加热缸体注塑模设计【21张CAD图纸+说明书资料齐全】
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加热缸体注塑模设计- 1-前 言塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展，各种性能的塑料，特别是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻、耐腐蚀、电气绝缘性好、易于造型、生产效率高与成本低廉等。但也存在许多自身的缺陷，诸如：抗老化性、耐热性、抗静电性、耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。塑料的塑料增多，新的工程塑料品种的增加，塑料成型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展，为塑件的应用开拓了广阔的领域。目前，塑件已深入到国民经济的各个部门中。特别是在办公机器、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、航空、交通、通信、轻工、建材业产品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品。据报道，美国塑料工业已变为全美第四个最大的工业，每年的塑料消耗量已经超过钢材。在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材。我国的塑料工业发展也很快，特别是近20年，产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料也已投入批量生产。塑件1990年达到536.8万吨，居世界第四位。如今，我国塑料工业已形成了相当规模的完整体系，它包括塑料的生产，成型加工，塑料机械设备，模具加工以及科研、人才培养等。塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关。由于塑件的制造是一项综合性技术，围绕塑件成型生产将用到有关成型塑料、成型设备、成型工艺、成型模具及模具制造等发面知识，所以这些知识便构成了塑件成型生产的完整系统。它大致可包括产品设计、塑料的选择、塑件的成型、模具设计与制造四个主要环节，在上述四个环节中，模具设计与制造是实现最终目标塑件使用的重要手段之一。模具是塑件生产的重要工艺装备之一。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点个不相同的塑料模具。塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素占80%。一副质量好的注射模可以成型上百万次，压缩模大约可以生产25万件，这些都同模具设计和制造有很大的关系。在现代塑 加热缸体注塑模设计- 2-件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。 加热缸体注塑模设计- 3-第一章 塑料制件的设计塑料制件主要是根据使用要求进行设计。要想获得优质的塑件，塑件本身必须具有良好的工艺性，这样不仅可使成型工艺得以顺利进行，而且能得到最佳的经济效益。塑料的设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时，还应该考虑其模具的总体结构，使其模具易于加工制造，模具的抽芯结构和推出结构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型后尽量不再进行机械加工。本塑件是一种新型的加热缸体，其材料采用的是聚丙烯（PP），生产类型为大批量生产。1.11.1 塑件材料的性能1.1.1 塑件材料的使用性能聚丙烯密度小，强度、刚性、硬度、耐热行均优于HDPE,可在100左右使用。具有优良的耐腐蚀性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，但低温变脆，不耐磨，易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。1.1.2 塑件材料的加工特性（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发生分解；（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右；（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90以上时易发生翘曲、变形；（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。 1.1.2 塑件材料的物理性能、热性能密度 g/cm30.900.91质量体积 cm3/g1.101.11 加热缸体注塑模设计- 4-吸水率 24h0.010.03熔点 170176熔融指数 g/10min230维卡针入度 140150热变形温度 102115线膨胀系数 10-5 9.8比热容 J/(kgK)1930热导率 W/(mK)0.1261.1.3 塑件材料的力学、电气性能屈服强度 Mpa 7抗拉强度 Mpa37断裂伸长率 %200抗弯强度 Mpa67弯曲弹性模量 Gpa1.45抗压强度 Mpa56无缺口78冲击韧度 KJ/m2有缺口3.54.8布氏硬度 HBS8.65电阻率 m1014击穿电阻 Kv/mm30介电常数 （106Hz） 2.022.6耐电弧性 s1251851.1.4 塑件材料的化学性能日光及气候影响不含稳定剂时表面迅速变色、发脆、若添加康氧化剂时会改善其抗大气老化性能耐酸性60以下中等浓度的酸类无影响。强酸及高浓度氧化剂能引起破坏，对水和无机盐溶液稳定 加热缸体注塑模设计- 5-耐碱性对碱类稳定耐油性对多数油类稳定，能吸收少量的矿物油、植物油耐有机溶剂室温下不溶于有机溶剂。