灯座注射模设计毕业论文.doc

灯座注射模设计毕业论文第一章 绪论1.1 毕业设计的目的塑料模毕业设计是在课程设计的基础上，通过了毕业实习，在毕业之前进行的最后一个实践教学的训练环节，其主要目的：1、提高学生技术资料的收集、整理、编译和运用能力，加强技术文件的撰写能力，是其语言文字在技术文件上的运用、疏理、归纳和总结得到一个全面的训练。2、综合运用所学过理论知识、生产实践和设计实践知识，进行难度较大的塑料模具设计的实践训练，从而全面培养学生独立分析问题和解决问题的能力，初步培养学生的创新意识和创新能力。3、巩固和扩充塑料模具设计等课程所学的内容，掌握塑料模具设计的方法和步骤，掌握塑料模具设计的基本技能如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉模具标准及其他有关的的标准和规范并在模具设计中加以贯彻。4、初步掌握三维造型(绘图)软件、熟练掌握二维绘图软件在模具设计中的应用。进一步熟悉塑料模具设计中的各种专业零件标准，并能合理地运用于模具设计之中，能有效地简化模具结构和加快设计进程。1.2 毕业设计的内容 毕业设计的内容主要包括：塑件分析（确定塑件设计要求，明确塑件的生产批量，计算塑件的体积和质量），成型方法的确定，成型工艺条件的确定（成型时间，成型温度，成型压力），分型面的设计，模具型腔数量的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置的设置，注射成型机的选择，注射机参数的校核，模具工作零件的结构设计及理论计算，侧向分型与抽芯机构的设计，顶出机构的设计，拉料杆形式的选择，排气方式的设计，模具总体尺寸的确定，选择模架，模具安装尺寸的校核，绘制模具装配图和零件图，编写和整理设计说明书等。1.3 毕业设计的基本要求毕业设计是在课程设计的基础上进行的，所以要求形状比较复杂且需要二次分型、推出或抽芯的注射模，根据塑件的复杂程度可以设计成单型腔和多型腔；其流道形式根据塑件批量和塑件种类可以设计成普通流道或热流道。要求模具结构合理，理论分析计算充分。在毕业设计中要求学生注意培养认真负责、踏实细致的工作作风和保质、保量，按时完成任务的习惯，在设计过程中必须做到：1、合理地选择模具结构，正确地确定模具成型零件的结构形状、尺寸及其技术要求。使所设计的模具制造工艺良好，造价便宜。2、充分利用塑料成型优良的特点，尽量减少后加工。3、设计的模具应当能高效、优质、安全可靠的生产，且模具使用寿命长。1.4 毕业设计的步骤毕业设计的一般进程和步骤见表1-1表1-1设计准备接受设计任务书，明确设计任务，现场参观，实验室装拆模具，熟悉了解与设计相关的模具结构，阅读塑料模具设计指导书，准备设计资料、绘图用具或计算机模具总体结构设计、理论分析与计算塑件在模具中的成型位置，分型面和型腔数量的确定，浇注系统形式和浇口的位置选择和设计，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，侧向分型与抽芯机构设计，合模导向机构的设计，排气系统和温度调节系统的设计，模架选择等装配图的机构设计初绘模具装配草图，各部分的结构设计，协调好零件之间的装配关系，最后完成装配工作图成型零件工作图设计绘制成型零件的工作图编写设计说明书整理和编写设计计算说明书设计总结及答辩进行设计总结，完成答辩准备工作1.5 毕业设计中应注意的问题1、塑料模具毕业设计是在老师的指导下由学生独立完成的，也是对学生进行一次较全面的工装设计训练。学生应明确设计任务，掌握设计进度，认真设计。每个阶段完成后要认真检查，提倡独立思考，有错误要认真修改，精益求精。2、塑料模具设计进程的个阶段是互相联系的。设计时，零部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等要求。由于影响零部件结构尺寸的因素很多(如加热或冷却系统的设计和布局)，随着设计的进展，考虑的问题会更全面、合理，故后阶段设计要对前阶段设计中的不合理结构尺寸进行必要的修改。所以设计要边计算、边绘图，反复修改，计算、设计和绘图交替进行。3、学习和善于利用前人所积累的宝贵设计经验和资料，可以加快设计进程，避免不必要的重复劳动，是提高设计质量的重要保证，也是创新的基础。然而，任何一项设计任务均可能有多种决策方案，应从具体情况出发，认真分析，既要合理地吸收，又不可盲目地照搬、照抄。4、在设计中贯彻标准化、系统化与通用化，可以保证互换性、降低成本、缩短设计周期，是模具设计中应遵循的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规范，尽量采用标准件，并应注意一些尺寸需要圆整为标准尺寸。同时，设计中应减少材料的品种和标准件的规格。第二章 塑件成型工艺性分析2.1 产品基本尺寸及要求 产品名称：灯座（如图2-1，2-2、2-3）； 生产批量：大批量； 产品材料：PC（Polycarbonate,聚碳酸酯）； 公差等级：未注公差取MT5级精度。图2-1图2-2图2-32.2 塑件的工艺性分析塑件的工艺性分析包括塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑件的结构工艺性分析，其具体内容如下：2.2.1 塑件的原材料分析及主要用途聚碳酸酯为线型结构非晶体材料，透明。