毕业论文---模具加热和冷却系统的计算.doc

目 录

第1章 模塑工艺规程的编制…………………………………………………………2
1.1塑件工艺分析…………………..………………………………………...2
1.2计算工件的体积重量……….……………………………………………3
1.3.塑件注射工艺参数的确定……………………………………………….4
第2章 注射模的结构设计……………………………………………………………5
2.1.分型面的选择…………………………………………………………….5
2.2确定型腔的排列方式…………………………………………………….5
2.3浇注系统设计……………………………………………………….........6
2.4抽芯机构的设计……………………………………………….................7
2.5成型零件的结构设计…………………………………………................. 8
第3章 模具设计的有关计算…………………………………………………………9
3.1型腔工作尺寸计算………………..………………………………………9
3.2型芯工作尺寸计算…………………..……………………………………..10
3.3型腔侧壁厚度和底板厚度计算…………………………………………….11
第4章 模具加热和冷却系统的计算….….…………………………..……...........12
第5章 注射机有关参数的校核……………………………………………...........13
5.1模具外形尺寸的校核……………………………….……………................13
5.2开模行程的校核……………………………………………………14
5.3注射压力的校核…………………………………………………………....14
5.4最大注射量的校核………………………………………………………....15
第6章 绘制模具总装配图和非标零件工作图……………………..……...............16
第7章 注射模主要零件加工工艺规程的编制……. ……………….……………...18
设计总结…………………………………………………………………....................19
致谢………………………………………..………………………………………....20
参考文献………………………………………..……………………………………..21

电子控制器上壳体注塑模设计

第1章 模塑工艺规程的编制
1．塑件的工艺性分析
（一）．塑件的原材料分析
塑件的原材料分析：塑件的材料采用ABS，属于热塑性塑料，密度为：1.03~1.07，抗拉强度30~50Mpa，抗弯强度41~76Mpa，拉伸弹性模量1587~2277Mpa，弯曲弹性模量1380~2690Mpa，收缩率0.3%~0.8%，常取0.5%，该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也较好，并有良好的耐寒性。从成型性能上看，ABS的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热处理，以消除水气造成的制件表面色斑和云纹.由于ABS的加工温度较高，对各种工艺因素的变化较为敏感，所以料筒前端和喷嘴部分的温度控制十分的重要，ABS流动性中等，其融解体粘度较高，因而在注射时应采用较高的注射压力，具体效果以中等注射速度为佳。塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析；从使用性能上看该塑件不耐强酸和碱类溶液，能溶于甲苯，松节油，脂肪醇，环已酮溶剂。
（二）.塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

图1-1

图1-2
(1) 结构分析
从零件图上分析，该零件总体形状是壳体，内外有斜度，侧面带有凹孔，因此，模具设计时必须设置侧向分型机构。
(2) 尺寸精度
从塑件的壁厚上来看，壁厚1mm，均匀，有利于零件的成型。
要求精度不高，该零件的尺寸精度中等。对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证，而且有圆角有利于成型。
(3) 表面质量分析
该零件是壳体表面要求光滑，没有毛刺缺陷，表面没有其他特殊要求；内部没有质量要求，故塑件容易实现。
总上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件成型要求可以得到保证
注射成型的工艺流程
因为ABS是一种热塑性是塑料，而且塑件批量大，所以我们采用注射成型。
注射成型是热塑性塑料的一种主要成型方法；而且它成型周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精密的塑料制件，且生产效率高，易于实现自动化生产。
注射成型的工艺工程包括：成型前的准备；注射成型过程；塑件的后处理三个阶段。详细的工艺流程如下图所示：

图1-3
2．计算塑件的体积和重量
计算塑件的体积和重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
计算塑件的体积为：13.45 cm3
计算塑件的重量：根据设计手册可查得ABS的密度为1.1 g /dm-3
故塑件的重量为：W=vρ=13.45×1.1=14.8g
故采用一模四件的模具结构，考虑其外形尺寸，注射时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注射机为XS—ZY—125型。
3．塑件注射工艺参数的确定
查找附录H和参考工厂实际应用的情况，ABS的成型工艺参数可作如下选择，试模时可根据实际情况作适当调整。
注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度：后段温度选用1600
中段温度选用1700
前段温度选用1900
喷嘴温度：选用1700
注射压力：选用80Mpa
注射时间：30s
保 压：80Mpa
保压时间：5s
冷却时间：30s

