毕业设计论文灯罩注塑模设计

毕业设计（论文）二○一○年五月二十四日灯罩注塑模设计【摘要】经过灯罩注塑模设计，了解注塑模具架构过程和原理，依照灯罩结构对制件进行了工艺分析，提出合理注射成型条件和成型工艺；对塑件表面精度和表面质量进行了讨论；经过对灯罩注塑模设计，对模架进行了确定，并设计了导向和定位机构；阐述模具浇注系统和脱模机构设计方法；详细介绍了凹、凸模，型腔、型芯结构设计；同时也对排气设计进行了讨论，而且对温度调整系统进行了检验和计算，还介绍了模具功效结构等等；所设计模具结构使制件能够可靠稳定顶出，降低模具复杂程度和制造成本。【关键词】注塑模，顶出机构，结构设计，温度调整，脱模机构InjectionMouldDesignforLampshade【Abstract】Throughthedesignofchimneyinjectionmold，Understandingprocessingandprincipleofinjectionmould.AccordingtothethepartsofThechimneyforProcessanalysis,Proposedthereasonableofinjectionmoldingconditionsandformingprocess,Thesurfaceofplasticpartstheprecisionandsurfacequalitywerediscussed，Throughthedesignofinjectionmouldforchimney,makethedeterminationofformwork,Andtheorientationandlocatingmechanismdesign,Thismouldcastingsystemanddemouldingmechanismdesignmethod,Detailedintroducestheconcaveandconvexmoldcavity,cores,thestructuredesign,Alsoontheexhaustdesignwasdiscussed,Andtheworkingprocessofthedie.Designofthemouldstructurepartsmakeoutreliableandstable.Reducethecomplexityofthemouldandthemanufacturingcost【KeyWords】Injectionmold,Theagency,Structuredesign,Temperatureadjustment，Demouldingmechanism目录第1章绪论 81.1模具工业在国民经济中地位 81.1.1我国模具工业现实状况 81.1.2我国模具技术现实状况及发展趋势 91.2世界五大塑料生产国产能情况 9第2章注塑件设计 102.1功效设计 102.2材料选择 102.3结构设计 112.3.1对塑件修改说明 122.3.2壁厚 132.3.3脱模斜度 132.3.4加强肋 142.3.5圆角 142.4塑件尺寸精度及表面质量 142.4.1尺寸精度 142.4.2塑件表面质量 15第3章注塑成型准备 163.1注塑成型工艺介绍 163.2注塑成型工艺条件 16第4章模具设计 184.1塑料配方说明 184.2分型面确实定 184.3型腔数目确实定 184.4浇口确定 194.5模具材料选择 194.6浇注系统设计 194.6.1主流道 194.6.2分流道 204.6.3冷料穴 204.6.4浇口 214.6.5剪切速率校核 214.7模架确实定 224.7.1型腔壁厚和底版厚度计算 224.7.2模架选取 234.8导向与定位机构 244.9顶出系统设计 254.9.1脱模力计算 254.9.2推杆脱模机构 264.9.3推管脱模机构 284.9.4推板厚度计算 284.10成型零件工作尺寸计算 294.10.1凹、凸模工作尺寸计算 294.10.2中心距尺寸计算 314.10.3型腔、型芯尺寸计算 324.11排气设计 324.11.1排气设计标准 324.12温度调整系统设计 334.12.1对温度调整系统要求 334.12.2冷却系统设计： 34结论 39参考文件 40附录 41致谢 42图目录TOC\h\z\t"图标题"\c图2.1原始零件图 12图2.2原始零件图 12图2.3修改后产品零件图 13图4.1分型面位置 18图4.2型腔排布形式 19图4.3冷料穴尺寸 20图4.4模具结构形式 22图4.5推出距离关系 24图4.6受力建模 25图4.7受力分析图 25图4.8推杆安装图 27图4.9推管安装图 28图4.10塑件基本尺寸 29图4.11a型腔 30图4.11b塑件 30图4.11c型芯 31图4.12排气槽位置 33表目录TOC\h\z\t"表标题"\c表2.1材料特征 10表2.2材料性能和成型特征比较 11表2.3PS壁厚推荐值 13表2.4PS脱模斜度推荐值 13表2.5肋圆角半径值关系表 14表3.1温度经验数据 16表3.2成型周期与壁厚关系 17表3.3制品成型工艺参数初步确定 17附表1T8钢组织对性能影响 41第1章绪论1.1模具工业在国民经济中地位模具是制造业一个基本工艺装备，它作用是控制和限制材料流动，使之形成所需要形体。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基础工业，是国际上公认关键工业。