畢業(yè)設計--支撐架外套注塑成型工藝及模具設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目：支撐架外套注塑成型工藝及模具設計 </p><p>　　學 生： </p><p>　　指導老師： 　 </p>

2、;<p>　　系 別： 　　材料科學與工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 材料成型及控制工程 </p><p>　　班 級： 　 </p><p>　　學 號：

3、 </p><p><b>　　2013年6月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1<

4、/b></p><p>　　1.1 我國注塑模具的發(fā)展及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2 注塑模具在國外的發(fā)展過程1</p><p>　　1.3本課題的指導思想2</p><p>　　2 塑件設計及分析3</p><p>　　2.1 塑件成型工藝分析3</p><p>　　

5、2.1.1 塑件的分析3</p><p>　　2.1.2 ABS的性能分析3</p><p>　　2.1.3 注射工藝參數(shù)5</p><p><b>　　3模具設計6</b></p><p>　　3.1 擬定模具的結構形式6</p><p>　　3.1.1分型面位置的確定6</p

6、><p>　　3.1.2型腔數(shù)目和排列方式的確定7</p><p>　　3.1.3注射機型號的確定7</p><p>　　3.2 澆注系統(tǒng)的設計8</p><p>　　3.2.1 澆口的確定8</p><p>　　3.2.2澆口位置的選擇9</p><p>　　3.2.3主流道的設計11

7、</p><p>　　3.2.4主流道澆口套的形式12</p><p>　　3.2.5 校核主流道的剪切速率12</p><p>　　3.3 成型零件的結構設計及計算13</p><p>　　3.3.1成型零件的結構設計13</p><p>　　3.3.2 成型零件鋼材到的選用14</p>&l

8、t;p>　　3.3.3 成型零件工作尺寸的計算14</p><p>　　3.3.4 型腔壁厚、支撐板厚度的確定15</p><p>　　3.4模架的確定16</p><p>　　3.4.1各模板尺寸的確定17</p><p>　　3.4.2模架各尺寸的校核17</p><p>　　3.5排氣槽的設計1

9、8</p><p>　　3.6脫模推出機構的設計18</p><p>　　3.6.1推出方法的確定18</p><p>　　3.6.2脫模力的計算18</p><p>　　3.6.3側(cè)向分型機構的確定19</p><p>　　3.6.4滑塊的定位裝置選擇19</p><p>　　3.6

10、.5 推桿的尺寸、數(shù)量以及布置19</p><p>　　3.7冷卻系統(tǒng)的設計20</p><p>　　3.7.1冷卻介質(zhì)20</p><p>　　3.7.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算20</p><p>　　3.8導向與定位結構的設計22</p><p><b>　　4模具總裝圖24</b>&

11、lt;/p><p><b>　　5 總結27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p>　　支撐架外套注塑成型工藝及模具設計</p><p><b>　　摘要<

12、;/b></p><p>　　本次課題設計的零件是支撐架外套。首先采用計算機輔助軟件Pro/E進行零件的三維造型與注塑模具設計。對設計的零件進行結構和工藝分析，注塑模具設計成二板模具，一模一腔，直澆口，滑塊抽芯機構。采用模流分析軟件Moldflow對零件進行最佳澆口位置分析和充填+冷卻+翹曲分析，根據(jù)分析結果對冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)進行調(diào)整和優(yōu)化，注塑模具中的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)也進行相應的調(diào)整［1］。</

13、p><p>　　模具出圖環(huán)節(jié)將使用AutoCAD對裝配圖和零件圖進行修整。最后的注塑模具澆注系統(tǒng)合理，流料能夠完全充填型腔；冷卻系統(tǒng)的冷卻效果良好；制品翹曲程度達到合理的范圍；模具整體結構合理。</p><p>　　關鍵詞：支撐架外套，注塑模具，工藝分析</p><p>　　Coat racks plastic injection molding process and

14、 mold design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This topic design of parts is coat racks. First using cad software Pro/E to parts of the 3 d modelling and injection mold design. Struc

15、ture and process analysis was carried out on the design of parts, injection mold design into junior modules, one module and one cavity, sprue, slide block core-pulling mechanism. Moldflow mold flow analysis software used

16、 for parts for optimal gate location analysis and filling + cooling + warpage analysis, according to the results of the analysis of the cooling s</p><p>　　Mould drawing part will use AutoCAD for finishing as

17、sembly drawing and part drawing. The final plastic injection mould gating system is reasonable, the flow of material to mold filling completely; The cooling system cooling effect is good; Products warp degree of reasonab

18、le range; Mold structure is reasonable.</p><p>　　Keywords：Bracket jacket, injection molds, process analysis</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 我國注塑模具的發(fā)展及發(fā)展趨勢</p>&

19、lt;p>　　80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，模具水平有了較大提高。精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)醫(yī)療塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。所生產(chǎn)的這類塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02mm

20、～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，雖然我國的模具行業(yè)發(fā)展迅速但和國外相比仍有較大差距。</p><p>　　成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界

21、先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。</p><p>　　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，國外的注塑模CAD技術發(fā)展相當迅速。70年代已開始應用計算機對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設計人員可以依據(jù)理論依據(jù)并結合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對

