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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)
蓋注塑注塑成型工藝及模的設(shè)計(jì)
摘要：本設(shè)計(jì)題目為蓋注塑模設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了盒蓋類塑料零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計(jì)意義。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者注塑模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，首先分析了塑件的成分及性能要求，為選取澆口的類型做好了準(zhǔn)備；然后估算了塑件的體積，便于選取注塑機(jī)及確定型腔數(shù)量；最后分析了塑件的特征，確定模具的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及推出裝置的選取。
本塑件體積較小，無需側(cè)抽機(jī)構(gòu)，因而模具設(shè)計(jì)也較簡單。本模具才有頂桿推出機(jī)構(gòu)脫模，結(jié)構(gòu)合理可靠。
關(guān)鍵詞：注塑模 蓋 頂桿 工藝分析 模具結(jié)構(gòu)
the design of Cover injection mold
Abstract：The topic of this design is the shell cover stamps forming handicraft and design for die.The requirement，content and direction of the design of the stamps forming plate parts are embodied on this stamping die design. The designer’s foundation knowledge of the stamping die design is reinforced and is able to design more complex stamping die through the design.
This design the elementary knowledge which designs using the stamping formation craft and the die, first has analyzed the work piece formed craft and the die forming structure to the workpiece quality influence. Introduced the shell cover filling piece stamping die design when must pay attention to the main point, through carries on the craft analysis to the workpiece, may determine the workpiece the formed processing uses set of superposable dies. Embarks from the control workpiece size precision, counter shell cover filling piece stamping die each main dimension has carried on the theoretical calculation, by determined each work components the size, designs from the die to the spare part processing craft as well as the assembly craft and so on carries on the detailed elaboration, and carries on each important components using CAD the design.
Key words: Injection mould Cover Mandril process analysis Mold Construction
1緒 論
