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湖 南 科 技 大 學 瀟湘學院畢業(yè)設計（論文）任務書 機電工程系 系 機械制造 教研室 教研室主任: （簽名） 年 月 日 學生姓名: 劉明杰 學號: 1053010524 專業(yè): 機械設計制造及其自動化 1 設計（論文）題目及專題：風扇固定蓋模具設計 2 學生設計（論文）時間：自 2014 年 2 月 16 日開始至 2014 年 6月 7日止 3 設計（論文）所用資源和參考資料： （1）《機械設計手冊》、《模具設計手冊》及其相關資料 （2）塑件零件圖 4 設計（論文）應完成的主要內容： 1.模具裝配圖設計； 2.模具上、下模具等主要零件設計 3.注塑機的選型設計。 5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求： 1.裝配圖、主要零件的零件圖（不少于3張A0圖紙）； 2.設計說明書（不少于40頁）。 6 發(fā)題時間： 2014 年 2 月 25 日 指導教師： （簽名） 學 生： （簽名） 摘 要 本次畢業(yè)設計的主要任務是對風扇固定蓋注射模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產風扇固定蓋的塑件產品，以實現(xiàn)自動化提高產量。該課題從產品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計。本次設計的主要難點有：由于塑件為風扇固定蓋內壁上有螺紋，考慮自動脫螺紋機構，因而模具結構較復雜，為了提高零件的表面質量，采用單分型面?zhèn)葷部凇? 關鍵詞：注塑模 風扇固定蓋 單分型面 側澆口 ii ABSTRACT This graduation design is the main task of the internal screw thread bottle cap mould design, also is to design a pair of injection mold for manufacturing the plastic screw thread bottle cap in product, in order to realize the automation to increase production. The subject from the product structure craft, specific die structure, the mould of gating system, molding part of the structure, the ejector system, cooling system, selection of injection molding machine and related parameters of checking, there are detailed design. The main difficulties of this design are: due to the plastic parts of screw thread bottle cap in outside wall have threaded, consider automatically take off thread mechanism, and the die structure is relatively complex, in order to improve the surface quality of parts, with double parting surface gate set Key words: injection molding ；screw cap；inside the double parting surface；The side gate 湖南科技大學瀟湘學院 開題報告 學 生 姓 名： 劉明杰 系 部： 機電工程系 專業(yè)及班級： 機械設計制造及其自動化 學 號： 1053010524 指導教師： 李鵬南 2014年2月28日 瀟湘學院 2014 屆畢業(yè)設計開題報告 題 目 風扇固定蓋注射模具設計及其關鍵零件數(shù)控加工工藝編制 作者姓名 劉明杰 學號 1053010524 所學專業(yè) 機械設計制造及其自動化 1、 研究的意義，同類研究工作國內外現(xiàn)狀、存在問題 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產的重要工藝裝備。隨著工業(yè)技術的迅速發(fā)展，在國民經濟的各個領域都越來越多地依靠模具成型加工零件的方法，實際上是一種不要切割，多重工序重合的生產方式。采用模具成形加工零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產率，保證零件質量，節(jié)約材料，降低生產成本，從而獲得較高的經濟效益。近年來，隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，新興的模具CAD技術很大程度上實現(xiàn)了企業(yè)追求提高產品質量及生產效率,縮短設計周期及制造周期,降低生產成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力等目標。CAD技術的應用越來越普遍和深入，大大縮短了模具設計周期，提高了制模質量和復雜模具的制造能力。雖然我國模具制造已經頗具規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產能力等方面，中國與國際水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。 2、 研究目標、內容和擬解決的關鍵問題 此次的設計任務是風扇固定蓋塑料模具設計，首先通過對工廠生產出來的塑料產品進行測繪確定其尺寸、公差、精度，然后通過查閱資料并結合生活常識確定產品塑料原料等設計要求，接著得仔細思考如何才能以最快的速度設計出合理、經濟、可行的模具來，首先應考慮CAD/CAE/CAM等技術如何才能在設計中發(fā)揮其主要優(yōu)勢，因此，我使用了模具設計軟件——CAD和Pro/E Wildfire，從最初的零件2D測繪到3D建模再到后來的NC數(shù)控編程，都完全依靠CAD和Pro/E Wildfire的各個模塊，因此設計的關鍵就是CAD和Pro/E Wildfire設計軟件在注射模設計中的應用問題，并且由于該零件的尺寸及復雜程度，使得分模與型腔及型芯的設計工作變的尤為關鍵，為圓滿完成這次設計任務，我對Pro/E Wildfire設計軟件的幾個常用模塊，特別是零件、曲面、工程圖及模具模塊進行了比較深入的學習，相信能借助Pro/E Wildfire，使設計工作達到事半功倍的效果。 3、 特色與創(chuàng)新之處 根據當前注射模具的發(fā)展要求，設計工作應廣泛運用CAD等技術，提高模具精度、延長模具壽命、降低模具制造成本，提高模具標準化水平和模具標準件的使用率，是設計事半功倍。為達到這一設計目標，此次設計完成了以下工作:由產品的CAD?2D測繪到3D建模，借助Pro/E Wildfire設計軟件創(chuàng)建型腔、鑲件以及其他零件，并自動生成所需要的零件工程圖；使用草圖和厚度檢測，評估零件；直接參照產品三維模型,創(chuàng)建分模曲面及滑塊，再生成模具型腔組件（動模、定模）；此外,還利用PROE的分析功能,進行拔模檢測,仿真模具開模順序,計算填充容積、型腔曲面面積等，其中型腔組件的實體模關聯(lián)，并且可用于數(shù)控加工；對于模架的設計,利用PROE模座專家EMX來完成,從標準模架選擇到產品輸出,全部采用3D化設計,可大大縮短模具設計周期。