計算器上蓋注塑模具設計（全套含CAD圖紙）,計算器,注塑,模具設計,全套,cad,圖紙 第 49 頁 計算器上蓋注塑模具設計 摘要 塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，因而注塑模具得到飛速發(fā)展，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。本設計題目是計算器上蓋模具設計，介紹了注塑成型的基本原理，特別是單分型面注塑模具的結構與工作原理；詳細介紹了注射模具澆注系統(tǒng)、成型零件和頂出系統(tǒng)的設計過程。澆注系統(tǒng)主要對澆口道、主流道和分流道進行了設計；成型零件主要對凹模結構和工作尺寸進行了設計和計算，并對兩處側抽芯機構進行了重點分析和設計，這里采用了成型斜頂桿和橡膠完成，并對脫模力進行了計算，然后對模具強度要求、鎖模力、最大注射量等做了校核；最后使用SolidWorks軟件對模具的零件進行實體造型，同時完成了注射插裝式控制回路的PLC設計。 關鍵字：成型零件；澆注系統(tǒng)；導向機構；注塑模具 Injection Mould Design of Calculator Cover Abstract The plastics industry is one of the fastest growing industrial branches in the world, so that the injection molds have rapid development, therefore, of molds reserchment about plastics production process and improve product quality have great significance. This topic is the calculator on the cover of the mould design, describes the basic principles of injection molding, especially single-parting molds structure and works; details the injection mold casting system, forming parts and ejection system design process. Casting system is mainly on gate road, mainstream road and branching channels design; prototyping part mainly on die structure and working size design and calculation, and two lateral pulling mechanism focused analysis and design, here is some oblique top rail and rubber, and stripping force computed, and on tooling strength requirements, clamping force, maximum volume and so do check; last use SolidWorks software on mould parts solid modeling, and completed the injection cartridge PLC control circuit design. Keywords：forming parts; ejection system; guiding-mechanism; injection molding 目 錄 摘要 I Abstract II 1緒論 1 1.1塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用 1 1.2塑料模具生產(chǎn)向信息化發(fā)展 2 1.3注射成型 2 1.4本次設計的目的 4 2塑件的工藝性分析 5 2.1制品的結構分析 5 2.2塑料成型特點 5 2.3塑件成型的工藝參數(shù) 6 2.4初選注塑機 7 3成型零件的設計 8 3.1成型零件應具備的性能 8 3.2成型零件的結構設計 8 3.2.1凹模的結構設計 8 3.2.2抽芯機構的設計 9 3.2.3成型斜頂桿的設計 10 3.3塑料制品在模具中的位置 11 3.3.1一模兩腔及其排列方式 12 3.3.2分型面的選擇 12 3.4成型零件的工作尺寸計算 13 3.4.1型腔的尺寸計算 13 3.4.2型芯/凸模的成型尺寸 14 3.4.3型芯中心到成型面距離 16 3.5成型壁厚和底板厚度計算 16 3.5.1型腔側壁厚度的計算 17 3.5.2型腔底板厚度的計算 17 4澆注系統(tǒng)的設計 19 4.1澆口的設計 19 4.2主流道的設計 20 4.3分流道的設計 20 4.4排氣系統(tǒng)的設計 21 5脫模機構的設計 22 5.1脫模機構的構成與功能 22 5.1.1脫出機構與取出機構的設計 22 5.2脫模力的計算 23 6導向機構的設計 26 6.1導向機構的作用 26 6.2導柱導向機構 26 6.3導柱在模板上的布置 27 7冷卻系統(tǒng)的設計 29 7.1冷卻水道的設計原則 29 7.2定模上冷卻水道的設計 29 7.3動模上冷卻水道的設計 30 8注塑模與注塑機的關系 31 8.1最大注塑量的校核 31 8.2鎖模力的校核 31 8.3最大注射壓力的校核 32 8.4注塑機安裝模具部分的尺寸校核 32 8.4.1定位環(huán)的尺寸 32 8.4.2模具厚度 33 8.4.3模具的外形尺寸 33 8.5最大開模行程的校核 33 9模具的經(jīng)濟性分析 34 10典型零件的實體造型 36 10.1使用SolidWorks對零件進行實體造型 36 11注射/預塑插裝式控制回路的PLC設計 42 結束語 47 致謝 48 參考文獻 49 1緒論 1.1塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用 塑料制品在國民經(jīng)濟各個領域的應用非常廣泛。