目前，隨著我國改革開放步伐的進(jìn)一步加快，中國正逐步成為全球制造業(yè)的基地，特別是加入WTO后，作為制造業(yè)基礎(chǔ)的模具行業(yè)近年來得到了迅速發(fā)展。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%—80%的零部件都依靠模具成型。國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)，即機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑，都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)。模具生產(chǎn)水平的高低，己成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。因此，我國要從一個制造業(yè)大國發(fā)展成為一個制造業(yè)強(qiáng)國，必須要振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，提高模具工業(yè)的整體技術(shù)水平。目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，目前，我國制造業(yè)的資源已突破了企業(yè)——社會——國家的界線，制造業(yè)的國際化已是一個客觀事實(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1）模具日趨大型化；???
? 2）在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
?? 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
7）模具的精度將越來越高；?
? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；??
?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；??
?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時(shí)，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％
1.3 蓋模具設(shè)計(jì)與制造方面
在我們設(shè)計(jì)的盒塑料模具的設(shè)計(jì)與制造過程中， 根據(jù)所學(xué)的知識和我們在畢業(yè)實(shí)習(xí)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，所采用方案如下。該塑件是盒，大批量生產(chǎn)，塑件的材料采用常用的原料改性聚苯乙烯，屬于常用的工程材料。溫控盒設(shè)計(jì)不需側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，采用兩板式模具，根據(jù)塑件再進(jìn)行后續(xù)處理。
1.3.1 蓋模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
1.3.2蓋模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間20天；
2.確定加工方案，所用時(shí)間5天；
3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天．
2蓋零件工藝性分析
2.1塑件的工藝性分析
零件名稱：蓋
生產(chǎn)批量：大批量
材 料:改性聚苯乙烯
未注公差取:MT5級精度
圖一
塑件的工藝分析包括塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析，塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件的表面質(zhì)量和塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析，其具體分析如下：
2.11塑件的原材料分析
塑料品種
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
使用溫度
化學(xué)穩(wěn)定性
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
改性聚苯乙烯
為了提聚苯乙烯的耐熱性和減低其脆性，改性聚苯乙烯為共聚物
改性聚苯乙烯的的穩(wěn)定性良好，能耐堿、硫酸、磷酸。但耐熱性能較低，只能在溫度不高的狀態(tài)下使用
無色透明有光澤，無毒無味、落地發(fā)出清脆的響聲密度溫1.05g/cm3,是母親啊最為理想的高頻絕緣材料
改性聚苯乙烯性脆易裂，所成型制件脫模斜度不能過小，應(yīng)注意模具間隙防止產(chǎn)生飛邊
結(jié)論
表一
2.12塑件的尺寸精度分析
塑件尺寸在這里指的是塑件的總體尺寸，而不是壁厚、孔徑等機(jī)構(gòu)尺寸。塑件尺寸大小與塑件流動性有關(guān)。在注塑成型中流動性差的塑料（如玻璃纖維增強(qiáng)塑料等）及薄壁續(xù)建等的尺寸不能設(shè)計(jì)的過大。大而薄的塑件在塑料未充滿型腔時(shí)已固化，或者勉強(qiáng)能夠充滿，但料的前鋒已不能很好融合而行成冷的接縫，影響塑件的外觀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。注塑成型塑件尺寸還受注塑機(jī)的注射量、鎖模力和模板尺寸的限制。
