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黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
插座產(chǎn)品造型與模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：劉 鵬
學(xué) 號：20054024145
指導(dǎo)教師：王 明
所在學(xué)院：工程學(xué)院
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
中國·大慶
2009年6月
摘要
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并對模具強(qiáng)度要求做了說明，通過本設(shè)計(jì)，可以對注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理。
關(guān)鍵詞：塑料模具 ；分型面 ；設(shè)計(jì)
Abstract
The plastics industry in the world grows one of now quickest industry classes, but the injection mold is develops the quick type, therefore, the research injection mold to understood that the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced injection molding's basic principle, specially single is divided the profile to inject mold's structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection mold gating system, the temperature control system and goes against system's design process, and has given the explanation to the mold intensity request, through this design, may have a preliminary understanding to the injection mold, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work.
Key word: Plastic mold ；Divides the profile ；Design
目 錄
摘要 I
Abstract II
前言 1
1 緒論 2
1.1 模具的類型和成型特點(diǎn) 2
1.2 模具的生產(chǎn)過程 4
1.3 我國模具發(fā)展 5
1.4 國內(nèi)CAD/CAE/CAM發(fā)展概述 7
2 塑件的工藝分析 7
2.1 分析塑件使用材料的種類及工藝特征 7
3 初步確定型腔數(shù)目 11
3.1 初步確定型腔數(shù)目 11
4 注射機(jī)的選擇 11
4.1 塑件體積的計(jì)算 12
4.2計(jì)算塑件的質(zhì)量 13
4.3按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目 13
4.4 注射劑的選擇 14
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
5.1主流道的設(shè)計(jì) 15
5.2 分流道設(shè)計(jì) 16
5.3 分型面的選擇設(shè)計(jì)原則 17
6 確定主要零件結(jié)構(gòu)尺寸選模架、成型零部件的設(shè)計(jì) 18
6.1 型腔、型芯工作尺寸計(jì)算 18
6.2 型腔壁厚和底版厚度計(jì)算 19
6.3 模架的選擇 20
7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
7.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 20
7.2 導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
7.3 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21
8 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22
8.1 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量 22
9 模具排氣槽的設(shè)計(jì) 23
10 校核 23
10.1 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核 23
10.2 模具厚度H與注射機(jī)閉和高度 23
11.3 模具工作原理 23
結(jié)束語 24
參考文獻(xiàn) 25
- 28 -
前言
隨著改革開放步伐的進(jìn)一步加快，我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)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)。模具是效益放大器，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)水平高低，已成為衡量一個(gè)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)品您的開發(fā)能力。因此，我國要從一個(gè)制造業(yè)大國發(fā)展成為一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國，必須振興和發(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。
隨著CAD/CAM、數(shù)控加工及快速成型等先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以及這些技術(shù)在模具行業(yè)中的普及應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域正發(fā)生著一場深刻的技術(shù)變革，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)及模擬量加工方式正逐步背基于產(chǎn)品三維數(shù)字化制造方式所取代。在這場技術(shù)革命中，逐步掌握三維CAD/CAM軟件的使用，并用于模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是其中的關(guān)鍵。
我國模具工業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，國內(nèi)外模具及模具加工設(shè)備廠商已普遍看好中國市場。這對于模具企業(yè)和模具工作者來說，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
1 緒論
在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力成型和裝在其上的專用成型工具，通過壓力把金屬或非金屬材料制成所需形狀的零件或制品，這種專用成型工具統(tǒng)稱為模具。
