汽車保險杠注射模具設計

汽車保險杠注射模具設計摘要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險桿作為一種重要的安全裝置走向了革新的道路，保險桿除了有保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化和表亮化。本文敘述了其注塑模具設計的一般流程，包括塑膠件的工藝分析；模具具體結構的設計；及模具各種 2D、3D 工程圖的繪制；熱流道技術；注塑成型設備的選擇；相關參數(shù)的計算與說明等等。相比其他注塑模設計，本文采用目前模具設計中先進的熱流道技術，包括噴嘴的設計、流道板的具體參數(shù)的選擇與設計等等。本塑件是一個寬度 1.6 米左右，高 0.3 米左右，厚度 2.54 厘米之間的汽車后保險杠。塑件整體尺寸較大，無螺紋，所以不需要涉及螺紋設計。這次設計的模具的頂出方式采用簡單脫模機構中的頂桿脫模機構。頂桿脫模機構是最典型的簡單脫模機構，它結構簡單，制造容易且維修方便。在整個設計工作中，本文主要運用 3D 軟件 Pro/E 以及 CAD 軟件來完成產(chǎn)品的造型。此外還利用 CAD 繪制了模具裝配圖以及各種成型零件圖。這是第一次利用繪圖軟件對整套模具進行設計，對所學知識進行了全面鞏固，意義重大！關鍵詞：熱流道；注塑模設計；Pro/E; CADBumper Mould DesignAbstract：The birth of mobile phones has changed many people's living habits, and the cell phone charge at GM because of its exceptional circumstances (price, convenience, etc.) get more people liked it, so in our lives was widely used. Block, which is connected rechargeable cell phone battery charging devices and the key positions. This paper describes the design of its injection mold of the general processes, including plastic pieces of technology analysis; specific structure of the mold and die various 2 D, 3D rendering of the plan; hot runner technology; injection molding equipment choice of the relevant parameters Calculation and description, and so on. The plastic parts are a width of 1.6 meters, 0.3 meters high, the thickness of 2.5 to 4 cm between the car rear bumper. Overall size larger plastic parts, non-threaded, so do not involve thread design. The design of the mold ejection ejection mechanism with a simple way of mandrel pulling mechanism. Mandrel ejection mechanism is the most typical simple stripping mechanism, its simple structure, easy to manufacture and easy maintenance.Compared to other injection mold design, mold design currently used in this paper in the hot runner advanced technologies, including the nozzle design, flow-specific parameters of choice and design, and so on. Throughout the design work in this paper use 3 D software Pro / E to complete the modeling products. In addition, also has drawn up the mold assembly drawing as well as each kind of Molding Parts drawing using CAD . This is that the first time makes use of the software drawing to carry out design on package mould , have carried out all-round consolidation on what be learned knowledge，The significance is significant！