【正文】 冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù) h 因?yàn)槠骄疁貫?℃ ， 查表得到 f(與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù) )， f=3,則 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 )/( d3600uf41872Chm ??????????）（）（ ?? 式（ ） 計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積 A A=???hWQ60 1 。設(shè)置水的入口溫度在 1?為 21℃，出口溫度3?為中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 23℃ 。那么每分鐘內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量就是 ，即 W=；冷卻水的密度 ρ=1000Kg/ 。 單位質(zhì)量的塑料制品在凝固時(shí)候所放出的熱量 Q 可以通過(guò)查表得查詢得到 PP 的單位熱流量為 590kJ/kg。 由此得出每一個(gè)成型周期的時(shí)間是 52s； 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 計(jì)算出每小時(shí)注塑的次數(shù)為： N=3600/52=69 次； 冷卻水體積流量的計(jì)算 本模具是否需要冷卻系統(tǒng)可以先做如下計(jì)算，先假設(shè)需要，然后計(jì)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(jì)算其冷卻管道總長(zhǎng)以及其他。 計(jì)算得到： t=。 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℃ 。 塑料注射量的計(jì)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(zhì)量： m=V? 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 =4351998? = 制品所需冷卻時(shí)間的計(jì)算 注入模具內(nèi)的塑料熔體所帶入的熱量通過(guò)模具模板進(jìn)入冷卻介質(zhì)，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(shí)間的決定因素。 （ 5）冷卻水道不應(yīng)該穿過(guò)鑲塊或者接縫部位，防止漏水。 （ 3）制件較厚的部位應(yīng)特別加強(qiáng)冷卻。 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要遵循以下一些原則： （ 1）在保證模具材料有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，冷卻水道應(yīng)盡量靠近型腔（ 型芯）表面。為了縮短成型周期，需要對(duì)模具進(jìn)行冷卻，因此塑料注塑模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，不僅影響成型制件的質(zhì)量，還直接影響到生產(chǎn)效率。將側(cè)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(cè)壁厚度： 3 4 )/()( ????? Ehpca 式（ ） 式中 : 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 A— 最小側(cè)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(cè)壁內(nèi)側(cè)邊高 ， mm ? — 允許最大撓曲量， mm )96/2/()/L3c 4444 ?? hLh（ 式（ ） ? 對(duì)于此保險(xiǎn)杠模具 P=80mpa E= 5? h=310mm L=1614mmmm ?? mm a= 整體式矩形底板厚度計(jì) 算 3 4 )/()p(cS ????? Eb 式（ ） C—常數(shù)，由底板內(nèi)壁邊長(zhǎng)之比 L/b 而定，也可按近似公式計(jì)算： ]1)/(32/[)/(c 4444 ?? bLbL 式（ ） C= S= 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 型芯的尺寸計(jì)算 型芯的徑尺寸計(jì)算 以塑料的平均收縮率為計(jì)算基準(zhǔn) 查表 212 得塑料公差等級(jí)為 MT4 模具制造公差等級(jí)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(jì)算 mcpssm HHH ?? ??????? )4/3( 39。故成型件尺寸應(yīng)以滿足剛度條件為前提。 整體式矩形型腔側(cè)壁厚度計(jì)算。近年來(lái)由于型腔加工新技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，許多過(guò)去必須組合加工的較復(fù)雜的凹?，F(xiàn)在也可以設(shè)計(jì)成整體式凹模。 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(diǎn)是牢固、不易變形。對(duì)于本設(shè)計(jì)中的后保險(xiǎn)杠制件，由于尺寸非常大，對(duì)凹模的強(qiáng)度以及剛度都有較高的要求，因此擬選用整體式凹模。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。