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机械毕业设计论文
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模具毕业设计60刷座注塑模设计,机械毕业设计论文
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毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目 刷座注塑模设计 学 生 系 别 机电工程系 专 业 班 级 材料成型控制 2 班 学 号 指 导 教 师 nts第一章 概述 2 毕业设计附图 名称：刷座注塑模 材料：硬 PVC 技术要求 1.收缩率 0.6% 2.未注公差尺寸按 sj1372-78.8级 3.大批量生产。 nts3 摘 要 注射成型加工质量的优劣是塑料加工业技术发展水平的标志之一，同时反映了模具设计和制造的水平。详细介绍了刷座注塑模具设计的整个过程。首先通过对塑件的结构和成型工艺分析，确定塑件的分型面与浇口结构；然后再进行模具零件设计，如成型零件、脱模机构等等。同时在整个设计过程中，还要通过计算机辅助工具 CAD/CAE进行设计。重点阐述如何利用 CAE软件，将注射成型中塑料熔体在型腔内充填模拟，通过对模拟结果的分析与评判，有效预防了原 模具设计方案用于实际生产时可能出现的问题，以生产出合格的产品。而在结构设计方面，重点阐述了齿轮齿条抽芯机构设计要点，模具结构紧凑、合理。 关键词 ： 注塑成型、注塑模设计、工艺分析 nts第一章 概述 4 ABSTRCT Injection molding procesing quality is the one of symbols of the quality that plastic procesing industry and technogical devlepment.also deflected the mold design and manufacturing level.Details on the entire procesing of the Brush Block Injection Mold Design.At the first,the structure of the parting line and sprue was determined based on the analysis of the structure and forming technology of the plastic.Then design for the mold parts,such as molding parts,demoulding mechanism,and so on.At the same time throughout the design process, through the computer aided design CAD and CAE tools.Details on how to use CAE tool.For simulating the filling process of plastic melts in the cavity of injection moulds. The analysis on the analog result can help effectively modify the design scheme and prevent the problems that may occur in the production And in the design of structure,The key points in designing the side core-pulling mechanism with gears and rack were stated in detail. The mould is compact in structure and effective in operation. Keywords: Injection Molding,Design of injection mould,Technique analysis. nts5 目 录 第一章 概述 1. 