豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具

豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具 1 绪论 随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业及日常生活等各个领域的应用越来越广泛，塑料是继钢铁、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类工业材料。同时，在现代化工业生产中，60%,90%的工业产品需要使用模具，模具工业成为了工业发展的基础。现代模具工业已从传统的劳动密集型产业转换为一个技术密集、人才密集和资本密集的产业。并且我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。尤其是塑料模的发展，塑料注射模已经成为制造塑料制造品的主要手段之一，且发展成为最有前景的模具之一。 注射成型也称注塑成型,可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品。注射成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。 由于它具有应用面广，成型周期短，生产效率高，模具工作条件可以得到改善，制品精度高，生产条件较好，生产操作容易实现机械化和自动化等诸方面的优点，因此在整个塑料制品生产行业中，占有非常重要的地位。目前，除了少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可采用注射成型。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30%，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50%。 早期的注射成型主要用于生产热塑性塑料制品。随着塑料工业的发展及塑料制品应用范围的不断扩大，目前注射成型方法已推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛制品，过去基本上都采用压缩和压注方法成型，但现在已有70%被注射成型所替代。注射成型方法不仅用于通用塑料制品的生产，而且就工程塑料而言，也是一种十分重要的成型方法，据统计，目前工程塑料制品中，80%以上都采用注射成型方法生产。 随着塑料工业的发展，塑料注射模已经成为塑料制造品的主要手段之一，且发展成为最有前景的模具之一。实际上，塑料制品是目标，塑料注射模是实现目标的一种手段，所以不能“孤立地为模具而只考虑模具”，应从系统工程角度出发，把塑料注射模作为塑料注射成型加工系统中的一个环节，这样在设计塑料注射模时，就应把这个系统中的其他环节作为塑料注射模设计的考虑因素。所以，塑料注射模设计所要求的内容有以下几点: (1) 塑料制品的分析; (2) 塑料注射机的选择; (3) 塑料注射成型及控制; (4) 塑料注射模的设计及模具材料。 1 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 2 实体建模 2.1 PRO/E简介 PRO/ENGINEER是由美国PTC公司开发的用于设计、分析和制造各种零件的软件。自1988年问世以来，十余年间已成为全世界最普及的3D CAD/CAM系统，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。PRO/ENGINEER可谓是个全方位的三维产品开发软件，整合了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。 2.2 实体建模 本次设计的零件是豪鹰摩托车电池箱盖,其形状如图2-1所示: 图2-1 零件ISO视图 2.2.1 建立基体 启动PRO/E，“新增”?“零件”，应用游标卡尺、直尺、高度尺、半径规等测量工具测得基体各点尺寸，建立基体如图2-2所示: 图2-2 基体视图 2 以TOP面为基准，各点的坐标为(157，-130)(157，130)(-157，-130)(-157，130)，草绘完成后输入深度25mm，最后在“拉伸”项下单击“确定”完成基体造型。 2.2.2 挖槽并抽壳 在“特征”下选择“切减材料(cut)”，根据测量的尺寸得出槽边界各点坐标如下:(66,12.5,34)(90,12.5,58)(126,12.5,58)(126,12.5,43)(90,12.5,43)(82,12.5,34)。用连接这些点，然后以一通过FRONT面的基准轴作镜像，完成后输入切削深度11.2mm，确定。接着由凸台位置的点的坐标(71,1.3,50) (83.5,1.3,40)同上作镜像，输入凸台深度3.6mm，得到挖槽形状。再选择“混合(blend)”方式切减材料，上、下两个圆弧半径为21.4mm、32.8mm，高度是11.2mm。最后从底面开始抽壳，厚度为3mm，抽壳后基体形状如图2-3所示: 图2-3 抽壳后基体形状 2.2.3 建立侧面伸出项及顶面圆孔 以一侧面为草绘面，先挖去侧面体的边界尺寸。选择“加材料(protrusion)”?“拉伸(extrude)”，拉伸一长、宽、高为40 mm×30 mm×4 mm的实体。根据所测得的尺寸在伸出项中挖孔，两个圆锥孔的直径为Φ6，通过边-边倒角方式得到其锥孔，d1×d2为3 mm×5 mm，一个通孔的直径为12 mm。