心型臺燈塑料注塑模具設(shè)計

1、河南科技學(xué)院2009屆本科畢業(yè)論文(設(shè)計 心型臺燈塑料注塑模具設(shè)計學(xué)生姓名:甘磊所在院(系 :機電學(xué)院所學(xué)專業(yè):機電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名:牛愛青完成時間:2009年 5月 20日心型臺燈塑料注塑模具設(shè)計學(xué)號:09131050701129 姓名:龔濤 專業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化摘 要 :塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一, 而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類, 因此, 研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量 有很大意義。本設(shè)計介紹了注射成型的基本原理, 特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作 原理, 對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計原則; 詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂

2、出系統(tǒng)的設(shè)計過程,并對模具強度要求做了說明。關(guān)鍵詞 :塑料模具,參數(shù)化,鑲件,分型面1 緒論 . . 3 1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 . 31.2 我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 32. 注塑件的設(shè)計 . . 3 2.1 功能設(shè)計 . 3 2.2 材料選擇 . 4 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 . 52.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量 . 63 模具設(shè)計 . . 7 3.1 模具材料的選擇 . 7 3.2 分型面的確定 . 7 3.3 型腔數(shù)目的確定 . 8 3.4 澆口確定 . 8 3.5 澆注系統(tǒng)設(shè)計 . 8 3.6 模架的確定 . 10 3.7 導(dǎo)向與定位機構(gòu) . 13 3.8 頂出系統(tǒng)設(shè)

3、計 . 13 3.9成型零件工作尺寸的計算 . . 18 3.10 排氣設(shè)計 . 21 3.11 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 . 22 結(jié) 論 . . 27 致 謝 . . 27 參考文獻(xiàn) . . 271.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備, 它的作用是控制和限制材料 (固態(tài)或液 態(tài) 的流動, 使之形成所需要的形體。 用模具制造零件以其效率高, 產(chǎn)品質(zhì)量好, 材料消耗低,生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè), 是國際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。 模具生產(chǎn)技術(shù) 水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志, 它在很大程度上決定 著產(chǎn)品的質(zhì)量,效益和新產(chǎn)品的開發(fā)

4、能力。 振興和發(fā)展我國的模具工業(yè), 正日益 受到人們的關(guān)注。研究和發(fā)展模具技術(shù), 提高模具技術(shù)水平, 對于促進(jìn)國民經(jīng)濟 的發(fā)展有著特別重要的意義。1.2 我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢改革開放以來, 我國的模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。 但與發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)相 比,在模具技術(shù)上仍有不小的差距。 今后, 我國模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不 斷的技術(shù)創(chuàng)新,以縮小與國際先進(jìn)水平的距離。(1注重開發(fā)大型,精密,復(fù)雜模具;(2加強模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用;(3推廣 CAD/CAM/CAE技術(shù);(4重視快速模具制造技術(shù),縮短模具制造周期。2. 注塑件的設(shè)計2.1 功能設(shè)計功能設(shè)計是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能 , 并達(dá)到

5、一定的技術(shù)指標(biāo) . 該 塑件是日用品 , 承受外力的幾率不大 , 如沖擊載荷 , 振動 , 摩擦等情況比較少 ; 塑件 的工作溫度是室溫 , 這使得在材料選擇時對熱變形溫度 , 脆化溫度 , 分解溫度的要 求降低 ; 作為一種日用品 , 生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn) , 這樣 , 就必須考慮生產(chǎn) 成本和模具壽命 , 在材料的選擇時要綜合各種因素 ; 此外 , 塑料都會老化 , 作為一 種光學(xué)用品 , 還要考慮到材料的光氧化等問題 .2.2 材料選擇通常 , 選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 , 以及 原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù) . 對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說 , 要考

6、慮的 主要是材料的力學(xué)性能 , 如屈服應(yīng)力 , 彈性模量 , 彎曲強度 , 表面硬度等 . 該塑件對 材料的要求首先必須是透光性好 , 其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題 , 以下是對幾 種透光性能較好材料的性能對比,如表 1所示。表 1 材料的特性 和機械加工一樣要考慮到加工工藝問題, 模具成型也要考慮到材料的注塑特 性,在各特點都相差無幾的情況下, 好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn), 以下 是三種材料的性能和成型特性比較,如表 2所示。 以上的性能分析對比中看出成型特性上以聚碳酸酯為好, 由于是一般性民用 品, 所以價格上是需要考慮的, 我們主要要求是價格和透光度 , 其它如拉伸強度 , 斷裂伸

7、長率等則是次要考慮的指標(biāo) , 最終選定 PS 為塑件材料 . 因為除了質(zhì)脆和抗 拉強度不如其它兩種材料外,它所擁有的特性符合我們的塑件要求 .2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖2.3.1 壁厚 圖 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖各種塑件 , 不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁 , 根據(jù)使用要求具有一定的厚度 , 以保證其 力學(xué)強度 . 一般地說 , 在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚 , 不僅可以節(jié)約原材 料 , 降低生產(chǎn)成本 , 而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時間縮短 , 提高生產(chǎn)率 ; 其次 可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷 , 縮孔 , 夾心等質(zhì)量上的缺陷 . 以下是 PS 的壁厚推薦值 : 該塑件屬于中小型件 , 從圖上看 , 塑件邊緣的壁很

