[理學(xué)]塑料儀表蓋注塑模具設(shè)計(jì)

1、前 言 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強(qiáng)度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領(lǐng)域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一個設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件。工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。塑料作為現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，并且直接影響著塑料制品的質(zhì)量、性能與生產(chǎn)周期。先進(jìn)的制造技術(shù)（如cad/cam/cae等）制造生產(chǎn)注塑模具，不僅省時省力，更是實(shí)現(xiàn)了無圖紙化加工，增加了制品的準(zhǔn)確性，縮短模具的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)周期。注塑模成型與信息技術(shù)緊密相連。未來注塑模

2、具制造將是以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)，以信息流暢作為所要備件的有極強(qiáng)應(yīng)變能力于競爭力的技術(shù)。第一章 概論1.1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。自改革開放以來，到目前為此制造業(yè)在中國國民經(jīng)濟(jì)中占的比重已占到45%，制造業(yè)部門成為gdp增長的主要支撐力量。模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國

3、民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。目前世界模具市場供不應(yīng)求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術(shù)水平高，勞動成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義?，F(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)，資金密集性的行業(yè)，模具行業(yè)的發(fā)展，可以帶動制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著輻射性的影響。1.2 我國的模具工業(yè)的現(xiàn)狀我國模具工業(yè)起

4、步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國（未包括香港、臺灣、澳門）現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近2萬家，從業(yè)人員約50萬人，“九五”期間的年增長率為13%，2000年總產(chǎn)值為270億元，占世界總量的5%。但從總體上看，自產(chǎn)自用占主導(dǎo)地位，商品化模具僅為1/3左右，國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，特別是精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具，仍主要依賴進(jìn)口。目前，就整個模具市場來看，進(jìn)口模具約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進(jìn)口比例達(dá)40%。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點(diǎn)放在精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具上，并取得了可喜的

5、成績，模具進(jìn)口量下降，模具技術(shù)和水平也有長足的進(jìn)步。目前，我國的模具正處在告訴增長時期，尤其是塑料模具近年來發(fā)展相當(dāng)快，2002年已猛增到140億元左右。當(dāng)前國內(nèi)塑料模具市場以塑料模具需求量最大，其中發(fā)展重點(diǎn)為工程塑料模具，這是與工程塑料的快速發(fā)展分不開的。預(yù)測塑料建材件模具需求量將增長較快。 但是，我們國家的模具產(chǎn)業(yè)并不是完美的。雖然我國模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家許多。當(dāng)前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面： (1) 總量供不應(yīng)求 國內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%

6、左右。 (2) 企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)均不合理 我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進(jìn)出口之比為3.71，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。 (3) 模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平 產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。 (4) 開發(fā)能力

7、較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳 我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是1520萬美元，有的高達(dá)2530萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應(yīng)有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機(jī)制不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)之外，還有下列幾個原因： 國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠 雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅

8、負(fù)過重。模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造引進(jìn)設(shè)備要繳納相當(dāng)數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進(jìn)步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。 人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少 模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，掌握并且熟練運(yùn)用新技術(shù)的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導(dǎo)致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進(jìn)展不快。 工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低 近年來我國機(jī)床行業(yè)進(jìn)步較快，已能提供比較成套的高精度加工設(shè)備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內(nèi)許多

9、企業(yè)已引進(jìn)許多國外先進(jìn)設(shè)備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。 專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細(xì)致，商品化程度低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后 模具材料性能、質(zhì)量和品種問題往往會影響

10、模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設(shè)備性能差，也直接影響模具水平的提高。1.3 我國模具行業(yè)的發(fā)展趨勢1 1模具日趨化。2模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達(dá)到2-3微米。1微米精度的模具也將上市。3多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展。4熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高。5隨著塑料成型工藝的不段發(fā)展與改進(jìn)，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。6標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和就降低模具制造成本。7快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊。8隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向

