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模具CAD集成技術(shù)
內(nèi)容提要：通過分析計算機輔助注射模設(shè)計和制造的各個環(huán)節(jié)中共享的技術(shù)和信息。本義揭示了注射模CAD的集成技術(shù)的根本內(nèi)涵.并提出了它的研究熱點和趨勢。
引言
模具CAD集成技術(shù)是一項重要的模具先進制造技術(shù)，是一項用高技術(shù)改造模具傳統(tǒng)技術(shù)的重要關(guān)鍵技術(shù)。從六五計劃開始,我國有許多模具企業(yè)采用CAD技術(shù),特別是近年，CAD技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍和深入，人大縮短了模具設(shè)計周期,提高了制模質(zhì)量和復(fù)雜模具的制造能力。然而，由于許多企業(yè)對模具CAD集成技術(shù)認識不足，投資帶有盲目性，不能很好地發(fā)揮作用,造成了很大的浪費。本文就塑料模具CAD集成技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)表一些觀點，供大家參考。
1.塑料模具CAD集成技術(shù)
塑料模具的制造，包括塑料產(chǎn)品的造型設(shè)計、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析、模具的數(shù)控加工(銑削、電加工、線切割等）、拋光和配試模以及快速成形制造等各個環(huán)節(jié)所涉及的CAD單元技術(shù)有:造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(CAD)、產(chǎn)品外形的快速反求(RE)、結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(CAE)、輔助制造(CAM)、加工過程虛擬仿真(STMULATIOX)、產(chǎn)品及模具的快速成形(RP)、輔助工藝過程(CAPP)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)(PDM) 等。塑料模CAD集成技術(shù)，就是把塑料模具制造過程所涉及的各項單元技術(shù)集成起來,統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和文件傳輸格式，實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享,從而大大縮短模具的設(shè)計制造周期,提高制模質(zhì)量。
2.塑料產(chǎn)品的CAD設(shè)計與外形的快速反求
進行塑料模具設(shè)計制造的第一步是塑件產(chǎn)品的設(shè)計。傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法是設(shè)計者對產(chǎn)品的三維構(gòu)思用二維平面圖紙表達出來，圖紙上標(biāo)明:工藝及施工方法,這種方法決定了所設(shè)計圖形的簡單性及不能直接控制制造質(zhì)量?，F(xiàn)代設(shè)計方法是設(shè)計者在電腦直接建立產(chǎn)品的三維模型,根據(jù)產(chǎn)品三維模型進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計,再根據(jù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計三維模型進行加工編程及編制工藝計劃。這種方法使產(chǎn)品模型設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工編程及工藝設(shè)計都以3D數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,不僅能快速提高設(shè)計效率,而且能保證質(zhì)量，降低成本。電腦塑件產(chǎn)品模型的來源有三種:利用CAD系統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設(shè)計、利用實物測量進行快速反求建模、利用其它CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)格式文件。針對這三種產(chǎn)品模型的來源方式，目前已研究出各種技術(shù)來提高產(chǎn)品模型的設(shè)計效率和質(zhì)量。下面進步分析各種技術(shù)的內(nèi)涵和特點（利用CAD系統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設(shè)計,其技術(shù)主要包括—維幾何圖形的繪制、二維參數(shù)化圖形的設(shè)計、三維實體造型設(shè)計、三維特征造型設(shè)計、三維參數(shù)化實體造型設(shè)計、三維曲面造型設(shè)計、空間自由造型設(shè)計、產(chǎn)品的外觀渲染、產(chǎn)品的動態(tài)廣告設(shè)計等等。這些軟件有許多典型的代表。二維軟件有:MFJO、CADKBY、AUTOCAD、DMCAD、Genis、Sigraph等；三維軟件有:UGII、PRO/E、IDEAS、 CATTA、EUCLID等；產(chǎn)品自由造型及廣告設(shè)計的軟件有:Alia、 CDRS等。二維幾何圖形的繪制是利用平面CAD軟件繪制零件圖形，即用計算機代替手工繪圖；而二維參數(shù)化，即計算機實現(xiàn)了圖形的變量設(shè)計,使修改更加方便；三維造型設(shè)計是數(shù)字化的產(chǎn)品的真實形狀設(shè)計，它完全表達了產(chǎn)品，能夠進一步為模具設(shè)計、分析和加工提供必要的數(shù)學(xué)模型：空間自曲造型設(shè)計是產(chǎn)品外形的藝術(shù)設(shè)計,使產(chǎn)品不僅是功能產(chǎn)品，也是藝術(shù)品;產(chǎn)品的外觀渲染是產(chǎn)品的效果設(shè)計，使產(chǎn)品更加美觀、顏色更加能迎合人們的各種需求：產(chǎn)品的動態(tài)廣告設(shè)計是將產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果直接制作宣傳廣告,進行市場推廣。利用實物測量進行快速反求建模是目前研究的熱點之一,它是產(chǎn)品仿型基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品修改設(shè)計的重要技術(shù)。其基本原理是通過三座標(biāo)測量機、激光測量機或電子抄數(shù)儀對實物進行掃描測覺，把測量所獲得的數(shù)字化的大量數(shù)據(jù)點送入高級CAD軟件的反求模塊或?qū)Ｓ玫姆辞筌浖?反求軟件可直接讀取點數(shù)據(jù)群,并可對點數(shù)據(jù)群進行編輯、過濾、整理、求精、排序、局部修改與重組,然后自動生成曲面,最終獲得同實物精確一致的或經(jīng)改造的電腦塑件產(chǎn)品模型。這一方式可極大提高新產(chǎn)品設(shè)計速率。目前較成熟的曲面反求建模軟件有：Surfacer、Cimatronrenge、StrimlOO等。利用其它CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)格式文件來建模，這一方式較方便。由于市場的全球化和TXTERXFT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，模具企業(yè)的CAD技術(shù)交流和合作有許多通過CAD文件方式進行。由于CAD系統(tǒng)種類較多,因此文件的格式就必須遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，如DXF、IGES、 STFP、VDA、STL等。通過讀取標(biāo)準(zhǔn)格式文件來直接建立或修改后建立產(chǎn)品模型，既可加快、加深用戶與模具廠家的交流，也可縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。
3.模具的CAD設(shè)計與分析
