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畢 業(yè) 設(shè) 計
三角衣架塑料模設(shè)計
4
摘 要
注射成型是塑料成型的主要方法之一，其優(yōu)點是可以一次成型形狀復雜的塑件，生產(chǎn)效率高。Pro/E（Pro/engineer）軟件是目前國內(nèi)在產(chǎn)品造型設(shè)計和模具設(shè)計中應(yīng)用廣泛的軟件之一，它有其專門的注塑模設(shè)計模塊，通過利用其方便快捷的模架庫外掛（EMX4.1），模具設(shè)計中的一些繁瑣工作變得尤為簡單。
在本設(shè)計中，三角衣架作為大批量生產(chǎn)的日常用品適宜采用注射方法成型，通過對塑件進行結(jié)構(gòu)和工藝性分析，設(shè)計出一套一模兩腔的塑料注射模具，并合理編寫出成型零件的制造工藝。在設(shè)計中，Pro/E軟件的應(yīng)用貫穿到了整個設(shè)計過程，首先利用Pro/E軟件的零件模塊進行三角衣架實體模型的創(chuàng)建，然后利用其制造模塊對模型進行分模、型芯的設(shè)計、澆注系統(tǒng)的設(shè)計，最后利用其模具外掛生成標準模架，再進行頂桿、冷卻系統(tǒng)、支撐柱等綜合布置。在模具的設(shè)計過程中，一些重要的尺寸（如壁厚，頂桿直徑，流道尺寸等）都經(jīng)過了理論計算或取一個合理的經(jīng)驗數(shù)值，并進行了強度校核和流道剪切速率的校核。模具各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計好后，利用創(chuàng)建好的模型生成Pro/E工程圖并將其導入autoCAD中做出符合國標的裝配圖及部分零件圖，跳過了直接繪制工程圖中大量繁瑣的工作，降低了設(shè)計工作量。該設(shè)計充分體現(xiàn)了Pro/E軟件在模具設(shè)計的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：三角衣架塑件 注射模 Pro/E EMX4.1
目 錄
1 前言…………………………………………………………………………………………1
1.1設(shè)計的目的和意義…………………………………………………………………………1
1.2模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位……………………………………………………………1
1.3我國塑料模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………2
1.4 Pro/E軟件的介紹…………………………………………………………………………3
2 塑件成型工藝分析…………………………………………………………………………4
2.1 塑件的使用要求…………………………………………………………………………4
2.2 塑件的材料分析…………………………………………………………………………4
2.3 塑件的尺寸精度、塑件表面質(zhì)量、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析……………………………5
2.3.1 塑件的尺寸精度分析…………………………………………………………………5
2.3.2 塑件的表面質(zhì)量分析…………………………………………………………………5
2.3.3 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析………………………………………………………………6
3 成型設(shè)備的選擇與模塑工藝參數(shù)的編制…………………………………………………6
3.1 塑件的體積和質(zhì)量………………………………………………………………………7
3.2 型腔數(shù)量確定……………………………………………………………………………7
3.3 澆注系統(tǒng)凝料的估算……………………………………………………………………7
3.4 注射機的選用及其技術(shù)參數(shù)……………………………………………………………7
3.5 成型工藝參數(shù)……………………………………………………………………………8
4 模具結(jié)構(gòu)方案的確定………………………………………………………………………9
4.1 分型面位置確定…………………………………………………………………………9
4.2 型腔數(shù)量的最后確定及型腔的排列形式………………………………………………10
4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算…………………………………………………………………11
4.3.1 主流道設(shè)計……………………………………………………………………………11
4.3.2 分流道的設(shè)計………………………………………………………………………12
4.3.3 澆口的設(shè)計……………………………………………………………………………14
4.4 成型零件結(jié)構(gòu)的確定……………………………………………………………………15
4.4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………15
4.4.2 凸模(型芯)的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………16
4.5 排氣與引氣系統(tǒng)機構(gòu)的確定……………………………………………………………17
4.6 冷料穴與拉料桿設(shè)計……………………………………………………………………17
4.7 側(cè)凹部分的處理…………………………………………………………………………18
4.8 模具結(jié)構(gòu)形式的確定……………………………………………………………………18
5 主要零部件的設(shè)計計算……………………………………………………………………18
5.1 成型零件工作尺寸計算…………………………………………………………………18
5.2 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算…………………………………………………21
5.2.1 凹模側(cè)壁厚度計算……………………………………………………………………21
5.2.2 凹模底部厚度計算……………………………………………………………………22
5.2.3 動模墊板厚度計算……………………………………………………………………22
5.3 標準模架的選擇…………………………………………………………………………23
5.3.1 模架的確定……………………………………………………………………………23
5.3.2 各模板尺寸的確定……………………………………………………………………23
5.3.3 導柱長度確定…………………………………………………………………………24
5.4 脫模機構(gòu)的設(shè)計與計算…………………………………………………………………24
5.4.1 推出方式的確定………………………………………………………………………25
5.4.2 脫模力的計算………………………………………………………………………25
5.4.3 推桿尺寸確定及校核…………………………………………………………………26
5.5 模具冷卻系統(tǒng)的計算……………………………………………………………………28
5.5.1 冷卻介質(zhì)………………………………………………………………………………28
5.5.2 冷卻系統(tǒng)計算…………………………………………………………………………28
5.5.3 水路的布置形式………………………………………………………………………30
6 注射機有關(guān)參數(shù)的校核……………………………………………………………………31
6.1 注射量的校核……………………………………………………………………………31
6.2 注射壓力的校核…………………………………………………………………………31
