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2014年湖北工业大学模具这样毕业设计说明书定稿


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摘 要
本课题的研究主要是针对插座面板的注塑模具设计,首先阐述了模具行业的概况及 注射成型工艺,对插座面板的结构及材料进行了分析,然后利用 Moldflow 软件对插座 面板的成型过程进行模拟和合理性分析,提出方案如下,本次模具设计为一模两腔的结 构,浇口形式为侧浇口。在其分析结果的基础上,利用 UG 等 CAD 软件设计出插座面 板注塑模的各大系统,其中设计难点是侧孔、内凹、倒扣的成型,这里采用了斜顶杆内 抽芯机构的方法。同时对模具结构及其尺寸进行设计计算,这里选用龙记模架中的二板 模结构, 对注塑机的选择以及相关参数的校核进行了详细的设计。 最后, 利用 Auto CAD、 UG 等软件绘制出该注射模的装配图及各零件图,完成本次插座面板的注塑模具设计。

关键词:注塑模具 Moldflow UG 斜顶内抽芯 插座面板

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Abstract
The topic of research is mainly aims at the injection mold design of Socket

panel,Firstly it expounded the general situation of mould industry and the craft of injection molding ,the structure and material of socket panel are analyzed,and then using Moldflow software to simulate the forming process of the socket panel and reasonable analysis, the scheme propose as follow,the design of mold use one die with two cavity,the form of gate is edge gate.Base on the results of Analysis , each system of the injection mould of Socket panel with using some CAD Software such as UG,the design difficulties is the molding of bye hole,indent and sub-commission,in this design we use the lifter inside core pulling.And we design and calculate the Structure and size of the mould ,we choose the Second mode structure of LKM,we particular choose the injection molding machine and check the relevant parameter.At last we draw the assembly drawing and part drawing with many software such as Auto CAD and UG,then we finished the injection mold design of Socket panel. Keywords: Moldflow UG injection mold lifter inside core pulling Socket panel

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目录
1 绪论 .................................................................. 1 1.1 模具工业的概况 ..................................................... 1 1.2 塑料模具工业的现状及其发展 ......................................... 1 1.3 注塑模具 CAD/CAE/CAM 的发展趋势 ..................................... 2 2 注射成型工艺 .......................................................... 4 2.1 注射成型原理 ....................................................... 4 2.2 注射成型的生产工艺过程 ............................................. 4 2.2.1 2.2.2 2.2.3 成型前的准备 ................................................... 4 注射过程 ....................................................... 4 塑件的后处理 ................................................... 4

3 塑件工艺分析 ......................................... 错误!未定义书签。 3.1 塑件设计要求 ....................................................... 5 3.2 塑件的结构工艺性分析 ............................................... 5 3.2.1 3.2.2 塑件的尺寸精度及表面质量 ....................................... 5 塑件的形状结构 ................................................. 6

3.3 塑件材料的选择 ..................................................... 6 3.3.1 3.3.2 3.3.3 常用塑料的性能比较分析 ......................................... 6 塑件材料的选用 ................................................. 7 ABS 材料的特性 ................................................. 7

4 注塑模工艺过程分析 ..................................................... 9 4.1 模型导入 ........................................................... 9 4.2 网格划分 ........................................................... 9 4.3 浇口的设计与位置分析 ............................................... 9 4.3.1 浇口的作用 ..................................................... 9

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4.3.2 4.3.3 4.4 浇口形式的选择 ................................................ 10 浇口的位置分析 ................................................ 10

MOLDFLOW 分析 ...................................................... 10 浇注系统的创建 ................................................ 10 冷却系统的创建 ................................................ 11 分析结果 ...................................................... 11

4.4.1 4.4.2 4.4.3

5 插座面板注射模具设计 ................................................. 13 5.1 注射机的选择 ...................................................... 14 5.1.1 5.1.2 5.1.3 注射机的组成及分类 ............................................ 14 注射机的生产工作过程 .......................................... 14 注射机的初选 .................................................. 14

5.2 分型面的选择 ...................................................... 15 5.2.1 5.2.2 分型面的选择原则 .............................................. 15 塑件分型面选择 ................................................ 15

5.3 浇注系统的设计 .................................................... 15 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 主流道设计 .................................................... 15 分流道设计 .................................................... 18 浇口的设计 .................................................... 19 冷料穴与拉料杆的设计 .......................................... 20 排气结构的设计 ................................................ 21

5.4 成型零部件设计 .................................................... 21 5.4.1 5.4.2 5.4.3 成型零部件的结构 .............................................. 21 成型零部件工作尺寸的计算 ...................................... 22 型腔的强度与刚度计算 .......................................... 24

5.5 模架的选择 ........................................................ 26 5.6 合模导向机构的设计 ................................................ 27 5.6.1 5.6.2 导向机构的作用 ................................................ 27 导柱的设计 .................................................... 28
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5.6.3 5.6.4 导套的设计 .................................................... 28 导柱与导套的配合关系 .......................................... 29

5.7 顶出脱模机构的设计 ................................................ 29 5.7.1 顶出机构的结构 ................................................ 29

5.7.2 脱模力的计算 ................................................... 30 5.7.3 顶出零件尺寸的确定 ............................................. 30 5.8 侧向抽芯机构的设计 ................................................. 31 5.8.1 斜顶机构的运动方式与组成 ....................................... 31 5.8.2 斜顶机构的创建原则 ............................................. 31 5.8.3 斜顶机构的设计 ................................................. 32 5.9 冷却系统的设计 ..................................................... 33 5.9.1 冷却系统的设计原则 ............................................. 33 5.9.2 冷却系统中水道直径的计算 ....................................... 33 5.9.3 冷却系统的排布 ................................................. 34 5.10 注射机的校核 ...................................................... 34 5.10.1 锁模力的校核 .................................................. 34 5.10.2 最大注射量的校核 .............................................. 35 5.10.3 注射压力的校核 ................................................ 35 5.10.4 塑化能力的校核 ................................................ 35 5.10.5 模具安装尺寸的校核 ............................................ 35 5.10.6 注射机的开模行程 .............................................. 35 5.11 模具的装配图及动作过程分析 ........................................ 36 设计总结 ................................................................ 38 致 谢 .................................................................. 39 参考文献 ................................................................ 40

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1.1 模具工业的概况

绪论

模具是零件成型过程中重要工艺装备,模具成型因其生成效率高、产品质量好、材 料损耗少、生产成本低而广泛的运用于机电产品、电子产品、轻工业产品、自动化设备、 通信、兵器产品等中。 凡制造业发达的国家,模具市场均极为广阔;凡模具发达国家,制造业也必定很发 达和繁荣,也必定拥有国内、国外两个市场。模具是最重要的工业生产手段和工艺发展 方向, 模具生产的工艺水平及科技含量的高低, 在很大程度上决定着产品的质量、 效益、 新产品的开发能力,也成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,决定着一个 国家制造业的国际竞争力。 在信息社会和经济全球化不断发展的进程中,模具行业的发展趋势主要是模具产品 向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方面发展。伴随着产品技术含量的不断提 高,模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;模具企业向着 技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

1.2

塑料模具工业的现状及其发展
按所成型的材料的不同,模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为:铸

造模具(有色金属压铸,钢铁铸造)和锻造模具等;非金属模具也分为:塑料模具和无 机非金属模具。而按照模具本身材料的不同,模具可分为:砂型模具,金属模具,真空 模具,石蜡模具等等。其中,随着高分子塑料的快速发展,塑料模具与人们的生活密切 相关。塑料模具一般可分为:注射模、挤出模、吸塑模、吹塑模等。 塑料工业是一门新兴的工业,是随着石油工业的发展应运而生的。21 世纪的今天, 塑料工业以一种前所未有的速度高速发展着。塑料,作为一种新的工程材料,在各个领 域、各个行业乃至国民经济中已拥有着举足轻重的不可替代的地位。随着工业塑件、日 用塑件的品种和需求量日益增加,产品更新换代的周期也越来越短,对塑料的产量和质 量提出了越来越高的要求,也对成型技术与模具的要求越来越苛刻,传统的模具设计方 法已无法适应当今的要求。解决当今需求的有效途径是将计算机辅助设计(CAD)、计算 机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)技术应用于注塑成型领域,注塑模 CAE 技

