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湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院1前言塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自从1990年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起，塑料工业已有90年的历史。1927年聚氯酰胺，聚甲醛，ABS，聚碳酸酯，聚苯醚与氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻，电气绝缘性好，易于造型，生产效率高与成本低廉等；但也有许多自身的缺欠，诸如：抗老化性，耐热性，抗静电性，耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术，材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。本设计的仪表盖注射模，介绍了整个注射模的设计过程，实现了理论与实践相结合。不但丰富了自己的知识面，而且增加了专业经验，是大学生活中一笔很大的财富。在设计中，得到张文玉副教授的细心指导，及时更正所遇到的问题，也得到了同学与朋友的帮助，设计即将结束，但在设计中将出现点点问题是无法避免的，因为毕竟实践经验有限，如读者发现问题希望及时提出以便更正，共同进步。设计说明书中详细分析了设计中的一些必要计算，并附图分析，所有数据经过核算，该查表的数据在《机械设计手册》、《塑料模设计手册》等丛书中查得。学生：邓春华2007年5月10日湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院21塑件分析1.1塑件结构分析本次设计任务是塑料制品——仪表外壳，壁厚平均为2mm,其形状及其基本尺寸如图1-1所示。塑件有着，外观质量要求一般，表面粗糙度要求很低，因而要求成型情况良好。塑料：ABS生产纲领：大批量图1-1产品图1.2塑件材料分析本次设计的制件根据实际使用考虑，其材料要求有较高的机械强度及抗拉、抗压性能要求制件表面光泽度好，化学性能稳定。ABS尺寸稳定、吸水率小，具有优良的弹性及耐冲击强度，着色性好。化学性能稳定。有较好的电气绝缘性能。1.2.1成型特点ABS成型收缩率小，无明显熔点，通常160℃以上可成型，250℃树脂开始变色，270℃以上开始分解（其中丁二烯橡胶成分最容易分解，导致制件抗冲击强度降低）。ABS的熔体流动性与注射温度和注射压力都有关系，其中注射压力稍比注射温度敏感，成型过程中可从注射压力如手，以降低其熔体粘度，提高充模性能。模具温度，注射速度对ABS的电镀性能，外观光泽度有较大的影响，在成型过程中，低注射速度为宜，对外观要求较高的制品模具温度取较高。ABS内应力检验以制品浸入煤油中2分钟不出现裂纹为准或根据浸入冰醋酸溶液中是否发生开裂及其开裂的时间长短进行判断。湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院3一物理、力学、热性能性能抗压强度密度抗拉强度布氏硬度抗弯强度冲击韧度熔点℃(缺口)无缺口75MPa1.05g/cm365MPa13.2HB112MPa16kJ/m2202kJ/m2无明显熔点二成型条件注射机类型湿度计算收缩率预热温度预热时间h螺杆转速r/min螺杆式小于0.04%0.3－0.8％80－85℃2－330料筒温度℃喷嘴温度℃模具温度℃后段150－170中段165－180前段180－200170－18050－80注射压力成型时间后期处理60－100MPa注射时间高压时间冷却时间总周期方法温度℃时间h20－90s0－5s20－120s50－220s红外线灯、鼓风烘箱702－4表1－2ABS各项性能参数湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院42拟定模具结构形式根据模具理论和现场工作的的经验，我们知道精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。2.1确定型腔数量及排列方式在本设计中，由于塑件属于小型塑件，而且精度要求不是非常高，生产批量较大，因此本设计采用了一模四腔的结构方式，可以大大提高生产效率，降低生产成本。考虑到模具成型零件和出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：图2-1排样图2.2结构形式的确定本设计的塑件外观质量要求较高，尺寸精度要求一般。因此我设计的模具的思路是采用多型湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院5腔单分型面，也就是一模四腔的形式（如图2-1），结构的构思是采用：塑料模具的上.下模由凹.凸模组成，（如图2-2，2-3）；，仪表外壳的内部形状主要是采用小的镶件的形式。根据本塑件的结构和表面的质量要求，模具的分型面开模结构形式（如图2-6）。在本设计中我主要是利用Pro-e平台的设计方法（如图2-6），来进行分模的模拟和结构的设计。图2-2凹模块图图2-3凸模块图湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院6图2-6pro-e分模图2-7一模四腔湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院73塑件的相关计算及注塑机的选择3.1塑件的计算如果采用传统的计算方法来计算仪表外壳，由于人为的测量误差和计算误差，只能得到大概的计算结果，计算结果不是很科学。所以本设计采用了Pro/e软件进行三维实体设计，其体积、质量等都可准确地自动计算出来，加快了模具的开发时间和减少了设计人员的劳动强度，是模具发展的趋势。表3－1是该软件自动生成的模型分析报告。