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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 干瑞彬
學(xué) 號(hào)： 05010116
外文出處：Journal of Materials Processing
Technology 171 (2006) 259—267
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
譯文語(yǔ)句通順，專業(yè)詞匯較準(zhǔn)確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)要求。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
注塑模具的設(shè)計(jì)及其熱分析
S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman
摘要：本文介紹注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本以及為了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項(xiàng)技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計(jì)中必須被考慮運(yùn)用。在商業(yè)計(jì)算機(jī)上使用13.0版本的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報(bào)告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過(guò)注塑周期時(shí)間響應(yīng)曲線繪制溫度變化曲線。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會(huì)發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計(jì) 熱分析
1． 引言
塑料工業(yè)被列為一個(gè)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，是世界上增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品 [ 2 ]。
注塑成型加工是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。在注塑過(guò)程中有四個(gè)重要的階段。這四個(gè)階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機(jī)料斗中添加樹脂和適當(dāng)?shù)奶砑觿?，并加熱塑料注射機(jī)的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體，在模具型腔填滿后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補(bǔ)償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來(lái)是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強(qiáng)度。最后一步是頂出階段，模具開模同時(shí)頂出塑件， 然后模具再次合上并開始下一個(gè)周期。
事實(shí)證明設(shè)計(jì)和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個(gè)昂貴的工程，包括反復(fù)修改加工，在模具設(shè)計(jì)任務(wù)中，設(shè)計(jì)模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，核心方面通常包括相當(dāng)復(fù)雜的凸凹面[5]。
為了設(shè)計(jì)模具必須考慮許多重要的設(shè)計(jì)因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機(jī)構(gòu)[ 6 ]。
在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性低以及熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。
在冷卻時(shí)，冷卻管道附近的冷卻效果比遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導(dǎo)致不同的收縮，不同的收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致翹曲問(wèn)題。因此，在冷卻階段對(duì)注射工件進(jìn)行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過(guò)了解熱應(yīng)力的分布特點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)殘余熱應(yīng)力引起的變形。
本文介紹了注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。
2. 方法
2.1 設(shè)計(jì)翹曲測(cè)試樣本
本節(jié)說(shuō)明了用于注塑模具的翹曲測(cè)試樣品的設(shè)計(jì)。很顯然翹曲的主要問(wèn)題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問(wèn)題的有效因素。
翹曲測(cè)試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長(zhǎng)120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時(shí)間生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本。圖1顯示了翹曲測(cè)試樣本的制作
圖1 翹曲測(cè)試樣本制作
2.2 翹曲測(cè)試樣本注塑模具的設(shè)計(jì)
本節(jié)介紹了設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試標(biāo)本時(shí)，在模具的設(shè)計(jì)方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮了四個(gè)構(gòu)思，其中包括：
i. 三板式模具（構(gòu)思1 ）有一個(gè)型腔兩個(gè)分型面。由于成本高，所以不適用。
ii. 兩板式模具（構(gòu)思2 ）有一個(gè)型腔一個(gè)分型面但無(wú)澆注系統(tǒng)。由于單位時(shí)間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。
iii. 雙板模具（構(gòu)思3 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。
iv. 雙板模具（構(gòu)思4 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機(jī)構(gòu)，避免頂出時(shí)破壞塑件。
翹曲測(cè)試樣本模具設(shè)計(jì)的第四個(gè)構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計(jì)中，還有許多因素需要考慮。
首先，根據(jù)注塑機(jī)使用的壓板尺寸設(shè)計(jì)模具。注塑機(jī)行程是有限的，通過(guò)兩個(gè)拉桿間的距離確定注射機(jī)的最大行程。注射機(jī)兩個(gè)拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過(guò)254mm這個(gè)距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標(biāo)準(zhǔn)模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1
成分
規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度
頂端夾緊板
定模座板
動(dòng)模座板
支承板
推桿固定板
推板
夾緊板底
250 × 250 × 25
200 × 250 × 40
200 × 250 × 40
37 × 250 × 70
120 × 250 × 15
120 × 250 × 20
250 × 250 × 25
模具已設(shè)計(jì)了夾緊壓力，鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。
以提供的標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計(jì)兩個(gè)水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產(chǎn)品的表面只設(shè)計(jì)了一個(gè)分型面。在開模的時(shí)候，塑件和流道在分型面上被分開。
模具設(shè)計(jì)了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計(jì)了一個(gè)20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計(jì)了4mm寬，0.5mm厚的澆口。
在模具設(shè)計(jì)時(shí)，選定了拋物面類型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點(diǎn)是僅需簡(jiǎn)單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比，這種類型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會(huì)導(dǎo)致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)縮短流道長(zhǎng)度并增大流道直徑至少有6mm。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時(shí)被送到個(gè)模腔對(duì)于流道設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的一點(diǎn)。基于這點(diǎn)，模腔的布局一般都是對(duì)稱的。
另一個(gè)設(shè)計(jì)方面是考慮到了氣孔設(shè)計(jì)。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當(dāng)模具閉合時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致空氣閉于型腔內(nèi)，導(dǎo)致塑件注射不足或不完整。設(shè)計(jì)足夠多的通風(fēng)孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。
為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。
圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局
在此模具設(shè)計(jì)中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置，在模具打開時(shí)不僅承擔(dān)拉著塑件到適當(dāng)?shù)奈恢茫以陧敵鲭A段，作為推桿從模具中推出塑件。因?yàn)樯a(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的，所以沒(méi)有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會(huì)造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。
最后，為補(bǔ)償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實(shí)體造型，以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
圖3 三維實(shí)體造型以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
3．結(jié)果和討論
3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整
從模具設(shè)計(jì)和制作的角度看，在試運(yùn)行階段制作的翹曲測(cè)試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來(lái)通過(guò)在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時(shí)，通過(guò)減小注塑機(jī)壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過(guò)控制注射時(shí)間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。
經(jīng)過(guò)這些修改，模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測(cè)試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。
圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足
3.2.模具和產(chǎn)品詳細(xì)分析
在塑料注射成型過(guò)程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過(guò)凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經(jīng)過(guò)冷卻，塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒，包括20秒冷卻時(shí)間。
用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本材料的是ABS在注射溫度、時(shí)間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。
運(yùn)用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
模具分析主要是凹模和凸模，因?yàn)樗麄兪切纬伤芗牡胤健Ｒ虼?，使?3.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時(shí)段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ＞叩挠绊憽?
