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湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計（論文）
摘 要
注射成型是塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，而且可以一次成型形狀復雜的精密塑件。本畢業(yè)設計將支撐座模具作為設計對象，將注射模具的相關知識作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設計過程。
通過對萬能充電器成型工藝的正確分析，設計了一副一模兩腔的塑料模具，設計內容包括塑件分析、模架的設計、注射劑選型、澆注系統(tǒng)的設計、模具成型零件的設計和計算、導向機構的設計、脫模機構的計算、冷卻系統(tǒng)的設計、排氣槽的設計，并對關鍵的成型零部件進行了強度和剛度校核。本設計有如下特點：
1.模具結構設計的特點
本設計采用一模兩腔的塑料模具，成型零件加工方便；分型面采用單分型面，結構簡單；分型面不影響塑件外觀，開模時，塑件留在動模一側；塑件推出時，推桿痕跡不露于外觀面。
2.澆注系統(tǒng)設計的特點
分流道采用對稱式分布，從主流道到各個型腔的分流道，其長度、橫截面尺寸及其形狀都完全相同，可保證各個型腔同時均衡進料，同時充滿。
分流道截面采用半圓形結構，加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失大，便于脫模。
采用薄片側澆口，適用于本設計的薄壁零件，可以使熔體平穩(wěn)均勻的注入型腔，可以有效降低成品塑件內應力，減少因取向而產生的翹曲變形。
3.排氣、冷卻系統(tǒng)設計特點
利用分型面或推桿之間的配合間隙自然排氣，不須另設排氣通道，減少零件的制造成本。
冷卻系統(tǒng)采用直通式水道，加工方便、易于密封。
關鍵詞：注射成型；模具設計。
Abstract
Injection molding is a kind of important method of plastic molding, it is mainly suitable for thermoplastic plastic molding, and can be a complicated shape of precision plastic forming parts. This graduation design will design the mould as design object, the injection mold of the related knowledge as the basis, elaborated the design of plastic injection mould process.
Through analyzing the universal charger molding process correctly, to design a pair of one module and two cavities of plastic mould, design content including analysis and the design of the die set, selection of injection, the design of gating system, molding parts design and calculation, the design of steering mechanism, calculation of demoulding mechanism, the design of the cooling system design, exhaust slot, and the key of forming parts strength and rigidity. This design has the following features:
1. The characteristics of the mould structure design
This design USES one module and two cavities of plastic mold, molding parts processing and convenient; Using single parting surface, parting surface structure is simple; Parts surface, the parting surface does not affect the mould, plastic parts in dynamic model on one side; Plastics was introduced, push rod traces not in surface appearance.
2. The characteristics of gating system design
Distributary channel USES symmetric distribution, from the mainstream way to each cavity distributary channel, its length and cross section has the same size and shape, can ensure each cavity balanced feed at the same time, at the same time.
Distributary channel cross section structure of semicircle, good processing technology, and the plastic melt in the heat loss is big, easy mold release.
The thin side gate, applicable to the design of thin wall parts, can make smooth uniform melt injection mold, can effectively reduce the internal stress of the finished plastic parts, reduce the buckling deformation due to orientation.
