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關(guān)于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
摘要：在熱塑性注塑模設(shè)計(jì)中，配件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的方法。基于幾何分析，使用形冷卻概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經(jīng)確定好了的冷卻水路來分析強(qiáng)度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個(gè)對(duì)抗性的因素是如何調(diào)解以達(dá)到最佳的狀態(tài)。預(yù)期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關(guān)鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設(shè)計(jì)
1 簡(jiǎn)介
在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個(gè)過程包括四項(xiàng)基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個(gè)過程的70%的時(shí)間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時(shí)間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗(yàn)理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須制定為一個(gè)優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個(gè)非線性問題。然而，像熱導(dǎo)率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結(jié)晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認(rèn)為是常數(shù)。
溫度場(chǎng)的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個(gè)演化過程可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)循環(huán)部分和一個(gè)平均瞬時(shí)的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因?yàn)闊釢B透的深度對(duì)溫度場(chǎng)的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡(jiǎn)化了微積分學(xué)，但平均波動(dòng)范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動(dòng)范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項(xiàng)研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時(shí)間的分析。
應(yīng)該注意的是，在實(shí)際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)作為工具設(shè)計(jì)的最后一步。不過冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計(jì)應(yīng)該是工具設(shè)計(jì)的第一階段之一。
1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化
在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時(shí)間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時(shí)間。林總結(jié)了模具設(shè)計(jì)在3個(gè)事實(shí)方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時(shí)間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時(shí)間和周期時(shí)間的折衷。實(shí)際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會(huì)導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個(gè)是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對(duì)冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個(gè)個(gè)單元并對(duì)每個(gè)冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。
1.3 計(jì)算法則
方案的計(jì)算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計(jì)算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網(wǎng)格劃分所花費(fèi)的計(jì)算解決方案的時(shí)間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結(jié)果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計(jì)算能最小化目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實(shí)現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時(shí)的因?yàn)樗挠?jì)算范圍很廣。在實(shí)際操作中，模具設(shè)計(jì)的時(shí)間必須最小化，于是一個(gè)可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標(biāo)
本文所描述的方法應(yīng)用于一個(gè)T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個(gè)表面分別介紹了零件的侵蝕和擴(kuò)張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導(dǎo)熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對(duì)于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對(duì)應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標(biāo)函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因?yàn)樽畹屠鋮s時(shí)間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時(shí)間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對(duì)湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時(shí)期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時(shí)期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時(shí)期運(yùn)用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個(gè)步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當(dāng)ΔTfref→∞時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)會(huì)減少到第一時(shí)期。相反, 當(dāng)ΔTfref→0第二個(gè)時(shí)期的比重會(huì)增加。
3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果
數(shù)值計(jì)算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來的，他們認(rèn)為T形零件的最佳冷卻是通過7個(gè)冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動(dòng)速率Q= 364cm3 / s每個(gè)冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴(kuò)張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時(shí)間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時(shí)針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計(jì)算出來的最佳冷卻配置計(jì)比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標(biāo)函數(shù)下計(jì)算得到的，這里忽略了第二時(shí)期。結(jié)果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對(duì)應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點(diǎn)是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對(duì)于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個(gè)階段使得零件的表面溫度均勻。實(shí)際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個(gè)Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點(diǎn)之外。然而對(duì)于ΔT的值,侵蝕時(shí)的溫度是不被接受的，因?yàn)槠骄鶜鉁剡^高(340K相對(duì)于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對(duì)解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時(shí)提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會(huì)成為對(duì)抗性的問題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時(shí)零件的溫度比ΔT = 10 K時(shí)更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結(jié)論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場(chǎng)，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時(shí)間。與參考文獻(xiàn)相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對(duì)于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻(xiàn)
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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱
路由器下蓋注射模具
學(xué)生姓名
院（系）
工學(xué)院
專 業(yè)
指導(dǎo)教師
職 稱
學(xué) 歷
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：
1. 了解塑料成型過程中的物理、化學(xué)變化及塑料的組成、分類及其性能
2. 了解塑料成型的基本原理和工藝特點(diǎn)，正確分析成型工藝對(duì)模具的要求
3. 掌握注塑成型模具對(duì)模具的要求，了解模具專用加工設(shè)備
4. 掌握塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，能設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度的模具
5. 按規(guī)定的格式編寫設(shè)計(jì)說明書，字?jǐn)?shù)不少于4000個(gè)漢字，要求表達(dá)清除，整潔規(guī)范；按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制圖樣，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)、出圖，圖紙量不少于1.5張A0圖紙
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：
內(nèi) 容 ：1.編寫設(shè)計(jì)說明書；
2..測(cè)繪塑件，繪制塑件圖；
3.繪制路由器下蓋模具的零件及裝配圖
技術(shù)參數(shù)：1.路由器下蓋塑料件兩件；
2.材料為ABS.
