打印機上蓋的注塑模設(shè)計【全套含CAD圖紙、說明書】,全套含CAD圖紙、說明書,打印機,注塑,設(shè)計,全套,CAD,圖紙,說明書 編號： 畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書 題 目： 打印機上蓋的注塑模設(shè)計 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： √ 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 年 6 月 3 日 摘 要 塑料工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應(yīng)運而生的一種新型行業(yè)，塑料制件幾乎已經(jīng)進入一切工業(yè)部門以及各個領(lǐng)域，成為生活中不可或缺的一部分。塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和對國民經(jīng)濟的影響日益重要。而注塑模的產(chǎn)量占世界塑料成型模具產(chǎn)量的一半以上，因此，對注塑模具的設(shè)計與制造的研究也有著重要的意義。 本次畢業(yè)設(shè)計主要是對打印機上蓋的注塑模具進行設(shè)計，塑件采用ABS塑料成型。 打印機上蓋屬于外觀尺寸較大的薄壁制品，最后決定采用一模兩腔式模具。通過相關(guān)的計算，選用XS-ZY-500型注射機進行注射。設(shè)計中選用推桿把制件從模具中推出，根據(jù)塑件的特點來確定模具的分型面位置跟澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。在設(shè)計注射系統(tǒng)時，比較冷流道和熱流道的優(yōu)點和缺點，對成型成本、設(shè)備要求、操作維修和成型周期等問題進行分析，最終采用冷流道技術(shù)。選用側(cè)澆口，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。最后利用三維軟件SolidWorks對塑件進行建模，進行三維模具設(shè)計和零件的二維制圖。 關(guān)鍵字：打印機上蓋；ABS塑料；熱流道；冷流道 Abstract Plastics industry with the development of the oil industry came into being a new type of industry, plastic parts have entered almost all industrial sectors as well as various fields and become an integral part of life.Plastic molding industry status and influence in the basic industries of the national economy is increasingly important. The injection mold production accounts for more than half of the world production of plastic mold, therefore, to study the design and manufacture of injection molds are also of great significance. The graduation project is mainly on the printer cover injection mold design, plastic parts using ABS plastic molding. Printer cover a large part of the apparent size thin-walled products, finally decided to adopt a two-cavity mold mold. Through the relevant calculations, the choice of XS-ZY-500 type injection machine injection. The choice of putter design parts Release from the mold, according to the characteristics of plastic parts to determine the position of the parting plane with gating system, cooling system. In the design of the injection system, the cold runner and hot runner compare the advantages and disadvantages of forming cost, equipment requirements, operation and maintenance, and molding cycle analysis of the problem, and finally cold runner technology. Selected side gate structure is simple, easy to manufacture. Finally, three-dimensional plastic parts for SolidWorks software to model three-dimensional mold design and part of the two-dimensional drawing. Key words: cover of the