加热器底座塑料模具毕业设计Word下载.docx
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K安全系数E材料弹性模量
Smax塑料的最大收缩率P1脱模阻力
Smin塑料的最小收缩率C型芯成型部分断面的平均
P0单位面积的包紧力h型芯被塑料包紧部分的长度
Δs塑件公差P0单位面积的包紧力
D腔型腔內形尺寸Φ安全系数
Qcp塑料平均收缩率S顶顶出行程
ds塑件外径基本尺寸
1富裕量
Ds塑件內形基本尺寸
2顶出行程富裕量
h腔凸模/型芯高度尺寸α倾斜角
Hs塑件內形深度基本尺寸Q抽拔阻力
P1动模受的总压力P斜导柱所受的弯曲力
F塑件的投影面积ε塑件收缩率
P型腔压力f摩擦系数
K修正系数μ塑料泊桑比
B动模垫板的宽度L支撑块的跨距
1绪论
1.1塑料成型与注塑模具
塑料工业是由塑料原料和塑料制品生产两大系统组成，二者相辅相成，缺一不可，而塑料制品生产是实现塑料原料自身价值的唯一手段。
塑料制品生产主要由成型、机械加工、表面装饰、装配等环节组成，其重要一环就是塑料成型。
塑料成型就是将各种形态的塑料原料（粉料、粒料、溶液或分散体）制成所需形状的制品或胚件的过程。
塑料成型的方法很多，如注塑、吹塑、挤出等等。
而注塑成型以其能成型高尺寸精度、高复杂性的制品和高效率占有重要一席。
塑料注塑成型过程是，塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒，经塑化后由柱塞或螺杆的推动，在一定压力下通过喷嘴进入模具型腔，经冷却固化后而开模获得制品（塑件）。
除少数几种塑件外，几乎所有的塑件都可以注塑成型。
塑模设计的传统方法，是依靠设计人员的经验﹑技巧和现有的设计数据，从对塑件的工艺计算到塑模的设计制图，全靠手工劳动。
对塑模的制造就更需要专业人员付出大量的繁杂劳动。
所以塑件的质量和数量都远不能满足生产发展的需要。
随着计算器技朮的广泛应用，塑模设计和制造采用了CAD/CAM系统，从而大大提高了模具设计制造的效率。
塑模CAD/CAM的应用可以提高塑模的设计﹑制造质量和速度。
采用了NC自动编程系统。
采用NC机床可以提高制造精度，节省能耗和扩大制造功能。
塑料模具材料直接影响塑模的使用寿命﹑加工成本及产品的成型质量，因此设计时要正确地选择模具材料。
1.2国内外相关发展状况
1.2.1国内发展状况
模具工业是国民经济发展的重要基础工业，也是一个国家加工工业发展的重要标志。
近年来，我国模具工业的技术水平取得了长足的发展。
现在，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。
“十五”期间，模具年平均增长速度达到20％左右，2005年模具销售额达650亿元，同比增长25％；
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50％，塑料模具约占33％，压铸模具约占6％，其它各类模具约占11％。
但是，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口”的尴尬局面。
为了适应市场对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具越
来越向着大型化、高精度化、多功能复合模具化等方向发展。
热流道模具、气辅模具等先进的模具加工技术也将在塑料模具中得到更广泛的应用。
标准件的广泛应用，将极大的影响模具制造周期，提高模具的质量，并降低模具的制造成本。
1.2.2国外发展状况
高新技术在欧美模具企业得到广泛应用，欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的。
将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保证。
目前，国外注射成型技术的发展迅速，精密注射成型、注射成型中的计算机技术的广泛应用，以及全电动注射剂、两板式注射机、无拉杆注射机、电磁动态化注射机等技术的研发及应用，都大大提高了国外模具的生产和制造水平。
1.2.3中国与国外先进技术的差距
中国模具生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列几方面。
国内自配率不足80％，其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。
模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。
中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。
企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。
中国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），专业模具厂也大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式。
国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。
模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。
模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。
与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术。
1.3塑料模具发展走势
a.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。
