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本科畢業(yè)設計（論文） 題目：盒蓋連體零件注塑模具設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及自動化 班 級： 學 生： 學 號： 指導老師： 2013年5月 盒蓋連體零件注塑模具設計 摘 要 從分析塑料零件注射模具設計的全過程，并從其加工工藝性出發(fā)，選取了較為合理的設計方案，經工藝計算并初步確定模具結構方案，最后進行模具各個部分零件的設計。由于本產品結構比較復雜，模具結構及制造工藝相對較為復雜，生產批量為大批量，精度為IT14，則成本會比較高。且模具采用的是一模兩腔的設計，所以增加了結構的復雜性，通過對抽芯機構的計算和設計，同時把握模具相關運動部件的設計，其中包括定位零件和成型零件尺寸的計算和校核。該模具采用了一次分型，使制件的主流道凝料和分流道凝料從模具的成型板中脫出，最后利用推桿推出作用，使制件脫離型芯，達到制件的生產。同時，本模具的亮點和難點在于有兩個帶角度的內側抽芯和其型芯型腔的加工復雜性上，但通過比較合理的斜頂裝置可以很完善的達到內抽的效果，并且該機構制造相對簡單，可降低模具成本。在一些零件的選用上也是盡量選取標準件以降低模具造價，型芯和型腔都采用鑲拼式的結構，同時運用直通式冷卻水道，降低加工難度和成本。最后分析模具裝配和型腔的加工工藝性。 關鍵詞：注塑模；分型面；抽芯 34 The Plastic Mold Design of Box Cover Abstract From the analysis of the whole process of the design of plastic pates injection mold, and departure from its processing technology, select a more reasonable design, the process calculation and initially identified the mold structure of the program, the final design of some parts of the mold. Due to the product structure is more complex, the mold structure and manufacturing process is relatively complex, production volume in bulk, the accuracy of IT10, the cost will be higher. The die is used to design a mold two cavity, so increases the complexity of the structure, calculation and design of the core-pulling mechanism, and grasp the mold moving parts design, including the calculation of the size of positioning parts and molded parts and checked. Spure slug and shunt used in the mold of the type, so that the parts of the slug of the mold forming board last putter introduced the roleof the parts off the core, to achieve the production of parts. At the same time, the highlight and difficulty of this mold is processing complexity two angled inside core-pulling and its core cavity, but more reasonable lifter device can be improved to achieve the pumping effect, and the organization to produce relatively simple, can reduce the cost of the mold. Also try to select in some parts of the slection of standard parts to reduce tooling cost, core and cavity mosaic structure, while the use of straight-through cooling water, reducing the processing difficulty and cost. Finally, analysis and processing of the mold assembly and cavity. Keywords: Plastic injection molding；once；medial to the core-pulling 主要符號表 k 安全系數 E 材料彈性模量 Smax 塑料的最大收縮率 q 熔融塑料在模腔內的壓力 Smin 塑料的最小收縮率 V塑 塑件體積 P0 注射壓力 V注 注射機理論注射量 P公 公稱注射壓力 F鎖 鎖模力 Δs 塑件公差 δs 塑件收縮引起的塑件尺寸誤差 T 注射機的額定鎖模力 LS 塑件尺寸 L凹 型腔尺寸 L凸 型芯尺寸 H塑 塑件內形深度基本尺寸 S 注射機最大行程 d 塑件外徑基本尺寸 H 模具閉合尺寸 D 塑件內形基本尺寸 Hmin 模具最小尺寸 h 凸模/型芯高度尺寸 Hmax 模具最大尺寸 δ 