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關于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設計的方法
摘要：在熱塑性注塑模設計中，配件的質量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設計冷卻系統(tǒng)的方法。基于幾何分析，使用形冷卻概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經(jīng)確定好了的冷卻水路來分析強度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個對抗性的因素是如何調(diào)解以達到最佳的狀態(tài)。預期的效果是改善零件質量方面的收縮和翹曲變形。
關鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設計
1 簡介
在塑料工業(yè)領域，熱塑性注射模應用非常廣泛。這個過程包括四項基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個過程的70%的時間都在進行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應力等不必要影響的目的。為了達到這個目標需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設計主要基于設計師的經(jīng)驗，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗理論達不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設計必須制定為一個優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個非線性問題。然而，像熱導率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認為是常數(shù)。
溫度場的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個演化過程可以分成兩個部分：一個循環(huán)部分和一個平均瞬時的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因為熱滲透的深度對溫度場的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡化了微積分學，但平均波動范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動范圍越高。因此，即使在靜止狀態(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時間的分析。
應該注意的是，在實際操作中，冷卻系統(tǒng)的設計應作為工具設計的最后一步。不過冷卻影響零件質量的最重要的因素，熱設計應該是工具設計的第一階段之一。
1.2 成型技術的優(yōu)化
在文獻中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關注于相同的目標。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時間。林總結了模具設計在3個事實方面的目標。零件的冷卻均勻,就能達到預期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時間和周期時間的折衷。實際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會導致零件的缺陷。達到這些目標的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設計了一個冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個個單元并對每個冷卻單元進行優(yōu)化。
1.3 計算法則
方案的計算，數(shù)值方法是非常必要的。進行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網(wǎng)格劃分所花費的計算解決方案的時間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計算能最小化目標函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進化方法。Huang et al用遺傳算法實現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時的因為它的計算范圍很廣。在實際操作中，模具設計的時間必須最小化，于是一個可以更快達到預期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標
本文所描述的方法應用于一個T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計 (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個表面分別介紹了零件的侵蝕和擴張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對于那些冷卻管路不直觀的復雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時，產(chǎn)品的質量應該是最重要的。因為最低冷卻時間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時間達到最優(yōu)的質量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時期的最后階段由最小化的目標函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時期的目標是要達到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時期運用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當ΔTfref→∞時參考標準會減少到第一時期。相反, 當ΔTfref→0第二個時期的比重會增加。
3 數(shù)值計算結果
數(shù)值計算結果是與Tang et al的理論結果比較而來的，他們認為T形零件的最佳冷卻是通過7個冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復制他們的結果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動速率Q= 364cm3 / s每個冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計算出來的最佳冷卻配置計比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標函數(shù)下計算得到的，這里忽略了第二時期。結果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對應于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對于零件表面的均與性還不夠完善，但達到預期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個階段使得零件的表面溫度均勻。實際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點之外。然而對于ΔT的值,侵蝕時的溫度是不被接受的，因為平均氣溫過高(340K相對于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會成為對抗性的問題。最好的解決方案是質量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時零件的溫度比ΔT = 10 K時更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時間。與參考文獻相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對于確定管路的最少數(shù)量需要進一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻
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江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書
設計（論文）
課題名稱
路由器下蓋注射模具
學生姓名
院（系）
工學院
專 業(yè)
指導教師
職 稱
學 歷
畢業(yè)設計（論文）要求：
1. 了解塑料成型過程中的物理、化學變化及塑料的組成、分類及其性能
2. 了解塑料成型的基本原理和工藝特點，正確分析成型工藝對模具的要求
3. 掌握注塑成型模具對模具的要求，了解模具專用加工設備
4. 掌握塑料成型模具的結構特點及設計計算方法，能設計中等復雜程度的模具
5. 按規(guī)定的格式編寫設計說明書，字數(shù)不少于4000個漢字，要求表達清除，整潔規(guī)范；按國家標準繪制圖樣，采用計算機輔助設計軟件設計、出圖，圖紙量不少于1.5張A0圖紙
畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容與技術參數(shù)：
內(nèi) 容 ：1.編寫設計說明書；
2..測繪塑件，繪制塑件圖；
3.繪制路由器下蓋模具的零件及裝配圖
技術參數(shù)：1.路由器下蓋塑料件兩件；
2.材料為ABS.
