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內(nèi)螺紋管接頭注塑模具設(shè)計(jì)
第一章 緒 論
第一節(jié) 注塑成型技術(shù)的發(fā)展
一、 注塑成型技術(shù)發(fā)展概況
注塑成型是一種注射兼模塑的成型方法，又稱(chēng)注射成型。通用注塑方法是將聚合物組分的粒料或粉料放入注塑機(jī)的料筒內(nèi)，經(jīng)過(guò)加熱、壓縮、剪切、混合和輸送作用，使物料進(jìn)行均化和熔融。這一過(guò)程又稱(chēng)塑化。然后再借助于柱塞或螺桿向熔化好的聚合物熔體施加壓力，則高溫熔體便通過(guò)料筒前面的噴嘴和模具的澆道系統(tǒng)射入預(yù)先閉合好的低溫模腔中，再經(jīng)冷卻定型就可開(kāi)啟模具，頂出制品，得到具有一定幾何形狀和精度的塑料制品。
上述這種通用注塑方法，是塑料成型加工最普遍也是最早的成型方法。早在工業(yè)革命末期，塑料、橡膠才開(kāi)始面世，而最初發(fā)明的成型方法就是注塑成型法。
1862年英國(guó)亞歷山大﹒柏士（Alexander Par Kes）展出了用注塑成型制成的塑料梳子、傘柄和其他制品。當(dāng)時(shí)希望使用在電器工業(yè)上，需要能夠代替天然石蠟、樹(shù)脂、角質(zhì)、蟲(chóng)膠和天然橡膠作為電絕緣體的新材料?！鞍厥俊彼芰系闹饕煞质窍跛崂w維素再加上少量其它物質(zhì)，可使它具有塑性和其它物理機(jī)械等性質(zhì)。
1869年英國(guó)一位印刷員海特（Hytt）改良了“柏士”塑料，制成了賽璐鉻，但仍以硝酸纖維素（CN）為主，1879年他把賽璐鉻注入一模出六個(gè)制品的模具中，這個(gè)模子已有主流道、分流道和澆口。實(shí)際上，在注塑成型之前，已經(jīng)有了橡膠擠出機(jī)和金屬壓鑄機(jī)。如在1845～1850年修筑英法的第一條海底電纜時(shí)，就是利用擠出機(jī)在外層包上橡膠生產(chǎn)出來(lái)的。直至20年以后才有熱塑性聚合物面世。
1979年Gray在英國(guó)發(fā)明了第一部螺旋擠出機(jī)。差不多在同一時(shí)期，有人設(shè)計(jì)出更多的機(jī)型。在聚合物材料和注塑成型方法的發(fā)展中，聚合物材料和機(jī)器有著十分密切的聯(lián)系，兩者是相輔相成的。
由于賽璐鉻可燃性強(qiáng)，不適宜注塑，直到1919年Eichengrun推出醋酸纖維素（CA）后，注塑技術(shù)才得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
1920年注塑已發(fā)展成為工業(yè)化的加工方法，可以使熱塑性材料聚合物生產(chǎn)出復(fù)雜的制品。1926年在市場(chǎng)上已出售注射量為56.7g（20Z）用壓縮空氣推動(dòng)的活塞式注塑機(jī)；1930年在德國(guó)和美國(guó)已有電力驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)；英國(guó)FR Ncisshaw LTD還發(fā)明了壓縮空氣油壓注塑機(jī)。
料筒是注塑機(jī)的心臟，Hans Gastrovl在1932年發(fā)明了有分流梭的料筒，增大了聚合物材料的加熱面積，克服了塑料導(dǎo)熱性差、受力不均勻等缺點(diǎn)。但是分流梭卻占去了料筒內(nèi)的一部分容積，增加了阻力，是熔體注入模腔困難。
1930年美國(guó)賽璐鉻公司開(kāi)發(fā)了螺桿熔料器式注射法。1940年德國(guó)BASF公司又發(fā)明了螺桿直射注塑法，但是當(dāng)時(shí)仍受到聚合物品的限制而沒(méi)有很大的發(fā)展，直到第二次世界大戰(zhàn)后，工程用的聚合無(wú)品種增加并相繼投入工業(yè)化生產(chǎn)，才使注塑成型得到迅速的發(fā)展。
70年代以來(lái)是整個(gè)塑料工業(yè)發(fā)展的重要?dú)v史時(shí)期，從民用塑料開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向工程塑料是這個(gè)時(shí)期的主要特征之一。推動(dòng)這種轉(zhuǎn)變的重要因素是世界能源危機(jī)和金屬材料價(jià)格的上漲。因而迫使人們大力發(fā)展過(guò)程塑料，實(shí)現(xiàn)“以塑代鋼”、“以塑代木”、以石料代替其它非金屬工業(yè)材料的愿望。在此期間除了對(duì)原有過(guò)程塑料進(jìn)行共混改性外，還創(chuàng)造了許多新型高分子材料。這些新型高分子材料的誕生對(duì)注塑技術(shù)提出了更高的要求。
現(xiàn)在世界工程塑料的銷(xiāo)售量正以10%的速度增長(zhǎng)。在工程塑料中由30%采用注塑成型，其產(chǎn)品雖然只占全部注塑制品產(chǎn)量的20%，但總產(chǎn)量卻占40%。如ABS經(jīng)共混改性后，如今已有40多個(gè)品種，其中絕大部分用于注塑成型，聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚酯等類(lèi)經(jīng)過(guò)共混改性后可注塑成各種“塑料合金”制品，作各種結(jié)構(gòu)零件，廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)、機(jī)械、航空、宇航、建筑等行業(yè)中。由熱彈性體TPR、TRE和“亞加力”共混后，再加入不同的增塑劑，可注塑成各種電子工業(yè)零件；用玻璃纖維增強(qiáng)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PETP）、聚對(duì)二甲酸丁二醇酯（PBTP）熱塑性聚酯塑料可注塑成型各種軸套、齒輪、滾輪等機(jī)械零件，使其熱變形溫度可達(dá)224C，彎曲強(qiáng)度達(dá)176.5MPa（1800kgf/cm^2）。俗稱(chēng)“賽鋼”、“奪鋼”的縮醛塑料是一種由聚甲醛衍生出來(lái)的甲醛環(huán)狀三聚物；再加上25%玻璃纖維的增強(qiáng)填料，采用注塑法可加工出尺寸精度為0.1%的齒輪，以及彈簧、軸承和滾筒等精密零件。
用注塑成型方法還能成功地生產(chǎn)出一些復(fù)合型材料的制品，如復(fù)合型導(dǎo)電塑料產(chǎn)品，是以不同樹(shù)脂為基礎(chǔ)，添加碳黑、金屬氧化物、金屬薄片、導(dǎo)電有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物，具有防靜電、消靜電和電磁波屏蔽等性能的塑料構(gòu)成的，其注塑制品可廣泛應(yīng)用與電子工業(yè)部門(mén)，做各種電器元件。用注塑法還可生產(chǎn)熱塑料磁鐵；這是由稀土類(lèi)磁粉與聚酰胺等樹(shù)脂經(jīng)過(guò)混煉后在磁場(chǎng)中注塑的制品，磁粉最高充填密度可達(dá)95%。用注塑方法生產(chǎn)的塑料品種十分廣泛，除了大多數(shù)熱塑性樹(shù)脂，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、ABS、聚酰胺（PA）、有機(jī)玻璃（PMMA）等通用塑料和工程塑料外，還有它們的共混料，都可用注塑法生產(chǎn)出具有不同力學(xué)、物理、耐磨、耐腐蝕等性能的結(jié)構(gòu)零件。
近年來(lái)高分子材料的品種得到迅速的發(fā)展，而這些材料的特性差異很大，普通注塑已不再能適應(yīng)這些材料的工藝要求，因此在通用注塑成型基礎(chǔ)上又發(fā)展了其他許多注塑方法，主要有：
（1）、熱固性塑料注塑；
（2）、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑；
（3）、多組發(fā)泡注塑；
（4）、反應(yīng)注塑成型。
這些成型技術(shù)正迅速的發(fā)展。
二、 注塑成型設(shè)備的近況