在模具設計過程中，從零件建模到型腔、型芯的設計、模架設計及模具開模動作模擬,直至最后的NC數(shù)控加工指令編程，都充分發(fā)揮了Pro/E Wildfire設計軟件的各個模塊和插件的優(yōu)勢，基本做到了無圖紙化設計，這樣不但提高了模具的制造精度，而且能縮短設計時間，以確保我在較短的時間內完成設計。 4、 擬采取的研究方法、步驟、技術路線 一. 模具結構形式及注射機的初步確定 （1）塑件成型工藝的可行性分析 ?（2）擬定模具結構形式 （3）注射機型號的確定 二.澆注系統(tǒng)的設計 （1）主流道設計 （2）分流道設計 （3）澆口設計 （4）冷料穴設計 三.成型零件的設計 ?（1）成型零件的結構設計 （2）成型零件工作尺寸的計算 （3）模具型腔側壁和底板厚度的計算 四.脫模推出機構的設計 主要是脫模力的計算及確定推出機構的類型。 五.側向分型與抽芯機構設計 ? 主要是根據塑件結構特點及抽芯距確定側向抽芯機構的類型。 六.模架的確定和標準件的選用 以上設計內容確定之后，模具的基本結構形式已經確定，于是根據所定內容確定模架，選定標準模架的形式、規(guī)格及標準代號。為縮短制造周期，降低制造成本，應盡可能地選用標準件。 七.合模導向機構的設計 由于采用標準模架，其本身帶有導向裝置，故無需另外設計。 八.排氣系統(tǒng)的設計 九.溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 十.初繪模具裝配草圖，各部分的結構設計，協(xié)調好各零部件之間的裝配關系，最后完成裝配工作圖 十一.整理和編寫設計說明書 十二.上交老師進行最后檢查修改，進行總結，完成答辨準備工作 5、 擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備 1.測繪工具：游標卡尺，直尺等 2.繪圖工具：三角板，圓規(guī)等 3.計算機：Pro/E軟件，cad軟件等 6、參考文獻 [1]??王敏杰,宋滿倉. 模具制造技術. 北京：電子工業(yè)出版社，2004 [2] 朱光力，萬金保. 塑料模具設計. 北京：高等職業(yè)教育，2003 [3] 陳志剛. 塑料模具設計第2版. 北京：機械工業(yè)出版社，2009 [4]??葉久新，王群. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007 [5]??塑料模具設計手冊編寫組. 塑料模具設計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2003 [6] 伍先明，王群，龐佑霞，張厚安. 塑料模具設計指導. 北京：國防工業(yè)出版社，2006 [7]??曾珊琪，丁毅. 模具壽命與失效. 北京：化學工業(yè)出版社，2005 [8]??姜玲蓮，謝龍漢. Pro/E Wildfire5產品設計及制圖. 北京：清華大學出版社，2011 [9]??劉小年. AutoCAD計算機繪圖基礎. 湖南：湖南大學出版社，2010 [10] 何雪明，吳曉光，王宗才. 機械CAD/CAM基礎. 北京：華中科技大學出版社，2013 [11] 王永章，杜君文，程國全. 數(shù)控技術. 北京：高等教育出版社，2011 [12] 大連理工大學工程圖學教研室. 機械制圖. 北京：高等教育出版社，2007 [13] 濮良貴，紀名剛. 機械設計第8版. 北京：高等教育出版社，2012 4 湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計（論文） 目 錄 第一章 前言 1 第二章 產品技術要求和工藝分析 3 2.1產品技術要求 3 2.1.1產品技術要求 3 2.1.2 產品設計圖 3 2.2 塑件的工藝分析 4 2.2.1 塑件結構工藝性 4 2.3 塑件材質特性 5 2.4 成型工藝性 6 第三章 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定 8 3.1 注射成型機的選擇 8 3.1.1 估算零件體積和投影面積 8 3.1.2 鎖模力 8 3.1.3 選擇注射機及注射機的主要參數(shù) 8 3.2成型腔數(shù)的確定 9 第四章 澆注系統(tǒng)的設計 11 4.1 分型面位置的確定 11 4.2 確定型腔數(shù)量及排列方式 12 4.3 澆注系統(tǒng)的設計 12 4.3.1 澆口設計 13 4.3.2 主流道的設計 13 4.4 模具的結構形式 14 4.5 凹模的結構設計 15 4.6凸模的結構設計 15 第五章 模具成型零件的工作尺寸計算 17 第六章 排氣系統(tǒng)的設計 20 6.1排氣不良的危害 20 6.2 排氣系統(tǒng)的設計方法 20 第七章 導向與脫模機構的設計 21 7.1 導向機構的作用和設計原則 21 7.1.1 導向機構的作用 21 7.1.2 導向機構的設計原則 21 7.2 導柱、導套的設計 21 7.2.2 導套的設計 22 7.3 脫模推出機構的確定 23 7.3.1 脫模力的計算 23 第八章 冷卻系統(tǒng)設計 25 8.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 25 8.2 冷卻水體積流量 25 8.3 冷卻管道直徑的確定 26 8.4 冷卻回路所需的總表面積 26 8.5 冷卻回路的總長度 26 8.6 冷卻水道的結構 26 第九章 其它結構零部件的設計及校核 28 第十章 脫內螺紋機構 30 10.1　脫螺紋機構的設計 30 10.1.1　脫螺紋的形式 30 10.1.2　旋轉脫螺紋扭距的計算 30 10.1.3　對主流道凝料能否脫出的校核 31 10.1.4　驅動裝置和傳動裝置的設計和計算 32 第十一章 結 論 35 致謝 37 參考文獻 38 附錄1 模具爆炸圖及裝配圖 39 附錄2 數(shù)控編程 41 II 第一章 前言 塑料“PLASTIC”的英文原指可以任意捏壓成各種形狀的材料和可塑原料。在塑料工程中他的定義為：以合成樹脂為基本成分，在一定溫度及其壓力的條件下塑化成型，而且產品能夠保持一定形狀不變的材料。 而在分子材料加工領域中，一些成型的模具用于塑料制品，稱為塑料成形模具，簡稱塑料模。塑料模優(yōu)化設計，是當前高分子材料加工領域中的具有重大研究意義。塑料材料、制品設計及加工工藝確定后，塑料模設計對制品質量與產量，就具有很大的影響。 在近幾年的塑料原件生產中，合理的加工工藝、高效率的注塑設備和先進的模具，被評定為塑料產品成形技術中的“三大支柱”。特別是塑料模對實現(xiàn)塑件加工工藝中的要求、塑件的使用要求和塑件外觀造型上要求有著不可替代的功用。高效全自動化設備，也只有裝上能自動化生產的模具，才能發(fā)揮其應有的效能。此外，塑件生產與產品更新均以模具制造和更新為前提。 隨著中國當前的經濟形勢的日趨好轉，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產品生產的發(fā)展和質量提高，并能獲得極大的經濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關于當前國家產業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務。 