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浙江工業(yè)大學博士學位論文
XX學校
畢業(yè)設計說明書
課題名稱： 安全箱箱體注塑模具設計說明書
學生姓名
學 號
所在學院
專 業(yè)
班 級
指導教師
起訖時間： 年 月 日～ 年 月 日
34
畢業(yè)設計說明書
摘 要
根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術要求，選擇塑件制件尺寸。本模具采用一模一腔，熱流道系統(tǒng)進膠，注射機采用海天800XB型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設計。
關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖。
Abstract
To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using Hot Runner System feed injection machine adopts Haitian the 800XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.
Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection
目 錄
摘 要 I
1 緒論 1
1.1 塑料簡介 1
1.2 注塑成型及注塑模 1
2 塑件工藝分析 4
2.1 塑件圖 4
2.2 塑件的材料分析 4
2.2.1 塑料材料的基本特性 4
2.2.2 塑件材料成型性能 5
2.2.3 塑件材料主要用途 5
2.3 塑件的結構和尺寸精度表面質(zhì)量分析 6
2.3.1 塑件的結構設計 6
2.3.2 塑件尺寸及精度 7
2.3.3 塑件表面粗糙度 7
2.4塑件的體積、質(zhì)量 7
3 塑件成型方案及模具設計 8
3.1 分型面選擇 8
3.2 型腔數(shù)的確定 9
3.3 型腔布局 9
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇 9
3.4.1澆注系統(tǒng)組成 10
3.4.2 確定澆注系統(tǒng)的原則 11
3.4.3 熱流道澆注系統(tǒng) 11
3.5 成型零件結構設計 12
3.5.1型腔設計 13
3.5.2型芯設計 14
3.5.3模具成型零件尺寸計算 14
3.5.4模具強度與剛度校核 15
3.6 側(cè)向抽芯機構類型選擇與設計 15
3.7 脫模結構設計 16
3.7.1 脫模力的計算 17
3.7.2 脫模機構的選用原則 17
3.7.3 脫模機構類型的選擇 17
3.7.4 氣動推出機構設計 18
3.8 導向與定位機構設計 18
3.9 排氣及引氣系統(tǒng)的設計 19
3.10 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計 20
3.11模架選用 21
3.11.1確定模具的基本類型 21
3.11.2模架的選擇 22
4 注射機的選用及相關參數(shù)的校核 23
4.1 相關參數(shù) 24
4.2 最大注塑量校核 25
4.3 鎖模力校核 26
4.4 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 27
4.5 開模行程校核 27
5 模具結構圖 28
總結 29
致謝 30
參考文獻 31
1 緒論
模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術產(chǎn)業(yè)的重要領域。
1.1 塑料簡介
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
1.2 注塑成型及注塑模
將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。
注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。
注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。
注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質(zhì)量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。
注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。
塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。
傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。
采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義[3]。
2 塑件工藝分析
2.1 塑件圖
在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。
本設計產(chǎn)品如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構較為復雜，有外觀要求，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，精度要求較高。
產(chǎn)品三維立體圖
2.2 塑件的材料分析
2.2.1 塑料材料的基本特性
本塑件材質(zhì)為ABS, ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合理學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。
ABS無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02--1.05g/cm3。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎沒有影響， ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化學藥品的侵蝕時會引起應力開裂， ABS有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70左右，熱變形溫度約為93耐氣候性差，在紫外線作用下ABS易變硬發(fā)脆。
ABS的性能指標：密度 1.02——1.05（），收縮率 ，熔點，彎曲強度80Mpa，拉伸強度3549Mpa，拉伸彈性模量1.8Gpa，彎曲彈性模量1.4Gpa，壓縮強度1839Mpa，缺口沖擊強度1120，硬度6286HRR，體積電阻系數(shù)。ABS的熱變形溫度為93118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100℃的溫度范圍內(nèi)使用。
2.2.2 塑件材料成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應進行干燥處理；ABS在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用熱流道系統(tǒng)形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060℃，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在6080℃。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2.2.3 塑件材料主要用途
ABS在機械工業(yè)上用來制造殼體蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導管等，還可用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等
2.3 塑件的結構和尺寸精度表面質(zhì)量分析
2.3.1 塑件的結構設計
（1）、脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1。
