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關(guān)于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
摘要：在熱塑性注塑模設(shè)計(jì)中，配件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的方法?；趲缀畏治?，使用形冷卻概念來(lái)定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經(jīng)確定好了的冷卻水路來(lái)分析強(qiáng)度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個(gè)對(duì)抗性的因素是如何調(diào)解以達(dá)到最佳的狀態(tài)。預(yù)期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關(guān)鍵詞：逆問(wèn)題 熱傳遞 注射模 冷卻設(shè)計(jì)
1 簡(jiǎn)介
在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個(gè)過(guò)程包括四項(xiàng)基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個(gè)過(guò)程的70%的時(shí)間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時(shí)間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗(yàn)理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須制定為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個(gè)非線(xiàn)性問(wèn)題。然而，像熱導(dǎo)率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結(jié)晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認(rèn)為是常數(shù)。
溫度場(chǎng)的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個(gè)演化過(guò)程可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)循環(huán)部分和一個(gè)平均瞬時(shí)的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因?yàn)闊釢B透的深度對(duì)溫度場(chǎng)的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡(jiǎn)化了微積分學(xué)，但平均波動(dòng)范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動(dòng)范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項(xiàng)研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時(shí)間的分析。
應(yīng)該注意的是，在實(shí)際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)作為工具設(shè)計(jì)的最后一步。不過(guò)冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計(jì)應(yīng)該是工具設(shè)計(jì)的第一階段之一。
1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化
在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時(shí)間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時(shí)間。林總結(jié)了模具設(shè)計(jì)在3個(gè)事實(shí)方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來(lái)就可注射和減小周期時(shí)間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時(shí)間和周期時(shí)間的折衷。實(shí)際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會(huì)導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個(gè)是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對(duì)冷卻線(xiàn)路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個(gè)個(gè)單元并對(duì)每個(gè)冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。
1.3 計(jì)算法則
方案的計(jì)算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過(guò)邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計(jì)算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問(wèn)題是網(wǎng)格劃分所花費(fèi)的計(jì)算解決方案的時(shí)間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問(wèn)題的結(jié)果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問(wèn)題。
為了計(jì)算能最小化目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實(shí)現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時(shí)的因?yàn)樗挠?jì)算范圍很廣。在實(shí)際操作中，模具設(shè)計(jì)的時(shí)間必須最小化，于是一個(gè)可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標(biāo)
本文所描述的方法應(yīng)用于一個(gè)T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過(guò)，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個(gè)表面分別介紹了零件的侵蝕和擴(kuò)張(冷卻線(xiàn)) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導(dǎo)熱問(wèn)題是第三類(lèi)在無(wú)限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線(xiàn)路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對(duì)于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線(xiàn)的位置對(duì)應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標(biāo)函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因?yàn)樽畹屠鋮s時(shí)間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時(shí)間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對(duì)湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來(lái), 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時(shí)期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時(shí)期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時(shí)期運(yùn)用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個(gè)步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當(dāng)ΔTfref→∞時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)會(huì)減少到第一時(shí)期。相反, 當(dāng)ΔTfref→0第二個(gè)時(shí)期的比重會(huì)增加。
3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果
