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目 錄
摘要、關(guān)鍵詞 I
Abstract、Key words II
目錄 III
1.引言 1
2.塑料工藝分析與模具方案確定 2
2.1 制件的分析 2
2.2 模具方案的初步確定 3
2.3總裝圖 3
3. 塑料的成型特性及工藝參數(shù) 4
4. 注塑設(shè)備的選擇 4
4.1 計算塑件的體積和重量 4
4.2 選擇設(shè)備型號、規(guī)格、確定型腔數(shù) 4
5. 澆注系統(tǒng) 5
5.1 確定成型位置 5
5.2 分型面的選擇 5
5.3 澆口套的選用 6
5.4 流程比的校核 7
6. 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計 8
6.1 頂出機(jī)構(gòu) 8
6.2 脫模力的計算 8
7. 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計 9
7.1 抽拔距與抽拔力的計算 10
7.1.1抽芯距 10
7.1.2抽芯力的計算 10
7.2 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計 11
7.2.1滑塊與滑塊槽的設(shè)計 11
7.2.2定位裝置的設(shè)計 12
7.2.3斜導(dǎo)柱的設(shè)計與計算 12
8. 溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 13
8.1模具溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 13
8.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 13
8.3冷卻裝置的布置如下 14
9．塑件的Moldflow分析 15
9.1 有限元法介紹 15
9.2 杯子模型前處理 15
9.3初始方案分析結(jié)果輸出 17
9.4制定優(yōu)化方案 20
10. 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核 22
10.1 注射量的校核 22
10.2 鎖模力與注射壓力的校核 22
10.2.1鎖模力的校核 22
10.2.2注射壓力的校核 23
10.3 材料厚度與注射機(jī)開模行程的校核 24
11. 成型零部件的設(shè)計與計算機(jī)構(gòu)形式 24
11.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)形式 24
11.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
11.1.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
11.2成型零部件的工作尺寸的計算 25
12. 模架、支承與連接零件的設(shè)計與選擇 28
12.1定模座板（250mm×315mm×25mm） 28
12.2定模板（250 mm×250mm×25mm） 29
12.3動模板（250mm×250mm×50mm） 29
12.4 動模座板（250mm×315mm×25mm） 29
13. 合模導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計 29
13.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 30
13.2 導(dǎo)向孔、導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)及要求 30
13.3 導(dǎo)柱布置 30
14. 排氣與引氣系統(tǒng) 31
14.1.1排氣系統(tǒng)的作用及氣體來源 31
14.1.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計要點 31
14.2引氣裝置 31
結(jié) 論 33
謝辭 34
參考文獻(xiàn) 35
`28
1.引言
隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料不斷開發(fā)，注塑工藝越來越多地被各個制造領(lǐng)域用以成型各種性能要求的制品。要高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出注塑制品，必須綜合考慮成型樹脂、注塑模具及注塑機(jī)的問題，注塑模具的設(shè)計質(zhì)量直接影響成型制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本。
注塑模具在注射制品成型中起著極其重要的作用，除了塑料制品的表面質(zhì)量、成型精度完全由模具決定之外，塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量、成型效率也受模具左右，所以如何高質(zhì)量、簡明、快捷、規(guī)范化地設(shè)計注塑模具，成為發(fā)揮注塑成型工藝的優(yōu)越性，擴(kuò)大注塑制品的首要問題。
傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計，主要是依賴設(shè)計人員的經(jīng)驗，設(shè)計的速度、質(zhì)量及可靠性的程度，因設(shè)計人員的經(jīng)驗而異。又因模具是單品或極少批量的產(chǎn)品，采用傳統(tǒng)設(shè)計方法，每一張圖紙都需要手工繪制，設(shè)計人員的工作強(qiáng)度大，設(shè)計工作難以達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。目前世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)都已相繼采用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行注塑模具設(shè)計，其主要是采用計算機(jī)輔助設(shè)計即CAD及計算機(jī)輔助工程CAE。
