加油機油槍手柄護套模具設計【17張CAD圖紙+PDF圖】

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畢業(yè)設計論文 題目名稱： 加油機油槍手柄護套模具設計 摘要 塑料工業(yè)是當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品的生產過程和提高產品質量有很大意義。 本文的課題是油槍手柄護套模具設計，文中首先對注塑件進行結構、工藝分析，然后通過測繪確定出了塑件的零件圖。在已知塑件材料為ABS的情況下，確定了ABS的收縮率、塑件的尺寸精度、塑件的表面質量及成型的工藝參數，最后根據這些參數確定了注塑機的類型。在模具設計過程中，首先對分型面及型腔的數目進行確定，選擇模架后分別對澆注系統(tǒng)、澆口、導向定位機構、滑塊、頂出系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)進行設計。模具的初步設計完成后，用proe軟件中的塑料顧問分別對澆口位置、塑料填充、冷卻質量、注塑壓力等進行分析，來驗證模具設計的要否所合理，從而完成模具的設計。 關鍵詞：塑料注塑模；塑件工藝分析；模具參數，CAE分析。 　Abstract In now days, plastic is one of the quickest growing industry of the industry classes in the world, but Injection mold is the part of cases what grow more fast. So studying the knowledge of Injection mold is good to know more about the process of plastic products, and it also makes sense to improve the products quality. This article is about the mold design and this design is for a product of hand shank safeguard. Firstly, it produces the molding’s structure and technology, and then draw the detail drawing through mapping. In the case of knowing the mold material which is ABS, the article makes sure of shrinkage、dimensional accuracy、surface quality and technological parameter of molding. At last, on the basis of those parameters choose a right injection molding machine. In the process of design, at first, it makes sure the numbers of molding sand and the location of parting surface. After choosing the moldbase, start to design gating system、pouring gate、guide rail system、sliders、ejection system、exhaust system、cooling system. After finishing the first step of design, using plastic advisor of a part pro/engineer analyses gate location、molding filling、colling quality、injection pressure and so on to make sure the design is or not right. If everything is ok, then finish the design. Key word: plastic mold; technical analysis of molding; mold parameters; CAE analysis 目錄 1 引言……………………………………………………………………………1 2 注塑件的分析…………………………………………………………………3 2.1注塑件零件圖 …………………………………………………………3 2.2ＡＢＳ塑料概述 ………………………………………………………3 2.3ＡＢＳ收縮率的確定……………………………………………………6 2.4塑件的尺寸精度及表面質量 …………………………………………6 2.4.1　尺寸精度 ………………………………………………………6 2.4.2　塑件的表面質量 ………………………………………………8 2.5塑結構分析………………………………………………………………8 3 注塑成型參數確定……………………………………………………………10 3.1注塑成型工藝過程 ……………………………………………………10 3.2注塑成型的工藝參數 …………………………………………………12 3.3注塑機的選擇 …………………………………………………………14 3.4模具在注塑機上的安裝尺寸校核 ……………………………………16 4 模具設計 ……………………………………………………………………18 4.1模具設計的流程 ………………………………………………………18 4.2 分型面的確定及型腔數目的確定 ……………………………………19 4.2.1分型面的確定 ……………………………………………………19 4.2.2型腔數目的確定 …………………………………………………20 