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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 27 頁 共 28 頁
1 前言
1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年3月中國政府頒布的《關于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位[1]。
模具工業(yè)既是高新技術產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60％～90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng)濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達到170種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80％的模具需要更換。中國摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個型號的摩托車生產(chǎn)需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。
目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。
1.2 各種模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型[2]。
（1）沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖?？煞譃槁淞夏?，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。
1.3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀
自20世紀80年代以來，我國的經(jīng)濟逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。20世紀90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長到130億元人民幣，1999年已達到245億元人民幣，2000年增至260～270億元人民幣。今后預計每年仍會以10℅～15℅的速度快速增長。
目前，我國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數(shù)千家，成為我國國內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。
在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50℅（中國臺灣：40℅），塑料模具約占33℅（中國臺灣：48℅），壓鑄模具約占6℅（中國臺灣：5℅），其他各類模具約占11（中國臺灣：7℅）。
中國臺灣模具產(chǎn)業(yè)的成長，分為萌芽期（1961——1981），成長期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三個階段。
萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。
1981年——1991年是臺灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產(chǎn)業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等CAD/CAM技術，所以臺灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術的時間相當早。
成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下，1994年，1998年，由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃”與“工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級，朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具。1997年11月間臺灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協(xié)會會員。整體而言，臺灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。
1.4 世界五大塑料生產(chǎn)國的產(chǎn)能狀況
美國塑料(原料)的產(chǎn)量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產(chǎn)量就已達2000萬噸之多，1986年增至23l0萬噸，占全球總產(chǎn)量8100噸的28.5％，此后美國塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分別增加到2710萬噸、2810萬噸、3010萬噸、3410萬噸、4000萬噸和4360萬噸，占世界總產(chǎn)量的比例從1996年起提高到30％以上。2001年美國塑料產(chǎn)量為4170萬噸，其中以聚乙烯為最多，達1500多萬噸。其次分別是氯乙烯650萬噸、聚丙烯720萬噸、聚苯乙烯對酞酸脂320萬噸、聚苯乙烯280萬噸。國內(nèi)塑料消費量(產(chǎn)量+進口量一出口量)，美國也是全球最多的。美國的全部塑料消費量2001年為4280萬噸。美國人均塑料消費量也是很高的，2000年為159公斤，2001年略減為155公斤 ，居全球第3位。美國現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位1萬多家，其中職工人數(shù)少于50人的占總數(shù)的53％，50～l00人的占21％，100～500人的占23％，超過500人的占近4％，職工總數(shù)近90萬人。在美國塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達110萬，2001年的出貨金額為2150億美元，人均出貨金額為195美元。
