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課程設(shè)計說明書 題 目 骨架注塑模設(shè)計（2組） 院 、 系： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 1201012 學(xué) 號： 13 學(xué)生姓名： 李顯祺 指導(dǎo)教師： 彭志平 完成時間： 2015.12.18 目錄 前言2 1.塑料分析………………………………………………………………………4 1.1 塑料工藝性分析……………………………………………………………4 1.2 塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸精度及表面質(zhì)量分析…………………………………5 1.3 確定塑件生產(chǎn)批量…………………………………………………………5 1.4 塑件的體積和重量…………………………………………………………5 2. 模具設(shè)計有關(guān)計算……………………………………………………………6 2.1 成型零件工作尺寸計算……………………………………………………6 2.2 側(cè)壁厚度計算………………………………………………………………7 3. 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………8 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………………8 3.2 模具大體設(shè)計方案…………………………………………………………12 3.3 塑件脫模機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………12 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………14 3.5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………………17 3.6 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計………………………………………………………17 3.7 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用……………………………………………………………20 3.8 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………21 4. 初選注塑機…………………………………………………………………21 5. 注塑機的校核………………………………………………………………22 6. 設(shè)計小結(jié)……………………………………………………………………24 參考文獻…………………………………………………………………………25 前言 模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，具有廣闊的市場前景。目前全世界的模具年產(chǎn)值在650億美元左右，我國的模具年產(chǎn)值為40億美元左右，據(jù)估計到2005年我國模具產(chǎn)值將達到460億人民幣。目前我國一般模具的30%，中高檔模具的一半以上還依賴進口（其中注塑模占有很大的比例）。由此可見，模具（特別是注塑模具）制造業(yè)的落后在某種程度上已經(jīng)成為阻滯我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸所在。開發(fā)和引進先進制造技術(shù)是改變我國注塑模具制造業(yè)相對落后和市場需求快速增長的重要途徑。 　　先進制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭力的制造技術(shù)的總稱。先進制造業(yè)正在急劇地改變著傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式，注塑模具制造業(yè)也不例外。 注射成型技術(shù)作為塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，注塑制品約占整個塑料制品的20%~30%，而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。但隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，不同的領(lǐng)域?qū)λ芰现破返拈_頭精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了許多特殊的新興注塑成型技術(shù)，如低壓注射成型、熔芯射擊成型、裝配注射成型、磁場定向注射成型、單色多模注射成型、氣體輔助注射成型、薄殼注射成型技術(shù)等。