1.1国际、国内塑料模具成型发展概况 1 1.2塑料模具设计方法主要发展方向 3 1.3毕业设计课题资料查询 3 1.4毕业设计思想简述 7 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 8 2.1成型塑料制件结构工艺性分 析 8 2.2塑件三维 CAD 建模及 CAE分析 9 2.3根据 CAE分析结论进行模具工艺设计 14 第三章 选择注射机及注射机工艺参数校核 27 3.1注塑机的技术规范 27 3.2注塑压力的核核（可计算、可应用 CAE分析结论） 28 3.3锁模力的校核 29 第四章 模具设计 30 4.1确定标准注塑模架 30 4.2模具成型零件设计 30 4.3型腔成型尺寸计算 31 4.4型腔壁厚计算和强度校核 34 4.4脱模机构设计 34 4.5模具主要连接、定位、导向件设计 37 4.6模具冷却系统设计 40 第五章 绘制模具图 41 5.1绘制总装结构图 43 5.2绘制重要零件图 43 5.3校对、审图 43 5.4模具设计的标准化问题 44 第六章 结论 .45 参考文献 46 致谢 47 附件 A 48 附件 B 49 nts四川理工学院毕业设计（论文） 1 第一章 概述 1.1 国际、国内塑料模具成型发展概况 模具在我国古代历史上就有了记载，可以说发展的历史非常悠久，但是如今，我国的模具技术却滞后国外尤其是发达国家几十年了。 继美国之后，日本成为世界上第二大模具供应国和世界上最大的模具出口国。如果在国际上分析模具统计数据，可以看到根据数据的来源不同，相应的定义与分类均有所不同。 1996 年的一项国与国之间模具贸易的研究显示了，美国以 29.86 亿美元的贸易额排名第一，日本以 21.25 亿美元排名第 2位，德国以 13.2 亿美元排名第 3 位。根据 ISTMA 日本分部的报告（ 1998.5），日本模具贸易额在 1996 年达到 4401.4 亿日元， 1997 年达到 5447.44 亿日元。 近年来，中国塑料工业年均增长速度达到 10%以上，塑料制品年产量位居世界 第二。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛，掀起了一股投资热潮。 行业分析 塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，形成了一个巨大的产业链条，从上游的材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展方兴未艾。 汽车、摩托车工业 汽车、摩托车工业是国民经济五大支柱产业之一。 2004 年中国汽车产销量均已超过500 万辆，业界人士甚至用 “井喷 ”来形容。从产业经济发展规律看，中国的人均 GDP 水平正处于 1000 美元 -3000 美元阶段，经济学家称之为 “经济起飞期 ”，这种内在强劲的经济内需使汽车模具潜在市场巨大。据估计，汽车、摩托车行业每年需要 100 多亿元的模具。而中国大型精密模具的制造能力不足，目前中高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。大中型内外饰件塑料模具也是需求的重点。发展科技含量高的大型精密汽车覆盖件模具和大中型内外饰件塑料模具是今后的重要工作。 随着中国汽车时代的到来以及中国摩托车出口的快速增长，以塑料替代木材和金属，会使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量大增，尤其是新材料及新成型技术的出现 ，使得塑料制品在汽车工业中的消费量日益增加。在一定意义上说，汽车塑料制品的用量能反映一个国家汽车工业的发展水平。德国每辆汽车平均使用塑料制品已经达到了近 300 公斤，占汽车总消费材料的 22%左右，是世界上采用汽车塑料零部件最多的国家。日本每辆汽车平均使用塑料 100 公斤，约占汽车材料消费总量的 7.5%。如日本一nts第一章 概述 2 家公司开发销售的新型汽车，除座椅外，车顶、装潢材料、仪表盘等内饰件全部采用塑料制造。当前，汽车塑料制品的应用趋势已由普通装饰件发展到结构件、功能件，塑料原料的使用也由普通塑料（多用于汽车内饰件）扩展到强度 更高、耐冲击性更好的复合材料或塑料合金。可以说，随着塑料材质及其成型技术与工艺的提高，塑料搭上飞驰的汽车，必然引来汽车塑料模具的大发展。 建筑、建材工业 建筑业是国民经济的支柱产业，今后 5-10 年中国建筑业会有更大的发展，将成为中国市场新的消费热点和经济增长点，并带动化学建材业的发展。由于国家已禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计 2010年全国新建住宅室内排水管的 80%及城市供水管的 50%将采用塑料管。同时国家正在大力发展塑料门窗，预计 2010年塑料门窗的普及率将达到 30%-50%。 20 世纪 80 年代以来 ，中国塑料门窗及给排水管件，在引进设备和技术的基础上，经过技术消化与开发迅速发展起来。 “ 十五 ” 期间，塑料管道、塑料门窗、新型防水材料更成为化学建材产业的发展重点。 塑料建材不仅能大量替代钢、木和传统建材，而且具有节能、节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优点，将在今后得到越来越多的应用，预测 2005年建筑用塑料制品将达到约 400万吨。 化学建材挤出模具是用于生产新型化学建材的关键工艺装备，主要包括塑料异型材挤出模具、塑料管件模具、低发泡成型挤出模具等。其技术性能的高低 直接影响着新型化学建材的质量与产量。塑料异型材挤出模具主要用于生产塑料门窗型材。