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關(guān)于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
摘要：在熱塑性注塑模設(shè)計(jì)中，配件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的方法?；趲缀畏治觯褂眯卫鋮s概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經(jīng)確定好了的冷卻水路來分析強(qiáng)度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個(gè)對抗性的因素是如何調(diào)解以達(dá)到最佳的狀態(tài)。預(yù)期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關(guān)鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設(shè)計(jì)
1 簡介
在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個(gè)過程包括四項(xiàng)基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個(gè)過程的70%的時(shí)間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時(shí)間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗(yàn)理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須制定為一個(gè)優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個(gè)非線性問題。然而，像熱導(dǎo)率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結(jié)晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認(rèn)為是常數(shù)。
溫度場的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個(gè)演化過程可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)循環(huán)部分和一個(gè)平均瞬時(shí)的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因?yàn)闊釢B透的深度對溫度場的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡化了微積分學(xué)，但平均波動(dòng)范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動(dòng)范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項(xiàng)研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時(shí)間的分析。
應(yīng)該注意的是，在實(shí)際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)作為工具設(shè)計(jì)的最后一步。不過冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計(jì)應(yīng)該是工具設(shè)計(jì)的第一階段之一。
1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化
在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時(shí)間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時(shí)間。林總結(jié)了模具設(shè)計(jì)在3個(gè)事實(shí)方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時(shí)間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時(shí)間和周期時(shí)間的折衷。實(shí)際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個(gè)是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個(gè)個(gè)單元并對每個(gè)冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。
1.3 計(jì)算法則
方案的計(jì)算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計(jì)算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網(wǎng)格劃分所花費(fèi)的計(jì)算解決方案的時(shí)間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結(jié)果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計(jì)算能最小化目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實(shí)現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時(shí)的因?yàn)樗挠?jì)算范圍很廣。在實(shí)際操作中，模具設(shè)計(jì)的時(shí)間必須最小化，于是一個(gè)可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標(biāo)
本文所描述的方法應(yīng)用于一個(gè)T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個(gè)表面分別介紹了零件的侵蝕和擴(kuò)張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導(dǎo)熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標(biāo)函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因?yàn)樽畹屠鋮s時(shí)間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時(shí)間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時(shí)期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時(shí)期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時(shí)期運(yùn)用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個(gè)步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當(dāng)ΔTfref→∞時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)會減少到第一時(shí)期。相反, 當(dāng)ΔTfref→0第二個(gè)時(shí)期的比重會增加。
3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果
數(shù)值計(jì)算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來的，他們認(rèn)為T形零件的最佳冷卻是通過7個(gè)冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動(dòng)速率Q= 364cm3 / s每個(gè)冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴(kuò)張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時(shí)間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時(shí)針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計(jì)算出來的最佳冷卻配置計(jì)比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標(biāo)函數(shù)下計(jì)算得到的，這里忽略了第二時(shí)期。結(jié)果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點(diǎn)是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻。總之,第一部分對于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個(gè)階段使得零件的表面溫度均勻。實(shí)際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個(gè)Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點(diǎn)之外。然而對于ΔT的值,侵蝕時(shí)的溫度是不被接受的，因?yàn)槠骄鶜鉁剡^高(340K相對于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時(shí)提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會成為對抗性的問題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時(shí)零件的溫度比ΔT = 10 K時(shí)更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結(jié)論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時(shí)間。與參考文獻(xiàn)相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻(xiàn)
[1] Pichon J. F. Injection des matières plastiques.Dunod, 2001.
[2] Plastic Business Group Bayer. Optimised mould temperature control. ATI 1104, 1997.
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[4] L. Q Tang, K. Pochiraju, C. Chassapis, S. Manoochehri. A computer-aided optimization approach fort he design of injection mold cooling systems. J. of Mech. Design, 120:165-174, 1998.
[5] J. Huang, G. M. Fadel. Bi-objective optimization design of heterogeneous injection mold cooling systems. ASME, 123:226-239, 2001.
[6] J. C. Lin. Optimum cooling system design of a freeform injection mold using an abductive network. J. of Mat. Proc. Tech., 120:226-236, 2002.
[7] E. Mathey, L. Penazzi, F.M. Schmidt, F. Rondé- Oustau. Automatic optimization of the cooling of injection mold base don the boundary element method. Materials Proc. and Design, NUMIFORM, pages 222-227, 2004.
[8] X. Xu, E. Sachs, S. Allen. The design of conformal cooling channels in injection molding tooling. Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001.
201 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
材 料
系 、 部： 機(jī)械系
學(xué)生姓名： 尹沿江
指導(dǎo)教師： 劉安民
職 稱： 教授
專 業(yè)： 機(jī)械制造與自動(dòng)化
班 級： 0805
學(xué) 號： 08200230440
2011 年 5月
材料清單
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書
2、指導(dǎo)教師評閱表
3、答辯及最終成績評定表
4、畢業(yè)論文
5、附錄材料
2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書
系：機(jī)械系 專業(yè)：機(jī)械制造與自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
劉安民
學(xué)生姓名
尹沿江
課題名稱
電視機(jī)外殼塑料模設(shè)計(jì)
內(nèi)容及任務(wù)
1． 對制件進(jìn)行工藝分析，根據(jù)塑件的材料、形狀與尺寸要求等確定適合的成型工藝。
2． 選擇相應(yīng)的成型設(shè)備和成型工藝參數(shù)，完成成型模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3． 根據(jù)產(chǎn)品的工藝分析，確定模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制模具總圖1張（A0）。
4． 編制設(shè)計(jì)說明書一份。
擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)
1.裝配圖須采用A0圖紙打印。
2.設(shè)計(jì)說明書資料充分，并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處；計(jì)算過程詳細(xì)完整；公式的字母含義應(yīng)標(biāo)注公式出處；內(nèi)容條理清楚，按步驟書寫。
3.說明書字?jǐn)?shù)在20000字左右，按相關(guān)本科院校的要求排版并打印，同時(shí)上交電子文檔。
進(jìn)度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
2011.2.28—2011.3.11
2011.3.14—2011.3.25
2011.3.28—2011.5.20
2011.5.23—2011.5.27
畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研
集中實(shí)習(xí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
答辯時(shí)間
2周
2周
8周
1周
主要參考資料
1、徐嘉元，曾家駒.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 1997.8.
