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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
中 期 檢 查 表
學(xué) 院： 工學(xué)院
學(xué)生姓名
李 尹
學(xué) 號
200940614307
年級專業(yè)及班級
2009級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)(2)班
指導(dǎo)教師姓名
董 亮
指導(dǎo)教師職稱
副教授
論文（設(shè)計(jì)）題目
儲物箱的注射模具設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)度
已完成的主要內(nèi)容
尚需解決的主要問題
1.熟悉課題，收集借閱有關(guān)資料
2.計(jì)算塑件的體積和重量
3.注射模的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.模具設(shè)計(jì)的部分有關(guān)計(jì)算
1.塑件成型工藝性分析
2.塑件注射工藝參數(shù)的確定
3.注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.NC加工軌跡及G代碼
指導(dǎo)教師意見
簽名： 年 月 日
檢查小組意見
組長簽名： 年 月 日
注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫。
2.此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
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學(xué)生姓名
李尹
學(xué)??? 號
200940614307
年級專業(yè)及班級
2009級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化(3)班
指導(dǎo)教師及職稱
董亮 副教授
學(xué)??? 院
工學(xué)院
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20??? 年???? 月???? 日
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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目
儲物箱的注射模具設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻(xiàn)等，不少于1000字）
選題研究意義：
通過本次設(shè)計(jì)可以使我掌握注射模的模具結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對CAD、PRO/E等一系列軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快適應(yīng)生產(chǎn)工作。培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用自己綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決相關(guān)專業(yè)工程實(shí)際問題的能力，在獨(dú)立思考、獨(dú)立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機(jī)械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)是一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。加之通過畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)調(diào)研，完成該課題可對我們大學(xué)四年期間所學(xué)的知識進(jìn)行一次較為全面的專業(yè)訓(xùn)練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運(yùn)用過去所學(xué)的知識去解決生產(chǎn)中實(shí)際問題的方法，增強(qiáng)從事本專業(yè)實(shí)際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力，為我們以后走上工作崗位打下一個良好的基礎(chǔ)。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
注塑成型是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的一種重要的加工方法，世界上注塑模的產(chǎn)量約占塑料成型模具中產(chǎn)量的50%以上。注塑成型能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品，適合高效率、大批量的生產(chǎn)方式，以發(fā)展成為熱塑性塑料和部分熱固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和修模才能正式投入生產(chǎn)，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅是產(chǎn)品的生產(chǎn)周期延長，生產(chǎn)成本增加，而且難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。要解決這些問題，必須以科學(xué)分析的方法，研究各個成型過程的關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)注塑產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高企業(yè)競爭能力，必須進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)與制造，及成型過程分析的CAD/CAE/CAM集成技術(shù)的研究。國外注塑模CAD/CAE/CAM技術(shù)研究的成果有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：采用注塑模CAD/CAE/CAM技術(shù)能使設(shè)計(jì)時間縮短50%，制造時間縮短30%，成本下降10%，塑料節(jié)省7%注塑模計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)正朝著與CAD/CAE無縫整體集成化方向發(fā)展，注塑CAD所構(gòu)造的幾何模型為實(shí)現(xiàn)注塑模CAE技術(shù)提供了基本的幾何拓?fù)湫畔⒑吞卣餍畔?，注塑模CAE的目標(biāo)是通過對塑料材料性能的研究和注射成型工藝過程的模擬和分析，為塑料制品的設(shè)計(jì)、材料的選擇、模具設(shè)計(jì)、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過程的控制提供科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)時國際上占主流地位的注射模CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UG等；結(jié)構(gòu)分析軟件有MSC、Analysis等；注射過程數(shù)值分析軟件有MoldFlow等；數(shù)控加工軟件有MasterCAM、Cimatron等。總體來說，國內(nèi)的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距。