8、厚 , 達(dá)到 5mm, 殼體取中型件 壁厚 1.6mm, 這樣使得整個塑件的壁厚是不均勻的 , 但若減小邊緣壁厚 , 則對塑件的推出不利 , 而且有可能使電池不能安裝 . 邊緣壁厚可用來放置推桿或推板。 2.3.2 脫模斜度由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮 , 使其緊箍在凸?；蛐托旧?, 為了便于 脫模 , 防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損 , 與脫模方向平行的塑件內(nèi) , 外表面都應(yīng)具有合理的斜度 . 以下是 PS 的脫模斜度推薦值 : 2.3.3 加強肋塑件上適當(dāng)設(shè)置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形; 沿著物料流動方向的加 強肋還能降低充模阻力, 提高融體流動性, 避免氣泡, 縮孔和凹

9、陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。 在該塑件中的加強肋起到引導(dǎo)物料流動的作用同時又對電池進(jìn)行定位, 高度比分 型面低 1mm ,脫模斜度取 2度,頂部倒圓角,低部倒角 R ,寬度取 0.5T 。通常加 強肋的設(shè)計原則為高度低,寬度小, 而數(shù)量多為好(塑件形狀所允許的情況下 。 2.3.4 圓角塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處, 一般采用圓角連接, 有特殊要求時才 采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中, 在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。 圓 角不僅有利于物料充模,同時也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動和塑件的脫模。 該塑件大部分的圓角取 R1,較大值取到 R3。加強肋的圓角半徑值關(guān)系如表 5所 示。 2.4 塑件的尺寸

10、精度及表面質(zhì)量2.4.1塑件的尺寸精度尺寸精度的選擇;塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn),然而, 在滿足塑件使用要求的前提下, 設(shè)計時總是盡量將其尺寸精度放低一些, 以便降 低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求,要具體分析, 根據(jù)裝配情況 來確定尺寸公差,該塑件是一般民用品, 所以精度要求為一般精度即可, 但是由 于要保證兩半殼體的閉合, 所以在凹槽和鎖位處應(yīng)該對精度要求高些, 對其要有 公差配合要求,應(yīng)選擇高精度。根據(jù)精度等級選用表, PS 的高精度為 2級,一 般精度為 3級。根據(jù)塑件尺寸公差表,在公稱尺寸在 100-120范圍內(nèi),取 MT2B級的公差數(shù)值為 0.52 mm

11、, MT3B 級的公差數(shù)值為 0.78 mm。2.4.2塑件的表面質(zhì)量表面質(zhì)量是一個相當(dāng)大的概念,包括微觀的幾何形狀和表面層的物理 -力學(xué) 性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo), 而不是單純的表面粗糙度問題。 塑件的表觀缺陷是其特有 的質(zhì)量指標(biāo),包括缺料,溢料與飛邊,凹陷與縮癟,氣孔,翹曲等。模具的腔壁 表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素, 通常要比塑件高出一個等級。 該塑 件要求對型腔拋光,所以對粗糙度的要求比較高,查表得 PS 拋光后順紋路方向的表面粗糙度為 0.02 m ,垂直紋路方向的表面粗糙度為 0.26 m 。 3 模具設(shè)計3.1 模具材料的選擇現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 , 所以在模具材料的選擇

12、時主要是根據(jù)制品的特 性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料 . 如何合理的選擇模具鋼 , 是關(guān)系到模 具質(zhì)量的前提條件,選擇模具鋼時 , 首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能 , 從使用性能考慮 :硬度, 韌性 , 耐磨性是幾個重要指標(biāo)。 從 PS 特性看 , 這三項指標(biāo) 是必須要滿足的。 從工藝性能考慮 :要熱加工工藝好 , 加工溫度范圍寬 , 冷加工性 能好 , 此外還要考慮淬透性和淬硬性 , 熱處理變形和氧化脫碳等性能 .查手冊選擇模仁的材料是 4Cr13. 屬馬氏體類型不銹鋼 , 該鋼機械加工性能較 好 , 經(jīng)熱處理后 , 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能 , 拋光性能 , 較高的強度和耐磨性 ,

13、 適于制 造承受高負(fù)荷 , 高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具 , 透明塑料制品模具等 . 有 關(guān)參數(shù)如下 :物理性能:臨界溫度( AC1:820 ; AC3: 1100;線膨脹系數(shù):10.5(在 20-100 ;熱導(dǎo)率:27.6W.(M.K-1 (在 20左右 。3.2 分型面的確定根據(jù)分型面的選擇原則:(1便于塑件脫模;(2在開模時盡量使塑件留在動模;(3外觀不遭到損壞;(4有利于排氣和模具的加工方便。結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) , 分型面確定在塑件的最大投影面積上 . 如下圖所示 圖 2 分型面 圖 3 型腔數(shù)目設(shè)計圖 3.3 型腔數(shù)目的確定注塑模的型腔數(shù)目 , 可以是一模一腔 , 也可以是一模多