2、哈爾濱工業(yè)大學(xué)李益民主編.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊［M］機(jī)工版.2005.7
3、肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2005.3
4、孫麗媛.機(jī)械制造工藝及用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)［M］.冶金工業(yè)出版社 2002.5.
5、朱龍根.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2005.8
6、章躍.機(jī)械制造專業(yè)英語［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2002.4
7、大連理工大學(xué)工程畫教研室編[M].機(jī)械制圖(第四版).北京：高等教育出版社，
1993.5：60-80
教研室
意見
年 月 日
系主管領(lǐng)導(dǎo)意見
年 月 日
湖南工學(xué)院2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評閱表
系： 機(jī)械系
學(xué)生姓名
尹沿江
學(xué) 號
08200230440
班 級
0805
專 業(yè)
機(jī)械制造與自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名
劉安民
課題名稱
電視機(jī)外殼塑料模設(shè)計(jì)
評語：（包括以下方面，①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整程度和規(guī)范性；②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；③學(xué)術(shù)水平或設(shè)計(jì)水平、綜合運(yùn)用知識能力和創(chuàng)新能力；）
是否同意參加答辯：
是□ 否□
指導(dǎo)教師評定成績
分值：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
湖南工學(xué)院2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及最終成績
評 定 表
系（公章）： 機(jī)械系
學(xué)生姓名
尹沿江
學(xué)號
08200230440
班級
0805
答辯
日期
5.23
課題名稱
電視機(jī)外殼塑料模設(shè)計(jì)
指導(dǎo)
教師
劉安民
成 績 評 定
分值
評 定
小計(jì)
教師1
教師2
教師3
教師4
教師5
課題介紹
思路清晰，語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)（論文）有應(yīng)用價(jià)值。
30
答辯
表現(xiàn)
思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確大、深入,知識面寬。
必
答
題
40
自
由
提
問
30
合 計(jì)
100
答 辯 評 分
分值：
答辯小組長簽名：
答辯成績a：
×40％＝
指導(dǎo)教師評分
分值：
指導(dǎo)教師評定成績b：
×60％＝
最終評定成績：
分?jǐn)?shù)： 等級：
答辯委員會主任簽名：
年 月 日
說明：最終評定成績＝a+b，兩個(gè)成績的百分比由各院、系自己確定，但應(yīng)控制在給定標(biāo)準(zhǔn)的10％左右。
5
題 目
電視機(jī)外殼塑料模設(shè)計(jì)
摘 要
對塑件的結(jié)構(gòu)，使用要求進(jìn)行分析，確定成型方法。確定成型方法后，再進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最后根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)選定注射機(jī)。其中，包括了成型零件尺寸的計(jì)算，脫模力的計(jì)算，強(qiáng)度校核，零件加工工藝等。本設(shè)計(jì)完全采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，有大部分?jǐn)?shù)據(jù)是用PRO/E精確計(jì)算而得的 ，不僅能節(jié)約時(shí)間，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約成本，也能提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：工藝規(guī)程; 定位基準(zhǔn)
ABSTRACT
This article has first carried on the connecting rod componentsanalysis, through analysis and research which carries on to thereference, elaborated the technological process, and the manufacturetechnology and so on the related content; In the technical route,elaborates the connecting rod craft processing craft, themachine-finishing remainder, the processing order arrangement and thebasic man-hour of computation. The question possibly appears which in the design process is: Draws upthe technological process is not good, affects the processingprecision and the processing efficiency; The unit clamp clamps theorganization to choose is improper, thus creates clamps the strengthwhich cannot satisfy needs.
Keywords: Technological process; Localization datum
目 錄
1 前言 ………………………………………………………………………………1
2 成品分析 …………………………………………………………………………2
2.1 結(jié)構(gòu)分析 ………………………………………………………………………3
2.2 肉厚分析 ………………………………………………………………………4
2.3 成型分析 ………………………………………………………………………5
3 工件材料的選擇…………………………………………………………………9
3.1 概述………………………………………………………………… …………9
3.2 塑料的組成 ……………………………………………………………………9
4 分型面的確定……………………………………………………………………11
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13
5.1 主流道的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13
5.1.1主流道尺寸 …………………………………………………………………13
5.1.2流道襯套的形式 ……………………………………………………………13
5.2 主流道襯套的固定 ……………………………………………………………14
5.3 分流道的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………14
5.3.1分流道的形狀及尺寸 …………………………………………………………14
5.3.2分流道的表面粗糙度… ………………………………………………………15
5.3.3分流道的布置形式……………………………………………………………15
5.4 澆口的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………15
5.4.1澆口的選用 ……………………………… …………………………………15
5.4.2 澆口的位置………… ………………………………………………………16
5.5 料穴的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………17
6 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及成型零件的設(shè)計(jì)………………………………………………17
6.1 鋼材選用………………………………………………………………………17
6.2 模具的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18
6.3 成型零件的設(shè)計(jì)………………………………………………………………23
6.3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………24
6.3.2 型芯結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 …………………………………………………………24
6.3.3 卡溝間距的計(jì)算 ……………………………………………………………25
6.3.4 孔類尺寸的計(jì)算 ……………………………………………………………25
6.3.5 型腔尺寸的計(jì)算 ……………………………………………………………25
6.3.6 模仁的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………25
6.4 頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………26
6.4.1制品推出的基本方式 ………………………………………………………27
6.4.2 脫模力的計(jì)算 ………………………………………………………………28
6.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………28
6.6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………30
7 注射機(jī)的選用……………………………………………………………………31
7.1 塑件的計(jì)算……………………………………………………………………31 7.2 注塑機(jī)的選擇…………………………………………………………………32 7.3 注塑機(jī)的校核…………………………………………………………………32
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………….
致謝……………………………………………………………………………………
正 文
1 前言
隨著高分子化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及高分子合成技術(shù)，材料改性技術(shù)的進(jìn)步，塑料工業(yè)飛速發(fā)展。目前，塑料制品已深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在辦公用品，照相器材，汽車，儀器，儀表，機(jī)械，航空，日用以及家用電器的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。且開始逐步取代金屬產(chǎn)品。我國自改革開放以來，塑料工業(yè)得到了飛速發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)中開始發(fā)揮愈來愈重的作用。
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及對塑件質(zhì)量要求的提高，塑料模具成型技術(shù)，正像高效率，自動(dòng)化，大型，微型，精密，高壽命的方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾方面：
1：塑料成型理論研究的飛速發(fā)展?，F(xiàn)已經(jīng)對充模過程中的流變行為，及流變理論，有了更深的研究。對于擠出成型，現(xiàn)已初步建立起數(shù)學(xué)模型。
2：新的成型方法的涌現(xiàn)。如熱流道澆注系統(tǒng)的應(yīng)用，氣輔成型，雙射成型技術(shù)的應(yīng)用。
3：塑件更趨向精密化，微型化，大型化。現(xiàn)德國已研制出0.1g的注射機(jī)，用來生產(chǎn)0.05g的塑件。法國已擁有注射量為170kg的注射機(jī)。
我國也研制出0.5g的微型注射機(jī)和注射量達(dá)35000cm的特大注射機(jī).
