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畢業(yè)設(shè)計說明書
MP3外殼注塑模具設(shè)計
中文摘要: 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類。因此研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
本設(shè)計介紹了注射成型的基本原理，特別是側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理，并對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計原則。詳細(xì)介紹了注塑模具的材料及工藝分析，澆注系統(tǒng)、主要零部件、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計過程，并對模具各參數(shù)選取和校核做相應(yīng)說明。本設(shè)計利用Auto CAD和世界最先進(jìn)的三維CAD/CAM軟件UG，對冷卻水路、導(dǎo)柱、導(dǎo)套及各標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)模架進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。
關(guān)鍵詞：注塑模具；參數(shù)化；分型面；成型；MP3；冷卻水路
Abstract: Plastic industry is in the world grows now one of quickest industry classes, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance.
This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request; Finally introduced Auto CAD and UG , and led the wrap to Cooling sea to the guide pillar to carry on the parametrization design.
Key word: Injection Mould；the parametrization;； divides the profile；Model；MP3；Cooling sea
前 言
光陰似梭，大學(xué)三年的學(xué)習(xí)一晃而過，為具體的檢驗(yàn)這三年來的學(xué)習(xí)效果，綜合檢測理論在實(shí)際應(yīng)用中的能力，除了平時的考試、實(shí)驗(yàn)測試外，更重要的是理論聯(lián)系實(shí)際，即此次設(shè)計的課題為MP3外殼的注塑模具。
本次畢業(yè)設(shè)計課題來源于生活，應(yīng)用廣泛，但成型難度大，模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對模具工作人員是一個很好的考驗(yàn)。它能加強(qiáng)對塑料模具成型原理的理解，同時鍛煉對塑料成型模具的設(shè)計和制造能力。
本次設(shè)計以MP3外殼注射成型工藝與模具設(shè)計為主線，綜合了成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后到模具零件的加工方法，模具總的裝配等一系列模具生產(chǎn)的所有過程。能很好的學(xué)習(xí)致用的效果。在設(shè)計該模具的同時總結(jié)了以往模具設(shè)計的一般方法、步驟，模具設(shè)計中常用的公式、數(shù)據(jù)、模具結(jié)構(gòu)及零部件。把以前學(xué)過的基礎(chǔ)課程融匯到綜合應(yīng)用本次設(shè)計當(dāng)中來，所謂學(xué)以致用。在設(shè)計中除使用傳統(tǒng)方法外，同時引用了CAD、UG、Pro/E等技術(shù)，使用Office軟件，力求達(dá)到減小勞動強(qiáng)度，提高工作效率的目的。
由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論技術(shù)有限，設(shè)計的錯誤和不足之處在所難免，希望各位老師批評指正。
1、緒 論
[1.1] 【模具在加工工業(yè)中的地位】
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。
模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、母痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機(jī)構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。
現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實(shí)現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計起著重要的作用。高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進(jìn)模具的不斷向前發(fā)展
[1.2] 【模具的發(fā)展趨勢】
近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。從模具設(shè)計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面：
（1） 加深理論研究
