心型台灯塑料注塑模具的设计毕业论文.doc

心型台灯塑料注塑模具设计摘 要:塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明。 关键词：塑料模具，参数化，镶件，分型面目 录1 绪论11.1 模具工业在国民经济中的地位11.2 我国模具技术的现状及发展趋势12. 注塑件的设计12.1 功能设计12.2 材料选择22.3 结构设计图32.4 塑件的尺寸精度及表面质量43 模具设计53.1 模具材料的选择53.2 分型面的确定53.3 型腔数目的确定63.4 浇口确定63.5 浇注系统设计63.6 模架的确定83.7 导向与定位机构113.8 顶出系统设计113.9成型零件工作尺寸的计算163.10 排气设计193.11 温度调节系统设计20结 论25致 谢25参考文献251 绪论1.1 模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.2 我国模具技术的现状及发展趋势改革开放以来，我国的模具工业发展十分迅速。但与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；（2）加强模具标准件的应用；（3）推广CAD/CAM/CAE技术；（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期。2. 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.2.2 材料选择通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表1所示。表1 材料的特性塑料名称PS PC PMMA拉伸强度/MPa51.9 66-72弯曲强度/MPa11095-113断裂伸长率/%280-100氧指数（OI）18.124.917.3热变形温度/ 85134100体积电阻率/ cm10 -10 2.110 10 -10 吸水率% 0.050.131.19透光度/%88-929393折射率 1.5921.5861.492价格（元/吨）1150-123033000-4100019500-20700和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2所示。表2 材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点注意事项使用温度主要用途聚苯乙烯（非结晶型）透明性好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差成型性能好，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件-30-80仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等有机玻璃（非结晶型）透光率最好，但表面硬度不高，质脆易开裂，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，严格控制料温与模温，以防分解80透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等以上的性能分析对比中看出成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标,最终选定PS为塑件材料.因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求.2.3 结构设计图2.3.1 壁厚图1 结构设计图各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是PS的壁厚推荐值:表3 厚度推荐值最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.751.251.63.2-5.4该塑件属于中小型件,从图上看,塑件边缘的壁很厚,达到5mm,壳体取中型件壁厚1.6mm,这样使得整个塑件的壁厚是不均匀的,但若减小边缘壁厚,则对塑件的推出不利,而且有可能使电池不能安装. 边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.3.2 脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度.以下是PS的脱模斜度推荐值:表4 脱模斜度推荐值制件外表面制件内表面35-1.3530-12.3.3 加强肋塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1mm，脱模斜度取2度，顶部倒圆角，低部倒角R，宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低，宽度小，而数量多为好（塑件形状所允许的情况下）。2.3.4 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表5所示。表5 肋的圆角半径值关系表肋的高度/mm6.56.5-1313-1919圆角半径 /mm0.8-1.51.5-3.02.5-5.03-6.52.4 塑件的尺寸精度及表面质量2.4.1塑件的尺寸精度尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，PS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100-120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。2.4.2塑件的表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02 m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26 m。3 模具设计3.1 模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件，选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度，韧性,耐磨性是几个重要指标。从PS特性看,这三项指标是必须要满足的。 