超过80能溶于苯、甲苯等芳香烃及氯化烃中，于溶剂长期接触不产生脆性 1.1.5 塑件材料的成形条件 注塑成型机类型 螺杆式 密度 g/cm30.900.91 计算收缩率 %1.02.5 温度 80100预热时间 h12 后段 160180中段180200料筒温度 前段200220模具温度 90100 注塑压力 MPa80130注塑时间2090高压时间05冷却时间2090成形时间 s总周期40190 螺杆转速 r/min28方法 红外线灯或鼓风烘箱温度 140145后处理时间 h41.21.2 塑件的体积与重量计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。1）计算塑件的体积：3111121900275146mmhblV 加热缸体注塑模设计- 6-322224637724671142mmhblV333333714484463134mmhblV3444431525. 02063mmhblV32121652 .346425. 5mmhRVV3222271 .424153mmhRV3232388 .238192mmhRV33876543214 .1139 .1134018 .2381 .4242 .3462 .34631537144846377221900cmmmVVVVVVVVV2）计算塑件的重量：根据设计手册可查得聚丙烯（PP）的密度为=0.9/dm ，故3塑件的重量为：gVW1 .1024 .1139 . 01.31.3 塑件工艺分析及结构设计若要将聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件，除了要选用合适的塑料材料外还必须考虑塑料制件的加工工艺性。影响成形件误差的主要原因是塑料收缩率的波动、模具使用的磨损、成形制品脱模后的收缩、模具制造及装配的误差。为了便于脱模，并防止脱模后刮伤制品表面，要求有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、制品的形状及厚度。制品上所有的角均采用圆角过渡，既安全又改善了熔体在型腔的流动性，有利于充型，避免出现熔合线。1.3.1 塑件成形方法：热塑性塑料的成形方法主要有挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形等。本塑件采用注塑成形方法。1.3.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1）结构分析：从零件图上分析，该零件总体形状为长方形，在宽度方向的一侧有两个10.5的圆孔，在高度为15mm的圆锥凸台上有一直径为4的圆孔。因此，模具设计时必须注意设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。2）尺寸精度分析：该零件的所有尺寸都未注公差尺寸，由表2-5常用材料塑件公差登记和选用 加热缸体注塑模设计- 7-（GB/T14486-1993），可选得聚丙烯PP的未注公差尺寸等级为MT5级，由以上分析可见，该零件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关的零件的尺寸加工可以保证。3）表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。1.3.3 注塑成形塑件工艺结构设计：在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件侧壁上有凸台和圆孔，所以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。1）脱模斜度塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固态状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。查塑料模具设计及制造表2-11得热塑性塑料PP的脱模斜度为： 型腔：25 45 型芯：20 45综合考虑本塑件的工艺特性，塑件内表面和外表面的脱模斜度都选为30。2） 塑件壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚要求尽量分布均匀否则会导致塑件各部分固化收缩不均匀，易在塑件上产生气孔、裂纹、以及内应力及变形等缺陷。 塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。壁厚则其流程长，查模具设计大典表8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相应的塑件最小壁厚 =1.4mmminS6 . 0)5 . 0100(L6 . 0)5 . 0100487357(式中 最小壁厚(mm)minS L 流程(mm)热塑性塑料PP的壁厚一般为0.67.6mm,而从塑件的壁厚来看，最大处是6，最小处是3.75，塑件的壁厚在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。第二章 总体设计方案的确定 加热缸体注塑模设计- 8-2.12.1 分型面的选择选择分型面时，通常应考虑以下几项基本原则：（1）便于塑件的脱模。1）在开模时塑件应尽可能留于下模或动模内。2）应有利于侧面分型和抽芯。3）应合理安排塑件在型腔中的方位。（2）考虑塑件的外观。（3）保证塑件尺寸精度的要求。（4）有利于防止溢料和考虑飞边在塑件上的部位。（5）有利于排气。（6）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。（7）尽量使成型零件便于加工。图2.1 分型面的选择根据零件和形状结构，制品的形状位置按零件的深度方向要与注塑机的开模具方向平行，并且低部朝向定模，注塑口在低部，使的制品上表面较光滑，而且注塑点也比较隐蔽。