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衣架頭注塑模的設(shè)計(jì)(一)
衣架頭注塑模的設(shè)計(jì)
摘要：在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具是大批量生產(chǎn)各種產(chǎn)品和日用生活品的重要工藝裝備，它以其特定的形狀通過一定的方式使原料成型。以衣架頭模具的設(shè)計(jì)為例，介紹了注塑模具的設(shè)計(jì)方法和流程。首先根據(jù)塑件材料及工藝特性對(duì)零件進(jìn)行塑件分析，然后選擇注塑機(jī)，接著確定成形方案：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分型面設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
關(guān)鍵詞：衣架頭；注塑模；設(shè)計(jì)
1引言
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具是大批量生產(chǎn)各種產(chǎn)品和日用生活品的重要工藝裝備，它以其特定的形狀通過一定的方式使原料成型。由于模具成型具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、省料和成本低等特點(diǎn)，現(xiàn)已在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，特別是汽車、拖拉機(jī)、航天航空、儀器儀表、機(jī)械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等部門得到極其廣泛的應(yīng)用。模具是塑料成型加工的一種重要的工藝裝備，模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍，因此模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，模具的生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。由于塑料模具工業(yè)快速發(fā)展及上述各方面差距的存在，因此我國今后塑料模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具生產(chǎn)企業(yè)在向著規(guī)模化和現(xiàn)代化發(fā)展的同時(shí)，“小而�！薄ⅰ靶《� 仍舊是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。從技術(shù)上來說，為了滿足用戶對(duì)模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求。
本課題是《衣架頭注塑模的設(shè)計(jì)》。通過對(duì)塑件材料、質(zhì)量、體積的分析與計(jì)算，合理選用注塑機(jī)，并對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了校核，設(shè)計(jì)出一副合理，經(jīng)濟(jì)，適
用的塑料注塑模具。
2塑件分析
2.1塑件的結(jié)構(gòu)
塑件衣架頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1塑件衣架頭的結(jié)構(gòu)
2.2塑件材料的選擇
本設(shè)計(jì)選用ABS塑料成型，ABS是一種具有良好綜合性能的工程材料，它具有苯聚乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韌性，聚丙烯晴的化學(xué)穩(wěn)定性和表面硬度，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)35～50Mpa，ABS粘度適中，流動(dòng)性好。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是耐氣候性，其制品的使用溫度范圍40℃～100℃。ABS的線膨脹系數(shù)小，制品具有良好的尺寸穩(wěn)定性，且抗蠕變性好；拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、硬度值都較高；能耐水、無機(jī)酸、堿等.由于ABS中B組分的存在，耐候性差，易發(fā)生光氧化老化和熱氧化老化，為了提高耐候性，可加入抗氧化劑和光穩(wěn)定劑。綜上所述，由于ABS具有良好的耐酸堿性、較強(qiáng)力學(xué)性能、使用溫度范圍較寬，相比之下ABS更加適合做衣架的成型材料。
2.3塑料的結(jié)構(gòu)工藝性分析
2.3.1塑料的結(jié)構(gòu)工藝性