因些必須改變注塑模具的設(shè)計和制造體系，才能夠滿足成型要求。 另外，隨著微機電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)生命線的進展，微細(xì)型注塑模具設(shè)計與制造技術(shù)的研究近年來得到了人們的重視，隨著MEMS產(chǎn)業(yè)化的進程，微注塑成型技術(shù)有著巨大的潛力和發(fā)展空間。微型注塑成型通常用于醫(yī)療、電信、計算機、電氣等領(lǐng)域，醫(yī)療和電子器械越來越小型化，因此對人們希望制件可以做得越來越小。微型注塑成型有許多優(yōu)點，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大大的降低，研究適合微型注塑模具和微型注塑機的成型理論和制造方法，尋找和研制適合微型塑料制件生產(chǎn)的塑料原料，以及開發(fā)相應(yīng)的檢測儀器設(shè)備，已經(jīng)成為目前國內(nèi)外的研究熱點。 CAD/CAM技術(shù)給企業(yè)帶來了全面的、根本的變革,使傳統(tǒng)的企業(yè)設(shè)計與制造發(fā)生了質(zhì)的飛躍,在全國范圍內(nèi)受到普遍重視和廣泛應(yīng)用。企業(yè)要想進一步跟上時代步伐,CAD/CAM必須要把握好正確的發(fā)展方向。 在CAD/CAM軟件的選用上,堅持高、中、低并存。高檔CAD/CAM軟件實現(xiàn)了CAD、CAE(計算機輔助工程分析)、CAPP(計算機輔助工藝過程設(shè)計)、CAM、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)和PPC(生產(chǎn)計劃與控制)等技術(shù)的高度集成,能實現(xiàn)設(shè)計制造及生產(chǎn)管理的一體化。這類高檔的CAD/CAM軟件,典型的有Pro/Engineer、CATIA等國外開發(fā)的軟件。中、低檔CAD/CAM軟件只具備部分功能,但是由于成本低、實用性強,易學(xué)易用,所以大部分企業(yè)都具備應(yīng)用條件。 加大創(chuàng)新力度,不斷開發(fā)具有特色的CAD/CAM軟件。開發(fā)CAD/CAM軟件的目的應(yīng)用CAD/CAM技術(shù),科研單位不僅要緊跟時代潮流,加快CAD/CAM軟件的二次開發(fā)步伐,同時要結(jié)合國情、遵守各國規(guī)范,面向國內(nèi)企業(yè)發(fā)展的需要,加大創(chuàng)新力度。 1.塑料分析 1.1塑料工藝性分析 ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，廣泛應(yīng)用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。英文名為acrylonitrile–butadiene–styrene copolymer,簡稱ABS。 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成，收縮率為0.3%~0.8% 。ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤。從使用性能上看，該塑料具有極好的抗沖擊強度，有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。從成型性能上看，該塑料在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，故塑件上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60℃，而在強調(diào)塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在60~80℃。 圖1 骨架塑件尺寸 1.2、塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸精度及表面質(zhì)量分析 1.2.1、結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為空心四方體，在一個長寬為20高為21的四方體中間有一個長寬為10.6的四方孔和一個長寬為40高為6的臺階，然后留壁厚為5。該塑件有凹槽，因此，模具設(shè)計時必須設(shè)置側(cè)向分型抽心機構(gòu)，該零件屬于中等復(fù)雜程度。 1.2.2、尺寸精度分析 該塑件所有尺寸的精度為IT4級，對塑件的尺寸精度要求不高，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。 