洗涤剂瓶弹簧固定管注塑模具设计-模具毕业论文

中被大学分校毕业设计 - 1 - 洗涤剂瓶弹簧固定管塑料注射成型模具设计 中英文摘要 摘要： 本设计的对象是一个洗涤剂瓶弹簧固定管的塑料注射模具。设计中塑料制品的结构有外螺纹、加强筋等，本身为薄壁长圆筒塑料件。根据其塑料件的结构特点以及聚丙烯塑料的性能，设计中外螺纹处应用了哈呋结构。两边大中间小的特征使得型芯须用双型芯在塑件中小尺寸位置的配合。脱模机构中由于制件外形呈阶梯状，不能用一级顶出机构完全脱模。用二级顶出机构时塑料件在第二次顶出后塑件的螺纹段后会被卡在型腔中，所以二级顶出也不是一个好的方案。用哈呋结构加上推板的脱模装置可以解决以上问题 ，能让塑件完全自动脱模，为一个可行性较好的方案。此设计就是根据这个方案及聚丙烯的性质设计模具的各部分结构。 关键词： 聚丙烯 注塑模具 型芯 模具型腔 薄壁的 Abstract: The object of this design is an injection mould which is used in molding the pipe fixed spring of scour bottle. The design of the construction of plastic product contains screw outside , ribs.etc .It oneself is lengthways for the thin wall the piece of cylinder too long .According to the construction characteristics of the plastic product and the performance of the Polypropylene ,in the design of screw outside applied the huff construction .The bigger in the center and small characteristic in both sides makes must be use the double core construction in injection mould to fit of the baby size site .Because of The pattern draw mrvhsnidm inside represent the stairs form , the incapability uses a the order vertex or a Second class of vertex cant let the plastic product broken off itself. Complete pattern draw in mrvhsnidm .Out the mrvhsnidm hour plastic product with the second class vertex in second a vertex post - the thread a future reunion of the plastic 中北大学分校毕业设计 第 - 2 - 页 共 57 页 product stick in the mold cavity, so the second class of vertex is not also a good project .Add to push with the huff construction and mandrill can pattern draw apparatus to resolve the above problem . It can let over and full-automatic pattern draw in plastic product, for good project in a feasibility.This design be according to each parts of constructions of the property design molding tool between this project and polypropylene .So its a reasonable select and a feasibility is strongly project. Keywords: polypropylene injection mould core mold cavity thin-wall 中北大学分校毕业设计 第 - 3 - 页 共 57 页 目 录 前 言 .- 4 - 第一章 塑件分析设计及选材 .- 5 - 第 1.1 节 塑件的结构及其材料的选用 . - 6 - 第 1.2 节 塑料制品的质量要求 . - 12 - 第二章 方案论证 .- 13 - 第三章 注塑机的选用 .- 14 - 第 3.1 节 注塑机的初步确定 . - 14 - 第 3.2 节 注射机有关工艺参数的校核 . - 15 - 第四章 浇注系统的设计 .- 18 - 第 4.1 节 分型面的选择 . - 18 - 第 4.2 节 浇注系统的设计 . - 19 - 第 4.3 节 流动比的计算 . - 24 - 第五章 成型零件设计 . - 24 - 第 5.1 节 成型零件钢材的 选用 . - 25 - 第 5.2 节 凹模的设计 . - 25 - 第 5.3 节 型芯的设计 . - 30 - 第 5.4 节 型腔螺纹部分的尺寸确定 . - 33 - 第 5.5 节 侧壁厚度计算 . - 34 - 第六章 合模导向机构的设计 .- 34 - 第七章 塑件脱模机构的设计 .- 35 - 第八章 模具温度调节系统的设计 .- 36 - 第 8.1 节 模具温度调节概论 . - 36 - 第 8.2 节 冷却水道的计算 . - 36 - 第 8.3 节 冷却水道的布局 . - 39 - 结 束 语 .- 39 - 致 谢 .- 40 - 参 考 文 献 .- 40 - 外文原稿 ： . - 41 - 译文 ： . - 53 - 中北大学分校毕业设计 第 - 4 - 页 共 57 页 目 录 前 言 在当今这个时代，塑料 材料已经成为国民经济及日常生活中不可缺少的主要材料之一。改革开放以来，我国的塑料工业得到了迅猛的发展，塑料制品已成为工业 、 农业 、 国防建设 、 文教卫生和人们日常生活中不可或缺的制品。随着国名经济的快速发展，对塑料制品的需求量也越来越大，试样更新 、 质量更好 、 性能更佳 、 结构更复杂的塑料制品在不断涌现。塑料的体积消耗量已经赶超钢材。由于我国塑料行业与发达国家相比没能有大的比例，但是在应用量和发展前景是不可限量的。 当塑料消耗量在逐步增大时，其成型为有价值的产品是整个行业的关键步骤之一。塑料通过模具成型为绝对的 方式，占成型方式中的 95%，是由于塑料注射成型工艺的最大特点是复制，能复制出任意数量的直接使用或稍作处理即可使用的制品，其成型方式能实现成型的规模化、自动化以及各种形状的塑件。虽然在设备和模具上投入较大，但是可以生产制品的数量非常之大，实属一种经济快捷的生产方式。因而得到广泛的应用和快速的发展。 以模具的设计和制造来看，模具的发展将会 理论研究不断发展，设计计算日趋成熟 塑料模具的高效率自动化 大型的塑料模具 高精度的塑料模具 模具设计的计算机设计软件辅助设计（ CAD）辅助工程（ CAE）辅助制造（ CAM） Pro/engineer,UG 等的应用 模具制造新工艺的进展 模具的标准化 关于塑料模具的此次毕业设计，是把我们在大学中所学的专业知识组合起来，与塑料模具行业的概况与发展趋势相结合的一个重要环节。此次设计将使我们从一个学生看问题的角度开始转变成以设计人员的角度来处理这些问题。同时了解一个塑料模具在设计过程中的：浇注系统、成型零件、和模导向定位机构、侧向抽心与分型机构、顶出机构、模温调节系统几大部分的设计方法。以及针对具体塑料模具时，如何选择一个适用于实际中的最佳方案。以此来作为工作前的汇总练习。 中北大学分校毕业设计 第 - 5 - 页 共 57 页 第一章 塑件分析设计及选材 塑料制品的设计要求是根据制品的使用需求和外观要求，从塑料的力学性能、美术造型和成型工艺、塑料模具设计和制造的可行性等多方面进行综合考虑的结果。塑件设计应当考虑到满足： 1)使用要求，全面精确的满足塑件的使用要求是十分重要的，也是设计中最重要的一步，塑件的承载条件和环境条件就是考虑的方向之一。 2)塑件设计时还得有利于模具结构的简化，如果结构设计不当，不但会使模具结构复杂化，甚至难以制造出可以成型塑件的模具。此外，设计还要考虑到模具的加工工艺型：其一，所涉及的零件可以较为方便地用机加工或其他方 式加工；其二，保证加工出的零件应具有预期的使用寿命；其三，模具的零部件应具有通用性和互换性，以方便维修；其四，对于有仿腐要求的零件应选用具有防腐性能的材料或采取防腐措施，如镀铬 ,镀镍等。 3)应尽量降低成本，降低成本，增加效益是每个企业孜孜以求的目标。同时，塑件的设计的原则应本着：形状力求简单、造型优美；更具使用要求选择材料；考虑模具的工艺性。 中北大学分校毕业设计 第 - 6 - 页 共 57 页 中北大学分校毕业设计 第 - 7 - 页 共 57 页 第 1.1 节 塑件的结构及其材料的选用 1.1.1 塑件的结构分析 此塑件的作用是装栽弹簧，使喷雾器在用手力将溶剂喷出后，通过其中的弹簧势能回复来准备下一次的喷雾。在喷雾的循环过程中，弹簧固定筒在纵向要受到弹簧力的作用。针中北大学分校毕业设计 第 - 8 - 页 共 57 页 对受力筒的情况本塑件采用了多处加强阱的塑件结构。在选用塑料时就应该考虑其拉伸强度。塑件的凸缘在装配过程中夹在瓶口和螺纹盖的中间，使其固定不可以谁便晃动。同时由凸缘承受弹簧所产生的力。塑件的小端有一斜孔后的直小孔，斜孔是为在装配过程中方便于小塑料管的深入装配，而直管部分是用于为装配好有一个好的配合，让整个瓶体优化。 由软件 Auto CAD 分析出塑料制件的相关数据为： 实体 单位为 mm 质量 : 4600.1353 体积 : 4600.1353 边界框 : X: 463.2318 - 547.2318 Y: -14.5000 - 14.5000 Z: 126.0105 - 155.0105 质心 : X: 499.7964 A图 1.1 塑件立体图 图 1.2 塑件立体图刨视 图 1.3 塑件尺寸图 中北大学分校毕业设计 第 - 9 - 页 共 57 页 Y: 0.0000 Z: 140.5105 惯性矩 : X: 91161776.3795 Y: 1242627223.3542 Z: 1151803685.9128 惯性积 : XY: 0.0000 YZ: 0.0000 ZX: 323051928.0671 旋转半径 : X: 140.7736 Y: 519.7388 Z: 500.3846 主力矩与质心的 X-Y-Z 方向 : I: 340436.8822 沿 1.0000 0.0000 0.0000 J: 2708669.4184 沿 0.0000 1.0000 0.0000 K: 2706471.4743 沿 0.0000 0.0000 1.0000 1.1.2 塑件材料的选用 注射塑料制品的选材要求主要取决于使用要求，为达到均衡选材还需考虑材料的注射工艺性和模具的结构工艺性。在此基础上经济社会中产品成本也是必须考虑的重要环节。在使用、力学性能、外观要求等各个方面满足要求的前提下，就要选用成本最低的材料，这也是市场竞争的产物和竞争的条件和基础。 1. 塑料价格及大体性能 由中国化工信息周刊 2005.3.21 日 11 期的价格可以看出 PP 低价位 的在 11600 元 /t 左右 LDPE 低价位的在 1300 元 /t 左右 LLDPE 低价位的在 11850 元 /t 左右 HDPE 低价位的在 11700 元 /t 左右 PVC 低价位的在 8250-15000 元 /t 左右 由成本方面考虑 PP 具有价格优势，同时 PP 在材料中的拉伸强度是较高的。