平面开关面板注塑模具设计

平面开关面板注塑模具 摘 要 模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。塑料工业的飞速发展，对注塑模具的设计与生产提出了质量好、制造精度高、研发周期短等越来越高的要求，能否适应这种需求已成为模具生产企业发展的关键因素。模具技术是融合机械工程、计算机应用、自动控制、数控技术等学科为一体的综合性学科。 本设计通过对开关面板塑件的结构分析，确定总体的设计，包括确定注塑模具分型面、型腔数目，以及设计浇注系统、温度调节系统和顶出系统等。详细地讨论了模具成型零件包括型芯、型腔的尺寸计算过程，重要零件工艺参数的选择与计算，推出机构、斜顶机构以及其它结构的设计过程。利用软件完成模流分析，找出注塑成型过程中缺陷的种类及位置，提出解决的方法。设计方案在保证塑件质量与模具结构合理的前提下尽量使结构简单，生产加工成本低、易加工。 关键词:开关面板; 注塑模具; pro/e; 浇注系统; 注射机 ABSTRACT The technique level of molding tool which has became an important marking to measure the level of a national product. Some higher demands such as high quality, high precision, short time of R&D and so on were put forward since the rapid development of plasticin dustry, whether they can adapt to these requirements has becoming an important factor for the development of molding producer. The mold technology is a comprehensive discipline that combines mechanical engineering, computer application, automatic control, numerical control technology and so on. By the structural analysis of the switch panel to determine the overall design, Including the injection mould parting surface, the number of cavity, and gating system of the injection mold, temperature regulation systems and ejection system.Discussed the molding parts detailedly,Including the process of core and cavity's size calculation, the selection and calculation of important part's parameters,the design process of releasing institutions,slant institutions and other structures. Using software to complete moldflow analysis,identify the types and location of defects in injection molding process,than propose solutions.In ensuring the quality of plastic parts and the rationality of mold structure,design plan make the structure simply and release cost of production and to process easily. Keywords: switch panel; injection mould; pro/e; Gating system; Injection machine 目 录 第一章 绪 论..................................................................................................... 1 1.1 设计的目的 ....................................................................................................... 1 1.2 模具发展的现状.............................................................................................. 1 1.2.1 模具的地位 .................................................................................................. 1 1.2.2 我国模具发展的现状................................................................................ 1 1.2.3 模具行业发展趋势 .................................................................................... 2 1.3 设计步骤............................................................................................................ 2 第二章 平面开关的设计及其选材............................................................. 3 2.1 查找尺寸数据并绘制其,,,三视图 .................................................... 3 2.2 材料选择及其性能参数................................................................................ 