控制箱注塑模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:控制箱模具設(shè)計(jì)緒論1.1前言模具是制造業(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(dòng)，使之形成所需要的形體。使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。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱(chēng)為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”；德國(guó)則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會(huì)也認(rèn)為“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力”，同時(shí)也是“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本機(jī)床總產(chǎn)值。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過(guò)了新興的電子工業(yè)。1.2國(guó)外塑料模具發(fā)展概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(lái)，國(guó)外的注塑模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代已開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)熔融塑料在圓形、管形和長(zhǎng)方形型腔內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)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(dòng)過(guò)程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十多年來(lái)，注塑模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究的同時(shí)，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(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)、提高和改善。1.3我國(guó)塑料模具發(fā)展概況我國(guó)塑料模具發(fā)展迅速。目前，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比重約為30%，在模具進(jìn)出口中的比重高達(dá)50～70%。隨著中國(guó)機(jī)械、汽車(chē)、家電、電子信息和建筑建材等國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高。據(jù)介紹，在生產(chǎn)汽車(chē)時(shí)，各種功能性零部件都要靠模具成型，僅制造一款普通轎車(chē)約需200多件內(nèi)飾件模具，而制造保險(xiǎn)杠、儀表盤(pán)、油箱、方向盤(pán)等所需的大中型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿(mǎn)足率僅約50%。塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢(shì)所趨，目前全國(guó)塑料門(mén)窗和塑管普及率將達(dá)到30%～50%，塑料排水管市場(chǎng)占有率將超過(guò)50%，大大增加對(duì)模具的需求。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。近年來(lái)，我國(guó)塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動(dòng)和支柱產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的推動(dòng)下，形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，從上游的原輔材料工業(yè)和加工、檢測(cè)設(shè)備到下游的機(jī)械、汽車(chē)、摩托車(chē)、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展一片生機(jī)。目前，我國(guó)模具工業(yè)地域特點(diǎn)明顯，主要表現(xiàn)為：東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。模具生產(chǎn)最集中的地區(qū)在珠江三角和長(zhǎng)江三角地區(qū)，約占全國(guó)模具產(chǎn)值的2/3以上。塑料模具與模具整個(gè)行業(yè)的地域分布相似，浙江、江蘇、廣東塑料模具位于全國(guó)前列，其產(chǎn)值在全國(guó)模具總產(chǎn)值中的比例達(dá)到70%。1.4本文研究?jī)?nèi)容當(dāng)今世界，隨著智能化科技的發(fā)展，很多技術(shù)都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，而控制箱作為自動(dòng)化控制裝置的“房子”，它的美觀(guān)性也是很重要的。