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目 錄
1 緒論 2
1.1塑料成型與注塑模具 2
1.2國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.2國外發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.3中國與國外先進(jìn)技術(shù)的差距 4
1.3塑料模具發(fā)展走勢 4
2 塑件材料分析與方案論證 6
2.1塑件的工藝分析 6
2.1.1塑件的材料 6
2.1.2聚苯乙烯的基本特性 6
2.1.3聚苯乙烯的成型特點 6
2.1.4聚苯乙烯的主要用途 6
2.1.5 聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù) 6
2.2塑件的成型工藝 6
2.2.1注射成型的原理 7
2.2.2注射成型的工藝過程 7
2.2.3注射成型工藝參數(shù) 9
2.2注塑模的機(jī)構(gòu)組成 9
2.3方案論證 10
3 注射成型機(jī)的選擇 12
3.1估算塑件體積 12
3.2計算塑件質(zhì)量 12
3.3注塑機(jī)的注射容量 12
3.4鎖模力 12
3.5選擇注塑機(jī)及注塑機(jī)的主要參數(shù) 13
3.5.1注射機(jī)的選擇 13
3.5.2 XS-ZY-125型注塑機(jī)的主要參數(shù) 13
3.6注塑機(jī)的校核 13
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計 15
4.1澆注系統(tǒng)的功能 15
4.1.1澆注系統(tǒng)的組成 15
4.1.2澆注系統(tǒng)設(shè)計原則 15
4.1.3澆注系統(tǒng)布置 15
4.2流道系統(tǒng)設(shè)計 17
4.2.1主流道設(shè)計 17
4.2.2冷料井設(shè)計 18
4.2.3澆口設(shè)計 18
5 成型零件設(shè)計 20
5.1分型面的設(shè)計 20
5.2成型零件應(yīng)具備的性能 21
5.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.1凹模（型腔）結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22
5.4成型零件工作尺寸計算 22
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素 22
5.4.2成型零件工作尺寸的計算 23
圖5.2 型芯 25
5.4.3模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算 25
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 27
6.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 27
6.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 27
6.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計 27
6.2.2導(dǎo)柱的設(shè)計 28
6.2.3導(dǎo)套的設(shè)計 28
6.3推板導(dǎo)套導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29
7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計 29
7.1脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 29
7.1.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則 29
7.1.2脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 29
7.1.3脫模機(jī)構(gòu)的分類 30
7.2脫模力的計算 30
7.3簡單脫模機(jī)構(gòu) 30
7.3.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點 31
7.3.2頂出機(jī)構(gòu)的形狀 31
7.4復(fù)位裝置 32
8 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 33
8.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的分類 33
8.2側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 33
8.2.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計要點 33
8.2.2側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理及其類型 34
8.2.3斜斜頂抽心距的計算 34
8.2.4斜頂?shù)慕M合與導(dǎo)滑形式 35
8.2.5開模行程和拉桿尺寸的確定 36
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 37
9.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 37
9.1.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 37
9.1.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑件質(zhì)量的影響 37
9.2冷卻系統(tǒng)的機(jī)構(gòu) 38
9.2.1模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 38
9.2.2模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 38
10 塑料模具用鋼 40
10.1注塑模材料應(yīng)具備的要求 40
10.2模具材料選用的一般原則 40
10.3本模具所選鋼材及熱處理 40
11 模具工作過程 42
12 模具可行性分析 43
12.1本模具的特點 43
12.2市場效益及經(jīng)濟(jì)效益分析 43
13 總結(jié) 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
3
1目錄
目 錄
1 緒論 2
1.1塑料成型與注塑模具 2
1.2國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.2國外發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2.3中國與國外先進(jìn)技術(shù)的差距 4
1.3塑料模具發(fā)展走勢 4
2 塑件材料分析與方案論證 6
2.1塑件的工藝分析 6
2.1.1塑件的材料 6
2.1.2聚苯乙烯的基本特性 6
2.1.3聚苯乙烯的成型特點 6
2.1.4聚苯乙烯的主要用途 6
2.1.5 聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù) 6
2.2塑件的成型工藝 6
2.2.1注射成型的原理 7
2.2.2注射成型的工藝過程 7
2.2.3注射成型工藝參數(shù) 9
2.2注塑模的機(jī)構(gòu)組成 9
2.3方案論證 10
3 注射成型機(jī)的選擇 12
3.1估算塑件體積 12
3.2計算塑件質(zhì)量 12
3.3注塑機(jī)的注射容量 12
3.4鎖模力 12
3.5選擇注塑機(jī)及注塑機(jī)的主要參數(shù) 13
3.5.1注射機(jī)的選擇 13
3.5.2 XS-ZY-125型注塑機(jī)的主要參數(shù) 13
3.6注塑機(jī)的校核 13
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計 15
4.1澆注系統(tǒng)的功能 15
4.1.1澆注系統(tǒng)的組成 15