综合考虑原料选用 PP 是较为合适的。 2. 强度性能校核 此件主要受力为弹簧所导致的拉伸受力，为瞬时载荷。其拉伸强度为 2540/MPa 拉伸摸量 1.0 1.6GPa 负载塑件的载荷定为 400kn 则塑件厚度要求为 中北大学分校毕业设计 第 - 10 - 页 共 57 页 610252400 r 61025714.32400 KN 3.64 103 mm （ 1-1） 由此可以得出塑件选用 PP 材料 1mm 壁厚完全能够承受的力，符合强度要求。 1.1.3 聚丙烯的性能及特点 聚丙烯的基本性能：（表 1.1） 基本性能 密度 g/cm3 0.88 0.91 电性能 体积电阻率 mm 1610 收缩率 % 1.0 3.0 介电常数 610 Hz2.0 2.6 熔点 164 170 击穿电压 Kv/mm 20 26 热变形温度 (45N/cm2) 105 116 工艺参数 模具温度 40 60 力学性能 拉伸强度 MPa 30 39 喷嘴温度 190 220 拉伸弹性模 量 GPa 1.1 1.6 中段温度 220 240 弯曲强度 MPa 42 67 后段温度 180 210 弯曲强度模 量 GPa 1.45 注射压力 MPa 40 80 压缩强度 MPa 39 56 塑化形式 螺杆式，注 塞式 缺口冲击强 度 kj/m2 3.5 4.8 喷嘴形式 通用式 硬度 HB HR95 105 聚丙烯塑料的注射成型特点： 聚丙烯为结晶性高聚物，吸水率很低，约为 0.03% 0.04%注射时一般不需要干燥，必要时可在 80 100下干燥 3 4h。 聚丙烯的熔点为 160 175，分解温度为 350，所以成型温度范围较宽，约为 205 315，其最大结晶速度的温度为 120 130。注射成型用的聚丙烯的熔融指数为 2 9/10min，熔体流动性较好，在注塞式或螺 杆式中都能顺利成型。一般料筒温度控制在 210 280，喷嘴温度可比料筒温度低 10 30。当生产薄壁制品时，料筒温度可提高到 280 300；生产壁厚产品时，为了防止熔料在料筒内停留时间过长而分解，料筒温度应适当降低至 200 230，料筒温度过低，大分子定向程度增加，制品容易产生翘曲变形。 聚丙烯熔体的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射冲模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。一般注射压力控制在 70 120MPa（注塞式注射压力偏高，螺 杆式注射压力偏低） 聚丙烯的结晶能力较强，提高模具温度将有助于制件结晶度的增加，甚至能够提前脱模。基于同一理由，制件性能应与模具温度存有密切关系。生产上经常采用的模具温中北大学分校毕业设计 第 - 11 - 页 共 57 页 度，约为 70 90，在这种情况下，不仅有利于结晶，而且又有利于大分子的松弛，从而减少分子的定向作用，并可以降低内应力。如模温过低，冷却速度太快，浇口过早冷凝，不仅结晶度低，密度小，而且制品内应力较大，甚至引起冲模不满和制件缺料的现象。 冷却速度不仅影响结晶度，还影响晶体结构。急冷时呈蝶状液晶结构，缓冷时呈球晶结构。晶体结构不同则制 件的物理力学性能性能也有将各异。 此外，由于聚丙烯的玻璃化温度低于室温，当制件在室温下存放时常发生后收缩现象，其原因是聚丙烯在这段时间内仍在结晶。后收缩量随塑件厚度而定，越厚的，后收缩率越大。后收缩总量的 90%约在制品脱模后 h内完成，剩余 10约发生在随后的 10 天内，所以制件在脱模 24h 后基本可以定型。成型时，缩短注射和保压时间，提高注射和模具温度都可减小后收缩率。对尺寸稳定性要求较高的制件，应进行热处理。 聚丙烯塑料主要性能 : a) 质轻 , 可浮于水中 ； b) 高结晶度 , 耐磨性好 , 优于 HIPS, 高温冲击性好 , 硬度低于 ABS； HIPS； c) 突出的延伸性和抗疲劳性能 . 聚丙烯注塑工艺要点 ； a) 加工前一般不需干燥 ； b) 染色性较差 , 色粉在料中扩散不够均匀 (一般需加入扩散油 /白磺油 ), 大胶件尤明显 ； c) 成型收缩率大 (1.2-1.9%), 尺寸不稳定 , 胶件易变形缩水 , 采用提高注射压力及注射速度 , 减少层间剪切力使成型收缩率降低 ； d) 流动性很好 , 注射压力大时易出现披锋且有方向性强的缺陷 , 注射压力一般为 : 50-80Mpa, (太小压力会缩水明显 ), 保压压力取注射压力的80%左右 , 宜取较长的保压时间 补缩及较长的冷却时间保证胶件尺寸 变形程度 ； e) PP 冷却速度快 , 宜快速注射 , 适当加深排气槽来改善排气不良 ； f) 料温控制 : 成型温度料温较宽 , 因 PP 高结晶 , 所以料温需要较高 . 前料筒 200-240 , 中料筒 170-220 , 后料筒 160-1900 , 实际上为减少披锋 , 缩水等缺陷 , 往往取偏下限料温 ； g) 模温 : 一般 40-60 , 模温太低 ( 40 ), 胶件表面光泽差 , 甚至无中北大学分校毕业设计 第 - 12 - 页 共 57 页 光泽 , 模温太高 ( 90 ), 则易发生翘曲变形 缩水等 ； h) 气泡问题 : 高结晶的 PP 高分子在熔点附近其容积 会发生很大变化 , 冷却时收缩及结晶化导致胶件内部产生气泡甚至局部空心 (这会影响制件机械强度 ), 所以调节啤塑参数要有利于补缩 . a) 低温下表现脆性 , 对缺口敏感 , 产品设计时避免尖角 . 壁厚件所需模温较薄壁件低 . 第 1.2 节 塑料制品的质量要求 1.2.1 塑料制件精度的选择及确定 塑料制件的尺寸精度等级与塑料制品材料的品种有关，同时还和塑件的本生用途需求、形状等多个方面有关。根据各种塑料的收缩率不同，可将各种塑料制件的公差等级分为高精度、一般精度和低精度。对于塑料制品技术要求和尺寸精度尽量降低，采 用一般精度。本塑件是用在洗涤剂瓶中的一个零件，不是外表面，不会直接进入视野就可以不用高精度、高的粗糙标准。而根据本塑料件的材料聚丙烯的特性来确定其精度等级。 聚丙烯 塑料件一般精度的公差等级为 MT4，未注公差尺寸的公差等级为MT6 。本设计中的塑件就选用此精度标准就符合要求了。 1.2.2 塑料制品的表面质量 塑料制品的表面质量包括表面粗糙度、表观缺陷状况和光亮度等方面。塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上尽可能避免疤痕、云纹等缺陷外，模具行腔的粗糙度起着决定性的作用。如果不考虑表观缺陷状况和光亮的要求，则制 品的表面质量主要取决于表面粗糙度。通常情况原材料的质量、品种和工人操作水平及模具型腔的表面粗糙度等因素均对制品的表面粗糙度有影响，其中模腔的表面粗糙度影响最大。制品要求的表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时的研磨抛光要求也越高，模具制造的难度也越大。因此，制品表面的粗糙度应视情况而定，除了考虑使用要求外，还须考虑美观。透明制品要求行腔和型芯的粗糙度相同，不透明制品则应根据情况分别考虑，非配合表面和隐蔽的面可取较大的表面粗糙度。还可以利用表面粗糙度的差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型心上或留 在凹模中。模塑制品的表面粗糙度通常为 Ra0.02 1.28 m ，这里取 Ra1.25。模腔表面粗糙度数值为制品的1/2，即 Ra0.01 0.64 m ,这里取 Ra0.8。 制品的外形尺寸主要受塑料品种的流动性和注塑机规格的（包括注塑量、合模力、成型面积和动、定模座尺寸等）限制。在满足使用要求的前提下，将制品设计得尽量中北大学分校毕业设计 第 - 13 - 页 共 57 页 紧凑。制品的壁厚及其均匀性对塑件质量影响很大。壁厚过小，成型时熔体流动阻力大，大型复杂制品难以充满型腔；壁厚过大，不仅使原料消 耗增大，生产成本提高，更重要的是增加了冷却时间，成型周期延长。 聚丙烯 塑件的最小壁厚通常为 0.64mm，常用壁厚为 2.0mm，最大壁厚 4.53 mm。本设计的塑料制件的壁厚为 1mm。 塑件壁厚应尽量均匀，以免冷却速度不同而产生附加应力造成塑件变形等不合格情况的发生。 塑件形状要便于模塑，所以沿料流方向，设计成流线形，并对内外表面的转角都进行了圆角，避免流动死角。塑件的外表面沿脱模方向设计成圆弧状，不仅使塑件美观，更避免了脱模困难。对于本设计中的塑料制件为较长的薄壁圆筒状，因此，重点要考虑塑件长筒状部分的斜度， 以利于脱模，不会让塑件受损。根据观察、测量塑件的长筒状部分的斜度和加强筋部分的斜度分别为 1 和 2。 第二章 方案论证 本设计的产品 弹簧固定筒，为一个薄壁深腔塑件，具有外螺纹 、 内外有加强筋，以及外表面的轴肩结构。 塑料件的外螺纹为非受力螺纹，螺纹的相对高度不高只有 %10018 5.1920 2.78%,同时 pp 塑料为软质塑料，拥有足够的弹性，外螺纹可采取强制脱模。 结合此塑件的结构特点，产品的脱模可以采用的方案有 ： 1) 采用推板的强行推出的方式 2) 采用二级推板的脱模方式 3) 采用推 板加哈呋模的脱模方式 针对此塑件的可行性脱模方式可以看出： a ) 若采用推板的强行推出的方式推出，应考虑到外螺纹的强制性脱出，以及比较深腔和薄膜 、 与模具行腔接触面积大的特点将很难将塑件完好的脱出，易使塑件变形或破裂。由此看出此方案并不可行； b) 若采用二级推板的脱模方式，在两次推出时可以分散脱模力，保证塑件精度，避免了用推板的强行推出时易使塑件变形或破裂的情况。二级推出虽然确保了塑件的质量，但是二级脱模中用第一级将塑件的主型心脱出后，再用第二级脱出阶梯部分将其整体推出。在第二级推出时推出的小端部分 将会被第二级的推扳卡住，必须用手或其他附加的设备才能完全将塑件脱出。面对此情况，在要求生产效率高，能实现全自动操作为目标的企业追求条件下，此方案虽然可以脱出但并不是可行性强的方案； 中北大学分校毕业设计 第 - 14 - 页 共 57 页 c) 若采用推板加哈呋模的脱模方式，在哈呋模开启的过程中，确保外螺纹完好的同时也为推板推出时将推出的小端在推出后能够直接掉出提供了条件。这就可以使得塑件在脱模时可以完全自动的全部脱出，同时塑件完好。此方案为可行性最强的方案。 d) 管状成型品的长度尺寸较小时，如果以平行的方向且垂直于开模方向作为脱模方向的话，可以说使最佳 选择。但是如果其长度尺寸太大则将直接影响模具的模定性和注射成型机的选用的经济性。而且当成形品表面不得有顶出针痕迹时，可能将成型品作成横模方向，并且要特别设置油压缸等推料装置来解决成型品顶出的问题，这样一来，也会直接影响模具的制造成本。 成型通孔用的型芯大致有三种情况： a) 由一端固定的型芯来成型，这有时在孔的一端有不易修整的飞边，更主要的是由于型芯系一端支撑，孔深时型芯易变弯曲； b) 由一端固定，一端口导向孔支撑的型芯来成型，这样型芯有较好的强度和刚度，同时还能保证同心，但导向部分易 因导向误差而磨损，而导致产生圆角溢料； c) 由两个断口固定的型芯来成型同样有飞边，由于不易保证两型芯的同轴度一般应将其中一个的直径设计成比另一个大 0.1 1mm，这样即使稍有不同心，也不致引起安装和使用赏的困难，这样可使型芯长度缩短，增加了型芯的稳定性。 根据此塑件的孔两端大中心较小的特点，本设计采用两端固定的型芯来成型。为保证两型芯的轴度，将在两型芯轴采用锥度配合，从而使同轴度保证时，管壁厚的均匀性得到保证。 