调速旋钮注塑模具设计.doc

1 53 摘 要 本文阐述了风扇调速旋钮注塑模具的设计过程 并对设计原理及方案的选择进行 了相应的论述 风扇调速旋钮的注射模具设计必须首先分析风扇调速旋钮结构 测量尺寸 确定 分型面 运用 pro e 软件造型 分析它的尺寸 质量等要素 然后进行整体设计 包括 选择注射机 设计浇注系统 型芯 型腔 完成型芯 型腔的尺寸计算 设计冷却回 路等 之后进行相应校核 如注射机的校核 模具最大厚度的校核等 并分析 确定 方案的可行性 最后对模具工艺进行相应描述 并制作模具工艺卡 绘制各零 部件 图纸等 同时 就目前的模具市场 尤其是中国模具市场 来制定模具加工工艺 目前世 界模具市场供不应求 模具的主要出口国是美国 日本 法国 瑞士等国家 中国模 具出口数量极少 但中国模具钳工技术水平高 劳动成本低 只要配备一些先进的数 控制模设备 提高模具加工质量 缩短生产周期 沟通外贸渠道 模具出口将会有很 大发展 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 关键词 风扇调速旋钮 注塑模具 浇注系统 型芯 型腔 2 53 Abstract This article elaborated the design process of ventilator velocity modulation knob injection mold s and has carried on the corresponding elaboration to the principle of design and the plan of choice In here I have completed the design assignment about injection mold for ventilator velocity modulation knob In the first place I must analyze the structure of ventilator velocity modulation knob survey the size of it decide the parting line utilize the pro e software modelling analyzes essential factors and so on And then the primary design assignment will be put up The task mostly include choicing injection machine designing the feed system include sprue runner and gate the core and the cavity Except that I must finish the calculation about the core and the cavity Cooling channel and vent of injection mold must be take into account In the next place Carry on the corresponding examination like the injection machine examination the mold greatest thickness s examination and so on Afterward I must analyzes and make sure the determination plan feasibility Finally the corresponding technics of mold must be described and the card of mold technics be done Of course the blueprint of all accessory would be finished At the same time make use of condition the market of mold in present especially in the Chinese market of mold to formulate the mold processing craft particularly At present the world mold market falls short of demand mold s leading exporter is the US Japan France countries and so on Switzerland Chinese mold export quantity are extremely few but the Chinese mold fitter technical level is high the cost of labor is low so long as provides some advanced numerical control pattern making equipment improves the mold processing quality will reduce the production cycle the communication foreign trade channel the mold export