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支架 中间 连接 塑料 注射 成型 模具设计

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毕业设计任务书设计题目： 支架中间连接杆塑料注射成型模具设计 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074137 学生： 张洋 指导教师（含职称）： 刘新民（讲师） 1课题意义及目标 本课题为支架中间连接杆塑料产品的设计（或在原产品的基础上改进），根据题目要求，查阅收集充支架中间连接杆塑料产品及类似产品的该类模具设计相关的文献资料或进行实际调查。通过对文献资料的分析提出创新构思的最佳设计方案，并用PRO/E等软件对成型模具进行设计。2主要任务 1）完成资料文献查阅，确定设计方案；2）绘制塑件图和装配图；3）绘制出所有零件图；4）计算验证；5）修改并完善设计内容；6）完成毕业论文的撰写工作。3基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料；2）认真按标准画图纸，做好设计过程记录；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决设计中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 王永平. 注塑模具设计经验点评M. 北京: 机械工业出版社, 2004.2 申开智. 塑料成型模具M. 第二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.3 徐思婷. 塑料材料与助剂M. 天津: 天津大学出版社, 2007.4 宋玉恒. 塑料注塑模具设计实用手册M. 北京: 航空工业出版社, 1994.5进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定设计方案 1月3日3月18日2画塑件图,装配图 3月19日3月27日3画零件图 3月28日4月13日4计算验证 4月14日5月10日5修改完善设计内容 5月11日6月3日6完成毕业论文及答辩工作 6月4日6月22日审核人： 年 月 日 太原工业学院毕业设计开题报告学 生 姓 名：张洋学 号：102074137系 部：材料工程系专 业：高分子材料与工程论 文 题 目：支架中间连接杆塑料注射成型模具设计指导教师:刘新民 2014年3月18日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生的“学号”要写全号（如072074123），不能只写最后2位或1位数字；4. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”；5. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告一研究目的及意义：1.研究目的 （1）支架中间连接杆塑料产品的设计（或在原产品的基础上改进）。 （2）根据题目要求，查阅收集支架中间连接杆塑料产品及类似产品的该类模具设计 相关的文献资料或进行实际调查。达到搜集论文证据资料的目的。 （3）通过对该类模具文献资料的分析提出创新构思的最佳设计方案，并用PRO/E软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具内侧抽芯结构进行分析研究，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的模具。2.研究意义 （1）我国塑料制品产量位居世界第二，模具产品需求量庞大，技术质量取得很大进步，但与世界先进水平仍有很大差距，发展空间巨大。 （2）注塑模塑制品占塑料制品的20%30%而用于注塑成型的注塑模具产量约占世界模具产量的50%，用途广泛。 （3）模具制品的生产加工水平已成为衡量国家制造加工业水平的重要标志之一。 （4）我国市场广大，模具制品需求量庞大，具有很强的实际意义。二国内外研究进展：1.国内进展 近年，我国的注塑模具工业呈现出数字化设备越来越普及，软件设计分析技术也得到广泛应用等与高科技产业联系越来越紧密的趋势，高速成型加工的先进技术也逐步得到应用。模具新结构、新材料、新工艺、新品种不断出现出创新成果，国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要结构改造、技术创新、质量提升以及加强现代化管理的关键时期。2.国外进展 微型化是各类产品今后的重要发展方向，有越来越多的市场需求。大型化也是今后产品的发展方向之一。此外，长期以来塑料机械的机型、功能、规格的划一和固定不变性已不能满足市场要求。要求企业能在第一时间内准确把握客户的个性化需求。另外，节能降耗目前已经成为注塑机最主要的发展趋势，全电动、两板式注塑机将成为未来国际市场的主流。毕 业 设 计 开 题 报 告三本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1.需要研究或可能遇到的问题： 本次研究课题所涉及的塑件较小，受力部位强度要求较高，所以研究的主要方向是模具型腔的设计布置和数量，材料选择，侧抽芯机构和脱模顶出机构的优化设计。目的在于通过优化设计出布局合理，结构简单且成本低廉的模具。2.研究手段： （1）先收集资料，分析塑件，确定塑件用料。 （2）再拟定模具结构方案，初选注塑机，进行模具设计计算。 （3）然后绘制模具装配草图，校核注塑机有关工艺参数。 （4）运用AUTOCAD、PRO/E绘制塑件图，装配总图、三维爆炸图及相关零件图。 （5）结合设计过程以及所查阅的相关文献资料和自己设计过程中的所思所想撰写毕业设计论文。