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帶輪注塑工藝與模具設(shè)計
摘 要
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，被稱為“工業(yè)之母”。而塑料模具又是整個模具行業(yè)中的一枝獨秀，發(fā)展極為迅速。塑料制件之所以能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，是由于它們本身具有的一系列特殊優(yōu)點所決定的。人類社會的進(jìn)步與材料的使用密切相關(guān) 。人類要生存，要發(fā)展就離不開材料的使用 。塑料是20世紀(jì)才發(fā)展起來的一類材料。塑料是一種可塑性的合成高分子材料，具有重量輕且堅固，耐化學(xué)腐蝕， 電絕緣性好，價格便宜，可塑性好等特點，廣泛應(yīng)用于電腦、手機、汽車、電機、 電器、家電和通訊產(chǎn)品制造中。 注塑成形是成形塑件的主要方法之一， 是指使用注塑機將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內(nèi)經(jīng)冷卻固化獲得產(chǎn)品的方法。注塑的優(yōu)點是生產(chǎn)速度快，效率高，操作可自動化，能成型形狀復(fù)雜的零件，特別適合大量生產(chǎn)。 本次畢業(yè)設(shè)計的產(chǎn)品為錐形帶輪，具有重量輕，強度高，耐腐蝕等特點，為大批量生產(chǎn)產(chǎn)品。本次設(shè)計在針對產(chǎn)品進(jìn)行工藝性分析后，確定模具分型面、 型腔數(shù)目、 澆口形式、 位置大??； 其中最重要的是確定型芯和型腔的結(jié)構(gòu)， 以及它們的定位和緊固方式。此外還進(jìn)行了脫模機構(gòu)的設(shè)計，合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等。最后繪制完整的模具裝配總圖和主要的模具零件圖及編制成型零部件的制造加工工藝過程卡片。實踐證明：該模具結(jié)構(gòu)合理、可靠,并能保證產(chǎn)品質(zhì)量,對此類注塑產(chǎn)品的模具設(shè)計有參考價值。
關(guān)鍵詞：塑料 , 注塑成形 , 模具設(shè)計
I
Injection molding process
and die design of belt pulley
ABSTRACT
Plastic is a synthetic polymer material , with the characteristics of plasticity, light weight, sturdiness, electrical insulation, and which is resistance to chemical corrosion and cheap. It is widely used in computers, mobile phones, cars, motors, electrical, home appliances and communication products manufacturing. Injection molding is one of the main methods of forming plastic parts, it refers to the use of plastic injection machine to inject the thermoplastic melts into the mold under high pressure , after cooled to obtain the products . It has the advantage of fast production speed , high production efficiency , and automated operations , it can form the shape of complex parts, particularly suitable for mass production. The production of graduation project is power button , which has a light weight , high strength , corrosion resistance and easy cleaning features for mass production . After analysis the process of the product , the mold parting line , cavity number , gate form , gate location can be determined , one of the most important is to identify core and cavity structures , as well as their positioning and fastening methods. In addition, it also carries out the design of stripping agencies , mold-oriented organizations and the cooling system .At last, draw a complete mold assembly drawing , major parts diagram , and draw up cards of parts manufacturing and processing process . It is proved that the mold structure is reasonable , reliable and can guarantee product quality , and is valuable for the injection mold design of such products .
