松花江P-L型面包車組合儀表罩單型腔注塑模設計

松花江P-L型面包車組合儀表罩單型腔注塑模設計,松花江,面包車,組合,儀表,罩單型腔,注塑,設計 齊齊哈爾大學 畢業(yè)設計（論文） 題　 目 松花江P-L型面包車組合儀表罩單型腔注塑模設計 院（系）　 機械工程學院 專業(yè)班級　 機械022班 學生姓名　 王 猛 指導教師　 李西兵 李東升 成　　績　　　 　 2006　年　6　月　10　日 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）用紙 摘要 塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，對注塑模具的設計與生產提出了質量好、制造精度高、研發(fā)周期短等越來越高的要求，能否適應這種需求已成為模具生產企業(yè)發(fā)展的關鍵因素。CAD/CAE/CAM技術的應用對我國模具工業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。本文介紹了塑件松花江P-L型組合儀表罩的成型工藝，及模具成型結構對塑件質量的影響，總裝結構的設計、模具成型部分、頂出系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)的設計。通過對模具結構方案、模具工作過程以及加工注意事項的詳細分析與論述，力圖讓讀者了解注射模的設計程序。通過思考，采用延遲開模側抽及組合傳動器方式，合理解決了動、定模上都有側向抽芯及整體式傳動器致使開摸行程過大的問題。 關鍵詞：CAD/CAE/CAM 注射模 側抽芯機構　延遲開模 Abstract Some higher demands such as high quality, high precision, short time of R&D and so on were put forward since the rapid development of plasticin dustry, whether they can adapt to these requirements has becoming an important factor for the development of molding producer. The application of CAD/CAE/CAM greatly promote the development of molding industry in our count Introduce plastic molding technique of the Songhua River P-L type shapingcraft in this paper ,and give mould shaping structural influence on moulding a quality, assembly design , mould shaping part , carry system of producing and pour the systematic design of structure. Through to particularly analyzing and discussing the mold’s plans and structures, working process and processing notices, try hard to let reader understand that inject designing program of the mold. Through thinking deeply, of working principle adopt delay make mould side release and make hammer mechanism actuator way up, reasonably solve , move , make mould have side direction smoke core and integral hammer mechanism actuator cause , turn on , touch journey too big problem rationally. Key Words: CAD/CAE/CAM Core-pulling structure Injection mold Retards the mold II 目　錄 摘　要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 緒論 1 1.1 選題的依據和意義 1 1.2 本課題在國內外的研究現狀 2 1.2.1 國內現狀 2 1.2.2 國外現狀 4 1.2.3 存在問題和主要差距 5 1.3 本課題的發(fā)展展望 6 第2章 方案分析與論證 8 2.1 設計任務 8 2.2 塑件分析 8 2.3 設備的選擇 9 2.4 設計依據 12 2.5 擬定模具結構方案 13 2.6 方案論證 14 第3章 模具總體結構設計 16 3.1 澆注系統(tǒng)設計 16 3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構成 16 3.1.2 主流道設計 16 3.1.3 分流道設計 18 3.1.4 澆口設計 19 3.1.5 冷料穴設計 20 3.1.6 分型面的設計 21 3.1.7 排氣槽的設計 22 3.2 成型部分及零部件設計 23 3.2.1 型腔數的確定 23 3.2.2 一般凹凸模結構設計 23 3.2.3 成型零件工作尺寸 24 3.2.4 型腔壁厚計算 26 3.3 脫模機構設計 29 3.3.1 脫模機構的構成與功能 29 3.3.2 取出機構的方式設計 30 3.3.3 脫出機構設計原則 30 3.3.4 塑件的脫出機構設計 34 3.3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設計 38 3.3.6 拉料機構設計 39 3.4 側向抽芯及合模導向機構設計 40 3.4.1 側向抽芯機構設計 40 3.4.2 合模導向機構設計 46 3.5 冷卻系統(tǒng)設計 49 3.5.1 冷卻裝置設計分析 50 3.5.2 冷卻裝置的理論計算 50 3.5.3 冷卻回路的布置 53 第4章 模體設計與支承連接零件設計選擇 56 4.1 模體結構設計 56 4.2 支承與連接零件 58 4.2.1 支承件 58 4.2.2 連接零件 59 4.3 其他零件 60 設計小結 63 致謝 64 參考文獻 65 IV 第1章 緒論 1.1 選題的依據和意義 畢業(yè)實習期間，我利用四周的時間在河北興林車身制造集團有限公司實習。