14、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;(4模具制造難度?？紤]到該塑件是一般日用品 , 查手冊得塑件的經(jīng)濟精度推薦 4級 , 這個產(chǎn)品 是兩個殼件的組合 , 所以初定為一模兩腔最合理 . 排列形式如下圖 3所示。 3.4 澆口確定PS 料的流動性好 , 可適用于各種澆口 , 為了不影響外觀 , 簡化模局結(jié)構(gòu) , 確定 使用側(cè)澆口。3.5 澆注系統(tǒng)設(shè)計注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔 體的流動通道,它由主流道,分流道,冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì), 傳熱, 傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和

15、外表質(zhì)量, 它的布置和安排影響著成型的難 易程度和模具設(shè)計及加工的復(fù)雜程度, 所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計中的主要內(nèi)容之 一。3.5.1 主流道主流道是連接注 塑機的噴嘴與分流道的一段通道,通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上,斷面為圓形,有一定的錐度,目的 是便于冷料的脫模,同時也改善料流的速度, 因為要和注塑機相配, 所以其尺寸 與注塑機有關(guān),如圖 4所示:圖 4 主流道主 要 參 數(shù) :錐 角 =3° 內(nèi) 表 面粗 糙 度 Ra=0.63 ; 小 端 直徑 D=d+(0.5-1mm;半徑 R =R+(1-2mm ; 材料 T8A 。由于主流道要與高溫的塑 料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞,所以主

16、流道部分常設(shè)計成可拆卸的主流道澆口 套,以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨加工和熱處理。3.5.2 分流道分流道是主流道與澆口之間的通道, 一般開設(shè)在分型面上, 起分流和轉(zhuǎn)向作 用, 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置, 分流道的設(shè)計應(yīng)盡可 能短,以減少壓力損失,熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表 6所示。 分流道的斷面形狀有圓形,矩形,梯形, U 形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓 力損失,希望流道的截面積大,表面積小,以減小傳熱損失,因此,可以用流道 的截面積與周長的比值來表示流道的效率, 其中圓形和正方形的效率最高, 但正方形的流道凝料脫模困難, 所以一般是制成梯形流道。 在該模具

17、上取圓形斷面形 狀,直徑為 6mm 。3.5.3 冷料穴冷料穴一般位于主流道對面的動模板上, 或處于分流道末端, 其作用是存放 料流前端的冷料,防止冷料進(jìn)入型腔而形成冷接縫,此外, 開模時又能將主流道 凝料從定模板中拉出。3.5.4 澆口澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道, 它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分, 澆 口的形狀,數(shù)量,尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大,澆口的主要作用有兩個, 一是塑料熔體流經(jīng)的通道, 二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 澆口的類型有 很多,有點澆口,側(cè)澆口,直接澆口,潛伏式澆口等,各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑 件的形狀和尺寸而定,該模具采用側(cè)澆口。(1 側(cè)澆口深度尺寸 H 的確定

18、H=nt (1 則得:H =0.6×1.6 = 0.96mmn 塑料系數(shù) PS 料取 0.6;t 塑件在澆口位置處的壁厚,該設(shè)計取殼體中間壁厚 t=1.6 mm。(經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明, H 的取值范圍在 0.5-2.0mm 之間,若按澆口處壁厚計算則 H=0.6×5=3mm,超出了經(jīng)驗值,而且由于澆口是易磨損部位,所以開始時取小值 是有好處的,這有利于以后的修模 (2 側(cè)澆口寬度尺寸 W 的確定W= 30 An (2 其中:A 型腔一側(cè)的表面積 : A=V ;V 澆注體積 :V=53.9×10mm ; t取平均壁厚 . 2 56. 1+=3.3mm取 3mm 。所以:W

19、= 30 tn =303 109.536. 03÷=2.68 取 W=3mm 。3.6 模架的確定3.6.1 型腔壁厚和底版厚度計算在注塑成型過程中, 型腔主要承受塑料熔體的壓力, 因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強度和剛度。 如果型腔壁厚和底版的厚度不夠, 當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超 過型腔材料本身的許用應(yīng)力 時, 型腔將導(dǎo)致塑性變形, 甚至開裂。 與此同時, 若剛度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形,從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。 圖 5 模具結(jié)構(gòu)形式圖因此, 有必要對型腔進(jìn)行強度和剛度的計算,尤其對重要的,精度要求高的 大型塑件的型腔,不能僅憑經(jīng)驗確定。 根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計, 按強度校

20、核;小型模具按強度條件設(shè)計,按剛度校核原則,模具結(jié)構(gòu)形式如圖 5所示。側(cè)壁厚度計算公式:s 4 E cph (3則得 s=5404. 0101. 210301 =20.91 mm式中 C與型腔深度對型腔側(cè)壁長邊邊長之比 h/L有關(guān)的系數(shù);查表 C=1;型腔壓力,取 30MP ;型腔深度, =40; E 模具材料的彈性模量(MP , E 取 2.1×10 ; 剛度條件,即允許變形量 (mm,取 =0.04; 底板厚度計算公式: = =542404. 0101. 218030026. 0E cpL46.02 mm 由底板短邊與長邊邊長之比決定的系數(shù);查表=0.026; 型腔壓力,取 30