Key Words: Plastic , Injection molding , Mold design
V
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用 1
1.3 塑料成型模具發(fā)展趨勢 2
2 模具具體設(shè)計過程 4
2.1工藝性分析 4
2.2 ABS的性能分析 5
2.3確定型腔數(shù)目 5
2.4 型腔、型芯工作部位尺寸的確定 6
2.5分型面的確定 7
2.6選定注塑機型號 9
2.7 校核注塑機 10
2.8 選用標(biāo)準(zhǔn)模架 11
2.9澆注系統(tǒng)的設(shè)計 11
2.9.1主流道的設(shè)計 11
2.9.2分流道的設(shè)計 12
2.9.3冷料穴的設(shè)計 13
2.9.4澆口的設(shè)計 13
3 繪制裝配圖 15
3.1 按要求繪制裝配圖 15
4 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 18
4.1模具部分的型芯 18
4.2成型零件鋼材的選用 18
4.3成型零件工作尺寸的計算 18
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 18
5 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 20
5.1導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計要求 20
5.2導(dǎo)柱的設(shè)計 20
5.3推板導(dǎo)柱 21
6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 22
6.1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 22
7 脫模推出機構(gòu)設(shè)計與計算 23
7.1 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 23
8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 25
8.1冷卻系統(tǒng) 25
結(jié)論 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
I
帶輪注塑工藝與模具設(shè)計
1 緒論
1.1 引言
大學(xué)三年的專科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。
在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、模具工作原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計這個實踐性非常強的設(shè)計課題，我們進(jìn)行了大量的實習(xí)。尤其是在青島海爾集團有限公司注塑車間長達(dá)三個月的畢業(yè)實習(xí)，我對于模具特別是塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認(rèn)識，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識。在指導(dǎo)老師的幫助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中的不妥之處在所難免，希望老師加以改正。
1.2 塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用
塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關(guān)系。 塑料模是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的重要工藝裝備。 塑料模工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。 用塑料模生產(chǎn)成形零件的主要優(yōu)點是制造簡單、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑料模也是成型塑料制品的主要工具， 它的結(jié)構(gòu)和加工精度對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有直接的關(guān)系。因而世界各國對塑模的現(xiàn)代設(shè)計與制造技術(shù)都極為關(guān)注。近年來國外對塑料模的熱澆道、溫度控制系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)控機床加工及減少熱處理變形等方面都作了許多探索，并取得了一定的成果。 塑模廣泛應(yīng)用于成型塑料制品，它利用塑料在高溫下所具有的流動性或可塑性，將其成型為具有一定形狀和尺寸， 并通過化學(xué)或物理變化，定型為塑料制品。在塑料加工工業(yè)中，普遍使用有以下幾種塑料模：（1）壓縮成型的塑料模具。 （2）壓入成型的塑料模具。 （3）擠出成型的塑料模具。 （4）注射（塑）成型的塑料模具。 此外，還有發(fā)泡成型塑模，真空成型塑模、吹塑成型塑模、玻璃纖維增強塑料成型塑模等等，但這些塑模的設(shè)計是建立在以上所述常用的集中塑模設(shè)計基礎(chǔ)上，且比較簡單。隨著塑模成型方法的不斷出現(xiàn)，必然將還會產(chǎn)生各種新型塑料的新型成型模具。 近年來我國塑料工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展速度很快， 塑料的應(yīng)用正普及到國民經(jīng)濟領(lǐng)域的各個部門。采用塑模加工的塑件也很多，如各種管材、板材、異型材、復(fù)合管材、發(fā)泡型材及棒材等，都廣泛用于紡織品、醫(yī)藥品、化學(xué)物品、機密儀器、日用品及機械行業(yè)中的齒輪、 軸承等機械零件。 在汽車、 飛機、造船業(yè)中的儀表、車門、內(nèi)襯等，化學(xué)工業(yè)中的貯槽、貯罐、填料等，電子及電信工業(yè)中的電線、 電纜絕緣層及防護套等也得到廣泛的應(yīng)用、特別是在建筑工業(yè)中塑料的應(yīng)用更為廣泛。 “以塑代木，以塑代金屬”為人類鉆尋求解決替代有限的木材和貴重金屬材料開辟了新途徑。 當(dāng)前在我國塑料戰(zhàn)線上出現(xiàn)了許多新的塑料模結(jié)構(gòu)和新的塑料模的加工方法，為我國塑料模具的設(shè)計與制造走向現(xiàn)代化提供了有利條件。據(jù)資料介紹， 國外一些工業(yè)比較先進(jìn)的國家在塑模的設(shè)計與制造方面， 已經(jīng)采用 CAD/CAM 系統(tǒng)，這對提高塑料制品質(zhì)量，縮短塑模制造周期，降低塑件成產(chǎn)成本方面取得較好經(jīng)濟效益。