Keywords：Hot Runner；Injection Mould Design；Pro/E; CAD目錄1 前言 12 塑件結構與成型工藝分析 42.1 汽車保險杠模具的設計 .42.1.1 汽車保險杠的立體示意圖 42.1.2 汽車保險杠的二維視圖 42.1.3 汽車保險杠的結構尺寸特征分析 42.1.4 塑件工藝性分析 52.2 塑料彎管原材料的選擇分析 .52.2.1 塑料的原材料的選擇 52.2 超高沖擊強度 PP 性能指標 53 成型工藝方案的確定 73.1 尺寸精度分析 .73.2 塑件的體積和質量 .73.3 選擇注射機 .73.4 型腔數(shù)量以及注射機有關工藝參數(shù)的校核 .83.4.1 型腔數(shù)量 83.4.2 最大注射量校核 83.4.3 鎖模力的校核 93.4.4 注射壓力校核 93.4.5 開模行程校核 93.5 分型面的選擇 .94 澆注系統(tǒng)設計 114.1 澆注系統(tǒng)設計原則 .114.2 熱流道注塑模具技術 .134.3 主流道設計 .144.2 加熱管功率的計算 .154.3 噴嘴 .164.4 流道板 .184.5 氣動系統(tǒng) .194.6 注塑模的熱流道系統(tǒng)的裝配 .215 成型零件結構設計 245.1 型芯與型腔的結構設計 .245.2 整體式矩形型腔側壁厚度計算。 .245.3 整體式矩形底板厚度計算 .255.4 型芯的尺寸計算 .265.4.1 型芯的徑尺寸計算 265.4.2 型芯高度尺寸計算 265.5 型腔尺寸計算 .275.5.1 型腔徑向尺寸 275.5.2 型腔高度尺寸計算 276 冷卻系統(tǒng)的設計 286.1 冷卻系統(tǒng)設計原則 .286.2 塑料注射量的計算 .286.3 制品所需冷卻時間的計算 .296.4 冷卻水體積流量的計算 .306.5 水孔直徑的選擇 .316.6 冷卻水在管道內的流速 .316.7 冷卻水流動狀態(tài)的校核 .316.8 冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù) h316.9 計算冷卻水通道的導熱總面積 A.326.10 計算模具所需冷卻水管道的總長度 L .326.11 冷卻水路的根數(shù) x326.12 冷卻系統(tǒng)的結構設計 .327 排氣系統(tǒng) 348 塑件脫模機構的設計 358.1 脫模機構設計原則 .358.2 脫模力的計算 .368.21 矩形臺錐形型芯脫模力計算 .368.3 頂桿的尺寸的計算： .379 繪制模具裝配圖和模具的安裝制造 389.1 裝配圖的繪制 .389.2 模具零件加工制造 .399.2.1 注塑模主要零件加工工藝 .399.3 模具的安裝與試模 .399.3.1 熱流道模具的安裝 .399.3.2 熱流道模具的試模 4010.動作原理 41致謝 .441 前言隨著社會的發(fā)展，越來越多的汽車進入到我們千家萬戶。從2009年開始，我國已居汽車生產(chǎn)和消費世界第一，但同時汽車的安全性能也廣受大家的關注，保險杠作為汽車的重要安全裝置也倍受各個汽車生產(chǎn)廠家的重視汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力、防護車身前后部的安全裝置。轎車前后保險杠在20年前是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形槽鋼，表面處理鍍鉻，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，這樣的保險杠既不美觀，而且成型困難，增加了車體重量且容易腐蝕破壞。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，全金屬保險杠越來越不適合現(xiàn)代汽車在輕量化以及車體造型一體化等方面的要求，尤其在轎車、輕型車上，用塑料保險杠取代全金屬保險杠的已成為一種趨勢。作為鋼鐵件的替代產(chǎn)品，其優(yōu)點很多：一、塑料的韌性好：可以吸收部分沖擊、碰撞、飛扎等帶來的沖擊能量。一般來說，目前的汽車保險杠材料是由PP改造而成，主要有 POE添加或者EPDM添加。質量高的保險杠用進口原裝PP，普通的就添加或者全部用進口 PP。二、質量輕。與鋼材相比，塑料保險杠的質量只有鋼材的六分之一到七分之一，能大大減少汽車自重。三、塑料保險杠加工成型方便。一旦開好一套模具，即可不停地注塑、產(chǎn)能大，而且檢測方便快捷。四、塑料保險杠成本低且易控制。從結構上說，保險杠是由外板、緩沖材料和橫梁三部分組成。其中外板和緩沖材料用塑料制成，橫梁用厚度為1.5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U 形槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲連接，可以隨時拆卸下來。塑料保險杠使用的塑料，大體上使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。例如標致轎車的保險杠，采用了聚酯系材料并用反應注射模成型法做成。而大眾的奧迪、高爾夫、上海的桑塔納、天津的夏利等型號轎車的保險杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。國外還有一種稱為聚碳酯系的塑料，滲入合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出來的保險杠不但具有高的強度和剛性，還具有可以焊接的優(yōu)點，而且涂裝性能好，在轎車上的用量越來越多。