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北华航天工业学院毕业论文

模具设计摘要
1模塑工艺规程的编制

该塑件是外壳体，其零件图如下所示，本塑件的材料为ABS，
生产类型为大批量生产。

图1
塑件的工艺性分析及使用分析：

1.1塑件的原材料分析
塑件的材料为ABS， 材料的性能 ABS为热塑性塑料，密度1.03~1.07g/cm，抗拉强度30~50Mpa，抗弯强度41~76 Mpa，拉伸弹性模量1587~2277 Mpa，弯曲弹性模量Mpa，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。属热塑性塑料。结构特点为线性结构非结晶性，使用温度应小于70⁰C,从使用性能上看，该塑料综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好，机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性大；从成型性能上看，该塑料的流动性较好，不易分解，成型容易，但吸水性大，成型前原料要干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥，易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≥250℃）。对精度较高的塑件，模温易取50～60℃，对光线而、耐热塑件，模温易取60～80℃，ABS塑料应用广泛，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯零件。

1.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

1 从零件图上分析，该零件圆柱直筒型外壳，高度为14㎜，外壳体侧壁厚度为4mm，且两侧各有三个方形孔因此，模具设计时必须设置双侧向分型抽芯机构。
2）尺寸精度分析：
该零件要求精度等级为未注故用MT5级及IT11，精度要求较低，相对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证，从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4mm，壁厚均匀，有利于零件的成型。
（3）注射成型的工艺流程

因为ABS即改性聚苯乙烯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2

1.3 计算塑件的体积和重量
计算塑件的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：V件= 40cm
计算塑件的重量：根据手册可查得ABS的密度为P=1.03~1.07g/cm
故塑件的重量为G=V×P=40cm×1. 05g/cm=42g

流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。
m2=0.6×42=25.2g
1.4 确定型腔数目
根据制品的生产批量及尺寸精度要求采用多型腔模具，但考虑到模具的制作费用，初步确定为一模两腔。
1.5注射机型号的选定
由上述知确定模具为一模一腔，所以注射量为：
M=1×m×1.6=1×42×（1+0.6）=67.2g
流道凝料在分型面上的投影面积A,在模具设计之前是个未知值，根据多型腔模具的统计分析，A是每个塑件在分型面上的投影面积A的0.2∽0.5倍。因此可以用0.35 A来进行估算，所以：总的投影面积A
A=n A+ A
单个面上的投影面积A=42*42*3.14=5538.96mm
即A=1×5538.96×(1+0.35)=7477.596mm
在成型中小型所料制品时，型腔熔体内的压力p常取20～40Mp
P——型腔压力， P=30Mpa
那么所需锁模力F=AP=7477.596×30≈68KN
由以上所计算的注射量和锁模力可知，我们可选用SZ-100/80注射机
SZ-100/80注射机的主要技术参数表1所示：
表1 注射机参数
螺杆直径
mm
注射容量
100cm3
注射压力
170MPa
锁模力
80kN
模具厚度
最大300
最小170mm
模板行程
305mm
喷嘴
球半径10mm
定位孔直径
100mm
顶出力
15KN
1.6注射参数的校核
1.6.1 最大的注射量的校核：
当注射机的最大注射量以容积标定时，按下式计算：
KV≥V
式中：V———注射机的最大注射量(cm)
K———注射机最大注射量的利用系数，一般取K=0.8
V———塑件的总体积(cm)
KV=0.8×100=80cm
V=M /ρ=67.2/1.05=64cm 80≥64 满足要求
1.6.2 注射压力的校核
注射压力的校核是校验注射机的额定压力能否满足塑件成型时所需的注射压力。
P≥p 式中P——注射机的额定压力为 P=170Mpa
P——塑件成型时所需的注射压力。表得p=30Mpa
故P公≥p 注射压力可满足条件
1.5.3 锁模力的校核
F≥qA 式中F——注射机的额定锁模力。查表得F=80KN
qA——塑件成型所需的锁模力。上以算出为68KN
80≥68 满足要求
1.6.3 模具型腔数目的确定
按注射机的最大注射量确定型腔数n.
根据公式n≤(0.8G- m2)/ m确定
式中G——注射机最大注射量（g）查表得160g
m——塑件的质量（g）
m2——流道凝料的质量（g）
n=（0.8×100-0.6×42）/42=1.3≥1 所以一模一腔可以满足。
1.7塑件注射工艺参数的确定
查找附录A:ABS的成型工艺台数可作为如下选择:
注射温度:包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度:后段温度t1选用160℃ 中段温度t2选用170℃
前段温度t3选用190℃
喷嘴温度：选用180℃ 模具温度：60℃
注射压力:选用90Mpa 注射时间:选用50S
保压时间:选用5S 冷却时间:选用20S
2 注射模具的结构设计
注射模具的结构设计包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定，型腔的排列方式，浇口位置，模具工作零件的结构设计，侧向分型和抽芯机构的设计，推出机构的设计内容。
2.1分型面的选择
模具设计中分型面的选择很重要，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件成型的要求来选择分型面。该塑件为圆状，表面质量无特殊要求，为降低模具的复杂程度，降低模具的高度又便于成型出件。分型面的形状如图所示。