我國模具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展，歷經(jīng)了半個多世紀(jì)，近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。大型、精密、復(fù)雜、高效和長壽命模具又上了新臺階。模具質(zhì)量、模具壽命明顯提高；模具交貨期較前縮短。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件。塑料模是應(yīng)用最廣泛的一類模具。近年來，我國塑料模有長足的進(jìn)步。在制造技術(shù)方面，首先是采用CAD/CAM技術(shù)，用計算機(jī)造型、編程并由數(shù)控機(jī)床加工已是主要手段，CAE軟件也得到應(yīng)用。
2.塑料工藝分析與模具方案確定
2.1 制件的分析
如下圖所示，該制件為塑料杯子，使用材料為PP。
圖2-1制件圖
圖2-2制件三維圖
2.2 模具方案的初步確定
由于塑件屬于圓筒形薄壁深殼狀零件，我們采用哈夫機(jī)構(gòu)成型塑件的手柄，考慮到實際使用情況，杯口和杯外表面必須有很高的光滑度，可見用頂桿頂出是不可行的，這里我們使用推板頂出裝置。
工作過程：開模后，受到壓縮的彈簧回復(fù)原始狀態(tài)。合模時，哈夫機(jī)構(gòu)在斜導(dǎo)柱的引導(dǎo)下復(fù)位，順利完成合模。
2.3總裝圖
總裝圖如圖2-3所示。
圖2-3總裝圖
3. 塑料的成型特性及工藝參數(shù)
PP的材料名稱是聚丙烯（百折膠）。百折膠質(zhì)輕，可浮于水，它具有高的結(jié)晶度，高耐磨性，高溫沖擊性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，衛(wèi)生性能好，無毒，耐熱性高，可在100攝氏度左右使用，突出的延伸性能和抗疲勞性能?？蓱?yīng)用于微波爐、餐具、盆、塑料桶、保溫瓶外殼、編織袋等生活用品，也可用于法蘭，齒輪，接頭，把手等工業(yè)元件。PP的最大缺點就是容易氧化老化。可用添加抗氧化劑與紫外光吸收劑等加以克服。
收縮率：1.0～2.5% 熔融溫度：230～275 成型溫度：15～65度
比重：0.902～0.906 成型壓力：100～130Mpa 流比長：100～200
結(jié)晶性：半結(jié)晶性 射速：高速注射
4. 注塑設(shè)備的選擇
4.1 計算塑件的體積和重量
體積：通過PROE軟件的“質(zhì)量屬性”分析塑件，得到塑件的體積為=114342.8mm3=114.3428cm3。
質(zhì)量：材料PP的密度取=0.91g/ cm3，則單個塑件的質(zhì)量m=V=104.013g。
4.2 選擇設(shè)備型號、規(guī)格、確定型腔數(shù)
根據(jù)以上所計算的結(jié)果，可選擇設(shè)備型號、規(guī)格、確定型腔數(shù)。注射機(jī)的額定注射量為Vb，每次的注射量不超過它的80%，即
n=(0.8-)/ (4-1)
式中 n—型腔數(shù)；
Vj—澆注系統(tǒng)的體積（g）；
—塑件體積。
估算澆注系統(tǒng)的體積Vj：
根據(jù)澆注系統(tǒng)初步方案進(jìn)行估算澆注系統(tǒng)體積。
=0.78
由于該塑件外形較小，且需要比較復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)，因此采用一模二腔，即n=2
則 Vb=(nVg+Vj)/0.8= 230.2 (4-2)
根據(jù)所計算的各項參數(shù)，選用J54-S200/400型注塑機(jī)，注塑機(jī)的參數(shù)如下：
表4-1注塑機(jī)主要參數(shù)
標(biāo)稱注射量(cm3)
400
注射行程(mm)
160
注射壓力(Mpa)
109
合模力/N
螺桿直徑(mm)
55
最大成型面積（cm2）
645
模板厚度
/mm
最大
406
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
16,28,48
最小
165
噴嘴球半徑（mm）
12
注射時間(s)
1.8
噴嘴孔直徑（mm）
4
5. 澆注系統(tǒng)
5.1 確定成型位置
由于塑件的手柄處有側(cè)凹，我們使用哈夫機(jī)構(gòu)來成型，將兩個滑塊安排在手柄的兩側(cè)，每個滑塊成型手柄的一半側(cè)凹。
5.2 分型面的選擇
選擇分型面的原則：
(1)有利于脫模；
(2)有利于保證塑件的外觀質(zhì)量和精度要求；
(3)有利于成型零件的加工制造；
(4)分型面數(shù)目與形狀通常采用平行分型面，即采用一個與注射機(jī)開模運動方向垂直的分型面；
(5)型腔方位的確定：在決定型腔在模具內(nèi)的方位時，分型面的選擇應(yīng)盡量防止形成側(cè)孔或側(cè)凹，以避免采用比較復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)；
(6)有利于側(cè)向抽芯；
(7)考慮側(cè)向抽拔距；
(8)應(yīng)將抽芯或分型距離長的方向置于動、定模的開合模方向上，而將短抽拔距作為側(cè)向分型芯或抽芯，并注意將側(cè)抽芯放在動模邊，避免定模抽芯；
(9)鎖緊模具的要求；
(10)有利于排氣；
(11)分型面的選擇應(yīng)考慮注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)。
綜上所述，結(jié)合本塑件實際情況，將分型面定為如圖5-1所示
圖5-1 分型面
為了避免A板和滑塊有尖角產(chǎn)生，分型面應(yīng)在邊倒圓底端。
5.3 澆口套的選用
由于采用直接澆口，在杯子底部的花紋需要成型，所以交口套底面必須加工出所需要的花紋，詳細(xì)數(shù)據(jù)請參見澆口套零件圖，示意圖如下5-2所示
圖5-2 澆口套
由于主流道與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞,所以常將主流道設(shè)計成可拆卸的澆口套，材料為T10A鋼,并淬火處理到洛氏硬度50～55HRC.
