玩具塑件注射成型工藝與模具設計-畢業(yè)論文

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文檔簡介

1、　　畢業(yè)設計（論文）　　學生： XXXXXX 　　指導老師： XXXXXXX 副教授 　　系別： XXXXXXXXXXXXXXXXXXX &

2、lt;/p>　　專業(yè)： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 　　班級： XXXXXXXXXXXXXXXXX 　　學號： XXXXXXXXXXXXXXX &

3、lt;b>　　2012年 6月　　目錄　　摘要I　　Abstrac………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………Ⅱ

4、　　1選題背景3　　2塑料玩具外殼的注塑成型工藝分析3　　2.1塑件分析及設計要求3　　2.2塑件材質分析4　　2.3ABS的注塑成型過程及工藝參數6

5、　　2.4預選注塑機7　　2.4.1體積和質量的計算7　　2.4.2初選注射機8　　3 模具結構形式設計-------------------------------------------------------------------------------------------------

6、---------9　　3.1 分型面位置的確定10　　3.2 形腔數目及排布方式的確定11　　3.1澆注系統設計13　　3.1.1主流道的設計14　　3.1.2分流道的設計15<

7、p>　　3.1.3澆口的設計16　　3.1.4冷料井的設計17　　3.5 成型零件的設計17　　3.5.1 成型零件的結構設計17　　3.5.2成型零件的尺寸計算20　　3.6脫模機構的設計23<

8、;/p>　　3.7排氣槽的設計23　　3.8導向與定位機構的設計24　　3.9模具溫度調節(jié)系統的設計24　　3.10模具材料的選擇27　　3.11模架的選擇28　　3.11.1 動

9、定模固定板尺寸的確定28　　3.11.2 模具高度尺寸的確定28　　3.11.3 定模板28　　3.11.4 定模座板29　　3.11.5 動模固定板29　　3.11.6 墊塊29&l

10、t;p>　　3.11.7 動模座板29　　4模具的校核計算30　　4.1成型零件的強度、剛度校核30　　4.1.1型腔側壁厚度的計算30　　4.1.2型腔底板厚度的計算30　　4.2注射機參數校核31

11、　　4.2.1最大注射量的校核31　　4.2.2鎖模力的校核31　　4.2.3模具安裝尺寸的校核31　　5塑料玩具殼體注射?？傃b圖32　　6總結34

12、　　致謝語34　　參考文獻1　　腳踏玩具承載底座左蓋塑件注射成型工藝與模具設計　　摘要　　為了得到腳踏玩具承載底座左蓋的合理成

13、型工藝和模具結構，作者對腳踏玩具底座左蓋塑件進行了模具設計。首先，利用三維建模軟件對塑件進行造型，并分析了它的成型參數和結構特點。其次，在優(yōu)化澆口位置的基礎上，設定成型參數和模具結構。對填充模腔過程進行了數值模擬，得到合理的模具設計方案。再次，在對設計方案進行CAE分析的基礎上，運用注射模具設計的基礎理論，完成了腳踏玩具承載底座左蓋塑件的模具結構設計。結果表面，運用CAD/CAE方法，能夠得到合理的設計方案，設計出符合實際要求的塑件。&

14、lt;/p>　　關鍵詞：腳踏玩具左蓋注塑成型模具設計工藝分析數值模擬　　The injection molding process and design of mold for plastic toys left shell with footprint pattern　　Abstract&

15、lt;/b>　　Aiming to finding out the reasonable injection molding process and designing of mold for the plastic toys’ shell with footprint pattern,the author designed the mold of the plastic toy’s le

16、ft shell with footprint pattern.First, with the help of the 3D modeling software,the author made the mold of the plastic product and analysised its molding parameter and structure characteristics.Second,basing on the opt

17、imization of the casting gate,the author set up the molding parameter and molding structure 　　Key words: left shell of the plastic toy with footprint pattern the injection molding design of mo

18、ld process analysis digital simulation選題背景　　隨著塑料材料研究的不斷深入和塑料應用的日趨廣泛，在現代工業(yè)和日用產品中所用到的一些傳統金屬件，也越來越多地采用塑料來制造。　　小型塑料玩具是整個塑料玩具產業(yè)的重要組成部分，其在市場上的占有額也在逐年增加。而在所有的小型塑料玩具中，腳踏型玩具尤為多

19、見，是深受廣大消費者親睞的兒童玩具。用于制造對應玩具的模具設計顯得尤其重要。由于小型塑料腳踏玩具使用者多為少年兒童，對其外觀吸引性和使用安全性的考慮顯得比較突出。而在設計制造對應模具時，玩具的成型工藝分析和相應的CAE分析以及澆注系統的設計是重點所在。通過設計腳踏玩具承載底座左蓋塑件的注射模具，并運用CAE方法對其進行分析，進而優(yōu)化其設計方案，對于整個小型塑料玩具模具的設計具有重要的參考意義，其合理的制造方法值得我們去研究。</p

20、>　　塑料玩具外殼的注塑成型工藝分析　　塑件分析及設計要求　　通過Pro/E來建立塑件3D模型，造型重點是保證塑件形狀和尺寸精度，本次設計的塑料玩具外殼造型內部結構比較復雜，通孔、筋較多。繪制立體圖時主要通過拉伸和旋轉的方式。將3D圖轉換為二維工程圖再用AutoCAD進行修改和尺寸標注。圖

