机械毕业设计（论文）-杯盖注塑模具设计【全套图纸】 .doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书第一章 概述1.1 塑料及其塑料工业的发展 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机物，简称高聚物，一般相对分子质量都大于一万，有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件。塑料的其余成分包括有增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其他配合剂。 塑料制件在工业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，大多数塑料密度在1.01.4g/cm3之间，相当于钢材密度的0.11和铝材密度的0.5左右，即在同样的体积下，塑料制件要比金属制件轻的多，这就是“以塑代钢”的优点。据美国80年代统计，汽车上采用塑料零件后，平均每辆汽车的重量可减轻180kg，这样，每升汽油可使汽车多行驶0.4km，美国每年可节约1400万桶汽油；塑料拉伸比强度高，钢的拉伸比强度约为160mpa，而玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度高可高达170400mpa；塑料的绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料化学稳定性最高，“王水”对它也无可奈何，所以称之为“塑料王”。此外，塑料减磨、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，并跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。 塑料工业是一门新兴的工业，是随着石油工业发展应运而生的。塑料工业的发展大致分为以下几个阶段。 1.初创阶段 30年代以前，科学家研制成了酚醛、硝酸纤维素及醋酸纤维素等塑料，它们的工业化特征仅是间歇法、小批量生产。 2.发展阶段 30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。 3.飞跃发展阶段 50年代中期到60年代末，石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料。齐格勒纳塔用有机金属络合物定向催化体系聚合工艺的创立、高分子学科的进一步发展及聚合技术的开拓，使得高密度聚乙烯和聚丙烯工业化。工程塑料也因聚碳酸酯和聚甲醛、聚酰亚胺等的相继出现并实现工业化生产，使得塑料向耐高温的领域发展。增强及复合材料的出现使塑料步入高强度、耐高温的尖端材料领域。这一阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善。 4.稳定增长阶段 70年代以来，由于石油危机和资本主义周期性的经济危机，原材料价格猛涨，塑料的增长速度显著下降。这一阶段塑料工业的特点是通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料的性能，提高产品的质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。塑料工业向着生产工艺自动化、连续化，产品系列化，以及不断开拓功能性塑料的新领域发展。 我国的塑料工业起步较晚，40年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料，年产量仅200t。50年代末，由于万吨级聚氯乙烯装置的投产和70年代中期几套引进石油化工装置的建成投产，使塑料工业有了两次跃进，与此同时，塑料成型加工机械和工艺方法也得到迅速发展，各种加工工艺都已齐全。 塑料作为一种新的工程材料，由于其不断被开发与应用，加之成型工艺不断成熟与完善，极大地促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料的产量和质量提出了越来越高的要求。1.2 塑料成型在工业生产中的重要性 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。 模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。事实上，在仪器仪表、家用电器、交通、通讯和轻工业等各行业的产品零件中，有70%以上是采用模具加工而成的。工业先进的发达国家，其模具工业年产值早已超过机床行业的产值。