设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定设计方案2014年 1月3日2014年3月18日2画塑件图,装配图 2014年3月19日2014年3月27日3画零件图 2014年 3月28日2014年4月13日4计算验证 2014年 4月14日2014年5月10日5修改完善设计内容 2014年5月11日2014年6月3日6完成毕业论文及答辩工作 2014年6月4日2014年6月22日四设计工作进度安排：五主要参考文献：1 徐思婷.塑料材料与助剂M. 天津:天津大学出版社, 2007.2 黄锐.塑料成型工艺学M.第二版.北京：中国轻工业出版社，2007.3 梁国栋等.画法几何及工程制图M.北京:机械工业出版社,2008.4 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册M.北京:中国轻工业出版社,1994.毕 业 设 计 开 题 报 告5 齐晓杰. 塑料模具设计指导M.哈尔滨东:北林业大学出版社,2006.6 王永平.注塑模设计经验点评M.北京:机械工业出版社,2004.7 王文广等.塑料注射模具设计技巧与实例M.北京:化学工业出版社,2004.8 张国强.注塑模设计与生产应用M.北京：化学工业出版社，2005.9 申开智.塑料成型模具M.第二版.北京：中国轻工业出版社，2010. 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 该课题紧扣应用，结合模具设计的特点，从设计方法，设计计算校核及结果处理，深度、广度、工作量均达要求，且突出主要结构设计应用。 同意开题 指导教师： 年 月 日教研室审查意见： 专业负责人： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 毕业设计支架中间连接杆塑料注射成型模具设计材料工程系张洋102074137学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 刘新民专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年 月 日 毕业设计任务书设计题目： 支架中间连接杆塑料注射成型模具设计 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074137 学生： 张洋 指导教师（含职称）： 刘新民（讲师） 1课题意义及目标 本课题为支架中间连接接杆塑料产品的设计（或在原产品的基础上改进），根据题目要求，查阅收集充支架中间连接杆塑料产品及类似产品的该类模具设计相关的文献资料或进行实际调查。通过对文献资料的分析提出创新构思的最佳设计方案，并用PRO/E等软件对成型模具进行设计。2主要任务 1）完成资料文献查阅，确定设计方案；2）绘制塑件图和装配图；3）绘制出所有零件图；4）计算验证；5）修改并完善设计内容；6）完成毕业论文的撰写工作。3基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料；2）认真按标准画图纸，做好设计过程记录；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决设计中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 王永平. 注塑模具设计经验点评M. 北京: 机械工业出版社, 2004.2 申开智. 塑料成型模具M. 第二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.3 徐思婷. 塑料材料与助剂M. 天津: 天津大学出版社, 2007.4 宋玉恒. 塑料注塑模具设计实用手册M. 北京: 航空工业出版社, 1994.5进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定设计方案 1月3日3月18日2画塑件图,装配图 3月19日3月27日3画零件图 3月28日4月13日4计算验证 4月14日5月10日5修改完善设计内容 5月11日6月3日6完成毕业论文及答辩工作 6月4日6月22日审核人： 年 月 日太原工业学院毕业设计支架中间连接杆塑料注射成型模具设计摘要：本课题为支架中间连接杆的注塑模具结构的设计，属于小型模具结构设计。课题主要重点和难点是通过查阅资料对侧抽芯机构和冷却系统进行分析设计、合理布局并根据自己所掌握知识进行调整、优化，提出最佳设计方案。设计出尺寸合格，结构合理的注塑模具。关键词：模具结构，侧抽芯，冷却系统- 0 -太原工业学院毕业设计The design of the stents middle link of the injection mold structureAbstract:this topic is the injection mold structure design of the middle stents link rod , belongs to small mould structure design. The subjects main key and difficult access is data analysis of side core-pulling mechanism and cooling system design, the reasonable layout and adjusted and optimized, according to our knowledge by optimal design scheme is put forward. Design the qualified size, reasonable structure of injection mold.Key words: Mold structure, the side core pulling, cooling system目 录 1 前言11.1 本课题的研究目的及意义11.2 塑料工业的发展11.3 注塑模具的发展2 2 塑件及工艺分析42.1 塑件描述42.2 塑件材料分析42.3 