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湖南大學(xué)衡陽分校
畢 業(yè) 設(shè) 計
課 題 瓶蓋注射模設(shè)計
專 業(yè) 模具設(shè)計與制造
班 級
學(xué)生姓名
指導(dǎo)老師
2006年5月20日
目 錄
一、 塑件的分析 ……………………………………… (3)
二、 型腔數(shù)目的確定及排布 ……………………………(5)
三、 注射機的初步選擇 ……………………………… (6)
四、 澆注系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………(7)
五、 分型面與排氣槽設(shè)計……………………………(9)
六、 成形零件的設(shè)計…………………………… (11)
七、 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計…………………………… (17)
八、 推出機構(gòu)的設(shè)計…………………………… (19)
九、 溫控系統(tǒng)的設(shè)計………………………………(19)
十、 注射機的參數(shù)校核 ……………………………… (22)
十一、設(shè)計小結(jié) …………………………………(23)
十二、參考文獻 ……………………………………(24)
第一部分 塑件的分析
一、塑件的使用要求
耐用，耐磨，可以承受較大的沖擊力，不易摔壞；好看，有光澤
表面較光滑；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以耐高溫（一般低于100oC），耐化學(xué)腐蝕。
二、塑件的材料選擇及其材料的介紹
根據(jù)塑件的用途及其使用要求，選用ABS塑料。
ABS的介紹：
1.名稱 中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer
2.基本特性 無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，密度在1.02~1.05g/cm3,其收縮率為0.3~0.8%。ABS 吸濕性很強，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流動性一般，溢料間隙約在0.04mm。ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。
3.成型特點 ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的陰力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60oC，要求塑件光澤和耐熱時，應(yīng)控制在60~80 oC。
4.主要技術(shù)指標
比容：0.86~0.98cm3/g。 熔點：130~160oC
吸水性：0.2~0.4% (24h)
熱變形溫度：4.6×105Pa---- 90~108oC
18.0×105Pa---- 83~103oC
屈服強度: 50MPa
拉伸彈性模量：1.8GPa
抗彎強度：80MPa
5.ABS的注射工藝參數(shù)
注射機類型： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）： 30~60
噴嘴形式： 直通式
噴嘴溫度（oC）： 180~190
料筒溫度（oC）： 前 200~210 中 210~230 后 180~200
模溫（oC）： 50~70
注射壓力（MPa）： 70~90
保壓力（MPa）： 50~70
注射時間(s)： 3~5
保壓時間(s)： 15~30
冷卻時間(s)： 15~30
成型周期(s)： 40~70
三、 塑件的形狀及其尺寸
塑件的工作條件對精度要求較低，根據(jù)ABS的性能可選擇其塑件的精度等級為5級精度（查閱《塑料成型工藝與模具設(shè)計》P66表3-8）。
經(jīng)計算得塑件的底面積為：S塑=530.66mm2
得塑件的體積為：V塑=2.49cm3
塑件的質(zhì)量為：W塑 =V塑×r塑=2.62(g)。
塑件圖：
第二部分 型腔數(shù)目的決定及排布
已知的體積V塑或質(zhì)量W塑 ，又因為此產(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的小型塑件，綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，初步確定采用一模四腔對稱性排布。排布圖如下圖示：
型腔數(shù)目及排布圖
第三部分 注射機的初步選擇
一、注射量的計算：Q=4×2.62=10.48 (g)
二、初步選擇：XS-ZY-125型注射機
三、XS-ZY-125 型注射機的主要參數(shù)
額定注射量(cm3)： 125
螺桿直徑 (mm): 42
注射壓力 (MPa): 120
注射行程（mm）： 115
注射時間（s） : 1.5
注射方式 ： 螺桿式
合模力 kN : 900
最大注射面積（cm2）： 320
最大開（合）模行程（mm）： 300
模具最大厚度（mm）： 300
模具最小厚度（mm）： 200
噴嘴圓弧半徑（mm）： 12
噴嘴孔徑（mm）： 4
第四部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注射模設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注射成形周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度等）都直接影響。
一、設(shè)計時須遵循如下原則
1.結(jié)合型腔布局考慮；
2.熱量及壓力損失要??；
3.確定均衡進料；
4.塑料耗量要少；
5.消除冷料；
6.排氣良好。
二、澆注系統(tǒng)的組成
普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道，分流道，澆口和冷料穴等四部分組成。
三、澆注系統(tǒng)設(shè)計
為使塑件去掉澆口方便，并結(jié)合物料特性，以及塑件的形狀，以采用潛伏式點澆口為宜。
1. 主流道尺寸 根據(jù)該塑件體積及表3-10，可得體積流率Q=（4×2.49）/1.6≈6.55cm3/s,取主流道中熔體流動rs=5×103s-1,由圖3-56r-Q-Rn關(guān)系曲線圖，可得Rn=4.50mm,故得主流道大端尺寸D=2Rn=9. mm，小端尺寸由注射機噴嘴尺寸，取d=4mm,SR=12+2=14mm。主流道的形狀和尺寸如圖所示：.