注塑機(jī)是注塑成型設(shè)備的主設(shè)備，注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型工藝有著密切的關(guān)系。注塑成型設(shè)備的進(jìn)一步完善和發(fā)展必將推動(dòng)注塑成型技術(shù)的進(jìn)步。為注塑制品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。
隨著塑料和成型工藝的發(fā)展，注塑機(jī)無(wú)論從產(chǎn)量上還是從品種上都有很大的增長(zhǎng)。從世界塑料機(jī)械主要生產(chǎn)國(guó)：美、德、日、意、來(lái)看，注塑機(jī)產(chǎn)量在逐年增長(zhǎng)，并在整個(gè)塑料機(jī)械中占有很大比重。以意大利為例：1981年注塑機(jī)的生產(chǎn)噸位為9845噸。占塑料機(jī)械出口重量的24.7%，占出口額的31.2%。日本的注塑機(jī)增長(zhǎng)速度令人注目。70年代中期10000太，80年代為10500臺(tái)，不到十年增長(zhǎng)72%。
新型工程材料的發(fā)展和應(yīng)用必將對(duì)注塑成型機(jī)械和設(shè)備提出更高的要求，使之向品種多、規(guī)格全、高效、高速、高精度、省能和低噪音方向發(fā)展。
從注塑機(jī)的大型化方面來(lái)說(shuō)，在70年代中期還被認(rèn)為是無(wú)發(fā)展前途的品種，而今大型注塑機(jī)有重新崛起。從注塑機(jī)生產(chǎn)的幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)來(lái)看，在70年代中期生產(chǎn)鎖模力在600噸以上的注塑機(jī)占4%，千噸以上的占2%，但到70年代末期，由于過(guò)程塑料的發(fā)展，特別是結(jié)構(gòu)泡沫塑料等制品在汽車(chē)、機(jī)械、大型家用電器、建筑、宇航、船舶等工業(yè)部門(mén)的廣泛開(kāi)發(fā)可應(yīng)用，使注塑機(jī)又轉(zhuǎn)向大型化。這種情況，在美國(guó)反映的尤為明顯：1980年初千噸鎖模力以上的大型注塑機(jī)年產(chǎn)140臺(tái)，而到1985年年產(chǎn)量增至500臺(tái)。其中一半以上更用于生產(chǎn)汽車(chē)的大型部件。85年用在汽車(chē)制造業(yè)上塑料總消耗量已達(dá)140萬(wàn)噸，由此可推測(cè)大型注塑機(jī)需要量之大。美國(guó)市場(chǎng)常用的大型注塑機(jī)鎖模力在3000噸和5000噸的居多，而萬(wàn)噸級(jí)的較多。欲生產(chǎn)制造萬(wàn)噸級(jí)以上的注塑機(jī)，需要55噸以上的吊車(chē)。美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、日本、意大利等具備生產(chǎn)大型注塑機(jī)的能力。
在大型注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展方向，尚存爭(zhēng)議的問(wèn)題是合模系統(tǒng)是采用全液壓式好呢？還是采用液壓—機(jī)械式好呢？暫時(shí)還很難討論清楚，從目前來(lái)看，各自都在發(fā)展，在市場(chǎng)上均有競(jìng)爭(zhēng)能力。但不論哪種型式的注塑機(jī)，其發(fā)展方向都必向低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修方向發(fā)展。
盡管大型注塑機(jī)有回升的趨勢(shì)，發(fā)展大型注塑機(jī)的技術(shù)不可忽視，但是就目前注塑機(jī)的產(chǎn)量來(lái)看，仍以中小型居多。這種比例與一個(gè)國(guó)家具體的塑料工業(yè)和其它工業(yè)基礎(chǔ)有關(guān)。以日本為例，合模力在100噸以下的注塑機(jī)占總數(shù)的53%，100～200噸的占32%，200～500噸的占12%，500噸以上的占2.9%。
近年來(lái)，中小型注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展非常迅速，就工藝參數(shù)而言不同有所提高；合模力在100噸級(jí)以上之注塑機(jī)的塑化能力從60年代的50～60kg/h提高到現(xiàn)在的100kg/h；500噸級(jí)從過(guò)去200kg/h提高到400kg/h；注射速度從過(guò)去的100mm/s提高到現(xiàn)在的250mm/s，有的高達(dá)450mm/s；啟閉模速度從過(guò)去的16～20mm/min提高到現(xiàn)在的30mm/min；注射壓力從過(guò)去的118～137MPa提高到現(xiàn)在的177～245MPa。有的發(fā)展成超高壓系列，其注射壓力已達(dá)451MPa，在這種設(shè)備上模腔壓力可到98MPa，是注塑制品的收縮率幾乎為零，可注塑0.1～0.2mm薄件制品。
80年代的注塑機(jī)正向節(jié)能、精密成型、超精度成型、低噪音和高級(jí)自動(dòng)化方向發(fā)展。所謂節(jié)能是指注塑機(jī)要節(jié)省泵的動(dòng)力，節(jié)約電力，少做無(wú)用功；精密成型是指生產(chǎn)制品尺寸精度的范圍在0.01～0.001mm；超精密成型是在0.001～0.0001mm；低噪音是指注塑機(jī)能在平穩(wěn)無(wú)撞擊和無(wú)振動(dòng)下工作，按確定方位、在距離機(jī)器1m左右的地方所測(cè)的噪音值低于70分貝；高級(jí)自動(dòng)化是指注塑機(jī)能遠(yuǎn)距離操作或無(wú)人操作，保證制品的精度，注塑工藝條件的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。注塑機(jī)具有有能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送、快速調(diào)機(jī)、工藝儲(chǔ)存、監(jiān)測(cè)注塑機(jī)正常工作和“診斷”等程序，這就對(duì)注塑機(jī)的機(jī)械、電器、液壓、自動(dòng)化儀表和微機(jī)應(yīng)用提出更高的要求；為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)壓力、流量和計(jì)量的多級(jí)或無(wú)級(jí)控制，必須采用比例閥、數(shù)字閥及各種位移，壓力、速度、溫度傳感器，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
微處理機(jī)在注塑機(jī)上的應(yīng)用是注塑機(jī)在自動(dòng)控制方面的最重要的發(fā)展，微處理機(jī)控制注塑機(jī)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)“CRT”顯示，比較預(yù)選工藝參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，用磁帶儲(chǔ)存并調(diào)整數(shù)據(jù)，用一個(gè)中央臺(tái)對(duì)樹(shù)個(gè)裝有微機(jī)的注塑機(jī)進(jìn)行控制。
注塑成型設(shè)備另一方面的發(fā)展就是一些特種注塑機(jī)和專(zhuān)用幾的發(fā)展。由于注塑的物料十分廣泛，而這些具有高聚物特性的物料，無(wú)論從高分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還是高分子的外部結(jié)構(gòu)都有很大區(qū)別，使之在注塑過(guò)程所表現(xiàn)出來(lái)的物理化學(xué)性質(zhì)、流變性質(zhì)、熱性能有很大區(qū)別，對(duì)注塑成型工藝提出一些特殊要求，于是推出一些特殊的成型工藝和相應(yīng)的成型設(shè)備。主要有下列幾種：
1.熱固性塑料注塑機(jī)
過(guò)去多用模壓法或壓鑄發(fā)生產(chǎn)，現(xiàn)在也用注塑法生產(chǎn)。這樣，生產(chǎn)率高，制品質(zhì)量容易控制?？勺⑺芊尤┧芰?、三聚氰胺塑料，以及玻璃纖維增強(qiáng)的不飽和聚酯等熱固性塑料。第一臺(tái)熱固性注塑機(jī)于1936年在美國(guó)誕生，后來(lái)聯(lián)邦德國(guó)、英國(guó)、日本、奧地利也相繼生產(chǎn)。