數(shù)值計(jì)算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來(lái)的，他們認(rèn)為T(mén)形零件的最佳冷卻是通過(guò)7個(gè)冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動(dòng)速率Q= 364cm3 / s每個(gè)冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線(xiàn)Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴(kuò)張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線(xiàn)是與脫模時(shí)間比較得來(lái)的。所有表面的溫度曲線(xiàn)都是沿逆時(shí)針?lè)较蚶L制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線(xiàn)的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計(jì)算出來(lái)的最佳冷卻配置計(jì)比冷卻線(xiàn)更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標(biāo)函數(shù)下計(jì)算得到的，這里忽略了第二時(shí)期。結(jié)果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線(xiàn)很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對(duì)應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點(diǎn)是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線(xiàn)比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對(duì)于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個(gè)階段使得零件的表面溫度均勻。實(shí)際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個(gè)Γ2表面上的溫度都類(lèi)似恒定的，除了之前解釋的熱點(diǎn)之外。然而對(duì)于ΔT的值,侵蝕時(shí)的溫度是不被接受的，因?yàn)槠骄鶜鉁剡^(guò)高(340K相對(duì)于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對(duì)解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時(shí)提取需要的所有熱通量,來(lái)獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會(huì)成為對(duì)抗性的問(wèn)題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時(shí)零件的溫度比ΔT = 10 K時(shí)更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線(xiàn)如圖8所示。
圖 8
4 結(jié)論
本文提出了一種確定冷卻線(xiàn)溫度分布優(yōu)化方法來(lái)獲得零件的均勻溫度場(chǎng)，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時(shí)間。與參考文獻(xiàn)相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對(duì)于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)一步比較已提出的最佳流體溫度曲線(xiàn)的解決方案。
參考文獻(xiàn)
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河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱(chēng)
卡勾塑料模具設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
√
偏易
工作量
較大
√
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書(shū)
有
√
無(wú)
開(kāi)題報(bào)告
有
√
無(wú)
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：
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負(fù)責(zé)人：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
系 部：
專(zhuān) 業(yè)：
學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào):
設(shè)計(jì)(論文)題目： 卡勾塑料模具設(shè)計(jì)
起 迄 日 期: 2006 年 4 月1 日~ 5 月15 日
指 導(dǎo) 教 師:
發(fā)任務(wù)書(shū)日期: 2006 年 4 月 1 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū)
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題來(lái)源及應(yīng)達(dá)到的目的：
原始資料：
生產(chǎn)類(lèi)型：大批量生產(chǎn)
材 料：ABS
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
內(nèi)容：（1）卡勾注塑模工藝規(guī)程的編制
（2）注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3）模具成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算
（4）繪制模具總裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖
（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)
學(xué)生姓名：郭志東 班級(jí): 模具035 學(xué)號(hào)：0312507
題 目： 卡勾塑料模具設(shè)計(jì)
綜合成績(jī)：
指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)：
指導(dǎo)者(簽字)：
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答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)：
答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)：
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卡勾塑料模具設(shè)計(jì)
緒論
一、塑料模具設(shè)計(jì)與制造在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用
1.1塑料工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位
目前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公機(jī)器、照相機(jī)、汽車(chē)、儀器儀表、機(jī)械制造、交通、通信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機(jī)、收錄機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)想勝利、塑料化方向發(fā)展。近幾年來(lái)，由于工程塑料制件的強(qiáng)度和精度等都得到很大提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)今后隨著微型電子計(jì)算機(jī)的普及和汽車(chē)的輕型化，塑料制件的使用范圍將會(huì)越來(lái)越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長(zhǎng)，塑料的應(yīng)用將覆蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)所以部門(mén)，尤其在國(guó)防和尖端科學(xué)科技領(lǐng)域中有越來(lái)越重要的地位。
1.2塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造在塑料工業(yè)中的作用
塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切關(guān)系。塑模是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，塑模工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。用塑模生產(chǎn)成形零件的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)便、材料利用率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對(duì)大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價(jià)廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。
塑模也是成型塑料制品的主要工具，它的結(jié)構(gòu)和加工精度對(duì)塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有直接的關(guān)系。因而世界各國(guó)對(duì)塑模的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)都極為關(guān)注。近年來(lái)國(guó)外對(duì)塑模的熱澆道系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工及減少熱處理變形等方面都作了許多探索，并取得了一定的效果。
二、塑料成型模具加工技術(shù)的發(fā)展
大多數(shù)塑料制品的制造是靠模塑成型的。用模具生產(chǎn)的塑料制品具有高精度、高復(fù)雜程度、高一致性，高生產(chǎn)率和低消耗等特點(diǎn)。塑料模具的設(shè)計(jì)和制作水平，對(duì)塑料制品的成型質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。從某種意義上來(lái)說(shuō)，塑料市場(chǎng)的開(kāi)拓、塑料制品的優(yōu)劣主要取決于模具質(zhì)量，由于塑料模具的研制工作一直受到各方面的重視，故其設(shè)計(jì)和制作水平提高很快，特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)發(fā)展很快。開(kāi)發(fā)了一些新的塑料成型方法，如熱流道成型、高精密塑料成型和超塑成型塑料等。