21、2-1和圖2-2所示分別為玩具殼體的Pro/E三維圖和CAD二維圖。　　圖2-1 塑料玩具殼體Pro/E三維示意圖　　圖2-2 塑料玩具殼體CAD示意圖　　如圖2所示，考慮到塑件的使用者多為少年兒童，該塑件有以下特點：在外緣輪廓采用圓弧圓角過渡；內腔為內凹結構，中部布有筋。其外型尺寸為122mm×5

22、0mm×25mm，平均壁厚1.8mm，與另外一半結合部分有厚0.8mm的突起。　　玩具使用環(huán)境不定，要求其具有一定的強度、剛度和耐腐蝕性，精度要求中等，塑件外表面為光滑,無熔接痕及推出痕跡，內表面為拋光面。因此該塑件采用丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）注射而成。　　塑件材質分析

23、　　2.2.1 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）　　1 使用性能 　　綜合性能好，沖擊強度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性，電氣性能良好；易于成型和機械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般機械零件、減摩零件、傳動零件和建構零件。

24、　2 成型性能　　無定型塑料。其品種很多，各品種的機械性能及成型特性也各有差異，應按品種來確定成型方法及成型條件。　　吸濕性強。含水量應小于0.3%（質量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。　　流動性中等。溢邊料0.04mm左右。<p&g

25、t;　　模具設計時要注意澆注系統，選擇好進料口位置、形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈現白色痕跡。　　2.2.2 ABS的主要性能指標其性能指標如表2-1所示　　表2-1 ABS的性能指標　　3各主要項精度<b

26、>　　1）表面粗糙度　　由塑件的表面粗糙度是決定塑件表面質量的主要因素。塑件表面粗糙度主要與模具型腔表面的粗糙度有關，透明塑件要求型腔與型芯的表面粗糙度相同。由塑件外觀可知，塑件的內、外表面要求較高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm。一般情況下，模具粗糙度數值要比塑件低1～2個等級，故取型腔、型芯表面粗糙度為Ra0.2um。&l

27、t;b>　　2）尺寸精度　　按（GB/T 14486--93）標準，塑件尺寸公差的代號為MT,公差等級分為7級，其中塑料件尺寸精度分為8級。本塑件所用材料為ABS,由此查塑料模具設計手冊可知，本塑件宜選用MT3級精度。零件具體尺寸及其公差值可詳見零件圖。　　塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相關，尤以小型精密塑件為甚。從模具制造精

28、度對塑件精度的影響可知，模具制造允許誤差和塑件尺寸公差之間具有對應的關系，由塑件零件圖可得，模具精度等級為IT6。　　3）脫模斜度　　該塑件采用的塑料是ABS，而ABS的成型收縮率較?。?.5%~0.8%），而且塑件較復雜，對型芯的包緊面積也較大，所以應取較大的脫模斜度。為保證壁厚的均勻一致，因此取塑料件的內外表面的

29、脫模斜度一致。再由零件設計圖紙要求可知α＝1°。　　4）壁厚　　由圖紙可知，該塑件有許多中不同的壁厚，壁厚不均勻，這就造成塑料熔體的充模速率和冷卻收縮不均勻，并由此產生許多質量問題。如凹陷、真空包、翹曲、甚至開裂。為防止此類現象出現，這就要求防止出現突變與截面厚薄懸殊的設計，故在壁厚不同處采取過渡設計，例

30、如：采用圓弧過渡等措施。　　ABS的注塑成型過程及工藝參數　　2.3.1 注射成型過程　　1）成型前的準備。對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于ABS吸水性較大，成型前應進行充分的干燥。　　2）注射過程。塑件在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的

31、澆注系統進入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實、倒流和冷卻五個階段。　　3）塑件的后處理。處理的介質為空氣和水，處理溫度為60—75C，處理時間為16---20S。　　2.3.2 注射工藝參數　　1）注射機：螺桿式，螺桿轉數為 30r/min。　　2）料筒

32、溫度（C）：后段 150----170；　　中段 165----180；　　前段 180----200。　　噴嘴溫度（C）：170----180。　　模具溫度（C）： 50----80。 　　注射壓力（MPa）：60--

33、--100。　　成型時間（S）：30（注射時間取1.6s，冷卻時間20.4s，輔助時間8s）。　　Moldflow模擬分析　　首先，在Pro/E中先將塑件三維模型轉換為stl格式文件，再將該stl文件導入Moldflow軟件中，選擇網格劃分類型（Fusion）和產品設計尺寸單位（Millimeters）。<

34、/p>　　根據Moldflow軟件對有限元網格的要求，對塑件進網格劃分和網格修補，最終得到較為完善的有限元網格參數[9]。　　然后，對有限元網格修改過后較長為完善的制件，選擇材料外，并采用系統缺省的成型條件進行最佳澆口位置分析。　　最佳澆口位置分析結果以圖象的形式給出最佳澆口位置所在的區(qū)域，結果顯示中，藍色的區(qū)域為最佳澆口位置