1.3 塑料成型模具發(fā)展趨勢
近年來，塑料成型加工機械和成型模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、長壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。 (1) 加深理論研究隨著對塑料成型加工原理的研究越來越深入， 模具設(shè)計已由經(jīng)驗設(shè)計階段逐步向 理論計算設(shè)計方面發(fā)展。這些理論為塑料模具的計算機輔助設(shè)計和輔助工程奠定了基礎(chǔ)。 (2) 高效率、自動化如多層多型腔注射模結(jié)構(gòu)、各種自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機構(gòu)、自動分型抽芯機構(gòu)、熱流道澆注系統(tǒng)注射模具以及高效冷卻結(jié)構(gòu)。高效自動化的模具與高速自動化的成型設(shè)備相配合對提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本起了很大作用。 (3) 大型、超小型及高精度 隨著塑料應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，在建筑、機械、汽車、儀器、家用電器等采用了許多大型、精密和高壽命的塑料制品，如汽車殼體、洗衣機桶、傳動齒輪、軸承等。 大型模具設(shè)計要求作詳細(xì)準(zhǔn)確的理論計算，由于模具自重大，物料流程長，型腔 易變形，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上需作更為周密的考慮。高精度模具要求配合精度和運動精度都很高，耐磨損，模溫控制精確，在高壓下成型，收縮變形小。 (4) 革新模具制造工藝塑料模具制造中最困難的部分是型腔，特別是異形復(fù)雜型腔的加工，若采用各種坐標(biāo)機床、仿形機床、光控機床、數(shù)控機床等來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械加工方法，這樣不僅縮短制模周期、提高模具精度，而且還降低了勞動強度和生產(chǎn)成本。采用精密鑄造、冷擠壓、電加工等新工藝技術(shù)給模具型腔加工帶來了巨大方便 (5) 模具計算機輔助設(shè)計(CAD)、輔助工程(CAE) CAD 軟件的主要功能是幾何造型技術(shù)， 它將制品圖形立體地精確地顯示在屏幕上， 完成制件設(shè)計的繪圖工作，對制品或模具進(jìn)行力學(xué)分析。 CAE 軟件中流動軟件可以模擬熔體在模內(nèi)的流動過程，冷卻分析軟件可模擬熔體的凝固過程和在模內(nèi)的溫度變化，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，如制品缺陷、翹曲、變形、內(nèi)應(yīng)力等，使計算結(jié)果優(yōu)化。 (6) 模具標(biāo)準(zhǔn)化包括塑料注射模零件標(biāo)準(zhǔn)、塑料注射模零件技術(shù)條件、塑料注射模模 架標(biāo)準(zhǔn)、塑料注塑模技術(shù)條件等，其中零件標(biāo)準(zhǔn)包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、模板等。 模具標(biāo)準(zhǔn)化為塑料模具設(shè)計和制造都帶來極大的方便，由于標(biāo)準(zhǔn)件可以直接購 買，因此模具設(shè)計制造者只需精心設(shè)計和加工型腔，這樣使塑料模具設(shè)計和制造 周期大為縮短，成本降低，質(zhì)量得到保證。目前發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)化程度達(dá)到 30%以 上，我國標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，還需大力推廣，充實完善。
2 模具具體設(shè)計過程
如圖1所示塑件為錐形帶輪，材料為ABS，收縮率0.3%～0.8%。
2.1工藝性分析
圖 2-1
1）該塑件尺寸較適中，5級精度等級，但因形狀較復(fù)雜，采用一模腔。
2）為了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分采用拼鑲結(jié)構(gòu)。
3）脫模斜度：塑件外表面1°，塑件內(nèi)表面1°（脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)，塑件的外形以型腔的大端為準(zhǔn)，塑件的內(nèi)形以型芯的小端為準(zhǔn)。）
2.2 ABS的性能分析
1. 使用性能
沖擊韌度、力學(xué)強度較高，且在低溫下也不迅速下降；耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學(xué)性和電氣性能良好；水、無機鹽、堿、酸對ABS幾乎無影響；尺寸穩(wěn)定，易于成型和機械加工。
2. ABS成型塑件的主要缺陷急消除措施
主要缺陷：缺料、氣孔、飛邊、出現(xiàn)熔接痕、塑件耐熱性不高（連續(xù)工作溫度為70℃左右，熱變形溫度約為93℃）、耐氣候性差（在紫外線作用下易變硬變脆）。