主要參考文獻(xiàn)
? [1]陳馬宏鈞,方向明,素敏,典型零件機(jī)械加工生產(chǎn)實(shí)例,機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[2]王季琨,沈中偉,劉錫珍,機(jī)械制造工藝學(xué),天津大學(xué)出版社,2004.1
[3]哈爾濱工業(yè)大學(xué),上海工業(yè)大學(xué),機(jī)床夾具設(shè)計(jì),上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1991
[4]李洪主,機(jī)械加工工藝手冊,北京出版,1996
[5]貴州工學(xué)院機(jī)械制造工藝教研室，機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖冊,貴州人民出版,1983
[6]黃健求,機(jī)械制造基礎(chǔ),北京機(jī)械工業(yè)出版社,2005
[7]王啟平,機(jī)床夾具設(shè)計(jì),哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005
[8]鄭修本,機(jī)械制造工藝學(xué),北京機(jī)械工藝出版社,2004
[9]《模具制造手冊》編寫組,模具制造手冊(第二版)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2003
[10] 王樹勛,吳裕農(nóng),典型模具結(jié)構(gòu)圖冊 [M],廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.4
[11]張耀宸,馬占永,機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M],北京：國防工業(yè)出版社，2002.3
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注：此表如不夠填寫，可另加頁。
研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等）
研究目的：
提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
研究內(nèi)容：
一、研究設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱文獻(xiàn)資料，實(shí)習(xí)，做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，撰寫開題報(bào)告。
二、研究制品生產(chǎn)、使用要求，完成制品圖。
三、研究制品：了解制品的結(jié)構(gòu)工藝性，材質(zhì)特性，用途，用法，使用要求及生產(chǎn)批量等產(chǎn)品對模具設(shè)計(jì)的要求。
四、選擇成型設(shè)備。
五、構(gòu)思模具結(jié)構(gòu)總體方案，形成模具設(shè)計(jì)總裝草圖或3D模型。
1.根據(jù)制品大小及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定模具結(jié)構(gòu)類型、材質(zhì)、外形尺寸、型腔數(shù)目、分型面及流道布置。
2.根據(jù)制品結(jié)構(gòu)，分析物流充模流動方向，估計(jì)物料流程、流動阻力及熔接位置，考慮材料在型腔內(nèi)的收縮、取向、結(jié)晶等情況。據(jù)此考慮流道類型、尺寸、澆注位置和排氣問題。
3.考慮制品推進(jìn)問題，確定退出方式。
4.考慮模具的加熱和冷卻問題，確定模溫控制方式。
5.考慮模具零件的加工、制造、裝配方法及有關(guān)技術(shù)要求，確定零件結(jié)構(gòu)。
六、設(shè)計(jì)計(jì)算，修改，完善設(shè)計(jì)方案。
1.成型零件尺寸的計(jì)算。
2.結(jié)構(gòu)件尺寸計(jì)算。
3.換熱量計(jì)算。
七、審核方案設(shè)計(jì)結(jié)果，校驗(yàn)?zāi)＞邔ξ锪虾妥⑸錂C(jī)的適應(yīng)性。
八、繪制模具裝配圖，拆繪模具零件工作圖。
九、撰寫設(shè)計(jì)說明書。?
研究方法：
理論研究法；
比較分析法；
因素分析法；
文獻(xiàn)研究法；
定量分析法；
社會調(diào)查法。
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預(yù)期成果：
完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，設(shè)計(jì)任務(wù)書，圖紙。
條件保障：
每天所花時間不低于六小時，資料準(zhǔn)備齊全，遇到自己解決不了的困難上網(wǎng)查詢或者向指導(dǎo)老師請教。
進(jìn)程計(jì)劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實(shí)施進(jìn)度、完成程度等）
3周：進(jìn)一步掌握塑料注射模具的組成、工作原理和設(shè)計(jì)原則；熟悉原始資料；查閱資料，寫出開題報(bào)告。測繪，完成模具注塑設(shè)計(jì)，出塑件圖。
4周-5周：模具總體方案設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)草圖。
6周-7周：注射劑類型的選擇、模架的選擇、注射機(jī)及有關(guān)參數(shù)的校核、成型零件的設(shè)計(jì)、教主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
8周-9周：模具3D設(shè)計(jì)，裝配仿真、出3D圖一張。
10周：由3D設(shè)計(jì)，繪模具裝配草圖、繪制模具裝配圖。
11周：繪制模具非標(biāo)零件圖。
12周：計(jì)算機(jī)繪圖出草圖；教師審圖，學(xué)生修改圖紙，出圖、光盤。
13周：編制模具非標(biāo)零件加工工藝。
14-15周周二：學(xué)生按規(guī)定格式和要求撰寫說明書。
6月?? 下午3點(diǎn)交全部設(shè)計(jì)資料。?
