盒蓋的注塑模具設(shè)計-塑料注射模

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盒蓋注塑模設(shè)計 摘要 隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料模具也在不斷的發(fā)展。由于模具塑件在尺寸精度、形位公差等方面要求很高，成型時需要考慮控制收縮造成的模形誤差，所以盒蓋注塑模設(shè)計是一項難度大、技術(shù)含量高、工作量繁重的任務。按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法，僅靠經(jīng)驗和手藝，在較短的時間內(nèi)是很難完成模具的精密設(shè)計與制造的。目前國內(nèi)主流CAD/CAM軟件多是國外軟件，這些軟件功能強大，通用性強，但操作復雜，并在設(shè)計標準上與我國存在部分差異。為使這些優(yōu)秀軟件滿足專業(yè)設(shè)計需求，操作更加簡便，并在我國模具行業(yè)中發(fā)揮更大的潛能，本課題組提出了基于Pro/E平臺下的盒蓋注塑模CAD系統(tǒng)的研究課題。 本論文分析了盒蓋的結(jié)構(gòu)和工藝特點，并綜合考慮制件的材料提出了制件的成型方案。有針對性地制定了模具設(shè)計制造工藝方案，簡化了設(shè)計結(jié)構(gòu)。并利用Pro/E軟件對模具進行分模設(shè)計、利用EMX調(diào)用標準模架，以及利用Mastercam軟件對凹模加工進行CAM設(shè)計，實現(xiàn)了加工模擬和程序的自動生成，提高了模具設(shè)計制造效率及準確性。 關(guān)鍵詞：盒蓋；注塑模；分型面；模具結(jié)構(gòu) Abstract With the development of the plastic industry, plastic mold has been continuously development. Because the demands of dimensional precision,form and position tolerance are very high and the mold error caused by the shrinkage after molding also must be considered to design a set of lid injection mold is a task full of difficulty high一tech and heaviness.It is hard to design and manufacture injection molds purely relying on the experience and craft in a short time by the traditional design means.On the other hand，engineers usually feel that the work is identical and repeated in designing the products of high serialization ,unification and standardization such as lid and mold bases.At Present，the CAD/CAM software used in our country are mostly foreign ones.Although their functions and unification are powerful，yet the operation of them is very complicated，and their standards in design are different from ours.In order to make full use of these software and simplify the operation of them in enterprises or factories，the subject of the lid injection mold CAD system based on Pro/ENGINEER is put forward. In the Papers, I analysis of the lid of the structure and process characteristics, and considering the material parts of the molding parts made program. Targeted the development of the mold design and manufacturing technology program, simplifying the design structures. And the use of Pro / E software for the mold to carry out sub-module design, the use of standard EMX moldbase call, and the use of software Mastercam die machining CAM for design, simulation and realization of the processing procedures for automatic generation and improve the mold design and manufacture of efficient and accurate sexual. Keywords: Lid；injection mold；surface；die structure 目錄 摘 要.............................................................Ⅱ Abstract..........................................................