近年來，塑料模具的產量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產量中所戰(zhàn)比例越來越大。電視機、空調、洗衣機等家用電器所需的塑料模具基本上可立足于國內生產。重量達10～20噸的汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具和多達600腔的塑封模具已可自行生產。在精度方面，塑料尺寸精度可達IT6-7級，型面的粗糙度達到?Ra0.05-0.025μm，塑料模使用壽命達100萬次以上。在塑料模具的設計制造中，CAD/CAM技術得到較快的普及，CAE軟件已經在部分廠家應用。熱流道技術得到廣泛應用，氣輔注射技術和高效多色注射技術也開始成功應用。 在模具方面，我國模具總量雖已位居世界第三，但設計制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標準化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的1/3～1/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化。 我國塑料模的發(fā)展迅速。塑料模的設計、制造技術、CAD技術、CAPP技術，已有相當規(guī)模的確開發(fā)和應用。在設計技術和制造技術上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質量尚不穩(wěn)定。模具標準化程度不高，系列化商品化尚待規(guī)模化；CAD、CAE、Flow Cool軟件等應用比例不高；獨立的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此努力提高模具設計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。 未來的發(fā)展趨勢和方向主要可歸納為以下幾點： （1）CAD/CAM/CAE技術將全面推廣； （2）快速原型制造（RPM）、高銑削加工、熱流道技術、氣體輔助注射技術、高壓注射成型及相關技術將得到更好的發(fā)展； （3）開發(fā)新的模具材料，如采用粉末冶金及噴射成型工藝制作出硬制合金、陶瓷及復合材料； （4）模具表面強化熱處理新技術應用，如我國研制的PMS鏡面塑料模具，就是在低級材料中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素后，經過毛坯淬火與回火處理，使其硬度≤30HRC，然后加工成型，再進行時效處理，使模具硬度上升到40～50HRC，從而大大提高了模具的使用壽命。 本次畢業(yè)設計的主要任務是對風扇固定蓋模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產風扇固定蓋的塑件產品，以實現(xiàn)自動化提高產量。該課題從產品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過模具設計表明該模具能達到風扇固定蓋的質量和加工工藝要求。 針對風扇固定蓋的具體結構，通過此次設計，使我對模具的設計有了較深的認識。同時，在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、推出機構、排氣系統(tǒng)、模溫調節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經驗。在設計中除使用傳統(tǒng)方法外，同時引用了CAD、CAE等技術，在提高工作效率的目的同時也提高了自己在軟件方面的技能。在一次性注射器推筒模具設計過程中，主要應用UG進行了產品3D結構的繪制；包括分形面、澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等的設計；應用AutoCAD是最常用的工程制圖軟件，由3D軟件生成的工程圖紙不規(guī)范，所以后期需要導入AutoCAD進行完善。 本說明書為風扇固定蓋注塑模具設計說明書，是根據文獻[3]上的設計過程及相關工藝編寫的。編寫本說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了塑料注射模具設計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法。本說明書在編寫過程中，得到老師和同學的大力支持和熱情幫助，在此謹表謝意。由于本人設計水平有限，在設計過程中難免有錯誤之處，敬請各位老師批評指正。 41 第二章 產品技術要求和工藝分析 2.1產品技術要求 2.1.1產品技術要求 塑料零件的材料為HDPE塑料（高密度聚乙烯），生產量較大，屬于中大批量生產。表面要求無痕，表面粗糙度Ra3.2。未注倒角R0.5，未注尺寸公差取MT5級精度?？筛鶕墨I[4]表2-3常用材料模塑件公差等級和使用（GB/T14486-1993）、表2-4模塑件尺寸公差表（GB/T14486-1993）獲得。 2.1.2 產品設計圖 圖2.1 產品3D圖 圖2.2 產品2D圖 2.2 塑件的工藝分析 2.2.1 塑件結構工藝性 風扇固定蓋見產品設計圖，材料為HDPE，屬于圓柱件，整體尺寸D70mm×17mm，在蓋的底部有螺紋結構。要求表面光滑，無飛邊。風扇固定蓋的結構類似于普通的注射模，使用方法也大致相同，但是為了提高生產效率，模具采用自動脫螺紋機構。 2.2.2 塑件成型工藝性要求 1. 該塑件尺寸較小，要求塑件表面精度等級較高，其表面要求光潔美觀，其工作面成型時不允許有澆口、頂桿痕跡，開模時要求不被定模型芯拉裂或者拉變形。所以采用的澆口形式要保證其表面精度。 2. 該塑件為大批量生產。為了加工和熱處理，降低成本，該塑件采用活動鑲件的結構，簡化結構，降低模具的成本。 3. 為了提高生產效率，模具采用自動脫螺紋機構 2.3 塑件材質特性 此風扇固定蓋是采用 HDPE塑料（既高密度聚乙烯）注塑成的。查閱文獻[5]可知： HDPE（高密度聚乙烯系塑料）是指大分子鏈中包括苯乙烯基的一類塑料，包括苯乙烯及其共聚物，具體品種包括普通高密度聚乙烯（GHDPES）、高抗沖高密度聚乙烯（HIHDPE）、可發(fā)性高密度聚乙烯（EHDPE）和茂金屬高密度聚乙烯（SHDPE）等。HDPE以乙烯為主要原料，丙烯、1-丁烯、己烯為共聚體，在催化劑的作用下，采用淤漿聚合或氣相聚合工藝，所得到的聚合物經閃蒸、分離、干燥、造粒等工序，獲得顆粒均勻的成品。包括諸如片材擠塑、薄膜擠出、管材或型材擠塑，吹塑、注塑和滾塑。HDPE適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好，如注塑，擠塑，吹塑，旋轉成型，涂覆、發(fā)泡工藝、熱成型、熱封焊、熱焊接等。高密度聚乙烯為無毒，無味，無臭的白色顆粒，它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好，耐酸堿，耐有機溶劑，電絕緣性優(yōu)良，低溫時，仍能保持一定的韌性。表面硬度，拉伸強度，剛性等機械強度都高于LDPE，接近于PP，比PP韌。 HDPE塑料（高密度聚乙烯） 英文名稱:HDPE 　 密度：0.95g/cm3 成型收縮率：1.2-4.0% 成型溫度：170-250℃ HDPE最通常的生產方法是通過淤漿或氣相加工法，也有少數(shù)用溶液相加工生產。