printer; ABS plastic; hot runner; cold runner 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 目 錄 引言 1 1 塑件的工藝分析 3 1.1 塑件的厚度和加強筋 3 1.2 塑件的脫模斜度 3 1.3 塑件的尺寸精度 4 1.4 塑件表面粗糙度 4 2 塑料材料分析 5 2.1 塑料材料的基本特性 5 2.2 塑料的性能指標(biāo) 5 2.3 塑料成型的工藝特性特性 5 3 注射成型的工藝方案及模具結(jié)構(gòu)分析確定 7 3.1 注射成型工藝過程分析 7 3.1.1成型前的準備 7 3.1.2注射過程 7 3.1.3塑件后處理 7 3.1.4注射成型工藝特性 7 3.2 注射機的選擇和校核 9 3.2.1最大注射量的校核 11 3.2.3注射壓力的校核 12 3.2.4注射機的開模行程的校核 12 4 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 4.1 型腔數(shù)目及分布 13 4.2 分型面的選擇 13 4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 14 4.3.1澆注系統(tǒng)組成及熱、冷流道的選擇 14 4.3.2主流道的設(shè)計 15 4.3.3分流道的設(shè)計 16 4.3.4澆口的確定 16 4.4 注射模成型零部件的設(shè)計 18 4.4.1成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 4.4.2成型零部件工作尺寸的相關(guān)計算 19 4.5 模具排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 4.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 22 4.6.1脫模機構(gòu)的設(shè)計選用原則 22 4.6.2脫模機構(gòu)類型的選擇 22 4.6.3推出機構(gòu)推桿分布設(shè)計 22 4.7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 23 4.7.1溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 23 4.7.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 24 4.7.3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 24 5 模具和成型零件材料的選用 26 5.1 模具材料的選用 26 5.2 成型零件材料的選用 26 5.2.1凹模跟凸模類零件 26 5.2.2導(dǎo)向類零件 27 5.2.3澆注系統(tǒng)零件 27 5.2.4推出裝置跟抽芯裝置零件 28 5.2.5模板及其他類零件的選材 28 6 型腔零件的工藝分析 29 6.1 零件圖的分析 29 6.2 毛坯與定位基準的選擇 29 6.3 工藝路線的擬定 29 6.4 加工刀具的選擇 29 6.5 夾具的選擇 30 7 結(jié)論 31 謝 辭 32 參考文獻 33 附 錄 34 第 33 頁 共 41 頁 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 引言 隨著全球經(jīng)濟時代的到來，我國模具制造行業(yè)不可避免的卷入到了世界經(jīng)濟體系之中，推進模具制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，在模具增長速度、銷售量、出口量等都居于世界前列，成為制造大國。但是在模具工業(yè)水平方面總體來說還是比較比較落后，生產(chǎn)效率低，很多復(fù)雜精密的模具產(chǎn)品依然依賴國外進口，價格非常昂貴。 以樹脂為主要成分并加入適量的添加劑組成的高分子有機化合物稱為塑料，它可以分為天然樹脂和合成樹脂兩種類型。在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和對國民經(jīng)濟的影響日益重要的塑料成型工業(yè)，它的塑料成型制品的需求量逐年上升，也就意味著對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越嚴格，對成型塑件的模具的深入研究、綜合設(shè)計及制造水平的高要求出現(xiàn)的必然性。 塑料模具是型腔模具中的一種類型，其模具型腔由凸凹模構(gòu)成，可以成型出各種形狀復(fù)雜的曲面塑料制件。塑料模具按照塑料制件的成型方法不同可分為注塑模（又稱為注射模）、壓塑模（又稱為壓縮模）、壓注模（又稱傳遞模）、擠出模（又稱擠出機頭）及氣動成型模等常用塑料成型模。注塑模具的產(chǎn)量占模具產(chǎn)量的百分比超過了50%。塑料注射成型是在金屬壓鑄成型原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以螺桿式注射機為例，加入顆粒狀或粉末狀的料斗的被送入料筒中進行塑化螺桿每次向前注射后，被加熱的預(yù)塑的塑料通過螺桿旋轉(zhuǎn)由螺旋槽傳送至噴嘴附近。由于桿在轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了剪切摩擦熱，使得塑料得到更加充分的塑化。當(dāng)熔料堆積使螺桿產(chǎn)生背壓時，塑料的預(yù)塑和儲料結(jié)束。接著注射液壓缸開始工作，螺桿將熔料通過噴嘴注入溫度較低的閉合模具型腔中，保壓一段時間后，在退出機構(gòu)的作用下取出成型塑件[3]。 