)以剛度校核為準(zhǔn).同時(shí)在型腔和型芯墊板的中部加一些墊塊可以大大減小其 4/23/20238.u成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了加工方便，型芯采用鑲嵌組合.4/23/20239加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)u大型模具中,為了防止內(nèi)應(yīng)力變形和翹曲變形,模具冷卻必須充分.u大型模具中，如果成型距離比較長(zhǎng)，塑件壁厚，即使是低熔點(diǎn)塑料，為了防止沖模不滿，在初始注射時(shí)也應(yīng)對(duì)模具進(jìn)行加熱.4/23/202310謝謝各位老師和專(zhuān)家謝謝指導(dǎo)老師劉新民老師4/23/202311華北工學(xué)院分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前 言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是每個(gè)畢業(yè)生所必經(jīng)的一個(gè)學(xué)習(xí)階段。它是在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。其基本目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。這對(duì)于培養(yǎng)我們勇于實(shí)踐、勇于探索和開(kāi)拓創(chuàng)新的精神，提高我們分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)我們正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度都具有重要意義。
塑料是20世紀(jì)才發(fā)展起來(lái)的新材料。目前世界上塑料的體積產(chǎn)量已經(jīng)趕上鋼鐵，成為當(dāng)前人類(lèi)使用的又一大類(lèi)材料。我國(guó)的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。塑料工程通常是指塑料制造與改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品與模具設(shè)計(jì)是塑料工程中的重要部分，是塑料工業(yè)中不可少的環(huán)節(jié)。
塑料材料的密度低，比強(qiáng)度高，又具有耐腐蝕性和絕緣性。在較多的品種中，有的耐磨性能良好，有的防震、抗沖性能優(yōu)異，有的耐疲勞性能突出。因而各種塑料制品在國(guó)民日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，它的大量使用還由于它的可加工性可以用注塑、擠塑、熱成型和壓延等方法高效的生產(chǎn)各種制品；它又可經(jīng)纖維增強(qiáng)或改性，一定程度的改善制品所需的某些性能；另外塑料制品著色容易，又可多樣修飾，使它濃妝淡抹走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。塑料制品被大量使用是作結(jié)構(gòu)件，如各種電子儀表家用電器和通訊設(shè)備等的機(jī)殼、機(jī)架和機(jī)座、建筑上的塑料管道板條和門(mén)窗。汽車(chē)上的前后保險(xiǎn)杠、儀表盤(pán)和內(nèi)飾件。除此之外塑料件作為電絕緣零件，與金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體器件相輔相成。近年來(lái)透明塑料制品，從鏡片、光盤(pán)到照明燈具，又拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域。
對(duì)于一件塑料件只有通過(guò)正確的制品設(shè)計(jì)，才能步入國(guó)民經(jīng)濟(jì)以至尖端技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。因而在塑料制件的生產(chǎn)中我們工程技術(shù)人員必須熟悉制品設(shè)計(jì)和有關(guān)理論、方法，結(jié)構(gòu)和造型。
塑料材料的粘彈性、強(qiáng)度和剛度，以及它的特殊的失效形式、使用壽命和可靠性設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)。另外塑料材料的機(jī)加工，模具的冷卻系統(tǒng)、模具精度，以及塑料件精度的取決因素和塑料件加工時(shí)的熔體流動(dòng)或軟化變形的可行性也是如今塑料制品設(shè)計(jì)上的技術(shù)難點(diǎn)。