所有這些加工過程都是由乙烯單體、a-烯烴單體、催化劑體系（可能是不止一種化合物）和各種類型的烴類稀釋劑參與的放熱反應。氫氣和一些催化劑用來控制分子量。淤漿反應器一般為攪拌釜或是一種更常用的大型環(huán)形反應器，在其中料漿可以循環(huán)攪拌。當乙烯和共聚單體（根據需要）和催化劑一接觸，就會形成聚 乙烯顆粒。除去稀釋劑后，聚乙烯顆?；蚍哿１桓稍锊磩┝考尤胩砑觿蜕a出粒料。帶有雙螺桿擠出機的大型反應器的現(xiàn)代化生產線，可每小時生產PE40000磅以上。新的催化劑的開發(fā)為改進新等級HDPE的性能作出貢獻。兩種最常用的催化劑種類是菲利浦的鉻氧化物為基礎的催化劑和鈦化合物一烷基鋁催化劑。菲利浦型催化劑生產的HDPE有 中寬度分子量分布；鈦一烷基鋁催化劑 生產的分子量分布窄。用復式反應器生產窄MDW的聚合物所用催化劑也可用 于生產寬MDW品級。舉例來說，生產顯著不同分子量產 品的兩個串聯(lián)反應器可以生產出雙峰分子量聚合物，這種聚合物具有全寬域的分子量分布。 塑件自模具中取出冷卻到室溫后，發(fā)生尺寸收縮這種性能稱為收縮性。由于收縮不僅是樹脂本身的熱脹冷縮，而且還與各成形因素有關，所以成形后塑件的收縮應稱為成形收縮。 成形收縮的形式主要表現(xiàn)在下列幾方面： （1）塑件的線尺寸收縮由于熱脹冷縮，塑件脫模時的彈性恢復、塑性變形等原因導致塑件脫模冷卻到室溫后其尺寸縮小，為此型腔設計時必須考慮予以補償。 （2）收縮方向性成形時分子按方向排列，使塑件呈現(xiàn)各向異性，沿料流方向（即平行方向）則收縮大、強度高，與料流直角方向（即垂直方向）則收縮小、強度低。另外，成形時由于塑件各部位密度及填料分布不勻，故使收縮也不勻。產生收縮差使塑件易發(fā)生翹曲、變形、裂紋，尤其在擠塑及注射成形時則方向性更為明顯。因此，模具設計時應考慮收縮方向性按塑件形狀、流料方向選取收縮率為宜。 （3）后收縮塑件成形時，由于受成形壓力、剪切應力、各向異性、密度不勻、填料分布不勻、模溫不勻、硬化不勻、塑性變形等因素的影響，引起一系列應力的作用，在粘流態(tài)時不能全部消失，故塑件在應力狀態(tài)下成形時存在殘余應力。當脫模后由于應力趨向平衡及貯存條件的影響，使殘余應力發(fā)生變化而使塑件發(fā)生再收縮稱為后收縮。一般塑件在脫模后10小時內變化最大，24小時后基本定型，但最后穩(wěn)定要經30-60天。通常熱塑性塑料的后收縮比熱固性大，擠塑及注射成形的比壓塑成形的大。 （4）后處理收縮有時塑件按性能及工藝要求，成形后需進行熱處理，處理后也會導致塑件尺寸發(fā)生變化。故模具設計時對高精度塑件則應考慮后收縮及后處理收縮的誤差并予以補償。 影響收縮率變化的因素在實際成形時不僅不同品種塑料其收縮率各不相同，而且不同批的同品種塑料或同 一塑件的不同部位其收縮值也經常不同，影響收縮率變化的主要因素有如下幾個方面。 （1）塑料品種各種塑料都有其各自的收縮范圍，同種類塑料由于填料、分子量及配比等不同，則其收縮率及各向異性也不同。 （2）塑件特性塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件，嵌件數(shù)量及布局對收縮率大小也有很大影響。 （3）模具結構模具的分型面及加壓方向，澆注系統(tǒng)的形式，布局及尺寸對收縮率及方向性影響也較大，尤其在擠塑及注射成形時更為明顯。 （4）成形工藝 擠塑、注射成形工藝一般收縮率較大，方向性明顯。預熱情況、成形溫度、成形壓力、保持時間、填裝料形式及硬化均勻性對收縮率及方向性都有影響。 2.4 成型工藝性 1. 無定形料，吸濕小，不須充分干燥，不易分解，但熱膨脹系數(shù)大，易產生內應力.流動性較好，可用螺桿或柱塞式注射機成型。 2. 宜用高料溫，高模溫，低注射壓力，延長注射時間有利于降低內應力，防止縮孔變形。 3. 可用各種形式澆口，澆口與塑件圓弧連接，以免去處澆口時損壞塑件.脫模斜度大，頂出均勻.塑件壁厚均勻，最好不帶鑲件，如有鑲件應預熱。 HDPE有數(shù)不清的應用，被廣泛應用于用于擠出包裝薄膜，繩索，編織袋，漁網，水管；注塑低檔日用品及外殼，非承載荷構件，膠箱，周轉箱；擠出吹塑容器，中空制品，瓶子。 表2.4.1 HDPE注射成形的工藝參數(shù) 注射機類型 螺桿轉速/（r/min） 噴嘴 料筒溫度℃ 模具溫度 注射壓力/Mpa 保壓壓力/Mpa 注射時間/s 保壓時間/s 冷卻時間/s 成形周期/s 形式 溫度℃ 前段 中段 后段 螺桿式 30～60 直通式 170～190 180～200 200～220 160～170 40～80 70～120 50～60 0～5 20～60 15～50 40～120 柱塞式 － 直通式 170～190 180～200 190～220 150～170 50～70 70～100 40～50 0～5 15～60 15～50 40～120 第三章 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定 3.1 注射成型機的選擇 3.1.1 估算零件體積和投影面積 用UG建模分析可知塑件的體積為：V=15.1cm3，塑件單個投影面積為A=3851mm3，由于此模具澆注系統(tǒng)澆口形式采用側澆口，其澆注系統(tǒng)凝料較小，澆注系統(tǒng)的體積為V澆=2.4cm3，投影面積為A澆=150mm2，根據塑件參數(shù)及實際經驗，初步采用的是一模二腔，則： V總=2×V塑 +V澆 =2×15.1+2.4 =32.6cm3 3.1.2 鎖模力 計算其所需鎖模力為： F鎖=A·P型 =（2×3851+150）×30Mp/1000 =235KN 式中： N——型腔的平均計算壓力，選用參見下表3.1.1 表3.1.1常用塑料注射成型時型腔平均壓力 塑件特點 P型 舉例 易成型塑件 25 PP、PS等壁厚均勻的日用品 一般塑件 30 在模溫較高的情況下，成型薄壁類 中等粘度塑件及有精度要求的塑件 35 ABS、POM等有精度要求的零件 高粘度塑件及高精度、難充模塑件 40 高精度的機械零件 3.1.3 選擇注射機及注射機的主要參數(shù) 由此考慮塑件大批量生產，以及以上的從溫度、壓力、時間方面考慮，查表得：初步選用注射機SZ-160/100。 表3.1.2 部分國產SZ系列注射機主要參數(shù) 項目 單位 SZ-100/80 SZ-160/100 SZ-200/120 螺桿直徑 mm 35 40 42 理論注射量 cm3 100 160 200 注射壓力 MPa 170 150 150 注射速效率 g/s 95 105 120 塑化能力 kg/h 40 45 70 鎖模力 kg 1000 1000 1200 拉桿間距(H×V) (mm×mm) 345×345 345×345 355×385 模板行程 mm 325 325 305 模具最下厚度 mm 200 200 230 模具最大厚度 mm 300 300 400 定位孔直徑 mm 100 100 125 定位孔深度 mm 10 10 15 噴嘴伸出量 mm 20 20 20 噴嘴球半徑 mm 15 15 15 頂出行程 mm 100 100 90 頂出力 KN 15 15 22 機器質量 t 4 4 403 外形尺寸/(L×W×H) m×m×m 4.4×1.5×1.8 4.4×1.5×1.9 4.0×1.4×1.9 3.2成型腔數(shù)的確定 以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%計算： =(121.6-2.28)/14.345=8.3 式中： K——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8 N——型腔數(shù) G——注射機允許的最大注射量（g或cm3） ——澆注系統(tǒng)的重量（g） ——塑件重量（g） 因為，N=8.3>2，根據具體情況分析，以及自動脫內螺紋機構，此模具型腔選一模二腔較為合理。 