4: 新型模具材料的應(yīng)用。
5：模具表面強(qiáng)化熱處理的新技術(shù)的應(yīng)用。
6：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用。
7：標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施。
此次設(shè)計(jì)為電視機(jī)外殼的注塑成型模具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中，得到張教授的精心指導(dǎo)，及時(shí)解決所遇到的問題，也得到了同學(xué)與朋友的大力幫助。如今設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)一些問題是無法避免的，畢竟實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，及本人所學(xué)模具專業(yè)知識有限，如發(fā)現(xiàn)問題希望及時(shí)提出，以便更正，共同進(jìn)步。設(shè)計(jì)說明書中詳細(xì)分析了設(shè)計(jì)中的一些必要計(jì)算，并附圖分析，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過核算，該查表的數(shù)據(jù)在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》、《塑料模設(shè)計(jì)手冊》等叢書中查得。
2 成品分析
電視機(jī)外殼，它是電視機(jī)的前蓋部分。首先它是電視機(jī)的主要輪廓，所以外面部分表面質(zhì)量有要求，不能有毛邊，頂出痕跡和拉傷。里面部分表面質(zhì)量想對來說，要求不是很高。同時(shí)，由于它也是整個(gè)電視機(jī)的支架部分，所以強(qiáng)度有一定的要求。要注意熔接線的位置，第一要保證的就是外圍邊緣部分，應(yīng)盡量將熔接線轉(zhuǎn)移到左邊體積大塊處。在材料方面，也要注意材料的強(qiáng)度，剛度，等力學(xué)方面的性能，同時(shí)也要考慮成型工藝方面的各種性能，如流動(dòng)性，收縮性等。此處的塑料，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)可知流動(dòng)性中等即可。收縮性,原則上，越小越好，但實(shí)際中，考慮到成本因素，此處塑料的收縮性不能太小，也不能太大，中等即可滿足要求。由于塑件的尺寸比較大，主要配合的面比較少，尺寸精度可相對降低，除了那些需要配合的面尺寸精度取MT3之外的，其他的尺寸按MT5的精度即可。
2.1 結(jié)構(gòu)分析
成品圖如下所示： 大?。?05*264*31
圖2-1 成品圖
2.2 肉厚分析
圖2-6 成品圖
經(jīng)過pro/e的分析，由圖可知，此塑件的肉厚較均勻。取平均肉厚為2mm。
圖2-7 成品圖
上圖中紅色區(qū)域肉厚較厚，成型時(shí)會導(dǎo)致縮水，應(yīng)該減薄，保持肉厚均勻變化。
2.3 成型分析
電視機(jī)外殼，對表面質(zhì)量要求較高，尺寸精度也有相對較高的要求，所以采用注塑成型不僅滿足塑件要求，也能滿足大批生產(chǎn)需求。
由于塑件尺寸較大，模具的尺寸相應(yīng)的也會較大，為生產(chǎn)方便，采用一模一穴的形式。所以型腔排布的問題也就變的簡單了。
由于塑件外部分相對來說比較重要，要求也較高，所以把外面部分放在母模側(cè)，里面部分放在公模側(cè)。同時(shí)也有利于脫模和頂出。分型面如所示，棕色為在母模側(cè)的面，綠色為在公模側(cè)的面。其中的沉頭孔，大端在母模側(cè)成型，小端在公模側(cè)成型。如圖2-10 所示。邊緣處的卡溝，如圖2-11所示。另：所有與分型面垂直的面都必須設(shè)置拔模角，以分型面為界，在母模 側(cè)的向母模側(cè)減膠拔模0.5-1度，在公模側(cè)的向公模 減膠拔0.5-1度保持減膠量在20絲左右，為是母模側(cè)更易脫模，母模側(cè)的拔模角應(yīng)稍大于公模側(cè)。
3 工件材料的選擇
3.1 概述
塑料：它是一種混合物，以高分子聚合物為主要成分，加入一定量的添加劑而組成的。在常溫下常表現(xiàn)為柔韌的固體，但加熱，加壓時(shí)會有一段軟化的過程，這一性質(zhì)被稱為可塑性。由于塑料的分子質(zhì)量相對較大，所以分子間彼此具有很大的作用力，分子之間的長鏈就會蜷曲在一起，即可相互排斥，也可相互吸引，使的塑料具有彈性。
3.2 塑料的組成
主要成分：合成樹脂；合成樹脂的性能基本上決定了塑料的基本性能，如熱性能，化學(xué)性能，物理性能，力學(xué)性能，在塑料中的含量一般在40%-100%。目前主要的合成樹脂有聚乙烯，聚氯乙烯，酚醛樹脂等。
添加劑：常用的有：填充劑，增塑劑，穩(wěn)定劑，潤滑劑，著色劑等。此電視機(jī)外殼，根據(jù)其應(yīng)用場合，可適當(dāng)添加一些添加劑。為了增加其絕緣性及強(qiáng)剛度，可適當(dāng)加如一些添加劑，如云母，石英等。同時(shí)也可以降低成本。為了增加其可塑性，流動(dòng)性，改善塑件成型條件，提高塑件質(zhì)量可加入適量的的增塑劑。由于電視機(jī)會有相當(dāng)量的輻射，塑件必須加入一定量的光穩(wěn)定劑。提高塑件的使用壽命，保護(hù)環(huán)境和使用者的健康。添加潤滑劑和著色劑， 可是塑件的表面光潔，更美觀，同時(shí)也有利于脫模。
3.3 塑料的分類
3.3.1 按塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分
可分為熱塑性和熱固性塑料。
塑料中的樹脂分子結(jié)構(gòu)是線性或支鏈型結(jié)構(gòu)，它在加熱是軟化并熔融，不產(chǎn)生化學(xué)交鏈反應(yīng)，成為溶體，在次狀態(tài)下可制成一定形狀的塑件，冷卻后保持已成型的形狀，如再加熱，可再次成型?？苫厥绽?。這種塑料稱為熱塑性塑料，
塑料在受熱之初分子呈線性，具有可塑性和可溶性，但繼續(xù)受熱后這些鏈狀的分子逐漸結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度達(dá)到一定后會進(jìn)一步發(fā)生交鏈反應(yīng)，最終變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，樹脂即不溶解也不熔化，塑件形狀固定下來后就不再改變，如再加熱也不會再軟化，更不具有可塑性，不可回收利用，這樣的塑料稱為熱固性塑料。
3.3.2 按性能及用途分
通用塑料：產(chǎn)量大，用途廣且價(jià)格便宜的塑料。占世界總量的80%左右。
工程塑料：在工程技術(shù)中常用來作為結(jié)構(gòu)材料來使用，力學(xué)性能，耐摩擦，耐腐蝕性能較好。尺寸的穩(wěn)定性好。
特殊功能塑料：具有特殊功能的塑料。如醫(yī)學(xué)方面，光學(xué)，電學(xué)方面等。
3.4 塑料的選擇