再建立顶面的锥孔，以基体的顶面为草绘面画图，根据所得尺寸，其圆孔的圆心坐标为(133，108)，半径为10 mm，同上用边-边倒角方式得到锥孔，d1×d2为1.5 mm×4 mm。完成后所得基体形状如图2-4所示: 3 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 图2-4 侧面伸出项及顶面锥孔 2.2.4 底面加筋及圆柱孔 根据量得的尺寸,在底面给零件加筋及六个圆柱孔,如图2-5所示,筋的高度有3 mm,4 mm,15 mm,21 mm四种，厚度均为2 mm。六个圆柱孔的高度为24 mm,内、外直径分别是4 mm、12 mm。 图2-5 加筋及圆柱孔后的底面形状 2.2.5 建立腰形孔和倒圆角 4 在槽的中间部位根据所得的尺寸建立八个腰形孔,腰形孔的上、下距离为10 mm，左、右距离为6 mm。以一个槽的竖直面为草绘平面，完成一个腰形孔后以FRONT、RIGHT面为基准做镜像，得到其它七个腰形孔。最后由半径规测得的各圆角数据对整个零件进行倒圆角。圆角的半径值有R0.5、R1、R2.5、R3.5、R9、R24等。最终完成的零件如图2-1所示。 2.3模型分析 实体的PRO/E建模完成后，通过本软件的“模型分析”功能，输入所用塑料的密度，得到零件的表面积、体积、质量等属性的值。本零件的各项属性值为: 23表面积A=2.88×10mm; 3体积V=4.06×10mm?; 质量m=36.7 g 5 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 3 塑件分析 3.1塑料性能及用途 零件选用聚丙烯塑料成型，聚丙烯具有聚乙烯所有的优良性能，如优良的介电性能、耐水性、化学稳定性、成型性好等。同时许多性能比聚乙烯还好，如:耐热性好，聚丙烯的制品可在100~120ºC下长期使用，在没有外力作用下，温度即使超过150ºC也不变形，但耐低温不如聚乙烯，温度低于零下35ºC会产生脆裂;机械性能较好，弯曲强度和拉伸强度接近于聚苯乙烯，刚性和延伸率好，抗应力开裂性比聚乙烯好，但耐磨性稍差;聚丙烯的严重缺点是在氧、热、光作用下容易降解、老化, 为此，应在聚丙烯塑料中加入稳定剂。英文名为Polypropylene，简称PP。 - 成型收缩率2.0%，吸湿性<0.01，密度为0.904×10?g /mm?，具有较好的流动性，粘度较低，允许间隙即溢边值为0.025mm~0.04mm。 3.2塑件形状及要求 零件是豪鹰摩托车电池箱盖,形状如图3-1所示: 图3-1 塑件形状 (1)从制品材料分析，型腔和型芯的脱模斜度为40′-1?30′，选1?，将Y方向作为脱模方向。 (2)制品顶面有一圆孔，在制造凸凹模时须填补该圆孔，选取模具的分型面时应用“平整(flat)”将其填补。 (3)制品侧面有一伸出项，并不是顺着脱模方向，必须考虑用抽芯机构来实现脱模，选择斜导柱实现抽芯，其表面形状可通过凸模表面和抽芯机构的部件表面共同实现。 (4)制品有八个腰形孔，也不是顺着脱模方向，考虑用斜推杆形成该特征表面。 (5)制品的其余特征均顺着脱模方向，在模具开模时，动、定模可以顺利分开，实现脱模过程。 (6)作为摩托车内饰件，制品表面应无裂纹、凹坑、缩孔、气泡、等缺陷，壁厚应均匀。 (7)根据塑料熔融状态粘度适中、流动性好，但成型表面质量不高的特点，制品精度等 6 级选用3-5级之间。选择第四级。 3.3塑料主要性能指标 表3-1 PP的主要指标 塑料性能 聚丙烯 (纯) 力学性能 屈服强度/MPa 37 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% >200 拉伸弹性模量/GPa 弯曲强度/ MPa 67 弯曲弹性模量/ GPa 1.45 简支梁冲击强无缺口 78 度/(Kj/m?) 缺 口 3.5~4.8 布氏硬度 HBS 12.2R100,118 3物理性能 密度/(g/cm) 0.90,0.91 比体积/(cm?/ g) 15.60.91 M94 吸水性/% 24h 0.01,0.03 长时间 0.747,10.0 热性能及电性能 熔点(粘流温度)/? 170,176 热变形温度/? 45 N/cm? 102,115 180 N/cm? 56,67 -2线膨胀系数/(10) 9.8 比热容/[J/(kg?K)] 1930 热导率/[W/(m?K)] 0.118 燃烧率/(cm/min) 慢 16体积电阻/(Ω?mm) >10 击穿电压/(kv/mm) 30 3.4塑料成型条件 表3-2 ABS塑料成型条件 塑料名称 聚丙烯(PP) 注射成形机类型 螺杆式 -1螺杆转速(r.min) 30~60 计算收缩率(%) 1.0,2.5 预热 温度(ºC) 80~100 时间(h) 1~2 后段 160~170 机筒温度(ºC) 中段 200~220 前段 180~200 喷嘴温度(ºC) 170~190 模具温度(ºC) 40~80 注射压力(MPa) 70~120 成型时间(s) 注射时间(s) 20~60 7 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 续表3-2 高压时间(s) 0~3 成型时间(s) 冷却时间(s) 20~90 总周期(s) 50~160 3.成型时 (1)熔体的流动性好，流动距离比L/T约为240，用较低的压力也能充满模腔。成型温度范围宽，成型容易。 (2)成型收缩率大(约1.6%)，尺寸精度难于控制。应适当延长冷却时间，以稳定制品的尺寸。 (3)对聚丙烯这类高结晶度塑料，应取较高的料筒温度并快速充模及冷却。但在实际成型时，为减少制品的凹陷与飞边，则可采用较低的温度(如降低30~40?)。 (4)聚丙烯与铜接触后会变脆，因而制品内不能有铜质嵌件。 8 4 注射模具结构与设计 4.1注射模具的组成 注射成型生产中使用的模具简称注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模具包括动模和定模两部分，动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。注射时动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模分离，以便取出塑料制品。 根据模具中各个部件所起的作用，可将模具分为以下几个基本组成部分: (1)成型零部件。主要用来决定制品的几何形状和尺寸，如凸模决定制品的内形，而凹模决定制品的外形。 (2)合模导向机构。主要用来保证动模和定模两大部分或模具中其它零部件(如凸模和凹模)之间的准确对合，以保证制品形状和尺寸的精确度，并避免模具中各种零部件发生碰撞和干涉。 (3)浇注系统。是将注射机注射出的塑料熔体引向闭合模腔的通道，对熔体充模时的流动特性以及注射成型质量等具有重要影响。由主流道、分流道、浇口及冷料穴等组成。 (4)推出机构。在开模过程中，需要有推出机构将塑料制品及其在流道内的凝料推出或拉出。 (5)调温系统。为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。模具的冷却一般依靠模具内开设的冷却水通道中的冷却水，模具的加热则依靠在模具内部或周围安装的电加热元件。 (6)排气结构。注射模中设置排气结构是为了在塑料熔体充模过程中排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体，以避免它们造成成型缺陷。排气结构既可以是排气槽，也可以是模腔附近的一些配合间隙。 (7)分型与抽芯机构。塑料制品带有侧凹或侧孔时，在开模推出制品之前，必须把成型侧凹或侧孔的瓣合模块或侧向型芯从制品中脱出。侧向分型或侧向抽芯机构是为了实现这类功能而设置的一套侧向运动装置。 (8)支承零部件。这类零部件在注射模中用来安装固定或支承成型零部件等上述七种功能结构，将支承零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。 4.2成型零件尺寸计算 以塑料的平均收缩率为基准计算成型零件的尺寸，公式为 2 D = M + M×S + M×S(4-1) 式中 D 成型零件尺寸; M 成型制品尺寸; S 收缩率;依据表3-2取收缩率1%。 依据上式计算成型零件尺寸， 径向尺寸为 2 D=M+ M×S+ M×S(4-2) M1111 宽度尺寸为 2 D=M+ M×S+ M×S(4-3)M2222 型芯高度为 2 H=M+ M×S+ M×S(4-4) M1333 型腔深度为 9 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 2 H=M+ M×S+ M×S(4-5)M1444将所测的尺寸代入以上公式，M=314 mm，M=260 mm，M=22 mm，M=25 mm，得 1234D=317.171 mm，D=262.626 mm，H=22.222 mm，H=25.253 mm M1M2M1M24.3凹模侧壁厚度的计算及校核 4.3.1 按刚度计算 本模具采用整体式矩形凹模型腔，结构图如图4-1所示: 图4-1 整体式矩形凹模 其长边侧壁厚度依据公式按刚度计算 4cphM3 (4-6) ,tc,E 5由模具结构图中可知，h=25.253 mm，P=40MPa，E=2.1×10Pa,PP的允许变形量δ=0.04，M 当L/h=314/25.253=12.43时 4312.43，444 c=3L/(2L+96h)= ,1.544212.439625.253，，， 代入式4-6得 t=14.26 mm，取t=15 mm cc其长边底部厚度依据公式按刚度计算 '4cpbM3 (4-7) ,th,E 由模具结构图中可知，b=262.626 mm，当L/b=314/262.626=1.20时 41.20’444,0.02C=L/[32(L+b)]= 4432(1.20262.626)，， 代入式4-7得 t=76.8 mm,取t=77 mm hh4.3.2 按强度校核 (1)侧壁厚度的许用应力校核 侧壁厚度的许用应力公式是 当h/L?0.41时 10 2PLw(1)，,M σ=? [σ] (4-8) max22tc 当h/L?0.41时 23(1)Phw，,M σ=? [σ] (4-9) max2tc 式中 α=b/L; ω 由[3]表5-1查得;ω=0.05 [σ] 许用应力;取[σ]=200MP。 a 将数据代入到式4-9得 σ=509.6MPa，大于[σ]，不满足许用条件。另取t=23代入，得 maxc σ=197.8MPa，小于[σ]，满足条件。 max (2)底部厚度的变形量校核 变形量的公式是 '4cPhM f =?[f] (4-10) max3Eth 式中 f型腔侧壁、支承板或型腔底板的最大变形量; max [f] 许用变形量;由[1]表3-37查得[f]=0.04 将数据代入到式4-10得 f=0.001，小于[f]，满足条件。 