754 音箱旋鈕注塑模設(shè)計(jì)【全套12張CAD圖+說明書】
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音箱旋鈕注塑模設(shè)計(jì)
摘 要
注射模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，是現(xiàn)代生產(chǎn)制造行業(yè)的核心，在大多數(shù)國家，注射模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家生產(chǎn)制造技術(shù)先進(jìn)與否的關(guān)鍵。
本設(shè)計(jì)通過對音箱旋鈕的工藝、材料分析，選用適當(dāng)?shù)淖⑸錂C(jī)，并擬定合理的注射成型工藝方案。在模具設(shè)計(jì)中，采用一模兩腔式的布局。并通過對分型面、澆注系統(tǒng)、成型零部件、頂出脫模機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選用合適的標(biāo)準(zhǔn)模架及標(biāo)準(zhǔn)件，完成對音箱旋鈕的一套完整的模具設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：音箱旋鈕；注射；模具設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Injection mold is an important tooling for industry products,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it is production technology.
This design through analysed the process and material of chemical instrument cover,choosed the proper injection machine,and roughcast reasonable injection mold design scheme.In the design process,it used the configuration of two cavityin one plate.And through designing the parting line,running gate system,modeling parts,ejection stripping mechanism,cooling system,choosing adaptive standard mould base and standard parts,it finised the whole mold design scheme for the chemical instrument cover.
Keywords: Speaker knob;injection;mold design
目 錄
前言 5
1、塑件的工藝性分析 8
1.1、塑件的原材料分析 8
1.2、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 11
1.3、塑件的體積重量 12
1.4、塑件的注射工藝參數(shù)的確定 15
1.5、注塑成型的準(zhǔn)備 16
2、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18
2.1、塑料配方說明 18
2.2、分型面的選擇 18
2.3、型腔數(shù)的確定 19
2.4、確定型腔的排列方式 20
2.5、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
2.6、剪切速率的校核 24
2.7、模具材料的選擇 24
3、排氣、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25
3.1、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25
3.2、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26
4、模具工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 28
4.1、凸凹模的設(shè)計(jì) 28
4.2、型腔側(cè)壁厚度和底板厚度的計(jì)算 29
4.3、模架的選用 29
4.4、導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 31
5、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 33
5.1、頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33
5.2、推件板的厚度 34
5.3、頂桿直徑的計(jì)算 35
6、注射機(jī)與模具各參數(shù)的校核 37
6.1、工藝參數(shù)的校核 37
6.2、安裝參數(shù)的校核 38
參考文獻(xiàn) 39
致謝 43
前 言
自20世紀(jì)80年代以來，我國的經(jīng)濟(jì)逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。20世紀(jì)90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長到130億元人民幣，1999年已達(dá)到245億元人民幣，2000年增至260~270億元人民幣。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以10℅~15℅的速度快速增長。
目前，我國17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為我國國內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團(tuán)都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。
在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50℅（中國臺(tái)灣：40℅），塑料模具約占33℅（中國臺(tái)灣：48℅），壓鑄模具約占6℅（中國臺(tái)灣：5℅），其他各類模具約占11（中國臺(tái)灣：7℅）。
中國臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)的成長，分為萌芽期（1961——1981），成長期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三個(gè)階段。
萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的不斷改進(jìn)。由于紡織，電子，電氣，電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。
