毕业设计--金龙客车XMQ6130Y座椅塑料托架注射模拟及注射模设计.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 题目题目：金龙客车金龙客车 XMQ6130YXMQ6130Y 座椅塑料托架注射模座椅塑料托架注射模 拟及注射模设计拟及注射模设计 二级学院（直属学部）： 机电工程学院材料成型系 专业：材料成型及控制工程 班级： 08 成一 学生姓名： 吴丹 学号： 08010528 指导教师姓名： 卜金纬 职称： 副教授 评阅教师姓名： 杨辉 职称： 工程师 2012 年 6 月 KC021-1 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 2 摘要摘要 毕业设计课题为客车座椅塑料托架注射模拟及注射模设计。分析了塑 件的结构特点，运用 Moldflow 软件对塑件进行了模拟分析 ,优化了浇口位 置 ,并针对成型过程中出现的缺陷进行了工艺参数优化 ,在模拟结果的基 础上完成了该塑件注塑模的结构设计和材料选定 ,并介绍了模具的结构和 工作过程。该模具采用侧浇口和侧向抽芯机构，一模两腔。CAE 优化与模具 设计的有效结合 ,缩短了模具研发周期 ,降低了产品开发成本 ,提高了产品 质量。该模具结构合理 ,操作方便 ,生产效率高。 关键词：关键词：注射模具 一模两腔 模具设计 模拟分析 Abstract My graduation project is the injection simulation analysis and the design of the injection mold of the plastic tray . The structure characteristics of the plastic part were analyzed. The Moldflow software was used for the simulation analysis and optimization of the gate position for the plastic part. By optimizing the process parameters, the defects of the injection molding were successfully avoided. Based on the simulation result, the structure designing and the material selection of its injection mold had been finished. The injection mold with 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 3 two cavities adopted the side gate system and side core-pulling mechanism. Combining CAE optimizing with mold design could shorten the mold developing cycle, reduce the product development cost and enhance the product quality. The mold was convenient to operation, with proper structure and high efficiency. KeywordsKeywords: Plastic mould, two cavities of the mold, mold design, Simulation analysis 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 4 目录目录 1.1.前前 言言 6 6 1.1 概述 .6 1.2 发展情况 .6 1.3 国外的发展情况 .6 1.4 国内的发展情况 .6 1.5 课题设计的内容 .7 1.5.1 本课题的设计要求.7 1.5.2 本课题的设计目的和意义.7 2.2.塑料件的结构工艺性分析及模架的选择塑料件的结构工艺性分析及模架的选择 8 8 21 塑料的原材料分析 8 2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析 .8 2.2.1 塑料件的结构分析.8 2.2.2 塑料尺寸精度的分析.9 2.2.3 表面质量的分析.9 23 塑料的注射工艺参数的确定及模架的选择 9 3.3. MOLDMOLD FLOWFLOW 模拟分析模拟分析1212 31 网格划分和修改结果 .12 3.2 最佳浇口的位置的分析及选择 13 3.2.1 两种浇口位置方案的比较13 4.4.型腔数的确定及浇注系统的设计型腔数的确定及浇注系统的设计 1919 4.1 分型面的选择 19 4.2 型腔数的确定 19 4.3 确定型腔的排列方式 20 4.4 浇注系统的设计 20 4.41 主流道的设计.20 4.4.2 冷料井与拉料杆的设计21 4.4.3 分流道的设计21 4.4.4 浇口的设计22 5.5.排气、冷却系统的设计与计算排气、冷却系统的设计与计算 2323 5.1 排气系统的设计 23 5.2 冷却系统的设计与计算 24 6.6.成型零件的设计成型零件的设计 2626 6.1 注射模钢材的选用 26 6.2 成型零部件的设计与计算 26 6.2.1 凹模和型芯的尺寸计算26 6.3 型腔壁厚和底板厚度的计算 28 6.3.1 型腔侧壁厚度的计算：28 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 5 6.3.2 底板厚度计算 .29 7.7.侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计 3131 7.1 侧向抽芯机构： 31 7.2 抽芯距与抽芯力的计算 32 7.3 斜导柱倾角的选择 32 7.4 斜导柱圆形截面直径的计算 33 8.8.导向与定位机构的设计导向与定位机构的设计 3434 8.1 导柱设计 34 8.2 导套设计 34 8.3 导柱和导套的配合使用 36 8.4 导柱位置的布置 36 8.5 定位圈的设计 36 9 9脱模机构的设计脱模机构的设计 3737 9.1 脱模力计算 37 9.2 推出零件尺寸的确定 37 10.10.注射机与模具各参数的校核注射机与模具各参数的校核 3939 10.1 工艺参数的校核 .39 10.1.1 最大注塑量的校核.39 10.12 锁模力的校核39 10.1.3 最大注塑压力校核.40 10.2 安装参数的校核 .40 10.2.1 喷嘴尺寸.40 10.2.2 定位圈尺寸.40 10.2.3 最大与最小模厚 40 10.2.4 螺孔尺寸.40 10.3 开模行程和推出机构的校核 .40 10.3.1 开模行程校核.40 10.3.2 推出机构校核.40 1111塑料模具钢的选用及其热处理塑料模具钢的选用及其热处理 4242 11.1 塑料模具钢的必要条件 .42 11.2 模具设计的考虑因素 .42 11.2.1 塑件的生产批量.42 11.2.2 塑料件的尺寸精度.42 11.2.3 制件的复杂程度.42 11.2.4 制件的体积大小.42 11.2.5 制件的光观要求.42 11.3 模具钢的选定 .43 结论结论 4444 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 6 1.1.前前 言言 1.1 概述 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到 50t 以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到 2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及 达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模 7800 腔的塑封模， 高速模具方面已能生产挤出速度达 6m/min 以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共 挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产 手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM 技术的应用面已大为扩展，高 速加工及 RP/RT 等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都 有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步 促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数 字化无图制造 1.2 发展情况 塑料工业是一门新兴的工业，随着石油工业的发展应运而生的。塑料工业的发展大 致分为以下几个阶段。 （1） 初级阶段：30 年代以前，科学家研究成了酚醛塑脂，硝酸纤维素及醋酸纤维 素的塑料，它们的工业特征仅是间歇法，小批量生产。 （2）发展阶段：30 年代，低密度聚乙烯，聚苯乙烯，和聚酰胺的热塑性塑料相 继工业化，奠定了塑料工业的发展基础，为其进一步发展开辟了道路。 （3）飞跃发展段：50 年代中期到 60 年代末，石油工业的高速发展为塑料工业提 供了丰富而廉价的原料。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：这一阶段塑料产量下降，塑料工业的特点是通过共聚，交 聚，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 质量。塑料工业向着生产工艺自动化，连续化，产品系列化，以及塑料发 展的新领域。 1.3 国外的发展情况 注塑模具设计，国外先进国家（日本、德国、美国等）从 20 世纪 80 年代中期已 广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD） ，辅助制造（CAM） ，并对模具设计的各 个环节进行定量计算机和数值分析（CAE） ，已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对 模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助 设计1。注塑制品已呈现自动化生产，对注塑成型机可以进行远距离操作或无人操作， 成型机可以根据生产监测信号实时调整成型工艺条件，从而能从根本上保证塑料制品 的成型质量不发生问题。 1.4 国内的发展情况 我国注塑模具设计，仍然采用经验数据设计为主，用微机辅助设计仅是帮助分析 问题。为了缩短注塑模具设计与制造周期，再我国已逐渐应较为彻底地实施标准化。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 7 在模具制造上采用自动化无人操作，从 1996 年开始每台机床每年可达 8000h 无人操作 运转开始起步，这一成果已广为利用和大力推广。目前，国内模具企业中已有相当多 厂家引进了较高档的 CAD/CAE/CAM 系统，UG,Pro/Engineer 等著名软件在模具工业中 应用，同时，我国在开发自动注塑成型机方面已取得显著成果，对于高自动化模具的 研制还需要进一步努力，以尽快实现注塑成型制品生产的高自动化。 1.5 课题设计的内容 本课题是常州隆翔汽车零部件有限公司的设计产品，与生产实际结合紧密。