畢業(yè)設計（論文）工作計劃：
1. 查閱技術文獻，參觀生產(chǎn)現(xiàn)場，了解注塑件的生產(chǎn)工藝過程；
2. 制定模具總體設計方案，繪制模具草圖；
3. 路由器下蓋的設計計算，繪制模具的零件圖和總裝圖，編寫設計說明書。
接受任務日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學 生 簽 名 年 月 日
指導教師簽名 年 月 日
院長（主任）簽名 年 月 日
UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 路由器下蓋注射模具設計
學 院：
姓 名：
學 號：
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
年 級：
指導教師： XXXX 職 稱：高級實驗師
二○一二 年 五 月
II
摘 要
注射成型時塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，可以一次成型形狀復雜的精密塑件。本課題就是將路由器下蓋作為設計模型，將注射模具的相關知識作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設計過程。
通過對路由器下蓋成型工藝的正確分析，設計了一副一模一腔的塑料模具。模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零部件稱為成型零件。成型零部件再工作時直接與塑料接觸，在一定的溫度下承受熔體的高溫和高壓，因此必須要有合理的結構、較高的強度和剛度、較好的耐磨性、正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。重要零件的工藝參數(shù)的選擇與計算，推出機構與澆注系統(tǒng)以其它結構的設計過程。
設計成型零部件時，應根據(jù)塑料的特性、塑件的結構和使用要求，確定型腔的總體布局，選擇分型面，確定脫模方式，設計澆注系統(tǒng)等，然后根據(jù)加工工藝和裝配工藝的要求進行成型零部件的結構設計，計算成型零部件的工作尺寸。
關鍵詞： 塑料模具；注射成型；分型面
Abstract:
Injection molding plastic molding is an important method, which is mainly applied to the thermoplastic plastic molding, molding can be a complex shape of precision plastic parts. This topic is to router under cover as a design model, the injection mold-related knowledge as a basis, elaborates the design process of plastic injection mold.
The router to lower cover forming the correct analysis of the technology, design a pair of a model of a cavity of the plastic mold. Mold plastic parts in geometry and dimensions of the parts called molding parts. Molding parts to work directly with the plastic contact, in a certain temperature to melt under high temperature and high pressure, so there must be a reasonable structure, high strength and rigidity, good wear resistance, the correct geometry, high size precision and low surface roughness. An important part of the process parameter selection and calculation, the agency launched and gating system to other structural design process.
Design of molding parts, according to the characteristics of plastics, plastic parts of the structure and use requirements, identify cavity overall layout, choice of parting surface, determine the release mode, design of gating system, then according to the machining process and assembly process for forming components of the structural design, calculation of the working dimensions of molding parts.