本設(shè)計(jì)正是基于控制箱的注塑模具設(shè)計(jì)，利用CAD/CAM/CAE技術(shù)在較短模具開(kāi)發(fā)周期，較低模具生產(chǎn)成本，使整個(gè)產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2塑件結(jié)構(gòu)及成型工藝分析2.1塑件結(jié)構(gòu)分析該產(chǎn)品為規(guī)則盒蓋類(lèi)物體，其最大輪廓尺寸為482mm×235mm×120mm。對(duì)于控制箱的設(shè)計(jì)要求首先是強(qiáng)度的要求，在箱體的一側(cè)有一散熱口，需要借助側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型，控制箱的外觀(guān)要要求其表面光滑美觀(guān)，無(wú)磨損、無(wú)脫模痕跡、無(wú)熔接痕、無(wú)氣泡等影響外觀(guān)的缺陷。圖2.1塑件三維圖2.2產(chǎn)品成型工藝性分析2.2.1塑件的分析該塑件平均壁厚6mm，外形尺寸比較大，所以塑料熔體流程比較大，所需的注射壓力會(huì)比較大。該塑件的精度等級(jí)比較低，屬于一般精度等級(jí)。2.2.2材料性能分析a.材料名稱(chēng)：塑件的材料為ABS，化學(xué)名稱(chēng)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，英文名稱(chēng)AcrylonitrileButadieneStyreneplastic[1]。b.ABS使用性能：綜合性能好，沖擊強(qiáng)度和力學(xué)性能強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性良好，易于成型和機(jī)械加工，其表面可鍍鉻，是合適制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)件。c.成型性能：(1)無(wú)定型塑料，其品種較多，各品種的機(jī)電性能及成型特性各有差異，應(yīng)該品種來(lái)確定成型方法和成型條件。(2)吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間干燥。(3)流動(dòng)性中等，溢邊值為0.03%左右。(4)模具設(shè)計(jì)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口的位置和形式。d.主要用途：ABS樹(shù)脂的最大應(yīng)用領(lǐng)域是汽車(chē)、電子電器和建材。汽車(chē)領(lǐng)域的使用包括汽車(chē)儀表板、車(chē)身外板、內(nèi)裝飾板、方向盤(pán)、隔音板、門(mén)鎖、保險(xiǎn)杠、通風(fēng)管等很多部件。在電器方面則廣泛應(yīng)用于電冰箱、電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)器、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子電器中。建材方面，ABS管材、ABS衛(wèi)生潔具、ABS裝飾板廣泛應(yīng)用于建材工業(yè)。此外ABS還廣泛的應(yīng)用于包裝、家具、體育和娛樂(lè)用品、機(jī)械和儀表工業(yè)中。e.材料收縮率：ABS成型收縮率為0.3%～0.8%，在設(shè)計(jì)過(guò)程中取0.5%。2.2.3ABS的注射成型過(guò)程成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢測(cè)，由于ABS吸水性較大，成型前需進(jìn)行充分的干燥；注射過(guò)程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段；塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75℃，處理時(shí)間為16~20s。3分型面選擇及型腔數(shù)目確定3.1型腔數(shù)目的確定最佳澆口位置位于塑件上表面的中間，但是把澆口設(shè)在此位置顯然會(huì)破壞塑件的美觀(guān)性，觀(guān)察發(fā)現(xiàn)塑件的尾部雖然不是最好的澆口位置，但是在最佳澆口區(qū)域范圍之內(nèi)，所以這是可以接受的。由于塑件本身體積很大，考慮到塑件尺寸和模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，又考慮到型腔的平衡布置和澆口開(kāi)設(shè)部位的對(duì)稱(chēng)，所以采用一模一腔布置。3.2分型面位置的確定模具取出塑料件或澆注系統(tǒng)凝料的面為分型面，分型面有平直分型面、傾斜分型面、階梯分型面、曲面分型面、瓣合分型面和立體分型面等幾種形式。分型面對(duì)制品表面質(zhì)量，尺寸精度和行位精度、脫模，型腔型芯結(jié)構(gòu)和排氣以及進(jìn)料澆口和模具制造都有直接影響。因此在選擇和確定分型面時(shí)，應(yīng)全面分析、比較和考慮，選定較為有利的方案。分型面確定的要素為，盡量使塑件留在動(dòng)模，應(yīng)選在塑件尺寸較大處，不能影響塑件外觀(guān)，利于進(jìn)料成型易于排氣，利于型腔加工保證精度，避免或便于側(cè)抽芯。它的確定是否合理將直接影響模具設(shè)計(jì)的成功與否。