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茶杯蓋的注塑模設(shè)計 摘 要:本設(shè)計題目為茶杯蓋的注塑模設(shè)計，體現(xiàn)了圓蓋形零件的設(shè)計要求、內(nèi)容、方向。通過對該模具的設(shè)計，進一步加強了設(shè)計者對注塑模各方面知識的擴展和運用，從中學(xué)到更多知識，為設(shè)計復(fù)雜模具打下基礎(chǔ)。 本設(shè)計根據(jù)工件的具體形狀及外觀，分析材料的使用性能及成型性能，再選取合適的分型面、澆口、注塑機及模具結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)模具的具體特征，確定其具體尺寸。 本模具采用三板式。脫模時，先將凝料脫出，再由中間板使其與塑件分離。本模具設(shè)有型環(huán) , 當(dāng)模具在冷卻水的循環(huán)作用下冷卻后，塑件變硬。在動模后退過程中，型環(huán)將塑件從模具中頂出，最后由彈簧復(fù)位。這種機構(gòu)脫?？煽浚O(shè)計方便且在模具中占用空間較小，非常適合在該模具中使用。 關(guān)鍵詞：注塑模、形狀、三板式、型環(huán)。 tea-cup top plastic injecting mold design Abstract：The subject is the design of the tea-cup top plastic injecting mold, Which embodies the requirement content and direction of the design for round top plastic parts .By means of the mold design , the knowledge in all fields is spreaded and used . And the basic structure of plastic mold more comprehended . According to the shape and appearance of the work , the designer analyzes the applying function and shaping function of plastic .And he chooses the apposite parting surface , the sprue , the injection –molding machine and the structure of mold . Then according to specific feature of the mold , the designer determines the specific size . This is a three-plate mold . Since the mold is cooled by circulating cold water , the plastic hardens and the part may be ejected when the plunger draws back and the mold opens . The runner system which has been solidified is shaked off by the middle plate . This mold has two templates . The work will be ejected by the templates , when the moving die is falling back . And it is reseted by springs at last . Lastly the character of the part is analyzed to determine the mould design parameter and design point and choose the ejection assembly. Keywords: injecting mold； shape； three-plate；templates 參 考 文 獻 ［1］主編：屈華昌。塑料成型工藝與模具設(shè)計。北京：高等教育出版社，2001 ［2］主編：楊占堯。塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計。 北京：清華大學(xué)出版社，2004 ［3］主編：陸 宇。實用注塑模具設(shè)計。 北京：中國輕工業(yè)出版社，1997 ［4］主編：馬金駿。注塑模具設(shè)計。 北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1994 ［5］主編：唐子玉等。塑料模具設(shè)計師指南。 北京：國防工業(yè)出版社，1996 ［6］主編：陳萬林。實用注塑模設(shè)計與制造。 北京：機械工業(yè)出版社，2000 ［7］塑料模設(shè)計手冊（軟件）， 北京：機械工業(yè)出版社。 ［8］主編：陳錫棟、周小玉。實用模具技術(shù)手冊。