Key words: Plastic mold ；Injection molding；Parting surface
目錄
摘 要 I
Abstract:...................................................................................................................... ..II
前 言 1
第1部分 設計內(nèi)容及設計目的 2
第2部分 模具設計 3
2.1、產(chǎn)品工藝性分析 3
2.1.1、材料性能 3
2.1.2 ABS成型條件 3
2.2 注射機型號的確定 4
第3部分 確定模具基本結構 6
第4部分 模具結構設計 6
4.1 確定型腔數(shù)目及配置 6
4.2選擇分型面 6
4.3澆注系統(tǒng)設計 7
4.4排溢系統(tǒng)設計 8
4.5 確定型腔、型芯的結構及固定方式 8
4.8 型芯和型腔具體結構設計 10
4.8.1型芯設計 10
4.8.2型腔設計 10
4.9型腔、型芯工作尺寸的計算 11
4.10型腔壁厚計算 12
4.11導向機構的設計 14
4.12 冷卻系統(tǒng)設計 14
第5部分 模具整體設計 15
總 結 16
參考文獻： 17
致謝 18
前 言
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的重要工藝裝備，采用模具生產(chǎn)制品及零件，具有市場效率高，節(jié)約原材料，成本低廉，保證質量等一系列優(yōu)點，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和主要發(fā)展方向。塑料制品已進入到人們生活的各個領域，電器的很大部分都采用塑料制品。塑料以其密度小、機械性能好等優(yōu)點獨領風騷，未來的世界必將是塑料的世界，而模具是塑料工業(yè)的基石。
本次畢業(yè)設計，在XXXX老師的精心指導下，通過對路由器下蓋注射模的設計，深入學習了Proe的工作原理，為今后工作打下了堅實的基礎。
本次設計歷時5周，進程如下：第一二周、弄清自己的具體工作，設計所要達到的要求。計算數(shù)據(jù)，確定每個零件用什么材料、熱處理。第三周、用Proe對產(chǎn)品進行開模，完成三維造型。第四周，對各個零件出工程圖，整理資料并編寫設計說明書；第五周、交指導教師審閱，并作修改，最后定稿。
最后，由于水平有限，加之經(jīng)驗不足，疏漏和錯誤之處在所難免，懇請各位老師指正。
第1部分 設計內(nèi)容及設計目的
1.1本次設計內(nèi)容：復讀機后蓋注射模具，對產(chǎn)品（圖1）設計一副注射模具。
圖1
1.2本次設計的目的：
1、掌握注射模設計的一般方法。
2、了解注射機的工作原理。
3、了解模具加工方法。
4、進一步掌握設計的一般方法，熟練設計的一般過程。
5、基本掌握proe和cad機械繪圖軟件。
第2部分 模具設計
2.1、產(chǎn)品工藝性分析
2.1.1、材料性能
ABS是一種熱塑性塑料，具有線性結構非結晶型。具有較好的穩(wěn)定性。且具有良好的電性能，特別是高頻絕緣性能較好，耐電弧性好，加工時的熱穩(wěn)定性好。
2.1.2 ABS成型條件
注射機類型：柱塞式、螺桿均可
密度 ：1.03~1.05g/cm3
收縮率 ：0.003~0.008
預熱 ：80~85°C
料筒溫度：前段 150~170°C
中段 165~180°C
后段 180~200°C
噴嘴溫度：170~180°C
模具溫度：50~80°C
注射壓力：60~100Mpa
成型時間：注射時間 ： 20~90s
高壓時間 ： 0~5s
冷卻時間 ： 20~120s
總周期 ： 50~220s
2.2 注射機型號的確定
一個產(chǎn)品的質量為25克,根據(jù)以下公式，選擇注射機的最大注射量：
K G公≥NG件+G廢
式中 K=0.8
N 為型腔數(shù)量
G公為注射機公稱注射量
G件為產(chǎn)品重量
G廢為各部分冷料的質量
由于根據(jù)設計要求和加工的經(jīng)濟性取N=1，通過proe得到G廢=5.628g
G公≥（25+5.628）×1.25
=38.285（g）
也就是說注射機的注射量要大于38.285克。參照《模具設計與制造簡明手冊》選擇公稱注射量為60㎝3的注射機，機型為XZ-60/40，也就是說這臺注射機的公稱注射量為大約為60克。