塑件的尺寸精度是指所獲取的制件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸的符合程度即所獲取的塑件尺寸的精確度。影響塑件尺寸精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨損程度，其次是塑件收縮率的波動以及成型時(shí)工藝條件的變化，塑件成型后的時(shí)效變化和模具的結(jié)構(gòu)形狀，因此塑件的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下，盡可能選用低精度等級。
該塑件尺寸精度無特殊要求，φ100-0.1可知其公差等級為MT1級，其余尺寸為自由尺寸，其余尺寸可按MT5，級查取公差。其主要尺寸公差標(biāo)注如下（單位均為mm）：
塑件外形尺寸：φ13.50-0.32 φ100-0.1 3.50-0.21
塑件的內(nèi)型尺寸：φ600+0.24 R340+0.56 10+0.20 1.5000.20
2.13塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及表面質(zhì)量分析
從圖紙上分析，該塑件的外形為回轉(zhuǎn)體，改性聚苯乙烯的最小壁厚為2.29——2.6mm之間，該制件復(fù)合這一要求，此外該制件無通孔、側(cè)孔，故無需側(cè)抽裝置，容易脫模。
該零件的表面成型時(shí)要避免冷疤，云紋等缺陷產(chǎn)生，除此之外主要取決于模具型腔表面粗糙度。因?yàn)樵撝萍獗砻嬉蠊饣?、美觀，所以其外表面粗糙度可取Ra為0.8μm。其內(nèi)表面沒有過高的要求，Ra為1.6μm。一般模具的表面粗糙度要求比塑件的要求低1～2級。
通過以上分析可以看出，注塑時(shí)在工藝參數(shù)控制的較好的情況下零件的要求是可以得到保證的，該制件可以采用注塑成型的方式加工。
2.14計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
V=346.025mm3
M=ρV=346.025*1.05*10-3=0.363g
2.15注塑機(jī)的選擇
注射模具是在注射機(jī)上工作的，那么要求模具與注射機(jī)要相適應(yīng)，它們之間的適應(yīng)程度對制件的質(zhì)量影響很大，而且對制件的均勻性及成型周期也有很大影響。選擇注射機(jī)時(shí)，必須保證制品的注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量，另根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，制品注射量一般不超過注射機(jī)最大注射的80﹪，該模具采用一模四腔，由于改性聚苯乙烯的注射壓力為60～100Mpa，那么選用SZ-160/100，最大的注射壓力為150Mpa。
2.16 塑件注塑工藝參數(shù)如下表所示
工藝參數(shù)
規(guī)格
工藝參數(shù)
規(guī)格
預(yù)熱和干燥
溫度t：110︿120
成型時(shí)間/s
注射時(shí)間
0～3
時(shí)間t：8︿12h
保壓時(shí)間
30～40
料筒溫度
T/℃
后段
160～170
冷卻時(shí)間
15～30
中段
165～180
總周期
40～90
前段
170～190
螺桿轉(zhuǎn)速n/(r.min-1)
20～30
噴嘴溫度
150～170
后處理
方法
模具溫度
20～60
溫度t/℃
注射壓力
60～100
時(shí)間τ/h
表二
3注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面的選擇，模具型腔數(shù)目的確定，型腔的排列順序，冷卻水道的布局，澆口位置設(shè)置，模具工作零件的設(shè)計(jì)，側(cè)向分型與抽芯的設(shè)計(jì)，推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容
3.1分型面的選擇
模具閉合時(shí)動模與定模相配合的接觸平面，叫做分型面。分型面的選擇是模具設(shè)計(jì)的第一步，分型面的選擇受塑件形狀，壁厚，成型方法，后處理工序，塑件外觀，塑件尺寸精度，塑件脫模方法，模具類型，模具排氣，嵌件，澆口位置與形式及成型機(jī)的結(jié)構(gòu)等的影響。分型面的選擇原則是：脫出塑件方便，模具結(jié)構(gòu)簡單，確保塑件尺寸精度，型腔排氣順利，無損塑件外觀，設(shè)備利用合理，。分型面應(yīng)選擇在塑件外形最大輪廓處，從簡化模具考慮，對需要抽芯的塑件，應(yīng)盡量避免在定膜部分抽芯。分型面是動、定模具的分界面，即打開模具取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系。