模具制造公差 α 傾斜角 A 塑件包緊型芯的側面積 p 單位面積塑件對型芯的正力 F 塑件的投影面積 n 個數 P 型腔壓力 f 摩擦系數 φ 長度系數 Q 總脫模力 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 前言 1 1.1我國塑料模具的發(fā)展現狀 1 1.2塑料模具的發(fā)展趨勢 2 1.3中國塑料模具行業(yè)存在的問題 3 1.4發(fā)展展望 4 2 塑料ABS分析 6 2.1基本特性 6 2.2成型特性 6 2.3綜合性能 6 2.4ABS的注射工藝參數 7 3 塑料模的總體設計 8 3.1塑件的形狀尺寸 8 3.2型腔數目的決定及排布 8 3.3注射機的選擇 9 3.4分型面確定 9 3.5模架的選擇 10 3.5.1型腔壁厚的計算 10 3.5.2凹模型腔底部高度 11 3.5.3模架的選擇 11 4 成型尺寸及澆注系統(tǒng)設計 12 4.1型腔的內徑計算 12 4.2型腔的深度尺寸計算 12 4.3型芯的外徑計算 12 4.4型芯的高度計算 13 4.5澆注系統(tǒng)的初步計算 13 5 導柱導向機構的設計 15 5.1導柱導向機構的作用 15 5.2導柱導套的選擇 15 6 脫出機構設計 16 6.1推出機構的組成 16 6.2設計原則 16 6.3脫模力的計算 16 6.4推板脫出機構計算 17 6.5脫模機構設計 18 6.5.1簡單脫模 18 6.5.2側向抽芯機構設計 19 7 排氣溫控系統(tǒng)設計 22 7.1溫控系統(tǒng)設計 22 7.2注射模冷卻系統(tǒng)設計原則 22 7.3冷卻系統(tǒng)的結構設計 23 7.4 冷卻水孔直徑計算 24 7.5求冷卻水在水孔里的流速 24 8 注射機與模具型腔型芯強度校核 25 8.1注射機的校核 25 8.2型腔型芯的強度校核 25 9 模具的裝配、試模與維修 26 9.1模具的裝配 26 9.2模具裝配的主要內容 26 9.2.1型芯裝配 26 9.2.2型腔的裝配加工 26 9.2.3導柱、導套的裝配 26 9.2.4頂桿裝配加工 26 9.2.5澆口套的裝配加工 26 9.3裝配順序 27 9.4試模 27 9.5模具的維修 27 10 模具裝配圖 28 11 模具可行性分析 29 11.1本模具的特點 29 11.2市場效益及經濟效益分析 29 參考文獻 30 總結 31 致 謝 32 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 33 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 34 1 前言 1 前言 1.1我國塑料模具的發(fā)展現狀 整體來看，中國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢[1]。 加入WTO，給塑料模具產業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時帶來更多的機會。由于中國塑料模具以中低檔產品為主，產品價格優(yōu)勢明顯，有些甚至只有國外產品價格的1/5~1/3，加入WTO后，國外同類產品對國內沖擊不大，而中國中低檔模具的出口量則加大；在高精模具方面，加入WTO前本來就主要依靠進口，加入WTO后，不僅為高精尖產品的進口帶來了更多的便利，同時還促使更多外資來中國建廠，帶來國外先進的模具技術和管理經驗，對培養(yǎng)中國的專業(yè)模具人才起到了推動作用。 2006年，中國塑料模具總產值約300多億元人民幣，其中出口額約58億元人民幣。根據海關統(tǒng)計資料，2006年中國共進口塑料模具約10億美元，約合83億元人民幣。由此可以得出，除自產自用外，市場銷售方面，2006年中國塑料模具總需求約為313億元人民幣，國產模具總供給約為230億元人民幣，市場滿足率為73.5%。進口的塑料模具中，最多的是為汽車配套的各種裝飾件模具、為家電配套的各種塑殼模具、為通信及辦公設備配套的各種注塑模具、為建材配套的擠塑模具以及為電子工業(yè)配套的各種塑封模具等。出口的塑料模具以中低檔產品居多。由于中國塑料模具價格較低，在國際市場中有較強的競爭力，所以進一步擴大出口的前景很好，近幾年出口年均增長50%以上就是一個很好的證明。 雖然近幾年模具出口增幅大于進口增幅，但所增加的絕對量仍是進口大于出口，致使模具外貿逆差逐年增大。這一狀況在2006年已得到改善，逆差略有減少。模具外貿逆差增大主要有兩方面原因：一是國民經濟持續(xù)高速發(fā)展，特別是汽車產業(yè)的高速發(fā)展帶來了對模具旺盛需求，有些高檔模具國內的確生產不了，只好進口；但也確實有一些模具國內可以生產，也在進口。這與中國現行的關稅政策及項目審批制度有關。二是對模具出口鼓勵不夠。現在模具與其它機電產品一樣，出口退稅率只有13%，而未達17%[2]。 從市場情況來看，塑料模具生產企業(yè)應重點發(fā)展那些技術含量高的大型、精 密、復雜、長壽命模具，并大力開發(fā)國際市場，發(fā)展出口模具。隨著中國塑料工業(yè)，特別是工程塑料的高速發(fā)展，可以預見，中國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度，未來幾年年增長率仍將保持20%左右的水平。 近年來，港資、臺資、外資企業(yè)在中國大陸發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量自產自用塑料模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數字之中。 