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目 錄
摘 要……………………………………………………………………3
Abstract………………………………………………………………4
1緒論 5
1.1課題背景及意義 5
1.2我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展方向 5
1.2.1我國(guó)塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.2我國(guó)塑料模具的發(fā)展方向 6
2 塑件工藝分析 7
2.1 塑件的工藝分析 7
2.1.1分型面的選擇 7
2.2塑件的材料分析 8
2.3塑件的表面分析 10
2.4塑件的尺寸精度 10
2.5塑件的壁厚分析 10
2.6塑件的脫模角度分析 10
2.7塑件的圓角分析 10
2.8塑件的孔尺寸設(shè)計(jì) 10
2.9塑件的注塑工藝參數(shù)設(shè)置 11
3 模具設(shè)計(jì) 11
3.1整體設(shè)計(jì) 11
3.1.1模架結(jié)構(gòu)選擇 11
3.1.2注塑機(jī)的選擇 12
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.2.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.2.2排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
3.2.3模溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
3.3合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
3.3.1導(dǎo)套 15
3.3.2導(dǎo)柱 16
3.4成型零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
3.4.1成型鑲塊 17
3.4.2成型零件工作尺寸的計(jì)算 19
3.4.3推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
3.5注射機(jī)校核 20
3.5.1注射量校核 20
3.5.2最大鎖模力校核 20
3.5.3注射壓力的校核 21
3.5.4模具厚度校核 21
3.5.5開(kāi)模行程的校核 21
4 總裝配圖 22
5 結(jié)論 23
致謝 24
參考文獻(xiàn) 25
摘 要
本文主要是關(guān)于電池后蓋的注塑工藝的分析及模具設(shè)計(jì)。首先，對(duì)注塑工件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和工藝分析，確定了最佳成形方案；對(duì)整個(gè)塑件成形過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，預(yù)測(cè)了成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。根據(jù)分析結(jié)果，利用UG,完成了注塑模設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：電池后蓋；UG；注塑模
Abstract
This paper further divides incentive battery buckle of mobile phone as an example,a kind of jnjeceion mould with two symmetrical sides is introduced. Moreover ,this paper desceribles the process and key-pointe of auto – design for the mould based on UG MoldWizard.
Key words: Battery Buckle of Mobile Phone; Injection Moule; UG
1 緒論
1.1 課題背景及意義
本課題為電池后蓋的注塑輔助工藝分析及注塑模設(shè)計(jì)。
圖1.1電池后蓋
隨著塑料等非金屬材料在工業(yè)產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用也越來(lái)越大。在機(jī)械、電子等行業(yè)中，有一半以上的產(chǎn)品是采用模具制造的方法。利用模具成型的生產(chǎn)方法很多，其中注塑成型具有制成品精度高、生產(chǎn)效率高和可以用來(lái)生產(chǎn)幾何形狀非常復(fù)雜的產(chǎn)品等特點(diǎn)，在整個(gè)塑料制品生產(chǎn)行業(yè)中具有非常重要的地位。模具是塑料成型加工的重要裝備，其設(shè)計(jì)周期、生產(chǎn)效率和質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的進(jìn)度、成本和效率。故很有必要利用現(xiàn)有軟件技術(shù)對(duì)其制造前期進(jìn)行模擬分析及設(shè)計(jì)。
1.2我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展方向。
1.2.1我國(guó)塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀
模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，受到國(guó)家和企業(yè)界的高度重視，發(fā)達(dá)國(guó)家就有“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會(huì)的源動(dòng)力”之說(shuō)。當(dāng)今“模具就是經(jīng)濟(jì)效益”的觀念已被越來(lái)越多的人所認(rèn)可。
