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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：燈罩塑料模具設(shè)計(jì)
系別：機(jī)電信息系
專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
班級(jí)：
學(xué)生：
學(xué)號(hào)：
指導(dǎo)老師：
燈罩塑料模具設(shè)計(jì)
摘要
本設(shè)計(jì)分析了燈罩的結(jié)構(gòu)，提出了模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模具的整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑件分型面的位置，設(shè)計(jì)了推件板和斜頂桿的推出結(jié)構(gòu)，零件采用了雙分型面的點(diǎn)澆口，提高了零件的外面質(zhì)量。通過(guò)對(duì)塑件進(jìn)行工藝的分析及其結(jié)構(gòu)分析，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、注射機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)。該模具一模四腔，采用頂針頂出結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠。
關(guān)鍵詞：燈罩；塑料模具；注射機(jī)
IV
The Plastic Mold Design of Lampe Shade
Abstract
This design on the analysis of the structure of lamp shade，and puts forward the mold design key points，designed the overall structure of the mold. According to the plastic pieces of parting surface，designed the push plate and the inclined plunger， the introduction of the structure，part uses the double parting surface point gate， improve the quality of the parts outside of the. Through to the plastic parts for process analysis and structure analysis，from the product structure craft，specific die structure， the mold of gating system，molding part of the structure，the ejection system， selection of injection machine and related parameters of checking all have detailed design. The mold one module and four cavities，adopts the thimble ejection structure. Through production verification，the die structure is reasonable，reliable operation.
Keyword：Lampe shade；Plastic mold；Injection machine
主要符號(hào)表
k
安全系數(shù)
E
材料彈性模量
Smax
塑料的最大收縮率
q
熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力
Smin
塑料的最小收縮率
V塑
塑件體積
P0
注射壓力
V注
注射機(jī)理論注射量
P公
公稱注射壓力
F鎖
鎖模力
Δs
塑件公差
δs
塑件收縮引起的塑件尺寸誤差
T
注射機(jī)的額定鎖模力
LS
塑件尺寸
L凹
型腔尺寸
L凸
型芯尺寸
H塑
塑件內(nèi)形深度基本尺寸
S
注射機(jī)最大行程
d
塑件外徑基本尺寸
H
模具閉合尺寸
D
塑件內(nèi)形基本尺寸
Hmin
模具最小尺寸
h
凸模/型芯高度尺寸
Hmax
模具最大尺寸
δ
模具制造公差
α
傾斜角
A
塑件包緊型芯的側(cè)面積
p
單位面積塑件對(duì)型芯的正力
F
塑件的投影面積
n
個(gè)數(shù)
P
型腔壓力
f
摩擦系數(shù)
φ
長(zhǎng)度系數(shù)
Q
總脫模力
目錄
1 緒論 1
1.1塑料模具概況 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.2 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.3中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距 2
1.3塑料模具發(fā)展走勢(shì) 2
2 塑件成型工藝的可行性分析 3
2.1功能設(shè)計(jì) 3
2.2塑件分析 3
2.3材料的選擇 3
2.3成型工藝分析 5
3 注塑機(jī)的選擇 6
3.1估算塑件體積 6
3.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 6
3.3根據(jù)注射容量初選注塑機(jī) 6
3.6注塑機(jī)的校核 7
3.6.1最大注射量校核 7
3.6.2注射壓力校核 7
3.6.2鎖模力校核 7
3.6.3模具厚度校核 7
3.6.4開(kāi)模行程校核 8
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
4.1主流道設(shè)計(jì) 9
4.2冷料井設(shè)計(jì) 9
4.3分流道設(shè)計(jì) 10
4.3.1分流道的布置形式 10
4.3.2分流道長(zhǎng)度 10
4.3.3分流道截面形狀 10
4.3.4分流道的截面尺寸 10
4.4澆口設(shè)計(jì) 10
5 成型零件設(shè)計(jì) 12
5.1分型面的設(shè)計(jì) 12
5.1.1分型面的分類及選擇原則 12
5.1.2分型面的確定 12
5.2型腔分布 12
5.3成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
5.3.1成型零件具備的性能 12
5.3.2凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.3.3凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.3.4影響塑件尺寸和精度的因素 13
5.3.5模具成型零件的工作尺寸計(jì)算 14
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則 18
6.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 18
6.1.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 18
6.2導(dǎo)柱、導(dǎo)套設(shè)計(jì) 18
6.2.1導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 18
6.2.2導(dǎo)套設(shè)計(jì) 19
7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
7.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 20
7.2 頂出機(jī)構(gòu)的確定 20
7.2脫模力的計(jì)算 21
7.3簡(jiǎn)單脫模機(jī)構(gòu) 21
7.3.1頂桿脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 21
7.3.2頂桿的形狀 22
7.3.3頂桿強(qiáng)度的計(jì)算 22
7.4復(fù)位裝置 23
8 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
8.1 抽芯機(jī)構(gòu)的概述 24
8.2抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25
9.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 25
9.1.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 25
9.1.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 25
9.2冷卻系統(tǒng)的機(jī)構(gòu) 25
10 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26
11 塑料模具用鋼 27
11.1注塑模材料應(yīng)具備的要求 27
11.2模具材料選用的一般原則 27
11.3本模具所選鋼材及熱處理 27
12 模具裝配圖及工作過(guò)程 28
12.1模具裝配二維圖 28
12.2模具開(kāi)模狀態(tài) 29
