雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）.doc
709 雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）
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雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）
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摘 要塑料工业是世界上发展最快的工业之一。在日常生活中几乎每天都使用塑料制品，这些产品的大部分可由注塑成型的方法生产。众所周知，注塑成型工艺是制作各种形状的产品和以低成本制作复杂形状产品的制造工艺。本次的毕业设计的主要内容是雪碧瓶盖的注塑模具设计。从塑料材料的性能分析，根据塑件的基本形状和尺寸入手，合理选择注射的成型方法。通过对塑件工艺性的分析和对模具生产条件及制造水平的掌握，制订出成形工艺卡。在制定出成形工艺卡以后，开始进行模具的结构设计。其中模具的结构设计过程包括：型腔的数目和位置的确定，模具的总体结构形式设计，动模及定模成形零件尺寸的确定，浇注系统形式及尺寸的确定，脱模方式的确定，调温及排气系统的确定，模架的选择待以上各步骤完成以后，便开始绘制模具的结构草图，根据具体尺寸校核注塑模具及注塑机的有关尺寸，并对工艺参数进行核定和计算。之后进行初步的审查对所存在的问题进行确定和修正，然后绘制模具总装配图，按装配图绘制成型零件及所有需要加工的零件工作图，同时考虑零件的加工工艺。关键字：雪碧瓶盖；注塑模具；注射机AbstractPlastic industry is one of the worlds fastest-growing industrial .In everyday life almost everyday use plastic products, most of these products by injection molding method production. As is known to all, injection molding process is making all sorts of shapes of product and low-cost production complex shape product manufacturing process.The graduation design of the main content is XueBi lid injection mold design. From plastic material performance analysis, according to the basic plastic parts,shape and size of the rational selection of injection molding method. Through the analysis of the technology of plastic parts for mold production conditions and with manufacture level of mastery and work out forming process card. In setting out after forming process card to begin die structure design.One die structure design process includes: cavity number and positioning,die structure form design, dynamic model and decide the determination of forming parts size mold, gating system forms and sizes, stripping the sure way to determine, tempering and exhaust system identified, formwork choice to stay above the steps are done, started drawing die structure sketches, according to the concrete size checking injection molding tool and injection molding machine,and the relevant dimensions of verification and calculation process parameters. Carries on the preliminary review after some issues identified and fix, then draw mold assembly drawing, according to total drawings forming parts and all needs processing, and consider working drawing parts machining process of the part.Keyword: XueBi lid; injection mould ; injector machine 目 录1 塑件的分析11.1 壁厚分析 11.2 圆角分析 12 塑件材料的选择及材料特性22.1 材料的选择 22.1.1 基本特性22.1.2 成型特性22.1.3 综合性能22.2 LDPE的注射工艺参数33 塑件的形状尺寸的计算44 型腔数目的确定及排布54.1 型腔数目常用方法 