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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2009
1前言
塑料工業(yè)的發(fā)展具有得天獨(dú)厚的發(fā)展，其原料來(lái)源豐富。注塑工藝也越來(lái)越多地被各個(gè)制造領(lǐng)域用以成型各種性能要求的制品，要高質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出注塑料制品，必須綜合考慮成型樹(shù)脂注塑模具及注塑機(jī)的問(wèn)題，注塑模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響成型制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本，能否生產(chǎn)出達(dá)到設(shè)計(jì)要求的制品，不僅僅取決于模具的結(jié)構(gòu)與加工精度，還取決于廣義的成型技術(shù)。模具是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的工藝裝備，是最重要的工業(yè)生產(chǎn)手段及工藝發(fā)展方向。一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的高低，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，模具工業(yè)的發(fā)展水平，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的標(biāo)志之一?，F(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化程度、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、專用的機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)管理等方面工作的綜合。但其中CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)方面的應(yīng)用，無(wú)疑占有很重要的地位。它被認(rèn)為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要的發(fā)展方向。
1）協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)將成為模具設(shè)計(jì)的主要方向
制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內(nèi)產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)和模具制造分工更明確。為了縮短產(chǎn)品上市周期，使模具設(shè)計(jì)充分理解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意圖，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，模具設(shè)計(jì)也同時(shí)開(kāi)始，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師和模具設(shè)計(jì)工程師需盡早進(jìn)入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)狀態(tài)。由于在制造流程中各個(gè)環(huán)節(jié)所采用的CAD系統(tǒng)不一定相同，這就要求CAD系統(tǒng)要具備協(xié)同的能力，能夠隨時(shí)交換上下游的數(shù)據(jù)，能夠處理彼此的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理標(biāo)準(zhǔn)化。
2）模具CAD技術(shù)的ASP模式將成為發(fā)展方向
今天的模具行業(yè)已經(jīng)成為高技術(shù)密集的行業(yè)。要掌握全部先進(jìn)的技術(shù)，成本都將非常高昂，要培養(yǎng)并且留住掌握這些技術(shù)的人才也會(huì)非常困難。于是，模具CAD的ASP模式就應(yīng)運(yùn)而生了。這樣整個(gè)社會(huì)就形成了一個(gè)大的模具制造企業(yè)，按照價(jià)值鏈和制造流程分工，將制造資源最優(yōu)發(fā)揮。應(yīng)用服務(wù)包括如遞向設(shè)計(jì)、快速原型制造、數(shù)控加工外包、模具設(shè)計(jì)、模具成型過(guò)程分析等。我們相信，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的先進(jìn)的CAD技術(shù)必將把模具工業(yè)推上新的臺(tái)階。
3）模具CAD/CAM發(fā)展趨勢(shì)
21世紀(jì)模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計(jì)周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本、最大限度的提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求。具體表現(xiàn)出以下幾個(gè)特征:
(1)集成化技術(shù)
現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。
(2)智能化技術(shù)
應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程（包括組織、管理、計(jì)劃、調(diào)度、控制等）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設(shè)備的智能化，也要實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。