该产 品是消毒柜上重要塑料件，精度要求较高，设计模具时有较复杂的测向分型机构，年 产量约 3 万件。材料为 PE，要求成型后制件尺寸稳定，无翘曲变形，表面光洁美观、 无瑕疵。根据塑件的结构特点进行模具方案论证，并进行模具总体装配图的设计，主 要成型零件的设计与计算，并完成装配图和零件图的绘制。 1.5.1 本课题的设计要求 (1) 模具寿命为 50 万次 (2) 进行课题调研，收集相关工程设计资料，按要求撰写开题报告。 (3) 完成与本课题或专业相关的英文翻译 15000 字符。 (4) 能正确进行塑料制件结构工艺性分析、及精密注射成型工艺分析。 (5) 能够应用工程软件进行三维造型及 CAE 分析。 (6) 用电脑绘制一张模具装配图，及绘制五张主要零件图 (7) 设计说明书叙述详尽、内容完整，表达准确，设计计算正确，图表、字体、 文献资料引用符合相应规范。 1.5.2 本课题的设计目的和意义 进一步加深注塑模具设计知识的认识，掌握塑料模具设计的方法和步骤具备塑 料模具设计的基本技能和运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。了 解塑料注射模具行业在国内外发展状况。在学习了课本知识的基础上达到理论与实 际相结合的升华，提高自己的独立动手能力。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 8 2.2.塑料件的结构工艺性分析及模架的选择塑料件的结构工艺性分析及模架的选择 21 塑料的原材料分析 此塑件为金龙客车 XMQ6130Y 座椅塑料托架，该塑件的材料为粉红红色聚乙烯。 PE 塑料的 性能特点、成型特点、用途及工艺参数： 聚乙烯树脂为白色或淡白色、柔软、半透明的大理石状粒料，手触似蜡，因而又名 高分子 石蜡。聚乙烯的吸水性极小，且介电性能与频率、温度及湿度无关。聚乙烯能 耐大多数酸、碱、盐的侵蚀作用。聚乙烯是高频电绝缘材料。聚乙烯薄膜因具有坚韧、 耐水、防蚀、无毒等优点，因而是一种理想的包装材料。 成型加工工艺性： （1）吸湿性很小，成型前可不予干燥。 （2）流动性极好且对压力变化敏感。 （3）可能发生熔体破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。 （4）加热时间常会发生分解、烧伤。 （5）冷却速度慢，因此必须充分冷却，模具应设有冷却系统。 （6）成型收缩率范围及收缩值大，方向性明显，容易变形、翘曲。结晶度及模具冷却 条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定。 （7）宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分。 （8）不宜用直接浇口，否则易增大内应力，或产生收缩不均，方向性明显，增大变形。 （9）易软质脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模。 PE 的部分性能及成型工艺参数： 工艺参数 取值范围 工艺参数 取值范围 力学性能：流动比 200600 压力参数：注射压力 MPa 80120 收缩率 1.55 模内平均压力 MPa 100 料筒温度：后部 230240 注射时间参数 注射时间(s) 05 中部 240260 保压时间(s) 2080 前部 230250 冷却时间(s) 2050 喷嘴温度 220230 螺杆转速(rmin ) 2040 模具温度 80100 2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析 2.2.1 塑料件的结构分析 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 10 图图 1-11-1 制件的零件简图如图 1 所示 该零件的总体形状为对称体环形状实体,材料为高密度聚乙烯（HDPE）,柔韧性好，耐 环境温度开裂低吸湿，耐疲劳，成型工艺好，但钢性差，收缩率为 1.5-3%。整体总体 高度大约为 60mm，分型面位于过圆心及手托的平分线处，考虑到另侧为环状，半径为 别为 24mm，27mm。壁较薄，为 2mm。另考虑到制件较薄，在顶部圆环处加强筋提高其 强度，该模具采用顺序分型脱出侧浇口流道凝料，推杆推出塑件。 2.2.2 塑料尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸，如 52+0.47,58+0.47，尺寸精度为 5 级， ，其他尺寸均无公差 要求，一般可采用 6 级精度。由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中上等偏上， 对应模具相关零件尺寸的加工可以保证。从塑料的壁厚上来看，壁厚最大处 2mm,最小 处为 1mm,壁厚差为 1mm,较为均匀，由批量及尺寸精度要求，采用一模两腔。 2.2.3 表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其他特别的要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得 到保证。 23 塑料的注射工艺参数的确定及模架的选择 计算塑料件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 由 pore 软件计算得塑件的体积：V=4.13904cm3 计算塑件的质量：公式为VW 根据设计手册查得的高密度 PE 密度为 0.94-0.97g/cm3 现取 =0.96 g/cm3故塑件的重量为：=0.96 g/cm3x4.13904cm3VW =4g 由于是一模两腔，故重量为 8g。 