波輪注射模設(shè)計

第一章對零件工藝性分析1.1分析塑件使用材料的種類及其工藝性該塑件為ABS。，屬于通用性熱塑性塑料，其成型條件如下：注射成型機型：螺桿式堆密度：1.03?1.07/g.cm一3計算收縮率：0.3?0.8/%預(yù)熱溫度：80?85/°C預(yù)熱時間：2?3/h料桶溫度：后段：150?170/s中段：165?180/s前段：180?200/s噴嘴溫度：170?180/C模具溫度：50?80/C注射壓力：60?100/Mpa成型時間：注射時間：20?90/s高壓時間：0?50/s冷卻時間：20?120/s總周期：50?220/s螺桿轉(zhuǎn)速：30/r?min-1彈性模量E：1800?2900/Mpa1.8?2.9X105N/cm2脫模斜度：型腔：40'?1°20，型心：.35'?1°1.2分析塑件結(jié)構(gòu)工藝性塑件尺寸較大，最大直徑為150mm,最大高度為50mm。外部結(jié)構(gòu)形狀雖然呈對稱分布，但是，波輪葉片形狀不規(guī)則，這給模具的制造帶來一定的難度。另外，波輪中間螺釘孔四周的壁厚比較厚，而且厚度不均勻，這個有可能會在注塑時產(chǎn)生氣泡。這些都是波輪零件限定的，無法糾正。不過，高度不大，相信產(chǎn)生氣泡的幾率不大，可以投入生產(chǎn)。

第二章選擇注射機確定型腔數(shù)2.1根據(jù)塑件的形狀估算體積和重量波輪的三維零件圖已經(jīng)在CAD中按比例1:1畫出，故此可以用CAD中的查詢功能查出:波輪的體積為：V=315583(mm3)e315.6(cm3)波輪的表面積為：S=190386(啞2)e1903.9(cm2)塑件重量:V=V?y=315.6X1.07g=337.69g。式中y為塑料容量,ABS塑料的容量y=1.07g/cm3。2.2根據(jù)塑件的計算重量和體積選擇設(shè)備型號規(guī)格,確定型腔數(shù).設(shè)備未限,故需要考慮以下因素<2>:2.2.1注射機額定注射量Gb。注射機每次注射量不超過最大注射量的80%<1>,即:(2-1)0.8V-V

n= b j(2-1)V

S式中,n—型腔數(shù)；V」一澆注系統(tǒng)體積(cm3)；Vs一塑件體積(cm3)；Vb—注射機額定注射量(cm3)。估算澆注系統(tǒng)的體積V」,根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設(shè)計方案(圖2-1估算澆注系統(tǒng)的體積V」,V=20cm2設(shè)n=1,則得:V=咋匕B0.8V=咋匕B0.81X315.6+2001=419.5cm3圖2-12.2.2根據(jù)塑件精度確定型腔數(shù)。波輪塑件精度為高精度，故此選單腔，即n=1。2.2.3根據(jù)生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)。這次為了畢業(yè)設(shè)計，可以算為試制或者小批量，故此選單腔n=1。從綜合上面?zhèn)€因素，并根據(jù)塑料注射機技術(shù)規(guī)格，選取型號為XS-ZY-500的注射機。注：經(jīng)過下面一系列驗算得出，如果選取型號為：XS-ZY-500的注射機，在模具最大厚度方面不符合要求（設(shè)計模具厚度為568mm，該注射機規(guī)定模具最大厚度為450mm），故此選取型號為XS-ZY-1000的注射機。該型號的注射機能夠滿足要求（該注射機規(guī)定模具最大厚度為700mm）。故此，綜合各方面因素，應(yīng)該選取型號為XS-ZY-1000的注射機。關(guān)于該注射機的一些重要系數(shù)<2>:額定注射量：1000cm3螺桿直徑：85mm注射壓力：121Mpa注射行程：260m注射時間：2.7s螺桿轉(zhuǎn)速：21、27、35、40、45、50、65、83r/min注射方式：螺桿式

