機床手柄注塑模具設計 (帶CAD圖紙)
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中北大學2009屆畢業(yè)設計說明書
目 錄
1 摘要……………………………………………………………………………………1
1.1塑料模具的基本概念………………………………………………………………1
1.2模具工業(yè)現狀……………………………………………………………………1
1.3中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展前景………………………………………………………5
1.4塑料模具技術發(fā)展趨勢……………………………………………………………6
2 機床手柄注塑模具的設計要求…………………………………………………………9
2.1塑件名稱…………………………………………………………………………………9
2.2功能設計………………………………………………………………………………9
2.3材料：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）………………………………………………10
2.4表面要求…………………………………………………………………………………11
2.5尺寸要求…………………………………………………………………………………11
2.6 要求…………………………………………………………………………………… 11
2.7 設計重點…………………………………………………………………………………11
3 總體方案設計……………………………………………………………………………11
3.1分型面的選擇……………………………………………………………………12
3.2 型腔布置方案………………………………………………………………………13
3.3注塑機的選擇…………………………………………………………………………14
3.3.1 注塑機簡介…………………………………………………………………………14
3.3.2 注塑機基本參數……………………………………………………………………14
3.3.3 選擇注塑機……………………………………………………………………………16
3.4 澆注系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………………18
3.4.1 澆注系統(tǒng)的設計原則……………………………………………………………18
3.4.2 澆注系統(tǒng)的設計……………………………………………………………………19
3.5 合模導向機構的設計……………………………………………………………………25
3.6 推出機構的設計…………………………………………………………………………26
3.6.1 推出機構的設計原則……………………………………………………………27
3.6.2 推出機構的分類……………………………………………………………………27
3.6.3 一次推出脫模機構……………………………………………………………………28
3.6.4 推出機構的導向……………………………………………………………………29
3.6.5 推出機構的復位……………………………………………………………………30
3.7 冷卻系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………………30
3.7.1 模具冷卻系統(tǒng)的設計原則……………………………………………………………30
3.7.2 型腔的冷卻形式……………………………………………………………………31
4 設計說明書………………………………………………………………………………32
4.1 模架的選擇………………………………………………………………………32
4.1.1標準模架的分類………………………………………………………………… 32
4.1.2中小型標準模架的結構形式和模架的選擇………………………………………32
4.2 定模板尺寸的設計計算………………………………………………………………… 33
4.2.1型腔的布置…………………………………………………………………………… 33
4.2.2在定模板上加冷卻水道和澆注系統(tǒng)…………………………………………………33
4.2.3在定模板上加導柱和定位銷…………………………………………………………34
4.3動模板尺寸的設計計算………………………………………………………………… 34
4.3.1型腔的布置…………………………………………………………………………… 34
4.3.2在動模板上加冷卻水道……………………………………………………………35
4.3.3在動模板上加導柱和復位桿………………………………………………………35
4.4注塑機的校核……………………………………………………………………………35
4.5成型零件工作尺寸的計算………………………………………………………………36
4.5.1影響塑件尺寸公差的因素…………………………………………………………… 36
4.5.2成型零件工作尺寸的計算……………………………………………………………37
結論……………………………………………………………………………………………41
參考文獻……………………………………………………………………………………… 42
致謝…………………………………………………………………………………………… 43
機床手柄注塑模具設計
摘要
作為高精度機械加工的一種方法，模具制造業(yè)彰顯了其重要的地位和作用。注射模具是各種模具當中最典型的一種模具之一。
本文首先對注射模具的現狀及發(fā)展進行簡單的概括。著重論述了彎頭管件注射模具以下幾方面的的設計內容：1.注塑機的選擇；2.澆注系統(tǒng)的設計；3.合模導向機構的設計；4.推出機構的設計；5.冷卻系統(tǒng)的設計。
在設計中，根據塑料的品種，塑件的結構和注射模的大小選擇了SZ—1600/1400型注塑機；澆注系統(tǒng)采用定位圈與注塑機連接，主流道襯套澆注，圓形分流道以及側澆口的形式；導向機構選用導柱和直導套配合的形式；推出系統(tǒng)使用了多推桿推出和復位桿復位的形式；文中在定模板和動模板上分別設置了冷卻水道。
關鍵字：注射模,機床手柄,冷卻系統(tǒng),注射機
The injection mold design of machine handle
Abstract
As a high accuracy technique of mechanical process, mold manufacturing industry displays its important status and function. Injection mold is one of the most typical molds.
We have a simple conclusion about the development of injection mold in this paper. this paper mainly introduces several designing content of oblique three-limb tube as following:1.the choice of injection machine.2.the design of runner system.3.the design of guide mechanism. 4.the design of ejecting system.5.the design of cooling system.
