674 板(框)類制品疊層式注射模具設(shè)計(jì)【優(yōu)秀含7張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
板(框)類制品疊層式注射模具設(shè)計(jì)
DESIGN OF STACK INJECTION MOULD PRODUCTS FOR FRAME
摘要
本論文設(shè)計(jì)了儀器外殼的疊層式熱流道模具結(jié)構(gòu)。該模具有2層，每層8個(gè)型腔，一次可成型16個(gè)產(chǎn)品，該模具是普通注射成型產(chǎn)量的2倍，大大提高生產(chǎn)力。本次模具設(shè)計(jì)采用的是無流道凝料澆筑系統(tǒng)，不考慮澆道的凝料脫出，減少了分型面，并縮短了成型周期，降低了整個(gè)生產(chǎn)成本。而且還采用了齒輪齒條開模機(jī)構(gòu)，在確保倆層型腔同時(shí)開模又比較經(jīng)濟(jì)。使熱流道板的熱脹變形問題和澆口的平衡問題有一個(gè)很好的解決，基本確保同時(shí)充模和充模的穩(wěn)定可靠性。該模具還采用閉合式噴嘴和閉合式主流道杯，解決了澆口和主流道始端的流涎問題，它采用熱電偶控制噴嘴溫度和流道板溫度。在設(shè)計(jì)中，為減少熱傳導(dǎo)熱損失。在流道板和型腔板之間采用空氣隔熱，并加隔熱墊，從而降低模具和流道板之間的接觸面積，并發(fā)揮了支撐熱流道板的作用。噴嘴和主流道杯均采用隔熱套隔熱。
關(guān)鍵詞 熱流道；疊層式模具；澆口平衡；防流涎
Abstract
This design introduces the mould structure of instrument of outer cover, which has piles of type and thermal current dishes. The mould has 2 layers of types, 8 for each layer, which can shape 16 products for once, the mould can produce 2 times of products ordinary inject shaping, and it boosts productivity greatly . The mould uses a thermal current dish of congeal material , without consideration of the deviatation of water dish congeal material, which has reduced dividing type, and shortened shaping cycle. And it has reduced the cost of the production on the whole. The mould which is economic adopts a gear and rack to turn on , making sure the two types of the mould turning on at the same time. The mould gives a good settlement of the expansion problem of the board of the thermal current dishes and the balance problem of runner, guaranting to fill the mould steadily and basically making sure the mould filling at the same time. The mould adopts the spray nozzle of closing type and the cup of mainstream dishes, solve the saliva problem of runner and the top shed of mainstream dishes, and it adopts the electric thermocouple to control the temperature of the spray nozzle and the flow dishes board. In the design, for reducing losing heat of the heat-conduction. Between the flow dishes board and the mould board, there is air to against heat, there are against heat cushions to against heat ,which reduces the area of contact between the mould board and the flow dishes and plays a role of supporting of the board of the thermal current. The spray nozzles and the cup of the mainstream dishes have heat insulation set.
Keywords Thermal current one One pile of types mould Balance the runner Prevent saliva flows
II
目 錄
摘要 II
Abstract III
1 緒論 1
2 制品設(shè)計(jì) 3
2.1制件圖 3
2.2產(chǎn)品使用要求 4
2.3產(chǎn)品材料 4
3 工藝分析 5
3.1 塑料特性 5
3.2 塑料的注射工藝條件 5
3.3 塑件使用材料的工藝分析 6
4選擇設(shè)備 7
5模具設(shè)計(jì) 8
5.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
5.1.1 選擇分型面 8
5.1.2 布置型腔 8
5.1.3 確定成型零部件結(jié)構(gòu) 9
5.1.4 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
5.1.5 開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
5.1.6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
