微型電視機后蓋注塑模具設計【三維UG】【含CAD圖紙】

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說明書 微型電視機后蓋注塑模具設計 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 摘 要 本設計詳細地闡述了微型電視機后蓋注射工藝分析的參數(shù)化設計過程，給出了注射模具設計的一般步驟。在對產(chǎn)品進行結構分析和工藝分析的過程中，分析注射機選擇的主要依據(jù)，并對主要參數(shù)進行了校核。在模具的結構設計的過程中，舉出了各部分設計時應參照的原則，并結合本課題進行了具體的分析。在分型面的選擇問題上，本設計通過分析比較，選擇了一種最佳方案。重點分析設計了調(diào)溫系統(tǒng)，說明了調(diào)溫系統(tǒng)對產(chǎn)品成型的重要性，詳細計算了進、出模具的熱量，最終確定散熱面積、冷卻水道直徑、冷卻水道長度等工藝參數(shù)。在設計完結構后，對模具的安裝進行了大致的說明，對模具的開合動作做了必要的分析，對試模過程中可能出現(xiàn)的問題做了詳細的分析，并提出了相應的解決方法。使用NX UG進行三維造型貫穿整個設計過程，使設計變得很輕松，也可以及時地發(fā)現(xiàn)模具中的干涉等問題。 關鍵詞：注射模；NX UG；成型機的選擇；微型電視機后蓋 I II Abstract This paper has elaborated the injection mould parametric design of the Round Box, and mentioned the general steABS of injection mould design. During plastic part analysis and structure analysis, MPA is used to simulate the filling process, analysis the parameters’ change during molding and forecast the filling quality. How to choose machine and check the main parameters is involved in this paper. During the structure design of the mold, the principle of each part is been listed out and analysised combining this title. The issue of designing parting plane, there list three programs and choose the best one at last. The determination of side core’s parameters is referenced to the method of oblique guide. The design points of the side core is listed out. The temperature adjusting system’s design and analysis is the focus in this paper. Here elaborated the importance of the temperature adjusting system, and detailed calculated the heat that enter and out the mold, then determined the parameters of cooling system. After the design of structure, this paper simply explains the assemble order, analyses the course of mold opening and closing. It analyses the problem that would appear during testing the mold and gives some blue print to solve those problem. NX UG is being used to built of three-dimensional model. It makes the design a easy work, and some problems like intervene has been found out in time. Keywords: Injection Molding；NX UG； Plastic Molding Analysis；Round Box III 目 錄 摘 要 I ABStract II 1 緒 論 1 1.1 注射成型模具的地位及發(fā)展趨勢 1 1.1.1 注塑成型模具的地位 1 1.1.2 注塑成型模具的發(fā)展趨勢 1 1.2 畢業(yè)設計選題的背景、設計方法、目的和意義 2 1.2.1 設計選題的背景和設計方法 2 1.2.2 設計的目的和意義 2 2 塑件工藝性及成型工藝條件 3 2.1 微型電視機后蓋制品圖 3 2.3數(shù)值模擬分析前處理........................................................................................................4 2.3.1 塑件模型導入..........................................................................................................4 2.3.2 塑件模型網(wǎng)格劃分........................................................................................... .... .4 2.3.3 塑件模型網(wǎng)格缺陷修改........................................................................................ .5 2.4 數(shù)值模擬分析............................................................................................................... . .6 2.4.1 澆口位置分析....................................................................................................... . 7 2.4.2 澆口的確定……………………………………………………………………... . 9 2.2 塑件結構工藝性分析 3 2.3 塑件成型工藝條件分析 4 3.1 成型設備的選擇 9 3.2 注射機基本參數(shù)的校核 9 3.2.1 注射量的校核 9 3.2.2 鎖模力的校核 10 3.2.3 最大注射壓力的校核 10 3.2.4 注射機安裝模具部分的尺寸校核 10 3.2.5 開模行程的校核 11 4.1 型腔數(shù)目的確定和排列方式 12 4.2 分型面的選擇 12 4.3 澆注系統(tǒng)的設計 14 4.3.1 主流道的設計 14 4.3.2 澆口的設計 15 4.4 成型零部件的設計 16 4.4.1 成型零部件工作尺寸的計算 16 4.4.2 成型型腔壁厚的計算 19 4.5 脫模機構 20 4.5.1 脫模力的計算 20 4.5.2 推出零件尺寸的確定 21 4.7 調(diào)溫系統(tǒng) 25 4.7.1 調(diào)溫系統(tǒng)的重要性 25 4.7.2 調(diào)溫系統(tǒng)設計 25 4.7.2.2 通過自然冷卻所散發(fā)的熱量 25 4.8 導向機構 32 4.8.1 成型部分的導向 33 4.8.2 推出機構的導向 33 4.9 排氣系統(tǒng) 34 5.1 模具的安裝 35 5.1.1 模具總裝圖 35 5.1.2 模具的裝配 36 5.2 模具的開合動作分析 39 5.3 試模 40 5.3.1 試模時可能出現(xiàn)的問題和解決辦法 40 5.3.1 試模時應注意的事項 41 結 論 52 致 謝 53 參考文獻 54 附 錄 1 公式出處對照表 55 43 1 緒 論 1.1 注射成型模具的地位及發(fā)展趨勢 塑料是當今極具活力的一門產(chǎn)業(yè)。塑料是現(xiàn)代主要的工業(yè)結構材料之一，廣泛應用于汽車、宇航、電子通信、儀器儀表、文體用品、化工、紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、建筑五金等各個領域。至2004年，我國塑料制件的年產(chǎn)量已突破2500[1]萬噸。展望21世紀，高分子合成材料將進入質(zhì)的飛躍發(fā)展時期。 1.1.1 注塑成型模具的地位 從2003年我國模具進口的海關統(tǒng)計資料可知，塑料模具占了模具進口量的57%，而注射成型模具在整個塑料模具中占據(jù)了很大的比例。注射成型模具設計得好壞，決定著注塑成型制件的質(zhì)量優(yōu)劣及成品率高低，也就是說，是否能加工出優(yōu)質(zhì)價廉的塑料制件，在很大程度上要靠注塑成型模具設計的合理性和先進性來保證。 現(xiàn)代塑料制件的生產(chǎn)中，合理的注塑成型工藝、先進的注塑成型模具及高精度、高效率的注塑設備是當代塑料成型加工中必不可少的三個重要因素。尤其是注塑模具對完成塑料加工工藝要求、塑料制件使用要求和造型設計起著重要作用。高效的、全自動的設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其效能，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具制造和創(chuàng)新為前提的。 我國注塑模具產(chǎn)品水平自2004年以來也取得了長足的進步。在大型注塑模具方面，可以生產(chǎn)1219mm電視機的塑料外殼模具、6.5kg大容量洗衣機洗衣桶的模具以及汽車保險杠、整體儀表板等塑料模具；在精密注塑模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料模具、多型腔中模數(shù)齒輪模具等。這也顯示了目前我國注塑模技術已達到了較高水平，并在國民經(jīng)濟中將發(fā)揮越來越重要的作用。 現(xiàn)在考察某個國家的科學與生產(chǎn)技術水平，塑料的生產(chǎn)與應用情況是重要標志之一。塑料的加工與應用和塑料工業(yè)發(fā)展的快慢，對國家科技與生產(chǎn)，以及國民經(jīng)濟的發(fā)展的巨大影響是不言而喻的。隨著現(xiàn)代化技術的迅速發(fā)展，人們生存在“塑料世界”[1] 洪慎章．實用注塑成型及模具設計［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，注塑模在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中將處于十分重要的地位。 1.1.2 注塑成型模具的發(fā)展趨勢 我國塑料模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比存在很大的差距。但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之相配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和改革開放方針引導下，我國注塑模得到迅速發(fā)展，高效率、自動化、大型、微型、精密、無流道、氣體輔助、高壽命模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比例越來越大?？