合模力：4500KN最大成型面積：1800cm2最大開（合）模行程：700啞模具最大厚度：700啞模具最小厚度：300啞動、定模固定板尺寸：900X1000啞拉桿空間：650X550啞合模方式：兩次動作液壓式定位圈尺寸：150啞噴嘴球頭半徑：SR18啞頂出方式：兩側(cè)頂出頂桿中心距：350啞機器外形尺寸:7670X1740X2380啞第三章確定成形方案3.1確定成型位置由于波輪塑件上表面有葉片，下表面有筋板，中心孔還有金屬鑲件。考慮到使脫模方便，鑲件容易定位，故塑件成形位置選擇如圖3-1示。3.2確定分型面考慮到波輪塑件的外觀質(zhì)量，同時為保證塑件在分模時能夠留在動模一側(cè)，便于脫模。故此將分型面設(shè)在I-I面上，見圖3-1。3.3脫模方式從波輪塑件的結(jié)構(gòu)形狀分析，宜采用以推桿為主和推管為輔的聯(lián)合脫模方式。用四根推桿均布在四條輪輻狀筋板上，推桿中心線的位置在①200啞的圓周上。推管推在波輪鑲件及其周邊塑料層上，主要為了不讓塑件在脫模時產(chǎn)生變形及順利推出如圖3-1示。3.4澆注系統(tǒng)形式塑件上表面為洗衣工作面，要求光潔，不允許有較大的澆口痕跡。所以應(yīng)該采用點澆口澆注系統(tǒng)。澆口設(shè)置在上部①30上表面。由于波輪塑件的外形尺寸比較大，所以應(yīng)該設(shè)計雙點澆口的澆注形式。這樣可以是熔融塑料在填充型腔時更快，更穩(wěn)，不容易產(chǎn)生渦流如圖3-1示。3.5冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)考慮由于ABS塑料成形時要求模溫在（40?60）°C，所以模具之考慮冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)采用最簡單的外連直通式冷卻水道，冷卻劑用水。3.6確定成形零部件的結(jié)構(gòu)形式（整體式和鑲拼式）：雖然塑件局部結(jié)構(gòu)比較特殊，但是對現(xiàn)有的加工環(huán)境來看，主要成形零件還是做成整體式的。江南大學畢業(yè)設(shè)計（論文）圖3-1（波輪設(shè)計總裝圖）第四章繪制結(jié)構(gòu)方案草圖進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計并初步繪出模具完整的結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。校驗所需注射機的能力。校核注射機有關(guān)工藝參數(shù)：4.1注射量的校核e塑件（包括澆注系統(tǒng)）在成型時每次所需注射量V小于注射機的最大注射量Vmax的80%，即：n-七+V了<0.8V注：V—注射機最大注射量（cm3）；Vs—波輪塑件成型時每次所需注射總量（cm3）；V」—成型時澆注系統(tǒng)每次所需注射總量（cm3）；n—型腔數(shù)。由前面計算得知，波輪塑件體積為：315.6cm3,澆注系統(tǒng)體積：20cm3。則，每次注射所需塑料量為（按一模一腔）：1X315.6+20=335.6cm3注射機的最大注射量：1000X0.8=800cm3>335.6cm3能夠滿足要求。4.2鎖模力與型腔內(nèi)平均壓力、注射壓力的校核鎖模力是在成型時鎖模模具的最大力，成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲力應(yīng)該小于鎖模力。該漲力與注射機額定鎖模力的關(guān)系如下示K>^^CA（KN） （4-2）1000式中：F一注射機的額定鎖模力（N）;A—塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積（皿）；Pc—熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力（Mpa）;K—安全系數(shù)，常?。篕=1.1?1.2。從表（8-2）<1>查得ABS熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力Pc為：PC=35Mpa總投影面積A為：A二兀Xr2二兀X0.152=0.07069（^）即有：=2968KNKPCCA=1.2x35x0.07069x106=2968KN1000 布00型號為XS-ZY-1000注射機的額定鎖模力F為：F=4500KN>2968KN滿足要求：F>KpCA1000同時，XS-ZY-1000注射機的額定注射壓力為：121Mpa。滿足ABS塑料（成形需要注射壓力：60?100Mpa）成形時注射壓力的要求。43模具厚度與注射機閉合高度校核<2>選擇的模架為標準模架：B0XL=500X500啞關(guān)于它的一些重要數(shù)據(jù)如下：BXL=500X500mm （單位：mm）表4-1（模具明細表）座板寬度630厚度定模40動模40墊塊寬帶80厚度12.5厚度支撐板63推件板40推件固定板25卸流道板30直徑導柱40導套50復(fù)位桿25內(nèi)六角螺釘12-M16；16-M12中心距b1420b2414b3280續(xù)表41（模具明細表）b312l414123201344014476模具厚度H與注射機閉合高度按式<1>校核:Hmax-Hm-Hmin式中，Hmin一注射機允許最小模厚（二300?。?；Hmax—注射機允許最大模厚（二700啞）；H皿—模具閉合高度。預(yù)選模架B0XL=500X500。，則有模具的閉合高度為：H=568啞因為700>568>300,所以，能夠滿足要求。4.4注射機開模行程：注射機開模行程應(yīng)該大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式<1>:L>H1+H2+（5?10）+a （啞）式中，H1—脫模距離（=42?。?