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术是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论,建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传 热的物理数学模型,利用数值计算理论构造其求解方法,利用计算机图形学技术在计算 机屏幕上形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却等过程,定量地给出成 型过程的状态参数(如压力、温度、速度等)。与传统的模具设计相比,计算机辅助工程 (CAE)技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面,还是在降低生产周期和成本、 减轻劳动强度方面,都具有极大的优越性。 目前,塑料成型技术正朝着精密化、微型化、超大型化和自动化成型的生产方向发 展,其发展趋势有以下几个方面
[1]



(1)塑料成型理论的深入研究:加深对塑料成型过程中所发生的物理、化学变化和 力学行为的认识,借以改进生产技术、方法和设备。 (2) 改革创新成型工艺: 为适应新型塑料制件的要求及提高塑件质量和生产率需要, 新的塑料成型工艺正不断涌现,如多种塑料共注射成型、多种工艺复合模塑成型、无流 道注射成型、低发泡注射成型、反应注射成型和气辅注射成型等。 (3)发展模具新结构、新材料和新工艺:重点开发精密、复杂、大型、微型、高效、 长寿命模具,以满足塑料制件精密化,微型化和大型化的要求;发展多腔、多层、多工 位模具及多功能模具、组合模具。 (4)加强电子计算机在模具设计制造中的应用:塑料流变学、几何造型技术、数控 加工以及计算机技术的突飞猛进,为塑料模具 CAD/CAE/CAM 系统的开发创造了条件。 (5)加速模具零部件标准化和专业化:标准化和专业化是缩短模具设计制造周期、 降低模具成本行之有效的途径,同时也可为计算机辅助设计与制造创造有利条件。

1.3

注塑模具 CAD/CAE/CAM 的发展趋势
可以预见,塑料 CAD/CAE/CAM 集成技术将被广泛采用,成为解决塑料成型加工

和模具设计中各类问题的标准工具和手段。随着科学技术的迅速发展、互联网技术的普 及, 塑料模 CAE 技术功能进一步扩充, 性能也进一步提高, 呈现出如下的发展趋势
[2]



(1)数学模型、数值算法逐步完善:塑料模 CAE 技术的实用性,取决于数学模型 的准确性及数值算法的精确性。随着相关领域的技术进步,数学模型对成型过程的描述 更准确、真实。 (2)优化理论及算法,使 CAE 技术“主动”地优化设计:现有的 CAE 技术是建立

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在科学计算的基础上,但仅仅是校验设计方案的合理性,“优化”仅仅是反复的校验、试 凑,最终的设计方案仍需设计者通过经验和技巧对多个方案的反复计算、比较、分析和 判断来确定,使设计和分析过程仍带有盲目性和随机性。利用现有的模拟结果,借助于 优化理论构造有效的反问题算法,给出明确的改进方向和尺度,对优化模具设计参数和 成型工艺参数十分重要。这样,可从根本上解决依赖经验和技巧的方法和手段。 (3)最优化:产品设计和工艺过程的最优化始终是人们追求的目标,采用传统的方 法设计制造模具可靠性比较差, 发展塑性成形过程的计算机模拟技术是解决模具可靠性 问题的重要途径。利用有限元和边界元等方法分析塑性成形过程及模拟材料的流动,可 以检验设计的模具是否可以制造出合乎质量要求的产品,排除不可行方案,获得较佳的 设计,提高模具的可靠性。

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2.1 注射成型原理

注射成型工艺

注射成型是将粒状或粉状的塑料从注塑机的料斗送入其加热的料筒内,进行加热熔 融塑化,使之成为粘流状态的熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推动下,以很高的流速通 过机筒前端的喷嘴注入到温度较低的闭合模腔中,经过一段时间的保压、冷却、定型以 后,开模分型便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。

2.2

注射成型的生产工艺过程
为使注射成型过程顺利的进行和保证塑件的质量,成型前需要进行一些必要的准备

2.2.1 成型前的准备
工作,例如:原料外观的检验、原料工艺性能的测定、原料的染色及对粉料的造粒、某 些易吸湿的塑料(如 ABS 等)的干燥、机筒的清洗、嵌件的预热、脱模剂的选择等一 系列准备工作。

2.2.2 注射过程
注射过程一般包括:加料、塑化、注射、冷却、脱模。 (1)加料:由于注射成型是一个间歇的生产过程,因而需定量(定容)加料以保证 操作稳定、塑料塑化均匀,最终获得良好的塑件。 (2)塑化:使加入的塑料在注射机料筒中进行加热,由固体颗粒转变成粘流态并具 有良好可塑性的过程。 (3)注射:用柱塞或螺杆推动塑化后的塑料熔体充满塑料模型腔,并使熔体在压力 下冷却凝固定型,直至制品脱模的过程。注射过程又可分为充模、保压、倒流、冷却定 型、脱模。

2.2.3 塑件的后处理
(1) 退火处理: 是将注射塑件在定温的液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间, 然后缓慢冷却的一个过程。其目的是消除或降低塑件成型后的残余应力,此外,可降低 塑件硬度和提高其韧性。 (3)调湿处理:是将刚脱模的塑件放在热水中,以隔绝空气,防止对塑件的氧化, 加快吸湿平衡的一种后处理方法,其目的是使塑件颜色、性能及尺寸得到稳定。

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3 塑件工艺分析
3.1 塑件设计要求
由于该塑件的用途是用于电源插座上,故要求该塑件应该具有良好的绝缘性,化学 性能稳定,宜于成形加工,弯折不容易产生损坏和断裂现象,并且塑件表面要求无飞边 或缩孔现象。 作为一种日用品,生产批量应该是中、大批量生产。根据本塑件的结构特点,分析 可知本塑件需要在两个方向上进行侧抽芯,同时为了兼顾生产效率,本次模具设计采用 一模两腔的结构。 插座面板的三维图如图 3-1 所示。

(a)
图 3-1 插座面板的三维图

(b)

3.2

塑件的结构工艺性分析
目前塑件的表面粗糙度一般在 Ra0.02~1.25μm, 模具表面粗糙度值应小于塑件要求

3.2.1 塑件的尺寸精度及表面质量
值的 1~2 级。该塑件为日用塑料产品,故型腔、型芯的表面粗糙度均要求达到 Ra0.4。 该塑件尺寸中等,整体结构比较简单。除了配合尺寸精度要求较高以外,其他尺寸 的精度要求相对较低, 但表面粗糙度要求较高, 再结合其材料性能, 故选一般精度等级: 5 级。

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3.2.2 塑件的形状结构
该塑件是一个面壳类零件,其结构较简单,形状基本对称,尺寸中等。在该塑件的 一个侧面有一个孔,需要进行侧抽芯;并且其另一端侧面的内壁上有一个倒扣结构,同 时兼有内凹结构,故需要进行内抽芯。由于侧面的孔比较小,为了减小制模难度,可以 将其侧孔的侧抽芯也设计为内抽芯。塑件的壁厚设计要满足使用时的强度要求和刚度要 求,满足熔体充模流动,本塑件的平均壁厚为 2mm。 插座面板的二维图如下图 3-2 所示。

图 3-2

插座面板的二维图

3.3

塑件材料的选择
一般来说,选择塑件材料的依据是它的工作环境及功能要求。对于常温工作状态下

3.3.1 常用塑料的性能比较分析
的塑件来说,需要考虑的主要是材料的弹性模量、屈服应力、弯曲强度、表面硬度等力 学性能。该塑件对材料的要求首先必须是保证其尺寸精度,其次才是成型难易和经济性 的问题,以下是材料的性能对比,如下表 3-1 所示[3]。

