【文章內(nèi)容簡介】 點(diǎn)澆口自動脫模以及帶螺紋塑件脫模等。 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：1）保證塑件不因頂出而變形損壞及影響外觀，這是對脫模機(jī)構(gòu)最基本的要求。2）為使推出機(jī)構(gòu)簡單、可靠，開模時(shí)應(yīng)使塑件留于動模，以利用注射機(jī)的移動部分的頂桿或液壓缸的活塞推出塑件。3）推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動要準(zhǔn)確、靈活、可靠、無卡死與干涉現(xiàn)象。 脫模力的計(jì)算脫模力：將制品從包緊的型芯上脫出時(shí)所需克服的阻力。計(jì)算脫模力時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1）由收縮包緊力造成的制品與型芯的摩擦阻力，該值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。2）由大氣壓力造成的阻力。3）由塑件的粘附力造成的脫模阻力。4）推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動摩擦阻力。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，脫模力的大小還與制品的厚度及幾何形狀有關(guān)，因此將制件分別進(jìn)行脫模力計(jì)算。這次設(shè)計(jì)的是薄壁制品，并且應(yīng)按矩形斷面來計(jì)算所需脫模力，根據(jù)文獻(xiàn)[9]P179公式： （71）式中，K2為無量綱系數(shù)；K2值還可以從文獻(xiàn)[17]中選??；為矩形制品的平均壁厚；E為塑件的彈性模量，MPa；S為塑件成型收縮率；L為制件對型芯的包容長度，；為模具型芯的脫模斜度，；為制品與型芯之間的摩擦系數(shù)，；為塑料的泊松比，；A為盲孔制品型芯在垂直于脫模方向上的投影面積。公式中相關(guān)參數(shù)的確定：a=240mm，b=150mm，=6mm，E=103Mpa，S=，L=30mmf=，=1，A=39450mm2，k2=，=。所以脫模力為 推出零件尺寸的確定在推出機(jī)構(gòu)中最重要的零件是推件板和推桿，推件板的厚度和推桿的直徑的確定又是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，下面從剛度和強(qiáng)度計(jì)算兩方面介紹推件板厚度和推桿直徑的計(jì)算公式。 推桿直徑的確定根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，文獻(xiàn)[9]P81公式可得推桿直徑（mm）的公式 （72）式中，d為推桿的最小直徑，mm；K為安全系數(shù)，可取；L為推桿的長度，mm；這里；F為脫模力N；這里；n為推桿數(shù)目；這里；E為鋼材的彈性模量，Mpa；這里；所以推桿的最小直徑為 實(shí)際設(shè)計(jì)中取。推桿直徑確定后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)文獻(xiàn)[9]P182公式 式中，為推桿的許用應(yīng)力，Mpa；為推桿所受的應(yīng)力，Mpa；其他符號同前述。所以 推桿結(jié)構(gòu)選用A型推桿，如圖71所示圖71 型推桿 [18] 推板厚度的計(jì)算根據(jù)所設(shè)計(jì)的模具機(jī)構(gòu)的脫模方式，脫模過程及推出零件的分析，制件主要是由推板通過推動推桿將其從型芯上推出的。所以此處推件板厚度的確定相當(dāng)是一個(gè)校核比較的步驟。根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)模架的尺寸，推件板的厚度為20mm,由于脫模力較小，經(jīng)校核，該厚度完全滿足要求。第8章 模流分析在注射模中冷卻系統(tǒng)是通過冷卻水的循環(huán)將塑料熔體的熱烈?guī)С瞿＞叩?，冷卻通道中的冷卻水是處于層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)，對于冷卻效果有顯著影響。從下圖可以看出模具冷卻時(shí)間約占整個(gè)注射循環(huán)周期的2/3，因此縮短注射循環(huán)周期的冷卻時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。圖81 冷卻時(shí)間示意圖[19]（冷卻、模具開模、填充、保壓） 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1）注意凹模和型芯的熱平衡，在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要把注意力放在型芯的冷卻上。2）精密模具中出入口水溫相差應(yīng)在2186。C以內(nèi)，普通模具也不要超過5186。