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湖南工學(xué)院（籌） 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題 目 電源盒注射模設(shè)計 起 止 時 間 2006年3月—2006年6月 學(xué) 生 姓 名 朱小升 專 業(yè) 班 級 模具0305 學(xué) 號 20030526 指 導(dǎo) 老 師 張 蓉 教研室主任 張 蓉 系 主 任 黃耀忠 2006年5月27日 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 目 錄 一、塑件分析及注塑機(jī)選定————————————— 2-6 二、模具設(shè)計 1、主流道設(shè)計—————————————————— 7-8 2、定模設(shè)計 —————————————————— 8-11 3、支撐板設(shè)計——————————————————11-12 4、排溢系統(tǒng)設(shè)計——————————————————12 5、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計———————————————— 14-14 6、合模機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計————————————15-16 7、內(nèi)型腔設(shè)計計算——————————————— 16-22 8、推桿設(shè)計———————————————————— 22 9、溫控系統(tǒng)設(shè)計———————————————— 23-24 10、設(shè)計小結(jié)———————————————————— 25 11、參考資料 ——————————————————— 26 共 26 頁 第 1 頁 南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 電源盒注射模設(shè)計 塑件圖如下 ： 該塑件選用塑料為ABS. ABS中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。 基本特性： ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 共 26 頁 第 2 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在1.02~1.05g/cm3,其收縮率為0.3~0.8%。ABS 吸濕性很強(qiáng)，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流動性一般，溢料間隙約在0.04mm。ABS有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)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。水、無機(jī)鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于部分醇類及烴類溶劑，但于烴長期接觸會軟化溶脹，ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會硬氣放映開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可陪成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70℃左右，熱變形溫度約為93℃左右。耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。 成型特點(diǎn)： ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的陰力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60oC，要求塑件光澤和耐熱時，應(yīng)控制在60~80 oC。用柱塞式注射機(jī)成型時， 料溫180~230℃注射機(jī)壓力（1000~1400）×105P 共 26 頁 第 3 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 2、 塑件體積 V=40×40×9—38×38×8—π×22×4+0.5×15×17=3690.26 材料ABS δ1=0.100% δ2=0.200% ∴δ=0.15% 比 重： 1.03~1.07 拉伸強(qiáng)度： 27.6~55.2 剛 度： 1.38~3.45 擴(kuò) 展 率： 0.27 m3/s 導(dǎo)熱系數(shù)： 0.293 w/ mk 比 熱 容： C=1.047 J/ kg..k 密 度： ρ=1050 kg/ m2 塑件質(zhì)量： m=ρv=1050×103×3690.26×10-9=3.875 g 3、模具用鋼 選用45# 熱處理正火 規(guī)格φ25 ［δb］≤600 ［σs］≤355 HRC［HB］ (149~127) E=204000 熱導(dǎo)入率 1949.8 w/m.k 參見《塑 料成型工藝與模具設(shè)計》表3-1 P55 共 26 頁 第 4 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 4、 塑料冷卻時間 水冷：40℃ φ=9.28 5、 型腔確定 塑料為熱塑性，為了使模具簡單，采用推板+頂針+推出，為提高效率采用一模四腔非平衡式布排 6、注射機(jī)確定，假設(shè)工廠具有此設(shè)備，根據(jù)所需注射量采用 XS—ZS—22型柱塞式注射機(jī) 參數(shù)如下： 額定注射量： 200 cm3 柱塞 直徑： 20×2 mm 注射 壓力： 117MPa 注射 行程： 130 mm 注射 時間： 0.5s 合 模 力： 250KN 鎖 模 力： 250KN 最大成型面積： 90 cm2 最大開模行程： 160 mm 模具最大厚度： 150 mm 注射機(jī)型 號參見《塑 料成型工藝與模具設(shè)計》表4-1 P100 共 26 頁 第 5 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 模具最小厚度： 60 mm 動定模固定板尺寸： 250×250 mm 拉料 空間： 235 合模 方式： 液壓 7、模具厚度確定 Hmin＜H＜Hmax 繪制圖 校核 H=155 符合 8、開模距確定 Smax≥S=H1+H2+5~10=35+9=50 mm 共 26 頁 第 6 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 二 模具設(shè)計 1、主流道設(shè)計 澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)保證塑件熔體的流動平穩(wěn)、流程應(yīng)盡量短、防止型芯變形、整修應(yīng)方便、防止制品變形和翹曲、應(yīng)與塑件材料品種相適用、冷料穴設(shè)計合理、盡量減少塑料的消耗。 