泵蓋注塑模具設(shè)計(jì),注塑,模具設(shè)計(jì) 注塑模具自動裝配造型 X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee 機(jī)械和生產(chǎn)工程部，新加坡國立大學(xué)，新加坡 注射模是一種由與塑料制品有關(guān)的和與制品無關(guān)的零部件兩大部分組成的機(jī)械裝置。本文提出了（有關(guān)）注射模裝配造型的兩個(gè)主要觀點(diǎn)，即描述了在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行注射模裝配以及確定裝配中與制品無關(guān)的零部件的方向和位置的方法，提出了一個(gè)基于特征和面向?qū)ο蟮谋磉_(dá)式以描述注射模等級裝配關(guān)系，該論述要求并允許設(shè)計(jì)者除了考慮零部件的外觀形狀和位置外，還要明確知道什么部份最重要和為什么。因此，它為設(shè)計(jì)者進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)（DFA）提供了一個(gè)機(jī)會。同樣地，為了根據(jù)裝配狀態(tài)推斷出裝配體中裝配對象的結(jié)構(gòu)，一種簡化的特征幾何學(xué)方法也誕生了。在提出的表達(dá)式和簡化特征幾何學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入探討了自動裝配造型的方法。 關(guān)鍵字：裝配造型；基于特征；注射模；面向?qū)ο蟆? 1、簡介 注射成型是生產(chǎn)塑料模具產(chǎn)品最重要的工藝。需要用到的兩種裝備是：注射成型機(jī)和注射?！，F(xiàn)在常用的注射成型機(jī)即所謂的通用機(jī)，在一定尺寸范圍內(nèi)，可以用于不同形狀的各種塑料模型中，但注射模的設(shè)計(jì)就必須隨塑料制品的變化而變化。模型的幾何因素不同，它們的構(gòu)造也就不同。注射模的主要任務(wù)是把塑料熔體制成塑料制品的最終形狀，這個(gè)過程是由型芯、型腔、鑲件、滑塊等與塑料制品有關(guān)的零部件完成的，它們是直接構(gòu)成塑料件形狀及尺寸的各種零件，因此，這些零件稱為成型零件。（在下文，制品指塑料模具制品，部件指注射模的零部件。）除了注射成型外，注射模還必須完成分配熔體、冷卻、開模、傳輸、引導(dǎo)運(yùn)動等任務(wù)，而完成這些任務(wù)的注射模組件在結(jié)構(gòu)和形狀上往往都是相似的，它們的結(jié)構(gòu)和形狀并不取決于塑料模具，而是取決于塑料制品。圖1顯示了注射模的結(jié)構(gòu)組成。 圖1 注射模的結(jié)構(gòu) 成型零件的設(shè)計(jì)從塑料制品中分離了出來。近幾年，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用到成型零件的設(shè)計(jì)上。成型零件的形狀的自動化生成也引起了很多研究者的興趣，不過很少有人在其上付諸實(shí)踐，雖然它也象結(jié)構(gòu)零件一樣重要?，F(xiàn)在，模具工業(yè)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型零件和注射成型機(jī)時(shí)，遇到了兩個(gè)主要困難。第一，在一個(gè)模具裝置中，通常都包括有一百多個(gè)成型零部件，而這些零部件又相互聯(lián)系，相互限制。對于設(shè)計(jì)者來說，確定好這些零部件的正確位置是很費(fèi)時(shí)間的。第二，在很多時(shí)候，模具設(shè)計(jì)者已想象出工件的真實(shí)形狀，例如螺絲，轉(zhuǎn)盤和銷釘，但是CAD系統(tǒng)只能用于另一種信息的操作。這就需要設(shè)計(jì)者將他們的想法轉(zhuǎn)化成CAD系統(tǒng)能接受的信息(例如線，面或者實(shí)體等)。因此，為了解決這兩個(gè)問題，很有必要發(fā)展一種用于注射模的自動裝配成型系統(tǒng)。在此篇文章里，主要講述了兩個(gè)觀點(diǎn)：即成型零部件和模具在計(jì)算機(jī)上的防真裝配以及確定零部件在模具中的結(jié)構(gòu)和位置。 這篇文章概括了關(guān)于注塑成型的相關(guān)研究，并對注射成型機(jī)有一個(gè)完整的闡述。通過舉例一個(gè)注射模的自動裝配造型，提出一種簡化的幾何學(xué)符號法，用于確定注射模具零部件的結(jié)構(gòu)和位置。 2.相關(guān)研究 在各種領(lǐng)域的研究中，裝配造型已成為一門學(xué)科，就像運(yùn)動學(xué)、人工智能學(xué)、模擬幾何學(xué)一樣。Libardi作了一個(gè)關(guān)于裝配造型的調(diào)查。據(jù)稱，很多研究人員已經(jīng)開始用圖表分析模型會議拓?fù)?。在這個(gè)圖里，各個(gè)元件由節(jié)點(diǎn)組成的，再將這些點(diǎn)依次連接成線段。然而這些變化矩陣并沒有緊緊的連在一起，這將嚴(yán)重影響整體的結(jié)構(gòu)，即，當(dāng)其中某一部分移動了，其他部分并不能做出相應(yīng)的移動。Lee and Gossard開發(fā)了一種新的系統(tǒng)，支持包含更多的關(guān)于零部件的基本信息的一種分級的裝配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像在各元件間的“裝配特征”。變化矩陣自動從實(shí)際的線段間的聯(lián)系得到，但是這個(gè)分級的拓?fù)淠Ｐ椭荒苡行У卮怼安糠帧钡年P(guān)系。 自動判別裝配組件的結(jié)構(gòu)意味著設(shè)計(jì)者可避免直接指定變化的矩陣，而且，當(dāng)它的參考零部件的尺寸和位置被修改的時(shí)候，它的位置也將隨之改變?，F(xiàn)在有三種技術(shù)可以推斷組件在模具中的位置和結(jié)構(gòu)：反復(fù)數(shù)值技術(shù),象征代數(shù)學(xué)技術(shù)，以及象征幾何學(xué)技術(shù)。Lee and Gossard提出一項(xiàng)從空間關(guān)系計(jì)算每個(gè)組成元件的位置和方向的反復(fù)數(shù)值技術(shù)。他們的理論由三步組成：產(chǎn)生條件方程式，降低方程式數(shù)量，解答方程式。方程式有：16個(gè)滿足未知條件的方程式，18個(gè)滿足已知條件的方程式，6個(gè)滿足各個(gè)矩陣的方程式以及另外的兩個(gè)滿足旋轉(zhuǎn)元件的方程式。通常方程式的數(shù)量超過變量的數(shù)量時(shí)，應(yīng)該想辦法去除多余的方程式。牛頓迭代法常用來解決這種方程式。不過這種方法存在兩種缺點(diǎn)：第一，它太依賴初始解；第二：反復(fù)的數(shù)值技術(shù)在解決空間內(nèi)不能分清不同的根。因此，在一個(gè)完全的空間關(guān)系問題上，有可能解出來的結(jié)果在數(shù)學(xué)理論上有效，但實(shí)際上卻是行不通的。 Ambler和Popplestone提議分別計(jì)算每個(gè)零部件的旋轉(zhuǎn)量和轉(zhuǎn)變量以確定它們之間的空間關(guān)系，而解出的每個(gè)零部件的6個(gè)變量(3個(gè)轉(zhuǎn)變量和3旋轉(zhuǎn)量)要和它們的空間關(guān)系一致。這種方法要求大量的編程和計(jì)算，才能用可解的形式重寫有關(guān)的方程式。此外，它不能保證每次都能求出結(jié)果，特別是當(dāng)方程式不能被以可解答的形式重寫時(shí)。 為了能確定出滿足一套幾何學(xué)限制條件的剛體的位置與方向，Kramer開發(fā)了一種特征幾何學(xué)方法。通過產(chǎn)生一連串滿足逐漸增長的限制條件的動作推斷其幾何特征，這樣將減少物體的自由度數(shù)。Kramer使用的基本參考實(shí)體稱為一個(gè)"標(biāo)識"，由一個(gè)點(diǎn)和兩正交軸構(gòu)成。標(biāo)識間的7個(gè)限制條件（coincident, in-line, in-plane, parallelFz,offsetFz, offsetFx and helical)都被定了義。對于一個(gè)包括獨(dú)立元件、相互約束的標(biāo)識和不變的標(biāo)識的問題來說，可以用動作分析法來解決問題，它將一步一步地最后求出物體的最終的幾何構(gòu)造。在確定物體構(gòu)造的每一個(gè)階段，自由度分析將決定什么動作能提供滿足限制物體未加限制部位的自由度。然后計(jì)算該動作怎樣能進(jìn)一步降低物體的自由度數(shù)。在每個(gè)階段的最后，給隱喻的裝配計(jì)劃加上合適的一步。根據(jù)Shah和Rogers的分析，Kramer的理論代表了注射模具最顯著的發(fā)展，他的特征幾何學(xué)方法能解出全部的限制條件。和反復(fù)的數(shù)值技術(shù)相比，他的這種方法更具吸引力。不過要實(shí)行這種方法，需要大量的編程。 現(xiàn)在雖然已有很多研究者開始研究注射成型機(jī)，但仍很少有學(xué)者將注意力放在注射模設(shè)計(jì)上。Kruth開發(fā)了一個(gè)注射模的設(shè)計(jì)支援系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過高級的模具對象(零部件和特征)支持注射模的成型設(shè)計(jì)。因?yàn)橄到y(tǒng)是在AUTOCAD的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，因此它只適于線和簡單的實(shí)體模型操作。 3.注射模裝配概述 主要講述了關(guān)于注射模自動裝配造型的兩個(gè)方面：注射模在電腦上的防真裝配和確定結(jié)構(gòu)零件在裝配中的位置和方向。在這個(gè)部分，我們基于特征和面向?qū)ο笳撌隽俗⑸淠Ｑb配。 注射模在電腦上的防真裝配包含著注射模零部件在結(jié)構(gòu)上和空間上的聯(lián)系。這種防真必須支持所有給定零部件的裝配、在相互關(guān)聯(lián)的零部件間進(jìn)行變動以及整體上的操作。而且防真裝配也必須滿足設(shè)計(jì)者的下列要求： 1． 支持能表達(dá)出模具設(shè)計(jì)者實(shí)體造型想象的高級對象。 2． 成型防真應(yīng)該有象現(xiàn)實(shí)一樣的操作功能，就如裝入和干擾檢查。 為了滿足這些要求，可用一個(gè)基于特征和面向?qū)ο蟮姆旨壞Ｐ蛠泶孀⑸淠?。這樣便將模型分成許多部分，反過來由多段模型和獨(dú)立部分組成。因此，一個(gè)分級的模型最適合于描述各組成部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。一級表明一個(gè)裝配順序，另外，一個(gè)分級的模型還能說明一個(gè)部分相對于另一個(gè)部分的確定位置。 與直觀的固體模型操作相比，面向特征設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)者在抽象上進(jìn)行操作。它可以通過一最小套參數(shù)快速列出模型的特征、尺寸以及其方位。