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2001 級本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 34 頁 共 31頁
目 次
1緒論 1
1.1塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性 1
1.2塑料成型與注塑模具 1
1.3注射成型原理 1
2畢業(yè)設(shè)計課題 3
2.1課題名稱：字典式臺燈底座 3
3 塑件分析 4
3.1塑件材料 4
3.2塑料的尺寸 4
3.3 塑件的尺寸精度 4
3.4塑件的表面質(zhì)量 5
3.5脫模斜度 5
3.6.壁厚 6
3.7圓角 6
4 ABS樹脂的工藝性能分析 6
4.1塑料的成型收縮 6
4.2ABS的流動性 7
5結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
5.1分型面的確定 8
5.2澆注系統(tǒng)設(shè)計 8
5.3流道、分流道襯套及定位環(huán)的設(shè)計 10
5.4澆口位置的設(shè)計原則 11
5.5冷料穴的設(shè)計 12
5.6成形零件工作尺寸及強度計算 12
5.7結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
5.8常用推出機構(gòu)的設(shè)計 17
5.9復(fù)位零件 18
5.10側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計 18
5.11順序脫模機構(gòu)的設(shè)計 22
5.12澆注系統(tǒng)凝料的脫出和自動脫落機構(gòu) 23
5.13溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置 23
6.確定模架和注射機 26
6.1模架 26
6.2注射機 26
附錄1 27
附錄2 27
附錄3 27
附錄4 28
附錄5 28
結(jié) 論 29
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
1緒論
1.1塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。模具設(shè)計水平的高低，加工設(shè)備的好壞、制造力量的強弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本則稱“模具是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力”。近年來，我國各行各業(yè)對模具工業(yè)的發(fā)展十分重視。1989年，國務(wù)院頒布了“當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定”，在重點支持技術(shù)改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中，把模具制造列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位，也提出了振興模具工業(yè)的主要任務(wù)?？傊M快提高我國模具工業(yè)的整體技術(shù)水平并迎頭趕上發(fā)達(dá)國家的模具技術(shù)水平。
1.2塑料成型與注塑模具
塑料成型的方法很多，如注射、吹塑、擠出等等。而注塑成型以其能成型高尺寸精度，高復(fù)雜性的制品和高效率占有一席。除少數(shù)幾種塑料外，幾乎所有的塑料都可以注塑成型。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，注塑制品占所有模具塑件總產(chǎn)量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具數(shù)量的二分之一以上。注塑成型制品的應(yīng)用已十分廣泛，并隨著塑料原料的不斷改進(jìn)，已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬和非金屬材料的制品，發(fā)展注塑模具大有可為。
1.3注射成型原理
塑料成型的基本原理就是利用塑料的可擠壓性和可模塑性，首先將松散的粒料或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為黏流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。
1.3.1注射成型的工藝特點
此工藝能成型形狀復(fù)雜、尺寸精度高、帶有金屬嵌件的塑件；對成型各種塑料適應(yīng)性比較強；生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化；費用較高，不適合單件、小批量生產(chǎn)。
1.3.2.注射成型的主要環(huán)節(jié)
（1）生產(chǎn)前準(zhǔn)備
（2）為了使注射成型生產(chǎn)順利進(jìn)行和保證制件質(zhì)量，生產(chǎn)前需要進(jìn)
原料預(yù)處理、清洗機筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等一系列準(zhǔn)備工作。
（3）注射成型工藝的完整三階段：
① 塑化計量
塑化即成型物料在注射成型機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、壓實以及混合等作用以后，由松散的粉狀或粒狀固體轉(zhuǎn)變成連續(xù)的均化熔體的過程。所謂均化包含四方面內(nèi)容，即物料經(jīng)過塑化后，其熔體內(nèi)必須組分均勻、密度均勻、黏度均勻和溫度均勻。
計量是指能夠保證注射機通過柱塞或螺桿，將塑化好的熔體定溫、定壓、定量地輸出（即注射出）機筒所進(jìn)行的準(zhǔn)備動作，這些動作均需注射機控制柱塞或螺桿在塑化過程中完成。
塑化效果指物料轉(zhuǎn)變成熔體之后的均化程度。
塑化能力指注射機在單位時間內(nèi)能夠塑化的物料質(zhì)量或體積。
塑化效果的好壞及塑化能力的大小均與物料受熱方式和注射機結(jié)構(gòu)有關(guān)。
②注射充模
柱塞或螺桿從機筒內(nèi)的計量位置開始，通過注射油缸和活塞施加高壓，將塑化好的塑料熔體經(jīng)過機筒前端的噴嘴和模具中的澆注系統(tǒng)快速進(jìn)入封閉模腔的過程為注射充模。注射充模又可細(xì)化為流動充模、保壓充模和倒流三個階段。
流動充模指注射機將塑化好的熔體注射進(jìn)入模腔的過程。