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論證小組意見
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??????????????????????????????????????????????? ?20??? 年?? 月?? 日
專業(yè)委員會意見
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?????????????????????????????? 專業(yè)委員會主任簽名：
??????????????? ???????????????????????????????????20?? 年?? 月?? 日
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
開題論證記錄
學(xué) 院： 工學(xué)院 記錄人：______________
學(xué)生姓名
李 尹
學(xué) 號
200940614307
年級專業(yè)及班級
2009級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)(2)班
指導(dǎo)教師姓名
董 亮
指導(dǎo)教師職稱
副教授
畢業(yè)論文題目
儲物箱的注射模具設(shè)計(jì)
論證小組質(zhì)疑及指導(dǎo)意見
1. 注射成型原理是什么？
2. 注射成型工藝過程包括幾個過程？
3. 注射模具的結(jié)構(gòu)組成是哪些？
學(xué)生回答簡要記錄
1．利用塑料的可擠壓性和可模塑性，將松散的粒料或粉狀成型物料從注射機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為黏流態(tài)熔體，在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。
2．完整的注射工藝過程包括:1、成型前的準(zhǔn)備;2、注射過程；3、制品的后處理。
3．根據(jù)模具中各個部件的不同作用，一套注射?？梢苑殖梢韵聨讉€部分：內(nèi)模零部，澆注系統(tǒng)，熱交換系統(tǒng)，行位系統(tǒng)，頂出系統(tǒng)，導(dǎo)向定位部件，排氣系統(tǒng)。
論證小組
成員簽名
記錄人簽名： 論證時間： 2013 年 3 月 26 日
注：記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。
湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
儲物箱注射模設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF INJECTION MOULD FOR STORAGE BOX
學(xué)生姓名:李 尹
學(xué) 號:200940614307
年級專業(yè)及班級：2009級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化(3)班
指導(dǎo)老師及職稱：董亮 副教授
學(xué) 院：工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：2013年5月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1
1 前言…………………………………………………………………………………1
1.1 塑料模具研究的意義……………………………………………………………2
1.2 國內(nèi)外研究及其發(fā)展趨勢………………………………………………………2
2 塑件成型工藝性分析………………………………………………………………3
2.1 塑件分析…………………………………………………………………………3
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析……………………………………………………3
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………………………4
2.2.2 成型工藝分析……………………………………………………………4
2.3 熱塑性塑料的注射過程及工藝參數(shù)……………………………………………4
2.3.1 注射成型過程……………………………………………………………4
2.3.2 注射過程…………………………………………………………………4
2.3.4 塑件的后處理……………………………………………………………5
2.3.5 聚丙烯的注射工藝參數(shù)…………………………………………………5
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定………………………………………………………………6
3.1 分型面位置的確定………………………………………………………………6
3.2 型腔數(shù)量的確定…………………………………………………………………6
3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定……………………………………………………………6
3.3.1 澆口形式的確定………………………………………………………6
3.3.2 澆口數(shù)量的確定…………………………………………………………6
3.4 推出機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………………7
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………………7
3.6 選擇模架………………………………………………………………………7
4 模具設(shè)計(jì)及其理論計(jì)算……………………………………………………………8
4.1 熱流道系統(tǒng)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)尺寸的確定…………………………………………8
4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定……………………………………………………8
4.1.2 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………9
4.2 注射機(jī)型號的確定……………………………………………………………12
4.3 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………14
4.3.1 冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………14
4.3.2 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算………………………………………………………14
4.3.3 凸凹模加熱計(jì)算………………………………………………………16
4.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………16
4.5 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17
4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求……………………………………………18
4.5.2 頂出方式………………………………………………………………18
4.5.3 脫模力的計(jì)算…………………………………………………………18
4.5.4 定模脫模力……………………………………………………………20
4.6 成型零件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………20
4.7 安裝尺寸的校核………………………………………………………………21
4.8 典型零件的制造工藝…………………………………………………………21
4.8.1 型腔的加工工藝………………………………………………………21
4.8.2 凸模的加工工藝………………………………………………………22
4.9 模具工作過程…………………………………………………………………22
5 結(jié)論………………………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………23
致謝 …………………………………………………………………………………24
儲物箱注射模設(shè)計(jì)
學(xué) 生：李尹
指導(dǎo)老師：董亮
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
摘 要：本文主要內(nèi)容是通過分析儲物箱的工藝特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了儲物箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的過程以及要點(diǎn)，設(shè)計(jì)包括了儲物箱的塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，分型面外置的選擇，模具型腔數(shù)目的確定和模架的選擇，以及模具分型面和推出結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)過程。整個設(shè)計(jì)過程表明該模具能夠達(dá)到此塑件所要求的成型工藝和質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：儲物箱；塑料模具；注射模；分型面
The Design of Injection Mould for Storage Box
Student: Li Yin
Tutor:Dong Liang
(College of Engineering Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract：This paper is mainly introduced the progress and the main points of the locker structure design and the die design through the analysis of the technology of the storage box. It includes the design method of the plastic structure parts of the locker,the selection of the external parting surface , confirming the number of mold cavity and choosing formwork,and the design process of mold parting surface and push mechanism.The whole design process illustrates that the mold can fulfill the requirements of molding process and quality of the plastic parts.