3. The exhaust, cooling system design characteristics
Using the fitting clearance between parting surface or putting natural exhaust, need not of setting up the exhaust channel, reduce the manufacturing cost of spare parts.
Cooling system adopting straight-through waterway, processing is convenient, easy to seal.
Key words: injection molding; Mold design.
目錄
第一章 緒 論 1
1.1.注塑模具成型的地位 1
1.2.我國注塑模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
第二章 塑件分析 2
2.1.零件分析 2
2.1.1.塑件尺寸分析 2
2.1.2.脫模斜度 2
2.1.3.零件圖 2
2.2.塑件材料分析及其應用 3
2.3成型工藝分析 6
2.3.1確定型腔數(shù) 6
2.3.2.分型面的選擇 6
2.3.3.分型面寬度的確定 6
第三章 模架設計 7
3.1.標準模架選用依據(jù) 7
3.2.模架的裝配要求 8
第四章 注射機的選擇 9
4.1.鎖模力計算 9
4.2.校核 9
4.2.1.注射工藝 9
4.2.2.注射量校核 9
4.2.3.其他參數(shù)校核 9
第五章 澆注系統(tǒng) 11
5.1.主流道與澆口套的設計 11
5.2.分流道的設計 11
5.3.澆口的設計 12
5.4.冷料穴的設計 13
第六章 模具的成型零件 14
6.1.凹模的設計 14
6.2.凸模的設計 15
6.3.成型零件尺寸計算 15
第七章 導向機構 16
7.1.合模導向機構 16
7.1.1.導柱 16
7.1.2.導套 17
7.1.3.導柱和導套的配合及固定方式 17
第八章 脫模機構 19
8.1.脫模力的計算 19
8.2.推桿的尺寸選擇 19
8.3.推出機構分布圖 20
8.4.推桿的裝配要求 21
第九章 冷卻系統(tǒng) 22
9.1.冷卻系統(tǒng)的計算 22
9.2.冷卻系統(tǒng)分布 23
第十章 排氣和引氣系統(tǒng) 24
10.1排氣系統(tǒng) 24
10.2引氣系統(tǒng) 24
第十一章 結 論 25
參 考 文 獻 26
致 謝 27
附 件I 28
附 件II 29
iv
湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計（論文）
- 1 -
湖南科技大學瀟湘學院本科生畢業(yè)設計
第一章 緒 論
1.1.注塑模具成型的地位
注塑模具成型工藝是現(xiàn)代制造業(yè)中的最基本的一種工藝，其主要工作原理是通過模具型腔控制和限制聚合物材料的流動，使聚合物材料形成所需要的形狀。用注塑模具模具生產出零件，因其生產效率高、生產成本低、產品質量好、材料消耗低而廣泛地應用于制造業(yè)的各大領域中。
注塑模具制品在市場的需求量是非常大的，例如通信行業(yè)的模具市場。小型電子產品要求質量輕、美觀、防蝕、耐用、絕緣，注塑制品成為了最理想的選擇，所以電子行業(yè)也成為了注塑模具最大的市場之一，在電子行業(yè)，每一件最終成品都需要一個絕緣外殼，或ABS、或PS、PE，也可以是PP、PMMA、甚至SBR，但他們都有一個共同的特點就是使用模具注塑成型獲得，每一個不同的零件都需要只要一副成型模具，僅此一點就足以說明模具行業(yè)的重要性。在如汽車制造業(yè)，家電制造業(yè)，建筑等行業(yè)，巨大的塑件需求也是推動注塑模具工業(yè)不斷發(fā)展的動力。
1.2.我國注塑模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前世界模具市場供不應求，現(xiàn)今日本、美國、法國、瑞士和中國臺灣等國家和地區(qū)成為了世界上最主要的模具生產商。模具在中國市場的需求巨大，也有了相應對的模具標準，但模具出口數(shù)量極少，許多模具都需要依靠進口。
上世紀80年代開始，美國、瑞士等發(fā)達工業(yè)國家的注塑模具工業(yè)已完全從機床工業(yè)中分離出來，并逐步發(fā)展成為一個獨立的工業(yè)部門。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的速度快速增長。
在發(fā)展發(fā)展模具工業(yè)的道路上，其中的重要動力是來源于技術進步。與此同時，許多科研機構和高校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。我國成為世界超級制造大國的重要原因之一就是模具行業(yè)的快速發(fā)展。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺灣地區(qū)就將包括注塑模具在內的模具產業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，這使得注塑模具工業(yè)的發(fā)展更加暢通無阻。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，注塑模具也逐漸與沖壓模具行業(yè)分離，稱為單獨的一項產業(yè)，并成為臺灣地區(qū)的工業(yè)支柱產業(yè)之一。自1985年起，隨著計算機輔助設計的誕生和成熟，臺灣地區(qū)模具工業(yè)經歷了又一次革新和發(fā)展。
第二章 塑件分析
2.1.零件分析
2.1.1.塑件尺寸分析
（1）該零件用于萬能充電器的絕緣外殼；
（2）中央有一個沉孔用于安裝螺釘與上蓋固定；
（3）該零件有一個異型孔用于安裝活動插座；
（4）異型孔兩側各有一排散熱孔；
（5）該零件為薄壁類零件，壁厚2mm；
（6）表面磨砂處理；
（5）據(jù)文獻GB/T 14486-1993規(guī)定的模具塑件公差等級，所有表面沒有要求，公差等級MT5（±0.64）。
2.1.2.脫模斜度
