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1 緒論
1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具是大批量生產(chǎn)各種產(chǎn)品和日用生活品的重要工藝裝備，它以其特定的形狀通過一定的方式使原料成型。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量及款式的要求越來越高。為了滿足人類的需要，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都十分重視模具技術(shù)的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高模具制造水平，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
研究和發(fā)展模具技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有特別重要的意義。模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位將日益提高，并在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。也可以看到模具工業(yè)地位之重要。
1.2 塑料模塑成型技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
塑料模塑成型工藝及塑料模技術(shù)的發(fā)展與整個(gè)塑料工業(yè)的發(fā)是分不開的。塑料工業(yè)是新興的產(chǎn)業(yè)之一。自1909年實(shí)現(xiàn)以純粹化學(xué)合成方法生產(chǎn)酚醛塑料算起，世界塑料工業(yè)的崛起僅僅有90余年的歷史。塑料工業(yè)發(fā)展歷史雖然很短，但發(fā)展速度相當(dāng)驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1935年全世界塑料產(chǎn)量只有20 萬t，1950年為150萬t，1960年達(dá)677萬t，1970年達(dá)3000萬t,1981年達(dá)6000多萬t，1990年猛增至9896。4萬t，1998年達(dá)到14000萬t。預(yù)計(jì)今后將以每8年翻一番的增長速度持續(xù)高速發(fā)展。
隨著塑料產(chǎn)量的提高和品種的增多以及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，促進(jìn)了塑料成型工藝、塑料成型設(shè)備和塑料模具的不斷發(fā)展。塑料成型模具是塑料模塑成型關(guān)鍵的工藝裝備。這是因?yàn)樵诂F(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，正確的加工工藝、高效率的設(shè)備、先進(jìn)的模具是影響塑料制品生產(chǎn)的三大重要因素，而塑料模對(duì)塑料模塑工藝的實(shí)現(xiàn)，保證塑料制品的形狀、尺寸及公差起著極重要的作用，高效率全自動(dòng)的設(shè)備只有配備了適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的塑料模才可能發(fā)揮其效能；產(chǎn)品的更新也是以模具的制造和更新為前提。目前，對(duì)塑料制品的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量的要求愈來愈高，因而對(duì)塑料模的需求也愈來愈迫切?？梢娝芰夏Ｔ谀＞吖I(yè)中是極其重要，塑料模成型發(fā)展動(dòng)向：
1、模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
2、模具檢測(cè)、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
3、快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)
4、模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
5、模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
1.3 我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
近兩年，我國模具技術(shù)有了很大的提高，生產(chǎn)的模具有些已接近或達(dá)到國際水平，2003年模具出口3.4億美元，比上年增長34%。中國現(xiàn)有模具企業(yè)2萬多家，從業(yè)人員50多萬人。由于近年市場(chǎng)需求的強(qiáng)大拉動(dòng)，中國模具業(yè)高速發(fā)展，市場(chǎng)廣闊，產(chǎn)銷兩旺。1996年至2002年間，年均增長14%，2003年達(dá)到25%，廣東、江蘇、浙江、山東等模具發(fā)達(dá)地區(qū)增長都在25%以上，其中廣東省模具生產(chǎn)企業(yè)已有6000余家，年產(chǎn)值超過150億元。
近年來，我國模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步主要表現(xiàn)在：
1)研究開發(fā)了模具新鋼種及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等新材料，并采用了一些新的熱處理工藝，延長了模具的使用壽命。