材料使用温度小于130，耐寒性好，脆化温度为100。有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯等。聚碳酸酯透光率较高，介电性能好，吸水性小，但水敏性强（含水率不得超过0.2%），且吸水后会降解。力学性能很好，抗冲击及抗蠕变性能优异，但耐磨性差。其成型熔融温度高，但熔体黏度大，流动性差（溢边值为0.06mm）；流动性对温度变化敏感，冷却速度快；成型收缩率；容易产生应力集中。产品主要在机械上用作齿轮、凸轮、涡轮、滑轮等；电机电子产品零件，光学零件等。通过以上对原材料的分析在模具设计中应注意一下两点：、熔融温度高且熔体黏度大，因此在模具设计中对大于200g的塑件成型时应采用螺杆式注射机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴，并加热，严格控制模具温度，一般在70120为宜，模具应用耐磨钢并淬火。、因材料水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现气泡、银丝及强度明显下降现象。、易产生应力集中，应严格控制成型条件，塑件成型后须退火处理，消除内应力；塑件壁不宜太厚；应避免尖角、缺口和金属嵌件造成的应力集中问题；脱模斜度宜取2其主要性能指标据表9-6常用热塑性塑料的主要技术指标2查得如下：表2-1 聚碳酸酯的主要性能指标密度/Kgdm-31.341.35抗拉屈服强度/MPa84比体积/cm3g-10.740.75拉伸弹性模量/MPa6.5103吸水率（%）0.090.15抗弯强度/MPa134收缩率（%）0.050.5冲击韧度/KJm-257.8熔点/235245硬度/HB13.5热变形温度/146149体积电阻系数/cm10172.2.2 塑件的尺寸和精度分析塑件的总体尺寸受到塑料流动性的限制。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件尺寸就较小。此外，塑件外形尺寸还受到成型设备的限制。而影响塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状，脱模斜度及成型后的尺寸变化等。 对塑件的零件图尺寸分析后发现该塑件尺寸精度无特殊要求，所以尺寸均为自由尺寸，按要求取MT5级精度。据表2-4国家标准塑件尺寸公差（GB/T14486-1993）1查取公差值，其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）：、外形尺寸： 690-0.86 、700-0.86、1270-1.28、1290-1.28、1700-1.6、1370-1.28、R50-0.24、30-0.2、1330-1.28。、内形尺寸：630+0.74、640+0.74、1140+1.14、1210+1.28、1230+1.28、1310+1.28、1640+1.6、R20+0.2、600+0.74、320+0.56、300+0.50、80+0.28。、孔尺寸：100+0。32、120+0.32、1370+1.28、1640+1.6、4.50+0。24、20+0.2、50+0.24。孔距尺寸：340.28、960.50、1500.57。2.2.3 塑件表面质量分析 塑件的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等，塑件表面粗糙度的高低主要与模具型腔内各成型表面的粗糙度有关。一般模具型腔表面粗糙度值要比塑件的要求低12级。一般来说，原材料的质量、成型工艺（各种参数的设定、控制等人为因素）和模具的表面粗糙度等都会影响到塑件的表面粗糙度，尤其以型腔壁上的表面粗糙度影响最大。另外对于透明塑件，特别是光学元件，要求凹模和型芯两者有相同的表面粗糙度。该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra0.4mm.而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求，因此塑件通过注射成型的方法获得，据表2-5不同加工方法和不同材料所能达到的塑件表面粗糙度1,塑件内表面粗糙度可取Ra0.8mm或Ra1.6mm。2.2.4 塑件结构工艺性分析2.2.4.1 塑件的几何形状及结构设计塑料制品的形状一般是普通使用形状、艺术形状、工程（功能）形状等三种情况之一或者是它们的结合。塑件制品的形状直接决定了相应模具的结构的设计。制品设计方面的某些简单要求往往会造成模具制造和成型的困难；反之，对制品的结构作有利于模具设计的优化，往往又能大大地简化模具结构或改善成型工艺。塑件制品的结构设计包括壁厚、脱模斜度、加强肋、支承面、圆角、孔的设计及塑件的表面形状等方面。 壁厚塑件的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂件难以充满型腔；壁厚太大，不但浪费原材料，而且在塑件内部容易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加冷却时间。