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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
礦泉水瓶蓋注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)
摘要：本設(shè)計(jì)課題為礦泉水瓶蓋注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了部分螺紋類塑料零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計(jì)意義。通過(guò)對(duì)該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者注塑模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，首先分析了模具的發(fā)展趨勢(shì)、材料的特性塑件的成分及性能要求，為選取澆口的類型做好了準(zhǔn)備；然后估算了塑件的體積，便于選取注塑機(jī)及確定型腔數(shù)量；最后分析了塑件的特征，確定模具的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及推出裝置的選取。
本塑件有螺紋結(jié)構(gòu)，但螺紋較淺，為了減少工時(shí)、節(jié)約成本可以強(qiáng)制脫模。本副模具的設(shè)計(jì)中，上斷面下部，有一個(gè)較博的圓環(huán)，在制造時(shí)加工不方便，但可以制造小電極，采用電火花技術(shù)。
關(guān)鍵詞：注塑模 澆口 強(qiáng)制脫模 推板 Pro/E
Design topics covered in category
for njection mold design
Abstract：Design topics covered in this category for the injection mold design, part of the screw type of plastic parts design, content and direction of a certain design significance. Parts of the mold through the design, the designer has been further strengthened by the injection mold design based on knowledge, for the design of more complex injection molds made and lessons foreshadowing a more profound experience.
The use of plastic molding process design and die design of the basic knowledge, the first analysis of the development trend of the mold, the material characteristics of the plastic parts of the composition and performance requirements, select the type of gate prepared for the then estimate the size of the plastic parts , For selected cavity injection molding machine and set the number of the last of the plastic parts of the features of the design parameters established mold, design elements and the introduction of the device selected.
The plastic pieces are threaded structure, but less thread, in order to reduce working hours, the cost savings can be forced Stripping. The deputy dies in the design, on the lower section, have a Bo Circle, in the manufacturing, processing inconvenient, but we can manufacture of small electrodes, used EDM technology.
Key words: mandatory injection mold gate
Stripping push plate
Pro / E
1 緒 論
1.1我國(guó)模具現(xiàn)狀