二、注射模的结构设计
注射模的结构设计主要包括：分型面选择，模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置，模具工作零件的结构设计，侧向分型与抽芯机构的设计，推出机构的设计等内容。
1、分型面的选择
模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。
该塑件为壳体，表面质量要求光滑无毛刺，无特殊要求。此零件比较简单，可以采用水平分型方式；采用的是斜导柱侧向抽芯分型。适合于抽拔距离短、抽拔力较小的情况。
2、确定型腔的排列方式
本模具在注塑时采用一模两件。本模具按型腔排列方式，在滑块分型面处的结构简单，完全对称，便于型腔加工。故选此排列方式较为合理简单

。
图2-1

3浇注系统设计
1主流道设计
浇注系统是指模具从接触注射机喷嘴开始到型腔未知的塑料流动通道，起作用是使塑料熔体平稳且有顺序的填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，已获得组织机密、外形清晰地塑件。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料系统。考虑浇注系统设计的基本原则：适应塑料的成型工艺性、利于型腔内气体的排出、尽量减少塑料熔体的热量和压力损失、避免熔料直冲细小型芯、便于修正和不影响塑件外观质量、便于减少塑料损失和减小模具尺寸等。根据分型面及型腔安排浇道设计如图：

图2-1

根据设计手册查得XS—ZY—125型注射机喷嘴的有关尺寸如下：
喷嘴前端孔径：d0=φ4mm
喷嘴前端球面半径：R0=18mm
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=R+（1~2）mm
d=d0+（0.5~1）mm
取主流道球面半径R=19mm
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形。其斜度为1-3，。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径R=2mm的圆弧过渡。
(2) 冷料穴
采用Z型冷料穴，C=D=8mm;
(3) 分流道
本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形的分流道，查表得d=4mm
(4) 浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。适合一模多腔的模具，同时除去浇注系统的冷凝料比较方便，在塑件上留下的痕迹很小，利于修整。
4抽芯机构的设计
塑件的侧壁有孔，均垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出。因此为保证塑件外壁质量，即须设置抽芯机构。本模具采用斜滑柱侧向分型抽芯机构。（1）确定抽芯距：
抽芯距一般应大于成型孔（或凸台）深度，塑件孔深为1㎜，另加2～3㎜，抽芯安全系数，可取抽芯距S抽=4㎜。
（2）确定斜导柱倾角：
斜导柱的倾角α是斜抽芯机构主要的技术数据之一，它与抽拔力，抽芯距有直接关系一般取α=15～25°可取α=18°。
(3)确定斜导柱尺寸
其安装部分与模板间可采用H7/m6或H7/n6的过渡配合。斜导柱与滑块间隙为1㎜。斜导柱有效工作长度为：L=S抽/Sinα=4/ Sin20=11.6㎜。斜导柱的直径取决于抽拔力及倾角角度，可按设计资料的有关公式进行计算。 抽拔力的计算 斜导柱所受弯曲力的计算 斜导柱直径的计算取斜导柱直径d=φ10㎜。
(4)滑块与导滑槽设计
滑块与侧型芯 的连接方式设计：由于侧向孔深度较小，考虑到型芯强度和装配问题，采用组合式型腔，侧型芯单独加工，用销钉将型芯和滑块组合起来便于加工。
导滑槽的基准可按滑块来决定，便于加工和装配，滑块于导滑槽之间配合部分一般采用H7/f8的间隙配合。非配合部分存在0.5-1的间隙。为提高导滑槽的导向精度，装配时对导滑槽或滑块配磨配研的装配方法。
5、成型零件的结构设计
i 凹模的结构设计
本模具采用一模两件的结构形式。且该塑件是外壳类塑件。考虑实际成型，加工的难易程度和材料的价值利用等因素，不需用镶块。且根据塑件形状，在塑件的最大面处为分型面。其结构形式见凹模滑块零件图。
ii 凸模的结构设计
凸模主要是与凹模相结合构成模具的型腔。本模具凸模结构很简单，其结构形式见型芯零件图。
iii 上模板的结构设计
考虑到塑件的结构，为了满足成型要求，需将上模板加工成零件图所示结构，参与部分成型。