絕大多數(shù)塑料制品都是用一定形式的模具生產(chǎn)的。出于塑料具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制件可加工成任意形狀而且具有生產(chǎn)率高、價格低廉等特點，所以應用日趨廣泛，年增長居四大工業(yè)材料之首。已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門。 塑料工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應運而生的新興工業(yè)，同時又是一個飛速發(fā)展的工業(yè)領域。從20世紀30年代前后開始研制至今，塑料作為一種新的工程材料不斷被開發(fā)應用，到目前塑料工業(yè)已實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)工藝自動化，不斷開拓出功能塑料的新領域。隨著機械工業(yè)、電子工業(yè)、航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日用品工業(yè)的發(fā)展，塑件的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，這就要求成型塑料模具的開發(fā)、設計與制造水平也必須越來越高。因此，塑料模具設計水平的高低、制造能力的強弱及模具質(zhì)量的優(yōu)劣，都直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著各種產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟效益的增長以及整體工業(yè)水平的提高［1］。 塑料模具在我國國民經(jīng)濟中的重要性，表現(xiàn)在國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機械、電子、汽車、石油化工和建筑，都要求塑料模具的發(fā)展與之相適應，以滿足五大支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。以汽車、摩托車行業(yè)模具市場為例，在工業(yè)發(fā)達國家，汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場，其占整個模具市場的一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之—，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到明確。到20仍年，我國汽車年總需求量約300萬輛，汽車基本車型將達到170種，更新車型和改裝車型430種，而且汽車換型時間不斷縮短，轎車一般3~4年，輕型車4~5年，其它車型6~8年。汽車換型時約有80％的模具需要更換，一個型號的汽車，所需模具達幾千副，價值上億元。據(jù)介紹．到2005年，我國生產(chǎn)的各類汽車模具只能滿足規(guī)劃需要量的50％左右。1997年我國摩托車產(chǎn)量超過1000萬輛，居世界第一。這其中共有14種排量，80多個車型，1000多個型號，到2000年生產(chǎn)能力達到2萬輛，每輛摩托車備模具近1000副，價值1000多萬元。所有這些，體現(xiàn)了塑料模具在國民經(jīng)濟中的重要性［2］。 1.2塑料模具生產(chǎn)向信息化發(fā)展 塑料制品在人們的日常生活及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域中得到日益廣泛的應用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，社會對塑料制品的需求愈來愈大，若要生產(chǎn)出較好的塑料制品，必須有先進實用的塑料模具，因此如何設計塑料模具就為有關專業(yè)工程技術人員所關注。 模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術及其它先進制造技術和虛擬網(wǎng)絡技術等，這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識。 隨著塑料產(chǎn)品在家電、電子、機械等產(chǎn)品和日常用品中的越來越廣泛應用，對塑料模具的設計和制造的要求也越來越高。傳統(tǒng)的手工設計與制造方式早已滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的需要。CAD／CAM技術的發(fā)展正適應了這種客觀實際的要求。 CAD/CAM技術可以顯著提高塑料產(chǎn)品和塑料模具的設計制造效率，提高設計制造質(zhì)量，減少試模修模時間，從而縮短從塑料產(chǎn)品設計、模具設計、模具制造到進行產(chǎn)品模塑生產(chǎn)的整個周期［3］。 1.3注射成型 塑料模具的分類方法很多，不同的塑料成型方法使用著原理和結構各不相同的塑料模具。按成型方法，可將塑料模具分為注射成型模具、壓制成型模具、傳遞成型模具、擠出成型模具，中空吹塑成型模具，真空、壓縮空氣成型模具，鑄塑模，泡沫塑料成型模具等。本文著重介紹注射成型模具。 注射成型的主要裝置就是注塑成型機和注射成型模具。 ⑴ 注塑成型機 注塑成型機可分為合模裝置與注射裝置?！『夏Ｑb置主要作用是實現(xiàn)模具開閉以及頂出制品。合模裝置可分為如圖所示的連桿式和直接利用油壓實行合模的直壓式。 注射裝置是使樹脂材料受熱融化后射入模具內(nèi)的裝置。如圖所示從料頭把樹脂擠入料筒中，通過螺桿的轉(zhuǎn)動將熔體輸送至機筒的前端。在那個過程中，在加熱器的作用下加熱使機筒內(nèi)的樹脂材料受熱，在加熱裝置是作用下使樹脂成為熔融狀態(tài)，將相當于成型品及主流道，分流道的熔融樹脂滯留于機筒的前端，螺桿的不斷向前將材料射入模腔。