22、設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模CAD技術在不斷進行理論和試驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實際應用中不斷改進。在塑料成型生產(chǎn)中，先進的模具設計、高質(zhì)量的模具制造、優(yōu)良的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。一副好的注塑模具可以成型上百萬次這與上述因素有很大的關系。</p><p>　　1.2 注塑模具

23、在國外的發(fā)展過程</p><p>　　（1）20世紀60年代，美、英、加拿大等國的學者開始了一系列有關塑料熔體在模腔內(nèi)流動與冷卻的基礎研究，通過合理簡化，完成了一維流動與冷卻分析程序。 </p><p>　?。?）20世紀70年代完成了二維分析程序。 </p><p>　?。?）20世紀80年代開展了三維流動與冷卻分析，并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領

24、域。 </p><p>　　（4）20世紀90年代后進行了流動、保壓、冷卻、應力分析的注塑工藝全過程的集成化研究，為開發(fā)實用型的注塑模分析軟件奠定了基礎［2］ 。</p><p>　　目前，發(fā)達國家的塑料流變學、幾何造型技術、數(shù)控加工及計算機技術的突飛猛進，為注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了極為有利的條件。 </p><p>　　世界各國投人大量的人力、

25、物力來研究和開發(fā)CAD/CAE/CAM技術，使得這種技術從理論研究到實際應用方面都取得了質(zhì)的飛躍。但注塑模的商品化軟件在功能和精度上還有待于進―步發(fā)展。今后的研究和發(fā)展工作主要在于精度的數(shù)字化技術，如要完善注塑模CAE軟件對注塑全過程的模擬，對復雜形狀的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集，且采集速度要快而精確，并直接建立線框模型。另一個就是實現(xiàn)模具加工的全自動化；還有，就是要通過信息網(wǎng)絡實現(xiàn)技術價值、技術服務和技術轉(zhuǎn)讓，從而顯示先進信息傳輸工具的優(yōu)越性。

26、 </p><p>　　總之,注塑模CAD/CAE/CAM的生產(chǎn)組織方式，是一套完整的、科學的、現(xiàn)代化的模具生產(chǎn)組織方式，整個生產(chǎn)過程環(huán)環(huán)相扣，上下照應，充分體現(xiàn)了整個生產(chǎn)組織上的科學嚴密性。這種生產(chǎn)方式從根本上杜絕了常規(guī)模具生產(chǎn)組織方式的種種弊病，從生產(chǎn)組織系統(tǒng)上保證了注塑模的生產(chǎn)質(zhì)量。</p><p>　　1.3本課題的指導思想</p><p>　　近年來隨著塑

27、料成型加工機械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占有的比重越來越大。模具技術的水平在很大程度上反映了整個國民經(jīng)濟中的發(fā)展程度。在模具設計中對工藝的研究越來越深入，模具設計已由經(jīng)驗設計階段逐漸向理論計算方面發(fā)展。大量地采用各種高效率的模具結構。使模板、導柱等通用零件標準化、商品化以適應大規(guī)模的批量生產(chǎn)塑件成型模具。 本文著重從產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝分析角度出發(fā)，滿足產(chǎn)品的成型特點。保證所設計產(chǎn)品的模具

28、使用壽命和降低成本的理念進行支撐架外套塑料件的模具設計。對支撐架外套注射成型問題進行研究設計合理的模具結構［3］。</p><p><b>　　2 塑件設計及分析</b></p><p>　　2.1 塑件成型工藝分析</p><p>　　2.1.1 塑件的分析</p><p>　　外形尺寸 該塑件的壁厚為2mm，塑件的

29、外形尺寸相對較小，塑料熔體流程適中，適合于注射成型。如圖1所示。</p><p>　　精度等級 每個尺寸的公差不一樣，有的屬于一般，有的是高精度的。本制件為注明公差，所以統(tǒng)一按一般精度計算。</p><p>　　脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，結合制件的實際情況，選擇脫模斜度為1°。</p><p><b>　　圖1 制件圖&

30、lt;/b></p><p>　　2.1.2 ABS的性能分析</p><p>　　ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑

31、料。</p><p>　　ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的聚合物。因此ABS具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學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型和染色性［4］。 ABS外觀為粒狀或粉狀，呈淺象牙色不透明但成型的塑料油較好的光澤。它無毒、無味、易燃燒、無自熄性。密度為1.08～1.23/g cm。ABS具有較高的抗沖擊強度且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度

32、和一定的耐磨性、耐寒性、耐熱性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電器性能［5］。ABS有一定的硬度和一定尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工且易著色。ABS幾乎不受酸、堿、鹽及水和無機化合物的影響溶于酮、醛、酯、氯代烴中，不溶于大部分醇類及烴類溶劑但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起盈利開裂。此外ABS的熱穩(wěn)定性差，熱變形溫度為93℃脆化溫度為-27℃使用的溫度范圍為-40℃～100℃。ABS是無定型聚合物，無

