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關(guān)于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
摘要：在熱塑性注塑模設(shè)計(jì)中，配件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進(jìn)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(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的方法?；趲缀畏治?，使用形冷卻概念來(lái)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(lái)分析強(qiáng)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(biāo)函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個(gè)對(duì)抗性的因素是如何調(diào)解以達(dá)到最佳的狀態(tài)。預(yù)期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關(guān)鍵詞：逆問(wèn)題 熱傳遞 注射模 冷卻設(shè)計(jì)
1 簡(jiǎn)介
在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個(gè)過(guò)程包括四項(xiàng)基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個(gè)過(guò)程的70%的時(shí)間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時(shí)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(shè)計(jì)主要基于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗(yàn)理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須制定為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)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(gè)非線性問(wèn)題。然而，像熱導(dǎo)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(jié)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(rèn)為是常數(shù)。
溫度場(chǎng)的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個(gè)演化過(guò)程可以分成兩個(gè)部分：一個(gè)循環(huán)部分和一個(gè)平均瞬時(shí)的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因?yàn)闊釢B透的深度對(duì)溫度場(chǎng)的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡(jiǎn)化了微積分學(xué)，但平均波動(dòng)范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動(dòng)范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項(xiàng)研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時(shí)間的分析。
應(yīng)該注意的是，在實(shí)際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)作為工具設(shè)計(jì)的最后一步。不過(guò)冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計(jì)應(yīng)該是工具設(shè)計(jì)的第一階段之一。
1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化
在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。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(shí)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(shí)間。林總結(jié)了模具設(shè)計(jì)在3個(gè)事實(shí)方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來(lái)就可注射和減小周期時(shí)間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時(shí)間和周期時(shí)間的折衷。實(shí)際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，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(huì)導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)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(gè)是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)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(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對(duì)冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個(gè)個(gè)單元并對(duì)每個(gè)冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。
1.3 計(jì)算法則
方案的計(jì)算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過(guò)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(jì)算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問(wèn)題是網(wǎng)格劃分所花費(fèi)的計(jì)算解決方案的時(shí)間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問(wèn)題的結(jié)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(wèn)題。
為了計(jì)算能最小化目標(biāo)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(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實(shí)現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時(shí)的因?yàn)樗挠?jì)算范圍很廣。在實(shí)際操作中，模具設(shè)計(jì)的時(shí)間必須最小化，于是一個(gè)可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標(biāo)
本文所描述的方法應(yīng)用于一個(gè)T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過(guò)，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(gè)表面分別介紹了零件的侵蝕和擴(kuò)張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導(dǎo)熱問(wèn)題是第三類在無(wú)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(duì)于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對(duì)應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標(biāo)函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因?yàn)樽畹屠鋮s時(shí)間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時(shí)間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對(duì)湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來(lái), 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(shí)期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時(shí)期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時(shí)期運(yùn)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(gè)步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當(dāng)ΔTfref→∞時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)會(huì)減少到第一時(shí)期。相反, 當(dāng)ΔTfref→0第二個(gè)時(shí)期的比重會(huì)增加。
3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果
數(shù)值計(jì)算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來(lái)的，他們認(rèn)為T(mén)形零件的最佳冷卻是通過(guò)7個(gè)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(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動(dòng)速率Q= 364cm3 / s每個(gè)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(kuò)張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時(shí)間比較得來(lái)的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時(shí)針?lè)较蚶L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(jì)算出來(lái)的最佳冷卻配置計(jì)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(biāo)函數(shù)下計(jì)算得到的，這里忽略了第二時(shí)期。結(jié)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(duì)應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點(diǎn)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(duì)于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)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(gè)階段使得零件的表面溫度均勻。實(shí)際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個(gè)Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點(diǎn)之外。然而對(duì)于ΔT的值,侵蝕時(shí)的溫度是不被接受的，因?yàn)槠骄鶜鉁剡^(guò)高(340K相對(duì)于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對(duì)解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時(shí)提取需要的所有熱通量,來(lái)獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會(huì)成為對(duì)抗性的問(wèn)題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時(shí)零件的溫度比ΔT = 10 K時(shí)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(jié)論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來(lái)獲得零件的均勻溫度場(chǎng)，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時(shí)間。與參考文獻(xiàn)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(duì)于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)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(xiàn)
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[8] X. Xu, E. Sachs, S. Allen. The design of conformal cooling channels in injection molding tooling. Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001.