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表 3-1 常用塑料的性能比较

简 称 PV C

俗称 / 中文 学名 聚氯乙烯

主要应用

收缩率

熔点及成型 温度 75-105

物理属性 抗拉、压、弯、热,高 韧性,高透明,高光折 刚硬有韧性、抗疲劳、 抗应力拉开、良好的流 动性、成型性耐磨性优 异耐冲击性好 抗冲击强度高抗蠕变耐 热尺寸稳定性好

管材、 窗框、 电 硬 0.1-0.5 软 线、食品包装 包装胶带、拉 丝、 洗衣机、 玩 1.0-2.5 具 0.4-0.7 1.0-5.0

PP

聚丙烯 百折胶

75-105

PC

聚 碳 酸 酯 咖啡壶、 安全头 防弹胶 丙烯腈 丁 二烯 苯乙 烯 盔、防弹玻璃 最能保持产品 尺寸精度的材 料, 电器、 日用 品、玩具 各种齿轮牙、 刷 尼龙 6

150

110 加工成 力学性能和热性性能, 0.3-0.8 型修饰容易 硬度好 易度金属有良 成型温度为 好的机械强度和一定的 200 216 耐磨性 具有高强度和良好的冲 击强度耐蠕变和抗疲劳 强度高

AB S

PA 6

毛、 渔线、 电动 0.5-2.2 工具外壳

3.3.2 塑件材料的选用
由上述表 3-1 可知, ABS 、PP、PC 三种材料均符合条件要求,但考虑到成型的 难易程度,以及经济等方面的因素,由于 ABS 无毒无味,有一定的硬度和尺寸稳定性, 易于成型加工,且具有良好的力学性能和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化 学稳定性和电气性能,综合考虑,选择 ABS 为塑件材料。

3.3.3 ABS 材料的特性
ABS,全称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚 物。三种成分的各自特点使 ABS 具有良好的综合力学性能,其中丙烯腈使 ABS 有良好 的耐化学腐蚀性及表面硬度;丁二烯使 ABS 具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯使它具 有良好的加工性和染色性能。 ABS 的应用范围为:汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等) ,电冰箱, 大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等) ,电话机壳体,打字机键

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盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 ABS 的主要技术指标见表3-2、表3-3、表3-4 [4]。
表 3-2 热物理性能

密度(g/ cm? ) 导热系数 (W· m-1· K-1× 10-2) 滞流温度(° C)

1.02—1.05 13.8—31.2 130
表 3-3

比热容(J· kg-1K-1) 线膨胀系数 (10-5K-1)

1255—1674 5.8—8.6

力学性能

屈服强度(MPa) 断裂伸长率(﹪) 抗弯强度(MPa) 抗压强度(MPa) 冲击韧度 (简支梁式) 无缺口 缺 口

50 35 80 53 261 11
表 3-4

抗拉强度(MPa) 拉伸弹性模量(GPa) 弯曲弹性模量(GPa) 抗剪强度(MPa)

38 1.8 1.4 24

布氏硬度

9.7R121

电气性能

表面电阻率(Ω) 击穿电压(KV/mm) 介电损耗角正切 (106Hz)

1.2× 1013 \ 0.007

体积电阻率(Ω·m) 介电常数(106Hz) 耐电弧性(s)

6.9× 1014 3.04 50—85

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4 注塑模工艺过程分析
MoldFlow 是注射模及注射成型分析中最常用的 CAE 软件, 通过 MoldFlow 对成型 过程的分析可得出主要注射参数(如注射压力、注射时间、冷却时间等)的推荐值。在 这些分析结果和参数的基础上进行模具设计可以大大减少试模次数,缩短模具开发周 期。

4.1

模型导入
将 UG 中建好的三维实体模型保存为 stl 或 igs 格式, 其文件便可导入到 MoldFlow

中。如图 4-1。

4.2

网格划分
由于 MoldFlow 软件采用的是有限元法进行分析,所以在数值仿真计算之前需要进

行网格划分[5]。Mold Flow 中分析模型的网格类型有三种,即中性面网格、双层面网格、 3D 实体网格。其中双层面为表面网格,是处理 CAD 模型最方便的方法,在保证流动、 保压、优化、冷却和翘曲等分析的基础上,能够减少处理模型的时间,使用双层面可以 改进塑件和模具设计, 确定材料和工艺条件, 从而在质量、 成本和时间上取得最佳组合。 本次设计采用双层面划分,划分结果如图 4-2 所示。

图 4-1

模型的导入

图 4-2

网格的划分

4.3

浇口的设计与位置分析
浇口亦称进料口,是流道与塑件的连接部分,故要求其流迹要小。其作用是: (1)通过截面积的突然变化,使分流道输送来的流体产生加速度,提高剪切速率,

4.3.1 浇口的作用

成为理想流动状态,迅速而均衡地充满型腔;

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(2)通过调节浇口尺寸可使多型腔同时充满; (3)可调节浇口容积,控制充模时间,提高塑件的表面质量; (4)及时封闭型腔,防止塑料熔体倒流; (5)便于浇口凝料与塑件分离; (6)采用小浇口可以提高生产率。

4.3.2 浇口形式的选择
常用的浇口形式有:直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇 口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口。经综合考虑,本次设计选用 侧浇口的形式,该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小,属于小浇口的一种,其优点是 浇口易于机械加工,易保证加工精度,而且试模时浇口的尺寸容易休整。

4.3.3 浇口的位置分析
在Moldflow 中设置分析位置为“浇口位置”,调整工艺参数后进行分析可得佳浇口 位置如图4-3 所示。

图4-3

最佳浇口位置分析

4.4

Moldflow 分析
多型腔模具的普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井组成,它的作用是将

4.4.1 浇注系统的创建
塑料熔体顺利地充满型腔,以获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑料产品。 浇注系统的设计要求是:(1)物料通过浇注系统时,压力损失要小;(2)热损失 要小;(3)便于模具的加工、脱模及清除凝料;(4)在塑件上产生的工艺缺陷要少; (5)物料的使用量要少。 创建的浇注系统如图4-4 所示。
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4.4.2 冷却系统的创建
冷却系统是用来冷却塑件、浇注系统、模具的,冷却效果的好坏对成型效率和塑件 的质量影响很大。设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热 量,使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内,并且要做到使冷却介质在 回路系统内流动畅通、无滞留部位。冷却时间的长短决定了制品成型周期的长短,直接 影响产品的成本。 冷却系统的创建如图4-5所示。

图4-4

浇注系统的创建

图4-5

冷却系统的创建

4.4.3 分析结果
4.4.3.1 充填时间 充填时间是熔融塑料充满型腔的所用的时间,它是成型周期的一个重要组成部分。 分析结果显示该制 . 件充填时间为 2.389 秒,如图 4-6 所示。 4.4.3.2 回路冷却介质温度

如图4-7所示,冷却水进口温度为25℃ ,出口温度在25.19℃ 左右。进出水口温差均在 1℃ 左右。通常来说,注射模具冷却水道进出水温度差值控制在1~2℃ 左右时才可获得较 优的冷却效果,该结果表明这种冷却方案的效率较好。

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图4-6 充填时间

图4-7

回路冷却介质温度

4.4.3.3

翘曲分析结果

翘曲变形是指塑料制件的形状偏离模具型腔的形状所规定的范围,其产生的原因是 因为塑件收缩率不均匀,即冷却不均匀,收缩不均匀,分子取向不一致。翘曲分析的目 的就是模拟预测塑件成型过程中发生翘曲变形的情况,查出发生翘曲变形的原因,从而 优化模具设计以及工艺参数设置,以获得高质量的塑件。 翘曲分析结果如下图 4-12,即: (1)所有因素引起的总变形量为 0.7878mm; (2)冷却不均引起的变形量为 0.1286mm; (3)收缩不均引起的变形量为 0.788mm; (4)取向引起的变形量可忽略不计。