這類(lèi)注塑機(jī)大都采用雙回路系統(tǒng)，高壓水冷卻，對(duì)粘度大的塑料用背壓調(diào)節(jié)，防止過(guò)熱分解；模板上裝有絕熱裝置，料筒外部用油循環(huán)加熱，溫控制精度高。
2.結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑機(jī)
這種注塑機(jī)是當(dāng)今塑料機(jī)械中發(fā)展最快的機(jī)種之一。在“節(jié)能運(yùn)動(dòng)中”顯示出生命力，因?yàn)橛盟勺⑺馨l(fā)泡結(jié)構(gòu)制品。除聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龍等結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料做成結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料，注塑各種結(jié)構(gòu)制品，特別是成型較大型制品，也可用來(lái)代替金屬及其它非金屬材料。
3.多組分注塑機(jī)
在普通發(fā)泡注塑機(jī)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展一種專(zhuān)門(mén)有倆生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)發(fā)泡塑料制品的注塑機(jī)，又稱(chēng)共注塑機(jī)或多組分注塑機(jī)。其特點(diǎn)是備有兩個(gè)以上的料筒和一個(gè)配料用的特殊噴嘴。雙組分注塑機(jī)首先由英國(guó)ICI發(fā)明。采用注塑法可以得到致密、光滑、平整的制品外表面和輕質(zhì)無(wú)內(nèi)應(yīng)力的內(nèi)芯制品，并克服了單組分結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品表面經(jīng)常出現(xiàn)旋渦的缺點(diǎn)。
4.反應(yīng)注塑成型設(shè)備
反應(yīng)成型設(shè)備又稱(chēng)RIM注射成型機(jī)。這種注射成型設(shè)備同普通注塑機(jī)已有很大區(qū)別。這是七十年代中期發(fā)展起來(lái)的品種。用RIM注射成型設(shè)備生產(chǎn)的制品很廣。主要是以環(huán)氧樹(shù)脂，和聚氨酯的彈性體及起泡沫體為對(duì)象。
5.排氣注塑機(jī)
這類(lèi)注塑機(jī)的特點(diǎn)是在料筒中部開(kāi)設(shè)有排氣口，并備有特殊的螺桿。排氣口能使螺桿的放氣區(qū)和真空裝置相連，利用真空泵造成負(fù)壓使卷入物料中的氣體、水分和揮發(fā)物逸出，排出筒外。大多數(shù)生產(chǎn)排氣注塑機(jī)的廠家都要給機(jī)器上配上一根標(biāo)準(zhǔn)螺桿，便于成型加工廠家使用：只要將排氣口堵上，安裝上標(biāo)準(zhǔn)螺桿，就可以當(dāng)常規(guī)注塑機(jī)使用。
其它還有多?；剞D(zhuǎn)注塑機(jī)、多模連續(xù)注塑機(jī)、多噴嘴注塑機(jī)，多料缸注塑機(jī)，動(dòng)力熔化注塑機(jī)以及注吹機(jī)組和注拉吹機(jī)組等多種注塑成型設(shè)備。
近年來(lái)，除了注塑機(jī)自身的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、受到重視外，對(duì)一些配套設(shè)備，如注塑機(jī)的自動(dòng)供料、干燥設(shè)備，?？卦O(shè)備，澆口柄取出和切割裝置，機(jī)械手以及和注塑機(jī)聯(lián)機(jī)的其它自動(dòng)化設(shè)備都受到普遍的重視。
目前由注塑機(jī)生產(chǎn)的制品已普及到各個(gè)領(lǐng)域，尤其在電腦、電子工業(yè)、在汽車(chē)制造業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。由于注塑制品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，極大地推動(dòng)了注塑成型設(shè)備及其模具的發(fā)展，因?yàn)檫@些制品對(duì)注塑工藝條件及其控制提出更高的要求。
第二節(jié) 注塑機(jī)及其工作過(guò)程簡(jiǎn)介
一、注塑機(jī)的各部功能
注塑機(jī)是使塑料熔融并在模具中成型制品的設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)個(gè)目的，注塑機(jī)必須具有熔化塑料的裝置，把塑料熔體想模具中推進(jìn)的裝置，以及閉合模具的驅(qū)動(dòng)裝置。
近代通用注塑機(jī)，有完善的合模與注塑的機(jī)械系統(tǒng)，加熱冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及供料等輔助系統(tǒng)。
1.合模系統(tǒng)
合模系統(tǒng)的作用是固定模具，是動(dòng)模板作啟閉模運(yùn)動(dòng)，能鎖緊模具。合模系統(tǒng)重要由四根拉桿和螺母把前后模板聯(lián)結(jié)起來(lái)形成整體剛性框架。動(dòng)模板裝在前、后模板之間，后模板上固定合模油缸；動(dòng)模板在合模油缸的作用下以四根拉桿為導(dǎo)向柱作啟閉模運(yùn)動(dòng)。模具的動(dòng)模在動(dòng)模板上而定模裝在前固定模板上。當(dāng)模具閉合后，在合模油缸壓力作用下，產(chǎn)生額定合模力，鎖緊模具，防止模具注入高壓熔體時(shí)模具的型腔脹開(kāi)。當(dāng)合模時(shí)模具拉桿和前、后模板形成力的封閉系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)；另外，由于前固定模板是固定在機(jī)身上的，而后模板允許與機(jī)身有相對(duì)位移，這樣，當(dāng)拉桿受拉伸時(shí)，允許有軸向移動(dòng)。
在動(dòng)模板的后側(cè)裝有液壓及機(jī)械頂出裝置。動(dòng)模板在開(kāi)啟模具時(shí)，可通過(guò)模具中的頂出結(jié)構(gòu)，從模腔中頂出制品。在動(dòng)模板或定模板上還裝有調(diào)模結(jié)構(gòu)，以便在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)模具厚度。在液壓機(jī)械式合模結(jié)構(gòu)中，還有通過(guò)調(diào)模結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)試合模力的大小，控制超載。
合?？蚣艿那昂髠?cè)設(shè)有安全罩、安全門(mén)以及液壓、機(jī)械安全保護(hù)裝置。在靠近安全門(mén)及安全罩的機(jī)架上設(shè)有限位開(kāi)關(guān)及其調(diào)節(jié)裝置，以便控制動(dòng)模板啟閉模的限位和在運(yùn)動(dòng)中壓力與速度的切換。頂出政治達(dá)到頂出或退回均有限位開(kāi)關(guān)。此外，還有調(diào)整模具厚度的限位，安全門(mén)打開(kāi)或閉合的安全聯(lián)鎖裝置。為了確保安全，一般都用液壓裝置和電氣限位開(kāi)關(guān)同安全門(mén)聯(lián)鎖，當(dāng)只有安全門(mén)閉上時(shí)才能產(chǎn)生閉模動(dòng)作。
2.注射系統(tǒng)
注塑機(jī)注射系統(tǒng)的作用是“吃進(jìn)”塑料，使之塑化和熔融，并在高壓和高速下將熔體注入模腔。
