DVD遥控器外壳上半部分塑料模具设计-模具毕业论文

1 目 录 第一章 设计题目与要求 . 1 第二章 注射模的可行性分析 . 1 2.1 注射模设计特点 . 1 2.2 注射模组成 . 2 2.3 注射性能分析 . 3 2.4 材料选择 . 5 2.4.1 塑料介绍 . 5 2.4.2 分析塑料零件材料 . 6 2.4.3 我的材料选择 . 9 2.5 塑件成型特性 . 10 2.6 塑件分析 . 12 2.6.1 拔模角分析 . 12 2.6.2 法向量分析 . 12 2.6.3 高斯曲率分析 . 13 2.6.4 曲面上 最小半径分析 . 13 2.6.5 上下方向斜率分布分析 . 14 第三章 拟订模具结构形式 . 16 3.1 型腔数目确定 . 16 3.2 分型面的选择 . 17 第四章 注射机型号的确定 . 19 4.1 锁模力的计算 . 19 2 4.2 注射容量的计算 . 20 4.3 注射机的选用 . 20 第五章 浇注系统和排气的设计 . 22 5.1 浇注系统的设计原则 . 22 5.2 浇注系统的布置 . 22 5.3 流道系统的设计 . 22 5.3.1 主流道 . 22 5.3.2 分流道截面形状 . 24 5.3.3 冷料井及拉料杆 . 25 5.4 浇口的设计 . 26 5.4.1 浇口类型的选用 . 26 5.4.1 浇口尺寸的设计 . 27 5.5 浇注系统的平衡 . 28 5.6 派气系统的设计 . 28 第六章 成型零件结 构设计 . 31 6.1 成型零件结构设计 . 31 6.1.1 定模结构设计 . 31 6.1.2 动模结构设计 . 36 6.2 成型零件钢材选用 . 41 6.2.1 选材要求 . 41 6.1.2 我所选用的钢材 . 41 6.3 成型零件尺寸计算 . 42 6.3.1 凹模镶件的尺寸计算 . 43 3 6.4 侧向抽芯的设计 . 44 6.4.1 抽芯滑块设计 . 45 6.4.2 斜顶抽芯设计 . 45 第七章 合模导向机构设计 . 46 7.1 导向机构的功用 . 46 7.2 导柱和导套的设计 . 46 7.3 导柱和导套材料的选择 . 44 第八章 脱模机构的设计 . 50 8.1 脱模机构的设计要求 . 50 8.2 脱模机构的设计 . 50 第九章 冷却系统的设计 . 52 9.1 冷却系统的功用 . 52 9.2 冷 却系统的设计 . 52 9.2.1 设计原则 . 52 9.3 我的冷却系统的设计 . 53 9.3.1 动模镶件 1 . 54 9.3.2 定模镶件 1 . 54 第十章 数控程序的编制 . 55 设计小结 . 58 参考文献 . 59 4 摘 要 随着工业的发展，注塑成型工艺在机械工业、电子工业、航天航空工业、生物领域及日用品的生产中占的比例越来越大。而 PRO/ENGINEER2001 自1988 年问世以来，十多年来已成为全世界最普及的 3D CAD/CAM 系统。广泛应用与机械、电子、模具等行业。 本次我设计的是遥控器外壳，整体设计是现代先进的模具加工制造方法和强大的 PRO/ENGINEER20001 模具设计的结合，设计思路与要求符合当代模具设计的潮流和未来的发展方向。 关键词：注塑成型、模具、 CAD、 CAM 5 Abstract With the development of industry, The Mould plastics shapings covers more and more in mechanical industy, electronics industry, spaceflight industry, biological field and production of daily necessities. For more than ten years, the PRO/ENGINEER2001 has become the most common 3 D CAD/CAM systems since 1988 it come out. And it extensively use in machinery, election and mould fields. The very remote controuer out cover what I designed is the intergration of modern advanced mould proess manufacturing approach and strong PRO/ENGINEER 2001.mold design. The thought and requirement of this design accord with the trend of contemporary mold design and its future of development direction. Keyword: Mould plastics shaping, mould, CAD, CAM 第一章 设计题目与要求 本次设计的题目为 DVD 遥控器外壳上半部分塑料模具设计，材料为聚苯乙烯（ PS），年产量为 50 万件，采用注射模塑成型，该遥控器的形状如图 1.1 所示。 