通過觀察、詢問及老師的指導對模具設計制造有了近一步的了解。鑒于此，畢業(yè)設計以松花江P-L型組合儀表罩為塑件，進行注塑模設計。 模具是現代工業(yè)生產中的重要工藝裝備之一，模具工業(yè)是國民經濟中重要的基礎工業(yè)，模具設計與制造水平的高低是衡量一個國家綜合制造能力的重要標志，決定著產品質量、效益和新產品的開發(fā)能力。注塑模在塑料模具中用量最大、涉及面廣，約占整個塑料成型模具的60%，注塑模CAD/CAE/CAM技術是提高注塑成型效率和質量的最有效的途徑。在當今激烈的市場競爭中，時間就是市場，時間就是企業(yè)的生命注塑模CAD/CAE/CAM技術的應用可顯著提高塑料產品和塑料模具的設計、制造效率，提高設計制造質量，減少試模、修模時間，從而縮短從塑料產品設計、模具設計、模具制造到進行產品模塑生產的整個周期。國內外近幾年公布的數據統(tǒng)計表明，國外采用CAD/CAE/CAM技術所取得的平均經濟效率普遍提高，其中設計時間縮短了50%、制造時間縮短了30%、成本下降了10%、塑料原料節(jié)省了7%. 眾所周知，注塑模具的總體方案設計具有很強的經驗性，它所涉及到的知識也是多領域的。在傳統(tǒng)的設計方法中，一般都是由富有經驗的模具設計師根據多年積累起來的經驗，對新設計出來的塑料產品提出其模具的總體結構的設想，確定模具型腔參數、設計流道和澆口等，然后由制造工程師進行工藝規(guī)劃，最后交付車間進行模具加工，加工裝配后進行試模，根據所得到的試件對模具的設計進行評價，進行相應的改進。 注射模尤其是復雜的汽車內部制件在國外已普遍采用CAD/CAE/CAM設計制造集成系統(tǒng)。實現了注塑模設計、制造的一體化、集成化。一個國家模具生產能力的強弱，水平的高低，尤其是能否采用CAD/CAE/CAM設計制造集成系統(tǒng)先進設計制造集成系統(tǒng)已直接影響著許多工業(yè)部門的新產品的開發(fā)和舊產品的更新換代，影響著產品質量和經濟效益的提高。采用模具生產制件具有生產效益高、質量好、切削少、節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點。模具成型已成為當代工業(yè)生產的重要手段，已成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向。而注塑模又是模具生產中采用最普遍的方法。 1.2 本課題在國內外的研究現狀 1.2.1 國外現狀 近二十多年間，國外注塑模CAD/CAE/CAM技術發(fā)展相當迅速。20世紀60年代中期英國、美國、加拿大的學者就開始了有關塑料熔體在模具型腔內流動和冷卻的基礎研究。70年代己開始應用計算機對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內的流動情況進行分析。塑料流變學、幾何造型技術、數控加工及計算機技術的發(fā)展有利地推動了注塑模CAD/CAE研究的深入，由最初的CAD技術和CAM技術以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設計人員可以依據理論分析并結合自身的經驗，在模具制造前對設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質量。由于CAD/CAE技術對提高模具和產品質量、加快產品更新換代的巨大作用，許多國家的政府部門和科研機構投入了大量的人力、物力進行研究。80年代中期注塑模CAD/CAE/CAM進入實用階段，出現了許多商品化注塑模CAD/CAE/CAM軟件，比較著名的有: (1)澳大利亞MODLFLOW公司研制的注塑模CAE系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括流動和保壓分析軟件MF/Flow、冷卻分析軟件MF/Cool和翹曲分析軟件MF/Warp; (2)美國PSP公司的IMES專家系統(tǒng)，能幫助模具設計人員用專家的知識解決注塑模的質量問題; (3)美國PTC公司的機械設計自動化軟件Pro/Engineer; (4)美國 AC-Tech公司推出的注塑模CAE系統(tǒng)C-MOLD; (5)IBM公司和達索公司共同推出的新一代工業(yè)先進水平軟件CATIA; (6)美國EDS公司集設計、工程及制造系統(tǒng)于一體的UG軟件，已廣泛應用于航空航天、汽車、通用機械及模具等領域: (7)美國SDRC公司的I-DEAS;美國CV公司的CADDS，其產品包括機械設計、分析、加工、土木、建筑、化工管道及機電一體化設計等領域; (8)美國GRAFTEK公司的注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括二維流動分析軟件SIMUFLOW、三維流動分析軟件SIMUFLOW3D、冷卻分析軟件SIMUCOOL及幾何造型和模具結構設計軟件OPTIMOLD。其中，二維和三維流動分析軟件直接利用了Cornell大學CIMP的科研成果; (9)美國和意大利的P&C的CAD/CAM軟件TMCONCEPT。該系統(tǒng)包括材料選擇(TMC-MS )、成型工藝參數和模具費用優(yōu)化(TMC-MCO).