33、明顯熔點。熔融流動溫度不太高，在160℃～190℃范圍即具有充分流動性且熱穩(wěn)定性較好，在約高于285℃時才出現(xiàn)分解現(xiàn)象。因此，加工溫度范圍較寬。ABS熔體具有較明顯的非牛</p><p>　　（1）ABS的成型工藝：</p><p>　　塑料ABS也可以說是聚苯乙烯的改性，比HIPS有較高的抗沖擊強度和更好的機械強度，具有良好的加工性能，可以使用注塑機、擠出機等塑料成型設備進行注塑、擠塑、

34、吹塑、壓延、層合、發(fā)泡、熱成型，還可以焊接、涂覆、電鍍和機械加工［6］。ABS的吸水性比較高，加工前需進行干燥處理，干燥溫度為70~85℃，干燥時間為2~6h；ABS制品在加工中容易產(chǎn)生內(nèi)應力，如應力太大，致使產(chǎn)品開裂，應進行退火處理，把制件放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內(nèi)2～4h，再冷卻至室溫即可［7］。</p><p>　　ABS的主要性能指標如表2-1所示</p><p>　　表2

35、-1ABS的主要性能</p><p>　　2.1.3 注射工藝參數(shù)</p><p>　?。?) 注射機：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min</p><p>　?。?) 預熱：溫度 80-85℃</p><p><b>　　時間 2-3s</b></p><p>　　（3) 料筒溫度（℃）：前段 15

36、0-170</p><p>　　中斷 165-180</p><p>　　后段 180-200</p><p>　?。?) 噴嘴溫度（℃）：1700-1800</p><p>　　（5) 模具溫度（℃）：50-80</p><p>　?。?) 注射壓力（MPa）:60-100</p><p>　

37、?。?) 成型時間（s）：注射時間 30</p><p><b>　　3模具設計</b></p><p>　　3.1 擬定模具的結構形式</p><p>　　當塑件的結構和所用的材料滿足成型工藝的要求后，就需要考慮塑件的分型面位置，確定采用單型模腔還是多型模腔來進行生產(chǎn)，這樣就初步確定模具的結構形式，為后續(xù)的設計計算提供依據(jù)。</p>

38、;<p>　　3.1.1分型面位置的確定</p><p>　　模具上用來取出塑件和（或）澆注系統(tǒng)可分離和接觸的表面稱為分型面。</p><p>　　分型面的選擇應注意以下幾點</p><p>　?。?）分型面應選在塑件的最大截面處；</p><p>　?。?）便于塑件的脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊；</p>

39、<p>　　（3）有利于模具加工，特別是型腔的加工；</p><p>　?。?）不影響塑件外觀質(zhì)量，尤其是對外觀有明確要求的塑件；</p><p>　?。?）有利于保證塑件的精度要求；</p><p>　?。?）有利于澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設置；</p><p>　　（7）盡量減少塑件在合模平面上的投影面積，以減少所需鎖模力

40、；</p><p>　　（8）便于嵌件的安裝；</p><p>　?。?）長型芯應置于開模方向。</p><p>　　該制件的主分型面如圖2所示</p><p><b>　　圖2 主分型面圖</b></p><p>　　3.1.2型腔數(shù)目和排列方式的確定</p><p>&

41、lt;b>　?。?）型腔數(shù)的確定</b></p><p>　　該制件的精度一般，大批量生產(chǎn)。由于制件的形狀較復雜，所需抽芯機構較多。綜合考慮最終選擇一模一腔的結構形式。</p><p>　?。?）模具結構形式的確定 </p><p>　　從上面的分析可知，本模具設計為一模一腔，根據(jù)塑件的結構形狀，推出機構采用推桿推出。澆注系統(tǒng)設計時，采用直澆口，

42、開設在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設分型面，采用兩板式結構［8］。</p><p>　　3.1.3注射機型號的確定</p><p>　?。?）注射量的計算 </p><p>　　塑件體積：V塑=58.91cm³</p><p>　　塑件質(zhì)量：m塑=密度×V塑=1.02g/cm ³×58.91c

43、m ³=60.09g（查得該塑件密度為1.0g/cm ³）</p><p>　?。?）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 </p><p>　　澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2-1倍來估算［9］。由于本次采用直澆口，無分流道，只有主流道，故按0.2倍計算</p><p>　　V總= V塑（1+0.2）&#

44、215;1=58.91cm ³×1.2=70.69cm ³</p><p><b>　　(3) 選擇注射機</b></p><p>　　根據(jù)以上計算的數(shù)據(jù)，并結合式則有：V總/0.8=70.69/0.8cm ³=88.36cm ³。所以初步選定公稱注射量為2000cm ³ ，注射機型號為SZ-1250/400

45、0臥式注射機，其主要技術要求如表3-1所示：</p><p>　　表3-1 注射機主要參數(shù)</p><p>　　(4) 注射壓力校核</p><p>　　ABS的所需注射壓力為80-110MPa，這里取P0=100MPa，該注射機的公稱注射壓力P公=154.2MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.25-1.4，這里取k1=1.30，則：</p><p

46、>　　k1×P0=1.30×100=130＜P公</p><p>　　所以，注射機的注射壓力合格。</p><p><b>　　(5) 鎖模力校核</b></p><p>　　1）塑件在分型面上的投影面積A塑，由PROE軟件測量。則</p><p>　　A塑=∏/4×d²≈2