6 图 1.1 具体的零件尺寸参考附图 21。 7 8 第二章 注射模可行性分析 2.1 注射模设计的特 点 塑料注射模塑能一次性地成型形状复杂、尺寸精确或嵌件的塑料制品。在注射模设计时。必须充分注意以下三个特点： （ 1） 塑料熔体大多属于假塑料液体，能剪切变稀。它的流动性依赖于物料品种、 9 剪切速率、温度和压力。因此须按其流变特性来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。 （ 2） 视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。 （ 3） 在整个成型周期中，塑件 模具 环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学原理应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳经济指标的实现。 2.2 注射模组成 凡是注射模，均可分为动模和定模两大部件。注射充模时动模和定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时动模和动模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定板上，动模则安装在注射机的移动模板上。根据模具上各个零件的不同功能，可由一下个系统或机构组成。 （ 1） 成型零件 指构成型腔，直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。在 动模和动模闭合后，成型零件确定了塑件的内部和外 10 部轮廓尺寸。 （ 2） 浇注系统 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。 （ 3）导向与定位机构 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。 （ 4）脱模机构 是指儿子开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。 （ 5）侧向分型抽芯机构 带有侧凹或侧孔的塑件，在被脱出模具之间，必须先进行侧向 分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯。 （ 6）温度调节系统 为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热额的温度调节系统。模具 11 冷却，一般在模板内开设冷却水道，加热则在模具内或周边安装点加热元件，有的注射模须配备模温自动调节装置。 （ 7）排气系统 为了在注射充模过程中将型腔内原有气体排出，常在分型面处开设排气槽。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。大型注射模须预先设置专用排气槽。 2.3 注射性能分析 （ 1） 注射成型工艺的可行性分析： 本 塑件形状复杂， 壁厚不均，尺寸精度要求较高，而且有较高的表面质量和尺寸稳定性的要求，因此对模具和设备的要求也较高。而注射成型方法有如下几个优点： a:形状：几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔； b:尺寸：塑件可小到不足 1 克，大到几十千克，没有限制； c:材料：在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料； d:精度：可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性； 12 e:生产率：中等，循环时间主要由塑件壁厚决定，最短可在十几秒内，可增加每模的型腔数来提高生产率。 由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点，分析可知： 该塑件适合于采用注射成型方法。 （ 2） 表面粗糙度： 由塑件外观可知，塑件的外表面要求较高，因此其表面粗糙度取 Ra0.4mm，而其内表面由于是复读机的内部，为顾客视线所不及，故不影响其外观视觉质量，从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑，其内表面选用的表面粗糙度为 Ra0.8mm。 一般情况下，模具粗糙度低于塑件 1 2 个等级，故取型腔表面粗糙度为 Ra0.2um，而型芯表面粗糙度为 Ra0.4um。 （ 3）尺寸精度： 按 SJ13721978 标准，塑料件尺寸精度分为 8 级。本塑件所用材料为聚苯乙烯（ PS） ,由此查塑 料模具设计手册可知，本塑件宜选用 4 级精度。零件具体尺寸及其公差值可详见零件图。 塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关，尤以小型精密塑件为甚。从模具制造精度 13 对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系，由塑件零件图可得，模具精度等级为 IT8。 （ 4） 脱模斜度： 该塑件采用的塑料是 PS，而 PS 的成型收缩率较小（ 0.2-0.6%），而且塑件较复杂，对型芯的包紧面积也较大，所以应取较大的脱模斜度。为保证壁厚的均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。再由零件设计图纸要求可知 10。 （ 5） 壁厚： 由图纸可知，该塑件有许多中不同的壁厚，如 2mm、 1.5mm、 1mm、 0.8mm 等。壁厚不均匀，这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀，并由此产生许多质量问题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。为防止此类现象出现，这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设计，故我在壁厚不同处采取过渡设计，例如：采用圆弧过渡等措施。 （ 6）加强筋： 由图纸要求可知，该塑件设机了很多加强筋，加强筋的尺寸为顶部 0.7mm，根部为0.8mm。这对提高塑料件的抗弯强度，减小塑料件的翘曲变形，提高抗蠕变和抗冲击性能有好 处，同时，加强筋的添加改善了塑料熔体的充模流动或者是缩短了流程或增加了流程 14 的截面。 （ 7）圆角： 从塑件可知，该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了圆角。其采用圆角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击、抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻力。降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。而且成型模具型腔也有了对应的圆角，提高了成型零件的强度。 （ 8）质量和体积： 由天平可称出该塑件的质量约为 m 30g 再由公式 v=m/ 30/1.25=24cm3，由此可知， 该塑件属于小型塑件。 2.4 材料选择 2.4.1 塑料介绍 塑料（ Plastics)是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他材料（添加剂）制成的固体材料。 塑料的优点：塑料的强度较小，有较高的比强度。塑料还具有较高的电绝缘和热绝缘性，良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的成型工艺性。 塑料的缺点：强度，硬度较底，易老化等。 2.4.2 分析塑料零件材料 该塑件为 DVD 遥控器外壳的上半部分，有以下特点： 15 （ 1）它所处的工作环境好，处于室温下，不承受冲击载荷，也不处于酸、碱、盐性环境中； （ 2）产量大，用于 一般的日常生活中，故要求此塑件材料质优而价廉，且对人体不产生任何毒副作用。 （ 2）内部结构复杂成型较困难。 （ 4）要求要有较美丽的外观。因此我初步选择采用通用塑料。 通用塑料分为聚乙烯（ PE）、聚氯乙烯 (PVC)、聚苯乙烯（ PS）、聚丙烯（ PP）等品种，多用于一般工农业生产和日常生活之中，具有价格低等特点。 聚乙烯 PE：是由乙烯单体聚合而成的。 特点：采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物：有高压 PE、中压 PE、低压PE 三种。 高压 PE：由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度，故质地柔软；低压 PE：由于 含有较高的相对分子质量、密度、结晶度，故质地坚硬，耐寒性能良好，在 70 时还保持柔软，化学稳定性很高，能耐酸、碱及有机溶剂，吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。 缺点：是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷和不能在较高的温度下正常工作。 b 聚氯乙烯 PVC：是由乙炔气体与氯化氢合成氯乙烯单体，然后在聚合成聚氯乙烯。 特点：可分为硬质 PVC 和软质 PVC。 硬质 PVC:力学强度高，电气性能优良，耐酸、碱的抵抗力极强，化学稳定性很好。缺点：是软化点低，机械强度高。其可在 15 60 时使 用。 软质 PVC：有质轻、隔热、隔音、防震等特点，而且强度低、易老化、延伸率高。 16 c 聚丙烯 PP： 特点：聚丙烯的主要特点是相对密度小，约为 0.9。它的力学性能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、硬度等，均优于低压 PE。并有很突出的刚性，耐水行较好，可在 100以上使用，若不受外力，则温度升到 150 也不变形。基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硫酸、浓硝酸外，几乎都 很稳定。