流動模(TMC-FA )、型腔設計(TMC-CSE)及冷卻分析(TMC-MTA )共五個程序包: (10)美國PRIME-CALMA公司的注塑模設計制造軟件包。該系統(tǒng)以兒何造型軟件DDM/PRISM為主，集成了流動和冷卻分析軟件、模架選擇軟件Polymold以及多軸曲面數控軟件DDM-NC; (II)德國IKV研究所的CAD-MOULD系統(tǒng)，可用于注塑模流動分析、冷卻分析、力學性能校核。 注射模尤其是復雜的汽車內部制件在國外已普遍采用CAD/CAE/CAM設計制造集成系統(tǒng)。采用CAD/CAE/CAM（UG）設計制造模具可在短期內完成對塑件產品的造型設計、復雜型腔三維造型和模具結構設計、復雜型腔的數控加工編程；實現對塑件制品在成型過程中流動、冷卻、壓實等過程的定量分析和模擬仿真，以及一體化、網絡化的數據結構。 1.2.2 國內現狀 我國在注塑模CAD技術開發(fā)研究與應用方面起步較晚。從20世紀80年代中期開始，國內部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。我國注塑模CAD/CAE研究始于70年代末，發(fā)展較為迅速。多年來，我國對注塑模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注塑模具制造技術”、“多型腔小模數齒輪精密模具制造技術”和“實用CAD/CAM技術在精密注塑模制造中的應用”等國家重點企業(yè)技術開發(fā)項目，還安排了國家“八五” 重點科技公關項目“塑料注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進我國注塑模CAD技術的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CAD技術及應用水平很快提高。華中理工大學是國內較早自行開發(fā)研究注塑模CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)的單位。自20世紀80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬的研制方面進行了多年的研究與開發(fā)工作，推出了塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC-1。該系統(tǒng)包括塑件三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強度與剛度校核及模具圖設計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應用，取得較好結果，現已實現商品化。在“八五”期間，由北京航空航天大學、華中理工大學、四川聯合大學等單位聯合進行了國家重點科技攻關課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實際應用。目前出現的擁有自主版權的軟件有一一華中理工大學開發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC2.0,鄭州工業(yè)大學研制的Z-MOLD分析軟件等。浙江大學基于工作站的UG-11系統(tǒng)開發(fā)出精密注塑模CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。 我國以上成果都已達到較高水平，但能成熟運用CAD/CAE/CAM的用戶屈指可數。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和開發(fā)能力，隨著我國加入WTO，我國模具工業(yè)尤其是汽車模具的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。 我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產的基礎工藝裝備”也已經取得了共識。目前，全世界模具年產值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產值已超過機床工業(yè)。我國對模具工業(yè)的重視程度也提上日程。1998年3月，國務院頒發(fā)的《關于當前工業(yè)技術改造政策重要的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位，生產和基本建設序列的第二位。隨后的1999年和2002年，在國家計委和科技部發(fā)布的《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》、《當前國家優(yōu)先鼓勵發(fā)展的高技術產品產業(yè)化重點指南（目錄）》及《當前國家鼓勵外商投資產業(yè)目錄》中，模具都被列入其中。這些都說明了模具在國民經濟中地位[12]。 1.2.3 存在問題和主要差距 目前，我國模具總量雖然已經達到了相當的規(guī)模，模具水平也有了很大提高，但設計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多，也要比加拿大、英國、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等國家落后。存在的問題和差距主要表現為以下五方面： (1)總量供不應求，國內的模具自己率只有70%左右。其中，中低檔模具供過于求。中高檔模具自己率僅50%。 (2)企業(yè)組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構不合理。國內模具生產廠中自產自己率達60%，而國外70%以上為商品模具；屬大型、精密、復雜、長壽模具的比例不足30%，而國外大50%以上。進出口之比2004年為3.7∶1，實進口達13.2億美元，為凈進口量最大的國家。 (3)模具產品水平要比國際水平低很多，而許多模具的生產周期卻比國際水平長。 (4)開發(fā)能力較差，經濟效益欠佳。