此外，由于特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何實(shí)體上的聯(lián)系，設(shè)計(jì)者更容易更改設(shè)計(jì)。如果沒有這些特征，設(shè)計(jì)者在構(gòu)造固體模型幾何特征時(shí)就必須考慮到所有需要的細(xì)節(jié)。而且面向特征的防真為設(shè)計(jì)者提供了更高級的成型對象。例如，模具設(shè)計(jì)者想象出一個(gè)澆口的實(shí)體形狀，電腦就能將這個(gè)澆口造型出來。 面向?qū)ο笤煨头ㄊ且环N參照實(shí)物的概念去設(shè)計(jì)模型的新思維方式?；镜膱D素是能夠?qū)?shù)據(jù)庫和單一圖素的動作聯(lián)系起來的對象。面向?qū)ο蟮脑煨蛯斫鈫栴}并且設(shè)計(jì)程序和數(shù)據(jù)庫是很有用的。此外，面向?qū)ο蟮难b配體呈現(xiàn)方式使得“子”對象能繼承其“父”對象的信息變得更容易。 圖形2說明以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎疽环N插入模具。 表示是多重水平的提取的一種分層的結(jié)構(gòu)，從低水平的幾何學(xué)的實(shí)體(形成特性)到高水平的組件。 在盒子中被封入的項(xiàng)目代表“裝配對象”； 固體線代表“部分”關(guān)系； 同時(shí)，猛沖的線代表其它關(guān)系。 組件( SUBFA )包括部分( PART )。 一部分能被認(rèn)為是形式特性( FF )的一種“裝配”。 表示把一個(gè)以特性為基礎(chǔ)的幾何學(xué)的模型的力與面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷哪切┫嘟Y(jié)合。 它不僅包含父對象和子對象之間的“部分”關(guān)系，也包括富有的套結(jié)構(gòu)的關(guān)系和裝配對象的一群操作的功能。 在段中3.1，在裝配對象之間有有關(guān)一種裝配對象的定義的較進(jìn)一步的討論，而詳盡的關(guān)系在3.2段中被提出。 3.1裝配對象的定義 在我們的工作中，一種裝配對象，O，以如下形式被定義為一個(gè)唯一而可辨認(rèn)的實(shí)體： O = ( Oid，A，M，R ) ( 1 ) 在此式中： Oid是一種裝配對象( O )的一個(gè)唯一的標(biāo)識符。 A是一套三元組，( t，a，v )。 每一元素a被稱為O的一種屬性，與每一屬性有關(guān)是一類型，t，和一種價(jià)值，v。 M是一套元組，( m，tc1，tc2，%，tcn，tc)。 M中每一個(gè)元素都有唯一識別方法。 符號m代表一種方法名稱； 同時(shí)，方法定義有關(guān)對象的操作。 符號tc (i= 1，2，%，n )規(guī)定爭論類型和符號tc退回的價(jià)值類型。 3.2形式特性之間的關(guān)系 模具設(shè)計(jì)在本質(zhì)中是一個(gè)智力的過程； 模具設(shè)計(jì)者大多數(shù)時(shí)間在真實(shí)客觀的對象諸如金屬板，螺絲釘，槽，斜面，和孔等思索設(shè)想。因此，用形式特性建設(shè)所有產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的模型是必要。 模具設(shè)計(jì)者能容易地改變一部分的大小和形狀，因?yàn)樾问教匦灾g的關(guān)系保持在部分表示中。 圖形3(a )顯示一個(gè)金屬板帶有一個(gè)含有公差等級要求的孔。 這部分被兩個(gè)形式特性定義，即一個(gè)塊和含有公差等級要求的孔。 關(guān)于塊特性計(jì)數(shù)器開掘洞( FF2 )被放置FF1，使用他們本地分別地協(xié)調(diào)F2和F1，。 方程( 2)– ( 5 )顯示計(jì)數(shù)器開掘洞( FF2 )和塊特性( FF1 )之間的空間的關(guān)系。 對于形式特性，沒有他們之間的空間的約束，因此空間的關(guān)系被設(shè)計(jì)者直接指定。 兩形式特性之間的詳盡的裝配關(guān)系被定義如下： 4.在裝配中推斷部分配置 一種裝配中的若干部分的位置和方向最后通過轉(zhuǎn)換矩陣來表達(dá)。為了方便的緣故，空間的關(guān)系通常被諸如“伙伴”，“結(jié)盟”和“平行”的高水平的鋪席子的條件指定。 這樣，從含蓄的約束關(guān)系自動地引出若干部分之間的清晰明確的轉(zhuǎn)換矩陣是十分重要。推斷一種裝配中的若干部分的配置三種技術(shù)在段2.中已被討論了因?yàn)橄笳餍詭缀螌W(xué)的接近能以多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜性定位所有關(guān)于約束方程的解決方案，我們使用這接近來確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 為了在裝配模擬軟件中執(zhí)行這接近，大量的編寫程序被要求。因此，一種簡化的幾何學(xué)的接近被建議確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 在象征性幾何學(xué)的接近中，確定位置和若干部分的方向被產(chǎn)生一系列行動執(zhí)行符號滿足每一逐漸增長的約束。被要求來滿足每一逐漸增長的約束的信息儲存在“計(jì)劃片段”的一個(gè)表格中。 每一計(jì)劃片段是規(guī)定一系列測量方法和行動的一個(gè)過程按照這樣一種方式移動部分對于滿足相應(yīng)的約束。 計(jì)劃片段也記錄新的自由度和聯(lián)系不變量的幾何不變式。 由于這些限制約束序列，我們的計(jì)劃片段桌子中的輸入的數(shù)字基本上被減少。 為了為了一，兩或者三個(gè)約束解決在我們的系統(tǒng)中允許，九種輸入僅僅被要求。 為了交互式的增加組成部分裝配，更多約束類型和自由的序列將為了用戶增加靈活性。 然而，在為了一種插入模具模擬的自動裝配中，當(dāng)空間的關(guān)系被預(yù)先規(guī)定在裝配對象中時(shí)，一些序列限制不有關(guān)系。 有了上述的定義的合成約束，一個(gè)組成部分部分的結(jié)構(gòu)的關(guān)系能指定在組成部分的數(shù)據(jù)庫中。 當(dāng)把一個(gè)組成部分部分添加到模具裝配時(shí)，系統(tǒng)將首先分解進(jìn)入原始的約束的合成約束，然后產(chǎn)生一群片段計(jì)劃將組成部分指明方向并且定位在裝配中。 5.注射模的自動裝配 任何注射模具的裝配都由產(chǎn)品的局部和整體兩部分組成。產(chǎn)品的局部依賴產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)基于塑料的部分[ 1,2 ]的幾何學(xué)。 產(chǎn)品依賴部分通常有與那個(gè)同樣的方向頂端水平裝配，而他們的位置被設(shè)計(jì)者直接指定。 對于產(chǎn)品獨(dú)立部分的設(shè)計(jì)，常規(guī)，模具設(shè)計(jì)者從目錄中選擇結(jié)構(gòu)，為了產(chǎn)品若干部分的選擇的結(jié)構(gòu)建設(shè)幾何學(xué)的模型，而然后把產(chǎn)品獨(dú)立部分添加到插入模具的裝配。 這設(shè)計(jì)過程是時(shí)間消耗的和差錯(cuò)容易傾向于。 在我們的系統(tǒng)中，一個(gè)數(shù)據(jù)庫為了所有產(chǎn)品獨(dú)立部分根據(jù)裝配表示被建造，而對象定義在段3.中不僅描述這數(shù)據(jù)庫包含產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的形狀和大小，也包括他們之間的空間的約束。 此外，一些日常事務(wù)發(fā)揮作用諸如干擾檢查和裝在衣袋內(nèi)被封裝在數(shù)據(jù)庫中。 因此，模具設(shè)計(jì)者必須從用戶接口中選擇產(chǎn)品獨(dú)立部分的結(jié)構(gòu)類型，而然后軟件將為了這些部分自動地計(jì)算方向和位置矩陣，而把他們添加到裝配。 5.1模具基礎(chǔ)組件 正如圖1所示，產(chǎn)品的獨(dú)立部分可以更進(jìn)一步被分為摸具基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)部分。摸具基礎(chǔ)是由一群金屬板，插腳，導(dǎo)套等等組成的。除了塑型產(chǎn)品，模具必須具有一系列功能，諸如，箝位，校準(zhǔn)，冷卻，注塑等等。大多數(shù)產(chǎn)品不得不合并相同的功能，這導(dǎo)致了相似結(jié)構(gòu)的樹立。一些模具建筑形成的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被采用了。模具基礎(chǔ)起因于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配表示，模具基礎(chǔ)組成部分的以特性為基礎(chǔ)的固體模具首先被建造；其次，裝配對象被定義為在成分和壓縮功能一部分功能在組成零件之間建立關(guān)系；然后，利用這些組裝對象，一個(gè)分層的組裝對象——模具基礎(chǔ)——能被形成。這些模具基礎(chǔ)對象能通過目錄數(shù)據(jù)庫被例示。表4列出了模具基礎(chǔ)對象來產(chǎn)生指定的模具基礎(chǔ)的例子。這個(gè)指定的模具基礎(chǔ)實(shí)例能自動地添加到模具裝配。模具基礎(chǔ)部件和最高裝配的結(jié)構(gòu)關(guān)系能通過Eqs被表達(dá)。Mp和Mr所在的（8）和（9）式是單元矩陣。 5.2 標(biāo)準(zhǔn)零件的自動增加 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件是一個(gè)組裝對象。它可以通過章節(jié)3.1的公式（1）來定義。在數(shù)據(jù)庫中，空間約束用 mate，平面aling和軸align，而不像模具基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)件的位置和方向的矩陣是未知的。在示例中，軟件通過利用單一的符號幾何來自動推斷章節(jié)4中描述的結(jié)構(gòu)關(guān)系。 5.3 裝配對象的包裝 自動裝配設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題是自動包裝過程。包裝是一個(gè)在相應(yīng)組成部分提供附著成分的真空區(qū)的操作。當(dāng)一個(gè)驅(qū)動者被添加到裝配時(shí)，一個(gè)空的空間被要求在EA盤上調(diào)節(jié)驅(qū)動者，如表5所示。 由于面向?qū)ο蟮谋硎痉ū徊扇?，每一個(gè)裝配對象能被描述為兩個(gè)實(shí)體，實(shí)物和虛擬物。虛擬物通過被實(shí)物占據(jù)的空間模仿。只要一個(gè)裝配對象被添加到裝配中，它的虛擬對象也被添加到裝配中。操作發(fā)揮作用中的pocketFplate( ) M O將從相應(yīng)的組成部分(參看公式（1）和表1)。此外，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的組成部分上在虛擬對象和真正的對象之間有聯(lián)系，包裝將隨真正的對象的修正而變化。 