绝缘性能优越，高频电性能优良，而且不受温度影响，成型容易。对人体不产生毒副作用，可用于药品及食品的包装。 缺点：耐磨性不够高，成型收缩 率较大，低温呈脆性，热变形温度亦较低。 d 聚苯乙烯 PS：聚苯乙烯略早于聚丙烯问世，其原料十分丰富，是目前最广泛应用的材料之一。 聚苯乙烯的密度为 1.041.16g/cm3 ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚苯乙烯遇火会自燃。 聚苯乙烯的代号为（ PS），其分子结构式为： HC CH Hn 聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差，敲打时发 17 出类似金属的响声。 机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差， 聚 苯乙烯属于非结晶型聚合物。 聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。 聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容易着色，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。 聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的环境中尺寸变化很小，适用于制造要求尺寸稳定的制品，如仪表仪器壳体等。 聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时，常会在使用中自行开裂。为改善聚 苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明显降低脆性，提高冲击韧性。这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。 2.4.3 我的材料选择 由以上四种通用塑料的性能分析可知：我的塑件 DVD 遥控器外壳的材料宜采用聚苯乙烯（ PS） 。 以下是聚苯乙烯塑料的技术数据： 1：成型特点： ：无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力； ：流动性好，溢边值 0.03左右，应防止飞边； ：塑件壁厚应均匀，不易有嵌件，（如有嵌件应先预热），缺口，尖角各面应圆弧连接； ：可用螺杆式或柱塞式注射机加工，喷嘴可以选用直 通式或自锁式； 18 ：易采用高料温，低模具温度，低注射压力延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔，变形（尤其对厚壁塑件）但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性较差； ：可以采用各种形式的浇口，浇口于塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度易取 2 以上，顶出均匀，以防止脱模不良而发生开裂 2:物理性能： 密度 g/cm3 比体积 cm3/g 吸水率 透光率 % 摩擦系数 24h 长时间 PS 钢 （无润滑） PS 铜 （有润滑） % 1.04 1.06 1.10 1.11 0.01 0.03 浸水 18 天 0.05 透明 0.34 0.16 3:热性能： 玻璃化温度 熔点 熔融指数 MFI g/10min 维 卡 针 入度 热变形温度 45N/ 2 180N/ 2 100105 170176 230 负荷 21N2.09 2.03 8.69 140150 102115 5657 线膨胀系数 10 5/ 计算收缩率 比热容 J/(kg.k) 热导率 w/(m.k) 燃烧性 cm/min 9.8 0.60.8 1930 0.118 缓慢 4:力学性能： 屈服强度 抗弯强度 断裂伸 弯曲弹性 抗压强 冲击韧度 KI/m2 布氏硬度 19 Mpa Mpa 长率 % 模量 Gpa 度 Mpa 无缺口 缺口 HBS 37 67 200 1.45 56 78 3.44.8 8.65 R9.510.5 5:电气性能： 电阻率 m 击穿电压 kv/ 介电常数 介电损耗角正切 耐电弧性 s 1014 30 2.02.6 0.001 125185 7:成形条件： 注射机类型 密度 g/cm3 计算收缩率 % 预热 温度 时间 h 柱塞式 1.2 1.33 0.1 0.2 60 75 2 料桶温度 喷嘴温度 模具温度 注射压力 Mpa 后段 中段 前段 140160 - 170190 3265 60110 成型时间 s 螺杆转速 r/min 适用注射机类型 注射时间（秒） 高压时间 冷却时间 总周期 20 15 45 0 3 1560 40 120 48 螺杆、注塞均可 后处理 方法 红外线鼓风烘箱 温度（ ） 70 时间（ H） 24 2.6 塑件分析 2.6.1 拔模斜角分析 分析结果： Bracketed area percentage: 25.1222 2.6.2 法向量分析 21 2.6.3 高斯曲率分析 2.6.4 曲面上最小半径分析 分析结果： Min. inside radius: -177.8879 22 Surface is convex 2.6.5 上下方向上的斜率分布分析。 