11、輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來越高的要求。9以塑代鋼、以塑代木的進(jìn)程一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機(jī)械零件的復(fù)雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。10模具技術(shù)含量將不斷提高。第二章 儀表蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求表2-1零件尺寸要求單位：mm材料尺寸序號abcdefghiabs908050447296542.2 塑件成型工藝的可行性分析及修改說明產(chǎn)品的可行性分析主要包括：產(chǎn)品尺寸精度分析；脫模斜度檢測；塑件厚度及其均勻性檢測；圓角設(shè)計(jì)。塑件的修正：對于塑件的精度、壁厚、拔模斜度、圓角等不合理之處加以更正說明，在不影響使用

12、的前提下提出合理可行性的更正措施，以利于工業(yè)生產(chǎn)。2.2.1 塑件材料及產(chǎn)品精度分析該塑件選用abs塑料。abs（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）綜合性能較好、吸濕性強(qiáng),含水量應(yīng)小于0.3%，成型前必須進(jìn)行充分干燥；有較高的沖擊強(qiáng)度、收縮率在0.3%-0.8%范圍內(nèi)，流動性較差，應(yīng)選較高的料溫和模溫，但料溫過高易分解，所以料溫應(yīng)選擇在210260。塑件要求表面光潔，模溫應(yīng)選2570。選用螺桿式注塑機(jī)，注射壓力為50100mp。 abs具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。abs的成型特性：成型溫度：200-240 干燥條件：80-90 2小時（1）無定

13、形料，流動性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長時間預(yù)熱干燥80-90度，3小時。（2）宜取高料溫，高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為270）。對精度較高的塑件，模溫宜取50-60度；對高光澤.耐熱塑件，模溫宜取6080。（3）如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變?nèi)胨坏确椒?。?）如成形耐熱級或阻燃級材料，生產(chǎn)3-7天后模具表面會殘存塑料分解物，導(dǎo)致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進(jìn)行清理，同時模具表面需增加排氣位置。abs 的工藝特點(diǎn)：abs樹脂 abs樹脂是丙烯腈、聚丁二烯和苯乙烯三種單體共聚而成的。其中丙烯腈使之有較高的硬度，表面光澤；聚丁二烯能增

14、加韌性；苯乙烯則使加工性能良好。因而abs樹脂具有綜合性能較好，沖擊韌度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，電性能好，與372有機(jī)玻璃的熔接性好，制成雙色塑件，而且表面可以有鍍層，適合制作一般塑件、件耐磨零件、傳動零件等。其成型工藝性如下： （1）無定性料，吸濕大，不易分解，必須充分干燥，表面要求干燥的零件需長時間預(yù)熱干燥。 （2）宜取高料溫、高模溫，但是要防止溫度過高發(fā)生分解（分解溫度大于2500c）,對于精度要求高的塑件，模具溫度宜取500c600c，對光澤耐熱塑件，模溫取60600c80600c2.2.2 脫模斜度設(shè)計(jì)由于注塑件在開模冷卻時會產(chǎn)生收縮，對型芯產(chǎn)生一個包緊力，所給標(biāo)準(zhǔn)塑件沒有設(shè)置脫模斜度，使

15、得塑件脫模困難，過大的推出力推出時易拉壞插傷塑件。在不影響塑件使用的前提下，為了便于塑件脫模，在塑件的內(nèi)外表面沿脫模方向設(shè)計(jì)一定的脫模斜度。 表2-2 單邊脫模斜度推薦值3脫模高度mm183030505080 續(xù)表22abs塑件內(nèi)外表面的脫模高度為40mm，所以外表面脫模斜度取1，內(nèi)表面脫模斜度取1.5。2.2.3 塑件壁厚分析塑件壁厚對質(zhì)量的影響3：壁厚過?。撼尚蜁r流動阻力大，熔體難以充滿型腔；壁厚過大：易產(chǎn)生氣泡、縮孔、翹曲等缺陷；增加冷卻時間，降低生產(chǎn)效率。 表2-3 abs的建議壁厚值3 單位：mm最大壁厚常用壁厚最小壁厚944分析結(jié)果：壁厚均勻滿足厚度要求且為常用壁厚,所以塑件壁厚合