据1991年统计，日本模具工业已实现了高度的专业化、标准化和商品化，在全国一万多家企业中，生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%。新近统计的韩国模具工业情况表明，全国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9%，生产冲压模的占44.8%。新加坡全国有460家企业，60%生产塑料模，35%生产冲压模和夹具。由以上事实可以看出，由于塑料成型工业的发展，到目前为止，塑料模具已处于同冲压模具并驾齐驱的地位。 近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。总之要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平。1.3 塑料成型技术的发展趋势在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注射模可成型上百万次，一副优良的压缩模大约能成型25万次，这与模具的设计、模具的材料及模具的制造有着很大的关系。从塑料模的设计、制造及模具的材料等方面考虑，塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下几个方面。1.3.1 模具的标准化 为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到20%。注射模方面关于模具零部件、模具技术条件和标准模架等有以下14个国家标准： gb4169.184 推杆 gb4169.284 直导套 gb4169.384 带头导套 gb4169.484 带头导柱 gb4169.584 有肩导柱 gb4169.684 垫块 gb4169.784 推板 gb4169.884 模板 gb4169.984 限位钉 gb4169.1084 支承板 gb4169.1184 圆锥定位件 gb4169.1284 技术条件 gb/t1255590 大型注射模架标准 gb/t1255690 中小型注射模架标准 当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架、精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。1.3.2 加强理论研究 随着塑料制件是大型化和复杂化，模具的重量达数吨至十多吨，这样大的模具，若只凭借经验来设计，往往会因设计不当而造成模具报废，数十万元的费用将毁于一旦，所以设计模具已逐渐向理论设计方面发展，这些理论设计包括模板刚度、强度的计算和充型流动理论的建立。到目前为止，有关挤出成型的流动理论和数学模型已基本建立，并且在生产实际中得到应用。有关注射成型的流动理论尚在进行探讨，注射成型的塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充型流动理论和数学模型已经解决，今后的工作是如何将理论与生产实际相结合，并进一步加强对塑料熔体在三维模腔中流动行为的研究。1.3.3 塑料制件的精密化、微型化和超大型化 为了满足各种工业产品的使用要求，塑料成型技术正朝着塑料制件的精密化、微型化和超大型化等方面发展。精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差保持在0.010.001mm之内的成型工艺方法，其制件主要用于电子、仪表工业。微型化的塑料制件要求在微型的设备上生产。目前，德国已经研究出注射量只有0.1g的微型注射机，可生产0.05g左右的微型注射成型塑件。国内目前已有0.5g的注射机，可以生产0.1g左右的微型注射成型塑件。注射塑件的大型化要求有大型的、超大型的注射成型设备。目前，法国已拥有注射量为17万g的超大型注射机，合模力为150mn；美国和日本也已经分别生产出注射量为10万g和9.6万的超大型注射机；国产注射机的注射量也已达3.5万g，合模力为80mn。1.3.4 新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用 随着塑料成型技术的不断发展，模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发已成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。十多年来，国内外塑料成型行业在改进和提高模具设计与制造方面投入了大量的资金和研究力量，取得了许多成果。1.3.4.1 各种新材料的研制和应用 模具材料的选用在模具设计和制造中是一个较重要的问题，它将直接影响模具加工成本、使用寿命以及塑料制件的质量等。