max 考虑到零件侧面有一个高度为40mm的伸出薄板项，根据以上所算得的数据，在PRO/E的建立模具型腔的过程中模具胚料的各个尺寸为长X=370 mm、宽Y=320 mm、凸模部分Z=100 mm、凹模部分Z=80 mm。 12 4.4分型面的选择 分型面的位置直接影响模具使用、制造及塑件质量，故必须选择合理分型面，一般应考虑下列几点因素: (1)塑件形状，尺寸、壁厚及要求; (2)浇注系统的布局; (3)塑料性能及填充条件; (4)成型效率及成型操作; (5)排气及脱模; (6)模具结构简单，使用可靠方便，制造容易。 根据以上原则，选择零件的外表面为分型面，填补各个孔后，延拓到模具胚料表面，最终的分型面的形状如图4-2所示: 11 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 图4-2 分型面形状 4.5 注塑机的选择 4.5.1根据最大注射量初步选择注射机 最大注射量和制品的重量或体积有直接关系，两者必须相适应，不然会影响制品的产量和质量。若最大注射量小于制品的重量，就会造成制品的形状不完整或内部组织疏松，制品强度下降等缺陷。因此设计模具时应使成型制品每次所需注射总量G小于注射机的最大注射量Gmax。即G〈 Gmax 。 G=nG1+G2 (4-11) 式中n 模具中的型腔数; G1 每个制品的重量; G2 浇注系统的重量。 通常，要求注射成型时的总重量应是注射机的最大注射量的80%以下:G〈 80%Gmax 3在此对Pro/E中的造型进行模型分析:得出零件制品的体积为4.06×10mm?， G1=36.7 g，n=1。对浇注系统初步估算:G2?5.26g G=36.7，5.26=41.96g Gmax=41.96/0.8=52.45 g 对于螺杆式注射机，其最大注射量是以螺杆一次注射的最大推进容积V来表示。它与塑料品种无关，使用比较方便。由V=52.45/0.905=57.96cm? 得出:Vmax?57.96/0.8=72.44cm? 所以注射机的额定注射量一定要大于或等于72.44cm?或者52.45g。所以根据最大注射量参数初选XS-ZY-1000型注塑机。其具体参数如表4-1所示: 表4-1 XS-ZY-1000型注射机技术规格 序号 项目 单位 XS-ZY-1000 1 螺杆(柱塞)直径 mm 70 3 2 最大理论注射容量 Cm1400 3 注射压力 MPa178 4 锁模力 kN 4500 2 5 最大注射面积 Cm1800 12 续表4-1 6 最大模具厚度H mm 600 7 最小模具厚度Hmm 370 1 8 模板最大距离Lmm 1300 0 9 模板行程Lmm 700 1 10 喷嘴圆弧半径R mm 18 11 喷嘴孔径dmm 5,6,7.5,8 12 喷嘴移动距离 mm 490 13 推出形式 中心液压推出，两侧 推杆机械推出，中心 距为350mm，液压推 出力460kN 4.5.2对所选注塑机的校核 (1) 注射压力校核。PP的注射压力为70,120Mpa,小于注塑机的注射压力178Mpa，因此，注射压力符合要求。 (2)锁模力校核。工艺锁模力F等于制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘L 以型腔内熔体压力P，即为制品外形面积与顶面圆孔面积之差乘以型腔压力P。为了保MM证注射成型时型腔能可靠地锁闭，应满足 F?(0.8~0.9)F (4-12) L 已知注射机最大锁模力F为4500kN，制品长0.314m，宽0.26m，顶面圆孔半径为0.02m，故锁模力为 2,,0.026 FNkN,，,，，，,,0.3140.263.14401033530403353.04,,L4,, 满足式4-12，完全能符合要求。 (3)安装部分的尺寸校核。为了注射模能顺利安装在注射机上，设计模具时必须校核注射机上与模具安装有关的尺寸，下面分别对喷嘴尺寸、定位圈尺寸等进行校核。 1)喷嘴尺寸。注射机喷嘴头的球面半径R与模具主流道始端的球面半径R必须吻12合，以防止高压塑料熔体从缝隙中溢出。一般R比R大1~2mm。 21 2)定位圈尺寸。为使模具主流道中心线与注射机喷嘴中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈需与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。所选注塑机的定位圈尺寸为150。 (4)开模行程校核。开模行程也叫合模行程，指模具开合过程中动模固定板的移动距离，用符号S表示。当模具厚度确定后，开模行程的大小直接影响模具所能成型的制品高度。下面选用注射机最大开模行程与模厚无关时的校核方法进行校核。 对于像本制品这样是单分型面的注射模 S?H1+H2+(5,10) (4-13) max 式中 H1 脱模距离 H2 包括浇注系统在内的制品高度 根据模具设计的型腔及型芯的尺寸:H1=43.2 mm，H2=79.5 mm，代入式4-13，得 S?43.2+79.5+10=132.7 mm max 当有的模具侧向抽芯是利用注射机的开模动作时，通过斜推杆抽芯机构来完成的。这时所需开模行程必须根据侧向分型抽芯抽拔距离的需要和制品的高度、推出距离、模厚等因素确定。为完成侧向抽芯距离s所需的开模行程为H。 