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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：連接器殼體塑料注塑模具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導老師：
2013年5月
連接器殼體塑料注塑模具設計
摘 要
本文是關(guān)于連接器殼體塑料注塑模具的設計，通過正確分析塑件工藝特點和ABS材料的性能后，最終設計出一副注塑模。塑料制品具有原料來源豐富,價格低廉，性能優(yōu)良等特點。它在電腦、手機、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用，應用極其廣泛。注射成形是成形熱塑件的主要方法，因此應用范圍很廣。
注射成形是把塑料原料放入料筒中經(jīng)過加熱熔化，使之成為高黏度的流體，用柱塞或螺桿作為加壓工具，使熔體通過噴嘴以較高壓力注入模具的型腔中，經(jīng)過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
本文詳細介紹了模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核等等設計。運用CAD、輔助工程PRO/E等不同的軟件分別對模具的設計、制造和產(chǎn)品質(zhì)量進行分析。連接器殼體塑料注塑模具設計，采用一般精度，利用CAD、PRO/E來設計或分析注射模的成型零部件，澆注系統(tǒng)，導向部件和脫模機構(gòu)等等。針對連接器的具體結(jié)構(gòu)，該模具采用點澆口雙分型面注射模具。由于塑件內(nèi)側(cè)有小孔，需要設置斜導柱。通過模具設計表明該模具能達到連接器的質(zhì)量和加工工藝要求。綜合運用了專業(yè)基礎、專業(yè)課知識設計，其核心知識是塑料成型模具、材料成型技術(shù)基礎、機械設計、塑料成型工藝、模具CAD\CAM等。
關(guān)鍵詞：連接器殼體；注塑模具；CAD；PRO/E
The connector shell plastic injection mold design
Abstract
This article is about the connector shell plastic injection mold design, through the technological characteristics of plastics article of correct analysis and the performance of ABS material, the final design out a pair of injection mold. Plastic products have rich raw material sources, low price, good performance, etc. It in computers, cell phones, cars, motors, electrical appliances, instruments and meters, household appliances and communications products manufacturing has irreplaceable function, is widely applied. Injection molding is the main method of forming thermoplastic parts, so the application range is very wide.
Injection molding is melt the plastic raw material into the cylinder through the heating, made of high viscosity fluid, pressurized with piston or screw as a tool, makes the melt through the nozzle at high pressure into mold cavity, after cooling and solidification stage, and then out of the mould, plastic products.
Mould gating system are introduced in detail in this paper, the structure of the molding part, ejector system, cooling system, selection of injection molding machine and related parameters of checking, etc. Design. Using PRO/E CAD, auxiliary engineering such as different software respectively to the mold design, manufacturing and product quality are analyzed. Connector shell plastic injection mold design, using the general accuracy and the use of CAD, PRO/E to design or analysis of forming parts of injection mould, pouring system, guide parts and demoulding mechanism, and so on. According to the specific structure of the connector, the mould adopts the point gate double parting surface injection mould. Because there are holes plastic parts inside, need to set up the inclined guide pillar. Through the mold design shows that the mould can achieve connector quality and processing technology. Integrated use of the professional basis, professional class knowledge is designed, its core knowledge is the plastic molding mold, material molding technology base, mechanical design, plastic molding process, mould CAD/CAM, etc
.