1981年——1991年是臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時(shí)期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺(tái)灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟(jì)。隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金業(yè)，汽機(jī)車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產(chǎn)業(yè)已在推行計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)和制造等CAD/CAM技術(shù)，所以臺(tái)灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術(shù)的時(shí)間相當(dāng)早。
成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下，1994年，1998年，由臺(tái)灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術(shù)研究與發(fā)展五年計(jì)劃”與“工業(yè)用模具技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展計(jì)劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級(jí)，朝向開發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴高的模具。1997年11月間臺(tái)灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會(huì)（ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會(huì)，正式成為世界模具協(xié)會(huì)會(huì)員，。整體而言，臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測能力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠商供應(yīng)對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。
（1）沖模：沖模是對金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖?？煞譃槁淞夏?，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。
20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α４送?，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級(jí)制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進(jìn)水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。
（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。
1、塑件的工藝性分析
1.1、塑件的原材料分析
通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說,要考慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是強(qiáng)度好,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題,以下是對幾種材料的性能對比，如表所示。
表1 不同材料的性能對比
塑料名稱
PS
PC
PMMA
拉伸強(qiáng)度/MPa
51.9
66~72
——
彎曲強(qiáng)度/MPa
110
95~113
——
斷裂伸長率/%
2
80~100
——
落球沖擊強(qiáng)度J/m
16
422
——
洛氏硬度（M）
115
82
101
氧指數(shù)（OI）
18.1
24.9
17.3
熱變形溫度/℃
85
134
100
維卡軟化點(diǎn)/℃
105
153
120
馬丁耐熱溫度/℃
——
112
——
體積電阻率/·cm
10~10
2.1×10
10~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
霧度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
價(jià)格（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表所示。
表2 材料的性能和成型特性比較
塑料
品種
性 能 特 點(diǎn)
成 型 特 點(diǎn)
模具設(shè)計(jì)
注意事項(xiàng)
使用溫度
主要用途
聚苯乙烯
（非結(jié)晶型）
透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂
因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件
—30℃~80℃
裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等
聚甲基丙烯酸甲酯（非結(jié)晶型）
透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質(zhì)脆易開裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑
流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高
合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫，以防分解
收縮率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等
聚碳酸酯（非結(jié)晶型）
透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯
耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，質(zhì)硬，易損模具，使用性能好
盡可能使用直接澆口，減小流動(dòng)阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度〉2?
〈130℃脆化溫度為—100℃
在機(jī)械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機(jī)電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等