国内外模具材料工作者对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量的研究工作，并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还具有加工性好、热处理变形小的新型模具钢种，如预硬钢、新型淬火回火钢、马氏体时效钢、析出硬化钢和耐腐蚀钢等，经过应用，均取得了较好的技术和经济效果。1.3.4.2 模具加工技术的革新 为了提高加工精度、缩短模具制造周期，塑料模成型零件加工广泛应用仿形加工、电加工、数控加工及微机控制加工等先进技术，并使用坐标镗、坐标磨和三坐标测量仪等精密加工与测量设备。1.3.4.3 cad/cam/cae技术的应用 塑料制件应用的日益广泛和大型塑料制件的不断开发，对塑料成型模具设计和制造提出的要求越来越高。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品不断开发和及时更新换代与提高质量的要求，为了适应这些变化，先进国家的cad/cam/cae技术在80年代中期已进入使用阶段，市场上已有商品化的系统软件出售。国内一些高校和研究所等单位也对模具cad/cam/cae技术进行了许多研究和和实践，并列为国家“八五” 攻关项目，取得了一些成果。但我国在该技术的应用和推广方面与外国相比还存在一定差距，有待于进一步改进和完善。1.4塑料模具的分类 塑料模具的分类方法很多，按照塑料制件的成型方法不同可分为以下几类：1.4.1 注射模 注射模又称注塑模。注射成型是根据金属压铸成型原理发展起来的，首先将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中经过加热熔融成粘流态，然后在柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速通过料筒前端的喷嘴和模具的浇注系统注射入闭合的模具型腔中，经过一定时间后，塑料在模内硬化定型，接着打开模具，从模内脱出成型的塑件。注射模主要用于热塑性塑料制件的成型，近年来，热固性塑料注射成型的应用也在逐渐增加。此外，反应注射成型、双色注射成型等特种注射成型工艺也正在不断开发与应用。1.4.2 压缩模 压缩模又称压塑模。压缩成型是塑料制件成型方法中较早采用的一种。首先将预热过的塑料原料直接加入敞开的、经加热的模具型腔（加料室）内，然后合模，塑料在热和压力的作用下呈熔融流动状态充满型腔，然后由于化学反应（热固性塑料）或物理变化（热塑性塑料），使塑料逐渐硬化定型。该成型方法周期长，生产效率底。压缩模主要用于热固性塑料制件的成型。1.4.3 压注模 压注模又称传递模。压注模的加料室与型腔由浇注系统相连接。首先将预热过的塑料原料加入预热的加料室内，然后通过压柱向加料室内塑料原料施加压力，塑料在高温高压下熔融并通过模具浇注系统进入型腔，最后发生化学交联反应逐渐硬化定型。压注模主要用于热固性塑料制件的成型。1.4.4 挤出模 挤出模常称挤出机头。挤出成型是利用挤出机筒内的螺杆旋转加压的方式，连续地将塑化好的、呈熔融状态的成型物料从挤出机的机筒中挤出，并通过特定断面形状的口模成型，然后借助于牵引装置将挤出后的塑料制件均匀地拉出，并同时进行冷却定型处理。这类模具能连续不断地生产断面形状相同的热塑性塑料的型材，例如塑料管材、棒材、片材及异型材等。1.4.5 气动成型模 气动成型模包括空吹塑成型模、真空成型模和压缩空气成型模等。中空吹塑成型是将挤出机挤出或注射机注出的、处于高弹性状态的空心塑料型坯置于闭合的模腔内，然后向其内部通入压缩空气，使其涨大并贴紧于模具型腔表壁，经冷却定型后成为具有一定形状和尺寸精度的中空塑料容器。真空成型是将加热的塑料片材与模具型腔表面所构成的封闭空腔内抽真空，使片材在大气压力下发生塑性变形而紧贴于模具型面上成为塑料制件的成型方法。压缩空气成型是利用压缩空气，使加热软化的塑料片材发生塑性变形并紧贴在模具型面上成为塑料制件的成型方法。在个别塑件深度大形状复杂的情况，也有同时采用真空和压缩空气成型的方法。真空成型和压缩空气成型是使用已成型的片材再进行塑料制件的生产，因此是属于塑料制品的二次加工。 除了上述介绍的几类塑料模具外，还有泡沫塑料成型模、搪塑模、浇铸模、回转成型模、聚四氟乙烯压锭模等。第二章 零件分析2.1 零件结构分析零件名称为杯盖塑模，该塑件壁厚为6mm，该零件总长为444mm。