ⅡIII III 第一章 緒論.......................................................1 第二章 設(shè)計應具備的相關(guān)知識.......................................3 2.1 塑料的基本知識................................................3 2.2 塑料制品的基本知識............................................3 2.3 注塑模具設(shè)計的主要內(nèi)容........................................6 第三章 模具的方案論證及結(jié)構(gòu)設(shè)計...................................7 3.1 分型面及排氣系統(tǒng)的設(shè)計........................................7 3.2 型腔數(shù)與注塑機的確定.........................................12 3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與論證.........................................16 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計.....................................19 3.5 成型部分的設(shè)計...............................................19 3.6 合模導向定位機構(gòu)零部件設(shè)計...................................22 3.7 脫模機構(gòu)設(shè)計.................................................22 3.8 冷卻系統(tǒng)計算.................................................22 第四章 模具裝配圖與零件圖的繪制及CAM設(shè)計........................24 4.1 模具裝配圖....................................................24 4.2 模具零件圖....................................................25 4.3 盒蓋注塑模的CAM設(shè)計..........................................25 第5章 總結(jié).....................................................27 致謝 .........................................................28 參考文獻 .........................................................29 第1章 緒論 當今社會工業(yè)越來越發(fā)達，大多數(shù)日用產(chǎn)品都離不開塑料，比如我們每天都要用的臉盆，水桶，涼衣架等，還有眾多女性的日用品和那些外包裝，皮包，化妝品，護夫品的盛裝器，還有我們經(jīng)常坐的汽車，飛機，輪船上的很多附屬件都是塑料做的。所以塑料的地位是越來越高了。 塑件的質(zhì)量主要靠模具獲得?？磕＞叩暮侠斫Y(jié)構(gòu)和模具成型零件的正確形狀、精確尺寸及較好的表面質(zhì)量來保證。其次取決于合理的成型工藝。模具設(shè)計水平的高低、加工設(shè)備的好壞、制造力量的強弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效率的提高。世界上經(jīng)濟發(fā)達的國家把模具作為機械制造的重要裝備。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本稱“模具是促進社會繁榮富裕的動力”。事實上，在儀器儀表、家用電器、交通、通迅和輕工業(yè)等各行業(yè)的產(chǎn)品零件中有70%以上是采用模具加工的。工業(yè)發(fā)達的國家，其模具工業(yè)年產(chǎn)值早已超過機床行業(yè)的產(chǎn)值。近年來，我國各行各業(yè)對模具工業(yè)的發(fā)展十分重視。1989年，國務院就頒布了“當前產(chǎn)業(yè)政策要點決定”，在重點支持技術(shù)改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中，把模具制造列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位，從而確定了模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。 要設(shè)計一副先進的塑料模具，首先需要有高水平的設(shè)計思路，而且還必須有對制品工藝性、塑料材料的特性及用途、模具鋼材的選用、加工方法、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、成型方案和注射機的型號等眾多方面的研究。其中從模具設(shè)計和注射成型的角度研究模具設(shè)計的工藝性是非常必要的，其目的是為了減少因模具工藝性不好而給模具制造及成型帶來的麻煩。 近年來,我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右，而在整個塑料模具市場中以注塑模具需求量最大。隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，許多企業(yè)開始追求提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計周期及制造周期,降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力等目標。新興的模具CAD技術(shù)很大程度上實現(xiàn)了企業(yè)的愿望。近年來，CAD技術(shù)的應用越來越普遍和深入, 大大縮短了模具設(shè)計周期, 提高了制模質(zhì)量和復雜模具的制造能力。 在模具工業(yè)迅速發(fā)展的今天，注塑模具也在向著高效率、低成本的方向發(fā)展。為了迎合這個發(fā)展趨勢，在畢業(yè)設(shè)計中除了注重培養(yǎng)學生查找、應用文獻資料的能力，獨立設(shè)計的能力，應用所學知識分析、解決設(shè)計過程中出現(xiàn)問題的能力外，同時應注意培養(yǎng)學生運用專業(yè)設(shè)計軟件（如Pro/ENGINEER、UG等）和專業(yè)分析軟件（如Moldflow等）的能力，以期縮短畢業(yè)設(shè)計與生產(chǎn)實踐的差距。 第二章 設(shè)計應具備的相關(guān)知識 2.1 塑料的基本知識 塑料制品應用的廣泛性離不開它自身的性質(zhì)特點，下面介紹塑料的成分特點。 