近年來，中國塑料模具制造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產單套重量達到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到2μm，制件精度很高的小模數齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產，多腔塑料模具已能生產一模多腔的塑封模，高速模具方面已能生產擠出速度達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。在生產手段上，模具企業(yè)設備數控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術的應用面已大為擴展，高速加工及RP/RT等先進技術的采用已越來越多，模具標準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)展進一步促進了塑料模具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現信息化管理和全數字化無圖制造[3]。 1.2塑料模具的發(fā)展趨勢 （1）在模具的質量、交貨周期、價格、服務四要素中，已有越來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。企業(yè)千方百計提高自己的適應能力、提高技術水準、提高裝備水平、提高管理水平及提高效率等都是縮短模具生產周期的有效手段。 （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品開發(fā)中去，甚至在尚無明確用戶對象之前進行開發(fā)，變被動為主動。目前，電視機和顯示器外殼、空調器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法，手機和電話機模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同，才能根據用戶要求進行模具設計的被動局面[4]。 （3）隨著模具企業(yè)設計和加工水平的提高，模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉變?yōu)橹饕揽考夹g。這不僅是生產手段的轉變，也是生產方式的轉變和觀念的上升。這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高。中國模具行業(yè)目前已有10多個國家級高新技術企業(yè)，約200個省市級高新技術企業(yè)。與此趨勢相適應，生產模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉變?yōu)榧夹g型人才是必然要求[5]。當然，目前及相當長一段時間內，技藝型人才仍十分重要，因為模具畢竟難以完全擺脫對技藝的依靠。 （4）模具企業(yè)及其模具生產正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高水平的現代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已經采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術及其它先進制造技術和虛擬網絡技術等，這些都是信息化的表現。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識。 （5）隨著人類社會的不斷進步，模具必然會向更廣泛的領域和更高水平發(fā)展?，F在，能把握機遇、開拓市場，不斷發(fā)現新的增長點的模具企業(yè)和能生產高技術含量模具企業(yè)的業(yè)務很是紅火，利潤水平和職工收入都很好。因此，模具企業(yè)應把握這個趨向，不斷提高綜合素質和國際競爭力[6]。 （6）發(fā)達工業(yè)國家的模具正加速向中國轉移，其表現方式為：一是遷廠，二是投資，三是采購。中國的模具企業(yè)應抓住機遇，借用并學習國外先進技術，加快自己的發(fā)展步伐。 1.3中國塑料模具行業(yè)存在的問題 （1）發(fā)展不平衡，產品總體水平較低。雖然個別企業(yè)的產品已達到或接近國際先進水平，但總體來看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。包括生產方式和企業(yè)管理在內的總體水平與國外工業(yè)發(fā)達國家相比尚有10年以上的差距[7]。 （2）工藝裝備落后，組織協調能力差。雖然部分企業(yè)經過近幾年的技術改造，工藝裝備水平已經比較先進，有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國外，但大部分企業(yè)的工藝裝備仍比較落后。更主要的是，企業(yè)組織協調能力差，難以整合或調動社會資源為我所用，從而就難以承接比較大的項目。 （3）大多數企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足。一方面是技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開發(fā)投入少；更重要的是觀念落后，對創(chuàng)新和開發(fā)不夠重視。模具企業(yè)不但要重視模具的開發(fā)，同時也要重視產品的創(chuàng)新。 （4）供需矛盾短期難以緩解。近幾年，國產塑料模具國內市場滿足率一直不足74%，其中大型、精密、長壽命模具滿足率更低，估計不足60%。同時，工業(yè)發(fā)達國家的模具正在加速向中國轉移，國際采購越來越多，國際市場前景看好。市場需求旺盛，生產發(fā)展一時還難以跟上，供不應求的局面還將持續(xù)一段時間。 （5）體制和人才問題的解決尚需時日[8]。在社會主義市場經濟中，競爭性行業(yè)，特別是像模具這樣依賴于特殊用戶、需單件生產的行業(yè)，國有和集體所有制原來的體制和經營機制已顯得越來越不適應。