b.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
c.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
d.新的塑料成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
e.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
f.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
g.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
2塑件材料分析与方案论证
2.1塑件的工艺分析
2.1.1塑件的材料
此塑件的材料为聚苯乙烯（PS）。
2.1.2聚苯乙烯的基本特性
聚苯乙烯是一种性能优良的热塑性工程塑料，密度为1.05g/cm3，无色、无味、无毒的透明刚性固体，可见光的透光率接近90％。
成型零件可达到很好的尺寸精度并在很宽的温度范围内保持其尺寸的稳定性。
成型收缩率恒为0.5％~0.6%。
抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒。
脆化温度在低，长期工作温度达120℃。
聚苯乙烯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。
聚苯乙烯热导率较小，是良好的绝热保温材料。
耐室温下的水、稀酸、氧化剂、还原剂、盐、油、脂肪烃，但不耐碱、胺、酮、脂、芳香烃，并有良好的耐气候性。
其最大的缺点是塑件易开裂，耐疲劳强度较差。
用玻璃纤维增强聚碳酸酯，克服了上述缺点，使聚苯乙烯具有更好的力学性能，更好的尺寸稳定性，更小的成型收缩率，并提高了耐热性和耐药性，降低了成本。
[2]
2.1.3聚苯乙烯的成型特点
聚苯乙烯可以采用挤出、热成型、旋转模塑、吹塑、发泡等多种成型工艺，其中注塑、挤出、发泡是最常采用的工艺方法。
聚苯乙烯吸水性很小，成型加工前一般都不需要专门的干燥工序。
其流动性和成型性优良，成品率高，但容易产生内应力而出现裂纹，成型制品的脱模斜度不宜过小，顶出要均匀，而且由于热膨胀系数高，制品中不宜有嵌件。
宜用高料温、低注射压力成型并延长注射时间，以防止缩孔及变形，但料温过高，容易出现银丝。
2.1.4聚苯乙烯的主要用途
在机械上主要用作各种齿轮、涡轮、蜗杆、齿条、凸轮、心轴、轴承、滑轮、铰链、螺母、垫圈、泵叶轮、灯罩、节流阀、润滑油输油管、各种外壳、盖板、容器、冷冻和冷却装置零件等。
在电气方面，用作电机零件、电话交换器零件、信号用继电器、风扇部件、拨号盘、仪表壳、接线板等。
还可制作照明灯、高温透镜、视孔镜、防护玻璃等光学零件。
2.1.5聚苯乙烯的注射成型工艺参数
密度（g/cm3）：
1.04～1.06；
吸水率（%）（24h）：
0.03～0.05；
收缩率（%）：
0.5～0.6；
热变性温度/℃：
1.85Mpa，100
拉伸强度（MPa）：
35～63；
弯曲强度（MPa）：
61～98；
弹性模量（MPa）：
2.8～3.5；
冲击强度：
无缺口，不断；
适用注塑机类型：
螺杆式、柱塞式均可。
2.2塑件的成型工艺
塑料的种类很多，其成型的方法也很多，有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动与液压成型、泡沫塑料的成型等。
其中前四种方法最为常用。
本塑件的成型采用注射成型。
2.2.1注射成型的原理
注射成型是原理是将颗粒状态或粉状塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射剂柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件，这样就完成了一次工作循环。
如图2.1所示。
图2.1注射成型工作循环
2.2.2注射成型的工艺过程
注射成型工艺过程包括：
成型前的准备、注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段。
a.成型前的准备
为确保注射过程顺利进行和保证质量，应对所用设备和塑料进行一下准备工作：
（1）成型前对原料的预处理：
根据各种塑料的特性及供料状况，一般在成型前对原料进行外观和工艺性能检验。
（2）料筒的清洗：
在注射成型前，如果料筒内残余塑料与将要使用的塑料不一致以及需要调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对料筒进行清洗或更换。
（3）螺杆式注射机通常是直接换料清洗。
（4）脱模剂的使用：
脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。
b.注射成型过程
注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段。
它包括加料、塑化、加压、注射、保压、冷却定型和脱模等步骤。
（1）加料：
由注射剂料斗落入一定量的塑料，以保证操作稳定、塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。
（2）塑化：
塑化是指塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态，并具有良好的塑性的全过程。
（3）加压注射：
注射机用柱塞或螺杆推动具有流动性和温度均匀的塑料熔体，从料筒中经过喷嘴、浇注系统直至注入模腔。
（4）保压：
保压是自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。