德國是世界最大的塑料(原料)生產(chǎn)國之一，上世紀90年代初的1991年、1992年和1993年，德國塑料產(chǎn)量都為990多萬噸，1994年增達超過1000萬噸的1110萬噸．1998年達近1300萬噸，1999年為近1400萬噸，2000年增至1550萬噸，超過日本為世界第2大塑料生產(chǎn)國，2001年上升為1580萬噸，2002年已過1600萬噸。2001年德國生產(chǎn)的種種塑料原料中，聚乙烯為285萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯125萬噸)，氯乙烯175萬噸，聚丙烯160萬噸。德國2001年的國內(nèi)塑料消費量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸．氯乙烯152萬噸。德國人均塑料消費量2001年為160公斤，在世界上僅少于比利時的172公斤，高于美國的155公斤，排在世界第2位。德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近30萬人，2001年的出貨金額為360億美元，人均126美元。德國塑料制品加工企業(yè)中職工少于50人的占44％，50～100人的占28％，100～500人的占25％，500人以上的占4％。
中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長，1991年產(chǎn)量僅為250萬噸，1995年增為350萬噸，1998年超過700萬噸，到2002年已增達約1400萬噸，超過日本而成為世界第3大塑料原料生產(chǎn)國。中國今年塑料制品市場將持續(xù)走強，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品等各個領域都將有較大幅度的增長，需求量將超過2500萬噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過850萬噸，工程塑料制品需求量將達400萬噸左右，建材塑料制品需求量將達300萬噸以上，農(nóng)用塑料制品需求量將在500萬噸左右，日用塑料制品需求量約為80萬噸左右。
日本在很長的時期內(nèi)都是僅次于美國的世界第2大塑料生產(chǎn)國。一直到1997年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長，年產(chǎn)量在70年代中期就已達500多萬噸，1987年突破1000萬噸，1991年達約1300萬噸，1992年和1993年因受日本經(jīng)濟下滑的影響，產(chǎn)量略有減少，分別降至1258和1225萬噸。從1994年起產(chǎn)量再度增長，1994年、1995年和1996年分別回升到1300萬噸、1400萬噸和1470萬噸，1997年的產(chǎn)量又比上年增長3.7％，達到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢在1998年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。1998年，日本塑料產(chǎn)量為1390萬噸，比上年減少了8.7％。1999年和2000年日本塑料產(chǎn)量分別回升到1432萬噸和1445萬噸，但仍遠未恢復到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料產(chǎn)量再度下降至1400萬噸以下的1364萬噸和1361萬噸。2002年日本塑料(原料)產(chǎn)量減為1361萬噸。而中國則增為1366萬噸，日本又退居第4位。
韓國塑料產(chǎn)量增長十分迅速，1986年超過200萬噸，1990年增達300萬噸，1992年突破500萬噸，1994年、1996年和1997年分別上升到600多萬噸、700多萬噸和800多萬噸，1998年產(chǎn)量增至850萬噸，1999年突破900萬噸，2001年達1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產(chǎn)國之列。韓國塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首，2001年產(chǎn)量為340萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯180萬噸)，聚丙烯以238萬噸排在第2位，其次分別是聚酯161萬噸、氯乙烯124萬噸、ABS·AS樹脂86萬噸、聚苯乙烯77萬噸。韓國國內(nèi)塑料消費量2001年420萬噸，只相當于產(chǎn)量的1/3略高。人均塑料消費量2001年為106公斤，韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù)2001年為3.1萬人，出貨金額為85億美元，人均276美元。
塑料產(chǎn)量位居世界前10名的國家和地區(qū)還有法國660萬噸、比利時600萬噸、中國臺灣598萬噸、加拿大432萬噸和意大利385萬噸(均為2001年產(chǎn)量)。
1.5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國[3]。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122cm）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平[4]。