According to the kind of plastic, the construction of the plastic part and the size of the die sets, the injection machine of SZ has been chosen. The runner system is applying the form of connection of orientation cycle and injection machine, runner with the sprue bush, semicircle runner and the form of side gate. The guide mechanism is using the cooperation of guide pillars and guide bushes.The ejecting system is using pin to eject and using release pin to reposite. In this paper we locate the cooling channels both in the fixed die and the moving die. In the design of core system we use the form of hydraulic pressure to pull the core and use the wedge block to compact the mould. Hydraulic pressure to pull the core can be pumped to the larger and longer-core pulling the itinerary
Key words: injecting mold ,machine handle, cooling system ,injection machine
1 緒論
1.1塑料模具的基本概念
日常生活中到處可見塑料制品。日用品如：塑料飯碗、臉盆、水桶、手機外殼等塑料制品；經常接觸的家用電器如：電視機、收錄機、電腦等產品外殼都是塑料制品。在工業(yè)設備中也經?？吹剿芰狭慵＿@些塑料制品是怎樣做成的呢？塑料是由從石油生產出來的合成樹脂加入增塑劑、穩(wěn)定劑、填料等物質而組成的，原料為小顆粒狀或粉狀。如果將這些小顆粒塑料加熱熔化成液體，注入到一個具有所需產品形狀的型腔中，待塑料冷卻后取出來，就得到了與型腔形狀一樣的塑件，這個具有型腔的東西稱為模具，因為它專門用于制作塑料件，所以通常稱為塑料模具[1]。??
1.2模具工業(yè)現狀
隨著國民經濟總量和工業(yè)產品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。雖然模具種類繁多，但其發(fā)展重點應該是既能滿足大量需要，又有較高技術含量，特別是目前國內尚不能自給，需大量進口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復雜、長壽命模具。模具標準件的種類、數量、水平、生產集中度等對整個模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此，一些重要的模具標準件也必須重點發(fā)展，而且其發(fā)展速度應快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國模具標準化水平，從而提高模具質量，縮短模具生產周期，降低成本。由于我國的模具產品在國際市場上占有較大的價格優(yōu)勢，因此對于出口前景好的模具產品也應作為重點來發(fā)展。根據上述需要量大、技術含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點發(fā)展產品，而且所選產品必須目前已有一定技術基礎，屬于有條件、有可能發(fā)展起來的產品[2]。
在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應求，其主要缺口集中于精密、大型、復雜、長壽命模具領域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。
中國模具產業(yè)除了要繼續(xù)提高生產能力，今后更要著重于行業(yè)內部結構的調整和技術發(fā)展水平的提高。結構調整方面，主要是企業(yè)結構向專業(yè)化調整，產品結構向著中高檔模具發(fā)展，向進出口結構的改進，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結構改進、多功能復合模具和復合加工及激光技術在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術、信息化方向發(fā)展[3]。
存在問題和主要差距:
雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家許多。當前存在的問題和差距主要表現在以下幾方面：
1． 總量供不應求
國內模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%
左右。
2．模具產品水平大大低于國際水平，生產周期卻高于國際水平。產品水平低主要表現在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結構等方面。
3． 開發(fā)能力較差，經濟效益欠佳
我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產品開發(fā)，在市場中經常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現現代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產品長期未得到應有的重視，以及多數國有企業(yè)機制不能適應市場經濟之外，還有下列幾個原因：
1.對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠
雖然國家已經明確頒布了模具行業(yè)的產業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數企業(yè)仍舊稅負過重。模具企業(yè)進行技術改造引進設備要繳納相當數量的稅金，影響技術進步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。
2.人才嚴重不足，科研開發(fā)及技術攻關投入太少
模具行業(yè)是技術、資金、勞動密集的產業(yè)，隨著時代的進步和技術的發(fā)展，掌握并且熟練運用新技術的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術攻關重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術攻關方面投入太少，致使模具技術發(fā)展步伐不大，進展不快。
3.工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低
近年來我國機床行業(yè)進步較快，已能提供比較成套的高精度加工設備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內許多企業(yè)已引進許多國外先進設備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進設備不配套，設備與附件不配套現象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決[4]。
4.專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協作能力差
由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細致，商品化程度低。目前國內每年生產的模具，商品模具只占40﹪左右，其余為自產自用。模具企業(yè)之間協作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務。模具標準化水平低，模具標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。
5.模具材料及模具相關技術落后
模具材料性能、質量和品種問題往往會影響模具質量、壽命及成本，國產模具鋼與國外進口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設備性能差，也直接影響模具水平的提高。
世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。美國是世界超級的經濟大國，也是世界模具制造業(yè)領先的國家。早在20世紀80年代末，美國模具行業(yè)就有一萬兩千多個企業(yè)，從業(yè)人員有十七萬多人，模具總產值達64.47億美元。日本模具發(fā)展得也非常迅速，這也是日本經濟能飛速發(fā)展并在國際市場上占有一定優(yōu)勢的重要原因之一。由此可見，模具工業(yè)的潛力巨大，發(fā)展前景廣闊[5]。
我國模具業(yè)發(fā)展也很快。全國已經有模具廠及生產單位數千個，擁有職工數十萬人，每年能生產上百萬套模具。多工位級進模具、長壽命硬質合金模具的生產和應用進一步擴大。為了適應生產對模具的要求，在模具生產中采用了許多新工藝和先進設備，不僅改善了模具的加工質量，也提高了模具制造的機械化、自動化程度。數控銑床、加工中心等設備已在模具生產中被應用。電火花和線切割加工已成為冷沖模制造的主要手段。為了對硬質合金模具進行精密成型磨削，研制成功了單層電鍍金剛石成形磨輪和電火花成形磨削專用機床，使用效果良好。在我國，模具的計算機輔助設計及制造（CAD/CAM）也已進入了實用階段。
80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產值為245億，至2000年我國模具總產值預計為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有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，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件[6]。
近年來，國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SM Ⅰ、SMⅡ等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距[7]。
據有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高[8]。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。[9]建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產品方面，除了彩電等音像產品外，筆記本電腦和網機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。
1.3?中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展前景?
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展。
1999年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。
汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國內模具市場的一半左右。1999年，國內汽車年產量為183萬輛，。保有量為1500萬輛，預計到2005年汽車年產量將達300萬輛。汽車、摩托車行業(yè)的發(fā)展將會大大推動模具工業(yè)的高速增長，特別是汽車覆蓋件模具、塑料模具和壓鑄模具的發(fā)展。例如，到2005年汽車行業(yè)將需要各種塑料件36萬噸，而目前的生產能力僅為20多萬噸，因此發(fā)展空間十分廣闊。?家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調等，在國內的市場很大。目前，我國的彩電的年產量已超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調的年產量均超過了1000萬臺。家用電器行業(yè)的發(fā)展對模具的需求量也將會很大。[10]