4.1.2澆注系統(tǒng)設(shè)計原則 15
4.1.3澆注系統(tǒng)布置 15
4.2流道系統(tǒng)設(shè)計 17
4.2.1主流道設(shè)計 17
4.2.2冷料井設(shè)計 18
4.2.3澆口設(shè)計 18
5 成型零件設(shè)計 20
5.1分型面的設(shè)計 20
5.2成型零件應(yīng)具備的性能 21
5.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.1凹模（型腔）結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
5.3.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22
5.4成型零件工作尺寸計算 22
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素 22
5.4.2成型零件工作尺寸的計算 23
圖5.2 型芯 25
5.4.3模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算 25
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 27
6.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 27
6.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 27
6.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計 27
6.2.2導(dǎo)柱的設(shè)計 28
6.2.3導(dǎo)套的設(shè)計 28
6.3推板導(dǎo)套導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 29
7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計 29
7.1脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 29
7.1.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則 29
7.1.2脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 29
7.1.3脫模機(jī)構(gòu)的分類 30
7.2脫模力的計算 30
7.3簡單脫模機(jī)構(gòu) 30
7.3.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點 31
7.3.2頂出機(jī)構(gòu)的形狀 31
7.4復(fù)位裝置 32
8 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 33
8.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的分類 33
8.2側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 33
8.2.1側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計要點 33
8.2.2側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理及其類型 34
8.2.3斜斜頂抽心距的計算 34
8.2.4斜頂?shù)慕M合與導(dǎo)滑形式 35
8.2.5開模行程和拉桿尺寸的確定 36
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 37
9.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 37
9.1.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 37
9.1.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑件質(zhì)量的影響 37
9.2冷卻系統(tǒng)的機(jī)構(gòu) 38
9.2.1模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 38
9.2.2模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 38
10 塑料模具用鋼 40
10.1注塑模材料應(yīng)具備的要求 40
10.2模具材料選用的一般原則 40
10.3本模具所選鋼材及熱處理 40
11 模具工作過程 42
12 模具可行性分析 43
12.1本模具的特點 43
12.2市場效益及經(jīng)濟(jì)效益分析 43
13 總結(jié) 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
1 緒論
1.1塑料成型與注塑模具
塑料工業(yè)是由塑料原料和塑料制品生產(chǎn)兩大系統(tǒng)組成，二者相輔相成，缺一不可，而塑料制品生產(chǎn)是實現(xiàn)塑料原料自身價值的唯一手段。塑料制品生產(chǎn)的目的就是根據(jù)各種塑料的性能，利用各種工藝方法，使其成為具有一定形狀而又有使用價值的物品或定型材料。塑料制品生產(chǎn)主要由成型、機(jī)械加工、表面裝飾、裝配等環(huán)節(jié)組成，其重要一環(huán)就是塑料成型。
塑料成型就是將各種形態(tài)的塑料原料（粉料、粒料、溶液或分散體）制成所需形狀的制品或胚件的過程。塑料成型的方法很多，如注塑、吹塑、擠出等等。而注塑成型以其能成型高尺寸精度、高復(fù)雜性的制品和高效率占有重要一席。
塑料注塑成型過程是，塑料原料從注塑機(jī)的料斗進(jìn)入加熱筒，經(jīng)塑化后由柱塞或螺桿的推動，在一定壓力下通過噴嘴進(jìn)入模具型腔，經(jīng)冷卻固化后而開模獲得制品（塑件）。除少數(shù)幾種塑件外，幾乎所有的塑件都可以注塑成型。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，注塑制品占所有模塑件總產(chǎn)量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具數(shù)量的二分之一以上。注塑成型制品的應(yīng)用已十分廣泛，并隨著塑料原料的不斷改進(jìn)，已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬和非金屬材料的制品，發(fā)展注塑模具大有可為。
塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極其密切的關(guān)聯(lián)，世界各國對塑料模的現(xiàn)代設(shè)計與制造技朮都極為關(guān)注。近年來，國外對塑料模的熱流道系統(tǒng)﹑溫度控制系統(tǒng)﹑應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工及減少熱處理變形等方面都做了許多探索，并取得了一定成果。國外許多企業(yè)在塑模的設(shè)計與制造方面，已采用了CAD/CAM系統(tǒng)。這對提高塑件制品質(zhì)量，縮短塑模制造周期，降低塑件生產(chǎn)成本方面取得較好經(jīng)濟(jì)效益。
塑模設(shè)計的傳統(tǒng)方法，是依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗﹑技巧和現(xiàn)有的設(shè)計數(shù)據(jù)，從對塑件的工藝計算到塑模的設(shè)計制圖，全靠手工勞動。對塑模的制造就更需要專業(yè)人員付出大量的繁雜勞動。所以塑件的質(zhì)量和數(shù)量都遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。隨著計算器技朮的廣泛應(yīng)用，塑模設(shè)計和制造采用了CAD/CAM系統(tǒng)，從而大大提高了模具設(shè)計制造的效率。