模具生产技术水平高低是衡量一个国家产品制造水平高低主要标志，它在很大程度上决定着产品质量，效益和新产品开发能力。振兴和发展我国模具工业，正日益受到人们关注。现在世界模具市场供不应求，模具主要出口国是美国，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，只要配置一些先进数控制模设备，提升模具加工质量，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，提升模具技术水平，对于促进国民经济发展有着尤其主要意义。1.1.1我国模具工业现实状况自20世纪80年代以来，我国经济逐步起飞，也为模具产业发展提供了巨大动力。现在，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有专业模具厂外，其余全部制形式模具厂家，包含集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营模具企业在广东和浙江等省发展得最为快速。中外合资和外商独资模具企业则多集中于沿海工业发达地域，现已经有几千家。在模具工业总产值中，企业自产自用约占三分之二，作为商品销售约占三分之一。其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：5℅），其余各类模具约占11（中国台湾：7℅）。1.1.2我国模具技术现实状况及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立工业部门，其产值已超出机床工业产值。近年来，每年都以15％增加速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步投入力度，将技术进步作为企业发展主要动力。另外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术研究与开发。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业快速发展，成为模具制造强国。不过与发达国家模具工业相比，在模具技术上仍有不小差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不停技术创新，以缩小与国际先进水平距离。（1）重视开发大型，精密，复杂模具，提升对成型零件大型化和精密化要求，使模具日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件应用。（3）推广CAD/CAM/CAE技术，实践证实，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造发展方向，可显著地提升模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期。1.2世界五大塑料生产国产能情况美国塑料(原料)产量多年来一直雄居各国之首。德国是世界最大塑料(原料)生产国之一，中国塑料工业多年连续高速增加，日本在很长时期内都是仅次于美国世界第2大塑料生产国。韩国塑料产量增加十分快速。塑料产量位居世界前10名国家和地域还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为产量)。第2章注塑件设计2.1功效设计功效设计是要求塑件应具备满足使用目标功效,并达成一定技术指标。该塑件承受外力几率不大；塑件工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度，脆化温度，分解温度要求降低；塑件是大批大量生产，这么，就必须考虑生产成本和模具寿命；另外，塑料都会老化，还要考虑到材料光氧化等问题。2.2材料选择通常,选择塑件材料依据是它所处于工作环境及使用性能要求，以及原材料厂家提供材料性能数据。对于本设计结构件来说，要考虑主要是材料力学性能，该塑件对材料要求首先必须是透光性好，其次才是成型难易和经济性问题，以下是对几个透光性能很好材料性能对比，如表2.1所表示：表2.1材料特征塑料名称聚苯乙烯聚碳酸酯有机玻璃拉伸强度/MPa51.966~72——弯曲强度/MPa11095~113——断裂伸长率/%280~100——落球冲击强度J/m16422——洛氏硬度（M）11582101氧指数（OI）18.124.917.3热变形温度/℃85134100维卡软化点/℃105153120马丁耐热温度/℃——112——体积电阻率/·cm10~102.1×1010~10吸水率%0.050.131.19透光度/%88~929393雾度%30.90.9折射率1.5921.5861.492价格（元/吨）1150~123033000~4100019500~20700模具成型也要考虑到材料注塑特征，在各特点都相差无几情况下，好成型特征是选择材料主要标准，以下是三种材料特征比较，如表2.2所表示。