2. 澆口套圖:
2.分流道尺寸 為使四澆口能同時進料，各分流道按平衡式布置，故熔體在各分流道中的流速，為使分流道易于加工和頂出凝料系統(tǒng)容易，采用設(shè)在模具一邊的梯形形分流道。
梯形大底邊寬度: B=0.2654×4.83×3.9=5
梯形高度: H=0.67×B=3.35
3.為了塑件表面質(zhì)量及美觀采用側(cè)澆澆口,其尺寸 d=0.15×6.7=1
4.冷料穴 底部設(shè)計成帶有球頭形拉料桿的冷料穴，目的是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量。
該模具澆注系統(tǒng)的尺寸如圖所示
模具澆注系統(tǒng)圖
第五部分 分型面與排氣槽設(shè)計
分型面為定模與動模的分界面。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成形的先決條件。
一、分型面的選擇原則
1.使塑件在開模后留在有動模上；
2.分型面的痕跡不影響塑件的外觀；
3.澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；
4.使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；
5.使塑件易于脫模。
二、分型面的設(shè)計 如下圖所示：
分型面圖
三、排氣槽設(shè)計
當塑料熔體填充型腔時,必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈,一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計型腔時必須考慮排氣問題。有時在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設(shè)溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。
通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。
第六部分 成形零件設(shè)計
一、成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.凹模 采用整體式凹模
2.凸模 由于塑件帶有螺紋，為了簡化模具的加工工藝，凸模設(shè)計成活動鑲塊的形式，活動鑲塊的固定方式如下圖所示：
活動鑲塊的固定方式
二、成型零件工作尺寸的計算
1.產(chǎn)生偏差的原因
①.塑料的成型收縮 成型收縮引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因有：預(yù)定收縮率（設(shè)計算成型零部件工作尺寸所用的收縮率）與制品實際收縮率之間的誤差；成型過程中，收縮率可能在其最大值和最小值之間發(fā)生的波動。
σs=(Smax-Smin)×制品尺寸
σs —— 成型收縮率波動引起的制品的尺寸偏差。
Smax、Smin —— 分別是制品的最大收縮率和最小收縮率。
②.成型零部件的制造偏差 工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和裝配偏差。
③.成型零部件的磨損
２.本產(chǎn)品為抗沖ＡＢＳ制品，屬于大批量生產(chǎn)的小型塑件，預(yù)定的收縮率的最大值和最小值分別?。?6%和０.3％。此產(chǎn)品采用５級精度，屬于低精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)x取值可在0.5~0.75的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到IT７～IT８級，綜合參考，相關(guān)計算具體如下：
型腔徑向尺寸的計算：
LM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌsl-0.5Δ]+δZ0
= [(1+0.45%)×26-0.5×0]+0/30
=37.4 mm
LM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Ｌs2-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.45%)x10.2-0.5×0.20]+0030
=14.78+0.030 mm
型腔深度尺寸的計算：
圖2：HM1=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ] +δZ0
+δZ0= [(1+0.45%)×8.5-0.5×0]
=12.325 mm
圖1 HM2=[(1+(Smax+Smin)/2)Hsl-0.5Δ] +δZ0
= [(1+0.45%)×4.5-0.5×0.15] +0.050
=6.45 +0.050 mm
型芯的徑向尺寸的計算：
lM1=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.45%)×6.99+0.5×0.40]0-0.15/