54.1.1 根据经济性确定型腔数目54.1.2 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目54.1.3 根据制品精度确定型腔数目54.1.4 根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目54.2 型腔的排布设计原则 65 分型面的选择 75.1 分型面的选择原则76 浇注系统的设计 86.1 设计原则86.1.1 主流道设计 86.1.2 冷料穴的设计 86.1.3 分流道设计 86.1.4 浇口设计 96.1.5 溢流排气系统的设计 107 注射机的选择及型号和规格 117.1 初步估算浇注系统的参数117.2 XS-Z-30 注射机技术规格 117.2.1 注射机的分类 128 成型零部件的结构设计及工作尺寸计算 138.1 成型零部件的结构设计138.1.1 凹模的的结构设计 138.1.2 凸模的结构设计 138.2 成型零件工作尺寸计算138.2.1 凹模径向尺寸计算 148.2.2 凸模尺寸计算 158.2.3 型芯径向尺寸计算 158.2.4 计算螺纹型芯的工作尺寸 168.2.5 型腔壁厚和底板厚度计算 179 导向机构的设计 199.1 导柱导向机构的作用199.1.1 定位件用 199.1.2 导向作用 199.1.3 承受一定的侧向压力 199.2 导柱导套的设计原则199.3 导柱导套的设计199.4 导柱的设计209.4.1 导柱的结构 209.4.2 对导柱的要求 209.5 导套的设计219.5.1 导套的结构 219.5.2 对导套的要求 2110 脱模机构的设计2310.1 脱模机构的组成 2310.2 脱模机构的分类 2310.2.1 按驱动方式分2310.2.2 按推出零件的类别分类2310.2.3 按脱模动作分类2410.3 设计原则 2410.4 锁模力的计算 2411 冷却系统设计2711.1 冷却系统的作用 2711.2 设计冷却系统时应考虑的因素 2711.3 冷却系统的开设原则 2711.4 注射模冷却系统设计原则 2811.4.1 冷却系统机构设计2811.4.2 冷却系统的主要零件2911.4.3 冷却系统的计算2912 模具工作过程3212.1 模具基本工作过程 3213 设计总结33参考文献 34致 谢 351 塑件的分析该塑料制品为瓶盖，其塑件的结构以及表面形状较为简单，整个塑件呈筒状，整个塑件高达15mm，外径为28mm，壁厚1mm，中间衔接部分以圆弧过渡。作为实用零件对其尺寸公差没有太严格的要求，故在本次设计中可以忽略此方面的考虑，以降低模具的加工制造成本。且塑件本身壁厚较小、均匀，适合于大批大量的注塑模具生产。塑件图如下所示：图 1 塑件产品图1.1 壁厚分析塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。壁厚过大，不但浪费原料，而且增加冷却时间，更重要的是塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。查相关手册可知，该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。1.2 圆角分析为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用过渡圆弧。塑件上的过渡圆弧对于模具制造也是必要的。在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.51mm的圆角。按照圆角的设计原则：一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍、内圆弧半径应是厚度的0.5倍。本次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合生产实际来设计，根据现有的生产力状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。2 塑件材料的选择及材料特性2.1 材料的选择该塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应。综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料LDPE（低密度聚乙烯）。2.1.1 基本特性低密度聚乙烯（LDPE）是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。无毒、无味、呈乳白色。密度为0.940.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在80 oC左右。能耐寒，在-60 oC时仍有较好的力学性能，-70 oC时仍有一定的柔软性。2.1.2 成型特性结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好, 溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，方向性明显，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。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。