人才的數量和素質也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展。 1.4發(fā)展展望 在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，我們既要看到成績，又要重視落后，要抓住機遇，采取措施，在經濟全球化趨向日漸加速的情況下，盡快提高塑料模具的水平，融入到國際市場中去，以促進中國模具行業(yè)的快速發(fā)展，有兩方面應予以重視： 一是政府相關政策對促進模具工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。從國際上看，各國模具工業(yè)在發(fā)展初期都得到了政府的大力扶持。就中國實際情況看，應降低國內不能生產的進口精密模具生產設備的關稅、執(zhí)行好國家對部分專業(yè)模具廠的優(yōu)惠政策等，通過政策引導作用可加快行業(yè)的發(fā)展和進步。 二是隨著市場的發(fā)展，塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展，因此對模具的要求也越來越高[9]。為了滿足市場需要，未來的塑料模具無論是品種、結構、性能還是加工都必將有較快發(fā)展，而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐。展望未來，下列幾方面發(fā)展趨勢預計會在行業(yè)中得到較快應用和推廣。 （1）超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。 （2）多種材質、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。 （3）為各種快速經濟模具，特別是與快速成型技術相結合的RP/RT技術將得到快速發(fā)展。 （5）模具設計、加工及各種管理將向數字化、信息化方向發(fā)展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等將向智慧化、集成化和網絡化方向發(fā)展。 （6）更高速、更高精度、更加智慧化的各種模具加工設備將進一步得到發(fā)展和推廣應用。 （7）更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會不斷發(fā)展，隨之將產生一些特殊的和更為先進的加工方法。 （8）各種模具型腔表面處理技術，如涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝也會不斷得到發(fā)展。 （9）逆向工程、并行工程、復合加工乃至虛擬技術將進一步得到發(fā)展。 （10）熱流道技術將會迅速發(fā)展，氣輔和其它注射成型工藝及模具也將會有所發(fā)展。 （11）模具標準化程度將不斷提高。 （12）在可持續(xù)發(fā)展和綠色產品被日益重視的今天，“綠色模具”的概念已逐漸被提到議事日程上來。即，今后的模具，從結構設計、原材料選用、制造工藝及模具修復和報廢，以及模具的回收利用等方面，都將越來越考慮其節(jié)約資源、重復使用、利于環(huán)保，以及可持續(xù)發(fā)展這一趨向[10]。 “十一五”期間，在科學發(fā)展觀指導下，國內模具企業(yè)將進一步深化改革，下功夫搞好科技進步與創(chuàng)新，堅持走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型的軌道上來，模具工業(yè)必將得到又好又快的發(fā)展。 2 塑料ABS分析 2 塑料ABS分析 2.1基本特性 ABS塑料名稱：丙稀腈、丁二稀、苯乙烯，具有良好的綜合性能，既高的沖擊韌性和良好的機械性能，優(yōu)良的耐熱、耐油性能和化學穩(wěn)定性，尺寸穩(wěn)定、易機械加工，表面還可鍍金屬，電性能良好應用為作一般結構或耐磨受力傳動零件和耐腐蝕設備，用ABS制成泡沫夾層板可作小轎車車身[11]。 2.2成型特性 結晶形塑料，吸濕性小，成型前可不預熱，熔體粘度小，成型時不易分解，流動性極好，溢邊值為0.02mm左右，流動性對壓力變化敏感，加熱時間長則易發(fā)生分解。冷卻速度快，必須充分冷卻，設計模具時要設冷料穴和冷卻系統(tǒng)。收縮率大，方向性明顯，易變形、翹曲，結晶度及模具冷卻條件對收縮率影響大，應控制模溫。宜用高壓注射，料溫要均勻，填充速度應快，保壓要充分。不宜采用直接澆口注射，否則會增加內應力，使收縮不均勻和方向性明顯。應注意選擇澆口位置。質軟易脫模，塑件有淺的側凹時可強行脫模。 2.3綜合性能 ABS，它是由三種單體聚合而成的非結晶型高聚物，具有三種組合物的綜合性能，且無毒、無味，塑件成型后有較好的光澤。ABS的密度為1.02~1.05g/cm3。 ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化膨脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過調色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70℃左右，熱變形溫度為93℃左右。耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆[12]。 根據ABS中組分之間的比例不同，其性能也有差異，從而適應各種不同的應用。根據應用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文） 3塑料模的總體設計 2.4ABS的注射工藝參數 注射機類型： 柱塞式 噴嘴形式： 直通式 噴嘴溫度： 150~170℃ 料筒溫度： 前 170~200℃ 后 140~160℃ 模溫： 60~70℃ 注射壓力： 60~100MPa 保壓力： 40~50MPa 注射時間： 15~60s 高壓時間： 0~3s 冷卻時間： 15~60s 3 塑料模的總體設計 3.1塑件的形狀尺寸 塑件名稱：盒蓋 材料：ABS 產量：中等批量生產 根據實物在PROE環(huán)境內進行三維造型。 