5.1.7 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
5.2主要零部件尺寸計(jì)算 11
5.2.1 成型零部件尺寸計(jì)算 11
5.2.2 確定模具各部分結(jié)構(gòu)尺寸 17
5.2.3 澆注系統(tǒng)計(jì)算 18
5.2.4 冷卻系統(tǒng)計(jì)算 21
5.2.5 推出機(jī)構(gòu)計(jì)算 25
5.3 校核 28
5.3.1 模具與注射機(jī)關(guān)系校核 28
5.3.2 物料流程與流動比校核 29
結(jié)論 30
致謝 31
參考文獻(xiàn) 32
33
1 緒論
模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。而注塑模具又是在整個(gè)模具工業(yè)中一枝獨(dú)秀，發(fā)展極為迅速，在汽車、航空航天、通信電子、家用電器等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。
熱流道技術(shù)是指從注射機(jī)噴嘴送往澆口的塑料始終保持熔融狀態(tài),在每次開模時(shí)不需將其固化作為廢料取出,滯留在澆注系統(tǒng)中的熔料可在下一次注射時(shí)被注入型腔。該項(xiàng)技術(shù)具有節(jié)約原料、提高產(chǎn)品性能、縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)點(diǎn)。
疊層注射模又稱多層注射模,是一種特殊的注射模。與普通注射模不同,疊層注射模的型腔是分布在2個(gè)或多個(gè)層面上的,且型腔呈重疊式排列。即相當(dāng)于將多副模具疊放組合在一起。與常規(guī)模具相比,疊層式模具鎖模力只提高了5%～10%,但產(chǎn)量可增加90%～95%,這就極大地提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率,并降低了成本。
將熱流道技術(shù)與層疊式模具相結(jié)合,僅需增加少量的模具成本卻能成倍地增加產(chǎn)量和實(shí)現(xiàn)高效自動化。最初的疊層模具因使用普通流道，每次注射都要去除澆道，是實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)的主要障礙，因而應(yīng)用較少。當(dāng)疊層式模具應(yīng)用了熱流道技術(shù)后，不用考慮澆道凝料的脫出，減少了分型面，縮短了開模行程及成型周期，其應(yīng)用才得到了較大的提高。疊層式模具最適于成型大型扁平制件、小型多腔薄壁制件和需大批量生產(chǎn)的制件。熱流道技術(shù)具有節(jié)約原料、易于自動化、提高產(chǎn)品性能、縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)點(diǎn)，將其與疊層式模具結(jié)合，僅需增加少量的模具成本卻能成倍地增加產(chǎn)量和實(shí)現(xiàn)高效自動化，故疊層式熱流道模具技術(shù)日趨受到世人的關(guān)注。
本次設(shè)計(jì)是一個(gè)屬薄壁制件，需大批量生產(chǎn)儀表外殼的疊層式熱流道模具，疊層式熱流道模具可以提高生產(chǎn)自動化和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。疊層熱流道模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其包括：熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，熔料傳遞方式。
熱流道系統(tǒng)主要由噴嘴、歧管、熱流道板、加熱裝置等組成。噴嘴形式有多種，常用的有開式噴嘴、針閥式噴嘴和井式噴嘴。開式噴嘴會引起流涎，塑件表面會有點(diǎn)并且成型塑件性能也會降低，形成的冷料甚至?xí)氯麧部?，疊層式熱流道系統(tǒng)通常采用閥式熱噴嘴。熱流道板和噴嘴上裝有加熱元件，而且通過溫控系統(tǒng)對加熱溫度進(jìn)行控制。
疊層式熱流道模具溫度控制系統(tǒng)有加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)是為了持續(xù)讓流道中的塑料呈熔融狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)是為了完成塑料和模具之間的熱量交換。加熱系統(tǒng)中溫度不能過高或過低，溫度過高，可能導(dǎo)致塑料分解變色，在塑件上形成缺陷，乃至報(bào)廢；溫度過低，塑料會在流道中形成較厚的固化層，影響實(shí)現(xiàn)連續(xù)注射因此，應(yīng)嚴(yán)格控溫。熱流道的溫度控制是熱流道技術(shù)的難點(diǎn)之一，為了控制好溫度，可以選用閉環(huán)控制的熱流道系統(tǒng)，再根據(jù)塑料的性能、成型溫度和制品要求選擇合適的溫控?cái)?shù)值和精度。
疊層式熱流道模具熱流道系統(tǒng)的主流道設(shè)置在模具中心部分，由于疊層式模具型腔有多個(gè)分型面，著意味著需要有一個(gè)機(jī)構(gòu)使這些分型面能同時(shí)分型。疊層式模具在開模時(shí)，不僅動模部分移動，中間部分同時(shí)移動，即應(yīng)同時(shí)開2個(gè)分型面，并由兩側(cè)的頂出機(jī)構(gòu)使塑件脫模。目前疊層式模具的開模方式一般有鉸接杠桿或齒條來同步開模，也可使用液壓系統(tǒng)。
疊層式熱流道模具設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下幾個(gè)問題：熱膨脹問題，澆口平衡問題，冷卻系統(tǒng)的平衡，防止流涎，隔熱措施。澆注系統(tǒng)無凝料、拉絲現(xiàn)象；實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)；具結(jié)構(gòu)盡量簡單，組裝、拆卸比較容易。
2 制品設(shè)計(jì)
2.1制件圖
產(chǎn)品的制件圖如下所示
·
圖1-1 制件圖
圖1-1 制件圖
2.2產(chǎn)品使用要求
該產(chǎn)品是一種儀表外蓋，因需從外面能看到里面，故要求材料透明外表面光潔度R小于0.5μｍ。另外還要求外蓋的絕緣性能良好，并且由于外蓋是暴露在外面的，所以要求材料的抗腐蝕能力較強(qiáng)。
