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衣架頭注塑模的設計(一)
衣架頭注塑模的設計
摘要：在現代生產中，模具是大批量生產各種產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。以衣架頭模具的設計為例，介紹了注塑模具的設計方法和流程。首先根據塑件材料及工藝特性對零件進行塑件分析，然后選擇注塑機，接著確定成形方案：總體結構設計、分型面設計、澆注系統(tǒng)設計、脫模機構設計、冷卻系統(tǒng)設計等。
關鍵詞：衣架頭；注塑模；設計
1引言
在現代生產中，模具是大批量生產各種產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、高產、省料和成本低等特點，現已在國民經濟各個部門，特別是汽車、拖拉機、航天航空、儀器儀表、機械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等部門得到極其廣泛的應用。模具是塑料成型加工的一種重要的工藝裝備，模具生產的最終產品的價值往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍，因此模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，模具的生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造業(yè)水平高低的重要標志。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。塑料模具生產企業(yè)在向著規(guī)�；同F代化發(fā)展的同時，“小而專”、“小而精” 仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術上來說，為了滿足用戶對模具制造的“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求。
本課題是《衣架頭注塑模的設計》。通過對塑件材料、質量、體積的分析與計算，合理選用注塑機，并對各個參數進行了校核，設計出一副合理，經濟，適
用的塑料注塑模具。
2塑件分析
2.1塑件的結構
塑件衣架頭的結構如圖1所示。
圖1塑件衣架頭的結構
2.2塑件材料的選擇
本設計選用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，聚丙烯晴的化學穩(wěn)定性和表面硬度，其抗拉強度可達35～50Mpa，ABS粘度適中，流動性好。它的另一個優(yōu)點是耐氣候性，其制品的使用溫度范圍40℃～100℃。ABS的線膨脹系數小，制品具有良好的尺寸穩(wěn)定性，且抗蠕變性好；拉伸強度、沖擊強度、硬度值都較高；能耐水、無機酸、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、較強力學性能、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塑料的結構工藝性分析
2.3.1塑料的結構工藝性
（1）塑件公差等級選用與塑料品種有關：模具塑件尺寸公差的代號為MT，公差等級分為7級,每一級可分為A、B兩部分，其中A為不受模具活動影響尺寸的公差，B為受模具活動影響尺寸的公差。塑件尺寸精度確定應合理選擇，盡可能選用低精度等級。常用材料模塑件公差等級選用。材料為ABS時，選取一般精度等級為MT3，未注公差尺寸公差等級為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，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，應給以拋光復原。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。在本設計中表面粗糙度采用1.6μm。
2.3.2工藝參數
干燥處理：吸濕性強，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經長時間預熱干燥。
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
注射時間：3~5s
保壓時間：15~30s
冷卻時間：15~30s
成型周期：40~70s
2.4脫模斜度的確定
塑件高度在25mm以下時可不考慮脫模斜度。本產品的架身有個側抽芯機構，必須考慮下脫模的斜度，取脫模斜度為0.5°。架頭不采用側抽芯機構，采取碰穿的形式，所以必須采用脫模斜度，也同樣取0.5°。其他的因為制品截面比較簡單，而且高度小于25mm，所以不考慮脫模斜度。
3注塑機的選用
采用一模四腔，總體積是7.993×103mm3 ×4=31.972㎝3 要求注射成型時的總注射量應是注射機最大注射量的80%以下，由《模具設計與制造》的參考數據得Gmax= G/0.8=31.972 /0.8=39.965 mm3
衣架頭注塑機的選用如表1。
表1 衣架頭注射機的主要參數為XS-ZY-125
注射機型號 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
噴嘴移動距離mm 310
其他 總力280KN開模力8T，頂桿最大距離190mm
4模具結構設計
4.1分型面的選擇
分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵。它是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝有關。
（1）分型面應先在塑件外形的最大輪廓處
（2）分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模
（3）分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質量
（4）分型面的選擇應有利于模具的加工
（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脫模推出機構的結構形式
（1）推出機構分類
推出機構一般由推出、復位和導向等三大元件組成，推出機構設計的合理性與可靠性直接影響到塑料制件的質量。
推出機構按基本傳動形式可分為機動推出、液壓推出和手動推出等三類。本設計采用液壓推出，它是利用開模動作，由注射機上的液壓缸推動模具上的推出機構，將塑件從動模部分推出。
推出機構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。本設計采用推桿推出機構，它是推出機構中最簡單、動作最可靠、最常見的結構形式，因為設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，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，推桿損壞后也便于更換。
（2）推桿的形狀