T10A鋼適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受忽然和劇烈振動，需要一定韌性及具有鋒利刀口的各種工具，可用作不受較大沖擊的耐磨零。
5.4 流程比的校核
在確定澆口位置及數(shù)量時，對于大型塑件還應(yīng)該考慮所允許的最大流程比。因為當(dāng)塑件壁厚較小，而流程較長時，不但內(nèi)應(yīng)力增大，而且會因為料流溫度降低較多而造成注射不滿，這時必須增大塑件的壁厚，或增加澆口數(shù)量、改變澆口位置，以縮短最大流程。流程比是指塑料熔體在型腔內(nèi)流動的最大流程與其厚度之比。即：
（5-1）
B——流程比；——各段流程長度；——各段流程的型腔厚度；
——允許的流程比，（這里塑料PP的允許流程比為280）
所以在允許的范圍內(nèi)，可行。
6. 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計
6.1 頂出機(jī)構(gòu)
杯子屬于薄壁、深腔殼狀物件，故采用推板頂出，可簡化模具結(jié)構(gòu)，縮短模具閉合時間，同時塑件無頂痕，保證了杯子表面的光滑度。
6.2 脫模力的計算
脫模力是指將塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力。塑件在模具冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模包緊，在塑件脫模時必須克服這一包緊力。對于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時還要克服大氣壓力；此外，尚需克服機(jī)構(gòu)本身運動的摩擦阻力幾塑料和鋼材之間的粘附力。一般而論，制品剛剛開始脫模之瞬間的摩擦力最大。
由于=2.5mm，d=90mm；
/d=0.0278<0.05
所以該塑件為薄壁塑件，又因為塑件的斷面為圓環(huán)形，根據(jù)參考知其計算公式：
F=+0.1A （6-1）
式中，S是塑料平均成型收縮率（%）；E是塑料的彈性模量（MPa）; 是塑件對型芯的包容長度（mm）;是模具型芯的脫模斜度（°）；是塑料的泊松比；是塑件的平均壁厚；f是塑件與型芯之間的靜摩擦力，常取0.1～0.2;A是盲孔塑件型芯在脫模方向上的投影面積，=1+fsincos1。
本塑件的材料選擇為PP（百折膠），有關(guān)參數(shù)為S=1.75%,E=950MPa, =40mm，=0.392，A=276.46mm2，=3°；代入求得：
脫模力F=81.65kN。
7. 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計
當(dāng)注射成型側(cè)壁帶有孔，凹穴，凸臺等的塑件時，模具上成型該處的零件就必須制成可側(cè)向移動的零件，以便在脫模前先抽調(diào)側(cè)向成型零件，否則就無法脫模。帶動側(cè)向成型零件作側(cè)向移動的整個機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。按動力來源可分為：手動抽芯機(jī)構(gòu)、液動或氣動抽芯機(jī)構(gòu)和機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)等三大類型。其中機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)是利用注射機(jī)的開模運動和動力，通過傳動零件將側(cè)型芯或側(cè)型腔抽出。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但抽芯不需要人工操作，生產(chǎn)效率高，與液壓或氣動抽芯機(jī)構(gòu)相比較無須另行設(shè)計液壓或氣壓抽芯系統(tǒng)，成本較低。根據(jù)傳動零件的不同，機(jī)動抽芯又可分為斜導(dǎo)柱抽芯、斜滑塊抽芯、彎銷抽芯、斜導(dǎo)槽抽芯、彈簧抽芯、齒輪齒條抽芯等多種抽芯形式。本次設(shè)計根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)是最常用的一種抽芯機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、安全可靠等特點；其工作原理是：斜導(dǎo)柱固定在定模板上，滑塊在動模板的導(dǎo)滑槽內(nèi)可以移動。開模時，開模力通過斜導(dǎo)柱作用于滑塊，迫使滑塊在動模板的導(dǎo)滑槽內(nèi)向兩邊移動，完成抽芯動作；塑件由推板推出型腔；擋板、彈簧及螺釘是滑塊保持抽芯后的最終位置，保證合模時斜導(dǎo)柱能準(zhǔn)確地進(jìn)入滑塊的斜孔，使滑塊回到成型位置；在注射成型時，滑塊受到型腔熔體壓力的作用，有產(chǎn)生位移的可能，因此用楔緊塊來保證滑塊在成型時的準(zhǔn)確位置。斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)主要由滑塊、滑塊槽、滑塊固定板和斜導(dǎo)柱等零件組成。
