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1 引言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。
模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機(jī)構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。
現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少是三項(xiàng)重要因素，尤其是模具對實(shí)現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進(jìn)模具的不斷向前發(fā)展。
1.1 注塑模具發(fā)展趨勢
隨著2007年的結(jié)束，世界注塑模具的年增長率最終定格在了4%。據(jù)預(yù)計(jì)，2008年注塑模具的產(chǎn)量將保持在4%到5%的增長勢頭[1]。
如此快速的增長主要是由食品包裝和飲料包裝的需求不斷增加帶動的。預(yù)計(jì)在2008年里，影響全球注塑模具行業(yè)發(fā)展的因素主要還是石油價格和食品行業(yè)的包裝利潤。作為注塑產(chǎn)品加工中的最主要投入，石油價格的變化為注塑模具的生產(chǎn)成本帶來了巨大的變動。而大量采用塑料包裝的食品及飲料行業(yè)近年來快速發(fā)展，注塑包裝產(chǎn)品需求量不斷增加，這又為注塑模具的發(fā)展提供了一個非常好的市場，并且可能促進(jìn)注塑模具保持長期增長。
1.1.1 我國注塑模具的發(fā)展
近幾年，我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。低檔模具過剩，高檔模具供不應(yīng)求，甚至有的依賴進(jìn)口，因此，模具企業(yè)必須找準(zhǔn)自己的弱點(diǎn)，盡快縮短與國外的差距。
1.1.2 原材料問題
受售價限制，國產(chǎn)模具多采用2Cr13和3Cr13作精密熱處理，而國外則采用專用模具材料DINI、2316，其綜合機(jī)械性能，耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國產(chǎn)材料。這從根本上影響了國產(chǎn)模具的外觀質(zhì)量和使用壽命。
1.1.3制造工藝水平
國內(nèi)模具生產(chǎn)廠家，工藝條件參差不齊，差距很大。不少廠家由于設(shè)備不配套很多工作依賴手工完成，嚴(yán)重影響了精度和質(zhì)量。
1.1.4 模具設(shè)計(jì)體系
國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家雖然也采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM），但依舊停留在引進(jìn)、消化和吸收階段，難以形成具有成熟的理論指導(dǎo)和設(shè)計(jì)體系。因此，規(guī)范模具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的開發(fā)是當(dāng)務(wù)之急。
1.1.5 調(diào)試水平
模具就其本質(zhì)而言屬于工裝，生產(chǎn)出合格制品才是最終目的。因此，模具的質(zhì)量、性能依賴試模結(jié)果檢驗(yàn)。國內(nèi)模具廠因交貨期短，試模設(shè)備局限，往往把質(zhì)量檢驗(yàn)工作放在用戶處試模，易給用戶造成大量的損失和浪費(fèi)。而且由于修模受時間，場地限制，往往難以調(diào)試出最佳狀態(tài)。而國外一些發(fā)展較好的企業(yè)都擁有自己的試模場所和設(shè)備，可以模擬用戶的工作條件試模，所以能在最短的時限達(dá)到很好的效果。
1.1.6 配套體系
我國模具生產(chǎn)企業(yè)習(xí)慣埋頭搞生產(chǎn)科研，而忽視了與其他設(shè)備供應(yīng)商、原料供應(yīng)商合作。無形中使用戶走了許多彎路。我們的模具廠必須和其他廠家及各大科研院所共同合作，為用戶創(chuàng)造最佳的制品，創(chuàng)造更大的利潤，才有希望為自己營造廣闊的發(fā)展空間。
1.2 技術(shù)發(fā)展趨勢
當(dāng)前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下，用戶對模具制造的要求是“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”。模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該與這些要求相適應(yīng)。
1.2.1 CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)，是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟。由于模具CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度。特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨簡化[2]。有條件的企業(yè)應(yīng)積極做好模具CAD/CAM技術(shù)的深化應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPP→PDM→CIMS→VR，逐步深化和提高。用于模具設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)軟件，將向智能化、集成化方向發(fā)展[3]。
1.2.2 快速原型制造（RPM）的發(fā)展
快速原型制造（RPM）技術(shù)是美國首先推出的。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎的離散/堆積（即材料累加）成形思想，根據(jù)零件CAD模型，快速自動完成復(fù)雜的三維實(shí)體（模型）制造。RPM技術(shù)是集精密機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)[4]。
RPM技術(shù)可直接或間接用于模具制造，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的方向[5]。
1.2.3 高速銑削加工得到更廣泛的應(yīng)用
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000 r/min～100?000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)到30 m/min～40m/min，加速度可達(dá)1g，換刀時間可提高到1 s～2s。這樣就大幅度提高了加工效率，并可獲得Ra≤1μm的加工表面粗糙度[6]。另外，還可加工硬度達(dá)60HRC的模塊，構(gòu)成了對電火花成形加工的挑戰(zhàn)。高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。使用高速銑削，可縮短模具制造周期，降低成本[7]。
1.2.4 電火花銑削加工技術(shù)的發(fā)展
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造復(fù)雜的成型電板，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展[8]。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用，預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
1．3 塑料注射模具的設(shè)計(jì)步驟