2.3產(chǎn)品材料
根據(jù)上述使用要求，經(jīng)查表選用塑料ABS55。
3 工藝分析
3.1 塑料特性
透明ABS樹脂的透明度較高，耐容劑性能好，而且沖擊強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度都比較高。
ABS55（通用）樹脂的性能如下：
相對密度： 1.07 g/cm3
拉伸強(qiáng)度： 42.2MPa
彎曲強(qiáng)度： 71.6MPa
彎曲彈性模量： 1.96GPa
熱變形溫度(1.82MPa)： 86℃
壓縮比： 1.8～2.0
成型收縮率： 0.3％～0.8％
與鋼的摩擦因數(shù)： 0.21
泊松比： 0.35
3.2 塑料的注射工藝條件
螺桿轉(zhuǎn)速： 30～60r/min取45r/min
噴嘴溫度： 190～200℃取190℃
料筒溫度：
后部： 190～200℃取200℃
中部： 220～240℃取220℃
前部： 200～220℃取200℃
模具溫度： 50～70℃取60℃
注射壓力： 70～100MPa取90MPa
保壓壓力： 50～60MPa取56MPa
注射時(shí)間： 1～4s取4s
保壓時(shí)間： 15～40s取20s
冷卻時(shí)間： 10～30s取15s
成型周期： 30～80s取45s
3.3 塑件使用材料的工藝分析
ABS屬于熱塑性塑料，流動性好，其成型性能好；比熱容低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固?？?，成形周期短，可在柱塞式或螺桿式臥式注射機(jī)上成形；成形收縮率較?。?.3％～0.8％）。
ABS吸水率大（0.2～0.45％），成形前必須充分干燥。干燥條件：在空氣循環(huán)干燥中，溫度為80～90℃，干燥3～4小時(shí)即可使用。
塑件尺寸不大，外部形狀結(jié)構(gòu)簡單，注射成型容易，無抽芯機(jī)構(gòu)。
4選擇設(shè)備
根據(jù)塑料ABS的特性，其成型壓力為70～100MPa，預(yù)選2層模16腔，每層8腔。塑件體積為33.41cm3,塑件總體積為33.41×16＝534.56 cm3。由于采用疊層式注射模，且流道比較長，考慮注射機(jī)的注射能力，所以選用XS-ZY1000型臥式注射機(jī)。其成型技術(shù)規(guī)格如下：
最大注射量： 1000 cm3
螺桿直徑： φ85mm
注射壓力： 121MPa
注射行程： 260mm
注射時(shí)間： 3s
螺桿轉(zhuǎn)速： 21、27、35、40、45、50、65、83
選用45r/min
注射方式： 螺桿式注射
合模力： 4500KN
最大成型面積： 1800cm2
模板行程： 700mm
模具厚度：
最大： 700mm
最?。? 300mm
拉桿間距： 750×650mm
合模方式 ： 特殊液壓
油泵流量： 200、18、1.8L/min 選用200L/min
壓力： 14MPa
加熱功率： 16.5KW
機(jī)器尺寸： 7.67×1.74×2.38m
噴嘴球半徑： R18mm
噴嘴直徑： φ7.5mm
推出中心孔： φ150mm
5模具設(shè)計(jì)
5.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1 選擇分型面
根據(jù)分型面選擇原則，分型面應(yīng)選在最大截面處，再根據(jù)制件特點(diǎn)，四側(cè)面與外底面屬外表觀面，應(yīng)在型腔內(nèi)整體成型，因此選用截面A作為分型面（如圖5-1所示）。
圖5-1 分型面示意圖
5.1.2 布置型腔
根據(jù)設(shè)計(jì)高效率疊層注射模以及結(jié)合制件尺寸結(jié)構(gòu)，布置型腔。制件結(jié)構(gòu)簡單，壁厚較小，體積不大，截面尺寸也不大，長 / 寬＝115 / 72=1.6 由上所述，設(shè)計(jì)模腔一模十六腔，每層八腔，由于塑件的長是寬的1.6倍，將型腔排成兩排，一排四個(gè)，在長寬度方向各排列四個(gè)。這樣讓模具型腔排布比較緊密，充分發(fā)揮了模具生產(chǎn)能力。（分布如圖5-2）
圖5-2 型腔分布示意圖
5.1.3 確定成型零部件結(jié)構(gòu)
圖5-3 型芯結(jié)構(gòu)圖
5.1.4 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于采用一模16腔的高效疊層模具，型腔多，流道長，改變方向次數(shù)多，采用冷流道注射較困難，且凝料體積大，材料浪費(fèi)率高，若采用熱流道，將大大減少凝料，且能保證物料流程。熱流道技術(shù)費(fèi)用高，適用于高效無凝料生產(chǎn)，通過提高生產(chǎn)率，減少凝料來彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，合適時(shí)可降低塑件總成本。
1)選用澆口
根據(jù)澆口選用原則，澆口設(shè)在塑件底面中心位置處，采用針點(diǎn)澆口。澆口很小，基本上無痕跡，不影響外觀質(zhì)量。
2）流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)型腔布置和模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用無流道技術(shù)在流道板上加工流道，鉆削流道末端，流道末端用螺栓密封。(見流道板零件圖)
3）選用噴嘴類型
由于ABS熔料較稀，在開模過程中澆口處會出現(xiàn)流涎、拉絲等現(xiàn)象，可能導(dǎo)致熔料在模板上冷凝，從而阻止模具型腔的密封導(dǎo)致生產(chǎn)無法進(jìn)行。為了防止此現(xiàn)象的發(fā)生，選用閉合式噴嘴，且采用壓縮彈簧驅(qū)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)型腔壓力降低到保壓力，注射機(jī)停止注射時(shí)，壓縮彈簧驅(qū)動柱銷閉合澆口，而且這樣還可以防止倒流現(xiàn)象。當(dāng)塑件取出，注射機(jī)開始注射時(shí)，注射熔料的在高壓力下會把柱銷的斜錐面柱銷推開，從而打開澆口，進(jìn)行注射。
噴嘴與流道板處用螺紋聯(lián)接，這樣既可以防止了漏料現(xiàn)象又使流道板的熱膨脹問題得到簡化，噴嘴與流道板固定，讓噴嘴與噴嘴對應(yīng)孔在熱膨脹方向有一定間隙并且可解決熱膨脹問題。