(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實(shí)現(xiàn)，各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為我國(guó)模具企業(yè)實(shí)現(xiàn)敏捷制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
(4)多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)
未來(lái)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)不僅用到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí)，而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等；甚至要考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會(huì)等各方面的因素。產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以追求模具產(chǎn)品動(dòng)靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。
(5)虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)VR（Virtual Reality）是人造的計(jì)算機(jī)環(huán)境，人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺(jué)，并強(qiáng)調(diào)人的介入與操作。
(6)反求技術(shù)的應(yīng)用
這種過(guò)程就是反求工程RE （Reverse Engineering）。一旦建立了CAD幾何模型后，就可以依據(jù)這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作，如實(shí)物CAD模型的修改、零件的重新設(shè)計(jì)、有限元分析、誤差分析、數(shù)控（NC）加工指令生成以及模具的設(shè)計(jì)和制造等。
(7)快速成形技術(shù)
快速成形制造技術(shù)RPM（Rapid Prototyping & Manufacturing）基于層制造原理，迅速制造出產(chǎn)品原型，而與零件的幾何復(fù)雜程度絲毫無(wú)關(guān)，尤其在具有復(fù)雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。
本次的課題為(水杯杯蓋)注射模設(shè)計(jì)：由于以前這方面的知識(shí)接觸得少，所以在設(shè)計(jì)之前閱讀了許多關(guān)于注塑模設(shè)計(jì)的書(shū)，再加上指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)順利地進(jìn)行。由于是提供制品設(shè)計(jì)模具，給模具定型多了一個(gè)依據(jù)。方案擬定有了一個(gè)大概的輪廓。注射成型模具有一定的分類和組合，它們?cè)谀承┗臼綐由媳舜瞬煌貜膶?shí)用的觀點(diǎn)出發(fā)。注射成型模具的分類方法應(yīng)以設(shè)計(jì)和操作的主要特色為基礎(chǔ)。
本次的注射模設(shè)計(jì)是一次對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，了解了設(shè)計(jì)的一般過(guò)程及該行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。由于時(shí)間緊促，加上本人的水平有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，在此懇請(qǐng)各位專家、老師指正。
2模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1模具設(shè)計(jì)方案
本課題的設(shè)計(jì)目的是對(duì)水杯蓋進(jìn)行三維造型、注塑模具設(shè)計(jì)和加工工藝分析。要進(jìn)行零件的三維造型，必須先對(duì)零件進(jìn)行測(cè)繪，畫(huà)出零件二維工程圖，然后根據(jù)工程圖進(jìn)行零件的三維造型并進(jìn)行裝配。
首先對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，測(cè)繪好后進(jìn)行三維造型。造型結(jié)束后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。根據(jù)到生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合塑件形狀的復(fù)雜程度以及精度等級(jí)采用一模一腔。接著根據(jù)制品的尺寸大小選擇合理的模架和模板。然后確定澆口的形式，澆口的主要類型可以分為直接澆口、側(cè)澆口、潛伏式澆口、點(diǎn)澆口、扇形澆口、圓盤(pán)形澆口及環(huán)形澆口等。優(yōu)先選用點(diǎn)澆口作為本模具的澆口形式。在模板上直接設(shè)置冷卻水道，這同樣要遵循冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過(guò)程中冷卻均勻。接下來(lái)選擇注塑機(jī)，要考慮到注射量，保證塑件及澆注系統(tǒng)所需的注射量不超過(guò)注射機(jī)最大容量的80％，并對(duì)鎖模力進(jìn)行校核。接著對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先是澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)分為主流道、澆口、冷料穴等。主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線在同一條直線上。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要增加個(gè)澆口套。為了延長(zhǎng)模具的使用壽命，我在澆口套工藝部分對(duì)其進(jìn)行了淬火處理。澆口主要有兩個(gè)作用，一是起控制作用，二是壓力撤銷后封鎖型腔，不產(chǎn)生倒流。