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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別 電信息系系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) B070203
姓 名 李 勇
學(xué) 號(hào) B0706011
外文出處 ScienceDirect International
Journal of Machine Tools &
Manufacture 47 (2007) 740–747
附 件 1. 原文； 2. 譯文
分析快速成型注塑模具加工程序
Sadegh Rahmati, Phill Dickens
摘要
隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，企業(yè)壓力增加，不斷調(diào)低產(chǎn)品生產(chǎn)周期。由于交貨時(shí)間和工具加工成本趨于下降的趨勢(shì),所以現(xiàn)代工具制造廠必須在壓力下快速、準(zhǔn)確、以較低成本來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品。縮短生產(chǎn)原型產(chǎn)品是時(shí)間加快新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵?？焖俪尚湍＞呱a(chǎn)當(dāng)中，特別使用快速成型技術(shù)制造注塑模具裝配可節(jié)約生產(chǎn)成本并減少時(shí)間。在本文中,快速成型技術(shù)是用來(lái)直接生產(chǎn)快速注射模這種短期生產(chǎn)工具。對(duì)快速成形工具成功注射的數(shù)量及其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析?？焖俪尚铜h(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數(shù)。對(duì)注射過(guò)程中工具失效機(jī)制調(diào)查得知工具的失效是由于過(guò)度的彎曲應(yīng)力或是因?yàn)橛捎诩羟袘?yīng)力過(guò)大而造成的。
2006年愛思唯爾出版社有限公司版權(quán)所有。
介紹
設(shè)計(jì)降低生產(chǎn)新部件時(shí)間的方法,因?yàn)楫a(chǎn)品的交貨時(shí)間拖很久的話無(wú)法滿足客戶需求[1,2]。設(shè)計(jì)能力提高、產(chǎn)品品種增加、交貨時(shí)間縮短，以及產(chǎn)量降低，均是快速模具技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力,生產(chǎn)期間，加工時(shí)間和生產(chǎn)成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時(shí),快速成型模具加工技術(shù)正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內(nèi)越來(lái)越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學(xué)研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢(shì)。
第一種是在在應(yīng)力和溫度的極端條件下針對(duì)工具的設(shè)計(jì)可提供資料數(shù)據(jù),并能從不同的測(cè)試中獲取數(shù)據(jù), 類似于真實(shí)情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過(guò)程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產(chǎn)五百個(gè)以上數(shù)量的工具零件。
作者：S. Rahmati的郵箱，rahmati@rapidtoolpart.com。英國(guó)拉夫堡大學(xué)快速生產(chǎn)研究小組的負(fù)責(zé)人和教授。
實(shí)驗(yàn)方法
在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過(guò)程當(dāng)中，根據(jù)光固化快速成型250型號(hào)快速成型機(jī)上的CAD數(shù)據(jù)，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當(dāng)中。這些嵌入物正好通過(guò)鋼框架插入到鋼模具當(dāng)中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點(diǎn)。使用50噸的巴頓菲爾注塑機(jī)測(cè)試快速成型工具，生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2
彈簧澆注系統(tǒng)
快速成型模具
上內(nèi)模
腔鋼框架
模后填充材料
鐵心用鋼框架
頂出
針
快速成型模具下內(nèi)膜
圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面
圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài)
模具加工過(guò)程當(dāng)中，測(cè)出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學(xué)顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測(cè)兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當(dāng)中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學(xué)顯微鏡將其拋光，以便于檢測(cè)?？墒?，使用掃描電子顯微鏡研究立方體斷裂面和模心，導(dǎo)致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機(jī)理。
注射壓力分析
在噴射器底部放上測(cè)壓軟件來(lái)檢測(cè)壓力剖面（如圖3）。
澆道套
模制
澆鑄道
噴射器內(nèi)角
模腔邊
噴射器中間
噴射器
測(cè)壓元件
模蕊側(cè)
噴射器中間
測(cè)壓元件電纜
圖3：噴射器和測(cè)壓元件的位置
在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測(cè)壓元件上。取五個(gè)頂針其中的三個(gè),其中一放在噴射器中間，另外兩個(gè)放在噴射器拐角處，測(cè)量壓力。所有的測(cè)壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接，并用電腦操作。在注射過(guò)程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示，在噴射器中間達(dá)到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面
Corner Pressure 1
Middle Pressure
Corner Pressure 3
0 3 6 9 12 15 18 21 24
時(shí)間 (秒)
圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面。
快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究
