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煙臺工程職業(yè)技術學院 機械工程 系 模具設計與制造 專業(yè) 13 級 畢業(yè)設計 題 目:塑料碗注塑模具畢業(yè)設計論文 姓名 學號 . 指導教師（簽名) . 二○一七年十月二十七日 煙臺工程職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文) 誠 信 承 諾 書 ? 本人慎重承諾： 我所撰寫的設計（論文）《? 》是在老師的指導下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔相應責任。 畢業(yè)論文（設計）的研究成果歸屬學校所有。 ? ? 學生(簽名)： 二○一七年十月二十七日 目 錄 摘 要 3 第一章、引言 4 1.1.塑料簡介 4 1.2.注塑成型及注塑模 4 第二章、塑件材料分析 6 2.1.塑件材料的基本特性 6 2.2.塑件材料成型性能 6 第三章、塑件的工藝分析 10 3.1.塑件的結構設計 11 3.2.塑件尺寸及精度 11 3.3.塑件表面粗糙度 12 3.4.塑件的體積和質量 12 第四章、注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定 12 4.1.注射成型工藝過程分析 12 4.2.澆口種類的確定 13 4.3 型腔數目的確定 14 4.4.注射機的選擇和校核 14 4.4.1.注射量的校核 15 4.4.2.塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 16 4.4.3.模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 16 第五章、注射模具結構設計 17 5.1.分型面的設計 17 5.2.型腔的布局 18 5.3.澆注系統(tǒng)的設計 19 5.3.1.澆注系統(tǒng)組成 19 5.3.2.確定澆注系統(tǒng)的原則 19 5.3.3.主流道的設計 20 5.3.4.澆口的設計 21 5.4.注射模成型零部件的設計 21 5.4.1.成型零部件結構設計 21 5.4.2.成型零部件工作尺寸的計算 22 5.5.排氣結構設計 23 5.6.脫模機構的設計 24 5.6.1.脫模機構的選用原則 24 5.6.2.脫模機構類型的選擇 24 5.7.注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 25 5.8.模架及標準件的選用 25 5.8.1.模架的選用 25 5.8.2.標準件的選用 26 第六章、模具材料的選用 26 6.1.成型零件材料選用 26 6.2.注射模用鋼種 26 總 結 28 致 謝 28 參考文獻 29 3 摘 要 論文對塑件的成型工藝進行了可行性分析，介紹了該零件的模具設計流程，給出了模具結構與設計要點，同時對注塑機的各項參數進行嚴格校核以及模具相關結構的重要參數進行分析。綜合多方面因素進行分析、比較，在多種可行性設計方案中選擇最優(yōu)設計方案，以實現產品的順利頂出，保證產品的自動化生產，節(jié)省材料，提高生產效率。 【關鍵詞】注塑模具；抽芯機構；分型面；點澆口 第一章、引言 模具制造是國家經濟建設中的一項重要產業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產的基礎工藝裝備”也已經成為廣大業(yè)內人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業(yè)的重要領域。 1.1.塑料簡介 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 1.2.注塑成型及注塑模 將塑料成型為制品的生產方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現全自動化生產等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產中，其產口占目前塑料制件生產的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。 注射成型生產中使用的模具叫注射模，它是實現注射成型生產的工藝裝備。 注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。 注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質量的主要因素。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。 塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產品設計、模具設計和模具制造）和生產階段（包括購買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產前，由于設計人員憑經驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現問題后，不僅需要重新設置工藝參數，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產成本，延長產品開發(fā)周期。 目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。 采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經濟意義。 第二章、塑件材料分析 2.1.塑件材料的基本特性 目前，生活中，日常用品塑料的比較多，塑料碗是家庭普及用品，電話.塑料碗幾乎每天都有人用壞，更換，所以市場也看中了這一點，為了適應家庭需要，很多廠家開始生產比以前舊材料更好的新材料，本次設計就是以此為基點，設計生產一種塑料碗的注射模具，該塑料碗不易被按壞，堅固耐用，深受廣大消費者的歡迎，具有廣闊的市場前景。設計中利用CAD/CAE技術進行模具設計和成型工藝分析。 