c 13 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 当H大于H1与H2之和时， c S?H+(5,10) (4-14) maxc 若H小于H1与H2之和时，按式4-13计算 c 在这里H=10 mm，而H1+H2=132.7 mm，所以注射机的开模行程还是按式4-13计算，c 即为S?132.7 mm max 由表4-1,所选注射机的行程为300 mm，大于132.7 mm，因此满足需求。 4.6浇注系统设计 4.6.1浇注系统设计原则 浇注系统是指塑料熔体从注塑机喷嘴出来后，到达型腔之间在模具中所流经的通道，其作用是将熔融状态的塑料从喷嘴处平稳地引入模具型腔，并在熔体充填和固化定型的过程中将注射压力和保压力传递到塑料制品各部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑料制品。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。它是获得优质塑料制品的关键。 浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素: (1)塑料成型特性。设计的浇注系统应满足所用塑料的成型特性的要求，以保证制品质量。 (2)制品大小及形状。根据制品大小、形状、壁厚、技术要求等因素，结合所选分型面，同时考虑浇注系统的形式、进料口数量，为保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件和细弱型芯受力不匀，还应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问，从而采用相应的措施或留有修整的余地。 (3)模具成型制品的型腔数。设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。 (4)制品外观。设置浇注系统时应考虑去除、修整进料口进否方便，同时不影响制品的外表美观。 (5)注射机安装模板的大小。在制品投影面积比较大时，设置浇注系统应考虑注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。 (6)成型效率。在大量生产时，设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。 (7)冷料。在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑料制品质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 4.6.2主流道设计 主流道是指从注射机喷嘴与模具接触处起到分流道为止的一段料流通道，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具。当模具闭合后，注射机喷嘴压紧模具主流道衬套，并封紧注射机与模具之间的间隙，熔体材料直接从料筒流入主流道。 (1)主流道。在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为了使凝料能从主流道中顺利拔出将主流道设计成圆锥形。锥角约为2?~4?，内壁表面粗糙度小于0.63~1.25μm。通常主流道进口端直径为4~8mm若熔体流动性好，且制品较小时，可取小值，反取大值。设计主流道截面直径时，应注意喷嘴和主流道的对中。为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径比喷嘴直径大0.5~1mm。浇口套与注射机喷嘴的接触部分采用球面接触形式。一般情况下，采用弧面(或球面)接触定位。其方法是，在主流道衬套上连出一浅的球形定位槽，将喷嘴的球形头压在主流道衬套凹内。通 14 常主流道进口端凹下的球面半径R比喷嘴球面半径R大1~2mm，凹下深度约3~5mm。 21 根据[1]表3-22，选择主流道截面直径为进口端5.5 mm，出口端8 mm。根据[3]图7.13(a)得到浇口套形状如图4-3所示: 图4-3 浇口套形状示意图 (2)主流道衬套。由于注射成型时，注射机对模具施加的压力很大，主要作用于主流道衬套上，且主流道与高温塑料熔体和注射机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开在一个主流道衬套中，通常在淬火后嵌入模具，这样在损坏时便于更换或修磨。常用的主流道衬套有A、B两种，衬套长度与定模配合部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突出在分型面上。衬套与定模之间的配合采用H7/m6。 (3)分流道是主流道与浇口之间的料流通道，是塑料熔体由主流道流入型腔的过渡段，负责将熔体的流向进行平稳转换，在多型腔模中起着将熔体向各个型腔分配的作用。由于本零件属一模一腔，且在形状上两侧对称，上表面是一平面，熔体可同时向四周流动，因此，本设计不需设计分流道。 (4)定位环。为了使主流道与喷嘴和料筒对中，除了将定位环与主流道衬套设计成整体结构之外，定位环的形式如图4-4所示。定位环与注射机定模固定板中心定位孔相配，配合精度为H/h，定位环与定位孔的配合长度，取8~10mm。 1111 图4-4 定位环形式 15 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 4.6.3 浇口的设计与选择 浇口是流道与型腔之间长度非常短，截面又很狭窄的一段料流通道。 (1)浇口的作用。