由于對(duì)稱性，只要通過(guò)凸模的垂直斷面或在注射階段當(dāng)凸凹模合在一起時(shí)的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。
圖5 模具熱分析
建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進(jìn)行分析，還可以繪制時(shí)間響應(yīng)曲線顯示再某段時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對(duì)試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進(jìn)行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達(dá)塑性極限。圖6所示的是分析的負(fù)載模型。
圖6 負(fù)載模型分析的產(chǎn)品。
3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論
模具分析過(guò)程對(duì)不同時(shí)間段的熱量分布作了觀測(cè)。圖7所示是在一個(gè)完整的注塑周期中不同時(shí)間段的二維等高線熱量分布圖。
圖7 不同時(shí)段溫度分布圖
對(duì)模具進(jìn)行二維分析后，可繪制出時(shí)間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對(duì)制件的影響。圖8所示是繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)。
圖8 繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)
圖9到圖17顯示了在圖8中被標(biāo)注的不同節(jié)點(diǎn)的溫度分布曲線
圖9節(jié)點(diǎn)284溫度分布
圖10 節(jié)點(diǎn)213溫度分
圖11 節(jié)點(diǎn)302溫度分布
圖12 節(jié)點(diǎn)290溫度分布
圖13 節(jié)點(diǎn)278溫度分布
圖14 節(jié)點(diǎn)1838溫度分布
圖15 節(jié)點(diǎn)1904溫度分布
圖16 節(jié)點(diǎn)1853溫度分布
圖17 節(jié)點(diǎn)1866溫度分布
從圖9—17中很顯然被選擇用來(lái)繪制曲線的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時(shí)間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，溫度進(jìn)一步上升直至達(dá)到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導(dǎo)致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開始，從而導(dǎo)致模具溫度減小到一個(gè)低值，然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的，因?yàn)樽⑷肴廴谒芰系乃俾屎屠鋮s速率是相應(yīng)的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達(dá)到的最大值。
冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因?yàn)槔鋮s階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠(yuǎn)的區(qū)域節(jié)點(diǎn)284，雖然遠(yuǎn)離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。
因此，冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導(dǎo)致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點(diǎn)的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。
對(duì)于產(chǎn)品分析,從被實(shí)行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過(guò)觀察生成的二維曲進(jìn)行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。
圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖
圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖
圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖
圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖
在關(guān)鍵的127節(jié)點(diǎn)，選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線和應(yīng)力負(fù)載增量曲線。如圖22和23
圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖23 應(yīng)力與負(fù)載增量曲線
參考負(fù)載應(yīng)力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷，直到它達(dá)到了23的負(fù)載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對(duì)產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時(shí)損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限，因?yàn)樯a(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測(cè)試，所以沒(méi)必要進(jìn)行拉伸負(fù)載分析。但是在未來(lái)，應(yīng)當(dāng)確定產(chǎn)品情況，以便在其他各種負(fù)載情況下執(zhí)行進(jìn)一步的分析。
4．結(jié)論
經(jīng)過(guò)翹曲測(cè)試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測(cè)試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過(guò)很少的表面處理。
通過(guò)注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對(duì)試樣的影響，對(duì)加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測(cè)到翹曲測(cè)試試樣所能承受的最大拉力。
鳴謝
作者要感謝馬來(lái)西亞博特拉大學(xué)工學(xué)部發(fā)行出版了本文。
參考文獻(xiàn)
附件2：外文原文（復(fù)印件）
設(shè)計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 境盒式計(jì)算器底蓋的注塑模具設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師
院（系、部）
專 業(yè) 班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
姓 名
日 期
教務(wù)處印制
境盒式計(jì)算器底座注塑模具設(shè)計(jì)
摘要：本文通過(guò)對(duì)模具的發(fā)展現(xiàn)狀以及塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了注塑模具的市場(chǎng)發(fā)展。用PROE軟件，CAD軟件境盒式計(jì)算器底座的注塑模具的設(shè)計(jì)，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造質(zhì)量、降低成本及靈活快速響應(yīng)市場(chǎng)的目的。介紹了塑料注塑模具的工作原理及應(yīng)用、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，塑料注塑模的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注塑機(jī)的選用等方面。
關(guān)鍵詞：注塑模具；境盒式計(jì)算器底座；PROE4.0;
研究的目的、意義、現(xiàn)狀和方法
1.研究的目的及意義
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，掌握塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義[1]。在機(jī)械制造業(yè)中，隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，各企業(yè)都力求以最好質(zhì)量、最低成本、最快速度將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)得以充分用用。在傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，模具制造完畢后要進(jìn)行多次試模、修模。反復(fù)的修模會(huì)造成模具內(nèi)部品質(zhì)的變化，導(dǎo)致整副模具.性能降低，從而使最終塑料制品質(zhì)量不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)不僅可提高一次性試模的成功率，而且還可以使模具在質(zhì)量、性能及成本上都有很大程度的提高[2]。通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握先進(jìn)軟件技術(shù)，用專業(yè)軟件PROE4.0來(lái)縮短設(shè)計(jì)周期，提高一次性試模的成功率。本設(shè)計(jì)還通過(guò)球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)，了解注塑模具制造特點(diǎn)和新興注射成型技術(shù)對(duì)模具制造的新要求，分析注塑模具制造技術(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
模具具有明顯的效益擴(kuò)大作用，用模具生產(chǎn)出來(lái)的最終產(chǎn)品價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍，幾百倍，甚至更多。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性，高生產(chǎn)率和代消耗，是其他加工方法所不能比擬的。注塑模具的發(fā)展日新月異，掌握注塑模具設(shè)計(jì)，對(duì)未來(lái)的注塑模具設(shè)計(jì)市場(chǎng)有著不可估量的意義，對(duì)個(gè)人今后的事業(yè)有著不同尋常的意義。
2、研究的現(xiàn)狀
世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了模具制造業(yè)的迅速發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是最重要的工藝裝備之一[3]。采用模具進(jìn)行生產(chǎn)能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料，降低成本，并保證一定的加工質(zhì)量要求。模具已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要成型工具。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，模具生產(chǎn)水平的高低已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力[4]。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備。在電子、汽車、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型。[5]塑料，橡膠，陶瓷，玻璃，皮革，耐火材料以及建材制品等大部分產(chǎn)品也都是采用模具成型。
因此個(gè)發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家都十分重視對(duì)模具品種的開發(fā)，質(zhì)量的改進(jìn)，加工精度的提高和制造周期的縮短。現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時(shí)，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。目前，CAD/CAE/CAM等技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)[6]。由于模具生產(chǎn)采用一系列高新技術(shù)，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精加工技術(shù)等等，因此，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，有人說(shuō)，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。
在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位。我國(guó)的模具正處在高速發(fā)展時(shí)期，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10 億美元[7]。
許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＴS多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具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)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
塑料工業(yè)近20年來(lái)發(fā)展十分迅速。早在十多年前塑料的產(chǎn)量按體積計(jì)算已經(jīng)超過(guò)鋼鐵和有色金屬的總和[8]。塑料制品在汽車、機(jī)電、儀表、航空航天等國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，中國(guó)塑料工業(yè)年均增長(zhǎng)速度達(dá)到10%以上，塑料制品年產(chǎn)量位居世界第二。塑料制品在農(nóng)業(yè)、塑料包裝、塑料管材和異型材、汽車、家電、電子、交通等領(lǐng)域發(fā)展迅猛，掀起了一股投資熱潮。建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，今后5-10年中國(guó)建筑業(yè)會(huì)有更大的發(fā)展，將成為中國(guó)市場(chǎng)新的消費(fèi)熱點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并帶動(dòng)化學(xué)建材業(yè)的發(fā)展。由于國(guó)家已禁止使用鑄鐵管道，代之以塑料管材，預(yù)計(jì)2012年全國(guó)新建住宅室內(nèi)排水管的80%及城市供水管的50%將采用塑料管。同時(shí)國(guó)家正在大力發(fā)展塑料門窗，預(yù)計(jì)2012年塑料門窗的普及率將達(dá)到30%-50%。
塑料模具是應(yīng)用最廣泛占的一類模具，在模具類中塑料模比例一般30%~40%。塑料模具近年來(lái)發(fā)展相當(dāng)快，2002年已經(jīng)增加到140億左右。在2006年模具進(jìn)出口統(tǒng)計(jì)中，我國(guó)模具的出口總額為2.52億美元，進(jìn)口額則達(dá)到了12.72億美元，在進(jìn)口模具中的塑料模具占到了50%左右。
塑料模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，帶動(dòng)力強(qiáng)，外向度高，發(fā)展塑料模具工業(yè)有利于拉動(dòng)其它行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動(dòng)和支柱產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的推動(dòng)下，形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，從上游的材料工業(yè)和加工、檢測(cè)設(shè)備到下游的機(jī)械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展方興未艾。這是整個(gè)塑料模具行業(yè)的優(yōu)勢(shì)所在。
塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型。世界成形模具產(chǎn)量的半數(shù)以上是注塑模具。80年代以來(lái)注塑模CAD/CAE/CAM技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室研究階段進(jìn)入了實(shí)用化階段。
在注塑模具方面，2010年，注塑模具比例進(jìn)一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進(jìn)一步提高，注塑模具在量和質(zhì)方面都有較快的發(fā)展，我國(guó)最大的注塑模具單套重量已超過(guò)50噸，最精密的注塑模具精度已達(dá)到2微米。在CAD/CAM技術(shù)得到普及的同時(shí)，CAE技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣，CAD/CAM/CAE一體化得到發(fā)展，模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多。實(shí)踐證明，縮短注塑模具設(shè)計(jì)與制造周期，提高塑料制品制造精度與性能的正確途徑之一是采用CAD/CAE/CAM技術(shù)[9]。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)塑料模具市場(chǎng)以注塑模具需求量最大。注射成型技術(shù)作為塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已經(jīng)得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑制品約占整個(gè)塑料制品的20%~30%，而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。
我國(guó)注塑模具工業(yè)起步晚,底子薄與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比存在很大的差距。但在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和改革及開放方針引導(dǎo)下,我國(guó)注塑模行業(yè)得到迅速發(fā)展。高效率,自動(dòng)化,大型,微型,精密,無(wú)流道,氣體輔助,高壽命模具在整個(gè)塑料模具產(chǎn)量所占的比重越來(lái)越大，為工業(yè)生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。
在引進(jìn)的塑料模具中，以科技含量較高的模具居多，如高精度模具、大型模具、熱流道模具、氣輔及高壓注射成型模具等。現(xiàn)代塑料制品對(duì)表面光潔度、成型時(shí)間都提出了更高的要求，因而也推動(dòng)了塑料模的發(fā)展。在塑料模具方面，我國(guó)與國(guó)外產(chǎn)品還存在較大差距。要改善中國(guó)塑料模具的進(jìn)出口狀況，必須加速國(guó)產(chǎn)塑料模具的發(fā)展。為此，要盡快突破制約模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。
一是模具標(biāo)準(zhǔn)化率不足，這必然導(dǎo)致交貨期延長(zhǎng)，同時(shí)造成用戶更換零部件的困難。模具標(biāo)準(zhǔn)化程度低也直接制約著模具的專業(yè)化分工協(xié)作和商品化流通，也限制了模具的出口，2003年中國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度在45%左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家商品化程度70%-80%相比，還有較大的差距。
另一個(gè)主要原因是國(guó)內(nèi)制造高精模具的能力較低。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類國(guó)產(chǎn)高檔模具在市場(chǎng)上隨著發(fā)達(dá)國(guó)家模具產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的對(duì)外轉(zhuǎn)移以及中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，與轎車、家電和電子業(yè)相關(guān)的精密模具的需求不斷增加，從速度、品質(zhì)、成本及服務(wù)等多方面加速了模具產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)步伐，從而不斷提升國(guó)內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)化和精密化等方面的技術(shù)水準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)多年努力，塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等在中國(guó)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)組件；針對(duì)市場(chǎng)關(guān)鍵零部件、微孔、精細(xì)結(jié)構(gòu)組件的加工要求，追求精密模具的開發(fā)以提高產(chǎn)品附加值，已成為一些中小企業(yè)發(fā)展之道。
專家預(yù)言，未來(lái)模具將向大型化、高精密度、多功能復(fù)合型等方向發(fā)展，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高，并且隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。同時(shí)，由于近年來(lái)中國(guó)每年用10億美元左右進(jìn)口模具，其中精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)。從減少進(jìn)口的角度出發(fā)，中國(guó)也應(yīng)加快高檔塑料模具的開發(fā)。
未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括[10]：
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；
2.在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；
3.大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)；
4.在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；
5.提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
6.發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；
7.逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用；
8.進(jìn)一步研究開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備；
9.研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；
10.開發(fā)新的成形工藝和模具。??
一般注塑模具制造都采用一模多腔，以提高生產(chǎn)效率，降低成本。[11]這也是當(dāng)前注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀之一。
相關(guān)知識(shí)
燕秀工具是PROE4.0的一個(gè)外掛軟件，該軟件為模具設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)模架以及一些經(jīng)典結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而可大大提高產(chǎn)品效率[13]。
主要研究?jī)?nèi)容
1、澆注系統(tǒng)及排氣形式的確定
根據(jù)塑料熔體的流動(dòng)行為和流道、型腔內(nèi)各處的流動(dòng)阻力，通過(guò)分析的出充模順序同時(shí)考慮塑料熔體在模具型腔內(nèi)被分流及重新熔合的問(wèn)題和型腔內(nèi)原有氣體的導(dǎo)出問(wèn)題，分析熔接痕的位置，決定澆口的數(shù)量和方位[14]。在這方面除了可用經(jīng)驗(yàn)或解析的方法分析外，還可用模流分析軟件進(jìn)行分析。
2、冷卻形式的確定
根據(jù)塑料熔體的熱學(xué)性能數(shù)據(jù)、型腔形狀和冷卻水道的布置，分析得出保壓和冷卻過(guò)程中塑件溫度場(chǎng)的變化情況，解決塑性收縮、補(bǔ)縮問(wèn)題，盡量減少由于溫度和壓力不均、結(jié)晶和取向不一致而造成的殘余內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形。同時(shí)還要盡量提高冷卻效率，縮短成型周期。
3、脫模形式的確定
塑件脫模和橫向分型抽芯問(wèn)題，通?？梢酝ㄟ^(guò)經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算分析來(lái)解決。
4、分型面及型腔數(shù)目的確定，型腔的布置的確定
決定塑件的分型面，決定型腔的鑲拼結(jié)合。模具的總體結(jié)構(gòu)和零件形狀不但要滿足充模和冷卻等工藝方面的要求，同時(shí)成型零件還要具有適當(dāng)?shù)木取⒋植诙?、?qiáng)度和剛度，易于裝配和制造，制造成本低。
5、注塑機(jī)的選擇
注塑機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)成型塑件所需的最大注射容量或質(zhì)量、鎖模力、模具的閉合厚度及所需的開模距離來(lái)確定[16]。
總結(jié)
注塑模具在現(xiàn)代工業(yè)中占有很重要的地位。注塑成型新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展對(duì)制造技術(shù)不斷提出了新的要求，將信息技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)應(yīng)用于制造全過(guò)程，未來(lái)注塑模制造將是以計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)，以信息流暢作為首要備件的有極強(qiáng)應(yīng)變能力與競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)為輔助工具，從三維造型到模具設(shè)計(jì)分析用 PROE4.0軟件，平面圖繪制用到了CAD制圖軟件，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程離不開電腦輔助。僅以球面軸套的注塑模具設(shè)計(jì)展望未來(lái)注塑模具市場(chǎng)的發(fā)展。
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學(xué)校代碼：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)說(shuō)明書
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
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題 目:鏡盒式計(jì)算器底蓋注塑模具設(shè)計(jì)
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大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
摘 要
注塑成型是塑件生產(chǎn)最常用的方法之一。本設(shè)計(jì)通過(guò)注塑模具產(chǎn)品，利用實(shí)體模型測(cè)量產(chǎn)品的尺寸，對(duì)實(shí)體進(jìn)行建模，并對(duì)塑件的材料和塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對(duì)塑件的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括塑件成品的設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)的分析與計(jì)算、工作部分的設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工方案的制定，確定塑件的最佳澆注位置，并通過(guò)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，從而得到對(duì)實(shí)際生產(chǎn)來(lái)說(shuō)最合理的澆注位置。在確定模具型腔數(shù)目后，分析產(chǎn)品的氣穴、熔接痕、充填時(shí)間、充填結(jié)束時(shí)的體積溫度、流動(dòng)前沿處的溫度、速度/時(shí)間轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力、充填結(jié)束時(shí)的壓力、注射位置處壓力等，可確定注塑模具的合理性。最后本運(yùn)用PROE 4.0及其EMX4.1模塊來(lái)完成模具整體設(shè)計(jì)工作。
關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；PROE4.0；
I
大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
Abstract
Plastic shaping be used in common for plastic products to manufacture.Basing on the actual plastic products of electric blanket, the designer uses the actual model to measure the product, creates a model for the actual product and making an analysis to the materials and structure of the product. Designs the plastic mould, including the design of plastic finished product, analysis and account of craft parameter, the design of work piece, mould structure and the processing project. The designer focuses on the design and account work of parting-surface and slide. Using the designer uses Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis of the product，deciding the best location. And making a increase Basing on actuality to get the best effect . After deciding the number of cavity for mold ，using Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis for air pocket，weld lines，fillingtime，bulk temperatures of sandouting，temperature at flow front，pressure at V/P switchover point，screen out pressure，pressure at injected location and so on， to sure the rationality of mould design. The last using Pro-Engineer4.0 and EMX4.1 module is applied to the whole design.