本設計中推桿的形狀采用圓柱頭直通式推桿，尾部采用臺肩固定，這種形式通常在d>3mm時采用，是最常用的形式。本設計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階孔，將推桿裝入其中。這種形式強度高，不易變形，但在推桿很多的情況下，臺階孔深度的一致性很難保證，本設計a）衣架身所使用的推桿數為4，不是很多，可采用此種形式。b）衣架頭所使用的推桿數為8。推桿固定板上的孔為d+1mm，即5mm；推桿臺階部分的直徑為8mm，推桿固定板上的臺階孔為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、塑料流動性差可以取H8/f8，反之采用H8/f7。本設計采用的推桿直徑較小，且ABS塑料的流動性好，據此取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，本設計取配合長度為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，在塑件就會出現凸臺或凹痕，影響塑件的使用或美觀。因此，通常推桿裝入模具后，其端面應與相應處型腔底面平齊。本設計中推桿的端面與相應處型腔底面平齊。
4.4澆注系統(tǒng)的結構
4.4.1主流道的設計
澆注系統(tǒng)的結構：澆注系統(tǒng)指模具中由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道。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。
主流道的設計原則：
1.要能保證塑件的質量。
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接觸，容易損壞，為便于更換，常設計成可拆卸的主流道襯套結構。主流道襯套的進口端在注射時承受很大的噴嘴壓力，同時，其出口端與分流道、澆口也承受型腔的反壓力，因此，主流道襯套應代凸緣，使之固定在定模上。主流道為一圓錐孔，其小頭正對注射機的噴嘴，因噴嘴外形為球面，所以主澆道小頭孔端的外形應為一凹球面，凹球面的半徑應比噴嘴的球面半徑略大2～3mm。
主流道的個部分尺寸如圖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° 本設計中取2°
r=1～3（mm）取2mm
H=（1/3～1/5）R=6.66mm～7mm
D=10mm
技術參數：澆口套材料選用T8A，熱處理后達到50～55HRC。粗糙度為Ra（0.4～0.8）vmm。
4.4.2分流道設計
分流道的設計原則：
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向。
本設計采用半圓形截面如圖4。
圖4 分澆道的截面示意圖
本設計當中衣架頭的分流道d取6mm。
在一模多腔時，主流道截面面積應不小于分流道面積的總和，分流道的表面粗糙度應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速度差，有利于熔融塑料冷皮層固定，起到保溫作用。
4.5側抽芯的設計
在衣架身的塑件有個長為12.3mm的側孔，所以必須設計一個側抽芯機構，本設計采用斜導柱抽芯機構，斜導柱分型抽芯機構是應用最廣的分型抽芯機構，它借助注塑機開模力或推出力完成側向抽芯，結構簡單，制造方便，動作可靠。側型心裝在T形導滑槽內，可沿抽拔方向平穩(wěn)滑移，驅動滑塊的斜導柱與開模運動方向成斜角安裝，斜導柱與滑塊上對應的孔呈松動配合，開�；蛲瞥鰰r斜導柱和滑塊發(fā)生相對運動，斜導柱對滑塊產生一個側向分力，迫使滑塊完成抽芯動作。
側抽芯結構如圖5。
圖5側抽芯結構示意圖
1—鎖緊塊 2—滑塊 3—斜導柱 4—導滑槽
5—限位銷 6—側型芯 7—圓頭銷
4.6冷卻方式與裝置的選擇
假設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—每小時注射次數（次/小時）；
m—每次注射的塑料質量（千克/次）；
C—塑料的比熱容（J/kg.℃）；
T1—熔融塑料進入模腔的溫度（℃）；
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。代入數據得 Q=460784.7（J/h）
冷卻時所需要的冷卻水量
式中 M1—通過模具的冷卻水質量（kg）；
T3—出水溫度（℃）；
T4—進水溫度（℃）；
取5℃。=1055
代入數據得，M1 =87.3Kg。
根據冷卻水處于湍流狀態(tài)下流速與水道直徑d的關系，確定模具冷卻水管道直徑d。
式中 M1—冷卻水的質量（kg）；
—管道內冷卻水的流速成，一般取0.8～2.5m/s；
—水的密度（kg/m3）。
代入數據得：d=7.45 mm。d取8mm。
冷卻管道總傳熱面積計算式為
式中 R—冷卻管道壁與冷卻介質間的傳熱系數
式中 —水的密度（kg/m3）；
f—與冷卻介質有關的物理系數。
—模溫與冷卻介質之間的平均溫差（℃）。
代入數據得：R=13220995.43（J/m2·℃）
A=0.33×10-6 （m2）
通過上面的計算，可以得出需要的冷卻面積太小，考慮到加工的費用，而且制品的覆蓋面比較廣，故無須設冷卻水道，以節(jié)省模具的成本。
4.7排氣系統(tǒng)的結構
常在主流道或一級分流道的轉彎的末端設置冷料井。
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構緊密相連。本設計采用倒錐形拉料桿冷料井，這種結構形式有足夠大的冷料井，在成型韌性好的塑料制品時，應用比較廣泛。在取出主流道凝料時無需作側向移動，易于實現自動化操作。
冷料井的結構形式如圖6。
圖6 冷料井的結構形式
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
本次設計使我對塑料模具設計的各種成型方法，成型零件的設計，成型零件的數控加工工藝，主要工藝參數的計算，產品缺陷及其解決辦法，模具的總體結構設計及零部件的設計等都有了進一步的理解和掌握。從衣架模具設計中體會到理論知識和實踐動手方面存在著較大的差異，不過也在當中學到了很多以前沒有學到的知識。在論文設計方面 ，老師給我的幫助是最大的。糾正了設計中的錯誤，因為沒有接觸到實際的東西，所以設計出來的東西跟實際生產有差異。張老師馬上指出設計中的不足之處。
這段時間當中我發(fā)現我對專業(yè)認識的還不夠，很多關于制造和工藝的知識有待提高，更需要我們自己去觀察、實踐、學習。不具備這項能力就難以勝任挑戰(zhàn)。很多領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在初有成就的喜悅，相信未來的結果一定是令人滿意的。這個畢業(yè)設計充實了我的知識，也為我以后走上工作崗位奠定了基礎，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，這是每個人學習事物所必經的一般過程，我對衣架頭的塑料注塑模成型設計亦是如此。通過本次畢業(yè)設計，使我對注射模的設計、制造、目前應用現狀等都有了一定的了解和掌握。三維造型軟件的設計，參數化設計的應用，對于掌握該方面的知識對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,以及同學的支持和幫助。經過二個多月的努力，我相信這次畢業(yè)設計一定能為三年的大學生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎。
在此衷心感謝張金美老師在畢業(yè)設計期間所給予我的培養(yǎng)和指導。
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