截至2007年11月底，中國(guó)規(guī)模以上模具制造企業(yè)共有企業(yè)1603家，從業(yè)人員達(dá)到29萬(wàn)人；我國(guó)目前模具總產(chǎn)值已躍居世界第三，僅次于日本和美國(guó)。中商情報(bào)網(wǎng)研究數(shù)據(jù)顯示，2003-2007年間中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)年均復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）高達(dá)45.4%，中商情報(bào)網(wǎng)分析師預(yù)測(cè)到2012年中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可以達(dá)到1500億元。當(dāng)今世界正進(jìn)行著新一輪的產(chǎn)業(yè)調(diào)整．一些模具制造逐漸向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，中國(guó)正成為世界模具大國(guó)。近年來(lái)，外資對(duì)我國(guó)模具行業(yè)投入量增大，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家將模具向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)進(jìn)一步明朗化，我國(guó)模具行業(yè)迎來(lái)新一輪的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也將面臨巨大的挑戰(zhàn)。目前我國(guó)一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的中高檔模具每年仍需大量進(jìn)口。在總量供不應(yīng)求的同時(shí)，一些低檔模具卻供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔模具也有供過(guò)于求的趨勢(shì)。
目前存在的一些問(wèn)題：
⑴高級(jí)模具人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少
⑵工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低
⑶專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差
⑷模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后
⑸小企業(yè)多，多為作坊式
目前模具制造企業(yè)的生產(chǎn)模式總的可以分為以下幾種：
⑴大承包(包料、包加工、包工人工資)
⑶小承包(不包料、不包加工、包工人工資)
⑷自產(chǎn)(不包料、不包加工、不包工人工資)
⑸個(gè)體戶型：
1.2 國(guó)外模具現(xiàn)狀
據(jù)中國(guó)工業(yè)報(bào)報(bào)道，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(guó)際上是一流的。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。
高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造
⑴CAD/CAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性
⑵為了縮短制模周期、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，普遍采用高速切削加工技術(shù)
⑶快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用
我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀分析
整體來(lái)看，中國(guó)塑料模具無(wú)論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步，但與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求、世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。在總量供不應(yīng)求的同時(shí)，一些低檔塑料模具卻供過(guò)于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過(guò)于求的趨勢(shì)。
加入WTO，給塑料模具產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)。由于中國(guó)塑料模具以中低檔產(chǎn)品為主，產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，有些甚至只有國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格的1/5～1/3，加入WTO后，國(guó)外同類產(chǎn)品對(duì)國(guó)內(nèi)沖擊不大，而中國(guó)中低檔模具的出口量則加大；在高精模具方面，加入WTO前本來(lái)就主要依靠進(jìn)口，加入WTO后，不僅為高精尖產(chǎn)品的進(jìn)口帶來(lái)了更多的便利，同時(shí)還促使更多外資來(lái)中國(guó)建廠，帶來(lái)國(guó)外先進(jìn)的模具技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)中國(guó)的專業(yè)模具人才起到了推動(dòng)作用。