塑模CAD/CAM的應(yīng)用可以提高塑模的設(shè)計﹑制造質(zhì)量和速度。據(jù)日本有關(guān)數(shù)據(jù)報道，僅用CAD系統(tǒng)即可縮短設(shè)計時間（40-70)%。另據(jù)文獻(xiàn)介紹，日本在151個模具制造廠中調(diào)查有11%采用了CAD系統(tǒng)，7%采用了NC自動編程系統(tǒng)，在64個注塑造廠中有22%采用了CAD系統(tǒng)，有16%采用CAD/CAM系統(tǒng)，10%采用了NC自動編程系統(tǒng)。采用NC機(jī)床可以提高制造精度，節(jié)省能耗和擴(kuò)大制造功能。國內(nèi)CAD/CAM的開發(fā)起步較晚，雖然在這方面已進(jìn)行了大量研究開發(fā)工作，但仍較落后，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
塑料模具材料直接影響塑模的使用壽命﹑加工成本及產(chǎn)品的成型質(zhì)量，因此設(shè)計時要正確地選擇模具材料。用于塑料模具材料的品種很多，其中主要是以鋼﹑合金工具鋼﹑冷﹑熱模具鋼，不銹鋼等，此外，有色金屬中有鋅合金﹑鋁合金﹑鈹銅或某些新材料等。隨著材料科學(xué)不斷發(fā)展，在模具新材料的應(yīng)用上，國內(nèi)外都已經(jīng)對模具的工作條件，失效形式和提高撒哈拉沙模具的使用壽命的途徑方面進(jìn)行了大量的研究工作，并開發(fā)出許多不僅具有良好的使用性能，而且還有加工好，熱處理變形小的新型塑料模具鋼，如預(yù)硬鋼﹑時效硬鋼﹑析出硬化鋼﹑耐腐蝕鋼等，并在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。選擇塑模材料的主要依據(jù)是塑模工作條件，對工作精度要求較低，工作條件比較好的塑模，可選擇價格較低廉的普通材料制造，而對一些工作精度要求較高，工作條件惡劣的塑模，則需要選擇價格較貴﹑使用性能好的材料制造。必要時還應(yīng)尋加工好的模具零件進(jìn)行特殊的強(qiáng)化處理，以使塑模具有較長的使用壽命。
1.2國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)，也是一個國家加工工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志。近年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平取得了長足的發(fā)展。當(dāng)前，國內(nèi)已經(jīng)能生產(chǎn)精度達(dá)2微米的的精密多工位級進(jìn)模，工位數(shù)最多已達(dá)160個，使用壽命1－2億次，大型模具、精密塑料模具和部分汽車覆蓋模具都已經(jīng)達(dá)到了很高的水平。
現(xiàn)在，我國模具生產(chǎn)廠點約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)80多萬人?！笆濉逼陂g，模具年平均增長速度達(dá)到20％左右，2005年模具銷售額達(dá)650億元，同比增長25％；模具出口7.4億美元，比2004年的4.9億美元增長約50％，均居世界前列。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50％，塑料模具約占33％，壓鑄模具約占6％，其它各類模具約占11％。但是，由于創(chuàng)新能力弱，行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)難以突破，使得我國模具行業(yè)長期以來面臨著“低端競爭、高端進(jìn)口”的尷尬局面。
為了適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，模具越來越向著大型化、高精度化、多功能復(fù)合模具化等方向發(fā)展。熱流道模具、氣輔模具等先進(jìn)的模具加工技術(shù)也將在塑料模具中得到更廣泛的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)件的廣泛應(yīng)用，將極大的影響模具制造周期，提高模具的質(zhì)量，并降低模具的制造成本。模具技術(shù)含量的不斷提高，將使中高檔模具比例不斷增大，產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)調(diào)整將引發(fā)模具市場走勢不斷變化。
1.2.2國外發(fā)展?fàn)顩r
高新技術(shù)在歐美模具企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，在國際上是一流的。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。
(1) CAD/CAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，CAD/CAE/CAM已成為模具企業(yè)普通應(yīng)用的技術(shù)。
(2) 為了縮短制模周期、提高市場競爭力，普遍采用高速切削加工技術(shù)。
(3) 快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用。
目前，國外注射成型技術(shù)的發(fā)展迅速，精密注射成型、注射成型中的計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及全電動注射劑、兩板式注射機(jī)、無拉桿注射機(jī)、電磁動態(tài)化注射機(jī)、低壓注射成型、高速注射成型、復(fù)合注射成型、超級小精密注射成型等技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，都大大提高了國外模具的生產(chǎn)和制造水平。
1.2.3中國與國外先進(jìn)技術(shù)的差距
中國模具生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設(shè)計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家落后許多，也比英國、加拿大、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等國落后、其差距主要表現(xiàn)在下列幾方面。國內(nèi)自配率不足80％，其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。中國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），專業(yè)模具廠也大多數(shù)是“大而全”、“小而全”的組織形式。國外模具企業(yè)大多是“小而?！?、“小而精”。模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進(jìn)水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進(jìn)水平長許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低。與國際先進(jìn)水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)。
1.3塑料模具發(fā)展走勢
(1)提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。
(2)在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設(shè)計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
(3)推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且其常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
(4)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 (5)提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。
(6)應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