35、區(qū)域，澆口設在該區(qū)域可保證注塑過程的熔體流動的平衡性。如圖2-2所示，最佳澆口位置區(qū)域有好幾處，根據塑件的結構，同時考慮塑件在模具中的排布形式，將澆口設置在塑件突起端偏下部，進行模擬分析。　　作為產品的初步成型分析，其目的是根據最佳澆口位置的分析結果設定澆口位置，分析產品注塑過程中可能出現的問題和質量缺陷。通過上面澆口位置的分析及選擇，手動創(chuàng)建澆注系統，然后使用系統缺省的成型條件，對制件進行充填

36、分析，如圖2-4所示，制件在1.181s的時間內完成熔體的充填。　　通過充填分析，也可以得到制件上的熔接痕位置，如圖2-4所示，圖中黑色線條代表熔接痕。從圖中可以看出，該制件的熔接痕數目較少，主要分布在塑件的內表面，對塑件外觀無影響。一般情況下，熔接痕部位強度較差，通常可以通過局部加熱的方法提高制品發(fā)生熔接痕部位的溫度，從而保證塑件的整體強度。為了減少熔接痕的數量，在模具設計時可以考慮開設冷料穴

37、，防止低溫熔體注入；或開設排氣糟，提高排氣效果，減少熔體分解[9]。　　圖2-3 最佳澆口位置圖2-4 充填時間　　預選注塑機　　體積和質量的計算&

38、lt;p>　　塑件體積和質量可以通過手動計算或是采用一些輔助軟件。本塑通過使用Pro/E軟件自動計算出所畫圖形的體積和質量，質量屬性如圖2-6所示。　　塑件的體積：V塑= 3.06×104mm3 = 30.6cm3；　　平均密度：ρ= 1.02kg/ cm3＝1.02×10-3 g/ cm3；<p&

39、gt;　　塑件的質量：M件= 1.02×30.6= 31.21g；　　取V凝料= 0.5 V塑　　則V總 = V塑（1+0.5）× 8 =30.6 ×1.5×8 =367.2 cm3；　　澆注系統的體積：V澆＝7.88×103 mm3<

40、;p>　　故總的注射體積：V總＝1.773×105mm3+7.88×103 mm3＝185.18×103mm3　　總的注射質量：M總＝185.18×1.45g＝268.511g　　圖2-5 質量屬性　　初選注射機</p&g

41、t;　　ABS材料流動性較好，會發(fā)生流延和倒流現象，為了避免這種現象的發(fā)生，應選用自鎖式噴嘴。根據：　　V≥（n×V1+V2）/K＝367.2/0.8 cm3＝459 cm3　　式中：n——型腔數目；　　V1——單個塑件的體積，cm3；

42、V2——澆注系統凝料的體積，cm3；　　V——注射機最大注射量，cm3；　　K——注射機最大注射量的利用系數，可取0.7~0.9；此處取0.8。　　根據塑件和澆注系統體積或質量的總和，初選注射機型號為SZ-500/200，其參數如表2-2所示：　　表2-2 SZ-500

43、/200注射機的參數[1]　　3 模具結構形式設計　　3.1 分型面位置的確定　　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

44、中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時，為保證塑件能順利地從型腔中脫出且便于模具加工，需考慮分型面的先擇原則[12]。　　分型面的選擇原則　　符合塑件脫模的基本要求，分型面位置應設在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位，即能使塑件從模具內取出；　　分型線不影響塑件外觀，即分型面應盡量

45、不破壞塑件光滑的外表面；　　確保塑件留在動模一側，利于推出且推桿痕跡不顯露于外表面；　　確保塑件質量不受分型面選擇的影響；　　應盡量避免形成側孔、側凹，若需要滑塊成型，力求滑塊結構簡單，盡量避免定?；瑝K；　　滿足模具的鎖緊要求，將塑件投影面積大的方向放在定、動模的合模方向

46、上，而將投影面積小的方向作為側向分型面，分型面是曲面時，應加斜面鎖緊；　　合理安排澆注系統，特別是澆口位置；　　有利于模具加工。　　遵循以上選擇原則，結合設計實際，可以得到以下兩種分型面方案：　　圖3-1 方案一

47、;　　圖3-2 方案二　　方案一：將分型面設置在如圖3-1方案一所畫出的位置，即制件的最大投影面上，有利于澆口位置的設定，且可以簡化流道的設計，方便充填。同時，模具設計制造時，單方向占用體積適宜，制造方便，節(jié)省成本。注塑成型時有利于保護塑件外觀，確保塑件質量。在設計安排澆注系統時比較方便。另外，此方案抽芯機構簡單。排氣效果較好，方便成

48、型，模具結構較簡單，制造較容易。　　方案二：將分型面設置在如圖3-2方案二所畫出的位置，不在塑件的最大投影面積處，此方案澆口位置選擇比較多，澆口類型也有不同選擇，但不利于塑件順利脫模，不能確定塑件在開模時是否留在動模一側。另外，此方案在成型各類孔時需要設置側抽芯，設計制造都比較麻煩。塑件質量及外觀也不易保證。　　綜合考慮以上兩種方案的利弊，結合制件結構