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。本產(chǎn)品壁厚均勻,周邊及底部壁厚為4.5。
（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應是壁厚的0.5倍。
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。
2.3.2 塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT5級精度。
2.3.3 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。
2.4塑件的體積、質(zhì)量
本次設計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在UG軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的體積2300，因ABS的密度為1.03，即可以得出該塑件制品的質(zhì)量約為2369。
3 塑件成型方案及模具設計
3.1 分型面選擇
將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。
選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮：
1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
2）使塑件在開模后留在動模上；
3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀；
4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；
5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；
6）使塑件易于脫模。
綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側(cè)。
分型面的選擇
3.2 型腔數(shù)的確定
因為本設計中采用熱流道系統(tǒng)，且塑件的尺寸較大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模一腔，進行加工生產(chǎn)。
3.3 型腔布局
型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖所示。由于本設計中塑件是配合裝配使用，模具采用熱流道系統(tǒng)，并采用對稱式布局，以求達到良好的澆注質(zhì)量。
型腔布局方式
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用無流道凝料澆注系統(tǒng)--熱流道系統(tǒng)澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質(zhì)的塑料制品極為重要。
3.4.1澆注系統(tǒng)組成
普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。
1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道
5－澆口 6－型腔 7－冷料穴
主流道
主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。
分主流道
分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。
澆口
澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，熱流道系統(tǒng)，點式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。
澆口的位置選擇原則：
澆口的位置與塑件的質(zhì)量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點：
1. 熔體在型腔內(nèi)流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使
1)流程(包括分支流程)為最短；
2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端；
3)應先從壁厚較厚的部位進料；
4)考慮各股分流的轉(zhuǎn)向越小越好。
2. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體。
由于本設計產(chǎn)品塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用熱流道系統(tǒng)。熱流道系統(tǒng)直接在中間的端面處進，本設計產(chǎn)品組裝后，澆口被遮擋起來。
冷料井
主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)固化的冷料。因為最先流入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響制品的質(zhì)量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。
冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。
3.4.2 確定澆注系統(tǒng)的原則
在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素：
a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質(zhì)量。
b)、模具成型塑件的型腔數(shù)：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。
c)、塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。
d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。
e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質(zhì)量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施[6]。
3.4.3 熱流道澆注系統(tǒng)
熱流道是一種通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)的系統(tǒng)裝置。熱流道系統(tǒng)一般由熱噴嘴、分流板、溫控箱和附件等幾部分組成。
原理及優(yōu)點：
熱流道系統(tǒng)透過精密的溫控手段，將熔融塑料通過精密設計的分流板和熱嘴，直接輸送至模腔里，其好處包括：有效減低澆道的壓力；熔體的流動性得到提高；材料密度均勻；產(chǎn)品的內(nèi)應力減少，使產(chǎn)品獲得較小的變形、較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和力學性能。熱澆道系統(tǒng)的另一特點，是熱嘴直接將熔融塑料注入模腔內(nèi)，在脫模的過程中，澆口自然斷開，消除了傳統(tǒng)注塑工藝帶來的澆道廢料，除免去處理澆道廢料的后加工工序外，更消除了廢料所帶來的附加熱量，縮短冷卻時間，獲得更快的生產(chǎn)周期。
分類：
熱噴嘴一般包括兩種：開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴。由于熱噴嘴形式直接決定熱流道系統(tǒng)選用和模具的制造，因而常相應的將熱流道系統(tǒng)分成開放式熱流道系統(tǒng)和針閥式熱流道系統(tǒng)
開放式熱流道系統(tǒng)：
開放式熱流道系統(tǒng)結構簡單，適用于微型半熱流道，不適于絕熱流道，絕熱流道對材料的局限性較高，而且直接接觸到產(chǎn)品表面。
熱流道系統(tǒng)
3.5 成型零件結構設計
模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括型腔、型芯、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質(zhì)量。