Key words: the connector shell; Injection mould; CAD; PRO/E
V
目 錄
1 緒論 1
1.1前言 1
1.2模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1
1.2.1國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨向 3
1.3本課題的內(nèi)容和具體要求 3
1.3.1本課題的內(nèi)容 3
1.3.2具體要求 3
2 零件材料分析及方案論證 4
2.1零件的材料及材料的特性 4
2.1.1零件的材料 4
2.1.2 ABS材料的特點 4
2.1.3 ABS注射成型工藝參數(shù) 5
2.2 ABS注射成型的原理及工藝過程 5
2.2.1注射成型的原理 5
2.3注射模具的基本組成 6
2.3.1基本組成 6
3 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定 7
3.1注射成型機的選擇 7
3.1.1估算零件體積 7
3.1.2估算零件的質(zhì)量 8
3.2鎖模力 8
3.3選擇注射機型號及注射機的主要參數(shù) 8
3.3.1注塑成型工藝簡介注塑機的初步選擇 8
3.3.2注塑成型工藝條件 9
3.3.3注塑機的初步選擇 10
3.3.4 XS-ZY-125型注塑機的主要參數(shù)如下 10
3.4注塑機的校核 10
3.5成型腔數(shù)的確定 12
4 澆注系統(tǒng)的設計 13
4.1澆注系統(tǒng)的作用 13
4.2澆注系統(tǒng)的組成 13
4.3主流道設計 13
4.4分流道設計 15
4.5澆口設計 16
5 成型零件結(jié)構(gòu)設計 17
5.1分型面的設計 17
5.1.1分型面選擇原則 17
5.2型腔的分布 17
5.3凹模的結(jié)構(gòu)設計 17
5.4凸模的結(jié)構(gòu)設計 17
5.5成型零件工作尺寸的計算 18
5.5.1影響塑件尺寸精度的因素 18
5.5.2模具成型零件的工作尺寸計算 18
5.6動模板的強度校核 19
5.6.1厚度計算 19
6 導向與脫模機構(gòu)的設計 20
6.1導向機構(gòu)的作用和設計原則 20
6.1.1導向機構(gòu)的作用 20
6.1.2導向機構(gòu)的設計原則 20
6.2導柱、導套的設計 20
6.2.1導柱的設計 20
6.2.2導套的設計 21
6.2.3導向孔的總體布局 22
6.3脫模機構(gòu)的確定 22
6.4推桿橫截面直徑的確定與校核 22
6.4.1推桿橫截面直徑的確定 22
6.4.2推桿橫截面直徑的校核 22
6.4.3頂桿的形式 23
6.5復位桿的結(jié)構(gòu)設計 24
6.5.1復位桿的作用 24
6.5.2的結(jié)構(gòu) 24
6.6鎖緊塊 24
6.6.1鎖緊塊的作用 24
6.6.2鎖緊塊的設計 25
6.6.3鎖緊塊的結(jié)構(gòu)形式 25
6.6.4鎖緊塊的具體結(jié)構(gòu)形式 25
7 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計 26
7.1斜導柱抽芯機構(gòu)設計原則 26
7.2抽芯機構(gòu)的確定 26
7.3斜導柱抽芯機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)計算 26
7.3.1抽芯距S 26
7.3.2斜導柱傾斜角α的確定 27
7.3.3斜導柱直徑的確定 28
7.3.4斜導柱長度的計算 28
7.4滑塊的設計 29
7.5導滑槽的設計 30
7.6滑塊定位裝置 31
7.6.1作用 31
7.6.2結(jié)構(gòu)形式 31
8 成型零件尺寸計算 32
9 冷卻系統(tǒng) 33
9.1溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 33
9.2對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 33
9.3模具冷卻裝置的設計 33
9.3.1冷卻裝置的設計要點 33
9.3.2水嘴的結(jié)構(gòu)形式 33
9.3.3冷卻水道的結(jié)構(gòu) 34
10 模具的可行性分析 35
10.1本模具的特點 35
10.2市場前景與經(jīng)濟效益分析 35
結(jié)論 36
參考文獻 37
致 謝 38
畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 39
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 40
1 緒論
1 緒論
1.1前言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。 在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。
模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應力大小、各同向性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此常采用自動開合模自動頂出機構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。
現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少的三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展。
1.2模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向
1.2.1國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來我國的模具技術(shù)有了很大的發(fā)展，在大型模具方面，已能生產(chǎn)大屏彩電注塑模具、大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。機密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。
在成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成行模、高效多色注塑模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽
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畢業(yè)設計(論文)
芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新業(yè)取得了較大進展。氣體輔助注射成形技術(shù)的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有些單位還采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。
當前國內(nèi)外用于注塑模具方面的先進技術(shù)主要有以下幾種：
a. 熱流道技術(shù) 它是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)。由于在流道附近或中心設有加熱棒和加熱圈，從注塑機噴出口到澆口的整個流道都處于高溫狀態(tài)，使流道中的塑料成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和保持熔融，停機后一般不需要打開流道取出凝料，再開機時只需加熱流道到所需溫度即可。這一技術(shù)在大批量生產(chǎn)塑件、原材料較貴和產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的情況下尤為適用。熱流道注塑成型技術(shù)應用范圍很廣，基本上，適用于冷流道模具加工的塑料材料都可以使用熱流道模具加工，許多產(chǎn)品如手機殼、按鍵、面板、尺寸要求精密的機芯部件等都是采用熱流道技術(shù)成型。一個典型的熱流道系統(tǒng)一般由如下幾大部分組成：（1）熱流道板（MANIFOLD）；（2）噴嘴（NOZZLE）;（3）溫度控制器；（4）輔助零件。
b. 氣體輔助注射成形技術(shù) 它是向模腔中注入準確計量的塑料熔體，在通過特殊的噴嘴向熔體中注入壓縮氣體，氣體在熔體內(nèi)沿阻力最小的方向前進，推動熔體充滿型腔并對熔體進行保壓，當氣體的壓力、注射時間合適的時候，則塑料會被壓力氣體壓在型腔壁上，形成一個中空、完整的塑件，待塑料熔體冷卻凝固后排去熔體內(nèi)的氣體，開模退出制品。氣體輔助注射成形技術(shù)的關(guān)鍵就是怎么合理的把握注入熔融塑料的時間與充入氣體時間的配合。氣體輔助注射可以應用在除特別柔軟的塑料以外的任何熱塑性塑料和部分熱固性塑料。應用氣體輔助注塑成型技術(shù)，可以提高產(chǎn)品強度、剛度、精度，消除縮影，提高制品表面質(zhì)量；降低注射成型壓力以減小產(chǎn)品成型應力和翹曲，解決大尺寸和壁厚差別較大產(chǎn)品的變形問題；簡化澆注系統(tǒng)和模具設計，減少模具的重量，減少塑件產(chǎn)品的重量，減少成型時間以降低成本和提高成型效率等。氣體輔助成形周期可分為如下六個階段：塑料熔體填充階段、切換延遲時間、氣體注射階段、保壓階段、氣體釋放階段、推出階段。
c. 共注射成形技術(shù) 它是使用兩個或者兩個以上注射系統(tǒng)的注塑機，將不同品種或者不同色澤的塑料同時或者先后注射進入同一模具內(nèi)的成形方法。國內(nèi)使用的多為雙色注塑機。采用共注射成形方法生產(chǎn)塑料制品時，最重要的工藝參數(shù)是注射量、注射速度和模具溫度[1]。
在制造方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應用上了一個新臺階，一些企業(yè)引進CAD/CAM系統(tǒng)，并能支持CAE技術(shù)對成形過程進行分析。近年來我國自主開發(fā)的塑料膜CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，如北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等。
1.2.2國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨向
優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標準化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和縮短制造周期；研究、應用針對各類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應市場多樣化和個性化，應用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成塑料注塑模，縮短新產(chǎn)品試制周期[21]。這些是未來5～20年注塑模具生產(chǎn)技術(shù)的總體發(fā)展趨勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
a. 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。
b. 在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術(shù)。
c. 推廣應用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。
d. 開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。
e. 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。
f. 應用優(yōu)質(zhì)材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
1.3本課題的內(nèi)容和具體要求
1.3.1本課題的內(nèi)容
根據(jù)連接器塑料殼體的樣品，設計一套注塑模具。
1.3.2具體要求
a. 本設計中要注意的問題：塑件的精度要求為六級，其中配合部位為七級。
b. 預期的效果：通過本次設計，通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結(jié)構(gòu)特點及設計計算的方法，以達到能夠獨立設計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，了解模具結(jié)構(gòu)的特點，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝，并能熟練應用CAD，PRO/E。
畢業(yè)設計能夠?qū)σ陨细鞣矫娴囊蠹右造`活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。
2 零件材料分析及方案論證
2 零件材料分析及方案論證
2.1零件的材料及材料的特性
2.1.1零件的材料
此零件的材料是ABS.
