波轮注射模设计

第一章对零件工艺性分析1.1分析塑件使用材料的种类及其工艺性该塑件为ABS。，属于通用性热塑性塑料，其成型条件如下：注射成型机型：螺杆式堆密度：1.03〜1.07/g.cm一3计算收缩率：0.3〜0.8/%预热温度：80〜85/°C预热时间：2〜3/h料桶温度：后段：150〜170/s中段：165〜180/s前段：180〜200/s喷嘴温度：170〜180/C模具温度：50〜80/C注射压力：60〜100/Mpa成型时间：注射时间：20〜90/s高压时间：0〜50/s冷却时间：20〜120/s总周期：50〜220/s螺杆转速：30/r•min-1弹性模量E：1800〜2900/Mpa1.8〜2.9X105N/cm2脱模斜度：型腔：40'〜1°20，型心：.35'〜1°1.2分析塑件结构工艺性塑件尺寸较大，最大直径为150mm,最大高度为50mm。外部结构形状虽然呈对称分布，但是，波轮叶片形状不规则，这给模具的制造带来一定的难度。另外，波轮中间螺钉孔四周的壁厚比较厚，而且厚度不均匀，这个有可能会在注塑时产生气泡。这些都是波轮零件限定的，无法纠正。不过，高度不大，相信产生气泡的几率不大，可以投入生产。

第二章选择注射机确定型腔数2.1根据塑件的形状估算体积和重量波轮的三维零件图已经在CAD中按比例1:1画出，故此可以用CAD中的查询功能查出:波轮的体积为：V=315583(mm3)e315.6(cm3)波轮的表面积为：S=190386(哑2)e1903.9(cm2)塑件重量:V=V・y=315.6X1.07g=337.69g。式中y为塑料容量,ABS塑料的容量y=1.07g/cm3。2.2根据塑件的计算重量和体积选择设备型号规格,确定型腔数.设备未限,故需要考虑以下因素<2>:2.2.1注射机额定注射量Gb。注射机每次注射量不超过最大注射量的80%<1>,即:(2-1)0.8V-V

n= b j(2-1)V

S式中,n—型腔数；V」一浇注系统体积(cm3)；Vs一塑件体积(cm3)；Vb—注射机额定注射量(cm3)。估算浇注系统的体积V」,根据浇注系统初步设计方案(图2-1估算浇注系统的体积V」,V=20cm2设n=1,则得:V=咋匕B0.8V=咋匕B0.81X315.6+2001=419.5cm3图2-12.2.2根据塑件精度确定型腔数。波轮塑件精度为高精度，故此选单腔，即n=1。2.2.3根据生产批量确定型腔数。这次为了毕业设计，可以算为试制或者小批量，故此选单腔n=1。从综合上面个因素，并根据塑料注射机技术规格，选取型号为XS-ZY-500的注射机。注：经过下面一系列验算得出，如果选取型号为：XS-ZY-500的注射机，在模具最大厚度方面不符合要求（设计模具厚度为568mm，该注射机规定模具最大厚度为450mm），故此选取型号为XS-ZY-1000的注射机。该型号的注射机能够满足要求（该注射机规定模具最大厚度为700mm）。故此，综合各方面因素，应该选取型号为XS-ZY-1000的注射机。关于该注射机的一些重要系数<2>:额定注射量：1000cm3螺杆直径：85mm注射压力：121Mpa注射行程：260m注射时间：2.7s螺杆转速：21、27、35、40、45、50、65、83r/min注射方式：螺杆式