由于本次設計的塑料碗具有手感工效，而不缺實用功能，表面光滑且透明，故選用材料為PP，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。 2.2.塑件材料成型性能 PP塑料，化學名稱：聚丙烯，英文名稱:Polypropylene（簡稱PP）比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度：160-220℃ 。 成分結構 PP為結晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.91g/cm3（比水?。?。通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80-100℃，能在沸水中煮。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，它具有后收縮現象，脫模后，易老化、變脆、易變形。 日常生活中，常用的保鮮盒就是由PP材料制成。 成型特性： 1.結晶料，吸濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。 2.流動性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔，凹痕，變形。 3.冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低溫高壓時容易取向，模具溫度低于50度時，塑件不光滑，易產生熔接不良，流痕，90度以上易發(fā)生翹曲變形。 4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應力集中。 工藝特點 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?。?；其二：分子取向程度高而呈現較大的收縮率。 PP的加工溫度在200-300℃左右較好，它有良好的熱穩(wěn)定性（分解溫度為310℃），但高溫下（270-300℃），長時間停留在炮筒中會有降解的可能。因PP的粘度隨著剪切速度的提高有明顯的降低，所以提高注射壓力和注射速度會提高其流動性，改善收縮變形和凹陷。模溫宜控制在30-50℃范圍內。PP熔體能穿越很窄的模具縫隙而出現披鋒。PP在熔化過程中，要吸收大量的熔解熱（比熱較大），產品出模后比較燙。PP料加工時不需干燥，PP的收縮率和結晶度比PE低。 性能概述 1、密度 PP是所有合成樹脂中密度最小的，僅為0.90~0.91g/cm3，是PVC密度的60%左右。這意味著用同樣重量的原料可以生產出數量更多同體積的產品。 2、力學性能 PP的拉伸強度和剛性都比較好，但沖擊強度較差，特別是低溫時耐沖擊性差。此外，如果制品成型時存在取向或應力，沖擊強度也會顯著降低。雖然抗沖擊強度差，但經過填充或增強等改性后，其機械性能在許多領域可與成本較高的工程塑料相競爭。 3、表面硬度 PP的表面硬度在五類通用塑料中屬低等，僅比PE好一些。當結晶度較高時，硬度也相應增加一些，但仍不及PVC、PS等。 4、熱性質 在五大通用塑料中，PP的耐熱性是最好的。PP塑料制品可在100℃下長時間工作，在無外力作用時，PP制品被加熱至150℃時也不會變形。在使用成核劑改善PP的結晶狀態(tài)后，其耐熱性還可進一步提高，甚至可以用于制作在微波爐中加熱食品的器皿。 5、耐應力開裂性 成型制品中殘留有應力，或者制品長時間在持續(xù)應力下工作，會造成應力開裂現象。有機溶劑和表面活性劑會顯著促進應力開裂。因此應力開裂試驗均在表面活性劑存在下進行。常用的助劑為烷基芳基聚乙二醇。試驗表明PP在表面活性劑浸泡時的耐應力開裂性能和在空氣中一樣，有良好的抵抗能力，而且PP的熔體流動速率越?。ǚ肿恿吭酱螅?，耐應力開裂性越強。 6、化學穩(wěn)定性 PP的化學穩(wěn)定性優(yōu)異，對大多數酸、堿、鹽、氧化劑都顯惰性。例如在100℃的濃磷酸、鹽酸、40%硫酸及其它們的鹽類溶液中都是穩(wěn)定的，只有少數強氧化劑如發(fā)煙硫酸等才可能使其出現變化。PP是非極性化合物，對極性溶劑十分穩(wěn)定，如醇、酚、醛、酮和大多數羧酸都不會使其溶脹，但在部分非極性有機溶劑中容易溶解或溶脹。 7、氣密性（氣體阻隔性） PP對氧氣、二氧化碳和水蒸汽都有一定的透過性，比起尼龍（PA）和聚酯（PET）都有明顯差距，對于高阻隔性塑料，如PVDC、EVOH等就差得更多了。但與其它非塑料材料相比其氣密性還是相當好的。通過添加阻隔性材料或在表面涂敷阻隔性塑料，可以大大提高其氣密性。 8、老化性能 PP分子中存在叔碳原子，在光和熱的作用下極易斷裂降解。未加穩(wěn)定劑的PP在150℃下被加熱半小時以上，或在陽光充足的地方曝曬12天就會明顯變脆。未加穩(wěn)定劑的PP粉料在室內避光放置4個月也會嚴重降解，散發(fā)出明顯的酸味。在PP粉料造粒之前加入0.2%以上的抗氧劑可以有效地防止PP在加工和使用過程中的降解老化。抗氧劑分為游離基鏈反應終止劑（也稱主抗氧劑）和過氧化物分解劑（也稱輔抗氧劑）兩大類，主、輔兩類抗氧劑的合理配合，將會發(fā)揮良好的協(xié)同效果。目前推薦使用的B215抗氧劑就是主抗氧劑1010（酚類）和輔抗氧劑168（亞磷酸酯）按1：2的比例復配而成的。為防止光老化需要在PP中加入紫外線吸收劑，它可將波長290~400nm的紫外線吸收激化轉化為沒有破壞性的較長波長的光線。對于埋在土壤中或在室內避光使用的PP塑料制品僅加入主輔抗氧劑即可，無須加入紫外線吸收劑。 9、電性能 PP屬于非極性聚合物，具有良好的電絕緣性，且PP吸水性極低，電絕緣性不會受到濕度的影響。PP的介電常數、介質損耗因數都很小，不受頻率及溫度的影響。PP的介電強度很高，且隨溫度上升而增大。這些都是在濕、熱環(huán)境下對電氣絕緣材料有利的。另一方面PP的表面電阻很高，在一些場合使用必須先進行抗靜電處理。 10、加工性能良好 PP屬于結晶型聚合物，不到一定溫度其顆粒不會熔融，不像PE或PVC那樣在加熱過程中隨著溫度提高而軟化。一旦達到某一溫度，PP顆粒迅速融化，在幾度范圍內就可全部轉化為熔融狀態(tài)。PP的熔體粘度比較低，因此成型加工流動性良好，特別是當熔體流動速率較高時熔體粘度更小，適合于大型薄壁制品注塑成型，例如洗衣機內桶。