易知，電視機(jī)外殼，首先作為整個(gè)電視機(jī)的主體支架來說，應(yīng)該選用常用來作為結(jié)構(gòu)材料的工程塑料比較合理，因?yàn)樗W(xué)性能好，能耐摩擦和腐蝕，尺寸也較穩(wěn)定。選通用塑料的話，雖然成本較低，也比較容易獲的，但考慮到電視機(jī)外殼對外觀，及強(qiáng)剛度的要求，還有成型，力學(xué)等方面的要求，通用塑料就較工程塑料而言，不是很合理。選特殊塑料，盡管可以滿足上述的個(gè)種要求，但成本太高，不符合商家的基本原則，所以淘汰。
其次，考慮到今社會環(huán)保及節(jié)約能源的趨勢，應(yīng)該選用可循環(huán)利用的熱塑性塑料，才能跟上社會的發(fā)展趨勢。能否適應(yīng)社會潮流，也是商家考慮的重要因素之一。
再次，就成型方面而言，因?yàn)樗芗^大，壁后厚也較為均勻，所以流動(dòng)性不用太好，否則會產(chǎn)生飛邊‘溢料’，影響產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然流動(dòng)性太差又會發(fā)生充不滿的現(xiàn)象，所以選流動(dòng)性適中的塑料即可。電視機(jī)外殼一般都是不透明的。通常結(jié)晶度越大，塑料的密度也就越大，強(qiáng)剛硬度也會隨之越大，耐摩，耐腐蝕，電性能也會越優(yōu)良。所以選結(jié)晶度大的塑料較適合。
最后，塑料在成型加工過程中都會存在不同程度的定向排列，即定向。定向會直接導(dǎo)致塑料力學(xué)性能的各向異性，此處塑件較大中間有比較長的薄壁，所以要控制這種各向異性在一定的范圍內(nèi)。對其他各種特性的要求不是很嚴(yán)格，所以只要不是太極端，選一般水平的就能滿足塑件要求。但要力求成本低，易取的等要求。
綜上分析，我門不難看出，ABS比較能符合要求，下面大家一起來探討ABS的各種性能。
ABS：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物三種化學(xué)單位合成，每種單體都有不同特性；丙烯腈有高強(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)是聚丁二烯膠分散相。這就決定了ABS材料的耐高溫性、抗沖擊性及易加工性等多種特性?？s水率為0.4-0.7%。ABS的原型可以達(dá)到注塑ABS成型強(qiáng)度的80%，而它的屬性，例如耐熱性與抗化學(xué)性，也是近似或是相當(dāng)于注塑成型的工件，其耐熱度為93.3℃，這讓ABS成為功能性測試應(yīng)的廣泛使用材料。
ABS，它的密度是1.02-1.16kg*dm.
吸水率為0.2-0.4。
收縮率為0.4-0.7s。
熔點(diǎn)為130-160°.
熱變形溫度：90-108（0.46Mpa）
抗拉屈服強(qiáng)度為50 Mpa。
拉伸彈性模量為1.8e03 Mpa
抗彎強(qiáng)度80 Mpa。
沖擊韌度261（無缺口時(shí)）kj.m
硬度（HB）9.7
體積電阻系數(shù)：6.9e16歐.厘米
經(jīng)過上面的分析，我們不難得出結(jié)論，選擇ABS 不僅能滿足產(chǎn)品的各種要求，同時(shí)也能適應(yīng)社會的發(fā)展需要。需要注意的是由于它的吸濕性較大，加工前通常要進(jìn)行干燥處理。
表1 ABS的成型條件
成型條件
注射機(jī)類型
濕度
計(jì)算收縮率
預(yù)熱溫度
預(yù)熱時(shí)間h
螺桿轉(zhuǎn)速r/min
螺桿式
小于0.04%
0.3－0.8％
80－85℃
2－3
30
料筒溫度℃
噴嘴溫度℃
模具溫度℃
后段150－170
中段165－180
前段180－200
170－180
50－80
注射壓力
成型時(shí)間
后期處理
60－100MPa
注射時(shí)間
高壓時(shí)間
冷卻時(shí)間
總周期
方法
溫度℃
時(shí)間h
20－90s
0－5s
20－120s
50－220s
紅外線燈、鼓風(fēng)烘箱
70
2－4
4 分型面的確定
分型面是指分開模具，取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸面。一般一幅模具可以有一個(gè)或幾個(gè)分型面。它的方向可以是任意的，垂直，平行都可以，甚至可以有一定的角度。
分型面的形式塑件的集合形狀，脫模方法，模具類型，及排氣條件，及澆口形式等有關(guān)，常見的有水平分型，垂直分型面，斜分型面，階梯分型面，曲線分型面等?？梢允菃我坏男问剑部梢允菑?fù)合的形式，在實(shí)際生產(chǎn)中常采用復(fù)合形式的分型面。如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。但不管如何，選擇分型面都要求符合下面的原則：
1， 便于脫模，應(yīng)盡量是塑件留在公模側(cè)，以便頂出。同時(shí)也要利于側(cè)面分型和抽芯。
2， 保證塑件的外觀面不遭損壞
3， 保證塑件的尺寸的精度
4， 有利于排氣
5， 使模具加工方便
圖4-1 分型面圖
如圖所示：
沉頭孔大端在母模側(cè)成型，小端在公模側(cè)成型，通孔一般都放在公模側(cè)成型，要盡量將塑件留在公模側(cè)，方便后面的頂出工序進(jìn)行。在所有的孔成型時(shí)因該注意，在哪一側(cè)成型，就在哪有一側(cè)減膠拔模。拔模量視垂直面高度而定，總之保持在50絲左右即可。還要值的注意的是，為了防止粘母模，母模側(cè)的拔摸量要稍大于公模側(cè)。
邊緣區(qū)的卡溝，如上圖所示，分型面沿卡溝的輪廓線分布，以卡溝最邊緣的線做為分界線，上面的在母模側(cè)成型，下面的在公模側(cè)成型。這樣脫模是就方便許多了。
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
所謂的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動(dòng)通道，起主要作用是使塑料熔體平穩(wěn)而有序的地填充到型腔中，以獲得組織致密，外形輪廓清晰的塑件，因此澆注系統(tǒng)十分重要。
澆注系統(tǒng)一般由下面四部分組成，主流道，分流道，澆口，冷料穴。
5.1 主流道的設(shè)計(jì)
5.1.1 主流道尺寸
主流道是一端與注射機(jī)噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動(dòng)通道。主流道小端尺寸d應(yīng)與所選注射機(jī)噴嘴尺寸相適應(yīng)，要查閱所選注射機(jī)的使用說明書，即d= d（注射機(jī)噴嘴直徑）+(0.5~1)，一些具體參數(shù)參看塑模設(shè)計(jì)教材及設(shè)計(jì)手冊，在現(xiàn)場設(shè)計(jì)中應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)件。
5.1.2 主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式（俗稱澆口套），以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等，熱處理硬度為53-57HRC。主流道襯套和定位圈設(shè)計(jì)成整體式用于小型模具，中大型模具設(shè)計(jì)成分體式。常用澆口套分為有托澆口套和無托澆口套兩種下圖為前者，有托澆口套用于配裝定位圈。澆口套的規(guī)格有Φ12，Φ16，Φ20等幾種。由于注射機(jī)的噴嘴球半徑為18，所以澆口套的半徑SR=20，要稍大于噴嘴半徑。