由于塑件冷卻后產生收縮時會緊緊包裹在凸模上或由于粘附作用而緊貼在型腔內。為了便于脫模，應設置脫模斜度。據(jù)文獻[1]表2-10可知，ABS材料的塑件的凹模脫模斜度35′~1°30′，凸模脫模斜度30′~40′。
由于塑件外表面本身有斜度（4°），以上計算數(shù)值進用于零件內異型孔內壁、筋板等結構。
2.1.3.零件圖
成品零件圖如圖2.1所示。
圖2.1 塑件立體圖
零件圖如圖2.2所示，詳見附錄。
圖2.2 零件圖
2.2.塑件材料分析及其應用
ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其具有抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定性高、良好的表面光澤度等特點，容易涂裝、著色等特性，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用于工業(yè)領域的機械、汽車制造業(yè)、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，是一種用途非常廣泛的熱塑性工程塑料。
塑料ABS樹酯是目前產量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PB，PAN，PS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。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。經過實際使用發(fā)現(xiàn)：ABS塑料管材，不耐硫酸腐蝕，遇硫酸就粉碎性破裂。
一種磺酸鹽類陰離子表面活性劑。大多數(shù)平常使用洗衣粉的主要成分。
ABS 100份，PC 20~40份，PVC 30~40份，P(α-MSt)(加工助劑，用于改善材料的流動性能，熔點100℃~110℃)10~20份，增強劑5份，適量穩(wěn)定劑和其他助劑。
化學名稱丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料
英文名稱Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic
英文簡稱ABS
簡稱注釋：
另外有一種材料簡稱也是ABS，它是一種洗滌劑。
化學名稱烷基苯磺酸鈉
英文名稱Alkyl Benzo sulfonate
物料性能
綜合性能較好,沖擊強度較高,化學穩(wěn)定性,電性能良好；
與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理；
有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別；
流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好；
適于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件。
成型性能
流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件要長時間預熱干燥80-90度,3小時；
宜取高料溫,高模溫,但是料溫太高易產生分解(分解溫度為>270度).對精度較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60-80度；
如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法；
如成形耐熱級或阻燃級材料，生產3-7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置；
冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)應以粗，短為原則，宜設冷料穴，澆口宜取大，如：直接澆口，圓盤澆口或扇形澆口等，但應防止內應力增大，必要時可采用調整式澆口。模具宜加熱，應選用耐磨鋼；
對塑件質量影響較大的就是料溫，料溫過低會造成缺料，表面粗糙且無光澤，銀絲紊亂，料溫過高易溢邊，出現(xiàn)銀絲暗條，塑件變色起泡；
模溫對塑件質量也影響巨大，模溫過低時收縮率，伸長率，抗沖擊強度大，抗彎，抗壓，抗張強度低。模溫超過120度時，塑件冷卻慢，易變形粘模，脫模困難，成型周期長；
成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂，產生應力集中，故成型時應嚴格控制成型條件，成型后塑件宜退火處理；
熔融溫度高，粘度高，對剪切作用不敏感，對大于200克的塑件，應采用螺桿式注射機，噴嘴應加熱，宜用開暢式延伸式噴嘴，注塑速度中高速。
成型工藝
塑料ABS也可以說是聚苯乙烯的改良性，相比HIPS來說，其具抗沖擊強度高和機械強度更好，加工性能好，可以使用注塑機、擠出機等塑料成型設備進行注塑、擠塑、吹塑、壓延、層合、發(fā)泡、熱成型，還可以焊接、涂覆、電鍍和機械加工。ABS有較高的吸水性，必需進行干燥處理在加工前，干燥溫度為70~85℃，干燥時間為2~6h；ABS制品在加工中容易產生內應力，如應力太大，致使產品開裂，應進行退火處理，把制件放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內2~4h，再冷卻至室溫就行。
擠出工藝
擠出。塑料ABS常用于生產管材、板材、片材、及型材等制品，各種水管、氣管、潤滑油及燃料油的輸送管就是使用的管材；地板、家具、池槽、過濾器、墻壁隔層及熱成型或真空成型就是使用板材、片材。擠出機的螺桿長徑比通常比較高，L/D為18~22之間，壓縮比為（2.5~3.0）：1，宜用漸變型帶魚雷頭螺桿，料筒溫度分別為：料斗部150~160℃，料筒前部180~190℃，模頭溫度185~195℃，模具溫度180~200℃，其次吹塑成型溫度可控制在140~180℃之間。
塑料ABS表面預處理
為了涂料能在塑料表面的提高附著力和使塑料外形美觀，涂裝前必須對塑料表面進行預處理。
（1 ）退火
塑料ABS成型時容易形成內應力，涂裝后應力集中處容易產生開裂。可運用退火處理或整面處理，以此來消除應力。退火處理就是把ABS塑料成型件加熱到熱變形溫度以下，即60℃，保溫2h。為了使設備投資更實惠，可采用整面處理來改善表面狀況。
（2） 除油