在模具設(shè)計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計已經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計階段逐漸向理論技術(shù)設(shè)計各方面發(fā)展，使得產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到很大的提高。
（2） 高效率、自動化
大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)。高速自動化的成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本起了很大的作用。
（3） 大型、超小型及高精度
由于產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導(dǎo)熱性優(yōu)異的制模材料。
（4） 革新模具制造工藝
在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進(jìn)，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進(jìn)的機(jī)床，這不僅大大提高了機(jī)械加工的比重，而且提高了加工精度。
（5） 標(biāo)準(zhǔn)化
開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，不僅大大提高了生產(chǎn)模具的效率，而且改善了質(zhì)量，降低了成本。
[1.3] 【設(shè)計在學(xué)習(xí)模具制造中的作用】
通過對模具專業(yè)的學(xué)習(xí)，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計計算的方法，以達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機(jī)械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，了解模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。
畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)σ陨细鞣矫娴囊蠹右造`活運(yùn)用，綜合檢驗(yàn)大學(xué)期間所學(xué)的知識。
[1.4] 【畢業(yè)設(shè)計選題的意義】
隨著科技的不斷發(fā)展，人們對塑料件的要求也越來越高，如何縮短成型周期、降低生產(chǎn)成本、提高制件精度，也直接關(guān)系到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近20年來注射成型工藝及模具新技術(shù)發(fā)展很快，新的工藝和結(jié)構(gòu)也層出不窮，同時也因?yàn)橛嬎銠C(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助工程（CAE）也促進(jìn)模具行業(yè)的發(fā)展。目前深圳周邊及珠江三角洲地區(qū)已經(jīng)成為我國模具工業(yè)最為發(fā)達(dá)、科技含量最高的區(qū)域。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計，今后幾年，隨著全球制造業(yè)重心加快向我國轉(zhuǎn)移，這一地區(qū)可能在10年內(nèi)發(fā)展成為世界模具生產(chǎn)中心。
就以上的分析而言，像MP3外殼類超薄件注塑模具在國內(nèi)及國外都有很廣闊的前景，而且技術(shù)也是相對要求較高的，而且在深圳，此類零件的模具不但在地區(qū)內(nèi)需求量大，而且出口量也是可觀的，在深圳的各個產(chǎn)業(yè)鏈的支持下，相信超薄件的注塑模具的生產(chǎn)周期可以縮短、成本可以降低、技術(shù)也可以得到更好的發(fā)展。
[1.5] 【畢業(yè)設(shè)計任務(wù)】
參考所給MP3外殼立體圖（如圖1-1所示），首先設(shè)計該注塑件結(jié)構(gòu)。為滿足大批量自動化生產(chǎn)的需要，為該塑件設(shè)計注塑模具。
基本內(nèi)容：
塑件設(shè)計、工藝性分析CAE、確定收縮率和分型面、澆道系統(tǒng)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)件設(shè)計、零部件加工工藝制訂、注射設(shè)備選擇、繪制模具設(shè)計圖紙。
圖1-1：MP3外殼立體圖
[1.6] 【MP3外殼模具的設(shè)計流程】
1.塑件設(shè)計，利用軟件UG進(jìn)行塑件的立體建模，再用軟件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技術(shù)要求的標(biāo)注，并輸出工程圖。
2.工藝性分析，利用軟件Moldflow進(jìn)行工藝性分析。
3.注塑設(shè)備選擇，確定塑件的型腔數(shù)，并計算塑件的投影面積，通過注射量的校核、注射力的校核、鎖模力的校核、安裝部分的尺寸校核、開模行程的校核、頂出裝置的校核，結(jié)合注塑設(shè)備的資料確定注塑設(shè)備的型號。
4.確定收縮率和分型面，首先由塑件性能的要求等，確定塑件的塑料，通過查資料確定塑件的收縮率。根據(jù)電池蓋的工藝及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定具體的分形面，大致應(yīng)為電池蓋外側(cè)。