3 2.3 三维造型及塑件结构、表面质量和尺度分析 ...................................... 5 2.3.1 三维造型 ....................................................................................................... 5 2.3.2 面板结构分析.............................................................................................. 6 2.3.3表面质量分析 ............................................................................................... 6 2.3.4 尺寸精度分析.............................................................................................. 6 2.4 计算塑件的体积和质量................................................................................ 6 第三章 选择注塑机........................................................................................... 7 第四章 分型面位置及其选择....................................................................... 8 第五章 型腔数的确定和布局....................................................................... 8 5.1 型腔数目的确定.............................................................................................. 9 5.2 型腔布局.......................................................................................................... 10 第六章 模具浇注系统设计.......................................................................... 11 6.1 主流道的设计 ................................................................................................ 13 6.2 分流道设计 ..................................................................................................... 14 6.3 浇口的设计 ..................................................................................................... 15 6.4 冷料穴的设计 ................................................................................................ 17 6.5 排气槽的设计 ................................................................................................ 17 第七章 成型零件的结构设计和计算...................................................... 19 7.1 凹模的设计 ..................................................................................................... 19 7.2 型芯的设计 ..................................................................................................... 20 7.3 成型零件钢材的选用 .................................................................................. 20 7.4 成型零部件的工作尺寸计算 .................................................................... 21 7.5 成型型腔壁厚的计算 .................................................................................. 22 第八章 模架的确定和标准件的选用...................................................... 24 8.1 模架的选择 ..................................................................................................... 24 8.2 模具闭合高度的确定 .................................................................................. 26 第九章 注射模的导向及脱模机构的设计............................................ 27 9.1 导向机构的设计............................................................................................ 27 9.2 脱模机构的设计............................................................................................ 