傮w上來看注塑模具發(fā)展趨勢，注塑成型模具正加深理論研究，加速推進標準化進程，擴大研究各種特殊結構注塑模具，全面推廣CAD/CAE/CAM，進一步加強快速原型制造技術。 1.2 畢業(yè)設計選題的背景、設計方法、目的和意義 1.2.1 設計選題的背景和設計方法 本次設計的微型電視機后蓋是一商品，在醫(yī)學和生活中它有很多的應用。由于它的生產(chǎn)批量大，精度要求高，且材料為塑料ABS，適合在塑料模具行業(yè)進行生產(chǎn)。本設計中使用注射模具來生產(chǎn)該產(chǎn)品，其原理是將粒狀塑料連續(xù)輸入到成型機的料筒中加熱熔融，然后由注射桿推進，由噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)導入模具中，然后保壓冷卻，使之固化成型。為了合理而快速的設計出模具，采用參數(shù)化設計，保證模具的各種數(shù)據(jù)上有緊密的量的聯(lián)系。整個設計過程包括工藝條件的分析、最佳方案的確定、模具結構設計、模具二維和三維圖的繪制。使用MPA分析制件的成型工藝，使用NX UG進行三維建模并進行參數(shù)化分析，通過CAD繪制各種零件圖，最后整理設計說明書，完成整個設計。 1.2.2 設計的目的和意義 通過這次畢業(yè)設計，預期達到以下目的： 1）加深對塑料的組成及性能的了解。 2）了解塑料成型的基本原理，學會正確分析成型工藝對模具的要求。 3）掌握一類成型模具的結構特點及設計方法。 4）具有初步分析、解決模具現(xiàn)場技術問題的能力。 注塑成型是一門實踐性很強的學問，若想對它融會貫通，還需要長期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。在畢業(yè)設計中，需要對大學四年以來學過的知識進行綜合應用，即可以加深對已學知識的理解，又可以從中發(fā)現(xiàn)不足同時，也可以加強創(chuàng)新以及動手能力的培養(yǎng)，加強獨立分析和解決問題的能力，因此，本次微型電視機后蓋的設計有非常重要的現(xiàn)實意義。 2 塑件工藝性及成型工藝條件 2.1 微型電視機后蓋制品圖 圖2.1.1 微型電視機后蓋制品圖 2.2 塑件結構工藝性分析 了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，包括結構分析、尺寸精度和表面質(zhì)量等。例如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結構、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進行分析，看看估計成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。 本塑件為圓形桶狀薄壁商品，壁厚均勻，有利于各部分同時冷卻，減緩內(nèi)應力。將零件開口朝上放置，其底部有一個圓形凸起，上部有一個凸臺，并開有小窗，需要采用側抽芯結構，桶比較深，要求較大的開模行程，但有足夠的斜度，可以順利脫模，經(jīng)模流分析，氣孔和熔結痕較少，且不在關鍵部位，充型質(zhì)量很高，可以保證表面質(zhì)量，塑件體積為2.5cm3。塑件不允許有裂紋、變形缺陷，精度等級為高精度。綜上，可以成型合格的塑料制件來。 2.3 數(shù)值模擬分析前處理 2.3.1 塑件模型導入 把塑件模型在Proe中的prt格式轉換為stl格式，本制件有小圓角，網(wǎng)格劃分是會出現(xiàn)很大的縱橫比，從而使網(wǎng)格修復工作量增大。所以在轉換為stl格式之前把小圓角去掉，這樣對分析結果影響不大。導入Moldflow軟件中，選擇網(wǎng)格劃分（Fusion）和產(chǎn)品設計尺寸單位（Millimeters），如圖3所示。 圖3.模型導入對話框 2.3.2 塑件模型網(wǎng)格劃分 被分析模型的網(wǎng)格劃分和修改是MPI分析前處理中最為重要，同時也是最為復雜、煩瑣的環(huán)節(jié)，需耐心仔細地進行處理。網(wǎng)格劃分的是否合理，將直接影響到產(chǎn)品的最終分析結果。 網(wǎng)格越小分析精度會越高，然而修改的復雜程度和系統(tǒng)的計算量都將大大提高。網(wǎng)格的邊長一般是產(chǎn)品最小壁厚的1.5～2倍，這樣能夠基本保證分析的精度。根據(jù)塑件壁厚取網(wǎng)格大小為2mm，如圖3所示。接著系統(tǒng)會根據(jù)設置自動完成網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分結果如圖4所示。 圖4 生成網(wǎng)格 圖5 網(wǎng)格劃分 2.3.3 塑件模型網(wǎng)格缺陷修改 在MPI中，系統(tǒng)自動生成的網(wǎng)格可能存在著或多或少的缺陷，網(wǎng)格缺陷不僅可能對計算結果的正確性和準確性產(chǎn)生影響，而且在一些網(wǎng)格缺陷比較嚴重的情況下，會導致計算結果根本無法進行。所以，就要對網(wǎng)格缺陷進行修改。 在網(wǎng)格修改之前，首先要對網(wǎng)格狀態(tài)進行統(tǒng)計，在根據(jù)統(tǒng)計結果對現(xiàn)有網(wǎng)格缺陷進行修改。對于Fusion模型，網(wǎng)格信息必須滿足以下原則【7】： 6. 聯(lián)通域的個數(shù)應該為1； 6. 自由邊和非交疊邊個數(shù)應該為0； 6. 未定向的單元應該為0； 6. 交叉單元格式應該為0； 6. 完全重疊單元個數(shù)應該為0； 6. 單元縱橫比最大數(shù)值控制在10-25之間； ⑦　網(wǎng)格匹配率應大于85% 通過網(wǎng)格統(tǒng)計狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)除最大縱橫比較大外其他各原則都滿足。一般情況下，要求三角形單元的縱橫比要小于6，這樣才能保證分析結果的精確性。