第三章 注塑机的选用 第 3.1 节 注塑机的初步确定 塑件原材料是聚丙烯 ，密度是： =0.9g/cm3,选型腔数为 2 个，制品的质量约为： q=18.5g，最大的注射量： 2 18+M 分 60g 选注射机选择为： 捷霸 ECO JM55-EOCB 注塑机 捷霸 ECO JM55-EOCB 注塑机的各种参数为： （表 1.2） 注射部分 螺丝直径 mm 25 锁模部锁模力 kN（ t） 539(55) 注射 重 量 g 2.3 移模行程 mm 235 oz 64 拉杆间距（水平 mm 320 320 中北大学分校毕业设计 第 - 15 - 页 共 57 页 分 垂直） 注射压力 Mpa 196 最大模厚 mm 350 注射速率 cm3/s 300 最小模厚 mm 100 螺杆行程 mm 130 顶出行程 mm 80 螺杆转速 r/min 300 顶出推力 kN 1916 电机 喷嘴移出量 mm 30 定位孔径 mm 100 喷嘴球半径 mm 10 其它 环境温度 电热功率 kw 6.1 外形尺寸 (LWH) m 3.0 0.97 1.8 电源 38V 10% 50/60Hz 重量 t 3 第 3.2 节 注射机有关工艺参数的校核 3.2.1 型腔数量的校核 行腔数量的确定要考虑的因素主要有：现有注塑机的规格、所要求 的塑料质量、塑件成本机交货期，起决定作用的因素很多，它既有技术方面因素，也有生产管理方面的因素。一般来说从经济角度出发，订货量大时可选用大型机、多行腔模具，对于小型制品行腔数与订货量间的关系为大体的高线性增长的。同时，还要仔细考虑工厂现有的注塑机的规格和对塑件尺寸精度和重复性精度的要求。当尺寸精度和重复性精度要去很高时应尽量减少行腔的数目，在满足其它各项要求的前提下应尽量单行腔模具。 (1)型腔数确定 这里根据所选注塑机的技术规范及塑件的技术经济要求，计算可以选择的型腔数。 根据塑化能力求型腔数 模具的塑化容量必须与注塑机的塑化能力相匹配，故型腔数可以根据塑化能力来决定。 n = qGtc6.3=xqG6100 （ 3-1） 式中 G 塑化能力， g/s x 每分钟的注塑次数， x =60/ct q 一个塑件的质量和它均分到的浇注系统质量之和， g ct 成型周期， 50 160s 中北大学分校毕业设计 第 - 16 - 页 共 57 页 x =60/50=1.2 n= 2.195.186 1003 6 0 0106.113 21（个） .根据注塑机的最大注塑质量求型腔数 注塑机的最大注塑质量按国际惯例是注塑在常温下密度为 s =1.05g/cm3 的普通聚苯乙烯的对空注塑量 som (g),实际注塑量 m 取机器最大注塑能力的 85%。注塑聚苯乙烯时模具型腔数最多为： n=qmso%85 （ 3-2） 聚丙烯属结晶性材料，最大注塑量 m0 = 0.9 ms0s （ 3-3） 再代入上式计算型腔数 国产注塑机常用理论注射容积 cV 表示注塑机的最大注塑能力， m0 = cV （ 3-4） 式中 注塑系数，对 于结晶性材料约为 0.85 常温下某种塑料的密度，常温下聚丙烯的密度 =0.9 代入得 n = 85%cV /q （ 3-5） = 5.18 9.085.064%85 = 2.25 2（个） 所以，最后取型腔数量为： n=2 个。注射机的最大注射量是合格，型腔数量的选择也是可行的。 3.2.2 锁模力的校核 选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，否则模具分型面会在注射压力下分开而产生溢料。对于螺杆式注射机压力损失较小，所以型腔压力较大。锁模力和成型面积的关系由下式确定： 2SPP 腔锁 （ 3-6） 中北大学分校毕业设计 第 - 17 - 页 共 57 页 式中 锁P-锁模力（ N）； 腔P-型腔压力，一般为 40-50MP ，这里取腔P=50MP； S-浇道、进料口和塑件的投影面积（ 2cm ）； 经过计算：制品的投影面积： 21 73.25 cmS 主流道的投影面积： 22 15.3 cmS 分流道的投影面积： 23 64.0 cmS 总面积： 2321 52.29 cmSSSS 所以，理论的需要的压力： KNKNSPF 6.1471052.291050 46 腔 （ 3-7） 而实际注塑机的锁模力为锁P=539KN 因为， F锁P ，所以注塑机的锁模力是合格的。 3.2.3 开模行程的校核 注射 机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。开模距离的校核分两种情况，一种是注塑机最大开模行程与模厚无关的校核；一种是注塑机最大开模行程与模厚有关的校核。本设计所选择的注塑机是肘杆式的锁模机构其最大开模行程不受模厚影响，系由曲轴连杆机构的最大形成决定。对于但分型面注塑模开模行程是应以下公式校核： S H1 + H2 + 5 10 （ 3-8） H1 塑件脱模 （推出距离）距离， mm H2 塑件高度，包括浇注系统在内， mm S 注塑机最大开模（移动模板）行程， mm 根据模具设计，装配图可以确定此模具： H1=75mm， H2=84mm 所以， S = H1 + H2 + 5 10=75+84+5=164mm 而注塑机的最大开距 kS =235mm, kS = 235 S = 164 所以注塑机的开模行程是合格的。 中北大学分校毕业设计 第 - 18 - 页 共 57 页 第四章 浇注系统的设计 浇注系统是指塑料熔体从注射 机喷嘴出来后，达到型腔之前在模具中所流经的通道，其作用是将熔融状态的塑料从喷嘴处平稳地引入模具型腔并在熔体填充和固化定型的过程中将注射压力和保压力传递到塑件的各个部位，以获得组织致密，外形清晰，表面光洁和尺寸精确的塑料制件。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统的两大类。浇注系统的设计对注射成型效率和制件质量有直接的影响，是获得优质塑料制品的关键。 浇注系统由主流道，分流道，浇口，和冷料井四部分组成。 第 4.1 节 分型面的选择 分型面为分开模具取出塑料制件的面。注塑模具有一个分型面和多个分 型面。分型面的位置有垂直于开幕方向、平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种。分型面有平面和曲面等。分型面的设计是否得当。对之间质量、操作难易。模具结构复杂性有很大影响，主要应考虑几点： (1) 塑件在行腔中放置方位的确定 塑件从模内取出时，一般只采用一个与注塑机开模方向垂直的分型面，特殊情况下才采用较多分型面。应设法避免与开幕运动方向垂直或倾斜的侧向分型和侧向抽芯，因为这样会增加模具结构的复杂程度。为此安排塑件在型腔中的方位时要尽量避免与开幕运动相垂直或倾斜的方向有侧凹或侧孔。 (2) 分型面形状的确定 一般分型面是与注 塑机开模方向相垂直的平面，但也有将分型面做成倾斜的平面，是为了有的时候利用锥面增加合模对中性，虽然此种情况的加工比较困难，但型腔制造和制品脱模比较容易。 (3) 分型面位置的选择 除了必须开设在制件段面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还因考虑以下几种因素。 第一， 因为分型面处不可避免的会在塑件上留下溢料痕迹，或拼合不准确的痕迹，故分型面最好不选在制品光滑的外表面或带圆弧的转角处。 图 4.1 浇注系统视图 中北大学分校毕业设计 第 - 19 - 页 共 57 页 第二， 从制品的推出装置设置方便考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模边，一般薄壁筒形制件，收缩后易包附在型芯上，将型芯设在动模边是合理的 。 第三， 从保证制件相关部位的同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好把要求的同心部分放在模具分型面的同一侧。 第四， 有侧凹后侧孔的制件，当采用自动测向分型抽芯时，除了液压抽芯能获得较大的侧向抽拔距离外，一般分型抽芯机构侧向分型距离都较小。取分型面时应首先考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模方向在将短的一端作为侧向分型或抽芯。 根据塑料制件的结构特点来确定分型面的位置。本塑料件为长筒型的结构，抽芯结构比较长不利于横向抽芯，只能靠顺着模具的开模过程的运动使其型心脱出。这样既可将模具的侧面距离不会太大，同时还 有效利用注塑机的开模过程将塑件脱出。 塑件的结构高度对称，不存在有怪异结构。本塑料件的结构是中间有凸沿，依此结构塑件的分型面应设计在凸沿最大处。 第 4.2节 浇注系统的设计 浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。浇注系统的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位，并在充填保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑料制品。浇注系统随朱塑机的种类不同而略有区别，但基本组成是四部分：主流道、分流道、浇口和冷料井。 4.2.1 主流道的设计 主流 道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，截面为圆形，并带有一定锥度，熔料在主流道中并不改变方向。 主流道的结构分为：整体式主流道；组合式主流道；衬套式主流道。本设计主流道要过三块板，难于配合还容易出现飞边。因此，此设计应用衬套式 图 4.2 主流道导套图 中北大学分校毕业设计 第 - 20 - 页 共 57 页 主流道，此结构是目前最常用的主流道结构，它以浇口套的形式镶于模板中，适用于所有注塑模具，这种形式，便于加工、拆卸和热处理。 (1)主流道设计的要点 为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，主流道多涉及呈圆锥形，其锥角为 ，对流动性差的熔料，锥角 可取 。 主流道大端成圆角，其半径 r 为 mm,以减少熔料转向过度时的助力。 主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，压力损失加大，熔料降温过多影响成型，主流道长度应小于 60mm。 为了使熔融塑料能从喷嘴出完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接，其对接处常设计成半球形凹坑，其半径略大于喷嘴头半径。 主流道的表面应尽量加工光滑，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。 对流动性好的塑料，如： PP 等，主流道的尺寸可小些，而对于流动性差的塑料，如： PC、 PS 等，主流道的尺寸应大些 。 由于主流道要与喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道的部分应尽量优先采 用衬套式，以便选用优质钢材加工和热处理。 (2)主流道设计的具体准则 为了能有效地传递压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化，主流道与分型面垂直，为便于流道凝料拔出，设计成 2 （ 两度到四度 ）锥角的圆锥形。 内壁表面粗糙度小于 0.63 1.25 m。 内壁研磨抛光时不形成与开模方向垂直的划痕，以免造成脱模困难。主流道与喷嘴接触处作半球形凹坑，二者配合严密，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径 R2比喷嘴球头半径 R1大 1 2mm,R2=R1+(1 2)=21mm，主流道小端直径比注塑机喷嘴孔径大 0.5 1mm，取 4mm。大端直径比分流道深度大 1.5mm以上。台阶转角半径 R 宜大一些，以免淬火开裂或应力集中 ,取 R=3mm。由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套。选用优质钢材T8A 制作，并经热处理 淬火 +低温回火提高硬度至 55 60HRC。 将衬套与定位环分开设计，定位环用于安装模具时作定位作用，并高出模具表面5(5 10)mm 紧压在机器定模板与模具定模板之间，用来承受主流道衬套被反向压出的力。同时为减少模具的总厚 度将小型芯的受力也作用在定位环上，将定位环设计成阶梯状让小型芯所传递的力传递到注塑机的底板上，就可以减少一块固定板从而使模具的总厚度有所减少。 