這種自動包裝功能更進(jìn)一步顯示了面向?qū)ο蟊硎痉ǖ膬?yōu)勢。 6.基于Unigraphics系統(tǒng)[ 13 ]，所提出的以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配計(jì)劃和自動化裝配模擬的系統(tǒng)在新加坡的國立大學(xué)被開發(fā)的IMOLD系統(tǒng)[ 14 ]中已被執(zhí)行。UG系統(tǒng)提供了一個(gè)友好的用戶應(yīng)用程序接口。通過這個(gè)接口，用戶可以調(diào)用UG的內(nèi)部功能，諸如增加裝配部件，修正參數(shù)等等。 圖6顯示的是一個(gè)注塑模具產(chǎn)品，這個(gè)產(chǎn)品的注塑模具組裝設(shè)計(jì)顯示在圖7（a）。固定一半組件的相應(yīng)的父子關(guān)系圖顯示在圖7（b）。裝配是由IMOLD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每一個(gè)模具基礎(chǔ)的零件都在裝配中自動定位。Unigraphics系統(tǒng)提供一個(gè)用戶友好應(yīng)用編寫程序接口(應(yīng)用程序接口)。 通過這接口，雖然Unigraphics為了給條件鋪席子提供功能，用戶能呼叫諸如把部分添加到一種裝配的Unigraphics內(nèi)部的功能，修改參數(shù)等等，所提出的接近仍然被需要推斷組成部分配置，因?yàn)樵诮M成部分能被添加到裝配之前，計(jì)算自由的度是必要，而檢查給條件鋪席子的有效性。 圖6個(gè)展覽一種插入鑄造產(chǎn)品，因?yàn)閳D被領(lǐng)進(jìn)來，和設(shè)計(jì)的插入模具裝配這產(chǎn)品7(a )。 固定一半組件的相應(yīng)的“父與子”關(guān)系被領(lǐng)進(jìn)來圖7(b )。 這裝配被系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 每一模具基礎(chǔ)的盤子自動地被定位在裝配中。 諸如定位的圓環(huán)和驅(qū)逐者的標(biāo)準(zhǔn)的部分自動地被添加到裝配，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)部分也自動地被建立，和口袋。 7.結(jié)論 注射模具裝配以所提出的特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎静粌H把特性范例擴(kuò)展到裝配，由于擴(kuò)展特性范例而給條件，插入和方向限制等等鋪席子到裝配設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，而且是封裝操作的功能和幾何學(xué)的約束，諸如自由的程度，諸如集合的組成部分的模糊變化修正甚至能在完成裝配過程之后被制定。 裝配對象的封裝有如下兩種優(yōu)勢： 首先，因?yàn)檠b配的條件被封裝在裝配對象中，自動裝配設(shè)計(jì)容易執(zhí)行； 其次，對象裝配的封裝操作的功能使諸如裝在衣袋內(nèi)與干擾檢查的裝配設(shè)計(jì)的日常事務(wù)過程自動化。 所提出的簡單化的動作分析能基本上減少為了自動檢測校對模具裝配之內(nèi)組成部分干擾所需要的規(guī)劃設(shè)計(jì)的努力。 一、設(shè)計(jì)題目： 泵蓋注塑模設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)任務(wù)要求及主要原始資料： 設(shè)計(jì)任務(wù)要求： 1. 注塑模設(shè)計(jì)圖紙一套 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份 主要原始材料： 1.塑件圖一張 2主要參考文獻(xiàn) [1]李德群 唐志玉主編.中國模具設(shè)計(jì)大典（第二卷).江西:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2003 [2] 中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會組編.塑料模設(shè)計(jì)及制造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 [3]《塑料模設(shè)計(jì)手冊》編寫組.塑料模設(shè)計(jì)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994 [4] 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森編.模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊.上海:科學(xué)技術(shù)出版社,2001 [5] K.stoeckhert/G.Menning 編著.模具制造手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 [6] 彩英主編.實(shí)用塑料注射模具設(shè)計(jì)與制造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [7] 邢邦圣主編.機(jī)械工程制圖.南京:東南大學(xué)出版社，2003 [8] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 三、設(shè)計(jì)時(shí)間：2014 年 3月 3 日至 2014年 6月 1日 指 導(dǎo) 教 師： （簽名） 教 學(xué) 院 長： （簽名） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 泵蓋塑料模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師： 職 稱 定稿日期： 年 月 日 摘 要 塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，對注塑模具的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提出了質(zhì)量好、制造精度高、研發(fā)周期短等越來越高的要求，能否適應(yīng)這種需求已成為模具生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。模具技術(shù)是融合機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動控制、數(shù)控技術(shù)等學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科。 本文中針對泵蓋注射模具制定出合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中包括成型部分及其零部件設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。根據(jù)分析，設(shè)計(jì)了一套塑料注射模具，并對模具以及主要零件進(jìn)行了CAD繪圖。 關(guān)鍵字：注射模具，澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng) 目 錄 摘 要 II 目 錄 III 第1章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2塑料模現(xiàn)狀 1 1.3 模具產(chǎn)品發(fā)展趨勢 2 1.4 本課題的設(shè)計(jì)步驟 4 第2章 塑件的工藝分析 6 2.1塑件的工藝性分析 6 2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 9 2.2.1結(jié)構(gòu)分析 9 2.2.2尺寸精度分析 9 2.2.3表面質(zhì)量分析 9 2.3計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 9 第3章 注塑模設(shè)計(jì) 10 3.1 注射模具分型面的選擇 10 3.1.1 分型面的基本形式 10 3.1.2 分型面選擇的基本原則 10 3.1.3 分型面的選擇 10 3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 10 3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì) 11 3.2.3 分流道的設(shè)計(jì) 12 3.2.4 澆口的設(shè)計(jì) 13 3.2.5 冷料穴和鉤料脫模裝置 16 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 16 3.3.1 型腔數(shù)目的確定 16 3.3.2 型腔的排列 18 第4章 成型零件和模體的設(shè)計(jì) 18 4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4.3 成型零件的尺寸確定 20 第5章 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21 第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 第7章 排氣系統(tǒng) 24 第8章 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)校核 25 總結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 第1章 緒論 第1章 緒 論 1.1 概述 塑料模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具。塑料模具對塑料制品的質(zhì)量和操作難易程度都有相當(dāng)?shù)挠绊懸虼艘竽＞咴谏a(chǎn)度，外觀，物理性能等各方面都滿足使用要求并要求其效率高，操作簡便，結(jié)構(gòu)合理，制造容易，成本低廉。現(xiàn)代塑料制品中合理的加工工藝，高效的設(shè)備，先進(jìn)的模具是必不可少三項(xiàng)重要因素。尤其是塑料模具要實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求，制件使用要求和造型設(shè)計(jì)起著十分重要的作用。因此，對塑料模具生產(chǎn)也提出了越來越高的要求。因此促使模具生產(chǎn)不斷向前發(fā)展。 模具工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，它的技術(shù)水平很大程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和市場的競爭能力。隨著我國加入“WTO”步伐的日益加快?！