盡管塑料保險杠有這么多的優(yōu)點，但像大型塑料件如汽車保險杠在加工成型時卻比較困難，一般多采用注塑的方法；汽車保險杠在注塑的時候也會遇到短射、翹曲、縮水、氣紋，氣孔，熔接痕、顏色異常等注塑缺陷。從20世紀80年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年的增長速度均為13% ，在1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，到2000年我國模具總產(chǎn)值為260270億元，其中塑料模具占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模具工業(yè)從起步發(fā)展到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，從總體來說，各個方面都有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。根據(jù)各種顯示數(shù)據(jù)的表明，我國模具市場的總體趨勢是穩(wěn)定提升的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將繼續(xù)高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。這次模具設計總主要運用到熱流道注射模具技術, 從 20 世紀 80 年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年的增長速度均為 13% ，在 1999 年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245 億，到 2000 年我國模具總產(chǎn)值為 260270 億元，其中塑料模具占 30%左右。在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模具工業(yè)從起步發(fā)展到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，從總體來說，各個方面都有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。根據(jù)各種顯示數(shù)據(jù)的表明，我國模具市場的總體趨勢是穩(wěn)定提升的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將繼續(xù)高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。在未來的發(fā)展中，精密、大型、復雜、長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，其中國產(chǎn)化的占有率也會提高；在塑料模具設計制造中全面推廣應用 CAD/CAE/CAM 技術，先進的 CAD/CAE/CAM 技術對提高模具生產(chǎn)效率和質量起到了直接的作用；推廣和應用熱流道技術、氣輔注塑成型技術和高壓注塑成型技術，隨著生產(chǎn)的快速自動化要求，這類先進的成型技術將得到越來越多的關注和應用；開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和進步，要求模具的生產(chǎn)周期大大縮短和經(jīng)濟實用；提高塑料模具標準化水平和標準件的使用率，由于現(xiàn)代工業(yè)的分工越來越細，模具行業(yè)也要提高模具的標準化，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；應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術；研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程等。2 塑件結構與成型工藝分析2.1 汽車保險杠模具的設計2.1.1 汽車保險杠的立體示意圖圖 2.1 汽車保險杠 3D 圖2.1.2 汽車保險杠的二維視圖圖 2.2 汽車保險杠三視圖2.1.3 汽車保險杠的結構尺寸特征分析該塑件是前汽車保險杠，其二維圖如圖 2.2 所示。塑件的壁厚為 3.5mm，材料為改性 PP-EPDM-T10，成型工藝性好，可以注射成型。2.1.4 塑件工藝性分析本塑件是一個寬度1.6米左右，高0.3米左右，厚度2.54厘米之間的汽車后保險杠。塑件整體尺寸較大，無螺紋，所以不需要涉及螺紋設計。這次設計的模具的頂出方式采用簡單脫模機構中的頂桿脫模機構。頂桿脫模機構是最典型的簡單脫模機構，它結構簡單，制造容易且維修方便。目前，PP 汽車保險杠專用材料主要是以 PP為主材，加入一定比例的橡膠或彈性體材料、無機填料、色母粒、助劑等經(jīng)過混煉加工而成。由于塑件較大，注塑過程選用熱流道澆注系統(tǒng)，以減少澆口數(shù)量以及冷凝料。從參考實體上可以看到，制件合理設置了加強筋。增加了制件剛性，減少變形。制件中加強筋的設計同時能承受較大的頂出力，有利于布置頂桿。同時，加強筋厚度約等于制件壁厚，有利于塑料的充模。2.2 塑料彎管原材料的選擇分析2.2.1 塑料的原材料的選擇實際生產(chǎn)采用的材質為改型聚丙烯，超強沖擊強度 PP。這種材質相近的專業(yè)保險杠 PP(聚丙烯) 材料，PP 為結晶型高聚物，常用塑料中 PP 最輕，密度僅為0.91g/cm （比水?。Ｍㄓ盟芰现?，PP 的耐熱性最好，其熱變形溫度為 80-100，能3在沸水中煮。