折頁盒注塑模具設計

折頁盒注塑模具設計,折頁,注塑,模具設計 本科畢業(yè)論文 折頁盒注塑模設計 折頁盒注塑模設計 摘 要：目前塑料行業(yè)已經發(fā)展為世界上最快的行業(yè)之一。在我們日常生活中,幾乎每一個地點都在研究和使用一些塑料制品,這些材料產品中絕大多數都是通過注塑或者成型等方法進行生產。眾人皆知,注塑成型技術就是指通過高效率的制造各種類型形狀的材料和以較低的成本來制作各種復雜類型產品。 此次的大學畢業(yè)設計主要工作內容分別為:折頁箱及鋁塑件塑料注射加工模具。從各種注射專用塑料成型材料的外觀特點和整體性能要求角度進行分析,根據各種注射材料塑件的整體基礎結構形狀和整體尺寸等客觀因素要求入手,合理地設計選擇了各種注射塑料成型的應用方法。通過對我國模具制備塑件成品制造制備工藝的深入研究成果分析和對世界模具塑件制造制備條件和我國模具成品制備用料和水品的不同角度分析把握,開始了我國模具制備整體的塑件結構設計。其中注塑模具的各種整體零件結構設計的幾個全部內容主要包括:注塑模具使用型腔的具體數目和型腔位置的確定,模具各種整體零件結構和工作形式的整體設計,動模及模具定模一體成形模具零件尺寸大小和整體尺寸的確定,澆注控制系統的工作形式及整體大小和零件尺寸的確定,脫模操作方式的確定,調溫及冷熱排氣控制系統的確定,模架式的選擇;等以上各個具體操作步驟全部設計完成后,便們就可以直接開始設計畫出注塑模具的各種整體零件結構設計草圖,根據具體的零件尺寸要求校準各種注塑工藝模具及使用相應的大型注塑機等等的有關模具尺寸,并對各種注塑工藝中的參數需要做出精確校準和綜合計算。之后再開始進行初步的實驗檢查對所可能遇到的這些問題都已經進行了充分確定和及時糾偏,然后再開始繪制一個整體模具的總裝配圖,按照這個裝配圖中的要求首先繪制一個一體成型的模具零件及一個同時需要模具進行整體加工的各個零部件和一個工作臺的流程圖,同時還要通過綜合因素考慮以達到每個零件的整體加工制造工藝。 關鍵詞：折頁盒注塑模；澆注系統；導向機構；溫度調節(jié)系統 Design of Injection Mould for Folding Box Abstract: The plastics industry is one of the fastest growing in the world. In our daily life, we use plastic almost every day, most of these products can be molded by injection molding method. It is well known that injection molding is the process of making products of various shapes and of making products of complex shapes at low cost. The main content of this graduation project is the injection mold design of the plastic parts of folding box. Based on the analysis of the properties of plastic materials and the basic shape and size of plastic parts, the injection molding method was selected reasonably. Through the analysis of the technology of the plastic parts, the production conditions of the mould and the grasp of the water products, the structural design of the mould is started. The structural design process of the mould includes the determination of the number and position of the cavity, the design of the overall structural form of the mould, the determination of the size of the dynamic mould and the fixed mould forming parts, the determination of the form and size of the pouring system, the determination of the demoulding mode, the determination of the temperature regulation and exhaust system, and the selection of the mould base. After the above steps are completed, the structural sketch of the mould will be drawn up, the relevant dimensions of the injection mould and the injection molding machine will be checked according to the specific dimensions, and the process parameters will be checked and calculated. Then, the problems are determined and corrected