第 25 頁(yè) 共 25 頁(yè)
目錄
畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分表……………………………………3
畢業(yè)設(shè)計(jì)階段性檢查表……………………………5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯問(wèn)題原始記錄……………6
任務(wù)書(shū)………………………………………………8
正文…………………………………………………9
1.塑料制品的工藝性分析…………………………10
2.成型設(shè)備選擇與模塑工藝規(guī)程的編制…………12
3.注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………13
4.成型零件尺寸計(jì)算………………………………15
5.注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核：………………………17
7.裝配圖……………………………………………22
8.主要模具零件加工工藝………………………… 23
9.參考文獻(xiàn)…………………………………………26
陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分表
工 程 系
機(jī)電工程系
班 級(jí)
模具3072
專 業(yè)
模具設(shè)計(jì)與制造
學(xué)生姓名
潘海娟
學(xué)生學(xué)號(hào)
12307210
指導(dǎo)教師
吳治明
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
電 視 機(jī) 旋 鈕
項(xiàng) 目
參考標(biāo)準(zhǔn)分
實(shí) 得 分
（一）課題評(píng)定成績(jī)（0.6）
1.設(shè)計(jì)過(guò)程考評(píng)成 績(jī)
設(shè)計(jì)過(guò)程中的獨(dú)立性
10分
工作態(tài)度及出勤情況
5分
按時(shí)完成任務(wù)情況
5分
2.設(shè)計(jì)質(zhì)量考評(píng)成 績(jī)
題目的難易程度，設(shè)計(jì)方案的合理性
15分
設(shè)計(jì)過(guò)程中分析、解決問(wèn)題能力的表現(xiàn)
15分
掌握基礎(chǔ)理論的情況
10分
資料收集、文獻(xiàn)閱讀情況
10分
設(shè)計(jì)圖紙、說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量、規(guī)范程度
20分
設(shè)計(jì)的創(chuàng)新意識(shí)及應(yīng)用價(jià)值
10分
（二）答 辯 成 績(jī)（0.4）
1.個(gè)人對(duì)課題工作的總體介紹情況
40分
2.回答基本問(wèn)題的正確程度
40分
3.回答較復(fù)雜問(wèn)題的正確程度
20分
總評(píng)成績(jī)
課題評(píng)定成績(jī)×0.6＋答辯成績(jī)×0.4＝ 分
成績(jī)等級(jí)
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
答辯小組意見(jiàn)
答辯組組長(zhǎng)簽章：
二〇〇 年 月 日
學(xué)院畢業(yè)
考核委員會(huì)意見(jiàn)
學(xué)院畢業(yè)考核委員會(huì)主任簽章：
二〇〇 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)階段性檢查表
專 業(yè)
模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí)
模具3072
姓 名
潘海娟
學(xué) 號(hào)
10
設(shè)計(jì)課題
電 視 機(jī) 旋 鈕
起止日期
檢 查 內(nèi) 容
完成情況
指導(dǎo)建議
設(shè)計(jì)態(tài)度
備 注
1
模具類型及結(jié)構(gòu)的確定
2
模具結(jié)構(gòu)草圖的繪制