我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子、汽車(chē)、石油化工和建筑均離不開(kāi)模具，都與模具發(fā)展相關(guān)。所以，人們稱(chēng)“模具是工業(yè)生產(chǎn)之母”。從世界發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)情況來(lái)看，模具產(chǎn)值已經(jīng)大于機(jī)械產(chǎn)值，而且他們只生產(chǎn)高附加值的模具，低附加值的模具則轉(zhuǎn)到其他發(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)。我國(guó)1998年模具生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)值就超過(guò)當(dāng)年機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)21世紀(jì)， 機(jī)械零部件中
60％的粗加工，80％的精加工要有模具來(lái)完成。所以模具工業(yè)對(duì)今后國(guó)民經(jīng)濟(jì)和
社會(huì)的發(fā)展將起到越來(lái)越重要的作用。模具的制造技術(shù)和成型技術(shù)未來(lái)有如下發(fā)展的趨勢(shì)。
（1） 在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
（2） 快速原型制造及相關(guān)技術(shù)將得到更好地發(fā)展
（3） 高速銑削加工將得到更廣泛地應(yīng)用
（4） 模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大作用
（5） 電火花加工技術(shù)將得到發(fā)展
（6） 熱流道技術(shù)將得到推廣
（7） 超精加工和復(fù)合加工將得到發(fā)展
（8） 氣體輔助注射技術(shù)和高壓注射成型等工藝將進(jìn)一步發(fā)展
（9） 模具液壓成型技術(shù)將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用
（10） 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高
（11） 模具優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視
（12） 模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展
（13） 模具自動(dòng)化加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
（14） 虛擬技術(shù)將得到發(fā)展
三、塑料模分類(lèi)
按照塑料制品成型加工方法的不同，通常可將塑料模分為以下6大類(lèi)型。
1、 注塑模
用于塑料制件注塑成型的模具通稱(chēng)注塑模，或稱(chēng)注塑模。主要用于熱塑性塑料制品成型，近年來(lái)也越來(lái)越多地用于熱固性塑料制品成型。這是一類(lèi)用途寬、占有比重大、技術(shù)較為成熟、地位尤為顯赫的一大類(lèi)塑料模具。因材料或塑件結(jié)構(gòu)或成型過(guò)程不同，有熱固性塑料注塑模，結(jié)構(gòu)泡沫注塑模和反應(yīng)成型注塑模等之別。
2、 壓塑模
用于塑料制件壓縮成型的模具簡(jiǎn)稱(chēng)壓塑模，俗稱(chēng)壓模。壓塑模主要用于熱固性塑料制品的成型，但也可用于熱塑性塑料制品成型。另外，還可用于冷壓成型聚四氟已稀坯件，此種模具稱(chēng)為壓錠模。
3、 傳遞模
用于塑料制件傳遞成型的模具稱(chēng)為傳遞?；蚍Q(chēng)壓注塑，俗稱(chēng)擠膠模。傳遞模多用于熱固性塑料制品的成型。
4、 擠塑模
用于連續(xù)擠出成型塑料型材的模具通稱(chēng)擠塑模，簡(jiǎn)稱(chēng)模頭，俗稱(chēng)機(jī)頭。這是又一大類(lèi)用途很寬、品種繁多的塑料模具。主要用于塑料棒材、管材、板材、片材、薄膜、電線(xiàn)電纜包覆、帶絲、復(fù)合型材及異性材的成型加工。也用于中空制品的制坯成型，此種模具稱(chēng)為型坯模。
5、 中空吹塑模
將擠出或注射出來(lái)的尚處于塑化狀態(tài)的管狀型坯，趁熱放置于模具型腔內(nèi)、立即在管狀型坯中心通以壓縮空氣，致使型坯膨脹而緊貼于模腔壁上，經(jīng)冷卻硬化即可得一中空制品。凡此種塑料制品成型方法所用的模具，稱(chēng)為中空吹塑模。中空吹塑模主要用于熱塑性塑料的中空容器類(lèi)的制品成型。
6、 熱成型模具
熱成型模具通常以單一的陰?；蜿?yáng)模形式構(gòu)成。將預(yù)先制備的塑料片材周邊緊壓于模具周邊上，并加熱使之軟化，然后于緊靠模具一側(cè)抽真空，或在其反面充以壓縮空氣，使塑料片材緊貼于模具上，經(jīng)冷卻定型后即得到一熱成型制品。 此類(lèi)制品成型所用的模具通稱(chēng)熱成型模具。
第1章 卡勾注塑模工藝規(guī)程的編制
1.1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和準(zhǔn)備必要的技術(shù)資料
注塑模設(shè)計(jì)工作必須以模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)作為依據(jù)，由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)了解塑料制品的技術(shù)圖樣、生產(chǎn)綱領(lǐng)、使用要求，注塑成型工藝規(guī)程以及對(duì)模具質(zhì)量的要求和完成時(shí)間等內(nèi)容，明確設(shè)計(jì)任務(wù)之后，通過(guò)必要的技術(shù)資料進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。
1.2、塑件的工藝性分析
該塑件是筆記本電腦中的一個(gè)卡勾，其零件圖如圖所示，本塑件的材料采用苯乙烯-丁二烯-丙烯晴（ABS），生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)。
圖一 卡勾零件圖
1.2.1、塑件的原材料分析
塑件的材料采用ABS屬熱塑性塑料。它的成型特性為：
1、無(wú)定行料，其品種牌號(hào)很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。
2、吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)干燥。
3、流動(dòng)性中等，溢邊料0.04mm左右。（流動(dòng)性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂、聚乙烯好）
4、比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對(duì)耐熱，高抗沖擊和中抗沖擊性樹(shù)脂料溫更宜取高）。料溫對(duì)物性影響較大，料溫過(guò)高宜分解（分解溫度為250℃，比聚苯乙烯宜分解）。對(duì)要求精度高的塑件模溫宜取50℃～60℃ ，要求光澤及耐熱塑料宜取60℃～80℃。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射機(jī)時(shí)料溫為180℃～230℃，注射壓力為100℃～140℃，螺桿式注射機(jī)宜取160℃～220℃，注射壓力70℃～100℃。
5、模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力小，澆口處外觀不良宜發(fā)生熔接痕，應(yīng)注意選擇澆口位置、形式，頂出力過(guò)大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面顯現(xiàn)“白色”痕跡（但在熱水中加熱可消失），脫模斜度宜取2°以上。
成型時(shí)注意事項(xiàng)：
1、因ABS原料粒料及宜吸潮，致使制品出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水率控制在0.1%以下。
2、ABS流動(dòng)性好，流動(dòng)距離比，即流動(dòng)長(zhǎng)度L與該處制品壁厚T之比達(dá)190，因而不易出現(xiàn)飛邊、熔痕等溫度低，有利于成型，但含橡膠組分多的ABS流動(dòng)性較差。
3、耐熱級(jí)和電鍍級(jí)ABS的料筒溫度要稍高，而阻燃級(jí)和抗沖擊級(jí)稍低。
1.2.2、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
1、結(jié)構(gòu)分析 要想獲得合格的塑料制件除選用塑料的原材料外，還必須考慮塑件的結(jié)構(gòu)工藝性，塑件的結(jié)構(gòu)工藝性與模具設(shè)計(jì)有直接關(guān)系，只有塑件設(shè)計(jì)滿(mǎn)足成型工藝要求，才能設(shè)計(jì)出合理的模具結(jié)構(gòu)以防止成型時(shí)產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷、及開(kāi)裂等缺陷，達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低成本的目的。
從零件圖上分析，該零件總體形狀為等腰梯形。在寬度方向的兩側(cè)各有一個(gè)高度為5mm，長(zhǎng)度為8mm，厚度為1.2mm的倒勾，且倒勾頭部的圓弧半徑為R0.2mm，倒勾底部有R0.5mm的過(guò)渡圓弧。倒勾頭部的高度為1.2mm，寬度為，零件上有7mm，5mmx5mm，3mmx5mm、3mmx3mm的凹槽，且都為不對(duì)稱(chēng)分布，零件的一側(cè)有11mmx1mm的凹槽（對(duì)稱(chēng)分布）。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，該零件屬于中等復(fù)雜程度。
2、尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度，即所獲得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動(dòng)及成型時(shí)工藝條件的變化，塑件成型后的時(shí)效變化和模具的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件 的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級(jí)。
由于該塑件上尺寸公差均為未注尺寸公差。查表可知ABS材料的制件為MT5級(jí)。即：mm,mm,mm,mm,mm,mm, mm,
mm,mm,mm,mm,mm,mm,mm.