如今塑料件成型模具的生產(chǎn)效率不斷提高，注塑成型的熱流道模具已普遍采用，各種自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)已相當(dāng)成熟，模具的冷卻系統(tǒng)的冷卻效率得到充分的利用。再者，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的使用顯著提高了塑料模具設(shè)計(jì)和制造的效率和質(zhì)量，有效地縮短了模具設(shè)計(jì)制造周期。繼CAD和CAM技術(shù)成功地在模具設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)用后，此項(xiàng)技術(shù)向縱深方向發(fā)展。另外計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）也將成為塑料模具設(shè)計(jì)中一種重要的輔助軟件。
第一章 塑料制品和方案論證
第1.1節(jié) 制件介紹
圖1.1中所示為汽車(chē)保險(xiǎn)杠簡(jiǎn)圖
圖1.1
該保險(xiǎn)杠塑料制品用于昌河小型汽車(chē)，它安裝汽車(chē)車(chē)尾部分。其外形尺寸1320×150×90，形狀為無(wú)蓋殼體，整個(gè)制品的平均厚度為5㎜。
保險(xiǎn)杠選用PP塑料成型，PP塑料具有質(zhì)輕、原料來(lái)源豐富、性能/價(jià)格比優(yōu)越、易于成型、易于回收等特點(diǎn)，因而用途十分廣泛。但是均聚PP抗沖擊性能、低溫韌性、耐老化和尺寸穩(wěn)定比較較差，難以滿足汽車(chē)制件強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均衡的要求。因此在汽車(chē)制件中普遍使用的是改性的PP料，其中PP/EPDM ，共混改性料就是最常用的一種。本設(shè)計(jì)選擇了DSM公司的PP/EPDM，牌號(hào)為IP2401/1，其主要加工性能如表1所示。
表1 PP/EPDM的主要加工性能
頂出溫度/℃
最低加工溫度/℃
最高加工溫度/℃
最低模溫/℃
最高模溫/℃
最大剪切速率/
90
220
260
40
60
24000
第1.2節(jié) 方案論證
本設(shè)計(jì)采用熱流道注射成型，不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也節(jié)省了原料，它是大型模具的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)中還采用了推板推桿聯(lián)合頂出可以解決大型注塑模具制品脫出困難的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中合理利用頂柱，從而解決了大型注塑模具尺寸跨度大難以滿足成型零件的剛度要求的矛盾。
當(dāng)開(kāi)模至一定距離后，動(dòng)模板開(kāi)始帶動(dòng)拉板。繼續(xù)開(kāi)模動(dòng)作則由拉板帶動(dòng)推板，并通過(guò)復(fù)位桿及推桿板帶動(dòng)推桿與推板同時(shí)推動(dòng)制品脫離定模鑲件。合模時(shí)，推桿由復(fù)位桿復(fù)位。
1.模具主要參數(shù)確定：
收縮率：本保險(xiǎn)杠所選用的塑料原材料是化工研究院研制的PP改性材料，其收縮率為1.2%，設(shè)計(jì)時(shí)各項(xiàng)收縮率定為：徑向方向?yàn)?.18%，橫向方向定為1.28%，豎向方向定為1.2%。
2.模具材料的選用：型腔用Cr12，，該鋼韌性差，可用于載荷大的大型模具，型芯采用40Cr，頂板、墊板選用45#鋼，導(dǎo)柱、導(dǎo)套選用T8A、T10A淬火，頂桿用T8A，模腳選用A3，熱流道主體選用55#碳鋼調(diào)質(zhì)，噴嘴采用60Si2Mn高頻淬火。
第二章 有關(guān)注射機(jī)參數(shù)的校核
第1節(jié) 最大注射量的校核
大型塑料制品中所用注射成型機(jī)都是螺桿式，其最大注射能力通常以螺桿在料筒內(nèi)的最大推進(jìn)容積表示。
成型所需要的注射總量應(yīng)小于所選注射機(jī)最大注射量的80%：即
G1×80%＞m總質(zhì)量 （2-1）
式中 G1——注射機(jī)的最大注射量
m總質(zhì)量——塑料件加澆注系統(tǒng)凝料的總質(zhì)量
經(jīng)計(jì)算m總質(zhì)量大約為2400cm3，所以可以選用公稱(chēng)注射容量為4000cmX S—ZY—4000型注射機(jī)。
PP為非極性的結(jié)晶性高聚物，吸水率低，約為0.03%～0.04%，注射時(shí)一般不需干燥。PP粘度適中，流動(dòng)性好，設(shè)定料溫在220～260℃之間，模溫在60℃左右，用于成型生產(chǎn)的注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表2所示
表2
型號(hào)
XS—ZY—4000
公稱(chēng)注射容量∕cm