=10.330-005 mm
lM2=[(1+(Smax+Smin)/2)lsl+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.45%)×6.05+0.5×0.40]0-0.15/
=8.970-005 mm
型芯深度尺寸的計算：
hM=[(1+(Smax+Smin)/2)hsl+0.5Δ]0-δZ
= [(1+0.45%)×4+0.5×0.15]0-0.15/3
=5.8750-0.08 mm
Cm±δz/2 =（1+045%）×15±δz/2
=21.75±0.075 mm
圖1 圖2
羅紋型芯工作尺寸圖
計算螺紋型芯的工作尺寸：
螺紋型芯大徑： (dM大)0-δz=[(1+ sˉ)ds大+Δ中] 0-δz
螺紋型芯中徑： (dM中)0-δz=[(1+ sˉ)ds中+Δ中] 0-δz
螺紋型芯小徑： (dM小)0-δz=[(1+ sˉ)ds小+Δ中] 0-δz
dM大, dM中, dM小——— 分別為螺紋型芯的大，中，小徑；
ds大， ds中，ds小——— 分別為塑件內(nèi)螺紋大，中，小徑基本尺寸；
Δ中———塑件螺紋中徑公差；
δz———螺紋型芯的中徑制造公差，其值取Δ/5。
則 (dM大)0-δz =[(1+0.45%)×20+0.15]0-0.03
=29.150-0.03
(dM中)0-δz =[(1+0.45%)×19.7+0.15]0-0.03
=28.7150-0.03
(dM小)0-δz =[(1+0.45%)×19.4+0.15]0-0.03 =28.280-0.03
三、成型零件的強度、剛度計算
注射模在其工作過程需要承受多種外力，如注射壓力、保壓力、合模力和脫模力等。如果外力過大，注射模及其成型零部件將會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，或產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形，引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙，由此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整個模具失效或無法達到技術(shù)質(zhì)量要求。因此，在模具設(shè)計時，成型零部件的強度和剛度計算和較核是必不可少的。
一般來說，凹模型腔的側(cè)壁厚度和底部的厚度可以利用強度計算決定，但凸模和型芯通常都是由制品內(nèi)形或制品上的孔型決定，設(shè)計時只能對它們進行強度校核。
因在設(shè)計時采用的是整體式圓形型腔。因此，計算參考公式如下：
側(cè)壁：
按強度計算：
按剛度計算：
底部：按強度計算：
按剛度計算：
凸模、型芯計算公式：
按強度計算：
按剛度計算：
由公式分別計算出相應(yīng)的值為：
按強度計算得：tc=4.5mm th=6.1mm r=7mm
按剛度計算得：tc=1.18mm th=0.79mm r=1.65mm
參數(shù)符號的意義和單位：
Pm 模腔壓力（MPa）
E —— 材料的彈性模量（MPa）查得2.06×105；
—— 材料的許用應(yīng)力（MPa）查得176.5；
u —— 材料的泊松比 查表得0. 25；
—— 成型零部件的許用變形量（mm）查得0.05；
采用材料為45，調(diào)質(zhì)，≥200HBS。
第七部分 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導(dǎo)向的零件。
一、 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的作用
1.定位件用 模具閉合后，保證動定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調(diào)整。
2.導(dǎo)向作用 合模時，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動定?；蛏舷履蚀_閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。
3.承受一定的側(cè)向壓力。
二、 導(dǎo)柱導(dǎo)套的選擇
1. 導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)約形式及尺寸如下圖：
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式
其材料采用T8A經(jīng)淬火處理，硬度為50~55HRC。導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定部分表面粗糙度Ra為08μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8~0.4μm。具體尺寸如上圖所示。導(dǎo)柱、導(dǎo)套用H7/k6配合鑲?cè)肽０濉?