叭胧馈睂ξ覈＞吖I(yè)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢日益明顯，同時(shí)世界眾多知名公司不斷進(jìn)行構(gòu)調(diào)整，國內(nèi)市場的國際性進(jìn)一步現(xiàn)，該行業(yè)將經(jīng)受更大的沖擊，競爭也會更加激烈。在如此嚴(yán)峻的行業(yè)背景下，我國的技術(shù)人員經(jīng)過不斷的改革和創(chuàng)新使得我國模具水平有了較大的提高，大型，復(fù)雜，精密，高效和長壽命模具有上了新的臺階。 塑料制品的成型是塑料成為具有實(shí)用價(jià)值制品的重要環(huán)節(jié)。塑料成型方法已達(dá)40多種。其中最重要的是注射，擠出，吹塑和壓制等。它們幾乎占了整個(gè)塑料成型的85%；其中注射尤為突出，占塑料成型的30%以上。注射模具成形是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，有些熱固性塑料也可以用注射模塑成型。 1.2塑料?，F(xiàn)狀 近年來我國塑料模具有了長足的進(jìn)步，大型，復(fù)雜，高效和長壽命模具又上了新臺階，特別體現(xiàn)在高科技應(yīng)用的深度和廣度上，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： （1）廣泛應(yīng)用CAD/CAM/CAE，特別是加工方面，計(jì)算機(jī)造型，編程并由數(shù)控機(jī)床加工已是主要手段，CAE軟件也已得到廣泛應(yīng)用，提高了設(shè)計(jì)水平。 （2）熱流道技術(shù)的推廣應(yīng)用更上一層樓，內(nèi)熱式和外熱式流道裝置，自制熱噴咀和引進(jìn)熱噴咀都得到了應(yīng)用，有的已達(dá)到國際先進(jìn)水平。 （3）氣體輔助注射技術(shù)已得到應(yīng)用，不少廠家均采用了此技術(shù)，例如熊貓公司開發(fā)氣輔模具是時(shí)，采用了C -MOLD氣輔分析軟件使模具順利研制成功。 （4）應(yīng)用優(yōu)質(zhì)塑料模具鋼，現(xiàn)注射模較少采用45鋼，P20鋼得到廣泛應(yīng)用，大大提高了使用壽命和表面光潔度。 （5）抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，很多廠家已設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)新穎，脫模容易，具有創(chuàng)新意識的脫模機(jī)構(gòu)，并解決了很多以前脫模難的問題但與發(fā)達(dá)國家。 （6）精密，復(fù)雜，大型，高壽命模具的制造水平有了很大提高。那些尺寸精度高，模具零件要求互換，塑件形狀復(fù)雜的模具由于采用了CAD三維技術(shù)計(jì)算機(jī)模擬注射成型，氣輔技術(shù)等先進(jìn)的方式，使模具達(dá)到了國外同類模具水平。模具的壽命也達(dá)到100萬次或更高。 我國的模具工業(yè)在“九五”期間雖有較快發(fā)展，但相比一些發(fā)展較快的國家，我國仍存在相當(dāng)大的差距。據(jù)資料顯示，CAD，CAE的應(yīng)用，發(fā)達(dá)國家遠(yuǎn)高于中國，而中國大陸的應(yīng)用程度有遠(yuǎn)低于香港，臺灣。特別是FLOW軟件和COOL軟件，發(fā)達(dá)國家已普及而中國大陸才剛剛起步。差距之大，使人感慨。在模具標(biāo)準(zhǔn)零件及標(biāo)準(zhǔn)模架方面，發(fā)達(dá)國家已普及，并實(shí)現(xiàn)了商品化，而中國大陸已有國家標(biāo)準(zhǔn)但尚未實(shí)現(xiàn)商品化。熱流道及熱管技術(shù)發(fā)達(dá)國家已大量使用，并形成了系列和標(biāo)準(zhǔn)。而我國大陸70年代開始研究迄今尚無標(biāo)準(zhǔn)。 在發(fā)達(dá)國家及發(fā)達(dá)地區(qū)塑料模具行業(yè)向小而專的方向發(fā)展；向技術(shù)密集方向發(fā)展；高技術(shù)與高技藝相結(jié)合；生產(chǎn)規(guī)模以小而專見長；專業(yè)化與柔性化相結(jié)合。而在中國大陸則恰恰相反。獨(dú)立的模具工廠難以生存；多屬于勞動密集型企業(yè)；有忽視高技藝的傾向；大而全居多；尚無專業(yè)化與柔性化相結(jié)合的規(guī)劃。而且大型，精密，復(fù)雜，長壽命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出，高檔模具進(jìn)口的比例達(dá)40%以上，而有些模具已出現(xiàn)過剩。 1.3 模具產(chǎn)品發(fā)展趨勢 模具工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的技命不斷取得新的進(jìn)展和突破，市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種，小批量，高質(zhì)量，低成本的方向發(fā)展，于是對制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備-模具的要求越來越苛刻，模具必然會有如下發(fā)展趨勢： 1.模具CAD/CAM/CAE技術(shù)將日益深入人心并發(fā)揮越來越重要的作用?；诰W(wǎng)絡(luò)的一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAD/CAM/CAE將達(dá)到開放性，兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一。CAD/CAM軟件在智能化，面向?qū)ο?，基于特征和面向制造方面將獲得長足的進(jìn)步。模具3D分析的重要性更加明確。國產(chǎn)軟件CAXA系統(tǒng)，HSC系統(tǒng)和Z-MOLO等軟件的功能和水平將不斷提高和完善。 2. 模具的精度將越來越高，并日趨大型化，現(xiàn)在模具精度已達(dá)2—3毫米，不久1毫米精度的模具將上市。隨著零件微化及精度要求的不斷提高，這就要求發(fā)展超精加工。另一方面，由于用模具成型的零件日益大型化以及由于高效率要求而發(fā)展的一模多腔，勢必要求模具隨之大型化。 3.隨著熱流道技術(shù)的日益推廣應(yīng)用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高，由于熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料，因此，熱流道技術(shù)的應(yīng)用將會發(fā)展很快，比例也將逐漸提高。 4.隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。氣體輔助注射成型技術(shù)能改善塑件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量。具有注射壓力低，制品變形小，節(jié)約原料，提高制件生產(chǎn)率，從而大幅度降低成本等優(yōu)點(diǎn)。而高壓注射成型可減小樹脂收縮率，增大塑件尺寸的穩(wěn)定性，提高其精度。 5.快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)的前景十分廣闊，突出的表現(xiàn)在快速成型（RP）快速模具制造（RT）上。21世紀(jì)，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例將達(dá)75%以上。模具的生產(chǎn)周期將越來越短，成本也將相應(yīng)降低。精度和壽命又能滿足生產(chǎn)上的使用要求RP+RT的研究成為國內(nèi)外RPM界十分關(guān)注并大力發(fā)生的領(lǐng)域之一，正大力向著快速模具制造（RTM）發(fā)展，一些新的快速成型方法相繼涌現(xiàn)，RPM是電腦，激光，光學(xué)掃描，先進(jìn)的新型材料，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助加工（CAM），數(shù)控（CNC）綜合應(yīng)用的高進(jìn)技術(shù)。利用它可以直接或間接的快速制模?？焖僦颇＜夹g(shù)為適應(yīng)市場的需求，必然呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。 6.模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制模周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，因此模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日益廣泛，在今后的模具市場中必將成為一類。十分活躍而又高速發(fā)展的產(chǎn)品。 7.三維掃描儀的多樣化和高速化將會使模具的逆向工程獲得發(fā)展，逆向工程技術(shù)已成為模具制造，信息傳遞的簡便途徑，是模具CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。 8.高性能的模具鋼的用量也將以較快速度增長，由于對模具鋼的要求越來越高，迫切需要研制出高強(qiáng)度，高硬度，高耐磨性愜意加工，熱處理變形小，導(dǎo)熱性優(yōu)良的制模材料，并廣泛的投入應(yīng)用。如各種導(dǎo)型材模具，PVC塑料等。 隨著以塑料鋼的進(jìn)一步發(fā)展，塑料模的比例將不斷提高，發(fā)展速度也將高于沖模。對模具的要求也將越來月高，高檔模具在市場上的份額也將逐步擴(kuò)大。 1.4 本課題的設(shè)計(jì)步驟 本設(shè)計(jì)要求使用CAD，PROE等軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行零件圖紙繪制，設(shè)計(jì)成型注射模具。 帶聯(lián)合頂出機(jī)構(gòu)對于注塑模的設(shè)計(jì)比較簡單，使用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法就能夠設(shè)計(jì)出合理簡單有效的模具。 機(jī)構(gòu)的材料：PP 根據(jù)選擇模具要一腔8模，對于模具的基本方案是： （1）對于注塑機(jī)的選擇，由于機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量以及所給的各項(xiàng)要求，進(jìn)行綜合的考慮，采用臥式注塑機(jī)； （2）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （a）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 所給設(shè)計(jì)要求是一模8腔，因此將型腔對稱放置，使用圓錐型主流道，使用球型頭的拉料桿的冷料井。將分流道對稱設(shè)置，分流道截面采用梯形截面，澆口采用潛伏式澆口，利用分型面或配合間隙排氣； （b）成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 陰模使用整體嵌入式，上下模板上均嵌入陰模。