Keywords：storage;mould of plastics;injection mould;parting line
1 前言
1.1 塑料模具研究的意義
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注射模具是其中發(fā)展最快的的種類。因此，研究注射模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，也是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。受到政府和企業(yè)的高度重視，具有廣闊的前景。通過本次設(shè)計(jì)可以使我掌握注射模的模具結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對CAD，PRO/E等一系列軟件的應(yīng)用熟練，讓我們能更快適應(yīng)生產(chǎn)工作。培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測量與控制及其它相關(guān)工程實(shí)際問題的能力，在獨(dú)立思考、獨(dú)立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機(jī)械、電子、交通、國防、建筑、農(nóng)業(yè)、等各個行業(yè)廣泛應(yīng)用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國在注塑模CAD技術(shù)開發(fā)研究與應(yīng)用方面起步較晚。從20世紀(jì)80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學(xué)校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作，我國注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來,我國對注塑模設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學(xué)、華中理工大學(xué)、四川聯(lián)合大學(xué)等單位聯(lián)合進(jìn)行了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實(shí)際應(yīng)用，使我國的注塑模CAD/CAE/CAM研究和應(yīng)用水平有了較大提高.目前擁有自主版權(quán)的軟件有，華中理工大學(xué)開發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HscZ0，鄭州工業(yè)大學(xué)研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項(xiàng)目的成果對促進(jìn)我國注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CAD技術(shù)及應(yīng)用水平很快提高。目前，我國經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國外注塑模CAD/CAE技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代許多研究者對一維流動進(jìn)行了大量研究，由最初的CAD技術(shù)和CAM技術(shù)以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓分子取向以及翹曲預(yù)測等領(lǐng)域。80年代中期注塑模CAD/CAE進(jìn)入實(shí)用階段，出現(xiàn)了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統(tǒng)；2.美國PTC公司的Pro/Engineer 軟件；3.美國UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統(tǒng)等等.這些先進(jìn)軟件的熟練掌握極大地促進(jìn)了國外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時間內(nèi)，他們將朝著大型、精密、復(fù)雜與長壽命模具的方向發(fā)展［1］。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件分析
塑件模型如圖1下所示。塑件名稱：聚丙烯PP.色調(diào)：半透明、白色生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量
圖1 儲物箱
Fig1 Strorage box
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析：
該塑件為儲物箱，結(jié)構(gòu)應(yīng)近可能的簡單，且強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足需要，在底部設(shè)有較多的加強(qiáng)肋板，在上邊緣設(shè)有一圈弧形加強(qiáng)肋以增加儲物箱的剛度和強(qiáng)度。該塑件長端有兩處安裝提手的孔，當(dāng)儲物箱上蓋蓋上以后，安裝到孔中的提手又起著卡扣作用，該部位為受力較集中的部分，故此處的壁厚應(yīng)該適當(dāng)?shù)募雍瘢褲M足其力學(xué)的性能的要求。
當(dāng)箱子中裝有東西多而重量較大搬運(yùn)困難時，特意在箱子底部設(shè)計(jì)了有安裝滾輪軸的卡槽，滾輪在軸上轉(zhuǎn)動，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內(nèi)移動［2］。
2.2.2 成型工藝分析
注射模精度等級：采用一般精度4級。脫模斜度：該塑件壁厚約為3mm，其脫模斜度查表得到聚丙烯PP其型腔脫模斜度為：25°～45°，其型芯脫模斜度為：20°～45°。由于該塑件沒有狹小部分，且塑件整體造型已具備了一定的斜度，所以只有塑件底部肋板處放脫模斜度取1°。
2.3 熱塑性塑料的注射成型過程及其工藝參數(shù)
2.3.1 注射成型過程
注射成型工藝過程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射成型過程以及塑件的后處理三個階段［3］。
2.3.2 成型前準(zhǔn)備
分析檢驗(yàn)成型物料質(zhì)量：根據(jù)塑料工藝性能要求，檢驗(yàn)其各種性能指標(biāo)，如含水量等。對于該塑件材料PP參考文獻(xiàn)知道聚丙烯PP吸水率?0.03%，允許水含量0.05%~0.20%。由于該塑料不易吸水，故可以不進(jìn)行干燥處理。
2.3.3 注射過程
注射過程是塑料轉(zhuǎn)變成塑件的主要階段。它包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
1）加料：由注射機(jī)的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻、最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機(jī)計(jì)量裝置來控制。
2）塑化：塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到熔融流動狀態(tài)，并且有良好的可塑性全過程。
3）注射：注射機(jī)用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經(jīng)過噴嘴、澆注系統(tǒng)，直接壓入模腔。
4）保壓：保壓時自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實(shí)工序。
5）冷卻定型：當(dāng)澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固。繼續(xù)保壓不在需要，此時可退回柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質(zhì)，對模具進(jìn)一步冷卻，這一階段稱冷卻定型、實(shí)際上冷卻定型過程從塑料注入型腔就開始，它包括從注射完成、保壓到脫模前這段時間［4］。
6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑件推出模外。
2.3.4 塑件的后處理
塑件進(jìn)行注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚恚枰愿纳坪吞岣咚芗阅?，塑件的后處理主要是退火和調(diào)濕處理。通過查找文獻(xiàn)知道該塑料不需要任何后處理。
2.3.5 聚丙烯PP的注射工藝參數(shù)
1﹚料筒溫度：30℃~220℃
2﹚熔料溫度：220℃~250℃
3﹚料筒恒溫：220℃
4﹚模具溫度：80℃~90℃
5﹚注射壓力：PP具有很好的流動性，避免采用過高的折射壓力，一般在80MPa~140MPa之間，一些薄壁包裝容器可達(dá)180MPa.