4）主流道杯
因?yàn)椴捎脽崃鞯兰夹g(shù)，主流道采用線圈加熱的熱流杯，采用外加熱式線圈加熱裝置，主流道杯與其穿過的各個(gè)模板用導(dǎo)熱率較低的材料隔熱。同樣為防止流涎現(xiàn)象，采用閉合式主流道杯。在其前端加一個(gè)頂針，當(dāng)注射機(jī)注射時(shí)，頂針被打開，當(dāng)注射機(jī)停止注射，由于流道內(nèi)的熔料有一定壓力，壓著頂針使其閉合，這樣就防止了熔料流涎。
5.1.5 開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
開模機(jī)構(gòu)采用了較經(jīng)濟(jì)的齒輪齒條開模機(jī)構(gòu)。在模具的中間板上安裝一齒輪，齒輪裝在軸承上，軸承固定在中間板上的軸上。齒條的另一端固定在動模板上，齒輪上下各一根，當(dāng)開模時(shí)，注射機(jī)拉動動模座板，使第二層的動模板運(yùn)動，第二層動模板通過齒條使中間板上的齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪會給第一層上的齒條一個(gè)力，使第一層動模板固定不動，中間板受到齒條一推力，使中間板與第一層動模板分離，中間板兩面都是型腔，也即使第一層分型面分開。（如圖5-4）
圖5-4 開模機(jī)構(gòu)簡圖
5.1.6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于模具的型腔多，每層各8腔，若采用推桿或推管推出，比較麻煩，制件壁厚并非過小，塑件在開模方向高度又不是很大，完全可以采用推件板推出方式推出制件。這樣做的前提是塑件在開模后留在型芯上。模具一共兩層，第二層與單板式模具一樣用注射機(jī)液壓做動力來源，第一層只能用彈簧、拉桿或其他的部件，在開模時(shí)給推件板一推力或拉力，完成開模。本模具型腔多，脫模力可能會太大，不適合用壓縮彈簧來脫模，可采用拉塊拉動推件板來推出塑件。
5.1.7 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
對主流道和噴嘴的加熱，課采用線圈加熱，對流道板可采用加熱棒加熱。制件的體積小，熱量少，在一個(gè)方向冷卻即可。
5.2主要零部件尺寸計(jì)算
5.2.1 成型零部件尺寸計(jì)算
計(jì)算方法有兩種：平均值法和公差帶法。
在討論計(jì)算方法之前，對塑件尺寸和成形零部件的尺寸偏差統(tǒng)一規(guī)定按“入體”原則標(biāo)注，即對包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用單向正偏差標(biāo)注，基本尺寸為最小。設(shè)Δ為塑件公差，δz為成形零件制造公差，則塑件內(nèi)徑為l ,型腔尺寸為L。而對被包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用單向負(fù)偏差標(biāo)注，基本尺寸為最大，如型芯尺寸為l，塑件外形尺寸為L。而對于中心距則采用雙相對稱偏差標(biāo)注，例如，塑件間中心距為C,而型芯間的中心距為C。當(dāng)塑件原有偏差的標(biāo)注方法與此不符合時(shí)，應(yīng)按此規(guī)定換算。
平均值法是按塑件收縮率、成型零件制造公差和磨損量均為平均值時(shí)制品獲得的平均尺寸來計(jì)算的。公差帶法是使成型后的塑件尺寸均在規(guī)定的公差帶范圍內(nèi)，具體求法是先以在最大塑料收縮率時(shí)滿足塑件最小尺寸要求，計(jì)算出成型零件的工作尺寸，然后校核塑件可能出現(xiàn)的最大尺寸是否在規(guī)定的公差帶范圍內(nèi)；或者反之，按最小塑料收縮率時(shí)滿足塑件最大尺寸要求計(jì)算成型零件工作尺寸，然后，校核塑件可能出現(xiàn)的最小尺寸是否在其公差帶范圍內(nèi)。為便于修模，延長模具壽命，型腔按最小塑件尺寸計(jì)算，型芯按最大塑件尺寸計(jì)算。
5.2.1.1 型腔尺寸計(jì)算
塑件型腔尺寸有長：115，寬：72，高：26.5
1）型腔長計(jì)算
對應(yīng)于塑件尺寸 115 ，塑料平均收縮率Scp=0.55%， δz =Δ=0.193，介于IT10～I(xiàn)T11之間。
按平均值法：
L=[Ls+LsSc p-Δ]
=[115+1150.55% -0.58]
=115.20 (mm)
按公差帶法：型腔尺寸以塑件最小尺寸計(jì)算
L=[(1+Smax)Ls –Δ]
=[(1+0.8%)115 –0.58]
=115.34 (mm)
校核：L+δz+δ c–LS ≤ L
δc=Δ=0.096
115.34+0.193+0.096 –115 0.3%
=115.352>115
不滿足要求，因此必須對凹模制造公差δz和磨損量δc加以修正，從壽命角度考慮，在精度不是很高時(shí)，不希望δc縮小，若按IT7級制造精度：
δz=0.035mm ; 型腔基本尺寸按115.20計(jì)算
115.20+0.035+0.096 –1150.3%=114.982<115
所以型腔長為：115.2 0mm
2）型腔寬： 對應(yīng)于塑件尺寸72，
δz =Δ=0.153，制造精度在IT10～I(xiàn)T11之間。
按平均值法：按IT9級制造，δz=0.074
L=[ L+ LS-Δ]
=[72+720.55%-0.46]
=72.05（mm）
按公差帶法：
L=[(1+Smax)Ls –Δ]
=[(1+0.8%)72 –0.46]
=72.12 (mm)
校核: L+δz+δc–LS ≤ L
δc=Δ=0.076
72.12+0.153+0.076 –720.3%>72
若型腔寬基本尺寸取72.05，校核滿足條件。即型腔寬為：72.05mm
3）型腔高： 對應(yīng)于塑件尺寸26.5
按平均值法：δz =Δ=0.093，制造精度在IT10~IT11之間，按IT10級制造精度制造δz =0.084，δc=Δ=0.046
H=[H+HS–Δ]
=[26.5+26.50.55%–0.28]
=26.46(mm)
按公差帶法：由于型腔修模時(shí)，修模板比修型腔底部容易，型腔高應(yīng)按最大
尺寸計(jì)算，H=[(1+S)H–δz]
=[(1+0.3%)26.5–0.084]
=26.5 (mm)
校核：H–HS+Δ≥H
26.5–26.50.8%+0.28=26.57>26.5
滿足要求，由于型腔應(yīng)取大值便于修模，所以：型腔高為26.5mm.