本論文根據(jù)工程實(shí)際的需要完成帶二次頂出機(jī)構(gòu)的注射模具設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中采用聚乙烯塑料注射而成型，成型方式為一模兩腔，該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備，確定了模具制作的總體方案，分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一些必要的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度的校核。該論文還對分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，完成了模具工程圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了主要零件加工工藝設(shè)計(jì)，圓滿完成了模具設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)工作。
通過設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用了大學(xué)期間的多數(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識，加深所學(xué)知識體系，熟悉了工程應(yīng)用設(shè)計(jì)。
1．3．1 塑料件的工藝性分析
（1）本課題是對帶二次頂出機(jī)構(gòu)的注射模設(shè)計(jì)。首先對所給零件進(jìn)行觀察并進(jìn)行測繪，如圖1.1，尺寸大都是估算值，無特殊要求，尺寸公差按IT7級精度查取[9]。
（2）塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析：
（a）塑件厚度為2mm，壁厚均勻，塑件成型性能良好；
（b）塑件本身本身為圓形，可用帶二次頂出機(jī)構(gòu)的頂管頂出；
（c）從塑件結(jié)構(gòu)看，設(shè)置一個分型面。
（3）塑件表面要求光滑無裂痕，未明確粗糙度值的按Ra6.3要求。
圖1.1 零件圖
1．3．2 塑料件材料的選擇
塑料材料的相對密度在0.83～2.2范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當(dāng)密度稍高[10]。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強(qiáng)度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。
塑料瓶塞選擇的材料為聚乙烯（PE）。聚乙烯在常溫下成白色蠟狀半透明顆粒，柔而韌，易變形，無毒。他密度小，耐熱氧化性能好。聚乙烯成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，且價格便宜。
1．3．3 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計(jì)應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個重要部分[11]：
（1）成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
（2）確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計(jì)中的一個重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
（3）確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們在設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤考慮設(shè)計(jì)。
（4）選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機(jī)并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。成型設(shè)備有兩個重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個是最大投影面積。根據(jù)這兩個參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。
（5）側(cè)抽機(jī)構(gòu)的確定：根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽或孔及螺紋結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
（6）頂出機(jī)構(gòu)的確定：定模動模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動作。塑件落在動模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，礙，折實(shí)頂出機(jī)構(gòu)在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動下將成型塑件從動模中頂出。
（7）確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個模具都必須盡可能好的設(shè)計(jì)溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
（8）確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，這時應(yīng)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。
1．3．4 對零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開始對各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1：1的比例畫出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。主要零件繪制完成，對裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問題會充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后，描清并正式編號，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
1．4 課程任務(wù)要求
本課題是帶二次頂出機(jī)構(gòu)注射模的設(shè)計(jì)。要求對塑件進(jìn)行測繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。塑料件盒蓋注射模要求一模兩腔，并用頂管頂出且利用開模動作實(shí)現(xiàn)。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2 方案分析與設(shè)計(jì)
塑料件瓶塞是一個結(jié)構(gòu)簡單的零件，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于使用頂管頂出，開模動作實(shí)現(xiàn)。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成型模具需要采用二次頂出的成型結(jié)構(gòu)。根據(jù)查找的各方面資料[12]，初步確定可以通過滑塊式二次頂出或卡爪式二次頂出或彈簧二級脫模三種方法來實(shí)現(xiàn)。在比較之后發(fā)現(xiàn)，前者雖然能實(shí)現(xiàn)塑件的成型，但效果不好，且不能達(dá)到很好的脫模動作。用彈簧二級脫模不僅可以完成塑料件的成型，同時還能較好地脫模，一舉兩得。所以我采用了彈簧二級脫模機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)我的設(shè)計(jì)理念，具體方案為:開模時，注塑機(jī)頂桿推動推板19，塑件首先受推件板10推動而脫離型芯8，當(dāng)推桿固定板22接觸到動模板11以后停止前進(jìn)，彈簧在推桿固定板22與20的作用下被壓縮，然后推桿推動推管將塑件完全推出。彈簧二級脫模機(jī)構(gòu)如圖2.0示。但由于此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故最終采用雙推板二次推出機(jī)構(gòu)，而這種機(jī)構(gòu)簡單且易于實(shí)現(xiàn)。原理為：當(dāng)注塑機(jī)推桿推動模具中四塊推板向前運(yùn)動時，推桿與推管同時定頂塑件做一次頂出，當(dāng)推板中的支撐柱接觸動模板時，推管再推塑件做二次頂出。其模具結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示：