will have the very big development The research and the development mold technology raises the mold technical level regarding promotes the national economy development to have the specially vital significance Key words Ventilator velocity modulation knob Injection mold Feed system Core Cavity 3 53 目 录 引言 1 1 塑件分析 4 2 材料的成型特性与工艺参数 4 3 注射机的选取 5 4 模具的结构设计 6 4 1 型腔数目的确定 6 4 2 分型面 6 4 3 浇注系统 7 4 3 1 主流道的设计 7 4 3 2 分流道设计 8 4 3 3 浇口的设计 10 4 3 3 校核流动比 11 4 3 4 浇注系统的平衡 11 4 3 5 冷料穴和拉料杆的设计 11 4 3 6 分析浇口和塑件成型情况 12 4 4 成型零部件设计与计算 14 4 4 1 成型零部件的结构设计 14 4 4 2 成型零部件工作尺寸的计算 14 4 4 3 成型零部件的强度与刚度计算 17 4 5 结构零部件的设计 19 4 5 1 模架的选取 19 4 5 2 定模座板 动模座板的设计 20 4 5 3 合模导向机构的设计 21 4 6 推出机构设计 21 4 6 1 推出力的计算 22 4 6 2 推出机构 22 4 7 排气系统 24 4 7 1 排气系统的设计 24 4 7 2 推管 推杆 镶件排气功能的证明 25 4 8 模具温度调节系统设计 25 4 8 1 冷却系统的设计 25 4 53 4 8 2 冷却计算 26 5 注射机的校核 31 6 安装参数校核 32 6 1 模具厚度校核 32 6 2 开模行程校核 32 7 模具制造工艺 32 7 1 塑料模制造技术要求 32 7 2 制造工艺 33 7 2 1 型腔的制造工艺 34 7 2 2 型芯的制造工艺 34 7 2 3 小型芯的制造工艺 34 8 试模与修模 34 总结 37 谢 辞 38 参考文献 39 附录 40 1 53 引言 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 早在 1989 年 3 月中国政府颁布的 关于当前产业政策要点的决定 中 将模具列 为机械工业技术改造序列的第一位 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 又是高新技术产业化的重要领域 模具在机械 电子 轻工 汽车 纺织 航空 航天等工业领域里 日益成为使用最 广泛的主要工艺装备 它承担了这些工业领域中 60 90 的产品的零件 组件和部件 的生产加工 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 仅以汽车 摩托车行业的模具市场 为例 汽车 摩托车行业是模具最大的市场 在工业发达的国家 这一市场占整个模 具市场一半左右 汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一 汽车工业重点是发展 零部件 经济型轿车和重型汽车 汽车模具作为发展重点 已在汽车工业产业政策中 得到了明确 汽车基本车型不断增加 2005 年将达到 170 种 一个型号的汽车所需模 具达几千副 价值上亿元 为了适应市场的需求 汽车将不断换型 汽车换型时约有 80 的模具需要更换 中国摩托车产量位居世界第一 据统计 中国摩托车共有 14 种 排量 80 多个车型 1000 多个型号 单辆摩托车约有零件 2000 种 共计 5000 多个 其 中一半以上需要模具生产 一个型号的摩托车生产需 1000 副模具 总价值为 1000 多 万元 其他行业 如电子及通讯 家电 建筑等 也存在巨大的模具市场 目前世界模具市场供不应求 模具的主要出口国是美国 日本 法国 瑞士等国 家 中国模具出口数量极少 但中国模具钳工技术水平高 劳动成本低 只要配备一 些先进的数控制模设备 提高模具加工质量 缩短生产周期 沟通外贸渠道 模具出 口将会有很大发展 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 80 年代以来 在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下 我国模具工业发展迅速 年均增速均为 13 1999 年我国模具工业产值为 245 亿 至 2000 年我国模具总产值预计为 260 270 亿元 其中塑料模约占 30 左右 在未来的模 具市场中 塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高 我国塑料模工业从起步到现在 历经半个多世纪 有了很大发展 模具水平有 2 53 了较大提高 在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具 6 5kg 大容 量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具 精密塑料模具方面 已能生产照相机塑料件模具 多型腔小模数齿轮模具及塑封模具 如天津津荣天和机 