保壓補縮階段指從熔體充滿模腔至柱塞或螺桿在機筒中開始后撤為止。其中保壓是注射壓力對模腔內(nèi)的熔體繼續(xù)進(jìn)行壓實的過程，而補縮則是指保壓過程中，注射機對模腔內(nèi)逐漸開始冷卻的熔體因成型收縮而出現(xiàn)的空隙進(jìn)行補料動作。且保壓的作用有壓實，補縮，防止倒流。
冷卻定型從澆口凍結(jié)時間開始，到制品脫模為止。
③制品的后處理
由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力作用下的變形流動復(fù)雜，再加上流動前塑化不均以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件的力學(xué)性能、光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時還會開裂。為了解決這些問題，可對制件進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)暮筇幚?。常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
2畢業(yè)設(shè)計課題
2.1課題名稱：字典式臺燈底座（如圖）
圖2-1：原塑件結(jié)構(gòu)
-
圖2-2：改進(jìn)后結(jié)構(gòu)
修改原因：這樣不影響塑件的使用和美觀程度，且模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。
3 塑件分析
3.1塑件材料
此塑件的材料是ABS樹脂，全名為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名為Acrylonitrile Butadiene Styrene。
ABS樹脂具有耐熱、表面硬度高、尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性及電性能良好，易于成型和機械加工等特點，且價格較低。此外，表面還可以鍍鉻。改變ABS樹脂中三種組分之間的比例，可以使它具有稍微不同的性能，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用的不同，ABS樹脂常分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型和低沖擊型。
ABS樹脂的電絕緣性很少受溫度、濕度的影響，而且在很大的頻率變化范圍內(nèi)保持恒定。字典式臺燈底座用的是阻燃性式ABS。
3.2塑料的尺寸
塑件的總體尺寸主要取決于塑料品種的流動性。在一定的設(shè)備和工藝條件下，流動性好的塑料可以成型較大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件尺寸較小。塑件外形尺寸還受成型設(shè)備的限制。從能源、模具制造成本和成型工藝條件出發(fā)，只要能滿足塑件的使用要求，應(yīng)將塑件設(shè)計得盡量緊湊、尺寸小巧一些。
3.3 塑件的尺寸精度
影響塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損，塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，塑件的形狀，飛邊厚度的波動，脫模斜度及成型后塑件尺寸變化等。一般來講，為了降低模具的加工難度和模具制造成本，在滿足塑件使用要求的前提下應(yīng)盡量把塑件尺寸精度設(shè)計底一些。
臺燈是生活用品，且其材料為ABS，可采用一般精度4級。.
3.4塑件的表面質(zhì)量
塑料制件的表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表觀質(zhì)量。塑件表面粗糙度的高低，主要與模具型腔表面的粗糙度有關(guān)。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常為Ra0.02~1.25μm,模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra0.01~0.63μm。
塑件的表觀質(zhì)量指的是塑件成型后的表觀缺陷狀態(tài)，如常見的缺料、溢料、飛邊、凹陷、氣孔、熔接痕、銀紋、斑紋、翹曲與收縮、尺寸不穩(wěn)定等。它是由于塑件成型工藝條件、塑件成型原材料的選擇、模具總體設(shè)計等多種因素造成的。
臺燈底座的表觀缺陷：制品有很多溢邊和推桿處有推痕。
制品有溢邊的產(chǎn)生的可能原因：料筒、噴嘴及模具溫度太高；注射壓力太大，鎖模密合不嚴(yán)，有雜物或模板已變形；型腔排氣不良；塑料的流動性太好；加料量過大。
字典式臺燈底座上有推痕的原因：脫模時的推出力太大。所以設(shè)計時在此處應(yīng)盡量降低平均到每根推桿上的脫模力，或增大推桿的橫截面積。
3.5脫模斜度
由于塑料冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊包在凸?；虺尚托托旧?，或由于粘附作用，塑件緊貼在凹模型腔內(nèi)。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷、擦皮等。在設(shè)計時塑件表面沿脫模方向應(yīng)具有合理的脫模斜度。
塑件脫模斜度的大小與塑件的性質(zhì)、收縮率、摩擦因數(shù)、塑件壁厚和幾何形狀有關(guān)。硬質(zhì)塑料比軟質(zhì)塑料脫模斜度大；形狀較復(fù)雜或成型孔較多的塑件取較大的脫模斜度；塑件高度較大、孔較深，則取較小的脫模斜度；壁厚增加、內(nèi)孔包緊型芯的力大，脫模斜度也應(yīng)取大些。有時，為了在開模時讓塑件留在凹模內(nèi)或型芯上，而有意將該邊斜度減小或?qū)⑿倍确糯蟆?
一般情況下，脫模斜度不包括在塑件公差范圍內(nèi)，否則在圖樣上應(yīng)予說明。在塑件圖上標(biāo)注時，內(nèi)孔以小端為基準(zhǔn)，斜度由放大的方向取得；外形以大端為基準(zhǔn)，斜度由縮小的方向取得。
脫模斜度值應(yīng)根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、使用情況、成型要求靈活使用。
臺燈底座模具型腔的脫模斜度為10，型芯的脫模斜度為51/。
3.6.壁厚
塑件應(yīng)有一定的壁厚才能滿足使用時的強度和剛度要求，而且壁厚在脫模時還需承受脫模推力。壁厚應(yīng)設(shè)計合理，壁太薄熔料充滿型腔時的流動阻力大，會出現(xiàn)缺料現(xiàn)象；壁太厚塑料件內(nèi)部會產(chǎn)生氣泡，外部易產(chǎn)生凹陷等缺陷，同時增加了成本；壁厚不均將造成收縮不一致，導(dǎo)致塑件變形或翹曲，在可能的條件下應(yīng)使壁厚盡量一致。
臺燈底座塑件的壁厚不均，但在設(shè)計時要將壁厚取均勻，經(jīng)測量后取壁厚為2.2mm.