我國(guó)模具行業(yè)近年來(lái)發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前模具生產(chǎn)廠點(diǎn)共有2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約50萬(wàn)人，全年模具產(chǎn)值約360億元，總量供不應(yīng)求，出口約2億美元。進(jìn)口約l0億美元。當(dāng)前，我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展具有如下特征：大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于行業(yè)總體發(fā)展水平；塑料模和壓鑄模成比例增長(zhǎng)；專(zhuān)業(yè)模具廠家數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加較快；“三資”企業(yè)及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來(lái)看，以珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)。南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最集中的省份是廣東和浙江，其模具產(chǎn)值約占全國(guó)總產(chǎn)值的60％以上。我國(guó)模具總量雖然已位居世界第三，但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國(guó)家，模具商品化和標(biāo)準(zhǔn)化程度也低于國(guó)際水平。
（1）成型工藝方面,多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開(kāi)始推廣，有的廠采用率達(dá)20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到10%，與國(guó)外的50～80%相比，差距較大。
（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大的發(fā)展。模具水平有了較大提高，但與國(guó)外相比仍有較大差距 (表1.1)。
項(xiàng)目
國(guó)外
國(guó)內(nèi)
注塑模型腔精度
型腔表面粗糙度
非淬火鋼模具壽命
淬火鋼模具壽命
熱流道模具使用率
標(biāo)準(zhǔn)化程度
中型塑料模生產(chǎn)周期
0.005～0.01mm
Ra0.01～0.05μm
10～60萬(wàn)次
160～300萬(wàn)次
80%以上
70～80%
一個(gè)月左右
0.02～0.05mm
Ra0.20μm
10～30萬(wàn)次
50～100萬(wàn)次
總體不足10%
小于30%
2～4個(gè)月
表1.1國(guó)內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表
（3）制造技術(shù)方面,CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國(guó)EDS的UGⅡ、美國(guó)Parametric?Technology公司的Pro/Engineer及澳大利亞Mold flow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國(guó)模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對(duì)成型過(guò)程，如填充和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái),國(guó)內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20、3Cr2Mo、PMS等，對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距。
1.2.2我國(guó)塑料模具的發(fā)展方向
（1）提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及高生產(chǎn)率的要求。
（2）在塑料模模具設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù),近年來(lái)模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度,為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件;基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過(guò)程的3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
（3）推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(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)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,大幅度降低成本。目前在汽車(chē)和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且其常用于較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大,因此,開(kāi)發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件,顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度,繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
（4）開(kāi)發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
（5）提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低,與國(guó)外差距甚大,在一定程度上制約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展,為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本,模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此,首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn);其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本;再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。