此后塑料成型技術(shù)的發(fā)展過程中主要會出現(xiàn)以下幾種趨向。 (1) 在模具設(shè)計與制造中采用計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)。經(jīng)過多次考量，計算機輔助設(shè)計與制造應(yīng)該是屬于模具行業(yè)的未來發(fā)展方向之一。之前使用模具CAD/CAM技術(shù)的成本相對較高，有些大型企業(yè)都難以能承受，但是目前此類技術(shù)的應(yīng)用大幅度的降低了門檻，提供了為此類技術(shù)的大范圍普及的機會，而且科學(xué)技術(shù)是不斷向前發(fā)展的，這種技術(shù)技術(shù)也應(yīng)該變得更加的完善。在今后的企業(yè)發(fā)展中，企業(yè)可以提高計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)在設(shè)計制造方面的多層次應(yīng)用的技術(shù)。 (2) 氣體輔助注射成型一種已成為模具行業(yè)發(fā)展的重中之重。它是一種可以利用輔助成型流動分析軟件成型的新方法，比較容易成型壁厚差異較大的塑件，而且成型時所需要的注射壓力很小。它可以生產(chǎn)出高質(zhì)量、高精度的塑件，可以大大的縮短模具的開發(fā)時間和塑件的生產(chǎn)時間。氣體輔助注射成型與普通注射成型相比，需要控制和確定更多的工藝參數(shù)，生產(chǎn)程序也比較復(fù)雜，主要用于成型較復(fù)雜的大型塑件。國內(nèi)的一些企業(yè)雖然也已經(jīng)開始逐步的運用和發(fā)展，但是這種模具的研發(fā)和塑件生產(chǎn)過程的工藝控制起來具有相當(dāng)大的難度。因此，國內(nèi)模具行業(yè)要想快速發(fā)展，必須引起對這種分析軟件的使用的重視。 (3) 大量應(yīng)用在模具上的優(yōu)質(zhì)材料。模具的使用壽命是在模具的設(shè)計初期最大的一個考慮因素，而模具壽命取決于模具材料的優(yōu)劣程度。在以前的生產(chǎn)中只有最重要的部分才會使用優(yōu)質(zhì)的模具材料，因為材料和模具的價格的雙雙被控制，使用優(yōu)質(zhì)模具材料會大大提高生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在隨著生產(chǎn)工藝的不斷提高，材料價格在大幅下降，這為使用優(yōu)質(zhì)材料提供了大量的可能。 (4) 模具標(biāo)準件的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用是大勢所趨。模具在制造的過程中盡量使用標(biāo)準件，就可以大大降低模具的加工與裝配周期，這對于模具制造成本的下降來說是至關(guān)重要的。國家對模具各個零件制定統(tǒng)一的標(biāo)準，生產(chǎn)大量的備用的合格標(biāo)準件，標(biāo)準件在制造中不但要增加其規(guī)格種類，而且要擴大其生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)出高質(zhì)量、高精度、低價格的標(biāo)準件，并且保證快捷方便的供貨渠道，。 (5) 發(fā)展超精度加工技術(shù)。隨著技術(shù)的運用和提升，模具的零件越來越趨向于小型化，意味著對于模具的精度要求越來越嚴格，產(chǎn)品的質(zhì)量要求自然也會提高。目前加工制造的模具精度可以控制在2～3μm。然而隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到模具行業(yè)中，有些特種的模具加工可以將精度控制在1μm以下，實現(xiàn)超精度加工生產(chǎn)。 (6) 制造出更加高質(zhì)量、高精度的多色模具和多材質(zhì)塑料成型模具。這種模具的生產(chǎn)效率比普通的多套模具一起生產(chǎn)的綜合效率還好，生產(chǎn)出的塑件成型質(zhì)量好、不會產(chǎn)生太多的廢品，可以減小在生產(chǎn)成本中的投入。 (7) 深入開發(fā)快速經(jīng)濟模具。在全球化經(jīng)濟的快速發(fā)展的大環(huán)境里，市場也對模具提出了多品種、少批量的生產(chǎn)要求。所以，快速經(jīng)濟模具的設(shè)計與制造已經(jīng)在全世界引起了足夠的重視?？梢哉J為在未來的模具工業(yè)生產(chǎn)中的大半會采用此種方式進行生產(chǎn)[[] 錢泉森，劉華，陳智剛.《塑料成型工藝與模具設(shè)計》精品課程建設(shè)的實踐[J].職業(yè)技術(shù)教 育，2007，23:16-17. ]。 隨著“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”模式的出現(xiàn)，使得產(chǎn)業(yè)組織與制造模式、企業(yè)和用戶的關(guān)系呈現(xiàn)了一片嶄新的面貌，這為為制造業(yè)的升級轉(zhuǎn)型發(fā)展帶來了新機遇。 1 塑件的工藝分析 1.1 塑件的厚度和加強筋 從塑件圖上分析，該零件為薄壁零件底部有加強筋，零件尺寸參照于HP1020打印機上蓋，經(jīng)過一定的修改所得，具體形狀與尺寸詳見圖紙。該塑件的外觀形狀較為復(fù)雜，不需要達到高精度尺寸要求，對應(yīng)相關(guān)模具零件的尺寸加工又可以保證。塑件厚度為2mm，塑件較為均勻，比較容易實現(xiàn)注塑成型。 為了塑件的強度和剛性得到保證，防止塑件的壁厚過小而出現(xiàn)變形，可以在塑件的適當(dāng)部位設(shè)計加強筋。設(shè)計時加強筋的方向與料流方向保持一致，可以大大地增強塑件的韌性。塑料初步選擇使用ABS樹脂塑料。 