圖2.0 裝配圖
圖2.1 二次頂出最終采用的裝配圖
2. 1 模具材料的選擇
現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以在模具材料的選擇時主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件,如果選材不當(dāng)，則所有的精密加工所投入的工時,設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。
在選擇模具鋼時,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標(biāo)之一,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當(dāng)承受沖擊載荷時還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標(biāo),耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從PE特性看,這三項(xiàng)指標(biāo)是必須要滿足的,此外還有紅硬性,抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。
從工藝性能考慮：要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經(jīng)濟(jì)考慮,要求材料來源廣,價格低。
查手冊選擇模仁的材料是45.屬中碳鋼,該鋼機(jī)械加工性能較好,經(jīng)熱處理（淬火及回火）后,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強(qiáng)度和耐磨性,適于制造承受高負(fù)荷,高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等。
2.2 注射成型工藝簡介
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個階段的工作。
圖2.2 注塑成型壓力—時間曲線
（1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
（2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示2.2所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
（3）制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復(fù)雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時會開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
（4）退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10度～20度至熱變形溫度以下10度～20度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100℃～121℃，保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常取2小時～9小時。
2.3注射成型工藝
（1）溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。PS料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2.1所示。
表2.1 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
料筒溫度 /℃
噴嘴溫度/℃
模具溫度/℃
熱變形溫度 /℃
后段
150～210
中段
前段
1.82MPA
0.45MPA
170～230
190～250
240～250
5～75
65～96
——
（2）壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像PS流動性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為3.4MPA～27.5MPA。
（3）時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時間一般為3秒～5秒，保壓時間一般為20～120秒，冷卻時間一般為30～120秒（這三個時間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如表2.2所示。
表2.2 成型周期與壁厚關(guān)系
制件壁厚 /mm
成型周期 / s
制件壁厚 / mm
成型周期 / s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
經(jīng)過上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表2.3所示。
表2.3 制品成型工藝參數(shù)初步確定后處理溫度70℃，保溫時間2小時。
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
注塑機(jī)類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
48
噴嘴形式
直通式
模具溫度
50
噴嘴溫度（℃）
230
后段溫度（℃）
150～210
中段溫度（℃）
170～230
前段溫度（℃）
190～250
注射壓力MPa
90
保壓力MPa
80
注射時間s
1.5
保壓時間 s
5
冷卻時間s
20
其他時間s
3
成型周期s
30
成型收縮（%）
0.6
干燥溫度（℃）
60～80
干燥時間（℃）
1～3
3 塑料件瓶塞注射模的詳細(xì)設(shè)計(jì)
3．1 塑料注射成型機(jī)的選擇
3．1．1 注射成型機(jī)的分類
（1）注射機(jī)按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種[13]。
（a）立式注射機(jī)：它的注射裝置與合模機(jī)構(gòu)都在同一豎直線上。優(yōu)點(diǎn):占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。缺點(diǎn):重心高，加料困難;容積較小。
（b）臥式注射機(jī)：目前使用最廣泛的注射成型機(jī)械。它的注射裝置與合模裝置方向在同一水平線上橫臥安裝。優(yōu)點(diǎn):重心低，操作及維修方便，塑件可自行脫落，易實(shí)現(xiàn)自動化。缺點(diǎn):模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機(jī)器占地較大。
（c）角式注射機(jī)：它的注射裝置與合模裝置方向呈垂直排列。優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)介于立式注射機(jī)和臥式注射機(jī)之間。特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。
（2）注射機(jī)按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。