by preliminary examination. Then, the die assembly drawing and the working drawing of molded parts are drawn according to the assembly drawing, and the processing technology of the parts is considered. Key words:Injection mould for folding box; Gating system; Guide mechanism; Temperature regulation system 目 錄 1 緒 論 1 1.1模具在加工工業(yè)中的地位 1 1.2 模具CAD/CAM 1 1.3 塑料的組成特點與分類 1 1.3.1塑料的組成及各組成物的作用 1 1.3.2 塑料的優(yōu)缺點 2 1.4 熱塑性塑料注射模的基本組成 3 1.5 注射成型模具分類 4 1.6 熱塑性塑料的工藝特性 4 1.7 注塑成型工藝 4 1.7.1 注塑成型工藝過程 4 1.7.2 注塑成型工藝過程可分為塑化計量、注塑充模和冷卻成型三個階段。 5 2 塑件成型工藝性分析及其材料的選用 5 2.1 塑件成型工藝性分析 6 2.2 塑件材料的選用 7 2.2.1 脫模斜度 7 2.2.2 ABS的性能分析 7 2.2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數 8 3 注射機型號的選用 9 4 標準模架及其相關模板尺寸的確定 11 4.1 模架的確定 11 4.2 各模板尺寸的確定 12 4.3模架各尺寸的校核 12 5 折頁盒注射模設計 13 5.1 澆注系統的設計 13 5.1.1主流道和冷料穴的設計 13 5.1.2分流道的設計 14 5.1.3澆口的設計 17 5.1.4校核主流道的剪切速率 17 5.2 模具成型部分的設計及計算 18 5.2.1型腔數目的確定 18 5.2.2分型面的確定 18 5.2.3成型零件的結構設計 18 5.2.4模具零件材料的選用及處理 19 5.2.5成型零件工作尺寸的計算 19 5.2.6凹模壁厚及底板厚度的計算 26 5.2.7排氣槽的設計 27 5.3模具導向和推出機構的設計 28 5.3.1導向機構的設計 28 5.3.2推出機構的結構設計 29 5.3.3脫模力的計算及推出零件尺寸的確定 30 5.3.4推出零件的設計 33 5.3.5主流道及流道凝料的推出 33 5.4模具溫度調節(jié)系統的設計 34 5.4.1冷卻系統的設計原則 34 5.4.2冷卻回路形式的確定 35 5.4.3冷卻介質 36 5.4.4冷卻管道的簡單工藝計算 36 6 總結 41 參考文獻 42 致 謝 44 1 緒 論 1.1模具在加工工業(yè)中的地位 模具主要定義是泛泛指一種利用其特殊的整體形狀尺寸進行材料去加工成型制造出來的具有某些特別形狀與特殊尺寸的金屬制品。在各類金屬材料加工生產以及加工制造行業(yè)中被廣泛地大量應用于各類機械模具中。例如:大型金屬流體鑄造壓力加工模具成型所使用需要長期使用的各種砂型或方形壓鑄壓力模具、金屬鑄造壓力模具加工所使用需要長期使用的大型鍛壓壓力模具、冷壓壓力模具等。 對于模具的整體質量要求為:能夠在生產點的尺寸精度、外形、物理特征等方面達到滿足實際使用需要而設計的公有機械制成的模具。以模具實際使用的為設計角度,要求產品高效、自動化、操作簡便;從模具制造工藝的角度,要求其結構合理,制造容易,成本低廉。 1.2 模具CAD/CAM 而此次采用新的cad兩種技術無疑就又是對我國模具設備制造業(yè)的一次重大技術革命,它無疑是我國模具制造技術產業(yè)發(fā)展的一個突破性發(fā)展趨勢。引用到先前的圖紙模具模型cade等系統后,圖紙將不再能夠成為一個模型的產品設計和生產制造各個環(huán)節(jié)之間的唯一分界線,也不再能夠成為一個模型在設計制造、生產的整個設計過程中唯一理論基礎和技術依據,圖紙設計會被精心地進行簡化,甚至最終圖紙會完全消失。近年來,我國注塑企業(yè)進行自主研制開發(fā)的新型注塑模應用cad/cam應用系統技術得到了很大的改進發(fā)展,主要產品包括了由北航化正大學軟件系統工程技術研究所自行自主開發(fā)的注塑caxa應用系統、華中理工大學自行自主開發(fā)的新型注塑模hsc5.0系統和注塑cae應用軟件等,這些應用軟件都分別具有一些能夠充分適應國內注塑模具的實際生產使用發(fā)展情況、能夠在工業(yè)微機上廣泛應用且制作成本相對較低等技術優(yōu)勢和應用特點,為進一步研究推廣和完善普及注塑模具應用cad/cam系統技術,為我國企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展條件。 1.3 塑料的組成特點與分類 1.3.1塑料的組成及各組成物的作用 塑料主要用途是以有機聚合物和聚酯樹脂等主要原料合成為主,再通過加入不同材料種類的化學添加劑,在一定的熱溫度和各種壓力下對其進行加熱塑化而加工成型的一種專用高分子復合材料。 (1)生物樹脂:主要原料包括各種自然合成樹脂和其他各種人工合成的生物樹脂。由于自然合成樹脂的實際產量有限,在塑料生產中很少大量使用天然樹脂而主要原因是大量采用各種人工合成的天然樹脂,樹脂在合成塑料中一般的活性含量大約為40%。樹脂材料作為一種基礎加工材料,它本身就應該具有良好的高度流動性與高度可塑性,是其立體成型加工過程當當中的必須組成條件。不同的橡膠樹脂,決定了橡膠塑料的各種類型。添加劑主要物質包括:塑料填充添加劑、增塑劑、穩(wěn)定固化劑、發(fā)泡劑、著色劑等,這些物質都會直接嚴重影響使用到建筑塑料的整體物理、力學、化學性能。 (2)材料回填劑:它們通常是建筑坦料的重要的可組成組分部件。其中需要加入的塑料含水率最高的也可以要達到40%~50%,常見的塑料填充脫水劑主要品種有高聚碳酸鈣、炭黑、玻璃纖維等。 在各種材料中同時加入各種填充和助劑主要工作目的一般有兩個:一個就是材料增量,增加了各種塑料的使用體積或材料重量,明顯地大大減少了塑料樹脂的實際使用量,降低了生產成本。二種改性方法主要是樹脂進行化學改性,樹脂中內部添加了各種填充催化劑后,改變了酚醛樹脂各種化學分子之間的化學構造,增加了酚醛樹脂原來不穩(wěn)定可能能夠具有的各種化學穩(wěn)定特性,如在在酚醛樹脂中內部添加了木質淀粉后,克服了酚醛樹脂的化學脆性,提高了酚醛樹脂的化學彈性;在樹脂聚乙烯內部中又添加了聚鈣質樹脂填料,提高了其耐熱腐蝕能力和樹脂機械運動剛度。 填充劑的形狀通常為粉體,也可以是纖維狀和多種涂料層狀,不管這些填充劑的外觀形狀是怎樣,對其特點的要求主要是:容易被樹脂直接浸潤,與樹脂相互戳附很好,性質比較穩(wěn)定且容易分散,對于設備磨損不嚴重。 (3)同時添加有機樹脂增塑劑:為了大大幅度改進有機樹脂對于有機塑料的化學可塑性,降低其耐熱熔融的化學強度,需在一些有機樹脂中同時添加含有一定量的各種有機化合物,這些被后來人們廣泛稱之為有機增塑劑,如添加氯化石蠟、磷酸酪類、二甲酸脂酸酯類等。在許多現代彈性塑料產品制造和加工業(yè)中,聚氯乙烯、硝酸聚酯纖維、醋酸聚酯纖維塑料中都有這是必須的它需要直接通過添加含有一定量的彈性增塑劑原料來用以改善其加工成型和塑料加工時的性能,提高彈性塑料的成形柔韌性和其它必須特別注意的加工性能。 (4)固化劑:主要應用于各種熱固性塑料。它的功能和作用特點就是:熱固性的塑料在進行硬化成型時,其原本的線形分子結構轉換為了體型的分子結構,硬化成形過程會使材料加速,故又被人們統稱為硬化劑。 在酚醛環(huán)氧樹脂中酚醛可以直接加入鄰苯乙二胺,在環(huán)氧酚醛樹脂中則也可以直接加入鄰苯六甲基四胺,就是這一點的基本道理。 1.3.2 塑料的優(yōu)缺點 (1)質量輕。塑料的密度一般在范圍內0.9~2.3g/cm3,約為鋁的1/2,銅的1/6。 (2)相對于比強度與相對于剛度。由于塑料的力學強度和剛性雖然沒有金屬差,但由于塑料的密度較小,因此它們之間的相對比強度和剛性都很高。 (3)產品具有良好的電絕緣性能特點。塑料基材具有良好的絕緣電氣損耗絕緣技術特性和極小的介電損耗絕緣特性,這種絕緣技術效果可以與其他陶瓷、橡膠材料相比。除了主要用于工業(yè)做電子絕緣材料,現在又被廣泛應用于工業(yè)做導電半導體絕緣塑料、導電導磁絕緣塑料,在目前我國的通用電子設備制造材料行業(yè)中已經有著十分重要的應用地位。 (4)良好的導熱耐腐蝕性。塑料本身同樣具有良好的耐熱抗氧化和耐熱防水和耐腐蝕作用能力,優(yōu)于普通的有色金屬和其他木質結構建筑,僅次于普通陶瓷和彩色玻璃。不同的塑料品種形成塑料的對膜抗腐蝕反應能力不同,聚四氟乙烯所對應形成的膜在塑料中最佳。一些大型化工廠的管路、容器均非常適合大量采用這種抗腐蝕的彈性塑料。 1.4 熱塑性塑料注射模的基本組成 (1)定模機構 定模機構指的是將固定于注射器模板上的一個部分尺寸安裝到定模器上。由定位循環(huán)、主流通路道體、定模底板、定模塊及凹式模件等組成的整個一體,在注射器上進行固定運轉。主流通路口與注塑機的噴嘴連接,引入已經熔融的塑料。 (2)動模機構 動模型腔機構就是將這些安裝于各種注塑機動成型模板上的機械零件直接固定在部分不同尺寸的動模型腔上。由凸模、動動主模板、導柱、動模墊板和運動模腳等主要零件連接組成的運動整體,在凸模注塑機械壓鎖和凸模加工器械等等設備的動力驅動下也可進行橫向往復運動。 (3)澆注系統 澆注系統就是把熔融的塑料導致到一個完全閉合的模腔。一般包括主流路、冷卻孔、分流路及砼開口。 (4)導向裝置 導向器控制裝置主要目的是為了能夠保證在穩(wěn)定驅動模與不穩(wěn)定模之間能夠進行雙向閉合的驅動過程中所在位置上的精度。它由一個電子整流導柱和一個電磁整流閥套件相連接而來組成。對于一些多腔位的頂針注射模,其中位于標高點的頂針定出導向機構亦應該設置為只有一個頂針導向器,以免造成頂針的彎曲及底針折斷。 (5)頂出機構 頂壓擠出脫模機構本身就是一種用戶可以輕松實現各類塑料制品自動化和脫模的頂出設備。常見的方式類型主要有采用頂桿式、屋面自動開關管道式和采用拉手自動推板式。 (6)抽芯機構 例如,當一個制品上面帶有一個側孔或側凹的結構時,在進行頂出操作前,先要把一個可以做向右移動的類型芯從整個制品中抽取,該類型芯的側向移動主要是由抽芯機構來實現的。由此我們可知,該機構僅僅只是一個部分注射成型模所以不需要進行設置。 (7)冷卻和加熱裝置 加熱時主要是為了保證滿足采用塑性材料成型注射機和成型模具技術制造工藝所使用需要的加熱溫度控制,冷卻時則是為了保證使得塑性熔料在成型模具內能夠進行快速冷卻和注射定型。一般凹、凸模僅有可能直接通過用于冷卻水、熱風、電動機和高壓蒸氣器。 (8)排氣系統 排氣排除系統主要目的是為了充分滿足將專用模具安裝分型腔內部塑料原有的熱空氣和分型塑料在外部受熱時可能產生的有害化學物質從安裝模具外部分型塑料表面內部排除,而在安裝模具的外部分型塑料表面內部開設一個小型排氣槽。 1.5 注射成型模具分類 (1)根據各類塑料的注射品種而不同，大致來說可以將其細分為熱固化塑性橡膠注射塑料成型模和熱固化活性塑料注射注塑成型模。 (2)按所用的注塑機類型的不同而分為臥式注射成型模、立式注射成型模、角式注射成型模。 (3)按注射成型的結構特征分為: ①分型面注射成型模,又稱雙板式注射成型模。 ②采用雙分型的平面板板注射成型模,也就是可稱為簡稱三角形板式分型注射材料成型模。特別多的是用于適合點焊和交口加工狀態(tài)的金屬注射材料成型模。在基層開模時,中間的模板和基層定模后的墻體基層材料進行了近一定距離的分模,取出了地下水澆口,流道上的剩余廢料。 