國內，每個職工平均每年制造1萬美元左右，而國外每個職工每創(chuàng)造15~20（甚至25~30）萬美元。與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后。 1.3 本課題的發(fā)展展望 我國的模具CAD/CAE技術發(fā)展己取得了不少成績，但與國際水平仍有相當差距。目前，我國經濟的發(fā)展仍處于高速發(fā)展時期，經濟全球化日趨明顯，為我國模具工業(yè)的發(fā)展提供了良好的國際條件和機遇。一方面，是國內模具市場尤其是汽車模具將繼續(xù)高速發(fā)展；另一方面，國際上已有將模具制造向我國轉移的趨勢，跨國集團到我國進行模具采購也日益增長。結合國外注塑模CAD / CAE / CAM的最新研究成果和我國注塑模技術的發(fā)展現狀，提出進一步研究設想: (1)標準化 建立了標準件庫，利用CAD/CAE系統(tǒng)建立非標準零件數據庫。非標準零件庫中存放的零件，雖然與設計所需結構不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術可以方便地進行修改，從而加快設計過程。 (2)集成化 模具CAD/CAE技術與CAM技術密切相連，組成一個有機的整體將會為產品開發(fā)、模具設計提供全部的信息，從而方便、快捷地實現設計過程。在一體化摸具CAD/CAE/CAM環(huán)境下，不必等待產品詳細設計完成后就開始設計、制造模具。只要產品的幾何模型(產品CAD)一經確定，就可以對模具進行初步設計(模具CAD)。 (3)網絡化 隨著模具工業(yè)規(guī)模的擴大，要做到資源信息共享與交換等，網絡化設計的發(fā)展是必然的。隨著局域網Internet/Intran et/Extranet網的進一步拓展，還可以實現異地操作與數據交換。 (4)智能化 更多地將人工智能技術引入注塑模CAD/CAE中，通過虛擬專家來處理模具設計、制造中的問題。專家系統(tǒng)具有數據模塊、知識庫模塊和控制模塊。專家系統(tǒng)可以自動產生設計方案，對方案進行最優(yōu)評價和選擇，并對模具設計制造提供全方位的過程響應和處理，從而提高系統(tǒng)的實用性和自動化程度。 因此，展望未來，國際、國內的模具市場總體發(fā)展趨勢前景非常好，預計中國模具工業(yè)將在良好的市場環(huán)境下繼續(xù)得到高速發(fā)展，我國不但成為模具制造大國，而且會成為模具制造強國。 第2章 方案分析與論證 2.1 設計任務 設計題目：松花江P-L型面包車組合儀表罩單型腔注塑模設計 2.2 塑件分析 1. 塑件外形分析 該塑件為組合儀表罩，外表多為曲面組成，壁厚為2.5mm。具體示圖如圖2-1所示： 圖2-1 塑件視圖 2. 塑件的尺寸、公差及設計基準 (1)塑件簡圖見圖2-1所示。塑件要求為一般精度，4級，則尺寸公差取1.0mm. (2)塑件模具設計以左側端面及下端面為基準，進行設計。 3. 塑件所用塑料名稱、性能及工藝參數 塑件選用材料為 ABS ，ABS的吸濕性和對水分子的敏感性很大，加工前必須進行充分的干燥和預熱。ABS的溫度與熔融黏度的關系比較獨特，有別與其它塑料。在熔化過程中溫度升高時，其熔融黏度實際降低很小，當一旦達到塑化溫度（適宜加工的溫度范圍）如果繼續(xù)盲目升溫，必然導致耐熱性不太高的ABS的熱降解反而使熔融黏度增大。具體參數如下： 密度（g/cm3）：1.03~1.07 (取1.05) 收縮率（%）： 0.4~0.7 （取0.5%） 模具溫度（oC）：75~85 （取80） 料筒溫度（oC）：150~200 噴嘴溫度（oC）：170~180 4. 塑件結構要素 (1)塑件脫模斜度：對ABS塑料而言， 型芯：35ˊ~1o （取40ˊ） 型腔：40ˊ~1o20ˊ（取1o） (2)圓角：為防止塑件轉角處的應力集中，改善充模特性，轉角處采用圓角過渡。 R（0.2~0.5） （取0.3） 2.3 設備的選擇 1. 注塑機選擇的依據 (1)最大注塑量： (2-1) ×()=103.5cm3 由于本制件屬薄壁而且形狀相對比較復雜所以最大注射量利用系數取K取0.6 (2)注塑壓力：因為塑件形狀相對復雜，熔體流動性好、壁薄、尺寸大，所以據經驗注塑壓力選100~140Mpa?即可。（取135 MPa） (3)鎖模力： 塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積計算（投影簡圖如圖2-2）： 圖2-2 投影簡圖 塑件在分型面上的投影面積近似于圖中陰影面積，由圖可知 =658×354-(A1+A2+…+A7) =232932-(1628+11659+…+8471) =100313mm2 =×37×88=1628; =×89×262=11659; =80×165=13200; =259×164=42476; =×283×90=12735 =283×150=42450; =43×197=8471; 澆注系統(tǒng)的投影面積計算（如圖2-3）： 圖2-3 澆注系統(tǒng)投影簡圖 =45×8=360mm； = + =100313+360=100673mm2； =? (2-2) =? =34.3×0.100673=3453.09kN； 式中 ——型腔壓力（MPa），查表得，34.3 MPa ——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積。 (4)開模行程校核(S)： =－ (2-3) =－ =631＞＝＋＋＋+ ＝＋＋＋+ (2-4) =87+183+22+3+8 =303mm 式中 ——定模（凸模）型芯突出分型面的高度總和(㎜)； ——塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度 (㎜)； —— 彈簧行程(㎜) ； ——取件的開模行程富裕量(㎜)； ——頂桿頂出富裕量(5~10mm)。 (取8mm) 綜上，選取SZ-4000/800臥式注塑機符合要求，其主要參數為： 最大注塑體積/cm3：2500 螺桿直徑/mm：110 注塑壓力/ MPa：150 注塑速率(g/s)：770 鎖模力/KN：8000 最大模具厚度/mm：1100 最小模具厚度/mm：600 定位孔直徑/mm：Φ250 噴嘴球半徑/mm：35 噴嘴口孔徑/mm：7 2.4 設計依據 （1）考慮塑件形狀及尺寸 面包車組合儀表罩的結構與尺寸如圖2-1所示為弧形立體曲面板且背面有多個側凸具有一定的復雜性。 該組合儀表罩塑料制件用于松花江P-L型面包車。由于安裝在汽車駕駛室表露部位，故其表面質量要求較高。曲面要求光順美觀。外形尺寸658mm×354mm×87mm其表面曲面遍布背面形狀復雜，并且有3個大徑16mm小徑6mm側抽深5mm的孔和四個5mm×1mm×1mm的矩形小孔。整個塑件型面的厚度為2.5mm。 （2）考慮材料性質 制件選用ABS塑料成型，ABS是一種具有良好綜合性能的工程塑料，它具有聚苯乙烯的良好成型性、聚丁二烯的韌性、聚丙烯晴的化學穩(wěn)定性和表面硬度。其拉伸強度可達35-50MPa。ABS的耐氣候性是它的另一優(yōu)點，一般ABS制品的使用溫度范圍為40o～100oC。ABS塑料具有一定的吸濕性含水量為0.3%～0.8%（質量分數），成型時會在制品上產生斑痕、云紋、氣泡等缺陷，故在注射前應進行干燥處理。ABS熔體具有中等黏度特性，流動性好，設定料溫在200o～240oC之間，模具溫度在60oC左右。（調試時確定具體溫度值） 2.5 擬定模具結構方案 理想的模具結構應充分發(fā)揮成型設備的厚力（如合理的型腔數目和自動化水平等），在絕對可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝要求（如塑件的幾何形狀，尺寸精度，表面光潔度等）和生產經濟要求（成本低，效率高。使用壽命長，節(jié)省勞動力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起： (1)塑件成型。按塑件形狀結構合理確定，其成型位置，同成型位置在程度上影響模具的復雜性。鑒于塑件外形及模具空間的充分利用，要用中間成型。 (2)行腔布置。根據塑件的形狀大小，結構特點。尺寸精度，批量大小及模具制造的難易，成本高低等確定型腔的數量與排列方式。根據經驗每增加一個型腔，塑件尺寸精度降低4%，此處根據塑件要求及設計任務要用單型腔。 (3)選擇分型面。分型面位置的選取要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質量及工藝操作等。此方案中，依據塑件小孔的垂直方向為豎直方向作為最大分型面。 (4)確定澆注系統(tǒng) 包括主流道、分流道、冷料穴、澆口的形狀、大小和位置。主澆道的設計符合模具設計標準。由此單型腔、分流道以捷徑為原則逼近澆口。冷料井作成Z形以便于脫模。 (5)選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序，推桿的組合方式、合模導向與復位機構的設置以及側向抽芯機構的選擇與設計和模具空間的成分利用，采用二次開模機構。 (6)模溫調節(jié) 冷卻水道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關系。都影響塑件產品的質量和成型周期。而考慮冷卻效果初步設想采用圓孔水道。 (7)確定主要零件的結構與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據能選材料，通過理論計算或經驗數據，確定型腔、型芯、導柱、導套、推桿等重要零件的結構與尺寸以及安裝固定、定位、導向等方法。 (8)支承與連接 合理的將模具的各個組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘等支承與連接零件，按使用與設計要求組合成一體，獲得模具的總體結構[6]。 2.6 方案論證 通過對制件的形狀及模具結構的影響因素考慮并參照有關模具結構等資料現列出4個方案供討論論證其可行性及各自優(yōu)缺點并確定設計方案。 方案1：按常規(guī)注射模的設計思路及方法，塑件正面全部設計在定模（凸模）部分，形狀相對復雜的背面則設計在動模（凹模）部分。澆注系統(tǒng)（澆口）設計在正面，脫模推出機構等設計在動模部分。側孔抽芯設計在定模，側凸抽芯設計在動模。采用延遲開模機構。 方案2：塑件正面全部設計在動模（凸模）部分，形狀相對復雜的背面則設計在定模（凹模）部分。澆注系統(tǒng)（澆口）設計在背面，脫模推出機構等設計在動模部分。側孔抽芯設計在動模，側凸抽芯設計在定模。采用延遲開模機構。 方案3：塑件正面全部設計在動模（凸模）部分，形狀相對復雜的背面則設計在定模（凹模）部分。澆注系統(tǒng)（澆口）設計在背面，脫模推出機構等設計在定模部分。側孔抽芯設計在動模，側凸抽芯設計在定模。采用延遲開模機構。 方案4：塑件正面全部設計在定模（凸模）部分，形狀相對復雜的背面則設計在動模（凹模）部分。澆注系統(tǒng)（澆口）延伸到背面，脫模推出機構等設計在動模部分。側孔抽芯設計在定模，側凸抽芯設計在動模。采用延遲開模機構。 論證： 方案1中塑件正面在定模中，則澆注系統(tǒng)會影響制件的表面質量，而正面的表面質量要求相對較高。形狀復雜的背面脫模時留在動模推出機構設計較為合理。 方案2中塑件正面設計在動模澆注系統(tǒng)對其影響較小，表面質量容易保證。此時制件留在定模上脫模機構基本不起作用。 方案3中塑件正面全部設計在動模其優(yōu)點與方案相同。脫模推出機構設計在定模可以推出制件。但推出機構設計在定模其結構復雜、設計難度大。澆注系統(tǒng)脫模困難。 方案4解決了以上方案的缺點，但需延長主澆道。主澆道過長對注射成型有一定的影響。 綜合以上四種方案各自的優(yōu)缺點選擇方案4。針對主澆道過長的問題在選注射機和確定注射壓力及注射溫度時加以考慮力求作到有所改善注射出合格產品。 