2.1.3 综合性能压缩比： 1.842.30热变形温度： 1.88MPa- 48oC 0.46MPa- 6082oC抗拉屈服强度： 2239 Mpa拉伸弹性模量： 0.840.95Gpa弯曲强度： 2540Mpa弯曲弹性模量： 1.11.4 Gpa压缩强度： 225 Mpa疲劳强度： 11 Mpa（107周）脆化温度： -702.2 LDPE的注射工艺参数注射机类型： 柱塞式喷嘴形式： 直通式喷嘴温度： 150170oC料筒温度：（前） 170200oC 料筒温度：（后） 140160oC模温： 3045oC注射压力： 60100Mpa保压力： 4050Mpa注射时间： 05s保压时间： 1560s冷却时间： 1560s 成型周期： 40140s3 塑件的形状尺寸的计算 塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅塑料成型工艺与模具设计P67表3-9）。外径: 28mm 壁厚: 1mm内径: 16mm 壁厚: 1mm由体积计算公式可计算得塑件的近似体积得: （1）查得LDPE(低密度聚乙烯)密度约为: 由公式代入数据可得塑件的质量为：（2）塑件如下图所示图2塑件图4 型腔数目的确定及排布4.1 型腔数目常用方法为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有以下：4.1.1 根据经济性确定型腔数目根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。4.1.2 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目当成型大型平板制件时，常用这种方法。设注射机的额定锁模力大小为，型腔内塑料熔体的平均压力为,单个制品在分型面上的投影面积为，浇注系统在分型面上的投影面积为，则：（3）4.1.3 根据制品精度确定型腔数目 根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%,高模具中的型腔数,制品的基本尺寸为，塑件尺寸公差为,单型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为(不同的材料，有不同的值，如：聚甲醛为0.2%,尼龙66为0.3% ,聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为0.05%),则有塑件尺寸精度的表达式为：（4）简化后可得型腔数目为：（5）对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。4.1.4 根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目设注射机的最大注射量G，单个制品的质量为W1，浇注系统的质量为W2，则型腔数目n为：（6）4.2 型腔的排布设计原则多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等，在设计时应遵循以下原则：（1） 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。型腔布置与浇口开高部位应力求对称，以便停止模具承受偏载而产生溢料现象。（2） 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。已知的体积V塑或质量W塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，但制件尺寸精度较高，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔，分流道的直径采用1.69.5mm(参见塑料制品成型及模具设计P59表4-3部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围)。由塑件的外形尺寸(塑件壁厚0.81.02.4)和机械加工的因素，确定采用点浇口，根椐塑件的材料及尺寸，浇口直径可选0.81.3mm(参见塑料制品成型及模具设计P67表4-7侧浇口和点浇口的推荐值)。采用对称平衡的排布,如下图示： 图3型腔数目及排布图5 分型面的选择分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面.一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜。5.1 分型面的选择原则（1） 便于塑件脱模；（2） 开模是应尽量使塑件留在动模内；（3） 应有利于侧面分型和抽芯；（4） 应合理塑件在型腔中的方位；（5） 考虑和保证塑件的外观不遭损害；（6） 尽力保证塑件尺寸的精度要求；（7） 有利于排气和尽量使模具加工方便。本塑件属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模和精度要求角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。综合以上因素，分型面应选择在瓶盖的下部较为合理，如图所示:图4 分型面图6 浇注系统的设计注射模的浇注系统是指从主流道的开始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。6.1 设计原则浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。6.1.1 主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。本塑件所用的材料为LDPE（底密度聚乙烯），根据其流动性特点，主流道设计的主要参数如下：（1） 主流道圆锥角，内壁粗糙度为.（2） 主流道大端呈圆角，取半径,以减小料流转过渡时的阻力。（3） 主流道应尽可能的短，过长则会影响熔体的顺利充型，此处根据实际情况选.（4） 衬套与主流道设计成整体, 材料使用，热处理强度为.6.1.2 冷料穴的设计冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，其作用就是存放料流前峰的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。