由于本塑件兩側(cè)有和一端有凹槽，阻礙成型后塑件直接從模具里脫模，所以必須采用內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。又因為抽芯距不是很大，側(cè)凸的成型面積較小，故可采用滑塊內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。斜滑塊應(yīng)考慮分型與與抽芯方向的要求，并盡量保證塑件具有較好的外觀質(zhì)量，不要使塑件表面留有明顯的拼縫痕跡。另外，還應(yīng)使斜滑塊的組合部分具有足夠的強(qiáng)度。
圖7-1 抽芯機(jī)構(gòu)
7.1 抽拔距與抽拔力的計算
7.1.1抽芯距
抽芯距是指型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模的位置，滑塊所移動的距離。一般抽芯距等于側(cè)孔深加2～3mm。
則 S=S1+（1+3)mm=10mm+3mm=13mm （7-1）
7.1.2抽芯力的計算
查表得抽芯力Q的計算公式[9]：
（7-2）
式中 l—活動型芯被塑件包緊的斷面形狀周長；
h—型腔部分的深度；
—塑件對型芯單位面積的擠壓力，一般取8~12MPa；
—塑料與鋼的摩擦系數(shù)，一般取0.1~0.2；
—側(cè)孔或側(cè)凹的脫模斜度()，本設(shè)計中取=。
則 =（10.2315+24.0785+11.4292+18.0456+3）458（0.1cos—sin）=125189.1N
7.2 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計
圖7-1 斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)
塑件的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)如上圖所示，開模時，滑塊隨定模一起運動，其帶動滑塊運動，直到運動到定位裝置的位置；閉模時，滑塊先進(jìn)入斜導(dǎo)柱孔，在斜導(dǎo)柱和楔緊塊的作用下，使側(cè)向機(jī)構(gòu)順利合模。
7.2.1滑塊與滑塊槽的設(shè)計
(1)滑塊與側(cè)向型芯的連接
斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)的滑塊分為整體式和組合式兩種，考慮到節(jié)約材料和機(jī)械加工容易，本次設(shè)計中的滑塊采用整體式，側(cè)向型芯作為滑塊的一部分一起加工。
(2)滑塊槽的設(shè)計
側(cè)向抽芯過程中，滑塊必須在滑槽內(nèi)運動，并要求運動平穩(wěn)且具有一定的精度。本次設(shè)計采用“T”形組合式的導(dǎo)滑槽，其由一塊板做成滑槽板，導(dǎo)滑部分容易磨削，精度也容易保證。
設(shè)計滑槽時還應(yīng)注意下面問題：
<1> 滑塊完成抽拔動作后，其滑動部分仍應(yīng)有全部或部分長度留在滑槽內(nèi)，滑塊的滑動配合長度常大于滑塊寬度的1.5倍；滑塊完成抽拔動作后，其滑動部分留在導(dǎo)滑槽中的長度不應(yīng)小于滑塊配合長度的2/3，否則，滑塊復(fù)位時容易傾斜，甚至破壞模具。為不增大模具體積又要保證導(dǎo)滑槽長度，可在模具上采用局部加長導(dǎo)滑槽的方法；
<2> 滑槽對滑塊的導(dǎo)滑部分采用間隙配合，配合特性可選用H8/g7或H8/h8，其它各部分均留有間隙，滑塊的滑動部分和滑槽導(dǎo)滑面的粗糙度Ra為0.8；
<3>由于模具工作時，滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)要往復(fù)移動，為降低磨損，滑塊的材料可用T8A、T10A、或45鋼，導(dǎo)滑部分淬火硬度在40HRC以上，導(dǎo)滑槽的材料可用耐磨材料或銅滑板，淬火硬度為54~58HRC。
在本設(shè)計中，查閱《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-4-74，選定滑槽高度為12mm，滑槽寬度為9mm，材料選為T10A，熱處理54～58HRC。
7.2.2定位裝置的設(shè)計