第3章 模具總體結構設計 3.1 澆注系統(tǒng)設計 3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構成 澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道，其由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其作用是將熔體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中將型腔內的氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件[6]。 該模具要求單型腔屬一模一件，表面質量要求限定只能開設一個澆口進料，故采用單側分流道側澆口方式澆注系統(tǒng)。 3.1.2 主流道設計 主流道是指從注塑機噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段料流通道。它起到將熔體從噴嘴引入模具的作用，其尺寸大小直接影響熔體的流動速度和填充時間[6]。 1. 主澆道的結構設計 (1)對于所選的臥式注塑機：熔融塑料首先經過主流道，故它的大小直接影響塑料的流速及填充時間。主流道的斷面設計為圓形，這樣在有限的空間內增大了截面積。 (2)為了便于從主流到中拉出澆注系統(tǒng)的凝料及熔體膨脹，主流道設計成帶錐度的圓柱，其半錐角=1°~ 3°（取1°），內壁必須光滑，表面粗糙度=0.4μm。 (3)主流道大端面呈圓角，其半徑常取＝1~3mm(取2mm)，，以減少料流轉向過渡時的阻力。 (4)為確保塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，主流道對接處設計成半球形凹坑。如圖3-1所示。具體關系為[1]： ＝＋＝35mm＋1mm＝36mm ＝＋＝7mm＋1mm＝8mm 式中 ——主流道對接處半徑(mm) ——注塑機噴嘴球半徑(mm) ——噴嘴球半徑接觸富裕量(mm) ——主澆道起始直徑(mm) ——注塑機噴嘴孔直徑(mm) ——噴嘴孔直徑接觸富裕量(mm) 圖3-1 主流道 (5) 為了保證塑件成型良好，L(主澆道長度)取最小，減少凝料，但該模具的特殊要求使得主澆道長度遠遠超過此值?？梢酝ㄟ^調節(jié)注射壓力和注射溫度等來改善主澆道過長的缺陷。 ＝＋ (3-1) ＝145+15＝160mm 式中 ——主澆道長度(mm) ——澆口套凸臺高度(mm) ——主澆道主要部分長度(mm) 2. 澆口套設計 由于主澆道要于高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所以要模具的主流道部分通常設計成可以拆卸更換的主流道襯套。為了選用優(yōu)質鋼材和單獨加工及熱處理，采用分體式。定位環(huán)與注射機定模板上的孔采用間隙配合H11/h11,配合長度取10mm.該模具澆口套選用T8A硬度HRC53～57[16 ]。 3.1.3 分流道設計 分流道是指主流道與澆口之間的這一段，它是熔融塑料由主流道流入型腔的過度段，也是澆注系統(tǒng)中通過斷面積變化和塑料轉向的過渡段，能使塑料得到平穩(wěn)的轉換。 1. 分澆道的設計要點 (1)分流道的端面和長度設計，應在保證順利充模的前提下盡量取小，尤其是小型塑件更為主要。 (2)分流道的表面不必很光，表面粗糙度一般為Ra1.6μm即可。這樣可以使熔融塑料的冷卻層固定，有利于保溫。 (3)分流道較長時，在分流道末端應開設冷料穴，以容納冷料保證塑件的質量。 (4)分流道與澆口的連接要以斜面或圓弧過渡，有利于塑件料的流動及填充，則會起反壓力。消耗內能[6]。 2. 分澆道截面形狀及尺寸 考慮效率，圓形截面積大，表面積小，效率最高，且分流道的中心與澆口中心線共線，故采用圓形截面。但加工相對困難。采用梯形或從字型截面時，塑料熔體在流道中流動事時。表層冷凝凍結，起絕作用，熔體僅在流道中心流動，因此為實現理想狀態(tài)的流道中心線與澆口中心線共線，采用圓形截面。 由經驗得，ABS分流道斷面直徑為3.5~10mm，鑒于塑件的實際尺寸，取8 mm。如圖3-2所示。 圖3-2 分流道 3. 分澆道的布置 分流道的布置取決于型腔的布局，其遵循的原則應是排列緊湊，能減小模板的尺寸，減小流程數，鎖模力力求平衡。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。由設計要求，采用單型腔，根據塑件形狀采用分流道非平衡式布置。 4. 分澆道與澆口的連接 分流道與就澆口連接處加工成斜面，并用圓弧過渡。，利于塑料熔體的流動即U型口連接方式[26]。 3.1.4 澆口設計 澆口又稱進料或內流道。它是分流道與塑件之間的狹窄部分也是澆注系統(tǒng)中最短小的部分。它能使分澆道輸送來的熔融塑料的流速產生加速度形成理想的流態(tài)，順序、迅速地充滿型腔，同時還起著封閉型腔阻止熔料倒流的作用，并在成型后便于使?jié)部谂c塑件分離。澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀、數量和位置對塑件的質量影響很大。一是塑料熔體流經的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 1. 澆口形式設計 ABS塑料屬低粘度塑料結合塑件的形狀和表面質量等因素故采用側向澆口。一般取寬1.5～5mm,厚0.5～2mm，長0.7～2mm。壁厚2.5mm時，取1.5mm;澆口長度:＝1.0mm。如圖3-3所示。 圖3-3 澆口 2. 澆口位置的選取原則 (1)澆口位置的選擇應避免產生噴射和蠕動（蛇形流） (2)澆口應開設在塑件斷面最厚處。 (3)澆口位置的選擇應使塑料的流程最短，料流變向最少，以減少動能損失，良好填充。 (4)澆口位置的選擇應有利于型腔內氣體的排出。 (5)澆口位置的選擇應減少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。 (6)澆口位置的選擇應防止料流將將型腔、型芯等擠壓變形。 鑒于此加之主澆道的影響，對本塑件澆口設于塑件背面接近最高處（見裝配圖）[17]。 