C。3）采用多而細(xì)的冷卻管道比采用獨(dú)根大冷卻管道好，一般管道直徑為8~25mm。4）普通模具的冷卻水應(yīng)采用常溫下的水，通過調(diào)節(jié)水流量來調(diào)節(jié)模具溫度。5）一般冷卻管道中心線與型腔壁的距離應(yīng)為冷卻管道直徑的1~2倍，冷卻管道的中心距約為管道直徑的3~5倍。6）應(yīng)盡可能使所有冷卻管道孔分別到各處型腔表面的距離相等。應(yīng)避免冷卻管道開設(shè)在塑件熔合紋的部位。 模具溫度對制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的影響1）變形。模具溫度穩(wěn)定，冷卻速度均衡，可以減小塑件的變形。對于壁厚不一致和形狀復(fù)雜的塑件，經(jīng)常會出現(xiàn)因收縮不均勻而產(chǎn)生翹曲變形的情況。因此，必須采用合適的冷卻系統(tǒng)，使模具凹模與型芯的各個(gè)溫度基本上保持均勻，以便型腔里的塑料熔體能同時(shí)凝固。2）尺寸精度。利用溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模具溫度的恒定，能減少制件成型時(shí)收縮率的波動，提高塑件尺寸精度的穩(wěn)定性。在可能的情況下采用較低的模溫能有助于減小塑件的成型收縮率。例如，對與結(jié)晶型塑料，因?yàn)槟剌^低，制件的結(jié)晶度低，較低的結(jié)晶度可以降低收縮率。但是，結(jié)晶度不利于制件的穩(wěn)定性，從尺寸的穩(wěn)定性出發(fā)，又需要適當(dāng)?shù)奶岣吣＞邷囟?，使塑件結(jié)晶均勻。3）力學(xué)性能。對于結(jié)晶形塑料，結(jié)晶度越高，塑件的應(yīng)力開裂傾向越大，故從減小應(yīng)力開裂的角度出發(fā)，降低模溫是有利的。但對于聚碳酸酯一類的高黏度無定形塑料，其應(yīng)力開裂傾向與塑件中的內(nèi)應(yīng)力的大小有關(guān)，提高模溫有利于減小制件中的內(nèi)應(yīng)力，也就減小了其應(yīng)力開裂傾向。4）表面質(zhì)量。提高模具溫度能改善制件的表面質(zhì)量，過低的模具溫度會使制件輪廓不清晰并產(chǎn)生明顯的熔接痕，導(dǎo)致制件表面粗糙度提高。5）生產(chǎn)效率。保持所需要模溫，并使之穩(wěn)定，可縮短成型時(shí)間，從而縮短了成型周期，提高了制品的生產(chǎn)率。 冷卻系統(tǒng)的分析計(jì)算 產(chǎn)量計(jì)算由產(chǎn)品圖得知，制品的最大壁厚達(dá)到了6mm，故冷卻時(shí)間應(yīng)以厚度為計(jì)算依據(jù)。查文獻(xiàn)[9]表106，得知制品的冷卻時(shí)間t2為67s。由于該制品開模時(shí)無法自動墜落，必須手工取出，設(shè)開模取出制品的時(shí)間t3為15s，再加上注射時(shí)間t1=，故制品的成型周期為 。 冷卻管道直徑和管道空數(shù)，用20186。C的水作為冷卻介質(zhì)，其出口溫度為25186。C，水呈湍流狀態(tài)，模具平均溫度為60186。C，模仁寬度為200mm。1）塑料制品在固化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量Q查表得ABS的單位熱流量2）冷卻水的體積流量根據(jù)文獻(xiàn)[9]P220公式 （81）式中，為冷卻介質(zhì)的體積流量，；為單位時(shí)間（每分鐘）內(nèi)注入模具的塑料質(zhì)量，；1為單位重量的制品在凝固時(shí)所放出的熱量，；為冷卻介質(zhì)的密度，；為冷卻介質(zhì)的比熱容，；為冷卻介質(zhì)出口溫度，；為冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度。得3）冷卻水的管道直徑d，查文獻(xiàn)[9]P217表，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取冷卻水在管道內(nèi)的流速v根據(jù)文獻(xiàn)[9]P221公式 （82）式中，為冷卻介質(zhì)的流速，；為冷卻介質(zhì)的體積流量，；為冷卻管道的直徑。得4）冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h查文獻(xiàn)[9]221表?。ㄋ疁貫?5186。C時(shí)），再根據(jù)文獻(xiàn)[9]P217公式 （83）式中，為與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；為冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，；v為冷卻介質(zhì)在原管中的流速，；d為冷卻管道的直徑m。