第四章 澆注系統(tǒng)的設計 4.1 分型面位置的確定 分型面就是指分開一個模具取出成型塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據其需要可能有一個或兩個以上的分型面，分型面可以垂直于合模的方向，也可以與合模方向平行或者傾斜 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、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。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則[4]： 1. 符合塑件脫?；疽螅ＷC塑料制品能夠脫出，分型面位置應設在塑件脫模方向最大的投影邊緣。 這是一個首要原則，因為我們設置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據這個原則，分型面應首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個平面上，而且此平面與開模方向垂直。分型的整個廓形應呈縮小趨勢，不應有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。 2. 確保塑件能夠留在動模一側，有利于推出塑件。 3. 分型線不影響塑件的外觀，即分型面應盡量不破壞塑件光滑的外表面。 4. 盡量避免形成側向抽芯，若需要滑塊成型，滑塊力求結構簡單，避免定?；瑝K 塑料注射模具，應盡可能避免采用側向抽芯，因為側向抽芯模具結構復雜，并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時耗財，制造成本顯著增加，故在萬不得己的情況下才能使用。 5. 有利于模具加工。 分型面精度是整個模具精度的重要部分，力求平面度和動、定模配合面的平行度在公差范圍內。因此，分型面應是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現(xiàn)象。 6. 使側向抽芯盡量短。 抽芯越短，斜抽移動的距離越短，一方面能減少動、定模的厚度，減少塑件尺寸誤差；另一方面有利于脫模，保證塑件制品精度。 7. 滿足模具鎖緊要求。 8. 合理安排澆注系統(tǒng)，有利于排氣。 對中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時應有利于排氣。按此原則，分型面應設在注射時熔融塑料最后到達的位置，而且不把型腔封閉。綜上所述，選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單制造容易。當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。 本零件的分型面在零件的最大輪廓面上，如圖4—1—1: 圖4.1.1 分型方案 4.2 確定型腔數(shù)量及排列方式 表4.2.1 單型腔、多型腔的優(yōu)缺點及適用范圍 類型 優(yōu)點 缺點 適用范圍 單型腔模具 塑件的精度高；工藝參數(shù)易于控制；模具結構簡單；模具制造成本低，周期短。 塑料成形的生產率低，塑件的成本高。 塑件較大，精度要求較高或者小批量及試生產。 多型腔模具 塑料成形的生產率高，塑件的成本低。 塑件的精度低；工藝參數(shù)難以控制；模具結構復雜；模具制造成本高，周期長。 大批量、長期生產的小型塑件。 當塑件分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔還是多型腔模。由表2可以看出多型腔的適用于大批量生產，因此采用一模二腔，平衡分布。設計流道時，充分考慮了流動的平衡。 4.3 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)可分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)控制著塑件成型過程中充模和補料兩個重要階段，對塑件質量關系極大。澆注系統(tǒng)是指從注塑機噴嘴進入模具開始，到型腔入口為止的那一段流道。其作用是使熔體塑料能夠平穩(wěn)并且有序的填充到型腔中，以或得輪廓清晰，內部組織致密的塑件。普通模具的澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料穴幾部分組成。 4.3.1 澆口設計 澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、潛伏澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直澆口等。由HDPE的成型工藝性可知：成形收縮范圍及收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，方向性強；流動性極好，易于成形；熱容量大，注射成形模具必須設計能充分進行冷卻回路，注意控制成形溫度。料溫低時方向性明顯，尤其是低溫、高壓時更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫為80℃左右，不可低于50℃，否則會造成成形塑件表面光澤差或產生熔接痕等缺陷。溫度過高會產生翹曲和變形。 根據分析、HDPE的成型工藝性、產品對外觀的要求、產品的形狀結構特點和模具的優(yōu)化，但根據2.2模具確定為一模二腔，采用在滑塊分型面上的側澆口，位置在塑件翼狀結構的兩側。設計流道時，充分考慮了流動的平衡。在定模座板上設計有拉料機構，開模時，流道凝料會從澆口套和定模板中被拉出，與塑件一起留在動模一側，待脫模時與塑件一起脫出。 圖3.1.1 澆口設計 4.3.2 主流道的設計 注意事項： 1．定位圈須沉入模胚５ｍｍ，以支承模具部分重量。 2．定位圈高出模胚１０ｍｍ，以作啤塑時模具裝入注塑機定位之用。 3．定位圈直徑通常作直徑９９.８mm，比注塑機裝置孔直徑１００?。?２ｍｍ，方便裝模。 4．澆口套通常做成直徑10-20mm。 5．澆口套配注塑機射嘴Ｒ比射嘴端部Ｒ大２ ~３ｍｍ。 主流道與噴嘴的接觸處多作成半球形的凹坑。二者應嚴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；主流道小端直徑應比噴嘴孔直徑約0.5-1mm，常取Ф4-8mm，視制品大小及補料要求決定。大端直徑應比分流道深度大1.5mm以上，其錐角不宜過大，一般取1°～2°，本次設計取2°。 圖4.3.1 澆注系統(tǒng)設計 4.4 模具的結構形式 模具結構為單分型面注射模，如圖4.4.1所示： 圖4.4.1 單分型面注射模模具結構 4.5 凹模的結構設計 凹模用于成型塑件的外表面，又稱為陰模、型腔。按其結構的不同可分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲嵌式4種?？傮w上說，整體是強度、剛度好，但不適于復雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結構，是復雜型腔加工相對容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易于在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結構復雜。 