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1 緒 論
80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
1.1國內(nèi)塑料模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計(jì)軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá)0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá)10～30萬次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
? ? 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達(dá)20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格較低等特點(diǎn)，為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。
近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距。
我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向包括：
1、提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。
2、在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。
3、推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。
4、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
5、提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。
6、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
7、研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。提高和改善。
1.2國外的注塑模的發(fā)展情況
國外的注塑模的發(fā)展情況，注塑成型是最大量生產(chǎn)塑料制品的一種成型方法，二十多年來，國外的注塑模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代已開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進(jìn)行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)、提高和改善。
2模塑工藝規(guī)程的編制
2.1塑件的工藝性分析
圖1 塑件
2.1.1塑件的原材料分析。
原始資料：如上圖所示。塑件的材料采用PP，屬熱塑性塑料。從使用性能上看，這種材料不需要預(yù)先干燥，成型時(shí)的流動性都較好。成型條件：料筒溫度180～300℃，注塑壓力73.4～196×106Pa，模具溫度40～80℃，成型收縮率0.01～0.025。
另外，從使用性能上看，該塑料具有剛度好、耐水、耐熱性強(qiáng)，其介電性能與溫度和頻率無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，是理想的絕緣材料；從成型性能上看，該塑料吸水性小，熔料的流動性較好，成型容易，但收縮率大。另外，該塑料成型時(shí)易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，成型溫度低時(shí)，方向性明顯，凝固速度較快，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，在成型時(shí)應(yīng)注意控制成型溫度，澆注系統(tǒng)應(yīng)較緩慢散熱，冷卻速度不宜過快。
模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)對料流阻力小，澆口處外觀不良，易發(fā)生熔接痕，應(yīng)注意選擇澆口位置、形式，頂出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈現(xiàn)“白色”痕跡(但在熱水中加熱可消失)，脫模斜度宜取2°以上。
2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
⑴結(jié)構(gòu)分析。從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形，在寬度方面沒有側(cè)凸凹。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)不必設(shè)置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，該零件屬于簡單零件。
⑵尺寸精度分析。該零件尺寸精度為MT4級。由以上分析可見，該零件的尺寸精度一般，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。從塑件的壁厚上來看,厚度最大處為2mm，最小處為1mm，較均勻，有利于零件的成型。