(a)
12

(b)

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(c) 图4-12 翘曲分析结果

(d)

4.4.3.4

制件缺陷分析

制件的缺陷主要有两种:气穴和熔接痕。应尽量分布在型芯与型腔接触处,便于排 气减少缺陷影响,分析结果如图4-13所示,可知本设计缺陷情况良好。

(a) 图 4-13 制件缺陷分析

(b)

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5.1 注射机的选择

插座面板注射模具设计

5.1.1 注射机的组成及分类
注射机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电气控制系统等组成。 注射机按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注射机;按加工能力分类:超 小型,小型,中型,大型和超大型注射机。

5.1.2 注射机的生产工作过程
(1)合模与锁紧; (2)注射装置前移; (3)注射与保压; (4)制件冷却与预塑化 ; (5)注射装置后退; (6)开模与顶出制件。

5.1.3 注射机的初选
由于卧式注射机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行,具有机身较低, 加料、操作及维修较方便,且制品顶出脱模后可自动坠落,易于实现机械化或自动化等 优点,故选用卧式注射机。 根 据 塑 件 的 三 维 模 型 , 利 用 UG 软 件 直 接 可 查 得 塑 件 单 件 的 体 积 为 V =27462.9236mm3,注射机一次所要注射熔融塑料的体积为 V=n(V 件+V 凝)=87.88cm3 式中,n 为型腔数,V 凝=0.6V 件 ,n=2。 则注射机的理论注射量 V 理=V/0.8=109.85cm3 。
[3]


由文献[6]中表 5-1 可选用注射机型号为 SZ—160/1000,其参数如下: 结构形式:卧式 理论注射量:160cm3 注射压力:126MPa 塑化能力:10.5g/s 锁模力:1000kN 开模行程:280mm 最小模具厚度:170mm 喷嘴球半径:10mm 螺杆直径:44mm 注射速率:110g/s 螺杆转速:10~215r/min 拉杆内间距:360x260mm 最大模具厚度:360mm 模具定位孔直径:Φ120mm 喷嘴口直径:Φ4mm

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5.2 分型面的选择
(1)分型面的选择不应影响制品的外观; (2)分型面的选择应有利于制品脱模; (3)分型面不应影响制品的尺寸精度; (4)应尽量减小模腔(即制品)在分型面上的投影面积; (5)分型面应尽量与最后填充熔体的模腔表壁重合; (6)选择分型面时,应尽量减小脱模斜度给制品大小端尺寸带来的差异; (7)分型面的位置应使模具加工容易; (8)分型面的选择位置应使模具结构与注射机相适应。

5.2.1 分型面的选择原则

5.2.2 塑件分型面选择
在实际设计中,不可能全部满足上述原则,一般应抓住主要矛盾,在此前提下确定 合理的分型面。该塑件的分型面选择如下图 5-1、图 5-2 所示。

图 5-1

塑件的分型面

图 5-2 分型面的选择

5.3

浇注系统的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触的部位开始,到分流道为止的塑料

5.3.1 主流道设计
熔体的流动通道,是熔体最先流经模具的部分,它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度 和充模时间有较大的影响。本次模具设计中采用的是直浇口式主流道。 5.3.1.1 主流道的结构

(1)为了便于凝料从主流道里拔出,主流道通常设计成圆锥形,锥角约取 2? ~4? 。 对流动性比较差的塑料可取到 6? ~10? 。此次模具设计中选取 2? 。 (2)为了减小料流转向过渡时的阻力,主流道的大端应呈圆角过渡,其圆角半径为 1~3mm。

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(3)主流道内壁的表面粗糙度一般取为 Ra=0.8um。 (4)在保证塑件成型良好的条件下,主流道长度应尽量短,以减小压力损失和废料 量。如果主流道过长,则会增多主流道凝料且增加压力损失。 (5)为了防止主流道与喷嘴处溢料,主流道与喷嘴应紧密对接,主流道对接处应制 成半球形凹坑,否则容易造成漏料,给脱卸主流道凝料造成困难。通常要求主流道进口 端凹下的球面半径要比喷嘴球面半径大 1~2mm,即 R1=R0+(1~2)mm,凹下深度约 为 3~5mm,主流道小端直径 d1=do+(0.5~1)mm。 主流道的几何形状与尺寸见图 5-3。

图 5-3

主流道的几何形状与尺寸

1―定模板;2―浇口套;3―注射机喷嘴

之前选用的注射机型号为 SZ—160/1000,故 模具定位孔直径:Φ120mm 喷嘴球半径:10mm 喷嘴口直径:Φ4mm 根据模具主流道与喷嘴的关系,选取主流道球面半径为:R=11mm;选取主流道小 端直径为:d=5mm。 5.3.1.2 主流道衬套的设计

由于主流道要与高温塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞,所以一般不将主流道开在定 模上,而是将它单独开设在一个嵌套中,然后将此嵌套再嵌入定模内,该嵌套即为主流 道衬套。采用此衬套以后,不仅仅使主流道的加工和热处理及衬套的选材等工作比较方 便,而且使主流道损坏后也便于修模或更换。
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本模具的主流道衬套的几何形状与尺寸见图 5-4。

图 5-4 主流道衬套的几何形状与尺寸

设计主流道衬套时应注意一下事项: (1)主流道衬套应该选用优质钢(如 T8A 等) ,热处理后硬度为 53~57HRC。 (2)主流道衬套与定模之间的配合采用 H7/m6。 5.3.1.3 定位环的设计

定位环与注射机定模固定板中心的定位孔相配合,它的作用是为了使主流道与喷嘴 和机筒对中。设计主流道衬套时应注意一下事项: (1)定位环与注射机定模固定板上的定位孔之间采取比较松动的间隙配合,此处取 为 H11/h11。 (2)定位环的定位面高度不能大于定位孔的深度。 本模具的定位环的几何形状与尺寸见下图 5-5。

图 5-5

定位环的几何形状与尺寸

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5.3.2 分流道设计
5.3.2.1 分流道设计原则 分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开设在分型面上,起分流和转向作用,分 流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置,分流道的设计应尽可能短,以减少 压力损失,热量损失和流道凝料。 5.3.2.2 分流道的截面形状

由于本塑件属于较小型制件, 考虑到加工简单, 熔体的热量散发和流动阻力都不大, 本次模具设计所选的分流道为 U 形截面分流道,其结构形状如下图 5-6 所示。

图 5-6

分流道截面形状

5.3.2.3

分流道的截面尺寸

由文献[4]可知,塑料种类的不同,其分流道截面尺寸的值也不一样,见表 5-1。
表 5-1 各塑料分流道截面尺寸推荐值

由于本塑件的材料为 ABS,则其截面直径为 4.8~9.5mm。 综合考虑,本套模具中分流道直径取 8mm,高度 h=6,内表面粗糙度 Ra=1.6μm。 5.3.2.4 分流道的长度

分流道的长度要尽可能短,且少弯折,以便减少压力和热量的损失,节约塑料的原 材料和降低能耗。在本模具的设计中,分流道所在位置取主流道与塑件之间的捷径,长 度为 L=36mm
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5.3.2.5 分流道的布置形式 本模具设计的分流道位置在分型面处,其布置形式如下图 5-7。

图 5-7 分流道布置形式

5.3.3 浇口的设计
5.3.3.1 常用的浇口形式 (1)直接浇口,多用于注射成型大型厚壁长流程深型腔的塑件及一些高粘度塑件; (2)侧浇口,又称边缘浇口,一般开设在分型面上,塑料熔体从型腔的侧面充模, 其截面形状多为矩形狭缝。此浇口易加工,休整方便,可根据制件的形状特点灵活地选 择浇口位置,且对塑料的成型适应性较强,因此广泛使用于中小型塑件的多型腔模具。 (3)点浇口,适用于多种塑料的单腔、多腔或多交口中,其痕迹小,便于休整, 易于自动脱模。 (4)潜伏浇口,其特点是加工制造困难,不影响制件外观 5.3.3.2 浇口的设计与选择