PP 有良好的耐應力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“ 百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于 PE 料。PP 產(chǎn)品質輕、韌性好、耐化學性好。PP 的缺點：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差、易產(chǎn)生“銅害” ，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化變形。PP 在熔融溫度下有較好的流動性，成型性能好，PP 在加工上有兩個特點：其一：PP 熔體的粘度隨剪切速度的提高而有明顯的下降（受溫度影響較?。黄涠悍肿尤∠虺潭雀叨尸F(xiàn)較大的收縮率。 2.2 超高沖擊強度 PP 性能指標表2.1超高沖擊強度PP材料的技術參數(shù)性能參數(shù) 測試方法 PP 企業(yè)標準 密度（g/CM 3） GB/T1033 0.89-0.93 熔體流動速率 GB/T1033 3-7 (g/10min) 拉伸強度 (MPa) GB/T1040 15.7 伸長率（%） GB/T1040 400 彎曲強度（MPa） GB/T1042 15.7 彈性模量 (MPa) GB/T1042 588 缺口沖擊強度 (J/m) GB/T1843 500 3 成型工藝方案的確定3.1 尺寸精度分析該塑件所有尺寸的精度為 IT4 級，對塑件的尺寸精度要求不高，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。從塑件的壁厚上來看，該塑件的所有壁厚均勻，都為 3.5。m3.2 塑件的體積和質量塑件的工作條件對精度要求較高，根據(jù) PP 的性能可選擇其塑件的公差等級為MT4使用ProE 3.0的分析測量實體功能，可以自動計算出制件的體積為體積4223966。3m根據(jù)測出的體積，以及制件所用塑料的密度，可以算出每個制件的質量，= =4223.966×0.95=4012.7677g 式制M制V（3.1） 3.3 選擇注射機按塑化方式(即塑化用的零部件及原理)不同,注射機可分為柱塞式和螺桿式兩大類注射機。螺桿式注射機。先是動模部分和定模部分合模，接著注射油缸活塞推動螺桿按要求的注射壓力和注射速度將已塑化好的塑料經(jīng)噴嘴及模具的澆注系統(tǒng)射入型腔，當塑科充滿型腔后，螺桿繼續(xù)對塑料保持一定的壓力，促使塑料補充塑件冷卻收縮所需之料，同時阻止塑料倒流，經(jīng)一定時問的保壓后，注射油缸活塞壓力消失，螺桿開始轉動。這時，由料斗落入科簡的塑料在料簡中塑化。當模具型腔內的塑件冷卻定型后，摸具打開，在模具推出機構的作用下，塑件由模具型芯中脫出.柱塞式注射機。由注射機的合模機構帶動模具的動模部分與定模部分合模，然后注射機的柱塞將塑料推進到加料筒中，使其熔融成粘流態(tài)。在高壓下，高速地通過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入型腔。充滿型腔的熔體在型腔中保壓冷卻定型。然后，柱塞復位，料斗中的塑料又落入料筒。合模機構帶動動模部分把模具打開，由推件板把塑件由型芯上推下 ?！俊?1模塑設備的選擇主要依據(jù)注射量，因此需計算塑件的質量，注塑模一次成型的塑料重量( 塑件與流道凝料之和)應在注塑機理論注塑量的 1080之間，這樣既能保證產(chǎn)品質量，又可以充分發(fā)揮設備的能力，以選在 5080之間為最好。因此，鑒于以上選取思想，本次設計中擬采用 HTF3600X1c 型注塑機，主要性能指標見表 3.1 所示：表 3.1 注射機 HTF3600X1c 有關技術參數(shù)技術參數(shù) HTF3600X1c 技術參數(shù) HTF3600X1c最大鎖模力 36000KN 最大開合模行程 2250 m模具最大厚度 2100 m模具最小厚度 1100噴嘴圓弧半徑 20 噴嘴孔直徑 10注射重量 17557g 拉桿間距 2200 20理論注射量 19293 3c注射壓力 161Mpa定位孔徑直徑 315mm 最大注射速度 1779 Sg/3.4 型腔數(shù)量以及注射機有關工藝參數(shù)的校核3.4.1 型腔數(shù)量從注塑容積來看，此注塑機已屬于大型注塑機的級別，通過對此注塑機最大注塑容積與制件的體積的比較，模具采用一模一腔的模具結構。本實驗采取一模一腔設計。3.4.2 最大注射量校核注塑機的最大注塑量應大于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊） ，通常注塑機的實際注塑量最好為注塑機的最大注塑量的80。所以，選用的注塑機最大注塑量應滿足：式澆塑 件機 V8.0（3.2）塑件體積為 4223966 澆鑄系統(tǒng)體積大約為 200000 最大注射容積為3mm311811 。很明顯該注塑機的注塑量滿足要求。33.4.3 鎖模力的校核由于型腔平均壓力為 50Mpa。A=245771mm3 P×A=245771×50=7373.31KN 明顯小于注射機合模力 36000KN，鎖模力合格。3.4.4 注射壓力校核 制品注塑壓力為70100Mpa，同時較大注塑壓力的5點進澆的最大注塑壓力約為50Mpa，4點進澆最大注塑壓力約為60Mpa， 小于注射機：注射壓力 (MPa)：137Mpa,所以符合要求。3.4.5 開模行程校核所選注塑機的模板行程為 2250mm。由于塑件高度只有 310.5mm，加上需要頂出的距離，以及 510mm 的額外行程，仍然小于注塑機的模板行程，故該注塑機的開模行程滿足要求。