得5）冷卻管道總面積A根據(jù)文獻(xiàn)[9]P220公式 （84）式中，為冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)的傳熱膜系數(shù)，；為模溫與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差。得6）模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)n根據(jù)文獻(xiàn)[9]P221公式 （85）式中，為冷卻管道開設(shè)方向上模具長度或?qū)挾?。?實(shí)際冷卻系統(tǒng)布置以上只是理論計(jì)算的結(jié)果。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中卻安排有兩個(gè)冷卻回路，六根冷卻管道。因?yàn)閷τ诶鋮s系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的最終目的是為了使模具溫度穩(wěn)定、冷卻速度均勻，從而保證尺寸精度，防止出現(xiàn)因收縮不均勻而產(chǎn)生的翹曲變形。所以安排多個(gè)冷卻回路，多根冷卻管道，更加能夠使模具溫度穩(wěn)定、冷卻速度均勻，對保證尺寸精度防止翹曲的效果肯定要比只安排一根冷卻管道所產(chǎn)生的好。另外，制品零件圖上的技術(shù)要求也明確提出了較高的表面要求：零件必須光滑、平整，不得有縮孔、酥松等缺陷，不得有翹取及變形。所以最初安排了四個(gè)冷卻回路，12根冷卻管道，并且以此為基礎(chǔ)，對注塑過程中產(chǎn)生的翹曲做模流分析。以下是模流分析的結(jié)果如圖82所示：圖82 翹曲模流分析從圖82中可以看出制品的成型后總體翹曲基本上維持在一個(gè)比較低的水平（與制品本身的長寬高相比較），除了在制品的四個(gè)角上所產(chǎn)生的翹曲較大外。在試模過后，根據(jù)實(shí)際測量的結(jié)果，可以再對注塑工藝過程、水道的布置等方面再作出必要的調(diào)整。在最終的實(shí)際設(shè)計(jì)中，因?yàn)閯幽０逄幱休^多的頂桿和較大的斜頂，不利于安置水道，最終決定只在定模板上安排兩個(gè)冷卻回路，6根冷卻管道。 冷卻管道接頭設(shè)計(jì)由于模具結(jié)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所采用的水管接頭為加長型，加長到96mm,如圖83所示，摘自文獻(xiàn)[13]P229根據(jù)JISB0203 選擇水管接頭的規(guī)格為PT1/8B,選擇悶頭螺釘?shù)囊?guī)格為PT1/8。圖83 水管接頭結(jié)構(gòu)[13] 排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)排氣是注射模具設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問題。在注射成型中,如模具排氣不良,型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓,防止塑料熔體正?？焖俚某淠?同時(shí),氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量可能使塑料燒焦,在充模速度大,溫度高,物料黏度低,注射壓力過大和塑料過厚的情況下,氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內(nèi)部,造成氣孔,組織疏松等缺陷。排氣方式有：1）用分型面排氣。2）用型芯與模板配合間隙排氣。3）利用頂桿運(yùn)動間隙排氣。4）用側(cè)型芯運(yùn)動間隙排氣。5）開設(shè)排氣槽（當(dāng)以上措施仍不足以滿足快速、完全排氣時(shí)，應(yīng)在模具適當(dāng)部位開設(shè)排氣槽或排氣）。此次設(shè)計(jì)的制品汽車后視鏡雖然從尺寸上看較大，但是由于模具設(shè)計(jì)成一模一腔結(jié)構(gòu)，所以包氣并不是特別嚴(yán)重.。從下圖的模流分析的結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。而且從下圖還可以看出包氣的位置主要集中在分型面處。完全可以通過分型面，型芯與模板配合間隙，頂塊的運(yùn)動間隙和頂桿的運(yùn)動間隙來快速、完全地排氣，此處我們沒有必要另設(shè)排氣槽。圖84 注塑過程中的包氣，圖中紅色為包氣發(fā)生的地方 注塑機(jī)與注塑模具的關(guān)系注射模具安裝在注射機(jī)上使用的，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，除了應(yīng)掌握注射成型工藝過程外，還應(yīng)對所選注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)有全面的了解，才能生產(chǎn)出合格的塑料制件。在模具設(shè)計(jì)的最后對注射量、注射壓力、鎖模力和安裝尺寸做一次校核，保證所設(shè)計(jì)的模具和所選的注射機(jī)符合要求。 