1．塑料的分子結(jié)構(gòu) 塑料的主要成分是樹脂，樹脂有天然樹脂和合成樹脂兩種。 2．塑料的成分 樹脂：主要作用是將塑料的其他成分加以粘合，并決定了塑料的主要性能，如機械、物理、電、化學性能等。樹脂在塑料中的比例一般為40%～65%。 填充劑：又稱添料。正確地選擇填充劑，可以改善塑料的性能并擴大它的使用范圍。 增塑劑：有些樹脂的可塑性很小，柔軟性也很差，為了降低樹脂的熔融黏度和熔融溫度，改善其成型加工性能，改進塑料的柔韌性、彈性以及其他各種必要的性能，通常加入能與樹脂相溶的不易揮發(fā)且高沸點的有機化合物，即增塑劑。 色劑：又稱色料，主要是起美觀和裝飾作用，包含涂料。 穩(wěn)定劑：凡能延緩塑料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑，分光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑和抗氧劑。 潤滑劑：改善塑料熔體的流動性，減少或避免對設(shè)備或模具的摩擦和粘附，以及改進塑件的表面光潔度。 2.2 塑料制品的基本知識 塑料制品的質(zhì)量不僅與模具結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)有很大的關(guān)系，而且還取決于塑料制品本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合工藝要求。設(shè)計塑料制品的基本原則如下： 在保證使用和性能（如機械強度、電性能、耐化學腐蝕、形狀穩(wěn)定、耐溫、 吸水性等）的前提下，塑料制品結(jié)構(gòu)力求簡單、壁厚均勻、使用方便。設(shè)計制品時應盡量考慮結(jié)構(gòu)合理，便于模具制造和成型工藝的實施，用最簡單的工序和設(shè)備來完成制品的成型過程。 日用生活制品和兒童玩具等要求外表美觀者，應與美工人員共同研究，設(shè)計出兩全其美的制品。 高效率、低消耗，盡量減少制品成型前后的輔助工作量，并避免成型后的機械加工。 進行塑料制品設(shè)計開發(fā)，需要注意的一些設(shè)計問題如下： 1．尺寸、精度及表面粗糙度 尺寸：制品的尺寸要滿足使用要求及安裝要求，同時要考慮模具的加工制造、設(shè)備的性能，還要考慮塑料的流動性。 精度：影響因素很多。塑料的收縮、注塑成型條件（時間、壓力、溫度）、塑件形狀、模具結(jié)構(gòu)（澆口和分型面的選擇、飛邊、斜度）、模具的磨損等都直接影響制品的精度。 表面粗糙度：制品的表面粗糙度由模具表面的粗糙度決定，故模具表面要進行研磨拋光，透明制品要求模具型腔與型芯的表面光潔度一致，一般選擇 Ra＜0.2μm。 如果塑件尺寸無公差要求，一般采用標準中的IT8級，對孔類尺寸可以標注正公差，而軸類各件尺寸可以標注負公差。中心距尺寸可以標注正負公差，配合部分尺寸的公差要求高于非配合部分尺寸。 塑 料 名 稱 斜 度 型 腔 型 芯 聚酰胺（尼龍） 25′～40′ 20′～40′ 聚乙烯（PE） 25′～45′ 20′～45′ 聚苯乙烯（PS） 35′～130′ 30′～1 聚丙烯（PP） 25′～45′ 20′～45′ ABS 40′～120′ 35′～1 聚碳酸脂（PC） 35′～1 30′～50′ 聚甲醛（POM） 35′～130′ 30′～1 由于塑件在模腔內(nèi)產(chǎn)生冷卻收縮現(xiàn)象，使塑件緊包模具中的型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困難，強行取出會導致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設(shè)計足夠的脫模斜度，見表1-1. 表1-1 塑件脫模斜度推薦值 3.壁厚 壁厚根據(jù)塑件使用要求（強度、剛度）和制品結(jié)構(gòu)特點及模具成型工藝的要求而定。壁厚太小，強度及剛度不足，塑料填充困難；壁厚太大，增加冷卻時間，降低生產(chǎn)率，產(chǎn)生氣泡、縮孔等不良現(xiàn)象。要求壁厚盡可能均勻一致，否則由于冷卻和固化速度不一樣易產(chǎn)生內(nèi)應力，引起塑件的變形及開裂。當然，在實際設(shè)計中，要求壁厚完全均勻一致是不可能的，只能要求在厚壁與薄壁交界處避免有銳角，過渡要緩和，厚度應沿著塑料流動的方向逐漸減小。塑件壁厚一般在1mm～6mm范圍內(nèi)，常用值為2mm～3mm，通常隨塑料種類及塑件大小而定。為常用塑件最小壁厚及推薦壁厚。 4．加強筋 為了確保塑料制品的強度和剛性，又不導致塑件的壁增厚，可在塑件的適當部位設(shè)置加強筋，它還可以避免塑件的變形。在某些情況下，加強筋還可以改善塑件成型中的塑料流道情況。 5．支撐面 塑件一般不以整個平面作為支撐面，取而代之的是以邊框、底腳作為支撐面，如圖1-2所示。 6．圓角 塑件轉(zhuǎn)角處都要以圓角過渡，除非有特殊要求。尖角容易產(chǎn)生應力集中，造成制品轉(zhuǎn)角處破裂；圓角有利于塑料的流動，填充模腔及塑件的頂出，有利于提高塑件強度及使用壽命。 7．孔、異形孔（槽）設(shè)計 塑件的孔有3種成型加工方法： （1）模具直接注塑成型。 （2）先注塑成型淺孔，再用機械鉆通。 （3）機械鉆通。 塑件如有側(cè)孔或側(cè)凹槽，則需要利用活動抽芯機構(gòu)“平行抽出原則”確定塑件側(cè)孔（槽）是否適合于脫模。熱塑性塑料中軟而有彈性的，如聚乙烯、聚丙烯等軟性制品，內(nèi)外邊緣有淺的側(cè)凹或側(cè)凸可利用強制脫模。 8．螺紋 塑件中的螺紋可用注塑成型或機械切削獲得。經(jīng)常拆裝或受力大的螺紋，建議采用金屬螺紋嵌件成型。 9．嵌件 為了增加塑料制品整體或某一部位的強度、剛度、耐磨性、導電性、導磁性和裝飾性等，滿足使用的要求，常在塑件體內(nèi)設(shè)置金屬嵌件。由于裝潢或某些特殊需要，塑料制品的表面常有文字圖案。 2.3 注塑模具設(shè)計的主要內(nèi)容 設(shè)計注塑模具時，既要考慮塑料熔體流動行為、冷卻行為等塑料加工工藝方面的問題，又要考慮模具制造裝配等結(jié)構(gòu)方面的問題。其主要內(nèi)容歸納起來大致有以下幾方面。 （1) 根據(jù)塑料熔體的流動行為和流道，型腔內(nèi)各處的流動阻力，通過分析得出充模順序，同時考慮塑料熔體在模具型腔內(nèi)被分流及重新熔合的問題和模腔內(nèi)原有氣體導出的問題，分析熔接痕的位置，決定澆口的數(shù)量和方位。在這方面除了可用經(jīng)驗或解析的方法分析外，還可用模流分析軟件進行分析。 （2) 根據(jù)塑料熔體的熱學性能數(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程中塑件溫度場的變化情況，解決塑件收縮、補縮問題，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)應力和翹曲變形。同時還要盡量提高冷卻效率，縮短成型周期。在這方面除了可用經(jīng)驗分析外，也可用模流軟件進行分析。 （3) 塑件脫模和橫向分型抽芯的問題，通?？赏ㄟ^經(jīng)驗和理論計算分析來解決。 （4) 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)和零件的形狀不但要滿足充模和冷卻等工藝方面的要求，同時成型零件還要具有適當?shù)木?、粗糙度、強度和剛度，易于裝配和制造，制造成本低。 第三章 模具的方案論證及結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 分型面及排氣系統(tǒng)的設(shè)計 3.1.1 分型面的設(shè)計 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。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、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應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則： 1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。 2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。 3) 保證塑件的精度要求。 4) 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 對成型面積的影響。 7) 對排氣效果的影響。 8) 對側(cè)向抽芯的影響。 從塑件結(jié)構(gòu)上我們不難看出在塑件內(nèi)側(cè)需要安裝滑塊,而在外觀上該塑件比較簡單,綜上述原則考慮分型面為雙分型,位置如圖2-1所示: 圖2-1分型面 3.1.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 該塑件外觀質(zhì)量要求較高,從該塑件的外部特征可以看出塑件是一個梯形蓋類零件,而內(nèi)部四周各有一個凸起的部位,因此對該塑件進行模塑成型時,采用整體式凸凹模,在型芯上開設(shè)斜導槽,讓滑塊在其定位從而起到成型內(nèi)部凸塊的目的。如圖3-1所示: 圖3-1凹凸模 分型面是分開模具取出塑件的面，是模具動、定模的分界面。分型面的形狀一般為平面，有時由于蘇建德結(jié)構(gòu)形狀較為特殊，需采用曲面分型。分型面的選擇應注意以下幾點: 不影響塑件外觀，尤其是對外觀有明確要求的制品，更應注意分型面對外觀的影響。 有利于保證塑件的精度要求。 有利于模具加工，特別是型腔的加工。 有利于澆注系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。 便于制品的脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。 不論分型面如何選擇，實際的模具結(jié)構(gòu)不外乎有如下3種情況： （1）型腔完全在動模一側(cè)。 （2）型腔完全在定模一側(cè)。 （3）型腔各有一部分在動、定模。 根據(jù)本課題中塑件的結(jié)構(gòu)特點，主分型面位置應采用第一種模具結(jié)構(gòu)方案。 3.1.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 排氣系統(tǒng)對確保制品成形質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，排氣方式有以下幾種： （1）利用排氣槽排氣。 （2）利用型芯、鑲件、推桿等的配合間隙排氣，利用分型面上的間隙排氣。 （3）有時為了防止制品在頂出時造成真空而變形，必須設(shè)進氣裝置。 在本課題中，由于塑件較小，排氣量小，塑件最后充滿的位置位于分型面上，因此采用分型面和推桿與推桿孔間的間隙排氣，即選用上面的第二種排氣方式。 3.2 型腔數(shù)與注塑機的確定 3.2.1 型腔數(shù)的確定 注塑模具型腔數(shù)的確定，與現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件質(zhì)量、塑件的幾何形狀（有無側(cè)向抽芯）、塑件成本及交貨期等因素有關(guān)。從經(jīng)濟的角度出發(fā)，訂貨量大時可選用大型機、多型腔模具、對于小型制件，型腔數(shù)量可由經(jīng)驗決定。當尺寸精度和重復性精度要求很高時，應盡量減少型腔的數(shù)目，在滿足其它要求的前提下盡量采用單型腔模具。對于本制品而言(塑件如下圖3-2所示），從外觀上看結(jié)構(gòu)簡單，形狀不大，但由于側(cè)面有孔且內(nèi)側(cè)有倒鉤，因此該制品的模具需要設(shè)計斜頂抽芯機構(gòu)，在這里我們可以采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)。在設(shè)計該制品模具的結(jié)構(gòu)的過程中，因為斜頂抽芯機構(gòu)的斜銷同時也作為頂出機構(gòu)用來將鑄件從型芯中推出，所以需要考慮到斜銷的角度大小，防止斜銷在將鑄件從型芯中推出之前就卡住鑄件中間圓臺部位，無法推出鑄件。 圖3-2 塑件圖 型腔數(shù)量確定之后，便于進行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯機構(gòu)的設(shè)計、鑲件及型芯的設(shè)計以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計。以上這些問題又與分型面及澆口的位置選擇有關(guān)，所以在具體設(shè)計過程中，要進行必要的調(diào)整，以達到比較完善的設(shè)計。 3.2.2 型腔的布置 型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯機構(gòu)的設(shè)計、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及模具在開合模時的受力平衡等問題，因此在設(shè)計中應根據(jù)各方面的情況進行綜合考慮，并在設(shè)計中進行必要的修改，以達到較完善的結(jié)果。