畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車窗體三角板外殼注塑模具設(shè)計(jì)

1、湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 一 章 概 述1.1 塑料注射模具簡(jiǎn)介模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，被稱為“工業(yè)之母”。模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。對(duì)模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動(dòng)化操作簡(jiǎn)便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。注射成型也稱為注塑成型，其基本原理就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射機(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)

2、入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時(shí)間后，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品。模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動(dòng)，為此，常采用自動(dòng)開合模自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)，在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從模具中脫落。另外模具對(duì)制品的成本也有影

3、響。當(dāng)批量不大時(shí)，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本?，F(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少是三項(xiàng)重要因素，尤其是模具對(duì)實(shí)現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的全自動(dòng)設(shè)備也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對(duì)模具也提出了越來越高的要求。因此促進(jìn)模具的不斷向前發(fā)展。1.2模具的發(fā)展趨勢(shì)近年來，模具增長(zhǎng)十分迅速，高效率、自動(dòng)化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。從模具

4、設(shè)計(jì)和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢(shì)可分為以下幾個(gè)方面：1.2.1 加深理論研究在模具設(shè)計(jì)中，對(duì)工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計(jì)已經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段逐漸向理論技術(shù)設(shè)計(jì)各方面發(fā)展，使得產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到很大的提高。1.2.2 高效率、自動(dòng)化大量采用各種高效率、自動(dòng)化的模具結(jié)構(gòu)。高速自動(dòng)化的成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本起了很大的作用。1.2.3 大型、超小型及高精度由于產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導(dǎo)熱性優(yōu)異的制模材料。1.2.4 革新模具制造工藝 在模具

5、制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進(jìn)，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進(jìn)的機(jī)床，這不僅大大提高了機(jī)械加工的比重，而且提高了加工精度。1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)化 開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，不僅大大提高了生產(chǎn)模具的效率，而且改善了質(zhì)量，降低了成本。1.3 本設(shè)計(jì)的目的(1) 綜合運(yùn)用塑料模具設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝、塑件成型工藝及模具設(shè)計(jì)等方面必要的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，分析和解決塑料模具設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步鞏固加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。(2)檢驗(yàn)理論知識(shí)掌握情況，將理論與實(shí)踐結(jié)合。(3)步掌握進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的方法、過程，為將

6、來走向工作崗位進(jìn)行科技開發(fā)工作和撰寫科研論文打下基礎(chǔ)。(4)培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。1.4 設(shè)計(jì)意義(1) 對(duì)于模具的設(shè)計(jì)可以從選材到設(shè)計(jì)到成型有一個(gè)完整的了解和初步的掌握。以及進(jìn)一步的熟練掌握autocad、proe相關(guān)設(shè)計(jì)軟件。(2) 鍛煉自己的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造能力，為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備。第二章 塑件成型工藝性分析2.1 塑件結(jié)構(gòu)此塑件是一個(gè)汽車窗體三角板外殼。其形狀比較復(fù)雜、不規(guī)則，外觀質(zhì)量要求比較高。制品外表面不允許出現(xiàn)劃傷、氣泡、縮孔等缺陷，且表面光滑有較高的表面粗糙度值要求，材料用pom和pmma混合材料。塑件圖2.1:圖2.1 塑件三維圖2.2 塑件

7、分析(1)塑件材料：90%聚丙醛（pom）和10%聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）混合料，都為熱塑性材料。(2)外觀質(zhì)量：外表黑色且光澤性好，無成品缺陷。(3)外形尺寸：該塑件壁厚為2.5mm3.6mm，塑件尺寸不是太大，塑件熔體流程不太長(zhǎng)。(4)精度等級(jí)：上表面比較光滑，采用較低的粗糙度值，下表面比上表面粗糙，粗糙度稍大點(diǎn)，精度都為it4級(jí)。2.3 塑料介紹（1）pmma 俗稱有機(jī)玻璃，密度為1.171.20的無色透明顆粒，由于易吸收，受熱發(fā)揮導(dǎo)致熔體起泡、膨脹、制品出現(xiàn)銀絲，在使用前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱干燥處理。pmma黏度較大，流動(dòng)性差，流動(dòng)長(zhǎng)度與壁厚比為130:1，壁厚不宜太薄，不低于1mm，通常