圖5-1（流道襯套示意圖）
5.2主流道襯套的固定
因?yàn)椴捎玫挠型袧部谔祝杂枚ㄎ蝗ε浜瞎潭ㄔ谀＞叩亩Ｗ迳?。定位圈也是?biāo)準(zhǔn)件，外徑為Φ100mm，內(nèi)徑Φ35mm。具體固定形式如圖5－2
圖5－2（主流道襯套固定形式圖）
5.3 分流道的設(shè)計(jì)
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(dòng)通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動(dòng)過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。
5.3.1 分流道的形狀及尺寸
為了便于加工及凝料脫模，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，工程設(shè)計(jì)中常采用梯形截面加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失流動(dòng)阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式可確定其截面尺寸：
（1）
式中 D―梯形大底邊的寬度（mm）
W―塑件的重量（g）
L―分流道的長度（mm）
在應(yīng)用公式（1）時(shí)應(yīng)注意它的適用范圍，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且計(jì)算結(jié)果在3.2－9.5mm范圍內(nèi)才合理。
本設(shè)計(jì)的塑料儀表外殼體積為154 mm3，質(zhì)量157.9g，分流道的長度預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)成120mm長
=8.1354mm 取D=8mm
5.3.2 分流道的表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60μm左右就可以，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速度和剪切熱。
5.3.3 分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置與前面所述型腔排列密切相關(guān)，有多種不同的布置形式，但應(yīng)遵循兩方面原則：即一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量短、鎖模力力求平衡。本模具的流道布置形式如（圖5－3）：
圖5－3 （流道布置）
5.4 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、形狀及尺寸對塑件性能和質(zhì)量的影響很大。
5.4.1 澆口的選用
在本設(shè)計(jì)中，我采用的是側(cè)澆口，側(cè)澆口是截面形狀為矩形的澆口。一般開在分型面上，可按需要合理選擇澆口的位置，尤其適用與一模多腔。
如圖5-4所示，一般取B=1.5mm-5.0mm，厚h=0.5mm-2mm,（也可取塑件的1/3-2/3），長L=0.7mm-2mm。澆口的形式和尺寸如下：
圖5－4 澆口結(jié)構(gòu)圖
5.4.2 澆口的位置
模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認(rèn)真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項(xiàng)原則：1.盡量縮短流動(dòng)距離。
2.澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚最大處。
3.必須盡量減少熔接痕。
4.應(yīng)有利于型腔中氣體排出。
5.考慮分子定向影響。
6.避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。
7.澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
8.注意對外觀質(zhì)量的影響。
綜合這八點(diǎn)原則，同時(shí)結(jié)合所測繪塑件的實(shí)物所留下的澆口印，可以確定澆口的位置如（圖5－5）所示：
圖5－5 澆口位置圖
5.5 冷料穴的設(shè)計(jì)
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機(jī)噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以內(nèi)約10－25mm的深度有個(gè)溫度逐漸升高的區(qū)域，這時(shí)才達(dá)到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動(dòng)性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進(jìn)入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個(gè)井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。
冷料穴一般開設(shè)在主流道對面的動(dòng)模板上（也即塑料流動(dòng)的轉(zhuǎn)向處），其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1－1.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。本模具中的冷料穴的具體位置和形狀如（圖5－6）中所示。
圖5－6 冷料井結(jié)構(gòu)圖
6 模具結(jié)構(gòu)及成型零件的設(shè)計(jì)
6.1 鋼材選用
對于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點(diǎn)要求：
1． 機(jī)械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。
2． 拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達(dá)到鏡面，Ra≤0.05μm。要求鋼材硬度在HRC35～40為宜。過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應(yīng)均勻致密，極少雜質(zhì)，無疵斑和針點(diǎn)。
