產(chǎn)品—Ⅱ注射成型模具設(shè)計(jì)

1、 產(chǎn)品-注射成型模具設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號： 系 部： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 產(chǎn)品注射成型模具設(shè)計(jì) 系部： 專業(yè): 學(xué)號： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師（含職稱）： 1課題意義及目標(biāo) 對于產(chǎn)品塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，自動抽芯結(jié)構(gòu)、自動脫模結(jié)構(gòu)可以有效地提高生產(chǎn)效率和節(jié)省人工勞動力等。通過本課題的研究，提出你創(chuàng)新構(gòu)思的最佳設(shè)計(jì)方案，并用AUTOCAD軟件對成型模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，重點(diǎn)對該類模具外側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)及頂出機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、成本低廉、便于操作的模具。2主要任務(wù) 1）產(chǎn)品圖一張（自己測繪或設(shè)計(jì)）、裝配圖一張、除彈簧、螺釘、銷釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件以外的所有的成型或結(jié)構(gòu)零件圖； 2）

2、模具設(shè)計(jì)計(jì)算，包括力學(xué)計(jì)算、成型尺寸計(jì)算、脫模力計(jì)算、流動比計(jì)算、冷卻系統(tǒng)計(jì)算等；3）完成一篇畢業(yè)論文的撰寫工作。3基本要求 1）論文撰寫要求嚴(yán)格按照材料工程系“本科畢業(yè)論文格式要求”撰寫； 2）認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)書籍，查閱中外文資料，制定出合理的設(shè)計(jì)研究方案； 3）論文要求：論理論據(jù)正確、邏輯性強(qiáng)、文理通順、層次分明，把實(shí)踐的結(jié)果上升到理論認(rèn)識或應(yīng)用的高度，并提出自己的見解與觀點(diǎn)。設(shè)計(jì)繪圖要嚴(yán)格按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，并利用機(jī)算機(jī)打??； 4）翻譯一篇與模具相關(guān)的英文文獻(xiàn)。4主要參考資料1 申開智. 塑料成型模具M(jìn). 第二版. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2010.2 黃銳, 曾邦祿.塑料成型工藝學(xué)M. 第

3、二版. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2010.3 宋王恒. 塑料注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊M. 北京: 航空工業(yè)出版社, 1994.4 王暉, 劉軍輝. 注射模設(shè)計(jì)方法及實(shí)例解析M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.5 蔣繼宏, 王效岳. 注塑模具典型結(jié)構(gòu)100例M. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2000.5進(jìn)度安排設(shè)計(jì)各階段名稱起 止 日 期1查閱文獻(xiàn)資料，測繪或繪制塑件圖2確定設(shè)計(jì)方案并畫裝配草圖3畫裝配工作圖4畫零件圖5模具設(shè)計(jì)計(jì)算，查漏補(bǔ)遺6完成畢業(yè)論文及答辯工作審核人： 年 月 日產(chǎn)品-注射成型模具設(shè)計(jì) 摘要：本課題主要研究設(shè)計(jì)的是產(chǎn)品-的注塑模結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)針對外表面螺紋成型和側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)

4、進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。通過查閱文獻(xiàn)，調(diào)整、優(yōu)化，提出最佳設(shè)計(jì)方案，并對模具結(jié)構(gòu)的相關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算校核，使塑件順利脫模，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。在模具制造行業(yè)，精確度和耐久性是人們所關(guān)注的；所以可以應(yīng)用 CAD/CAM來提升模具設(shè)計(jì)的品質(zhì)，降低制造過程中的風(fēng)險(xiǎn)。 關(guān)鍵詞：注塑模，螺紋成型，側(cè)抽芯The Design of the Product - Injection Forming MoldAbstract: This topic mainly research the product-of injection mold structure. the key to analysis and design fo

5、r the outer surface of the thread forming and pulling side structure. Getting the best design solution by literature reviewing, adjusting and optimizing, and relative size of the mold structure is calculated. making the smooth plastic mold and realizing automate production. In the mold making indust

6、ries, accuracy and tolerance are the important issues. so using CAD/CAM will enhance quality of the work in the mold design and reduce the number of errors in manufacturing.Key words: Injection mold, The thread forming, Pulling side III目 錄 1 前言 1 1.1 國內(nèi)研究進(jìn)展 1 1.2 國外研究進(jìn)展 2 1.3 本課題研究的目的及意義 22 塑件分析設(shè)計(jì) 4