分型面選擇的原則重要有以下幾點(diǎn)[2]：分型面的選擇應(yīng)便于塑件脫模并簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，因此，應(yīng)盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)；分型面的選擇應(yīng)考慮塑件的技術(shù)要求，當(dāng)塑件表面有同軸度、平行度等要求時(shí)，應(yīng)盡可能將其置于同一半模內(nèi)，否則，將會(huì)由于合模誤差影響塑件精度；分型面應(yīng)盡量選擇在不影響塑件外觀(guān)的位置，并使其產(chǎn)生的飛邊易于清理和修整；分型面的選擇應(yīng)有利于排氣，為此應(yīng)盡量使分型面與充模時(shí)型腔料流末端重合，以利于排氣；分型面的選擇應(yīng)便于模具零件的加工；分型面的選擇應(yīng)考慮注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)，注塑成型時(shí)所需要的鎖模力與塑件在合模方向的投影面積成正比，所以選擇分型面時(shí)，應(yīng)盡量選擇塑件在垂直合模方向上投影面積較小的表面，以減少鎖模力。根據(jù)以上原則，此塑件的分型面不是很難確定，取塑件最大投影面積平面為分型面如圖所示。圖3.1分型面位置4注射機(jī)的選擇和校核4.1注射機(jī)的主要參數(shù)注射模是安裝在注射機(jī)上的，因此在設(shè)計(jì)注射模具時(shí)應(yīng)該對(duì)注射機(jī)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要的了解，以便設(shè)計(jì)出符合要求的模具，同時(shí)選定合適的注射機(jī)型號(hào)。從模具設(shè)計(jì)角度考慮，需要了解注射機(jī)的主要參數(shù)有：公稱(chēng)注射量、公稱(chēng)注射壓力、注射速率、塑化能力、鎖模力、合模裝置的基本尺寸、開(kāi)合模速度、空循環(huán)時(shí)間等[2]。以下簡(jiǎn)介幾個(gè)參數(shù)：公稱(chēng)注塑量指注射機(jī)對(duì)空注射的情況下，螺桿一次最大行程所注射的塑料體積，它在一定程度上反映注塑機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。注射壓力為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，流道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力，我們將這種壓力稱(chēng)為注射壓力。注射速率為了使熔料及時(shí)充滿(mǎn)型腔，除了必須有足夠的注射壓力外，熔料還必須有一定的流動(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。4.2塑件體積和澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算通過(guò)Pro/E建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得塑件體積：澆注系統(tǒng)凝料體積在沒(méi)有設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的情況下是無(wú)法確定的，所以需借住經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，在這里澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來(lái)計(jì)算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積：式(4.1)4.3選擇注塑機(jī)注射機(jī)的最大注射量應(yīng)大于制品的重量或體積(包括流道及澆口凝料飛邊)，通常注射機(jī)的實(shí)際注射量最好是注射機(jī)的最大注射量的80％，所以選用的注射機(jī)最大注射量應(yīng)為，所以。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，查找國(guó)產(chǎn)注射成型機(jī)，初選注射機(jī)型號(hào)為XS-ZY-3000臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表4.1表4.1注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)理論注射容量/cm33000拉桿空間/mm900×8000螺桿柱塞直徑/mm120最大模具厚度/mm960V注射壓力/Mpa130最小模具厚度/mm400注射行程/mm280合模方式兩次液壓動(dòng)作注射方式螺桿式定位圈直徑/mm160合模力/N63×105噴嘴球半徑/mm12模板最大行程/mm1120噴嘴口孔徑/mm44.4注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核4.4.1注射壓力校核查表4.1[3]可知，對(duì)于材料是ABS的厚壁制件所需要的注射壓力為80~110Mpa，這里取，該注塑機(jī)的公稱(chēng)注射壓力，注射壓力安全系數(shù)k1=1.1~1.3，這里取1.2，則：式(4.2)所以，注塑機(jī)注射壓力合格。4.4.2鎖模力校核鎖模力是注射機(jī)鎖模裝置施加于模具的最大夾緊力。鎖模力的作用在于平衡和克服模腔壓力產(chǎn)生的使模具沿分型面張開(kāi)的力，保持模具緊密鎖合，防止溢料。塑件在分型面上的投影面積A塑。通過(guò)Pro/E軟件測(cè)量得。澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆。因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)還未設(shè)計(jì)，所以采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，在這里取。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總的投影面積A總。