4000
螺桿直徑∕㎜
130
注射壓力/MPa
106
注射行程∕㎜
370
合模力∕MN
10.0
S∕cm
3800
動(dòng)模行程L∕㎜
1100
模厚h/㎜
1000
拉桿開(kāi)距∕㎜
1050×950
模板開(kāi)距∕㎜
2100
頂出形式
中心液壓頂出，兩側(cè)頂桿頂出
產(chǎn)地
上海
第2節(jié) 注射壓力的校核
在選擇注射機(jī)注射壓力時(shí)應(yīng)選擇大于制品注射成型壓力的注射壓力。經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)本設(shè)計(jì)選擇的DSM公司的PP/EPDM的注射成型壓力約為85MPa，雖然本設(shè)計(jì)的制品件為薄壁制件，但是具有106MPa注射壓力的XS—ZY—4000型注射機(jī)是可以滿足要求的。
第3節(jié) 鎖模力的校核
塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔內(nèi)熔料的壓力之積，稱(chēng)為鎖模力。所選注射機(jī)的鎖模力應(yīng)大于模具所需的鎖模力，否則，模具在分型面容易被高壓熔融塑料所漲開(kāi)。由上述得鎖模力計(jì)算公式如下：
F機(jī)＞PA （2-2）
式中 F機(jī)——注射機(jī)的鎖模力
P——模具型腔內(nèi)的熔料壓力
A——塑料件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和
模具型腔內(nèi)的壓力P一般取20～50MPa。
經(jīng)計(jì)算A≈0.198m2,則模具所需的鎖模力為3.96MN～9.9MN，所以上面所選的注射機(jī)符合要求。
第4節(jié) 開(kāi)模行程的校核
單分型面注射模具所需的開(kāi)模行程
S≥h1+h2+(5～10)mm (2-3)
式中 h1——頂出距離（或型芯高度）
h2——塑件加料把總高度
S——開(kāi)模行程。
本設(shè)計(jì)中的模具開(kāi)模行程不足2000mm,遠(yuǎn)小于所選注射機(jī)的1100mm.
第三章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)特征與外觀要求，模具的結(jié)構(gòu)類(lèi)型應(yīng)采用多點(diǎn)澆口的三板式注射模或熱流道模具?，F(xiàn)采用熱流道注射成型，定模頂出機(jī)構(gòu)，澆口及推桿均設(shè)置在制品內(nèi)表面。模具如圖3-1所示
圖3-1
無(wú)流道系統(tǒng)，這項(xiàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)乃是注射模具的一次重大改革。它的應(yīng)用不僅縮短了成型周期、提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也節(jié)省了原料。在大型模具設(shè)計(jì)中，無(wú)流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用愈來(lái)愈廣，特別是熱流道模具，它是大型模具的設(shè)計(jì)方向[1]。具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：
⑴ 縮短成型周期，一般可達(dá)30%～40%。
⑵ 避免回收大量回頭料，從而節(jié)省原料，降低成本。
⑶ 由于嚴(yán)格控制溫度，因此提高了制品質(zhì)量，保證了制品的尺寸精度和強(qiáng)度。
⑷ 熱流道有利于壓力傳遞，從而可降低注射壓力。
⑸ 縮短開(kāi)模行程，有利于保護(hù)模具，延長(zhǎng)模具使用壽命。
⑹ 無(wú)需修剪料把，節(jié)省工時(shí)和人力。
⑺ 縮短制模周期，制品成本降低，在一般情況下生產(chǎn)成本降低16%
下面就熱流道澆注系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述如下：
(1).噴嘴形式：本設(shè)計(jì)采用外熱式延伸噴嘴。
(2).澆注系統(tǒng)斷面尺寸：經(jīng)計(jì)算得到保險(xiǎn)杠的體積約為2400cm3由使用的注射機(jī)的公稱(chēng)注射了量Vmax=4000cm3，注射時(shí)間t=15秒，PP的體積流量qv為
qv== （3-1）
由《塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)》上的圖3-34γ-qv-Rn關(guān)系曲線查得主流道
的當(dāng)量半徑Rn=3.7㎜（取γ=5.0×105s-1時(shí)，故主流道大端直徑D2=10㎜，小端直徑D1=8㎜，點(diǎn)澆口直徑d=2㎜。
（3）型腔壓力的估算。PP/EPDM的注射壓力pi為110～140Mpa，取pi=125Mpa則型腔壓力pM=kpi=0.4×125 Mpa=50 Mpa