從塑件的壁厚上來看，該塑件的所有壁厚均勻，都為5左右，有利于塑件的成型。 1.2.3、表面質(zhì)量分析 對該塑件表面沒有什么要求，故比較容易實現(xiàn)。 綜合以上分析，注射時在工藝參數(shù)控制的好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。 1.3、確定塑件生產(chǎn)批量 該塑件要求大批量生產(chǎn)。 1.4、塑件的體積和重量 本塑件利用UG軟件可計算出體積 V=18388㎝3 ABS的密度 故塑件質(zhì)量M=ρV=19.3g 假設(shè)流道所占質(zhì)量為10g，而注塑模為一模兩腔。 故總質(zhì)量M總=19.32+10=48.6g 2.模具設(shè)計有關(guān)計算 整體式型腔是直接在型腔板上加工，有較高的強度和剛度。但零件尺寸較大時加工和熱處理都較困難。整體式型芯結(jié)構(gòu)牢固，成型塑件質(zhì)量好，但尺寸較大，消耗貴重模具鋼多，不便加工和熱處理。整體式結(jié)構(gòu)適用于形狀簡單的中小型塑件。 組合式型腔是由許多拼塊鑲制而成，機械加工和熱處理比較容易，能滿足大型塑件的成型需要。組合式型芯可節(jié)省貴重模具鋼，便于機械加工和熱處理，修理更換方便。同時也有利于型芯冷卻和排氣的實施。 由于該塑件尺寸較大，且形狀復(fù)雜。若采用整體式型腔，加工和熱處理都較困難。 故該模具采用相拼式。 塑件較小，所以按平均收縮率計算成型尺寸，平均收縮率ε=0.6% 2.1成型零件工作尺寸計算 2.1.1 型腔徑向尺寸 （1） Lp=40mm 型腔平均尺寸Lmcp=Lpcp+εLpcp+ε2Lpcp 塑件平均尺寸Lpcp=40-0.62=39.7 mm 故Lmcp=39.7+0.00639.7+0.006239.7=39.94 mm 模具型腔按IT10級精度制造，制造偏差δm=0.10 mm 所需尺寸Lm=Lmcp-δm0+δm=39.94-0.10+0.10=39.840+0.10 （2） Lp=20mm 型腔平均尺寸Lmcp=Lpcp+εLpcp+ε2Lpcp 塑件平均尺寸Lpcp=20-0.52=19.75mm 故Lmcp=19.75+0.00619.75+0.006219.75=19.87 mm 模具型腔按IT10級精度制造，制造偏差δm=0.084 mm 所需尺寸Lm=Lmcp-δm0+δm=19.75-0.0840+0.084=19.7860+0,084 2.1.2 型芯徑向尺寸 Lp=10.6mm 型芯平均尺寸Lmcp=Lpcp+εLpcp+ε2Lpcp 塑件平均尺寸Lpcp=10.6+0.62=10.9mm 故Lmcp=10.9+0.00610.9+0.006210.9=10.97mm 模具型芯按IT10級精度制造，制造偏差δm=0.07 mm 所需尺寸Lm=Lmcp+δm-δm0=10.97+0.07-0.070=11.04-0.070 2.1.3 型腔深度尺寸 Hp=6mm 型腔高度尺寸Hmcp=Hpcp+εHpcp+ε2Hpcp 塑件高度尺寸Hpcp=6-0。342=5.83mm 故Hmcp=5.83+0.0065.83+0.00625.83=5.87mm 模具型腔深度按IT10級精度制造，制造偏差δm=0.048 mm 若型腔容易修淺，則Hm=Hmcp0+δm=5.870+0.048 mm 2.1.4 型芯高度尺寸 Hp=21 mm 型芯高度尺寸Hmcp=Hpcp+εHpcp+ε2Hpcp 塑件高度尺寸Hpcp=21-0。422=21.21mm 故Hmcp=21.21+0.00621.21+0.006221.21=21.34mm 模具型芯高度按IT10級精度制造，制造偏差δm=0.084mm 若型芯容易修長，則Hm=Hmcp-δm0=21.34-0.0840 mm 2.2 側(cè)壁厚度的計算 因為塑件尺寸不是很大，所以按強度計算側(cè)壁厚度 S=rσσ-2p-1 式中： 塑件壁大徑r=20mm 塑料壓力p=50MPa 許用應(yīng)力σ=160MPa 求解得S = 12.5 mm 故側(cè)壁厚S可取15 mm 3. 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則： 1）澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上，應(yīng)有壓降、流量和溫度分布的均衡布置； 2）盡量縮短流程，以降低壓力損失，縮短充模時間； 3）澆口位置的選擇，應(yīng)避免產(chǎn)生湍流和渦流，及噴射和蛇行流動，并有利于排氣和補縮； 4）避免高壓熔體對型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移。 