但是有些情況下不不能滿足所有的網(wǎng)格單元的縱橫比都達到這個要求，因子要在保證網(wǎng)格平均縱橫比小于6的前提下，盡量降低網(wǎng)格的最大縱橫比。通過網(wǎng)格診斷工具的網(wǎng)格縱橫比工具對縱橫比進行修復，修復完后再進行網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計 通過自動修復最大縱橫比還是沒有滿足要求，因此還需對網(wǎng)格進行修復。具體如下：網(wǎng)格診斷——在最小中輸入20（并點擊把結果放入診斷層）——顯示——點New Trianges——網(wǎng)格——網(wǎng)格工具——合并節(jié)點。合并完節(jié)點后在進行網(wǎng)格統(tǒng)計。 2.4 數(shù)值模擬分析 2.4.1 澆口位置分析 澆口是連接分流道和型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），是塑料熔體進入型腔的入口。除直接澆口外，他是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部分，但卻是最關鍵的部分，澆口的位置、形狀、尺寸、數(shù)量，直接影響到產(chǎn)品的尺寸精度、外觀、內(nèi)在和外在性能和成型效率。在設計產(chǎn)品澆口位置時候，應該遵循以下原則： 1） 澆口相對居中，保證型腔內(nèi)均衡的流動長度； 2） 澆口位置對稱，避免翹曲現(xiàn)象； 3） 澆口盡量設置在產(chǎn)品厚壁的位置； 4） 對于細長形的產(chǎn)品，澆口位置在產(chǎn)品的端部； 5） 避免將澆口設置在產(chǎn)品的承重部位； 6） 將澆口設置在非外觀面； 7） 澆口的位置要利于排氣； 8） 設置澆口位置要考慮熔接痕的情況； 在模具設計中，澆口位置設計較困難。Moldflow軟件中MPI/Gate Location－澆口位置分析模塊可以自動分析出最佳澆口位置。如果模型需要設置多個澆口時，可以對模型進行多次澆口位置分析。當模型已經(jīng)存在一個或多個澆口時，可以進行澆口位置分析，系統(tǒng)會自動分析出附加澆口的最佳位置。 步驟：選擇分析序列\(zhòng)Gate Location---選擇材料\CMOLD Generic Estimates公司的ABS---成型條件設置為默認---立即分析 最佳澆口位置分析結果以圖象的形式給出最佳澆口位置所在的區(qū)域，如圖6所示。 圖6澆口位置 結果顯示中，藍色的區(qū)域為最佳澆口位置區(qū)域，澆口設在該區(qū)域可保證注塑過程的熔體平衡性。 2.4.2 澆口位置確定 由上圖可知藍色區(qū)域為最佳澆口位置，但這只是個參考，在實際中考慮到模具結構與制造，若選擇如圖所示的藍色區(qū)域會給模具制造帶來較大的困難。同時考慮到澆口類型選用時采用潛伏式澆口，澆口像隧道一樣潛入到分型面的上面的定模板上，使融體沿斜面注入型腔。澆口在模具開模時自動切斷，不需進行澆口處理。因此在本次課題設計時把澆口位置放在如圖6所示的A位置。 接著進行填充分析，然后根據(jù)，分析結果判斷制件的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對制件的完全填充，避免出現(xiàn)短射以及流動不平衡等成型問題，確定澆口位置設定是否合理，為后序分析做準備。 使用系統(tǒng)缺省的成型條件，然后選定分析序列為Fill，立即分析，如下圖7所示。 圖7 充填時間 從上圖可以看出制件在4.029s的時間內(nèi)完成熔體的充填。通過充填動態(tài)顯示，可以清晰地看到熔體在型腔內(nèi)的流動無充不滿現(xiàn)象。 如下圖8所示，圖中黑色線條代表熔接痕。從結果可以看出熔接痕主要分塑件的內(nèi)表面。在注塑過程中, 要完全消除熔接痕幾乎不可能, 但可以通過各種措施, 將其對注塑件外觀和性能的影響降至最低。通過以下幾點可以降低熔接痕的損害[9]：　 1) 在分解溫度以下合理提高熔體與模具溫度,但增加熔體溫度與模具溫度會引起成型周期延長； 2)適當提高注射壓力和保壓壓力； 3) 適當增加充模速度或減小注射時間； 4) 對于有些制品, 成型后進行適當?shù)臒崽幚? 可以消除成型過程中的殘留應力, 也有利于改善熔接痕的外觀質(zhì)量與強度。 圖8 熔接痕 如圖9所示，氣穴位置多數(shù)分布在產(chǎn)品的底部邊緣和塑件的頂部，底部邊緣在模具設計中處在分型面位置；而塑件的頂部剛好用型芯鑲件成型可以通過間隙來排氣，因此氣體很容易排出，不會影響到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。 圖9 氣穴位置 通過以上分析表明此澆口位置設定可行。 2.3 塑件成型工藝條件分析 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合理學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。 ABS無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02--1.05。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎沒有影響， ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化學藥品的侵蝕時會引起應力開裂， ABS有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，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ABS易變硬發(fā)脆。 ABS的性能指標： 密度 1.02——1.05（），收縮率 ，熔點，彎曲強度80Mpa，拉伸強度3549Mpa，拉伸彈性模量1.8Gpa，彎曲彈性模量1.4Gpa，壓縮強度1839Mpa，缺口沖擊強度1120，硬度6286HRR，體積電阻系數(shù)，收縮率 范圍內(nèi)。