12.3模具裝配圖三維爆炸圖 30
12.4模具工作過(guò)程 31
13 模具可行性和環(huán)保分析 32
13.1本模具的特點(diǎn) 32
13.2市場(chǎng)效益及經(jīng)濟(jì)效益分析 32
13.3環(huán)保分析 32
14 總結(jié) 33
致謝 34
參考文獻(xiàn) 35
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 36
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 37
44
1 緒論
1緒論
1.1塑料模具概況
模具是制造業(yè)的一種基本裝備，作用是控制和限制材料的流動(dòng)，形成所需要的形體[7]。模具制造零件效率高，質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低，廣泛應(yīng)用在制造業(yè)中。模具工業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械電子，汽車，紡織，航空航天等領(lǐng)域里，成為使用最廣泛的主要裝備，它承擔(dān)了這些領(lǐng)域中 60％～90％的產(chǎn)品。
塑料模具是大批量生產(chǎn)塑料制品的現(xiàn)代化專用成型工藝裝備的總稱[8]。塑料是繼陶瓷和金屬后的第三大材料，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中。
塑料成型就是將各種形態(tài)的塑料原料制成所需的制品或胚件的過(guò)程。
塑料注塑成型過(guò)程是將塑料原料從注塑機(jī)的料斗進(jìn)入加熱筒，經(jīng)塑化后由柱塞或螺桿的推動(dòng)，在一定壓力下通過(guò)噴嘴進(jìn)入模具型腔，經(jīng)冷卻固化后而開(kāi)模獲得制品。
塑模傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，是依靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)﹑技巧和現(xiàn)有數(shù)據(jù)，從對(duì)塑件的計(jì)算到塑模的設(shè)計(jì)制圖，全靠手工。對(duì)塑模的制造更需要專業(yè)人士付出大量繁雜勞動(dòng)。所以塑件的質(zhì)量和數(shù)量都遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。隨著計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用，塑模設(shè)計(jì)和制造采用了CAD/CAM系統(tǒng)，大大提高了模具設(shè)計(jì)制造的效率。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
20世紀(jì)80年代開(kāi)始，發(fā)達(dá)國(guó)家的模具已從機(jī)床中分離出來(lái)，并發(fā)展成為獨(dú)立的部門，產(chǎn)值超過(guò)機(jī)床的產(chǎn)值。改革開(kāi)放后，我國(guó)模具發(fā)展非常迅速。近年來(lái)，每年增長(zhǎng)速度達(dá)15%。模具企業(yè)十分重視技術(shù)的發(fā)展。加大了技術(shù)投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。另外，許多科研機(jī)構(gòu)和院校也開(kāi)展了模具技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為制造大國(guó)的重要原因。
我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。經(jīng)過(guò)多年的努力，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)，模具的電加工技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.2.2 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r
歐美大多數(shù)模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，在國(guó)際上是一流的。模具的設(shè)計(jì)與制造，成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。CAD/CAE/CAM的廣泛應(yīng)用，顯示了信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。
目前，國(guó)外注射成型發(fā)展迅速，精密注射成型計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，及全電動(dòng)注射劑、兩板式注射機(jī)、無(wú)拉桿注射機(jī)、電磁動(dòng)態(tài)化注射機(jī)、低壓注射成型、高速注射成型、復(fù)合注射成型、超級(jí)小精密注射成型等技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，提高了國(guó)外模具的生產(chǎn)和制造水平[9]。
1.2.3中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距
盡管我國(guó)模具工業(yè)有了很大的進(jìn)步，部分模具達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，每年仍需進(jìn)口各類大型精密復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有很大的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)在以下幾方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。注重開(kāi)發(fā)大型精密復(fù)雜模具；提高成型零件的大型化和精密化要求；加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用標(biāo)準(zhǔn)件能縮短模具制造周期，降低成本且能提高模具的質(zhì)量；推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可提高模具設(shè)計(jì)制造水平；縮短模具制造周期。
1.3塑料模具發(fā)展走勢(shì)
從市場(chǎng)來(lái)看，塑料模具生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)含量高的大型精密復(fù)雜長(zhǎng)壽命模具，大力開(kāi)發(fā)國(guó)際市場(chǎng)，發(fā)展出口模具。隨著塑料特別是工程塑料的高速發(fā)展，模具工業(yè)的整體發(fā)展迅速。
主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（1）用戶將交貨周期放在首位。（2）提高開(kāi)發(fā)能力，將開(kāi)發(fā)工作往前推，到模具用戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中去，甚至在尚無(wú)明確用戶對(duì)象前進(jìn)行開(kāi)發(fā)，變被動(dòng)為主動(dòng)。（3）模具企業(yè)及模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。（4）隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，模具必然會(huì)向更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展。（5）發(fā)達(dá)國(guó)家模具工業(yè)正加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，其表現(xiàn)方式：一遷廠；二投資；三采購(gòu)。
2 塑件成型工藝的可行性分析
2 塑件成型工藝的可行性分析
2.1功能設(shè)計(jì)
功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能，并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo)[10]。該塑件是日用品，承受外力很小，如沖擊載荷，振動(dòng)，摩擦等；塑件的工作溫度是室溫，則材料選擇時(shí)對(duì)熱變形、脆化、分解溫度的要求降低；作為一種日用品，生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn)，這樣，就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命，在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素；此外，塑料都會(huì)老化，作為一種光學(xué)用品，還要考慮到材料的光氧化等問(wèn)題。
2.2塑件分析