2）研究開發(fā)了一些多工位級(jí)進(jìn)模和硬質(zhì)合金模等新產(chǎn)品，并根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)
需要研制了一批精密塑料注射模。
3)研究開發(fā)了一些模具加工新技術(shù)和新工藝，如三維曲面數(shù)控、仿形加工；模具表面拋光、表面皮紋加工及皮紋輥制造技術(shù)；模具鋼的超塑性成形技術(shù)和各種快速制模技術(shù)等。
4)模具加工設(shè)備已得到較大發(fā)展，國內(nèi)已能批量生產(chǎn)精密坐標(biāo)磨床、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）銑床、CNC電火花線切割機(jī)床和高精度電火花成形機(jī)床等。
5)模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（模具CAD/CAM/CAE）已在國內(nèi)開發(fā)和應(yīng)用。
雖然我國的模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進(jìn)口模具。其原因是：
1）專業(yè)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化程度低。
2）模具品種少，生產(chǎn)效益低、經(jīng)濟(jì)效益較差。
3）模具生產(chǎn)制造周期長、精度不高、制造技術(shù)落后。
4）模具壽命短，新材料使用量少。
5）模具生產(chǎn)力量分散、管理落后。
現(xiàn)代模具與傳統(tǒng)模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能達(dá)到技術(shù)要求。當(dāng)前整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。為適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發(fā)展趨勢(shì)：
1) 愈來愈高的模具精度
2) 趨大型化的模具
3) 應(yīng)用熱流道技術(shù)
4 )步發(fā)展多功能復(fù)合模具
5) 增多高檔次模具
6) 步增多氣輔模具及高壓注射成型模具
7) 塑料模具比例
8) 擠壓模及粉末鍛模
9) 廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件
10）速制造模具
2 塑件的工藝分析
2.1分析塑件使用材料的種類及工藝特征
該塑件材料選用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）具有比聚苯乙烯更好的工藝性能和使用性能。ABS是一種具有良好的綜合性能的工程材料。
比重:1.05克/立方厘米 燃燒鑒別方法：連續(xù)燃燒、藍(lán)底黃火焰、有黑煙、淺金盞草味,溶劑實(shí)驗(yàn)：環(huán)已酮可軟化，芳香溶劑無作用。
特點(diǎn)：
1、綜合性能較好,沖擊強(qiáng)度較高,化學(xué)穩(wěn)定性,電性能良好.
2、與372有機(jī)玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理.
3、有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明等級(jí)別。
4、流動(dòng)性比HIPS差一點(diǎn)，比PMMA、PC等好，柔韌性好。
5、用途：適于制作一般機(jī)械零件,減磨耐磨零件,傳動(dòng)零件和電訊零件.
6、同PVC（聚氯乙烯）一樣在屈折處會(huì)出現(xiàn)白化現(xiàn)象。
成型特性：
1.無定形料,流動(dòng)性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時(shí)間預(yù)熱干燥80-90度,3小時(shí).
2.宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度).對(duì)精度較高的塑件,模溫宜取50-60度,對(duì)高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60-80度.
3、如需解決夾水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變?nèi)胨坏确椒ā?
4、如成形耐熱級(jí)或阻燃級(jí)材料，生產(chǎn)3-7天后模具表面會(huì)殘存塑料分解物，導(dǎo)致模具表面發(fā)亮，需對(duì)模具及時(shí)進(jìn)行清理，同時(shí)模具表面需增加排氣位置。
ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的聚合物，它將PS，SAN，BS的各種性能有機(jī)地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象。
ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學(xué)藥品性、染色性，散熱性（現(xiàn)在ABS工程塑料的工藝已經(jīng)很成熟了，筆記本電腦只要內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，同樣可以有出色的散熱效果。)
成型加工和機(jī)械加工較好。ABS樹脂耐水、無機(jī)鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。
