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本 科 畢 業(yè) 論 文 第 32 頁(yè) 共 32 頁(yè)
1 引言
1.1 塑料模具的現(xiàn)狀及發(fā)展
1.1.1國(guó)內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展及目前水平
模具工業(yè)地位很重要，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車等工業(yè)都需要大量的模具。最近幾年我國(guó)每年進(jìn)口10億美元左右的模具。我國(guó)石油工業(yè)一年生產(chǎn)500多萬(wàn)噸聚乙烯、聚丙烯和其他合成樹脂，很大一部分需要塑料模具成型，做成制品，才能用于生產(chǎn)和生活的消費(fèi)。模具工業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。用信息化技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的制造技術(shù)水平，是推動(dòng)模具工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要環(huán)節(jié)。CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用，快速成型制造技術(shù)的應(yīng)用，使模具的設(shè)計(jì)制造水平發(fā)生了重大的變革[1]。
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 被稱為“工業(yè)之母”。75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件50%的精加工零件由模具成型絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，模具涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。中國(guó)的模具工業(yè)正步入了高速發(fā)展時(shí)期，但存在的問(wèn)題仍不少。
十五期間，我國(guó)模具工業(yè)的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展年增長(zhǎng)速度達(dá)到20%據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約50多萬(wàn)人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭模具企業(yè)總體上訂單充足，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億美元，出口模具4.91億美元，比2003年增長(zhǎng)18%、32.4%和45.9%，進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國(guó)家。
目前我國(guó)的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類，即專業(yè)模具廠，專門生產(chǎn)模具外供；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第二類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。
雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)去10多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、產(chǎn)品質(zhì)量不高2、標(biāo)準(zhǔn)化水平不高3、缺乏相關(guān)人才4、受到外資的挑戰(zhàn) 5、CAD/CAE/CAM技術(shù)剛起步6、缺乏自有品牌。
1.1.2 中國(guó)塑料模具行業(yè)和國(guó)外先進(jìn)水平相比，主要存在以下問(wèn)題
(1) 產(chǎn)品質(zhì)量不高，發(fā)展水平有差異。雖然個(gè)別企業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，但總體來(lái)看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產(chǎn)周期、壽命等指標(biāo)與國(guó)外先進(jìn)水平相比尚有較大差距。包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有10年以上的差距。
(2) 供需關(guān)系緊張。近幾年，國(guó)產(chǎn)塑料模具國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滿足率一直不足74%，其中大型、精密、長(zhǎng)壽命模具滿足率更低，估計(jì)不足60%。同時(shí)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具正在加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，國(guó)際采購(gòu)越來(lái)越多，國(guó)際市場(chǎng)前景看好。市場(chǎng)需求旺盛，生產(chǎn)發(fā)展一時(shí)還難以跟上，供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)一段時(shí)間
(3) 裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差。雖然部分企業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)改造，工藝裝備水平已經(jīng)比較先進(jìn)，有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國(guó)外，但大部分企業(yè)的工藝裝備仍比較落后。更主要的是，企業(yè)組織協(xié)調(diào)能力差，難以整合或調(diào)動(dòng)社會(huì)資源為我所用，從而就難以承接比較大的項(xiàng)目。
(4) 普遍創(chuàng)新能力不足。一方面是技術(shù)人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開(kāi)發(fā)投入少；更重要的是觀念落后，對(duì)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)不夠重視。模具企業(yè)不但要重視模具的開(kāi)發(fā)，同時(shí)也要重視產(chǎn)品的創(chuàng)新[2]。
1.1.3塑料模具工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展十分重視。國(guó)務(wù)院于1989年3月頒布的《關(guān)于當(dāng)前國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，將模具技術(shù)的發(fā)展作為機(jī)械行業(yè)的首要任務(wù)?，F(xiàn)在，我國(guó)的模具工業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，全國(guó)已有數(shù)以千計(jì)的模具專業(yè)生產(chǎn)廠和模具生產(chǎn)點(diǎn)，還有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的小型模具企業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展方向很多，但主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1) 協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)將成為模具設(shè)計(jì)的主要方向