其他發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展產生巨大的推動作用。
早在1989年，在國務院頌布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術和設備列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》和《鼓勵外商投資產業(yè)目錄》。經國務院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持。[11]
1．4塑料模具技術發(fā)展趨勢
從塑料模具的設計，制造及材料選擇等方面考慮，塑料模具技術發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面：
（1）塑料模具標準化 模具標準化程度及其標準零件的制造規(guī)模與范圍，對于縮短模具制造周期，節(jié)省材料消耗，降低成本，適應大規(guī)模批量化生產具有重要意義。目前我國模具標準化程度只達到20%。遠不及工業(yè)發(fā)達國家模具制造的標準化程度。在個中塑料模具中，只有主色模具有關于模具零件，模具技術條件和標準模架等國家標準。具體包括：塑料注射模具零件GB/T4169.1---4169.11——1984；塑料注射模大型模架GB/T12555.1---12555.15——1990；塑料注射模中小型模架GB/T12556.1---15556.2——1990；塑料注射模技術條件GB/T12554——1990等。一些模具制造企業(yè)根據企業(yè)模具生產類型和規(guī)模，為提高生產效率，降低成本，亦制定了企業(yè)標準或采用了相應的行業(yè)標準。[12]
目前，塑料模具標準化的研究方向是熱流道標準元件和模具標準溫控裝置；精密標準模架，精密導向件系列，標準模板及模具標準件的先進技術和等向性標準化模塊。[13]
（2）CAD/CAM/CAE技術的應用 由于現代工業(yè)產品的不斷開發(fā)和塑料制件的應用與發(fā)展，對塑料成型模具設計和制造提出的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設計和制造方法已很難適應塑料制件及時更新換代和不斷提高的質量要求，為適應這些變化，先進國家的CAD/CAM/CAE技術在20世紀80年代中期已經進入實用階段，市場上已有商品化的系列軟件出售，利用計算機進行塑料模具設計，并初步實現了注射，擠出，中空吹塑等塑料成型工藝過程的計算機模擬分析，這方面軟件技術研究的發(fā)展，已在工程應用中取得了顯著效果。利用CAD/CAM技術顯著提高了模具設計的效率，減少了模具設計過程中的失誤，提高了，模具和塑料制件的質量，縮短了生產周期，降低了模具和塑件制件的成本[12]。
隨著計算機輔助制造技術水平的提高，模具，CAD，CAEJ技術向著一體化的方向發(fā)展。目前，美國，日本，德國等CAD/CAM/CAE技術應用普及率已很高，我國不少企業(yè)也引進CAD/CAM軟件和CAD/CAM/CAE集成軟件，這部分軟件在生產中發(fā)揮著積極的作用.同時,我國絮聒高等院校和科研院所在這方面也開展了大量研究和開發(fā)工作,并取得了一定成果,但我國在該技術的應用和推廣方面與外國相比還存在一定差距,有待進一不改進和提高.[13]
(3)加強理論研究 隨著塑料制件向大型化,復雜化和精密化發(fā)展,模具的制造成本也越來越高.如汽車保險杠,儀表板等塑料成型模具,重大幾噸至幾十噸,我國海爾公司生產的洗碗機模具重達35噸.這些模具如只憑經驗來設計,往往會因為設計不當而造成模具的報廢,將會損失數十萬元的模具制造費用.所以,模具生產已由傳統(tǒng)的經驗設計向理論設計,數值模擬的方向發(fā)展。這些理論設計包括模板剛度，強度的計算，流變充型理論的研究和基于計算機應用的成型過程模擬分析等。到目前為止，有關擠出成型的流變理論和數學模型已建立，并且在生產實際中得到應用；有關注射成型的流變理論研究已取得階段成果，注射成型時塑料熔體在一維和二維簡單模腔中的充模流動理論和數學模型已經建立，今后的工作是如何將理論與生產實際相結合，并進一步加強對塑料熔體在三維模腔中流動行為的研究。中空吹塑成型理論和數學模型也已基本建立，并在生產中取得應用。[14]
塑料成型理論研究的進展得益于計算機的應用，同時，也為進一步擴大計算機在塑料成型生產中的應用奠定了基礎。
（4）塑料模具專用材料的研究與開發(fā) 模具材料選用在模具設計與制造中占有重要的地位，直接影響模具成本，使用壽命及塑料制件的質量。針對各類塑料模具的工作條件和失效形式，為了跳高模具使用壽命，并獲得良好的切削加工工藝性能，國內外模具材料工作者進行了大量的研究工作，已開發(fā)出較為完善的系列化塑料模具專用鋼，具體可分為5種類型。[15]
1）基本型 如55鋼，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好。但模腔表面粗糙度高，使用壽命低，現已被預硬型鋼所代替。
2）預硬型 在中，低碳鋼中加入適量合金元素的低合金鋼。其淬透性高，加工性能好，調質后硬度為25-35HRC，是目前應用較為廣泛的通用塑料模具鋼。其典型品種為3Cr2Mo或美國的P20鋼。
3）時效硬化型 在中，低碳鋼中加入Ni，Cr，等合金元素的合金鋼，耐磨性和耐腐蝕性有于預硬型鋼，經時效處理后，硬度可達40-50HRC。其典型品種為25Cr3MoAl或美國的P20鋼，日本的NAK55鋼等，多用于復雜，精密塑料模具，或大批量生產長壽命塑料模具。
4）熱處理硬化型 這類塑料模具鋼經淬火和回火處理后，使用硬度可達50-60HRC；模腔能達到很高的鏡面程度，并可進行表面強化處理。其典型品種為Cr12MoV或美國的D2鋼等。
5）馬氏體時效鋼和粉末冶金模具鋼 適用于要求高耐磨性，高耐腐蝕性，高韌性和超鏡面的塑料模具。如06Ni6CrMoVTiAi馬氏體失效鋼或美國的PS，日本的ASP等粉末冶金模具鋼。