；H2—不包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的制品高度（二50啞）；L—注射機開模行程（二700?。籥—定模板與型腔板的分離距離（二119?。?；則,模具的開模行程為：L=42+50+10+119=221（?。￢700（?。┧裕⑸錂C開模行程能夠滿足要求。第五章計算說明5.1脫模力計算<3>當脫模開始時，阻力最大。推桿剛度和強度也按此時的受力計算，也就是無視脫模斜度(a=0).對于波輪塑件來說，壁厚與凸模(最大)直徑之比為0.01,小于0.05。故此,脫模力可以按照薄壁圓形件來計算。對波輪塑件來說，塑件從模具中脫出時的摩擦力為最主要，所以，它的脫模力主要計算塑件從模具中脫出時的摩擦力。5.1.1計算公式：薄壁圓形件的脫模力計算公式如下<3>:Q=22ESLf (5-1)(1-m)(1-f)式中，Q—脫模力(N);T一塑件平均壁厚(cm),t=0.3cm;E—塑料彈性模量(N/cm2)，常取1.8?2.9X105N/cm2，這里取2.0X105N/cm2；S—塑料平均成形收縮率(啞/啞)，常取0.3?0.8%，這里取0.6%;L—包容凸模的長度(cm)f—塑料與鋼的摩擦系數(shù)，取0.3;m—塑料的泊松比，取0.3；r一圓柱形半徑(cm)。因為波輪三維零件圖已經(jīng)在CAD中畫出，所以，L可以用實測的方法得到，則有：L=213.12mm。代入數(shù)據(jù)有：八 2KtESLf 2兀x0.3x2.0x105x0.6x21.3x0.3「Q= = =1588.33N(1-m)(1-f) 100(1-0.3)(1+0.3)根據(jù)計算結(jié)果，取Q=2000N。則，脫模力為2000N。5.2成型零部件工作尺寸計算<2>5.2.1定模、動模(型腔、型芯)選用材料表5-1(材料及性能)材料力學性能主要用途15CrM抗拉強度c(Mpa)屈服強度c(Mpa)供應(yīng)狀態(tài)硬度HBS(Mpa)許用應(yīng)力[c](Mpa)用作齒輪、渦輪、塑料模具、氣輪機密封軸套等。7855901792955.2.2型腔側(cè)壁厚度和底板厚度確定型腔結(jié)構(gòu)形式一整體式。型腔(圓形)壁厚的強度和剛度計算：按強度計算<2>:型腔側(cè)壁厚度計算公式：t：r?如仔2p—1 (5-2)型腔底板厚度計算公式：t「、活 (5-3)式中，W］一材料許用應(yīng)力(Mpa);P—熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力(Mpa),ABS塑料的P值取35Mpa;r—型腔內(nèi)最大半徑(mm),由波輪三維零件圖知：r=150mm。代入數(shù)據(jù)有：型腔側(cè)壁厚度.pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings(5-5)式中，E—彈性模量(Mpa)，取E=206X103Mpa;日一泊松比，常取0.25?0.30，故取R=0.28;8一成型零件的許用變型量，取8=0.05。代入數(shù)據(jù)：206*103-(0.28-1)型腔側(cè)壁厚度：150x35 1]=2.78啞型腔側(cè)壁厚度：206*103-(0.28+1)150x35型腔底板厚度：t型腔底板厚度：t廣"520駕0.05=9'1啞綜合剛度和強度的計算結(jié)果取以下值:型腔側(cè)壁厚度：t=75.6mm,?。簍=80mm型腔底板厚度：t廣28.7m,?。簍廣30m5.2.3型腔、型芯工作尺寸確定塑件成型收縮率：SScp為塑件在收縮范圍內(nèi)的平均值，其計算公式如下⑵:cp=cp=—max min-2Smax一塑件最大收縮率；sSmax一塑件最大收縮率；smin一塑件最小收縮率。查表⑵得塑件ABS的收縮率為：S=0.8%則，塑料ABS的平均收縮率為S.=0.3%S =￡^cp20.8+0.32%=0.55%查得ABS塑件精度取4級精度，按該精度等級可以從“塑件公差數(shù)值表”中查到尺寸公差值A(chǔ)〈2〉:表5-2(塑件公差數(shù)值表)基本尺寸L(mm)公差數(shù)值A(chǔ)基本尺寸(mm)公差數(shù)值A(chǔ)6?100.1080?1000.4410?140.12100?1200.5014?180.12120?1400.5618?240.14140?1600.6224?300.24160?1800.6830?400.26180?2000.7440?500.28200?2250.8250?650.32225?2801.0065?800.38280?3151.20型腔與型芯工作尺寸計算公式〈2〉a、型腔工作尺寸計算公式：(5-7)(5-8)(5-9)(5-10)徑向工作尺寸：L=(L+LS(5-7)(5-8)(5-9)(5-10)軸向工作尺寸：H=(H+HS割-xA)+蔚b、型腔工作尺寸計算公式：l=(l+l=(l+lS+xA)om S S Zh=(h+hS+xA)om S S Z軸向工作尺寸：式中，Scp一塑料平均收縮率，塑件ABS的SCp=0.55%;A—塑件公差（?。?，見表5-2；18—成型零件制造公差（?。?，8=a；TOC\o"1-5"\h\zZ Z3…一一… 一 .1 3 一 1X一修正系數(shù)，一般為—?3,取X=-；2 4 2…一一… 一 .1 2 一 1X'一修正系數(shù)，一般為1?2，取X'=1；23 2L—型腔徑向尺寸（mm）；H一型腔軸向尺寸（mm）；L,—塑件徑向基本尺寸（mm）；H,—塑件向軸基本尺寸（mm）；l—塑件內(nèi)形基本尺寸（mm）；h,—塑件孔深基本尺寸（mm）；l—型芯徑向尺寸（mm）；h一型腔軸向尺寸（mm）；型腔工作尺寸計算圖5-1（波輪）a、型腔徑向工作尺寸計算如圖（5-1）塑件徑向基本尺寸：L,=300mmL=40m