由于結(jié)構(gòu)的上下結(jié)構(gòu)特征，在上下模板均設(shè)計(jì)了型芯； （c）合模導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 使用導(dǎo)向柱四根，同時(shí)與導(dǎo)套配合，既能夠?qū)?，又能夠定位? （d）脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 使用推桿進(jìn)行脫模，同時(shí)在噴霧器嘴的下側(cè)使用一推環(huán)，雖然塑件有四處筋板，可使用使用四處推桿，但使用一推環(huán)可防止在推模時(shí)對塑件造成破壞； （3）零件圖的繪制 在對模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基本的設(shè)計(jì)后，首先要進(jìn)行三維圖以及零件圖的繪制，以為后一部的加工提供必要的尺寸及一些數(shù)據(jù)參數(shù)。 （4）對模具進(jìn)行模具的CAD設(shè)計(jì) 在對模具進(jìn)行基本設(shè)計(jì)之后，就要進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，在得到正確的數(shù)據(jù)后，利用CAD進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，通過進(jìn)行人機(jī)交互，即可得到簡單又優(yōu)良的設(shè)計(jì)。在對模具進(jìn)行設(shè)計(jì)完成之后，我們得到了模具的三維圖,并生成模具的裝配圖，同時(shí)生成我們所需要的所有零件的圖紙。 進(jìn)行以上的工作之后，還要進(jìn)行注射模具的制造工藝設(shè)計(jì),在完成所有的設(shè)計(jì)之后完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫。 31 第2章 塑件的工藝分析 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是泵蓋產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用ABS，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 圖1 泵蓋圖 2.1塑件的工藝性分析 (1)?PP的成型加工性能?? ?????1)??PP的吸濕性很小，因此在成型前一般不需要進(jìn)行干燥處理，若濕度超過允許值，則應(yīng)進(jìn)行干燥處理。?? 2) PP分子結(jié)構(gòu)中含有叔碳原子，故抗氧化能力很低，在塑化時(shí)應(yīng)加入抗氧化劑。????? 3) ??3)??PP在超過280℃時(shí)會發(fā)生熱降解，使性能劣化，熔料和金屬壁面接觸會加速熱降解，故成型時(shí)應(yīng)避免熔料長時(shí)間滯留在料筒內(nèi)。?? ?????4)???PP熔體流動性良好，介于HDPE和LDPE之間，易成型薄壁、長流程塑件。???????5)???PP具有結(jié)晶性、成型收縮率的變化范圍較大，為1.0%?3.0%，且有較明顯的后收縮性，故易產(chǎn)生縮孔、凹痕和變形，且方向性強(qiáng)。?? ?????6)???PP的熔點(diǎn)和熔體熱焓量比LDPE高，在結(jié)晶和冷卻過程中會放出較多熱量，因此模具要有較好的冷卻系統(tǒng)，以減少塑件變形。?? ?????7)??由于PP的熱收縮和結(jié)晶作用，在成型過程中的比容積有較大變化，塑件的筋、孔及壁厚較大的部位容易產(chǎn)生氣泡及凹痕等缺陷。?? ?????8)??PP熔料溫度低時(shí)取向明顯，尤其在低溫高壓時(shí)更甚，因此要控制成型溫度。???????9)??PP塑件脫模時(shí)收縮性較大，應(yīng)在脫模后在定型裝置上放置1天以上以定型，對于尺寸精度較高的塑件，可及時(shí)進(jìn)行熱處理。?? ????10)??由于PP的成型收縮率較大，低溫呈脆性，故塑件應(yīng)壁厚均勻，避免缺口、尖角出現(xiàn)，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。?? ????11)??如果保壓時(shí)間過長，會使塑件出現(xiàn)較大的收縮而出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，因此在保證補(bǔ)充熔體固化收縮用料的基礎(chǔ)上，盡量縮短保壓時(shí)間。???? ????12)?PP熔體具有較明顯的非牛頓性，粘度時(shí)剪切速率和溫度都較敏感。??????(2)PP的主要注塑成型條件?,?? ?????1)???料筒溫度。在需要注射壓力和注射速度較小時(shí)，可選擇較低的料筒溫度。一般料筒溫度控制在210~280℃,噴嘴溫度比料筒溫度低10~30℃。當(dāng)成型薄壁、復(fù)雜塑件時(shí)，料筒溫度取高者；當(dāng)塑件? ? 較厚時(shí)，料筒溫度取低者。?? ?????12)?PP熔體具有較明顯的非牛頓性，粘度時(shí)剪切速率和溫度都較敏感。??????(2)PP的主要注塑成型條件?,??? ?????1)????料筒溫度。在需要注射壓力和注射速度較小時(shí)，可選擇較低的料筒溫度。一般料筒溫度控制在210~280℃,噴嘴溫度比料筒溫度低10~30℃。當(dāng)成型薄壁、復(fù)雜塑件時(shí)，料筒溫度取高者；當(dāng)塑?? 件較厚時(shí)，料筒溫度取低者。??? ?????2)????模具溫度。PP的結(jié)晶能力較強(qiáng)，提高模溫有助于增加結(jié)晶度，也有利于大分子松弛，減少分子的取向作用，從而降低塑件的內(nèi)應(yīng)力，減少缺料、氣泡等缺陷，生產(chǎn)中常把模溫調(diào)整到20~60℃?? ?????3)????注射壓力。在注塑成型時(shí)，提高注射壓力有利于增大熔料的流動性。柱塞式注塑機(jī)的注射壓力比螺桿式要高。一般控制在70~100MPa，具體數(shù)值以試模來決定，以塑件不缺料、溢料以及不產(chǎn)?? 生凹痕和氣泡為準(zhǔn)?? -?PP注塑工藝特性與工藝參數(shù)的設(shè)定? PP為非極性的結(jié)晶塑料，吸水率很低，約為0.03％～0.04％，注塑時(shí)一般不需進(jìn)行干燥(必要時(shí)，可在80～100℃下干燥1～2h即可)。? PP的熔點(diǎn)為165～170℃，分解溫度為350℃，最大結(jié)晶速率溫度為120～130℃，成型溫度范圍較寬（205～315℃）。注塑用PP的適宜MFR范圍為2～15?g/10min，熔體的流動性較好，料筒溫度控制在210～? 280℃，噴嘴溫度比料筒最高溫度低10～30℃。當(dāng)制品壁薄、形狀復(fù)雜時(shí)，料筒溫度可提高至280～300℃：而當(dāng)制品壁厚大或樹脂的MFR高時(shí)，料筒溫度可降低至200～230℃。?? PP熔體的粘度對剪切速率的依賴性大于對溫度的依賴性，因此，在注塑時(shí)，通過提高注射壓力或注射速率來增大熔體流動性比提高料筒溫度更有效(注射壓力通常為70～120MPa)。此外，注射壓力的提高? 還有利于提高制品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，對制品的沖擊強(qiáng)度無不利影響，特別是大大降低了收縮率，但過高的注射壓力易造成制品溢料，并增加了制品的內(nèi)應(yīng)力。? 注塑PP時(shí)的模具溫度為40～90℃。提高模溫，PP的結(jié)晶度提高，制品的剛性、硬度增加，表面光潔度較好，但易產(chǎn)生溢料、凹痕、收縮等缺陷；而模溫過低，結(jié)晶度下降．制品的韌性增加，收縮率減小?，但制品表面光潔度差，面積較大、壁厚較厚的制品還容易產(chǎn)生翹曲。? 在PP的成型周期中，保壓時(shí)間的選擇比較重要。一般，保壓時(shí)間長，制品的收縮率低，但由于凝封壓力增加，制品會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故保壓時(shí)間不能太長。? 與其它塑料不同，PP制品在較高的溫度下脫模不產(chǎn)生變形或變形很小，實(shí)際往往采用較低的模溫，因此，PP的成型周期是較短的。? PP的Tg較低，脫模后，制品會發(fā)生后收縮，后收縮量隨制品厚度的增加而增大。約在脫模后的6h完成90％，還有10％要在十幾天內(nèi)才能完成。降低收縮率的具體措施是：縮短注射時(shí)間、延長保壓時(shí)間、? 提高料溫和模具溫度。成型時(shí)，提高注射壓力、延長注射和保壓時(shí)間及降低模溫等，都可以減少后收縮。采用共聚PP或改性PP，有利于減少收縮率。對于尺寸穩(wěn)定性要求較高的制品，應(yīng)進(jìn)行熱處理，熱? 處理溫度為80～100℃，時(shí)間為1～2h。? 值得注意的是，PP制品的后收縮比較嚴(yán)重．因此，制品要進(jìn)行時(shí)效處理。PP制品低溫下表現(xiàn)出脆性，對缺口很敏感。? 2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 2.2.1結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形,模具設(shè)計(jì),該零件屬于中等復(fù)雜程度. 2.2.2尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(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)在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 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=46.87cm 計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質(zhì)量：M=Vρ＝50g(通過3D軟件測量得到) 采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注塑機(jī)XS—ZY—125型。 總結(jié) 第3章 注塑模設(shè)計(jì) 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 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、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應(yīng)有利于排氣；（3）應(yīng)考慮開模是塑料留在動模一側(cè)；（4）應(yīng)容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應(yīng)力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應(yīng)與注塑機(jī)的參數(shù)相適應(yīng)；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 根據(jù)對工件模型的觀察和分型面選擇的基本原則。