据资料介绍，塑料门窗在德国门窗市场的份额高达 80%，其它西欧国家市场份额也达到 30% 40%，中国目前正在大力推广塑料门窗。管件模具是加工难度较大的注塑模，用于生产城市建筑中塑料给排水管件。 预期塑料建材模具需求量将有较快增长，各种异型材挤出模具、塑料管材管件模具将成为模具市场新的经济增长点。 家电行业 家电行业所需模具量年增长率约为 10。一台电冰箱约需模具 350 副，价值约 4000万元；一台全自动洗衣机约需模具 200 副，价值 3000 万元；一台空调器仅塑料模具就有 20 副，价值 150 万元；单台彩电大约共需模具约 140 副，价值约 700 万元，仅彩电nts四川理工学院毕业设计（论文） 3 模具每年就有约 28 亿元的市场。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，而我国大型精密模具的制造能力不足。据介绍，目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部 为进口产品。有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将步提高，其发展速度将高于其他模具。 专家预言，未来模具将向大型化、高精密度、多功能复合型等方向发展，热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高，并且随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具也将随之发展。同时，由于近年来中国每年用 10亿美元左右进口模具，其中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数。从减少进口的角度出发，中国也应加快高档塑料模具的开发 。 1.2 塑料模具设计方法主要发展方向 模具设计长期以来依靠人的经 验和机械制图来完成。自从二十世纪八十年代中国发展模具计算机辅助设计（ CAD）技术以来，这项技术已获得认可，并且得到来快的发展。九十年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（ CAE）技术，现在也为许多企业应用，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显着的作用。一些工业发达国家的模具企业应用 CAD 技术，已从二维设计发展到三维设计，三维设计已达 70%以上。中国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到 20%。 CAE 软件在国外应用已较普遍，国内应用还比较少，用於预测零件成形过程中可能发生缺陷的水平还比 较 低。 除了模具 CAD/CAE技术之外，模具工艺设计也非常重要。计算机辅助工艺设计（ CAPP）技术已开始在中国模具企业中应用。由於大部分模具都是单件生产，其工艺规程有别於批量生产的产品，因此应用 CAPP 技术难度较大，也难以有适合各类模具和不同模具企业的 CAPP软件。为了较好地应用 CAPP技术，模具企业必须做好开发和研究。虽然 CAPP技术应用和推广的难度比 CAD和 CAE为高，但也必须重视这一发展方向。 1.3 毕业设计课题资料查询 1.3.1 分析塑件结构及工艺技术要求 nts第一章 概述 4 塑件二维工程图 1-1 由图可知，塑件结 构属于弯管件塑件为弯管件，需要采用组合式型芯来进行抽芯工序。而且在凸台上还分布有很多盲孔还需要抽芯，为了避免进行多次斜抽芯而造成模具的复杂性，可以考虑将凸台面水平放置。这样，凸台上面的孔的抽芯方向和脱模方向相同了。此外，塑件下半部分管面设计成 2 5的锥面，是为了脱模能顺利完成。 塑件的工艺技术要求包括： (1)塑料的材料为：硬 PVC； (2)尺寸公差按 sj1372-78， 8 级处理； (3)大批量生产； 1.3.2 了解注塑机的技术规格。 在接收客户订货时，客户必须对所用注射机提出明确的规格。在所提供的注射机 规格中应包括以下内容： (1)注射机型号及生产厂家； (2)注射机最大注射容积 (最大注射量 )； (3)注射机锁模力； (4)注射机喷嘴球面半径及喷嘴孔径； nts四川理工学院毕业设计（论文） 5 (5)注射机定位孔直径； (6)注射机拉杆内间炬； (7)注射机容模量 (允许的模具最大、最小闭合高度 )； (8)注射机的顶出方式 (液压顶出或机械顶出以及顶出点位置、顶杆直径 ) (9)注射机开模行程及最大开距； (10)必要时还要提供注射机顶出行程及顶出力。 1.3.3 了解塑件的加工性能和工艺性能、塑料熔体流动行为，塑料在模具内可能的结晶，取向及导致的内应 力 。 PVC材料是一种非结晶性材料。 PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。 PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。 PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。 PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的 PVC材料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动性 ），因此通常使用的都是小分子量的 PVC材料。 PVC的收缩率相当低，一般为 0.20.6 。它 应用 于 供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器械，食品包装等 。 材料主要性能分述： (1).PVC是一种分子对热不稳定的树脂，纯 PVC在空气中 100时就开始降解，随着温度的升高降解加剧分解出 HCL， HCL又进一步促进 PVC分解，所以在 PVC加工中必须加入热稳定剂方可使加工得以顺利 (2).PVC耐热性差，粘度大、流动性差，容易滞留于死角中造成分解、烧焦，此外，由于熔体粘结力差，难于得到理想表面 ，必须加入高分子助剂 。 (3).PVC 抗冲击强度差，加入改性剂要求是在室温下能有高强性的高聚合物，且必须与 PVC有一定互容能力形成两项结构共混物，从而改善制品的冲击强度、加工性能、耐候性能及焊接角的强度等。 PVC材料性质 英文名字： poly vingl chloride nts第一章 概述 6 密度： 1.351.45g/cm3 成型收缩率： 0.50.7% 成型温度： 180210C 干燥条件： 70 C 1小时 比热容： 1260J/(kg.k) 导热率： 0.210W/(m.k) 注射压力： 30160Mpa 注射速度：一般取中低速 螺杆转速： 最大速度折合线速度为 0.25m/s 模具温度： 3060C 保压力： 为注射压力的 40%60% 冷却时间： 10.1S 制件公差等级： SJ1372 78， 8级 喷嘴孔孔径：大与 5mm 1.3.4 塑件收缩及补缩问题，尽量减少残余内应力和翘曲变形。 (1).由于 PVC 塑料中的 氯乙烯极性分子易吸水，会造成充型后收缩较大，因此原料必须进行干燥，干燥温度 85左右 , 时间 2小时以上 ; (2).充型过程中，若充型压力和速度较大，模具各部位温度剃度变化比较大都会 引起内应力的增加，因此，需选用合适的充型压力和速度，且加热，冷却系统要设置合理以减小残余内应力和翘曲变形。 1.3.5 塑料对模具温度的要求 (1).由于材料的成型温度接近分解温度，故必须控制尽可能用较低的温度进行注射，同时也应尽可能的缩短注塑周期，以减少熔料在料筒内的滞留时间由于 PVC 本身耐热性差 , 料在料筒内长时间受热 , 会降解析出氯化氢使胶件变黄甚至产生黑点 , 并且氯化氢对模腔有腐蚀作用 , 所以要经常清洗模腔及机头死角位 ; (2).模具温度尽可能低 (通常运冻水 , 控制模温在 30-45 ), 以缩 短成型周期以及减小胶件出模后变形 , 必要时借助定型模 缩水模来较正控制变形 ; 1.3.6 模具材料 塑料模具钢的选用应根据所成型的塑料种类，被成型塑料制品的形状、尺寸、精nts四川理工学院毕业设计（论文） 7 度、质量及数量的不同要求，同时要考虑创造模具的条件和加工方法，选用不同类型的钢材，如渗碳钢、调质钢、高碳工具钢、耐蚀钢、低碳马氏体时效钢等。根据塑料注射模具设计使用手册表 6.1，选择渗碳钢 12GrNi2。 1.3.7 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率 模具型腔中的温度是注塑成型中重要的因素之一，它在很大程度上决定着注塑成型周期，即生产效率。如果模具热量损耗大，则熔融塑料在型腔中的表关粘度增加，也就是流动阻力加大，这就使成型周期增加；若模具损耗热量很小，而冷却水的循环又不能使模具温度降低至熔融塑料的分解温度之下，此时，塑料将会分解，对于一些塑料分解出的气体还会对模具型腔表面腐蚀等损坏。因此，必须根据具体模具的热量损耗情况决定冷却水用量，以提高注塑成型的生产效率。 1.4 毕业设计思想简述 本次毕业设计主要是利用已学的专业基础知识和专业知识来进行塑料注塑模具设计。这次的设计要求独立完成任务，达到能基本独立完成一套简单模具的 设计的目的。其主要内容是 注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件，脱模机构和分型抽芯机构等等的设计。同时，在这个过程中，需要通过各种途径进行查阅有关模具的各种参数，如结构参数，成型参数， 热平衡等等。然后充分利用计算机辅助工具 CAD/CAE 进行塑件的造型和流体模拟分析。最终设计出一副能达到使用要求的模具。 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 8 第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 2.1 成型塑料制件结构工艺性分析 尺寸精度度分析：由 1.1节可知，塑件尺寸精度等级按 尺寸公差按 sj1372-78，8 级处理。