ABS的熱變形溫度為93118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100℃的溫度范圍內(nèi)使用。 2．2 塑件材料成型性能 ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應進行干燥處理；ABS在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用側澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在6080。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。。 ，一般為1.8~2.5%。并且收縮率的方向均勻性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加劑可以使收縮率降到0.7%。?均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。? ????注塑模工藝條件? ????干燥處理：如果儲存適當則不需要干燥處理。? ????熔化溫度：220~275C，注意不要超過275C。?模具溫度：40~80C，建議使用50C。結晶程度主要由模具溫度決定。?注射壓力：可大到1800bar。? ????注射速度：通常，使用高速注塑可以使內(nèi)部壓力減小到最小。如果制品表面出現(xiàn)了缺陷，那么應使用較高溫度下的低速注塑。?流道和澆口:對于冷流道，典型的流道直徑范圍是4~7mm。建議使用通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。對于邊緣澆口，最小的澆口深度應為壁厚的一半；最小的澆口寬度應至少為壁厚的兩倍。PP材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)。 ????典型用途 ????ABS在機械工業(yè)上用來制造復印機、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導管等，還可用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制造水表殼，紡織器材，電子電器外殼，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。?? 3成型設備 3.1 成型設備的選擇 選注射機考慮注塑容量、最大成型面積、閉合高度、模具體的截面尺寸、模具的頂出、定位環(huán)、澆品套以及成型工藝，現(xiàn)初步確定注塑型號為XS-ZY-360X2A，根據(jù)型腔尺寸選定模架型號為A2-3335-A80-B90-C90 GB/T12556-1990， 表3.1.1 注射機基本參數(shù) HTF海天注塑機技術參數(shù) 型號 參數(shù) 單位 360×2A　 螺桿直徑 mm 65 理論注射容量 cm3 1068 注射重量PS g 972 注射壓力 Mpa 208 注射行程 mm 322 螺桿轉速 r/min 0~180 料筒加熱功率 KW 19.65 鎖模力 KN 3600 拉桿內(nèi)間距(水平×垂直) mm 710×710 允許最大模具厚度 mm 710 允許最小模具厚度 mm 250 移模行程 mm 660 移模開距(最大) mm 1370 液壓頂出行程 mm 160 液壓頂出力 KN 110 液壓頂出桿數(shù)量 ABS 13 油泵電動機功率 KW 37 油箱容積 l 922 機器尺寸(長×寬×高) m 7.6×2.1×2.5 3.2 注射機基本參數(shù)的校核 3.2.1 注射量的校核 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的80%，按體積表示法，必須 （3.1） 式中——單個塑件容量，用NX.UG測得38.52； ——澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料容量，2.5； ——型腔數(shù)目，在型腔的數(shù)目和排列方式中確定為1； ——注射機額定注射量，1068。 則，故注射量符合要求。 3.2.2 鎖模力的校核 為防止模具分型面被脹模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。本設計中必須 （3.2） 式中——注射機額定鎖模力（N）； ——塑料熔體在型腔內(nèi)的平均壓力，根據(jù)文獻[4]第138頁表4-1，取25； ——制品在分型面上的垂直投影面積，經(jīng)計算得2276.4。 則，故鎖模力符合要求。 3.2.3 最大注射壓力的校核 本設計中成型時的注射壓力為60～100MPa，注射機額定注射壓力為208MPa，故注射壓力符合成型要求。 3.2.4 注射機安裝模具部分的尺寸校核 定位環(huán)尺寸：定位環(huán)必須與定位孔呈間隙配合，便于模具安裝并使注流道中心線與注射機噴嘴中心線重合，定位環(huán)的高度小型模具取8～10mm，大型模具取10～15mm，定位孔深度應大于定位環(huán)的高度。 模具厚度：確定型腔尺寸后選定標準模架，查資料6得模架的閉合厚度為330mm，在注射機允許的最大710mm、最小閉合厚度250mm之間。 模具的長度與寬度：查資料6得模板長度為650mm，寬度為550mm，故可以安裝在注射機上。 3.2.5 開模行程的校核 開模行程應小于或等于注射機的模板行程，按下式校核 （3.3） 式中——注射機最大開模行程，660； ——模具所需開模距離，； ——塑件脫模距離，40； ——包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度，95。 可見，開模行程滿足設計要求。 4模具的結構設計 4.1 型腔數(shù)目的確定和排列方式 確定型腔的數(shù)目有四種方法：按注射機的最大注射量、注射機的額定鎖模力、制品的精度要求以及加工的經(jīng)濟性。 