(7)研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測量儀或三坐標(biāo)掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設(shè)備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。
本次畢業(yè)設(shè)計中主要應(yīng)用了先進(jìn)的CAD軟件和Pro/E軟件。其中Pro/E主要用于模具成型零件的3D設(shè)計，并向2D設(shè)計人員提供制品的其它有關(guān)參數(shù)，如投影面積，體積等，以優(yōu)化模具設(shè)計，使模具結(jié)構(gòu)更加合理。我這次的畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是模具結(jié)構(gòu)，在論文中，對于由CAD軟件和Pro/E軟件完成的內(nèi)容將直接說明，不作具體說明。
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畢業(yè)設(shè)計（論文）
2 塑件材料分析與方案論證
2.1塑件的工藝分析
2.1.1塑件的材料
此塑件的材料為聚苯乙烯（PS)。
2.1.2聚苯乙烯的基本特性
聚苯乙烯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，密度為1.05，電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優(yōu)良,無色透明,透光率僅次于有機(jī)玻璃,著色性耐水性,化學(xué)穩(wěn)定性良好,強(qiáng)度一般,但質(zhì)脆,易產(chǎn)生應(yīng)力脆裂,不耐苯。汽油等有機(jī)溶劑。
2.1.3聚苯乙烯的成型特點
無定形料,吸濕小,不須充分干燥,不易分解,但熱膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。動性較好,可用螺桿或柱塞式注射機(jī)成型。宜用高料溫,高模溫,低注射壓力,延長注射時間有利于降低內(nèi)應(yīng)力,防止縮孔.變形?？捎酶鞣N形式澆口,澆口與塑件圓弧連接,以免去處澆口時損壞塑件。脫模斜度大,頂出均勻。塑件壁厚均勻,最好不帶鑲件,如有鑲件應(yīng)預(yù)熱。
2.1.4聚苯乙烯的主要用途
適于制作絕緣透明件，裝飾件及化學(xué)儀器，光學(xué)儀器等零件。
2.1.5 聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù)
密度（g/ cm3）：1.05；
收縮率（%）：0.4～0.7；
熔融溫度℃：180～280℃；
成型模溫℃：10～85℃；
流動比：30～150；
結(jié)晶性：非結(jié)晶性；
射速：中等速度；
適用注塑機(jī)類型：螺桿式、柱塞式均可。
2.2塑件的成型工藝
塑料的種類很多，其成型的方法也很多，有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、氣動與液壓成型、泡沫塑料的成型等。其中前四種方法最為常用。本塑件的成型采用注射成型。
注射成型又稱為注射模塑，是熱塑性塑料制件的一種主要成型方法，除個別熱塑性塑料外，幾乎所有熱塑性塑料都可用此方法成型。近年來，注射成型已成功的用來成型某些熱固性塑件。
注射成型可成型各種形狀的塑料制件。它的特點是成型周期短，能一次成型外觀復(fù)雜、尺寸精密、帶有嵌件的塑料制件，且生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，所有廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，但注射成型的設(shè)備及模具的制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料制件生產(chǎn)。
注射成型所用的設(shè)備是注塑機(jī)。目前注塑機(jī)的種類很多，但普遍采用的是柱塞式注塑機(jī)和螺桿式注塑機(jī)。
2.2.1注射成型的原理
注射成型是原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注塑機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射劑柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件，這樣就完成了一次工作循環(huán)。如圖2.1所示。[2]
圖2.1 注射成型工作循環(huán)
2.2.2注射成型的工藝過程
注射成型工業(yè)過程包括：成型前的準(zhǔn)備、注射成型過程以及塑件的后處理三個階段。
(1)成型前的準(zhǔn)備
為確保注射過程順利進(jìn)行和保證質(zhì)量，應(yīng)對所用設(shè)備和塑料進(jìn)行一下準(zhǔn)備工作：
①成型前對原料的預(yù)處理 根據(jù)各種塑料的特性及供料狀況，一般在成型前對原料進(jìn)行外觀（指色澤、粒度大小及均勻性等）和工藝性能（熔融指數(shù)、流動性、收縮率等）檢驗。如果來料為粉料，則有時還需進(jìn)行捏合、塑煉、造料等操作。此外對所用料粒有時還需要進(jìn)行干燥。
②料筒的清洗 在注射成型前，如果料筒內(nèi)殘余塑料與將要使用的塑料不一致以及需要調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對料筒進(jìn)行清洗或更換。
柱塞式注射機(jī)料筒內(nèi)的存料量較多且料筒中間有分流梭，因此清洗較困難，必須拆卸清洗或者采用專用料筒。
③螺桿式注射機(jī)通常是直接換料清洗。為節(jié)省時間和原料，換料清洗應(yīng)根據(jù)塑料的熱穩(wěn)定性成型溫度范圍及各種塑料之間的相容性的因素采用正確的清洗步驟。當(dāng)新料的成型溫度高預(yù)料筒內(nèi)存料的成型溫度時，先將料筒溫度升至新料的最低成型溫度，然后加入新料，并連續(xù)“對空注射”，直至全部存料清洗完畢，在調(diào)整料筒溫度進(jìn)行正常生產(chǎn)。當(dāng)新料成型溫度比存料成型溫度低，則先將料筒溫度升高到存料最好的流動溫度后切斷電源，用新料在降溫下進(jìn)行清洗。當(dāng)新料與存料成型溫度相近時，則不必變更溫度，直接清洗即可。
④脫模劑的使用 脫模劑是使塑件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。常用的脫模劑有硬脂酸鋅液體石蠟和硅油等。除了硬脂酸鋅不能用于聚酰胺之外，上述三種脫模劑對于一般塑料均可使用，其中尤以硅油脫模效果最好，只要對模具施用一次，即可長效脫模，但價格很貴。硬脂酸鋅多用于高溫模具，而液體石蠟多用于中低溫模具。
使用脫模劑時，要求涂層適量和均勻，否則會影響塑料的外觀及性能。
(2)注射成型過程
注射過程是塑料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芗闹饕A段。它包括加料、塑化、加壓、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
①加料 由注射劑料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機(jī)裝置來控制。
②塑化 塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到熔融流動狀態(tài)，并具有良好的塑性的全過程。就生產(chǎn)的工藝而論，對這一過程的總要求是：在規(guī)定時間內(nèi)提供足夠數(shù)量的熔融塑料，塑料熔體在進(jìn)入型腔之前要充分塑化，既要達(dá)到規(guī)定的成型溫度，又要使塑化料各處的溫度盡量均勻一致，還要使熱分解物的含量達(dá)最小值。這些要求與塑料的特性、工藝條件的控制及注射機(jī)塑化裝置的結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。
③加壓注射 注射機(jī)用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經(jīng)過噴嘴、澆注系統(tǒng)直至注入模腔。