塑件如圖2.1所示，它是日常用品，需求量大，外面要求比較高，所以模具澆注系統(tǒng)采用雙分型面的點(diǎn)澆口，根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)采用頂桿頂出機(jī)構(gòu)，也是工廠里比較簡(jiǎn)單實(shí)用，常見(jiàn)的頂出結(jié)構(gòu)。為了使模具與注射機(jī)相匹配以提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性、保證塑件精度，并考慮模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定型腔數(shù)目，由于產(chǎn)量比較大，該模具選擇一模四腔。
（a）二維塑件圖
（b）三維塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)
（c）三維塑件外部結(jié)構(gòu)
圖 2.1塑件圖
2.3材料的選擇
通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求。該塑件對(duì)材料的要求必須是透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，以下是對(duì)幾種透光性能較好材料的性能對(duì)比，如表2.1所示[16]。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
表 2.1材料特性
材料名稱
材料特性
聚苯乙烯（PS）
聚碳酸酯（PC）
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
拉伸強(qiáng)度/MPa
51.9
66~72
—
彎曲強(qiáng)度/MPa
110
95~113
—
洛氏硬度/（M）
115
82
101
氧指數(shù)/（OI）
18.1
24.9
17.3
熱變形溫度/℃
85
134
100
維卡軟化點(diǎn)/℃
105
153
120
馬丁耐熱溫度/℃
—
112
—
體積電阻率/·cm
1017—1019
2.1×1016
1014—1015
透光度/%
88~92
89
92
霧度/%
3
0.9
0.9
折射率/%
1.592
1.586
1.492
價(jià)格/（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
與機(jī)械加工一樣要考慮加工工藝問(wèn)題，模具成型也要考慮材料的注塑特性，在各材料特點(diǎn)都相差無(wú)幾的情況下，成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料性能和成型特性比較，如表2.2所示[16]。
表 2.2材料的性能和成型特性比較
塑料品種
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
使用溫度
主要用途
聚苯乙烯
透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開(kāi)裂
因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中不宜有嵌件
-30℃~80℃
裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等
聚甲基丙烯酸甲酯
透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，絕緣性好、表面硬度不高，質(zhì)脆，化學(xué)穩(wěn)定性較好，不耐無(wú)機(jī)酸等
流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高
合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫
<80℃
透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等
（續(xù)表）
塑料品種
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
使用溫度
主要用途
聚碳酸酯
透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯
耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，質(zhì)硬，易損模具，使用性能好
盡可能使用直接澆口，減小流動(dòng)阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度>2°
<130℃脆化溫度為-100℃
在機(jī)械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機(jī)電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等
從性能分析對(duì)比中看出，在透光度方面三種材料相差不大，由于是一般性民用品，我們主要要求是價(jià)格和透光度，最終選定PS（聚苯乙烯）為塑件材料。
2.3成型工藝分析
成型工藝分析主要包括[3]：
（1）尺寸精度分析：塑件的尺寸均為未注公差的自由尺寸，可按MT3取;
（2）表面質(zhì)量分析：塑件要求外觀無(wú)凹坑，溢料等明顯缺陷；
（3）結(jié)構(gòu)工藝性分析：燈罩從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，其內(nèi)表面有3個(gè)側(cè)凹的槽，采用斜頂結(jié)構(gòu)；采用雙分型面的點(diǎn)澆口，更好的提高了零件的外表質(zhì)量；
（4）脫模斜度：由于塑件成型時(shí)冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮，使其緊箍在型芯上，為了便于脫模，防止脫模力過(guò)大拉壞塑件或其表面受損，與脫模方向平行的塑件內(nèi)外表面都應(yīng)具有合理的斜度.以下是PS的脫模斜度推薦值：
表2.3 PS脫模斜度推薦值[14]
制件外表面
制件內(nèi)表面
35′~1.35°
30′~1°
選取本制品的脫模斜度為1o。
（5）塑件的壁厚：塑件根據(jù)使用要求有一定的厚度，為保證其力學(xué)強(qiáng)度。在滿足力學(xué)性能的前提下不宜過(guò)厚，可以節(jié)約材料，降低成本，冷卻或固化時(shí)間縮短，提高生產(chǎn)率。以下是PS的壁厚推薦值：
表2.4 PS壁厚推薦值[14]
最小壁厚/mm
小型件壁厚/mm
中型件壁厚/mm
大型件壁厚/mm
0.75
1.25
1.6
3.2~5.4
該塑件為中小型件，塑件壁厚為2mm，取壁厚為2mm，保持壁厚均勻。
3 注塑機(jī)的選擇
3 注塑機(jī)的選擇
3.1估算塑件體積
通過(guò)solidworks軟件建模分析的塑件質(zhì)量屬性為（塑件材料為PS，密度
ρ＝1.05g/cm3）：
塑件體積為：V塑＝18cm3；
塑件質(zhì)量為：m塑＝19g。
3.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前不能確定準(zhǔn)確值，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2倍~1倍來(lái)估算。本次設(shè)計(jì)采用的流道比較長(zhǎng)每一次澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.5倍估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)和4個(gè)塑件體積之和）為[6]：
V總＝1.5nV塑（3.1）
式中V總—塑料熔體的總體積，cm3；
n—塑件的個(gè)數(shù)，個(gè)；
V塑—塑件的體積，cm3。
計(jì)算得V總＝1.5×4×18＝108cm3。
3.3根據(jù)注射容量初選注塑機(jī)
確定了一次注入模具型腔塑料的總體積V總以后，就可以根據(jù)注射容量初選注射機(jī)，注射機(jī)容量可以用下式計(jì)算[6]。
V總≤0.8V注（3.2）
式中V注—注射機(jī)最大注射容量，cm3；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
計(jì)算得V注＝108/0.8＝135cm3
根據(jù)以上計(jì)算，初選公稱注射量為200cm3，注射機(jī)型號(hào)為G54—S200/400臥式注射機(jī)。其主要參數(shù)見(jiàn)表3.1。
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表 3.1注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射量/cm3
200
拉桿空間（長(zhǎng)×寬）/mm
290×368
螺桿直徑/mm
55
定位孔直徑/mm
100
注射壓力/Mpa
109
噴嘴球半徑/mm
15
鎖模力/kN
2540
注射方式
螺桿式
模板最大行程/mm
350
螺桿轉(zhuǎn)速/r?min-1
16、28、48
模具最大厚度/mm
400
噴嘴孔徑/mm
4
模具最小厚度/mm
230
鎖模形式
液壓—機(jī)械
3.6注塑機(jī)的校核
3.6.1最大注射量校核
最大注射量指注射機(jī)一次注射塑料的最大容量，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證成型塑件所需的注射量小于所選注射機(jī)的最大注射量[6]。
G54—S200/400型注射出成型機(jī)的理論注射量為200cm3135cm3，因此滿足要求。