北京：機械工業(yè)出版社，2002 插圖清單 圖1 塑件……………………………………………………………………………4 圖2 分型面…………………………………………………………………………9 圖3 型腔排列方式………………………………………………………………10 圖4 主流道設(shè)計…………………………………………………………………11 圖5 型環(huán)推桿……………………………………………………………………13 圖6 型環(huán)推出機構(gòu)………………………………………………………………14 圖7 彈簧復(fù)位機構(gòu)………………………………………………………………15 圖8 推板……………………………………………………………………15 圖9 限位釘…………………………………………………………………16 圖10 墊塊…………………………………………………………………16 圖11 凹模鑲拼結(jié)構(gòu)…………………………………………………………17 圖12 凸模結(jié)構(gòu)……………………………………………………………18 圖13 模板…………………………………………………………………18 圖14 總裝圖……………………………………………………………25 機 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 車削 工序號 004 零件名稱 凹模鑲塊 零件號 03 零件重量 同時加工零件數(shù) 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 55 217HBS 設(shè) 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 車床 CA6140 三爪卡盤 活動頂尖 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 切 削 速 度 基 本 工 時 1 2 3 4 平端面 鉆中心孔 粗車輪廓 精車輪廓 外圓車刀 中心鉆 外圓車刀 外圓車刀 游標卡尺 千分尺 千分尺 51 51 2 1 1.5mm/r 0.6mm/r 1mm/r 0.5mm/r 500r/min 950r/min 500r/min 1200r/min 166m/min 394m/min 設(shè) 計 者 趙云平 指 導(dǎo) 教 師 丁海 共 1 頁 第 1 頁 機 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 車削 工序號 003 零件名稱 型芯 零件號 04 零件重量 同時加工零件數(shù) 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 P20 187HBS 設(shè) 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 車床 FANUC0i 三爪卡盤 活動頂尖 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 切 削 速 度 基 本 工 時 1 2 3 4 平端面 粗車輪廓 精車輪廓 外圓車刀 外圓車刀 外圓車刀 游標卡尺 千分尺 千分尺 60 60 2 1 2.0mm/r 0.5mm/r 1mm/r 0.5mm/r 500r/min 500r/min 1200r/min 133m/min 313m/min 設(shè) 計 者 趙云平 指 導(dǎo) 教 師 丁海 共 1 頁 第 1 頁 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 03 凹模鑲塊 工序號 工 序 名 稱 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 下料〔φ105×54〕 鍛料〔φ106×5×φ100×52〕 退火〔550℃，217HBS〕 精車〔車至要求尺寸φ104.2×3.2×φ98.2×47.2〕 數(shù)控銑〔銑型腔內(nèi)表面至尺寸要求〕 鉗〔研磨型腔及澆口流道至Ra0.2～0.4μm〕 淬火820℃，50HRC 磨〔磨型腔面〕 鉗〔將本件壓入上固定板〕 平磨〔與上固定板磨配，各面垂直度為0.02mm/100mm〕 鉗〔研磨型腔到Ra0.1μm，研磨澆口到Ra0.8μm〕 鋼鋸 空氣錘 加熱爐 車床 銑床 砂紙 加熱爐 砂紙 砂輪 砂紙 鋼直尺 手鉗 手鉗 卡盤 機用平口鉗 V形鐵 專用夾具 鋸條 車刀 銑刀 卡鉗 千分尺 百分表 直角尺 游標卡尺 直角尺 編制 趙云平 校對 審核 批準 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 02 型芯 工序號 工 序 名 稱 設(shè) 備 夾 具 刀 具 量 具 工 時 名 稱 型 號 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 名 稱 規(guī) 格 1 2 3 4 5 6 7 下料〔φ100×45〕 鍛料〔φ85×62〕 退火至180—200HBS 數(shù)控車削〔車至零件具體要求尺寸〕 平磨〔與支撐板磨配，各面垂直度為0.02mm/100mm〕 淬火至40HRC 鉗〔研磨型型芯表面到Ra0.1μm〕 鋼鋸 空氣錘 數(shù)控車床 砂輪 加熱爐 砂紙 鋼直尺 手鉗 卡盤 專用夾具 手鉗 V形鐵 虎鉗 鋸條 車刀 卡鉗 千分尺 百分表 直角尺 直角尺 游標卡尺 編制 趙云平 校對 審核 批準 1 緒 論 80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預(yù)計為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 1.1國內(nèi)塑料模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，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英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 ? ? 