以上分析可見(jiàn)，該零件的尺寸精度中等偏上，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。
從零件的壁厚上來(lái)看，壁厚最大處為1.5mm，最小處為1.2mm，較均勻，有利于成型。
3、表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒(méi)有缺陷、毛刺、內(nèi)部不得有導(dǎo)電介質(zhì)外，零件外表面要求表面粗糙度為Ra6.3，且要有光澤。除此外沒(méi)有特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注塑時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
1.2.3計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算塑件的體積：
V=1330 (由PRO/E量得)
計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得ABS的密度為P=1.46g/
故零件的質(zhì)量為：
W=VP
=1330x1.46x
=2g
1.3、成型設(shè)備的選擇
注射模具是安裝在注射機(jī)上的，模具與注射機(jī)應(yīng)當(dāng)相適應(yīng)，這將關(guān)系到制件的質(zhì)量，均勻性及成型周期。一副模具放在許多型號(hào)和規(guī)格的注射機(jī)上使用，均可能獲得令人滿(mǎn)意的效果，但是只有該模具的注射量、鎖模力、注射速度和總的循環(huán)操作都與預(yù)想值相同的情況下才能取得最佳效果。選擇注塑機(jī)時(shí)，必須保證制品的注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制品注射量一般不超過(guò)注射機(jī)最大注射量的80%，此模具采用一模兩腔。
1.3.1、注射量的校核
模具型腔能否充滿(mǎn)與注射機(jī)允許的最大注射量密切聯(lián)系，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)保證注塑模內(nèi)所需融體總量在注射機(jī)實(shí)際的最大注射量；根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，注射機(jī)的最大注射量是允許最大注射量的80%。
由+ ≤80%
計(jì)算可得滿(mǎn)足使用要求。
1.3.2、注射壓力校核及鎖模力校核
注射壓力校核是檢驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿(mǎn)足制品成型的需要，注射壓力的大小與制品的復(fù)雜程度、模具結(jié)構(gòu)、塑件品種、注射速度、流動(dòng)比、噴嘴及模具流道系統(tǒng)以及注射機(jī)類(lèi)型等因素有關(guān)。ABS的注射壓力為60MPa～100MPa，而XS-ZY-125型注射機(jī)的注射壓力為119MPa。故滿(mǎn)足注射壓力的需要。
注射成型時(shí)，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關(guān)，為了可靠的鎖模，不使成型過(guò)程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應(yīng)使塑料融體時(shí)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的 乘積小于注射機(jī)額定鎖模力。
即（+）P
10h.澆口長(zhǎng)度L應(yīng)盡量短,對(duì)減小塑料熔體流動(dòng)阻力和增大流速均有利,通常澆口長(zhǎng)度L可取0.7mm～2.0mm.澆口與型腔連接處應(yīng)做成R0.5的圓角,以防制品與澆口凝料分離時(shí)剝傷制品.為有利于熔體流動(dòng),澆口與分流道的接合應(yīng)平穩(wěn)過(guò)渡,用小圓弧光滑連接.
此塑件的上表面要求有光澤且無(wú)流痕等要求,塑件生產(chǎn)采用一模兩腔,適宜選用側(cè)澆口,側(cè)澆口開(kāi)設(shè)在分型面上,側(cè)澆口的特點(diǎn)是形狀簡(jiǎn)單,加工方便,去除澆口方便,痕跡小.
圖四 澆口形式
2.3.4、冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上,其作用是收集料流前鋒的冷料開(kāi)模時(shí)又能將主流道中的冷凝料拉出,為便于拉料桿將主流道凝料拉出,選用底部帶有推桿的Z形冷料穴.
2.4、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從某種意義上說(shuō)注塑模也是一種置換裝置,即塑料進(jìn)入模腔的同時(shí),置換出模腔內(nèi)的氣體,這些氣體如果不能排出模腔,將會(huì)影響制品成型,以及脫模后的質(zhì)量,因此,在設(shè)計(jì)模具時(shí),必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題.
排氣方式有兩種:排氣槽排氣、間隙排氣.
本塑件采用的是小型模具,可直接利用分型面,頂桿間隙,拼鑲件縫隙進(jìn)行排氣,而不須另設(shè)排氣槽.間隙大小以不產(chǎn)生溢料現(xiàn)象為宜,通?？稍?.02mm～0.05mm選擇.
2.5、抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本塑件的下部有兩個(gè)倒勾,且倒勾方向相同,阻礙成型后塑件從模具中脫出.兩倒勾均在不同的側(cè)邊,所以必須做成浮動(dòng)的型芯.即外側(cè)的倒勾用斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)成型,內(nèi)側(cè)倒勾用斜頂桿頂出抽芯成型.
2.5.1、斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)
（1)確定抽芯距 抽芯距一般應(yīng)大于倒勾的深度,本塑件中H1=1.5mm,另加3～5mm的抽芯安全系數(shù),可取抽芯距S=6.5mm.
（2)確定斜銷(xiāo)傾角 斜導(dǎo)柱傾角α是斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)的一個(gè)主要參數(shù)，其大小與開(kāi)模所需的力、斜導(dǎo)柱需要的彎曲力、抽芯力及開(kāi)模行程有關(guān)。α一般不得大于25°。本斜導(dǎo)柱傾角選取α=12°。
（3）確定斜導(dǎo)柱的尺寸 斜導(dǎo)柱的直徑取決于抽拔力及其傾斜角度。根據(jù)此查表得斜導(dǎo)柱的直徑為d=φ12mm.
斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度根據(jù)抽芯距、固定端模板的厚度、斜銷(xiāo)直徑及斜角大小確定。L=82 mm.
（4)滑塊的設(shè)計(jì)
1）滑塊與側(cè)抽芯的連接方式設(shè)計(jì) 滑塊與型芯的固定形式有整體式和組合式兩種。由于本塑件外側(cè)倒勾的尺寸較小，考慮到加工和裝配問(wèn)題，采用整體式。
2）滑塊的導(dǎo)滑方式 滑塊的導(dǎo)滑部分應(yīng)有足夠長(zhǎng)度，在工作中必須順利平穩(wěn)，不應(yīng)發(fā)生卡滯、跳動(dòng)等現(xiàn)象。一般導(dǎo)滑部分長(zhǎng)度應(yīng)大于滑塊寬度的1.5倍?；瑝K在完成抽芯動(dòng)作后，留在導(dǎo)滑槽內(nèi)的長(zhǎng)度應(yīng)不少于滑塊長(zhǎng)度的2/3，為使模具結(jié)構(gòu)緊湊，降低模具裝配復(fù)雜程度，采用整體導(dǎo)向槽的形式。
3）壓緊塊及定位裝置的設(shè)計(jì) 在塑料注塑時(shí)，活動(dòng)型芯在抽芯方向受到塑料較大的推力作用，會(huì)使斜導(dǎo)柱產(chǎn)生彎曲變形。因此，設(shè)計(jì)壓緊塊用于在模具閉合鎖緊滑塊，保證滑塊不產(chǎn)生位移。本模具壓緊塊如下圖所示。壓緊塊與模板用螺釘連接。適用于抽芯距不大、滑塊較寬，需較大鎖緊力的場(chǎng)合。
圖五 壓緊楔塊結(jié)構(gòu)形式
此模具定位裝置采用螺釘限位，加工裝配方便，且定位比較可靠。
2.5.2、斜頂桿頂出抽芯
斜頂桿即是頂出元件又是塑件內(nèi)側(cè)凹的成型零件。斜頂桿是斜滑塊抽芯的一種變異形式，受力情況與斜滑塊完全相同，但因斜頂桿斷面小于斜滑塊，長(zhǎng)度又較大，因此斜角應(yīng)選擇較小值，一般不超過(guò)12°。根據(jù)抽拔距與頂出行程，可求得α=8°，這種只適于小抽芯距的模具。
2.6、成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
成型零部件在注塑過(guò)程中，直接與塑料熔體接觸，需要受高溫、壓力及塑件熔體的沖壓和摩擦作用，長(zhǎng)期工作之后，容易發(fā)生磨損、變形和斷裂，設(shè)計(jì)注塑模時(shí)應(yīng)針對(duì)塑料制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)批量，使用要求以及模具的使用壽命等，合理確定成型零部件的結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足精度，粗糙度，強(qiáng)度及剛度等問(wèn)題。
2.6.1、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值，利用率等因素，凹模擬用沉孔嵌入式，此結(jié)構(gòu)適用于型腔部分是和采用特殊加工或者小型模具的型腔，采用優(yōu)質(zhì)材料。
根據(jù)分流道與澆口的設(shè)計(jì)要求，分流道和澆口均設(shè)在凹模鑲塊上。
2.6.2、凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模主要是與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具的型腔，其結(jié)構(gòu)與凹模結(jié)構(gòu)相同。
2.7、 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證定模或上下模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式。通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。該模具利用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
2.7.1、導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
（1）導(dǎo)柱結(jié)構(gòu) 導(dǎo)柱的基本結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是直形導(dǎo)柱，另一種是階梯形導(dǎo)柱。本模具利用直形導(dǎo)柱，因前端設(shè)計(jì)為錐形，便于導(dǎo)向，工作部分設(shè)置了儲(chǔ)油，延長(zhǎng)潤(rùn)滑時(shí)間。
（2）導(dǎo)柱尺寸的確定 導(dǎo)柱直徑尺寸隨模具分型面處模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，導(dǎo)培訓(xùn)班間的中心距應(yīng)愈大，所選導(dǎo)柱直徑應(yīng)愈大，導(dǎo)柱安裝時(shí)模板上與之配合的孔徑公差按H7確定，安裝沉孔直徑視導(dǎo)柱直徑可取D+（1～2）。導(dǎo)柱長(zhǎng)度尺寸應(yīng)能保證位于動(dòng)定模兩側(cè)的型腔和型芯，開(kāi)始閉合前導(dǎo)柱已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)孔的長(zhǎng)度不小于導(dǎo)柱直徑。
2.7.2、導(dǎo)套設(shè)計(jì)
本塑件為大批量生產(chǎn)，需要導(dǎo)套的導(dǎo)向，查標(biāo)準(zhǔn)可知。
圖六 導(dǎo)套
2.8、脫模頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
塑件以模具上取下以前，還有一個(gè)從模具的成型零件上脫出的過(guò)程，使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為頂出機(jī)構(gòu)。頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過(guò)裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿或液壓缸來(lái)完成的。
頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
1、頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)確，可靠，靈活，無(wú)卡死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度和強(qiáng)度，是以克服脫模阻力。
2、保證在頂出過(guò)程中塑件不變形，這是對(duì)頂出機(jī)構(gòu)的最基本要求。
3、頂出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯，且頂出面積應(yīng)盡可能大，以防塑件被頂壞。