（4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。
2 吹風機頭注射成型工藝分析與工藝方案的確定
2.1 吹風機頭注射成型工藝分析[5]
制件的注射成型工藝分析主要從制件的形狀、尺寸、精度要求、材料等方面進行分析，并使其作為模具設計的根本依據(jù)。
要求：
模具腔數(shù)：一模1腔
生產(chǎn)批量：大批量
材料：PE
制件圖如圖2-1所示
圖2-1 吹風機頭
2.1.1 塑件的材料性能
典型應用范圍:塑料制品，箱柜，管道聯(lián)接器
注塑模工藝條件:干燥
熔化溫度：180～280℃
模具溫度：20～40℃，為了實現(xiàn)冷卻均勻以及較為經(jīng)濟的去熱，建議冷卻腔道直徑至少為8mm，并且從冷卻腔道到模具表面的距離不要超過冷卻腔道直徑的1.5倍。
注射壓力：最大可到1500bar。
保壓壓力：最大可到750bar。
注射速度：建議使用快速注射速度。
流道和澆口：可以使用各種類型的流道和澆口。PE特別適合于使用熱流道模具。
化學和物理特性:商業(yè)用的PE材料的密度為0.91～0.94 g/。PE對氣體和水蒸汽具有滲透性。PE的熱膨脹系數(shù)很高不適合于加工長期使用的制品。如果PE的密度在0.91～0.925 g/之間，那么其收縮率在2%～5%之間；如果密度在0.926～0.94 g/之間，那么其收縮率在1.5%～4%之間。當前實際的收縮率還要取決于注塑工藝參數(shù)。PE在室溫下可以抵抗多種溶劑，但是芳香烴和氯化烴溶劑可使其膨脹[6]。
2.1.2 塑件的尺寸和精度要求
塑件的總體尺寸主要取決于塑料品種的流動性。而塑件的尺寸精度受到各個方面因素的影響，如模具制造精度及使用后的磨損，塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，塑件的形狀，飛邊厚度的波動，脫模斜度及成型后塑件尺寸變化等。該零件要求采用精度等級為7級的尺寸公差[7]。
2.1.3 塑料制品的成型收縮
塑料制件從模具中取出發(fā)生尺寸收縮的特性稱為塑料的收縮性。影響收縮的基本因素有塑料品種，塑料特性，進料口的形式、尺寸、分布，成型條件。塑料的收縮數(shù)據(jù)是以標準試樣實測得到的。查表得PE的計算收縮率為1.5％～4％，其平均收縮率按下式計算：
因此，PE的平均收縮率Scp為：2.75％，符合設計標準。
2.1.4 塑料制件的脫模斜度
由于塑料冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊抱在凸模貨成型型芯上，或由于粘附作用，塑件緊貼在凹模型腔內(nèi)。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷、擦毛等，在設計時塑件表面沿脫模方向應具有合理的脫模斜度[8]。
一般情況下，脫模斜度不包括在塑件公差范圍內(nèi)，否則在圖樣上應予說明。PE塑料的脫模斜度如下表：
制件材料
PE塑料
脫模斜度
凹模（型腔）
40′～1°20′
凸模（型芯）
35′～1°
2.2 注射成型工藝方案的確定
吹風機頭是一個薄壁對稱的塑料件，根據(jù)塑料件的結(jié)構特點，成型模具需采用哈夫結(jié)構、側(cè)向抽芯等成型結(jié)構，通過具體考慮采用下面模具結(jié)構方案進行設計[9]。
圖2-2 設計方案圖
如上圖2-2所示，此結(jié)構方案采用導柱哈夫型機構，哈夫滑塊在動模的推板上滑動。啟模時，哈夫滑塊在斜導柱的作用下向兩側(cè)移動，脫離斜導柱后，靠彈簧作用頂住鋼球定位。隨后，頂出裝置工作，頂桿頂出推板將制品從型芯上脫出。
2.2.1 注射機型號的確定
（1）制件的PRO/E模型分析
在PRO/E環(huán)境下，輸入PE塑料的密度值，PRO/E模型分析結(jié)果如下：
體積＝4.3432792×≈4.34
曲面面積＝3.1085922
密度＝0.92 g/cm3
質(zhì)量＝4.5604432
（2）確定注射機的型號
根據(jù)PRO/E模型分析結(jié)果的體積和一模一腔的要求，可知塑料注射量約為4.34，因此選用公稱注射量為30，型號為XS-Z-30的注射機，其主要技術規(guī)格如下表：
型號
XS-Z-30
螺桿（柱塞）直徑/mm
Φ28
注射容量（cm3）
30
注射壓力/MPa
1190
鎖模力/kN
25
最大注射面積/cm2
90
模具厚度/mm
最大
180
最小
60
模板行程/mm
160
噴嘴
球半徑/mm
12
2.2.2 注射機有關參數(shù)的校核
（1）注射量的計算
在一個注射成型周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料熔體的容量或質(zhì)量，應為制件的澆注系統(tǒng)兩部分容量或質(zhì)量之和，即
V—一個成型周期內(nèi)所需注射的塑料容積，；
n—型腔數(shù)目，由一模一腔可知n＝1；
Vn—單個塑件的容量，，由PRO/E模型分析可知Vn＝4.34；
Vj—澆注系統(tǒng)凝料的容量，，Vj由下式求得：
Vj≤.8Vg-nVn＝0.8×30-1×4.34＝19.66，取Vj＝10，
其中Vg為注射機額定注射量。
因此，V＝1×4.34+10＝14.34
（2）注射壓力的校核
注射壓力的校核是校驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品成型的需要[7]。驗證公式如下：
其中K為安全系數(shù)，K＝1.25～1.4，取K＝1.4；為一般制品的成型注射壓力，常為70～150MPa，?。?0MPa。計算得，而，因此注射壓力得校核合格。
（3）鎖模力的校核
當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大推力T推，型腔內(nèi)塑料熔體的推力T推可按下式計算：
式中A—塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，，經(jīng)計算得