冷料穴主要是避免冷料進(jìn)入型腔影響塑件的質(zhì)量和堵塞澆口。我所設(shè)計(jì)的模具采用分型面的配合間隙自然排氣。下面是推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。推動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源有手動(dòng)推出、機(jī)動(dòng)推出和液壓與氣動(dòng)推出機(jī)構(gòu)。本模具設(shè)計(jì)采用注射機(jī)的開(kāi)模動(dòng)作驅(qū)動(dòng)模具上的推出機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模。接著是推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本模具設(shè)計(jì)采用塑件留在動(dòng)模，要保證塑件不應(yīng)推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu)可靠。模具設(shè)計(jì)好后進(jìn)行加工工藝分析以及工序分析，編寫(xiě)裝配卡、零件加工工藝卡和工序卡。
2.2制品的結(jié)構(gòu)及注塑工藝分析
2.2.1塑料制品的結(jié)構(gòu)如圖2-1
圖2-1 制品三維圖
2.2.2材料分析
該零件采用ABS樹(shù)脂為材料它是由丙烯腈(Acrylonitrile，25%~30%)聚丁二烯(Butadiene，25%~30%)和苯乙烯(Styrene complymer，40%~50%)三種單體共聚而成的，其中丙烯腈(A)使之有較高的硬度、表面光澤，具丁二烯(B)能增加韌性；苯乙烯(S)，則使加工性良好，要注意的是，ABS的吸濕性較強(qiáng)(0.2%~0.45%),而要達(dá)到較光澤的表面，注射成型時(shí)就必須進(jìn)行預(yù)備干燥，由于聚丁二烯的作用，熔融時(shí)易發(fā)生氣體，易造成燒痕，產(chǎn)生銀線等，脫模斜度2゜以上。
ABS的表現(xiàn)特征為無(wú)毒，無(wú)味，白象牙色的不透明的粉狀或粒狀料，是熱塑性塑料，且易著色，高光澤，易電鍍，耐油，尺寸穩(wěn)定，缺點(diǎn)是長(zhǎng)期暴曬在太陽(yáng)光紫外線下易變質(zhì)。
2.2.3ABS成型條件
ABS一般物理特性
密度 1.02~1.07 g/cm３ （計(jì)算值：1.05 g/cm３）
流動(dòng)性 中等
溢邊料 0.04mm左右
吸水率(24小時(shí)長(zhǎng)周期) 0.2~0.4%
熔點(diǎn)(粘統(tǒng)溫度) 130~160℃
熔融指數(shù)(200 C 負(fù)荷50N、噴嘴 2.09) 0.41~0.82 g/10min
維卡針入度 71~122 ℃
馬丁耐度 90~108 45
83~103 180
比熱容 1470 J/(Kg*K)
屈服強(qiáng)度 50 MPa
抗拉強(qiáng)度 38 MPa
斷裂伸長(zhǎng)率 35%
拉伸彈性模量 1.8 GPa
抗彎強(qiáng)度 80 MPa
彎曲彈性模量 1.4 GPa
抗壓強(qiáng)度 53 MPa
沖擊韌度 24 Mpa
沖擊韌度(無(wú)缺口) 261 KJ/m2
(缺口) 11 KJ/m2
布氏硬度HB 9.7 R121
注射成行機(jī)類型 適用于螺桿式和柱塞式
計(jì)算收縮率 0.5%~0.7%(取用0.6%)
預(yù)熱溫度 80~85
預(yù)熱時(shí)間 2~3小時(shí)
料筒溫度后段 150~170℃
料筒溫度中段 165~180℃
料筒溫度前段 180~200℃
噴嘴溫度 170~180℃
模具溫度 50~80℃
注射壓力 60~100 MPa
成形時(shí)間注射時(shí)間 20~90 sec
高壓時(shí)間 0~5 sec
冷卻時(shí)間 20~120 sec
總周期 50~220 sec
后處理方法 紅外線燈、烘箱
溫度 70℃
時(shí)間 0.3~1 h
原材料預(yù)干燥0.5小時(shí)以上
說(shuō)明：該成行條件為加工通用級(jí)ABS料時(shí)使用。
2.2.4制品的公差
參考《模具手冊(cè)》公差等級(jí)表，該零件為中等精度ABS材料塑件，公差等級(jí)取4級(jí)。零件各尺寸公差選取原則按4級(jí)公差表，其余未作要求尺寸均取+-0.22mm，具體零件結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2-2所示：
圖2-2 制品二維圖
2.2.5成型方案的確定和注塑工藝分析
（1）塑件結(jié)構(gòu)分析
1） 該件為厚度為2mm中空的殼體，外側(cè)面拔模斜度3゜， 內(nèi)側(cè)面拔模斜度5゜；
2） 該塑件為水杯杯蓋，因此前面要求一定的光潔度，內(nèi)表面的精度要求不高；
（2）分型方法的確定
從塑件外形結(jié)構(gòu)分析，塑件的內(nèi)側(cè)有一圈螺紋，為方便脫模，在確定分型面時(shí)，應(yīng)考慮此特征，在脫模時(shí)采用強(qiáng)制脫模。鑒于塑件結(jié)構(gòu)和注射位置，該模以單分型面、一模一腔為佳。
（3）注塑工藝
該塑件模具為單分型面，一摸一腔部分精度要求不高，只有小型芯和推板配合公差要求較高因此生產(chǎn)成本低，適于一般中小型模具廠生產(chǎn)。
2.3注射機(jī)的選擇及型腔數(shù)目確定
2.3.1注射機(jī)的選擇
該塑件尺寸、體積屬于中小型塑件，為適應(yīng)大多中小型模具廠商，而初步確定采用較為普遍螺桿式注射機(jī)：XS-ZY-125，其主要參數(shù)如下：
一次注射量 立方厘米 125
螺桿直徑 毫米 42
注射壓力 兆帕 116.6
鎖模力 牛 882000
最大注射面積 厘米 320
壓板行程 毫米 300
模具最大厚度 毫米 300
模具最小厚度 毫米 200
壓板尺寸 毫米 450X420
拉桿空間 毫米 260X290
注射機(jī)與安裝模具的關(guān)系,必須了解以下幾點(diǎn)：
(1)機(jī)床拉桿間隔 考慮模具的最大外形尺寸安裝時(shí)應(yīng)不受拉桿的影響。
(2)定位孔的直徑 模具安裝用的定位環(huán)尺寸應(yīng)與機(jī)床定位孔直徑相配合，小型機(jī)床一般只在定模部分設(shè)置定位孔，大型機(jī)床則定、動(dòng)模板都設(shè)置定位孔。