本塑件采用Z形拉料杆的冷料穴。6.1.3 分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。（1） 分流道截面形状和尺寸的选择通常的分流道截面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等，为了减少流道内压力损失和传热损失，希望流道的截面积大、表面积小。因此可用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。由于正方形流道凝料脱模困难，六角形流道效率低而圆形截面流道在加工时两半很难对准，在此，选择半圆形，取半圆直径4.5mm.参见塑料制品成型及模具设计59页表4-3（2） 分流道的布置分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置分平衡式与非平衡式两种，根据上面所选型腔的布局，分流道采用平衡式的布置如下图：图5 分流道的布置6.1.4 浇口设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件质量的影响很大。浇口的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口时应遵循以下原则：（1） 避免引起熔体破裂现象；（2） 有利于塑料熔体补缩；（3） 有利于熔体流动；（4） 有利于型腔内气体的排出；（5） 减少塑件熔接痕增加熔接强度；（6） 防止料流将型芯或嵌件挤压变形；（7） 保证流动比在允许范围内；（8） 注意高分子取向对塑件性能的影响。根据以上原则，本塑件属于小型塑件，圆筒类制品，其表面要求较高，而点浇口截面积小，对于纤维增强的塑料，浇口断开时不会损伤塑件表面，故而确定采用点浇口。基本参数如下图所示: 图6 浇注系统图根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：由塑件质量 d取4 D取6d=4mm D=6mm R=15mm h=5mm d1=1mmH1=4.5mm l=6070mm L=25mm a=4 a1=10 L1=17mm6.1.5 溢流排气系统的设计排气系统对于让塑料充满型腔，防止产生接缝和表面轮廓不完整等缺陷有着很重要的作用。一般大型模具，要在分型面开设专门的排气槽，以利型腔内气体的排除。排气方式：排气槽一般通常开设在分型面上凹模一边，位置位于塑料熔体流动的末端。一般情况下，排气槽尺寸以气体能够顺利排出而不产生溢料为原则。排气槽宽度可取1.56mm，深度可取0.0251mm，长度可取0.81.5mm。但对于此模具，无需设计专门的排气槽来排气，可通过分型面及活动型芯与模板之间配合间隙来排气，足够能使气体顺利排出。注：在工厂中，可以利用推杆和模板间的间隙；模板和型芯定位孔；模板和镶块的缝隙；侧抽芯和型腔板的间隙；定模活动型芯和定面板的间隙等排气。甚至当动定模接触表面的粗糙度较大时，动定模之间也可以排气。在本设计中，可利用顶杆间隙和定模型芯间隙排气，不再开设排气系统。7 注射机的选择及型号和规格7.1 初步估算浇注系统的参数体积: 。其质量约为：。可以初步选项注射机型号为： XS-Z-307.2 XS-Z-30注射机的技术规格注射方式： 柱塞式型号： XS-Z-30额定注射量(cm3)： 30螺杆直径(mm)： 28注射压力(MPa)： 119注射行程(mm)： 130注射时间(s)： 0.7合模力(kN)： 250最大注射面积： 90最大开(合模行程(mm)： 160模具最大厚度(mm)： 180模具最小厚度(mm)： 60模板最大距离(mm)： 340动、定模固定板尺寸(mm)： 250280喷嘴圆弧(mm)： 12喷嘴孔径(mm)： 2以上参数参见塑料制品成型及模具设计第240 页附录E，部分国产注射成型机的型号及技术参数。柱塞式注射机成型原理：先将粉状或粒状从注射机的料斗中送进配备加热装置的料筒中，塑化成熔融状态；然后，在柱塞的推动下，塑料熔体被压缩，并以极快的速度向前经喷嘴注入到模具型腔中，最后充满型腔的熔体经过保压、冷却而固华成塑件开模取出。如此即完成一个成型周期。柱塞式成型机中，塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。在柱塞的平稳推动下，料流是一种平缓的滞流态势。料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速，结果靠料筒轴心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的温度分布也有差异，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的电热圈加热，所以温度高；而靠近轴心的料，因流动快，且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层，所以温度低。可见在柱塞式料筒内，塑料的塑化程度很不均匀。7.2.1 注射机的分类（1） 按外形可分为：卧式、立式和直角式（2） 按传动方式可分为：机械式、液压式和液压、机械联合式（3） 按用途又可分为：通用型和专用型所选注射机的型号为：XS-Z-30，属于卧式通用型注射机。8 成型零部件的结构设计及工作尺寸计算8.1成型零部件的结构设计 塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。而构成这个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模，凸模、小型芯、螺纹型芯或型环等。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐摩性和较低的表面粗糙度。