由于該模具結構一般，凹模板加工量不大，所以凹模板采用鑲嵌式。這種形式的凹模形狀、尺寸一致性好，更換方便。 4.6凸模的結構設計 凸模用于成型塑件的內表面，又稱型芯、陽模。凸模按結構分為整體式和組合式兩類。由于凸模的加工相對凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是整體式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一體。由于該設計中需要成型兩種表面結構，設計有兩個型芯，此因該凸模設計成組合式。如圖4.6.1： 圖4.6.1 組合式凸模 第五章模具成型零件的工作尺寸計算 工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質量，模具設計時必須根據塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個方面： 1. 成形收縮率：在實際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為 =(Smax-Smin)Ls （5.1） 式中： ----為塑件縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）； Smax----為塑料的最大收縮率（%）； Smin----為塑料的最小收縮率（%）； ----為塑件尺寸（mm）。 一般情況下，由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內。 2. 模具成形零件的制造誤差：實踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。 3. 零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應取塑件公差的1/6，而大型零件，應在1/6之下。 4. 模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。 綜上所述，在模具型腔與型芯的設計中，應綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設計時進行有效的補償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補償值應在試模后進行逐步修訂。 通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進行計算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計算，公式如以下： 1. 凹模的內形尺寸： （5.2） 式中： ——凹模徑向尺寸（mm）; ——塑件徑向基本尺寸（mm）； Scp——塑件的平均收縮率（%）； x——隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間； ——塑件公差值（mm）; ——凹模制造公差（mm）,約等于（1/3~1/6）。 Δs為塑件公差，查表知HDPE塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在14~18mm公差取0.38mm；在18~24mm范圍內取0.44mm，在30~40mm范圍內取0.56mm塑件基本尺寸在40~50范圍內其公差取0.64mm,在50~65mm范圍內取0.74mm,在65~85范圍內取0.86mm。 所以型腔尺寸如下： L1=[70×(1+0.026)-0.8+0.86]+0.21=mm 型腔深度的尺寸計算： （5.3） 式中： ——凹模的深度尺寸（mm）; ——塑件的高度基本尺寸（mm） mm 2. 凸模的外形尺寸計算： L凸=[(1+Scp)+ ]- （5.4） 式中： L凸——型芯徑向尺寸（mm）； ——塑件徑向基本尺寸（mm）； ——型芯制造公差（mm）。 所以型芯的尺寸如下： L2=[66×(1+0.026)+0.6×0.86]-0.21=66.180-0.21mm 型芯的深度尺寸計算： H凸=[H塑（1+Scp）+]- （5.5） 式中： x——一般在0.5~0.7之間； H凸——型芯高度尺寸（mm）; H塑——塑件深度尺寸（mm） mm mm H2、H3是成型塑件的高度，即塑件的實際內形高度尺寸，并非凸模的整體高度。 第六章排氣系統(tǒng)的設計 在注射成型過程中，模具內部除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產生氣體和水分蒸發(fā)成水蒸氣。從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時，必須置換出型腔內空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體。排氣系統(tǒng)的設計相當重要。 6.1排氣不良的危害 1. 增加熔體充模流動的阻力，是型腔充不滿； 2. 在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學性能降低； 3. 滯留氣體時塑件產生質量缺陷； 4. 型腔內氣體受到壓縮后產生瞬時局部高溫，使塑料熔體分解； 5. 由于排氣不良，降低了充模速度。 6.2 排氣系統(tǒng)的設計方法 1. 利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關； 2. 對于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣； 3. 利用頂桿與孔的配合間隙排氣； 4. 利用球狀合金顆粒燒結塊滲導排氣； 5. 在熔合縫位置開設冷料穴 本模具可以利用配合間隙排氣，通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，這里不再單獨設計排氣槽。 第七章導向與脫模機構的設計 7.1 導向機構的作用和設計原則 7.1.1 導向機構的作用 導向機構是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套。其具體作用有： 1. 定位作用 2. 導向作用 3. 承載作用 4. 保持運動平穩(wěn)作用 5. 錐面定位機構作用 7.1.2 導向機構的設計原則 1. 導柱（導套）應對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具強度和防止模板發(fā)生變形； 2. 導柱（導套）的直徑應根據模具尺寸選定，并應保證有足夠的抗彎強度； 3. 導柱固定端的直徑和導套的外徑應盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求； 4. 導柱和導套應有足夠的耐磨性； 5. 為了便于塑料制品脫模，導柱最好裝在定模板上，但有時也要裝在定模板上，這就要根據具體情況而定。 7.2 導柱、導套的設計 導柱導向是指導柱與導套（導向孔）采用間隙配合使導柱在導套（導向孔）內滑動，配合間隙一般采用H7/h6級配合。 7.2.1導柱的設計 導柱的結構形式有兩種：一種為單節(jié)式導柱，另一種為臺階式導柱。小型模具采用單節(jié)式導柱，大型模具采用臺階式導柱。 