3.7圓角
對于塑件來說，除使用要求需要采用尖角之外，其余所有內(nèi)外表面轉(zhuǎn)彎處都應(yīng)盡可能采用圓角過渡，以減少應(yīng)力集中。這樣不但使塑件強度高，塑件在型腔中流動性好發(fā)，而且美觀，模具型腔也不易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。圓角半徑的大小主要取決于塑件的壁厚，設(shè)R為圓角半徑，t為壁厚，將R/t控制在1/4~3/4的范圍內(nèi)較為合理。
則臺燈底座的過渡圓角按此原則可取r=1mm。
4 ABS樹脂的工藝性能分析
4.1塑料的成型收縮
塑料制件從模具中取出發(fā)生尺寸收縮的特性稱為塑料的收縮性。因為塑料制件的收縮不僅與塑料本身的熱脹冷縮性質(zhì)有關(guān)，而且還與模具結(jié)構(gòu)及成型工藝條件等因素有關(guān)，故將塑料制件的收縮統(tǒng)稱為成型收縮。
在實際成型時不僅不同品種的塑料其收縮率不同，而且不同批次的同一品種塑料或者同一制件的不同部位的收縮率也經(jīng)常不同，收縮率的變化受塑料品種、制品特征、成型條件以及模具結(jié)構(gòu)等因素的影響，特別是澆口尺寸和位置的影響，因此制品的實際收縮率與設(shè)計模具時所選用的計算收縮率之間便存在著誤差。在選取塑料的收縮率時應(yīng)按制品的具體情況做具體分析，其一般的選擇原則如下：
1.對于收縮率范圍較小的塑料品種，可按收縮率的范圍取中間值，此值稱為收縮率。
2.對于收縮率范圍較大的塑料品種，應(yīng)根據(jù)制件的形狀，特別是根據(jù)制品的壁厚來確定收縮率，對于壁厚者取上限（大值），對于薄壁者取下限（小值）。
3.制件各部分尺寸的收縮率不盡相同，應(yīng)根據(jù)實際情況加以選擇。
4.對于收縮量很大的塑料，可利用現(xiàn)有的或者材料供應(yīng)部門提供計算收縮率的圖表來確定收縮率。在這種圖表中一般考慮了影響收縮率的主要因素，因此可提供較為可靠的收縮率數(shù)據(jù)。也可以收集一些包括該塑料實際收縮率及相應(yīng)的成型工藝條件等數(shù)據(jù)，然后用比較法進(jìn)行估算。必要時應(yīng)設(shè)計、制造一副試驗?zāi)＞?，實測出在類似的成型條件下塑料的收縮率。
4.2ABS的流動性
塑料的流動性是比較塑料成型加工難易的一項指標(biāo)。與黏度一樣，塑料的流動性不僅依賴于成型條件，而且還依賴于聚合物性質(zhì)。塑料的流動性一般可根據(jù)聚合物的相對分子質(zhì)量、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線長度、表觀黏度以及流動比（流程長度/制品壁厚）等一系列指標(biāo)進(jìn)行衡量。相對分子質(zhì)量小、熔融指數(shù)高、螺旋線長度長、表觀黏度小、流動比大則流動性好。
一般可將常用熱塑性塑料的流動性分為三類：流動性好的，流動性一般的，流動性差的。
ABS屬于流動性一般的。
塑料的流動性也隨成型工藝條件的改變而變化。例如，熔體成型溫度高則流動性好（塑料品種不同對溫度的敏感程度也不同），注射壓力大流動性好。模具結(jié)構(gòu)也會影響流動大小。
模具設(shè)計時應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動性，選用合理的結(jié)構(gòu)。成型時還可通過控制溫度、模溫、注射壓力及注射速率等因素來調(diào)節(jié)注射成型過程以滿足對制件質(zhì)量的要求注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1分型面的確定
選擇分型面時，應(yīng)根據(jù)幾何形狀和塑件的外觀質(zhì)量、澆注系統(tǒng)的合理布置、便于取件、利于排氣等因素綜合考慮，為了便于脫模，分型面的位置宜取在塑件外形輪廓最大處。
字典式臺燈底座模具選擇了三個分型面。結(jié)構(gòu)參見附錄。
5.2澆注系統(tǒng)設(shè)計
澆注系統(tǒng)的作用就是將熔融狀態(tài)的塑料均勻、迅速地輸入型腔，使型腔內(nèi)氣體及時排出；并且將注射壓力傳遞到型腔的各個部分，從而得到組織緊密的制品。
澆注系統(tǒng)通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。
主流道是注射機噴嘴與型腔（單型腔模）或與分流道連接的一段進(jìn)料通道。臺燈底座模具是雙分型面，所以主流道是注射機噴嘴與型腔連接的一段進(jìn)料通道。
澆口是連接分流道和型腔的進(jìn)料通道。
冷料穴是用來儲存冷。
5.2.1主流道、分流道襯套及定位環(huán)的設(shè)計
（1）主流道
主流道一般設(shè)在定模板上，并且常位于模具的中心，與注射機噴嘴在同一軸線上。主流道襯套的材料常用T8A、T10A制造，熱處理后硬度為50~55HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配合，主流道襯套與定位圈采用H9/f9的間隙配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會產(chǎn)生軸向移動，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。主流道襯套與定位環(huán)的形狀及尺寸如圖5-1。