电有限公司和烟台北极星 I K 模具有限公司制造的多腔 VCD 和 DVD 齿轮模具 所生 产的这类齿轮塑件的尺寸精度 同轴度 跳动等要求都达到了国外同类产品的水平 而且还采用最新的齿轮设计软件 纠正了由于成型收缩造成的齿形误差 达到了标准 渐开线齿形要求 还能生产厚度仅为 0 08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的 塑料门窗挤出模等等 注塑模型腔制造精度可达 0 02 0 05mm 表面粗糙度 Ra0 2 m 模具质量 寿命明显提高了 非淬火钢模寿命可达 10 30 万次 淬火钢模 达 50 1000 万次 交货期较以前缩短 但和国外相比仍有较大差距 具体数据见表一 成型工艺方面 多材质塑料成型模 高效多色注射模 镶件互换结构和抽芯脱模 机构的创新设计方面也取得较大进展 气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟 如青 岛海信模具有限公司 天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外 壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术 一些厂家还使用了 C MOLD 气辅软件 取得较好的效果 如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术 热流 道模具开始推广 有的厂采用率达 20 以上 一般采用内热式或外热式热流道装置 少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置 少数单位采用具有世界 先进水平的高难度针阀式热流道模具 但总体上热流道的采用率达不到 10 与国外 的 50 80 相比 差距较大 在制造技术方面 CAD CAM CAE 技术的应用水平上了一个新台阶 以生产家 用电器的企业为代表 陆续引进了相当数量的 CAD CAM 系统 如美国 EDS 的 UG 美国 Parametric Technology 公司的 Pro Emgineer 美国 CV 公司的 CADS5 英国 Deltacam 公司的 DOCT5 日本 HZS 公司的 CRADE 以色列公司的 Cimatron 美国 AC Tech 公司的 C Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析 软件等等 这些系统和软件的引进 虽花费了大量资金 但在我国模具行业中 实现 了 CAD CAM 的集成 并能支持 CAE 技术对成型过程 如充模和冷却等进行计算机模 拟 取得了一定的技术经济效益 促进和推动了我国模具 CAD CAM 技术的发展 近 年来 我国自主开发的塑料模 CAD CAM 系统有了很大发展 主要有北航华正软件工 程研究所开发的 CAXA 系统 华中理工大学开发的注塑模 HSC5 0 系统及 CAE 软件等 这些软件具有适应国内模具的具体情况 能在微机上应用且价格较低等特点 为进一 步普及模具 CAD CAM 技术创造了良好条件 近年来 国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢 如 P20 3Cr2Mo PMS SM SM 等 对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的 影响 但总体使用量仍较少 塑料模标准模架 标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到 3 53 应用 并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件 但目前我国模具标准化程度 和商品化程度一般在 30 以下 和国外先进工业国家已达到 70 80 相比 仍有很大 差距 据有关方面预测 模具市场的总体趋热是平稳向上的 在未来的模具市场中 塑 料模具的发展速度将高于其它模具 在模具行业中的比例将逐步提高 随着塑料工业 的不断发展 对塑料模具提出越来越高的要求是正常的 因此 精密 大型 复杂 长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度 同时 由于近年来进口模具中 精密 大型 复杂 长寿命模具占多数 所以 从减少进口 提高国产化率角度出发 这类 高档模具在市场上的份额也将逐步增大 建筑业的快速发展 使各种异型材挤出模具 PVC 塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点 高速公路的迅速发展 对汽 车轮胎也提出了更高要求 因此子午线橡胶轮胎模具 特别是活络模的发展速度也将 高于总平均水平 以塑代木 以塑代金属使塑料模具在汽车 摩托车工业中的需求量 巨大 家用电器行业在 十五 期间将有较大发展 特别是电冰箱 空调器和微波炉等 的零配件的塑料模需求很大 而电子及通讯产品方面 除了彩电等音像产品外 笔记 本电脑和网机顶盒将有较大发展 这些都是塑料模具市场的增长点 4 53 1 塑件分析 风扇调速旋钮结构简单 在其孔处与风扇存在一定的配合 有一定的精度要求 但是其他的地方并无精度要求 因而按照塑件制品尺寸公差的国家标准 GB T14486 1993 对于有一定配合要求的 ABS 塑件取精度等级 MT3 表面粗糙度为0 6 另外 a R 由于塑件在冷却过程中产生收缩 