6﹚保壓壓力：避免制品產(chǎn)生壁縮，需要較長時間對制品進(jìn)行保壓：約為
注射壓力的30%~60%。
7﹚背壓：2MPa~5MPa
8﹚注射速度：對薄壁包裝容器需要高的注射速度；中等注射速度往往比較適合于其他類的塑料制品。
9﹚螺桿轉(zhuǎn)速：高速螺桿轉(zhuǎn)速﹙線速度約為1.3m/s﹚是允許的，只需要滿足冷卻時間結(jié)束前完成塑化過程就可以。
10﹚計(jì)量行程：0.5D~4D;4D的計(jì)量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要的。
11﹚殘料量：2mm~8mm,取決于計(jì)量行程和螺桿轉(zhuǎn)速。
12﹚預(yù)烘干：不需要；如果儲藏不好，在80℃的溫度下烘干1h就可以。
13﹚回收率：可達(dá)100%回收。
14﹚收縮率：1.2%~2.5%；收縮程度高；24h后不會收縮。
15﹚澆口系統(tǒng)：點(diǎn)式澆口或多點(diǎn)澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置在制品最厚點(diǎn)，否則易發(fā)生大的收縮。
3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
3.1 分型面位置的確定
在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該考慮成型時分型面得形狀和位置，否則無法完成模具成型。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結(jié)構(gòu)。該塑件在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時已經(jīng)充分考慮到了模具的分型面，同時從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件為典型的箱體。將分型面設(shè)計(jì)在塑件上邊緣外援處，在提手處，將分型面沿提手最大外援處設(shè)置分型面，以方便出模。
3.2 型腔數(shù)量的確定
當(dāng)塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。一般來說，大型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，此塑件屬于大型塑件，故采用一模一腔結(jié)構(gòu)形式［5］。
3.3 澆注系統(tǒng)形式的確定
3.3.1 澆口形式和位置的確定
該塑件屬于大型腔盒形件，分型面只能采用一個，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)不能采用側(cè)澆口、潛伏式澆口或護(hù)耳式澆口，因?yàn)闈部谕耆靡贿叢焕M(jìn)料。只能采用直接澆口或點(diǎn)澆口，澆口位置在塑件底部。
3.3.1 澆口數(shù)量的確定
在確定塑件的澆口時，還應(yīng)考慮塑料熔體所允許的最大流動距離比，當(dāng)采用直接澆口時，如圖1可估算出流動比K=L/t=230，這在PP塑料的流動比范圍之內(nèi)，基本符合要求。但采用直接澆口塑件上印痕較大，不利于塑件的美觀和澆口處的力學(xué)性能，流程比也接近于上限值，不利于塑料熔體對型腔的填充。若采用普通流通道點(diǎn)澆口兩點(diǎn)進(jìn)料的話，在定模部分必須要有一個分型面一邊取出澆注系統(tǒng)的凝料，這樣模具結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜而又浪費(fèi)材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點(diǎn)澆口，上述問題不復(fù)存在，是一個較好的解決方案。
在該模具中使用主流道杯，熱流道板，澆口噴嘴都采用加熱式的結(jié)構(gòu)，熱流道如圖2下所示。
1—澆口；2—噴嘴分流道；3—熱流道分流板 4—主流道
圖2 熱流道布置示意圖
Fig2 Harting decorates schemes
3.4 推出機(jī)構(gòu)的確定
該塑件屬于大型腔薄壁型半透明塑件，對表面質(zhì)量要求很高，在塑件表面不允許有推桿痕跡，同時塑件的推模力也比較大，因此經(jīng)過反復(fù)的考慮，決定采用氣動推出，所以標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)在動模的推出機(jī)構(gòu)就可以省略。這樣降低了模具的高度，也節(jié)約了成本。
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定