3．耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應(yīng)力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應(yīng)使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長期保持型腔的尺寸精度，達(dá)到所計(jì)劃批量生產(chǎn)的使用壽命期限。
4．具有耐腐蝕性。對有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。
根據(jù)塑件表面質(zhì)量比較高決定模具表面質(zhì)量更高這一事實(shí)，再依照上述標(biāo)準(zhǔn)，故在設(shè)計(jì)成型零件中模仁選用NAK80,日本大同鋼，出廠硬度HB370-400(HRC37-43)化學(xué)成分（%）：C(0.15),Si(0.3),Mn（適量），Ni（3.0），Cu(1.0),Mo(0.3)Al(1.0)等。高硬度，鏡面效果特性好，放電加工良好，焊接性能極佳，電蝕及拋光性能好。斜銷采用FDAC，做氮化處理，頂針用SKD61。其他結(jié)構(gòu)可采用45鋼。
表2 鋼材成分
名稱
C
Cr
Ni
Mo
V
Mn
硬度（HB）
SKD61
0.39
5.15
1.0
1.4
0.8
0.4
185
FDAC
0.39
5.15
1.0
1.3
0.9
0.45
185
45
0.42-0.5
0.25
0.3
0.5-0.8
6.2 模具的設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)的一般步驟是，先根據(jù)塑件的大小來確定模仁的大小，再根據(jù)模仁的尺寸，來確定模板的尺寸。公母模板確定后，上下固定板，頂出板，模腳等尺寸也就相應(yīng)的確定了。在實(shí)際生產(chǎn)中，模具的結(jié)構(gòu)已基本標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，只要根據(jù)塑件確定模仁的大小即可，其他結(jié)構(gòu)可根據(jù)模仁大小來選擇。這給現(xiàn)代化生產(chǎn)帶了許多方便。這也是未來發(fā)展趨勢。在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，本人盡可能的接近實(shí)際，有許多數(shù)據(jù)都是來自工廠，是經(jīng)過模具行業(yè)幾代人實(shí)踐而總結(jié)出來的寶貴經(jīng)驗(yàn)。這與課本可能有點(diǎn)不同。我們設(shè)計(jì)的目的是為了讓我們更好的走向社會，服務(wù)于實(shí)際生產(chǎn)，所以本人的一些數(shù)據(jù)是采用工廠的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而不是書本上的。
塑件的尺寸是：405*264*33
據(jù)經(jīng)驗(yàn)，公模仁可取值：485*344*45
母模仁可取值：485*344*55
因?yàn)樗芗谀改?cè)部分多于公模側(cè)部分，所以母模仁取55高，大于公模的45。具體布置如下圖所示：
圖6-1 公母模厚圖
模仁確定后，我們可根據(jù)一些實(shí)際生產(chǎn)積累的一些經(jīng)驗(yàn)，?。?
公模板尺寸為：680*584*115。
母模板尺寸為：680*584*130。
上下固定板均取為：788*584*50
上下頂出板均取為：584*482*50
6.3 成型零件的設(shè)計(jì)
注射模具的成型零件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型桿等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的內(nèi)表面，成型桿用以形成制品的局部細(xì)節(jié)。成形零件作為高壓容器，其內(nèi)部尺寸、強(qiáng)度、剛度，材料和熱處理以及加工工藝性，是影響模具質(zhì)量和壽命的重要因素。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結(jié)構(gòu)、進(jìn)澆點(diǎn)、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計(jì)算成型零件的工作尺寸，從機(jī)加工工藝角度決定型腔各零件的結(jié)構(gòu)和其他細(xì)節(jié)尺寸，以及機(jī)加工工藝要求等。此外由于塑件融體有很高的壓力，因此還應(yīng)該對關(guān)鍵成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核。
在工作狀態(tài)中，成型零件承受高溫高壓塑件熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時(shí)需要克服于塑件的粘著力。在上萬次、甚至上幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑件制品的相對質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強(qiáng)度和剛度必須在容許范圍內(nèi)。成型零件的結(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。
6.3.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括母模仁、公模仁、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
從塑件的實(shí)物和零件圖可知塑件的表面有比較多的自由曲面,凹模的配作提出了比較高的要求。用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)凹模，有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：1、自由曲面的設(shè)計(jì)比較困難；2、凹模上曲面的尺寸不容易表達(dá)清楚；3計(jì)算量大，設(shè)計(jì)效率偏低。
在本次設(shè)計(jì)中采用了proewildfire3.0對成型零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且采用軟件中的先進(jìn)的分析檢測功能對所設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行檢測，確保了它的合理性。從而克服以上的缺點(diǎn)。
根據(jù)塑件的要求，我們不難看出，需要計(jì)算的成型零件尺寸有如下幾類：型芯（屏幕處的兩個(gè)臺階），中心距，型腔尺寸，其他不是有要求的尺寸可按一般加工精度加工
6.3.2 型芯結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算
1，上臺階的尺寸計(jì)算
塑件徑向尺寸為273，公差查表可取為1.0，取上偏差為0。即為mm.
所以型芯尺寸為： （2）
其中模具制造公差取1/3，
塑件收縮率S=（Smax+Smin）/2=0.5%
高度為2，公差查表可取為0.12，取上偏差為0。即為mm.