3
繪制模具非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖
4
編制典型零件的制造工藝
5
編制塑件的模塑成型工藝
指導(dǎo)教師
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯問(wèn)題原始記錄
設(shè)計(jì)圖存在問(wèn)題
問(wèn)題
1
題目記錄
回答記錄
問(wèn)題
2
問(wèn)題
3
問(wèn)題
4
問(wèn)題
5
問(wèn)題
6
問(wèn)題
7
問(wèn)題
8
問(wèn)題
9
問(wèn)題
10
其他
陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
模具設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
班級(jí)學(xué)號(hào)
模具307210
學(xué)生姓名
潘海娟
指導(dǎo)教師
吳治明
設(shè)計(jì)題目
電 視 機(jī) 旋 鈕
任務(wù)書(shū)下達(dá)日期
2009 年 9 月 21 日 指導(dǎo)教師(簽字)_________
設(shè)計(jì)
原始
參數(shù)
1.塑件圖：見(jiàn)附件
2.材料：ABS
3.批量：100萬(wàn)件
4.塑件精度：5級(jí)精度
設(shè)計(jì)
工作
內(nèi)容
1.編制模塑成型工藝規(guī)程（即填寫(xiě)“塑件成型工藝卡”）
2.繪制塑件注射?？傃b圖
3.繪制該模具零件圖一套
4.編制該模具凸模、凹模制造工藝規(guī)程
5.編寫(xiě)完善模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（按A4打印紙裝訂）
6.所有資料按要求裝訂后以文件袋形式上交輔導(dǎo)教師，并交電子稿在http://md.gfxy.com畢業(yè)設(shè)計(jì)欄目中。
一.塑料制品的工藝性分析
1. 塑件的分析：
①、ABS是丙烯、丁二烯和苯乙烯三種單體聚合而成的非結(jié)晶型的高聚物，屬于熱塑性工程塑料。
②、ABS塑料在一定溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強(qiáng)度和表面硬度及耐磨性；其熱變形溫度為100℃左右；具有一丁的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能；還能與其他塑料和橡膠混溶等特性；其制品尺寸穩(wěn)定性好，表面光澤，可以拋光和電鍍；ABS塑料耐熱性并不高，耐低溫性和耐紫外線性能也不好。
③、ABS塑料成型性較好。其流動(dòng)性也較好，成型收縮性?。籄BS塑料比熱容較低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也較快，模塑周期短。但ABS吸水性大，成型前必須充分干燥，表面要求光澤的制品應(yīng)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的干燥。ABS塑料可采用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。
2、塑件尺寸精度分析
此塑件上均未標(biāo)注公差精度要求，所以所有尺寸均為自由尺寸，查《塑料模塑成型技術(shù)》表3-9 “常用材料分類和公差等級(jí)選用”，未注公差等級(jí)選MT5級(jí)精度，屬于中等精度等級(jí)然后按表3-10“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)模塑件尺寸公差數(shù)值表”，查得未注尺寸公差的公差，標(biāo)注如下﹙單位：㎜﹚
①、塑件外形尺寸： 、 、 、 、 、、、、；
②、塑件內(nèi)形尺寸: 、 、；
3 塑件表面質(zhì)量分析
該塑件是電視機(jī)旋鈕表面要求光亮無(wú)劃傷痕跡。
4 塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析