4、頂出力應(yīng)作用在不易使塑件產(chǎn)生變形的部位，如加強(qiáng)筋、凸緣、厚壁處等。
5、若頂出部位需設(shè)在塑件使用或裝配的基準(zhǔn)面上時(shí)，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位處凹模塑件0.1mm左右，而頂出桿端面尺寸應(yīng)高于基準(zhǔn)面，否則塑件表面會(huì)出現(xiàn)凸起，影響基準(zhǔn)面的平整和美觀。
本塑件脫模斜度大，頂出阻力小，采用頂桿脫模機(jī)構(gòu)。
（1）頂桿的形式 采用等圓截面頂桿，其尾部采用軸肩形式，頂桿材料為T(mén)8A，頭部要淬火，硬度應(yīng)達(dá)到40HRC以上，滑動(dòng)配合部分表面粗糙度達(dá)到Ra0.63～1.25,頂桿的位置高在阻力大的地方。
（2）頂桿的固定及配合 頂桿與頂桿孔部為滑動(dòng)配合，一般選H8/f8，其配合間隙兼有排氣作用，但不應(yīng)大于所用塑料的排氣間隙，以防漏料。配合長(zhǎng)度一般與頂桿直徑的2～3倍，頂桿端面構(gòu)成型腔的一部分，應(yīng)精細(xì)拋光。
（3）導(dǎo)向裝置 在頂出塑件時(shí)為了防止墊板和推桿固定板扭曲傾斜而折斷推桿，特別是對(duì)于長(zhǎng)推桿，常設(shè)置導(dǎo)向零件。本模具較小，采用兩個(gè)導(dǎo)柱定位，導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔成導(dǎo)套的配合長(zhǎng)度應(yīng)小于10mm，導(dǎo)柱導(dǎo)套常用T8材料做成，淬火硬度為55～60HRC。
（4）復(fù)位裝置 脫模機(jī)構(gòu)完成塑件頂出后，為進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，必須回復(fù)到初始位置，才能合模進(jìn)行下一次注塑成型。目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位，彈簧復(fù)位。本模具采用復(fù)位桿復(fù)位，復(fù)位桿裝在與固定頂桿同一的固定板上，且各個(gè)復(fù)位桿的長(zhǎng)度必須一致，復(fù)位桿端面常低于模板平面0.02～0.05mm,復(fù)位桿設(shè)4根,位置在模具型腔和澆注系統(tǒng)之外.
2.9、其他機(jī)構(gòu)零件設(shè)計(jì)
2.9.1、停止銷(xiāo)
為了調(diào)整頂出板的平整性，需設(shè)置停止銷(xiāo)。
圖七 停止銷(xiāo)形式
2.9.2、O型密封圈
根據(jù)JB/2Q4224-86可知，公稱(chēng)外徑D=10mm,公稱(chēng)內(nèi)徑d=7mm，斷面直徑2.4mm材料為耐油通用膠料。
2.9.3、運(yùn)輸板
圖八 運(yùn)輸板結(jié)構(gòu)
為了使模具在裝運(yùn)過(guò)程中，不使動(dòng)、定模分離，造成事故，本模具在動(dòng)定模板的 兩側(cè)設(shè)置了運(yùn)輸板，其用螺釘將運(yùn)輸板固定在動(dòng)定模板上。
2.9.4、模架
采用A型模架，定模為兩塊模板，動(dòng)模為一塊模板 ，采用頂桿頂出機(jī)構(gòu)。適用于單分型面注射模，其尺寸BxL為200mmx250mm.
第3章 成型零件工作尺寸的計(jì)算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸等。任何塑料制件都有一定的幾何形狀和尺寸的要求。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸及精度等級(jí)確定模具成型零件的工作及精度等級(jí)。影響塑件尺寸精度的因素，相當(dāng)復(fù)雜，其影響因素有：1）塑件收縮率，2）模具成型零件的制造誤差，3）模具成型零件的磨損，4）模具安裝配合的誤差。這些影響因素應(yīng)做為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。本設(shè)計(jì)中成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。
查表得，丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）的收縮率為S=0.3%～0.8%故平均收縮率為S=（0.3+0.8）%/2=0.55%，考慮到工廠(chǎng)模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取=/3。
3.1、型腔和型芯工作尺寸計(jì)算
1、 定模鑲塊
表一
塑件尺寸
計(jì)算公式
型腔或型芯的工作尺寸
2、 動(dòng)模鑲塊
表二
塑件尺寸
計(jì)算公式
型腔或型芯的工作尺寸
3、滑塊型腔與斜頂桿型腔
表三
塑件尺寸
計(jì)算公式
型腔或型芯的工作尺寸
塑件尺寸
計(jì)算公式
型腔或型芯的工作尺寸
4、型芯
表四
5、孔距
表五
塑件尺寸
計(jì)算公式
型腔或型芯的工作尺寸
3.2、型芯側(cè)壁厚度和底板厚度的計(jì)算
注射模在其工作過(guò)程中需要承受注射壓力、保壓力、鎖模力和脫模力等各種外力，如果這些外力數(shù)值過(guò)大，折射模極其成型零部件會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，導(dǎo)致整個(gè)模具失效。因此，設(shè)計(jì)成型零部件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，另外，在外力作用比較大時(shí)，即使模具產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞，也有可能產(chǎn)生較大的彈性彎曲變形。引起成型零部件在它們的對(duì)接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙。因此而發(fā)生溢料及飛邊現(xiàn)象。導(dǎo)致制品無(wú)法滿(mǎn)足技術(shù)質(zhì)量要求。因此通過(guò)強(qiáng)度和剛度計(jì)算來(lái)確定型腔壁厚，尤其對(duì)重要的精度要求高的或大型模具的型腔更不能單純憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定型腔側(cè)壁和底板厚度。但是理論分析和實(shí)踐證明模具對(duì)強(qiáng)度及剛度的要求并非要同時(shí)兼取。對(duì)小尺寸型腔強(qiáng)度不足是主要的問(wèn)題。應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算。原則是寧可有余而不可不足。
由于型腔高度a=1.5mm很小，因而所需的h值也較小，故在此不做計(jì)算，而是根據(jù)下凹模鑲塊的外形尺寸來(lái)確定。