模具的CAD設(shè)計、分析，包括根據(jù)產(chǎn)品模型進行模具分型面的設(shè)計、確定型腔和型芯、模具結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計、塑料充填過程分析等幾個方面。利用先進的特征造型軟件如PRO/E、UGII等很容易地確定分型面，生成上下模腔和模芯，再進行流道、澆道以及冷卻水管的布置表確定了這些設(shè)計數(shù)據(jù)以后，再利用模具分析軟件，如MOLDFLOW、CFLOW進行塑料的成形過程分析。根據(jù)M0LDF0W軟件和它的豐富的材料、工藝數(shù)據(jù)庫,通過輸入成形工藝參數(shù),可動態(tài)仿真分析塑料也注塑模腔內(nèi)的注射過程流動情況(含多澆口注射時的塑料匯流紋分析）、分析溫度力變化情況、分析注塑件殘余應(yīng)力等, 根據(jù)分析情況來檢查模具結(jié)構(gòu)的合理性、流動狀態(tài)的合理性、產(chǎn)品的質(zhì)量問題等。比如是否在澆注系統(tǒng)不合理，出現(xiàn)流道和澆口位置尺寸不當(dāng)，無法平衡充滿型腔：是否存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理或模具結(jié)構(gòu)不合理,出現(xiàn)產(chǎn)品充不滿(即短射現(xiàn)象）：是否冷卻不均勻,影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量:是否存在注塑工藝不對,出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲變形等。模具通過CAD設(shè)計和分析，就可以將錯誤消除在設(shè)計階段，提高一次試模成功率。在塑料模具設(shè)計和分析這一階段應(yīng)用了許多新的電腦輔助技術(shù),如參數(shù)化技術(shù)、特征造型技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。塑料模具中對許多標(biāo)準(zhǔn)件,如標(biāo)準(zhǔn)模架、頂出機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都可以采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設(shè)計方法進行設(shè)計或建立標(biāo)準(zhǔn)件庫， 這樣既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，又可以滿足用廣對設(shè)計的隨時修改，使模具的設(shè)計分析快速、準(zhǔn)確、高效。 參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信息，而且可以獲得產(chǎn)品的精度，枓料及裝配等信息,其所建立的產(chǎn)品模型是一種易于處理、能反映設(shè)計意圖和加工特征的模型。因此,參數(shù)化特征造型技術(shù)是模具制造過程最重要的技術(shù)之一。
4.模具的CAM技術(shù)的應(yīng)用、加工仿真及制造
模具的計算機輔助制造(CAM)技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)控銑削加工、線切割加工、電火花加工等方面。CAM 技術(shù)尤其是在復(fù)雜模具的型腔、型芯及電極的銑削加工中起著更加重要的作用。其主要的技術(shù)特點包括：（1)粗、精加工刀具軌跡的優(yōu)化規(guī)劃和NC指令的產(chǎn)生，（2)刀具種類、特性和材料庫的建立，（3)切削加工工藝參數(shù)的確定，（4)普通切削和髙速切削加工的特性控制，（5)過切檢查與加工表面的精度控制，（6)加工過程的電腦實體仿真切削，（7)電腦控制數(shù)控機床的DXC技術(shù)及群控技術(shù)的應(yīng)用等等。在CAM技術(shù)的應(yīng)用中特別需要CAD三維產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。較多的專業(yè)電腦編程軟件如 MASTERCAM、 UNTMOD、CTMATRON等在多曲面的編程加工時對產(chǎn)品曲面模型有較高的要求,如相鄰曲面的U、V方向的一致性、曲面與曲面的高精度擬合、曲面斜率連續(xù)變化等。在高級CAD/CAM一體化系統(tǒng)中（如UGII、PRO/E),由于利用了參數(shù)化特征造型設(shè)計和同一數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使得產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、 模具的型腔和型芯模型數(shù)據(jù)、刀典軌跡數(shù)據(jù)有著內(nèi)在的聯(lián)系，產(chǎn)品模型的修改刀具軌跡亦自動修改。模具加工實體仿真技術(shù)越來越成熟,也越來越受到人們的重視。加工實體仿真是在電腦上模仿機床的加工過程,能直觀反映加工的結(jié)果,能直接評估加工后零件的質(zhì)量，能檢查出加工的錯誤。在檢查加工后零件的質(zhì)量時，可在電腦上對加工后的實體模型進行任意的剖切， 直接測量其尺寸和精度。因此，它能把錯誤消除在加工工藝編程設(shè)計階段，減少加工后的修補和返工，大大提高模具的制造效率和質(zhì)量。
5.塑料產(chǎn)品及其模具的快速成形制造
塑料產(chǎn)品及其模具用電腦CAD技術(shù)設(shè)計完成后，可通過快速成形技術(shù)來制造。這是一種全新概念的制造技術(shù),它摒棄了傳統(tǒng)的機械加工方法。期成形原理是將三維CAD實體模型離散成設(shè)定厚度的一系列片層數(shù)據(jù)，利用激光成形機或其它成形設(shè)備讀取這些數(shù)據(jù),用材料添加法技術(shù),依次將每層堆積起來成形。這一技術(shù)稱為快速自動成形技術(shù)(Rapid Prototype)。它也是 CAD集成技術(shù)的重要組成部分。 第一臺快速成形設(shè)備于1987年在美國3D公司誕生,由于其特點是與制造的產(chǎn)品的復(fù)雜程度無關(guān), 給制造業(yè)帶來巨大的震動。此后十年，快速成形技術(shù)得到飛速發(fā)展，設(shè)備的種類也層出不窮，從材料固化方法可分為激光和非激光燒結(jié)法(SLS)、固體表層造型法(SGC)、層片制造法(LOM)、熔化沉積法(FDM)、選區(qū)粘結(jié)法(DSPC、激光氣相沉積法(SALD)等。各種方法特點是:SLA法是最早應(yīng)用的快速成形技術(shù)，初期市場占有較大的分額,但由于材料范闈窄,成本較高,成形件耐熱、耐負荷和著色能力低，近年逐漸被其它方法所代替。F D M由 于 速度快,，成本低，在塑料產(chǎn)品行業(yè)中得到較好的應(yīng)用，由于零件的尺寸小，精度差,也受到一定的限制。L0M法由于釆用紙或者是薄片塑料，成本低，且激光只照射每一層的輪廊邊緣，因而成形速度快，但產(chǎn)品表面質(zhì)量差。SLS法是用激光進行燒結(jié)， 采用的材料較廣，如塑料、蠟料、陶瓷、金屬等均可成形，成形件耐熱、耐負荷和者色能力較強,具有廣泛的應(yīng)用前景。其它方法也在某些特種加工中得到應(yīng)用。根據(jù)上述成形法特點,快速成形技術(shù)的作用主要在于:制造用于設(shè)計和試驗的產(chǎn)品模型、制造用于小批量生產(chǎn)的模具和小批量特殊零件的加工?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的產(chǎn)品模型在材質(zhì)方面比傳統(tǒng)加工方法制造的產(chǎn)品模型有所差別，但在外形及尺寸方面幾乎完全一樣，而且有一定的機械強度，可作功能性試驗，同時經(jīng)過表面處理，看起來與真實產(chǎn)品一樣，可作廣告宣傳品?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的模具，目前主要是軟材料的成形模(蠟?zāi)！?環(huán)氧樹脂模、硅橡膠模、低熔點合金鑄造模等)和陶瓷或金屬基合成材料硬型腔模。制造硬模時可用快速成形零件作母模，先制作環(huán)氧樹脂模或其它村料的軟模，在軟模中澆注陶瓷或石膏模，然后澆鑄鋼成鋼模;或者在軟模中澆注混合打化學(xué)粘結(jié)劑的鋼粉，進行燒結(jié)成鋼模?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的鋼模需進一步做拋光等后加工,制成小批量生產(chǎn)的注塑模。由于模具是用鋼粉澆注或燒結(jié)而成,材質(zhì)與普通模具鋼有一定的差距,因此，壽命較短，只能做試制產(chǎn)品成小批量生產(chǎn)。另外，快速成形技術(shù)也可以制作特殊的零件.如用冶金粉末法制作金屬電極、精密鑄造法制作銅電極、研模法制作石墨電極等。快速成形技術(shù)制作模具和產(chǎn)品的成型設(shè)備，均是讀取CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的STL或CII等文件格式數(shù)據(jù).不同的文件格式數(shù)據(jù)對制作的產(chǎn)品精度有較大的差距。因此，研究CAD系統(tǒng)對快速成形設(shè)備的文件格式輸出有相當(dāng)重要的意義。