4.3澆注系統(tǒng)設計 …………………………………………………………21 4.3.1主流道設計 ………………………………………………………21 4.3.2分流道設計 ………………………………………………………23 4.4澆口確定 ………………………………………………………………23 4.5模具材料的選擇 ………………………………………………………24 4.6模架的確定 ……………………………………………………………24 4.6.1模架說明 …………………………………………………………24 4.6.2模架的選用 ………………………………………………………26 4.7導向與定位機構 ………………………………………………………27 4.8滑塊設計 ………………………………………………………………27 4.8.1斜導柱滑塊設計 …………………………………………………27 4.8.2液壓缸側向抽芯滑塊設計 ………………………………………31 4.9頂出系統(tǒng)設計 …………………………………………………………31 4.10成型零件工作尺寸的計算 ……………………………………………31 4.10.1成型零件尺寸計算的基本內容 ………………………………32 4.10.2成型零件的尺寸計算 …………………………………………32 4.11排氣設計 ………………………………………………………………33 4.12冷卻系統(tǒng)設計 …………………………………………………………33 4.12.1溫度調節(jié)對塑件質量的影響……………………………………33 4.12.2對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求…………………………………………34 4.12.3冷卻系統(tǒng)參數確定………………………………………………34 5 proe參數化設計………………………………………………………………38 6 proe塑料顧問塑件對塑件的流動性分析……………………………………41 7 結論 ……………………………………………………………………………44 8 參考文獻 ………………………………………………………………………46 9 致謝 ……………………………………………………………………………47 10 附錄……………………………………………………………………………48 附錄一 塑料制品的公差數值表…………………………………………48 附錄二 常用液壓機的技術參數…………………………………………49 附錄三 部分國產常用注射機的主要技術參數…………………………50 - 47 - 1 引 言 模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生產制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。 20世紀80年代以來，國民經濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，同時為模具的發(fā)展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)一直以15% 左右的增長速度快速發(fā)展。振興和發(fā)展中國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產的基礎工藝裝備”已經取得了共識。目前，中國有17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數約50多萬。在模具工業(yè)的總產值中，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%。近年來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了變化。除了國有專業(yè)廠家外，還有集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨資企業(yè)和私營企業(yè)，他們都得到了迅速的發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。 中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48in（約122cm）大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技術、模具的電加工和數控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。 塑料模具是一項新興的產業(yè)，隨著塑料產品品種和市場需求的為斷增長，隨著塑料模具設計和制造技術的不斷提高，我國塑料模具產業(yè)將會有更好的發(fā)展前景。 本課題加油機油槍手柄護套模具設計，這個課題是十分實際的，它就是加油站中加油機上的油槍護套，也就是說解決本課題具有很重要的現(xiàn)實意義。本課題給出油槍護套的塑件，要完成這個課題，首先要根據塑件的外形測繪出創(chuàng)建這個塑件的3D所需要的各個參數。用3D軟件所這個塑件做出來，并按要求把它的零件圖畫出來，再用CAD的方法把加工此塑件的模具給做出來。最后通過對其進行注塑工藝分析，設計出合理的注塑模具、繪制出合理的注塑模具裝配圖及零件圖。本課題的關鍵是模具的結構設計，塑件壁厚比較薄而且中間是空的，這就給結構設計提出了提出了一個新的要求，并給設計帶來一定的困難。但經過自己的不斷努力及老師的幫助，使得這次的畢業(yè)設計能夠順利完成。 2 注塑件的分析 2.1 注塑件零件圖 塑件零件圖：如圖2-1所示 年產量：小批量 材料：阻燃ABS 材料厚度：1mm 圖2-1 塑件零件圖 2.2 ABS塑料概述 ?ABS樹脂是目前產量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PS，SAN，BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。 