則：式(4.3)模具型腔內(nèi)的膨脹力F脹。則：式(4.4)式中P模--型腔的平均計(jì)算壓力值。P模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%~40%，大致范圍為25~40Mpa。對(duì)于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。ABS屬于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35Mpa。由表4-1可得該注塑機(jī)的公稱(chēng)合模力F鎖=63×105N，合模力的安全系數(shù)為k2=1.1~1.2這里取1.2。則：式(4.5)所以該注射機(jī)合模力合格。對(duì)于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。5成型零件設(shè)計(jì)及模架選取5.1成型零件鋼材的選用成型零件材料選用的要求如下[2]：材料高度純潔；良好的冷、熱加工性能；拋光性能優(yōu)良；淬透性高；耐磨性和抗疲勞性能好；具有耐腐蝕性和一定的耐熱性。在這里采用廣泛用于制造塑料和壓鑄模型腔的45鋼，45鋼調(diào)質(zhì)處理后有較好的綜合力學(xué)性能。5.2成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計(jì)采用整體式凹模。如圖5.1所示。凹模5.2.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可以分為整體式和組合式兩種類(lèi)型。通過(guò)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，選用整體式凸模。如圖5.2所示。5.3成型零件工作尺寸的計(jì)算成型零件工作尺寸計(jì)算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進(jìn)行計(jì)算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量進(jìn)行計(jì)算。前一種計(jì)算方法簡(jiǎn)便，但不適用于精密塑件的模具設(shè)計(jì)；后一種計(jì)算方法能保證所成型的塑件在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，但計(jì)算比較復(fù)雜。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的塑件精度要求只需一般精度等級(jí)就能滿(mǎn)足要求，所以采用平均值法計(jì)算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計(jì)算。5.3.1凹模徑向尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.1)式(5.2)式(5.3)式(5.4)式(5.5)式中--塑件的平均收縮率，查表1-2[2]可得ABS的收縮率為0.3%~0.8%，所以平均收縮率（下同）；--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取、、；--塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；--塑件上相應(yīng)尺寸制造公差，對(duì)于中小型零件?。ㄏ峦?。5.3.2凹模深度尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.6)式中--系數(shù)，查表4-15[1]可知一般在0.5~0.7之間，此處取。5.3.3凹模上芯子徑向尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.7)式(5.8)式中--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取、。5.3.4凹模上芯子高度尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.9)式中，--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。5.3.5凸模徑向尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.10)式(5.11)式(5.12)式中--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。5.3.6凸模高度尺寸的計(jì)算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。式(5.13)式中--系數(shù)，查表4-15[2]可知一般在0.5~0.8之間，此處取。5.4成型零件尺寸的計(jì)算塑料模型腔在注射成型過(guò)程中，在型腔全部充滿(mǎn)的瞬間，熔體壓力可達(dá)到一較高值。型腔必須具有足夠的壁厚以承受熔體充模時(shí)產(chǎn)生的高壓，否則可能因強(qiáng)度不足，產(chǎn)生塑性變形甚至破裂；或因剛度不足，產(chǎn)生大的彈性變形，引起成型零部件在其接觸或配合表面出現(xiàn)較大的間隙，形成溢料或飛邊，降低塑料制品的精度和影響塑料制品脫模。所以計(jì)算成型零件的壁厚是很有必要的。型腔的強(qiáng)度與剛度是型腔應(yīng)具備的力學(xué)性能的兩個(gè)方面，根據(jù)分析，塑料模具型腔對(duì)強(qiáng)度與剛度并非在各種情況下都提出較高要求，而是有側(cè)重的。