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應(yīng)用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。 近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向包括： 1、提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計制造水平及比例。 2、在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。 3、推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。 4、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 5、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。 6、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 7、研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。提高和改善。 1.2國外的注塑模的發(fā)展情況 國外的注塑模的發(fā)展情況，注塑成型是最大量生產(chǎn)塑料制品的一種成型方法，二十多年來，國外的注塑模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代已開始應(yīng)用計算機對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設(shè)計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設(shè)計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模CAD技術(shù)在不斷進行理論和試驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實際應(yīng)用中不斷改進、提高和改善。 2模塑工藝規(guī)程的編制 2.1塑件的工藝性分析 圖1 塑件 2.1.1塑件的原材料分析。 原始資料：如上圖所示。塑件的材料采用PP，屬熱塑性塑料。從使用性能上看，這種材料不需要預(yù)先干燥，成型時的流動性都較好。成型條件：料筒溫度180～300℃，注塑壓力73.4～196×106Pa，模具溫度40～80℃，成型收縮率0.01～0.025。 另外，從使用性能上看，該塑料具有剛度好、耐水、耐熱性強，其介電性能與溫度和頻率無關(guān)等優(yōu)點，是理想的絕緣材料；從成型性能上看，該塑料吸水性小，熔料的流動性較好，成型容易，但收縮率大。另外，該塑料成型時易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，成型溫度低時，方向性明顯，凝固速度較快，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，在成型時應(yīng)注意控制成型溫度，澆注系統(tǒng)應(yīng)較緩慢散熱，冷卻速度不宜過快。 模具設(shè)計時要注意澆注系統(tǒng)對料流阻力小，澆口處外觀不良，易發(fā)生熔接痕，應(yīng)注意選擇澆口位置、形式，頂出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)“白色”痕跡(但在熱水中加熱可消失)，脫模斜度宜取2°以上。 2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 ⑴結(jié)構(gòu)分析。從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形，在寬度方面沒有側(cè)凸凹。因此，模具設(shè)計時不必設(shè)置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，該零件屬于簡單零件。 ⑵尺寸精度分析。該零件尺寸精度為MT4級。由以上分析可見，該零件的尺寸精度一般，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,厚度最大處為2mm，最小處為1mm，較均勻，有利于零件的成型。 ⑶表面質(zhì)量分析。該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，沒有特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。 綜上分析可以看出，注塑時在工藝參數(shù)控制的較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。 2.1.3計算塑件的體積和質(zhì)量及注塑機的選取 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 經(jīng)稱重塑件的質(zhì)量為10g，根據(jù)設(shè)計手冊可查的PP的密度為ρ=1.04kg/dm-3，所以其體積 為： V=W／ρ =10÷1.04 =9.6cm3 該塑件的的形狀簡單，尺寸不大，結(jié)構(gòu)不易變形。