注射系統(tǒng)主要由塑化裝置、螺桿驅(qū)動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、照射動(dòng)作裝置、注射座以及整體運(yùn)動(dòng)和螺桿驅(qū)動(dòng)裝置、行程限位裝置以及加料斗裝置等組成的。塑化裝置又由螺桿和加熱筒組成，在螺桿頭部裝有防止熔體倒流的防逆環(huán)和各種剪切或混煉元件；螺桿驅(qū)動(dòng)裝置重要由減速裝置、軸承支架、主軸套和螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)或油馬達(dá)組成。預(yù)塑化是，動(dòng)力通過(guò)主軸套和軸承支架上的減速裝置帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)。
注射裝置主要由注射油缸和活塞及噴嘴組成。在注射時(shí)，油缸產(chǎn)生注射推力，通過(guò)主軸推動(dòng)螺桿向頭部熔體施高壓，使熔體通過(guò)噴嘴充入模腔。
計(jì)量裝置是由支架和行程擋塊組成的裝置，它與螺桿預(yù)塑后推動(dòng)作相聯(lián)系，起塑化和計(jì)量作用。
注射座是一個(gè)可以在機(jī)身上移動(dòng)的基座，塑化裝置、注射裝置以及計(jì)量裝置和料斗都固定在注射座上。注塑座在油缸的作用下，可以做整體前進(jìn)或后退，是噴嘴與模具接觸或離開(kāi)。這個(gè)動(dòng)作常稱(chēng)整體前進(jìn)或后退。
機(jī)架，又稱(chēng)機(jī)身，是一個(gè)穩(wěn)固的焊接構(gòu)件。在機(jī)身左面安置合模機(jī)架；右面安放注射部件；在機(jī)身內(nèi)部設(shè)置油箱、油冷卻器、液壓管路以及閥類(lèi)、油泵電機(jī)零部件；在機(jī)架的正面安放注塑機(jī)的操縱箱和控制箱以便于操作。
3.加熱冷卻系統(tǒng)
加熱系統(tǒng)是用來(lái)加熱料筒及注射噴嘴的，注塑機(jī)料筒一般采用加熱電阻加熱圈，套在料筒外部并用熱電偶分段檢測(cè)。熱量通過(guò)筒壁向內(nèi)傳熱為物料塑化提供熱源；少數(shù)注塑機(jī)采用油加熱。
冷卻系統(tǒng)，是用來(lái)冷卻液壓油、料口以及模具的。冷卻系統(tǒng)是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，將冷卻水分配到幾個(gè)獨(dú)立的回路上去并能對(duì)其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。較先進(jìn)的注塑機(jī)冷卻系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)溫度，對(duì)冷卻水的流量實(shí)行閉環(huán)控制和調(diào)節(jié)。
4.液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)是注塑機(jī)的“血液”循環(huán)系統(tǒng)，是為注塑機(jī)的各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（工作油缸）提供壓力和速度的回路。液壓回路一般由控制系統(tǒng)壓力與流量的主回路和去各執(zhí)行結(jié)構(gòu)的分賄賂組成?；芈分杏蛇M(jìn)出過(guò)濾妻、泵、蓄能器以及熱交換器和各種閥類(lèi)和各種壓力、溫度指示儀表和開(kāi)關(guān)元件等組成。
5.潤(rùn)滑系統(tǒng)
潤(rùn)滑系統(tǒng)是為注塑機(jī)的動(dòng)模板、調(diào)模裝置、連桿鉸接等處有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部為提供潤(rùn)滑條件的回路，以便減少能耗和提高零件壽命。潤(rùn)滑可以是定期的手動(dòng)潤(rùn)滑，也可以是連續(xù)的自動(dòng)潤(rùn)滑；潤(rùn)滑的油源可以從液壓系統(tǒng)的低壓油路中引出，也可建立單獨(dú)的泵潤(rùn)滑回路。
6.電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)是注塑機(jī)的“中樞神經(jīng)”系統(tǒng)，它控制注塑機(jī)的各種程序及其動(dòng)作；對(duì)時(shí)間、位置、壓力、速度和轉(zhuǎn)數(shù)等進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。主要由各種繼電器元件、各種電子元件、各種檢測(cè)意見(jiàn)以及自動(dòng)化儀表組成。
電控系統(tǒng)與機(jī)械液壓系統(tǒng)相結(jié)合對(duì)注塑機(jī)的工藝程序進(jìn)行精確而穩(wěn)定的控制。
7.安全保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
注塑機(jī)的安全裝置主要是用來(lái)保護(hù)人、機(jī)安全的裝置。主要由安全門(mén)、行程閥、限位開(kāi)關(guān)、光電檢測(cè)元件等組成，實(shí)現(xiàn)電氣—機(jī)械—液壓的聯(lián)鎖保護(hù)。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)注塑機(jī)的油溫、料溫、系統(tǒng)超載，以及工藝和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況進(jìn)行指示或報(bào)警。
近代注塑機(jī)配備有現(xiàn)代化的電子控制裝置或設(shè)備，例如，有：可編程程序微處理機(jī)控制系統(tǒng)；CRT示頻顯示或電子函數(shù)分析器系統(tǒng)、中央故障診斷裝置、自動(dòng)預(yù)熱油溫裝置、電氣指示回油濾清裝置等。除上述外，還有一些特殊的裝置和動(dòng)能組件，例如，帶有微處理機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)、快速注射用液壓蓄能器控制系統(tǒng)、制品稱(chēng)重器、檢驗(yàn)制品脫模光電裝置、自動(dòng)上料輸送設(shè)備，制品取出機(jī)械手等。
二.塑料成型的基本過(guò)程
注塑成型是把塑料原料（一般經(jīng)過(guò)造粒、染色、添加劑等處理后的顆粒）放入料筒當(dāng)中，經(jīng)過(guò)加熱熔化使之成為高粘度的流體——熔體用柱塞或螺桿作為加壓工具，使得熔體通過(guò)噴嘴以較高的壓力（約為20～85MPa），注入模具的型腔中，經(jīng)過(guò)冷卻，凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
注塑成型的全過(guò)程分為：
1.塑化過(guò)程
現(xiàn)代式的注射機(jī)基本上采用螺桿式的塑化設(shè)備，塑料原粒（稱(chēng)為物料）自從送料頭以定容方式送入料筒，通過(guò)料筒外的電加熱裝置和料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的摩擦熱，使物理熔化達(dá)到一定溫度后即可注射，注射時(shí)動(dòng)作是由螺桿的推進(jìn)來(lái)完成的。
2.充模過(guò)程
熔體字注塑機(jī)的 噴嘴噴出后，進(jìn)入模具的型腔內(nèi)，將型腔內(nèi)的空氣排出，并充滿型腔，然后升至一定壓力，使熔體的密度增加，充實(shí)型腔的每一個(gè)角落。充模過(guò)程是注射成型的最主要過(guò)程，由于塑料熔體流是非牛頓流動(dòng)，而且粘度很大，所以存在壓力損耗、粘度變化、多股匯流等現(xiàn)象，影響塑件的質(zhì)量。因此充模過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題——澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成為注射模設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以解決澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的疑難問(wèn)題。
3.冷卻凝固過(guò)程
熱塑性塑料的注射成型過(guò)程是熱交換的過(guò)程，即：
塑化——→注射充?！袒尚?