P平均—型腔
內(nèi)塑料熔體的平均壓力，MPa，查表得PS的型腔平均壓力為20MPa。
因此，，而鎖模力為250KN，鎖模力的校核合格。
2.2.3 模具結(jié)構形式和分型面的選擇
（1）注射模具結(jié)構[10]
根據(jù)任務書的要求，選用單分型面的注射模具，即兩板模。型腔的一部分（型芯）在動模板上，另一部分（凹模）在定模板上。主流道設在定模一側(cè)，采用點澆口設計。開模后制品連同流道內(nèi)的凝料一起留在動模一側(cè)，動模上設置有推出機構，用以退出制
品和流道內(nèi)的凝料。其標準模架形式如裝配圖紙中所示。
（2）分型面的設計
模具上的分型面用于取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料。為了便于模具加工和制品的取出，分型面如下圖圖所示，使制件能夠附在型芯上，并且依靠推出裝置推出制件，如圖2-3所示。
圖2-3 分型面
（3）吹風機頭注射成形模具澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)是注射機從主流道的始端到型腔之間的熔體進料通道，作用是使來自注射模噴嘴的塑料熔體平穩(wěn)而順利地充模、壓實和保壓。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。在此，選用普通流道澆注系統(tǒng)。普通流道澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料穴四部分組成，如圖2-4所示。
圖2-4 澆注系統(tǒng)
2.3 主流道的設計
在臥式注射機用的模具中，主流道垂直于分型面，其幾何形狀如圖2-5所示[11]。其設計要點如下：
圖2-5 主流道形狀及其與注射機噴嘴的配合關系
（1）主流道設計成圓錐形，錐角α＝4°，內(nèi)壁表面粗糙度Ra＝0.63μm。
（2）主流道對接處緊密連接，主流道對接處應制成半球形凹坑。
球半徑；
小端直徑；
凹坑深度，取5mm。
（3）主流道大端呈圓角過渡，以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力，其圓角半徑r＝1～3mm。
（4）選用適當?shù)闹髁鞯酪r套和定位圈。
（5）冷料穴設計。選用倒錐形冷料穴。
2.4 分流道設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，設計時應考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減小流道的容積。
2.4.1 分流道的截面形狀
選效率較高的圓形截面。
2.4.2 分流道的尺寸
查表得PE塑料常用的分流道直徑為3～9.5mm，取D＝3mm。
分流道的長度按下式取值。
取L＝64mm。
2.4.3 分流道表面粗糙度
分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度通常取Ra＝1.25～2.5μm。
2.4.4 分流道與澆口連接形式
選用分流道與澆口在寬度方向連接。
2.5 澆口的設計
采用點澆口設計，澆口位置開設在線圈架的平面上，其尺寸的計算過程如下：
設點澆口直徑為d(mm)，則
D=0.206nmm。
澆口長度L常取為0.5至2.0mm,現(xiàn)取為1mm。
以上各式中，t為塑件壁厚為3mm；n為與塑料品種有關的系數(shù)，查表得n＝0.6；A為塑件外表面面積，由PRO/E模型分析得出。
3 注射模成型零部件設計
3.1 成型零部件的工作尺寸計算
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，主要包括型腔和型芯的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型零部件工作尺寸與精度。
采用平均值的計算方法。對塑件尺寸和成型零部件的尺寸偏差統(tǒng)一規(guī)定按“入體”原則標注，即對包容面（型腔和塑件內(nèi)表面）尺寸采用單向正偏差標注，基本尺寸為最小；對被包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用單向負偏差標注，基本尺寸為最大；對于中心距尺寸則采用雙向?qū)ΨQ偏差標注[12]。
3.1.1 塑件尺寸精度的影響因素
塑件尺寸的影響因素很多，也很復雜，主要包括以下幾個因素：
（1）成型零部件的制造誤差；
（2）成型零部件的磨損；
（3）塑料的成型收縮；
（4）配合間隙引起的誤差。
3.1.2 型腔
（1）型腔的徑向尺寸（mm）
設塑料平均收縮率為Scp；塑件外形基本尺寸為Ls，其公差值為△；型腔基本尺寸為Lm，其公差為δz。考慮平均收縮率及型腔磨損為最大值的一半，對于中、小型塑件，δz＝△/3，型腔徑向尺寸的計算公式如下：
L=[(1+S)L－]
=[(1+0.005)×58.24－×0.40]
=58.23 mm
（2）型腔的深度（mm）
對于中、小型塑件，δz＝△/3，型腔深度的計算公式如下：
H=[(1+ S)H－]
=[(1+0.005)×14.89－×0.28]
=14.78 mm
3.1.3 型芯
（1）型芯的徑向尺寸（mm）
L=[(1+ S) L+] =[(1+0.005)×54.24+×0.40]
=54.81 mm
（2）型芯的高度（mm）
H=[(1+ S) H+]
=[(1+0.005)×33.9+×0.28]
=35.54 mm
3.2 成型型腔壁厚的計算
注射成型時，為了承受型腔高壓熔體的作用，型腔側(cè)壁與底板應該具有足夠強度與剛度。對于小尺寸型腔常因強度不夠而破壞，因此常按強度條件計算；而對于大尺寸型腔，剛度不足常為設計失效的主要原因，因此常按剛度條件計算[13]。
3.2.1 型腔側(cè)壁厚度計算
按組合式圓形型腔計算要求，并根據(jù)制件尺寸為小尺寸范圍，應用強度計算如下公式：
式中：r—型腔內(nèi)半徑，r＝13mm；
[σ]—碳鋼取160MPa；
p—型腔內(nèi)壓力，p一般取20至50MPa.現(xiàn)取為30MPa.