(3)頂出桿的位置 設(shè)計(jì)模具時(shí),必須了解機(jī)床頂出桿的直徑及位置,并應(yīng)將頂出桿的行程和模具頂出裝置動(dòng)作一起考慮。
(4)噴嘴前端的孔徑筆球面的半徑，是澆口套的孔徑和球面尺寸的依據(jù)。
(5)安裝螺孔的位置，機(jī)床定、動(dòng)模板上設(shè)有一系列螺孔，以供安裝模具壓裝所用。安裝形式如下：
1） 用螺釘直接固定模具形式；
2） 用壓板固定模具形式。
2.3.2型腔數(shù)目的確定
模具中的型腔數(shù)目的確定是一項(xiàng)綜合項(xiàng)目，首先應(yīng)考慮注射機(jī)的各項(xiàng)規(guī)格及工作性能，以及考慮制品的精度要求，模具制造的費(fèi)用等 。
確定合適的成型型腔數(shù)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：
（1） 以機(jī)床注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過(guò)注射機(jī)最大注射量的80%，按公式計(jì)算：
（2-1）
式中 N—型腔數(shù)：
S—注射機(jī)的注射量（g）；
--澆注系統(tǒng)的注射量（g）；
--塑件重量（g）；
初定注射機(jī)為XS-ZY-125型，該注射機(jī)的注射量為104g，即S=104g，初估澆注系統(tǒng)的注射量為65g，即 =65g，塑件的重量 =21g。
所以
因此，模具的型腔數(shù)初定為1。
（2）根據(jù)塑件的精度考慮： 一般單型腔時(shí)制造精度高，塑件精度也高。 該制品的表面精度要求很高，表面要求光滑，粗糙度很高，不易采用多型腔，在精度要求前提的情況下，采用一模一腔。
（3）據(jù)塑件形狀及進(jìn)料口位置考慮：該制品為水杯杯蓋，圓形，制品高度為28mm,在制品的中心部分，采用點(diǎn)澆口，困此，采用一模一腔能滿足點(diǎn)澆口的要求。
綜合以上3 個(gè)方面的因素，該模具的型腔數(shù)確定為1個(gè)。
2.4分型面的確定
分開(kāi)模具能取出塑件的面，稱作分型面，其它的面稱作分離面或稱分模面，注射模只有一個(gè)分型面。
分型面的方向盡量采用與注塑機(jī)開(kāi)模是垂直方向，形狀有平面，斜面，曲面。選擇分型面的位置時(shí)：
(1)分型面一般不取在裝飾外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處；
(2)使塑件留在動(dòng)模一邊，利于脫模；
(3)將同心度要求高的同心部分放于分型面的同一側(cè)，以保征同心度；
(4)抽芯機(jī)構(gòu)要考慮軸芯距離；
(5)分型面作為主要排氣面時(shí)，分型面設(shè)于料流的末端。
根據(jù)分型面必須開(kāi)設(shè)在制件斷面輪廓最大的地方的基本原則，并綜合以下幾點(diǎn)分析：
a因?yàn)榉中兔娌豢杀苊獾匾谥萍狭粝乱缌虾圹E，或拼合縫痕跡，故分型面不選在制件光滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處；
b從制件的頂出考慮分型面要盡可能留在動(dòng)模這一邊；
c為避免使用側(cè)抽型芯，分型面的選擇也要充分考慮。
確定分型面位置如圖2-3所示:
圖2-3 分型面位置圖
分型面選在此處不會(huì)對(duì)塑件外觀有何影響，也不易產(chǎn)生飛邊，也利于開(kāi)模和脫模，加工也方便。
2.5澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴接觸處到型腔為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。作用：〈1〉輸送流體；〈2〉傳遞壓力。
澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原則：???
(1)組成：由主流道、分流道、內(nèi)澆口、冷料穴等結(jié)構(gòu)組成。
(2)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：
〈1〉 考慮塑料的流動(dòng)性，保征流體流動(dòng)順利，快，不紊亂；
〈2〉 避免熔體正面沖出小直徑型芯或脆弱的金屬鑲件；
〈3〉 一模多腔時(shí)，防止大小相差懸殊的制件放一模內(nèi)；
〈4〉 進(jìn)料口的位置和形狀要結(jié)合塑件的形狀和技術(shù)要求確定；
〈5〉 流道的進(jìn)程要短，以減少成型周期及減少?gòu)U料。
2.5.1澆注系統(tǒng)的分析
澆注系統(tǒng)對(duì)塑件的質(zhì)量和成型效率有直接影響，是整套模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)該塑件分析，具體設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下因素：
a 塑件成形特性，澆注系統(tǒng)需適應(yīng)ABS成形特性要求，以保證塑件質(zhì)量；
b 塑件的大小及形狀，根據(jù)該塑件的大小、形狀、壁厚及技術(shù)要求等因素，前面已擬定了分型面的位置，同時(shí)也考慮了設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式，進(jìn)料口數(shù)量及位置。保證塑件的正常成形，防止流料直接沖擊嵌件和受力不均，進(jìn)料不勻；
c 塑件型腔數(shù)目，該注塑模具是一模一腔，主流道放置中間；
d 塑件外觀質(zhì)量，為了便于去除，修整進(jìn)料口，澆口選在不影響制件外觀的位置；
e 成形效率，批量生產(chǎn)時(shí)在保證成形質(zhì)量的前提盡量縮短填充及冷卻時(shí)間和成形時(shí)間，同時(shí)還節(jié)約了塑料；
f 冷料，循環(huán)冷卻。
2.5.2澆口的設(shè)計(jì)
澆口指流道末端與型腔之間的細(xì)小通道。
〈1〉 作用：
a、 使熔體快速進(jìn)入型腔，按順序填充；
b、 冷卻材料作用。
〈2〉 澆口參數(shù)：
a、 形狀一般為圓形或矩形；
b、 面積與分流道比為0.03~0.09；
c、 長(zhǎng)度一般:0.5~2.0mm。
〈3〉 小澆口的優(yōu)點(diǎn)：????