综合考虑,该模具采用侧浇口,其特点如下: (1)形状简单,去除浇口方便,便于加工,而且容易保证尺寸精度; (2)试模时若发现不当,易于及时修改; (3)能相对独立地控制充填速度与封闭时间; (4)对于壳体形塑件,其流动充填效果比较好。 查文献[4]得常用塑料的侧浇口与点浇口尺寸推荐值如表 5-2 所示。
表 5-2 侧浇口与点浇口尺寸推荐值

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综合考虑, 浇口形式如下图 5-8 所示, 其尺寸由表 5-2 的经验数据取得: 深度 t=1mm, 宽度 b=2.3mm,长度 l=2mm。

图 5-8

浇口形式

5.3.4 冷料穴与拉料杆的设计
5.3.4.1 冷料穴的作用 冷料穴是浇注系统的结构组成之一,其一般位于主流道对面的动模板上,或处于分 流道末端。冷料穴的作用是: (1)容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料,以免这些冷料 进入型腔; (2)便于在该处设置主流道的拉料杆。注射结束之后,模具分型时,在拉料 杆的作用下,主流道凝料从定模的浇口套中被拉出,之后顶出机构开始工作,将塑件及 浇注系统的凝料一起顶出模具外。 5.3.4.2 主流道冷料穴的形式

(1)带有 Z 形钩头拉料杆的冷料穴,其形状如 Z 字形钩头,塑件成型之后,穴内冷 料与拉料杆的钩头搭接在一起,拉料杆的底部固定在注射模的顶杆固定板上,开模时, 拉料杆首先通过钩头拉住穴内的冷料,使主流道凝料脱出定模,然后在顶出机构的作用 下将凝料与塑件一起顶出动模[4]。如图 5-9a 所示。 (2)倒锥形或环槽形冷料穴,其常与顶杆配用。开模时,倒锥形或环槽形冷料穴通 过其内部冷料,先将主流道凝料拉出定模,然后在顶杆的作用下使冷料和主流道凝料随 塑件一起被顶出动模,采用这两种冷料穴的优点在于主流道凝料脱模不需要侧向移动, 易于实现自动化操作,其缺点为凝料被顶出时带有强制性,只适用于弹性较好的塑料品 种[4]。如图 5-9b、c 所示。

(a)
图 5-9

(b)
带有拉料杆或顶杆的冷料穴

(c)

综合考虑,本模具采用带 Z 字形钩头的拉料杆。

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5.3.5 排气结构的设计
在注射冲模过程中,模腔内除了原有的空气外,还有塑料含有的水分在加热时蒸发 而形成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体、塑料助剂挥发所产生的 气体等等,此外,当有些塑料在其固化时,还会因为体积缩小而放出气体。这些气体必 须要被及时排出模腔,否则塑件上就会形成气孔、接缝、表面轮廓不清及充填不满等成 型缺陷,因此设计模具的时候必须考虑到型腔的排气问题。 注射模成型时通常有以下几种方式排气: (1)利用配合间隙排气; (2)在分型面上开设排气槽; (3)利用分型面排气; (4)利用排气塞排气。 本次模具设计中采取的排气方式是利用分型面及推杆等的配合间隙排气。

5.4

成型零部件设计
型腔

5.4.1 成型零部件的结构
5.4.1.1 型腔也称作凹模,是成型塑件外形轮廓的模具零部件,按结构不同可以分为整体式 和组合式。整体式型腔的结构特点是简单牢固、强度及刚性好、不易变形、塑件表面分 型面痕迹小。但型腔形状复杂时加工困难,维修不方便。而整体嵌入式型腔除了有整体 式型腔的优点外, 其加工效率高, 拆装方便, 综合考虑故采用整体嵌入式型腔。 见图 5-10。 5.4.1.2 型芯

型芯也称为凸模,按结构分为整体式、嵌入式、组合式等。嵌入式型芯的特点是, 结构牢固,强度及刚性好,维修加工方便,模具材料可随意选配,考虑到本次设计的型 芯结构比较复杂,故采用嵌入式型芯,如下图 5-11 所示。

图 5-10

型腔

图 5-11 型芯
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5.4.2 成型零部件工作尺寸的计算
模具工作尺寸确定的原则是,外形尺寸采用单向负偏差,基本尺寸为最大值;内形 尺寸采用单向正偏差,基本尺寸为最小值;中心距尺寸采用双向等值正、负偏差,基本 尺寸均为平均值。由于本塑件的尺寸较小,尺寸精度不高,故采用平均值法来计算成型 零部件的工作尺寸。 根据目前机械制造和装配的技术水平,一般将配合尺寸的公差等级选为 5 级,将非 配合尺寸的公差等级选为 13 级, 成型零部件的工作尺寸公差值可取塑件公差的 1/3~1/6。 由于该塑件是小型塑件,故模具制造公差和成型零部件的磨损,是影响塑件尺寸精度的 主要因素,取 δz = Δ/3,δc= Δ/6,x=1/2~3/4。 由文献 [3] 中附录 E 查得, ABS 的收缩率为 0.3~0.8 %,由文献 [3] 中式( 7.5 ) ,计算得其平均收缩率为 0.55%。 5.4.2.1 型腔的径向尺寸

由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(7.8)

式中,Δ 前面的系数可以在 1/2-3/4 之间取值;δz 为模具成型零件制造误差,取 δz = Δ/3 [7]。 故 LS1=86mm, LM1=86.070+0.18 mm; LS2=25mm, LS3=8mm, LS4=7mm, LS5=2mm, LS6=R3mm, LS7=2mm, 5.4.2.2 型芯的径向尺寸 LM2=25.140+0.003 mm; LM3=8.210+0.07 mm; LM4=7.200+0.07 mm; LM5=2.120+0.05 mm; LM6=R3.150+0.06 mm; LM7=2.020+0.05 mm; 。

由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(7.9)

式中,Δ 前面的系数可以在 1/2-3/4 之间取值;δz 为模具成型零件制造误差,取 δz = Δ/3。

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故 lS1=82mm, lS2=78mm, lS3=70mm, lS4=6mm, lS5=2mm, lS6=10mm, lS7=2mm, lS8=R2mm, lS9=Φ3mm, lS10=Φ6mm, lS11=8mm, 5.4.2.3 型腔的高度尺寸 lM1=82.850-0.18mm; lM2=78.770-0.15mm; lM3=70.730-0.15mm; lM4=5.900-0.06mm; lM5=2.120-0.05mm; lM6=10.250-0.07mm; lM7=1.910-0.05mm; lM8=R2.120-0.05mm; lM9=Φ3.130-0.05mm; lM10=Φ5.900-0.06mm; lM11=7.900-0.07mm。

由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(7.10)

式中,δz 为模具成型零件制造误差,取 δz = Δ/3。 故 HS1=22mm, HS2=13mm, HS3=4mm, HS4=2mm, 5.4.2.4 HM1=21.900+0.11mm; HM2=13.080+0.003mm; HM3=3.900+0.06mm; HM3=1.920-0.05mm。

型芯的高度尺寸

由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(7.11)

式中,δz 为模具成型零件制造误差,取 δz = Δ/3。 故 hS1=20mm, hS2=1mm, hS3=4mm, hM1=20.330-0.11mm; hM2=1.100-0.05mm; hM3=3.900-0.06mm;

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hS4=1mm, hS5=13mm, hS6=2mm, 5.4.2.5 中心距 hM4=0.910-0.05mm; hM5=13.080-0.003mm; hM6=2.100-0.05mm。

由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(7.13)

式中,δz 为模具成型零件制造误差,取 δz = Δ/2。 故 CS1=18mm, CS2=14mm, CS3=5mm, CS4=19mm, CM1=18.10± 0.07mm; CM2=14.08± 0.07mm; CM3=5.03± 0.05mm; CM4=19.10± 0.08mm。