側(cè)抽芯動作完成后，滑塊應(yīng)留在所要求的位置上，不可任意滑動，以便合模時斜導(dǎo)柱能準(zhǔn)確地進(jìn)入滑塊的斜孔中，該設(shè)計采用鋼珠聯(lián)合彈簧定位形式。鋼珠直徑7mm，彈簧絲直徑1mm。
7.2.3斜導(dǎo)柱的設(shè)計與計算
綜合實際情況，本模具采用斜導(dǎo)柱安裝在定模，滑塊安裝在動模的。斜導(dǎo)柱傾斜角選為20°，則斜導(dǎo)柱有效工作長度為L=S/sin20°，其中S為抽芯距。
即 L2=13/sin20°=38mm
斜導(dǎo)柱直徑取決于斜導(dǎo)柱所受的最大彎曲力，按斜導(dǎo)柱所受的最大彎曲應(yīng)力小于其許用彎曲應(yīng)力的原則，直徑的計算公式為
d==m=14.97mm （7-3）
其中P為斜導(dǎo)柱所受的彎曲力,主要取決于抽拔力Q和傾斜角α，其簡化計算公式為 ； （7-4）
在這里P=125189.1/cos=133223.46N
H是抽芯孔中心與A點的垂直距離（mm）；
是斜導(dǎo)柱材料的許用彎曲應(yīng)力（MPa），可取=300MPa。經(jīng)計算與校核，斜導(dǎo)柱直徑選則d=16mm。
8. 溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇
8.1模具溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響
(1)尺寸精度 對一般塑件,必須使模溫較低,并保持恒定溫度,以減少塑件成型收縮率的波動,提高塑件尺寸穩(wěn)定性；
(2)形狀精度 模具型芯和型腔的各部分溫差太大,會使塑件收縮不均勻?qū)е侣N曲變形,特別是對于壁厚不一致和形狀復(fù)雜的塑件,常常會出現(xiàn)因收縮不均勻而變形的情況,因此,必須設(shè)計合適的冷卻回路,使模具型腔、型芯各個部分的溫度基本一致，從而使塑件各部分的冷卻速度相同；
(3)力學(xué)性能 對于結(jié)晶型塑料冷卻速度影響其結(jié)晶度，而結(jié)晶度又影響其力學(xué)性能。冷卻速度快，結(jié)晶度低，應(yīng)力開裂的傾向小。一般可采用較高的熔體溫度、較低的模具溫度、較短的保壓時間和快速填充，這樣成型條件來減少塑件應(yīng)力開裂的傾向。
(4)表面質(zhì)量 當(dāng)模具的溫度過低時，會使塑料熔體粘度提高，流動阻力增大，從而出現(xiàn)填充不滿，塑件輪廓不清，或者產(chǎn)生熔接痕或振動痕；提高模具溫度即可改善塑件表面狀態(tài)，使塑件表面粗糙度降低。
8.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則
(1)冷卻系統(tǒng)的布置應(yīng)先于脫模機(jī)構(gòu)
(2)合理地確定冷卻管道的直徑中心距以及與型腔壁的距離
(3)降低進(jìn)出水的溫度差，普通模具的進(jìn)出水溫差不應(yīng)超過5℃
(4)澆口處應(yīng)加強(qiáng)冷卻
(5)應(yīng)避免將冷卻水道開設(shè)在塑件熔接痕處
(6)冷卻水路應(yīng)便于加工和清理。
8.3冷卻裝置的布置如下
圖8-1型腔冷卻系統(tǒng) 圖8-2滑塊冷卻系統(tǒng)
圖8-3 型芯的冷卻系統(tǒng)
9．塑件的Moldflow分析
9.1 有限元法介紹
Moldflow軟件的原理是有限元法，有限元法是力學(xué)、計算方法和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，由于它在解決工程技術(shù)問題時的靈活性、快速及有效性，發(fā)展非常神速，其解題范圍包括了各個領(lǐng)域（固體力學(xué)、流體場、電磁場、溫度場、聲場）的數(shù)理方程；其計算機(jī)程序幾乎能求解數(shù)理方程中的各類問題，是工程技術(shù)人員必備工具，是力學(xué)、機(jī)械、土木工程、水力等專業(yè)的學(xué)生的必修課。有限元法是求解復(fù)雜工程問題的一種近似數(shù)值解法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等各個學(xué)科，主要分析工作環(huán)境下物體的線性和非線性靜動態(tài)特性等性能。
有限元法求解問題的基本過程主要包括：分析對象的離散化，有限元求解，計算結(jié)果的處理三部分。曾經(jīng)有人做過統(tǒng)計：三個階段所用的時間分別占總時間的40%~50%、5%及50%~55%。也就是說，當(dāng)利用有限元分析對象時，主要時間是用于對象的離散及結(jié)果的處理。如果采用人工方法離散對象和處理計算結(jié)果，勢必費力、費時且極易出錯，尤其當(dāng)分析模型復(fù)雜時，采用人工方法甚至很難進(jìn)行，這將嚴(yán)重影響高級有限元分析程序的推廣和使用。因此，開展自動離散對象及結(jié)果的計算機(jī)可視化顯示的研究是一項重要而緊迫的任務(wù)。