提手處的兩個小孔應(yīng)用側(cè)抽芯來成型，但塑件全部位于定模型腔內(nèi)，若采用機(jī)動抽芯，在動模部分還要設(shè)置一個分型面，對于大型模具來說，盡量不要設(shè)置多個分型面，因?yàn)橐苿拥牧慵嗔耍瑢δ＞叩膹?qiáng)度、剛度和精度都不利，因此提手小孔可采用液壓或氣動來完成抽芯。對于成型滾輪軸卡扣槽部分，在定模采用四個鑲件滑塊來成型，為了使該模具能夠長壽命工作，若采用強(qiáng)制脫模以避免側(cè)向抽芯，模具的可靠性不高，同樣采用液壓或氣動抽芯，模具結(jié)構(gòu)不太負(fù)責(zé)，而可靠性提高了［6］。
3.6 選擇模架
為了將該設(shè)計(jì)和工廠模具設(shè)計(jì)相結(jié)合，在此使用Pro/E軟件對該塑件進(jìn)行分型面設(shè)計(jì)。
大體步驟如下，先在Pro/E里對塑件進(jìn)行建模，然后進(jìn)入Pro/E的模具設(shè)計(jì)模塊，將塑件模型調(diào)入，然后使用公式1=Scp，Scp值為0.02設(shè)置該塑件的收縮率，然后增加體積塊，體積塊的尺寸按照模架的動模板和定模板尺寸來定義，再設(shè)計(jì)分型面，并通過分型面將模具動模和定模板分開。以達(dá)到分模的目的。由于該塑件外形較大，故不再在定模中設(shè)置模仁，模架中的A板直接加工出型腔來，而動模的主型芯應(yīng)單獨(dú)加工出來，然后鑲?cè)雱幽９潭ò逯?，這樣能夠節(jié)省材料和加工工時。參考國家標(biāo)準(zhǔn)初步選用直接澆口型模架，型號A80100－420×160GB/T12555－2006。因?yàn)樵撃＞卟捎脷怏w推出，所以動模部分的推出機(jī)構(gòu)及其零件都不需要，所以在原來模架的基礎(chǔ)上省去了部分零件，但又采用熱流道，又必須加一塊安放熱流道板的型腔墊板，所以形成了定模三板塊（定模座板，型腔墊板和凹模型腔板），動模二塊板（動模座板和凸模固定板）組成，簡化的模架［7］。
4 模具設(shè)計(jì)及其理論計(jì)算
在對模具的分型面、型腔數(shù)量、澆注系統(tǒng)的形式和模具結(jié)構(gòu)初步確定以后，就應(yīng)對模具的各個系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算。并最終確定各個工作零件的尺寸。
4.1 熱流道系統(tǒng)的計(jì)算和結(jié)構(gòu)尺寸的確定
在本設(shè)計(jì)的熱流道系統(tǒng)中，流道比較簡單，如圖2所示，且為平衡式布置，所以不需要進(jìn)行復(fù)雜的流變學(xué)計(jì)算。而熱流道噴嘴是標(biāo)準(zhǔn)件，所以先按塑料熔體通過澆口允許的剪切速率來初步確定澆口直徑，然后在計(jì)算相應(yīng)的其他流道尺寸。最后根據(jù)熱流道尺寸確定其他結(jié)構(gòu)尺寸。
4.1.1 流道系統(tǒng)尺寸的確定
1﹚所需注射量的計(jì)算。對于該設(shè)計(jì)，提供了塑料圖樣，據(jù)此在Pro/E中建立模型并對此分析，可知塑件體積為V1≈2.7×103㎝3
2﹚噴嘴澆口尺寸的確定。注射時間根據(jù)類似產(chǎn)品取10s，
則主流道體積流率Qs=V/t=2.7×1000÷10=270cm3/s （1）
分流道的體積流率Qr=Qs/2=270/2=135cm3/s （2）
根據(jù)表查數(shù)據(jù)，PP最大允許的剪切速率γ=105s-1 ,而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪切速率求出澆口直徑。
Dg==0.24㎝ （3）
而熱流道噴嘴澆口直徑2.7mm、3.9mm、4.5mm等標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而本設(shè)計(jì)澆口采用開放式直接澆口帶有一段凝料，有利于布置水道對澆口進(jìn)行冷卻，儲物箱底部的肋板高為20mm,凝料長定位30mm比較合適。由于凝料有一個脫模斜度，通過計(jì)算，澆口直徑取4.5mm,脫模斜度取3°，流道最小直徑為
Dg=4.5－2×30tan1.5°=2.93mm （4）
再校核最小截面處的剪切速率
γG=32Qg/πDg3=54695/s<105s-1 （5）
剪切速率符合要求。
3﹚噴嘴流道直徑的確定。對低粘度PP，流道剪切速率取γ=1000s-1 進(jìn)行初步估算，因此噴嘴流道直徑為：Dr==1.112㎝ （6）
取標(biāo)準(zhǔn)直徑Dr=1cm,則分流道剪切速率為
γR=32Qr/πDr3=1375.8s-1 （7）
在5×100~5×1000s-1 ，比初取值大37..58%，如果分流道直徑取12mm，剪切速率就顯得有些小，所以分流道剪切速率合理。考慮到噴嘴安裝方面等因素，參考文獻(xiàn)中圖，可以采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴BP25型.
4﹚流道板分流道直徑的確定。根據(jù)熱流道噴嘴與流道板的安裝結(jié)構(gòu)、熱流道板分流道直徑比噴嘴道直徑大0.5mm~1mm，取分流道直徑為11mm。與上面計(jì)算值11.12mm相差不大，剪切速率在預(yù)定的范圍內(nèi)，可行。
5﹚主流道直徑尺寸的確定。本設(shè)計(jì)的分流道僅有兩條，且分流道的剪切速率不太大，所以主流道直徑也取11mm，與分流道直徑一樣大，主流道剪切速率為
γs=32Qs/πDs3=2067.3s-1 （8）
在5×100~5×1000S ，主流道剪切速率合理［8］。
4.1.2 熱流道板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
熱流道板應(yīng)該具有良好的加熱和絕熱設(shè)施，保證加熱器安裝方便和溫度控制有效。熱流道板根據(jù)澆口數(shù)量和位置的不同，可分別采用Ⅰ字、H字等各種外形。該塑件結(jié)構(gòu)比較簡單確定采用兩點(diǎn)進(jìn)料，故采用Ⅰ字型熱流道板。
分流道通常用圓形截面直徑一般在1mm~5mm.流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)圓滑過渡，防止塑料熔體滯留。分流道端孔用細(xì)牙螺栓堵頭封住并用銅質(zhì)或聚四氟乙烯封墊圈防漏。熱流道板應(yīng)該選用比熱容小和熱傳導(dǎo)率高的材料，通常采用中碳鋼和高強(qiáng)度的銅合金制造，本設(shè)計(jì)熱流道板采用H13中碳鋼。
1﹚熱流道板幾何尺寸的確定。根據(jù)上述的計(jì)算，主流道、分流道直徑取11mm,兩澆口之間的距離取260mm,流道采用外加熱的方式，在流道板銑削嵌入電加熱器的槽，考慮到流道板的固定和其他零件的連接等因素。
2﹚流道板加熱功率的計(jì)算。流道板加熱功率，是在一定時間內(nèi)流道板從室溫加熱升溫到塑料熔體注射溫度所需要的功率。當(dāng)流道板達(dá)到給定的溫度時，由溫度調(diào)節(jié)器自動控制，補(bǔ)償熱損失功率，維持熱流道溫度恒定。
流道板升溫加熱功率，在熱流道系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)完成，獲知了流道板的體積后，按質(zhì)量m的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。以每1kg鋼升溫需100W電熱功率計(jì)算。小模具可增大些比值，升溫時間可少于20min，而大型模具要減小比值。片面追求快速升溫，不利于電熱加熱和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。加熱流道板所需要的功率有三部分組成。其一是達(dá)到設(shè)置注射溫度所需電功率；其二是補(bǔ)充流道板的傳導(dǎo)、對流和輻射熱損耗功率；其三是考慮電網(wǎng)電壓波動影響和加熱器的熱效率。工程設(shè)計(jì)時，計(jì)算流道板的加熱器功率公式如下：
P=mc/60tη0 （9）
式中P——流道板加熱器的電功率（kw）
m——流道板的質(zhì)量（kg）
流道板質(zhì)量，通過在Pro/E建模后，進(jìn)行質(zhì)量分析，密度為7.85kg/dm3，其質(zhì)量為m=9.27kg。
C——流道板材料的比熱容[kJ/(kg?℃)]，對于鋼材，C=0.48kJ/(kg?℃);
T——流道板的加熱時間（min），通常為20min~30min，時間長短取決于流道板尺寸大小和注射工藝的溫度；這里取20min；
ΔT——流道板注射工作溫度與室溫之差（℃）。
查表知道PP噴嘴溫度為220℃~290℃，模具溫度為20℃~60℃，在此噴嘴溫度220℃，模具溫度取50℃。
ΔT=220－50=170℃
目前我國注射機(jī)基本都是普通注射機(jī)，不是高速注射機(jī)，熔融塑料在熱流道中停留時間比較久，所以宜取較低噴嘴溫度和較高的模溫。
ηo——加熱流道板的效率系數(shù)，流道板的絕熱條件良好ηo=0.47~0.56；這里取0.5。故
P=mc/60tηo=1.26kw
三個墊圈的熱傳導(dǎo)面積，如圖5所示
Ap==0.001㎡ （10）
墊圈的傳導(dǎo)耗熱。用HI3中碳鋼，查表得λ=0.28﹙W/m·℃﹚,則有
Qp==28×0.001×（220-50）/0.010=476W （11）
式中Qp——熱流道板的傳導(dǎo)熱損失﹙W﹚
λ ——絕熱零件材料的熱導(dǎo)率﹙W/ m·℃﹚
T1——熱流道板的注射工作溫度﹙℃﹚
T2——注射模具結(jié)構(gòu)的溫度 ﹙℃﹚
若用鈦合金制造墊圈，查表知λ=7W/ m·℃,有
Qp==119W
圖3 隔熱墊圈