第四章 加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
第1節(jié) 綜述
模具溫度調(diào)節(jié)有兩個(gè)目的：一是提高成型率，二是提高制品的質(zhì)量。注射成型時(shí)，對(duì)多數(shù)塑料來(lái)說(shuō)，是把200℃左右的塑料熔體注入模腔內(nèi)，固化后當(dāng)摩溫降低到50～60℃時(shí)取出制品。這個(gè)溫差若調(diào)節(jié)不好，不但影響熔料沖模，且易使制品翹曲變形和開(kāi)裂。模具內(nèi)快速冷卻定型，是縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率的重要措施。
加熱是調(diào)節(jié)模具溫度的一個(gè)方面。為了保持一定的注射溫度，應(yīng)對(duì)模具進(jìn)行加熱。大型模具中，如果成型距離比較長(zhǎng)，塑件壁厚，即使是低熔點(diǎn)塑料，為了防止沖模不滿，在初始注射時(shí)也應(yīng)對(duì)模具進(jìn)行加熱。
在模具內(nèi)設(shè)置冷卻系統(tǒng)是控制模具溫度的有效措施。為了縮短制品模制周期，總是希望模具溫度低一些，但是模溫太低會(huì)使塑件產(chǎn)生料流跡，熔接縫線（或熔接不牢），強(qiáng)度差和嚴(yán)重缺料等問(wèn)題。模溫過(guò)高，雖然熔料流動(dòng)性好，制品表面粗糙度小，力學(xué)性能好，但卻發(fā)生大的收縮，成型周期長(zhǎng)并產(chǎn)生縮孔。因此，模具應(yīng)保持一定的模溫，這樣就必須靠模具的加熱、冷卻系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。
第2節(jié) 模具冷卻分析
塑料注射模具的冷卻劑常用壓縮空氣、水和冷凍水，但其溫度不宜過(guò)低導(dǎo)致冷卻效率降低，一般選在10℃適宜。
對(duì)于大型模具最好以自來(lái)水冷卻，有條件時(shí)可用深井水冷卻，這樣較為經(jīng)濟(jì)。水在模具通道中的流速應(yīng)盡可能高一些。就流動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，湍流比層流好。在湍流條件下，熱傳遞速率高于層流10~20倍。因?yàn)椴艑恿髦欣鋮s水以平行于冷卻通道壁的諸同心層運(yùn)動(dòng)，從而妨礙了模具向冷卻水散熱過(guò)程的進(jìn)行。然而一旦達(dá)到湍流狀態(tài)，再增加冷卻水在管內(nèi)的流速，其傳熱速率并無(wú)明顯提高。
第3節(jié) 冷卻系統(tǒng)的分析計(jì)算
由產(chǎn)品圖得知，制品厚度為5mm，查表3-79[2]，得到制品在模內(nèi)冷卻時(shí)間tc為57.5s。由于該制品開(kāi)模時(shí)無(wú)法自動(dòng)墜落，須由手工取出。設(shè)開(kāi)模取出制品的時(shí)間為15s，再加上注射時(shí)間15s，開(kāi)模時(shí)間6.5s，閉模時(shí)間6s，故制品的成型周期T=100s
PP/EPDM帶入型腔內(nèi)的總熱量Qin：
Qin=nGq (4-1)
n=
查表3-78[2]得q=586J/g
G=(2400×0.904)g=2169.6g
則 Qin=nGq=（36×2169.6×586）J/h
=46339473.6 J/h≈46339KJ/h
(1)模具表面空氣對(duì)流所散去的熱量Q1。
Q1=h1A1(TMV－Tr) (4-2)
式中 Q1——單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)自然對(duì)流散發(fā)到空氣中的模具熱量，單位為KJ/h；
h1——自然對(duì)流時(shí)的傳熱系數(shù)，單位為W/（㎡.K）；
A1——能夠發(fā)生自然對(duì)流的模具表面積，單位為㎡；
TMV——模具整體的平均溫度，單位為℃；
Tr——室溫，單位為℃。
計(jì)算得： Q1=2846KJ/h
(2)模具表面輻射到空氣中的熱量Q2
Q2=20.8AMC （4-3）
式中 AMC——模具四周與空氣接觸的側(cè)表面面積，單位為㎡；
——輻射率。
計(jì)算得： Q2=169 KJ/h
（3）模具傳給注射機(jī)的熱量Q3。
Q3=h3A2(TMV－Tr) （4-4）
式中 Q3——單位時(shí)間內(nèi)模具傳給動(dòng)、定模固定板的熱量，單位為KJ/h
A2——?jiǎng)幽Ｗ投Ｗc注射機(jī)動(dòng)、定模固定板的接觸面積，單位為㎡
計(jì)算得： Q3=21KJ/h
（4）冷卻水傳出的熱量Q4。
Q4=Qin－(Q1+Q2＋Q3) （4-5）
計(jì)算得： Q4=43303KJ/h