分析结果： Min. slope: -0.0193 Max. slope: 0.0485 Bracketed area percentage: 0.0000 2.6.6 塑件表面积及重心位置分析 VOLUME = 2.7072260e+04 MM3 SURFACE AREA = 4.4078063e+04 MM2 DENSITY = 1.2500000e+00 TONNE / MM3 MASS = 3.3840325e+04 TONNE CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate frame: X Y Z 7.8830943e+01 1.5052038e+02 -4.4591896e+01 MM INERTIA with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2) 23 INERTIA TENSOR: Ixx Ixy Ixz 9.5925963e+08 -4.0136164e+08 1.1830220e+08 Iyx Iyy Iyz -4.0136164e+08 2.9332132e+08 2.2629210e+08 Izx Izy Izz 1.1830220e+08 2.2629210e+08 1.1163238e+09 INERTIA at CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2) INERTIA TENSOR: Ixx Ixy Ixz 1.2527087e+08 1.7626238e+05 -6.5402701e+05 Iyx Iyy Iyz 1.7626238e+05 1.5737437e+07 -8.4378451e+05 Izx Izy Izz -6.5402701e+05 -8.4378451e+05 1.3932992e+08 PRINCIPAL MOMENTS OF INERTIA: (TONNE * MM2) I1 I2 I3 1.5731407e+07 1.2524068e+08 1.3936614e+08 ROTATION MATRIX from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES: -0.00157 -0.99892 -0.04644 0.99998 -0.00125 -0.00688 0.00682 -0.04645 0.99890 ROTATION ANGLES from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES (degrees): angles about x y z 0.395 -2.662 90.090 24 RADII OF GYRATION with respect to PRINCIPAL AXES: R1 R2 R3 2.1560882e+01 6.0835272e+01 6.4174335e+01 MM 第三章 拟定模具结构形式 3.1 型腔数目的决定 注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件。每一副模具中，型腔数目的多少与下列条件有关系。 （ 1） 塑件尺寸精度 型腔数目越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由 于熔体在模具内的流动不均所致。按照 SJ1372 78 标准中规定的 1、 2 级超精密级塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少（形状简单）可以是一模二腔。 3、 4 级的精密级的精密塑料件，最多是一模四腔。 （ 2） 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但非简单的倍数比。四腔模并非单腔模的四倍。因此，从塑件成本中所占模费比例来看，多腔模比单腔模要低。 （ 3） 注塑成型的生产效益 25 多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高，但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维修费用高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 （ 4） 制 造难度 多腔模的制造难度比单腔模大。当其中一腔先损坏（或磨损超差）时，应立即停机维修，影响生产。 综合以上几个方面综合考虑，我的设计采用一模两腔结构形式。