10. 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
10.1 注射量的校核
本塑件采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，由上面的計算結(jié)果可知：
=46.813；=0.78
故每次注射需要的塑料為：
G=0.78+46.813=47.593
由于注射機(jī)J54-S200/400的標(biāo)稱注射量為400，大于47.593，所以滿足要求。
10.2 鎖模力與注射壓力的校核
10.2.1鎖模力的校核
由于高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個很大的推力，這個力應(yīng)小于注射機(jī)的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象即：
（10-1）
式中 —注射機(jī)的公稱鎖模力（N），本次設(shè)計中，=900KN；
P—注射時型腔內(nèi)注射壓力，由下表10-1得： p =25MPa；
表10-1 常用塑料注射成型時型腔平均壓力 單位：MPa
塑件特點
舉例
容易成型的塑件
一般塑件
中等粘度及有精度要求的塑件
高粘度及高精度、難充模塑料
25
30
35
40
PE、PP、PS等壁厚均勻的日用品、容器類
在模溫較高的情況下，成型薄壁容器類
ABS、POM等有精度要求的零件、如殼類
高精度的機(jī)械零件，如齒輪、凸輪等
—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（mm2）。
則 = nA1+A2 (10-2)
其中—單個塑件在分型面上的投影面積（mm2）
——流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積（mm2）
本模具采用一模一腔，
因此= ==602.74mm2
則=1506.9KN (10-3)
得知N
所以注塑機(jī)的鎖模力能夠滿足要求。
10.2.2注射壓力的校核
J54-S200/400注射機(jī)的最大注射壓力為109MPa，能夠滿足ABS塑料成型所需要T的注射壓力80~140MPa的要求。
10.3 材料厚度與注射機(jī)開模行程的校核
材料厚度的校核
查文獻(xiàn)[17]得材料校核的公式：
(10-4) 式中 —注射機(jī)允許的最小厚度（J54-S200/400注射機(jī)的＝165mm）；
—注射機(jī)允許的最大厚度(J54-S200/400注射機(jī)的＝406mm)。
則 H=204mm
所以能夠滿足上面的要求。
注射機(jī)開模行程應(yīng)大于模具開模時取出塑件(包括澆注系統(tǒng))所需要的開模距，即滿足下式：
(10-5)
式中 Sk—注射機(jī)的行程(J54-S200/400注射機(jī)的Sk＝160mm)；
H1—脫模距離(頂出距離),H1＝40mm；
H2—塑件高度+澆注系統(tǒng)高度，H2＝(46+52)mm=98mm
則 H1+ H2+10mm＝148mm<160mm
所以能夠滿足要求。
11. 成型零部件的設(shè)計與計算機(jī)構(gòu)形式
11.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)形式
11.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
中小型凹模宜采用整體式凹模，本設(shè)計采用整體式凹模，這是因為凹模板厚度為25mm，比較薄，模板尺寸也較小，采用整體式并不會浪費材料，整體式凹模的優(yōu)點是：強(qiáng)度大，塑件上不會產(chǎn)生拼?？p痕跡。
11.1.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸模的裝配形式有模體與底板一體式，底板裝配式，螺釘配合底板式。本模具屬于小型模具，為了減少模具零件的加工量和便于加工，采用過渡配合（H7/m6）將型芯壓入模具，型芯底部用凸肩固定。
11.2成型零部件的工作尺寸的計算