XZ-60/40注射機參數(shù)如下：
螺桿直徑： 30㎜
理論注塑容量：60㎝3
注射壓力：180Mpa
鎖模力：400KN
模板行程：250mm
模具厚度： 最大250㎜
最小 80㎜
頂出行程：70㎜
噴嘴： 球半徑R10
孔直徑D3
定位孔直徑：D800+0.06
頂出（中心孔）直徑：D50
下面校核各部分參數(shù)：
1、注射量
KG公 =0.8×60
=48(g)
NG件+G廢=1×25+5.628
=30.628(g)
很明顯 KG公>N G件+G廢，符合條件
2、注射壓力校核
P公=180MPa
產(chǎn)品要求注射壓力P注在70~100MPa之間
3、鎖模力校核
F≥K PmA
式中 F——注射機額定鎖模力（KN）
Pm——型腔的平均計算壓力（MPa）
K——安全系數(shù),取1.1~1.2
A——塑件及澆注系統(tǒng)等在分型面上的投影面積C㎡
通過計算得A =9492mm2≈94.8 C㎡
F =400KN
K PmA =1.2×35×106×9492×106=398664N
所以F >K PmA，符合條件
4、模板安裝尺寸
500×500的最大安裝尺寸完全可以安裝200×200的模具
5、模具厚度
所設計的模具厚度為170㎜，小于模具的最大厚度200mm。
第3部分 確定模具基本結構
經(jīng)過分析，該零件成型必須采用雙側向外抽芯，而該零件為外殼類零件，要求外表面光滑，無明細痕跡，可選用點澆口形式。點澆口去除澆口留下的痕跡在制品外表面，產(chǎn)品為路由器下蓋可以接受。因此必須采用雙分型面注射模，又稱為三板式注射模具，它增加了一個可移動的中間板（又名澆口板）。在開模時由于定距拉環(huán)的限制，中間板與定模座板做定距離的分開，以便取出這兩塊板之間流道內(nèi)的凝料，而利用推桿將型芯上的塑件脫出。
綜上，選擇雙分型面注射模具，點澆口進料，采用斜導柱在定模、滑塊在動模的斜導柱抽芯機構，推桿一次頂出。
第4部分 模具結構設計
4.1 確定型腔數(shù)目及配置
本產(chǎn)品從最大注射量和經(jīng)濟性考慮，宜采用單型腔。該產(chǎn)品成型面積較大，形狀復雜，為了使產(chǎn)品每個部分得到穩(wěn)定相同的壓力，因此應該讓型腔與流道之間的距離盡可能短，使塑料熔體快速均勻充滿每個部分，使模具整體達到平衡穩(wěn)定。
4.2選擇分型面
一副模具根據(jù)需要可能有一個或兩個以上的分型面，分型面可能垂直于合模方向或者傾斜于合模方向。
分型面的形狀有平面、斜面、階梯面和曲面。分型面應盡量選擇
平面，但為了適應塑件成型的需要和便于塑件脫模，也可以采用三種分型面。后三種分型面雖然加工比較困難，但型腔加工比較容易。
分型面的選擇必須遵循以下幾個原則：
（1） 分型面應便于塑件的脫模。為了便于塑件的脫模，當以初步確定塑件脫模方向后，分型面應選在塑件外形輪廓處，即通過該方向上塑件的截面最大，否則塑件無法從型腔中脫出。
（2） 分型面的選擇應有利于側向分型與抽芯。如果塑件有測孔或側凹時，應盡可 能將型芯設在動模部分，以便于抽芯。
（3） 分型面的選擇應保證塑件的質量。為了保證塑件的質量，對有同軸度要求的塑件，應將有同軸度要求的部分設在同一模板內(nèi)。
（4） 分型面的選擇應有利于防止溢料。
（5） 分型面的選擇贏有利于排氣，為了排氣，一般分型面應盡可能與熔體流動的末端重合。
模具閉合是型腔與型芯相接觸的表面稱之為分型面。為了便于脫模，分型面應該設在塑件斷面尺寸最大的地方，盡量不影響制品的外觀。根據(jù)該塑件的結構特征，主分型面設在塑件的上表面，垂直于開模方向。模具采用的是點澆口，為了取出澆道內(nèi)的凝料，在定模于定模座板之間增加一塊推流道板，在此設置一個豎直分型面，垂直于開模方向。
4.3澆注系統(tǒng)設計
1）主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部位開始，到分流道為止的塑料熔體的流道通道。由于選的是臥式注塑機，主流道垂直于分型面。大頭并為倒錐形，錐角為3°，澆口套內(nèi)為錐形，其錐角為2°。（如圖2）
圖2
2）澆口設計
澆口亦稱進料口，是連接主流道與型腔的通道，根據(jù)該產(chǎn)品的結構特點，采用點澆口。
為了塑件熔體能快速地充滿型腔，澆口表面粗糙度很小，一般為Ra0.4以下,現(xiàn)取Ra0.4作為澆口的表面粗糙度。這樣不致產(chǎn)生較大的摩擦阻力，有利于充型。