成型零部件結構設計主要應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。
3.5.1型腔設計
型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
本設計中采用整體式型腔，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到數(shù)控加工或電火花加工。
型腔3D圖
3.5.2型芯設計
本設計中零件結構較為復雜，尺寸及深度都較大，模具塑件采用嵌入式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護型芯與動模板的配合可采用。
型芯3D圖
3.5.3模具成型零件尺寸計算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。
由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經(jīng)驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。
塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定ABS材料的平均收縮率為0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為：
式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸
B — 塑件在常溫下實際尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。
3.5.4模具強度與剛度校核
普通意義上的模具強度包括模具的強度、剛度。模具的各種成型零部件和結構零部件均有強度、剛度的要求，足夠的強度才可以保證模具能正常工作。
由于模具形式較多，計算也不盡相同且較復雜，實際生產(chǎn)中，采用經(jīng)驗設計和強度校核相結合的方法，通過強度校核來調(diào)整設計，保證模具能正常工作。
模具強度計算較為復雜，一般采用簡化的計算方法,計算時采取保守的做法，原則是：選取最不利的受力結構形式，選用較大的安全系數(shù)，然后再優(yōu)化模具結構，充分提高模具強度。為保證模具能正常工作，不僅要校核模具的整體性強度，也要校核模具局部結構的強度。
整體性強度主要針對型腔側(cè)壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的壓力等幾個方面，實際選用尺寸應大于計算尺寸并取整。校核時應從強度與彎曲兩個方面分別計算，選取較大的尺寸。
3.6 側(cè)向抽芯機構類型選擇與設計
側(cè)向抽芯機構一般指的是模具的行位機構，即凡是能夠獲得側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及復位動作來拖出產(chǎn)品倒扣，低陷等位置的機構。
下圖列出模具的常用行位結構。
從作用位置分為下模行位、上模行位、斜行位（斜頂）
從動力來分，為機動側(cè)向行位機構和液壓（氣壓）側(cè)向行位機構
一般行位機構結構
液壓抽芯與機動抽芯的區(qū)別：
液壓或氣壓抽芯是通過一套專用的控制系統(tǒng)來控制活塞的運動實現(xiàn)的，其抽芯動作可不受開模時間和推出時間的影響。液壓傳動與氣壓傳動抽芯機構的比較：液壓傳動平穩(wěn)，且可得到較大的抽拔力和較長的抽芯距離。
本設計中因幾處側(cè)孔抽芯距離較長，因而了采用液壓側(cè)向抽芯機構，以滿足抽芯要求，如下圖所示：
液壓側(cè)向抽芯機構
3.7 脫模結構設計
塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構的導向和復位部件等組成。
3.7.1脫模力的計算
脫模力的產(chǎn)生范圍：
①（脫模）塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產(chǎn)生包緊力。
②不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。
③機構本身運動的磨擦阻力。
④塑件與模具之間的粘附力。
初始脫模力，開始脫模進的瞬間防要克服的阻力。
相繼脫模力，后面防需的脫模力，比初始脫模力小，防止計算脫模力時，一般計算初始脫模力。
脫模力的影響因素：
a． 脫模力與塑件壁厚，型芯長度，垂直于脫模方向塑件的投影面積有關，各項值越大，則脫模力越大。
b． 塑件收縮率，彈性模量E越大，脫模力越大。
c． 塑件與芯子磨擦力俞大，則脫模阻力俞大。
d． 排除大氣壓力和塑件對型芯的粘附等因素，則型芯斜角大到，塑件則自動脫落。
3.7.2 脫模機構的選用原則
（1） 使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）；
（2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排；
（3） 推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂；
（4） 推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形；
（5） 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀；
3.7.3 脫模機構類型的選擇
推出機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣動推出機構。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機構、推管推出機構、推板推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構等。
本設計中采用氣動推出機構使塑料制件順利脫模。
3.7.4 氣動推出機構設計
氣動推出機構是指在注射機或模具上設有專用氣動裝置，將塑件通過模具上的推出機構推出模外或?qū)⑺芗党瞿Ｍ?。在實際的設計中，需考慮塑件的包緊力分布，以安置氣動推出機構，使制品所受的推出力均衡。
氣動推出機構
3.8 導向與定位機構設計
導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向和位置。導向零件承受一定的側(cè)向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件包括導柱和導套等。
1. 導向結構的總體設計
（1） 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。
（2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要2-4個導柱。如果，模具的凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導柱，或用兩個直徑相同，但錯開位置的導柱。
（3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。
（4） 導柱和導套在分型面處應有承屑槽
（5） 導柱`導套及導向孔的軸線應保證平行
（6） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成型零件。
2. 導柱的設計
（1） 有單節(jié)與臺階式之分
（2） 導柱的長度必須高出公模端面6…8mm
（3） 導柱頭部應有圓錐或球形的引導部分
（4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定
（5） 其表面應熱處理，以保證耐磨。
3. 導套和導向孔
（1） 無導套的導向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導向孔必須做成盲孔，側(cè)壁增加排氣孔。
（2） 導套有套筒式`臺階式`凸臺式
（3） 為了導柱順利進入導套孔，在導套前端應倒有圓角r。
一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內(nèi)零件的準確對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內(nèi)零件互相碰撞與干涉,起到合模導向的作用.