PP在離開口模后，如果是在空氣中緩慢冷卻，就會生成較大的晶粒，制品透明度低。果是在水中急冷（如下吹水冷法制薄膜），PP的分子運動被急速冷凍，不能生成晶體，此時的薄膜就是完全透明的。PP的成型收縮率是比較大的，達到2%以上，遠遠大于PP塑料（0.5%）。PP的成型收縮率可以隨著添加其它的材料的種類及多少有所變化，這在制作具有配合尺寸的注塑制品時需認真加以考慮。 PP的缺點：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差，它具有后收縮現象，脫模后，易老化、變脆、易變形。 第三章、塑件的工藝分析 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。 塑料碗如圖（1）所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構并不太復雜，外輪廓線由圓弧和斜線面組成。 圖（1） 塑料碗零件圖 3.1.塑件的結構設計 （1）、脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據文獻，產品高度超過25的塑件材料PP的型腔脫模斜度為35～130/，型芯脫模斜度為30/～1。本次設計產品高度為20，所以可以忽略脫模斜度。 （2）、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產效率和生產成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數值為2～3。該產品外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2。殼內凸出部件的壁厚均為1。 3.2.塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為PP，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。 3.3.塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高許多，為Ra0.4，內部為0.8。外部接手柄區(qū)域粗糙度加大，主要是為了裝配牢固和方便。 3.4.塑件的體積和質量 用體積=底面積×高的計算方法，粗略計算產品體積 整個塑件產品體積=66.8 PP材料密度（PP的密度為0.91）， 所以質量為66.8×0.91=60.8克。 第四章、注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定 4.1.注射成型工藝過程分析 根據塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。 （1）、成型前對原材料的預處理 根據注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當的預熱干燥，PP材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發(fā)現塑料中有分解現象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （3）、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對PP材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經脫?；驒C械加工后，常需要進行適當的后處理，目的是為了消除存在的內應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調濕處理。該塑料制件材料為PP，就采用退火處理1～3小時。 4.2.澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。 由于本設計中塑料碗外表面質量要求較高，不允許出現澆口痕跡，所以選用點澆口形式。點澆口前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增大塑料熔體的剪切速率并產生較大的剪切熱，從而導致熔體表面粘度下降，流動性增加，有利于型腔的充填，因而對于薄壁塑件以及諸如聚乙烯、聚丙烯等表面變化敏感的塑料成型有利，但不利于成型流動性差及熱敏性塑料，也不利于成型平薄易變行及形狀復雜的塑件。 點澆口可以有效提高生產效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對有型腔的產品。 4.3 型腔數目的確定 因為本設計中采用點澆口，且塑件的薄壁適合，一次注塑可以一個，兩個，或者4個一起，但這個產品內側有臺階，所以需要設計推板結構，類似內抽芯，考慮到產品形狀簡單，加工和調試相對容易，因此建議選擇一模出2件，每個產品內部4個臺階，所以應該是每個產品四邊設計推板，這樣一模兩件，就應該設計8個推板，對稱分布，方便可靠穩(wěn)定，而且提高塑件成功概率，并從經濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率。 4.4.注射機的選擇和校核 由于采用一模兩腔，需要至少注射量為68.1×2=137，再根據工藝參數（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，考慮到兩種注射機的優(yōu)、缺點，最終選用臥式注射機。