3）定位圈及澆口套 根據(jù)注射機定模板中心孔尺寸，選取定位圈直徑為80mm，澆口套公稱直徑為50mm。其它尺寸根據(jù)相關情況選定。
4.4排溢系統(tǒng)設計
排溢是指排出充模冷料中的前鋒冷料和模具內(nèi)的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應包括澆注系統(tǒng)部分的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。
模具充型過程程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產(chǎn)生高溫引起塑件局部炭化，或使塑件產(chǎn)生氣泡的工藝缺陷。因此必要時可開設排氣槽等辦法.但是對于ABS這種材料,排氣間隙不得高于0.0 5㎜。
該零件為小型零件，所以利用分型面間隙以及推桿之間的縫隙排氣即可，不必單獨考慮排氣方式。
4.5 確定型腔、型芯的結構及固定方式
1）型芯、型腔的結構設計 為了便于熱處理和節(jié)約優(yōu)質鋼材，型芯和型腔都采用整體鑲塊式結構；另外，為便于制造，局部還采用鑲拼式結構。
2）固定方式 型芯和型腔均采用螺釘固定方式固定，型芯固定在支承板上，型腔固定在推流道板上。
4.6側向分型與抽芯機構的設計
1）抽芯距的計算 將活動型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模位置所移動的距離叫抽芯距。抽芯距通常比側孔或側凹大2～3mm。這里，S1＝2＋2＝4，S2＝6＋3＝9。
2）斜導柱和鍥緊塊的傾斜角α 斜導柱的傾斜角通常取15°～20°,一般不大于25°。S1的抽芯距不大，這里取12°，S2的抽芯距為9因此取18°，鍥緊塊的鍥角比斜導柱的傾斜角大2°。
3）斜導柱的直徑 考慮到抽拔力和傾斜角不大，這里工作部分的直徑初步設定為12mm。
4）最小開模行程：H1=S1cot=4cot12°=18.82mm
H2=S2cot=9cot18°=27.70mm
斜導柱工作部分長度：L1=H1/cos=19.22mm
L2=H2/cos=39.13mm
5)滑塊的設計
滑塊的導滑形式：該模具采用組合式導滑形式，導滑槽為“T形”，開設在動模固定板上，滑塊與導滑槽之間的導滑部位采用H7/f7的間隙配合。
4.7 確定頂出機構類型
頂出機構的結構的基本要求是使塑件在頂出過程中不會損壞變形，本模具選用一次頂出機構。
1）推桿數(shù)量及結構形式 根據(jù)推桿布置許可空間，制品設8根推桿，推桿采用A型推桿，其公稱直徑為6mm。
2)復位裝置設計 頂出機構在完成塑件的頂出動作后，為了進行下一步循環(huán)必須回到其初始位置。所以必須設置復位裝置，此處選用復位桿復位。
3）頂出機構的導向 推桿一般裝配在推板和頂桿固定板之間，為了防止推桿變形或折斷，必須在動模座板和支承板之間設置導向機構。頂出機構的導向裝置選用推板導柱和導套導向，導柱、導套的公稱直徑為16mm。
4）頂出距離 為了確保側抽芯和頂出時塑件能完全脫離動模，頂出距離不小于30mm。
4.8 型芯和型腔具體結構設計
4.8.1型芯設計
1）、型芯的尺寸計算
a)、型芯的尺寸按以下公式計算
D=〈〔1+〕d+xΔ〉
式中D—型芯外徑尺寸
d—塑件內(nèi)形尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
4.8.2型腔設計
1）、型腔徑向尺寸按以下公式計算
D=〈〔1+〕d－xΔ〉
式中D—型腔的內(nèi)形尺寸
d—塑件外形基本尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
2)、型腔深度尺寸按以下公式計算
=
式中—型腔深度
—塑件外形高度尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取
由于該產(chǎn)品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在機床上加工就可以直接投入使用，不需要經(jīng)過其它的特殊加工?？紤]模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內(nèi)，型芯尺寸盡量取大值。而型腔則取大值，型腔的表面粗糟將決定產(chǎn)品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求較高，一般取Ra0.8～0.4。在本次設計中，型腔取Ra0.8。