21、MP ; 底版短邊長度 (mm,=180; E 模具材料的彈性模量(MP , E 取 2.1×10 ; 剛度條件,即允許變形量 (mm,取 =0.04; 3.6.2 模架的選用注塑模模架國家標(biāo)準(zhǔn)有兩個即 GB/T12556 1990塑料注射模中小型模架 及其技術(shù)條件和 GB/T12555 1990塑料注射模大型模架 。前者適用于模 板尺寸為 B×L560mm×900mm;后者的模板尺寸 B×L為(630mm×630mm (1250mm×2000mm 。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展,現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了 自己的標(biāo)準(zhǔn),該設(shè)計采用龍記標(biāo)準(zhǔn)模

22、架。(1模仁尺寸的確定因為采用的是整體式凹模和整體式凸模, 所以模仁的大小可以任意制定, 模仁所 承受的力最終是傳遞到凸、凹模上, 從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā), 模仁的值 取的越小越好, 但實際中因為要考慮冷卻因素, 又因為經(jīng)過模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng) 過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高, 所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間, 該設(shè)計取 模仁的大小為 180×302 mm。(2凸、凹模尺寸的確定凸、 凹模受力的作用, 其尺寸需要進(jìn)行強度或剛度校核來確定。 在本設(shè)計中, 在長度方向,取模仁到模具邊的單邊寬度為 45 mm,在寬度方向,取模仁到模具 邊的單邊寬度為 49 mm(實際生產(chǎn)中寬度方向的邊值

23、一般比長度方向的邊值大 。 所以凸、凹模尺寸為 270×400 mm。(3模具高度尺寸的確定各塊板的厚度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所需要的只是如何選擇合理的厚度,這里有兩個 尺寸需要注意凸模底板厚度和凹模底板厚度在注射成型時型腔中有很大的成型壓力, 當(dāng)塑件和凝料在分型面上的投影面 積很大時,若凸模底板厚度不夠, 則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞, 前面已 算得底板厚度為 46.02可滿足要求,為了安全,取 50 mm, 。凹模的底板因為是 與注塑機的工作臺接觸的, 所受的力傳遞到工作臺上, 所以凹模底板的厚度同樣 只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以,該設(shè)計取凹模底板厚度為 30 mm。推板推出距離在分

24、模時塑件一般是黏結(jié)在型芯上的, 需要推桿或推板推出一定的距離才能 脫離型芯,該塑件的高度為 18 mm 左右,黏結(jié)在型芯上的尺寸約 15 mm 左右,所 以當(dāng)推出距離為 15 mm 時就能使塑件和型芯分離。如果 C 板(即模腳的高度太 小,則推出的距離不夠而使塑件不能脫離型芯,如圖下圖所示:圖 6 推桿脫離需要滿足關(guān)系:H -h1-h2-h3-h >0 (4 H C 板高度; h推出距離; h1擋銷高度;h2推板厚度; h 3推桿固定板厚度;完成了以上的工作,確定模具尺寸為 270×400 mm, A 板厚度 70 mm, B 板厚度 80 mm,推出距離 100,為保證凸、凹

25、模不碰傷, A 板和 B 板之間取 1 mm間隙。 3.7 導(dǎo)向與定位機構(gòu)注射模的導(dǎo)向機構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種類型。 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)用于 動、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。錐面定位機構(gòu)用于動、 定模 之間的精密對中定位。導(dǎo)柱:國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式:帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱, 大型而長的導(dǎo) 柱應(yīng)開設(shè)油槽,內(nèi)存潤滑劑, 以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。 若導(dǎo)柱需要支撐模板的重 量,特別對于大型、精密的模具,導(dǎo)柱的直徑需要進(jìn)行強度校核。導(dǎo)套:導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套,直導(dǎo)套裝入模板后,應(yīng)有防止被拔出的 結(jié)構(gòu),帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。3.8 頂出系統(tǒng)設(shè)計注射成型每一循環(huán)中, 塑件必須準(zhǔn)確無誤地從

26、模具的凹?；蛐托旧厦摮? 完 成脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu),也稱頂出機構(gòu)。脫模機構(gòu)的設(shè)計一般遵循以下原則:1塑件滯留于動模邊,以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置,完成脫模動作。2由于塑件收縮時包緊型芯,因此推出力作用點盡量靠近型芯,同時推出 力應(yīng)施于塑件剛性和強度最大的部位。3結(jié)構(gòu)合理可靠,便于制造和維護(hù)。本設(shè)計使用簡單的推桿和推管脫模機構(gòu), 因為該塑件的分型面簡單, 結(jié)構(gòu)也 不復(fù)雜,采用推簡單的脫模機構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu),給制造和維護(hù)帶來方便。 3.8.1 脫模力的計算首先需要對塑件進(jìn)行理 想模型建模,如圖圖 7所 示: 圖 7 塑件理想模型其中 A 段是塑件凹槽鎖位的長度,長度為 5mm , B