Keywords： mould design；PROE4.0； plastic products of electric blanket
目 錄
引 言 1
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與流程 2
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 2
1.注塑模具設(shè)計(jì)的流程 2
第二章 塑件成品、注塑模具設(shè)計(jì)與構(gòu)型 4
2.1 概述 4
2.2 模具設(shè)計(jì)環(huán)境和應(yīng)用軟件 4
2.2.1 PROE4.0 4
2.2.2 AutoCAD 5
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模 5
2.3.1零件的立體圖建模 5
2.3.2零件的二維工程圖繪制 6
2.4塑件的基本數(shù)據(jù) 6
2.4.1塑件塑料品種的確定 6
2.4.2塑件材質(zhì) 7
2.4.3塑件結(jié)構(gòu)分析 9
2.4.4塑件體積與質(zhì)量 9
2.4.5塑件圖及其尺寸公差 10
2.4.6分型面及排氣形式的確定 10
2.4.7型腔數(shù)的確定與型腔的分布 11
第三章 分析設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11
3.1.1主流道設(shè)計(jì) 11
3.1.2 冷料穴設(shè)計(jì) 12
3.2 成型方案 13
3.2.1 成型部分的設(shè)計(jì) 13
3.2.2 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.2.3 成型零部件工作尺寸計(jì)算 16
3.2.4 型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算 17
3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
3.3.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 19
3.4脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………..……………..20
3.4.1脫模力計(jì)算…………………………………………………...………20
3.4.2推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………..………………………….20
3.5冷卻系統(tǒng)的計(jì)算……………………………………………………………21
3.6模架形式及規(guī)格……………………………………………………………21
3.7設(shè)備的選擇與校核………………………………………………...……….22
3.7.1 注塑機(jī)的選擇……………………………………………………....22
3.7.2 校核…………………………………………...……………………...24
3.7.3 其他……………..……………………………………………...…….24
3.8 模具裝配圖與零件圖的繪制……………………………………………25
結(jié) 論………………………………………………………………………………..26
參 考 文 獻(xiàn)…………………………………………………………………………27
謝 詞………………………………………………………………………………28
附 圖 32
引 言
模具產(chǎn)品是工業(yè)產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會(huì)的高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快，注塑模具設(shè)計(jì)也隨著科技發(fā)展明顯縮短生產(chǎn)周期，用一系列軟件對(duì)注塑模具進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，大大縮短了生產(chǎn)周期。
本設(shè)計(jì)在注塑模具成型工藝飛速發(fā)展的時(shí)代條件下，用PROE4.0軟件進(jìn)行建模，用CAD軟件進(jìn)行工程圖的繪制，多種軟件交替進(jìn)行，為注塑模具設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大方便，同時(shí)使設(shè)計(jì)更為合理精確，更是大大縮短了注塑模具的設(shè)計(jì)周期，同時(shí)節(jié)約了成本。
本說(shuō)明書為機(jī)械塑料注射模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書，是根據(jù)塑料模具手冊(cè)上的設(shè)計(jì)過(guò)程及相關(guān)工藝編寫的。本說(shuō)明書的內(nèi)容包括：目錄、設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、參考文獻(xiàn)等。 編寫本說(shuō)明書時(shí)，力求符合設(shè)計(jì)步驟，詳細(xì)說(shuō)明了塑料注射模具設(shè)計(jì)方法，以及各種參數(shù)的具體計(jì)算方法，如塑件的成型工藝、塑料脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)四年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。
本說(shuō)明書在編寫過(guò)程中，得到老師和同學(xué)的大力支持和熱情幫助，在此謹(jǐn)表謝意。雖然在設(shè)計(jì)中得到了指導(dǎo)老師的用心指導(dǎo)，但由于本人水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請(qǐng)各位老師指正。
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與流程
1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)題目：鏡盒式計(jì)算器底蓋注塑模具設(shè)計(jì)，塑件實(shí)物為鏡盒式計(jì)算器底蓋，該零件要求具有一定的強(qiáng)度和剛度，其中塑件上的方形孔與其他零件有配合要求，側(cè)壁有粗糙度要求，同時(shí)塑件下表面及上表面也應(yīng)平整光滑。
設(shè)計(jì)要求：
1. 繪制該塑件的工程圖，確定塑件所用塑料品種；
2. 為滿足大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，為該塑件設(shè)計(jì)注塑模具。
1.2鏡盒式計(jì)算器底蓋的注塑模具設(shè)計(jì)的流程
基本內(nèi)容：
塑件設(shè)計(jì)、工藝性分析、確定收縮率和分型面、澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、注射設(shè)備選擇、繪制模具設(shè)計(jì)圖紙。
1.塑件設(shè)計(jì)，利用軟件PROE4.0進(jìn)行塑件的立體建模，再在軟件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技術(shù)要求的標(biāo)注，并輸出工程圖。
2.注塑設(shè)備選擇，確定塑件的型腔數(shù)，并計(jì)算塑件的投影面積，通過(guò)注射量的校核、注射力的校核、鎖模力的校核、安裝部分的尺寸校核、開模行程的校核、頂出裝置的校核，結(jié)合注塑設(shè)備的資料確定注塑設(shè)備的型號(hào)。
3.確定收縮率和分型面，首先由塑件性能的要求等，確定塑件的塑料，通過(guò)查資料確定塑件的收縮率。根據(jù)鏡盒式計(jì)算器底蓋的工藝及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定具體的分型面，大致應(yīng)為球面軸套的孔中心線所在平面。
4.模架，通過(guò)塑件的大小及型腔數(shù)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機(jī)構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)等的初步估算，確定使用模架的型號(hào)。
5.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng)，在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，包括流道的設(shè)計(jì)、噴嘴的選擇、主流道襯套的選擇等，還必須研究一模四腔澆注系統(tǒng)的平衡性設(shè)計(jì)。
6.成型零件，確定型腔數(shù)和分型面。對(duì)模腔和模芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。計(jì)算成型部件的工作尺寸。
7.頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)開關(guān)座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)。
8.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
9.零部件加工工藝制定，結(jié)合現(xiàn)代加工手段，利用數(shù)控CNC，電火花，線切割等方法，制定最符合經(jīng)濟(jì)效益的加工工藝。
10.完成整套模具的二維工程圖的繪制。
第二章 塑件成品、注塑模具設(shè)計(jì)與構(gòu)型
2.1 概述
注塑件的模具設(shè)計(jì)是注塑制品加工工序中必不可少的一個(gè)步驟。但不同的模具公司，不同的設(shè)計(jì)人員，采用不同的CAD軟件進(jìn)行模具輔助設(shè)計(jì)，都有自己的一套設(shè)計(jì)過(guò)程。本設(shè)計(jì)先用PROE4.0進(jìn)行實(shí)體建模，然后經(jīng)過(guò)一系列的設(shè)計(jì)最后用CAD軟件完成制圖。
2.2 模具設(shè)計(jì)環(huán)境和應(yīng)用軟件
2.2.1 PROE4.0
PROE4.0是一個(gè)優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，PROE4.0較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應(yīng)用，由于它的應(yīng)用，可以大大縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，提高模具質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
2.2.2 AutoCAD
AutoCAD是著名的工程圖畫圖軟件，用以繪制二維工程圖。
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模
2.3.1零件的立體圖建模
利用PROE4.0分析所給零件的外形和尺寸，利用PROE4.0的建模方法，根據(jù)鏡盒式計(jì)算器底蓋的形狀和使用特點(diǎn)進(jìn)行建模（如圖2-1所示）。
圖2-1：鏡盒式計(jì)算器底蓋立體圖在PROE4.0中的建模
2.3.2零件的二維工程圖繪制
工程圖是在設(shè)計(jì)的最后用作指導(dǎo)生產(chǎn)的三視圖圖樣。工程圖圖樣的制作可以說(shuō)是正式將零件或裝配模型的設(shè)計(jì)歸檔的過(guò)程，其正確與否，直接影響到生產(chǎn)部門的生產(chǎn)制作。
2.4塑件的基本數(shù)據(jù)
2.4.1塑件塑料品種的確定
本設(shè)計(jì)中塑件實(shí)物為不透明制件，根據(jù)塑件的使用要求，確定所用塑料應(yīng)是聚丙烯PP.