其允許最大模厚最小模厚分別為 2.1m 和 1.1m，初選模具模厚為 1.9m左右，滿足開模行程要求。綜合以上的校核，所選的注塑機完全符合要求。3.5分型面的選擇如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：（1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。（2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。（3) 保證塑件的精度要求。（4) 滿足塑件的外觀質量要求。（5) 便于模具加工制造。（6) 有利于防止溢料。（7) 有利于排氣的效果 ?！俊?2該塑件分型面沒有懸念，就選取在塑件投影面積最大處。圖 3.1 分型面4 澆注系統(tǒng)設計4.1 澆注系統(tǒng)設計原則塑料制件在注塑成型時，塑料在注射機噴嘴中熔融，經(jīng)過主流道、分流道，最后通過澆口進入模具的型腔中，經(jīng)過冷卻固化后可得到所需的制件。所以注塑模具的澆注系統(tǒng)是指從注射機噴嘴到型腔的塑料熔體的流動通道。澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，占有非常重要的地位，它的設計合理與否對注塑的成型周期和制件質量（幾何特征、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響。因此，澆注系統(tǒng)的作用是保證塑料熔體順利、平穩(wěn)地填充到型腔當中，在這個過程中，把壓力充分地傳遞到各個部位，以便于獲得組織緊密、外形清晰的塑料制件。由于澆注系統(tǒng)在模具設計中的重要地位，所以設計時應遵循如下原則：（1）型腔布置和澆口開設的部位應對稱，防止溢料現(xiàn)象的產(chǎn)生；（2）型腔和澆口的排列要合理，盡量地縮小模具的外形尺寸；（3）流程應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費大），且應盡量減小彎折，降低壓力損失，縮短填充時間；（4）對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落，即分流道盡可能采用平衡式布置；（5）在滿足充滿型腔的前提下，澆注系統(tǒng)的容積應盡量小，以減少塑料的耗量；（6）澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不應影響塑件的外觀。（7）澆注系統(tǒng)的排氣要良好，能夠順利地引導熔融塑料填充到型腔的各個深度，不產(chǎn)成渦流和紊流，并能使模腔內的氣體順利排除 ?！?【】 【 1043澆注系統(tǒng)的設計包含了主流道的設計、冷料井的設計、分流道的設計、澆口的設計等。其中澆口又稱進料口，是連接分流道末端與型腔入口之間的一段細短的流道（直接澆口除外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的位置對制件的質量有直接的影響，位置選擇不當會產(chǎn)生變形、熔接痕、凹陷等等。所以在一般的澆注系統(tǒng)設計中，澆口的設計要注意以下幾點：（1）澆口的位置應使充模的流程最短；（2）澆口的位置應有利于排氣；（3）澆口的位置的選擇應該避免制件的變形；（4）澆口的位置避免選擇在細長薄壁上；（5）澆口的位置設計應該避免產(chǎn)生熔接痕 ?！俊?5這是傳統(tǒng)模具設計的重要設計環(huán)節(jié)，對于本次畢業(yè)設計，采用的是熱流道型注塑模具設計，所以澆注系統(tǒng)的設計與熱流道系統(tǒng)的設計結合在一起，流道和澆口的直徑大小，主流道與分流道的布置等內容將在熱流道系統(tǒng)中提及，所以這部分將省略。由于塑件尺寸很大，熔料流程很長，使得前鋒熔料到達型腔末端時溫度過低。容易產(chǎn)生熔接不牢和充填不足現(xiàn)象。通常注射工藝上會采取增大注射壓力的辦法來提高熔料的流動性。但是注射壓力增大，熔料易粘模，塑件脫模困難，而且在強大的注射壓力作用下模具可能會鎖不緊，易產(chǎn)生溢料飛邊。因此該模具考慮了采用熱流道澆注系統(tǒng)。節(jié)約原料、降低制品成本是熱流道模具最顯著的特點。普通澆注系統(tǒng)中要產(chǎn)生大量的料柄，在生產(chǎn)小制品時澆注系統(tǒng)凝料的重量可能超過制品重量。由于塑料在熱流道模具內一直處于熔融狀態(tài)，制品不需修剪澆口，基本上是無廢料加工，因此可節(jié)約大量原材料。由于不需廢料的回收、挑選、粉碎、染色等工序，故省工、省時、節(jié)能降耗。注射料中因不再摻入經(jīng)過反復加工的澆口料，故產(chǎn)品質量可以得到顯著的提高，同時由于澆注系統(tǒng)塑料保持熔融，流動時壓力損失小，因而容易實現(xiàn)多澆口、多型腔模具及大型制品的低壓注射。熱澆口有利于壓力傳遞，在一定程度上能克服塑件由于補料不足而形成的凹陷、縮孔、變形等缺陷.熱流道注射模在注射成型過程中，澆注系統(tǒng)內的熔料始終處于熔熔狀態(tài)，流道暢通無阻，壓力損失小，熔料易于填充，而且澆注系統(tǒng)不需脫模，在下一次成型時，與從注塑機料筒來的新料一起，再注入型腔，使流道凝料大大減少。4.2 熱流道注塑模具技術從 20 世紀 80 年代以來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，平均每年的增長速度均為 13% ，在 1999 年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為 245 億，到 2000 年我國模具總產(chǎn)值為 260270 億元，其中塑料模具占 30%左右。