27 9.3 脱模力的计算 ................................................................................................ 29 第十章 注射模温度调节系统..................................................................... 31 10.1 温度调节对塑件质量的影响 .................................................................. 31 10.2 冷却系统的设计 ......................................................................................... 31 10.3 冷却系统的简单计算 ................................................................................ 32 第十一章 塑料注塑机相关参数校核...................................................... 32 11.1 注塑机参数校核 ......................................................................................... 33 11.2 注塑机的锁模力校核 ................................................................................ 33 11.3 注射压力校核 .............................................................................................. 33 11.4 模具安装部分的校核 ................................................................................ 34 11.5 模具开模行程的校核 ................................................................................ 34 第十二章 总装图的绘制............................................................................... 35 结 论.................................................................................................................. 36 参考文献.................................................................................................................. 38 致 谢.................................................................................................................. 37 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第一章 绪 论 1.1 设计的目的 毕业设计是将学生在大学四年间所学习的专业知识的重新整合，他通过通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力，是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程。让学生课本上的理论知识与具体的实践，工程问题相结合，并加强了自我的创新能力。本课题对机械设计制造及其自动化学院的学生有着重要的意义: 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。通过对开关面板的注塑模具的设计，让学生能够综合应用塑料成型工艺以及模具设计、机械制图、互换性测量技术基础、模具材料及热处理、模具制造工艺、计算机辅助设计(pro/e、cad)等课程知识。 二、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，为自己的专业能力打下坚实的基础。 三、进一步增强理论联系实际、调查研究、独立思考、分析和解决问题的能力，了解工程设计的一般程序和方法。 四、培养质量意识。通过毕业设计，以强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。 1.2 模具发展的现状 1.2.1 模具的地位 模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。75,的粗加工工业产品零件、50,的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础行业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。 1.2.2 我国模具发展的现状 1 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 我国模具工业从开始到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，近10年来，我国模具行业一直以每年15,的增长速度快速发展，模具出口大幅增长，模具水平和竞争力提高，模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿命的模具份额提高到30, 。我国模具行业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区。南方的发展快于北方。 目前我国模具生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多，也比韩国、新加坡等国落后而且国内模具市场过早陷入了价格战的误区，还缺乏自主创新的能力，尤其缺乏诚信可靠的市场体系。 1.2.3 模具行业发展趋势 随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具所占比例越来越大，因此模具行业的发展趋势为: (1)加深理论研究 。