圖3.1塑件 塑件的工作條件對精度要求一般，因為塑件圖中未注公差，所以根據ABS能可選擇其塑件的精度等級為7級精度。 3.2型腔數目的決定及排布 已知的體積V塑或質量W塑 ，又因為此產品屬大批量生產的小型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度一般，綜合考慮生產率和生產成本及產品質量等各種因素，以及注射機的型號選擇，初步確定采用一模二腔對稱性排布。分流道直徑可選1.5~9.5mm。本設計取值4mm。由塑件的外形尺寸和機械加工的因素，確定采用潛澆口，排布圖如下圖示： 圖3.2型腔數目及排布 3.3注射機的選擇 由于采取的是一模二腔的方案，故其注射總體積及質量就是塑件的體積及質量的二倍： 假設：，由注射機最大注射量公式得： （3.1） 其中：—注射機的公稱質量注射量； K—注射機最大注射量的利用系數，取0.3； —塑件的總質量； —澆注系統(tǒng)廢料的質量。 因此： 由《塑料模具技術手冊》查得注射機的型號為XS-ZY-125國產注塑機，其主要技術參數如下： 結構型式：臥式 理論注射容量：125cm3 螺桿直徑：42mm 注射壓力：150MPa 注射速率：60g/S 塑化能力：11.8g/s 螺桿轉速：14~200r/min 鎖模力：900KN 拉桿內間距：370×320mm 移模行程：270mm 最大模具厚度：300mm 最小模具厚度：200mm 鎖模型式：雙曲肘式 模具定位孔直徑：100mm 3.4分型面確定 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案[13]。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則： （1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處，不要選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉角處； （2）便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊； （3）保證塑件的精度要求，保證制件相關部位的同心度； （4）滿足塑件的外觀質量要求； （5）便于模具加工制造； （6）考慮對成型面積的影響； （7）考慮對排氣效果的影響； （8）考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模的方向上。 其中最重要的是第2、第5和第8點。為了便于模具加工制造，應盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面。如下圖3.1所示，采用這樣一個平直的分型面，由于制件的使用要求一般，精度要求不高，因此只設計一個分型面，即模具具有唯一分型面。 圖3.1分型面 3.5模架的選擇 3.5.1型腔壁厚的計算 對小尺寸型腔，強度不足是主要問題，應按強度條件計算，得型腔側壁最小厚度： （3.2） 其中：r—凹模型腔內孔或凸型芯外圓的半徑； —材料許用應力； —模腔壓力。 成型零件材料選T12，淬火，低溫回火，硬度大于55HRC，其為700Mpa 3.5.2凹模型腔底部高度 3.5.3模架的選擇 由前面對型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸： 最小寬度為：20+3.6643=23.6643mm 最小厚度為：36+14.79=50.79mm 但是考慮到加工方便，采用組合式凹模，所以還要考慮導柱導套的安放位置，且查得標準值，再由于塑件采取推件板推出，因此選擇模架為基本類型中的A3的派生模架，為了方便分型時定位，增加了限位桿。設置推件板推出機構，它適合于薄壁殼體型塑件，脫模力大以及塑件表面不允許留有頂出痕跡的注射成型模。 選擇模架規(guī)格為：A3-200200-33-Z2，GB/T12556-90 具體尺寸如下如下： 定模坐板厚度：A=43mm 中間板厚度：B=24mm 模板：直徑=150mm 推板：直徑=142.2mm，高度=32mm 型心固定板：高度=48mm 動模座板：厚度=69mm 模具閉合厚度：H=517 導柱：d=20mm 導套：d1=20mm 限位桿：d=20mm 4 成型尺寸及澆注系統(tǒng)設計 4 成型尺寸及澆注系統(tǒng)設計 4.1型腔的內徑計算 （4.1） 其中：—型腔內形尺寸； —塑件外徑基本尺寸； —塑件公差； —塑件的平均收縮率，取0.4%； x—綜合修正系數，取x=0.5~0.75； —模具制造公差，取。 因為制件圖樣上未注公差尺寸的允許偏差，所以采用7級公差精度，查表得， 所以： 4.2型腔的深度尺寸計算 （4.2） 其中：—型腔深度尺寸； —塑件高度其本尺寸； —塑件公差； —塑料平均收縮率，取0.4%； x—綜合修正系數，取x=0.5~0.75； —模具成型尺寸設計公差。 查表得，所以H=58mm 4.3型芯的外徑計算 圖4.1型芯的結構圖 （4.3） 式中：—型芯外形尺寸； —塑件內徑基本尺寸； —塑件的公差； —塑料平均收縮率0.4%； x—綜合修正系數，取x=0.5~0.75； —模具成型尺寸設計公差，取。 查表得：， 4.4型芯的高度計算 （4.4） 式中：—凸模高度尺寸； —塑件內形深度基本尺寸； —塑件公差； —塑料平均收縮率0.4%； x—綜合修正系數，取x=0.5~0.75； —模具成型尺寸設計公差，。 查表得：，所以 4.5澆注系統(tǒng)的初步計算 澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成[14]。 