⑶表面質(zhì)量分析。該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，沒有特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注塑時(shí)在工藝參數(shù)控制的較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
2.1.3計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量及注塑機(jī)的選取
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
經(jīng)稱重塑件的質(zhì)量為10g，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊可查的PP的密度為ρ=1.04kg/dm-3，所以其體積
為： V=W／ρ
=10÷1.04
=9.6cm3
該塑件的的形狀簡單，尺寸不大，結(jié)構(gòu)不易變形。能夠用整體型腔和型芯，簡單方法脫模，生產(chǎn)量大，可用多腔模具成型。由此得出結(jié)論：應(yīng)采用一模兩腔，側(cè)澆口，頂桿脫模，簡單冷卻的模具結(jié)構(gòu)。
計(jì)算塑件在模具水平分型面上的投影面積：
S1=πR2
=3.14×392
=4775.94mm2
計(jì)算澆注系統(tǒng)和飛邊在模具水平分型面上的投影面積：
S2=130π（5／2）2／2+30π（5／2）2
=1275.625+588.75
=1864.375 mm2
模具水平分型面上的總面積:
S總= 2S1＋S2
=2×4775.94+1864.375
=11416.255 mm2
根據(jù)塑件的重量和分型面上的投影面積可以確定使用的最小注塑機(jī)，初步選用的注塑機(jī)為XS-ZS-125型。
2.1.4塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找相關(guān)文獻(xiàn)和參考工廠實(shí)際應(yīng)用的情況，PP的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時(shí)，可依據(jù)實(shí)際情況做實(shí)際的調(diào)整）
注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度
料筒溫度：后段溫度t1選用：1700C
中段溫度t2選用：1900C
前段溫度t3選用：2100C
噴嘴溫度：選用1800C
注塑壓力：選用90MPa
注塑時(shí)間：選用50s
保 壓 ：選用30MPa
保壓時(shí)間：選用20s
冷卻時(shí)間：選用40s
2.1.5注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為200mmx400mmx227mm. XS-ZS-125注塑機(jī)模板最大安裝尺寸為320mmx350mm,故可以滿足模具的安裝要求。
由上述計(jì)算模具的閉合高度H=227mm ，XS-ZS-125注塑機(jī)所允許模具的最小厚度：Hmin=200;最大厚度:Hmax=300;即模具滿足安裝的條件。
經(jīng)查資料XS-ZS-125型注塑機(jī)的最大開模行程S=300mm，滿足頂出塑件的要求。
S≥H1/+H2/+(5～10)
=30+25+10
=65mm
經(jīng)驗(yàn)證XS-ZS-125型注塑機(jī)滿足使用要求，可以使用。
模具的工作原理:
模具安裝在注塑機(jī)上，定模部分固定在注塑機(jī)的定模板上，動模部分固定在注塑機(jī)的動模板上，合模以后，注塑機(jī)通過噴嘴將熔融塑料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型，開模時(shí)動模隨動模板一起運(yùn)動逐漸將兩個(gè)分型面打開，第一個(gè)分型面打開露出澆注系統(tǒng)凝料，動模繼續(xù)后退，拉板將第二個(gè)分型面分開，當(dāng)分型面打開一定距離后動模停止運(yùn)動，在注塑機(jī)頂出裝置的作用下，頂桿運(yùn)動將塑件頂出，合模時(shí)隨著分型面的閉合，彈簧也對模具進(jìn)行復(fù)位。
3注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注塑的結(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、型腔的排列方式、冷卻水道的布局、澆口位置的設(shè)置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、側(cè)向分型與抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
3.1 分型面的選擇
模具設(shè)計(jì)中，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應(yīng)根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。分型面選擇原則是：塑件脫出方便、模具結(jié)構(gòu)簡單、型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無損塑件外觀、設(shè)備利用合理。