可保证熔体充模时具有较快的流动速度和较好的流动性;有助于防止保压力不足或保压时间过短而引起的倒流现象;便于制品脱模。 (2)浇口尺寸设计。浇口的尺寸一般根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正，浇口断面积与流道断面积之比约为0.03~0.09，断面积常为矩形或圆形。 1)浇口截面高度h。通常浇口高度可取制品最小壁厚的1/3~2/3或0.5~2mm，加工时一般都先采用尺寸偏小的浇口，然后在试模过程中根据需要将浇口扩大。 2)浇口截面宽度b。在流速和壁厚均为正常的情况下，浇口截面宽度一般可取为(3~10)h。 3)浇口长度L。浇口长度应尽量短，对减小塑料熔体流动阻力和增大流速均有利，通常，浇口长度可取0.7~2.0mm。 本零件中，h=1mm,b=10mm,L=1.5mm (3)浇口位置选择。浇口位置对制品质量有直接影响，在确定浇口位置时应考虑以下几个问题: 1)浇口应开设在塑料制品断面较厚的部位，使熔体由厚断面流入薄断面。 2)浇口位置应选择在有利于排出型腔空气的地方。 3)浇口位置应选择在能避免制品表面产生熔合纹的地方。 4)带有细长型芯的浇口，会使型芯受到熔体的冲击而产生变形，此时应尽量避免塑料正面冲击型芯，来确定浇口的位置。 5)浇口的位置应避免引起熔体断裂的现象。 根据以上原则，本零件的浇口位置选择在流道末端，零件的中心处，开在型腔内。 4.6.4 冷料穴的设计 冷料穴一般开设在主流道末端，作用是收集每次注射成型时流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进入型腔影响制品成型质量，或防止这些冷料堵塞浇口造成制品缺料。本设计的热塑型塑料制品有垂直分型，采用的是不需要拉料杆的凹球形冷料穴。 4.7注射模结构零部件 4.7.1 合模导向机构 合模导向机构在注射模中,用来保证动模和定模或模内其它零部件之间准确对合,在模具中起定位、导向和承受一定侧压力的作用。在本制品的注射模中，合模导向机构的主要表现形式是导柱导向机构。它利用导柱与导套的配合来保证模具的对合精度。 (1)导柱。导柱多为件，规格类型较多，可在GB4169.4-84中选择。本结构中选择带头导柱Ø50×194的规格。注塑模的导柱数量一般为2,4个，标准模架的导柱数量及布置都是确定的。导柱的结构及安装形式如图4-6所示。 (2)导套。使用导套的目的是导柱孔磨损之后便于更换。如图4-5所示: 图4-5 导套结构 16 图4-6 导柱、导套的安装形式 4.7.2 支承零部件 注射模中的各种固定板、支承座(垫板)、支承块(垫块)以及模座(动、定模底板)等均称为支承零部件，将它们与合模导向机构和推料脱模机构等组装，便可构成注射模架。 (1)固定板。固定板在模具中起着固定成型零部件、合模导向机构及推出脱模机构等各种功能结构的作用。 (2)支承板和垫块。支承板也叫垫板，对固定板上模具各零件起着支承作用。垫块垫靠在支承板与模座之间，形成推出脱模机构的运动空间，变更支承板和垫块的厚度，可改变模具的封闭高度，以保证闭合高度和开模行程与注射机规格匹配。 (3)模座。模座是整个注射模中支承所有零部件的底板，在注射成型过程中传递合模力并承受成型力，应具有足够的强度和刚度。 根据凹、凸模的尺寸及以上的原则可选择尺寸为400×L的A1型模架，其部分尺寸如表4-2所示: 名称 尺寸(mm×mm×mm) 材料 数量 上模板 650×750×40 45, 1 凸模型板 650×650×100 45, 1 凹模型板 650×650×100 45, 1 下模板 650×750×40 45, 1 表4-2 模架尺寸 4.8 推出脱模机构 推出脱模机构是注射模的重要功能结构之一，作用是将冷却固化后的成型制品从模具中取出。按推出零件的类别对机构分类，可分为顶杆推出脱模、推管推出脱模、推板推出脱模等。按机构的推出脱模动作特点分类，可分为一次推出脱模、二次推出脱模、带螺纹制品脱模等不同类型。本制品结构并不复杂，选用一次推出脱模，含有顶杆、推管两种形式。 4.8.1 脱模力的计算 脱模力包括制品因收缩引起的制品与型芯的摩擦阻力和大气压力。其大小与制品的壁厚和形状有关。对制品分析，塑件壁厚与其内孔直径之比约等于0.01，小于1/20，属于薄 17 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 壁壳体形塑件，塑件断面为矩环形，则按下式计算脱模力: 2cos()SEQlftg,,, F= (4-15) ，0.1A(1),k,2 式中 S 矩环形制品的平均壁厚;S=3 mm 11E 塑料的弹性模量;E=1.96×10 P a Q 塑料成型收缩率;Q=0.5% l 制品对型芯的包容长度;l=310 mm Ø 模具型芯的脱模斜度;Ø=1º f 制品与型芯之间的静摩擦系数;常取f=0.1,0.2 µ 塑料的泊松比;ABS的µ=0.46 k 系数，k=1+fsin Ø cos Ø?1; 2232 A 盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积。A=2.88×10mm将各参数代入4-15得: F=337.5kN 4.8.2顶杆直径的确定 根据压杆稳定公式计算出顶杆直径: 12LF4,() d= (4-16) nE 式中 安全系数;常取1.5 , L 顶杆的长度;袋形处L=260 mm,凸台处L=245 mm 12 n 顶杆数目。