5）澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷； 6）熔合縫位置必須合理安排，必要時配置冷料井或溢料槽； 盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量； 7）澆注系統(tǒng)應(yīng)達到所需精度和粗糙度，其中澆口必須有IT8 以上精度。 3.1.1 澆口套的選用 圖2 澆口套 澆口套屬于標(biāo)準(zhǔn)件，在選擇澆口套時應(yīng)注意：澆口套進料口直徑和球面坑直徑。 3.1.2 冷料井的設(shè)計 鑒于模具設(shè)計中塑件外形完全靠滑塊成型，凝料完全可以與塑件一起推出，故能不使用拉料桿，為了方便凝料脫離動?；瑝K，于是將冷料井設(shè)計為倒三角形狀。 圖3 冷料井 3.1.3 分流道的設(shè)計 （1） 分流道截面形狀 分流道的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度、注射速度、分流道的長度等因數(shù)來確定。分流道截面形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等。圓形和矩形截面流道比表面積最小，塑料熔體的溫度下降少，阻力亦小，流動的效率最高，但加工較困難，而且矩形截面不易脫模，所以在實際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形和U形。本塑件的形狀不復(fù)雜，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列方式可知分流道的形狀長度較短，為了便于加工起見，選用截面形狀為半圓形分流道。 （2） 分流道的尺寸 分流道尺寸由塑料品種塑件的大小及長度確定 可以根據(jù)經(jīng)驗公式D=0.26540.25可以估算分流道直徑 式中：分流道直徑D 塑件質(zhì)量m 流道長度L 計算得D=6.135 故可取分流道直徑D=8 mm （3） 分流道的布置 多型腔模具設(shè)計的重要問題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在多型腔模具設(shè)計中應(yīng)加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每一個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中心中均等地分得所需的壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均為達到同時充滿型腔的目的，各澆口的截面尺寸制作得不相同。要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原則上不應(yīng)該用同一副多模腔模具生產(chǎn)。在同一副模具中同時安排尺寸相差較大的型腔不是一個好的設(shè)計，不過有時為了節(jié)約，特別是成型配套式塑件的模具，在生產(chǎn)實踐中還使用這一方法，但難免會引起一些缺陷，如有些塑件發(fā)生翹曲、有些則有過大的不可逆應(yīng)變等。 在多型腔模具中分流道的布置有平衡式和非平衡式兩種，所設(shè)計模具為一模兩腔，為了實現(xiàn)均勻送料和同時充滿型腔的目的，應(yīng)該采用平衡式的布置。 圖4 分流道布置 3.1.4 澆口的設(shè)計 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，考慮到塑件結(jié)構(gòu)較為簡單，選用側(cè)澆口較為理想。 3.2 模具大體設(shè)計方案 由于塑件內(nèi)空心，側(cè)有凹槽，所以要求模具結(jié)構(gòu)必須采用斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機構(gòu)，并采用斜導(dǎo)柱在定模，滑塊在動模的結(jié)構(gòu)，整體斜楔定位，斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯分型，推桿推出工件的原理。 3.3 塑件脫模機構(gòu)設(shè)計 3.3.1 確定型腔數(shù)目 該塑件在注射時采用一模二件，即模具需要二個型腔。 3.3.2 分型面的選擇 模具上用以取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分面分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動充填性及制品的脫模，分型面的位置也影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)。因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵內(nèi)容。 