現(xiàn)在根據(jù)注射機的最大注射量來確定型腔數(shù)目n （4.1） 式中 ——注射機最大注射量，cm3 ——澆注系統(tǒng)凝料量，cm3 ——單個塑件的體積，cm3 查表2.1.1，=124cm3，設定=2.5cm3 上面已算出=5 cm3 則：=1.48（個） 所以，取n=2，即采用一模二腔形式。 若為多型腔模具，則應使各型腔的排列盡量緊湊和對稱，且盡量使用平衡進料方式。 本模具為一模二腔，布置在上下既可。 4.2 分型面的選擇 模具上用于取出塑件和（或）澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸面通稱為分型面。 通常按分型面的形狀，將分型面分為平面型、曲面型和階梯形三種。常把動定模分開的面稱為主分型面。選擇分型面的基本原則：①便于脫模和簡化模具結構；②不影響外觀；③保證尺寸精度；④有利于排氣；⑤便于模具零件加工；⑥考慮注射機的技術規(guī)格；⑦側向分型應與主分型面協(xié)調(diào)。 本設計中分型面可以有以下幾種方案： 方案一： 如圖4.2.1，分形面選在凸臺的下沿。經(jīng)模流分析，產(chǎn)生的氣孔和熔結痕主要集中在圖4.2.1所示A-A面上，且該面為料流未端，利于利用分型面排氣，且比較容易達到表面質(zhì)量，但是增加了側型芯的制造難度。 圖4.2.1 方案一分型面示意圖 綜上，全面考慮到制品的成型質(zhì)量和模具的制造工藝性，選擇方案一為本設計最終的設計方案。 4.3 澆注系統(tǒng)的設計 普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料穴四部分組成，其作用是使熔體順利而平衡的充模、壓實和保壓。 4.3.1 主流道的設計 主流道與熔體接觸，應選用較好的材料制造，還要進行淬火處理，以提高硬度，常設計成澆口套，便于更換。為保證澆口套不被沖出定模，加定位環(huán)固定，同時也能讓澆口套與噴嘴對中定位。 ①主流道設計成錐形，ABS流動性好，可取較小的錐角，本設計中取=2?。 內(nèi)壁表面粗糙度Ra=0.63。 ②主流道半球形=+（1~2）mm，本設計=18mm，=18+1=19mm。 小端直徑=+(0.5~1)mm，=7.5mm, =7.5+0.5=8mm,取0.5是為了獲得更小的截面積，從而有更大的充型速度，并且減小溫降和壓力降。 凹坑深度取h=4mm. ③大端過渡圓角半徑取r=2mm ④主流道長度根據(jù)模板厚度確定，暫取L=55mm 襯套和定模采用配合H7/m6,熱處理后硬度為55~60HRC。 ⑤定位環(huán)與注射機定位孔采用H11/h11配合。 圖4.3.1 澆口套結構示意圖 圖4.3.2 澆口套安裝形式示意圖 4.3.2 澆口的設計 本模具為單腔深腔模具，可以采用直接澆口。該澆口流通途徑短，壓力、能量損失小，易于加工，補縮作用強，有利于充型。為防止冷料進入型腔，在澆口內(nèi)側開0.5倍壁厚的不明顯的冷料穴，主流道長度就盡量短，澆口直徑應盡量小，一般D≤2t。 4.4 成型零部件的設計 4.4.1 成型零部件工作尺寸的計算 （1）主型芯參數(shù)的確定 ①主型芯徑向尺寸 主型芯徑向尺寸按以下公式計算： (4.2) 式中——型芯基本尺寸； ——塑件內(nèi)形基本尺寸； ——塑料平均收縮率，0.5%； ——修正系數(shù)，取； ——塑件尺寸公差； ——型芯制造公差，取。 ② 主型芯的軸向尺寸 主型芯軸各尺寸按以下公式計算： (4.3) 式中——型芯基本尺寸； ——塑件內(nèi)形基本尺寸； ——塑料平均收縮率，1.8%； ——修正系數(shù), ； ——塑件尺寸公差； ——型芯制造公差，取。 圖 4.4.1 型芯示意圖 （1）型腔參數(shù)的確定 計算尺寸示意如圖4.4.2所示： 圖 4.4.2 型腔示意圖 4.5 脫模機構 脫模機構設計原則：①保證塑件不因頂出而變形損壞及影響外觀；②盡量將塑件留在動模；③推出機構運動要準確、靈活、可靠，無卡死現(xiàn)象，機構本身應有足夠的剛度、強度和耐磨性。 因試管架型較淺，ABS質(zhì)硬，且一模一腔，為不使塑件變形，可利用成型零件推出。 4.5.1 脫模力的計算 本試管架為薄壁制件（t/d=2/116=0.017<0.05）,所需脫模力按以下公式計算： （4.8） 式中——圓環(huán)形制品的壁厚，2mm； ——塑料的彈性模量，3000； ——塑料平均成型收縮率,1.8%； ——制件對型芯的包容長度，21； ——模具型芯的脫模斜度，1o； ——塑料的泊松比，0.32； ——無量綱系數(shù)，隨和而異，取1.0084； ——制件與型芯間的磨擦系數(shù)，0.12； ——盲孔制品型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，7076.63。 =2074.48 4.5.2 推出零件尺寸的確定 本設計使用成型零部件脫模，只需計算推桿即連接桿的尺寸。根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，可得推桿直徑（）的公式 （4.9） 式中——推桿的最小直徑，； ——安全系數(shù)，可??； ——推桿的長度，244， ——脫模力，456312.32； ——推桿數(shù)目，1； ——鋼材的彈性模量，3000； =21.37,取25； 推桿直徑確定后，按以下公式進行強度校核 (4.10) 式中——推桿材料的許用應力，200； ——推桿所受的應力，； 其它符號同前。 =4.23<200，符合受力要求。 推出機構形式如圖4.5.1所示： 圖 4.5.1 推出機構示意圖 4.7 調(diào)溫系統(tǒng) 4.7.1 調(diào)溫系統(tǒng)的重要性 模具溫度對塑料制件的質(zhì)量及生產(chǎn)效率有極大的影響： （1） 改善成形性 （2） 成型收縮率 （3） 塑件變形 （4） 尺寸穩(wěn)定性 （5） 力學性能 （6） 外觀質(zhì)量 4.7.2 調(diào)溫系統(tǒng)設計 4.7.2.1 單位時間型腔內(nèi)的總熱量Q（kJ/h） （4.12） 式中——每小時注射次數(shù)； ——每次塑料的注射量，kg； ——單位熱流量，。 