8、1.5mm5mm。pmma為無定形聚合物，玻璃化溫度為105，熔融溫度大于160，分解溫度為270以上。pmma表現(xiàn)為質(zhì)硬、性脆、易破裂。（2）pom 聚甲醛為白色粉末，熔點(diǎn)153160，結(jié)晶度75%，密度1.41。聚甲醛的抗沖擊強(qiáng)度比abs高的多，而且可以耐反復(fù)沖擊達(dá)次，基本上性能不變。pom有較高的熱變形溫度，114連續(xù)使用2000h或138下連續(xù)使用1000h，性能無名顯變化，短時(shí)間使用可高達(dá)160。共聚甲醛加工溫度范圍約為50，超過，易分解。pom的熔體粘度受溫度的變化影響小，為此，不能用提高溫度來熔體粘度。塑件材料為90%pom和10%pmma混合材料。此組分混合擠出造粒后，供注塑，

9、制品表面光澤好，摩擦系數(shù)底，若沒有pmma則表面粗糙。因此混合后密度計(jì)算為1.39，其余設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均按pom的參數(shù)來計(jì)算。2.4 pom的注射成型過程及工藝參數(shù)2.4.1 注射成型過程注射成型工藝過程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射成型過程以及塑件的后處理三個(gè)階段。2.4.2 成型前的準(zhǔn)備pom吸水性小，0.12%0.15%。微成型加工水分允許含量0.2%，因此對(duì)原包裝嚴(yán)密，在成型之前可不作干燥處理，如包裝不佳，存放環(huán)境濕度較高，顆粒表面黏附過量水分，會(huì)在加工中帶來斑紋、銀絲、光澤差等缺陷，必須進(jìn)行干燥處理。料筒的清洗：在注射成型過程中，當(dāng)改變產(chǎn)品、更換原料及顏色時(shí)均需清洗料筒。通常，柱塞式料筒可拆卸清

10、洗，而螺桿式料筒可采用對(duì)空注射法清洗。2.4.3 注射過程注射過程是塑料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芗闹饕A段。它包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。（1）加料 由注射機(jī)的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。（2）塑化 塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到熔融流動(dòng)狀態(tài)，并具有良好可塑性的全過程。就生產(chǎn)的工藝而論，對(duì)這一過程的總要求是：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提供足夠數(shù)量的熔融塑料，塑料熔體在進(jìn)入型腔之前要充分塑化，既要達(dá)到規(guī)定的成型溫度，又要使塑化料各處的溫度盡量均勻一致，還要使熱分解物得含量達(dá)最小值。這些要求塑料的特性、工藝條件的控制及注射機(jī)塑化裝置的結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。（3）注射

11、 注射機(jī)用柱塞或螺桿推動(dòng)具有流動(dòng)性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經(jīng)過噴嘴、澆注系統(tǒng)，直至壓入模腔。（4）保壓 保壓是自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實(shí)工序。保壓的目的一方面是防止注射壓力解除后，如果澆口尚未凍結(jié)，發(fā)生型腔中熔料通過澆口流向澆注系統(tǒng)，導(dǎo)致熔體倒流；另一方面則是當(dāng)型腔內(nèi)熔體冷卻收縮時(shí)，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿可迫使?jié)部诟浇娜哿喜粩嘌a(bǔ)充模具中，使型腔中塑料能成型出形狀完整而致密的塑件。（5）冷卻定型 當(dāng)澆注系統(tǒng)的塑料已近冷卻凝固。繼續(xù)保壓已不再需要，此時(shí)可退回柱塞或螺桿，由于通入的冷卻水或空氣等冷卻介質(zhì)，對(duì)模具進(jìn)一步冷卻，這一階段稱冷卻定型、實(shí)際上冷卻定型過程從塑

12、料注入型腔起就開始，它包括注射完成，保壓到脫模前這一段時(shí)間。（6）脫模 塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑件推出模外。2.4.4 塑件的后處理對(duì)于非常溫使用的制件且質(zhì)量要求較高，須進(jìn)行熱處理。熱處理方法一般用紅外線燈或鼓風(fēng)烘箱熱處理，溫度為140145。退火處理效果，可將制品放入濃度為30%的鹽酸溶液中浸30分鐘檢查，然后用肉眼觀察判斷是否有殘余應(yīng)力的裂紋產(chǎn)生。塑件經(jīng)注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口余料及飛邊毛刺。2.4.5 聚甲醛（pom）的注射工藝參數(shù)（1）注射機(jī)類型 宜用螺桿式注射成形，螺桿轉(zhuǎn)速 28r/min；（2）料筒溫度 前段 175185中段 165175后段