另外，同一塑件的壁厚应尽可能均匀一致，以避免造成收缩不一致而导致变形或开裂。塑件壁厚一般在16mm范围内，最大可达8mm.最常用的壁厚值为1.83mm,这都随塑件类型和用途而定。由表27 常用热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚1查得聚碳酸酯的最小壁厚为0.95mm推荐壁厚范围为1.45mm3.2mm.分析本设计中的零件图2.11知该塑件的壁厚都为3mm,且外形为回转体，其壁厚均匀，符合最小壁厚要求。 脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于粘附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时出现顶白、顶伤、划伤等。在塑件设计时应考虑其表面具有合理的脱模斜度，塑件上的脱模斜度大小，与塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。因此选取脱模斜度时应考虑到塑件的精度要求、塑件的尺寸大小、塑件的形状是否复杂、塑件的收缩率大小和塑件的壁厚值。据表210 常用塑件的脱模斜度1查得聚碳酸酯的凹模脱模斜度为3540，型芯的脱模斜度为3050。又此塑件的外观要求较高且高度尺寸较大、孔和凹槽较多，为方便脱模，因此统一取凹模和型芯的脱模斜度为2。 圆角塑件设置圆角不但使其成型时熔体流动性能好，成型顺利进行，而且能减少应力集中。因为当塑件带有尖角时，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生断裂。据图25 圆角半径R和厚度T与应力的关系1:当R/T0.8时，则应力集中不明显。由零件图知该塑件有两个圆角R2和R5，塑件壁厚为3mm。易知R/T为0.7和1.7，显然塑件底部两个圆角不会产生应力集中。 孔的设计塑件的上的孔有通孔、不通孔、形状复杂的孔和螺纹孔等。这些孔绝大多数与塑件同时成型。由于塑件的成型特性，设计事应注意孔的极限尺寸、孔间距、孔的类型。 孔的极限尺寸 原则上，塑件上的孔均能用一定的型芯成型。但考虑到型芯因高压冲击而弯曲变形和加工的难度。因此对塑件孔的最小直径和孔的最大深度加以限制。据表215 热塑性塑料孔的极限尺寸1查得聚碳酸酯的最小直径d=0.35mm和通孔的最大深度h=6d.本设计的塑件均为通孔且最小孔径d=2mm，显然符合孔的极限尺寸要求。 孔间距 注射成型时塑件熔体遇到成型孔的小型芯时会被分成两部分，在料流的背面容易产生熔接痕，使塑件孔的强度降低。因此，孔边与孔边之间，孔边与塑件边缘之间应该有一定的距离，以保证塑件有足够的强度。孔间距、孔边距与孔径。对该设计的零件进行分析发现塑件有三组孔径不同的通孔，分别为2mm、5mm、5.5mm；对应的孔边距和孔间距分别为17mm和12mm，13.5mm和15.5mm、7.5mm和7mm。据表216 塑件孔间距、孔边距与孔径关系1分析各孔的数据，得出此塑件的孔都能与塑件同时成型，且能保证塑件有足够的强度。 孔的类型 塑件上常见的孔有通孔、不通孔、螺钉固定孔和异型孔等。本设计零件的孔为通孔和螺钉固定孔。且各孔的深度均为塑件的壁厚，容易成型。 塑件的内凸台设计 对本设计的塑件进行结构分析发现该塑件在直径121的外圆筒的圆周上均匀分布有四个高h=3.5mm，宽b=11mm的内凸台，因此在模具设计中需要设计侧向抽芯机构，机构的详细设计将在后面的模具设计章节详细表述。2.3 PC的注射成型过程及工艺参数 注射成型又称注射模塑，是热塑性塑料制品的一种主要成型方法。除个别热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可用此方法成型。注射成型模具占整个塑料模的90%左右。近年来，注射成型已成功地用来成型某些热固性塑料制品。注射成型可成型各种形状的塑料制品，它的特点是成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的塑料制品，而且生产效率高，易于实现自动化生产，所有广泛用于塑料制品的生产中。2.3.1 注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括注射前的准备、注射过程和制品的后处理三个主要阶段。 注射前的准备 为了使注射成型顺利进行，保证塑件质量，一般在注射之前要进行原料预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂。 原料的预处理 对PC的色泽、粒度和均匀度等进行检测，因PC的吸湿性较强，但若有些微量水分存在则制品产生其他色泽或气泡，故必须密封干燥，同时成型时也须预备干燥；干燥处理的温度t=110120,干燥处理的时间h24h。 清洗的料筒 生产中如需要改变塑料品种、更换物料、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，均应对注射机的料筒进行清洗，对于螺杆式注射机，可以采用对空注射清洗法。 