澆注系統(tǒng)的設計應保證塑件熔體的流動平穩(wěn)、流程應盡量短、防止型芯變形、整修應方便、防止制品變形和翹曲、應與塑件材料品種相適用、冷料穴設計合理、盡量減少塑料的消耗。 根據塑件的形狀采用推板推出。由于本塑件是圓筒狀制品所以盡可能采取中心進料，所以選擇潛澆口，單分型面，分流道采用半圓形截面，分流道開設在定模板上，在澆道板上采用澆口套,設置冷料穴和拉料桿。 圖4.2澆注系統(tǒng)的結構 根據塑件的外形尺寸和質量等決定影響因素，初步取值如下： d=5mm，D=8mm，R=16mm，h=5mm，d1=0.2mm，H1=4mm，l=50mm，L=43mm，a=，a1=，L1=36mm，Ra=0.63μm 主流道呈圓角半徑r=2mm，以減小料流轉向時渡時的阻力。主流襯套選用45#制造，表面淬火大于55HRC。 5 導柱導向機構的設計 5 導柱導向機構的設計 5.1導柱導向機構的作用 （1）定位件用：模具閉合后，保證動定模或上下模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調整[15]。 （2）導向作用：合模時，首先是導向零件接觸，引導動定?；蛏舷履蚀_閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。 （3）承受一定的側向壓力。 5.2導柱導套的選擇 一般在注射模中，動、定模之間的導柱既可設置在動模一側，也可設置在定模一側，視具體情況而定，通常設置在型芯凸出分型面最長的那一側。因為限位桿已經設置在定模上，所以導柱應該設置在動模上，而且這樣還可以保護型心不受損傷。 圖5.1導柱導套的結構 定端與模板間用H7/m6或H7/k6的過渡配合,導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。根據模具結構的要求，與導柱同動作的彈簧應布置4個，并盡可能對稱布置于A分型面的四周，以保持分型時彈力均勻，中間板不被卡死。 圖5.2導柱分布 6 脫出機構設計 6 脫出機構設計 6.1推出機構的組成 推出機構由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構的導向與復位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導柱、頂板導套以及推板緊固螺釘[16]。 6.2設計原則 （1）推出機構應盡量設在動模一側； （2）保證塑件不因推出而變形損壞； （3）機構簡單動作可靠； （4）合模時的正確復位。 6.3脫模力的計算 因為塑件壁厚與其內孔直徑之比0.02小于0.05，所以本塑件屬于薄壁殼體塑件，其脫模力計算公式為： （6.1） 其中：E—塑料的拉伸模量，MPa； —塑料成型平均收縮率，%； —塑件的平均壁厚，mm； L—塑件包容型芯的長度，mm； —塑件的泊松比； —脫模斜度（塑件側面與脫模方向之夾角）； f—塑料與鋼材之間摩擦系數； r—型芯大小端平均半徑，mm； B—塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積，，當塑件底部上有通孔時，10B項應視為零； —由f和決定的無因次數； 經過計算得Q=11912.59N 因此，脫模力的大小隨塑件包容型芯的面積增加而增大，隨脫模斜度的增加而減小。由于影響脫模力大小的因素很多，如推出機構本身運動時的摩擦阻力、 塑料與鋼材間的粘附力、大氣壓力及成型工藝條件的波動等，因此要考慮到所有因素的影響較困難，而且也只能是個近似值。 用推件板推出機構中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。 6.4推板脫出機構計算 （1）頂件行程： （6.2） 其中：—所需頂出行程； —型芯成型高度； e —頂出行程富裕量； （2）開模行程 （6.3） 其中：a —中間板與定模分開的距離，mm； H1—塑件推出距離（也可作為凸模高度），mm； H2—包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度，mm； S—注射機移動板最大行程，mm； H—所需開模行程，mm。 圖6.1推板 圖6.2 頂桿 6.5脫模機構設計 6.5.1簡單脫模 （1）脫模機構結構設計 注塑成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯中脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出機構或脫模裝置[17]。從塑件本身結構和模具盡可能的簡單兩方面考慮，在此采用彈簧和鉤擺凸塊順序分型脫模機構。 圖6.3 推桿 如圖所示推桿工作部分與模板或型芯上推桿孔的配合常采用H8/f7~H8/f8的間隙配合，推桿與推桿孔的配合長度視推桿直徑的大小而定，當d<5mm時.配合長度可取12~15mm；當d>5mm時配合長度可取(2~3)d。推桿工作端配合部分的粗糙度Ra一般取0.8μm。推桿的材料常用T8A，T10A等碳素工具鋼或5Mn彈簧鋼等,前者熱處理要求50~54HRC。其固定方式如圖所示： 圖6.4推桿固定形式 （2）脫模機構運動分析、強度設計 由于此塑件屬于殼形制品，所以采用推桿和內型芯推出。另外設有復位桿，開模時在推板的作用下，推桿與內型芯一起將塑件從主型芯上推出。合模時通過復位機構回到閉合位置。推桿的尺寸推桿不宜過細，推桿應設在脫件阻力大的地方，端面裝配后應比型腔或鑲件平面高0.05~0.1mm，進料口處理盡量不設推桿，盡量避開側抽芯，推桿與推桿孔之間的雙邊間隙保證不凝料，保證不溢料有能排氣，推桿形狀為標準的圓形截面推桿JI85108-1964，推桿的材料選取T8A鋼，E=21000000N/cm。 推桿的直徑： d=（） （6.4） 式中：d—圓形推桿直徑，mm； Φ—推桿長度系數，0.7； l—推桿長度，85mm； n—推桿數量； E—推桿材料的彈性模量， 21000000 N/cm。 