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机械毕业设计论文
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模具毕业设计73塑料模具毕业设计,机械毕业设计论文
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1 1 前言 模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。 （ 1）塑料工业在国民经济中的地位 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从 1927 年聚乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改进技术的进步，愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促进塑料工业飞跃发展。 新型塑料品种的增加以及塑料成型技术的发展，为塑件的应用开拓了广阔的领域。目前塑料制品已深入到国民经济的各个部门中。特别是办公用品、照相器材、汽车、仪器仪表、机械、航空、交通、等行业中的零件塑料化的趋势不断增强，并且出现以塑料代替金属的全塑产品。就全世界而言，按照体积和质量计算，塑料的消耗量也超过了钢材。我国自改革开发以来，塑料工业发展也很快，表现在不仅塑料产量增加而且品种更为增多，其产量已经上升到世界第四位。由此可见，塑料工业已在我国国民经济中的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。 （ 2） 塑料模具在塑料工业中的重要性 塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装备或工具，它在型腔模的范围。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效 率的高低，其模具的因素约占 80%。可以说，模具技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命的模具，便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。 （ 3）塑料成型方法简介 塑料工业包括塑料原材料生产和塑料制品生产两个体系。没有塑料原材料生产也就没有塑料制品生产。反之，没有塑料制品的生产，塑料也就不会成为生产、生活资料。两者是相辅相成的。 然而，塑料制品生产是一个既复杂而又烦琐的过程，其生产系统主要由成型、机械加工、修饰及装配四个连续的过程组成。其中，成型是将各种形态的塑料制成所需形状的制品或毛坯的过程。它是这 四个过程中的首位，也是一切塑料制品或型材生产的必经过程。 nts 2 2 塑件分析 2.1 塑件尺寸图分析 塑件选用聚丙烯（ PP），聚丙烯有以下优点： A 聚丙烯有极低的密度，是大品种塑料中最轻的一种； B 优良的耐化学药品性和耐疲劳性，在室温下溶剂不能溶剂 PP，另外耐热性较高，对80%硫酸可耐 100；若无外力作用，制品 150也不会变形； C 耐高频电绝缘性好，在潮湿的环境中也具有良好的电绝缘性； D 优良的力学性能，包括拉伸强度，压缩强度，突出的刚性和耐弯曲疲劳性能； 但是聚丙烯的耐冲击性差，尤其是低温冲击性差，对缺 口十分敏感。 总上所述，本塑件用做瓶盖，应使用具有耐化学药品性和耐疲劳性的的材料，由于本塑件是瓶盖，会经常抽拔，故材料的力学性能要优良，所以的材料选用聚丙烯（ PP）。由于聚丙烯的耐冲击性差，故塑件外形设计为椭圆形以防止缺口的形成。 因为本塑件是瓶盖，所以制造精度要高一些，查阅有关手册，本塑件取 IT4级。 聚丙烯（ PP）的物理及力学性能 ： 密度 /( g/cm3 ) 0 9 断裂伸长率 /% 200 700 熔点 / 165 170 弯曲强度 /MPa 49 58 8 脆折点 / -10 弹性模量 /MPa 980 9800 拉伸强度 /MPa 29 4 缺口冲击模量 5 10 nts 3 塑件的体积 ,质量及正投影面积 A体积：塑件的体积由环形椭圆环面体、近似椭圆的半椭圆球面体、椭圆边框环和把手四部分体积组成，塑件厚度 t=1.5mm。 椭圆环面的体积 V1= t （ ab/4） = 1.5 x （ 3.14 x 205 x 130 4） =31380.38mm3 椭圆半球体体积：由于椭圆体 积计算异常烦琐，该椭圆半球近似半圆体，所以椭圆半球体积按正圆体公式计算。半径取均值为 40mm。体积略偏小，再适当增加即可。 V2= 3/4 x x（ 40-38.5） 3 2 = 8164.05 mm3 把手体积 V3 = 1.5 x 40 x 70 = 4200 mm3 椭圆环面缺口体积： V4 = t （ ab/4） = 1.5 x （ 3.14 x 85 x 70 4） = 7006.13 mm3 塑件的总体积为： V总 = V1+ V2 + V3 - V4 =36738.3 mm3 40 cm3 B塑件的质量 M = V总 = 40 x 0.9 = 36 g C塑件的正投影面积：即为椭圆面的面积 S = ab/4 = x 204 x 130 4 =20818.2 mm2 210cm2 2.2 塑件的成型方法 本塑件采用聚丙烯（ PP）材料，该材料属于热塑性塑料，指定采用注射成型，故本塑件采用注射成型。 