①、此塑件為圓柱回轉(zhuǎn)體類零件，高度為31 ㎜，各段厚度不一，總體尺寸為20㎜，尺寸較??；
②、塑件有一長(zhǎng)度為12mm的桿狀部分，成型此桿狀部分采用鑲件結(jié)構(gòu)，塑件有圓周內(nèi)凹槽，且要求成型后表面光滑；所以必須使用兩側(cè)的側(cè)滑塊分型機(jī)構(gòu)，使用斜導(dǎo)板起開(kāi)合模的導(dǎo)向作用。 塑件表面有一個(gè)的圓形凹槽，成型此部分采用成型推桿成型。
二、成型設(shè)備選擇與模塑工藝規(guī)程的編制
1、 計(jì)算塑件體積、重量
①、 計(jì)算體積:
通過(guò)使用Pro/e軟件繪制旋紐零件圖，查得塑件體積：V =5.33㎝
② 、估算質(zhì)量：
查表5-1“某些熱塑性塑料的密度及壓縮比”，知ABS的密度=1.0～1.1g/㎝,取=1.05 g/㎝
塑件質(zhì)量m=v=5.33×1.05=5.59g
③、估算澆注系統(tǒng)塑料質(zhì)量：
查《中國(guó)模具工程大典》知，澆注系統(tǒng)的質(zhì)量取塑件質(zhì)量的20%～100%，所以總質(zhì)量 M =4.35*m =24.32g
初選注射機(jī)：XS-ZY-60；
初定型腔數(shù)：一模四腔；
注射機(jī)XS-ZY-60的主要技術(shù)參數(shù)：
螺桿直徑
38mm
額定注射量
60㎝
注射壓力
122Mpa
鎖模力
500KN
最大注射面積
130㎝
最大開(kāi)合模行程
180mm
拉桿空間
280mm×250mm
最大模具厚度
200mm
最小模具厚度
70mm
噴嘴球頭半徑
噴嘴孔直徑
12㎜
結(jié)論: 可用注射成型
三. 注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 、分型面的選擇
分型面的選擇應(yīng)遵循以下原則： ①、分型面應(yīng)便于塑件的脫模； ②、分型面選擇應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯； ③、分型面選擇應(yīng)保證塑件的外觀質(zhì)量； ④、分型面選擇應(yīng)有利于防止溢料； ⑤、分型面選擇應(yīng)有利于排氣； ⑥、分型面選擇應(yīng)盡量使成型零件便于加工； ⑦、分型面選擇必須考慮注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)； “一般，分型面選在塑件的最大截面處”
綜上所述，該塑件的分型面取在塑件的最大截面A—A 。
2、 澆注系統(tǒng)
對(duì)澆注系統(tǒng)的要求是：將熔體平穩(wěn)的引入型腔，使之按要求填充型腔；使型腔內(nèi)的氣體順利排出；在熔體填充型腔和凝固過(guò)程中，能充分地把壓力傳到型腔各部位，以獲得組織致密、外形清晰、尺寸穩(wěn)定的塑料制品。
﹙1﹚、主流道： 主流道橫截面形狀通常采用圓形。為了便于流道凝料的脫出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐度2°～6°，內(nèi)壁粗糙度小于0.4，小端直徑D一般取3-6㎜，且大于注射機(jī)噴嘴直徑d約0.5-1㎜；主流道的長(zhǎng)度由定模座板和定模板厚度確定，一般L不超過(guò)60㎜，主流道大端與分流道相接處應(yīng)有過(guò)渡圓角﹙通常取1-3㎜﹚以減小料流轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力。
由于主流道需要與高溫塑件和噴嘴頻繁接觸，所以要設(shè)置澆口套。查《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》，選澆口套Ⅰ型，小端直徑㎜，長(zhǎng)度L為30㎜。澆口套直接裝配到定模座板上，方便且安裝簡(jiǎn)單。如圖所示：
﹙2﹚、分流道：
分流道是介于主流道和澆口之間的一段流道。它是熔體由主流道流入型腔的過(guò)渡段通道，也是使?jié)沧⑾到y(tǒng)的截面變化和熔體流動(dòng)轉(zhuǎn)向的過(guò)渡通道。
分流道截面形狀和尺寸：ⅰ、分流道截面為梯形截面，其加工容易，且熱量散失和流動(dòng)阻力也不大； 所以，選梯形截面。