同时还应考虑零件的加工性和模具的制造成本。8.1.1 凹模的的结构设计 凹模又称阴模，是成型塑件外轮廓的零件。凹模有整体结构式和组合式。（1） 整体式凹模：由整块金属材料直接加工而成，这种形式的结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好。但当塑件形状复杂时，采用一般机械加工方法制造型腔比较困难。因此它适用于形状简单的塑件。（2） 组合式凹模：对于形状复杂的塑件或难于机械加工的整体式凹模，为了节省贵金属，便于型腔加工，减少热处理，通常采用组合式凹模。亦可以分为：整体式凹模、整体嵌入式凹模、局部镶嵌式凹模、大面积镶嵌式凹模、四壁拼合式凹模。本塑件的外形简单，采用整体式凹模。其适用于形状简单且凸模高度较小的塑件，整体式凹模为非穿通式模体，强度好，不易变形。8.1.2凸模的结构设计凸模，是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式。（1） 整体式凸模：当塑件的内形比较简单，深度不大时，可采用整体式凸模，其结构牢固，成型塑件的质量好，但机械加工不便，钢材耗量较大，适用于小型凸模。（2） 组合式凸模：当塑件的内形比较复杂而不便于机械加工时，或形状虽不复杂，但为了节省贵金属，减少加工量，通常采用组合式凸模。固定板和凸模可分别采用不同的材料制造和热处理，然后再连接成一体，这种结构形式适用于大型凸模。由瓶盖的特殊结构，有两层，内有螺丝，采用镶件组合式凸模。8.2 成型零件工作尺寸计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸及位置尺寸，故零件的工作尺寸计算主要是凹模和凸模的尺寸计算。（1） 产生偏差的原因：塑料的成型收缩：成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。s=(Smax-Smin)制品尺寸s 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。Smax、Smin 分别是制品的最大收缩率和制品的最小收缩率。 成型零部件的模具制造偏差： 工作尺寸的制造偏差包括模具的加工偏差和装配偏差。加工偏差就是模具在制造过程中所产生的尺寸偏差，装配偏差主要是模具在分型面上的合模间隙以及组合模具的配合偏差。成型零部件的磨损： 成型零部件的摩损相对于精度要求不高的大型零部件来说，可以不考虑，但对于精度要求较高的小型零部件，就必须要对其进行考虑。（2） 本产品为LDPE制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取1.5%和3.5。平均收缩率为2.5%,此产品采用6级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.50.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT7IT8级，综合参考，相关计算具体如下：8.2.1 凹模径向尺寸计算（相关公式参见塑料制品成型及模具设计第79-80页）图B:（7）（8）（9）（10）8.2.2 凸模尺寸计算图A中：（11）（12）（13）（14）（15）图C中，螺纹型芯与大型芯的配合采用H8/f8。8.2.3 型芯径向尺寸计算 （16）（17）（18） a b c图7成型零件尺寸8.2.4 计算螺纹型芯的工作尺寸（1） 螺纹型芯大径： （2） 螺纹型芯中径： （3） 螺纹型芯小径： , , 分别为螺纹型芯的大，中，小径；， 分别为塑件内螺纹大，中，小径基本尺寸；塑件螺纹中径公差； 螺纹型芯的中径制造公差，其值取。将数据代入以上公式计算得： （19） （20） （21）8.2.5 型腔壁厚和底板厚度计算注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。因在设计时采用的是镶嵌式圆形型腔。因此，计算参考公式如下：（1） 侧壁：按强度计算：（22）按刚度计算： （23）（2） 底部：按强度计算：（24）按刚度计算：（25）（3） 凸模计算：按强度计算：（26）按刚度计算：（27）参数符号的意义和单位以及经查表所得值如下： 模腔压力MPa取值范围5070 材料的弹性模量MPa查得2.06105 材料的许用应力MPa查得176.5； 成型零部件的许用变形量查得0.05；将以上值代入公式计算可得：按强度计算得： 按刚度计算得： 模具采用材料为，淬火中温回火，高于9 导向机构的设计为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向，定位以及承爱一定的侧向压力。导向机构包括导柱导向和锥面定们两种，根据本塑件的实际情况，采用导柱导向机构。9.1导柱导向机构的作用9.1.1 定位件用模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。9.1.2 导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。9.1.3 承受一定的侧向压力9.2 导柱导套的设计原则（1） 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。（2） 导柱的长度应比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。（3） 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。（4） 为了使导柱能顺利的进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。（5） 导柱设在动模一侧可以保护型芯不爱损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。