ABS工程塑料的缺點(diǎn)：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。
ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤。密度為1.02~1.05g/cm3。ABS有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機(jī)鹽、堿和酸類對(duì)ABS幾乎無影響。ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會(huì)軟化溶脹。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易與成型加工，經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。ABS的缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70oC左右，熱變形溫度為93oC左右，且耐氣候性差，在紫外線作用下易發(fā)脆。ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力高，故塑件上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量少澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對(duì)收縮率影響極小。
ABS主要技術(shù)指標(biāo)：
表2.1 熱物理性能
密度(g/ cm3)
1.02—1．05
比熱容(J·kg-1K-1)
1255—1674
導(dǎo)熱系數(shù)
(W·m-1·K-1×10-2)
13.8—31.2
線膨脹系數(shù)
(10-5K-1)
5.8—8.6
滯流溫度(°C)
130
表2-2 力學(xué)性能
屈服強(qiáng)度（MPa）
50
抗拉強(qiáng)度(MPa)
38
斷裂伸長率(﹪)
35
拉伸彈性模量(GPa)
1.8
抗彎強(qiáng)度(MPa)
80
彎曲彈性模量(GPa)
1.4
抗壓強(qiáng)度(MPa)
53
抗剪強(qiáng)度(MPa)
24
沖擊韌度
(簡(jiǎn)支梁式)
無缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺 口
11
2.2 塑料的成型性能
ABS注塑成塑件時(shí)，由于熔體粘度高，所需的注塑壓力較高，因此塑件對(duì)型芯的包緊力較大。塑件尺寸中等，整體結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單.多數(shù)都為曲面特征。除了配合尺寸要求精度較高外，其他尺寸精度要求相對(duì)較低，但表面粗糙度要求較高，再結(jié)合其材料性能，故選一般精度等級(jí)：5級(jí)。
2.3 工藝性分析
為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用側(cè)澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面處，澆口橫向開設(shè)在模具的型腔處，從塑料件側(cè)面進(jìn)料，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量與美觀效果。
塑件的工藝參數(shù)：
干燥條件：80-90℃ 2小時(shí)
成型收縮率:0.4-0.7%
模具溫度：25-70℃（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）
融化溫度：210-280℃（建議溫度：245℃）
成型溫度：200-240℃
注射速度：中高速度
注射壓力：500-1000bar
3 注射機(jī)的選擇
3.1塑件體積的計(jì)算
塑件：
圖3.1 塑件
3.2 計(jì)算塑件的質(zhì)量
根據(jù)三維模型，利用三維軟件直接可查詢到澆注系統(tǒng)的體積 零件塑件的體積 V1=110.9cm。
查手冊(cè)取密度ρ=1.05g/cm 塑件體積：V1=110.9cm
所以，塑件的重量為：M=V1×ρ=110.9cm ×1.05=116.4g
3.3 初步確定型腔數(shù)目
根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此塑料產(chǎn)品在模具中的扣置方式有兩種:一種是將塑料制品的回轉(zhuǎn)軸線與模具中主流道襯套的軸線垂直；另一種是將此塑料制品的中心線與模具中主流道襯套的軸線平行。這里擬采用第一種方式，1模1件的結(jié)構(gòu)。
3.4 注塑機(jī)的選擇
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說法有:
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
由于該模具擬定采用一模一腔，根據(jù)制件的體積，為了充分發(fā)揮設(shè)備的能力又能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，有模具成型工藝與模具設(shè)計(jì)[Ｍ]可初定注塑機(jī)為GS54-S200/400,主要技術(shù)參數(shù)如下表3.2。
表3.2 GS54-S200/400型注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
結(jié)構(gòu)類型
臥
注射方式
螺桿
額定注射量cm3
200~400
鎖模力KN
2540
螺桿直徑mm
55
最大成型面積mm2
645
注射壓力MPa
109
最大開模行程
260
注射行程mm