袋形处n=12 凸台处n=4 11 将各参数代入上式得: d=9.81 mm， d=9.63 mm，取d=d=10 mm 1212 4.8.3 顶杆的结构形式 圆截面顶杆是结构简单、应用广泛的一种。其尾部采用轴肩式。顶杆与顶杆孔的配合采用滑动配合，一般为H8/f8，其间隙兼有排气作用，但不应大于所用塑料的排气间隙，以避免溢料。其形式如图4-7所示: 图4-7 顶杆的结构形式 4.8.4 推管推出脱模机构 推管是一种空心推杆,用以推出薄壁圆筒形、局部圆筒形制品或推出制品上的圆孔凸台。本设计是用于推出六个圆柱形孔状结构。推管厚度一般不小于1.5mm，淬硬50~55HRC。其组合形式如图4-8所示: 18 图4-8 本设计采用的推管形式 4.8.5 顶杆的复位 使用顶杆作为脱模机构时,完成一次脱模动作,开始下一个注射工作循环时,与制品接触的顶杆必须回复到初始位置。因此，必须设有复位装置或复位杆。复位装置和复位杆的设置很灵活。本设计所选用的复位杆如图4-9所示: 图4-9 复位杆 4.9 侧向分型与抽芯机构设计 当制品侧壁带有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹等阻碍制品成型后直接脱模时，必须采用侧向分型的方法，将形成侧孔或侧凹的型芯做成活动的，这种零件称为侧型芯，这种机构叫做侧向分型抽芯机构。常用的抽芯机构有斜导柱、斜滑块、弯销、斜楔等。 本制品中的侧向伸出项以及腰形孔的轴线方向均与注塑机的开模方向不一样，都要设计抽芯机构。其中，对于侧向伸出项，选择斜导柱抽芯机构;对于腰形孔，选择滚轮式斜推杆抽芯机构。 4.9.1抽芯距的确定 抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍制品取出位置时,侧型芯在抽拔方向所移动的距离。抽芯距通常比侧孔或侧凹的深度大2~3mm。即 S=h+2~3 (4-17) 式中 S ?? 抽芯距; h ?? 活定型芯完全脱出成型部位的距离。经测量，取h=7 mm 代入式4-17，得S=10 mm。 4.9.2 斜导柱抽芯机构 斜导柱抽芯机构是利用斜导柱等传动零件，把垂直的开模运动传递给侧向型芯，使之产生侧向运动并完成分型或抽芯工作。图4-10为斜导柱抽芯机构的形式: 19 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 图4-10 斜导柱抽芯机构 取倾斜角α=15?，根据三角关系，算得H=scotα=55.2 mm，L=s/sinα=57.2 mm。 A尺寸是斜导柱开模时水平方向的行程，有着特殊的意义。复位行程是否能保证再合模时，斜导柱与滑块必须准确定位，否则会撞模，即一定要校核A尺寸。同样，根据三角关系，A=Htan(α+2~3?)=55.2tan18?=17.9mm。 为了确保侧型芯可靠地抽出和复位，保证滑块在移动过程中平稳，无上下窜动和卡死现象，需设计一滑槽，滑块与滑槽必须很好地配合和导滑。一般可选用工字槽。形状如图4-11所示: 图4-11 工字槽形状 4.9.3滚轮式斜推杆抽芯机构 滚轮式斜推杆抽芯机构如图4-12所示。其校核公式为 S,Ltanα,h (4-18) 1 L,H(4-19) 已知，S,5.68 mm，α=5?，h=3.02 mm，L=36 mm，H=3.02/tan5º=34.2，代入式4-18、4-19，1 均满足要求。 图4-12 滚轮式斜推杆抽芯机构 4.9.4 抽拔力的计算 20 抽拔力是将侧型芯从制品中抽出所需的力。刚开始抽芯所克服的阻力称为初始抽拔力。继续将全部侧芯抽出所需的力称为相继抽拔力。相继抽拔力通常小于初始抽拔力，故设计时以初试抽拔力为准。抽拔力可用如下简化公式进行计算: F=lhp(fcosθ,sinθ) (4-20) 式中 l 活动侧芯被塑料包紧的断面周长;l=84.8 mm h 成型芯部分的深度;h=3.02 mm p 制品对侧芯的压力，一般取8,12Mpa;p=12MPa f 塑料对钢的摩擦系数，常取f=0.1,0.2;f=0.15 θ 侧芯的脱模斜度，θ=1º。 将各参数代入上式得: F=445.9N 4.10冷却系统的设计 4.10.1 冷却系统的作用 模具设计冷却装置的目的，一是防止塑件脱模变形;二是缩短成型周期;三是使结晶性塑料冷凝行程较低的结晶度，以得到柔软性、挠曲性，伸长率较好的塑件。 模具的冷却剂可以是水、压缩空气和冷冻水冷却，而水冷却最为普遍。即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温。水的热容量大，导热系数大，成本低。所以合理设计模具的冷却回路是一关键因素。 冷却水道的布置方式有:外连结直通式、内循环式、平面循环式、立体循环式等。由于外连结直通式加工容易，便于检查有无堵塞及本次设计所用材料PP的模具温度为40,80ºC。故冷却装置采用水冷却，凹模和凸模分别冷却;水道布置方式采用外连结直通式。 4.10.2 冷却水道的水管直径的计算 冷却装置的计算就是计算模具的冷却面积，计算冷却分布造成的不同温度分布，以便设计冷却回路，求得恰当的冷却管道直径和长度，满足冷却要求。但是模具的热量有辐射热、通过对流的散热、向模板的传热和由于喷嘴接触的传热等许多因素，因此精确计算是不可能的。下面仅考虑冷却介质在管内作强制对流的散热，而忽略其他因素。假设由塑料放出的热量全部传给模具。