从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.查手册选择模仁的材料是4Cr13.属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.有关参数如下:物理性能：临界温度（）AC1：820 ； AC3： 1100；线膨胀系数：10.5(在20-100)；热导率：27.6W.(M.K)-1 (在20左右)。3.2 分型面的确定 根据分型面的选择原则： （1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如下图所示 图2 分型面 图3 型腔数目设计图 3.3 型腔数目的确定 注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件的组合,所以初定为一模两腔最合理.排列形式如下图3所示。3.4 浇口确定 PS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。3.5 浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。3.5.1 主流道 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图4所示：图4 主流道主要参数： 锥角 =3； 内表面粗糙度Ra=0.63 ； 小端直径D=d+(0.5-1)mm；半径R =R +(1-2)mm ； 材料T8A。由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。3.5.2 分流道 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，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表6所示。表6 流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体4.8-9.51.6-9.51.6-9.53.5-108-108-12.55-105-108-10聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚3.5-103.5-106.5-166.5-8.03.5-8.06.5-106.5-102.4-106.5-13分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。3.5.3 冷料穴 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。3.5.4 浇口 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口。(1) 侧浇口深度尺寸H的确定 H=nt (1)则得：H=0.61.6 = 0.96mm n塑料系数PS料取0.6；t塑件在浇口位置处的壁厚，该设计取壳体中间壁厚t=1.6 mm。(经验数据表明，H的取值范围在0.5-2.0mm之间，若按浇口处壁厚计算则H=0.65=3mm,超出了经验值，而且由于浇口是易磨损部位，所以开始时取小值是有好处的，这有利于以后的修模)(2) 侧浇口宽度尺寸W的确定 W= （2）其中：A型腔一侧的表面积: A=；V浇注体积 ：V=53.910 mm ； t取平均壁厚.=3.3mm取3mm。所以：W= = =2.68 取W=3mm 。3.6 模架的确定3.6.1 型腔壁厚和底版厚度计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力 时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。图5 模具结构形式图因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核原则，模具结构形式如图5所示。侧壁厚度计算公式： s （3）则得s=20.91 mm式中 C与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L有关的系数；查表C=1； 型腔压力， 取30MP ； 型腔深度， =40；E模具材料的弹性模量（MP ），E取2.110 ； 刚度条件，即允许变形量(mm)，取 =0.04;底板厚度计算公式：46.02 mm由底板短边与长边边长之比 决定的系数；查表 =0.026；型腔压力， 取30MP ；底版短边长度(mm)， =180；E模具材料的弹性模量（MP ），E取2.110 ； 刚度条件，即允许变形量(mm)，取 =0.04;3.6.2 模架的选用注塑模模架国家标准有两个即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL为（630mm630mm）（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。（1）模仁尺寸的确定因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为180302 mm。（2）凸、凹模尺寸的确定凸、凹模受力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度校核来确定。在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边的单边宽度为45 mm，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为49 mm（实际生产中宽度方向的边值一般比长度方向的边值大）。所以凸、凹模尺寸为270400 mm。（3）模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意凸模底板厚度和凹模底板厚度在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，前面已算得底板厚度为46.02可满足要求，为了安全，取50 mm，。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为30 mm。