圖1 塑料件
圖2 pore建模
塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），屬熱塑性塑料，該塑料具有
如下的成型特性：
l 無定形料、吸濕性大、不易分解。
l 質(zhì)脆、表面硬度低。
l 流動(dòng)性中等，溢邊值0.03mm左右，易發(fā)生填充不良、縮孔、凹痕、熔接痕等缺陷。
l 宜取高壓注射，在不出現(xiàn)缺陷的條件下宜取高料溫、模溫，可增加流動(dòng)性，降低內(nèi)應(yīng)力、方向性，改善透明度及強(qiáng)度。
l 模具澆注系統(tǒng)應(yīng)對料流阻力小，脫模斜度應(yīng)大，頂出均勻，表面粗糙度應(yīng)好，注意排氣。
l 質(zhì)透明，要注意防止出現(xiàn)氣泡、銀絲、熔接痕及滯料分解、混入雜質(zhì)。
1.2、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
1.2.1、塑件的結(jié)構(gòu)分析
塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對成型工藝方法的適應(yīng)性.在塑料生產(chǎn)過程中,一方面成型會(huì)對塑件的結(jié)構(gòu),形狀,尺寸精度等諸方面提出要求,以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度,保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品;另一方面,模具設(shè)計(jì)者通過對給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn),為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù).該零件的總體形狀為圓形，結(jié)構(gòu)比較簡單。
1.2.2、塑件尺寸精度的分析
該零件的重要尺寸，如，30.9±0.09mm的尺寸精度為3級(jí)，次重要尺寸3.75±0.07mm的尺寸精度為4級(jí)，其它尺寸均無公差要求，一般可采用8級(jí)精度。
塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析。尺寸公差由以上的分析可見，該零件的尺寸精度屬中等偏上，對應(yīng)模具相關(guān)零件尺寸的加工可保證。
各種塑件,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保證其力學(xué)強(qiáng)度.一般地說,在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚,不僅可以節(jié)約原材料,降低生產(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短,提高生產(chǎn)率;其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷,縮孔,夾心等質(zhì)量上的缺陷。從塑件的壁厚上來看，壁厚最大處為4.5mm，最小處為2.25mm，壁厚差為2.25mm，較為均勻。
1.2.3、表面質(zhì)量的分析
表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個(gè)等級(jí)。由于該零件直接與人接觸所以不能太過光滑，所以該零件的表面要求無凹坑等缺陷外，表面無其它特別的要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注射時(shí)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。
1.2.4、塑件的脫模斜度
制品上的脫模斜度大小，與制品啊的性質(zhì)，收縮率大小，摩擦系數(shù)，制品避厚和幾何形狀有關(guān)。硬質(zhì)塑料比軟制塑料斜度大。形狀愈復(fù)雜或成型孔較多時(shí)取較大的脫模斜度。制品高度愈高，孔愈深取較小的脫模斜度。內(nèi)孔包住型心，取較大斜度。
在制品圖上標(biāo)明，內(nèi)孔以小端為基準(zhǔn)，斜度由擴(kuò)大方向取得。外形以大端為基準(zhǔn)，斜度由縮小方向取得。
根據(jù)《塑料制品成型及模具設(shè)計(jì)》的表2-4，再根據(jù)塑件的高度確定脫模斜度為 型腔1°型芯為0. 6°。
1.3、塑件的體積重量
根據(jù)PORE的成型，分析可以很直觀的的出其各種參數(shù)；
利用PORE建模很容易計(jì)算出其體積，質(zhì)量，厚度等。
計(jì)算塑件的重量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算得塑件的體積：V＝9132mm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：
W＝Vρ …………………………………………………………………………(1)
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度為ρ＝1.18kg/dm3，故塑件的重量為：
W＝Vρ
＝9132×1.18×10-3
＝10.776g
圖3 pore分析
流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù),根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算,塑件越大則比例可以取的越小)；
實(shí)際注射量為:V=9132×1.5=13698 mm；
實(shí)際注射質(zhì)量為M=1.5M=10.77×1.5=16.115g；
根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8 V公≧V實(shí)
V公= V實(shí)/0.8
=13698/0.8
=17122.5mm；
為確保塑件質(zhì)量，注塑模一次成型的塑件質(zhì)量（包括流道凝料質(zhì)量）應(yīng)在公稱注塑量的35%~75%范圍內(nèi)，最大可達(dá)80%，最小不小于10%。為了保證塑件質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備的能力，選擇范圍通常在50%~80%。
2V =27396 mm； V＝60000mm；
2V/ V100% =45.66% 滿足要求。
注塑機(jī)的選擇
1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī),這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破,目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長最快,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一.