6.模具CAD集成技術(shù)的發(fā)展趨勢
綜上所述，模具CAD集成技術(shù)就是應(yīng)用于模具制造各個環(huán)節(jié)的計算機輔助技術(shù)和實現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息集成的技術(shù)。顯然，信息集成與數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理是關(guān)鍵。產(chǎn)品的信息是貫穿于設(shè)計、分析、加工、檢測、裝配等各個階段,實現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息的流暢、解決數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化及數(shù)據(jù)維護與共享是未來CAD 集成技術(shù)發(fā)展的重點。PDM系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決這一問題帶來了曙光。PDM系統(tǒng)的實施是模具企業(yè)應(yīng)用CAD 集成技術(shù)的重要課題。在模具的設(shè)計制造方面，含有豐富專家知識的智能化模具CAD/CAM系統(tǒng)的研究、高速切削加工及其編程等是未來研究發(fā)展的趨勢。
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：電話機底座注塑模具設(shè)計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學(xué) 生：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2013年05月
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：電話機底座注塑模具設(shè)計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學(xué) 生：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2013年05月
電話機底座注塑模具設(shè)計
摘要
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，也是發(fā)展和實現(xiàn)少無切削技術(shù)不可缺少的工具。它在工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向，許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。因此，模具技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及水平的高低，直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展。也是衡量一個國家工藝水平的重要標(biāo)志之一。
本文主要論述了塑料注射模的基本原理和設(shè)計過程，并著重講述了充電器外殼注射模的設(shè)計過程。首先，講述了模具的作用和國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展方向。然后論述了方案的選擇和確定。再次對于所確定的方案給出了詳細的設(shè)計過程和計算過程，最后還對所設(shè)計的模具進行了經(jīng)濟性可行性分析。此次設(shè)計中，最關(guān)鍵的是確定型芯和型腔的結(jié)構(gòu)，此外還分析了模具受力，脫模機構(gòu)的設(shè)計、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等。
總的來說，所設(shè)計的這套模具經(jīng)濟合理，可行性強，生產(chǎn)方便，是一套實用性較強的模具。
關(guān)鍵詞：注射模；定模；動模；抽芯；斜導(dǎo)柱
II
Telephone base injection mold design
Abstract
The molding tool is a foundation craft that industry produce to equip, it also a development with realizes the little having no slice the indispensable tool in the technique of cutting .It is in industry produce the usage is extremely extensive, it an important means that contemporary industry produce to develop the direction with the craft, many modern industrial developments with horizontal exaltation in technique, be decided by the industrial development in molding tool level to a large extent. Therefore, moldings tool technique development condition and horizontal and high and low, affect the development of the industry product directly. Too is to measure the one of the horizontal and important markings in a national craft.
The graduation project title is the camera bracket a parts injection mold design., this text discussed primarily the plastics injects the basic principle of the mold with design the process, combining to emphasize to relate the Chargers shell inject the design process of the mold. First, related the function of the molding tool with domestic and international development condition and its development directions. Then discussed the choice of the project with certain. Returns a project for making sure give a detailed design process with compute process; very much again the molding tool to design to preceded the economic viability assessment.
Total to say, a this set of molding tools for designing economy reasonable, the possibility is strong, producing the convenience, it a stronger molding tool in a set of function.