2.3 塑件成型的工艺参数 由塑件材料聚丙烯（ PP）查表取工艺参数： 料筒温度 /： 后段 160 180 中段 180 200 前段 200 220 模具的温度： 80 90 注射压力 MPa： 70 100 注射时间 t/s： 20 60 保压时间 t/s： 0 3 冷却时间 t/s： 20 90 总生产时间 t/s： 50 160 nts 4 2.4 根据塑件的的计算重量或体积，选择注射机的型号规格，确定型腔数 A注射机额定注射量 mg，由于没有限定设备，所以每次注射量不超过最大注射量的80%，即： n = （ 0.8 mg - mj） / mz 式中 n 型腔数 ； mj 浇注系统重量（ g）； mz 塑件重量（ g）； mg 注射机额定注射量（ g）。 估算浇注系统 体积 Vj，根据浇注系统初步设计方案（下图所示）进行估算。 Vj= 1/3 x 35 x （ 2 x2 + 2x3 + 3x3） = 700 mm3 1 cm3 则浇注系统的塑料重量 mj= Vj = 1 x 0.7 1g 设 n=1 ，则得 mg =（ mj+ mz） / 0.8 = （ 36+1） 0.8 50g 从计算结构，并根据塑料注射机技术规格，结合初步估算模具 尺寸，选用 SZ 100/60型注射机。 B根据塑件精度，由于该塑件为瓶盖，要求精度高，另外该塑件形状复杂，尺寸较大，故采用单型腔 n=1。 综上所述，本塑件的模具设计为一模一腔。 nts 5 3 模具结构 模具的结构应能发挥成型设备的能力，最大限度地满足塑件的工艺技术要求和生产经济性要求，本塑件的模具结构从以下几个方面分析。 3.1 模具的分型面 分型面的选择原则： A 便于塑件脱模，在开模时尽量使塑件留在动模内，应有利于侧面分型和抽芯，应合理安排塑件在型腔中的方位； B 考虑好保证塑件的外观不遭损坏； C 尽力保证塑件尺寸的 精度要求（如同心度等）； D 有利于排气； E 尽量使模具加工方便。 根据以上分型面的选择原则，本塑件模具的分型面选择如下图所示例： 草图： 3.2 型腔布置 本塑件由于采用单型腔，故没有分流道，而直接有主流道连接浇口进行塑料的注射。 从塑件图可以看到该塑件为中心对称椭圆盖，为了塑料浇注均匀、平衡，所以浇口的位置取在与塑件对称中心轴线重合位置。（如下图所示） nts 6 3.3 浇注系统 浇注系统对注射成型周期和塑件质量都有直接影响，浇注系统的设计应遵循以下原则： A 在型腔布局方面应尽可能采用平衡式布置，以便平衡分流 道；型腔布置 和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；型腔排列要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸； B 热量及压力损失要小，因此浇注系统流程应尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低； C 确保均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置； D 在满足型腔充满的前提下，塑料损耗要少； E 消除冷料，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量； F 避免塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象； G 塑件外观质量要好，做到 去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用； H 尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高； I 大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为特性，应予充分利用。 浇口的样式及尺寸 本模具采用单型腔模成型，由前页所述，采用主流道型浇口，塑料熔体直接流入型腔，这样压力损失小，进料速度快，成型容易；另外，传递压力好，保压补缩作用强，简化模具结构，制造方便。 nts 7 查 SZ 100/60型注射机参数表，得：喷嘴口直径 = 3.5mm； 塑件厚度 t = 1.5mm； 由经验数据公式得： 浇口小端面直径 d = + （ 0.5 1.0） = 3.5 + 0.5 = 4mm a = 2 6， r = 1 3 ， D=6mm ， L 60; 本设计中，浇口由于结构限制，分为两部分，两部分之间有密封圈密封防止溢料。在定模板座部分浇口长 20mm，在行腔板部分浇口（在型腔壁厚度校核后）长 25mm，共长L = 45mm。为了便于加工，在定模座板和型腔板衔接处初断面尺寸直径取 5mm。 浇口设计样式图如下图所示： 浇口套 浇口套一般为标准件，使用浇口套模具有利于安装，更换方便，浇口套不用自己抛光，减少加 工工序。 