在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模具工業(yè)從起步發(fā)展到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，從總體來說，各個方面都有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。根據(jù)各種顯示數(shù)據(jù)的表明，我國模具市場的總體趨勢是穩(wěn)定提升的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將繼續(xù)高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。在未來的發(fā)展中，精密、大型、復雜、長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，其中國產(chǎn)化的占有率也會提高；在塑料模具設計制造中全面推廣應用 CAD/CAE/CAM 技術，先進的 CAD/CAE/CAM 技術對提高模具生產(chǎn)效率和質量起到了直接的作用；推廣和應用熱流道技術、氣輔注塑成型技術和高壓注塑成型技術，隨著生產(chǎn)的快速自動化要求，這類先進的成型技術將得到越來越多的關注和應用；開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和進步，要求模具的生產(chǎn)周期大大縮短和經(jīng)濟實用；提高塑料模具標準化水平和標準件的使用率，由于現(xiàn)代工業(yè)的分工越來越細，模具行業(yè)也要提高模具的標準化，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；應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術；研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程等。盡管在很多方面，熱流道模具與冷流道模具相比有顯著的優(yōu)點，但熱流道模具也存在一些缺點與不足。概括起來有以下幾點。（1）模具的總體成本上升。由于熱流道模具的元件價格比較貴，所以熱流道模具成本可能會大幅度增高。如果制件為小批量生產(chǎn)，成本價格貴是影響熱流道模具廣泛使用的主要問題之一。（2）熱流道模具制作工藝要求高。由于熱流道模具需要精密的加工機械作保證，所以熱流道系統(tǒng)與模具的配合要求極為嚴格，否則在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)很多嚴重問題，如噴嘴與澆口相對位置不好導致制品質量嚴重下降等。 （3）溫度控制系統(tǒng)的精確要求很高。（4）熱輻射難以控制，熱流道系統(tǒng)最大的毛病就是流道的熱量損耗，是一個需要解決的重大課題。 （5）與冷流道模具相比，熱流道模具的生產(chǎn)操作與維修比較復雜，對這方面的技術人員要求較高 。】【 7由于快速自動化注塑成型工藝的發(fā)展，熱流道注塑模具正在我國逐漸推廣使用。在 20 世紀 70 年代，我國已經(jīng)有熱流道技術的應用，從 20 實際 90 年代開始，已相繼創(chuàng)建了不少熱流道裝備的經(jīng)營企業(yè)。雖然目前我國的熱流道模具技術有了很大的進步，但是在模具設計和模具加工工藝、制造精度、表面粗糙度、加工模具的復雜程度以及模具的制造周期和使用壽命方面等與國外相比差距十分明顯。此外，模具工業(yè)的整體設備水平也存在相對落后和利用率低、高素質的模具技術人才缺乏等現(xiàn)象。針對當前國內熱流道模具存在的情況，我國的熱流道模具工業(yè)主要發(fā)展趨勢要包括以下幾個方面：熱流道元件的小型化、標準化、系列化；提高熱流道模具材料的耐磨性和耐熱性；4.3 主流道設計本塑件所用的材料為超高沖擊強度 PP，根據(jù)其流動性特點，主流道設計的主要參數(shù)如下：根據(jù)塑料模具設計手冊初步得型注射機噴嘴的有關尺寸：噴嘴前端孔徑：d=10mm噴嘴前端球面半徑： =20mm；0R根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系：； 式m2)(1R0（4.1）； 式)(.5d 0（4.2）取主流道球面半徑： R=21mm；取主流道的小端直徑：d=11mmm；圖 4.1 澆注系統(tǒng)示意圖4.2 加熱管功率的計算熱流道澆注系統(tǒng)如圖39所示，主流道和分流道均在熱流道板內，在分流道周圍鉆有4個孔，孔內插入管式加熱器，功率為每根1 700W，而且在2個分澆口套外各套一個功率為500W 的螺旋式加熱圈熱流道板相當于延伸了注塑機噴嘴，使得熔料流程大為縮短，有利于熔料的填充。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，以防止熔料溫度過高而燒焦。加熱管功率一般憑經(jīng)驗按每kg熱流道板需01到015kW之間： TWCP860/t-(21）式（4.3）式中：P加熱器功率， kWW流道板重量， kgC鋼材比熱，碳鋼為0115J(kg K)T升溫時間，一般取051hT熱流道板溫度，t室溫，4.3 噴嘴熱流道噴嘴是熱流道系統(tǒng)的終端，它包括加熱器，熱電偶和澆口。它將熔體輸送到模具的型腔中。熱流道噴嘴也是熱流道系統(tǒng)的購置部件，包括主流道噴嘴和注射點的噴嘴。