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說法有:
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時(shí)間等.這些參數(shù)是設(shè)計(jì),制造,購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù).
(1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí),注射裝置所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)的加工能力.
(2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力.
(3)注射速率；為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度.
常用的注射速率如表所示。
表3 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
(4)塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會(huì)加長成型周期.
(5)鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開.
(6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍.
(7)開合模速度；為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模時(shí)由慢到快在到停.
(8)空循環(huán)時(shí)間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間.
根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機(jī)為：
XSZ－60/40型注塑成型機(jī)，該注塑機(jī)的各參數(shù)如下表所示：
表4 注塑機(jī)的參數(shù)
理論注射量/cm3
60
移模行程/mm
180
螺桿直徑/mm
30
最大模具厚度/mm
280
注射壓力/Mp
150
最小模具厚度/mm
160
鎖模力/KN
400
噴嘴球半徑/mm
15
拉桿內(nèi)間距/mm
295×185
噴嘴口孔徑/mm
φ3.5
原料要干燥處理，可在70～80°C熱風(fēng)循環(huán)中干燥處理，烘干時(shí)間2～4h。
原料中應(yīng)加入紫外線吸收劑和搞氧劑，以提高耐老化能力。
不同品級(jí)的原料塑化溫度略有差異,機(jī)筒溫度可控制在160～220°C范圍內(nèi),噴嘴溫度在170～180°C范圍內(nèi)。
注射壓力在60～120MPa。壁厚、澆口截面較大時(shí)，注射壓力可略低些。而壁薄、流道較長時(shí)，注射壓力可提高至130～150MPa。
注射熔體流速以緩慢些好。這對保證制品表觀質(zhì)量、改善制口強(qiáng)度有利。
模具溫度為60～70°C。較高的冷卻溫度，制品外表光澤、內(nèi)應(yīng)力小，但收縮大。由于流道截面較大，制品固化延長。為了縮短成型周期，一般制品的模具沒度一些。
制品的收縮率不大，但內(nèi)應(yīng)力較高。必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行熱處理，在70°C左右的熱風(fēng)循環(huán)中處理2～3h,緩慢冷卻至室溫，以消制品的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)選用螺桿式注塑機(jī)。螺桿的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該是漸變型的螺桿，對原料塑化比較有利，注塑機(jī)設(shè)備上的通用型螺桿可應(yīng)用。
根據(jù)塑件的體積、質(zhì)量和生產(chǎn)效率（年生產(chǎn)量）等各個(gè)方面考慮，并查資料可選擇注塑機(jī)型號(hào)為：SZ-60/40。
在注射成型時(shí)，塑料要經(jīng)過三個(gè)階段的轉(zhuǎn)換：一是塑料未進(jìn)入料筒前的顆粒狀；二是塑料在料筒中的塑化流動(dòng)而達(dá)到熔融狀態(tài)；三是塑料通過注射模澆注系統(tǒng)的充模流動(dòng)及冷卻定型。
1.4、塑件的注射工藝參數(shù)的確定
根據(jù)情況，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工藝參數(shù)可作如下選擇，在試模時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?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選用180℃
中段溫度t2選用200℃
前段溫度t3選用220℃
噴嘴溫度：選用220℃
注射壓力：選用100MP
注射時(shí)間：選用20s
保壓時(shí)間：選用2s
保壓： 80MP
冷卻時(shí)間：選用28s
總周期： 50s
1.5、注塑成型的準(zhǔn)備
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作。
圖4 時(shí)間與壓力的關(guān)系
1.5.1、物料準(zhǔn)備；
成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
1.5.2、注塑過程；
塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時(shí)間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
1.5.3、制件后處理；
由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取2～9小時(shí)。
2、型腔數(shù)的確定及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1、塑料配方說明
塑料配方設(shè)計(jì)是塑料制品成型加工中在加工設(shè)備和工藝參數(shù)確定之后所必須進(jìn)行的重要環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣,也是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)對塑料進(jìn)行改性的過程,其技術(shù)含量極高.一個(gè)成功配方的產(chǎn)生是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用高新技術(shù)的結(jié)局.塑料是以高分子聚合物為主要成分,加入一定量添加劑而組成的一種混合物,添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加的混合物,通常為填充劑,增塑劑,穩(wěn)定劑,潤滑劑,著色劑等.根據(jù)PMMA的特性及使用性能要求,配方中應(yīng)含有以下添加劑.