7、2.1 塑件要求分析 42.2 塑件材料的選擇 42.3 塑件結(jié)構(gòu)分析 5 2.3.1 塑件圖 52.3.2 塑件體積和質(zhì)量 62.3.3 塑件尺寸精度及表面質(zhì)量 6 2.3.4 塑料收縮率及脫模斜度 7 2.4 塑件成型工藝參數(shù)及塑件圖 8 3 分型面的選擇 9 4 模具結(jié)構(gòu)方案 11 4.1 注塑機(jī)的選擇 11 4.2 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 11 4.2.1 最大注塑量對型腔數(shù)的校核 11 4.2.2 注塑壓力的校核 12 4.2.3 鎖模力的校核 12 4.2.4 抽芯距的確定 12 4.2.5 開模行程的校核 13 4.3 型腔壁厚計(jì)算 14 4.3.1 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算 14 4.3

8、.2 型腔地板厚度計(jì)算 15 4.4 模架的選擇及裝配圖 16 5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 5.1 主流道及其襯套設(shè)計(jì) 18 5.2 分流道設(shè)計(jì) 20 5.2.1 分流道布置形式 21 5.2.2 分流道截面形狀 21 5.3 澆口設(shè)計(jì) 21 5.4 流動比計(jì)算 23 5.5 定位環(huán)設(shè)計(jì) 24 6 成型零部件設(shè)計(jì) 25 6.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 6.1.1 模具型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 6.1.2 模具型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 6.2 成型零件尺寸計(jì)算 26 6.2.1 型腔尺寸計(jì)算 27 6.2.2 型芯尺寸計(jì)算 29 7 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 7.1 脫模力計(jì)算 30 7.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

9、 30 7.2.1 側(cè)抽芯形式的確定 31 7.2.2 斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 31 7.2.3 導(dǎo)滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 7.2.4 定位裝置設(shè)計(jì) 35 7.2.5 鎖緊裝置設(shè)計(jì) 35 8 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37 8.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 37 8.2 冷卻時(shí)間的相關(guān)計(jì)算 37 8.2.1 冷卻時(shí)間的計(jì)算 37 8.2.2 冷卻水體積計(jì)算 38 8.2.3 核對冷卻水在管道內(nèi)的流速 39 8.2.4 傳熱膜系數(shù) 39 8.2.5 冷卻水在管道內(nèi)的總傳熱面積 39 8.2.6 冷卻水流動狀態(tài)校核 40 8.2.7 模具上開設(shè)冷卻管道的孔數(shù) 40 8.3 水嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 40 9 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 42 9.

10、1 脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 42 9.2 頂桿直徑校核 43 9.3 復(fù)位桿的設(shè)計(jì) 44 10 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 45 11 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 47 12 模具圖紙和工作原理 48 12.1 模具裝配圖和部分非標(biāo)準(zhǔn)零件圖 48 12.2 模具的工作原理 48參考文獻(xiàn)50致謝 511 前言 1.1 國內(nèi)研究進(jìn)展確定模具脫模方向是進(jìn)行注塑模具自動分模設(shè)計(jì)系統(tǒng)的第一步。脫模方向的選擇是否合理，直接影響模具設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜程度、制造成本以及塑件尺寸的穩(wěn)定性。近年來，模具脫模方向自動確定技術(shù)的研究逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。注塑模具自動分模技術(shù)主要包括模具脫模方向的自動確定、模具分型線和分型面的自動生成三個(gè)方面。脫模

11、方向的自動確定是分型線和分型面自動生成技術(shù)的基礎(chǔ)，分型線決定了分型面的形狀和復(fù)雜程度，而分型面的自動生成是實(shí)現(xiàn)注塑模具自動分模技術(shù)的關(guān)鍵。注塑模具自動分模技術(shù)三方面的內(nèi)容是后續(xù)模具詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是影響模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、注塑模成本以及模具設(shè)計(jì)自動化程度的關(guān)鍵因素，不合理的脫模方向、分型線設(shè)計(jì)和分型面形狀甚至?xí)?dǎo)致模具設(shè)計(jì)的失敗。對于注塑模具自動分模技術(shù)，由于塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性，而且分模設(shè)計(jì)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性比較強(qiáng)的過程，從而導(dǎo)致了其實(shí)現(xiàn)的困難性。盡管國內(nèi)外學(xué)者針對這方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果，但是對自動分模技術(shù)算法的研究進(jìn)展仍然比較緩慢，且大多都集中在理論研究階段。在模具設(shè)計(jì)過程中

12、，脫模方向、分型線和分型面不僅是影響模具復(fù)雜性和成本的關(guān)鍵因素，而且它們的確定是一個(gè)很耗時(shí)的過程。計(jì)算機(jī)輔助脫模方向的自動確定、分型線和分型面的自動生成，對降低模具的成本，提高模具設(shè)計(jì)自動化起到重要作用。哈夫模，哈夫是英文“half”的譯音，就是一半的意思，就是指模具分成兩半拼合的。在管子沖模上應(yīng)用最多，用兩個(gè)半圓的哈夫塊把管子夾緊再沖裁。兩個(gè)半圓實(shí)際上還差一點(diǎn)點(diǎn)才是完整的半圓，完全拼合的時(shí)候，對管子側(cè)面產(chǎn)生很大的擠壓力，可以夾緊管子，但是又不會把管子夾變形。含有外部螺紋的制品可采用一對滑塊成型，由彎銷進(jìn)行脫螺紋，模具結(jié)構(gòu)較為緊湊；定模板的錐面可以使模塊得到雖有力的鎖緊，又可使動、定模自動定準(zhǔn)

