垃圾桶底座模具结构设计与评价

摘要摘要 本毕业设计论文详细记录了分类垃圾桶底座热流道模具的设计全过程。 本文主要内容包括：垃圾桶的改进方案、制品的选材、制品的工艺分 析、注射机的选择及校核、热流道浇注系统的设计、脱模机构的设计、成 型零件和结构零件的设计以及相关尺寸的计算校核、排气系统及温控系统 的设计、模具材料的选择等注射模设计中的关键问题。其中热流道浇注系 统的设计是本次毕业设计的重点。 此外，本文中还包括一篇文献综述。 关键词关键词 ：垃圾桶底座 热流道 注射机 注射模具 AbstractAbstract The thesis of the graduate design notes the whole design processes of the hot runner mould for the rubbish bin pedestal in details. The thesis mainly includes: the improving method of the rubbish bin, the selecting material of the product, the technical analysis of the product, the option and check of the injector machine, the design of hot runner system, the design of the ejection mechanism, the design of the moulding parts and makeup parts ,as well as some key problem in injection mould design. Such as: the calculations of the related sizes, exhausting system and temperature control system, the choices of the mould materials. And the emphases of this design is the design of the hot runner system. Besides, this thesis includes a literature summary . Keywords： rubbish bin pedestal hot runner system injector machine injection mould 目录目录 摘要摘要I ABSTRACTABSTRACTII 目录目录.III 引言引言.1 第一章第一章 塑件工艺分析及模具结构方案的确定塑件工艺分析及模具结构方案的确定.3 1.1 塑件工艺分析3 1.2 确定模具结构方案7 1.3 选择注塑成型设备并进行校核8 第二章第二章 浇注系统的设计和排溢系统的设计浇注系统的设计和排溢系统的设计.11 2.1 浇注系统的选定11 2.3 排气系统的设计18 第三章第三章 成型零部件尺寸的设计及校核成型零部件尺寸的设计及校核.19 3.1 塑件精度及影响因素19 3.2 成型零部件尺寸的计算20 第四章第四章 模具结构设计模具结构设计.25 4.1 标准模架的选择 25 4.2 凹模型腔的强度25 第五章第五章 推出机构的设计及校核推出机构的设计及校核.29 5.1 模具对脱模机构的要求29 5.2 脱模力的计算29 5.3 脱模力的具体计算30 5.4 推板的设计33 第六章第六章 冷却系统设计冷却系统设计.34 6.1 冷却系统的设计原则34 6.2 冷却系统的简易计算34 6.3 冷却回路的确定37 第七章第七章 模具材料的选择模具材料的选择.38 7.1 材料的选择选择原则38 7.2 成型零件的材料选择38 7.3 其它模具零件材料的选择39 第八章第八章 模具的论述与评价模具的论述与评价.40 8.1 模具的动作原理40 8.2 模具的结构特点42 8.3 模具的经济评价42 结束语结束语.43 参考文献参考文献.44 引言引言 近年来我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业 中约占30%左右。且随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的提高， 对模具工业提出了越来越高的要求。以前传统的注塑模具及其生产出来的 产品已不能满足当前人民的需要了。于是一些新型的注塑模技术以其优良 的产品质量、低的注射成本、高的生产效率等优点不断应用于当今模具行 业，兴起了新一波的制造业高潮。热流道技术正是其中的一种，且随着科 技的进步越来越广泛地应用到现代模具行业中。 热流道成型是指从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态，在 每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一 次注射时被注入型腔。该系统一般由喷嘴、热流道板、温控器和加热元件 热流道加热元件等几部分组成。 它的优点有： 1. 