成型零部件中與塑件接觸并決定塑件幾何形狀的各處尺寸，稱為工作尺寸，它包括型腔深度與型芯高度尺寸、型腔和型芯徑向尺寸、成型零件中心距。根據(jù)與塑件熔體或塑件之間產(chǎn)生摩擦磨損之后尺寸的變化趨勢，可將工作尺寸分為三類：1) 孔類尺寸(A類)；2)軸類尺寸(C類)；3)中心距類尺寸(C類).任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的實際尺寸與基本尺寸之間的誤差叫制品的尺寸偏差。引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因很多，據(jù)目前的生產(chǎn)經(jīng)驗來說，主要的原因是來自塑件的收縮率、成型零部件的制造偏差及其在使用過程中的磨損等三方面。
生產(chǎn)中一般根據(jù)制品尺寸允許的公差來確定成型零部件的制造偏差及其磨損量，它們關(guān)系如下：
; 。
利用平均收縮率來計算，平均收縮率(Scp)是塑件的最大收縮率(Scpmax)與最小收縮率(Scpmin)的和的一半，即：
Scp＝（Scpmax + Scpmin）/2 (11-1)
=(0.3%+0.8%)/2
=0.0055
該塑件尺寸較大，因此精度要求較低，查表（SJ/T10628—1995），選用6級精度。因此每個尺寸的公差均可由表中查出。
已知塑件尺寸如下：
圖11-1 制件圖
表11-1 尺寸計算
類型
塑件尺寸
計算公式
計算結(jié)果
型腔
表11-1續(xù)
型芯
中心距
12. 模架、支承與連接零件的設(shè)計與選擇
注射模中的各種固定板、墊塊、支承板及模座等均稱為支承零部件，它們與合模機(jī)構(gòu)組裝，便可構(gòu)成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用來安裝和固定注射模具中的各種功能結(jié)構(gòu)，因此，在設(shè)計注射模時，必須保證各種支承零部件有足夠的強(qiáng)度和剛度。
12.1定模座板
定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板，材料為45鋼。通過8個Φ16的斜導(dǎo)柱與定模固定板連接，定位圈通過4個M4的內(nèi)六角螺釘與其連接，定模座板與澆口套為H6/f5配合。
12.2定模板
用于固定型腔、導(dǎo)套、楔緊塊、斜導(dǎo)柱。厚度經(jīng)計算校核應(yīng)大于12，取標(biāo)準(zhǔn)值25。采用45鋼制成，調(diào)質(zhì)230HB~270HB。其上的導(dǎo)套孔與導(dǎo)套一端采用H7/r6配合，另一端采用H8/h7配合；定模板與澆口套采用H6/f5配合。
注射模中的各種固定板、墊塊、支承板及模座等均稱為支承零部件，它們與合模機(jī)構(gòu)組裝，便可構(gòu)成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用來安裝和固定注射模具中的各種功能結(jié)構(gòu)，因此，在設(shè)計注射模時，必須保證各種支承零部件有足夠的強(qiáng)度和剛度。
12.3動模板
用于固定型芯，厚度經(jīng)計算采用180mm
12.4 動模座板
模座是與注射機(jī)相聯(lián)的模具底板，其作用是支承所有零部件、傳遞合模力及承受成型力。設(shè)計要點：
(1)應(yīng)有一定厚度；
(2)輪廓形狀和尺寸應(yīng)與注射機(jī)上的動定模固定板相匹配；
(3)模座上開設(shè)的安裝結(jié)構(gòu)（螺栓孔、壓板臺階等）必須與設(shè)備上安裝的螺孔的大小和位置相適應(yīng)；
(4)材料：碳鋼、45鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)230~270HBS。
13. 合模導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計
注射模在工作中周期性地開模、合模。當(dāng)動、定模完全分開時，可依靠注射成型機(jī)的拉桿導(dǎo)向，但僅靠注射成型機(jī)的拉桿導(dǎo)向并不能保證注射模具正常工作，注射模本身必須設(shè)置導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是：
(1)定位作用：為了避免模具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的形狀，不至于因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具的裝配過程中也起定位作用，方便模具的裝配和調(diào)整；
(2)導(dǎo)向作用：在動定合模時，首先導(dǎo)向機(jī)構(gòu)接觸，引導(dǎo)動模、定模正確閉合，避免凸?；蛐托咀矒粜颓?，損壞零件；