该塑件为缸体类零件，表面质量无特殊要求，塑件外观和尺寸精度要求都不高。选择如图2.1所示的分型面，脱模过程中塑件冷却包紧于型芯，留于动模，便于塑件脱模。此外，还可降低模具的复杂程度和便于侧抽芯。2.22.2 排气方式的确定在注塑过程中，需要排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的气体，二是熔体分解放出的气体和模具受热放出的气体，常见的排气方式有：（1）排气槽排气；（2）分型面排气；（3）推杆间隙排气；（4）粉末烧结合金块排气；（5）强制排气。在该设计中，由于制品的结构不是很复杂，可采分型面、推杆间隙、侧向抽芯间隙等排气。 加热缸体注塑模设计- 9-凹模是用于成形制品外表面的成形零件，它的主要形式有整体式和组合式，在此设计中采用的是整体式结构。凸模是用来成形制品内表面的成形零件，因为该制品的内表面不是很复杂，所以采用组合式。即通过过盈配合装配在动模板上，然后在将凸模与动模板的组合体固定在动模垫板上。2.32.3 型腔数目和排列方式的确定该制品最大高度为48mm,最大长度为146mm,最大宽度74mm，重量约为102.1g, 制品结构相对简单，但是侧向有凹槽和凸台，所以要采用侧向抽芯机构。对制品的尺寸、外形结构等方面考虑，采用一模一腔，这样可以使模具结构相对简单，制品尺寸精度得以提高，而且可以使制品一次注塑成型。在本设计中采用单型腔，与多型腔相比有如下优点：1）塑料制件的形状和尺寸始终一致；2）工艺参数易于控制；3）模具结构简单紧凑，设计自由度比较大；4）单型腔还具有制造成本低，制造周期短等优点。本塑件在注射时采用一模一件，即模具只需要一个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，将型腔置于模具中心，左右对称，使得注塑压力分布均匀,将抽芯部位置于左部。2.42.4 注塑机的选择 计算一次注塑所需的模料体积。该模具为一模一腔，浇注系统体积粗略估计为2,3cm则一次注塑所需的塑料为： 3115.424 .131cmV理论注塑量为：303 .1448 . 0/4 .115cmV根据理论注塑量初步选择XS-ZY-125型塑料注塑成型机,其主要技术参数如下:理论注塑容量 /cm3 192螺杆直径 / mm 42注射压力 /MPa 1500注射行程 /mm 160 加热缸体注塑模设计- 10-注射方式 螺杆式 螺杆转速 /(r/min) 10140锁模力 /KN 900移模行程 /mm 300拉杆内间距 /mm 360026 最大模具厚度 /mm 300最小模具厚度 /mm 200模具定位孔直径 /mm 100喷嘴球半径 /mm SR12喷嘴孔直径 /mm 4第三章浇注系统的设计及计算 加热缸体注塑模设计- 11-注塑浇注系统是将注塑机料筒内的熔融塑料从喷嘴高压喷出的稳定而顺畅地充入并同时充满型腔的各个空间的通道，它在充模及固化过程中还将注射压力平衡地传递到型腔的各个部位以获得填充殷实完整质量优良的塑件。注塑模具的浇注系统通常由主流道、浇口套和定位环等部分组成。3.13.1 流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑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，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套，浇口套结构形式见附图。为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径应稍大于注射机喷嘴直径，通常为Dd （式 9.2-mmdD) 15 . 0(7）主流道入口的凹坑球面半径也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为2R （式 9.2-mmRR)21 (128）由上章可知，代入上面两式得：mmd4mmR121mmD55 . 4) 15 . 0(4mmR1413)21 (122取=5，=14。Dmm2Rmm主流道的半锥角通常为。过大的锥角会产生湍流或涡流卷入空气，过小的21锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。本浇注系统中，选择主流道的半锥角为1.5。 3.23.2 浇口设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着控制料 加热缸体注塑模设计- 12-流速度、补料时间及防止倒流等作用。常用的浇口类型有直浇口、侧浇口、点浇口等几种形式。本模具浇注系统采用直接浇口形式，这种浇口由主流道直接进料，故熔体的压力损失小，成型容易，且有利于补缩和排气，还使得模具结构简单，制造方便。但由于浇口处熔体固化慢，容易造成成型周期长，产生过大的残余应力，在浇口处以产生裂纹，浇口凝料切除后制品上的疤痕较大。3.33.3 流动比校核在确定塑料制件的浇口位置时，还应该考虑塑料的允许的最大流动距离比（简称流动比）。流动比是指融体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。当浇注系统和型腔尺寸各处不等时，流动比计算公式为： K= （式 9.2-nitiLi12805 .374487175423211KptLLtL20）式中 K 流动比； 流动路径各段长度，；iLmm 流动路径各段的型腔厚度，；itmm 流动路径的总段数n 允许的流动比，PP为280。Kp 加热缸体注塑模设计- 13-第四章 成型零件设计4.14.1 成型零件结构设计4.1.1 凹模的结构设计本模具采用一模一件的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，凹模拟采用整体嵌入式结构，其结构形式见附图。4.1.2 型芯结构设计型芯主要是于凹模相结合，构成模具的型腔，其型芯的结构形式见附图。