缩短制件成型周期，因没有流道系统冷却时间的限制，制件成型固化 后便可及时顶出，许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5S 以内。 2. 节省塑料原料，在纯热流道模具中因没有冷浇道，所以无生产费料， 这对于塑料价格贵的应用项目意义尤其重大。 3. 减少废品，提高产品质量，在热流道模具成型过程中，塑料熔体温度 在流道系统里得到准确地控制，塑料可以更为均匀一致的状态流入各 模腔，其结果是品质一致的零件，热流道成型的零件浇口质量好，脱 模后残余应力低，零件变形小。 4. 消除后续工序，有利于生产自动化，制件经热流道模具成型后即为成 品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序，有利于生产自动化。 5. 扩大注塑成型工艺应用范围，许多先进的塑料成型工艺是在热流道技 术 6. 基础上发展起来的，如PET 预成型，在模具中多色共注，多种材料共 注工艺。 第一章第一章 塑件工艺分析及模具结构方案的确定塑件工艺分析及模具结构方案的确定 1.1 塑件工艺分析塑件工艺分析 1.1.1 塑件塑件结构特点及工艺性结构特点及工艺性 重量 378 g 密度 0.91g/cm3 材料 PP 体积 4153 厚度 2mm 投影面积约为：500cm2 图 1-1 该塑件为垃圾桶的底座。现在市场上用于家庭或办公室的垃圾桶均为 单桶式，它的不足是不能将垃圾分类，最终造成环 境的污染，及可回收材料的浪费。因此，我们立足于这一不足点，将 垃圾桶进行改进，使其成为绿色环保性的双桶式垃圾桶。两桶成对称分布， 高度为 65mm，壁厚 2mm，其加强筋部分均为 3，且高度均为 1，最大 投影面积为 50000mm2。制件的外表面的光洁度要求比较高，内表面的精度 低些，塑件精度外表面选 MT2 级，内表面选 MT3 级。 该垃圾桶的底座只有两个部位尺寸要求严格，即与桶身相配合的 10 个小凸台、装脚踏板的 4 个小孔。并且在安装的过程中，均是强制压入。 其它部位可由设计者，根据材料的节省、模具加工的难易、模具设计的方 便性自行进行修改。从制件的结构来看， 2厚的制品必须在工艺上考虑 其充模能力。此外该制件的造型有点，这是一大难点，这可能会给后面的 零件及模具图的表达带来困难。 1.1.2 塑件材质及成型工艺性塑件材质及成型工艺性 该塑件所采用材料为：聚丙烯（PP） 。它来源广泛，合成工艺较简单、 密度小、价格低、加工成型容易。拉伸强度、压缩强度等都比低压聚乙烯 高，还有很突出的刚性和耐折叠性，以及优良的耐腐蚀性和电绝缘性。但 冲击性能不足，低温条件下易脆裂，且成型收缩率较大，热变形温度不高， 但可以通过改性改善。 它主要的成形特性如下： 1.结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属长 期接触易发生分解。 2.流动性极好，溢边值 0.003mm 左右。 3.冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。 4.成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、方 向性强。 5.注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更 明显，模具温度低于 50以下塑件不光泽，易产生熔接不良， 流痕；90以上易发生翘曲、变形。 6.塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中。 表 1-1 聚丙烯成型条 1.1.3 填写工艺卡填写工艺卡 表 1-2 塑件工艺卡片 产品名称零件名称 分类垃圾桶 底座 设备型号 产品图号零件图号 SJ-00XS-ZY-1000 材料名称聚丙烯收 缩 率材 料 预 处 理 材材料牌号 PP 1.02.5%干燥 7085 后段160170 中段200220 塑料名称聚丙烯 料筒 温度 （） 前段180200 缩写 PP 注射压力 （MPa） 70120 注射成形机类型螺杆式注射时间（s）05 密 度（g/cm3）0.900.91保压时间（s）20 60 比 容（ml/g ） 1.92 冷却时间（s）1550 收缩率（ % ）1.02.5总周期 （s）40120 喷嘴温度（）170190 螺杆转速 （r/min） 48 温度（） 7085 干燥 时间 （h） 2 适用注射机类型 螺杆式 柱塞式均可 模具温度（）4080后处理无 零件净重 378g 零件毛重 380g 每模总重 380g料 备 注 喷嘴温度180190填充时间1735s注射量:380g 模具温度5080成型时间2530s 压力： 100150MPa 工 艺 参 数成型温度185230取件时间815s 注射速度： 100180cm3/s 原料准备核对原料生产厂家原料要预热先烘干 模具准备模具需通冷却水循环 成型过程 - 生产操作 - 成形后处理修边并进行后处理 模具名称 分类垃圾桶底座热 流道模具 每模件数 1 备 注 工 艺 规 程 模具图号 PJ0108-00 件 数大批量 工 人 等 级单 位 工 时班 产技 术 定 级 熟练工人 职 责签 字日 期 工 艺 员彭静 2006.6.0 6 工艺组长 审 核更 改 标 记 更 改 单 号 数 签 字 日 期批 准 1.2 确定模具结构方案确定模具结构方案 1.2.1 参考方案参考方案 方案一：普通的冷流道浇注系统，单分型面，直浇口设计。 