ABS塑料件表面常沾有油污、手汗和脫模劑，它易使涂料附著力變差，涂層產生龜裂、起泡和脫落。涂裝前應進行除油處理。對ABS塑料件通常用汽油或酒精清洗，然后進行化學除油。
2.3成型工藝分析
2.3.1確定型腔數(shù)
通過計算每個型腔和澆注系統(tǒng)體積，匹配合適的注射機注射量，確定型腔數(shù)。
根據(jù)
得
k - 注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
mp - 注射機最大注射量(g)；
m1 - 澆注系統(tǒng)凝料量(g)；
m - 單個塑件體積或質量(g)；
通過對塑件模型的計算以及查閱國家標準文件，得出：
單個塑件體積：V=9.42 cm3；
單個塑件質量：m=9.891 g；
澆注系統(tǒng)體積約為V2=4.47 cm3；
模腔及澆注系統(tǒng)總體積：V總=23.31cm3。
2.3.2.分型面的選擇
選擇分模面原則首先就是要滿足分型面處于塑件最大輪廓處，則分型面選在外表面底部，根據(jù)選擇最大選擇分型面在零件底部凸緣根部，同時，這種方式還可以盡可能的保證外觀面完整、美觀。
2.3.3.分型面寬度的確定
在模具合模后，注射機的鎖模力主要作用在分型面上，因此，分型面要有一定的寬度，既保證一定的承壓面積，否則，會影響型芯、凹模以及側向抽芯機構，甚至導致模具的變形和破壞。但是，為了防止注射時溢料而產生飛邊，分型面配合的精度要求較高，如果分型面面積過大又會大大增加鉗工的工作量，不符合裝配制造的要求。
該設計屬于小型模具，故分型面寬度取10mm。則模具分型面總面積為23.125 cm2，符合注塑機參數(shù)。
第三章 模架設計
3.1.標準模架選用依據(jù)
在設計注塑模具時，根據(jù)塑件圖樣及技術要求，并充分分析、計算后，可以確定塑件形狀類型、尺寸范圍（型腔投影面積的周界尺寸）、壁厚、孔型及孔位、尺寸精度及表面等性能要求以及材料性能，以制定塑件成型工藝，確定精料口位置、塑件重量以及每模塑件數(shù)（型腔數(shù)），并選定注射機的型號及規(guī)格。選定注射機時還須滿足塑件注射量以及成型壓力等要求。為保證塑件質量的同時節(jié)約資源，還必須正確選用標準模架，以節(jié)約設計和制造時間保證模具質量。
（1）模架厚度H和注射機的閉合距離L對于不同型號和規(guī)格的注射機，不同結構形式的鎖模機構具有不同的閉合距離。模架厚度與閉合距離的關系為：
Lmax ≤H ≤Lmin
式中 H: 模架厚度
Lmax : 注射機最大閉合距離
Lmin : 注射機最小閉合距離
（2）開模行程與定、動模分開的間距與推出塑件所需行程之間的尺寸關系：設計時需計算確定，在取出塑件時的注射機開模行程應大于取出塑件所需的定、動模分開的間距，而模具推出塑件距離需小于頂出液壓缸的額定頂出行程。
（3）選用的模架在注塑機上的安裝：模架外形尺寸不應受注塑機拉桿間距的影響；定位孔徑與定位環(huán)尺寸需配合良好；注塑機推出桿孔的位置和頂出 行程是否合適；噴嘴孔徑和球面半徑是否與模具的澆口套孔徑和凹球面尺寸相配合；模架安裝孔的位置和孔徑與注塑機的移動模板及固定模板上的相應螺孔相配。
圖3.1 A2模架
（4）選用模架應符合塑件及其成型工藝的技術要求：為保證塑件質量和模具的使用性能及可靠性，需對模架組合零件的力學性能，特別是他們的強度和剛度進行準確的校核及計算，以確定動定模板及支撐板的長、寬、厚度尺寸，從而正確地選用模架的規(guī)格。
本設計屬于小型模架，但兩側各有一個側型芯，且由于需要實現(xiàn)先抽芯后開模的開模順序，故使用液壓抽芯系統(tǒng)，為便于安放液壓抽芯機構，本設計選擇A2-160250標準模架。
A2-250355模架參數(shù)：
模板尺寸W×L： 250mm×355mm
導柱： φ25mm
定模板厚度： 30mm
動模板厚度： 30mm
墊塊厚度： 80mm
定、動模座板尺寸： 300mm×355mm
定、動模座板厚度： 25mm
推板厚度： 20mm
推桿固定板厚度： 15mm
推板固定螺釘： 4×M12
復位桿： φ16mm
定、動模座板螺釘： 8×M12
3.2.模架的裝配要求
據(jù)文獻[1]表4-39可知，本設計周界≤400mm，定模座板上平面與動模座板下平面的平行度精度等級II，公差等級IT6；
據(jù)文獻[1]表4-40可知，本設計厚度≤400mm，模板導柱孔的垂直度精度等級II，公差等級IT6。
模具所有活動部件應保持位置準確、動作可靠，不得不由歪斜和卡滯現(xiàn)象。要求固定的零件不得相對竄動，注塑件的嵌件或機外脫模的成型零件在模具上安放位置應定位精準、可靠，具有防止錯位措施，流道轉接處應光滑圓弧連接，鑲拼處應密合。澆注系統(tǒng)表面粗糙度最大允許值為Ra0.8μm。開模后定位精確、可靠。合模后分型面緊密貼合，成型不畏的固定鑲件配合處應緊密貼合，如有局部間隙，其間隙應小于塑件的溢料間隙，一般在0.02~0.05mm之間。組裝后的復位桿端面應平齊一致，允許凹入分型面不大于0.2mm，冷卻系統(tǒng)應暢通，不應有阻塞和滲漏現(xiàn)象。在模具上裝有吊環(huán)螺釘時，應符合GB/T825的規(guī)定，分型面上應盡可能避免有螺釘或銷孔的穿孔，以免積存溢料。模架各零件的主要部位不允許有擦傷、劃痕、敲印等缺陷。
第四章 注射機的選擇
4.1.鎖模力計算
PP材料的鎖模力經驗常數(shù)PABS=25 MPa
A=8759.52 mm2
脹型力F脹=KPP×A×10-3=218.98KN
據(jù)文獻[1]附錄G可知，XS-ZY-40注射機額定合模力F合500KN。
4.2.校核
4.2.1.注射工藝
由文獻[1]表3-1可得，ABS的注射工藝：
注射機類型：（通用型）螺桿式
干燥處理：70～85℃，3～4h
料筒溫度：150～170℃（后部）165～180℃（中部）180～200℃（前部）
螺桿轉速：30～60 r/min
噴嘴結構：直通式噴嘴
噴嘴溫度：170～180℃
模具溫度：60～80℃
注射壓力：70～90 MPa（3～5s）
保壓壓力：50～70MPa（15～30s）
降溫固化時間：15～30s
成型周期：40～70s
4.2.2.注射量校核
據(jù)文獻[1]表4-8注射機公稱注射量與注射時間的關系可知，注射量V總=17.94cm3 ，公稱注射量V公=V總/0.8=23.31cm3，注射大約需要0.5s。