5.模架，通過塑件的大小及型腔數(shù)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機(jī)構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)、排氣槽、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)等的初步估算，確定使用模架的型號。
6.澆注系統(tǒng)設(shè)計，本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng)，在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，包括流道的設(shè)計、噴嘴的選擇、主流道襯套的選擇等，還必須研究一模兩腔澆注系統(tǒng)的平衡性設(shè)計。
7.成型件（模腔、模芯），確定型腔數(shù)和分型面。對模腔和模芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。計算成型部件的工作尺寸。
8.抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)電池蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，必須設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)便于成型，根據(jù)電池蓋側(cè)孔位置及工藝特點(diǎn)，選擇并設(shè)計適合的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。
9.頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)電池蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計頂出機(jī)構(gòu)。
10.冷卻系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量、生產(chǎn)效率有很大的影響，還針對型腔與型芯冷卻回路的形式進(jìn)行設(shè)計。
11.零部件加工工藝制定，結(jié)合現(xiàn)代加工手段，利用數(shù)控CNC，電火花，線切割等方法，制定最符合經(jīng)濟(jì)效益的加工工藝。
12.完成整套模具的三維立體圖和二維工程圖的繪制。
2、塑件成品、注塑模具設(shè)計與構(gòu)型
2．1概述
注塑件的設(shè)計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設(shè)計人員，采用不同的CAD軟件進(jìn)行模具輔助設(shè)計，都有自己的一套設(shè)計過程。本畢業(yè)設(shè)計主要是應(yīng)用UG及AuotoCAD進(jìn)行模具的設(shè)計。
2．2模具設(shè)計環(huán)境和應(yīng)用軟件
2．2．1 UG
UG是一個優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設(shè)計與制造領(lǐng)域，UG較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應(yīng)用，由于它的應(yīng)用，可以大大縮短模具設(shè)計與制造周期，提高模具質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，而UG的新特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：
1.高效的操作方法；
2.更利于產(chǎn)品創(chuàng)新的新技術(shù)；
3.互操作性的革新。
2．2．2 其它軟件AutoCAD2004 AutoCAD是著名的工程圖畫圖軟件，用以繪制二維工程圖。
2．3零件的三維圖和二維工程圖建模
2．3．1零件的立體圖建模
利用UG分析所給零件的外形和尺寸，利用UG的建模方法，根據(jù)MP3外殼的形狀和使用特點(diǎn)進(jìn)行建模（如圖2-1所示）。
圖2-1：MP3外殼立體圖在UG中建模
2．3．2零件的二維工程圖繪制
工程圖是在設(shè)計的最后用作指導(dǎo)生產(chǎn)的三視圖圖樣。工程圖圖樣的制作可以說是正式將零件或裝配模型的設(shè)計歸檔的過程，其正確與否，直接影響到生產(chǎn)部門的生產(chǎn)制作。
而本設(shè)計利用UG進(jìn)行立體模型建模后，再利用UG導(dǎo)出零件的二維工程圖，然后在AutoCAD2004中進(jìn)行修改和標(biāo)注（如圖2-2所示）。
圖2-2：MP3外殼工程圖在AutoCAD2004中修改和標(biāo)注
2．4零件的基本數(shù)據(jù)
2．4．1零件工藝性分析
根據(jù)產(chǎn)品三維模型，分析塑件的工藝性對模具設(shè)計的要求。開始設(shè)計之前，應(yīng)根據(jù)塑件的技術(shù)圖樣和使用要求對其進(jìn)行仔細(xì)地分析研究，并結(jié)合注射成型的工藝程序綜合考慮成型的難易程度，以便能在保證塑件質(zhì)量和使用要求的前提下盡量選用比較簡單的模具結(jié)構(gòu)，以便減小模具制造難度和降低加工成本。如果塑件的工藝性確實(shí)有問題，或者塑件成型需要極為復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)，并因此導(dǎo)致模具制造非常困難或經(jīng)濟(jì)上極不利時，則應(yīng)和塑件設(shè)計部門及時協(xié)商解決有關(guān)問題。
2．4．2零件材質(zhì)
俗稱 ：ABS塑料 ；