模具式由機(jī)械零件構(gòu)成，它與相應(yīng)的壓力成型機(jī)械相配合，具有直接改變金屬或非金屬材料的形狀、尺寸、相應(yīng)位置和性質(zhì)，使之成型為合格制品或半成品零件。它式一種高效率的工藝裝備。在工業(yè)生產(chǎn)中，用模具進(jìn)行各種材料的成型，具有節(jié)約原材料、制件成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具的應(yīng)用日益廣泛，已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。模具工業(yè)的水平和發(fā)展?fàn)顩r已被認(rèn)為是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
1.1 模具的類型和成型特點(diǎn)
1.1.1 模具的類型
在工業(yè)生產(chǎn)中，模具的類型很多。按其材料在模具內(nèi)成形的特點(diǎn)，可分為若干類型，見表1
圖1-1
其中，落料模、沖孔模、和切邊模屬于沖裁模。
1.1.2 模具成性特點(diǎn)
冷沖模成形特點(diǎn)：在常溫下，把金屬或非金屬板料放入模具內(nèi)，通過壓力機(jī)（沖床）和安裝在壓力機(jī)上的模具對板料施加壓力，致使板料發(fā)生分離或變形而制成所需形狀和尺寸的零件。這類模具稱為冷沖模。
型腔模的成形特點(diǎn)：把經(jīng)過加熱或溶化的金屬材料，通過壓力送入模具型腔內(nèi)，待冷卻后，按型腔表面形狀形成所需的零件，這類模具通稱為型腔模。
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，模具已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)與電器產(chǎn)品、電子與計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，儀表、家用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備、汽車、軍械，通用機(jī)械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。其主要原因，是由于利用模具加工制品零件有以下特點(diǎn)：
1. 模具的適應(yīng)性強(qiáng)
模具的種類很多，其中每一類模具都有其特定的用途和使用方法及與其相配套的成形加工機(jī)床和設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，可根據(jù)不同產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、精度和批量，以及零件材料性質(zhì)、供貨形式，采用不同類型和種類的模具與之相適應(yīng)。如鍛件則采用鍛模，沖件采用沖模，塑件采用塑料成形模具，薄殼件則采用吹塑以及吸塑模具等。同時(shí)，還可針對產(chǎn)品零件的生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)形式，亦可采用不同結(jié)構(gòu)的模具與之相適應(yīng)。如為適應(yīng)產(chǎn)品零件的大批量生產(chǎn)，殼采用高效率，高精度和高壽命的、自動(dòng)化程度高的模具；為適應(yīng)新產(chǎn)品試制或多品種、小批量的產(chǎn)品零件生產(chǎn)，可采用簡易及通用、快換式的模具生產(chǎn)。
2. 模具的生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料
采用模具成形加工，產(chǎn)品零件的效率較高。如采用高速沖壓，其速度殼達(dá)1800次/min，普通沖模也可達(dá)200-600次/min。用塑料注射件，一般可在1-2min內(nèi)成形。同時(shí)，利用模具加工零件，可以達(dá)到無廢料及少廢料加工。因此，與普通機(jī)械加工相比，采用模具加工零件制品，不僅生產(chǎn)效率高，而且生產(chǎn)消耗低，可大幅度節(jié)約原材料，是進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的一種優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的深生產(chǎn)技術(shù)。
3. 模具生產(chǎn)的零件制品互換性好
采用模具生產(chǎn)零件制品，在模具一定使用范圍內(nèi)，其生產(chǎn)的合格制品由于出于同一模具之中，所以其相似性好，尺寸精度穩(wěn)定，故可以完全互換。這是利用一般加工方法難以比擬的。
4. 操作工藝簡單
采用模具加工制品零件，一般操作工藝簡單，技術(shù)易學(xué)容易掌握，不需要操作者有較高的技藝水平。因此，可以節(jié)約人力資源。
5. 模具社會效益高
一般來說，模具是高技術(shù)含量的社會產(chǎn)品，其價(jià)值和價(jià)格主要取決于模具材料、加工、外購件的勞動(dòng)與消耗費(fèi)用及模具設(shè)計(jì)與試模費(fèi)用。盡管模具的一次性投資較大，但使用后，其模具的用戶及產(chǎn)品用戶受益確無法比擬。如電視機(jī)用模具，其模具制造費(fèi)用，僅為電視機(jī)價(jià)格的1/3000-1/5000，即大批量生產(chǎn)的每臺電視機(jī)的成本，模具投資僅占一小部分，甚至可以忽略不計(jì)，而實(shí)際上，很高的模具價(jià)值確為社會所擁有，變成了社會財(cái)富。
綜合上述，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，使用模具生產(chǎn)零件制品，是一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、適應(yīng)性強(qiáng)的生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)也是技術(shù)含量高、附加值高、使用范圍廣、的新技術(shù)產(chǎn)品，是價(jià)值很高的社會財(cái)富。但是利用模具生產(chǎn)制品，只適用于制品批量較大的生產(chǎn)。由于模具本身多為單件生產(chǎn)，形面復(fù)雜精度要求高，加工難度大、生產(chǎn)周期長、制造費(fèi)用較高，不易用于單件及批量小的制品零件生產(chǎn)。
1.2 模具的生產(chǎn)過程
模具的生產(chǎn)過程，即是將原材料轉(zhuǎn)為模具的全過程，它有明顯的社會性。這式因?yàn)槟＞邔賳渭a(chǎn)方式，其任務(wù)來源取決于“用戶合同”。因此，模具是非定型產(chǎn)品，屬于單件生產(chǎn)規(guī)模，對于每副模具，應(yīng)按其不同的技術(shù)要求，都須進(jìn)行創(chuàng)造性的研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)。
模具的生產(chǎn)過程，主要包括模具結(jié)構(gòu)方案的確定、模具的設(shè)計(jì)、模具毛胚的加工、模具零部件的制造與標(biāo)準(zhǔn)件的選購和熱處理、模具的裝配、試模與調(diào)整及模具的檢驗(yàn)與包裝等內(nèi)容。
1.2.1 模具生產(chǎn)任務(wù)的來源
在組織模具生產(chǎn)之前，首先應(yīng)根據(jù)用戶合同，對產(chǎn)品零件圖進(jìn)行認(rèn)真分析、研究，明確其制品的形狀、大小、精度及有關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)而初步確定模具結(jié)構(gòu)形式和模具精度。并根據(jù)本單位的技術(shù)能力，設(shè)備條件，確定有無加工生產(chǎn)的可能性。
1.2.2 模具設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)是一種高智能的腦力勞動(dòng)，一般由設(shè)計(jì)部門完成，它是模具生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的工作。模具設(shè)計(jì)圖樣一般包括模具結(jié)構(gòu)總圖、模具零部件圖并標(biāo)有技術(shù)要求，零件材料及熱處理要求等。模具圖樣一旦經(jīng)過審核、審定經(jīng)會簽之后，就成為生產(chǎn)的法規(guī)性文件。無論式模具原材料的準(zhǔn)備，生產(chǎn)工藝規(guī)程的制定、模具的裝配、試驗(yàn)與驗(yàn)收，都以此為準(zhǔn)來進(jìn)行工作。