該塑件為茶杯蓋，表面無特殊質(zhì)量要求，但在使用過程中，上端與使用者的手指接觸較多，因此上端最好自然形成圓角。此外，該零件高度為30mm，且垂直于軸線的截面形狀比較簡單和規(guī)范，若選擇如下圖所示水平分型方式既可降低模局具的復(fù)雜程度，減少模具加工難度又便于成型后出件。故選擇如下圖的分型方式較為合理。
圖2 分型面
3.2確定型腔的排列方式
本塑件在注塑時(shí)采用一模兩腔，既模具需要兩個(gè)型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，型腔位于澆注系統(tǒng)兩側(cè)，澆注系統(tǒng)軸線與模具中心線重合。模具沒有側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，材料長度很短，利于充型。具體排列如下:
圖3 型腔排列方式
采用這種排列方式澆口為沖擊型,可以避免沖擊現(xiàn)象,使熔體破裂現(xiàn)象消失。且模具寬度減小。
3.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的作用是使塑料熔體平穩(wěn)且有順序的填充型腔中，并在填充和凝固過程中，把壓力充分傳遞到各個(gè)部位，以獲得組織緊密，外形清晰的塑料制件。
澆注系統(tǒng)一般有主流道、分流道、澆口、凝料穴四部分組成。它的設(shè)計(jì)主要應(yīng)遵循以下幾條原則：
①排氣良好，能順利地引導(dǎo)熔融塑料填充到型腔的各個(gè)深度。
②流程短，在滿足成型和排氣良好的前提下，要選取短的流程來填充型腔，以降低壓力損失，縮短填充時(shí)間。
③防止型芯和嵌件變形。
④整修方便，澆口位置和形式應(yīng)結(jié)合塑件的形狀考慮，做到整修方便并無損塑件外觀和使用。
⑤防止塑件翹曲變形。
⑥合理設(shè)計(jì)冷料穴和溢料槽，因?yàn)樗赡苡绊懰芗|(zhì)量。
3.3.1主流道設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得XS-ZS-22型注塑機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸：
噴嘴前端孔徑：d0=Φ2mm
噴嘴前端球面半徑：R0=12mm
設(shè)計(jì)主流道截面直徑時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意噴嘴和主流道的對中問題，因?yàn)閷χ胁涣籍a(chǎn)生的誤差容易在噴嘴和主流道進(jìn)口處造成漏料或者積存冷料，并因此防礙主流道凝料脫模，為了補(bǔ)償對中誤差并解決凝料脫模問題，主流道進(jìn)口端直徑一般比噴嘴出口直徑大0.5-1mm，通常要求主流道進(jìn)口端凹下的球面半徑比噴嘴球面半徑大1-2mm，凹下深度約為3-5mm。
根據(jù)模具主流道和噴嘴的關(guān)系： R= R0+（1-2）mm d= d0+（0.5-1）mm
取主流道球面半徑：R=13mm 取主流道小端直徑：d=φ2.5mm
為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其斜度為20-40，主流道大端直徑，主流道大端直徑D=φ5mm。為了使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=2.5mm的圓弧過渡，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示：
3.3.2分流道設(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)型腔的排列方式
可知分流道的長度較短，為了容易加工，且熔體的熱量散
發(fā)和流動阻力都不會很大，采用梯形截面的分流道，查表
得h=3.5mm,b1=5mm。 圖4 主流道設(shè)計(jì)
3.3.3澆口設(shè)計(jì)
它是流道與型腔之間的狹窄部分，也是最短小的部分，它的作用有：使送來的熔融塑料在進(jìn)入型腔時(shí)產(chǎn)生加速度，從而迅速充滿型腔，澆口處塑料首先冷凝，防止塑料倒流，成型后便于澆注系統(tǒng)凝料與塑件分離。
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用點(diǎn)澆口較為理想。設(shè)計(jì)時(shí)考慮選擇從主流道進(jìn)入分流道再進(jìn)入點(diǎn)澆口，料由澆口處向四壁流，而且在模具結(jié)構(gòu)上采用鑲拼式型腔，型心，有利于填充排氣且采用截面為圓形的點(diǎn)澆口，有利于加工，查表初選尺寸為：dxl=2mmx1mm，試模時(shí)修正。
3.4脫模頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.4.1頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