在设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计阶段向理论计算发展。 (2)高效率、自动化 。大量采用各种高效率、自动化的模具结构，提高生产效率，降低成本起了很大作用。 (3)标准化。开展模具标准化工作，使模版、导柱等通用零件标准化，以适应大规模，成批量的生产。 (4)开发计算机辅助设计与辅助制造。 1.3 设计步骤: 先在网上查找86开关面板实际尺寸，然后利用,,,,,,,绘制三视图，选择塑件的材料，查找材料的各种参数，在对塑件进行结构分析，确定其形腔的布局，合理设计浇注系统、分型面。运用,,,,,绘制开关面板的三维实模型，用,,,,,生成与之对应的凹凸模具。设计塑件模具的合模导向机构、脱模推出机构、温度调节系统并进行校核，再根据模具设计支持零部件，选择标准模具框架，运用,,,,将其装配起来。 2 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第二章 平面开关的设计及其选材 2.1 查找尺寸数据并绘制其,,,三视图 在图书馆，网上收集,,开关面板的各项数据，然后在;,,绘制,:,的开关面板三视图，并标注详细尺寸。(如图2-1所示) 图2-1开关面板 2.2 材料选择及其性能参数: 目前，塑料品种已达,,,多种，常见的约有,,多种，其分类方式也各不相同，按制造方法分类:合成树脂的制造方法主要是依据有机化学中的两种反应，聚合反应和缩聚反应。按成型性能分类:根据成型工艺性能，塑料可以分为热塑性塑料和热固性塑料两类，热塑性塑料可以反复加工成型，热固性塑料一旦成型后就不会在融化了。按用途分类:可以分为通用塑料、工程塑料以及特殊用途的塑料等。 3 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 由于开关面板的工作环境需要长时间暴露在外，对材料的耐热性、耐低温性、耐腐蚀性有较高要求，并且要具备一定的抗冲击能力。还要求其易于加工和表面光泽等特点。 经过分析认为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)为最佳选择。ABS是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS具有优良的综合物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能。尺寸稳定性。电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成品加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和经类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代经中。ABS树脂热变形温度低可燃，耐候性较差。熔融温度在217~237?，热分解温度在250?以上。塑料ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用;塑料ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的热变形温度为93~118?，制品经退火处理后还可提高10?左右。ABS在-40?时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100?的温度范围内使用。塑料ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。塑料ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。 ABS的注塑成型条件如下表1 表1:ABS注塑成型条件 料筒温度 注塑压力 模具温度 比 重 成型收缩率 3 180~260? 49~196Mpa 50~70? 1.05g/cm 0.003~0.008 ABS性质如下表2 表2:ABS性质 密度 拉伸强度 拉伸弹性模量 冲击韧性 透明度 1.02~1.07 3234~5782 1568~2940 300~4700 半透明 3552(g/cm) /pa×10 /pa×10 /(N?m/cm) 4 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 2.3 三维造型及塑件结构、表面质量和尺度分析 2.3.1 三维造型 用pro/e5.0对开关面板进行三维建模，来生成实体模型。主要运用了:拉 伸，圆角，抽壳，镜像等命令 图2-2 开关面板正面 图2-3开关面板背面 5 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 2.3.2 面板结构分析 该塑件的结构十分简单，无过多曲面，总体上为长宽为86×86的正方形，高为8mm，壁厚均匀均为2mm。查询资料得ABS最小壁厚为0.75mm，因此该塑件满足ABS最小壁厚要求，有利于成型。由于塑件壳体内部有四个小倒扣，必须采用内抽芯机构，考虑倒扣的尺寸较小，可采用斜顶机构。 2.3.3表面质量分析 该塑件的表面要求没有缺陷，无毛刺，内部不得有导电杂质，没有其他特别的要求，比较容易实现，注塑时在工艺控制的较好的情况下，其成型要求有保证。 2.3.4 尺寸精度分析 影响塑件尺寸精度的因素主要有:塑料材料的收缩率及其波动;塑件结构的复杂程度;成型工艺因素等。其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。查表得公差尺寸取MT4。 2.4 计算塑件的体积和质量 3 该塑件的材料为ABS，其密度为1.02~1.07(g/cm)，收缩率为0.003~0.008， 3计算其平均密度为1.04(g/cm)，收缩率0.005。 3 利用Pro/e软件对塑件进行体积测算V=11.70cmn 计算塑件的质量为: ,, VMnn (2-1) M代入数据得:=11.7×1.04g=12.17g n 6 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第三章 选择注塑机 根据计算数据以及原材料的各种成型参数初选注射机为XS-ZY-125型注射 机，查询得其各项参数如下表3: 表3:XS-ZY-125注射机参数 机型 XS-ZY-125 3注射容量/(cm) 125 5注射压力/10pa 1190 锁模力/10kN 90 螺杆(柱塞)直径/mm Φ42 最大 300 模具厚度 /mm 最小 200 2最大注射面积/cm 320 球半径/mm 12 喷嘴 孔直径/mm Φ4 模板行程/mm 300 定位孔直径/mm Φ100 中心孔径/mm 推出 孔径/mm Φ22 两侧 孔距/mm 230 (有关参数的校核待设计完浇注系统、选好标准模架后进行) 7 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第四章 分型面位置及其选择 分型面选择的是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大的影响，它决定着模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。