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中空桶蓋塑料模具設(shè)計
摘 要
本次設(shè)計主要對中空桶蓋注射模的設(shè)計，提出了模具設(shè)計的關(guān)鍵點，設(shè)計了模具的整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑件分型面的位置，設(shè)計了推件板推出結(jié)構(gòu)，零件采用了單分型面的側(cè)澆口，提高了注射的質(zhì)量。通過對塑件進(jìn)行工藝的分析及其結(jié)構(gòu)分析，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、注射機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核都有詳細(xì)的設(shè)計。該模具一模四腔經(jīng)過生產(chǎn)驗證，該模具結(jié)構(gòu)合理，動作可靠。
關(guān)鍵詞：注射模；脫模機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計
I
目 錄
1 緒論 1
2 塑件成型工藝的可行性分析 2
2.1 塑件分析 2
2.2 塑件的原材料分析 2
2.3 成型工藝分析如下 3
2.3.1 精度等級 3
2.3.2 脫模斜度 3
3 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定 4
3.1注射成型機(jī)的選擇 4
3.1.1 估算零件體積和投影面積 4
3.1.2 鎖模力 4
3.2 注塑機(jī)的校核 4
3.3 成型腔數(shù)的確定 5
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 7
4.1 澆注系統(tǒng)的作用 7
4.2 澆注系統(tǒng)的組成 7
4.3 垂直式主流道設(shè)計 8
4.4定位圈的設(shè)計 8
4.5 澆口設(shè)計 8
5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
5.1 分型面的設(shè)計 10
5.1.2 分型面的分類 10
5.1.3 分型面的分類及選擇原則 10
5.1.4 分型面的確定 10
5.2 型腔的分布 11
5.3 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
5.4 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
5.5 模具成型零件的工作尺寸計算 12
6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 16
6.1 排氣不良的危害 16
6.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計方法 16
7 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計 17
7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計原則 17
7.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 17
7.1.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則 17
7.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計 17
7.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計 17
7.2.2 導(dǎo)柱的分布設(shè)計 18
7.2.3 導(dǎo)套的設(shè)計 19
7.3 頂出脫模機(jī)構(gòu)的確定 20
8 其它結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計 21
8.1 模具安裝尺寸校核 21
8.2 開模行程的效核 21
9 溫控系統(tǒng)設(shè)計 23
9.1 模溫對塑件質(zhì)量的影響 23
9.2 模溫對生產(chǎn)效率的影響 24
9.3 加熱系統(tǒng) 24
9.4 冷卻系統(tǒng) 24
9.5 冷卻介質(zhì) 24
9.6 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式 25
10 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分性 26
11 模具結(jié)構(gòu)簡述 27
結(jié)論 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
III
1 緒論
隨著中國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢的日趨好轉(zhuǎn)，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，模具工業(yè)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進(jìn)入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當(dāng)前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機(jī)械行業(yè)的首要任務(wù)。
近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。
本次課程設(shè)計的主要任務(wù)是對中空桶蓋的設(shè)計，也就是設(shè)計一副注塑模具來生產(chǎn)中空桶蓋的塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細(xì)的設(shè)計。通過模具設(shè)計表明該模具能達(dá)質(zhì)量和加工工藝要求。
中空桶蓋的具體結(jié)構(gòu)，通過此次設(shè)計，使我對模具的設(shè)計有了較深的認(rèn)識。同時，在設(shè)計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)、期刊等，結(jié)合教材上的知識也對注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設(shè)計積累了一定的經(jīng)驗。
31
2 塑件成型工藝的可行性分析
2.1 塑件分析
中空桶蓋工件如圖2-1所示，它是工業(yè)用品，要求大批量生產(chǎn)，對尺寸，外觀和光潔度無具體要求，根據(jù)該塑件結(jié)構(gòu)特點，模具設(shè)計采用脫模板頂出結(jié)構(gòu)，也是工廠里比較簡單，實用，常見的頂出結(jié)構(gòu)。為了使模具與注射機(jī)相匹配以提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性、保證塑件精度，并考慮模具設(shè)計時應(yīng)合理確定型腔數(shù)目，由于體積比較大，該模具選擇一模四腔。