49、的具體分析，為簡化模具結構，降低生產成本，確定分型面在制件投影面積最大的部位，即選擇方案一所示的分型面位置。　　3.2 形腔數目及排布方式的確定　　為了使模具與注射機的生產能力生產能力相匹配，提高生產效率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計時應確定型腔數目。常用的方法有兩大類：一是按技術參數確定型腔數目；二是按經濟性確定型腔數目。

50、　　因為此產品為大批量生產，單腔模不能滿足生產需要，故需選擇多腔模。由于3,4級的精密等級就可以滿足生產需要。所以要從最經濟的條件上考慮一模8腔的排布方式。　　注射機相關參數校核　　注射壓力校核。　　查表4-1[1]可知

51、，ABS所需注射壓力為80—110MPa，這里取P0= 100 Mpa，該注射機的公稱壓力P公= 150 Mpa，注射壓力安全系數K1= 1.3，則　　K1P1=1.3 × 100 = 130 Mpa < P公　　所以，注射機注射壓力合格。　　鎖模力校核&l

52、t;/p>　　塑件在分型面上的投影面積　　A塑=75 × 50 = 3750 mm2　　澆注系統在分型面上的投影面積A澆，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積，可以根據多型腔模的統計分析確定。A澆是每個塑件在分型面上的投影面積A塑的0.2—0.5倍，結合本次設計實際，取A澆= 0.3A塑件。

53、　　塑件和澆注系統在分型面上總的投影面積A總為　　A總 =n(A塑 + A澆)= n(A塑 +0.3A塑)=8 × 1.3 A塑= 3900mm2　　模具型腔內的脹型力F脹為　　F脹 = A總P模 = 3900 × 35N=1365KN<p&

54、gt;　　其中P模是模具型腔內的壓力，通常取注射壓力的20%--40%，大致范圍為25—40 Mpa。對于粘度大的精度較高的塑料制品應取較大值。ABS屬于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故取P模 = 35 Mpa。　　查《實用注塑模具結構圖冊》表4-2和表4-3得到該注射機的公稱鎖模力F鎖= 2000KN，　　因為 F脹 < F鎖</p&g

55、t;　　所以，注射機鎖模力合格。　　澆注系統設計　　注射模具的澆注系統通常由主流道、分流道、澆口、冷料穴和排氣槽或溢流槽等部分組成。在注射模具設計中對澆注系統進行合理布局和形式的選擇是一個重要的環(huán)節(jié)。因為它的設計正確與否直接影響著注塑過程中的成型效果和塑件的質量。澆注系統的設計應注意以下原則：&

56、lt;/p>　　（1）澆注系統與塑件一起在分型面上，應有壓降、流量和溫度分布的均衡布置；　　（2）盡量縮短流程，以降低壓力損失，縮短充模時間；　　（3）澆口位置的選擇，應避免產生湍流和渦流，及噴射和蛇行流動，并有利于排氣和補縮；　?。?）避免高壓熔體對型芯和嵌件產生沖擊，防止變形和位移

57、。　?。?）澆注系統凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷；　?。?）熔合縫位置必須合理安排，必要時配置冷料井或溢料槽；盡量減少澆注系統的用料量；　　（7）澆注系統應達到所需精度和粗糙度，其中澆口必須有IT8以上精度；　?。?）排氣良

58、好。　　注射模澆注系統是將注射機料筒中的熔融塑料從噴嘴中高壓噴出后，穩(wěn)定而順暢地充入并充滿型腔的各個部位的通道。它在充模及塑料固化過程中還將注射壓力平衡的傳遞到型腔的各個部位，以獲得殷實、完整、質量優(yōu)良的塑件。注射模的澆注系統通常是有主流道、分流道、澆口、冷料穴、排氣槽等部分組成。　　主流道的設計

59、　　主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。<p&g

60、t;　　為了有效地傳遞保壓壓力，澆注系統主流道及其附近的塑料熔體應該最后固化。為了便于主流道凝料的順利拔出和塑料熔體的順利流入，將主流道設置垂直于分型面，且具有2~6度錐角的圓錐形，表面粗糙度Ra≤0.8μm。主流道襯套內壁拋光應沿軸向，若沿圓周進行拋光，產生側向凹凸面，主流道凝料便難以拔出[1]。　?。?）主流道的尺寸<p&g

61、t;　　大端直徑應比分流道深度大1.5mm以上，其錐度α＝20~60（取α=30）壁粗糙度Ra≤0.8μm(取Ra=0.4μm)；小端直徑d一般取3~6mm（取d=Φ4.5mm），且大于注射機噴嘴直徑d約0.5~1mm；主流道出口端應有圓角，圓角半徑取0.3~3mm(取r=1mm)；主流道的長度由定模座板和定模板厚度確定，一般L不超過60mm。　　已知所選的注塑機其噴嘴球半徑為SR30。為了使主

62、流道與噴嘴能夠嚴密地配合，避免高壓塑料熔體溢出，主流道與噴嘴接觸處的凹坑的球半徑應比噴嘴球半徑大1~2mm。如果主流道與噴嘴接觸處的凹坑的球半徑比噴嘴球半徑大得太多則密封作用不好，太小則主流道凝料無法脫出。故取凹坑球半徑為31mm，此處大于噴嘴球半徑1mm，符合要求[1]。　　主流道襯套的形式　　主流道襯套的形式如圖