因此，型腔側(cè)壁厚S：
取S＝20mm.
4 注射模的導向及脫模機構設計
4.1 導向機構設計
導向機構主要用于保證動模和定模兩大部分或模內(nèi)其他零部件之間的準確對合，起定位合定向作用[14]。在推出機構中保證推出機構運動定向，并承受推出時的部分側(cè)壓力。
4.1.1 導柱
采用普通碳素結(jié)構鋼Q235淬火處理，硬度為60HRC；根據(jù)模板外形尺寸確定導柱直徑d為6mm；導柱與導向孔采用間隙配合H7/f6。
4.1.2 導柱的數(shù)量和布置
導柱數(shù)量取4根，其布置如圖下圖4-1所示。
圖4-1 導柱分布圖
4.2 脫模機構設計
4.2.1 脫模力的計算
脫模力是將制品從包緊的型芯上脫出時所需克服的阻力。由t/d＝3/56＝0.05可知，該零件屬于圓環(huán)形薄壁制件，脫模力按下式計算。
式中 —圓環(huán)形制品的壁厚，＝1.5mm；
E —塑料的彈性模量，查表得PS得彈性模量為2800MPa；
S —塑料平均成型收縮率，S＝0.55％；
L —制件對型芯的包容長度，L＝30mm；
—模具型芯的脫模斜度，＝1°；
f —制件與型芯制件的摩擦因素，查表得PE與鋼的摩擦系數(shù)為0.21；
—塑料的泊松比，查表得PS的泊松比為0；
—無量綱系數(shù)，由f＝0.21查表得＝1.0035；
A —通孔制件A等于0.211
因此，
4.2.2 推出零件尺寸的確定
（1）推件板厚度的確定
按圓形塑料制件的強度條件計算，推件板厚度根據(jù)零件的尺寸和厚度等綜合考慮，確定推件板的厚度取為15mm。
（2）推桿直徑的確定
根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，推桿直徑可按下式計算：
取d＝8mm,數(shù)量為4根。
5 側(cè)抽芯機構的設計
分型與抽芯機構簡稱為內(nèi)側(cè)抽機構，用來成型具有外側(cè)凸起、凹槽和孔的塑件；成型殼體制品的局部凸起、凹槽和肓孔。因為內(nèi)側(cè)抽機構的注射模，其可動零件多，動作復雜。因此，內(nèi)側(cè)抽機構的設計應盡量可靠、靈活和高效。
5.1 分型抽芯機構類型的確定
由前面分析可知，吹風機頭兩側(cè)采用斜滑塊抽芯機構。它的結(jié)構圖如圖5-1所示。
圖5-1 斜滑塊側(cè)抽機構
本次設計所選有的注射機為液壓-機械式合模機構的注射機。最大開模行程與所選模厚無關，根據(jù)側(cè)抽芯機構開模行程的校核公式
和
其中為側(cè)抽芯所需要的開模距離，為塑料脫模需要的頂出距離（mm）
為塑件厚度（包括澆注系統(tǒng)凝料）(mm)，為注射機最大開模行程
=25mm， =15mm。根據(jù)以上兩式可以得到側(cè)抽芯開模距離選為50mm。
線圈架的抽芯距S等于側(cè)孔或側(cè)凹深度加上2至3 mm
而該制品的=11.7mm。側(cè)抽芯距S=14.7mm。取整后為15mm。
根據(jù)公式，可得，則其余角為（為保證開模順利取為）即為斜銷口角度。
5.2 側(cè)滑塊的設計
斜滑塊是斜導柱側(cè)面分型抽芯機構中的一個重要零件部件，它上面安裝有側(cè)向型芯或側(cè)向成型塊，注射成型時塑件尺寸的準確性和移動的可靠性都需要它的運動精度保證?；瑝K的結(jié)構可分整體式和組合式。在滑塊上直徑制出側(cè)向型腔的結(jié)構稱整體式，分開加工稱組合式。在本次設計中，側(cè)向有一較大的方孔和兩個較小方孔的側(cè)抽芯，為保證零件外觀美觀、無痕跡，現(xiàn)初定加工兩根側(cè)向小型芯和一主型芯滑塊，然后把兩側(cè)向的小型芯鑲在主型芯滑塊上一起側(cè)向抽芯。