中北大学分校毕业设计 第 - 21 - 页 共 57 页 4.2.2、拉料杆的设计 由于注塑机喷嘴与冷模具接触降温，致使喷嘴前端存有一段低温料，为了除尽这段冷料，在主流道对面设计冷料井使冷料不进入分流道和型腔，通常的设计采用有冷料井。常见的冷料井有以下三种： 冷料井底部带推杆的冷料井 带球行头拉料杆的冷料井 无拉料冷料井 主流道衬套装弹簧的形式 本设计的材料选用聚丙烯，聚丙烯的流动性较好。再加上此设计的模具厚度大，推料杆长 的结构。综合各个方面其最佳拉料杆方案选择为带球行头拉料杆的冷料井。 4.2.3 分流道的设计 分流道主要对进入模具的熔料起分流和转向作用，多型腔的模具一定要设置分流道，若是单型腔成型大型塑件，如采用多浇口进料，也需要设置分流道。 （ 1） 分流道设计的原则 熔体应以最短的路径、最小的热量和压力损失，快速射入型腔。 熔料从各交口进入性强的温度和压力应相同，以保证各型腔中制品的收缩率相同。 分流道的转折处应以圆弧过渡，与交口的连接处应加工成斜面，以利熔料的流动。 保证足够的注塑压力时，分流道的截面和长度应尽量取小值。 （ 2）分流道的截面形状 常用的截面形状有圆形、 U 形、梯形、抛物线形、矩形等。在选择截面形状时，要综合考虑热效率、流道效率、加工难度等几个方面因素。荣撂在流道中流动时，与模具接触的塑料冷凝固化，起绝热作用，熔料仅在流到中心流动。因此，分流道的理想状态应是其中心线与浇口中心线位于同一直线上。圆形截面流道就可实现这一点，加之它易于加工，故最常用。 （ 3）分流道的截面尺寸和长度 分流道的截面尺寸与所用塑料的种类、塑件壁厚、形状，体积、分流道长度等多种因素有关。一般来说，对于流动性好的塑料，如 PP 、 PE 等， 当分流到很短时，其截面尺寸为 2mm 左右； 对于流动性差的塑料，如 PC、 PVC、 PMMA 等，分流道直径可达 12mm 以上，中北大学分校毕业设计 第 - 22 - 页 共 57 页 大多数塑料所用的分流道直径在 6 10 之间。 分流道的长度取决于模具型腔总体布置方案和浇口位置，从输出熔体时 减少压力损失和热量损失，及减少流道凝料的要求出发，应力求分流道长度最短。 （ 4）分流道的布置形式 分流道的布置取决于型腔的布局，其布置形式主要有平衡式和非平衡式两种。 平衡式布置要求主流道至各个型腔的分流道的长度、形状、截面尺寸等都必须对应相等，使各个型腔达到热平衡和熔料流动平衡。 非 平衡式布置是从主流道至各个型腔的分流道的长度不尽相同，为使各个型腔能同时均衡进料，其浇口尺寸必定不同，需要经过仔细计算 。 4.2.4 浇口的设计 浇口直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔。浇口是浇注系统的关键部位，浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大，浇口在大多数情况下是整个流道中断面尺寸最小的部分，对冲模流动起着控制作用成型后制品与浇注系统从浇口处分离。因此其尺寸又影响着后加工工作量的大小和塑件外观。 (1) 浇口的作用 浇口是注塑机浇注系统的最后部分，也是浇注系统中截面最小的部分，主要作用如下： 由 于浇口处截面最小，因此流速也最快，可使熔料以最快的速度进入并充满型腔。 当型腔被充满后，谁着温度的下降，浇口处熔料能迅速冷却古话，将型腔封闭，可防止型腔内为冷却的熔料会流出来。 由于浇口截面狭窄，所以浇口处塑料强度很低，很容易断裂，便于制品脱模。 浇口的长度和截面尺寸可以在试模时适当调整，由此来调整浇口处熔料的凝料时间，以及熔料冲模时的流动性能。 (2) 浇口尺寸的选择 浇口尺寸的选择一般根据经验确定，先取小值，然后在试模过程中逐步修正。一般要求是：浇口截面积于分流道截面积之比约为 0.03 0.09，截面常为圆形或矩形。 浇口截面高度 h 可取制品最小壁厚的 1/3 2/3，或 0.5 2mm。 中北大学分校毕业设计 第 - 23 - 页 共 57 页 在流速和壁厚均为正常的情况下，浇口截面宽度 b通常比分流道窄一些。对小型制品，其宽度约为高度的 3 10 倍；对大兴致贫或特殊扇形浇口，其宽度可大于高度 10 倍。 浇口长度 L应尽量短，这样对减小熔料的流动助力和增大流速均有利，一般浇口长可取 0.7 2mm。 交口与型腔连接处应做成 R0.5 的圆角或 0.5 45的倒角，可防止制品与浇口凝料分离时损伤制品。 为熔料的流动，浇口与分流道的连接处应平缓过渡，可用小圆弧光滑连接。 也可由经验公式计算浇口的深度 h h=k （ 4-1） 式中 制品厚度， mm； k 材料系数，聚丙烯为 0.7。 h=0.7 1=0.7mm 浇口宽度： W =30Ak （ 4-2） 式中 A 凹模边型腔表面积，即塑件外表面积 mm2。 A=2 r h 2 3.14 (20 13.4 +29 1.6 +18 39 +20 16 +11 14) =4953.66 mm2 W =30 66.49537.0 1.64mm 浇口台阶长 l =0.5 2.0mm，这里取 1mm。 针对设计的情况，根据本设计中产品的外观要求和密封要求，浇口形式采用侧浇口形式，其优点是浇口便于机械加工，易于保证加工精度。本设计选用的浇口尺寸为浇口截面高度 h 取 0.7，浇口截面宽度 b 为 2 mm，浇口长度 L 为 1 mm，交口与型腔连接处应做成 R0.5 的圆角。 4.2.5 排气槽的设计 当塑件熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地排除，将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清、型 腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高 ，黏度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生裂痕。因此设计型腔时必须充分的考虑中北大学分校毕业设计 第 - 24 - 页 共 57 页 排气问题。 排气方式的设计有： 利用分型面或配合面间隙排气； 开设专用排气槽，本设计根据聚丙烯性能可选槽深 0.02 0.03 mm，宽约 5 10mm； 用多孔烧结金属块排气； 负压及真空排气。利用分型面排气是最简便的方法，排气效果与分型面的接触精度有关，排气槽的尺寸一有利于排气，但又不溢料为原则。本设计就采用了分型面及配 合缝排起。 第 4.3节 流动比的计算 为了将物料把型腔完全充满，在设计浇口和确定大型制品浇口数量时，必须考虑流动比的因素。流动比计算公式为： 流动比 = ni iiL1 （ 4-3） Li 流路各段长度， mm 流路各段厚度， m 查得聚丙烯的流动比在注塑压力 120MPa 下为 280；注塑压力 70MPa 下为 200 本设计中的流动比为 流动比 = 97/6 + 30/4 + 1/0.7 + 5/1.6 + 52/1 + 2/1.2 + 14/1 + 10/1 = 105.888 200 由此可见本设计中的流道体统可以将物料充满整个型腔。 第五章 成型零件设计 构成模具型腔的零件统称为成型零件，它主要包括凹模、凸模、型心、镶块、各种成型杆、各种成型环。由于型腔直接与高温高压的塑料接触，他的质量直接关系到制件的质量，因此要求它有足够的强度、刚度、耐磨性，以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般 Ra 0.4 m 以下），以保证塑料制品的光亮美观、容 易脱模。一般来说成型零件都应进行热处理，或预硬化处理，使其具有 HRC30 以上的硬度。 中北大学分校毕业设计 第 - 25 - 页 共 57 页 第 5.1 节 成型零件钢材的选用 5.1.1 选用要求 （ 1） 机械加工性能好。选用易于切削，切在加工后能得到高精度 （ 2） 耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压熔体冲击，而且还受冷温度交变英里作用。一般的高碳钢，可经热处理获得高硬度在 HRC50 55以上 ，但韧性差异形成表面裂纹，不易采用。所选钢应能使注射模减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命。 （ 3） 具有耐磨蚀性能。 第 5.2 节 凹模的设计 5.2.1 凹模的结构设计 本设计中的塑料制件是一个圆筒形的结构，根据此结构就可以确定凹模的结构是以圆环为主体的，中间同时会有成型塑件加强筋的小槽。型腔的主要结构就此圆洞，但是由于塑件长度较大，在型腔中的形状并不单一，有斜度、小槽及倒角等。因此其结构得采用多型腔板。 5.2.2 凹模尺寸的计算 成型零件尺寸计算的方法之中按平均收缩率计算成型尺寸比较简便易行，同时也是最常用的计算方法，本设计也是采用这种方法。聚丙烯的平均收缩率2/)( M INM A X SSS =（ 3.0%+1.0%） /2=2.0%，以 %0.2SCP ，塑件的表面要求不高时，它的配合部分制造公差可选，对应模具制造公差 IT10；非配合部分就可以选择制造公差为 MT6，对应的模具制造公差为 IT11。 (1) 型腔的径向尺寸计算 塑件平均尺寸为：2 PPCP LL （ 4-3） SCPPCPMCP LL 1 （ 4-4） 型腔径向名义尺寸 中北大学分校毕业设计 第 - 26 - 页 共 57 页 22 mwM P CM LL （ 4-5） 式中 ML 型腔（孔）的最小尺寸， mm w 型腔使用过程中允许的最大磨损量（取塑件总误差的 1/6，一般在0.02 0.05mm 之间） m 成型零件的制造误差（正值，小尺寸范围内模具制造公差取塑件公差的 1/3） PL 塑件（轴）的最大名义尺寸 ,mm 塑件偏差（负值） 出于修模考 虑，对型腔径向尺寸来说易修大，预留一负修模余量 r ,标上制造公差m得型腔径向名义尺寸： mmwM P CM LL )22( （ 4-6） 对于注塑模，型腔磨损量很小时，可用下式计算： ML = )( mMPCL +m （ 4-7） 螺纹处 塑件的径向尺寸 LP1=19.5mm，塑件偏差精度等极为 MT4，值为 0.32 LPCP1 = 19.5 - 0.032/2 = 19.34mm； LMCP1 = 19.34/(1 2.0%) = 19.735 mm 模具型腔按 MT10 级精度制造，其制造偏差m = 0.028mm， LM1 = (19.735 - 0.028/2 0.04/2 0.028/7 )+0.028 =19.689+0.028mm 凸沿处 塑件的径向尺寸 LP2 = 29mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为 0.36 LPCP2 = 29 - 0.036/2 = 28.82mm； LMCP2 = 28.82/(1 2.0%) = 29.408 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.13mm， LM1 = (29.408 0.043/2 0.04/2 0.13/7 )+0.13 =29.348+0.13mm A 断面处 塑件的径向尺寸 LP3= 20mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为 0.13 LPCP3 = 20 0.28/2 = 19.86mm； 中北大学分校毕业设计 第 - 27 - 页 共 57 页 LMCP3 = 19.86/(1 2.0%) = 20.265 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差m = 0.13mm， LM3 = (20.265 0.13/6 0.04/2 0.13/7 )+0.13 =20.205+0.13mm 加强筋大端处 塑件的径向尺寸 LP4 = 17mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为0.11 LPCP4 = 17 0.28/2 = 16.86mm； LMCP4 = 16.86/(1 2.0%) = 17.204 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差m = 0.037mm， LM4 = (17.204 0.11/6 0.04/2 0.11/7 )+0.037 =17.135+0.037mm 15 处塑件径向尺寸 LP5 = 15mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为 0.11 LPCP5 = 15 0.28/2 = 14.86mm； LMCP5= 14.86/(1 2.0%) = 15.163 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差m = 0.037mm， LM5 = (15.163 0.11/6 0.04/2 0.11/7 )+0.037 =15.109+0.037mm 加强筋小端 16 处 塑件的径向尺寸 LP6 = 17mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为0.11 LPCP6 = 16 0.28/2 = 15.86mm； LMCP6 = 15.86/(1 2.0%) = 16.184 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.037mm， LM6 = (16.184 0.11/6 0.04/2 0.11/7 )+0.037 =16.13+0.037mm 小端 11处 塑件的径向尺寸 LP7 = 11mm，塑件偏差精度等极为 MT6，值为 0.11 LPCP7 = 11 0.24/2 = 10.88mm； 中北大学分校毕业设计 第 - 28 - 页 共 57 页 LMCP7 = 10.88/(1 2.0%) = 11.102 mm 模具型腔按 MT11 级精度制造，其制造偏差m = 0.037mm， LM4 = (11.102 0.11/6 0.04/2 0.11/7 )+0.037 =11.102+0.037mm (2) 型腔的深度尺寸计算 型强深度尺寸以其最小尺寸为名义尺寸，同时有正公差，标注为 mMH 。对行腔深度不考虑脱模磨损，所以其平均尺寸为： HMcp = HM +2m （ 4-8） 对应塑件上的高 HP为最大尺寸，偏差 为负偏差，其平均尺寸为： HPcp = HP - 2 （ 4-9） SCPPCPMCP HH 1 （ 4-10） 本设计中型腔容易修浅，型腔深度计算公式为： HM = HMcp - 2m + r m （ 4-11） 若取修模余量为2m，则型腔深度计算公式可变为： HM = HMcp m （ 4-12） 塑件的高度 为： HPcp1 = HP1 /2 = 9 0.20/2 = 8.90 HMcp1 = 8.90/(1 2.0%) = 9.082 HM1 = 9.082 0.09/6 + /7+0.03 = 9.08+0.03 塑件的高度 为： HPcp2 = HP2 /2 = 15 0.28/2 = 14.86 HMcp 2= 14.86/(1 2.0%) = 15.163 HM2 = 15.163 0.11/6 + /7+0.037 = 15.16+0.037 塑件的高度 为： 中北大学分校毕业设计 第 - 29 - 页 共 57 页 HPcp3 = HP3 /2 = 54 0.56/2 = 53.72 HMcp3 = 53.72/(1 2.0%) = 54.816 HM3 = 54.816 0.19/6 + /7+0.063 = 54.812+0.063 塑件的高度 为： HPcp4 = HP4 /2 = 69 0.64/2 = 68.68 HMcp4 = 68.68/(1 2.0%) = 70.082 HM4 = 70.082 0.19/6 + /7+0.063 = 70.078+0.063 塑件的高度 为： HPcp5 = HP5 /2 = 70 0.64/2 = 69.68 HMcp5 = 69.68/(1 2.0%) = 71.102 HM5 = 71.102 0.19/6 + /7+0.063 = 71.098+0.063 塑件的高度 为： HPcp6 = HP6 /2 = 84 0.72/2 = 83.64 HMcp6 = 83.64/(1 2.0%) = 85.347 HM6 = 85.347 0.22/6 + /7+0.073 = 85.342+0.073 塑件的受力凸沿厚度为： HPcp7 = HP7 /2 = 1.6 0. 46/2 = 1.37 HMcp7 = 1.37/(1 2.0%) = 1.398 HM7 = 1.398 0.06/6 + /7 = 1.379 塑件小端处加强筋厚度： HPcp8 = HP8 /2 = 1.1 0. 26/2 = 0.97 HMcp8 = 0.97/(1 2.0%) = 0.99 HM8 = 0.99 0.06/6 + /7 = 0.971 中北大学分校毕业设计 第 - 30 - 页 共 57 页 第 5.3 节 型芯的设计 5.3.1 型芯的结构设计 根据本设计塑件的形状特点，型芯的主体形状是圆杆，其中还要有阶梯状的圆。塑件中有两个侧孔是利用型芯和型腔的错位配合而成。因此在型芯上应有相应的凸出的结构。塑件中心的洞有两边大的特点，此结构就要求型芯分成两个在中间的小筒处配合。塑件的内筒里有加强筋加固结构，此因在型芯上应有相应的凹槽结构。根据以上几点就可以确定出模具型芯的总体结构。 5.3.2 型芯尺寸的计算 型芯径向尺寸的计算 用型芯成型塑件内孔时，在公差标注中，规定型芯（轴 ）的最大尺寸为名义尺寸 LM ，其偏差 w 为负，而对应塑件的内表面（孔）的最小尺寸为名义尺寸 LP，偏差 为正值，但考虑了型芯允许磨损 w 之后，型芯径向平均尺寸为： LMcp = LM 2m 2w （ 4-13） 塑件上平均尺寸为 LPcp = Lp + 2 （ 4-14） 型芯名义尺寸标上制造公差为 LM = （ LMcp + 2m + 2w + r）m （ 4-15） SCPPCPMCP LL 1 （ 4-16） 型芯 10 处的径向尺寸： LPcp1 = Lp1 + /2 = 10 + 0.38/2 = 10.19 LMcp1 = LPcp1 /(1 0.2%) = 10.19/(1 0.2%) = 10.398 模具型腔按 IT11 级精度制造，制造偏差 m=0.03mm， LM1 = （ LMcp1 + m/2 + w/2 + r/2）m = （ 10.398 + 0.03/2 + 0.02 + 0.013） -0.03 = 10.446-0.03 型芯 9 处的径向尺寸为： LPcp2= Lp2 + /2 = 9 + 0.20/2 = 9.1 中北大学分校毕业设计 第 - 31 - 页 共 57 页 LMcp2 = LPcp2 /(1 0.2%) = 9.1/(1 0.2%) = 9.286 模具型腔按 IT11 级精度制造，制造偏差 m=0.019mm， LM2 = （ LMcp2 + m/2 + w/2 + r/2）m = （ 9.286 + 0.019/2 + 0.02 + 0.017/2） -0.019 = 9.324-0.019 型芯 13 处的径向尺寸为： LPcp3= Lp3 + /2 = 13 + 0.46/2 = 13.23 LMcp3 = LPcp3 /(1 0.2%) = 13.23/(1 0.2%) = 13.5 模具型腔按 IT11 级精度制造，制造偏差 m=0.037mm， LM3 = （ LMcp3 + m/2 + w/2 + r/2）m = （ 13.5 + 0.037/2 + 0.02 + 0.031/2） -0.037 = 13.554-0.037 型芯 16 处的径向尺寸为： LPcp4= Lp4 + /2 = 16 + 0.54/2 = 16.27 LMcp4 = LPcp4 /(1 0.2%) = 16.27/(1 0.2%) = 16.602 模具型腔按 IT11 级精度制造，制造偏差 m=0.037mm， LM4 = （ LMcp4 + m/2 + w/2 + r/2）m = （ 16.602 + 0.037/2 + 0.02 + 0.031/2） -0.037 = 16.656-0.037 型芯 18 处的径向尺寸为： LPcp5= Lp4 + /2 = 18 + 0.54/2 = 18.27 LMcp5 = LPcp5/(1 0.2%) = 18.27/(1 0.2%) = 18.643 模具型腔按 IT11 级精度制造，制造偏差 m=0.037mm， LM4 = （ LMcp4 + m/2 + w/2 + r/2）m = （ 18.643 + 0.037/2 + 0.02 + 0.031/2） -0.037 = 18.697-0.037 (1) 型芯长度尺寸的计算 型芯高度的计算也有类似型腔的情况，多数情况下型芯容易修长，修模时将型芯固定板上表面磨去一层，则型芯增长。个别情况型芯才会修短。同行腔的高度尺寸类似型芯长度尺寸的计算公式为： HM = HMcp + 2m r m （ 4-17） 小型芯中长 为： HPcp1 = HP1 + /2 = 4 + 0.52/2 = 4.26 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m =0.016mm， HMcp 1= 4.26/(1 2.0%) = 4.347 中北大学分校毕业设计 第 - 32 - 页 共 57 页 HM1 = HMcp1 + m rm = 4.348-0.016 小型芯中长 为 : HPcp2 = HP2 + /2 = 14 + 0.48/2 = 14.24 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m =0.037mm， HMcp2= 14.24/(1 2.0%) = 14.531 HM2 = 14.531 + 0.11/6 0.11/7 -0.037 = 14.534-0.037 大型芯中长 为 : HPcp1 = HP1 + /2 = 15 + 0.74/2 = 15.37 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m =0.037mm， HMcp1= 15.37/(1 2.0%) = 15.684 HM1 = 15.684 + 0.11/6 0.11/7 -0.037 = 15.718-0.037 大型芯中长 为 : HPcp2 = HP2 + /2 = 19 + 0.82/2 = 19.41 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m =0.043mm， HMcp2= 19.41/(1 2.0%) = 19.806 HM2 = 19.806 + 0.13/6 0.13/7 -0.043 = 19.846-0.043 大型芯中长 为 : HPcp3 = HP3 + /2 = 56 + 1.3/2 = 56.65 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.063mm， HMcp3= 56.65/(1 2.0%) = 57.806 HM3 = 57.806 + 0.19/6 0.19/7 -0.063 = 57.865-0.063 大型芯中长 为 : HPcp4 = HP4 + /2 = 67 + 1.48/2 = 67.74 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.063mm， HMcp4= 67.74/(1 2.0%) = 69.122 HM4 = 69.133 + 0.19/6 0.19/7 -0.063 = 69.181-0.063 大型芯中长 为 : HPcp5 = HP5 + /2 = 70 + 1.48/2 = 70.74 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.063mm， HMcp5= 70.74/(1 2.0%) = 72.184 中北大学分校毕业设计 第 - 33 - 页 共 57 页 HM5 = 72.184 + 0.19/6 0.19/7 -0.063 = 72.243-0.063 大型芯中长 为 : HPcp6 = HP6 + /2 = 84 + 1.48/2 = 84.74 模具型芯按 IT11 级精度制造，其制造偏差 m = 0.073mm， HMcp6= 84.74/(1 2.0%) = 86.469 HM6 = 86.469 + 0.22/6 0.22/7 -0.073 = 86.537-0.073 第 5.4 节 型腔螺纹部分的尺寸确定 由于塑件的外螺纹是洗涤剂瓶弹簧固定管的外螺纹要起配合连接作用，因此螺纹处的尺寸要求也较高要准确。