13、155165（3）熔料溫度 可用空射法量度pom-c 可設(shè)為205（190-210）（4）模具溫度 7590。（5）注射壓力 注射壓力的增加對(duì)聚甲醛的拉伸強(qiáng)度影響不大，相對(duì)伸長(zhǎng)率略有增加，而落球沖擊強(qiáng)度卻明顯提高，所以適當(dāng)提高注射壓力不但對(duì)制品的機(jī)械性能無損害，還可改善物料的流動(dòng)性和外觀。當(dāng)然，過高的注射壓力會(huì)造成模具變形，產(chǎn)品披鋒等問題。一般為80130。（6）保壓時(shí)間 聚甲醛受結(jié)晶影響體積收縮較大，熔體冷卻速度大于熔融速度，對(duì)此保壓時(shí)間就十分重要，以防止制品出現(xiàn)縮凹，空洞等問題。較長(zhǎng)的保壓時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的尺寸和外觀是有利的，當(dāng)然，保壓時(shí)間還必須與澆口的封口時(shí)間相適應(yīng)，以免延遲生產(chǎn)效率。（7）背

14、壓 越低越好，不能超過2mp。（8）螺桿轉(zhuǎn)速 注射速度的增加對(duì)聚甲醛制品的外觀質(zhì)量有較為明顯的改觀，這是因?yàn)殡S著注射速度的增加，剪切速率也相應(yīng)提高，有利于熔體粘度的降低，從而改善了熔體的流動(dòng)性。同時(shí)由于制品內(nèi)部的熱量散失少，加之磨擦產(chǎn)生的熱量，于是物料溫度要比低速注射時(shí)高，冷凝速度相對(duì)減緩，使得制品表面光滑平整。因此除了特別厚的制品，大多數(shù)情況下都采用較快的注射速度。特別是薄壁的制品可選用快速充填更為理想，可避免熔體過早凝固而形成皺紋。（9）預(yù)烘干 因?yàn)閜om的吸濕性低，水分對(duì)成形影響小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面吸附水分，不利成形，加工前須進(jìn)行干燥并起預(yù)熱作用，特別對(duì)大面積薄壁塑件

15、，改善塑件表面光澤有較好效果，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90100，時(shí)間4h，料層厚度3cm。（10）再生料的使用 在正常情況下聚甲醛樹脂經(jīng)反復(fù)十余次使用，除相對(duì)伸長(zhǎng)率有所下降，色澤稍有變黃外，其它性能幾乎明顯影響。（11）收縮率 因模具溫度的提高會(huì)加大制品的收縮，故在制品成型過程中必須嚴(yán)格控制特別是尺寸精密，要求精密高的制品。1.22.8%。收縮程度高。（12）滯留時(shí)間 可在205滯留20分鐘不會(huì)有嚴(yán)重的分解在注塑溫度下熔體不能在機(jī)筒內(nèi)滯留超過20分鐘。在240下可滯留7分鐘。如果停機(jī)，機(jī)筒溫度可降到150，如要長(zhǎng)期停機(jī)就必須清理機(jī)筒子，關(guān)閉加熱器。（13）模具及澆口系統(tǒng) 常見模具溫度控

16、制為7590，流道直徑有3-6mm，澆口長(zhǎng)度為0.5mm，澆口大小要視膠壁厚度而定，圓形澆口直徑至少應(yīng)制品厚度的0.5-0.6倍，長(zhǎng)方形澆口的寬度通常是厚度的2倍或以上，深度為壁厚的0.6倍，脫模斜度40-130之間。直通式澆口，加熱式熱流道，保溫式熱流道。（14）設(shè)計(jì)中pom的性能指標(biāo) 列表如表2.1。.表2.1 pom的性能指標(biāo)密度(g)1.39伸長(zhǎng)率（屈服）15%比體積(/g)0.71熱變形溫度(1.85)110157吸水率(%)0.120.15拉伸彈性模量()熔點(diǎn)()131165抗彎強(qiáng)度()104計(jì)算收縮率(%)1.22.8沖擊韌度（缺口）/15比熱容(j(kg)-11470體積電阻率

17、（） 第三章 注射機(jī)的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核3.1 概述在對(duì)三角板進(jìn)行材料選定，塑件工藝性分析、成型工藝過程分析和工藝參數(shù)選定、型腔的數(shù)量和排列方式的基礎(chǔ)上，可以選擇注射的型號(hào)及安裝尺寸的確定。3.2 注射機(jī)的選擇3.2.1 注射量計(jì)算（1）塑件質(zhì)量、質(zhì)量計(jì)算 通過pro/e對(duì)塑件建模分析，如圖3.1，可以得到塑件體積 =51.305塑件質(zhì)量 =71.3g （取密度為1.39） 由于澆注系統(tǒng)采用熱流道，沒有凝料。但是，采用的側(cè)澆口同時(shí)用的是直流道形式，考慮到塑件尺寸不是很大，凝料占一不部分體積，所以應(yīng)該把凝料體積算在內(nèi)，凝料在設(shè)計(jì)之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照體積的0.21倍來計(jì)算。