（6）應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
（7）研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
2 塑件工藝分析
2.1塑件的工藝分析
該塑件為殼體且壁厚均勻，塑件的尺寸不大且結(jié)構(gòu)也較為復(fù)
雜。在塑件的外壁和內(nèi)壁上都分布有側(cè)孔，這給塑件的脫模造成較大的難度。通過(guò)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)出合理的工藝方案是模具設(shè)計(jì)的前提。
2.1.1分型面的選擇
為了能夠方便順利的脫模，一定要設(shè)計(jì)出合理的分型面。通過(guò)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)分析，設(shè)置如圖2.1所示分型面。
圖2.1 分型面取產(chǎn)品最大輪廓處有利于脫模
2.2塑件的材料分析
和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問(wèn)題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無(wú)幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2-1所示。
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
（非結(jié)晶型）
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
有機(jī)玻璃
（非結(jié)晶型）
透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質(zhì)脆易開(kāi)裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無(wú)機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑
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，以防分解
收縮率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等
聚碳酸酯
（非結(jié)晶型）
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，甚至裂紋，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
表2-2 材料的性能和成型特性比較
ABS有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。?三種單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
密度（g/㎝ ）
1.05-1.08
收縮率
0.3-0.7
后處理
方法
油、水、鹽
溫度（℃）
90～100
時(shí)間（h）
4
注射機(jī)類(lèi)型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速，(r/min)
30－60
噴嘴形式
直通式
噴嘴溫度（℃）
180－190
料筒溫度（℃）
前
200－210
中
210－230
后
180～200
模具溫度（℃）
50－70
注射壓力（MPa）
70～90
保壓力（MPa）
50－70
成型時(shí)間（s）
注射時(shí)間
3～5
保壓時(shí)間
15～30
冷卻時(shí)間
15～30
成型周期
40～70
表2.2 ABS注射成型的主要工藝參數(shù)
ABS的主要成型特點(diǎn)：
(1)可用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等成型加工方法。
(2)收縮率小,可制得精密塑料。
(3)吸濕性較大,成型前應(yīng)干燥處理。
(4)流動(dòng)性中等，溢邊值0.04mm，溶體粘度強(qiáng)烈依賴于剪切速率，因此模具設(shè)計(jì)大都采用澆口形式。
(5)熔融溫度較低，熔融溫度范圍固定，宜采用高料溫、高模溫和高注射壓力,有利于成型。
(6)澆注系統(tǒng)流動(dòng)阻力小，注意澆口形式和位置應(yīng)合理，防止產(chǎn)生熔接痕或減小熔接痕數(shù)量。脫模斜度不宜過(guò)小。
(7)要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50～60℃，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60～80℃。
ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。
主要應(yīng)用范圍:?汽車(chē)（儀表板，工具艙門(mén)，車(chē)輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，大強(qiáng)度工具（頭發(fā)烘干機(jī)，攪拌器，食品加工機(jī)，割草機(jī)等），電話機(jī)殼體，打字機(jī)鍵盤(pán)，娛樂(lè)用車(chē)輛如高爾夫球手推車(chē)以及噴氣式雪撬車(chē)等。
工藝
條件
干燥處理
熔化溫度
模具溫度
注射壓力
注射速度
ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥條件為80～90℃下最少干燥2小時(shí)。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。
210～280℃；建議溫度：245℃。
25～70℃
500～1000bar
中高速度
表2.2 注塑模工藝條件
2.3塑件的表面分析
塑件的用途可知，其外表面要求光潔，故開(kāi)設(shè)分型面應(yīng)盡量使工件處于一個(gè)型腔里以及設(shè)置澆口應(yīng)避免開(kāi)設(shè)在其外表面；另外設(shè)置好注塑工藝參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)了。
2.4塑件的尺寸精度
注塑件沒(méi)有精度要求,但由于尺寸較小，因此取最低精度5級(jí)。以保證該零件的尺寸精度，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)的零件加工可以保證。
2.5塑件的壁厚分析