實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況：型腔完全在動模一側(cè)；型腔完全在定模一側(cè)；型腔各有一部分分別在動、定模中。分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且涉及模具結(jié)構(gòu)與制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則是：保證塑件質(zhì)量，便于制品脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)。具體包括以下幾條：1.塑件脫模方便2.模具結(jié)構(gòu)簡單3.型腔排氣順利4.確保塑件質(zhì)量5.無損塑件外觀6.合理利用設(shè)備。
如上所述分型面有兩種方式可供選擇：
方案一
方案二
圖三
故分型面位置應(yīng)設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和加工型腔，這是分型面首要原則。塑件上有一個中心盲孔，一個在中央的凸臺，塑件在收縮時(shí)緊包在型芯上，凹模板開設(shè)在定模板上，分型面如同所示通過以上分析，分型面的選擇應(yīng)如方案二即圖三所示的形式。
3.2型腔的排列方式
該塑件形狀簡單，質(zhì)量不算大，生產(chǎn)批量大，所以考慮一模多腔，多腔模具的基本要求是澆注系統(tǒng)流動平衡，即各個型腔能夠同時(shí)充滿且各個型腔的壓力相同，這樣能夠保證各個型腔需哦成型出來的塑件尺寸、性能一致。有資料介紹，若不同型腔壓力相差6.9MPa，則收縮率會相差0.5%——0.75%之多。多型腔模具澆注系統(tǒng)流動平和個的目的就是達(dá)到上述要求。由于目前尚無一個準(zhǔn)卻的計(jì)算方法確定哥型腔交口界面尺寸，主要靠試模后修正澆口尺寸。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可能存在以下兩種情況：（1）性情愈遠(yuǎn)，澆口愈大，（2）型腔愈遠(yuǎn)，澆口愈小。所以這里采用一模六腔，平衡式的型腔布置，是模具結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，塑流程短，塑件質(zhì)量較好，綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，綜合以上考慮，采用如圖所示的型腔的排列方式，會合理一些。
圖四
3.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)的噴嘴起到型腔入口為止的塑料融體的流動通道。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料穴組成。它的作用是將塑料融體順利的充滿型腔的各個部位，并在填充及保壓過程中，將注塑壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。
用注射成型方法加工塑料制品時(shí)，注射機(jī)噴嘴中熔融的塑料，經(jīng)過主流道，分流道最后通過澆口進(jìn)入模具型腔然后，經(jīng)過冷卻固化，得到所需的制品，所以注射模具的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為之的塑料熔體的流動通道，澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位。它的設(shè)計(jì)合理與否，直接對制品的成型起到?jīng)Q定性的作用。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：a，排氣良好，澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利的引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔的各個部分，使?jié)沧⑾到y(tǒng)及型腔中原有的氣體能順利的排出，不產(chǎn)生渦流和湍流，避免因氣體積存而產(chǎn)生的凹陷、氣泡、燒焦等塑件的成型缺陷b，流程短：在滿足成型和排氣良好的前提下，選擇合理的澆口位置，事塑料熔體以較短的流程來充滿型腔，且盡量減少彎折，降低流道的表面粗糙度值，以降低壓力損失縮短填充時(shí)間，避免因流程長、壓力和熱量損失打而引起的型腔填充不滿等成型缺陷；c，防止型芯和嵌件的移位和變形:應(yīng)盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯彎曲和嵌件位移；d，整修方便：澆口位置和形式應(yīng)結(jié)合塑件形狀考慮，做到整修方便并無損塑件的外觀和使用；e，防止塑件的翹曲變形：在流程較長或需開設(shè)兩個易守難攻澆口的時(shí)候更應(yīng)該注意這一點(diǎn)盡量減少或避免熔接痕；f，澆注系統(tǒng)的截面積和長度；g，保證型腔充滿。
澆注系統(tǒng)的作用：使塑料熔體平穩(wěn)且有順序的填充到型腔中，并在填充和凝固的過程中把壓力充分傳遞各個部位，以獲得組織緊密，外型清晰的塑料制件
3.31主流道的設(shè)計(jì)
主流道的形式一般為圓形，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng):