2.4.2塑件材質(zhì)
中文學(xué)名：聚丙烯PP；
1.PP的性能
聚丙烯PP，聚丙烯在常溫下為白色蠟狀固體，外觀與高密度聚乙烯相似，但比高密度聚乙烯輕和透明，無(wú)臭無(wú)味無(wú)毒，密度為0.90～0.91，是現(xiàn)有塑料中最輕的一種，吸水率為0.01～0.025。
1） 聚酰胺的力學(xué)性能。PP在室溫以上有較好的沖擊性能，但由于它本身分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整度很高，其低溫沖擊強(qiáng)度較聚乙烯低。除環(huán)境溫度外，聚丙烯的沖擊強(qiáng)度還與等規(guī)度、分子量、成型加工條件有關(guān)。
聚丙烯的剛度和硬度比聚乙烯高，二者均隨等規(guī)度和MI的增加而增大，在同一等規(guī)度時(shí)，MI大的聚丙烯表現(xiàn)出高的剛性和硬度。顯然，這是由于分子量降低、結(jié)晶度增加的結(jié)果。
優(yōu)良的耐彎曲疲勞性是聚丙烯的一個(gè)特殊力學(xué)性能，如把聚丙烯包片直接彎曲成鉸鏈或注射成型的鉸鏈，能經(jīng)受幾十萬(wàn)次的折疊彎曲而不損壞。
聚丙烯摩擦因數(shù)小于聚乙烯，自身對(duì)磨時(shí)摩擦因數(shù)為0.012，對(duì)鋼的摩擦因數(shù)是0.33。
聚丙烯力學(xué)方面的缺點(diǎn)是韌性不夠好，特別是溫度較低時(shí)脆性明顯。
2） 聚丙烯的熱性能。聚丙烯的熔融比聚乙烯提高40～50℃，一般為164～170℃。100%等規(guī)度聚丙烯熔點(diǎn)為176℃。
聚丙烯的耐熱性稍乙烯，無(wú)載下最高連續(xù)使用溫度可超高120℃，輕載下可達(dá)120℃，低載下可達(dá)110℃，較重載荷下可達(dá)100℃。聚丙烯耐沸水、耐蒸氣性良好，在135℃的高壓鍋內(nèi)可蒸煮1000h不破壞，特別適宜于制備醫(yī)用高壓消毒用品。聚丙烯的分子量對(duì)耐熱性也有影響，分子量提高，熱變形溫度都會(huì)下降，但耐寒性改善。
3） 聚丙烯屬于非極性聚合物，具有優(yōu)良的電絕緣性，并因其吸水率小于0.01%，安的電絕緣性不受環(huán)境溫度的影響。它的介電常數(shù)和介電損耗角正切值很小，幾乎不受溫度和頻率的影響。因此，可在較高溫度和頻率下使用。
4） 聚丙烯的化學(xué)性能。氧化與老化：聚丙烯易受空氣中氧氣的氧化。盡管它們?cè)诘獨(dú)獾榷栊詺怏w環(huán)境中有較高的熱穩(wěn)定性，但當(dāng)暴露在大氣中，特別是受到光和熱的作用時(shí)，它們的性質(zhì)就逐漸變壞。試驗(yàn)表明：未加穩(wěn)定劑的聚丙烯粉末在空氣中置放4個(gè)月就會(huì)變質(zhì)，在150℃經(jīng)0.5～3.5h就會(huì)發(fā)脆。因而示加穩(wěn)定劑的聚丙烯沒(méi)有使用價(jià)值。
耐化學(xué)藥品性：聚丙烯的注塑制品表面光潔，的表面硬度和剛性、耐應(yīng)力開裂、耐熱，聚丙烯肯有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，除強(qiáng)氧化劑、濃硫酸、濃硝酸、硫酸與鉻酸混凝土酸等對(duì)它有侵蝕作用外，其它試劑對(duì)聚丙烯無(wú)作用。
5）聚丙烯的應(yīng)用。聚丙烯的注塑制品表面光潔，的表面硬度和剛性、耐應(yīng)力開裂、耐熱，是應(yīng)用于的重要方面。聚丙烯可制備下列用途的制品：醫(yī)療器械具中的注射器、盒、輸液袋、輸血工具、病人用具有；一般用機(jī)械零件中的輕載結(jié)構(gòu)件，如殼、泵葉輪、手輪、特別適用于制備反復(fù)受力的鉸鏈、活頁(yè)、法蘭、接頭、閥門等。
6） 注塑是PP塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機(jī)，螺桿式注塑機(jī)，后者更適用于形狀復(fù)雜制件、大型制品成型。
螺桿式注塑機(jī)的工藝參數(shù)見(jiàn)下表。
注塑機(jī)類型
噴嘴形式
噴嘴溫度/℃
料筒溫度/℃
螺桿式
普通
170-190
前段
中段
后端
180-200
200-220
160-170
模具溫度/℃
注射壓力/MPa
保壓力/ MPa
注射時(shí)間/s
40-80
70-120
50-60
0-5
保壓時(shí)間/s
冷卻時(shí)間/s
成型周期/s
螺桿轉(zhuǎn)速/r.min
20-60
15-50
40-120
30-60
2.4.3塑件結(jié)構(gòu)分析
通過(guò)觀察測(cè)量可知該塑件為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)
2.4.4塑件體積與質(zhì)量
取PP的密度為0.90～0.91g/cm3，取0.90g/cm3由proe4.0可算出塑件的體積和質(zhì)量[5]，如圖2-4。
則可計(jì)算零件的體積為：=78.5085749024cm3
零件質(zhì)量為：= 70.65g
2.4.5塑件圖及其尺寸公差
標(biāo)注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)需要計(jì)算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過(guò)公式計(jì)算基本尺寸，S指塑件的平均收縮率。而在使用proe4.0進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，塑件已經(jīng)定義了其收縮率（取2%），則不需要通過(guò)繁瑣的計(jì)算而直接可以標(biāo)注出成型零部件的基本尺寸。
但尺寸標(biāo)注還有一個(gè)公差的問(wèn)題，這是無(wú)法從軟件自動(dòng)導(dǎo)出的，需要設(shè)計(jì)者設(shè)定。由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應(yīng)取得大一些。否則就會(huì)出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品，為此，各國(guó)對(duì)塑料件的尺寸公差制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)也曾制訂了部級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但大都無(wú)相應(yīng)的模具型腔的尺寸公差。德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)在世界上具有較大的影響，因而可供塑料模具行業(yè)參考。由于本人沒(méi)能收集到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則就按照慣例考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取，Δ指塑件的尺寸公差[4]。
本套模具的裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖如附圖所示。
塑件大致的尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為152×112×8（mm）。大多數(shù)尺寸的公差為或更大。對(duì)于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比較高，建模時(shí)就應(yīng)該沿減料方向適當(dāng)加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達(dá)到合乎要求的尺寸精度。
2.4.6分型面及排氣形式的確定
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面，是動(dòng)模和定模的分界面。注塑模具有一個(gè)分型面也有多個(gè)分型面，分型面應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以便于塑件的脫模和模具的制造，同時(shí)分型面的位置應(yīng)位于塑件的斷面輪廓最大處。分型面還應(yīng)考慮型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無(wú)損塑件外觀等因素[6]。
分型面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：
1.分型面的方向盡量采用與注塑機(jī)開模方向垂直的方向；
2.分型面一般開設(shè)在產(chǎn)品的最大截面處；
3.盡量使塑件留在動(dòng)模一側(cè)；
4.有利于保證塑件的尺寸精度和外觀質(zhì)量等；
5.有利于成型零件的加工與制造。
由于本設(shè)計(jì)塑件采用單分型面，而單分型面無(wú)外乎以下三種結(jié)構(gòu)情況：
1.型腔完全在動(dòng)模一側(cè)。
2.型腔完全在定模一側(cè)。