2.1.2 ABS材料的特點
塑料ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PB，PAN，PS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。一種磺酸鹽類陰離子表面活性劑。大多數(shù)日用洗衣粉的主要成分。
ABS一般性能：ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，其制品可著成五顏六色，并具有高光澤度。ABS相對密度為1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的結(jié)合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS的氧指數(shù)為18～20，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。
力學性能：ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大。
熱學性能：ABS的熱變形溫度為93~118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內(nèi)使用。
電學性能：ABS的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。
環(huán)境性能：ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產(chǎn)生應力開裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易產(chǎn)生降解；于戶外半年后，沖擊強度下降一半。
ABS塑料的加工性能：ABS同PS一樣是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，可用通用的加工方法加工。
ABS的熔體流動性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，與POM和HIPS類似；ABS的流動特性屬非牛頓流體；其熔體粘度與加工溫度和剪切速率都有關(guān)系，但對剪切速率更為敏感。
畢業(yè)設計(論文)
ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象。ABS的吸水率較高，加工前應進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度80~85℃，時間2~4h；對特殊要求的制品(如電鍍)的干燥條件為溫度70~80℃，時間18~18h。ABS制品在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應力，內(nèi)應力的大小可通過浸入冰乙酸中檢驗；如應力太大和制品對應力開裂絕對禁止，應進行退火處理，具體條件為放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內(nèi)2~4h，再冷卻至室溫即可。
2.1.3 ABS注射成型工藝參數(shù)
密度（g/ cm3）： 1.02～1.05； 計算收縮率（%）：0.4～0.7；
對鋼的摩擦系數(shù)：0.20～0.25； 拉伸彈性模量（GP）：1.59～2.28；
彎曲彈性模量(GP)：1.38～2.69； 抗拉強度（MP）：30～50；
抗彎強度（MP）：41～79； 抗壓強度（MPa）：92；
模腔表面溫度（℃）：50～90； 注射熔體溫度（℃）：200～270；
注射壓力（Mpa）：60～100；
2.2 ABS注射成型的原理及工藝過程
2.2.1注射成型的原理
將塑料顆粒定量注入，加入到注塑機的料筒內(nèi)，通過料筒的傳熱，以及螺桿轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的剪切摩擦作用使塑料逐漸融化成流動狀態(tài)，然后在柱塞或螺桿的推擠下熔融塑料以高壓和較快的速度通過噴嘴注入到溫度較低的閉合模具的型腔中，由于模具的冷卻作用，使模腔內(nèi)的熔融塑料逐漸凝固并定型，最后開模取出塑件[2]。
2.2.2熱塑性注射成型工藝過程
圖2.2.2 注射成形工藝示意圖
畢業(yè)設計(論文)
2.3注射模具的基本組成
2.3.1基本組成
澆注系統(tǒng)，成型零件，脫模系統(tǒng)，導向系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，固定和安裝部分等。
2.4方案的論證和初步確定
a. 第一種 該種方案采用直澆口、利用斜導柱帶動滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)、頂管脫模、復位桿復位、導向用導柱。
該方案斜導柱易于斜抽芯的實現(xiàn)，斜導柱結(jié)構(gòu)簡單便于制造，但澆口直附近容易產(chǎn)生殘留內(nèi)應力，澆口處易產(chǎn)生縮孔。
b. 第二種 澆口采用側(cè)澆口、斜導柱帶動滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)、頂桿脫模、復位桿復位、導向用導柱。
側(cè)澆口結(jié)構(gòu)簡單不需二次開模，但側(cè)澆口有拐角流程長，壓力和熱量損失大，容易形成熔接痕、縮孔、氣泡等缺陷。
c. 第三種 采用斜導柱和滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)，澆口采用點澆口、復位桿復位，需要二次開模，但不影響制件的外觀，需設滑塊限位裝置，適用于抽拔力不大，抽芯距不長的情況，斜導柱結(jié)構(gòu)比較簡單制造方便。此零件斷面基本為矩形，且澆口一般開在分型面上，脫模后對成型零件影響很小，這種方式的模具制作簡便。其結(jié)構(gòu)簡圖如2.4：