加熱——→理論上絕熱——→散熱
熱交換效果的優(yōu)劣決定塑件的質(zhì)量，包括外表質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)，散熱交換也要充分考慮，在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法中也采用了計(jì)算機(jī)來(lái)解決問(wèn)題。
4.脫模過(guò)程
塑件在型腔內(nèi)固化后，必須采用機(jī)械的方式把它從型腔內(nèi)取出。這個(gè)動(dòng)作由脫模結(jié)構(gòu)來(lái)完成，不合理的脫模結(jié)構(gòu)對(duì)塑件的質(zhì)量有很大影響。但塑件的形狀是千變?nèi)f化的，必須采用最有效和最好的脫模方式，因此，脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。由于標(biāo)準(zhǔn)化的推廣，許多標(biāo)準(zhǔn)化的脫模結(jié)構(gòu)零部件也有商品供應(yīng)。
由1～4形成了一個(gè)循環(huán)，就完成了一次成型一個(gè)乃至數(shù)十個(gè)塑件。
第二章 塑料零件注射成型模具的設(shè)計(jì)
第一節(jié) 零件分析及材料性能
一.零件分析
題目給定的內(nèi)螺紋管接頭是一種較新型的電線管道接頭，主要用于要求較高的電線管道。該零件特點(diǎn)在于兩端有兩個(gè)反向的內(nèi)螺紋孔，需要兩個(gè)螺紋型芯。
零件兩端設(shè)有反向的內(nèi)螺紋，可方便的將兩端的電線管道連接起來(lái)，并且在垂直管道的方向上設(shè)有一階梯孔用于電線的90度角的轉(zhuǎn)向，并且在該方向設(shè)有4個(gè)固定孔，用于接頭的固定。根據(jù)零件圖可以看出，零件尺寸比較小，按照起工作要求，其精度等級(jí)可選取一般精度要求，這里取7級(jí)精度。
二.材料性能
題目要求使用的材料為30%玻纖增強(qiáng)尼龍66.
尼龍?jiān)O(shè)計(jì)有如下特點(diǎn):
1.結(jié)晶料,熔點(diǎn)較高,熔融溫度窄,熱穩(wěn)定性差,料溫超過(guò)300C,滯留時(shí)間超過(guò)30min即分解,較易吸濕,須預(yù)熱干燥,含水量不得超過(guò)0.3%;
2.流動(dòng)性好，易溢料,用螺桿式注射機(jī)時(shí),螺桿應(yīng)帶止回環(huán),宜用自鎖式噴嘴,并應(yīng)加熱;
3.成形收縮范圍和收縮率大，方向性明顯，易發(fā)生縮孔 、凹痕、變形等;
4.模溫按塑件壁厚在20～90C范圍內(nèi)選取，注射壓力按注塑機(jī)類(lèi)型、料溫、塑件形狀尺寸、模具澆注系統(tǒng)選定,成形周期按塑件壁厚選定.樹(shù)脂粘度小時(shí),注射冷卻時(shí)間應(yīng)取大,注射壓力應(yīng)取高，并用白油作脫模劑;
5.增大流道和澆口可減少縮孔、凹痕.
30%玻纖增強(qiáng)尼龍66的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
密度(g/cm3)
1.35
抗拉屈服強(qiáng)度(MPa)
7
比容(cm3/g)
0.74
拉伸彈性模量(MPa)
6.02～12.6x103
吸水率24h(%)
0.5～1.3
沖擊強(qiáng)度
kj/m2
無(wú)缺口
76
收縮率(%)
0.2～0.8
缺口
17.5
熔點(diǎn)(C)
250～265
彎曲強(qiáng)度(MPa)
215
熱變形
溫度
(C)
0.45MPa
262～265
硬度(hb)
15.6
1.8MPa
245～262
體積電阻率(歐．cm)
5x1015
三.分析計(jì)算
1.塑件體積
從PRO/E中的零件體積計(jì)算,算得零件的體積為66.37 cm3
2.塑件質(zhì)量
30%玻纖增強(qiáng)尼龍66的密度為1.35 g/cm3
塑件質(zhì)量M=1.35x66.37=89.60g
3.模型體積的計(jì)算
由立體模型,大概算得:
澆注系統(tǒng)體積 V=3.14r2h
=3.14x3x3x60
=1.70cm3
第二節(jié) 塑料注射成型模具的設(shè)計(jì)
一.注射機(jī)類(lèi)型的選擇
根據(jù)該產(chǎn)品的注射形式和所需塑料用量等要求，選用臥式注射機(jī)SZ 200/1000,由上海第一塑料機(jī)械廠生產(chǎn).
該注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下:
型號(hào)
SZ 200/1000
拉桿內(nèi)間距(mm)
315x315
結(jié)構(gòu)型式
臥式
移模行程(mm)
300
理論注射容量(cm3)
210
最大模具厚度(mm)
350
螺桿直徑(mm)
42
最小模具厚度(mm)
150
注射壓力(MPa)
150
鎖模形式
雙曲軸
注射速率(g/s)
110
模具定位孔直徑(mm)
125
塑化能力(g/s)
14
噴嘴球直徑(mm)
15
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
10～250
噴嘴口孔徑(mm)
4
鎖模力
1000
二.注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
1.注射量的校核
根據(jù) 式 V件 ≤0.8 V注
式中: V件——塑件與澆注系統(tǒng)的體積(cm3)
V注——注射機(jī)的注射量(cm3)
0.8——最大注射容量的利用系數(shù)
已知: V件=66.37+1.7=68.07 cm3
則 0.8x V注=0.8x210=168 cm3＞68.07 cm3
2.注射壓力的校核
塑件成形所需的注射壓力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定壓力,其關(guān)系式按下式校核
P 成≤P注
式中 P成——塑件成形時(shí)所需的注射壓力(MPa)
P注——所選注射機(jī)的額定注射壓力(MPa)
已知 P成 =90MPVa
P注 =150MPa
所以 滿足P 成≤P注
3.鎖模力的校核
模具所需的最大鎖模力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定鎖模力,其關(guān)系按下式校核:
P腔A ≤ F鎖
P腔——模具型腔壓力(MPa) 一般取40至50MPa
A ——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積(mm2)
F鎖——注射機(jī)額定鎖模力(KN)
已知 P腔=45MPa; A=3344
所以 P腔 A=45x3344=150480N ≤F鎖 =1x106 N
滿足要求
4.模具閉合厚度的校核
模具閉合時(shí)的厚度在注射機(jī)動(dòng)﹑定模板的最大閉合高度和最小閉合高度之間,其關(guān)系按下式校核
Hmin ≤ Hm ≤ Hmax
式中 注射機(jī)允許的最小模具厚度
模具閉合厚度
注射機(jī)允許的最大模具厚度
已知 Hmin =150mm; Hm =350mm; Hmax=315mm
故滿足要求
第三節(jié) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開(kāi)始到型腔為止的塑料流道.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞對(duì)制品性能,外觀和成型難易程度影響頗大.
根據(jù)塑件的要求及模具的結(jié)構(gòu)等方面來(lái)考慮選擇澆注系統(tǒng)。
根據(jù)注塑件的要求及模具的結(jié)構(gòu)等方面來(lái)考慮選擇澆注系統(tǒng).遵循以下原則:
(1).盡可能的采用平衡式布置;
(2).型腔排列進(jìn)料均衡；
(3).型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)部位力求對(duì)稱(chēng),防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；
(4).確保耗料量要少；
(5).不影響塑件外觀。
一.澆口形式: 采用直接澆口式
直接澆口又叫中心澆口、主流道型澆口.由于它的尺寸大，故固化時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)了補(bǔ)縮時(shí)間.注射壓力直接作用在塑件上，容易產(chǎn)生殘留應(yīng)力.當(dāng)采用這種澆口時(shí),主流道的根部不宜設(shè)計(jì)得太粗,否則該處的溫度高，容易產(chǎn)生縮孔,澆口截除后縮孔留在塑件表面上.加工薄壁件塑件是，澆口跟部的直徑，最多等于塑件壁厚的兩倍.這種澆口凝料的去處也是比較困難的.但它的流體阻力小，進(jìn)料速度快，常用語(yǔ)大型長(zhǎng)流程的塑件，如大型容器殼體或用于厚度大的塑件，以利于補(bǔ)縮.