表2-1 ABS塑料物理特性 化學名稱 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名稱 Acrylonitrile?Butadiene?Styrene 比重 1.05克/立方厘米 成型收縮率 0.4-0.7% 成型溫度 200-240℃ 干燥條件 80-90℃ ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。在ABS中，隨著丙烯腈、丁二烯的含量不同，其性能估有所變化：丙烯腈可以提高顏料的耐熱性和耐腐蝕性能，丁二烯可以提高塑料的的彈性和沖擊強度，苯乙烯可以改善塑料的電絕緣性能和成型加工性能，所以在應用中可以根據使用要求對以上三種單體的含量進行調整。??ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象。 ??ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。下面分別來敘述ABS塑料性能： 1） 一般性能 ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，其制品可著成五顏六色，并具有高光澤度。ABS相對密度為1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的結合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS的氧指數為18～20，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。 2） 力學性能 ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大。 3） 熱學性能 ABS的熱變形溫度為93~118℃，制品經退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內使用。 4） 電學性能 ABS的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數環(huán)境下使用。 5） 環(huán)境性能 ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產生應力開裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易產生降解；于戶外半年后，沖擊強度下降一半。 6） ABS塑料的加工性能 ABS同PS一樣是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔體流動性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，與POM和HIPS類似；ABS的流動特性屬非牛頓流體；其熔體粘度與加工溫度和剪切速率都有關系，但對剪切速率更為敏感。 ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象。ABS的吸水率較高，加工前應進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度80~85℃，時間2~4h；對特殊要求的制品(如電鍍)的干燥條件為溫度70~80℃，時間18~18h。ABS制品在加工中易產生內應力，內應力的大小可通過浸入冰乙酸中檢驗；如應力太大和制品對應力開裂絕對禁止，應進行退火處理，具體條件為放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內2~4h，再冷卻至室溫即可。 7） 主要用途 ABS在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等；汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調節(jié)導管、加熱器等，還可用ABS夾層板制作小轎車車身；ABS還可用來制作水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄殼體、食品包裝容器、農藥噴霧器及家具等。 8） 成型特性 無定形料,流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥80-90度,3小時。宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度)。對精度較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60-80度。如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法。如成形耐熱級或阻燃級材料，生產3-7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。 2.3 ABS收縮率的確定 由于影響收縮率的因素較多中，在選取收縮率時應根據塑件的具體情況區(qū)別對待，一般來說應遵循以下原則： 1） 對收縮率范圍較小的塑料，取平均收縮率； 2） 對收縮率范圍較大的塑料，可根據塑件的形狀選取。對壁厚的制品取上限，對壁薄的制品取下限； 3） 應考慮注射成型中的工藝對收縮率的影響（注射壓力越高，收縮率越小；注射溫度越高，收縮率越大；注射時間越短，收縮率越大）； 4） 當塑料的收縮率很大時，可根據有關的圖表選取。 由表2-2查出ABS的收縮率為：0.3%-0.8%，根據收縮率選取的原則確定ABS的收縮率為0.5%。 