一般情況下，成型滑塊在側(cè)向分型抽芯和復位過程中，要求其必須沿一定的方向平穩(wěn)地往復移動，這一過程是在導滑槽內(nèi)完成的。根據(jù)型芯大小、形狀和要求不同，有的采取T形槽或燕尾槽，但本設計側(cè)抽芯的滑塊和小型芯設計在鑲在型腔上的方塊型芯中滑動，上下不能移動，只有前后滑動，因此無需要另加工槽，不過滑塊與型芯槽配合要求較高，為防止配合部分漏料，適當提高精度，采用H7/f7，其它部分采用H8/f8間隙配合，配合 表面粗糙度Ra≤0.8μm滑塊材料采用T10，HRC54～58。
5.3 滑塊定位裝置設計
滑塊定位裝置在開模過程中用來保證滑塊停留在剛脫離斜導柱的位置，不再發(fā)生任何移動，以避免合模時斜導柱不能準確地插進滑塊的斜導孔內(nèi)，造成模具損壞。本次設計采用螺釘與擋塊機構定位，保證螺釘?shù)囊苿泳嚯x須大于抽芯距S，一般取1.3S較合適。當滑塊和斜導柱完全脫離后,它們回位通過彈簧鋼球和滑塊上的孔定位。因為斜導柱的傾斜角度是240，滑塊的高度是35，所以當滑塊和斜導柱正好分離時，鋼球和孔的距離L:
所以在安裝設計鋼球和小孔時，它們之間的距離應該是9.8mm。這是滑塊和斜導柱回位時候的重要數(shù)據(jù)。
6 模具加工工藝設計
塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟低精度的通用加工、電火花成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于吹風機頭精度要求一般，模具結(jié)構尤其是型腔結(jié)構復雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟、可行，故采用了普通加工與電火花成型相結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件類型下面簡單分析一下主要類型零件的加工工藝。
6.1 坯料的確定
坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標準棒料或板材，也可采用鍛造坯料。在有專業(yè)模具企業(yè)中，對性能要求不高的材料多采用標準規(guī)格材料，而對性能要求較高的材料則要經(jīng)鍛造，然后經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后具有適當硬度和便于加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料，這種形式加工余量小，節(jié)省了人工和材料用量。坯料通過鍛造可使金屬材料的金相組織密實，對其強度和剛度也有提高。只是應嚴格控制加工余量，加工余量過大，會引起材料和加工工時的浪費。
6.2 模板的平面加工
6.2.1 平面的粗加工
平面切削加工是指用車床、刨床、銑床等對坯料的6個方面進行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時對模板上較大的孔也應進行粗加工。
粗加工完了之后，應進行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應力，使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過程中的變形或淬裂。
6.2.2 平面的半精加工
在經(jīng)過退火而消除內(nèi)應力之后，模板會產(chǎn)生不同程度的變形。半精加工就是去除其變形量，并給精加工留出適當?shù)募庸び嗔俊?