消除措施：加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴、增大注塑壓力、提高模具預(yù)熱溫度。
2.3 確定型腔數(shù)目
注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關(guān)因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生產(chǎn)效益；
一般來說，精度要求高的小塑件和中大型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)；對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。型腔的數(shù)目可根據(jù)模具型腔的大小情況而定。
錐形帶輪屬于批量生產(chǎn)，精度要求一般，塑件尺寸適中，故有以下三種方案：
方案1 方案2
方案3
圖 2-2
（1）如圖2一模一腔——提高生產(chǎn)效率較低，精度高。
（2）.如圖3一模兩腔——品質(zhì)一般，生產(chǎn)效率較中等。
（3）如圖2-2一模四腔——可降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
根據(jù)塑件的形狀和尺寸采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)。
按照塑件所示尺寸，近似計算：
塑件體積Vs≈66.395cm3
查表6-1塑料ABS的密度為 1.02～1.05g/cm3 (注塑級密度為1.05g/cm3)
單件塑件重量：ms=2.128*1.05g=73.035g
2.4 型腔、型芯工作部位尺寸的確定
查表6-4ABS塑料的收縮率是0.3%-0.8%。
平均收縮率：S=(0.3%+0.8%)/2=0.55%
型腔工作部位尺寸：
型腔徑向尺寸：
Φ88 L?m+δ0=〔(1+ S)×Ls -X△〕+δ0 =((1+0.0055)×88-0.6×0.24)=88.3+00.06
Φ63 L?m+δ0=〔(1+ S)×Ls -X△〕+δ0 =((1+0.0055)×63-0.6×0.24)=63.2+00.06
型腔深度尺寸：
H?m+δ0=〔(1+S)×Hs -X△〕+δ0 =((1+0.0055)×21.5-0.6×0.24) =21.4+00.06
型芯徑向尺寸：
lm -δ0=〔(1+ S)×ls -X△〕-δ0 = ((1+0.0055)×55-0.6×0.24)=55.8
型芯高度尺寸：
hm-δ0=〔(1+ S)×hs -X△〕-δ0=((1+0.0055)×16.4-0.6×0.24)=16.3+00.06
中心距尺寸：
Cm±δz/2=(1+S)Cs±δz/2=(1+0.0055)×65.5±0.06=0.12
式中 Ls—塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸（mm）
ls —塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
Hs—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
hs—塑件內(nèi)型高度基本尺寸的最小尺寸（mm）
Cs—塑件中心距深度基本尺寸的平均尺寸（mm）
X—一般情況下為0.5到0.75，這里取0.6
△— 塑件公差（mm）
δz—模具制造公差，?。?/3~1/4）△
通常，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部件不需要進(jìn)行收縮率計算。
2.5分型面的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術(shù)要求，模具結(jié)構(gòu)簡單制造容易。當(dāng)選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以選擇接近理想的分型面。
該塑件分型面選擇有如下圖2-3幾種方案：
分型面方案1
分型面方案2
分型面方案 3
圖 2-3
方案一：方案一分型面的選擇，使型芯在動模一側(cè)，考慮到錐形帶輪的結(jié)構(gòu)側(cè)孔在下方，側(cè)抽芯裝置也在動模一側(cè)，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模一側(cè)。這樣的結(jié)構(gòu)有利于塑件的脫模，因為推出機構(gòu)通常設(shè)置在動模一側(cè)由于屬于小型塑件，型腔較小，空氣量很少，可借助分型面的縫隙排氣。
方案二和方案三不利于自動脫模，也影響了本身的美觀。
我們要減少這種不必要的浪費，建立節(jié)約經(jīng)濟。故選擇分分型面方案一。
2.6選定注塑機型號
（1）型腔強度和剛度的計算。為了方便加工和熱處腔鑲件可分為兩部分，如圖可看出，型腔為整體式。因此，型腔的強度和剛度按型腔為組合式進(jìn)行計算。由于型腔壁厚計算比較麻煩，也可參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù)。
查表6-16型腔壁厚S1=8mm，模套壁厚S2=18mm
(2)初選注塑機
注射模是安裝在注射機上的，因此在設(shè)計注射模具時應(yīng)該對注射機有關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行必要的了解，以便設(shè)計出符合要求的模具，同時選定合適的注射機型號。
而在本次設(shè)計中，我們選擇注塑即的原則是按我們想象中的產(chǎn)品產(chǎn)量和實際的塑件形狀來選擇任何一款注塑機，最后校核能滿足使用要求即可。分別從注塑量、注射壓力和鎖模力三個方面的要求來初選注塑機。
1）注塑量：塑件體積Vs≈66.395cm3
澆注系統(tǒng)凝料約為Vj≈8.5107cm3
塑件成型所需的注射總量應(yīng)小于所選注塑機的注射容量.注射容量以容積()表示時,塑件體積(包括澆注系統(tǒng))應(yīng)小于注塑機的注塑容量,其關(guān)系是:
總體積 V塑件=（66.395+8.5017）cm3=74.8967cm3
ABS塑料密度為1.02～1.05g/cm3。
滿足注射量 V機≥V塑/0.8
式中 V機－額定注射量（cm3）;
V塑－塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（cm3）。
V塑/0.80=74.8967/0.80 cm3=93.621 cm3
2）注射壓力： ρ注≥ρ成型
查表知ABS塑料成型時的注射壓力ρ成型=70～90MPa
3）鎖模力
P鎖模力≥pF
式中p－塑料成型時型腔壓力，ABS塑料的型腔壓力p=30MPa；
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)及各型腔在分型面上的投影面積
F=（3.14×162+3.14×112+3.14×152）=1890.28（）
pF=30X1890.28=56708.4N=56.7KN
根據(jù)以上分析、計算綜上所述：初選注塑機的要求只要能滿足以上三點就是適合的。考慮到塑件的結(jié)構(gòu)，塑件型腔比較深，參考設(shè)計手冊初定注射機型號為XS-YZ-125型塑料注射機。
注射機有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下
最大合模行程S 290mm
模具最大厚度 380mm
模具最小厚度 150mm
動、定模板尺寸 520mm×520mm
拉桿空間 350mm
2.7 校核注射機
1） 注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核
2） 開模行程的校核 注射機的最大開模行程S
S≥2h件 +h 澆+﹙5～10﹚
S=2×11+30+8=60mm
式中h件＿塑料制品高度﹙mm﹚
h澆＿澆注系統(tǒng)高度﹙mm﹚
3）模具在注射機上的安裝 從標(biāo)準(zhǔn)模架外形尺寸看小于注射機拉桿空間，并采用壓板固定模具，所以所選注射機規(guī)格滿足要求
2.8選標(biāo)準(zhǔn)模架
根據(jù)以上分析，計算以及型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格，查表可選用 :
定模板厚度：A=30mm
動模板厚度：B=25mm
墊塊厚： C=50mm
模具厚度： H模=40+A+B+C=145mm
模具外形尺寸：300mm×300mm×240mm
2.9澆注系統(tǒng)的設(shè)計
型腔位置的排布。該件采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式，那么澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)直接采用從主流道到型腔流道的形狀及尺寸相同的設(shè)計，即平行式布置的形式。
2.9.1主流道的設(shè)計
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設(shè)計成主流道套（如圖2-5）鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常用性能好的材料制造并熱處理淬硬。
主流道與噴嘴的接觸處應(yīng)做成半球形的凹坑。二者應(yīng)嚴(yán)密接觸以避免高壓塑料的溢出，凹坑球半徑比噴嘴球頭半徑大1-2mm；主流道小端直徑應(yīng)比噴嘴孔直徑約大0.5-1mm，常取Ф4-8mm，視制品大小及補料要求決定。主流道的錐角不宜過大，一般取2°～6°。
由初選注塑機知噴嘴球頭半徑為R12mm，孔直徑為Φ4mm。所以澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖2-7。
其固定形式如圖2-8。由初選注塑機知定位孔直徑為Φ100。所以定位圈的大小也就為Φ100。
如圖 2-4
如圖2-5
2. 9.2分流道的設(shè)計
由于該注塑模是單個型腔的，所以可以不用考慮設(shè)置分流道，以便節(jié)約材料，節(jié)約成本。
2.9.3冷料穴的設(shè)計
冷料穴一般設(shè)在主流道的末端，在動?；蛳履Ｒ粋?cè)。當(dāng)分流道較長時，在分流道的末端也應(yīng)該開設(shè)冷料穴。冷料穴的容積視具體需要而定。主流道末端冷料穴的結(jié)構(gòu)常常與拉料形式相集合。
在設(shè)計中我們可以把冷料穴開設(shè)在主流道的延長線上，因為錐形帶輪形狀比較簡單，可以在主流道上直接設(shè)置冷料穴，從而使模具在開模時將澆注系統(tǒng)凝料留在動模一側(cè)，在開模過程中將澆注系統(tǒng)凝料定出動模。
冷料穴的形式多種多樣，同時在冷料穴的下方設(shè)置推桿，以便將凝料強行從中推出。
這種結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，制造方便。其機構(gòu)簡圖如圖2-9。
如圖2-6
2.9.4澆口的設(shè)計
確定澆口形式及位置。為了提高生產(chǎn)效率，便于去除澆口凝料采用中心澆口尺寸與位置如圖所示。
塑件在澆口處的壁厚為1.5mm,澆口直徑可以根據(jù)課本：《塑料成型工藝及模具設(shè)計》Ｐ７３，取d=2mm。
圖2-7
圖2-8
3 繪制裝配圖
3.1按要求繪制裝配圖
圖3-1
4 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用應(yīng)具有足夠的強度和剛度，如果型腔側(cè)壁和底版厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞，也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
4.1模具部分的型芯
為了便于加工設(shè)置一個定模型芯，它的配合可以采用過盈配合。
4.2成型零件鋼材的選用
零件是大批量生產(chǎn)，成型零件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應(yīng)該良好，機械加工性能和拋光性能也應(yīng)該良好，因此構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用T10A