填充劑——玻璃微珠；PMMA成型后易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,添加玻璃微珠使塑料的流動(dòng)性好,殘余內(nèi)應(yīng)力分布均勻,使光的漫反射率為80%~88%。
增韌劑——SBS,ABS,EPR；PMMA的沖擊性能很差,是一種十分脆的材料,增韌改性是必須的。
光穩(wěn)定劑——氧化鋅；塑料制品在日光或強(qiáng)熒光下，
由于吸收紫外光的能量，引發(fā)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀或內(nèi)在性能變壞，這一過程稱為光氧化或光老化。
潤滑劑——硬脂酸及其鹽類；對塑料的表面去潤滑作用,防止塑料在成型加工時(shí)黏模,同時(shí)提高塑料制品表面光潔度。
著色劑——粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占80%左右，著色的目的有1：增加制品美感，以吸引消費(fèi)者的購買欲望，提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實(shí)現(xiàn)的。
抗菌劑——磷酸鋯系銀離子抗菌劑；考慮到該產(chǎn)品人們可能會(huì)作為玩具把玩,因此需要做此設(shè)計(jì).很多塑料制品的表面會(huì)
滋生致病細(xì)菌，與人接觸后可能導(dǎo)致如感冒，咽炎，流行性腦膜炎，肺結(jié)核等疾病的傳播。塑料抗菌改性是在塑料中加入抗菌劑，其逸出塑料表面后，可將沾在塑料表面的細(xì)菌殺死或抑制細(xì)菌的繁殖，保持自身的清潔狀態(tài)。
2.2、分型面的選擇
根據(jù)分型面的選擇原則：
(1)便于塑件脫模；
(2)在開模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模；
(3)外觀不遭到損壞；
(4)有利于排氣和模具的加工方便。
結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),分型面確定在塑件的最大投影面積上.如圖所示。
圖5 分型面
圖6 pore建立分型面
根據(jù)PORE所示
其內(nèi)表面和外表面的拔模角度為1.0。
根據(jù)PORE分析：藍(lán)色部分放入下模。綠色部分放入上模。
該塑件為旋紐，表面質(zhì)量無特殊要求，端部因與人手指接觸因此形成自然圓角，此零件可采用上圖所示的分型面比較合適。
2.3、型腔數(shù)的確定
方法，本題采用注射機(jī)的注射量來確定它的數(shù)目。其公式如下：
n2=(G-C)/V …………………………………………………………………………(2)
式中：G——注射機(jī)的公稱注射量/cm3
V——單個(gè)制品的體積/cm3
C——澆道和澆口的總體積/cm3
生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量G的（0.75－0.45）倍，現(xiàn)取0.6G進(jìn)行計(jì)算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.2－1）倍，現(xiàn)取C＝0.6V進(jìn)行計(jì)算。
n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375×60)/90132=2.46
由以上的計(jì)算可知，可采用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)。
2.4、確定型腔的排列方式
本塑件在注射時(shí)采用一模兩件，即模具需要兩個(gè)型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，擬采用下圖所示的型腔排列方式。
圖7 型腔排列
2.5、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的 傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計(jì)及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容之一。
2.5.1、主流道的設(shè)計(jì)
主流道是連接注塑機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時(shí)也改善料流的速度，因?yàn)橐妥⑺軝C(jī)相配，所以其尺寸與注塑機(jī)有關(guān)。
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得SZ－60/40型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3.5mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝15mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)稍大于注射
噴嘴直徑d?！?
D＝d+(0.5－1)mm=φ3.5+1＝φ4.5mm
主流道的半錐角α通常為1°－2°過大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過大，此處的錐角選用2°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝φ8.5mm,為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑ｒ＝5mm的圓弧過渡。主流道的長度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L＝55mm。
圖8 澆注系統(tǒng)
2.5.2、冷料穴與拉料桿的設(shè)計(jì)
對于依靠推件板脫模的模具常用球頭拉料桿，當(dāng)前鋒冷料進(jìn)入冷料穴后緊包在拉料桿的球頭上，開模時(shí)，便可將凝料從主流道中拉出。球頭拉料桿固定在動(dòng)模一側(cè)的型芯固定板上，并不隨脫模機(jī)構(gòu)移動(dòng)，所以當(dāng)推件板從型芯上脫出制品時(shí)，也將主流道凝料從球頭拉料桿上硬刮下來。其結(jié)構(gòu)如上圖所示：
2.5.3、分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表所示。
分流道的斷面形狀有圓形，半圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。
分流道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時(shí)還要考慮減小流道的容積。圓形和正方形流道的效率最高，當(dāng)分型面為平面時(shí)一般采用圓形的截面流道，但考慮到加工的方便性，在該模具上取半圓形的流道。