6.2.3 平面的精加工
通過以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的兩平面，并達到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個分模面即是z軸方向上的加工基準面。
取任意相鄰的兩個側(cè)面進行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。這兩個側(cè)面即是x，y方向上的加工基準面，分別作文字標記，如x，y。當平面的精度要求，特別是平面度公差要求很高時，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為研具，由很細的金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達到多面積的良好接觸。
6.2.4 薄板的精加工
當模板較薄或太薄時，在退火填質(zhì)或淬硬后容易發(fā)生彎曲或翹曲形變的現(xiàn)象。在磨削發(fā)生形變的薄板時，應使用薄而寬的擋板，將薄板四周擋住，并將被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量對凸面進行磨削，當磨削部分的長度達到薄板長度的2/3時，將薄板翻面，依然采取精度磨削的狀態(tài)，這樣反復數(shù)次，直到翹曲的現(xiàn)象完全消失，才能按常規(guī)磨削。
因此，薄板的預留余量應該加大，以防止達到尺寸要求時局部仍有凹處，而導致薄板報廢的現(xiàn)象。
6.3 孔及孔系的加工
在模板平面加工完成之后，在模板上需要加工的部位，包括鑲嵌成型零件的各種形狀的孔，導柱孔、復位桿孔、頂桿孔、側(cè)抽芯時的導滑槽、固定模板的螺栓孔以及冷卻水道孔、釣鉤孔等，即在模板上需要加工的部位不外乎是進行各種形式的孔及孔系的加工。
塑料模上的加工方法主要有：鉆孔、擴孔、鏜孔、磨孔等，這是根據(jù)孔的精度等級和表面粗糙度的要求決定的。
塑料模的同一零件上經(jīng)常出現(xiàn)由相互位置精度要求的多個孔稱為孔系。對孔系的加工除了要保證孔本身的精度要求和粗糙度要求外，還要保證孔與孔之間的位置精度要求，各平行孔之間的軸線平行度、各同軸孔之間的軸線同軸度以及孔的軸線與基準面之間的平行度和垂直度等等。
6.3.1 孔系的加工
孔系的加工在一般情況下是以x，y，z為基準面的，找出需要加工部位的中心，并劃出與x，y相互垂直的交叉中心線，依照藍圖畫出加工輪廓線來。
孔系的加工大體有如下幾種方法：
（1）精密劃線加工
找出中心線后，在中心處用沖頭打窩，首先選用比被加工孔直徑小的鉆頭鉆孔。鉆孔后，檢驗孔與基準面的相對位置以及各孔之間的相對位置是否滿足位置精度的要求，如果發(fā)現(xiàn)偏差可用整形銼修正，然后再擴孔，再檢驗，直到各孔位置精度達到欲求位置，最后進行留有鉸孔位置余量的最后擴孔，并進行粗鉸和精鉸。
（2）對合加工
當兩塊模板具有相同位置的多個通孔時，可采用兩模板對合在一起的方法加工，如導柱孔以及成型零件的鑲嵌固定孔等。
對于加工和直徑均相同的孔是以x，y各側(cè)邊為基準面時，按裝配時的排列順序，將它們裝夾在一起，只需一面劃線，并對模板找平，就可以同時將對應的兩個通孔同時加工出來，各孔的位置不必有嚴格的要求，他們在同一位置加工的磨只要按模具的裝配位置順序組裝，位置度的偏差對整體沒有影響。
對位置相同，但孔的直徑不同的孔，在裝夾兩塊模板時，在其中間平行墊起一個進刀距離的平行墊板，并將帶大孔的模板位置在上部劃線，同時加工出底部的小孔后，再對打孔進行擴孔，同樣達到以上的效果。
（3）坐標鏜床加工
這是目前最常用的加工孔系方法，坐標鏜床是具有二維坐標的高精度機床，它是通過帶有誤差補償裝置的精密絲杠，或帶有游標的精密直尺以及作為標準讀數(shù)的光學裝置來控制工作臺，精確移動坐標直尺，并通過有精密回轉(zhuǎn)工作臺等附件，保證在二維坐標的位置空間，完成各相對位置的精確定位及精密加工，因此，保證模板上的相對應的孔即使分別加工，也能達到組裝的精度要求。