當熔融樹脂在模具內(nèi)流動時，須控制螺桿的移動速度（射出速度），并在樹脂充滿模腔后用壓力（保壓力）進行控制。當螺桿位置，注射壓力達到一定值時可以將速度控制切換成壓力控制。［4］ ⑵ 注射成型模具 注射成型模具又可稱注射模、注塑模。注塑成型（Injection Molding）是指，受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產(chǎn)，是重要的加工方法之一。注射成型過程大致可分為以下6個階段 ① 合模 ② 注射 ③ 保壓 ④ 冷卻 ⑤ 開模 ⑥ 制品取出 上述工藝反復進行，就可連續(xù)生產(chǎn)出制品。 注射成型不但能成型形狀復雜、精度高的塑件，而且生產(chǎn)效率高，自動化程度高，主要用于熱塑性塑料的成型，是熱塑性塑料成型的一種主要方法，也可用于熱固性塑料的成型。注射模在塑料模中占有很大的比例。 1.4本次設計的目的 本次的設計是我大學生涯的最后一次綜合性的課程設計；其目的就是通過一定工程實踐工作，將所學理論知識與工程實踐相結合，培養(yǎng)我們的綜合應用能力、獨立思考能力和解決工程問題能力。通過畢業(yè)設計可以培養(yǎng)我查閱資料、方案設計、參數(shù)確定、理論分析、設計計算分析及解決問題的能力，培養(yǎng)計算機繪圖軟件熟練使用能力及專業(yè)外語翻譯能力。這次我的設計是模具設計，它是一項很復雜的工作，它要求我們在掌握理論知識的基礎上要有更好的實踐經(jīng)驗。設計一副好的模具，其中牽涉到許多的內(nèi)容工藝，一套模具有多種工藝方案，在進行的比較中需要考慮的內(nèi)容，很有針對性，對我來說是一次很好的鍛煉機會，同時也為我今后的工作打下堅實的基礎。 2塑件的工藝性分析 2.1制品的結構分析 圖2.1為計算器上蓋的塑件結構圖?？梢钥闯銎浣Y構比較簡單，且屬于小型制品。該塑件的主要技術難度為制作尺寸為內(nèi)孔與塑件上部的凹槽，因為此兩處都需要進行側抽才能制造出來。根據(jù)器材的要求，零件的表面精度無須太高。制品的精度等級一般等級為4級。 圖2.1 計算器上蓋塑件圖 2.2塑料成型特點 ABS的中文化學名為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一種高結晶聚合物，具有較好的綜合性能, 較高的沖擊強度, 良好的化學穩(wěn)定性和電性能等特點，雖然流動性比HIPS差一點，但比PCC、PMMA、PC等材料好，并且柔韌性好，可在－40C～100C之間長期使用。但在注塑生產(chǎn)中也要考慮到它不利的特性，即它屬于聚合性塑料，熔點明顯，一旦達到熔點，溶體粘度迅速下降。當溫度超過一定限度或溶體受熱時間過長，則會引起材料的分解。ABS的計算收縮率為0.4~0.7%，一般取其平均值為0.5%。常溫下它的密度為1.05g/cm。 2.3塑件成型的工藝參數(shù) 表2.1塑料成型的工藝參數(shù) 塑料名稱 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(共聚) 縮寫 ABS 注射機類型 螺桿式 密度(g/cm3) 1.05 計算收縮率(%) 0.4~0.7 預熱 溫度/℃ 時間/h 80~85 2~3 料筒溫度/℃ 后段 中段 前段 150~170 165~180 180~200 噴嘴溫度/℃ 170~180 模具溫度/℃ 50~80 注射壓力/MPa 60~100 成型時間/s 注射時間 高壓時間 冷卻時間 總周期 20~90 0~5 20~120 50~220 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 30 適用注射機類型 螺桿式 2.4初選注塑機 根據(jù)塑料的品種、塑件的質(zhì)量、模腔的數(shù)目等注射工藝，可以初步選型號為SZ-200/1000的臥式注塑機。其主要的技術參數(shù)如表2.2所示： 表2.2 注塑機的主要技術參數(shù) 理論注射容積/ 210 螺桿直徑（mm） 42 注射速率（g/s） 110 注射壓力（MPa） 150 塑化能力（g/s） 14 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 10 ～250 鎖模力（kN） 1000 拉桿內(nèi)間距（mm） 315315 移模行程/mm 300 模具厚度（mm） max 350 min 150 模板行程（mm） 300 模具定位孔直徑（mm） 125 噴嘴球半徑（mm） 15 本次選擇的注塑機為初步選擇，待在后續(xù)設計中在對本次注塑機進行校核，若參數(shù)對于本模具不適合在另行選擇。 3成型零件的設計 3.1成型零件應具備的性能 由于成型零件的質(zhì)量直接影響到塑件的質(zhì)量，且與高溫高壓的塑料熔體接觸，所以必須具備以下性能： 1.具有足夠的強度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。 2.具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。 3.具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。 4.零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。 5.成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。 3.2成型零件的結構設計 3.2.1凹模的結構設計 凹模也稱陰模，它是成型塑件表面形狀的主要零件。根據(jù)塑件成型的需要和加工與裝配工藝要求，凹模有整體式和組合式兩類。 整體式凹模的結構簡單，成型的制品質(zhì)量較好。但對形狀復雜的凹模，其加工工藝性較差。因此。在先進的型腔加工機床尚未普遍應用之前，整體式凹模適用于小型且形狀簡單的塑料制品的成型。 組合式凹模指凹模由兩個及以上零件組合而成。這種凹模改善了加工性，減少了處理變形，節(jié)約了模具鋼，但裝配調(diào)整較麻煩，有時塑件表面可能存在拼塊的拼接線痕跡。因此，組合式凹模主要用于形狀復雜的塑件的成型。 