一般分流道直徑在3－10mm范圍內(nèi)，分流道的截面尺寸可根據(jù)制品所用的塑料品種、重量和壁厚，以及分流道的長度由《中國模具設(shè)計(jì)大典》第2卷中圖9.2－12所示的經(jīng)驗(yàn)曲線來選定，經(jīng)查取
D=5.6mm較為合適，分流道長度取L＝20mm從圖9.2－14中查得修正系數(shù)fL=1.02，則分流道直徑經(jīng)修正后為D＝D’fL=5.6×1.02=5.712，取D＝6mm
表 5 塑料品種與分流道斷面直徑
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
塑料名稱
分流道斷面直徑 mm
ABS，AS
聚乙烯
尼龍類
聚甲醛
丙烯酸
抗沖擊丙烯酸
醋酸纖維素
聚丙烯
異質(zhì)同晶體
4.8~9.5
1.6~9.5
1.6~9.5
3.5~10
8~10
8~12.5
5~10
5~10
8~10
聚苯乙烯
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
熱塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
離子聚合物
聚苯硫醚
3.5~10
3.5~10
6.5~16
6.5~8.0
3.5~8.0
6.5~10
6.5~10
2.4~10
6.5~13
2.5.4、澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性:
①形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
②試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；
③能相對獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；
④對于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。
根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為合適。
側(cè)澆口一般開設(shè)在模具的分型面上，從制品的邊緣進(jìn)料，故也稱之為邊緣澆口。側(cè)澆口的截面形狀為矩形，其優(yōu)點(diǎn)是截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正。缺點(diǎn)是在制品的外表面留有澆口痕跡，因?yàn)樵撝萍o表面質(zhì)量的特殊要求，又是中小型制品的一模兩腔結(jié)構(gòu)，所以可以采用側(cè)澆口。
在側(cè)澆口的三個(gè)尺寸中，以澆口的深度h最為重要。它控制著澆口內(nèi)熔體的凝固時(shí)間和型腔內(nèi)熔體的補(bǔ)縮程度。澆口寬度W的大小對熔體的體積流量的直接的影響，澆口長度L在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的條件下以短為好，一般選L＝0.5－0.75mm。
確定澆口深度和寬度的經(jīng)驗(yàn)公式如下：
h=nt ……………………………………………………………………………… (3)
W=nA1/2/30 ………………………………………………………………………… (4)
式中：h——側(cè)澆口深度（mm）中小型制品常用h=0.5－2mm，約為制品最大壁厚的1/3－2/3, 取1.5mm
t——制品的壁厚（mm） 3.38mm
n——塑料材料的系數(shù) 查表得 0.8
W——澆口的寬度（mm）
A——型腔的表面積（mm2） 計(jì)算得2940mm2
將以上各數(shù)據(jù)代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。計(jì)算
后所得的側(cè)澆口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)≥104s-1作為初步校驗(yàn)。
制品的體積V＝9.132cm3，設(shè)定充模時(shí)間為1s，于是：
q=9.132/1=9132mm3/s
r=6q/Wh2=(6×9132)/(1.5×1.52)=1.6×104＞104s-1
所以符合要求。
2.6、剪切速率的校核
生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率R=5×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計(jì)算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：
R= ………………………………………………………………………(5)
式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑（CM）。
（1）主流道剪切速率校核
Q=0.8Q /T =17.12/1=17.12 （CM/S）
T注射時(shí)間，T=1（S）；
R=(d1+d2)/4=0.33（CM）
R主流道的平均當(dāng)量截面半徑；
d 主流道小端直徑 ， d=0.45 （CM）； d主流道大×端直徑，d=0.85（CM）
R=3.3qv/πRx3=（3.3×17.12）/（3.14×0.333）=2.01×10 S
從以上的計(jì)算結(jié)果看，流道剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。
2.7、模具材料的選擇
現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以在模具材料的選擇時(shí)主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件,如果選材不當(dāng)則所有的精密加工所投入的工時(shí),設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。
在選擇模具鋼時(shí),首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標(biāo)之一,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標(biāo),耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從PMMA特性看,這兩項(xiàng)指標(biāo)是必須要滿足的,此外還有抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。
從工藝性能考慮:要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經(jīng)濟(jì)考慮,要求材料來源廣,價(jià)格低。
查手冊選擇模仁的材料是45號(hào)剛,該剛為中碳鋼，經(jīng)過調(diào)治過后，具有良好的綜合力學(xué)性能，而且用途也及其廣泛。