注射量的校核前面我們選擇注射機(jī)時(shí)的一個(gè)重要依據(jù)就是注射量，因此，這里注射量一定是滿足要求的。 注射壓力的校核注射壓力的校核是檢驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿足成型的需要。只有在注射機(jī)額定的注射壓力內(nèi)才能調(diào)整出某一制品所需要的注射壓力，因此注射機(jī)的最大注射壓力要大于所要求的注射壓力。由于制品成型時(shí)所需的注射壓力，與塑料品種、注射機(jī)類型、噴嘴形狀、制品形狀的復(fù)雜程度以及澆注系統(tǒng)等因素有關(guān)，一般難以精確計(jì)算。所以我們采用了模流軟件對注塑成型過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬(模流軟件Moldflow的具體使用及參數(shù)設(shè)置可見文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[8]，這里不再詳細(xì)說明使用方法和參數(shù)設(shè)置過程)，以獲得注塑壓力的預(yù)測值。如圖85所示，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所選注射機(jī)的最大注射壓力。圖85 注塑壓力的時(shí)間分布圖 鎖模力的校核當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時(shí)會產(chǎn)生一個(gè)朝注射機(jī)的軸向很大的推力 T推，該推力應(yīng)小于注射機(jī)額定的鎖模力T合，否則在注射成型時(shí)會因鎖模不緊，而發(fā)生溢邊，跑料的現(xiàn)象。根據(jù)文獻(xiàn)[9]P113公式（53）型腔內(nèi)塑料熔體的推力T推（N）為： 式中，為型腔內(nèi)塑料熔體沿注射機(jī)軸向的推力，N；為塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm；為型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力，MPa；為型腔內(nèi)塑料熔體的壓力，MPa；為注射壓力，MPa；為壓力損耗系數(shù)，隨塑料品種，注射機(jī)形式，噴嘴阻力；流道阻力等因素變化，~，取k=。將、代入上式，可得小于注射機(jī)的合模力，所以不會發(fā)生溢料、跑料現(xiàn)象。 模具安裝部分的尺寸的校核為了使注射模具能順利地安裝在注射機(jī)上并生產(chǎn)出合格的制件，在設(shè)計(jì)模具時(shí)必須校核注射機(jī)與模具安裝部分有關(guān)的尺寸，校核模具最大高度和最小高度，模具的長度模具的寬度等。根據(jù)文獻(xiàn)[14]本副模具采用了標(biāo)準(zhǔn)模架，選擇Ｐ3型模架，模板板尺寸為400mm400mm，外形尺寸大小為400mm500mm屬中小型模架。完全可以在注塑機(jī)上進(jìn)行安裝。模具的最終效果圖如圖887所示：圖86 整副模具的正面視圖圖87 整副模具的軸測圖 注塑工藝控制本注塑工藝安排只是為實(shí)際注塑工藝控制提供一個(gè)參考或者可以認(rèn)為是一種建議，具體的工藝安排還需憑借經(jīng)驗(yàn)而定。 填充控制原理：塑料在填充過程中，在料桶中受到螺桿的剪切和加熱圈而塑化。塑料的熔體在螺桿運(yùn)動的驅(qū)使下通過噴嘴注入模具型腔。由于在填充過程中料桶的體積保持不變（塑料的壓縮比較小，密度的變化相對來說可以忽略），因此注塑機(jī)的體積注射速率正比于螺桿的線性推進(jìn)的速度。利用這種關(guān)系通過控制螺桿的運(yùn)動進(jìn)而控制注塑機(jī)體積注射速率。螺桿的運(yùn)動是由注塑機(jī)的液壓回路控制的?，F(xiàn)在的注塑機(jī)基本上都采用了封閉的控制系統(tǒng)，因而可以實(shí)現(xiàn)對注塑過程的多級控制以達(dá)到精確控制的目的，如圖88所示：圖88 注塑過程中的多級控制[20]螺桿推進(jìn)速度的變化，引起注射體積速率的變化，進(jìn)而達(dá)到填充過程中相對均勻的熔前速度。如前所述，由于注塑過程中制品的截面不斷變化的，即熔前面積是不斷變化的，要想保持注塑過程中的熔前速度一致，必須根據(jù)變化的熔前面積實(shí)時(shí)調(diào)整螺桿的推進(jìn)速度，這一點(diǎn)在實(shí)用中非常困難。實(shí)際使用中，只能采用分段控制螺桿速度的辦法來達(dá)到這個(gè)目的（摘自文獻(xiàn)[20]）。根據(jù)模流分析的結(jié)果，本制品在注塑過程中，建議采用以下的螺桿位置螺桿速度控制曲線如圖89所示：圖89 本制品在注塑過程中建議的螺桿位置速度曲線 保壓過程控制保壓壓力控制對于減小飛邊和防止機(jī)械損傷有非常重要的意義。良好的保壓壓力控制方式有助于減小制品收縮，提高制品的外觀質(zhì)量。保壓壓力一般為注塑壓力的80%~