據(jù)文獻[1]附錄G可查得XS-Z-40注塑機注射時間1.0s，大于0.5s，可以使用。
4.2.3.其他參數(shù)校核
據(jù)文獻[1]附錄G可查得XS-ZY-40注塑機公稱參數(shù)：
標稱注射量：40 cm3
螺桿直徑：35 mm
注射壓力：140 MPa
注射行程：160 mm
螺桿轉速：10~200 r/min
注射時間：1.8 s
注射方式：螺桿式
合模力：500KN
最大成型面積：130cm2
模板最大行程：180 mm
模板厚度：70~200mm
合模方式：液壓機械
電動機功率：5.5KW
噴嘴：球半徑12 mm，孔直徑4 mm
定位圈尺寸：63.5mm
對比3.3.1所述注射工藝要求，XS-ZY-40注塑機基本符合設計要求。
綜上計算和文獻[1]附錄G以及國家標準文件規(guī)定，可采用XS-ZY-40注塑機對該塑件注塑成形。
第五章 澆注系統(tǒng)
圖5.1 澆口套
3°
24
16
60
5
20
澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。對于不同的模具有不同的設計要求，一下是對本設計的澆注系統(tǒng)的設計和計算。
5.1.主流道與澆口套的設計
在前段工藝性分析中本設計選取了XS-ZY-40注塑機，對應的標準注射機噴嘴為球半徑12 mm，孔直徑4 mm。
本設計屬于小型模具，注射量較少，可以通過縮短主流道以減少廢料，取L=60mm。
由文獻[1]附錄D可查得相應的澆口套如圖5.1所示。
主流道體積流量：
根據(jù)4.2.2的計算，注射時間為0.5s，取t=0.5s，則分流道流量：
=3.59×10-4mm3/s
剪切力：
=2.60×10-5-s，在最佳剪切力速率范圍內。
5.2.分流道的設計
在本設計采用一模兩腔結構，分流道直接連接主流到和澆口。
其中每段分流道長度L=102mm，連接一個塑件，單個塑件質量m=9.75g，則：
（1）分流道當量直徑計算如下：
=0.2654×3.12×3.17=2.625mm
取3mm。
（2）分流道體積流量：
=4.62×10-3mm3/s
（3）剪切力：
=5.57×10-5-s，在最佳剪切力速率范圍內。
（4）效率：
半圓形澆道截面，P=0.25D
5.3.澆口的設計
圖5.2 澆口
澆口是連接分流道和型腔之間的一段細短通道，其作用是使從分流道流過來的塑料熔體以較快的速度進入并充滿型腔，型腔充滿后，澆口部分的熔體能迅速地凝固而封閉澆口，防止型腔內的熔體倒流。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質量影響很大。注射成型時許多缺陷都是由于澆口設計不合理而造成的。
本設計采用側澆口，為方便加工，采用矩形截面，據(jù)文獻[1]表4-10可知，ABS材料的中小型塑件的矩形澆口尺寸：
l=0.64~1.5mm
b=(0.75~1.0)B
h=0.25~0.65mm
c=0.3×45°
如圖5.2所示。
5.4.冷料穴的設計
冷料穴可以貯存兩次注射間隔產生的冷料及熔體流動前鋒冷料，有效地防止熔體冷料進入型腔。冷料穴也稱冷料井，一般設在主流道和分流道的末端。
本設計采用鉤形（Z形）拉料桿。拉料桿頭部做成Z形，可以將主流道凝料鉤住，開模時即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿的尾部固定在推桿固定版上，與推桿同步運動，故在塑件被推出時凝料也一起被推出。取塑件時朝著拉料鉤的側向稍許移動，即可將塑件連同澆注系統(tǒng)凝料一起取下。因此，這種拉料桿與模具中的推出機構同時使用。這種拉料桿除了起到拉住和推出主流道凝料的作用外，其頂部與主流道底部一段空間還兼有冷料穴的作用。主流道凝料被Z形拉料桿拉出后不能自動脫落，需由人工摘除，因此不宜用于全自動機構中。
圖5.3 冷料穴和拉料桿
第六章 模具的成型零件
成型零件一般指構成型腔的零件，本設計包括凹模、凸模和型芯。這些成型零件直接與高溫、高壓的塑料熔體接觸，并且脫模時反復與塑件摩擦，因此對它們的強度、剛度、硬度、耐磨性和較低的表面粗糙度值有較高的要求。同時，還應該考慮零件的加工性及模具的制造成本。
6.1.凹模的設計
本設計屬于小件一模兩腔模具，且形狀比較復雜，定模凹模采用局部鑲嵌式凹模。母頭一側的安裝缺口均采用嵌件，安裝到位后還應進行修配，使成型表面平整光滑。
采用鑲拼結構有如下好處：
（1）簡化凹模加工，可以將復雜的凹模內形的加工變成鑲件的外形加工。很大程度的降低了凹模整體的加工難度，減少或省去高成本的特種加工；
（2）鑲嵌選用高碳鋼或高碳合金鋼淬火。淬火后變形較小、硬度大，可用專用磨床研磨復雜的形狀和曲面。凹模中使用鑲件的局部凹模有較高精度、經久的耐磨性并可換置；
（3）分解型腔，一些非關鍵零件可用碳鋼等低成本材料代替，可節(jié)約優(yōu)質塑料模具鋼；
（4）嵌塊之間的間隙有利于排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)通道的設計和加工。
對于結構設計，鑲嵌式凹模需注意幾點：
（1）凹模整體的強度和剛度因此被一定程度的削弱，設計模框板應有足夠的強度和剛度；
（2）鑲件之間及其與模框之間盡量采用凹凸槽相互扣鎖，目的是減小整體凹模在高壓下的變形和鑲件的位移。安裝鑲件時必須保證準確定位，并有可靠緊固；
（3）鑲拼接縫必須配合緊密。轉角和曲面處不能設置拼縫。拼縫先方向應與脫模方向一致；
（4）鑲拼件的結構應有利于加工、裝配和調換。設計師應保證各鑲拼零件的基準一致，鑲拼件的形狀和尺寸精度應有利于凹?？傮w精度，并確保動模和定模的對中性，還應有避免誤差積累的措施。
6.2.凸模的設計
本設計成品制件內表面比較復雜，采用組合式凸模結構。
由于凸模有頂桿安裝孔，所以應先加工頂桿安裝孔，用于定位；凸模大部分表面可以通過銑削加工后在專用磨床上研磨成型；底部安裝孔比較復雜，可將其加工成通孔，并在模仁底部加工臺階，用于將棒狀型芯安放其中；母頭一側通線孔的成型表面為突出的臺階，且基準面為弧形面，比較難以加工，所以應采用電火花加工安裝孔，單獨加工臺階型芯塊鑲嵌在凸模主體上，最后對結合面進行修配，使表面光滑平整。
6.3.成型零件尺寸計算
塑料制品公差由模具的制造精度、模具的磨損量和塑件的成型收縮率構成。本設計中運用平均值法進行成型零件工作尺寸計算，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算。
ABS塑料平均收縮率為；
模具制造公差?。?