制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內(nèi)產(chǎn)品銷售、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和模具制造分工更明確。為了縮短產(chǎn)品上市周期，使模具設(shè)計(jì)充分理解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意圖，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，模具設(shè)計(jì)即同時(shí)開(kāi)始，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師和模具設(shè)計(jì)工程師需盡早進(jìn)入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)狀態(tài)。另外，模具制造廠家所需要的模具標(biāo)準(zhǔn)件一般都由模具標(biāo)準(zhǔn)廠家提供，最好在模具設(shè)計(jì)階段就參照各類標(biāo)準(zhǔn) ,充分利用模具標(biāo)準(zhǔn)件廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于在制造流程中各個(gè)環(huán)節(jié)所采用的CAD系統(tǒng)可能不一定相同，這就要求未來(lái)的 CAD系統(tǒng)要具備協(xié)同的能力。對(duì)上下游的數(shù)據(jù)要能夠隨時(shí)交換，對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)彼此能夠處理，數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理也需要標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)楫a(chǎn)品需要?jiǎng)?chuàng)新。因此，模具設(shè)計(jì)也需要能夠體現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，如在逆向工程中更重要的是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的外觀進(jìn)行創(chuàng)新再設(shè)計(jì)。
(2) 模具制造信息將更加豐富，制造過(guò)程將更有效
目前，模具制造廠已經(jīng)較廣泛地采用了數(shù)控加工。為了保證加工質(zhì)量、提高加工效率、改進(jìn)制造流程，有較多的模具制造廠開(kāi)始使用多坐標(biāo)數(shù)控加工、高速銑削加工及基于快速原型的模具制造等方法。由于制造設(shè)備的豐富，制造信息的增加，我們將看到，今后的制造信息將不僅僅是只提供數(shù)控編程加工的 G代碼，更重要的是，從設(shè)計(jì)開(kāi)始，將進(jìn)行制造過(guò)程的設(shè)計(jì)，即提供模具制造的工藝流程，不僅包含工藝表格、加工參數(shù)，還包括模具加工的卡具設(shè)計(jì)、加工的裝卡過(guò)程及各工序的 G代碼，并且在各部分工序過(guò)程均有仿真，還可以在網(wǎng)絡(luò)上共享。CAM 將充分利用網(wǎng)絡(luò)及仿真等技術(shù)，通過(guò)合理地規(guī)劃制造過(guò)程，有效地組合機(jī)床、刀具和人的經(jīng)驗(yàn)，使企業(yè)發(fā)揮更大的潛力，取得最大的效益。
(3) 激光技術(shù)的應(yīng)用日益受到重視
激光技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用主要是在快速成形與一些特殊模具的加工兩個(gè)方面?？焖俪尚问歉鶕?jù) CAD的數(shù)據(jù) ,不借助任何機(jī)械加工工具 ,通過(guò)逐層增加材料的方法，如：聚合、粘結(jié)、燒結(jié)等 快速制造出零件原型或零件實(shí)物，故也稱快速原形制造，縮寫為 PRM 技術(shù)。快速成形技術(shù)主要有立體光固造型 SLA，選擇性激光燒結(jié) SLS，分層實(shí)體制造LOM 等 . 該技術(shù)將 CAD技術(shù)、激光技術(shù)、CNC技術(shù)、材料加工和材料科學(xué)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，給模具制造業(yè)帶來(lái)了根本性的變革。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造相比，它能比數(shù)控加工更快、更方便地設(shè)計(jì)并制造出各種復(fù)雜的原型，使模具的制造成本和生產(chǎn)周期減少1/2， 明顯提高生產(chǎn)率。國(guó)內(nèi)的一些大型企業(yè)集團(tuán)，如海爾、春蘭和科龍等公司已經(jīng)應(yīng)用激光快速成形于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。激光技術(shù)應(yīng)用于模具制造方面主要有激光切割、打孔及打標(biāo)、刻花與刻字等方面，如用于深孔、型孔、中空體以及復(fù)雜的冷卻水道加工等；在金剛石拉絲模和噴絲板本身的小孔加工中，傳統(tǒng)方法是在細(xì)鎢棒上粘金剛石粉進(jìn)行旋轉(zhuǎn)研磨打孔，加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 10h～25h，而若采用多脈沖激光打孔，幾分鐘即可完成。采用激光打標(biāo)、刻花和刻字，不僅速度快、成本低，而且克服了沖頭作用模具表面時(shí)常見(jiàn)的毛邊、尖銳的邊緣畸變。
(4) 模具 CAD技術(shù)應(yīng)用的ASP模式，將成為發(fā)展方向
由于今天模具行業(yè)實(shí)際上已經(jīng)成為高技術(shù)最密集的行業(yè)，任何企業(yè)要擁有全部最新出現(xiàn)的技術(shù)，成本將非常高，而且還要培養(yǎng)并且留住掌握這些技術(shù)的人才也會(huì)非常困難。因此，將出現(xiàn)模具 CAD應(yīng)用的ASP模式，即產(chǎn)生各種專門技術(shù)的應(yīng)用服務(wù)單位，為模具企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)，整個(gè)社會(huì)是一個(gè)大的模具制造企業(yè)，按照價(jià)值鏈和制造流程分工，將制造資源最優(yōu)發(fā)揮，應(yīng)用服務(wù)包括如逆向設(shè)計(jì)、快速原型制造、數(shù)控加工外包、模具設(shè)計(jì)、模具成型過(guò)程分析等[3]。
1.2 塑料注射模具的設(shè)計(jì)步驟
1.2.1 塑料件的工藝性分析
本課題是對(duì)旋鈕零件的注射模設(shè)計(jì)。首先對(duì)旋鈕零件進(jìn)行測(cè)繪，并對(duì)塑件的使用性能和結(jié)構(gòu)要求有一個(gè)基本的了解。看塑件的結(jié)構(gòu)是否滿足塑件結(jié)構(gòu)的工藝性能。工件三維圖如圖1.1。
圖 1.1 旋鈕零件三維圖
1.2.2 旋鈕零件材料的選擇
塑料材料的相對(duì)密度在0.83g/cm3～2.2 g/cm3范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當(dāng)密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強(qiáng)度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能[4]。
旋鈕零件選擇的材料為聚苯乙烯(PS)。苯乙烯在常溫下成白色蠟狀半透明顆粒，柔而韌，易變形，無(wú)毒。他密度小，耐熱氧化性能好。聚乙烯成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，且價(jià)格便宜。
1.2.3 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計(jì)應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個(gè)重要部分：
(1) 成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
(2) 確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時(shí)物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
(3) 確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時(shí)和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤考慮設(shè)計(jì)。
(4) 選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機(jī)并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。成型設(shè)備有兩個(gè)重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個(gè)是最大投影面積。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。
(5) 側(cè)抽機(jī)構(gòu)的確定：根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽或孔及螺紋結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
(6) 頂出機(jī)構(gòu)的確定：定模動(dòng)模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動(dòng)作。塑件落在動(dòng)模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，礙，折實(shí)頂出機(jī)構(gòu)在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動(dòng)下將成型塑件從動(dòng)模中頂出。