分型面的选择总的原则是保证塑件的质量，且便于塑件脱模和简化模具结构，其主要有以下几点原则: (1)分型面选择应该尽可能使塑件开模使留在动模。 (2)分型面选择尽可能在不影响外观的部位，并使其产生的溢料毛边易于修整。 (3)分型面的选择应保证塑件尺寸精度。 (4)分型面选择应该有利于排气。 (5)分型面选择应该便于模具零件的加工。 (6)分型面选择应该考虑注射机的技术和规格 总之选择分型面应该考虑各方面的因素的影响，权衡利弊，以取得最佳效果。 综上所述通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在面板截面积最大且利于开模取出，选在塑件的底平面上。如图4-1 图4-1 8 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第五章 型腔数的确定和布局 5.1 型腔数目的确定 该塑件是大批量生产，宜采用多型腔注塑模具。 (1)按注射机的额定锁模力确定型腔数，由注射机的额定锁模力应大于将模具分型面胀开的力，有如下: (5-1) F,p(nA，A)nj 可推得: (F,pA)j n, (5-2) pAn 公式中: F----注射机的额定锁模力，N; p----塑料熔体对型腔的平均压力，Mpa; 2 A---单个塑件在分型面上的投影面积，mmn 2 A---浇注系统在分型面上的投影面积，mmj 在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析A为(0.2 ~0.5)A，常取 jnA=0.35A，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般约为25~40Mpa，这里取jn p=30Mpa，注射机的额定锁模力为F=900KN,为了保险起见，这里取F=0.8×900KN n?(0.8×900000-35×0.35×86×86)/(35×86×86-35×52×68) n?4.7(个) (2)按注射机的额定注射量来确定型腔数量n，有如下公式: (0.8V,V)gjn, (5-3) Vn 3 公式中: V----注射机的额定注射量，cm; g 3 V----浇注系统的凝料量，cm; j 3 V----单个塑件的容量，cm; n 3查表得V=125mm，初取V=2.5V ，V=11.7cm;则 g3jnn n?6 (个) 在以上两种情况上取得的n值可以为1,2,3,4;本次设计采取的是一模多腔，并考虑到型腔的布局，同时考虑到塑件尺寸，模具结构尺寸的大小关系，以及各种 9 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 成本费用的关系。取得n=2。 5.2 型腔布局 多型腔在模具排布上应该主要以下几点: (1)尽可能采用平衡式排列，以便于构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定。 (2)型腔布置和浇口开设部位力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。 (3)尽量使型腔排得紧凑一些，以便于减小模具外形尺寸。 (4)优先采取直线排列和H形排列。 由于该设计采用的是一模两腔的布置，故采用直线对称排布。如下图5-1 图5-1 10 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第六章 模具浇注系统设计 浇注系统定义—指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，其分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统，是用来将注塑机喷嘴射出的塑料熔体导向模具型腔的一种系统。 浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利地充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在 质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件 好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响很大。因此，浇注系统的设计是注塑模具设计的重点，也是难点。 浇注系统组成: (1)主流道 指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道。熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。 (2)分流道 指主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向型腔模它是塑料具中分流道是为了缩短流程。多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。 (3)浇口 指分流道末端苟模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序地填满型腔，且对补缩具有控制作用。 (4)冷料穴 通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料。冷料并也经常起拉勾流道凝料的作用。 浇注系统的设计原则: (1)保证塑料熔体流动平稳设计浇注系统时，应注意使系统与模具中的排气结构相适应，使系统具有良好的排气性，从而保证塑料熔体经过系统或充填模腔时不发生涡流和紊流，以使制品获得良好的成型质量。 (2)流程应尽量短在满足成型和排气要求的前提下系统长度应尽量短，各段应尽量平直，以使塑料熔体在模具中的流程尽量短而且不发生弯曲，从而可减小注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间。 (3)防止型芯变形和嵌件位移设计浇注系统时，应尽量避免通过系统的塑 11 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 料熔体正面冲击模腔内尺寸较小的型芯或嵌件，以防止熔体的冲击力使型芯发生变形或使嵌件发生位移。 (4)修整应尽量方便修整指制品成型后对其外观所做的各种修整工作，其中包括去除制品上的浇注系统凝料。