5.2.1.2 型芯尺寸計(jì)算
型芯尺寸按IT10級精度制造，δz =0.140
1） 型芯長：對應(yīng)于塑件尺寸112，
按平均值法：
l=[(1+Scp)l+Δ]
=[(1+0.3%)112+0.58]
=113.44 (mm)
公差帶法：型芯修模時(shí)可修小，不易修大，按最大尺寸計(jì)算。
l =[(1+S)l +Δ]
=[(1+0.3%)112+0.58]
=112.92(mm)
校核：l–(δz +δc)–S l≥l
δc=Δ=0.096mm
112.92–(0.084+0.096)–0.8%112=111.844<112
不滿足要求，取lm=113.44校核可以滿足，即型芯長為113.44mm
2）型芯寬：對應(yīng)于塑件尺寸69
按IT10級精度制造δz=0.140
按平均值算法：
l=[(1+Scp) l+Δ]
=[(1+0.55%)69+Δ]
=69.72 (mm)
按公差帶法計(jì)算：l–(δz +δc)–S l≥l
δc=Δ=0.076mm
69.69–(0.140+0.076)–0.8%69=68.902<69
用較大值型芯基本尺寸lm=69.72，制造精度不變可滿足要求，
即型芯寬為69.72mm
3）型芯高：對應(yīng)于塑件尺寸24.5
按IT10級精度制造，δz=0.084
按平均值算法：
h=[(1+Scp)h+Δ]
=[(1+0.55%)24.5+0.28]
=24.82(mm)
按公差帶法：型芯為軸肩連接組合式結(jié)構(gòu)，試模與修模時(shí)修磨型芯固定板上的平面較為容易，應(yīng)按塑件最小尺寸計(jì)算。
h=[(1+S) h+δz]
=[(1+0.8%)24.5+0.084]
=24.78 (mm)
校核：h–S h–Δ≤h
24.78–24.50.3%–0.28=24.43<24.5
可以滿足要求即型芯高為24.78mm.
5.2.1.3 型芯中心距計(jì)算
1）橫向中心距: 對應(yīng)于塑件尺寸104
平均值法計(jì)算：Cm=[Cs+Cs Scp] 與公差帶法計(jì)算結(jié)果相同，
若按δz=Δ, δz=0.073mm
現(xiàn)按IT8級精度制造，δz=0.054mm.
C=[C+ CS]
=[104+1040.55%]
=104.57(mm)
2）縱向中心距：對應(yīng)于塑件尺寸61，按IT8 級精度制造，δz=0.046mm
C=[ C+ CS]
=[61＋610.55%]
=61.34(mm)
5.2.1.4 型腔壁厚與底板厚計(jì)算
型腔采用整體式，直接在模板上加工
1）型腔壁厚S計(jì)算
按剛度條件：S=
C—常數(shù)，隨l/h而變化；
P—型腔壓力,MPa；
h—型腔深度,mm;
E—型腔板的彈性模量，MPa;
δ—變形量，mm.
l/h=115/26.5=4.34,查得C=0.1407;
初選型腔壓力p=30MPa; 型腔深度h=26.5mm;
鋼的彈性模量E=2.2×10 MPa，許用變形量δ=0.05mm
S==5.50(mm)
型腔壁厚應(yīng)S≥5.5mm
2）型腔底板厚t計(jì)算
按剛度計(jì)算：t=
C—常數(shù)，與l/b有關(guān)；
l/b=115/72=1.597,查得C=0.0251
型腔壓力p=30MPa,型腔寬b=72mm,E=2.2×10MPa,[δ]=0.05mm
t==12.25(mm)
按強(qiáng)度計(jì)算：
t=b
ф=b/l,b—型腔寬，l—型腔長；
[σ] —型腔板的許用應(yīng)力，查得[σ]=785MPa;
t=72× =8.5(mm)
型腔底板厚度應(yīng)滿足t≥12.25mm
5.2.2 確定模具各部分結(jié)構(gòu)尺寸
模具結(jié)構(gòu)（如附裝配圖）
各模板尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)模板選取，
長寬厚 來源
定模座板尺寸： 50056030mm 從標(biāo)準(zhǔn)模架上選用
動模固定板尺寸：50056030mm 從標(biāo)準(zhǔn)模架上選用
動模板尺寸： 50056030mm GB4169.8─1984
型腔板尺寸： 50056050mm GB4169.8─1984
中間板尺寸： 500560130mm 由于其厚度受限制，選用非標(biāo)準(zhǔn)的或由標(biāo)準(zhǔn)模板加工而成
墊板尺寸： 100560100mm 從標(biāo)準(zhǔn)模架上選用
動模座板尺寸： 50063030mm 從標(biāo)準(zhǔn)模架上選用
推件板尺寸： 50056063mm GB4169.8─1984
推板尺寸： 28656040mm GB4169.7─1984
推板固定板尺寸：28656025mm GB4169.7─1984
導(dǎo)柱： ф4025025mm GB4169.4─1984
導(dǎo)套： ф4063mm GB4169.2─1984
ф4063mm(兩個(gè)) GB4169.3─1984