3.型腔各有一部分在動(dòng)定模。
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依照設(shè)計(jì)原則，本設(shè)計(jì)的注塑模具分型面各有一部分在動(dòng)定模，即第三種形式。
排氣方式的確定，由于塑件較小，排氣量小，因此采用分型面及推桿和推桿孔間的間隙排氣。
2.4.7型腔數(shù)的確定與型腔的分布
1. 型腔數(shù)的確定
注塑模具型腔數(shù)的確定與現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件質(zhì)量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關(guān)。
針對(duì)本設(shè)計(jì)的塑件，由于尺寸精度和重復(fù)精度要求不高，且工件尺寸較小，為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用一模二腔。
2. 型腔的布置
型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)平衡、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模具在開合模時(shí)的受力平衡等問(wèn)題。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)各方面的情況進(jìn)行綜合考慮。在本設(shè)計(jì)中由于采用一模二腔，著重考慮模具在開合模時(shí)的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡，因而型腔對(duì)稱方式布置。
第三章 分析設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴流向型腔的通道，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題之一，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮塑料成型特性、塑件形狀及大小、塑件外觀、模具成型塑件的型腔數(shù)、冷料、成型效率、注射機(jī)安裝模板大小等因素。對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求有：
1.對(duì)模腔的填充迅速有序。
2.盡可能同時(shí)充滿各個(gè)型腔。
3.對(duì)熱力和壓力損失較小。
4.極可能消耗較少的塑料。
5.能夠使型腔順利排氣。
6. 不會(huì)使冷料進(jìn)入型腔。
7.澆注痕跡對(duì)塑件外觀影響很小。
8.澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離火切除。
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成[7]。
3.1.1主流道設(shè)計(jì)
由于該塑件擬用臥式注塑機(jī)，因此主流道為錐形流道。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)地接觸和碰撞，容易損壞，所以模具的主流道通常宜設(shè)計(jì)成可拆卸與更換的襯套結(jié)構(gòu)。這樣更可以使主流道穿過(guò)模具結(jié)構(gòu)中的兩塊模板結(jié)合處溢料造成主流道凝料脫出的困難。澆口套尺寸設(shè)計(jì)如下圖所示。
經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
1. 主流道小端直徑d是與注塑機(jī)噴嘴相配合的，其徑向尺寸應(yīng)大于噴嘴孔徑0.5-1mm，即d=注塑機(jī)噴嘴直徑+（0.5-1）mm，以便當(dāng)主流道與噴嘴同軸度有偏差時(shí)主流道凝料易從定模側(cè)脫出。由最后設(shè)計(jì)可知注塑機(jī)噴嘴直徑取2.0，故d=2.5.
2. α=2°-4°，本設(shè)計(jì)取錐度α為3°。
3. 球面半徑應(yīng)比噴嘴球面半徑大1-2mm，以保證注射過(guò)程中噴嘴與模具緊密接觸，防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中，妨礙主流道凝料的脫出。
4. 主流道長(zhǎng)度L可根據(jù)定模板座的厚度來(lái)確定，一般≤60mm，取L=46，
定位環(huán)設(shè)計(jì)：
為了節(jié)省材料，定位環(huán)與主流道襯套分開設(shè)計(jì)，如下圖所示。其外徑D與注塑機(jī)的定位孔之間采用較松配合。
3.1.2 冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴一般設(shè)在主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，當(dāng)分流道較長(zhǎng)且到澆注口有拐角時(shí)，也開設(shè)分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑與主流道大端直徑相同或略大一點(diǎn)，長(zhǎng)度約為直徑的1-1.5倍。
本設(shè)計(jì)采用的為推切式，所以直接用圓頭推桿即可以了。
3.2 成型方案
從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率方面考慮，確定成型的方案，該產(chǎn)品的成型方案采用一模四腔，對(duì)稱式布置，澆注形式采用冷流道，澆口為潛澆口，分流道為圓形，主流道為圓錐形。
3.2.1 成型部分的設(shè)計(jì)
成型塑件外表面或上表面的零件稱凹?；蛐颓弧０寄０唇Y(jié)構(gòu)形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、組合式等。
成型塑件內(nèi)表面或下表面的零件稱凸?；蛐托?。型芯按復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)形式大致有整體式型芯和組合式型芯。
本設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成型用的型芯型腔結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可用數(shù)控機(jī)床直接加工。為節(jié)約成本和保證精度，本設(shè)計(jì)采用整體嵌入式，其立體圖如附圖所示。其凸模結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖1：凸模
型腔固定板
型芯固定板
3.2.2 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
工作尺寸的計(jì)算有型腔與型芯的徑向尺寸、型腔與型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，必須根據(jù)塑件的尺寸和精度要求來(lái)確定相應(yīng)的成型零件的尺寸和精度等級(jí)。塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求，其精度為MT3，其余尺寸無(wú)配合要求，精度要求不高，故取塑件的均為MT5級(jí)；由于塑件的所有尺寸要求都沒(méi)有達(dá)到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收縮率法計(jì)算。
PP的平均收縮率SCP=（Smax+Smin）/2=（1%+2.5％）/2=1.75%，取2.0％，△為塑件的尺寸公差，生產(chǎn)實(shí)踐證明，成型零件的制造公差z約為塑件總公差的取1/3-1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時(shí)，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8級(jí)作為模具的制造公差[10]。
3.２.3 成型零部件工作尺寸計(jì)算
型腔尺寸計(jì)算：
塑件尺寸較小，系數(shù)x=0.55，以下同。
LM= (L(1+ SCP) -x△)0+z
= (75*(1+ 0.02) -0.55*0.28)0+0.56/3
=75.620+0.19mm
Lｗ= (L1(1+ SCP) -x△) 0+z
= (55*(1+ 0.020) -0.55*0.24) 0+0.44/3
=55.910+0.15mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (4*(1+ 0.020) -0.55*0.10) 0+0.20/3
=4.0250+0.07mm
型芯尺寸計(jì)算：
LM= (L2(1+ SCP) -x△) 0-z
= (75*(1+ 0.020) -0.75*0.56) - 0.28/3 0