本设计中，浇口套的尺寸为直径 30mm，高 23mm，其中套在定模座板上的肩台直径 40mm，高 5mm。浇口套与喷嘴配合的圆凹槽深 3mm，直径 18mm。 nts 8 4溢流及排气系统 溢流 模具设计时应注意防止设计缺陷而造成在塑件加工时有溢流现象的产生 。 这是就要注意模具的表面精度是否合理，密封是否严密等。 排气 在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使 塑料溶接不良而引起缺陷。 注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气。只有在特殊情况下采用开排气槽的排气方式。 由本塑件的尺寸可以看出，塑件的厚度只有 1.5mm，属于薄壁件，另外塑件的正投影面积有 208cm2 ，从塑件厚度来说，属于大面积的的塑件，所以注射过程中，利用分型面自然排气就可以达到排气的效果，所以本设计不设计排气结构。 5. 成型零件的设计与计算 塑料在成型加工过程中， 用来填充塑料熔体以成型制品的空间称为型腔。而构 成这个型腔的零件叫做成型零件。结合本设计的模具结构，成型零件包括凹模、凸模、型腔内外镶件、近似半圆的椭圆型芯。 凸、凹模设计、尺寸计算及型腔的刚度强度校核 由于本塑件外形带有椭圆形腔有突出圆环，以及形状复杂的把手，所以该模具的凹模设计为镶嵌式凹模，这样凹模便于加工成型，局部损坏容易更换 。 5.1 型腔壁厚和底板厚度的计算 在注射成型过程中，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。 型腔内镶件侧壁厚度 s 按刚度条件计算得： s r （ 0.75rp+ E） / ( E-1.25rp)1/2 -1 = 40 x (0.75x40x30 + nts 9 2.1x105 x0.03) (2.1x105 x0.03 1.25x40x30)1/2 - 1 = 8.99 按强度条件计算 : s r /( -2p)1/2 -1 = 40 x 2500 (2500-2x30)1/2 - 1 = 0.49 由于型腔内镶件 其四周还有外镶件过盈配合 ,综合刚度和强度的校核结果 , 型腔内镶件侧壁厚度取 s = 6mm.，外镶件厚度为长、短轴分别为 177、 103 和 100、 85 组成的椭圆环。 由以上计算的结果，当 s=15时为型腔内镶件椭圆顶部的壁厚，那么型腔板的厚度为型腔深度 35mm与壁厚 15mm 之和，为 h = 50mm。 1.动模型腔侧壁厚度强度校核 按照注射成型模具型腔侧壁厚度经验公式 s = 0.2L + 0.17 = 204x0.2+0.17 = 40.97mm 侧壁厚度 S 长、 S 短按刚度条件校核分别得： S 长 = S 短 1.15ph4/(E )1/3 = 1.1530x1.54 (2.1x105x0.03)1/3= 0.433mm 按强度条件计算 : S 长 r /( -2p)1/2 -1 = 102x2500 (2500-2x30) 1/2 -1 = 1.246mm S 短 r /( -2p)1/2 -1 = 65x2500 (2500-2x30) 1/2 -1 = 0.794mm 根据厚度尺寸和校核结构，侧壁厚度 s =40.97mm 合适，故本模具 型腔侧壁厚度 s =50mm，另外动模板厚度 S也取 S =50 mm. 注： E 模具材料的弹性模量（ MPa），碳钢为 2.1 x105 ； p 型腔压力，一般取 25 40MPa，本设计计算中统一取 p = 30 MPa； 刚度条件，即允许变形量（ mm），查表 =0.025 0.04，本设计计算中统一取值 = 0.03； 模具材料的许用压力（ MPa），一般合金模具钢许用压力为 2100 2800MPa，本设 计计算中统一取值 = 2500MPa； r 型腔半径尺寸，由于本模具型腔为椭圆形，半径取的是约值，或长、短轴分别计算； 5.2 凸、凹模尺寸计算 1型腔内镶件尺寸计算： nts 10 由于没有说明塑件公差等级，查有关手册查到该塑件的公差等级为 IT4 级，按照该精度查到长轴尺寸 88、短轴尺寸 73、和深度尺寸 35 的公差分别为 0.01mm、 0.008mm、0.007mm，所以三个尺寸分别标为 880 -0.01mm、 730 -0.008mm、 350 -0.007. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 88+88x0.02-3/4x0.01） +（ 1/4x0.01） 0 mm = 89.7525+0.0025 0 mm 90+0.003 0 mm L 短 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 73+73x0.02-3/4x0.008） +（ 1/4x0.008） 0 mm =74.454+0.002 0 mm 74.5+0.002 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 35+35x0.02-3/4x0.007） +（ 1/3x0.007） 0 mm = 35.69475+0.00233 0 mm 