【導讀】本文敘述了其注塑模具設計的一般流程，包括塑膠件的工藝分析；模具具體結構。參數(shù)的計算與說明等等。相比其他注塑模設計，本文采用目前模具設計中先進的熱流道。技術，包括噴嘴的設計、流道板的具體參數(shù)的選擇與設計等等。米左右，高米左右，厚度~4厘米之間的汽車后保險杠。塑件整體尺寸較大，無。螺紋，所以不需要涉及螺紋設計。這次設計的模具的頂出方式采用簡單脫模機構中的頂。頂桿脫模機構是最典型的簡單脫模機構，它結構簡單，制造容易且維修方。在整個設計工作中，本文主要運用3D軟件Pro/E以及CAD軟件來完成產(chǎn)品的造型。此外還利用CAD繪制了模具裝配圖以及各種成型零件圖。這是第一次利用繪圖軟件對整。套模具進行設計，對所學知識進行了全面鞏固，意義重大！

　　

【正文】 磁性開關氣缸組成 : 缸體，活塞，密封圈，磁環(huán)（有 sensor 的氣缸） 原理 : 壓力空氣使活塞移動，通過改變 進氣方向，改變活塞桿的移動方向。 磁性開關氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開關，磁性開關用來檢測氣缸行程的位置，控制氣缸往復運動。因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開關來檢測氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設置擋塊。 氣缸如下圖所示。它是在氣缸活塞上安裝永久磁環(huán)，在缸筒外殼上裝有舌簧開關。開關內(nèi)裝有舌簧片、保護電路和動作指示燈等，均用樹脂塑封在一個盒子內(nèi)。當裝有永久磁鐵的活塞運動到舌簧片附近，磁力線通過舌簧片使其磁化，兩個簧片被吸引接觸，則開關接通。當永久磁鐵返回離 開時，磁場減弱，兩簧片彈開，則開關斷開。由于開關的接通或斷開，使電磁閥換向，從而實現(xiàn)氣缸的往復運動】【 11。 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 21 圖 氣缸 注塑模的熱流道系統(tǒng)的裝配 這次設計的注塑模熱流道部分主要由噴嘴，流道板等組成，如圖 所示。 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 22 圖 熱流道系統(tǒng)裝配圖 在模具生產(chǎn)廠家，為了保證熱流道系統(tǒng)無塑料熔體的泄漏，各部件之間的裝配精度和安裝次序都要 有很高的要求。下面的裝配步驟是大多廠家所執(zhí)行的。 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 23 （ 1）將注射點的噴嘴安裝在定模板中，校核所有噴嘴的裝配平面高度，公差為177。 （ 2）磨削支撐墊的高度，公差為 177。 （ 3）在不安放金屬密封圈的情況下，試裝流道板，校核止轉銷是否有必需的間隙。如果用螺栓聯(lián)接的，將流道板固定在定模板上（或附加板上）。 （ 4）用螺栓將墊板固定在定模板上（或附加板上）。 （ 5）配合所有的承壓圈，獲得制造商推薦的間隙，間隙的大小要根據(jù)噴嘴加熱后的膨脹系數(shù)等來計算。 （ 6）拆卸流道板，在噴嘴上放置金屬密封圈，該高度應 該高于噴嘴平面約 。然后再次安裝流道板。（如果不安裝密封圈，步驟 6 就不執(zhí)行） （ 7）固定定模座板。 流道板在受熱之后會線膨脹，每 100℃ 的升溫， 100mm 就有 的膨脹，如果裝配不正確，很容易會產(chǎn)生高壓泄料】【 13。 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 24 5 成型零件結構設計 型芯與型腔的結構設計 型芯是用來成型塑件內(nèi)表面的零件。型芯也有整體式和組合式之分，形狀簡單的主型芯和模板可以做成整體式，形狀比較復雜或形狀雖不復雜，但從節(jié)省貴重鋼材，減少加工工 作量考慮多采用組合式型芯。固定板和型芯可以分別采用不同 的材料制造和熱處理，然后再連成一體。 凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其結構不同可分為整體式、整體嵌入式，局部鑲嵌式、大面積鑲拼組合式和四壁拼合式五種。