47、252.4mm²</p><p>　　2）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A澆的數(shù)值。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2~0.5倍。由于本例流道設計簡單，為直澆口，澆口在分型面上，因此流道凝料投影面積可以適當小些。這里取A澆=0.2A塑</p><p>　　3）塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總，則</p>

48、<p>　　A總=n（A塑＋A澆）=n（A塑＋0.2A塑）=1.2 A塑 =2702.88 mm</p><p>　　4）模具型腔內(nèi)的脹型力F脹，則</p><p>　　F脹=A總×P模=2702.88×35KN=94.6KN</p><p>　　式中，P模是型腔的平均計算壓力值。P模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%~40

49、%，大致范圍為25~40MPa［10］。對于粘度比較大的精度較高的塑料制品應取較大值。ABS屬中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故取P模=35MPa。</p><p>　　查書可得該注射機的公稱鎖模力F鎖=4000KN，鎖模力安全系數(shù)為k2=1.1~1.2，這里取k2=1.2，則</p><p>　　k2×F脹=1.2×94.6KN≈113.52KN＜F鎖</p&g

50、t;<p>　　所以。注射機鎖模力合格。</p><p>　　3.2 澆注系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.2.1 澆口的確定</p><p>　　澆口是主流道、分流道與型腔的連接部分，即澆注系統(tǒng)的終端。一般這段很短的通道截面積很小，當熔融塑料流在高壓下通過澆口時，因為澆口的截面積很小，使料流加速，而由于摩擦作用，又使料流的溫度升高，黏度下降，提高了

51、料流的流動性，有利于充滿型腔，因此它是澆注系統(tǒng)設計的關鍵。</p><p>　　常用幾種澆口的比較：</p><p>　?。?）直澆口：直澆口的位置一般設計在制件表面或背面，其特點是塑料從主流道進入模腔，物料流程較短，壓力損失小，但由于流道尺寸大，冷卻凍結慢，需要較長的保壓補縮時間，還容易在進料處產(chǎn)生較大的殘余應力，并由此導致制品翹曲變形，同時，澆口凝料留在塑件上，需要進行修正。直澆口適用

52、于單腔模具和大型塑件以及一些高粘度塑料。</p><p>　?。?）點澆口：澆口可自行切段，利于自動化操作，澆口殘留痕跡小，但壓力損失大，需采用三板模。適用于成型表觀黏度隨剪切速率增大而明顯降低和黏度較低的塑料熔體、薄壁塑件。</p><p>　?。?）潛伏式澆口：一般設在產(chǎn)品內(nèi)表面或側(cè)面隱蔽處，凝料可自動脫落，不影響塑件外觀，對于強韌性塑料（如PA）或脆性塑料（如PS），潛伏式澆口是不合

53、適的。</p><p>　?。?）側(cè)澆口：能方便地調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間，充型速度快，除去澆口方便，澆口痕跡小，缺點是塑件容易形成熔接痕、縮孔、凹陷等缺陷，注射壓力損失較大，殼形塑件容易排氣不良［11］。</p><p>　　考慮到ABS塑料的熔體粘度較大，自身的冷卻速度也快，所以流道澆口應盡量短而粗，所以選擇直澆口，既可以簡化模具的設計也不影響到制件的質(zhì)量。</p>

54、;<p>　　3.2.2澆口位置的選擇</p><p>　　澆口位置主要是根據(jù)塑件的幾何形狀和技術要求，并分析熔體在流道和型腔中的流動形狀、填充、補縮及排氣等因素后確定。結合塑件的結構特點，再考慮在澆口位置的選擇上不單單只在制件方面考慮，還應結合實際要求及模具的整體情況，所以該澆口基本上滿足了設計的要求。如圖3,圖4,圖5所示</p><p>　　圖3 流動阻力分布圖<

55、/p><p><b>　　圖4 澆口位置圖</b></p><p>　　圖5 填充過程氣穴分布圖</p><p>　　圖6 填充時裂痕分布圖</p><p>　　3.2.3主流道的設計</p><p>　　主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注塑機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形

56、狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。</p><p><b>　　主流道尺寸</b></p><p>　　（1）主流道長度：小型模具L主應盡量小于60mm，本次設計中初取L主=56mm進行設計</p>

57、<p>　?。?）主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸＋0.5=4+0.5=4.5mm</p><p>　?。?）主流道大端直徑：d′=d+2Ltanα=4.5+2×56×tan4≈8mm，（α=4º）</p><p>　?。?）主流道球半徑：SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（1~2）mm=（10+2）mm=16mm</p><p>

58、;　　（5）球面的配合高度：h=6mm</p><p>　?。?）主流道的凝料體積</p><p>　　V主=×L主（R²主+r²主+R主*r主）</p><p>　　=×56×（4²+2.25²+4×2.25）mm³</p><p>　　=5286.2

59、mm³≈5.3cm³</p><p>　?。?）主流道當量半徑</p><p>　　Rn =3.125mm</p><p>　　3.2.4主流道澆口套的形式</p><p>　　主流道村套為標準件可選購。主流道小端入口處與注塑機瓶嘴反復接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因此盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設計成一個