再加上塑件中的外螺纹不是大众尺寸，就必须通过材料的收缩率确定相应型腔的准确尺寸。 5.4.1 螺纹型环的尺寸计算 Dmd = ( Dsd + DsdScp z ) od （ 4-18） Dmz = ( Dsz + DszScp z ) oz （ 4-19） Dms = ( Dss + DssScp s) os （ 4-20） Pm = ( P + P Scp ) P （ 4-21） Scp 塑料平均收缩率 2% z 塑件螺纹中经公差 Pm 螺纹型环的螺距 (mm) P 塑件外螺纹 螺距基本尺寸 Dmd 、 Dmz、 Dms 分别为螺纹环大径、中经、小径 (mm) Dsd 、 Dsz、 Dss 分别为塑件外螺纹的大、中、小基本尺寸 d 、 z 、 s 、 p 分别为螺纹环大径、中经、小径螺距的制造公差 Dmd = ( 19.5 + 19.5 2% 0.118 ) 0+0.03 = 19.7720+0.03 Dmz = ( 19.35 + 19.35 2% 0.118) 0+0.02 =19.619 0+0.02 Dms = ( 18.917 + 18.917 2% 0.118) 0+0.03 = 19.1770+0.03 Pm = ( 1 + 1 2%) 0.03 图 4.1 螺纹尺寸图示 中北大学分校毕业设计 第 - 34 - 页 共 57 页 = 1.02 0.03 第 5.5 节 侧壁厚度计算 塑料模具在使用过程中主要承受来自两方面的力。一是来自注塑机的锁模力，锁模力会使分型面处产生很大的压应力。另一方面是高压的塑料熔体注入型腔，压力的作用在模具型腔的侧壁和底板上。因此，凹模板和动模垫板是构 成型腔的主要受力构件。型腔的壁厚计算以型腔内最大峰值压力为依据，该压力是在型腔完全充满之后，在压实的过程中产生的，采用的材料是碳钢。本设计中是采用的整体式圆形型腔。 经验分析表明对于大尺寸的型腔刚度的不足是主要矛盾，因按钢都条件计算型腔壁厚，而小尺寸的型腔在发生足够大的弹性变形前往往因强度不够而破坏，因此应按强度条件计算。 5.1.1 型腔侧壁厚度计算 本设计中的塑料制件为小塑件（内半径 R 104 故冷却水属稳定湍流状态，冷却效果良好。 (10)冷却水进出口温差校核 vCdGtt i 221 900 （ 8-11） =25.110418701.0900 10375.7 326 中北大学分校毕业设计 第 - 39 - 页 共 57 页 =5 与原设定值一致。 第 8.3 节 冷却水道的布局 8.3.1 冷却水道的布置 为了能跟好的是型腔及型芯能够有较好的冷却效果，是模具的温度不至于太高型腔采用环形冷却水道布置。如图所示： 结 束 语 综上 所述，本课题洗涤剂瓶弹簧固定管塑料注射模具设计的重点和难点是塑件的自动脱模结构设计。针对塑件的结构有外螺纹，薄壁长筒状，外面还有凸沿的阶梯结构特点。本设计综合塑件的个特点在满足当今社会追求效率和自动化的前提下采用哈呋模加推板的脱模结构。 设计的模具在工作过程中：开模时由于塑件的冷却收缩，率先紧固在型芯上首先就脱离型腔。然后随哈呋的打开推板也前进，最后使制品脱出模具，从而顺利完成塑件的生产。合模时复位。楔紧块是用来防止在注射时型芯位移的。 设计过程中理论设计和经验设计相结合。是长筒薄壁加凸沿结构模具的一个典型范 例。 图 8.1 冷却水道布置图 中北大学分校毕业设计 第 - 40 - 页 共 57 页 致 谢 指导老师 刘新民 敬爱的老师、亲爱的同学： 大学生活是一个人一生中难以忘怀的一段时光。四年的生活转眼过去了，在这难忘的时间里，老师、同学对于我的成长给了极大的帮助。 在此，我要感谢这里的辛勤耕耘的教师们，对于你们的付出我表示崇高的敬意。同时也要感谢在这四年中给与我帮助和支持的同学们，在此给你们说声谢谢！ 还有我要感谢这次毕业设计的指导老师刘新民老师。 刘新民 导师治学严谨， 做事认证负责， 学识渊博，品德高尚，平易近人， 同时刘老师的思维使我们跟进一步把知识同社会相联系让我们受益匪浅。 在我学 习期间不仅传授了做学问 要点 ，还 言传身教了做人的准则。这些都将使我终生受益。无论是在论文的选题、资料查询、开题阶段，还是在 论文 研究和撰写的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助。我愿借此机会向 刘新民 导师表示衷心的感谢！ 参 考 文 献 1. 张文华主编塑料模具设计制图实务北京航天工业出版社 1999 2. 加 H瑞斯 (H Rees)著朱元吉译模具工程北京化学工业出版社 1998 3. 申开智主编塑料成型模具北京中国轻工业出版社 2002 .9 第二版 4. 立其洪李轩主编塑料成型问答北京机械工业 出版社 2004.6 5. 王文广田宝善田雁晨主编塑料模具设计技巧与实例北京化学工业出版社 2003.12 6. 宋玉恒主编塑料注射模具设计实用手册北京航天工业出版社 1994.8 7. WollSLB Cooper D J Pattern-based closed-loop quality control for injection molding process J Polym Eng Sci 1997. 37(5): 801 812 8. 王树勋邓庚厚编典型注塑模具结构图册深圳中南大学 出版社 1992.9 9. 黄虹主编塑料成型加工与模具北京化学工业出版社 2002 10. 王永平编著塑料模具设计经验点评北京机械工业出版社 2004 中北大学分校毕业设计 第 - 41 - 页 共 57 页 11. 模具标准选编组编模具标准汇编中国标准出版社 12. SOHLENIUSG Concurrent enginerringJ Annals of the CIRP， 1992.41(2):645 13. 田敏茹主编互换性与测量技术基础哈尔滨工程大学出版社 1998 14. 陈经斗许 镇董培蓓刘 黎画法几何及机械制图天津大学出版社 15. 德 林纳（ Lindner， E ）恩格（ Unger， P）编著；吴崇峰主译注射模具 130例北京化学工业出版社 2005.1 16. 揣成智 主编 高分子材料工程专业英语 中国轻工业出版社 2002 17. 李明辉等主编模具制造工艺北京机械工业出版社 1999 18. Manli Zhang Yiquan Liu The effect of elastomeric nano-particles on the mechanical properties and crystallization behavior of polypropylene Polymer 43 (2002). 5133 5138 19. 许发樾 主编是用模设计与制造手册北京机械工业出版社 2000.10 外文原稿： Fast prototype in injection mould production The traditional manufacture strategy is a scale performance to first, the 80s of 20 centuries puts forward the price to first with mass, since 90s, have developed into market response first .Under the situation of the manufacturing industry internationalizes gradually, shorten the product development period to develop the new product investment risk with decrease, become the key that business enterprise rely for existence .In recent years, the production strategy point of the manufacturing industry market is taking place from the 中北大学分校毕业设计 第 - 42 - 页 共 57 页 cost and mass by that time an important transfer for and responding to .It is importance that fleetness face the diverse product buck to market that manufactory confidence market first timing that fast forming but beg to exist to guarantee, the fast response production has become the international investigative hot spot, emerging with the tide of the times/ fast replication/ the fast production technique increases for the business enterprise the competition ability provided a kind of advanced way .That technique is a revolution that a kind of higher - to base on the tired addition in material shape is new-made to build the technique, passing for to is the production realm of 20 centuries to break, canning make the injection mould, die-casting the mold and hurtle to press mold etc. various accurate and complicated molding tool .Now already wide bound appliance in car, aviation, the day of aviation ,voyage, appliance, industrial design , medical treatment, building, handicraft product manufactures and child toy etc. realm, and along with this technique oneself of develop the sum continuously perfect, its wide of application will exploit all aspect . In car realm appliance manufacturing industry, the molding tool forming accessory accounts for 50% of to production man-hour 70%.Molding tool production is hot spot question that bottleneck to make roughly our country car, appliance, light work.etc. profession development and key agent, along with model the soft hardware equipment quickly and model the material quickly to develop the sum continuously perfect, fast prototype an exaltation for of intensity and accuracy getting continuously, model the technique 中北大学分校毕业设计 第 - 43 - 页 共 57 页 quickly to go deep into the fast molding tool production realm already and little by little, according to model quickly the simple and economic fast molding tool in every variety in production in method have become the RP& M appliance. 