35.70+0.002 0 mm 型腔内镶件简图如下： 2型腔外镶件尺寸计算 ： nts 11 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 177mm 相对 椭圆环型腔 为 12mm、短轴尺寸 103mm 相对 椭圆环型腔 为 12mm、和深度尺寸 12 的公差分别为 0.012mm、 0.01mm、 0.005mm，所以三个尺寸分别标为 177+0.012 0 mm、 103+0.01 0 mm、 12+0.005 0 mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp+x ） 0 + z = （ 177+12x0.02+0.75x0.012） 0 -（ 1/4x0.012） mm =177.249 0 -0.003mm 177.200 -0.003mm L 短 = （ Ls+LsScp+x ） 0 + z = （ 103+12x0.02+0.75x0.01） 0 -（ 1/4x0.01） mm =103.2475 0 +0.0025mm 103.200 +0.003mm 型腔外镶件简图如下： 3 型腔板成型部位尺寸 计算： 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 180mm 相对外镶件为 12mm、短轴尺寸 106mm 相对外镶件为 12mm、和深度尺寸 12 的公差分别为 0.014mm、 0.01mm、 0.005mm，所以三个尺寸分别标为 1800 -0.014mm、 1060 -0.01mm、 120 -0.005mm 长、短轴径向尺寸和深度计 算， x = 3/4、 x =2/3 nts 12 长 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 180+12x0.02-3/4x0.014）+（ 1/4x0.014） 0 mm = 180.2302+0.0035 0 mm 180.20+0.004 0 mm 型腔板成型部位简图如下： L 短 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 106+12x0.02-3/4x0.01） +（ 1/4x0.01） 0 mm =106.2325+0.0025 0 mm 106.20+0.003 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 12+12x0.02-3/4x0.005） +（ 1/3x0.005） 0 mm =12.23625+0.00167 0 mm 12.20+0.002 0 mm 4动模型腔尺寸计算： 按照精度 IT4级查到长轴尺寸 204mm、短轴尺寸 130mm、和深度尺寸 1.5mm 的公差分别为 0.014mm、 0.012mm、 0.003mm，所以三个尺寸分别标为 2040 -0.014mm、 1300 -0.012mm、 1.50 -0.003mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 204+204x0.02-0.75x0.014） +（ 1/4x0.014） 0 mm =208.0695+0.0035 0 mm 208.00+0.004 0 mm L 短 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 130+130x0.02-0.75x0.012） +（ 1/4x0.012） 0 mm nts 13 =132.591+0.003 0 mm 132.60+0.003 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 1.5+1.5x0.02-0.75x0.003） +（ 1/3x0.003） 0 mm =1.52775+0.001 0 mm 1.53+0.001 0 mm 动模型腔简图如下 ： 5半椭圆球型芯尺寸计算 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 85mm，短轴尺寸 70mm，和成型所需高度尺寸 35mm 的公差分别为 0.010mm、 0.008mm、 0.007mm，所以三个尺寸分别标为 85+0.010 0 mm、 70+0.008 0 mm、35+0.007 0 mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp+x ） 0 + z = （ 85+85x0.02+0.75x0.010） 0 -（ 1/4x0.010） mm =86.7075 0 -0.0025mm 86.700 -0.003mm L 短 = （ Ls+LsScp+x ） 0 + z = （ 70+70x0.02+0.75x0.008） 0 -（ 1/4x0.008） mm =71.406 0 +0.002mm 71.40 0 -0.002mm L 短 = （ Ls+LsScp+x ） 0 - z = （ 35+35x0.02+3/4x0.007 0 -（ 1/4x0.0007） mm nts 14 =35.70525 0 -0.00175mm 35.70 0 -0.002mm 手柄成型部位尺寸计算 按照精度 IT4级查到手柄尺寸宽 18mm、尺寸和高度尺寸 15mm的公差均为 0.005mm，所以两个尺寸分别标为 180 -0.005mm、 150 -0.005mm。 