根據每一生產周期的注射量的計算值，可初步選用HTF200X；；螺桿注射機， 注塑機型號為:HTF200X螺桿注射機: 注塑機參數如下: 注射裝置 INJECTION UNIT A B C 螺桿直徑 Screw Diameter mm 50 55 60 螺桿長徑比 Screw L/D Ratio L/D 22 20 18.3 理論容量 Shot Size(Theoretical) cm3 442 535 636 注射重量 Injection Weight(PS) g 402 487 579 注射壓力 Injection Pressure Mpa 205 169 142 螺桿轉速 Screw Speed rpm 0～180 合模裝置 CLAMPING UNIT 合模力 Clamp Tonnage KN 2500 移模行程 Toggle Stroke mm 540 拉桿內距 Space Between Tie Bars mm 570x570 最大模厚 Max.Mold Height mm 570 最小模厚 Min.Mold Height mm 220 頂出行程 Ejector Stroke mm 130 頂出力 Ejector Tonnage KN 62 頂出桿根數 Ejector Number Piece 9 其它 OTHERS 最大油泵壓力 Max.Pump Pressure MPa 17.5 油泵馬達 Pump Motor Power kw 22 電熱功率 Heater Power kw 16.65 外形尺寸 Machine Dimension(LxWxH) m 6.02x1.7x2.1 重量 Machine Weight t 8.1 料斗容積 Hopper Capacity kg 50 油箱容積 Oil Tank Capacity L 630 4.4.1.注射量的校核 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內。校核公式為： 式中 --型腔數量 --單個塑件的體積（） --澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（） 本設計中： 68.1 =5 104 nm1+m2=2×68.1+5=140≤80%×200 注射量符合要求。 4.4.2.塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現漲模溢料現象，必須滿足以下關系。 式中 n --型腔數目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積 --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 --注射機允許使用的最大成型面積 n=2 =3.14×302=2826 =210 =320 =2 投影面積符合要求 注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即： （）P < F 式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 PP推薦使用的型腔壓力為15～22 MPa，在此取P= （）P= 鎖模力符合要求 4.4.3.模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 （1）、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 式中 --注射機允許的最小模厚 --注射機允許的最大模厚 本設計中 符合要求 （2）、開模行程（S）的校核 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動模固定板的移動距離。 注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與模具的開模距離相適應。對于液壓-機械式合模機構的注射機，其開模行程與模具厚度無關，對于單分型面注射模應有： 式中 --推出距離 --包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 本設計中 =160 =35 mm =103 mm 經計算，符合要要求。 （3）、頂出裝置的校核 在設計模具推出機構時，需校核注射機頂出的頂出形式，要注意在兩側頂出時模具推板的面積應能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。 HTF200X型注射機為兩側推出機構。經檢查能滿足將模具脫出的要求。 第五章、注射模具結構設計 5.1.分型面的設計 將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，如圖（2）所示 圖（2）分型面的選擇 5.2.型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。由于本設計中塑件是左右兩部分配合裝配使用，需要可能相同的注射工藝參數，以達到高的成功率，模具采用點澆口，以求達到良好的澆注質量。如下圖所示： 圖（3）分布圖 5.3.澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。 5.3.1.澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分：主澆道，分澆道，澆口，型腔，冷料穴等。 5.3.2.確定澆注系統(tǒng)的原則 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素： a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。 b)、模具成型塑件的型腔數：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。 c)、塑件大小及形狀：根據塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。 d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。 e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施。 5.3.3.主流道的設計 主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。 （1）、主流道的尺寸 設計中選用的注射機為HTF200X，其噴嘴直徑為4，噴嘴球面半徑為12，主流道各具體尺寸如下： α ＝1° H＝3.0㎜ 100㎜ 6.71㎜ （2）、主流道澆口套的形式 選用如圖（4）所示類型的澆口套，這種類型設計成整體形式，用螺釘固定于定模座板上。