4.9型腔、型芯工作尺寸的計算
要計算型芯、型腔的工作尺寸，必先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要求塑件精度取五級精度。根據(jù)塑料制件公差數(shù)值表（SJ1372—78）塑件在五級精度下，基本尺寸對應的尺寸公差如下：
基本尺寸㎜
公差㎜
基本尺寸㎜
公差㎜
＜3
0.16
3~6
0.18
6~10
0.20
10~14
0.22
14~18
0.24
18~24
0.28
24~30
0.32
30~40
0.36
40~50
0.40
50~65
0.46
65~80
0.52
80~100
0.60
100~120
0.68
1、型腔：寬度方向d=84；取=0.5%（以下收縮率都取0.5%）
D=[（1+0.005）×84－0.5×0.60]=84.12
長度方向 d2’=113;
D2’=[（1+0.005）×113－0.5×0.68]=113.225
2、型腔深度：H=3 ; X=0.4
H=[(1+0.005) ×3+0.4×0.18]=3.09
3、型芯：
1）寬度方向d=84
D=[（1+0.005）×84+0.5×0.60]=84.72
2）長度方向d=113
D=[（1+0.005）×113+0.5×0.68]=113.905
4.10型腔壁厚計算
型腔的強度及剛度要求：
塑料模具型腔的側壁和底壁厚度計算是模具設計中經(jīng)常遇到的問題，尤其對大型模具更為突出。目前常用的計算方法有按強度條件計算和按剛度條件計算兩類，但塑料模具要求既不許因強度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過大的情況，因此要求對強度和剛度加以考慮。對于型腔主要受到的力是塑料熔體的壓力，在塑料熔體的壓力作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應力及變形。如果型腔側壁和底壁厚度不夠。當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過材料的許用應力時，型腔發(fā)生強度破壞，與此同時，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質量，所以模具對強度和剛度都有要求。
1） 對長方形型腔壁厚和底板厚度的計算
a、型腔底板厚度：
式中——型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa），一般取25~45MPa
L——型腔側壁邊長（mm）
b——型腔寬度（mm）
B——凹模寬度（mm）
[σ]——材料的許用應力，一般取100Mpa
——型腔側壁長邊尺寸（mm）
=33.65mm
由于根據(jù)標準模架查得定模板的厚度為35mm，綜合各方面考慮，現(xiàn)確定定模板厚為35mm，可以滿足型腔的強度要求。
b、確定型腔的壁厚
型腔寬度
鑲拼式腔壁厚
40
9
＞40～50
9～10
＞50～60
10～11
＞60～70
11～12
＞70～80
12～13
＞80～90
13～14
＞90～100
14～15
＞100～120
15～17
＞120～140
17～19
＞140～160
19～21
4.11導向機構的設計
注射模的導向機構與定位機構，主要用來保證動模與定模兩大部分或模內(nèi)其它零件之間的準確配合和可靠地分開，以避免模內(nèi)各零件發(fā)生碰撞和干涉，并確保塑件的形狀和尺寸精度。導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具 一般使用4根導柱。在此設計中采用了4根導柱，2根在定模部分，2根在動模部分，由于模具的凸模與凹模在裝配時有方位要求，在設計時采用等直徑不對稱結構。
加工定模部分的2個導柱、導套孔時，應將定模板、推流道板、動模板合在一起，一次性加工出來，以保證孔的同心度，然后再在定模座板上加工沉頭孔，動模部分導柱同理。
本模具采用有導柱導套配合要求的導向機構，且在導柱導套上設有油槽，便于潤滑，使用壽命長。
4.12 冷卻系統(tǒng)設計