從市場(chǎng)情況來(lái)看，塑料模具生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展那些技術(shù)含量高的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具，并大力開發(fā)國(guó)際市場(chǎng)，發(fā)展出口模具。隨著中國(guó)塑料工業(yè)，特別是工程塑料的高速發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)，中國(guó)塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度，未來(lái)幾年年增長(zhǎng)率仍將保持20%左右的水平。 近年來(lái)，港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在中國(guó)大陸發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量自產(chǎn)自用塑料模具無(wú)確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。
?1.3 塑料模具的發(fā)展水平與市場(chǎng)趨勢(shì)
??? 近年來(lái)，中國(guó)塑料模具制造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達(dá)到2μm，制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達(dá)6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產(chǎn)手段上，模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴(kuò)展，高速加工及RP/RT等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來(lái)越多，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了塑料模具設(shè)計(jì)制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無(wú)圖制造。
??? 經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，塑料模具的開發(fā)、創(chuàng)新和企業(yè)管理等方面已顯示出一些新的發(fā)展趨勢(shì)：
（1）在模具的質(zhì)量、交貨周期、價(jià)格、服務(wù)四要素中，已有越來(lái)越多的用戶將交貨周期放在首位。要求模具公司盡快交貨，這已成為一種趨勢(shì)。
（2）大力提高開發(fā)能力，將開發(fā)工作盡量往前推，直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去，甚至在尚無(wú)明確用戶對(duì)象之前進(jìn)行開發(fā)，變被動(dòng)為主動(dòng)。
（3）隨著模具企業(yè)設(shè)計(jì)和加工水平的提高，模具的制造正在從過(guò)去主要依靠鉗工的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g(shù)。這不僅是生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變，也是生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和觀念的上升。
（4）模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。
（5）隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，模具必然會(huì)向更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展。
（6）發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具正加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，其表現(xiàn)方式為：一是遷廠，二是投資，三是采購(gòu)。
存在的主要問(wèn)題，中國(guó)塑料模具行業(yè)和國(guó)外先進(jìn)水平相比，主要存在以下問(wèn)題。
⑴發(fā)展不平衡，產(chǎn)品總體水平較低。
（2）工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差。
（3）大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足。
（4）供需矛盾短期難以緩解。
（5）體制和人才問(wèn)題的解決尚需時(shí)日。
2 康師傅（礦泉水）瓶蓋工藝分析
2.1 康師傅瓶蓋
其二維視圖，如圖1
圖1 瓶蓋原始尺寸
2.1.1、材料分析
礦泉水瓶蓋在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中是以聚烯烴為主要原料的。聚烯烴是聚乙烯PE、聚丙烯PP和聚1—丁烯及其他烯烴內(nèi)聚合物的總稱。線形低密度聚乙烯LLDPE注塑而成，LLDPE是聚乙烯的一種。