因此在脱模前会紧紧的包住凸模或型腔中的其他凸 起部分 为了便于脱模 防止塑件在脱模时划伤 擦毛等 必须设置一定的脱模斜度 根据 塑料成型工艺与模具设计 表 3 12 常用塑件的脱模斜度 知 ABS 塑料型腔的脱 模斜度为 35 型芯脱模斜度为 30 40 对于风扇调速旋钮取型腔脱模301 斜度为 型芯脱模斜度为 30 另外在零件成型后 为了达到一定的光度和亮度 1 满足设计美观的需求 在其表面进行喷涂 根据风扇调速旋钮的功用 要求塑件有一 定的耐磨性和耐热性 尺寸需要相对的稳定 2 材料的成型特性与工艺参数 设计要求塑件采用 ABS 塑料 收缩率为 0 93 ABS 即苯乙烯 丁二烯 丙烯腈 共聚物 这三种组成各自的特性 使 ABS 具有良好的综合力学性能 丙烯腈使 ABS 有 良好的耐化学腐蚀及表面硬度 丁二烯使 ABS 坚韧 苯乙烯使它有良好的加工性和染 色性能 它无毒 无味 呈微黄色 成型的塑件有较好的光泽 密度为 1 05g 3 cm 成型温度 200 240 干燥条件为 80 90 ABS 有极好的抗冲击强度 且在低温下C C 也不迅速下降 ABS 有良好的机械强度和一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水性 化 学稳定性和电化学性 水 无机盐 碱和酸类对 ABS 几乎无影响 但在酮 醛 酯 氯代烃中会溶解或形成乳浊液 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性 易于成型加工 经过 5 53 调色可配成任何颜色 ABS 的缺点是耐热性不高 连续工作温度 70左右 热变形温C 度为左右 且耐气候性差 在紫外线作用下易变硬发脆 C 93 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同 其性能也略有差异 从而适应各种不同的 应用要求 根据应用要求的不同 ABS 可分为超高冲击型 高冲击型 中冲击型 低冲 击型和耐热性等 3 注射机的选取 根据塑件的体积初步选定注射机 用 pro e 造型后 运用其分析功能可得下列有关 数据 体积 5 3033213e 03 毫米 3 曲面面积 4 3779472e 03 毫米 2 密度 1 0500000e 00 公吨 毫米 3 质量 5 5684874e 03 公吨 为了保证注射成型质量和充分发挥设备的功能 根据注射模一次成型的塑料质量 塑件与浇道凝料之和 应在注射机理论注射量的 10 80 之间 最好在 50 80 之间 g136 115 0 568 5 5 0 max 总 MM 606 105 0 303 5 5 0 max 总 VV 3 cm gMM96 6 8 0 568 5 8 0 min 总 3 min 629 6 8 0 303 5 8 0 cmVV 总 又因为任务书要求塑件使用 ABS 塑料 根据 塑料成型工艺与模具设计 表 3 1 常用塑料的注射成型参数 知道 ABS 塑料应选用螺杆式注射机类型 参阅 塑料模具设计与制作教程 初选注射机型号为 SZ 60 450 其主要的技 术规格如下表 1 6 表 1 SZ 60 450 注射机主要技术规格 额定注射量 3 cm78螺杆直径 mm30 注射压力 MPa170移模行程 mm220 锁模力 kN450塑化能力 g s5 6 最大合模行程 mm300模具最大厚度 mm300 模具最小厚度 mm100喷嘴圆弧半径 mm20 喷嘴孔直径 mm4螺杆转速 r min14 200 6 53 4 模具的结构设计 4 1 型腔数目的确定 按照注射机的最大注射量确定型腔的数目 n 根据公式 1 11 m mKm n p1 568 5 05 1 788 0 1 m 式中 K 注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 注射机最大注射量 g p m 浇注系统凝料量 g 1 m M 单个塑件的质量 g 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 由于风扇调速旋钮要求的精度并不高 但有一定的配合要求 为了同时兼顾生产 效率和成本 确定型腔数目为一模六腔 初步型腔数目后再校核注射机是否符合要求 按容量校核 0 8 件注 VV 5 浇注注 VV 6303 5 8 0 所以有 7725 39 注 V 式中 注射机最大注射容量 厘米 注 V 3 成形塑件及浇注系统所需塑料的容量 厘米 件 V 3 0 8 为系数 一般要求成形塑件的容量不得超过注射机容量的 80 所以注射机符合要求 4 2 分型面 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 按照分型面的选取要求 选择最大投影面作为分型面 但此时型芯的不易加工 考虑采用嵌件 而中心处的嵌件又处于腔槽中 如果简单的用嵌件将会难以装配 所 以改用小型芯 既然中间部分以采用小型芯 所以塑件上的三个孔都设计为 用小型 7 53 芯的形式获得 这样一方面便于主型芯的制造 另一方面也便于统一装配 降低了装 配的时间 也避免了 由于过盈配合对模具型芯造成的损害 4 3 浇注系统 浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道 普通浇注系统一般由 主流道 分流道 浇口 和冷料穴等四部分组成 浇注系统的设计是模具设计中的一 个重要环节 设计合理与否对塑件的性能 