（5）冷却定型：
当浇注系统的塑料已经冷却凝固，继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，同时通入冷却水或空气等冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型。
（6）脱模：
塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。
c.塑料的后处理
塑件经注射成型后，除去浇口凝料，修饰浇口处余料及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。
（1）退火处理：
退火处理是使塑件在定温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。
（2）调制处理：
将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化而变色，同时，加快达到吸湿平衡的一种处理方法。
2.2.3注射成型工艺参数
在生产中，工艺条件的选择及控制，就是保证成型顺利进行和塑件质量的关键。
注射成型最主要的工艺参数是塑化流动和冷却的温度、压力，以及相应的各个作用时间。
a.温度：
注射成型过程需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。
b.压力：
注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力。
它们关系到塑化和成型的质量。
2.3注塑模的机构组成
注射模具包括动模和定模两部分，动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。
注射时动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模分离，以便取出塑料制品。
根据模具中各个部件所起的作用，可将模具分为以下几个基本组成部分：
a.成型零部件：
主要用来决定制品的几何形状和尺寸。
b.合模导向机构：
主要用来保证动模和定模两大部份或模具中其它零部件之间的准确对和，以保证制品形状和尺寸的精确度，并避免模具中各种零件发生碰撞和干涉。
c.浇注系统：
是将注射机射出的塑料熔体引向闭合模腔的通道，对熔体充模时的流动特性以及注射成型质量都具有重要影响。
d.推出机构：
在开模过程中，需要有推出机构将塑料制品及其在流道内的凝料推出或拉出。
e.调温系统：
为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。
f.排气结构：
注射模中设置排气结构是为了在塑料熔体充模过程中排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体，以避免他们造成缺陷。
g.支承零部件：
这类零部件在注射模中用来安装固定或支承成型零部件等上述七种功能结构，将支承零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。
2.4方案论证
此次设计的塑料模具的塑件图如图2.2所示。
a加热器底座二维图b加热器底座三维图
图2.2加热器底座
方案一：
采用强制脱模，其浇口套和浇口设在定模固定板上。
采用直接浇口，这种浇口流动阻力小，进料快。
方案二：
采用弹簧抽芯，型芯将一块镶块组成，由镶块组成的型芯结构内部是实心的，实心部分加一顶杆。
在锁模力解除后，顶杆抽出，在弹簧力的作用下，型芯镶块向下运动，从而实现脱模。
浇口采用侧浇口，侧浇口尺寸小，冷凝快，成型周期快。
方案三：
采用一模两腔结构，其浇口设在定模板上，用推板推动型芯底座实现脱模。
方案一采用强制脱模,虽然模具设计结构比较简单，但是塑件容易产生变形或者破坏。
同时采用直接浇口，需要专门去除浇注系统产生的凝料。
方案二采用弹簧抽芯机构，由于弹簧存在一定的预紧力，使镶块中间的顶杆运动受阻。
方案三采用一模两腔结构，效率高。
采用侧浇口，模具结构采用单分型面。
经过以上三种方案综合比较，决定采用第方案三，其模具如图2.3所示。
图2.3加热器底座的模具结构
3注射成型机的选择
3.1估算塑件体积
a.用Pro/E软件计算塑件体积为：
（3.1）
b.估算总体积:
（3.2）
式中：
n—模具中一次造出来的零件数
3.2估算塑件质量
此塑件材料为聚苯乙烯（PS），经查表的其密度。
其质量为：
（3.3）
3.3注塑机的注射容量
确定了单个塑件的体积和模腔数量就可以大体计算出多模塑件的总体积，再加上教主系统中主流到、分流到、浇口、冷料井的体积，即是一模的塑料的总体积，V塑在选择注射机的注射容量V注时可用下式计算。
（3.4）
V注—注射机最大注射容量，
；
V塑—成型塑件与浇注系统体积总和，
0.8—最大注射容量的利用系数。
计算得：
V注
353.75
3.4锁模
型腔总的投影面积为：
A=2a.b=2×
67×
200=26800mm2；
计算其所需锁模力F为：
F=1.5×
P×
A=1809KN，
P—型腔单位面积的注射压力（MPa），查手册得P=45MP。
3.5选择注塑机及注塑机的主要参数
3.5.1注射机的选择
综合以上的分析，联系实际情况，现初选G54-S-200/400型注射出成型机。
3.5.2G54-S-200/400型注塑机的主要参数
理论注射量：
200～400㎝³
螺杆直径：
55mm
注射压力：
109MPa
最大注射面积：
645
锁模力：
2540KN
模板最大行程：
260mm
模具最大厚度：
406mm
模具最小厚度：
165mm
拉杆空间（长×
宽）：
290×
368mm
定位孔直径：
125mm
喷嘴球半径：