18、由于本次設(shè)計(jì)采用的熱流道并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.1倍來計(jì)算，故一次注入模具型腔熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)凝料和兩個(gè)塑件體積之和）為： =1.1n=1.1x2x51.305=112.87圖3.1 pre/e質(zhì)量屬性分析3.2.2 選取注射機(jī)我國注射機(jī)廠家有很多，注射機(jī)的型號(hào)也很多，掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所必須的技術(shù)準(zhǔn)備。根據(jù)以上算的數(shù)值，初選注射機(jī)sz250/1500臥室注射機(jī)，其主要參數(shù)如表3.1。表3.1 sz250/1500注射機(jī)技術(shù)參數(shù)理論注射量()255拉桿空間(mm)460x400螺桿柱塞直徑(mm)45移模行程(mm)430注射壓力()178最大

19、模具厚度(mm)450注射方式螺桿式最小模具厚度(mm)220塑化能力(g/s)35鎖模形式雙曲肘注射速率(g/s)165模具定位孔直徑(mm)125鎖模力(n)500噴嘴球半徑(mm)15噴嘴孔直徑(mm)4螺桿轉(zhuǎn)速（）103903.3 型腔數(shù)量及注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核3.3.1型腔數(shù)的校核（1）由注射機(jī)料筒塑化速率校核型腔數(shù)量 (3.1)式中 注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，pom是潔凈性塑料，取0.75； 注射機(jī)的額定塑化量（g/h或/h）,該注射機(jī)為35g/s； 成型周期，因塑件采用熱流道系統(tǒng)，注射周期可以大大縮短，查表的pom的成型總周期30100s,取80s； 單個(gè)塑件的質(zhì)量(g),取=

20、71.3g； 澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量，取；上式右邊=2,符合要求（2）按注射機(jī)的最大注射量校核型腔數(shù)量 (3.2)式中 注射機(jī)允許的最大注射量（g或）,該注射機(jī)為255； 其余符號(hào)同上上式右邊=2，符合要求。3.3.2鎖模力的校核式中 鎖模力安全系數(shù)，一般取1.11.2，這里取1.2。 注射機(jī)的鎖模力，該注塑機(jī)的鎖模力為1500kn,故鎖模力符合要求。3.3.3注射機(jī)工藝參數(shù)的校核 （1）注射量的校核 注射量以容積表示，最大注射容積為式中 正常工作條件下所選注射機(jī)所能提供的最大容積（）； 所選注射機(jī)理論注射容積（），該注射機(jī)為225；注射系數(shù)，取0.750.85，無定型塑料可取0.85，結(jié)晶型塑

21、料可取0.75，該處取0.75.倘若實(shí)際注射機(jī)量過小，注射機(jī)的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時(shí)間就會(huì)過長(zhǎng)，容易發(fā)生降解，對(duì)于pom熱敏性塑料，不能停留長(zhǎng)時(shí)間。所以最小注射量容積故每次注射的實(shí)際容積應(yīng)滿足,而=112.87，符合要求。（2）最大注射壓力校核 注射機(jī)的額定注射壓力即為該機(jī)器的最高壓力=150mp（見表3.1），應(yīng)該大于注射成型時(shí)所需調(diào)用的注射壓力，即：（60160）=75162.5mpa式中 安全系數(shù)，長(zhǎng)取=1.251.4，這里取1.25；第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的確定4.1 分型面位置的確定在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮成型時(shí)分型面的狀態(tài)和位置，否則無法用模具成型。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)

22、首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都有很大的影響。因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。分型面應(yīng)該在塑件的最大截面處；不影響塑件外觀質(zhì)量，尤其是對(duì)外觀有明確要求的塑件，更應(yīng)注意分型面對(duì)外觀的影響；有利于模具加工，特別是行腔的加工；有利于澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)置；便于塑件的脫模；考慮這些分型面選擇原則和結(jié)合該塑件的形狀，分型面選擇如下圖4.1：圖4.1 分型面的選擇4.2 型腔數(shù)量的確定當(dāng)塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。此塑件雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不規(guī)則，但是塑件不算太大，

23、在保證塑件完整結(jié)構(gòu)和精度的條件下可以滿足多行腔， 故初步擬定一模兩腔結(jié)構(gòu)形式。4.3 澆注系統(tǒng)形式的確定4.3.1 澆口形式和位置的確定該塑件雖然尺寸不大，但是屬于板料，平面面積大，材料脆但硬度大，不適合采用潛伏式澆口，同時(shí)不利于塑件熔體對(duì)型腔的填充；外表面光澤，不利于直接在其上建立澆口；形狀不規(guī)則，不適合建立中心澆口，綜合其形狀特點(diǎn)，也為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，可以選擇扇形側(cè)澆口。有利于板面的填充，也利于保護(hù)表面質(zhì)量。澆口形式如圖4.1所示。圖4.1 澆口形式4.3.2 澆口數(shù)量的確定該塑件的由于塑件采用側(cè)澆口，且能滿足注射要求，所以采用一腔一個(gè)澆口。由于pom較適合用熱流道注射，不僅節(jié)約原料、成本