對(duì)于大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)首先對(duì)模具剛度進(jìn)行校核；對(duì)于中小尺寸型腔，在其發(fā)生大的彈性變形之前，內(nèi)應(yīng)力往往已經(jīng)超過(guò)許用應(yīng)力，因而強(qiáng)度是主要矛盾，設(shè)計(jì)型腔側(cè)壁和底板厚度應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算。本設(shè)計(jì)的塑件屬于大型尺寸，所以強(qiáng)度不足是主要矛盾，應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算型腔側(cè)壁和底板厚度。側(cè)壁厚度：式(5.14)式(5.15)底板厚度：式(5.16)型腔與型腔之間的壁厚：型腔與型腔之間的壁厚沒(méi)有確切的計(jì)算式，所以按經(jīng)驗(yàn)選取，在這里取。式中--型腔高度，；--型腔長(zhǎng)度，；--型腔寬度，；--模具型腔內(nèi)最大的熔體壓（型腔壓力估算公式確定，一般是30~50MPa）；--許用應(yīng)力（一般中碳鋼許用應(yīng)力為160MPa）。5.5各模板尺寸的選擇模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)。對(duì)于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好，可以以塑件布置在推桿推出范圍之內(nèi)及復(fù)位桿與型腔保持一定距離為原則來(lái)確定模架大小。根據(jù)上述分析計(jì)算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架序號(hào)為5號(hào)，板面為500mm×630mm。本設(shè)計(jì)分型面采用單分型面，采用推桿脫模，所以模架結(jié)構(gòu)形式為A1型的標(biāo)準(zhǔn)模架。模架的外形尺寸：寬×長(zhǎng)×高=800mm×850mm×660mm。5.6模架各尺寸的校核根據(jù)所選注射機(jī)來(lái)校核選用的模架的各個(gè)尺寸。模具平面尺寸：800mm×850mm＜800mm×900mm（拉桿空間），校核合格。模具高度尺寸：600mm，960mm＞660mm＞400mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。6澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1主流道的設(shè)計(jì)主流道是塑料熔體進(jìn)人模具型腔時(shí)最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注射機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動(dòng)，開(kāi)模時(shí)主流道凝料又能順利地拉出來(lái)。另外，由于澆口套與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。主流道設(shè)計(jì)如下：主流道長(zhǎng)度取L＝45mm；取主流道錐角α＝4°；主流道入口直徑d＝注射機(jī)噴嘴直徑+1＝4+1＝5mm；主流道出口直徑D＝d+2Ltan(α/2)=5+2×45tan(4°/2)≈8mm；主流道球面半徑SR＝注射機(jī)噴嘴球頭半徑+(1~2)＝18+2＝20mm；球面配合高度h＝3mm。澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖4.1。澆口套6.2分流道的設(shè)計(jì)和計(jì)算分流道是主流道與澆口之間的通道。在設(shè)計(jì)分流道時(shí)主要考慮的是盡量減少熔體流動(dòng)時(shí)的壓力損失和溫度降低，同時(shí)盡量減少分流道的容積，采用的是平衡式分流道。6.2.1分流道截面形狀和尺寸常用的截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形和矩形等。在分流道的設(shè)計(jì)中既要有大的截面積以減少熔體流動(dòng)的壓力損失；同時(shí)又要求流道的表面積小，以減少熔體的傳熱損失。因此，常用流道的截面積與周長(zhǎng)之比來(lái)表示流道的效率。該比值越大，表示流道的效率越高。查得圓形和正方形流道的效率最高。但正方形截面的流道不利于冷凝料的推出，圓形的需開(kāi)設(shè)在分型面兩側(cè)，且對(duì)應(yīng)兩部分必須相吻合，加工較困難。最常用的是梯形和U形截面，因加工方便，且熱量的損失和流動(dòng)阻力不大，在實(shí)際生產(chǎn)中的到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)分析，本設(shè)計(jì)采用U型截面分流道，其表面粗糙度Ra的值取1.6μm，其具體的截面形狀尺寸如圖6.2所示。圖6.2分流道截面尺寸6.3澆口的設(shè)計(jì)澆口是連接流道—型腔的一段細(xì)短通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，起著調(diào)節(jié)控制料流速度、補(bǔ)償時(shí)間及防止倒流等作用，對(duì)于多型腔模具，澆口還能用來(lái)平衡進(jìn)料。澆口的形狀、尺寸和進(jìn)料位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，塑件上的一些質(zhì)量問(wèn)題，如缺料、縮孔、白斑、熔接痕、翹曲等現(xiàn)象，常常是由于澆口的設(shè)計(jì)不合理而造成的。因此正確設(shè)計(jì)澆口，對(duì)保證塑件的質(zhì)量是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。