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃：
1. 查閱技術(shù)文獻(xiàn)，參觀生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，了解注塑件的生產(chǎn)工藝過程；
2. 制定模具總體設(shè)計(jì)方案，繪制模具草圖；
3. 路由器下蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制模具的零件圖和總裝圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。
接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學(xué) 生 簽 名 年 月 日
指導(dǎo)教師簽名 年 月 日
院長(zhǎng)（主任）簽名 年 月 日
UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目： 路由器下蓋注射模具設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
年 級(jí)：
指導(dǎo)教師： XXXX 職 稱：高級(jí)實(shí)驗(yàn)師
二○一二 年 五 月
II
摘 要
注射成型時(shí)塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，可以一次成型形狀復(fù)雜的精密塑件。本課題就是將路由器下蓋作為設(shè)計(jì)模型，將注射模具的相關(guān)知識(shí)作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設(shè)計(jì)過程。
通過對(duì)路由器下蓋成型工藝的正確分析，設(shè)計(jì)了一副一模一腔的塑料模具。模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零部件稱為成型零件。成型零部件再工作時(shí)直接與塑料接觸，在一定的溫度下承受熔體的高溫和高壓，因此必須要有合理的結(jié)構(gòu)、較高的強(qiáng)度和剛度、較好的耐磨性、正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。重要零件的工藝參數(shù)的選擇與計(jì)算，推出機(jī)構(gòu)與澆注系統(tǒng)以其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。
設(shè)計(jì)成型零部件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性、塑件的結(jié)構(gòu)和使用要求，確定型腔的總體布局，選擇分型面，確定脫模方式，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)等，然后根據(jù)加工工藝和裝配工藝的要求進(jìn)行成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零部件的工作尺寸。
關(guān)鍵詞： 塑料模具；注射成型；分型面
Abstract:
Injection molding plastic molding is an important method, which is mainly applied to the thermoplastic plastic molding, molding can be a complex shape of precision plastic parts. This topic is to router under cover as a design model, the injection mold-related knowledge as a basis, elaborates the design process of plastic injection mold.
The router to lower cover forming the correct analysis of the technology, design a pair of a model of a cavity of the plastic mold. Mold plastic parts in geometry and dimensions of the parts called molding parts. Molding parts to work directly with the plastic contact, in a certain temperature to melt under high temperature and high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and rigidity, good wear resistance, the correct geometry, high size precision and low surface roughness. An important part of the process parameter selection and calculation, the agency launched and gating system to other structural design process.
Design of molding parts, according to the characteristics of plastics, plastic parts of the structure and use requirements, identify cavity overall layout, choice of parting surface, determine the release mode, design of gating system, then according to the machining process and assembly process for forming components of the structural design, calculation of the working dimensions of molding parts.