6.3 合模力的校核……………………………………………………………………………31
6.4 安裝部分相關(guān)尺寸的校核………………………………………………………………31
6.5 開模行程的校核…………………………………………………………………………32
7 模具的建模過程…………………………………………………………………………32
7.1 三角衣架模型創(chuàng)建………………………………………………………………………32
7.2 衣架的分模步驟…………………………………………………………………………34
7.3 標準模架的導入…………………………………………………………………………37
8 成型零件的加工工藝設(shè)計………………………………………………………………40
8.1 動模大型芯加工工藝……………………………………………………………………40
8.2 中部型芯加工工藝………………………………………………………………………40
8.3 整體式凹模加工工藝……………………………………………………………………41
8.4 定模小型芯加工工藝……………………………………………………………………42
9 繪制模具裝配圖及相關(guān)零件圖……………………………………………………………42
10 結(jié)束語……………………………………………………………………………………42
致謝……………………………………………………………………………………………44
參考文獻………………………………………………………………………………………45
Abstract………………………………………………………………………………………46
附錄
1 前言
1.1 設(shè)計的目的和意義
模具在當今工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，社會上需要大批的模具從業(yè)人員。為了提高模具設(shè)計的知識水平，進一步認識和掌握計算機輔助設(shè)計，增強自身競爭力，本次三角衣架塑料模設(shè)計將會以點帶線，以線帶面地將大學四年所學的知識貫穿起來，同時也可以了解到塑料模具設(shè)計的一般過程，為其它同類設(shè)計提供借鑒參考。
本設(shè)計是用Pro/E軟件進行的塑料模具設(shè)計，又是計算機輔助設(shè)計這一抽象概念的一個具體體現(xiàn)，在此，可以了解到利用Pro/E軟件進行模具設(shè)計的具體操作步驟。在以往課本上學到的都是一些單純的理論知識，如何將其應(yīng)用到實踐中呢？在這里，Pro/E軟件的應(yīng)用貫穿到整個設(shè)計過程中，無論是塑件的分模還是模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，都實現(xiàn)了理論知識與實際操作的有機結(jié)合，這不僅有利于模具理論水平和軟件的應(yīng)用技能的提高，而且在老師指導下，通過獨立查找資料，更培養(yǎng)了分析問題、解決問題等綜合能力。
1
畢 業(yè) 設(shè) 計
三角衣架塑料模設(shè)計
45
摘 要
注射成型是塑料成型的主要方法之一，其優(yōu)點是可以一次成型形狀復雜的塑件，生產(chǎn)效率高。Pro/E（Pro/engineer）軟件是目前國內(nèi)在產(chǎn)品造型設(shè)計和模具設(shè)計中應(yīng)用廣泛的軟件之一，它有其專門的注塑模設(shè)計模塊，通過利用其方便快捷的模架庫外掛（EMX4.1），模具設(shè)計中的一些繁瑣工作變得尤為簡單。
在本設(shè)計中，三角衣架作為大批量生產(chǎn)的日常用品適宜采用注射方法成型，通過對塑件進行結(jié)構(gòu)和工藝性分析，設(shè)計出一套一模兩腔的塑料注射模具，并合理編寫出成型零件的制造工藝。在設(shè)計中，Pro/E軟件的應(yīng)用貫穿到了整個設(shè)計過程，首先利用Pro/E軟件的零件模塊進行三角衣架實體模型的創(chuàng)建，然后利用其制造模塊對模型進行分模、型芯的設(shè)計、澆注系統(tǒng)的設(shè)計，最后利用其模具外掛生成標準模架，再進行頂桿、冷卻系統(tǒng)、支撐柱等綜合布置。在模具的設(shè)計過程中，一些重要的尺寸（如壁厚，頂桿直徑，流道尺寸等）都經(jīng)過了理論計算或取一個合理的經(jīng)驗數(shù)值，并進行了強度校核和流道剪切速率的校核。模具各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計好后，利用創(chuàng)建好的模型生成Pro/E工程圖并將其導入autoCAD中做出符合國標的裝配圖及部分零件圖，跳過了直接繪制工程圖中大量繁瑣的工作，降低了設(shè)計工作量。該設(shè)計充分體現(xiàn)了Pro/E軟件在模具設(shè)計的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：三角衣架塑件 注射模 Pro/E EMX4.1
目 錄
1 前言…………………………………………………………………………………………1
1.1設(shè)計的目的和意義…………………………………………………………………………1
1.2模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位……………………………………………………………1
1.3我國塑料模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………2
1.4 Pro/E軟件的介紹…………………………………………………………………………3
2 塑件成型工藝分析…………………………………………………………………………4
2.1 塑件的使用要求…………………………………………………………………………4
2.2 塑件的材料分析…………………………………………………………………………4
2.3 塑件的尺寸精度、塑件表面質(zhì)量、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析……………………………5
2.3.1 塑件的尺寸精度分析…………………………………………………………………5
2.3.2 塑件的表面質(zhì)量分析…………………………………………………………………5
2.3.3 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析………………………………………………………………6
3 成型設(shè)備的選擇與模塑工藝參數(shù)的編制…………………………………………………6
3.1 塑件的體積和質(zhì)量………………………………………………………………………7
3.2 型腔數(shù)量確定……………………………………………………………………………7
3.3 澆注系統(tǒng)凝料的估算……………………………………………………………………7
3.4 注射機的選用及其技術(shù)參數(shù)……………………………………………………………7
3.5 成型工藝參數(shù)……………………………………………………………………………8
4 模具結(jié)構(gòu)方案的確定………………………………………………………………………9
4.1 分型面位置確定…………………………………………………………………………9
4.2 型腔數(shù)量的最后確定及型腔的排列形式………………………………………………10
4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算…………………………………………………………………11
4.3.1 主流道設(shè)計……………………………………………………………………………11
4.3.2 分流道的設(shè)計………………………………………………………………………12
4.3.3 澆口的設(shè)計……………………………………………………………………………14
4.4 成型零件結(jié)構(gòu)的確定……………………………………………………………………15