（2）分流道的形狀及尺寸
分流道的截面形狀有：圓形、梯形、U形、半圓形、矩形；分流道的長度應(yīng)盡可能的短，少彎折以減少壓力損失；分流道的表面粗糙度為Ra<1.6μm。
此模具采用是梯形分流道。
（3）澆口的設(shè)計
澆口的形式及適應(yīng)性：除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分。澆口的作用是使料流加速，并控制補料時間，控制料的流動狀態(tài)。其常用的截面形狀有圓形和矩形兩種。澆口的形式不僅對塑料熔體的流動性和充模特性有很大的影響，而且與塑件的成形性質(zhì)有著密切的關(guān)系。因此澆口的形式有塑料品種要相互適應(yīng)。小澆口（點澆口、潛伏澆口、側(cè)澆口）適合于粘度對溫度和充模速率敏感的及流動性好的塑料；流動性差的塑料和接近牛頓液體的塑料宜采用較大的澆口（直接澆口、扇形澆口、平縫式澆口）；還有一類是圓筒、箱蓋類塑件所用的澆口（環(huán)形澆口、輪輻澆口、抓形澆口）。
臺燈底座采用的ABS材料，這種材料的流動性一般，且粘度對剪切速率和溫度敏感。所以可以采用點澆口。
點澆口的特性：進(jìn)料位置能比較自由地選定，不受限制；剪切速率過高時，進(jìn)料口附近易引起熔體破裂，白化；多點進(jìn)料或多腔時，容易進(jìn)行平衡；進(jìn)料口必須用三板模切斷；可用于熱流道；進(jìn)料口附近變形??；加工比較困難。
（4）澆口位置的設(shè)計原則：
①澆口尺寸及位置選擇應(yīng)避免熔體破裂而產(chǎn)生噴射和蠕動（蛇形流）。臺燈底座設(shè)計時就要考慮這原則，因ABS的流動性一般，可采用沖擊型澆口。因為這對提高塑件質(zhì)量、克服表面缺陷較好。
②澆口位置應(yīng)有利于流動、排氣和補料。所以在臺燈底座設(shè)計時，考慮這因素就不把澆口開在塑件的分型面上。
③澆口的位置應(yīng)使流程最短，料流變向最少，并防止型芯變形。所以開澆口如圖。
④澆口應(yīng)開在塑件壁最厚處。當(dāng)塑件壁厚相差較大時，澆口應(yīng)開在塑件壁最厚處，因為壁厚處流動阻力小、模具溫度高，壁薄處不但流動阻力大，而且還容易冷卻，影響充填。另外壁薄處壓力損失大，不利于壓力的傳遞。
⑤考慮分子定向的影響。在成形過程中應(yīng)盡量減少定向作用，但完全避免是不可能的。由于定向作用的存在，使得塑料在流動方向上與垂直與流動方向上的強度不一致，從而導(dǎo)致應(yīng)力開裂。沿料流方向（分子定向方向）上機械強度大，收縮率大；在垂直于料流方向（垂直定向方向）上機械強度小，收縮率小。
⑥澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件外觀質(zhì)量。澆口位置選擇應(yīng)滿足塑件的使用要求，不影響塑件的使用，并注意塑件外表的美觀。
5.3流道、分流道襯套及定位環(huán)的設(shè)計
5.3.1 主流道
主流道一般設(shè)在定模板上，并且常位于模具的中心，與注射機噴嘴在同一軸線上。主流道襯套的材料常用T8A、T10A制造，熱處理后硬度為50~55HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配合，主流道襯套與定位圈采用H9/f9的間隙配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會產(chǎn)生軸向移動，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。主流道襯套與定位環(huán)的形狀及尺寸如圖。
5.3.2. 分流道的形狀及尺寸
分流道的截面形狀有：圓形、梯形、U形、半圓形、矩形；分流道的長度應(yīng)盡可能的短，少彎折以減少壓力損失；分流道的表面粗糙度為Ra<1.6μm；
5.3.3.澆口的設(shè)計
澆口的形式及適應(yīng)性：除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分。澆口的作用是使料流加速，并控制補料時間，控制料的流動狀態(tài)。其常用的截面形狀有圓形和矩形兩種。澆口的形式不僅對塑料熔體的流動性和充模特性有很大的影響，而且與塑件的成形性質(zhì)有著密切的關(guān)系。因此澆口的形式有塑料品種要相互適應(yīng)。小澆口（點澆口、潛伏澆口、側(cè)澆口）適合于粘度對溫度和充模速率敏感的及流動性好的塑料；流動性差的塑料和接近牛頓液體的塑料宜采用較大的澆口（直接澆口、扇形澆口、平縫式澆口）；還有一類是圓筒、箱蓋類塑件所用的澆口（環(huán)形澆口、輪輻澆口、抓形澆口）。
臺燈底座采用的ABS材料，這種材料的流動性一般，且粘度對剪切速率和溫度敏感。所以可以采用點澆口。
點澆口的特性：進(jìn)料位置能比較自由地選定，不受限制；剪切速率過高時，進(jìn)料口附近易引起熔體破裂，白化；多點進(jìn)料或多腔時，容易進(jìn)行平衡；進(jìn)料口必須用三板模切斷；可用于熱流道；進(jìn)料口附近變形?。患庸け容^困難。