（5）模具加工的新技術與發(fā)展 為了提高加工精度，縮短模具制造周期，塑料模成型零件的加工已廣泛應用仿行加工，電加工，快速成形制造，數控加工及危急控制加工等先進技術，同時，也應用到坐標鏜，坐標磨和三坐標測量儀等精密加工與測量設備。模具加工技術與設備的現代化發(fā)展，推進了模具行業(yè)企業(yè)向著技術密集，專業(yè)化與柔性化相結合，高技術與高技藝相結合的方向發(fā)展。[16]
2 機床手柄注塑模具的設計要求
2.1塑件名稱 機床手柄（具體結構見圖2-1）
圖2-1 機床手柄
2.2 功能設計
功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能,并達到一定的技術指標.該塑件是日用品,承受外力的幾率較大,如沖擊載荷,振動,摩擦等情況比較多;塑件的工作溫度是室溫,這使得在材料選擇時對熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種日用品,生產批量應該是大批大量生產,這樣,就必須考慮生產成本和模具壽命,在材料的選擇時要綜合各種因素。
2.3材料：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）
ABS的成型條件見表2-1：
ABS
擠出級
高剛性
高沖擊性
耐熱性
20%玻璃纖維強化
縮略符號
ABS
ABS
ABS
ABS
ABS GF20
成型條件
預干燥
溫度/
時間/
70-80
2
70-80
2
70-80
2
70-80
2
70-80
2
注塑
料筒溫度/
模具溫度/
成型收縮率(%)
流動比()
200-260
50-80
0.4-0.9
200-260
50-80
0.4-0.9
250-300
50-80
0.4-0.9
200-260
50-80
0.2
擠塑
機筒溫度/
170-230
二次加工性
化學鍍膜
噴涂印刷
真空鍍膜、濺模
燙金
超聲波焊接
溶劑粘接、粘接劑粘接
+ +
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+ +
密度
1.02-1.06
1.03-1.06
1.01-1.04
1.05-1.08
1.22
注:“+”、“++”表示二次加工性能好且遞增的符號。
ABS材料在成型過程中應該注意以下幾點：
1．因ABS原料粒撩極易吸潮，導致制品出現斑痕、云紋等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水率控制在0.1%以下。
2．ABS流動性較好,流動距離比,即流動長度L與該處制品壁厚T之比L/T達190,因而不易出現飛邊。熔融溫度低而寬，有利于成型，但含橡膠組分多的ABS流動性較差。
3．耐熱級和電鍍級ABS的料筒溫度要稍高，而阻燃級和抗沖擊級稍低。
在其相應的模具設計要注意澆注系統(tǒng)對料流阻力小，澆口處外觀不良，易發(fā)生熔接痕，應注意選擇澆口位置、形式，頂出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色”痕跡，脫模斜度宜取2度以上。
2.4表面要求：光滑，無毛刺。
2.5尺寸要求：具體見圖2-1。
2.6要求：模局的設計要求是一模兩腔，即一次成型兩個件。
2.7設計重點：一個是頂出機構的設計，另一個是冷卻系統(tǒng)的設計。
3 總體方案設計
本節(jié)方案設計部分主要包括以下一些組成結構的基本設計。
1．分型面位置確定
2．型腔排列方式、模具結構形式的確定
3．注塑機型號的選擇
4．澆注系統(tǒng)的設計
5．合模導向機構的設計
6．頂出機構的設計
7．冷卻系統(tǒng)的設計
3.1分型面的選擇
為了將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從密閉的模具內取出，以及為了安放嵌件，將模具適當地分成兩個或若干個主要部分，這些可以分離的接觸表面，統(tǒng)稱為分型面。
分型面的選擇通常應考慮以下基本原則：
（1） 分型面應選在塑件的最大截面處，只有這樣才能使塑件從模具中順利地脫模，這是最基本的原則。
（2） 分型面的選擇應考慮有利于塑件的脫模，一般模具的脫模機構通常設置在動模一側，模具開模后塑件應停留在動模一邊，以便塑件順利脫模。
（3） 分型面的選擇要保證塑件的精度要求，塑件光滑的表面不應設計成分型面，以避免影響外觀質量；塑件中要求同軸度的部分放到分型面的同一側，以保證塑件同軸度的要求。
（4） 分型面的選擇還應考慮模具的側向抽拔距，由于模具側向分型是由機械式分型機構來完成的，所以抽拔距都比較小，分型面的選擇應將抽芯或分型距離長的方向置于開合模的方向，將小抽拔距作為側向分型或抽芯。
（5） 分型面作為主要的排氣通道，應將分型面設計在熔融塑料的流動末端，以利于模具型腔內氣體的排出。
（6） 選擇分型面時應使模具零件易于加工，特別是型腔的加工，要使模具加工工藝最簡單。
（7） 分型面的選擇要有利于澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設置。
（8） 分型面的選擇應盡量減小塑件在合模平面上的投影面積，以減小所需鎖模力。
（9） 在選擇分型面時還應考慮便于嵌件的安裝。
綜合以上各點因素主要基于分型面應選在塑件的最大截面處原則初步把塑件的分型面選在如下圖3-1所示處。
圖3-1 塑件的分型面
3.2型腔布置方案
本模具設計采用一模兩腔。
現代注塑機的料筒通常置于定模板中心軸上，型腔的安排必須考慮主流道，只有這樣才能滿足下面的條件：各型腔應在相同溫度下同時充填，即分流道長度均等；熔料到各型腔流程短，以降低廢料率；各型腔間的距離應盡可能大，以便于有足夠的空間來設置冷卻水道、推出桿，并具有足夠的截面積，以承受注射壓力；總的反作用力應作用于注射機模板中心。
根據以上的要求，一模兩腔的模具要符合對稱的布局很簡單地就可以得到型腔對稱于模板中心軸線的兩側。如圖3-2所示。
圖3-2 型腔的布置
3.3注塑機的選擇
3.3.1 注塑機簡介
1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機,這是注塑成型工藝技術的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產量的30%;注塑機的產量占整個塑料機械產量的50%.成為塑料成型設備制造業(yè)中增長最快,產量最多的機種之一.