1.2.3 制定工藝規(guī)程
工藝規(guī)程是指按模具設(shè)計(jì)樣圖，由工藝人員規(guī)定出整個(gè)模具或零部件制造工藝過程、裝配操作方法，一般用表格形式制定出文件下發(fā)到各生產(chǎn)部門及車間。由于模具生產(chǎn)一般是單件生產(chǎn)，因此模具加工工藝規(guī)程常采用工藝過程卡片形式。其工藝過程卡片是以工序?yàn)閱挝?，簡要說明模具或零部件加工、裝配過程的一種工藝文件。它是進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備、組織生產(chǎn)、指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)。
1.2.4 組織生產(chǎn)零部件
按零部件生產(chǎn)工藝規(guī)程或工藝卡片，組織零部件的生產(chǎn)，采購標(biāo)準(zhǔn)件，并按要求，采用機(jī)械加工、電加工及其他工藝方法，制造出符合設(shè)計(jì)圖樣要求的零部件。
1.2.5 模具裝配
按規(guī)定的技術(shù)要去及裝配工藝規(guī)程，將加工合格的零部件及外協(xié)標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)行配合與連接，裝配成符合模具設(shè)計(jì)圖樣結(jié)構(gòu)總圖要求的模具。
1.2.6 試模與調(diào)整
裝配好的模具，在規(guī)定的成形機(jī)械進(jìn)行試模，并邊試邊調(diào)整、校正，直到生產(chǎn)出合格的制品零件為止。
1.2.7 檢驗(yàn)與包裝
將試驗(yàn)合格的模具，進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，打好刻記，并將試出的零件制品隨同模具進(jìn)行包裝，填好檢驗(yàn)單及合格證證，交付生產(chǎn)部門使用或按合同出廠。
模具設(shè)計(jì)與制造者，應(yīng)當(dāng)了解模具生產(chǎn)的全過程。前道工序的操作者，要把后道工序作為自己的用戶，使后道工序滿意自己的加工效果；而后道工序又作為前道工序的檢驗(yàn)及驗(yàn)收者，互相監(jiān)督檢查，互相制約。只有這樣，才能使模具生產(chǎn)全過程有條不紊、有秩有序的進(jìn)行，并能生產(chǎn)制造出結(jié)構(gòu)合理、精度較高、質(zhì)量穩(wěn)定，能達(dá)到用戶滿意的優(yōu)質(zhì)模具產(chǎn)品。
1.3 我國模具發(fā)展
在我國，模具工業(yè)的發(fā)展日益受到人們的重視和關(guān)注，國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》也把模具列為機(jī)械工業(yè)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位。
“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也己經(jīng)取得了共識。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%-90%的零部件都要依靠模具成形，在槍支、子彈等兵器產(chǎn)品中占95%以上。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值己超過機(jī)床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，己成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。鑒于模具工業(yè)的重要性，在1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第一位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年底，對80多家國有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70％的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。1999年7月，國家計(jì)委和科學(xué)技術(shù)部發(fā)布了《當(dāng)前國家優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南(目錄)》，《指南》中列入了電子專用工模具、塑料成形新技術(shù)與新設(shè)備、快速原型制造工藝及成套設(shè)備、激光加工技術(shù)及成套設(shè)備、汽車關(guān)鍵零部件等。
我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達(dá)國家要落后15～20年，這與我國制造業(yè)發(fā)展的要求相比差距還很大；我們的企業(yè)技術(shù)裝備還比較落后，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低；模具生產(chǎn)專業(yè)化、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化程度也不夠高；模具產(chǎn)品主要還是以中低檔為主，技術(shù)含量較低，高中檔模具多數(shù)要依靠進(jìn)口，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的任務(wù)很重；人才緊缺，管理滯后的狀況依然突出等等。
面對我國模具行業(yè)的諸多問題，大力發(fā)展模具技術(shù)已是當(dāng)務(wù)之急。我國相關(guān)行業(yè)和個(gè)人應(yīng)該多借鑒發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的工藝方法，取長補(bǔ)短，努力找到一條適合我國模具發(fā)展的道路。
國內(nèi)模具發(fā)展十大趨勢：
2005-1-7 “十五”期間，我國模具行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品是：汽車覆蓋件模具，精密沖壓模，大型、精密塑料模，大型薄壁精密復(fù)雜壓鑄模，大型精密鍛模，塑料型材、波紋管擠出模及管接頭模具，子午線橡膠輪胎活絡(luò)模，長壽命玻璃陶瓷，多工位冷鍛模及冷擠模，殼體連續(xù)拉伸模，新型快速經(jīng)濟(jì)模，主要模具標(biāo)準(zhǔn)件、拉絲模等新產(chǎn)品。 模具市場的特點(diǎn)是：總的趨勢平穩(wěn)向上，但各類不同模具的表現(xiàn)不可能一致。沖壓模、塑料模和壓鑄模，它們的總和一般占模具總量的80%左右。在未來的模具市場中塑料模具和壓鑄模的發(fā)展速度將高于沖壓模，它們在模具總量中的比例將逐步提高。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，將對模具提出越來越高的要求，因此精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具的需求發(fā)展將高于模具總量的發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來我國每年用近10億美元進(jìn)口模具，其中精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以從減少進(jìn)口角度出發(fā)，這類高檔模具在市場的分額比例也將逐步增大。隨著多品種、小批量產(chǎn)品時(shí)代的逐步來臨和企業(yè)對模具能保證新產(chǎn)品快速上市的要求，各種快速經(jīng)濟(jì)模具也將隨之應(yīng)運(yùn)而生。將隨之應(yīng)運(yùn)而生。