尺寸 内外部质量及模具的结构 塑料的 利用率等有较大的影响 对浇注系统进行设计时 一般应遵循如下基本原则 1 了解塑料的成型性能 注射成型时注射机料筒中的塑料已成熔融状态 粘流 态 因此设计的浇注系统一定要适应于所有塑料的成型特性 以保证成型塑件的质量 2 尽量避免或减少产生溶解痕 在选择浇口位置时 应注意避免熔接痕的产生 熔体流动时应尽量减少分流的次数 有分流必定有汇合 熔体汇合之处必然会产生熔 接痕 尤其是在流程长 温度低时 这对塑件溶接强度的影响较大 3 有利于型腔中的气体排出 浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的 各个部分 使浇注系统及型腔中原有的气体能有序地排出 避免充填过程中产生紊流 或涡流 也避免因气体存在而引起凹陷 气泡 烧焦等塑件的成型缺陷 4 防止型芯的变形和嵌件的位移 浇注系统设计应尽量避免塑料熔体直接冲击 细小型芯和嵌件 以防止熔体的冲击力使小型芯变形或嵌件位移 5 尽量采用较短的流程充满型腔 使塑料熔体的压力损失和热量损失减小到最 低程度 以保持较理想的流动状态和有效地传递最终压力 保证塑件良好的成型质量 6 流动距离比和流动面积比的校核 对于大型或薄壁塑料制件 塑料熔体有 可能因其流动距离过长或流动阻力太大而无法充满整个型腔 为此 在模具设计过程 中除了考虑采用较短的流程外 还应对其注射成型时的流动距离比或流动面积比进行 校核 这样就可以避免型腔充填不足现象的产生 4 3 1 主流道的设计 主流道是指浇注系统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 是熔体最先流经模具部分 他的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和冲模 时间有较大的影响 因此必须使熔体的温度降和压力损失最小 主流道设计在模具的浇口套中 为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出 主流 道设计成圆锥形 其锥角为 在这里为了避免产生湍流或漩涡 且使凝料容 6 2 易脱模 对 ABS 塑料来说 取锥角 小端直径 d 比注射机喷嘴直径大 3 0 5 1mm 所以 d 由于小端的前面是球面 其深度为 3 5mm 在此5141 喷嘴 d 取 3mm 注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合 因此要求主流道球面半径 比喷嘴球面半径大 1 2mm 该处取 R 20 1 21mm 流道的表面粗超度 Ra0 8 大 m 8 53 端口圆角 r 取 2mm 为了减少压力损失和回收料量 主流道长度尽可能短些 常取 60mm 主流道出口端面应与定模分型面齐平 以免出现溢料 主流道要与高温塑料 及喷嘴反复接触 容易损坏 为便于更换 常设计成可拆卸的主流道衬套结构 主流 道衬套的进口端在注射时承受很大的喷嘴压力 同时 其出口端与分流道 浇口也承 受型腔的反压力 因此 主流道衬套应带凸缘 使之固定在定模上 考虑到模架厚度 要求 L 的值不能小于定模板到定模型腔之和 因而取 L 60 此时 采mmd14 8 2 用 SBA 类型的标准件 选择型号为 16 其具体结构见下图 1 图 1 4 3 2 分流道设计 在设计多型腔或者多浇口的单型腔的浇注系统时 应设置分流道 分流道是指主 流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道 分流道的作用是改变熔体流向 使 其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔 设计时应尽量减少流动过程中的热量损失与 压力损失 所以在多型腔模中均设置分流道 且常由一级分流道和二级分流道共同完 成 要求满足熔融流料压力损失小 散热最少 容积量最小 1 分流道的截面和水力半径 为减少分流道内的压力损失 希望分流道截面面积要大 为了减少散热 则希望 分流道表面积要小 常用的分流道截面形式有圆形 体形 U 形 半圆形及矩形等 为评价分流道截面形状的优劣 可用水力半径来表示 所谓水力半径 R 是分流道截面 积 A 和其周长 X 之比 R A X m 由此计算可知圆截面水力半径最大 矩形截面水力半径最小 水力半径大意味着 流体的道壁的接触少 阻力小 通流能力大 压力损失小 散热少 反之着通流能力 9 53 小 压力损失大 散热多 但是圆形截面不易加工 而梯形截面和 U 形截面较易加工 水力半径又不太小 所以为常用形式 这里采用 U 形截面 U 形截面分流道的宽度 b 可在 5 10mm 内选取 由于 8 14mm 所以取 b 9mm 则半径 R 0 5b 4 5mm 深度 2 d h 1 25R 5 625mm 取 h 5 6 如图 2 图 2 分流道截面 2 分流道的长度 分流道的长度要尽可能短 且弯折少 以便减少压力损失和热量损失 节约塑料 的原材料和降低能耗 为了使塑件成型均匀 采用圆形分布的流道 由于分流道中与 模具接触的外层塑料迅速冷却 只有内部的熔体流动状态比较理想 因此分流道表面 粗糙度要求不能太低 一般取 1 6 其流道结构和长度尺寸 见图 3 a Rm 10 53 图 3 分流道结构 11 53 4 3 3 浇口的设计 浇口亦称进料口 是连接分流道与型腔的熔体通道 浇口可分为限制性浇口和非 限制性浇口两大类 根据塑件的特点选用侧浇口 因为它能根据塑件的形状特征选择 位置 