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：国产 XSZY125 其技术参数如表 5-1 所示： 结构形式：卧 额定注射量（cm3）： 125 螺杆直径（mm）： 42 注射压力（MPa）： 120 注射行程（mm）： 115 注射时间（s）： 1.6 注射方式：螺杆式 锁模力(kN)： 900 最大成型面积（cm2）： 320 最大开合模行程（mm）： 300 表 5-1 XZ-ZY-125 卧式注塑机技术参数 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 11 模具最大厚度（mm）： 300 模具最小厚度（mm）： 200 喷嘴圆弧半径（mm）： 12 喷嘴孔直径（mm）： 4 顶出形式：两侧设有顶出，机械顶出 动定模固定板尺寸(mm)： 428458 拉杆空间(mm)： 260290 合模方式：液压机械 流量 （L/min） 100，12 液压泵 压力（MPa） 6.5 电动机功率（kw） 11 螺杆驱动功率（kw） 4 加热功率（kw） 5 机器外形尺寸（mm）： 33407501550 根据情况，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈聚物（PE）的成型工艺参数可作如下选择，在 试模时可根据实际情况作适当的调整。 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：后段温度 选用 170 1 tC 中段温度选用 180 2 tC 前段温度选用 200 3 tC 喷嘴温度：选用 180C 模具温度：选用 80C 注射压力：选用 90Mpa 注射时间：选用 20s 保压时间：选用 2s 保压力： 60Mpa 冷却时间：选用 28s 总周期： 50s 根据塑件选定模架为：GB12556-90：315*315,其中模板 A,B 的尺寸分别选 50mm 和 40mm，垫块高度选 90mm 的如下所示 A2 型： 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 12 图图 3-13-1 塑件的模架塑件的模架 3.3. MoldMold flowflow 模拟分析模拟分析 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 13 如图 3-1 31 网格划分和修改结果 划分网格（mesh） 把网格状态贴在 word 上 Entity counts- Surface triangles 7236 Nodes 3612 Beams 0 Connectivity regions 1 Mesh volume 3.92953 cm3 Mesh area 59.4056 cm2 Edge details- Free edges 0 Manifold edges 10854 Non-manifold edges 0 Orientation details- Elements not oriented 0 Intersection details- Element intersections 18 Fully overlapping elements 0 Duplicate beams 0 Surface triangle aspect ratio- Minimum aspect ratio 1.157566 Maximum aspect ratio 9.636838 Average aspect ratio 2.046048 Match ratio- Match ratio 87.2% Reciprocal ratio 81.3% 图图 3-13-1 制图网格优化分析结果制图网格优化分析结果 有网格状态统计表格可以看出联通域为 1，自由边为 0，为定向单元为 0，交叉 单元为 0，网格匹配率大于 85%，显然网格划分及修改符合要求。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 14 3.2 最佳浇口的位置的分析及选择 最佳浇口的位置的分析结果如图 3-2 3.2.1 两种浇口位置方案的比较 （1）方案一：考虑下制件，采用一模一腔，测浇口设置如图 图图 3-33-3 （2） 方案二：考虑一模两腔，采用潜伏式浇口，进行分析 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 15 图图 3-43-4 (1) 浇注时间 注射时间是成型周期的重要组成部分，是决定注射成型效率和塑件质量的一项重 要因素。注射时间是指注射开始到塑料熔体充满模具型腔的时间。注射时间缩短，取 向下降，剪切速率增加，绝大多数的塑料的表观粘度均下降，对剪切速率敏感的塑料 尤其这样。 图 3-3 是两种浇口方案的注射时间图。 图图 3-63-6 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 16 图图 3-73-7 两种方案浇注时间： 方案（一）的浇注时间为 1.094S； 方案（二）的浇注时间为 1.122S。 由浇注时间比较方案选择浇口放在工件外侧浇口浇注时间比较短，但两者相差不大。 (2) 流动前沿温度 温度对熔体的充模流动能力、塑件的冷却速度和成型后的塑件性能有直接影响。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 17 图图 3-83-8 为两种方案的流动前沿温度为两种方案的流动前沿温度 两种方案的流动前沿温度： 方案（一）的温度范围 189.2230.3（） ；c 方案（二）的温度范围 213.2230.7（） 。c 第二种方案的温度范围小些。 (3) 压力 压力包括塑化压力、注射压力和保压压力。塑化压力对熔体的实际温度、塑化效 率及成型周期均有影响。注射压力和保压压力塑件的完整性、密实状况、质量、壁厚、 凝料的尺寸等均会产生影响。 