13、中心，使制品獲得均勻的壁厚；制品的內(nèi)外表面均有螺旋式水路進(jìn)行冷卻，具有較好的冷卻效果；制品由推塊頂出，制品和推快接觸面較大且受力均勻。開模時(shí)，在彎銷的作用下使滑塊向兩側(cè)分型，同時(shí)塑件被帶到動模，頂出時(shí)，注射機(jī)的頂針頂動連接桿帶動撞快將塑件從型芯頂出1。1.2 國外研究進(jìn)展 Ravi和Wong等對沿三個(gè)基準(zhǔn)軸方向的分模進(jìn)行了研究，提出了適用于簡單三維體的脫模方向判定的方法，但其缺點(diǎn)正是在于此，因?yàn)樽鴺?biāo)軸的方向并不一定保證是真正的或最優(yōu)的脫模方向，這樣會給正確選擇脫模方向帶來一定的困難。Urabe等把塑件的脫模方向事先確定在三個(gè)坐標(biāo)主軸方向，然后對每個(gè)主軸方向計(jì)算側(cè)凹數(shù)目、投影面積、圓柱面數(shù)目等模

14、具因子，來綜合確定主脫模方向。這一方法除了存在Ravi等相同的不足外，目前僅能處理簡單三維體，即不包含復(fù)雜組成特征的塑件。 Hui和Tan采用的是一種啟發(fā)式搜索方法，通過判斷面與面之間的遮擋情況，提出引用遮擋因子和性能值兩個(gè)判據(jù)來確定主脫模方向和次脫模方向。這一方法中，測試點(diǎn)數(shù)的選取是較為敏感的問題，測試點(diǎn)數(shù)太少則結(jié)果不正確；測試點(diǎn)數(shù)太多，則計(jì)算效率低。這種方法雖然并不完善，但對于較復(fù)雜的曲面塑件表現(xiàn)出重要的作用。Hui提出了基于遮擋的概念，采用平面分割塑件實(shí)體及其凸包，求差獲得塑件體和凸分割體，并逐步判別側(cè)凹特征，最終獲得主脫模方向、側(cè)抽芯方向和分割抽芯方向，該方法適用多面體形狀的塑件。當(dāng)塑

15、件中包含曲面時(shí)，分割空間無法給出，其次效率很低，一個(gè)稍微復(fù)雜的塑件，計(jì)算約需幾個(gè)小時(shí)。從1990年以來，分型線和分型面的研究一直方興未艾。目前，國內(nèi)外注塑模具分型線和分型面自動生成方法的研究，主要分為兩大類：一類是以整個(gè)塑件幾何實(shí)體作為研究對象，采用不同的算法確定脫模方向的塑件最大輪廓作為分型面；另一類是以塑件實(shí)體的表面作為研究對象，根據(jù)對面的分析確定塑件的分型線和分型面。當(dāng)然，這種分類方法并不是絕對的，許多算法之間互相聯(lián)系，但總的來說都是要找出塑件在某一個(gè)方向上的最大輪廓線，作為分型線，并最終確定塑件的分型面位置2。1.3 本課題研究的目的及意義 （1）目的 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 開發(fā)新的快速經(jīng)濟(jì)模

16、具，以適應(yīng)自動化、大批量的生產(chǎn)方式。 根據(jù)題目要求查閱搜集相關(guān)文獻(xiàn)資料，達(dá)到搜集論文證據(jù)資料的目的。 通過對該類模具文獻(xiàn)資料的分析提出自己創(chuàng)新構(gòu)思的最佳設(shè)計(jì)方案，并通過相關(guān)軟件對成型模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，重點(diǎn)對該類模具外側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)和螺紋設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。 （2）意義 通過對該類模具文獻(xiàn)資料的分析提出自己創(chuàng)新構(gòu)思的最佳設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、成本低廉、便于操作的產(chǎn)品注塑模具。 對我國精密注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)提升做出自己的一點(diǎn)貢獻(xiàn)，使我國在這方面能更快的與國際水平相接軌。 產(chǎn)品屬于高度密封性產(chǎn)品，對各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)合理性和精確度要求極高，提高模具制造技術(shù)，可以讓塑件成品的品質(zhì)的到提高。 通過該課題既能夠