=76.08-0.090mm
Lw= (L3(1+ SCP) -x△) 0-z
= (55*(1+ 0.020) -0.75*0.44) - 0.24/3 0
=55.77-0.080mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (0.45*(1+ 0.020) -0.75*0.20) 0+0.20/3
=0.3090+0.07mm
3.２.4 型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算
1.型腔壁厚計(jì)算
塑料模具型腔應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧⑺艹尚瓦^(guò)程中受到塑料成型熔體的高壓作用。如果型腔側(cè)壁和支撐厚度過(guò)小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。對(duì)于小尺寸型腔，因在發(fā)生大的彈性變形之前，其應(yīng)力往往已經(jīng)超過(guò)了材料的許用應(yīng)力，所以應(yīng)以強(qiáng)度計(jì)算為主。在不知道分界尺寸時(shí)，應(yīng)分別按照強(qiáng)度條件和剛度條件對(duì)型腔尺寸進(jìn)行計(jì)算，其大值為型腔的壁厚尺寸。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的成型零件的結(jié)構(gòu)，用組合式矩形型腔側(cè)壁計(jì)算公式，
按強(qiáng)度計(jì)算：
PH1l2/(2HS2)+ PH1b/(2HS)≤
式中，S——型腔側(cè)壁厚度，
P——型腔最大壓力，取P=55MPa,
H——型腔側(cè)壁總高，H1——型腔深度，H1/H=0.73，
l——型腔長(zhǎng)度l=20.75mm，
b——型腔寬度，b=9.5mm，
——允許變形量，=0.05mm，
代入數(shù)值，解得S=1.5mm,
按剛度計(jì)算：
PH1l4/(32FHS3)≤
式中，符號(hào)意義同上，其余E——彈性模量，E=2.06X105MPa，——模具材料的許用應(yīng)力，=158MPa。
代入數(shù)值解得，S=1.0mm。
取兩個(gè)計(jì)算結(jié)果的最大值為型腔的壁厚尺寸，故S=1.5mm。
2.底板厚度的計(jì)算
按剛度計(jì)算：
5Pbl4/(32ET3)≤
式中T為型腔底板或凸模支撐板厚度，B=2S+b=33mm，其余同上。
代入數(shù)值得：T=30mm
按強(qiáng)度計(jì)算：
3Pbl3/(4BT2)=
代入數(shù)值得，T=18mm。
取兩個(gè)計(jì)算結(jié)果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度T=30mm。
3.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
1.導(dǎo)柱
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求[11]：
（1） 長(zhǎng)度 導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度應(yīng)比凸模部分高出8-12mm，以免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔。
（2） 形狀 導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺(tái)形或半球形，以使導(dǎo)柱順利的進(jìn)入導(dǎo)向孔。錐形頭高度取與相鄰圓柱直徑的1/3，前端還應(yīng)倒角。
（3） 材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用20鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為50-55HRC，導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8-0.4μm。
（4） 數(shù)量及布置 導(dǎo)柱應(yīng)合理均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度，導(dǎo)柱中心到模具邊緣距離通常為導(dǎo)柱直徑的1-1.5倍。
（5） 配合精度 導(dǎo)柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6；導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
2.導(dǎo)套
本設(shè)計(jì)選用帶頭導(dǎo)套，為了方便導(dǎo)套壓入模板同時(shí)便于導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套，在導(dǎo)套端面內(nèi)外倒圓角R，模具導(dǎo)向孔為通孔。
導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)柱之間為間隙配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過(guò)渡配合H8/f7，其前端設(shè)長(zhǎng)為3mm的引導(dǎo)部分，按間隙配合H8/e7制造，其粗糙度內(nèi)外表面均為Ra1.6μm。
導(dǎo)套的材料為為20鋼，采用滲碳淬火處理。
3.4 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1 脫模力計(jì)算
脫模力Qe有兩部分組成，即 Qe=Qc+Qb
式中Qc為制件對(duì)型芯包緊的脫模阻力，N；Qb為使封閉殼體脫模需克服的真空吸力，N，Qb=0.1Ab=0.1*4.4*6.4=2.816N，這里0.1的單位為MPa，Ab為型芯的橫截面積，mm2。
比例系數(shù)λ=γcp/t=3.44/0.75=4.587
在脫模力計(jì)算中，將λ=γcp/t＜1.5視為厚壁制件，其中t為制件壁厚，γcp為型芯的平均半徑，t=0.8mm，對(duì)于矩形型芯，γcp=(l+b)/π=(6.4+4.4)/π=4.587mm。
脫模阻力
Qc=2（l+b）EεhKf/（(1+μ+Kλ)cosβ）
式中， E——塑料的拉伸彈性模量，查表，PA的取值為E=2*103MPa；
ε——塑料的平均成型收縮率，查表得，ε=0.020；
h——型芯脫模方向高度，mm，h=3.25mm；
l、b——矩形型芯的斷面兩邊邊長(zhǎng)，mm，l=20.75mm，b=9.5mm；
μ——塑料的泊松比，查表得，μ=0.3；
β——型芯的脫模斜度，取0°，
Kf——脫模斜度修正系數(shù)，其計(jì)算式為：
Kf=（fcosβ-sinβ）/（1+ fsinβcosβ）=0.4
f——制品與鋼材之間的靜摩擦因數(shù)，查表得，f=0.4，
Kλ——壁厚之間的計(jì)算系數(shù)，計(jì)算式為
Kλ=2λ2/（sinβ+2λcosβ）=3.0
代入數(shù)值，得Qc=125.4N.
脫模力Qe =Qc+Qb=125.4+2.8=128.2N
3.4.2 推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
推桿是推出機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單最常見(jiàn)的一種形式。
本設(shè)計(jì)將推桿設(shè)計(jì)成直桿式圓柱形推桿，常用直徑為1.5-25mm，本設(shè)計(jì)取直徑為3mm。高度不大于600mm。推桿與推桿孔之間的配合段用H7/f7。材料選用T8A頭部局部淬火。配合表面粗糙度Ra為0.8μm[12]。
在推桿裝入模具后推桿的長(zhǎng)度應(yīng)能使推桿的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。
復(fù)位桿的設(shè)計(jì)：
在推桿脫模機(jī)構(gòu)中用復(fù)位桿復(fù)位是最常見(jiàn)的。復(fù)位桿對(duì)稱布置，取4根，均布于推桿固定板四周，位于型腔和澆注系統(tǒng)之外。復(fù)位桿端面低于模板平面0.05mm。與復(fù)位桿頭部接觸的定模板應(yīng)淬火。
3.5 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
本塑件在注塑成型時(shí)不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)，是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計(jì)算[13]。
塑件的產(chǎn)量為0.3 kg/h，查表得單位質(zhì)量的PA在成型溫度下的單位熱流量Q為4.0x102 kJ/kg.
