浴室噴頭注塑模具設計

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商丘工學院畢業(yè)設計（論文） 摘 要 《浴室噴頭注塑模模具設計》是編寫者兩個月以來所編寫的課程說明書。主要介紹：注射模的整個過程，包括成型零部件、液壓油缸抽芯機構，推出機構、流道等一些設計。在論文書寫過程中，通過一個月的時間對原始資料進行搜集，充分考慮模具的各種結構并和指導老師及同學之間進行討論，最終選擇了論文所寫的模具結構。 本論文的資料大多是編寫者結合三年所學的各方面的理論知識完成的，包括機械制圖、公差與配合、工程力學、機械設計、注射模具成型、工程材料等；一部分是通過查手冊所得；采用CAD繪制二維圖，UG繪制3D圖，還有少部分是同學之間的交流和自己三年的實習總結。 關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD繪制二維圖； 1 ABSTRACT The key point of the structure design of plastic injection mould with V-belt pulley groove is the parting(i.e,side action) and eyecting mechanism.Based on the analysis of the technologacical characteristics of plastic pulley,a practical mould structure is presented,involving the design of components of mold and their working principle.To ensure the quality product,the side pulls and demoulding are accomplished by use of the arrester,which prevents the side action of cavity splits at from the beginning of mould opening to a certain travel,as well as by use of angle slide ejecting device.The mould is compact in structure,credible in push-out and easy in installing,maintaining and operating,The quality of product is good and the production effciency is high. Key words: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection 1 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 錄 3 第一章 前言 1 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 1 1.2 模具的發(fā)展趨勢 1 1.2.1 加深理論研究 1 1.2.2 高效率、自動化 1 1.2.3 大型、超小型及高精度 2 1.2.4 革新模具制造工藝 2 1.2.5 標準化 2 1.4 來源背景 2 1.4.1 目的 3 1.4.2 要求 3 1.4.3 實際意義 3 1.4.4 主要設計內容 3 第二章 材料與塑件分析 4 2.1 塑料制品產量和生產要求 4 2.2 塑料品種牌號 4 2.3 制品圖樣 9 2.3.1尺寸及要求 9 2.3.2 根據制品尺寸幾何形狀進行分析 9 分型面的選擇 10 第三章 模具基本結構設計 11 3.1 注射機選擇 11 3.2模具型腔數目的計算 12 3.2.1 計算原理 12 3.2.2 制品體積 12 3.2.3 型腔數目確定 12 3.3 模架選擇 13 第四章 成型零件尺寸及結構 14 4.1聚苯乙烯的收縮率（S） 14 4.2 型芯尺寸及結構設計 14 4.2.1 型芯徑向尺寸計算利用公式 14 4.2.2 型芯高度尺寸 15 4.3 型腔尺寸及結構設計 15 4.3.1型腔徑向尺寸 15 4.3.2 型腔深度尺寸 16 4.3.3 型腔結構 16 4.3.4 型腔計算 17 第五章 模具結構 18 5.1模具結構圖 18 5.2模具與成型機械關系的校核 18 5.2.1 制品及流道體積 18 5.2.2注射機的校核 19 第六章 澆注系統(tǒng) 21 6.1 概述 21 6.2 澆注系統(tǒng)的設計 21 6.2.1 主流道的設計 21 6.2.2 澆口的設計 21 6.2.3 排氣糟的設計 23 6.3合模導向機構的設計 23 第七章 推出機構 25 7.1 概述 25 7.2 推出機構 25 7.3.側向抽芯機構類型選擇 26 第八章 支承零件 30 8.1 緊固件及其他附件 30 8.1.1 上模部分 30 8.1.2 下模部分 31 第九章 冷卻系統(tǒng) 32 9.