3.6.2注射壓力校核
根據(jù)PS材料所需注射壓力為60MPa~110MPa，取P0＝80MPa，該注射機(jī)的公稱注射壓力P公＝109MPa，注射壓力安全系數(shù)k1＝1.25~1.4，取k1＝1.3，則
k1P0＝1.3×80＝104MPa＜P公，所以，注射機(jī)注射壓力合格。
3.6.2鎖模力校核
當(dāng)塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的推力，此推力的大小等于塑件加上澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（即注射面積）乘以型腔內(nèi)的塑料壓力。為了保障操作人員的人身安全，需要機(jī)床提供足夠大的鎖模力。因此，欲使模具從分型面漲開(kāi)的必須小于注射機(jī)規(guī)定的鎖模力[15]。即
T≥k2Fq/1000（3.2）
式中T—注射機(jī)的額定鎖模力，t；
F—塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，cm2；
q—熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力，MPa；
k2—安全系數(shù)，通常取1.1～1.2，這里取1.1。
經(jīng)查表可得，PS大致范圍為25MPa~40MPa這里取= 30MPa；
k2Fq/1000＝1.1×（3.14×402）×30/1000＝16.57t＝165.7kN＜F鎖＝1200kN
即該注塑機(jī)的鎖模力符合要求。
3.6.3模具厚度校核
模具厚度必須滿足下式：
Hmin≤H≤Hmax（3.3）
式中H—模具閉合厚度，mm；
—注塑機(jī)所允許的最小模具厚度，230mm；
—注塑機(jī)所允許的最大模具厚度，400mm；
根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖，初選的模具厚度為300mm。則滿足要求。
3.6.4開(kāi)模行程校核
開(kāi)模取出塑件所需的開(kāi)模距離必須小于注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程。對(duì)于雙分形面的注塑模具，其開(kāi)模行程按下式效核[15]：
S≥H1+H2+H3+A+（5～10）mm （3.4）
式中S—注塑機(jī)的最大行程，mm；
H1—為澆口套凝料脫模距離，此模具中為45mm；
H1—為塑件離開(kāi)型腔的脫模距離，此模具中為30mm；
H1—點(diǎn)澆口脫模距離，此模具中為30mm；
A— 定模板與澆口板的分離距離，此模具中為10mm。
S＝45+30+30+10+10＝125mm
所以上式成立（350>135），即該注塑機(jī)的開(kāi)模行程符合要求。
由以上對(duì)各參數(shù)的效核可知該G54—S200/400型注塑機(jī)符合要求。
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。
4.1主流道設(shè)計(jì)
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進(jìn)入，開(kāi)模時(shí)又能使主流道的凝料順利拔出。熱塑性塑料的主流道一般由澆口套構(gòu)成[2]。主流道設(shè)計(jì)如下：
主流道長(zhǎng)度取L＝45mm；取主流道錐角α＝4°；
主流道入口直徑d＝注射機(jī)噴嘴直徑+1＝4+1＝5mm；
主流道出口直徑D＝d+2Ltan（α/2）= 5+2×45tan（4°/2）≈8mm；
主流道球面半徑SR＝注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1~2）＝18+2＝20mm；
球面配合高度 h＝3mm。
故主流道的結(jié)構(gòu)形式如圖4.1。
（a）澆口套二維圖
圖4.1澆口套
（b）澆口套三維圖
4.2冷料井設(shè)計(jì)
冷料井的位置正對(duì)主澆道的動(dòng)模上，它的作用是將物料前端的“冷料”收集起來(lái)，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件的質(zhì)量。開(kāi)模時(shí)冷料井起到將主流道的冷凝料拉出。冷料井有帶Z形拉料勾的冷料井；帶球頭形拉料的冷料井；倒錐形冷料井等[4]。
本方案采用的是倒錐形冷料井。
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4.3分流道設(shè)計(jì)
主流道與澆口之間的通道稱為分流道。
4.3.1分流道的布置形式
為了盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同事還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道[15]。如圖4.2所示。
4.3.2分流道長(zhǎng)度
圖 4.2分流道布置形式
根據(jù)四個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道長(zhǎng)度適中，如圖4.2。
4.3.3分流道截面形狀
常用的分流道截面形狀有圓形、正方形、梯形、U形、半圓形和正六角等[15]。考慮加工工藝，裝配和經(jīng)濟(jì)性，本模具采用梯形截面分流道。
4.3.4分流道的截面尺寸
根據(jù)塑件的體積、形狀、壁厚、所用塑料的工藝性能、注射速率以及澆道的長(zhǎng)度等因素來(lái)確定[1]。
對(duì)于壁厚小于3mm（本塑件厚度為2mm），質(zhì)量在200g(本塑件質(zhì)量19g)一下的塑件可用一下經(jīng)驗(yàn)公式確定分流道的直徑[15]。
（4.1）
式中D—分流道的直徑，mm；
W—流經(jīng)分流道的塑料量，g；
L—分流道長(zhǎng)度，mm。
圖4.3分流道截面形狀
由于本模具選擇梯形截面，所以本模具梯形截面上底寬度D＝6mm，這也符合加工刀具選擇，選擇圓角半徑R =1mm[16]，由表4.1知梯形高度H＝2D/3＝4mm，梯形斜邊與豎直方向夾角在5~10°，即可確定下底邊寬度為d＝4.5mm。分流道截面如圖4.3。
4.4澆口設(shè)計(jì)
澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、圓環(huán)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直澆口等[16]。
該塑件表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，點(diǎn)澆口。位置在塑件的定端中心位置。
澆口的結(jié)構(gòu)如圖4.4。
圖 4.4點(diǎn)澆口的結(jié)構(gòu)形式
5 成型零件設(shè)計(jì)
5 成型零件設(shè)計(jì)
模具閉合時(shí)，成型零件構(gòu)成了塑料制品的型腔，成型零件主要有型腔、型芯、各種成型桿。成型零件承受高溫高壓沖擊和摩擦，在冷卻固化中形成塑件的形體、尺寸和表面。在開(kāi)模和脫模時(shí)需克服塑件的包緊力。在上萬(wàn)次的注射周期，成型零件的形狀、尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的質(zhì)量。成型零件結(jié)構(gòu)材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素[2]。
5.1分型面的設(shè)計(jì)
5.1.1分型面的分類及選擇原則
實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)主要有三種情況：（1）型腔在動(dòng)模一側(cè)；（2）型腔在定模一側(cè)；（3）型腔在動(dòng)定、模中。
分型面的選擇關(guān)系到塑件的正常成型和脫模。分型面的總體選擇原則有以下幾條：（1）脫出塑件方便；（2）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（3）型腔排氣順利；（4）確保塑件質(zhì)量；（5）無(wú)損塑件外觀；（6）合理利用設(shè)備。
5.1.2分型面的確定
圖 5.1分型面位置
該模具中分型面設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，如圖5.1中A-A截面。
5.2型腔分布
模具型腔在模板上的排列方式有圓形排列、H形排列、直線排列、對(duì)稱排列及復(fù)合排列等[10]。該模具有簡(jiǎn)單的抽芯結(jié)構(gòu)，綜合考慮模具設(shè)計(jì)為一模四腔，零件采用對(duì)稱排列，有利于節(jié)約材料，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。具體排布如圖5.2
圖 5.2型腔分布
5.3成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.3.1成型零件具備的性能
由于成型零件質(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，所以必須具備一下性能[13]：
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（1）具有足夠的強(qiáng)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?。?