而模具的制造精度等级 比塑料制品的精度高 23 等级，因此，模具的尺寸精度等级取 6 级进行制造。 粗糙度：由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，查得此材料的加工粗糙度的范围为（ 0.2 3.2） ,考虑到分型时，将塑件留在动模内，因此分型面下方即凹模型腔的粗糙度比上模的粗糙度低一级可取下模型腔的粗糙度为 Ra0.8mm,上模粗糙度取 Ra0.4mm。 塑料制件结构设计：塑件为弯管件，因此不可避免侧向分型和抽芯，只能采用组合式型芯，并用齿轮，齿条机构进行斜抽芯，使模具结构简化。 斜度设计：为了便于脱模，选择中心线为设计基准，在塑件的下半部分采 用了一段斜度的锥面，由于硬 PVC 属于硬材料，其斜度设为 1.75，而上模凸台部分脱模高度尺寸为（ 6 10） mm,因此选用斜度为 2.5。 壁厚：查得 PVC 材料的壁厚最大和最小允许值为（ 1.5 5.0mm） ,塑件壁厚属均匀，在强度无法满足其强度时，可适当增加薄壁的厚度以增加起强度。由计算机辅助软件PRO/E可以检测厚度，其图见下 2-2。 从上图可知，蓝色表示壁厚小于1.5mm,因此需要适当增加其厚度以满足工艺需要，而红色代表壁厚大于 5mm,需要说明的是，虽然图中凸台有几处大大超过了 5mm,但细心观察红色是 由于切片面切住了圆周面而形成的，因此对出现 红色的凸台可不作修改。 另外，此结构需要对一些边进行圆角设计，以防止产生流动死角，在死角处会形成气泡，缩孔。 nts四川理工学院毕业设计（论文） 9 2.2塑件三维 CAD 建模及 CAE 分析 2.2.1 三维 CAD 建模： 图 2-1 上图即为塑件的三维造型图。 2.2.2 塑件 CAE 分析 利用软件 PRO/E 对塑件进行了三维造型后，再进行对塑件注塑过程进行模拟，在模拟过程中，采取了两个方案进行结果对比，分析注塑工艺参数如下： 2.2.2.1最佳 浇口位置分布分析 由左图右边渐变色图可知，蓝色代表浇口最佳位置，而红色表示浇口不适合在这些位置进行设置。 2.2.2.2最佳充型质量分布分析 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 10 方案 1 方案 2 由上图，右边渐变色，从上到下，颜色由红色变为绿色，表示充型质量逐渐变好，图左一处拐角处出现红色，说明此处充型质量中等。 上图右显示渐变色代表意义与方案 1 相同，从图中可知，黄色和红色所占比例差不多，说明充型质量中等。 2.2.2.3温度分布分析： 方案 1 方案 2 从上图可知，充型时整个模腔的温度差为： 170-149=21C 从上图可知，充型时整个模腔的温度差为： 170-147.9=22.1C 2.2.2.4.成型压力分析： 方案 1 方案 2 nts四川理工学院毕业设计（论文） 11 从上图可知，充型是整个模腔的压力差 63.77-0=63.77mpa 从上图可知，充型是整个模腔的压力差 67.83-0=67.83mpa 2.2.2.5注射压力损失分布分析 方案 1 方案 2 由上图：注射压力损失为： 50.04mpa 由图：注射压力损失为： 53.99mpa 2.2.2.6充型时间分析： 方案 1 方案 2 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 12 从上图可知：充型时间为： 1.91s 从上图可知：充型时间为： 2.11s 2.2.2.7注射熔接痕分布分析 方案 1 方案 2 由上两个方案的熔接痕分布可知，熔接痕都分布在浇口对面的塑件表面上，且数量也差不多。 2.2.2.8注射气泡分布分析 方案 1 方案 2 nts四川理工学院毕业设计（论文） 13 从上图注射气泡分布图可看出：两个方案的气泡都集中在凸缘周边 的孔中，且对比可知，方案 2孔中的气泡明显比方案 1气泡少。 结论：由以上熔融塑料在模具型腔中的流动行为分析可知： 1 充型质量的分析：方案 1出现红色缺陷，而方案 2也有，说明两种方案的充型质量差不多。 2 充型温度分析： 方案 1的温度差为 21,方案 2的温度差为 22,两种方案的温度差比较相当。 3 充型压力分析：方案 1和方案 2的充型压力分别为： 63， 67mpa 可知方案 1所需成型压力较小。 4充型时间分析：方案 1 和方案 2 的充型时间分别为： 1.9， 2.1s,可知两种方案充型时间相差较小。 5充型出现的熔接痕和气泡分析： 从图中可知，两个方案出现的熔接痕数量和位置分布都较相似；而对于气泡的分布图可明显看出，方案 1的气泡数量稍多于方案 2。 通过以上比较可知，方案 2的充型效果较好，特别是考虑到若采取一模多腔进行充型，那么方案 1则需要的流道将会更长，不利与充型。因此决定选择方案 2。 