4.24.2 成型零件工作尺寸计算该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差时双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。查表9.4-4可知聚丙烯材料的成型收缩率为S1.02.5，故平均收缩率S（1.0+2.5）/21.75，查表9.4-5取模具制造公差。cp3/m4.2.1 凹模的径向尺寸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的增大。所以，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。凹模的径向尺寸计算公式： （式9.4-mxdSDcpm0110）式中 凹模径向名义尺寸（最小尺寸）；mD所采用的塑料的平均成型收缩率；cpS制品的名义尺寸（最大尺寸）；d成型零件工作尺寸的修正系数（可由表9.4-7查得）；x 加热缸体注塑模设计- 14- 制品公差（负偏差）； 模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/31/6。m尺寸：044. 114248. 003/44. 10068.14344. 156. 0142%75. 111mxdSDcpm尺寸：044. 114648. 003/44. 10075.14744. 156. 0146%75. 111mxdSDcpm尺寸：086. 00729. 003/86. 00047 . 0786. 056. 070%75. 111mxdSDcpm尺寸：086. 04729. 003/86. 00018 . 4786. 056. 047%75. 111mxdSDcpm尺寸：024. 05R08. 003/24. 00092. 424. 07 . 05%75. 111mxdSDcpm尺寸：020. 02R07. 003/20. 00089. 120. 075. 02%75. 111mxdSDcpm尺寸：024. 0608. 003/24. 00094. 524. 070. 06%75. 111mxdSDcpm 加热缸体注塑模设计- 15-尺寸：028. 0709. 003/28. 00093. 628. 070. 07%75. 111mxdSDcpm4.2.2 凹模的深度尺寸计算凹模的深度尺寸计算公式： （式 9.4-mxhSHcpm0112）式中：凹模深度名义尺寸（最小尺寸）；mH制品高度名义尺寸（最大尺寸），其它同上。h尺寸：064. 04821. 003/64. 00049.4864. 055. 048%75. 111mxhSHcpm尺寸：020. 0207. 003/20. 00091. 120. 063. 02%75. 111mxhSHcpm尺寸：038. 01513. 003/38. 00004.1538. 058. 015%75. 111mxhSHcpm4.2.3 型芯的径向尺寸计算型芯的径向尺寸计算公式： （式 9.4-01mxDSdcpm11）式中 型芯径向名义尺寸（最大尺寸）；md 制品的名义尺寸（最小尺寸），其它同上。D尺寸：28. 10134 加热缸体注塑模设计- 16-043. 003/28. 1006.13728. 156. 0134%75. 111mxDSdcpm尺寸：74. 0026025. 003/74. 0005 . 3674. 056. 026%75. 111mxDSdcpm尺寸：44. 0020015. 003/44. 0061.2044. 060. 020%75. 111mxDSdcpm尺寸：32. 005 .10011. 003/32. 0038.1032. 065. 05 .10%75. 111mxDSdcpm尺寸：24. 004008. 003/24. 0024. 424. 070. 04%75. 111mxDSdcpm尺寸：24. 005R008. 003/24. 0026. 524. 070. 05%75. 111mxDSdcpm尺寸20. 002R 加热缸体注塑模设计- 17-007. 003/20. 0019. 220. 075. 02%75. 111mxDSdcpm4.2.4 型芯的高度尺寸计算型芯的高度尺寸计算公式： （式 9.4-01mxHShcpm13）式中： 型芯高度名义尺寸（最大尺寸）；mh制品孔深名义尺寸（最小尺寸），其它同上。H尺寸：64. 0044021. 003/64. 0012.4564. 055. 044%75. 111mxhSHcpm尺寸：44. 0019015. 003/44. 0058.1944. 056. 019%75. 111mxhSHcpm尺寸：24. 004008. 003/24. 0021. 424. 060. 04%75. 111mxhSHcpm4.2.5 型孔之间的中心距尺寸计算型孔之间的中心距尺寸计算公式： （式 9.4-21mcpmLSL14）式中： 模具中心矩名义尺寸；mL 加热缸体注塑模设计- 18-制品制品中心矩名义尺寸，其它同上。L尺寸：43. 05 .7214. 077.73686. 05 .72%75. 1121mcpmLSL4.2.6 成型中心边矩尺寸计算在此型腔中，三个成型中心矩尺寸（140.19，5.750.11），在型腔磨损后均变大，故按公式3-14计算，公式为： 2241mcpmLSL尺寸：19. 01406. 023.14638. 02438. 014%75. 112241mcpmLSL尺寸：11. 075. 504. 084. 5624. 02424. 075. 5%75. 112241mcpmLSL4.34.3 成型零件的力学计算在塑料模过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力。在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及应变。