注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法.常用的說法有:
（1）按設備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
3.3.2 注塑機基本參數
注塑機的主要參數有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數是設計,制造,購買和使用注塑機的主要依據.
(1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力.
(2)注射壓力；為了克服熔料流經噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力.
(3)注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數的為注射速率或注射時間或注射速度.
常用的注射速率如表3-4所示。
表3-4 注射量與注射時間的關系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
(4)塑化能力；單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期.
(5)鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開.
(6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍.
(7)開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停.
(8)空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間.
3.3.3選擇注塑機
注射機的選擇包括兩個方面的內容：
一是確定注射機的型號，使塑料，塑件，注射模及注射工藝等所要求的注射機的規(guī)格參數在所選注射機的規(guī)格參數可調的范圍內；
二是調整注射機的技術參數至所需要的參數。[17]
根據塑料的品種，塑件的結構和注射模的大小，成型方法，生產批量以及現有設備的注射工藝進行注射機的選擇
注射機規(guī)格的初選是根據以往的經驗和注射模的大小。先預選注射機的型號，之后要進行校核。
注射機的初選：
（1）模具所需塑料熔體注塑量 ：
式中 ——一副模具所需塑料的體積；
——型腔數目；
——單個塑件的體積；
——澆注系統(tǒng)的體積。
首先是個未知值，在我們學校里做的設計時以來估算，即：
而根據塑件圖可以算出個大概值。
98789.8
所以 =3.2*98789.8=316127.36
（2）塑件和流道凝料（包括澆口）在分型面的投影面積及所需鎖模力
式中 A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面積；
——單個塑件在分型面上的投影面積；
——流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積；
——模具所需鎖模力；
——塑料熔體對型腔的平均壓力。
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積在模具設計前是未知值。根據多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上投影面的，可選來估算。而ABS塑件作為中等黏度塑件其對型腔的平均壓力為35。
所以 ==
=4883.33
=4883.33**35*
170.916
（3）選擇注塑機型號
根據注射機的最大注射量（額定注射量G）和額定鎖模力F來選擇，它們應該滿足
式中 ——注射系數，無定型塑料取。
所以 =371.76。
所以注塑機的選擇為XS—ZY—500型號的注射機
其中 S：塑料機械
Z：注射機
X：成型
Y：螺桿式
500： 最大注射量為
（此注射機配套的定位圈的直徑為）
3.4澆注系統(tǒng)的設計
3.4.1澆注系統(tǒng)的設計原則
注射模具的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機噴嘴出來后，到達型腔之前在模具中所流經的通道，其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)地引入模具型腔，并在熔體充填和固化定型的過程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸精確的塑料制品。因此，澆注系統(tǒng)設計的正確與否直接關系到注射成型的效率和制件質量。[18]
澆注系統(tǒng)的設計包括流道截面形狀，流道和澆口尺寸及流道的布置。要保證熔融塑料在填充過程中壓力損失小，溫度降低幅度小，到達模具型腔時壓力均衡。[19]
澆注系統(tǒng)的設計原則包括以下方面：