表2-2收縮率范圍不大的常用塑料收縮率 塑料名稱 收縮率范圍（%） 塑料名稱 收縮率范圍（%） 聚苯乙烯 0.5-0.8 聚碳酸酯 0.5-0.8 聚砜 0.4-0.8 ABS 0.3-0.8 聚甲基丙烯酸甲酯 0.5-0.7 氯化聚醚 0.4-0.6 有機玻璃 0.5-0.9 注射酚醛 1-1.2 聚苯醚 0.5-1 醋酸纖維素 0.5-0.7 2.4 塑件的尺寸精度及表面質量 2.4.1 尺寸精度 （1）尺寸精度的選擇； 塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般民用品，所以精度要求為一般精度即可，但是由于要保證兩半殼體的閉合，所以在凹槽和鎖位處應該對精度要求高些，對其要有公差配合要求，應選擇高精度。根據精度等級選用表，ABS的高精度為MT2級，一般精度為MT3級。根據塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在100~120范圍內，取MT2B級的公差數值為0.52 mm，MT3B級的公差數值為0.78 mm。 表2-3　常用材料模塑件公差等級和選用(GB/T 14486) 材料代號 模塑材料 公差等級 標注公差尺寸 未注公差尺寸 高精度 一般精度 ABS MT2 MT3 MT5 PA 尼龍類塑料 無填料填充 MT3 MT4 MT6 玻璃纖維填充 MT2 MT3 MT5 PC 聚碳酸酯 MT2 MT3 MT5 PE 聚乙烯 MT5 MT6 MT7 POM 聚甲醛 MT3 MT4 MT6 MT4 MT5 MT7 PP 聚丙烯 MT3 MT4 MT6 MT2 MT3 MT5 MT2 MT3 MT5 PF 酚醛塑料 MT2 MT3 MT5 MT3 MT4 MT6 （2）尺寸精度的組成及影響因素 制品尺寸誤差構成為： =+++ （2-1） 式中 ——制件總的成型誤差； ——塑料收縮率波動所引起的誤差； ——模具磨損后所引起的誤差； ——模具成型零件制造精度所引起的誤差； ——模具安裝，配合間隙引起的誤差； 影響塑料制品尺寸精度的因素比較復雜，歸納有以下三個方面： 1）模具——模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。 2）塑料材料——主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。 3）成型工藝——成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。 2.4.2 塑件的表面質量 表面質量是一個相當大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學性質兩方面技術指標，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量指標，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等級。該塑件要求對型腔拋光，所以對粗糙度的要求比較高，查表得ABS拋光后的表面粗糙度為0.02m，但考慮塑件表面為磨砂面則要加入噴砂工藝。 表2-4　不同材料所能達到的表面粗糙度 2.5 塑件結構分析 圖2-1 塑件三維圖 上圖是本課題給出油槍護套的塑件，要求做出生產此塑件的模具。要完成此課題，首先要根據塑件的外形測繪出創(chuàng)建這個塑件的3D所需要的各個參數。用3D軟件所這個塑件做出來，并按要求把它的零件圖畫出來，最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具給做出來。下面對該塑件進行結構分析： 根據我們所學的知識，抽芯機構按動力來源可以分為：手動抽芯、氣動抽芯、液壓和機動抽芯四種類型。抽芯機構中比較典型的有：斜導柱抽芯機構、彎銷內側抽芯機構、齒輪齒條抽芯機構等。對于本塑件，要把這個塑件加工出來，必須有兩個側抽。對于行程大的兩個滑塊我們還可以采用液壓油缸的來回移動來完成側抽，這種方法最簡單也最容易實現(xiàn)。其中這最主要的原因就是滑塊的行程比較的大，由彎銷或斜導柱來完成側抽就有一定的限制了。如果用彎銷或斜導柱機構，就必須使彎銷或斜導柱有較大的傾斜角度，且模具的高度會明顯的增加，浪費了材料。而用液壓來完成側抽的話，直接由液壓的活塞直接帶動就可以完成側向抽芯的動作。而對行程較少的兩個滑塊我們則可以采用斜導柱側向抽芯機構。斜導柱側向抽芯機構相對于彎銷來說要簡單一點，這一組滑塊我們采用斜導柱側向抽芯機構。 本課程設計所提供的塑件，厚度比較薄而且中間是空的，所以本課題在考慮模具的結構，可以不用采用頂出機構，而是用手動的方式，在開模時將塑件從模具型腔中取出。這樣就可以使模具的結構簡單化，大大減少了制造的成本，但同時給操作人員的操作帶來了麻煩。 另外本課題所要解決的問題就是澆注系統(tǒng)設計。根據我們所學的知識，澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、冷料井、澆口等組成。澆口是連接流道與型腔的一段窄狹通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，它的形狀、尺寸和開設的位置對制品的成型質量影響很大。在本設計中采用點澆口，它從制品內側邊緣進料，就可以得到一個看不出澆口的塑件，從而使外表更加的美觀、更加的漂亮，這樣也就可以讓人手拿著比較的舒服。如果采用直澆口，就會在塑件上殘留有料頭，塑件從注塑機上取出經過修剪料頭才可以完成產品，而且修剪后的料頭留下的痕跡直接影響著產品的美觀及人手的舒適度，所以這里采用了一個點澆口。但采用了點澆口就要采用二次分型，在本設計中尼隆棒與限位桿結合的方法來完成二次分型。在合模時，尼隆棒與定模上的孔對盈配合，從而使動模與定模暫時無法脫開，這時就可以取塑頭了，當定模移動到與限位桿接觸時，定模無法再移動，此時定模與動模脫開。但隨著定模與動模距離的不斷增大，兩個小滑塊在斜導柱的作用下也完成了側抽。尼隆棒的作用就是完成模具的二次分型，二次分型完成后等幾十秒就可以取塑件了。 對于兩個小的滑塊，它們的行程比較的小，但它們的長度相對比較的長而且滑塊的一側還必須有一個斜面，這樣就最好采用燕尾槽的結構了。