6.3.2 導柱導套的孔加工
導柱導套組成了塑料模的導向裝置，導向裝置除具有模板的導向作用外，還有模板間相互移動的定位作用以及承受一定側(cè)壓力的作用，導柱和導套分別安裝在動模板上，當不設置導套時，模板一側(cè)是導柱定位孔，另一側(cè)則是導向孔。它的相對位置誤差一般要求在0.01 mm范圍內(nèi)，因此導柱和導套的孔可以在坐標鏜床上分別加工，也可采用對合加工的方法，將動模板和定模板按裝配位置的排列順序裝夾在一起同時加工。
導柱和導套的孔安排在什么時候加工，根據(jù)具體情況決定。
（1）先加工導柱導套孔
定模和動模上固定成型零件的孔均為通孔，可以首先安排加工導柱導套的孔，在加工成型零件固定孔時，可以利用導柱導套孔作為定位（有兩個以上不相鄰的孔定位即可），采用對合加工的方法，在同一工位，將兩塊模板的固定孔加工出來。
（2）先加工成型固定孔，后加工導柱孔
在定動模之間設有定位裝置的模具結(jié)構，在合模時，它們能夠正確定位時，可采用后加工導柱導套孔的方式。成型零件加工完畢后，組合合模裝夾在一起同時加工導柱孔。
7 繪制模具圖
7.1 PRO/E創(chuàng)建模具
利用PRO/E零件模塊畫出制件的3D模型[15]；如下圖:
圖7-1 3D模型圖
7.2 繪制總裝配結(jié)構圖和部分零件圖
繪制總裝配圖采用1：1的比例，以PRO/E畫的實體圖為基礎，進行測量繪制，畫出主視圖、左視圖、俯視圖。
模具總裝配圖應包括以下內(nèi)容：
（1）模具成型部分結(jié)構。
（2）外形結(jié)構和所有連接件，定位，導向件的位置。
（3）標注行腔主要尺寸及模具總體尺寸。
（4）按順序把全部零件序號編出，并填寫明細表。
（5）標注技術要求和使用說明。
7.2.1 繪制部分零件圖
由模具總裝圖拆畫零件圖的順序應為：先內(nèi)后外，先復雜后簡單，先成型零件，后結(jié)構零件。
結(jié)束語
本次設計是對吹風機頭進行注射成型模具設計。
在模具的計算、設計方面，首先分析了吹風機頭的形狀尺寸特點；然后確定工藝方案：注射機型號的選擇，分型面、澆注系統(tǒng)、型腔、型芯的設計；根據(jù)確定的單分型面模具。選擇標準模架；最后繪制模具的總裝配圖和零件圖。在繪圖過程中，主要是運用PRO/E、AutoCAD繪圖分析軟件，為進一步地熟練掌握專業(yè)的繪圖分析技巧，再次提供了更有利的環(huán)境。
在這次塑料注射模的畢業(yè)設計中，不僅鞏固了之前所學的知識，加深了對模具設計的理解，從收到任務書到設計模具，再到總體的校核，有一個很明確的認識。同時對軟件有了較多的認識，例如PRO/E的零件模塊和模具設計模塊，繪制模具裝配圖和零件圖所用到的AutoCAD2004，和編寫設計說明書所用的office軟件。
在設計中得到最大的收獲是：
(1) 提高查閱參考資料的能力。能在不通的參數(shù)推薦值中選擇適合本設計的最佳值或方法。
(2) 繼續(xù)鞏固各種基礎知識。比如材料力學、機械制圖、公差與配合、加工工藝等。并學會較靈活應用，為設計機械模具打好基礎。
(3) 學會使用各種專業(yè)工程軟件來輔助設計。在本次設計中就是用Pro/Engineer來完成造型和分型，用UG來完成工程圖轉(zhuǎn)換，用CAXA來提取標準件等等。這樣不但可以提高設計效率，更重要的是可以學會別人的設計思想和設計所要關注的問題等。
(4) 加深了對模具行業(yè)的了解。通過上網(wǎng)查閱，可以知道模具在國內(nèi)外的最新發(fā)展；解決某個問題的多種思路和最優(yōu)方案等。
由于設計經(jīng)驗和水平的不足，所以在設計的過程中遇到了不少困難，雖然能夠積極向老師和同學請教，同時通過圖書館和網(wǎng)上的數(shù)據(jù)庫查閱資料，但是在設計的過程中仍會出現(xiàn)錯誤的地方，期待各位老師的批評指正，使我在以后的學習和工作中能更好地發(fā)揮。
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