塑件结构分析52.3.1 塑料收缩率62.3.2 尺寸精度和表观质量62.3.3 脱模斜度7 3 注塑机的选择和参数校核8 3.1 注塑量校核8 3.2 注塑压力校核9 3.3 锁模力校核9 3.4 开模行程校核9 3.5 脱模力校核10 4 模具结构的分析说明114.1 模架的确定114.1.1 定模底板124.1.2 定模板124.1.3 动模板124.1.4 动模垫板124.1.5 垫块134.1.6 推板13 4.2 型腔排布方式和分型面及分模面的设计13 4.2.1 型腔排布方式的设计13 4.2.2 分型面和分模面的设计144.3 排气系统的设计154.4 注塑系统的设计15 4.4.1 主流道的设计16 4.4.2 分流道的设计17 4.4.3 浇口的设计18 4.5 冷料井和推料杆的设计18 4.6 合模导向机构的设计18 5 模具结构的计算20 5.1 成型零件尺寸的计算20 5.1.1 型腔径向尺寸计算20 5.1.2 型腔深度尺寸计算21 5.1.3 型芯径向尺寸计算21 5.1.4型芯深度尺寸计算22 5.2 型腔侧壁厚度和底板厚度计算22 5.2.1 型腔侧壁厚度计算22 5.2.2 型腔底板厚度计算23 5.3 流动比的计算23 5.4 侧抽芯结构的设计23 5.4.1 侧抽芯脱模力的计算24 5.4.2 侧抽芯弹簧弹力的校核24 5.4.3 抽芯距的校核25 5.5 温控系统的计算25 5.5.1 塑件冷却时间计算25 5.5.2 冷却介质用量计算26 5.5.3 冷却系统直径计算27 5.5.4 冷却系统导热面积计算27 5.5.5 冷却系统总长计算27 5.5.6 水嘴结构说明27 6 总结28 参考文献29 致谢301 前言1.1 本课题的研究目的及意义本课题针对支架中间连杆的生产模具进行设计。要求完成一套注射模设计的全部流程，涉及塑件的分析、注射机的选择及有关参数的校核、模具结构设计、模具设计相关尺寸的计算以及设计图的绘制等方面。其中模具结构的设计既是重点又是难点。本课题将针对这些重难点着重解决塑件的侧抽芯问题及小型模具结构布置问题。设计的侧抽芯采用斜销和弹簧组合侧抽芯形式，这种设计适合抽芯距离短的小型塑件的模具结构。用复位弹簧取代复位杆，简化加工程序，减轻模具重量。本课题的研究设计，使我详细深入的掌握模具设计的基本知识，有助强化对注射模具相关知识的掌握，让我知道如何解决设计中遇到的问题。提高了我的专业素养，提升快速适应工作要求的能力，为我以后更好地从事模具相关工作打下了坚实的基础。1.2 塑料工业的发展塑料是在20世纪发展起来的新材料，由于应用广泛，已经替代部分金属、皮革、木料、皮革和硅酸盐等传统材料，成为现代生活和工业中不可或缺的一种人造化学复合材料，并跟金属、木材及硅酸盐三种常用材料一起成为当代工业生产四种主要原材料。塑料的发展，将推动塑料材料成型制品的大量应用，尤其涉及玩具、电器设备、电子仪表、电器设备、通信工具、生活用品等各方面。 但是，虽然是一种新型材料，塑料的历史最早可以追溯到1856年，当年人类首次合成了塑料硝化纤维。直到现在，塑料取得了从酚醛塑料到脲醛塑料，从聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙66、聚甲基丙烯酸甲酯到低密度聚乙烯，到上世纪中叶的聚三氟氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS、尼龙11、尼龙6、尼龙610、中/高密度聚乙烯、聚苯醚、聚甲醛、聚酰亚胺等新材料的瞩目突破。上世纪70年代，聚苯醚、聚芳脂等逐步得到应用，进入21世纪后，具备高强度、高冲击性能等特殊性能的高分子材料快速发展，大力推动了航空航天、电信电子、网络等高技术产业的快速发展。现在，塑料又朝着功能化、自动化、精密化等方向快速发展。中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放，已形成门类较齐全的工业体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业。作为一种新型材料，其使用领域已远远超越上述三种材料。进入21世纪以来，中国塑料工业取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。据中投顾问发布的2010-2015年中国新材料产业投资分析及前景预测报告显示，2007年全年，我国184万吨，同比增速达208%，全国塑料制品企业实现累计工业总产值8018亿元，比上年同期增长27.06%；2008年全国工程塑料消费量为206万吨，同比增速为142%，当年1-10月，中国塑料制品企业实现累计工业总产值7880亿元，比上年同期增长22.16%。预计到2013年，我国工程塑料的需求将达到300万吨，市场需求增长率将达102%。我国塑料制品工业未来将呈以下发展趋势:农用塑料（包括农地膜、节水农业器械和土工合成材料）仍占有重要的地位,将得到更进一步发展。包装材料和塑料建材将是塑料工业快速增长的主要领域。塑料包装材料将主要围绕提高材料的阻透性、耐高温、生物和光降解性能等方面进行研究与开发。通过改进加工工艺,从而提高材料的如气密性、透光性、耐腐性、可蒸性、保鲜性等物化性能。特种工程塑料（主要用于高科技，军事和宇航、航空等工业）将是塑料未来发展的主要推动力，在特殊性能要求下，塑料的结构理论、材料、成型方式等都可能取得重大性突破。1.3 注塑模具的发展 塑料制品是以塑料为首要结构材料通过成型加工得到的制品，又称塑料制件，简称塑件。材料只有通过加工成型才能成为具有使用价值的各种制品。所以，塑料工业的快速发展必将推动塑料成型技术的迅猛发展。95%以上的塑料制品是通过注塑模具来成型的。注射成型又被称为注射模塑，是最常见的塑料成型技术，是把多种形态的塑料原料（粒状、粉状、熔体或分散体）熔融塑化或加热使其达到要求的塑性形态，在要求压力下通过专门模具或充填到专门模具模腔内，经冷却定型后，得到满足要求的形状、尺寸和性能的塑料制件的生产加工过程。