未來我國的模具將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢： 一是模具日趨大型化。這是由于用模具成型的零件日漸大型化和高生產(chǎn)效率要求發(fā)展的“一模多腔”所造成的。 二是模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)在已達(dá)到2-3微米，不久1微米精度的模具將上市。這要求超精加工。 三是多功能復(fù)合模具將進(jìn)一部發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對鋼材的性能也要求越來越高。 四是熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制作的原材料，因此熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國外發(fā)展很快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的塑料模具一半以上采用了熱流道技術(shù)，有的廠家使用率達(dá)到80%以上，效果十分明顯。熱流道模具在我國也已生產(chǎn)，有些企業(yè)使用率上升到20%-30%。 五是隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。這類模具要求剛性好，耐高壓，特別是精密模具的型腔應(yīng)淬火，澆口密封性好，模溫能準(zhǔn)確控制，所以對模具鋼的性能要求很強(qiáng)。 六是標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，且還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用在“十五”期間必將得到較大的發(fā)展。 七是快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊?，F(xiàn)在是多品種小批量的的生產(chǎn)時(shí)代，21世紀(jì)，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例將達(dá)到75%以上。由此，一方面是制品使用周期縮短，另一方面花樣變化平凡，要求模具的生產(chǎn)周期愈短愈好。因此，開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具將越來越引起人們的重視和關(guān)注。 八是隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高，同時(shí)對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來越高的要求。 九是以塑代鋼、以塑代木的進(jìn)程進(jìn)一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。同時(shí)由于機(jī)械零件的復(fù)雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。 十是模具技術(shù)含量將不斷提高，中、高檔模具比例將不斷增大，這也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整所導(dǎo)致模具市場走勢的變化。
1.4 國內(nèi)CAD/CAE/CAM發(fā)展概述
CAD/CAE/CAM發(fā)展始于改革開放后，進(jìn)入21世紀(jì)以后，由于政府的大力支持，以及大家對CAD/CAE/CAM認(rèn)識上的重視，我國自主開發(fā)的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)較快發(fā)展。例如，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和2D級進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)軟件，北京機(jī)電研究所開發(fā)的鍛模CAD/CAE/CAM軟件、北航海爾軟件I.程研究所開發(fā)的CAXA軟件、吉林汽車覆蓋件成形技術(shù)所獨(dú)立研制的商品化覆蓋件沖壓成形分析KMAS軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)己擁有不少的用少。
但是目前國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)的模具CAD軟件大多面向塑膠模具，而針對級進(jìn)模CAD軟件基本上為2D軟件，CAD/CAE/CAM軟件“2D級進(jìn)模如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)”是基于Auto CAD二維設(shè)計(jì)毛坯排樣、標(biāo)準(zhǔn)件和廢料設(shè)計(jì)、條料排樣與仿真，模具結(jié)構(gòu)與零件的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，自動(dòng)坐標(biāo)尺寸標(biāo)注，典型結(jié)構(gòu)庫管理。臺灣統(tǒng)贏信息有一限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的模具專業(yè)設(shè)計(jì)軟件PressCAD,它是運(yùn)行在Auto CAD下的冷沖模具設(shè)計(jì)及慢走絲線切割編程軟件。
然而，三維造型設(shè)計(jì)取代二維平面設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的必然趨勢。就目前來說，三維造型在可視化設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、性能分析、加工仿真等方面有著平面設(shè)計(jì)無法比擬的優(yōu)越性，是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要手段。問題在于:如何使三維造型設(shè)計(jì)變得簡單、快速，商業(yè)通用軟件無法解決這個(gè)問題。
目前國內(nèi)專業(yè)模具生產(chǎn)企業(yè)眾多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)己有超過17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠家，從業(yè)人數(shù)約50多萬。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。設(shè)計(jì)出適合于中國企業(yè)的沖壓級進(jìn)模具CAD/CAE設(shè)計(jì)路線將有效縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)沖壓模具工業(yè)的發(fā)展，提高產(chǎn)值。
2 塑件的工藝分析
2.1 分析塑件使用材料的種類及工藝特征
通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說,要考慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是透光性好,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題,以下是對幾種透光性能較好材料的性能對比，如表2-1所示。
表2-1 材料的特性
塑料名稱
PS
PC
PMMA
拉伸強(qiáng)度/MPa