圖2.4 斜導柱側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)圖
3 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定
3 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定
3.1注射成型機的選擇
3.1.1估算零件體積
塑件的體積為：45.38cm3；
澆道凝料體積為：6.81cm3（借助于Proe 2.0得），如圖3.1.1；
圖3.1.1 塑件體積的測量圖
畢業(yè)設計(論文)
3.1.2估算零件的質(zhì)量
因為ABS材料的密度為1.05g/cm3，所以M零=ρV=1.05×45.38=47.65g，澆注系統(tǒng)凝料按一個塑件體積的15%進行計算，則凝料體積為：
V凝=45.38×15%=6.81cm3
塑件和澆注系統(tǒng)凝料總體積：
V總=45.38+6.81=52.19cm3
總質(zhì)量： M總=1×52.19×1.05=54.80g
(M=N×M塑+M澆=1×47.65+7.15=54.80g
3.2鎖模力
計算其所需鎖模力為：
T≥KFQ/1000 （3.2）
T------注射機的鎖模力（N）；
K------安全系數(shù)，一般取1.1～1.25；
F------分型面上的最大投影面積；
Q------Q=Ep，E指粘度系數(shù)，一般取0.25～0.50，p注射機料桿比壓(Pa)；
塑件的投影面積為：
F=72cm2
T≥25.92 KN
3.3選擇注射機型號及注射機的主要參數(shù)
3.3.1注塑成型工藝簡介注塑機的初步選擇
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個階段的工作。
圖3.3.1 注塑成型壓力—時間曲線
畢業(yè)設計(論文)
a. 物料準備 成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況、有無雜質(zhì)等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性、流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
b. 注塑過程 塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內(nèi)的流動可分為注射、保壓、倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示3.3.1所示。圖中t0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（t=t1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間t1到t2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從t2到t3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素[20]。
c. 制件后處理 由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導致制件內(nèi)產(chǎn)生相應的結(jié)晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃），保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常取2～9小時[3]。
3.3.2注塑成型工藝條件
注射機類型： 螺桿式。
預熱和干燥： 溫度（t/℃）80～85；
時間（τ/h）2～3。
料筒溫度（t/℃）： 后段150～170；
中段165～180；
前段180～200。
噴嘴溫度（t/℃）： 170～180。
模具溫度（t/℃）： 50～80。
注射壓力（MPa）： 60～100。
保壓壓力（MPa）： 40～ 50。
成型時間（τ/s）： 注射20～90；高壓0～5；
成型周期50～220；冷卻20～120。
后處理： 方法——紅外線燈、烘箱；
溫度（t/℃）70；
時間（τ/h）2～4。
3.3.3注塑機的初步選擇
塑件成型所需的注射總量應小于所選注塑機的注射容量。注射容量以容積(cm3)表示時，塑件體積(包括澆注系統(tǒng))應小于注塑機的注塑容量，其關(guān)系是：
M≤80%G （3.3.3）
G≥M/80%
G=54.80/0.8
=68.50g
查《塑料模具設計手冊》[8]，可知注射壓力為68.50公斤/厘米2，宜用螺桿式注射機，初選XS-ZY-125型。
3.3.4 XS-ZY-125型注塑機的主要參數(shù)如下
最大注射量 125cm2
注射壓力 1190×105Pa
注射方式 螺桿式
鎖模力 90×104N
最大成型面積 320cm2
模具最小厚度 200mm2
模具最大厚度 300mm2
最大開模行程 300mm2
3.4注塑機的校核
a. 最大注塑量效核 材料的利用率為47.65/125=0.38，符合小于注塑機注射量80%的要求。
b. 注射壓力的效核 所選注塑機的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，ABS塑件的注塑壓力一般要求為600～1000MPa，所以該注塑機的注塑壓力符合條件。
c. 鎖模力效核 高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機額定鎖模力。
型腔壓力Pc可按下式粗略計算：
Pc=kP（MPa） （3.4.1）
式中 Pc------型腔壓力，MPa；
P------注射壓力，MPa；
K------壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內(nèi)選取。
所以 Pc=KP=0.3×1190=357MPa;