17、讓我對一副模具的設(shè)計(jì)過程有了更深一個(gè)層次的了解，檢查我對知識的掌握能力和動手能力，也能讓我的思維能力得到很大的鍛煉。2 塑件分析設(shè)計(jì)2.1 塑件要求分析 一個(gè)塑料制品在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮其使用功能、外觀要求、經(jīng)濟(jì)效益以及客戶的特殊要求和現(xiàn)有的制造能力。在技術(shù)方面，要重點(diǎn)考慮塑件的力學(xué)性能（如強(qiáng)度、剛度、韌性、彈性、吸水性等）和成型工藝性（如收縮率、流動性等）。2.2 塑件材料的選擇 由于塑件要求很高的幾何穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，耐化學(xué)腐蝕性等；并結(jié)合塑件硬度要求及實(shí)際使用需求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本效益，初步確定選用聚苯乙烯作為塑件材料。其基本的性能見表2.13。表2.1 聚苯乙烯的部分基本性能Table

18、 2.1 Some of the basic properties of polystyrene性能數(shù)值性能數(shù)值密度/(g/cm3)1.04比熱容/J/kgK1340比體積/(cm2/g)0.94-0.96導(dǎo)熱率/W/mK0.130玻璃化溫度/100泊松比 0.38熱變形溫度/65-96溢邊值cm0.04-0.05線性膨脹系數(shù)/(10-5/)6-8 聚苯乙烯玻璃化溫度8090，非晶態(tài)密度1.041.06g/cm3，晶體密度1.111.12g/cm3，熔融溫度240，電阻率為10201022 ·cm。導(dǎo)熱系數(shù)30時(shí)0.116w/(m·k)。通常的聚苯乙烯為非晶態(tài)無規(guī)聚合物，具

19、有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性，長期使用溫度070，但脆，低溫易開裂。此外還有全同和間同以及無規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯。全同聚合物有高度結(jié)晶性，間同聚合物有部分結(jié)晶性。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯（EPS），高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯樹脂為無毒，無臭，無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達(dá)90%以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。普通聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子鏈的側(cè)基為苯環(huán)，大體積側(cè)基為苯

20、環(huán)的無規(guī)排列決定了聚苯乙烯的物理化學(xué)性質(zhì)，如透明度高、剛度大、玻璃化溫度高和性脆等?？砂l(fā)性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點(diǎn)的物理發(fā)泡劑制成，加工過程中受熱發(fā)泡，專用于制作泡沫塑料產(chǎn)品。高抗沖聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯為分散相，提高了材料的沖擊強(qiáng)度，但產(chǎn)品不透明。間規(guī)聚苯乙烯為間同結(jié)構(gòu)，采用茂金屬催化劑生產(chǎn)，發(fā)展的聚苯乙烯新品種，性能好，屬于工程塑料。2.3 塑件結(jié)構(gòu)分析 2.3.1 塑件圖 圖2.1 主視圖和俯視圖 Figure 2.1 Front vie wand a top view圖2.2 塑件三維結(jié)構(gòu)圖Figure 2.2 Three dimensional stru

21、cture of plastic parts2.3.2 塑件體積和質(zhì)量 計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)。該產(chǎn)品材料為聚苯乙烯，其密度為1.04g/cm31.09g/cm3，收縮率為0.4%0.6%，常溫下PS密度為1.05g/cm3，平均收縮率為0.5%。使用畫出三維實(shí)體圖，軟件能自動計(jì)算所畫圖形的體積，當(dāng)然也可根據(jù)形狀進(jìn)行手動幾何計(jì)算得到塑料衣夾的體積。通過SOLIDWORKS軟件自動計(jì)算該塑件的體積V12.5cm3，表面積S=102.8cm2?？傻盟芗馁|(zhì)量為：msV1.05×12.513.125g （式2.1）2.3.3 塑件尺寸精度及表面質(zhì)量 （1）塑件尺寸精

22、度影響塑件尺寸精度的因素很多，除與模具的制造精度及磨損情況以外，還與塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化、塑件成型后的時(shí)效變化和模具的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)。為使生產(chǎn)的塑件合格，應(yīng)設(shè)定塑件的尺寸公差值大于或等于各項(xiàng)因素帶來的累積誤差。所以，在保證使用要求的前提下，盡量使用較低的精度等級。本課題塑件設(shè)定的標(biāo)注尺寸公差為MT3和未注尺寸公差為MT5（GB/T144861993）。（2）塑件的表觀質(zhì)量塑件的表觀質(zhì)量一般包括：表面粗糙度Ra、光亮度、色彩均勻性、表面缺陷。表面粗糙度是決定塑件表面質(zhì)量的主要因素。表面粗糙度數(shù)值越小，模腔表面越光滑，加工模具時(shí)的研磨拋光要求也越高，模具制造的難度也越大。有的制品表面