第四章模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
注射模的溫度對(duì)于塑料熔體的充模流動(dòng)、固化定型、生產(chǎn)效率及塑件的質(zhì)量都有重要影響，所以必須用溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)模具的溫度進(jìn)行控制。注射模的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)具有加熱或冷卻系統(tǒng)或兩者都有。
熔融塑料由注射機(jī)噴嘴射出，進(jìn)入模具時(shí)的溫度ABS為170℃～180℃，熔料一旦進(jìn)入并充滿(mǎn)型腔后，則要求盡可能迅速地冷卻固化，以便保壓定型出模。ABS在型腔中冷卻固化的最佳溫度為（40～60）℃，要使模具保持塑料冷卻固化所需的最佳溫度，必須對(duì)高溫塑料帶入模具的溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和控制，常用且又簡(jiǎn)便的方法，就是利用冷卻介質(zhì)水對(duì)模具進(jìn)行循環(huán)冷卻，將模具中多余的熱量，帶出模外，以保持制品冷卻所需的最佳模溫。
設(shè)定模具平均工作溫度為40℃，用20℃的常用水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃，產(chǎn)量為（初算為每2分鐘1套）0.12Kg/h.
(1)求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量，查得ABS的單位熱流量為 40xJ/㎏.
(2)求冷卻水的體積質(zhì)量
由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計(jì)算可知，因?yàn)槟＞呙糠昼娝璧睦鋮s水體積流量很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。本模具在動(dòng)定模鑲件中都設(shè)置了的冷卻水管，可根據(jù)試模情況決定冷卻水管是否應(yīng)用。冷卻水管在設(shè)計(jì)中，兩水孔間距為（3～5）D，水孔邊離型腔的距離，一般保持在2D左右，距離太近則冷卻不易均勻，太遠(yuǎn)則效率低。水孔管路應(yīng)暢通無(wú)阻。水管接頭的質(zhì)量盡可能放置在不影響操作的一側(cè)。
在型腔外周直通水道，然后用堵住不需要處，構(gòu)成內(nèi)循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)接口少，模具外周整齊，缺點(diǎn)：（1）堵頭不嚴(yán)時(shí)易泄露，（2）有堵塞時(shí)不易檢查。
第五章 模具閉合高度的確定
由前面的設(shè)計(jì)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：定模座板：，定模板，動(dòng)模板，動(dòng)模座板。
根據(jù)推出行程和推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸確定墊塊
因而模具閉合高度：
=25+50+63+25+63
=226mm
第六章 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為200mmx250mmx226mm,XS-ZY-125型注塑機(jī)模板最大安裝尺寸為350mmx300mm,故能滿(mǎn)足模具的安裝要求。
由上述計(jì)算模具閉合高度226mm, XS-ZY-125型注塑機(jī)所允許模具的最小厚度200mm,最大厚度300mm.
由資料查得XS-ZY-125型注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程S=300mm,滿(mǎn)足頂出塑件要求。
～10）mm
=10+40+10
=60mm
—塑件脫出距離（mm）
—包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度(mm)
此外，由于側(cè)分型抽芯距較短，不會(huì)過(guò)大增大開(kāi)模距離，注塑機(jī)的開(kāi)模行程足夠。
經(jīng)驗(yàn)證，XS-ZY-125型注塑機(jī)能滿(mǎn)足使用要求，故可采用。
第七章 繪制模具總裝圖和非標(biāo)零件工作圖
本模具的工作原理：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(kāi)模時(shí)動(dòng)模部分隨動(dòng)模板一起運(yùn)動(dòng)漸漸將分型面打開(kāi)，與此同時(shí)，在斜導(dǎo)柱16的作用下側(cè)抽芯滑塊從型腔中退出，碰到止動(dòng)螺釘9不動(dòng)，完成側(cè)抽芯動(dòng)作，當(dāng)分型面打開(kāi)到60mm時(shí)，動(dòng)模運(yùn)動(dòng)停止，在注塑機(jī)頂出頂出裝置作用下，推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)將塑件頂出，頂出過(guò)程中，斜頂桿21即頂出又抽芯，使內(nèi)側(cè)倒勾與型芯脫離。合模時(shí)，由于復(fù)位桿彈簧的作用使斜頂桿及頂桿7進(jìn)行先復(fù)位，然后隨著分型面的閉合側(cè)型芯復(fù)位至型腔，即合模結(jié)束。
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為三年大學(xué)學(xué)習(xí)中極為重要的一部分，是衡量一個(gè)學(xué)生專(zhuān)業(yè)課水平的重要標(biāo)志。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們所學(xué)課程的一次系統(tǒng)而深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練，也是我們步入工作前的一次檢驗(yàn)。
就我個(gè)人而言，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)習(xí)到了許多知識(shí)，對(duì)模具的設(shè)計(jì)與制造有了極為深刻的認(rèn)識(shí)，是一次由理論向?qū)嵺`的飛躍，回顧一個(gè)多月的設(shè)計(jì)生活，讓我感慨頗深，主要體會(huì)有以下幾點(diǎn)：
1、扎實(shí)的基礎(chǔ)課，專(zhuān)業(yè)課是模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