（1） 塑料成型特性。設計的澆注系統(tǒng)應滿足所用塑料成型特性要求，以保證制品質量。
（2） 制品大小及形狀。根據制品大小、形狀、壁厚、技術要求等因數，結合所選分型面，同時考慮澆注系統(tǒng)的形式、進料口數量，為保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件和細弱型芯或型芯受力不均，還應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采用相應的措施或留有休整的余地。
（3） 模具成型制品的型腔數。設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔還是一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。
（4） 制品外觀。設置澆注系統(tǒng)時應考慮去除、休整進料口是否方便，同時不影響制品的外表美觀。
（5） 注射機安裝模板的大小。在制品投影面積比較大時，設置澆注系統(tǒng)應考慮注射機模板大小是否允許，并防止模具偏單邊開設進料口，造成注射時受力不均。
（6） 成型效率。在大量生產時，設置澆注系統(tǒng)還應該考慮到在保證成型質量的前提下盡量縮短流程，減少斷面面積以縮短填充及冷卻時間，縮短成型周期，同時減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。
（7） 冷料。在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件制品質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施。
3.4.2澆注系統(tǒng)的設計
一般澆注系統(tǒng)包括四個基本部分：主流道；分流道；澆口和冷料穴。
1.主流道的設計
主流道是指從注射機噴嘴與模具接觸處起到分流道為止的一段料流通道，負責將塑料熔體從噴嘴引入模具。當模距閉合后注射機噴嘴壓緊模具主流道襯套，并封緊注射機與模具之間的間隙，熔體材料直接從料筒流入主流道。[20]
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，以便于熔融塑料的順利流入，開模時又能使主澆道的凝料順利拔出。主流道的錐角α≈20-40，對于流動性差的塑料可取60-100，內壁表面粗糙度Ｒa小于0. 63 -1.25 。通常主流道進口端直徑應根據注射機噴嘴孔徑確定。設計主流道截面直徑時，應該注意噴嘴和主流道的對中。為了補償對中誤差并解決凝料的脫模問題，主流道進口端直徑應比噴嘴直徑大0.5-1mm。在保證制品成型的條件下，主流道的長度盡可能短，以減少壓力損失及廢料，一般可小于或等于。主澆道進口端與噴嘴頭部接觸的形式一種是平面，一種是弧面。由于平面連接在密封時需要有很高的壓力，實際中很少使用。一般情況下，均是采用弧面接觸定位，其方法是，在主流道襯套上連出一淺的球形定位槽，將噴嘴的球形頭壓在主流道襯套凹內。通常主澆道進口端凹下的球面半徑比噴嘴球面半徑大，凹下深度約為3-0.5mm。
根據所選的注射機(SX-ZY-500)型號選擇噴嘴的直徑為=6，則主流道進口端直徑=6+1=7。噴嘴球面半徑=18，則主流道進口端凹下的球面半徑=20，凹下深度為4，，則主流道大端直徑=。主流道襯套圖如圖3-3所示。
圖3-3 主流道襯套
2．分流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的料流通道，是塑料熔體由主流道流入型腔的過渡段，負責將熔體的流向進行平穩(wěn)轉換，在多型腔模中起著將熔體向各個型腔分配的作用。在設計分流道時應注意：以最短的路程、最小的熱量壓力損失，將熔體快速順利地輸入型腔；材料必須能在相同的溫度、壓力條件下，從各個澆口同時地向型腔進料；從節(jié)省塑料材料的角度考慮，流道橫截面積應盡可能小；考慮到節(jié)省材料與冷卻條件，分流道的表面積/體積比應盡可能小。
（1）分流道截面形狀
分流道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀，以及所加工塑料的種類、流程長度和模具結構等。分流道斷面積過小，會降低單位時間內輸送的塑料量，并使填充時間延長，塑料常出現缺料、波紋等缺陷。分流道斷面積過大，不僅積存空氣增多，塑件容易產生氣泡，而且增大塑料耗量，延長冷卻時間。
常用的分流道截面形狀有圓形，梯形，U形，矩形和半圓形等
1）從流道效率來考慮
流道截面周長越大，則熔料和模具接觸面積越大，熱量的散失也就越大；另一方面，流道截面積越大，則壓力下降越小?？梢杂昧鞯赖慕孛婷娣e和其周長來衡量其截面形狀的優(yōu)異，圓形截面的效率最高，雖然正方形截面效率也最高，其次是梯形截面。
2）從經濟性考慮
圓形截面要以分型面為界分成兩半進行加工才利于凝料脫出，這種加工的工藝性不佳，且模具閉合后難以精確保證兩半圓對準，尤其不適合于一模多腔的模具中。