23、要求很高，型腔表面粗糙度要求達(dá)Ra0.02-0.4m。對于透明塑件，要求型腔和型芯的粗糙度保持一致，不透明制品則應(yīng)根據(jù)情況分別考慮，非配合表面和隱蔽的面可去較大的表面粗糙度。還可利用表面粗糙度的差異來使塑件在開模時(shí)留在表面粗糙度較大的型芯上或留在歐模中4。考慮本課題塑件的設(shè)計(jì)要求及加工難度，將粗糙度設(shè)定為外表面Ra=3.2m和內(nèi)表面Ra=1.6m。2.3.4 塑料收縮率及脫模斜度 （1）塑料的收縮率塑料的實(shí)際收縮率在注塑成型過程中，會受到眾多因素的影響，因而收縮率的計(jì)算和選擇，也只能使用近似值。對于塑件的收縮率的選取，一般依照以下幾個(gè)原則：收縮率較小的塑件，取平均收縮率；收縮率較大的塑件，根據(jù)

24、制品形狀（尤其是壁厚）來確定。壁厚的取上限，壁薄的取下限；制品各部分收縮率不盡相同，依具體情況選擇，高精度塑件或某種塑料的收縮率缺乏精準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，可采用修模余量加以解決；收縮率較大的塑料，可采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)；本課題塑件采用材料PS的收縮率為0.4%-0.6%，依據(jù)相關(guān)原則，確定其收縮率為0.5%。（2）塑件的脫模斜度塑料在模塑成型過程中，從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強(qiáng)行取出會導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為此，塑件與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，應(yīng)帶有足夠的脫模斜度，以減少脫模阻力。一般塑件（高度<5mm并采用小收縮率的塑

25、件除外）都要考慮脫模斜度。本課題的塑件高度為19mm左右，查詢相關(guān)資料單邊脫模斜度推薦值5，PS的斜度為2°。2.4 塑件成型工藝參數(shù) 注射成型是聚苯乙烯最重要的成型方法，由于聚苯乙烯熔體黏度較低，具有較好的流動性，可以制作形狀較復(fù)雜的制品，但制品脆性較大，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮脫模褻瀆，脫模時(shí)要控制頂出速度。聚苯乙烯成型溫度范圍很寬，可以根據(jù)制品的形狀和厚度不同，在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)熔體溫度。注射成型可以用螺桿式注射機(jī)。采用螺桿式注射機(jī)時(shí)，最適宜的熔體溫度是在190230。典型注射工藝條件見表2.26。表2.2 聚苯乙烯的典型注射工藝條件Table 2.2 Typical polysty

26、rene injection process conditions工藝參數(shù)取值范圍 料筒溫度/加料段140160壓縮段170190均化段190230噴嘴溫度/180190模具溫度/4060注射壓力/MPa50100螺桿轉(zhuǎn)速/(r·min-1)70后處理溫度/70后處理時(shí)間/h243 分型面的選擇 模具設(shè)計(jì)中，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)分面選原則和塑件的成型要求來選擇分型面。 制品在模具中的位置，直接影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，模具分型面的確定，澆口的設(shè)置，制品尺寸精度和質(zhì)量等。因此，開始制定模具方案時(shí)，首先必須正確考慮制品在其中的位置；然后再考慮具體的生產(chǎn)條件（包括

27、模具制造的），生產(chǎn)的批量所需的機(jī)械化和自動化程度等其他設(shè)計(jì)問題。（1）分型面的形式分型面是指分開模具取出塑件的面；分型面的形式由塑件的具體情況而定，但大體上有平面式、階梯式、斜面式、曲面式及綜合式幾種。（2）選擇分型面的基本原則保持塑件外觀整潔；分型面應(yīng)有利于排氣；應(yīng)開率開模時(shí)塑件留在動模一側(cè)；應(yīng)容易保證塑件的精度要求；分型面應(yīng)力求簡單適用并易加工；考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；分型面應(yīng)與注射機(jī)的參數(shù)相適應(yīng)；考慮脫模斜度的影響； 鑲件和活動型芯應(yīng)安裝方便。圖3.1 水平分型面位置Figure 3.1 Horizontal parting line position圖3.2 垂直分型面位置Fi

28、gure 3.2 Vertical parting line position根據(jù)本塑件的具體結(jié)構(gòu)和和以上確定分型面的基本原則，本設(shè)計(jì)確定兩個(gè)分型面的位置如圖3.1和圖3.2所示。在該結(jié)構(gòu)中，外側(cè)是采用瓣合模成型，所以在確定分型面時(shí)，還要確定好側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。外側(cè)抽芯采用斜導(dǎo)拄側(cè)抽芯，具體結(jié)構(gòu)見總裝配圖。圖3.1為水平分型面，是動模與定模的分離。圖3.2為垂直分型面，瓣合模的分型。這樣，既保證了塑件質(zhì)量、精度要求，又不影響塑件的脫模，且不會使模具加工復(fù)雜化。4 模具結(jié)構(gòu)方案 4.1 注塑機(jī)的選擇 由于模具所需的模架和塑件成型需要的注射壓力、成形時(shí)間等因素都與注塑機(jī)相關(guān)，每副模具只能安裝在于其相適應(yīng)