为了方便修整并无损制品外观和使用性能，浇注系统在模具中的位置和形状，尤其是浇口的位置和形状应尽量根据制品的形状和使用要求确定。 (5)防止制品变形和翘曲设计浇注系统时，应考虑如何减轻浇口附近的残余应力集中现象，以防止因应力过大而导致制品发生变形和翘曲。例如对于深度很浅的大平面聚乙烯、聚丙烯制品若采用料流速度较大的直接浇口成型，由于注射压力直接作用在制品上加之这些塑料取向能力较强，所以成型后很容易在浇口附近残余较大的时效应力和取向应力，并导致制品发生翘曲变形，为此可改换多点浇口形式。但是应当指出，采用多点浇口成型制品时，由于各浇口附近收缩与其它部位不等，也非常容易引起制品整体翘曲变形，尤其对于大型薄壁制品，使用多点浇口时特别要注意此问题、 (6)应与塑料品种相适应不同的塑料具有不同的流动性，特别是对硬质聚氯乙稀、聚丙烯酸酯和聚甲醛等成型性差的塑料，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。另外，有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色。 (7)合理设计冷料穴冷料穴设计不当，容易使制品发生成型缺陷。如果冷料穴失效，使前锋冷料进入模腔会导致制品产生冷疤或冷斑。 (8)尽量减少塑料消耗设计浇注系统时，除注意满足上述设计原则外，还应使系统的长度和容积尽量小，这样做不仅可以避免系统凝料积压、延长成型周期等问题，而且还可以减少系统占用的塑料量，从而减小原材料消耗以及回收废料的工作量。 除了上述原则外，设计浇注系统时还应注意模腔的数量与布置、制品的外观和性能、制品形状与尺寸等问题对系统的制约，以及注射机上模具固定板对侧浇口位置的要求(防止浇口与固定板偏心)。 12 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 6.1 主流道的设计 主流道是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。其设计原则如下: (1)为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。其锥角ɑ为2?~ 4?，对流动性差的塑料，也可取3?,6?，过大会造成流速减但易成涡流。内壁粗糙度为Ra0.8μm。由于ABS流动性稍差故而取其锥度6?。 (2)为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R=R+(1~2)mm，其21 小端直径D=d+(0.5~1)mm，凹坑深度常取3~4mm。型号为XS-ZY-125的注射机的喷嘴直径d=4mm，R=12mm;则D=(4.5~5)mm，R=(13~14)mm。 12 取D=5mm，R=14mm 。 2 主流道长度L一般取L?60mm，取L=50cm; 主流道端口大直径: D=D+2Ltan(ɑ/2) (6-1) 1 代入数据得:D= 10.2 mm; 1 主浇道凝料量: 22 V=π/3L(R+r+Rr) (6-2) 主主主主 223 代入数据得:V=3.14/3×50×(2.5+5.1+2.5×5.1)=2.36cm 主 (3)其形式有多种，可视不同模具结构来选择，一般会将其固定在模板上，以防生产中浇口套转动或被带出 在直角式注射机上使用的模具中，因主流道开设在分型面上，故不需要沿道轴线方向拔出主流道内的凝料，主流道可以设计成等粗的圆柱形。 主流道的表面应加工尽量光滑，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。 (4)由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以使选用优质钢材单独加工和热处理。这里我们采用材料为T8A，并且淬火处理到洛氏硬度50~55HRC。浇口套如下图6-1 13 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 图6-1 6.2 分流道设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。 (1)分流道的布置形式 ，在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此，采用平衡式分流道。 (2)分流道的长度 ，由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计可适当选小一些。单边分流道长度L=30mm 分 (3)为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上，常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U型、半圆等，因为半圆形的加工性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大，所以此处采用半圆形分流道。 按如下公式来计算分流道的当量半径Re (1)根据注射机的规格和塑件体积，按下式计算熔体的体积流量: q=V/t (6-3) v 3 式子中:q------熔体体积流量，cm/s; v 3 V------塑件体积，cm;通常取V=(0.5~0.8)V g t------注射时间，s; 3 查表得t=1.6s,V=125cm; g 14 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 33 算得:q=39~62.5cm/s 这里我们取qv=50cm/s v 。2-1(2)确定恰当的剪切速率r=5×10s (3)有如下经验公式: 3.3qv (6-4) r:,3,Re 代入数据算得当量半径Re=5mm 2 取分流道为半圆形截面，其半径为R，截面面积F=πR，周长为C=(2+π)R 2F23 则 (6-5) ,ReC, 22FR, 推得: (6-6) 3(2，,),Re 将F与C带入其中，求得R=6.7mm。 其截面图如下图6-2所示: 图6-2 6.3 浇口的设计 用pro/e的Plastic Advisor分析最佳浇口位置如下图6-3所示 15 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 图6-3浇口位置分析 最佳浇口位置本应该在蓝颜色最深处，但考虑到制件表面需光滑平整，以及降低模具成本，所以本次设计把浇口位置设置在塑件边缘标记处，采用侧浇口进胶。用拉料杆推离塑件，推杆出塑件，这对塑件外观影响不大。 浇口设计原则: 1.浇口位置尽量选择在分型面上，以便于加工及其使用时清理浇口。 2.浇口位距型腔各个部位的距离尽量一致，并使其流程最短。 3.