這些熱量應(yīng)由凹模和型芯冷卻系統(tǒng)帶走?？紤]到型芯儲(chǔ)存的熱量多，且散熱條件差，故須強(qiáng)化冷卻，采用式（3-67）[2]的分配方案，則凹模冷卻系統(tǒng)應(yīng)帶走的熱量
Q4凹模為
Q4凹模=0.4Q4=17321.2KJ/h
型芯冷卻系統(tǒng)應(yīng)帶走的熱量Q4凸為
Q4凸=25981.8KJ/h
（5）凹模冷卻系統(tǒng)計(jì)算。設(shè)型腔最高溫度為60℃，最低溫度55℃，則型腔平均溫度為57.5℃。
①凹模所需冷卻水流量qv凹。設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為25℃，由凹模冷卻水管帶走的熱量Q4凹將使水溫上升。由式
qv凹= （4-6）
計(jì)算得 qv凹==m3/min
=0.0138 m3/min
②凹模冷卻水管直徑d凹及流速v凹。由qv凹查表得 d凹=25mm，最低速度
v凹==
③冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱系數(shù)α。冷卻水平均溫度為22.5℃，查表得，取f=6.47，再由下式
kJ/(㎡.h.℃)
=7765 kJ/(㎡.h.℃)
④冷卻管道總傳熱面積A凹。
A凹=㎡=0.063㎡
該模具設(shè)計(jì)中，凹模冷卻水總傳熱面積遠(yuǎn)大于0.063㎡，滿足要求?？梢钥紤]間歇式供水。
⑤所需凹模水道長(zhǎng)度
L凹===0.81m
⑥流動(dòng)狀態(tài)校核。
（4-7）
式中 Re——雷諾數(shù)；
——運(yùn)動(dòng)粘度。
故 Re==11725﹥10000
紊流，冷卻回路具有良好的冷卻效果。
（6）型芯冷卻系統(tǒng)計(jì)算
① 型芯所需冷卻水流量qv凸、管徑d凸及流速v凸?？紤]到型芯成型面應(yīng)具有型腔相同的平均溫度，仍取為57.5℃，冷卻水進(jìn)口溫度仍為20℃，出口溫度取為27℃，則冷卻水平均溫度仍為23.5℃。欲從型芯中帶走25981.8KJ/h的熱量，所需冷卻水的體積流量為
=0.015
查表得水管直徑為20mm
最低流速=0.796m/s
② 冷卻水管面積
③所需脫模水道長(zhǎng)度
實(shí)際設(shè)計(jì)3m,完全滿足要求。
第4節(jié) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。冷卻不均勻，會(huì)使制件翹曲變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、開(kāi)裂等。同時(shí)也影響塑件的成型周期，因而設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)在整個(gè)塑料模具設(shè)計(jì)中占有較為重要的作用。在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
（1）冷卻水孔數(shù)量多、尺寸大、間距小，冷卻效果好。
（2）水孔排列盡可能按型腔形狀排列，離型腔的距離視制件的壁厚情況而定。
（3）熱量聚集的地方加強(qiáng)冷卻（塑件壁厚處和熱澆口處）。
（4）降低入口和出口的水溫差，這樣就要求流程盡可能短而不要太長(zhǎng)。
（5）在產(chǎn)生熔接痕處避免冷卻過(guò)度，以免影響熔接牢度。
（6）一般情況下，水孔的直徑不得過(guò)小，在8～12㎜之間選取較好。
本設(shè)計(jì)采用如圖4-1所示的貫通式水道，同時(shí)進(jìn)行型腔和型芯的冷卻，水孔的布置按制件形狀而排列，這種冷卻在大型模具中較為合適。
圖4-1
第5節(jié) 加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的加熱系統(tǒng)分為兩部分：一是過(guò)長(zhǎng)噴嘴部分用電熱線圈加熱；二是成型零件部分開(kāi)機(jī)前的預(yù)熱——用熱水和過(guò)熱水加熱。
電熱線圈加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，清潔衛(wèi)生，傳熱好，為要求模溫較高的大型塑料注射模所采用。但有局部過(guò)熱的缺點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中的冷卻水孔同時(shí)可作為開(kāi)機(jī)前的預(yù)熱水道。
第五章 成型零件的設(shè)計(jì)
第1節(jié) 成型零件工作尺寸的計(jì)算
大型塑料注射模具零件工作尺寸的確定，不能采用中小型模具零件的計(jì)算方法，因?yàn)槟＞咧圃旃顚?duì)中小型塑件尺寸精度影響很大，而塑料收縮率波動(dòng)值卻對(duì)大塑件（即大型模具）尺寸精度影響很大。在計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)原四機(jī)部制訂的塑件尺寸公差表和精度選用表為依據(jù)，同時(shí)考慮模具模具材料的熱膨脹率和塑件的綜合收縮率