160
噴嘴孔直徑mm
4
3.5 注塑機(jī)的校核
3.5.1 注射量的校核
為了確保塑件的質(zhì)量及注塑機(jī)的充分利用，注塑模一次成型的塑件體積應(yīng)在公稱注塑體積的50%~80范圍內(nèi)因此V1=200×0.5=100cm3; V2=400×0.8=320cm3;2V=2×116.4=232.8cm3。V1≤2V ≤V2；滿足要求。
3.5.2 鎖模力的校核
可按下式校核鎖模力
(3.1)
--注射時(shí)型腔壓力 查參考文獻(xiàn)得 113MPa
--塑件在分型面上的投影面積22.5
--澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積0.0.2
F—注塑機(jī)的額定鎖模力2540KN
將數(shù)據(jù)代入公式得：F=2540KN≥243.5KN。所以滿足要求。
3.5.3 模具閉合高度的確定
組成模具閉合高度的模板及其他零件的尺寸有：定模座板H4=60mm；定模板A=60mm；型芯固定板B=50mm；支撐板H2 =60mm；墊塊C=120mm；動(dòng)模座板H1=35mm。則該模具的閉合高度為：
H=+A+B++C+=60+60+50+60+120+35=325mm （3.2）
3.5.4 模具閉合高度的校核
由于該注塑機(jī)所允許的模具最小厚度=165mm；模具最大厚度=406mm。因計(jì)算得模具的閉合高度H=325mm，所以模具的閉合高度滿足： ≤H≤。
3.5.5 模具合模行程的校核
該注塑機(jī)的最大合模行程=260mm。為使塑件成型后順利脫模，并結(jié)合該模具的雙峰型面的特點(diǎn)，確定該模具的合模行程應(yīng)滿足下式的要求：
＞++a+（5～10）mm=35+60+30+9=134mm （3.3）
式中 —塑件所用的脫模距離（mm）；
—塑件的高度（mm）；
a—取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度（mm）。
因＝260mm＞134mm，故滿足要求。
3.4 按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目
根據(jù) （3.4）
得 (3.5)
注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8;
注射機(jī)最大注射量400cm3;
澆注系統(tǒng)凝料量，2.2cm3；
單個(gè)塑件體積或質(zhì)量，110.9cm3；
代入數(shù)據(jù)可得n=1
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)及尺寸精度要求,該塑件在注射時(shí)采用1模1腔 如下圖3.3
圖3.3 澆注示意圖
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：澆口位置應(yīng)盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時(shí)澆口的清理；澆口位置距型腔各個(gè)部位的距離應(yīng)盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應(yīng)保證塑料流入型腔時(shí)，對(duì)著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時(shí)直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產(chǎn)生熔接痕,或使其熔接痕產(chǎn)生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應(yīng)使塑料在流入型腔時(shí),能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
4.1 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是連接注射機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機(jī)在同一軸上，斷面為圓形，且有一定的錐度 。據(jù)所選用的注射機(jī)，差得噴嘴前段孔徑：；噴嘴前段球面半徑：。為了使熔料從噴嘴完全進(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(duì)接。由文獻(xiàn)可知模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
R=+（1～2）（mm） （4.1）
D=+（0.5～1）（mm） （4.2）
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具處到分流道為止。塑料熔體，流動(dòng)通道，根據(jù)選用型號(hào)注射機(jī)的相關(guān)尺寸得
噴嘴前端孔徑：d0=4mm； 噴嘴前端球面半徑：R0=12mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系
R=+（1～2）（mm） （4.1）
D=+（0.5～1）（mm） （4.2）
取主流道球面半徑：R=11mm；
取主流道小端直徑：d=4.5mm
為了便于將凝料從主流道中取出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，起斜度為2~6°，此處選用2°，經(jīng)換算得主流道大端直徑為7.33MM。
圖4.1 主流道示意圖