能夠用整體型腔和型芯，簡單方法脫模，生產(chǎn)量大，可用多腔模具成型。由此得出結(jié)論：應(yīng)采用一模兩腔，側(cè)澆口，頂桿脫模，簡單冷卻的模具結(jié)構(gòu)。 計算塑件在模具水平分型面上的投影面積： S1=πR2 =3.14×392 =4775.94mm2 計算澆注系統(tǒng)和飛邊在模具水平分型面上的投影面積： S2=130π（5／2）2／2+30π（5／2）2 =1275.625+588.75 =1864.375 mm2 模具水平分型面上的總面積: S總= 2S1＋S2 =2×4775.94+1864.375 =11416.255 mm2 根據(jù)塑件的重量和分型面上的投影面積可以確定使用的最小注塑機，初步選用的注塑機為XS-ZS-125型。 2.1.4塑件注塑工藝參數(shù)的確定 查找相關(guān)文獻和參考工廠實際應(yīng)用的情況，PP的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可依據(jù)實際情況做實際的調(diào)整） 注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度 料筒溫度：后段溫度t1選用：1700C 中段溫度t2選用：1900C 前段溫度t3選用：2100C 噴嘴溫度：選用1800C 注塑壓力：選用90MPa 注塑時間：選用50s 保 壓 ：選用30MPa 保壓時間：選用20s 冷卻時間：選用40s 2.1.5注塑機有關(guān)參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為200mmx400mmx227mm. XS-ZS-125注塑機模板最大安裝尺寸為320mmx350mm,故可以滿足模具的安裝要求。 由上述計算模具的閉合高度H=227mm ，XS-ZS-125注塑機所允許模具的最小厚度：Hmin=200;最大厚度:Hmax=300;即模具滿足安裝的條件。 經(jīng)查資料XS-ZS-125型注塑機的最大開模行程S=300mm，滿足頂出塑件的要求。 S≥H1/+H2/+(5～10) =30+25+10 =65mm 經(jīng)驗證XS-ZS-125型注塑機滿足使用要求，可以使用。 模具的工作原理: 模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模部分固定在注塑機的動模板上，合模以后，注塑機通過噴嘴將熔融塑料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型，開模時動模隨動模板一起運動逐漸將兩個分型面打開，第一個分型面打開露出澆注系統(tǒng)凝料，動模繼續(xù)后退，拉板將第二個分型面分開，當(dāng)分型面打開一定距離后動模停止運動，在注塑機頂出裝置的作用下，頂桿運動將塑件頂出，合模時隨著分型面的閉合，彈簧也對模具進行復(fù)位。 3注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注塑的結(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、型腔的排列方式、冷卻水道的布局、澆口位置的設(shè)置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、側(cè)向分型與抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計、推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計等內(nèi)容。 3.1 分型面的選擇 模具設(shè)計中，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。分型面選擇原則是：塑件脫出方便、模具結(jié)構(gòu)簡單、型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無損塑件外觀、設(shè)備利用合理。 該塑件為茶杯蓋，表面無特殊質(zhì)量要求，但在使用過程中，上端與使用者的手指接觸較多，因此上端最好自然形成圓角。此外，該零件高度為30mm，且垂直于軸線的截面形狀比較簡單和規(guī)范，若選擇如下圖所示水平分型方式既可降低模局具的復(fù)雜程度，減少模具加工難度又便于成型后出件。故選擇如下圖的分型方式較為合理。 圖2 分型面 3.2確定型腔的排列方式 本塑件在注塑時采用一模兩腔，既模具需要兩個型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，型腔位于澆注系統(tǒng)兩側(cè)，澆注系統(tǒng)軸線與模具中心線重合。模具沒有側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，材料長度很短，利于充型。具體排列如下: 圖3 型腔排列方式 采用這種排列方式澆口為沖擊型,可以避免沖擊現(xiàn)象,使熔體破裂現(xiàn)象消失。且模具寬度減小。 3.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)的作用是使塑料熔體平穩(wěn)且有順序的填充型腔中，并在填充和凝固過程中，把壓力充分傳遞到各個部位，以獲得組織緊密，外形清晰的塑料制件。 澆注系統(tǒng)一般有主流道、分流道、澆口、凝料穴四部分組成。它的設(shè)計主要應(yīng)遵循以下幾條原則： ①排氣良好，能順利地引導(dǎo)熔融塑料填充到型腔的各個深度。 ②流程短，在滿足成型和排氣良好的前提下，要選取短的流程來填充型腔，以降低壓力損失，縮短填充時間。 ③防止型芯和嵌件變形。 ④整修方便，澆口位置和形式應(yīng)結(jié)合塑件的形狀考慮，做到整修方便并無損塑件外觀和使用。 ⑤防止塑件翹曲變形。 ⑥合理設(shè)計冷料穴和溢料槽，因為它可能影響塑件質(zhì)量。 3.3.1主流道設(shè)計 根據(jù)設(shè)計手冊查得XS-ZS-22型注塑機噴嘴有關(guān)尺寸： 噴嘴前端孔徑：d0=Φ2mm 噴嘴前端球面半徑：R0=12mm 設(shè)計主流道截面直徑時，應(yīng)當(dāng)注意噴嘴和主流道的對中問題，因為對中不良產(chǎn)生的誤差容易在噴嘴和主流道進口處造成漏料或者積存冷料，并因此防礙主流道凝料脫模，為了補償對中誤差并解決凝料脫模問題，主流道進口端直徑一般比噴嘴出口直徑大0.5-1mm，通常要求主流道進口端凹下的球面半徑比噴嘴球面半徑大1-2mm，凹下深度約為3-5mm。 根據(jù)模具主流道和噴嘴的關(guān)系： R= R0+（1-2）mm d= d0+（0.5-1）mm 取主流道球面半徑：R=13mm 取主流道小端直徑：d=φ2.5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計成圓錐形，其斜度為20-40，主流道大端直徑，主流道大端直徑D=φ5mm。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=2.5mm的圓弧過渡，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示： 3.3.2分流道設(shè)計 分流道的形狀及尺寸，應(yīng)根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的 復(fù)雜程度、注塑速率、分道長度等因素來確定。本塑件的 形狀簡單，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列方式 可知分流道的長度較短，為了容易加工，且熔體的熱量散 發(fā)和流動阻力都不會很大，采用梯形截面的分流道，查表 得h=3.5mm,b1=5mm。 圖4 主流道設(shè)計 3.3.3澆口設(shè)計 它是流道與型腔之間的狹窄部分，也是最短小的部分，它的作用有：使送來的熔融塑料在進入型腔時產(chǎn)生加速度，從而迅速充滿型腔，澆口處塑料首先冷凝，防止塑料倒流，成型后便于澆注系統(tǒng)凝料與塑件分離。 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用點澆口較為理想。設(shè)計時考慮選擇從主流道進入分流道再進入點澆口，料由澆口處向四壁流，而且在模具結(jié)構(gòu)上采用鑲拼式型腔，型心，有利于填充排氣且采用截面為圓形的點澆口，有利于加工，查表初選尺寸為：dxl=2mmx1mm，試模時修正。 3.4脫模頂出機構(gòu)的設(shè)計 3.4.1頂出機構(gòu)的設(shè)計原則 在塑料成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中取出，完成取出塑件這個動作的機構(gòu)就是頂出機構(gòu)，也成為脫模機構(gòu)。對于頂出機構(gòu)的設(shè)計主要應(yīng)遵循以下幾點原則： (1)頂出機構(gòu)的運動要準確、可靠、靈活，無卡死現(xiàn)象，機構(gòu)本身要有足夠的剛度和強度，足以克服脫模阻力。 (2)保證在頂出過程中塑件不變形，這是對頂出機構(gòu)的最基本要求。在設(shè)計時要正 確估計塑件對模具粘附力的大小和所在位置，合理地設(shè)置頂出部位，使頂出力能均勻合理地分布，要讓塑件能平穩(wěn)地從模具中脫出而不會產(chǎn)生變形。頂出力中大部分是用來克服因塑料收縮而產(chǎn)生的包緊力，這個力的大小與塑料品種、性能，以及塑件的幾何形狀復(fù)雜程度，型腔深度、壁厚還有模具溫度、頂出時間、脫模斜度、模具成型零件的表面粗糙度等因素有關(guān)。 (3)頂出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯(因型芯處包緊力最大)，且頂出面積應(yīng)盡可能大，以防塑件被頂壞。 (4)頂出力應(yīng)作用在不易使塑件產(chǎn)生變形的部位，如加強筋、凸緣、厚壁處等。應(yīng)盡量避免使頂出力作用在塑件平面位置上。 (5)若頂出部位需設(shè)在塑件使用或裝配的基準面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位處凹進塑件0.1毫米左右，而頂出桿端面則應(yīng)高基準面否則塑件表面會出現(xiàn)凸起影響基準面的平整和外觀。 根據(jù)塑件的形狀及質(zhì)量外觀要求，這里采用頂桿頂出脫模機構(gòu)比較合適，頂桿脫模機構(gòu)是由頂桿、頂桿固定板、頂桿墊板、拉料桿、支承釘和復(fù)位桿等組成。 本模具采用型環(huán)頂出，推桿推動型環(huán)，用手工取出塑件，然后將型環(huán)放回模內(nèi)，靠彈簧復(fù)位。 3.4.2推桿的選擇與設(shè)計 ①推桿的形式：頂桿的材料多用45鋼、T8A或T10A，頭部要淬火，硬度到達40HRC以，表面粗糙度Ra0.63～1.25μm（高于△7）（指滑動配合部分）。針對該零件的形狀，其基本結(jié)如下圖所示： 圖5 型環(huán)推桿 ②推桿的固定方法：頂桿的固定方式主要有6種，在此，選擇最常用的固定方式軸肩墊板連接。