Fig3 Insulation gasket
3﹚流道板的熱對流和熱輻射的功率損失。流道板溫度T1=273+220=493K;模具溫度T2=273+50=323K,得ΔT=T1－T2=170K.經(jīng)發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板的輻射系數(shù)Co=2.62W/﹙㎡·K﹚;而光亮鋁箱覆蓋時，Co=0.18 W/﹙㎡·K﹚。已知道板輻射表面積Ar=0.126㎡.由兩種狀態(tài)計(jì)算功率損失。
無絕熱設(shè)計(jì)的流道板，先計(jì)算熱輻射系數(shù)
αs1 =C0=7.5W/(㎡/K) （12）
在考慮流道板周邊間隙中空氣對劉熱損失，查表可知取空氣自然對流系數(shù)α=
10 W/﹙㎡·K﹚.龜茲流道板的對流和輻射熱損失
αks1==374.85W（13）
絕熱設(shè)計(jì)的流道板，計(jì)算安裝反射薄片時的輻射系數(shù)
αs2= C0=0.51W/(㎡/K) （14）
大面積上安裝反射箔片Ar1=﹙0.05+0.06﹚×0.38×2㎡,小面積上無反射面Ar2=0.05×0.06×2㎡=0.006㎡,由此得對流和輻射熱損失
αks1==167.2W （15）
根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)匯總成下表1
表1 流道板數(shù)據(jù)
Tablel Runner plate date
類型
無絕熱設(shè)計(jì)的流道板
絕熱設(shè)計(jì)的流道板
流道板升溫加熱功率
1260
1260
熱傳導(dǎo)損失功率
476鋼墊圈
119鈦合金墊圈
對流和輻射熱損失
374.85表面灰暗
167.2大面積使用反射
其他因素的電損10%
211
154.6
總計(jì)
2321.9
1700.6
4﹚討論。查表知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，而本設(shè)計(jì)流道板及電熱器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而采用反射片，所以電熱的總功率為：
P=﹙1260+119+374.85﹚×110％=1929.235W （16）
選兩根1000W的矩形電熱管嵌入熱流道板的槽中即可［9］。
4.2 注射機(jī)型號的確定
表2 注射機(jī)參數(shù)
Table2 Injection machine parameters
項(xiàng)目
單位
尺寸
實(shí)際注射容積
4450
螺桿直徑
mm
110
塑化能力
g/s
116
注射壓力
MPa
181/197
噴嘴半徑
mm
R20
鎖模力
KN
10000
拉桿有效間距
mm
1120×1120
定位圈尺寸
mm
300
最大（小）模具厚度
mm
1100（600）
4.2.1 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核n≤（Mt/3600－m2)/m1
式中K——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，PP取0.75
M——注射機(jī)的塑化能力為116g/s
t———成型周期，因塑件采用熱流道系統(tǒng)，查表知取60s
m1——單個塑件的質(zhì)量，取2.43×103g
m2——澆注系統(tǒng)所需的塑料質(zhì)量，由于該塑件采用熱流道系統(tǒng)成型，故無澆注系統(tǒng)凝料。
上式右邊=0.75×116×62/2.43×103 ﹥1符合要求。
4.2.2 鎖模力校核。塑件采用熱流道系統(tǒng)，投影總面積A
A=L1×L2=602×425=2.5585×105 ㎜2 （17）
由于該塑件屬于薄壁均勻的容器塑件，采用PP注塑，流動性好，故取P1=25MPa,所需鎖模力為Fm=Ap1=2.5585×105 × 25=6395.25KN （18）
鎖模力校核為F≥KFm=KAP1=1.2×6369.25=7675.5KN
式中K為鎖模力安全系數(shù)。
4.2.3 安裝尺寸的校核。
1)定位圈尺寸。注射機(jī)定位尺寸為φ㎜，定位圈尺寸取φ㎜，兩者之間呈較松間隙配合，合要求。
2)主流道入口的凹球面半徑ＳＲ應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴球半徑ＳＲ０．通常為：
?。樱遥剑樱遥?(1-2)=20+2=22㎜ （19）
3) 最大與最小模具厚度。模具厚度Ｈ應(yīng)滿足Ｈmin
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