Keyword: Inject the mold; Settle the mold; Move the mold; Take out core; Inclined slippery piece
目 錄
1 緒論 1
1.1 題目背景意義 1
1.2 塑料工業(yè)簡介 1
1.3 我國塑料模具現(xiàn)狀 2
1.4 塑料模具發(fā)展趨勢 3
2 制品的特性分析 4
2.1 制品（電話機底座）的簡介 4
2.1.1 對制品的分析主要包括以下幾點 4
2.1.2 本設(shè)計中塑件各項要求 5
2.2 制品的工藝性及結(jié)構(gòu)分析 5
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析 5
2.2.2 成型工藝分析 5
2.2.3 材料的性能分析 5
2.3 注射成形過程 7
2.3.1 ABS的注射工藝參數(shù) 7
2.3.2 ABS的主要性能指標(biāo) 8
2.3.3 ABS工藝條件 8
3 注射成型機的選擇 9
3.1 估算塑件體積 9
3.2 估算塑件質(zhì)量 9
3.3 注塑機的注射容量 10
3.4 鎖模力 10
3.5 選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù) 10
3.5.1 注射機的選擇 10
3.5.2 SZ-200/120型注塑機的主要參數(shù) 10
3.6 注塑機的校核 11
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 13
4.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則 13
4.2 主流道的設(shè)計 13
4.2.1 主流道尺寸 13
4.2.2 主流道襯套的形式及尺寸 14
4.2.3 定位圈的結(jié)構(gòu)尺寸 15
4.2.4 主流道襯套的固定 15
4.3 冷料穴的設(shè)計 15
4.4 澆口的設(shè)計 16
4.4.1 澆口的主要作用 16
4.4.2 澆口尺寸的確定 16
4.4.3 澆口位置的選擇 16
4.4.4 澆口結(jié)構(gòu)的形式 17
4.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出機構(gòu) 17
4.5.1 普通澆注系統(tǒng)的凝料的脫出 17
4.5.2 點澆口式澆注系統(tǒng)凝料的脫出 17
4.6 脫模推出機構(gòu)的確定 18
4.6.1 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則 18
4.6.2 制品推出的基本方式 18
5 成型零部件的設(shè)計 20
5.1 分型面的設(shè)計 20
5.2 成型零件應(yīng)具備的特性 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
5.4.3 模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算 25
6 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 27
6.1 導(dǎo)向機構(gòu)的作用 27
6.2 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu) 27
6.2.1 導(dǎo)向機構(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
7 側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計 29
7.1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的分類 29
7.2 斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計要點 30
7.2.1 正確選擇主型芯位置 30
7.2.2 斜導(dǎo)柱的設(shè)計計算 30
7.2.3 滑塊和導(dǎo)滑槽的設(shè)計 30
8 冷卻系統(tǒng) 32
8.1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 32
8.2 模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 32
9 總結(jié) 33
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 36
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 37
37
畢業(yè)設(shè)計（論文）
1 緒論
1.1題目背景意義
近幾年，我國塑料模具工業(yè)有了很大發(fā)展，注塑模具制品的種類越來越多，在未來的模具市場中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。在電子、汽車、家電、玩具等產(chǎn)品中，60%～100%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。通過本課題的設(shè)計，應(yīng)使我們在下述基本能力上得到培養(yǎng)和鍛煉：1）塑料管件制品的設(shè)計及成型工藝的選擇；2）一般塑料管件制品成型模具的設(shè)計能力；3）塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進、塑料模具結(jié)構(gòu)改進設(shè)計的能力；4）了解模具設(shè)計的常用商業(yè)軟件以及同實際設(shè)計的結(jié)合。使個人能力得到全面提高，以適應(yīng)今后的工作。
1.2塑料工業(yè)簡介
模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工藝裝備或工具，它屬于型腔模的范疇。通常情況下，塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，其模具的因素占80%。然而模具的質(zhì)量的好壞又直接與模具的設(shè)計與制造有很大關(guān)系。隨著國民經(jīng)濟領(lǐng)域的各個部門對塑件的品種和產(chǎn)量需求越來越大、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短、用戶對塑件的質(zhì)量要求也越高，因而模具制造與設(shè)計的周期和質(zhì)量要求也相應(yīng)提高，同時也正是這樣促進了塑料模具具設(shè)計于制造技術(shù)不斷向前發(fā)展。就目前的形式看，可以說，模具技術(shù)，特別是設(shè)計與制造大型、精密、長壽命的模具技術(shù)，便成為衡量一個國家機械制造水平的重要標(biāo)志。
按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具具，金屬沖壓模具，金屬壓鑄模具，橡膠模具，玻璃模具等。因人們?nèi)粘Ｉ钏玫闹破泛透鞣N機械零件，在成型中多數(shù)是通過模具來制成品，就中國就有比較遠大的市場，所以模具制造業(yè)已成為一個大行業(yè)。
在高分子材料加工領(lǐng)域中,用于塑料制品成形的模具,稱為塑料成形模具,簡稱塑料模具。塑料模具具的設(shè)計是模具制造中的關(guān)鍵工作。通過合理設(shè)計制造出來的模具不僅能順利地成型高質(zhì)量的塑件，還能簡化模具的加工過程和實施塑件的高效率生產(chǎn)，從而達到降低生產(chǎn)成本和提高附加價值的目的，塑料模具的優(yōu)化設(shè)計,是當(dāng)代高分子材料加工領(lǐng)域中的重大課題。
塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應(yīng)用。為了生產(chǎn)這些塑料制品必須設(shè)計相應(yīng)的塑料模具。在塑料材料、制品設(shè)計及加工工藝確定以后，塑料模具設(shè)計對制品質(zhì)量與產(chǎn)量，就決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內(nèi)應(yīng)力大小、表觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模具結(jié)構(gòu)的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模具對塑件成本也有相當(dāng)大的影響，除簡易模外，一般來說制模費用是十分昂貴的，大型塑料模具更是如此。
現(xiàn)代塑料產(chǎn)品生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備和先進的模具，被譽為塑料產(chǎn)品成型技術(shù)的“三大支柱”。尤其是加工工藝要求、塑件使用要求、塑件外觀要求，起著無可替代的作用。高效全自動化設(shè)備，也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能。此外，塑件生產(chǎn)與更新均以模具制造和更新為前提。塑料模具是塑料制品生產(chǎn)的基礎(chǔ)之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當(dāng)塑料制品及其成形設(shè)備被確定后，由此可知，推動模具技術(shù)的進步應(yīng)是不容緩的策略。
1.3我國塑料模具現(xiàn)狀
塑料模具是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，塑料模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。用塑料模具生產(chǎn)成型零件的主要優(yōu)點是制造簡、材料利用率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。