加工和修整方便 改变浇口的宽度和厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻 结时间 且由于浇口截面小 减少了浇注系统塑料的消耗量 同时去除浇口容易 不 留明显痕迹 但对深型腔塑件排气不利 因而必须开设排气口 侧浇口开设在分型面 上 其截面形状为矩形 采用分流道 浇口与塑件分型面同一侧的形式 其具体尺寸 由如下经验公式确定 1 t 0 6 0 9 30 9 0 6 0 A b 式中 b 侧浇口的宽度 mm A 塑件的外侧表面 2 mm t 侧浇口的厚度 mm 浇口处塑件的壁厚 mm 由塑件分析计算可知 A 4051 92 所以带入计算有 2 mm b 1 485 取 b 1 5mm 对于中小型塑件 t 0 5 2mm 取 t 1mm 浇30 92 40517 0 口的长度 l 0 7 2 0mm 取 l 1 5mm 粗糙度 详细分布见图 4 mRa 4 0 图 4 浇口 12 53 4 3 3 校核流动比 制品成型的首要条件是能否填充型腔 而填充型腔又与流动性有密切关系 流动 性又与流道长度和厚度有关 所谓流动比是指流动长度与厚度之比 即 2 K l K n i i i 1 式中 K 计算流动比 K 允许流动比 查 模具设计与制造 表 8 15 各段流道长度 mm i l 各段流道厚度 mm i 将上述参数带入公式粗略计算后得 k 50 39 符合动模部分的型芯被塑件包络的侧面积大于定模部分侧面积的要 A 求 即能满足使塑件留在动模一侧 4 6 1 推出力的计算 塑件注射成型后 塑件在模内冷却定形 由于体积收缩 对型芯产生包紧力 当 其从模具中推出时 就必须先克服因包紧力而产生的摩擦力 对底部无孔的筒 壳类 塑料制件 脱模推出时还要克服大气压力 型芯的成型端部 一般均要设计脱模斜度 由于推出力的作用 使塑件对型芯的总压力 塑件收缩引起 降低了 因此 t F sin t F 推出时的摩擦力为 m F sincos sincos ApFF bt 式中 脱模力 推出力 t F 塑件对型芯的包紧力 b F 脱模斜度 塑件对钢的摩擦系数 为 0 1 0 3 A 塑件包络型芯的面积 P 塑件对型芯单位面积上的包紧力 一般情况下 模外冷却的塑件取 模内冷却的塑件取 Pa 77 109 3 104 2 Pa 77 102 1 108 0 根据对风扇调速旋钮的分析 知塑件包络型芯的面积 A 2033 16 而风扇调 2 mm 速旋钮属于模内冷却的塑件 取 p 1 所以根据公式有 Pa 7 10 1 N 577 1087 3881087 388 5 0sin5 0cos2 0 10116 2033 t F 实际上 影响脱模力的因素很多 型芯的表面粗糙度 成型的工艺条件 大气压 力及推出机构本身在推出运动时的摩擦力等都会影响脱模力的大小 另外 同一模腔 中的几个凸起或几个凹下之间由于相对位置引起塑料收缩应力造成的脱模力以及塑件 与模具型腔之间的粘附力在脱模力计算过程中有时也不能忽略 4 6 2 推出机构 一次推出机构又称简单推出机构 它是指开模后在动模一侧用一次推出动作完成 27 53 塑件的推出 这里采用推杆推出机构即可 由于设置推杆的自由度较大 而且推杆截 面大部分为圆形 制造 修配方便 容易达到推杆与推板或型芯上推杆孔的配合精度 推杆推出时运动阻力小 推出动作灵活可靠 推杆损坏后也便于更换 因此 推杆推 出机构是推出机构中最简单 最常见的形式 尾部为台肩式的直通式推杆是最常用的 形式 另外还有阶梯式推杆 顶盘式推杆等 在此采用尾部为台肩式的直通式推杆 推杆的工作端面形状的选择是根据不同塑件的各自不同特点而确定的 对于风扇调速 旋钮采用圆形截面较为合适 但是 不管何种形状 在设计时应考虑到要有足够的刚 性 以承受推出力 否则就可能在推出时变形 直径为 d 的推杆 在推杆固定板上的孔应为 d 1mm 推杆台肩部分的直径常为 d 5mm 推杆固定板上的台阶孔为 d 6mm 考虑到风扇调速旋钮的小型芯较多且深度较大 若对每个塑件采用 4 根推杆机构 则根据压杆稳定公式计算出顶杆直径 有 2 m 4 1 2 nE FL d 式中 安全系数 常取 1 5 L 顶杆的长度 m n 顶杆数目 所以有 mmmd9 6109 6 106 14 10388107 5 1 3 3 52 若取 3 根推出杆 则 mmmd2 9102 9 106 13 10388107 5 1 3 3 52 所以综合考虑后 对每个塑件各用 3 根推杆 直径分别取 mmdd6 21 且由于风扇调速旋钮 40mm 直径处只有 1mm 后 容易发生捅破 所以推杆必mmd8 3 须设置在直径为 34mm 的内圈以内 以保证塑件顶出时受力较为均匀 推杆的结构及其 尺寸见图 16 28 53 图 16 推出杆 推杆的材料选用 T8A 热处理要求为 52HRC 推杆工作部分与模板或型芯上推杆 孔的配合采用 H8 f7 推杆工作端配合部分的粗糙度 Ra 一般取 0 8 m 4 6 3 脱模机构的导向与复位 为了保证脱模机构的在工作过程灵活 平稳 每次合模后 推出元件能回到原来 的位置 因此 还要设计脱模机构的导向与复位装置 由于风扇调速旋钮采用一模六 腔 其总体结构较大 因此 采用推板导柱固定在支承板上 两根 在推杆固定板上 设有复位杆 一般为四根 均采用圆形截面 根据所选模架 取 20 的复位零件 4 7 排气系统 4 7 1 排气系统的设计 当塑料熔体充填模具型腔时 必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过 