（a）柱塞式注射機(jī)；注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當(dāng)其后退時物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進(jìn)，原料通過料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進(jìn)一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機(jī)，注射量小于30g～60g，不易成形流動性差、熱敏性強(qiáng)的塑料。
（b）螺桿式注射機(jī)：螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實(shí)、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當(dāng)積存的熔體達(dá)到預(yù)定的注射量時，螺桿停止轉(zhuǎn)動，在液壓缸的推動下，將熔體注入模具。臥式注射機(jī)多為螺桿式。
3.1.2 塑料注射機(jī)通用的主要裝置組成：
（1）注射裝置：它的主要作用是使固態(tài)的塑料均勻的塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將融料注入模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加熱器、料斗、計(jì)量裝置、螺桿、螺桿的驅(qū)動裝置、噴嘴及其驅(qū)動裝置。
（2）合模機(jī)構(gòu)：它的主要作用是保證成型模具有可靠的開合動作。因?yàn)樵谧⑸溥^程中進(jìn)入模腔中的融料有較高的壓力，這就要求合模裝置給予模具足夠的夾緊力、即鎖模力，防止模具在融料高壓力下推開。它的主要部件有：機(jī)架、定動模板、拉桿、合模油缸及肘節(jié)。
（3）頂出裝置：它的作用在開模到一定距離后，驅(qū)動模具的頂出裝置，將部件從模具中頂出。
（4）機(jī)械和液壓傳動及電氣控制系統(tǒng)：注射成型是塑料塑化、模具閉合、壓力、溫度調(diào)節(jié)、注射入模、保壓、制品固化定型、開模、頂出塑件等多道工序連續(xù)準(zhǔn)確的發(fā)生過程，這些連續(xù)動作都是由機(jī)械和液壓傳動及電氣控制的。
工作前，模具分別安裝在動模及定模上，注射模的動模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法通常有螺栓固定和壓板固定兩種。
塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況:一是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度無關(guān)；二是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度有關(guān)。
3．1．3 注射成型機(jī)的計(jì)算
（1）注射容量
國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射聚乙烯時在對空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。由于聚乙烯的密度為1.304-1.06，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實(shí)際中為便于計(jì)算，有時還沿用過去的習(xí)慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計(jì)量。
注射容量是選擇注射機(jī)的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計(jì)算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vm—注射機(jī)最大注射容量，cm3 ；
估算：Vm=3.14×（22×1-1.82×0.8）×2=8.84 cm3
（2）最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說在模具設(shè)計(jì)時，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個數(shù)據(jù)時才能正?？煽康淖⑸洹?
S=2×3.14×22=25.12 cm3
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
（3）模具的閉合高度
注射機(jī)動壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對于所用的注射機(jī)來說，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機(jī)允許的最小厚度，mm；
H小—注射機(jī)的實(shí)際閉合高度，mm；
H小—注射機(jī)允許的最大厚度，mm；
H=10+20+20+25+32+50+20=177 mm；
（4）模具的頂出
注射機(jī)的頂出裝置通常有中心頂桿頂出、兩側(cè)頂桿頂出以及液壓頂出幾種形式。應(yīng)在動模座板與注射機(jī)頂出位置相對的位置上，設(shè)置稍大于注射機(jī)頂桿的通孔，以便于注射機(jī)頂桿通過。
（5）定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機(jī)定壓板的定位對中位置，應(yīng)與注射機(jī)的定位孔采取動配合的連接形式，以保證模具體對中。
（6）模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機(jī)的壓板尺寸和拉桿的間距，因?yàn)榇俗⑸淠５淖铋L的邊不應(yīng)超過壓板尺寸，而模具的最短邊應(yīng)小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機(jī)，并應(yīng)留有固定模體的壓緊空間。同時，注射模動、定模上的緊固螺栓孔，也應(yīng)與注射機(jī)壓板上的標(biāo)準(zhǔn)螺孔一致。
綜合考慮上述條件，注射機(jī)選擇XS-ZS-22型號。
3．2 注射模具分型面的選擇
3．2．1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面[14]。
3．2．2分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：
（1）盡量使塑件開模時留在動模一側(cè)；
（2）分型面應(yīng)有利于排氣；
（3）保證塑件外觀質(zhì)量要求；
（4）有利于塑件分型和抽芯動作；
（5）有利于塑件脫模；
（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；
3．2．3 分型面的選擇
按塑件結(jié)構(gòu)，得出分型面位置,如圖3.1
? 圖3.1 分型面
因?yàn)榉中兔鎽?yīng)該在塑件的最大截面處，而此處符合分型面設(shè)計(jì)原則，簡化了模具結(jié)構(gòu)，且縮短了流道，節(jié)約材料，提高經(jīng)濟(jì)效益，故采用此方案。
3．3 注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3．3．1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
模具的澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口及冷料穴，它是將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以采用一模多腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時必須按如下原則：
（1）型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象；
（2）型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸；
（3）系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能??；
（4）對多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時間內(nèi)進(jìn)入各個型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置；