图图 3-93-9 是两种浇口方案的压力图是两种浇口方案的压力图 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 18 (4) 气穴 气穴应当位于分形面或者筋骨末端，这样才容易从模腔间隙中排出，否则就要通 过修改浇口位置、改变制件区域壁厚或者修改制件设计等方法改变困气的位置，以防 止制件出现气泡、焦痕等相关缺陷。 图图 3-103-10 显示的是两种浇口方案的气穴分布状况显示的是两种浇口方案的气穴分布状况 两种浇口的方案的气穴分布情况： 方案（二）的气穴较多； 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 19 方案（一）的气穴与方案（二）的比较，相对较少。 (5) 熔接痕 较多部位出现熔接痕，容易使产品强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生 的熔接痕会造成产品结构上的缺陷。同时熔接痕还会造成产品表面质量不过关。在使 用中可能由于熔接痕处首先裂开，影响制件的质量。 图 3-10 是两种方案的熔接痕分布图。 图图 3-113-11 熔接痕分布熔接痕分布 考虑到生产率等，综上所述选择第二种。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 20 4.4.型腔数的确定及浇注系统的设计型腔数的确定及浇注系统的设计 4.1 分型面的选择 分型面的选择通常有以下原则： （1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件 流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件 冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔 较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度 小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有 分型的痕迹。 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。 （4）分型面应有利于侧向抽芯。 此模具分型面设在塑料断面尺寸最大的部位。如图 4-1 所示： 图图 4-14-1 该塑件为金龙客车 XMQ6130Y 座椅塑料托架，表面质量无特殊要求，结合塑件在模具 中的成型位置，塑件的推出位推杆推出等综合因素根据分型面的设计原则可确定此零 件采用图 4-1 所示的分型面比较合适。 4.2 型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，此处采用注射机的最大注射量来确定它的形腔 数目。 形腔数目 n 根据公式如下： （4-1）MMjkMnn/ )( 式中： 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 21 k -为注射机最大注射量得利用系数，一般取值为 0.8； Mn-注射机的最大注射量，或 g； 3 cm Mj-浇注系统的凝料量， 或 g； 3 cm M-单个塑件的体积或者质量 ，或 g 3 cm 生产 k 为注射机最大注射量得利用系数。现取 k 值为 0.8; Mn=125; 3 cm Mj=4.14; 3 cm M=10.6. 3 cm 04 . 9 6 . 10)14 . 4 -1258 . 0( 但考虑模具的制造可行性及复杂程度等因素，暂定为一模两腔。 4.3 确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具 结构的复杂程度等因素，拟采用图 3 所示的型腔排列方式。如图 4-2 示 如图如图 4-24-2 4.4 浇注系统的设计 4.41 主流道的设计 根据设计手册查得 XSZY125 型注射成型机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前段孔径： mmd4 0 喷嘴前段球面半径： mmR12 1 为了使凝料能顺利拔出，主浇道的小端直径应稍大于注射喷嘴直径。d 0 d mmdd5141 0 主流道入口的凹球坑球面半径也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为： 2 R 1 R 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 22 mmRR)21 ( 12 mmmmRR131 12 主流道要垂直于分型面流道的表面粗糙度 Ra。浇道的半锥角通常m.80 为。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难， 2 6 还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用。经换算得主流道大端直径 3 ，为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径mmD9 r=1/85mm=0.625mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L=68mm。 图图 4-34-3 4.4.2 冷料井与拉料杆的设计 卧式注塑机用模具的冷料井常设在与主流道末端相对的动模上，冷料井的底部 或四周常作成曲折的钩型或侧向凹槽，使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中 拉出留在动模上。 根据该塑件的结构特点，设计成依靠顶杆顶出的脱模方式，在冷料井底部设计 成带 Z 型头拉料钩的推杆，即拉料杆。由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住，分 模即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推件版上，在推出制件时，冷料 也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝 料一道取下。 