④保壓 保壓是自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。保壓的目的一方面是防止注射壓力解除后，如果澆口尚未凍結(jié)，發(fā)生型腔中熔料通過澆口流向澆注系統(tǒng)，導(dǎo)致熔體倒流；另一方面則是當(dāng)型腔內(nèi)熔體冷卻收縮時，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿可迫使?jié)部诟浇娜哿喜粩嘌a(bǔ)充進(jìn)模具中，使型腔中塑料能成型出形狀完整而致密的塑件。
⑤冷卻定型 當(dāng)澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固，繼續(xù)保壓已不再需要，此時可退回柱塞或螺桿，同時通入冷卻水或空氣等冷卻介質(zhì)，對模具進(jìn)一步冷卻，這一階段稱冷卻定型。實際上冷卻定型過程從塑料注入型腔起就開始，它包括從注射完成、保壓到脫模前這一段時間。
⑥脫模 塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑件推出模外。
(3)塑料的后處理
塑件經(jīng)注射成型后，除去澆口凝料，修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后處理主要指退火和調(diào)濕處理。
①退火處理 退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)（如熱水甘油和液體石蠟）或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻的過程。其目的在于減少由于塑件在料筒塑化不均勻或在型腔內(nèi)冷卻速度不一致，而形成內(nèi)應(yīng)力，這在生產(chǎn)厚壁或帶有金屬鑲件得塑件時尤為重要。一般退火溫度控制在塑件使用溫度以上10~15℃，或低于塑料的熱變形溫度10~20℃。退火處理的時間取決于塑件品種、加熱介質(zhì)、溫度、塑件的形狀和成型條件。退火時間到達(dá)后，塑件緩慢冷卻至室溫，冷卻太快，有可能重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
②調(diào)濕處理 將剛脫模的塑件放在熱水中進(jìn)行處理，以隔絕空氣，防止塑件氧化而變色，同時，加快達(dá)到吸濕平衡的一種處理方法。通過處理，使塑件的顏色性能和尺寸達(dá)到穩(wěn)定。通常聚酰胺類塑件需進(jìn)行調(diào)濕處理，處理的時間隨塑料的品種形狀厚度及結(jié)晶度大小而異。
2.2.3注射成型工藝參數(shù)
對于一定的塑件，當(dāng)選擇了適當(dāng)?shù)乃芰掀贩N、成型方法及設(shè)備，設(shè)計了合理的成型工藝過程及模具結(jié)構(gòu)之后，在生產(chǎn)中，工藝條件（參數(shù)）的選擇及控制就是保證成型順利進(jìn)行和塑件質(zhì)量的關(guān)鍵。注射成型最主要的工藝參數(shù)是塑化流動和冷卻的溫度、壓力，以及相應(yīng)的各個作用時間。
(1)溫度 注射成型過程需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。前兩種溫度主要影響塑料的塑化和流動；而后一種溫度主要影響塑料的充模和冷卻定型。
(2)壓力 注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力。它們關(guān)系到塑化和成型的質(zhì)量。
(3)時間(成型周期) 完成一次注射成型所需要的時間，稱為成型周期。它是決定注射成型生產(chǎn)率及塑件質(zhì)量是一項重要因素。
2.2注塑模的機(jī)構(gòu)組成
注射模具包括動模和定模兩部分，動模安裝在注射機(jī)的移動模板上，定模安裝在注射機(jī)的固定模板上。注射時動模與定模閉合，構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，開模時動模與定模分離，以便取出塑料制品。
根據(jù)模具中各個部件所起的作用，可將模具分為以下幾個基本組成部分：
①成型零部件 主要用來決定制品的幾何形狀和尺寸，如凸模決定制品的內(nèi)形，而凹模決定制品的外形。
②合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 主要用來保證動模和定模兩大部份或模具中其它零部件（如凸模合凹模）之間的準(zhǔn)確對和，以保證制品形狀和尺寸的精確度，并避免模具中各種零件發(fā)生碰撞和干涉。
③澆注系統(tǒng) 是將注射機(jī)射出的塑料熔體引向閉合模腔的通道，對熔體充模時的流動特性以及注射成型質(zhì)量都具有重要影響。由主澆道、分流道、澆口及冷料穴等組成。
④推出機(jī)構(gòu) 在開模過程中，需要有推出機(jī)構(gòu)將塑料制品及其在流道內(nèi)的凝料推出或拉出。
⑤調(diào)溫系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，需要有調(diào)溫系統(tǒng)對模具的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。模具的冷卻一般依靠模具內(nèi)開設(shè)的冷卻水道中的冷卻水，模具的加熱則依靠在模具內(nèi)部或周圍安裝的電加熱元件。
⑥排氣結(jié)構(gòu) 注射模中設(shè)置排氣結(jié)構(gòu)是為了在塑料熔體充模過程中排除模腔中的空氣和塑料本身揮發(fā)出的各種氣體，以避免他們造成缺陷。排氣結(jié)構(gòu)即可以是排氣槽，也可以是模腔附近的一些配合間隙。
⑦支承零部件 這類零部件在注射模中用來安裝固定或支承成型零部件等上述七種功能結(jié)構(gòu)，將支承零部件組裝在一起，可以構(gòu)成模具的基本骨架。
2.3方案論證
此次設(shè)計的塑料模具的塑件圖如圖2.2所示。
圖2.2 矩形盒蓋三維圖
方案一：矩形盒蓋兩邊側(cè)凹采用強(qiáng)制脫模；
方案二：矩形盒蓋兩邊側(cè)凹采用斜頂抽芯；
方案三：矩形盒蓋兩邊側(cè)凹采用斜頂抽芯；
方案一采用強(qiáng)制脫模,雖然模具設(shè)計結(jié)構(gòu)比較簡單，但是塑件容易產(chǎn)生變形或者破壞。方案二采用斜頂抽芯抽芯機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜加工成本高。方案三采用斜頂抽芯結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低。
經(jīng)過以上三種方案綜合比較，決定采用第三種方案，其模具結(jié)構(gòu)草圖如圖2.3所示。
圖2.3矩形盒蓋的模具結(jié)構(gòu)草圖
3注塑機(jī)的選擇
3 注射成型機(jī)的選擇
3.1估算塑件體積
(1)用Pro/E軟件計算塑件體積為：
V1=14263㎜3
(2) 用Pro/E軟件計算澆注系統(tǒng)的體積：
V2=2031㎜3
(3)估算總體積:
V=2V1+V2=30557㎜3
3.2計算塑件質(zhì)量
此塑件材料為聚苯乙烯（PS），經(jīng)查表的其密度ρ=1.05g/cm3 則其質(zhì)量為：
M=ρv
=1.05×30.6
=38.43
3.3注塑機(jī)的注射容量
確定了單個塑件的體積和模腔數(shù)量就可以大體計算出多模塑件的總體積，再加上教主系統(tǒng)中主流到、分流到、澆口、冷料井的體積，即是一模的塑料的總體積， ，在選擇注射機(jī)的注射容量 時可用下式計算。
（式3-1）
式中 ——注射機(jī)最大注射容量，；
——成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和，；
0.8——最大注射容量的利用系數(shù)。
計算得，V注≤38.25
3.4鎖模力
型腔總的投影面積為：A=4138mm2；
計算其所需鎖模力F為：F=1.5×P×A=93.105KN，
畢業(yè)設(shè)計（論文）
式中：——型腔單位面積的注射壓力(MPa)，查手冊得=45MP。
3.5選擇注塑機(jī)及注塑機(jī)的主要參數(shù)
3.5.1注射機(jī)的選擇
綜合以上的分析，聯(lián)系實際情況，現(xiàn)初選XS-ZY-60型注射出成型機(jī)。
3.5.2 XS-ZY-125型注塑機(jī)的主要參數(shù)
理論注射量： 60㎝3
螺桿直徑： 42㎜