打印機上蓋零件圖如下圖1.1所示 ： 圖1.1 打印機上蓋零件圖 1.2 塑件的脫模斜度 塑件成型過程中，模具冷卻系統(tǒng)的作用下，由于塑料本身的熱脹冷縮性，塑件在此期間會產(chǎn)生一定的收縮，因此它就會緊緊的包裹在模具型芯上。當(dāng)塑件由模具的頂出系統(tǒng)頂出或模具的抽芯機構(gòu)作用時，可能會因為頂出力或抽拔力過大而拉傷制品表面，造成塑件質(zhì)量不良。為了避免這一情況的發(fā)生，在模具設(shè)計時就得考慮塑件的脫模斜度。 脫模斜度角度的大小由塑件的性質(zhì)等多種類因素決定。脫模斜度過小時，制品脫模困難，而且制品表面容易出現(xiàn)損傷；反之，容易脫模，但會影響塑件的尺寸精度，而且特別浪費材料，增加成本。通常凸模的脫模斜度大于凹模的，脫模斜度隨著凸模的高度和凹模的深度增大而減小。在不破壞輪廓的條件下，脫模斜度盡可能不要太小，使制品可以順利取出。溫度越高，ABS 黏度也就越高，造成成型壓力較高，這時脫模斜度應(yīng)該稍大一些[3]。 根據(jù)如下表1.1來確定型腔脫模斜度為，型芯的脫模斜度為。 表1.1 常用塑件的脫模斜度[[] 《塑料模設(shè)計手冊》編寫組.塑料模設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1985. ] 塑料名稱 脫模斜度 型芯 型腔 聚苯乙烯、有機玻璃、ABS、聚甲醛 熱固性塑料 1.3 塑件的尺寸精度 當(dāng)滿足塑件要求的前提下，設(shè)計的尺寸精度越低越容易加工，這樣就可以為降低模具在加工難度和制造方面的成本。塑料公差等級的選用與塑料品種有關(guān)，如表1.2所示，故本次設(shè)計尺寸采用MT5級精度。 表1.2 精度等級的選用 塑料品種 公差等級 標(biāo)注公差尺寸 未注公差尺寸 高精度 一般精度 ABS MT2 MT3 MT5 聚碳酸酯（PC） 聚丙烯（PP） 聚苯乙烯（PS） 1.4 塑件表面粗糙度 表面粗糙度值與表面的光滑程度成反比，想要達到較小的表面粗糙度，也意味著塑件的表面質(zhì)量、加工難度和成本要求也就越高。而模具型腔、型芯的表面粗糙度決定注塑時工藝上是否有熔接痕、銀紋等缺陷出現(xiàn)。 該塑件為打印機上蓋對塑件表面精度要求并不是很高，故取表面精度為。 2 塑料材料分析 2.1 塑料材料的基本特性 打印機上蓋常見的所選用的材料一般為PC+ABS即PC/ABS工程塑料，這種工程材料一般應(yīng)用在薄壁件和復(fù)雜件之中。這種塑料結(jié)合了PC和ABS兩種塑料的優(yōu)點,一方面可以降低PC的成本和熔體粘度，改善其加工性能，減少塑件內(nèi)應(yīng)力和沖擊強度對厚度的敏感性，而另一方面可以提高ABS的耐熱性能、抗沖擊性能及拉伸強度。但是PC+ABS具有二者的優(yōu)勢的同時，也會同時具有它們的缺點。而且，它是通過兩者通過比例混合而成的，所以混合比例的不同，產(chǎn)生的性能也不同。ABS是一種具有高強度，高韌性，易加工等優(yōu)點的熱塑型高分子材料。它具有良好的抗沖擊性和耐熱度，綜合性能良好，流動性比PC+ABS要好一些，所以它的注塑壓力也比后者小。ABS的注塑溫度比PC的要低，所以它制造出來的塑件在穩(wěn)定性和表面光澤度方面也比較有優(yōu)勢。往ABS中加入PC主要是為了改善它的抗沖擊性能。ABS價格便宜，貨源比較充足?？紤]到設(shè)計成本和成型加工的難度問題，此次設(shè)計使用ABS更有利于加工。 2.2 塑料的性能指標(biāo) 為了減少制件表面可能出現(xiàn)色斑和云紋的現(xiàn)象，可以在加工前進行充分的干燥和預(yù)熱。而且ABS的吸濕性較強，對水分的敏感性大。一般，ABS原料要在0.13 %的控制水分之下，不論是單獨使用還是混合使用，成型加工前都應(yīng)該進行相應(yīng)的干燥處理。 ABS塑料的相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)如下所示： (1) 密度(kg/dm)： 1.02～1.16 (2) 比體積(dm/ kg)： 0.86～0.96 (3) 吸水率(×100)： 0.2～0.4 (4) 收縮率(%)： 0.1～0.2 (5) 熔點(°C）： 130～160 (6) 熱變形溫度(°C)： 90～108(0.46 MPa) /83～103(0.185MPa) (7) 抗拉屈服強度(）： 50 (8) 拉伸彈性模量( )： 1.8×10 (9) 抗彎強度( )： 80 (10) 沖擊韌度( kJ/m)： 261(無缺口) /11(缺口) (11) 硬度(HB)： 9.7 (12) 體積電阻系數(shù)(Ω?cm)： 6.9×10 2.3 塑料成型的工藝特性特性 塑料的成型工藝特性有收縮性、流動性、相容性等。 塑料的品種、成型條件、成型特征及模具結(jié)構(gòu)等因素的不同都可以影響收縮率、流動性。熱塑性塑料流動性的一般分類如下表2.1所示。 表2.1 熱塑性塑料流動性的一般分類[3] 流動性 塑料名稱 好 尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯 一般 ABS、聚甲醛 差 聚碳酸酯、聚苯醚、氟塑料 3 注射成型的工藝方案及模具結(jié)構(gòu)分析確定 3.1 注射成型工藝過程分析 注射成型工藝過程可以分為成型前的準備、注射過程及塑件后處理三個不同階段。 3.1.1成型前的準備 對于ABS這種吸濕性強的塑料，成型前應(yīng)該進行充分的預(yù)熱去除過多的水蒸汽及成型過程產(chǎn)生的揮發(fā)物，以防件出現(xiàn)氣泡等缺陷問題。在成型前對模具進行預(yù)熱處理是不可缺少的一個步驟。 有的模具的型芯或型腔需要涂上脫模劑（硬脂酸鋅、液體石蠟和硅油等），以使得塑料制品能夠從模具內(nèi)順利脫出。對于ABS材料，可選用非油性的硬脂酸鋅。 