澆口的類(lèi)型主要有直接澆口、側(cè)澆口、護(hù)耳澆口、輪輻澆口、爪形澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口等。其中直接澆口適用于體積較大的深腔殼體塑件及高粘度塑料；側(cè)澆口適用于中小型塑件的多型腔模具，其直接優(yōu)點(diǎn)是截面形狀簡(jiǎn)單、易于加工、便于試模后修正，缺點(diǎn)是在制件的外表面留有澆口痕跡；爪形澆口適用于內(nèi)孔小且同軸度要求較高的細(xì)長(zhǎng)管狀塑件；點(diǎn)澆口常用于成型各種殼類(lèi)、盒類(lèi)零件，其優(yōu)點(diǎn)是澆口位置能靈活的確定，澆口痕跡較小，易于自動(dòng)斷料，該塑件表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，點(diǎn)澆口。位置在塑件的定端中心位置。不影響塑件的外觀(guān)表面，保證了塑件的美觀(guān)度。如圖6.2所示。6.4冷料穴的設(shè)計(jì)由于本次模具設(shè)計(jì)采用的是點(diǎn)澆口，點(diǎn)澆口需要采用三板模模具，冷料穴位置不同于二板模模具，本次模具位于下圖箭頭所指的位置，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。三板模具常見(jiàn)的球形拉料桿，熔融塑料進(jìn)入冷料穴，緊緊包在拉料桿球形頭上硬下來(lái)，開(kāi)模時(shí)，利用拉料桿通過(guò)鉤頭拉住穴內(nèi)冷料，使凝料從襯套中脫出。結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。圖6.3球形拉料桿6.5冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算6.5.1冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很復(fù)雜，下面只進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。需要說(shuō)明的是，冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算可能不符合實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，所以還需根據(jù)實(shí)際情況修改水路的尺寸以及調(diào)整水路的布置方式。(1)單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量W塑料制品的體積：式(6.7)塑料制品的質(zhì)量：通過(guò)Pro/E的分析工具測(cè)得塑件的壁厚為6mm，查表4-34[1]可得冷卻時(shí)間，取注塑時(shí)間，脫模時(shí)間，則注塑周期：式(6.8)由此得每小時(shí)注射次數(shù)：式(6.9)單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：式(6.10)(2)確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量Qs查表4-35[2]可知ABS的單位熱流量Qs的值的范圍在（310~400）KJ/kg之間。故可取。(3)計(jì)算冷卻水的體積流量qv設(shè)冷卻水道入口的水溫為，出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容為。則根據(jù)公式可得：式(6.11)計(jì)算至此，查表4-30[2]發(fā)現(xiàn)，要使冷卻水處于湍急狀態(tài)，模具的冷卻孔的直徑要達(dá)到25mm，這顯然是不符合實(shí)際情況的，所以本模具的冷卻水路設(shè)計(jì)將根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則以及工廠(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。6.5.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：冷卻水道的孔壁至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等，一般取15~25mm；冷卻水道數(shù)量盡可能多，而且要便于加工。一般水道直徑選用6.0，8.0，10.0，兩平行水道間距取40~60mm；所有成型零部件均要求通冷卻水道，除非無(wú)位置。熱量聚集的部位強(qiáng)化冷卻，如電池兜、喇叭位、厚膠位、澆口處等。A板，B板，水口板，澆口部分則視情況定；降低入水口與出水口的溫差。入水，出水溫差會(huì)影響模具冷卻的均勻性，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)標(biāo)明入水，出水方向，模具制作時(shí)要求在模坯上標(biāo)明。運(yùn)水流程不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，防止造成出入水溫差過(guò)大；盡量減少冷卻水道中“死水”(不參與流動(dòng)的介質(zhì))的存在；冷卻水道應(yīng)避免設(shè)在可預(yù)見(jiàn)的膠件熔接痕處；保證冷卻水道的最小邊距(即水孔周邊的最小鋼位厚度)，要求當(dāng)水道長(zhǎng)度小于150mm時(shí)，邊間距大于3mm；當(dāng)水道長(zhǎng)度大于150mm時(shí)，邊間距大于5mm；冷卻水道連接時(shí)要由O型膠密封，密封應(yīng)可靠無(wú)漏水；對(duì)冷卻水道布置有困難的部位應(yīng)采取其它冷卻方式，如鈹銅、熱管等；合理確定冷卻水接頭位置，避免影響模具安裝、固定。