4.4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………15
4.4.2 凸模(型芯)的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………16
4.5 排氣與引氣系統(tǒng)機構(gòu)的確定……………………………………………………………17
4.6 冷料穴與拉料桿設(shè)計……………………………………………………………………17
4.7 側(cè)凹部分的處理…………………………………………………………………………18
4.8 模具結(jié)構(gòu)形式的確定……………………………………………………………………18
5 主要零部件的設(shè)計計算……………………………………………………………………18
5.1 成型零件工作尺寸計算…………………………………………………………………18
5.2 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算…………………………………………………21
5.2.1 凹模側(cè)壁厚度計算……………………………………………………………………21
5.2.2 凹模底部厚度計算……………………………………………………………………22
5.2.3 動模墊板厚度計算……………………………………………………………………22
5.3 標準模架的選擇…………………………………………………………………………23
5.3.1 模架的確定……………………………………………………………………………23
5.3.2 各模板尺寸的確定……………………………………………………………………23
5.3.3 導柱長度確定…………………………………………………………………………24
5.4 脫模機構(gòu)的設(shè)計與計算…………………………………………………………………24
5.4.1 推出方式的確定………………………………………………………………………25
5.4.2 脫模力的計算………………………………………………………………………25
5.4.3 推桿尺寸確定及校核…………………………………………………………………26
5.5 模具冷卻系統(tǒng)的計算……………………………………………………………………28
5.5.1 冷卻介質(zhì)………………………………………………………………………………28
5.5.2 冷卻系統(tǒng)計算…………………………………………………………………………28
5.5.3 水路的布置形式………………………………………………………………………30
6 注射機有關(guān)參數(shù)的校核……………………………………………………………………31
6.1 注射量的校核……………………………………………………………………………31
6.2 注射壓力的校核…………………………………………………………………………31
6.3 合模力的校核……………………………………………………………………………31
6.4 安裝部分相關(guān)尺寸的校核………………………………………………………………31
6.5 開模行程的校核…………………………………………………………………………32
7 模具的建模過程…………………………………………………………………………32
7.1 三角衣架模型創(chuàng)建………………………………………………………………………32
7.2 衣架的分模步驟…………………………………………………………………………34
7.3 標準模架的導入…………………………………………………………………………37
8 成型零件的加工工藝設(shè)計………………………………………………………………40
8.1 動模大型芯加工工藝……………………………………………………………………40
8.2 中部型芯加工工藝………………………………………………………………………40
8.3 整體式凹模加工工藝……………………………………………………………………41
8.4 定模小型芯加工工藝……………………………………………………………………42
9 繪制模具裝配圖及相關(guān)零件圖……………………………………………………………42
10 結(jié)束語……………………………………………………………………………………42
致謝……………………………………………………………………………………………44
參考文獻………………………………………………………………………………………45
Abstract………………………………………………………………………………………46
附錄
1 前言
1.1 設(shè)計的目的和意義
模具在當今工業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要，社會上需要大批的模具從業(yè)人員。為了提高模具設(shè)計的知識水平，進一步認識和掌握計算機輔助設(shè)計，增強自身競爭力，本次三角衣架塑料模設(shè)計將會以點帶線，以線帶面地將大學四年所學的知識貫穿起來，同時也可以了解到塑料模具設(shè)計的一般過程，為其它同類設(shè)計提供借鑒參考。
本設(shè)計是用Pro/E軟件進行的塑料模具設(shè)計，又是計算機輔助設(shè)計這一抽象概念的一個具體體現(xiàn)，在此，可以了解到利用Pro/E軟件進行模具設(shè)計的具體操作步驟。在以往課本上學到的都是一些單純的理論知識，如何將其應(yīng)用到實踐中呢？在這里，Pro/E軟件的應(yīng)用貫穿到整個設(shè)計過程中，無論是塑件的分模還是模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，都實現(xiàn)了理論知識與實際操作的有機結(jié)合，這不僅有利于模具理論水平和軟件的應(yīng)用技能的提高，而且在老師指導下，通過獨立查找資料，更培養(yǎng)了分析問題、解決問題等綜合能力。
1.2 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在1989年3月中國政府頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。
模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng)濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。單一個型號的汽車所需模具就達幾千副，價值上億元。為了適應(yīng)市場的需求，汽車須要不斷換型，汽車換型時約有80％的模具需要更換。中國摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個型號的摩托車生產(chǎn)需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。