3.9 排氣及引氣系統(tǒng)的設計
排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓縮所產(chǎn)生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內(nèi)部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。
在塑料熔體充模過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。
由于本次設計中塑件尺寸較大，如圖所示設排氣槽（紅色區(qū)域），利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。
排氣系統(tǒng)
3.10 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的ABS，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應力和明顯的熔接痕等缺陷。
設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質(zhì)。
冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在型芯塊與型腔塊內(nèi)，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此橫向水道取14mm，縱向水孔取30mm。
模具冷卻水路圖
3.11模架選用
3.11.1確定模具的基本類型
注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、側(cè)向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱流道注射模。
3.11.2模架的選擇
根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，根據(jù)型腔布局及進膠方式，可確定模架基本結構如圖所示：
模架圖
模架動模采用兩塊模板，定模采用一塊模板，并設置支承板以架構出熱流道系統(tǒng)的放置空間，此模架類型為兩板模，大水口模架，適合熱流道系統(tǒng)，側(cè)入式澆口，采用側(cè)抽芯機構的注射成形模具。
由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經(jīng)過考慮分析，導柱導套選擇選正裝。根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及模具的外輪廓尺寸，因本設計中采用整體式型芯型腔，依據(jù)產(chǎn)品的尺寸大小及模具導向機構所需的位置空間，把型腔排列成一模一腔可得模具長為800mm，寬為620mm。塑件的高度為181mm，塑件的大部分部膠位都留在型芯部分，考慮強度要求，型腔厚度取235mm，型芯的厚度取140mm。
4 注射機的選用及相關參數(shù)的校核
注射成型工藝過程分析
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，在螺桿的剪切應力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（稱之為計量），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。
根據(jù)塑件的結構、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作：
（1）、成型前對原材料的預處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A熱干燥，ABS材料具吸水性，成型前一般需進行干燥處理。可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。
柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。
要架一套模具,首先要考慮模具尺寸是否符合機臺大小的頓數(shù).注射量是否滿足要求,機臺的射出投影面積是否適合模具生產(chǎn),大頓數(shù)機臺生產(chǎn)小模具,計量不容易控制,再者若用太大鎖模力,對模具也有一定損傷,鎖模力不夠?qū)е庐a(chǎn)品毛邊過大,太大模具超過機臺的負荷對合模系統(tǒng)也會有一定之損傷.
4.1 相關參數(shù)
由于采用一模一腔，需要至少注射量為2369g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天800XB。注射方式為螺桿式，其有關性能參數(shù)為：
型號
單位
800XB
參數(shù)
螺桿直徑
mm
100
理論注射容量
cm3
3456
注射重量PS
g
3145
注射壓力
Mpa
184
注射行程
mm
440
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~110
料筒加熱功率
KW
58.45
鎖模力
KN
8000
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
980×980
允許最大模具厚度
mm
980
允許最小模具厚度
mm
400
移模行程
mm
980
移模開距(最大)
mm
1960
液壓頂出行程
mm
260
液壓頂出力
KN
186
液壓頂出桿數(shù)量
PC
21
油泵電動機功率
KW
37+37
油箱容積
l
1778
機器尺寸(長×寬×高)
m
10.1×2.6×3.8
機器重量
t
45
最小模具尺寸(長×寬)
mm
690×690
注塑機參數(shù)
4.2最大注塑量校核
模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個塑件的重量
--澆注系統(tǒng)所需塑料的重量
本設計中：n=1 2369g =0g
M=2369g
注塑機額定注塑量為3145g，注射量符合要求
4.3 鎖模力校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。
式中 n --型腔數(shù)目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=1 =227933.86 =0
=1x227933.86+0=227933.86
注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)工具書查得，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44 MPa,本設計中取30 MPa。
（）P=227933.86x30x1.1x0.001≈7521.8KN<8000KN
鎖模力符合要求
4.4 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核
（1）、模具長寬尺寸
模具長寬尺度必須小于注塑機拉桿間距,本設計選用機臺拉桿間距為980×980,模具長寬為620x800，經(jīng)核算安裝適合。
（2）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設計中模具厚度為532mm 400
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