由F=43152N，解得：d=0.32cm=3.2mm，取d=4mm 推桿的應力校核： δ== ≤320Mpa=δ 其中：一般中炭鋼 δ=32000 N/cm；合金結構鋼δ=42000N/cm 6.5.2側向抽芯機構設計 該塑件外形有一凹槽,在成型凹槽時需要設置側向分型抽芯機構。本節(jié)主要討論塑件左端面凹槽的成型情況，在確定向分型抽芯機構時選擇斜導柱側向分型與抽芯機構和彎銷側向分型與抽芯機構兩種方案進行比較。 斜導柱和彎銷側向分型與抽芯機構的工作原理相似，都有側向滑塊的導滑、注射時側向型芯的鎖緊和側抽芯結束時側滑塊的定位三大設計要素[18]。但是彎銷側向抽芯機構的彎銷是矩形截面，其抗彎截面系數比圓形截面的斜導柱要大，因此可采用比斜導柱教大的傾斜角a,所以在開模距相同的情況下可獲得較大的抽芯距，且具有較大的起始抽芯力。本設計中兩種結構都能滿足成型工藝要求，模具復雜程度相似。本設計選用斜導柱抽芯機構進行設計。 （1）斜頂一般采用T8A鋼，淬硬到HRC50～55。 （2）斜頂的尺寸選擇按表所選。 表6.1斜銷的尺寸 選擇直徑d=12mm，D=17mm，H=10mm 推板導向的組合形式： 根據需要將推板導柱放于推板的三個角處，采用三根導柱導向，以提高導向精度和導向的平穩(wěn)性，以免在推出塑件時對塑件質量造成影響。 （3）斜導柱的組合形式：斜導柱與導柱孔應保持0.5~1mm的間隙。 （4）抽芯距的計算 一般抽芯距S等于側孔或側凹深度加上2~3mm的余量。 即：S= S1+（2~3）mm=2+(2~3)mm=4~5mm （5）斜頂的角度 斜頂的角度與開模所需的力，斜頂所受的彎曲力，實際能得到的抽拔力及開模行程有關。大時，所需的抽拔力應增大，因而斜頂所受的彎曲力也應增大，故希望角度小些為好。但角度小則使斜頂工作部分及開模行程加大，所以角度的確定需要適當兼顧脫模距及斜導柱所受的彎曲力[19]。根據實際經驗證明，斜度值一般不得大于25°，通常采用15~20°，由于此零件抽芯距較小，所以取=15°。 （6）抽拔力的計算 抽拔力的計算與脫模力相同，由于影響抽拔力的因素很多，如塑件的壁厚，塑件包容截面形狀的大小，塑件的性能，成型工藝參數等。如要全面考慮這些因素較困難。在實際生產中只考慮主要因素，因此，可按簡化公式計算： P1=CLq（） （6.5） 式中：P1—斜導柱的抽拔力，N； C —側型芯被包緊的截面周長，43mm。 L —型芯被包緊部分的長度，1.25mm。 —摩擦系數，一般為0.1~0.2； —側抽芯的脫模斜度； q—單位面積的積壓力，一般為8~12MPa。 所以：P1=CLq（）=43×1.25×12×0.2 =161.25N （7）斜頂長度 圖6.5 斜導柱尺寸 L=L+L+L+L （6.6） = =39+11.6+1.6+（5~10） 式中：L—斜頂的總長度； D—斜頂固定部分大端直徑； S—抽拔距； h—斜頂固定板厚度； d—斜頂傾斜角。 所以L取為58mm。 7 排氣溫控系統(tǒng)設計 7 排氣溫控系統(tǒng)設計 7.1溫控系統(tǒng)設計 當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體[20]。如果型腔內因各種原因而產生的氣體不被排除干凈,一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時積存的氣體還會產生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。有時在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。 通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。 基本原則：熔體熱量95%由冷卻介質（水）帶走，冷卻時間占成型周期的2/3。 7.2注射模冷卻系統(tǒng)設計原則 （1）冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大、型腔表面的溫度與冷卻水道的數量、截面尺寸及冷卻水的溫度有關[21]。 （2）冷卻水道至型腔表面距離應盡量相等，當塑件壁厚均勻時，冷卻水道到型腔表面最好距離相等，但是當塑件不均勻時，厚的地方冷卻水道到型腔表面的距離應近一些，間距也可適當小一些。一般水道孔邊至型腔表面的距離應大于10mm，常用12~15mm. （3）澆口處加強冷卻，當塑料熔體充填型腔時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度就越低，因此澆口附近應加強冷卻，通常將冷卻水道的入口處設置在澆口附近，使?jié)部诟浇哪＞咴谳^低溫度下冷卻，而遠離澆口部分的模具在經過一定程度熱交換后的溫水作用下冷卻。 （4）冷卻水道出、入口溫差應盡量小，如果冷卻水道較長，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設計時應引起注意。 冷卻水道的總長度的計算可公式：L=A/ndπ （7.1） 其中：L—冷卻水道總長度； A—熱傳導面積； D—冷卻水道直徑； d —冷卻水通道直徑； n—模具上開設冷卻通道孔數。 （5）冷卻水道應沿著塑料收縮的方向設置，由于ABS的收縮率大，水道應盡量沿著收縮方向設置。冷卻水道的設計必須盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產生熔接痕，降低塑件強度；冷卻水道要易于加工清理一般水道孔徑為10mm左右，不小于8mm。根據此套模具結構。 7.3冷卻系統(tǒng)的結構設計 中等深度的塑件，采用點澆口進料的中等深度的殼形塑件，在凹模底部與型腔表面采用等距離環(huán)型槽冷卻的形式[22]。 具體如下圖所示： 圖7.1 冷卻系統(tǒng)的結構圖 根據牛頓冷卻定律，冷卻介質從模具帶走的熱量為 （7.2） 式中：a—冷卻管道孔壁與冷卻介質間的傳熱系數，W/m2·K； A— 冷卻管道壁的傳熱面積，m2； —模具溫度與冷卻介質溫度之差值，K； —冷卻時間，s。 