5.4澆口位置的設(shè)計原則
（1）澆口尺寸及位置選擇應(yīng)避免熔體破裂而產(chǎn)生噴射和蠕動（蛇形流）。臺燈底座設(shè)計時就要考慮這原則，因ABS的流動性一般，可采用沖擊型澆口。因為這對提高塑件質(zhì)量、克服表面缺陷較好。
（2）澆口位置應(yīng)有利于流動、排氣和補料。所以在臺燈底座設(shè)計時，考慮這因素就不把澆口開在塑件的分型面上。
（3）澆口的位置應(yīng)使流程最短，料流變向最少，并防止型芯變形。所以開澆口如上圖。
（4）澆口應(yīng)開在塑件壁最厚處。當(dāng)塑件壁厚相差較大時，澆口應(yīng)開在塑件壁最厚處，因為壁厚處流動阻力小、模具溫度高，壁薄處不但流動阻力大，而且還容易冷卻，影響充填。另外壁薄處壓力損失大，不利于壓力的傳遞。
（5）考慮分子定向的影響。在成形過程中應(yīng)盡量減少定向作用，但完全避免是不可能的。由于定向作用的存在，使得塑料在流動方向上與垂直與流動方向上的強度不一致，從而導(dǎo)致應(yīng)力開裂。沿料流方向（分子定向方向）上機械強度大，收縮率大；在垂直于料流方向（垂直定向方向）上機械強度小，收縮率小。
（6）澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件外觀質(zhì)量。澆口位置選擇應(yīng)滿足塑件的使用要求，不影響塑件的使用，并注意塑件外表的美觀。
5.5冷料穴的設(shè)計
噴嘴與低溫達(dá)到模具相接觸，使噴嘴前端有一小段冷料；當(dāng)分流道較長時，前鋒塑料長時間的低溫的模具中流動，溫度降低。這些冷料如果進(jìn)入型腔，在制件上形成冷接縫（熔接痕），嚴(yán)重的造成充填困難。也可能在進(jìn)入澆口時就將澆口堵塞。所以必須設(shè)計冷料穴。冷料穴的作用是儲存冷料；保證開模后主流道和分流道能留在動模板上，以便于從模具中推出。其位置在主流道對面的動模板上，分流道的末端、兩股熔料相會合的部位。冷料穴直徑要大于主流道大端直徑，以保證冷料能進(jìn)入冷料穴；深度約為直徑的1~1.5倍。
5.6成形零件工作尺寸及強度計算
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，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷 ，脫模時與塑件間還發(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，有較高的強度、剛度及較好的耐摩性能。
5.6.1成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.6.1.1 凹模
按結(jié)構(gòu)不同分為整體式和組合式
整體式凹模由整塊材料加工而成，其特點：牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕接。但由于加工困難，熱處理不方便，且型腔報廢整塊模板都報廢。所以整體式凹模常用于形狀簡單的中、小模具上。
組合式凹模是指凹模由兩個以上零件組合而成。按組合方式的不同，可分為整體嵌入式、局部鑲嵌式、底部鑲拼式、側(cè)壁鑲拼式和四壁拼合式等形式。
整體嵌入式凹模采用機械加工、冷擠壓、電加工等方法加工制成，然后壓入模板中，這種結(jié)構(gòu)加工效率高，裝拆方便，且型腔不能使用時模板還能再次利用。所以臺燈底座模具采用此方式的凹模。
總之，采用組合式凹模，簡化復(fù)雜凹模的加工工藝，減少了熱處理變形，拼合處有間隙利于排氣，便于模具維修，節(jié)省了貴重的模具鋼。
5.6.2成形零件工作尺寸的計算
①凹模的尺寸：
徑向尺寸
利用公式：
式中 Ls——塑件的外形徑向最大尺寸,mm；
LM——型腔的最小徑向尺寸，mm；
——塑件的尺寸偏差，mm ;（按四級精度查取）
——制造公差，因為臺燈底座為小型塑件，則=/3
轉(zhuǎn)化公式為：
深度尺寸
利用公式:
式中 Hs——塑件的外形高度方向最大尺寸,mm；
HM——型腔的深度最小尺寸，mm；
轉(zhuǎn)化公式為：
②凸模的尺寸：
徑向尺寸
利用公式：
式中 Ls——塑件的內(nèi)形徑向最小尺寸,mm；
LM——型芯的最大徑向尺寸，mm；
轉(zhuǎn)化公式為：
深度尺寸
利用公式：
式中 Hs——塑件的外形高度方向最大尺寸,mm；
HM——型腔的深度最小尺寸，mm；
轉(zhuǎn)化公式為：
5.6.3成形零件的強度校核
查《塑料成型工藝與模具設(shè)計》表5-17，表見附錄1
由型腔內(nèi)壁短邊b=69.12mm, 鑲拼式型腔凹模壁厚11～12mm，模套壁厚28～35mm。
根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，模板取的比經(jīng)驗數(shù)據(jù)大點，強度一定能滿足要求。所以鑲拼式型腔凹模壁厚30mm,選用400×500mm的模架強度要求一定能滿足。
5.7結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.7.1導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