4.3成型零件工作尺寸的計算
4.3.1工作尺寸計算
見上章
4.3.2型腔壁厚的設(shè)計
在注塑成形過程中，塑件承受塑料熔體的高壓作用，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的強度。型腔輕度不夠?qū)l(fā)生塑件變形，甚至破壞；剛度不足將會產(chǎn)生過大彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，并產(chǎn)生溢料間隙。
模具型腔壁厚的計算。應(yīng)以最大壓力為準(zhǔn)。理論分析和生產(chǎn)實踐表明，大尺寸的模具型腔，剛度不足是主要矛盾，型腔壁厚應(yīng)滿足剛度條件為準(zhǔn)；而對于小尺寸的模具型腔，強度不足是主要矛盾，設(shè)計型腔壁厚應(yīng)以強度條件為準(zhǔn)。該模具為小尺寸模具，所以設(shè)計計算其壁厚可以只著重考慮其強度校核。
查表7-4圓形鑲拼式型腔壁厚經(jīng)驗數(shù)據(jù)，型腔壁厚取12mm。
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用模架尺寸為250mm×315mm的標(biāo)準(zhǔn)模架，可符合要求。
模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘，模具外表盡量不要有突出部分，模具外表面應(yīng)光潔，加涂防銹油。兩模板之間應(yīng)用分模間隙，即在裝配，調(diào)試，維修過程中，可以方便地分開兩塊模板。
1.定模座板（315mm×315mm，厚25mm）材料為45鋼.
通過4個M10的內(nèi)角圓柱螺釘與定模板連接定位圈通過4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接，定模座板與澆口套為H8/f8配合。
2.定模板（凸模固定板）（250mm×315mm，厚20mm）固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好用調(diào)質(zhì)230HB—270HB。
其上的導(dǎo)套孔與導(dǎo)套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7，定模板與澆口套采用H8/m6配合，定模板與圓筒型芯為H7/m6配合。
3.支撐板（180 mm×250mm）
支撐板應(yīng)具備較高的平行度和硬度。
4.墊塊（40mm×315mm，厚50mm）
1．）主要作用
在動模座板與支撐板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機的模具安裝厚度要求。
2.）結(jié)構(gòu)形式
可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。
3.）墊塊材料
墊塊材料為Q235A，也可用HT200，球墨鑄鐵等，該模具墊塊采用Q235A制造。
4.）動模座板（315mm×315mm，厚25mm）
材料為45鋼，注射機頂桿孔為￠ mm，其上的推板導(dǎo)柱孔與導(dǎo)柱采用H7/m6配合。
5.）推板（118mm×315mm，厚16mm）
材料為45鋼，其上的推板導(dǎo)套孔和推導(dǎo)套采用H7/k6配合，用4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。
6.）推桿固定板（118mm×315mm。厚12.5mm）
材料為45鋼，其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用H7/f6配合。
5 合模導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計
導(dǎo)向機構(gòu)的主要作用有：定位、導(dǎo)向和承受一定側(cè)壓力。
導(dǎo)柱的分布有多種形式。為了實現(xiàn)合模方向唯一性的原則，導(dǎo)柱分布的位置通常采用兩種辦法：其一，對稱分布，變動其中一根導(dǎo)柱的直徑；其二，非對稱分布。導(dǎo)柱直徑相同。如圖3-1所示。
圖 5-1
5.1導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計要求
1. ）導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分。
2. ）該模具采用4根導(dǎo)柱，其分布為等直徑導(dǎo)柱不對稱裝置
3. ）該模具導(dǎo)柱安裝在支撐板和模套上，導(dǎo)套安裝在定模固定板上。
4. ）為了保證分型面很好的接觸，采用在導(dǎo)套的孔口倒角。
5. ）在合模時，應(yīng)保證到向零件首先接觸。
6. ）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。
5.2導(dǎo)柱的設(shè)計
該模具采用帶頭導(dǎo)柱,不加油槽,如圖5-2所示
圖5-2
導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面高度高出,6mm—8mm.
1.) 為使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔,導(dǎo)柱的端部常做成錐形或球形的先導(dǎo)部分.
2.) 導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為Ra=0.4mm
3.) 導(dǎo)柱應(yīng)具有堅硬耐磨的表面,堅韌而不易折斷的內(nèi)芯.多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A.T10A,經(jīng)淬火處理,硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)表面淬火,低溫回火,硬度為50HRC以上.