（1）塑件公差等級(jí)選用與塑料品種有關(guān)：模具塑件尺寸公差的代號(hào)為MT，公差等級(jí)分為7級(jí),每一級(jí)可分為A、B兩部分，其中A為不受模具活動(dòng)影響尺寸的公差，B為受模具活動(dòng)影響尺寸的公差。塑件尺寸精度確定應(yīng)合理選擇，盡可能選用低精度等級(jí)。常用材料模塑件公差等級(jí)選用。材料為ABS時(shí)，選取一般精度等級(jí)為MT3，未注公差尺寸公差等級(jí)為MT5。
（2）塑件表面粗糙度，主要取決于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比塑件的低1~2級(jí)，塑料制件表面粗糙度Ra值一般為3.2~0.2μm，在模具使用中，由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷加大，應(yīng)給以拋光復(fù)原。透明制件要求型腔和型芯表面粗糙度相同；而不透明制件則根據(jù)使用情況而定，非配合表面和隱藏面可取較大表面粗糙度值,除有特殊要求外，一般型腔表面粗糙度要低于型芯表面粗糙度。ABS塑料表面粗糙度取值范圍為0.025μm～1.6μm。在本設(shè)計(jì)中表面粗糙度采用1.6μm。
2.3.2工藝參數(shù)
干燥處理：吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經(jīng)長時(shí)間預(yù)熱干燥。
模具溫度：60~68 ℃
噴嘴溫度：180~190 ℃
中段溫度：210~230 ℃
后段溫度：180~200 ℃
注射壓力：70~90 MPa
塑化形式：螺桿式
噴嘴形式：直通式
注射時(shí)間：3~5s
保壓時(shí)間：15~30s
冷卻時(shí)間：15~30s
成型周期：40~70s
2.4脫模斜度的確定
塑件高度在25mm以下時(shí)可不考慮脫模斜度。本產(chǎn)品的架身有個(gè)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，必須考慮下脫模的斜度，取脫模斜度為0.5°。架頭不采用側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，采取碰穿的形式，所以必須采用脫模斜度，也同樣取0.5°。其他的因?yàn)橹破方孛姹容^簡單，而且高度小于25mm，所以不考慮脫模斜度。
3注塑機(jī)的選用
采用一模四腔，總體積是7.993×103mm3 ×4=31.972㎝3 要求注射成型時(shí)的總注射量應(yīng)是注射機(jī)最大注射量的80%以下，由《模具設(shè)計(jì)與制造》的參考數(shù)據(jù)得Gmax= G/0.8=31.972 /0.8=39.965 mm3
衣架頭注塑機(jī)的選用如表1。
表1 衣架頭注射機(jī)的主要參數(shù)為XS-ZY-125
注射機(jī)型號(hào) XS-ZY-125
理論容量/ cm^3 200
螺桿直徑/ mm 55
注射壓力/ MPa 109
移模行程/ mm 740
鎖模力/ KN 2540
最大注射面積/ cm^2 645
模具最大厚度/ mm 406
模具最小厚度/ mm 165
模板最大距離mm 260
模板行程mm 666
噴嘴圓弧半徑mm 18
噴嘴孔徑mm 4
噴嘴移動(dòng)距離mm 310
其他 總力280KN開模力8T，頂桿最大距離190mm
4模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1分型面的選擇
分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。它是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個(gè)重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的脫模和模具的制造工藝有關(guān)。
（1）分型面應(yīng)先在塑件外形的最大輪廓處
（2）分型面的選擇應(yīng)有利于塑件的順利脫模
（3）分型面的選擇應(yīng)保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量
（4）分型面的選擇應(yīng)有利于模具的加工
（5）分型面的選擇要有利于排氣
4.2衣架頭的型腔分布
塑件的成型位置：衣架頭采用一模四腔模具，采用塑件在動(dòng)模中和定模中都有的分布。
衣架頭的型腔分布如圖2。
圖2 衣架頭的型腔分布圖
4.3脫模推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
（1）推出機(jī)構(gòu)分類
推出機(jī)構(gòu)一般由推出、復(fù)位和導(dǎo)向等三大元件組成，推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與可靠性直接影響到塑料制件的質(zhì)量。