3.1.5 冷料穴的設計 冷料穴是用來儲藏注塑間隔期間產生的冷料頭的，防止冷料進入型腔而影響塑件質量，并使熔料能順利的充滿型腔。同時它可以完成冷料的脫出。 1. 冷料穴的結構 冷料穴處于主流道末端，為了便于拉料桿最后推出凝料其末端應豎直或略小于上面連接處，如圖3-4所示。 圖3-4 冷料穴 2. 拉料方式 考慮到冷料穴的凝料須和制件同時脫出故將冷料穴做成Z形，以便拉出凝料并脫出凝料。這樣拉料桿就同時起到了拉住和頂出主澆道凝料的作用還兼有冷料穴的作用。但主澆道凝料拉出后不能自動脫落，需人工摘掉[6]。 3.1.6 分型面的設計 分型面是打開模具取出塑件澆注系統(tǒng)凝料的面。 1. 確保塑件尺寸精度 因為塑件壁非常薄故同軸度要求較高，為防止錯腔，將塑件全部在動模中成型，綜合分析塑件形狀等因素采用較小的脫模斜度即可。 2. 確保塑件表面質質量 制件的正面表面質量要求較高，故將正面型面全部設計在動模中。 3. 確保側向抽芯順利抽出 制件上有幾個側孔和側凸需側抽才能成型，故應加以考慮。（具體結構見裝配圖） 4. 考慮模具結構 盡量簡化脫模部件，為便于塑件脫模，應使塑件在開模時盡可能留于動模，即只要上塑件與動模結合力大于塑件與定模結合力即可。在滿足此要求前提下，盡可能使塑件與定模有一定結合力，而不將塑件與模具的結合力全部放于動模中。 圖3-5 分形面 考慮到側抽在動定模上均有，就要求動模板型腔在開模時一段時間內不動（延遲開模）故在動模板上加彈簧來實現，其結構示例圖如圖3-5所示。 該制件上表面完全為參數曲線所構成的復雜曲面，故分型面采用曲面方式，分型面曲面與制件曲面相符。 3.1.7 排氣槽的設計 對于成型大中型塑件的模具，需要排出的氣體質量多，通常應開排氣槽。排氣槽應設在分型面凹槽一邊。排氣槽的位置以處于熔體流動末端為好。排氣槽寬度＝(3~5)mm,深度小于0.05mm，長度＝0.7mm。對于ABS塑料，由經驗.取0.03mm。如圖3-7所示。 圖3-6 排氣槽 本模具屬中型模具，該制件背面注射末端則可以通過模具鑲塊間的間隙排出氣體。 3.2 成型部分及零部件設計 3.2.1 型腔數的確定 該模具要求單腔故型腔數為1，單腔成型制件的尺寸精度易保證。 3.2.2 一般凹凸模結構設計 1. 凹模結構設計 凹模是成型塑件外形的主要部件，其結構隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。 鑲拼組合方式凹模的優(yōu)點：對于形狀復雜的型腔采用整體式結構難于加工，該塑件的背面（凹模型腔）形狀相對比較復雜，故采用完全整體式凹模塊＋局部鑲拼嵌入。如圖3-7所示： 圖3-7 凹模 該制件背面形狀復雜而且壁薄只有1mm，采用這種鑲拼式比較適合。有兩個鑲塊與冷卻水管干涉，故將鑲快干涉處切除做成凹槽式，因為干涉尺寸很小故不會影響鑲塊的強度。 2. 凸模的結構設計 凸模上成型塑件內形的成型零件。本制件凸模成型表面即制件表面質量要求最高的型面要求較高且形狀較簡單，故采用完全整體式凸模。 3.2.3 成型零件工作尺寸 1. 凹模徑向尺寸：（平均收縮率法）。圖3-8所示為塑件外形（外徑）與型腔內形（內徑）的對應關系簡圖。該制件型面比較復雜計算只作參考。 圖3-8 成型凹槽 ＝[(1＋)×]+Δz (3-2) ＝[(1＋0.5%)×658－×1.6 ＝660.09(mm) ＝[(1＋) ×354-×1.0] ＝355.02(mm) 校核： ＋＋＋·≥ ＋＋＋· ＝660.09＋0＋0＋0.4%×658＝662.722≥658 ＋＋＋· ＝355.02＋0＋0＋0.4%×354＝356.436≥35 式中 ——塑料成型收縮率（0.5%） ——塑件徑向公稱尺寸(mm) ，(658mm) ——凹模磨損量(mm) ——凹模制造公差(mm) ——塑件公差值(mm) ——塑件的最大收縮率（%），（取0.7%） ——塑件的最小收縮率（%），（取0.4%） 2. 凹模深度尺寸（平均收縮率法） ＝[(1＋)] ＋δz ＝[(1＋0.5%)×86－×1.6] ＋δz ＝85.363(mm) 校核： －·＋> －·＋ ＝85.363－0.7%×96＋1.6 ＝86.361>86 式中 ——凹模深度尺寸(mm) ——塑件高度公稱尺寸(mm) ——凹模深度制造公差(mm) ——凹模磨損量(mm) ——塑件公差值(mm) ——塑件的最大收縮率（%），（取0.7%） ——塑件的最小收縮率（%），（取0.4%） 3.2.4 型腔壁厚計算 1. 型腔的強度及剛度要求： 塑料模具型腔的側壁和底壁厚度的計算是模具設計中經驗遇到的重要問題，尤其對下型模具更為重要。目前，許多單位都憑經驗決定，但常因為估計不準而造成面具報廢或浪費材料，為此，建立科學的計算方法實屬必要。目前，常用計算方法有按強度條件和按剛度條件計算兩大類，但實際的塑件模具卻要求既并不允許因為強度不足而發(fā)生明顯的變形，甚至破壞，也不允許用剛度不足而發(fā)生過大變形。因此，要求讀一強度及剛度加以合理考慮。 在注塑成型過程中，型腔所受的力有蘇聯熔體餓壓力，合模時的壓力，開模時的拉力等，其中最主要的是熔體的壓力，在塑料熔體壓力作用下，型腔將產生有應力及變形。如果型腔側壁和壁厚不夠，當型腔中產生的內應力超過材料的許用應力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足側發(fā)生過大的彈性變形，從而產生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導致脫模困難。但理論分析和實踐表明，模具對剛度及強度的要求并非同時兼顧。對于大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按強度計算。強度計算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的許用應力。剛度計算的條件則因模具特殊性，從幾個方面考慮： (1)要防止溢料。模具型腔的某些配合面當高壓塑料熔體注塑時，會產生足以溢料的間隙。對ABS而言，間隙為0.05mm。 (2)應保證塑件精度。