由文獻[1]表4-15可得計算過程如下：
凹模長度50.5：
凹模寬度38：
凹模深度30：
凸模長度47：
凸模長度29：
凸模高度：16.5：
第七章 導向機構
7.1.合模導向機構
在每套注塑模具中，都要設有導向機構，在模具工作時，導向機構可以保證動模與定模的正確合模，承受一定的側向力，并在合模后保持型腔的正確形狀。同時，導向機構還可以有效避免型芯在合模過程中損壞。
本設計采用擬A2型標準模架，使用導柱和導套的配置形式，導柱安裝在動模上。
7.1.1.導柱
本設計采用直通式導柱，配合導套使用，導柱上開有油槽，如圖7.1所示。
圖7.1 導柱
7.1.2.導套
本設計采用I型帶肩導套，固定在定模座板與定模之間，如圖7.2所示。
圖7.2 導套
7.1.3.導柱和導套的配合及固定方式
由于本設計屬小型模架且對精度不是特別高，所以采用普通配合方式，由于導柱與導套之間要經常相對滑動，所以采用H7/f7間隙配合，導柱、導套與模板之間的定位配合選擇H7/k6過渡配合，如圖7.3所示。
圖7.3 導柱配合
第八章 脫模機構
在注射成型的每一個生產周期中，都必須使塑件和澆注凝料從模具上整體或分塊脫出，否則模具將無法進行下一次的注射，脫模機構也叫做推出機構、頂出機構。脫模機構一般包括推桿、推管、推板和斜推桿等多種形式。脫模機構的作用包括塑件凝料的脫出、取出兩個動作，即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等于模具松動分離，直到脫出，然后把其脫出物從模具內取出，自動化模具中常用多次開模、倒錐形冷料穴等結構將脫出和取出動作合并完成。
8.1.脫模力的計算
脫模力指為了克服塑件冷卻時對型芯的收縮包緊力、大氣壓力、粘附力等而施加給塑件，使其順利從模腔中脫出的力。
本設計成品塑件≥10，屬薄壁類零件，脫模力計算公式為：
（9-1）
式中，F(xiàn)是脫模力（N）；E是塑料彈性模量（MPa）；S是塑料成型的平均收縮率（%）；；μ是塑料的泊松比，φ是脫模斜度（°）；f是塑料與剛才之間的摩擦因數(shù)；A是型芯表面積（mm2）；K2是由f和φ決定的無因次數(shù)，。
據(jù)文獻[1]表4-24及前文所述可知，（9-1）式中，E=2900MPa；S=0.5%；f=0.45；μ=0.394；φ=40′=0.4°；利用軟件計算A，=8759.52mm2；求得K2=1.005。
帶入（9-1）式中：
=1472.52N
8.2.推桿的尺寸選擇
直徑過小（d≤2mm）的推桿磨損較快，需經常更換，故本設計采用相對較大的推桿直接加工，為使塑件盡可能美觀完整，擬采用塑件底部6根推桿、流到下方3個推桿的設計。
由歐拉公式算出推桿直徑：
=3.450mm
可以選取φ6mm推桿。
強度校核：
強度符合要求。
8.3.推出機構分布圖
在本設計中，每個塑件都使用3根推桿將塑件頂出，為便于加工推桿，所有推桿全部放置在塑件公頭與母頭間的平面上；考慮到不與冷卻水道沖突，全部排布在同意平面的中央和兩側，冷卻水道由頂桿孔間隔穿過。
推出機構分布如圖8.1所示。
圖8.1 推桿分布圖
8.4.推桿的裝配要求
（1）推桿采用常用的推桿固定板與推板夾緊推桿的固定形式；
（2）推桿頂端面應和塑件成型表面在同一平面或高出0.05~0.10mm，且不應有軸向竄動；
（3）推桿與推桿孔有一段配合長度為18mm（推桿直徑的3~5倍）的H8/f8間隙配合，防止塑料熔體溢出，其余部分均使用擴孔；
（4）推桿與推桿孔要求保證垂直度，并能保證推桿能順暢地推出和返回。
第九章 冷卻系統(tǒng)
在注射成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。本文2.2所述ABS材料特性中指出，原料料溫對塑件質量影響較大，料溫過低會造成缺料，表面無光澤，銀絲紊亂料溫過高易溢邊，出現(xiàn)銀絲暗條，塑件變色起泡，為控制注射料溫，一般采用螺桿式注射劑進行保溫；對模具溫度較為敏感，當模溫低時收縮率大、伸長率增加、抗沖擊和強度較大，同時抗彎、抗壓、抗張強度較低。當模溫過高時，塑件冷卻慢，較易變形粘模現(xiàn)象，使得脫模困難，延長成型周期。
一般注射到模具內的塑料熔體的溫度為200℃左，熔體固化成為塑件后從60℃左右的模具中脫模，溫度的降低主要是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走，合理設計、校核冷卻水通道對于模具成型產品的質量尤為重要。
9.1.冷卻系統(tǒng)的計算
據(jù)文獻[1]表4-29可知，ABS材料成型溫度TS=200~260℃；模具溫度TM=40~60℃；脫模溫度TE=60~100℃。
溫差150℃；設水溫25℃，從模具中出水升溫0.25℃，水的比熱容4.187kJ/(kg·℃)；
Δθ=35.125℃；
塑件體積：V=23.31cm3；
塑件質量：m=24.48 g；
塑件厚度1.5mm，由文獻[1]表4-34可查得冷卻時間8.0s，注射時間0.5s脫模時間8.0s，注射周期t=70s，每小時注射52次；
單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量：52×24.48g=1272.73g/h≈1.27kg/h；
由文獻[1]表4-35可查得：ABS材料凝固時所放出的熱量為：400kJ/kg；
則冷卻水體積：=4.05×10-3 m3/min
=2.39m/s
其中： =4.015×104kJ/(m2·h·℃)
=3.374×10-3m2
=0.179m=179.0mm
9.2.冷卻系統(tǒng)分布
圖9.1 a
凸模冷卻水道分布
圖9.1 b
動模板冷卻水道