推桿： ф25120mm GB4169.1─1984
聯(lián)接堅(jiān)固零件：
定模座板到第二動模板固定螺栓： 6─M16 GB5783─86
動模座板與第一動模板固定螺栓： 6─M16 GB5783─86
推板與推板固定板固定螺栓： 4─M12 GB5783─86
兩型腔板與中間板固定螺栓： 4─M12 GB5783─86
兩半流道板的固定螺栓： 4─M8 GB5783─86
齒條與動模板固定螺栓： 8─M8 GB5783─86
其它零部件：
推出機(jī)構(gòu)中的齒輪齒條機(jī)構(gòu)：
齒輪m=3,z=30,B=25mm，（兩個(gè)）
齒條m=3,寬20mm,厚10mm,,長300mm(4根)
主流道杯上加熱棒：ф20280mm(4根)
5.2.3 澆注系統(tǒng)計(jì)算
流道系統(tǒng)采用的是熱流道系統(tǒng)，由前面確定的流道結(jié)構(gòu)和型腔分布，計(jì)算并確定各個(gè)主分流道的尺寸，其中包括主流道杯，流道，澆口，噴嘴，噴嘴驅(qū)動裝置，以及流道板的尺寸。
5.2.3.1主流道杯尺寸確定
注射機(jī)噴嘴頭的球面半徑為R18,為防止漏料，注射機(jī)的噴嘴球半徑要與模具的主流道杯配合，一般R1應(yīng)比主流道始端球的半徑小1～2mm。主流道杯配合球半徑取R19。注射機(jī)噴嘴孔直徑為7．5mm，主流道杯流道直徑取8mm。
5.2.3.2 流道和澆口尺寸確定
實(shí)踐證明當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率=～澆口的剪切速率=～s時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量較好。
對于一般熱塑性塑料，上面推薦的剪切速率可作為計(jì)算模具流道尺寸的依據(jù)。在計(jì)算中可使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：
=3.3
R─表征流道斷面尺寸的當(dāng)量半徑，cm
─體積流量，cm/s。
在計(jì)算各流道尺寸時(shí)可先計(jì)算各流道的體積流量，據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先確定各流道的剪切速率，再計(jì)算求出流道的當(dāng)量半徑或查── R關(guān)系曲線也可。
=113.6 （cm/s）
預(yù)選主流道剪切速率=，=113.6 cm/s，
流道當(dāng)量半徑R= ==0.39(cm)，取D=8mm
第一分流道=，=113.6／2 cm/s＝56.8 cm/s，
流道當(dāng)量半徑R= == (cm)，取D=8mm
第二分流道=,=56.8／２ cm/s＝28.4 cm/s，
流道當(dāng)量半徑R= ==0.18(cm)，取D=6mm
澆口處=,=33.4／4 cm/s＝8.4 cm/s，
澆口當(dāng)量半徑R= ==0.06(cm)，取澆口直徑d=1.2mm
設(shè)第一澆口直徑為d=1.2mm，對離主流道較遠(yuǎn)的第二澆口用流動平衡的平衡系數(shù)法求得。該法的原理是使各個(gè)型腔的平衡系數(shù)相等或成比例，其公式為
k=
K─澆口平衡系數(shù)，它與通過澆口的熔體質(zhì)量成比例；
S─澆口的斷面積,mm；
L─澆口長度，mm;
a─主流道到型腔澆口的距離，mm.
取噴嘴流道與第二分流道直徑相等，d=6mm,澆口長設(shè)為２mm,根據(jù)型腔分布流道及澆口尺寸如圖
k==
k==,即＝
d=1.43mm,由于第二澆口距離主流道比較遠(yuǎn)，壓力降較大，為盡量平衡進(jìn)料取d=1.5mm。
5.2.3.3 噴嘴和噴嘴驅(qū)動裝置（圖5-5）
1─流道板2─鎖緊螺母3─彈簧4─墊塊5─驅(qū)動柱銷
6─噴嘴7─熱電偶8─加熱線圈9─隔熱套10─型腔板
圖5－5 熱流道噴嘴
噴嘴流道直徑取d=6mm，其與流道板聯(lián)接用M20螺紋聯(lián)接。
剛開始保壓時(shí)，保壓力為p=56MPa，第一澆口驅(qū)動柱銷直徑為1.2mm柱銷受力
F1 =3.14 1.210 56 10
=63.3(N)
柱銷驅(qū)動彈簧壓縮力應(yīng)≤63.3N且要小于注射時(shí)在注射壓力下柱銷所受的力，讓澆口能夠在注射時(shí)打開。
注射型腔壓力下柱銷受力
F2=3.14 1.2103010
=33.912(N)
壓縮彈簧的壓縮力33.912N≤F<63.3N
選用65Mn鋼彈簧，中徑D=10mm，d=1mm,H0=26mm,k=6.9N/m
澆口關(guān)閉時(shí)壓縮量為 5mm，彈簧長為21mm，彈簧壓縮力F=56.9=34.5>33.912,當(dāng)注射時(shí)彈簧壓縮力F=76.9=48.3<63.3, 可滿足要求。
5.2.3.4流道板的尺寸確定
由型腔分布和澆口位置確定末級分流道長為(46+92)2=276(mm)，再考慮到流道末端用螺紋密封，給密封螺栓留一定安裝尺寸，取流道板尺寸為：310290120mm。為安裝噴嘴驅(qū)動裝置，流道板厚度上分為兩半．