圖5記錄了在周期時(shí)間內(nèi)的典型實(shí)際溫度，在開始下一次注射前，溫度達(dá)到451攝氏足夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成使模具冷卻過(guò)程。為了計(jì)算抗?jié)q強(qiáng)度和剪切應(yīng)力，需準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品，規(guī)格按照ISO527測(cè)量剪切應(yīng)力，按照ISO179檢測(cè)沖擊強(qiáng)度。
120
100
80
60
40
模心1
模心2
模心3
模心4
型腔1
型腔2
型腔3
型腔4
20
0
0 100 200 300 400 500 600
時(shí)間 秒)
圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化
沖擊強(qiáng)度平均值被測(cè)定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測(cè)試結(jié)果如圖7所示。
100
90
沖擊強(qiáng)度
80
70
60
50
40
30
20
10 20 30 40 50 60 70 80 90
溫度 (攝氏度)
圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強(qiáng)度。
70 70
60 60
抗拉強(qiáng)度(MPa)
50 剪切應(yīng)力(MPa) 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
溫度 (°C)
圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號(hào)模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強(qiáng)度和最大剪切應(yīng)力
失效機(jī)理分析
當(dāng)塑膠被注入到在型腔時(shí),型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達(dá)到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導(dǎo)致工具斷裂,如果超過(guò)材料的極限抗拉強(qiáng)度極限抗撓曲強(qiáng)度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個(gè)彎曲故障，8(c)有一個(gè)剪切破壞。瞬間彎曲應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致過(guò)程失敗,或是裂紋擴(kuò)展，疲勞失效。
立方體 模制
流動(dòng)方向
旋轉(zhuǎn)點(diǎn)
熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器
(a) (b) (c)
圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗.
在注射過(guò)程中抗彎失敗
觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應(yīng)力上。出現(xiàn)彎曲故障時(shí)注射壓力克服了工具的抗彎強(qiáng)度,致使繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強(qiáng)度這種情況可能會(huì)出現(xiàn),但通?？箯澥∈怯捎谑褂么螖?shù)過(guò)多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強(qiáng)度的相關(guān)理論計(jì)算。
Z
Y
X軸方向的彎曲應(yīng)力
X
a
h
Y
Y
中性軸
塑性流動(dòng)
圖9立方體壓力參量和迎風(fēng)氣流示意圖
表 1
快速成型模具立方體彎曲應(yīng)力
慣性矩 力矩 彎曲應(yīng)力 40 1攝氏度
撓曲強(qiáng)度
（m4) (N m) (Mpa) (Mpa)
立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0
然而,在實(shí)踐當(dāng)中,產(chǎn)生了數(shù)以百計(jì)的快速成型模具工具零件失效情況,過(guò)高地估計(jì)理論模型的彎曲應(yīng)力。這兩個(gè)理由，第一，最小寬高比為10時(shí)彎曲應(yīng)力方可承擔(dān),而實(shí)驗(yàn)當(dāng)中高寬比為四。第二, 在注射過(guò)程中注射壓力施加應(yīng)該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實(shí)中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。
疲勞裂紋擴(kuò)展
圖10是一幅拍攝在實(shí)際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時(shí)真實(shí)的逆裂紋方向，也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過(guò)大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設(shè)置應(yīng)力集中時(shí)發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。
圖10：制模過(guò)程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋
圖11：抗彎失敗后裂紋擴(kuò)展圖
裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。
圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實(shí)條紋
剪切破壞
剪切破壞在熔體流動(dòng)的方向剪切時(shí)出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過(guò)塑料流動(dòng)堆積而成的表2記錄了剪切應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應(yīng)力，均低于快速成型工具工具的抗剪強(qiáng)度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過(guò)401攝氏度時(shí)快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點(diǎn)最大剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力與平均剪切應(yīng)力比較，以及最大剪切應(yīng)力各點(diǎn)拋物曲線情形。
表 2
快速成型模具立方體個(gè)點(diǎn)剪切應(yīng)力
剪切面積 AS (mm2)
剪切力 V (N)
剪切應(yīng)力 tave (Mpa)
剪切強(qiáng)度（40 1攝氏度） (Mpa)
最高溫度 (1C)
立方體1
36
421.64
11.71
24.3
65.3
立方體2 2
30
421.64
14.05
24.3
61.5
立方體3 3
24
421.64
17.57
24.3
55.9
立方體4
18
421.64
23.42
24.3
46.4
?