綜合收縮率SQ=S－Q
其中S是塑料的收縮率
Q是模具成型零件材料的熱膨脹率
Q=α（T－T1）×100% （5-1）
式中 α—— 金屬材料膨脹系數(shù)（℃－1）
T——模具成型零件的加工溫度（℃）
T——模具常溫（℃）
查表得PP/EPDM的收縮率為S=1.0～2.5% =1.75%
Q=α（T－T1）×100%=12.8×10－6×（240－60）×100%=0.2304%
SQ=S－Q=1.75%－0.2304%=1.5196%
模具使用到額定壽命一半時(shí)的平均尺寸LMCP=LSCP＋LSCPSQ
5.1.1對(duì)型腔內(nèi)徑來(lái)說(shuō)
LMCP=LM＋ （5-2）
即： LM= LMCP－（） （5-3）
減去修模余量，再標(biāo)上制造公差，得：
LM= （5-4）
令，于是上式變?yōu)椋?
（5-5）
其中 LM為模具的單向公差名義尺寸
——模具成型零件的總磨損值
——模具成型零件的制造公差
——塑件制造總公差
對(duì)于大型制件，如果維持制造公差=，則加工精度低，而且隨著制件尺寸變大加工精度愈來(lái)愈低，因此大型制件的模具應(yīng)取＜。
所以型腔的長(zhǎng)度方向可以取=，查表得=4.5mm =0.45 mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=1320+1320×1.5196%=1340.06
==1339.61+0.45
型腔的寬度方向，查表得 =1.02mm
==0.20mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=150+150×1.5196%=152.28 mm
==152.08+0.20
5.1.2 對(duì)型芯外徑尺寸來(lái)說(shuō)
即： LM= LMCP+ （5-6）
考慮上修模余量，再標(biāo)上制造公差
令，于是上式變?yōu)椋?LM=
所以型芯的長(zhǎng)度方向可以取=，
查表得=4.5mm
=0.45 mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=1310+1310×1.5196%=1329.91
LM===1330.36-0.45
型芯的寬度方向，查表得=1.02mm
==0.20mm
LMCP=LSCP＋LSCPSQ=140+140×1.5196%=142.13 mm
LM==（142.13+0.20）-0.20=142.33-0.20
5.1.3型腔深度的計(jì)算
HMCP=HSCP+HSCPSQ=90+90×1.5196%=91.37mm
查表得：=0.64
取==0.128mm
HM==（91.37－0.064）+0.128=91.30+0.128
5.1.4型芯高度的計(jì)算
hMCP=hSCP+hSCPSQ=85+85×1.5196%=86.29mm
查表得=0.64 取==0.128mm
hM=(hMCP+)=(86.29+0.064)-0.128=86.35-0.128
第2節(jié) 型腔壁厚和墊板厚度的計(jì)算
5.2.1凹模型腔側(cè)壁厚的計(jì)算
本模具采用整體式矩形凹模型腔，其長(zhǎng)邊側(cè)壁厚度依據(jù)下公式計(jì)算
tc= （5-7）
其中——模腔壓力，單位為MPa
E——材料的彈性模量，單位為MPa
——成型零部件的許用變形量
h——凹模型腔的深度
由前面的計(jì)算可知，h=90mm
=50MPa
查表得E=2.1×105 MPa
PP的允許變形量，查表可取=0.03 mm
當(dāng)L/h=1320/90=14.67時(shí)
c=3L4/(2L4+96h4)=1.5
tc===92mm
考慮到凹模的側(cè)壁上開(kāi)有4個(gè)直徑為130mm的導(dǎo)套孔，故取凹模側(cè)壁厚為340mm再考慮到模具結(jié)構(gòu)，最后型腔壁厚都取約400mm。
5.2.2型腔底板厚度的計(jì)算
允許形變量=0.03mm時(shí)，按剛度計(jì)算
（5-8）
式中 c|-------常數(shù)
由底板內(nèi)壁邊長(zhǎng)之比L/b而定。
當(dāng)L/b=1320/150=8.8時(shí)
c|=3L4/(2L4+96b4)=1.4
==177mm
第3節(jié) 分型面的確定
在大型塑料注射模具中，分型面的選擇對(duì)模具的使用壽命、塑件尺寸精度、外觀質(zhì)量及是否脫模等有很大影響。開(kāi)設(shè)分型面時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）設(shè)計(jì)在不引人注目的位置或塑件斷面最大尺寸處。
（2）不能設(shè)在有凹坑和圓滑轉(zhuǎn)角處，應(yīng)設(shè)在加工容易及便于處理、但又不影響美觀處。
（3）設(shè)計(jì)時(shí)澆口位置的選擇及加工問(wèn)題。