(7) 確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個(gè)模具都必須盡可能好的設(shè)計(jì)溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對(duì)冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
(8)確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過(guò)以上問(wèn)題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，這時(shí)應(yīng)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。
1.2.4 對(duì)零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開(kāi)始對(duì)各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1:1的比例畫出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對(duì)模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。主要零件繪制完成，對(duì)裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問(wèn)題會(huì)充分暴露出來(lái)，經(jīng)過(guò)改正修訂后，描清并正式編號(hào)，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求
本課題是旋鈕零件注射模的設(shè)計(jì)。要求對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。旋鈕零件注射模要求一模兩件，并能自動(dòng)脫模，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2 方案分析與設(shè)計(jì)
2.1注射模方案
方案為通過(guò)斜導(dǎo)柱抽芯分型的注射模，如圖2.1所示。側(cè)成型芯5是帶斜度的瓣式結(jié)構(gòu)，安裝在滑塊9內(nèi)，鎖緊塊10的研合起鎖緊作用。開(kāi)模時(shí)，首先從A處分型，側(cè)成型芯脫離鎖緊套，主流道凝料也從澆口1中脫出。當(dāng)動(dòng)模部分退到注射機(jī)頂桿的位置時(shí)，頂桿4 頂動(dòng)工件，在塑件脫離型芯5的同時(shí)，斜導(dǎo)柱14與側(cè)成型芯8做相對(duì)位移，從而驅(qū)動(dòng)側(cè)成型芯沿導(dǎo)滑槽做側(cè)抽芯外移，并由導(dǎo)滑槽將塑件頂出型芯。
圖2.1 注射模方案一
3 旋鈕零件注射模的詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1 塑料注射成型機(jī)的選擇
3.1.1 注射機(jī)分類
(1) 注射機(jī)按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種[6]。
3.1 注射機(jī)結(jié)構(gòu)
(a) 立式注射機(jī)
注射裝置與鎖模機(jī)構(gòu)的軸線呈一直線垂直排列。
優(yōu)點(diǎn):占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。
缺點(diǎn):重心高，加料困難;推出的塑件要由手工取出，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，容積較小。
(b) 臥式注射機(jī)
注射裝置與鎖模裝置的軸線呈一直線水平排列，使用廣泛。
優(yōu)點(diǎn):重心低，穩(wěn)定；加料、操作及維修方便；塑件可自行脫落，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
缺點(diǎn):模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機(jī)器占地較大。
(c) 角式注射機(jī)
注射裝置與鎖模裝置的軸線相互垂直排列。
優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)介于立式注射機(jī)和臥式注射機(jī)之間。
特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。
(2) 注射機(jī)按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。
(a) 柱塞式注射機(jī)
注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當(dāng)其后退時(shí)物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進(jìn)，原料通過(guò)料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進(jìn)一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機(jī)，注射量小于30g～60g，不易成形流動(dòng)性差、熱敏性強(qiáng)的塑料[7]。
(b) 螺桿式注射機(jī)
螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實(shí)、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當(dāng)積存的熔體達(dá)到預(yù)定的注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在液壓缸的推動(dòng)下，將熔體注入模具。臥式注射機(jī)多為螺桿式。
(3) 注射機(jī)規(guī)格及主要參數(shù)
目前，在注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)中，有用注射量為主參數(shù)的，也有用合模力為主參數(shù)的，但大多以注射量合模力來(lái)表示注射機(jī)的主要特征。
國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有輕工部標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 。注射機(jī)型號(hào)中的字母S表示塑料機(jī)械，Z表示注射機(jī)，X表示成形，Y表示螺桿式(無(wú)Y表示柱塞式)等。
3.1.2 注射機(jī)的選用
注射機(jī)的選用包括兩方面的內(nèi)容: 一是確定注射機(jī)的型號(hào)，使塑料、塑件、注射模及注射工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)在所選注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；一是調(diào)整注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需要的參數(shù)[8]。
(1) 注射機(jī)類型的選擇
根據(jù)塑料的品種、塑件的結(jié)構(gòu)、成形方法、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有設(shè)備及注射工藝等進(jìn)行選擇。
(2) 注射機(jī)規(guī)格的初選
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和注射模的大小，先預(yù)選注射機(jī)的型號(hào)，之后要進(jìn)行以下的校核。
(3) 注射機(jī)參數(shù)的校核
(a) 最大注射量的校核
塑件連同凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應(yīng)大于注射機(jī)公稱注射量的80%，注射機(jī)多以公稱容量來(lái)表示。
(b) 注射壓力的校核
注射機(jī)的公稱注射壓力要大于成形的壓力。
(c) 鎖模力的校核
由于高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)軸向的很大的推力，這個(gè)力應(yīng)小于注射機(jī)的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
(d) 安裝部分的尺寸校核
應(yīng)校核的尺寸包括噴嘴、定位圈、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔。
注射機(jī)的噴嘴頭部的球面半徑R1應(yīng)與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從狹縫處溢出。R2一般應(yīng)比R1大1mm～2mm，否則主流道內(nèi)的塑料凝料無(wú)法脫出。為了使模具的主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位圈或主流道襯套與定位圈的整體式結(jié)構(gòu)的外尺寸d應(yīng)與注射機(jī)固定模板上的定位孔呈較松動(dòng)的間隙配合。