表2.2材料性能和成型特征比较塑料品种性能特点成型特点模具设计注意事项使用温度主要用途聚苯乙烯透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应预防溢料，制品易产生内应力，易开裂因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件—30℃~装饰制品，容器，泡沫塑料，日用具等有机玻璃透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性很好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解收缩率取0.35℅〈80透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等聚碳酸酯透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采取金属嵌件，脱模斜度〉2•〈130℃脆化温度为—在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等经过以上对比，再考虑到经济型，最终选定聚苯乙烯为塑件材料.2.3结构设计塑料制件结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法适应性.在塑料生产过程中,首先成型会对塑件结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求；另首先,模具设计者经过对给定塑件结构工艺性进行分析,搞清塑件生产难点,为模具设计和制造提供依据.2.3.1对塑件修改说明塑件要求能够放置一对7号电池，安放小灯泡，外接系带，所以要考虑到电池和灯泡固定，开关安放问题，关于零件造型图如图2.3所表示。（1）外型轮廓；原零件2D图心型曲线不规则,如图2.1和2.2所表示。整个塑件不规则,给后续工作带来不便.所以在确保基本外型前提下对尺寸做了修改。（2）结构；原图形有两个小而薄吊耳,且置于塑件外端,考虑到全部PS料硬而脆,这会使得两个吊耳极易损坏,所以,改两个吊耳为一个,设计吊耳,开关,灯泡在塑件中心位置,如图2.2所表示,这么起到吊挂作用又不易损坏.设计凹槽使两半灯罩配合,设置了三个锁位加强.图2.1原始零件图图2.2原始零件图图2.3修改后产品零件图2.3.2各种塑件,依照使用要求具备一定厚度,以确保其力学强度。在满足力学性能前提下厚度不宜过厚,不但能够节约原材料,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提升生产率;其次可防止因过厚产生质量上缺点.以下是PS壁厚推荐值:表2.3PS壁厚推荐值最小壁厚mm小型件壁厚mm 中型件壁厚mm 大型件壁厚mm0.751.25 1.6 3.2~5.4该塑件属于中小型件，从图上看,塑件边缘壁很厚，壳体取中型件壁厚1.6,这么使得整个塑件壁厚是不均匀，但若减小边缘壁厚，则对塑件推出不利,而且有可能使电池不能安装。边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.3.3因为塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,预防因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行塑件内,外表面都应具备合理斜度.以下是PS脱模斜度推荐值:表2.4PS脱模斜度推荐值制件外表面制件内表面35′~1.35°30′~1°塑件内表面在造型时就有弧度,假如要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不但对脱模有好处，而且能够愈加好锁紧。2.3.4加强肋塑件上适当设置加强肋能够预防塑件翘曲变形；沿着物料流动方向加强肋还能降低充模阻力，提升融体流动性。在该塑件中加强肋起到引导物料流动作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1mm2.3.5塑件上各处轮廓过分和壁厚连接处，通常采取圆角连接，有特殊要求时才采取尖角结构。尖角轻易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不但有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内流动和塑件脱模。圆角取值与应力集中关系遵照R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变缓解，该塑件大部分圆角取R1，较大值取到R3。加强肋圆角半径值关系如表2.5所表示。表2.5肋圆角半径值关系表肋高度/mm6.56.5~1313~19＞19圆角半径/mm0.8~1.51.5~3.02.5~5.03~6.5塑件上其它特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计标准和特殊功效，因为该塑件没有包括，所以就不一一介绍。2.4塑件尺寸精度及表面质量2.4.1尺寸精度（1）尺寸精度选择；塑件尺寸精度是决定塑件制造质量首要标准，然而，在满足塑件使用要求前提下，设计时总是尽可能将其尺寸精度放低一些，方便降低模具加工难度和制造成本。该塑件是通常民用具，所以精度要求为通常精度即可，不过因为要确保两半壳体闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。依照精度等级选取表，PS高精度为2级，通常精度为3级。依照塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100~120范围内，取MT2B级公差数值为0.52mm，MT3B级公差数值为0.782.4.2塑件表观缺点是其特有质量指标。