5.2.4 冷卻系統(tǒng)計(jì)算
5.2.4.1 計(jì)算單位時(shí)間里型腔內(nèi)總熱量Q(kJ/h)
Q=
Q1─單位質(zhì)量的塑料制件從熔體進(jìn)入型腔開始到冷卻結(jié)束時(shí)所放出的熱量，kJ/kg，又稱單位熱流量之差或熱焓之差；
W─單位時(shí)間內(nèi)注入型腔中的塑料質(zhì)量，kg/h；
N─每小時(shí)注射次數(shù)。
查得Q1=3.1102～4.0102，取Q1=4.0102kJ/kg
注射時(shí)間為=4s，保壓時(shí)間為=20s，冷卻時(shí)間為=15s，開模時(shí)間為=6s
總成型周期為4+20+15+6=45(s)
N=3600/45=80
每個(gè)塑件體積為33.4cm3，ρ=1.07g/ cm3
每次注射總質(zhì)量為 33.41.0716g=0.572kg
取G=0.6kg
Q=800.64.0102=18304(kJ/h)
5.2.4.2 通過自然冷卻所散發(fā)的熱量Q,Q,
1）由對流所散發(fā)的熱量(kJ/h)
─模具表面積，
─模具平均溫度，℃
─室溫，℃
─傳熱系數(shù)，kJ/(?h?℃)
當(dāng)0℃<<300℃時(shí)
=4.187
=4.187
除了暴露在空氣中模具的四個(gè)側(cè)表面積外，不應(yīng)包括動模和定模兩個(gè)分型面的表面積，由于只有開模狀態(tài)下，動、定模兩個(gè)分型面才會散發(fā)熱量，故有
=
─模具的四個(gè)側(cè)面表面積，
─模具兩分型面表面積，
─開模率，定義為==6/45=0.13
=0.50.562=0.56()
=(0.5+0.56) 20.656=1.39()
==0.56+1.390.13=0.74(m2)
=4.187
=613.2(kJ/h)
2）輻射散發(fā)的熱量（kJ/h）
=
ε為輻射率一般表面為0.8～0.9,取ε=0.8
=
=1314.1(kJ/h)
5.2.4.3 計(jì)算由冷卻管道帶走的熱量Q2
Q2==193.4-613.2-1314.1=16376.7(lJ/h)
凹模Q2G=0.5 Q2=8188.4(kJ/h)
凸模 Q2K=0.5Q2=8188.3(kJ/h)
5.2.4.4 計(jì)算塑件和模壁溫度
1）求塑件與型腔壁溫差平均值
=
─塑件與模具間的傳熱系數(shù)，=1549 kJ/(?h?℃)
─塑件型腔的表面積，
─有效傳熱率，===0.867
=16
=0.292
= =21(℃)
2）推出塑件溫度
設(shè)熔體溫度為210℃,=70℃,=60℃,=65
=150℃,=21℃
查得=2℃，℃
脫模溫度為 72℃,小于ABS的熱變形溫度86℃
5.2.4.5 計(jì)算冷卻管道尺寸
設(shè)=18℃，=22℃，=20℃
1）冷卻水流量=
=
=8.2(m/min)
查得冷卻水管直徑為12mm,冷卻水流速為
v=
=
=1.2(m/s)
2）所需冷卻水表面積
在模上共設(shè)計(jì)8根冷卻水管，長560mm與型腔距離10mm，管道直徑為12mm
─冷卻水管壁與冷卻水交界面?zhèn)鳠崮さ跀?shù)
─冷卻水管表面積，
─冷卻水管壁平均溫度，℃
─冷卻水平均溫度，℃
當(dāng)>6000時(shí)，=
=20℃, =,=65℃,
=
─模板的熱導(dǎo)率，kJ/(?h?℃)
─模具型腔壁與冷卻水管壁之間距離，m
、─冷卻水管壁表面尺寸，m
、─型腔壁表面尺寸,m。
=
=2.510h℃/kJ
=,==3.1 h℃/kJ
==65-8188.4=65-2.4=62.6(℃)
=
=9.6 ()
冷卻管表面積為163.140.0120.56=0.34()>9.6
3）所需冷卻水管總長度L
L==
=
=0.034(m)
冷卻水管總長為8根0.56m的，顯然夠用。
5.2.4.6 冷卻水流動狀態(tài)校核
為保證冷卻效率，使冷卻水處于紊流狀態(tài)，雷諾數(shù)≥6000～10000
= v─冷卻水平均流速，d─冷卻水管直徑，
─水運(yùn)動黏度，=1.6
==14400>100000
5.2.5 推出機(jī)構(gòu)計(jì)算
5.2.5.1 推件板厚度t計(jì)算
按剛度計(jì)算：
t=0.54L
L—推件板長度上兩推桿的最大距離,mm；
B—推件板寬度，mm；
F—脫模力，N;
[δ] —推出板中心所允許的最大變形量，一般可取制件在被推出方向上的尺寸公差的～
計(jì)算脫模力：
脫模力按矩環(huán)形斷面薄壁制件（t/d≤0.05） 計(jì)算，
F=+0.1A
K—無量綱系數(shù)，隨f和而變，K=1+fsincos也可查表求得；
—脫模斜度，；
δ—矩環(huán)形制件的平均壁厚，mm;
S—塑料平均收縮率；
E—塑料的彈性模量，MPa;
L—制件對型芯的包容長度，mm;
f—制件與型芯之間的摩擦因數(shù)；
μ—塑料的泊松比；
A—盲孔制品型芯在垂直于脫模方向上的投影面積，mm,通孔制件的A等于零.