在塑料成型的每一個(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)動作的機(jī)構(gòu)就是頂出機(jī)構(gòu)，也成為脫模機(jī)構(gòu)。對于頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：
(1)頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要準(zhǔn)確、可靠、靈活，無卡死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度和強(qiáng)度，足以克服脫模阻力。
(2)保證在頂出過程中塑件不變形，這是對頂出機(jī)構(gòu)的最基本要求。在設(shè)計(jì)時(shí)要正 確估計(jì)塑件對模具粘附力的大小和所在位置，合理地設(shè)置頂出部位，使頂出力能均勻合理地分布，要讓塑件能平穩(wěn)地從模具中脫出而不會產(chǎn)生變形。頂出力中大部分是用來克服因塑料收縮而產(chǎn)生的包緊力，這個(gè)力的大小與塑料品種、性能，以及塑件的幾何形狀復(fù)雜程度，型腔深度、壁厚還有模具溫度、頂出時(shí)間、脫模斜度、模具成型零件的表面粗糙度等因素有關(guān)。
(3)頂出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯(因型芯處包緊力最大)，且頂出面積應(yīng)盡可能大，以防塑件被頂壞。
(4)頂出力應(yīng)作用在不易使塑件產(chǎn)生變形的部位，如加強(qiáng)筋、凸緣、厚壁處等。應(yīng)盡量避免使頂出力作用在塑件平面位置上。
(5)若頂出部位需設(shè)在塑件使用或裝配的基準(zhǔn)面上時(shí)，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位處凹進(jìn)塑件0.1毫米左右，而頂出桿端面則應(yīng)高基準(zhǔn)面否則塑件表面會出現(xiàn)凸起影響基準(zhǔn)面的平整和外觀。 根據(jù)塑件的形狀及質(zhì)量外觀要求，這里采用頂桿頂出脫模機(jī)構(gòu)比較合適，頂桿脫模機(jī)構(gòu)是由頂桿、頂桿固定板、頂桿墊板、拉料桿、支承釘和復(fù)位桿等組成。
本模具采用型環(huán)頂出，推桿推動型環(huán)，用手工取出塑件，然后將型環(huán)放回模內(nèi)，靠彈簧復(fù)位。
3.4.2推桿的選擇與設(shè)計(jì)
①推桿的形式：頂桿的材料多用45鋼、T8A或T10A，頭部要淬火，硬度到達(dá)40HRC以，表面粗糙度Ra0.63～1.25μm（高于△7）（指滑動配合部分）。針對該零件的形狀，其基本結(jié)如下圖所示：
圖5 型環(huán)推桿
②推桿的固定方法：頂桿的固定方式主要有6種，在此，選擇最常用的固定方式軸肩墊板連接。頂桿與固定孔間應(yīng)留一定的間隙，裝配時(shí)頂桿軸線可作少許移動，以保證頂
桿與型芯固定板上的頂桿孔之間的同心度，并建議鉆孔時(shí)采用配加工的方法。
③推桿與頂桿孔的配合： 頂桿與頂桿孔間為滑動配合，一船選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(視所用塑料的熔融粘度而定)，以防漏
料。配合長度一般為頂桿直徑的2～3倍。頂桿端面應(yīng)精細(xì)拋光，因其已構(gòu)成型腔的一部分。為了不影響塑件的裝配和使用，頂桿端面應(yīng)高出型腔表面0.1毫米。
④型環(huán)推出機(jī)構(gòu)：該模具用型環(huán)推出，靠彈簧復(fù)位。
圖6 型環(huán)推出機(jī)構(gòu)
3.4.3復(fù)位與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
頂桿將塑件頂出后，必須返回其原始位置，才能合模進(jìn)行下一次注塑成型。最常用的方法是復(fù)位桿回程，這種復(fù)位桿又名回程桿。這種方法經(jīng)濟(jì)、簡單，回程動作穩(wěn)定可靠。當(dāng)注塑模閉合時(shí)，復(fù)位桿與定模模面接觸，注塑機(jī)繼續(xù)閉合時(shí)，則使復(fù)位桿隨同頂出機(jī)構(gòu)一同返回原始位置。
對大型模具設(shè)置的頂桿數(shù)量較多或由于塑件頂出部位面積的限制，頂桿必須作成細(xì)長形時(shí)以及頂出機(jī)構(gòu)受力不均衡時(shí)(脫模力的總重心與機(jī)床頂桿不重合)，頂出后，頂出板可能發(fā)生偏斜，造成頂桿彎曲或折斷，此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置導(dǎo)向裝置，以保證頂出板移動時(shí)不發(fā)生偏斜。一般采用導(dǎo)柱，也可加上導(dǎo)套來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔或?qū)椎呐浜祥L度不應(yīng)小于10毫米。當(dāng)動模墊板支撐跨度大時(shí)，導(dǎo)柱還可兼起輔助支撐作用。
本模具采用型環(huán)頂出，推桿推動型環(huán)，用手工取出塑件，然后將型環(huán)放回模內(nèi)，靠彈簧復(fù)位。具體結(jié)構(gòu)如下：
圖7 彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)
3.4.4推板的選用
塑件注塑成型后，動模后退。推板碰到注塑機(jī)的頂桿上才能帶動推桿將塑件推出。