模具腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度决定性原因，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向表面粗糙度为0.02μm，垂直纹路方向表面粗糙度为0.26μm。第3章注塑成型准备3.1注塑成型工艺介绍注塑成型是利用塑料可挤压性与可模塑性，首先将涣散粒状或粉状成型物料从注塑机料斗送入高温机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆高压推进下，以很大流速经过机筒前端喷嘴注射进入温度较低闭合模具中，经过一段时间保压冷却以后，开启模具便能够从模腔中脱出具备一定形状和尺寸塑料制件。通常分为三个阶段工作。物料准备、注塑过程、制件后处理3.2注塑成型工艺条件（1）温度；注塑成型过程中需要控制温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。模具温度通常经过冷却系统来控制；为了确保制件有较高形状和尺寸精度，应防止制件脱模后发生较大翘曲变形，模具温度必须低于塑料热变形温度。PS料与温度经验数据如表3.1所表示。表3.1温度经验数据料筒温度/℃喷嘴温度/℃模具温/℃热变形温度/℃后段中段前段1.82MPA0.45MPA150~210170~230190~250240~2505~7565~96——（2）压力；注射成型过程中压力包含注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力大小取决于模具对熔体静水压力，与制件形状，壁厚及材料关于。对于像PS流动性好料，保压力应该小些，以防止产生飞边，保压力可取略低于注射压力。依照生产经验，背压使用范围约为3.4~27.5MPa。（3）时间；完成一次注塑成型过程所需要时间称为成型周期。包含注射时间，保压时间，冷却时间，其余时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在确保塑件质量前提下尽可能减小成型周期各段时间，以提升生产率，确定成型周期经验数值如表3-2所表示。表3.2成型周期与壁厚关系制件壁厚/mm成型周期/s制件壁厚/mm成型周期/s0.5102.5351.0153.0451.5223.5652.0284.085经过上面经验数据和推荐值，能够初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差异，而且有与实际注塑成型时参数设置也不一致，结合二者合理原因，初定制品成型工艺参数如表3.3所表示。表3.3制品成型工艺参数初步确定特征内容特征内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48喷嘴形式直通式模具温度50喷嘴温度(℃)230后段温度(℃)150~210中段温度(℃)170~230前段温度(℃)190~250注射压力MPa90保压力MPa80注射时间s1.5保压时间s5冷却时间s20其余时间s3成型周期s30成型收缩(%)0.6干燥温度(℃)60~80干燥时间(℃)1~3最终，确定后处理温度为70℃第4章模具设计4.1塑料配方说明塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行主要步骤,设计水平高低直接关系到塑料制品最终使用性能优劣,依照PS特征及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂。填充剂、增韧剂、润滑剂、光稳定剂、着色剂、抗菌剂。4.2分型面确实定依照分型面选择标准：（1）便于塑件脱模；（2）在开模时尽可能使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具加工方便。结合该产品结构,分型面确定在塑件最大投影面积上.如图4.1所表示。图4.1分型面位置4.3型腔数目确实定注塑模型腔数目,在型腔数目确实定时主要考虑以下几个关于原因：（1）塑件尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是通常日用具,查手册得塑件经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件组合,所以初定为一模两腔最合理.排列形式如图4.2所表示。图4.2型腔排布形式4.4浇口确定PS料流动性好,可适适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。4.5模具材料选择从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能好,另外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能。查手册选择模仁材料是4Cr13.属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能很好,经热处理(淬火及回火)后,具备优良耐腐蚀性能,抛光性能,较高强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下塑料模具,透明塑料制品模具等。