2.3根据 CAE 分析结论进行模具工艺设计 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 14 根据 2.2 节对塑件的流动性分析，确定了浇口的位置在塑件圆周上，并采用浇口直接与主流道直接相接的浇注系统。由上节绘出的塑件三维实体结构，经分析可知：此类结构属于弯管件，因此需采用组合式型芯，上半部分型芯 与上模板连接，下部分斜管道型芯留在动模上，并采用齿轮，齿条进行斜抽芯，以使模具结构简单。 2.3.1.型腔数量的决定 （型腔数必需同时满足：交货期、注塑机最大注塑质量、注塑机的塑化能力、锁模力和模板尺寸） 2.3.1.1由交货期计算型腔数 moh c ttt tNn 360005.1式中 1.05 故障系数（以 5计） N 一副模具定货量（ 52 10 件） tc 成型周期（ 20s） （包括注射时间 2.5s、冷却时间 10.1s，开模取制件时间 7s） th 从定货到交货时间（ 5月） tm 模具制造时间（ 2月） to 所在厂的每月工作时间计 (600h) 所以代入相关数据得： n = 2)25(60036006510205.1)(3600. 50 mhc ttt tN 2.3.1.2根据注塑机最大注塑质量求型腔数 预选注塑机型号为： SZ-500/1200 错误 !未找到引用源。 非聚苯乙烯塑料其最大注塑量计算：ssoomm 实际注塑量 ：o%85 mm （注人模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数取为机器最大注塑能力的 85。）。 nts四川理工学院毕业设计（论文） 15 型腔数量计算：ssoq m0 .8 5 qmn式中 常温下某塑料的密度 g/ 3 s 常温下聚苯乙烯的密度 g/ 3 q ： 1个塑件与均分到的浇注系统的质量质量之和，当 n 不到 1时则应改用较大的机 器。 som（ g）：是指注塑在常温下密度为 1.05g/ 3的普通聚苯乙烯的对空注塑量 因此将数据代入公式可得：sos0 . 8 5 m 0 . 8 5 5 2 5 1 . 4 0 1 3 . 2q 4 5 1 . 0 5mn q 考虑到模具结构的尺寸，取 n=2 2.3.1.3根据塑化能力求型腔数 模具的注塑容量还必须与注塑机的塑化能力相匹配。 型腔数：xq GqtGn c 61006.3式中 G 塑化能力， kg/h x - 每分钟的注塑次数， ctx /60 tc 成型周期（ s） 将数据代入公式可得： 2 0 0 3 . 6 5 . 6 1 . 9 23 . 6 3 . 6 4 5cGtn q 结论：根据交货期、注塑机最大注塑质量、以及塑化能力的计算，决定采用一模两腔的模具结构。 2.3.1.4锁模力的校核 型腔压力计算：opkp p -模具型腔及流道内塑料融体平均压力 ， aMP op-注塑机料简内螺杆或柱塞施于塑料用体的压力，aMPk -损耗系数。随塑料品种、注塑机形式、喷嘴阻力、模具流道阻力而不同，其值在 1/2一 1/3范围内选取。螺杆式注塑机的 k值较柱塞式为大，直通喷嘴比弹簧喷nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 16 嘴的 k 大。 代入公式进行计算得：0 1 1 5 3 5 13 ap k p m p 型腔 压力 p 的经验值确定：通用塑料生产中小型制品， p 20 40 aMP；在作较详细计算时，应根据具体情况由经验决定流程愈长，壁愈薄的塑件则需要较大的注塑压力，即需要更大的锁模力。 锁模力计算： ApF 1.0 F 注塑机的额定锁模力， kN A 制件加上浇注系 统在分型面上的总投影面积， 2 将数据代入公式可得： F=2000KN 6 - 6 30 . 1 5 1 1 0 4 2 1 5 1 0 1 0 2 1 . 4 9 KN 2.3.2 型腔布置 2.3.2.1采用一模两腔，型腔位置的排布。 图 2-3-1 2.3.2.2浇注系统设计三维图 nts四川理工学院毕业设计（论文） 17 - 图 2-3-2 2 3 2 3利用 PRO/E 分析软件对上图 2-3-2进行 CAE分析： 1） . 充型质量分析： 充型质量图 分析结论 红色代表质量相对较差，绿色代表质 量较好，黄色为过度色 可知：充型质量为中等 图 2-3-3 2）充型时间分析 ： 充型时间图 结论分析 从左图可知：流体充型通过主流倒、分流道、以及浇口所需要的时间为 2.5s、 2s、 0.6s 图 2-3-4 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 18 3)充型温度分析： 充型温度图 结论分析 从图可知：塑料流体通过各流道时的温度 图 2-3-5 4)压力分析： 压力图 结论分析 从图可看出： 流道及浇口各处注塑时所需的压力分别为： 77.1、 68.2、 62.3mpa 图 2-3-6 2.3.3 确定分型面（有分形面的图，满足充型质量图形说明、模具最简化：抽芯） 分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 2.3.3.1型腔分型面位置的设计 考虑主要如下问题： 外表质量：分型面优选在塑件接触面最大的地方。 