其中塑件总长是97mm，总高为54mm，零件总高为286 mm，宽为282 mm，浇口套下端内径为80h7/h6，主流道的对接处圆弧半径为14 mm，斜导柱直径15h7/n6顶杆的孔径10h7/n6，倾斜部位到直通孔轴线的距离为162h7/k6，内六角螺钉的孔径10h7/n6，限位导柱的孔径为16h7/h6，加套筒后的内径为24h7/n6，导柱的内径20h7/n6，导柱至导套的内径52h7/n6，其零件图如图2.1所示。 图2.12.2 零件材料及材料性能杯盖塑件材料为abs全称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料的性能是：综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，可作双色成型塑件，且表面可镀铬。用途：适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯结构零件。第三章 注塑机的选择3.1 塑件体积和质量的计算该塑件材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物abs，查手册得知其密度为1.28g/cm3 1 ，收缩率s为0.3%0.8%1，故其平均收缩率为 s=（0.3%+0.8%）/2 （3.1） =0.55%根据形状进行手动几何计算得到杯盖塑件的体积： （482422）54=91562.4(mm3) 91.6(cm3) （3.2）根据体积和密度计算得到杯盖塑件的质量： m塑=91.61.28 117.25 (g) （3.3） 根据浇道形状手动计算浇道中残留塑料的体积： (mm3) (cm3) （3.4）根据体积和密度计算浇道中残留塑料的质量： m浇=8.3061.2810.63（g) （3.5）根据上述的计算所得可以得到所需塑料的总体积2： （3.6） =91.6+8.306 100(cm3)根据上述的计算所得可以得到所需塑料的总质量2： （3.7） =117.25+10.63 128(g)用手动几何计算得到的杯盖塑件的体积与用三维软件造型查得的数值相当，基本上为100 cm3，所以手动几何计算是正确的。3.2 注塑机的确定根据上述计算得到的塑料制件杯盖的总体积和总质量，查表1442选定注塑机型号为xyz125。jph系列机型为我国独创的新产品，领先于世界先进水平，它的锁模装置采用四缸直压式锁模，具有锁紧力大、开模行程长、无需调节闭模厚度和回拉杆及不必另注润滑油等特点。此型号的注塑机的参数如下：注塑机最大注塑量：125 cm3 锁模力：900kn注塑压力：119mpa 柱塞直径：42mm最大注射面积：320 cm3 模具最大厚度：300mm模具最小厚度：200mm 最大开模行程：300mm喷嘴球半径：12mm 喷嘴孔直径： 4mm定位圈直径：100 mm 两侧顶出孔径： 22mm两侧顶出孔距：230mm 模板尺寸：420 mm450 mm机器外型尺寸：3340 mm750 mm1550 mm 第四章 模具材料模具的使用寿命除取决于模具的结构设计及其使用和维护情况外，最根本的问题是制模材料的基本性能是否和模具的加工要求与使用条件相适应。因此，根据模具的结构和使用情况，合理选择塑料成型模具的材料，是模具设计人员的重要任务之一，也是塑料成型模具设计和制造的关键问题，它对提高模具寿命，降低成本，提高制品的质量有着重要的意义。4.1模具材料基本要求塑料成型模具中的成型零件是成型零件成型塑料制品的主要零部件，它直接影响塑料制品的质量和外观。因此，合理选择成型零件的材料是很重要的。目前，在制造塑料模具成型零件的材料中，用的较多的是钢材。选择塑料模具成型零件的材料时，不仅要考虑塑料成型模具材料的物理性能和化学性能：如力学性能、耐磨性、耐蚀性、韧性和导热性能等，要求材料的组织必须均匀、化学稳定性好、合金偏析度小，如钢材必须结构紧密，内部无气孔、裂纹、杂质等缺陷；还好考虑模具制造有关的因素，如加工方法、加工性能、热处理性能、焊接性能、抛光性能等；此外，还需要考虑成型塑件制品的塑料种类及特点、成型工艺方法、形状、尺寸和精度要求，塑料制品的生产批量，使用的可靠性和经济性等。为此，必须了解各类塑料成型模具的工作条件、失效形式及基本性能要求。基本还是应具备以下性能：1.加工性能良好，热处理后变形小因为模具零件往往形状复杂，而在淬火后加工又很困难，或根本就不好加工所以在选择模具材料时，应尽量选择热处理后硬度均匀一致，变形小的钢材，尤以后者为重要。模具零件也可以先进行调质处理，但调质后的硬度不得高于300hb，其目的是为了便于机械加工和钳工加工。热处理后的材料变形即便大一些，也没有关系，因为粗加工后的半成品毛坯，还要进行精加工才达到图纸的要求。2.抛光性良好塑件常要求具有良好的光泽和表面状态，因而模腔必须很好的抛光；所以，选用的钢材不应有粗糙的杂质和气孔等。3.