推出機(jī)構(gòu)按基本傳動(dòng)形式可分為機(jī)動(dòng)推出、液壓推出和手動(dòng)推出等三類。本設(shè)計(jì)采用液壓推出，它是利用開模動(dòng)作，由注射機(jī)上的液壓缸推動(dòng)模具上的推出機(jī)構(gòu)，將塑件從動(dòng)模部分推出。
推出機(jī)構(gòu)按推出元件的類別可分為推桿推出、推管推出、推件板推出等。本設(shè)計(jì)采用推桿推出機(jī)構(gòu)，它是推出機(jī)構(gòu)中最簡單、動(dòng)作最可靠、最常見的結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)樵O(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，制造、修配方便，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，推桿推出時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力小，推出動(dòng)作靈活可靠，推桿損壞后也便于更換。
（2）推桿的形狀
本設(shè)計(jì)中推桿的形狀采用圓柱頭直通式推桿，尾部采用臺(tái)肩固定，這種形式通常在d>3mm時(shí)采用，是最常用的形式。本設(shè)計(jì)中衣架頭的推桿直徑d都取4mm。
推桿尺寸。
（3）推桿的固定與配合
在推桿固定板上制有臺(tái)階孔，將推桿裝入其中。這種形式強(qiáng)度高，不易變形，但在推桿很多的情況下，臺(tái)階孔深度的一致性很難保證，本設(shè)計(jì)a）衣架身所使用的推桿數(shù)為4，不是很多，可采用此種形式。b）衣架頭所使用的推桿數(shù)為8。推桿固定板上的孔為d+1mm，即5mm；推桿臺(tái)階部分的直徑為8mm，推桿固定板上的臺(tái)階孔為9mm。
推桿工作部分與模板或型芯上推桿孔的配合常采用H8/f7~H8/f8的間隙配合，視推桿直徑的大小與塑料品種的不同而定。推桿直徑大、塑料流動(dòng)性差可以取H8/f8，反之采用H8/f7。本設(shè)計(jì)采用的推桿直徑較小，且ABS塑料的流動(dòng)性好，據(jù)此取H8/f7。
推桿與推桿孔的配合長度視推桿直徑的大小而定，L=1.5~3d，本設(shè)計(jì)取配合長度為3d即12mm。推桿工作端配合部分的粗糙度Ra一般取0.8μm。
（4）推桿的材料與熱處理要求。
材料為T8A鋼，端部淬火到50~55HRC。
推桿的工作端面在合模注射時(shí)是型腔底面的一部分，推桿的端面如果低于或高于該處型腔底面，在塑件就會(huì)出現(xiàn)凸臺(tái)或凹痕，影響塑件的使用或美觀。因此，通常推桿裝入模具后，其端面應(yīng)與相應(yīng)處型腔底面平齊。本設(shè)計(jì)中推桿的端面與相應(yīng)處型腔底面平齊。
4.4澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
4.4.1主流道的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：澆注系統(tǒng)指模具中由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道。普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
主流道的設(shè)計(jì)原則：
1.要能保證塑件的質(zhì)量。
2.盡量減小及縮短澆注系統(tǒng)的斷面及長度。
3.盡可能做到同步填充。
主流道為直接與注射幾的噴嘴連接的部分。主流道要與高溫塑料及噴嘴反復(fù)接觸，容易損壞，為便于更換，常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套結(jié)構(gòu)。主流道襯套的進(jìn)口端在注射時(shí)承受很大的噴嘴壓力，同時(shí)，其出口端與分流道、澆口也承受型腔的反壓力，因此，主流道襯套應(yīng)代凸緣，使之固定在定模上。主流道為一圓錐孔，其小頭正對(duì)注射機(jī)的噴嘴，因噴嘴外形為球面，所以主澆道小頭孔端的外形應(yīng)為一凹球面，凹球面的半徑應(yīng)比噴嘴的球面半徑略大2～3mm。
主流道的個(gè)部分尺寸如圖3。
圖3澆道的形式
衣架模具主流道的尺寸：
d=噴嘴孔徑＋1（mm）=4＋1=5 mm
R=噴嘴球面徑＋（2～3）（mm）=18＋（2～3）=20～21mm
=2°～4° 本設(shè)計(jì)中取2°
r=1～3（mm）取2mm
H=（1/3～1/5）R=6.66mm～7mm
D=10mm
技術(shù)參數(shù)：澆口套材料選用T8A，熱處理后達(dá)到50～55HRC。粗糙度為Ra（0.4～0.8）vmm。