60、整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換［12］。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理。設計中常用碳素工具鋼T8A，熱處理淬火表面硬度為50～55HRC，如圖7所示：</p><p><b>　　圖7 澆口套剖面圖</b></p><p>　　3.2.5 校核主流道的剪切速率</p><p>　　（1）計算主流道的體積流

61、量</p><p>　　q主==13cm³/s</p><p>　?。?）計算主流道的剪切速率</p><p>　　γ主=≈4.3×10³s﹣1</p><p>　　最佳剪切速率（5×10²-5×10³），所以合格。</p><p>　　3.3 成型

62、零件的結構設計及計算</p><p>　　3.3.1成型零件的結構設計</p><p>　?。?）凹模的結構設計</p><p>　　凹模的成型制品的外表面的成型零件。按照凹模結構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)對塑件的結構分析，本設計中采用整體嵌入式凹模，如圖8所示</p><p><b>　　圖8 型

63、腔圖</b></p><p>　?。?）凸模的結構設計（型芯）</p><p>　　凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型［13］。通過對塑件的結構分析可知，該塑件的型芯有兩個：一個是成型零件的內(nèi)表面的大型芯，如圖所示，因塑件包緊力較大，所以設在動模部分；另一個是成型零件的中心軸孔內(nèi)表面的小型芯，如圖所示，設計時將其放在定模部分跟凹模做成一體式，同時

64、有利于分散脫模力和簡化模具結構。將這幾個部分裝配起來，如圖9所示。</p><p><b>　　圖9主型芯圖</b></p><p>　　3.3.2 成型零件鋼材到的選用</p><p>　　根據(jù)對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能［14］。又因為該塑件為大批量

65、成產(chǎn)，所以構成型腔的嵌入式凹模鋼材選用3Cr2Mo。對于成型塑件外圓筒的大型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此鋼材選用冷作工具鋼3Cr2Mo。型芯中心通冷卻水冷卻［15］。</p><p>　　3.3.3 成型零件工作尺寸的計算</p><p>　　（1）凸凹模的尺寸計算</p><p>　　模腔尺寸計算包括凹模和型芯的徑向尺寸、凹模深度和型芯高度尺寸的計算

66、。成型零件工作尺寸按平均收縮率計算，按MT5級公差查塑件的尺寸偏差計算公式如表三所示。</p><p>　　平均收縮率: =（0.3%--0.8%）/2=0.55% </p><p>　　型腔徑向尺寸（mm ）;</p><p>　　- 塑件外形基本尺寸（mm）;</p><p><b>　　-塑件平均收縮率；</b&g

67、t;</p><p><b>　　-塑件公差</b></p><p>　　-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6；</p><p>　　-塑件內(nèi)形基本尺寸（ mm）；</p><p>　　-型芯徑向尺寸（mm）；</p><p>　　-型腔深度（mm）；</p><p>

68、　　-塑件高度（mm）；</p><p>　　-型芯高度（mm）；</p><p>　　-塑件孔深基本尺寸（mm）；</p><p>　　取Δ/3可計算出型芯、型腔的工作尺寸，如表三所示</p><p>　　表三 型腔、型芯工作尺寸計算</p><p>　　3.3.4 型腔壁厚、支撐板厚度的確定</p>

69、<p>　　（1）凹模側(cè)壁厚度的計算</p><p>　　模架初選546×596mm的標準模架。其厚度的剛度公式計算。</p><p><b>　　S=（）</b></p><p>　　式中，p是型腔壓力 p=35MPa；E是材料彈性模量（2.0-3.0×10 ³MPa），此處取E=1.4×10

70、 ³MPa；h=W，W是影響變形的最大尺寸，而h=30mm；δp是模具剛度計算許用變形量。根據(jù)注射塑料品種。</p><p>　　δp=25i2=25×0.918μm=22.95μm≈0.023mm</p><p>　　式中，i2=0.45×30+0.001×30μm=0.918μm</p><p>　　由于該型腔是單型腔。型

71、腔與模具周邊的距離由模板的外形尺寸來確定，根據(jù)初選模板平面尺寸546mm×596mm，它比型腔鑲塊的尺寸大的多，所以完全滿足強度和剛度要求。 </p><p>　?。?）動模墊板厚度的計算</p><p>　　動模墊板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關，根據(jù)前面的型腔布置，模架應選在646mm×596mm這個范圍之內(nèi)，墊塊之間的跨度大約為546mm－60mm－60m

72、m=426mm。那么，根據(jù)型腔布置及型芯對動模墊板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即</p><p>　　T=0.54L≈60mm</p><p>　　式中，δp是動模板剛度計算許用變形量，δp=25i2=25×（0.45×170＋0.001×170）μm=0.035675mm；L是兩個墊板之間的距離，約426mm；L1是動模板的長度，取596mm；A是型

73、芯投影到動模墊板上的面積。</p><p>　　對于此動模墊板計算尺寸相對小型模具來說還可以再小些，可以增加6根支承柱來進行支撐，故可以近似得到動模墊板厚度</p><p><b>　　Tn=*T</b></p><p>　　塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔的壁厚過薄可能因強度不夠而產(chǎn)生塑料變形甚