原料存放在在料筒內(nèi)時間久了碳化降解附著在螺桿死角位置，沒有經(jīng)過清理而繼續(xù)后續(xù)生產(chǎn)就會產(chǎn)生黑點等缺陷。柱塞式注射機和螺桿式注射機的清洗方法有所不同，柱塞式使用拆卸清洗，螺桿式則通過對空注射法進行清洗[Error! 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(3-1) 式中 --型腔數(shù)量 m--單個塑件的體積（） m1--澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量（/g），取10g --注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般都取0.8 --注射機的額定塑化量（cm3） 上述算出297+10=204cm3 <0.8x500=400 cm3 故最大注射量符合要求。 3.2.2鎖模力的校核 塑件在模具分型面的投影面積大于注射機允許的最大面積，就會出現(xiàn)溢料現(xiàn)象。 注射成型時熔融塑料在分型面上的漲開力應(yīng)該與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔的壓力的大小相同，它應(yīng)該小于注射機的額定鎖模力，這樣才可以可靠的鎖模。即： (3-2) 式中： —熔融塑料在分型面上的漲開力，N n—型腔的數(shù)量 A1—單個塑件在模具分型面的投影面積（mm2） A2—澆注系統(tǒng)在模具分型面的投影面積（mm2） P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（kN） 型腔內(nèi)的壓力約為注塑機注射壓力的80%，通常取20~40 MPa。常用塑料注射成型時所選用的型腔壓力如表3.3所示。 表3.3 常用塑料注射時所選用的型腔壓力[3] 塑料品種 高壓聚乙烯 低壓聚乙烯 PS AS ABS POM PC 型腔壓力 10~15 20 15~20 30 30 35 40 由三維軟件的建模分析可以得出， P=2(34882.41+1315.4285)30=2171870.31N<3500000N 故鎖模力符合要求。 3.2.3注射壓力的校核 ABS的注塑壓力范圍是70~130Mpa，取為100Mpa，本注塑機的最大注塑壓力P公為145Mpa，注射壓力安全系數(shù)K1=1.25~1.4，故取P公為1.3則P0×K1=100×1.3=130﹤145，故選定的注射機壓力合格。 3.2.4注射機的開模行程的校核 當(dāng)注射機是采用液壓和機械共同合模時，最大開模行程是由連桿機構(gòu)自身的最大行程決定的。因為塑件的分型面是單分型面，所以開模行程可以通過下式來進行校核： (3-3) 式中， —注射機最大的開模行程，mm —推出距離（脫模距離），mm —包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，mm 查表3.2知s=500,。故開模行程滿足要求。 4 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 型腔數(shù)目及分布 模具的型腔數(shù)可以一個或者多個,精度高的中小塑料制件優(yōu)先選擇一模單腔或兩腔的型腔排列方式；對于精度要求不高的中小型塑件，結(jié)構(gòu)簡單并要求大批量供應(yīng)，采用多型腔排列方式能使生產(chǎn)效率大大提高，且降低了塑件的成體成本。多型腔排列方式一次脫?？傻枚鄠€塑件，但腔數(shù)越多精度越低。 本設(shè)計中的塑件對精度要求不算太高，并且塑件的大小也不大，適合選用一模兩腔的經(jīng)典模具型腔結(jié)構(gòu)。型腔在模具的分型面上的分布形式如下圖4.1所示。 圖4.1 模具型腔的排布 所選擇的分布形式為平衡式布置。 4.2 分型面的選擇 塑料分型面的選擇應(yīng)該盡量選擇在模具動模和定模的結(jié)合處，或是塑件外形的最大輪廓處。這樣可以使塑件和凝料順利取出。本次設(shè)計也是以打印機上蓋最大輪廓作為分型面，如下圖4.2所示。 圖4.2 塑件的分型面輪廓線 選擇分型面可以從以下幾點方面進行考慮： (1) 考慮到塑件的質(zhì)量，確保塑件尺寸的精度和表面要求。 (2) 考慮注射機技術(shù)規(guī)格，包括鎖模力、模板間距等。 (3) 分型面應(yīng)使塑件易于脫模。 (4) 盡量方便澆注系統(tǒng)的布置。 (5) 分型面盡可能與料流的末端重合，有利于排氣 。 (6) 便于嵌件安放。 (7) 簡化模具總體結(jié)構(gòu)，所以要盡量采用平直分型面。 (8) 便于模具加工制造[3]。 4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 4.3.1澆注系統(tǒng)組成及熱、冷流道的選擇 塑料熔體最先進入澆注系統(tǒng)，然后流入模具型腔中并迅速充滿型腔，經(jīng)過保壓與冷卻，從而得到外觀清晰、品質(zhì)優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)通常由四個部分組成，它們分別是主流道、分流道、冷料穴及澆口。注射工藝及塑件的質(zhì)量優(yōu)劣與澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計有很大的聯(lián)系。 對澆注系統(tǒng)設(shè)計的幾點要求分別是： (1) 熔體可以迅速有序且平穩(wěn)的充滿型腔； (2) 熔體可以同時充滿各個型腔，保證各型腔成型塑件的一致性； (3) 熱量損耗和壓力降的比較小，； (4) 消耗的塑料比較少，節(jié)省成本； (5) 能夠使型腔排氣通暢，避免包封燒焦問題； (6) 澆注道的凝料容易與塑料分離或切除，實現(xiàn)回收利用； (7) 避免冷料直接進入型腔，影響填充質(zhì)量； (8) 方便去除修整澆口，減小澆口痕跡對塑件外表面質(zhì)量及應(yīng)用的影響[2]。 