分型面的選擇應(yīng)注意以下幾點： 1） 分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處 當(dāng)已經(jīng)初步確定塑件的分型方向后分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處，即通過該方向塑件的截面積最大，否則塑件無法從形腔中脫出。 2） 保證制件的精度和外觀要求 與分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求較高，或同軸度要求較高的外形或內(nèi)孔，為保證其精度，應(yīng)盡可能設(shè)置在同一半模具腔內(nèi)。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕跡或接合縫的痕跡，故分型面最好不選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。 3） 考慮滿足塑件的使用要求 注塑件在成型過程中，有一些難免的工藝缺陷，如脫模斜度、推桿及澆口痕跡等，選擇分型面時，應(yīng)從使用角度避免這些工藝缺陷影響塑件功能。 4） 考慮注塑機的技術(shù)規(guī)格，使模板間距大小合適 5） 考慮鎖模力，盡量減小塑件在分型面的投影面積 6） 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模 從制件的頂出考慮分型面要盡可能地使制件留在動模邊，當(dāng)制件的壁相當(dāng)厚但內(nèi)孔較小時，則對型芯的包緊力很少常不能確切判斷制件中留在型芯上還是在凹模內(nèi)。這時可將型芯和凹模的主要部分都設(shè)在動模邊，利用頂管脫模，當(dāng)制件的孔內(nèi)有管件（無螺紋連接）的金屬嵌中時，則不會對型芯產(chǎn)生包緊力。 7） 不妨礙制品脫模和抽芯 在安排制件在型腔中的方位時，要盡量避免與開模運動相垂直方向的側(cè)凹或側(cè)孔。一般機械式分型面抽芯機構(gòu)的側(cè)向抽拔距都較小，因此選擇的分型面應(yīng)使抽拔距離盡量短。 8） 有利于澆注系統(tǒng)的合理處置。 盡可能與料流的末端重合，以利于排氣。 9） 分型面應(yīng)使模具分割成便于加工的部件，以減少機械加工的困難。 圖5 分型面方案 （1） 方案A A處分型可以保證塑件留在動模上，并且不會對塑件外觀造成不必要的影響。 （2） 方案B B處分型也可以保證塑件留在動模上，并且不會影響塑件外觀，但是會增加定模板型腔的加工量，而且不能保證塑件側(cè)壁的精度一置。 （3） 方案C C處分型雖然不會影響塑件外觀，但是滑塊會在定模上，而塑件也可能留在定模上，不符合最初的設(shè)計理念。 綜上分析，方案A符合 3.3.3 脫模的方式 由于骨架帶有側(cè)凹所以采用斜滑塊側(cè)向分型結(jié)構(gòu)。利用模具的動作開合來完成抽芯，先利用模具的開合動作使塑件脫離型腔，保證塑件留在動模凸模上，在推桿的作用下將塑件推出凸模，從而獲得所需的塑件。 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計 當(dāng)塑件上具有與開模方向不一致的孔或側(cè)壁有凹凸形狀時，除極少數(shù)情況可以強制脫模外，一般都必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹做成可活動的結(jié)構(gòu)，在塑件脫模前，先將其抽出，然后才能將整個塑件從模具中脫出。完成側(cè)向活動型芯的抽出和復(fù)位的這種機構(gòu)叫做抽芯機構(gòu)。它應(yīng)具備以下基本功能： （1）能夠保證不引起塑間件變形的情況下準(zhǔn)確地抽芯； （2）運動靈活動作可靠，無過分磨損現(xiàn)象； （3）具有必要的強度和剛度； （4）配合間隙和拼縫線不溢料； 3.4.1 側(cè)向分型抽芯機構(gòu)類型 按分型抽芯的動力來源，可分為手動、機動、液壓或氣動分型抽芯。考慮到 所需抽芯方式是經(jīng)濟合理、動作可靠、易實現(xiàn)自動化操作，故選用機械側(cè)向分型抽芯。 3.4.2 抽拔力的計算 由于塑件外部有滑塊，內(nèi)部有型芯，使其軸向和徑向都不能自由收縮，因此存在著內(nèi)應(yīng)力。 