就精度而言，我的塑件属于四级精度，它可以使用一模四腔；但从模具制造成本以及模具成型的生产效益来看，他比单型腔模具降低了生产成本提高了生产效率；而且塑件的注射量比较小；但从制造难度来讲，这套模具的型腔十分复杂已经很难加工，必须采用较多的镶块才能实现，如果型腔过多，就会影响各个镶块之间的装配关系，造成塑件成型困难，尺寸精度以及表面粗糙度难以保证。而一模两腔恰 好解决了这一问题，不仅使得模具有了较好的精度，而且便于加工，便于注塑，适应了现代化大规模高效率生产高精密零件的要求。 3.2 分模面的选择 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。合理地选择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。 26 选择分型面时，应从以下几个方面考虑： （ 1） 使塑件在开模后留在动模上； （ 2） 分型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。 由 于本塑件的结构形状较为特殊，根据选择分模面时，应遵守以上的原则。再综合我的塑件形状的考虑，以及模具整体设计、制造、加工的要求，我选择采用平面分型面，如图 3.2.1 所示 这是 PRO/E 分模时作的单面分模面，由于上表面要求较高， 必须要求塑件留在 27 动模一侧。这样的分型面设计有以下的特点： 第一、 这样的设计保证了分模时塑件留在动模一侧； 第二、 分型面的痕迹会在塑件的下边缘一圈，保证不会影响 外观质量； 第三、 这样的设计使得推杆比较好布置，比较容易推出塑件； 第四、 使得脱模变的容易； 第五、 这样的设计也迫使设计必须使用潜伏式浇口等不影 响外观质量的特殊浇口； 第四章 注射机型号的确定 在模具设计时，根据产品几何尺寸及模具结构特点，尽可能选用适合的注塑机以充分发挥设备的内在能力。 4.1 锁模力计算 锁模力是指注射机构在工作中对模具所能施加的最大夹紧力。锁模力与注射容量全面地反映了设备的主要特征和加工能力。 在实际注射成型中，由于制品形状不同，所采用树脂品种不同，注射工艺条件及模具 28 结构不同，所需要的合模力大小也各不相同。因此，在选用注射机时 ,要对其合模力进行计算。通常，可采用下列公式进行： F Pm(NAs+Aj) (4.1-1) 式中 : F-注射机最大合模力 (MN)； N-型腔个数 ； Pm-成型时模腔平均压力（ MPa） ； As-塑件在开模方向的最大投影面积 ( ). Aj-浇注系统在开模方向的最大投影面积 ( ) 从前面可知 : N=2 采用 PRO/E 测得浇注统以及塑件在开模方向上的投影面积为 0.025 所以： F nPcA =2 40 0.025 =2 MN =2000KN 29 4.2 注 射容量计算 注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量 ( 3).模具安装后，对模腔注射容量的计算 ,可以制件产品为主 ,计算其体积量，然后确认总体积注射量，从而可得 : Vgn(Vs+Vj)(cm3) 式中： Vg-注射机额定注射量 (cm3)； Vs-单个塑件的容积量 (cm3)； Vj-浇注系统和飞边所需要的容积量 (cm3)； N-型腔数。 其中： Vs=24cm3 Vj=3cm3 所以： Vn(Vs+Vj) =2(24+3) =54cm3 4.3 注射机的选用 30 根据塑料模具设计手册附表 8(P392)，由以上所取得的数据 F 和 V 可知，可选用型号为 G54-S-200/400 的注射机可。 XS-ZY-125 注射机的技术规范及特性如下： 螺杆直径 (mm)： 55 最大理论注射容量 (cm3)： 200400 注射压力 (MPa)： 109 注射行程： 160 锁模力 (KN)： 2540 最大注射面积 (cm2)： 645 最大模具厚度 H(mm)： 406 最小模具厚度 H1(mm)： 165 最大和穆行程： 260 模板最大距离 L0(mm)： 800 模板行程 L1(mm)： 400 喷嘴圆弧半径 R(mm)： SR18 31 喷嘴孔径 d(mm)： 4 喷嘴移动 距离 (mm)： 210 推出形式： 中间推出 和模方式： 液压 -机械 螺杆转速： 16、 28、 48 机器外型尺寸： 4700X1000X1815 其他： 总力 280KN,开模力 8T,顶杆最大距离 190mm 第五章 浇注系统和排气的设计 5.1 浇注系统的设计原则 （ 1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置； （ 2）尽量缩短 流程，以降低压力损失，缩短充模时间； （ 3）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇行流动，并有利于排气和补缩； （ 4）避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移。 （ 5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤； 32 （ 6）熔合缝位置必须合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽； 尽量减少浇注系统的用料量； （ 7）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口必须有 IT8 以上精度。 