74、至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生翹曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。</p><p>　　型腔壁厚、支撐板厚度的確定從理論上講是通過力學的強度及剛度公式進行計算的［16］。由于注塑成型受溫度、壓力、塑料特性及塑件復雜程度的影響，所以理論計算并不能完全真實的反映結果。根據(jù)實際情況以及經(jīng)驗確定支撐板可按照標準厚度取46mm。</p><p><b>　　3.4模架的

75、確定</b></p><p>　　根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸，又考慮凹模最小壁厚，導柱、導套的布置等，再同時參考中小型標準模架的選型經(jīng)驗公式，可確定選用模架型號hasco W×L=546mm×596mm。</p><p>　　3.4.1各模板尺寸的確定</p><p><b>　　（1）A板尺寸。</b&

76、gt;</p><p>　　A板是定模型腔板，塑件在動模板上的高度較大，又考慮在模板上還要開設冷卻水道，還需留出足夠的距離，故A板厚度取136mm。</p><p><b>　?。?）B板尺寸。</b></p><p>　　B板是型芯固定板，按模架標準板厚度取116mm。</p><p>　?。?）C板（墊塊）尺寸。&l

77、t;/p><p>　　墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5-10）mm</p><p>　　=（104+38+40+5-10）mm=187-192mm，初步選定C板為200mm。</p><p>　　經(jīng)上述尺寸的計算，模架尺寸已經(jīng)確定，其如圖10所示</p><p><b>　　圖10 模架圖</b></p&

78、gt;<p>　　3.4.2模架各尺寸的校核</p><p>　?。?）模具平面尺寸 596mm×646mm＜750mm×750mm（拉桿間距），校核合格。</p><p>　　（2）模具高度尺寸580mm，380mm＜580mm＜770mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。</p><p>　　（3）模具的開模行程S=H1+

79、H2+（5-10）mm=（187-192）mm＜300mm，校核合格。</p><p><b>　　3.5排氣槽的設計</b></p><p>　　該塑件由于采用滑塊配合成型，其配合間隙可作為氣體排出的方式，不會在內(nèi)部產(chǎn)生憋氣的現(xiàn)象。同時，底面的氣體會沿著推桿的配合間隙、分型面和型芯與脫模板之間的間隙向外排出。無需再另設排氣孔。</p><p>

80、;　　3.6脫模推出機構的設計</p><p>　　3.6.1推出方法的確定</p><p>　　塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構的導向和復位部件等組成［17］。</p><p><b>　　脫模機構的選用原則</b></

81、p><p>　?。?）使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）；</p><p>　?。?）推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排；</p><p>　?。?）推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂；</p><p>　　（4）推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形；</p>

82、<p>　　（5）推桿位置痕跡須不影響塑件外觀［18］。</p><p>　　本塑件因為側(cè)壁較薄，不適合使用推板推出，又內(nèi)部無特別要求需光滑，無痕跡，故采用推桿推出方式。</p><p>　　3.6.2脫模力的計算</p><p>　?。?）矩形大型芯脫模力</p><p>　　因為λ＞10，所以，此處可視為薄壁矩形塑件，根據(jù)式

83、脫模力為：</p><p>　　F1=8tESLcosφ(f-tanφ)/［(1-μ) K2］+0.1A≈10840N</p><p>　?。?）成型塑件內(nèi)部圓筒型芯的脫模力計算</p><p>　　因為λ＞10，所以，此處可視為薄壁圓筒塑件，同時，由于該塑件的內(nèi)孔是通孔，所以，脫模時不存在真空壓力，可得脫模力為：</p><p>　　F2=

84、 =3535N </p><p>　　對于塑件的四個肋板，由于是徑向布置，冷卻收縮是徑向收縮，所以對型芯的箍緊力不是太大，主要是粘模力，可以按計算脫模力乘以一個不太大的系數(shù)，此處考慮為1.2。</p><p>　　3.6.3側(cè)向分型機構的確定</p><p>　　由于本模具位置有限，滑塊必須做的小一點，所以側(cè)向分型機構采用彎銷的的方式。采用這種方式最省位置，也比較

85、簡單［19］。鍥緊塊既起鎖緊滑塊的作用，開模時還是斜導柱。如圖11、圖12所示</p><p>　　圖11彎銷1圖 圖12 彎銷2圖</p><p>　　考慮到斜導柱推出時的受力分析，為了滿足制件推出的條件。滑塊的行程。最終確定彎銷的截面尺寸為31×26mm的矩形彎銷，彎銷角度165º。</p><

86、p>　　3.6.4滑塊的定位裝置選擇</p><p>　　由于滑塊設計的較小且滑塊上的斜槽為通槽，是滑塊的強度大大降低，所以滑塊的選材很重要。同時開模時滑塊的定位也是至關重要的。該模具滑塊的定位使用矩形壓縮彈簧。要使滑塊能夠在開模時準確定位，不發(fā)生滑動。彈簧須有足夠的彈力與壓縮力。經(jīng)過粗略的計算最終選擇規(guī)格為YA6×11×40 GB/T 2089-1994。</p><

87、;p>　　3.6.5 推桿的尺寸、數(shù)量以及布置</p><p>　　圓形推桿的直徑 D=k(L2F/nE)¼ ≈3.5mm</p><p>　　D是推桿直徑；L是推桿長度；F是塑件的脫模力；E是推桿材料的彈性模量（MPa）；n是推桿數(shù)量；k是安全系數(shù) k=1.5</p><p>　　考慮到實際加工跟推桿的安全系數(shù)，最終確定推桿直徑為4mm。如圖1