因為要使滑塊的兩側都采用滑槽式的，其中的一側可以用銑刀銑出來，但斜面處的滑槽就不易加工。所以我們采用了一側滑槽一側是斜面的燕尾槽結構形式。 3　　注塑成型參數確定 3.1 注塑成型工藝過程 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(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入溫度較低的閉合模具中，經過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為成型前的準備、注射成形過程以及塑件的后片理三個階段。 1）物料準備 為使成形工藝過程能順利進行并保證塑料制件的質量，在成形前應進行一系列必要的準備工作。 成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據注射成型工藝允許的含水量進行適當的預熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數，對模具進行適當的預熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。另外當改變產品、更換原料及顏色時均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺桿式料筒可采用對空注射法清洗。 2）注塑成形過程 完整的注射成型過程包括加料、加熱塑化、加壓注射、保壓、冷卻定型、脫模等工序。但從實質上講主要是塑化、注射充模和冷卻定型等基本過程。 塑料在料筒內經過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內的流動可分為充模（圖中0-t1時間段）、保壓補縮（圖中t1-t2時間段）、倒流階段（圖中t2-t3時間段）和澆口凍結后的冷卻（圖中t3-t4時間段）冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示。圖中0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T= t1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間t1到t2，塑料仍處于螺桿的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而產生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段，p1為澆口凍結時的壓力。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到澆口處熔體凍結為止（時間從t2- t3），由于模腔內的壓力比流道內高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內的壓力迅速下降。其中，塑料凝結時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。從澆口處塑料完全凍結起到制件脫模取出時為止，倒流不再繼續(xù)進行，模腔內的塑料塑料冷卻并凝固定型。在冷卻階段中，隨著溫度的迅速下降中，模腔內的塑料體積收縮，壓力也逐漸下降。開模時，模腔內的壓力不一定等于外界大氣壓。有可能有一個殘余壓力（即圖中p2）。當殘余壓力為下值時，脫模比較困難，塑件容易被刮傷甚至破裂；當殘余壓力為負值時，塑件表面出現(xiàn)凹陷或內部產生真空泡；當殘余壓力接近零時，塑件不僅脫模方便，而且質量較好。 圖3-1　注射成形過程中塑料壓力的變化 3）制件后處理 由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內經常出現(xiàn)不均勻的結晶、取向和收縮，導致制件內產生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時間與制件厚度有關，通常取2～9小時。 　一般ABS制品不需后處理，只有電鍍級制品需經烘烤（70-80℃，2-4小時）以鈍化表面痕跡，并且需電鍍的制品不能使用脫模劑，制品取出后要立即包裝。所以對于本設計，不采用后處理。 3.2 注塑成型工藝參數 正確的注射成形工藝可以保證塑料熔體良好塑化，順利充模、冷卻與定型，從而產出合格的塑料制作。溫度、壓力和時間是影響塑件注射成形的重要參數。 1） 溫度 注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。對于模具的溫度，在現(xiàn)實生產中有兩種方法來保證：火焰加熱和通過打塑件來提高模具的溫度。ABS料與溫度的經驗數據如表3-1所示。 2）壓力 注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力（塑化壓力）。注射壓力指柱塞或螺桿頂部對塑料熔體所施加的壓力。其作用是克服熔體流動充模過程中的流動阻力，使熔體具有一定的充模速率及對熔體進行壓實。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關。對于流動性好的料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據生產經驗，背壓的使用范圍不超過2MPa。 2） 時間 完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般不超過10s，保壓時間較長一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120min（這三個時間都是根據塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。