塑件的壁厚首先取決于塑件的使用要求，即強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、重量、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性能、以及裝配等要求。
另外，還應(yīng)盡量使其各部壁厚均勻，避免太薄，否則會(huì)因引起收縮不均勻使塑件變形或產(chǎn)生氣泡、凹陷等成型質(zhì)量問(wèn)題。
塑件壁厚一般在1~6mm范圍內(nèi)，而通常用的數(shù)值2~3mm,大型塑件的壁厚也有比6 mm更大的，這都隨塑料類(lèi)型及塑件大小而定。
2.6脫模斜度的分析
使用脫模斜度為了使塑件便于脫模，但對(duì)于高度不大的塑件，可以不取斜度，本產(chǎn)品是屬于小型塑件，高度不大，因此沒(méi)有設(shè)置脫模斜度。這樣不會(huì)對(duì)于塑件有太大的影響，可以忽略不考慮。
2.7 塑件的圓角分析
為了避免應(yīng)力集中，提高塑件強(qiáng)度，改善塑件的流動(dòng)情況及便于脫模，在塑件的各面或內(nèi)部連接處，應(yīng)采用圓弧過(guò)度。這樣尤其對(duì)增強(qiáng)塑件更有利于填充型腔。另外，塑件的圓角對(duì)于模具制造和機(jī)械加工及提高模具強(qiáng)度，也是有利的，塑件的各連接處均應(yīng)有半徑不小于0.5~1 mm的圓角。
2.8 塑件上孔的設(shè)計(jì)
塑件上的孔是用模具的型芯成型的，從理論上說(shuō)，可以成型任何形狀的孔，但是形狀復(fù)雜的孔，其模具制造困難，成本較高。因此，用模具成型的孔，應(yīng)采用工藝上易于加工的孔。
塑件上常用的孔有通孔、盲孔、形狀復(fù)雜的孔等。這些孔均應(yīng)設(shè)置在不易削弱塑件強(qiáng)度的地方。在孔之間和孔與邊緣之間均應(yīng)留有足夠的距離（一般大于孔徑）。塑件上固定用孔和其他受力孔的周?chē)稍O(shè)一凸邊來(lái)加強(qiáng)。
本塑件是一個(gè)平行的通孔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也便于設(shè)置。
2.9塑件注射工藝參數(shù)的確定：
查找《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》和參考工廠的實(shí)際應(yīng)用的情況，ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。
注塑機(jī)型號(hào)
XS-ZY-350
注射量/cm3
350
螺桿直徑/mm
160
注射壓力/Mpa
250
注射行程/mm
400
注射時(shí)間/s
6
注射方式
螺桿式
鎖模力/KN
350
最大成型面積/cm2
400
模板最大行程/mm
300
模具厚度/mm
100-400
拉桿空間/mm
350*350
模板尺寸/mm
350*350
鎖模方式
液壓-機(jī)械
噴嘴球徑/mm
SR16
噴嘴孔徑/mm
Φ15
3 模具設(shè)計(jì)
3.1整體設(shè)計(jì)
3.1.1模架結(jié)構(gòu)選擇
通過(guò)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，該塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且有比較多的側(cè)抽和內(nèi)抽所以適合做一模兩腔。故采用GB/T1225.6～12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》中CI型模架定模采用兩塊模板，動(dòng)模采用一塊模板，設(shè)置推件板推出機(jī)構(gòu)。適用于薄壁殼體類(lèi)塑料制品的成形以及脫模力大、制品表面不允許留有推出痕跡的注射成形模具。采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯的注射成形模具。如圖4.1所示。根據(jù)塑件的尺寸初選300×300㎜的模架。
圖3.1 CI型模架
3.1.2注塑機(jī)的選擇
由于塑件形狀不規(guī)則，根據(jù)對(duì)塑件的屬性分析，測(cè)得其體積為：
V件=7.5cm3
澆注系統(tǒng)的體積取塑件的18%,
則：V澆注=7.5×18%=1.35cm3
V總=V件+ V澆=7.5X2+1.35=16.35cm3
因?yàn)?1.03～1.07g/cm3，在此取=1.05 g/cm3，所以塑件和澆注系統(tǒng)的塑料質(zhì)量m為：
m= V總=16.35×1.05=17.2g
由V總≤80% V注 ；
即塑件總的注射量小于等于注塑機(jī)額定注射量的百分之八十；又采用一模兩腔，故注塑量為21.5 g 。
注塑機(jī)的注射量表示法是指用注塑機(jī)的注射容量（單位㎝3）表示注射機(jī)的規(guī)格，以標(biāo)準(zhǔn)螺桿注射時(shí)的80%理論注射量表示[5]。容易得知，塑件需要的注塑機(jī)理論注塑量大于20.5㎝3；由第三章的推薦注塑壓力不能小于500MPa 。
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機(jī)噴嘴通向模具型腔的流動(dòng)通道。因此它應(yīng)保證熔體迅速順利有序地充滿行腔各處，獲取外觀清晰、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料件。對(duì)澆注系統(tǒng)的具體要求是：
模腔的填充迅速有序，并且同時(shí)充滿各個(gè)型腔；
熱量和壓力損失較小，盡可能消耗較少的塑料；
能夠使型腔順利排氣；
冷料不能進(jìn)入模具型腔；
澆注流道凝料容易與塑件制品分離或切除，澆口痕跡對(duì)塑料件外觀影響很小。
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。
（1）主流道的設(shè)計(jì)：
主流道為一圓錐孔，其小端正對(duì)注射機(jī)的噴嘴，因噴嘴端為球面，所以主流道小端的外形應(yīng)為一凹球面。為了配合緊密，防止溢流，凹球面的半徑比噴嘴的球面半徑大2㎜～3㎜。
圖3.2主澆道
（2）分流道的設(shè)計(jì)：
分流道長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置。從減少輸送熔體是壓力損失和熱量損失的要求去發(fā)，應(yīng)力求縮短長(zhǎng)度。
分流道截面尺寸取決于多種因素，其中包括塑件質(zhì)量、壁厚、塑料黏度和分流道本身的長(zhǎng)度。分流道截面面積應(yīng)保證行腔充滿并補(bǔ)充因腔內(nèi)塑件收縮所需的熔體后方可冷卻凝固。因此，分流道的截面直徑或厚度應(yīng)大于塑件的壁厚。