a、 改變塑料非牛頓流體的表觀粘度，增剪切速率；???
b、 小澆口改變流體流速，產(chǎn)生熱量，溫度升高；????
c、 易凍結(jié)，防止型腔內(nèi)熔體的倒流；????
d、 便于塑件與澆注系統(tǒng)的分高。
常見(jiàn)的澆口形式有：邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、抓行澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直接澆口。本次設(shè)計(jì)采用直接澆口，又名中心澆口、主流道型澆口。該澆口注塑壓力和熱量損失最小，具有很好的成型性，由于它的尺寸大，故固化時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)了補(bǔ)料時(shí)間，使補(bǔ)縮效果很好，但正由于補(bǔ)料時(shí)間長(zhǎng)，在澆口附近容易產(chǎn)生殘留內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)采用這種澆口時(shí)主流道澆口根部不宜設(shè)計(jì)的太粗，否則該處溫度高，容易產(chǎn)生縮孔，澆口截除后縮孔明顯地留在制件表面上。加工薄壁制品時(shí)，澆口根部的直徑最多等于制件壁厚的兩倍。在澆口處要光滑地去除凝料也是比較困難的。
2.5.3澆口套的設(shè)計(jì)
澆口套位于模具的入口部，其作用是將塑化熔融的樹(shù)脂導(dǎo)入流道或型腔，注流道垂直于分型面。注流道襯套內(nèi)孔呈圓錐形、圓弧R處為錐孔的小端。錐孔的錐度越大，及內(nèi)壁的粗糙度在0.8以上，主流道越容易脫出。主流道襯套的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下幾點(diǎn)：
1) 主流道襯套的圓弧半徑R應(yīng)比噴嘴頭部半徑大1mm左右；
2) 錐孔的小端直徑比噴嘴孔直徑大0.5～1mm；
3) 盡可能縮短長(zhǎng)度。
本澆注系統(tǒng)采用最為常用的v形澆道，這種澆道易于機(jī)械加工，且熱量損失和阻力損失均不太大。如圖2-4所示：
圖2-4 澆口套
2.5.4模具的排氣部分
排氣槽的設(shè)計(jì)原則:
A如果型腔中產(chǎn)生乞阻現(xiàn)象,將直接影響制品的外觀.設(shè)計(jì)模具時(shí),必須考慮排氣問(wèn)題,如發(fā)生氣阻,型腔中排不出的空氣會(huì)因高壓而燃燒,使制品的局部被燒蝕,影響制品的質(zhì)量；
B簡(jiǎn)單模具氣阻的準(zhǔn)確位置易確定,對(duì)于復(fù)雜的模具,可以通過(guò)試模來(lái)確定氣阻位置；
C找出氣阻位置,便可設(shè)置排氣槽, 一般在分型面凹模一側(cè)開(kāi)設(shè)一條深 0.025 ~ 0.1mm 寬1.5~6 mm的排氣槽；
D 該套模具的排氣槽設(shè)置在分型面處及鑲塊的嚙合處。
塑件外形尺寸較小，對(duì)于此類小型模具，可利用分型面間隙排氣，分型面位于熔體流向的末端，可達(dá)到很好的排氣效果，因而本模具不另外設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)，直接由分型面間隙，鑲件縫隙等進(jìn)行排氣。
2.6成型零件的設(shè)計(jì)
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓，料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式，排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
2.6.1成型零件型腔計(jì)算
凹模是成型塑件的主要零件，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為整體式和組合式兩類。本設(shè)計(jì)中采用整體式凹模，其特點(diǎn)是牢固，不易變形。型芯是成型塑件的內(nèi)表面的零件，型芯按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩種。本設(shè)計(jì)中采用整體式，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，但不便加工，消耗的模具鋼多，這種結(jié)構(gòu)是將型芯單獨(dú)加工，再鑲?cè)肽０逯小?
