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衣架头注塑模的设计(一)
衣架头注塑模的设计
摘要：在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。以衣架头模具的设计为例，介绍了注塑模具的设计方法和流程。首先根据塑件材料及工艺特性对零件进行塑件分析，然后选择注塑机，接着确定成形方案：总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。
关键词：衣架头；注塑模；设计
1引言
在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，因此模具工业是国民经济的基础工业，模具的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。
本课题是《衣架头注塑模的设计》。通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适
用的塑料注塑模具。
2塑件分析
2.1塑件的结构
塑件衣架头的结构如图1所示。
图1塑件衣架头的结构
2.2塑件材料的选择
本设计选用ABS塑料成型，ABS是一种具有良好综合性能的工程材料，它具有苯聚乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧性，聚丙烯晴的化学稳定性和表面硬度，其抗拉强度可达35～50Mpa，ABS粘度适中，流动性好。它的另一个优点是耐气候性，其制品的使用温度范围40℃～100℃。ABS的线膨胀系数小，制品具有良好的尺寸稳定性，且抗蠕变性好；拉伸强度、冲击强度、硬度值都较高；能耐水、无机酸、碱等.由于ABS中B组分的存在，耐候性差，易发生光氧化老化和热氧化老化，为了提高耐候性，可加入抗氧化剂和光稳定剂。综上所述，由于ABS具有良好的耐酸碱性、较强力学性能、使用温度范围较宽，相比之下ABS更加适合做衣架的成型材料。
2.3塑料的结构工艺性分析
2.3.1塑料的结构工艺性
（1）塑件公差等级选用与塑料品种有关：模具塑件尺寸公差的代号为MT，公差等级分为7级,每一级可分为A、B两部分，其中A为不受模具活动影响尺寸的公差，B为受模具活动影响尺寸的公差。塑件尺寸精度确定应合理选择，尽可能选用低精度等级。常用材料模塑件公差等级选用。材料为ABS时，选取一般精度等级为MT3，未注公差尺寸公差等级为MT5。
（2）塑件表面粗糙度，主要取决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级，塑料制件表面粗糙度Ra值一般为3.2~0.2μm，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，应给以抛光复原。透明制件要求型腔和型芯表面粗糙度相同；而不透明制件则根据使用情况而定，非配合表面和隐藏面可取较大表面粗糙度值,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围为0.025μm～1.6μm。在本设计中表面粗糙度采用1.6μm。
2.3.2工艺参数
干燥处理：吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间预热干燥。
模具温度：60~68 ℃
喷嘴温度：180~190 ℃
中段温度：210~230 ℃
后段温度：180~200 ℃
注射压力：70~90 MPa
塑化形式：螺杆式
喷嘴形式：直通式
注射时间：3~5s
保压时间：15~30s
冷却时间：15~30s
成型周期：40~70s
2.4脱模斜度的确定
塑件高度在25mm以下时可不考虑脱模斜度。本产品的架身有个侧抽芯机构，必须考虑下脱模的斜度，取脱模斜度为0.5°。架头不采用侧抽芯机构，采取碰穿的形式，所以必须采用脱模斜度，也同样取0.5°。其他的因为制品截面比较简单，而且高度小于25mm，所以不考虑脱模斜度。
3注塑机的选用
采用一模四腔，总体积是7.993×103mm3 ×4=31.972㎝3 要求注射成型时的总注射量应是注射机最大注射量的80%以下，由《模具设计与制造》的参考数据得Gmax= G/0.8=31.972 /0.8=39.965 mm3
衣架头注塑机的选用如表1。
表1 衣架头注射机的主要参数为XS-ZY-125
注射机型号 XS-ZY-125
理论容量/ cm^3 200
螺杆直径/ mm 55
注射压力/ MPa 109
移模行程/ mm 740
锁模力/ KN 2540
最大注射面积/ cm^2 645
模具最大厚度/ mm 406
模具最小厚度/ mm 165
模板最大距离mm 260
模板行程mm 666
喷嘴圆弧半径mm 18
喷嘴孔径mm 4
喷嘴移动距离mm 310
其他 总力280KN开模力8T，顶杆最大距离190mm
4模具结构设计
4.1分型面的选择
分型面的选择是注射模设计中的一个关键。它是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关。
（1）分型面应先在塑件外形的最大轮廓处