Key words: Plastic mold ；Injection molding；Parting surface
目錄
摘 要 I
Abstract:...................................................................................................................... ..II
前 言 1
第1部分 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)目的 2
第2部分 模具設(shè)計(jì) 3
2.1、產(chǎn)品工藝性分析 3
2.1.1、材料性能 3
2.1.2 ABS成型條件 3
2.2 注射機(jī)型號(hào)的確定 4
第3部分 確定模具基本結(jié)構(gòu) 6
第4部分 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
4.1 確定型腔數(shù)目及配置 6
4.2選擇分型面 6
4.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
4.4排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8
4.5 確定型腔、型芯的結(jié)構(gòu)及固定方式 8
4.8 型芯和型腔具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.8.1型芯設(shè)計(jì) 10
4.8.2型腔設(shè)計(jì) 10
4.9型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算 11
4.10型腔壁厚計(jì)算 12
4.11導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14
4.12 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
第5部分 模具整體設(shè)計(jì) 15
總 結(jié) 16
參考文獻(xiàn)： 17
致謝 18
前 言
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的重要工藝裝備，采用模具生產(chǎn)制品及零件，具有市場(chǎng)效率高，節(jié)約原材料，成本低廉，保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和主要發(fā)展方向。塑料制品已進(jìn)入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，電器的很大部分都采用塑料制品。塑料以其密度小、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，未來的世界必將是塑料的世界，而模具是塑料工業(yè)的基石。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在XXXX老師的精心指導(dǎo)下，通過對(duì)路由器下蓋注射模的設(shè)計(jì)，深入學(xué)習(xí)了Proe的工作原理，為今后工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)歷時(shí)5周，進(jìn)程如下：第一二周、弄清自己的具體工作，設(shè)計(jì)所要達(dá)到的要求。計(jì)算數(shù)據(jù)，確定每個(gè)零件用什么材料、熱處理。第三周、用Proe對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開模，完成三維造型。第四周，對(duì)各個(gè)零件出工程圖，整理資料并編寫設(shè)計(jì)說明書；第五周、交指導(dǎo)教師審閱，并作修改，最后定稿。
最后，由于水平有限，加之經(jīng)驗(yàn)不足，疏漏和錯(cuò)誤之處在所難免，懇請(qǐng)各位老師指正。
第1部分 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)目的
1.1本次設(shè)計(jì)內(nèi)容：復(fù)讀機(jī)后蓋注射模具，對(duì)產(chǎn)品（圖1）設(shè)計(jì)一副注射模具。
圖1
1.2本次設(shè)計(jì)的目的：
1、掌握注射模設(shè)計(jì)的一般方法。
2、了解注射機(jī)的工作原理。
3、了解模具加工方法。
4、進(jìn)一步掌握設(shè)計(jì)的一般方法，熟練設(shè)計(jì)的一般過程。
5、基本掌握proe和cad機(jī)械繪圖軟件。
第2部分 模具設(shè)計(jì)
2.1、產(chǎn)品工藝性分析
2.1.1、材料性能
ABS是一種熱塑性塑料，具有線性結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型。具有較好的穩(wěn)定性。且具有良好的電性能，特別是高頻絕緣性能較好，耐電弧性好，加工時(shí)的熱穩(wěn)定性好。
2.1.2 ABS成型條件
注射機(jī)類型：柱塞式、螺桿均可
密度 ：1.03~1.05g/cm3