為了便于加工和凝料脫模，分流道大多設(shè)置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等。
圓形流道比表面積小，熱量損失和流動(dòng)阻力較小，對(duì)于流動(dòng)性不太好的塑料或薄壁塑件，通常采用圓形流道，這樣可以減小熔體的流動(dòng)阻力和熱量損失。但是流道應(yīng)開(kāi)設(shè)在動(dòng)、定模兩個(gè)部分，所以對(duì)機(jī)械加工精度要求比較高。
（3）澆口的設(shè)計(jì)：
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。除了直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對(duì)塑件的性能和質(zhì)量的影響很大。
根據(jù)本方案的特點(diǎn)以及ABS材料的性能滿足，澆口形式采用側(cè)澆口。側(cè)澆口又稱邊澆口，澆口一般開(kāi)始在產(chǎn)品側(cè)面上，塑料熔體于型腔的上面充模，其截面形狀多為長(zhǎng)方形，調(diào)整其截面的厚度和寬度可以調(diào)節(jié)熔體充模時(shí)的剪切速率及澆口封閉時(shí)間。這類(lèi)澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置。
圖3.4 澆口尺寸
（4）冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴位于主流道出口一端，對(duì)于立、臥式注塑機(jī)用模具，冷料穴位于主分型面的動(dòng)模一側(cè)，冷料穴是注流道自然延伸[5]。因?yàn)榱?、臥式注塑機(jī)所用模流道在定模一側(cè)，模具打開(kāi)時(shí)，為了將注流道凝料能夠拉向動(dòng)模一側(cè)，并在推出行程中將它脫出模外，動(dòng)模一側(cè)應(yīng)設(shè)有拉料桿。應(yīng)根據(jù)脫模機(jī)構(gòu)的不同，正確選取冷料圖穴與Z形拉料桿匹配方式。
圖3.4 冷料穴與Z形拉料桿匹配
3.2.2排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
從第三章的分析可以看出，由于塑件本身產(chǎn)生的氣穴都分布在塑件的上表面，即開(kāi)設(shè)的分型面上；又因?yàn)樵撃＞咝颓唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,屬于小型模具。因此可以利用其分型面、同時(shí)利用配合間隙排氣。同時(shí)還可以利用內(nèi)抽斜滑塊和推桿進(jìn)行排氣。
3.2.3模溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在注射成形工藝過(guò)程中，模具溫度直接影響塑件的充模和塑件的定形，也直接影響注射周期和塑件質(zhì)量，因此，必須對(duì)模具進(jìn)行有效冷卻，使其溫度保持在一定范圍內(nèi)。
因ABS要求的模溫為40℃～70℃，不超過(guò)80℃，故無(wú)須設(shè)置加熱裝置。只需要對(duì)其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
冷卻回路的設(shè)計(jì)應(yīng)做到回路系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)充分吸收成形塑件所傳導(dǎo)的熱量，使模具成形表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內(nèi)，并且做到使冷卻介質(zhì)的回路系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)暢通，無(wú)滯留部位。
注塑成型中常用的冷卻劑用常溫（25℃）的水作為模具冷卻介質(zhì)，取其出口溫度為28℃，并且冷卻水在通道內(nèi)呈湍流狀態(tài)。已知模具溫度為60℃。模具寬度為320mm。
根據(jù)熱平衡原理，單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固釋放的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量。于是有：
Qin=
式中 Qin ——塑料傳給模具的熱量
N ——每小時(shí)注射次數(shù)
G ——每次的注射量（Kg）
m——每小時(shí)注射的塑料量（Kg）
Δ——塑料的熱焓量之差（KJ/Kg）
取Δ=400KJ/Kg
設(shè)注射周期為60s,則：n=3600÷60=60
Qin=400×60×1.05×3.835×0.001=96.6KJ·h-1
又有 Qout=mwCw(tout－tin)
式中 Qout ——冷卻水每小時(shí)從模具攜走的熱量（KJ/h）
mw ——冷卻水每小時(shí)的用量（kg/h）
Cw ——冷卻水的比熱容4.2KJ·Kg-1·oC
Tout ——模具的出水溫度oC
Tin ——模具的進(jìn)水溫度oC
由熱平衡條件：Qout=Qin 可得：
mw=ΔnG/[CW(tout－tin)]
其中，Tin為25℃；根據(jù)入口與出口溫度控制在2～3℃，取Tout為28℃；
mw=96.6÷4.2÷(28-25)≈7.7 kg/h
冷卻水的體積流量V=mw/60，求得V≈0.12m3/min。查《注塑模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到其對(duì)應(yīng)冷卻道直徑為6㎜。其對(duì)應(yīng)的水道最低卻流速v=1.66 m/s，則實(shí)取v=2.0m/s。
3.3合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證定模和動(dòng)模合模時(shí)，正確定位和導(dǎo)向的零件。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有定位、導(dǎo)向和承受一定側(cè)壓力三個(gè)作用。而導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
3.3.1導(dǎo)套
選用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)套（GB4169.4-84），材料SKD61，處理50-55HRC，采用H7/ k6配合鑲?cè)肽０濉?