方案二：采用热流道浇注系统。单分型面，点浇口设计。 1.2.2 方案的方案的确定确定 方案一： 设计容易，成本低。但由于壁厚较薄，形状复杂，可能有充不满的情 况发生。并且由于冷料穴及凝料的存在，不仅降低了原材料的使用率，而 且大大降低生产效率，操作繁杂，实现不了自动化生产，故淘汰此方案。 方案二： 采用热流道浇注系统,成本比传统的冷流道浇注系统高。但由于热流 道系统消除了多余的废料，也就消除了这些废料给模具带来的多余热量， 缩短制件成型周期，制件成型固化后便可及时顶出， 从而可使生产效率 提高 10 左右。并且消除了后续工序，有利于生产自动化，制件经热流 道模具成型后即为成品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序，有利于 生产自动化，从而提高劳动生产率。 经过综合考虑，采用方案二较好。 1.2.3 分型面的确定分型面的确定 分开模具能取出塑件的面，称作分型面。分型面的方向尽量采用与注 塑机开模成垂直方向，并满足分型面取在最大轮廓处，并且不影响制件外 表面的光洁度。分析制件的结构，最终将分型面选择在沿加强筋布置的位 置。 1.2.4 型腔数目的确定型腔数目的确定 为了使模具注塑机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度， 模具设计时因合理确定型腔数目。模具型腔数量的确定主要是根据制品的 投影面积、几何形状、制品精度、批量以及经济效益来确定的。该塑件结 构较复杂，且流程比较长，两边成对称分布。根据分析与经验，选择两边 的中心位置进浇。所以我们选用一模一件。 1.3 选择注塑成型设备并进行校核选择注塑成型设备并进行校核 各种型号的注塑机安装模具部分的形状和尺寸各不相同。设计磨具时 应校核的主要项目有：喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模 板的平面尺寸和模具安装用螺钉孔位置尺寸等。 1.3.1 塑件制品体积的计算塑件制品体积的计算 塑件的体积与注塑机的选择密切相关，通常我们先通过塑件体积来计 算来初选注塑机，然后通过锁模力等对所选的注塑机进行校核。 塑件体积为 4153， 预选 1000cm3的注射机，其型号为 XS-ZY-1000。 1.3.2 选择注射机选择注射机 根据 V注及 T计，并综合考虑注射机的塑化能力，公称注射量，公称注 射压力，工程锁模力，安装模具的有效空间，顶出形式及顶出行程，移模 行程等等，选用型号为 XS-ZY-1000 的注塑机。 国产注塑机 XS-ZY-1000 技术规格 标称注射量 cm3 1000 螺杆直径 mm 85 注射压力 MPa 121 注射行程 mm 360 螺杆转速 r/min 21、27、35、40、45、65、83 注射时间 s 3 注射方式 螺杆式 合模力 104N 450 最大成型面积 cm 1800 模板最大行程 mm 700 模具最大厚度 mm 700 模具最小厚度 mm 300 拉杆空间 mm 650550 合模方式 两次动作液压式 推出形式 中心及两侧推出（350） 电动机功率 KW 40、5.5 螺杆驱动功率 KW 13 加热功率 KW 16.5 喷嘴球半径 mm 18 喷嘴孔半径 mm 7.5 定位圈尺寸 mm 150 机器外形尺寸 m 3.671.742.38 设备产地 上海塑机厂 1.3.3 注塑机校核注塑机校核 1.注射压力的计算及较核 注射压力的较核是检验注射成型机的最大注射压力能否满足制品成 型的要求，因此注射机的最大注射压力要大于制件所要求的注射压力。 由以上 PP 的性能可知 PP 的注射压力为 70120MPa，而我们所选择的 注射机的注射压力为 121 MPa。因此我们可得所选的注射机满足制件的 要求。 2.锁模力的计算及较核 当高压的塑料熔体充满型腔时，在模具型腔内会产生一个沿注射机轴 向的很大的推力，力图使模具沿分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在 分型面上总面积乘以型腔内塑料压力。这个力应小于注塑机的额定锁模力 F。否则在注射成型时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。 型腔内的塑料熔体的推力 T推（N）可按下式计算 T推AP平均Akp0 式中 T推型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力 N； A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积 mm2； P平均型腔（及流道）内塑料熔体的平均压力，MPa；（中小型制 件一般取 2040 Mpa） ；取 30 Mpa； P0 注射压力，MPa k压力损耗系数，随塑料的品种、注射机的形式、喷嘴的阻力、 流道阻力等因素变化，取值范围为 1/32/3。 