27、段是圓弧形殼體的理想建模, 長度為 10mm ,原塑件的兩端斜率不一致。所以 取平均值為脫模斜度 = 23. 155.36=25.9 取 26°再對建模進(jìn)行受力分析 (如下圖 3-7 :F 制件對型芯的包緊力(N ; F、 F F 的垂直和水平分量(N ; F F 的反作用力(N ; F沿凸模表面的脫模力(N ; F 沿制件出模方向所需的脫模力(N ; 脫模斜度;圖 8 受力模型分析圖F = F×cos ; F= F= F×sin ; F= F = F ×cos ;F =( F-F cos = F×cos ( cos -sin =(F 

28、5;cos -F ×sin cos 所以,脫模力的計算公式為:F = F×cos ( cos -sin 又因 F=Lh (5式中 L-凸模成型型部分的截面周長; h-模被制件包緊部分的高度; -制件對凸模的單位包緊力,其數(shù)值與制件的幾何特點及塑料的性質(zhì)有關(guān),一般可取 8-12MPa; A 段:F = Lh =Dh =3.14×110×10×5×10×9×10=15543(N式中 D取的是塑件的平均直徑,D= 2 101120+=110.5,取 D=110mm。 B 段:F = Lh =D h =3.14×

29、55×10×10×10×9×10=15543(NB 段兩端截面周長不等,取等效截面周長在中間 D =D/2。 所以脫模力為:F = F+ F (6=F + F cos ( cos -sin =15543+15543×0.90×(0.4×0.9-0.44=16662(N 注:A 段脫模斜度為 0°,所以 A 段 F = F; B 段脫模斜度為 26°,需要按前面的分析求解。 因為制件對型芯的力總是阻礙脫模, 所以, 在 ( cos -sin 為負(fù)時我們?nèi)∑浣^對值。由于以上所計算得的只是一腔的脫模力

30、,所以總的 脫模力為:F =2 F=2×16662=33324(N ;3.8.2 推桿脫模機構(gòu)推桿脫模機構(gòu)是最簡單、最常用的一種形式,具有制造簡單、更換方便、推 出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸,開模后將塑件推出。推桿的截面形狀; 可分為圓形,方形或橢圓形等其它形狀, 根據(jù)塑件的推出部位而定, 最常用的截 面形狀為圓形。1推桿尺寸計算:本設(shè)計采用的是推管和推桿推出,在求出脫模力的前提 下可以對推桿或推管做出初步的直徑預(yù)算并進(jìn)行強度校核。 本設(shè)計采用的是圓形 推桿,圓形推桿的直徑由歐拉公式簡化為:d=412nE 脫FLk (7則得 d=4152101. 231333241505. 1

31、=4.91 mmd 推桿直徑; ; n推桿的數(shù)量, n 取 31(把推管當(dāng)作推桿1516L 推桿長度(參考模架尺寸,估取 L=150 ; E 推桿材料的彈性模量,取 E=2.1×10 MPk 安全系數(shù),取 k=1.5; F 總的脫模力, F =33324(N ;實際推桿尺寸直徑為 5 mm,推管直徑為 7 mm,可見是符合要求的。但為了安全 起見,再對其進(jìn)行強度校核,強度校核公式為:d=壓 脫n 4F (8則得 d=15014. 332333244 =3mm 滿足強度要求。 推桿材料的許用壓應(yīng)力 , =150Mpa。2推桿的固定形式:推桿的固定形式有多種,但最常用的是推桿在固定板 中

32、的形式,此外還有螺釘緊固等形式。3推出機構(gòu)的導(dǎo)向:當(dāng)推桿較細(xì)或推桿數(shù)量較多時,為了防止因塑件反阻 力不均勻而導(dǎo)致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運動卡滯現(xiàn)象, 需要在推 出機構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向零件,一般稱為推板導(dǎo)柱。4推出機構(gòu)的復(fù)位:脫模機構(gòu)完成塑件的頂出后,為進(jìn)行下一個循環(huán)必須 回復(fù)到初始位置, 目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。 本設(shè)計采 用彈簧復(fù)位機構(gòu),彈簧復(fù)位機構(gòu)是一種最簡單的復(fù)位方式。推出時彈簧被壓縮, 而合模時彈簧的回力就將推出機構(gòu)復(fù)位。5推桿與模體的配合:推桿和模體的配合性質(zhì)一般為 H8/f7或 H7/f7,配 合間隙值以熔料不溢料為標(biāo)準(zhǔn)。 配合長度一般為直徑的 1.5-

33、2倍, 至少大于 15mm , 推桿與推桿固定板的孔之間留有足夠的間隙, 推桿相對于固定板是浮動的, 如圖 所示。 圖 9 推出機構(gòu)3.8.3推管脫模機構(gòu) 17推管又稱空心推管。 它特別適用于圓環(huán)形、 圓筒形等中心帶孔的塑件脫模。 推管脫模推頂塑件平穩(wěn)可靠; 推管整個周邊推頂塑件, 使塑件受力均勻, 無變形, 無推出痕跡; 主型芯和型腔可同時設(shè)計在動模一側(cè), 有利于提高塑件的同軸度等 優(yōu)點。1推管的固定形式:主型芯固定于動模座板,如圖所示:圖 10 推管脫模機構(gòu)此種結(jié)構(gòu)型芯較長, 型芯可作為脫模機構(gòu)運動的導(dǎo)向柱,運動平穩(wěn)可靠,多 用于推出距離不大的情況,推管內(nèi)徑與型芯配合,外徑與模板配合, 一