24、，更重要的是pom是熱敏性結(jié)晶塑料，對(duì)溫度的要求比較高，采用熱流道系統(tǒng)能大大提高塑件的品質(zhì)。流道布置形式如圖4.2圖4.2 熱流道布置示意圖1澆口；2噴嘴流道；3熱流道板分流道；4主流道4.4 推出機(jī)構(gòu)的確定塑件底部有一個(gè)開放式包圍式掛鉤，不可能直接推出塑件，因此需要采用斜推桿兼作成形型芯將其推出，另外，有些小而深的肋和塑件結(jié)構(gòu)，需要局部用推桿推出，保證塑件不受破壞。4.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定三角板一邊有側(cè)槽需要抽芯，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，其抽芯距離不算太大，因此選擇用斜導(dǎo)桿的形式進(jìn)行抽芯。 第五章 模具設(shè)計(jì)通過理論計(jì)算設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)分模相結(jié)合的方法，最終確定成形零件工作尺寸和模具的機(jī)構(gòu)形式。5.1 澆口系

25、統(tǒng)的設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)的熱流道系統(tǒng)中，流道比較簡(jiǎn)單，如圖4.2 所示，且為平衡式布置，所以不需要進(jìn)行復(fù)雜的流變學(xué)計(jì)算。而熱流道噴嘴是標(biāo)準(zhǔn)件，所以先按塑料熔體通過澆口允許的剪切速率來初步確定澆口直徑，然后再計(jì)算相應(yīng)的其他流道尺寸。最后根據(jù)流道尺寸確定其結(jié)構(gòu)尺寸。5.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定（1）所需注射量的計(jì)算 所需注射量前面已經(jīng)算出為。（2）噴嘴澆口尺寸的確定 根據(jù)注射機(jī)公稱注射量與注射時(shí)間的關(guān)系，取注射時(shí)間為t=2s。則主流道體積流率 分流道的體積流率 根據(jù)表2.1得pom最大允許的剪切速率，而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪切速率求出澆口直徑。式中 （即澆口的體積流率=分流道的體積流率）。而熱流道

26、噴嘴澆口直徑為2.7mm、3.9mm、4.5mm、7.9mm等標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而而本設(shè)計(jì)澆口采用開放式直澆口且?guī)в幸欢文?，有利于布置水道?duì)澆口處進(jìn)行冷卻，為方便設(shè)計(jì)，凝料長(zhǎng)度設(shè)為16mm，由于凝料有一個(gè)脫模斜度，通過試算，澆口直徑取4.5mm，脫模斜度取3，流道最小處直徑為如圖5.1。再校核最小截面處得剪切速率剪切速率合乎要求。圖5.1 噴嘴澆口尺寸（3）噴嘴流道直徑的確定 對(duì)中等黏度塑料pom，流道剪切速率取進(jìn)行初步估算，因此噴嘴流道直徑為：取標(biāo)準(zhǔn)直徑7cm，則分流道剪切速率為 在,符合分流道道剪切速率，查閱參考文獻(xiàn)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴bp20型，噴嘴長(zhǎng)度為50，如圖5.2所示圖5.2 熱流道噴嘴

27、（4）流道板分流道直徑的確定 根據(jù)熱流道噴嘴與流道板得安裝結(jié)構(gòu)、流道板分流道直徑比噴嘴直徑大0.51mm，取分流道直徑為7mm。與上面計(jì)算值6.4mm相差不大，剪切速率在預(yù)定范圍內(nèi)，可行。（5）主流道直徑尺寸的確定 本設(shè)計(jì)的分流道僅兩條，且分流道的剪切速率不太大，所以主流道直徑也取7mm，與分流道一樣大，主流道剪切速率為在，主流道剪切速率合理。5.1.2 熱流道板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱流道板應(yīng)該具有良好的加熱和絕熱設(shè)施，保證加熱器安裝方便和溫度制有效。熱流道板根據(jù)澆口數(shù)量的位置的不同，可分別采用字、h或x等各種外形。該塑件的型腔布局比較簡(jiǎn)單采用兩點(diǎn)進(jìn)料，故采用字型熱流道板。分流道常用圓形截面直徑一般在5