注射模具的動(dòng)模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動(dòng)模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定。
注射機(jī)的開(kāi)模行程是有限制的，塑件從模具中取出時(shí)所需的開(kāi)模距離必須小于注射機(jī)的最大開(kāi)模距離，否則塑件無(wú)法從模具中取出。開(kāi)模距離一般可分為兩種情況:一是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開(kāi)模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開(kāi)模行程與模具厚度無(wú)關(guān)；二是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開(kāi)模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開(kāi)模行程與模具厚度有關(guān)。
3.1.3 注射成型機(jī)的計(jì)算
(1) 注射容量
國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射聚乙烯時(shí)在對(duì)空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。由于聚苯乙烯的密度為1.304 g/cm3～1.06 g/cm3，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實(shí)際中為便于計(jì)算，有時(shí)還沿用過(guò)去的習(xí)慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計(jì)量[9]。
注射容量是選擇注射機(jī)的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個(gè)塑件的體積（質(zhì)量）和模孔數(shù)量就可以大體上計(jì)算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vz—注射機(jī)最大注射容量，cm3 ；
估算：Vm=0.625×3.14×27×0.8×2=84.78 cm3
(2) 最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具在分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說(shuō)在模具設(shè)計(jì)時(shí)，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)才能正常可靠的注射[10]。
S=2×（2×3.14×1.8+2×3.14×1.6）=42.8 cm3
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
(3) 模具的閉合高度
注射機(jī)動(dòng)壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個(gè)固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對(duì)于所用的注射機(jī)來(lái)說(shuō)，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機(jī)允許的最小厚度，mm；
H—注射機(jī)的實(shí)際閉合高度，mm；
H大—注射機(jī)允許的最大厚度，mm；
H=20+16+16+32+16+50+20=170 mm；
(4) 定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機(jī)定壓板的定位對(duì)中位置，應(yīng)與注射機(jī)的定位孔采取動(dòng)配合的連接形式，以保證模具體對(duì)中。
(5) 模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機(jī)的壓板尺寸和拉桿的間距，因?yàn)榇俗⑸淠５淖铋L(zhǎng)的邊不應(yīng)超過(guò)壓板尺寸，而模具的最短邊應(yīng)小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機(jī)，并應(yīng)留有固定模體的壓緊空間。同時(shí)，注射模動(dòng)、定模上的緊固螺栓孔，也應(yīng)與注射機(jī)壓板上的標(biāo)準(zhǔn)螺孔一致。
(6) 模具的頂出
注射機(jī)的頂出裝置通常有中心頂桿頂出、兩側(cè)頂桿頂出以及液壓頂出幾種形式。應(yīng)在動(dòng)模座板與注射機(jī)頂出位置相對(duì)的位置上，設(shè)置稍大于注射機(jī)頂桿的通孔，以便于注射機(jī)頂桿通過(guò)。
綜合考慮上述條件，選擇注射機(jī)型號(hào)XS-ZY-125
3．2 注射模具分型面的選擇
3．2．1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面[14]。
3．2．2分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：
(1) 盡量使塑件開(kāi)模時(shí)留在動(dòng)模一側(cè)；
(2) 分型面應(yīng)有利于排氣；
(3) 保證塑件外觀質(zhì)量要求；
(4) 有利于塑件分型和抽芯動(dòng)作；
(5) 有利于塑件脫模；
(6) 考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；
3．2．3 分型面的選擇
根據(jù)分型面的選擇原則：
（1）便于塑件脫模；
（2）在開(kāi)模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模；
（3）外觀不遭到損壞；
（4）有利于排氣和模具的加工方便。
結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),分型面確定在塑件的最大投影面積上。如圖3.2所示。
圖3.2 分型面的位置
3．3 注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3．3．1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
模具的澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口及冷料穴，它是將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以采用一模多腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則：
(1) 型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象；
(2) 型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸；
(3) 系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少?gòu)澱?，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小；
(4) 對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置；
(5) 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量；
(6) 澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀；
(7) 合理設(shè)計(jì)冷卻穴；
3.3.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
主流道是熔融塑料由注射機(jī)噴嘴先經(jīng)過(guò)的部位，它與注射機(jī)噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸、碰撞，一般澆口不直接開(kāi)設(shè)在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。
(1) 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開(kāi)始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。主流道是熔體最先流經(jīng)模具的部分，它的形狀與尺寸對(duì)塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。
(2) 主流道尺寸