型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機的額定鎖模力：
T>KPcA （3.4.2）
式中 T------注塑機的額定鎖模力，KN；
A------塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積，mm2；
K------安全系數(shù)，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×72×357=30.84（噸）
所以T=90>30.84成立，即該注塑機的鎖模力符合要求。
d. 模具厚度校核 初定模具厚度為250mm，在該注塑機要求的厚度范圍200～300mm之內(nèi)。
e. 模具安裝尺寸校核 模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
f. 開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于雙分型面的注塑模具，其開模行程按下式效核：
S=SK-HM≥H1+H2+a+（5～10）(mm) （3.4.3）
式中 S------注塑機的最大行程，mm；
H1-----塑件的脫模距離（此模具中為30），mm；
H2------包括流道在內(nèi)的塑件高度（此模具中為30），mm；
A-------定模板與澆口板的分離距離（此模具中為30），mm；
所以上式成立（300>100），又由于抽芯距小于澆口凝料，該值在計算時按H2值即可，則該注塑機的開模行程符合要求。
由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機（XS-ZY-125型）符合要求。
3.5成型腔數(shù)的確定
以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%。
計算：
（3.5）
N----型腔數(shù)；
S----注射機的注射量（g）；
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）；
W件----塑件重量（g）；
因為，N=1.95＜2；所以，此模具型腔為一模一腔。
4 澆注系統(tǒng)的設計
4 澆注系統(tǒng)的設計
西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)
4.1澆注系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應能夠順利的引導熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件[4]。對澆注系統(tǒng)設計的具體要求是：
a. 對模腔的填充迅速有序；
b. 可同時充滿各個型腔；
c. 對熱量和壓力損失較小；
d. 盡可能消耗較少的塑料；
e. 能夠使型腔順利排氣；
f. 澆注道凝料容易與塑料分離或切除；
g. 不會使冷料進入型腔；
h. 澆口痕跡對塑料外觀影響很小。
4.2澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)組成是：主流道、分流道、澆口、冷料井。
4.3主流道設計
主流道通常位于模具的入口處，其作用是將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，以便于塑料熔體得流動及流道凝料的拔出。熱塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要與高溫塑料及噴嘴反復接，所以主流道常設計成可拆卸的主流道襯套。 圖4.3.1 噴嘴與主流道襯套連接關(guān)系
畢業(yè)設計(論文)
緊接注塑機噴嘴，與注塑機噴嘴在同一直線上，主流道形狀一般為圓形和圓錐形，為便于冷料流道凝料的拔出，設計成具有2~4度的圓錐形。
a. 主流道尺寸 為避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑SR2應比噴嘴球半徑SR1大1~2mm,主流道小端直徑d2比噴嘴孔直徑d1大0.5~1mm；根據(jù)所選注塑機，則主流道小端尺寸為：d=注塑機噴嘴尺寸 +（0.5~1）=4+（0.5~1）=4.5mm
主流道球面半徑 SR=噴嘴球半徑+（1~2）=12+（1~2）=14mm
b. 主流道襯套形式 為了便于加工和縮短主流道尺寸，襯套和定位環(huán)設計成分體式，材料采用T10鋼，熱處理淬火后表面硬度為50HRC~55HRC。
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圖4.3.2 主流道襯套結(jié)構(gòu)
圖4.3.3 定位環(huán)和澆口套的裝配
c. 澆口套的尺寸設計要求：
（1）澆口套與注射機噴嘴接觸處球面的圓弧度必須吻合。設模具澆口套球面半徑為R，注射機球面半徑為r，其關(guān)系式如下：
R= r+0.5～1mm
=12+0.5～1mm
=12.75mm
（2）澆口套進口的直徑d應比注射機噴嘴孔d1直徑大1～2mm。
d = d1 +1～2mm
= 8+1～2mm
=9.5mm
4.4分流道設計
分流道是主流道與澆口之間的通道。多型腔膜局一定要設置分流道，大型塑件由于使用多澆口進料也許設置分流道。
a. 分流道斷面形狀的選擇 分流道的斷面形狀有圓形、六邊形、半圓形、梯形、矩形、U形等。斷面的比表面積直接關(guān)系到熔體的熱量損失和流動阻力，在其它條件相同時，比表面積越大則熱量損失和流動阻力也越大；反之亦然。
為減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大；從熱傳導角度考慮，為減少熱損失，要求流道的比表面及（截面積與外周之比）最小。因此，用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率。各種截面的效率為：圓形0.25D，正方形0.25D，六角形0.217D，U字型0.153D，梯形0.195D，D為截面大端寬度。當分型面為平面時，可采用圓形或六角形截面的分流道；當截面不是平面時，常采用梯形或半圓形截面的流道[5]。塑料熔體在流道中流動時，表層冷凝凍結(jié)，其絕緣作用，熔體僅在流道中心部分流動，一次分流道的理想狀態(tài)是其中心與澆口中心一致，圓形截面流道可實現(xiàn)這一點，而梯形截面流道就難以實現(xiàn)。