線性低密度聚乙烯在結(jié)構(gòu)上不同于一般的低密度聚乙烯，因?yàn)椴淮嬖陂L(zhǎng)支鏈。LLDPE的線性度取決于LLDPE和?LDPE的不同生產(chǎn)加工過(guò)程。LLDPE?通常在更低溫度和壓力下，由乙烯和高?級(jí)的a烯烴如丁烯、己烯或辛烯共聚合?而生成。共聚過(guò)程生成的LLDPE聚合物具有比一般LDPE更窄的分子量分布，同時(shí)具有線性結(jié)構(gòu)使其有著不同的流變特性。LLDPE的熔融流動(dòng)特性適應(yīng)新工藝的要求，特別是用薄膜擠出工藝，可產(chǎn)出高質(zhì)的?LLDPE產(chǎn)品。LLDPE應(yīng)用于聚乙烯所有的傳統(tǒng)市場(chǎng)。增強(qiáng)了抗伸、抗穿透、抗沖擊和抗撕裂的性能使LLDPE適于作薄膜。它的優(yōu)異的抗環(huán)境應(yīng)力開裂性，抗低溫沖擊性和抗翹曲性使?LLDPE對(duì)管材、板材擠塑和所有模塑應(yīng)用都有吸引力。?LLDPE最新的應(yīng)用是作為地膜用于廢渣填埋和廢液池的襯層。
2.1.2、成型特性
LLDPE收縮率為1.6%，溢邊值為0.05，流動(dòng)性極好，模具溫度對(duì)塑件的結(jié)晶狀況有較大的影響，模溫高，強(qiáng)度高，但收縮率也會(huì)增大，一般LLDPE取30℃--50℃。
提高注塑壓力有利于熔融熔料的充模，由于LLDPE的流動(dòng)性很好，因此除薄壁細(xì)長(zhǎng)制品外，應(yīng)該精良選擇較低的注塑壓力，一般注塑壓力為50～100MPa.
2.2 康師傅瓶蓋的結(jié)構(gòu)分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析
塑料瓶蓋壁厚0.8毫米，符合注塑成型壁厚最好1～3毫米的原則，壁厚也比較均勻。在瓶蓋頂端上部周邊是一勸的凸起，中部注塑有“康師傅”三個(gè)字。側(cè)壁0.8毫米，手紋高0.5毫米，凸臺(tái)厚1.5毫米。瓶蓋內(nèi)側(cè)有三線螺紋，長(zhǎng)度都為240℃的圓周。外表面豎向螺紋不僅可以起美觀的作用，也可以增加摩擦力，還可以增加側(cè)壁的剛度和強(qiáng)度。
2.2.2 工藝性分析
實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制脫螺紋對(duì)象是聚烯烴類柔性塑料，并且是內(nèi)螺紋。螺紋大多設(shè)計(jì)成半圓的粗牙。螺牙高度h小于螺紋外徑d的2.5%，制品必須要有足夠厚度和吸收彈性變形性能，通常采用脫斑推頂，塑件被推頂?shù)膽?yīng)是平面，型芯外圓和推件板孔應(yīng)有3℃～5℃斜度，單面間隙最大為0.05毫米。
側(cè)壁凸臺(tái)厚1.5毫米，側(cè)壁厚0.8，手紋高0.5毫米，內(nèi)螺紋外徑為30毫米，螺紋牙高度0.7毫米，0.7/30≈2.3%〈2.5%，由于LLDPE機(jī)械性能良好，故可采用強(qiáng)制脫模。LLDPE的流動(dòng)性極好，可以采用點(diǎn)澆口。
3 凸凹模設(shè)計(jì)
3.1 分型面
⑴模具閉合時(shí)動(dòng)模和定模相配合的接觸平面，叫做分型面。在模具制造不良或鎖模力不足的情況下，模內(nèi)熔融塑料會(huì)通過(guò)分型面濺出，在塑件上形成較厚的飛邊，經(jīng)修整后會(huì)留下明顯的殘痕。模具設(shè)計(jì)的第一步，就是選擇分型面的位置。
⑵設(shè)計(jì)分型面的原則
①塑件脫模方便 ②模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ③型腔排氣順利
④確保塑件質(zhì)量 ⑤無(wú)損塑件外觀 ⑥合理利用設(shè)備
⑶由于制件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，綜合以上因素考慮，選擇制品的下端面做為分型面，分型面將制品全部留在定模內(nèi)，不會(huì)影響塑件外觀。從上到下注塑，氣體可從分型面排出，不會(huì)影響塑件質(zhì)量。這樣也有利于強(qiáng)制脫模，使塑件脫離螺紋，而不會(huì)損害制件質(zhì)量！塑件側(cè)壁手紋可以增強(qiáng)側(cè)壁在強(qiáng)制脫模時(shí)強(qiáng)度，確保脫模時(shí)不會(huì)撕裂！
3.2、凹模
3.2.1 制件質(zhì)量、體積
計(jì)算過(guò)程：=0.94g/ml
單個(gè)瓶蓋體積V≈2.43ml
單個(gè)瓶蓋質(zhì)量=2.43×0.940=2.29g
3.2.2 布局
根據(jù)要求本套模具采用一模兩腔的形式。模具型腔布局要求對(duì)稱平衡，保證注塑機(jī)受力均勻。制品在模具中的位置，直接影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、模具分型面的確定、澆口的位置、制品的尺寸精度和質(zhì)量等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守一下基本要求：
（1） 制品或制品組件（含嵌件）的正視圖，應(yīng)盡量相對(duì)于注塑機(jī)的軸線對(duì)稱布置，以便于成型
（2）制品的方位應(yīng)便于脫模，開模后模具應(yīng)留在動(dòng)模部分，這樣便于利用成型設(shè)備脫模
(3) 當(dāng)用模具相互的垂直的活動(dòng)成型零件成型孔、槽、凸臺(tái)時(shí)，制品的位置應(yīng)著眼于使成型零件的水平位移最簡(jiǎn)單，使抽芯操作方便
(4) 螺紋型芯的位置，應(yīng)便于螺紋型芯旋轉(zhuǎn)，便于脫模！
3.2.3 收縮率
LLDPE的收縮率為1.6%，
形狀如圖2
圖2 凹模結(jié)構(gòu)圖