经计算塑件和流道系统的投影面积约为 50000 mm2 F05000030=N=150104N450104N（合模力） 因此，我们可得所选的注射机满足制件成型的要求。 3.开模行程的校核 开模行程与塑件推出距离的校核取出制件所需的开模距离，必须小 于注塑机的最大开模距离。塑件的总厚度约为 65mm 左右，顶出距离最 大为 20mm 左右即可，加上模具的总厚度 526，而注塑机的最大开模 行程为 700 mm，该模具又为热流道（无凝料） 。所以，开模行程与塑件 推出距离相匹配。 第二章第二章 浇注系统的设计和排溢系统的设计浇注系统的设计和排溢系统的设计 2.1 浇注系统浇注系统的选定的选定 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，它具 有传质传压和传热的功能，对制品质量影响很大 。它的设计合理与 否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。传统的冷流道模具， 熔融的塑料原料在被注入型腔前就已在流道中降温，致使其粘度增高，流 动性降低，导致注塑压力较大，增大了产品的内应力，从而出现产品变形、 表面性能和力学性能降低等方面的问题。而热流道模具具有改善产品质量 、节省塑料原材料能 、节约能源、 提高生产效率等优点。并且随着科 技的不断进步，热流道模具将越来越广泛地应用在塑料模具行业当中。因 此我们采用热流道模具。 2.22.2 流道的设计与定位圈的设计流道的设计与定位圈的设计 2.2.12.2.1 主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出 的熔体导入分流道或型腔中。此模具为一模一件，且主流道直接开在塑件 几何中心，但由于它两边对称，我们另开分流道。主流道的形状为圆锥形， 以便于熔体的流动和流道的清理。 主流道设计要点如下： 1）主流道通常设计成圆锥形，其锥角 24 度，对流动性较差的塑料 可取 36 度，以便于凝料从主流道中拔出。内壁表面粗糙度应在 Ra0.8m 以下，抛光时沿轴向进行。在这里我们采用 2 度。 2）为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处紧密对接，主流道对 接处应制成半球形凹坑，其半径 R2=R1+（12）mm，其小端直径 d1=d2+（0.51）mm。凹坑深取 h=35mm。根据我们所选注射机 的型号我们取 R2=20，d1=9.29，h=3。 3）为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角 半径 r=13mm。 4）在保证塑料良好成型的前提下，主流道 L 应尽量短，否则将增多 流道凝料，且增加压力损失，使塑件降温过多而影响注射成型。 通常主流道长度由模板厚度确定，一般取 L60mm。 其三维图及二维图如图 2-1，2-2； 图 2-1 图 2-2 2.2.2 定位环的设计定位环的设计 定位圈根据所选注射机确定出大端外径 D=150mm，且安装后大端要高 出定模端面 H=510mm，这里 H=7mm，起定位作用。 2.2.3 热流道浇注系统的设计热流道浇注系统的设计 1.浇口位置的确定 浇口位置需根据塑件的几何形状结构特征技术和质量要求及塑件 的流动性能等因素综合加以考虑。根据这个塑件本身的结构特点，将其定 在塑件两边中心的位置上。 2.热流道尺寸计算 熔体在高温时的比熔较固体时高，而且随熔体的温度而变化。浇道内 的静压力因塑料品种而异，此值可用斯宾塞方程计算。 即：（P1+P2） （V-）=RT 因此 21 P TR V P 式中 P1熔体在浇道中所首的外部压力，取 P1=121 Mpa； P2熔体的内压，查表得 P2=25.3 MPa； V熔体在浇到中的比容 cm3/g； 熔体在绝对温度为零度时的比容，查表得 =0.992cm3/g； R修正的气体常数，查表得 R=0.229 Mpa cm3/(gk)； T熔体的绝对温度 220+273=493K； 将以上各参数代入上式得： gcm /764 . 1 992 . 0 3 . 25121 4930.229 V 3 取注射时间为 3S,塑料制件质量 W 为 4150.9=373.5g 其容积流率 为 scm t WV Q/62.219 3 5 . 373764 . 1 3 主流道容积流率scmQQ/21.219 3 主 分流道容积流率和浇口容积流率 scmQQQ/61.109 2 1 3 浇分 主流道直径 mmQD827 . 1 3 主主 分流道直径 mmQD1273 . 2 3 分分 点浇口直径 mmQD2467 . 0 3 浇浇 3.热流道板的加热形式 热流道板的加热采用外加热形式。流道板内安装加热棒对整个流道板 （包括流道）进行加热，其三维图及二维图如图 2-3，2-4所示，具体 尺寸见零件图： 图 2-3 图 2-4 采用外加热方法，流道内熔体流动路径是无障碍物的圆形截面，熔体 在流道内流动顺畅，很少有残留物，调换不同颜色的塑料时，只需将其中 熔料全部置换既可，停机后再启动时不需要清理流道中的凝料，只需控制 加热器的开关既可。