51.9
66~72
——
彎曲強(qiáng)度/MPa
110
95~113
——
斷裂伸長率/%
2
80~100
——
落球沖擊強(qiáng)度J/m
16
422
——
洛氏硬度（M）
115
82
101
氧指數(shù)（OI）
18.1
24.9
17.3
熱變形溫度/℃
85
134
100
維卡軟化點(diǎn)/℃
105
153
120
馬丁耐熱溫度/℃
——
112
——
體積電阻率/·cm
10~10
2.1×10
10~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
霧度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
價(jià)格（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2-2所示。
表2-2 材料的性能和成型特性比較
塑料
品種
性 能 特 點(diǎn)
成 型 特 點(diǎn)
模具設(shè)計(jì)
注意事項(xiàng)
使用溫度
主要用途
聚苯乙烯
（非結(jié)晶型）
透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂
因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件
—30℃~80℃
裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等
有機(jī)玻璃（非結(jié)晶型）
透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質(zhì)脆易開裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑
流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高
合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫，以防分解
收縮率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等
聚碳酸酯（非結(jié)晶型）
透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯
耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，質(zhì)硬，易損模具，使用性能好
盡可能使用直接澆口，減小流動(dòng)阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度〉2?
〈130℃脆化溫度為—100℃
在機(jī)械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機(jī)電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等
該塑件材料選用聚碳酸酯，英文名稱PolyCarbonate，簡稱PC，是產(chǎn)量僅次尼龍居第二位的工程塑料.
聚碳酸酯的工業(yè)生產(chǎn)方法有光氣化法和酯交換法兩種.國內(nèi)以酯交換法為主，國外則多采用光氣化法.酯交換法只能生產(chǎn)低、中粘度樹脂，而光氣化法可制得任意分子量的產(chǎn)品。
聚碳酯具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，尤其是具有突出的沖擊強(qiáng)度，聚碳酸酯蠕變性極小，尺寸穩(wěn)定性相當(dāng)好.聚碳酸酯作為工程塑料，有相當(dāng)好的透明度，厚度為2mm的聚碳酸酯透光率約為90%。
聚碳酸酯的使用溫度在-100~130℃，熱分解溫度>310℃，可燃性規(guī)格屬自熄性。
聚碳酸酯還具有良好的電性能，是屬于E級的絕緣材料。
聚碳酸酯的還足是耐疲勞強(qiáng)度低，耐磨性較差，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。聚碳酸酯不耐堿，長期浸入沸水中易引起水解和開裂。
聚碳酸酯有良好成型加工性.可用注塑成型加工尺寸不大但較精密，能承受沖擊負(fù)荷的中小型制品；用擠塑法加工管材、棒材、板材、型材和薄膜.聚碳酸酯在室溫下具有伸展性，因此可用輥壓、沖壓和深拉伸等方法進(jìn)行冷加工.經(jīng)改性的PC還能用來生產(chǎn)擠一吹的大型中空制件。
聚碳酸酯在成型加工時(shí)，需對原料含水率嚴(yán)加控制，一般應(yīng)在0.02%以下，含水溫過高的聚碳酸酯在加工溫度下易發(fā)生水解發(fā)應(yīng)，導(dǎo)致分子鏈的斷裂。
聚碳酸酯按粘度分級，有低粘度、中粘度和高粘度.因此加工時(shí)應(yīng)有所選擇.低粘度加工流動(dòng)性性好，宜注塑成型，高粘度有高的分子量，擠塑法多采用高粘度品級。
為了提高聚碳酸酯使用性能，可在聚碳酸酯中加入玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維等增強(qiáng)材料，提高材料的抗疲勞強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彈性模量、并可改善應(yīng)力開裂性，提高熱變形溫度。
聚碳酸酯中還可以摻混聚乙烯、EEA、ABS、MBS、POM、PA、PMMA、PBT、聚四氟乙烯等聚合物改善耐磨性、耐沖擊性、耐應(yīng)力開裂性和成型加工性。
聚碳酸酯的成型收縮率在0.4-0.7%的范圍內(nèi).側(cè)澆口的厚度為制品厚度的2/3，一般不小于1.2MM，澆口長度為0.7-2.0MM.如用點(diǎn)澆口會在澆口部件產(chǎn)生一個(gè)暈斑，故宜設(shè)在不明顯區(qū)。
分析塑件的結(jié)構(gòu)工藝性
表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個(gè)等級。該塑件要求對型腔拋光，所以對粗糙度的要求比較高故選一般精度等級： 5級。
工藝性分析
為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用側(cè)澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，而澆口開設(shè)在模具的型腔處，塑件外表面因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量與美觀效果程度較小。
通?？刂屏蠝卦?50-310℃，壓力500-800KG/cm2，模溫在85-120℃之間，噴嘴部分應(yīng)有大的噴口和短的平直部分，噴嘴溫度應(yīng)于料筒前部溫度相等或略低10℃左右.為了消除制品內(nèi)應(yīng)力，可在100-130℃內(nèi)退火時(shí)間為1-2時(shí)間/1MM.干燥溫度在100-120℃之間，時(shí)間6小時(shí)以上。
3 初步確定型腔數(shù)目
3.1 初步確定型腔數(shù)目
根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此塑料產(chǎn)品在模具中的扣置方式有兩種:一種是將塑料制品的回轉(zhuǎn)軸線與模具中主流道襯套的軸線垂直；另一種是將此塑料制品的中心線與模具中主流道襯套的軸線平行。這里擬采用1模2件的結(jié)構(gòu)，因此，采用側(cè)向分模有些困難，注則機(jī)需要較大的鎖模力，并且成型的產(chǎn)品上飛邊較厚，因此采用第二種布置方案。此種布置方式對澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)都較第一種方式有利。型腔的結(jié)構(gòu)采用動(dòng)、定模對稱的結(jié)構(gòu)，易于加工制造。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)及尺寸精度要求,該塑件在注射時(shí)采用1模2腔