63、3-4所示。　　圖3-4 主流道襯套形式　　主流道襯套的固定 　　通過兩個螺釘固定在定模板上，澆口套固定段與動模板之間采用過渡配合H7/k6。　　定位圈的選擇　　定位圈是標準件，外徑為

64、Φ100mm，內徑Φ70mm。采用內六角螺釘固定形式.　　由于主流道與注塑機的高溫噴嘴反復接觸和碰撞，所以設計成獨立的主流道襯套，選用優(yōu)質鋼材制作并經熱處理提高硬度。主流道與噴嘴接觸處做成半球形的凹坑，二者應嚴密地配合，避免高壓塑料熔體溢出，故澆口套材料選用T10A，硬度為50～55HRC。　　分流道的設計</

65、p>　　分流道的作用是把從主流道流入的熔料平穩(wěn)地送到各個模腔內。它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉向的作用，因此要求分流道的壓力損失小、熱量損失小等。　　分流道的形狀和大小　　分流道的截面形狀通常有圓形、梯形、半圓形和矩形。為了減少流道內的壓力損失和熱量損失，一般要求分流道的通導截

66、面積最大，而散熱的內表面積最小。其中圓形的效率最高，適用于ABS材料，故選擇分流道的截面積形狀為圓形。按推薦值取分流道直徑為d=8mm，分流道的長度一般在8~12mm之間，本次取L=14mm[1]。　　分流道的表面粗糙度　　為了增加分流道與模具接觸的外層塑料的流道阻力，以使外層塑料較好地形成絕熱層，分流道內表面粗糙度

67、Ra并不要求很低，一般取1.6µm。分流道與澆口的連接處應加工成斜面，并用圓弧過渡，以利于塑料熔體的流動和填充，本次取Ra=0.8µm。　　澆口的設計　　澆口是主流道、分流道與型腔的連接部分，即澆注系統的終端。一般這段很短的通道截面積很小，當熔融塑料流在高壓下通過澆口時，因為澆口的截面積很小，使料

68、流加速，而由于摩擦作用，又使料流的溫度升高，黏度下降，提高了料流的流動性，有利于充滿型腔，因此它是澆注系統設計的關鍵。　　常用幾種澆口的比較：　　直澆口：直澆口的位置一般設計在制件表面或背面，其特點是塑料從主流道進入模腔，物料流程較短，壓力損失小，但由于流道尺寸大，冷卻凍結慢，需要較長的保壓補縮時間，還容易在進料處產生較大的殘余應力，并由此導致制品翹曲變

69、形，同時，澆口凝料留在塑件上，需要進行修正。直澆口適用于單腔模具和大型塑件以及一些高粘度塑料[10]。　　點澆口：澆口可自行切段，利于自動化操作，澆口殘留痕跡小，但壓力損失大，需采用三板模。適用于成型進表觀黏度隨剪切速率增大而明顯降低和延黏度較低的塑料熔體、薄壁塑件。　　潛伏式澆口：一般設在產品內表面或側面隱蔽處，凝料可自動脫落，不影響塑件外觀，對于強韌

70、性塑料（如PA）或脆性塑料（如PS），潛伏式澆口是不合適的。　　側澆口：能方便地調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間，充型速度快，除去澆口方便，澆口痕跡小，缺點是塑件容易形成熔接痕、縮孔、凹陷等缺陷，注射壓力損失較大，殼形塑件容易排氣不良。　　根據塑件的結構特點及塑件材料的成型性能要求，綜合考慮采用直接澆口的形式，有利于塑料熔體的充填，減少壓力損失。選用此

71、種澆口，需特點注意后續(xù)處理，開模后應該及時將澆口從塑件上切除，避免因塑料凝固而切除困難。　　澆口位置主要是根據塑件的幾何形狀和技術要求，并分析熔體在流道和型腔中的流動形狀、填充、補縮及排氣等因素后確定。結合塑件的結構特點，再考慮Mlodflow的澆口分析結果，將澆口位置設計在塑件的圓柱突出端部（底部外觀不作要求），不影響使用要求。　　冷

72、料井的設計　　冷料井是用來儲藏注射間歇所產生的冷凝料頭和最先射入模具澆注系統的溫度較低的部分冷料。防止這些冷料進入型腔而影響塑件質量，并使熔體順利充滿型腔。如冷料進入型腔將造成制件上的冷瘢、冷接縫，甚至在進入型腔前冷料頭即將澆口堵塞而不能進料。 　　主流道冷料穴開設在主流道對面的動模板上，冷料穴直徑與主流道大端

73、直徑相同或略大，深度約為直徑的1~1.5倍，其體積要大于冷料的體積。由于本模具結構沒有設計推出機構，故不采用拉料桿，而是在其端部設計成30的錐形冷料穴，以起到拉料的作用。　　3.5 成型零件的設計　　模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時