對于ABS的參數情況則如下表所示： 表3-1 常用熱塑性注射成形的工藝參數 塑料 項目 ABS 高抗沖擊ABS 耐熱 ABS 阻燃 ABS 透明 ABS 注射機類型 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿式 螺桿轉速/（r/min） 30-60 30-60 30-60 20-50 30-60 噴嘴 形式 直通式 直通式 直通式 直通式 直通式 溫度/°C 180-190 190-200 190-200 180-190 190-200 料筒溫度/°C 前段 200-210 200-210 200-220 190-200 200-220 中段 210-230 210-230 220-240 200-220 220-240 后段 180-200 180-200 190-200 170-190 190-200 模具溫度/°C 50-70 50-80 60-85 50-70 50-70 注射壓力/MPa 70-90 70-120 85-120 60-100 70-100 保壓壓力/MPa 50-70 50-70 50-80 30-60 50-60 注射時間/s 3-5 3-5 3-5 3-5 0-4 保壓時間/s 15-30 15-30 15-30 15-30 15-40 冷卻時間/s 15-30 15-30 15-30 10-30 10-30 成形周期/s 40-70 40-70 40-70 30-70 30-80 經過上面的經驗數據和推薦值，可以初步確定成型工藝參數，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數設置也不一致，結合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數如表3-3所示，另外這些基本的參數在塑件注塑的過程中根據實際需要做適當的修改。 表3-3 制品成型工藝參數初步確定 特性 內容 特性 內容 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速/（r/min） 40 噴嘴形式 直通式 模具溫度 60 噴嘴溫度/℃ 180 后段溫度/℃ 170~190 中段溫度/℃ 190~200 前段溫度/℃ 200~220 注射壓力/MPa 80 保壓力MPa 50 注射時間/s 3 保壓時間 5 冷卻時間/s 20 其他時間/s 20 成型周期/s 50 成型收縮(%) 0.5% 干燥溫度/℃ 60~80 干燥時間/s 2 3.3 注塑機的選擇 如表3-4所給信息知，選用單螺桿注塑機。 表3-4　單雙桿注塑機比較 類型 特點 適用 單螺桿擠出機 結構簡單 軟質聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等型材 雙螺桿擠出機 對材料的推進、分散、混合效果好 高精度、高硬度（如硬聚氯乙烯）的大型塑件、如塑料門窗等 1）由公稱注射量選定注射機 由注射量選定注射機.由PRO/E建模分析得（材料密度取） 總體積V=15.26cm；總質量M=16.33g； 流道凝料體積估算（將流道創(chuàng)建出來，體積分析由proe完成）： v＝0.56 cm；m＝0.60g 實際注射量為：V=15.26+0.56＝15.82 cm； 實際注射質量為：M=16.33+0.60=16.93g； 根據實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即： 0.8V≧ V （3-1） V= V/0.8=16.93÷0.8=21.16 cm； 表3-5　G54-S200/400參數值 項目 G54-S200/400參數值 額定注射量/cm3 200-400 螺桿（注塞）直徑/mm 55 注射壓力/MPa 109 注射行程/mm 160 注射方式 螺桿式 鎖模力/kN 2540 最大成形面積/cm2 645 最大開合模行程/mm 260 模具最大厚度/mm 406 模具最小厚度/mm 165 噴嘴圓弧半徑/mm 18 噴嘴孔直徑/mm 4 頂出形式 動模板設頂板，開模時頂桿通過動模板與頂板相碰，機械頂出塑件 動、定模固定板尺寸/mm x mm 532x634 拉桿空間/mm 290x368 合模方式 液壓－機械 流量/（L/min） 170、12 壓力/MPa 6.5 機器外形尺寸/mm x mm x mm 4700x1400x1800 形式 臥式 2）鎖模力計算 F≧kPA （3-2） 式中： k為安全系數，k=1.1-1.2； P為型腔內熔體的平均壓力，一般取注射壓力的25% - 50%，柱塞式注塑機取40MPa – 50MPa，螺桿式注塑機取20MPa – 35MPa； A為制品和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積， 另外，投影面積由三維選型軟件proe知：A＝5113.72mm2 ；k取 k=1.2；由前面表知選用螺桿式注塑機，取P＝40% * 80 ＝32MPa ； 則：F≧kPA＝1.2 * 32 * 106 * 5113.72 * 10-6＝196366.848N＝196.3kN 3）由鎖模力選定注射機 結合上面兩項的計算，，查國產注射機主要技術參數表取G54-S200/400,主要技術參數如表3-5. 4）選擇的注塑機外形如下圖所示 圖3-2　注塑機外形 3.4 模具在注塑機上的安裝尺寸校核 1） 噴嘴尺寸 由注塑機參數知：注塑機前端的球面半徑R1與模具主流道始端的球面半徑R2必須吻合如下圖所示 圖3-3　主流道結構 噴嘴與主流道始端的尺寸關系：R2＝R1 + （1-2）mm，而注塑機上注塑頭的半徑為R1＝18mm，而模具上噴嘴的半徑尺寸為R2＝20mm，滿足要求。 澆口流道與注塑機澆口之間的關系：D＝d+（0.5 - 1）mm，而所選的“噴嘴孔直徑”為4mm，而設計中所采用的噴嘴直徑為4.5mm，滿足要求。 2）定位圈尺寸校核 在注塑機上安裝模具時，應將模具的定位圈裝入注塑機的定位孔中，以保證模具的主流道與注塑機噴嘴準確對中。