16、理。2.2.4 圓角設(shè)計(jì)塑件除特殊要求的圓角之和塑件某些特殊部位如分型面、型芯和型腔配合處不便作圓角，而只能采用尖角外，其余所以轉(zhuǎn)角處均應(yīng)盡采用圓角過度，因?yàn)橹萍饨翘幰桩a(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致塑件制件破裂或失效；同時圓角過度使料流平滑繞過，大大改善了塑料的沖模特性；塑件設(shè)計(jì)成圓角，尤其是外圓角，使模具型腔對應(yīng)部位也是圓角，增加了模具的堅(jiān)固性。通常塑件理想的內(nèi)圓角半徑應(yīng)有壁厚的1/4以上3。這里因塑件外圓角半徑為4mm,塑件內(nèi)圓角設(shè)為3mm。2.3 修正后的產(chǎn)品圖如圖2-2所示2-2修改后的塑件的工件圖與零件圖第三章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 分型面位置的確定分型面的選擇原則1：（1）便于塑件脫模，盡量使

17、塑件開模時留在動模一側(cè)。（2）分型面應(yīng)盡量選在塑件的最大截面處。（3）有利于保證塑件的精度要求。 （4）有利于澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)置和模具型腔的加工。 （5）便于嵌件的安裝。確定結(jié)果：分型面選在塑件的投影面最大的部位，如 圖3-1。 圖3-1分型面的選擇3.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 3.2.1 型腔數(shù)量的確定模具型腔數(shù)量的確定要綜合考慮塑件的技術(shù)質(zhì)量要求、產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量、塑料的種類、塑件的形狀、塑件的加工成本、注塑機(jī)的額定最設(shè)量和鎖模力等因素。 單腔模具、多腔模各自的缺點(diǎn)和使用范圍：單型腔模具結(jié)構(gòu)相對簡單，設(shè)計(jì)自由度較大，成型塑件的形狀和尺寸的一致性好，塑件精度較高；多型腔模具

18、的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)效率高，分配到單個塑件上的成本低。單型腔模具宜用于大型或精度要求較高的塑件的注塑成型，多型腔模具特別使用于精度要求不是很高、結(jié)構(gòu)較易沖型的中小型塑件的大批生產(chǎn)。型腔數(shù)量的確定：因本次設(shè)計(jì)的塑料罩類零件的精度要求不高；注塑用塑料abs型性能良好；塑件屬小型塑件。綜合塑件的尺寸，考慮到模具制造費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低一些，這里初步擬定采用一模四腔的模具成型。 3.2.2 產(chǎn)品布局 型腔排列形式采用矩形對稱布局，如 圖3-2所。圖3-2 型腔排列方式 第四章 注塑機(jī)型號的選擇 4.1 注塑成型工藝簡介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

19、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。一般分為三個階段的工作。圖4-1 注塑成型壓力時間曲線（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。（2）注塑過程 塑料

20、在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動可分為注射、保壓、倒流和冷卻四個階段，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刻；當(dāng)模腔充滿熔體（t=t1）時，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值p0。從時間t1到t2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(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，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。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從t2到t3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流

21、，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)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。（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非常復(fù)雜，再加上流動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，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時會開裂。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

22、度以上的1020度至熱變形溫度以下1020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100121），保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常取29小時。4.2 注塑成型工藝條件abs的注射工藝參數(shù) 注射機(jī)類型：螺桿式。 噴嘴形式： 通用式 料筒溫度（t/）； 后段150170； 中段180190； 前段200210。 噴嘴溫度（t/）：180190. 模具溫度（t/）：5060。 注射壓力（mpa）：60100。 保壓壓力（mpa）：4060。 成型時間（/s）：注射2090