74、與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。本產品設計結構較復雜，除了型腔和型芯

75、還有螺紋型環(huán)。　　3.5.1 成型零件的結構設計　　型腔的結構設計　　凹模是成型塑件外表面的部件，按結構不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌組合式、四壁拼合式五種?？傮w來說，整體式強度、剛度好，但不適用于復雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結構，使復雜的型腔加工

76、相對容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但易在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕。　　本模具采用一模八腔的結構形式，型腔較大，考慮到塑件的形狀及模具整體結構的特點，因此適合采用整體式型腔。同時型腔分為動、定模兩塊。　　塑件外表面有使用和質量要求，因此型腔粗糙度值要求中等，將型腔表面粗糙度值設為Ra=1.6µm。<

77、p>　　凸模是成型塑件內表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。通過對塑件的結構分析可知，該塑件的型芯有多個，需要分開單獨設計計算。凸模與凹模按照各自要求分別設計好后，將幾個部分按照精度要求進行裝配。　　型芯的結構設計　　當制品內型比較復雜、凸模加工制造難度比較大時，也可以對凸模采用鑲拼組合式結構，

78、以便于加工、維修或更換。鑲拼組合式結構，可大大改善加工和熱處理的工藝性，同時也可以方便在需要的部位開排氣糟。　　該塑件的內腔結構較復雜，內部筋和孔較多，簡單的內側抽芯機構根本無法完成抽芯。目前，塑料的生產最常用的方法為手動模外分型抽芯，雖然已有人采用半自動液壓抽芯來生產塑料制件，但同樣也無法實現內側全抽，且半自動抽芯增加了生產成本，對于型芯鑲塊二次放置也增加了難度，所以半自動生產并不普及。而全自

79、動抽芯的塑料制件模具現在還有待于研發(fā)。根據實際生產情況，本模具采用手動模外分型抽芯。　　塑件的內凹結構復雜，若只是將底部型芯和上部型芯做成整體，同樣也無法實現順暢抽芯，所以這兩端的型也應分開制造，開模時分別留在動定模一側。　　塑件內表面為拋光面，因此型芯粗糙度值要求較小，型芯表面粗糙度值設為Ra=0.8µm。<p&

80、gt;　　成型零件的尺寸計算　　注塑模成型零件工作尺寸，是指這些零件上直接成型塑件構成的型腔的尺寸。由于塑件在高壓和熔融溫度下充模成型，并在模具溫度下冷卻固化，最終在室溫下進行尺寸檢測和使用。因此，塑料塑件的形狀和尺寸精度的獲得，必須考慮塑料的成型收縮率等眾多因素的影響。成型零件工作尺寸主要有型芯和型腔的徑向尺寸，型芯和型腔的深度和高度尺寸，中心距尺寸等。&

81、lt;/p>　　1、影響工作尺寸的因素　　塑件制品公差由模具的制造精度、模具的磨損量和塑件的成型收縮率構成。 　　模具制造公差　　實踐證明，模具制造公差可取塑件公差的1/3—1/6，即δz= （1/3—1/6 ）Δ，而且按照成型加工過程中的增減

82、趨向取“+”“—”符號。　　模具的磨損量　　實踐證明，對于一般的中小型塑件，最大磨損量可取塑件公差的1/6，即　　δc= 1/6Δ，對于大型塑件則取1/6Δ以下。　　塑件的收縮率

83、;　　塑件成型后的收縮率與多種因素有關，通常按照平均收縮率計算。　　Scp= （Smax+Smin）/2　　另外，由于受注射壓力及模具分型面平面度的影響，會導致動模、定模注射時存在著一定的間隙。一般當模具分型面的平面度較高、表面粗糙度值較低時，塑件產生的飛邊也小。飛邊厚度一般應小于0.02—0.1mm。<

84、;p>　　一般情況下，影響成型零件及塑件公差的主要原因是模具制造公差δz、模具的磨損量δc以及收縮率S這三項。　　2、成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量進行計算。第一種計算方法簡便，但不適用于精密塑件的模具設計；后一種計算方法能保證所成型的塑件在規(guī)定的公差范圍內，但計算比較復雜

85、。　　模腔工作尺寸的計算　　成型零件工作尺寸按平均收縮率計算，查閱資料可得，ABS的收縮率范圍是0.3%--0.8%，按MT5級公差查塑件的尺寸偏差計算公式如下[1]：　?。?）凹模（型腔）徑向尺寸計算公式：　　Lm= [Ls(1+S

86、cp)- Δ]0+δz　　1）Ls = 42mm，Δ= 0.64mm，δz = 1/3Δ = 0.21mm　　代入公式后計算可得Lm= 41.7 mm　　2）Ls = 122mm，Δ= 1.28mm，δz = 1/3Δ = 0.43mm　　代入公式后計算可得Lm= 12

87、1.7 mm　?。?）凹模（型腔）深度尺寸計算公式：　　Hm = [Hs(1+Scp)-½(Δ+δz)]0 +δz　　其中，Smin=0.3%，Hs= 25mm，δz = 1/3Δ = 0.17mm　　代入公式后計算可得 Hm = Lm= 121.7 mm<