（5）成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。
5.3.2凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模用于成型塑件的外表面，又稱為型腔。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁鑲嵌式5種。總體上說(shuō)，整體是強(qiáng)度、剛度好，但不適于復(fù)雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜型腔加工相對(duì)容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜[5]。
由于該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又屬于中小型模具，所以凹模板采用整體式。
5.3.3凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模用于成型塑件的內(nèi)表面，又稱型芯。凸模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼組合式兩類。由于凸模的加工相對(duì)凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是整體式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一體[5]。
凸模板采用整體式。
5.3.4影響塑件尺寸和精度的因素
工作尺寸是成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸與高度尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級(jí)確定相應(yīng)的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個(gè)方面[7]：
（1）成形收縮率：在實(shí)際工作中，成形收縮率的波動(dòng)很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為
式中：δs—為塑件收縮波動(dòng)而引起的塑件尺寸誤差，mm；
Smax—為塑料的最大收縮率，%；
Smin—為塑料的最小收縮率，%；
Ls—為塑件尺寸，mm。
一般由收縮率引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
（2）模具成形零件的制造誤差：實(shí)踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級(jí)之間，成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
（3）零件的磨損：模具在使用過(guò)程中，由于種種原因會(huì)對(duì)型腔和型芯造成磨損，對(duì)于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6，而大型零件，應(yīng)在1/6之下。
（4）模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會(huì)引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應(yīng)該影響成形零件的尺寸和位置精度。
綜上所述，在模具型腔與型芯的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各種影響成型零件尺寸的因素，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補(bǔ)償值應(yīng)在試模后進(jìn)行逐步修訂。
5.3.5模具成型零件的工作尺寸計(jì)算
通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡(jiǎn)化后的計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計(jì)算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計(jì)算，公式如以下[7]：
（1）凹模（型腔）內(nèi)形尺寸：
式中：L凹—型腔內(nèi)形尺寸，mm；
L塑—塑件外徑基本尺寸，mm；
k—塑料平均收縮率，%，此處取0.5%；
—模具制造公差，按IT9級(jí)公差選取而精度要求不高的塑件按（1/3～1/6）Δ選取，此處選1/3Δ。
Δ—塑件公差，查表知PS塑件精度等級(jí)取3級(jí)；查塑料公差表得
塑件基本尺寸＜3mm，Δ＝ 0.20mm；
塑件基本尺寸在3~6mm，Δ＝ 0.24mm；
塑件基本尺寸在10~14mm，Δ＝0.28mm；
塑件基本尺寸在14~18mm，Δ＝ 0.30mm。
塑件基本尺寸在24~30mm，Δ＝ 0.50mm；
塑件基本尺寸在30~40mm，Δ＝ 0.56mm；
塑件基本尺寸在85~80mm，Δ＝ 0.86mm；
所以型腔尺寸如下：
型腔深度的尺寸計(jì)算：
式中：h凹—凸模/型芯高度尺寸，mm；
h塑—為塑件內(nèi)形深度基本尺寸，mm；
Δ、k含義如（5.2）式中。
型腔二維圖三維圖如圖5.3。
（a）型腔板二維圖主視圖
（b）型腔板二維左視圖
（d）型腔板三維圖背面
（c）型腔板三維圖正面
圖 5.3型腔
（2）凸模（型芯）外形尺寸計(jì)算：
式中：L凸—凸模/型芯外形尺寸，mm；
L塑—塑件內(nèi)形基本尺寸，mm；
Δ、k含義如（5.1）式中。
由于該塑料的收縮率不大為0.5%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
型芯的二維三維如圖5.4。
（a）型芯二維主視圖
（b）型芯二維左視圖
（d）型芯三維背面圖
（c）型芯三維正面圖
圖5.4型芯
型芯的深度尺寸計(jì)算：
（5.5）
式中：h凹—凸模/型芯高度尺寸，mm；
h塑—塑件內(nèi)形深度基本尺寸，mm，即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸；
Δ、k含義如（5.1）式中。
型芯的高度為：
抽芯機(jī)構(gòu)斜頂桿二維三維圖5.5。
（a）斜頂桿二維圖
（b）斜頂桿三維圖
圖5.5斜頂桿
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則
6.1.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動(dòng)模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。具體作用有以下幾點(diǎn)[15]：
（1）定位作用；（2）導(dǎo)向作用；（3）承載作用；（4）保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)作用。
6.1.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
主要設(shè)計(jì)原則（1）導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對(duì)稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板發(fā)生變形；（2）導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸選定，并應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度；（3）導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求；（4）導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性；（5）為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但有時(shí)也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定[20]。
6.2導(dǎo)柱、導(dǎo)套設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱導(dǎo)向是指導(dǎo)柱與導(dǎo)套采用間隙配合使導(dǎo)柱在導(dǎo)套內(nèi)滑動(dòng)，配合間隙一般采用H7/f6級(jí)配合。
6.2.1導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱的基本結(jié)構(gòu)形式有兩種。一種是除安裝部分的凸肩外，其余部分直徑相同，成為帶頭導(dǎo)柱GB4169.4-84；另一種是除安裝部分的凸肩外，安裝的配合部分直徑比外伸的工作部分直徑大，成為有肩導(dǎo)套GB4169.5-84。為了減小導(dǎo)柱導(dǎo)套的摩擦，有的導(dǎo)柱開(kāi)設(shè)油槽 [18]。
本模具采用加油槽的帶頭導(dǎo)柱，根據(jù)GB4169.4-84選用直徑為25mm長(zhǎng)度為200mm的導(dǎo)柱。其示意圖6.1如下：
（b）三維圖
（a）二維圖
圖 6.1導(dǎo)柱
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6.2.2導(dǎo)套設(shè)計(jì)
由于導(dǎo)柱已選定所以由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查的與之相配的導(dǎo)套為。為了使導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套比較順利，在導(dǎo)套的前段倒一圓角R。
根據(jù)導(dǎo)柱選擇直徑為25mm的導(dǎo)套，其結(jié)構(gòu)如圖6.2和圖6.3.