方便脱模：由于塑件结构为筒形，故需要进行较长距离的抽拔型芯。因此将制件留在动模边。 考虑侧向抽芯距离和模具结构复杂性：由于此结构属于弯管类的结构，因此需要进行斜向抽芯，并且需要采用组合式型芯，使模具结构简化。 排气：由 2.2.2.8 气泡分析图可知，大部分气泡聚集在孔内部，因此，可以考虑将分型面设置在孔口处，即能够使料流在孔的末端，达到排气的作用，从而能减小充型时nts四川理工学院毕业设计（论文） 19 的气泡数量。 因此，选择的分型面位置如下： 图 2-3-7 2.3.3.2分型面形状的决定 下图为分型面的三维形状： 图 2-3-8 2.3.3.3确定浇注系统和排气系统（以气泡分析图为基础） 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素： 塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 20 浇注系统需按型腔布局设计。 塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成 型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。 塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。 成型效率：在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。 冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 2.3.4 主流道和主流道衬套结构 主流道固化时间要求：为了有效地传递保压压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。 卧式注塑机主流道结构设计要点 ： 锥角、粗糙度加工划痕方向要求：圆锥形主流道，锥角 =2 4 ；内壁粗糙度值 Ra 0.4 m以下；机械加工划痕不得垂直于脱出方向；加工腐蚀性材料还应将流道的内孔镀铬。 主流道与喷嘴结构：接触处多作成半球形的凹坑，凹坑球半径 R2应比喷嘴球头半径R1大 l 2mm。 主流道小端直径：应比注塑机喷出孔直径约大 0.5 lmm 常取 mm84 。 主流道大端直径：应比分流道深度大 15mm 以上，锥角一般取 2O一 6O。 主流道村套结构：设计成独立的具体要求如下： 挠口套与注射机喷嘴的 接触部分有两种形式，一种为平面接触，另一种为球面接触。平面接触的主要优点是接触面积较大，密封较好，塑料不易外溢。其缺点是，若注射机的精度不高，容易造成喷嘴孔与浇口套孔不同轴。球面接触喷嘴与浇口套的接触面积较小，若配合不当，容易造成塑料外溢，但由于它能自动调整注射机的偏差，所以在注射机精度不高的情况下亦能正常应用。球面接触的浇口套，在正常情况下，浇口套nts四川理工学院毕业设计（论文） 21 端部的球面半径应大于注射机喷嘴的球面半径，浇口套锥孔的小端直径应大于注射机喷嘴孔径，球面深度 3 5mm。 浇口套上有关主流道部分的设计及其参数，可参照 7 3 主流道设计。同时要考虑到在注射过程中，为了能充分保压及补缩，主流道部分的塑料应最后固化。 表 2.3.1 计算公式 符号 物理意义 出处 计算结果 pSQQ （ scm3 ） SQ主 流 道 的 体 积 流 率（ scm3 ） 查塑料模具技术手册机械工 业 出 版 社1997.6 表 3 10 查塑料模设计手册软件版 SQ=46.875 pQ模具成型塑件体积，通常取pQ=（ 0.50.8）nQnQ注射机的公称注射量 注射时间 剪切速率 根据以 上要求 可以选择主流道衬套结构如下： 图 2-3-5 具体尺寸参照下表 ： 表 2.3.2 nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 22 根据具体的模具结构设计以下尺寸： L1=26mm， L2=36mm， d=26mm。 定位圈和浇口套的固定方式： 图 2-3-6 D=84mm， d=70mm，螺钉孔距 L=55mm 冷料井类型和结构 冷料井功用： 使冷料不进人分流道和型腔。 冷料井结构： 冷料井的底部或四周常作成曲折的钩形或侧向凹槽 使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中拉出留在动模上。 2.3.5主流道、分流道系统设计 2.3.5.1主流道、分流道断面尺寸： 主流道横截面计算： 由经验公式计算横截面： 错误 !未找到引用源。 主流道小端直径：注塑机喷孔直径 0.5 lmm 常取 mm84 ； 取 =4mm 主流道大端直径：经验公式 K4VD 式中 V 流经主流道的熔体体积， cm3 K 因熔体材料而异的常数， PS类 K 2.5， PE、 PP的 K 4， PA的 K 5， 因此：将 V=33.94 3cm ,K=1.5代入公式得 nts四川理工学院毕业设计（论文） 23 D = 4 V / K4 3 3 . 