頂桿與固定孔間應(yīng)留一定的間隙，裝配時頂桿軸線可作少許移動，以保證頂 桿與型芯固定板上的頂桿孔之間的同心度，并建議鉆孔時采用配加工的方法。 ③推桿與頂桿孔的配合： 頂桿與頂桿孔間為滑動配合，一船選H8/f8，其配合間隙兼有排氣作用，但不應(yīng)大于所用塑料的排氣間隙(視所用塑料的熔融粘度而定)，以防漏 料。配合長度一般為頂桿直徑的2～3倍。頂桿端面應(yīng)精細拋光，因其已構(gòu)成型腔的一部分。為了不影響塑件的裝配和使用，頂桿端面應(yīng)高出型腔表面0.1毫米。 ④型環(huán)推出機構(gòu)：該模具用型環(huán)推出，靠彈簧復(fù)位。 圖6 型環(huán)推出機構(gòu) 3.4.3復(fù)位與導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 頂桿將塑件頂出后，必須返回其原始位置，才能合模進行下一次注塑成型。最常用的方法是復(fù)位桿回程，這種復(fù)位桿又名回程桿。這種方法經(jīng)濟、簡單，回程動作穩(wěn)定可靠。當(dāng)注塑模閉合時，復(fù)位桿與定模模面接觸，注塑機繼續(xù)閉合時，則使復(fù)位桿隨同頂出機構(gòu)一同返回原始位置。 對大型模具設(shè)置的頂桿數(shù)量較多或由于塑件頂出部位面積的限制，頂桿必須作成細長形時以及頂出機構(gòu)受力不均衡時(脫模力的總重心與機床頂桿不重合)，頂出后，頂出板可能發(fā)生偏斜，造成頂桿彎曲或折斷，此時應(yīng)考慮設(shè)置導(dǎo)向裝置，以保證頂出板移動時不發(fā)生偏斜。一般采用導(dǎo)柱，也可加上導(dǎo)套來實現(xiàn)導(dǎo)向。導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔或?qū)椎呐浜祥L度不應(yīng)小于10毫米。當(dāng)動模墊板支撐跨度大時，導(dǎo)柱還可兼起輔助支撐作用。 本模具采用型環(huán)頂出，推桿推動型環(huán)，用手工取出塑件，然后將型環(huán)放回模內(nèi)，靠彈簧復(fù)位。具體結(jié)構(gòu)如下： 圖7 彈簧復(fù)位機構(gòu) 3.4.4推板的選用 塑件注塑成型后，動模后退。推板碰到注塑機的頂桿上才能帶動推桿將塑件推出。 另外，在回程時復(fù)位桿通過推板將頂桿拉回。故推板及其固定板選用GB/T4169.7-1984。 尺寸為:B=73mm,L=200mm,H=12.5mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖： 圖8 推板 3.4.5限位釘?shù)倪x用 塑件成型后，動模后退結(jié)束時，動模座板要與推板留有一定的間隙。以便下一次注塑時容易回程。限位釘按GB/T4169.9-1984選取，基本尺寸：d=8mm,D=16mm,S=3mm,L=16mm。具體如下圖： 圖9 限位釘 3.4.6墊塊的選用 為了保證推出距離，支撐板和動模座板之間需要加墊塊。墊塊按GB/T4169.6-1984選取，基本尺寸：B=25mm,L=200mm,H=50mm。具體如下圖： 圖10 墊塊 3.5成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注塑模具閉合時,成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹 模、凸模、型芯、鑲拼件、各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注塑周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)、材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。 3.5.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本結(jié)構(gòu)可分為整體式、整體嵌入式和組合式。由于所設(shè)計的模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，且為大批量生產(chǎn)，考慮加工的難以程度和利用價值等因素凹模采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，在凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用鑲拼結(jié)構(gòu)有如下好處： （1）簡化凹模型腔加工，將復(fù)雜的凹模內(nèi)形體的加工變成鑲件的外形加工。降低了凹模整體的加工難度。 (2)鑲件可用高碳鋼或高碳合金鋼淬火。淬火后變形較小，可用專用磨床研磨復(fù)雜形狀和曲面。凹模中使用鑲件的局部型腔有較高精度，經(jīng)久的耐磨性并可置換。 (3)可節(jié)約優(yōu)質(zhì)塑料模具鋼，尤其對于大型棋具更是如此。 (4)有利于排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的通道的設(shè)計和加工。 本模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價值利用因素，采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。 采用鑲拼結(jié)構(gòu)的凹模，對于改善模具加工工藝性有明顯好處，采用過盈配合H7/Js6。