b. 分流道的布置 分流道的設計原則：在熔體不產(chǎn)生噴射的前提下，流道越短越好，以減小壓力損失，提高充型壓力。
c. 分流道的截面尺寸 分流道的截面尺寸 應根據(jù)塑件的成型體積、壁厚、形狀，所用塑料的工藝性能，注塑速率以及分流道的長度等因素來確定。
對于壁厚小于3.2mm，重量在200g以下的塑件，可用下述經(jīng)驗公式確定分流道的直徑（此時算出的分流道直徑僅限于3.2～9.5mm）：
D= （4.4.1）
式中 D------分流道的直徑(mm)；
W-----塑件的質(zhì)量(g)（此零件為47.65g）；
L------分流道的長度(mm)（約為30 mm）。
所以D≈4mm
4.5澆口設計
澆口是連接分流道和型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），是塑料熔體進入型腔的入口。它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、數(shù)量、位置及尺寸對塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響很大。合理選擇澆口的位置是提高塑件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，澆口位置不同，也將直接影響模具的結(jié)構(gòu)以及塑件的成型質(zhì)量。
澆口作用：澆口對充模流動和補料時間起著控制性作用。
澆口斷面面積約為分流道斷面面積的3%~9%，澆口越小，即比表面積越大大，熔體流經(jīng)澆口時的熱量損越大，澆口處的流動阻力也越大，但由于澆口尺寸很小，導致熔體流經(jīng)澆口時剪切速率明顯升高，這使得熔體表觀粘度降低，從而又使流體流動變得容易，一定程度上抵消了因澆口尺寸變小而增加的流動阻力，另外因熔體通過澆口時有明顯的粘性發(fā)熱現(xiàn)象，使進入型腔的熔體溫度升高，反而使充模更容易，充模效果優(yōu)于大澆口。常見的澆口形式及各自優(yōu)缺點。[6]
a．側(cè)澆口（又名標準澆口、邊緣澆口）：屬小澆口的一種，斷面接近矩形，便于機械加工且易保證精度；可以分別調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間。
b．扇形澆口和平縫式澆口：能使物料在橫向得到均勻分配，降低了塑件的內(nèi)應力，特別是減少應取向而產(chǎn)生的翹曲，常用于成型寬度較大的薄片狀制品，但成型后去除澆口后加工量大。
c．點澆口：澆口尺寸很小，開模時容易自動切斷，熔接痕小。點澆口適用于表觀粘度對剪切速率敏感的塑料熔體和粘度較低的塑料熔體。
d．護耳澆口：適用于用小尺寸澆口會產(chǎn)生噴射場合，但成型后加工余量大。
e．直澆口：注塑壓力和熱量損失最小，固化時間長，延長了補料時間，補縮效果好。但澆口附近容易產(chǎn)生殘留內(nèi)應力，澆口處易產(chǎn)生縮孔。
澆口的選擇分析：由于塑件表面質(zhì)量的要求和模具結(jié)構(gòu)的要求，澆口采用點澆口。通常，采用小尺寸澆口填棄薄型腔比采用大尺寸澆口更為有力。
5 成型零件結(jié)構(gòu)設計
5 成型零件結(jié)構(gòu)設計
5.1分型面的設計
5.1.1分型面選擇原則
a. 分型面是動、定模具的分界面，即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設密切相關(guān)[7]。
b. 分型面的分類及選擇原則
（1） 分型面的分類 實際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況：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、模中。
（2） 分型面的分類及選擇原則 分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設計末句結(jié)構(gòu)和制造成本。
（3） 分型面的確定 鑒于以上的要求，在該模具中分型面設在球面與平面的結(jié)合處，此面為塑件截面尺寸最大的部位，是該塑件分型面的一個好的選擇。
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5.2型腔的分布
模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對稱排列及復合排列等。綜合考慮，因此模具型腔為一模兩腔，所以在模板上的位于中心位置。
5.3凹模的結(jié)構(gòu)設計
凹模又稱陰模，它是成型塑件外輪廓的零件。根據(jù)需要選取下面結(jié)構(gòu)形式：
整體式凹模：它是由一整塊金屬材料加工而成。其特點是為非穿通式模體，強度好，不易變形。但由于加工困難，故只適用于小型且形狀簡單的塑料成型。
5.4凸模的結(jié)構(gòu)設計
型芯是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通?？梢园研托竞突瑝K做成整體式和組合式兩種類型。整體式型芯是將型芯與滑塊做成做成一體結(jié)構(gòu)牢固，不過只適用于狀簡單且型芯高度較小的腔模具，型芯復雜或過長給加工帶來不便，浪費材料造成加工困難。
該型芯形狀復雜，所以應與滑塊分開做便于加工，降低成本。
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5.5成型零件工作尺寸的計算
設計模具時應該對成型零件的結(jié)構(gòu)形式、計算尺寸、強度校核給以足夠的重視。