推板推出距离在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为18 mm左右，黏结在型芯上的尺寸约15 mm左右，所以当推出距离为15 mm时就能使塑件和型芯分离。如果C板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，如图下图所示：图6 推杆脱离需要满足关系：Hh1h2h3h0 (4)HC板高度； h推出距离； h1挡销高度；h2推板厚度； h3推杆固定板厚度； 完成了以上的工作，确定模具尺寸为270400 mm，A板厚度70 mm，B板厚度80 mm，推出距离100，为保证凸、凹模不碰伤，A板和B板之间取1 mm间隙。3.7 导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。 导柱：国家标准规定了两种结构形式：带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。3.8 顶出系统设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的推杆和推管脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。3.8.1 脱模力的计算 首先需要对塑件进行理想模型建模，如图图7所示：图7 塑件理想模型其中A段是塑件凹槽锁位的长度，长度为5mm，B段是圆弧形壳体的理想建模，长度为10mm，原塑件的两端斜率不一致。所以 取平均值为脱模斜度= =25.9 取26再对建模进行受力分析(如下图3-7)：F 制件对型芯的包紧力（N）； F 、F F 的垂直和水平分量（N）；F F 的反作用力（N）； F 沿凸模表面的脱模力（N）；F 沿制件出模方向所需的脱模力（N）； 脱模斜度； 图8 受力模型分析图F = F cos ; F = F = F sin ; F = F = F cos ;F =( F F ) cos = F cos ( cos sin )=( F cos F sin ) cos 所以，脱模力的计算公式为：F = F cos ( cos sin )又因 F =L h （5）式中 L 凸模成型型部分的截面周长； h模被制件包紧部分的高度；制件对凸模的单位包紧力，其数值与制件的几何特点及塑料的性质有关，一般可取8-12MPa;A段： F L h Dh =3.1411010 510 910 15543(N)式中 D取的是塑件的平均直径，D= =110.5，取D=110mm。B段： F L h D h 3.145510 1010 910 =15543(N) B段两端截面周长不等，取等效截面周长在中间D =D/2。 所以脱模力为：F F + F (6)F + F cos ( cos sin ) 15543+155430.90（0.40.9-0.44）=16662（N）注：A段脱模斜度为0，所以A段F = F ；B段脱模斜度为26，需要按前面的分析求解。因为制件对型芯的力总是阻碍脱模，所以，在( cos sin )为负时我们取其绝对值。由于以上所计算得的只是一腔的脱模力，所以总的脱模力为：F =2 F =216662=33324（N）；3.8.2 推杆脱模机构推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形。1）推杆尺寸计算：本设计采用的是推管和推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：d= (7)则得d=4.91 mm d推杆直径； n推杆的数量，n取31（把推管当作推杆）L推杆长度（参考模架尺寸，估取L=150）； E推杆材料的弹性模量，取E=2.110 MP k安全系数，取k=1.5； F 总的脱模力，F =33324（N）；实际推杆尺寸直径为5 mm，推管直径为7 mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：d= (8) 则得d=3mm 满足强度要求。 推杆材料的许用压应力, =150Mpa。2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。3）推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。4）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。5）推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.5-2倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的，如图所示。图9 推出机构3.8.3推管脱模机构推管又称空心推管。它特别适用于圆环形、圆筒形等中心带孔的塑件脱模。推管脱模推顶塑件平稳可靠；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；主型芯和型腔可同时设计在动模一侧，有利于提高塑件的同轴度等优点。1）推管的固定形式：主型芯固定于动模座板，如图所示：图10 推管脱模机构此种结构型芯较长，型芯可作为脱模机构运动的导向柱，运动平稳可靠，多用于推出距离不大的情况，推管内径与型芯配合，外径与模板配合，一般均采用间隙配合。小直径推管取H8/f8，大直径推管取H8/f7，推管与型芯配合长度为推出行程加3-5mm，推管与模板的配合长度为推管外径的0.8-2倍。2）推管脱模机构设计要点：从推管的强度和加工角度考虑，推管壁厚应大于1.5mm，细小的推管可以作成阶梯形，推管内径和外径在顶出时，不应与型芯或模体摩擦，为此推管内径应大于塑件内径，推管外径应小于塑件外径。3.8.4推板厚度的计算H (9)则得：H=10.71 mm式中 L推杆对推板的作用间距，参考模架取L取80 mm （较远处的一对推管距离为188 mm，考虑到推杆的作用，所以取较近的一对推杆作为校核）； B推板宽度，B=160 mm； 模板中心允许的最大变形量， =0.065 mm， 取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差 =0.52 mm。模具推板的厚度为20 mm，从计算结果看，满足强度要求。3.9成型零件工作尺寸的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。