脱模剂的选用 为了便于脱模，生产中常使用脱模剂。常用的脱模剂有三种：硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。硬脂酸锌除尼龙塑料外，其余均可使用。 注射过程完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个步骤。 制品的后处理塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂，因此应该设法消除掉。消除内应力的方法有退火处理和调湿处理。据表3-2 常见塑料注射成型时的注意事项1得PC须在130135的烘箱中或自来水中退火处理1h，然后缓慢冷却。2.3.2 注射成型工艺参数在注射成型过程中，工艺条件的选择和控制是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素之一，主要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力和相应的各个作用时间。 温度在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两者影响塑料的塑化流动；后一种温度主要影响充型和冷却。料筒的温度分布一般遵循前高后低的原则，即从料斗一侧（后侧）起至喷嘴（前端）止，是逐步升高的。喷嘴温度一般为防止熔体在喷嘴处产生“流涎”现象，通常将喷嘴温度控制在略低于料筒的最高温度，即大致与料筒中断温度相同。模具温度对塑料熔体的流动性、塑件的内在性能和外观质量影响很大，模具必须保持一定温度。(见表2-2)表2-2 PC成型温度表工艺参数PC料筒后段温度/220240料筒中段温度/230280料筒前段温度/240285喷嘴温度/240250模具温度/701202.压力注射成型过程需要控制的压力有塑化压力、注射压力、保压压力和型腔压力4种，它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。塑化压力所代表的是塑料塑化过程中所承受的压力；注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力；保压压力是指型腔充满后，注射压力对模内熔体的压实；型腔压力是注射压力在经过注射机喷嘴、模具的流道、浇口等的压力损失后，作用在型腔单位面积上的压力。一般型腔压力是注射压力的0.30.65倍，大约为2040MPa。(见表2-3)表2-3 PC成型压力系数压力/MPa注射70130保压40503.注射速率 注射速率主要影响熔体在型腔内的流动行为。通常随着注射速率的增大，熔体流速增加，剪切作用加强，熔体粘度降低，熔体温度因剪切发热而升高，所以有利于充型。制品个部分塑料熔体的熔接处的溶接强度也得以增加。但是，由于注射速率增大可能使熔体从层流状态变为湍流状态，严重时会引起熔体在模内喷射而造成模内空气无法排出。4.成型周期完成一次注射成型工艺过程所需的时间称为成型（或生产）周期。它是决定注射成型生产率及塑件质量的一项重要因素。它包括以下几部分：注射时间（充型时间和保压时间）、合模冷却时间、其他时间（开模、脱模、涂脱模剂和合模时间）。成型周期直接影响生产效率和设备的利用率，应在保证产品质量的前提下，尽量缩短成型、冷却过程。注射时间和冷却时间的多少对塑件制品的质量有决定性影响。(见表2-4)表2-4 PC各成型时间时间/s注射时间15保压时间2090降温固化时间2090成型周期50130 其它工艺参数塑件的工艺参数除了以上所述的各工艺参数外，还有如下的工艺参数要求，如下表2-5表2-5 其它工艺参数螺杆转速/rmin-12540喷嘴结构直通式注射机类型螺杆式螺杆结构形式通用型第三章 注射成型工艺及注塑机的选择3.1 概述 注射成型的原理是将颗粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经过一定时间的保压、冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。注射成型所用的设备是注射机。目前注射机的种类很多，但普遍采用的是柱塞式注射机和螺杆式注射机。在对灯座进行材料选定、零件工艺性分析、成型工艺过程分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式，根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。3.2 型腔数量及排列方式选择本设计的零件等座属中小型塑件，为回转体，形状规则，精度要求为一般，且为批量生产，但塑件的外筒内壁有凸台，需要进行侧抽芯，考虑到经济效益和生产效益，并结合模具的结构，防止模具结构过于复杂，初步拟定采用一模一腔，零件尺寸如图3-1所示：图3-13.3 注射机选型3.3.1 注射量计算通过Pro/E建模，如图2-3所示，通过“分析”“模型”“质量属性”得塑件体积v=218.06cm，塑件质量m1=294.4g（取PC的密度为1.35Kg/dm3），流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.2倍来估算。