另外，在回程時(shí)復(fù)位桿通過推板將頂桿拉回。故推板及其固定板選用GB/T4169.7-1984。
尺寸為:B=73mm,L=200mm,H=12.5mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖：
圖8 推板
3.4.5限位釘?shù)倪x用
塑件成型后，動模后退結(jié)束時(shí)，動模座板要與推板留有一定的間隙。以便下一次注塑時(shí)容易回程。限位釘按GB/T4169.9-1984選取，基本尺寸：d=8mm,D=16mm,S=3mm,L=16mm。具體如下圖：
圖9 限位釘
3.4.6墊塊的選用
為了保證推出距離，支撐板和動模座板之間需要加墊塊。墊塊按GB/T4169.6-1984選取，基本尺寸：B=25mm,L=200mm,H=50mm。具體如下圖：
圖10 墊塊
3.5成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注塑模具閉合時(shí),成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹 模、凸模、型芯、鑲拼件、各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時(shí)需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注塑周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強(qiáng)度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)、材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
3.5.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本結(jié)構(gòu)可分為整體式、整體嵌入式和組合式。由于所設(shè)計(jì)的模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，且為大批量生產(chǎn)，考慮加工的難以程度和利用價(jià)值等因素凹模采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，在凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用鑲拼結(jié)構(gòu)有如下好處：
（1）簡化凹模型腔加工，將復(fù)雜的凹模內(nèi)形體的加工變成鑲件的外形加工。降低了凹模整體的加工難度。
(2)鑲件可用高碳鋼或高碳合金鋼淬火。淬火后變形較小，可用專用磨床研磨復(fù)雜形狀和曲面。凹模中使用鑲件的局部型腔有較高精度，經(jīng)久的耐磨性并可置換。
(3)可節(jié)約優(yōu)質(zhì)塑料模具鋼，尤其對于大型棋具更是如此。
(4)有利于排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的通道的設(shè)計(jì)和加工。
本模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用因素，采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。
采用鑲拼結(jié)構(gòu)的凹模，對于改善模具加工工藝性有明顯好處，采用過盈配合H7/Js6。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
圖11 凹模鑲拼結(jié)構(gòu)
2)凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模是用來成型塑料制品的內(nèi)表面的成型零件。凸模的基本結(jié)構(gòu)可分為組合式凸模、圓柱型芯結(jié)構(gòu)、異型型芯結(jié)構(gòu)、鑲拼型芯結(jié)構(gòu)等四種。在該模具結(jié)構(gòu)中應(yīng)選擇組合式凸模，該結(jié)構(gòu)節(jié)省了優(yōu)質(zhì)模具鋼，便于機(jī)加工和熱處理，也便于動模與定模對準(zhǔn)。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
圖12 凸模結(jié)構(gòu)
3)模板的選取
模板按GB/T4169.8-1984選取，具體尺寸為：B=200mm,L=250mm,H=50mm。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
圖13 模板
3.6模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算
3.6.1型腔和型心工作尺寸計(jì)算
1）凹模與凸模工作尺寸計(jì)算。所謂工作尺寸是指成型零件上直接用于成型塑件部分的尺寸，如凹模與凸模徑向尺寸、型腔深度或型心高度等，確定工作尺寸。除根據(jù)塑件尺寸及精度要求外，還必須考慮下列影響塑件尺寸精度的主要因素：
①成型零件的制造公差 一般取塑件公差Δ的1/3～1/6，對中小型塑件取δz=1/3Δ；對大型塑件取δz<1/3Δ。
②成型零件的磨損量δC 成型零件的最大磨損量對中小型塑件模具取δC=1/6Δ；對大型塑件取δz<1/6Δ。