耐磨性良好塑件的表面粗糙度和尺寸精度，都和模具表面的耐磨性有直接的关系，特别是含硬质填料或玻璃纤维的塑料，就更要求模腔表面硬度要足够，而且既要有良好韧性，又要有很高的耐磨性，可经受操作中对模具的机械损伤。4.芯部强度高除表面硬度以外，选用的钢材应有足够的芯部强度，特别是注塑模要经很大的注塑压力和锁模压力，挤压性能要好，所以必须考虑模具钢材的芯部强度。5.耐腐蚀性良好塑料及其添加剂对钢的表面有化学腐蚀作用，所以要选用耐腐蚀的钢材或进行镀铬、镀镍处理。4.2常用品种4.2.1碳素结构钢分为正常含锰钢和较高含锰钢。塑料模具制造中常用的正常含锰钢有15、20、40、45、50等牌号；常用的较高含锰钢有15mn、20mn、40mn、45mn、50mn等牌号。碳素结构钢中应用最广泛的一种是45号钢，这种钢的优点是具有良好的切削性能，有一定的强度和耐磨性。因此，常用来制造形状较为简单的塑料模型腔、型芯等成型零件。缺点是热处理后变形大，加工前需要对钢材进行正火或调质处理，加工后零件不在再进行热处理。正火后的钢材只能适用于小型、小批量的塑料模型腔以及强度要求不高的零件；调质后的钢材适用于中小批量的较复杂的塑料模型腔及强度和韧性要求较高的支承板、推件板等。如果零件加工后需经淬火处理，使其具有较高的硬度和耐磨性，则45号钢只能适用于形状较简单的零件。15号钢和20号钢经渗碳和淬火处理，可制造导柱、导套和其他一些耐磨性的零件，经过表面渗碳后，其表面坚硬而中心具有良好的韧性。普通碳素钢q235q275等具有良好的塑性、冷变形性能，价廉，但强度不高，硬度较低。适用于强度要求不高的一般结构零件如手柄、支架、动、定模固定板等。4.2.2碳素工具钢碳素工具钢分为优质钢和高级优质钢。模具制造中常用的优质钢有t7、t8、t9、t10、t13等牌号；常用的高级优质钢有t7a、t8a、t9a、t10a、t13a等牌号。碳素工具钢中的t8、t10经常用来制造导柱和导套，有时也用来制造需要硬度较高的简单成型零件和结构零件。这类钢材淬火后有较高的强度和耐磨性，缺点是热处理的淬透性低，变形较大，所以淬火后需要经过磨削加工来矫正变形。由于它的腐蚀性较差，因此对使用于醋酸纤维塑料及含氯、氟塑料等模具，必须在成型零件淬硬后，表面镀铬，以增加抗腐蚀能力，并使塑件成型后容易脱模。为消除淬火后型腔的变形，这种钢可淬硬后用于电加工成型型腔。4.2.3合金工具钢合金工具钢的种类很多，但常用的有铬锰钼钢（5crmnmo）、铬镍钼钢（5 crnimo）、铬钨钒钢（3cr3w8v）、铬钨锰钢（crwmn，9crwmn）、铬钼钒钢（cr12mov）等。这类钢材的特点是具有较好的淬透性、强度和韧性、耐磨性及耐热性，但加工性能较差，加工前需要进行退火处理，退火后的硬度仍可能在30hrc左右。其中5crmnmo和5crnimo钢在热处理后变形较小，因此，适用于制造各种复杂的塑料模。另外，crwmn和3cr3w8v也可以用来制造复杂的模具，这类钢在热处理后的耐磨性和耐热性也比较好，在热处理后变形也很小，因此，对于复杂的镶嵌件、侧滑动成型芯、固定式成型芯、螺纹型环和螺纹型芯等，都可以用这种钢来制造。cr12mov的热处理变形小，耐模性高，适用于高生产率的压塑模具的成型零件和冷挤型腔用的凸模，同类型钢材还有cr12。4.2.4合金结构钢在制造塑料模具时，对于复杂的型腔和型芯，常用合金结构钢来制造。合金结构钢的种类也很多，但常用来制造模具的有铬钢（40cr）、铬锰钛钢（18crmnti）和铬钼钢（12crmo）、铬钼铝钢（38crmoala）等。这类钢材热处理前具有较好的切削性能，热处理后变形小，尤其是38crmoala材料，如果进行氮化处理，不仅能获得表面坚硬中心柔韧的性能，而且较使用其他合金经济。4.3材料的选择在模具设计和制造过程中，如何合理的选择和使用金属材料，是一项十分重要的工作，它对提高模具的寿命，降低成本，提高制品的质量有着重要的意义。因此，在选材方面应作全面的考虑，对塑件成型模具中各种零件要根据不同的应用条件合理得地选择，主要应注意以下几点：1.根据模具各零件的功用合理选择 对于与熔体接触并受熔体流动摩擦的零件（成型零件和浇注系统零件）和工作时有相对运动摩擦的零件（导向零件、推出和抽芯零件）以及重要的定位零件等，应根据不同情况选用优质碳素钢、合金结构钢或合金工具钢等，并根据工作条件提出热处理要求。对于其他结构零件，视其重要性可选用优质碳结构素钢或普通碳素结构钢，较重要的需经过热处理，有的不需要提出热处理要求。2.根据生产批量、模具精度要求进行选择 生产批量较小或试制产品的模具，可选用优质碳结构素钢（一般为45号钢）；对于高精度的模具，生产批量又大的情况下，可选用微变形钢或预硬钢。3.根据模具的加工方法和复杂程度进行选择 对于结构复杂的型腔，采用机械加工方法，可选用热处理变形小的合金工具钢；采用冷挤压成型的简单型腔，则可选用较好韧性和塑性的优质碳素结构钢。