34、般均采用 間隙配合。小直徑推管取 H8/f8,大直徑推管取 H8/f7,推管與型芯配合長度為 推出行程加 3-5mm ,推管與模板的配合長度為推管外徑的 0.8-2倍。2推管脫模機構(gòu)設(shè)計要點:從推管的強度和加工角度考慮,推管壁厚應(yīng)大 于 1.5mm ,細(xì)小的推管可以作成階梯形,推管內(nèi)徑和外徑在頂出時,不應(yīng)與型芯 或模體摩擦,為此推管內(nèi)徑應(yīng)大于塑件內(nèi)徑,推管外徑應(yīng)小于塑件外徑。 3.8.4推板厚度的計算H 31BE 54. 0脫 F L(9則得:H=315065. 0101. 2160333248054. 0=10.71 mm 式中 L推桿對推板的作用間距,參考模架取 L 取 80 mm (較遠(yuǎn)

35、處的一對 推管距離為 188 mm,考慮到推桿的作用,所以取較近的一對推桿作為校核 ; B 推板寬度, B=160 mm ; 模板中心允許的最大變形量, =0.065 mm , 18取 1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差 =0.52 mm。 模具推板的厚度為 20 mm,從計算結(jié)果看,滿足強度要求。3.9成型零件工作尺寸的計算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成塑件的尺寸。 凹、 凸模工作尺 寸的精度直接影響塑件的精度。 該塑件有需要配合的地方, 所以對尺寸的要求比 較高,但由于該塑件不是規(guī)則的圓柱形, 其基本線條是由 5段圓弧組成, 如圖所 示:圖 11 成型零件工作尺寸

36、忽略頂尖圓角的影響, 現(xiàn)在只考慮剩余的 4段圓弧,因為是對稱結(jié)構(gòu), 所以 只要保證其中一半的精度尺寸就可以保證整個塑件在配合處的尺寸。成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種:一種是平均值法; 另一種是按極限 收縮率、 極限制造公差和磨損量進(jìn)行計算; 前一種方法簡便, 但不適合精密塑件 的模具設(shè)計,后一種復(fù)雜,但能較好的保證尺寸精度。本設(shè)計采用平均值法。 3.9.1凹模工作尺寸的計算凹模是成型塑件外形的模具零件, 其工作尺寸屬包容尺寸, 在使用過程中凹 模的磨損會使包容尺寸逐漸變大。因此,為了使得模具的磨損留有修模的余地, 以及裝配的需要, 在設(shè)計模具時, 包容尺寸盡量取下限尺寸, 尺寸公差取上偏差

37、。 模具工作尺寸與塑件尺寸的關(guān)系如圖下圖 3-10(a,b,c所示:1凹模徑向尺寸的計算1m L =(X+-+4311s cp L S(10則得:1m L =(17. 040. 04324. 58005. 01+=17. 025. 58+ mm 19式中:L 以 R29.12加工時凹模的徑向尺寸;L 在 R29.12弧段塑件的徑向尺寸; 塑件的公差值;塑件尺寸公差根據(jù) GB/T14486 1993模塑件尺寸公差表取 MT2 B 級, 由尺寸段決定值的大小; 制造公差, = ; cp S 塑件的平均收縮率, cp S =0.005。凹模尺寸如圖 a.b 所示。圖 12(1工件尺寸與塑件尺寸(17

38、. 02252. 04348. 114005. 01431+-+=-+=XS cp m L S L=mm 17. 066. 114+式中 1s L 以 R57.24加工時凹模的徑向尺寸;2s L 以 R57.24弧段塑件的凹模徑向尺寸。 2凹模深度尺寸的計算:m H =(X+-+321S CP H S(11Hm =(17. 028. 03289. 14005. 01+-+=17. 078. 14+mm式中 S H 塑件的高度尺寸, s H =14.89 mm 。 3.9.2 凸模工作尺寸的計算凸模是成型塑件外形的, 其工作尺寸屬被包容尺寸, 在使用過程中凸摸的磨 損會使被包容尺寸變小。因此,

39、為了使得模具的磨損留有修模的余地, 以及裝配 的需要,在設(shè)計模具時,被包容尺寸盡量取上限尺寸,尺寸公差取下偏差。1凸模徑向尺寸的計算:1M L =(X-+4311s cpL S (12則得 1M L =(17. 040. 04324. 54005. 01-+=17. 081. 54-mm式中 L以 R29.12加工時凸模的徑向尺寸;凸模尺寸如圖 c 所示。 圖 12(2工件尺寸與塑件尺寸2M L =(X-+4312S cpL S(13則得 2M L =(17. 052. 04348. 110005. 01-+=17. 042. 111-mm式中 L以 R29.12加工時凸模的徑向尺寸。2凸模高