成型零件工作尺寸的確定，成型零件的工作尺寸指直接成型塑件的尺寸。塑件圖如圖2-5所示：
圖2-5 制品測(cè)繪圖
成型零件尺寸計(jì)算的基本公式是
（2-2）
考慮塑件公差、模具制造公差、模具磨損量等，其計(jì)算公式如下：
(1)型腔內(nèi)徑尺寸的計(jì)算
（2-3）
式中 D----型腔內(nèi)徑尺寸
D----塑件外徑尺寸(mm)
S---塑料平均收縮率，即
----塑件公差
----型腔制造公差
代入數(shù)據(jù)得：
(2)型心外徑尺寸計(jì)算
（2-4）
其中 d---型芯外徑尺寸
d---塑件內(nèi)徑標(biāo)稱尺寸
---型芯制造公差
代入數(shù)據(jù)
(3)型腔高度尺寸計(jì)算
（2-5）
式中H---型腔深度尺寸
H----塑件高度標(biāo)稱尺寸
---型腔深度制造公差，一般取或
代入數(shù)據(jù)得
(4)型芯高度尺寸計(jì)算
（2-6）
式中h---型芯高度尺寸
h---塑件深度標(biāo)稱尺寸
---型芯高度制造公差
代入數(shù)據(jù)得：h=
2.6.2圓型零件型腔壁厚的計(jì)算及強(qiáng)度校核
塑料模具型腔在成型過(guò)程中受到熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，模具型腔壁厚的計(jì)算應(yīng)以最大壓力為準(zhǔn)。
型腔壁厚的強(qiáng)度計(jì)算條件是型腔在各種受力形式下的應(yīng)力值，不得超過(guò)模具材料的許用應(yīng)力，而剛度計(jì)算條件由于模具的特殊性應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：
(1)模具成型過(guò)程中不發(fā)生溢出
(2)保證塑件尺寸精度3
尺寸范圍50～200 （2-7）
---塑件精度等級(jí)，取4
---塑件尺寸公差值，取0.38
代入數(shù)據(jù)得：
(3)保證塑件順利脫模
---保證塑件順利脫模的型腔允許彈性變形量
---塑件壁厚
---塑料的收縮率
根據(jù)重復(fù)承受內(nèi)壓力的圓筒體原理計(jì)算壁厚，并按此計(jì)算強(qiáng)度：
1) 壁厚計(jì)算
（2-8）
式中----在半徑r圓周產(chǎn)生的切線應(yīng)力Mpa,其值為所用模具用鋼的抗拉應(yīng)力/安全系數(shù)
----型腔壓力，Mpa
---模具外圓半徑
----模具型腔內(nèi)圓半徑
已知、、
（模具抗拉應(yīng)力，取安全系數(shù)為4）
側(cè)
h為最大壁厚與最小壁厚的平均值
按變形量校核型腔壁厚
（2-9）
式中---型腔內(nèi)半徑徑向的變形量
---型腔壓力Mpa
---彈性模量，碳鋼取
---型腔內(nèi)半徑
---型腔外半徑
---橫向變形系數(shù)(泊松比)，碳鋼取0.25
代入數(shù)據(jù)得：
所以，變形限制在0.2mm以下符合要求
定模強(qiáng)度校核
（2-10）
式中----墊板厚度
----模內(nèi)成型壓力
---支撐塊間距離
---模具寬度
---凸模板的允許變形量
---彈性模量，鋼取
墊塊圖如圖2-6所示：
圖2-6 墊塊
代入數(shù)據(jù)得：
變形量限制在0.1以下，符合要求。
2.7頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在注射成型中，制品的頂出對(duì)制品的質(zhì)量以及是否可以自動(dòng)成型等起著重要的作用。頂出方法由使用塑料的種類，制品形狀，澆口的種類，制品的商品價(jià)值，模具的制作周期及價(jià)格等所決定，原則上必須能夠在不使制品產(chǎn)生變形和損壞的情況下，可靠而迅速地脫模，故障要少，維修要簡(jiǎn)單。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
A推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)；
B保證塑件不因推出而變形；
C機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠；
D良好的塑件外觀；
E合模時(shí)的正確復(fù)位。
頂出方式的種類有很多種， 本設(shè)計(jì)中由于制品內(nèi)壁有一圈螺紋，因而采用強(qiáng)制脫模。
2.8冷卻孔的設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)中，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)是必不可少的， 因?yàn)槟＞叩臏囟戎苯佑绊懙剿芗尚偷馁|(zhì)量和生產(chǎn)效率，這要求我們的設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)必須讓模具迅速均勻地使模具和塑件冷卻下來(lái)，以縮短成型周期，同時(shí)能使塑料的收縮率小，變形小，尺寸穩(wěn)定，耐應(yīng)力、開(kāi)裂性好、表面光潔。
模具設(shè)置冷卻裝置的目的：
(1)防止塑件脫模變形；
(2)縮短成型周期；
(3)使結(jié)晶性塑料快速冷卻；
(4)水道孔徑的選擇。
冷卻水道的直徑采用6m的冷卻水道，最低流速是水孔位置設(shè)計(jì)。
2.9模架的選擇
對(duì)于模具中各模板的厚度(包括定模固定板、定模板、動(dòng)模固定板、動(dòng)模板等)，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)模架。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架及一些尺寸的要求，初步確定模架的尺寸如下：(單位：mm)
定模固定板
定模板
動(dòng)模板
動(dòng)模固定板