从上述分析中确定为一模一腔，所以注射量为：m=1.2nm1=1.21294.4=353.28gv=m/p=353.281.35=261.69cm3图3-2 Pro/E质量属性分析图3.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算，由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和一个塑件体积之和）为v总=（1+0.2）v塑=1.2261.69=314.03cm33.3.3 选择注塑机 注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机的有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范有：公称注射量、公称注射压力、公称锁模力、模具安装尺寸以及开模行程等。根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总量v总=314.03cm3，并结合式（4-18）1则有：v总/0.8=314.03/0.8=392.54cm3。根据以上的计算，据附录G 部分国产注射成型机的型号和技术参数1初步选定公称注射量为500cm3，注射机型号为XS-ZY-500的卧式注射机，其主要技术参数参见表3-2。表3-2 注射机主要技术参数注射压力/MPa104MPa注射行程/mm200螺杆转速/r/min2080r/min注射时间/s2.7合模力/N35105最大成型面积/cm1000模板最大行程/mm500最大模具厚度/mm450拉杆空间/mm500440最小模具厚度/mm300喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm7.5定位孔直径/mm150模板尺寸/mm7008503.3.4 注射机的相关参数的校核1、注射量的校核 选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际实际需要的注射量来初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、开模行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号：为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于或等于某注射机的公称注射量的80%，由3.3.3知本设计中所选注射机的原则和方式刚好与此吻合。所以设计中所选的注射机的注射量符合要求，在此不再进行过多的校核2、注射压力的校核注射机压力的校核是校核设计所选注射机的公称压力P公能否满足塑件成型时所需要的注射压力P0。塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素决定，其值一般为70150MPa，通常要求为：P公P0 查表4-1 部分塑料所需的注射压力P0 1可知，PC所需注射压力为100120MPa，这里取p0=100MPa，该注射机的公称注射压力p公=104MPa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3，则：k1p0=1.3100=130p公所以，注射机注射压力不合格。但考虑到本设计中的灯座在日常使用中其功能和性能要求不高，仅起到固定作用。综合考虑注射量的要求和注射机注射压力值，最终决定选用此注射机。2、锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填型腔时，沿锁模方向产生一个很大的胀型力。因此，注射机的锁模力必须大于该胀型力。 塑件在分型面上的投影面积A塑，则A塑=（1702）2=22686.5 mm2 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取A浇=0.3A塑。 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则A总=n（A塑A浇）=n（A塑+0.3A塑）=11.3A塑=11.322686.5 =29492.45mm2 模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总p模式中，p模是型腔的平均计算压力值。p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的0.30.65，大致范围是2540MPa。对于粘度较大的精度较高的塑件制品应取较大值。PC属高粘度塑料及有精度要求的塑件，故p模取40MPa。所以F胀=A总p模=29492.4540 =1179.7KN 查表3-2可得该注射机的公称锁模力F锁=3500kN，锁模力安全系数为k2=1.11.2这里取k2=1.2，则k2 F胀=1.2F胀=1.21179.7=1415.64KNF锁所以，注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第四章 模具结构设计注塑模结构设计在模具设计的整个设计流程中是最为关键的一步，也是最重要的一个环节，其直接影响到设计的合理性和设计产品的可执行性，因此需要特别重视。