在本設(shè)計中，由于塑件需要抽芯機構(gòu)，并且是一模一腔，著重考慮抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、模具在開合模時的受力平衡，因而采用型腔以模具中心旋轉(zhuǎn)對稱的方式布置。 3.2.3 注射機型號的確定 注射模是安裝在注射機上的工藝裝備,因此設(shè)計注射模時應該詳細了解注射機的技術(shù)規(guī)范,才能設(shè)計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式,在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外行尺寸的前提下,設(shè)計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大模最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機。 3.2.4 所需注射量的計算 （1） 塑件質(zhì)量、體積計算 對于該設(shè)計,用戶提供了塑件圖樣,據(jù)此建立模型并對此模型分析得: 塑件體積≈5.99 塑件質(zhì)量:≈=1.205.99≈7.2g （2） 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按塑件體積的0.6倍計算,由于該模具采用一模一腔,所以澆注系統(tǒng)凝料體積為 =0.6=3.59 （3） 該模具一次注射所需塑料PC 體積： cm 質(zhì)量: 3.2.5注射機型號的選定 近年來我國引進注射機型號很多,國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準備。在設(shè)計模具時,最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的<<注射機使用說明書>>上表明的技術(shù)參數(shù)。 根據(jù)以上的計算初步選定型號為SZ-60/40型臥式注射機,起主要技術(shù)參數(shù)如圖表3-1。 表3-1SZ-60/40型注射機主要技術(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)類型 臥 拉桿內(nèi)間距/㎜ 220300 螺桿長徑比 48 最大模具厚度/㎜ 250 理論容量/cm3 60 最小模具厚度/㎜ 150 模具定位孔直徑/㎜ 80 推出行程/㎜ 250 注射速率/(g/s) 70 頂出力/KN 27 塑化能力/(g/s) 35 頂出桿根數(shù) 1 額定注射壓力/MPa 180 螺桿直徑/㎜ 30 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 0～200 頂出中心直徑/㎜ 50 鎖模力/KN 400 噴 嘴 球半徑/㎜ 10 鎖摸形式 雙曲肘 孔直徑/㎜ 2.5 3.2.6 型腔數(shù)量及注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核 (1)型腔數(shù)量校核 　由注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 上式右邊≈61,符合要求。 K——注射機最大注射量的利用系數(shù),結(jié)晶型塑料一般取0.75; ——注射機允許的最大注射量； ——單個塑件的質(zhì)量和體積(g或),去≈7.2g； 　—— 澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量和體積(g或),?。?６。 (2) 注射機工藝參數(shù)的校核 1>注射量校核 注射量以容積表示,最大注射容積為 式中——模具型腔和流道的最大容積(); V——指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積(),該注射機為60; ——注射系數(shù),取0.75～0.85,無定型塑料可取0.85,結(jié)晶型塑料可取0.75,該處 取0.75。 因故符合要求。 2>最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力=180MPa(見上表),應該大于注射成型時所需調(diào)用的注射壓力,即 式中——安全系數(shù),常取=1.25～1.4。實際生產(chǎn)中,該塑件成型時所需注射壓力為70MPa～100MPa。代值計算,符合要求。 (3) 安裝尺寸校核 1>噴嘴尺寸 主流道小端直徑D大于注射機噴嘴d,通常為 D=d+(0.5～1)㎜ 對于該模具d=2.5㎜,取D=3.5㎜符合要求。 主流道入口的凹球面半徑應大于注射機噴嘴球半徑SR，通常為 =SR+（1～2）㎜ 對于該模具SR=10㎜，取=12㎜，符合要求。 定位圈尺寸 模具定位孔直徑為80㎜，查表定位圈為100㎜。 3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與論證 澆注系統(tǒng)設(shè)計是注塑模設(shè)計中的重要問題之一。澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機噴嘴流向型腔的通道，它向型腔中的傳質(zhì)、傳壓、傳熱情況決定著塑件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，它的布置和安排影響著塑件成型的難易程度和模具的復雜程度。對澆注系統(tǒng)設(shè)計的具體要求有： （1) 對模腔的填充迅速有序。 （2）可同時充滿各個型腔。 （3）對熱量和壓力損失較小。 （4）盡可能消耗較少的塑料。 （5）能夠使型腔順利排氣。 （6）澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離或切除。 （7）不會使冷料落入型腔。 （8）澆口痕跡對塑件外觀影響很小。 澆口系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井等四部分組成。 本論文設(shè)計中澆注系統(tǒng)設(shè)計如下圖3-4所示： 圖3-4 澆注系統(tǒng)圖 3.3.1 主流道設(shè)計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利的拔出。 （1） 主流道尺寸 1>主流道小端直徑 D=注射機噴嘴+(0.5～1) =2.5+(0.5～1),取D=3㎜。 2>主流道球面半徑 =注射機噴嘴球半徑+（1～2） =10+(1～2),取=12㎜。 