圖3.5 導(dǎo)套
3.3.2 導(dǎo)柱
對(duì)導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)有五點(diǎn)要求：
1、長(zhǎng)度 導(dǎo)柱的長(zhǎng)度必須比凸模端面高6-8毫米，以免導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而凸模先進(jìn)入型腔與其相碰而損壞。
2、形狀 導(dǎo)柱的端部做成錐形或半球形的先導(dǎo)部分，使導(dǎo)柱順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔。
3、材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，多用低碳鋼（20號(hào)）滲碳淬火處理，或者T8、T10淬火處理。
4、配合精度 導(dǎo)柱裝入模板多用二級(jí)精度第二種過(guò)渡配合。
5、配合 導(dǎo)柱固定端與模板之間采用H7/k6過(guò)渡配合；導(dǎo)柱導(dǎo)向部分采用H7/f7的間隙配合。本設(shè)計(jì)導(dǎo)柱采用標(biāo)準(zhǔn)件（GB4169.4-84）。
圖3.7 導(dǎo)柱
3.4成型零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.4.1成型鑲塊
本塑件采用動(dòng)定模兩板式結(jié)構(gòu)，根據(jù)分型面的開(kāi)設(shè)，由于本模型已經(jīng)對(duì)尺寸進(jìn)行0.5%收縮，故直接利用UG的模具模塊對(duì)模型進(jìn)行分模，得上型腔開(kāi)在定模板上，型腔位于定模板上，如圖3.8所示。
3.8.1 型腔
圖3.8.2 型芯
3.4.2 成型零件工作尺寸計(jì)算
影響塑件尺寸精度的因素：
1） 制造誤差
模具的最大制造誤差：δZ=ΔZ=1/3~1/10Δ
（其中：△Z為制造誤差 △為塑件公差）
2）成型零件的磨損 允許的磨損量：δC=1/2ΔZ
3) 塑件收縮率的波動(dòng)
收縮率引起的尺寸量：
①δS=(Smax-Smin)Ls
②S=(Lm-Ls)/Lsx100%
由《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得：
ABS的收縮率S=0.5%
（S—塑料成型收縮率 Lm—模具型腔在室溫下的尺寸 Ls—塑件在室溫下的尺寸）
根據(jù)《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得塑件上的所有孔的直徑和長(zhǎng)度
解：(1)型芯徑向尺寸計(jì)算
塑件長(zhǎng)度尺寸70.25mm 塑件一模兩件
校核：δZ+δc+δs≤Δ
已知（公差Δ=0.64mm ΔZ=1/3Δ δC=1/2ΔZ）
（ Scp:平均收縮率 Scp=0.009）
① Lm1=〔Ls（1+ SCP）+3/4△〕0-ΔZ
=70.6mm
塑件寬度尺寸為57.55mm
② Lm2=〔Ls（1+ SCP）+3/4△〕0-ΔZ
=57.84mm
(2)型腔徑向尺寸計(jì)算
塑件尺寸長(zhǎng)度尺寸為68.75mm型腔整體加工
① Lm1=〔Ls（1+ SCP）+3/4△〕0-ΔZ
=69.1mm
塑件寬度尺寸為54.05mm
② Lm2=〔Ls（1+ SCP）+3/4△〕0-ΔZ
=54.32mm
3.4.3 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
為了保證塑件成形后從模腔或芯心上順利取下，模具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置可靠有效的脫模機(jī)構(gòu)。
對(duì)脫模機(jī)構(gòu)的基本要求：
a) 運(yùn)動(dòng)靈活順暢，具有足夠強(qiáng)度、剛度，工作穩(wěn)定可靠，容易制造和裝配，更換方便；
b) 接觸塑件的配合間隙無(wú)溢料現(xiàn)象；
c) 對(duì)塑件頂推力分布均勻合理，對(duì)塑件外觀無(wú)明顯損壞，不會(huì)引起塑件變形或使塑件破裂；
d) 有利于將塑件和流道凝料帶向動(dòng)模一側(cè)；
e) 復(fù)位可靠。
推桿的設(shè)計(jì)
本模具采用推桿脫模機(jī)構(gòu)，脫模動(dòng)力來(lái)源，采用最普遍機(jī)動(dòng)脫模，即通過(guò)動(dòng)、定模分開(kāi)時(shí)動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)，借助注塑機(jī)的頂出元件，推動(dòng)模具內(nèi)設(shè)置的脫模機(jī)構(gòu)是塑件從芯心上脫出。推桿采用普通推桿中的圓柱頭推桿。