在模具方面，我國模具總量雖已位居世界第三，但設(shè)計制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標(biāo)準(zhǔn)化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的1/3～1/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉(zhuǎn)移的趨勢進一步明朗化。
隨著我國改革開放步伐的進一步加快，我國正逐步成為全球制造業(yè)的基地，特別是加入WTO后，作為制造業(yè)基礎(chǔ)的模具行業(yè)近年來得到了迅速發(fā)展。塑料模具的設(shè)計、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù)，已有相當(dāng)規(guī)模的確開發(fā)和應(yīng)用。在設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全，質(zhì)量尚不穩(wěn)定。模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，系列化，商品化尚待規(guī)?；籆AD、CAE、Flow Cool軟件等應(yīng)用比例不高；獨立的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結(jié)合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此，我國要從一個制造業(yè)大國發(fā)展成為一個制造業(yè)強國，必須要振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，努力提高模具工業(yè)的整體技術(shù)水平，提高模具設(shè)計與制造水平，提高國際競爭能力。
1.4塑料模具發(fā)展趨勢
a. 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
b. 在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。
c. 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。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。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。
d. 新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。
e. 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。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；再次是要進一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。
f. 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
g. 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。
本次畢業(yè)設(shè)計中主要應(yīng)用了先進的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。
畢業(yè)設(shè)計（論文）
2 制品的特性分析
2.1 制品（電話機底座）的簡介
圖2.1 電話機底座
制品的分析是對所要成型的產(chǎn)品有個初步的了解，在接受設(shè)計任務(wù)書以后就要對塑料的品種、批量的大小、尺寸精度與技術(shù)條件，產(chǎn)品的功用及工作條件有個整體概念，以便在設(shè)計模具時優(yōu)選各種方式來成型塑件。
2.1.1對制品的分析主要包括以下幾點
a. 產(chǎn)品尺寸精度及其圖紙尺寸的正確性；
b. 脫模斜度是否合理；
c. 塑件厚度及其均勻性；
d. 塑件種類及其收縮率；
e. 塑件表面顏色及表面質(zhì)量要求。
2.1.2本設(shè)計中塑件各項要求
a. 塑料名稱：丙烯腈～丁二烯～苯乙烯共聚物（ABS）；
b. 色調(diào)：白色 不透明；
c. 生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量。
2.2制品的工藝性及結(jié)構(gòu)分析
2.2.1結(jié)構(gòu)分析
該制品為小型零件，在模具設(shè)計和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工藝，以保證零件各項參數(shù)精度
2.2.2成型工藝分析
a. 精度等級：采用一般精度5級
b. 脫模斜度：15度。
2.2.3材料的性能分析
ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三種化學(xué)單體合成。其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)方式如圖2.2：
圖2.2 ABS化學(xué)分子結(jié)構(gòu)
每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。
從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯～丙烯腈的連續(xù)相， 另一個是聚丁二烯橡膠分散相。
ABS不透明，外觀除薄膜外都呈淺象牙色、無毒、無味、兼有韌、硬、剛特性，燃燒緩慢，離火后仍繼續(xù)燃燒，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落。
ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以賦予用戶在產(chǎn)品設(shè)計上有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上數(shù)百種不同品質(zhì)的ABS材料。
ABS具有優(yōu)良的綜合性能，由于組分、牌號和生產(chǎn)廠家生產(chǎn)方法的不同，使之在性能上存在較大差異。
使用性能：
a. 物理力學(xué)性能
ABS具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，如不透水，但略透水蒸氣，沖擊強度較高，尺寸穩(wěn)定性好等。ABS有極好的沖擊強度，即使在低溫也不迅速下降。但是它的沖擊性能與樹脂中所含橡膠的多少、粒子大小、接枝率和分散狀誠有關(guān)，同時也與使用環(huán)境有關(guān)、如溫度越高則沖擊強度越大。當(dāng)聚合物中丁二烯橡膠含量超過30%時，不論沖擊、拉伸、剪切還是其它力學(xué)性能都迅速下降（見表5～5和5～6）。
b. 熱性能。
ABS制品的負荷變形溫度約為93℃，若能對制品進行退火處理，則還可增加10℃左右。
c. 電性能。
ABS聚合物的電絕緣性受溫度和濕度的影響很小，且在很大頻率變化范圍內(nèi)保持恒定。
d. 耐環(huán)境性
ABS聚合物幾乎不受水、無機鹽、堿、酸類的影響，但在酮、醛、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，它不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但長期與烴接觸會發(fā)生軟化溶脹。ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的鋟蝕會引起應(yīng)力開裂。
e. 耐候性
ABS聚合物的最大不足之處是耐候性較差，這是由于分子中丁二烯所產(chǎn)生的雙鍵在紫外線作用下易受氧化降解的緣故。經(jīng)受350nm以下波長的紫外線照射，氧化作用更甚。氧化速度與光的強度及波長的對數(shù)成正比。
ABS是一種成型加工性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。
f. ABS的流變性
ABS聚合物在熔融狀態(tài)下流動特性屬于假塑型液體。雖然ABS的熔體流動性與加工溫度和剪切速率都有關(guān)系，但對剪切速率更為敏感。因此在成型過程中可以采用提高剪切速率來降低熔體粘度，改善熔體流動性。
ABS屬一無定形聚合物，無明顯熔點，成型后無結(jié)晶，成型收縮率為0.4%～0.5%。在成型過程中，ABS的熱穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)降解或分解，但溫度過高時，聚合物中橡膠相有破壞的傾向。
g. ABS的吸水性
ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%～0.8%范圍。成型時如果聚合物中含有水分，制品上就會出現(xiàn)斑痕、云紋、氣泡等缺陷，因此在成型前，需將聚合物進行干燥處理，使其含水量降到0.2%左右。
h. ABS制品的后處理
一般情況下很少出現(xiàn)應(yīng)力開裂，所以除了使用要求較為苛刻的制品，通常不作制品的后處理。注射速度對ABS的熔體流動性有一定影響，注射速度快，制品表面光潔度不佳；注射速度慢，制品表面易出現(xiàn)波紋、熔接痕等現(xiàn)象，因而除了充模有困難的情況下，一般以中、低速為宜。在制品要求表面光澤較高時，模具溫度可控制在60～80℃對一般制品可控制在50～60℃。
2.3注射成形過程
對ABS的色澤、細度和均勻度等進行檢驗。塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。
2.3.1 ABS的注射工藝參數(shù)
注射機：螺桿式
噴嘴形式：直通式
噴嘴溫度:170～180
料筒溫度（℃）：
前段 180～200
中段 165～180
后段 150～170
模具溫度（℃）：50～80
注射壓力（MPa）：60～100
保壓力（MPa）：40～50
高壓時間（ s ）： 0～5
保壓時間（ s ）：15～30
冷卻時間（ s ）：15～30
成形周期（ s ）：40～70
2.3.2 ABS的主要性能指標(biāo)
表2.1 ABS的主要性能指標(biāo)
密度g/cm3
比溶
吸水率
收縮率
熱變形
溫度℃
1. 02-1. 05
0. 8-0. 98
0. 2%-0. 4%
130-160
0. 3%-0. 8%
83-103.