在臥式或立式注射機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型面。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，所以只有在小批量生產(chǎn)時(shí)，主流道才在注射模上直接加工，大部分注射模中，主流道通常設(shè)計(jì)成可拆卸、可更換的主流道澆口套。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角為2o～6o。小端直徑d比注射機(jī)噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注射機(jī)噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08。
(3) 主流道澆口套
圖3.3 主流道澆口套及其固定形式
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC～57HRC。主流道澆口套及其固定形式如圖3.3所示。
澆口套的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應(yīng)進(jìn)行淬火處理，為了防止注射機(jī)噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應(yīng)低于注射機(jī)噴嘴的硬度，以增加內(nèi)壁的耐磨性，并減小注射中的阻力，圓錐孔大端處應(yīng)有的過(guò)度圓角，以減小物流在轉(zhuǎn)向時(shí)的流出阻力。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔，對(duì)流動(dòng)性較差的塑料也可取得稍大一些，但過(guò)于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。澆口套于注射機(jī)的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機(jī)噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對(duì)流動(dòng)性較差的塑料也可取得稍大一些，但過(guò)于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。
澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時(shí)，其出料端端面直徑應(yīng)盡量選得小些。如果過(guò)大，即澆口套與型腔的接觸面積增大，模腔內(nèi)部壓力對(duì)澆口套的反坐力也將按此比例增大，到一定程度時(shí)澆口套容易從模體中彈出。澆口套于注射機(jī)的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機(jī)噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模。
定位環(huán)是模體與注射機(jī)的定位裝置，它保證澆口套與注射機(jī)的噴嘴對(duì)中定位，定位環(huán)的外徑應(yīng)與注射機(jī)的定位孔間隙配合。定位環(huán)厚度，小于注射定位孔的深度。
澆口套端面應(yīng)與定模相配合部分的平面高度一致。
3.3.3 注射模具分流道的設(shè)計(jì)
分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進(jìn)入單腔中的進(jìn)料澆口或主流道進(jìn)入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用，通常分流道設(shè)置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。
在注射過(guò)程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時(shí)，應(yīng)是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下：
分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長(zhǎng)度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。
在可能情況下，分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過(guò)大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長(zhǎng)度盡量相等，以達(dá)到注射大時(shí)壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時(shí)均勻的充滿各個(gè)型腔。在有些情況下分流道長(zhǎng)度不能相等時(shí)，則應(yīng)在澆口處作必要的補(bǔ)救措施，如果分流道較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在其末端設(shè)置冷料穴，放置冷料和空氣進(jìn)入模腔。
在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應(yīng)盡量的小，但分流道的截面積過(guò)小會(huì)降低注射速度，使填充時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過(guò)大則增大冷卻時(shí)間應(yīng)比型腔中塑件的冷卻時(shí)間要短，才不影響注射時(shí)的效率。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。
分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應(yīng)采用軸對(duì)稱或中心對(duì)稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。
在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少，在轉(zhuǎn)向處應(yīng)圓滑過(guò)渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動(dòng)。
當(dāng)分流道設(shè)在定模一側(cè)或分流道延伸較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在澆口附近或分流道的交叉處設(shè)置鉤料桿，以便于在開(kāi)模時(shí)在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。
分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動(dòng)小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。
在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
翻蓋式瓶蓋注射模要求一模兩腔，在布局上選擇平衡式分流道。平衡式分流道的特點(diǎn)是：從主流道到各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、截面尺寸及其形狀完全相同，以保證各個(gè)型腔同時(shí)均勻進(jìn)料，同時(shí)注射完畢。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來(lái)比圓形截面要簡(jiǎn)單。
3.3.4 注射模具澆口的設(shè)計(jì)
(1) 澆口的概念
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計(jì)與位置的選擇恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到塑件能否被完好、高質(zhì)量地注射成形。
(2) 澆口的作用
澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對(duì)中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進(jìn)料后的施壓作用。限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其作用如下：
澆口通過(guò)截面積的突然變化，使分流道送來(lái)的塑料熔體提高注射壓力，使塑料熔體通過(guò)撓口的流速有一突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動(dòng)狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對(duì)于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達(dá)到同時(shí)進(jìn)料的目的。澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離。
(3) 注射模澆口的類型
單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。
(a) 直接澆口
直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具，直接澆口的形式見(jiàn)圖3.4。