88、;/p>　　（3）凸模（型芯）徑向尺寸計算公式：　　Lm= [Ls(1+Smin)+Δ]0-δz 　　1）Smin = 0.3%，Ls = 3.2mm，Δ= 0.24mm，δz = 1/3Δ = 0.8mm　　代入公式后計算可得Lm= 3.5 mm<p&

89、gt;　　2）Smin = 0.3%，Ls = 4.6mm，Δ= 0.24mm，δz = 1/3Δ = 0.8mm　　代入公式后計算可得Lm= 4.9 mm　　3）Smin = 0.3%，Ls = 5.2mm，Δ= 0.24mm，δz = 1/3Δ = 0.8mm　　代入公式后計算可得Lm= 5.5 mm<

90、/p>　　4）Smin = 0.3%，Ls = 5.8mm，Δ= 0.24mm，δz = 1/3Δ = 0.8mm　　代入公式后計算可得Lm= 6.1 mm　　凸模（型芯）高度尺寸計算公式：（修模時型芯減短容易）　　hm=[hs(1+Scp)+½(Δ+δz)]0-δz<

91、/p>　　1）Smin = 0.3%，hs = 6.5mm，Δ= 0.28mm，δz = 1/3Δ = 0.09mm　　代入公式后計算可得hm= 10.3 mm　　2）Smin = 0.3%，hs = 10mm，Δ= 0.32mm，δz = 1/3Δ = 0.11mm　　代入公式后計算

92、可得hm= 10.4 mm　　成型中心距尺寸計算公式：　　Lm= [ Ls(1+Scp)]±½δz　　1）Scp = 0.55%，Ls = 12.5mm，δz = 1/3Δ = 0.11mm 　　代入公式后計算可得Lm = 12.6±0.0

93、55 mm　　2）Scp = 0.55%，Ls = 30mm，δz = 1/3Δ = 0.19mm 　　代入公式后計算可得Lm = 30.2±0.09mm 　　型腔側壁厚度和底板厚度的確定　　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的沖擊

94、力．因此模具型腔應該有足夠的強度和剛度。總的說來，型腔所承受的力有如下幾種：　　（1）合模時的壓應力；　?。?）注射過程中塑料流動的注射壓力；　?。?）澆口封閉前一瞬間的保壓壓力；　?。?）開模時的拉應力。　　但型腔所承受的力主要

95、是注射壓力和保壓壓力，并在注射過程中總在變化。在這些壓力的作用下，當型腔的剛度不足時，往往會產生彈性變形，導致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質量和尺寸精度，并產生溢料飛邊。當塑料冷卻收縮時，隨著壓力的下降，型腔將會彈性回復．當型腔的彈性變形恢復量大于塑件壁厚的收縮量時，將壓緊塑件，引起塑件頂出困難．甚至使塑件留在型腔中，如果型腔強度不足時，會產生塑性變形，即引起型腔的永久變形，特別嚴重的會使型腔破裂，釀成事故。所以在模具設計時要首先考

96、慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強度和剛度，以保證型腔在注射過程中不產生超過規(guī)定限度的彈性變形。田此型腔雄厚和底板厚度的計算和選擇是十分重要的。　　在進行型腔剛度和強度的計算時，有幾個重要的技術參數：　?。?）型腔內壁的單位平均壓力　?。?）不產生溢料的值　　（3）型腔

97、所選用的鋼材的許用應力　　塑料模在注射成型過程中，由于注射成型壓力高，型腔內部承受熔融塑料的巨大壓力，這就要求型腔要有一定的強度和剛度，如果模具型腔的強度和剛度不足，則會造成模具的變形和斷裂。型腔側壁所受的壓力應以型腔內所受最大壓力為準。對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎曲變形，應按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常常在彎曲變形之前，其內應力已超過許用應力，應按強度計算

98、。　　根據制件的尺寸要求,和成型的各個參數的限制，選擇動、定模板厚為50mm[13]。　　脫模機構的設計　　脫模機構的設計應注意以下幾條原則：　　機構運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度、強度來克服脫模阻力；&

99、lt;p>　　保證塑件不變形或不損壞；　　保證塑件良好的外觀；　　盡量使塑件留在動模一側，以便借助注射機的開模力驅動脫模裝置，完成脫模。　　由于結構及外觀要求，綜合考慮，本模具沒有設計脫模機構，而是采用手動脫模。在成型模芯兩端設計倆個手柄，并在動模上設計兩個鎖扣，扣住手柄，使塑開模后留在動模一側，同時手柄可

100、以起到方便取件的作用。　　排氣槽的設計　　該塑件由于采用側澆口進料，熔體經塑件下方的臺階及中間的肋板充滿型腔，頂部有一個型芯，其配合間隙可作為氣體的排出的方式，不會在頂部產生憋氣的現象。同時，底面的氣體會沿著推桿的配合間隙、分型面和型芯與脫模板的間隙向外排出。氣穴位置如圖3-7所示。<p

101、>　　圖3-7 氣穴位置　　導向與定位機構的設計　　注射模的導向機構用于動、定模直接的開合模導向和脫模機構的運動導向。按作用分為模外定位和模內定位。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套與注射機噴嘴精確定位；而模內定位機構則通過導柱導套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。　　合模導向裝置是保證