（2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量
（4）分型面的选择应有利于模具的加工
（5）分型面的选择要有利于排气
4.2衣架头的型腔分布
塑件的成型位置：衣架头采用一模四腔模具，采用塑件在动模中和定模中都有的分布。
衣架头的型腔分布如图2。
图2 衣架头的型腔分布图
4.3脱模推出机构的结构形式
（1）推出机构分类
推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成，推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑料制件的质量。
推出机构按基本传动形式可分为机动推出、液压推出和手动推出等三类。本设计采用液压推出，它是利用开模动作，由注射机上的液压缸推动模具上的推出机构，将塑件从动模部分推出。
推出机构按推出元件的类别可分为推杆推出、推管推出、推件板推出等。本设计采用推杆推出机构，它是推出机构中最简单、动作最可靠、最常见的结构形式，因为设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造、修配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。
（2）推杆的形状
本设计中推杆的形状采用圆柱头直通式推杆，尾部采用台肩固定，这种形式通常在d>3mm时采用，是最常用的形式。本设计中衣架头的推杆直径d都取4mm。
推杆尺寸。
（3）推杆的固定与配合
在推杆固定板上制有台阶孔，将推杆装入其中。这种形式强度高，不易变形，但在推杆很多的情况下，台阶孔深度的一致性很难保证，本设计a）衣架身所使用的推杆数为4，不是很多，可采用此种形式。b）衣架头所使用的推杆数为8。推杆固定板上的孔为d+1mm，即5mm；推杆台阶部分的直径为8mm，推杆固定板上的台阶孔为9mm。
推杆工作部分与模板或型芯上推杆孔的配合常采用H8/f7~H8/f8的间隙配合，视推杆直径的大小与塑料品种的不同而定。推杆直径大、塑料流动性差可以取H8/f8，反之采用H8/f7。本设计采用的推杆直径较小，且ABS塑料的流动性好，据此取H8/f7。
推杆与推杆孔的配合长度视推杆直径的大小而定，L=1.5~3d，本设计取配合长度为3d即12mm。推杆工作端配合部分的粗糙度Ra一般取0.8μm。
（4）推杆的材料与热处理要求。
材料为T8A钢，端部淬火到50~55HRC。
推杆的工作端面在合模注射时是型腔底面的一部分，推杆的端面如果低于或高于该处型腔底面，在塑件就会出现凸台或凹痕，影响塑件的使用或美观。因此，通常推杆装入模具后，其端面应与相应处型腔底面平齐。本设计中推杆的端面与相应处型腔底面平齐。
4.4浇注系统的结构
4.4.1主流道的设计
浇注系统的结构：浇注系统指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
主流道的设计原则：
1.要能保证塑件的质量。
2.尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度。
3.尽可能做到同步填充。
主流道为直接与注射几的喷嘴连接的部分。主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触，容易损坏，为便于更换，常设计成可拆卸的主流道衬套结构。主流道衬套的进口端在注射时承受很大的喷嘴压力，同时，其出口端与分流道、浇口也承受型腔的反压力，因此，主流道衬套应代凸缘，使之固定在定模上。主流道为一圆锥孔，其小头正对注射机的喷嘴，因喷嘴外形为球面，所以主浇道小头孔端的外形应为一凹球面，凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大2～3mm。
主流道的个部分尺寸如图3。
图3浇道的形式
衣架模具主流道的尺寸：
d=喷嘴孔径＋1（mm）=4＋1=5 mm
R=喷嘴球面径＋（2～3）（mm）=18＋（2～3）=20～21mm
=2°～4° 本设计中取2°
r=1～3（mm）取2mm
H=（1/3～1/5）R=6.66mm～7mm
D=10mm
技术参数：浇口套材料选用T8A，热处理后达到50～55HRC。粗糙度为Ra（0.4～0.8）vmm。
4.4.2分流道设计
分流道的设计原则：
1.保证熔体迅速而均匀地充满型腔。
2.分流道的尺寸尽可能短，容易尽可能小。
3.要便于加工及刀具的选择。
分流道是指主流道与浇口的通道，其作用是使熔融塑料过度和转向。
本设计采用半圆形截面如图4。
图4 分浇道的截面示意图
本设计当中衣架头的分流道d取6mm。
在一模多腔时，主流道截面面积应不小于分流道面积的总和，分流道的表面粗糙度应高于主流道表面的粗糙度，从增大外层料流的阻力，降低流速以获得中心料流有相对速度差，有利于熔融塑料冷皮层固定，起到保温作用。
4.5侧抽芯的设计