瓶蓋高H為14，考慮收縮率后為14.21±0.1㎜；
壁厚L為0.8㎜，由于壁厚不是很嚴(yán)格，故可以不考慮收縮率，公差取0～0.1㎜；
上端部分直徑D為33㎜，考慮收縮率后33.5±0.1㎜；
d的實(shí)際尺寸25㎜，考慮收縮率后應(yīng)為25.40㎜，公差0～0.1㎜；
h為5㎜，可以不考慮收縮率，故5±1mm；
手紋半徑為0.5mm,相隔0.5mm,可以不考慮收縮率，0.5±0.1mm；
小l為1.4，可以不考慮收縮率，尺寸取1.4±0.1㎜；
頂部“小大個(gè)”幾個(gè)字可以不考慮收縮率；
3.2.4 型腔板
本套模具采用一模兩腔，制品的尺寸比較小，故可以采用整體型腔板，整體型腔板是在成型模具的凹模板上加工型腔，有較高的強(qiáng)度和剛度，但加工較困難。需要用電火花、立式冼床加工，僅適合于形狀簡(jiǎn)單的中小型模具。
由上述表達(dá)，可得到的數(shù)據(jù)：D1=33.5±0.1㎜, h=14.2±0.1㎜
R=0.5±0.1㎜
通過(guò)尺寸鏈計(jì)算，得到
L=35.5±0.1㎜
有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法，低壁厚度h1,可由表1確定
表1 型腔低壁厚度th的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
B/mm
B≈L
……
B≈2L
……
……
……
﹥102～300
th=(0.13～0.15)b
……
……
……
……
……
……
型腔為圓形，由于L=36.5,b=36.5,故b=L,B應(yīng)介于〉102～300之間,故th=(0.13～0.15)b,th=0.14b=0.14×36.5≈6㎜,公差上偏差去0，下偏差取-0.5㎜
側(cè)壁tc,可由經(jīng)驗(yàn)公式tc=0.20L+17(型腔壓力Pm<49MPa)
由于聚烯烴一般注塑壓力為50～100 MPa，但考慮到LLDPE的流動(dòng)性極好，故可取Pm<49MPa，
故tc=0.20L+17=0.20×36.5+17≈25mm
考慮冷卻水道的影響加8mm(因?yàn)槔鋮s水道直徑優(yōu)先取大于8mm的圓形水道)
tc’≧ tc/2=25/2=12.5mm
考慮冷卻水道的影響和拉料頂桿孔的影響加兩個(gè)8mm和2.2mm,取33mm
故 型腔板至少長(zhǎng)度為L(zhǎng)=139mm 寬度B=102.5mm 高度H=20.2mm
3.3 選擇模架
前面已經(jīng)設(shè)計(jì)了型腔，型腔的整體尺寸為B*L=102.5*139mm 高 H=20.2；標(biāo)準(zhǔn)化：在國(guó)標(biāo)中應(yīng)選擇B*L=125*160mm H=25 上偏差+0.20，下偏差+0.05mm；在第一節(jié)中已經(jīng)分析了本套模具采用點(diǎn)澆口的形式，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)有兩個(gè)分型面，一個(gè)分型面脫廢料，一個(gè)分型面脫制件。本套模具采用強(qiáng)制脫模為中小型模具，優(yōu)先采用脫件板脫模，尺寸為B*L=125*160 H=12.5mm上偏差+0.20，下偏差+0.05;根據(jù)以上信息，可選擇中小型模架中的派生型P8 。如圖3
模板從上到下依次標(biāo)為h1 , h4 , A , h6 , B , h5 , C , h3 , h2 , h1
圖3 模架
由于模座要比模板稍大一些，故可以選擇160*160（B*L),厚度選擇h1=16mm,上偏差+0.20，下偏差+0.05
頂板及固定板在寬度方向上要小于型腔板，墊板的寬度將選擇20mm,故兩版的寬度應(yīng)小于85mm,查相應(yīng)表格，得B*L=73*160,h2=h3=12.5mm,
h4確定高度為12.5上偏差+0.20，下偏差+0.05，B*L=125*160mm;
墊板h5:B*L=125*160 高H為12.5 上偏差+0.20，下偏差+0.05;
型芯固定板：B*L=125*160 高H為20 上偏差+0.20，下偏差+0.05；
墊塊：選擇20*160 確定高度C,因?yàn)樗芗叨葹?4.2mm，h2+h3=25mm,共39.2mm
應(yīng)大于39.2mm,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化表格選擇50mm,因?yàn)橐ＷC足夠的頂出空間；
查表，得此模架的編號(hào)為P9-125160-32-Z1
3.4 型芯
此型芯由于要成型上面的小圓塑料圈，形狀復(fù)雜，可以采用電火花技術(shù)，制造一個(gè)小電及，采用電火花放電。
螺芽高度0.5mm,螺紋為成120°的三線螺紋
圖4 型芯結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)資料確定如下：L1=27±0.1mm L2=25.4mm L3=31.9±0.1mm L4=67mm
L5=69.5mm
h2=5mm h3=14.2mm h4=5mm
配合尺寸h6=5mm h7=12mm h8=8mm
高度H=46.7mm
螺紋為三條線，每條線的長(zhǎng)度為圓心角長(zhǎng)為240度
3.5 型芯、型腔選材
成型零件材料選用要求如下：
（1）機(jī)加工性能好 （2）拋光性能好
（3）耐磨性和抗疲勞性能好 （4）具有耐腐蝕性能
（5）熱處理性能好
選用成型零件材料，取決于模具的壽命及模具制品的精度要求。
型腔：