注射壓力： 119MPa
最大注射面積： 320㎜
鎖模力： 500KN
模板最大行程： 300㎜
模具最大厚度： 300㎜
模具最小厚度： 200㎜
拉桿空間（長×寬）： 290×260mm
定位孔直徑： 100mm
噴嘴球半徑： 12mm
噴嘴孔徑： 4mm
注射方式： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速： 16，28，48r/min
3.6注塑機(jī)的校核
(1)最大注射量校核
最大注射量是指注射機(jī)一次注射塑料的最大容量，設(shè)計時應(yīng)保證成型塑件所需的注射量小于所選注射機(jī)的最大注射量。
XS-ZY-60型注射出成型機(jī)的理論注射量為6038.25，因此滿足要求。
(2)鎖模力校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機(jī)抽向的很大的推力，此推力的大小等于塑件加上澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（即注射面積）乘以型腔內(nèi)的塑料壓力。此力可使模具沿分列面漲開。為了保持動、定模閉合緊密，保密塑件的尺寸精度并盡量減小溢邊厚度，同時也為了保障操作人員的人身安全，需要機(jī)床提供足夠大的鎖模力。因此，欲使模具從分型面漲開的必須小于注射機(jī)規(guī)定的鎖模力。即
（式3-2）
式中 ——注射機(jī)的額定鎖模力，t；
——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，cm2；
——熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力，kg/cm2；
——安全系數(shù)，通常取1.1～1.2。
經(jīng)查表可得，=300 kg/cm2；
即
即該注塑機(jī)的鎖模力符合要求。
(3)模具厚度校核
模具厚度必須滿足下式：
（式3-3）
式中 ——模具閉合厚度，mm；
——注塑機(jī)所允許的最小模具厚度，200mm；
——注塑機(jī)所允許的最大模具厚度，300mm；
根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖可知，初選的模具厚度為276mm。
則，滿足要求。
(4)開模行程校核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模行程，其開模行程按下式效核
+（5～10）(mm) （式3-4）
式中 S——注塑機(jī)的最大行程，mm；
——為塑件抽心的脫模距離，此模具中為2mm；
——包括流道在內(nèi)的塑件高度，此模具中為86mm；
——定模板與澆口板的分離距離，此模具中為10mm；
所以上式成立（300>98），即該注塑機(jī)的開模行程符合要求。
由以上對各參數(shù)的效核可知該XS-ZY-60型注塑機(jī)符合要求。
4澆注系統(tǒng)設(shè)計
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴到模具型腔為止的一種完整的輸送管道。它具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量具有決定性影響。
4.1澆注系統(tǒng)的功能
澆注系統(tǒng)的作用，是將塑料熔體順利地充滿到型腔深處，以獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件。因此要求充模過程快而有序，壓力損失小熱量散失少，排氣條件好，澆注系統(tǒng)凝料易于與制品分離或切除。
4.1.1澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)一般由四部分組成。
(1)主流道 指由注射機(jī)噴嘴出口起到分流道入口止的一段流道。它是塑料熔體首先經(jīng)過的通道，且與注塑機(jī)噴嘴在同一軸線。
(2)分流道 指主流道末端至澆口的整個通道。分流道的功能是使熔體過渡和轉(zhuǎn)向。單型腔模具中分流道是為了縮短流程。多型腔注射模中分流道中為了分配物料，通常由一級分流道和二級分流道，甚至多級分流道組成。
(3)澆口 指分流道末端與模腔入口之間狹窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔體加快流速注入模腔內(nèi)，并有序的填滿型腔，且對補(bǔ)縮具有控制作用。
(4)冷料井 通常設(shè)置在主流道和分流道轉(zhuǎn)彎處的末端。其功用為“捕捉”和貯存熔料前鋒的冷料。冷料井也經(jīng)常起拉勾凝料的作用。
4.1.2澆注系統(tǒng)設(shè)計原則
(1)澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上，應(yīng)有壓降、流量和溫度分布的均衡布置；
(2)盡量縮短流程，以降低壓力損失，縮短充模時間；
(3)澆口位置的選擇，應(yīng)避免產(chǎn)生湍流和渦流，及噴射和蛇形流動，并有利排氣和補(bǔ)縮；
(4)避免高壓熔體對型芯很讓和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移；
(5)澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷；
(6)熔合縫位置需合理安排，必要時配置冷料井或溢料槽；
(7)盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量；
(8)澆注系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到所需精度和粗糙度，其中澆口須有IT8以上精度。
4.1.3澆注系統(tǒng)布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類，一般以平衡式為宜。
5成型零件設(shè)計
(1)平衡式布置 從主流道末端到各型腔的分流，其長度、端面形狀和尺寸都對應(yīng)相等。這種布置可使塑料熔體均衡地充滿各個型腔。一起出模的各塑件質(zhì)量和尺寸精度的一致性好。但分流道較長，對熔體阻力大，澆注系統(tǒng)凝料多。如圖4.1所示，圓周均不，較適宜均衡充模，但流道較長。而H形排列，適宜于矩形塑件。
4.1 澆注系統(tǒng)平衡式布置
(a)、(b)圓形排列；(c)(d)H形排列。
(2)非平衡式布置 見圖4.2，由于從主流道末端到各個型腔的分流道長度各不相等。為達(dá)到均衡充模，需將澆口尺寸按距主流道遠(yuǎn)近，進(jìn)行修正。此種布置，流程雖短但制件質(zhì)量一致性很難保證。
圖4.2 澆注系統(tǒng)非平衡式布置
澆注系統(tǒng)無論是平衡或非平衡布置，型腔均應(yīng)與模板中心對稱。使型腔和流道的投影中心與注射機(jī)鎖模力中心重合，避免注射時產(chǎn)生附加的傾側(cè)力矩。
4.2流道系統(tǒng)設(shè)計
流道系統(tǒng)包括主流道、分流道和冷料井以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4.2.1主流道設(shè)計
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利進(jìn)入，開模時又能使主流道的凝料順利拔出。熱塑性塑料的主流道一般由澆口套構(gòu)成。主流道入口直徑d，應(yīng)大于注塑機(jī)噴嘴直徑1mm左右。這樣便于兩者能同軸對準(zhǔn)，也使得主流道凝料能順利脫出。主流道入口的凹坑球面半徑R，應(yīng)該大于注塑機(jī)噴嘴頭半徑約2～3mm。反之，兩者不能很好粘合，會讓塑料熔體反噴，出現(xiàn)溢邊導(dǎo)致脫模困難。錐孔粗糙度。主流道的錐角a=2°～4°。過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣。過小錐角使凝料脫模困難；還會使充模時流動阻力大，比表面增大，熱量損耗大。[2]
如圖4.3所示，為主流道機(jī)構(gòu)。
（a）澆口套二維圖 （b）澆口套三維圖
圖4.3 主流道的設(shè)計
圖中，d=噴嘴孔徑+1mm；R=噴嘴球面半徑+2～3mm；a=2°～4；
r=D/8；H=（1/3～2/5）R
主流道直徑的經(jīng)驗公式為
（4-1）
式中 ——主流道大頭直徑，mm；