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高，但由于该塑件不是规则的圆柱形，其基本线条是由5段圆弧组成，如图所示：图11 成型零件工作尺寸忽略顶尖圆角的影响，现在只考虑剩余的4段圆弧，因为是对称结构，所以只要保证其中一半的精度尺寸就可以保证整个塑件在配合处的尺寸。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。3.9.1凹模工作尺寸的计算凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺寸的关系如图下图3-10(a,b,c)所示：1）凹模径向尺寸的计算 = (10)则得：=mm式中：L 以R29.12加工时凹模的径向尺寸；L 在R29.12弧段塑件的径向尺寸；塑件的公差值；塑件尺寸公差根据GB/T144861993模塑件尺寸公差表取MT2B级，由尺寸段决定值的大小；制造公差， = ； 塑件的平均收缩率，=0.005。凹模尺寸如图a.b所示。图12（1）工件尺寸与塑件尺寸=式中 以R57.24加工时凹模的径向尺寸；以R57.24弧段塑件的凹模径向尺寸。2）凹模深度尺寸的计算： = (11)=mm式中 塑件的高度尺寸，=14.89 mm 。 3.9.2 凸模工作尺寸的计算凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸摸的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。1）凸模径向尺寸的计算： = (12)则得=mm式中 L 以R29.12加工时凸模的径向尺寸；凸模尺寸如图c所示。图12（2）工件尺寸与塑件尺寸= (13)则得=mm式中 L 以R29.12加工时凸模的径向尺寸。 2）凸模高度尺寸的计算： = （14）则得=mm式中 H 凹模深度减去塑件壁厚型芯的理论高度。 3.9.3 中心距尺寸的计算模具上中心距尺寸与制品上中心距的公差标注均采用双向等值公差和表示。此外，在中心距尺寸的计算中不考虑磨损量，如图前面图c所示。L= (15)则得L=mm式中 L模具中心距尺寸； 塑件中心距尺寸，=12 mm.3.10 排气设计图 13 排气设计图在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。PS料推荐的排气槽深度为0.02。通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故；2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出；3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便；4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时， 可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出。3.11 温度调节系统设计在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC，POM等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。PS推荐的成型温度为170-280，模具温度为20-70 。3.11.1 温度调节对塑件质量的影响1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形3）对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的表面状态。3.11.2 对温度调节系统的要求1）根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量；3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好；4）温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉；从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。3.11.3 冷却系统设计：设计原则1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.5-3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.8-1.5B。最小不要小于10。4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过56）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。冷却时间的确定在对冷却系统做计算之前，需要对某些数据取值，以便对以后的计算作出估算；根据前面的资料，取闭模时间3S，开模时间3S，顶出时间2S，冷却时间20.5S，保压时间10S，总周期为40S。其中，保压时间的确定有经验公式可遵循：= (16)则得 =6.3 （S ）式中：S塑件平均壁厚，S取3mm若根据前面的资料，PS的保压时间在15-40S之间，计算的结果显然是不符合的，但根据实际生产资料表明，生产一个长为135的笔套，其保压和冷却的时间和也只是15S，所以，参考实际的生产资料，以经验公式的计算值为依据会更好，这是取保压时间为10S的原因。冷却时间，依塑料种类，塑件壁厚而异，一般用下式计算：t = = = 29.25（S） 式中 S塑件平均壁厚，S取3mm； 塑料热扩散系数(mm /s) =0.08； T 成型温度 200-250 T 取210； T 脱模温度 60-100 T 取60；T 模具温度 40-60 T 取50。由计算结果得冷却时间需要29.25 S，但计算并不能精确的确定实际冷却时间的多少，参照经验推荐值，制件平均壁厚取3mm，对应经验冷却时间t=20.5 S，取t =20.5 S。为什么最终的成型周期取20.5而不是29.25，那是因为在实际注塑过程中，T ，T ，T 等因素不可能像我们所设计的那么理想，所以，从实际出发，取经验值会更好些。