（5）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量；
（6）澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀；
（7）合理設(shè)計(jì)冷卻穴；
圖3.2 注射澆注系統(tǒng)的組成
1-主流道；2-分流道；3-澆口；4-冷料穴；5-塑件
3．3．2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
（1）主流道的設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。由于塑件外表面要求不可以有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動減斷，故采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形，錐度為2°～ 4°，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米。
主流道的設(shè)計(jì)遵循以下幾點(diǎn)原則：
（a）為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，錐度取2°～ 4°，過大會造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um；
（b）主流道出口端呈過渡圓弧，其半徑取r=1mm～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過渡的阻力；
（c）在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應(yīng)盡量短，否則會使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形；
（d）為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對接，主流道對接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑通常主流道進(jìn)口端凹坑的球面半徑Sr要比噴嘴球面半徑Sr大1 mm ～ 2 mm,凹入深度約5 mm，為了補(bǔ)償主流道與噴嘴的對中誤差，主流道進(jìn)口端的直徑D應(yīng)比噴嘴出口直徑d大0.5 mm～ 1 mm；
（e）由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度一般定為5mm～10mm，大型模具時為15mm左右。
（f）澆口套的設(shè)計(jì)
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。
注射機(jī)的XS-ZS-22噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為3 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取19 mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取3.2 mm，如圖3.3。
圖3.3 澆口套
3．3．3 注射模具分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
（1）分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下：
（a）分流道的設(shè)計(jì)時應(yīng)采用較小的截面積，以便在試模時為必要的修正留有余地；
（c）在可能的情況下，分流道的長度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失；
（d）保證熔體迅速和均勻地充滿型腔；
（e）分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理；
（f）在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
（2）分流道的長度
分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。
（3）分流道的布局
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡兩種，根據(jù)塑料件瓶塞注射模要求一模兩腔的要求我們選取平衡式，也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應(yīng)部位的尺寸相等。這種布置可實(shí)現(xiàn)均衡送料和同時充滿型腔的目的，是成型的塑件力學(xué)性能基本一致。而且在此模具中不會造成份流道過長的缺點(diǎn)。分流道的截面形狀選擇U形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡單。
3．3．4 注射模具澆口的設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計(jì)與位置的選擇直接影響到塑件能否完好的、高質(zhì)量的注射成形。澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進(jìn)料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位。
（1）注射模澆口的類型
單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。
（a）直接澆口
直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具。它的特點(diǎn)是：流動阻力小，流動路程短及補(bǔ)縮時間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點(diǎn)；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結(jié)構(gòu)緊湊，注射機(jī)受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。
（b）中心澆口
當(dāng)筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時，內(nèi)澆口開設(shè)在該孔處，同時在中心處設(shè)置分流錐，該澆口稱為中心澆口。它具有直接澆口的一系列優(yōu)點(diǎn)，而克服了直接澆口易產(chǎn)生的縮孔、變形等缺陷。
（c）側(cè)澆口
側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)充填模具型腔，其截面形狀多為％（扁槽），是限制性澆口。側(cè)澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上，側(cè)澆口的形式如圖3.6所示。特點(diǎn)是 由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。
（d）環(huán)形澆口
對型腔填充采用圓環(huán)形進(jìn)料形式的澆口稱環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點(diǎn)是進(jìn)料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。
（e）輪輻式澆口
輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，由原來的圓周進(jìn)料改為數(shù)小段圓弧進(jìn)料。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多．且去除澆口容易。這類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)形澆口應(yīng)用廣泛．多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點(diǎn)是增加了熔接痕，會影響塑件的強(qiáng)度。