4.根据塑件特性进行选择 对于成型含有矿物填料的塑料模具，成型零件宜选用耐磨性较好的合金工具钢；对于成型过程中易于析出腐蚀性产物的塑料模具，宜对所选材料进行镀铬或选用耐腐蚀钢。总之，在选择模具钢材的时，既要考虑满足模具加工使用中的要求，更要考虑我国当前模具钢生产的状况。在满足使用要求的前提下，尽量选用生产量大，价格较低的钢材。此次斜三通注塑模设计的要求形状简单一般，因碳素结构钢价格低廉，切削加工性能良好，适用于制作对尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性要求不高及制品生产批量又不大的模具成型零件，由于t8a的性能良好，故选择模具的成型零件的材料为t8a钢材，因塑件材料我hpvc，所以在模具型腔表面镀铬以达到更好的效果。其他的基本都是工具钢和碳素结构钢。第五章 模具设计的有关计算5.1型腔尺寸的确定 型腔是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中型腔的磨损会使包容尺寸逐渐增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具的时候，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。5.1.1 型腔径向尺寸的确定型腔的径向尺寸的计算公式2： （5.1） 式中： 塑件外形径向公称尺寸； 塑料的平均收缩率； 塑件的尺寸公差； 模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的，此处取塑件相应尺寸公差的。 塑件型腔各端部内外的直径与公差为： （5.2） （mm）式中符号意义同式（5.1）； （5.3） （mm）式中符号意义同式（5.1）。5.1.2 型腔长度尺寸的确定型腔长度尺寸的计算公式2： （5.6）式中：塑件长度方向的公称尺寸； 其余符号意义同式（5.1）。塑件型腔各段的长度与公差为： （5.7） (mm)式中符号同式（5.6）； （5.8） （mm）式中符号同式（5.6）定模板型腔的三维图如图5.1所示。图5.15.2型芯尺寸的确定型芯是成型塑件内形的，其工作尺寸属于被包容尺寸，在使用过程中型芯的磨损会使被包容尺寸逐渐的减小。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具的时候，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。5.2.1 型芯径向尺寸的确定型芯的径向尺寸计算公式2： （5.10）式中：塑件内形径向公称尺寸； 其余符号意义同式（5.1）。塑件型芯各段的直径和公差为： （5.11） （mm）图5.2式中符号同式（5.10）； （5.12） （mm）式中符号同式（5.10）； 5.2.2型芯长度尺寸的确定型芯长度尺寸的计算公式2： （5.15）式中：塑件长度方向的公称尺寸； 其余符号意义同式（5.1）。由于型芯和型腔的长度方向尺寸相同，即（mm）、(mm)，所以，只需计算的基本尺寸和公差即可。型芯长度的基本尺寸和公差为： （5.16） （mm）式中符号同式（5.15）5.3型腔壁厚在塑料模塑过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力。在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔壁厚不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等，因此，型腔壁厚应通过强度和刚度的计算来确定。在成型过程不发生溢料的情况下，允许的最大间隙值作为塑料模型腔的刚度条件，而abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的不溢料间隙值是0.05mm0.07mm3。在保证塑件的精度要求下，型腔侧壁应有良好的刚度，以保证型腔受到熔体高压作用时不产生过大的或超差的弹性变形。一般取塑件公差的1/5左右。因塑件的最大公差为0.72mm，故型腔的允许变形量为0.72/5=0.144mm。在保证塑件顺利脱模的情况下，型腔的允许变形量受收缩率的限制，即 4 （5.17）式中：塑件材料的成型收缩率，此处塑件材料为abs，故其值为0.7%； 塑件的壁厚，由图1可知其值为6mm。所以 （mm）根据型腔力学计算的特征和性质和此次设计属于小尺寸零件的设计可知型腔亦是小尺寸。而对于小尺寸型腔在发生大的弹性变形前，其内应力往往已经超过材料的许用应力，故以强度计算为主。