塑件固化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量
WQ=0.3*4.0x102=120kJ/h
求冷卻水的體積流量qv
qv= WQ/(ρC2(T3-T4))
式中，qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/min;
ρ——冷卻介質(zhì)的密度，kg/min, ρ=1x103kg/min
T3——冷卻介質(zhì)的出口溫度，℃，T3=30℃；
T4——冷卻介質(zhì)的入口溫度，℃，T4=25℃；
C2——冷卻介質(zhì)的比熱容，kJ/（kg·℃），C2=4.2 kJ/（kg·℃）
代入數(shù)值得，qv=1x10-4 m3/min。
選取來(lái)冷卻水管直徑為4mm。
3.6 模架形式及規(guī)格
根據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)：定模板，A板，B板，頂針面板，頂針底板，墊塊，動(dòng)模板，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)。
而模架的大小是由模芯的大小來(lái)確定的，模芯的布置如圖3-18所示，模芯的大小是150×95mm，選取模架大小為125×200mm。
定模板，動(dòng)模板，墊塊厚度的確定：
定模板的厚度根據(jù)定模鑲塊的厚度及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為17.5mm。
動(dòng)模板的厚度根據(jù)動(dòng)模鑲塊的厚度及支撐板強(qiáng)度計(jì)算的要求和標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為17.5mm，
墊塊厚度根據(jù)推出距離（15mm）、頂針面板厚度（12.5mm），頂針底板厚度（15mm）及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為50mm。
其他零件的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)模架選用。
綜上所述，所選模架為 C1-20X22.5-Z1 GB/T 12556-1990,結(jié)構(gòu)如圖1所示[14，15]。
圖1 AI型工字模
3.7 設(shè)備的選擇與校核
3.7.1 注塑機(jī)的選擇
根據(jù)塑件測(cè)繪所得的數(shù)據(jù)計(jì)算出塑件的體積約為7.85cm3，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)圖計(jì)算出澆注系統(tǒng)的體積約為3.5 cm3，因此一次所需注塑量約為11.35 cm3。
考慮注塑機(jī)注塑系數(shù)（0.85），注塑機(jī)的注塑量應(yīng)大于11.35cm3，初步擬定為SZ-30/60,注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表[8]。
注塑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
注塑機(jī)型號(hào)
XS-Z-30
XS-Z-60
理論注塑量/ cm3
30
60
注射壓力/MPa
119
122
鎖模力/KN
250
500
合模形式
液壓-機(jī)械
液壓-機(jī)械
移模行程/ mm
160
180
最大成型面積/ mm2
90
130
最大模具厚度/ mm
180
200
最小模具厚度/ mm
60
70
定位孔直徑/ mm
63.5
55
噴嘴球半徑/ mm
12
12
噴嘴孔半徑/ mm
4.0
4.0
3.7.2 校核
1.注塑壓力的校核
注塑壓力P應(yīng)滿足
P≥k、·P0
式中：k、——安全系數(shù)，常取k、=1.25-1.4；
P0——塑料成型時(shí)所需注塑壓力，對(duì)ABS，常取60-100 MPa。
由于所用塑料尺寸較小，取注塑壓力為80 MPa，在安全系數(shù)取k、=1.4，P≥k、·P0，代入數(shù)值有119≥112，符合要求。
2.鎖模力的校核
鎖模力F應(yīng)滿足要求
F≥k0·A·p
式中：k0——鎖模力安全系數(shù)，一般取k0=1.1-1.2；
A——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，約為1.2cm3；
p——型腔的平均壓力，對(duì)該模具取30MPa；
經(jīng)計(jì)算所需鎖模力為4.3KN，小于注塑機(jī)的鎖模力，符合要求。
3. 模具與注塑機(jī)裝模部位相關(guān)尺寸的校核
（1） 噴嘴尺寸。
主流道小端直徑d1大于注塑機(jī)噴嘴直徑，取
d1=d+0.5=2.5mm
澆口套球面半徑R2應(yīng)比噴嘴球面半徑R1大1-2mm，取
R2= R1+2=7.5mm
（2） 定位圈尺寸。
注塑機(jī)定位孔為Φ100mm，定位圈外徑直徑與注塑機(jī)的定位孔制件取較松配合，取Φ98。
（3） 最大模板厚度Hmax與最小模板厚度Hmin.
模具厚度應(yīng)滿足
Hmax≤H≤Hmax
式中：Hmax=300mm，Hmin=80mm。
由于模具總高Hm=251mm，符合要求。
（4） 開模行程的校核
取出塑件所需的開模行程H為
H=H1+H2=3.25+11.75=15mm
式中：H1 ——塑件脫模距離，；
H2——塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)。
由于所用注塑機(jī)為液壓式，故開模行程SK應(yīng)滿足
SK≥H+5-10mm符合要求。
3.7.3 其他
模具的結(jié)構(gòu)、尺寸確定以后，還應(yīng)確定模具材料，由于使用標(biāo)準(zhǔn)模架，材料的選用主要針對(duì)澆口套、成型零件等[16]。
3.8模具裝配圖與零件圖的繪制
模具裝配圖用來(lái)表達(dá)模具整體結(jié)構(gòu)，外形尺寸，模具各零件間的裝配關(guān)系，是指導(dǎo)模具裝配、檢驗(yàn)、維修等工作條件的技術(shù)文件。
零件圖實(shí)在裝配圖的基礎(chǔ)上繪制的，它是零件制造與檢驗(yàn)的依據(jù)。
裝配圖：
結(jié) 論
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上最快的工業(yè)門類之一，對(duì)于我國(guó)而言，它在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。
本設(shè)計(jì)首先確定了塑件的澆注質(zhì)量，其次介紹了注塑件的一般設(shè)計(jì)原則，從實(shí)際來(lái)看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。在做好注塑成型的準(zhǔn)備工作之后，接著介紹了模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容，冷流道注塑模具無(wú)外乎包括四大系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)說(shuō)明了設(shè)計(jì)的一般步驟，確定冷卻時(shí)間，計(jì)算體積流量等；頂出系統(tǒng)著重說(shuō)明了推桿的布置和結(jié)構(gòu)。然后，利用EMX4.1進(jìn)行注塑模具的整體設(shè)計(jì)和建模，做完這些工作之后，該模具的設(shè)計(jì)到此結(jié)束。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)公式有不一致的地方，不同公式的計(jì)算結(jié)果有的相差很大，特別是在溫度調(diào)節(jié)與脫模力的計(jì)算這兩塊。
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。
我們大學(xué)生對(duì)于塑料工業(yè)的認(rèn)識(shí)還是很膚淺的，但是通過(guò)這次塑料模具課程設(shè)計(jì)，讓我們更多的了解有關(guān)塑料模具設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，更進(jìn)一步掌握了一些關(guān)于塑料模具設(shè)計(jì)的步驟和方法，對(duì)塑料模有了一個(gè)更高的認(rèn)識(shí)。這對(duì)我們?cè)诮窈蟮纳a(chǎn)實(shí)踐工作中無(wú)疑是個(gè)很好的幫助，也間接性的為今后的工作經(jīng)驗(yàn)有了一定的積累。
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謝 辭
時(shí)間如白駒過(guò)隙，大學(xué)生活就這樣伴隨著設(shè)計(jì)的結(jié)束接近了尾聲。設(shè)計(jì)是我們大學(xué)學(xué)習(xí)的總結(jié)與驗(yàn)證，通過(guò)本次設(shè)計(jì)我收獲了很多，鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，更讓我知道了自己身上還存在很多不足，需要在今后的學(xué)習(xí)工作中去彌補(bǔ)，這也是我今后努力的方向和動(dòng)力。
在本次設(shè)計(jì)中我首先要感謝我的指導(dǎo)老師，沒(méi)有老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，我不會(huì)有今天的成果。老師身上的奉獻(xiàn)精神時(shí)刻鞭策著我，是我學(xué)習(xí)的榜樣。
同時(shí)我還要感謝陪伴我的每一位老師們和同學(xué)，是你們陪我度過(guò)了一個(gè)又一個(gè)春春夏秋冬，是你們?cè)谖胰松悦５臅r(shí)候給我?guī)椭?，因?yàn)橛辛四銈兾业娜松懦錆M了精彩，坎坷的道路也因你們的存在而不再艱辛。相信有了你們的陪伴我會(huì)在人生的道路走的更好。
最后再次真誠(chéng)的感謝那些給過(guò)我?guī)椭娜藗儭?
附 圖
PROE4.0建模
附圖1：鏡盒式計(jì)算器底蓋立體圖
附圖2：凸模立體圖
附圖3 裝配立體圖
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