在大多數(shù)的生產(chǎn)過程中都會面臨著是使用熱流道模具還是傳統(tǒng)的冷流道模具的選 擇問題。 下面是冷流道系統(tǒng)和熱流道系統(tǒng)在幾個方面的比較分析。 (1) 節(jié)約材料成本方面：冷流道料道和澆口所產(chǎn)生的廢料很大，而且其產(chǎn)生廢料的量與塑件的體積、料道的長度成正比。 (2) 提高生產(chǎn)效率方面：注塑件的成型時間是等于注射、保壓、冷卻、頂出之和。 冷流道中的熔體與注塑制品之間存在冷卻時差，所以在冷卻時間方面比較長。而且冷流道模具比熱流道模具為了確保產(chǎn)品安全頂出多出了開合模的行程。而熱流道沒有了后續(xù)工序，易于實現(xiàn)塑件生產(chǎn)的自動化，提高生產(chǎn)效率。 (3) 改善塑件品質(zhì)方面：尤其是使用的熱流道針閥式的噴嘴，所以不會在塑件表面留下澆口殘痕，大大提高了塑件的外觀質(zhì)量。而且可以避免薄壁塑件出現(xiàn)翹曲變形的現(xiàn)象。 (4) 模具成本方面：熱流道元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格昂貴，有的熱流道系統(tǒng)的成本就已經(jīng)超過了冷流道模具本身的成本，這樣的話所以使用熱流道模具會大大增加模具成本。 (5) 制作工藝設(shè)備方面：熱流道模具不僅需要保證高精密的機械加工，而且熱流道系統(tǒng)與模具的集成與配合要求十分嚴格，因此熱流道在制造工藝設(shè)備方面要求比較高。 (6) 系統(tǒng)操作維修方面：與熱流道模具相比冷流道模具操作維修比較簡捷方便，因為熱流道零件更容易損壞，維修費用增大。 經(jīng)過上述幾個方面的綜合分析，此次設(shè)計使用冷流道系統(tǒng)。 4.3.2主流道的設(shè)計 流道是進料口和型腔之間的連接橋梁，流道的大小與塑料熔體的流速及注射壓力有著重大的聯(lián)系。流道太大，容易造成原料的浪費、注射壓力提高、冷卻時間延長，同時包含的空氣也增加，大大降低塑件成形的成功率。但是流道太小，則塑料熔體流動的時間過長，流動性降低，熱量損耗嚴重，對塑件的成形也是沒有好處。所以必須在型腔能夠充滿的條件下，使得殘余在流道部分的塑料廢料最少。 將主流道設(shè)計成是圓錐形是為了使主流道凝料能夠從澆口套拔出，它的錐度是2°~6°，噴嘴直徑比它的小端直徑要小0.5~1mm。在設(shè)計時主流道球面半徑應(yīng)該比噴嘴球面半徑大1~2mm。主流道的內(nèi)表面粗糙度通常是Ra0.8。主流道截面直徑的推薦如表4.1所示。 表4.1 主流道截面直徑的推薦值 注射劑注射量 60g 125g 250g 500g 1000g 主流道的進口、出口的直徑 PE、PS 4.5 6 4.5 6 4.5 6.5 5.5 7.5 5.5 8.5 ABS、AS 4.5 6 4.5 6.5 4.5 7 5.5 8 5.5 8.5 PSU、PC 5 6.5 5 7 5 7.5 6 8.5 6 9 注射模具在主流道的末端通常要設(shè)置一個冷料井，而冷料井的作用是收容冷卻的熔料。因為噴嘴最前端的部分塑料熔體的溫度比較低（噴嘴散熱大），所以必須防止冷熔料堵塞通道或進入塑件，減緩了流料流速，造成塑件上出現(xiàn)冷斑現(xiàn)象。 通常情況下，冷料井被放置在模具的動模板上，為了模具接觸的緊密性，達到較好的封膠效果，因此冷料井的直徑要比主流道的直徑略微大點，并且要保證冷料的體積小于冷料井的體積。而拉料桿與冷料井的接觸部分的表面粗糙度Ra=0.8，頭部形狀為Z形。 4.3.3分流道的設(shè)計 分流道（也可以稱作分澆道或者次澆道）是主流道與澆口之間的過渡區(qū)域，它可以使熔融塑料流向平緩，具有均勻分配塑料到各個型腔的功能。 分流道可以通過下面幾個方面進行設(shè)計： (1) 分流道長度應(yīng)在保證型腔合理布局，并有足夠的強度，去除澆口方便的前提下盡量選擇較短的長度。 (2) 分流道應(yīng)該平直，需要轉(zhuǎn)換方向的地方應(yīng)該圓滑平穩(wěn)，盡量避免出現(xiàn)彎曲拐角及突然改變流向的現(xiàn)象，所以最好將其設(shè)置在塑件要留在壓模的那一部分。 (3) 設(shè)計的是多型腔的分流道時，從主流道到各型腔的分流道距離應(yīng)該相等，這樣才可以盡量讓熔體同時進入到各個型腔。 (4) 分流道截面大小及形狀可以根據(jù)塑料性能、塑件體積、壁厚、形狀復(fù)雜程度決定。截面過大易導(dǎo)致氣孔及余料增多，過小則會導(dǎo)致填充不良、過早硬化、壓力損失增大。 (5) 多型腔時必須注意合理分布分流道。 當(dāng)分流道長度較長時，在分流道的盡端也要沿分流道尺寸延伸開出冷料井，目的是為了收容冷卻殘料。 4.3.4澆口的確定 澆口（又稱進料口或內(nèi)流道）的截面形狀（一般為圓形或矩形）、尺寸、數(shù)量及位置直接影響到塑件的質(zhì)量，是塑料熔體從流道進入型腔的最后關(guān)口，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 澆口的類型有很多，一般根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)形狀、流道的設(shè)計、注射的工藝參數(shù)來選擇，通常用的澆口類型有： (1) 直接澆口，只適用于單型腔模具。它可以通過減小主流道的錐角和減小定模扳與定模座板的厚度來減小澆口的面積?？梢允菇Y(jié)構(gòu)比較緊湊，且各個部位可以受到均勻的力。 (2) 側(cè)澆口，設(shè)計在分型面上，這種澆口不會影響到塑件的外觀質(zhì)量。