而U形截面的分流道，其流道效率雖低于圓形截面的分流道的效率，但它易于加工，經濟性較好，且塑料熔體的熱量散失及流動阻力不大。因此本模具分流道的截面形狀選擇U形截面。
表3-4 分流道截面形狀及特點
流道截面形狀
流道效率
流動
阻力
脫模
加工條件
分流道特點
選用情況
0.25D
小
好
不易對中
圓形流道的加工成本比較高，常用于熱流道模具，因為在兩塊模板上開槽而比較麻煩，同時也不適用于各種模具。
常用
B=1.25D
0.195D
較小
好
好
形狀最接近圓形斷面，在模具單側加工，由于推出需要，經常加工在動模一側。但與圓形斷面相比，壓力損失大
最常用
B=1.25D
0.195D
較小
好
好
梯形界面除效率高外，另一個優(yōu)點就是只在模具的一塊板上加工，而且如果尺寸設計巧妙，能過達到圓流道同樣效果。
較常用
0.153D
較大
好
好
半圓形界面雖然效率較低，但其加工簡單，在流道長度不太長的情況下使用更為有利。
較常用
0.25D
大
不好
好
效率最高，但是在加工和脫模時則不方便。
不用
（2）流道截面尺寸
分流道截面尺寸應根據素件的成型體積、壁厚、形狀，所用塑料的工藝性能，注塑速度以及分流道的長度等因素來確定。根據經驗對ABS分流道的推薦值為4.8-9.5，本模具選擇分流道的尺寸為8。
（3）分流道表面粗糙度
分流道的表面粗糙度不宜太小，以防將冷料帶入型腔，一般要求值為即可。這樣可增大對外層塑料熔體的流動阻力，減少流速，并于中心熔體之間有一定的速度差，以保證熔體流動時具有合適的切變速率和剪切熱。
3．澆口的設計
（1）澆口的作用
澆口也稱進料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外它是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。澆口的作用是使從分流道來的熔融塑料以較快的速度進入并充滿型腔，型腔充滿塑料以后，澆口應按要求迅速冷卻封閉，防止型腔內還未冷卻的熔體回
（2）影響澆口設計的因素
澆口設計包括澆口截面形狀及澆口截面尺寸的確定，澆口位置的選擇。
影響澆口截面形狀及其尺寸的因素，就塑件而言，包括塑件的形狀、大小、壁厚、尺寸精度、外觀質量及力學性能等。塑件所用塑料特性對澆口設計的影響因素是塑料成型溫度、流動性、收縮率及有無填充物等。此外，在進行澆口設計時還應考慮澆口的加工、脫模及清除澆口的難易程度。
（3）澆口截面尺寸的大小
澆口截面尺寸通常為分流道截面積的0.03-0.09倍。澆口截面形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度約為0.5-2mm左右。澆口具體尺寸一般根據經驗確定，取其下限值，然后在試模時逐步修正。
（4）澆口形式與塑料品種的相互適應性
查表可知ABS塑料適應的澆口形式有：直接澆口、側澆口、護耳澆口、薄片式澆口環(huán)形澆口、圓盤澆口、點澆口、潛伏式澆口。
（5）澆口形式
1）直接澆口：適合各種塑料成型，尤其加工熱敏性及高黏度材料，成型高質量的大型或深腔殼體、箱型塑件。只適用于單型腔模具，去除澆口較困難。
2）側澆口： 側澆口又稱邊緣澆口，廣泛用于兩板式多型腔模具以及斷面尺寸較小的塑件，它一般開設在分型面上，從型腔外側面進料。
3）點澆口：點澆口又稱橄欖澆口或菱形澆口，是一種截面尺寸特小的圓形澆口。常用于中小型塑件的一模多腔模具，也可用于單型腔模具或表面不允許有較大痕跡的塑件。
4）潛伏式澆口：又稱隧道式澆口、剪切澆口，其形式是由點澆口演變而來。
經過對各種澆口的對比，本模具選用點澆口。如圖3-4所示。
圖3-4 點澆口
（6）澆口位置的選擇
由于塑件是一對稱的回轉體，從頂端中心進料可使熔體由厚斷面流入薄斷面，能保持澆口至型腔的流程一致，有利于排除型腔中的空氣，且能避免引起熔體斷裂的現象。
4．冷料穴的設計
冷料穴一般位于主流道末端分型面的動模一側，熔體流程較長的多級分流道多腔模具，各級分流道末端都應設置冷料井。冷料穴的作用是補給熔體流動的前鋒冷料，避免冷料進入型腔對塑件造成不利影響。有時，對于型腔最后充滿處，為避免形成強度不良的熔接縫，也在型腔之外相應處設置冷料井，使熔接縫產生在塑件之外。它一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1-1.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。
本模具出于3板式點澆口考慮在主流道和分流道都設有冷料穴。如圖3-5所示。
圖3-5 冷料穴
3.5合模導向機構的設計
注射模導向與定位機構主要用來保證動模和定模兩大部分或模內其他零件之間的準確配合和可靠的分開，以避免模內各零件發(fā)生碰撞和干涉，并確保塑件的形狀和尺寸精度。
本模具一共使用了3個導向機構，導向機構一使用了4個安裝在定模固定板上的帶頭導柱來導向定位定模固定
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