4.2 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其作用有兩個(gè)：一是塑料熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。
根據(jù)對(duì)該塑件結(jié)構(gòu)的分析，前結(jié)合以確定的分型面位置，選擇點(diǎn)澆口的進(jìn)料方式。根據(jù)澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動(dòng)距離，避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷，澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚處等要求。采用扇形澆口可以保持產(chǎn)品外觀精度。本設(shè)計(jì)采用邊緣澆口，邊緣澆口（又名為標(biāo)準(zhǔn)澆口、側(cè)澆口） 該澆口相對(duì)于分流道來說斷面尺寸較小，屬于小澆口的一種。邊緣澆口一般開在分型面上，具有矩形或近矩形的斷面形狀，其優(yōu)點(diǎn)是澆口便于機(jī)械加工，易保證加工精度，而且試模時(shí)澆口的尺寸容易修整，適用于各種塑料品種，其最大特點(diǎn)是可以分別調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和澆口封閉時(shí)間。
該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性:
①形狀簡(jiǎn)單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
②試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；
③能相對(duì)獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；
④對(duì)于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。
澆口設(shè)計(jì)如圖4.2
圖4.2 澆口示意圖
4.3冷料穴和拉料桿的設(shè)計(jì)
為避免流動(dòng)熔體前鋒冷料進(jìn)入型腔從而影響塑件的質(zhì)量，因此在主流道末端以及分分流道末端設(shè)置冷料穴。冷料穴是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔。這些冷料既影響熔體充填的速度，有影響成型塑件的質(zhì)量，另外還便于在該處設(shè)置主流道拉料桿的功能。注射結(jié)束模具分型時(shí)，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出機(jī)構(gòu)開始工作，將塑件和澆注系統(tǒng)凝料一起推出模外。本設(shè)計(jì)采用的是推桿形式Z字形拉料桿，工作時(shí)依靠Z字形勾將主流道凝料拉出澆口套，推出時(shí)，推出機(jī)構(gòu)帶動(dòng)拉料桿將主流道凝料推出模外，退出后由于勾子的方向性而不能自動(dòng)脫落，需要人工取出。
如下圖所示： 圖4.3 冷料穴示意圖
所以澆注系統(tǒng)如圖
4.4 澆注系統(tǒng)
5分型面的選擇
5.1 分型面的選擇設(shè)計(jì)原則
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)特性及塑料的脫模。
5.2分型面的形式
該塑件的模具只有一個(gè)分型面，垂直分型。
5.3 分型面的設(shè)計(jì)原則
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、形狀以及摧出方法、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(shí)應(yīng)綜合分析。
選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則：
1.分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處
2.確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模
3.保證塑件的精度
4.滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
5.便于模具制造加工
6.注意對(duì)在型面積的影響
7.對(duì)排氣效果
8.對(duì)側(cè)抽芯的影響
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可能全部滿足上述原則，一般應(yīng)抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面?？紤]以上原則該塑件有兩種分型方案。其分型面如圖4.2
圖5.1 分型面示意圖
6 模架的選擇和模具的設(shè)計(jì)
6.1 模架的選擇
根據(jù)本案設(shè)計(jì)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參考GB/T12555—2006《塑料注射模中小型模架》選擇標(biāo)準(zhǔn)模架的的型號(hào)：
模架 A 5050—60×70×120 GB/T12555—2006
確定模具尺寸為280×400 mm，A板厚度60mm，B板厚度70 mm，C板厚度120mm。
6.2 塑料模具材料的選擇