如果型壁厚和底版厚度不够，当行型腔中产生的内应力超过型5材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等。因此，有必要建立型腔强度和刚度的科学的计算方法，尤其对重要的、塑件精度要求高的和大型塑件的型腔，不能单凭经验确定凹模侧壁和底版厚度，而应通过强度和刚度的计算来确定。型腔刚度和强度计算的依据归纳为如下几个方面： 加热缸体注塑模设计- 19-（1）成型过程不发生溢料。当型腔内受塑料熔体高压作用下，模具成型零件产生弹性变形而在某些分型面和配合面可能产生足以溢料的间隙。这是，应根据塑料的粘度不同，在不产生溢流的情况下，将允许的最大间隙作为塑料模型腔的刚度条件。 （2）保证塑件的精度要求。型腔侧壁及其底版应有较好的刚度，以保证在型腔受到熔体高压作用时不产生过大的、使塑件超差的弹性变形。此时，型腔的允许变形量受 塑件尺寸和公差值的限制。一般取塑件允差值的1/5左右，或0.025以下。mm（3）保证塑件顺利脱模。型腔的刚度不足，模塑成型时变形大，不利用塑件脱模。当变形量大于塑件的 收缩值时，塑件将被型腔包紧而难以脱模。此时，型腔的允许变形量受塑件收缩值限制，即=，式中S为塑件材料的成型收缩率（），t为塑件的 St%壁厚（），在一般情况下，其变形量不得大于塑料的收缩量。mm（4）型腔力学计算的特征和性质，随型腔尺寸及结构特征而异。对大尺寸型腔，一般以刚度计算为主；对小尺寸型腔，因在发生大的弹性变形前，其内应力往往已超过材料许用应力，当以强度计算为主。其力学计算的尺寸分界值取决于型腔的形状、型腔内熔体的最大压力、模具材料的许用应力及型腔允许的变形量等。当以强度计算和刚度计算，算出的型腔尺寸，取大者为型腔壁厚尺寸。刚度条件通常是保证不溢料，但当塑件精度要求较高的应按塑件精度要求确定刚度条件。4.3.1 凹模型腔侧壁厚度计算凹模型腔为矩形整体式型腔，根据矩形整体式型腔的计算公式 （式 3-34ECpah 29）式中 型腔侧壁厚度（）；hmmC系数，由L/a值选定，（查塑料模设计及制造表3-9）；P型腔内熔体的压力，一般取2545MPa；a型腔侧壁受熔体压力部分的高度（）；mmE弹性模量，钢材取2.110 MPa；5允许变形量（）；mm在高压下，型腔侧壁将发生弯曲，使侧壁与底板产生纵向间隙，为防止溢料， 加热缸体注塑模设计- 20-应根据不同塑件的最大不同溢料间隙决定，（查塑料模设计及制造表3-8）得允许变形值0.0250.04，取0.035。L/a142/48=2.98，查表3-9可知C0.93。代入公式计算： mmh9 .29035. 0101 . 2484093. 0354综合模具结构，暂取=35。hmm4.3.2 凹模底板厚度计算：根据底板厚度的刚度公式可得底板厚度 （式 3-34EpbCH30）式中 常数，有底板内壁边长比L/b值选定，查表3-10，其它同上。/CL/b142/712.0，查塑料模设计及制造表3-10得0.0277C代入公式计算： mmH6 .15035. 0101 . 271400164. 0354暂取。mmH20 加热缸体注塑模设计- 21-第五章 导向与定位机构设计5.15.1 导向机构的设计导柱导向机构是利用导柱和导套之间的配合来保证模具的对合精度。导向结构的设计内容包括：导柱和导套的机构设计；导柱和导套的配合；导柱和导套的数量和布置等。导向机构的作用：1）导向 上模和下模合模时，首先是导向零件相接触，引导上下模准确合模，避免凸模和型芯进入型腔，以保证不损坏成型零件。2）定位 避免模具接触时错位而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均匀；3）承受一定的侧向压力，塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力，或由于成型设备精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。5.1.1 导柱设计（GB/T4169.5-1984）1）导柱直径表 9.5-1 导柱直径 d 与模板外形尺寸关系 （）mm模板外形尺寸150150200200250250300300400导柱直径d161618182020252530 加热缸体注塑模设计- 22-根据动模板尺寸：，选定导柱直径=25。400153dmm2）导柱配合精度导柱工作部分的配合精度采用间隙配合H7/f7，表面粗燥度为Ra0.4；导柱固定部m分配合精度采用过渡配合H7/k6,表面粗糙度Ra0.8。m3）材料导柱必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，芯部要坚韧，因此导柱的材料选用碳素工具钢（T8A）淬火处理，硬度5055HRC。4）导柱的长度通常高出凸模端面 68mm,以免在导柱还未导正时，凸模就先进入型腔与其碰撞而破坏。为了便于导柱顺利进入导套，导柱的端面应该设计成锥形。5.1.2 导套设计 （GB/T4169.2-1984） 导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套有直导套和带头导套两种形式，本设计中采用带头导套。导套的材料选为：T8A，淬硬 HRC5055。导套内外圆柱面表面粗燥度都取为 Ra0.8。导套孔的滑动部分m按 H7/f6 间隙配合，导套外径按 H7/k6 过渡配合。5.25.2 定位机构设计为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射剂的喷嘴孔精确定位，应在模具上（通常在定模上）安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除了完成浇口与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模具内滑出。