4.6浇注系统设计4.6.1主流道是连接注塑机喷嘴与分流道一段通道，通常和注塑机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定锥度，目标是便于冷料脱模，同时也改进料流速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机关于：主要参数：锥角α=3°；内表面粗糙度Ra=0.63μm；小端直径D=d+(0.5~1)mm；半径R2=R1+(1~2)mm；材料T8A；因为主流道要与高温塑料熔体和喷嘴重复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸主流道浇口套，方便选取优质钢材单独加工和热处理。4.6.2分流道是主流道与浇口之间通道，通常开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道长度取决于模具型腔总体布置和浇口位置，分流道设计应尽可能短，以降低压力损失，热量损失和流道凝料。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。4.6.3冷料穴通常位于主流道对面动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端冷料，预防冷料进入型腔而形成冷接缝，冷料穴尺寸宜稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径，这里取7冷料穴尺寸如图4.3所表示：图4.3冷料穴尺寸4.6.4浇口是连接分流道与型腔一段细短通道，它是浇注系统关键部分，浇口形状，数量，尺寸和位置对塑件质量影响很大。本模采取侧浇口，而且应该形状简单，便于加工，而且尺寸精度轻易确保；试模时如发觉不妥，轻易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。(1)侧浇口深度尺寸H确实定H=nt=0.6×1.6=0.96mmn塑料系数PS料取0.6；t塑件在浇口位置处壁厚t=1.6mm。(2)侧浇口宽度尺寸W确实定W=（4-1）A型腔一侧表面积:A=V/t；V浇注体积：V=53.9×10mm；t取平均壁厚=3.3mm取3mm。W===2.68取3mm浇口尺寸如图4-3所表示。宽为1，深为3。4.6.5生产实践表明，当注射模主流道和分流道剪切速率R=5×10~5×10S、浇口剪切速率R=10~10S时，所成型塑件质量最好。对通常热塑性塑料，将以上推荐剪切速率值作为计算依据，可用以下经验公式表示： R= （4-2）式中：q——体积流量（CM/S）；R——浇注系统断面当量半径（CM）。（1）主流道剪切速率校核：R主==2.63×10S（2）分流道剪切速率校核R分1==1.05×10S因为当量半径和第一级，相同所以，R=R/25×10S（3）浇口剪切速率校核R浇==1.42×10S从以上计算结果看，流道与浇口剪切速率值都落在合理范围内，证实流道与浇口尺寸取值是合理。4.7模架确实定4.7.1型腔壁厚和底版厚度计算依照大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核标准：模具结构形式如图4.4所表示：图4.4模具结构形式侧壁厚度计算公式：S≧()（4-3）=20.91式中：C—与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L关于系数，查表C=1；——型腔压力，取30MP；——型腔深度，=40；E——模具材料弹性模量（MP），E取2.1×10；[]——刚度条件，即允许变形量(mm)，取[]=0.04。底板厚度计算公式：hs≧（）（4-4）=46.02式中：——由底板短边与长边边长之比L1/L2决定系数，查表=0.026；——型腔压力，取30MP；——底版短边长度(mm)，=180；E——模具材料弹性模量（MP），E取2.1×10；[]——刚度条件，即允许变形量(mm)，取[]=0.04。4.7.2该设计采取龙记标准模架。（1）模仁尺寸确实定考虑冷却原因，因为经过模仁冷却系统比经过模仁外部冷却系统效率高，所认为了给冷却系统留有足够空间，该设计取模仁大小为180×302mm。（2）凸、凹模尺寸确实定考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度减弱作用，在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边单边宽度为45mm，在宽度方向，取模仁到模具边单边宽度为49mm，所以凸、凹模尺寸为270×400mm。（3）模具高度尺寸确实定各块板厚度已经标准化，所需要只是选择，厚度选择需要满足关系：H－h1－h2－h3－h＞0式中：H——C板高度；h1——挡销高度；h2——推板厚度；h3推杆固定板厚度；h——推出距离；如图4.5所表示：图4.5推出距离关系最终，确定模具尺寸为270×400mm，A板厚度70mm，B板厚度80mm，C板厚度100，为了确保凸、凹模不碰伤，A板和B板之间取1mm间隙。4.8导向与定位机构设计导柱和导套需要注意事项有：（1）合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘最少应有一个导柱直径厚度；导柱不应设在矩形模具四角危险断面上。通常设在长边离中心线1/3处最为安全。导柱布置方式常采取等径不对称布置，或不等直径对称布置。