型腔與塑件的摩擦不強(qiáng)烈，考慮只是批量生產(chǎn)，故壽命不是很長(zhǎng)，再加上價(jià)格因素，采用我國(guó)上海五鋼公司生產(chǎn)的塑料模具鋼SM50鋼比較合適。其含碳量范圍由原來(lái)（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼50鋼）0.47%-0.53%縮小到0.49-0.52%，p、s含量也降到=《0.025%，氣體、雜質(zhì)和宏觀缺陷少，鍛壓比大，對(duì)于熱處理工藝和操作是 很有利的，適宜制造形狀簡(jiǎn)單的小型塑料模具或精度要求不高、使用壽命不需要很長(zhǎng)的模具鋼;但該鋼的焊接性能、冷卻變形性能差。
型芯上面的制件與芯摩擦力大，故需要耐磨材料，型芯材料需要易加工的材料，并且熱處理變形小，且價(jià)格中等偏下的材料。
SM55鋼屬碳素塑料模具鋼，其化學(xué)成化與高強(qiáng)中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼55鋼相近，但鋼的潔凈度更高，碳含量波動(dòng)范圍更窄，力學(xué)性能更穩(wěn)定。該鋼經(jīng)熱處理后具有高的表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性和一定的韌性，一般在正火或調(diào)質(zhì)處理后使用。該鋼價(jià)格便宜、切削加工性能中等，該鋼焊接性和冷變形性均勻低。
4 設(shè)計(jì)脫模方式及澆道
4.1 設(shè)計(jì)脫模方式
在注塑成型的每一循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中取出，完成取出塑件這個(gè)動(dòng)作的結(jié)構(gòu)就是頂出機(jī)構(gòu)，也成為脫模結(jié)構(gòu)。在本套模具中采用強(qiáng)制脫模，故驅(qū)動(dòng)方式為機(jī)動(dòng)脫模，利用注塑機(jī)的開模動(dòng)力，分型后塑件隨動(dòng)模一起運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定的位置時(shí)，脫模結(jié)構(gòu)被注塑機(jī)的頂桿頂住，不再隨動(dòng)模移動(dòng)，此時(shí)脫模機(jī)構(gòu)動(dòng)作把制件從動(dòng)模上脫下來(lái)。這種脫模方式生產(chǎn)率效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低且頂出力大等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)塑件會(huì)產(chǎn)生撞擊。采用強(qiáng)制脫模脫模，本套模具采用推板脫模。
推板也稱脫件板或推板，在分型面處從殼體塑件的周邊推出，推出力大且均勻。對(duì)側(cè)壁脫模阻力較大的薄壁箱體或圓筒制品，推出后外觀幾乎不留痕跡，著對(duì)透明塑件尤為重要。
推板脫模結(jié)構(gòu)不需要回程桿復(fù)位。推板應(yīng)由模具的導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向定位，以防止推孔板與型芯的過(guò)度磨損和偏移。為防止推桿與推板分離，推桿與推板采用螺紋聯(lián)接。推板與型芯要有高精度的間隙、均勻的動(dòng)配合。要使推板靈活脫模和回復(fù)，又不能又塑料熔體溢料，最大單面間隙應(yīng)限制在0.05mm以下。為防止過(guò)度磨損和咬合發(fā)生，推板孔與型芯應(yīng)作淬火處理。在推板與型芯間留由單邊0.02左右的間距，避免兩者之間接觸，同時(shí)又有錐形配合面起輔助定位作用，可防止推板孔偏心而引起溢料，其斜度為10度左右。
4.2 拉廢料方式及尺寸
當(dāng)模具采用脫件板脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，不能采用其他拉下主流道凝料的形式，應(yīng)采用端頭為球形的拉料桿。球形拉料桿的球頭和細(xì)徑部分伸到冷料井內(nèi)，被料井中的凝料包圍。動(dòng)定模打開時(shí)將主流道凝料拉向動(dòng)模一側(cè)，頂出行程中，脫件板將塑件從主型芯上脫下的同時(shí)也將主流道凝料從球頭上脫下。這里應(yīng)該注意，球形拉料桿應(yīng)安裝在型芯固定板上，而不時(shí)頂桿固定板上。
圖5 拉料桿
其形狀如圖5：
d=2.2mm d1=1.2mm
d2=2mm d3=4.4mm
h1=2mm h2=5mm
H=57mm
4.3 澆注系統(tǒng)
4．3．1 概述
所謂澆注系統(tǒng)是紙模具中從注塑機(jī)開始到型腔為止的塑料溶體的流動(dòng)通道。其作用是使塑料溶體平穩(wěn)且有序的填充到型腔中，并在填充和凝固過(guò)程中把壓力充分傳遞到各個(gè)部分，以獲得組織緊密、外形清晰的塑料制件。澆注系統(tǒng)一般有主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖6：
圖6 流道
其設(shè)計(jì)原則：
⑴排氣良好 ⑵流程短 ⑶防止型芯和嵌件變形 ⑷整修方便
⑸防止制件翹曲變形 ⑹合理設(shè)計(jì)冷料穴和益料槽
⑺澆注系統(tǒng)的斷面積和長(zhǎng)度盡量取最小值
4.3.2 主流道
表 各種塑料主流道進(jìn)出口值
主流道注塑量
10g
………
進(jìn)、出端值
D1
D2
………
聚乙烯
3
4.5
………
…………
………………..
…….