定位圈有标准定位圈和特殊定位圈两种，本设计中采用特殊定位圈，定位圈的材料选用 45 中碳钢，经正火处理，硬度为 250280HBS。 加热缸体注塑模设计- 23-第六章 脱模机构设计注塑成形每一循环中,塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模结构也称推出机构。脱模机构设计原则：1）保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观，这是对脱模机构最基本的要求。在设计时必须正确分析塑件对模具黏附力的大小和作用位置，以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使塑件平稳的脱出。同时推出位置应尽量选择在塑件的隐蔽处，使塑件外表面尽量不留推出痕迹。2）为使推出机构简单、可靠，开模时应使塑件留于动模，以利于注塑机移动部分的顶杆推出塑件。3）推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死与干涉现象。机构本身应该有足够的刚度、强度和耐磨性。6.16.1 脱模力的计算将制品从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力，此外，理论分析和实验证明，脱模力的大小还与制品的厚薄及几何形状有关。脱模力计算公式为： （式 9.6-bceQQQ1） 加热缸体注塑模设计- 24-式中 制品对型芯包紧的脱模阻力（N）cQ使封闭壳体脱模所需克服的真空吸力（N）， 这里0.1单位，bQbQbA1 . 0aMP为型芯的横截面积。bA2mm本课题中，制品对型芯包紧的脱模阻力可按薄壁矩形盒类制品收缩脱模力的实用cQ计算式（9.6-23）计算，公式为： （式 9.6-thTTEfQjfcc)(12K23）式中 塑料的拉伸弹性模量；EMPa脱模斜度系数；K脱模系数；cf塑料的线性膨胀系数（1/）； 软化温度（）；fT脱模顶出时的制品温度（）；jT制品厚度（）；tmm脱模方向型芯高度（）。hmm由中国模具大典表9.6-2确定有关PP材料制品的脱模力计算参数：，MPa103 . 13E，=0.45，=108，=60，由图9.6-4，在处得=0.95，-15C108 . 7cffTjT1K由制品结构可知=0。bQ矩形边长为：,，按公式（9.6-25）计算当量折算直径：mml134mmb63，由20可知该制品属于薄mmbldk5 .98)63134(5 . 0)(21625.244/5 .98/tdk壁矩形盒，由式（9.6-23）可得：NthTTEfQQjfcce5 .4394444)60108(103 . 1108 . 745. 095. 012)(12K356.26.2 推出机构形式的确定常用得推出机构形式有：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。本制品为深腔薄壁的容器塑件，其上表面 加热缸体注塑模设计- 25-不允许有推杆痕迹，故采用推件板推出机构。这种推出机构的特点是：脱模力大而均匀，运动平稳，无明显的推出痕迹，且不必另设复位机构，在合模过程中推件板依靠合模力的作用回到初始位置。但该制品是非圆环形塑件，推件板与型芯的配合部位加工较困难。6.36.3 推出零件尺寸的确定6.3.1 确定推件板厚度推件板厚度计算公式为： （式 9.6-3/10)(54. 0PeEBQLh38）式中 推件板厚度（）；hmm 两推杆作用在推件板长度方向的距离（）；0Lmm 推件板宽度（）；Bmm 脱模力（N）；eQ 推件板材料弹性模量，钢材一般取；EMPa5101 . 2 MPa 推件板中心允许变形量，=（1/51/10），制品在被推出方向上的PPii尺寸公差。取 =160，=125。0LmmBmm按SJ1372公差数值表，已知制品的精度等级为5级，查表8.5-57，得，62. 05mm故,将数据代入公式得：mmP062. 01062. 0105mmEBQLhPe12.03)062. 0125101 . 25 .4394(16054. 0)(54. 03/153/10取推件板厚度为14。mm6.3.2 确定推杆直径根据压杆稳定公式可得推杆直径（）的公式：mm (式 9.6-34)412nEQlKde式中 推杆最小直径 ()；dmm 加热缸体注塑模设计- 26- 安全系数 ，通常取 =1.52；KK 推杆长度（）；lmm 脱模力（N）；eQ 推杆数目；n 钢材的弹性模量。E根据模架结构形状尺寸，初步确定推杆长度为 =135，=4，代入公式得：lmmnmmnEQlKde9.6101 . 245 .43945 . 535124152412取推杆直径为10。mm由式（9.6-35）进行强度校核 ： 33. 91065 .43944422dnQecMPa T8A的，故=10符合要求。240scdmm 第七章 侧向分型与抽芯机构设计7.17.1 侧向分型和抽芯机构的类型由于本塑件的侧壁有一伸长的凸出圆柱和两个圆柱孔,它们均垂直于脱模方向，阻碍了成型后塑件从模具中脱出。因此，成型小凹槽和凸台的零件必须做成活动的型芯，即必须设置侧向抽芯机构。 分型和抽芯机构按动力来源可以分为手动、机动、气动或液压三大类。本套模具采用机动抽机构中的斜销分型抽芯机构。机动侧向分型抽芯机构的方法是开模时依靠注塑机的开模力，通过传动零件将侧型芯抽出。机动抽芯机构具有较大的抽芯力、抽芯距大、生产率高、操作简单等优点。7.27.2 抽拔距的确定抽拔距是指侧型芯从成型位置抽到不防碍制品取出时侧型芯在抽拔方向所移动的距离。一般抽拔距应大于制品的侧孔深度或凸台高度的23。mm抽拔距的计算公式为： 加热缸体注塑模设计- 27- 231SSmm式中 分开拼合凹模所需的抽拔距（）；Smm 侧凹分开至不影响制品脱模的距离（）。1Smm本塑件上三处圆孔位于塑件的同一侧，将三处侧向型芯置于同一滑块上，其中最大孔深为19，则根据公式(9.7-1)可得23=19+23=21221SSmmmmmm取=21。