中文學(xué)名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；
英文學(xué)名：Acrylonitrile Butadiene Styrene [2] ；
英文簡稱：ABS；
ABS塑料如圖2-3所示。
圖2-3：ABS塑料
2．4．2．1 ABS的特性
1.工作壓力高
常溫狀態(tài)下工作壓力可達(dá)1.0Mpa。
2.抗沖擊性好
ABS塑料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的沖擊韌性。無缺口沖擊強(qiáng)度30Mpa：缺口沖擊強(qiáng)度3MPa。
3.流體阻力小
內(nèi)壁光滑，轉(zhuǎn)彎處呈圓弧形，流動摩擦力小，減小液流阻力。
4.化學(xué)性能穩(wěn)定
ABS具有耐酸、堿性能。由于化學(xué)性能穩(wěn)定．無毒無味，可廣泛應(yīng)用于食品、飲料、啤 酒等行業(yè)。
5.耐溫范圍廣
使用溫度為-30°～+70°。
6.質(zhì)輕
ABS程塑料比重為鋼材的1/7，因此減輕結(jié)構(gòu)重量，降低原料消耗。同時，減輕安裝工人勞動強(qiáng)度。
7.安裝簡便，密封性好
安裝多采用承插式連接，使用溶劑型粘合劑粘接密封。施工簡便、效果好、固化速
度快。
8.使用壽命長
本產(chǎn)品在室內(nèi)使用一般可達(dá)三十年以上。
9.價格低
僅為不銹鋼的五分之一左右。
2．4．2．2 ABS的注塑工藝條件
1.干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥條件為 80～90°C下最少干燥2小時。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。
2.熔化溫度：210～280°C；建議溫度：245°C。
3.模具溫度：25～70°C（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。
4.注射壓力：500～1000bar。
5.注射速度：中高速度[2]。
2．4．3零件結(jié)構(gòu)分析
2．4．3．1 開模方向
由零件的三維圖分析，作為外殼類產(chǎn)品，外表面的表面質(zhì)量是比較重要的，再根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)分析得到，產(chǎn)品的外表面應(yīng)該在定模上，在產(chǎn)品的內(nèi)表面設(shè)置頂出機(jī)構(gòu)，所以開模方向應(yīng)沿零件的Z軸。
2．4．3．2 收縮率
ABS的收縮率為0.3%～0.8%，在設(shè)計本產(chǎn)品時，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)和材料的特性，在本設(shè)計中，零件的收縮率為0.5%。
2．4．3．3 零件壁厚
本產(chǎn)品的壁厚設(shè)置為1.0mm，是根據(jù)零件的工作要求、擺放位置和ABS的化學(xué)和流動特性確定的。
2．4．3．4 脫模斜度
根據(jù)產(chǎn)品的外型，結(jié)合產(chǎn)品的工作條件、工藝特點(diǎn)，為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，脫模斜度設(shè)置為3°。
2．4．3．5 分型面
結(jié)合零件的使用要求，應(yīng)保證其外表面的注塑質(zhì)量，零件的內(nèi)表面應(yīng)留在動模側(cè)，開模的時候，零件的外表面應(yīng)與定模分離，所以零件的分型面應(yīng)設(shè)置在沿零件的外表面上，并根據(jù)流道等條件進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)定在后文中表述。
2．4．3．6圓角
塑件在面與面之間都設(shè)計了圓角過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應(yīng)力集中，提高塑件強(qiáng)度，而且可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。
2．4．4零件體積與質(zhì)量
由材料的性能特點(diǎn)，可以知道ABS的密度為1.05 g/cm3，由UG可以算出零件的體積和質(zhì)量。
則可計算零件的體積為：=2323mm3 零件質(zhì)量為：=2.439g
2．5零件圖及其尺寸公差
標(biāo)注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步。傳統(tǒng)的模具設(shè)計需要計算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過公式計算基本尺寸，S指塑件的平均收縮率。而在使用UG進(jìn)行模具設(shè)計的過程中，塑件已經(jīng)定義了其收縮率，則不需要通過繁瑣的計算而直接可以標(biāo)注出成型零部件的基本尺寸。
但尺寸標(biāo)注還有一個公差的問題，這是無法從軟件自動導(dǎo)出的，需要設(shè)計者設(shè)定。由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應(yīng)取得大一些。否則就會出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品，為此，各國對塑料件的尺寸公差制訂了國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國也曾制訂了部級專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但大都無相應(yīng)的模具型腔的尺寸公差。德國國家標(biāo)準(zhǔn)中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)在世界上具有較大的影響，因而可供塑料模具行業(yè)參考。由于本人沒能收集到這個標(biāo)準(zhǔn)，則就按照慣例考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取，Δ指塑件的尺寸公差[5]。