?
N.A.
圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖
結(jié)論
該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導(dǎo)熱系數(shù)和較短的注射時(shí)間 (圖15)。這兩個(gè)因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。
圖15：注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖
工作的結(jié)果可歸納如下:
?使用環(huán)氧樹脂過(guò)以生產(chǎn)超500個(gè)零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。
?在注射過(guò)程中工具的失效歸因于塑料溫度。
?在注射過(guò)程中在工具韌性不好,或在工具溫度過(guò)高時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失敗。
?經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確認(rèn),在注射過(guò)程中大多是由于抗彎曲應(yīng)力失效而失敗。減少了長(zhǎng)寬比的特征會(huì)降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。
?在注射過(guò)程中很少可能由于彎曲破壞而導(dǎo)致剪切應(yīng)力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過(guò)401攝氏度才能注射。
參考文獻(xiàn)
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6. P. Decelles, M. Barritt, AIM原型工具,三維系統(tǒng),1996年P(guān) / N 70275/11-25-96。
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10. S. Rahmati, P.M. Dickens,注塑模具的失效分析,第八年度固體成形技術(shù),德克薩斯州,1997年,頁(yè)數(shù)295-305。
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
蓋注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
無(wú)
開題報(bào)告
有
無(wú)
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：
所在專業(yè)意見：
負(fù)責(zé)人：
2009年 4月 10號(hào)
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
系 部： 材料工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造
學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào):
設(shè)計(jì)題目: 蓋注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
指 導(dǎo) 教 師:
2009年 3月20日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源及應(yīng)達(dá)到的目的：
該課題來(lái)源于翟德梅老師發(fā)放的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。
在完成該課題之后，應(yīng)對(duì)注塑件生產(chǎn)較為熟悉，能熟練掌握相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)的使用，能獨(dú)立完成一套模具的設(shè)計(jì)及模具工作零件加工工藝的編制，能夠運(yùn)用模具設(shè)計(jì)軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1）了解目前國(guó)內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀；
（2）注塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析及工藝方案的確定；
（3）蓋注塑模設(shè)計(jì)，并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份；
（4）繪制模具總裝圖一張，并畫出非標(biāo)準(zhǔn)的零件圖；
（5）編制主要零件加工工藝過(guò)程卡。
原始資料：工件圖及其尺寸見說(shuō)明書。
材 料：改性聚苯乙烯
生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
2009年 月 日
系部意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
2009年 月 日
河南機(jī)電高等專科學(xué)校
材料工程系模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)
畢 業(yè) 實(shí) 習(xí) 報(bào) 告
專業(yè)班級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)老師：
成 績(jī)：
2009年4月
河南機(jī)電高等專科學(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：蓋注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)
系 部 材料工程系
專 業(yè)
班 級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
2009年 5 月 15日
機(jī) 械 加 工 工 序 卡
工序名稱
粗銑
工序號(hào)
02
零件名稱
動(dòng)模座板
零件號(hào)
00-01
零件重量
同時(shí)加工零件數(shù)
1
材 料
毛 坯
牌 號(hào)
硬 度
型 號(hào)
重 量
45
設(shè) 備
夾 具
名 稱
輔 助
工 具
名 稱
型 號(hào)
銑床
虎鉗
游標(biāo)卡尺
安 裝
工 步
安裝及工步說(shuō)明
刀 具
量 具
走 刀
長(zhǎng) 度
走 刀
次 數(shù)
切 削 深 度
進(jìn)給量
主 軸
轉(zhuǎn) 速
切 削
速 度
基 本
工 時(shí)
一次
1
銑上平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
1
銑下平面
75面銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
2
1
200㎜/ min
800r/min
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
一次
2
銑兩端面
20立銑刀
游標(biāo)卡尺
0.5
1
1
60㎜/ min1
300r/mi
設(shè) 計(jì) 者
趙新強(qiáng)
指 導(dǎo) 教 師
蘇光
共 2 頁(yè)
第 2 頁(yè)
機(jī) 械 加 工 工 藝 過(guò) 程 卡
零件號(hào)
零 件 名 稱
00-01
動(dòng)模座板
工序號(hào)
工 序 名 稱
設(shè) 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時(shí)
名 稱
型 號(hào)
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料(250×250×30)
鋸床
直尺
02
粗銑六面
銑床
虎鉗
標(biāo)準(zhǔn)
面銑刀
游標(biāo)卡尺
03
磨削
磨床
磁力夾具、虎鉗
砂輪
游標(biāo)卡尺
04
鉗工
鉆床
虎鉗
鉆刀、鉸刀、攻絲刀
高度尺、游標(biāo)卡尺
05
熱處理（淬火、回火）
電熱爐
火鉗
06
磨削
磨床
磁力夾具、虎鉗
砂輪
游標(biāo)卡尺
07
線切割
線切割機(jī)床
復(fù)式支撐夾具
銅絲
游標(biāo)卡尺
08
鉗工
研磨工具
游標(biāo)卡尺
編制 趙新強(qiáng) 校對(duì) 審核 批準(zhǔn)
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(guò)對(duì)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(shí)，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(shí)，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(wú)需側(cè)抽機(jī)構(gòu)，因而模具設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)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(guó)改革開放步伐的進(jìn)一步加快，中國(guó)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(lái)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(guó)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(gè)國(guó)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(guó)要從一個(gè)制造業(yè)大國(guó)發(fā)展成為一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，必須要振興和發(fā)展我國(guó)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(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈?guó)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(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)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(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國(guó)模具近年來(lái)發(fā)展很快，目前，我國(guó)制造業(yè)的資源已突破了企業(yè)——社會(huì)——國(guó)家的界線，制造業(yè)的國(guó)際化已是一個(gè)客觀事實(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約50多萬(wàn)人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)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(zhǎng)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(guó)家。