由上式可知，當需傳遞熱量Q不變時，可通過： （1）提高傳熱系數a ，通過提高冷卻介質的流速便可達到提高傳熱系數的目的； （2）提高模具與冷卻介質間的溫差； （3）增大冷卻介質的傳熱面積A，通過開設水管的尺寸盡可能大，數量盡可能多就可以增大傳熱面積。 7.4 冷卻水孔直徑計算 假設塑料在模內釋放的熱量全部由冷卻水所帶走，則模具冷卻時間所需冷卻水的體積流量可按下式計算： V= 式中：V—冷卻水的體積流量； G—單位時間內注入模具的塑料質量（kg/h）； —塑料成形時在模內釋放的熱含量（J/kg）； C—冷卻水的比熱容（J/kg.K） 查表得水為4.187X103； —冷卻水的密度（kg/）； —冷卻水的出口溫度（）； —冷卻水的進口溫度（）。 所以根據冷卻水的體積流量可以查表得：冷卻水管的直徑為12mm 7.5求冷卻水在水孔里的流速 符合冷卻水的最低流速要求。 8 注射機與模具型腔型芯強度校核 8 注射機與模具型腔型芯強度校核 8.1注射機的校核 （1）最大注射量校核： 由得： (8.1) ，符合要求。 （2）注射壓力的校核： 由，符合要求。 （3）注射速率的校核： 由 ，可以用螺桿轉速來校核。 （4）鎖模力的校核 由， (8.2) 取k=1.1~1.2，得 即，符合要求。 （5）模具閉合厚度校核： 由Hmin≤H≤Hmax，得150≤291≤300 符合要求。 （6）開模行程的校核： 由L開≤Lmax ，符合要求。 8.2型腔型芯的強度校核 型腔實際側壁厚：，型腔底部實際厚度： 因此符合要求。 9 模具的裝配、試模與維修 9 模具的裝配、試模與維修 9.1模具的裝配 裝配順序：因為塑件的結構形狀不能使型芯、型腔在合模后找正相對位置，所以要通過導柱、導套來確定。為準確安裝，必須先安裝導拄導套，以找型芯、型腔相對位置[23]。 9.2模具裝配的主要內容 9.2.1型芯裝配 將型芯壓入固定板，在壓入過程中，要注意校正型芯的垂直度和防止型芯切壞孔壁心及使固定板變形。壓入后要在平面磨床上用等高墊鐵支撐磨平底面。 9.2.2型腔的裝配加工 拼塊的拼合面在熱處理后要進行磨削加工，保證拼合后緊密無縫隙。拼塊兩端留余量，裝配后同模板一起在平面磨床上磨平。拼塊型腔在裝配壓入過程中，為防止拼塊在壓入方向上相互錯位，可在壓入端墊一塊平墊板。通過平墊板將各拼塊一起壓入模板中。 9.2.3導柱、導套的裝配 為保證型芯與型腔的正確位置，以及其導向作用，動定模的導柱、導套孔的孔距精度應控制在0.01mm以內。必須用坐標鏜床對動定模型板鏜孔。將導柱、導套壓入動、定模板后，要求保持導柱的垂直度，并使用啟模和合模時導柱、導套間滑動自如。 9.2.4頂桿裝配加工 一般頂桿在模具中只起頂出塑件的作用，所以頂桿的到導向部分要確保頂桿動作靈活，防止頂桿活動間隙過大而滲料。導向部分的配合一般采用。頂桿與頂桿固定板的裝配間隙為0.5mm所以頂桿固定孔可采用引鉆孔的方法進行加工。 9.2.5澆口套的裝配加工 澆口套與定模板的裝配，采用基孔制配合，澆口套和模板孔的定位臺肩應緊密貼實。裝配后澆口套要高出模板平面0.02mm。（為了達到以上要求，澆口套的 畢業(yè)設計（論文） 壓入外表面不允許設置導入斜度。）壓入端要磨成小圓角，以免壓入時壞模板孔壁。同時壓入的軸向尺寸應留有去圓角的修磨余量H。 9.3裝配順序 裝配前按圖檢驗主要工作零件及其他零件的尺寸；加工導柱、導套孔，用螺釘將澆道板、型腔板疊合在一起，使分模面緊密接觸并夾緊，鏜導柱、導套孔，在孔內壓入定位銷后，加工側面的垂直基準。再加工定模和推板，壓入導柱、導套。裝配型芯；通過型芯引鉆型芯固定板的推孔；再通過型芯固定板引鉆推桿固定板上加工限位鏍釘孔；組裝動模固定板和支撐板[24]。 9.4試模 試模前，必須對冷卻水路進行檢查，并按規(guī)定保養(yǎng)設備，作好開機的準備。原料應合格。在開始試模時，原則上是選擇低壓、低溫和較長時間條件下成型，然后按壓力、時間、溫度先后變動。但不應同變動二個或三個工藝條件。注射成型時根據實際情況選擇高速或低速工藝。在試模過程中應詳細記錄，并將結果填入試模記錄卡，注明是否合格。試模后，將模具清理干凈，涂上防銹油，然后入庫或返修。 9.5模具的維修 模具在使用過程中，會產生正常和不正常的損壞。如型芯或導柱碰彎，型腔局部損壞等等。在這些情況下，并不需要將整個模具報廢，只需局部修復即可。模具應經常檢查維修，防患于未然[25]。此外，應注意使用設備具有良好的工作狀態(tài)。 10 模具裝配圖 10 模具裝配圖 10.1裝配圖主視圖 9.1裝配圖主視圖 10.2裝配圖左視圖 11 模具可行性分析 11 模具可行性分析 11.1本模具的特點 （1）本模具結構合理、緊湊，符合客戶的生產要求； （2）模具的設計不僅解決了一些形狀復雜的塑膠零件無法加工成型的問題，還使得生產實現自動化，提高了生產效率，降低了生產成本，在精度方面也有一定的提高； （3）在制造的過程當中，采用線切割，放電，磨，銑等多種加工方法，減少生產周期。 11.2市場效益及經濟效益分析 首先，該產品的市場需求量很大，有著廣闊的市場前景；其次，采用注塑成型不僅可以實現自動化生產，提高生產效率，節(jié)約勞動力，降低成本。綜上所述，該設計方案是一個可行的經濟合理。 總結 參考文獻 [1] 塑料模設計手冊編寫組編著.塑料模設計手冊（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2002 [2] 模具實用技術叢書編委會.塑料模具設計制造與應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002 [3] 肖愛民,沈春根.塑料模具設計與制造完全自學手冊[M].北京：兵器工業(yè)出版社2006.10 [4] 唐志玉.塑料模具設計師指南[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999 [5] 師商.沈陽模