102、動模和定模合模時正確定位和導向裝置。合模導向裝置主要有導柱導向裝置，其主要零件是導柱和導套[1]。導向裝置的作用主要是起導向、定位和承受一定的側向壓力，導向零件的設計應按設計準則來設計。 　　導柱和導套已經標準化和系列化了，注射模常用的標準臺階式導柱有帶頭和帶肩的兩種，本設計采用帶肩導柱，設置在動模一側，導套也采用標準的。導柱尺寸為d=40，導套外徑尺寸D1=55，導套內徑D2=400+0.20

103、，導柱導套之間采用間隙配合H7/f6[14]。如圖3-16所示。　　模具溫度調節(jié)系統的設計　　在注塑成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質量和生產效率。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，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，使塑件內應力增大，出現冷流痕，銀絲，注不滿等缺陷

104、。普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調節(jié)水的流量就可以調節(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，可以提高成型效率。對于高熔點，流動性差的塑料，流動距離長的制件，為了防止填充不足，有時也在水管中通入溫水把模具加熱。PC推薦的成型溫度為280~320℃，模具溫度為80~110℃ 。　　溫度調節(jié)對塑件質量的影響　?。?）采用較低

105、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；　?。?）對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)；　　溫度對塑件質量的影響有相互矛盾的地方，設計時要根據材料特性和使用要求偏重于主要要求。

106、　　對溫度調節(jié)系統的要求　?。?）根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式；　?。?）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量；　?。?）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好；　?。?）溫度調節(jié)系統應盡可能做到結

107、構簡單，加工容易，成本低廉；　　從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。　　模具冷卻系統的設計　　在塑料注射成型中，模具溫度的調節(jié)系統直接影響到塑件的質量（如變形、尺寸精度、力學性能、表面質量等）和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度

108、的要求也不同，對于大多數要求較低模溫（小于80℃）的塑料,僅設置模具的冷卻系統即可。但對于要求模溫較高（80~120℃）的塑料（如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等）以及大型模具，需設置加熱系統。　　由于本模具生產的塑件材料為ABS，其模具溫度較低（小于80℃），所以只需設置模具冷卻系統。　　1、冷卻介質

109、　　ABS屬于中等黏度材料，其成型溫度及模具溫度分別為200℃和50~80℃。所以，模具溫度初步選定為50℃，用常溫水對模具進行冷卻。　　2、冷卻裝置的理論計算　?。?）單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量W　　1）塑料制品的體積

110、　　V=V主+ V分+ nV塑= 2.711+14.915+8× 30.6= 262.4cm3　　2)塑料制品的質量　　m= vρ = 262.4 × 1.02 = 267.67g = 0.268kg　　3）塑件壁厚為1.8mm，可以查表

111、4-34得t冷= 7.4s。取注射時間t澆=2.5s，脫模時間t脫=8.1s，則注射周期：t=t冷+t澆+t脫=18s。由此得每小時注射次數：　　4）單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量：　?。?）確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量Qs,查表4-35直接可知ABS的單位熱流量Qs的值在之間，故可取Qs= 370kJ/kg。（3）計算冷卻水的

112、體積流量qv 設冷卻水道入水口的水溫為，出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容。則根據公式可得：　　qv = WQs)/[60ρC(θ1-θ2]= 0.01579m3/min　　(4)確定冷卻水路的直徑當qv= 0.01579m3/min時，查表4-30可知，為了冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔的直徑。

113、（5）冷卻水在管內的流速　?。?）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數h 因為平均水溫為23.5℃，查表4-31可知f=6.7,則有： 　?。?）計算冷卻水通道的導熱總面積A　　(8)計算模具所需冷卻水管的總長度L　?。?）冷卻水路的根數x 設每條水路的長度為,則冷卻水路的根

114、數為　　由上述計算可以看出，一條冷卻水道對于模具來說顯然是不合適的，因此應該根據具體情況加以修改。為了提高生產效率，凹凸模都應該得到充分的冷卻。　　3、冷卻裝置的結構形式　?。?）簡單流道式：在定模板上放左右對稱布置。　　（2）對于型芯的冷卻水道，分層布置冷卻水道。

115、　　綜上，該模具塑料釋放的總熱量不大，只在模具型腔周圍開設冷卻水道即可，均采用簡單流道式。　　模具材料的選擇　　塑料模具材料要求具有如下的使用性能：較高的硬度、耐磨性和耐蝕性；較高的強度、韌性和疲勞強度；耐熱性；尺寸穩(wěn)定性；熱導性。還要求具有如下的工藝性能：切削加工性和表面拋

116、光性；塑性加工性；電加工性；熱處理工藝性；表面處理工藝性；表面刻蝕性能和鏡面加工性能。　　選擇鋼材的時候必須考慮到鋼材熱處理后的變形對成型后的制件的結構、尺寸、精度造成的影響。故型腔型芯的材料選用預硬型塑料模具鋼中的3Cr2MnNiMo。3Cr2MnNiMo是國際上廣泛應用的塑料模具鋼，其綜合力學性能好，淬透性高，可以使大截面鋼材在調質處理后具有較均勻的硬度分布，有很好的拋光性能和光潔度。用該鋼

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玩具塑件注射成型工藝與模具設計-畢業(yè)論文

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