抗拉強度MPa
拉伸彈性
模量MPa
彎曲強度
沖擊強度HB
體積cm3
50
1. 8X107
80
11HB
9. 7
6.9X10
2.3.3ABS工藝條件
ABS吸濕性強，成型前需充分干燥，要求含水量不小于0.3%，對于表面光澤要求叫高的制品，需要長時間預(yù)熱干燥；
流動性一般，溢料間隙約0.4mm（流動性比PS和AS差，但比PC、RPVC好）；
成型難度較聚苯乙烯大，宜采用較高的料溫和模溫（對耐熱，高抗沖擊型和中抗擊型品種，應(yīng)在允許范圍內(nèi)，將其料溫去取最大值），料溫對制品物性影響較大，若料溫過高，很容易使熔體分解（分解溫度約250°C）。若制品精度要求過高，模溫宜取50°C～60°C，若制品表面要求具有光澤或?qū)τ谀蜔嵝推贩N，模溫宜取600°C～80°C；
注射壓力應(yīng)比成型聚苯乙烯時高，采用柱塞式注射機時，料溫可取180°C～330°C、注射壓力可取100Mpa～140Mpa，采用螺桿式注射機時，料溫可取160°C～220°C，注射壓力可取70Mpa～100Mpa。
3 注射成型機的選擇
3.1估算塑件體積
a. 用Pro/E軟件計算塑件體積為：
計算零件的體積為：=117cm3
b. 估算澆注系統(tǒng)的體積：
=3.14445+23.141.1540
=2593.012(mm)
=2.593(cm)
c. 估算總體積:
V =V1+ V2
=117+2.593
=119.593( cm3)
3.2估算塑件質(zhì)量
此塑件材料為苯乙烯-丁二烯-丙烯腈（ABS），經(jīng)查表的其密度1.02~1.05g/ cm。則，其質(zhì)量為：
=1.05119.593=125.5065(g)
3.3注塑機的注射容量
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，再加上主系統(tǒng)中主流道、澆口、冷料井的體積，即是一模一腔的塑料總體積，m在選擇注射機的注射容量G時可用下式計算。
m0.8G （3.1）
式中 G——注射機最大注射容量，g；
m——成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和，g；
0.8——最大注射容量的利用系數(shù)。
計算得， G 156.8831g
3.4鎖模力
型腔總的投影面積為：由proe測得A=327.005+248.429=575.434mm2；
計算其所需鎖模力F為：F=0.5×P×A=111.5KN
式中：P——型腔單位面積的注射壓力(MPa)，查手冊得P=40MPa。
3.5選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù)
3.5.1注射機的選擇
綜合以上的分析，聯(lián)系實際情況，現(xiàn)初選SZ-200/120型注射機。
3.5.2 SZ-200/120型注塑機的主要參數(shù)
理論注射量： 200g
螺桿直徑： 42mm
注射壓力： 150MPa
注射速率： 120g.s-1
鎖模力： 120KN
模板最大行程： 305mm
模具最大厚度： 400mm
模具最小厚度： 230mm
拉桿空間（長×寬）： 355×385mm
定位孔直徑： 125mm
噴嘴球半徑： 15mm
注射方式： 螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速： 0~220r/min
3.6注塑機的校核
a. 最大注射量校核 最大注射量是指注射機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的最大注射量。
XS-ZY-200型注射出成型機理論注射量200gx156.88g，因此滿足要求。
b. 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。此力可使模具沿分型面漲開。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，需要機床提供足夠大的鎖模力。因此，欲使模具從分型面漲開的力必須小于注射機規(guī)定的鎖模力。即
（3.2）
式中 T——注射機的額定鎖模力，KN；
A——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，cm2；
P——熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力，kg/cm2；
K——損耗系數(shù)，通常取1/3～2/3。
P·K·A=0.5cp405.75=111.5KN
T=900KN>111.5KN即該注塑機的鎖模力符合要求。
c. 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式：
（3.3）
式中 H——模具閉合厚度，mm；
Hmin——注塑機所允許的最小模具厚度，230mm；
Hmax——注塑機所允許的最大模具厚度，400mm；
根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖可知，初選的模具厚度為320mm,滿足要求。
d. 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的最大開模行程。對于雙分形面的注塑模具，其開模行程按下式校核
SH1+H2+L+（5～10）(mm) =223.5mm （3.4）
式中 S——注塑機的最大行程，mm；
H1——脫模距離，此模具中為78mm；
H2——塑件加澆注系統(tǒng)總高，此模具中為90mm；
L——型腔板移動的距離，此模具中為50mm；
所以上式成立（400>223.5），即該注塑機的開模行程符合要求。
由以上對各參數(shù)的效核可知該SZ-200/120型注塑機符合要求。
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔為止的一種完整的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對制品質(zhì)量影響很大。他的作用是將塑料熔體順利地充滿到模具行腔深處,以獲得外形輪廓清晰,內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，其包括：主流道、冷料穴、澆口。
4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計原則
a. 澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上,應(yīng)有壓降,流量和溫度的分布的均衡布置；
b. 結(jié)合型腔布置考慮，盡可能采用平衡式分流道布置；
c. 盡量縮短熔體的流程，以便降低壓力損失、縮短充模時間；
d. 澆口尺寸、位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應(yīng)有利于熔體流動、避免產(chǎn)生湍流、渦流、噴射和蛇形流動，有利于排氣和補縮，且應(yīng)設(shè)在塑件較厚的部位，以使熔料從后斷面移入薄斷面，以利于補料；
e. 避免高壓熔體對模具型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移的產(chǎn)生；
f. 澆注系統(tǒng)凝料脫出應(yīng)方便可靠，凝料應(yīng)易于和制品分離或者易于切除；
g. 熔接痕部位與澆口尺寸、數(shù)量及位置有直接關(guān)系，設(shè)計澆注系統(tǒng)時要預(yù)先考慮到熔接痕的部位、形態(tài)，以及對制品質(zhì)量的影響；
4.2主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具中芯塑料熔體的入口處，它將注射機噴射出的熔體導(dǎo)入型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。
4.2.1主流道尺寸
a. 主流道小端直徑d=注射機噴嘴直徑+0.5～1
=3+0.5～1 取d =3.5（mm）
這樣便于噴嘴和主流道能同軸對準(zhǔn),也能使的主流道凝料能順利脫出。
b. 主流道球面半徑
主流道入口的凹坑球面半徑R,應(yīng)該大于注射機噴嘴球頭半徑的2～3mm.反之,兩者不能很好的貼合,會讓塑件熔體反噴,出現(xiàn)溢邊致使脫模困難.