由于以前所學(xué)的課程難免有些理解不深，遺忘等，而本次設(shè)計(jì)又或多或少的用到了這些知識(shí)，從而迫使我認(rèn)真扎實(shí)的學(xué)習(xí)了以前的課程，并加深了對(duì)這些課程的理解、真正有一種溫故而知新的感覺(jué)，如機(jī)械制圖中的各種線(xiàn)型的特點(diǎn)應(yīng)用，材料力學(xué)中的應(yīng)力校核，熱處理中各種材料與熱處理性能，公差配合與測(cè)量技術(shù)中公差的正確選用，模具的加工與制造技術(shù)。塑料模具的設(shè)計(jì)與制造步驟，模具材料的正確選用等。
2理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性
以前的學(xué)習(xí)中，基本上是純理論的學(xué)習(xí)，雖然有金工實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐的體味，但卻停留在表面上，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)真正的設(shè)計(jì)，從而使理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，而現(xiàn)在我們是在經(jīng)歷了金工實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)后的一次真正的練兵。我認(rèn)真回顧了以前所見(jiàn)所學(xué)的塑料模知識(shí)，在腦海里反復(fù)了思考了塑料模的步驟，然后開(kāi)始到圖書(shū)館查資料作設(shè)計(jì)。在作設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我才真正感覺(jué)到眼高手低的含義，同時(shí)也“窺一斑而知全豹”，自己的學(xué)習(xí)中的不足和薄弱環(huán)節(jié)暴露無(wú)遺，但是在老師們的幫助下以及自己的努力下，我終于克服了重重困難，使設(shè)計(jì)得以順利的進(jìn)行。通過(guò)向老師們請(qǐng)教，我了解到設(shè)計(jì)要面向企業(yè)，面向市場(chǎng)的原則，畢業(yè)設(shè)計(jì)正是對(duì)實(shí)踐能力的一次強(qiáng)有力的訓(xùn)練，是我們獨(dú)立工作的前湊，將對(duì)我們以后的工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
3、對(duì)模具設(shè)計(jì)中的安全性，經(jīng)濟(jì)性加深了認(rèn)識(shí)
在設(shè)計(jì)工作中，要不斷對(duì)安全性進(jìn)行分析，從操作者的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中，需要考慮到模具的成本問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益是工業(yè)生產(chǎn)的前提，成本的高直接決定了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，故在設(shè)計(jì)中盡可能的選用標(biāo)準(zhǔn)件。
4、電腦成為設(shè)計(jì)中重要的輔助工具。
由于工件形狀復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中計(jì)算塑件的體積出現(xiàn)了很大的難度，后經(jīng)蘇老師指點(diǎn)迷津，通過(guò)Pro/E繪圖和計(jì)算才得以解決。另外在繪零件和裝配圖時(shí)采用電腦也更方便快捷。采用電腦處理，精度高，方便快捷，在本次設(shè)計(jì)時(shí)，要求機(jī)械繪圖，電子文檔文本，從而對(duì)AUTOCAD的學(xué)習(xí)有了很大的進(jìn)展，對(duì)WORD，WPS等各種文字處理工具有了更為熟練的操作，而模具CAD技術(shù)已成為該行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，電腦終將成為設(shè)計(jì)的必備工具，這對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)著極為重要的現(xiàn)在意義。
5、設(shè)計(jì)態(tài)度直接決定著設(shè)計(jì)質(zhì)量
畢業(yè)設(shè)計(jì)一般時(shí)間都足夠，但足夠的時(shí)間不一定都能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的模具。這就除了能力水平的問(wèn)題外，極為重要的一點(diǎn)便是態(tài)度問(wèn)題，作為學(xué)生必須要態(tài)度謙虛、工作認(rèn)真、勤學(xué)好問(wèn)、實(shí)事求是，才能正確對(duì)待設(shè)計(jì)，才有可能取得設(shè)計(jì)的圓滿(mǎn)成功。
總之，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)模具的設(shè)計(jì)與制造有了更深的認(rèn)識(shí)，得到了許多有益的啟示，這對(duì)畢業(yè)后的過(guò)渡轉(zhuǎn)變有極重要的影響。在以后的工作中，我將繼續(xù)保持謙虛謹(jǐn)慎的工作作風(fēng)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，多與人交流，提高自己的個(gè)人素質(zhì)和技能積累經(jīng)驗(yàn)，誠(chéng)實(shí)守信，爭(zhēng)取在事業(yè)上更上一層樓，芝麻開(kāi)花—節(jié)節(jié)高。
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我學(xué)完大學(xué)全部課程之后，進(jìn)行的一次系統(tǒng)的、綜合性的總復(fù)習(xí)，也是參加工作前的一次綜合訓(xùn)練，它直接關(guān)系到我們今后的模具設(shè)計(jì)能力。
感謝指導(dǎo)老師對(duì)我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予的指導(dǎo)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)所學(xué)的科目有了更深一部的了解，平時(shí)存在的漏洞之處，在這次設(shè)計(jì)中得到了補(bǔ)充。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，原老師，楊老師，翟老師及于老師都給予了大量的幫助，當(dāng)我遇到不解的地方，老師都能耐心細(xì)致地給我們講解，即使是在老師課程安排得比較滿(mǎn)時(shí)，當(dāng)時(shí)不能解決時(shí)，課下也會(huì)抽出時(shí)間給我們講解。作為您的學(xué)生，我再次向您致以最真誠(chéng)的敬意。
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