宽度和高度的尺寸计算中， x = 3/4、 x =2/3 L 宽 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 18+18x0.02-0.75x0.005） +（ 1/4x0.005） 0 mm =18.35625+0.00125 0 mm 18.36+0.001 0 mm H 高 = （ Ls+LsScp-x ） + z 0 = （ 15+15x0.02-0.75x0.005） +（ 1/4x0.005） 0 mm =15.29625+0.00125 0 mm 15.30+0.001 0 mm 半椭圆球 型芯简图如下： 注： Scp 塑料平均收缩率，聚丙烯塑料的平均收缩率为 1.0% 2.5%，本设计计算中，塑料平均收缩率统一取 Scp = 2.0% = 0.02； 塑件公差； X 修正系数，一般为 1/2 3/4，公差值大取小值，对中小型塑件一般取 3/4，本设计的计算中，修正系数统一取 x = 3/4； nts 15 x 修正系数，一般为 1/2 2/3，当制品尺寸较大、精度比较低时取小值，反之取大值，本设计的计算中，修正系数统一取 x = 2/3； Lm 型腔或型芯径向尺寸（ mm）； Hm 型腔深度 （ mm）； Ls 塑件外形基本尺寸 （ mm）； Hs 塑件高度基本尺寸 （ mm）； 5.3 动模垫板厚度 按照注射成型模具动模垫板厚度经验公式计算 h = 0.12L = 0.12 x 204 = 24.48 mm故：动模垫板厚度 h = 25 mm. 5.4 矩形型芯的尺寸 动模板厚 S = 40mm，动模垫板厚 h = 25mm，已 知 把手的外形尺寸可以得到矩形型芯的尺寸： 高度 H = 40 + 25 + 12 = 77mm 厚度 h = 18mm 按照精度 IT4级查到塑件长、宽尺寸 18mm、 15mm、和深度尺寸 12的公差均为 0.005mm，所以三个尺寸分别标为 18+0.005 0 mm、 15+0.005 0 mm、 12+0.005 0 mm. 长、宽径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 18 = （ L 18+ L 18Scp+x） 0 + z = （ 18+18x0.02+0.75x0.005） 0 -（ 1/4x0.005 ） mm =18.363 0 -0.00125mm 18.40 0 -0.001mm L 15 = （ L 15+ L 15Scp+x） 0 + z = （ 15+15x0.02+0.75x0.005） 0 -（ 1/4x0.005） mm =15.303 0 -0.00125mm 15.30 0 -0.001mm H 12 = （ H 12+ H 12Scp+x ） 0 + z = （ 12+12x0.02+0.67x0.005） 0 -（ 1/3x0.005） mm = 12.24335 0 -0.00167 mm 12.200 -0.002 mm 矩形型芯简图如下： nts 16 6 脱模方式及其脱出机构的设计 脱模机构设计原则： A 结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。 B 保证塑件不变形、不损坏。 C 保证塑件外观良好。 D 尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作 。 6.1脱模力的计算 脱模力是指塑件从型芯上脱出时所需 克服的阻力。 本模具设计为两次脱模，第一次是将芯轴顶离动模板，使半球型芯有回转余地，第二次是顶杆前移而拉杆不动，拉杆相对芯轴产生一个力矩，实现半球型芯的回转脱模，有限位支柱限制副顶板移动，这个过程芯轴相对顶杆为浮动，所以将拉杆设计成摆动形式。 A 第一次顶出脱模力的计算 塑件包紧型芯的侧面积 A （ mm2 ）： A = hC = 1.5 x 1.5（ a+b） -srp（ ab） = 1.5 x 3.14x1.5x（ 204+130） -srp（ 204x130） = 1592.688 mm2 nts 17 1600 mm2 F 正 = p A = 8 x 1600 = 12800 N F 脱 = F 正 （ f cosa-sina） = 12800 x （ 0.5x1 0） = 6400 N F 阻 = 0.1A = 0.1 x 1600 = 160 N 总脱模力 F 脱 的结果为： F 总脱 = F 脱 + F 阻 = 6400 + 160 = 6560 N 7000 N B 第二次顶出脱模力的计算 塑件包紧型芯的侧面积（近似椭圆，按照半径 40的球计算） A （ mm2 ）： A = 4 R2 /2 =4 x 3.14 x 402 2 = 10048 mm2 F 正 = p A = 8 x 10048 = 80384 N F 脱 = F 正 （ f cosa-sina） = 80384 x （ 0.5x1 0） = 40192 N F 阻 = 0.1A = 0.1 x 10048 = 1004.8 N 总脱模力 F 脱 的结果为： F 总脱 = F 脱 + F 阻 = 40192 + 1004.8 = 41196.8 N 42000 N C 矩形型芯脱模力计算 F 脱 = 8tE Lcos（ f-tg） /（ 1-） K 1 + 10B = 8x1.5x1.65x103 x0.02x15xcos1x（ 0.1-tg1） （ 1-0.43） x1.0087 + 10x3 = 5014.50 N 6.2顶杆的尺寸、校核 顶杆的位移尺寸 设计椭圆型芯在合模没有顶出时在动模板以下 5mm，顶杆顶出后在动模板以上 10mm. 根据椭圆型芯的位移距离，可以得到顶杆位移的第一个阶段的距离为 L 1 = 15mm. 当顶杆第一阶段顶出完成后，第二阶段的顶出是为了椭圆型芯旋转出椭圆型腔。 如上图所示： L 1 = L 1 ，当 L 1旋转到 L 1状态时，椭圆型芯完全旋转出型腔， L 3= L 1 35 = sprt（ 422 + 352 ） - 35 = 20mm； 所以当椭圆型芯完全旋转出椭圆型腔顶杆需再顶出 L 2 = 24x20 42 = 11.428mm 12mm. 所以顶杆的位移总量为 L = L 1 + L 2 = 15 + 12 = 27 mm.同时 得到顶杆固定板到托nts 18 板之间的距离为 h = L = 27mm. 有上可得，顶杆的长度为顶杆固定板与托板的间距 27mm，垫板厚 25mm，托板厚 40mm，和动模板厚 40mm之和，减去顶杆在动模板以下的 5mm. 顶杆总长度 L 总 = 27 + 25 + 40 + 40 5 = 127mm B.顶杆的尺寸确定和校核 当设计使用 2根顶杆的来顶出脱模的时，假设顶杆为圆形件，先求直径； d= L2 F 脱 /（ nE） 1/4 = 1272 x （ 7000+5000）（ 2x2.1x105 ） 1/4 = 4.65mm 若用 d=5mm的直径顶杆 ,材料为 45#钢，校核如下： c = 4 F 脱 /（ n d2 ） = 4x7000 （ 2x3.14x52 ） = 178.34 MPa 320MPa 所以当顶杆 d=5mm 时，符合要求。但是为了工作平稳，顶杆不取圆柱形，结合 d=5mm尺寸，顶杆去厚度 5mm，宽度 10mm的圆头矩形 。 6.3 拉杆的尺寸和 结构 由于本模具的脱模过程中，第一次脱模时，用拉杆将芯轴顶离动模板，使半椭圆球型型芯有回转余地，这是完成第二次脱模时，顶杆前移而拉杆就不动，拉杆相对芯轴产生一个力矩，实现半椭圆球型芯的回转脱模，当拉杆顶芯轴的时候，即同顶杆的顶出量相同，也是 15mm后，由限位支柱限制副顶板移动，这个过程中，芯轴相对顶杆为浮动，所以就将拉杆设计为摆动形式。 根据上述的拉杆工作原理和过程，计算了拉杆的外形尺寸： 假设拉杆为圆柱件，先求其直径，已知设计的拉杆数目为 2根。 根据公式和拉杆数目得 d = sprt2F/（ ） = sprt2x42000（ 3.14x2500） = 6.68 参考假设值 d = 6.68 的结果，为了半椭圆型芯在脱模过程中，旋转时能够平稳，采用圆头矩形，厚度为 7mm，宽度为 30mm。 由于拉杆的结构为摆动形式，所以拉杆就有销轴连接的两部分组成，连接部分设计为齿形连接。由于拉杆和顶杆结构相似，有顶杆的尺寸计算结构结合拉杆本身在模具结构中的位置，拉杆和拉杆座的总长度为 163mm，其中固定在副顶板一端的拉杆座长度为 63mm，连接芯轴的一段拉 杆座长为 100mm，另加连接部分为 7mm，共 107mm。 连接部分拉杆和栏杆座均为直径 7的半圆，栏杆部分有 2个，宽度为 7，栏杆座部nts 19 分有 3个，宽度为 5mm，交错连接，并有轴销定位。 综合拉杆摆动时受力情况和尺寸，轴销选用直径 3，长 30mm，其中螺纹长 6mm。 拉杆及拉杆座连接草图如下 ： 6.4 杠杆复位机构 为了避免合模时椭圆半球型芯与型腔内镶件接触造成檫伤，设计采用杠杆和楔杆使顶出系统先复位。 杠杆 由杠杆的作用和其在整套模具机构尺寸得到，杠杆在使顶出系统复位的过程中，顶出系统的位移量限制 在 27mm 以下，所以杠杆的一般一半长应为 27mm 加上轴销固定部分主顶板厚度的一半 12mm，故杠杆的一半长为 39mm，但是当一半长恰好为 39mm 时，杠杆就会和托板和主顶板相互垂直而造成“顶死”现象就不能继续工作，严重还会损坏模具，所以半长应大于 39mm，设计开模厚杠杆和托板的夹角为 60，计算杠杆半长 L = 39 /sin60 = 45.03mm，故取杠杆的半长 L 1 =45mm. 与楔杆相互作用的一半杠杆，转动范围只有主顶板厚度的一半 12mm，加上 副顶板厚度24mm，为 36mm，当杠杆与动模座板夹角 60时，杠杆长 41.56mm，取 L 2=45mm。 杠杆在使顶出系统复位时，模具空载，复位力很小，故杠杆尺寸不必校核，根据模具整体尺寸比较，杠杆选用圆头矩形，厚、宽均为 10mm，长度经前面计算 L = L 1 +L 2 = 85mm. 