18mm
喷嘴孔径：
4mm
注射方式：
螺杆式
螺杆转速：
16，28，48r/min
3.6注塑机的校核
3.6.1最大注射量校核
最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量，设计时应保证成型塑件所需的注射量小于所选注射机的最大注射量。
G54-S-200/400型注射出成型机的理论注射量400cm3
357.5cm3
200cm3，因此满足要求。
3.6.2锁模力校核
当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生一个沿注射机抽向的很大的推力，此推力的大小等于塑件加上浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和（即注射面积）乘以型腔内的塑料压力。
此力可使模具沿分列面涨开。
为了保持动、定模闭合紧密，保密塑件的尺寸精度并尽量减小溢边厚度，同时也为了保障操作人员的人身安全，需要机床提供足够大的锁模力。
因此，欲使模具从分型面涨开的必须小于注射机规定的锁模力。
即
（3.5）
T—注射机的额定锁模力，t；
F—塑件与浇注系统在分型面上的总投影面积，cm2；
q—熔融塑料在模腔内的压力，kg/cm2；
K—安全系数，通常取1.1~1.2。
经查表可得，q=300kg/cm2；
即
所以该注塑机的锁模力符合要求。
3.6.3模具厚度校核
模具厚度必须满足下式：
（3.6）
H—模具闭合厚度，400mm；
Hmin—注塑机所允许的最小模具厚度，165mm；
Hmax—注塑机所允许的最大模具厚度，406mm；
根据结构草图可知，初选的模具厚度为400mm，满足要求。
3.6.4开模行程校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
对于三分形面的注塑模具，其开模行程按下式效核
+（5~10）mm（3.7）
S—注塑机的最大行程，mm；
H1—为塑件内抽心的脱模距离，此模具中为65mm；
H2—为塑件外抽心的脱模距离，此模具中为83mm；
H3—包括流道在内的塑件高度，此模具中为60mm；
A—定模板与浇口板的分离距离，此模具中为10mm；
所以上式成立（400>
218），即该注塑机的开模行程符合要求。
故可知该G54-S-200/400型注塑机符合要求。
4浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送管道。
它具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量具有决定性影响。
[1]
4.1浇注系统的功能
浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利地充满到型腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。
因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。
4.1.1浇注系统的组成
浇注系统一般由四部分组成。
a.它是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。
b.分流道指主流道末端至浇口的整个通道。
分流道的功能是使熔体过渡和转向。
单型腔模具中分流道是为了缩短流程。
多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。
c.浇口指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。
它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序的填满型腔，且对补缩具有控制作用。
d.冷料井通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。
其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料。
冷料井也经常起拉勾凝料的作用。
4.1.2浇注系统设计原则
a.浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；
b.尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间；
c.浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利排气和补缩；
d.避免高压熔体对型芯很让和嵌件产生冲击，防止变形和位移；
e.浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤；
f.熔合缝位置需合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽；
g.尽量减少浇注系统的用料量；
h.浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上精度。
4.1.3浇注系统布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。
a.平衡式布置：
从主流道末端到各型腔的分流，其长度、端面形状和尺寸都对应相等。
这种布置可使塑料熔体均衡地充满各个型腔。
一起出模的各塑件质量和尺寸精度的一致性好。
但分流道较长，对熔体阻力大，浇注系统凝料多。
如图4.1所示，圆周均不，较适宜均衡充模，但流道较长。
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