根據(jù)上述冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，凹模的冷卻水路采用蛇形串聯(lián)布置，水路之間的間距為40mm，布置兩個(gè)入水口和兩個(gè)出水口，水路直徑取10mm，水路至型腔表面的距離為15mm。如圖6-4所示。凸模的冷卻水路采用串聯(lián)布置，考慮到水路有可能會(huì)干涉到推桿，所以采用的水路布置如圖6-5所示，布置兩個(gè)入水口和兩個(gè)出水口，水路直徑取10mm，水路至型腔表面的距離為15mm。如圖所示 冷卻水路7脫模機(jī)構(gòu)及排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1推出方式確定脫模機(jī)構(gòu)是指注射成型后使塑件從凸模脫出的機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：保證塑件不因頂出而變形損壞及影響塑件外觀(guān)；應(yīng)盡量使開(kāi)模時(shí)塑件留在動(dòng)模，以利用注射機(jī)的移動(dòng)部分推出塑件；推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)確、靈活、可靠，無(wú)卡死與干涉現(xiàn)象；機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度、強(qiáng)度和耐磨性。脫模機(jī)構(gòu)按推出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可分為：一次推出、二次推出、順序脫模等不同類(lèi)型。本模具采用一次推出機(jī)構(gòu)，用推桿進(jìn)行脫模。需要注意的是，該塑件的面積較大，所以采用推桿脫模時(shí)候必須考慮推桿的強(qiáng)度問(wèn)題。如圖7.1所示。圖7.1推桿7.2脫模力的計(jì)算塑件內(nèi)壁長(zhǎng)寬尺寸與壁厚之比：式(7.1)所以此塑件為薄壁矩形塑件。脫模時(shí)所需的脫模力：式(7.2)式中--矩形型芯短邊長(zhǎng)度(mm)；--矩形型芯長(zhǎng)邊長(zhǎng)度(mm)；是塑件壁厚(mm)；--塑料的彈性模量（MPa）；--凸模被包緊部分的長(zhǎng)度(mm)；--脫模斜度()；--塑料成型的平均收縮率(%)；--塑料與鋼之間的摩擦因素；--由與決定的無(wú)因次數(shù)，；--塑料的泊松比；--塑件在與開(kāi)模方向垂直的平面上的投影面積(mm2)，當(dāng)塑件底部有通孔時(shí)，項(xiàng)視為零,這里。7.3推桿直徑的計(jì)算和校核推桿的直徑：式(7.3)式中--推桿直徑（mm）；--推桿長(zhǎng)度（mm），這里取推桿的平均長(zhǎng)度；--推桿數(shù)量，這里初步取19根推桿；--推桿材料的彈性模量（MPa）；--安全系數(shù)，取。推桿直徑的校核：式(7.4)式中--推桿材料的需用壓應(yīng)力，。符合強(qiáng)度要求。根據(jù)上面的分析計(jì)算，推桿的數(shù)量和直徑雖然已經(jīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但是需要考慮到塑件實(shí)際的復(fù)雜程度和塑件的質(zhì)量要求，所以還要對(duì)推桿的直徑、數(shù)量、布置進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。如圖7.2所示是經(jīng)過(guò)調(diào)整后推桿的布局如圖所示。圖7.2推桿位置7.4排氣槽的設(shè)計(jì)排氣槽應(yīng)開(kāi)設(shè)在型腔最后填充的部位，如塑件、流道、冷料穴的澆注終端。該塑件由于采用側(cè)澆口進(jìn)料，熔體填充型腔的最后部位位于分型面處，已經(jīng)足夠進(jìn)行排氣，所以本模具不需要另行開(kāi)設(shè)排氣槽。8抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)8.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的分類(lèi)當(dāng)注射成型側(cè)壁帶有孔、凸臺(tái)等的塑料制件時(shí)，模具上成型該處的零件就必須制成可側(cè)向移動(dòng)的零件，以便衣脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件，否則就無(wú)法脫模。帶動(dòng)側(cè)向成型零件作側(cè)向移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。對(duì)于成型側(cè)向凸臺(tái)的情況，常常稱(chēng)為側(cè)向分型，對(duì)于成型側(cè)孔或側(cè)凹的情況，往往稱(chēng)為側(cè)向抽芯，但是，在一般的設(shè)計(jì)中，側(cè)向分型與側(cè)向抽芯常?；鞛橐徽?，不加分辯，統(tǒng)稱(chēng)為側(cè)向分型抽芯，甚至只稱(chēng)側(cè)向抽芯。根據(jù)動(dòng)力來(lái)源不同，側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)一般可分為機(jī)動(dòng)、液壓（液動(dòng)）或手動(dòng)三大類(lèi)型。由于塑件側(cè)壁存在一側(cè)凹，如圖所示，需要借助側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)成型。8.2斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)a.