=0,δ=1.5mm,E=1.4×10MPa,L=24.5mm,S=0.55%,f=0.21,
μ=0.35,A=8×8=64mm,K=1+0.21×0×1=1
F=+0.1A
=+0.164
=18085.4+6.4
=18091.8(N)
按剛度計(jì)算推件板厚度：
初選標(biāo)準(zhǔn)模架A2─500560─16─Z1 GB/T12556.1─90
模板長560mm，寬500mm,取=400mm,
B=500mm，F(xiàn)=18091.8 N,E=2.210MPa,[δ]=0.04
由于脫模力分散，是均布力，把每層上的8個(gè)型腔的脫模力折合成四個(gè)集中力來計(jì)算，此時(shí)
t=
=0.54
=59.6(mm)
推件板厚度必須滿足t≥59.6mm
5.2.5.2 推桿直徑計(jì)算
穩(wěn)定性計(jì)算：
d=
k─安全系數(shù)，取k=1.5;
L─推桿長度,mm;
n─推桿數(shù)量,
F─脫模力,N;
E─鋼材的彈性模量，MPa
L=170mm,F=818091.8N,n=2,E=2.1105MPa
d=1.5
=4.1(mm)
按強(qiáng)度計(jì)算：
─推桿的許用應(yīng)力，MPa；查得45鋼的=600MPa
d==19.4(mm)
所以推桿直徑d
5.3 校核
5.3.1 模具與注射機(jī)關(guān)系校核
1）注射量校核：
=1633.4+0.62(4.3516+28.44)+ 0.82(23.3+902)
=534.4+33.3+107.2=674.9(cm3)<10000.8=800 cm3
2）注射壓力校核
注射機(jī)最大注射壓力為121MPa,塑料需要的注射壓力為70～100MPa
3）鎖模力校核
─型腔內(nèi)塑料熔體沿注射機(jī)軸向的推力，N;
A─塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm2
─型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力，MPa, =30MPa
─注射壓力，MPa, =90MPa
k─壓力損耗系數(shù)，與塑料口種，注射要形式，噴嘴阻力等因素有 關(guān)，一般取0.2～0.4，取k=0.3
A=11572=8280 mm2
=82800.390=223560N<注射機(jī)鎖模力4500N
4）模具安裝部分尺寸校核
模具厚度：模具厚度為300mm<656mm<700mm滿足要求
模具長度和寬度：注射機(jī)拉桿間距為750650,模具長寬尺寸為630560mm
定位環(huán)尺寸：模具定位環(huán)尺寸與注射機(jī)定位環(huán)尺寸都是ф150，用較小的間隙配合，給模具開模垂直平面上固定。
噴嘴尺寸：注射機(jī)噴嘴球半徑為R18，模具上與之對應(yīng)的配合尺寸為R19,符合要求。
5）開模行程校核：由于采用的是熱流道，無需脫凝料，制件在開開模方向尺寸為26.5mm，第二層靠的是推桿推出制件，推桿的行程為
100-40-25=35mm﹥26.5mm
5.3.2 物料流程與流動比校核
流道走最遠(yuǎn)路程為主流道杯段d=8mm長233mm，一級分流道段d=8mm長92.5mm ，二級分流道段d=6mm長45mm，末級分流道段d=6mm長138mm,噴嘴段d=6mm長43.5mm。總共是d=8mm，長325.5mm，d=6mm，長226.5,平均取d=7mm，則l/d=226.5+325.5/7=78.9,ABS流動比為240～120,顯然能滿足物料流程。
結(jié)論
本次設(shè)計(jì)采用的是熱流道疊層式注射模具，這種注射模具既可以充分發(fā)揮注塑機(jī)的能力，又節(jié)省人力和設(shè)備資源，而且極大地提高生產(chǎn)效率。該設(shè)計(jì)的熱流道澆注系統(tǒng)，總體來說結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，適用于大批量生產(chǎn)，而無凝料生產(chǎn)，一模多腔，雙層型腔，這些優(yōu)點(diǎn)大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。但在生產(chǎn)中對加熱溫度要嚴(yán)加控制，防止加熱過度與不夠。
致謝
經(jīng)過半年的艱苦努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲。作為一個(gè)本科生，由于經(jīng)驗(yàn)匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促和指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在此首先感謝我的導(dǎo)師黃傳輝副教授。他時(shí)刻關(guān)注我的研究進(jìn)程，雖然他工作繁忙，但每周還是騰出固定時(shí)間來指導(dǎo)我，幫助我開拓研究思路。而且每當(dāng)我有疑問的時(shí)候，他不論問題簡單與否都細(xì)心解說。在此謹(jǐn)向黃傳輝副教授致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
同時(shí)也要感謝和我一起奮斗的同學(xué)們，每當(dāng)我遇到困難時(shí)，你們的幫助和支持給了我很大的動力去克服它們。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始選擇課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！
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