塑料熔体释放的热量= （17）则得= 9073.9510 1.34（21060）= 1337.76 KJ/h 式中 n每小时注射次数， n=90 （次）； G每次的注射量(KG) G=73.9510 C 塑料的比热容(KJ/KG)， C =1.34 ；t 熔融塑料进入型腔的温度，t =210； t 塑件脱模温度，t =60。高温喷嘴向模具的接触传热= （18）则得=3.6125610 140（21050）=101.28 KJ/h式中 A 注塑机的喷嘴头与模具的接触面积（m ），A =125610 m 金属传热系数 =140(W/ m )；t 模具平均温度 t =50 ； t 熔融塑料进入型腔的温度 t =210。A =4 R =43.1410 =125610 m R注塑机喷嘴球半径，R=10 m m注射模通过自然冷却传导走的热量（1）对流传热= (19)则得=160 KJ/h式中 h 传热系数（KJ/ m h ），h =5.35；A 两个分型面和四个侧面的面积，A =0.321；t 模具平均温度，t =50； t 室温， t =20。 = = 5.35= 0.22+0.160.45 = 0.29 =2BL=227040010 =0.22 m ；=4BH =427015010 =0.16m ； B模具宽度m m，B=270； L模具长度m m，L=400开模率= = =0.45 （2）辐射散发的热量= （20）则得=105.3式中 辐射率，一般表面 =0.8-0.9 取0.8； A =0.16； （3）工作台散发的热量= （21） 则得=5020.128（5030）=1927.68 KJ/h式中 传热系数；h =502KJ/(m h )； A 模具与工作台的接触面积m ，A =0.12；A =bl = 32040010 =0.128b模具与工作台接触宽度m m，b=320； l模具与工作台接触长度m m， l=400 从计算的结果看，工作台散发的热量比塑料熔体释放的热量还多，也就是模具不需要冷却系统就能很好的达到冷却效果，这显然不符合实际，说明了Q 的计算结果错误，或者是前面的某些地方取值不合理。从Q 和Q 的计算来看，三者的值应该相差不大，但有关Q 的计算参考资料很少，因为简单的计算是以塑料熔体释放出的热量Q 为总热量，全部由冷却介质带走。根据实际情况，这些热量应分别由凹模和型芯的冷却系统带走，实验表明，约1/3的热量被凹模带走，其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走的热量： 因为现在无法得到Q 总的正确值，所以计算以简单计算原则，取Q = Q 。冷却系统的计算（1）每次需要的注射量（KG），由前面的计算得每次需要的注射量为（KG）：G=84.7510 （2）确定生产周期（S） t=40（3）塑料单位热流量（KJ/h）Q =280-350； 取Q =300（4）每小时的注射次数 n=90 （5）每小时的注射量（KG） 90 84.7510 = 7.63 （6）型腔内发出的总热量（KJ/h）=90 84.7510 300=2289从计算结果看，Q Q ，因为Q 涉及的因素较多，所以应该要取Q 来计算，那么，(t t )的值就要重新确定，约为224，根据T 成型温度 200-250 ；T 脱模温度 60-100；T 模具温度 40-60；要达到(t t )=224是达不到的，根据Q = n G Q ，n G确定后不变，Q 为常量，所以我们要提高成型温度T 才可能达到Q 的热量。T =224+60=284这显然超出了表所给的取值范围，但如果不这样取值则显得自相矛盾。凹模冷却系统的计算（1）体积流量的计算Q 凹=40% Q总=0.42289=915.6 KJ/hq v= = = 0.7310 m /min式中 水的密度10 KG/m ； C 水的比热容4.18710 J/KG ；水管出口温度，取25； 水管入口温度，取20。（2）冷却水管的平均流速：= = =14.53 m/min =0.24 m/s式中 凹模的冷却水体积流量，= 0.7310 m /minD冷却水管直径，取d=8 mm从表查得的资料表明，管径为8的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s时才能达到湍流状态，但是由于体积流量没有在表的取值范围内，所以造成了偏小，如果要达到湍流状态，可以增大体积流量和减小冷却水管直径，但是，冷却的目的就是为了让制品快速冷却，提高生产率，同时改变制品的力学性能，为了达到湍流而增大体积流量是没有意义的，因为在较小，既层流时就可以达到冷却效果。（3）冷却水管壁与水交界面的传热膜系数 =1601 (w/m k)式中 与冷却介质温度有关的物理系数，取7.6。（4）凹模冷却管的传热面积=5.810 m 式中模具与冷却介质平均温度，=27.5。= T （）/2 =50（20+25）/2 =22.5 （5）冷却水孔总长L （22）则得 L =0.23m（6）模具上应开设的冷却水孔数n=L/B =0.230.3 =0.77 (根) 取1根式中 B模具宽度，B=0.3m。结 论在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方，不同公式的计算结果有的相差很大，特别是在温度调节与脱模力的计算这两块。在完成图纸之后发现塑件的设计有的地方是不合理的，比如说壁厚，虽然有经验可循，但从实际中看显然本设计的塑件壁厚过大；还有就是推管处的设计不合理，按该塑件加工，则标准推管需要再加工；从这里可以知道，注塑件的设计与模具设计关系密切，好的塑件结构可以简化模具结构，降低生产成本。单分型面注射模是最为简单和常见的一种结构形式，约占全部注射模具的70%左右，但目前传统冷流道模具设计还是以经验为主，很难对注射各参量进行严密的数学建模，因为各参量相互影响，关系复杂。随着科技的进步及注射理论的突破，热流道模具发展的越来越迅速，随着技术的成熟，热流道模的生产控制将会变得比以前更为轻松，产品质量将会得到更好提高，所以，以后注射模具的研究会以热流道模具为主。 致 谢经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在众多师友的帮助下予以解决。首先要感谢牛老师对我的指导和督促，牛老师给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解,同时也避免了在设计过程中少走弯路，牛老师的督促使我一直把毕业设计放在心