浇口位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽畅，厚壁部位。 4.避免浇口位置设置时料流直冲型腔壁，型芯，或者嵌件。 5.浇口的设置，最好避免使产品产生熔接痕或者控制熔接痕在不重要的部位。 6.浇口位置及其料流流入方向有利于型腔内气体的排出。 7.浇口在制品上易于清除，同时不影响制品外观。 这里我们选择矩形侧浇口，矩形侧浇口一般开设在模具的分型面上，从塑件的边缘进料。矩形浇口的大小由其厚度、宽度和长度决定。确定侧浇口厚度h(mm)和宽度b的经验公式如下: h,nt (6-7) A b,n (6-8) 30 16 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 式子中t-------塑件壁厚，mm; n-------系数，与塑料品种有关; 2 A-------为塑件外表面积，mm。 查表得ABS系数n=0.7 由上述公式计算得:h=0.7×2=1.4mm 2 A=86×8×4+86×86-68×52=6612mm b=1.9mm 3 由塑件的体积为V=11.7cm 3设定充模注射时间为t=1.6s，于是q=V/t=7.31cm/s 浇口处的剪切速率: 6qr:, 2 (6-9) Wh 4-14-1 r:代入数据算得 =1.18×10s?10s 满足所需要求。 故而侧浇口的厚度h=1.4mm和宽度b=1.9mm 6.4 冷料穴的设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝;开模时又能将主流道中的凝料拉出。这里采用带拉钩形头冷料穴，开模时将主流道冷凝料拉出定模，然后在推板推出塑件时靠推板将冷凝料从拉料杆上刮下。 6.5 排气槽的设计 排气系统的作用:为了防止塑件出现气泡，疏松等缺陷，在注射过程中应该将型腔中的气体排出。 1模具型腔中的气体来源主要有以下几个方面:?浇注系统和型腔中原有的气 23体;?塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸汽;?塑料熔体受热分解产生的挥 4发气体;?熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成的气体; 排气系统的设计要点: 17 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 (1)保证迅速，有序，通畅，排气速度应该与注射速度相适应; (2)排气槽设在塑料流末端; (3)应设在主分型面凹模一侧，便于加工和修整，飞边容易脱模和去除; (4)尽量设在塑件较厚的部位; (5)设在便于清理的位置，以免积存冷料; (6)排气方向应避开操作区，以防高温熔体溅出伤人; (7)其深度与塑料流动性、注射压力以及温度有关; 由于塑件不大，可利用分型面的间隙和推杆与孔配合间隙处排气，不需要另外设置排气槽。 18 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第七章 成型零件的结构设计和计算 注射模具的成形零件系指构成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、成形杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的局部内表面，成形杆用以形成制品的局部细节。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等。因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性 。 7.1凹模的设计 凹模是成形制品外表面的成形零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种形式。 1.整体式凹模结构 模具强度好，牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。加工工艺性差，加工困难(热处理不方便，整体式凸模还有消耗模具钢多、浪费材料等缺点。所以整体式凹、凸模结构常用于形状简单的单个型腔中、小型模具或工艺试验模具。但随着数控加工技术和电加工技术的发展，整体式凹模越来越多。 2.组合式凹、凸模结构 分为整体嵌人式、局部镶嵌式和四壁拼合式等形式。整体嵌入式，单个型腔和型芯采用单独加工(机械加工、冷挤压、电加工等方法)的方法加工。采用 H7 / m6 过渡配合压人模板中。这种结构加工效率高，装拆方便，容易保证形状和尺寸精度;局部镶嵌式，为了加工方便或由于型腔的某一部分容易损坏，需要经常更换。总结:采用组合式凹模, 加工工艺性好，排气效果好，节约模具材料，但装配调整困难，有时塑件表面会留有拼接的痕迹。 本次设计采用整体式凹模结构，其结构简单、强度高、刚性好，不会使塑件产生拼接缝痕迹，可减少注射模中成型零件的数量，便于模具装配。还能节约贵重模具材料和便于热处理。型腔如图7-1所示 19 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 图7-1 型腔 7.2 型芯的设计 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯。主要有:主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖、帽之类的塑件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其它小孔的型芯称为小型芯或成型杆。按结构特点可分为:整体式、组合式、活动镶件式和浮动式四种。 该模具的型芯类似于凹模，为了简化模具，且使模具结构更牢固，尽量减少各配合误差，因此采用整体式。它的优点是结构牢靠、不易变形、塑件无拼缝的溢料痕迹。本次设计的整体式凸模采用螺钉固定。 图7-2型芯结构 7.3成型零件钢材的选用 为实现高性能的目的，选用模具材料应具有高耐磨性，高腐蚀性，良好的稳定性和良好的导热性。必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变形要小，但 20 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。可以采用T8A，经过调质，淬火加低温回火，正火。HRC?55 7.4成型零部件的工作尺寸计算 采用平均值法计算，该塑件尺寸一般，选用精度等级为MT4级精度。ABS的收缩率S为0.003~0.008，取其平均值为s为0.005，由于该塑件为小型塑件， 故δ=Δ/3。 