（f）爪形澆口
爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，其頭部與主流道有自動定心的作用，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點(diǎn)與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內(nèi)孔較小且同軸度要求較高的細(xì)長管狀塑件。
（2）澆口的選擇
澆口位置的選擇原則：
（a）盡量縮短流動距離；
（b）避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；
（c）澆口應(yīng)開設(shè)在塑件厚壁處；
（d）考慮分子定向的影響；
（e）減少熔接痕，提高熔接強(qiáng)度。
根據(jù)以上幾點(diǎn)原則加上模具一模兩腔的要求，我選擇側(cè)澆口。側(cè)澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設(shè)置在塑件表面，澆口截面形狀簡單，容易加工，且注射效率高。
3．3．5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴設(shè)置在主流道的末端，即主流道正對面的動模板上。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時，如果它們進(jìn)入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進(jìn)入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。推板式鉤料裝置由冷料穴、鉤料桿組成，鉤料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。
3．4 注射模具成型零件和模體的設(shè)計(jì)
3．4．1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為以下幾種：
（1）整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度和剛度都相對較高，且不易變形，塑件上不會產(chǎn)生拼模縫痕跡。
（2）整體組合式
型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行處理等。
（3）局部組合式
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
（4）完全組合式
完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
塑料件瓶塞二次頂出注射模的型腔部分不是很復(fù)雜，可利用電火花進(jìn)行加工。這里選擇組合式型腔。
3．4．2 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：1）整體式；2）整體復(fù)合式；3）局部組合式；4）完全組合式。
3．4．3 注射模具成型零件的尺寸確定
（1）型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6△的磨損量，這樣的型芯的計(jì)算尺寸的表述如下。
（a）型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—塑件的公差，取七級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各徑向尺寸：
D01= 36.8800.29 D0*1=37
D02=26.7900.25 D0*2=27
（b）型腔的深度根據(jù)尺寸的計(jì)算公式
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各深度尺寸：
H0*=14 H0=13.7600.2
（2）型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4△的磨損量,而型芯高度則加上+1/6△的磨損量.型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
（a）型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
do =24.12-0.220 d 0* =23
（b）型芯的高度尺寸的計(jì)算：
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
h0=10.66-0.170 h 0* =10
（3）三棱柱型芯的尺寸計(jì)算
（a）三棱柱型芯徑向尺寸的計(jì)算
式中—塑件型芯最大尺寸；
—塑件最小基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件公差；
δ—模具制造公差，δ=△/4；
根據(jù)公式計(jì)算得塑件型芯最大尺寸：dM=7.41-0.150 d=6.7
（b）三棱柱型腔徑向尺寸的計(jì)算
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—塑件的公差，取七級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選?。?
D0*=9.4 D0=9.1500.15
（4）圓柱螺旋彈簧的尺寸計(jì)算
本設(shè)計(jì)中模具開模用到圓柱螺旋彈簧來推動推管，這樣做的好處在于可以實(shí)現(xiàn)推管的二次頂出。圓柱螺旋彈簧的尺寸計(jì)算表達(dá)如下：
d=D2-D1 D=D1+d
n=Gd/8（Fmax-F0）C3*λ
H=d*n+2*d
式中d—彈簧絲直徑；
D1—內(nèi)徑；
D2—外徑；
D—中徑；
n—有效圈數(shù)；
H—自由高度；
C—旋繞比D/d;
G—切變模量；
根據(jù)公式計(jì)算得彈簧絲的直徑尺寸：d=2mm;
中徑的尺寸：D=8mm
有效圈數(shù)：n=3
自由高度：H=d*n+2d=10mm
3．5 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3．5．1 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：
按驅(qū)動方式分類可分為手動頂出、機(jī)動頂出、液壓頂出和氣動頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、澆注系統(tǒng)自動切斷頂出。
（1）推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成
將塑料制品及澆注系統(tǒng)中的凝料從模具中脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)，也叫頂出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動作通常是由安裝在注射機(jī)上的機(jī)械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。
結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位和導(dǎo)向零件組成。
（2）結(jié)構(gòu)分類
手動推出、機(jī)動推出、液壓或氣動推出。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
塑件盡量留在動模,塑件在推出過程中不變形,塑件的外觀質(zhì)量不損壞,合模時應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)能夠正確復(fù)位,動作可靠。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（a）推桿推出機(jī)構(gòu)