——流經(jīng)主流道的熔體體積（包括各個型腔、各級分流道、主流道以及冷料穴的容積），mm；
——因熔體材料而異的常數(shù)，查手冊[1]得PC的K=1.5。
則
取D=10mm。
噴嘴孔徑為3.2mm，噴嘴球面半徑為11mm
4.2.2冷料井設(shè)計
冷料井的位置在正對主澆道的動模上，一般處于分流道的末端，它的作用是將物料前端的“冷料”收集起來，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件的質(zhì)量。開模時冷料井能起到將主流道的冷凝料拉出的作用，冷料井的直徑比應(yīng)比主流道的大端直徑稍微大一些。冷料井的形式有帶Z形拉料勾的冷料井；帶球頭形拉料的冷料井；倒錐形冷料井等。
本方案采用冷料井方案如下圖4.4所示。
圖4.4
4.2.3澆口設(shè)計
澆口是連接分流道和型腔的一段細(xì)短澆道，它的形狀、數(shù)量、尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大。
(1)澆口的尺寸及類型 澆口的截面積一般取分流道截面積的3%～6%，澆口的長度約1～1.5mm，在設(shè)計時應(yīng)取最小值，試模時逐步修正。澆口的形狀有矩形（厚度和寬度比為1：3）、圓形、梯形和U形。澆口的類型有直接口、側(cè)澆口、平縫式澆口、扇形澆口、點澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、潛伏式澆口和護(hù)耳澆口等。
本模具采用的點澆口，點澆口全稱針點式澆口，是典型的限制型澆口。具有如下優(yōu)點：
①可大大提高塑料熔體剪切速率，表現(xiàn)粘度江都明顯，致使充模容易。
②熔體經(jīng)過點澆口時因高速摩擦生熱，熔體溫度升高，黏度再次下降，致使流動性再次提高。
③能正確控制補(bǔ)料時間，無倒流之慮；有效降低塑件特別是澆口附件的殘余應(yīng)力，提高了制品質(zhì)量。
④能縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。
⑤有利澆口與制品的自動分離，便于實現(xiàn)塑件生產(chǎn)過程的自動化。
⑥澆口痕跡小，容易修整。
⑦在多型腔模中，容易實現(xiàn)各型腔均衡進(jìn)料，改善了塑件質(zhì)量。
⑧能較自由地選擇澆口位置。
點澆口的缺點有：
①必須采用雙分型面的模具結(jié)構(gòu)；
②不適合高粘度和對剪切速率不敏感的塑料熔體；
③不適合厚壁塑料成型；
④要求采用較高的注射壓力。
點澆口的結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。
圖4.5點澆口的機(jī)構(gòu)形式
圖中主要尺寸為：澆口直徑（0.5～1.5）mm，l=0.5～2mm，
H=3， ，R=1.5～3，r=0.2～0.5。
(2)澆口的位置 澆口的位置對塑件的質(zhì)量有極大的影響，澆口的位置選擇時應(yīng)遵循如下原則：
①澆口應(yīng)開設(shè)在塑件較厚的部位，以利于熔體流動，型腔的排氣和塑料的補(bǔ)塑，避免塑件產(chǎn)生縮孔或表面凹陷；
②澆口的設(shè)置應(yīng)避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕，影響塑件的外觀；
③澆口應(yīng)設(shè)置在能使型腔的各個角落同時充滿的位置；
④澆口應(yīng)設(shè)置在有利于排出型腔中的氣體的位置；
⑤澆口應(yīng)設(shè)計在能避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕的部位；
⑥模具的型芯細(xì)小時，澆口設(shè)計應(yīng)注意不能使熔融塑料直接沖擊型芯，以免型芯被沖擊變形。
⑦澆口不要設(shè)置在塑件使用中的承受彎曲載荷和沖擊載荷的部位。
5 成型零件設(shè)計
注射模具閉合時，成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔，成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件，各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸、和表面。在開模和脫模時需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高雅容器，它的強(qiáng)度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
5.1分型面的設(shè)計
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面。分型面的設(shè)計在注射模的設(shè)計中占有相當(dāng)重要的位置，分型面的設(shè)計合理與否直接影響到塑件的質(zhì)量；模具的整體機(jī)構(gòu)；工藝操作的困難程度及模具的制造成本。常見的取出區(qū)間的主分型面，與開模方向垂直。也有采用與開模方向一致的側(cè)向主分型面。分型面大都是平面，也有秦泄密案、曲面或臺階面。
分型面的選擇原則：
①分型面應(yīng)選擇在塑件外形的最大輪廓處，只有這樣才能使塑件從模具中順利地脫模，這是最根本的一條原則。
②分型面的選擇應(yīng)考慮有利于塑件的脫模，一般模具的脫模機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在動模一側(cè)，模具開模后塑件應(yīng)停留在動模一邊，以便塑件順利脫模。
③分型面的選擇要保證塑件的進(jìn)度要求，塑件光畫的表面不應(yīng)設(shè)計分型面，以避免影響外觀質(zhì)量；塑件中要求同軸度的部分要放在分型面的同一側(cè)，以保證塑件同軸度的要求。
④分型面的選擇還應(yīng)考慮模具的側(cè)向抽拔距，由于模具側(cè)向分型是由機(jī)械分型機(jī)構(gòu)來完成的，所以抽拔距都比較小，選擇分型面時應(yīng)將抽芯和分型距離長的方向置于開模的方向，將小抽拔距作為側(cè)向分型或抽芯。
⑤分型面作為主要的排氣渠道，應(yīng)將分型面設(shè)計在熔融塑料的流動末端，以便于模具型腔內(nèi)氣體的排出。
⑥選擇分型面時應(yīng)使模具零件易于加工，減小機(jī)加工的難度，要使模具加工工藝最簡單。
鑒于以上要求，本模具的分型面設(shè)在矩形盒蓋的底部，此處為塑件截面尺寸最大的部位，是該塑件分型面的一個好的選擇。
5.2成型零件應(yīng)具備的性能
由于成型零件的質(zhì)量直接影響到塑件的質(zhì)量，且與高溫高壓的塑料熔體接觸，所以必須具備一下性能：
①具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。
②具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。
③具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。
④零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。
⑤成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。
5.3成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.3.1凹模（型腔）結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模也稱為型腔，是成型塑件表面形狀的模具零部件。按結(jié)構(gòu)不同可分為五種：
(1)整體式凹模 它是由整塊材料加工制成。整體式凹模的強(qiáng)度高，成型的塑表面光滑無痕跡，但模具加工困難，熱處理變形大，材料浪費嚴(yán)重，適用于中小型簡單模具。
(2)整體嵌入式凹模 經(jīng)常應(yīng)用于多型腔模具，凹模常加工成帶臺階的鑲塊，從凹模固定板下部嵌入，或者凹模與凸模固定板采用過盈配合，用螺釘連接在固定板上，凹模如果是回轉(zhuǎn)體，還需要銷釘或平鍵定位止轉(zhuǎn)。整體嵌入式凹模加工和安裝容易，熱處理變形小，便于凹模損壞時的更換和維修，成型后的塑件如有毛刺扥缺陷時，有利于脫模和后處理。