29、的注塑機(jī)上才能進(jìn)行生產(chǎn)，因此，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)塑件的具體情況，選用合適的注塑機(jī)。本課題初步選擇型號為XS-ZY-60的注塑機(jī)，部分相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表4.17。表4.1 XS-ZY-60型注塑機(jī)部分技術(shù)參數(shù)Table 4.1 XS-ZY-60 Part of the technical parameters of injection molding machine項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)理論注射量/cm³60拉桿空間（長*寬）300×190注射壓力/ MPa122定位孔直徑/mm55選用模內(nèi)壓力/ MPa36噴嘴球半徑/mm12最大注射面積/ cm2130噴嘴孔徑/mm4鎖模力

30、/kN500頂出孔徑/mm50最大模具厚度/mm200注射方式柱塞式最小模具厚度/mm70動定模固定扳尺寸/mm330×340注射行程/mm170模板行程/mm1804.2 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 4.2.1 最大注塑量對型腔數(shù)的校核 對于注射容量，國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射聚苯乙烯時(shí)在對空注射條件下注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程時(shí)所能達(dá)到的最大容量（cm3）。本設(shè)計(jì)采用的是瓣合模形式，所以設(shè)兩個(gè)型腔。以容量計(jì)算 （式4.1）式中：V注注射機(jī)最大注射容量（cm³）； V件成型零件及澆注系統(tǒng)所需塑料的容量（cm³）； 0.8系數(shù)，一般要求成型件的容量不超過

31、注射機(jī)容量的80%。其中V注=60cm³，V件=28cm³，所以28cm³0.8×60cm³符合注塑機(jī)要求。4.2.2 注塑壓力的校核 塑件所需的成型壓力是由注塑機(jī)類型、噴嘴型式、塑料流動性、澆注系統(tǒng)和型腔的流動阻力等因素決定的。注塑機(jī)的最大注射壓力大于或等于塑件成型所需壓力，才能保證塑件完整成型，確保產(chǎn)品符合要求。本課題塑件所用PS材料所需注射壓力為P塑=60-100MPa，所選注塑機(jī)能提供的最大注塑壓力為P機(jī)=122MPa。P機(jī)>P塑，符合條件要求。 4.2.3 鎖模力的校核 鎖模力為注射機(jī)鎖模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機(jī)的鎖模力

32、必須大于由于高壓熔體注入模具型腔而產(chǎn)生的脹模力。采用通用塑料生產(chǎn)中，脹模力通常取20-40MPa，根據(jù)表4.1選取脹模力p=36 MPa。注射成型所需鎖模力F塑的計(jì)算公式： （式4.3）式中：F塑模具所需要的鎖模力，kN； A塑件加澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，cm2。XS-ZY-60注塑機(jī)的額定鎖模力為500 kN，塑件總投影面積為36.7 cm2。所以由公式4.3得F塑=132.12kN<500kN，符合條件。4.2.4 抽芯距的確定 抽芯距是將型芯從成形位置抽到不妨礙塑件取出的位置，即型芯（滑塊）移動的距離。通常抽芯距等于成形孔深加23mm。如圖4.1所示，成形圓形骨架塑件時(shí)，其

33、抽芯距按下列公式計(jì)算8： （mm） （式4.4）式中：S最小抽芯距離（mm）； D骨架最大直徑（mm）； D骨架最小直徑（mm）。圖4.1 圓形骨架塑件抽芯距尺寸關(guān)系Figure 4.1 Round plastic skeleton Pulling away from the size relationship其中D=59mm，d=53.835mm，所以由公式4.4得S=15mm。4.2.5 開模行程的校核 注塑機(jī)的開模行程是有限制的，取出制件所需要的開模具里必須小于注塑機(jī)的最大開模距離9。開模行程校核：所選擇的注射機(jī)的合模方式為雙曲肘鎖模機(jī)構(gòu)。它的最大開模行程與模厚無關(guān)，開模行程可按下式計(jì)算

34、： （mm） （式4.5）式中：S注塑機(jī)最大開模（移動模板行程）行程，mm （由表4.1得S=180mm）； H1塑件脫模（推出距離）距離，mm （H1=19mm）； H2塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)，mm （H2=59mm）。式4.5右邊代入數(shù)據(jù)得19mm+59mm+10mm=88mm180mm。又因?yàn)樵撃＞呓Y(jié)構(gòu)有側(cè)抽芯，為完成側(cè)向抽芯距離L所需的開模行程為Hc。當(dāng)時(shí)，開模行程按側(cè)向抽芯要求決定。 （mm） （式4.6）當(dāng)時(shí)，仍按式4.5校核。其中Hc按下式計(jì)算： （mm） （式4.7） 式中：S最小抽芯距（15mm）； 斜導(dǎo)柱的斜度（18°）。由式4.7得Hc=44mm <