成型零部件的材質(zhì)直接關(guān)系到模具的質(zhì)量、壽命，決定著所成型塑料制品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量，必須十分慎重，一般要在合同規(guī)定及客戶要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)制品和模具的要求及特點(diǎn)選用。如果說材料的選擇是模具的靈魂，那么熱處理是材料的靈魂。熱處理是模具制造中的關(guān)鍵工藝之一，它直接關(guān)系到模具的制造精度、力學(xué)性能、使用壽命以及制造成本。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)用表明，在模具的全部失效形式中，由于熱處理不當(dāng)所引起的失效居于首位。在模具設(shè)計(jì)制造過程中，若能正確的選用材料，合理的選擇熱處理工藝，對(duì)充分發(fā)揮材料的潛在性能、減少能耗、降低成本、提高模具的質(zhì)量和使用壽命其重大作用。
由于該制件對(duì)外觀質(zhì)量無特殊要求，成型材料對(duì)鋼材亦無特殊要求，并且該制件的形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)量不高，考慮其經(jīng)濟(jì)性。因此模具的型腔和型芯均可選用國產(chǎn)塑料模具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。即選擇國產(chǎn)S50C鋼。非成型零部件材料選用參照模架標(biāo)準(zhǔn)即可。
6.3 型腔、型芯工作尺寸計(jì)算
ABS塑料的收縮率是0.3%~0.8%
平均收縮率: =（0.3%~0.8%）/2=0.55%
型腔內(nèi)徑： =255.27mm
型腔深度： =15.69mm
型芯外徑： =251.25mm
型芯深度： =12.15mm
型腔徑向尺寸（mm ）;
- 塑件外形基本尺寸（mm）;
-塑件平均收縮率；
-塑件公差
-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6；
-塑件內(nèi)形基本尺寸（ mm）;
-型芯徑向尺寸（mm）;
-型腔深度（mm）；
-塑件高度（mm）
-型芯高度（mm）；
-塑件孔深基本尺寸（mm）；
型腔：鋼材選用S50C，使用數(shù)控精雕及電火花加工成型
型芯：鋼材選用S50C，使用數(shù)控精雕及電火花加工成型
6.4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.4.1導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：1.定位作用；2.導(dǎo)向作用；3.承受一定的側(cè)向壓力導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長度應(yīng)比凸模端面的高度高出8~12 cm，以免出現(xiàn)導(dǎo)柱末導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔的情況。 導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺(tái)形，以使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔。導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面和堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用S50C鋼（經(jīng)表面滲碳淬火處理），硬度為50—55HRC。
6.4.2 導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
用與導(dǎo)柱相同的材料制造導(dǎo)套，其硬度應(yīng)略低與導(dǎo)柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導(dǎo)柱或?qū)桌?。為使?dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)套的前端應(yīng)倒圓角。導(dǎo)向孔作成通孔，以利于排出孔內(nèi)的空氣。
6.4.3 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注塑模中的脫模機(jī)構(gòu)可以在注塑的每一個(gè)循環(huán)中將塑件從型腔內(nèi)或型芯上自動(dòng)的脫出模外。推桿脫模機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用廣泛，是脫模機(jī)構(gòu)的典型型式，它一般包括推桿、拉料桿、復(fù)位桿、推桿固定板等組成，當(dāng)開模到一定距離時(shí)，注塑機(jī)推出裝置推動(dòng)推板并帶動(dòng)所有推桿、拉料桿和復(fù)位桿一道前進(jìn)，將塑件和澆注系統(tǒng)一起推出模外。合模時(shí)復(fù)位桿首先與定模邊的分型面相接觸，而將推板和所有的復(fù)位桿一道推回原位。
根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn)， 模具型腔在定模部分，型心在動(dòng)模部分。其推出機(jī)構(gòu)可采用推桿推出機(jī)構(gòu)、推件板推出機(jī)構(gòu)。
推桿的位置選擇在脫模阻力最大的地方，塑件各處的脫模阻力相同時(shí)需均勻布置，以保證塑件推出時(shí)受力均勻，塑件推出平穩(wěn)和不變形。根據(jù)推桿本身的剛度和強(qiáng)度要求，推桿裝入模具后，起端面還應(yīng)與型腔底面平齊或高出型腔0.05—0.1cm.