5.2 浇注系统布置 在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。本次设计采用 的是对角式布置，充分利用了它质量好，一致性好等优点。 5.3 流道系统设计 流 道系统设计包括主流道、分流道和冷料井及其结构设计。 5.3.1 主流道 直浇口式主流道呈截锥体，见图 5.5-1。主流道入口直径 d 应大于注射机喷嘴直径 1mm左右。这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。所以： d =4+1=5mm 主流道入口的凹坑球面半径 R，应该大于注射机喷嘴球头半径约 23mm。反之，两者不能很好贴和，会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难。故： R=12+（ 23） =（ 1415） mm 33 取 R=15mm 锥孔壁粗糙度 Ra 0.8 m。主流道的锥角 =2 4。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小锥角使凝料脱模困难，还会使充模时流动阻力大，比表面增大，热量损耗大。 主流道的出口端应该有较大圆角 r 81 D。 其中， D 可用经验公式求出： D= kV4 其中， V-流经主流道的熔体体积（ cm3）； K-因熔体材料而异的常数，取 K=1.2； 所以， D= kV4 = 2.114.3 8.404 8mm 所以， r= 8D =88 =1 mm 主流道的比表面 S 为： S= )(422 dDdD 34 = )58( )58(4 22 =0.58 主流道的长度是 L，一般按模板厚度确定。但为了减小充模时压力降和减少物料 损耗，以短为好。小模具控制在 50mm 之内。初步确定： L=50mm H=52 R=52 15=6mm 5.3.2 分流道截面形状 分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、 V 形等多种。其中圆形截面最理想，使用越来越多。本次设计采用单面圆形截面，形状如图 5.1 所示。 图 5.1 分流道的尺寸由经验得知。 35 （ 2）流道剪切速率的校核 = 34RQ 由课本塑料制品与模具设计中表 3.3-5 可知，注射时间为 t=2.0s 故： Q=tv = 0.28.40 =20.4 3/s = 34RQ = 34.014.34.204 1275 =12.75x102 5 102s-1 符合要求。 5.3.3 冷料井及拉料杆 冷料井有两种，一种是纯为 “捕捉 ”或贮存冷料之用；另一种是还兼有拉或顶出凝料功用。 (1) 拉料杆冷料井 拉料杆冷料井可分为顶出杆成型的“拉顶”冷料井、拉料杆成型的“拉料”冷料井和凹坑拉料冷料井。在本次设计中，我们采用圆形头顶出杆成型的“拉顶”冷料井。它具 36 有“拉顶”动作可靠的优点。形状如图 5.2 所示： 图 5.2 5.4 浇口设计 浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑件质量具有决定性的影响。因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。 5.4.1 浇口类型的选用 浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑料件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。浇口有多种类型，如直浇口、侧浇口、点浇口、重叠式浇口、扇形浇口、潜伏式浇口等。 直接浇口虽然有如以等流程充模、浇注系统流程短、压力损失和热烈散失小，且有利于补缩和排气 等优点，但是，塑件上残留痕迹较大，切除困难。 重叠式浇口多用于大型腔。 37 扇形浇口适合于大面积薄壁塑件。 点浇口必须采用双分型面的模具结构；浇口位置可以自由选择，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大；浇口必须用三板模切断； 潜伏式浇口是点浇口在特殊场合下的一种应用形式。但可以在脱模时自动拖断；它可以隐藏在外表不露出的部位，使浇口痕迹不外漏。但加工比较空难，容易磨损。 侧浇口也称为边缘浇口，由于它开设在主分型面上，截面形状易于加工和调整。多型腔模具常采用侧浇口，可设计成两板模。 综合我的塑件，是比较容易流动的聚 苯乙烯，而且零件外表面要求较高；潜伏式浇口也称为隧道浇口或剪切浇口，它从分型面的一侧沿斜向进入行腔。这样在开模时，不仅能自动切断浇口，而且其位置也可以设置在制品的侧面、端面和背面等各个隐蔽处，使制件外表无浇口的痕迹。它的截面形状如下图 5.3 所示： 图 5.3 38 5.4.2 浇口尺寸计算 潜伏式浇口的几个尺寸中，以深度 h最为重要。 H 控制了浇口畅通开放时间和补缩作用。浇口宽度 W 的大小控制了熔体充模流量。