23、；高壓05；成型周期1530；冷卻515。注：螺桿帶止回環(huán)。 后處理：方法紅外線烘箱 溫度（70） 時間（0.31）紅外線燈、烘箱； 溫度（t/）70；時間（/h）24。表4-1 abs的主要技術(shù)指標(biāo)4密度/(g/ cm)1.131.14拉伸彈性模量e/ gpa1.810比體積/（dm/kg-1）0.860.98抗彎強(qiáng)度 / mpa80吸水率24h/0.20.4拉伸強(qiáng)度 mpa 3549收縮率s0.30.8硬度hr6286熔點(diǎn)t/130160體積電阻系數(shù)1015彎曲彈性模量 gpa50熱變形溫度t/65984.3 按預(yù)選型腔數(shù)選擇注塑機(jī)4.3.1 注塑機(jī)的初步選擇原則1）2）式中 最大注塑量

24、() 注塑機(jī)的額定鎖模力(n)注塑所需的鎖模力（n）一次注塑所需塑料量()（1）注塑量的計(jì)算 （4-1）其中 成型單個塑件所需的塑料量()型腔個數(shù)1.6折算系數(shù)（將澆注系統(tǒng)的塑料量折算成）塑件體積v1=71.40cm塑件質(zhì)量m1=v=78.54g由于尺寸此次設(shè)計(jì)的模具采用的是一模四腔，所以塑件的總體積和總質(zhì)量分別為v=4v1=471.40=285.60cm m=4m1=478.54=314.6g所以vsov=1.6285.60=457.0cm msom=1.6314.6=503.4g （2）鎖模力計(jì)算 （4-2）式中 單個塑件在分型面上的投影面積() n型腔個數(shù) 1.35將澆注系統(tǒng)在分型面上的

25、投影面積折算成塑料熔體對型腔的平均壓力（mpa）投影面積a1=6358.5mm2根據(jù)查參考文獻(xiàn)2表2-2取=35mpa所以fm=1.3546358.51040106=1202kn ms0=503.4gf1202kn4.3.2 注塑機(jī)型號的選擇由上面計(jì)算得到的m和值來選擇注塑機(jī)，注塑機(jī)的最大注射量（額定注射量g）和額定鎖模力f應(yīng)滿足 g=629.25g式中注塑機(jī)最大注射量的利用系數(shù)一般取0.8 f1202kn初步選擇sz-400/1600型注塑機(jī)表4-2 ly240型（臥式）注塑機(jī)主要參數(shù)4最大注射容量/cm799拉桿內(nèi)間距/mm560560螺桿直徑/mm65開模行程/mm500注射壓力/ mp

26、a153最大模具厚度/mm520注射速率/(g/s)187最小模具厚度/mm220塑化能力/(g/s)48推出行程/mm150螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)10170鎖模形式雙曲肘鎖模力/kn2400噴嘴球半徑sr/mm14定位孔直徑/mm120孔直徑/mm54.3.3 注塑機(jī)參數(shù)校核(1)塑化能力( )校核 塑化能力必需滿足m=16.78模具寬度，拉桿間距合格；模具高度校核：模具高度 516 最小模具厚度220，校核合格； 開模行程校核：開模行程h是指從模具中取出塑件所需的最小開合距離，它必須小于注塑機(jī)的動模板的最大行程s。因選注塑機(jī)是雙曲肘結(jié)構(gòu)（即開模行程與模具厚度無關(guān)）且是單分型面注射模，所以

27、模具開模行程h=60（頂出行程）+166.1（澆注系統(tǒng)凝料高度）+（810）=234.1236.1500 (注塑機(jī)移模行程s) 合格。綜合以上各項(xiàng)校核可知ly240型（臥式）注塑機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)均合格。結(jié)論：通過各項(xiàng)校核，確定選擇ly240型（臥式）注塑機(jī)。5.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)控制著塑件在注塑成型過程中充模和補(bǔ)料兩個重要階段，對塑件質(zhì)量關(guān)系極大。澆注系統(tǒng)是指從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開始，到型腔入口為此的那一段流道，對于多型腔模具，澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口、冷料井。如5-3圖所示圖5-3 澆注系統(tǒng)的組成5.2.1 主流道設(shè)計(jì)緊接注塑機(jī)噴嘴，與注塑機(jī)噴嘴在同一直線上，主流道形狀一般為圓形