(3)承受一定側(cè)壓力：塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)壓力，或由于注射機(jī)精度的限制，使導(dǎo)柱在工作中承受了一定的側(cè)壓力；
(4)保持運動平穩(wěn)作用：對于大、中型模具的脫模機(jī)構(gòu)，有保持機(jī)構(gòu)運動靈活平穩(wěn)的作用。
13.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
考慮到塑件的精度要求和生產(chǎn)批量大小，故導(dǎo)柱要有導(dǎo)套配合，導(dǎo)套的外徑與導(dǎo)柱的相等，也就是導(dǎo)柱的固定孔與導(dǎo)套的固定孔同徑，兩孔可以一刀加工，以保證位置精度。導(dǎo)柱同導(dǎo)套的配合都是間隙配合H7/h6或H8/f8，間隙小于0.04mm，導(dǎo)柱裝入模板多用過渡配合H7/m6或H7/r6。導(dǎo)柱的端部做成錐形或半球形的先導(dǎo)部分，使導(dǎo)柱能順利進(jìn)入導(dǎo)向孔。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼（T8A、T10A）經(jīng)淬火處理，硬度為50~55HRC[18]，以保證導(dǎo)柱具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內(nèi)芯。
13.2 導(dǎo)向孔、導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)及要求
考慮到裝配方便，把導(dǎo)套的前面倒一個圓角，內(nèi)孔有一定錐度；為避免孔內(nèi)空氣無法排出而產(chǎn)生反壓力，給導(dǎo)柱的進(jìn)入造成阻力，合模時有較大噪聲，設(shè)計時把導(dǎo)柱孔打通。該設(shè)計中，采用了有肩導(dǎo)柱和帶頭導(dǎo)套。
13.3 導(dǎo)柱布置
根據(jù)模具的大小，選用了四根等直徑導(dǎo)柱，它們合理均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度。
14. 排氣與引氣系統(tǒng)
14.1.1排氣系統(tǒng)的作用及氣體來源
為了防止塑件出現(xiàn)氣泡，疏松等缺陷，在注射過程中應(yīng)該將型腔中的氣體排出。模具型腔中的氣體來源主要有以下幾個方面：
(1)澆注系統(tǒng)和型腔中原有的氣體；
(2)塑料中的水分在注射溫度下蒸發(fā)的水蒸汽；
(3)塑料熔體受熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)氣體；
(4)熔體中某些添加劑的揮發(fā)和化學(xué)反應(yīng)生成的氣體；
14.1.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計要點
(1)保證迅速，有序，通暢，排氣速度應(yīng)該與注射速度相適應(yīng)；
(2)排氣槽設(shè)在塑料流末端；
(3)應(yīng)設(shè)在主分型面凹模一側(cè)，便于加工和修整，飛邊容易脫模和去除；
(4)盡量設(shè)在塑件較厚的部位；
(5)設(shè)在便于清理的位置，以免積存冷料；
(6)排氣方向應(yīng)避開操作區(qū)，以防高溫熔體濺出傷人；
(7)其深度與塑料流動性、注射壓力以及溫度有關(guān)；
在本模具中，型芯和型腔之間有較大的間隙，故不但圖開設(shè)排氣槽。
14.2引氣裝置
引氣裝置的作用與排氣系統(tǒng)的作用相反，是為了順利脫模而采取的一種措施。大型深腔底部密封的殼型塑件，成型后型腔被塑料充滿，氣體被排出，塑件內(nèi)孔表面與型芯間形成真空，使脫模困難。本模具由于塑件屬于底部密封的殼型塑件，故不加引氣裝置，采用分型面排氣，因為制件上下有鑲件排氣，左右有滑塊排氣，幫成型可靠。 .
結(jié) 論
在本次模具設(shè)計中，我結(jié)合實際情況，綜合考慮了塑件材料的安全性（無毒），可成型性，塑件的質(zhì)量要求，模具的制造成本，模具的可加工性等要素，本著一切從實際出發(fā)的原則進(jìn)行設(shè)計。由于塑件是圓筒形薄壁深殼狀零件，我采用哈夫機(jī)構(gòu)成型手柄并用氣動頂出裝置頂出塑件，這即簡化了模具結(jié)構(gòu)又節(jié)省了制造成本，最主要的是使塑件表面無頂痕，保證了塑件的表面質(zhì)量，也符合了人們生活的安全原則
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