但是，由于热流道板的温度高，应采取与模具其它部 分隔热的措施，如利用空气隙进行隔热等。在热流道板与模板之间用垫块 支撑，可以减少接触面积，减少传热量，但接触面积上所受的压力却因之 增大。所以必须使用高强度的材料，如不锈钢或高铬钢，因为它的热传导 率低，而且强度高。注意空气隙的距离应不小于 8 mm。 4.热流道板加热功率的计算 由于热流道板的温度在200300之间，热流道板表面为钢的氧化 表面。热辐射率=0.8，升温时间T为1h，热效率为0.2，并且留有的10%余 热，则热流道板所需的加热功率P计算式为： 1 . 13278 . 0 003206 . 0 860 115 tb At t P 热流道板的表面为： 2 321 104829010010060290602cm AAAA 热流道板的总质量：KgW659.131085 . 7 10029060 6 热流道板要求的温度： 220t 热流道板升高的温度 ：20020220t 模具温度为：80 则热流道板与定模边各板的温度差14080220t 不锈钢支撑物接触面积： 4个cmcmb0 . 125 . 2 2 1 厚度 1个cmcmb8 . 041 . 4 2 2 厚度 支撑物的热导率为cmW /1624 . 0 则代入公式得 W P 839745.2620 1 . 11624 . 0 1401 8 . 0 41 . 4 4 0 . 1 25 . 2 10483278 . 0 200003206 . 0 2 . 01860 659.13200115 计算结果功率P为2620.W是开始注射的升温功率，在维持正常生产时， 所需功率应为热流道板辐射、对流、传导损失之和，经计算其值为 712.1W，为启动功率的0.272。 热流道板的维持温度设定应比注射机的机 筒温度稍高一些。 5.热流道板实际加热功率校核 采用高密度加热棒，共4根，长290，直径为16，加热棒的最高功 率密度小于15W/cm2，加热棒的总功率为： Wp704.3496 10004 41529014 . 3 162 6.热流道板线膨胀量的计算及克服措施 由于热流道板加热温度为220，定模型腔板的温度为80，两板的 温度相差很大，为140，热流道板的热膨胀必然会使喷嘴前端产生横向 位移，引起它们与各型腔浇口中心线的偏心，设计和装配时必须预先考虑 这一问题，以防止熔融物料泄露和流动不畅，并采取能使浇口保持正确的 固定方式。 （1）热流道板线膨胀量按下式计算： 线膨胀量LT 5 102 . 1 式中： 钢的线胀系数， 5 102 . 1 热流道板与模具的温差，这里热流道板的温度为220，模T 具温度为80，故 ； 主浇口中心线至热流道喷嘴中心线的垂直距离，此处L L=108 mm。 将上面各数代入（4）公式中，得：线膨胀量 mmmm168 . 0 100140102 . 1 5 （2）热流道板线膨胀量的处置措施： 在设计和加工时，将装配图中的热流道板与定模型腔板中两喷嘴对接 的分流道中心线长度不应相等，其差值为 0.168，设计在热流道板两分流 道中心线方向上，向主流道一侧分别偏置 0.084 的位置。成型生产中，当 热流道板达到工作温度时，尺寸膨胀，热流道板与定模型腔板产生相对滑 移， ，使热流道板中分流道中心线与定模型腔中两喷嘴的中心线刚好对齐。 7.喷嘴的选择 热喷嘴是热流道系统最末端的部分，它与型腔直接相连，连接处称为 浇口。采用上海文莎电气系统有限公司的，开放式喷嘴。如图2-5所示 图2-5 2.3 排气系统的设计排气系统的设计 排气是注射模设计不可忽视的问题。在注射模成型中。 ，若模具排气 不良，型腔内的气体受压将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模 同时气体压缩产生的热量能使塑料烧焦。 排气的形式有两种，通常是利用模具零件间的配合间隙及分型面之间 的间隙进行排气，在必要时可特采用排气槽排气。本模具的设计中，因为 除了分型面还有推杆可以很好的排气，而且塑件的厚度还比较均匀，所以 不必另开排气槽来排气。 出线槽宽 25+0.03 -0 18 1.5-? 2.5 出线槽宽 第三章第三章 成型零部件尺寸的设计及校核成型零部件尺寸的设计及校核 3.1 塑件精度及影响因素塑件精度及影响因素 模具的成型尺寸是指型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要有型 腔和型芯的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽） ，型腔或型芯的深 度或高度尺寸，中心距尺寸等。在设计模具时必须根据制品的尺寸和精度 要求来确定零件的相应尺寸和精度要求，一般来说工业配件、电子电器产 品塑件的尺寸精度要求较高。就同一塑件来说，塑件上各个尺寸精度要求 也有很大的差别，在使用和安装过程中，一配合要求的尺寸，其精度要求 较高应作详细计算。影响塑件尺寸精度的因素较为复杂，主要有以下几个 方面。 