③成型收縮率S 一般收縮率取收縮范圍的平均值，即
Scp=(Smax+ Smin)/2
這里成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差，平均磨損量來進(jìn)行計(jì)算。
查表得PP的收縮率Smax=2.5%，Smin=1.0%,得平均收縮率Scp=(Smax+ Smin)/2=1.75%，按下表公式計(jì)算如下
注：Scp——塑料平均收縮率；
Δ——塑料制品的公差；
δz——成型零件制造公差；
χ——修正系數(shù)，一般為1/2～3/4；
χ＇——修正系數(shù)，一般為1/2～3/4，當(dāng)制品尺寸較大，精度比較低時(shí)取小值，反之取大值；
Lm——型腔經(jīng)向尺寸；
Hm——型腔深度；
Ls——塑件外形基本尺寸；
Hs——塑件高度基本尺寸；
lm——型芯徑向尺寸；
ls——塑件內(nèi)形基本尺寸；
hm——型芯高度；
hs——塑件孔深基本尺寸；
Cm——型芯與型腔中心距；
Cs——塑件上孔或凸臺的中心距；
型腔和型芯工作尺寸計(jì)算如下表：
尺寸類型
計(jì)算公式
型
腔
經(jīng)向尺寸
Lm=( Ls+ LsScp-χΔ)0+δz
深度
Hm=( Hs+ HsScp-χ＇Δ) 0+δz
型
芯
徑向尺寸
lm=(ls+lsScp+χΔ)0-δz
高度
hm=(hs+hsScp+χ＇Δ) 0-δz
中心距
Cm=(Cs+CsScp)±δz/2
計(jì)算如下：制件為中小制件，取χ=3/4，代入上式得
①凹模經(jīng)向尺寸 塑件尺寸Ls1=120-0.18mm, Ls2=860-0.44mm,Ls3=800-0.38mm
Lm=( Ls+ LsScp-χΔ)0+δz
Lm1=(12+12×1.75÷100-3÷4×0.18)0+1/3×0.18
=12.080+0.06mm
Lm2=(86+86×1.75÷100-3÷4×0.44)0+1/3×0.44
=87.170+0.147mm
Lm3=(80+80×1.75÷100-3÷4×0.38)0+1/3×0.38
=81.120+0.127mm
②凹模深度 對塑件尺寸Hm1=300-0.24mm ，Hm2=510-0.28mm
Hm=( Hs+ HsScp-χ＇Δ) 0+δz
取χ＇=2/3 δz按1/3Δ代入公式得：
Hm1=(30+30×1.75÷100-2÷3×0.24) 0+1/3×0.22
=30.360+0.073mm
Hm1=(51+51×1.75÷100-2÷3×0.28) 0+1/3×0.28
=51.710+0.093mm
對于塑件尺寸“2”該尺寸為自由公差，此時(shí)可做兩種處理，一是取塑件尺寸作為凹模深度尺寸，且不考慮制造公差，即Hm=Hs；另一是塑件精度按公差表中最低精度（既8級），相應(yīng)的凹模深度公差按其1/3值確定。既有
Hm=2mm
③凸模徑向尺寸：塑件尺寸
ls1=100+0.16mm, ls2=780+0.38mm
lm=(ls+lsScp+χΔ)0-δz
lm1=(10+10×1.75÷100+3÷4×0.16)0-1/3×0.16
=10.300-0.053mm
lm1=(78+78×1.75÷100+3÷4×0.38)0-1/3×0.38
=79.650-0.127mm
④凸模高度尺寸：塑件尺寸
Hs1=290+0.24mm, hs2=490+0.28mm
hm=(hs+hsScp+χ＇Δ) 0-δz
hm1=(29+29×1.75÷100+2÷3×0.24)0-1/3×0.24
=29.670-0.08mm
hm1=(49+49×1.75÷100+2÷3×0.28)0-1/3×0.28
=50.040-0.093mm
3.6.2型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計(jì)算
(1)下凹模底板厚度計(jì)算。下凹模底板為整體式矩形型腔，根據(jù)整體式矩形型腔底板厚度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
th=b（aPM/бb）1/2
式中 PM=196MPa(選定值)；
b=86mm;
a=0.3834;
бb=980 MPa;
代入公式計(jì)算得
th=86×（0.3834×196/980）1/2
=23.81mm
考慮模具的整體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào),取th=25mm。
(2)型腔側(cè)壁厚度計(jì)算。本模具采用鑲拼組合式凹模結(jié)構(gòu)，根據(jù)圓形凹模最小壁厚經(jīng)驗(yàn)曲線查得 S1=6mm，S1=28mm。
型腔
圓形凹模內(nèi)徑d
40～100
>100～200
S1
5～10
〉10～15
S2
對應(yīng)表值70～80%
3.7模具的加熱與冷卻系統(tǒng)
模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以改善成型條件、穩(wěn)定制品的形位尺寸精度、改善制品的機(jī)械物理性能、提高制品的表面質(zhì)量等。通常所用的冷卻或加熱介質(zhì)有水、熱油和蒸汽，當(dāng)然也可以采用電加熱方式。水介質(zhì)分為常溫水、溫水和冷水三種。對熱塑性塑料來講，無論是對模具進(jìn)行加熱還是冷卻，其作用都是對模具型腔內(nèi)的塑料制品進(jìn)行合理的冷卻。本塑件在注射時(shí)不需要太高的模溫，因而在模具上可以不設(shè)加熱系統(tǒng)。具體計(jì)算如下:
設(shè)定模具平均工作溫度為85℃，用20 ℃的常溫水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30 ℃，產(chǎn)量為（初算每2分鐘一套）0.027×30kg/h。
(1)求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量Q3，查有關(guān)文獻(xiàn)得PP的單位熱流量為:
59×104J/kg。
Q3=WQ2
=0.81×59×104
=4.779×104J/h
(2)求冷卻水的體積流量V
V=
=4.779×104/［60×103×4.187×103×(30-20)］
=0.19×10-4m3/min
由體積流量查表可知所需的冷卻水管直徑非常小，又因?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。
3.8模具閉合高度的確定
在支承板和固定零件的設(shè)計(jì)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：
定模座板：H1 = 25mm；凹模墊板：H2 = 5mm； 凹模固定板：H3 =60mm；
凸模固定板：H4 = 30mm；支 承 板：H5 = 32mm；
動模座板：H7 = 25mm；
根據(jù)推出行程和推出機(jī)構(gòu)尺寸確定墊板的：H6 = 50mm，因而模具的閉合高度：
H= H1+ H2+ H3+ H4+ H5+ H6+ H7
=25+15+50+30+32+50+25
=227mm
圖14 總裝圖
3.9模具標(biāo)準(zhǔn)零件的選用
序號
名稱
數(shù)量
材料
規(guī)格/ mm
標(biāo)準(zhǔn)
熱處理
1
定模座板
1
Q235
400×200×25
GB/T700-1988
2
型腔
固定板
1
Q235
350×200×50
GB/T700-1988
3
支撐板
1
Q235
350×200×32
GB/T700-1988
4
墊板
2
Q235A
25×200×15
GB/T4169.6-1984
5
動模座板
1
Q235
400×200×25
GB/T700-1988
40～45HRC
6
內(nèi)六角
螺釘
4
45
M6×50
GB/T70-85
60～62HRC
7
推板
1
45
268×200×12.5
GB/T4169.7-1984
56～58HRC
8
推桿
固定板
1
45
268×200×10
GB/T4169.8-1984
56～58HRC
9
推板導(dǎo)柱
4
20
φ10×80
GB/T699-1999
滲碳58～62HRC
10
限位銷
1
T8A
φ8×16
GB/T4169.9-1984
60～62HRC
11
導(dǎo)柱
4
T8A
φ20×85
GB/T1298-1986
60～62HRC
12
導(dǎo)套
4
T8A
φ26×65
GB/T1298-1986
60～62HRC
4結(jié)束語
設(shè)計(jì)總結(jié)
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們把平時(shí)在課堂上學(xué)到的理論與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合了起來?？此坪唵蔚牧慵胍玫?，也是需要許多工序才能完成的。我們只所以選擇使用模具來達(dá)到這樣的效果，不僅與生產(chǎn)批量有關(guān)，還與生產(chǎn)條件有關(guān)。如果是大批量生產(chǎn)的零件使用模具就很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和現(xiàn)代化。能夠保證零件的尺寸相差不大，以實(shí)現(xiàn)互換。設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵的工作，要查閱大量資料和統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作，設(shè)計(jì)是個(gè)苦差事。
設(shè)計(jì)的好壞直接影響到制件質(zhì)量和勞動強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本。所以設(shè)計(jì)者應(yīng)該具備淵博的知識和大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，應(yīng)該懂得生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。這樣才能設(shè)計(jì)出好的實(shí)用的模具來。
雖然我傾注了大量的勞動和汗水在這個(gè)設(shè)計(jì)，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐。設(shè)計(jì)的十分艱辛，雖然借鑒了許多，還是有好多不明白之處。希望在老師的指導(dǎo)和今后自己的工作中不斷充實(shí)自我的能力。
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