4 注射機(jī)的選擇
注塑機(jī)簡介
1956年制造出世界上第一臺往復(fù)螺桿式注塑機(jī),這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破，目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%；注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%。成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長最快，產(chǎn)量最多的機(jī)種之一。
注塑機(jī)的分類方式很多，目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。常用的說法有：
(1)按設(shè)備外形特征分類：臥式，立式，直角式，多工位注塑機(jī)；
(2)按加工能力分類：超小型，小型，中型，大型和超大型注塑機(jī)。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類，但日常生活中用的較少。
注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量，注射壓力，注射速度，塑化能力，鎖模力，合模裝置的基本尺寸，開合模速度，空循環(huán)時(shí)間等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)，制造，購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)。
(1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí)，注射裝置所能達(dá)到的最大注射量，反映了注塑機(jī)的加工能力。
(2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力，我們將這種壓力稱為注射壓力。
(3)注射速率；為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外，熔料還必須有一定的流動(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。
常用的注射速率如表3-4所示。
表4-4 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
(4)塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期.
(5)鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開.
(6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍.
(7)開合模速度；為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模時(shí)由慢到快在到停.
(8)空循環(huán)時(shí)間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間.
4.1 塑件體積的計(jì)算
塑件：
根據(jù)零件的三維模型，利用三維軟件直接可查詢到塑件的體積
V=48.48cm
澆注系統(tǒng)的體積：V2=14.1cm
塑件與澆注系統(tǒng)的總體積為V=48.48*2+14.1=111.06cm
4.2計(jì)算塑件的質(zhì)量
查手冊取密度ρ=1.2g/cm
塑件體積：V=48.48cm
塑件質(zhì)量：根據(jù)有關(guān)手冊查得：ρ=1.2g/cm
所以，塑件的重量為：
M=V×ρ=48.48cm×1.2= 58.18g
4.3按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目
根據(jù) （4-1）
得 (4-2)
注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8;
注射機(jī)最大注射量，cmз或g;
澆注系統(tǒng)凝料量，cmз或g；
單個(gè)塑件體積或質(zhì)量，cmз或g；
4.3計(jì)算澆注系統(tǒng)的體積，其初步設(shè)定方案如下
（詳見三維）
圖4.1 澆注系統(tǒng)示意圖
根據(jù)三維模型，利用三維軟件直接可查詢到澆注系統(tǒng)的體積V2=14.1cm
4.4 注射劑的選擇
4.4.1由公稱注射量選定注射機(jī)
由注射量選定注射機(jī).材料密度ρ=1.2g/cm
總體積V=101.32cm；
總質(zhì)量M=121.584g；
查國產(chǎn)注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表取SZ-160/1000,主要技術(shù)參數(shù)如下。
表3-5 國產(chǎn)注射機(jī)SZ-160/1000技術(shù)參數(shù)表
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
結(jié)構(gòu)類型
臥
拉桿內(nèi)間距(mm)
360×260
理論注射容積（cm）
179
移模行程(mm)
280
螺桿(柱塞)直徑(mm)
44
最大模具厚度(mm)
360
注射壓(MP)
132
最小模具厚度(mm)
170
注射速率(g/s)
110
鎖模形式(mm)
液壓
塑化能力(g/s)
10.5
模具定位孔直徑(mm)
120
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
10~150
噴嘴球半徑(mm)
10
鎖模力(KN)
1000
噴嘴口直徑
4.0
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：澆口位置應(yīng)盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時(shí)澆口的清理；澆口位置距型腔各個(gè)部位的距離應(yīng)盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應(yīng)保證塑料流入型腔時(shí)，對著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時(shí)直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產(chǎn)生熔接痕,或使其熔接痕產(chǎn)生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應(yīng)使塑料在流入型腔時(shí),能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
5.1主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具處到分流道為止 塑料熔體 流動(dòng)通道
根據(jù)選用的注射機(jī)的相關(guān)尺寸得
噴嘴前端孔徑：d0=4.0mm；
噴嘴前端球面半徑：R0=10mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系
取主流道球面半徑：R=11mm；
取主流道小端直徑：d=4.5mm
為了便于將凝料從主流道中取出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，起斜度為，此處選用2°，經(jīng)換算得主流道大端直徑為7.75MM。
圖5.1 主流道示意圖
5.2 分流道設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表4-1所示。
表5-2流道斷面尺寸推薦值
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