因塑料的加熱溫度對塑件的質量影響較大，溫度過高容易分解，成型時要控制模溫在50~80℃?？紤]到模具的具體結構，安裝冷卻水通道是一個既實惠又簡單的解決方法。
本模具比較復雜，零件較多，定模板已無空間放置冷卻水管，因此冷卻回路從定模直通型腔，在定模和型腔的配合部位加入防漏圈，裝配時應該注意。
第5部分 模具整體設計
模具的整體設計也就是模具的綜合設計，依據(jù)塑件的性能要求，綜合設計模具，以達到低成本、高效率、高效益的目的。而標準化設計可降低成本，根據(jù)塑料注射模中小型模架GB/T 1255.6~12556.2━1990,選取定模板、動模板、定模座板、動模座板、墊塊、頂桿固定板、推板、導柱、導套、復位桿、澆口套、導柱、導套、頂桿、水嘴、定位銷等標準件。
塑件在脫模后應進行調(diào)濕處理，調(diào)濕處理是將剛脫模的制品放在熱水中（60～75℃），不僅可以隔絕空氣進行防止氧化的退火處理，同時還可以加快達到吸濕平衡，一般處理16～20min。
該模具的總體結構如下圖3所示
圖3
其中定模座板、動模座板厚度都為35mm，而定模板、動模板厚度取120mm，推流道板20mm，推板取30mm，推桿固定板取25mm，支承板厚度取40mm，墊塊的高度取100mm，可以保證產(chǎn)品能順利的脫模。
根據(jù)以上選取，模具的厚度H==410mm＜500mm，符合要求。
總 結
通過此次的模具設計，我學到了很多知識，而且也讓我看到了自己很多不足的地方。
對我而言，要學的還有很多很多。大學四年的時間都是在學習機械理論基礎知識，并未真正的去應用和實踐。平時很少接觸設計加工生產(chǎn)。但是在這次畢業(yè)設計中，我發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會到了所學理論知識的重要性：知識掌握的越多，設計就能更順利，也設計的更好。畢業(yè)設計能夠從理論設計和工程實踐相結合，鞏固基礎知識和培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結合。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，熟悉了對模具進行設計、生產(chǎn)的詳細過程。這些對我在將來的工作和學習中都會有很大的幫助和啟發(fā)。
這次畢業(yè)設計學會了怎樣查閱資料和工具書。平時課堂上學的知識不夠全面。而且由于專業(yè)特點自己更要積極查閱資料吸取別的設計加工中的寶貴經(jīng)驗。
畢業(yè)設計對以前的理論知識起到了回顧作用，同時也培養(yǎng)了嚴肅認真和實事求是的科學態(tài)度。
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10、齊曉杰 主編 塑料成型工藝與模具設計，機械工業(yè)出版社，2005年第二版。
致謝
這次畢業(yè)設計是在XXXX老師的精心指導下完成的，在整個做設計的過程中，蔣老師對我們悉心指導和嚴格要求，為我們創(chuàng)造了良好的學習氛圍；他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和淵博的學識，給我留下了深刻的印象，對我產(chǎn)生了巨大的影響，使我不僅掌握了更多的理論知識，而且在分析問題、解決問題的能力上有了很大的提高。
在設計過程中，一方面我深感自己知識的貧乏和平時鍛煉的重要性，深刻領會到實踐與理論的差異性；另一方面，通過這次獨立的設計，深深體會到理論與實踐的有機結合是學習和掌握知識的重要途徑，面對工作我們應該有強大的學習努力，大學只是我們一個學習的一個天堂。在整個畢業(yè)設計過程中，使我提高了獨立思考問題和解決實際問題的能力。我通過各種方式收集、查找相關資料，發(fā)現(xiàn)了自己很多地方的不足，提高了對模具設計的興趣，更加堅定了自己的選擇。在此過程中我刻苦努力，虛心請教，不放過任何難點與疑問。設計中的很多問題都親自前往車間看產(chǎn)品相關設備和工人的實踐操作。這使我忘不了指導老師對我的多層次的認真的技術指導和真誠幫助。在此，我再次向他致以我最真誠的敬意和衷心的感謝。
同時，班集體給了我極大的幫助，，在這次設計中，和同學們互相學習共同提高，在此我要向班上的每一位同學致謝，是你們給了我學習的動力和探索的興趣。
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