图3
2.2确定型腔排列方式
模具在注射时采用一模一件单开式模具，即模具需要一个型腔。塑件布局如下图所示。采用这种方式最大的优点：便于设置测向分型抽芯机构又便于注射，降低了模具的生产费用，并且该件也可作为一种装饰品，采用直浇口提高了零件的表面的质量，由于该件体积较大，采用点浇口便于材料的充满型腔。

图4
2.3浇注系统的设计
2.3.1 主流道设计
根据设计手册查得SZ-100/80型注射机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴的前端孔径d=Φ3㎜,
喷嘴前端球面半径R=10㎜.
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R= R+（1～2）㎜
D=d+（0.5～1）㎜.
取主流道球面半径R=12㎜，
取主流道小端直径D=Φ3.5㎜，
球面配合高度h=3-5mm 取h=5 mm
主流道长度 尽量小于70mm， 有标准模架结合该模具的结构，取L=45mm
浇口套总长 L=65mm
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°。
2.3.2 分流道的设计
分流道在多型腔模具中是必不可少的，它起连接主浇道和浇口的作用。
分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积，壁厚，形状的复杂程度，注射速度，分流道长度，等因素来确定。塑件外形不算太复杂，熔料填充比较容易，为了加工起见，选用截面形状为半圆形分流道。
分流道的直径D = =7.2mm
G制品的重量，L分流道的长度
所以D取8mm
2.3.3 浇口的设计
浇口是连接分浇道和型腔的短浇道。分析塑件可知此模具应采重叠式浇口形式。重叠式浇口的优点：可避免熔体从浇口向型腔产生喷射现象。主流道、侧流道、侧浇口布局如5图所示

图5主流道、侧流道、点浇口布局

2.4 侧抽芯机构的设计
由于塑件有侧孔，模具采用侧向分型机构。
2.4.1 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6㎜，另加2～3㎜安全距离，可取抽芯距S抽=8㎜。
2.4.2 确定斜销倾角：
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°这里抽芯距比较大，可取α=20°。
2.4.3 确定斜销尺寸
其安装部分与模板间可采用H7/m6或H7/n6的过渡配合。斜销与滑块间隙（一边）为1㎜。斜销长度为：L=S抽/Sinα=20/ Sin10=24㎜。考虑抽拔力不大这里工作部分初定斜导柱直径d=φ12㎜。
2.4.4 滑块与导滑槽设计
滑块与侧型芯的连接方式设计：采用相拼式型腔，滑块通过弹簧压紧并通过斜导柱和导滑槽导向，合模时为了保证楔块能压紧以保证零件的形状要求，楔块的角度应该大于斜导柱的角度取角度为25°。滑块与侧型芯的连接方式设计
本塑件采用的是抽芯机构主要是用于成型塑件的两个侧壁上的方孔，由于侧想的两个圆孔的尺寸较小，综合考虑到型芯的强度和装配以及话快的加工难度，采用组合式的抽芯机构，成型新型和滑块的连接方式采用镶嵌的方式，如零件图所示
②.滑块的导滑方式
本模具中为使模具的结构紧凑，滑块的导滑槽开设在凹模固定板上上，采用T形槽式的导滑方式，如图所示：

图6

③.滑块的导滑长度和定位装置的设计
该塑件的侧抽距较短，故导滑长度只要符合滑块在开模时的定位装置要求即可。滑块的定位装置采用限位挡块来定位，如图所示：
图7
2.4.5成型零件的结构设计：
1）凹模的结构设计：模具采用一模一件的两开结构形式，并采用z型拉杆拉料并通过螺纹固定在支撑板上，根据分流道与主流道，浇口在凸模固定板上，这样型腔便于加工。
2）凸模结构设计：凸模主要是与凹模相结合构成模具型腔，其凸模和侧型芯的结构形式如装配图所示。
2.5 模具排气系统的设计
塑件中等，采用一模一腔结构，此套模具业属于小型模具，工件上有侧抽芯结构，注射成型的气体可以通过先抽芯的方孔进行排气，所以不必考虑单独开设排气槽等排气系统。
2.6 推出机构与复位机构的设计
塑件的脱模力中等，由于模具结构简单所以用推杆推出塑件。
考虑到塑件外形和脱模力，由于塑件所需的脱模力中等，推杆直径为10mm，长度较短，，因此推杆不必制成阶梯式的。推杆共有6根。推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8间隙配合。推杆材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗超度为R=0.8
合模时采用复位杆复位。
2.7 开合模导向机构的设计
由于该模具采用的标准模架，但由于该模具是单开式模具所以用模架本身带有导向装置，不必重新设计导向机构，采用标准件导柱导套采用H7/f7间隙配合，以达到上述要求。
3 模具设计有关计算
3.1 有关型腔的工作尺寸计算