動、定模合攏后就構(gòu)成了型腔，為了保證動定模合攏時的正確性，要設(shè)計動定模合攏時的導(dǎo)向機構(gòu)——合模導(dǎo)向機構(gòu)。
一的準(zhǔn)確方位，從而保證型腔的正確形狀；二是導(dǎo)向作用，引導(dǎo)動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M(jìn)入型腔而損壞；三是承受一定的側(cè)壓力，在成形過程中承受單向側(cè)壓力。導(dǎo)向機構(gòu)主要由導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成。
5.7.2推出機構(gòu)的設(shè)計
塑件在模腔中成形以后，便可以從模具中取下，但在塑件從模具中取下以前，模具還必須完成一個將塑件從模腔中推出的動作，模具上完成這一動作的機構(gòu)稱為脫模推出機構(gòu)。
一般情況下，推出塑件的動作在動模 上完成。在特殊情況下，也可在定模上設(shè)脫模機構(gòu)。但因注射機的定模板一側(cè)沒有推出機構(gòu)，故此時須采取特殊結(jié)構(gòu)。
推出機構(gòu)通常由三大部分組成，第一部分是直接作用在塑件上將塑件推出的零件稱為推出零件；第二部分是用來固定推出零件的零件，有推桿固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出動作的導(dǎo)向及合模時推出零件復(fù)位的零件。推出機構(gòu)的設(shè)計原則是：應(yīng)使塑件脫模時不發(fā)生變形或損傷塑件的外觀；推力的分布依脫模阻力的大小要合理安排；推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，動作可靠，不發(fā)生誤動作，合模時要正確復(fù)位。
5.7.3脫模力的計算
要將塑件從模具中推出，必須克服推出所遇到的阻力，因此塑件脫模時必須有一個足夠大的脫模力。
脫模力計算公式：
F 1 ——脫模力，單位為N；
α ——型芯的脫模斜度，單位為（°）；
A ——塑件包容型芯的面積，單位為m2;
f ——塑件對鋼的摩擦系數(shù)，通常取為0.1～0.3；
p ——塑件對型芯的單位面積上的包緊力，模外冷卻時p=（2.4～3.9）×107Pa,
模內(nèi)冷卻時p=(0.8～1.2)×107Pa。
此模具型芯的脫模斜度為51′（0.85°）,取f=0.2，塑件為模內(nèi)冷卻，取p=1×107Pa。
因為模具型芯結(jié)構(gòu)不規(guī)則，塑件包容型芯的面積只能近似計算。
A=（114×2+69×2）×120／2
=21960mm2
=2.196×10-2m2
則模具脫模力F=2.196×10-2×1×107×0.2×（cos0.85-sin0.85）
=4.07×104N
5.8常用推出機構(gòu)的設(shè)計
分析塑件，知其選用的推出零件是推桿，一共七根。但塑件因推出力太大，塑件表面有推出痕跡。
為了安全起見，在型腔最深處加兩根推桿。現(xiàn)n=9。
推桿直徑由公式近似計算
d——推桿的最小直徑，mm;
K——安全系數(shù)，可取K=1.5；
L——推桿的長度，mm；
F——脫模力，N；
n——推桿數(shù)目；
E——鋼材的彈性模量，Mpa。
查《機械設(shè)計手冊》表1.1——14
45鋼的彈性模量E=206Gpa
字典式臺燈底座模具的推桿直徑 d
= 4.47mm
取d=8mm
則推桿的強度一定能滿足。
5.9復(fù)位零件
此模具采用的是推板導(dǎo)柱加壓縮彈簧的復(fù)位零件。
彈簧的選擇計算：
彈簧的選擇原則：彈簧的壓縮量控制在彈簧自由長度的17%～40%。
即 17%L原 ≤L壓≤40%L原
L原——彈簧的自由長度
L壓——彈簧的壓縮量
設(shè)推出機構(gòu)推出的距離L1=28mm,壓縮彈簧預(yù)壓狀態(tài)下的長度L2=108mm
則彈簧的自由長度可由不等式組計算：
①
130.12mm < L原<133mm
由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，彈簧只能選長度為125mm的，雖然與彈簧的選擇原則不一樣，但可用。
5.10側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計
當(dāng)塑件上有與開模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有凹凸形狀時，塑件就不能直接脫模。這樣就要將成型與開模方向成一定角度的凹凸形狀的零件，設(shè)計成可以活動的型芯。塑件成形后，先抽出活動的型芯，然后再推出塑件。完成活動型芯的抽出、復(fù)位的機構(gòu)稱為側(cè)向抽芯機構(gòu)地方，如果活動型芯成型的是整個側(cè)面則稱為側(cè)向分型機構(gòu)。
5.10.1抽芯距的確定與抽芯力的計算
如圖5-2、5-3所示：
（1）抽芯距的確定
型芯的抽芯距s
一般按公式s=s0+(2～3)mm計算
式中 s0——型芯成型部分的深度，mm.