1.3 我國塑料模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，我國塑料模具制造水平已有較大提高，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進步的投入力度，將技術(shù)進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了很大提高。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到2μm，制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產(chǎn)手段上，模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴展，高速加工及RP/RT等先進技術(shù)的采用已越來越多，模具標準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設(shè)計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無圖制造。隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是汽車、家電等工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)咨分析認為，我國模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的,未來的模具市場中, 注塑模具的發(fā)展速度將高于其它模具,并且在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。設(shè)計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家許多。今后，我國模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強模具標準件的應(yīng)用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標準件的應(yīng)用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計制造水平。
（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。
1.4 Pro/E軟件的介紹
Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司推出的一套CAD/CAE/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出、數(shù)控加工編程。經(jīng)過多年的發(fā)展，隨著版本的更新?lián)Q代，功能也越來越完善，Pro/E目前共有8O多個模塊，為用戶提供全套解決方案。
Pro/E軟件系統(tǒng)提供了豐富而實用的實體造型和裝配功能，通過可視化的三維設(shè)計，保證了產(chǎn)品設(shè)計的合理性、高效性。設(shè)計人員在較短時間內(nèi)，將設(shè)計思維在計算機中以立體造型的形式轉(zhuǎn)化出來，從而使設(shè)計人員能將注意力始終集中于創(chuàng)造性的設(shè)計活動中，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。
Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計可使CAD系統(tǒng)不僅具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。Pro/E軟件使用單一數(shù)據(jù)庫設(shè)計，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，任何時候所做的任何修改都會自動調(diào)整到整個設(shè)計過程中，如零件圖中有改動其裝配圖也會自動發(fā)生更改，做到了所謂全相關(guān)，這對設(shè)計復雜的裝備尤為重要。
在模具設(shè)計方面，Pro/E軟件也是其中一款在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的三維軟件，它有專門面向塑料模設(shè)計模塊，通過利用其方便快捷的標準模架庫外掛（EMX4.1），模具設(shè)計中的一些繁瑣工作變得尤為簡單，其智能式的設(shè)計可對零件實現(xiàn)自動裝配，并能隨心所欲地進行修改，直到得出滿意的方案。這一強大而完善的功能無疑是模具設(shè)計的首選軟件。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件的使用要求
該塑件（三角衣架）作為日常用品，要具備安全無毒，化學穩(wěn)定性高，不易分解等特點和價格低廉的要求；同時，作為承重物件在一定的高度掉下或過載時，不會出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，這就意味著塑件所使用的材料要有一定的機械強度。
2.2 塑件的材料分析
根據(jù)2.1中對塑件的分析要求，同時考慮原材料價格要低廉，現(xiàn)決定選用應(yīng)用廣泛的ABS工程塑料。ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種原料為單體經(jīng)過共聚而成的一種熱塑性塑料（可以反復加熱軟化冷卻成型的塑料），因此兼有三種元素的共同性能，使其具有“堅韌、質(zhì)硬、剛性”的性質(zhì)。ABS塑料無毒、無味，其特點如下：
結(jié)構(gòu)特點：線性結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型
使用溫度：小于70
化學穩(wěn)定性：比較穩(wěn)定
性能特點：有極好的抗沖擊強度，有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性等，利用ABS成型的塑料件尺寸穩(wěn)定和有較好的光澤。其缺點是耐熱性不高，原料吸濕性大，同時其耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
成型特性：流動性中等，溢邊料0.04mm左右，吸濕性強，含水量應(yīng)小于0.3％，成型前原料必須充分干燥，該塑料的脫模性不良，塑件上的脫模斜度宜稍大，通常取2°以上。推出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。
結(jié)論：經(jīng)以上分析，ABS塑料非常適合用作三角衣架的原材料，而且其成型性能良好，適宜采用注射成型方法生產(chǎn)，成型前原料要充分干燥。
表1 ABS塑料的部分技術(shù)指標
技術(shù)指標
值
密度(g / cm^-3)
1.02～1.16
收縮率(%)
0.4～0.7
透明度
不透明
比熱容/(J·kg^-1·k^-1)
1470
續(xù)上表
吸水性（24小時）（%）
0.2～0.4
屈服強度/MPa
50
拉伸彈性模量/GPa
1.8
抗壓強度/MPa
53
彎曲彈性模量/GPa
1.4
熔點℃
130～160
2.3 塑件的尺寸精度、塑件表面質(zhì)量、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
圖1所示為三角衣架的零件圖，其壁厚為2mm。
圖1 塑件零件圖
2.3.1 塑件的尺寸精度分析
塑件的尺寸要求并不嚴格，各尺寸均為自由尺寸，故選取低的精度等級就能滿足日常的使用要求，根據(jù)GB/T 14486—1993，按MT5級塑料件精度來確定各尺寸的公差值。
2.3.2 塑件的表面質(zhì)量分析
該塑件為用來晾曬衣物的衣架，要求表面光亮美觀，塑件外表面應(yīng)無尖銳的毛刺、斑點和明顯的熔接痕。考慮到塑件表面質(zhì)量高時，其模具的加工成本也會增高，根據(jù)塑件的使用要求和模具加工成本綜合考慮，塑件外表面的粗糙度取Ra1.6，而塑件的內(nèi)表面沒有較高的粗糙度要求。相應(yīng)地，用于成型塑件外表面的模具型腔表面粗糙度定為Ra=0.8，而成型其內(nèi)表面的模具大型芯表面粗糙度定為Ra=3.2。
2.3.3 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
從零件圖（圖1）可看出，該塑件為外形近似三角形的殼類零件，其外形結(jié)構(gòu)簡單、對稱。腔體深10mm，除局部地方壁厚受結(jié)構(gòu)影響外，總體壁厚均勻為2mm，屬于厚壁塑件，這有利于減少塑料填充型腔時的阻力和收縮的均勻性。塑件的總體尺寸適中，成型性能良好。
塑件中，環(huán)形分布著3處陣列型方孔，成型后要輪廓清晰，其長度方向的線性變化要均勻，倒圓角量很小，成型它的模具工作零件要用電火花成型加工。
塑件中部固定掛鉤處分布著三處側(cè)凹結(jié)構(gòu)的加強筋，通過分析，這兒須要強脫，所以模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中要設(shè)計成強脫形式，同時有必要對強脫進行校核。