28、和圓錐形，為便于冷料流道凝料的拔出，設(shè)計(jì)成具有24度的圓錐形。(1)主流道尺寸為避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑sr2應(yīng)比噴嘴球半徑sr1大12mm,主流道小端直徑d2比噴嘴孔直徑d1大0.51mm,如圖5-4示：根據(jù)所選注塑機(jī)，則主流道小端尺寸為： d=注塑機(jī)噴嘴尺寸 +（0.51）=5+（0.51）=5.5mm主流道球面半徑 sr=噴嘴球半徑+（12）=15mm(2)主流道襯套形式 為了便于加工和縮短主流道尺寸，襯套和定位環(huán)設(shè)計(jì)成分體式，長166.1mm,材料采用t10鋼，熱處理 淬火后表面硬度為53hrc 57hrc 圖 5-4 噴嘴與主流道襯套如5-5圖所示： 圖5-5主流道襯套結(jié)構(gòu)(

29、3) 主流道剪切速率 = 3.3/r3=3.3177.5/ 0.6783 = 598.5s-1 （5-1） 5102 s-1598.5 s-15103 s-1 主流道剪切速率校核符合要求式中 體積流量 =v/t=299.85/1.69=177.5 cm3/s （5-2） t注射時間（s） t=m/=314.88/187=1.69st 所選注塑機(jī)的注射速率（187） r主流道平均半徑() r=(0.806+0.55)/2=0.678 一次成型所需的塑料總體積v=m/=314.88/1.13=299.85cm3一次成型所需的總塑料量 m= m主+ m分+ m塑件=3.9g+23.82g+314.1

30、6g=314.88 g （5-3）m主=v=h(d12+d1d2+d22)/12=1.133.157.50(0.652+0.650.92+0.922)/123.9gm分=la=1.13(413.5)0.42=23.82gm塑件=4m1=478.54=314.16g分流道長度總 l=4l1=413.5=54cm（為單個流道的長度，13.5）分流道截面積5.2.2 分流道設(shè)計(jì)（1）分流道斷面形狀的選擇分流道的斷面形狀有圓形、六邊形、半圓形、梯形、矩形、u形等。斷面的比表面積直接關(guān)系到熔體的熱量損失和流動阻力，在其它條件相同時，比表面積越大則熱量損失和流動阻力也越大；反之亦然。 表5-3分流道斷面形

31、狀3 斷面形狀優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍圓形比表面積最小，澆口可開設(shè)在流道中心線上，延長了澆口凍結(jié)時間，但需要同時在定模和動模上切削加工且必須保證吻合度，制造困難，成本高正六邊形優(yōu)點(diǎn)與圓形斷面相似，比表面積稍大，但加工稍易，常用于小斷面尺寸（約3mm）流道梯形只需在一側(cè)模板上加工，節(jié)省了加工費(fèi)用，且熱量損失和阻力損失均不太大，最為常用半圓形比表面積較大，不常采用矩形比表面積大，脫模斜度小，不常采用u形優(yōu)缺點(diǎn)和梯形斷面基本相同，較為常用綜合工藝和加工成本等多角度考慮，梯形斷面流道最為合理，所以這里選擇圓形周流道，如圖5-6所示。 表5-5分流道取值3 表5-4 部分塑料分流道尺寸推薦值3 塑料名稱推薦直徑