推桿接觸塑件的頂推段，與模板上相應(yīng)孔的配合間隙，應(yīng)以不超過(guò)塑件的溢料間隙為限，一般情況下H8/f7或H7/f7就可以滿足這一要求。本模具采用H8/f7配合。凸肩部分與固定板上的安裝孔留有1m的雙邊間隙，這樣可以避免由于模板的孔垂直度偏差使得推桿被開(kāi)住或過(guò)分磨損。
圖3.9 推桿
3.5 注射機(jī)校核
3.5.1 注射量校核
必須保證塑件所需的注射量（包括澆注系統(tǒng)及飛邊在內(nèi)）小于注射機(jī)允許的最大注射量，一般占注射機(jī)理論注射量的80%以內(nèi)。如公式4.6所示
V總≤80% V注 （3.5）
式中 V注 ---塑料件所需塑料的體積（包括澆注系統(tǒng)凝料及飛邊在內(nèi)，cm3）；
V總---注射機(jī)理論注射量（公稱容積，cm3）。
該型號(hào)注射機(jī)的理論注射量為350cm3,又已知所需總的塑料量為57.71㎝3。
80%×350=280＞57.71cm3理論注射量遠(yuǎn)大于實(shí)際需要。故滿足。
3.5.2 最大鎖模力校核
注射機(jī)鎖模力F鎖的校核關(guān)系式應(yīng)為：
式中 F---塑件加澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（㎡）；
q---行腔內(nèi)塑料熔體的單位面積壓力（MPa）；
P---注塑機(jī)額定鎖模力（KN）。
根據(jù)批Pro/e面積測(cè)量的塑件于澆注系統(tǒng)的總投影面積為93.96cm2， 根據(jù)《注塑模設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)用》的ABS的熔體壓力為300MPa。
代入數(shù)據(jù)得：
=93.96×300=28.188KN
該型號(hào)注射機(jī)的鎖模力為600KN＞28.188KN，所以符合要求。
3.5.3 注射壓力校核
該型號(hào)注塑機(jī)的注塑壓力為500MPa，符合要求。
3.5.4 模具厚度校核
由于注射機(jī)可安裝模具的厚度有一定限制，所以設(shè)計(jì)模具的閉合厚度Hm必須在注射機(jī)允許安裝的最大模具厚度Hmax及最小模具厚度Hmin之間，即
代入數(shù)據(jù)得：
Hm=290mm
因?yàn)镠min=100mm≤Hm=290mm≤Hmax=400mm，所以符合要求。
3.5.5 開(kāi)模行程的校核
單分型面注射模
式中 H---注射機(jī)動(dòng)模板的開(kāi)模行程（mm）；
H1---塑件頂出距離（mm）；
H2---包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度（mm）。
測(cè)得，H1大約為60㎜，H2為80㎜。該模具開(kāi)模行程為10㎜。
代入數(shù)據(jù)得：
H =260mm＞60+80+10=150 mm，所以符合要求。
4 總裝配圖
該模具采用兩板式模具結(jié)構(gòu)，嵌入成型動(dòng)模鑲塊和定模鑲塊。塑件在脫模的時(shí)候用推桿推出，之外斜頂也有脫模的作用。另外推桿和斜頂處用于排氣。模具采取復(fù)位桿彈簧復(fù)位。
圖4.1模具總裝圖
5 結(jié)論
本設(shè)計(jì)首先說(shuō)明了塑料工業(yè)的重要地位和當(dāng)今注塑模具的現(xiàn)狀，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塑料工業(yè)將繼續(xù)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。其次介紹了注塑件的一般設(shè)計(jì)原則，對(duì)塑件的特征如倒圓角等做了說(shuō)明，從實(shí)際來(lái)看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。
單分型面注射模是最為簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，約占全部注射模具的70%左右，但目前傳統(tǒng)冷流道模具設(shè)計(jì)還是以經(jīng)驗(yàn)為主，很難對(duì)注射各參量進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)建模，因?yàn)楦鲄⒘肯嗷ビ绊懀P(guān)系復(fù)雜。隨著科技的進(jìn)步及注射理論的突破，熱流道模具發(fā)展的越來(lái)越迅速，隨著技術(shù)的成熟，熱流道模的生產(chǎn)控制將會(huì)變得比以前更為輕松，產(chǎn)品質(zhì)量將會(huì)得到更好提高，所以，以后注射模具的研究會(huì)以熱流道模具為主。