3>球面配合高度 h=3㎜～5㎜,取h=4㎜。 4>主流道長度 盡量小于60㎜，由標準模架結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)，取 L=20+20=40㎜。 5>澆口套總長 =25+15+h=44㎜ （2）主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求嚴格，因而 模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。另外在設(shè)計上，考慮到塑件外觀有較高要求，所以在結(jié)構(gòu)形式上我把襯套分別設(shè)計在了定模板和凹模上，這樣流道凝料不能排除，但加熱系統(tǒng)可以再次加熱為下次充模做了準備，而在澆口形式我選擇的是點澆口（后面有述），可以使外觀更加美觀，不至于有太大的缺陷。如圖3-5所示： 圖3-5流道口 由于該模具主流道較長，定位圈和襯套設(shè)計成分體式較宜，其定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-6（見12頁）： 圖3-6定位圈結(jié)構(gòu)尺寸 3） 主流道襯套的固定 主流道襯套的固定形式如圖3-7： 圖3-7 1—主流道襯套；2—內(nèi)六角螺釘；3—定位圈；4—定模板 3.3.2 分流道設(shè)計 1、分流道設(shè)計的原則： （1）盡量保證各型腔同時充滿，并均衡補料。 （2）各型腔之間距離恰當，以保證排布冷卻水道、螺釘?shù)龋⒂凶銐蚪孛娣e承受注塑壓力。 （3）盡量縮短流道長度，降低澆注系統(tǒng)凝料重量。 （4）型腔和澆注系統(tǒng)投影面積的重心應盡量接近注塑機鎖模力的中心。 2、布置方式： 分流道的布置方式有兩種：平衡式與非平衡式。平衡式事指從主流道到各型腔的分流道，其長度、形狀、斷面尺寸都對應相等，優(yōu)點為生產(chǎn)地制品精度高，缺點是對應部位尺寸精度要求高。非平衡式事指主流道到各型腔的分流道不完全相同，優(yōu)點是可減少回頭料的重量，缺點是澆口設(shè)計較難，生產(chǎn)制品的精度低。 針對塑件的結(jié)構(gòu)特點，模具采用一模一腔平衡式布置。 3.3.3 澆口設(shè)計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。 （1）澆口類型及位置的確定 該模具是中小型塑件的單腔模具，同時從所提供的塑件圖樣中可以看出，在外表面中部開設(shè)澆口比較合適。這類澆口加工容易，修整方便，普遍用于中小型塑件的模具。 （2） 澆口結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗計算 由于澆口的種類較多，現(xiàn)將常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)列于下表3-2： 表3-2澆口的推薦尺寸 塑件壁厚/㎜ 澆口尺寸/㎜ 澆口長度/mm 深度h 寬度w <0.8 0～0.5 0～1.0 1.0 0.8～2.4 0.5～1.5 0.8～2.4 2.4～3.2 1.5～2.2 2.4～3.3 3.2～6.4 2.2～2.4 3.3～6.4 綜上得澆口尺寸： 深度：h=1.0mm 寬度：w=1.5mm 長度：=1.0mm 澆口尺寸的實際應用效果如何，應在試模中檢驗與改進。 3.3.4 冷料井和拉料桿的設(shè)計 冷料井位于主流道末端、模具的動模邊，主要起儲存冷料的作用，其徑向尺寸略大于或等于主流道大端尺寸。冷料井與拉料桿的配合還可起到脫出澆注系統(tǒng)凝料的作用。由于本模具擬采用推桿脫模，因此選用Z型拉料桿與其相配。 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計與論證 3.4.1 基本功能 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)應具備以下基本功能： 1、能夠保證在不引起塑件變形的情況下準確抽芯和分型。 2、運動靈活，動作可靠，無過分磨損現(xiàn)象。 3、具有必要的強度和剛度。 4、配合間隙和拼縫線不溢料。 以上幾點可以保證塑件必要的尺寸精度和模具具有較長工作壽命。此外，側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)比較復雜，設(shè)計時應綜合考慮制造和裝配等方面的問題。 3.4.2 側(cè)向分型與抽芯的結(jié)構(gòu)形式 觀察塑件的結(jié)構(gòu)可以看出，塑件的成型難點在于塑件矩形截面的孔的成型。該處的成型方法有兩種：一種是用矩形截面的側(cè)向抽芯與上、下模的配合來成型，采用此結(jié)構(gòu)，側(cè)向抽芯的距離很長，需要注塑機有較大的開模行程，需選用較大的注塑機，模具尺寸也較大；一種是中部采用上、下模的配合成型，兩邊采用側(cè)向抽芯，側(cè)向抽芯的距離較短，可選用較小的注塑機，模具尺寸也較小，但需雙向側(cè)抽。從塑件的精度要求、設(shè)備的選用、模具加工等方面考慮，采用第二種方案較合理。 側(cè)向分型與抽芯的形式很多，按動力源可分為手動、機動、液壓或氣動分型抽芯。對于機動，又可按抽拔力與抽拔距的不同分為彈簧、斜銷、彎銷、斜導槽、斜滑塊、斜槽、齒輪齒條方式等。根據(jù)塑件側(cè)抽所需的抽拔力與抽拔距，結(jié)合各種抽芯機構(gòu)的特點，本設(shè)計采用斜銷抽芯機構(gòu)。 3.4.3 斜導桿的組合形式 設(shè)計其組合方式應考慮分型與抽芯方向的要求，并保證塑件具有較好的外觀質(zhì)量，另外，還應是推桿的組合部分具有足夠的強度。該模具使用的是拼裝式組合。制品內(nèi)側(cè)的凸起由斜導桿的頭部成型，所以該結(jié)構(gòu)的導桿和滑塊合為一體。在型芯上開有斜導槽，滑座固定在推桿固定板上。斜導桿可在型芯的斜導槽內(nèi)移動，滑座的上半部分是圓弧形槽，下部是T形槽和螺釘孔，斜導桿的另一端通過圓弧形槽擺動，保證不致卡死。 3.4.4 抽拔力和抽芯距的計算 抽出側(cè)向型芯或分離側(cè)向凹模所需的力稱為抽拔力，抽拔力的計算與脫模力的計算相同。在本設(shè)計中由于塑件的結(jié)構(gòu)使得模具采用雙向抽芯，且兩側(cè)所需的抽拔力不同。 1、抽拔力的計算。由于圓形孔為盲孔，側(cè)抽時需克服大氣壓力造成的阻力，因此其側(cè)抽阻力為： 式中：——制品對型芯包緊的脫模阻力（N）； ——使封閉殼體脫?？朔恼婵瘴Γ∟）,=0.1A,這里0.1的單位為MPa，A為型芯的橫截面面積（㎜）。 在脫模力計算中，將λ=/t≧10的制品視為薄壁制品；反之，視為厚壁制品。