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 32 9.2冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 33 第十章 模具的裝配與工作過程 35 10.1 模具的工作過程 35 結論 37 參考文獻 38 致 謝 39 第一章 前言 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 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。 現(xiàn)代生產中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，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的模具才有可能發(fā)揮其作用，產品的生產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 模具的發(fā)展趨勢 近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面： 1.2.1 加深理論研究 在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經有經驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。 1.2.2 高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。 1.2.3 大型、超小型及高精度 由于產品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。 1.2.4 革新模具制造工藝 在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。 1.2.5 標準化 開展標準化工作，不僅大大提高了生產模具的效率，而且改善了質量，降低了成本。 1.3 設計在學習模具制造中的作用 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，各種模具的結構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，了解模具結構的特點，根據不同情況選用模具加工新工藝。 課程能夠對以上各方面的要求加以靈活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。 1.4 來源背景 浴室噴頭為PE塑料制品，采用注射模進行成型，這種制品結構比較簡單，加工難度不大。 1.4.1 目的 通過本課題的設計，能夠懂得模具的整個設計過程及綜合性的掌握本專業(yè)知識，能夠掌握UG、CAD、Word等軟件的操作方法。 1.4.2 要求 設計本課題的要求的理論聯(lián)系實際。在學習好相關的設計理論知識的同時，還必須了解實踐操作。另外，設計的模具首先要能制造出來，還要有一定的使用價值。 1.4.3 實際意義 通過本課題的設計，可以更好的掌握模具的整個設計過程。在設計過程中，定會遇到許多以前沒有遇到的問題，有問題就會促使自己想盡一切辦法去解決，從中獲得一定的知識。把整個設計做完之后，就會對知識有個系統(tǒng)的了解。另外，通過對UG、CAD、Word等軟件的操作，可以有更好、更熟練的操作技能。這些工作對我以后的人生將是一筆大財富。 1.4.4 主要設計內容 本課題的設計主要包括成型零件的設計、澆注系統(tǒng)的設計、導向及定位部分的設計、推出與復位部分的設計、固定支承和緊固件的設計、模具結構的整體設計、工藝過程的編寫及對UG、CAD、Word等軟件的操作技術。 第二章 材料與塑件分析 2.1 塑料制品產量和生產要求 根據圖紙要求，此制品為大批量生產，在生產要求上不是很高，所以在模具設計時應力求結構簡單，但要能達到制品的各種要求。 2.2 塑料品種牌號 聚乙烯（polyethylene ，簡稱PE）是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達-100~-70°C），化學穩(wěn)定性好，能耐大多數酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質的酸）。常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性優(yōu)良。[1]? 物質性能編輯 是以乙烯單體聚合而成的聚合物。聚乙烯乃1922年由英國ICI合成，1939年開始工業(yè)生產，在美國正式工業(yè)性生產，大戰(zhàn)中為重要的雷達用絕緣材料和軍需用品，戰(zhàn)后，日本三井石油化學、住友化學（1958年）開始正式生產，1975年14年廠年產140.7萬噸，僅次于美國。 1933年，英國卜內門化學工業(yè)公司發(fā)現(xiàn)乙烯在高壓下可聚合生成聚乙烯。此法于1939年工業(yè)化，通稱為高壓法。1953年聯(lián)邦德國K.齊格勒發(fā)現(xiàn)以TiCl4-Al(C2H5)3為催化劑，乙烯在較低壓力下也可聚合。此法由聯(lián)邦德國赫斯特公司于1955年投入工業(yè)化生產，通稱為低壓法聚乙烯。 聚乙烯 聚乙烯是結晶熱塑性樹脂。它們的化學結構、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依賴于使用的聚合方法。聚合方法決定了支鏈的類型和支鏈度。結晶度取決件分子鏈的規(guī)整程度與其所經歷的熱歷史。 聚乙烯對于環(huán)境應力(化學與機械作用)是很敏感的，耐熱老化性差于聚合物的化學結構和加工條。聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法(見塑料加工)加工。用途十分廣泛，主要用來制造薄膜、包裝材料、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等，并可作為電視、雷達等的高頻絕緣材料。隨著石油化工的發(fā)展，聚乙烯生產得到迅速發(fā)展，產量約占塑料總產量的1/4。1983年世界聚乙烯總生產能力為24.65Mt，在建裝置能力為3.16Mt。2011年最新統(tǒng)計結果，全球產能達到96Mt，聚乙烯生產的發(fā)展趨勢顯示，生產消費逐步向亞洲地區(qū)轉移，中國日漸成為最重要的消費市場。 在核物理，天體物理，反應堆運行中運用聚乙烯作為漫化劑來測 聚乙烯 量中子。對核物理的研究做出了自己的貢獻. 化學分類編輯 聚乙烯(POLYETHYLENE，PE)是由乙烯聚合而成之聚合物，產品發(fā)展至今已有60年左右歷史，全球聚乙烯產量居五大泛用樹脂之首。 聚乙烯依聚合方法、分子量高低、鏈結構之不同，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及線性低密度聚乙烯。 低密度聚乙烯(LOW DENSITY POLYETHYLENE，LDPE)俗稱高壓聚乙烯，因密度較低，材質最軟，主要用在塑膠袋、農業(yè)用膜等。[2]? 高密度聚乙烯(HIGH DENSITY POLYETHYLENE，HDPE)俗稱低壓聚乙烯，與LDPE及LLDPE相較，有較高之耐溫、耐油性、耐蒸汽滲透性及抗環(huán)境應力開裂性，此外電絕緣性和抗沖擊性及耐寒性能很好，主要應用于吹塑、注塑等領域。[2]? 線型低密度聚乙烯(LINEAR LOW DENSITY POLYETHYLENE，LLDPE)，則是乙烯與少量高級 ?? -烯烴在催化劑存在下聚合而成之共聚物。LLDPE外觀與LDPE相似，透明性較差些，惟表面光澤好，具有低溫韌性、高模量、抗彎曲和耐應力開裂性，低溫下抗沖擊強度較佳等優(yōu)點。[2]? LLDPE應用領域幾乎已滲透到所有LDPE市場。現(xiàn)階段LLDPE和HDPE處于生命周期的成長階段；LDPE則在1980代末逐漸進入發(fā)展成熟期，世界上已少有LDPE設備投產。 聚乙烯材料難以印刷（除非進行本體改性或表面改性），故大多是無色或淺色制品，當然又由于其具有良好的耐環(huán)境老化性能，運動場上的人造草皮大多由聚乙烯制造。最簡單的鑒別方法就是用煤氣火焰（例如打火機）點燃一小塊樣品，樣品會持續(xù)燃燒，有煙，且具有燒蠟燭的味道。用指甲在其上劃一下，有劃痕的為低密度聚乙烯(LDPE)，否則則是高密度聚乙烯(HDPE)。 結構特點編輯 CH2=CH2+CH2=CH2+······→—CH2—CH2—CH2—CH2······ 簡寫：nCH2=CH2→—[CH2—CH2]n— 聚合壓力大?。焊邏?、中壓、低壓； 聚合實施方法：淤漿法、溶液法 、氣相法； 產品密度大?。焊呙芏?、中密度、低密度、線性低密度、超低密度； 產品分子量：低分子量、普通分子量、超高分子量。 結構 聚乙烯的分子是長鏈線型結構或支結構，為典型的結晶聚合物。在固體狀態(tài)下，結晶部分與無定型共存。結晶度視加工條件和原處理條件而異，一般情況下，密度高結晶度就越大。L.DP E結晶度通常為55 %-- 6 5%，HDPF結晶度為80%-90%。圖2-1示出PE結構示意圖。 　　從圖中可見，PE分子均有一定的支化度。而LDPE支化度高。在每1000個碳原子中含有15 ^-25個甲基側鏈以及少量的和丁基側鏈，由于側鏈或支鏈降低了分子的規(guī)整度，所以，會含大量支鏈的PE結晶度、密度和剛性均低。HDPE的支化低，每1000個碳原子的主鏈上只有5-7個乙基側鏈，故而結晶高，密度、剛性和硬度等性能均較好。度上依賴于聚合物的分子量、支化度和結晶度，如斷裂伸長率主要取決于PE密度高和結晶度大，其力學性能就好，但延展性就差，所以，了解聚合物結構會對其結構改性和其他改性有很大幫助·一般來說H DPE拉伸強度為20一25MPa，而LDPE拉伸強度僅為10-2f5MPa。這一數值距離工程材料的拉伸強度(100 -200MPa） 　　還相差很大的距離。 特點 聚乙烯為典型的熱塑性塑料，是無臭、無味、無毒的可燃性白色粉末。成型加工的PE樹脂均是經擠出造粒的蠟狀顆粒料，外觀呈乳白色。其分子量在1萬一loa萬范圍內。分子量超過10萬的則為超高分子量聚乙烯f UHMWPE3。分子量越高，其物理力學性能越好，越接近工程材料的要求水平。但分子量越高，其加工的難度也隨之增大。聚乙烯熔點為100-130C·其耐低溫性能優(yōu)良。在-60℃下仍可保持良好的力學性能，但使用溫度在80~110℃。 　　聚乙烯化學穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。但不耐強氧化的腐蝕，如發(fā)煙硫酸·濃硝酸、鉻酸與硫酸的混合液。在室溫下上述溶劑會對聚乙烯產生緩慢的侵蝕作用，而在90-100℃下，濃硫酸和濃硝酸會快速地侵蝕聚乙烯，使其破壞或分解。 　　聚乙烯在大氣、陽光和氧的作用下，會發(fā)生老化，變色、龜裂、變脆或粉化，喪失其力學性能。在成型加工溫度下，也會因氧化作用，使其熔體戮度下降，發(fā)生變色、出現(xiàn)條紋，故而在成型加工和使用過程或選材時應予以注意。