ABS的脫模性不良，脫模斜度通常取2°以上。此塑件中，脫模表面的脫模斜度設(shè)計成3°，塑件易于脫模避免頂壞。
3 成型設(shè)備選擇與模塑工藝參數(shù)的編制
圖2是根據(jù)塑件壁厚均勻要求，用Pro/E三維軟件做的一個三角衣架模型，建模后除了能得到衣架體積，分型面面積等參數(shù)外，這個模型也是Pro/E分模時的參照模型。
圖2 塑件的Pro/E模型
3.1 塑件的體積和重量
三角衣架的模型建好后，可以利用Pro/E軟件的分析——模型——質(zhì)量屬性功能，方便地查出單個塑件的體積?，F(xiàn)查得：
取ABS材料的密度，于是可算得單個塑件質(zhì)量為：
3.2 型腔數(shù)量確定
考慮到該塑件為一般日常用品，需求量大，而且產(chǎn)品的形狀簡單，模腔布置方便，尺寸精度要求又低，因此確定為大批量生產(chǎn)，模具應(yīng)采用一模多腔的結(jié)構(gòu)，同時兼顧模具的制造成本，模具整體外形尺寸的大小關(guān)系（在滿足要求的前提下，盡量減少外形尺寸），模具零件加工的難易程度，現(xiàn)決定選用一模兩腔的模具結(jié)構(gòu)形式。
3.3 澆注系統(tǒng)凝料的估算
澆注系統(tǒng)的凝料體積，可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2～1倍來估算。同時考慮到模具只有一模兩腔，其流道會比較簡單，長度也比較短，澆注系統(tǒng)中的凝料是很少的，現(xiàn)采用按塑件體積的0.2倍來進行澆注系統(tǒng)凝料體積的估算，所以對于確定的一模兩腔，注塑機一次注入模具型腔的注射量為：
3.4 注射機的選用及其技術(shù)參數(shù)
根據(jù)上面3.3中估算出的一次注入模具型腔塑料總體積，再按照注射機的每次注射量應(yīng)小于或等于其公稱注射量的80%估算，于是有：
根據(jù)以上的計算結(jié)果，現(xiàn)選定公稱注射量為，型號為XS—ZY—125螺桿式注射機，其主要技術(shù)參數(shù)如下表2所示。
表2 XS—ZY—125注射機主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
值
標稱注射量/
125
螺桿直徑/mm
42
注射壓力/MPa
150
注射行程/mm
160
螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min）
10～140
注射時間/s
1.8
注射方式
螺桿式
合模力/N
最大成型面積/
360
模板最大行程/mm
300
模板最大厚度/mm
300
模板最小厚度/mm
200
拉桿空間/mm
260×360
合模方式
液壓—機械
推出形式
中心推出
電動機功率/kW
11
噴嘴球半徑/mm
12
噴嘴孔直徑/mm
4
定位圈尺寸/mm
100
機器外形尺寸/m
3.34×0.75×1.55
3.5 成型工藝參數(shù)
塑件注射成型工藝參數(shù)如下表所示，試模時，可根據(jù)實際情況進行必要調(diào)整。要保證塑件質(zhì)量合格及穩(wěn)定所必須的條件是準確而穩(wěn)定的工藝參數(shù)，在調(diào)整工藝參數(shù)時﹐原則上應(yīng)按壓力 —— 時間 —— 溫度的順序來調(diào)機，不應(yīng)該同時變動兩個或以上參數(shù)，防止工藝條件紊亂造成塑件質(zhì)量不穩(wěn)定。
表3 ABS塑料的注射成型工藝參數(shù)
工藝參數(shù)
規(guī)格
預(yù)熱和干燥溫度/℃
80～85
預(yù)熱和干燥時間/h
2～3
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
結(jié)構(gòu)
直通式
注射壓力/MPa
60～100
螺桿轉(zhuǎn)速r/min
30
模具溫度/℃
50～80
成型時間/s
注射時間
20～90
保壓時間
0～5
冷卻時間
20～120
成型周期
50～220
后處理方法（溫度/℃，時間/ s）
紅外線燈、烘箱（70，2～4）
4 模具結(jié)構(gòu)方案的確定
4.1 分型面位置確定
為使產(chǎn)品順利從模具中取出，模具必須分成公母兩部分，此分界面被稱為分型面，有分模及排氣的作用，由于分型面受到塑件幾何形狀、尺寸精度、脫模方法、后處理工序、模具類型、排氣條件、嵌件位置、澆口形式等多種因素的影響，在選擇分型面時需要注意：
① 分型面不能選擇在影響產(chǎn)品外觀的表面（或精度要求高的表面）。
② 分型后塑件應(yīng)盡可能留在動模一側(cè)，以便方便取出塑件。
③ 分型面選擇應(yīng)有利于成型模具的加工制造。
④ 對于同軸度要求高的產(chǎn)品或容易造成錯位部分，要放置在分型面的同一側(cè)。
⑤ 分型面應(yīng)選在塑件截面最大處，盡量取在料流末端，有利于排氣。
該塑件形狀簡單，原則上只需一個分型面就能順利取出塑件，根據(jù)分型面的選擇要求，現(xiàn)選取三角衣架的分型面位置如下圖3中的A—A處。這樣有利于排氣，塑件表面的成型質(zhì)量會較好，也便與模具的加工。
圖3 分型面位置
4.2 型腔數(shù)量的最后確定及型腔的排列形式
綜合所選注射機的各參數(shù)，考慮到模架尺寸也不宜太大以免造成裝模困難，現(xiàn)最終確定型腔數(shù)量為一模兩腔。
在多型腔模具中型腔盡可能采用平衡式排列布置，且與澆口開設(shè)部位對稱，并在滿足剛度的條件下盡可能緊湊以減少模具外形尺寸。同時這也有利于縮短分流道的長度，這對塑件的成型是非常有利的。因現(xiàn)確定的型腔數(shù)目是一模兩腔，故采用直線對稱排列。
參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，多腔模各型腔間距不小于25mm，同時模具結(jié)構(gòu)中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即為整體式），這種形式，模具的剛度是很容易滿足的，所以型腔的距離也可以適當取小些，以便使熔料能更快充滿型腔，防止流道冷料。綜合考慮，現(xiàn)確定兩型腔距離為35mm。模腔的排布和間距如下圖4所示。
圖4 型腔排布
4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算
4.3.1 主流道設(shè)計
主流道是連接噴嘴與分流道入口處之間的一段通道。其尺寸大小與塑料流速和充模時間的長短密切相關(guān)，若太大，則造成回收冷料過多，冷卻時間也會增長，而且容易產(chǎn)生渦流，使塑件質(zhì)量下降；若流徑太小，熱量損失增大，流動性降低，注射壓力增大，造成成型困難，而且塑件容易出現(xiàn)飛邊。主流道設(shè)計有以下要點：
① 澆口套內(nèi)孔錐度取值為2～6度，太大會造成壓力減少，太小會使流速增大，造成成型困難；粗糙度在之間。
② 主流道大端與分流道交接處應(yīng)該倒圓角R=1～3mm，以減小料流阻力。
③ 主流道盡量短，小型模具應(yīng)盡量小于60mm，以減少冷料回收，和熱量損失。
④ 主流道與噴嘴接觸處通常設(shè)計成半球形凹坑，深度常取3～5mm。
（1）主流道尺寸確定
① 主流道長度：根據(jù)主流道設(shè)計要點和對模具尺寸估算，現(xiàn)初取L=60mm進行設(shè)計。
② 主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+（0.5～1）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。
③ 主流道球面半徑：SR=注射機噴嘴球半徑+（1～2）mm=（12+1）=13mm。
④ 主流道錐角：取。
⑤ 主流道大端直徑：。
⑥ 半球形凹坑深度：取h=5mm。
⑦ 主流道大端圓角：取R=2mm。
（2） 主流道的凝料體積
（3） 主流道當量半徑
（4） 主流道澆口套形式