合模力：4500KN最大成型面积：1800cm2最大开（合）模行程：700哑模具最大厚度：700哑模具最小厚度：300哑动、定模固定板尺寸：900X1000哑拉杆空间：650X550哑合模方式：两次动作液压式定位圈尺寸：150哑喷嘴球头半径：SR18哑顶出方式：两侧顶出顶杆中心距：350哑机器外形尺寸:7670X1740X2380哑第三章确定成形方案3.1确定成型位置由于波轮塑件上表面有叶片，下表面有筋板，中心孔还有金属镶件。考虑到使脱模方便，镶件容易定位，故塑件成形位置选择如图3-1示。3.2确定分型面考虑到波轮塑件的外观质量，同时为保证塑件在分模时能够留在动模一侧，便于脱模。故此将分型面设在I-I面上，见图3-1。3.3脱模方式从波轮塑件的结构形状分析，宜采用以推杆为主和推管为辅的联合脱模方式。用四根推杆均布在四条轮辐状筋板上，推杆中心线的位置在①200哑的圆周上。推管推在波轮镶件及其周边塑料层上，主要为了不让塑件在脱模时产生变形及顺利推出如图3-1示。3.4浇注系统形式塑件上表面为洗衣工作面，要求光洁，不允许有较大的浇口痕迹。所以应该采用点浇口浇注系统。浇口设置在上部①30上表面。由于波轮塑件的外形尺寸比较大，所以应该设计双点浇口的浇注形式。这样可以是熔融塑料在填充型腔时更快，更稳，不容易产生涡流如图3-1示。3.5冷却系统和加热系统考虑由于ABS塑料成形时要求模温在（40〜60）°C，所以模具之考虑冷却系统。冷却系统采用最简单的外连直通式冷却水道，冷却剂用水。3.6确定成形零部件的结构形式（整体式和镶拼式）：虽然塑件局部结构比较特殊，但是对现有的加工环境来看，主要成形零件还是做成整体式的。江南大学毕业设计（论文）图3-1（波轮设计总装图）第四章绘制结构方案草图进行模具结构设计并初步绘出模具完整的结构，如图3-1所示。校验所需注射机的能力。校核注射机有关工艺参数：4.1注射量的校核e塑件（包括浇注系统）在成型时每次所需注射量V小于注射机的最大注射量Vmax的80%，即：n-七+V了<0.8V注：V—注射机最大注射量（cm3）；Vs—波轮塑件成型时每次所需注射总量（cm3）；V」—成型时浇注系统每次所需注射总量（cm3）；n—型腔数。由前面计算得知，波轮塑件体积为：315.6cm3,浇注系统体积：20cm3。则，每次注射所需塑料量为（按一模一腔）：1X315.6+20=335.6cm3注射机的最大注射量：1000X0.8=800cm3>335.6cm3能够满足要求。4.2锁模力与型腔内平均压力、注射压力的校核锁模力是在成型时锁模模具的最大力，成型时高压熔融塑料在分型面上显现的涨力应该小于锁模力。该涨力与注射机额定锁模力的关系如下示K>^^CA（KN） （4-2）1000式中：F一注射机的额定锁模力（N）;A—塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积（皿）；Pc—熔融塑料在型腔内的平均压力（Mpa）;K—安全系数，常取：K=1.1〜1.2。从表（8-2）<1>查得ABS熔融塑料在型腔内的平均压力Pc为：PC=35Mpa总投影面积A为：A二兀Xr2二兀X0.152=0.07069（^）即有：=2968KNKPCCA=1.2x35x0.07069x106=2968KN1000 布00型号为XS-ZY-1000注射机的额定锁模力F为：F=4500KN>2968KN满足要求：F>KpCA1000同时，XS-ZY-1000注射机的额定注射压力为：121Mpa。满足ABS塑料（成形需要注射压力：60〜100Mpa）成形时注射压力的要求。43模具厚度与注射机闭合高度校核<2>选择的模架为标准模架：B0XL=500X500哑关于它的一些重要数据如下：BXL=500X500mm （单位：mm）表4-1（模具明细表）座板宽度630厚度定模40动模40垫块宽带80厚度12.5厚度支撑板63推件板40推件固定板25卸流道板30直径导柱40导套50复位杆25内六角螺钉12-M16；16-M12中心距b1420b2414b3280续表41（模具明细表）b312l414123201344014476模具厚度H与注射机闭合高度按式<1>校核:Hmax-Hm-Hmin式中，Hmin一注射机允许最小模厚（二300哑）；Hmax—注射机允许最大模厚（二700哑）；H皿—模具闭合高度。预选模架B0XL=500X500。，则有模具的闭合高度为：H=568哑因为700>568>300,所以，能够满足要求。4.4注射机开模行程：注射机开模行程应该大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距，即满足下式<1>:L>H1+H2+（5〜10）+a （哑）式中，H1—脱模距离（=42哑）；H2—不包括浇注系统在内的制品高度（二50哑）；L—注射机开模行程（二700哑）；a—定模板与型腔板的分离距离（二119哑）；则,模具的开模行程为：L=42+50+10+119=221（哑）V700（哑）所以，注射机开模行程能够满足要求。