所以其尺寸為： （3）
臺階面二的計(jì)算。
塑件徑向尺寸為292，公差查表可取為1.2，取上偏差為0。
結(jié)果為，
高度為26，公差查表可取為0.28，取上偏差為0。結(jié)果為，
由于次塑件的臺階面教多此處就選次二處作為樣板，以后個(gè)臺階的計(jì)算方法如上述兩種方法。
6.3.3 卡溝間距的計(jì)算
塑件尺寸為120，公差查表可取為 ：0.64。
（4）
模具與制品上中心距的公差標(biāo)注均采用雙向等值公差。
其他尺寸可依此算出。
6.3.4 孔類尺寸的計(jì)算
直徑為24，公差查表可取為 ：0.24。
（5）
高度為3，公差查表可取為 ：0.12。
（6）
其他孔的成型零件尺寸的計(jì)算可依此方法依次算出，在此就不一一列舉。
6.3.5 型腔尺寸的計(jì)算
外輪廓尺寸為405*264，現(xiàn)只做一個(gè)方向上的尺寸計(jì)算，其他的可依此類推。下面以405為例進(jìn)行分析。
塑件尺寸為405，公差查表可取為 ：1.60。
（7）
其高度尺寸為：31，公差查表可取為 ：0.32
（8）
5.3.6模仁的設(shè)計(jì)
此處以母模仁為例，公模仁可依此算出。
1，型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算 ，按剛度條件，型腔側(cè)壁厚度計(jì)算式為：
（9）
=30.02mm
式中 —型腔側(cè)壁厚度（mm）
—模腔壓力（MPa）此處取30 Mpa
—系數(shù) 查表得0.930
E—鋼的彈性模量，取2.1*Mpa
h—凹模型腔的深度（mm），母模仁為55
—型腔允許變形量（mm） 此處取為0.045
按強(qiáng)度條件，型腔側(cè)壁厚度計(jì)算式為：
S=28mm （10）
s—型腔側(cè)壁厚度（mm）
—長寬比 此處為264/406=0.65
—模腔壓力（MPa）取30 MPa
h—凹模型腔的深度（mm）
—材料許用應(yīng)力（MPa），暫時(shí)取為300 MPa
--與h/l有關(guān)的系數(shù)，取0.108
2. 底板厚度的計(jì)算 模具排樣為一模一腔，中空，壓力主要分布在外圍。
按剛度條件，型腔底板厚度為：
（11）
按剛度條件本設(shè)計(jì)中的t=30mm
按強(qiáng)度條件，底板厚度為：
（12）
按強(qiáng)度條件本設(shè)計(jì)中的hs=25mm
在具體設(shè)計(jì)中考慮到模仁整體尺寸，所以取模仁長寬為205mm×165㎜，即可滿足要求。
另一類尺寸是沒有標(biāo)注公差的，它是塑件上次要的、要求比較低的尺寸，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了簡化計(jì)算，這一類尺寸在計(jì)算時(shí)往往只另上它的收縮量，公差則按模具的經(jīng)濟(jì)制造精度取得。各成型零件的設(shè)計(jì)尺寸請參考其零件圖。
6.4 頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
制件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定制品的質(zhì)量，因此，制品的推出是不可忽視的。在設(shè)計(jì)推出脫模機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循下列原則。
1）推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè) 由于推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)通過裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿來驅(qū)動(dòng)的，所以一般情況下，推出機(jī)構(gòu)設(shè)在動(dòng)模一側(cè)。正因如此，在分型面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量注意，開模后使塑件能留在動(dòng)模一側(cè)。
2）保證塑件不因推出而變形損壞 為了保證塑件在推出過程中不變形、不損壞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小，合理的選擇推出方式及推出位置。推力點(diǎn)應(yīng)作用在制品剛性好的部位，如筋部、凸緣、殼體形制品的壁緣處，盡量避免推力點(diǎn)作用點(diǎn)作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如殼體制件及筒形制件度采用推板推出。從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞。
3）機(jī)構(gòu)簡單動(dòng)作可靠 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)使推出動(dòng)作可靠、靈活，制造方便，機(jī)構(gòu)本身要有足夠的強(qiáng)度、剛度和硬度，以承受推出過程中的各種力的作用，保證塑件順利脫模。
3）良好的塑件外觀 推出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部，或隱蔽面和非裝飾面，對于透明塑件尤其要注意頂出位置和頂出形式的選擇，以免推出痕跡影響塑件的外觀質(zhì)量。
4）合模時(shí)的正確復(fù)位 設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí)，還必須考慮合模時(shí)機(jī)構(gòu)的正確復(fù)位，并保證不與其他模具零件相干涉。
6.4.1 制品推出的基本方式
（1） 推桿推出。推桿推出時(shí)一種基本的也是一種常用的制品推出方式。常用的推桿形式有圓形、矩形、“D”形。
（2） 推件板推出。對于輪廓封閉且周長較長的制品，采用推件板推出結(jié)構(gòu)。推件板推出部分的形狀根據(jù)制品形狀而定。
（3） 氣壓推出。對于大型深型腔制品，經(jīng)常采用或輔助采用氣壓推出方式。
（4） 斜銷輔助推出.斜銷一般不只是參與成型,它還有推出的作用,此設(shè)計(jì)中就用到次方法.
本套模具的推出機(jī)構(gòu)形式較為簡單，全部采用頂桿(扁形)和推桿推出。具體位置見圖:
圖6-10 推出位置結(jié)構(gòu)圖
6.4.2 脫模力的計(jì)算
根據(jù)此塑件的壁厚，可選定塑件脫模力的計(jì)算公式為
Fc=1.25KfcaE(Tf-Tj)Ac/ （13）
Fc—脫模系數(shù)
a--塑料的線膨脹系數(shù)(1/ o C)
E--在脫模溫度下，塑料的抗拉彈性模量（MPa）
Tf—塑料的軟化溫度（o C）
Tj—脫模時(shí)塑件溫度（o C）
t—塑件的壁厚（mm）
Ac—型芯面積
v—塑料的泊松比
ABS塑料可查表取如下值：
Fc=0.35，a=8.5， E=2.4 ，Tf=100 ，Tj=60， v=0.35
Ac=1.4e+05 mm
dk=l+b/2=334.5
K—厚壁塑件計(jì)算系數(shù)。
K=2λ /cosβ (1+2λ ) β為拔模角度，此處取1，
λ=(l+b/2)/t=167.25
所以：K=143.66
Fc=1.25KfcaE(Tf-Tj)Ac/
=607.16N
6.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一般模具的溫度為200度左右，而塑件從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60度以下，所以熱塑性塑料在注射成型后，必須進(jìn)行有效的冷卻，以便是塑件可靠的冷卻并迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
同時(shí)，由于塑件體積較大，模仁部分溫度會比較高，而外部與空氣接觸，溫度較低，所以容易產(chǎn)生不均勻的溫度分布，模具材料的熱脹冷縮的特性，使模具會產(chǎn)生不同程度的變形，對于精密模具來說那是不容許的，所以采取排布水管等的冷卻方法來均衡溫度，保證變形量。
冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣等。但因?yàn)樗牡臒崛萘看?，熱傳?dǎo)系數(shù)大，成本低，所以水被廣泛采用。本設(shè)計(jì)也是采用水作為冷卻介質(zhì)。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