9 4 / 3 . 1 4 1 . 55 . 4 mm 取 D=6mm 由 PRO/E绘图并计算出制品体积、主流道体积、分流道及浇口体积分别为： 313233342 8 . 4 53 3 . 8 6 2 8 . 4 5 5 . 4 13 3 . 9 4 1 3 3 . 8 6 4 0 . 0 7 73 3 . 9 4 5 3 3 . 9 4 1 0 . 0 0 3V c mV c mV c mV c m 因此 1 2 3 4()( 2 8 . 4 5 5 . 4 1 0 . 0 7 7 0 . 0 0 3 ) 1 . 4 53 3 . 9 4 1 . 4 5 4 9 . 2gm V V V Vg .分流道断面尺寸： 按经验计算 4g Lm0.2 7d d: 分流道的直径 ( ) , m:流经的塑料熔体重量 (g) , L: 分流道的长度( ) 适用：壁厚 小于 3 ，塑件重量小于 200g;一般分流道直径在 3 10 之间，高粘度物料在 3 16之间 3 4 1()( 2 8 . 4 5 0 . 0 7 7 0 . 0 0 3 ) 1 . 4 52 8 . 5 3 1 . 4 5 4 1 . 3 7gm V V Vg L=13mm 代入公式得 ： 440 . 2 70 . 2 7 4 1 . 3 7 1 33 . 2 9gd m Lmm 按经验取值：分流道的直径（或相当直径）一般应大于制品壁厚（特厚制品除外），取 d=6mm。 校核剪切速率 : 校核主流道剪切速率： nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 24 3134 5 1 0viq sR 由 PRO/E流体分析图 2-3-4可得 t=2.5s 3 33 3 3 . 9 4 1 0 1 1 3 1 3 3 /0 . 3vi vq m m st 代入公式校核： 31334 4 1 1 3 1 1 3 6 7 2 . 8 5 . 3 1 03 . 1 4 3viq sR /S 315 10 s 校核分流道剪切速率 34viqR 2 1 5 15 1 0 1 0ss 其中，由 PRO/E流体分析图 2-3-4可得 t=2s 3 33 2 8 . 5 2 1 0 7 5 5 7 0 0 /0 . 3vi vq m m st 代入公式校核： 31334 4 7 5 5 7 0 3 . 5 1 03 . 1 4 3viq sR /S= 2 3 11 0 1 0 s 流道总损失计算： 41i iPp 4 1 48i viiai R qL =77.1mpa 表 2-3-2 计算公式 符号 物理意义 出处 结果 322LARn 33.3nRQ nR当量半径 查塑料模具 技术手册机械工 业 出 版 社1997.6 表 3 10 查塑料设计手册软件版 =3.5 1310 s 主流道的剪切速率在 = 132 105105 S的范围内，符合设计要求 A 流道断面积 L 流道长度 Q 流道的体积流率 剪切速率 2.3.5.2分流道截面形状设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，nts四川理工学院毕业设计（论文） 25 分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能将塑料熔体均 图 2-3-7 衡地塑 分配到各个型腔。根据料成型特性，可以初步确定分流道为圆形，其相应的形式和尺寸如图 2-3-7所示。 2.3.5.3浇口 设 计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。根据塑料成型特性，可以初步选择浇口形式如图 2-3-8所示。 图 2-3-8 浇口断面积：其断面积约为分流道断面积的 3 9%；浇口长度约 0.5 2.5mm； 根据计算结果所设计的浇口的剪切速率符合要求，那么可以 确定浇口的尺寸长为 1mm，宽为 1mm，高为 1mm。 浇口断面尺寸：按各类型浇口的经验计算 浇口位置设计说明（根据 CAE 分析结论）第二章第 2 节图 2-2-2。浇口的设计需要满足一下条件： nts第二章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 26 1.有利于减小制品翘曲变形 2.有利于改善注塑制品的力学性质 3.有利于避免注塑成型时的喷射现象 4.有利于充模流动、排气和补料 5.有利于减少熔接痕，增加熔接牢度： 6.浇口位置应防止料流将型芯或嵌件挤歪变形 nts四川理工学院毕业设计（论文） 27 第三章 选择注射机及注射机工艺参数校核 3.1 注塑机的技术规范 ： 3.1.1 注塑机规格： SZ-500/1200 错误 !未找到
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