特點(diǎn)是：流動(dòng)阻力小，流動(dòng)路程短及補(bǔ)縮時(shí)間長(zhǎng)等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點(diǎn)；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結(jié)構(gòu)緊湊，注射機(jī)受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會(huì)留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。
(b) 中心澆口
圖3.4 直接澆口 圖3.5 中心澆口
當(dāng)筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時(shí)，內(nèi)澆口開(kāi)設(shè)在該孔處，同時(shí)在中心處設(shè)置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式，如圖3.4所示。它具有直接澆口的一系列優(yōu)點(diǎn)，而克服了直接澆口易產(chǎn)生的縮孔、變形等缺陷。
(c) 側(cè)澆口
側(cè)澆口一般開(kāi)設(shè)在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)充填模具型腔，其截面形狀多為(扁槽)，是限制性澆口。側(cè)澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上，側(cè)澆口的形式如圖3.6所示。
特點(diǎn)是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時(shí)去除澆口容易，不留明顯痕跡。
圖3.6 側(cè)澆口
側(cè)澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。
扇形澆口是一種沿澆口方向?qū)挾戎饾u增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側(cè)澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來(lái)成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。
(d) 環(huán)形澆口
對(duì)型腔填充采用圓環(huán)形進(jìn)料形式的澆口稱環(huán)形澆口，見(jiàn)圖3.7。環(huán)形澆口的特點(diǎn)是進(jìn)料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動(dòng)狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。
圖3.7環(huán)形澆口 圖3.8輪輻式澆口
(e) 輪輻式澆口
輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，由原來(lái)的圓周進(jìn)料改為數(shù)小段圓弧進(jìn)料，輪輻式澆口的形式見(jiàn)圖3.8。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多．且去除澆口容易。這類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)形澆口應(yīng)用廣泛。多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點(diǎn)是增加了熔接痕，會(huì)影響塑件的強(qiáng)度。
(f) 爪形澆口
爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，其頭部與主流道有自動(dòng)定心的作用，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點(diǎn)與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內(nèi)孔較小且同軸度要求較高的細(xì)長(zhǎng)管狀塑件。
澆口位置的選擇原則：盡量縮短流動(dòng)距離；避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件厚壁處；考慮分子定向的影響；減少熔接痕，提高熔接強(qiáng)度。
(4) 澆注系統(tǒng)平衡設(shè)計(jì)
(a) 澆注系統(tǒng)的平衡概念
為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采取一模多腔的結(jié)構(gòu)豫應(yīng)盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據(jù)某種需要澆注系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成型腔非平衡式布置形式，則需要通過(guò)調(diào)節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達(dá)到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。
(b) 澆注系統(tǒng)的平衡計(jì)算方法
澆注平衡計(jì)算的思路是通過(guò)計(jì)算多型腔模具各個(gè)澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來(lái)判斷或計(jì)算。澆口平衡時(shí)，BGV值應(yīng)符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計(jì)算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計(jì)算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。
(c) 澆口的選擇
本模具為一模兩腔，選擇側(cè)澆口。側(cè)澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時(shí)間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設(shè)置在塑件表面，澆口截面形狀簡(jiǎn)單，容易加工，且注射效率高。
3.3.5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴設(shè)置在主流道的末端，即主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上。它的作用是用來(lái)儲(chǔ)存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時(shí)，如果它們進(jìn)入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進(jìn)入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。推板式鉤料裝置由冷料穴、鉤料桿組成，鉤料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
3．4 注射模具成型零件和模體的設(shè)計(jì)
3．4．1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為以下幾種：
(1) 整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度和剛度都相對(duì)較高，且不易變形，塑件上不會(huì)產(chǎn)生拼?？p痕跡。
(2) 整體組合式
型腔由整塊材料制成，用臺(tái)肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個(gè)加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行處理等。
(3) 局部組合式
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
(4) 完全組合式
完全組合式是由多個(gè)螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
旋鈕零件注射模的型腔部分不是很復(fù)雜，可利用點(diǎn)火花進(jìn)行。這里選擇整體式型腔。
3．4．2 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：a)整體式；b)整體復(fù)合式；c)局部組合式；d)完全組合式。
3．4．3 注射模具成型零件的尺寸確定
(1) 型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計(jì)算尺寸的表述如下。
(a) 型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.008；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各徑向尺寸：
(b) 型腔的深度根據(jù)尺寸的計(jì)算公式
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選?。?