而導(dǎo)柱和導(dǎo)套則用T8A鋼該鋼機(jī)械加工性能較好,經(jīng)熱處理(淬火及回火)后,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強(qiáng)度和耐磨性,適于沖頭，木工工具，金屬用剪刀等。
3、排氣、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
排氣設(shè)計(jì)原則：
通常，選擇排氣槽的開設(shè)位置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
1）排氣口不能正對操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故；
2）最好開設(shè)在分型面上，如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出；
3）最好設(shè)在凹模上，以便于模具加工和清模方便；
4）開設(shè)在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端；
5）開設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處，因?yàn)檫@樣的部位最容易形成熔接痕；
6）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)的型心時(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；
7）高速注射薄壁型制件時(shí)，排氣槽設(shè)在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出；
若制件具有高深的型腔，那么在脫模時(shí)需要對模具設(shè)置引氣系統(tǒng)，那是因?yàn)橹萍砻媾c型心表面之間在脫模過程中形成真空，難于脫模，制件容易變形或損壞。
排氣槽的截面積可用如下公式進(jìn)行計(jì)算：
F＝25m1(273+T1)1/2/tP0…………………………………………………………………………(6)
式中：F——排氣槽的截面面積（m2）
m1——模具內(nèi)氣體的質(zhì)量(kg)
P0——模具內(nèi)氣體的初始?jí)毫Γ∕p）取0.1Mp
T1——模具內(nèi)被壓縮氣體的最終溫度(℃)
t——充模時(shí)間(s)
模內(nèi)氣體質(zhì)量按常壓常溫20℃的氮?dú)饷芏圈?＝1.16kg/m3計(jì)算，有
m1=ρoVo……………………………………………………………………………… (7)
式中：V0——模具型腔的體積（m3）
應(yīng)用氣體狀態(tài)方程可求得上式中被壓縮氣體的最終溫度（℃）
T1=（273+T0）(P1/P)0.1304-273………………………………………… (8)
式中：T0——模具內(nèi)氣體的初始溫度（℃）
由V＝9132mm3
充模時(shí)間t=1s
被壓縮氣體最終排氣壓力為P1＝20MPa
由(8)式得：T1＝(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7℃
模具內(nèi)的氣體質(zhì)量由(7)式得：
m1=V0ρ0=9.132×10-6×1.16kg=1.06 ×10-5kg
將數(shù)據(jù)代入(6)式得：所需排氣槽的截面面積為：
F=[25×1.06×10-5(273+311.7)1/2]/(1×0.1×106)=0.064mm2
查取排氣槽高度h=0.03mm，因此排氣槽的總寬度為：
W’’=F/h=0.064/0.03=2.13mm
為了便于加工和有利于排氣，運(yùn)用鑲拼式的型芯結(jié)構(gòu)，與整體式型芯相比，鑲拼型芯使加工和熱處理工藝大為簡化。
3.2、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
設(shè)計(jì)原則
1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好；
3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗(yàn)表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。
4）澆口處加強(qiáng)冷卻，冷卻水從澆口處進(jìn)入最佳；
5）應(yīng)降低進(jìn)水和出水的溫差，進(jìn)出水溫差一般不超過5℃
6）冷卻水的開設(shè)方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設(shè)水孔。
7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉。
冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)公式：
qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2) ………………………………………………………………(9)
式中：qV——冷卻水的體積流量(m3/min)
W——單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min)
Q1——單位重量的塑料制品在凝固時(shí)所放出的熱量(kJ/kg)
ρ——冷卻水的密度(kg/m3) 0.98×103
c1——冷卻水的比熱容[kJ/(kg.℃)] 4.187
θ1——冷卻水的出口溫度(℃) 25
θ2——冷卻水的入口溫度(℃) 20
Q1可表示為：Q1=[c2(θ3-θ4)+u]
式中：c2——塑料的比熱容[kJ/(kg.℃)] 1.465
Q3——塑料熔體的初始溫度(℃) 200
θ4——塑料制品在推出時(shí)的溫度(℃) 60
u——結(jié)晶型塑料的熔化質(zhì)量焓(kJ/kg)
Q1=[c2(θ3-θ4)+u]=1.465(200-60)=205.1kJ/kg
將以上各數(shù)代入（9）式得：
qV=(0.013×205.1)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min
=0.13×10-3m3/min
上述計(jì)算的設(shè)定條件是：模具的平均工作溫度為40℃，用常溫20℃的水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為25℃，產(chǎn)量為0.013kg/min。
由體積流量查表可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾弥睆絛為8mm的管道來調(diào)節(jié)溫度。
4、模具工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1、凸凹模的設(shè)計(jì)
凹模的結(jié)構(gòu)采用整體嵌入式，這樣有利于節(jié)省貴重金屬材料，對于小件一模多腔式模具，一般是將每個(gè)型腔單獨(dú)加工后壓入定模板中；這種結(jié)構(gòu)的凹模形狀、尺寸一致性好，
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