（a）導(dǎo)套1二維圖
（b）導(dǎo)套1三維圖
圖 6.2導(dǎo)套1
（a）導(dǎo)套2二維圖
圖 6.3導(dǎo)套2
（b）導(dǎo)套2三維圖
7 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每一循環(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(jī)構(gòu)成為脫模機(jī)構(gòu)[18]。
7.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
塑件滯留于動(dòng)模，模具開(kāi)啟后應(yīng)以使塑件及澆口凝料滯留于帶有脫模裝置的動(dòng)模上，以便模具脫模裝置在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動(dòng)下完成脫模動(dòng)作。
保證塑件不變形損壞，這是脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的基本要求。首先要正確分析塑件對(duì)型腔或型芯的附著力的大小以及所在的部位，有針對(duì)性地選擇何時(shí)的脫模方法和脫模位置，使頂出中心和脫模阻力中心相重合。型芯由于塑件收縮時(shí)對(duì)其包緊力最大，因此頂出的作用應(yīng)該竟可能地靠近型芯，頂出力應(yīng)該作用于塑件剛度、強(qiáng)度最大的部位，作用面盡可能大一些。影響脫模力大小的因素很多，當(dāng)材料的收縮率大，塑件壁厚大，模具的型芯形狀復(fù)雜，脫模斜度小以及型腔（型芯）粗糙度高時(shí)，脫模阻力就會(huì)增大，反之則小。
力求良好的塑件外觀，頂出塑件的位置應(yīng)該盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)ν庥^影響不大的部位，在采用頂桿脫模時(shí)尤其要注意這個(gè)問(wèn)題[11]。
7.2 頂出機(jī)構(gòu)的確定
頂出機(jī)構(gòu)的功能是在任何正常的情況，頂出機(jī)構(gòu)都能確實(shí)可靠的將成型塑件從模板一側(cè)頂出，并在合模時(shí)其相關(guān)的頂出零件確保不與其它模具零件相干擾的恢復(fù)到原來(lái)的位置。
頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：開(kāi)模時(shí)應(yīng)留在動(dòng)模的一側(cè)；塑件在成型頂出后，一般都有痕跡，但應(yīng)盡量使頂出殘留痕跡不影響塑件的外觀，一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件內(nèi)表面以及不顯眼的位置；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位，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的位置，防止塑件在頂出過(guò)程中的變形和損傷；頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)平穩(wěn)順暢，靈活可靠。
頂出機(jī)構(gòu)有多種類型，本設(shè)計(jì)采用頂桿中心頂出。采用段面形狀為圓柱形的頂桿，圓柱型頂桿是最常用的一種，由于這個(gè)形狀的頂桿和頂桿孔最容易加工，且容易保證其配合精度，易于保證其互換性，并易于更換，而且它還具有滑動(dòng)阻力小，不易卡滯等優(yōu)點(diǎn)，因此，我們采用圓柱形頂桿頂出。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
7.2脫模力的計(jì)算
經(jīng)過(guò)注射機(jī)的高壓注射塑料在模具內(nèi)冷卻定型，此時(shí)塑料收縮將型芯包緊，這一包緊力是開(kāi)模后塑件脫出時(shí)所必須克服的，此外還有不通孔帶來(lái)的大氣壓力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及機(jī)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力。開(kāi)始脫模時(shí)的瞬時(shí)阻力最大，稱為初始脫模力。脫模力的計(jì)算一般總是計(jì)算初始脫模力。
塑件的脫模力計(jì)算公式如下所示。
（7.1）
式中F—脫模力，N；
p—單位面積塑件對(duì)型芯的正力，Pa，一般?。剑?.48～11.76）MPa；
A—塑件包緊型芯的側(cè)面積，m2；
f—塑件與模體剛才的摩擦系數(shù)，一般去＝0.1～0.3；
α—脫模斜度，取5.36°。
7.3簡(jiǎn)單脫模機(jī)構(gòu)
在所有模具的脫模機(jī)構(gòu)中，簡(jiǎn)單脫模機(jī)構(gòu)是最常用的一種形式，即在動(dòng)模一邊施加一次頂出力，就可將塑件從模具中脫出的機(jī)構(gòu)，通常包括頂桿脫模機(jī)構(gòu)，頂管脫模機(jī)構(gòu)，推板脫模機(jī)構(gòu)，活動(dòng)鑲件或凹模脫模機(jī)構(gòu)，多元件聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)等。本模具方案采用頂桿脫模機(jī)構(gòu)。
7.3.1頂桿脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1）頂出的頂出位置應(yīng)該設(shè)在脫模阻力大的部位。
（2）頂桿不設(shè)置在塑件薄壁處，一面塑件變形破損。
（3）頂桿直徑不宜過(guò)小，有足夠的剛度。
（4）頂桿與型芯或型腔板頂桿孔的配合一般為H8/h7或H7/h7，配合間隙可參考塑料不溢料間隙值。
（5）頂桿材料多用45鋼或T8、T10等碳素工具鋼制造，采用頭部局部淬火，淬火硬度在50HRC以上，局部淬火長(zhǎng)度為1.5倍推出行程與配合長(zhǎng)度之和，表面粗糙度在Ra1.6μm。
（6）在一般情況下頂桿已基本作為模具標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，但是在特殊情況下，需要對(duì)頂桿作出進(jìn)一步的加工。
7.3.2頂桿的形狀
（b）頂桿1三維圖
頂桿的形狀多種多樣，最常見(jiàn)的是截面為圓形的圓形頂桿。其尺寸可參照GB4169.1-1984。本模具采用頂桿為截面為圓形的圓形頂桿如圖7.1，特殊頂桿如圖7.2。
圖 7.1頂桿1
（a）頂桿1二維圖
圖 7.2頂桿2
（b）頂桿2三維圖
（a）頂桿2二維圖
7.3.3頂桿強(qiáng)度的計(jì)算
（1）圓形推桿直徑d的計(jì)算公式如下。
式中—圓形推桿直徑，cm；
—推桿長(zhǎng)度系數(shù)0.7；
—推桿長(zhǎng)度，cm；
—推桿數(shù)量；
—推桿材料的彈性模量，N/cm2，鋼；
—總脫模力，N；
計(jì)算得
（2）推桿應(yīng)力校核
式中—推桿應(yīng)力，N/cm2；
—推桿鋼材的屈服極限強(qiáng)度，N/cm2；
一般中碳鋼 N/cm2；
合金結(jié)構(gòu)鋼 N/cm2；
即推桿滿足要求。
7.4復(fù)位裝置
脫模機(jī)構(gòu)將塑件脫模后，在進(jìn)行下一次成型前，除推板脫模機(jī)構(gòu)以外，必須先行回到初始位置，尤其是有側(cè)向分型的模具，頂桿與側(cè)向抽出型芯之間會(huì)相互干擾，這就更要求頂出機(jī)構(gòu)必須在閉模前回到初始狀態(tài)。常用的復(fù)位形式有：復(fù)位桿復(fù)位，頂出桿兼復(fù)位桿復(fù)位，彈簧復(fù)位。