t為制品壁厚（mm），為型芯的平均半徑（mm）。本設(shè)計中側(cè)向抽芯有厚壁矩形和厚壁圓形兩種，故制品對型芯包緊的脫模阻力計算公式如下： 厚壁圓形制品： =2π??E?ε?h?/(1+μ+K)cos 厚壁矩形制品： =2?（l+b）E?ε?h?/(1+μ+K)cos 式中：E——塑料的拉伸彈性模量（MPa），ABS的E為1.91～1.98GPa； ε——塑料的平均收縮率，ABS的ε為(0.4～0.7)%；取ε=0.5%； μ——塑料的泊松比，ABS的μ取0.3； ——型芯的脫模斜度，取0.5； h——型芯脫模方向高度（mm）； l，b——矩形型芯斷面的兩邊長度（mm）； ——脫模斜度修正系數(shù)，其計算式為 =(fcos-sin)/（1+fcossin） f——制品與鋼材表面之間的靜摩擦系數(shù)，ABS的f取0.45； K——厚壁制品的計算系數(shù)，其計算式為 K=2/（cos+2cos） ——比例系數(shù)，=/t； ——型芯的平均半徑（mm），對于矩形型芯，=(l+b)/π； t——制品厚度。 厚壁圓形件： =2π31.945100.5%80.45/（1+0.3+1.125） =272.1N 厚壁矩形件： =2（4+4）1.945100.5%120.45/（1+0.3+1.125） =189.9N 側(cè)向總抽拔力：=2(272.1+189.9+0.17.07)=462.7N 2、抽芯距的計算。將側(cè)向型芯或滑塊從成型位置抽拔或分開至不妨礙制品脫模的距離稱為抽拔距。一般抽拔距取側(cè)孔深度加上2～3mm。 =+3mm=12+3=15mm 式中：——臨界抽芯距。 3.5 成型部分的設(shè)計與論證 塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔和底版厚度過小，可能因強度不夠而產(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，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度的計算來確定型腔壁厚，尤其對于重要的精度要求高或大型模具的型腔，更不的能單純憑經(jīng)驗拉確定型腔壁厚和底版厚度。 其總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3-8所示： 1—凹模板；2—塑件；3—斜導桿（滑塊）；4—凸模固定板 圖3-8 3.5.1 型腔工作尺寸的計算 其型腔結(jié)構(gòu)如下圖3-9所示： 圖3-9 盒蓋注塑模的型腔 主要工作尺寸如下圖3-10： 圖3-10 由于設(shè)計題目未給明尺寸公差，考慮凹模制造相對困難，故選擇IT4級，經(jīng)查表得：；=0.84；；=0.40。 ～之間，當尺寸較大，精度較低時，則=1/2；當塑件尺寸較小，精度較高時，=3/4。 （1） 型腔徑向尺寸。 取3/4，根據(jù)公式得： =校核： （0.8-0.5)%60+0.25+0.13=0.56<0.76(等式成立)。 校核： （0.8-0.5)%70+0.28+0.14=0.63<0.84(等式成立)。 （2） 型腔深度尺寸 取2/3，根據(jù)公式得： = 校核： （等式成立）。 = 校核： (0.8-0.5)%9+0.13+0.067=0.22<0.4(等式成立)。 3.5.2型芯工作尺寸的計算 其型芯如下圖3-11所示 圖3-11 盒蓋注塑模的型芯 主要工作尺寸如下圖3-12： 圖3-12 由于設(shè)計題目未給明尺寸公差，考慮凸模制造相對容易，故選擇IT3級，經(jīng)查表得：；；之間。 （1）型芯徑向尺寸。 取3/4，根據(jù)公式得： 校核： (0.8-0.5)%57+0.2+0.1=0.47<0.6(等式成立)。 （2） 型芯高度尺寸 取2/3，根據(jù)公式得： 校核： (0.8-0.5)%7.5+0.12+0.06=0.2<0.36(等式成立)。 3.5.3 滑塊工作尺寸的計算 其滑塊主要工作尺寸如圖3-13： 圖3-13 由于設(shè)計題目未給明尺寸公差，公差等級IT4級，經(jīng)查表得： 。 之間。取3/4，根據(jù)公式得： （經(jīng)校核，等式成立）。 （經(jīng)校核，等式成立）。 （經(jīng)校核，等式成立）。 3.5.4 模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算 模具型腔側(cè)壁和底板均應有足夠的厚度，厚度過薄將會導致模具的剛度不足或強度不夠。一般情況下，對于大、中型模具，剛度不組是主要矛盾，對于小型模具，強度問題更為重要。 強度不夠會使模具發(fā)生塑性變形甚至斷裂，而剛度不足將使模具產(chǎn)生過大的彈性變形，導致型腔尺寸擴大并產(chǎn)生溢料的間隙。當變形量大于塑件收縮量時，塑件成型后的彈性恢復會使凹模緊緊包住塑件而造成脫模困難，因此需要對模具強度或剛度進行核算，尤其是大型模具。 由于該模具為小型模具，故對其按強度條件進行計算，其公式如下： =4.72≈5㎜ 式中 —側(cè)壁厚度㎜； —型腔深度，取9mm； —L/h,型腔長度和深度之比后的系數(shù)，查表取2.105； —模腔壓力(MPa),一般為30～50MPa,取50MPa ； —材料的許用應力（MPa）,取300MPa； =20.59≈21㎜ 式中 —底版厚度㎜； —凹模型腔的矩形短邊尺寸或其底面的受壓寬度，為51㎜； —L/b,型腔長度和寬度之比后的系數(shù)，查表取0.4356； 3.6 合模導向定位機構(gòu)零部件設(shè)計 導向機構(gòu)對于塑料模具事必不可少的部件，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須要有導向機構(gòu)。導向機構(gòu)主要起導向、定位作用，并承受一定的側(cè)壓力。導向機構(gòu)的類型有導柱導向和錐面定位兩種形式。 當采用標準模架式，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設(shè)計人員只要按模架規(guī)格選用，根據(jù)塑件高度確定其長度即可；若需精密定位，設(shè)計人員需自行設(shè)計。 3.7 脫模機構(gòu)設(shè)計 由于塑件成型后對動模邊的型芯沒有形成環(huán)形封閉的包圍，推出塑件的主要阻力為塑件與型芯表面的粘附力?？紤]塑件的脫模斜度與塑件上表面為一平面，因此采用4根直徑為6mm的推桿就足可以將塑件推出。 