塑件均有尺寸要求，這就要求模具塑腔具有良好的剛性，即塑料注入時不產生過大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5。 (3)要利于脫模。當變形量大于塑件冷卻收縮時，塑件的周邊將被型腔緊緊的包住而難以脫模，強制頂住易使塑件劃上或損壞，因此型腔允許彈性變形量應小于塑件的收縮值[26]。 2. 型腔壁厚的計算： 該制件的凹模型腔可近似看作由一個大矩形，如圖3-9所示： 圖3-9 凹模型腔 (1)底壁計算： 該模具型腔較為復雜不宜采用計算法，故采用經驗數據法。示意圖如圖3-10： 圖3-10 型腔簡圖 參照表5-7[5]知 <2 (屬≈2); 故取=0.10=35.4mm; 此時>1.5, =34.3MPa ,故 =(1.5～1.6)×35.4 取=54mm (2)側壁計算： 該件采用單型腔，其示意圖如圖3-11： 圖3-11 單型腔示意圖 由經驗計算公式：=0.20+17 [6] (3-3) (型腔壓力PM<49MPa) 則=0.20+17=148.6mm, 取149mm; =0.20+17=87.8mm, 取88mm; 其中 為橫向側壁； 為縱向側壁； 橫向短處側壁可取薄一點，取90mm.。 3. 凸模底壁厚的計算： 一般凸模底壁壁厚取型腔底壁壁厚的略小值就可以，參照上面計算的結果結合實際情況取=50mm。 3.3 脫模機構設計 3.3.1 脫模機構的構成與功能 脫模機構的作用將型件和澆注凝料等與模具松動分離（稱為脫出），然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內取出，即脫模動作分為脫出和取處兩個步驟。本設計中脫出和取出兩個動作之間，有明顯的界限（前者液壓脫出，后者動力來源為人工）。 3.3.2 取出機構的方式設計 根據塑件質量要求及實際情況限制，采用非掉落取出。即塑件與澆注系統(tǒng)凝料等從模具中被拿出。取出動作依靠人工，在脫出部件使使從模具脫出呈懸掛狀時，將其取出而離開模具[18]。 3.3.3 脫出機構設計原則 在注塑成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模上松動分離（即脫出），脫出塑件的機構，就叫塑件脫出機構。澆注系統(tǒng)凝料等也要從模內脫出，這種機構就叫澆注系統(tǒng)凝料等的脫出機構。本設計采用延遲開模方式澆口與塑件連在一起，塑件與澆注系統(tǒng)用兩個脫出機構關聯脫出。 1. 脫出機構設計基本考慮 為了保證塑件在頂出過程中不變形或損壞，必須正確分析對模腔粘附力的大小及其所在部位，以便選擇合理的頂出方式和頂出裝置，使頂出力將以均勻合理的分布。頂出位置應設置在阻力大的地方，有就是使塑件不易變形的部位。在選擇頂出位置時，盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位，尤其是用頂桿頂出時更應注意這個問題。另外，與塑件直接接觸的脫出零件的配合間隙喲啊保證不溢料，以免塑件上留下飛刺痕跡。 2. 脫出機構的結構 在設計模具結構時，必須考慮在開模過程中保證塑件留在具有頂出裝置的那一部件，即留于動模上，這樣可簡化頂出機構。但因塑件結構的關系，不便留于動模時，亦可采取一些措施，強制塑件留于動模中，或是塑件在開模后由定模上的頂出機構頂出。 脫出機構要求工作可靠，動作節(jié)奏點清晰，運動靈活，制造方便，配換容易，且本身具有足夠的強度和剛度。根據注塑頂出裝置的形式，模具上要相應采用一定的形式。 3. 頂出行程、抽芯距、開模行程計算 (1)頂出行程： ＝＋＋ (3-4) ＝87+2+22=111mm 式中 ——所需頂出行程(㎜)； ——型芯成型高度(㎜)； ——延遲開模彈簧的行程(㎜)； ——頂出行程富裕量(㎜)，取2～3㎜； (2)抽芯距： （圓孔及側凸）＝＋＝8 (㎜)； (矩形小孔) ＝＋＝1＋3＝4 (㎜)； 式中 ——抽芯距(㎜)； ——塑件側孔深度與側凸高度和(㎜)； ——安全富裕量，一般為2～3㎜。 (3)動模板下彈簧行程的確定 由側抽芯行程可知傳動器行程為22mm,則彈簧行程為22mm,動模板脫模時壓住塑件克服主要為動模板移動時的的摩擦力。F約位2KN，和模后彈簧彈力應大于2KN，預設置5根彈簧，每根彈簧彈力為500N足以能壓住制件實現延遲開模。合模后動模板應緊靠動模固定板，故應應在動模固定板上設計彈簧窩。彈簧的最大壓縮量為彈簧原長L的30%，否則彈簧易失效。為防止彈簧意外彈出設定位柱及預壓力（彈簧壓縮2mm）。 ① 彈簧彈性系數K 由公式 (3-5) 500N= ——彈簧壓縮量22mm; =;為確保穩(wěn)定選取=30N/mm的彈簧 ② 確定彈簧總長 （取壓縮量的25%） =，為安全平穩(wěn)可靠加上預壓取90的彈簧 則彈簧窩的深度為30mm和35mm彈簧圈的直徑取50mm,中間設計Φ20的定位導柱。 ③ 彈簧窩及傳動器結構設計 為了便于取件將傳動器設計成兩段，其接觸處采用厚10mm的銅板定模側銅板后加銅皮用于在因摩擦或其它原因造成不能準確成型時調節(jié)之用。綜合上面計算及闡述彈簧窩的結構如圖3-12所示： 圖3-12 彈簧窩 (4)開模行程：對于本延遲開模模具來說（如圖3-13所示） ＝＋＋＋ (3-6) 圖3-13 延遲開模簡圖 ＝＋＋＋ =87+183+22+3+8 =303mm 式中 ——定模（凸模）型芯突出分型面的高度總和(㎜)； ——塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度(㎜)； —— 彈簧行程(㎜) ； ——取件的開模行程富裕量(㎜)； ——頂桿頂出富裕量(5~10mm)。 (取8mm) 4. 頂出力、抽拔力、開模力計算 頂出力的決定與抽拔力的計算相同，塑件與型腔的粘附力，多由塑件收縮引起，因此頂出塑件時所需的頂出力必須克服粘附力所引起的摩擦阻力。 塑件在冷凝收縮時要產生對型芯的包緊力所產生的抽拔阻力及機械傳動的摩擦力，才能抽出活動型芯。對于不帶通孔的殼體塑件，抽拔時還要克服大氣壓造成的阻力。在開始抽拔拔瞬間，所需的力稱為其始抽拔力，以后抽拔所需的力稱為相繼抽拔力，前者比后者大，因此計算抽