程中产生的低分子挥发气体顺利的排出模外 如果型腔内因各种原因产生的气体不能 被排除干净 塑件上就会形成气泡 产生熔接不牢 表面轮廓不清及填充不满等成型 缺陷 另外气体的存在还会产生反压力而降低冲模速度 因此设计模具时必须考虑型 腔的排气问题 对于由于排气不畅而造成的型腔局部填充困难时 除了设计排气系统 外 还可以考虑开设溢流槽 用于在容纳冷料的同时也容纳一部分气体 有时采用这 种措施是十分有效的 注射模通常有三种排气方式 利用配合间隙排气 在分型面上开设排气槽 利用 排气塞排气 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 为了防止排气槽在面对操作工人时 熔料从排气槽喷出而引发人身事故 因此将 排气槽设计成离型腔 5 8mm 后拐弯的形式 这样能降低熔料的溢出动能 同时在拐弯 后再适当增加排气槽的深度 根据 塑料成型工艺与模具设计 表 5 5 分型面上的排气 槽深度 可知 ABS 塑料的深度 h 应取 0 03mm 所以排气槽的开设位置尺寸如图 17 所 示 29 53 图 17 排气槽 30 53 4 7 2 推管 推杆 镶件排气功能的证明 由上面我们知道 推杆和型芯的公差配合取 H8 f7 属于间隙配合 现在计算这个 配合的极限间隙 推杆外径为 6mm 和 8mm 所以计算和 7 86fH 7 88fH 查表求得基本尺寸的标准公差 IT8 18 IT7 12 6 m m 孔 轴的上 下偏差为 基准孔 H8 EI 0 ES EI IT8 0 18 18m 基准轴 f7es 10 ei es IT7 10 12 22m m 孔 轴的极限偏差分别为 018 0 0 86 H 010 0 022 0 76 f 的极限间隙为 7 86fH X ES ei 18 22 40 max m X EI es 0 10 10 min m 同理 计算孔 轴的极限偏差为 7 88fH 022 0 0 88 H 013 0 028 0 78 f 的极限间隙为 7 88fH X ES ei 22 28 50 max m X EI es 0 13 13 min m 从计算结果看 间隙在 0 010 0 050 mm 之间 相比排气槽的深度 0 03mm 似乎 推杆能更好的排气 这也说明了 增加推管和镶件等可以有利于型腔的排气 4 8 模具温度调节系统设计 对于任何塑料制品 模温波动较大都是不利的 过高的模温会使制品在脱模后发 生变形 延长冷却时间 使生产率下降 过低的模温会降低塑料的流动性 难于充满 型腔 增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷 对于要求模温较低的 ABS 塑料 由于模具不断地被注入熔融塑料加热 模温升高 单靠模具自然散热不能使其保持较低的温度 因此 必须加冷却机构 4 8 1 冷却系统的设计 模具冷却剂可以用水 压缩空气和冷却水冷却 而水冷却最为普遍 水冷 即在 模具型腔周围和型芯内开设水通道 使水在其中循环 带走热量 维持所需的模温 水的热容量大 导热系数大 成本低 有时为了满足加速冷却 也可以采用冷却水冷 却 冷却水道的开设受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制 必须根据模具的 特点灵活地设置冷却装置 其设计要点有 1 实验表明冷却水孔的数量越多 对制品的冷却也就越均匀 2 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离 即孔的排列与型腔形状相吻合 水孔边距型腔的距离常用 12 15mm 3 对热量聚集大 温度上升高的部位应加强冷却 31 53 4 进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度 避免产生过 大的压力降 5 凹模 凸模或成型型芯应分别冷却 并保证其冷却平衡 6 冷却水道不应穿过设有镶块或其接缝部位 水道连接必须密封以免漏水 7 复式冷却循环应并联而不应串联 8 进 出口冷却水温差不应过大 以免造成模具表面冷却不均匀 4 8 2 冷却计算 1 冷却时间的计算 制品在模具内的冷却时间是指塑料熔体充满型腔到开模取出制品所需的时间 可 以开模的标准是制品已充分固化 且有一定的强度和刚度 在开模过程中不发生变形 开裂 需量制品充分固化的标准有 1 制品最大壁厚中心的温度已冷却到该塑料的热变形温度以下 2 制品截面内的平均温度已达到所规定的出模温度 3 对于结晶型塑料 最大壁厚的中心层温度达到固熔点 或者结晶温度达到某一百 分比 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 92S 保压时 间 8S 总周期为 110S 其中 保压时间的确定有经验公式可遵循 0 3 S 2S 保 T 2 S 塑件平均壁厚 S 取 3mm 所以有 0 3 3 2 3 6 3 S 保 T 2 若根据前面的资料 ABS 的保压时间在 5 10S 之间 计算的结果是符合的 所以 参考实际的生产资料 以经验公式的计算值为依据 取保压时间为 8S 的原因 根据冷却时间的经验公式有 制品最大壁厚中心温度达到热变形温度所需要的冷却时间 4 1 2 2 1 m mc TT TT g S t 式中 S 制品最大壁厚 mm g 塑料热扩散系数 其值可查表 smm 2 塑料注射温度 c TC 模具温度 m TC 塑料热变形温度 