正因為聚乙烯擁有如上特質，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深遠的價值。 由乙烯均聚以及與少量α-烯烴共聚制得的乳白色、半透明的熱塑性塑料。密度0.86～0.96g/cm3，按密度區(qū)分有低密度聚乙烯(也包括線性低密度聚乙烯)、超低密度聚乙烯等。無味、無毒。耐化學藥品，常溫下不溶于溶劑。耐低溫，最低使用溫度-70～-100℃。電絕緣性好，吸水率低。物理機械性能因密度而異。工業(yè)上低密度聚乙烯主要采用高壓(110～200MPa)、高溫(150～300℃)自由基聚合。其他則用低壓配位聚合，有時同一套裝置可生產密度0.87～0.96g/cm3的聚乙烯產品，稱全密度聚乙烯工藝技術。聚乙烯可加工制成薄膜、電線電纜護套、管材、各種中空制品、注塑制品、纖維等。廣泛用于農業(yè)、包裝、電子電氣、機械、汽車、日用雜品等方面。 性能應用編輯 聚乙烯 聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無毒，具有優(yōu)越的介電性能。易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒。透水率低，對有機蒸汽透過率則較大。聚乙烯的透明度隨結晶度增加而下降在一定結晶度下，透明度隨分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔點范圍為132-135℃，低密度聚乙烯熔點較低（112℃）且范圍寬。 常溫下不溶于任何已知溶劑中，70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶劑中。 超高壓聚乙烯：可作為工程塑料使用。 熔點 140℃ 熔化焓292.88J/g 印刷方面 適用于抗水、油及化學物品等性能較高的產品標簽，瀚源印刷常將此材料應用于化妝品、洗發(fā)水、洗滌和其他在使用過程中有耐潮、耐擠壓要求的日用化學品標簽。優(yōu)異的柔軟性，尤其適用于塑料袋。也可用于因環(huán)保要求而不能使用PVC標簽材料的情況。 加工方面 聚乙烯可用吹塑、擠出、注射成型等方法加工，廣泛應用于制造薄膜、中空制品、纖維和日用雜品等。 應用薄膜 低密度聚乙烯廣泛用作各種食品、衣物、醫(yī)藥、化肥、工業(yè)品的包裝材料以及農用薄膜。也可用擠出法加工成復合薄膜用于包裝重物。 1975年以來，高密度聚乙烯薄膜也得到發(fā)展，它的強度高、耐低溫、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。 此外，還可以在紙、鋁箔或其他塑料薄膜上擠出涂布聚乙烯涂層，制成高分子復合材料。 中空制品 高密度聚乙烯強度較高，適宜作中空制品。如牛奶瓶、去污劑瓶； 2.3 制品圖樣 2.3.1尺寸及要求 浴室噴頭3D塑件圖，如圖2.1 圖 2.1 2.3.2 根據制品尺寸幾何形狀進行分析 （1） 尺寸及公差 從制品所給的尺寸及公差查《塑料模塑成型技術》表3-7為4級精度等級，查表3-8得4級精度等級為一般精度，從經濟方面考慮，在模具設計時模具精度等級也應設計成一般精度等級。 （2） 塑料制品的形狀 此制品為浴室噴頭方形制品，制品體積不大，如圖2.1。 （3）塑料制品的壁厚 測量產品可知，此制品最大壁厚為2mm，最小壁厚為1mm。壁厚均勻，但是骨位較少，它會固化或冷卻速度的不同引起收縮不均勻，從而在制品內部產生內應力。因此在模具設計時要進行冷卻系統(tǒng)的設計及適應選擇澆口。 （4） 脫模斜度 所設計的制品脫模斜度為0.5°，部分位置脫模斜度為零，這樣制品對型心的包緊力大，脫模時較有脫模斜度的難，生產時可噴涂脫模劑。 （5） 分型面的選擇 塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。定模和動模相接觸的面稱分型面。通常有以下原則： 1.分型面的選擇有利于脫模：分型面應取在塑件尺寸的最大處。而且應使塑件流在動模部分，由于推出機構通常設置在動模的一側，將型芯設置在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模，這樣有利脫模。如果塑件的壁厚較大，內孔較小或者有嵌件時，為了使塑件留在動模，一般應將凹模也設在動模一側。 2.分型面的選擇應有利于保證塑件的外觀質量和精度要求。 3.分型面的選擇應有利于成型零件的加工制造。 4.分型面應有利于側向抽芯。 分型面的選擇 第三章 模具基本結構設計 3.1 注射機選擇 根據塑料制品的體積或質量，查書可選定注塑機型號為HTF 250XB. 注塑機的參數如下： 型號規(guī)格 A B C 螺孔直徑 mm 50 55 60 22 20 18.3 理論容量 cm3 442 535 636 射出量 ｇ 402 487 579 射出速度 mm/s 124 124 124 塑料化能力 g/s 23.8 28.8 34.3 射出壓力 MPa 205 169 142 螺旋回轉數 r/min 0～225 鎖模力 KN 2500 鎖模行程 mm 540 時間間隔 mm 570×570 最大板厚 mm 570 最小板厚 mm 220 頂出行程 mm 130 頂出力 KN 52 頂出根數 9 最大泵壓力 MPa 16 馬達輸出功率 KW 30 加熱器輸出功率 KW 14.85 機械外形尺寸 m 6.02×1.7×2.1 機械重量 ｔ 8.1 貯料器容量 kg 50 料筒體積 L 570 3.2模具型腔數目的計算 3.2.1 計算原理 通常注射機的實際注射量為注射機最大注射量的80﹪，即 V實 = Vmax×80﹪ (3-1) 式中 V實 ---- 制品實際所需注射量，單位cm3。 