1.6 熱塑性塑料的工藝特性 (1)收縮率:熱塑性材料的收縮變化形式與其他熱固體材料相近。 (2)熔體流動性:想要分析一種塑料的熔體流動性，我們首先可以根據其填料相對分子質量、熔體粘度指數、阿基米德螺旋流程線的直徑長度、表觀粘度和填料流動性之比(填料流程線的長度/填料塑件的壁厚)等因素來進行分析。相對分子質量較小、熔體質量指數密度較高、螺旋狀曲線長度較長、外觀化學粘性較小、流動比較大的彈性塑料說它具有良好的化學流動性。 (3)結晶性:熱塑性塑料按其在冷凝過程中的狀態(tài)及有無發(fā)生結晶的現象,可以劃分為結晶式塑料與非結晶式塑料兩大類。 (4)所謂熱敏性和所謂水敏性:所謂熱敏性塑料是廣泛指某些生產材料過程中的熱性和穩(wěn)定性相對較差的一類水性塑料,在生產材質過程中的水原料溫高、受熱強和持續(xù)時間較長的受熱條件下,會自然產生這樣一種不易降解、分化、變色等獨殊特性,具有此類獨殊特性的這種材料被大家統稱稱之為熱敏型水性塑料。 1.7 注塑成型工藝 1.7.1 注塑成型工藝過程 如圖1.1所示。 圖1.1 注塑成型工藝過程 1.7.2 注塑成型工藝過程可分為塑化計量、注塑充模和冷卻成型三個階段。 注塑填料成型的工藝流程階段可以分別劃分依次為成型注塑填料成型充模計量工藝階段、注塑流體填料成型充模計量階段和注塑冷卻式成型注塑填料成型計量階段。 (1)連續(xù)均化處理是廣泛指將一種擠壓成型的固態(tài)物料直接放置于裝有注塑機的火力發(fā)電廠和燃油氣缸內,經過多次高溫連續(xù)加熱、壓實以及快速攪拌物料混合等復雜操作以后,由松散的各種粉狀或具有顆粒性質的固態(tài)物料轉換而來形成連續(xù)固態(tài)均化的一種熔體處理過程,稱之為連續(xù)塑化。將已經加熱塑化好的各種熔體經過一個柱塞或者的螺桿計數進行加熱定溫、定壓、定量或者輸出輸送到一個注塑機筒上時所做的需要定期進行的各種機械準備計數操作,這些都可以是通常需要專業(yè)注塑機工人來進行控制,柱塞或者的螺桿計數可以在熔體塑化的整個過程中用來作為準備計數。 (2)使用注塑模具充模:所謂注塑模具充模主要用途是廣泛指由注塑柱塞或者注塑螺桿從整個注塑機筒內部的一個加壓計量澆注點前端開始,通過對整個注塑模具油缸和加壓活塞內部進行加壓施加一定的澆注高壓,將已經被加壓塑化好的固體材料和注塑熔體經過整個注塑機筒前端的一個加壓噴嘴和注塑模具內部中的一個澆注加壓系統迅速地加壓送入一個完全封閉的注塑模腔。 (3)注塑冷卻定型:從注射機的澆口和凍結之初起,直至制品完全脫模而終,這是注塑成型技術的最后一個階段。在此階段中我們需要特別注意的事項包括模腔內的溫度、制品密集性、熔體對模具內部的冷卻狀態(tài)以及其他脫模條件。 1.7.3 成型 成型的條件以及要素: (1)工作溫度:包括機筒的工作溫度、模具的工作溫度、干燥工作溫度、燃料的工作溫度。 (2)支撐壓力:主要包括腹部注射支撐壓力、保壓支撐壓力、背部支撐壓力、合模腹部壓力。 (3)使用時間:包括注射期、保壓期、冷卻期、干燥期。 (4)射入速度:模具的射出速度,螺桿的轉速,模具的開、閉速度,頂出的速度。 (5)量:計量、頂出量、開模量。 2 塑件成型工藝性分析及其材料的選用 本設計實例為一折頁盒，如圖2.1所示。 圖2.1 塑件圖 2.1 塑件成型工藝性分析 （1）外形尺寸 該塑件壁厚2mm，塑件外形尺寸、體積不大，塑料熔體流程不太長，適合注射成型，如圖2-1所示。 （2）建立三維模型 利用折頁盒塑件的主要大小和尺寸可以在 solidworks 軟件的三維造型接口下來完成一個折頁盒塑件的三維造型,圖2.2為一個折頁盒塑件的三維立體效果圖。 圖2.2 塑件三維立體圖 經SolidWorks軟件里的質量分析功能測得產品的體積，表面積。 2.2 塑件材料的選用 塑件在工藝上的質量規(guī)范要求是不能夠允許出現有裂紋或者是變形等缺陷;塑件的基本使用條件是耐用,抗磨,可以同時承受較大的外力和沖擊,不易發(fā)生摔壞;好看,有明亮的光澤,表面比較光滑;化學特性比較穩(wěn)定,并且可以抵抗高溫(通常低于 100°c ),耐化學腐蝕。 根據各種塑件的應用用途、使用需求以及其外觀和形狀,選擇 abs 材料來作為這一次設計中的主要塑件。 2.2.1 脫模斜度 ABS屬無定型塑料，成型收縮率小，參考表2.1選擇該塑件上型芯和凹模的統一脫模斜度為1°。 表2.1 常用塑件的脫模斜度 塑件名稱 脫模斜度凹模 脫模斜度型芯 聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、聚酰胺、氯化聚醚 硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜 聚苯乙烯、有機玻璃、ABS、聚甲醛 熱固性塑料 2.2.2 ABS的性能分析 (1)使用性能 綜合傳動性能好,沖擊傳動強度、力學傳動強度都比較高,尺寸穩(wěn)定,耐化學腐蝕穩(wěn)定性,電氣穩(wěn)定性能好;并且易于汽車加工一體成型及專用機械加工,其所用材料內外表面均為拋光鍍鉻,適用于加工制作普通的汽車機械傳動部件、減速器和摩擦機械零件、傳動控制部分和整體結構組件。 (2)成型性能 1)不采用定型注射塑料。其品種繁多,各個品種的機電動力學性能和成型工藝特性也不同而且各有所不同,應該根據品種情況來選擇合適的成型工藝方法和相應的成型工藝。 2)具有較好的吸濕能力。水的質量評定分數宜為小于0.3%,必須充分干燥,要求外觀光澤的注塑件均應按規(guī)定時間進行預熱和干燥。 3)資金的流動性相對較弱。0. 04mm 左右的溢邊材料。 4)在進行模具設計的同時,還要特別注意澆灌系統,選擇良好的進料嘴位置、入口方式。但是當其推出能力多大或者在機械上加工的時候,使得塑件的表面容易會顯示出白色的痕跡。 （3）ABS的主要性能指標 其性能指標見表2.2。 