6.4.4 推件力的計(jì)算
對(duì)于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計(jì)算，并確定其脫模力（Q）：
(6.1)
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力，一般取7.8——11.8MPa；
--磨擦系數(shù)，一般取0.1~1.2；
--脫模斜度；
L=789.33MM H=12.15MM
Q=789.33MM*12.15MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)=959.04 (N)
6.4.5 推桿的設(shè)計(jì)
①推桿的強(qiáng)度計(jì)算 查《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)之二》由式5-97得
d=（） (6.2)
d——圓形推桿直徑cm
——推桿長度系數(shù)≈0.7
l——推桿長度cm
n——推桿數(shù)量
E——推桿材料的彈性模量N/(鋼的彈性模量E=2.1107N/)
Q——總脫模力
取 D=12MM。
②推桿壓力校核 查《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》式5-98
= (6.3)
取320N/mm2
< 推桿應(yīng)力合格，硬度HRC50～65
6.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注塑模具型腔壁的溫度高低及其均勻性對(duì)成型效率和制品的質(zhì)量影響很大，一般注入模具的塑料熔體的溫度為200～300℃，而塑件固化后從模具中取出的溫度為60～80℃以下，視塑料品種不同有很大差異。為了調(diào)節(jié)型腔的溫度，需在模具內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，通過模溫調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的溫度。
高溫塑料熔體在模具型腔內(nèi)凝固并釋放熱量，模具內(nèi)存在著一個(gè)合適的溫度分布，使制品的質(zhì)量達(dá)到最佳。模具溫度調(diào)節(jié)對(duì)制品質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）變形，模具溫度穩(wěn)定、冷卻速度均衡可以減小制品的變形；
2)尺寸精度，利用模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模具溫度的恒定，能減小制品成形收縮率的波動(dòng)，提高制品尺寸精度的穩(wěn)定性；
3）力學(xué)性能，從減小制品應(yīng)力開裂的角度出發(fā)，降低模溫是有利的；
4）表面質(zhì)量，提高模具溫度能夠改善制品表面質(zhì)量，過低的模溫會(huì)使制品輪廓不清晰并產(chǎn)生明顯的融接痕，導(dǎo)致制品表面粗糙度過大。
冷卻水回路布置的基本原則： a) 冷卻水道應(yīng)盡量多，b) 截面尺寸應(yīng)盡量大； c) 冷卻水道離模具型腔表面的距離應(yīng)適當(dāng)； d) 適當(dāng)布置水道的出入口； e) 冷卻水道應(yīng)暢通無阻； f) 冷卻水道的布置應(yīng)避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位； 由以上原則我們可以確定冷卻水道的布置情況，以及冷卻水道的截面積
澆注系統(tǒng)中的分流道布置如圖所示，采用非平衡式布置，從主流道末端到每個(gè)澆口的距離不相等，但是分流道的截面形狀和尺寸大小完全相同，這樣的設(shè)計(jì)可以使進(jìn)人每—型腔的流程最短，減少了熱量散失，縮小了模具的體積，對(duì)于該小型什的注射成型來說，并不影響制品的使用性能。分流道的橫截面形狀為梯形，澆口的類型采用側(cè)澆口。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于成型小型件的1模多腔模具來說是十分重要的。如果冷卻不好或冷卻不均勻，必然導(dǎo)致收縮不均勻，特別是非平衡式分流道的結(jié)構(gòu)。放為了使冷卻效果好，在模具的定模型腔板和動(dòng)模利腔板內(nèi)開沒了如圖所示的水道，橫向穿過這兩塊模板，這樣使塑件各處的冷卻均勻，模具的模溫均勻設(shè)定模具平均工作溫度為 ，用常溫 的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為 30度。
6.5.1 確定冷卻水道直徑
查表3-26得ABS的單位流量為： 依據(jù)塑件體積可知所需的冷卻水管直徑較小。設(shè)計(jì)冷卻水道直徑為12mm符合要求。
圖6.1 冷卻水示意