在導柱的工作部分上開設油槽，可以改善導向條件，減少摩擦,故導柱采用加油槽的階梯式導柱 其示意如圖7.2.1： 圖7.2.1 導柱 7.2.2 導套的設計 由于導柱已選定，由塑料模具設計與制造可查得與之相配的導套. 其示意圖如下： 圖7.2.2 導套 7.2.3 導向孔的總體布局 導向零件應合理地均勻分布在模具的四周圍或靠近邊緣的部位，其中心距模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。根據手冊推薦值選定的導柱分布情況如下圖7.2.3所示： 圖7.2.3 導向孔總體布局 7.3 脫模推出機構的確定 本模具采用的為一次頂出脫模機構，它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動鑲塊等脫模機構。該機構是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機構的作用下，通過一次動作即可頂出?；谝陨显瓌t，該模具的脫模零部件設在動模上，選擇推桿頂出形式。 7.3.1 脫模力的計算 因為λ=r/t=35>10，所以此處視為薄壁圓筒塑件，根據下列公式即可計算出脫模力。 F= （7.1） 式中： E——塑料的彈性模量（MPa）； S——塑料成型的平均收縮率（%）； t——塑件的壁厚（mm）; L——被包型芯長度（mm）; ——塑料的泊松比； ——脫模斜度； f——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)； 查文獻[4]表4-24取得各數(shù)據代入公式（7—1）計算得脫模力 F= =6.31KN 7.3.3推出機構 零件由于有內螺紋，采用自動脫模結構，所以采用馬達在外圍轉動鏈條，鏈條帶動模具上的齒輪與軸轉動，軸與動模芯相接，固帶動動模芯旋轉，推板通過彈簧彈起，頂出蓋零件以及澆注系統(tǒng)凝料，以達到脫模。 第八章冷卻系統(tǒng)設計 塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料的充模、定型、成型周期和塑件質量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形率大，而且還容易造成溢料和粘模；溫度過低，則熔體流動性差，塑件輪廓不清晰，表面會產生明顯的銀絲或流紋等缺陷。當模溫不均勻時，型芯和型腔溫差過大，塑件收縮不均勻，導致塑件翹曲變形，會影響塑件的形狀和尺寸精度。通常溫度調節(jié)系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)兩種。一般注塑到模具內的塑料溫度為 200℃左右，而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可迅速脫模。該設計塑件材料為HDPE，在注塑成型時，黏度低，流動性好，要求模具溫度（一般低8℃）較低，用常溫水對模具進行冷卻。由于該模具的模溫要求在 80℃以下，有是小型模具，所以無需設置加熱裝置，僅需要設置冷卻系統(tǒng)即可。 8.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 1. 動、定模要分別冷卻，保持冷卻平衡； 2. 冷卻水孔的數(shù)量越多，模具內溫度梯度越小，塑件冷卻越均勻； 3. 冷卻回路應有利于降低冷卻水進、出口水溫的差值； 4. 澆口處加強冷卻； 5. 冷卻回路結構應便于加工和清理； 6. 冷卻水道至型腔表面的距離應盡可能相等； 7. 冷卻水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影響塑件的精度。 8.2 冷卻水體積流量 查文獻[4]表3-4-1成型HDPE塑料的模具平均工作溫度為60℃，用常溫20℃的水作為模具冷卻介質，若出口溫度25℃，每次注射質量為0.0323kg，注射周期為60s。 查文獻[4]3-4-2，取HDPE注射成型固化時單位質量放出熱量取=3.5×105J/kg。代入公式： 8.3 冷卻管道直徑的確定 根據冷卻水體積流量V查文獻[5]可初步確定冷卻管道直徑為10mm，冷卻水速度v=1.66m/s。 冷卻水孔的直徑也可根據制件的平均壁厚來確定。平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取6～10mm可，二者結論一致。 8.4 冷卻回路所需的總表面積 與冷卻水溫度有關的物理系數(shù)Φ=7.5，冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為： 查文獻[1]表2.1.3成型HDPE塑料時模具溫度應在40℃~80℃，因此模具成型表面的平均溫度按40℃計算。則冷卻回路所需總表面積： 8.5 冷卻回路的總長度 冷卻回路總長度可用下式計算： 計算結果可以看出，由于生產塑件所需冷卻水體積流量很小，對應冷卻管道長度也很短。在設計時可以不考慮冷卻系統(tǒng)設計。但生產任務為中小批量，為了降低冷卻時間，縮短生產周期，提高生產率，可以在模板上設計幾條冷卻水管，以便在生產中靈活調整和控制。 8.6 冷卻水道的結構 由于該塑件體積比較大，由于成型部分在型腔上，所以水道采用直水道直徑為8mm，在滑塊上開設1條冷卻水道其分布如下圖8.6.1： 圖8.6.1 冷卻水道結構圖 第九章其它結構零部件的設計及校核 模架技術的標準，是指在模具設計中和制造中所應遵循的技術規(guī)范、基準、和準則。它具有以下定義： 1. 減少了模具設計者的重復性工作； 2. 改變了模具制造行業(yè)“大而全，小而全”的生產局面，轉為專業(yè)生產； 3. 模具的標準化是采用CAD/CAM技術的先決條件； 4. 有利于模具技術的國際交流和模具出口。 根據[5]表2-86的注射模模體組合形式而選模架，它適應于單分型面的模具的推件板的推出機構。 模寬B1=250mm，模長L=350mm； 定模座板H1=25mm，材料45鋼； 定模板A=50mm，材料45鋼； 動模板B=60mm，材料45鋼； 墊塊C=80mm，材料45鋼; 動模座板H2=25mm，材料45鋼 最大注塑量效核材料的利用率為500/840=0.60，符合注塑機利用率在0.3～0.80的要求。 注射壓力的效核所選注塑機的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，HDPE塑件的注塑壓力一般要求為40～110MPa，所以該注塑機的注塑壓力符合條件。 鎖模力效核高壓塑料熔體充滿型腔時，會產生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機額定鎖模力。 型腔壓力Pc可按下式粗略計算： Pc=kP（MPa） （9.1） 式中：Pc——為型腔壓力，MPa； P——為注射壓力，MPa； K——為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內選取。 所以， Pc=KP=（2x3851+150）×30Mp/1000=235KN，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機的額定鎖模力： T>KPcA （9.1） 式中： T——為注塑機的額定鎖模力，KN； A——為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積，mm2； K——為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2； KpcA=（（2×3851+150）×30Mp×0.001×1.1=258.5KN 所以T=1000KN >KPcA成立，即該注塑機的鎖模力符合要求。 