32、/mmabs4.8-9.5 圖5-6分流道截面（2）分流道的布置 分流道的設(shè)計(jì)原則：在熔體不產(chǎn)生噴射的前提下，流道越短越好，以減小壓力損失，提高充型壓力。由前面的鑲件設(shè)計(jì)部分可知，兩型腔在長度方 向的中心距為173mm,在寬度方向的中心距為130mm。通過計(jì)算可知，當(dāng)流道與長度方向所成角度約為時，流道最短，如圖5-7所示。 圖5-7分流道的布置（3）分流道剪切速率計(jì)算 分流道的合理剪切速率范圍為， 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)的尺寸校核可知：剪切速率在范圍內(nèi)，分流道尺寸設(shè)計(jì)校核合格。式中 分流道體積流量（ ） 分流道截面的當(dāng)量半徑（） （5-4）分流道截面面積，截面周長。5.2.3 澆口設(shè)計(jì)澆口作用：澆口對

33、充模流動和補(bǔ)料時間起著控制性作用。澆口斷面面積約為分流道斷面面積的3%9%，澆口越小，即比表面積越大大，熔體流經(jīng)澆口時的熱量損越大，澆口處的流動阻力也越大，但由于澆口尺寸很小，導(dǎo)致熔體流經(jīng)澆口時剪切速率明顯升高，這使得熔體表觀粘度降低，從而又使流體流動變得容易，一定程度上抵消了因澆口尺寸變小而增加的流動阻力，另外因熔體通過澆口時有明顯的粘性發(fā)熱現(xiàn)象，使進(jìn)入型腔的熔體溫度升高，反而使充模更容易，充模效果優(yōu)于大澆口。（1）常見的澆口形式及各自優(yōu)缺點(diǎn)3 1) 側(cè)澆口（又名標(biāo)準(zhǔn)澆口、邊緣澆口）：屬小澆口的一種，斷面接近矩形，便于機(jī)械加工且易保證精度；可以分別調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間。2) 扇

34、形澆口和平縫式澆口：能使物料在橫向得到均勻分配，降低了塑件的內(nèi)應(yīng)力，特別是減少應(yīng)取向而產(chǎn)生的翹曲，常用于成型寬度較大的薄片狀制品，但成型后去除澆口的后加工量大。3) 點(diǎn)澆口：澆口尺寸很小，開模時容易自動切斷，熔接痕小。點(diǎn)澆口適用于表觀粘度對剪切速率敏感的塑料熔體和粘度較低的塑料熔體。4) 護(hù)耳澆口：適用于用小尺寸澆口會產(chǎn)生噴射場合，但成型后加工余量大。5) 直澆口：注塑壓力和熱量損失最小，固化時間長，延長了補(bǔ)料時間，補(bǔ)縮效果好。但澆口附近容易產(chǎn)生殘留內(nèi)應(yīng)力，澆口處易產(chǎn)生縮孔。澆口的選擇分析：因模具布局為一模四腔且分流道設(shè)在主分型面上，故不能采用直澆口的形式；由于塑件中心有一個大的型芯（即凸模）

35、，塑料熔體沖擊在大型芯上，降低了流速、改變了流向，采用小澆口進(jìn)料也不會產(chǎn)生噴射，又因?yàn)槭菑捻敳窟M(jìn)料，所以不宜采用側(cè)點(diǎn)澆口；而采用點(diǎn)澆口進(jìn)料能夠保證順利充模，且澆口的加工工藝性好，成型后的加 5-8 澆口剖面圖工余量相對較小。所以此套模具的澆口形式選定為點(diǎn)澆口。 如圖5-8所示圖 (3)矩形澆口剪切速率計(jì)算 澆口剪切速率的合理范圍是，所有剪切速率校核合格。式中 澆口處的體積流量（）澆口截面當(dāng)量半徑（） （5-5）5.2.4 冷料井設(shè)計(jì)(1)冷料井的作用：儲存噴嘴前端的冷料，使冷料不進(jìn)入型腔；在開模時將主流道凝料拉向動模側(cè)。(2)冷料井類型的選擇：常見的有 z型頭拉料鉤冷料井、球頭拉桿冷料井、倒錐