第五章计算说明5.1脱模力计算<3>当脱模开始时，阻力最大。推杆刚度和强度也按此时的受力计算，也就是无视脱模斜度(a=0).对于波轮塑件来说，壁厚与凸模(最大)直径之比为0.01,小于0.05。故此,脱模力可以按照薄壁圆形件来计算。对波轮塑件来说，塑件从模具中脱出时的摩擦力为最主要，所以，它的脱模力主要计算塑件从模具中脱出时的摩擦力。5.1.1计算公式：薄壁圆形件的脱模力计算公式如下<3>:Q=22ESLf (5-1)(1-m)(1-f)式中，Q—脱模力(N);T一塑件平均壁厚(cm),t=0.3cm;E—塑料弹性模量(N/cm2)，常取1.8〜2.9X105N/cm2，这里取2.0X105N/cm2；S—塑料平均成形收缩率(哑/哑)，常取0.3〜0.8%，这里取0.6%;L—包容凸模的长度(cm)f—塑料与钢的摩擦系数，取0.3;m—塑料的泊松比，取0.3；r一圆柱形半径(cm)。因为波轮三维零件图已经在CAD中画出，所以，L可以用实测的方法得到，则有：L=213.12mm。代入数据有：八 2KtESLf 2兀x0.3x2.0x105x0.6x21.3x0.3「Q= = =1588.33N(1-m)(1-f) 100(1-0.3)(1+0.3)根据计算结果，取Q=2000N。则，脱模力为2000N。5.2成型零部件工作尺寸计算<2>5.2.1定模、动模(型腔、型芯)选用材料表5-1(材料及性能)材料力学性能主要用途15CrM抗拉强度c(Mpa)屈服强度c(Mpa)供应状态硬度HBS(Mpa)许用应力[c](Mpa)用作齿轮、涡轮、塑料模具、气轮机密封轴套等。7855901792955.2.2型腔侧壁厚度和底板厚度确定型腔结构形式一整体式。型腔(圆形)壁厚的强度和刚度计算：按强度计算<2>:型腔侧壁厚度计算公式：t：r・如仔2p—1 (5-2)型腔底板厚度计算公式：t「、活 (5-3)式中，W］一材料许用应力(Mpa);P—熔融塑料在型腔内的平均压力(Mpa),ABS塑料的P值取35Mpa;r—型腔内最大半径(mm),由波轮三维零件图知：r=150mm。代入数据有：型腔侧壁厚度.pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings(5-5)式中，E—弹性模量(Mpa)，取E=206X103Mpa;日一泊松比，常取0.25〜0.30，故取R=0.28;8一成型零件的许用变型量，取8=0.05。代入数据：206*103-(0.28-1)型腔侧壁厚度：150x35 1]=2.78哑型腔侧壁厚度：206*103-(0.28+1)150x35型腔底板厚度：t型腔底板厚度：t广"520驾0.05=9'1哑综合刚度和强度的计算结果取以下值:型腔侧壁厚度：t=75.6mm,取：t=80mm型腔底板厚度：t广28.7m,取：t广30m5.2.3型腔、型芯工作尺寸确定塑件成型收缩率：SScp为塑件在收缩范围内的平均值，其计算公式如下⑵:cp=cp=—max min-2Smax一塑件最大收缩率；sSmax一塑件最大收缩率；smin一塑件最小收缩率。查表⑵得塑件ABS的收缩率为：S=0.8%则，塑料ABS的平均收缩率为S.=0.3%S =£^cp20.8+0.32%=0.55%查得ABS塑件精度取4级精度，按该精度等级可以从“塑件公差数值表”中查到尺寸公差值A〈2〉:表5-2(塑件公差数值表)基本尺寸L(mm)公差数值A基本尺寸(mm)公差数值A6〜100.1080〜1000.4410〜140.12100〜1200.5014〜180.12120〜1400.5618〜240.14140〜1600.6224〜300.24160〜1800.6830〜400.26180〜2000.7440〜500.28200〜2250.8250〜650.32225〜2801.0065〜800.38280〜3151.20型腔与型芯工作尺寸计算公式〈2〉a、型腔工作尺寸计算公式：(5-7)(5-8)(5-9)(5-10)径向工作尺寸：L=(L+LS(5-7)(5-8)(5-9)(5-10)轴向工作尺寸：H=(H+HS割-xA)+蔚b、型腔工作尺寸计算公式：l=(l+l=(l+lS+xA)om S S Zh=(h+hS+xA)om S S Z轴向工作尺寸：式中，Scp一塑料平均收缩率，塑件ABS的SCp=0.55%;A—塑件公差（哑），见表5-2；18—成型零件制造公差（哑），8=a；TOC\o"1-5"\h\zZ Z3…一一… 一 .1 3 一 1X一修正系数，一般为—〜3,取X=-；2 4 2…一一… 一 .1 2 一 1X'一修正系数，一般为1〜2，取X'=1；23 2L—型腔径向尺寸（mm）；H一型腔轴向尺寸（mm）；L,—塑件径向基本尺寸（mm）；H,—塑件向轴基本尺寸（mm）；l—塑件内形基本尺寸（mm）；h,—塑件孔深基本尺寸（mm）；l—型芯径向尺寸（mm）；h一型腔轴向尺寸（mm）；型腔工作尺寸计算图5-1（波轮）a、型腔径向工作尺寸计算如图（5-1）塑件径向基本尺寸：L,=300mmL=40m