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各深度尺寸：
(2) 型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
(a) 型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
(b) 型芯的高度尺寸的計(jì)算：
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
(3) 螺紋型芯的尺寸計(jì)算
(a) 中徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯中徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋中徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.02；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的中徑尺寸：
(b) 外徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯外徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋外徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.03；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的外徑尺寸：
(c) 內(nèi)徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯內(nèi)徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋內(nèi)徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.03；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的內(nèi)徑尺寸：
3．5 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3．5．1 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：
按驅(qū)動(dòng)方式分類可分為手動(dòng)頂出、機(jī)動(dòng)頂出、液壓頂出和氣動(dòng)頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、澆注系統(tǒng)自動(dòng)切斷頂出。
(1) 推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成
將塑料制品及澆注系統(tǒng)中的凝料從模具中脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)，也叫頂出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作通常是由安裝在注射機(jī)上的機(jī)械頂桿或液壓缸的活塞桿來(lái)完成的。
結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位和導(dǎo)向零件組成。
(2) 結(jié)構(gòu)分類
手動(dòng)推出、機(jī)動(dòng)推出、液壓或氣動(dòng)推出。
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
塑件盡量留在動(dòng)模,塑件在推出過(guò)程中不變形,塑件的外觀質(zhì)量不損壞,合模時(shí)應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)能夠正確復(fù)位,動(dòng)作可靠。
(4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(a) 推桿推出機(jī)構(gòu)
推桿推出機(jī)構(gòu)是整個(gè)推出機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、最常見(jiàn)的一種形式。由于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力小，推出動(dòng)作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 但是因?yàn)橥茥U的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。
(b) 推管推出機(jī)構(gòu)
推管推出機(jī)構(gòu)是用來(lái)推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運(yùn)動(dòng)方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個(gè)周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會(huì)留下明顯的推出痕跡。
(c) 推件板的推出機(jī)構(gòu)
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機(jī)構(gòu)義稱頂板頂出機(jī)構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。推件板推出的特點(diǎn)是頂出力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且推出力大。但是對(duì)于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
(d) 活動(dòng)嵌件及凹模推出機(jī)構(gòu)
有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)脫模時(shí)，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
(e)頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置，并盡量保證頂出塑件時(shí)不影響外觀質(zhì)量。在一般情況下開(kāi)模時(shí)，盡量設(shè)計(jì)使塑件留在動(dòng)模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時(shí)就應(yīng)充分考慮。如果出現(xiàn)塑件并沒(méi)有留在動(dòng)模側(cè)的情況時(shí)，可設(shè)法增加動(dòng)模一側(cè)的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時(shí)可采用定模頂出機(jī)構(gòu)。頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長(zhǎng)的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無(wú)卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。頂出裝置要求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過(guò)程中的變形和損傷。
3．6 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在注射成型過(guò)程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐應(yīng)力開(kāi)裂性和表面質(zhì)量等，并且對(duì)生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過(guò)程中，冷卻時(shí)間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求不盡相同，因此，對(duì)模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。
(1) 低的模具溫度可降低塑件的收縮率。
(2) 模具溫度均勻、冷卻時(shí)間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。
(3) 對(duì)結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但是將導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)和塑件發(fā)脆的缺陷。
(4) 隨著結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度的提高，塑件的耐應(yīng)力開(kāi)裂性降低，因此降低模具溫度是有利的，但對(duì)于高粘度的無(wú)定型聚合物，由于其耐應(yīng)力開(kāi)裂性與塑料的內(nèi)應(yīng)力直接相關(guān)，因此提高模具溫度和充模，減少補(bǔ)料時(shí)間是有利的。
(5) 提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。
在注射成形過(guò)程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為2000C左右，而從模具中取出塑件的溫度約為600C，溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進(jìn)行冷卻，通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
因化妝品盒蓋使用的塑料是PE，要求模溫高，若模具溫度過(guò)低則會(huì)影響塑料的流動(dòng)性，增加剪切阻力，使塑件的內(nèi)應(yīng)力較大，甚至還出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。因此在注射開(kāi)始時(shí)，為防止填充不足，充入溫水或者模具加熱。
總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求：
(a）確定加熱或是冷卻；
(b）模溫均一，塑件各部分同時(shí)冷卻；
(c）采用低的模溫，快速且大量通冷卻水；
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低廉。
3．6．1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時(shí)可實(shí)現(xiàn)盡量降低入水與出水的溫度差的原則。根據(jù)書上的經(jīng)驗(yàn)值取4根，冷卻水口口徑為6mm.