收縮率 ：0.003~0.008
預(yù)熱 ：80~85°C
料筒溫度：前段 150~170°C
中段 165~180°C
后段 180~200°C
噴嘴溫度：170~180°C
模具溫度：50~80°C
注射壓力：60~100Mpa
成型時(shí)間：注射時(shí)間 ： 20~90s
高壓時(shí)間 ： 0~5s
冷卻時(shí)間 ： 20~120s
總周期 ： 50~220s
2.2 注射機(jī)型號(hào)的確定
一個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量為25克,根據(jù)以下公式，選擇注射機(jī)的最大注射量：
K G公≥NG件+G廢
式中 K=0.8
N 為型腔數(shù)量
G公為注射機(jī)公稱注射量
G件為產(chǎn)品重量
G廢為各部分冷料的質(zhì)量
由于根據(jù)設(shè)計(jì)要求和加工的經(jīng)濟(jì)性取N=1，通過proe得到G廢=5.628g
G公≥（25+5.628）×1.25
=38.285（g）
也就是說注射機(jī)的注射量要大于38.285克。參照《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》選擇公稱注射量為60㎝3的注射機(jī)，機(jī)型為XZ-60/40，也就是說這臺(tái)注射機(jī)的公稱注射量為大約為60克。
XZ-60/40注射機(jī)參數(shù)如下：
螺桿直徑： 30㎜
理論注塑容量：60㎝3
注射壓力：180Mpa
鎖模力：400KN
模板行程：250mm
模具厚度： 最大250㎜
最小 80㎜
頂出行程：70㎜
噴嘴： 球半徑R10
孔直徑D3
定位孔直徑：D800+0.06
頂出（中心孔）直徑：D50
下面校核各部分參數(shù)：
1、注射量
KG公 =0.8×60
=48(g)
NG件+G廢=1×25+5.628
=30.628(g)
很明顯 KG公>N G件+G廢，符合條件
2、注射壓力校核
P公=180MPa
產(chǎn)品要求注射壓力P注在70~100MPa之間
3、鎖模力校核
F≥K PmA
式中 F——注射機(jī)額定鎖模力（KN）
Pm——型腔的平均計(jì)算壓力（MPa）
K——安全系數(shù),取1.1~1.2
A——塑件及澆注系統(tǒng)等在分型面上的投影面積C㎡
通過計(jì)算得A =9492mm2≈94.8 C㎡
F =400KN
K PmA =1.2×35×106×9492×106=398664N
所以F >K PmA，符合條件
4、模板安裝尺寸
500×500的最大安裝尺寸完全可以安裝200×200的模具
5、模具厚度
所設(shè)計(jì)的模具厚度為170㎜，小于模具的最大厚度200mm。
第3部分 確定模具基本結(jié)構(gòu)
經(jīng)過分析，該零件成型必須采用雙側(cè)向外抽芯，而該零件為外殼類零件，要求外表面光滑，無明細(xì)痕跡，可選用點(diǎn)澆口形式。點(diǎn)澆口去除澆口留下的痕跡在制品外表面，產(chǎn)品為路由器下蓋可以接受。因此必須采用雙分型面注射模，又稱為三板式注射模具，它增加了一個(gè)可移動(dòng)的中間板（又名澆口板）。在開模時(shí)由于定距拉環(huán)的限制，中間板與定模座板做定距離的分開，以便取出這兩塊板之間流道內(nèi)的凝料，而利用推桿將型芯上的塑件脫出。
綜上，選擇雙分型面注射模具，點(diǎn)澆口進(jìn)料，采用斜導(dǎo)柱在定模、滑塊在動(dòng)模的斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，推桿一次頂出。
第4部分 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 確定型腔數(shù)目及配置
本產(chǎn)品從最大注射量和經(jīng)濟(jì)性考慮，宜采用單型腔。該產(chǎn)品成型面積較大，形狀復(fù)雜，為了使產(chǎn)品每個(gè)部分得到穩(wěn)定相同的壓力，因此應(yīng)該讓型腔與流道之間的距離盡可能短，使塑料熔體快速均勻充滿每個(gè)部分，使模具整體達(dá)到平衡穩(wěn)定。
4.2選擇分型面
一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面，分型面可能垂直于合模方向或者傾斜于合模方向。
分型面的形狀有平面、斜面、階梯面和曲面。分型面應(yīng)盡量選擇
平面，但為了適應(yīng)塑件成型的需要和便于塑件脫模，也可以采用三種分型面。后三種分型面雖然加工比較困難，但型腔加工比較容易。
分型面的選擇必須遵循以下幾個(gè)原則：
（1） 分型面應(yīng)便于塑件的脫模。為了便于塑件的脫模，當(dāng)以初步確定塑件脫模方向后，分型面應(yīng)選在塑件外形輪廓處，即通過該方向上塑件的截面最大，否則塑件無法從型腔中脫出。
（2） 分型面的選擇應(yīng)有利于側(cè)向分型與抽芯。如果塑件有測(cè)孔或側(cè)凹時(shí)，應(yīng)盡可 能將型芯設(shè)在動(dòng)模部分，以便于抽芯。
（3） 分型面的選擇應(yīng)保證塑件的質(zhì)量。為了保證塑件的質(zhì)量，對(duì)有同軸度要求的塑件，應(yīng)將有同軸度要求的部分設(shè)在同一模板內(nèi)。