本設計采用的是組合式凹模，結構如圖3.1所示 圖3.1 凹模的結構 3.2.2抽芯機構的設計 （1）抽芯機構用于成型制品上的孔或其他凸起或凹陷結構，故其設計的合理性直接影響著的塑件的外形是否合格，從而影響它和其它零件的配合。抽芯機構有很多比如：彈簧抽芯機構、斜銷抽芯機構、彎銷抽芯機構、斜滑塊抽芯機構、還有液壓抽芯機構等等，本次設計采用斜滑塊抽芯機構。它工作原理是將型芯固定在一滑塊之上，楔形塊固定在動模板上，當脫模時推板上移，帶動楔形塊上移，在橡膠的彈力作用下推動滑塊，從而達到抽芯的目的。側抽的具體結構如圖3.2所示： 1—塑件 2—型芯 3—楔形塊 圖3.2 抽芯機構 （2）楔形塊的斜度計算 推板行程與型芯長度的幾何關系如圖3.3所示 圖3.3 圖中為型芯長度為2.4mm，為推板行程為30mm。 (3.1) 取角為。 3.2.3成型斜頂桿的設計 （1）當塑件側壁內(nèi)表面出現(xiàn)凹、凸形狀或塑件頂端內(nèi)表面出現(xiàn)L型倒鉤等情況時，采用成型斜頂桿是非常有效的。 本次設計的成型斜頂桿如圖3.4所示 1—塑件 2—成型斜頂桿 圖3.4 成型斜頂桿 （2）成型斜頂桿的斜度計算 推板行程與凹槽寬度的幾何關系如圖3.5所示 圖3.5 圖中為型芯長度為1.8mm，為推板行程為30mm。 (3.2) 取角為。 3.3塑料制品在模具中的位置 塑料制品在模具中的位置直接影響到模具結構的設計。注塑模具每一次注塑循環(huán)所能成型的塑件數(shù)量是由模具的型腔數(shù)量決定的。型腔的數(shù)目及排列方式、分型面的位置確定等決定了塑料制品在模具中的成型位置。 3.3.1一模兩腔及其排列方式 根據(jù)塑件的結構特點及質(zhì)量要求,該模具設計為1模2腔。另外根據(jù)經(jīng)驗，每增加一個型腔，塑件尺寸精度要降低4%，本設計要求大批大量生產(chǎn)，綜合考慮，采用1模2腔更為合理。 模具型腔的排列方式通常有圓形、H形、直線及復合排列四種。為使塑件排列緊湊，節(jié)省鋼材，與材料。本設計采用直線型排列方式。如圖3.4所示。 圖3.4 型腔的排列 3.3.2分型面的選擇 分型面是模具中用來取出塑件和凝料的可分離的接觸表面。分型面的選擇在注塑模具設計中占有重要的地位，直接影響了塑件的質(zhì)量、模具的整體結構、工藝操作的難易程度及模具的制造成本。 注射模的分型面指分開注射模取出塑件的界面，是其定模和動模的接觸面或瓣合式注射模的瓣合面。 分型面的形狀有平面式分型面、階梯式分型面、曲面式分型面、斜面式分型面及綜合式分型面。 考慮到本塑件零件特征，為了不影響塑件尺寸和形狀，利于模具型腔內(nèi)氣體的排出，設計的分型面如圖3.5所示 圖3.5 分型面的確定 3.4成型零件的工作尺寸計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔和型芯的徑向尺寸、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設計中，應根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸及精度。 影響塑件尺寸的因素： 1.成型收縮率的選擇和成型收縮率波動引起的尺寸誤差； 2.成型零件的制造誤差； 3.成型零件脫模斜度引起的誤差； 4.成型零件的組裝誤差； 5.成型零件磨損及化學腐蝕引起的誤差； 6.成型零件的相對移動引起的誤差，如合模時的誤差、側抽芯的移動誤差等； 3.4.1型腔的尺寸計算 （1）型腔的內(nèi)形（長和寬）尺寸 (3.3) (3.4) 式中 ——型腔的長度和寬度（mm）； ——塑件外徑基本尺寸（mm），即塑件的實際外形尺寸； ——塑件公差； ——塑件平均收縮率（%）； ——模具成型尺寸設計公差，對于小型塑件一般取=/6。 （2）型腔的深度尺寸 (3.5) 式中——型腔深度尺寸（mm）； ——塑件高度基本尺寸（mm），即塑件的實際高度尺寸。 3.4.2型芯/凸模的成型尺寸 （1）型芯徑向尺寸 (3.6) 式中 ——型腔的內(nèi)形尺寸（mm）； ——塑件外徑基本尺寸（mm），即塑件的實際外形尺寸； ——塑件公差； ——塑件平均收縮率（%）； ——模具成型尺寸設計公差，對于小型塑件一般取=/3。 （2）型芯/凸模的高度 (3.7) (3.8) 式中 ,——型芯/凸模的高度尺寸（mm）； ——塑件高度基本尺寸（mm），即塑件的實際高度尺寸。 ——塑件公差； ——塑件平均收縮率（%）； ——模具成型尺寸設計公差，對于小型塑件一般取=/6。 （3）凸模的長度和寬度 (3.9) (3.10) 式中 ——凸模的長度和寬度（mm）； ——塑件內(nèi)腔基本尺寸（mm），即塑件的實際內(nèi)腔尺寸； 3.4.3型芯中心到成型面距離 (3.11) 式中 ——型芯中心到成型面距離（mm）； ——塑件基本尺寸（mm），即塑件的實際尺寸； 3.5成型壁厚和底板厚度計算 在塑料注射模的注射過程中，型腔從合模到注射保壓過程中將受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應該有足夠的強度和剛度。型腔側壁所受的壓力應以型腔內(nèi)所受最大壓力為準，對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎曲變形，應按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常常在彎曲變形之前，其內(nèi)應力已超過許用應力，應按強度計算。 本設計的模具屬于小型模具，所以按剛度計算。 3.5.1型腔側壁厚度的計算 = = 3.262 (3.12) 式中 -圓形型腔的側壁厚度（mm） h-型腔高度 （mm） c-系數(shù)， E-彈性模量，一般取2.1×105 MPa p-型腔壓力（MPa）,ABS的型腔壓力為30MPa -模具材料的許用變形量（mm） =St (S-塑件收縮率（%）；t-制品壁厚（mm）) 本設計中為10mm，滿足強度要求。 3.5.2型腔底板厚度的計算 = =22.192 (3.13) 式中 -型腔厚度（mm） c-系數(shù)， E-彈性模量，一般取2.1×105 MPa p-型腔壓力（MPa）,ABS的型腔壓力為30MPa 本設計中取24mm，完全滿足強度要求。 4澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料流動通道。其作用是將塑料溶體順利地充滿型腔的各個部分，并在填充及保壓過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個部分，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。 4.1澆口的設計 澆口又稱進料口或內(nèi)流道。它是主流道、分流道與型腔之間的連接部分，即澆注系統(tǒng)的終端。一般這段很短的通道截面積很小，當熔融的塑料流在高壓下通過澆口時，因為澆口的截面積很小，使塑料流速加快，而由于摩擦作用，又使塑料流的溫度升高，黏度降低，提高了塑件的流動性，有利于充滿型腔，因此它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位。 本設計選擇的澆口形式為潛伏澆口，潛伏澆口在一個制品上可以開設一個，也可以開設多個，本設計為一模兩腔，故開設了兩個澆口。潛伏澆口的特點是：熔融塑料流通過澆口時流速增高，加上摩擦力的作用，塑料流的溫度升高，這樣，能夠獲得外形清晰，表面光澤的塑件。另外潛伏澆口開模后點澆口可自動拉斷，有利于自動化操作。去除澆口以后，塑件上留下的痕跡不明顯，不會影響塑件表面的美觀，其不足之處是：注射壓力損失較大，對塑件成型不利，結構復雜，由于澆口附近流速過高，造成分子高度定向，增加局部應力，易發(fā)生開裂現(xiàn)象。 本設計的潛伏澆口位置及尺寸選擇如圖4.1所示： 圖4.1 潛伏澆口的位置 4.2主流道的設計 主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利流入，開模時又能使主流道的凝料順利拔出。主流道的小端直徑D=d＋(0.5～1)mm,球面凹坑半徑R= R＋（0.5～1)，凹坑深度常取3～5mm，錐角=4°～8°，主流道的長度L應盡可能地短，以降低壓力損失。主流道內(nèi)壁的表面粗糙度應在Ra=0.8m以下。 由于主流道與高溫塑料和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨加工和熱處理，通常選T8A鋼并進行淬硬處理。澆口套出料端面直徑應盡量小，以減小模腔內(nèi)部壓力對其的反作用力。 主流道尺寸和澆口套的形式如圖4.3所示： 1—注塑機噴嘴 2—澆口套 圖4.2 主流道的設計尺寸 4.3分流道的設計 分流道是將熔融塑料從主流道中通過流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或從主流道進入多腔模的各個型腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用。通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。 1. 分流道的截面設計 根據(jù)理論分析可以知道，在同等截面面積的情況下，正方形的周長最長，圓形最短。因此從增大穿熱面積考慮，分流道的截面最好選擇正方形；從減少散熱面積考慮，分流道的截面宜采用圓形；從壓力損失來考慮，由于同等端面積時圓形的周邊最短，故應選擇圓形的。所以設計原則應該是具體問題具體分析，應該根據(jù)塑件的成型尺寸、塑件壁厚、塑件的形狀、塑件的工藝特性、注射速率、分流道的長度等因素來定。所以根據(jù)本次設計的要求可以選擇圓形，如圖4.4所示，且選在定模板一側。 圖4.3 分流道的截面尺寸 2. 分流道的分布設計 分流道的布局取決于型腔的布局，型腔與分流道的布置原則是排列緊湊，縮小模具尺寸，分流道的長度應盡量短，鎖模力應力求平衡。所以根據(jù)要求分流道的布置形式應選擇為平衡式圓周分布。如圖4.5所示 1—主流道 2—分流道 圖4.4 分流道的分布 4.4排氣系統(tǒng)的設計 塑料模具的注射過程是熔融塑料將型腔中的空氣置換出來的過程，當塑料將型腔填充時，必須順利地排放出型腔及澆注系統(tǒng)中的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的熱空氣，如果氣體不能被順利排出，塑件會由于填充不足而產(chǎn)生接縫或表面輪廓不完整等缺陷。 本設計采用分型面排氣，即利用活動型環(huán)與定模板之間的配合間隙（一般間隙值為0.03～0.05）來將型腔中的氣體順利從分型面排出。 5脫模機構的設計 在注射成型的每一個循環(huán)中，塑件必須從模具的型腔及型芯中被脫出，這一完成塑件脫出的機構稱為脫模機構或頂出機構。 脫模機構的設計原則: 盡可能使塑件留于動模一側，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具簡單；應保證脫模時不損壞塑件，必須把脫模機構的脫模力作用在塑件能承受力較大的部位，如筋部、凸圓、殼體壁等處；應確保塑件在脫模時，盡可能使脫模力的分布均勻合理，使塑件不致因脫模力的作用而變形；脫模機構應盡可能簡單、動作可靠；脫模時必須克服制品和塑料模之間的摩擦力，因此要求脫模機構中各有關脫模的零件應具有足夠的強度，剛度和硬度。 5.1脫模機構的構成與功能 脫模機構的作用是先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離(稱為脫出)，然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內(nèi)取出，即脫模動作分為脫出和取出兩個步驟。脫模的動力來源可分為人工、機械、液壓、氣壓等。脫出與取出動作之間，有時有明顯的界限，有時則無。 5.1.1脫出機構與取出機構的設計 根據(jù)塑件本身的結構特點，選擇推桿脫出機構。此種結構如圖5.1所示。另外將推桿固定在推板之上，脫件時推板向上移動，帶動推桿，從而將塑件推出。 圖5.1推桿的結構 對于模具塑件成型之后取出機構的方式有兩種： （1）掉落取出：就是使塑件或澆注系統(tǒng)凝料等自動掉落取出的辦法。取出的動作有時靠塑件或澆注系統(tǒng)等的自重，在脫出部件使其從模具脫出后自動掉落，而離開模具。