（6） 一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8的间隙配合，导柱和导套与模板间的定位按H7/k6的过渡配合，导套外径的配合按H6/k6。（7） 除了动模、定模之间设导柱、导套外、，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。（8） 导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准框架数据选取。9.3 导柱导套的设计 一般在注射模中，动、定模之间的导柱既可设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，视具体情况而定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。而双分型的注射模，为了中间板在工作过程中的支承和导向，所以在定模一侧一定要设置导柱。9.4 导柱的设计9.4.1导柱的结构（1） 铆合式导柱：结构简单，加工方便，但导柱损坏后更换麻烦。（2） 直通式导柱：拆装方便，便于维修，但制造比较费时，且需增加垫板，适用于大型固定式模具。（3） 压入式合模销：在垂直分型面的模具中，为了保证锥模套中的对拼凹模相对位置准确，常采用两个合模销。本次设计结合零件结构及其它各方面的要求，选用直通式导柱。9.4.2 对导柱的要求（1） 导柱的长度必须比凸模端面的高度高出68，以免在导柱未导正方向之前型芯进入型腔时与凹模相碰而损坏。此外，导柱长于凸模端面，脱模后可按任何利于操作的位置放在工作台上，而不致于擦伤凸模成型表面。（2） 为使导柱能顺利地进入导套，导柱的端部应该做成圆锥形或半球形的先导部分。球形先导部分因制造费时，一般很少采用。（3） 导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证导柱具有足够的抗弯强度。（4） 导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的型芯。（5） 导柱尾部通常应埋入模板内。（6） 导柱配合部分的表面光洁度应高一些。（7） 导柱滑动部分按H8/h8间隙配合，固定部分按H7/m6过渡配合导柱的尺寸如下图：图8 导柱导柱与导套选用间隙配合。9.5 导套的设计9.5.1导套的结构（1） 套筒式导套：用于模套高度不大的简单模具。（2） 台阶式导套：检修方便，能保证导向精度，主要用于精度要求较高的大型模具。（3） 凸台式导套：主要用于固定式模具中的推出机构。（4） 带油槽的导套：可以改善导向条件，减少磨擦，但增加了制造成本，仅用于模具温度不高的固定式注射模。结合零件结构及模具整体要求，选用台阶式导套。9.5.2对导套的要求（1） 为使导柱比较顺利地进入导套，在导套的前端应倒有圆角R。（2） 对于大型注射模，当开模力过大时，为了防止导套拔出，应在导套上部加装盖板。（4） 导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。（5） 导套配合部分的表面光洁度不能过低。（6） 导套孔的滑动部分按H8/h8间隙配合，导套外径按H7/m6过渡配合。导套设计及尺寸如下图所示:图9导套点浇口形式的双分型号面注射模应注意使分型面的分型号距离能保证浇注系统凝料顺利取出，一般A分型号面分型距离为：分型面分型距离(mm)；浇注系统凝料在合模方向上的长度(mm)。双分型面模具中要注意导向的设置及导柱的长度，如刻导柱同时对动模部分导向，则导柱导向部分的长度应按下式计算：导柱导向部分长度(mm);分型面分型距离(mm);中间板的厚度(mm)。 定端与模板间用或的过渡配合,导向部分通常采用或的间隙配合。根据模具结构的要求，与导柱同动作的弹簧应布置4个，并尽可能对称布置于A分型面的四周，以保持分型时弹力均匀，中间板不被卡死。布局形式如图所示：图10 导柱排布图10 脱模机构的设计在注射成型的每一循环中，都必须便于塑件从模具型腔中型芯上脱出,模具中这种脱出机构称为脱模机构（或推出机构、顶出机构）。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。10.1 脱模机构的组成推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。10.2 脱模机构的分类10.2.1 按驱动方式分（1） 手动脱模，它是在开模后，用人工操作推出机构取出塑件。其动作平稳，对塑件无撞击，操作安全，但劳动强度大，生产效率低；（2） 机动脱模，是利用注射机的开模动作使塑件脱离型腔。开模时塑件先随动模一起移动，达到一定位置时，脱模机构被注射机上固定不动的推杆（或顶杆）顶住而不能随动模继续移动，从而使塑件脱离模腔。机动脱模生产效率高，推出力大，生产中被广泛采用；（3） 液压脱模，注射机上设置有专用的液压顶出装置（即液压缸），当开模到一定距离后，通过液压缸活塞驱动而实现脱模动作。液压式的顶出力、速度和时间可通过液压系统调节，但需要专用液压装置；（4） 气动脱模，利用压缩空气，通过型腔里微小的顶出气孔或受气阀将塑件吹出，气动方式可以真截吹出塑件，且制件表面无任何痕迹，但是需要专用装置。10.2.2 按推出零件的类别分类（1） 推杆式脱模，应用广泛，常用圆形截面推杆，其具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。是推杆直接与塑件直接接触，开模后将塑件推出。（2） 推管推出脱模，又称空心推杆或顶杆.特别适用于圆环形、圆筒形等中心带孔及薄壁圆桶形塑件.推管整个周边推顶塑件，使塑件受力均匀，无变形、无推出痕迹等优点。推管推出机构的常用方式是将主型芯固定于动模座板的推管脱模机构。（3） 推件板推出脱模，又称卸料板或刮板。