型腔和型芯初始三维图如下： 图 3-1 图 3-2 1、成型零件的制造公差，显然成型零件的精度越低，所生产塑 件的尺寸或形状精度也越低； 2、设计磨具时所估计的塑件收缩率与实际收缩率的差异和生产 制品时收缩率的波动； 3、型腔在使用过程中不断磨损，使得同一模具在新的时候和用 旧磨损以后所生产的制件尺寸各不相同； 4、模具可动成型零件配合间隙变化值。 3.2 成型零部件尺寸的计算成型零部件尺寸的计算 根据该垃圾桶底座与桶身的配合关系，我们分析得出该塑件的尺寸精 度要求不高，除了内表面的上端部分及与脚踏板的配合部分。另外，其它 加强筋部位尺寸精度要求不高，且这些部位都是位于垃圾桶的底端或内侧， 是一般用户所看不到的。所以在这里采用平均值法计算，简单方便。 其计算公式如下： z cpssm SLLL 0 4 3 0 4 3 Z cpssm Slll z cpssm SHHH 0 3 2 0 3 2 z cpssm Shhh 2 Z cpSSm SCCC ：模具成型零件在常温下实际尺寸； ：塑件在常温下的实际尺 m L s L 寸； ：塑件平均收缩率； ：塑件公差； cp S ：成型零件工作尺寸制造公差，一般取=/3; z z ：模具行腔深度； ：模具型芯高度； m H m h ：塑件高度; ：塑件内腔深度； s H s h ：模具中心距尺寸； ：塑件中心距尺寸。 m C s C 计算结果列入如下表系列中： 表 3-1 塑件尺寸 塑件公差 型腔尺寸 制造公差 20.321.790.107 30.322.810.107 40.364.210.12 60.365.820.12 70.406.810.133 100.409.820.133 150.4814.870.16 160.4815.880.16 170.4816.870.16 200.5619.880.187 340.7233.970.24 400.7240.060.24 500.8050.150.267 921.292.780.4 1201.4122.850.467 1421.7148.230.567 2042.2205.410.733 3983.6401.271.2 421.84.0431.131.333 表 3-2 塑件尺寸塑件公差型腔高度尺寸制造公差 10.320.800.107 20.321.820.107 50.364.860.12 100.49.880.133 120.4411.890.147 240.5623.990.187 250.6424.950.213 380.7238.570.24 表 3-3 塑件尺寸塑件公差型芯径向尺寸制造公差 100.410.450.133 200.5620.780.187 861.288.190.4 460.847.290.267 1201.4122.850.467 421.54.0431.131.333 3963.6403.341.2 表 3-4 塑件尺寸 塑件公差型芯高度尺寸制造公差 50.365.320.12 60.366.330.12 100.410.420.133 250.6425.800.213 200.5620.670.178 表 3-5 塑件尺寸 塑件公差中心距尺寸制造公差 25 0.64 25.39 0.32 42 0.842.630.4 60.2 0.9260.640.307 68 1.0 69.020.5 80 1.2 81.20.6 120 1.5 121.8 0.75 200 2.0 203 1.0 280 4.2284.2 1.4 320 4.8324.8 1.6 第四章第四章 模具结构设计模具结构设计 4.1 标准模架的选择标准模架的选择 根据黄虹、陈元芳主编塑料成型工艺及模具设计辅助教材，结合 本次设计模具特点及特殊要求，塑件的大小，及注射机的型号最终选定 500630 的模架。 由于注射模具的工作状态是长时间的承受交变负荷，同时也伴有冷热 的交替。现代的注射模使用寿命至少几十万次，多至几百万次。因此，模 具必须具有足够的强度和刚度。 模架初始三维图如图 4-1 所示： 图 4-1 4.2 凹模型腔的强度凹模型腔的强度 由于注射压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。当变形量大 于塑件在壁厚方向的成形收缩量时，会造成脱模困难。严重时还会不能开 模。由于模板的长度为 630mm，属于大型模具，我们必须通过计算来确定 侧壁。 此模具的凹模属于组合式凹模。嵌底式组合凹模侧壁的计算 凹模的长边大于 350mm 时，凹模壁宽的计算依据其刚度设定。 式中 3 1 12 1 1 yHE32 hlp lb b-矩形凹模的侧壁宽度，； p-凹模型腔内的熔体压力，MPa；这里取 15MPa； -凹模长边长度，；这里取 423； 1 l h-凹模型腔深度，；这里取 65； H-凹模全高度，；这里取 80； y1凹模长边的允许最大变形量（cm） ， 这里取一般塑件 y1=0.005； E-钢材的弹性模量，MPa；预硬化塑料模具钢 E=2.2105； -系数， 取=1.96； -系数， 取=0.72； 2 2 将以上各参数带入公式得 55cm.14 005 . 0 72 . 0 0 . 8102 . 232 96 . 1 5 . 6 3 . 4215 3 . 