（4） 分型面的選擇應(yīng)有利于防止溢料。
（5） 分型面的選擇贏有利于排氣，為了排氣，一般分型面應(yīng)盡可能與熔體流動(dòng)的末端重合。
模具閉合是型腔與型芯相接觸的表面稱之為分型面。為了便于脫模，分型面應(yīng)該設(shè)在塑件斷面尺寸最大的地方，盡量不影響制品的外觀。根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特征，主分型面設(shè)在塑件的上表面，垂直于開模方向。模具采用的是點(diǎn)澆口，為了取出澆道內(nèi)的凝料，在定模于定模座板之間增加一塊推流道板，在此設(shè)置一個(gè)豎直分型面，垂直于開模方向。
4.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1）主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部位開始，到分流道為止的塑料熔體的流道通道。由于選的是臥式注塑機(jī)，主流道垂直于分型面。大頭并為倒錐形，錐角為3°，澆口套內(nèi)為錐形，其錐角為2°。（如圖2）
圖2
2）澆口設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接主流道與型腔的通道，根據(jù)該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用點(diǎn)澆口。
為了塑件熔體能快速地充滿型腔，澆口表面粗糙度很小，一般為Ra0.4以下,現(xiàn)取Ra0.4作為澆口的表面粗糙度。這樣不致產(chǎn)生較大的摩擦阻力，有利于充型。
3）定位圈及澆口套 根據(jù)注射機(jī)定模板中心孔尺寸，選取定位圈直徑為80mm，澆口套公稱直徑為50mm。其它尺寸根據(jù)相關(guān)情況選定。
4.4排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)
排溢是指排出充模冷料中的前鋒冷料和模具內(nèi)的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應(yīng)包括澆注系統(tǒng)部分的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。
模具充型過程程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時(shí)，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產(chǎn)生高溫引起塑件局部炭化，或使塑件產(chǎn)生氣泡的工藝缺陷。因此必要時(shí)可開設(shè)排氣槽等辦法.但是對(duì)于ABS這種材料,排氣間隙不得高于0.0 5㎜。
該零件為小型零件，所以利用分型面間隙以及推桿之間的縫隙排氣即可，不必單獨(dú)考慮排氣方式。
4.5 確定型腔、型芯的結(jié)構(gòu)及固定方式
1）型芯、型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了便于熱處理和節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材，型芯和型腔都采用整體鑲塊式結(jié)構(gòu)；另外，為便于制造，局部還采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。
2）固定方式 型芯和型腔均采用螺釘固定方式固定，型芯固定在支承板上，型腔固定在推流道板上。
4.6側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1）抽芯距的計(jì)算 將活動(dòng)型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模位置所移動(dòng)的距離叫抽芯距。抽芯距通常比側(cè)孔或側(cè)凹大2～3mm。這里，S1＝2＋2＝4，S2＝6＋3＝9。
2）斜導(dǎo)柱和鍥緊塊的傾斜角α 斜導(dǎo)柱的傾斜角通常取15°～20°,一般不大于25°。S1的抽芯距不大，這里取12°，S2的抽芯距為9因此取18°，鍥緊塊的鍥角比斜導(dǎo)柱的傾斜角大2°。
3）斜導(dǎo)柱的直徑 考慮到抽拔力和傾斜角不大，這里工作部分的直徑初步設(shè)定為12mm。
4）最小開模行程：H1=S1cot=4cot12°=18.82mm
H2=S2cot=9cot18°=27.70mm
斜導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度：L1=H1/cos=19.22mm
L2=H2/cos=39.13mm
5)滑塊的設(shè)計(jì)
滑塊的導(dǎo)滑形式：該模具采用組合式導(dǎo)滑形式，導(dǎo)滑槽為“T形”，開設(shè)在動(dòng)模固定板上，滑塊與導(dǎo)滑槽之間的導(dǎo)滑部位采用H7/f7的間隙配合。
4.7 確定頂出機(jī)構(gòu)類型
頂出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的基本要求是使塑件在頂出過程中不會(huì)損壞變形，本模具選用一次頂出機(jī)構(gòu)。