另外，具冷卻系統(tǒng)的過(guò)程中，還應(yīng)同時(shí)遵循：
(1) 澆口處加強(qiáng)冷卻；
(2) 冷卻水孔到型腔表面的距離相等；
(3) 冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑應(yīng)盡可能的大；
(4) 冷卻水孔道不應(yīng)穿過(guò)鑲快或其接縫部位，以防漏水。
(5) 進(jìn)水口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機(jī)的背
面。
(6) 冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處。
而且在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，各相連接處應(yīng)保持密封，防止冷卻水外泄。
3．6．2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
因在PE要求的熔融溫度較高。而且流動(dòng)性能為中性，同時(shí)在注射時(shí)模具溫度要求在600C左右，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具中應(yīng)用電加熱。
3．7 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上采用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。目前的CAD軟件很多，如工程圖設(shè)計(jì)普遍采用的二維AutoCAD，功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)加工軟件UG、Pro/Engineer等，還有易學(xué)易用的Solid Work、Solid Edge等。設(shè)計(jì)采用自上而下、上下結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。首先根據(jù)模具結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行各主要零件的三維造型和設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行裝配體裝配設(shè)計(jì)，在裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的干涉碰撞等結(jié)構(gòu)問(wèn)題再進(jìn)行修改，最后完善零件的設(shè)計(jì)如圖3.9。
圖3.9 旋鈕注射模開(kāi)模圖
4 注射模加工工藝設(shè)計(jì)
塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟(jì)低精度的通用加工、電火化成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于旋鈕零件注射模精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟(jì)、可行，故采用了普通加工與電火花成型結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件類型下面簡(jiǎn)單分析一下主要類型零件的加工工藝。
4.1板類零件的工藝加工方法
模板類零件材料使用45鋼，為了改善材料的性能，關(guān)鍵的模板類零件先進(jìn)行鍛造。平面的加工有如下幾種方法：
（1）平面刨削 對(duì)于平面粗加工，由于本模具是屬于中小型模具，因此采用牛頭刨床。牛頭刨床主要采用的裝夾附件主要有：虎鉗、撐板、壓板和擋鐵。
（2）平面銑削 這種加工方法在平面加工中應(yīng)用得很普遍，它比飽削的生產(chǎn)率高。銑削加工的精度通常比刨床差
（3）平面磨削 塑料模具的板類零件和成型零件，在成型加工前，六面均應(yīng)磨削。保證上下面的平行度為0.01/100，兩相鄰側(cè)面作為加工基準(zhǔn)面，相互之間的垂直度和兩側(cè)面0.12/100。常用夾具有精密平口鉗、單向正弦?jiàn)A具、單向電磁正弦?jiàn)A具、雙向正弦?jiàn)A具、正負(fù)向正弦?jiàn)A具。
4.2孔類零件的工藝加工方法
孔加工主要有如下幾種加工方法：
（1）鉆床孔加工 這是最基本的加工方法，也最常用，但是不能得到高精度的尺寸，但很多的孔仍然適用于鉆床加工。
（2）坐標(biāo)鏜床加工 是常用的孔加工方法，可以得到精度高的尺寸和表面粗糙度。常用夾具：萬(wàn)能回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
（3）內(nèi)圓磨床加工
孔的精加工方法，可以獲得很高的表面精度。
4.3 成型零件表面的工藝加工方法
(1) 型腔光整加工
經(jīng)過(guò)機(jī)械加工、雕刻、熱處理等加工后，型腔、型芯、等部分還必須進(jìn)行光整加工， 已達(dá)到規(guī)定的尺寸精度和表面粗糙度。 型腔、型芯的光整加工不僅可以保證塑件的尺寸精度和外觀質(zhì)量外，還可以減少塑料填充時(shí)的阻力，提高模具的耐磨性和使脫模容易。 完整的加工內(nèi)容有：
（a）修銼和打磨 鉗工利用各種細(xì)銼刀、氣動(dòng)磨頭、電動(dòng)磨頭等對(duì)模具成型部分進(jìn)行修銼和打磨。其目的是消除動(dòng)模和定模之間的錯(cuò)位、熱處理后的變形， 修銼出拔模斜度等。
（b）研磨和拋光其工藝方法有手工研拋、電解拋光、超聲波拋光等。目前，模具的研拋工作中，手工研拋仍占主導(dǎo)地位。
(2) 型腔表面裝飾加工
(a) 雕刻加工模板和工件安裝在工件工作臺(tái)和模板工作臺(tái)上。通過(guò)縮放機(jī)構(gòu)在工件上縮小雕刻出模板上的字、圖案等。
(b) 照相腐蝕加工有照相機(jī)屬于化學(xué)腐蝕相結(jié)合的直接法和印刷技術(shù)與化學(xué)腐蝕相結(jié)合的間接法兩種。
(c) 型腔表面的消光處理。
結(jié)束語(yǔ)
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，歷時(shí)四個(gè)月。在此期間，針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了大量的工作，順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。
通過(guò)此畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)從測(cè)繪塑件圖紙，到完成CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；模具成型零件CAD造型設(shè)計(jì)；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過(guò)程，工程設(shè)計(jì)應(yīng)用能力得到了鍛煉和提高。
完成了注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)，但由于缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在這些設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到了很多困難，但在指導(dǎo)老師張躍的指導(dǎo)下，問(wèn)題都迎刃而解。
在設(shè)計(jì)期間，我學(xué)習(xí)并運(yùn)用CAD對(duì)旋鈕零件注射模的所有零件進(jìn)行了造型設(shè)計(jì)和對(duì)所有零件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。提高了我對(duì)CAD的運(yùn)用能力和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力，為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。
總之，通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對(duì)各項(xiàng)知識(shí)的學(xué)習(xí)深度，更培養(yǎng)了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，教會(huì)我怎樣才能按步驟有條不紊地進(jìn)行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。