流道選取圓形截面,其效率高，截面積大，流道的表面積小，可減少流道內(nèi)的壓力損失，減少傳熱損失.
二.澆口尺寸的計(jì)算
注射機(jī)的噴嘴頭部與主流道襯套的凹下的球面半徑R相接觸，二者必須匹配，無(wú)漏料。一般要求主襯套球面的半徑大1～2mm。主流道進(jìn)口直徑d，比注射機(jī)噴嘴出口直徑d應(yīng)大0.5～1mm。其作用：一是補(bǔ)償噴嘴與主流道的對(duì)中誤差；二是避免注射幾注射時(shí)噴嘴與主流道做成圓錐形，錐角一般為2～6度。主流道出口應(yīng)做成圓角，圓角半徑r=0.5～3mm。為減少壓力損失和回收料量，主流道長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的短些，常取≤60mm。
錐度 a=2～6度，取3度
小徑 d=d1+（0.5～1.0） 取 0.5
則 d=4+0.5=4.5mm
澆口套半徑 R =R1+1～2
則 R =15+1=16
d1——噴嘴直徑，見(jiàn)熱塑性注射機(jī)技術(shù)規(guī)格 d1=4mm
R1——噴嘴球半徑，見(jiàn)熱塑性注射機(jī)技術(shù)規(guī)格 R1=15mm
錐孔大徑
取 D =6mm
軸部長(zhǎng)度
取 L = 60mm
三.澆口套形式如下圖所示
第四節(jié) 成型零部件的設(shè)計(jì)
一.型腔分型面的設(shè)計(jì)
1.分型面的確定
合理的選擇分型面，有利于制品的質(zhì)量提高，工藝操作和模具的制造，因此，在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題；
選擇分型面一般根據(jù)以下原則：
a. 分型面的位置要不影響制品的精度和外觀
b.盡量簡(jiǎn)單，避免采用復(fù)雜形狀，是模具制造增加困難
c.要盡量有利于塑料制品的脫模和抽芯
d.有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置
e.盡可能與料流末端重合，以有利于系統(tǒng)的排氣
按上面的原則，選取內(nèi)螺紋管接頭的下表面為分型面。
2.排氣槽的設(shè)計(jì)
該注射模屬于小型模具，在推桿的間隙和分型面上都有排氣效果，已能滿足要求，故不再考慮開(kāi)排氣槽。
二.成型零件的設(shè)計(jì)
構(gòu)成型腔的零件統(tǒng)稱(chēng)成型零件。
1.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于注塑零件的形狀結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以凹模結(jié)構(gòu)采用整體式凹模，其特點(diǎn)是牢固，不易變形。
2.型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主型芯采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是易加工。
3.成型零件工作尺寸計(jì)算
型腔與型芯徑向尺寸計(jì)算
（1）型腔內(nèi)徑尺寸的計(jì)算
模具型腔內(nèi)徑計(jì)算公式：
DM=（D +DQ-）+z（mm）
DM——型腔的內(nèi)徑尺寸
D ——制品的最大尺寸
Q——塑料的平均收縮率（%） 30%玻纖增強(qiáng)尼龍66的成型收縮率為0.5%
——制品公差
——系數(shù)，可隨制品精度變化，一般取0.5～0.8之間，若制品偏差大則取小值，若制品偏差小則取大值；
z — 模具制造公差，一般取z=（～）
按照矩形計(jì)算，內(nèi)螺紋管接頭長(zhǎng)度上最大尺寸D1=90mm，=1.2
則DM1=（90+90x0.5%-x1.2）+0.3=89.55+0.3
內(nèi)螺紋管接頭寬度最大尺寸 D2=44，=0.8，則
DM2=（44+44x0.5%-x0.8）+0.2=43.62+0.2
尺寸D3=30，=0.72
DM3=（30+30x0.5%-x0.72）+0.18=29.61+0.18
（2）型芯徑向尺寸的計(jì)算
模具型芯徑向尺寸是由制品的內(nèi)徑尺寸所決定的，與型腔徑向尺寸的計(jì)算原理一樣，分為兩個(gè)部分來(lái)計(jì)算：
dM=（D1+D1Q+）-z
式中：dM：型芯外徑尺寸（mm）
D1：制品內(nèi)徑最小尺寸
其余的符號(hào)含義同型腔計(jì)算公式
內(nèi)螺紋管接頭內(nèi)徑長(zhǎng)度跟寬度上的最大尺寸分別為：
d1=85mm =1.2，d2=22mm =0.56
dM1=（85+85x0.5%+ x1.2）-0.3=86.325-0.3
dM2=（22+22x0.5%+x0.56）-0.14=22.53-0.14
（3） 型腔深度尺寸的計(jì)算
模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸決定的，設(shè)制品高度名義尺寸為最大尺寸，其公差為負(fù)偏差。型腔深度名義尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差+z由于型腔底部或型芯端面的磨損很小，可以略去磨損量z在計(jì)算中取 =，加上制造偏差有：
HM=（h1+h1Q-）+Z（mm）
式中： HM 型腔深度尺寸（mm）
h1：制品高度最大尺寸（mm）
制品高度最大尺寸為h1=40mm，=0.80
HM1=（40+40x0.5%-x0.8）+0.267（mm）=39.67+0.267
（4）型芯高度尺寸的計(jì)算
模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸決定的。假設(shè)制品深度尺寸H1為最小尺寸，其公差為正偏差+，型芯高度尺寸為最大尺寸，其公差為負(fù)偏差-z。根據(jù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式
hM=（H1+H1Q+）-z（mm）
式中：hM：—型芯高度尺寸（mm）
H1：—制品深度最小尺寸（mm）
其余公式中的字母的含義同前面的含義，H1 =10mm
h M1=（10+10x0.5%+x0.40）-0.13=10.31-0.13
（5）螺紋型芯成型尺寸
1）螺紋型芯大徑
dm=（Ds+Ds*Qcp+b）-m
式中dm —螺紋型芯大徑尺寸
Ds —塑件內(nèi)螺紋大徑
b—塑件平均收縮率（%）
m——螺紋成型尺寸設(shè)計(jì)公差，可取 m=b
dm=（26.441+26.441x0.5%+0.142）-0.04=26.715-0.04
2）螺紋型芯中徑
d2m=（D2s+D2sQcp+b）-m
式中 d2m —螺紋型芯中徑尺寸
D2s —塑件內(nèi)螺紋中徑
其余公式中字母的含義同前面的含義
d2m=（25.279+25.279x0.5%+x0.142）-0.028=25.512-0.028
3）螺紋型芯小徑
d1m=（D1s+D1sQcp+b）-m
式中 d1m—螺紋型芯小徑尺寸
D1s —塑件內(nèi)螺紋中小徑
其余公式中字母的含義同前面的含義
d1m=（24.117+24.117x0.5%+0.142）-0.04=24.380-0.04
4） 螺紋型芯螺距
Pm=（Ps+PsQcp）±m(xù)
式中 Pm —螺紋型芯螺距
Ps —塑件內(nèi)螺紋螺距
其余公式中字母的含義同前面的含義
Pm=（1.814+1.814x0.5%）±0.015=1.827±0.15
（6）型腔壁厚與底板厚度的計(jì)算
注射成型模腔壁厚的確定應(yīng)滿足模具剛度好、強(qiáng)度大和結(jié)構(gòu)輕巧、操作方便等要求。在塑料注射充型過(guò)程中，塑料模具型腔受到熔體的高壓作用，故應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。否則可能會(huì)因?yàn)閯偠炔蛔愣a(chǎn)生塑料制件變形損壞，也可能會(huì)彎曲變形而導(dǎo)致溢料和飛邊，降低塑料制件的尺寸精度，并影響塑料制品的脫模。從剛度計(jì)算一般要考慮下面的幾個(gè)因素：
1.使型腔不發(fā)生溢料
2.保證制品的順利脫模，為此，要求型腔允許的彈性變形量小于制品冷卻固化收縮量。
3.保證制品達(dá)到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求較高的精度，這就要求模具型腔有很好的剛度。
按整體式計(jì)算側(cè)壁厚度：
根據(jù)公式 tc=
式中 tc — 凹模型腔側(cè)壁的理論厚度（mm）
h — 凹模型腔的深度（cm）
PM — 凹模型腔內(nèi)熔體的壓力（MPa）
E — 材料的彈性模量（MPa）
p — 成型零部件的許用變形量
c — 系數(shù)
由《實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造》查得c=0.45 PM=45
h=9cm E=9x103MPa p =0.005
tc= =3.09 cm
所以取壁厚大于35mm就能滿足要求