但實(shí)際大型模具分型面時(shí)應(yīng)考慮熔料充模的不均勻性而引起的側(cè)向壓力，它會(huì)造成凸凹模不不同心
本設(shè)計(jì)中模具的分型面在推板與動(dòng)模型腔之間。推板做成圓倒角的階梯狀，可以兼起到合模導(dǎo)向及定位作用。
為了加工方便，型芯采用鑲嵌組合。同時(shí)在水道的周?chē)恿嗣芊庋b置。
第六章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中所選用的導(dǎo)柱如圖6-1所示
圖6-1
為了延長(zhǎng)模具的使用壽命，在導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)中設(shè)置了兩個(gè)油槽，以促進(jìn)潤(rùn)滑和積存灰垢。
在設(shè)計(jì)中，選用了與導(dǎo)柱配套的導(dǎo)套。
四組導(dǎo)柱、導(dǎo)套分別裝在模具的四周。
根據(jù)模具尺寸選用的導(dǎo)柱工作部分的直徑為96。
第七章 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中采用的是推板和推桿聯(lián)合頂出制品，當(dāng)開(kāi)模至一定距離后，動(dòng)模板開(kāi)始帶動(dòng)拉板。繼續(xù)開(kāi)模動(dòng)作則由拉板帶動(dòng)推板，并通過(guò)復(fù)位桿及推桿板帶動(dòng)推桿與推板同時(shí)推動(dòng)制品脫離定模鑲件。合模時(shí)，推桿由復(fù)位桿復(fù)位。此種定模頂出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，應(yīng)用較廣。
其中，推桿和定模部分的配合為間隙配合，8根推桿間隙還具有一定的排氣的效果外。
為了防止推板劃傷型芯，推板和型芯之間應(yīng).留有0.20mm的間隙（也具有一定排氣效果，與推桿間隙、熔體流動(dòng)末端的型芯上的排氣槽共同組成了模具的排氣系統(tǒng)），同時(shí)推板與型芯的接觸部分應(yīng)與開(kāi)模方向成5～10。。
由于推出板重量較大，單靠幾根推桿和復(fù)位桿承擔(dān)是遠(yuǎn)不夠的，所以在設(shè)計(jì)中專(zhuān)門(mén)為其設(shè)計(jì)了四組導(dǎo)柱、導(dǎo)套以保證推出機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
附：大型塑料注射模具設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
1、 由于模具尺寸大，在滿足強(qiáng)度要求的模具型腔在高壓作用下仍可能產(chǎn)生較大變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。故型腔校核應(yīng)以剛度校核為準(zhǔn)。
2、 在大型模具中為了機(jī)械加工、研磨、拋光和熱處理的方便，成型零件一般使用組合式結(jié)構(gòu)。
3、 對(duì)脫模機(jī)構(gòu)要求高。
4、 對(duì)型腔排氣系統(tǒng)也不同于小型模具。
5、 需設(shè)置加熱和冷卻系統(tǒng)。
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結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益非淺，這是我走上工作崗位之前的一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我培養(yǎng)了綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本能力，也使自己在各方面得到了鍛煉。同時(shí)，通過(guò)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也深深的認(rèn)識(shí)大哦，要想成為一名工程師，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，理論與實(shí)踐還有很大的距離，這就必然的督促我在以后的工作中，緊密地聯(lián)系實(shí)際情況，從而充實(shí)自己，真正將大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐融合在一起。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中我查閱了許多圖書(shū)，翻閱了許多資料，請(qǐng)教了許多老師同學(xué)，盡量使自己的設(shè)計(jì)在理論上沒(méi)有大的漏洞。但由于沒(méi)有在生產(chǎn)第一線的實(shí)踐，因此在一些方面難免會(huì)脫離實(shí)際。