主流道噴嘴，也稱中央噴嘴，有關零件組成部件也被稱為主流道杯。主流道噴嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是沒有分流道和流道板，這種熱流道噴嘴被稱為單噴嘴。另外一類的主流道噴嘴下游有多個噴嘴注射型腔，這是多噴嘴的熱流道系統(tǒng)。本文設計的是后者，注射機射來的熔體經(jīng)過主流道杯送到流道板里面的分流道，后經(jīng)注射點的噴嘴由澆口進入模具型腔內。另外一種就是注射點的噴嘴，許多場合，這種購置的噴嘴沒有澆口套零件，由模具制造者將澆口制造在定模上。不帶澆口的噴嘴，有輸出的流道，把熔體導入到注射點。噴嘴是熱流道系統(tǒng)中的復雜部件，其種類繁多。分類也有很多種，以下是其中一些分類形式：從加熱類型分類，噴嘴有外部加熱、內部加熱、兩者混合加熱。從功能分類，分主流道噴嘴和注射點噴嘴。從澆口類型分類，有開式噴嘴、頂針式噴嘴、開關式噴嘴和邊緣式噴嘴，熱流道行業(yè)通常以澆口的類型來命名噴嘴。從注射點的數(shù)目分類，分單噴嘴和多點噴嘴 ?！俊?8除了按以上的形式來分類外，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。本文設計的是后者，注射機射來的熔體經(jīng)過主流道杯送到流道板里面的分流道，后經(jīng)注射點的噴嘴由澆口進入模具型腔內。從注射點的數(shù)目分類，分單噴嘴和多點噴嘴。除了按以上的形式來分類外，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。本次設計選用閥式澆口熱流道噴嘴MV1560，型號為KBS13，噴嘴的外直徑為28mm,噴嘴的流道直徑D 為8mm ，澆口直徑d為1mm，噴嘴長度L 94mm。圖 4.2 熱流道噴嘴流道板的噴嘴：缸體和彈簧可置于流道板側，可直接驅動閥針；熱流道系統(tǒng)所獨有的一種澆口類型:閥澆口,澆口由氣動/液動的閥針控制打開或者開關.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 。 ?！俊?6針閥式熱流道系統(tǒng)的工作原理是：將熱嘴及熱流道板安裝在注射模具上，利用加熱的原理，使塑料從注塑機炮筒出來后始終保持熔融狀態(tài)。其結果是，制品的入水位就好像能直接接觸到注塑機的射嘴一樣，使成品在脫模時，由于針閥的作用而關閉了噴嘴口，避免出現(xiàn)一條或幾條水口，從而無廢料產(chǎn)生。 4.4 流道板熱流道的流道板是整個熱流道系統(tǒng)的中心部件，它的作用是將主流道噴嘴傳輸來的塑料熔體經(jīng)流道平衡的輸送到各個注射點的噴嘴里面。流道板的結構繁多，而且隨著模具行業(yè)的不斷發(fā)展，該部件的技術也在不斷發(fā)展。流道板常見有管式和板式結構。其中管式流道板雖然體積小、熱效率高、防腐蝕，但是需專門設計，而且加工和裝配也較為困難。所以常用的是板式結構，而且是外加熱的。板式結構的流道板懸架在熱板框中，上有定模固定板，下有定模板（有時會在定模板上添加一塊板） 。流道板是由電加熱器加熱的高溫器件，四周是低溫模板。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。在模具中央軸線上，流道板與定模板（或附加板）之間配有中心定位銷，中心定位銷與流道板是緊密配合的。流道板的邊緣還設計有止轉定位銷，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動。流道板上的這兩種定位銷保證了流道板與其他部件的定位精度，保證了流道板與噴嘴的流道的對準，同時防止流道板產(chǎn)成過大的熱應力和熱變形。熱流道板的選擇或設計有些基本要求必須滿足：對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，且與噴嘴間無熔體泄漏等等 ?！俊?9為了熔體能平衡地輸送到注射點的噴嘴上，流道板上的流道就應該有合理的幾何參數(shù)，流道的長度和直徑首先在滿足注射點的數(shù)目和排布的情況下，輸送熔體的流動速率也要合理。為了實現(xiàn)充模的平衡，可以通過兩個途徑來實現(xiàn)：（1）通過設計相等的流徑長度，給予幾何參量的平衡，也就是自然平衡。這種平衡是基于對各注射點流徑的排布，對所有的型腔的流道、澆口的長度都是相等的。流道分叉后，常見的有一分二、一分三和一分四，將流道合理的縮小。（2）根據(jù)流徑長度的不同，以各注射點有相同壓力降為基礎，對流道截面積進行補償，也就是流變學平衡。這種平衡相對于自然平衡，流道的長度較短，總的體積較小，因此流道板較簡單、體積小、重量輕。用流變學平衡設計流道，其計算結果要在一定的工藝條件下得到。流道板上常見的流道直徑為 610mm。流道直徑小于 6mm 將使傳輸壓力降過大，流道直徑大于 10mm 則會使熔體在流道中花費時間過長，但是大型制件的流道直徑有達到 16mm。為了充模的平衡性，流道的直徑根據(jù)自然平衡的方法來計算。在多層分流道直徑計算時，推薦采用下式：式 3/1jjNd（4.4）式中 上游流道的直徑；jd下游流道的直徑；1j下游流道分支數(shù)。1jN4.5 氣動系統(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。它為系統(tǒng)提供合乎質量要求的壓縮空氣。執(zhí)行元件將氣體壓力能轉換成機械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達。