本套模具的裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖如附錄所示。
塑件大致的尺寸（長×寬×高）為60×10×10（mm）。大多數(shù)尺寸的公差為或更大。對于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比較高，建模時就應(yīng)該沿減料方向適當(dāng)加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達(dá)到合乎要求的尺寸精度。
零件的三維圖如圖2-1，零件二維圖如圖2-2所示。
3、工藝參數(shù)分析與計算
3．1模流分析
對澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，一般應(yīng)遵循如下基本原則：
（1）了解塑料的成型性能
（2）盡量避免或減少熔接痕
（3）有利于型腔中氣體排出
（4）防止型芯的變形和嵌件的位移
（5）盡量采用較短的流程充滿型腔
（6）流動距離比和流動面積比的校核
本模具利用Moldflow模擬軟件完成幾種工藝的模擬，獲得最佳成型方案，以下是分析過程及分析結(jié)果
第一步：導(dǎo)入產(chǎn)品
第二步：氣穴位置分析，如圖3-1所示
圖3-1
第三步：充填分析分析，如圖3-2所示
圖3-2
第四步：變形分析，如圖3-3所示
圖3-3
第五步：澆口位置分析，如圖3-4所示
3．2成型方案
經(jīng)過模流分析后，結(jié)合生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率問題，可以確定成型的方案，該產(chǎn)品的成型方案采用一模兩腔，兩腔之間的間隔為20mm，澆注形式采用冷流道，澆口為點(diǎn)澆口，分流道為圓形，主流道為圓錐形。分型面為產(chǎn)品的上表面且穿過分流道。
圖3-4
3．3模架型式及規(guī)格
3．3．1模架概述
模具設(shè)計主要是形成產(chǎn)品外形的母、公模零件以及開模和脫模方式的設(shè)計，模具上的大部分零部件可以直接選購由專門廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，尤其是模架的直接選購，大大節(jié)約了模具制造時間和費(fèi)用?，F(xiàn)在，廠家設(shè)計制造出一套中等復(fù)雜程度的注塑模具，10天左右的時間即可完成。
模具標(biāo)準(zhǔn)件在不同的國家和地區(qū)有小小的差別，主要是在品種和名稱上有區(qū)別，但所具有的結(jié)構(gòu)基本上是一樣的。這次設(shè)計的模具標(biāo)準(zhǔn)是流行于廣東珠江三角洲地區(qū)的港臺標(biāo)準(zhǔn)，與國家的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)基本上是一樣的，在型號命名及品種分類上有些不同。
3．3．2模架的分類
按進(jìn)料口（澆口）的形式模架分為大水口模架和小水口模架兩大類，香港地區(qū)將澆口稱為水口，大水口模架指采用除點(diǎn)澆口外的其他澆口形式的模具（二板式模具）所選用的模架，小水口模架指進(jìn)料口采用點(diǎn)澆口模具（三板式）所選用的模架。大水口模架共有A、B、C、D四種型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八種型式，其中以D字母開頭的四種型號適用于自動斷澆口模具的模架[3]。
3．3．3模架的選擇
模具的設(shè)計采用點(diǎn)澆口，冷流道，所以選擇龍記公司的模架庫。而模架的大小是由模芯的大小來確定的，有前面的模流分析后可以知道，模芯的布置如圖3-18所示，模芯的大小是100×210mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模架庫的選擇，再加上抽芯機(jī)構(gòu)的擺放位置，選取模架大小為350×250mm，型號為3525的龍記模架。為了配合注塑機(jī)使用大多數(shù)采用工字模，所以模架的型式
采用AI型如圖3-19所示。
圖3-18：模芯布局示意圖
圖3-19：龍記AI型工字模
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模架庫數(shù)據(jù)，選擇A板為60mm，B板為60mm，其它部件按龍記AI型工字模默認(rèn)大小，如圖3-20。
圖3-20：模架定義
3．4注塑機(jī)
注塑機(jī)的選擇是根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量等參數(shù)來確定的。因此，在選擇注塑機(jī)之前要對型腔內(nèi)塑料的體積和質(zhì)量進(jìn)行估算。由前面塑件分析已知單個塑件體積：=2.323cm3，質(zhì)量=2.439g。
則=2×≈4.646 cm3，=2×≈4.878g
3．4．1注塑機(jī)的選擇
查《塑料成型加工與模具》教材附錄6，初選取型號為XS-ZY-125的注塑機(jī)，參數(shù)如表3-2所示。
表3-2：注塑機(jī)XS-ZY-125的參數(shù)
注塑機(jī)最大注塑量：125cm3
注塑機(jī)最大注塑質(zhì)量：125g