42 3 1 5 b 显然此值过大，必须采取措施。我们采用斜面加强方法。 这种方法是在定模板和动模板四周做出斜面配合，利用定模板与动模 的刚性以加强对凹模壁的约束。从而起到减小凹模变形的作用。 斜面的倾斜角应不小于 5 度 ，一般采用 10 度。 在四面约束的条件下，凹模的最大弹性变形量为 3 4 1 bE hp cy 式中 y凹模侧壁的变形量,； P型腔内的压力，MPa；这里取 15MPa； h-凹模型腔的深度,；这里取 6.5； b-凹模壁的宽度,； E-钢材的弹性模量，MPa；2.2105 MPa； C1-系数,通过计算查表得，C1=0.208； 凹模壁宽度 b 可用下式计算 3 1 2 1 yE hpc hb 式中 b、h、P、E、C1与上相同 -系数，取=0.72； 2 2 -允许最大凹模壁弹性模量，； y 08 . 0 0 . 4110 0 . 4 110 y 得 cmb6 . 1 72 . 0 1008. 0102 . 2 5 . 615108 .20 5 . 6 3 1 15 2 改用斜面锁紧 b=1.6cm,仅为其的 0.11 倍。结果差异甚大，必须做强 度校核。 2 2 2 max 6 b hPc 式中 -侧壁在负荷下的最大应力，MPa； max -许用应力 ，预硬化塑料模具钢=300350MPa； -系数， 取 0.16。 P、h、b 同上 2 c 将各参数代入上式得： MPa238 6 . 1 5 . 61516 . 0 6 2 2 max 综上所叙，我们取 b=6.7cm 4.3 动模支撑板的强度 支承板厚度 H 的计算式如下： 3 1 21 32 5 yBE llP LH 式中 H-支承板的厚度,； L-支承板在垫块之间的跨度 ,34cm； P-型腔内压力,15MPa； l1-凹模型腔长度(cm)24cm； l2-凹模型腔宽度(cm) 12cm； B-支撑板在 l1方向上的长度 ，63； E-钢材的弹性模量，2.1105MPa； y-支撑板允许最大弯曲变形量 ，0.005。 将以上各参数代入公式得： cmH4 . 7 005 . 0 63101 . 232 1224155 34 3 1 5 为了配合标准模架的选择，综合考虑模具的整体设计，在模具的两侧分别 有 2 根斜滑杆（用于内侧抽芯） ，其长为 70，宽最薄处为 25，再加上 选用优质的材料，可以替代支撑柱，从而可以减小支撑板的厚度。 最终确定，支撑板的厚度为 63。 第五章第五章 推出机构的设计及校核推出机构的设计及校核 注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型 腔内或型芯上自动地脱出模外，本课题选用简单的推杆脱模机构，以及斜 滑杆内侧抽芯时，起到推出塑件的作用。 5.1 模具对脱模机构的要求模具对脱模机构的要求 1.结构优化、运行可靠，机构尽可能简单，零件制造方便，配换容易。 机构动作要准确可靠、运行灵活、机构本身具有足够的刚度合强度，以抵 抗脱模阻力。 2.不影响制件外观，不造成塑件变形破坏，推塑件的位置尽量设在塑 件内部或隐蔽处，以免损坏塑件外观，要保证塑件在脱模过程中不变形、 不擦伤。因此本课题在正确分析脱模力的大小和集中的部位，从而选择脱 模方式和推顶位置如图，使脱模力得到均匀合理的分布。 3.脱出机构应便于使塑件留在动模，模具的结构应保证塑件在开模过 程中留在具有脱模装置的半模即动模上。 5.2 脱模力的计算脱模力的计算 将制件从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力。计算脱模 力时应考虑以下方面； （1）由收缩包紧力造成的制品与型芯的摩擦阻力，该值由试验决定； （2）由大气造成的阻力； （3）由塑件的粘附力造成的脱模阻力； （4）推出机构运动摩擦阻力 以上各项中， （1）与（2）两项起决定作用， （3）与（4）两项可用修 正系数的形式包括在脱模力的计算公式中。 此外，脱模力的 大小还与制品的厚薄及几何形状由关系，因此将制 品所需脱模力，按厚壁和薄壁两类加以区别，在本课题中，对脱模力作粗 略估算。 5.3 脱模力的具体计算脱模力的具体计算 属于薄壁制件，且为矩形断面。05 . 0 023 . 0 130 3 d t 根据黄虹主编的塑料成型加工与模具 ， 制件为矩形断面所需的脱模力为 A K fESL F1 . 0 )1 ( )tan(cos8 2 2 cossin1 2 fK K2无量纲系数，其值随 f 和而异；K2可从表 8-2 中选取； t/d壁厚与直径之比； 2矩形制件的平均壁厚，； a,b矩形型芯的断面尺寸，； S塑料平均成型收缩率； E塑料的弹性模量，MPa； L制件对型芯的包容长度，mm； f制件与型芯之间的摩擦系)； 脱模斜度 0 塑料的泊松比； A盲孔制品型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，mm2，通孔制件 的 A 等于 0。 根据黄虹主编的塑料成型加工与模具查表得 PP 的相关参数为： 的范围为 0.4-0.8，取 0.6； E 的范围为 11001600 MPa,取 1350MPa； 取 0.32 f 取 0.30 查表 8-2，脱模斜度取 140 23 S1.5 L100+204=180mm 该制件为通孔，所以 A=0 073834196 . 