（2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6~8mm，以确保其导向与引导作用。（3）导柱工作部分配合精度采取H7/f7，导柱固定部分配合精度采取H7/k6；导套外径配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径1.5~2倍，其余部分能够扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。（4）导柱能够设置在动模或定模，设在动模一边能够保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。4.9顶出系统设计4.9.1对塑件进行理想模型建模，如图4.6所表示：图4.6受力建模其中A段是塑件凹槽锁位长度，长度为5mm，B段是圆弧形壳体理想建模，长度为10MM，原塑件两端斜率不一致，如图4.6所表示，所以取平均值为脱模斜度。==25.9取26°对建模进行受力分析，如图4.7所表示：图4.7受力分析图图中：F——制件对型芯包紧力（N）；F2、F3——F1垂直和水平分量（N）；F3′——F反作用力（N）；F4——沿凸模表面脱模力（N）；F脱——沿制件出模方向所需脱模力（N）；——脱模斜度。F=F×cos F=F′=F×sinF=F=F×cosF=(F－F′)cos所以，脱模力计算公式为：F脱=F×cos(cos－sin)（4-5）又F=Lh（4-6）式中：L－凸模成型型部分截面周长；h－模被制件包紧部分高度；－制件对凸模单位包紧力，通常可取8~12MPa;A段：F＝Lh＝Dh=15543(N)式中：D取是塑件平均直径，D==110.5，取D=110mm。B段：F＝Lh＝Dh=15543(N)B段两端截面周长不等，取等效截面周长在中间D=D/2。所以脱模力为：F＝F+Fcos(cos－sin)=16662（N）因为以上所计算得只是一腔脱模力，所以总脱模力为：F=2F=2×16662=33324（N）4.9.2（1）推杆尺寸计算：本设计采取是推管和推杆推出，在求出脱模力前提下能够对推杆或推管做出初步直径预算并进行强度校核。本设计采取是圆形推杆，圆形推杆直径由欧拉公式简化为：d=k()=4.91mm（4-7）式中：d—推杆直径；n—推杆数量，n取31（把推管看成推杆）；L—推杆长度（参考模架尺寸，估取L=150）；E—推杆材料弹性模量，取E=2.1×10MP；k—安全系数，取k=1.5；F—总脱模力，F=33324（N）；实际推杆尺寸直径为5mm，推管直径为7mm，可见是符合要求。（2）推杆固定形式：推杆固定形式有多个，但最惯用是推杆在固定板中形式，另外还有螺钉紧固等形式。（3）推出机构导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了预防因塑件反阻力不均匀而造成推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，通常称为推板导柱。（4）推出机构复位：本设计采取弹簧复位机构，弹簧复位机构是一个最简单复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧回力就将推出机构复位。（5）推杆与模体配合：推杆和模体配合性质通常为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度通常为直径1.5~2倍，最少大于15mm，推杆与推杆固定板孔之间留有足够间隙，推杆相对于固定板是浮动，如图4.8所表示：图4.8推杆安装图4.9.3推管适适用于圆环形、圆筒形等中心带孔塑件脱模。推管脱模推顶塑件平稳可靠；推管整个周围推顶塑件，使塑件受力均匀，无变形，无推出痕迹；主型芯和型腔可同时设计在动模一侧，有利于提升塑件同轴度等优点。（1）推管固定形式：主型芯固定于动模座板，此种结构型芯较长，型芯可作为脱模机构运动导向柱，运动平稳可靠，推管内径与型芯配合，外径与模板配合，通常均采取间隙配合。小直径推管取H8/f8，大直径推管取H8/f7，如图4.9所表示。图4.9推管安装图（2）推管脱模机构设计关键点：从推管强度和加工角度考虑，推管壁厚应大于1.5mm，细小推管能够作成阶梯形，推管内径和外径在顶出时，不应与型芯或模体摩擦，为此推管内径应大于塑件内径，推管外径应小于塑件外径，如图4.9所表示。4.9.4H0.54L（）（4-9）＝10.71mm 式中：L—推杆对推板作用间距，参考模架取L取80mm；B—推板宽度，B=160mm；[]模板中心允许最大变形量，[]=0.065mm，[]取1/8塑件推出方向上尺寸公差推出方向上尺寸公差；=0.52mm。模具推板厚度为20mm4.10成型零件工作尺寸计算成型零件工作尺寸是指凹模和凸模直接组成塑件尺寸。凹、凸模工作尺寸精度直接影响塑件精度。该塑件有需要配合地方，所以对尺寸要求比较高，但因为该塑件不是规则圆柱形，其基本线条是由5段圆弧组成，如图4.10所表示：图4.10塑件基本尺寸忽略顶尖圆角影响，现在只考虑剩下4段圆弧，因为是对称结构，所以只要确保其中二分之一精度尺寸就能够确保整个塑件在配合处尺寸（即近似把塑件当成两个规则圆柱形组合体）。本设计采取平均值法对成型零件工作尺寸进行计算4.10.1凹凹模是成型塑件外形模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模磨损会使包容尺寸逐步变大。