(1) 主流道的尺寸應(yīng)該適當(dāng)，一般情況下主流道進(jìn)口端的直徑為4—8mm，若熔體流動性好且制品較小時(shí)，直徑可設(shè)計(jì)的較小些，反之則要設(shè)計(jì)的大一些。確定主流道界面直徑時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意噴嘴和主流道的對中問題。
(2) 主流道出口端應(yīng)有圓角，眼角半徑R取0.3—3mm或取0.125D2。
(3) 主流道表面的粗糙度值應(yīng)取Ra0.63—1.25
(4) 主流道長度一般小于60mm。
按照以上標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得SZ——160/100型注塑機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸:
噴嘴前端孔徑：d0=φ3mm
噴嘴前端球面半徑：R0=12mm
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
R= R0+(1～2)mm
d= d0+(0.5～1)mm
所以取主流道球面半徑R=13mm
取主流道小端直徑d=φ5.5mm
為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流到設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角一般取20～40，主流道大端直徑D=φ7.5mm，為了使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道端設(shè)計(jì)成半徑r=4.5mm的圓弧過渡。
圖五側(cè)澆口式主流道設(shè)計(jì)
3.32澆口套設(shè)計(jì)
由于注射成型時(shí)主流道要與高溫熔料熔體和注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以一般都不將主流道直接開在定模上，而是將單獨(dú)開在一個嵌套中，然后再將此套嵌入定模內(nèi)，該嵌套成為澆口套。澆口套的長度應(yīng)與定模部分的厚度一致，主流道出口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會造成溢料，而且還會壓壞模具。采用澆口套以后不僅對主流道的加工和熱處理以及本身的選材等工作帶來很大的方便，而且在主流道壓壞后，也便于修磨與更換，這樣顯然降低了成本，提高了效率。澆口套一般選用45鋼，也可以選用優(yōu)質(zhì)合金鋼等等，，45鋼熱處理后硬度為38～45HRC，澆口套與定模板的配合一般選用H7/m6。
圖六
3.33分流道的設(shè)計(jì)
分流道的形狀及尺寸,應(yīng)根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度、注塑速率、分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀簡單,熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列的方式可知分流道的長度較短,為了便于加工起見,選用截面形狀為U形的分流道,查表得上：高h(yuǎn)=3mm底部圓角R=3mm。
3.34澆口的設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式,選用側(cè)澆口較為理想。故采用截面為矩形的側(cè)澆口,查表初選尺寸為(b×l×h) 3mm×1.0mm×2mm。
3.35排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本塑件外形簡單,可以直接利用分型面及頂桿間隙進(jìn)行排氣,而不需另設(shè)排氣槽。
3.4成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
成型零部件的設(shè)計(jì)主要包括凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和凹模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟＞卟捎靡荒Ａ坏慕Y(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用等因素,凸、凹模均采用整體式如圖六所示。
圖七
凹模的結(jié)構(gòu)也采用整體式。結(jié)構(gòu)于定模板類似。
圖八