1 96707453 . 0 254493299 . 0 3 . 01 2 K NF84.85362 073834196 . 1 )32 . 0 1 ( )263157894 . 0 30 . 0 (967074537 . 0 180015 . 0 135038 5.3 推杆的设计推杆的设计 在设计推杆脱模时应注意： 1. 推杆的截面应有不少于 1/2 的面积承受脱模力，否则易于弯曲。 2. 推杆的直径的选择，依塑件具体情况而定，原则上宁多勿少，直 径宁小勿大。 3. 推杆外周距型芯应留有不小于 0.20.5的距离（依型芯大小而 定） ，以免推杆触及型芯。另外推杆孔磨损时，有更换较大截面推 杆的余地。从投影面上看，应位于阴影部位范围之内有深槽、深 孔的部位局部壁厚部位加强筋部位机构复杂部位 5.3.1 矩形推杆矩形推杆 一根推杆所能承受的最大负荷 N l EHB q 2 23 24 已知 H=2 B=10 E=2.1107 MPa l=194 Nq57.183 4 . 1924 101 . 22 . 01 2 723 总共有 14 根，所以 Q总=2570N 总的脱模力减去矩形推杆所承受的脱模力为圆形推杆所承受的脱模力。 5.3.2 圆形推杆的设计与计算圆形推杆的设计与计算 （1）圆形推杆直径公式为： 4 1 3 22 64 Q En l d 式中：d 圆形推杆的最小直径，； 安全系数，可取 =0.7； l 推杆的长度,; Q 脱模力（N） ，8537-2570=5967N n 推杆数目, 7 个； E 钢材的弹性模量,2.1107 MPa。 cm d 36. 0 5967 101 . 27 9 . 207 . 064 4 1 73 22 取为 d=8m，尺寸可修配，根据需要获得最终适合尺寸。 （2） 强度校核 推杆直径确定后还应该进行强度校核，公式为： （N/2） s dn Q 2 4 远远小于推杆钢材的屈服强度 2 2 /1695 8 . 07 59674 cmN 32000（N/2） 满足强度要求。 5.4 推板的设计推板的设计 3 1 54 . 0 YBE Q LH 式中 H推板厚度 L推杆间距离 ，30； Q总的脱模力，8537N； E钢的弹性模量，2.1107； B推板的宽度，630； Y推板允许最大变形量，0.003； 将以上各参数代入上式 cm H 21 . 0 003 . 0 63101 . 2 8537 354 . 0 3 1 7 为了配合标准模架制造，我们取 H=40。 第六章第六章 冷却系统设计冷却系统设计 6.1 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则 1.在设计冷却系统应先于推出机构 2.注意凹模和型芯的热平衡，要把注意力放在型芯的冷却上。 3.对于简单模具，可先测量冷却水出入口的温差，然后计算冷却水的流量。 4.冷却管道直径、保证湍流的流速以及维持这一流速所需的压力降便已足 够。 5.但对于复杂而精密的模具，则应做详细计算。 6.对于大批量生产的普通塑件，可采用快冷以或得较短的循环注射周期。 6.2 冷却系统的简易计算冷却系统的简易计算 1.成型周期的确定 根据制件材料为 PP，并且制件中壁厚最大达到 3，根据黄虹主编的塑料成型加工与模具查表 10-6 塑料制品厚度 与冷却时间的关系 查得冷却时间为，该制件为自动脱模，设开st25 1 模时间为，再加上注射时间，故得本制件的成型周期为：st6 2 st3 3 stttT343625 321 2.求塑料制件在固化时每小时释放的热量 Q（KJ/h）即单位时间型腔 内的总热量 11 NGQQWQ 式中 W单位时间内注入型腔中的塑料质量，KJ/h N 每小时的注射次数 606034=105.88 次/h G每次塑料的注射量 4150.9110-3=0.378 单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量，根 1 QkgkJ / 据黄虹主编的塑料成型加工与模具查表 10-4 常用塑料熔体的单位热 流量 5.9102kgkJ / 将以上参数代入公式，得 hKJQ/3576.23613109 . 5378 . 0 88.105 2 3.求冷却水的体积流量 根据黄虹主编的塑料成型加工与模具 )( 211 c Q qv Q塑料制件在固化时每小时释放的热量（KJ/h） 冷却水的体积流量， v qmin/ 3 m 冷却水的密度， 3 /mkg 冷却水的出口温度， 1 C o 冷却水的入口温度， 2 C o 冷却水的比热容， 1 c)/(CkgKJ o 根据黄虹主编的塑料成型加工与模具查表 10-4 得 3 /1000mkg )/(2 . 4 1 CkgkJc o C o 5 21 综上，则： min/0187 . 0 52 . 41000 3576.23613 3 mqv 4.根据黄虹主编的塑料成型加工与模具查表 10-1 选取冷却水的稳定湍流速度和直径 min/100187 . 0 33m qv mmd30 但是由于该塑件本身的结构特点，以及