注塑壓力：1190MPa
最小模厚：200mm
最大開距：300mm
注塑機(jī)定位孔直徑：Φ40mm
噴涂前端孔徑：Φ4mm
鎖模力：900KN
3．4．2最大注塑量校核
由于以容量計算時 ≤0.8 （1）式中：
—注射機(jī)最大注射容量 cm3；
—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
∴≥/0.8=4.646/0.8=5.8cm3
以質(zhì)量計算時 ≤0.8
（2）式中:
—注射機(jī)最大注射質(zhì)量 g；
—成型塑件與澆注系統(tǒng)質(zhì)量總和g；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
∴≥/0.8=4.878/0.8=6.0975g
注塑機(jī)符合要求。
3．4．3合模力及注塑面積和型腔數(shù)的校核
合模力的大小必須滿足下式 Fs≥Fz=P（nAx +Aj）= PA （3）
式中：
A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；
Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面積；
Aj—塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積；
Fz—脹模力；
Fs—合模力；
P—模腔壓力 取35MPa。
通過使用UG軟件計算面功能自動得出 A=5540mm2
由于 Fs≥35×5540 mm2 =193.9KN
注塑機(jī)符合要求。
3．4．4模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核
1.模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適
模具的長×寬為350mm×250mm
2.模具閉合高度校核
模具實(shí)際高度 H模=300mm ；
3.開模行程校核
注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式：
S機(jī)-（H模-H最?。? H1＋H2＋（5～10）mm
即S機(jī)- (H模-H最小) >H1＋H2＋（5～10）＝42+10=52mm
式中：
H1——推出距離，單位mm；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，單位mm；
S機(jī)——注塑機(jī)最大開模行程。
注塑機(jī)符合要求。
4、工作部分的設(shè)計
4．1分型面的設(shè)計
4．1．1分型面的設(shè)計原則
分型面設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：
1.分型面的方向盡量采用與注塑機(jī)開模方向垂直的方向；
2.分型面一般開設(shè)在產(chǎn)品的最大截面處；
3.盡量使塑件留在動模一側(cè)；
4.有利于保證塑件的尺寸精度和外觀質(zhì)量等；
5.有利于成型零件的加工與制造。
4．1．2分型面的設(shè)計
分析零件特點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)零件的外表面有比較高的精度要求，且經(jīng)過模流分析，模具澆注是使用點(diǎn)澆口，所以決定分型面沿零件的外表面最大外形輪廓，分型面如圖4-1所示。
圖4-1：分型面
4．2模芯尺寸選定
在章節(jié)3.3.3中，已經(jīng)對模架進(jìn)行了選擇，其中模芯的長和寬都已經(jīng)確定為100mm×210mm，型腔布局為兩產(chǎn)品對置（如圖4-3所示），且A板為60mm，B板為60mm，所以，模芯的高度為A板與B板高度之和，應(yīng)為120mm。
所以，在UG中，建立模芯的總體尺寸為X=210mm，Y=100mm，+Z=60mm，-Z=60mm。
4．3 母模和公模
直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構(gòu)成塑件外形的成型零件成為母模，構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件成為公模。由于母、公模件直接與高溫、高壓的塑料接觸，并且脫模時反復(fù)與塑件摩擦，因此，要求母、公模件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度。如下圖所示，其中圖4-3為母模，圖4-4為公模。
圖4-3：母模立體圖
圖4-4：公模立體圖
5、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
5．1澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注塑模具設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響， 故設(shè)計時要使型腔布置和澆口開始部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，而澆口的位置也要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說來，需要注意以下問題[1]：
1.適應(yīng)塑料的工藝性；
2.流程要短；
3.排氣良好；
4.避免料流直沖型芯或嵌件；
5.澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應(yīng)盡量??；
6.澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱；