所以，为了使得模具磨损留有修模余地，以及装配需要，在设计模具时，包容尺寸尽可能取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺寸关系如图4.11(a,b,c)所表示：（1）凹模径向尺寸计算：Lm1=[(1+S)Ls1－]（4-10） =58.23mm凹模尺寸如图4-11图4.11a图4.11b塑件式中：Lm1—以R29.12加工时凹模径向尺寸；Ls1—在R29.12弧段塑件径向尺寸,为58.24；—塑件公差值；塑件尺寸公差依照GB/T14486——1993模塑件尺寸公差表取MT2——B级，由尺寸段决定值大小；—制造公差，=；S—塑件平均收缩率，S=0.005。Lm2=[(1+S)Ls2－]（4-11） =114.66mm式中：Lm2—以R57.24加工时凹模径向尺寸；Ls2—在R57.24弧段塑件凹模径向尺寸，为114.48。（2）凹模深度尺寸计算：Hm=[(1+S)Hs－2/3] =14.78mm式中：Hs—塑件高度尺寸，Hs=14.89mm同理，对凸模计算也依葫芦画瓢，得出凸模径向尺寸LM2为111.42mm；凸模高度尺寸HM为13.54mm，注意是计算中要减去塑件壁厚型芯理论高度Hs为13.29。如图图4.11c4.10.模具上中心距尺寸与制品上中心距公差标注均采取双向等值公差和表示。另外，在中心距尺寸计算中不考虑磨损量，如上图4-11c所表示。L=[(1+S)L中心]（4-16）=12.060.09mm式中L—模具中心距尺寸；L中心塑件中心距尺寸，L=12mm4.10.3La=[(1+S)L公－χ]/3式子中L公为塑件径向公称尺寸，这里取119mm和101.08mm，χ为修正系数，伴随塑件尺寸改变也取值不一样，通常取0.5-0.75,S取0.7，带入上式，能够求出La1=119.53mm，La2=101.4mm。至于高度等于凹凸模计算差不度，不再详细作答，最终，按照经验，其长和宽分别取180mm和302mm，就能确保模具强度。4.11排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有水分在注射温度下蒸发而形成水蒸汽，塑料局部分解产生低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生气体以及热固性塑料交联硬化释放气体等；这些气体假如不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺点。模具排气能够利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等间隙排气。PS料推荐排气槽深度为0.02。4.11.1通常，选择排气槽开设位置时，应遵照以下标准：（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，假如产生飞边易随塑件脱出；（3）最好设在凹模上，方便于模具加工和清模方便；（4）开设在塑料熔体最终才能填充模腔部位，如流道或冷料穴终端；（5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这么部位最轻易形成熔接痕；（6）若型腔最终充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气推杆或活动型心时，可在型腔对应部位镶嵌烧结多孔金属块，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；排气槽开设位置尺寸如图4.12所表示：图4.12排气槽位置4.12温度调整系统设计在注塑成型过程中，模具温度直接影响到塑件成型质量和生产效率。因为各种塑料性能和成型工艺要求不一样，模具温度要求也不一样。普通模具通入常温水进行冷却，经过调整水流量就能够调整模具温度，缩短成型周期，能够提升成型效率。PS推荐成型温度为170~280℃，模具温度为20~704.12.（1）依照塑料品种确定是对模具采取加热方式还是冷却方式。（2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提升生产率和提升塑件质量。（3）采取低模温，快速，大流量通水冷却效果通常比很好。（4）温度调整系统应尽可能做到结构简单，加工轻易，成本低廉。从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提升生产率。4.12.（1）冷却时间确实定在对冷却系统做计算之前，需要对一些数据取值，方便对以后计算作出估算；依照前面资料，取闭模时间3S，开模时间3S，顶出时间2S，冷却时间20.5S，保压时间10S，总周期为40S。其中，保压时间确实定有经验公式可遵照：T保=0.3（S+2S）S塑件平均壁厚，S取3mm=6.3（S） 若依照前面资料，PS保压时间在15~40S之间，计算结果显然是不符合，但依照实际生产资料表明，以经验公式计算值为依据会愈加好，这是取保压时间为10S原因。冷却时间，依塑料种类，塑件壁厚而异，参考经验推荐值，制件平均壁厚取3mm，对应经验冷却时间t=20.5S，取t=20.5S。（2）塑料熔体释放热量Q1=nGC(t－t)（4-18）=1337.76KJ/h 式中:n—每小时注射次：n=90（次）；G每次注射量(KG)G=73.95×10；Cs—塑料比热容(KJ/KG·)，Cs=1.34；t熔融塑料进入型腔温度，t=210℃；t塑件脱模温度，t=60℃。