在衣架身的塑件有个长为12.3mm的侧孔，所以必须设计一个侧抽芯机构，本设计采用斜导柱抽芯机构，斜导柱分型抽芯机构是应用最广的分型抽芯机构，它借助注塑机开模力或推出力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。侧型心装在T形导滑槽内，可沿抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的斜导柱与开模运动方向成斜角安装，斜导柱与滑块上对应的孔呈松动配合，开模或推出时斜导柱和滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一个侧向分力，迫使滑块完成抽芯动作。
侧抽芯结构如图5。
图5侧抽芯结构示意图
1—锁紧块 2—滑块 3—斜导柱 4—导滑槽
5—限位销 6—侧型芯 7—圆头销
4.6冷却方式与装置的选择
假设由熔融塑料放出的热量全部传给模具，其热量为
Q1=nmC(T1-T2) (J/h)
式中 n—每小时注射次数（次/小时）；
m—每次注射的塑料质量（千克/次）；
C—塑料的比热容（J/kg.℃）；
T1—熔融塑料进入模腔的温度（℃）；
T2—制品脱模温度（℃）
取T1=200℃， T2=50℃，m=48.9g，C=1047 J/kg.℃。成型周期为60秒。代入数据得 Q=460784.7（J/h）
冷却时所需要的冷却水量
式中 M1—通过模具的冷却水质量（kg）；
T3—出水温度（℃）；
T4—进水温度（℃）；
取5℃。=1055
代入数据得，M1 =87.3Kg。
根据冷却水处于湍流状态下流速与水道直径d的关系，确定模具冷却水管道直径d。
式中 M1—冷却水的质量（kg）；
—管道内冷却水的流速成，一般取0.8～2.5m/s；
—水的密度（kg/m3）。
代入数据得：d=7.45 mm。d取8mm。
冷却管道总传热面积计算式为
式中 R—冷却管道壁与冷却介质间的传热系数
式中 —水的密度（kg/m3）；
f—与冷却介质有关的物理系数。
—模温与冷却介质之间的平均温差（℃）。
代入数据得：R=13220995.43（J/m2·℃）
A=0.33×10-6 （m2）
通过上面的计算，可以得出需要的冷却面积太小，考虑到加工的费用，而且制品的覆盖面比较广，故无须设冷却水道，以节省模具的成本。
4.7排气系统的结构
常在主流道或一级分流道的转弯的末端设置冷料井。
冷料井的直径稍大于主流道大端直径d2，冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。本设计采用倒锥形拉料杆冷料井，这种结构形式有足够大的冷料井，在成型韧性好的塑料制品时，应用比较广泛。在取出主流道凝料时无需作侧向移动，易于实现自动化操作。
冷料井的结构形式如图6。
图6 冷料井的结构形式
5模具装配总图
衣架头注塑模装配总图如图7。
图7衣架头注塑模装配总图
6总结
本次设计使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的数控加工工艺，主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。从衣架模具设计中体会到理论知识和实践动手方面存在着较大的差异，不过也在当中学到了很多以前没有学到的知识。在论文设计方面 ，老师给我的帮助是最大的。纠正了设计中的错误，因为没有接触到实际的东西，所以设计出来的东西跟实际生产有差异。张老师马上指出设计中的不足之处。
这段时间当中我发现我对专业认识的还不够，很多关于制造和工艺的知识有待提高，更需要我们自己去观察、实践、学习。不具备这项能力就难以胜任挑战。很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破。
人就是在困难中慢慢的成长的。从一开始有些茫然到现在初有成就的喜悦，相信未来的结果一定是令人满意的。这个毕业设计充实了我的知识，也为我以后走上工作岗位奠定了基础，期盼获得收获的那一天。
7致谢
从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对衣架头的塑料注塑模成型设计亦是如此。通过本次毕业设计，使我对注射模的设计、制造、目前应用现状等都有了一定的了解和掌握。三维造型软件的设计，参数化设计的应用，对于掌握该方面的知识对我们以后的工作和发展将有着十分重要的意义。
在论文的写作过程中遇到了许多的困难和问题,张老师给我很大的帮助,以及同学的支持和帮助。经过二个多月的努力，我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。
在此衷心感谢张金美老师在毕业设计期间所给予我的培养和指导。
参考文献
[1] 王孝培.塑料成型工艺及模具简明手册.机械工业出版社,2000
[2] 黄晓燕.简明塑料成型工艺与模具设计手册.上海科学技术出版社,2006
[3] 党根茂.模具设计与制造.西安电子科技大学出版社,2004
[4] 王永平.注塑模具设计经验点评.北京机械工业出版社,2005
[5] 邹继强.塑料模具设计参考资料汇编.清华大学出版社,2005
[6] 王华山.塑料注塑技术与实例.北京化学工业出版社,2006
[7] 齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计.北京机械工业出版社,2005
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