現(xiàn)選擇A-A′為分型面。 3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設(shè)計(jì)注射模具的澆注系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾項(xiàng)原則[12]。 （1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應(yīng)盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應(yīng)根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì) 主流道是熔融塑料由注塑機(jī)噴嘴先經(jīng)過的部位，它與注塑機(jī)噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸、碰撞，一般澆口不直接開設(shè)在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。 （1）主流道的設(shè)計(jì) 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注塑機(jī)噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時(shí)間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 （2）主流道尺寸 在臥式或立式注塑機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比注塑機(jī)噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注塑機(jī)噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。 （3）主流道澆口套 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。 澆口套的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應(yīng)進(jìn)行淬火處理，為了防止注塑機(jī)噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應(yīng)低于注塑機(jī)噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于注塑機(jī)的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注塑機(jī)噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注塑機(jī)噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。 澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時(shí)，其出料端端面直徑應(yīng)盡量選得小些。澆口套于注塑機(jī)的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注塑機(jī)噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注塑機(jī)噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。 定位環(huán)是模體與注塑機(jī)的定位裝置，它保證澆口套與注塑機(jī)的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應(yīng)與注塑機(jī)的定位孔間隙配合。澆口套端面應(yīng)與定模相配合部分的平面高度一致。 注塑機(jī)XS-Z-30的噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注塑機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取3 mm，如圖3.2。 圖3.2 澆口套 3.2.3 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進(jìn)入單腔中的進(jìn)料澆口或主流道進(jìn)入多腔的澆口的通道，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(shè)置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。 在注射過程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時(shí)，應(yīng)是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下： 分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。 在可能情況下，分流道的長度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長度盡量相等，以達(dá)到注射大時(shí)壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時(shí)均勻的充滿各個(gè)型腔。在有些情況下分流道長度不能相等時(shí)，則應(yīng)在澆口處作必要的補(bǔ)救措施，如果分流道較長時(shí)，應(yīng)在其末端設(shè)置冷料穴，放置冷料和空氣進(jìn)入模腔[15]。 在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應(yīng)盡量的小，但分流道的截面積過小會降低注射速度，使填充時(shí)間延長，同時(shí)可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過大則增大冷卻時(shí)間應(yīng)比型腔中塑件的冷卻時(shí)間要短，才不影響注射時(shí)的效率。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。 分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應(yīng)采用軸對稱或中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。 在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少，在轉(zhuǎn)向處應(yīng)圓滑過渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動。 當(dāng)分流道設(shè)在定模一側(cè)或分流道延伸較長時(shí)，應(yīng)在澆口附近或分流道的交叉處設(shè)置鉤料桿，以便于在開模時(shí)在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。 分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。 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。 泵蓋注射模要求一模8腔，在布局上選擇平衡式分流道。平衡式分流道的特點(diǎn)是：從主流道到各個(gè)型腔的分流道，其長度、截面尺寸及其形狀完全相同，以保證各個(gè)型腔同時(shí)均勻進(jìn)料，同時(shí)注射完畢。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡單。 3.2.4 澆口的設(shè)計(jì) （1）澆口的概念 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)與位置的選擇恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到塑件能否被完好、高質(zhì)量地注射成形。 （2）澆口的作用 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(gè)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(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其作用如下： 澆口通過截面積突然變化，使塑料熔體通過撓口的流速有突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達(dá)到同時(shí)進(jìn)料的目的。澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離[16]。 （3）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。 特點(diǎn)是：流動阻力小，流動路程短及補(bǔ)縮時(shí)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，注塑機(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(shí)，內(nèi)澆口開設(shè)在該孔處，同時(shí)在中心處設(shè)置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式。它具有直接澆口的優(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。 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(shí)去除澆口容易，不留明顯痕跡。 側(cè)澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。 扇形澆口是一種沿澆口方向?qū)挾戎饾u增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側(cè)澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。 （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。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多。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，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。 澆口位置的選擇原則：盡量縮短流動距離；避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；澆口應(yīng)開設(shè)在塑件厚壁處；考慮分子定向的影響；減少熔接痕。 （4）澆注系統(tǒng)平衡設(shè)計(jì) （a）澆注系統(tǒng)的平衡概念 為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采取一模多腔的結(jié)構(gòu)豫應(yīng)盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據(jù)某種需要澆注系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成型腔非平衡式布置形式，則需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達(dá)到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。 （b）澆注系統(tǒng)的平衡計(jì)算方法 澆注平衡計(jì)算的思路是通過計(jì)算多型腔模具各個(gè)澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來判斷或計(jì)算。澆口平衡時(shí)，BGV值應(yīng)符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計(jì)算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計(jì)算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。 （5）澆口的選擇 本模具為一模兩腔，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(shí)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。 3.2.5 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(shí)，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。球形拉料裝置由冷料穴、拉料桿組成，拉料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 3.3.1 型腔數(shù)目的確定 根據(jù)塑件生產(chǎn)批量及經(jīng)濟(jì)性，通過注射量及鎖模力計(jì)算，可確定盡可能多的型腔數(shù)，以提高生產(chǎn)率。其型腔在一模中的數(shù)目確定方法見表三： 序號 確定依據(jù) 確定方法 說明 1 按塑件的經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù) 按總成型加工費(fèi)用最小的原則，并忽略準(zhǔn)備時(shí)間和試生產(chǎn)時(shí)的原材料費(fèi)用，僅考慮模具費(fèi)和成型加工費(fèi)。其型腔數(shù)量，可用下式計(jì)算： N= 式中 N——每副模具型腔數(shù)； P——計(jì)劃生產(chǎn)總件數(shù)； Y——單位小時(shí)模具加工費(fèi)用（元／h）； T——成型周期（min）； c——每個(gè)型腔模具加工費(fèi)用（元）； 單型腔模具比多型腔模具制造成本低、周期短，所以批量較少的塑件，不宜采用多型腔特別是形狀復(fù)雜、尺寸較大的、精度要求較高、小批量試生產(chǎn)的塑件應(yīng)選用單型腔模具比較經(jīng)濟(jì)。 2 按注塑機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù) 塑件的每次注射量總和不能超過注塑機(jī)最大額定注射量的80％，其計(jì)算方法是： N≤ 式中 N——每臺模具允許型腔數(shù)； V——注塑機(jī)最大注射量； Vj——澆注系統(tǒng)凝料量； Vs——單個(gè)塑件的容積；或質(zhì)量（cm 3或g） 若每次注射量總和大于注塑機(jī)額定注射量，則型腔數(shù)應(yīng)減小或采用單型腔； 3 按注塑機(jī)額定鎖模力確定型腔數(shù) 按注塑機(jī)額定鎖模力確定所需設(shè)型腔數(shù)，可以按下式核算： N≤ 式中 F——注塑機(jī)額定鎖模力（KN）； P——塑料對型腔平均壓力（MPa）； A——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）； AZ——單個(gè)塑件在分型面上的投影面積（cm2）； 所確定的型腔個(gè)數(shù)總鎖模力不應(yīng)超過注塑機(jī)額定鎖模力，否則合模時(shí)，模具難以合嚴(yán)，有溢料產(chǎn)生，應(yīng)減小型腔個(gè)數(shù)。 4 按制品精度要求確定型腔數(shù) 型腔數(shù)越多精度越低，從滿足精度要求出發(fā)型腔數(shù)可按下式確定： N≤2500-24 式中 L——塑件基本尺寸（mm）； δ——塑件尺寸公差（mm）； Δ——單腔時(shí)，塑件可能達(dá)到尺寸公差（mm），其中聚甲醛為±0.2％、PE、PP、PC、PVC為±0.05％ ； 1.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每增加一個(gè)型腔，其尺寸精度可降低4％。 2.一模一腔時(shí)，塑料公差聚甲醛為0.2％，尼龍66為0。3％，聚碳酸酯ABS，聚乙烯為0.05％。 3.對于高精度塑件，一模不能超過四腔。 表三 此塑件采用第二種方法確定型腔數(shù)目；按注塑機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)；根據(jù)公式： N≤ 最終確定采用一模8腔的結(jié)構(gòu)形式； 3.3.2 型腔的排列 型腔的布置采用對稱分布，以防模具承受偏載而產(chǎn)生溢料。平衡性好，加工容易，使用比較廣泛。 第4章 成型零件和模體的設(shè)計(jì) 4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。 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(gè)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。 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。 完全組合式是由多個(gè)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。這里選擇整體式型腔。 在塑料注射模具的注射過程中，型腔從合模到注射保證過程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的硬度和剛度，總的來說，型腔所承受的力大體有合模時(shí)的壓應(yīng)力、注射過程中塑料流動的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開模時(shí)的壓應(yīng)力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過程中總是在變化。在這些壓力作用下，當(dāng)型腔的剛度不足時(shí)，往往會產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證型腔在注射過程中產(chǎn)生超過規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計(jì)算和選擇是十分重要的。 （1）型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算 按強(qiáng)度計(jì)算 其壁厚S按下列公式計(jì)算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm 代入公式得：S=4mm （2）底板厚度的計(jì)算 按強(qiáng)度計(jì)算 其壁厚H按下面公式計(jì)算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm 代入公式得：H=5.5mm 4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復(fù)合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 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，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計(jì)算得型腔的徑向尺寸： （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； —塑件的最大基本小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選??； 根據(jù)公式計(jì)算得型腔的深度尺寸： （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，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計(jì)算得型芯的徑向尺寸： （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，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選取； 根據(jù)公式計(jì)算得型芯的高度尺寸： 第5章 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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、啟動頂出。 按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。 （1）推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 在注射成形的每個(gè)周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機(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塑機(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 塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質(zhì)量,合模時(shí)應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)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(gè)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(shí)運(yùn)動阻力小，推出動作靈活可靠，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(gè)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。 