28、15mm。流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)圓滑過度，防止塑料熔體滯留。分流道端孔用細(xì)牙螺栓堵頭封住并用銅質(zhì)或聚四氟乙烯密封墊圈防露。熱流道板通常安裝在定模坐板和定模型腔板之間，用空氣間隙或隔熱石棉板與其他模板隔開。空氣間隙一般在3mm8mm范圍內(nèi)。由于熱流道板懸架在定模中，主流道和多個(gè)澆口內(nèi)高壓熔體的作用和板得熱變形均要求熱流道板要有足夠的剛度并有可靠的支撐。支撐螺釘和墊塊也應(yīng)該有足夠的剛性，它們的接觸面應(yīng)淬火或加設(shè)淬硬墊圈?？紤]到絕熱的因素，支承面不能過大，必要時(shí)可采用導(dǎo)熱性差的不銹鋼或鈦合金制作支承零件和墊圈。熱流道板應(yīng)選用比熱容小和熱傳導(dǎo)率高的材料，通?？刹捎弥刑间?、鎳鉻鋼和高強(qiáng)度的銅合金制造，本設(shè)計(jì)熱流道

29、板采用美國h13中碳合金鋼。（1）熱流道板幾何尺寸的確定 根據(jù)上述的計(jì)算，主流道、分流道直徑均取7mm。兩澆口之間的距離取202mm，流道采用外加熱方式、在流道板上銑削嵌入電加熱器的槽，考慮流道板得固定及與其他零件的鏈接等因素，熱流道板得尺寸如圖5.3所示。圖5.3 熱流道板（2）流道板加熱功率計(jì)算 流道板加熱器的功率，是在一定時(shí)間內(nèi)流道板從室溫加熱升溫到塑料熔體注射溫度所需功率。當(dāng)流道板達(dá)到給定溫度時(shí)，由溫度調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制，補(bǔ)償熱損失功率，維持熱流道溫度的恒定。a流道板升溫加熱功率，在熱流道系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成，獲知了流道板的體積后，按質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。以每千克鋼升溫需100w電熱功率計(jì)算。小

30、模具可增大些比值，升溫時(shí)間可少于20min，而大型模具要減小些比值。票面追求快速升溫，不利于電器加熱和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。加熱熱流道板所需功率有三部分組成。其一是達(dá)到設(shè)置注射溫度所需電功率；其二是補(bǔ)充流道板的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射熱損耗功率；其三是考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響和加熱器的熱效率。工程設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算流道板得加熱器功率公式如下： (5.1)式中 流道板加熱器的電功率（kw）； 流道板的質(zhì)量（kg）。 流道板質(zhì)量，通過在pro/e建模后，進(jìn)行質(zhì)量分析，密度為7.85kg/,其質(zhì)量為5.06kg，其外形尺寸如圖所示，質(zhì)量特性如圖5.4所示。流道板材料的比熱容kj/(kg)，對(duì)于鋼材，0.48 kj/(k

31、g)；流道板得加熱升溫時(shí)間(min)，通常為20min30min，時(shí)間長(zhǎng)短取決于流道板尺寸大小和注射工藝溫度；這里取20min；流道板注射工作溫度與室溫之差() 圖5.4 熱流道板質(zhì)量特性 查表得pom噴嘴溫度為170180，模具溫度為7590，在此噴嘴溫度取170，模具溫度取80。=170-80=90 目前我國注射機(jī)基本都是普通注射機(jī)，不是高速注射機(jī)，熔融塑料在熱流道中停留時(shí)間比較長(zhǎng)，所以宜取較低的噴嘴溫度和較高的模溫。 加熱流道板得效率系數(shù)，流道板的絕熱條件良好=0.470.56；目前國內(nèi)的熱流道模具，承壓墊都能絕熱，但無防輻射的鋁箔設(shè)計(jì)，取=0.440.50；當(dāng)流道板系統(tǒng)的絕熱條件很差，

32、承壓圈和支承墊用碳鋼制造，又無防輻射的措施，則=0.330.38，這里取=0.5.(kw)b.三個(gè)墊圈的熱傳導(dǎo)面積，如圖5.5所示墊圈的熱傳導(dǎo)耗熱。用美國h13中碳合金鋼，查表得則有252w式中 熱流道板的傳導(dǎo)熱損失(w)； 絕熱零件材料的熱導(dǎo)率； 絕熱零件的厚度(m)； 熱流道板的注射工作溫度(）注射模具結(jié)構(gòu)件的溫度（）若用鈦合金制造墊圈，查表得，有圖5.5 隔熱墊圈c流道板的熱對(duì)流和熱輻射的功率損失。流道板溫度=273k+170k=443k；模具溫度=273k+80k=353k，得k。已發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板得輻射系數(shù)；而光亮鋁箔覆蓋時(shí)，。已知流道板輻射表面面積。有兩種狀態(tài)計(jì)算功率損失