每千克塑料所放出的总热量为 Q=nGα (4-21) 式中 Q 熔融塑料每小时所放出的热量(J/h); N 每小时的注射次数，36; G 每次注射的塑料量(包括浇注系统在内，0.042kg); α 每千克塑料所放出的总热量(J/ kg),由[5]表5-20得PP的α=583.38, 700.14kJ/kg，选650 kJ/kg。 将数据代入式4-21得, Q=36×0.042×650=982.8kJ/h 冷却时所需的冷却水量: QM= (4-22) 1,()TT,12 式中 M通过模具的冷却水质量(kg); 1 T出水温度(?)，60?; 1 T进水温度(?)，20?; 2 λ 导热系数(J/m??)由[4]表8-26得PP的λ=423J/m??。 代入式4-22得M=58.1kg 1 21 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 根据冷却水处于湍流状态下的流速ν与 水管道直径d的关系，确定模具冷却水管道直径d。 3410，M1 d= (4-23) ,,v 式中 ν 管道内冷却水的流速，取1.0m/s; 3 ρ 水的密度，1000kg/m 。 代入式4-23中得d=12.2mm。取d,14mm 4.10.3 冷却水管数的计算 冷却管道总传热面积公式 M1 A= (4-24) RT, 式中 R 冷却水管道壁与冷却介质间的传热系数; 0.84187()fv, 2 R= (J/m??) (4-25) 0.2d f 与冷却介质有关的物理系数，由[4]表8-29得f=7.98; ΔT 模温与冷却介质之间的平均温差,40?。 2代入式4-25得R=19.71J/m?? 2代入式4-24得A=0.03m 在模具上应开设的冷却水管道的孔数 n=A/πdL (4-26) 代入式4-26得n=5.3,可以圆整为6个。 L 冷却水管道的长度;取L=800 mm 4.11主要零件选用材料及其热处理要求 表4-3 塑料模零件常用材料及热处理 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 凸模 CrWMn 淬火 54~58HRC 凹模 CrWMn 淬火 54~58HRC 动、定模架板 45 调质 230~270HB 导柱 20 渗碳、淬火 56~60HRC 导套 T8A 淬火 50~55HRC 斜导柱 T8A 淬火 54~58HRC 复位杆 45 淬火 43~48HRC 顶杆 T8A 淬火 54~58HRC 推管 T8A 淬火 54~58HRC 4.12注射模部件加工与装配工艺 4.12.1导柱、导套的加工 模板上的导柱、导套孔的加工次序基本上可分为两种情况: (1)型腔、型芯为装配基准时，则导柱、导套的安装孔加工应在完成型芯、型腔的组装后进行。 (2)塑件结构形状使型芯、型腔在合模后很难找到相对位置，或者模具设有斜滑块机 22 构时，通常先加工导柱、导套的安装孔，将导柱、导套装配好作为模具的装配基准。在未淬硬模板上加工导柱、导套安装孔，可在坐标磨床上分别镗孔或将动、定模板叠在一起用工艺销钉定位后，在车床或铣床上镗孔。淬硬模板的导柱、导套安装孔加工，在热处理前应留有修磨余量，热处理后用坐标磨床分别加工。较小尺寸的模具，可以在型芯、型腔为基准，将动、定模板叠合在一起，采用内圆磨床修磨孔。也可在淬硬模板上压入不淬硬的嵌件，然后在嵌件上镗导柱、导套安装孔。 4.12.2典型装配工艺 (1)导向部分的配合一般采用H8/h7或H8/h8; (2)衬套与定模之间的配合采用H7/m6; (3)定位环与注射机定模固定板中心定位孔相配，配合精度为H/h; 1111 (4)导柱与安装孔之间采用过渡配合H7/m6或H7/k6; (5)顶杆与顶杆孔的配合采用滑动配合，一般为H8/f8; (6)斜导柱与固定板的配合采用H7/k6;。 (7)斜推杆与滑块孔的配合采用H7/f7。 23 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 5 结论 本次设计的零件是豪鹰摩托车电池箱盖板，在零件造型部分由于没有较多的曲面，进展一度较快。经过短时间的初稿建立，以及在后来设计过程中一次次的修正，零件的造型算是比较成功的。 本设计主要难度还是后期模具方面，分型面的选择、两种滑块的处理以及用PRO/E的外挂模块EMX设计模座，都有相当的难度。在选择分型面的过程中，由于有一些倒角及较多的靠破孔，给分型面的选取造成了一些障碍。经过一次次的尝试，采用“平整”、“拉伸”等方法终于成功地把分型面设计出来，并成功地分模。零件中含有的八个腰形孔和侧面伸出项在拔模过程中与开模方向有冲突，因此，这两部分都需通过设计抽芯机构来解决。 在使用EMX设计模座时，在选用模座的各个标准件、对所选件进行校核计算，都是十分繁琐和复杂的。 24 6 谢辞 从四月初去浙江台州实习开始到现在，两个多月的时间一晃就过去了。选择这样一个题目作为毕业设计，我感到非常的荣幸。两个多月，从对模具的一无所知到现在的略知一二，首先得感谢指导我的老师，他们是:张馨、黄薇、周大路，他们的孜孜教诲，使我深得其益;另外还要感谢每天朝夕相处的同学们，大家相互之间的切磋、讨论，使我的设计得以顺利地进行下去，尤其是四位同班同学，他们是:王长慧、王庆武、李丹、巫文健，在此特向他们一并致谢;还要再向学校机电工程训练中心致谢，谢谢他们提供了配置优良的计算机给我做设计。 25 豪鹰摩托车电池箱盖塑料模具CAD 7 参考文献 [1] 王孝培. 塑料成型工艺及模具简明手册 [M]. 北京:机械工业出版社，2000. 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