88、3所示</p><p>　　圖13 推桿的布局圖</p><p>　　3.7冷卻系統(tǒng)的設計</p><p>　　冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時所放出的熱量應等于冷卻水所帶走的熱量［20］。</p><p><b>　　3.7.1冷卻介質(zhì)

89、</b></p><p>　　ABS屬中等黏度材料，其成型溫度及模具溫度分別是200℃和50℃-80℃。所以，模具溫度初步選定為50℃，用常溫水對模具進行冷卻。</p><p>　　3.7.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算</p><p>　?。?）設單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W</p><p><b>　　1）塑料制

90、品的體積</b></p><p>　　V=V主+nV塑==70.69cm³</p><p><b>　　2）塑料制品的質(zhì)量</b></p><p>　　m=V*ρ70.69×1.02g=72.10g=0.0721Kg</p><p>　　3）塑件壁厚平均為2mm，可得t冷=9s。注射時間t

91、注=1.6s，脫模時間t脫=8s，則注射周期：t=t冷+t注+t脫=9+1.6+8=18.6s。由此得每小時注射次數(shù)：N≈193次。</p><p>　　4）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：</p><p>　　W=N*m=193×0.0721Kg/h=13.95Kg/h</p><p>　?。?）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量Qs<

92、/p><p>　　查表直接可知ABS的單位熱流量Qs的值的范圍在（310-400）kJ/kg之間，但在成型時，通過型芯的加熱，材料才可成型。故可取Qs=370kJ/kg.</p><p>　　（3）計算冷卻水的體積流量qv</p><p>　　設冷卻水道水入口的溫度為Q2=22℃，出口的水溫為Q1=25℃，取水的密度為ρ=1000kg/m³,水的比熱容c=4.

93、187kJ/（kg.℃)。根據(jù)公式可得：</p><p>　　Qv==0.0072m³/min</p><p>　?。?）確定冷卻水路的直徑d</p><p>　　當qv=0.0072m³/min時，查表可知，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，</p><p>　　取模具冷卻水孔的直徑d=0.012m。</p>&l

94、t;p>　?。?）冷卻水在管內(nèi)的流速V</p><p><b>　　V=1.11m/s</b></p><p>　?。?）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h，因為平均水溫為23.5℃，查表可得f=0.67，則有：</p><p>　　h=1.27×10kJ/（m².h.℃）</p><p>　　

95、（7）計算冷卻水通道的導熱總面積A</p><p>　　A=0.018 m²</p><p>　?。?）計算模具所需冷卻水管的長度L</p><p><b>　　L=478mm</b></p><p>　?。?）冷卻水路的根數(shù)x</p><p>　　x=L/l=478/546≈1根<

96、;/p><p>　　由上述計算可以看出，一根冷卻水道對于模具來說顯然是不合適的，因此應根據(jù)具體情況加以修改。為了提高生產(chǎn)效率，凹模和型芯都應得到充分的冷卻。</p><p>　　如圖所示，在定模設置2條直水道，動模側(cè)的水道經(jīng)過型芯內(nèi)部，提高冷卻效率。由于水道條數(shù)多，所以使用水道直徑為8mm。如圖14、圖15所示</p><p>　　圖14水道布局主視圖</p>

97、;<p>　　圖15 水道分布俯視圖</p><p>　　3.8導向與定位結構的設計</p><p>　　注射模的導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模結構的運動導向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位，模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位；模內(nèi)定位機構則通過導柱導套進行合模定位［21］。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具

98、定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所帶的定位結構，及液壓系統(tǒng)和鑲塊倒滑槽的導向。</p><p><b>　　4模具總裝圖</b></p><p>　　經(jīng)過上述一系列的計算和繪圖，把設計結果用總裝圖來表示模具的結構。</p><p>　　圖16裝配圖的主視圖</p><p>　　1、定模座板2、定模板3、動模板4、

99、支承板5、復位桿6、墊塊7、斜頂座 </p><p>　　8、圓柱頭內(nèi)六角螺釘9、動模座板10、圓柱頭內(nèi)六角螺釘11、推板12、推板固定板</p><p>　　13、推桿14、推板導柱15、導套16、導柱17、O型密封圈18、型芯19、滑塊120、型腔</p><p>　　21、斜頂22、澆口套23、定位圈</p><p><b>

100、　　圖17 左視圖</b></p><p>　　24、滑塊2 25、彎銷1 26、圓柱頭內(nèi)六角螺釘27、圓柱頭內(nèi)六角螺釘</p><p>　　28、斜頂2 29、滑塊3 30、彎銷2 31、楔緊塊 32、彈簧 33、支承柱</p><p><b>　　34、垃圾釘</b></p><p><b>　

101、　圖18 俯視圖</b></p><p>　　其工作原理：模具安裝在注射機上，定模部分固定在注射機的定模板上，動模部分固定在注射機的動模板上。合模后，注射機通過噴嘴將熔料經(jīng)流通注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型，由動定模先分開，然后利用彎銷帶動滑塊側(cè)向開模，之后由推桿推出制件，完成制件的頂出。</p><p>　　特點：該模具采用彎銷側(cè)向分型結構，能減小模具的體積，開模簡單，且制