s2查表（5-2）得:a、当L^=300m时，塑件公差A=1.20m;b、当L^=40m时，塑件公差A2=0.28m。 1 1则有成型零件制造公差51=3A1=3X1.20=0.4m11 5=3A2=3X0.28=0.09m代入已知数据得：1一、…一L=(L+LS-xA)+5z=(300+300X0.55%-—X1.2)+0.4=301.05+0.4m

m1ssCP 0 2 0 01L=(L+LS-xA)+5z=(40+40X0.55%-X0.28)+0.4=40.08+0.4mm2ssCP 0 2 0 0则，型腔径向工作尺寸为：L=301.05+0.4m;Lm2=40.080+0.4m。b、型腔轴向工作尺寸计算如图(5-1)塑件最大轴向基本尺寸，H=50m查表(5-2)得：塑件公差A=0.32mm,TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument" 1 1则有成型零件制造公差5=A=-X0.32=0.11m3 3代入已知数据得：，一 1一一一—H=(H+HS-xA)+5z=(50+50X0.55%-—X0.32)0.11=50.120.11m

mssCP 0 2 0 0则，型腔轴向最大工作尺寸为H=50.1150.11m型芯工作尺寸计算a、型芯径向工作尺寸计算第14页共21页图5-2（波轮）如图（5-2）示，波轮塑件内形向基本尺寸l1=294mm;l=16m。s3查表（5-2）得.pleasecontactQ3053703061 giveyoumoreperfectdrawings则，型芯径向工作尺寸为：l1=296.22004哑l=24.250ml=12.130mb、型芯轴向工作尺寸计算如图（5-2）示，波轮塑件孔深基本尺寸h1=32m;h=40m。s2查表（5-2）得：a、当h1=32m时，塑件公差A1=0.26m;b、当h^=40m时，塑件公差A2=0.28m。