正確選擇主型芯位置b.開(kāi)模時(shí)斜滑塊的止動(dòng)c.斜滑塊的傾角和推出行程d.斜滑塊的裝配要求斜滑塊側(cè)向分型與抽芯的特點(diǎn)是利用推出機(jī)構(gòu)的推力驅(qū)使斜滑塊斜向運(yùn)動(dòng)，在塑件被推出脫模的同時(shí)由斜滑塊完成側(cè)向分型與抽芯動(dòng)作。通常，斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)要比斜導(dǎo)柱側(cè)向分形與抽芯機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的多，一般可分為外側(cè)分型抽芯和內(nèi)側(cè)抽芯兩種。在本次設(shè)計(jì)中由于塑件側(cè)壁上的孔是在外側(cè)所以采用外側(cè)抽芯最常用的機(jī)構(gòu)，即斜導(dǎo)柱加滑塊。如下圖所示。側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)圖8.3抽拔力的計(jì)算斜導(dǎo)柱的傾斜角α取18°。Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)](8.1)Ft——脫模力（推出力）（N）E——塑料彈性模量（N/cm2，ABS塑料為1.8～2.9×105N/cm2之間，取2.0×105N/cm2）S塑料的平均成型收縮率（mm/mm）L包容凸模的長(zhǎng)度（cm）f塑料與剛的摩擦系數(shù)（ABS塑料取0.2）m塑料的帕松比（取0.3）k=2r2/(t2+2tr)（t為塑料平均壁厚）t=塑料平均壁厚(cm)r圓柱半徑(cm)Ft=35×2π×6×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）]=13.5（kN）查《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表9.1取Fw=13.5KNd=20mm8.4抽芯距及斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度的計(jì)算在斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)中斜導(dǎo)柱采用了理論上最佳的斜角：18°，直徑取20m。先計(jì)算抽心距：S抽=S+(2~3)mm(8.2)S抽=6+(2~3)=9mm斜導(dǎo)柱計(jì)算公式 (8.3)H—固定板厚度；S—抽芯距；—斜導(dǎo)柱傾角。斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度為：L=201mm。其強(qiáng)度校核：F彎=F抽/cosα其中：F彎—斜導(dǎo)柱所受的彎曲力（N）F抽—抽拔力（N）α—斜導(dǎo)柱的斜角F彎=F抽/cosα=135000/cos18°=146007.3NF彎<Fw，所以斜導(dǎo)柱強(qiáng)度合格。9總結(jié)本文主要針對(duì)控制箱，對(duì)其進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì)。本文介紹了注射模具國(guó)內(nèi)外的發(fā)現(xiàn)狀況及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了注射成型原理和工藝過(guò)程；根據(jù)塑件要求選擇合適的注塑機(jī)，進(jìn)而選擇合適的澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算，對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)和側(cè)向分形與抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該模具的凹模采用整體式型腔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，改善了模具加工的工藝性，降低了模具的生產(chǎn)成本。型芯采用斜滑塊導(dǎo)滑內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，解決了塑件內(nèi)壁三向凹口的成型問(wèn)題，保證了模具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。采用雙分型面設(shè)計(jì)，分散了脫模力，使塑件能順利脫模，并有利于提高塑件的成型質(zhì)量。該模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，型芯采用組合式，降低了模具的制造成本。成型的殼體塑件質(zhì)量合格穩(wěn)定，使塑件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和使用要求。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我掌握了塑料模具設(shè)計(jì)的基本程序和方法，鞏固、深化和擴(kuò)展了我對(duì)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，實(shí)例了我正確的工程設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)了我查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)及相關(guān)資料的能力以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的能力。參考文獻(xiàn)[1]謝建.模具概論.北京：高等教育出版社，2007.7[2]