模具安裝尺寸校核模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。 開模行程的效核開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核： S≥H1+H2+（5～10）(mm) 式中： S——為注塑機的最大行程（此模具中為325mm）； H1——為塑件的脫模距離（此模具中為17mm）； H2——為包括流道在內的塑件高度（此模具中為77mm）； 所以上式成立（84<325），即該注塑機的開模行程符合要求。 由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機符合要求。 第十章脫內螺紋機構 10.1　脫螺紋機構的設計 10.1.1　脫螺紋的形式 在本設計中采用的是開模時液壓馬達鏈條帶動齒輪傳動，再由齒輪帶動螺紋型環(huán)轉動，使得塑件的螺紋部分被脫出。 液壓馬達采用BM-R315型號，其轉速為120，重量為9kg，額定功率為5kw，額定流量為50L/min，額定轉矩為258N?min。 10.1.2　旋轉脫螺紋扭距的計算 對于薄壁內螺紋塑件，旋轉脫模所需最小扭距由下式計算： Mmin= （10.1） 式中　 E——塑料的拉伸彈性模量，MPa 　　　　　 ε——塑料成型平均收縮率，% 　　　　　 t——螺紋塑料的平均壁厚，㎜ r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，㎜ L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，㎜ ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，㎜ λ——螺紋升角，o 　　　　　 Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定 螺紋形狀因子可由下式計算： Ψ=h/cosα （10.2） 式中　 h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，㎜ 　　　　　 α——螺紋牙尖角之半，o 已知　E=1.6～1.7103MPa ε=2%　t=2㎜　L=9.82㎜　r=27.00㎜　S=4.0 ?=0.50　λ=20o　α=15o　h=9.82㎜ 　　　　 Mmin=2.4105N·㎜ 旋出螺紋型芯所需的實際扭距Mco(N·㎜)： Mcomin=φMmin （10.3） 式中　φ——由試驗確定之系數(shù)，一般旋出螺紋型環(huán)所需的實際扭距約等于最小扭距。 10.1.3　對主流道凝料能否脫出的校核 主流道凝料能否脫出要看澆口處塑件對型芯的力是否大于凝料的扭轉力，只有當力大于扭轉力時主流道的凝料才能旋轉脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 對于厚壁內螺紋塑件，旋轉脫模所需的最小扭距由下式得出： （10.4） 式中　 E——塑料的拉伸彈性模量，MPa 　　　　　 ε——塑料成型平均收縮率，% r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，㎜ L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，㎜ ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，㎜ λ——螺紋升角，o θ——厚壁螺紋塑件無量綱特征因數(shù)，對于內螺紋塑件 θ= （10.5） 式中 μ——塑件的泊松比 R——塑件內螺紋的外半徑，㎜ r0——塑件外螺紋的內半徑，㎜ 已知　 R=6㎜　r0=5.67㎜　μ=0.43代入公式（10.5）得 θ=62+5.672/(62-5.672)+0.43 =18.13 　　　　　Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定。螺紋形狀因子可由下式計算 （10.6） 式中　 h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，㎜ 　　　　　 α——螺紋牙尖角之半，o 已知　 E=1.6～1.7103MPa ε=2%　l=4.00㎜　r=5.80㎜　S=1.5㎜　?=0.50　λ=20o　α=15o　h=4.00㎜ 所以Mmin=6778.32 N·㎜ 　　 又由于r=5.80㎜，所以旋出主流道凝料所要的力為 　　　　　 　 所以塑件對型芯的力大于凝料的扭轉力，主流道的凝料能夠旋轉脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 10.1.4　驅動裝置和傳動裝置的設計和計算 在本次設計中，我采用的靠馬達、鏈輪傳動，然后帶動齒輪尾端的齒輪轉動，從而帶動齒輪傳動，再由齒輪帶動螺紋型環(huán)和圓頭冷料穴轉動，使得塑件和流道凝料旋轉脫出，再在頂桿的作用下脫落。 （1）圓齒輪傳動的校核 在本次設計中，采用的直齒圓齒輪的大端模數(shù)為2，壓力角為20°。 小齒輪的齒數(shù)為15采用20CrMnTi滲碳淬火回火,齒面硬度HRC=62； 大齒輪的齒數(shù)為35采用20Cr滲碳淬火回火，齒面硬度HRC=57； 一對鋼制直齒圓齒輪的齒面接觸強度驗算公式為 σH= （10.7） 式中　 Re——為齒寬和齒寬系數(shù)之比，齒寬系數(shù)一般取0.25～0.3 b——齒輪的齒寬，㎜ 　　　　　 K——載荷系數(shù) u——齒數(shù)比，對于單級直齒圓齒輪傳動， [σH]——許用接觸應力，MPa [σH]=σHlim/SH=1440/1.1=1309MPa 其中　 σHlim——試驗齒輪的接觸疲勞極限 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù) 　　 已知　T1=2082.55272=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度得K=1.2　 b1=24㎜　u=35/15=2.3　 b2=26㎜　Re=96㎜　 　　　　　 σH=1286MPa 又因為[σH]=σHlim/SH=1309MPa＞1286MPa 　　 鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式 　　　　　　　　 (10.8) 已知　T1=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度K=1.5　b=24㎜　z1=15　 z2=35 　 m=2　YF1=2.91　 YF2=2.64 所以 σF1=21.51.1241052.91/(243.5220) 　　　 =167MPa σF2=21.51.1241052.64/(243.5228) 　　 =108MPa =380/1.3=292 MPa＞167MPa [σF2]=360/1.3=277MPa＞108MPa 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 （2）齒輪的各項參數(shù) 齒數(shù)為15的小齒輪： 分度圓直徑： d=mz=215