本塑件的成型零件的工作尺寸计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
 ABS的收缩率Q=0.4～0.6％.故平均收缩率为QCP=(0.4+0.6) ％/2=0.5％,考虑工厂的一般加工情况，模具制造公差取z=△/3。
型腔、型芯的工作尺寸计算
型芯和型腔工作尺寸计算，如下表所示：

表一
类别
模具零
件名称
塑件
尺寸
计算公式
型腔或型芯
的工作尺寸
型腔的计算
凹模板
84
LM=（LS+LS×SCP%-3/4△）

44
HM=(HS+HS×SCP%-2/3△)

型芯的计算
凸模
72
HM=(HS+HS×SCP%+2/3△)

8
lM=(ls+ls×SCP%+3/4△)

小型芯
φ5

3.2 型腔壁厚的计算
由公式［δ］=st
［δ］——型腔允许变形量
S——塑件材料的收缩率（%）查表得S=0.005
t——塑件的壁厚（㎜）t=6
［δ］=0.005×6=0.03
由于模具型腔为组合式，所以按照组合式型腔计算公式h=进行计算
h——型腔侧壁厚(㎜)
p——溶体内压力p=40Mpa
a——型腔侧壁受溶体压力部分高度 a=8
l1——型腔侧壁长边尺寸78
E——弹性模量，钢材取2.1×105Mpa
将以上数据代入得h=9.8mm取h=40mm
底板厚度的计算：
根据公式H=
P溶体压力40MPa
L1型腔长度40
B底板上型腔承压部分的宽度40
B底板宽度40
E弹性模量，钢材取2.1×105Mpa
代入数据得3.7mm取30mm
3.3、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0.0135Kg/min （初算2min1套）
求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3
查表得ABS的单位热流量为Q2=35×104J/Kg
Q3=WQ2=0.0135×35×104J/Kg=4725J/Kg

求冷却水的体积流量V
由式3-41得：
V==　　　

）
（
20
30
10
187
.
4
10

4725
3
3
-
´
´
m2/min
=1.1×10-5 m3/min
由体积流量V查表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
4、模具闭合高度的确定
根据3、5、2支承与固定零件的设计中提供的经验数据确定：
定模座板： H1=30mm
型腔板： H2=30mm
凸模固定板： H3=40mm
支承板： H4=50mm
垫块： H5=100mm
动模座板： H6=30mm
因而模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7 =280mm
5、注射机有关参数的校核

模具的外形尺寸为250㎜×250㎜，选用SZ-100/80型，注射机模板最大安装尺寸为320㎜×320㎜，允许模具闭合高度最小Hmin=170mm。模具的闭合高度为280㎜，所以模具满足安装条件。由于侧分型抽芯距较短，不会过大增加开模距离，注射机开模行程足够。
经验证，SZ-100/80型注射机能满足使用要求，故采用。
6、绘制模具总装配图和非标零件工作图
本模具的工作原理；模具安装在注射机上，定模部分固定在注射机定模板上，动模固定在注射机的动模板上。在模具上，侧型芯滑块安装在模的导滑槽中，合模后，注射机通过喷嘴将熔料注入型腔，经保压，冷却后，塑件成型，开模是动模部分随动模板一起运动逐渐将分型面打开，与塑件相连的主流道的凝料从浇口套中脱出，与此同时，动模板上的中间顶出装置通过推杆向上移动，侧型芯滑块在凹模固定板的导滑槽内分别向两侧移动而脱离塑件，直至斜导柱与它们分开，侧向分型与抽芯才结束。在滑块脱离斜导柱后要设置滑块的限位装置。合模时，随着分型面的闭合侧滑块由斜导柱插入后驱动复位，与此同时在它们的外侧由锲紧块锁紧，以使其在注射塑料溶体时产生的成型压力的作用下不发生位移，推杆也进行复位。

7. 设计总结
在整个毕业设计的设计过程中，我学到了很多以前不太注意的细节，也学到很多新的知识，丰富自己的见识。综合运用了大学所学到的知识，可以说是对大学学习的一个很好整理归纳。查阅大量的图书资料和咨询许多老师和同学，得到他们的很大帮助。特别感谢指导老师赵军老师不辞劳苦的为我们解难、看草图、指出缺点和不足，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
【1】 齐晓杰 塑料成型工艺与模具设计 机械工业出版社 2005
【2】 许发樾.模具结构型式与应用手册.机械工业出版社，2006.
【3】 朱光力.模具设计与制造实训.高等教育出版社，2004.
【4】 许发樾.模具结构型式与应用手册.机械工业出版社，2006.

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