Vmax ---- 注射機最大注射量，單位 cm3。 由表3.1 Vmax=535cm3 所以 V實=246cm3 3.2.2 制品體積 制品的結構及尺寸如圖2.1，體積通過3D測量可得出： V制=113cm3 3.2.3 型腔數目確定 制品數目用n表示，利用下列公式進行計算， n= V實/（n*V制+V流）=535/（2*113+20.4）=2.17 通過計算可以設計型腔數量?？紤]到模具排位，暫設計型腔數目為一模二腔。 3.3 模架選擇 根據制品尺寸大小及型腔數目，查表《模具標準應用手冊》表6-15初步選用450x450模架具體結構如圖3.1(a)、3.1(b) 模架型號采用CI-4545-A100-B90-C120，使用標準模架，可以降低計算量，節(jié)約成本。 圖3.1 （a） 圖3.1 (b) 第四章 成型零件尺寸及結構 4.1聚苯乙烯的收縮率（S） 查《塑料制品及其成型模具設計》表0.1ABS的收縮率范圍為0.4-0.6﹪，換算成平均收縮率Scp﹪ Scp﹪=(0.4﹪+0.6﹪)/2=0.5﹪ (4-1) 4.2 型芯尺寸及結構設計 4.2.1 型芯徑向尺寸計算利用公式 LM1=[ls1(1+Scp﹪)+△] (4-2) 制品的基本尺寸為：252.76, 90 查表公差為0.4、0.2、 將數值代入計算 LM1=[250.76（1+0.5%）+×0.4] =251.02 LM2=[86（1+0.5%）+×0.2] =86.43 4.2.2 型芯高度尺寸 Hm = [hs(1+Scp%)+△] (4-3) 制品的基本尺寸為：44.87 查表公差為0.1 將數值代入計算 Hm= [44.87(1+0.5%)+2/3×0.1] =45.09 4.3 型腔尺寸及結構設計 4.3.1型腔徑向尺寸 型腔徑向尺寸利用公式 LM=[ls(1+Scp﹪)-△] （4-6） 制品的基本尺寸為:252.76 ， 90 查表公差為0.4、0.2 將數值代入計算 LM1=[252.76(1+0.5﹪)-×0.4] =254.02 LM2=[90(1+0.5﹪)-×0.2] =90.45 4.3.2 型腔深度尺寸 型腔深度尺寸利用公式 制品的基本尺寸為：46.87 查表公差為0.1 Hm = [Hs(1+Scp%)-△] (4-7) 將數值代入計算 LM3=[46.87（1+0.5%）+×0.1] =47.10 4.3.3 型腔結構 型腔結構簡單，采用鑲嵌凹模，這種結構成形的制品質量較好，加工方便，并且就鑲嵌在型腔板上，與型腔板構成一體。 4.3.4 型腔計算 型腔底厚、壁厚 1.按剛度校核側壁厚度，利用公式 t=r[（4-8） 代入計算得 t=9.6 mm 2.按強度計算，利用公式 t=r( 代入計算t=8.7mm 取較大值9.6mm。 4.3.5 底厚計算 按剛度計算 h=5.23mm 按強度計算 h=4.87mm 取較大值5.23mm。 第五章 模具結構 模具結構主要由以下部分組成：成型部分、 支承部分、推出機構、澆注系統(tǒng)、導向部分、緊固定位部分、冷卻排氣系統(tǒng)。在模具設計過程中，主要考慮塑料怎樣進料，制品怎樣成型、制品怎樣脫出。 5.1模具結構圖 通過對模具成型零件的計算，模架的確定，模具結構圖如圖所示。 5.2模具與成型機械關系的校核 5.2.1 制品及流道體積 5.2.1.1 制品體積 Vi=5.3cm 5.2.2注射機的校核 1.最大注射量的校核 根據公式 KV0≥V+V流 代入計算得V=113x2+20.4=246.4cm 符合注射機的要求 2.鎖模力校核 F鎖﹥pA 式中p——熔融型料在型腔內的壓力，該產品 A——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經計算A= 24593mm3 F鎖——注塑機的額定鎖模力。 故 F鎖＞pA=30Mpa x 24593mm x1.1x0.001=811.6KN 選定的注塑機的壓力為2500KN，滿足要求。 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 A 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適 模具長×模具寬<拉桿面積 B模具閉合高度校核 Hmin——注塑機允許最小模厚=270mm Hmax——注塑機允許最大模厚=550mm H———模具閉合高度=390mm 故滿足Hmax＞H＞Hmin。 開模行程校核 注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機），故注塑機的開模行程應滿足下式： S機>H+H1+H2+(30~50安全距離) S機————注塑機最大開模行程=1110mm; H————模具厚度=390mm； H1————頂出距離=50mm； H2————澆注系統(tǒng)高度=145mm; S機=1110>390+50+145+50=635mm 故：滿足條件 第六章 澆注系統(tǒng) 6.1 概述 注射模的澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機的噴嘴開始到型腔為止的流動通道。