在2萬(wàn)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(guò)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(lái)，?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(zhǎng)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(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；國(guó)企股份制改造步伐加快等。
雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)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(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，國(guó)企改革也在進(jìn)行之中，但總體來(lái)看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國(guó)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(guó)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(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15～20萬(wàn)美元，有的高達(dá)25～30萬(wàn)美元，與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)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(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)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(guó)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(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)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(zhǎng)期以來(lái)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(guó)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(guó)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(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)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(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比，無(wú)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(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年，中國(guó)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(lái)越高；?
? 8）模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化；??
?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)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(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
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(wú)法替代的。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為600～650億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到50%以上；國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會(huì)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(guó)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(guó)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(jí)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(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元左右，而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15～20萬(wàn)美元，有的達(dá)到 25～30萬(wàn)美元。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國(guó)才達(dá)到45％
1.3 蓋模具設(shè)計(jì)與制造方面
在我們?cè)O(shè)計(jì)的盒塑料模具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中， 根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和我們?cè)诋厴I(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(guó)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(jí)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(wú)色透明有光澤，無(wú)毒無(wú)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(guò)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(dòng)性有關(guān)。在注塑成型中流動(dòng)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(guò)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(dòng)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(jí)。
該塑件尺寸精度無(wú)特殊要求，φ100-0.1可知其公差等級(jí)為MT1級(jí)，其余尺寸為自由尺寸，其余尺寸可按MT5，級(jí)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(wú)通孔、側(cè)孔，故無(wú)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(guò)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(jí)。
通過(guò)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(duì)制件的質(zhì)量影響很大，而且對(duì)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(guò)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(dòng)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(jiǎn)單，確保塑件尺寸精度，型腔排氣順利，無(wú)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(jiǎn)化模具考慮，對(duì)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(dòng)、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(dòng)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(dòng)、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(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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(jiǎn)單3.型腔排氣順利4.確保塑件質(zhì)量5.無(wú)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(gè)中心盲孔，一個(gè)在中央的凸臺(tái)，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(guò)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(jiǎn)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(dòng)平衡，即各個(gè)型腔能夠同時(shí)充滿且各個(gè)型腔的壓力相同，這樣能夠保證各個(gè)型腔需哦成型出來(lái)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(huì)相差0.5%——0.75%之多。多型腔模具澆注系統(tǒng)流動(dòng)平和個(gè)的目的就是達(dá)到上述要求。由于目前尚無(wú)一個(gè)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(jiǎn)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(huì)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(dòng)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(gè)部位，并在填充及保壓過(guò)程中，將注塑壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?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(guò)主流道，分流道最后通過(guò)澆口進(jìn)入模具型腔然后，經(jīng)過(guò)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(dòng)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(duì)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(gè)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(lái)充滿型腔，且盡量減少?gòu)澱?，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(zhǎng)、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(wú)損塑件的外觀和使用；e，防止塑件的翹曲變形：在流程較長(zhǎng)或需開設(shè)兩個(gè)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(zhǎng)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(guò)程中把壓力充分傳遞各個(gè)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(dòng)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(duì)中問(wèn)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(zhǎng)度一般小于60mm。