5.3推板導(dǎo)柱
推板導(dǎo)柱除了起導(dǎo)向作用外,還支撐著支撐板,從而改善了支撐板的受力情況,大大提高了支撐板的剛性,該模具設(shè)置了4套推板導(dǎo)柱與導(dǎo)套,如圖所示
圖5-3
6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
6.1排氣系統(tǒng)的設(shè)計
注塑模中氣體的來源
1澆注系統(tǒng)和模具型腔中存有的空氣。
2有些原料含有未被干燥排除的水分，它們在高溫下氣化成水蒸氣。
3由于注塑時溫度過高，某些性質(zhì)不穩(wěn)定的塑料發(fā)生分解所產(chǎn)生的氣體。
4塑料原料中的某些添加劑揮發(fā)或相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的氣體。
型腔中的氣體來源主要分三類：型腔中積存的空氣；塑料原料中分解產(chǎn)生的氣體；原料中殘留水蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣。由于來源不同，所產(chǎn)生氣泡的位置也不同。
1)模腔中積存的空氣所產(chǎn)生的氣泡，常分布在與澆口相對的部位上。
2)塑料原料中分解或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡，則沿塑件的厚度分布。
3)塑料原料中殘存水氣化產(chǎn)生的氣泡，則不規(guī)則地分布在整個塑件上。
從上述塑件中氣泡的分布狀況來看，不僅可以判斷氣泡的性質(zhì)，而且可判斷模具的排氣部位是否正確可靠。
由于制品尺寸較小，利用分型面及其它零件的結(jié)合面的配合間隙排氣即可。
7 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計
注射成型每一循環(huán)中,塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中型芯上脫出,完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu)也常推出機構(gòu)。
7.1塑件推出的基本方式
1.推桿推出
推桿推出是一種基本的,也是一種常用的塑件推出方式常用的推桿形式有圓形,矩形,階梯形.
2.推件板推出
對于輪廓封閉且周長較長的塑件,采用推件推出結(jié)構(gòu).推件板推出部分的形狀根據(jù)塑件形狀而定.
3.氣壓推出
對于大型深型塑件,經(jīng)常采用或助氣壓推出方式本模具,考慮到塑件輪廓封閉且周長較長故采用推板推出.
脫模力是指將塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力它是設(shè)計脫模機構(gòu)重要依據(jù)之一.
為了防止在推出過程中推板和澆注系統(tǒng)凝料推桿固定板歪斜和扭曲而折斷澆注系統(tǒng)凝料推桿或發(fā)生運動卡滯現(xiàn)象，需要推出機構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向裝置如圖4-2
圖7-1
圖7-2
8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計
8.1冷卻系統(tǒng)
圖8-1
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，塑件固化后，從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并迅速脫模。
因為ABS黏度低流動性好，因為成型工藝要求模溫都不太高，所以常用溫水對模具進(jìn)行冷卻。
ABS的成型溫度和模具溫度分別260℃—280℃，32℃—65℃用常溫水對模具進(jìn)行冷卻。
1.）冷卻介質(zhì)
冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，用水冷卻即在模具型腔周圍或內(nèi)部開設(shè)冷卻水道
2.）冷卻系統(tǒng)的簡略計算
如果忽略模具因空氣對流，熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進(jìn)行初步和簡略計算。
1.）求塑件在固化時每小時釋放的熱量Q查《塑料制品成型與模具設(shè)計》表4——25
PS單位質(zhì)量放出的熱量Q=2.8 X102KJ/kg——3.5 X102 KJ/kg
取， Q1=3.5 X102KJ/kg 故
Q= Q1 X W0.215 X 3.5 X102 X60=4275KJ/h
式中，W—單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（KJ/h）該模具每分鐘注射2次
所以，W=2 X102.5 X1.05=0.215kg/min
2.）求冷卻水的體積流量]
qv=WQ1/PC1(Q1-Q2)=215.25×3.5×102/[4.187×103×(25-20)]
=3.59×10-3m3/min
式中 ，e——冷卻水的密度，為1 X103kg/m3
c1——冷卻水的比熱容，為4.187kj/kg.℃
Q1——冷卻水出口溫度，取25℃
Q2——冷卻水入口溫度，取20℃
3.）求冷卻管道直徑
查《塑料制品成型及模具設(shè)計》表4-27，取f=6.84（水溫為25℃）
取d=8mm
求冷卻管道總傳熱面積A
由公式得，A=60WQ1/h△Q1=60×0.215×3.5×102 /h×[65-(25+20)/2]=22.4×10-3 m2
式中，△Q——模具溫度與冷卻水溫之間的平均溫度差（℃）
模具溫度取65℃
4.）計算凹模上座設(shè)冷卻管總長度（mm）由于傳熱面積A=πdL
所以。L=A/πd=22.4×10-3 (3.14×8×10-6)=0.887m
5.）求凹模所需冷卻水管根數(shù)n=L/B (B為模具的寬度）