查《塑料模塑成型技術(shù)》表5-5“常用分流道橫截面及其尺寸”，如圖： 圓角半徑R=1.5㎜ 分流道長(zhǎng)度L=50㎜
高度h=3.5㎜ 梯形長(zhǎng)邊長(zhǎng)度X=5㎜
﹙3﹚、澆口：
①、 澆口的基本作用：使從分流道來(lái)的熔體產(chǎn)生加速，以快速充滿型腔 ；防止熔料倒流；便于澆口凝料與制品分離。
②、 澆口選用：
點(diǎn)澆口：其優(yōu)點(diǎn)是去除澆口后 ，制品上留下的 痕跡不明顯，但壓力損失較大，制品收縮大，而且模具應(yīng)設(shè)計(jì)成雙分型面模具，以便脫出流道凝料，造成模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖為點(diǎn)澆口：
該制品選用點(diǎn)澆口。塑件表面質(zhì)量有較高要求，去除澆口后 ，制品上留下的 痕跡不明顯。但是，模具應(yīng)設(shè)計(jì)成雙分型面模具，以便脫出流道凝料，造成模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
圖為點(diǎn)澆口尺寸：
﹙4﹚、冷料穴與拉料桿：
梯形拉料桿為標(biāo)準(zhǔn)件，易于選取，且使用效果較好。其頭部有一定空間。能貯存凝料，充當(dāng)冷料穴。如圖：
3、 型腔設(shè)計(jì)：
﹙1﹚、型腔設(shè)計(jì)：型腔是成型塑料制品外形的主要零件?？煞譃檎w式和組合式兩類。
組合式凹模改善了加工性，減少了熱處理變形，有利于排氣，便于模具的維修，節(jié)約了模具鋼，但裝配調(diào)整較麻煩，主要用于形狀復(fù)雜的塑料制品的成型。
該制品外型有圓周內(nèi)凹槽，且要求成型后表面光滑；所以必須使用兩側(cè)的側(cè)滑塊分型機(jī)構(gòu)，型腔需要做成兩側(cè)滑塊，采用組合式。
4、側(cè)向分型：
因?yàn)樗芗袌A周內(nèi)凹槽，所以必須使用兩側(cè)的側(cè)滑塊分型機(jī)構(gòu)，且塑件倒裝需要使用延時(shí)側(cè)抽。使用斜導(dǎo)板起開(kāi)合模的導(dǎo)向作用。使用楔緊塊，在合模時(shí)對(duì)模具起鎖緊的作用。
5、推件方式：
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：ⅰ、盡量使塑料制品留在動(dòng)模上
ⅱ、保證制品不變形不損壞
ⅲ、保證制品外觀良好 ⅳ、結(jié)構(gòu)可靠
該塑件要求“表面光亮且無(wú)劃傷痕跡”，且該零件底面上有一個(gè)的圓形淺凹槽，可以直接使用推桿成型。綜合以上結(jié)論，選推桿推出。
復(fù)位零件：
采用復(fù)位桿復(fù)位，使已完成推出制品任務(wù)的推桿回到注射成型狀態(tài)的位置。
6、冷卻與加熱系統(tǒng)：由于ABS塑料成型時(shí)要求模溫在50-80℃，生產(chǎn)批量為100萬(wàn)件，但體積很小，故模具可不考慮設(shè)置加熱冷卻系統(tǒng)。
7、標(biāo)準(zhǔn)模架的選用：該塑件最大尺寸為20㎜，采用點(diǎn)澆口，其生產(chǎn)批量為100萬(wàn)件，采用一模四腔，則其模具對(duì)稱，便于布置，型采腔用鑲拼式，尺寸不大，但為滿足模板的強(qiáng)度、剛度以及型腔布局的需要，選150㎜×200㎜的標(biāo)準(zhǔn)模架，其閉合厚度為195㎜，該模具的最大尺寸為200㎜×200㎜；注射機(jī)XS-ZY-60的拉桿空間為280㎜×250㎜，最大模具厚度200mm，所選模架能放進(jìn)去。所以可使用初選的注射機(jī)XS-ZY-60，其能滿足生產(chǎn)要求。
四、 成型零件尺寸計(jì)算
1、 型芯、型腔計(jì)算: 該塑件材料為ABS，查的該塑料的收縮率為0.4﹪～0.7﹪，取0.55﹪。模具制造公差取
1、 ①、型腔徑向尺寸：由前面可知塑件尺寸及公差。按下式計(jì)算：
=(+×%-)
= 、、 、 ；
則=﹙6+6×0.55%-×0.24﹚=5.85
=4.34 =14.79
=16.65 =19.68
②、型腔深度尺寸：=﹙+%-﹚
=、、
則 =﹙12+12×0.55%-×0.34﹚=11.83