4.4.3 分流道的设计 分流道在设计时应尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低， 同时还要考虑减少流道的容积。圆形和正方形的流道的效率最高，当分型面为平面时 一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半圆形的流道。一般分流 道直径在 310mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁 厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第 2 卷中图 9.2-12 所示的经验曲线来 选定，经查取 D=3.6mm 较为合适，分流道长度取 L=100mm，对于壁厚小于 3mm、重量 在 200g 以下的塑料制品利用下面的经验公式来计算分流道的直径 （4-2） 4 2654. 0LGD 式中： D-分流道直径（mm）; 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 23 G-制件质量（g）; 取 G=8g,L=100mm 代入公式所得的分流道直径扩大 25%得 D=4mm。 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动比较理想，因此 表面粗糙度取 Ra。可以增加外层塑料的冷却皮层固定，形成绝热层。m1.6 4.4.4 浇口的设计 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口。侧浇口一般设置在分型面上， 塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面多为矩形狭缝，调节其截面的宽度和厚度可以 调节熔体充模时的剪切速率和浇口封闭时间。确定测浇口尺寸，应确定他们对成型工 艺的影响。浇口长度越长，浇口上的压力降越大；浇口的厚度越厚；浇口封闭时间越 长；浇口越宽，填充速率越低，流动阻力越小，计算公式如下： b=k/30 A t=1/3 b 式中 A-塑件的外表面积 b-测浇口的宽度 t-侧浇口的厚度 k-塑料系数，k=0.60.9 ;通常 PE,PS 取 0.6 计算的 A=6063.6 2 mm 带入的 b=1.6mm 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 24 5.5.排气、冷却系统的设计与计算排气、冷却系统的设计与计算 5.1 排气系统的设计 塑料熔体充模过程很短，可认为模内气体物理性质符合绝热条件。所需排气槽的 截面面积可用如下公式计算： （5-1） -排气槽截面面积；F)( 2 m -模具内气体质量； 1 m)(kg -模内气体的初始压力，=； 0 p 0 pMpa1 . 0 -模内被压缩气体的最终温度； 1 T)( C -充模时间。t)(s 式中： 模具内气体质量，按常压常温的氮气密度计算，有C 20 3 0 /16 . 1 mkg （5-2） 001 Vm 式中： -模具型腔体积。 0 V)( 3 m 应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度：)( C （5-3） 式中： -模具内气体的初始温度 0 T)( C 由 V=4039mm3 充模时间 0.7s 被压缩气体最终排气压力为 20Mpa 有式（5-3）得： CT 7 . 311273) 1 . 0/20)(20273( 1304 . 0 1 模内的气体质量由（5-2）式得： =4.039x10-6x1.16kg=4.69x10-6kg 001 Vm 将数据代入（5-1）式得：所需排气槽的截面面积为： 0 11 27325 tp Tm F 273)(273( 1304. 0 1 01 p p TT 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 25 F=0.028 W=F/h=0.028/0.01=2.8mm 查取塑件材料为 PE 的分型面上排气槽深度度 h=0.01mm， 因 此排气槽的总宽度为：w=2.8mm 5.2 冷却系统的设计与计算 冷却系统设计的有关公式： （5-4） 式中 -冷却水的体积流量 V qmin)/( 3 m -单位时间内注入模具中的塑料重量Wmin)/(kg -单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量 1 Q)/(kgkJ -冷却水的密度 )/( 3 mkg 3 1098 . 0 -冷却水的比热容 1 c)./(CkgkJ 187 . 4 -冷却水的出口温度 1 )( C 25 -冷却水的入口温度 2 )( C 20 可表示为： （5-5） 1 Q)( 4321 ucQ 式中 -塑料的比热容 2 c)./(CkgkJ 047 . 1 -塑料熔体的初始温度 3 )( C 200 -塑件在推出时的温度 4 )( C 80 -结晶型塑料的熔化质量焓 u)/(kgkJ 查表得 PE 单位质量放出的热量 Q1=6.9X102)/(kgkJ 将以上各数据代入(5-4)式得： )( 211 1 c WQ qV 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 26 min/1073 . 5 2025178 . 4 1098 . 0 690017 . 0 21 qv 34 3 1 1 m C WQ 上述计算的假设条件是：模具的平均工作温度为，常用的水作为模具 的冷却介质，其出口温度为，产量为。由体积流量查表可知所需的 冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故不可设冷却系统，依靠空冷的方式即可。 