也可以將主流道澆口套和定位圈設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，澆口套與模板的配合采用。本設計中采用兩件配合的方法。 圖（4）主流道澆口套及其固定形式 （3）、主流道澆口套的固定 澆口套與定位圈設計成兩個零件的形式，以臺階的形式固定在定模板上，澆口套與定位圈之間的配合采用H9/f9。定位圈在模具安裝調試時應插入注射機定模板的定位孔內，用于模具與注射機的安裝定位。定位圈外徑比注射機定模板上的定位孔徑小0.2㎜以下 5.3.4.澆口的設計 澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，側澆口，潛伏式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點： 1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內的氣體。 根據澆口選用原則和為保證塑件表面質量及美觀效果，采用點澆口，利于熔體充滿整個型腔。 5.4.注射模成型零部件的設計 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質量。 5.4.1.成型零部件結構設計 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 1）、凹模的設計 凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設計中產品形狀簡單，可以采用整體式，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，加工也方便，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。 2）、凸模的設計 本設計中零件結構較為簡單，但經過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現，塑件采用的是整體式凸模，也叫型芯，雖然有些部位加工、維修不易，但成型后的塑件質量好，在塑件內表面也不會形成接縫，溢料痕跡，加工精度較高，成型效果好。型芯與動模板的配合可采用。 5.4.2.成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具零部件的工作尺寸。 塑件經成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定PP材料的平均收縮率為1.7%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： 式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸 查表得知PP的平均收縮率為Smin=1.7％, 型腔徑向尺寸: L=[Ls+Ls×Scp-3/4×Δ] △=0.16 δ=0.16/4=0.04 L=[114+114×0.005－3/4×0.05] mm=114.57mm △=0.16 δ=0.16/4=0.04 L=[58+58×0.005－3/4×0.04] mm=58.29mm △=0.16 δ=0.20/4=0.04 L=[56+56×0.005－3/4×0.04] mm=56.28mm 型腔深度尺寸: H=[Hs+Hs×Scp-2/3△] △=0.12 δ=0.12/4=0.03 H=[5+5×0.005－2/3×0.04] mm=5.03+0.03mm △=0.12 δ=0.12/4=0.03 H=[4+4×0.005－2/3×0.04] mm=4.02+0.03mm 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數值見圖紙。 5.5.排氣結構設計 排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓縮將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正?？焖俪淠＃瑫r氣體壓縮所產生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。 由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽，利用間隙排氣，以不產生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。 5.6.脫模機構的設計 塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構的導向和復位部件等組成。 5.6.1.脫模機構的選用原則 （1） 使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）； （2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； （3） 推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產生隙裂； （4） 推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產生彈性變形； （5） 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 5.6.2.脫模機構類型的選擇 推出機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣動推出機構。根據推出零件的類別還可分為推桿推出機構、套管推出機構、推板推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構等。 由于本次課題每個型腔需要設計均勻分布，推板接觸到產品的底端面，所以推板在工作時直接頂到產品的底面，將產品順便脫離模具，所以無需單獨設計脫模機構，本設計中采用推板推出機構使塑料制件順利脫模，如圖（5）所示。 圖（5）推出機構形式 5.7.