7.修整方便，保證制品外觀質(zhì)量；
8.防止塑件變形。
5．1．1主流道和分流道的設(shè)計
主流道和分流道的尺寸，已經(jīng)在3.1.3章節(jié)的模流分析中確定，其中主流道長40mm，為圓錐形狀，開始半徑為R=2mm，結(jié)束半徑為R=3mm。分流道截面形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e與體積之比值稱為比表面積），塑料的溫度下降小，阻力亦小，流道的效率最高，所以選較圓形分流道截面形狀，半徑是R=2mm。分流道的布置選用左右平衡的一模兩腔。其中主流道和分流道都開在模芯中，這樣就可以簡化設(shè)計過程，降低設(shè)計成本。主流道襯套使用hasco公司的Z511r型主流道襯套，長度為13mm（如圖5-1所示）。
圖5-1：主流道襯套
5．1．2冷料穴設(shè)計
冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑宜大于主流道大端直徑，長度約為主流道大端直徑。
5．1．3澆口設(shè)計
澆口又稱進(jìn)料口，是
連接分流道
與型腔之間的一
段細(xì)短流道，
其截面積約為分
流道的0.03～0.09，
長度約為
0.5mm～2mm。
澆口形式
有直澆口、
側(cè)澆口、點(diǎn)澆口
和潛伏性澆口等，
經(jīng)過Moldflow
的模流分析后，
確定澆口類型為點(diǎn)澆口，澆注系統(tǒng)如圖5-3所示：
圖5-3：澆注系統(tǒng)
5．2頂出系統(tǒng)
薄殼制品的頂出頗具技術(shù)性。因?yàn)楸诤徒疃己鼙?，非常容易損壞，而且壁薄沿厚度方向收縮就很小，使得加強(qiáng)筋和其他小結(jié)構(gòu)很容易粘合，同時高保壓壓力使收縮更小。為避免頂穿和粘模，應(yīng)使用比常規(guī)成型數(shù)量更多、尺寸更大的頂出銷。所以在設(shè)計時并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)選用了斜頂定出（如圖5-5所示）。
圖5-5：斜頂
5．3抽芯機(jī)構(gòu)與計算
5．3．1確定抽芯距
將型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模的位置，型芯或滑塊所移動的距離稱為抽芯距。一般來說，抽芯距等于側(cè)孔深度加2mm～3mm的安全距離。測得側(cè)孔深度最大為1.005mm。可取抽芯距為=4mm。
內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)由斜頂頂出。斜頂角度計算由Auto CAD的燕秀工具箱斜頂角度計算器計算，如下圖5-7所示，具體參數(shù)設(shè)計參考圖5-8的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。抽芯滑塊具體尺寸詳見零件圖。
圖5-7：抽芯機(jī)構(gòu)立體圖
模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：斜頂頂出TSUN NGAI INDUSTRIAL.CO.,LTD.
圖5-8
以上是斜頂頂出機(jī)構(gòu)的主要參考資料，斜頂?shù)南嚓P(guān)參數(shù)均按照以上模具標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。
5．4 冷卻及排氣系統(tǒng)設(shè)計
5．4．1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
利用型芯、頂桿、鑲拼件等的間隙排氣，不需要另外設(shè)計排氣系統(tǒng)。
5．4．2 冷卻裝置設(shè)計
為了縮短成型周期，需要對模具進(jìn)行冷卻，常用水對模具進(jìn)行冷卻，即在注塑完后通循環(huán)冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔內(nèi)，以便迅速使模具冷卻。設(shè)計原則：
1.冷卻水孔數(shù)量盡可能的多，孔徑盡可能大；
2.冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等；
3.澆口處要加強(qiáng)冷卻；
4.冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水；
5.冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處；
6.進(jìn)出口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機(jī)的背面。
5．5 復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)置
頂針頂出塑件后，必須回到頂出前的初始位置，才能進(jìn)行下一循環(huán)的工作。本套模具采用彈簧回程。彈簧套在回程桿上，直徑需大于模架的回程桿的直徑。彈簧設(shè)計長一點(diǎn)嵌入墊板底面有15mm左右，確保彈簧的穩(wěn)定和定位。本模具選用的是futaba公司生產(chǎn)的FSA型彈簧，直徑為32mm。
5．6 模芯與模架之間的安裝
在本設(shè)計中，模芯與模架之間的固定方式為開槽固定，采用這種固定方式，可以簡化A板、B板的加工工藝，而且便于安裝，同時也簡化了冷卻水道的設(shè)計時間和難度。
5．7 模具安裝圖
模具安裝圖如下圖5-9所示
圖5-9：模具安裝圖
6 模具安裝和試模
1.清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。