s2查表（5-2）得:a、當L^=300m時，塑件公差A(yù)=1.20m;b、當L^=40m時，塑件公差A(yù)2=0.28m。 1 1則有成型零件制造公差51=3A1=3X1.20=0.4m11 5=3A2=3X0.28=0.09m代入已知數(shù)據(jù)得：1一、…一L=(L+LS-xA)+5z=(300+300X0.55%-—X1.2)+0.4=301.05+0.4m

m1ssCP 0 2 0 01L=(L+LS-xA)+5z=(40+40X0.55%-X0.28)+0.4=40.08+0.4mm2ssCP 0 2 0 0則，型腔徑向工作尺寸為：L=301.05+0.4m;Lm2=40.080+0.4m。b、型腔軸向工作尺寸計算如圖(5-1)塑件最大軸向基本尺寸，H=50m查表(5-2)得：塑件公差A(yù)=0.32mm,TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument" 1 1則有成型零件制造公差5=A=-X0.32=0.11m3 3代入已知數(shù)據(jù)得：，一 1一一一—H=(H+HS-xA)+5z=(50+50X0.55%-—X0.32)0.11=50.120.11m

mssCP 0 2 0 0則，型腔軸向最大工作尺寸為H=50.1150.11m型芯工作尺寸計算a、型芯徑向工作尺寸計算第14頁共21頁圖5-2（波輪）如圖（5-2）示，波輪塑件內(nèi)形向基本尺寸l1=294mm;l=16m。s3查表（5-2）得.pleasecontactQ3053703061 giveyoumoreperfectdrawings則，型芯徑向工作尺寸為：l1=296.22004啞l=24.250ml=12.130mb、型芯軸向工作尺寸計算如圖（5-2）示，波輪塑件孔深基本尺寸h1=32m;h=40m。s2查表（5-2）得：a、當h1=32m時，塑件公差A(yù)1=0.26m;b、當h^=40m時，塑件公差A(yù)2=0.28m。