2.導(dǎo)柱的布置采用等徑導(dǎo)柱不對稱布置，如圖所示。
導(dǎo)柱的布置形式
第八部分 推出機構(gòu)的設(shè)計
一、推出機構(gòu)的組成
推出機構(gòu)由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構(gòu)的導(dǎo)
向與復(fù)位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導(dǎo)柱、頂板導(dǎo)套以及推板緊固螺釘。
二、設(shè)計原則
1.推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)在動模一側(cè)；
2.保證塑件不因推出而變形損壞；
3.機構(gòu)簡單動作可靠；
4.合模時的正確復(fù)位。
三、推出機構(gòu)的設(shè)計
此塑件帶有螺紋，它的型芯是設(shè)計成活動鑲塊的形式，所以可以利用活動鑲塊來推塑件，開模時，塑件和鑲塊一起脫模，在模外，用手將塑件旋出。
四、復(fù)位零件
利用彈簧的彈力使推出機構(gòu)復(fù)位
第九部分 冷卻系統(tǒng)設(shè)計
一、注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計
基本原則：熔體熱量95%由冷卻介質(zhì)（水）帶走，冷卻時間占成型周期的2/3。
A、 冷卻系統(tǒng)從模具中帶走熱量：Q=KAΔTt/3600 (J)
A 冷卻介質(zhì)傳熱面積（m2）:A=πdL。
ｄ 冷卻管道直徑（m）;
L 冷卻管長度（m）;
K 冷卻管壁與介質(zhì)間的傳熱膜系數(shù)〔J/（m2hC）
K=0.032x/d(vd/)0.8(gC/)0.4 .
冷卻水的平均導(dǎo)熱系數(shù)(w(/mk))；
f 與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；
g 重力加速度（m/s）
v 冷卻介質(zhì)在管中流速（m/s）;
ρ 冷卻介質(zhì)在該溫度下的密度〔kg/m3〕,水在30℃時取為0.996×103kg/m3。
d. 冷卻管直徑；
△T 模溫與冷卻介質(zhì)的平均溫差（℃）；
t 冷卻時間；
水溫與f關(guān)系
平均水溫
20
25
30
35
40
45
f
6.45
6.84
7.22
7.60
7.98
8.31
二、冷卻管尺寸（直徑d，長度L、面積A=∏dL）
1.忽略其他散熱，冷卻介質(zhì)流量。
V=WQ/（（t-t）） (m/min)
C 介質(zhì)比熱J/kg.C，水為4.187x10；
W 單位時間內(nèi)注入模具中塑料重量（kg/min）;
Q 塑料熔體的單位熱量（J/kg）;
冷卻介質(zhì)密度（kg/ m）,水為10kg/ m
直徑
流速
流量
8
1.66
5.0x103
10
1.32
6.2 x10
12
1.10
7.4 x10
15
0.87
9.2 x10
20
0.66
12.4 x10
2.經(jīng)驗確實管道直徑：
3.冷卻水對其通道表壁傳熱系數(shù)的簡化公式：
當冷卻水平均溫度在２0C以上，Ｒe=6 x10時，其計算結(jié)果產(chǎn)生誤差在２％以內(nèi)：
K=2041x(1-0.015)v/d
為冷卻水平均溫度；
4.計算
流量 V=W Q/（
=2.62x10
初步確定冷卻水道 d=8mm;
流速為 =Q/πd
=1.31x10m/s
管子的長度L=60WQ/k
熱傳導(dǎo)面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值，其中冷卻的平均溫度為冷卻水在進口處和出口處溫度的平均值。
第十部分 注射機的參數(shù)校核
一、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核
注射成型時，塑件在模分型面的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需鎖模力也就越大，若超過注射機的允許最大成型面積，則在成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。因此有：
塑件總的投影面積nA與澆注系統(tǒng)的投影面積之和要小于最大成型面積 A。 nA+A
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