推桿推出機(jī)構(gòu)是整個推出機(jī)構(gòu)中最簡單、最常見的一種形式。由于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運(yùn)動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 但是因?yàn)橥茥U的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。
（b）推管推出機(jī)構(gòu)
推管推出機(jī)構(gòu)是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運(yùn)動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。
（c）推件板的推出機(jī)構(gòu)
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機(jī)構(gòu)義稱頂板頂出機(jī)構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。推件板推出的特點(diǎn)是頂出力均勻，運(yùn)動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
（d）活動嵌件及凹模推出機(jī)構(gòu)
有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機(jī)構(gòu)脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
（e）頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置，并盡量保證頂出塑件時不影響外觀質(zhì)量。在一般情況下開模時，盡量設(shè)計(jì)使塑件留在動模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應(yīng)充分考慮。如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側(cè)的情況時，可設(shè)法增加動模一側(cè)的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機(jī)構(gòu)。頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。頂出裝置要求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。
3．5．2 二次頂出機(jī)構(gòu)
對于某些無法一次取出的塑件，采用二次頂出機(jī)構(gòu)方便塑件的取出，而且運(yùn)動平穩(wěn)，塑件不易變形。
在該模具設(shè)計(jì)中考慮到塑件體積不是很大但不易取出，所以選擇二次頂出機(jī)構(gòu)。
3．6 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過程中，冷卻時間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求不盡相同，因此，對模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。
（1）低的模具溫度可降低塑件的收縮率。
（2）模具溫度均勻、冷卻時間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。
（3）對結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但是將導(dǎo)致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷。
（4）隨著結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度的提高，塑件的耐應(yīng)力開裂性降低，因此降低模具溫度是有利的，但對于高粘度的無定型聚合物，由于其耐應(yīng)力開裂性與塑料的內(nèi)應(yīng)力直接相關(guān)，因此提高模具溫度和充模，減少補(bǔ)料時間是有利的。
（5）提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。
在注射成形過程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為2000C左右，而從模具中取出塑件的溫度約為600C，溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進(jìn)行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
因塑料件瓶塞使用的塑料是PE，要求模溫高，若模具溫度過低則會影響塑料的流動性，增加剪切阻力，使塑件的內(nèi)應(yīng)力較大，甚至還出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。因此在注射開始時，為防止填充不足，充入溫水或者模具加熱。
總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求：
（1）確定加熱或是冷卻；
（2）模溫均一，塑件各部分同時冷卻；
（3）采用低的模溫，快速且大量通冷卻水；
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低謙。
3．6．1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時可實(shí)現(xiàn)盡量降低入水與出水的溫度差的原則。根據(jù)書上的經(jīng)驗(yàn)值取4根，冷卻水口口徑為6mm.
另外，具冷卻系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)同時遵循：
（1）澆口處加強(qiáng)冷卻；
（2）冷卻水孔到型腔表面的距離相等；
（3）冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑應(yīng)盡可能的大；
（4）冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲快或其接縫部位，以防漏水。
（5）進(jìn)水口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機(jī)的背面。
（6）冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處。
而且在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，各相連接處應(yīng)保持密封，防止冷卻水外泄。
3．6．2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
因在PE要求的熔融溫度較高。而且流動性能為中性，同時在注射時模具溫度要求在600C左右，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具中應(yīng)用電加熱。
3.7 排氣系統(tǒng)
在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內(nèi)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)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學(xué)反應(yīng)）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫，表面輪廓不清，不能完全充滿型腔，同時，還會因?yàn)闅怏w被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕，色澤不佳等缺陷。
模具的排氣可以利用排氣槽排氣，分型面排氣，利用型芯，推桿，鑲件等的間隙排氣。PE料推薦的排氣槽深度為0.02mm。
3.7.1排氣設(shè)計(jì)原則：
通常，選擇排氣槽的開設(shè)位置時，應(yīng)遵循以下原則：
（1）排氣口不能正對操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故；