按照以上標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)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(guò)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(gè)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(zhǎng)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(huì)造成溢料，而且還會(huì)壓壞模具。采用澆口套以后不僅對(duì)主流道的加工和熱處理以及本身的選材等工作帶來(lái)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(zhǎng)度等因素來(lái)確定。本塑件的形狀簡(jiǎn)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(zhǎng)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(jiǎn)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(gè)循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中取出。完成取出塑件這個(gè)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)模一起運(yùn)動(dòng)，二動(dòng)模部分還在繼續(xù)移動(dòng)后退，于是塑件連同澆注系統(tǒng)一起沖動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(duì)于長(zhǎng)推桿，常設(shè)置導(dǎo)向零件。本模具不大，采用兩個(gè)導(dǎo)柱定位，導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔成導(dǎo)套的配合長(zhǎng)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(gè)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(gè)復(fù)位桿的長(zhǎng)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(gè)Z形的拉料桿，動(dòng)、定模打開時(shí)，借助頭部的Z形鉤將主流道凝料拉向動(dòng)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(jí)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(dòng)模板H3=15mm，支承板H4=30mm,動(dòng)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?huì)使數(shù)量的收縮率有較大波動(dòng)，模腔（型芯）所控制的尺寸就的不到保正。特別對(duì)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(gè)方向上的搜索程度就會(huì)不同，不但匯影響制品尺寸精度，而且會(huì)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(dòng)性好的塑料，可以采用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷卻，并通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量和流速來(lái)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(guò)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(gè)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(zhǎng)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(dòng)作過(guò)程：開始注射成型時(shí)，合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模部分朝著定模部分移動(dòng)，并在分型面處與定模部分對(duì)合，其對(duì)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(lái)保證。動(dòng)模和定模對(duì)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(guò)保壓、補(bǔ)縮和冷卻定型之后，合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模后撤復(fù)位，從而使動(dòng)模部分和定模部分在分型面處開啟。當(dāng)動(dòng)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(dòng)模其他部分產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，于是制件和澆口及流道中的凝料將會(huì)被它們從凸模9上以及從動(dòng)模一側(cè)的分流道中頂出脫落，就此完成一次注射成型過(guò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)型芯鉆支撐板上的推桿孔。
（7）通過(guò)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(duì)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(dòng)模部分。修正推桿和復(fù)位桿的長(zhǎng)度。
9試模過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)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(wèn)題
模具或材料問(wèn)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(dòng)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(guò)小
5 澆口流道有異物阻塞
6 塑料原料流動(dòng)性不好
飛邊
1 注塑壓力太低
2 鎖模力不夠
3 加料量過(guò)大
4 料溫過(guò)高
5 保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
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(dòng)性不好
2 注塑速度較低
3 注塑機(jī)噴嘴過(guò)小
4 保壓壓力不夠
1 模具溫度過(guò)低
2 模具冷卻不良
3 塑料流動(dòng)性差
龜裂
1 注塑壓力過(guò)高
2 料溫太低導(dǎo)致流動(dòng)不好
3 保壓壓力過(guò)高
4保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
1 模具溫度過(guò)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(guò)低
2 保壓壓力不夠
3 注塑速度過(guò)快或過(guò)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(guò)小
5塑料原料收縮率大
表三
2.成型過(guò)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(yǔ)
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(wèn)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(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過(guò)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?gòu)U品的產(chǎn)生。
蓋注塑模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)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(shí)新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)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(guó)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(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)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(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是遇到困難時(shí)，她們給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(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(shí)，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(shí)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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