1， 盡量保持塑建收縮均勻，維持模具的熱平衡。
2， 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑建的冷卻效果越均勻。
3， 盡可能使冷卻水孔到型腔表面的距離相等。
4， 澆口處加強(qiáng)冷卻。
5， 降低進(jìn)水與出水的溫差
6， 合理選擇冷卻水道的形式
7， 合理確定冷卻水管接頭位置
8， 避免與其他結(jié)構(gòu)的干涉
9， 冷卻水管進(jìn)出口應(yīng)埋在模板內(nèi)
此處塑件尺寸較大，且主要分布在外圍，中間沒有塑件，所以本設(shè)計(jì)中的水路主要分布在塑件的下部周圍，見圖所示，
直徑為￠12mm
圖 6-11 冷卻水管布置圖
6.6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
排氣系統(tǒng)對確保塑件的成型質(zhì)量起著重要的作用，如果成型時(shí)產(chǎn)生的氣體不能順利排除的話，則可能因填充時(shí)氣體的被壓縮而產(chǎn)生高溫，引起塑件局部燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良而引起缺陷。所以開設(shè)挨批器系統(tǒng)相當(dāng)重要。排氣方式常有以下幾種：
（1） 利用排氣槽
（2） 利用型芯，鑲件，推桿等的配合間隙
本設(shè)計(jì)采取了開設(shè)排氣槽來排氣，同時(shí)有斜銷，推桿來輔助排氣。開設(shè)排氣槽時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1． 根據(jù)進(jìn)料口的位置，排氣槽應(yīng)開設(shè)在型腔最后填充的地方。
2． 盡量把排氣槽開設(shè)在分型面上。
3． 對于流速較小的塑料，可利用模具的分型面及零件的配合面間隙來排氣。
4． 排氣槽的尺寸，應(yīng)視塑料的種類而定，通常為0.01-0.03。
5． 當(dāng)型腔最后填充的地方不在分型面上，起附近又無可供排氣的推桿或可活動(dòng)的型芯時(shí)，可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌經(jīng)燒結(jié)的金屬塊以供排氣。
6． 一般設(shè)在母模側(cè)。
排氣槽位置的選擇
根據(jù)進(jìn)膠點(diǎn)的位置，以及塑件的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過分析可知，結(jié)合線位置在圖示紅線位置，所以在結(jié)合線附近設(shè)置了排氣槽；另外最后填充的是在分型面處的倒鉤處，所以分型面也能輔助排氣；開設(shè)在母模側(cè)；兩個(gè)卡鉤也是最后填充的部分，可以利用斜銷的間隙來排氣。
排氣槽的尺寸靠近塑件端深0.02mm，遠(yuǎn)離塑件端深1mm，寬4mm。
具體見圖：
圖 6-12 排氣槽
7 注射機(jī)的選用
從模具設(shè)計(jì)角度考慮，需要 了解注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)有：額定注射量，額定注射壓力，額定鎖模力，模具安裝尺寸，開模行程等。選用注射機(jī)時(shí)，通常是以某塑件實(shí)際需要的注射量來初選某一公稱注射量的注射機(jī)型號，然后依次核對該型號的公稱注射壓力，公稱鎖模力，模板行程以及模具安裝尺寸一一進(jìn)行校核。
7.1 塑件的計(jì)算
如果采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法來計(jì)算儀表外殼，由于人為的測量誤差和計(jì)算誤差，只能得到大概的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果不是很科學(xué)。所以本設(shè)計(jì)采用了Pro/e軟件進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，其體積、質(zhì)量等都可準(zhǔn)確地自動(dòng)計(jì)算出來，加快了模具的開發(fā)時(shí)間和減少了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是模具發(fā)展的趨勢。表3是該軟件自動(dòng)生成的模型分析報(bào)告。
表3 模型分析報(bào)告
塑件質(zhì)量屬性
電視機(jī)外殼
體積㎝3
154.9
質(zhì)量g
157.9
塑件在分型面上的總投影面積mm2
1.4e+05
澆注系統(tǒng)的凝料體積的初步估算：一般情況下，按經(jīng)驗(yàn)，可取V=0.6V1，V1為塑件的體積，所以V=92.94㎝3 所以注射的總體積為1.6V1=247.84㎝3
所以注射的總質(zhì)量為：m=ρ*v=247.84*1.02=252.8g
7.2 注塑機(jī)的選擇
根據(jù)本模具的設(shè)計(jì)方案，初步選定注射機(jī)為浙江塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的型號為SZ－630/3500型臥式注塑機(jī)。其基本參數(shù)請見表4。
表4 注塑機(jī)參數(shù)
理論注射量
注射壓力
注射速率
塑化能力
螺桿轉(zhuǎn)速
634㎝3
150 Mpa
220g/s
24g/s
10-125r/min
鎖模力
拉桿內(nèi)間距
開模行程
最大模具厚度
最小模具厚度
3500KN
545*485mm
490mm
-
250mm
噴嘴孔直徑
定位孔直徑
噴嘴球半徑
-
Φ180mm
SR18mm
7.3 注塑機(jī)的校核
一、 注射量校核
最大注射量：Vmax＝V*α＝634×0.75＝475.5Error! No bookmark name given. ㎝3
最小注射量：Vmin＝Vmax×0.25＝634×0.25＝158.5㎝3
實(shí)際注射量：254.9㎝3
最小注射量<實(shí)際注射量<最大注射量
二、 最大注射壓力校核：因?yàn)锳BS的注射壓力是60－100MPa，而SZ－630/3500注塑機(jī)的壓力為150 Mpa，顯然注塑機(jī)的注射壓力滿足要求。
三、 鎖模力校核
塑料對模板的壓力為：
F ＝A×P＝140000×10-6×5.5x106
＝770000N=770KN
F鎖＝3500KN >770KN 鎖模力足夠
經(jīng)過校核計(jì)算 該注塑機(jī)的工藝參滿足數(shù)要求
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［9］ 周昌治，楊忠鑒，趙之淵.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.重慶大學(xué)出版社 1994.10
［10］ 肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2005.3
［11］ 孫麗媛.機(jī)械制造工藝及用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)［M］.冶金工業(yè)出版社 2002.5
［12］ 楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2002.1
［13］ 朱龍根.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2005.8
［14］ 四川大學(xué)研究所.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)圖冊［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2003.10
［15］章躍.機(jī)械制造專業(yè)英語［M］.機(jī)械工業(yè)出版社 2002.4
致 謝
大學(xué)三年，已接近尾聲了。這三年來，在各位老師的教導(dǎo)下，我們已漸漸成熟。各位老師的諄諄教誨，我將銘記在心，并將像燈塔一樣，指引我向前。
在此次的設(shè)計(jì)中，得到劉安民教授的精心指導(dǎo)，和同學(xué)的熱心幫助，在此深表感謝。另，在本設(shè)計(jì)中，由于本人知識有限，定有許多不足之處，還望得到各位指點(diǎn)。
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