SR=注射機噴嘴球頭半徑+2～3
取SR=12+2=14（mm）
c. 主流道長度L
一般按模板厚度確定，但為了減小充模時壓力降和減少物料損耗，以短為好，小模具控制在50之內(nèi)在出現(xiàn)過長流道時，可以將主流道襯套挖出深凹坑，讓噴嘴伸入模具。本設(shè)計中結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)取L=42（mm）
d. 主流道大端直徑
D=d+2Ltgα（半錐角α為1°～ 2°，取α=1.5°）
≈6.5
取D=6.5（mm）
4.2.2主流道襯套的形式及尺寸
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為53～57HRC。由于該模具主流道較長設(shè)計成分體式較宜。
圖4.1 主流道襯套
‘
4.2.3定位圈的結(jié)構(gòu)尺寸
由于澆注套比較長，自身能滿足定位要求，故此定位圈只對注射方向起導(dǎo)正作用。
圖4.2 定位圈
4.2.4主流道襯套的固定
圖4.3主流道襯套的固定
4.3冷料穴的設(shè)計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內(nèi)約10～25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成形性能不佳，如果這里相對較低的冷料進入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴（冷料井）。
冷料穴的作用是儲存因兩次注射間隔而產(chǎn)生的冷料頭及熔體流動的前鋒冷料，以防止冷料進入型腔而影響制件質(zhì)量。
4.4澆口的設(shè)計
澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它的作用是增加和控制塑料進入型腔的流速并封閉裝填在型腔內(nèi)的塑料，以保證充填實，確保制品質(zhì)量。澆口的形狀、位置和尺寸對制品的質(zhì)量影響很大。
4.4.1澆口的主要作用
a. 熔體充模后，首先在澆口處凝結(jié)，當(dāng)注射機螺桿抽回時可防止熔體向流道回流；
b. 熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時會產(chǎn)生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模；
c. 易于切除澆口尾料；
d. 對于多型腔模具，澆口能用來平衡進料。對于多澆口的單型腔模具，澆口還能用以控制熔接痕的位置。
4.4.2澆口尺寸的確定
澆口的截面積一般為流道截面積的3%～9%，截面的形狀多為矩形（寬度與厚度的比為3：1）或圓形；澆口長度約為0.5～2.0mm左右。在設(shè)計的時候一般取小值，在以便在試模時修正。澆口最終的具體尺寸根據(jù)經(jīng)驗和零件的尺寸和形狀的要求確定。
4.4.3澆口位置的選擇
澆口位置與數(shù)量對制品質(zhì)量影響很大，選擇澆口位置時應(yīng)遵循如下原則
a. 澆口應(yīng)設(shè)在能使型腔的各部位、各角落同時充滿的位置；
b. 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件較厚的部位，以使熔料從厚斷面移入薄斷面，以利于補料；
c. 澆口應(yīng)設(shè)在有利于排除型腔中氣體的部位；
d. 口應(yīng)設(shè)在避免塑件表面產(chǎn)生熔合紋的部位；
e. 對于帶有長型芯的模具，澆口應(yīng)設(shè)置在能使進料沿型芯軸向均勻進行，
以免型芯被熔體沖擊而變形；
f. 澆口的設(shè)置應(yīng)避免熔體的斷裂；
g. 澆口的設(shè)置應(yīng)不影響塑件的外觀；
4.4.4澆口結(jié)構(gòu)的形式
注射模的澆口結(jié)構(gòu)形式較多，不同類型的澆口其尺寸、特點及應(yīng)用情況個不相同。按澆口的特征可分為限制澆口和非限制澆口；按澆口形狀可分為點澆口、扇形澆口、盤形澆口、環(huán)行澆口及薄片式澆口；按澆口的特征性質(zhì)可分為潛伏式澆口、護耳澆口；按澆口所在的塑件的位置可分為中芯澆口和側(cè)澆口等。
對于該模具，是中小型制品的多型腔模具，同時從塑件的形狀等各方面分析知采用的是一般側(cè)澆注口。澆口又可稱橄欖形澆口或菱形澆口，是種截面尺寸特小的圓形澆口。澆口一般設(shè)在型腔底部，排氣暢通，成型良好，塑件無不良痕跡。有利于實現(xiàn)制動化操作，常用于成型如殼盒形等中、小型塑件的一模多腔模具中，也可用于單型腔模具或表面不允許有較大痕跡的塑件，能制動切斷澆口凝料。
4.5澆注系統(tǒng)凝料的脫出機構(gòu)
4.5.1普通澆注系統(tǒng)的凝料的脫出
通常采用側(cè)澆口、直接澆口及盤形環(huán)澆口類型的模具，其澆注系統(tǒng)凝料一般與塑件連在一起。塑件脫出時，先用拉料桿拉住冷料穴，使?jié)沧⑾到y(tǒng)留在動模一側(cè)，然后用推桿或拉料桿推出，靠其自重而脫落。
4.5.2點澆口式澆注系統(tǒng)凝料的脫出
點澆口澆注系統(tǒng)凝料，一般用人工、機械手取出，但生產(chǎn)效率低，為適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要，可采取以下方式脫出凝料：利用推桿拉斷點澆口凝料、利用側(cè)凹拉斷點澆口凝料、利用拉料桿拉斷點澆口凝料、利用定模推板拉斷點澆口凝料等。
4.6脫模推出機構(gòu)的確定
注射成形每一循環(huán)中，塑料制品必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，模具中這種脫出塑件的機構(gòu)，稱為脫模機構(gòu)，也常稱為推出機構(gòu)。脫模機構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個動作。既首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內(nèi)取出。
4.6.1脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則
制品推出（頂出）是注射成形過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定制品的質(zhì)量，因此，制品的推出是不可忽視的。在設(shè)計推出脫模機構(gòu)時應(yīng)遵循下列原則：
a. 結(jié)構(gòu)可靠：機械的運動準(zhǔn)確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度，且推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
b. 保證制品不因推出而變形損壞；
c. 機構(gòu)簡單動作可靠；
d. 保證良好的制品外觀；
e. 盡量使塑件留在動模一邊，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模。
4.6.2制品推出的基本方式
按模具中的推出零件分:
a. 推桿推出：推桿推出是一種基本的也是一種常用的制品推出方式，常用的推桿形式有圓形、矩形、“D”形。
b. 推件板推出：對于輪廓封閉且周長較長的制品，采用推件板推出結(jié)構(gòu)。推件板推出部分的形狀根據(jù)制品形狀而定。
c. 推管推出：適用于薄壁圓桶形塑件。
d. 推塊式脫模：適用于齒輪類或一些帶有凸緣的制品，可防止塑件變形。
e. 利用成型零件推出制品的脫模：使用于螺紋型環(huán)一類的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件