壁筒內(nèi)應(yīng)力為σ1=σ2=Eε1-μ=2.210330.0061-0.394=21.78 N 式中：ABS彈性模量E=2200MPa 平均收縮率ε=0.006 ABS泊松比μ=0.394 總軸向力F= π4D2-d2Eε1-μ 已知大徑D=20，小徑d=10.6 故總軸力F=4920.36N 當(dāng)滑塊數(shù)為2時，每個滑塊由兩端軸向力產(chǎn)生的摩擦阻力 Ff=2Ff2=πEεfD2-d241-μ，f=0.15 故Ff= 738N 3.4.3 抽拔距的計算 當(dāng)瓣合為兩瓣時，最小抽拔距S1=20mm 故設(shè)計抽拔距S=S1+（2~3）=23mm 3.4.4 斜銷分型受力分析 根據(jù)設(shè)計需求，取α=25 設(shè)Ff為斜銷與滑塊間滑動摩檫力；Fp為導(dǎo)滑槽施于滑塊的力；Fq為總抽拔力；Fn為斜銷施于滑塊的正壓力。 受力平衡方程式： ∑Fx=0 Fpcosα-Fqsinα-Fpfsinα-Ff=0 式中斜銷于滑塊孔間摩檫力為 Ff=fFn ∑Fy=0 Fn-Fpsinα-Fqcosα-Fpfcosα=0 聯(lián)立得Fq=Fq tanα+f1-2ftanα-f2 設(shè)φ為摩擦角 f=tanφ=0.15 所以Fp=Fqcosφsinα+φcosα+2φ 因斜銷所受彎應(yīng)力 Fn=Fpsinα+Fqcosα+Fqfcosα=Fqcosφ2cosα+2φ 故Fn = 3463N 3.4.5 斜銷強度計算 斜銷的材料為20Cr，經(jīng)滲碳淬火熱處理，許用彎應(yīng)力σ=300MPa 從受力分析可知，多數(shù)斜銷均可視為彎應(yīng)力的懸臂梁，最大彎矩作用在斜銷根部，其值為： M=FnLt 式中：Lt為力臂長度 彎應(yīng)力σ=M/W≤[σ] 式中：σ為許用彎應(yīng)力 W為抗彎矩量 斜銷的直徑一般是根據(jù)模具大小和滑塊尺寸決定。 對于圓形截面斜銷： W=πd332≈0.1d3 式中 d為斜銷直徑 故斜銷直徑d≥310Mσ=15.63 故可取d=16 mm 所以凸緣直徑D=d+4=20 mm 3.4.6 斜銷幾何尺寸和最小開模行程計算 抽拔距為S=23mm 斜銷驅(qū)動邊長度L=Ssinα=54.4mm 斜銷的伸出長度從斜銷伸出斷面中心算起 L1=Ssinα+d2tanα=58.1 斜銷全長包括頭部和整個尾部，且頭部為半球形 L2=D2tanα+hcosα+Ssinα+d2tanα+0.5d 得L2=98.4 mm 而最小開模行程H=Scotα=Lcosα=49.3 mm 圖6 斜銷結(jié)構(gòu) 3.5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 從某種角度而言，注塑模具也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔的同時必須置換出型腔內(nèi)的空氣和從物料中溢出的揮發(fā)性氣體。排氣系統(tǒng)是注塑具設(shè)計的重要組成部分。 排氣系統(tǒng)設(shè)計原則： 1） 利用分型面排氣是最簡單的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān)。 2） 利用頂桿與孔的間隙排氣，必要時可對頂桿作些排氣的結(jié)構(gòu)措施； 3） 利用球狀合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣，燒結(jié)塊應(yīng)有足夠的承壓能力，設(shè)置在塑件隱蔽處，并需要開設(shè)排氣通道； 4） 在熔合縫位置開設(shè)冷料井，在儲存冷料前也滯留了不少氣體； 5） 可靠有效的方法是在分型面上開設(shè)專用的排氣槽，尤其上大型注塑模具必須如此； 6） 對于大型的模具，也可以利用鑲拼的成型零件的縫隙排氣。 本例中可通過分型面和頂桿間隙來達到排氣效果。 3.6 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 3.6.1 計算制品冷卻所需時間 已知制件重19.3g，制件壁厚4.7mm，注入塑料熔體溫度θc為220，制件脫模時的平均溫度θ為80，制件周期是12s。 冷卻所需時間為 t=S2α1π2In8π2θc-θ3mθ-θ3m 式中：制品外表面積S=9419mm2 ABS熱擴散系數(shù)α1=2.6710-7 型腔壁表面溫度θ取60 計算得t=8.4s 假定成型周期為12s，冷卻時間約為成型周期的70%，基本合理，所以12s內(nèi)模具持續(xù)通水冷卻。 3.6.2 制品釋放能量計算 設(shè)澆注系統(tǒng)重10g，所以2個制件和澆注系統(tǒng)總重M為0.0486 kg 查資料可知ABS無潛熱，比熱容Cp= 1.047 kJ/kgC 所以每公斤ABS放出的能量 q=Cqθc-θ 得q=146.58 kJ/kg 而平均單位時間放出能量 Q=112Mq 得Q=594 J/s 設(shè)動模邊帶走總熱量的60%，滑塊邊帶走總熱量的40%。 