(3)鑲嵌式凹模 有的模具采用局部鑲嵌式凹模，對于大型模具或形狀復(fù)雜的模具，為了便于機(jī)械加工或熱處理，而采用大面積鑲嵌式凹模。局部鑲嵌的凹模一般都是凹模的易損部分或難于加工成型的部分，凹模鑲嵌的配合表面要磨平、拋光，以減少塑件成型時的表面毛刺，保證塑件表面質(zhì)量。
(4)四壁拼合式凹模 弱國矩形凹模巨大且復(fù)雜，可將底部和四壁分別加工，經(jīng)研磨后嵌入模套，側(cè)壁之間采用扣鎖連接，以保證連接的準(zhǔn)確性。
(5)拼塊式凹模 對于有側(cè)凹的圓形塑件要采用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，以便塑件順利從凹模取出，凹?？捎袃蓧K或多塊拼合而成。
本模具為外形簡單的中小型塑件，采用整體式凹模。
5.3.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯是成型塑件內(nèi)表面的模具零件，根據(jù)成型情況不同，型芯可分為一下結(jié)構(gòu)形式：
(1)整體型芯 整體型芯是在型芯固定板或型腔上直接加工出型芯，這種型芯結(jié)構(gòu)牢固，成型的塑件質(zhì)量好，但模具的加工難度大，適用于內(nèi)形簡單、深度不大的型芯設(shè)計。
(2)鑲嵌式型芯 在多型腔模具中常常將型芯加工成帶臺階的型芯，鑲嵌到型芯固定板上，如型芯為回轉(zhuǎn)體且有不對稱凹槽或凸起，需要加銷釘定位止轉(zhuǎn)。當(dāng)型芯細(xì)小時，可采用過盈配合，鉚接或樹脂粘結(jié)的方法將型芯與固定板連接起來。
(3)組合式型芯 對于形狀較為復(fù)雜的型芯通常用兩個或多個型芯共同組合而成，這種方法可以講復(fù)雜型芯簡單化，使加工難度降低，也有利于型芯的拋光。它需求各型芯配合面要平整，與型芯固定板的配合要緊密，不要是用銷釘或螺釘固定連接。
5.4成型零件工作尺寸計算
注塑模成型零件工作尺寸，是指成型零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件在高壓和熔融溫度下充模成型，并在模具溫度下冷卻固化，最終在室溫下進(jìn)行尺寸檢測和使用。因此，塑料制品的形狀和尺寸精度的獲得，必須考慮物料的成型收縮率等眾多因素的影響。成型零件的工作尺寸主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸和精度。
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素
(1)成型收縮率 塑料成型后的收縮率與塑料的材料、塑件的結(jié)構(gòu)、模具的結(jié)構(gòu)以及成型的工藝條件等因素有關(guān)，因此，在實際工作中，成型收縮率的波動很大，從而引起塑料尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為：
（式5-1）
式中 ——塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差，mm；
——塑料的最大收縮率，%；
——塑料的最小收縮率，%；
——塑件尺寸，mm。
一般情況，由成型收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
(2)模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件的加工困難，制造成本和加工周期也會加大加長。實踐證明，如果模具成型零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級之間，成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
(3)模具成型零件的磨損 模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時與塑件的摩擦、成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕性氣體的銹蝕以及由于上述原因造成的模具成型零件表面粗糙度提高而要求重新拋光等，均可造成模具成型零件尺寸的變化，凹?；蛐颓怀叽缱兇?，凸模或型芯尺寸變小。這種由于磨損造成的模具成型零件尺寸的變化值與塑件的產(chǎn)量、塑料原料及模具都有關(guān)系，當(dāng)塑件產(chǎn)量較大時，模具表面耐磨性要好（如采用高硬度材料，模具表面鍍硬金屬層，表面滲氮處理等）。對于中小塑件，模具的成型零件最大磨損可取塑件公差的1/6，而大型塑件，模具的成型零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6一下。
(4)模具安裝配合的誤差 模具的成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差應(yīng)不影響模具成形零件的尺寸精度和位置精度。
5.4.2成型零件工作尺寸的計算
型腔、型芯組成的模腔工作尺寸計算方法有平均收縮法和公差帶法兩種。本文按照平均收縮法進(jìn)行計算。
(1)型腔尺寸的計算
①型腔徑向尺寸 型腔徑向尺寸的計算式
（式5-2）
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸：
——塑料的平均收縮率；
——塑料的公差；
——模具制造公差，按IT9級公差選取而精度要求不高的塑件按（1/3～1/6）選取，此處選1/6。
②型腔深度尺寸 型腔深度尺寸的計算式
（式5-3）
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸：
——塑料的平均收縮率；
——塑料的公差，塑件制造尺寸公差按IT4選??；
——模具制造公差，按IT9級公差選取而精度要求不要的塑件按（1/3～1/6）選取，此處選1/6。型腔如下圖5.1所示
圖5.1 型腔
(2)型芯尺寸的計算
①型芯徑向尺寸 型芯徑向尺寸的計算公式：
（式5-4）
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸：
——塑料的平均收縮率；
——塑料的公差，塑件制造尺寸公差按IT4選??；
——模具制造公差，按IT9級公差選取而精度要求不高的塑件按（1/3～1/6）選取，此處選1/6。
所以型芯徑向尺寸如下：
② 型芯的高度尺寸 型芯高度尺寸的計算式：
（式5-5）
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸：
——塑料的平均收縮率；
——塑料的公差；
型芯如下圖5.2：
圖5.2 型芯
5.4.3模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算
塑料模在注塑成型過程中，由于注射成型壓力很高、型腔內(nèi)部承受熔融塑料的巨大壓力，這就要求型腔要有一定的強(qiáng)度和剛度，如果模具型腔的強(qiáng)度和剛度不足，則會造成模具的變形和斷裂。型腔側(cè)壁所受的壓力應(yīng)以型腔內(nèi)所受最大壓力為準(zhǔn)，對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎曲變形，應(yīng)按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常常在彎曲變形之前，其內(nèi)應(yīng)力已超過許用應(yīng)力，應(yīng)按強(qiáng)度計算。
(1)型腔側(cè)壁厚度的計算 整體式圓形型腔的壁厚適宜組合式圓形型腔壁厚計算的基礎(chǔ)進(jìn)行計算的。由于它在側(cè)壁變形時收到腔底的約束，在一定高度范圍內(nèi)，半徑的變形量較小，越接近腔底愈小。在側(cè)壁和腔底的交界處，其變形量趨于零。而端部受其約束較小，其受力情況與組合式圓形性強(qiáng)相似，所以在通常情況下，整體式圓形性強(qiáng)按強(qiáng)度條件計算壁厚，計算公式如下。
（式5-5）
式中 ——型腔的側(cè)壁厚度，mm；
——型腔內(nèi)單位平均壓力，mm；
——型腔高度，mm；
——型腔材料的彈性模量，MPa；
——型腔許用變形量，mm。
型腔材料取淬硬到HRC53～58的鋼材，其
塑件材料為PC的型腔許用變形量0.06～0.08
此處取
則：
(2)型腔腔底厚度的計算
①按剛度條件計算 計算公式如下：
（式5-6）
式中 ——型腔腔底厚度，mm；
——型腔內(nèi)半徑，mm。
則
②按強(qiáng)度條件計算 計算公式如下：
（式5-7）
式中 ——型腔材料的需用壓力，MPa。
型腔材料去淬硬到HRC53～58的鋼材，取=1