3.5脫模頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在注射成型的沒易個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中取出。完成取出塑件這個動作的結(jié)構(gòu)就是推出結(jié)構(gòu)，也成為脫模結(jié)構(gòu)。塑件脫模斜度大，頂出阻力小，采用頂桿脫模機(jī)構(gòu)。推桿脫模機(jī)構(gòu)是志經(jīng)典的一次脫模推出結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)簡單，制造容易且維修方便，其機(jī)構(gòu)組成一般有推桿、推桿固定板、推板導(dǎo)柱、推板導(dǎo)套、推板墊板、拉料桿、復(fù)位桿和纖維頂?shù)冉M成，推桿、拉料桿和復(fù)位桿都裝在推桿固定板上，然后永螺釘將其固定。當(dāng)模具打開并達(dá)到一定的距離后，注射機(jī)上的頂桿將模具的推板擋住，是其停止隨動模一起運(yùn)動，二動模部分還在繼續(xù)移動后退，于是塑件連同澆注系統(tǒng)一起沖動模被頂出。
3.51頂出裝置
(1) 頂桿的形式 采用等圓截面頂桿，其尾部采用軸肩形式，頂桿材料為T8A，頭部要淬火，硬度應(yīng)達(dá)到40HRC以上，滑動配合部分表面粗糙度達(dá)到Ra0.63～1.25,頂桿的位置高在阻力大的地方。
(2) 頂桿的固定及配合 頂桿與頂桿孔部為滑動配合，一般選H8/f8，其配合間隙兼有排氣作用，但不應(yīng)大于所用塑料的排氣間隙，以防漏料。配合長度一般與頂桿直徑的2～3倍，頂桿端面構(gòu)成型腔的一部分，應(yīng)精細(xì)拋光。
圖九
3.52 導(dǎo)向裝置
在頂出塑件時(shí)為了防止墊板和推桿固定板扭曲傾斜而折斷桿，特別是對于長推桿，常設(shè)置導(dǎo)向零件。本模具不大，采用兩個導(dǎo)柱定位，導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔成導(dǎo)套的配合長度應(yīng)小于10mm，導(dǎo)柱導(dǎo)套常用T8材料做成，淬火硬度為55～60HRC。
3.53復(fù)位裝置
脫模機(jī)構(gòu)完成塑件頂出后，為進(jìn)行下一個循環(huán)，必須回復(fù)到初始位置，才能合模進(jìn)行下一次注塑成型。本模具采用復(fù)位桿復(fù)位，復(fù)位桿裝在與固定頂桿同一的固定板上，且各個復(fù)位桿的長度必須一致，復(fù)位桿端面常低于模板平面0.02～0.05mm,復(fù)位桿設(shè)2根,位置在模具型腔和澆注系統(tǒng)之外。
3.54拉料裝置
拉料桿底部是一個Z形的拉料桿，動、定模打開時(shí)，借助頭部的Z形鉤將主流道凝料拉向動模一側(cè)，頂出行程時(shí)又可將凝料頂出模外。Z形拉料桿是一種經(jīng)常采用的拉料形式。
4模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算
4.1成型零件工作尺寸的計(jì)算
取取改性聚苯乙烯的平均收縮率為0.6%，塑件未標(biāo)注公差按照MT5級選取，即φ6取為φ6+00.28，φ13.5為φ13.50-0.48，高3.58取3.50-0.28，1.5取1.50-0.28。由于該塑件由上、下兩部分組成，上下兩部分的型腔和型芯應(yīng)分別計(jì)算，計(jì)算中以大端代表下部分，小端代表下部分。1）大端：D=13.5 SR=34 H=3.5 h= 1 S=0.6%。D1=10 R1=2
型腔內(nèi)形尺寸：DM=[D+DS－Δ/2－δz/2]+0 δz
=[67.5+0.39－0.29－0.0725]+00.145
=67.5275+00.145
型腔外形尺寸：SRm=[SR+dS+Δ/2+δz/2]- 0δz
=[170+0.336+0.25+0.0625]-00.125
=170.6485-00.125
型腔深度尺寸：HM=[H+HS－Δ/2－δz/2] +0 δz
=[10+0.3－0.2－0.05] +00.1
=10.05+00.1
型芯高度尺寸：hM=[h+hS+Δ/2+δz/2] -0δz
=[7.5+0.288+0.19+0.0475]-00.095
=7.9655-00.095
(2)小端：
型腔內(nèi)形尺寸：DM=[D+DS－Δ/2－δz/2]+0 δz
=[10+0.12－0.75－0.04375]+00.0875
=9.32625+00.0875
型芯外形尺寸：dM=[d+dS+Δ/2+δz/2]- 0δz
=[30+0.096+0.1+0.025]-00.05
=30.221-00.05
型芯高度尺寸：HM=[H+HS－Δ/2－δz/2] +0 δz
=[1+0.09－0.15－0.0375]+00.075
=0.9025+00.075
型腔深度尺寸：hM=[h+hS+Δ/2+δz/2] -0δz
=[7.5+0.102+0.14+0.035]-00.07
=7.9655-00.07
式中 D—制品外形的基本尺寸或最大極限尺寸，mm；
d—制品內(nèi)型的基本尺寸或最小極限尺寸，mm；
H—制品高度的基本尺寸或最大極限尺寸，mm；
h—制品型孔深度的基本尺寸或最小極限尺寸，mm；
Δ—制品公差或偏差，mm；
δ—成型零件的制造公差或偏差，mm；
δz=（1/5~1/3）Δ或±δz=±（1/5~1/3）Δ；
S—塑料的平均收縮率，%。
4.2模具閉合高度的計(jì)算