楔杆 nts 20 楔杆的作用是拨动杠杆，由于杠杆复位 所需力不大，所以楔杆受力也不大，又有挡块导向，所以楔杆强度也可不必校核，尺寸根据整套模具结构选用适当即可。 为了楔杆完全与杠杆端面重合使工作平稳，楔杆一头为楔形并倒圆角，厚、宽均为 10mm。 楔杆若能正常工作，长度应该大于 235mm，小于 250mm，本设计楔杆长度为 L 楔 = 240mm. 楔杆与杠杆中心的间距 为了杠杆和楔杆能顺利工作，经计算，当楔杆与杠杆完全作用，杠杆能将顶出系统完全复位成 60左右时，杠杆轴销中心到楔杆中心的间距为 S 间 = 30mm. 杠杆轴销中心到主顶板边缘的距离为 25mm。 .轴销 综合杠杆和楔杆的受力情况和尺寸，轴销选用直径 8，长 29.5mm，其中螺纹长 7mm。 6.5 限位螺钉及弹簧的确定 限位螺钉和弹簧的作用是当成型部位的矩形型芯滑动的时候限制和先行复位。 限位螺钉 根据矩形型芯的外形尺寸 18x70x75.5mm，选定标准件 8的螺钉，其中限位螺钉的长度 L=48mm。 弹簧参数的确定 由型芯复位时所需的 力 仅为矩形型芯和行腔板、托板之 间的摩擦阻力所以所需力很小，弹簧受力大小可以忽略，弹簧的参数适当即可，设计弹簧数为 n=3。 参照托板间预留的间隙 15mm和限位螺钉的直径为 8mm，选取弹簧的规格为： d = 1mm， D 2=10mm， t = 4.94mm，极限工作负荷 Fj=35.2mm，弹簧高 h=21mm。 弹簧尺寸简图如下： nts 21 6.6 限位支柱的尺寸为固定位置确定 限位支柱的作用是当拉杆移动到指定为位置时，限制连接拉杆的副顶板在继续前移以达到顺利脱模的目的。 限位支柱在 模具中不受外力作用，由上、下不同直径的圆柱构成。在脱模的过程中，拉杆上下位移的总量为 15mm，所以限位支柱就是限制副顶板超过该距离，根据模具的尺寸结构得到副顶板到限位支柱的“台阶”处，也就是限制副顶板运动的地方的距离为 15mm。由此可以 得到不同直径的限位支柱两段的长度分别为大直径段长 36mm，小直径段长 39mm。 大直径段的直径定为 20mm，小直径段的直径定为 16mm。 限位支柱有两头各有一个直径 4mm，高 4mm 的圆柱台定位，以使限位支柱固定。 限位支柱共 4 个，尺寸相同。限位支柱的中心线到顶板的 边界的距离分别是 42mm和 50mm，其中离靠支撑条一边的距离为 42mm。 限位支柱样式简图 ： nts 22 6.7 主顶板与副顶 板 所用螺钉的选取和固定位置确定 主顶板和副顶板托板的固定均选用 5的标准内六角圆柱螺钉，螺钉长度为 15mm。 主顶板的托板固定和副顶板的托板固定均使用 6个螺钉。 固定螺钉中心到各顶板的边距为 15mm 和 43mm，其中 43mm 为螺钉到靠杠杆槽的一边的边距。 6.8 托板、挡块和垫板的尺寸确定 由的选定中，限位螺钉和弹簧的尺寸 决 定托板的厚度为 40mm。 挡块是楔杆工作过程中 ，导正楔杆导向的装置，楔杆由于要拨动杠杆，所以挡块一定程度上也受楔杆径向作用力，也可以做为保护楔杆的作用。 楔杆的宽度为 10mm，每个挡块由 2 个 6 的螺钉与脱板固定，所以确定挡块的宽度为30mm，厚度 20mm。 垫板和矩形型芯过盈配合并且有限位螺钉连接，为了矩形型芯固定的稳定和限位螺钉的紧固，垫板的厚度定为 25mm。 nts 23 7 冷却系统 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求，温度调节系统又可分为冷却系统和加热系统两类。 冷却系统设计原则： 尽量保证塑料收缩均匀，维持模具的热平衡； 冷月水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； 进可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等； 浇口处加强冷却； 应降低进水与出水的温差，使进水与出水的温差不大于 5； 合理选择冷却水道形式和确定冷却水管接头位置； 冷却谁管道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，冷水管道进出接头应埋入模板内。 查表得到材料聚丙烯（ PP）的成型温度 Ts、模具温度 Tm和脱模温度 Te 的参数分别为：Ts = 160 260 、 Tm = 40 60、 Te = 60 100 . 冷却介质有冷却水和压缩空气，由于水的热容量大，传热系数大，成本低，所以本模具也设计使用冷却水达到冷却目的。 7.1 计算单位时间内从型腔散发的总热量 每次需要的注射量（ Kg） G = nG 件 + G 浇 = 1 x 0.036 + 0.001 = 0.037Kg 确定生产周期（ s） 查塑料成型参数表得：生产周期 t = 50 160 s ； 本设计去生产周期 t = 120s. 聚丙烯单位热流量 Qs （ KJ/Kg） 查塑料性质参数表得：热流量 Qs = 586 KJ/Kg. 