1）推桿數(shù)量及結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)推桿布置許可空間，制品設(shè)8根推桿，推桿采用A型推桿，其公稱直徑為6mm。
2)復(fù)位裝置設(shè)計(jì) 頂出機(jī)構(gòu)在完成塑件的頂出動(dòng)作后，為了進(jìn)行下一步循環(huán)必須回到其初始位置。所以必須設(shè)置復(fù)位裝置，此處選用復(fù)位桿復(fù)位。
3）頂出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向 推桿一般裝配在推板和頂桿固定板之間，為了防止推桿變形或折斷，必須在動(dòng)模座板和支承板之間設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。頂出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向裝置選用推板導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向，導(dǎo)柱、導(dǎo)套的公稱直徑為16mm。
4）頂出距離 為了確保側(cè)抽芯和頂出時(shí)塑件能完全脫離動(dòng)模，頂出距離不小于30mm。
4.8 型芯和型腔具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.8.1型芯設(shè)計(jì)
1）、型芯的尺寸計(jì)算
a)、型芯的尺寸按以下公式計(jì)算
D=〈〔1+〕d+xΔ〉
式中D—型芯外徑尺寸
d—塑件內(nèi)形尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
4.8.2型腔設(shè)計(jì)
1）、型腔徑向尺寸按以下公式計(jì)算
D=〈〔1+〕d－xΔ〉
式中D—型腔的內(nèi)形尺寸
d—塑件外形基本尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
2)、型腔深度尺寸按以下公式計(jì)算
=
式中—型腔深度
—塑件外形高度尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取
由于該產(chǎn)品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在機(jī)床上加工就可以直接投入使用，不需要經(jīng)過其它的特殊加工。考慮模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內(nèi)，型芯尺寸盡量取大值。而型腔則取大值，型腔的表面粗糟將決定產(chǎn)品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求較高，一般取Ra0.8～0.4。在本次設(shè)計(jì)中，型腔取Ra0.8。
4.9型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算
要計(jì)算型芯、型腔的工作尺寸，必先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要求塑件精度取五級(jí)精度。根據(jù)塑料制件公差數(shù)值表（SJ1372—78）塑件在五級(jí)精度下，基本尺寸對(duì)應(yīng)的尺寸公差如下：
基本尺寸㎜
公差㎜
基本尺寸㎜
公差㎜
＜3
0.16
3~6
0.18
6~10
0.20
10~14
0.22
14~18
0.24
18~24
0.28
24~30
0.32
30~40
0.36
40~50
0.40
50~65
0.46
65~80
0.52
80~100
0.60
100~120
0.68
1、型腔：寬度方向d=84；取=0.5%（以下收縮率都取0.5%）
D=[（1+0.005）×84－0.5×0.60]=84.12
長(zhǎng)度方向 d2’=113;
D2’=[（1+0.005）×113－0.5×0.68]=113.225
2、型腔深度：H=3 ; X=0.4
H=[(1+0.005) ×3+0.4×0.18]=3.09
3、型芯：
1）寬度方向d=84
D=[（1+0.005）×84+0.5×0.60]=84.72
2）長(zhǎng)度方向d=113
D=[（1+0.005）×113+0.5×0.68]=113.905
4.10型腔壁厚計(jì)算
型腔的強(qiáng)度及剛度要求：
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問題，尤其對(duì)大型模具更為突出。目前常用的計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件計(jì)算和按剛度條件計(jì)算兩類，但塑料模具要求既不許因強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過大的情況，因此要求對(duì)強(qiáng)度和剛度加以考慮。對(duì)于型腔主要受到的力是塑料熔體的壓力，在塑料熔體的壓力作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和底壁厚度不夠。當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔發(fā)生強(qiáng)度破壞，與此同時(shí)，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質(zhì)量，所以模具對(duì)強(qiáng)度和剛度都有要求。