35、19mm+59mm，所以本課題開模行程取88mm符合要求。 4.3 型腔壁厚計(jì)算 在塑料注射模的注射過程中，型腔從合模到注射保壓過程中，將受到高壓沖擊，其受到的力包括：（1）合模時(shí)的壓應(yīng)力；（2）注射過程中塑料流動的注射壓力；（3）澆口封閉前一瞬間的保壓壓力；（4）開模時(shí)的拉應(yīng)力。其中最主要的是注射壓力和保壓壓力。所以，模具型腔應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求對模具的壁厚進(jìn)行計(jì)算。模具的幾何形狀、組合形式不同，其計(jì)算方法也不同。最常見的有組合式圓形型腔、整體式圓形型腔、組合式矩形型腔、整體式矩形型腔。本課題模具型腔為圓形，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮塑件復(fù)雜度和加工難易度，采用組合式

36、。4.3.1 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算 當(dāng)型腔側(cè)壁受高壓塑料熔體作用時(shí)，其內(nèi)半徑增長量為10。因此在側(cè)壁后和底之間產(chǎn)生一縱向間隙，間隙過大將會發(fā)生溢料，其最大值為： （式4.8） 式中：p型腔內(nèi)壓力，查表4.1為36MPa； E彈性模量，碳鋼為2.1×105MPa； r內(nèi)半徑，29.5mm； R外半徑，mm； 泊松比，碳鋼取0.25。如果一致P、r、E和剛度條件=0.05mm，則式4.8可改寫為： 或 （式4.9） 式中：S壁厚。式4.9代入數(shù)據(jù)得S=3.25mm<13.5mm。按強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，按第三強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)算公式為： （式4.10） 式中：許用應(yīng)力，160MPa。式4.10代

37、入數(shù)據(jù)得S=10.3mm<13.5mm，所以符合要求。4.3.2 型腔地板厚度計(jì)算 組合式圓形型腔底板，該底板可視為周邊簡支的圓板，最大撓度發(fā)生在圓板的中心，其值為： （式4.11） 式中：S底板厚度，mm R圓環(huán)形支座內(nèi)半徑，mm 設(shè)允許變形為，可得： （式4.12）式4.12代入數(shù)據(jù)=0.05mm，p=36MPa，r=29.5mm，E=2.1×105得S=12.43mm，所以底板厚20mm符合要求。按最大應(yīng)力作強(qiáng)度計(jì)算，最大應(yīng)力也發(fā)生在圓板中心，其值為： 故 （式4.13）式4.13代入數(shù)據(jù)p=36Mpa，MPa，r=29.5mm得S=15.5mm，所以底板厚20mm符合要

38、求。4.4 模架的選擇及裝配草圖 模架的選擇應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)模架，確定出標(biāo)準(zhǔn)模架的形式，規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)代號。一般定模座板與定模固定板要用銷釘定位；動、定模固定板之間通過導(dǎo)向零件定位；推板固定板通過導(dǎo)向零件與動?；蚨９潭ò宥ㄎ唬荒＞咄ㄟ^澆口套與注射機(jī)的中心定位孔定位；動模墊板與動模固定板不需要銷釘精確定位；墊塊不需要與動模固定板用銷釘精確定位；推板不需與推板固定板用銷釘精確定位。模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應(yīng)光潔，加涂防銹油。根據(jù)2型腔分布，冷卻水道排布和側(cè)抽芯的需要，綜合其他各方面的因素，查閱標(biāo)準(zhǔn)塑料注射模中小型模架11，選用A4-250315-1

39、6Z1 GB/T 12556.1-90。模架的具體尺寸為：定模底板厚度：25mm，定模板厚度：20mm，導(dǎo)滑板厚度：19mm，動模板厚度：20mm，動模墊板厚度：30mm，墊塊高度：50mm，推板固定版：13mm，推板厚度：17mm，動模底板厚度：25mm，導(dǎo)柱的直徑：25mm，復(fù)位桿直徑：16mm，模具總厚度H=25+20+19+20+30+50+25=189mm。由表4.1得70mm<189mm<200mm，所以模具厚度符合要求。根據(jù)擬定的模具結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、型腔排布、抽芯機(jī)構(gòu)、脫模形式、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等。繪制出模具的工作裝配草圖，見圖4.2。圖4.2 模具裝配草圖Fig

40、ure 4.2 Sketches mold assembly5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注射機(jī)噴嘴通向模具型腔的流動通道。它一般由4部分組成：（1）主流道：是連接注塑機(jī)噴嘴與分流道的一段料道；（2）分流道：是主流道與模具型腔澆口之間的一段流道，用于一腔多?；蛞磺欢酀部?；（3）澆口：是由分流道或主流道通向型腔的一小段流道，是進(jìn)入型腔的門戶；（4）冷料井：亦稱冷料穴，一般位于主流道末端分型面的動模一側(cè)，通常在分流道的末端也會有設(shè)置。澆注系統(tǒng)必須保證熔體迅速、順利、有序地充滿型腔，且塑件外觀清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良。因此，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的時(shí)候，要求：（1）重點(diǎn)考慮型腔布局；（2）熱量及壓力損失要