表2.2 ABS的性能指標 密度/(g) 1.03~1.06 屈服強度/MPa 50 比體積/(/g) 0.86~0.98 拉伸強度/MPa 38 吸水率/% 0.2~0.4 拉伸彈性模量/MPa 熔點/°C 130~160 彎曲強度/MPa 80 計算收縮率/% 0.3~0.8 拉壓強度/MPa 53 比熱容/[] 1470 彎曲彈性模量/MPa 2.2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數 （1）注射成型過程 1)加工模具準備成型前的具體準備。對使用abs的材料色澤、顆粒吸水率和均勻性等都進行了嚴格檢驗,由于使用abs的材料吸水能力比較大,因此在材料成形前一定要對其進行充分干燥。 2)原料灌裝溶液注射專用工藝。當澆注塑件在塑料注射機內的材料筒內經過多次高溫連續(xù)加熱、塑化至材料達到均勻流動澆注狀態(tài)后,由塑料模具進入澆注成形體系直接澆注進入塑料模具澆注成形腔。其充模工藝制作過程大致分為可以向下劃分依次為充模、壓實、保壓、倒流、冷卻5個工藝步驟。 3）塑件的后處理。處理的介質為空氣和水，處理溫度為60~75°C，處理時間為16~20s。 （2）注射工藝參數 1）注射機：螺桿式，螺桿轉速為30r/min。 2）料筒溫度（°C）：后段150~170；中段165~180；前段180~200。 3）噴嘴溫度（°C）：170~180。 4）模具溫度（°C）：50~80。 5）注射壓力（MPa）：60~100。 6）成型時間（s）：95（注射時間30s，冷卻時間50s，輔助時間15s）。  3 注射機型號的選用 （1）注射量的計算 通過SolidWorks三維建模設計分析計算得， 塑件體積： 塑件質量： 式中，參考表2-2，取。 （2）澆注系統凝料體積的初步計算 根據經驗按照塑件體積的0.2~1倍來估算。本次設計中取0.2，則 （3） 選擇注射機 根據第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總體積，依公式（），則有 因此，查工具書初步選定公稱注射量為2000cm3，注射機型號為XZY-2000臥式注射機，其主要技術參數見表3.1。 表3.1 XZY-2000臥式注射機的主要技術參數 理論注射量/cm3 2000 模板開模行程/mm 750 螺桿柱塞直徑/mm 110 最大模具厚度/mm 890 注射壓力/MPa 90 最小模具厚度/mm 500 電機功率/kW 40、40 鎖模形式 肘桿 電熱功率/kW 21 注射行程/mm 280 螺桿轉速/(r) 0~47 注射時間/s 4 鎖模力/kN 60×105 最大成型面積/cm2 2600 拉桿內間距/mm 760×550 注射形式 螺桿式 （4）注射機相關參數的校核 1）注射壓力校核。查工具書，ABS所需注射壓力為60~100MPa，而注射機公稱注射壓力=90MPa，即<，所以注射機注射壓力合格。 2）鎖模力校核 ① 塑件在分型面上的投影面積為： ② 澆注系統在分型面上的投影面積，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積，通常是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2~0.5倍，這里取=0.3，則 ③ 塑件和澆注系統在分型面上總的投影面積為： ④ 模具型腔內的脹型力為： 式中，是型腔的平均計算壓力值，通常取注射壓力的20%~40%，大致范圍為25~40MPa。對于黏度較大且精度要求較高的塑料制品應取較大值，ABS屬于中等黏度塑料且塑件有一定的精度要求，故取35MPa。 查表3-1可得該注射機的的公稱鎖模力=6000kN，則 < 所以，該注射機鎖模力合格。 4 標準模架及其相關模板尺寸的確定 4.1 模架的確定 中小型標準模架的選擇方法有兩種，均是經驗法。這里根據其中一種方法，即模板有效使用面積（型腔在模板上的平面尺寸）來選擇標準模架。 塑件在分型面Ⅱ—Ⅱ上的投影寬度必須滿足： （4-1） 塑件在分型面Ⅱ—Ⅱ上的投影寬度必須滿足： （4-2） 式中， —推板寬度（mm）； —復位桿長度方向的間距； 10—推桿與墊塊之間的雙邊距離； 30—復位桿與型腔之間的雙邊距離。 根據經驗公式（4-1）有： 即推板寬度≥210mm，查《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表，可得=225mm，對應的標準模架的寬度B=355mm。復位桿的直徑d=20mm。 根據經驗公式（4-2）有： 即復位桿在長度方向上的間距，查《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表，可得=429mm，對應的標準模架長度L=500mm。故所選模架為《塑料注射模中小型標準模架的尺寸組合》表中第10號A3型標準模架，其規(guī)格為。 4.2 各模板尺寸的確定 (1)a機電面板的安裝尺寸。a板塑件是一個固定的圓形模型腔板,塑件高度設計應盡量控制為116mm,考慮到不僅需要在大型模板上另外一側開設一條大型冷卻式排水管,還必須注意使其進入流出有一個長度足夠長的水流距離,故使用a型模板塑件厚度設計應盡量采用145mm。 (2) b 板的尺寸。 b 板采用的是型芯固定板,由于注塑件的尺寸相對較大,按照模架的標準,板厚可以取 60mm 。 （3）C板尺寸。C板即為墊塊，其厚度為： 墊塊厚度=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5~10）mm =[120+30+30+（5~10）]mm =185~190mm 這里初步選定C板厚度為185mm。 經上述兩個模架模板尺寸綜合計算,模架的模板尺寸已被充分確定并構成為一個的該模架的模板序號及其編號應該為10號,板面高度為355×500mm,模架的整體結構設計形式應該是基于a3型的一個整體標準結構模架。