（3）高温喷嘴向模具接触传热Q2=3.6A(t－t)（4-19）=101.28KJ/h式中:Az—注塑机喷嘴头与模具接触面积（m），Az=1256×10m；金属传热系数=140(W/m℃)；t2—模具平均温度t2=50℃t1—熔融塑料进入型腔温度t1=210℃Az=4R=1256×10mR注塑机喷嘴球半径，R=10mm（4）注射模经过自然冷却传导走热量 ①对流传热：Q对=h•A(t－t)（4-20）=160KJ/h式中：h1—传热系数（KJ/m•h•℃），h1=5.35；Am—两个分型面和四个侧面面积，Am=0.321；t2—模具平均温度，t2=50℃t3—室温，t3=20℃h=4.187(0.25+)=5.35Am=（Am1）+(Am2)•n=0.29Am1=2BL=0.22Am2=4BH=0.16B模具宽度B=270mm；开模率n==0.45②辐射散发热量Q辐=20.8A•[()－()]（4-21）=105.3KJ/h 式中：—辐射率，通常表面=0.8~0.9；Am2=0.16；③工作台散发热量Q台=h•A接(t－t)h（4-22）=1927.68KJ/h式中：传热系数；h2=502KJ/(mh℃)；A接模具与工作台接触面积m，A接=0.12；A接=bl=0.128模具与工作台接触宽度b=320mm模具与工作台接触长度l=400mm从计算结果看，工作台散发热量比塑料熔体释放热量还多，也就是模具不需要冷却系统就能很好达成冷却效果，这显然不符合实际，说明了Q计算结果错误，或者是前面一些地方取值不合理。从Q对和Q辐计算来看，三者值应该相差不大，但关于Q台计算参考资料极少，因为简单计算是以塑料熔体释放出热量Q1为总热量，全部由冷却介质带走，依照实际情况，这些热量应分别由凹模和型芯冷却系统带走，试验表明，约1/3热量被凹模带走，其余由型芯带走。模具应由冷却系统带走热量：Q冷=（Q1+Q2）－（Q对+Q辐+Q台）（4-23）因为现在无法得到Q正确值，所以计算以简单计算标准，取Q=Q。（5）冷却系统计算 ①每次需要注射量G=84.75×10（KG） ②确定生产周期t=40（S） ③塑料单位热流量Q=280~350；取Q=300（KJ/h） ④每小时注射次数n=90 ⑤每小时注射量90×84.75×10=7.63（KG） ⑥型腔内发出总热量 Q凹=nGQs=2289（KJ/h）从计算结果看，Q凹Q1，因为Q1包括原因较多，所以应该要取Q凹来计算，那么，(t－t)值就要重新确定，约为224℃，依照T成型温度200~250℃；TE脱模温度60~100℃；T模具温度40~60；要达成(t－t)=224℃是达不到，依照Q凹=nGQ，nG确定后不变，Qs为常量，所以我们要提升成型温度T才可能达成Q凹热量。Ts=224+60=284这显然超出了表所给取值范围，但假如不这么取值则显得自相矛盾。（6）凹模冷却系统计算①体积流量计算Q凹=40%Q总=915.6(KJ/h)q= （4-24）=0.73×10(m/min)式中：—水密度10KG/m；C—水比热容4.187×10J/KG℃；T出—水管出口温度，T出取25℃T进—水管入口温度，T进取20℃②冷却水管平均流速：V平均=（4-25）=0.24(m/s)式中：q—凹模冷却水体积流量，q=0.73×10m/min；D—冷却水管直径，取d=8mm。从表查得资料表明，管径为8冷却水管所对应最低流速为1.66m/s时才能达成湍流状态，不过因为体积流量q没有在表取值范围内，所以造成了V偏小，假如要达成湍流状态，能够增大致积流量和减小冷却水管直径，不过，冷却目标就是为了让制品快速冷却，提升生产率，同时改变制品力学性能，为了达成湍流而增大致积流量是没有意义，因为在V较小，既层流时就能够达成冷却效果。③冷却水管壁与水交界面传热膜系数=（4-26）=1601(w/mk)式中：与冷却介质温度关于物理系数，取7.6。④凹模冷却管传热面积A=（4-27）=5.8×10(m)式中：T—模具与冷却介质平均温度，T=27.5℃。Tθ=TM－（T出+T进）/2=22.5℃⑤冷却水孔总长LL=（4-28）=0.23m⑥模具上应开设冷却水孔数 n=L/B=0.77(根) 取1根式中：B模具宽度，B=0.3m。⑦冷却水流动状态校核R=（4-29）=1920＜10式中：R—雷诺数；—水运动粘度，=1×10（m/s）；⑧进出口温差校核T－T=（4-30）=5.04校核结果与预期一样，说明实际应用正确。到此，整个研究得到验证，设计任务完成。结论本设计首先说明了塑料工业主要地位和当今注塑模具现实状况，伴随经济发展，塑料工业将继续展现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件通常设计标准，对塑件特征如倒圆角、加强筋等做了说明，从实际来看，几乎全部注塑件都遵照这些标准。在做好注塑成型准备工作之后，接着介绍了模具设计内容，冷流道注塑模具无外乎包含四大系统：浇注系统、温度调整系统、顶出系统和机构系统。在浇注系统设计中依照经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸，对流道剪切速率进行校核；温度调整系统说明了设计通常步骤，确定冷却时间，计算体积流量等；顶出系统着重说明了推杆，推管安装要求，并进行强度校核；该模具属于简单脱模机构，无滑块抽芯机构，也无开模先后次序要求，做完这些工作之后