根据型腔壁厚的强度公式可得到型腔壁厚4 （5.18）式中：型腔内塑料熔体的压力（mpa），一般取2545 mpa，在这取40 mpa；型腔内半径； 模具材料的许用应力，45钢为160 mpa。故 (mm)5.4冷却系统的确定模塑成型过程中，模具的温度会直接影响到塑料充模、塑件的定型、模塑周期和塑件质量。模温过低，熔体流动性差；塑料成型性能差；塑件轮廓不清晰；表面产生明显的银丝、云纹，甚至充不满型腔或形成熔接痕；塑件表面不光泽，缺陷多，机械强度降低。模温过高，成型收缩率大，脱模和脱模后塑件变形大，并且易造成溢料和粘模。模具温度不均匀，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩率不均匀，导致塑件翘曲变形，影响塑件的形状及尺寸精度。因此，为了保证塑件质量，模温必须适当稳定、均匀，模温对整个模塑成型过程都有极大的影响。据统计，对于注射模塑，注射时间约占成型周期的5%、冷却时间约占80%、推出（脱模）时间约占15%。可见，模塑周期主要取决于冷却定型时间，而缩短冷却定型时间，可通过调节塑料和模具的温差。因而，在保证塑件质量和成型工艺顺利进行的前提下，通过降低模温来缩短冷却时间，是提高生产效率的关键。abs注射时模温范围是5090。abs综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好；易于成型和机械加工，分解温度为200。所以，模具必须有冷却系统，而模温控制应灵敏准确。模具的冷却就是将熔融状态的塑料传给模具的热量尽可能迅速地全部带走，以便塑件冷却定型，并获得最佳的塑件质量。常用的模具冷却方法是水冷却方法。在这里我们采用常用的冷却方法。冷却通道设置在型腔、型芯等的周围，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温，冷却水一般为室温冷水。5.4.1冷却介质通道参数（水道直径与总长度）的设计5.4.1.1计算单位产量（kg/h）需用冷却水散失的热量 3 （5.19）式中：单位质量塑料从充模到脱模的焓变（j/g）， 取为200 j/g3=200000j/kg； 每次注射的塑件及流道塑料的质量（g）； 单位时间内的注射次数； 靠冷却介质传导散失的热量比例系数，常取0.95， 其余0.5以辐射、对流等方式散失掉；为jph250c型号注塑机的塑化能力，其值为111kg/h2。把数值代入公式（5.19）得 (j/h)5.4.1.2计算单位产量所需冷却水的体积流量(m3/min) 3 （5.20）式中：水的平均比热容4187j/kg； 冷却水的密度1000kg/m3； 冷却水出口温度，取为27； 冷却水进口温度，取室温20。把数值代入公式（5.20）得 ( m3/min)5.4.1.3根据冷却水的体积流量初定冷却水道直径 查表的冷却通道直径20 mm5。5.4.1.4冷却水在水道内的流速（m/s） 3 （5.21）式中：冷却水的体积流量0.012m3/min； 冷却水道的直径0.02m。把数值代入公式（5.21）得 （m/s）5.4.1.5冷却管道壁与冷却水间的热传系数3 （5.22） 式中：与冷却水温有关的物理系数查表3得其值为7.5； 其余符号的意义同是式（5.21）。 把数值代入式（5.22）得 5.4.1.6冷却水道总传热面积 3 （5.23）式中：模具的平均温度，取50； 冷却水的平均温度，（20+27）/2=23.5； 其余符号式（5.19）。 把数值代入式（5.23）得 （m2）5.4.1.7冷却水道的总长度 3 （5.24）式中：各符号意义同上。把上面计算得到的数值代入式（5.24）得 （m）5.4.1.8模具应开设的冷却水孔数 3 （5.25）式中：模具宽度，根据设计其值为400mm； 其余符号意义同上。 把上面计算得到的各数值代入式（5.25）得 （个）5.4.1.9冷却水流动状态校核即校核 3 （5.26）式中：水的运动粘度（m2/s），查图选取其值1.05 m2/s3； 其余符号意义同上。 把上面计算得到的各数值代入式（5.26）得 故冷却水流动状态可行。5.4.1.10冷却水的入口与出口温度校核 3 （5.27）式中各符号意义同上。把上面计算得到的各数值代入式（5.27）得 （）（）而前面已经计算得 （）故入口温度与出口温度合适。第六章 模具结构的设计6.1塑件成型位置及分型面选择模具上用以取出塑料制品和浇注系统凝料的可分离的的接触表面，称为分型面，也称为合模面；或者说定模和动模相接触的面，称为分型面。塑料在模具型腔凝固形成塑件。为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模。