為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，這不僅是對(duì)對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的總結(jié)，而且是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次考察和融會(huì)。通過(guò)著半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高了我分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。無(wú)論在專(zhuān)業(yè)知識(shí)上還是在實(shí)際應(yīng)用上，我都取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。更重要的是在著個(gè)過(guò)程中，提高了我的自學(xué)能力。這對(duì)我走向社會(huì)后繼續(xù)學(xué)習(xí)打下了重要的基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先通過(guò)對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，設(shè)定幾種工藝方案。通過(guò)比較確定合理的一種。運(yùn)用分析軟件可以實(shí)現(xiàn)塑件的流動(dòng)模擬分析。在優(yōu)化澆道口的擺放位置后，通過(guò)可能產(chǎn)生氣泡的位置來(lái)確定排氣孔的位置。根據(jù)分析結(jié)果為注塑模具設(shè)計(jì)提供了許多重要的數(shù)據(jù)，并且還可以預(yù)測(cè)注塑模具設(shè)計(jì)結(jié)果可能產(chǎn)生的各類(lèi)缺陷。運(yùn)用UG軟件進(jìn)行分模，添加模架設(shè)計(jì)出模具的整體結(jié)構(gòu)。通過(guò)UG進(jìn)行模具的三維設(shè)計(jì)便與一些復(fù)雜零件的數(shù)控加工。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的繪圖軟件的操作，我現(xiàn)在已經(jīng)能熟練運(yùn)用UG和CAD的普通功能，并通過(guò)對(duì)注射模具的設(shè)計(jì)，掌握了注射模的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，對(duì)于常見(jiàn)的注塑模具比較熟悉。
但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，如UG軟件的使用，由于是在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段才接觸軟件，因此許多操作還不了解，EMX模塊的運(yùn)用，剛開(kāi)始時(shí)的分模，澆口的形式和位置等。但是通過(guò)請(qǐng)教老師和同學(xué)，這些問(wèn)題都基本得到了解決。
通過(guò)這三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我一邊學(xué)習(xí)一邊鞏固一邊進(jìn)步，特別是在和同學(xué)的互相交流中，通過(guò)資料的查取，我學(xué)到了很多東西，注射模具的設(shè)計(jì)水平也更上了一個(gè)臺(tái)階。
6 致謝
經(jīng)過(guò)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)忙碌之后，設(shè)計(jì)最終完成，心理有一種說(shuō)不出的輕松，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到許多的問(wèn)題，在眾多師友的幫助下予以解決。首先要感謝王昶老師對(duì)我的指導(dǎo)和督促，王昶老師給我指出了正確的設(shè)計(jì)方向，使我加深了對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)也避免了在設(shè)計(jì)過(guò)程中少走彎路，王昶老師的督促使我一直把畢業(yè)設(shè)計(jì)放在心理，保證按質(zhì)按量的完成；要感謝宿舍同學(xué)，是大家營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中互幫互助，使我的CAD和UG操作水平比以前有了很大提高，同時(shí)較全面的掌握了Word的編輯功能；還要感謝那些在我遇到問(wèn)題過(guò)程中給予過(guò)我無(wú)私幫助的同學(xué)。
大學(xué)生活至此劃上了圓滿的句號(hào)，在重慶理工大學(xué)這塊土地上有眾多莘莘學(xué)子辛勤的耕耘，在這塊土地上我健康快樂(lè)的成長(zhǎng)，我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記可親的同學(xué)，我永遠(yuǎn)記得這片土地。
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