取出動作有時依靠機械裝置，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，而將其刮落或撣落。有時依靠氣吹裝置，在脫出部件使其從模具脫出而呈懸掛狀態(tài)時，將其吹落[2]。 （2）非掉落取出：就是塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模具種被拿出。取出動作有時依靠人工，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其取出而離開模具。有時則依靠機械手，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其自動取出。 本次所設計的模具的取出方式為非掉落取出，在取出塑件時可根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)條件，而選擇機械手取出或依靠人工。 5.2脫模力的計算 由于注射成型后，塑件在塑模內(nèi)的冷卻會對凸模產(chǎn)生包緊力，因此，在頂出脫模時必須克服塑件和凸模之間因包緊力而產(chǎn)生的磨擦阻力。 實踐證明，塑件開始脫模的瞬間摩擦阻力最大，這時所需要的頂出脫模力也最大。因此最大的脫模力可按圖5.2所示進行估算。即 圖5.2 塑件脫模時的受力分析 根據(jù)公式 (5.1) 其中F為抽芯力即脫模力,C為型芯被塑料包緊部分的斷面周長 L為型芯被塑料包緊部分的長度，F(xiàn)0為單位面積的包緊力，一般取7.85MPa~11.77MPa ;本次設計取F0=10MPa即： 故 另外本模具中還應用了成型斜頂桿側抽機構，圖5.3 圖5.3 塑件脫模時的受力分析 所以在計算脫模力時也應該對側抽機構在脫模時的應力進行計算，即： 故 式中 F——抽芯力（脫模力）,(KN)； C——型芯被塑料包緊部分斷面平均周長（mm）； ——塑料對鋼的摩擦系數(shù)，一般為0.2左右； L——型芯被塑料包緊的長度（mm）； F0——單位面積的包緊力，一般可取7.85MPa~11.777MPa； ——脫模斜度，由于一般都及較?。?°左右），故cos≈1； R——為制件包緊型芯處的半徑； 6導向機構的設計 注射模的導向機構主要有導柱導套導向機構和截面定位兩種類型。導柱導套導向機構用于動模和定模的開合模導向以及脫模機構的運動導向。 導向機構的設計原則： 導柱（導套）應對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應有足夠的距離；導柱（導套）的直徑應根據(jù)模具尺寸來選定，并應保證有足夠的抗彎強度；導柱固定端的直徑和導套的外徑應盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求；導柱和導套應有足夠的耐磨性；為了便于塑料制品脫模，導柱最好裝在定模板上，但有時也裝在動模板上，這要根據(jù)具體情況而定。 6.1導向機構的作用 每套塑料模具都要設有導向機構，在模具工作時，導向機構可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確形狀。同時，導向機構可以引導動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并能承受一定的側向力。 6.2導柱導向機構 導柱導向是指導柱與導套采用間隙配合，使導套在導柱上滑動，配合間隙一般采用H7/f6級配合，主要零件有導柱和導套。 1.導柱 本設計中采用的是無儲油槽的導柱，其主要用于小型塑料模具中。具體結構如圖6-1所示： 圖6.1導柱的結構 2.導套 根據(jù)導柱的尺寸，選擇的導套的結構和尺寸如圖6.2所示：圖中在導套的后端導一圓角，目的是為了使導柱順利進入導套。 圖6.2 導套的結構 6.3導柱在模板上的布置 本設計中采用4個導柱，且采用完全對稱分布形式。具體分布情況如圖6.3所示： 圖6.3 導柱在模板上的布置 7冷卻系統(tǒng)的設計 7.1冷卻水道的設計原則 1.冷卻水孔數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大，這樣可使溫度分布均勻，其型腔表面溫度變化不大。 2.冷卻水孔至型腔表面距離盡量相等，當塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離。一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常為12～15mm. 3.澆口處要加強冷卻。 4.降低入水與出水的溫差，如果入水溫度和出水溫度差別太大時，使模具的溫度分布不均，如果制品冷卻速度不一樣，就容易造成制品變形。 5.水道的設置應便于加工和清理，冷卻水道要易于機械加工，便于清理。一般孔徑設計為8～12mm。 7.2定模上冷卻水道的設計 由于模具的型腔開在定模板上，故要根據(jù)實際情況對定模板進行冷卻水路的設計，具體的開設位置如圖7.1所示： 圖7.1 定模板上冷卻水路的設計 7.3動模上冷卻水道的設計 該模具所制塑件是埋在動模固定板里的，并且為一模兩件，因此采用分四條冷卻水路對動模板型環(huán)及型芯進行冷卻，由于模具在設計時以考慮到日后冷卻的問題故在寬度方面有足夠的空間在不穿過活動部件的前提下，設置四條直通水道，其具體走向如7.2圖所示，水道與型腔的位置關系如7.3圖所示 圖7.2 動模上冷卻水路的設計 圖7.3水道與型腔位置關系示意圖 8注塑模與注塑機的關系 注塑模需要安裝在注射機上才能進行工作，兩者應相互匹配，前面已經(jīng)初選了注射機，下面進行其基本參數(shù)的校核。 8.1最大注塑量的校核 在設計模具時，為保證塑件的質(zhì)量，應保證注射模內(nèi)所需注射量在注射機實際的最大注射量的范圍內(nèi)。 公式如下： 80%≥ V實/V公×100% (8.1) 式中 V實——塑件所需注塑量（g）。 V公——注塑機注塑量（g）。 計算得V公 =15.35cm3 ，V實 =110cm3，那么經(jīng)代入公式計算可知15.35/110×100% = 13.9527.5%，小于80%，故符合要求。 