但为满足模具在不同温度条件下的使用。可在适当的位置布置直径 d 为 5mm 的 管道 来调节温度。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 27 6.6.成型零件的设计成型零件的设计 6.1 注射模钢材的选用 考虑到产品的年产量为 3 万件左右，选用塑料模具钢中的国产 P20(3Cr2Mo)钢种来 制造注射模成型零件。 6.2 成型零部件的设计与计算 6.2.1 凹模和型芯的尺寸计算 凹模的结构采用整体式凹模，这样有利于节省贵重金属材料，特点是牢固，使用中 不易产生变形，不会使塑件产生产生拼接线痕迹。侧向型芯采用整体式结构，侧滑块 和侧抽芯侧采用整体式有利于加工和排气及减少侧向抽芯质量，便于侧向抽出。本设 计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量 来进行计算。 工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和质 量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约，影响塑件尺寸 精度的因素甚多，如：塑料原材料，塑件结构和成型工艺，模具结构，模具制造与装 配，模具使用中的磨损等因素。 在型腔、型芯径向尺寸以及其他各类工作尺寸计算公式导出过程中，所涉及的无论 是塑件尺寸和成型模具尺寸的标注都是按规定方法标注的。凡孔都是按基孔制，公差 下限为零，公差等于上偏差，即公差为正；凡是轴类都按基轴制，公差上限为零，公 差等于下偏差，公差为负；而孔心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。 查阅课本塑料成型及模具设计，所用的公式如下： 型腔径向尺寸： （6-1） 型芯的径向尺寸： （6-2） 型腔的深度尺寸： （6-3） 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 28 型芯的高度尺寸： （6-4） 以上式中，LM型腔径向尺寸（mm） LS、lS塑件径向公称尺寸(mm) lM型芯径向尺寸(mm) HM型腔深度尺寸(mm) HS塑件高度公称尺寸(mm) hM型芯高度尺寸(mm) hS塑件深度公称尺寸(mm) Scp 塑料的平均收缩率(%)（ %25 . 2 2 %0 . 3%5 . 1 s ） 塑件公差值(mm)（实用模具设计与制造手册查查表 6-45） Z模具制造公差(mm) （一般取 z =） 对于型腔径向尺寸来说，已知： 图图 6-16-1 16 . 0 01 86.5447 . 0 75 . 0 54)0225 . 0 1( M L 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 29 16 . 0 02 95.5847 . 0 75 . 0 58)0225. 01( M L 08. 0 03 28.2023. 075. 020)0225 . 0 1( M L 08 . 0 04 89 . 9 23 . 0 75 . 0 84. 9)0225 . 0 1( M L 0 14. 01 77.4842. 075. 048)0225 . 0 1( M l 0 14. 02 9 . 5442 . 0 75 . 0 54)0225 . 0 1( M l 0 06. 03 22.1619. 075 . 0 16)0225. 01( M l 0 06 . 0 4 17. 519 . 0 75. 02 . 5)0225 . 0 1( M l 对于型芯高度尺寸来说，经过数据代入公式计算的： 0 09 . 0 -1m 23.20h 0 12. 0-2m 415.47h 对于型芯深度尺寸为： 2 . 0 01m 99.57H 2 . 0 02m 97.53H 过 1mm，公差大于 0.05mm 的部位，以及不超过 2mm，公差大于 0.1mm 的部位不需要进 行收缩率计算。 6.3 型腔壁厚和底板厚度的计算 凹模和底板均应有足够的厚度，厚度过薄将会导致模具结构的刚度不足或强度不 够，一般情况下，对于大、中型模具，刚度不足是主要矛盾，对于小型模具，强度问 题更为重要。强度不够会使模具发生塑性变形甚至破裂。而刚度不足将使模具产生过 大的弹性变形，导致溢料和出现飞边，降低塑料件尺寸精度并影响顺利脱模。因此， 应该通过强度和刚度计算确定型腔的壁厚和底板的厚度。尤其对于尺寸精度要求高的 或大型的模具型腔，更不能单纯的凭经验确定它们的尺寸。 本设计是整体式圆型腔，其型腔壁厚和底板厚度计算如下。 6.3.1 型腔侧壁厚度的计算： （1）按刚度条件计算： (6-5) 3 4 1 15 . 1 El ph s （2）按强度条件计算： （6-6） ) 1 2 ( p rs 式中 s-为侧壁厚度 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 30 E 模具材料的弹性模量（Mpa） ，合金钢为 2.1Mpa 5 10 P 型腔压力（Mpa） 刚度条件，即允许变形量（mm） 模具材料的许用应力(Mpa)(表 4-13 查出) h 型腔深度（mm） l 一宽度单位 已知： = 245MPa, E=2.110MPa,p=40MPa,=0.04, h=29mm （1）按刚度条件计算： (6-5) 3 4 1 15.1 El ph s （2）按强度条件计算： （6-6） )1 2 ( p rs 90. 5) 1 402245 245 (27 S 所以取 s 的值必须大于 17.24mm。在模架中 s=40mm，符合要求。 6.3.2 底板厚度计算 按刚度条件计算有 3 4 56 . 0 E pr hs 按强度条件计算有 2 87.0 r s p h 按刚度条件计算有 mmhs16 按强度条件计算有 mmhs93.12 24.17 04 . 