底板厚度的計(jì)算
根據(jù)公式 tn=
查得 c=0.0277
tc==1.22 cm
取實(shí)際底板厚度大于15mm就能滿足要求。
第五節(jié) 塑件脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
把塑料制品從凹?；蛲鼓Ｉ厦摮鰜?lái)的機(jī)構(gòu)即為推出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)，它是塑料注塑模具的重要組成部分。
推出機(jī)構(gòu)的形式和推出方式與塑料制品的形狀、結(jié)構(gòu)和塑料性能有關(guān)。
對(duì)推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：
1、 塑料制品脫模后，不能使塑料制品變形。推力分布均勻，推力面積要大，推桿盡量靠近凸模，但也不要距離太近。
2、 塑料制品在推出時(shí)，不能造成碎裂。推力應(yīng)作用在塑料制品承受力大的部位，如塑料制品的肋部、凸緣及殼體壁等。
3、 不要損壞塑料制品的外觀美。
4、 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)準(zhǔn)確、動(dòng)作可靠、制造方便、更換容易。
推出機(jī)構(gòu)的零件包括：推桿、推板和推管等。
一、推桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
推桿的作用是將塑料制品從模具內(nèi)推出。推桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，得到廣泛采用。常用的推桿有圓柱頭推桿、帶肩推桿、扁推桿等。
推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在一次脫模機(jī)構(gòu)中，常用推桿脫模機(jī)構(gòu)。因?yàn)橥茥U制造方便，滑動(dòng)阻力小，可以在塑料制品任意位置配置，更換方便，脫模效果好，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛采用。因?yàn)樗芰现破方Y(jié)構(gòu)形狀不同，推桿在塑料制品上分布的位置和脫模形式也不相同，所以有多種多樣的脫模方式。
推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則如下：
1、 推桿的直徑不能過(guò)細(xì)，應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，能承受一定的推力。一般推桿直徑為2.5~15。對(duì)于直徑為2.5以下的推桿最好做成臺(tái)階形狀。
2、 推桿應(yīng)設(shè)在塑料制品最厚及收縮率大的凸?；蛘哞偧浇?，但不能離凸模和鑲件配固定孔過(guò)近，以免影響固定板的強(qiáng)度。
3、 推桿分布要合理，使推出塑料制品使受力均勻，以保證塑料制品不變形。
4、 塑料制品靠近主流道處的內(nèi)應(yīng)力大，易碎裂，因此，在主流道處應(yīng)盡量不設(shè)推桿。
5、 為了避免推桿與側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)發(fā)生沖突，推桿要避開(kāi)側(cè)抽芯處，如果必須設(shè)計(jì)推桿時(shí)，應(yīng)考慮復(fù)位機(jī)構(gòu)。
6、 推桿與推桿孔的配合間隙不能大于所用塑料的溢邊值，溢邊值一般為0.02~0.08。
7、 推桿截面形狀，應(yīng)根據(jù)塑料制品的幾何形狀而定。
8、 推桿和推桿孔的配合應(yīng)靈活可靠，不發(fā)生卡住現(xiàn)象。
推桿的長(zhǎng)度計(jì)算如下：
a、頂出行程 S頂=h凸+e
式中 e —頂出行程
h凸——型芯成型高度
已知 h凸 =40mm e=4mm
所以 S頂 =40+4=44mm
b、開(kāi)模行程 S開(kāi)=h塑+h凸+e
式中 h塑 ——塑件及澆注系統(tǒng)在開(kāi)模方向上的總投影高度
h凸 ——?jiǎng)?、定模型芯突出分型面的高度總?
e —— 取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開(kāi)模行程余量
所以 S開(kāi) =40+19+6=65 mm
c、頂桿長(zhǎng)度
H桿=（h凸+0.05～0.1）+h動(dòng)墊 +（S頂+3～6）+h頂固
=（19+0.1）+36+（44+6）+20
=125.1mm
根據(jù)實(shí)際情況，配合模具的其它結(jié)構(gòu)，最后取H桿=134mm
二、推管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
推管適用于圓形空心塑料制品或塑料制品圓形部分的推出。優(yōu)點(diǎn)是推出動(dòng)作均勻可靠，塑料制品上不留明顯痕跡。推桿和推管同步運(yùn)動(dòng)。
頂管尺寸結(jié)合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。頂管的內(nèi)徑與型芯滑動(dòng)配合，外徑與模板滑動(dòng)配合。頂管與型芯的配合長(zhǎng)度為頂出行程加3～5mm，頂管與模板的配合長(zhǎng)度一般等于（0.8～2）D，其余部分?jǐn)U孔，頂管擴(kuò)孔d+0.5mm，模板擴(kuò)孔D+1mm。
第四節(jié) 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注塑模具的動(dòng)模與定模的正確定位和導(dǎo)向的重要零件。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，其主要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則如下：
（1） 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對(duì)稱(chēng)分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板變形。
（2） 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來(lái)選定，并應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。
（3） 導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求。
（4） 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性。
（5） 為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但同時(shí)也裝在動(dòng)模板上，這就根據(jù)具體情況而定的。
導(dǎo)柱的形式有無(wú)儲(chǔ)油槽導(dǎo)柱、帶儲(chǔ)油槽導(dǎo)柱、短導(dǎo)柱、直通式導(dǎo)柱、頂柱式導(dǎo)柱等，導(dǎo)柱的材料一般用20鋼，淬碳處理，或用T8A，淬火硬度為HRC50~55。導(dǎo)柱的長(zhǎng)度可根據(jù)模具實(shí)際情況而定。
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)采取以下的結(jié)構(gòu)形式
導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合形式見(jiàn)模具的裝配圖。
第五節(jié) 抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、 概述
當(dāng)塑料制品帶有通孔、凹槽、凸臺(tái)時(shí)，塑料制品不能直接從模具中脫出必須將成型側(cè)孔、凹槽及凸臺(tái)的成型零件做成活動(dòng)的，稱(chēng)為活動(dòng)型芯。完成活動(dòng)型芯抽出和復(fù)位的機(jī)構(gòu)叫抽芯機(jī)構(gòu)。
抽芯機(jī)構(gòu)的分類(lèi)
1、 機(jī)動(dòng)抽芯 開(kāi)模時(shí)，依靠注射機(jī)的開(kāi)模動(dòng)作，通過(guò)抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)活動(dòng)型芯，把型芯抽出。機(jī)動(dòng)抽芯具有脫模力大、勞動(dòng)強(qiáng)度小、生產(chǎn)率高和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中廣泛采用。按其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為以下幾種：斜導(dǎo)柱、斜滑塊抽芯、齒輪齒條抽芯等。