選擇模具零件的材料應(yīng)按其用途而定,對(duì)成形零件的用料應(yīng)考慮以下因素:
(1)要承受在高溫、高壓下長(zhǎng)期工作。因此應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐疲勞性能及耐熱性；
(2)用于成批大量生產(chǎn)的模具應(yīng)具有良好的熱處理性能。對(duì)形狀復(fù)雜的零件及易變形零件則還應(yīng)要求材料在熱處理時(shí)變形??；
(3)對(duì)成型零件尺寸精度要求較高的,應(yīng)考慮使用尺寸穩(wěn)定性好的材料；
(4)模具鋼要便于加工,易拋光。
根據(jù)以上要求，模具的材料分別為:動(dòng)模板、定模板等模板使用45鋼；導(dǎo)柱、導(dǎo)套材料為T(mén)10A或20號(hào)鋼滲碳處理,其它零件所用材料見(jiàn)總裝配圖明細(xì)欄。
2.10注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
2.10.1最小注射量的校核
對(duì)于螺桿式注射機(jī)，其最小注射能力以螺桿在料筒內(nèi)最大推進(jìn)容積M(cm3)表示，因此最大注射量就是該體積的塑料熔體在料筒內(nèi)的溫度及壓力下的重量：
Gmax=M*DC (g) （2-11）
式中，M――注射機(jī)規(guī)定注射容積 cm3
D――注射塑料在常溫下的比重 g/cm3
C――料筒溫度在塑料體積膨脹率校正系數(shù)，結(jié)晶塑料取0.85，非結(jié)晶塑料取0.93
因塑件體積小，壓力對(duì)塑件比重影響很小，可忽略不記。
Gmax=60X1.05X0.93=58.59 (g)
塑件質(zhì)量使用Pro/E分析模組計(jì)算得，
G塑件=21< Gmax
所以，此注射機(jī)最大注射量滿足該塑件要求。
2.10.2注射壓力校核
查《模具手冊(cè)》得ABS樹(shù)脂在螺桿式注射機(jī)下注射壓力應(yīng)在60~100 MPa，而SZ-ZY-125型注射壓力為116.6Mpa,因此能滿足該塑件要求。
2.10.3鎖模力校核
當(dāng)高壓塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)使模具沿分型面分開(kāi)，其值等于制件和澆口流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔內(nèi)塑料壓力。
pKF≤P
式中，p――料筒內(nèi)注射機(jī)柱塞或螺桿施于塑料上的壓力116.6MPa
K――損耗系數(shù) 1/3~2/3
F――投影總面積2.14m2
P――注射機(jī)的額定鎖模力 KN
pKF==390000N<2489000N
故鎖模力滿足要求。
3型腔仿真加工
cimatron E7.1是一套被模具行業(yè)廣泛采用的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，CAM部分提供了完整的二軸，三軸，四軸和五軸銑削加工方式。利用cimatron E7.1的CAM部分選擇加工方式、加工刀具、設(shè)定加工參數(shù)、計(jì)算NC刀具路徑、實(shí)體切削模擬結(jié)果等步驟，在檢驗(yàn)一切無(wú)誤后，選擇對(duì)應(yīng)的后處理器將刀具路徑轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進(jìn)行加工。
加工方法：
（1）粗加工采用體積銑，體積銑策略用于創(chuàng)建型腔或型芯的粗加工刀具路徑。這種加工策略，假設(shè)粗加工過(guò)程從毛坯開(kāi)始，將多余材料快速去除，為半精加工和精加工作準(zhǔn)備。體積銑的切削原理如下：它將要切除的零件在Z軸方向（刀軸方向）上分成多個(gè)切削層，根據(jù)型腔或型芯在不同切削層的形狀計(jì)算刀具路徑。體積銑加工策略包含粗加工平面銑、粗加工環(huán)形銑、二次開(kāi)粗等9中類型，本次仿真加工采用的是粗加工平面銑。
（2）曲面銑只在零件的表面生成刀具路徑，是精加工或半精加工的加工策略。曲面銑含有精銑所有、根據(jù)角度精銑、精銑水平區(qū)域、開(kāi)放輪廓銑、封閉輪廓銑等16種子類型。本次仿真加工采用精銑所有加工策略，精銑所有加工策略使用設(shè)置的走刀方式加工所選擇的所有曲面。
加工過(guò)程如圖:
圖1 粗加工刀具路線圖
圖2 半精加工刀具路線圖
圖3 精加工刀具路線圖
圖4 仿真加工示意圖
4結(jié)論
三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲,在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,我做了大量的工作,從資料的搜集到參觀學(xué)習(xí),以及對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)等工作，我都能按計(jì)劃要求完成任務(wù)。
《模具設(shè)計(jì)與制造》這門(mén)課是作為選修課開(kāi)設(shè)的,我沒(méi)有選,給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)不便，在老師的指導(dǎo)下,我通過(guò)自學(xué)，對(duì)這們課程有一定程度的認(rèn)識(shí)。加上課外書(shū)籍的閱讀和參觀實(shí)習(xí)，對(duì)模具的了解越來(lái)越多,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),我搜集了大量的資料。在圖書(shū)館借了數(shù)本有關(guān)注塑料模方面的書(shū)，認(rèn)真仔細(xì)地看過(guò)多遍，并且做了筆記。 這都為我以后的設(shè)計(jì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在參觀幾家塑料廠的時(shí)候,我能做到多看、多問(wèn)、多動(dòng)手在其中是三家塑料廠,我還親手拆裝了幾套模具.進(jìn)行了分析與研究,和同學(xué)一起探討，使我對(duì)注塑行業(yè)也有了一定的了解,并對(duì)注塑模具有了一定的感性認(rèn)識(shí)。