1 1則有成型零件制造公差51=-△「-X0.26=0.09mm115二—A=—X0.28=0.09m代入已知數(shù)據(jù)得：1h=(h+hS+xA)0=(32+32X0.55%+—X0.26)o=32.31o啞m1 sisicp i今i 2 -。?。9 -0.091h=(h+hS+xA)o=(40+40X0.55+X0.28)o=40.36omm2 s2s2CP 2-5 2 -°.°9 -o.o9Z2則V,型腔軸向最大工作尺寸為：h1=32.31ooo9m；h=40.36om。5.3推桿計算由于波輪塑件形狀特殊，所以采用矩形推桿，而且推桿在塑件脫模的時候起到主要作用。所以在計算的時候，把初始脫模力作為在、推桿在工作時承受的最大負荷。四筋板總共有四條輪輻狀筋板上，推桿中心線的位置在①2oom的圓周上。由于筋板的厚度為2m,故可以設(shè)計推桿截面形狀如圖5-3(筋板)示：圖5-3圖5-35.3.1推桿選用的材料推桿選用的材料為45鋼。5.3.2計算推桿長度根據(jù)《塑料模設(shè)計手冊》公式5-97<3>得到:推桿長度計算公式：1=24q1=24q(5-11)式中，l一推桿長度(cm)n—推桿數(shù)量，n=4;

E—推桿材料的彈性模量（N/cm2）,45鋼的E=2.1X107N/cm2；q一推桿承受的最大負荷（N）,在這里最大負荷等于塑件最大脫模力，即：q=Q=2000N；B一推桿截面長度（cm）,B=1.2cm；H一推桿截面寬度（cm）,H=1.2cm。代入數(shù)據(jù)得：n:BH3?兀2?E?n ‘1.2x0.20.3x兀2x2.1x107x4ccl=， 二」 =12.88cm24q 24x2000取l=12cm。貝V，每根矩形推桿長度：L<10cm根據(jù)模具的實際情況，推桿需要做成階梯狀。上部為矩形推桿，長度為L矩=89啞，下部為實心圓柱狀，①=20mm。推桿長度為，L全=340mm。如圖5-4（推桿）示：圖5-4圖5-45.4進行關(guān)鍵零件的強度和剛度校核5.4.1推桿的強度和剛度校核截面為矩形部分推桿校核矩形部分推桿尺寸如下：B=1.2mH=0.2mL=8.9ma、最大負荷校核根據(jù)根據(jù)《塑料模設(shè)計手冊》公式5-97<3>得到，矩形截面推桿所能承受的最大負荷計算公式為<3>:BH3兀2E

q= 1 24/2式中，l—推桿長度（cm）,l=8.9cm；E—推桿材料的彈性模量（N/cm2）,45鋼的E=2.1X107N/cm2；q1—每條推桿承受的最大負荷（N）；B一推桿截面長度（cm）,B=1.2cm；H一推桿截面寬度（cm）,H=1.2cm。代入數(shù)據(jù)可得到每根矩形的推桿能夠承受最大負荷為：q=8二2E=I.2x限；；"2」xI。7=1046.烈貝V，四條矩形推桿所能夠承受最大負荷為：q總1=4q1=4X1046.7^4187Nq總1=4187N>q=2000N所以，截面為矩形的推桿能夠承受脫模力帶來的負荷。b、應(yīng)力校核截面為矩形的推桿主要受壓應(yīng)力，參考《材料力學》得到推桿的應(yīng)力校核公式如下<6>:c1=-^h<七 （5-13）式中，q一推桿承受的最大負荷（N）,在這里最大負荷等于塑件最大脫模力，即：q=Q=2000N;c1一矩形推桿應(yīng)力（N/cm2）；c一推桿鋼材的屈服極限強度（N/cm2），45鋼：c=32000N/cm2；n—推桿數(shù)量，n=4。代入數(shù)據(jù)：q2000c二—= =2083.5N/cm21nBH4x1.2x0.2所以， c1=2083.5N/cm2Wc、=32000N/cm2綜合計算結(jié)果，截面為矩形的推桿滿足要求。截面為圓形部分推桿校核圓形部分推桿尺寸如下：11=8.9cm,r=1cma、最大負荷校核根據(jù)《塑料模設(shè)計手冊》公式5-93得到，圓形截面推桿所