注射模的结构设计主要包括：分型面的选择、浇注系统的设计、型芯和型腔的结构确定、推件方式、侧抽芯机构设计、模具结构零件设计等。4.1 分型面位置和形式的确定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。分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，首先就要确定分型面的位置和浇口的形式，然后才能确定模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。该塑件为灯座，外形要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，有两种分型面的选择方案。其一，选塑件小端底平面作为分型面，如图4-1所示；选择这种方案，侧面抽芯机构设在定模部分，模具结构需用瓣合式，这样在塑件表面会有熔接痕，同时增加了模具结构的复杂度。其二，选塑件大端底平面作为分型面，如图4-2所示，采用这种方案侧抽芯机构设计动模部分，模具结构较为简单。所以选塑件大端底平面作为分型面较为合适。 A A图4-1A A图4-24.2 模具浇注系统设计所谓注射模的浇注系统，是指从主流道的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，具有传质、传压和传热的功能，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。正确设计浇注系统对获得优质的塑件极为重要。注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是浇注系统的设计。因此，浇注系统十分重要。浇注系统一般可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两类。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。4.2.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。其顶部设计成半球形凹坑，以便与喷嘴衔接，为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1mm2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出。由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，材料选用45钢，并经局部热处理球面硬度55HRC62HRC，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径0.5mm1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截现象，其关系如图4-3所示。图4-2 喷嘴与浇口套尺寸关系1、主流道尺寸 主流道小端直径：d=注射机喷嘴直径d0（0.51）=7.5（0.51），取d=8mm 主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球半径SR0（12）=18+（12），取SR=20mm 球面配合高度： h=35mm，取h=4mm 主流道长度： 尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的结构，初取L0=50mm 主流道大端直径： D=d+2Ltan11mm（半锥角为12，这里取1.5） 浇口套总长： L=L0+h=50+4=54mm 主流道的凝料体积V主=L主（R2主+r2主+R主r主）/3=3.1450(5.52+42+5.54)/3 =1152.07mm3=1.15cm3 主流道当量半径Rn=(5.5+4)/2mm=4.75mm 浇口套的形式及其固定方式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求严格，因而在模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢（T8A或T10A）或合金钢等，热处理表面硬度为5256HRC。本设计由于主流道比较长，凝料面积比较大，因此把衬套和定位圈设计成分体式结构。如图4-4所示。图4-4 浇口套固定形式1.定位圈 2.定模座板 3.浇口套 冷料穴的设计 冷料穴也称冷料井。冷料穴一般设在主流道和分流道的末端，其作用就是存放两次注射间隔而产生的冷料和料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成各种缺陷。根据冷料穴的所处的位置不同，冷料穴可分为主流道冷料穴和分流道冷料穴。本设计仅设计主流道冷料穴，采用球形拉料杆。