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，極易磨損，對材料的要求比較高，故將其分開設(shè)計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理?，F(xiàn)材料選用T10A，熱處理淬火表面硬度為50HRC－55HRC。同時為了防止轉(zhuǎn)，澆口套采用螺釘固定結(jié)構(gòu)。與澆口套相配的定位圈直徑取Φ100mm。各形狀如下圖5示。
圖5 澆口套、定位圈形狀
4.3.2 分流道的設(shè)計
分流道介于主流道和澆口之間，起著分流和轉(zhuǎn)向作用。設(shè)計時基本原則為：
① 在條件允許下，分流道截面面積應(yīng)盡量小，長度盡量短。
② 分流道表面不要求過分光滑，通常。
③ 流道設(shè)計時應(yīng)先取較小尺寸，以便于試模后有修正余量。
（1）分流道的布置形式
本設(shè)計中，根據(jù)型腔的排列形式，只須要一級分流道就能滿足要求。同時根據(jù)塑件形狀，澆口要開設(shè)在定模一側(cè)，所以為了加工方便分流道也設(shè)置在定模一側(cè)。
（2）分流道的長度
根據(jù)上面4.2中型腔的布形式及型腔間的距離，可確定單邊分流道長度為。
（3）分流道的當量直徑
因為三角衣架塑件的壁厚為2mm<3mm，且其質(zhì)量也小于200g，因此分流道的當量直徑可以用以下經(jīng)驗公式確定?，F(xiàn)計算有：
同時，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，ABS材料的圓形截面分流道直徑為4.8～9.5mm。計算結(jié)果與經(jīng)驗值差距較大，所以綜合理論計算和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，現(xiàn)取。
（4）分流道的截面形狀
為了方便加工和凝料脫模，分流道需設(shè)計在分型面上并在定模一側(cè)。因分流道很短，熱量散失是次要因素，為了便于加工，現(xiàn)選用加工性能比較好的半圓形流道，表面粗糙度取。
（5）分流道的截面尺寸
根據(jù)半圓形截面面積與當量直徑為的圓面積的相等關(guān)系可得分流道直徑，有：
（6）分流道的凝料體積
（7）剪切速率校核
① 計算分流道體積流量：
（注射時間為t，根據(jù)查表可確定t=1.6s，下同）
② 剪切速率：
由計算知，該分流道的剪切速率都處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。
4.3.3 澆口的設(shè)計
澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的位置、類型及尺寸對塑件質(zhì)量影響很大。其作用是使塑料以較快的速度進入并充滿型腔。它能很快適時冷卻，封閉，防止型腔內(nèi)塑料熔體倒流。
該塑件外表面質(zhì)量要求較高，為了不影響外觀，現(xiàn)決定選用矩形側(cè)澆口，而且塑件體積小，型腔容易充滿，為避免產(chǎn)生更多熔接痕，澆口數(shù)目宜選一個，并開設(shè)在分型面上定模一側(cè)。其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，降低了模具制造成本。從型腔的邊緣進料，去除澆口容易，澆口去除后不留明顯痕跡，對產(chǎn)品外觀影響很小。
（1）澆口尺寸的確定
①估算側(cè)澆口深度 通過查手冊可以得到側(cè)澆口的深度計算公式，再根據(jù)塑件厚度t=2mm，同時ABS材料的成型系數(shù)n=0.7。于是有：
查模具設(shè)計手冊又知，對于壁厚為2mm的塑件，ABS材料對應(yīng)的澆口深度為1.2～1.4mm之間，考慮到要預(yù)留一定的修模量（澆口深度常先取小值以便發(fā)現(xiàn)問題時修模），現(xiàn)取h=1.2mm。
②側(cè)澆口寬度 由側(cè)澆口的寬度計算公式可得：
式中，A為凹模的內(nèi)表面積，由Pro/E軟件方便地測出為。
③側(cè)澆口長度 側(cè)澆口長度一般在0.7～2mm之間，在這里取。
（2）側(cè)澆口剪切速率的校核
①澆口當量半徑 根據(jù)截面面積相等有：
，即
②計算澆口的體積流量
③剪切速率計算
由計算結(jié)果知，該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率 之間，所以，澆口的剪切速率校核合格，澆口尺寸理論上符合要求。
（3）主流道剪切速率校核
通過上面已經(jīng)確定了分流道尺寸，所以澆注系統(tǒng)的體積也已經(jīng)確定，因而，主流道的剪切速率就可以校核了。
① 主流道的體積流量
② 主流道剪切速率
由結(jié)果知，求得的主流道熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率之間，所以，主流道的剪切速率也符合要求，尺寸確定合理。
圖6 澆注系統(tǒng)與塑件的三維模型
4.4 成型零件結(jié)構(gòu)的確定
4.4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了加工方便，簡化加工工藝，和避免塑件上可能產(chǎn)生的拼接痕跡，型腔將直接在定模固定板上加工而成，即凹模做成整體式的結(jié)構(gòu)，型腔周邊妨礙加工部位另外做成定模小型芯，所以最終的整體式凹模的模腔周邊會分布很多用于定模小型芯嵌入的孔，如圖7所示。
圖7 整體式凹模
4.4.2 凸模（型芯）的結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過對塑件的結(jié)構(gòu)分析可知，該塑件的型芯有兩個：一個是成型零件內(nèi)表面的動模大型芯，通過對其進行加工工藝分析，若大型芯做成整體式的話，加工起來是不方便的，所以現(xiàn)在考慮大型芯用組合、直通式外形結(jié)構(gòu)，把其與中部突起的部分（命名中部型芯）分開加工，中部型芯非成型部分做成階梯圓柱形式，方便固定；另一個是成型塑件周邊掛鉤的定模小型芯，它將作為嵌件嵌入定模中。另外從大型芯中分出的中部型芯需要防止轉(zhuǎn)，因為其成型輪廓有對應(yīng)的位置，現(xiàn)決定用圓柱銷止轉(zhuǎn)。各型芯形狀如下圖8示。
圖8 大型芯、中部型芯、小型芯
4.5 排氣與引氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定
當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈，一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及填充缺料等成型缺陷，還會導致塑件局部碳化或燒焦，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計型腔時必須考慮排氣問題。
本設(shè)計中，塑件簡單，體積很小，所以模具成型空腔中的氣體是很少的，根據(jù)塑件形狀分析，其最后填充部位在分型面上，因此可利用分型面、推桿活動間隙、型芯嵌件間隙進行排氣，就可保證塑件的質(zhì)量，同時也有利于減少加工成本和不必要的工時，提高了工作效率。
4.6 冷料穴與拉料桿設(shè)計
冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是捕足料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質(zhì)量；通過在冷料穴末端設(shè)置拉料桿，主流道冷料穴在開模時又能起到把主流道的凝料拉出的作用。
根據(jù)ABS材料的性質(zhì)和加工方便為原則，主流道冷料穴決定選用Z形冷料穴，其圓柱體直徑通常取主流道的大端直徑或者比主流道大端直徑大1～2mm，在本設(shè)計中，冷料穴直徑取D=9mm。冷料穴尺寸確定及與拉料桿、模板之間配合關(guān)系如下圖9反映。而在本設(shè)計中，分流道設(shè)計得比較短，不容易積存冷料，因此無須設(shè)置分流道冷料穴。
圖9 “Z”型拉料桿及其配合
4.7 側(cè)凹部分的處理