=1.87 =10.83
⑵、①、型芯徑向尺寸：按下式計(jì)算：
=﹙+%+﹚
= 、
則 =﹙8+8×0.55%+×0.24﹚=8.22
=﹙2.5+2.5×0.55%+×0.2﹚=2.67
五、注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核：
1、 注射量的校核：由前面知，塑件和澆注系統(tǒng)質(zhì)量都為35g，則每次注射所需注射量為：4×5.59g=25g
注射機(jī)的最大注射量以最大注射容積標(biāo)定時(shí)，按下式校核：
≥V= （5-1）
式中-注射機(jī)最大注射容積﹙﹚ -一個(gè)制品的體積﹙﹚
V-制品總體積（包括制品、流道凝料在內(nèi)）﹙﹚ n-型腔數(shù)
-流道凝料體積﹙﹚ K-注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，取K=0.8
由前面計(jì)算知，塑件與澆注系統(tǒng)凝料的體積相等，則每次注射所需塑料體積為： V= V +V=4*5.33 cm+2050mm=23.37﹙﹚
注射機(jī)最大注射量60×0.8=48＞23.37 故能滿足要求。
2、 鎖模力與注射壓力的校核：
①、 注射壓力校核：
即≥P (5-6)
式中 -注射機(jī)的最大注射壓力（MPa）
P-塑料制品成型所需的注射壓力（MPa）
由于所選注射機(jī)為XS-ZY-60，其注射壓力為122 MPa，即為122MPa。查《塑料模塑成型技術(shù)》附表4“常用熱塑性塑料注射成型的工藝參數(shù)”，P為60～100 MPa，滿足上式要求。
②、 鎖模力的校核：
需滿足 ≥F= (5-7)
式中-注射機(jī)的最大鎖模力 -模內(nèi)平均壓力，見(jiàn)表5-2
-制品、流道、澆口在分型面上的投影面積之和
由前可知，注射機(jī)XS-ZY-60的最大鎖模力為500KN，為34.4 MPa，經(jīng)計(jì)算得為865.4
=++=+100×5 +
=865.4
=34.3×865.4=30KN＜50KN 滿足上式要求。
3、 模具厚度的校核：
≤H≤ （5-11）
式中H-模具閉合厚度（=193㎜） -注射機(jī)允許模具最小厚度（=70㎜） -注射機(jī)允許模具最大厚度（=200㎜）
滿足上式要求。
4、注射機(jī)噴嘴與模具主流道襯套關(guān)系：
R=r+(1～2)㎜ D=d+(0.5～1)㎜
式中d-注射機(jī)噴嘴前端孔徑（=4㎜） D-模具主流道襯套的小端直徑（=5㎜） r-注射機(jī)噴嘴球面半徑（=12㎜）
R-模具主流道襯套的球面半徑（=13㎜）
滿足上式要求。
5、 開(kāi)模行程的校核：
由于注射機(jī)XS-ZY-1000最大開(kāi)模行程與模具厚度無(wú)關(guān)，所以按下式校核：
S≥++﹙5～10﹚㎜ ﹙5-12﹚
式中S-注射機(jī)最大開(kāi)模行程(移動(dòng)模板行程)（=180㎜）
-制品的推出距離（=15㎜） -制品的總高度（=31㎜）
滿足上式要求。
6、 流程比的校核：
熔體流程長(zhǎng)度與厚度之比即為流程比?？砂聪率接?jì)算：
流程比= （5-18）
所以=（+++++++）×2=70，而ABS的流程比介于聚乙烯和聚丙烯之間，取210～235。所求值小于ABS的流程比，滿足要求。
7、 型腔側(cè)壁和底板厚度的校核：
1、 型腔側(cè)壁計(jì)算：由于其型腔為組合式型腔，型腔側(cè)壁厚度為；
t=r×(-1) （4-27）
式中 -型腔長(zhǎng)邊長(zhǎng)度（=200MPa）
P-型腔內(nèi)熔體壓力（=34.3MPa）
代入上式得t=3.5㎜：故該模具型腔壁厚可?。?.5㎜。
﹙2﹚、底板厚度計(jì)算:該模具采用兩墊塊支撐，按剛度計(jì)算的底板厚度如下：
h= ﹙4-46﹚
L-支架間距﹙=94㎜﹚ -底板總長(zhǎng)﹙=200㎜﹚
-底板上承受成型壓力部分的長(zhǎng)度﹙=115㎜﹚
E-型腔材料彈性模量（=2.1× MPa）
-型腔彈性變形增長(zhǎng)值，見(jiàn)表4-6﹙=0.05㎜﹚
P-型腔內(nèi)熔體壓力（=34.3MPa）
代入上式得h=28.5㎜.