1 TC 制品最大壁厚为 7mm 塑料的扩散系数查 模具设计与制造 表 8 24 常用塑料的 32 53 热扩散系数可知 ABS 为非结晶型塑料 其扩散系数为 g 0 080 注射温度为smm 2 c T 200 270 取 220 脱模温度为 80 90 取 80 模具温度为 40 80 C c T 1 TC 1 T m TC 取 50 有 m T 448 44s 5080 50220 4 08 0 7 2 2 1 t 制品截面平均温度达到出模时间所需的冷却时间 8 ln 2 2 2 2 m mc TT TT g S t 其中 制品界面内平均温度 2 TC 所以 s50 103 50150 50220 ln 08 0 72 2 t 根据 塑料模具设计与制造教程 表 4 5 2 几种塑料的厚度与冷却时间的关系 取冷却 时间 92s 冷 t 2 冷却计算 模具的热量是由辐射传热 对流散热 向模板的传热和与注射喷嘴接触的传热等 很多因素综合作用的结果 要精确计算是十分困难的 现仅考虑冷却介质在管内强制 对流的散热 而忽略其他传热因素 塑料熔体释放的热量 Q nG C t t 90 54 898 1 05 10 1 047 220 80 760 44KJ h 1S10 3 式中 n 每小时注射次数 n 90 次 G 每次的注射量 KG G 57 64 3 10 塑料的比热容 KJ Kg 1 047 KJ Kg s CC s CC 熔融塑料进入型腔的温度 t 220 1 tC 1 C 塑件脱模温度 t 80 0 tC 0 C 冷却时所需冷却水量 Kg 43 21 43 1 1 TT TTnmC TT Q M 式中 通过模具的冷却水质量 Kg 1 M 出水温度 3 TC 进水温度 4 TC 导热系数 J m 查 模具设计与制造 表 8 26 常用塑料的导 C 热系数 比热 和熔化潜热 33 53 出水温度 30 进水温度 20 导热系数 1055 J m 3 TC 4 TC C 所以 Kg72 2030 1055 7 760436 1 M 根据冷却水处于湍流状态下的流速 v 与水管道直径 d 的关系 确定模具冷却水管道 直径 d 有 mm v M d 1 3 104 式中 冷却水质量 Kg 1 M v 管道内冷却水的流速 一般取 0 8 2 5m s 水的密度 3 mkg 所以 mm 取标准值 d 8mm74 8 10002 1 72104 3 d 高温喷嘴向模具的接触传热 3 6 2 Q 21 ttAz 式中 注塑机的喷嘴头与模具的接触面积 m z A 2 金属传热系数 140 W m 2 C t 模具平均温度 t 50 2 C 2 t 熔融塑料进入型腔的温度 t 220 1 C 1 因为注塑机喷嘴球半径 R 2m m 所以 4R 4 3 14 2 50 24 10 m z A 226 2 因此有 3 6 50 24 10 140 220 50 4 3 KJ h 2 Q 6 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 21台辐对冷 QQQQQQ 因为现在无法得到的正确值 所以计算以简单计算原则 取 台 Q 1 QQ 总 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 G 57 64 3 10 2 确定生产周期 t 110s 3 塑料单位热流量 310 400 取 350 KJ h s Q s Q 4 每小时的注射次数 n 90 5 型腔内发出的总热量 KJ h Q n G 总s Q 90 57 64 35 1815 66 3 10 34 53 凹模冷却系统的计算 体积流量的计算 40 0 4 1815 66 726 264KJ h 凹 Q 总 Q q v 60 1 进出 凹 TTC Q 2030 10187 4 1060 10624 726 33 3 0 29 10m min 3 3 式中 水的密度 10 KG m 33 C 水的比热容 4 187 10 J KG 1 3 AC 水管出口温度 取 30 出 T 出 TC 水管入口温度 取 20 进 T 进 TC 冷却水管的平均流速 2 4 d q V v 平均 式中 q 凹模的冷却水体积流量 q 0 29 10m min vv 3 3 D 冷却水管直径 取 d 8mm 所以 smmV 096 0 min 77 5 008 0 1029 0 4 2 3 平均 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 32 m s 时才能 达到湍流状态 但是由于体积流量 q 没有在表的取值范围内 所以造成了 V偏小 v平均 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 V较小 既层流时就可以达到冷却效果 平均 冷却水管壁与水交界面的传热膜系数 769 15 w m k 2 0 8 0 d V 平均 2 0 8 0 008 0 096 0 1000 6 7 2 式中 与冷却介质温度有关的物理系数 取 7 6 凹模冷却管的传热面积 A m 3600 TT Q 凹 255015 7693600 10264 726 3 3 1049 10 2 式中 模具与冷却介质平均温度 T 25 T C 其中 50 20 30 2 252 进出 TTTT M C 35 53 冷却水孔总长 L L 3600 8 0 TTdV Q 平均 凹 2550 008 0 096 0 10 6