注塑模具是塑料注塑成型加工中的基础装备，采用模具生产制品具有生产效率高，质量好，节约能源，成本低等优点。它是利用其特定形状去复制成型或复制加工具有一定形状和尺寸的塑件的工具。塑料模具通常可重复使用，适合大批量生产，是当代工业生产中很重要的工艺装备。 塑料制品在日常社会中得到广泛利用，所以模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在650亿美元左右，我国的模具年产值为40亿美元左右，据估计到2005年我国模具产值将达到460亿人民币。近年，我国的注塑模具工业呈现出数字化设备越来越普及，软件设计分析技术也得到广泛应用等与高科技产业联系越来越紧密的趋势，高速成型加工的先进技术也逐步得到应用。模具新结构、新材料、新工艺、新品种不断出现创新成果，使国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要结构改造、技术创新、质量提升以及加强现代化管理的关键时期。目前我国一般模具的30%、中高档模具的一半以上还依赖进口。结合国内外的发展现状，我国的模具工业必须继续深化改革，积极向节能化、微型化或大型化、特殊化方向发展。2 塑件及工艺分析 一个合格的塑件，必须充分满足制品的使用要求和外观要求，要全面考虑塑件的力学性能、外型和成型工艺、模具设计和制造等要求。本章着重分析塑料成型的工艺特点以及塑件的工艺要求，塑件结构设计要求，为后面模具设计奠定基础。2.1 塑件描述本课题所设计的支架中间连杆的参考实物为某款电脑摄像头支撑链接杆，形状规则，结构简单，但需要双侧侧抽芯。要求表面光滑，结构合理，达到要求力学强度，尺寸符合使用条件。其结构如图2.1所示：图2.1 塑件图Figure 2.1 Plastic figure2.2 塑件材料分析该支架中间连杆是某款电子产品暴露在外的活动连接部件，必须具有良好的综合机械性能，绝缘性好，抗拉强度、抗冲击能力强，耐磨性突出，化学稳定性要好。综合考虑这些条件，材料首选丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）。ABS树酯是目前产量最大，应用最广泛的聚合物。它无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。它将PB，PAN，PS的各种性能有机地统一起来，具有优良的综合物理和机械性能，尺寸稳定性。电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成品加工和机械加工较性好。ABS还有极好的低温抗冲击性，在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。塑料ABS的电绝缘性也较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。其主要参数如表2.1：表2.1 ABS塑料的主要性能参数Table 2.1 The main performance parameters of the ABS plastic项目数值项目数值密度g/cm31.051.08收缩率0.40.8%流动比190吸湿性1%熔融温度200240熔融指数g/min 5弹性模量Gpa2泊松比V0.3942.3 塑件结构分析 经过资料查询得到表2.2为塑件成型部分主要所需工艺要求。表2.2 塑件成型所需主要工艺要求Table 2.2 the main technological requirements of the Plastic molding 项目数值项目数值收缩率/%0.6粗糙度Ra/ mm0.4脱模斜度/2尺寸公差MT5、MT3注射压力/MPa80-150保压压力/MPa4090喷嘴温度/150200料筒前段温度/170-190模具温度/40-80料筒后段温度/140-160注射时间/s02冷却时间/s1035保压时间/s1025成形周期/s40802.3.1 塑件收缩率塑料的收缩率是指塑料制件在成型温度下尺寸与从模具中取出冷却至室温后尺寸之差的百分比。它反映的是塑料制件从模具中取出冷却后尺寸缩减的程度。影响塑料收缩率的因素有：塑料品种、成型条件、模具结构等。不同的高分子材料的收缩率各不相同。其次塑料的收缩率还与塑件的形状、内部结构的复杂程度、是否有嵌件等有很大的关系。因此收缩率的选择和计算，只能取近似值。塑件的收缩率的选取，一般要考虑如下几个原则： （1）对收缩率较小的塑件，取用平均收缩率； （2）对收缩率较大的塑件，要考虑制品具体形状。壁薄的取下限，壁厚的取上限； （3）对收缩率较大的塑料，还可采用经验数值或材料供应商提供的数据； （4）制品各区域收缩率不尽相同，根据具体情况选择。高精度要求的塑件或某种塑料的收缩率缺乏精准数据时，可计入修模余量加以解决。 ABS塑料的收缩率为0.4%0.8%。依有关原则，确定收缩率为0.6%。2.3.2 尺寸精度和表观质量塑件尺寸精度是判断塑件是否满足使用条件的最主要依据之一，但其影响因素很多，除制造精度及磨损情况外，还与塑料收缩率，成型工艺条件、吸水率、塑件的时效变化和模具的结构形状有关。为使塑件合格，应设计塑件的尺寸公差值不小于各项因素的累积误差。所以，在保证使用要求的前提下，应尽量使用较低的精度等级，以减小加工难度，节约成本，提高生产率。本课题塑件为基本受力件，无高精度要求，所以设定尺寸公差等级为MT5。表观质量是表征塑件外观质量的主要参数，主要包括表面粗糙度、表面缺陷、色彩均匀性、光亮度。其中表面粗糙度又是决定塑件表面质量的主要因素，表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时对研磨抛光的要求也越高，模具制造的难度也越大。塑件的表面粗糙度一般在Ra=0.2-0.8mm之间。考虑本课题塑件为基本受力件，没有高粗糙度要求，将粗糙度设定为Ra=0.6mm。2.3.3 脱模斜度塑料熔体在成型冷却过程中，会有一定的收缩，导致塑件紧紧地包住模具型芯，造成塑件脱出困难，强制脱模易造成塑件损伤。对此，与塑件脱模方向平行的成型件表面应有合适的脱模斜度，以减少脱模阻力。