模具定位圈與注塑機定位孔采用H9/f9的間隙配合。 3) 螺孔尺寸校核 圖3-4　模具在注塑機上的安裝方式 由上圖知，選用圖（b）式壓板結構確定模具在注塑機的位置。 4) 模具厚度校核 由三維軟件proe測量模具的厚度為170mm，而所選注塑機的最小間距為165mm，滿足要求；另外模具的最大長度為774mm，而注塑機的外形尺寸為4700x1400x1800，同樣滿足要求。 5）開模行程的較核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程S等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。 L≧H+H+（5~10）mm （3-5） 260 ≧0+156+10＝166 260>156滿足要求。 式中 L——注塑機移模行程260 mm； H——推出距離0 mm（本模具設計中沒有頂出機構）； H——流道凝料與二次分型行程156 mm。 4 模具設計 4.1 模具設計的流程 模具設計的流程如下步驟所示，也可以參照圖4-1模具結構詳細設計的流程圖： 1） 制品的造型?？芍苯硬捎猛ㄓ玫娜S造型軟件。 2） 根據注塑制品采用專家系統(tǒng)進行模具的概念設計，專家系統(tǒng)包括模具結構設計、模具制造工藝規(guī)劃、模具價格估計等模塊，在專家系統(tǒng)的推理過程中，采用基于知識與基于實例相結合的推理方法，推理的結果是注射工藝和模具的初步方案。方案設計包括型腔數目與布置、澆口類型、模架類型、脫模方式和抽芯方式等。 3） 在模具初步方案確定后，用CAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，以確定合適的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。如果分析結果不能滿足生產要求，那么可根據用戶的要求修改注塑制品的結構或修改模具的設計方案。 4） 對設計方案進行評價，根據評價的結果，或者修改注塑制品的結構，或者修改設計方案。 5） 在完成CAE分析和方案評價后，進行模具的詳細結構設計，包括型腔、型芯的設計、澆注系統(tǒng)的布置及尺寸、冷卻系統(tǒng)的布置及尺寸等。 6） 模擬模具開模、推件與合模的過程，并進行模具的干涉檢查。 7） 進行成本估計，并由CAM軟件進行數控加工模擬和自動生成型腔、型芯的NC代碼。得到的裝配模型存入實例庫中，供以后的設計參考。 8） 為了適用工廠的需要，還應完成由三維圖向二維工程圖的轉換，包括各種視圖生成、尺寸標注、標題欄、明細表、物性計算等。 圖4-1 模具結構詳細設計的流程圖 4.2 分型面的確定及型腔數目的確定 4.2.1 分型面的確定 分型面的選擇原則： （1）便于塑件脫模； （2）在開模時盡量使塑件留在動模； （3）外觀不遭到損壞； （4）有利于排氣和模具的加工方便。 此畢業(yè)設計中，分型面的選擇也不能按照一般的原則進行選取，也就是說不能選擇在投影面積最大的地方，經分析塑件的結構得到在最大分型面上塑件無法正常脫模，因為在最大投影面積方向上塑件上的凸出的結構必須采用滑塊結構。由于此情況比較的特殊，另外根據分型面選擇的第二條原則，將塑件最大面積的上方用一個分型面將動定模分開。另外此模具采用變形的點澆口的形式，打塑件過程中首先將在第一分型面處將澆口（料頭）取下，在二次分型面處取下塑件。 圖4-2　模具分型面 4.2.2 型腔數目的確定 注塑模的型腔數目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數目的確定時主要考慮以下幾個有關因素： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生產效益； （4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般加油機的一個手柄護套,查手冊得塑件的經濟精度推薦4級,且考慮塑件的結構（長度尺寸比較的大）這個產品還是一模一件比較的合適。 4.3澆注系統(tǒng)設計 注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內在和外表質量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設計中的主要內容之一。 4.3.1主流道設計 主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機相配，所以其尺寸與注塑機有關。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質的鋼材單獨加工和熱處理。主流道參數如表4-3所示： 表4-1 主流道主要參數 參數 參數值 錐角 =2° 內表面粗糙度 Ra=0.63 小端直徑 D=d+(0.5~1)mm 半徑 R=R+(1~2)mm 材料 T8A 表4-2 主流道進、出口直徑推薦值（mm） 下面介紹主流道的設計原則及主流道進、出口直徑推薦值（見表4-2）。 1) 主流道應單獨設計成襯套鑲入定模板中，以利于制造、安裝和維修； 2) 主流道為圓錐形，圓錐角為2°-4°，對于流動性差的塑料，可取4°-6°； 3) 主流道的長度應盡量短，一般取<60mm； 4) 出口應做成圓角，加角半徑為r=0.5mm-3mm或r=d2/8； 5) 主流道被套與噴嘴接觸的球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm-2mm； 6) 主流道襯套與定模板的配合可用H7/m6，與定位圈的配合可用H9/f9； 7) 主流道襯套材料為T8、T10，熱處理硬度HRC52-56，表面粗糙度Ra1.6以上。 圖4-3 澆口結構圖 4.3.2分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。 