40、度尺寸的計算:M H =(X-+321S cp H S (14則得 M H =(17. 028. 03229. 13005. 01-+=17. 054. 13-mm式中 H 凹模深度減去塑件壁厚型芯的理論高度。3.9.3 中心距尺寸的計算模具上中心距尺寸與制品上中心距的公差標(biāo)注均采用雙向等值公差 ±21和 2X±表示。此外,在中心距尺寸的計算中不考慮磨損量,如圖前面圖 c 所示。 L=(X±+中心L S cp 1 (15則得 L=(217. 012005. 01±+=09. 006. 12±mm式中 L模具中心距尺寸; 中心 L 塑件中心距尺寸

41、, 中心 L =12 mm.3.10 排氣設(shè)計 圖 13 排氣設(shè)計圖在塑料熔體填充注射模腔過程中, 模腔內(nèi)除了原有的空氣外, 還有塑料含有 的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽,塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣 體, 塑料助劑揮發(fā)所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等; 這些氣 體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔,將在制件上形成氣孔,接縫, 表面輪廓 不清,不能完全充滿型腔。模具的排氣可以利用排氣槽排氣,分型面排氣,利用 型芯,推桿,鑲件等的間隙排氣。 PS 料推薦的排氣槽深度為 0.02。通常,選擇排氣槽的開設(shè)位置時,應(yīng)遵循以下原則: 1排氣口不能正對操作者,以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故

42、; 2最好開設(shè)在分型面上,如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出; 3最好設(shè)在凹模上,以便于模具加工和清模方便;4開設(shè)在塑料熔體最后才能填充的模腔部位,如流道或冷料穴的終端; 5開設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處,因為這樣的部位最容易形成熔接痕;6若型腔最后充滿部位不在分型面上,其附近又無可供排氣的推桿或活動 的型心時, 可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌燒結(jié)的多孔金屬塊,以供排氣;7高速注射薄壁型制件時,排氣槽設(shè)在澆口附近,可使氣體連續(xù)排出。 3.11 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計在注塑成型過程中, 模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 由 于各種塑料的性能和成型工藝要求不同, 模具的溫度要求也不同。 流動性差的塑 料如 PC

43、 , POM 等,要求模具溫度高,溫度過低會影響塑料的流動,增大流動剪切 力,使塑件內(nèi)應(yīng)力增大,出現(xiàn)冷流痕,銀絲,注不滿等缺陷。普通的模具通入常 溫的水進(jìn)行冷卻, 通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度, 為了縮短成型周期, 還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內(nèi),可以提高成型效率。 PS 推薦的成型 溫度為 170-280,模具溫度為 20-70 。3.11.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響1采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率;2模溫均勻,冷卻時間短,注射速度快可以減少塑件的變形3對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度,提 高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)。3.11.2 對

44、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求1根據(jù)塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式;2希望模溫均一,塑件各部同時冷卻,以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量;3采用低的模溫,快速,大流量通水冷卻效果一般比較好;4溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單,加工容易,成本低廉;從成型溫度和使用要求看,需要對該模具進(jìn)行冷卻,以提高生產(chǎn)率。3.11.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 :設(shè)計原則1盡量保證塑件收縮均勻,維持模具的熱平衡;2冷卻水孔的數(shù)量越多,孔徑越大,則對塑件的冷卻效果越好;3盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等,與制件的壁厚距離相等,經(jīng) 驗表明,冷卻水管中心距 B 大約為 2.5-3.5D ,冷卻水管壁距模具邊界和制件壁 的距離為

45、0.8-1.5B 。最小不要小于 10。4澆口處加強冷卻,冷卻水從澆口處進(jìn)入最佳;5應(yīng)降低進(jìn)水和出水的溫差,進(jìn)出水溫差一般不超過 56冷卻水的開設(shè)方向以不影響操作為好,對于矩形模具,通常沿寬度方向 開設(shè)水孔。7合理確定冷卻水道的形式,確定冷卻水管接頭位置,避免與模具的其他 機構(gòu)發(fā)生干涉。冷卻時間的確定在對冷卻系統(tǒng)做計算之前, 需要對某些數(shù)據(jù)取值, 以便對以后的計算作出估 算; 根據(jù)前面的資料, 取閉模時間 3S , 開模時間 3S , 頂出時間 2S , 冷卻時間 20.5S , 保壓時間 10S ,總周期為 40S 。其中,保壓時間的確定有經(jīng)驗公式可遵循:保 T =(223. 0S S +

46、(16則得 保 T =(23233. 0+=6.3 (S 式中:S 塑件平均壁厚, S 取 3mm若根據(jù)前面的資料, PS 的保壓時間在 15-40S 之間,計算的結(jié)果顯然是不符 合的,但根據(jù)實際生產(chǎn)資料表明, 生產(chǎn)一個長為 135的筆套, 其保壓和冷卻的時 間和也只是 15S ,所以,參考實際的生產(chǎn)資料,以經(jīng)驗公式的計算值為依據(jù)會更 好,這是取保壓時間為 10S 的原因。冷卻時間,依塑料種類,塑件壁厚而異,一般用下式計算: t = ·= × = 29.25(S 式中 S塑件平均壁厚, S 取 3mm ; 塑料熱擴散系數(shù) (mm /s =0.08;T 成型溫度 200-25