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯與型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯是用來(lái)成型塑件內(nèi)表面的零件。（如果不安裝密封圈，步驟 6 就不執(zhí)行） （ 7）固定定模座板。 （ 6）拆卸流道板，在噴嘴上放置金屬密封圈，該高度應(yīng) 該高于噴嘴平面約 。 （ 4）用螺栓將墊板固定在定模板上（或附加板上）。 （ 3）在不安放金屬密封圈的情況下，試裝流道板，校核止轉(zhuǎn)銷是否有必需的間隙。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 （ 1）將注射點(diǎn)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。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(wú)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。由于開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)，使電磁閥換向，從而實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)】【 11。當(dāng)裝有永久磁鐵的活塞運(yùn)動(dòng)到舌簧片附近，磁力線通過(guò)舌簧片使其磁化，兩個(gè)簧片被吸引接觸，則開(kāi)關(guān)接通。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(kāi)關(guān)。因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設(shè)置擋塊。 磁性開(kāi)關(guān)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(dòng)，通過(guò)改變 進(jìn)氣方向，改變活塞桿的移動(dòng)方向。 執(zhí)行元件 ——將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動(dòng)作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)。 氣動(dòng)系統(tǒng) 源裝置 ——壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。 為了充模的平衡性，流道的直徑根據(jù)自然平衡的方法來(lái)計(jì)算。 流道板上常見(jiàn)的流道直徑為 φ6~φ10mm。這種平衡相對(duì)于自然平衡，流道的長(zhǎng)度較短，總的體積較小，因此流道板較簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。流道分叉后，常見(jiàn)的有一分二、一分三和一分四，將流道合理的縮小。為了實(shí)現(xiàn)充模的平衡，可以通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)： （ 1）通過(guò)設(shè)計(jì)相等的流徑長(zhǎng)度，給予幾何參量的平衡，也就是自然平衡。 熱流道板的選擇或設(shè)計(jì)有些基本要求必須滿足：對(duì)于多型腔的塑料充 模要有合理的分配；流道板加熱升溫較快，且溫度控制可靠有效；流道板與模具的絕熱良好，且與噴嘴間無(wú)熔體泄漏等等】【 9。流道板的邊緣還設(shè)計(jì)有止轉(zhuǎn)定位銷，它在模板平面的徑向，必須有足夠的間隙，它只能限制流道板的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了與外界絕熱，流道板的上下平面以及它的四周和模板間都有間隙。 板式結(jié)構(gòu)的流道板懸架在熱板框中，上有定模固定板，下有定模板（有時(shí)會(huì)在定模板上添加一塊板）。其中管式流道板雖然體積小、熱效率高、防腐蝕，但是需專門設(shè)計(jì)，而且加工和裝配也較為困難。 流道板的結(jié)構(gòu)繁多，而且隨著模具行業(yè)的不斷發(fā)展，該部件的技術(shù)也在不斷發(fā)展。其結(jié)果是，制品的入水位就好像能直接接觸到注塑機(jī)的射嘴一樣，使成品在脫模 時(shí)，由于針閥的作用而關(guān)閉了噴嘴口，避免出現(xiàn)一條或幾條水口，從而無(wú)廢料產(chǎn)生。 圖 熱流道噴嘴 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 流道板的噴嘴：缸體和彈簧可置于流道板側(cè)，可直接驅(qū)動(dòng)閥針；熱流道系統(tǒng)所獨(dú)有的一種澆口類型 :閥澆口 ,澆口由氣動(dòng) /液動(dòng)的閥針控制打開(kāi)或者開(kāi)關(guān) .成品保壓完成后由閥針將澆口封閉 ,避免成品表面出線明顯的痕跡】【 6。 除了按以上的形式來(lái)分類外，還有按噴嘴的流道分類、按澆口布置和噴嘴的殼體分類等等 [13]。 本文設(shè)計(jì)的是后者，注射機(jī)射來(lái)的熔體經(jīng)過(guò)主流道杯送到流道板里面的分流道，后經(jīng)注射點(diǎn)的噴嘴由澆口進(jìn)入模具型腔內(nèi)。 從注射點(diǎn)的數(shù)目分類，分單噴嘴和多點(diǎn)噴嘴】【 8。 從功能分類，分主流道噴嘴和注射點(diǎn)噴嘴。 噴嘴是熱流道系統(tǒng)中的復(fù)雜部件，其種類繁多。 另外一種就是注射點(diǎn)的噴嘴，許 多場(chǎng)合，這種購(gòu)置的噴嘴沒(méi)有澆口套零件，由模具制造者將澆口制造在定模上。另外一類的主流道噴嘴下游有多個(gè)噴嘴注射型腔，這是多噴嘴的熱流道系統(tǒng)。 主流道噴嘴，也稱中央噴嘴，有關(guān)零件組成部件也被稱為主流道杯。它將熔體輸送到模具的型腔中。