8.2鎖模力的校核 注射成形時，高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生使模具沿分型面分開的脹模力。為了防止模具分型面被脹模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。因此模具設計時應使注射機的額定鎖模力大于脹模力。即 (8.2) 式中 ——注塑機的額定鎖模力（N）； ——塑件成型所需要的實際注射壓力（MPa）； ——注塑壓力到達型腔的壓力損失系數(shù)，一般取0.34~0.67； ——塑件及澆注系統(tǒng)等在分型面上的投影面積。 由前面的數(shù)據(jù)可知：=1000kN，=0.67，=100MPa，通過粗算=7590 所以 1000kN0.67×100×7590=508.53 kN 符合要求。 8.3最大注射壓力的校核 注射機的最大注射壓力必須大于成形塑件所需要的注射壓力。即 (8.3) 式中 ——注塑機的最大注射壓力（MPa）； ——塑件成型所需要的實際注射壓力（MPa）。 對于SZ-200/1000型號的注塑機，=150，=100，則滿足要求。 8.4注塑機安裝模具部分的尺寸校核 8.4.1定位環(huán)的尺寸 定位環(huán)是模體與注射機的定位裝置，它保證澆口套與注射機的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應與注射機的定位孔間隙配合，其配合一般為，定位環(huán)厚度為8～10mm，即小于注射機定位孔的深度。如圖8.1所示： 、 圖8.1 定位環(huán)的尺寸 8.4.2模具厚度 模具的閉合厚度應在注射機允許的最大模具厚度和最小模具厚度之間，即 (8-4) 初選注塑機模具的最大、最小厚度分別為：=150 mm，=350，模具閉合時的厚度為300，所以滿足要求。 8.4.3模具的外形尺寸 初選注射機的拉桿內(nèi)間距為315×315mm，本設計的模具長度和寬度為300×220mm,所以滿足要求。 8.5最大開模行程的校核 模具開模取出塑件所需要的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。注射機最大開模行程的大小直接影響模具所能成形的塑料高度，太小時塑件無法從動模、定模之間取出。因此模具設計時必須進行注射機開模行程的校核，使其與模具的開模距離相適應。 對于單分型面模具所需要開模行程按下式校核： ≥S=H1+H2 +（5～10）mm (8.5) 式中 —注射機的最大開模行程（mm）； S—模具所需開模距離（mm）； H1—型芯凸出動模固定板的距離（mm）； H2—塑件制品高度（mm）。 本設計中H為6mm,H為6mm,所以S為22mm,而為300mm。所以滿足要求。 9模具的經(jīng)濟性分析 隨著科學的發(fā)展，從科學總體中產(chǎn)生出許多科學分支，逐漸形成了他們特有的研究對象和內(nèi)容。現(xiàn)代科學技術發(fā)展的一個顯著特點是各門學科相互交叉，形成許多為社會所需要的邊緣學科。技術經(jīng)濟學就是由技術科學和經(jīng)濟科學相互交叉而形成和發(fā)展起來的一門新興的學科。 那么所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果，也就是生產(chǎn)中的“最小最大”原則。在注塑模具生產(chǎn)中，保證質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量，完成產(chǎn)品數(shù)量、品種計劃、勞動安全，環(huán)境保護的前提下，產(chǎn)品成本越低，說明企業(yè)經(jīng)濟效果越大。 為了進行經(jīng)濟分析，首先研究產(chǎn)品成本所包含的內(nèi)容。模具的制造成本有：制造成本（費用）、材料費（原材料費和外購件費）、加工費（工人工資、設備折舊費和車間經(jīng)費）、模具費。產(chǎn)品成本受產(chǎn)量的影響較大，在一定條件下，企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增減，將會引成本中某些費用的變化，其結果使得成本發(fā)生波動。為此可將產(chǎn)品成本分為固定費用和變動兩部分。固定費用是指在一定時期和一定產(chǎn)量范圍內(nèi)，它的總額不隨產(chǎn)量變動而變動，它是維持生產(chǎn)能力而基本不變的費用。例如模具、設備折舊費，加工費中的固定工資部分和各種經(jīng)費等。但是單位固定費用，也就是分攤在每個產(chǎn)品上固定費用卻是可變的，即單位固定費用與產(chǎn)量成反比變化。變動費用是指它的總額隨產(chǎn)量的增減而成比例增減，注塑件生產(chǎn)成本是由固定費和可變費這兩部分組成的，所以只要設法降低固定費用和可變費用，都能使生產(chǎn)成本降低，利潤增加?？梢娖髽I(yè)要提高經(jīng)濟效益，就要在降低成本上下功夫。降低產(chǎn)品成本，包括增產(chǎn)、節(jié)約兩個方面。增產(chǎn)可降低產(chǎn)品成本中的固定費用，相對而地減少消耗，節(jié)約便能直接降低消耗，它們都是降低成本的重要途徑。 降低成本的主要措施有：一、小批量生產(chǎn)中的成本問題：可以通過降低成本中的固定費用來取得較好的經(jīng)濟效果，其中降低模具費是降低成本的有效措施。除工件質(zhì)量要求嚴格，必須采用較高的正規(guī)模具外，一般情況下是采用工序口分散、結構簡單、制造快速，而價格低廉的簡易模具，用焊接、機械加工用鈑金等方法制成。對外形尺寸小的工件，采用通用模、簡單模，甚至鋼絲鉗、剪刀等工具生產(chǎn)；外形尺寸大的可采用剪床、電動工具、火焰切割等方法。二、工藝合理化：工藝合理化是降低成本的有力手段，一 般在制定新產(chǎn)品工藝時進行。當產(chǎn)量發(fā)生變化，模具壽命短或因事故發(fā)生損壞時，由于更改產(chǎn)品設計而改變模具時，以及變形設備等生產(chǎn)條件變化時，要重新討論（研究）產(chǎn)品工藝。由于工藝合理化能降低模具費、節(jié)約加工工時。降低材料費等，所以必然降低零件總成本。 