36、形拉桿冷料井和圓環(huán)槽型冷料井，其原理都是通過拉料桿頭部側(cè)凹將主流道凝料拉住，開模時從主流道中拉出。當(dāng)脫模時由于塑件形狀限定而無法左右移動時不宜采用z型頭拉料桿；成型用塑料的彈性較差時不宜用倒錐形、圓環(huán)槽型拉料桿。由于abs塑料的機(jī)械強(qiáng)度較大、彈性性能較差， 在強(qiáng)行脫出凝料時所需圖的力較大。經(jīng)分析比較可知，采用無拉料桿型頭拉料桿冷料井（如圖5-9）最為合適。(3)尺寸結(jié)構(gòu)：冷流井直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，其深度為直徑的1倍1.5倍。主流道大端直徑為10mm,取冷 5-9 無拉料桿冷料井料井直徑為15mm,深度為20.5mm。如 圖5-9所示：5.3 脫模力計(jì)算本次設(shè)計(jì)使用是是推桿脫模機(jī)

37、構(gòu)，在對脫模機(jī)構(gòu)做說明之前，需要對脫模力做個簡單的計(jì)算。脫模力是從動模一側(cè)的主型芯上脫出塑件所需的外力， 需克服塑件對型芯的包緊力、真空吸力、粘附力及脫模機(jī)構(gòu)本身的運(yùn)動阻力。5.3.1 正壓力計(jì)算要確定將塑件從圓錐型芯上脫下的摩擦阻力，應(yīng)先計(jì)算塑件收縮時對型芯的正壓力。因塑件壁厚與直徑之比，可近似用型芯半徑r代替塑件的平均半徑，得出塑件由于收縮而產(chǎn)生的對型芯的正壓力p （5-6）其中 eabs的拉伸彈性模量塑料的收縮率（m/m） 塑料的泊松比 塑件的拔模斜度角（1.25） t塑件的壁厚mm5.3.2 包緊力計(jì)算全面積所受的總壓力為，模被制件包緊部分的長度為l, 取高度為dl的一圈作微分單元，半

38、徑為r，其表面積為 該段所受的包緊力為 薄壁塑件收縮使型芯全面積所受的總壓力為 （5-7）5.3.3 脫模力計(jì)算 5-10 力分析假設(shè)圖 如圖5-10塑件包緊型芯時，把空間匯交力系簡化在平面上，兩個對稱的代替垂直于全圓錐表面的總包緊力，兩個對稱的表面摩擦力代替作用在全圓錐表面上的，由于型芯有錐度，故在抽拔力作用下，塑件對型芯的正壓力降低了，這時摩擦阻力為沿o軸方向 由平衡方程式 即 （5-8） （5-9） （5-10）式中 克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦力所需的抽拔力脫模系數(shù)（摩擦系數(shù)）塑件底部有孔，但在推出時還需克服大氣壓力造成的阻力fd2=10a1式中 a1垂直于開模方向型芯的投影面積cm2(除

39、去孔的面積)，大氣壓力按10n/cm2計(jì)算不計(jì)塑料對鋼材粘附力和機(jī)構(gòu)運(yùn)動的摩擦阻力時，總抽拔力fd=fd1 +fd2所以單個塑件所需的抽拔力為 （5-11）其中 =50mm, , a=61.9cm查表4-1知： ， =0.38因脫模力準(zhǔn)確計(jì)算很困難 ，為了可靠推出，對這里的e、取上限。代入數(shù)值得所以沿開模方向所需的總抽拔力為 5.4 推桿設(shè)計(jì)5.4.1 推桿尺寸計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用的是推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對推桿做出初步的直徑預(yù)算并進(jìn)行強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡化為： d =k() （5-12）d推桿直徑； n推桿的數(shù)量，n取16； l推桿長度（參考模