1） 對(duì)長(zhǎng)方形型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算
a、型腔底板厚度：
式中——型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa），一般取25~45MPa
L——型腔側(cè)壁邊長(zhǎng)（mm）
b——型腔寬度（mm）
B——凹模寬度（mm）
[σ]——材料的許用應(yīng)力，一般取100Mpa
——型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊尺寸（mm）
=33.65mm
由于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架查得定模板的厚度為35mm，綜合各方面考慮，現(xiàn)確定定模板厚為35mm，可以滿足型腔的強(qiáng)度要求。
b、確定型腔的壁厚
型腔寬度
鑲拼式腔壁厚
40
9
＞40～50
9～10
＞50～60
10～11
＞60～70
11～12
＞70～80
12～13
＞80～90
13～14
＞90～100
14～15
＞100～120
15～17
＞120～140
17～19
＞140～160
19～21
4.11導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與定位機(jī)構(gòu)，主要用來保證動(dòng)模與定模兩大部分或模內(nèi)其它零件之間的準(zhǔn)確配合和可靠地分開，以避免模內(nèi)各零件發(fā)生碰撞和干涉，并確保塑件的形狀和尺寸精度。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位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具 一般使用4根導(dǎo)柱。在此設(shè)計(jì)中采用了4根導(dǎo)柱，2根在定模部分，2根在動(dòng)模部分，由于模具的凸模與凹模在裝配時(shí)有方位要求，在設(shè)計(jì)時(shí)采用等直徑不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
加工定模部分的2個(gè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔時(shí)，應(yīng)將定模板、推流道板、動(dòng)模板合在一起，一次性加工出來，以保證孔的同心度，然后再在定模座板上加工沉頭孔，動(dòng)模部分導(dǎo)柱同理。
本模具采用有導(dǎo)柱導(dǎo)套配合要求的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，且在導(dǎo)柱導(dǎo)套上設(shè)有油槽，便于潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。
4.12 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
因塑料的加熱溫度對(duì)塑件的質(zhì)量影響較大，溫度過高容易分解，成型時(shí)要控制模溫在50~80℃。考慮到模具的具體結(jié)構(gòu)，安裝冷卻水通道是一個(gè)既實(shí)惠又簡(jiǎn)單的解決方法。
本模具比較復(fù)雜，零件較多，定模板已無空間放置冷卻水管，因此冷卻回路從定模直通型腔，在定模和型腔的配合部位加入防漏圈，裝配時(shí)應(yīng)該注意。
第5部分 模具整體設(shè)計(jì)
模具的整體設(shè)計(jì)也就是模具的綜合設(shè)計(jì)，依據(jù)塑件的性能要求，綜合設(shè)計(jì)模具，以達(dá)到低成本、高效率、高效益的目的。而標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可降低成本，根據(jù)塑料注射模中小型模架GB/T 1255.6~12556.2━1990,選取定模板、動(dòng)模板、定模座板、動(dòng)模座板、墊塊、頂桿固定板、推板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿、澆口套、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂桿、水嘴、定位銷等標(biāo)準(zhǔn)件。
塑件在脫模后應(yīng)進(jìn)行調(diào)濕處理，調(diào)濕處理是將剛脫模的制品放在熱水中（60～75℃），不僅可以隔絕空氣進(jìn)行防止氧化的退火處理，同時(shí)還可以加快達(dá)到吸濕平衡，一般處理16～20min。
該模具的總體結(jié)構(gòu)如下圖3所示
圖3