塑件中部固定掛鉤處分布著三處側(cè)凹結(jié)構(gòu)的加強筋，如圖10，因此結(jié)構(gòu)處于塑件的內(nèi)表面，而且空間很小，側(cè)抽芯，斜頂?shù)让撃＝Y(jié)構(gòu)是不可行的。所以該處只能強脫模。在前面已經(jīng)通過Pro/E軟件對三角衣架建了模，現(xiàn)就對強脫結(jié)構(gòu)處的尺寸進行校核檢驗，看是否滿足強脫的要求。
圖10 側(cè)凹結(jié)構(gòu)尺寸
根據(jù)設(shè)計的尺寸及可強脫條件有：
顯然，側(cè)凹尺寸合理，該位置作強脫處理可行。
4.8模具結(jié)構(gòu)形式的確定
通過上面的分析可知，塑件選用側(cè)澆口，而且塑件只有一個分型面，塑件體積很小，這就決定了模架應(yīng)選用中小型兩板模的大水口模架，同時因為成型塑件的動模大型芯采用的是直通式結(jié)構(gòu)，所以模架中還要增加一塊墊板來做支承，而且通過墊板在背面用內(nèi)六角螺釘拉緊?？紤]塑件的形狀、高度、壁厚等，決定選用推桿推出方式實現(xiàn)塑件脫模。
5 主要零部件的設(shè)計計算
5.1 成型零件工作尺寸計算
該塑件的尺寸精度要求比較低，又沒有什么配合要求，所以各尺寸均未標注公差。在實際生產(chǎn)中，為了簡化計算，對于這類尺寸在計算時往往只加上它的收縮量，公差則按模具的經(jīng)濟制造精度取得。現(xiàn)對該塑件的成型零件尺寸計算也按這樣的方式處理，公差按經(jīng)濟制造精度IT7級取得，而有配合要求的成型尺寸按配合精度（IT6級）取得。
表4 型腔成型尺寸
類型
塑件上的尺寸（mm）
計算公式
制造公差
收縮率Scp%
計算結(jié)果（mm）
型腔徑向尺寸
104
：IT7級精度
Scp%=0.55%
Φ18
6.17
SR8.545
其它
R25
：IT7級精度
Scp%=0.55%
R8
53
24.2
8.5
18
R0.5
R1
高度尺寸
12
：IT7級精度
Scp%=0.55%
型腔凸塊尺寸
5
：IT7級精度
Scp%=0.55%
6
表5 各型芯成型尺寸
類型
塑件上的尺寸（mm）
計算公式
制造公差
收縮率Scp%
計算結(jié)果（mm）
型芯徑向尺寸
1.5
：IT7級精度
Scp%=0.55%
Φ4
Φ
SR3.7
SR
3
6.5
104
：IT6級精度
Scp%=0.55%
Φ18
Φ
R4.978
9
4.25
Φ16.2
：IT7級精度
Scp%=0.55%
Φ
Φ14.1
Φ
6
SR6.545
R5.25
5
續(xù)上表
型芯高度尺寸
1
：IT7級精度
Scp%=0.55%
2
其它
R23
：IT6級精度
Scp%=0.55%
R6
：IT7級精度
Scp%=0.55%
53
8
5.2 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算
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)該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底部的厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料本身的許用應(yīng)力[]時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，不能僅憑經(jīng)驗確定。
5.2.1 凹模側(cè)壁厚度計算
根據(jù)塑件的外形尺寸，型腔側(cè)壁厚度按剛度計算比較合理。由公式有：
各參數(shù)取值如下分析：
型腔的尺寸大概為： （長），（寬），（深度）。
因為，所以=0.6；
；
E為模具材料的彈性模量，為；
為許用變形量，；
P為型腔熔體最大壓力，通常取注射壓力的20%~40%，大致為25~40MPa，塑件材料為ABS，其粘度中等，而且塑件要求精度不高，現(xiàn)取P=30MPa。
在實際模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，凹模是做成整體式的，所以型腔的側(cè)壁厚度要保證,這是很容易滿足要求。
5.2.2 凹模底部厚度計算
根據(jù)剛度公式有：
式中，其它數(shù)值與5.2.1中相同。
因此，實際設(shè)計中也要保證。
5.2.3 動模墊板厚度計算
動模墊板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關(guān)，通過下面5.3節(jié)中選定的FUTABA標準模架是300mm×450mm，其對應(yīng)的墊塊寬度是58mm，所以兩墊塊的跨度為：L=300mm－58×2mm=184mm。模具型腔內(nèi)的壓力在上面的計算中已取為30MPa?，F(xiàn)結(jié)合型腔的布置，通過公式計算，便可得到動模墊板的厚度，有：
式中：
是動模墊板剛度計算許用變形量，；
動模墊板長度；
A 為兩個型芯投影到動模墊板上的面積，通過Pro/E軟件可以快速測得單個型芯的投影面積為：
兩個型芯的面積就為：
根據(jù)計算結(jié)果分析，計算出動模墊板厚度過厚，這會使設(shè)計的模具過于笨重，為了減少模具重量和模架高度方向的尺寸，現(xiàn)考慮通過增加2根支承柱來對動模墊板底部進行支撐，支承柱的直徑取25mm，長度由墊塊高度決定為70mm，初定兩支承柱與模具中心對稱布置，布置距離為230mm。這樣，動模墊板厚度可減少為：
最后，考慮到2支承柱的布置位置還會受到模具結(jié)構(gòu)影響，其作用位置不一定就是動模墊板變形最大處。因此，為確保墊板強度，現(xiàn)取墊板厚度為：。
5.3 標準模架的選擇
因為FUTABA（福踏板）模架庫比較豐富，而且被廣泛使用，所以本設(shè)計中，標準模架的選擇以現(xiàn)在比較流行的FUTABA_2P為標準。圖11為該類型模架的示意簡圖。
5.3.1 模架的確定
在此之前已經(jīng)確定型腔數(shù)目為兩腔和布置形式為直線型，再根據(jù)上面計算出的型腔側(cè)壁厚度便可確定塑件在分型面上所占的寬和長（）大約為154mm×315mm。
模架的選擇采用經(jīng)驗公式估算：
①推板寬度滿足：，查FUTABA_2P標準可取得，對應(yīng)標注模架寬度W=300mm。復位桿的直徑d=25mm。
圖11 模架簡圖
②復位桿在長度方向的間距須滿足：，查FUTABA_2P
標準可得，對應(yīng)的標準模架的長度L=450mm。
故現(xiàn)決定采用FUTABA_2P標準中型號為SA型標準模架，規(guī)格為W×L=300×450mm。
5.3.2 各模板尺寸的確定
①A板尺寸。 A板為定模固定板，由上面的理論計算求得型腔底部厚度為31mm，而凹模的深度是12mm，考慮到該處的強度和在模板上還要開設(shè)冷卻水道，故根據(jù)標準值取A板厚度為50mm。
②B板尺寸。 B板為動模固定板，根據(jù)標準值取為35mm。
③C板尺寸。 C板高度尺寸可按：墊塊=推出行程+推桿固定板厚度+推板厚度+（5-10）mm=16+20+25+（5-10）mm=(66-71)mm,初步選定C為70mm。（注：雖然塑件的總高度為28mm，但黏結(jié)在型芯上的尺寸也只有16mm左右，因此，當推出行程取16mm就能使塑件順利與型芯分離。）
而 C板的厚度可按照單邊與推板間距為2mm確定，所以可得58mm。
各板尺寸如下圖所示。
圖12 模板各尺寸
5.3.3 導柱長度確定
根據(jù)導柱工作部分長度至少應(yīng)比型芯端面高出6～8 mm，以確保其導向與引導作用。該設(shè)計中，型芯高度為28mm，為滿足導向要求，導柱總長應(yīng)滿足。
所以，根據(jù)標準值，現(xiàn)確定導柱長度為72mm。
5.4 脫模機構(gòu)的設(shè)計與計算
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮?，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu)，也稱頂出機構(gòu)。脫模機構(gòu)的設(shè)計一般遵循以下原則：
①塑件滯留于動模側(cè)，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作。