根據(jù)塑件的形狀采用推桿推出。由于采用復(fù)式點(diǎn)澆口，雙分型面，分流道采用半圓形截面，分流道開設(shè)在中間板上，在定模固定板上采用澆口套, 不設(shè)置冷料穴和拉料桿。 圖 共 26 頁 第 7 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 W=（117.9×404/32.2×0.4×106×0.2）1/3=4.814 mm 型腔冷卻計算： A=GΔi/［3600φ（1000v）0.8/d0.2（TW—TG）（m2）］ 水管直徑為φ10 長： 180 mm 查表 φ值： 4 熱 焰： 300000 J/kg 模具溫度： 60℃ 冷卻水溫取天然水： 20℃ 流速為： 5×10-5 m/s 冷卻水總熱面積： A=0.75㎡ 所需 水管長度： L=GΔi/3600πφ（1000vd）0.8（TW×TQ）m 2、定模設(shè)計 a 確定型腔數(shù) 考慮效率初步采用一模四腔 確定鎖模力，成型面積校核 塑件整件表面積： 4×S=4×40×40 mm2 x面積： S`=S+S流=4×100+5768 =6168 mm2 共 26 頁 第 8 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 取6200 mm2 小于90 cm2 又注射量校核 單個塑件體積： V=2610.07 cm3 V1=4×2610.07=10440.14 V= V1rV流=4×100×2+10440.14+π×4×35 =11810.1＜20 cm3 故可取 b、確定定模厚度 條件： 1、 制件壁厚在滿足結(jié)構(gòu)和成型工藝條件下要求均勻一致 2、 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度適當(dāng) 3、 脫模強(qiáng)度 4、 承受沖擊力均勻分布 5、 防止金屬嵌件裂紋 6、 孔嵌件出現(xiàn)焊接處能得到加強(qiáng) 7、 防止薄壁處的熔接痕 8、 防止壁厚處縮孔 9、 防止刃口狀部位以及薄壁處的充填不足 共 26 頁 第 9 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 c、強(qiáng)度計算 W=（DL4/32EZ8）1/3 B—板厚 L—內(nèi)寬 P—壓力 D—腔深 E—模量 Z—變形 W—側(cè)壁厚度 動模板采用： 180×180 mm 符合溫度校核水管長： 0.18 m 共 26 頁 第 10 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 20 180 15 56 180 20 70 6 x ? 10 4 x ? 12 3、支撐板設(shè)計 1、 板厚校核： W= （5PBD4/32E7Z）1/3 B= 38㎜ P= 117Mp B= 45＃（204000） T= 180㎜ D= 120 Z= 0.1㎜ 共 26 頁 第 11頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 得： W= 15.447㎜ 取 20㎜ （見上頁標(biāo)意圖） 4、 排溢系統(tǒng)設(shè)計 1）、利用配合間隙排氣，其間隙均為： 0.03~0.05㎜ 2）、分流道端部開設(shè)冷料穴來容納前鋒冷料以保證塑料件質(zhì)量 3）、由于強(qiáng)行脫模，本模具不開設(shè)拉料桿 5、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計 為了擴(kuò)大同壓面積，采用推板推出 推板上開有導(dǎo)柱孔，銷孔，型芯裝配孔和排氣系統(tǒng)機(jī)構(gòu) 1、 推板開在動模側(cè) 2、 采用平板使其受力均勻 3、 設(shè)計四根推桿將推板推出，推桿分布均勻，使其受力均勻 4、 合模由推板復(fù)位，正確復(fù)位 脫模力計算 ΣFx=0 共 26 頁 第 12 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 Ft+FbSinα=FCosα Fb——塑件對型芯的包緊力； F——脫模時型芯所受的摩擦力 Ft——脫模力； Α——型芯的脫模斜度。 又 F=Fbμ 于是 Ft=Ap（μCosα—Sinα） 而包緊力為包容型芯的面積與單位面積上包緊力之積，即： Fb=Ap 由此 可得： Ft=Ap(μcosα-sinα) 式中：μ——為塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.1~0.3； A——為塑件包容型芯的總面積； P——為塑件對型芯的單位面積上的包緊力，在一般情況下，模外冷卻的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模內(nèi)冷卻的塑件p約取0.8~1.2×107Pa。 所以:經(jīng)計算，A=0.75㎡ ,μ取0.2,p取2.5×107Pa,取α=45′。 Ft=7500×10-6×2.5×107(0.2×cos45′-sin45′) =605.176×107Pa 共 26 頁 第 13 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 (推板) 共26 頁 第 14頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 6、 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導(dǎo)向的零件。 