對其要求是：使熔體平穩(wěn)的進入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔內的氣體順利排出，在熔體填充型腔和凝固的過程中，能充分的把壓力傳到各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，尺寸穩(wěn)定的塑料制品?？梢姡瑵沧⑾到y(tǒng)的設計是十分重要的。澆注系統(tǒng)的設計正確與否，是注射成型能否順利進行的關鍵，因此，要引起高度重視。 6.2 澆注系統(tǒng)的設計 6.2.1 主流道的設計 主流道的截面形狀一般為圓形，其錐度為2°～6°，在此模具的設計的設計中采用2°，小端直徑一般取3～6mm,且大于注射機噴嘴直徑0.5mm,由表3-1注射機噴嘴直徑為3mm。將此模具主流道小端直徑設計為3.5mm。主流道的長度一般設計為145mm,由于主流道需要與高溫塑料頻繁接觸，故設計主流道襯套是十分必要的，尤其是主流道要穿過兩塊板時，如果沒有主流道襯套，在結合處很容易發(fā)生溢料，導致主流道難以取出，主流道襯套的球半徑比注射機的球半徑大1～2mm，設計球半徑為SR16mm。主流道襯套的尺寸查表3-6-62《模具實用技術設計綜合手冊》。 6.2.2 澆口的設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。其主要作用是： 1.型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流。 2.易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積約為分流道截面積的0.03～0.09，澆口的長度約為0.5mm～2mm，澆口具體尺寸一般根據經驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步糾正。 當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內磨檫加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。但澆口尺寸過小會使壓力損失增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質量。 澆口位置的選擇： 澆口位置應使填充型腔的流程最短。這樣的結構使壓力損失最小，易保證料流充滿整個型腔，同時流動比的允許值隨塑料熔體的性質，溫度，注塑壓力等的不同而變化，所以我們在考慮塑件的質量都要注意到這些適當值。 澆口設置應有利于排氣和補塑。 澆口位置的選擇要避免塑件變形。采側澆口在進料時頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用潛伏澆口，有利于排氣，整件質量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設在厚壁處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產生。 澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型時前端較冷的料流在型腔中的對接部位，它的存在會降低塑件的強度，所以設置澆口時應考慮料流的方向，澆口數量多，產生熔接痕的機會很多。流程不長時應盡量采用一個澆口，以減少熔接痕的數量。對于大多數框形塑件，澆口位置使料流的流程過長，熔接處料溫過低，熔接痕處強度低，會形成明顯的接縫，如果澆口位置使料流的流程短，熔接處強度高。為了提高熔接痕處強度，可在熔接處增設溢溜槽，是冷料進入溢溜槽。筒形塑件采用環(huán)行澆口無熔接痕，而輪輻式澆口會使熔接痕產生。 澆口位置應避免側面沖擊細長型心或鑲件。 定位環(huán)、澆口襯套、澆注系統(tǒng)示意圖 因潛伏澆口在脫開時會傷塑件的內表面在這里是可以的，考慮到點澆口有利澆注系統(tǒng)的廢料和塑件的脫離，所以選取用點澆口。分流道與澆口的連接。在利用了UG的塑料顧問對其進行模仿CAE的注塑之后選擇了更具優(yōu)勢的澆口. 6.2.3 排氣糟的設計 塑料熔體在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿。 因該模具為小型模具，且分型面適宜，可利用分型面排氣,鑲件間隙排氣，所以無需設計排氣槽。 6.3合模導向機構的設計 導向合模機構對于塑料模具是必不可少的部分，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。 導向機構的主要作用有：定位、導向和承受一定側壓力。 定位作用： 為避免裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔過程中會產生單向側壓力，或由于注射機的精度限制，使導柱工作中承受一不定的導向作用。 動定模合模時，首先導向機構接觸，引導動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔，產生干涉而壞零件。由于注塑壓力的各向性就會對導柱進行徑向的剪力，導致導柱容易折斷。對型芯和型腔改進后，其的配合可以進行定位。 導柱、導套零件如下： 第七章 推出機構 7.1 概述 推出機構的設計是為了把制品從型芯型腔中推出來，為下一次注射做準備，推出機構的設計要求有： 1.盡量使制品留在動模上。 2.保證制品不變形，不損壞。 3.保證制品外觀良好。 4.結構要可靠。 