本模具采用復(fù)位桿復(fù)位，復(fù)位桿的工作端面頂在定模的固定板上，由于定模固定板沒(méi)有熱處理，為防止在模具工作中復(fù)位桿將定模固定板頂出凹坑，一般在固定板上鑲?cè)氪慊饓|塊，復(fù)位桿的另一工作面與固定頂桿的頂出固定板相連，在模具閉模時(shí)，由復(fù)位桿推動(dòng)頂桿固定板，帶動(dòng)頂桿回程。
復(fù)位桿結(jié)構(gòu)形式如圖7.3所示。
圖 7.3復(fù)位桿
（b）復(fù)位桿三維圖
（a）復(fù)位桿二維圖
8 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
8 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
8.1 抽芯機(jī)構(gòu)的概述
當(dāng)塑件具有與開(kāi)模方向不同的內(nèi)側(cè)孔、外側(cè)孔或側(cè)凹穴時(shí)，除少數(shù)情況可以強(qiáng)制脫模外，一般都必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹穴的零件做成可動(dòng)的機(jī)構(gòu)，在塑件脫模前，先將其抽出，然后再?gòu)男颓恢泻托托旧厦摮鏊芗?。完成?cè)向活動(dòng)型芯抽出和復(fù)位的機(jī)構(gòu)就叫側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。此類模具脫出塑件的運(yùn)動(dòng)有兩種情況：一是開(kāi)模時(shí)優(yōu)先完成側(cè)向分型或抽芯，然后推出塑件；二是側(cè)向抽芯分型與塑件的推出同時(shí)進(jìn)行。側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)按其動(dòng)力來(lái)源分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、氣動(dòng)或液壓三類。其中機(jī)動(dòng)側(cè)向分型抽芯是指開(kāi)模時(shí)，依靠注塑機(jī)的開(kāi)模動(dòng)力，通過(guò)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)方向，將活動(dòng)零件抽出。機(jī)動(dòng)抽芯具有操作方便、生產(chǎn)效率高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，雖然模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但仍在生產(chǎn)中廣為采用[22]。
8.2抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射成型帶有側(cè)凹或者側(cè)孔的塑料制品是，模具必須帶有側(cè)向分型或者側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，以便在脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件，否則無(wú)法脫模。側(cè)抽芯分為內(nèi)側(cè)抽芯和外側(cè)抽芯[15]。
圖8.1內(nèi)側(cè)抽芯
1．推桿固定板 2.T型滑槽 3.斜導(dǎo)桿 4.型芯固定板 5.型芯 6.型腔 7.塑件 8和 9.頂桿
當(dāng)塑件的側(cè)凹較淺，抽芯距不大，且抽芯力也不大，本模具采用斜滑桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行側(cè)向分型與抽芯。斜滑桿側(cè)向分型與抽芯的特點(diǎn)是利用推出機(jī)構(gòu)的推力推動(dòng)斜滑桿固定塊斜向運(yùn)動(dòng)，在塑件被推出脫模的同時(shí)由斜滑桿完成側(cè)向分型與抽芯動(dòng)作。
由于該塑件有內(nèi)側(cè)凹孔，故該塑件必須有內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖8.1所示。
抽芯機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)過(guò)程：模具在分模時(shí)型腔6與動(dòng)模分開(kāi)，動(dòng)模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到頂出機(jī)構(gòu)頂?shù)酵瓢?，推板1與T型滑槽2和頂桿8，9連接，推動(dòng)斜頂桿3和頂桿8，9，斜頂桿3和頂桿8，9推出塑件7，而斜頂桿3為內(nèi)側(cè)抽芯，此內(nèi)側(cè)抽芯與塑件推出同時(shí)進(jìn)行。
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
塑料注射模溫度調(diào)節(jié)能力，直接影響到塑件的質(zhì)量，也決定著生產(chǎn)效率的高低，塑件在型腔內(nèi)的冷卻力求做到均勻、快速，以減少塑件的內(nèi)應(yīng)力，使塑件的生產(chǎn)做到優(yōu)質(zhì)高效率。
9.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在模具中的作用非常重要的，尤其對(duì)厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件來(lái)講更為重要。
9.1.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求
質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件應(yīng)滿足一下六方面的要求，即收縮率小，變形小，尺寸穩(wěn)定，沖擊強(qiáng)度高，耐應(yīng)力開(kāi)裂性好和表面粗糙度低。
9.1.2溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)塑件質(zhì)量的影響
塑料熔體注入型腔后，釋放大量熱量。不同的塑料，需要模腔維持在某一適應(yīng)溫度。模溫對(duì)塑件質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在如下六個(gè)方面：（1）改善成形性；（2）成型收縮率；（3）塑件變形；（4）尺寸穩(wěn)定性；（5）力學(xué)性能；（6）外觀質(zhì)量。
9.2冷卻系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)
冷卻水道形式大體分為，溝道式冷卻、管道式冷卻和導(dǎo)熱桿式冷卻。本模具采用的是溝道式冷卻；冷卻水道的連通方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種；型腔的冷卻；本模具采用的是沿型腔邊緣設(shè)置若干并聯(lián)或串聯(lián)的循環(huán)水路。
（b）冷卻管道分布主視圖
由于該塑件體積比較小，所以水道采用直水道直徑為6mm，其分布如下圖：
圖 9.1冷卻管道分布
（c）冷卻管道分布左視圖
（a）冷卻管道分布俯視圖