本课题的塑件采用硬质塑料ABS，高度为10mm左右，分型面为中间最大轮廓处，单边高度为5mm所需注射量，故该注塑机型号符合条件。3.2 注射压力校核塑件机的注射压力是指柱塞或螺杆对塑料施加的压力，作用是克服熔体从料筒流向型腔的阻力。注射压力与注塑机结构、喷嘴结构、浇注系统、塑料流动性和型腔的流动阻力等相关因素有密切关系。考虑到成型质量，注塑机的最大注射压力应该大于塑件成型所需压力，才能保证塑件完整成型，确保产品符合要求。本课题塑件所用ABS材料注射所需压力为P塑=80-150MPa，所选注塑机能提供的最大注塑压力为P机=180MPa。P机P塑，符合条件要求。3.3 锁模力校核 锁模力是指注射时为克服型腔内熔体对模具的涨开力，注射机施加给模具的锁紧力。注射机的锁模力必须大于高压熔体注入对模具型腔的胀模力，且为了保险起见，机器锁模力通常需大于胀模力量的1.17倍以上。在通用塑料成型生产中，胀模力多取20-40MPa，保守选取胀模力 p0=40 MPa，损耗系数选取2/3，经粗略计算塑件总投影面积为15cm2左右。注射成型所需锁模力公式如式3.1： F=0.1p0kA （式3.1） 式中：F模具所需要的锁模力，kN； P0注塑机螺杆或柱塞施加给熔体的压力，kN； A塑件加浇注系统在分型面上的总投影面积，cm2。 代入数据计算得到注塑所需锁模力为40kN，SZ-60/40注塑机的额定锁模力为400 kN。满足锁模条件。3.4 开模行程校核注射机的开模距离是有要求的，制件脱模所需的距离必须小于配套注塑机的最大开模行程。开模行程分与模厚有关和与模厚无关两类。本课题所选注塑机为双曲轴式，所以最大开模行程与模厚无关，其开模要求为最大开模行程S不小于塑件脱模距离H1、塑件高度及安全距离510之和，即： SH1+H2+（510） （式3.2） 式中：S注射机移模行程 ； H1脱模距离； H2塑件及浇注系统高度；代入数据，得7012+45+510，符合要求。3.5 脱模力校核脱模力指为了克服塑件冷却时对型芯的收缩包紧力、大气压力、粘附力等而施加给塑件，使其顺利从模腔中脱出的力。通过相关文献查阅，推导后的脱模力计算公式为： （式3.3） 式中：F脱模力，N； P单位面积塑件对型芯正压力，Pa，常取p=（4.84-11.76）MPa； A塑件包紧型芯的侧面积，m2； f塑件与钢体材料的摩擦系数，常取f=0.1-0.3； 脱模斜度，。本设计的P取10MPa；A=494810-4m2；保守取f=0.3；=2。经计算F=2968.8N,注塑机所提供的顶出力为12kN，符合顶出条件。4 模具结构的分析说明 本章就本设计的模具结构进行具体的分析说明。4.1 模架的确定通过塑件分析确定注塑机型号后，就要根据注塑机规格和塑件成型要求初步确定模具尺寸和结构。另外，确定结构尺寸还要考虑塑件的形状、流道及顶出机构的结构布置，有侧抽芯的还要考虑侧抽芯结构等因素。结合塑件尺寸，属于小型模具，确定具体尺寸如下：尺寸组合LBH：200150153定模板厚度为：20mm 定模底板厚度为：20mm动模底板厚度为：20mm 动模板厚度为：25mm 垫块厚度为： 40mm 动模垫板厚度为：20mm 模架示意图如下：图4.1 模架图 Figure 4.1 Die set figure4.1.1 定模底板 定模底板用来固定定模板和浇口套，定模底板和定模板通过4个6的内六角螺钉连接，定模座板和浇口套通过2个6的内六角螺钉及定位圈连接，因此定模座板应有一定的厚度，并有足够的强度，采用45#钢，经热处理4248HRC。定模板座尺寸为：BLH=20015020mm。4.1.2 定模板 用于固定型芯（凸模）、导杆，保证凸模或其它零件固定稳固。在定模板上开设了冷却水道，定模板要具有较高的平行度和硬度、一定的厚度，并有足够的强度。我的设计采用45#钢，经热处理4248HRC。定模板导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合,导柱工作部分的配合精度采用H7/h6间隙配合，其上孔与拉料杆采用H7/k6过渡配合。定模板尺寸为：BLH=15015020mm。 4.1.3 动模板 用于固定型腔（凹模）、导套，保证凹模、拉料杆固定稳固，防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，在动模板上开设了冷却水道，因此它要具有较高的平行度和硬度，有一定的厚度，并有足够的强度。本设计采用45#钢，经热处理4248HRC。导套孔与导套为H7/m6过渡配合。动模板尺寸为：BLH=15015025mm。 4.1.4 动模垫板 动模支承板主要承受定模板由于成型压力导致的弯曲应力，并用来固定推杆及拉料杆，因此动模支承板必须具有足够的强度和硬度，我的设计采用45#钢，淬火、渗碳后5760HRC。其上的孔与推杆采用H7/k6过渡配合。动模支承板的尺寸为：BLH=15015020mm。 4.1.5 垫块 它是用来连接动模支承板与动模座板的零件。其作用主要是，在动模座板与动模支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。我的设计采用平行垫块。垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。本设计采用45#钢制造。4.1.6 推板 推板用来推动脱模机构的运动，承受压力及弯曲应力，因此推板必须具有足够的强度和较高硬度，我的设计中采用45#钢，淬火后硬度为5760HRC。推板的尺寸为：BLH=150888mm。4.2 型腔排布方式和分型面及分模面的确定4.2.1 型腔排布方式的设计 型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。根据塑件质量要求，小型简单塑件一般都采用多型腔注射模。本课题所设计的支架中间连杆的参考实物为某款电脑摄像头支撑链接杆，形状规则，体积较小，结构简单，但需要双侧侧抽芯。为了简化模具结构，降低加工要求，确定采用2腔并排结构。