一、 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用： 1、 定位件用：模具閉合后，保證動定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。 2、 導(dǎo)向作用：合模時，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動定?；蛏舷履?zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。 3、 承受一定的側(cè)向壓力。 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇： 一般在注射模中，動、定模之間的導(dǎo)柱既可設(shè)置在動模一側(cè)，也可設(shè)置在定模一側(cè)，視具體情況而定，通常設(shè)置在型芯凸出分型面最長的那一側(cè)。而雙分型的注射模，為了中間板在工作過程中的支承和導(dǎo)向，所以在定模一側(cè)一定要設(shè)置導(dǎo)柱。 導(dǎo)柱、導(dǎo)套盡量采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 定位采用定位銷φ10 導(dǎo)柱：采用φ10 φ12 如下圖示： 共 26 頁 第 15頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 7、內(nèi)型腔設(shè)計計算 1、產(chǎn)生偏差的原因： ①．塑料的成型收縮　　　成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因有：預(yù)定收縮率（設(shè)計算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動。 σs=(Smax-Smin)×制品尺寸 σs——成型收縮率波動引起的制品的尺寸偏差。 Smax、Smin —分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。 　　　　　　　　　 ②．成型零部件的制造偏差　　工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。 ③．成型零部件的磨損 共 26 頁 第 16 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 取X=0.5 δz=Δ/3 ABS收縮率 δ1=0.20% δ2=0.10% ∴δ=0.150% Lm+δz=[（1+ˉ s）（s-xΔ）ˉ ] 0+δz LM1=[（1+0.15%）×38—0.5Δ] 0+δz =36.2460+0.17 LM0-δz=[（1+0.15%）×40+0.5×Δ] 0-δz HM0+δz=[（1+0.15%）×8 – 0.5×Δ] 0+δz =8.400+0.17 HM0-δz =[（1+0.15%）×9+0.5×Δ] 0-δz =9.41750-0.17 Cm±δz/2 =（1+0.15%）×24±δz/2 =24.13±0.085 Cm±δz/2 =（1+0.15%）×15±δz/2 =14.245±0.085 收縮率見《塑料成型工藝與 模具設(shè)計》 附錄B 計算參考 《塑料成型工藝與 模具設(shè)計》 第五章第三節(jié) P151 共 26 頁 第 17 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 （動模） 共 26 頁 第 18 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 ABS屬中粘度塑料 δ≤0.05 塑料尺寸 40屬于10~50中 δ=40/[3（1+Δi）] 取中等 δ=0.2613（1+0.26） =0.069 取 0.07 共 26 頁 第 19頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 2、成型零件的強(qiáng)度、剛度計算 注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個模具失效或無法達(dá)到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模具設(shè)計時，成型零部件的強(qiáng)度和剛度計算和校核是必不可少的。 一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強(qiáng)度計算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計時只能對它們進(jìn)行強(qiáng)度校核。 因在設(shè)計時采用的是鑲嵌式圓形型腔。因此，計算參考公式如下： 側(cè)壁： 按強(qiáng)度計算： 按剛度計算： 計算參考 《塑料成型工藝與 模具設(shè)計》 第五章第三節(jié) P153 共26 頁 第 20 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 按剛度計算： 凸模、型芯計算公式： 按強(qiáng)度計算： 按剛度計算： 由公式分別計算出相應(yīng)的值為： 按強(qiáng)度計算得：tc=19.43mm th=34.23mm r=32.68mm 按剛度計算得：tc=4.53mm th=21.45mm r=19.32mm 參數(shù)符號的意義和單位： Pm 模腔壓力（MPa）取值范圍50~70； E 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105； σp 材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5； u 材料的泊松比 查表得0.025； 共 26 頁 第 21 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 δp 成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05； 采用材料為3Gr2W8V，淬火中溫回火，≥ 46HRC。 