其中的物體外形面積大小可用公式表示為：。 4.3模架各尺寸的校核 根據所選注塑機來校核模具設計的尺寸。 （1）模具平面尺寸（拉桿間距），校核合格。 （2）模具高度尺寸610mm，因為500mm（模具的最小厚度）<610mm<890mm（模具的最大厚度），校核合格。 （3）模具的開模行程： 校核合格。 5 折頁盒注射模設計 5.1 澆注系統的設計 澆注系統是指注射模中從主流道的始端到型腔之間的熔體進料通道。 5.1.1主流道和冷料穴的設計 由于材料主流道通常需要與使用高溫噴射注塑機的材料噴口熔體和高溫注塑機的注射噴嘴熔體進行反復性的接觸,因此在高溫注射模中,主流道的一些重要部分往往被用來設計為一種同時可以對其進行反復拆卸或者進行更換的零件類型。 在整個模具內部結構的總體設計中,主流道必須具有垂直于整個模具的各部分型和橫截面。為了更好地設計使得各種塑料混凝砼構件能夠順利地從兩個主流道中切入拔出,需將其中的主流道內壁設計為一個小的圓錐形,具有2°~6°的兩個圓錐形夾角,內壁具有表面的特殊粗糙度,小端的內壁直徑通常為4~8mm。同時,為了更好地保證使得出口主流道上的混凝砼鋼管能夠順利安全地被接頭拔出,將其最小接頭端口的凹坑直徑最小設計得做到了遠遠地要大于一般機械注射器的每個噴嘴的接口端頭口徑1mm左右;這個凹坑的端口半徑最小r也遠遠相當于比一般注射器上的噴嘴口端頭的凹坑半徑更大1~2mm。由于尖銳的弧形拐角處并不僅有利于流道熔體快速流動,因此在進入主流道熔體根部的兩個拐角連接處處還應當適時增加1~2mm的弧形圓角 （1）主流道尺寸的確定 1）主流道的長度：通常，中型模具應盡量小于100mm，本次設計初取=90mm。 2）主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+（0.5~1）mm，通常小端直徑為4~8mm，本次設計中取d=6mm。 3）主流道大端直徑：，式中為主流道的錐角，通常取2°~6°，本次設計取4°，則D=(6+2×90×tan4°)mm=18mm。 4）主流道凹坑半徑：SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（1~2）mm=（18+2）mm=20mm。 5）凹坑的配合高度：h=5mm。 （2）主流道的凝料體積 根據公式 （5-1） 則 =11cm3 （3）主流道的當量半徑 =（9+3）/2mm=6mm （4）主流道澆口套形式 主流注射路徑在小端出口處和血液注射器大端噴嘴出口相反之間發(fā)生接觸,容易使其受到嚴重磨損。設計中通常碳素工具框型鋼鋼體選用量為碳素復合工具框型鋼,本次淬火設計碳素工具框型鋼鋼體選用量為t10a,熱處理后在二次淬火時其鋼體表面的化學硬度變化范圍一般為50~55hrc,如本次設計工具框圖5.1所示，如圖5.1所示， 圖5.1 主流道澆口套的結構形式 5.1.2分流道的設計 （1）分流道的長度和布置形式 雖然目前該型鑄模本身為一模一腔,但由于進入塑件流道表面積較大,故我們建議盡量選擇兩個點作為澆口,同時為了有效地盡量減少進入熔體在塑料流道內部的巨大壓力流動損耗并盡可能地盡量避免進入熔體的流道溫度迅速下降,減小了熔體分流道的熔體容積與保證壓力均勻,本次該模設計中主要部分采用了平衡式的熔體分流道。由于單邊矩形分流道的模件設計簡單,根據模件的整體尺寸及其內部體積值的大小,設計時我們一般可適當地將其挑選小一些,單邊分流部件的矩形分流道設計直徑及其長度一般應至少取=45mm。 （2）分流道的當量半徑 常用塑料的分流道直徑如表5.1所示。 表5.1 常用塑料的分流道直徑 塑料品種 分流道直徑/mm 塑料品種 分流道直徑/mm ABS、AS 4.8~9.5 聚丙烯 4.8~9.5 聚甲醛 3.2~9.5 聚乙烯 1.6~9.5 丙烯酸酯 8.0~9.5 聚苯醚 6.4~9.5 耐沖擊丙烯酸酯 8.0~12.7 聚苯乙烯 3.2~9.5 尼龍6 1.6~9.5 聚氯乙烯 3.2~9.5 聚碳酸酯 4.8~9.5 由上表可知，ABS的分流道直徑為4.8~9.5mm。 在本次設計中，由于塑件的質量：>200g，不能運用經驗公式進行確定，這里初定選取。 （3）分流道截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等,如圖5.4所示。在對流道的設計過程中,如果想盡量減少對流道內部的壓力損失,則會考慮到流道截面積較大;如果想減少對傳熱器的損失,則希望流道的截面積較小,因此我們可用其流道的截面積和其周長之間的比值公式來衡量流道工作的效率。如果比值較大則流道效率較高。根據實際應用經驗,圓形和正方形截面的吸收效率較高,但是由于正方形截面的吸收流道不容易將砼頂出;且由于當其分型面成為一個水平面時,往往會采用具有圓形或半徑截面的水流道,故在本次的設計中,采用了具有圓形或半徑截面的水流道。按照前面所述的公式進行計算,得到了分流道直徑。 圖5.4 流道的截面形狀與效率 （4）凝料體積 1）分流道的長度 =2L=2×45mm=90mm 2）分流道截面積 3）凝料體積 （5）校核剪切速率 1）確定注射時間：查表5.2，可取t=4.0s。 表5.2 注射機公稱注射量Qn與時間的關系 公稱注射量Qn/cm3 注射時間t/s 公稱注射量Qn/cm3 注射時間t/s 60 1.0 4000 5.0 125 1.6 6000 5.7 250 2.0 8000 6.4 350 2.2 12000 8.0 500 2.5 16000 9.0 1000 3.2 24000 10.0 2000 4.0 32000 10.6 3000 4.6 64000 12.8 2）計算分流道體積流量： 3）計算剪切速率： 根據公式 γ=3.3qπR3 （5-2） 式中，q—體積流量（cm3/s） R—表征流道截面尺寸的當量半徑（cm） 代入數據 γ=3.3×193×1033.14×3.53s?1 =4.7×103s?1 該分流道的剪切速率處于分流道的最佳剪切速率γ=5×102~5×103s-1之間，所以，分流道內熔體的剪切速率合格，同時，分流道直徑也符合設計要求。 