塑料名稱
分流道斷面直徑 mm
ABS，AS
聚乙烯
尼龍類
聚甲醛
丙烯酸
抗沖擊丙烯酸
醋酸纖維素
聚丙烯
異質(zhì)同晶體
4.8~9.5
1.6~9.5
1.6~9.5
3.5~10
8~10
8~12.5
5~10
5~10
8~10
聚苯乙烯
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
熱塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
離子聚合物
聚苯硫醚
3.5~10
3.5~10
6.5~16
6.5~8.0
3.5~8.0
6.5~10
6.5~10
2.4~10
6.5~13
分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為8mm。
圖5.2 分流道分布示意圖
5.3 分型面的選擇設(shè)計(jì)原則
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)特性及塑料的脫模。
分型面的設(shè)計(jì)原則
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、形狀以及摧出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析。
選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則：
分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處
確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模
保證塑件的精度
滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
便于模具制造加工
注意對在型面積的影響
對排氣效果
對側(cè)抽芯的影響
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可能全部滿足上述原則，一般應(yīng)抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。
其分型面如圖5.3
圖5.3 分型面示意圖
澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性:
①形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
②試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；
③能相對獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；
④對于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。
澆口設(shè)計(jì)如圖5.3
圖5.4 澆口示意圖
6 確定主要零件結(jié)構(gòu)尺寸選模架、成型零部件的設(shè)計(jì)
6.1 型腔、型芯工作尺寸計(jì)算
PC塑料的收縮率是0.4%--0.7%
平均收縮率: =（0.4%--0.7%）/2=0.55%
型腔內(nèi)徑： =251.38mm
型腔深度： =14.08mm
型芯外徑： =247.35mm
型芯深度： =12.07mm
型腔徑向尺寸（mm ）;
- 塑件外形基本尺寸（mm）;
-塑件平均收縮率；
-塑件公差
-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6；
-塑件內(nèi)形基本尺寸（ mm）;
-型芯徑向尺寸（mm）;
-型腔深度（mm）；
-塑件高度（mm）
-型芯高度（mm）；
-塑件孔深基本尺寸（mm）；
6.2 型腔壁厚和底版厚度計(jì)算
在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料本身的許用應(yīng)力[]時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。與此同時(shí)，若剛度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)確定。
根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計(jì)，按強(qiáng)度校核；小型模具按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，按剛度校核原則：模具結(jié)構(gòu)形式如圖4-4所示：
側(cè)壁厚度計(jì)算公式：
S≧()
=()
=20.91 mm
式中 C—與型腔深度對型腔側(cè)壁長邊邊長之比h/L有關(guān)的系數(shù)；查表C=1；圖4-4 模具結(jié)構(gòu)形式
——型腔壓力，取30MP； ——型腔深度，=40；
E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10；
[]——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04;
底板厚度計(jì)算公式：
≧（） （4-4）
=（）=46.02 mm
——由底板短邊與長邊邊長之比決定的系數(shù)；查表=0.026；
——型腔壓力，取30MP；
——底版短邊長度(mm)，=180；E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10；
[]——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04;
6.3 模架的選擇
注塑模模架國家標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術(shù)條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)采用龍記標(biāo)準(zhǔn)模架，型號為：CI3545A70B90。
圖6.3.1 模架模型圖
7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：1）定位作用；2）導(dǎo)向作用；3）承受一定的側(cè)向壓力
7.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
7.1.1 長度
導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長度應(yīng)比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免出現(xiàn)導(dǎo)柱末導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔的情況。
7.1.2 形狀
導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺形，以使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔。
7.1.3 材料
導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面和堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用20鋼（經(jīng)表面滲碳淬火處理），硬度為50—55HRC。
7.2 導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.2.1 材料
用與導(dǎo)柱相同的材料制造導(dǎo)套，其硬度應(yīng)略低與導(dǎo)柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導(dǎo)柱或?qū)桌?