=0.887/0.315=2.8≈3孔
結(jié)論
通過本次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到了許多知識，我的畢業(yè)設(shè)計題目是帶輪注塑模具設(shè)計。此次設(shè)計要綜合運用到我大學(xué)三年里所學(xué)到的理論知識和專業(yè)知識，并為即將踏入社會的我奠定了堅實的基礎(chǔ)。以下是我對這次的畢業(yè)設(shè)計的一些體會和心得：
這次畢業(yè)設(shè)計是一個理論與實踐相結(jié)合的過程，這次設(shè)計教會了我發(fā)現(xiàn)問題時如何去解決它。解決問題的方法有很多，但是哪一個更合理這就要通過自己的計算了。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我還發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，比如想問題總是過于簡單化，考慮不全面，愛鉆死胡同，想到一個方案也不管是否合理就埋頭苦算，到最后還是要改。在今后的工作過程中我會做到揚長避短。
設(shè)計時，經(jīng)過不斷的到校圖書館認(rèn)真地查找和借閱相關(guān)的參考資料，不但提高了個人查閱資料的能力，還擴闊了我的知識視野。本模具采用autoCAD、UG設(shè)計，在畢業(yè)設(shè)計其間對軟件的理解與熟練程度得到了很好的提升。
單分型面注塑模是最簡單和常見的一種結(jié)構(gòu)形式，約占全部注塑模具的70％左右，但目前傳統(tǒng)冷流道模具設(shè)計還是以經(jīng)驗為主，很難對注塑個參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)建模，因為各參數(shù)相互影響，關(guān)系復(fù)雜。隨著科技的進(jìn)步及注塑理論的突破，熱流道模具發(fā)展越來越迅速，隨著技術(shù)的成熟，熱流道模具的生產(chǎn)控制將會變得比以前更為輕松，產(chǎn)品質(zhì)量將會得到更好提高。
在設(shè)計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，沒有實踐條件，不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，加上我自己的實踐經(jīng)驗又不多，這樣做出來的設(shè)計，難免有不足之處，希望翟老師能夠體諒。
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致 謝
本論文是在導(dǎo)師翟德梅的悉心指導(dǎo)下完成的，經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作學(xué)習(xí)的同學(xué)、朋友們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。
在這里，首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師翟老師。翟老師雖然工作繁忙，但是每周都抽出時間來親自指導(dǎo)和檢查督促我們做畢業(yè)設(shè)計，在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從開題報告到查閱資料，從設(shè)計草案的確定、修改，到中期檢查，再到后期詳細(xì)設(shè)計，裝備草圖等等整個過程中翟老師都給予我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩老師的專業(yè)水平、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以外，老師科學(xué)研究的精神是永遠(yuǎn)值得我學(xué)習(xí)的榜樣，并會一直積極影響我今后的工作和學(xué)習(xí)。
其次我要感謝與我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們。同學(xué)們在本次設(shè)計中勤奮工作克服許多困難來完成此次設(shè)計，并分擔(dān)了許多工作。如果沒有他們的支持和努力，此次設(shè)計的過程將變得非常困難。
我還要感謝的是學(xué)校圖書館的開放，讓我們有足夠的資料可以參考、查閱。還要感謝四年以來所有的老師，為我打下了機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時感謝所有的同學(xué)們，正因為有了你們的支持，本次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。
通過畢業(yè)設(shè)計，使我對塑料注射模具這門課程進(jìn)一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當(dāng)?shù)木嚯x，還需進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和實踐。
本設(shè)計由于時間緊和對知識掌握的程度有限，在設(shè)計上不很周詳，許多應(yīng)該考慮的因素可能沒有體現(xiàn)出來。在設(shè)計過程中，我得到了老師的精心指導(dǎo)和各方面的幫助，才得以順利進(jìn)行，在這里再次表達(dá)我的謝意。
大學(xué)生活至此劃上了圓滿的句號，在河南機電高等?？茖W(xué)校這塊土地上有眾多莘莘學(xué)子辛勤的耕耘，在這塊土地上我健康快樂的成長，我永遠(yuǎn)不會忘記可親的同學(xué)和可敬的老師們，我永遠(yuǎn)記得這片土地。
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