1 1则有成型零件制造公差51=-△「-X0.26=0.09mm115二—A=—X0.28=0.09m代入已知数据得：1h=(h+hS+xA)0=(32+32X0.55%+—X0.26)o=32.31o哑m1 sisicp i今i 2 -。・。9 -0.091h=(h+hS+xA)o=(40+40X0.55+X0.28)o=40.36omm2 s2s2CP 2-5 2 -°.°9 -o.o9Z2则V,型腔轴向最大工作尺寸为：h1=32.31ooo9m；h=40.36om。5.3推杆计算由于波轮塑件形状特殊，所以采用矩形推杆，而且推杆在塑件脱模的时候起到主要作用。所以在计算的时候，把初始脱模力作为在、推杆在工作时承受的最大负荷。四筋板总共有四条轮辐状筋板上，推杆中心线的位置在①2oom的圆周上。由于筋板的厚度为2m,故可以设计推杆截面形状如图5-3(筋板)示：图5-3图5-35.3.1推杆选用的材料推杆选用的材料为45钢。5.3.2计算推杆长度根据《塑料模设计手册》公式5-97<3>得到:推杆长度计算公式：1=24q1=24q(5-11)式中，l一推杆长度(cm)n—推杆数量，n=4;

E—推杆材料的弹性模量（N/cm2）,45钢的E=2.1X107N/cm2；q一推杆承受的最大负荷（N）,在这里最大负荷等于塑件最大脱模力，即：q=Q=2000N；B一推杆截面长度（cm）,B=1.2cm；H一推杆截面宽度（cm）,H=1.2cm。代入数据得：n:BH3•兀2•E・n ‘1.2x0.20.3x兀2x2.1x107x4ccl=， 二」 =12.88cm24q 24x2000取l=12cm。贝V，每根矩形推杆长度：L<10cm根据模具的实际情况，推杆需要做成阶梯状。上部为矩形推杆，长度为L矩=89哑，下部为实心圆柱状，①=20mm。推杆长度为，L全=340mm。如图5-4（推杆）示：图5-4图5-45.4进行关键零件的强度和刚度校核5.4.1推杆的强度和刚度校核截面为矩形部分推杆校核矩形部分推杆尺寸如下：B=1.2mH=0.2mL=8.9ma、最大负荷校核根据根据《塑料模设计手册》公式5-97<3>得到，矩形截面推杆所能承受的最大负荷计算公式为<3>:BH3兀2E

q= 1 24/2式中，l—推杆长度（cm）,l=8.9cm；E—推杆材料的弹性模量（N/cm2）,45钢的E=2.1X107N/cm2；q1—每条推杆承受的最大负荷（N）；B一推杆截面长度（cm）,B=1.2cm；H一推杆截面宽度（cm）,H=1.2cm。代入数据可得到每根矩形的推杆能够承受最大负荷为：q=8二2E=I.2x限；；"2」xI。7=1046.烈贝V，四条矩形推杆所能够承受最大负荷为：q总1=4q1=4X1046.7^4187Nq总1=4187N>q=2000N所以，截面为矩形的推杆能够承受脱模力带来的负荷。b、应力校核截面为矩形的推杆主要受压应力，参考《材料力学》得到推杆的应力校核公式如下<6>:c1=-^h<七 （5-13）式中，q一推杆承受的最大负荷（N）,在这里最大负荷等于塑件最大脱模力，即：q=Q=2000N;c1一矩形推杆应力（N/cm2）；c一推杆钢材的屈服极限强度（N/cm2），45钢：c=32000N/cm2；n—推杆数量，n=4。代入数据：q2000c二—= =2083.5N/cm21nBH4x1.2x0.2所以， c1=2083.5N/cm2Wc、=32000N/cm2综合计算结果，截面为矩形的推杆满足要求。截面为圆形部分推杆校核圆形部分推杆尺寸如下：11=8.9cm,r=1cma、最大负荷校核根据《塑料模设计手册》公式5-93得到，圆形截面推杆所