制件2.39*2=4.78g,故D1=3mm,D2=4.5mm ,R=1mm ,Lz=28.5mm,D5=5mm,h=3mm
4.3.3 分流道
采用梯形截面，形狀如圖7：
圖7 梯形主流道截面
差表格得 h=3.5mm ,b1=5mm ,R=0.5mm , L1=36.75 , L2=36.75+5=41.75
4.3.4、澆口
澆口尺寸應(yīng)盡量小，以減小在塑件上留下痕跡，取D4=1mm , D3=3mm
5 注塑機(jī)
計(jì)算所用塑料的質(zhì)量和體積
1、制品的質(zhì)量為m1=2.29*2=4.58g
澆注系統(tǒng)的凝料質(zhì)量為m ，
主流道體積：V1≈
分流道體積：V2=2SL1=1.461ml
澆口體積： Vb=0.038ml
廢料總體積：V’=V1+V2+V3=1.76ml
廢料總質(zhì)量：m’=V’=1.65g
澆注系統(tǒng)總體：V=V’+V制=6.62ml
澆注系統(tǒng)總質(zhì)量：m=m’+m1=6.23g
2、模具的整體尺寸為：
長(zhǎng)×寬×高 160×160×
開模行程：Smax≧H1+H2++(5～10)mm
H1—制品所用的脫模距離（mm）
H2—制品高度
--取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長(zhǎng)度mm
H1=13.8mm H2=14.2mm =34.5mm
Smax≧13.8+14.2+34.5=62.5mm
3、選擇注塑機(jī)
SZ-60/450臥式注塑機(jī)，部分參數(shù)如下： 理論注射容量/立方厘米 78/106 螺桿（柱塞）直徑/mm 30/50 注塑壓力/MPa 170/125 注射速率/(g/s) 60/75 塑化能力/(g/s)5.6/10 螺桿轉(zhuǎn)速/(Hmin) 14-200 鎖模力/KN 450 拉桿內(nèi)間距/mm 280*250 移模行程/mm 220 鎖模形式為雙曲肘 最大/最小模具厚度/mm 300/100 噴嘴求半徑SR20 模具定位孔直徑/mm 55 以上參素均符合本套模具的要求，可以使用！
6 完善澆注系統(tǒng)
6.1 設(shè)計(jì)主流道襯套
由于注塑機(jī)注塑時(shí)，主流道要與高溫塑料熔體和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以一般不將主流道直接開在定模上，而是將它單獨(dú)開設(shè)在一個(gè)嵌套中，然后將此嵌套嵌如定模內(nèi)，該嵌套稱為主流道襯套（澆口套）。采用主流道襯套以后，不僅對(duì)主流道的加工和熱處理以及襯套自身的選擇的等工作帶來(lái)很大的方便，而且在主流道損壞后也便于修磨和更換。
設(shè)計(jì)主流道襯套時(shí)應(yīng)注意一下事項(xiàng)：
⑴對(duì)于小型注塑模，可將主流道與定位環(huán)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但多數(shù)情況下應(yīng)分開設(shè)計(jì)
⑵主流道襯套應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材（如T8A）,熱處理硬度為53～57HBC
⑶襯套的長(zhǎng)度應(yīng)與定模部分的厚度一致，主流道出口處端面不得突出在分型面上，否則不僅會(huì)造成益料，而且還會(huì)壓壞模具
主流道襯套由A 、B兩種形式 ，本套模具制品比較小，型腔少可采用A型。其結(jié)構(gòu)如圖6
圖8 稱套
根據(jù)方便程度，設(shè)計(jì)的尺寸為d=10mm , dh=20 , Lb=35mm , L1=12.5mm
SR=20mm
Lb長(zhǎng)度考慮了與定位環(huán)的長(zhǎng)度10mm ,材料選用T8A ，熱處理硬度為53-57HRC
6.2設(shè)計(jì)定位環(huán)
定位環(huán)與注塑機(jī)定模固定板中心的定位孔相配合，其作用時(shí)為了使主流道與噴嘴和料筒對(duì)中。定位環(huán)與注塑機(jī)定模板上的定位孔之間采取比較松動(dòng)的間隙配合，如H11/h11或H11/b11。對(duì)于小型模具，定位環(huán)與定位孔的配合長(zhǎng)度可取8-10mm 。
定位環(huán)形狀如圖7：
圖9 定位環(huán)
由于目前我國(guó)對(duì)于定位環(huán)還沒(méi)有國(guó)標(biāo)，故根據(jù)注塑機(jī)噴嘴設(shè)計(jì)
d=20mm
選擇固定螺釘：M6固定螺釘
7 冷卻系統(tǒng)
7. 1 設(shè)計(jì)原則：
①在保證模具材料有足夠強(qiáng)度的前提下，冷卻水道盡可能設(shè)置在靠近型腔表面；
②在保證模具材料的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，冷卻水道應(yīng)盡可能緊密；
③冷卻水道的直徑應(yīng)優(yōu)先采用大于8cm;
④冷卻水道在模具中的流速，以盡可能高一些為好，但就其流動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)以湍流為佳；
⑤制品較厚的部位應(yīng)特別加強(qiáng)冷卻；
⑥充分考慮所用的模具材料的熱傳導(dǎo)率。
7.2 冷卻水道
本套模具由于是小型模具，故可采用直徑為8mm冷卻水道。在凹模布置如圖8：
圖10 冷卻系統(tǒng)
L1=115mm L2=8mm L3=0-1mm L4=100mm
8 完善非標(biāo)準(zhǔn)零部件的設(shè)計(jì)