特點(diǎn)：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(shí)，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 （5）頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則： 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時(shí)必須考慮到的問題。一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。 注射設(shè)備的頂出裝置都設(shè)計(jì)在動模一側(cè)，因此，在一般情況下開模時(shí)，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(shí)就應(yīng)充分考慮。 在實(shí)踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側(cè)的情況時(shí)，可設(shè)法增加動默一側(cè)的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側(cè)面人為的開設(shè)橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時(shí)可采用定模頂出機(jī)構(gòu)。 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時(shí)必須考慮到的問題。一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。 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。 頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，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。 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。 第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 塑料在生產(chǎn)過程中由于需要對熔融的塑料流體進(jìn)行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可按下式進(jìn)行計(jì)算： 設(shè)該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30°，產(chǎn)量為（1分鐘2模）1000g/h。 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量為Q3，查有關(guān)文獻(xiàn)得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J 求冷卻水的體積流量V V=WQ1/Pc1(T1－T2) =140cm3 溫度調(diào)節(jié)對塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：變形尺寸精度 力學(xué)性能 表面質(zhì)量 在選擇模具溫度時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用情況著重滿足制件的質(zhì)量要求。 在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質(zhì)帶走，因此注射模的冷卻時(shí)間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時(shí)間是提高是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。在冷卻水冷卻過程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在此我選擇湍流。 如表五： 冷卻水道直徑 d/（mm） 最低流量v /（m/s） 流量 qv/（m/min） 12 1.10 7.4×10 表五 第7章 排氣系統(tǒng) 在注塑模具的設(shè)計(jì)過程中，必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，否則，熔融的塑料流體進(jìn)入模具型腔內(nèi)，在填充模具的型腔過程中同時(shí)要排出型強(qiáng)及流道原有的空氣，氣體如不能及時(shí)排出會使制件的內(nèi)部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時(shí)排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強(qiáng)度下降，甚至充模不滿甚至?xí)a(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于泵蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進(jìn)行排氣，而不需在模具上開設(shè)排氣槽。 第8章 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)校核 1、模具閉合高度的確定 根據(jù)支承與固定零件中提供的數(shù)據(jù)確定：定模座板H1=25mm ，上固定板H2=20mm 下固定板H3=25mm支承板H4=32mm動模座板H5=25mm，墊塊H6=50mm H=H1+H2+H3H+H4+H5+H6+H7 =25+20+25+32+25+50=177mm 2、 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為680㎜×510㎜，XS—Z—125型注塑機(jī)模板最大安裝尺寸為700㎜×700㎜；故能滿足模具的安裝要求。 經(jīng)驗(yàn)證，XS—Z—450型注塑機(jī)能夠滿足使用要求，故可以采用 最大注射壓力校核 注射機(jī)的額定注射壓力即為它的最高壓力，應(yīng)該大于注射機(jī)成型所需調(diào)用的注射壓力P0，即 ≥K′P0 （6.3） 式中： K′—安全系數(shù)，通常取1.25～1.4，這里取K′=1.3。 160≥1.3×80 所以，注射壓力校核合格。 6．3 模具安裝和試模 1.清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。 2.因模具外形尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機(jī)器下面兩根導(dǎo)軌上墊好板，模具從側(cè)面進(jìn)入機(jī)架間，定模入定位孔，并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應(yīng)保證開閉模具時(shí)平穩(wěn)、靈活，無卡住現(xiàn)象，然后固定動模。 3.調(diào)節(jié)鎖模機(jī)構(gòu)，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當(dāng)。 4.慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況，動作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。 5.模具裝好后，待料筒及噴嘴溫度上升到距離預(yù)定溫度20～30，即可校正噴嘴澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間，觀察兩者接觸印痕，檢查吻合情況，必須使松緊合適，校正后擰緊注射座定位螺釘，緊固定位。 6.開空車運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察模具各部分運(yùn)行是否正常，然后才可注射試模。 雖然是在選定成型材料、成型設(shè)備時(shí)，在預(yù)想的工藝條件下進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，但是人們的認(rèn)識往往是不完善的，因此必須在模具加工完成以后，進(jìn)行試模試驗(yàn)，看成型的制件質(zhì)量如何。試模時(shí)，塑件上?？赡艹霈F(xiàn)各種弊病，為此必須進(jìn)行原因分析、排除故障。造成次、廢品的原因很多，有時(shí)是單一的，但經(jīng)常是多方面綜合的原因。需按成型條件、成型設(shè)備、模具結(jié)構(gòu)及制造精度、塑件結(jié)構(gòu)及形狀等因素逐個(gè)分析找出其中主要矛盾，然后再采取調(diào)節(jié)成型工藝參數(shù)、修整模具等方法加以解決。因?yàn)槌尚蜅l件容易改變，所以一般的做法是先變更成型條件，當(dāng)變更成型條件不能解決問題時(shí)，才考慮修理模具。 總結(jié) 通過此畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)從CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；模具成型零件CAD造型設(shè)計(jì)；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過程，工程設(shè)計(jì)應(yīng)用能力得到了鍛煉和提高。 在設(shè)計(jì)期間，我學(xué)習(xí)并運(yùn)用CAD對頂出機(jī)構(gòu)的注射模的所有零件進(jìn)行了造型設(shè)計(jì)和對所有零件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。提高了我對CAD的運(yùn)用能力和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力，為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。 總之，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對各項(xiàng)知識的學(xué)習(xí)深度，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣才能按步驟有條不紊地進(jìn)行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 申長雨，陳靜波等. 塑料型材擠初模具 CAE 技術(shù)[M]. 模具工業(yè)出版社，2001(7). 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