L計(jì)算出的底板厚度h為 28.5mm，在結(jié)構(gòu)許可情況下，為使底板強(qiáng)度滿足可以增加一點(diǎn)底板厚度。所以，將底板厚度h定為32mm。
五、 模具裝配圖：
該模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且采用一模四腔，屬于多分型面模具。
其主要地方在于側(cè)滑塊和型腔的加工，須嚴(yán)格保證其加工，以滿足生產(chǎn)需要。
模具整體尺寸較小，但局部采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，裝配時(shí)需保證
其安裝精度，以保證制品質(zhì)量。其各個(gè)零件圖詳見(jiàn)塑模裝配圖。
模具開(kāi)模動(dòng)作說(shuō)明：
開(kāi)模時(shí)，由于拉鉤27拉著滑塊30，以至使模具首先由定模座板3和鑲塊固定板4分開(kāi)，使?jié)部谀夏苋〕?。然后，?dāng)動(dòng)模開(kāi)行到壓塊29將滑塊30打入使拉鉤與滑塊脫離，且壓板29又將滑板30拉住，使鑲塊固定板4固定在那不再向下運(yùn)動(dòng)；然后模具繼續(xù)分型，由側(cè)導(dǎo)板2導(dǎo)向（延時(shí)側(cè)抽），先是將塑件從上型腔中抽出，再進(jìn)行側(cè)向分型；側(cè)向分型完成以后，最后由成型推桿將塑件推出。
六、 主要模具零件加工工藝：
1、型腔鑲件的加工工藝過(guò)程：
材料：CrWMn 熱處理：淬火，回火 HRC54～58
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
按尺寸35㎜×25㎜的圓棒料切斷
鋸床
2
車(chē)端面
車(chē)端面保證長(zhǎng)度22.5㎜，鉆中心孔；
調(diào)頭車(chē)端面保證長(zhǎng)度20.3㎜，鉆中心孔，留磨余量0.3㎜。
臥式車(chē)床
3
車(chē)外圓
車(chē)長(zhǎng)度為17的外圓至22.2㎜，且保證其臺(tái)肩高度尺寸為3.1㎜；
臥式車(chē)床
4
銑
銑高度為3mm，外型尺寸為28mm×22mm，到尺寸
加工中心
5
平磨
磨臺(tái)肩尺寸保證3㎜；
調(diào)頭磨保證長(zhǎng)度尺寸為20㎜，留0.05㎜研磨量；
磨22㎜的圓至尺寸。
平面磨床
6
鉗工
鉆錐形孔5.6mm錐度36深7mm；
和鉆1mm深1mm的孔，至尺寸。
7
熱處理
按熱處理工藝進(jìn)行，淬火、回火，硬度HRC54～58
8
電火花
加工深度為11.83的孔，至公差要求。
電火花成型機(jī)
9
研磨
研磨所有孔內(nèi)面至尺寸
10
檢驗(yàn)
2、測(cè)滑板的加工工藝過(guò)程：
材料：Cr12 熱處理：淬火 54～58HRC
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
備料
鍛造毛坯130mm×80mm×25mm
2
銑床
銑上下平面保證高度尺寸23.4mm
銑床
3
鉗工劃線
劃出工件外形尺寸，和方形斜楔通孔位置，以及四個(gè)型腔和拉料桿孔位置；
4
銑
銑出工件的外形輪廓尺寸，方形斜楔孔；
銑出工件底面的燕尾形的高5mm的臺(tái)階的大致尺寸50mm×59mm；
到尺寸，并保留0.1的磨削余量；
加工中心
5
銑
四個(gè)型腔，拉料桿孔；
至尺寸，型腔粗處尺寸保留0.05的研磨余量；
加工中心
6
線切割
切割出燕尾形臺(tái)階，至尺寸；
線切割機(jī)
7
鉗工
鉆出燕尾形臺(tái)階底面處的6mm深3mm沉孔；
及板兩凸出部位側(cè)面的8mm的兩通孔；
鉆床
8
熱處理
按熱處理工藝進(jìn)行，淬火、回火，硬度HRC 54～58；
9
平磨
磨板的各平面，至尺寸；及磨兩8mm的兩通孔
平面磨床
10
研磨
研磨所有型腔及孔至尺寸
11
檢驗(yàn)
七、 參考文獻(xiàn)：
機(jī)械工業(yè)出版社：《塑料模塑成型技術(shù)》-翁其金 主編
《中國(guó)模具工程大典》
《實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè)》
《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》
塑件成型工藝卡
塑 件 名 稱
電視機(jī)旋鈕
塑件草圖
材 料 牌 號(hào)
ABS
單 件 重 量
5.39g
成型設(shè)備型號(hào)
XS-ZY-60
每 模 件 數(shù)
4件
成型工藝參數(shù)
材料干燥
干燥設(shè)備名稱
溫度 /℃
85℃
時(shí)間 /h
3h
成型過(guò)程
料筒溫度
后段 /℃
150℃～170℃
中段 /℃
165℃～180℃
前段 /℃
180℃～210℃
噴嘴 /℃
175℃～190℃
模具溫度 /℃
60℃至75℃
時(shí)間
注射 /s
10~25s
保壓 /s
0~5s
冷卻 /s
15~50s
壓力
注射 /MPa
60～100MPa
保壓 /MPa
后 處 理
溫度 /℃
__70℃__
時(shí)間 /min
___2～4h__
編 制
日 期
審 核
日 期