但是采用熱流道澆注系統(tǒng)需配備精確的模具溫度控制器，以防止熔中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 料溫度過(guò)高而燒焦。此外，模具工業(yè)的整體設(shè)備水平也存在相對(duì)落后和利用率低、高素質(zhì)的模具技術(shù)人才缺乏等現(xiàn)象。在 20 世紀(jì) 70 年代，我國(guó)已經(jīng)有熱流道技術(shù)的應(yīng)用，從 20 實(shí)際 90 年代開(kāi)始，已相繼創(chuàng)建了不少熱流道裝備的經(jīng)營(yíng)企業(yè)。 （ 5）與冷流道模具相比，熱流道模具的生產(chǎn)操作與維修比較復(fù)雜，對(duì)這方面的技術(shù)人員要求較高】【 7。 （ 3）溫度控制系統(tǒng)的精確要求很高。 （ 2）熱流道模具制作工藝要求高。由于熱流道模具的元件價(jià)格比較貴，所以熱流道模具成本可能會(huì)大幅度增高。概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)。 在未來(lái)的發(fā)展中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具將成為主流，這類模具 的發(fā)展將高于總量發(fā)展的速度，其中國(guó)產(chǎn)化的占有率也會(huì)提高 ；在塑料模具設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，先進(jìn)的 CAD/CAE/CAM 技術(shù)對(duì)提高模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量起到了直接的作用；推廣和應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注塑 成型技術(shù)和高壓注塑成型技術(shù)，隨著生產(chǎn)的快速自動(dòng)化要求，這類先進(jìn)的成型技術(shù)將得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用；開(kāi)發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，要求模具的生產(chǎn)周期大大縮短和經(jīng)濟(jì)實(shí)用；提高塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率，由于現(xiàn)代工業(yè)的分工越來(lái)越細(xì)，模具行業(yè)也要提高模具的標(biāo)準(zhǔn)化，方便模具各零件的生產(chǎn)加工和使用，縮短模具的生產(chǎn)周期；應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程等。 我國(guó)塑料模具工業(yè)從起步發(fā)展到現(xiàn)在， 歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，從總體來(lái)說(shuō)，各個(gè)方面都有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。 熱流道注塑模具技術(shù) 從 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年的增長(zhǎng)速度均為 13% ，在 1999 年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值為 245 億，到 2021 年我國(guó)模具總產(chǎn)值為 260～ 270 億元，其中塑料模具占 30%左右。注射料中因不再摻入經(jīng)過(guò)反復(fù)加工的澆口料，故產(chǎn)品質(zhì)量可以得到顯著的提高，同時(shí)由于澆注系統(tǒng)塑料保持熔融，流動(dòng)時(shí)壓力損失小，因而容易實(shí)現(xiàn)多澆口、多型腔模具及大型制品的低壓注射。由于塑料在熱流道模具內(nèi)一直處于熔融狀態(tài)，制品不需修剪澆口，基本上是無(wú)廢料加工，因此可節(jié)約大量原材料。節(jié)約原料、降低制品成本是熱流道模具最顯著的特點(diǎn)。但是注射壓力增大，熔料易粘模，塑件脫模困難，而且在強(qiáng)大的注射壓力作用下模具可能會(huì)鎖不緊，易產(chǎn)生溢料飛邊。容易產(chǎn)生熔接不牢和充填不足現(xiàn)象。 這是傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，采用的是熱流道 型注塑模具設(shè)計(jì)，所以澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與熱流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，流道和澆口的直徑大小，主流道與分流道的布置等內(nèi)容將在熱流道系統(tǒng)中提及，所以這部分將省略。澆口的位置對(duì)制件的質(zhì)量有直接的影響，位置選擇不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生變形、熔接痕、凹陷等等。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含了主流道的設(shè)計(jì)、冷料井的設(shè)計(jì)、分流道的設(shè)計(jì)、澆口的設(shè)計(jì)等。 由于澆注系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中的重要地位，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下原則： （ 1）型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)的部位