5.5.1影響塑件尺寸精度的因素
a. 模具成型零件尺寸精度的因素 模具成型零件的加工精度直接影響塑件的尺寸精度。實踐表明，因模具成型零件的加工而造成的誤差約占塑料塑件成型誤差的三分之一。通常模具的制造精度等級為3～4級即可。
b. 模具成型零件的磨損量 模具在使用過程中，由于料流的流動，塑料塑件的脫模，都會使模具成型零件受到磨損。模具成型零件的不均勻磨損、銹蝕、使其表明光潔度降低，而從新研磨拋光也會造成模具成型零件的磨損，其中以塑料塑件的脫模對模具成型零件的磨損最大。因此通常認為凡與脫模方向垂直的面不考慮磨損，與脫模方向平行的面才加以考慮。磨損量隨著生產(chǎn)批量的增加而增大。
c. 毛邊厚度對塑件塑件尺寸精度的影響 在敞開式和半閉合式壓模中，沿塑料塑件型腔周圍設有擠壓邊，把在該擠壓邊框上形成的塑料層叫毛邊。毛邊的厚度與加入的壓制材料的數(shù)量及壓制比壓有關(guān)。利用注射模成型塑料塑件時，同樣也會產(chǎn)生毛邊。由于分型面上有渣滓，或者鎖模力不夠大，或者模具零件加工精度不高，使模具零件不能緊密貼合也會形成毛邊[10]。
d. 成型工藝條件的控制及操作技術(shù)對塑料塑件尺寸精度的影響 成型工藝條件包括料筒溫度、注射壓力、保壓時間、模具溫度、每次注射量、注射速度、冷卻時間、成型周期、原料的預熱及干燥等，對其進行正確的控制和管理，有利于獲得穩(wěn)定的尺寸，質(zhì)量優(yōu)異的塑料塑件，并對經(jīng)濟價值也有大的影響。
5.5.2模具成型零件的工作尺寸計算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個方面：
a. 成形收縮率：在實際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為
δs=（Smax－Smin)Ls （5.5.2-a） =（0.7－0.4）×80%
=0.24mm
式中 δs------------塑件收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）；
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Smax--------------塑料的最大收縮率（%）；
Smin----------塑料的最小收縮率（%）；
Ls------------塑件尺寸（mm）。
一般情況下，由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
b. 模具成形零件的制造誤差：實踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
c. 零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應取塑件公差的1/6，而大型零件，應在1/6之下。
d. 模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應該影響成形零件的尺寸精度和位置精度[7]。
5.6動模板的強度校核
5.6.1厚度計算
動模墊板由于受到成型壓力的作用而發(fā)生變形，若此變形過大，就會導致塑件的壁厚發(fā)生變化，還會發(fā)生溢料現(xiàn)象，因此必須將其最大變形量限制到0.1～0.2mm以下。計算公式如下：
(5.6.1-a)
P1=F×P (5.6.1-b)
式中 P1------動模受的總壓力(MPa)；
F-------塑件及澆注系統(tǒng)在動模上的投影面積(cm2)；
P-------型腔壓力一般取25～45MPa；
K------修正系數(shù)，取0.6～0.75，此處取為0.7；
B------動模墊板的寬度(mm)；
L------支撐塊的跨距(mm)。
由此可知，厚度（mm） (5.6.1-c)
綜合以上計算查表可得動模墊板的厚度為35mm。
6 導向與脫模機構(gòu)的設計
6 導向與脫模機構(gòu)的設計
6.1導向機構(gòu)的作用和設計原則
6.1.1導向機構(gòu)的作用
導向機構(gòu)是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套[11]。其具體作用有：
a. 定位作用 b. 導向作用 c. 承載作用 d. 保持運動平穩(wěn)作用e. 錐面定位機構(gòu)作用。
6.1.2導向機構(gòu)的設計原則
a. 導柱（導套）應對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具強度和防止模板發(fā)生變形；
b. 導柱（導套）的直徑應根據(jù)模具尺寸選定，并應保證有足夠的抗彎強度；
c. 導柱固定端的直徑和導套的外徑應盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求；
d. 導柱和導套應有足夠的耐磨性；
e. 為了便于塑料制品脫模，導柱最好裝在定模板上，但有時也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定。
6.2導柱、導套的設計
導柱導向是指導柱與導套（導向孔）采用間隙配合使導柱在導套（導向孔）內(nèi)滑動，配合間隙一般采用H7/h6級配合。
6.2.1導柱的設計
導柱的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種為單節(jié)式導柱，另一種為臺階式導柱。小型模具采用單節(jié)式導柱，大型模具采用臺階式導柱。對于大型模具，若導柱承受模板的重量，導柱的直徑可用下式校驗：
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(6.2.1)
式中 W------一根導柱承受的模板重力（N）；
L------模板中心距導柱根部距離（mm）；
E------材料彈性模量。
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