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖11 凹模鑲拼結(jié)構(gòu) 2)凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凸模是用來成型塑料制品的內(nèi)表面的成型零件。凸模的基本結(jié)構(gòu)可分為組合式凸模、圓柱型芯結(jié)構(gòu)、異型型芯結(jié)構(gòu)、鑲拼型芯結(jié)構(gòu)等四種。在該模具結(jié)構(gòu)中應(yīng)選擇組合式凸模，該結(jié)構(gòu)節(jié)省了優(yōu)質(zhì)模具鋼，便于機加工和熱處理，也便于動模與定模對準。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖12 凸模結(jié)構(gòu) 3)模板的選取 模板按GB/T4169.8-1984選取，具體尺寸為：B=200mm,L=250mm,H=50mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示： 圖13 模板 3.6模具設(shè)計的有關(guān)計算 3.6.1型腔和型心工作尺寸計算 1）凹模與凸模工作尺寸計算。所謂工作尺寸是指成型零件上直接用于成型塑件部分的尺寸，如凹模與凸模徑向尺寸、型腔深度或型心高度等，確定工作尺寸。除根據(jù)塑件尺寸及精度要求外，還必須考慮下列影響塑件尺寸精度的主要因素： ①成型零件的制造公差 一般取塑件公差Δ的1/3～1/6，對中小型塑件取δz=1/3Δ；對大型塑件取δz<1/3Δ。 ②成型零件的磨損量δC 成型零件的最大磨損量對中小型塑件模具取δC=1/6Δ；對大型塑件取δz<1/6Δ。 ③成型收縮率S 一般收縮率取收縮范圍的平均值，即 Scp=(Smax+ Smin)/2 這里成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差，平均磨損量來進行計算。 查表得PP的收縮率Smax=2.5%，Smin=1.0%,得平均收縮率Scp=(Smax+ Smin)/2=1.75%，按下表公式計算如下 注：Scp——塑料平均收縮率； Δ——塑料制品的公差； δz——成型零件制造公差； χ——修正系數(shù)，一般為1/2～3/4； χ＇——修正系數(shù)，一般為1/2～3/4，當(dāng)制品尺寸較大，精度比較低時取小值，反之取大值； Lm——型腔經(jīng)向尺寸； Hm——型腔深度； Ls——塑件外形基本尺寸； Hs——塑件高度基本尺寸； lm——型芯徑向尺寸； ls——塑件內(nèi)形基本尺寸； hm——型芯高度； hs——塑件孔深基本尺寸； Cm——型芯與型腔中心距； Cs——塑件上孔或凸臺的中心距； 型腔和型芯工作尺寸計算如下表： 尺寸類型 計算公式 型 腔 經(jīng)向尺寸 Lm=( Ls+ LsScp-χΔ)0+δz 深度 Hm=( Hs+ HsScp-χ＇Δ) 0+δz 型 芯 徑向尺寸 lm=(ls+lsScp+χΔ)0-δz 高度 hm=(hs+hsScp+χ＇Δ) 0-δz 中心距 Cm=(Cs+CsScp)±δz/2 計算如下：制件為中小制件，取χ=3/4，代入上式得 ①凹模經(jīng)向尺寸 塑件尺寸Ls1=120-0.18mm, Ls2=860-0.44mm,Ls3=800-0.38mm Lm=( Ls+ LsScp-χΔ)0+δz Lm1=(12+12×1.75÷100-3÷4×0.18)0+1/3×0.18 =12.080+0.06mm Lm2=(86+86×1.75÷100-3÷4×0.44)0+1/3×0.44 =87.170+0.147mm Lm3=(80+80×1.75÷100-3÷4×0.38)0+1/3×0.38 =81.120+0.127mm ②凹模深度 對塑件尺寸Hm1=300-0.24mm ，Hm2=510-0.28mm Hm=( Hs+ HsScp-χ＇Δ) 0+δz 取χ＇=2/3 δz按1/3Δ代入公式得： Hm1=(30+30×1.75÷100-2÷3×0.24) 0+1/3×0.22 =30.360+0.073mm Hm1=(51+51×1.75÷100-2÷3×0.28) 0+1/3×0.28 =51.710+0.093mm 對于塑件尺寸“2”該尺寸為自由公差，此時可做兩種處理，一是取塑件尺寸作為凹模深度尺寸，且不考慮制造公差，即Hm=Hs；另一是塑件精度按公差表中最低精度（既8級），相應(yīng)的凹模深度公差按其1/3值確定。既有 Hm=2mm ③凸模徑向尺寸：塑件尺寸 ls1=100+0.16mm, ls2=780+0.38mm lm=(ls+lsScp+χΔ)0-δz lm1=(10+10×1.75÷100+3÷4×0.16)0-1/3×0.16 =10.300-0.053mm lm1=(78+78×1.75÷100+3÷4×0.38)0-1/3×0.38 =79.650-0.127mm ④凸模高度尺寸：塑件尺寸 Hs1=290+0.24mm, hs2=490+0.28mm hm=(hs+hsScp+χ＇Δ) 0-δz hm1=(29+29×1.75÷100+2÷3×0.24)0-1/3×0.24 =29.670-0.08mm hm1=(49+49×1.75÷100+2÷3×0.28)0-1/3×0.28 =50.040-0.093mm 3.6.2型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計算 (1)下凹模底板厚度計算。