一 fast production in mold Although the fast forming technique publishes the time not lengthways, because of it the performance of bigness that bring to the manufacturing industry make this a the technical appliance is increasingly extensive, bringing with production to the design of the molding tool to leap once especially .Fast prototype technique can the type core of the accurate creation molding tool and mold cavity, also can used for injecting directly the process manufacture the sample plastics , in order to discovering sum rectifying appearing .Because the fast prototype makes this a new technical appliance, make the design of the molding tool inclined toward the digitize and turn quickly with production gradually, make molding tool made in shorten period, decline low cost progress, went forward the one step consumedly. Fast the technique of replication mostly the basis models the solid pattern of the creation quickly namely the kind mold( female die) adoption copies what mode( as the metal spraying spray gun draw, electroplates, the recombination material pours, the precision casts the etc.) come to main operate in molding tool in production in fleetness accessory( convex, cave mold or mold cavity, core), its production period is general to control to incise the method for the traditional number of 1/5 1/10, but the cost is however 中北大学分校毕业设计 第 - 44 - 页 共 57 页 and only for its 1/3 1/5. According to the archetypal material in material, production cost, RP in molding tool, produce the accuracy of the batch quantity, molding tool request to be developed to out various diverse crafts method .Current and fast replication method mostly contain indirect the method of replication and direct the method of replication, according to fast production in RP molding tool method the polypeptide is an indirect the method of replication .Differ according to the material, the molding tool that indirect replication method produce out has the soft mold, the mold of bridge and hard mold .The soft mold( soft tooling) usually points of is a silicon rubber molding tool .SLA, FDM, LOM or SLS etc. techniques that manufacture with the prototype, then turn over silicon rubber molding tool, then infuse into the polyurethane of the double builder in the mold, curing, cure the accessory that post - need when namely get The mold of bridge( bridge tooling) usually points of is to proceed the molding tool of epoxy resin that injection produce directly .The adoption epoxy resin molding tool compares with traditional injection mould, cost only contain one of several deices of the traditional methods, producing the period to also reduce consumedly .Molding tool life can not compare with die, but ratio silicon rubber mold higher, can amount to 1000 5000 part, can satisfying inside small batch quantity require .The hard mold( hard tooling) usually points of is a steel quality molding tool, then use the indirect mode production metal spraying molding tool and use the fleetness forming to process the molding tool of metal spraying directly. 中北大学分校毕业设计 第 - 45 - 页 共 57 页 The fast replication technique replication period short, craft is simple, easy to the expansion, replication cost is low, the accuracy can satisfy with life a certain and particular function needs, synthesizing the economic effectiveness good, is a kind of fast, convenience, actual molding tool production technique, special be applicable to the new product the development manufacture on a trial basis, craft verification and function verification and much small batch quantity in species produce. The competition of the business enterprise turns worse increasingly, the product development period request is more and more short, providing the development opportunity for the fast the technique of replication and develop the space .Along with the development of the industrialization production, the fast the technique of replication is more and more attention by product the company is extensive to value with molding tool field, as to its study the positive on the up, the new technique fruit flows out continuously now, present an animate development trend, have got the mighty vitality. 