盡管畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間短促，但是它給我很大的感觸，從中我認(rèn)識(shí)到了自己的不足，也意識(shí)到了自己缺少的是什么，不是理論，而是社會(huì)實(shí)踐。同時(shí)，任何設(shè)計(jì)只有集思廣益，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際情況，才能使其盡可能地合理、經(jīng)濟(jì)、可行。
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)生的必修課，通過(guò)設(shè)計(jì)能更好的把我們所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中去，也能使加深我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，拓寬我們的知識(shí)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)我們的創(chuàng)新意識(shí)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中承蒙圖書(shū)館工作人員相助，得以翻閱大量的相關(guān)資料，針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，幸蒙指導(dǎo)老師劉新民，在百忙之中給予及時(shí)解答與虛心指導(dǎo)，才使本設(shè)計(jì)能按時(shí)完成，在此深表感謝！
同時(shí)本班諸多同學(xué)也對(duì)本設(shè)計(jì)提出了很多寶貴意見(jiàn)和建議，在此向他們表示感謝！
由于本人理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所限，本設(shè)計(jì)存在許多不妥之處，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)批評(píng)指正。
24
目 錄
前言………………………………………………………………………………………1
第一章塑料制品和方案論證……………………………………………………………3
第1.1節(jié)制件介紹…………………………………………………………………………3
第1.2節(jié)方案論證…………………………………………………………………………4
第二章有關(guān)注射機(jī)參數(shù)的校核…………………………………………………………5
第1節(jié)最大注射量的校核……………………………………………………………5
第2節(jié)注射壓力的校核………………………………………………………………6
第3節(jié)鎖模力的校核……………………………………………………………………6
第4節(jié)開(kāi)模行程的校核………………………………………………………………6
第三章澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………7
第四章加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………9
第1節(jié)綜述……………………………………………………………………………9
第2節(jié)模具冷卻分析……………………………………………………………………9
第3節(jié)冷卻系統(tǒng)的分析計(jì)算……………………………………………………………9
第4節(jié)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………12
第5節(jié)加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………13
第五章成型零件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………14
第1節(jié)成型零件工作尺寸的計(jì)算……………………………………………………14
第2節(jié)型腔壁厚和墊板厚度的計(jì)算…………………………………………………16
第3節(jié)分型面的確定…………………………………………………………………17
第六章合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………19
第七章脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………20
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………21
結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………………23
致謝………………………………………………………………………………………24