控制元件控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類（電磁閥，速度控制閥） 。磁性開關氣缸組成 : 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，通過改變進氣方向，改變活塞桿的移動方向。 磁性開關氣缸是指在氣缸的活塞上安裝有磁環(huán)，在缸筒上直接安裝磁性開關，磁性開關用來檢測氣缸行程的位置，控制氣缸往復運動。因此，就不需要在缸筒上安裝行程閥或行程開關來檢測氣缸活塞位置，也不需要在活塞桿上設置擋塊。氣缸如下圖所示。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關。開關內裝有舌簧片、保護電路和動作指示燈等，均用樹脂塑封在一個盒子內。當裝有永久磁鐵的活塞運動到舌簧片附近，磁力線通過舌簧片使其磁化，兩個簧片被吸引接觸，則開關接通。當永久磁鐵返回離開時，磁場減弱，兩簧片彈開，則開關斷開。由于開關的接通或斷開，使電磁閥換向，從而實現(xiàn)氣缸的往復運動 ?！俊?1圖 4.3 氣缸4.6 注塑模的熱流道系統(tǒng)的裝配這次設計的注塑模熱流道部分主要由噴嘴，流道板等組成，如圖 4.4 所示。圖 4.4 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。下面的裝配步驟是大多廠家所執(zhí)行的。（1）將注射點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±0.01mm。（2）磨削支撐墊的高度，公差為±0.01mm。（3）在不安放金屬密封圈的情況下，試裝流道板，校核止轉銷是否有必需的間隙。如果用螺栓聯(lián)接的，將流道板固定在定模板上（或附加板上）。（4）用螺栓將墊板固定在定模板上（或附加板上）。（5）配合所有的承壓圈，獲得制造商推薦的間隙，間隙的大小要根據(jù)噴嘴加熱后的膨脹系數(shù)等來計算。（6）拆卸流道板，在噴嘴上放置金屬密封圈，該高度應該高于噴嘴平面約0.3mm。然后再次安裝流道板。（如果不安裝密封圈，步驟 6 就不執(zhí)行）（7）固定定模座板。流道板在受熱之后會線膨脹，每 100的升溫，100mm 就有 0.1mm 的膨脹，如果裝配不正確，很容易會產(chǎn)生高壓泄料 。】【 135 成型零件結構設計5.1 型芯與型腔的結構設計型芯是用來成型塑件內表面的零件。型芯也有整體式和組合式之分，形狀簡單的主型芯和模板可以做成整體式，形狀比較復雜或形狀雖不復雜，但從節(jié)省貴重鋼材，減少加工工作量考慮多采用組合式型芯。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。凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其結構不同可分為整體式、整體嵌入式，局部鑲嵌式、大面積鑲拼組合式和四壁拼合式五種。對于本設計中的后保險杠制件，由于尺寸非常大，對凹模的強度以及剛度都有較高的要求，因此擬選用整體式凹模。以防止模腔在塑料充?；蛘弑簳r發(fā)生變形。整體式凹模是由一整塊金屬切削加工而成，整體式凹模的特點是牢固、不易變形。因此對于形狀簡單、容易制造或者形狀復雜，但可以采用加工中心、數(shù)控機床、仿形機床或電加工等特殊方法加工的場合是適宜的。近年來由于型腔加工新技術的發(fā)展和進步，許多過去必須組合加工的較復雜的凹?，F(xiàn)在也可以設計成整體式凹模。這樣不僅提高了型腔的強度，而且大大提高了加工精度和塑件的質量。5.2 整體式矩形型腔側壁厚度計算。理論分析與實踐證明，大型模具的剛度是主要問題，而強度是次要問題。故成型件尺寸應以滿足剛度條件為前提。聚丙烯所允許撓曲量在003004mm。將側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壁厚度：式34)/(Ehpca（5.1）式中:A最小側壁厚度，mmC由 而定的常數(shù)h/LE模具材料的彈性模量，mpaP型腔壓力， mpaH側壁內側邊高，mm允許最大撓曲量，mm式)96/2()/L3c44h（5.2） 41.c對于此保險杠模具P=80mpa E= mpa10.25h=310mm L=1614mmmm mm04.a=63.45mm5.3 整體式矩形底板厚度計算式34)/(p(cSEb（5.3）C常數(shù)，由底板內壁邊長之比 L/b 而定，也可按近似公式計算：式1)/(32)/(c44bLbL（5.4）C=0.0312S=114.6mm5.4 型芯的尺寸計算5.4.1 型芯的徑尺寸計算以塑料的平均收縮率為計算基準查表 2-1-2 得塑料公差等級為 MT4 模具制造公差等級為 IT10PP 取平均收縮率 %5.1cp最大磨損量 mc03.式cpsmL)75.(（5.5） 式中：型腔徑向尺寸 -塑件外形基本尺寸 mLsLPP 平均收縮率 尺寸公差cp模具制造公差取 =mm6/Ls5.71645.7m2/%.1cpm25.125.763)74/35.1645.( 5.4.2 型芯高度尺寸計算式mcpsmH)4/3('（5.6）s0.2631 0.2mm3.06/ mH3.081).24/3%5.1.1( 5.5 型腔尺寸計算5.5.1 型腔徑向尺寸式mcpsmL)4/3(（5.7）式中 為型芯徑向尺寸 為塑件內形基本尺寸sLLs5.71605.7mm2./ m25.125.14637)74/3%5.16075.1( 5.5.2 型腔高度尺寸計算式mcpsmh)4/3(（5.8）s0.2637 0.2m./ mh 3.03.016)24/3%5.106370(