即 Qi=59460%=356.4 J/s Q0=59440%=237 J/s 根據(jù)實際需求設(shè)計冷卻水道的分布，初步設(shè)計如下： 圖7 冷卻水道分布 假設(shè)水道直徑d=4 mm 水道總長L=1202+754+302+1802=960mm=96cm 水道表面積A4=πdL=π0.496=120.6cm2=0.01206m2 制品表面積加上分流道表面積為A3=94.192+20=0.02084m2 對數(shù)平均傳熱面積Acp=0.02084-0.01206In0.020840.01206=0.016 m2 初步假設(shè)冷卻進水溫度θ‘5=24C，出水溫度θ’‘5=26C，水比熱容Cp2 =4.18 kJ/kgC。 動模邊冷卻水用量φi=QiρCpθ’5-θ‘’5=0.356710004.1826-24=4.2610-5m3/s 滑塊邊冷卻水用量φ0=Q0ρCpθ’5-θ‘’5=0.237610004.1826-24=2.8410-5m3/s （1） 校核滑塊邊冷卻系統(tǒng) 冷卻水流速 u=φ0πd24=2.26 m/s 校核雷諾準(zhǔn)數(shù)Re=udv=2.260.0040.893710-6=10115 >10000 故是穩(wěn)定的湍流狀態(tài) 而冷卻水對水壁道的傳熱摸系數(shù) α4=4187fuρ0.83600d0.2 式中f = 3.16（25C的水） 得α4=5347.6 W/m2C 通過金屬層傳向水壁道的熱量和水壁道傳向冷卻水的熱量相等，為Q0，水道壁至制品壁金屬層的平均距離δ=0.005m Q0=γ2δAcpθ3m-θ4m Q0=α4A4θ4m-θ5m 式中鋼導(dǎo)熱系數(shù)γ2=45 W/m℃ 聯(lián)立求解得θ4m=49℃，Q0=1548J/s>237.6J/s 故設(shè)計合理。 （2） 校核動模邊冷卻系統(tǒng) 冷卻水流速 u=φ0πd24=3.39 m/s 校核雷諾準(zhǔn)數(shù)Re=udv=3.390.0040.893710-6=15172 >10000 故是穩(wěn)定的湍流狀態(tài) 而冷卻水對水壁道的傳熱摸系數(shù) α4=4187fuρ0.83600d0.2 式中f = 3.16（25C的水） 得α4=7396.7 W/m2C 通過金屬層傳向水壁道的熱量和水壁道傳向冷卻水的熱量相等，為Qi，水道壁至制品壁金屬層的平均距離δ=0.003m Qi=γ2δAcpθ3m-θ4m Qi=α4A4θ4m-θ5m 式中鋼導(dǎo)熱系數(shù)γ2=45 W/m℃ 聯(lián)立求解得θ4m=50.5℃，Qi=2274.6J/s>356.4J/s 故設(shè)計合理。 3.7 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 標(biāo)準(zhǔn)模架選用模架組合尺寸（GB/T 12555——2006）的2325規(guī)格 3.8 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 合模導(dǎo)向機構(gòu)對于塑料模具是不可少的部件，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，必須導(dǎo)向。導(dǎo)柱安裝在動?；蛘叨Ｒ贿吘?。有細(xì)長型芯時，以安在細(xì)長型芯一側(cè)為宜。通常導(dǎo)柱設(shè)在模板四角。 導(dǎo)向機構(gòu)主要有定位、導(dǎo)向、承受一定側(cè)壓力三個作用。 a. 定位作用 為避免模具裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確的形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失敗。 b. 導(dǎo)向作用 動定模合模時，首先導(dǎo)向機構(gòu)接觸，引導(dǎo)動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔以保證不損壞成型零件。 c. 承受一定側(cè)壓力 塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)壓力，或由于注射機精度的限制使導(dǎo)柱在工作中承受一定的側(cè)壓力，此時，導(dǎo)柱能承擔(dān)一部分側(cè)壓力。當(dāng)側(cè)壓力很大時，不能單靠導(dǎo)柱來承擔(dān)，需要增設(shè)錐面定位裝置。對于三板模、脫模板脫模等，導(dǎo)柱還要承受懸浮模板的質(zhì)量. 當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)模架時，因模架本身帶有導(dǎo)向裝置，一般情況下，設(shè)計人員只要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導(dǎo)向定位裝置，則須由設(shè)計人員根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行具體設(shè)計。 