由9.1計算結果可得，冷卻管距模腔10mm，冷卻管管徑φ6mm。冷卻管道不能與推桿位置沖突，所以采用如圖9.1所示串聯(lián)分布。
第十章 排氣和引氣系統(tǒng)
10.1排氣系統(tǒng)
在注射成型過程中，模具型腔和澆注系統(tǒng)的內部除了原有的空氣外，還會有注射材料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體和塑料中的水分在注射溫度下汽化形成的水蒸氣。這些氣體如果不能順利排出時，就很可能因充填時氣體被壓縮而產生局部高溫，使塑件炭化燒焦，同時這些高溫高壓的氣體也可能擠入塑料熔體內使塑件產生氣泡、空洞或填充不足等缺陷。因此在注射成型中及時將這些氣體排出到模具外是非常有必要的。
通常利用模具分型面或配合間隙可以實現(xiàn)自然排氣，本設計成品塑件為ABS材料，注射成型時可能揮發(fā)少量低分子氣體，由于本設計側型芯比較多，且位于距離澆口最遠端，可以很好的利用模具成型零件間的配合間隙自然排氣。
10.2引氣系統(tǒng)
本設計的內表面形狀比較復雜，塑件粘附型腔的情況比較嚴重，開模時應設置引氣裝置。本設計采用鑲拼式側隙引氣，將凸模的底部通槽可以起到很好的引氣效果；另外，底部兩個底部安裝孔采用鑲拼型芯結構，可以起到引氣的作用。
第十一章 結 論
通過本次畢業(yè)設計，使我對大學階段所學習的模具設計方面的知識做了一個很好的總結和鞏固，平時所學的比較零散的知識得到了系統(tǒng)化的運用。發(fā)現(xiàn)了自己在學科內的某些方面知識的欠缺。在模具設計中，我越往下做就越感覺到自己知識的淺薄，我發(fā)現(xiàn)模具設計需要考慮的問題總比我想到的要多。
做完本次畢業(yè)設計，我強烈的希望自己盡快的走上工作崗位，因為我深深的感覺到實際經驗的匱乏對模具設計有多么大的影響。因為對整個模具設計缺乏大局感和立體感，在整個設計中往往感到捉襟見肘，整個的設計還是在別人設計的框架下完成的，缺乏了一種思維的創(chuàng)新和跳躍。
在本次設計中，我使用了UG、CAD等輔助軟件，尤其是CAD，通過這次設計我對CAD的操作更加熟練了。在設計中，我翻閱了大量的書籍，公差、制圖、力學、材料，在這次設計中都用到了。
通過本次設計，對模具的設計和加工有了一個比較系統(tǒng)、全面的認識和了解，同時也遇到了很多問題。在學校老師和同學們的指導幫助下，畢業(yè)設計終于成功的完成了，從如何選材到確定大致模架結構，從零件圖的繪制再到說明書的裝訂，包含了太多的汗水，也為這大學4年畫上了一個完美的句號。
在此 ，我要衷心的謝謝我的指導老師！老師經常詢問我的進度，督促我盡快完成，并給我指出在設計中存在的一些問題。在此對給予幫助的老師們及同學們表示真摯的感謝。
由于我設計水平有限，設計中肯定會有許多不足之處，敬請各位老師批評指正。
參 考 文 獻
[1]葉久新，王群．塑料成型工藝及模具設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011．
[2]大連理工大學工程圖學教研室．機械制圖[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[3]王細洋．現(xiàn)代制造技術[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2010．
[4]胡忠舉．機械制造技術基礎[M]．長沙：中南大學出版社，2011．
[5]高衛(wèi)國．機械工程材料[M]．長沙：中南大學出版社，2011．
[6]高為國．Cr12MoV鋼冷沖裁模的失效分析及熱處理工藝的改進[J] ．模具工業(yè)，2009(9) ：55-62．
[7]GB/T 14486．工程塑料模塑塑料件尺寸公差[S]．北京：中國標準出版社，1993．
致 謝
首先，我非常感謝老師在我大學的最后學習階段——畢業(yè)設計階段給自己的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他們給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我們的畢業(yè)論文，他們放棄了自己的休息時間，他們的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他們表示我誠摯的謝意。
同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！
附 件I
附件1：塑件零件圖WNCDQDG_000（A4）
附件2：模具裝配圖WNCDQDG_001（A0）
附件3：動模座板零件圖WNCDQDG_002（A1）
附件4：動模板零件圖WNCDQDG_006（A1）
附件5：定模板零件圖WNCDQDG_007（A1）
附件6：澆口套零件圖WNCDQDG_010（A4）
附件7：定模嵌件裝配圖WNCDQDG_012（A2）
附件8：導套零件圖WNCDQDG_023（A4）
附件9：導柱零件圖WNCDQDG_024（A4）
附件10：小型芯1零件圖WNCDQDG_000(A4)
附件11：小型芯2零件圖WNCDQDG_000(A4)
附 件II
工件： 推板
CNC設備： 立式銑床X5050
1#刀： ?8mm鉆頭
2#刀： ?6mm倒角立銑刀（90°）
3#刀： ?6mm立銑刀
1.鉆孔?8mm通孔
N001 G90 G00 X0. Y0. Z-35. 建立絕對坐標
N002 T01 G43 D01 換1#刀（?8mm鉆頭），1#正刀補
N003 S600 M03 主軸600rpm，主軸啟動
N004 G01 Z-35 鉆X0.Y0.孔
N005 Z0.