圖2-1 塑件尺寸
2.2 塑件的原材料分析
該塑件的原材料為PE（聚乙烯），耐腐蝕性，電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優(yōu)良可以氯化,輻照改性，可用玻璃纖維增強(qiáng)，低壓聚乙烯的熔點，剛性，硬度和強(qiáng)度較高，吸水性小，有良好的電性能和耐輻射性；高壓聚乙烯的柔軟性，伸長率，沖擊強(qiáng)度和滲透性較好；超高分子量聚乙烯沖擊強(qiáng)度高，耐疲勞，耐磨，低壓聚乙烯適于制作耐腐蝕零件和絕緣零件；高壓聚乙烯適于制作薄膜等；超高分子量聚乙烯適于制作減震，耐磨及傳動零件。
成型特性：
（1）結(jié)晶料，吸濕小，不須充分干燥，流動性極好流動性對壓力敏感，成型時宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分，不宜用直接澆口，以防收縮不均， 內(nèi)應(yīng)力增大，注意選擇澆口位置，防止產(chǎn)生縮孔和變形。
（2）收縮范圍和收縮值大，方向性明顯,易變形翹曲，冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴，并有冷卻系統(tǒng)。
（3）加熱時間不宜過長，否則會發(fā)生分解，灼傷。
（4）軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時，可強(qiáng)行脫模。
（5）可能發(fā)生融體破裂，不宜與有機(jī)溶劑接觸，以防開裂。
表2-1 PE注射成形的工藝參數(shù)
注射機(jī)類型
螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min）
噴嘴
料筒溫度℃
模具溫度
注射壓力/Mpa
保壓壓力/Mpa
注射時間/s
保壓時間/s
冷卻時間/s
成形周期/s
形式
溫度℃
前段
中段
后段
螺桿式
30～60
直通式
170～190
180～200
200～220
160～170
40～80
70～120
50～60
0～5
20～60
15～50
40～120
柱塞式
－
直通式
170～190
180～200
190～220
150～170
50～70
70～100
40～50
0～5
15～60
15～50
40～120
2.3 成型工藝分析如下
2.3.1 精度等級
影響塑件精度的因素很多，塑料的收縮、注塑成型條件（時間、壓力、溫度）等，塑件形狀、模具結(jié)構(gòu)（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按GB/T14486-1993標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為7級，本塑件精度取MT4級。
2.3.2 脫模斜度
由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強(qiáng)行取出會導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設(shè)計足夠的脫模斜度。制品設(shè)脫模斜度為0.5°。
3 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定
3.1 注射成型機(jī)的選擇
3.1.1 估算零件體積和投影面積
用三維建模分析知塑件體積為體積：V=54.7cm3，單側(cè)投影面積為：A=42206.3mm2，由于此模具澆注系統(tǒng)采用側(cè)澆口，其澆注系統(tǒng)凝料較小，估計澆注系統(tǒng)的體積為10cm3，由于采用的是一模四腔
V總=4×V塑+V澆=4×5476+10=245.4cm3 （3-1）
PE的體積是0.9-0.91克/立方厘米。
所以總體質(zhì)量0.9×245.4=220.86g
3.1.2 鎖模力
計算其所需鎖模力為：
F鎖 =A·P型=42206.3×45Mp=10.49KN （3-2）
3.1.3 選擇注射機(jī)及注射機(jī)的主要參數(shù)
由此考慮塑件大批量生產(chǎn)，以及以上的從溫度、壓力、時間方面考慮，查表附錄
D（塑料成型工藝與模具設(shè)計）初步選用注射機(jī)SX-ZY-125。
表3-1 XS-ZY-125型注射機(jī)主要參數(shù)
名稱
大小
名稱
大小
注射量/cm3
125
最大開模行程/mm
300
螺桿直徑/mm
42
模具厚度/mm
最大
300
注射壓力/MPa
60～100
最小
200
注射行程/mm
130
噴嘴球徑/mm
SR12
注射時間/s
20～90
噴嘴孔徑/mm
Φ4
鎖模力/KN
900
鎖模方式
螺桿式
3.2 注塑機(jī)的校核
（1）最大注塑量校核。材料的利用率為500/840=0.60，符合注塑機(jī)利用率在0.3～0.80的要求。
（2）注射壓力的校核。所選注塑機(jī)的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，PE塑件的注塑壓力一般要求為30～100MPa，所以該注塑機(jī)的注塑壓力符合條件。
（3）鎖模力效核。高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機(jī)額定鎖模力。
型腔壓力Pc可按下式粗略計算：
Pc=kP （3-3）
式中： Pc-為型腔壓力（MPa）；
P-為注射壓力（MPa）；
K-為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內(nèi)選取。
所以，Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力：
T>KPcA （3-4）
式中： T-為注塑機(jī)的額定鎖模力（KN）；
A-為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積（mm2）；
K-為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×45×23306.3=12.59KN （3-5）
所以T=900KN >KPcA成立，即該注塑機(jī)的鎖模力符合要求。
3.3 成型腔數(shù)的確定
以機(jī)床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%計算：
（3-6）
=4.08
式中： N-型腔數(shù)；
S-注射機(jī)的注射量（g）；
W-澆注系統(tǒng)的重量（g）；
W件-塑件重量（g）；
因為，N=4.08>2
所以，此模具型腔為一模4腔結(jié)構(gòu)合理。
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
4.1 澆注系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機(jī)噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應(yīng)能夠順利的引導(dǎo)熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。對澆注系統(tǒng)設(shè)計的具體要求是：