分流道的流體表面處理粗糙度一般要求不是非常低,一般只要采用好的ra1.25~2.5μm左右厚度即可,此處一般應盡量采用好的ra1.6μm。另外,其中的新型脫模材料傾角一般需要控制在5°~10°之間,本次工程設計中需要采用的新型脫模材料傾角大約為8°。 5.1.3澆口的設計 砼澆口處是連接流道和成型腔的一段粗短通路。它雖然是澆注系統中橫切截面最少但卻又是其中的最為關鍵。其位置、類別及其尺寸都會對于塑件成型產生巨大的影響。澆口的主要功能,澆口的理想尺寸很難使用手工計算得出來,除了我們可以采用式(5-2)方法來做初步計算外,一般情況下可根據實際工藝,澆口的截面尺寸約占到分流道總面積的3%~9%,截面的形狀可以改變成矩形或橢圓,澆口的長度約調整到1~1. 5mm 。在進行設計時,一般首先采用較小的模具尺寸數值,以便于試模過程中逐步地加以糾偏。 5.1.4校核主流道的剪切速率 根據前面文章己經仔細設計過的計算校驗得出的整個塑件材料體積、主流道的塑件體積、分流道的塑件體積以及整個熔體主流道塑件熔體的最大剪切流動速率,對整個熔體主流道中塑件熔體的最大剪切流動速度同樣進行了當量校驗,同時也對整個熔體主流道中塑件熔體的最大當量剪切半徑也同樣進行了當量校驗。 （1）主流帶體積流量的計算： （2）主流道剪切速率的計算： 根據公式（5-2）， 代入數據，有 γ=3.3×1953.14×63×103s?1=9.49×102s?1 主流道內熔體的剪切速率處于其最佳剪切速率=5×102~5×103s-1之間，所以，主流道的剪切速率合格，同時，主流道當量半徑也符合設計要求。 5.2 模具成型部分的設計及計算 5.2.1型腔數目的確定 根據塑件的生產實際，塑件的體積、表面積大小以及工藝精度，確定本次設計的模具為一模一腔。 5.2.2分型面的確定 （1）分型面形狀的確定 分型面的形狀應盡可能簡單，以便于制品脫模和模具的制造。分型面可以是平面、階梯面或者曲面，本次設計中選擇平面作為分型面的形狀。 圖5.5 分型面位置示意圖 5.2.3成型零件的結構設計 （1）凹模的結構設計 按凹模結構的不同可將凹模分為： 1)整體式凹模 整體型凹模是由全部或多個組件進行加工而成。它的特點就是牢固,不會導致使得制品在模具上產生任何拼接裂縫的痕跡,常被應用于中、小型簡易模具中。但由于這種整體型凹模在加工時較為困難,熱處理也較為不方便,所以并非適合制作復雜的形狀塑件和物料。 2)整體嵌入式凹模 在多個模型腔上的凹模往往被單獨直接地進行加工以形成一個可以作為整體凹模的矩形鑲件,其它在整體上的外形大多數是采用一個上部帶有固定臺階的矩形圓柱體或者一個帶有矩形狀的鑲件,從下部直接將其嵌入至作為凹模的固定的基板中。如果一個鉚釘制品本身并非確實是一個大的旋轉圓形物體,則這種旋轉圓形鉚釘鑲件也很有可能只是需要直接使用圓形銷釘或者使用螺紋鉚釘來進行定位。 3)局部鑲嵌式凹模 為了保證加工的方便,或者由于凹模中的某個組成部位容易受到破壞,往往會使用一種局部鑲嵌型凹模。 4)大面積鑲嵌式凹模 對于一些外觀形狀復雜的凹模,最常見的宗門設計制作方法之一是它就是將凹模經過制作后形成一個通孔式,在其上面再鑲以一個基層式的底板;或者說它也就是把整個宗門內的墻面底板做成一個可以鑲嵌的塊。采用大面積鑲嵌式結構時應仔細將各個結合面磨平、拋光。這種結構的優(yōu)勢之一是便于加工和熱處理,但是增加了人工時間。 5)四壁拼合式凹模 對于大型和復雜整體模套形狀復雜的凸模,可將模套四壁和三層底板分別對其進行擠壓加工并經研磨后將其壓入各個圓形模套之中,側壁之間通過自動扣鎖方式來進行連接,以有效保障其側壁連接的工作精度和連接準確性,這種連接方法由于模套結構牢固、承載力大,因此往往被廣泛工業(yè)采用。 5.2.4模具零件材料的選用及處理 作為一種主要用于模具的鋼材,特別是一種可以用作模具成型機械零件的鋼材,應當必須具備以下的性能: a.可加工性好,熱處理變形小,可淬透性好。 b.拋光潤滑性能好,在加工過程中和在成型和后處理時該部位的整體表面也同樣應該做的是光滑美觀。 c.耐磨性好,以便延長模具的壽命。 d.具有足夠的機械強度。 e.耐腐蝕性強,在日常生活使用中不容易受熱生銹。 5.2.5成型零件工作尺寸的計算 （1） 影響尺寸精度的因素 影響塑料制品尺寸精度的因素很多，表5.3列出了造成塑料制品尺寸誤差的主要原因。 表5.3 造成塑料制品尺寸誤差的主要原因 從模具設計和制造的角度來看，影響塑料制品尺寸精度的因素主要有五個方面： ① 模具成型部件的制造誤差； ② 模具成型部件的表面磨損； ③ 由塑料收縮波動所引起的塑料制品的尺寸誤差； ④ 模具活動成型部件的配合間隙變化引起的誤差； ⑤ 模具成型部件的安裝誤差。 因模具愿意使塑料制品產生的誤差為以上誤差值的總和，即 （5-4） （2） 凹模和型芯尺寸的計算 采用表5.4所示的平均尺寸法計算成型零件尺寸。 表5.4 成型零件尺寸的計算方法 尺寸部位 計算公式 說明 凹模徑向尺寸 a. 平均尺寸法 b. 極限尺寸法，按修模時凹模尺寸增大容易 校核 —隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間 —凹模徑向基本尺寸（mm） —塑件徑向基本尺寸（mm） —塑件的平均收縮率（%） —塑件公差值（mm） —凹模的磨損量（mm） —凹模制造公差（mm） —塑料的最大收縮率（%） —塑料的最小收縮率（%） 型芯徑向尺寸 a. 平均尺寸法 b. 