分型面的选择通常遵循以下原则：有利于脱模；有利于保证塑件的外观质量和精度要求；有利于成型零件的加工制造；有利于侧向抽芯。所以，分型面取在塑件杯盖塑件最长的 97mm处，而且使塑件留在动模部分及选在塑件的中间部位。所以，分型面选定为水平分型面。6.2模具型腔数的确定、型腔的排列最大型腔数目的计算公式为 6 (6.1)式中：注射机公称注射量（cm3）； 单个制品的体积（cm3）。根据前面的计算可知=125 cm3，=91.6 cm3，把数值代入式 (6.1)得 （个）故最大的型腔数目为0.51个，但是型腔数目应为自然数，所以，取型腔数目为1个。由于我们采用的是单型腔模具，就不存在型腔的排列了，因为型腔的排列是针对多型腔模具而言的。6.3流道布局以及浇口位置的设置（即浇注系统的设计）6.3.1浇注系统的作用 浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道。因此，它应该保证熔体迅速顺利有序地充满型腔各处，获得外观清晰、内在质量优良的塑料制件。对浇注系统的具体要求如下：1.模腔的填充迅速有序，并可充满型腔；2.热量和压力损失较小，尽可能消耗较少的塑料；3.能够使型腔顺利排气；4.主流道凝料容易与塑件分离或切除，浇口痕迹对塑件外观影响很小；5.冷料不能进入模具型腔。6.3.2浇注系统的组成6.3.2.1主流道 主流道是连接注塑机喷嘴一段料道，是模具进料的入口，将塑料熔体从喷嘴引入到模具中。6.3.2.2分流道 分流道的作用是对熔体起着分流和转向作用。而本次设计的模具是单型腔模具，采用的是单浇口，故不设分流道，而这单浇口称之为直接浇口。6.3.2.3浇口 浇口是主流道直接通向型腔的一小段流道，它是进入型腔的门户，是浇注系统中长度最短，截面最小的一段。6.3.2.4.冷料穴 冷料穴作用是捕集熔体流动的前锋冷料，避免冷料进入模腔，而对塑件造成不利的影响。但本次设计的浇口是直接浇口，故不用设置冷料穴。6.3.3主流道设计主流道是熔融塑料进入模具型腔时最先经过的部位，其截面尺寸直接影响塑料的流动速度和填充时间。如果主流道截面尺寸太小，则塑料在流动时的冷却面积相对增加，热量损失大，使熔料粘度增大，流动性降低，注射压力损失也相应增大，造成成型困难；如果主流道截面尺寸太大，则使流道的容积增大，塑料耗量增多，且塑件冷却定型的时间延长，降低了生产效率，同时还容易使塑料在流动中产生紊流或涡流，在塑件中出现气泡，从而影响其质量。综合考虑以上各因素，主流道的设计如下：1.主流道的截面形状采用比表面积（表面积与体积之比）最小的圆形截面。在选用的xyz125卧式注射机的模具中，主流道垂直于分型面。为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥角定为3，因为，过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，而过小的锥角回使凝料的脱模困难。除此之外，锥孔内壁必须光滑，其表面粗糙度ra不大于0.4m；2.根据所选的xyz125型号注射机喷嘴径为4mm，故主流道小端直径选定为5mm，使得主流道小端孔径大于喷嘴直径0.5mm1mm，这样，当主流道与喷嘴的同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。为了与注射机喷嘴相吻合，主流道始端也设计成球面凹坑状，而且其凹球面半径比喷嘴球面半径大1mm2mm，确定凹球面半径为sr14mm(因为所选注射机的喷嘴球面半径是sr12mm)，这样可以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面产生间隙而使熔体充入这一间隙中，防碍主流道凝料顺利从定模上拉出。凹球面深度取值范围是（1/32/5）r，即4.7mm5.6mm之间，取其深度h为5mm。主流道长度l是根据模板的厚度来定的，为了减少压力损失和物料损耗，尽可能的减少主流道的长度，使其长度控制在140mm以内。根据计算可知主流道大端的直径是10mm，而主流道大端即出口处的圆角半径r选定为1.5mm。3.由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以，模具的主流道设计成可拆卸更换的衬套，称为浇口套，以便选用优质的钢材单独进行加工和热处理。浇口套选用t10a材料型号，热处理后硬度须达到5862hrc（低于注射机喷嘴的硬度），根据前面的计算尺寸来加工浇口套。对于杯盖这样的小型注射模具，直接利用浇口套的台肩作为模具的定位环。浇口套与定模座板的配合按h7/n6过渡配合。浇口套与注塑机喷嘴相匹配的图如图6.1所示.图6.16.3.4浇口的设计浇口是连接分流道和型腔或者说是塑件的桥梁，它是整个浇注系统的最薄弱点