33、(分為a和b兩種狀態(tài))。a.無絕熱設(shè)計(jì)的流道板，先計(jì)算熱輻射系數(shù)8.0再考慮流道板周邊間隙中空氣對(duì)流熱損失，查參考文獻(xiàn)2可知空氣自然對(duì)流系數(shù)=（510），此處取=10。求此流道板的對(duì)流和輻射熱損失wb.絕熱設(shè)計(jì)的流道板，計(jì)算安裝反射箔片時(shí)的熱輻射系數(shù)0.55大面積上安裝反射箔片=(0.04+0.06)0.322=0.064,小面積上無反射面=0.04=0.0048，由此得對(duì)流和輻射熱損失 根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)匯總成表5.1表5.1 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總類 型無絕熱設(shè)計(jì)的流道板絕熱設(shè)計(jì)的流道板流道板升溫加熱功率364364熱傳導(dǎo)損失功率252（用普通剛墊圈） 63（用鈦合金墊圈）對(duì)流和輻射熱損失183.06

34、（板表面灰暗） 68.54（大面積使用反射片）其他原因的電損耗10%8049.6 總計(jì)879 545d.討論。從表所列數(shù)據(jù)可知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，是普通鋼熱傳導(dǎo)損失的25%。如果在加裝鋁箔反射片，所需總功率為545w。為無絕熱設(shè)計(jì)總電功率的62%，而其中維持熱流道生產(chǎn)的電功率盡為181.14w，而沒有絕熱設(shè)計(jì)的熱流道板的維持功率為515.06w。而本設(shè)計(jì)流道板及電熱器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而不采用反射片，所以電加熱器的總功率為：(w)選兩根500w的矩形電熱管（盤條）嵌入熱流道板得槽中即可。5.1.3 熱膨脹補(bǔ)償預(yù)測(cè) 注射模熱流道零件在溫室下裝配，而流道板、噴嘴及承壓圈等被

35、固定在?？蚣軆?nèi)，在注射加熱時(shí)有膨脹。在進(jìn)行熱流道系統(tǒng)的定位、緊固和絕熱設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行熱補(bǔ)償計(jì)算。室溫下熱流道系統(tǒng)的熱膨脹狀態(tài)如圖5.6所示，有三個(gè)方向需考慮補(bǔ)償。有以模具安裝中心為基準(zhǔn)的熱流道板得橫向熱伸長(zhǎng)（方向1）；還有從定模板上噴嘴的安裝基準(zhǔn)面a，噴嘴部分向動(dòng)模部分（左：方向2）有熱伸長(zhǎng)，向定模固定板方向，有噴嘴安裝座、流道板和承壓圈得熱膨脹（方向3）；其膨脹值的大小應(yīng)按溫度和所用材料的膨脹系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。圖5.6 室溫下熱流道系統(tǒng)的膨脹趨勢(shì)1流道板橫向熱膨脹； 2噴嘴向動(dòng)模部分膨脹； 3噴嘴向定模部分膨脹；（1）熱流道板得橫向熱補(bǔ)償 熱流道板處在工作溫度時(shí)，其尺寸會(huì)比常溫狀態(tài)下明顯增大，

36、設(shè)計(jì)時(shí)必須預(yù)留一定的膨脹值，流道板橫向熱補(bǔ)償計(jì)算的目的是在注射加工時(shí)，使噴嘴流道位置與流道板上流道出口位置相一致。否則會(huì)使熱流道板得流道出口與熱流道噴嘴的相對(duì)位置出現(xiàn)偏移，如圖5.7所示。根據(jù)參考文獻(xiàn)中得公式 (5.2)式中 溫室下流道板上出口位置的制造尺寸（mm）； 溫室下噴嘴注射點(diǎn)的位置尺寸，塔與注射溫度下位置尺寸相近（mm）。這里取202mm。 噴嘴材料的線膨脹系數(shù)，據(jù)參考文獻(xiàn)，鋼材為（1113）； 熔體溫度，這里取170； 定模板溫度，這里取80；故得：mm所以在制造時(shí)，熱流道板得兩流道出口位置的中心距應(yīng)制造為201.78mm。圖5.7 流道板的橫向熱伸長(zhǎng)(a)室溫下的相對(duì)尺寸；(b)