Smm7.37.3 抽拔力的计算塑料制品在冷凝时收缩会对型芯产生包紧力。抽芯机构所需要的抽拔力，必须克服因包紧力所引起的抽拔阻力及机械滑动的摩擦力，才能把活动型芯抽拔出来。在抽拔过程中，开始抽拔的瞬时，使制品与侧型芯脱离所需的抽拔力称为起始抽拔力，以后为了使侧型芯抽到不妨碍制品推出的位置时，所需的抽拔力称为相继抽拔力，前者比后者大。因此，计算抽拔力以计算起始抽拔力为准。7.3.1 影响抽拔力的因素1）侧型芯成型部分的表面积及几何形状。型芯成型表面积越大，越复杂，其包紧力也越大，所需的抽拔力也越大。2）塑料的收缩率。塑件的收缩率越大，对型芯的包紧力也越大，所需的抽拔力也越大。3）制件的壁厚。包容面积相同，形状相似的制品，薄壁制品收缩小，抽拔力也小，相反，厚壁制品抽芯力大。4）塑料对型芯的摩擦系数。塑料对型芯的摩擦系数与塑料特性、型芯的脱模斜度、型芯表面的粗糙度、润滑条件及型芯表面加工的纹向有关，摩擦系数越大，抽拔力越大。5）在制品同一侧面同时抽芯的数量。在制品同一侧面有两个以上型芯，采用抽芯机构同时抽芯时，由于制品孔间距的收缩较大，所以抽拔力也大。6）成型工艺参数。注射压力、保压时间、冷却时间对抽拔力影响较大。当注塑压力小，保压时间短，抽拔力较小；冷却时间长、制品收缩基本完成，则包紧力大。所以抽芯拔也大。7.3.2 抽拔力的计算抽拔力的计算与脱模力的计算相同，于是有： 加热缸体注塑模设计- 28- （式 9.6-13）NthTTEfQjfcc3 .832192)60108(103 . 1108 . 745. 010)(1035NAQbb25. 121 . 01 . 02则 NQQQbce6 .83325. 13 .8327.47.4 斜导柱的设计斜导柱侧抽芯机构结构紧凑、制造方便、动作可靠，适用于这种抽拔力与抽芯距不大的分型机构。7.4.1 斜导柱的受力分析和强度的计算：（中国模具设计大典P442）1）受力分析 斜导柱有一定的安装斜角，随着安装斜角的增大，所需要的开模力P和斜导柱受到的法向分力随之增大。但如果角过小，会使机构处于自锁状态，也不能开模。本套模具中的斜导柱的安装斜度为22。取钢材零件之间摩擦系数=0.1，由于斜导柱采用的是T10A制造，需用弯曲应f 力，弯曲作用力由（中国模具设计大典）式（9.7-20）得MPapb155NffQN9 .98822cos1 . 022tan1 . 0216 .833costan21222）斜导柱的强度计算 当斜导柱从制品中抽拔时，法向力N使斜导柱受到力臂Lc的弯曲力矩。固定端的最大弯矩，在危险截面上的最大弯曲应力，式中为斜cNLMmaxzWMmaxmaxzW导柱的抗弯截面模量，由于斜导柱采用的是圆形截面所以，。331 . 032ddWz斜导柱的直径计算：(中国模具设计大典公式9.7-18) mmNldpb3 .15155569 .98810103/13/14式中,为斜销的有效长度，取。在4lmmSl05.5622sin/21sin/4mml564这里取斜导柱的直径为16.mm斜导柱的强度条件式为: 加热缸体注塑模设计- 29-MPadNlWMpbz155135161 . 0569 .9881 . 0334maxmax式中 危险截面上的最大弯曲应力；max 最大弯矩；maxM 斜导柱的抗弯截面模量；zW许用弯曲应力。pb7.4.2 斜销长度和最小开模行程计算斜销的长度应根据抽拔距、斜销直径及其斜角的大小确定，其计算公式为： mmSdhDlllllL1 .1541022sin2122tan21622cos7522tan220)1510(sintan2costan254321式中 斜销总长度（）；Lmm 斜销固定部分大端直径（）；Dmm 斜销固定板厚度（）；hmm 斜销直径（）；dmm 斜销的斜角（）；取斜销长度为斜。 154Lmm7.57.5 滑块与导滑槽设计1）滑块与侧抽芯的连接方式设计该模具的侧向抽芯机构用于成型塑件的侧向孔，由于侧向孔的尺寸较小，考虑到型芯强度和装配问题，采用组合式结构。将型芯单独制造，这样既可节省优质钢材，又方便加工和方便修配更换。侧型芯嵌入到滑块中，采用圆柱销固定。2）滑块的导滑方式为使模具结构紧凑，降低模具装配复杂程度，拟采用整体式滑块和整体式导向槽形式。为提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨、配研的装配方法。 加热缸体注塑模设计- 30-3）滑块的导滑长度和定位装置设计该零件由于侧抽芯距较短，故导滑长度只要符合滑块在开模时的定位要求即可。滑块的定位采用弹簧圆头销定位装置。7.67.6 楔紧块的设计7.6.1 楔紧块的结构形式模具闭模后，斜销不能使滑块完全复位，且斜销也不能承受熔体施于滑块的侧向推力，为此须设置楔紧块。本设计中，综合考虑模具结构和侧抽芯的要求，采用一对楔紧块，使其中心对称，可保证楔紧机构的强度。楔紧块用螺钉固定于动模板上，这样制作容易，调整方便，易于更换。 7.6.2 楔紧块的楔角楔紧块的楔角应略大于斜销的斜角（一般为23），这样才能保证在模具开模过程中楔紧块始终能现已不必开花快的后退动作，否则斜销将无法带动滑块。从前面知道斜销的斜角为22，故选楔紧块的楔角为25。第八章 温度调节系统的设计在塑料注塑成形中，注塑模具不仅是塑料熔体的成形设备，还起着热交换器的作用。模具温度调节系统直接影响到制品的质量和生产效率。本塑件在注塑成型时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统，是否需要冷却系统可以做如下的设计计算。8.18.1 求塑件在固化时每小时释放的热量Q设定模具平均工作温度为40，用常温20的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为(粗算每2min1套)3.12kg/h。查中国模具设计大典表9.8-4得聚丙烯的单位热流量为=5.910 J/kg1Q5kgJWQQ/84. 1109 . 512. 