5.4.3 型腔的强度与刚度计算
5.4.3.1 计算条件 (1)型腔不发生溢料 在塑料熔体的压力作用下,型腔产生过大的变形将导致某些结合面出现溢料间隙, 从而产生溢料和飞边。因此,必须根据不同塑料的溢料间隙来决定刚度条件。 部分塑料允许的溢料间隙值
[4]

见表 5-3 所示。
最大不溢料间隙值

表 5-3

由于本塑件的材料为 ABS,故取[δ]=0.04 (2)保证塑件精度 当塑件的某些工作尺寸要求精度较高的时候,成型零部件的弹性变形将影响塑件精 度,因此要模具型腔具有很好的刚性。一般应使型腔受力时产生的最大弹性变形量小于 塑件公差的 1/5。

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(3)保证塑件顺利脱模 若型腔的最大变形量大于塑件的成型收缩量,则开模之后型腔的弹性恢复将使其包 紧塑件,使塑件脱模困难或在脱模过程中被划伤甚至破裂,因此型腔的最大弹性变形量 应该小于塑件的成型收缩值。 即: [δ]<tS=2 × 0.55=1.1mm 式中 [δ] 为保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量;t 为塑件壁厚,mm; S 为塑件 的收缩率。 在一般情况下,因塑料的收缩率较大,型腔的弹性变形量不会超过塑料冷却时的收 缩值,因此,型腔的刚度要求主要是由不溢料和塑件精度来决定的,即[δ]=0.04mm。 5.4.3.2 型腔壁厚的计算

凹模型腔一般按其截面形状分为圆形、矩形和不规则形状,为了方便计算,又将不 规则形状凹模简化为圆形、矩形凹模。本次设计的凹模属于整体式矩形凹模。下图 5-12 为整体式矩形凹模受力状况。

图 5-12

整体式矩形凹模

(1)型腔侧壁厚度的计算 由文献[4],按刚度条件型腔侧壁的计算式为:

公式中,c 为由 h/l 决定的常数, 见文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》表 7.4;P 为型 腔压力,一般取 50 Mpa;E 为弹性模量,取值为 2.06x105Mpa;δ 为充许变形量(mm) , 一般不超过塑料的溢边值,取值为 0.04mm。 本次模具设计中型腔的 h=18.6294mm,l=86.43mm,b=86.43mm。 则经计算得 S1≥16.38mm
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由文献[4],按强度条件型腔侧壁的计算式为:

该公式中,W 为抗弯截面系数,见《塑料成型工艺与模具设计》表 7.4;a 为矩形凹模 的边长比,a=b/l;[σ]为模具材料的许用应力,取值为 160Mpa。 则经计算得 S1≥17.26mm 综上所述,型腔侧壁的大小 S1≥16.38mm。 (2)型腔底板厚度的计算 由文献[4],按刚度条件底板厚度的计算式为:

该公式中,c′为矩形凹模的边长比 l/b 决定的系数,见《塑料成型工艺与模具设计》表 7.5;δ 为充许变形量(mm) ,一般不超过塑料的溢边值,取值为 0.04mm。 经计算得 S2=16.28mm 由文献[4],按强度条件底板厚度的计算式为:

该公式中,c′′为由垫块之间距离和型腔短边长度 L、b 所决定的系数,见《塑料成型工 艺与模具设计》表 7.6,其中 L=264mm。 经计算得 S2=33.99mm。 综上所述,型腔底板的厚度 S2≥17.28mm。

5.5

模架的选择
程序及要点如下:

(1)模架厚度H 和注射机的闭合距离L。对于不同型号及规格的注射机,不同结构 形式的锁模机构具有不同的闭合距离。模架厚度与闭合距离的关系为: Lmax≤H≤Lmin 式中 H为模架厚度;Lmax为注射机最大闭合距离;Lmin为注射机最小闭合距离。 (2) 开模行程与定、动模分型的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系。设计 时须计算确定,在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的定、动模分型的 间距,而模具推出塑件距离须小于顶出液压缸的额定顶出行程。
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(3) 选用的模架在注射机上能正确安装。 (4)选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求。 注塑模模架国家标准有两个,即 GB/T12556—1990 《塑料注射模中小型模架及其 技术条件》和 GB/T12555—1990 《塑料注射模大型模架》 。前者适用于模板尺寸为 B×L≤560mm×900mm ; 后 者 的 模 板 尺 寸 B× L 为 ( 630mm× 630mm ) ~ (1250mm× 2000mm) 。 由于塑料模具的蓬勃发展, 现在国内部分地区形成了自己的标准, 本次设计采用的是龙记标准模架[8],其型号为 LKM-SG,TYPE 为 C,Mold-type 为 I, 模架尺寸大小为 4045。 模架的整体结构如下图 5-13 所示。

图 5-13

标准模架

上模底板厚度为 30mm;A 板厚度为 70mm;B 板厚度为 70mm;垫块厚度为为 120mm;下模底板厚度为 30mm 故 H=320mm。

5.6

合模导向机构的设计

5.6.1 导向机构的作用
(1)定位作用:模具闭合后,保证动定模的位置正确,确保模腔的形状与尺寸精度; 导向机构在模具的装配过程中也起着定位的作用,便于装配和调整。 (2)导向作用:合模时,导向机构引导动定模或模内其他零部件之间的准确对合, 避免模内各种零部件发生碰撞和干涉。 (3)承受一定侧压力:导柱可以承受一定的侧向压力,以保证模具的正常工作;若 侧压力很大的时候,不能单靠导柱来承担,还需要增加设计一个锥面定位机构

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5.6.2 导柱的设计
5.6.2.1 导柱的结构形式 导柱已经标准化,但规格类型较多,按其作用可将导柱分为固定部分和导滑部分, 固定部分一般带有头部,以防止导柱从安装孔中脱出,导柱前端应做成锥台形,以使导 柱能顺利地进入导向孔。本次设计模具的导柱如下图 5-14 所示。

(a) 图 5-14 导柱的结构

(b)

5.6.2.2

导柱的技术要求

导柱应该具有良好的韧性和抗弯强度,其工作表面应具有较高的硬度和耐磨性。因 此, 导柱可采用 20 钢渗碳淬火, 或者采用 T8、 T10 钢淬火后低温回火, 硬度取 50~55HRC。 导柱粗糙度固定部分 Ra 为 0.8um,导滑部分 Ra 为 0.4um

5.6.3 导套的设计
5.6.3.1 导套的结构形式 为了使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角。导向孔要做成通孔,以利于排出 孔内的空气。本次模具设计的导套有以下两种形式,如下图 5-15 所示。

(a) 图 5-15 导套的结构形式

(b)

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5.6.3.2 导套的技术要求 到套的材料与导柱所用材料相同,其硬度一般应该低于导柱的硬度,以减轻磨损, 防止导向面拉毛。 导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度 Ra 均为 0.8um。

5.6.4 导柱与导套的配合关系
导柱与导套间的配合一般采用 H8/f7 或 H7/f7 的间隙配合,导柱固定部分与模板之 间的配合一般采用 H7/k6 的过渡配合,直导套和带头导套与模板之间的配合分别采用 H7/n6 和 H7/k6 的过渡配合。

5.7

顶出脱模机构的设计
在注射成型塑件冷却定型之后的开模过程中,使塑件从模具中脱出的装置称为顶出

5.7.1 顶出机构的结构
脱模机构。 顶出机构主要由顶出零件、 顶出零件固定装置、 导向机构和复位机构等组成, 顶出零件由顶杆、拉料杆组成;复位机构为复位杆;顶出零件和复位机构由顶杆固定板 和推板及紧定螺钉固定;导向机构由推板导柱和推板导套组成。顶出机构见图 5-16。 开模时,动模部分向左移动,当开模到一定距离时,注射机的顶出装置推动推板并 带动所有顶杆、拉料杆和复位杆一同前进,将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复 位杆首先与定模边的分型面相接触,而将推板和所有的复位杆一同推回原位。