图2-2

三 模具设计的有关计算
该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
查表得聚ABS的收缩率为Q=0.4~0.7%
故平均收缩率为Scp取0.6% 模具的制造公差取δz=Δ/3
（一）模具型腔和型芯工作尺寸计算
a) 型腔工作尺寸
径向：60mm 、50mm R6mm
根据公式LM=(LS+ LS Scp%－Δ3/4)+0δz
经计算分别得出结果 60.27mm 、50.21mm 5.98mm
深度：30mm 10mm
根据公式HM=(HS+ HS Scp%－Δ2/3)+0δz
经计算分别得出结果 30.09+00..043 mm 9.99+00.037 mm
b) 型芯工作尺寸
径向：φ4 mm 、φ8 mm 、56mm 40mm 50mm
根据公式LR＝(LRS+ LRS Scp%+Δ3/4) 0-δz
经计算分别得出结果4.080-0.025 mm 56.480-0.063 mm 40.360-0.053 mm 50.430-0.053 mm
长度：4mm
根据公式HM=(HS+ HS Scp%+Δ2/3) 0-δz
经计算分别得出结果 4.0740-0.025 mm
（二）型腔侧壁厚度与底板厚度计算
（1）凹模型腔侧壁厚度的计算
凹模型腔为圆形整体式型腔，根据整体式型腔侧壁厚计算公式
h=
进行计算。
式中各参数分别为：
P=40Mpa
a=43mm
L=37mm
E=2.1×10Mpa
A=55mm（初选值）
=S*T=0.6%*2.5=0.015，取=0.035mm
h=
=
=18.4mm
（1）型腔底板厚度计算
根据整体式型腔底板厚度计算公式
H=（mm）
进行计算。
式中各参数分别为：
P=40Mpa；
b=30mm
L=45mm（初选值）
B=300mm（根据模具初选外形尺寸确定）
=160mm（底板材料选定为45钢）
代入公式计算得
H=
=
=6.5mm
考虑模具的整体结构协调，取H =42mm。
故拟选取凹模外形尺寸为350mm×300mm×42mm

（三） 固定板、支撑板及模板尺寸
型腔壁厚 s=0.20L+15=65mm
型腔模板长宽 B=300+25+25=350mm
L=300
根据模具结构需要，模板上需要按安装导柱、推杆、拉料杆等所以
根据模具需要选择 350×300mm
支撑板厚 h=(0.12~0.13) ×160=17.92mm 取不小于20mm
由此选取标准模架。
（四） 模具闭合高度的确定
根据所选定的标准模架数据确定：定模座板：H1=25mm 型腔：H2=42mm导杆固定板：H3=28mm 承压板：H4=25mm 支撑板：H5=65mm 动模座板：H6=30mm 。
根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块：H7=65mm
因而模具的闭合高度：
H= H1 +H2 +H3 +H4 +H5 +H6 +H7
=25+42+28+25+65+30=245mm
四、模具加热和冷却系统的计算
本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统，是否需要冷却系统可作如下计算
设定模具平均工作温度为40℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产量为0.56g/min（初算2min1套）
1、 求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3
查表3-26得ABS的单位热流量为Q2=35×104J/Kg
Q3=WQ2=0.56×35×104J/Kg=2×105J/h
2、 求冷却水的体积流量V
由式3-41得： V==m2/min
=0.8×10-4 m3/min
由体积流量V查表3-27可知所需的冷却水管直径非常小。
由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可

五 注射机有关参数的校核
a) 安装尺寸校核
本模具的外形尺寸为350mm×350mm×215mm XS-ZY-250　型注射机摸板最大安装尺寸370×448故能满足模具安装要求。
由于上述计算模具的闭合高度H=215mm，XS-ZY-125型注射机所允许模具的最小厚度Hmin=200mm最大厚度Hmax=300mm,
满足： Hmin≤H≤Hmax 。
b) 开模行程校核
经查资料XS-ZY-125型注射机的最大开模行程 S=350mm ，满足式
S1≥H1+H2+H3+ (5~10)mm=25+42+28+(5~10)=105mm< 350mm
故满足出件要求。
c) 最大注射量校核
K利V公≥V 有 250×0.8=200cm3 >V塑件+ V 浇道=59.18+8.87
=68.06cm3
d) 注射压力校核
P公≥p 有 130MPa >34.3MPa
e) 锁模力校核
F锁≥qA分 有6.5x×106 N >8×105N
经验证，XS-ZY-125型注射机能满足要求，故可采用。