在進(jìn)行設(shè)計(jì)與繪圖的時(shí)候,我查閱了大量的資料.對(duì)每一個(gè)零件的尺寸,對(duì)每一個(gè)部件的安裝位置,對(duì)每一個(gè)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)機(jī)理,進(jìn)行了深入的分析下研究,并和指導(dǎo)老師及同學(xué)進(jìn)行了探討.盡可能完善每一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程.。我是用AUTOCAD與PRO/E進(jìn)行繪圖。這使我能更加熟練地運(yùn)用這兩種軟件。由于人的知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)不足，在某些地方的設(shè)計(jì)與實(shí)際相脫離或者在某些地方的設(shè)計(jì)不完美，希望老師能予以指正。
三個(gè)月的設(shè)計(jì)業(yè)已結(jié)束，在這個(gè)過(guò)程中，我對(duì)模具設(shè)計(jì)及塑料行業(yè)有了一定了解。學(xué)到了很多的知識(shí)。培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，精益求精的工作態(tài)度。并鍛練了我的意志。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)即將完成 ，我學(xué)到的東西還很多，使大學(xué)四年所學(xué)的書(shū)本知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，加深了理論的理解，提高了動(dòng)手能力，在將來(lái)的工作中能夠做到得心應(yīng)手。乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海。
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致謝
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，結(jié)合大學(xué)四年以來(lái)學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下和自己的不懈學(xué)習(xí)和努力，對(duì)于整套模具的設(shè)計(jì)過(guò)程有了直觀而深刻的認(rèn)識(shí)。通過(guò)三維造型，使得我的UG運(yùn)用能力提高了不少同時(shí)也讓我認(rèn)識(shí)到了三維造型圖和二維制圖的不同點(diǎn)和互補(bǔ)的地方，區(qū)分開(kāi)了二者的優(yōu)劣，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)在設(shè)計(jì)中還用到了以前學(xué)到的很多知識(shí)，如模具的選擇和制造，模具精度的分析和選擇等?？傮w來(lái)說(shuō)，由于自身的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，特別是機(jī)械專業(yè)知識(shí)掌握的不牢固，本次設(shè)計(jì)有很多令人不滿意之處。這是我在今后的工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中需要重點(diǎn)去領(lǐng)會(huì)和鉆研的地方。
另外本人在模具設(shè)計(jì)中承蒙劉道標(biāo)老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中提供了許多寶貴的資料、設(shè)計(jì)和方向、設(shè)計(jì)思路以及對(duì)模具的構(gòu)造的專業(yè)知識(shí)，在此我謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝。因我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)過(guò)程中很多地方難免存在錯(cuò)誤與不足，請(qǐng)各位老師幫忙指出，以便我更好的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
附錄
序號(hào) 圖名 圖號(hào) 圖幅 張數(shù)
1 定模座板 SBG-01-01 A1 1
2 定模板 SBG-01-02 A1 1
3 型腔 SBG-01-03 A3 1
4 定位環(huán) SBG-01-04 A4 1
5 澆口套 SBG-01-05 A4 1
6 塑件 SBG-01-07 A4 1
7 型芯 SBG-01-08 A4 1
8 動(dòng)模板 SBG-01-09 A1 1
9 動(dòng)模座板 SBG-01-11 A1 1
10 導(dǎo)柱 SBG-01-16 A4 1
11 導(dǎo)套 SBG-01-17 A4 1
12 復(fù)位桿 SBG-01-18 A4 1
13 模具裝配圖 SBG-01-00 A0 1
14 零件三維圖冊(cè) 1套
15 模具零件加工工藝卡片 1套
16 模具零件加工工序卡片 1套
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