4．初選注塑機 通過資料選擇注塑機 HTF120/TJ B 該注塑機相關(guān)參數(shù)如下： 螺桿直徑 40mm 注射重量 195g 注射壓力 160MPa 螺桿轉(zhuǎn)速 0~180r/min 合模力 1200kN 移模行程 350mm 拉桿內(nèi)距 410410 最大模厚 430mm 最小模厚 150mm 頂出行程 120mm 頂出力 33kN 液壓馬達功率 13kW 電熱功率 9.75kW 噴嘴球半徑 SR14mm 噴嘴口孔徑 ?4mm 5.注塑機的校核 5.1最大注射量的校核 通常注塑機的實際注射量在理論注射量的80%之間，故 0.8M理論=0.8195=156g≥M塑+M澆=48.6g 所以注射量符合需求。 5.2 注塑壓力的校核 查手則可知 ABS塑料成型時的注射壓力P成型=120Mpa左右 P機=160MPa>P成型 故注塑壓力符合需求。 5.3鎖模力的校核 F機>P模A影=103.2 kN 式中 P?！芰铣尚蜁r型腔壓力ABS塑料的型腔壓力，取 A影—澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和分型腔及澆住引流及型腔在分型面上的投影面積 故鎖模力符合需求。 5.4 模具與注塑機裝模部分尺寸的校核 模具長寬=250230<拉料間距=410410 所以模板尺寸與拉料間距非常合適，故符合需求。 5.5 模具閉合高度的校核 已知該注塑機最大模厚為430mm，最小模厚為150mm，而模具閉合厚度為250mm。 即得條件 最大模厚>模具閉合厚度>最小模厚 所以滿足需求。 5.6 開模行程與塑件推出距離的校核 所選注塑機的最大開模行程與模具厚度有關(guān)時的校核。且該模具結(jié)構(gòu)屬于有側(cè)向抽芯開模動作的結(jié)構(gòu)。故注塑機的開模行程要求符合下式： Sk-Hc>H1+H2+5~10mm 式中：Sk為注塑機板間的最大開距 Hc為完成側(cè)抽芯距離所需的開模行程 H1為推出距離 H2為塑件高度 即： 350-50>27+33+5~10=65~70mm 故也滿足需求。 綜上分析，該注塑機的選用符合要求。 6. 設(shè)計小結(jié) 本次設(shè)計以骨架注塑模具為主線，綜合了成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，模具總的裝配等一系列模具生產(chǎn)的所有過程。起到了很好的學(xué)以致用的效果。在設(shè)計該模具的同時總結(jié)了以往模具設(shè)計的一般方法、步驟，模具設(shè)計中常用的公式、數(shù)據(jù)、模具結(jié)構(gòu)及零部件。把以前學(xué)過的基礎(chǔ)課程融匯到綜合應(yīng)用本次設(shè)計當(dāng)中來，所謂學(xué)以致用。在設(shè)計中除使用傳統(tǒng)方法外，同時引用了CAD、UG等技術(shù)，使用Office軟件，力求達到減小勞動強度，提高工作效率的目的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我了解了該怎么樣去設(shè)計一個模具，設(shè)計模具圖時，在了解了模具的功能和大致的輪廓后，最重要的是在設(shè)計的時候能夠細(xì)心，做到照顧到模具的各個方面的問題，要想到設(shè)計出來的模具能不能制造出來，合不合理，能不能更好的節(jié)省材料等問題，在以后的設(shè)計模具時，自己就知道怎樣能不能更好的節(jié)省材料等問題，在以后工作中設(shè)計模具時，自己就知道該怎樣去設(shè)計合理、低成本的模具，該次設(shè)計使我收獲很多。 由于實際經(jīng)驗和理論知識有限，設(shè)計的錯誤和不足之處在所難免，但我相信自己能夠做的更好。 參考文獻 [1] 屈華昌，邢小強主編.《塑料成型工藝與模具設(shè)計》.北京:高等教育出版社,2001 [2] 李澄,吳天生,聞百橋，邢小強主編.《機械制圖》.北京:高等教育出版社,1997 [3] 塑料模設(shè)計手冊編寫組主編.《塑料模設(shè)計手冊 (第二版)》.北京:機械工業(yè)出版社,2002 [4] 許發(fā)樾主編.《實用模具設(shè)計與制造手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [5] 吳兆祥，邢小強主編.《模具材料及表面處理》.北京:機械出版社,2000 [6] 陳于萍主編.《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:機械工業(yè)出版社,2001 [7] 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