它的截面形狀一般都是矩形，但在側(cè)澆口進入型腔的部位，要設(shè)計成圓角過渡，防止塑件應(yīng)力過大而劈裂。而且需要注意盡量使熔接痕少量出現(xiàn)。 (3) 扇形澆口，適用于長條或平而薄的塑件，這種澆口能使塑料熔體橫向分散進入型腔，能很大的減少塑件的表面流紋和把空氣帶入型腔的可能，但是它的凝料去除比較困難，而且痕跡很大。 (4) 點澆口（針點澆口或菱形澆口），適用于流動性很大的塑料，對型腔的填充非常有利。這種澆口類型往往在三板模上使用較多，因為它的凝料少，脫模后不需再修正澆口痕跡。 (5) 潛伏式澆口（剪切澆口），它們一般設(shè)置在比較隱蔽的地方。一般應(yīng)用在要求自動切除澆口凝料和流道廢料的模具上，達到美觀的效果。 (6) 環(huán)形澆口，適用于圓筒形無底的塑件，這種澆口可以使塑料熔體均勻的環(huán)繞型芯充填模具型腔，并且排氣效果優(yōu)于側(cè)澆口。但是它的材料損耗量較多，而且出現(xiàn)較為明顯的的痕跡。 表4.2列出了幾種常見塑料的澆口形式[2]。 表4.2 常用塑料所適應(yīng)的澆口形式 塑料種類 直接澆口 側(cè)澆口 平逢澆口 點澆口 潛伏澆口 環(huán)形澆口 聚乙烯（PE） √ √ √ 聚丙烯（PP） √ √ √ ABS √ √ √ √ √ √ 聚苯乙烯（PS） √ √ √ √ 此次設(shè)計選用側(cè)澆口中的扇形澆口。扇形澆口適用于表面面積較大的扁平塑件，這些塑件采用一般的側(cè)澆口時，因澆口寬度小，容易進入型腔后沿著寬度的方向流動不均衡，可能會使整個塑件翹曲變形，不能保證塑件要求的平直度。而扇形澆口寬度逐漸擴大，避免出現(xiàn)上述弊端。使用扇形澆口還可以較少帶入空氣的可能性，但澆口痕跡較為明顯。 澆口位置的不同會導(dǎo)致熔體充入模腔是的流程、流向、流態(tài)都會不同，型腔各部分的熔體壓力分布也會不同，對塑件內(nèi)在和外觀表面都會產(chǎn)生不同的影響。 澆口位置的選擇原則有以下幾點： (1) 澆口位置應(yīng)避免熔體噴射充模，避免出現(xiàn)熔體破裂引起塑件缺陷。熔體以噴射狀充入型腔采用小斷面澆口時，因為需要較高的注射壓力，越過小澆口時的較大壓降和溫升，使壓力能變?yōu)閯幽?。以噴射狀態(tài)射入型腔，會妨礙到型腔的順利排氣。嚴重時則會引起熔體破裂，使表面變得粗糙，嚴重時會裂為一小段，使塑件的外觀質(zhì)量變差。 (2) 澆口的位置的選擇應(yīng)該要能保證熔體迅速和均勻的填充模具型腔，盡量縮短熔體的流動距離，并且最好使?jié)部谖恢煤透鱾€型腔的距離都相等。這個對于大型塑件的影響非常重要。 (3) 澆口應(yīng)設(shè)在塑件的壁厚處。從補料的考慮出發(fā)，壁厚不均勻的塑件應(yīng)將澆口開在較厚的位置，若開在較薄的位置，不利于型腔順利填充和補料。當(dāng)壁厚部分還在繼續(xù)補料時，薄壁部分已經(jīng)凍結(jié)。 (4) 在設(shè)計時應(yīng)考慮到減少塑件熔接痕的產(chǎn)生，或使其熔接痕產(chǎn)生在塑件不重要的部位，提高塑件的外觀質(zhì)量。 (5) 澆口盡可能的設(shè)置在不影響外觀的前提下還應(yīng)該最容易清除的部位。而對于表面質(zhì)量要求較高的塑件，澆口的位置不能在塑件的外觀上，否則在切除澆口凝料時，會在表面留下澆口的拼接線。 4.4 注射模成型零部件的設(shè)計 在設(shè)計過程中，成形零件的工作尺寸及精度等級是由塑件的尺寸及精度等級計算得來的。模具的裝配誤差、模具成形零件在使用過程中的磨損以及模具成形零件的加工誤差等都會影響到塑料制件的尺寸精度。 因而根據(jù)塑件的塑料性能、使用要求、幾何結(jié)構(gòu)及分型面和澆口位置的選擇等來設(shè)計成型零部件和確定型腔的總體結(jié)構(gòu)。 4.4.1成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 凸模、凹模等一般是成形零件，它們在注塑成型的過程中，與塑料熔體直接接觸，成形塑件的外形。這類零件的形狀較為復(fù)雜，要求的制造精度和表面粗糙度也較高。因此在設(shè)計成形零件時，既要考慮保證成形塑件，又要便于加工制造。注射成型過程中，成形零件要承受熔體產(chǎn)生的熱量及壓力，以及帶來的摩擦作用，因此進行長時間的生產(chǎn)后，成形零件就會被磨損，甚至?xí)l(fā)生變形和開裂的現(xiàn)象。在設(shè)計成形零件時，必須保證在使用過程中的機械強度和表面質(zhì)量。 凹模也叫做模具的型腔，可以成形塑件的外形輪廓。凹模的結(jié)構(gòu)可以是整體式，也可以是嵌入式，還可以設(shè)計成瓣合式和鑲拼組合式。 整體式凹模的型腔加工在一個整塊零件上，所需生產(chǎn)成本比較低，想要修模或者改尺寸會比較麻煩，進行熱處理也不是很方便。它僅僅適用于形狀比較簡單的塑件。 組合式凹模由兩個或兩個以上的零部件組合而成，它多用于尺寸較大的塑件的生產(chǎn)。 通過三者之間的比較，此次設(shè)計選擇整體式凹模。 成型塑料制品的內(nèi)表面的零件叫凸模，又稱作型芯和陽模。型芯按結(jié)構(gòu)形式的不同也是分為鑲拼組合式和整體式兩種類型。由于型芯加工比型腔加工更容易，所以大部分的型芯是整體式結(jié)構(gòu)形式的，特別是中小型注塑模具，型芯與其相鄰的模板常常設(shè)計成一體。本設(shè)計中的注塑模具屬于中小型模具且結(jié)構(gòu)相對簡單且深度不大，故可采取整體式凸模。 4.4.2成型零部件工作尺寸的相關(guān)計算 計算成型零部件的工作尺寸要考慮的因素有很多，比如有塑料材料、塑件的形狀、尺寸等因素，其中在塑料材料的主要因素是收縮率。在模具設(shè)計中應(yīng)根據(jù)塑件的材料、幾何尺寸、尺寸精度等級等影響因素進行設(shè)計計算。 塑料制件從模具中取出來時尚有余熱的尺寸與其冷卻至室溫時出現(xiàn)的尺寸縮小的特性稱為塑料的成型收縮性。