二 , the fast production in injection mould technique metal spraying spray gun draws the method of replication 1 the metal spraying spray gun draws the replication method brief introduction The metal spraying spray gun draws the method of replication is to draw with caloric spray gun the fast prototype, indirect the method of replication that fast set etc. method combine together, its craft is liquate or the particle of metal spraying that half liquate jet the prototype that pass the SLA, SLS or 中北大学分校毕业设计 第 - 46 - 页 共 57 页 LOM method production last, thin lay in born metal spraying, then reinforce to prop up to combine the prototype of abstraction get the molding tool product behind .There is two kinds of forms now, namely atomize blowing off method( fast set craft RSP), spray to draw the method .The life of the molding tool request is in the plenty atomize in metal spraying( such as zinc aluminum alloy) in 3000 fusion for below, general adoption with the prototype of RP making female die, will low fusion points post - with certainly of the velocity jets the surface of the female die, formulating mold cavity surface, the 充 fills to prop up to reunite the material, manufacturing the soft molding tool in alloy in aluminum in zinc. The metal spraying spray gun draws the method of replication regard kind mold as the standard, mold cavity size, several why the accuracy completely to be decided by the kind mold, mold cavity surface and its fine wood grain a becoming at the same time, the past replication velocity is quick, production period short, the molding tool life is lengthways, the cost is low ,only control for the number only the method process the die of 1/3-1/5.The apparent and clean degree in molding tool is good, the craft is simple, the equipment request to be low, suitable for injection molding mold, die-casting the fast production that mold, board anticipate the mold of calendar run. 2 the metal spraying spray gun draws the replication method work preface The metal spraying spray gun draw the work preface of the replication to can is divided into five steps mostly: (1) pattern preparation 中北大学分校毕业设计 第 - 47 - 页 共 57 页 The pattern can be made into by many materials, including plastics, gypsum, rubber, timber. etc. Create first three pattern, then as to its proceed the layering cuts into slices, and from model quickly the machining makes a sample mold .The pattern prepares the inside the most important is to tidies up the apparent sum in pattern smearing pattern draw agent. (2) the metal spraying spray gun draws the pattern Dry post - in agent in pattern draw, the spray gun selecting best draws the parameter, canning immediately begin to spray to draw the metal spraying on the molding tool, the spray gun draws should guarantee to make spray the gun continuously running, prevent to draw the lay overheating transform, draw the lay thickness to can control generally at 2 the 3 mms of s. (3) manufacture the molding tool frame If the molding tool suffers in operate internal pressure or molding tools must install at model the on board operate, the molding tool must have the construction of skeleton and the skeleton that make into should take the brasq. (4) pour the back - fill material of the molding tool Should make the back - fill material have the higher caloric to lead the rate to press the intensity with lower set contraction percentage and higher ant enzymes and abrasion proof performance .The back - fill material of the general select is mixture that epoxy resin and enzymes powder, enzymes particle etc. metal spraying powder. (5) pattern draw and apparent burnishing in mold cavity treating The pattern draw wants to clean to remain behind in the metal spraying 中北大学分校毕业设计 第 - 48 - 页 共 57 页 pattern draw agent of drawing the surface of lay pure, then again according to different demand, to the molding tool the period manufactures after proceeds the burnishing etc. (6) assembles to try the mold 3 spray to draw the equipment draw with spray gun the material The metal spraying arc spray gun draws the operate system general be drawn by spray gun power supply, send the silk mrvhsnidm , spray gun and compression gas etc. system constitutive enzyme .The type XDP-5 arc spray gun draws the equipment operate stabilization firm, usage maintenance convenience, can be competent the heavy spray gun draw the operate, its basic parameter is: Power supply voltage :380V Rating input capacity :12KVA Rating current :300A Compressed air usage press:0.6Mpa Compressed air dissipation quantity:1.6 the 2 m3s/ min of s Send the silk velocity:0 the 4.8 ms/ min of s The arc spray gun that used for the material draws the replication, under the situation of satisfying the low fusion point, low contraction percentage, should have the good mechanics performance possibly and than draw the lay buildup finely .The current arc spray gun that market provide draw to have enzymes , zinc, copper, nickel, stainless steel, enzymes bronze, bar surname alloy, recombination silk etc. many specieses with the silk material .But high 中北大学分校毕业设计 第 - 49 - 页 共 57 页 fusion point metal spraying, such as steel, nickel, copper.etc. while spraying draw the lay contraction percentage, hot stress, back lash rate all bigger, draw the lay to cracking , warp, flaking easily, so now only have the zinc, enzymes silk material of the low fusion point suit to used for the molding tool production. 三 the metal sprayi