41、小，為此澆注系統(tǒng)流程應(yīng)盡可能短，截面尺寸應(yīng)盡可能大，彎折盡量少，表面粗糙度要低；（3）澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上，應(yīng)有壓降、流量和溫度分布的均衡布置；（4）塑料耗量要少，滿足各型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料耗量；（5）消除冷料，澆注系統(tǒng)應(yīng)能收集溫度較低的“冷料”；（6）澆口位置的選擇，應(yīng)避免產(chǎn)生湍流和渦流，噴射和蛇行流動，并有利于排氣和補(bǔ)縮；（7）防止塑件出現(xiàn)缺陷，避免熔體出現(xiàn)充填不足或塑件出現(xiàn)氣孔、縮孔、殘余應(yīng)力；（8）澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷，保證塑件外觀質(zhì)量；（9）較高的生產(chǎn)效率；（10）塑料熔體流動特性（充分利用熱塑性塑料熔

42、體的假塑性行為）；（11）澆注系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到所需精度和粗糙度，其中澆口必須有IT8以上精度。 5.1 主流道及其襯套設(shè)計(jì) 在本課題的臥式注塑機(jī)所用模具中，主流道垂直于分型面。如圖5.1所示，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：圖5.1 主流道襯套Figure 5.1 Sprue bushing（1）為便于流道凝料的撥出，流道錐角設(shè)計(jì)在2°-4°之間，本設(shè)計(jì)取4°；（2）主流道徑向尺寸的小端（即與噴嘴連接端）應(yīng)大于噴嘴孔口徑0.5-1.0mm，以防止當(dāng)主流道與噴嘴同軸度有偏差時(shí)，主流道凝料不易從定模一側(cè)拉下，本設(shè)計(jì)取直徑為5mm；（3）凹坑球半徑應(yīng)比噴嘴球頭半徑大1-2mm，以保證注射過程中

43、噴嘴與模具緊密接觸，本設(shè)計(jì)取值R=14mm，并要求其表面粗糙度Ra=1.6µm；（4）主流道內(nèi)壁的表面粗糙度要求在0.4µm 及以下，其長度依據(jù)模板厚度確定，一般控制在60mm以下，以減少壓力損失和物料損耗，本設(shè)計(jì)選取Ra=1.6µm；（5）主流道開設(shè)在主流道襯套上，便于選擇更好的材料（本設(shè)計(jì)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A），便于后期修整更換，降低成本；（6）主流道襯套大口徑端面與模板端面留有0.02mm間隙，襯套與模板間采用H7/m6配合；（7）主流道冷料井為無拉料干形式，所以增設(shè)彈簧裝置，以便主流道冷料與襯套分離，如圖5.2所示12。圖5.2 主流道襯套彈簧置Figure

44、5.2 Sprue bushing spring set5.2 分流道設(shè)計(jì) 在多型腔的模具中影響分流道設(shè)計(jì)的因素很多，制品的幾何形狀、壁厚、尺寸大小及尺寸的穩(wěn)定性，內(nèi)在質(zhì)量和外在質(zhì)量要求，塑料的種類，注射機(jī)的壓力，加熱溫度，注射速度，主流道及分流道的拉料及脫落方式，型腔布置及澆口形式的選擇都能影響分流道的設(shè)計(jì)。在注射過程中，熔體在流經(jīng)分流道時(shí)，應(yīng)使它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則。分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，歸納起來為：（1）在滿足注射成型工藝的條件下，分流道的截面積應(yīng)盡量小，分流道的冷卻時(shí)間應(yīng)比塑件的冷卻時(shí)間要短；（2）分流道和型腔的分布原則是排列緊湊、間距合理，應(yīng)采用軸對稱或中心對稱，使其平衡；（3）分流道的形狀要考慮分流道的截面積以周邊長度的比最大為好；（4）分流道的長度應(yīng)盡量的短，以減少壓力、降低成本，如果分流道過長，在末端設(shè)置冷料井；（5）在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少；（6）分流道內(nèi)表面不必要很光滑，在1.25-2.5µm之間，一般取1.6µm；（7）當(dāng)分流道在定模一側(cè)或分流道延伸較長時(shí)，應(yīng)在澆口附近或分流道的交叉處設(shè)置鉤料桿；（8）在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻系統(tǒng)的空間。5.2.1 分流道布置形式 分流道的布置形式有非平衡布局和平衡布局兩種。因?yàn)樵撍芗閮汕粚ΨQ分布，故采用單