它與模具溫度相對應(yīng)產(chǎn)生的熱脹冷縮、與由于樹脂種類、溫度及成型壓力等不同產(chǎn)生不同的可壓縮性及彈性回復(fù)、結(jié)晶、分子取向等因素有關(guān)。因此能夠準確的確定收縮率是非常困難的。 由于工藝條件或者塑料品種發(fā)生變化造成塑件波動的，它的塑件收縮率波動誤差可根據(jù)下面公式進行計算[2]，即： (4-1) 式中， —塑料的收縮率的波動誤差； —塑料的最大收縮率； —塑料最小收縮率； —塑件的基本尺寸。 (4-2) 式中， — 模具成型部分在成型溫度時的尺寸； (4-3) 式中， —常溫時，塑件的尺寸 — 常溫時，塑料模具型腔的尺寸。 實際收縮率與計算收縮率之間肯定會存在一些差異，一般來說，只要由于塑料收縮率波動而引起的誤差小于塑件公差的1/3，就在可接受范圍里。一般取成型零件工作尺寸的制造公差取IT7~IT8級或者是塑件公差值的1/3~1/4[2] 。 如何減少模具成型零部件的磨損是設(shè)計中最大的困難和挑戰(zhàn)。磨損程度是與模具的維修費用是成正比的，是與模具的壽命成反比的。在磨損量的控制值的選取上來說，考慮到成本經(jīng)濟方面，生產(chǎn)批量與磨損量成正比。在選擇塑料類型時，因為熱塑性塑料的摩擦系數(shù)很小，其磨損量也就可以取小值，而玻璃纖維摩擦系數(shù)比較大，則磨損量要取大值。塑件的大小也影響了磨損量取值的大小，一般來說中小型塑件以取塑件公差的1/6作為最大磨損量，而大型塑件取超過塑件公差的1/6以上[5]。 (1) 型腔的徑向尺寸的計算 (4-4) 式中， ——凹模徑向尺寸； ——塑件的徑向公稱尺寸； ——塑件的平均收縮率，取0.5%； Δ——塑件的允許公差； ——加工公差，按塑件公差的1/3~1/6來選取，或按MT5查標(biāo)注。 通過查詢塑件公數(shù)值表知： 塑料制件基本尺寸在14~18mm范圍內(nèi)公差取0.38mm； 塑料制件基本尺寸在40~50mm范圍內(nèi)公差取0.64mm； 塑料制件基本尺寸在100~120mm范圍內(nèi)其公差取1.14mm； 塑料制件基本尺寸在200~225mm范圍內(nèi)公差取1.92mm。 塑料制件基本尺寸在120~140mm范圍內(nèi)公差取1.28mm。 =[(1+0.5%)×219－3/4×1.92] ≈218.7mm =[(1+0.5%)×107.68－3/4×1.14] ≈107.3mm (2) 型腔深度尺寸計算 H=[(1+S)H－2/3Δ) (4-5) 式中， H——型腔深度尺寸； H——塑件的高度基本尺寸。 H=[(1+S)H－2/3Δ) =[(1+0.5%)×16－2/3×0.38] ≈15.8mm (3) 型芯徑向尺寸的計算 (4-6) 式中， ——型芯的徑向尺寸； ——塑件的平均收縮率，取0.5%； ——塑件的徑向公稱尺寸； Δ——塑件的公差值； ——模具制造公差(mm)；(一般取)。 =[(1+0.005)×217.05+1.92×0.75] ≈219.6mm =[(1+0.005)×127.94+1.28×0.75] ≈129.5mm (4) 型芯高度尺寸的計算 (4-7) 式中， ——型芯深度尺寸； ——塑件的高度基本尺寸。 =[(1+0.005)×49+0.64×2/3] ≈49.7mm 4.5 模具排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具型腔在塑料填充的過程中，會經(jīng)常遇到出現(xiàn)黑點、收縮、氣泡、飛邊等由于排氣問題而出現(xiàn)的缺陷，所以在模具設(shè)計中排氣并非可有可無。而且合理排氣有利于提高生產(chǎn)效率，減低能量消耗及生產(chǎn)成本。通常要求在塑料熔體在充模的過程中，就需要將模具型腔中的氣體排出。否則，塑料熔體在充滿模具型腔的過程中會大量壓縮氣體，并且會產(chǎn)生一定的阻力，使塑料熔體不能以正常的速度填充模具型腔，同時被壓縮的氣體會瞬間產(chǎn)生高溫將塑料燒焦，而且在開模時塑件會更緊的包裹型芯，塑件不容易脫模。我們還可以采取一種較為有效的措施，即除了設(shè)計排氣系統(tǒng)之外，還應(yīng)該考慮開設(shè)溢流槽，用來容納冷料和一部分的氣體。 下面分別對這三種不同的排氣方式進行簡單介紹。 配合間隙排氣可以不用另外開排氣槽，這種排氣方式適用于簡單型腔的中小型模具。 分型面開排氣槽排氣是另一個主要的排氣形式。排氣槽最好設(shè)計在靠近嵌件或壁厚的最薄處。設(shè)計時還應(yīng)該要注意排氣槽的出口不要對著操作人員，以防熔融塑料噴出危害到人身安全。也可以將排氣槽設(shè)計在離型腔5~8mm后拐彎處以降低熔料溢出的動能。 假如型腔最后填充的部位不在分型面上，且其周圍沒有可以活動的型芯或推桿，故可以在型腔深處鑲?cè)肱艢馊捎门胖麃砼艢?。如果有推桿可以利用推桿的運動來進行排氣，還可以清理殘留樹脂。 在此次設(shè)計中的塑料制品比較小，模具整體尺寸不是很大，所以選擇不開設(shè)排氣槽而選用配合間隙排氣的方式排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，間隙值與塑膠原料粘度相關(guān)。 4.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 注塑成型每個工作周期稱為一個工作循環(huán)，在每個工作周期中，必須要保障塑件能夠準確從模具內(nèi)脫出。能夠完成此工作的裝置稱為脫模機構(gòu)。根據(jù)塑件的形狀和結(jié)合模具越簡單越好這兩方面的考慮，也可以設(shè)計為套筒頂針配合斜頂一同工作脫出注塑件。 4.6.1脫模機構(gòu)的設(shè)計選用原則 推出機構(gòu)的設(shè)計原則如下： (1) 盡可能使塑件留在動模一側(cè)，以便借助注塑機動模上的頂桿