47、0 T 取 210; T 脫模溫度 60-100 T 取 60; T 模具溫度 40-60 T 取 50。由計算結(jié)果得冷卻時間需要 29.25 S ,但計算并不能精確的確定實際冷卻時 間的多少, 參照經(jīng)驗推薦值, 制件平均壁厚取 3mm , 對應(yīng)經(jīng)驗冷卻時間 t=20.5 S , 取 t =20.5 S。為什么最終的成型周期取 20.5而不是 29.25,那是因為在實際 注塑過程中, T , T , T 等因素不可能像我們所設(shè)計的那么理想,所以,從 實際出發(fā),取經(jīng)驗值會更好些。塑料熔體釋放的熱量1Q =(01t t nCC S - (17則得 1Q = 90×73.95×1

48、0 ×1.34×(210-60 = 1337.76 KJ/h式中 n每小時注射次數(shù), n=90 (次 ; G每次的注射量(KG G=73.95×10 C 塑料的比熱容(KJ/KG·, C =1.34 ;t 熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度, t =210; t 塑件脫模溫度, t =60。高溫噴嘴向模具的接觸傳熱2Q =(216. 3t t AZ - (18則得 2Q =3.6×1256×10 ×140×(210-50 =101.28 KJ/h式中 A 注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積(m , A =1256×10

49、m金屬傳熱系數(shù)=140(W/ m ; t 模具平均溫度 t =50 ; t 熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度 t =210。 A =4 R =4×3.14×10 =1256×10 m R 注塑機噴嘴球半徑, R=10 m m注射模通過自然冷卻傳導(dǎo)走的熱量 (1對流傳熱對 Q =(34321h tt A m - (19則得 對 Q =(4205029. 035. 5-=160 KJ/h式中 h 傳熱系數(shù)(KJ/ m h , h =5.35;A 兩個分型面和四個側(cè)面的面積, A =0.321; t 模具平均溫度, t =50; t 室溫, t =20。 1h = +300360

50、25. 0178. 42t = +3005036025. 0178. 4= 5.35 m A =(k m m n A A +21 0.22+0.16×0.45 = 0.29 1m A =2BL=2×270×400×10 =0.22 m ; 2m A =4BH =4×270×150×10 =0.16m ; B 模具寬度 m m, B=270; L模具長度 m m, L=400 開模率 k n =(tt 冷注 +-t t =(405. 205. 140+-=0(2輻射散發(fā)的熱量輻 Q =+- +43422100273100273

51、8. 20t t A m (20 則得 輻 Q = +- +4410020273100502738. 018. 08. 20=105.3式中 輻射率,一般表面 =0.8-0.9 取 0.8; A =0.16; (3工作臺散發(fā)的熱量臺 Q =(322t h t A -模 (21則得 Q臺 =502×0.128×（5030）=1927.68 KJ/h 式中 傳熱系數(shù)；h =502KJ/(m h ； =0.12； A 模具與工作臺的接觸面積 m ，A A =bl = 320×400×10 =0.128 b 模具與工作臺接觸寬度 m m，b=320； l 模具與

52、工作臺接觸長度 m m， l=400 從計算的結(jié)果看，工作臺散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，也就是模 具不需要冷卻系統(tǒng)就能很好的達(dá)到冷卻效果，這顯然不符合實際，說明了 Q 計算結(jié)果錯誤，或者是前面的某些地方取值不合理。從 Q 三者的值應(yīng)該相差不大，但有關(guān) Q 的 和 Q 的計算來看， 的計算參考資料很少，因為簡單的計算是以 塑料熔體釋放出的熱量 Q 為總熱量，全部由冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)實際情況，這 些熱量應(yīng)分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，實驗表明，約 1/3 的熱量被凹模帶 走，其余由型芯帶走。模具應(yīng)由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量： Q冷 = (Q1 + Q2 ) - (Q對 + Q輻 + Q臺 )

53、因為現(xiàn)在無法得到 Q 總的正確值，所以計算以簡單計算原則，取 Q 冷卻系統(tǒng)的計算 （1）每次需要的注射量（KG） ，由前面的計算得每次需要的注射量為（KG） ： G=84.75×10 （2）確定生產(chǎn)周期（S） t=40 （3）塑料單位熱流量（KJ/h）Q =280-350； 取 Q =300 （4）每小時的注射次數(shù) n=90 （5）每小時的注射量（KG） 90 × 84.75×10 （6）型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h） = 7.63 = Q 。 Q總 = nCQs =90× 84.75×10 從計算結(jié)果看，Q 200-250 ；T ×300=2289 來計 Q ，因為 Q 涉及的因素較多，所以應(yīng)該要取 Q 算，那么，(t t 的值就要重新確定，約為 224，根據(jù) T 成型溫度 脫模溫度 60-100；T 模具