六．绘制模具总装配图和非标零件工作图
本模具的总装配图和非标零件工作图见大图。
本模具的工作原理：模具安装在注射机上，定模部分固定的注射机的定模板上，动模固定在注射机的动模板上。合模后，注射机通过喷嘴将熔料经流通注入型腔，经保压，冷却后塑件成型。开模时，动模部分随动板运动渐渐将分型面打开，塑件由于包紧力较小和侧型芯的影响而留在了型腔内，开模后由推杆顶出。出件方式为机械顶出。

注塑模6-1

简易模6-2

简易模6-3
设计总结
为期三个月的毕业设计即将结束，这不仅是对对大学三年学习的总结，而且是对大学三年所学知识的一次考察和融会。通过着半个学期的毕业设计，提高了我分析问题解决问题的能力。无论在专业知识上还是在实际应用上，我都取得长足的进步。更重要的是在着个过程中，提高了我的自学能力。这对我走向社会后继续学习打下了重要的基础。
在设计过程中，首先通过对塑件进行工艺分析，设定几种工艺方案。通过比较确定合理的一种。运用分析软件可以实现塑件的流动模拟分析。在优化浇道口的摆放位置后，通过可能产生气泡的位置来确定排气孔的位置。根据分析结果为注塑模具设计提供了许多重要的数据，并且还可以预测注塑模具设计结果可能产生的各类缺陷。运用PROE软件进行分模，添加模架设计出模具的整体结构。通过PROE进行模具的三维设计便与一些复杂零件的数控加工。经过一个多月的绘图软件的操作，我现在已经能熟练运用UG和CAD的普通功能，并通过对注射模具的设计，掌握了注射模的设计思路和设计方法，对于常见的注塑模具比较熟悉。
但是在设计过程中遇到了许多问题，如UG软件的使用，由于是在设计开始阶段才接触软件，因此许多操作还不了解，EMX模块的运用，刚开始时的分模，浇口的形式和位置，等。但是通过请教老师和同学，这些问题都基本得到了解决。
通过这三个多月的毕业设计，我一边学习一边巩固一边进步，特别是在和同学的互相交流中，通过资料的查取，我学到了很多东西，注射模具的设计水平也更上了一个台阶。
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致 谢
此次设计是在老师的悉心指导下完成的。回想这几个月来，和老师的相处，特别难忘。因为我们不仅仅是师生，更多时候，我们是以朋友相待，所以相对一般师生来说，老师给了我更多的关心和照顾。我也就能更好地无拘无束地和赵军交流，在论文撰写方面更是给我许多建设性的意见。导师严谨的治学态度和工作作风、以及他给予我的支持和鼓励将使我终生难忘，他对工作的认真负责和对我们的耐心辅导更是让我受益匪浅，每次遇到问题的时候，他总是细心的为我们讲解，我所取得的每一点成绩和进步都与导师的热情关怀和精心指导是分不开的，值此论文完成之际，特别向赵军导师致以衷心的感谢和崇高的敬意。也感谢其他模具教研室的老师们的帮助，使我的毕业设计能够顺利完成。再次对几位老师表示感谢！

参考文献
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2 《塑料成型工艺与模具设计》 余冬蓉 程胜文 主编
科学出版社 2005年8月 第一版
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中国轻工业出版社 2000年6月 第一版
4 《实用模具技术手册》 陈锡栋 周小玉 主编
机械工业出版社 2002年1月 第一版
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机械工业出版社 2009年8月 第一版
6 《模具制作实训》 王立华 主编 刘旭华 副主编
清华大学出版社 2006年9月 第一版
7 《塑料模塑工艺与塑料模设计》 翁其金 主编
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8 《塑料模具设计手册》 刘昌祺主编 机械工业出版社 1999年 第一版

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