1、上模座，綜合螺釘孔，銷釘孔及稱套孔，其結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)附圖00-01
2、上墊板，在上面開有螺釘孔、導(dǎo)套孔、銷釘孔及稱套孔，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖00-02
3、型腔，根據(jù)以上所塑凹模的設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附圖00-03
4、推板，推板的尺寸及形狀見(jiàn)附圖00-04
5、壓板形狀見(jiàn)附圖00-05
6、擺鉤形狀見(jiàn)附圖00-06
7、支撐桿形狀見(jiàn)附圖00-07
8、掛板形狀見(jiàn)附圖00-08
9、下模座，其結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)附圖00-09
10、頂板，其結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)附圖00-10
11、推桿固定板，其結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)附圖00-11
12、下墊板，結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)細(xì)節(jié)見(jiàn)附圖00-12
13、型芯固定板，開有螺釘孔、導(dǎo)柱孔、銷釘孔及型芯孔，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖00-13
14、型芯，設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)時(shí)改變了型芯的部分結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)附圖00-14
9 繪制模具的總裝圖和非標(biāo)零件工作圖
9.1 本模具的總裝圖
見(jiàn)附圖
9.2本模具的工作原理
模具工作原理:模具安裝在注塑機(jī)上，定模部分固定在注塑機(jī)的定模板上，動(dòng)模部分固定在注塑機(jī)的動(dòng)模板上。合模后，注塑機(jī)通過(guò)噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時(shí),動(dòng)模后退，由于擺鉤的作用首先使模具在I-I分型面分型，由于動(dòng)模部分設(shè)有拉料桿，因此流道凝料保留在動(dòng)模座板上，當(dāng)擺鉤受到壓板的作用時(shí)，型腔板停止運(yùn)動(dòng)。動(dòng)模繼續(xù)后退，在II-II分型面開始分型，動(dòng)模運(yùn)動(dòng)到一定距離，頂板受到注塑機(jī)的作用，停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)脫模機(jī)構(gòu)工作，制件被強(qiáng)制脫模，脫掉制件，動(dòng)模運(yùn)動(dòng)停止。合模時(shí),借助注塑機(jī)的閉合運(yùn)動(dòng)分型面I-I先閉合，接著II-II，III-III分型面閉合，完成一個(gè)模具行程，模具被鎖緊，進(jìn)而進(jìn)行下一次注塑。
10 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制
10.1凹模的加工工序卡見(jiàn)附表1
10.2凹模的加工工藝過(guò)程卡見(jiàn)附表2
11 結(jié)論
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)在新飛電器有限公司、洛陽(yáng)中國(guó)一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于模具特別是塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊(cè)和書籍，設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師丁海的悉心指導(dǎo)和自己的努力，完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請(qǐng)各位老師指正
致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師丁海老師，他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。還有丁鵬、于匯永等老師淵博的知識(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是遇到困難時(shí)，老師給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他們表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能,同時(shí)感謝我們所有的材料工程系的老師們,你們是優(yōu)秀的,老師們,你們辛苦啦!
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗好友喬杰、秦萬(wàn)鑫等，是你們?cè)谒奚?、教室和我一起討論交?使我學(xué)到了許多新的知識(shí)。一并感謝你們。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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