6.6 模具排氣槽的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料熔體充填型腔時(shí)，必須順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的氣體。如果氣體不能被順利排出，塑料會(huì)由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產(chǎn)生高溫，使塑料焦化。特別是對(duì)大型塑件、容器類和精密塑件，排氣槽將對(duì)它們的品質(zhì)帶來很大的影響，對(duì)于在高速成行中排氣槽的作用更為重要。我們的塑件并不是很大，而且不屬于深型腔類零件，因此本方案設(shè)計(jì)在分型面之間、推桿預(yù)模板之間及活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣，間隙值取0.04㎜。
7 模具和動(dòng)定模的裝配
7.1 模具的裝配
模具裝配是模具制造過程的最后階段，裝配質(zhì)量的好壞將影響模具的精度、壽命及各個(gè)部分的功能。要制造出一副合格的模具，除了要保證零件的加工精度外，還必須做好裝配工作。模具的總裝圖如圖6.1所示。
圖7.1模具裝備圖
7.2 動(dòng)模裝備
7.2.1 裝配型芯
將型芯采用壓入法裝入型芯固定板，并用砂輪磨平其凸出的端面，然后，將動(dòng)模板和型芯固定板合攏，在動(dòng)模板上涂上紅粉后，在其上確定導(dǎo)柱孔和穩(wěn)固螺釘?shù)奈恢?，取下型芯固定板后加工出?dǎo)柱和螺紋孔；將動(dòng)模座板、動(dòng)模板、型芯固定板以側(cè)面為基準(zhǔn)，調(diào)整好型芯位置后合攏在一起夾緊，找正好螺釘孔位，然后在其上加工螺紋孔，繼而在支架和動(dòng)模坐板上加工加工出螺紋孔。
7.2.2 制作推桿孔
通過型芯上的推桿孔，在動(dòng)模板上鉆錐窩，卸下型芯，按出動(dòng)模半上的推桿孔，再用平行夾頭將推桿和動(dòng)模板夾緊，通過動(dòng)模板推桿固定板上的推桿孔。
7.2.3 裝配推桿
將推板與固定板疊合，限位螺釘過孔和推桿固定板上的螺紋攻螺紋，推桿裝入固定板后蓋上推板用螺釘緊固，并將其裝入動(dòng)模，然后檢查和修模推桿的端面。
7.3 定模的裝配
7.3.1 定模板和導(dǎo)套的裝配
用壓入法將導(dǎo)套裝入到定模板，并用砂輪磨平凸出的平面。
7.3.2 定模和定模座板的裝配
在定模和定模座板裝配前，澆口套和定模座板已裝配合格，因此，可直接將定模板和定模座板疊合，使?jié)部谔咨系臐驳揽缀蜔崃鞯腊搴投０迳冲亙?nèi)的澆到對(duì)正，用平行夾頭夾緊，通過定模座板孔在定模上預(yù)鉆螺紋底孔并配鉆，后將其拆開，在定模上攻螺紋，螺紋加工好后，再將定模板和定模座板疊合。
總結(jié)
畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種管道的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。
通過這三個(gè)月以來的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，不僅是對(duì)我學(xué)習(xí)的總結(jié)和回顧，我學(xué)到很多東西，也成長了很多，相信我一定會(huì)在以后的工作中用到。同時(shí)也讓我深深體會(huì)到自身存在的許多不足之處，這也是今后在社會(huì)上學(xué)習(xí)的一種動(dòng)力，我將會(huì)不斷地學(xué)習(xí)，不斷的充實(shí)自己。由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，設(shè)計(jì)過程中遇到許多的問題，在老師的督促指導(dǎo)下，以及一起搞設(shè)計(jì)的同學(xué)們的幫助下予以解決。
至此，感謝學(xué)校，感謝王宗才老師們對(duì)我的諄諄教導(dǎo)。還要感謝宿舍同學(xué)，是大家營造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在做設(shè)計(jì)的過程中互幫互助，使我的CAD和PRO/E的應(yīng)用能力和操作熟練程度有了很大提高，同時(shí)較全面的掌握了Word的編輯功能；使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。，讓我充實(shí)的度過了大學(xué)生活，你們的教誨將是我最寶貴的財(cái)富。最后，感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)和耐心教誨，并感謝所有教師和我的同學(xué)們祝你們身體健康工作順利。
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