②由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠近型芯，同時推出力應(yīng)施于塑件剛性和強度部位。
③ 結(jié)構(gòu)合理可靠，便于制造和維護和能獲得良好的塑件外觀。
5.4.1 推出方式的確定
推桿脫模機構(gòu)是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。本設(shè)計采用推桿推出機構(gòu)實現(xiàn)塑件脫模。因為該塑件的分型面簡單，有一定壁厚，結(jié)構(gòu)也不復雜，采用推桿推出的脫模機構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護帶來方便。
5.4.2 脫模力的計算
塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模包緊，在塑件脫模時必須克服這一包緊力，若制件不帶通孔，脫模時還要克服大氣壓力。
（1）動模大型芯脫模力計算
由于塑件是三角形，所以大型芯的截面形狀也是三角形，但現(xiàn)有的脫模力計算公式是針對圓形或長方形的，所以必須實行必要的轉(zhuǎn)換。因三角形轉(zhuǎn)換成矩形較合理，現(xiàn)按照面積的等效轉(zhuǎn)換將三角形轉(zhuǎn)換成矩形。
設(shè)等效矩形的一邊長為，通過Pro/E繪圖軟件測得三角形型芯最大截面處的面積為，于是根據(jù)面積相等關(guān)系有。
所以等效矩形的另一邊長為
已知量求出后，現(xiàn)在就可以用公式進一步估算脫模力了。
根據(jù)，于是塑件可視為薄壁塑件，根據(jù)公式可計算該部分的脫模力，有：
其中，E是材料彈性模量（MPa），查表確定值為；
S是塑料平均收縮率，;
L是被包型芯的長度（mm），為；
是脫模斜度，此處；
是ABS材料與鋼材的摩擦系數(shù)，；
是塑料泊松比，；
一個無因次數(shù)，。
注意：因為該型芯對應(yīng)三角衣架的部位有通孔，不存在大氣壓的影響，所以面積A=0。
（2）中部小型芯脫模力計算
中部小型芯大端脫模處的直徑為Φ14mm，因為，此處視為圓形厚壁塑件。應(yīng)用公式有：
式中：，此處中
L=16.3mm。
注意：因為此處型芯對應(yīng)的塑件部位也有通孔，所以A=0。
（3）單個塑件的總脫模力
5.4.3 推桿尺寸確定及校核
本推出機構(gòu)選用的是圓形推桿，為了使塑件推出穩(wěn)定、可靠、受力均勻，每個模腔布置推桿的數(shù)目為9條，同時推桿的增多也更有利于排氣。
①圓形推桿直徑的估算 由公式得：
其中，安全系數(shù)；
推桿長度（初步估算值）；
F為單模腔總脫模力，為2795N；
推桿數(shù)量n=9；
推桿材料的彈性模量。
在實際模具設(shè)計中，為了確保推桿的穩(wěn)定性，推桿直徑要比計算結(jié)果大，根據(jù)推桿的標準尺寸，現(xiàn)取為。顯然這是滿足要求的。但為了安全起見，還應(yīng)該對推桿進行強度校核。
若推桿材料選T8A，于是根據(jù)強度條件有：
所以能滿足要求。
②推桿固定及與模體的配合
推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。本設(shè)計采用推桿固定板固定，同時，因為頂桿與塑件接觸處均為平面，并無特定的方向，所以推桿無須設(shè)置止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
推桿和模體的配合一般為H8/f8或H9/f9，配合間隙值以熔料不溢料為標準。配合長度一般為直徑的3~5倍，推桿端面應(yīng)和塑件成型面在同一平面或比塑件成型表面高出0.05~0.10mm，推桿與推桿固定板的孔之間留有足夠的間隙，其相對于固定板是浮動的，各尺寸關(guān)系的確定如圖13所示。
圖13 推桿及其配合
③推桿的布置
根據(jù)塑件推出的平穩(wěn)性等要求，現(xiàn)推桿在塑件上的布置如下圖14所示。
圖14 推桿的布置
5.5 模具冷卻系統(tǒng)的計算
5.5.1 冷卻介質(zhì)
ABS屬于中等黏度材料，其成型工藝要求的模溫不太高，為200，模具溫度為50~80?，F(xiàn)模具溫度初步選定為50，同時由于水的比熱容大、傳熱系數(shù)高、成本低，所以決定選用常溫水對模具進行冷卻。
5.5.2 冷卻系統(tǒng)計算
1）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W
①塑料制品的體積
②塑料制品的質(zhì)量
③塑件的壁厚為2mm，查表可以確定其冷卻時間，通過所選注射機注射量查表確定注射時間，取脫模時間。因此，注射周期。
由此得每小時注射的次數(shù)：N=(3600/20)次=180次。
④單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：
2）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量
查表知ABS的單位熱流量的值的范圍在，故取。
3）計算冷卻水的體積流量
設(shè)冷卻水道入水溫度為，出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容。則根據(jù)公式可得：
4）確定冷水路的直徑d
根據(jù)，通過查表可確定模具冷去水孔直徑為10mm。
5）冷卻水在管內(nèi)的流速
6）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h
因為平均水溫為23.5,查表可得（按插值法確定）,則有：
7）)計算冷卻水通道的導熱總面積A
8）計算模具所需冷卻水管的總長度L
9）冷卻水路的根數(shù) 設(shè)每條水路的長度為300mm，則冷卻水路的根數(shù)為：
分析可知，計算結(jié)果顯然不符合實際，實際當中，水路的布置往往受模具結(jié)構(gòu)和塑件形狀的影響。為使凹模和型芯能得到充分冷卻，需要根據(jù)兩模腔的實際布置情況來加以修改。所以調(diào)整之后，冷卻水路的直徑也可適當取小些，現(xiàn)確定取較為常用的值：d=8mm。
5.5.3 水路的布置形式
下面兩幅附圖（15、16）分別為模具上定模和動模的水路布置示意圖。
圖15 定模水路布置
圖16 動模水路布置
為了防止漏水，水路在穿過兩模板之間應(yīng)該要可靠密封，根據(jù)水路直徑為8mm，按裝配技術(shù)要求選取標準規(guī)格為ΦD=16，Φd=2.5的“O”型密封圈進行密封。水路端部密封處用帶螺紋的管塞進行可靠密封。
6 注射機有關(guān)參數(shù)的校核
6.1 注射量的校核
通過上面的計算，澆注系統(tǒng)的尺寸已經(jīng)確定，現(xiàn)在就可以對注射量進行校核了。
塑件連同澆注系統(tǒng)的實際總體積。
顯然。校核合格。
6.2 注射壓力的校核
查有關(guān)模具設(shè)計手冊可知，ABS成型厚壁塑件時所需的注射壓力為80~110MPa，這里取所選的注射機的公稱注射壓力為150MPa，注射壓力安全系數(shù)k=1.25~1.4，現(xiàn)取k=1.3，所以有：
，故注射機壓力滿足要求。
6.3 合模力校核
①單個塑件在分型面的投影面積可通過proe三維軟件測出，為。
②單邊流道凝料在分型面上的的投影面積。根據(jù)流道定出的尺寸有。
③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，有：
④模具型腔內(nèi)的脹型力
該注射機的公稱鎖模力為,鎖模力安全系數(shù)為，這里取，則有：。
所以，注射機鎖模力合格。
6.4安裝部分相關(guān)尺寸的校核
①模具平面尺寸 模具長寬尺寸應(yīng)與注射機的拉桿內(nèi)間距相適應(yīng)，以保證模具至少能從一個方向穿過拉桿間的空間安裝在注射機上。根據(jù)300×450mm<260×360mm(拉桿空間)，故校核合格。
②模具高度尺寸 245mm，200mm< 245mm <300mm，處于模具的最小厚度和最大厚度之間，故校核合格。
③模具定位圈直徑為Φ100mm=注射機