351 加热缸体注塑模设计- 31-8.28.2 求冷却水的体积流量求冷却水的体积流量由中国模具设计大典式（9.8-15）得 min/102 . 7)2030(10187. 41060/1084. 1)(343362111mcWQqV式中 冷却介质的体积流量（m /min）；Vq3单位时间内注入模具中的塑料重量（kg/min）；W塑件在凝固时所放出的热量（J/kg）；1Q 冷却介质的密度（/mm ）；3 冷却介质的比热容J/（C）；1c冷却介质的出口温度（）；1冷却介质的进口温度（）；2查中国模设计大典表9.8-1冷却水的稳定湍流速度和流量，可知所需的冷却水管直径非常小，加之，塑件材料PP冷却速度快，要求浇注系统及冷却系统的散热应缓慢，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。第九章 标准模架的选用按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式模具）所选用的模架。大水口模架总共有四种形式：A型、B型、C型、D型。小水口模架就是指采用点浇口的模具所选用的模架，总共有8种型式：DA型、DB型、DC型、DD型、EA型、EB型、EC型、ED型，其中以D字母开头的4种型式适用于自动断浇口模具的模架。模具结构采用一模两腔两板式结构，采用侧浇口顶出机构直接采用顶竿顶出。根据塑料模具设计附录B所提供的模架图选模架型号为：2530-AI-80-40-80。浇口套也可选标准件，因为注塑机喷嘴口直径为4，查塑料模具设计P47 表4-1选择进料口直径为5的浇口套。具体结构见模具装配图。 加热缸体注塑模设计- 32-第十章 注塑机参数校核10.110.1 最大注塑量校核注塑机的最大注射量是指柱塞或螺杆在作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注出量。目前我国已统一规定用加工聚苯乙烯塑料时注射机一次所能注出的公称容积来表示。为了保证正常的注射成型，选择注射机时，注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在最大注塑量的80。所以，选用的注塑机最大注塑量应满足在一般情况下，仅对最大注射量进行校核，但对热敏性塑料还应注意注射机能出处理的最小注射量，因为每次注射量太小时，塑料在料筒内停留的时间会过长，导致塑料高温分解，从而降低塑料的质量和性能。其最小注射量应不小于额定注射量的20。 0.8MMM机塑件浇式中：M注塑机的最大注塑量，g；机 加热缸体注塑模设计- 33- M塑件的体积，g，该零件M5.96g塑件塑件 M浇注系统体积，g，该零件M2。浇浇3cm故 M144.3机8 . 0浇塑件MM8 . 088. 296. 53cm此处选定的注塑机注塑量为192,所以满足要求。3cm10.210.2 锁模力校核锁模力是指注射机的锁模装置对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料溶体充满模具型腔时，沿锁模方向会产生一个很大的作用力，此力总是力图使模具沿分型面胀开。为此，注射机的额定锁模力必须大于型腔内塑料熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和（即注射面积）的乘积。一般，闭模时要从模外加大于型腔内压力一倍以上的锁模力。 FPA锁机模式中：P熔融型料在型腔内的压力（20MP40MP）；模 A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算为10508；2mm F注塑机的额定锁模力，KN。锁机故 FPA4010508420.32KN锁机模此处选定的注塑机为900KN，满足要求。10.310.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核9.3.1 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应：模具长宽拉杆面积即 250300260360故满足要求。9.3.2 模具闭合高度校核本模具的闭合高度为 ，XS-ZY-125型注射机所允许模具的最小闭合厚度mmH295为，最大厚度为， 即模具满足mmH200minmmH300max 加热缸体注塑模设计- 34-maxminHHH的安装条件。10.410.4 开模行程校核注射机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。所选注塑机为XS-ZY-125型，其最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式（510） 21HHSmm式中 注塑机最大开模行程，。SmmH 推出距离，；1mm H 包括浇注系统在内的塑件高度，；2mm因为 S300mmH H （510）441051015912mm故开模行程满足要求。第十一章 模具装配与试模11.111.1 模具的装配模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要按装配工艺确定的装配基准进行定位与固定，以保证其间的配合精度和位置精度，从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位，开合运动及侧向抽芯机构与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。具体的工艺要求：（1）通过装配与调整，使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求；（2）装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求；（3）寿命期限可以达到预先规定的数值和水平
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