8、推桿設(shè)計 采用4根φ12推桿（如下圖） 擋釘采用 d=φ8 共 26 頁 第 22 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 9、溫控系統(tǒng)設(shè)計 基本原則：熔體熱量95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時間占成型周期的2/3。 注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則： 1.冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大 型腔表面的溫度與冷卻水道的數(shù)量、截面尺寸及冷卻水的溫度有關(guān)。 2．冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等 當(dāng)塑件壁厚均勻時，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，但是當(dāng)塑件不均勻時，厚的地方冷卻水道到型腔表面的距離應(yīng)近一些，間距也可適當(dāng)小一些。一般水道孔邊至型腔表面的距離應(yīng)大于10mm，常用12~15mm. 3．澆口處加強(qiáng)冷卻 塑料熔體充填型腔時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度就越低，因此澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通常將冷卻水道的入口處設(shè)置在澆口附近，使?jié)部诟浇哪＞咴谳^低溫度下冷卻，而遠(yuǎn)離澆口部分的模具在經(jīng)過一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。 4．冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量小 如果冷卻水道較長，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設(shè)計時應(yīng)引起注意。 冷卻水道的總長度的計算可公式： Lw=Aw/π 參考《塑料成型工藝與 模具設(shè)計》 第五章第七節(jié) P226 共26 頁 第 23頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 Lw 冷卻水道總長度 Aw 熱傳導(dǎo)面積 Dw 冷卻水道直徑 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)要求，冷卻水道長度 5．冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置 聚乙烯的收縮率大，水道應(yīng)盡量沿著收縮方向設(shè)置。 冷卻水道的設(shè)計必須盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產(chǎn)生熔接痕，降低塑件強(qiáng)度；冷卻水道要易于加工清理一般水道孔徑為10mm左右，不小于8mm。根據(jù)此套模具結(jié)構(gòu)，采用孔徑為8mm的冷卻水道。 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 中等深度的塑件，采用點(diǎn)澆口進(jìn)料的中等深度的殼形塑件，在凹模底部附近采用與型腔表面等距離鉆孔的形式。 共 26 頁 第 24 頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 10、設(shè)計小結(jié) 通過這次系統(tǒng)的注射模的設(shè)計，我更進(jìn)一步的了解了注射模的結(jié)構(gòu)及各工作零部件的設(shè)計原則和設(shè)計要點(diǎn)，了解了注射模具設(shè)計的一般程序。 進(jìn)行塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計首先要對成型制品進(jìn)行分析，再考慮澆注系統(tǒng)、型腔的分布、導(dǎo)向推出機(jī)構(gòu)等后續(xù)工作。通過制品的零件圖就可以了解制品的設(shè)計要求。對形態(tài)復(fù)雜和精度要求較高的制品，有必要了解制品的使用目的、外觀及裝配要求，以便從塑料品種的流動性、收縮率，透明性和制品的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考慮注射成型工藝的可行性和經(jīng)濟(jì)性。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求經(jīng)濟(jì)合理，認(rèn)真掌握各種注射模具的設(shè)計的普遍的規(guī)律，可以縮短模具設(shè)計周期，提高模具設(shè)計的水平。 共 26 頁 第 25頁 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 計 算 內(nèi) 容 說 明 11、參考資料： [1]屈華昌主編.塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [2]黃毅宏、李明輝主編模具制造工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6 [3]《塑料模設(shè)計手冊》編寫組編著.塑料模設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.7 [4] 李紹林，馬長福主編.實用模具技術(shù)手冊.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000.6 [5] 王樹勛主編.注塑模具設(shè)計與制造實用技術(shù).廣州：華南理工大學(xué)出版社，1996.1 [6] 李紹林主編.塑料·橡膠成型模具設(shè)計手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.9 共 26 頁 第 26頁