4.2.2 分流道的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，起分流和转向的作用。多型腔模具必须设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。分流道是塑料熔体进入型腔前的通道，可通过优化设置分流道的横截面形状、尺寸大小及方向，使塑料熔体平稳充型，从而保证最佳的成型效果。分流道的横截面形状：通常分流道的横截面形状有圆形、矩形、梯形、U形和正六边形等。 分流道的布置形式在设计分流道是应考虑尽量减少在流道内压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式布置。如图4-5所示。图4-5 分流道形式 分流道的长度由图4-5知，此灯座的分流道的设计较简单，根据零件的结构尺寸设计，分流道较长，单边分流道长度L分取170/2mm为85mm。竖直方向的长度尺寸暂定为50mm。 分流道的当量直径因为该塑件的质量由3.3.1知m塑=m1=294.4g200g。据公式（4-16）1:D=0.2654 =0.2654 =13.83mm对于流动性能差的塑料，比如：HPVC、PC、PMMA等，分流道较长时，直径可达1013mm。但分流道直径在8mm以上时，再增大其直径，对改善流动的影响已经很小。所以取分流道的直径D分=13mm 分流道截面形状分流道的截面形状：通常分流道的横截面形状有圆形、矩形、梯形、U形和正六边形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，希望流道的横截面积大、表面积小，通过比较圆形截面的效率最高，但相对加工难度大。正方形流道凝料脱模困难且流道效率低。梯形截面的流道相对于圆形有较大的热量损失，但梯形横截面的流道便于选择加工刀具同时加工容易，又比较容易脱模，因此梯形横截面使用较为广泛，特别对于双分型面模具。因此本模具设计采用梯形横截面。所以据表4-51得：H=0.76D=0.7613=9.88mm B=1.14D=1.1413=14.82mm取H=10mm，B=15mm5分流道截面尺寸设梯形的上底宽度为x，底面圆角半径R=1mm，则该梯形的截面积为：A分=(x+B)H/2再根据该面积与当量直径为13mm的圆面积相等，可得A分=（x+15）102= D分2/4=3.141324即得：x12mm。6凝料体积 分流道的长度：L分=170mm。 分流道截面积：A分=（15+12）102mm2=135mm2 凝料体积：V分=L分A分=170135=22100mm223cm3 7校核剪切速率 确定注射时间：查表4-81，可得t=2.5s。 计算分流道体积流量：q分=（V分+ V塑）/2.5=（23+261.69）2.5=113.88cm3/s 由式（4-20）1可得剪切速率 =3.3113.88103(3.14(13/2)3) =4.4102s-1该分流道的剪切接近浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5102s-15103s-1,所以，分流道内熔体的剪切速率合格。8分流道表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很高，一般取Ra1.252.5um即可，此处取Ra1.6um，另外脱模斜度一般在510之间，在这里取脱模斜度为8。9.分流道的布置和分流道与浇口的连接 本设计中的产品因其质量和体积相对较大，考虑到产品的成型条件和脱模，此成型模具采用双分型面，因此分流道采用平衡式的单排列式，以利于塑件充型。 分流道与浇口的连接处在加工时应加工成斜面并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。本设计中的分流道分一级分流道和二级分流道，一级分流道横截面为梯形，二级分流道为竖直方向，考虑到加工的难易程度，因此二级分流道和浇口的连接采用圆形分流道和圆形浇口。以便于加工且在之后的修模时降低了难度。4.2.3 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，其作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口部分的熔体能迅速地凝固而封闭浇口，防止型腔内的熔体倒流。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。注射成型时许多缺陷都是由于浇口设计不合理而造成的，所以要特别重视浇口的设计。该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模一腔注射，采用圆形点浇口。1 浇口尺寸的确定 计算浇口的直径，据表4-101得经验公式：式中 点浇口直径； 型腔的表面积； 塑料材料系数，见表4-101得：n=0.8 k制品壁厚的函数值，见表4-101得：k=0.206 ,t=3mm。得k=0.36d=0.80.363.77mm；又据表4-101经验数据：d=0.32mm,所以取d=2mm. 计算浇口的长度。根据表4-101经验数据，可得浇口的长度L浇一般选用0.72.5mm，这里取L浇=1mm。