對于本設計中的后保險杠制件，由于尺寸非常大，對凹模的強度以及剛度都有較高的要求，因此擬選用整體式凹模。以防止模腔在塑料充?；蛘弑簳r發(fā)生變形。 整體式凹模是由一整塊金屬切削加工而成，整體式凹模的特點是牢固、不易變形。因此對于形狀簡單、容易制造或者形狀復雜，但可以采用加工中心、數(shù)控機床、仿形機床或電加工等 特殊方法加工的場合是適宜的。近年來由于型腔加工新技術的發(fā)展和進步，許多過去必須組合加工的較復雜的凹?，F(xiàn)在也可以設計成整體式凹模。這樣不僅提高了型腔的強度，而且大大提高了加工精度和塑件的質 量。 整體式矩形型腔側壁厚度計算。 理論分析與實踐證明，大型模具的剛度是主要問題，而強度是次要問題。故成型件尺寸應以滿足剛度條件為前提。聚丙烯所允許撓曲量在 0． 03—0． 04mm。將側壁看作是受均布載荷的固定梁模型，由撓度公式可推出允許最小側壁厚度： 3 4 )/()( ????? Ehpca 式（ ） 式中 : 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 25 A— 最小側壁厚度， mm C— 由 h/L 而定的常數(shù) E— 模具材料的彈性模量， mpa P— 型腔壓力， mpa H— 側壁內(nèi)側邊高 ， mm ? — 允許最大撓曲量， mm )96/2/()/L3c 4444 ?? hLh（ 式（ ） ? 對于此保險杠模具 P=80mpa E= 5? h=310mm L=1614mmmm ?? mm a= 整體式矩形底板厚度計 算 3 4 )/()p(cS ????? Eb 式（ ） C—常數(shù)，由底板內(nèi)壁邊長之比 L/b 而定，也可按近似公式計算： ]1)/(32/[)/(c 4444 ?? bLbL 式（ ） C= S= 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 26 型芯的尺寸計算 型芯的徑尺寸計算 以塑料的平均收縮率為計算基準 查表 212 得塑料公差等級為 MT4 模具制造公差等級為 IT10 PP 取平均收縮率 %?cp? 最大磨損量 mmc ?? mcpssm LLL ?? ?????? )( 式（ ） 式中： mL ——型腔徑向尺寸 sL 塑件外形基本尺寸 cp? ——PP 平均收縮率 △——尺寸公差 m? ——模具制造公差取 m? = 6/? mmLs ?? ?? mmm ???? %?cp? mmL m 6 3 3)( ?? ?????? 型芯高度尺寸計算 mcpssm HHH ?? ??????? )4/3( 39。 式（ ） mmH s ?? ??? mmm ?????? mmH m 1 3)( ??????? 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 27 型腔尺寸計算 型腔徑向尺寸 mcpssm LLL ?? ??????? )4/3( 式（ ） 式中 mL 為型芯徑向尺寸 sL 為塑件內(nèi)形基本尺寸 mmLs ?? ?? mmm ???? mmL m 6 3 7)( ?? ?????? 型腔高度尺寸計算 mcpssm hhh ?? ??????? )4/3( 式（ ） mmhs ?? ?? mmm ???? mmh m )( ?? ?????? 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 28 6 冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)設計原則 在注塑生產(chǎn)過程中，塑件冷卻時間約占整個注塑生產(chǎn)周期的 80％。為了縮短成型周期，需要對模具進行冷卻，因此塑料注塑模具的冷卻系統(tǒng)的設計計算，不僅影響成型制件的質量，還直接影響到生產(chǎn)效率。常用的方法是用水對模具進行冷卻，即在注塑完成后通循環(huán)冷水到靠近型腔的制件上或制件上的孔內(nèi)，以便迅速使模具冷卻。 冷卻系統(tǒng)的設計一般要遵循以下一些原則： （ 1）在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道應盡量靠近型腔（ 型芯）表面。 （ 2）在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道的排布應盡量緊密。 （ 3）制件較厚的部位應特別加強冷卻。 （ 4）冷卻水道到型腔表面的距離應盡量相等。 （ 5）冷卻水道不應該穿過鑲塊或者接縫部位，防止漏水。 （ 6）冷卻水道避免設計在塑件的熔接痕處】【 14。 塑料注射量的計算 每次注入系統(tǒng)的塑料量： V= 塑分主 nVV ?? 式（ ） =++4223966=4351998 塑料制品的質量： m=V? 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 29 =4351998? = 制品所需冷卻時間的計算 注入模具內(nèi)的塑料熔體所帶入的熱量通過模具模板進入冷卻介質，少量散發(fā)到大氣中，它們之間 的熱交換速度是決定制品冷卻時間的決定因素。雖然塑料在充模階段就開始冷卻，但是塑件帶入的熱量主要是在保壓階段和保壓之后的冷卻時間內(nèi)除去的，當制品冷卻到熱變形溫度以下，即可開模取出制品。 根據(jù)公式： ]8[lnSt mmc212 2 ）（ππ ?? ???? 式（ ） 式中： S制品的壁厚， mm； c?塑料注塑溫 度，取 250℃ ； m模具型腔的溫度，取 50℃ 。 ?塑件脫模時的平均溫度，取 70℃ ； 1?塑料熱擴散系數(shù)，2mm/s，查表可知取 2mm/s。 計算得到： t=。 制件的冷卻時間加上開模取出制件等輔助時間就是該塑件的成型周期，冷卻時間 t通常占成型周期的 75%左右，由此可以估算出單位時間成型制件數(shù)和單位時間放出的總熱量。 由此得出每一個成型周期的時間是 52s； 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 30 計算出每小時注塑的次數(shù)為： N=3600/52=69 次； 冷卻水體積流量的計算 本模具是否需要冷卻系統(tǒng)可以先做如下計算，先假設需要，然后計算其冷卻管道總傳熱面積，如果很小的話則不需要，如果較大的話則要計算其冷卻管道總長以及其他。忽 略空氣對流，輻射，以及與注塑機接觸所傳導的熱量，根據(jù)熱平衡原理，單位時間內(nèi)塑料熔體凝固釋放的熱量應該等于冷卻水所帶走的熱量，于是根據(jù)公式有： )(CWQq2111v ??? ?? 式（ ） 式中 ： vq—冷卻水的體積流量； W—單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料的 質量， kg/min； 1Q—單位質量的塑料制品在凝固時候所放出的熱量， KJ/Kg； ρ—冷卻水的密度， Kg/ ； 1C—冷卻水的比熱容， KJ/Kg.℃ ； 1?—冷卻水的出口溫度； 2—冷卻水的進口溫度， ℃ 。 單位質量的塑料制品在凝固時候所放出的熱量 Q 可以通過查表得查詢得到 PP 的單位熱流量為 590kJ/kg。經(jīng)過計算本模具的成型周期是 52s。那么每分鐘內(nèi)注入模具中的塑料質量就是 ，即 W=；冷卻水的密度 ρ=1000Kg/ 。 冷卻水的比熱容) 1 ℃（ ???。設置水的入口溫度在 1?為 21℃，出口溫度3?為中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 31 23℃ 。 則水的體積流量是： )(CWQq2111v ??? ?? =min/m3 水孔直徑的選擇 根據(jù)體積流量選擇水孔直徑 d=30mm； 冷卻水在管道內(nèi)的流速 2vd60q4V π? 式（ ） = 冷卻水流動狀態(tài)的校核 冷卻水的雷諾數(shù)為： ?dVRe ?? 式（ ） = 43 141000 6 ??? ? 式中：?—冷卻水的運動粘度，2m； 由于?eR10000，因此冷卻水是處于穩(wěn)定湍流狀態(tài)。 冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù) h 因為平均水溫為 ℃ ， 查表得到 f(與冷卻介質溫度有關的物理系數(shù) )， f=3,則 中北大學 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 32 )/( d3600uf41872Chm ??????????）（）（ ?? 式（ ） 計算冷卻水通道的導熱總面積 A A=???hWQ60 1