2.因模具外形尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機(jī)器下面兩根導(dǎo)軌上墊好板，模具從側(cè)面進(jìn)入機(jī)架間，定模入定位孔，并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應(yīng)保證開閉模具時平穩(wěn)、靈活，無卡住現(xiàn)象，然后固定動模。
3.調(diào)節(jié)鎖模機(jī)構(gòu)，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當(dāng)。
4.慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況，動作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。
5.模具裝好后，待料筒及噴嘴溫度上升到距離預(yù)定溫度20～30，即可校正噴嘴澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間，觀察兩者接觸印痕，檢查吻合情況，必須使松緊合適，校正后擰緊注射座定位螺釘，緊固定位。
6.開空車運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察模具各部分運(yùn)行是否正常，然后才可注射試模。
雖然是在選定成型材料、成型設(shè)備時，在預(yù)想的工藝條件下進(jìn)行模具設(shè)計，但是人們的認(rèn)識往往是不完善的，因此必須在模具加工完成以后，進(jìn)行試模試驗(yàn)，看成型的制件質(zhì)量如何。試模時，塑件上?？赡艹霈F(xiàn)各種弊病，為此必須進(jìn)行原因分析、排除故障。造成次、廢品的原因很多，有時是單一的，但經(jīng)常是多方面綜合的原因。需按成型條件、成型設(shè)備、模具結(jié)構(gòu)及制造精度、塑件結(jié)構(gòu)及形狀等因素逐個分析找出其中主要矛盾，然后再采取調(diào)節(jié)成型工藝參數(shù)、修整模具等方法加以解決。因?yàn)槌尚蜅l件容易改變，所以一般的做法是先變更成型條件，當(dāng)變更成型條件不能解決問題時，才考慮修理模具。
7、設(shè)計總結(jié)
7．1 模具設(shè)計難點(diǎn)與特色總結(jié)
在本次的畢業(yè)設(shè)計中，按照的無紙化模具設(shè)計的一般流程，設(shè)計了一個比較常見的電池蓋的模具，并對所設(shè)計的模具進(jìn)行了模流分析與各數(shù)據(jù)的計算，大大的降低了設(shè)計和制造成本和延長了模具的使用壽命，本設(shè)計更是沿著如何降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的方向，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計，利用了各種CAD軟件和各種分析軟件，提高了模具的快速響應(yīng)市場能力。
在完成本次畢業(yè)設(shè)計的過程中，本人漸漸地熟悉了注塑模具設(shè)計的一般過程和步驟。設(shè)計過程中需大量地運(yùn)用已學(xué)過的知識，因此很好地鞏固了書本上所學(xué)到的知識，配合自己動手所得到的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對所學(xué)知識（尤其專業(yè)知識）掌握得更加牢固。在本次設(shè)計過程中遇到過不少問題，例如對軟件的不熟悉，軟件的很多功能以前都沒有接觸過，因此需從頭學(xué)起，邊學(xué)邊做，也因?yàn)檫@樣，印象特別深刻，掌握得特別牢固。通過這次模具設(shè)計，使我加深了模具方面的認(rèn)識，在這個過程中，培養(yǎng)了自身的獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。
7．2存在問題與解決設(shè)想
由于本人在模具設(shè)計方面經(jīng)驗(yàn)不足，本畢業(yè)設(shè)計的模具還有一些不足，例如產(chǎn)品中存在的一定量的溶接痕、產(chǎn)品邊緣有氣泡產(chǎn)生等問題，希望在以后積累更多的經(jīng)驗(yàn)，解決可能出現(xiàn)的缺陷問題。
另外，本產(chǎn)品屬于薄壁類零件，在注塑過程中，使用冷流道可能降低了產(chǎn)品的注塑質(zhì)量，使產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷，而且注塑周期較長，而如果使用熱流道技術(shù)，可以節(jié)約流道中的廢料，熱流道的優(yōu)點(diǎn)有大大縮短注塑周期，減少縮模力，改善制品的變形、飛邊等，減少廢料、有利環(huán)保，減少污染，減少噪音，提高制品品質(zhì)等等。而且熱流道技術(shù)是現(xiàn)今模具發(fā)展的方向，但是技術(shù)難度要求較高且成本也較高，因?yàn)闀r間的關(guān)系和經(jīng)驗(yàn)的不足，在本次設(shè)計中沒有使用熱流道技術(shù)。
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致 謝
在此感謝各位指導(dǎo)老師和身邊的同學(xué)悉心的教導(dǎo)和幫助，特別是我的指導(dǎo)老師—xxx老師，他給了我很多方向性的建議，還有模具組的各位老師在設(shè)計過程中給予的幫助和支持！使我加深了模具方面的認(rèn)識，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考題、解決問題的能力。
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