總之，工業(yè)技術經(jīng)濟學在整個經(jīng)濟學領域里面，扮演的角色越來越重要。但是，研究技術與經(jīng)濟的關系，需要一定的方法，所以對于我們當代的理工科大學生，就應該在應用數(shù)學、系統(tǒng)工程和電子計算機等學科方向有所發(fā)展，這些都是技術經(jīng)濟學的形成和發(fā)展所必須的學科。 10典型零件的實體造型 在現(xiàn)代機械制造業(yè)中,模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟中的基礎工業(yè),許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),在很大程度上依賴于模具制造技術,特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業(yè)中尤顯重要。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一,直接影響著國民經(jīng)濟中許多部門的發(fā)展。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的,它是計算機技術在模具生產(chǎn)中綜合應用的一個新的飛躍。CAD/CAM技術的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進一步完善,為模具工業(yè)提供了強有力的技術支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設計、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍,已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化、網(wǎng)絡化的最優(yōu)選擇。 本專題就是對此次設計的動模板進行實體造型，所使用的軟件是美國參數(shù)技術公司所開發(fā)的Pro/Engineer軟件。 10.1使用SolidWorks對零件進行實體造型 使用SolidWorks進行實體造型的步驟大體只有三步，即： 1． 選擇基準平面。 2． 選定基準平面后，選擇草繪選項，進入草繪界面后將所要生成實體的按尺寸進行繪制。 3． 完成草繪之后點擊草繪工具欄下放的對號退出草繪界面，點擊拉伸選項，在界面，確定所要拉伸的方向、高度后選擇左下角去除材料指令點擊完成。 通過以上三步便可以將平面圖形拉伸成為實體模型。 下面便概括的介紹下生成本次設計所設計的模具的典型零件——型腔墊板（圖10.1）的實體生成過程。 圖10.1 型腔墊板實體圖 第一步：生成工件毛坯 本步所選擇的基準平面為TOP平面，選擇完基準平面之后單擊“草繪”進入草繪界面，繪制一長300，寬204的矩形，如圖10.2所示，退出草繪界面，單擊“拉伸”選項，拉伸方向選擇上方向，拉伸高度為30，單擊“完成”。所生成的毛坯實體如圖10.3所示： 圖10.2 圖10.3 第二步：生成模板凹槽 本步所選的基準平面為毛坯的上表面，進入草繪界面后，繪制出如圖10.4所示的形狀的密封曲線，退出草繪界面單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向向下，深度度為30點擊完成第二次拉伸深度為5，然后生成如圖10.5所示實體。 圖10.4 圖10.5 第三步：生成動模板上的所有通孔 本步所選基準平面為毛坯的下表面，進入草繪界面后繪制出所有通孔的大小及其位置如圖10.6所示，退出草繪界面單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向為上方向，拉伸高度為30，第二次拉伸深度為5，單擊完成后生成圖10.7所示實體。 圖10.6 圖10.7 第四步：加工冷卻水道 本步以毛坯的前表面為基準平面，如草繪界面后按實際位置繪制四個直徑為Φ10的圓（如圖10-8），退出草繪界面后單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向為向后拉伸，深度為完全貫穿，點擊完成生成圖10-9所示實體。 圖10.8 圖10.9 以上便是生成動模板實體中較為重要的步驟，生成其它特征時與以上步驟基本雷同。 11注射/預塑插裝式控制回路的PLC設計 如圖11.1所示，為HTF1000X型注塑機的注塑/預塑插裝式控制回路。三位四通電磁換向閥V1和疊加單向閥V2控制整移油缸的前進/后退；插裝閥V3、V4、V5、V6三位四通電磁換向閥V7、二位四通電磁換向閥V8、V9控制注射/倒退；插裝閥V13和二位四通電磁換向閥V14控制預塑；比例壓力閥V11和二位四通電磁換向閥V12控制背壓；V10為單向閥；B1、B2分別為系統(tǒng)壓力表和背壓壓力表；P—壓力油；T—回油；Y—泄油。 當電磁鐵D1、D2無信號輸入時，由于V1采用“O”型機能，油口P、T、A、B封閉，故此時射臺保持原位。 圖11.1注射/預塑插裝式控制回路圖 當D1得電信號時，壓力油經(jīng)V1、V2入整移油缸桿腔，另腔油經(jīng)V2至回油T，推動活塞實現(xiàn)射臺前進動作。 當D2得電信號時，壓力油經(jīng)V1、V2入整移油缸的無桿腔，另腔油經(jīng)V2至回油T，推動活塞實現(xiàn)射臺后退前進動作。 當電磁鐵D3、D4、D5無信號輸入時，V7、V8處中位，先導控制油經(jīng)V10后分別流向V7和V8，再入插裝閥V3、V4、V5的控制腔，使V3、V4、V5關閉，螺桿保持原位。 當D3、D5得電信號時，先導控制油經(jīng)V10后分別流向V7、V8，最終進入V4、V6的控制腔，使V4、V6關閉；同時，先導回油和V3、V5的控制腔連通，使其打開，壓力油P經(jīng)V5流入注射油腔的桿腔，另腔油經(jīng)V3至回油T，推動活塞實現(xiàn)注射動作。 當電磁鐵D9無電信號輸入時，壓力油P經(jīng)V14進入V13的控制腔，式其關閉，故此時油馬達不能旋轉(zhuǎn)，無預塑動作。 當D3、D9得電信號時，先導回油和V14的控制腔連通，使其打開，壓力油P經(jīng)V13流入預塑馬達的壓力油腔，回油腔排出的油直接至