根据塑件情况及型腔数要求，型腔排布设计如图4.2： 图4.2 型腔排布示意图Figure 4.2 Cavity configuration diagram4.2.2 分型面和分模面的设计 分型面的设计直接影响着模具结构、操作的难易程度和产品质量，是模具结构合理性的主要判断因素之一。分型面的设计需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。在进行分型面设计的过程中，一般要考虑到以下几个问题： （1）分型面应该设在塑件的最大轮廓处； （2）保证塑件的外观质量； （3）保证塑件的精度要求； （4）便于模具加工制造； （5）保证模具装配的同轴度； （6）抽拔力考虑； （7）有利于排气，使模具结构简化； （8）确定合理的塑件留模方式，便于塑件脱模。根据上述要求，本课题塑件中间截面为圆形，考虑到侧抽芯机构的布置，确定注塑模具的分型面为阶梯式单分型面，设计在塑件最大轮廓处过截面圆心水平处。 分模面为定模与动模的分界面。用于取出塑料件或浇注系统凝料的面。合理地选择分模面是使塑件能完好的成形的先决条件。选择分模面时，应从以下几个方面考虑： （1）使塑件在开模后留在动模上； （2）分模面的痕迹不影响塑件的外观； （3）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； （4）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； （5）使塑件易于脱模。本课题采用斜销和弹簧的组合侧抽芯结构，考虑到侧抽芯机构的布置问题，结合上述要点，分模面设计在塑件最高平面处，即塑件全部埋入动模型腔，且塑件最高平面与分模面平行。4.3 排气系统的设计在塑料溶体填充型腔过程中，型腔内充满空气还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，如果型腔内因各种因素没有将产生的气体排除干净，塑件就会形成气泡、接缝及填充缺料的成型缺陷，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，直接严重影响生产效率和塑件质量。因此必须设计合理结构排出积存气体。排气方式有：排气槽排气、顶针排气、镶针排气、镶件排气。排气槽设计要点： （1）槽宽常取1.56mm，槽深0.020.05mm，以塑料不进入排气槽为宜；v （2）应尽量设在料流末端和塑件较厚处； （3）排气方向不应朝向操作工人，并最好呈曲线状，以防注射时烫伤工人。 （4）排气槽应尽量设在分型面上并尽量设在凹模一边。 小型腔的排气量不大，可直接利用分型面排气，也可利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间间隙排气。本塑件为小型塑件，可在分型面上开设排气槽。不必专门设计排气系统。4.4 注射系统的设计 将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。 注塑模具浇注系统设计的八大原则 （1）注塑系统与模具中的排气结构要匹配，使系统排气良好，从而保证塑料熔体经过系统或充填模腔时不发生涡流和紊流，以使制品获得良好的成型质量； （2）在满足成型和排气要求的前提下系统长度应尽量短，各段应尽量平直，以使塑料熔体在模具中的流程尽量短而且不发生弯曲，从而可减小注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间； （3）设计浇注系统时，应尽量避免通过系统的塑料熔体正面冲击模腔内尺寸较小的型芯或嵌件，以防止熔体的冲击力使型芯发生变形或使嵌件发生位移； （4）为了方便修整并无损制品外观和使用性能，浇注系统在模具中的位置和形状，尤其是浇口的位置和形状应尽量根据制品的形状和使用要求确定； （5）设计浇注系统时，应考虑如何减轻浇口附近的残余应力集中现象，以防止因应力过大而导致制品发生变形和翘曲； （6）不同的塑料具有不同的流动性，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。设计时应该充分考虑； （7）合理设计冷料穴冷料穴设计不当，容易使制品发生成型缺陷。如果冷料穴失效，使前锋冷料进入模腔会导致制品产生冷疤或冷斑； （8）设计浇注系统时，还应使系统的长度和容积尽量小，这样做不仅可以避免系统凝料积压、延长成型周期等问题，而且还可以减少系统占用的塑料量，从而减小原材料消耗以及回收废料的工作量。4.4.1 主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道。主流道是熔体最先流经模具的部分,它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。根据主流道设计相关知识，凹坑求半径R应比喷嘴球半径R大12mm。主流道小端直径应比喷嘴孔直径大0.51mm。查阅塑料成型工艺与模具设计常用热塑性塑料注射机机头主要技术规格得表4.1：表4.1 注塑机规格与设计尺寸比较Table 4.1 Injection molding machine specifications and design size comparison 机头尺寸对应衬套尺寸衬套实际尺寸 喷嘴球半径 10mm 11mm12mm 11mm 喷嘴口径 3mm 3.5mm4mm 4mm 主浇道衬套结构规格如图4.3。图4.3 主流道衬套Figure 4.3 Sprue bushing4.4.2 分流道的设计在多型腔模具结构中，分流道形式主要分为平衡式和非平衡式。平衡式即主流道到各型腔的分流道的长度、断面结构及布局都完全相同，可以满足各型腔同时均衡进料，同时注射完毕。分流常见道截面形状有圆形、正六边形、U形、半圆形、矩形等数种。选择原则为易于加工，流动阻力、热量损失、压力损失小，比表面积越小越好。考虑到双侧抽芯布置结构，从简化模具结构的方向考虑，本设计选用单排列式。它是以2个型腔为一组直线对称布局排列，其特点是结构简单、对称平衡、易于加工。在多型腔模具中得到广泛运用。