7.2 推出機構 推出機構一般有推桿、推管、推件塊等，從制品的形狀、尺寸考慮，利用推管制品的壁厚太小，采用直推桿，制品的受力面積太小，會損壞制品，其他結構不適合成型本產品，所以將頂出機構設計推板形式，下面采用復位桿提供動力固定，采用導柱導套保證裝配需要。 推出機構 7.3.側向抽芯機構類型選擇 一般指的模具的行位機構，即凡是能夠獲得側向抽芯或側向分型以及復位動作來拖出產品倒扣，低陷等位置的機構。 下圖列出模具的常用行位結構。 液壓油缸側向抽芯機構設計 液壓或氣動抽芯與機動抽芯的區(qū)別： 液壓或氣壓抽芯是通過一套專用的控制系統(tǒng)來控制活塞的運動實現(xiàn)的，其抽芯動作可不受開模時間和推出時間的影響。液壓傳動與氣壓傳動抽芯機構的比較： 液壓傳動平穩(wěn)，且可得到較大的抽拔力和較長的抽芯距離。 液壓抽芯機構帶有鎖緊裝置，側向活動型芯設在動模一側。成型時，側向活動型芯由定模上的鎖緊塊鎖緊，開模時，鎖緊塊離去，由液壓抽芯系統(tǒng)抽出側向活芯，然后再推出制件，推出機構復位后，側向型芯再復位。 1、側向分型與抽芯機構的類型 （1）手動抽芯 （2）液壓或氣動抽芯 （3）機動抽芯 2、抽心距：S=H+(3-5) 其中,S為抽芯機構需要行走的總距離，在2D中測量得出需要抽芯的距離為171mm。H為通過測量出來的產品抽芯距離（可以通過3D或2D進行實際測量） 3-5MM為產品抽芯后的安全距離 本設計中，抽芯距離很大，抽芯171mm才可以達到目的。所以S取175mm。 3、抽芯力： 將塑料制品從包緊的側型芯上脫出時所需克服的阻力稱為抽芯力。 抽芯力F=PA(f *cosα+sinα) p---塑料制品收縮對型芯單位面積的正壓力，通常取8~12Mpa; A---塑料制品包緊型芯的側面積， f---磨擦系數，取0.1~0.2 α---脫模斜度，一般就是幾度而已。 F---單位為N F=10x35034x0.001x(0.1x25cos25+sin25)=290KN 4.液壓油缸側向抽芯機構設計 　液壓或氣動抽芯與機動抽芯的區(qū)別： 液壓或氣壓抽芯是通過一套專用的控制系統(tǒng)來控制活塞的運動實現(xiàn)的，其抽芯動作可不受開模時間和推出時間的影響。液壓傳動與氣壓傳動抽芯機構的比較： 液壓傳動平穩(wěn)，且可得到較大的抽拔力和較長的抽芯距離。 液壓抽芯機構帶有鎖緊裝置，側向活動型芯設在動模一側。成型時，側向活動型芯由定模上的鎖緊塊鎖緊，開模時，鎖緊塊離去，由液壓抽芯系統(tǒng)抽出側向活芯，然后再推出制件，推出機構復位后，側向型芯再復位。 （1） 滑塊的設計 滑塊設計的要點在于滑塊與側向型芯連接以及注射成型時制品尺寸的準確性和移動的可靠性，滑塊分為整體式和組合式兩種。 滑塊材料常用45鋼或T8、T10等制造，要求硬度在HRC40以上。 （2）導滑槽設計 1）導滑槽與滑塊導滑部分采用間隙配合，一般采用H8/f8。 2）滑塊的滑動配合長度通常要大于滑塊寬度的1.5倍，而保留在導滑槽內的長度不應小于導滑配合長度的2/3， 3）導滑槽材料通常用45鋼制造，調質至HRC 28～HRC32， （3）滑塊定位裝置設計，由于我們采用的是后模行位的形式，根據生產的實際情況，采用行位壓板的方式，主要作用為固定與導向作用。 （4）楔緊塊設計 楔緊角β應比斜導柱的傾斜角α大2°～3°。 斜滑塊側向抽芯的特點是利用推出機構的推力驅動斜滑塊斜向運動，在制品被推出脫模的同時由斜滑塊完成側向抽芯動作。一般分為外側抽芯和內側抽芯兩種。 1、斜滑塊抽芯機構適用于制品具有側孔或較淺側凹，成型面積較大的場合。 2、特點：在制品被推出脫模的同時由斜滑塊完成側向抽芯動作。 3、斜滑塊的導滑形式 4、傾斜角通常不超過30°。 5、進行斜滑塊抽芯機構設計時，若定模一側有成型型芯，則需設置銷釘鎖緊或壓緊的止動裝置，保證制品與定模型芯分離而留在動模一側。 液壓油缸抽芯系統(tǒng) 第八章 支承零件 在此模具中，支承零件包括上模座板、下模座板、型芯固定板、模腳等。 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，了解其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求。本設計中采用嵌入式型腔及型芯，如圖所示。型腔的結構簡單，成本低廉。不過模具加工起來比較困難，要用到數控加工或電火花加工。 8.1 緊固件及其他附件 8.1.1 上模部分 定模部分由于產品較低，采用定模板嵌入方式制作嵌入型芯。 型腔 8.1.2 下模部分 下模部分設計，根據產品設計模具鑲件。 型芯 第九章 冷卻系統(tǒng) 模具在注射時，應對模具溫度進行較好的控制，才能保證制品的精度，這就要求在模具內設計冷卻系統(tǒng)，但由于本零件較大，不可以通過模具自然冷卻來保證熱平衡。另外此制品為小批量生產，成型的制品精度等級為一般精度，故采用模具冷卻，冷卻水道需要注意設計模具結構 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的ABS料，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 9.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。 模具冷卻水路圖 9.2冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。 (1) 冷卻管路的位置與尺寸 塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取10mm。 