4.4.2分流道設(shè)計(jì)
分流道的設(shè)計(jì)原則：
1.保證熔體迅速而均勻地充滿型腔。
2.分流道的尺寸盡可能短，容易盡可能小。
3.要便于加工及刀具的選擇。
分流道是指主流道與澆口的通道，其作用是使熔融塑料過度和轉(zhuǎn)向。
本設(shè)計(jì)采用半圓形截面如圖4。
圖4 分澆道的截面示意圖
本設(shè)計(jì)當(dāng)中衣架頭的分流道d取6mm。
在一模多腔時(shí)，主流道截面面積應(yīng)不小于分流道面積的總和，分流道的表面粗糙度應(yīng)高于主流道表面的粗糙度，從增大外層料流的阻力，降低流速以獲得中心料流有相對(duì)速度差，有利于熔融塑料冷皮層固定，起到保溫作用。
4.5側(cè)抽芯的設(shè)計(jì)
在衣架身的塑件有個(gè)長為12.3mm的側(cè)孔，所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的分型抽芯機(jī)構(gòu)，它借助注塑機(jī)開模力或推出力完成側(cè)向抽芯，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，動(dòng)作可靠。側(cè)型心裝在T形導(dǎo)滑槽內(nèi)，可沿抽拔方向平穩(wěn)滑移，驅(qū)動(dòng)滑塊的斜導(dǎo)柱與開模運(yùn)動(dòng)方向成斜角安裝，斜導(dǎo)柱與滑塊上對(duì)應(yīng)的孔呈松動(dòng)配合，開�；蛲瞥鰰r(shí)斜導(dǎo)柱和滑塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，斜導(dǎo)柱對(duì)滑塊產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向分力，迫使滑塊完成抽芯動(dòng)作。
側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)如圖5。
圖5側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)示意圖
1—鎖緊塊 2—滑塊 3—斜導(dǎo)柱 4—導(dǎo)滑槽
5—限位銷 6—側(cè)型芯 7—圓頭銷
4.6冷卻方式與裝置的選擇
假設(shè)由熔融塑料放出的熱量全部傳給模具，其熱量為
Q1=nmC(T1-T2) (J/h)
式中 n—每小時(shí)注射次數(shù)（次/小時(shí)）；
m—每次注射的塑料質(zhì)量（千克/次）；
C—塑料的比熱容（J/kg.℃）；
T1—熔融塑料進(jìn)入模腔的溫度（℃）；
T2—制品脫模溫度（℃）
取T1=200℃， T2=50℃，m=48.9g，C=1047 J/kg.℃。成型周期為60秒。代入數(shù)據(jù)得 Q=460784.7（J/h）
冷卻時(shí)所需要的冷卻水量
式中 M1—通過模具的冷卻水質(zhì)量（kg）；
T3—出水溫度（℃）；
T4—進(jìn)水溫度（℃）；
取5℃。=1055
代入數(shù)據(jù)得，M1 =87.3Kg。
根據(jù)冷卻水處于湍流狀態(tài)下流速與水道直徑d的關(guān)系，確定模具冷卻水管道直徑d。
式中 M1—冷卻水的質(zhì)量（kg）；
—管道內(nèi)冷卻水的流速成，一般取0.8～2.5m/s；
—水的密度（kg/m3）。
代入數(shù)據(jù)得：d=7.45 mm。d取8mm。
冷卻管道總傳熱面積計(jì)算式為
式中 R—冷卻管道壁與冷卻介質(zhì)間的傳熱系數(shù)
式中 —水的密度（kg/m3）；
f—與冷卻介質(zhì)有關(guān)的物理系數(shù)。
—模溫與冷卻介質(zhì)之間的平均溫差（℃）。
代入數(shù)據(jù)得：R=13220995.43（J/m2·℃）
A=0.33×10-6 （m2）
通過上面的計(jì)算，可以得出需要的冷卻面積太小，考慮到加工的費(fèi)用，而且制品的覆蓋面比較廣，故無須設(shè)冷卻水道，以節(jié)省模具的成本。
4.7排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
常在主流道或一級(jí)分流道的轉(zhuǎn)彎的末端設(shè)置冷料井。
冷料井的直徑稍大于主流道大端直徑d2，冷料井與拉料桿頭部結(jié)構(gòu)緊密相連。本設(shè)計(jì)采用倒錐形拉料桿冷料井，這種結(jié)構(gòu)形式有足夠大的冷料井，在成型韌性好的塑料制品時(shí)，應(yīng)用比較廣泛。在取出主流道凝料時(shí)無需作側(cè)向移動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
冷料井的結(jié)構(gòu)形式如圖6。
圖6 冷料井的結(jié)構(gòu)形式