圖5-2 s0= 7+2.2 =9.2
則 s=s0+(2～3)=9.2+3
=11.2mm
圖5-3 s0= 2.2
則 s=s0+(2～3)=2.2+2
=4.2mm
（2）斜銷的傾角α
斜銷的傾角α是決定斜銷抽芯機構(gòu)工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了開模行程和斜銷長度發(fā)，而且對斜銷的受力狀況有著重要的影響。
斜導(dǎo)柱側(cè)斜角與抽芯距離、斜導(dǎo)柱的受力情況、斜導(dǎo)柱有效工作長度及開模行程等有關(guān)。斜導(dǎo)柱的側(cè)斜角一般取為α=15°~20°。
圖5-2需要的開模行程H
H=Scotα
=11.2×cot18°=34.47
斜銷的有效工作長度L
L=
=
=36.24mm
圖5-3需要的開模行程H
H=Scotα
=4.2×cot18°=12.926
斜銷的有效工作長度L
L=
=
=13.59mm
（3）抽芯力的計算公式同脫模力的一樣。
圖5-2側(cè)型芯的A=
=479.4mm2
則側(cè)抽芯力F1=479.4×10-6×1×107×0.185
=886.89N
抽芯斜銷所受的彎曲力Fw=
F——側(cè)抽芯力
α——斜銷的傾斜角
則此斜銷所受的彎曲力Fw==932.53N
圖5-3 側(cè)抽芯的 A=（3×2+8×2）×1.1×4+（11+5π）×2.2
=155.56mm2
則 側(cè)抽芯力 F2=155.56×10-6×1×107×0.185
=287.86N
同上 此斜銷的彎曲力Fw==302.67N
查《塑料成型加工與模具》 表9-1，9-2和《刀量模具設(shè)計簡明手冊》表3-85，
取斜銷1的直徑d=15mm
斜銷2的直徑d=12mm
5.10.2壓縮彈簧的選擇
圖5-2的彈簧由公式17%L原 ≤L壓≤40%L原
得62.65mm < L原<68mm
取自由長度L原=60mm
圖5-3的彈簧由公式17%L原 ≤L壓≤40%L原
得28.192mm < L原<33.33mm
取自由長度L原=30mm
斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的組成及形式
斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)是利用開模力，通過斜導(dǎo)柱帶動側(cè)向型芯完成分型或抽型的。
斜導(dǎo)柱的組成 斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)由五個部分組成，如圖所視：用于開模后帶動側(cè)向型芯運動的斜導(dǎo)柱；用于安裝側(cè)型芯的滑塊；用于控制側(cè)向型芯滑塊運動方向的壓快；為了保證合模時斜導(dǎo)柱能順利地插入滑塊，在滑塊脫離斜導(dǎo)柱時所設(shè)置的滑塊定位裝置。如果工作過程中，滑塊不脫離斜導(dǎo)柱，就不需要設(shè)置滑塊定位裝置。
斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的設(shè)計：斜導(dǎo)柱與滑塊可以不配合，其間隙為（0.5~1）mm或更大，可根據(jù)結(jié)構(gòu)要求來定；也可采用較松的配合H11/b11.
滑塊在導(dǎo)滑槽中的滑塊必須平穩(wěn)，不應(yīng)發(fā)生卡滯、跳動等現(xiàn)象，常用的導(dǎo)滑形式及尺寸?；瑝K完成抽芯動作后，滑塊流在導(dǎo)滑槽內(nèi)的長度應(yīng)大于滑塊總長度的2/3。
楔緊塊的作用：一是承受注射時的側(cè)向推力，以減少斜導(dǎo)柱的受力；二是保證側(cè)型芯準(zhǔn)確復(fù)位。楔緊塊的工作面是斜面，斜面的側(cè)斜角稱為鎖緊角。如圖所視，若楔緊塊的鎖緊角A等于斜導(dǎo)柱的側(cè)斜角a ,則斜導(dǎo)柱無法帶動滑塊作抽拔動作。為了避免開模時楔緊塊對斜滑塊側(cè)向抽芯的影響，故α′=α +（2°+3°）。
臺燈底座模具的楔緊塊的機構(gòu)形式如圖5-4所示：
5.11順序脫模機構(gòu)的設(shè)計
一般的是模具設(shè)計都盡可能使塑件留在動模一側(cè)，但有時由于塑件形狀特殊而不一定流在動模，或因某種特殊需要，模具在分型時必須先使定模分型，然后再使動模、定模分型，這兩種情況均必須考慮在定模上設(shè)置脫模機構(gòu)，稱之順序脫?；螂p脫模機構(gòu)。
臺燈底座模具的順序脫模機構(gòu)如圖5-5所示：
5.12澆注系統(tǒng)凝料的脫出和自動脫落機構(gòu)
為適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要，希望塑件脫模后，澆注系統(tǒng)凝料能自動脫模。
所以臺燈底座模具利用定模推板拉斷點澆口凝料，結(jié)構(gòu)如圖5-6所示：
開模時，動模、定模先分型，點澆口在分型時被拉斷，澆注系統(tǒng)凝料留在定模中，動模后退一定距離后，在拉板的作用下，分流道推板與定模型腔板分型，澆注系統(tǒng)凝料脫離分流道；繼續(xù)開模，由于拉桿和導(dǎo)柱作用，使定模底板與分流道推板分型，在分型過程中，分別將澆注系統(tǒng)凝料從主流道及分流道拉桿上脫出。
5.13溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置
在注射成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不同。且溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)。
臺燈底座的材料為ABS，這種材料的流動性一般，且一模一腔，
每次熔體注模量不大，所以只需冷卻系統(tǒng)。
冷卻系統(tǒng)的形式如圖5-7：
這種冷卻回路就是在型芯中間裝有一個噴水管 冷卻水從噴水管中噴出，分流后向四面流動以冷卻型芯壁。對于中心澆口的單腔模具，這種方式的冷卻效果很好，因為從噴水管噴出的冷卻水直接冷卻型芯壁溫最高的部分。
且依據(jù)臺燈底座模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)和型芯截面積，設(shè)一組立管噴淋式冷卻水道。即如圖5-7。
冷卻管道的簡易計算：
設(shè)塑料單件的質(zhì)量m=96.4g,