采用U形断面分流道，其只切削在一边模板上，简化加工难度，减少加工量，且热量和压力损失都不大。其结构如图4.4：图4.4 分流道截面示意图（H=5/4R）Figure 4.4 The sectional schematic of the shunt 4.4.3 浇口的设计浇口的形式很多，断面形状有圆形、矩形和又宽又薄的狭缝型，但无论采取什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大。在模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，它一般根据下述几项原则来参考： （1）尽量缩短流动距离； （2）避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷； （3）浇口应开设在塑件壁最厚处； （4）不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口； （5）考虑分子定向的影响； （6）减少或避免熔接痕提高熔接强度； （7）浇口位置的选择应注意塑件外观质量； （8）应有利于型腔中气体的排除。综合以上原则和塑件形状及技术要求决定将浇口设置在塑件中心边侧。4.5 冷料井和推料杆的设计冷料井的作用是用来存储注射期间，喷嘴前端和流道散热造成温度降低而产生的冷料。如果冷料进入流道，将减缓流速并堵塞流道；如果进入型腔，塑件会出现冷疤或冷斑，影响塑件质量。主流道上的冷料井一般带有拉料杆。分流道上的冷料井，将每段流道的末端适当延长即可。常见冷料井结构有三种：冷料井底部带推料杆的冷料井、带球形头推料杆的冷料井和无推料杆冷料井。本设计拟采用带Z型头拉料钩的推杆，这是最常用的形式，结构简单，脱出顺利。 4.6 合模导向机构的设计 为确保动模与定模闭合时，能准确导向和定位对中，通常分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还须在主分型面上设置锥面定位，有时为保证脱模机构的准确运动和复位，也设置导向零件。导向机构有以下作用： （1）导向和保护凸模的作用。 引导模具正确合模，并防止凸模与其他结构的碰撞造成成型部件变形； （2）定位作用。 保证合模精准度以保证塑件成型精度； （3）承受一定的侧向压力。 承受塑料溶体在充型过程中产生单向侧压力和动模板自身的重力。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种。本设计采用导柱导向的形式。5 模具结构的计算5.1 成型零件尺寸的计算模具成型零件决定了塑件的几何形状和尺寸。成型零件直接与塑料接触，承受塑料熔体流的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件设计要求繁多，需要有正确几何形状，较低的表面粗糙度和较高的尺寸精度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高刚度、强度及较好的耐磨性能。成型零件的计算方法有按平均收缩率计算、按极限尺寸计算、近似确定法等。本设计采用按平均收缩率计算，此法是最常用的计算方法。5.1.1 型腔径向尺寸计算 型腔径向尺寸计算公式如下 （式5.1） 式中：型腔平均尺寸 平均收缩率出于修模考虑，对型腔径向尺寸来说易修大，预留一负修模余量,标上制造公差得型腔径向名义尺寸： （式5.2）式中：LM 型腔名义尺寸 偏差 型腔允许最大磨损量 对于注塑模，型腔磨损量很小时，可用下式计算： = + 型腔径向尺寸=10mm，Lpcp1=10-0.46/2=9.77mm Lmcp=9.77/(1-0.6%)=9.82mm 模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差=0.06mm =(9.82-0.06)+0.06=9.76+0.06mm 型腔径向尺寸Lp2=12mm，Lpcp=12-0.18/2=11.91mm LMCP=11.91/(1-0.6%)=11.98mm 模具型腔按IT6级精度制造，其制造偏差=0.052mm =(11.98-0.062)+0.052=11.46+0.052mm5.1.2型腔的深度尺寸的计算对于型腔深度不考虑脱模磨损，所以平均尺寸为 （式5.3）式中：名义尺寸 公差对应塑件上的高HP为最大尺寸，偏差为负值，其平均尺寸计算的公式为 （式5.4） 式中：HPcp平均尺寸 平均收缩率 计算得Hpcp =10-0.05/2=9.97mm 则HMcp = 9.81mm 若取修模余量为/2，则当型腔容易修深时取值为负 则HM=HMcp-+= 9.80+0.052 mm 5.1.3 型芯径向尺寸计算型芯径向平均尺寸公式为 （式5.5）塑件孔的平均尺寸公式为 （式5.6）所以型腔名义尺寸为 （式5.7） 本设计中Lp3=10mm，Lpcp3=10-0.46/2=9.77mm ；Lmcp=9.77/(1-0.6%)=9.82mm,模具型腔按IT6级精度制造，其制造偏差=0.36mm 所以LM=(9.82-0.36)+0.36=10.18+0.36mm5.1.4型芯的深度尺寸计算型芯高度平均尺寸公式如式5.8： （式5.8）塑件最大名义尺寸为HP，偏差为正值，塑件深度平均尺寸公式为 （式5.9） 型芯易修短时修模余量取正值，则型芯高度公式为 （式5.10） 本设计Hpcp =12-0.052/2=11.97mm，Hmcp = Hpcp/(1-scp)=11.97/（1-0.6%）=12.04mm 则HM=12.09+0.062 mm 5.2 型腔侧壁厚度和底板厚度计算5.2.1型腔侧壁厚度计算 整体式型腔侧壁和底板厚度的计算时，整体式型腔因受底部约束，在熔体压力下侧壁沿高度不同点的变 形情况不同，距底部距离愈远变形愈大。变形情况如下： 图5.1 整体式型腔受力变形图Figure 5.1Monolithic cavity deformation maps force通过资料得知当型腔内半径小于86mm时，按强度条件计算，公式为 （式5.11）式中：S壁厚， mm； 最大许用应力，Mpa； P型腔内压力，Mpa；本课题型腔内半径为5mm，代入数据计算得S=1.46mm。