本設計中成型周期為20s，=3600/20=180次； 每次塑料的注射量包括塑件的質(zhì)量和澆注系統(tǒng)的質(zhì)量，本設計中塑件的質(zhì)量為113.3g，設澆注系統(tǒng)質(zhì)量為10g，則=123.3g=0.1233kg。 查文獻[1]第222頁圖10-2，取=160.8 ==3568.7952 4.7.2.2 通過自然冷卻所散發(fā)的熱量 、、 ① 由對流所散發(fā)的熱量Qd（kJ/h） (4.13) 式中——模具平均溫度，本設計中為30； ——室溫，一般取20； ——模具表面積，； (4.14) 式中——模具的四個側表面積，即=526820=0.52682； ——模具的兩個分型面表面積，為模板面積與塑件側面積之和的兩倍，即=332050=0.33205； ——開模率； (4.15) 式中——注射成型周期，20s； ——注射時間，2s； ——制品冷卻時間，9.3s。 故 =0.435，=0.671, =81.16 ② 由幅射所散發(fā)的熱量（） (4.16) 式中——模具的四個側表面積，0.52682； ——輻射率，本設計取0.80；（資料1P223） ——模具平均溫度，本設計中為30； ——室溫，一般取20； =92.82 ③ 向注射機工作臺所傳遞的熱量（） (4.17) 式中——模具與工作臺接觸面積，=284000=0.284； ——傳熱系數(shù)，普通鋼取=502 =1425.68 ④ 脫模后塑件帶走的熱量（） 式中——每小時注射次數(shù)，180次； ——每次塑料的注射量，0.1233； ——單位熱流量，30時取20。 =443.88 4.7.2.3 由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量 （） == 1525.2552 應分別由凹模和型芯的冷卻回路帶走，采用資料1式（10-41）的分配方案， =610.10 =915.18 4.7.2.4 計算冷卻回路有關參數(shù) 4.7.2.4.1 凹模所需冷卻水管參數(shù) (4.18) 式中——冷卻水入口溫度，設定20； ——冷卻水出口溫度，本設計要求精度較高，設定出口溫度為21（精度為3級時進出口溫差應小于2）； ——冷卻水平均溫度時水的密度，998.2； ——冷卻水平均溫度時水的比熱容，4.187； ——所需冷卻水的體積流量， = 2.43 則冷卻水的平均流速 ==1.61 將冷卻管道設計成螺旋形半圓水道，直徑設為0.08，則冷卻水流速應是計算的一倍，即3.22。 凹模冷卻水道長度: 模具熱阻按以下公式計算 (4.19) 式中——模具的熱傳導阻力，表現(xiàn)為溫差，； ——進入模具的熔體的總熱含量，922.1W； ——水孔中心至型腔的距離，取12； ——型腔表面積，122783； ——模具材料的傳熱系數(shù)，查資料2P215表5-55，一般鋼材??； =K 可見，冷卻水管壁與型腔壁溫差幾乎為零，即整個型腔溫度可視為相等。 則型腔散熱面積 (4.20) 式中——型腔的散熱面積，； ——冷卻水平均溫度，20.5； =0.0037，制件與型腔的接觸面積為0.047，與計算的散熱面積比較接近。 則型芯冷卻水管長度 ==179.96 凹模冷卻水道參數(shù)校核 冷卻水流動狀態(tài)的校核 校核公式為 (4.21) 式中——水的運動黏度，查資料1P229圖10-8，取= 則 故水的流動屬于穩(wěn)定湍流，有良好的冷卻效果。 冷卻回路壓降計算 (4.22) 式中——水在時的密度，993.2； ——冷卻回路因孔行變化或改變方向引起的局部阻力的當量長度，型腔中有一次90o轉彎，得===0.24 =671.6Pa 該壓力遠小于一般自來水的壓力，故該方案可靠。 4.7.3.4.2 型芯所需冷卻水管參數(shù) 式中——冷卻水入口溫度，設定20； ——冷卻水出口溫度，本設計要求精度較高，設定出口溫度為21； ——冷卻水平均溫度時水的密度，998.2； ——冷卻水平均溫度時水的比熱容，4.187； ——所需冷卻水的體積流量， = 3.65 將冷卻管道設計成螺旋形半圓水道，直徑設為0.008，則冷卻水的平均流速 ==2.42 半圓形水道流速應為4.82。 型芯冷卻水道長度: 與型腔設計時同理，整個型芯溫度可視為相等。 則型腔散熱面積 式中——型芯的散熱面積，； ——冷卻水平均溫度，20.5； =0.0055 制件與型芯的接觸面積為0.048，與計算的散熱面積比較接近。 則型芯冷卻水管長度 ==267.51 型芯冷卻水道參數(shù)校核 冷卻水流動狀態(tài)的校核 校核公式為 式中——水的運動黏度，查資料1P229圖10-8，取= 則 故水的流動屬于穩(wěn)定湍流，有良好的冷卻效果。 冷卻回路壓降計算 式中——水在時的密度，993.2； ——冷卻回路因孔行變化或改變方向引起的局部阻力的當量長度，型腔中有一次90o轉彎，得===0.24 =1220.74Pa 該壓力遠小于一般自來水的壓力，故該方案可靠。 圖 4.7.2 型芯冷卻回路三維圖 4.8 導向機構 導向機構主要用于保證動模和定模兩大部分或模內(nèi)其他零部件之間的準確對合，起定位和導向作用。主要有導柱導向和錐面導向兩種形式，其設計基本要求是導向精確，定位準確，并具有足夠的剛度、強度和耐磨性。 4.8.1 成型部分的導向 本設計中塑件的尺寸較大，成型壓力會使型芯和型腔偏移，且型腔較深，精度要求較高，故采用錐面定位。此種設計還可以提高模具的剛性。 具體結構見圖4.8.1，其中錐角取22o，高度大于15mm,兩錐面均進行淬火處理。 4.8.2 推出機構的導向 為保證連接桿的準確推出與復位，同時也為了使復位桿的運動不至于偏離預定路徑，本設計中采用了四根導柱來保證推出機構的運動精確，其安裝形式如圖4.8.2所示。 圖4.8.2 推出機構導向示意圖 1.動模墊板 2.推桿固定板 3.推板 4.動模座板 5.導柱 6.導套 4.9 排氣系統(tǒng) 型腔得澆注系統(tǒng)產(chǎn)生的氣泡常分布在與澆口對應的位置；熔體中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的氣泡呈不規(guī)則分布；熔體分解產(chǎn)生的氣泡主要分布在厚壁部分?？