由前面的設(shè)計(jì)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：定模座板：H1=30mm，定模板H2=32mm，動模板H3=15mm，支承板H4=30mm,動模座板H5=30mm。
根據(jù)推出行程和推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸確定墊塊H7=80mm
因而模具閉合高度：
=30+32+15+30+30+25+80
=242mm
5模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
控制模溫式穩(wěn)定制件行為尺寸精度的主要方法之一，因?yàn)槟刈兓瘯箶?shù)量的收縮率有較大波動，模腔（型芯）所控制的尺寸就的不到保正。特別對結(jié)晶性塑料更式如此。如果模溫不得能使制品均勻冷卻，則制品在各個方向上的搜索程度就會不同，不但匯影響制品尺寸精度，而且會引起制件的變形。因此合理控制模具溫度，可以使影響塑料收縮率的因素的到穩(wěn)定，使制品的行為尺寸的到保證。
聚苯乙烯屬于粘度低，流動性好的塑料，可以采用常溫水對模具進(jìn)行冷卻，并通過調(diào)節(jié)水的流量和流速來控制模具的溫度。有時(shí)候?yàn)榱诉M(jìn)一步縮短在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間，亦可以使用冷凝處理后的冷卻水進(jìn)行冷卻（尤其在南方的夏季經(jīng)常使用這種方式）。
一般生產(chǎn)改性聚苯乙烯材料塑件的注射模具不需要加熱。模具的冷卻分兩部分，一部分是凹模的冷卻，另一部分是型芯的冷卻。
凹模冷卻回路形式采用直流式的單層冷卻回路，該回路是由在定模板上的兩條φ12mm的冷卻水道完成，
型芯冷卻回路形式采用隔板式管道冷卻回路，如圖6所示。在型芯內(nèi)部由直徑為φ16mm的冷卻水孔，中間用隔水板隔開，冷卻由支撐板上的直徑為φ10mm的冷卻水孔進(jìn)入，沿著隔水板的一側(cè)上升的型芯的上部，翻過隔水板，流入另一側(cè)，再流回支撐板上的冷卻水孔，然后繼續(xù)冷卻第二個型芯，最后在支撐板的冷卻水孔流出模具。型芯與支撐板之間用密封圈密封。如下圖所示：
設(shè)定模具平均工作溫度為40℃，用20℃的常用水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃，產(chǎn)量為（初算為每2分鐘1套）0.12Kg/h。
(1) 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量，查得改性聚苯乙烯的單位熱流量為 40xJ/㎏。
(2) 求冷卻水的體積質(zhì)量
由體積流量V可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計(jì)算可知，因?yàn)槟＞呙糠昼娝璧睦鋮s水體積流量很小，故可不設(shè)冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。
6選擇模架
模具的外形的長為296mm，寬296mm，高是170mm。模架的結(jié)構(gòu)選擇直澆口基本型，結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖十
7繪制模具的總裝配圖
該注射模具總裝配圖如圖7所示
該模具的動作過程：開始注射成型時(shí)，合模系統(tǒng)帶動動模部分朝著定模部分移動，并在分型面處與定模部分對合，其對合精度由合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，即導(dǎo)柱8和固定在定模板6上的導(dǎo)套7來保證。動模和定模對合之后，加工在定模板中的凹模型腔與固定在凸模固定板12上的凸模9構(gòu)成與制件形狀和尺寸一致的閉合模腔，模腔在注射成型時(shí)由合模系統(tǒng)提供的合模力鎖緊，以避免它在塑料熔體的壓力下漲開。注射機(jī)從噴嘴中注射出的塑料熔體經(jīng)由開設(shè)在澆口套4中的主流道進(jìn)入模具，在經(jīng)由分流道和澆口進(jìn)入模腔。待熔體充滿模腔并經(jīng)過保壓、補(bǔ)縮和冷卻定型之后，合模系統(tǒng)帶動動模后撤復(fù)位，從而使動模部分和定模部分在分型面處開啟。當(dāng)動模后撤到一定距離時(shí)，安裝在其內(nèi)部的頂出脫模機(jī)構(gòu)（推件板10、推桿兼復(fù)位桿11、推桿固定板15、推件板16）在注塑機(jī)頂桿的推頂作用下與動模其他部分產(chǎn)生相對運(yùn)動，于是制件和澆口及流道中的凝料將會被它們從凸模9上以及從動模一側(cè)的分流道中頂出脫落，就此完成一次注射成型過程。
圖十一
8注塑模具的安裝和試模
1、 裝配主要要求如下：
（1）模具上下平面的平行度偏差不大于0.05mm 分模處要求密合。
（2）推件時(shí)推桿與卸料板要保持同步。
（3）上、下模型芯必須緊密接觸。
2、裝配時(shí)以分型面密合作為該模具的裝配基準(zhǔn)，裝配順序如下：