7.2.2 形狀
為使導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)套的前端應(yīng)倒圓角。導(dǎo)向孔作成通孔，以利于排出孔內(nèi)的空氣。
7.3 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn)， 模具型腔在定模部分，型心在動(dòng)模部分。其推出機(jī)構(gòu)可采用推桿推出機(jī)構(gòu)、推件板推出機(jī)構(gòu)。由于分型面有臺階，為了便于加工，我們采用推板推出機(jī)構(gòu)，推出平穩(wěn)可靠，并且推出時(shí)不會在塑件上留下頂出痕跡，塑件底部裝配后使用時(shí)不影響外觀，既達(dá)到了推出塑件的目的，又保持了塑件外觀。結(jié)合制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具型腔的結(jié)構(gòu)采用了鑲嵌式型腔板，這種結(jié)構(gòu)工作過程中精度高，并且在此模具中容易加工得到。
7.3.1 推件力的計(jì)算
對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計(jì)算，并確定其脫模力（Q）：
(7-1)
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力，一般取
；
--磨擦系數(shù)，一般取；
--脫模斜度；
L=592.84MM
H=12.07MM
Q=592.84MM*12.07MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)*2
=1431.16 (N)
8 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻水回路布置的基本原則： a) 冷卻水道應(yīng)盡量多，b) 截面尺寸應(yīng)盡量大； c) 冷卻水道離模具型腔表面的距離應(yīng)適當(dāng)； d) 適當(dāng)布置水道的出入口； e) 冷卻水道應(yīng)暢通無阻； f) 冷卻水道的布置應(yīng)避開塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位； 由以上原則我們可以確定冷卻水道的布置情況，以及冷卻水道的截面積
澆注系統(tǒng)中的分流道布置如圖所示，采用非平衡式布置，從主流道末端到每個(gè)澆口的距離不相等，但是分流道的截面形狀和尺寸大小完全相同，這樣的設(shè)計(jì)可以使進(jìn)人每—型腔的流程最短，減少了熱量散失，縮小了模具的體積，對于該小型什的注射成型來說，并不影響制品的使用性能。分流道的橫截面形狀為梯形，澆口的類型采用側(cè)澆口。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于成型小型件的1模多腔模具來說是十分重要的。如果冷卻不好或冷卻不均勻，必然導(dǎo)致收縮不均勻，特別是非平衡式分流道的結(jié)構(gòu)。放為了使冷卻效果好，在模具的定模型腔板和動(dòng)模利腔板內(nèi)開沒了如圖所示的水道，橫向穿過這兩塊模板，這樣使塑件各處的冷卻均勻，模具的模溫均勻
本塑件在注射成型機(jī)時(shí)不要求有太高的模溫因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設(shè)計(jì)算計(jì)。
設(shè)定模具平均工作溫度為，用常溫的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為。
8.1 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量
查表8-1根據(jù) PC的單位流量設(shè)計(jì)冷卻水道直徑為8mm。
圖8-1冷卻系統(tǒng)
9 模具排氣槽的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料熔體充填型腔時(shí)，必須順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的氣體。如果氣體不能被順利排出，塑料會由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產(chǎn)生高溫，使塑料焦化。特別是對大型塑件、容器類和精密塑件，排氣槽將對它們的品質(zhì)帶來很大的影響，對于在高速成行中排氣槽的作用更為重要。我們的塑件并不是很大，而且不屬于深型腔類零件，因此本方案設(shè)計(jì)在分型面之間、推桿預(yù)模板之間及活動(dòng)型芯與模板之間的配合間隙進(jìn)行排氣，間隙值取0.04㎜。
10 校核
10.1 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
1）鎖模力與注射壓力的校核
(10-1)
--注射時(shí)型腔壓力 查參考文獻(xiàn)得 30MPa
--塑件在分型面上的投影面積（）
--澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（）
--注射機(jī)額定鎖模力，按注射機(jī)額定鎖模力為1000
10.2 模具厚度H與注射機(jī)閉和高度
注射機(jī)開模行程應(yīng)大于模具開模時(shí)，取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距離
即滿足下式
(10-5)
式中 --注射機(jī)最大開模行程，mm；
--推出距離（脫模聚居），mm；
--包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，mm；
Sk=55mm+109.26=164.26mm
SK≤S=600MM 條件成立
11.3 模具工作原理
開模時(shí)，定模板與動(dòng)模從分型面處分開，動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)，Z形拉料桿拉住澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑料制品一起向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主流道中的凝料完全拉出一段距離后， 注射機(jī)的頂桿作用在推板上，使得澆注系統(tǒng)中的的冷凝料和制件在Z形拉料桿和推桿的作用下一起推出，完成脫模過程。合模時(shí)，注射機(jī)頂桿復(fù)位，推桿固定板在復(fù)位桿的作用下，回到初始狀態(tài)，動(dòng)、定模完全閉合。回到成型位置，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
結(jié)論
感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。
感謝同學(xué)們對我的幫助和指點(diǎn)，他們的幫助和提供的資料信息，對于我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是功不可沒的。從開始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的老師、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！
參考文獻(xiàn)
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