注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的聚苯乙烯PP，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 5.8.模架及標準件的選用 5.8.1.模架的選用 根據以上的設計，再結合模具的強度和剛度以及所選注射機，各模板的代號及尺寸如下： 動模板 GB4169.8-84 350 推桿墊板 GB4169.7-84 35012020 推桿固定板 GB4169.7-84 35012015 墊鐵 GB4169.6-84 3507038 型腔板 GB4169.8-84 35020070 定模板 GB4169.8-84 35025025 5.8.2.標準件的選用 為了便于模具的裝配，減少繁重的設計和制造工作量，縮短生產準備時間和降低成本，一些模具都選用標準零件，本設計中的標準零件選用如下： 導柱 GB4169.4-84 20145 4個 導套 GB4169.4-84 307920 4個 內六角螺釘 GB70-85 若干個 第六章、模具材料的選用 正確選用模具各部分零件的材料，是注射模具設計過程中的一項重要工作，它直接影響模具的使用壽命，加工成本以及制品的成型質量。選擇模具材料時，需要根據模具工作條件，從使用性能和加工性能兩方面對材料提高要求。 6.1.成型零件材料選用 成型零件材料選用的要求如下： （1）、機械加工性能良好 （2）、拋光性能良好 注射成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面，，要求鋼材硬度35～40HRC為宜，過硬表面會使拋光困難。 （3）、耐磨性和抗疲勞性能好 （4）、具有耐腐蝕性能 6.2.注射模用鋼種 熱塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供應，常用T10A，T8A和55調質鋼，硬度為250～280HB，易于切削加工。 型芯和鑲塊以棒材供應，采用淬火變形小，淬透性好的高碳合金鋼，經熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用T10A，9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種,淬火后回火HRC55，有良好的耐磨性。 參考相關文獻，本設計模具材料選用情況如下： 塑料模具鋼材選用，PP塑料適用常見鋼種T10A，T8A。其它模具選材見表 模具零件 使用要求 模具材料 熱處理 導柱、導套 表面耐磨、有韌性、抗曲、不易折斷 20# 表面淬火 成型零部件 強度高、耐磨性好、熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕 T10A 淬火 中溫回火 主流道澆口套 耐磨性好，有時還要求耐腐蝕 45鋼 表面淬火 推桿、拉料桿等 一定的強度和耐磨性 T10（A） 淬火 低溫回火 各種模板、推板、固定板、模座等 一定的強度和剛度 Q235 調質 總 結 本次塑料模具設計，全面考慮了塑料成型性能，模具結構特點，注射工藝參數，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理論分析和數據計算生產操作上論證該設計是合理可行的。并且，通過這次設計，我了解了注射模設計概況，熟悉了注射設備，基本掌握了注射成型的一般原理，更讓我明白做事要有耐心和毅力，否則就會走來走去無所事是。 經過這次設計，讓我學到了很多書本上學不到的知識，由于AutoCAD不怎么精通，自己邊學邊畫，Word里也有很多東西弄不明白，同學和老師給了我很大的幫助。在設計完后，將要畢業(yè)的我深刻地體會到時間不等人的滋味。很多同學也跟我一樣有這樣的體會，但由于此次設計，讓我們大醒悟。 在設計和三維建模過程中也遇到了一些問題，在出圖時也遇到很多問題，通過對問題的探索與分析，經過自己的努力，最后得到圓滿解決，更深刻的知道了模具設計各個階段的重要性和嚴謹性，達到了畢業(yè)設計的目的。 伴隨經濟建設，特別是汽車、機械、電子、日用制造等行業(yè)的飛速發(fā)展，對模具設計與制造的人才的需求與日俱增，模具設計制造，特別是注射模具的設計與制造將更為受到重視，并將會廣泛應用到各個領域中，飛速發(fā)展。 相信這次設計中獲得的經驗及處理問題的能力將會對今后的學習和工作有所啟示和幫助。 致 謝 論文停筆之際，心中感慨萬千。文中有許多的不足和缺憾令我不能釋懷。如果能夠再深入一些、再完善一些，該多好。論文雖然結束，但學問永無止境，該課題的研究才剛剛邁開第一步，還有待進一步的深入。 光陰似箭，轉眼間就要告別這段令人難忘的美好時光。心中有依戀、有遺憾，但更多的是慶幸和感激，因為四年來得到那么多師長和學友的無私教導和幫助。 通過此次畢業(yè)設計，使我學到了許多知識，比如說模具整體的設計過程和你設計模具的實用性，其中還包括許多課本上學不到的知識。當然，在設計過程中出現的一些難題。比如說怎樣提高產品的加工精度，以及小型工件的夾緊這些問題，都通過我們去翻閱相關的書籍和老師的細心指導才得以解決，通過本次畢業(yè)設計，也使得我們這組成員更加齊心協(xié)力、努力創(chuàng)新，自始至終，都抱著如何做能使其工件更加美觀、精度更高、工作效率最高的心態(tài)。當然更重要的是產品的實用性，在此基礎上使其更加富有創(chuàng)意才是我們的目的。經過了漫長而又短暫的設計工作，我們的作品終于出成效了，指導老師為此也為我們的這次畢業(yè)設計做出了很好的評價。在項目設計過程中用到了很多以前上課時學的知識，尤其是老師上課教給我們的一些分析問題、解決問題的思想在這次項目中都得到了很好的印證，使我在這些方面能夠很快的領會。這些老師雖然有的沒有親自指導我的畢業(yè)設計，但仍然對我的畢業(yè)設計的順利進行有很大的幫助，在此一并表示感謝。 為此，再次感謝我們的指導老師在百忙之中給予我們作品的悉心指點與幫助。感謝他為我們指點迷律、出謀劃策。同時，也感謝我們的這組的成員在這次設計中給予我的幫助！謝謝！ 參考文獻 1．曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝及模具設計 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