2 其计算结果如下表4所示: 表4:成型零部件的工作尺寸计算 类型 塑件尺寸 计算公式 计算结果 ，0.24 85.8986 0 ，0.1951.84 52 0型 ，0.2167.86 68 03腔 ，,2 A,[(1，s)A,,]ms0径 4，0.073.87 4 0向 ，0.050.89 1 0 ，0.050.48 0.6 0 ，0.08 7.888 0型 ，0.051.99 2 02腔 ，,2 H,[(1，s)H,，,]ms0深 3，0.074.90 5 0度 ，0.073.39 3.5 0 0 83.9683 ,0.243型芯 0l,[(1，s)L，,] ,,2径向 408.22 8 ,0.08 06.16 6 ,0.072型芯 0 h,[(1，s)h，,]ms,,2深度 302.62 2.5 ,0.05 21 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 ,0.24 44 44.22,2[(1)] C,，sC, 中心距 ms2 74 74.370.32 ,7.5 成型型腔壁厚的计算 注射成型时，为了承受型腔高压熔体的作用,型腔侧壁与底板应该具有足够的强度与刚度，对于小尺寸的型腔，常因强度不够而被破坏，而对于大尺寸的型腔，刚度不足则经常成为设计失败的主要原因。 确定型腔厚度的办法有3种，计算法、经验法、图表法，下面主要用计算法来计算。该塑件是小型塑件。 (1)矩形型腔的侧壁厚度计算公式如下: 4Cph3S, (7-1) E[,] l/h式子中:C----常数，随的值变化,可以查表，也可以用近似公式计算 443l/hC, (7-2) 442l/h，96 p----为凹模的型腔熔体压力 h----为凹模的深度mm E----为材料的弹性模量 [δ]--为许用变形量 型腔压力p=kp，k为压力损耗系数，k取0.4,p=100Mpa，算得p=40Mpa; 0 0 5，10为86mm，h为8mm,计算得C=1.5,E=2.1Mpa;由于300mm，则 ,ll [δ]==0.014。 l/6000 代入式子中得: S=4.4mm 取壁厚大于10mm就能满足要求。 (2)矩形型腔底板厚度计算公式如下: 3'4Cpbt, (7-3) E[δ] ，式子中C可查表得0.0138,b=86mm。可以算出: 22 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 t=21.5mm 取实际底板厚度大于25mm能满足要求。 23 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 第八章 模架的确定和标准件的选用 本次设计选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。 8.1模架的选择 模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位;动、定模固定板之间通过导向零件定位;脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位;模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位;动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位;垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位;顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉;模具外表面尽量不要有突出部分;模具外表面应光洁，加涂防锈油。 图8-1模架示意图 两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。 通过分析选择B×L为250×315mm的模架。 24 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 表5:模架各项数据选择 图8-2 1、定模固定板(定模座板)(315×315×25mm)主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合;通过6个12的内六角螺钉与定模固定板连接; , 2、A板，定模板(250×315×40mm)上面的型腔为整体式;有二个型芯固定孔;其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合。 3、B板，动模板(250×315×40mm)用于固定型芯(凸模)、导套。为了保证凸模或其它零件固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230,270HB;导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配和;型芯孔与其为H7/m6过渡配合。其注射机顶杆孔为35mm;其上的推板导柱, 孔与导柱采用H7/m6配合。 25 武汉纺织大学2014届毕业设计论文 4、动模垫板(250×315×40mm) 5、垫块(50×315×63mm) 1)主要作用:在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或 是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 2)结构型式:可为平行垫块、拐角垫块。(该模具采用平行垫块)。 3)垫块一般用45钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。 4)模具组装时，应注意左右两垫块高度一致，否则由于负荷不均匀会造成动模板损坏。 推杆固定板(148×315×16mm):固定推杆。 6、 7、推板(148×315×25mm) 8.2模具闭合高度的确定 模具闭合高度是指注塑模具在闭合的情况下模具的总体高度，而每台注塑机都有各自的安装尺寸范围如果模具的闭合高度太大而超出注塑机的范围，那么就要另外选择相应的注塑机。 本次设计的模具各部分及零件的尺寸数据如下 定模座板的厚度为: H=25mm; 1 定模板厚度为: H=40mm; A 动模板厚度为: H=40mm; B 动模垫板厚度为: H=40mm 2 垫块板厚度为: H=63mm; C 动模座板的厚度为: H=25mm; 3 则模具闭合高度为:H=H+H+H+H+H+H=233mm。 1AB2C3 模具闭合高度的校核:由上一步骤可知，本次设计的注塑模具的闭合高度为H=233mm，本次所选的注塑机为XS-ZY-125型注塑机，该型号注塑机的最小装模高度为H=200mm，最大装模高度为H=300mm。模具的闭合高度H规划

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