（1）裝配前按圖檢驗(yàn)主要工作零部件及其它零件尺寸。
（2）鏜導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔。將定模板、動模板、型芯固定板疊合在一起，使分模面緊密接觸并加緊，鏜導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔，在孔內(nèi)壓入工藝定位銷后，加工側(cè)面的垂直基準(zhǔn)。
（3）加工定模。用定模側(cè)面的垂直基準(zhǔn)確定定模上型芯中心的實(shí)際位置，并以次作為加工基準(zhǔn)，鏜型芯孔。
（4）壓入導(dǎo)柱、導(dǎo)套。將定模、板動模板、支撐板上分別壓入導(dǎo)柱、導(dǎo)套，使其導(dǎo)向可靠，滑動靈活。
（5）裝配型芯。在定模和型芯固定板孔內(nèi)壓入型芯，用鏍孔復(fù)印法和壓銷釘套法使型芯緊固在支撐板上，將其一起磨平。
（6）通過型芯鉆支撐板上的推桿孔。
（7）通過支撐板鉆推桿固定板上的孔。
（8）在推桿固定板和支撐板和支撐板上加工限位螺釘和復(fù)位桿孔。
（9）組裝墊塊和支撐板。
（10）加工定模座板。加工螺孔、銷釘孔和導(dǎo)柱孔，并將澆口套、導(dǎo)柱套壓入定模座板。
（11）定模部分的裝配。用平行夾頭把它們加緊，澆口套的澆道孔與鑲塊上的澆道口對中，在上面鉆固定在注塑機(jī)上的孔，使其與注塑機(jī)相配合。
（12） 裝配動模部分。修正推桿和復(fù)位桿的長度。
9試模過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法
1 制件常見缺陷及解決辦法
名稱
注塑機(jī)及成型條件問題
模具或材料問題
填充不滿
1 注塑機(jī)的注塑能力不夠
2.加料量不夠
3 注塑壓力太低
4 料溫太底使塑料溶體流動不好
5 注塑速度太慢
6 注塑機(jī)噴嘴有異物阻塞
1 澆口平衡不好
2 模具溫度太低
3 排氣不良
4 流道澆口過小
5 澆口流道有異物阻塞
6 塑料原料流動性不好
飛邊
1 注塑壓力太低
2 鎖模力不夠
3 加料量過大
4 料溫過高
5 保壓時(shí)間過長
1 模具配合面不嚴(yán)
2 成型期間塑料原料粘性太低
流痕
1 料溫太低使塑料流動性不好
2 注塑速度較低
3 注塑機(jī)噴嘴過小
4 保壓壓力不夠
1 模具溫度過低
2 模具冷卻不良
3 塑料流動性差
龜裂
1 注塑壓力過高
2 料溫太低導(dǎo)致流動不好
3 保壓壓力過高
4保壓時(shí)間過長
1 模具溫度過低
2 型腔設(shè)計(jì)不良
3 塑料粘性不良
4 塑料原料退火不良
空洞
1 注塑壓力過低
2 保壓壓力不夠
3 注塑速度過快或過慢
4 保壓時(shí)間短
1 模具排氣不良
2 壁厚設(shè)計(jì)不均
3 澆口位置不良
4 澆口澆道尺寸過小
5塑料原料收縮率大
表三
2.成型過程中消除制品缺陷的辦法
缺 陷
解 決 方 法
燒 蝕
降低加料量、注射壓力、注射速度。
熔接線
提高注射速度、模具溫度，加熱料筒溫度。
飛 邊
降低模具溫度、加熱料筒溫度、減小澆口尺寸。
填充不滿
提高注射速度、注射壓力，模具溫度，加熱料筒溫度，增大加料量。
縮坑
減少澆口尺寸、保壓時(shí)間和壓力，降低加料量、模具溫度。
表面不平
提高注射速度、模具溫度、注射壓力。
彎曲
提高保壓時(shí)間和壓力，降低模具溫度。
表四
10結(jié)束語
蓋屬于偏容易的塑料件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定本塑件的體積，然后相應(yīng)選取注塑機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是側(cè)抽芯的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算側(cè)型心的干涉問題及抽芯距，還有抽芯方式等，并且還需要確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少廢品的產(chǎn)生。
蓋注塑模具的設(shè)計(jì)，是理論知識與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識到，要想做為一名合理的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師蘇光老師，她們對我的仔細(xì)審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，她們給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！
感謝母校——河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗鄭承志同學(xué)，和他在一起討論、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
參 考 文 獻(xiàn)
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