塑料的周期t=60s,
冷卻水的進(jìn)模溫度T=20℃，出模溫度T=27℃
水在模具內(nèi)呈噴射狀，模具的平均溫度為60℃，模具寬度為400mm,
則冷卻管道直徑及所需冷卻管道孔數(shù)可近似計算如下：
①產(chǎn)量W=
②查《塑料成型加工與模具》表10-4得ABS塑料熔體的單位熱流量
Q1=3.1×102～4.0×102
取Q1=3.5×102
則塑料制件在固化時每小時釋放的熱量Q
Q=WQ1=5.784×53.5×102
=2.02×103
③求冷卻水的體積流量
ρ
式中qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/min;
W——單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量，kg/min;
Q1————單位重量的塑件在凝固時所放出的熱量，kJ/kg;
ρ——冷卻介質(zhì)的密度，kg/m3;
c1——冷卻介質(zhì)的比熱容，；
——冷卻介質(zhì)出口溫度，℃。
——冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度，℃。
④求冷卻管道直徑d
查《塑料成型加工與模具》表10-1，無值可查，但字典式臺燈底座模具的冷卻形式是噴淋式的，取冷卻管道直徑d=6mm。
⑤求冷卻水在管道內(nèi)的流速ν
式中 ν——冷卻介質(zhì)的流速，m/s;
qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/s;
d——冷卻管道的直徑，m。
⑥求冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)h
查《塑料成型加工與模具》表10-5，取f=7.22(水溫為30℃時)，
由式 h=
=
≈1.549
f——與冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理系數(shù)；
ρ——冷卻介質(zhì)在一定溫度下的密度，kg/m3;
υ——冷卻介質(zhì)在圓管中的流速，m/s;
d——冷卻管道的直徑，m。
⑦求冷卻管道總傳熱面積A
由式 A=
=
=0.00357m2
式中 h——冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱膜系數(shù)，kJ/；
——模具與冷卻介質(zhì)溫度之間的平均溫差，℃。
⑧求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)n
n=
=
≈0.473
式中 L——冷卻管道開設(shè)方向上模具長度或?qū)挾?，m.。
則采用d=6mm的冷卻水管道一根。
6.確定模架和注射機
6.1模架
考慮模具結(jié)構(gòu)和強度，與模架配合的注塑機等因素，所選模架為400×500mm。
6.2注射機
考慮注射機的最高裝模高度和注射機每次的注射量。
塑件的重量m=96.4g，注塑機每次的注射量為其注射容量的20%～80%，即20%m熔≤m注≤80% m熔
所選注射機的型號為XS-ZY-1000。
附錄 1 側(cè)型芯及定位裝置
附錄 2 抽去定模底板和定模型腔板
附錄 3 側(cè)型芯及定位裝置
附錄 4 型芯
附錄 5 裝配體
結(jié) 論
幾個月來，在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，我有很多收獲：
1. 學(xué)會分析塑件，考慮模具的生產(chǎn)效率等因素來改進(jìn)塑件結(jié)構(gòu)；考慮塑件的材料ABS，其流動性、選擇模具澆口的形式；考慮熔體流動時的阻力因素，確定模具澆口位置；考慮到點澆口凝料與塑件不在同一分型面上，利用分流道推板拉斷點澆口；考慮到型芯高度大，模具采用噴流式冷卻法；考慮到ABS樹脂比較硬，塑件底部不能采取強制性脫模，而模具型芯內(nèi)部推桿孔比較多，又不能采取斜滑塊內(nèi)側(cè)分型與抽芯機構(gòu)，最后采用了斜銷側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)；考慮到模具的加工工藝，型芯中難加工的部分都分成鑲塊。
2. 鞏固了幾種三維CAD/CAM軟件，如對Pro/E軟件有了更深的了解，現(xiàn)在能熟練利用Pro/E軟件對各種塑料制品開模設(shè)計，也能比較熟練的利用CAD軟件。
3. 對許多常識性知識有了比較深的了解，如45鋼調(diào)質(zhì)處理能達(dá)到28～32HRC，而要達(dá)到44～48HRC的硬度可通過淬火處理等。
還不能解決的問題：
1. 不能將Pro/E的三維裝配體圖生成所需要的二維圖，不能在Pro/E環(huán)境中標(biāo)注二維零件圖。
2. 對模具材料的使用把握不準(zhǔn)確，材料的熱處理不太明確。
致 謝
本課題是在導(dǎo)師康志軍講師的悉心指導(dǎo)下完成的。學(xué)習(xí)期間，這位導(dǎo)師以其淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寶貴的經(jīng)驗給予我啟迪，使我終生收益。他不但使我在學(xué)業(yè)上收益匪淺，而且使我懂得如何更好地做人處事，并激勵著我在今后的學(xué)業(yè)和工作中不畏困難，不斷前進(jìn)。在此向康老師表示崇高的敬意和忠心的感謝！并?？道蠋熒眢w健康，工作順利。
感謝吳彥農(nóng)、鄭良紅老師在我畢業(yè)設(shè)計期間給予我Pro/E、AutoCAD方面的指導(dǎo)。
感謝卓榮明老師對我模具設(shè)計方面的指導(dǎo)！
感謝機械系的其他老師們！
向給予我關(guān)心和幫助的各級領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友致謝！
對本設(shè)計的評閱老師表示感謝！
參 考 文 獻(xiàn)
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18 陳權(quán)，劉樹春.中國建材工業(yè)出版社
19 唐志玉.大型注塑模具設(shè)計技術(shù)原理與應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版