下凹模底板為整體式矩形型腔，根據(jù)整體式矩形型腔底板厚度計算公式進行計算： th=b（aPM/бb）1/2 式中 PM=196MPa(選定值)； b=86mm; a=0.3834; бb=980 MPa; 代入公式計算得 th=86×（0.3834×196/980）1/2 =23.81mm 考慮模具的整體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào),取th=25mm。 (2)型腔側(cè)壁厚度計算。本模具采用鑲拼組合式凹模結(jié)構(gòu)，根據(jù)圓形凹模最小壁厚經(jīng)驗曲線查得 S1=6mm，S1=28mm。 型腔 圓形凹模內(nèi)徑d 40～100 >100～200 S1 5～10 〉10～15 S2 對應(yīng)表值70～80% 3.7模具的加熱與冷卻系統(tǒng) 模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以改善成型條件、穩(wěn)定制品的形位尺寸精度、改善制品的機械物理性能、提高制品的表面質(zhì)量等。通常所用的冷卻或加熱介質(zhì)有水、熱油和蒸汽，當(dāng)然也可以采用電加熱方式。水介質(zhì)分為常溫水、溫水和冷水三種。對熱塑性塑料來講，無論是對模具進行加熱還是冷卻，其作用都是對模具型腔內(nèi)的塑料制品進行合理的冷卻。本塑件在注射時不需要太高的模溫，因而在模具上可以不設(shè)加熱系統(tǒng)。具體計算如下: 設(shè)定模具平均工作溫度為85℃，用20 ℃的常溫水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30 ℃，產(chǎn)量為（初算每2分鐘一套）0.027×30kg/h。 (1)求塑件在硬化時每小時釋放的熱量Q3，查有關(guān)文獻得PP的單位熱流量為: 59×104J/kg。 Q3=WQ2 =0.81×59×104 =4.779×104J/h (2)求冷卻水的體積流量V V= =4.779×104/［60×103×4.187×103×(30-20)］ =0.19×10-4m3/min 由體積流量查表可知所需的冷卻水管直徑非常小，又因為模具每分鐘所需的冷卻水體積流量很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。 3.8模具閉合高度的確定 在支承板和固定零件的設(shè)計中，根據(jù)經(jīng)驗確定： 定模座板：H1 = 25mm；凹模墊板：H2 = 5mm； 凹模固定板：H3 =60mm； 凸模固定板：H4 = 30mm；支 承 板：H5 = 32mm； 動模座板：H7 = 25mm； 根據(jù)推出行程和推出機構(gòu)尺寸確定墊板的：H6 = 50mm，因而模具的閉合高度： H= H1+ H2+ H3+ H4+ H5+ H6+ H7 =25+15+50+30+32+50+25 =227mm 圖14 總裝圖 3.9模具標準零件的選用 序號 名稱 數(shù)量 材料 規(guī)格/ mm 標準 熱處理 1 定模座板 1 Q235 400×200×25 GB/T700-1988 2 型腔 固定板 1 Q235 350×200×50 GB/T700-1988 3 支撐板 1 Q235 350×200×32 GB/T700-1988 4 墊板 2 Q235A 25×200×15 GB/T4169.6-1984 5 動模座板 1 Q235 400×200×25 GB/T700-1988 40～45HRC 6 內(nèi)六角 螺釘 4 45 M6×50 GB/T70-85 60～62HRC 7 推板 1 45 268×200×12.5 GB/T4169.7-1984 56～58HRC 8 推桿 固定板 1 45 268×200×10 GB/T4169.8-1984 56～58HRC 9 推板導(dǎo)柱 4 20 φ10×80 GB/T699-1999 滲碳58～62HRC 10 限位銷 1 T8A φ8×16 GB/T4169.9-1984 60～62HRC 11 導(dǎo)柱 4 T8A φ20×85 GB/T1298-1986 60～62HRC 12 導(dǎo)套 4 T8A φ26×65 GB/T1298-1986 60～62HRC 4結(jié)束語 設(shè)計總結(jié) 通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我們把平時在課堂上學(xué)到的理論與實際生產(chǎn)結(jié)合了起來?？此坪唵蔚牧慵胍玫剑彩切枰S多工序才能完成的。我們只所以選擇使用模具來達到這樣的效果，不僅與生產(chǎn)批量有關(guān)，還與生產(chǎn)條件有關(guān)。如果是大批量生產(chǎn)的零件使用模具就很容易實現(xiàn)機械化和現(xiàn)代化。能夠保證零件的尺寸相差不大，以實現(xiàn)互換。設(shè)計是一個關(guān)鍵的工作，要查閱大量資料和統(tǒng)計計算工作，設(shè)計是個苦差事。 設(shè)計的好壞直接影響到制件質(zhì)量和勞動強度以及生產(chǎn)成本。所以設(shè)計者應(yīng)該具備淵博的知識和大量的實踐經(jīng)驗作為基礎(chǔ)，應(yīng)該懂得生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。這樣才能設(shè)計出好的實用的模具來。 雖然我傾注了大量的勞動和汗水在這個設(shè)計，由于缺乏經(jīng)驗與實踐。設(shè)計的十分艱辛，雖然借鑒了許多，還是有好多不明白之處。希望在老師的指導(dǎo)和今后自己的工作中不斷充實自我的能力。 27