其特点是推出面积大、推力均匀，塑件不易变形，表面无推出痕迹，结构简单，模具无需设置复位杆，适用于大筒形塑件或薄壁容器及各种罩壳形塑件。（4） 利用成型零件推出制品的脱模，适用于螺纹型环一类的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件。（5） 多元联合式脱模，对于某些深腔壳体、薄壁制品以及带有环状凸起、凸肋或金属嵌件的复杂制品，为防止其出现缺陷，常采用两种或两种以上的推出机构联合动作以完成脱模过程。10.2.3 按脱模动作分类（1） 一次推出脱模，最常用的一种脱模方式，塑件只经过推出机构一次动作就能脱模，故又称简单机构。（2） 二次推出脱模。 一般的塑件，其推出动作都是一次完成的，但是某些特殊形状的塑件，一次推出动作难以将制品从型腔中推出或者制品不能自动脱落，这时就必须增加一次推出动作才能使制品脱落。二次推出脱模两次推出的行程一般都有一定的差值，行程大与行程小者既可以同时动作，也可以滞后动作。同时动作时要求行程小者提前停止动作；若不同时动作时，要求行程大者的零件滞后运动。（3） 动定模双向推出脱模，在某些情况下，当塑件被推出后还需延迟动作再推出浇注凝料等，尤其用于潜伏式浇注系统注射模具。（4） 带螺纹塑件的脱模机构可采用强制脱模、活动型芯和型环形式脱螺纹及回转式脱螺纹。10.3 设计原则（1） 推出机构应尽量设在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作；（2） 保证塑件不因推出而变形损坏,外形良好；（3） 结构简单可靠:机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。10.4 锁模力的计算脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。它是设计脱模机构的重要依据之一.当塑件收缩包紧型芯时，其受力情况为：正压力，即它的正压力就是塑件对型芯的包紧力，些时的摩擦阻力为：。当型芯存在锥度的时候，故在脱模力（） 的作用下，塑件对型芯的正压力降低了,即变成了，所以些时的摩擦阻力为：式中：F阻 摩擦阻力(N)f 摩擦系数，一般取f=0.15 - 1.0 因塑件收缩对型芯产生的正压力（即包紧力）(N) 脱模力A 脱模斜率，一般为1度到2度。根据力平衡原理，列出平衡方程式：（28）由于一般非常小，式中的会非常接近于0,故与之相乘的项之值可近似的等于0,因此上式中的可以忽略，当该项忽略时，上式变成：当项忽略不记时，即为： （29）（30）式中 塑件对型芯产生的单位正压力,一般,薄件取小值，厚件取大值。A 塑件包紧型芯的侧压力对于不通孔的壳形塑件脱模时，还需要克服大气压力造成的阻力,其值为： 为型芯端面面积故总的脱模力应为：（31）为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑件取;模内冷却的塑件约取.经计算,式中取0.25, 取1107,取.将数据代入上面导出的公式可得：脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难,因此上面计算出来的结果只是一个近似值，实际的脱模力应比计算出来的要大才合理。用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与型芯间留0.200.25mm的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。复位零件：对于推件板推出机构而言，由于推杆端面与推件板接触，可以起到复位杆的作用。因此，可以不必再另外设置复位杆。排气系统：当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为0.030.05mm。11冷却系统设计塑料在成型过程中,模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模；模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。高置温度调节系统以达到理想的温度要求。11.1冷却系统的作用（1） 防止塑件脱模变形。（2） 缩短成型周期。（3） 使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性、挠曲性、伸长率较好的塑件。11.2 设计冷却系统时应考虑的因素（1） 模具的结构形式。（2） 模具的大小。（3） 塑件熔接痕的位置。11.3 冷却系统的开设原则（1） 当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道进行串联连接。（2） 采用多而细的冷却管道，比采用独根大冷却管道好，因为多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围。（3） 在收缩率大的塑料制品模具中，应沿其收缩方向设置冷却回路。（4） 普通模具的冷却水应采用常温下的水，通过调节水的流量来调节模具温度。（5） 合理地确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离，一般为冷却管道直径d的(12)倍,管道与管道间的距离一般为(2.54)d。（6） 尽可能使所有的冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等。（7） 应加强浇口处的冷却。（8）应避免将冷却管道开设在制品熔合纹的部位。（9） 注意水管的密封问题。（10） 进、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，为了不影响操场作，通常应将进、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧。基本原则：熔体热95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。11.4 注射模冷却系统设计原则（1） 冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。（2） 冷却水道至型腔表面距离应尽量相等 当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用1215mm.（3） 浇口处加强冷却 塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。（4） 冷却水道出、入口温差应尽量小 如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。冷却水道的总长度的计算可公式： 冷却水道总长度 热传导面积 冷却水道直径根据模具结构要求，冷却水道长度（5） 冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置：聚乙烯缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。（6） 冷却水管接头位置。为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具同一侧。（7） 水道尽量避免与模具上其它机构（如推杆孔，小型芯等）发生干涉现象，设计时要通盘考虑。（8） 水管接头应埋入模板内，以免模具在运动过程中造成损坏。冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm左右，不小于8mm。根据此套模具结构，采用孔径为8mm的冷却水道。11.4.1 冷却系统机构设计根据塑料制品的形状及其所需的冷却效果，冷却回跟可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋式、喷射式、隔板式等多种样式，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。冷却系统的主要形式有：（1） 简单流道式，即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。适用于成型较浅且面积较大的塑件，对深腔和高度较大的型芯冷却效果好。（2） 螺旋式，其特点是使冷却水在模具中产生螺旋状态回路，冷却效果好，但制造比较麻烦。（3） 隔片导流式，一种用于多型芯的冷却形式。（4） 喷流式，用于长型芯的冷却形式，是在型芯中间装有一个喷水管，冷却水从喷水管的顶端喷出，向四周分流冷却芯壁。（5） 导热杆及导热型芯式，是在型芯上镶有导热性能好的铍铜合金，冷却水与铍铜合金的全部接触，以提高冷却效率。11.4.2 冷却系统的主要零件冷却系统对应不同的冷却装置有不同的零件，主要有以下几种：（1） 水管接头，一般由黄铜制成，对要求不高的模具也可用一般结构钢制成。（2） 螺塞，主要用来构造水路，起截流作用。要求高的模具用黄铜制作。（3） 密封圈，主要用来使冷却回路不泄漏。（4） 密封胶带，主要用来使螺塞或水管接头与冷却通道连接不泄漏。（5） 软管，主要作用是连接并构造模外冷却回路。11.4.3 冷却系统的计算本塑件属于小型模具，可忽略空气对流、辐射以及注射机接触传走的热量，同时也忽略高温喷嘴头向模具的接触传给型腔的热。对其进行简单计算，及以塑料熔体释放出的热Q1作总热量，全部由冷却介质传走。(模具实际工作过程中，这些热量应分别由凹模和冷却系统所带走,因此此处计算是个近似值).（32）式中，分别为凹模和型芯所承担制品质量(kg)，而且一般以制品壁厚的中性面作为凹模与型芯冷却的交界面来计算、。对于圆筒类制品实验表明约40%的带走，其余60%由型芯带走。（1）单位时间内从型腔中散发的总热量,每次的注射量：G是总的注射量，G件是单位所需注射量，G浇是浇注系统所消耗的注射量第六部分注射机的选择时已计算得出。确定生产周期：（33）式中为生产周期(s), 为注射时间，为冷却时间，为脱模时间,由塑料制品成型及模具设计 第237页附录D可查得15-60s, 15-60s，总周期为40-140s;LDPE的单位热流量：塑料制品成型及模具设计第143页表4-25常用塑料熔体的单位热流量可查得,LDPE(低密度聚乙烯)的单位热流量Qs为590-690 kJ/kg.每小时需要注射的次数;取，可求得次。每小时的注射量：.从型腔内发出的总热量 取650kJ/kg,代入式中得 （2）凹模冷却水质体积流量：（34）公式参见塑料制品成型及模具设计经145页4-91式中 为水的密度,C1为水的比热容,T出为水管出口设定温度，T进为水管进口设定温度。为凹模带走的热量。设定水管进口温度，水管出口温度 平均水温将以上数据代入得：（3） 根据争qv查塑料制品成型及模具设计第146页表4-26可得冷却管道直径d=8mm;（4） 冷却水的平均流速：（35）（5）冷却管壁与水交界面的的传热膜系数h3:（36）式中，为与冷却介质温度有关的物理系数，查塑料制品成型及模具设计第146页表4-27可得，平均水温时, ,为冷却介质在一定温度下的密度，此处取;为冷却介质在圆管中的流速，取;为水孔直径,取。将以上数据代入上式得：（6）凹模冷却管的总全热面积：（37）式中，与冷却介质温度之间的平均温差，即: 将以上数据代入上式得：（7） 计算凹模上应设冷却管长度：本塑件是中等深度的塑件，采用点浇口进料的中等深度的壳形塑件，在凹模底部附近采用简单流道式即与型腔表面等距离钻孔的形式。由以上计算可得：通水孔直径取d=8mm。如下图：图11通水孔12 模具工作过程12.1模具基本工作过程（1） 对塑料LDPE进行烘干，并装入料斗；（2） 清理模具型芯、型腔，并涂上脱模剂，进行适当的预热；（3） 合
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