2 浇口剪切速率的校核 计算浇口的当量半径。此浇口为圆形点浇口，得R浇=d/2=1mm。 校核浇口的剪切速率。1）确定注射时间：查表4-81知t=2.5s。2）计算浇口的体积流量：q浇=V塑/t=261.692.5=104.68cm3/s。3）计算浇口的剪切速率：由式（4-20）1可得：则：=（3.3104.68103）（3.1413） =1.1105该点浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102s-15103s-1之间,所以，浇口的剪切速率校核合格。4.2.4 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的大小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。 计算主流道的体积流量 q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.15+23+1261.69）/2.5=114.34 cm3/s 计算主流道的剪切速率 =（3.3114.34103）（3.144.753）s-1 =1.12103 s-1 主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102s-15103s-1之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。4.2.5 冷料穴的设计及计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计的模具为双分型面模具，仅有主流道冷料穴。拉料杆设计在动模一侧以在模具第一次分型时能够顺利拉出主流道位置的塑料，并在第二次分型时把分流道冷凝料拉出，方便工作人员取出冷凝料。第五章 成型零件结构设计及计算5.1 成型零件结构设计成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸、型腔和型芯的深度尺寸和中心距尺寸等。在设计时必须根据塑件的尺寸和精度要求及塑料收缩率来确定成型零件尺寸和制造误差，但影响塑件的尺寸及公差的因素相当复杂，因而确定成型零件尺寸时应综合考虑各种影响因素。由于在一般情况下，模具制造公差、磨损、和成型收缩波动是影响塑件公差的主要因素，因而，计算成型零件时应主要考虑以上三项因素的影响。成型零件工作尺寸的计算方法有两种：有一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率，极限制造公差和极限磨损量进行计算。前一种计算方法简便，但可能有误差，在精密塑件的模具设计中受到一定限制；后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。以下计算按平均值的计算方法。在计算成型零件和型芯的尺寸时，塑件和成型零件尺寸均按单向极限制，如果塑件上的公差是双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。5.1.1 凹模结构设计凹模是成形制品外表面的成形零件。按凹模结构的不同将其分为：（1）整体式（2）整体嵌入式（3）组合式（4）镶拼式整体式凹模由整块材料加工而成。整体式凹模的特点是强度和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹。但加工比较困难，需要用电火花机床和立式铣床加工，热处理也不便，仅适合形状简单的中小型制品。整体嵌入式凹模适合用于小型制品的多腔模具。通常将多个整体凹模嵌入到凹模固定板中。整体凹模的外形多采用带台阶的圆柱体，从下部嵌入到凹模固定板中。对于形状复杂的凹模，最常用方法是将凹模做成通孔，再镶以垫板，这种形式是组合凹模。通孔凹模在刀具切割、线切割、磨削、抛光及热处理时比较方便。组合式凹模的强度和刚度较差。在高压熔体下容易造成垫板变形，垫板变形后熔体易渗入连接的缝隙中，造成飞边，严重时会造成脱模困难。这种结构成本较高。镶拼式凹模适合于各种结构的凹模,这种结构的凹模是将四壁和垫板分别加工研磨后压入到模框板之中，侧壁之间采用扣锁连接以保证连接的准确性。镶拼式凹模在设计时要注意合理地选择拼缝位置和各个拼块的准确定位和紧固。在凹模的结构设计中，采用镶拼结构有如下好处：1）简化凹模型腔的加工，可将凹模内形体的加工变为镶件的外形加工，降低了加工难度。2）镶件可用高碳钢或高碳合金钢淬火，可用专用磨床研磨曲面形状。凹模中使用镶件的局部型腔有较高的精度和耐磨性，并可方便地更换镶件。3）可节省优质塑料模具钢，对于大型模具可大大地降低模具的造价。4）有利于排气系统的设计，采用镶块结构的模具设计应在以下几方面予以注意：凹模的强度和刚度有所削弱，故模框板应有足够的强度和刚度。镶件之间应采用凹凸槽相互扣锁并准确定位。镶件与模框之间应设计可靠的紧固装置。镶拼接缝必须配合紧密。转角和曲面处不能设置拼缝。拼缝线方向应与脱模方向一致。镶拼件的结构应有利于加工、装配和调换。镶拼件的形状和尺寸精度应有利于凹模总体精度，保证动模和定模能准确对中。经分析本设计零件的结构，凹模采用整