40、架尺寸，估取l= 212.5mm）； e推桿材料的彈性模量，取e=1.810mp；k安全系數(shù)，取k=1.5； 總的脫模力，= 755（n）；代入數(shù)據(jù)得，考慮到塑件較薄，為確保因頂桿截面太小而頂壞塑件，這里選擇的頂桿，每個產(chǎn)品設(shè)計(jì)成用4根頂桿推出。5.4.2 推桿的固定形式 推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式，這里為了簡化模具結(jié)構(gòu)，采用固定板固定推桿的形式。5.5 支承板板厚設(shè)計(jì)支承板厚度和所選模架兩支架之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架選在這個大類范圍之內(nèi)，支架之間的跨度約為375mm，根據(jù)型腔布置及型芯對支承板的壓力，就可以計(jì)算得到支承板的厚

41、度，即 （5-13）式中 p型腔壓力（取35mpa） l兩支承塊之間的距離（約為375） e材料的彈性模量（?。?支承塊剛度計(jì)算許用變形量 （5-14） w影響模具變形的最大尺寸（mm），即l；為了安全起見，將支承板的厚度設(shè)計(jì)為50mm。5.6 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學(xué)反應(yīng)）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫、表面輪廓不清、不能完全充滿型腔，同時，還會因?yàn)闅怏w被壓縮而產(chǎn)生

42、的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕、色澤不佳等缺陷。模具的排氣可以利用排氣槽排氣、分型面排氣、利用型芯、推桿、鑲件等的間隙排氣。abs的排氣深度為0.015 mm。通常，選擇排氣槽的開設(shè)位置時，應(yīng)遵循以下原則4：（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的型芯時，可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌燒結(jié)

43、的多孔金屬塊，以供排氣；（7）高速注射薄壁型制件時，排氣槽設(shè)在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出； 該模具為中型模具，可以通過分型面和頂桿來排氣，不需要另設(shè)排氣槽。5.7 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.7.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響（1）采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率；（2）模溫均勻，冷卻時間短，注射速度快可以減少塑件的變形；（3）對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)。5.7.2 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求（1）根據(jù)塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式；（2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量；（3）采用低的模溫、快速、

44、大流量通水冷卻效果一般比較好；（4）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉。從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進(jìn)行冷卻，以提高生產(chǎn)率。5.7.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)原則4盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；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；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2.53.5d，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.81.5b。最小不要小于10mm;澆口處加強(qiáng)冷卻，冷卻水從澆口處進(jìn)入最佳；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；冷卻水的開設(shè)方向以不影響操作為好，對于矩形模

45、具，通常沿寬度方向開設(shè)水孔;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。（2）熱量計(jì)算冷卻時熱量的途徑有冷卻水傳熱、模具向空氣對流傳熱、模具向空氣輻射傳熱、模具通過上下底板向注塑機(jī)傳熱。一般情況下，塑料熔體帶入熱量的都是通過模具冷卻道由冷卻介質(zhì)帶走的，因此在作冷卻水道設(shè)計(jì)時可粗略地按照熔體帶入熱量全部由冷卻水道帶走進(jìn)行計(jì)算，即 ，這在工程計(jì)算中是合理的，所設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)比較安全。一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在65以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。1) 冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因?yàn)樗臒崛萘看?，傳熱系?shù)大，成本低。用水冷卻，即在模具凸模內(nèi)開設(shè)冷卻水道。 2)冷卻系統(tǒng)的簡略計(jì)算a. 塑件在固化時每分鐘釋放的熱量為 式中 每分鐘的注塑次數(shù)（n=2次/分鐘）每次注塑的塑料質(zhì)量 kg/次(0.294kg/次)單位質(zhì)量的塑料熔體在成型過程中放出的熱量，kj/kg查參表3-9-33 =3.110kj/kg4.010kj/kg，取q=4.010kj/kg代入數(shù)值得kjb. 冷卻水的體積流量 （）計(jì)算 （5-15