102、件結構較復雜，注塑成型速度快，所以整個過程的周期短，利于生產(chǎn)。</p><p><b>　　5 總結</b></p><p>　　經(jīng)過兩個多月來對支撐架外套注塑模具的設計，使我對注塑模具的設計流程和方法有了一個較為全面的了解，掌握了注塑模具的基礎知識等等。同時在這個反復設計計算，工藝分析，查閱參考文獻和資料的過程中，不僅是對大學四年所學的知識進行系統(tǒng)的整合和恰當?shù)倪\用

103、，而且潛移默化中又學到了一種科學的設計思路和解決問題的方式方法。 在設計過程當中遇到了很多問題，比如如何選擇分型面、成型設備、模架的結構，以及成型零件的設計和工作尺寸的計算等等，走了不少的彎路。而在裝配圖的繪制過程中，又遇到了前面設計上的很多結構錯誤，對細節(jié)方面的，反復修改較多。經(jīng)過老師的指導和長時間的思考及翻閱許多的相關資料，才完整的完成了本套模具的設計過程。但由于經(jīng)驗和水平所限，設計中依然存在很多的問題，如尺寸設計合理性。在實際中仍

104、需大量的修正和調(diào)試，才可正常運作，畢竟是在學校做的設計，難免會遇到各種各樣的生產(chǎn)上的實際問題。 在設計過程充分利用了各種可以利用的方式，在設計的后一階段充分利用CAD軟件制圖和Word對設計說明書的排版編輯和打印等。新的工具的利用，大大的提高了工作效率，同時又讓我對這些應用軟件有了更深層次的提高。 總之，對模具的設計原</p><p><b>　　致謝</b></p><

105、p>　　走的最快的總是時間，來不及感慨，大學生活已近尾聲，四年的努力與付出，伴隨這次畢業(yè)論文的完成，將要劃下完美的句號。本文是在導師精心指導和大力支持下完成的。老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。在此次畢業(yè)設計過程中我也學到了許多有關設計方面的知識，對其現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有了很大的了解。</p><p>　　通過這次模具設計，我在多方

106、面能力都得到了提高。通過這次畢業(yè)設計，綜合運用了本專業(yè)所學課程的理論知識和結合生產(chǎn)實際知識進行一次注塑模具設計，通過實際設計從而培養(yǎng)和提高了自己的獨立動手能力，鞏固與擴充了注塑模具設計等課程所學的內(nèi)容，掌握注塑模具設計的方法和步驟，掌握注塑模具設計的基本的模具技能，懂得了從分析零件的工藝性入手，確定工藝方案，了解了模具的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了相應規(guī)范和標準，同時對各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提

107、高。并提高了查閱設計資料和手冊的能力，熟悉了設計中的標準和規(guī)范等。</p><p>　　在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。</p><p>　　在此非常感謝各位指導我的老師的幫助，也非常感謝同學們的幫助。</p><p>　　由于本人的

108、設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分的樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　［1］Donggang Yao, Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufact

109、uring Science and Engineering. November 2004, Vol.126/733.</p><p>　?。?］I.C. Wright. Design methods in engineering and product design [M]. 密歇根大學.McGraw-Hill, 1998.</p><p>　?。?］金滌塵，宋放之 .《現(xiàn)代制造技術》機械

110、工業(yè)出版社</p><p>　　［4］程樹祥，張桂秋.《工程塑料應用手冊》</p><p>　　［5］王廣文.《塑料材料的選用》</p><p>　?。?］申開智 主編.《塑料成型模具》（第二版）. 北京. 中國輕工業(yè)出版社2008</p><p>　　［7］田福祥 著.《先進注塑模330例設計評注 》第一卷.機械工業(yè)出版社.2008.1&l

111、t;/p><p>　?。?］The Thickness Profile of Ultra-High Molecular Weight Polythene Films During Sequential Biaxial Drawing .Polymer Engineering and Science ,January 2003.Vol.43 , No1.</p><p>　?。?］黃銳 主編.《

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113、出版社. 2008.6重印</p><p>　　［13］陳志剛 主編.《塑料模具設計》.北京. 機械工業(yè)出版社.2002.1</p><p>　　［14］ SHEN Chang-yu, YU Xiao-rong, WANG Li-xia. Gate location optimization 

114、;of plastic injection molding [J]. Journal o f Chemical Industry and Engineering，2004，(3)：445-449</p><p>　　［15］許洪斌 樊澤興 主編《材料成型技術手冊》.北京 化學工業(yè)出版社.2007.1<

115、;/p><p>　?。?6］張孝民 主編《塑料模具設計》.北京 機械工業(yè)出版社.2003.7、</p><p>　　［17］大連理工大學工程圖學教研室 編《機械制圖》.北京 高等教育出版社.2007.7</p><p>　?。?8］《塑料模設計手冊》（第2冊）.塑料模設計手冊編寫組</p><p>　?。?9］馮愛新 主編.《塑料模具工程師手冊》