f. 多元聯(lián)合式脫模：對于某些深腔殼體、薄壁制品以及帶有環(huán)狀凸起、凸肋或金屬嵌件的復(fù)雜制品，為防止其出現(xiàn)缺陷，常采用兩種或兩種以上的推出機構(gòu)聯(lián)合動作以完成脫模過程。
本套模具的設(shè)計中，因為塑件中間為平面板，故推出機構(gòu)采用推桿推出。帶頭導(dǎo)柱與推桿采用推板和推桿固定板連接。通常采用單邊0.5mm的間隙，這樣可以降低加工要求，又能推板推動推桿的情況下，不因由于各板上的孔加工誤差引起的軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn)象。因此帶頭導(dǎo)柱與推板孔采用單邊0.5mm的間隙；帶頭導(dǎo)柱與推管，通常采用H8/f7或H8/f8的間隙配合；工作端配合部分的表面粗糙度為Ra0.8，推管的材料常用T10A，熱處理要求硬度HRC54。
5 成型零部件的設(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，作為高壓容器，它的強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。分型面大都是平面，也有傾斜面、曲面或臺階面。
分型面的選擇原則：
a. 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。
b. 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。
c. 分型面的選擇要保證塑件的進度要求，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。
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)向分型是由機械分型機構(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。
e. 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。
f. 選擇分型面時應(yīng)使模具零件易于加工，減小機加工的難度，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。分型面選擇如圖5.1所示
圖5.1 分型面示意圖
5.2成型零件應(yīng)具備的特性
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：
a. 具有足夠的強度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。
b. 具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。
c. 具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。
d. 零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。
e. 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：
a. 整體式凹模 它是由整塊材料加工制成。整體式凹模的強度高，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。
b. 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)。
c. 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，為了便于機械加工或熱處理，而采用大面積鑲嵌式凹模。
d. 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。
e. 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：
a. 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。
b. 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。
c. 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。
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
a. 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：
=（S-S）L （5.1）
式中 ——塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差，mm；
S——塑料的最大收縮率，%；
S——塑料的最小收縮率，%；
L ——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)。
b. 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～IT8級之間，成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
c. 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?；蛐颓怀叽缱兇螅鼓；蛐托境叽缱冃?。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。
d. 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行計算。
a. 型腔尺寸的計算
部分型腔尺寸計算：
長度LM = (L(1+ SCP) -△)0+z (5.2)
= (220(1+ 1.15%) -1.6)0+1.6/3
=221.330+0.53mm
塑件尺寸較小，系數(shù)x=0.75，以下同。
寬度Lw1 = (L(1+ SCP) -△) 0+z
= (240(1+ 1.15%) -.8) 0+1.8/3
=241.410+0.6mm
高度HM = (H(1+ SCP) -△) 0+z (5.3)
= (83(1+ 1.15%) -0.88)
=83mm
b. 型芯尺寸的計算
型芯尺寸徑向Lw2 = (L(1+ SCP)-△)
= (26(1+ 1.15%)-0.48) - 0.48/3
=25.9mm
Lw3 =（L(1+S)-
=（30-
=29.9
Lw4 =（L(1+S)-
=（23.6-
=23.5
高度HM= (H(1+ SCP) -△) (5.4)
= (98.5(1+1.15%)-0.88)
=98.5mm
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度和剛度，如果模具型腔的強度和剛度不足，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)按強度計算。
a. 型腔側(cè)壁厚度的計算
整體式圓形型腔的壁厚是在組合式圓形型腔壁厚計算的基礎(chǔ)進行計算的。由于它在側(cè)壁變形時受到腔底的約束，在一定范圍之內(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型腔相似，所以在通常情況下，整體式圓形型腔按強度條件計算壁厚，計算公式如下。
（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PA的型腔許用變形量0.06～0.08
此處取
則
b. 型腔腔底厚度的計算
(1) 按剛度條件計算 計算公式如下：