5模具裝配總圖
衣架頭注塑模裝配總圖如圖7。
圖7衣架頭注塑模裝配總圖
6總結(jié)
本次設(shè)計(jì)使我對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)的各種成型方法，成型零件的設(shè)計(jì)，成型零件的數(shù)控加工工藝，主要工藝參數(shù)的計(jì)算，產(chǎn)品缺陷及其解決辦法，模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件的設(shè)計(jì)等都有了進(jìn)一步的理解和掌握。從衣架模具設(shè)計(jì)中體會(huì)到理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手方面存在著較大的差異，不過也在當(dāng)中學(xué)到了很多以前沒有學(xué)到的知識(shí)。在論文設(shè)計(jì)方面 ，老師給我的幫助是最大的。糾正了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，因?yàn)闆]有接觸到實(shí)際的東西，所以設(shè)計(jì)出來的東西跟實(shí)際生產(chǎn)有差異。張老師馬上指出設(shè)計(jì)中的不足之處。
這段時(shí)間當(dāng)中我發(fā)現(xiàn)我對(duì)專業(yè)認(rèn)識(shí)的還不夠，很多關(guān)于制造和工藝的知識(shí)有待提高，更需要我們自己去觀察、實(shí)踐、學(xué)習(xí)。不具備這項(xiàng)能力就難以勝任挑戰(zhàn)。很多領(lǐng)域是我們未曾接觸過的，只有敢于去嘗試才能有所突破。
人就是在困難中慢慢的成長的。從一開始有些茫然到現(xiàn)在初有成就的喜悅，相信未來的結(jié)果一定是令人滿意的。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)充實(shí)了我的知識(shí)，也為我以后走上工作崗位奠定了基礎(chǔ)，期盼獲得收獲的那一天。
7致謝
從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個(gè)人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程，我對(duì)衣架頭的塑料注塑模成型設(shè)計(jì)亦是如此。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)注射模的設(shè)計(jì)、制造、目前應(yīng)用現(xiàn)狀等都有了一定的了解和掌握。三維造型軟件的設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，對(duì)于掌握該方面的知識(shí)對(duì)我們以后的工作和發(fā)展將有著十分重要的意義。
在論文的寫作過程中遇到了許多的困難和問題,張老師給我很大的幫助,以及同學(xué)的支持和幫助。經(jīng)過二個(gè)多月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)，為將來的事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在此衷心感謝張金美老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我的培養(yǎng)和指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王孝培.塑料成型工藝及模具簡明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2000
[2] 黃曉燕.簡明塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)手冊(cè).上�？茖W(xué)技術(shù)出版社,2006
[3] 黨根茂.模具設(shè)計(jì)與制造.西安電子科技大學(xué)出版社,2004
[4] 王永平.注塑模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)評(píng).北京機(jī)械工業(yè)出版社,2005
[5] 鄒繼強(qiáng).塑料模具設(shè)計(jì)參考資料匯編.清華大學(xué)出版社,2005
[6] 王華山.塑料注塑技術(shù)與實(shí)例.北京化學(xué)工業(yè)出版社,2006
[7] 齊曉杰.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì).北京機(jī)械工業(yè)出版社,2005
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