蓳?jù)此判斷氣泡來源。 排氣方式很多： ① 利用分型面排氣； ② 利用型芯與模板的配合間隙排氣； ③ 利用推桿或側型芯的間隙排氣； ④ 開設排氣槽。 經(jīng)模流分析，本塑件中氣泡主要產(chǎn)生有分型面上，如圖2.3.7，故可利用分型面排氣，若還不足，則加大側型芯運動間隙來排氣。 5模具的安裝及調(diào)試 5.1 模具的安裝 5.1.1 模具總裝圖 圖5.1.1 模具裝配圖主視圖 圖5.1.2 模具裝配圖俯視圖 1. 定模板2. 定模座板3. 型芯4. 定位環(huán)5. 推件型芯6. 主流道襯套7. 圓柱銷8. 型腔9. 密封圈10. 圓柱銷11. 襯套12. 冷卻水套13. 彎銷14. 內(nèi)六角圓柱頭螺釘M3x2015. 圓柱銷 16. 滑塊17. 動模板18. 銷形定位裝置19. 動模墊板20. 彈簧21. 導套22. 動模座板23. 限位釘24. 推板25. 推桿固定板26. 連接桿釘27. 墊塊28. 內(nèi)六角圓柱頭螺29. 復位桿30. 內(nèi)六角圓柱頭螺釘M5x25 31. 水嘴32. 導軌壓塊33. 導柱34. 內(nèi)六角圓柱頭螺釘M10x30 35.內(nèi)六角圓柱頭螺釘M16x60 5.1.2 模具的裝配 1）按圖紙要求檢驗各裝配零件。 2）加工定模板1的外形 以定模板1的一大面為基準，用插床精加工四周（四邊保持垂直度）。 3）鏜線切割用穿線孔 按精插后的外形，求得型腔的實際中心尺寸L和L1（如圖5.1.3），鉗工畫線，銑制平臺尺寸φ10mm（鏜孔用），鏜制穿線孔φ10mm。 圖5.1.3 鏜穿線孔中心示意圖 4）以穿線孔φ10mm為基準，線切割型腔安裝孔φ134mm。加工臺肩尺寸φ146mm，深5mm。 5）在型腔上裝上密封圈9，并將型腔8壓入定模板。型腔壓入模板一小部分時，用百分表校正其位置，當調(diào)整位置正確后，再將型腔全部壓入模板。 6）在定模板1和型腔8上加工限位釘孔并壓入圓柱銷10。 7）將主流道襯套6壓入型腔8。 8）在動模座板1上加工出定位環(huán)孔以及主流道襯套孔。 9）將定位環(huán)4與定模座板2用平行夾頭夾緊，加工螺釘孔。然后分別在定位環(huán)4上加工沉孔、在定模座板2上加工螺紋。 10）將定模座板2與定模板1用平行夾頭夾緊，加工M16螺紋孔，之后分別在定模板1上加工螺紋、在定模座板2上加工沉孔。 11）將定模板1、定模座板2、定位環(huán)4用螺釘緊固。 12）同步驟2）、3），在動模板1上找出實際中心位置，并線切割出型芯安裝孔φ134mm與臺肩φ146mm。 13）在冷卻水套上裝入密封圈。 14）同步驟5），裝入型芯3、冷卻水套12。 15）配鉆出型芯3與動模板17、型芯3與冷卻水套12的防轉銷孔并壓入防轉銷。 16）將動模板17與4個導軌壓塊用平行夾頭夾緊并在相應位置鉆出螺紋孔，之后分別加工出沉孔與螺紋。 17）將推桿固定板25、動模墊板19、動模板17，用平行夾頭夾緊，并加工出φ10mm復位桿孔，之后加工φ11mm深87孔，如圖4.1.4所示。 圖5.1.4 復位桿孔加工示意圖 1．推桿固定板 2.動模墊板 3.動模板 18）將動模墊板19、推桿固定板25、推板24、動模座板22用平行夾頭壓緊，加工出導柱孔φ20mm。拆下動模墊板，加工導柱孔臺肩φ27mm。 19）將動模墊板19與推桿固定板25用平行夾頭夾緊后，加工出連接桿孔φ25mm，拆下推桿固定板并在其上加出連接桿臺肩φ37mm。 20）在推板24與推板固定板25上配鉆出相應的螺紋孔。 21）將動模座板19、墊塊27、動模墊板19、動模板17用平行夾頭夾緊，加工出螺紋孔φ16mm，拆下后分別在動模座板上加工螺孔臺肩、在動模板上加工螺紋。 22）將導柱33壓入動模墊板19。 23）將復位桿29裝入推桿固定板25并套上彈簧20。 24）將襯套11壓入冷卻水套12，然后將連接桿26通過推桿固定板25和動模墊板16插入襯套21，將連接桿26與推件型芯5用圓柱銷7連接。 25）在動模板17中加入定位裝置18并與動模墊板19合攏，調(diào)整復位桿的位置。 26）在推板中壓入導套，并用螺釘將其與推桿固定板緊固，注意調(diào)整各零件的位置。 27）在動模座板22上裝入限位釘23。 28）將動模座板22、墊塊27、動模墊板19、動模板17用螺釘28固定。 29）將滑塊16放在動模板17上，用導軌壓塊32壓緊并用螺釘固定，注意滑塊的運動靈活。 30）將彎銷13插入滑塊，將動模和定模緩慢靠攏，到動定模完好合攏時，將彎銷固定在定模板1上。 31）裝配完后進行試模，合格后打標記并交驗入庫。 圖5.1.5 微型電視機后蓋注射模三維示意圖 5.2 模具的開合動作分析 1) 拉出凝料。開模時，開始滑塊有5mm的空行程，這一過程中滑塊與動模板不發(fā)生相對運動，塑件依靠小窗這一結構將凝料從流道中拉出。 2) 側抽芯過程?；瑝K經(jīng)歷5mm的空行程后，開始與彎銷的斜面接觸，在彎銷的作用下，滑塊開始向兩側運動，經(jīng)歷17.37mm的開模行程后完成側抽芯動作。 3) 推出塑件。完成側抽芯后，動模繼續(xù)運動一段距離，在注射機頂桿的作用下，推板通過連接桿作用到推件型芯，使整個塑件平穩(wěn)的脫離型芯。至此，可以取下塑件。 4) 合模。合模過程是以上開模運動的逆過程，首先是動模向定模側運動，推出機構復位，之后在彎銷的作用下，滑塊復位，最后鎖緊方可進行下一次注射。 5.3 試模 試模是模具生產(chǎn)的最后階段，此時模具要經(jīng)受正常工作條件的考驗。試模時可能發(fā)現(xiàn)各種各樣的產(chǎn)品缺陷，要經(jīng)具體的分析改進注塑條件以求獲得滿意的質(zhì)量。如果生產(chǎn)由于產(chǎn)品設計或模具設計、制造的問題而產(chǎn)生問題，且不能由注塑條件的調(diào)整加以解決就必須修整模具或提交有關人員解決。 試模的一般過程是：先將擦干凈的模具按常規(guī)安裝到注射機上，然后調(diào)整合模、開模和頂出，在空載情況下合模開模來回活動幾下，若沒發(fā)現(xiàn)模具有異?；虿混`活等問題，就開始試打樣件。料筒的塑料應符合要求并存放一定