極限尺寸法，按修模時凹模尺寸增大容易 校核 —隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間 —型芯徑向基本尺寸（mm） —塑件徑向基本尺寸（mm） —型芯的磨損量（mm） —型芯制造公差（mm） 凹模深度尺寸 a. 平均尺寸法 b. 極限尺寸法，按修模時凹模尺寸增大容易 校核 —隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.7之間 —凹模深度基本尺寸（mm） —塑件高度基本尺寸（mm） —凹模深度制造公差（mm） 中心距尺寸 —模具中心距尺寸（mm） —模件徑向基本尺寸（mm） —模具中心距尺寸制造公差（mm） 型芯高度尺寸 a. 平均尺寸法 b. 極限尺寸法 ①修模時型芯增長容易 ②修模時型芯減短容易 —隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.7之間 —型芯高度基本尺寸（mm） —塑件孔深度基本尺寸（mm） —型芯高度制造公差（mm） 1）塑件深桶凹、凸模尺寸的計算 ① 深桶凹模徑向尺寸（長×寬）的計算 塑件深桶外部徑向尺寸的轉化：，相應塑件制造公差，，相應塑件制造公差；，相應塑件制造公差，，相應塑件制造公差。 根據表5.4中所列公式，有 式中， Scp—塑件的平均收縮率，查表2-2可知ABS的收縮率為0.3%~0.8%。得其平均值Scp=(0.003+0.008)/2=0.0055（下同）； —系數，查表2-7可知一般在0.5~0.8之間，這里??； —塑件上相應尺寸的公差（下同）； —塑件上相應尺寸制造公差，對于中小型塑件（下同）。 ② 深桶凹模深度尺寸的計算 塑件深桶外部高度方向尺寸的轉換：塑件高度的最大尺寸，=85°，相應的=0。 根據表5-4中所列公式，有 ③ 深桶型芯徑向尺寸（長×寬）的計算 塑件深桶內部徑向尺寸的轉化：，相應塑件制造公差；，相應塑件制造公差。 根據表5-4中所列公式，有 ④ 深桶型芯高度的計算 塑件深桶內部高度方向尺寸的轉換：塑件高度的最大尺寸，=85°，相應的=0。 根據表5-4中所列公式，有 2）塑件蓋體凹、凸模尺寸的計算 ① 蓋體凹模徑向尺寸（長×寬）的計算 塑件蓋體外部徑向尺寸的轉化：，相應塑件制造公差，，相應塑件制造公差；，相應塑件制造公差，，相應塑件制造公差。 根據表5-4中所列公式，有 ② 蓋體凹模深度尺寸的計算 塑件蓋體外部高度方向尺寸的轉換：塑件高度的最大尺寸，=70°，相應的=0。 根據表5.4中所列公式，有 ③ 蓋體型芯徑向尺寸（長×寬）的計算 塑件蓋體內部徑向尺寸的轉化：，相應塑件制造公差；，相應塑件制造公差。 根據表5-4中所列公式，有 ④ 蓋體型芯高度的計算 塑件蓋體內部高度方向尺寸的轉換：塑件高度的最大尺寸，=70°，相應的=0。 根據表5.4中所列公式，有 5.2.6凹模壁厚及底板厚度的計算 凹模與成型底板都一樣應該要具有一個非常足夠的底板厚度,當這個厚度太薄將很有可能直接導致整個成型模具間的剛度差而底板失去或者底板強度低。一般來說,對于大、中型的塑料模具,剛度總是差異很大的這是主要矛盾;對于一些小型的塑料模具,它們的機械強度這個關鍵問題上就顯得尤其重要。 強度不足會直接使得模具出現可塑性變形乃至斷裂;剛度不到位會直接使得模具在凹面上產生一個過大的彈性變形,導致凸面上凹模的尺寸增加并且產生了溢料的空氣間隙,當這個變形的數量遠遠超出了制品的收縮數量時,制品在加工和成型之后模具的彈性回歸就會直接使得凹面上的模具緊緊地被包裹在制品中去而造成了開模困難。 （1）凹模側壁厚度的計算 凹模側壁厚度與型腔內壓強及凹模的深度有關，從剛度的觀點出發(fā)，根據凹模最小壁厚t（mm）的公式 （5-5） 式中， p—型腔內熔體的壓力，一般取p=25~45MPa； L1—凹模側壁長邊尺寸（mm）； a—型腔受到熔體壓力的高度（mm）； E—彈性模量，鋼材一般取E=2.1×105MPa； h—型腔高度（mm）； δ—允許的變形量（mm）。 在本次設計中，取p=30MPa，L1=199.1mm，a=6mm，E=2.1×105MPa，h=116.6mm。對于δ，表5.5給出了常用塑料的允許變形量δ。 表5.5 常用塑料的允許變形量δ 塑料名稱 允許變形量δ/mm 尼龍、聚乙烯、聚丙烯 0.025~0.040 聚苯乙烯、ABS 0.04~0.06 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯 0.06~0.08 根據上表所列允許變形量值，取δ=0.05mm。 代入數據，有 凹模最小壁厚為t=19.4mm，根據所選標準模架的尺寸進行凹模的設計，就可以完全滿足剛度和強度要求。 （2）底板厚度的計算 底板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關，假定型腔的長度等于墊塊的跨度。根據型腔布置及型芯對底板的壓力計算出底板的厚度，即 （5-6） 式中， δp—底板剛度計算需用變形量，這里取δp=0.05mm； L—兩個墊塊這件的距離，約為199.1mm； L1—底板的長度，根據初選模架355×500mm，可知L1=500mm； E—彈性模量，E=2.1×105MPa； A—型芯所受壓力面積：A=2×199.1×144.8mm2=57659mm2。 代入數據，有 此底板計算尺寸相對于中、小型模具來說還可以再小一些，可以增加2根支撐柱來進行支撐，可根據表5.6近似得到底板厚度為： 在本次設計中底板厚度取t=60mm。 表5.6 長方形組合式凹模加支撐前后底板厚度的變化 支撐情況 計算方法 未加支撐時板厚 中間加一塊支撐后的板厚 按1:1.2:1加兩塊支撐后的板厚 按強度計算 t1 t1/2.7 t1/4.3 按剛度計算 t2 t2/3.4 t2/6.8 5.2.7排氣槽的設計 該塑件通過兩個點澆口進料，熔體經塑件的深桶底部充滿型腔，模具的兩邊有兩塊嵌件，其與凹模之間有間隙，可作為氣體