第十章 模具的裝配與工作過程 裝配模具是模具制造過程中的最后階段，裝配精度直接影響到模具的質量、壽命和各部分的功能。模具裝配過程是按照模具技術要求和相互間的關系，將合格的零件連接固定為組件、部件直至裝配為合格的模具。 在模具裝配過程中，對模具的裝配精度應控制在合理的范圍內，模具的裝配精度包括相關零件的位置精度，相關的運動精度，配合精度及接觸只有當各精度要求得到保證，才能使模具的整體要求得到保證。 定模各動模的導柱和導套孔先不加工，先將型腔和型芯鑲塊加工好，然后裝入定模和動模內，將型腔和型芯之間墊片法或工藝定位器法保證壁厚，動模和定模合模后用平行夾板夾緊，鏜投影導柱和導套孔，最后安裝動模和定模上的其它零件，另一種是已有導柱導套塑料模架的。 澆口套與定模部分裝配后，必須與分模面有一定的間隙，其間隙為0.05——0.15毫米，因為該處受噴嘴壓力的影響，在注射時會發(fā)生變形，有時在試模中經常發(fā)現(xiàn)在分模面上澆口套周圍出現(xiàn)塑料飛邊，就是由于沒有間隙的原因。 10.1 模具的工作過程 1. 模具安裝上注塑機，通過定位環(huán)定位 2.注塑機噴嘴對準澆口襯套 3.注射，保壓，冷卻，成型 4.液壓油缸抽芯機構完成對塑件的抽芯，然后模具分型面開模， 5.停止開模 6.注塑機頂棍通過頂棍孔頂向頂針底板， 7.繼續(xù)頂出運動，頂針底板帶動頂針，斜頂抽芯機構，完成內卡扣的抽芯，和頂出塑件。 8.塑件脫模，取出 9.注塑機頂棍退回，在復位桿和彈簧的作用下，模具頂出和斜頂抽芯系統(tǒng)復位。 10.模具合模，液壓油缸系統(tǒng)復位，準備下一次注塑過程 結論 通過此次課程，我受益匪淺，可大體地了解作為一名設計人員所要具備的基本素質及知識量及思考問題，解決問題的能力。同時也讓我鞏固了自己的專業(yè)知識，在設計的過程中對于CAD、UG 繪圖軟件、Microsoft Word 辦公軟件等應用有了更進一步的掌握；在設計之初，面對從未涉及的問題，感到十分棘手，但經過反復的思考、查閱資料以及在老師的熱心指導幫助下，同學之間的探討，發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么困難。另外，查閱資料是本次設計的重點，詢問經驗人士，我想實踐是最可靠的保證，經驗是寶貴的財富。 通過認真仔細的資料查閱和軟件的反復模擬，特別在林老師的精心指導和嚴謹求實的要求下，我確信這次畢業(yè)實際是成功的，在這表示特別感謝！當然，由于本人的知識面欠全，設計中還存在不足，但我相信通過這次設計將為我今后走向工作崗位打下了堅實的基礎。 參考文獻 1. 伍先明等.《塑料模具設計指導》.北京：國防工業(yè)出版社.2010.4. 2. 廖念釗，古盈菴，莫雨松等.《互換性與技術測量》.北京：中國計量出版社.2009.6. 3. 王琳，陳雪江，肖新華.《AutoCAD2008中文版機械圖形設計》北京:清華大學出版社.2007.7. 4. 譚雪松，王金，鐘廷志.《UGNGINEER Wildfire 4.0中文版模具設計》.北京：人民郵電出版社.2009.11. 5. 管耀文. 《UGNGINEER野火版模具設計實例精講》.北京：人民郵電出版社.2007.12 6. 何滿才.《模具設計—UGNGINEER Wildfire中文版實例詳解》.北京：人民郵電出版社.2005.5. 7. 齊衛(wèi)東.《塑料模具設計與制造》.北京：高等教育出版社.2004 8. 閻亞林.《塑料模具圖冊》.北京:高等教育出版社.2004. 9. 屈華昌.《塑料成形工藝與模具設計》.北京：高等教育出版社.2001. 10. 甑瑞麟.《模具制造實訓教程》.北京：機械工業(yè)出版社.2006. 11. 付麗.《實用模具技術手冊》.北京：機械工業(yè)出版社.2002. 12. 于華編著.《注塑模具設計技術及實例》.北京：機械工業(yè)出版社.2004.6. 13. 陳萬林等編著.《實用塑料注塑模設計與制造》.北京：機械工業(yè)出版社.2000.3. 14. 蔣繼宏，王效岳編著.《注塑模具典型結構100例》.北京：中國輕工業(yè)出版社.2000. 15. 屈華昌主編.《塑料成型工藝模具設計》.北京：高等教育出版社.2004.8. 16. 葉久新，王群.《塑料成型工藝及模具設計》.北京：機械工業(yè)出版社.2008.1. 致 謝 這次浴室噴頭的模具設計，是對我這四年大學學習的一次檢驗，通過這次設計，我補充了在理論學習中的一些漏洞， 使我掌握了在注塑工藝中應重視的問題，使我詳細的知道了塑件成型的工藝過程，并通過熟悉和查閱與注塑方面相關資料，掌握了一般的設計方法和設計技巧，而且對樹立正確的設計思想，培養(yǎng)我用所學專業(yè)知識去分析、解決在實際生產和生活中遇到問題能力都是有很重要的實際意義。培養(yǎng)了我獨立思考的能力，使我可以更多得考慮問題。考慮制品在使用，美觀，而且要占領市場所需要考慮的問題。 本次課程中，我的指導老師XXX老師，對我在資料的查找收集和整理以及模具設計的過程中所遇到的問題，給以極大的幫助和指導，同時也得到了其他多位老師和同學們的熱心幫助，使我學到了很多課堂學不到的東西，培養(yǎng)了我多思考，勤查資料，多動手的習慣。這次我的設計結果，也是老師和同學們的功勞，對在此過程中給予我?guī)椭母魑焕蠋熀屯瑢W表示由衷心的感謝！我會繼續(xù)學習，不辜負老師的期望，也對的起同學們的幫助。祝愿老師們工作順利，身體健康，合家歡樂。祝福我的同學們學業(yè)有成，以后事業(yè)順心，前途無量！ 38