0 101 . 2 2940 15 . 1 3 5 4 S 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 31 （2）型腔底板厚度计算 98.20 245 474022 . 1 2 h 式中为模具材料许用应力， 当= 245MPa, E=2.110MPa,p=40MPa,=0.04, 当 h=20mm 时，强度与高度计算的分界线尺寸为 17mm。当 r 比 17mm 大时按刚度条件计 算底板厚度，反之按强度条件计算底板厚度。 由于型腔上还要打冷却水道，会降低板的强度，所以应将 s 和 hs 的值扩大。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 32 7.7.侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计 7.1 侧向抽芯机构： 脱模机构的设计原则 （1）推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模 机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分 型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。 （2）保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏， 设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出 位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽 量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制 件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。 （3）机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身 要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱 模。 （4）良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面， 对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观 质量。 （5）合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并 保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动推出，机动推 出，液压气动推出机构。 当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况下可以强 制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前， 先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活动型芯的抽出和复位的 这种机构就叫做侧向抽芯机构。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：一是开模时优 先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧向抽芯与塑件的推出同时进行。侧向 分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。手动抽芯机构 的结构简单，但劳动强度大，生产效率低，故仅适用于小型制品的小批量生产；液压 或气动抽芯侧向分型的活动型芯可以依靠液压或气压传动的机构抽出。由于一般注塑 机没有抽芯液压缸或气压缸，因此需要另行设计液压或气压传动机构及抽芯系统；机 动抽芯是利用注塑机的开模力通过传动机构改变运动方向，将侧向的活动型芯抽出。 机动抽芯机构的结构比较复杂，但抽芯不需人工操作，抽拔力较大，具有灵活、方便、 生产效率高、容易实现自动化操作、无需另外添置设备等优点，由于本塑件上有一个 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 33 矩形孔，需外侧抽芯，有两个矩形孔和一个圆形孔需内测抽芯。综合上述分析，本设 计选择机动抽芯机构进行抽芯。 由于本制件的精度要求高，需要单个侧抽只有一处，较为简单，此处可斜导柱侧 向分型与抽芯机构。具体如图 7-1 所示: 图图 7-17-1 7.2 抽芯距与抽芯力的计算 抽芯距是指侧型芯从侧成型位置抽至不妨碍塑料脱模位置时该型芯或固定该型芯 的滑块在抽芯方向所移动的距离，抽芯距的长短直接关系到驱动侧抽芯传动元件的设 计 22)31 ( hS mm （7-1） 抽拔力的计算公式是： LHqQ =19200n L为活动型芯包紧的断面周长，这里由计算得 L 取 60mm H为活动型芯成型部分高度，取 40mm Q为包紧型芯的压力，一般取 8mpa12mpa，这里取 10mpa 查模具专业设计手册，p269 页得最大弯曲力对应为 20000n。 7.3 斜导柱倾角的选择 斜导柱倾角一般选为 100 250一般不超过 30 度。斜导柱倾斜角与其他 参数关系见模具专业毕业设计手册第 267 页， 值小时，开模力大，但抽芯力大， 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 34 抽芯产生的开模阻力为抽芯力的 17%26%，抽芯力小作用在斜导柱上的弯曲力小，但抽 出需要较大的型芯。适用于短型芯。 暂时初选 =17 度。 P=Q tan=0.305Q=5856N N=Q/CO