10 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該塑件采用點(diǎn)澆口進(jìn)料，熔體經(jīng)塑件上方向下流動(dòng)，充滿型腔，每個(gè)型芯上有四個(gè)頂桿和三個(gè)抽芯桿，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會(huì)產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時(shí)產(chǎn)生的氣體會(huì)沿著分型面之間的間隙向外排出。
11 塑料模具用鋼
11塑料模具用鋼
由于難加工成型材料的不斷出現(xiàn)以及產(chǎn)品零件形狀的日益復(fù)雜化和鍛壓生產(chǎn)的高速化，對(duì)模具耐磨性、耐熱性、強(qiáng)度與韌性等使用性能的要求也隨之提高。因此，按照模具的性能要求與生產(chǎn)過(guò)程，正確選用模具材料，并施以適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以充分發(fā)揮其最大潛力[9]。
11.1注塑模材料應(yīng)具備的要求
塑模材料必須具備以下條件：
（1）機(jī)械加工性能良好；（2）耐磨性和韌性等機(jī)械性能良好；（3）加工和時(shí)效處理的變形微?。唬?）難化學(xué)侵蝕和難腐蝕性能良好；（5）較好的淬火性能和熱處理變形極小；6）焊接修補(bǔ)性能良好；（7）不易產(chǎn)生電加工硬化層。
11.2模具材料選用的一般原則
選用模具材料的一般原則是：
(1) 滿足模具使用性能要求；(2) 具有良好的工藝性能；(3) 適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)性。
11.3本模具所選鋼材及熱處理
我國(guó)模具用鋼一般采用工具鋼，如T8A、T10A、CrWMn、Cr12MoV鋼等，這些鋼由于切削加工性一般較差，難以制造成復(fù)雜型腔的模具，而且一旦熱處理變形超差即難以修復(fù)使用。因此，近年來(lái)模具制造業(yè)采用退火或正火狀態(tài)的45鋼及預(yù)硬剛做塑料模具用鋼[2]。
塑料膜型腔模具用于較高溫度狀態(tài)下，一般要求具有耐熱性、一定的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、鏡面加工性。塑料膜對(duì)強(qiáng)韌性方面的要求不高，但要求較高的耐蝕性。
本模具所用鋼材及熱處理如下表11.1所示。
表11.1本模具所用鋼材及熱處理
零件名稱
主要性能要求
材料
熱處理
澆口套、定位環(huán)
耐磨性
T8A
淬火+低溫回火
導(dǎo)柱、導(dǎo)套
表面耐磨，心部有一定韌性
T8A
滲碳+淬火+低溫回火
頂桿、拉料桿
頭部耐磨，桿部有一定強(qiáng)度
45
局部淬火+低溫回火
固定模板、墊板
一般強(qiáng)度
45
正火
型芯、型腔
高精度、高拋光性、高壽命
40Cr
淬火
12 模具工作過(guò)程
12模具裝配圖及工作過(guò)程
12.1模具裝配二維圖
如圖12.1。
圖12.1模具裝配圖
1.動(dòng)模固定板 2.內(nèi)六角螺釘1 3.墊塊 4.推桿支撐板 5.推桿固定板 6.φ3頂桿1 7.型芯固定板
8.內(nèi)六角螺釘2 9.型芯 10.水路 11.塑件 12.開(kāi)閉器13.型腔14.型腔固定板 15.內(nèi)六角螺釘3
16.推料板 17.定模座板 18.導(dǎo)套2 19.導(dǎo)套1 20.導(dǎo)柱 21.支撐釘 22.內(nèi)六角螺釘4 23.滑塊
24.復(fù)位桿 25.彈簧 26.斜頂桿 27.φ3頂桿2 28.拉料桿 29.內(nèi)六角螺釘5 30.內(nèi)六角螺釘6
31.定位環(huán) 32.澆口套 33.內(nèi)六角螺釘7 34.定位拉桿 35.內(nèi)六角螺釘8 36.固定塊
37.冷卻水管接頭GZ1/4
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
12.2模具開(kāi)模狀態(tài)
模具開(kāi)模狀態(tài)如圖12.2。
（a）第一次開(kāi)模
（b）第二次開(kāi)模
（c）第三次頂出塑件
圖 12.2模具開(kāi)模狀態(tài)
12.3模具裝配圖三維爆炸圖
模具裝配爆炸圖如圖12.3。
圖12.3三維爆炸圖
12.4模具工作過(guò)程
將模具裝在G54-S-200/400型號(hào)的注塑機(jī)中，注射機(jī)成型時(shí)，注射機(jī)的合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模（1）前行，在導(dǎo)套（18、19）導(dǎo)柱（20）的作用下與定模（17）靠攏合并形成閉合。噴嘴通過(guò)定位環(huán)（3）將注塑機(jī)噴嘴固定，噴嘴與澆口套（32）配合，將注塑機(jī)中的熔融狀態(tài)的聚苯乙烯（PS）通過(guò)澆口套（32）將PS注入澆注系統(tǒng)（包括分流道和點(diǎn)澆口）中，最后流入型芯（9）和型腔（12）中，注滿后，經(jīng)過(guò)保壓補(bǔ)縮、冷卻（通過(guò)水嘴（36）將冷卻水注入型芯（9）和型腔（12）中冷卻管道（10））定型固化為塑件制品，最后塑件包覆在型芯（9）上，澆注系統(tǒng)（澆口套（32）和分流道和點(diǎn)澆口）中剩余的塑料中的塑料完全固化后，然后通過(guò)注射機(jī)上的合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模固定板（1），而動(dòng)模固定板通過(guò)內(nèi)六角螺釘（（2）、（8））連接墊塊（3）型芯固定板（7），然后帶動(dòng)動(dòng)模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)模機(jī)構(gòu)通過(guò)導(dǎo)套1（18）、2（19）和導(dǎo)柱（20）定位、定位拉桿（35）和開(kāi)閉器（15）進(jìn)行第一次分型如圖11.2（a）。動(dòng)模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，型腔固定板（14）和型腔（12）通過(guò)內(nèi)六角螺栓連接，并通過(guò)定位拉桿（35）將型腔固定板（14）和型腔（12）拉開(kāi)，即第二次分型如圖11.2（b）。動(dòng)模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，注射機(jī)頂桿通過(guò)動(dòng)模固定板（1）中頂桿孔進(jìn)入推動(dòng)推桿支撐板（4）和推桿固定板（5），推動(dòng)頂桿滑塊（23）和頂桿（6和27）將塑件（11）頂出，同時(shí)進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯并推動(dòng)復(fù)位桿（24）壓縮彈簧（25）還有通過(guò)拉料桿（28）將澆口套（32）和分流道點(diǎn)澆口中凝料推出，如圖11.2（c），然后手取出塑件。最后通過(guò)復(fù)位桿（24）和彈簧（25）將頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備一次模具的制作。
13 模具可行性分析
13模具可行性和環(huán)保分析
13.1本模具的特點(diǎn)
（1）本模具結(jié)構(gòu)合理、緊湊，符合客戶的生產(chǎn)要求；
（2）模具的設(shè)計(jì)不僅解決了一些形狀復(fù)雜的零件無(wú)法加工成型的問(wèn)題，還使得生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，在精度方面也有一定的提高。
13.2市場(chǎng)效益及經(jīng)濟(jì)效益分析
首