3.8 冷卻系統(tǒng)的計算 ①求塑件在固化時每小時釋放的熱量 查表得PC單位質(zhì)量放出的熱量=，取=，故Q=W= 式中W—單位時間內(nèi)（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（kJ/min）,該模具每分鐘注射兩次，所以 ②求冷卻水的體積流量 由式得 式中 —冷卻水的密度，為110； —冷卻水的比熱容，為4.187Kg/; —冷卻水出口溫度，取25； —冷卻水入口的溫度，取20。 ③求冷卻水管道直徑d 查參考文獻，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=8mm. ④求冷卻水在管道內(nèi)的流速 有參考文獻得公式： ⑤求冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)h 查參考文獻，取=6.84(水溫為25)，再有參考文獻得公式： ⑥求冷卻管道總傳熱面積A 由參考文獻得公式： 式中— 模具溫度與冷卻水溫之間的平均溫差（），模具溫度取65。 ⑦求模具上應開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù) 由參考文獻得公式： 式中L—斜導桿長度，為170mm。 因此總水道為一孔。 第四章 模具裝配圖與零件圖的繪制及CAM設(shè)計 4.1 模具裝配圖的繪制 模具裝配圖用來表達模具整體結(jié)構(gòu)、外形尺寸、模具各零件間的裝配關(guān)系，是指導模具裝配、檢驗、維修等工作地技術(shù)文件。 本課題中，盒蓋注塑模的總裝配圖如下： 圖4-1總裝配圖 工作原理：塑件四側(cè)有內(nèi)凸起塊，本設(shè)計采用斜導桿抽出機構(gòu)進行抽芯。開模時，注射機拉動動模后退，此時因彈簧力的作用使得A-A分型面打開，彈簧力消失時，模具繼續(xù)后退，則B-B分型面打開。當模具推板與機床頂桿接觸時，迫使推板向前運動，斜導桿向內(nèi)移出抽出塑件。閉模時由復位桿對斜導桿進行復位。 裝配圖常采用1：1的比例，其視圖至少應有主視圖與側(cè)（俯）視圖。主視圖為模具在注射機上的安裝方位的剖視圖，在此視圖上通常以階梯剖的形式表示出模具的成型機理、模具的成型零件與結(jié)構(gòu)零部件。當模具復雜而難以在此視圖上將成型機理或零部件表達清楚時，應另加其它視圖或局部視圖。側(cè)（俯）視圖則為打開模具、取出塑件的動模視圖，當模具為雙分型面模具時，則應將兩分型面各畫一半。模具裝配圖的設(shè)計過程通常包括以下幾個階段： （1）根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點與精度要求等確定模具的分型面及型腔數(shù)。 （2）根據(jù)模具各部分的結(jié)構(gòu)與相關(guān)尺寸的計算，確定模具各零件的相對位置與尺寸。 （3）根據(jù)各零件的裝配關(guān)系與需表達的成型機理，確定模具剖切位置，繪制主視圖及其它視圖。 （4）標注模具三維尺寸、配合尺寸與零件號。 （5）編寫技術(shù)要求。技術(shù)要求一般包括某些系統(tǒng)的性能要求（如頂出機構(gòu)、側(cè)抽芯機構(gòu)等），裝配工藝要求（如裝配后分型面貼合間隙的大小、上下面的平行度、需由裝配確定的尺寸要求等），使用與裝拆注意事項以及檢驗、試模、維修、保管等。 （6）編寫標題欄與零件明細表。 （7）在裝配圖中插入塑件圖。 4.2 模具零件圖的繪制 零件圖是在裝配圖的基礎(chǔ)上繪制的，它是零件制造與檢驗的依據(jù)，因此在繪制零件圖時都應該注意做到以下幾點： （1）凡需自制的零件都應畫出單獨的零件圖。 （2）圖形盡可能按1:1的比例畫出，但允許放大或縮小。要做到視圖選擇合理，投影正確，布置得當。 （3）統(tǒng)一考慮尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度的標注方法與位置，避免擁擠與干涉，做到正確、完整、有序，可將用得最多的一種粗糙度以“其余”的形式標于圖紙的右上角。 （4）零件圖的編號應與裝配圖中的序號一致，便于查對。 （5）編寫技術(shù)要求，填寫標題欄。 4.3 盒蓋注塑模的CAM設(shè)計 盒蓋注塑模的CAM設(shè)計加工程序如下： N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X0.1774 Y-0.4027 S0 M03 N0050 G43 Z0.1181 H00 N0060 G1 X0.1353 Y-0.4754 Z0.0956 F9.8 M08 N0070 X0.0931 Y-0.5717 Z0.0674 N0080 X0.0644 Y-0.6618 Z0.0421 N0090 X0.0414 Y-0.7785 Z0.0102 N0100 X0.0332 Y-0.8971 Z-0.0216 N0110 X0.0353 Y-0.9443 Z-0.0343 N0120 G2 X0.0788 Y-0.6168 I0.944 J0.0414 N0130 G1 X0.0037 Y-0.5929 N0140 X0.0016 Y-0.2402 ……………………… ……………………… ……………………… N3880 X0.8257 N3890 G3 X0.8449 Y-0.7159 I-0.0036 J0.0236 N3900 X1.0428 Y-0.374 I-0.9279 J0.7654 N3910 X0.9409 Y0.5828 I-1.0385 J0.3732 N3920 X0.8449 Y0.7169 I-1.2579 J-0.7993 N3930 X00.8257 Y0.7323 I-0.0257 J-0.0123 N3940 G1 X-0.8257 N3950 G3 X-0.8449 Y0.7159 I0.0036 J-0.0236 N3960 X-1.0428 Y0.374 I0.9279 J-0.7654 N3970 X-0.8314 Y-0.7305 I1.0399 J-0.3734 N3980 G1 X-0.8257 Y-0.7323 N3990 X0.6484 N4000 G3 X0.8746 Y-0.6142 I0.0 J0.2756 N4010 G0 Z0.1181 N4020 M02 第五章 總結(jié) 本次課程設(shè)計為期三個月，在寫總結(jié)之時回首這一個學期的點點滴滴，既有憂愁，也有喜悅，但不論如何，有一點是肯定的，那就是我在這次畢業(yè)設(shè)計中收獲了很多，特別是懂得了整個畢業(yè)設(shè)計的過程。這整個過程對我自己以后解決分析問題有很大的幫助！ 這次的課程設(shè)計不同于以往，這次畢業(yè)設(shè)主要依靠自己解決遇到的問題，而且沒有以往課程設(shè)計類似的模板，所以這這一次很鍛煉能力的設(shè)計。每當我們遇到難題時，我們