37、工作溫度下的尺寸。1熱噴嘴；2熱流道板。 （2）噴嘴的軸向熱補(bǔ)償 a.噴嘴動(dòng)模方向熱補(bǔ)償，如圖5.8所示，從定模板安裝基準(zhǔn)面a算起的噴嘴長(zhǎng)度的熱膨脹、即噴嘴熱膨脹。本設(shè)計(jì)采用的噴嘴是本身有開放式澆口的整體式噴嘴。澆口的溫度高于定模板的模具溫度。澆口套熱伸長(zhǎng)后，如仍縮在定模成型面里，會(huì)在塑件表面留下凸起的澆口套痕跡。相反，澆口套伸出成型面，塑件上會(huì)留下凹痕，因此為了保證塑件質(zhì)量，應(yīng)對(duì)噴嘴的伸長(zhǎng)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償。室溫下噴嘴的澆口斷面位置為：49.966式中 考慮到熱補(bǔ)償?shù)氖覝叵聡娮鞚部谖恢?mm)； 注射噴嘴澆口就達(dá)到的位置(mm)； 噴嘴材料的線膨脹系數(shù)，據(jù)參考資料，鋼材為（1113）；室溫，取

38、20，因定模板在注射生產(chǎn)時(shí)也有熱膨脹，常用定模板溫度，本設(shè)計(jì)=80，而不用室溫帶入。 噴嘴溫度，由于定模板得傳熱，澆口區(qū)溫度并不高。澆口殼體溫度常低于熔體溫度，即，常取=0.8。b.噴嘴定模方向的熱補(bǔ)償，如圖5.9所示，流道板在噴嘴軸線方向的零件有噴嘴，流道板和承壓圈。其中承壓圈受到熱膨脹壓力，又起絕熱作用。根據(jù)前面陳述，選用鈦合金，鈦合金的抗壓強(qiáng)度為1000mpa。熱導(dǎo)率為7，為了達(dá)到較好的絕熱效果，需減小承壓圈與定模板得接觸面積。如果噴嘴軸線方向伸長(zhǎng)過大，熱應(yīng)力會(huì)壓潰定模固定板，如圖5.8所示。因此，定模固定板材料應(yīng)有較好強(qiáng)度，也可用高硬度的嵌件來抵抗壓力。當(dāng)承壓圈太薄，熱膨脹后與定模固定

39、板之間有間隙存在。如圖噴嘴的入口端面與流道板的b面上，在注射壓力脫開，高壓熔體會(huì)泄露，如承壓圈過厚，固定板之間間隙過小，或在裝配時(shí)已有過盈壓縮量，在注射時(shí)的熱膨脹狀態(tài)下，噴嘴、流道板和承壓圈得軸線上壓縮應(yīng)力比較大。此應(yīng)力又妨礙了流道板的橫向膨脹。流道會(huì)有傾斜，噴嘴有側(cè)向偏移。兩者的接觸面b面上，也會(huì)造成融料泄露。 圖5.8 噴嘴動(dòng)模方向熱補(bǔ)償 圖5.9 噴嘴定模方向熱補(bǔ)償 為了保證流道板系統(tǒng)安裝正確。需要進(jìn)行噴嘴軸線方向的熱補(bǔ)償計(jì)算使承壓圈在裝配溫度下有合理的間隙。否則將使定模座（固定）板被壓潰。為了計(jì)算預(yù)留間隙或過盈，估算在注射工作時(shí)，噴嘴軸線方向的熱膨脹量。mm若安裝時(shí)不預(yù)留間隙，則作用在

40、定模固定板上的熱應(yīng)力為（mpa）材料固定板屈服應(yīng)力mpa(45鋼正火后的屈服強(qiáng)度)，取安全系數(shù)，得許用應(yīng)力=mpa，板剛度滿足要求。5.6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)注射成型每一個(gè)循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑料的裝置成為脫模機(jī)構(gòu)，也常稱為推出機(jī)構(gòu)。本套模具的推出機(jī)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單。澆注系統(tǒng)凝料采用凝料推桿推出，塑件采用斜推桿和推桿的結(jié)合形式。由于塑件的結(jié)構(gòu)形式，需要采用斜推桿結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼有推出作用，其面積大。但是動(dòng)模型腔有些小型芯和細(xì)長(zhǎng)小型腔，所以，為避免塑件的破壞，也采用推桿協(xié)助推出。每個(gè)型腔采用6根6mm的推桿，一個(gè)凝料推桿，和一個(gè)斜推塊。總共14根推桿，2個(gè)斜推塊。推桿直徑與模板上的推桿孔采用h7/f8間隙配合。通常推桿裝入模具后，其端面應(yīng)與型芯上表面平齊，或高出型芯上表面0.05mm0.10mm。推桿與推桿固定板，通常單邊間隙0.5mm的間隙，推桿抬肩與沉孔軸向間隙0.03mm0.05mm。這樣在多推桿的情況下，不因各板上推桿孔間距的加工誤差而引起的軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn)象。推桿的材料常用4cr5