浇口长度 L，只要结构强度允许，以短为好，一般 选用 L=0.51.5mm。浇口深度有经验公式： h=nt (5.6-1) 式中， h-潜伏式浇口宽度 (mm)，中小型塑件通常用 h=0.52mm，大约为制品最大壁厚的 31 32 ； t-塑件壁厚 ( )； n-塑件材料系数，取 n=0.6。 故： 浇口的经验公式： d= 30An (5.6-2) 式中， d-浇口直径； A-型腔表面积 (mm2)； n-塑料材料系数；取 n=0.6。 39 A 41 D2+4 (15 18)+2 (2 5 13) =41 3.14 632+4 (15 18)+2 (2 3.14 5 13) =3115.665+1080+816.4 5012mm2 所以： W= 30An = 3050126.0 1.4mm 最后，须用流经侧浇口熔体剪切速率 = 26WhQ 104s-1 进行校核。又知充模注射时间为 t=1.6s， 故： Q=tv = 6.18.40 =25.5cm3/s = 26WhQ = 218.014.0 5.256 =33730 =3.373 104 104s-1 符合要求。 5.5 浇注系统的平衡 本次设计分流道的布置采取的是平衡式布置，从主流道末端到各型腔饿分流，其长度、断面形状和尺寸都对应相等，各型腔受力相同，不需采取平衡计算 。 40 5.6 排气系统的设计 从某种角度而言，注塑模具也是一种置换装置。即塑料熔体注入模腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从物料中溢出的挥发性气体。排气系统是注塑模具设计的重要组成部分。 5.6.1 排气系统的设计方法 （ 1） 利 用分型面排气是最简单的方法，排气效果与分型面的接触精度有关。 （ 2） 利用顶杆与孔的间隙排气，必要时可对顶杆作些排气的结构措施； （ 3） 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气，烧结块应有足够的承压能力，设置在塑件隐蔽处，并需要开设排气通道； （ 4） 在熔合缝位置开设冷料井，在储存冷料前也滞留了不少气体； （ 5） 可靠有效的方法是在分型面上开设专用的排气槽，尤其上大型注塑模具必须如此； （ 6） 对于大型的模具，也可以利用镶拼的成型零件的缝隙排气。 由于我的设计将采用大量的镶件以保证模具具有良好的加工、维修性能；采用了大量的顶针以实现模具对塑件的均匀顶出， 使得塑件不会因为应力不均匀而断裂或留下痕 41 迹；采用了斜滑顶杆和侧抽芯滑块来实现塑件的抽芯。这些结构都的存在着间隙，可以利用这些间隙实现派气的功能，而不用设计另外的排气结构。 另外，为了在分型面良好的排气，可以在动模镶块 1 与定模镶块 1 结合的同时，将动模板的厚度减少 1mm，从而加强了分型面的排气功能，如图 5.4 所示： 图 5.4 第六章 成型零件设计 模具闭合时，成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。 成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力。作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 42 6.1 成型零件结构设计 成型零件的结构设计，当然以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。 6.1.1 定模结构设计 定模是成型塑件外表面的成型零件。定模的基本结构可分为整体式、整体潜入式和组合式。根据本次设计的塑料的特点，采 用组合式定模。定模的形状如下各图所示。 （ 1）定模板： 图 6.1 43 定模板设计如图 6.1 所示，其中一位置是用来放制定位定模镶块的锲型锁紧块，他与模板垂直的方向有一定的斜度在螺钉的作用下可以对镶块起到定位的作用。二位置上是用来放制侧向抽心导块所用的定位孔。三位置放一个凸型锁紧块，如图 6.2 所示： 图 6.2 的上半部分，它的下半部分装在动模板上，两者之间具有较高的配合关系，这不仅可以 起到二次定位的作用，最主要的是在注塑机注射时，可以锁紧模具，使得导柱，导套承受较小的横向冲击力保护了导柱、导套的使用寿命。四位置为放置导套的导套孔，由于所选的导套为带肩导套，所以该孔为梯形孔，具体零件参考定模板零件图。五位置是参与冷却的水流道由于它由此处流入定模镶快，所以设计了防止漏水的橡胶圈槽，其形状如图 6.3 所示： 44 一图 二图 三图 图 6.3 一图是放入橡胶圈但镶块还没有装入的时刻，当镶块装入时镶块的压力将橡胶圈压成图二所示的椭圆形状，同时，利用自身的弹力将两块模板之间的缝隙牢牢的封死，使冷却 45 液在流过两块模板之间时不会漏出模板，影响注塑生产的过程。 三图是六处的放大图。 其他特征如螺钉孔以及吊耳螺钉孔可参考上模板零件图。 模板的厚度以及各个螺钉孔的位置、导套孔的位置是由所选择的模架给出的，可参见模架 A1-355355-38-Z1。（ GB/T12556）尺寸。 （ 2）定模镶块的设计 ： 镶拼式组合模具虽然具有强度和刚度较差，制造成本高的问题，但是由于它具有但由于它具