每小时需要注射的次数（ N/次） N = 3600/t = 3600 120 = 30次 每小时的注射量 （ Kg/h） nts 24 W = N G = 30 x 0.037 = 1.11 Kg/h 求从型腔内发出的总热量 （ KJ/h） Q 总 = N G Qs = 30 x 0.037 x 586 = 650.46 KJ/h 7.2 求模具表面空气对流所散去的热量 自然对流时的传热系数 a 1，单位为 W/（ m2 K） 当 0 Tav 300 时，计算系数，按如下经验公式计算： = 1.1630.25 + 360/（ Tav+300） = 1.163 x 0.25 + 360（ 90+300） = 1.364； a 1 =（ Tav Tr） 1/3 = 1.364 x （ 90 25） 1/3 = 5.484 W/（ m2 K） 式中 Tav 、 Tr分别为模具平均温度和室温，查表分别取 Tav=90和 Tr=25 . 能够发生对流的模具表面积，单位为 m2 . 模具整体长、宽、高约 300mm、 200mm、 300mm，加上凸、凹面等，所以模具四周与空气接触的侧表面积 Amc 0.55 m2 . 分型面的面积 Amf 0.06m2 型腔的表面积 Am = 1.5L + 4 r2 + 4ab/4 - r2 = 1.5x507.23 + 4x3.14x402 = 27434.23mm2 0.0274m2 .其中 L 为椭圆周长 L 1.5（ a+b） -sprt（ ab） ， r 为椭圆半球近似球形的半径， a、 b 分别为椭圆的长轴和短轴。 开模率 =t-（ t i+t c） /t = 120 - （ 25+25） 120 = 0.583；其中 t为注射成型周期，即总生产周期 t=120s， t i、 t c分别为注射时间和冷却时间，查塑料注射成型参数表， t i=20 60s， t c=20 90s，设计模具的注射时间和冷却时间均为 25s； A 1 = Amc + （ Amf + Am） = 0.55 + （ 0.06 + 0.0274） x 0.583 0.626 m2 . 综合 . 两点计算结果得： Q 散 = 3.6a 1A 1 （ Tav Tr） = 3.6 x 5.484 x 0.626 x （ 90 25） = 802.035 KJ/h 7.3 综合、的计算结果 nts 25 比较 Q 总 Q 散 ,即模具型腔发出的总热量 Q 总 小于模具表面空气对流 所散去的热量Q 散 ，所以，本设计的模具结构中不设置冷却装置，采用自然冷却。 8 合模导向机构的设计 为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面导向。 由于本模具生产的塑件为瓶盖，精度要求高，所以设计导柱成导套配合，可以达到精度高，生产批量大的目的，同时设计导柱和导套要符合以下几点： 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外 缘应有足够的距离，以保证模具强度； 导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出 6 8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏； 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常用 20#低碳钢经渗碳 0.5 0.8mm，淬火 48 55HRC，也可以采用 T8A或 T10碳素工具钢，经淬火处理； 为了使导柱能顺利进入导套、导柱端面应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角； 导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式； 除了动模、定模之间设导柱、导套外， 一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常正常运动； 导柱的直径应根据模具的大小而决定，可参考标准模架数据选取。 8.1 导柱 参照经验，本模具属于中小型模具，其导柱直径越为模板两直角边之和的 1/20 1/35。本模具两直角边之和约为 S（ 300+200） =500，按照 1/25的标准计算得导柱的直径为 20，根据国标和参考标准模架，导柱的直径确定为 20. 导柱的形式为有肩导柱，开设油槽，内存润滑油，既可以与另一模板配合起定位作用，有定位销效果，还可以减小导柱导向的摩擦。 nts 26 导柱还支 撑模板的重量，所以 20导柱直径按下式校核： d = 64 L3 /（ 3E） 1/4 = 64x1000x1303 （ 3x2.1x105 x1） 1/4 = 21.73mm 校核 20导柱直径不合格，根据国标和参考标准模架，导柱的直径更改后确定为 22. 导柱简图如下： 8.2 导套 参考导套的 形式及特点，本模具设计采用带头导套，到头导套的尾部可以与另一模板配合起定位作用，可以省去定位销的效果；带头导柱轴向固定容易，可以防止拔出而不用另设防拔出机构。 导套壁厚通常在 3 10mm，视内孔大小而定，大者取大值。根据 22 导柱的孔来看，导套壁厚取 d=5mm. 导套简图如下： 8.3 导柱
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