此畢業(yè)設計中所采用的流道系統(tǒng)比較的特殊，塑件是一模一件且有一個澆口，所以在設計在沒有分流道而只有直流道，這種情況在模具的設計中是非常常見的，比例直澆口的情況就是一個主流道而沒有分流道。 4.4 澆口確定 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀，數量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，本設計中采用點澆口的形式（它是一種截面尺寸很小的澆口，又稱針澆口。這種澆口適用于各種殼、盒類塑料制品的成型），其特點如下： 在澆注系統(tǒng)的設計中，確定最佳的澆口尺寸是個較難的問題，一般來說，澆口的截面面積約為分流道截面的0.03倍—0.09倍；長度應盡可能短，大約為1mm-1.5mm。確定澆口尺寸時，應先取尺寸的下限，然后在試模中進行修正。 1）點澆口的尺寸和結構 點澆口的直徑一般取0.5mm-1.8mm，澆口長度取1mm-3mm，為防止清除凝料時挰制品表面，可在澆口與制品連接部位采用高0.3mm-0.5mm，錐度60度-90度的錐面結構。從流道進入澆口的部位，采用R1.5mm-2.5mm的圓弧，以利于熔體流動。 點澆口一般設置在制品的頂端，根據制品的形狀、大小和不同要求，可采用單點澆口、雙點澆口、四點澆口等結構。 2） 點澆口的優(yōu)點 a. 點澆口尺寸較小，熔體通過點澆口的流速增大，可提高了充模速度，因而可獲得外表清晰，有光澤的制品； b. 熔體流過點澆口時，摩擦阻力熔體溫度略有升高，黏度下降，改善了流動性，對薄壁或帶有精密花紋的制品成型有利； c. 冷凝快，縮短了成型周期； d. 可自動拉斷凝料，殘留痕跡小，減小了休整工序，提高了生產效率。 3）點澆口的缺點 澆口尺寸小，充模阻力大，對熔體黏度高的塑料（如聚碳酸酯、聚砜等）成型不利，會產生填充不滿的缺陷。冷凝快，澆口凍結時間短，不適于厚壁制品。 對于此次畢業(yè)設計，考慮塑件的結構及ABS的材料特性，綜合以上各個因素，將此模具設計成點澆口的形式，錐角確定為2度。另外還有一點，點澆口制品的殘留痕跡小美觀且不摩手，也就是手感較好。 4.5模具材料的選擇 現(xiàn)有的模具模架已經標準化,所以在模具材料的選擇時主要是根據制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關系到模具質量的前提條件,如果選材不當，則所有的精密加工所投入的工時,設備費用將浪費。 在選擇模具鋼時,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標之一,模具在高應力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當承受沖擊載荷時還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標,耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從ABS特性看,這三項指標是必須要滿足的,此外還有紅硬性,抗壓屈服強度和抗彎強度和熱疲勞能力的指標。 從工藝性能考慮:要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經濟考慮,要求材料來源廣,價格低。查手冊選擇模仁的材料是40Cr.該鋼機械加工性能較好,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強度和耐磨性,適于制造承受高負荷,高耐磨及在腐蝕介質作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.對于動、定模座的材料，一般可采用Ｑ235或45鋼材料，也不需要對其進行處理。另外為了把模具固定在注射機上，動、定模座板的兩側均需比動、定模板的外形尺寸加寬25mm　–　30mm。 4.6 模架的確定 4.6.1 模架說明 模架是設計、制造塑料注射模的基礎部件。為提高模具質量，縮短模具制造周期，組織專業(yè)生產，我國于1988年完成了《塑料注射模中小型模架》和《塑料注射模大型模架》等國家標準的規(guī)定。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，國內用的最多的就是龍記標準模架及富德巴標準模架，此設計中采用德巴標準模架。市場上有標準件出售，這為制造注射模具提供了便利條件。 1）中小型標準注射模架（GB/T 12556.1） 標準中規(guī)定，中小型模架的周界尺寸范圍<=560mm x 900mm，還規(guī)定了其模架結構形式為品種型號。 a. 基本型 基本型分為A1、A2、A3、A4四個品種，模架的組成，功能及用途見表4-3 表4-3 基本型模架的組成功能及用途 型號 組成、功能及用途 中小模架Ａ1型（大型模架Ａ型） 定模采用兩塊模板。動模采用一塊模板，無支撐板，設置以推桿推出塑件的機構組成模架。適用于立式與臥式注射機，單分型面一般設在合模上，可設計成多個型腔成形多個塑件的注射模 中小模架Ａ2型（大型模架Ｂ型） 定模和動模均采用兩塊模板，有支承面，設置以推桿推出塑件的機構組成模架。適用于立式或臥式注射機上，用于直澆道，采用斜導柱側向抽芯，單型腔成型，其分型面可在合模面上，也可設置斜滑塊垂直分型脫模式機構的注射模 中小模架Ａ3、Ａ4型（大型模架Ｐ1、Ｐ2型） Ａ3型（Ｐ1型）的定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，它們之間設置一塊推件板連接推出機構，用以推出塑件，無支承面。 Ａ4型（Ｐ2型）的定模和動模均采用兩塊模板，它們之間設置一塊推件板連接推出機構，用以推出塑件，有支承面。 Ａ3，Ａ4型均適用于立式或臥式注射機上，脫模力大，適用于殼形塑件，以及塑件下表峭允許留有頂出痕跡的塑件注射成形的模具。 b. 派生型 派生型分P1-P9共9個品種，其模架的組成，功能及用途見表4-4 2）大型模架標準（GB/T 12555.1） 大型模架中規(guī)定的周