所以，确定型腔侧壁厚度S2mm。5.2.2 型腔底板厚度的计算 通过资料得知当型腔内半径小于86mm时，按强度条件计算，公式为 （式5.12） 式中：S壁厚，mm； 最大许用应力，Mpa； P型腔内压力，Mpa；本代入数据计算得S=2.47mm。所以，确定型腔侧壁厚度S3mm。5.3 流动比的计算流动比是流动距离比的简称，指塑料熔体在模具中进行最长距离的流动时，其截面厚度相同的各段料流通道及各段模腔的长度与其对应截面厚度之比值的总和，即： =Li/ti （式5.13） 式中 ：Li流路各段长度，mm； i流路各段厚度，mm。 根据上式理论对塑件进行分析，计算分析塑件流动比为21.5190，符合条件。5.4 侧抽芯结构的设计在塑件上凡是脱出方向与开模方向不相同的侧孔或侧凹除少数浅侧凹可以强制脱出外，都需要进行侧向抽芯或侧向分型才能顺利取出塑件。侧抽芯用于有侧孔的塑件，根据孔的位置和数量设置一个或多个侧抽芯，配合侧抽芯机构抽出型芯。侧抽芯方式有：手动侧抽芯、机械侧抽芯和液压/气动侧抽芯。为了提高生产效率，本设计采用机械侧抽芯结构。其主要部件为斜销和弹簧。在斜销和弹簧对侧抽芯模块的作用下完成侧抽芯抽拔移动。合模时斜销推动侧抽芯到工作位置，同时斜销起到楔紧侧抽芯的作用。完成注射后，斜销随着开模动作后退，此时，侧抽芯模块在弹簧的作用下推动模块克服塑件阻力和滑动阻力后退到距离，完成侧抽芯动作。5.4.1 侧抽芯脱模力的计算脱模力指为了克服塑件冷却时对型芯的收缩包紧力、大气压力、粘附力等而施加给塑件，使其顺利从模腔中脱出的力。通过相关文献查阅，推导后的脱模力计算公式为： （式5.14） 式中 F脱模力，N； P单位面积塑件对型芯的正压力，Pa，一般取p=（4.84-11.76）MPa； A塑件包紧型芯的侧面积，m2； f塑件与钢体材料的摩擦系数，一般取f=0.1-0.3； 脱模斜度，。本课题中A=12.5610-6m2；P取10MPa；f取0.2；本设计的=2。经计算，F=20.87N。5.4.2 侧抽芯弹簧弹力的校核 弹簧的主要参数有：弹簧丝直径、弹簧内外径、节距、总圈数等。其产生的弹力大小与形变量成正比，根据虎克定律为F=kx，其中弹性系数k与弹簧的直径，弹簧的线径，弹簧的材料，弹簧的有效圈数有关。具体关系是：与弹簧圈的直径成反比；与弹簧的线径的4次方成正比；与弹簧的材料的弹性模量成正比；与弹簧的有效圈数成反比。本设计根据侧抽芯要求选择弹簧自由长度为12.5mm，外径为9mm,弹簧刚度为10.13n/mm，压并高度为5.54mm。 5.4.3 抽芯距的校核 为使塑件能够顺利地脱出，侧型芯或合模滑块必须从成型位置向外移动到不妨碍制品顺利脱出的安全位置。本设计塑件脱模所需抽拔距离为12mm，另外考虑到安全距离12mm，实际设计中侧抽芯滑块移动空间为14mm，满足完全抽芯要求。5.5 温控系统的计算注塑模具型腔壁温度的高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的熔体温度为200300，在此模具温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量较高。而塑件固化后从模具取出时的温度为6080以下。一般来说整个成型周期中模内冷却时间约占75%，所以为了提高生产效率和塑件质量需要快速降温。所以需要一套温控系统使模温控制在一理想的范围内。本课题使用的塑料ABS流动性好，熔化温度：210280，模温为25-70，无须另外加热，需设计冷却系统以确保合理的模温。常用的冷却方法有水冷却、空气冷却和油冷却。通过查阅分析，本设计采用水冷却，方便经济。 冷却系统的设计原则为： （1）冷却水道应尽量多； （2）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等； （3）冷却系统要求密封性良好，模板接缝处应做好密封措施； （4）冷却水道、入口温差应尽量小； （5）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置。此外，冷却水道的设计还必须尽量避免接近塑件的溶接部位以免产生溶接痕，降低塑件强度。5.5.1塑件冷却时间计算 通过查询资料塑料成型模具得到塑件冷却时间计算公式为： （式5.15） 式中 S制品的壁厚，mm； c塑料注塑温度，； m模具型腔壁温度，； 塑件脱模时的平均温度，； a1塑料热扩散系数，mm2/s。ABS为2.67107 m2/s；本设计中，S=10mm，=60。ABS的注塑温度为150200，模具温度为40-80，本课题取c=175，m =45。查文献可得a1=0.89*10-7m2/s=0.089 mm2/s。所以，冷却时间为t=2.25s。5.5.2 冷却介质用量的计算 设计原则：给基于单位时间内塑料熔体锁释放的热量等于冷却系统所带走的热量进行冷却系统的设计。 根据资料所示，冷却介质用量计算公式为： （式5.16） 式中：V所需冷却水体积流量，m3/min； G单位时间内注入模具内塑料熔体的质量，kg/h； i成型时塑料单位质量释放的热量，J/kg； C冷却水的比热容，J/(kgK)； 冷却水的密度，kg/m3； t1冷却水的出口温度，； t2冷却水的进口温度，。 本课题，=1103kg/m3；查阅文献可得i=3.2105J/kg，C=4.2103J/(kgK)；t1与t2之间的温差不宜太大，最大不超过5，此处t2取室温20，t1取25。则V=5.92。5.5.3 冷却系统直径计算 当求出冷却所系介质体积V=5.92时。 查表得，为了使冷却介质处于湍流状态，取模具冷却水道孔径为10cm。5.5.4 冷却系统导热面积计算根据公式 （式5.17） 式中 A冷却水路导热总面积； 冷却水的导热率； T模具成型零件表面温度与冷却水表面温度之差；本课题中成型模板钻孔冷却道，计算得A=0.017m2。5.5.5 冷却系统总