N006 G00 Z35.
N007 Y130. 鉆X0.Y130.孔
N008 G01 Z-35.
N009 Z0.
N010 G00 Z35.
N011 X280. 鉆X280.Y130.孔
N012 G01 Z-35.
N013 Z0.
N014 G00 Z35.
N015 Y0. 鉆X280.Y0.孔
N016 G01 Z-35.
N017 Z0.
N018 G00 Z35.
N019 X0. Y0.
N020 M05 G40 主軸停止，取消刀補
2.頂面倒角
N021 T02 G43 D02 換2#刀（?6mm倒角立銑刀），2#正刀補
N022 S600 M03 主軸600rpm，主軸啟動
N023 G00 X-10. Y-10. Z-10.
N024 G01 Z-1.
N025 Y140.
N026 X290.
N027 Y-10.
N028 X-10.
N029 Z10.
N030 G00 X0. Y0. Z35.
N031 M05 G40 主軸停止，取消刀補
3.鏜?15mm×9mm沉孔
(翻轉工件，使用工裝定位)
N032 T03 G42 D03 換3#刀（?6mm立銑刀），3#右刀補
N033 S800 M03 主軸800rpm，主軸啟動
N034 G00 X4. Y0. Z10. 鏜X0.Y0.孔
N035 G01 Z-15.
N036 X4.5
N037 G02 X0.5 Y0. I0. J0.
N038 G01 X5.
N039 G02 X5. Y0. I0. J0.
N040 G01 X5.5
N041 G02 X5.5 Y0. I0. J0.
N042 G01 X6.0
N043 G02 X6.0 Y0. I0. J0.
N044 G01 X6.5
N045 G02 X6.5 Y0. I0. J0.
N046 G01 X7.
N047 G02 X7. Y0. I0. J0.
N048 G01 X7.5
N049 G02 X7.5 Y0. I0. J0.
N050 G01 Z10.
N051 G00 X4. Y130. Z10. 鏜X0.Y130. 孔
N052 G01 Z-15.
N053 X4.5
N054 G02 X0.5 Y130. I0. J130.
N055 G01 X5.
N056 G02 X5. Y130. I0. J130.
N057 G01 X5.5
N058 G02 X5.5 Y130. I0. J130.
N059 G01 X6.0
N060 G02 X6.0 Y130. I0. J130.
N061 G01 X6.5
N062 G02 X6.5 Y130. I0. J130.
N063 G01 X7.
N064 G02 X7. Y130. I0. J130.
N065 G01 X7.5
N066 G02 X7.5 Y130. I0. J130.
N067 G01 Z10.
N068 G00 X284. Y130. Z10. 鏜X280.Y130.孔
N069 G01 Z-15.
N070 X284.5
N071 G02 X284.5 Y130. I280. J130.
N072 G01 X285.
N073 G02 X285. Y130. I280. J130.
N074 G01 X285.5
N075 G02 X285.5 Y130. I280. J130.
N076 G01 X286.0
N077 G02 X286.0 Y130. I280. J130.
N078 G01 X286.5
N079 G02 X286.5 Y130. I280. J130.
N080 G01 X287.
N081 G02 X287. Y130. I280. J130.
N082 G01 X287.5
N083 G02 X287.5 Y130. I280. J130.
N084 G01 Z10.
N085 G00 X284. Y0. Z10. 鏜X280.Y0.孔
N086 X284.5
N087 G02 X284.5 Y0. I280. J0.
N088 G01 X285.
N089 G02 X285. Y0. I280. J0.
N090 G01 X285.5
N091 G02 X285.5 Y0. I280. J0.
N092 G01 X286.0
N093 G02 X286.0 Y0. I280. J0.
N094 G01 X286.5
N095 G02 X286.5 Y0. I280. J0.
N096 G01 X287.
N097 G02 X287. Y0. I280. J0.
N098 G01 X287.5
N099 G02 X287.5 Y0. I280. J0.
N100 G01 Z10.
N101 G00 X0. Y0. Z35.
N102 M05 G40 主軸停止，取消刀補
4.銑側表面
(T03 G42 D03) 換3#刀（?6mm立銑刀），3#右刀補
N103 S800 M03 主軸800rpm，主軸啟動
N104 G01 X-10. Y-9. 銑側表面
N105 Z-20.
N106 X-9. Y-10.
N107 X289.
N108 X290. Y-9.
N109 Y139.
N110 X289. Y140.
N111 X-9.
N112 X-10. Y139.
N113 Y-10.
N114 Z10.
N115 G00 X0. Y0. Z35.
N116 M05 G40 主軸停止，取消刀補
5. 底面倒角
N117 T02 G43 D02 換2#刀（?6mm倒角立銑刀），2#正刀補
N118 S600 M03 主軸600rpm，主軸啟動
N119 G00 X-10. Y-10. Z-10.
N120 G01 Z-1.
N121 Y140.
N122 X290.
N123 Y-10.
N124 X-10.
N125 Z10. Z35.
N126