图 5-16

顶出机构

1-支撑钉;2-复位杆;3-拉料杆;4-推板导柱;5-推板导套;6-推板;7 顶杆固定板;8-顶杆;9-型芯

根据塑件的形状特点, 模具型腔在定模部分,型芯在动模部分。其顶出机构可采

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用顶杆顶出机构、推板顶出机构。由于分型面有台阶,为了便于加工,降低模具成本, 本次模具设计采用顶杆顶出机构。顶杆顶出机构结构简单,顶出平稳可靠,虽然顶出时 会在塑件上留下顶出痕迹,但塑件内侧装配后使用时 不影响外观。该塑件的顶出可设 立四个顶杆平衡布置在塑件内侧表面上,针对塑件结构特点在内表面中间两个圆柱旁边 分别设立两个顶杆,既达到了顶出塑件的目的,又降低了加工成本。顶杆顶出塑件应保 证顶杆的前端面在合模时比型芯端面高出 0.05~0.1mm 左右。

5.7.2 脱模力的计算
对于一般塑件和通孔壳形塑件,按以下公式计算,并确定其脱模力(Q) :

Q ? Lhp ? f cos? ? sin ? ?

[3]

式中,L-型芯或凸模被包紧部分的断面周长(mm) ;h-被包紧部分的深度(mm) ;p-由 塑件收缩率产生的单位面积上的正压力,一般取 7.8—11.8Mpa; f -磨擦系数,一般聚 碳酸酯、聚甲醛取 0.1~0.2,其余取 0.2~0.3; ? -脱模斜度 ? 则 L=387.4266mm,h=20.1mm, ? =0.5° ,p=10Mpa, f =0.2 故 Q=387.4266x20.1x10x(0.2xcos0.5-sin0.5)=14894.4N

?。

5.7.3 顶出零件尺寸的确定
在顶出机构中最主要的零件是顶杆与推板,故其尺寸的大小需要从刚度和强度两个 方面进行确定。 5.7.3.1 顶杆直径的确定 顶杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式,具有制造简单、更换方便、推出效果 好等特点。顶杆直接与塑件接触,开模后将塑件推出。推杆的截面形状可分为圆形,方 形或椭圆形等形状,根据塑件的顶出部位而定,最常用的截面形状为圆形。 顶杆与顶杆孔之间取间隙配合,一般选用 H8/f8,配合部位的表面粗糙度 Ra 应该小 于 0.63~1.25um。顶杆与顶杆孔之间的配合长度一般取顶杆直径的 2~3 倍。 本次设计采用的是圆形截面的顶杆,由文献[3]圆形顶杆的直径由欧拉公式简化为:
2

F脱 L 1 d ? k( )4 nE
式中,d 为顶杆直径;n 为顶杆的数量,n 取 6;L 为顶杆杆长度(参考模架尺寸,估取 L=172mm) ;E 为顶杆材料的弹性模量,取 E=2.1× 105 MPa;k 为安全系数,取 k=1.5;F

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为总的脱模力,F 脱 =14894.4N。 经计算得出 d=6.48mm 实际顶杆直径为 4mm,可知其基本符合要求。但为了安全起见,再对其进行强度

校核,由文献[3]得强度校核的公式为:

?

=

4Q ??s n? ? d 2

式中, ? s 为顶杆材料的许用应力,取 320N/mm? 则 ? =197.54 N/mm? ,故满足强度要求。 5.7.3.2 推板厚度的确定 由文献[4]中公式可计算:

式中 L 为顶杆对推板的作用间距, 参考模架取 L 取 160 mm;B 为推板宽度, B=260mm; E 为顶杆材料的弹性模量,取 E=2.1× 105 Mpa;[δ]为推板中心所允许的最大变形量,对 于一般塑件取值为 0.06mm。 经计算得出 H≥14.31mm 而本次模具设计中推板的厚度为 30mm,故达到强度要求。

5.8 侧向抽芯机构的设计
本次模具设计采用的是斜顶机构进行内抽芯脱模,斜顶机构一般是用来成型产品内 部或外部倒勾,且无法用动模侧滑块直接成型的其情况。

5.8.1 斜顶机构的运动方式与组成
由于斜顶杆是安装在带斜度的孔中,所以在顶出时斜顶杆将产生向前、向内两个方 向的运动,其中向内的运动实现塑件脱模,向前的运动实现塑件的顶出,斜顶杆的复位 是由顶杆固定板的复位完成。 斜顶机构的组成主要有斜顶杆、导滑块、斜顶底座、斜顶底座面板、滑动销等。

5.8.2 斜顶机构的创建原则
(1)根据实际行程 H 确定斜顶角度 a,a 一般为 3° ~12° ,斜顶抽芯距一般大于产品 抽芯距 3mm; (2)根据产品扣位的宽度确定斜顶宽度;

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(3)根据斜顶杆的长度及斜顶所在产品位置确定斜顶厚度,其值一般不小于 6.0; (4)根据斜顶杆的尺寸确定导滑槽的形式,导滑槽一般采用 40Cr 材料; (5)根据斜顶尺寸 (一般由长度和宽度)设计导滑块,材料一般有 40Cr、青铜; (6)斜顶顶面低于产品面 0.05mm,以避免拉伤表面。

5.8.3 斜顶机构的设计
分析该塑件知其侧面有一个孔,需要进行侧抽芯;并且另一端侧面的内壁上有倒扣 结构和内凹结构,故需要进行内抽芯,又因为其侧凹较浅,所需要的抽芯距不大,故选 用斜顶杆机构进行内侧抽芯。而其侧面的孔比较小,为了减小制模难度,可以将侧孔的 侧抽芯也设计为内抽芯。即本次模具设计中涉及到的侧抽芯为两个斜顶机构内抽芯。斜 顶机构的结构形式见图 5-17,两个斜顶机构的参数创建分别见图 5-18 和图 5-19[8]。

图 5-17

斜顶机构的结构形式

图 5-18

较大斜顶机构的参数创建

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图 5-19 较小斜顶机构的参数创建

对于较大斜顶,其抽芯距 S=h+K=3.5+(3~5)mm=7mm;对于较小斜顶,其抽芯距 S=h+K=2+(3~5)mm=7mm。则顶出行程为 H=Scotα=7xcot7=57.01mm 而推板的空间距离有 65mm,故行程完全足够。

5.9 冷却系统的设计
注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大, 一般注 入到型腔内的塑料熔体的温度为 200℃ 左右,而塑件固化后从型腔中取出的温度为 60℃ 以下。为了调节型腔的温度,需在模具内开设冷却回路。 模具温度的调节对塑件质量的影响主要表现在以下几个方面: (1)变形,模具温度稳定、冷却速度均衡可以减小塑件的变形; (2)尺寸精度,利用模具温度调节系统保持模具温度的恒定,能减小塑件成形收 缩率的波动,提高塑件尺寸精度的稳定性; (3)力学性能,从减小塑件应力开裂的角度出发,降低模温是有利的; (4)表面质量,提高模具温度能够改善塑件表面质量,过低的模温会使制品轮廓 不清晰并产生明显的熔接痕,导致制品表面粗糙度过大。

5.9.1 冷却系统的设计原则
(1)冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大; (2)合理设计冷却水道的直径、间距以及与型腔表面的距离; (3)冷却水道出入口温差应尽量小; (4)冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置; (5)浇口处加强冷却。 根据以上原则可以确定冷却水道的排布以及冷去水道的截面积。