2、 手動(dòng)抽芯 開(kāi)模時(shí)，依靠人力直接或通過(guò)傳遞零件的作用抽除活動(dòng)型芯。
3、 液壓抽芯 活動(dòng)型芯的抽出，依靠液壓筒進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)脫模力的大小和抽出距離的長(zhǎng)短可更換抽芯液壓筒，因此能得到較大的脫模力和較長(zhǎng)的抽芯距，由于使用高壓液體為動(dòng)力，傳遞平穩(wěn)。其缺點(diǎn)是增加了操作工序，同時(shí)還要有整套的抽芯液壓裝置，因此使用范圍受到限制，一般很少用。
二、抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此設(shè)計(jì)零件有兩個(gè)內(nèi)螺紋型芯，為提高生產(chǎn)效率，在此采用液壓抽芯。開(kāi)模時(shí)，利用液壓馬達(dá)通過(guò)連軸套帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而，帶動(dòng)軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪嚙合把動(dòng)力傳到另一齒輪，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)齒輪內(nèi)圈上的螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)，最后，達(dá)到帶動(dòng)螺桿（也即螺紋型芯）轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋型芯一邊旋轉(zhuǎn)一邊退出型腔，從而達(dá)到抽芯的目的。
在此要注意的是，因?yàn)閮尚托驹谕恢本€上，相反方向上同時(shí)退出，為此，在設(shè)計(jì)齒輪嚙合時(shí)時(shí)，在另一對(duì)齒輪處要加上一個(gè)中間齒輪，才能達(dá)到同時(shí)相反方向上抽出的效果。
第六節(jié) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射成型時(shí)，模具溫度直接影響塑料填充和塑料制品的質(zhì)量，也影響注射周期。因此在使用模具時(shí)必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使模具溫度保持在一定范圍。
一 影響冷卻通道設(shè)計(jì)的因素
1、模具結(jié)構(gòu)形式。
2、模具的大小及成型投影面積。
3、塑料制品熔接痕的位置。
4、澆口和流道的布設(shè)及其結(jié)構(gòu)。
二 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
1、冷卻通道離凹模壁不能太遠(yuǎn)也不能太近，通常其邊距為10~20mm。
2、冷卻通道的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)與塑料制品的厚度相適應(yīng)。
3、冷卻通道不應(yīng)通過(guò)鑲塊和鑲塊接縫處。
4、冷卻通道內(nèi)不應(yīng)有存水和產(chǎn)生回流的部位，應(yīng)暢通無(wú)阻，冷卻通道直徑一般為9~12mm。
5、 凹模凸模要分別冷卻，要保持冷卻平衡。
6、模具主流道部位常與注射機(jī)噴嘴接觸，是模具上溫度最高的部位，應(yīng)加強(qiáng)冷卻，在必要時(shí)單獨(dú)冷卻。
7、水管接頭的部位，要設(shè)置在不影響操作的方向，通常朝向注射機(jī)的背面。
8、水管與水嘴連接處必須密封。
9、復(fù)式冷卻循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)并聯(lián)而不應(yīng)串聯(lián)。
10、進(jìn)出口冷卻水溫差不宜過(guò)大，避免造成模具表面冷卻不均勻。
三 冷卻系統(tǒng)的形式
冷卻通道的布局，應(yīng)根據(jù)塑料制品形狀及其所需冷卻溫度的要求而定。冷卻通道的形式有直通式、圓周式、多級(jí)式、螺旋式、循環(huán)式及噴流式等。本設(shè)計(jì)采用直通式冷卻通道。
四 冷卻裝置設(shè)計(jì)
1 冷卻裝置的形式 冷卻裝置的形式有溝道冷卻裝置、管道冷卻裝置、導(dǎo)熱冷卻裝置等，本設(shè)計(jì)采用管道冷卻裝置。
2冷卻水管設(shè)計(jì)
由于此零件復(fù)雜，型芯較多，所以冷卻管道的孔數(shù)設(shè)計(jì)為5個(gè)。
選取模具凹模冷卻水管直徑d=16mm
其余冷卻水管直徑d=10mm
在模具上的分布情況見(jiàn)模具的裝配圖。
第七節(jié) CAD/CAM部分
在此部分，設(shè)計(jì)要求用CAM軟件對(duì)上下模型腔進(jìn)行銑削模擬加工，生成刀具路徑。
在此，采用了北京北航海爾軟件公司出的CAXA制造工程師軟件。CAXA制造工程師是具有卓越工藝性的數(shù)控編程軟件。它高效易學(xué)，為數(shù)控加工行業(yè)提供了從造型、設(shè)計(jì)到加工代碼生成、加工仿真、代碼校驗(yàn)等一體化的解決方案，是數(shù)控機(jī)床真正的“大腦”。它主要有拉伸、旋轉(zhuǎn)、導(dǎo)動(dòng)、放樣、倒角、圓角、打孔、分模等特征造型方式，可以將二維的草圖輪廓快速生成三維實(shí)體模型。CAXA制造過(guò)程師提供了軌跡仿真手段以檢驗(yàn)數(shù)控代碼的正確性?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)體真實(shí)感仿真模擬加工過(guò)程，展示加工零件的任意截面，確保加工正確無(wú)誤。
一、模型生成
根據(jù)零件的具體尺寸，先畫(huà)出二維的草圖，再通過(guò)拉伸等特征造型方式，將草圖輪廓生成三維實(shí)體模型。
二、分模
建立型腔，選擇分型面，對(duì)所構(gòu)建的模型分模。生成型芯、型腔。
三、銑削模擬加工，生成刀具路徑
選擇刀具和加工參數(shù)，對(duì)所生成的刀具路徑進(jìn)行仿真模擬加工。最后對(duì)對(duì)刀具路徑進(jìn)行后置處理，生成NC文件。
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設(shè)計(jì)心得體會(huì)
經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的緊張而又忙碌的畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己深感在設(shè)計(jì)過(guò)程中受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年中所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)一次系統(tǒng)的總結(jié)、復(fù)習(xí)；有機(jī)地檢驗(yàn)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)水平、實(shí)踐能力，以及自己動(dòng)手分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。并在此過(guò)程中提出改進(jìn)的方法，為以后在實(shí)際的生活及生產(chǎn)中解決具體問(wèn)題提供了一個(gè)良好的契機(jī)。在設(shè)計(jì)中，從最初的接觸到設(shè)計(jì)課題，查找有關(guān)設(shè)計(jì)資料，查閱有關(guān)設(shè)計(jì)圖冊(cè)，到最初形成自己的設(shè)計(jì)思想，可以說(shuō)每一個(gè)過(guò)程都是自己設(shè)計(jì)思想的升華，從最初的遇到難題到動(dòng)手查找資料，以及最終解決問(wèn)題，在此過(guò)程培養(yǎng)了自己理解，消化的能力。更加拓展了自己的知識(shí)視野，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的飛躍，為以后走上工作崗位打下了良好，堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
此外，在設(shè)計(jì)中，有時(shí)自己的思路很容易受到自己知識(shí)能力的限制，于此，本人更加清醒地意識(shí)到自己知識(shí)的不全面，更堅(jiān)定了學(xué)習(xí)的決心。
最后，我謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師趙侖、劉璨以及其它指導(dǎo)教師表示我最衷心的感謝！
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