其中定模座板、動(dòng)模座板厚度都為35mm，而定模板、動(dòng)模板厚度取120mm，推流道板20mm，推板取30mm，推桿固定板取25mm，支承板厚度取40mm，墊塊的高度取100mm，可以保證產(chǎn)品能順利的脫模。
根據(jù)以上選取，模具的厚度H==410mm＜500mm，符合要求。
總 結(jié)
通過此次的模具設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，而且也讓我看到了自己很多不足的地方。
對(duì)我而言，要學(xué)的還有很多很多。大學(xué)四年的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)機(jī)械理論基礎(chǔ)知識(shí)，并未真正的去應(yīng)用和實(shí)踐。平時(shí)很少接觸設(shè)計(jì)加工生產(chǎn)。但是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握的越多，設(shè)計(jì)就能更順利，也設(shè)計(jì)的更好。畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉了對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的詳細(xì)過程。這些對(duì)我在將來的工作和學(xué)習(xí)中都會(huì)有很大的幫助和啟發(fā)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和工具書。平時(shí)課堂上學(xué)的知識(shí)不夠全面。而且由于專業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱資料吸取別的設(shè)計(jì)加工中的寶貴經(jīng)驗(yàn)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)以前的理論知識(shí)起到了回顧作用，同時(shí)也培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
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10、齊曉杰 主編 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年第二版。
致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在XXXX老師的精心指導(dǎo)下完成的，在整個(gè)做設(shè)計(jì)的過程中，蔣老師對(duì)我們悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，為我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍；他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的學(xué)識(shí)，給我留下了深刻的印象，對(duì)我產(chǎn)生了巨大的影響，使我不僅掌握了更多的理論知識(shí)，而且在分析問題、解決問題的能力上有了很大的提高。
在設(shè)計(jì)過程中，一方面我深感自己知識(shí)的貧乏和平時(shí)鍛煉的重要性，深刻領(lǐng)會(huì)到實(shí)踐與理論的差異性；另一方面，通過這次獨(dú)立的設(shè)計(jì)，深深體會(huì)到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合是學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)的重要途徑，面對(duì)工作我們應(yīng)該有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)努力，大學(xué)只是我們一個(gè)學(xué)習(xí)的一個(gè)天堂。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我提高了獨(dú)立思考問題和解決實(shí)際問題的能力。我通過各種方式收集、查找相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)了自己很多地方的不足，提高了對(duì)模具設(shè)計(jì)的興趣，更加堅(jiān)定了自己的選擇。在此過程中我刻苦努力，虛心請(qǐng)教，不放過任何難點(diǎn)與疑問。設(shè)計(jì)中的很多問題都親自前往車間看產(chǎn)品相關(guān)設(shè)備和工人的實(shí)踐操作。這使我忘不了指導(dǎo)老師對(duì)我的多層次的認(rèn)真的技術(shù)指導(dǎo)和真誠(chéng)幫助。在此，我再次向他致以我最真誠(chéng)的敬意和衷心的感謝。
同時(shí)，班集體給了我極大的幫助，，在這次設(shè)計(jì)中，和同學(xué)們互相學(xué)習(xí)共同提高，在此我要向班上的每一位同學(xué)致謝，是你們給了我學(xué)習(xí)的動(dòng)力和探索的興趣。
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