5.9.2 冷却系统中水道直径的计算
确定冷却水孔的直径的时候,应该考虑到无论多大的模具,水孔的直径不能大于

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14mm,否则冷却水难以成为湍流状态流动,故而会降低热交换效率。一般水孔的直径 可根据塑件的平均壁厚来确定。当平均壁厚为2mm 时,水孔直径可取8~10mm;当平均 壁厚为2~4mm 时,水孔直径可取10~12mm;当平均壁厚为4~6mm 时,水孔直径可取 10~14mm。 由于本次设计的塑件其平均壁厚为2mm,故将水孔直径取为8mm。

5.9.3 冷却系统的排布
设置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率最有效的办 法。如果不能实现均一的快速冷却,则会使塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂, 所以应根据塑件的形状、壁厚及塑料的品种,设计与制造出能实现均一、高效的冷却回 路。本次模具设计的冷却系统回路在动模和定模部分的排布分别见图5-20和图5-21。

图 5-20 冷却水道在动模部分的排布

图 5-21 冷却水道在定模部分的排布

5.10 注射机的校核
5.10.1 锁模力的校核
锁模力可由文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》中式(5.3)变形后进行校核,即 p(NAs+Aj)/k3≤F1 式中,k3 为注射机锁模力安全系数,一般取为 0.8~0.9,但实际工程只取 0.6;N 为模腔 数量,N=2;p 为塑料熔体对型腔的成型压力,Mpa,其大小可由《塑料成型工艺与模 具设计》中表 5.1 查出,由于本制件材料为 ABS,查表可得 p=30MPa;As 为单个塑件 在模具 分型 面上 的投 影面积 ,根 据塑 件的 三维模 型, 利用 UG 软 件直 接可 查得 As=7239.7075mm? ; Aj 为浇注系统在模具分型面上的投影面积, mm? ,据经验得 Aj=0.25As;F1 为注射机额定锁模力,F1=1000kN。 经计算可得 p(NAs+Aj)/k3=814.47kN<1600kN
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故锁模力满足要求。

5.10.2 最大注射量的校核
为了保证塑件的质量,注射模一次成型的塑件质量(包括流道凝料质量)应在公称 注射量35%~75%的范围内,最大可达80%,最小不小于10%。为了保证塑件质量,充分 发挥设备的能力,通常选择范围在50%~80%。 而 V 实= 87.88 cm3 ;V 公=160cm3 则 V 实/ V 公=87.88/160× 100%=54.93% 故满足要求。
[4]

5.10.3 注射压力的校核
该塑件的材料为 ABS,故查文献[3]《塑料成型工艺与模具设计》附录 F 得其注射 压力为 60~100Mpa。而所选注射机所能提供的最大注射压力为 126 Mpa。 故满足成型工艺要求。

5.10.4 塑化能力的校核
初步确定的成型周期为 20s,实际塑化能力由每次实际注射量/成型周期来确定。 即:87.88/20=4.39g/s﹤10.5g/s 故所选注射机塑化能力满足要求。

5.10.5 模具安装尺寸的校核
根据设计过程,模具的喷嘴与定位环的尺寸满足要求。模具厚度应该和注射机的动 模固定板和定模固定板之间的距离一致,本次的模具设计中实际模具的外形尺寸为 400x450x320,而我所选用的注射机允许的最大模具厚度为 360mm ,最小模具厚度为 170mm。 故模具的外形尺寸满足注射机的要求。

5.10.6 注射机的开模行程
开模行程的大小直接影响模具所能成形的塑件高度。由于所选注射机为全液压式锁 模机构,最大开模行程与模具厚度有关。此时最大开模行程 S 开等于注射机移动、固定 模板台面之间的最大距离减去模具厚度。 S 开≧ H1 +H2 +(5~10 )mm= 15+91+10=116mm 式中 S 开—注射机额定开模行程为 280mm;
[4]

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H1 —推出距离 15mm; H2——流道凝料与塑件高度 91mm 显然,开模行程符合要求。

5.11 模具的装配图及动作过程分析
参考文献[9]和文献[10],本次设计模具的装配图见下图 5-22、图 5-23、图 5-24、图 5-25。

图 5-22

插座面板注塑模主视图

图 5-23

插座面板注塑模左视图

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图 5-24

插座面板注塑模俯视图

图 5-25

插座面板注塑模仰视图

动作过程为: 开模时,塑件包在型芯上随动模部分向后移动,直至注射机顶杆与模具推板接触, 顶出机构通过顶杆和斜顶杆将塑件顶出; 同时, 由于斜孔的作用, 斜顶杆还向内侧移动, 从而在顶出塑件的同时,斜顶杆完成内抽芯的动作。 合模时,动模部分前移,注射机顶杆与推板脱离开,在复位杆的作用下顶出机构后 移,完成复位动作。

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设计总结
大学四年的学习生涯即将结束,毕业设计也逐渐接近尾声,回顾这长达数月的毕业 设计,我为自己总结了一个词“一丝不苟”,作为一个模具专业的本科毕业生,本次毕业 设计是我即将踏入工作岗位的一次演习,也是对于大学四年所学知识的一个汇总。我是 本着严谨、 认真的态度对待我大学四年最后一次作业, 过程虽然繁琐, 但是结果很美好。 本次毕业设计是学习生涯中一次非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次比 较完整的插座面板注射模设计, 我不仅仅将大学四年所学专业知识进行了全面总结和综 合应用,更在查阅资料的同时大范围地涉猎了专业以外的知识,收获良多。通过此次设 计,提高了我分析问题、解决问题的能力,也锻炼了我查阅文献资料、设计手册、设计 规范的能力,同时也提高了我运用 UG、CAD 及 MOLDFLOW 等软件的水平。在设计 的过程中,通过对注射模设计整体的掌握、对其局部的取舍、对某些细节的斟酌处理, 都使我的能力得到了锻炼。 虽然这次毕业设计的内容繁多、过程曲折,但收获却更为丰富。在设计之前,我学 到的专业知识都是零散而独立的,经过此次设计之后,我将知识进行了融汇贯通,系统 的分析之后,我能很好的将我所学知识运用到实际设计中。随着我设计的不断深入,各 方面的知识也不断被掌握得更加牢,例如注射模八大系统的适用条件,注射机设备的选 用标准,工作零部件结构的合理选择,以及注射模材料的正确选用等等。 由于本课题属于工程实践型的真实课题,在设计的过程中我还是有较多朦胧的地 方,如:模架型号的选取,其模板厚度的确定不是很明确,因为不可能一味按公式计算, 只能按照资料中的经验或个人意愿来选取;冷却水道的设计也没考虑周全。这些问题要 在我工作以后,有了一定的工作经验才能较好的解决。 从陌生到开始接触,从了解到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一个过程,我对 模具的认识过程亦是如此。经过这数月紧张而繁忙的毕业设计,我相信这次毕业设计一 定能为我大学四年的学习生涯划上圆满句号,为将来的事业奠定坚实的基础。

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本次毕业设计是在夏露老师的悉心指导下完成的,在此我要由衷地感谢我的毕业指 导老师—夏露老师。 在整个毕业设计期间, 从最开始研究课题的选择、 塑件的工艺分析、 注射模方案的设计,到后来的装配图与零件图的修改,说明书的定稿,都得到了夏露老 师的悉心教导和帮助。夏露老师严谨的学风与渊博的学识令我受益匪浅,她不仅仅在周 一到周五工作日期间为我们腾出时间解答问题,甚至周末休息期间也随时对我们进行指 导,她认真负责的工作态度一直感动着我。在此特向夏露老师表示我崇高的敬意和由衷 的感谢! 同时也要感谢学校及学院领导和老师,感谢你们为我们创造了良好的学习环境,以 及为我们无私传授了知识。 能够顺利完成本次毕业设计, 与你们的谆谆教诲是分不开的。 在此特献上我最诚挚的感谢! 感谢在百忙之中参加答辩的各位领导和老师,由于自身知识的有限和实践经验的缺 乏,难免会有很多的瑕疵,望各位老师不吝赐教。 最后,感谢我的父母给我大学四年学习深造的机会!

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参考文献
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