塑件质量属性仪表外壳（四件）体积㎝338.72(9.68×4)质量g40.64(10.16×4)塑件在分型面上的总投影面积mm214000表3－1模型分析报告3.2注塑机的选择根据本模具的设计方案，初步选定注射机为浙江塑料机械厂生产的型号为SZ－300/160型卧式注塑机。其基本参数请见表3－2。湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院8表3－2注塑机参数3.3注塑机的校核3.3.1注射量校核最大注射量：Vmax＝V*α＝150×0.75＝112.5㎝3最小注射量：Vmin＝Vmax×0.25＝150×0.25＝37.5㎝3实际注射量：38.72㎝3最小注射量实际注射量最大注射量3.3.2最大注射压力校核因为ABS的注射压力是60－100MPa，而SZ－60/40注塑机的压力为150Mpa，显然注塑机的注射压力满足要求。3.3.3锁模力校核塑料对模板的压力为：F＝A×P＝14000×10-6×406＝560000N=560KNF锁＝1600KN560KN锁模力足够理论注射量注射压力注射速率塑化能力螺杆转速300㎝3150Mpa145g/s82kg/s0－180r/min锁模力拉杆内间距开模行程最大模具厚度最小模具厚度1600KN450×450mm380mm450mm250mm喷嘴孔直径定位孔直径喷嘴球半径φ6mmφ160mmSR20mm湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院9经过校核计算该注塑机的工艺参满足数要求4分型面位置的确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1)分型面应选在塑件外形最大截面处。2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3)有利于保证塑件的精度要求。4)满足塑件的外观质量要求。5)便于模具加工制造。6)对成型面积的影响。7)对排气效果的影响。8)对侧向抽芯的影响。9)应有利于简化模具结构。10）分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便4.1分型面的确定根据我所设计的塑件的形状和加工的难易情况，我把分型面选择在仪表外壳边曲面上，这在各方面的原则都比较适合。具体的图形可以如图4-1所示：图4-1是模具分型面，它可以充分的保证制品的表面质量。湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院10图4-1分型面5浇注系统形式和浇口的设计5.1主流道设计5.1.1流道衬套的设计主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸d应与所选注射机喷嘴尺寸相适应，要查阅所选注射机的使用说明书，即d=d1（注射机喷嘴直径）+(0.5~1)，一些具体参数参看塑模设计教材及设计手册，在现场设计中应选用标准件。主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理硬度为53~57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式用于小型模具，中大型模具设计成分体式。常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者，有托浇口套用于配装定位圈。浇口套的规格有Φ12，Φ16，Φ20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以浇口套的半径R=21注射机喷嘴浇口套图5-1流道衬套示意图湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院11符号名称尺寸d主流道小端d1+（0.5-1）SR主流道球面半径喷嘴球面半径+（1-2）h球面配合高度3-5α主流道锥角2°-6°L主流道长度尽量小于或等于60D主流道大端直径D+2Ltg(α/2)r主流道大端倒圆角D/8表5-1主流道的主要尺寸根据表5-1和SZ－300/160注射机的相关数据，主流道的设计如图5-2所示图5-2流道衬套结构图5.1.2主流道衬套的固定因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的定模湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院12座板上。定位圈也是标准件，外径为Φ100mm，内径Φ35mm。具体固定形式如图5－3图5－3主流道衬套固定形式图5.2分流道设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。5.2.1分流道的形状及尺为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：40.2654DWL（式1）式中D―梯形大底边的宽度（mm）W―塑件的重量（g）L―分流道的长度（mm）在应用式（式1）时应注意它的适用范围，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且计算结果在3.2－9.5mm范围内才合理。湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机电工程学院13本设计的塑料仪表外壳体积为38.72cm3，质量40.64g，分流道的长度预计设计成70mm长，且有4个型腔。40.2654DWL=4.8939mm取D=5mm分流道的截面图如下图所示：图5-45.2.2分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60μm左右就可以，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速度和剪切热。5.2.3分流道的布置形式分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的