對模腔的填充迅速有序；
可同時充滿各個型腔；
對熱量和壓力損失較??；
盡可能消耗較少的塑料；
能夠使型腔順利排氣；
澆注道凝料容易與塑料分離或切除；
不會使冷料進(jìn)入型腔；
澆口痕跡對塑料外觀影響很小。
4.2 澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)組成是：主流道、分流道、澆口、冷料井。
澆注系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題：
（1）首先根據(jù)塑料制品的結(jié)構(gòu)分析其充填過程，以保證塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。這一點在大型塑料模具制品及其功能性塑料制品上尤為重要。
（2）在設(shè)計澆系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)非常注意澆注系統(tǒng)對制品外觀的影響。在設(shè)計過程中經(jīng)常會遇到這樣的情況，某一塑料制品的澆口影響制品外觀，只能將澆口該設(shè)在其他部位。若實在無法處理時，可通過改變制品的結(jié)構(gòu)來解決。上述問題，對有外觀質(zhì)量要求的塑料制品尤為重要。
（3）在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到模具在注射時，是否能適應(yīng)全自動操作。要達(dá)到全自動操作，必須保證在開模時，制品與澆注系統(tǒng)能自動脫落，澆口與制品亦要盡可能自動分離。
（4）澆注系統(tǒng)的設(shè)計，必須考慮到塑料制品的后續(xù)工序。如因后續(xù)工序在加工、裝配、管理上需要，往往須設(shè)置輔助流道，將多件制品聯(lián)成一體。
（5）在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)留有一定的余地，這樣在使用是即使有些不足，亦可以比較方便的解決。
（6）多觀察分析各類塑件制品的澆注系統(tǒng)和澆口位置的選擇，吸取其成功之處，提高澆注系統(tǒng)的可靠性。
（7）設(shè)計澆注系統(tǒng)時，其主流道進(jìn)口應(yīng)盡量與模具中心重合。
4.3 垂直式主流道設(shè)計
下圖是主流道的形式及設(shè)計參數(shù)。
式中： D=注射機(jī)噴嘴的孔徑+（0.5～1）=3mm
d-主流道小端直徑，既主流道與注射機(jī)噴嘴接觸處的直徑。
L-主流道長度：根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時確定。
α-主流道的錐度：α一般在1到3度對粘度較大的塑料，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)度值，故取α=2°。
4.4 定位圈的設(shè)計
定位圈也是標(biāo)準(zhǔn)件，外徑為Φ100mm，內(nèi)徑Φ36mm。具體固定形式如下圖所示：
圖4-4 定位圈和澆口套結(jié)構(gòu)簡圖
4.5 澆口設(shè)計
澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、點澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直澆口等。
一般情況下，澆口采用長度很短而截面很窄的小澆口。當(dāng)熔融塑料通過狹小的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時，狹小的澆口適當(dāng)保壓補(bǔ)縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內(nèi)的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內(nèi)殘余應(yīng)力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補(bǔ)給困難，會造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會產(chǎn)生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象，使塑件表面出現(xiàn)凹凸不平。
此設(shè)計采用側(cè)澆口：
（1）澆口截面較大，流程較短，流動阻力小，適用于深腔，壁厚，材料流動性差的殼類塑件。
（2）模具結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于加工，流程短，壓力損失小。
（3）保壓補(bǔ)縮作用強(qiáng)，易于完全成型。
（4）有利于排氣及消除熔接痕。
如圖4-5：
圖4-5 澆口形式結(jié)構(gòu)簡圖
5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 分型面的設(shè)計
5.1.2 分型面的分類
實際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況：
（1）型腔完全在動模一側(cè)；
（2）型腔完全在定模一側(cè)；
（3）型腔各有一部分在動定、模中。
5.1.3 分型面的分類及選擇原則
分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設(shè)計末句結(jié)構(gòu)和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條：
脫出塑件方便；
模具結(jié)構(gòu)簡單；
型腔排氣順利；
確保塑件質(zhì)量；
無損塑件外觀；
合理利用設(shè)備。
5.1.4 分型面的確定
注塑體為圓柱形，而確定分型面時，由于塑件在型腔中的方位和形狀，谷采用單分型面。打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)的凝料的面，稱之為分型面。分型面的設(shè)計它受到塑件的形狀、壁厚、和外觀、尺寸精度、及模具型腔的數(shù)目等諸多因素的影響。
由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在設(shè)計中加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從壓力中等分所得的足夠壓力，以保證塑件熔體同時均勻地充滿每個型腔。
該模具采用的平衡式鑒于以上的要求，在該模具中分型面設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，如下圖位置。
圖5-1 分型面位置結(jié)構(gòu)簡圖
5.2 型腔的分布
模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對稱排列及復(fù)合排列等。該模具、結(jié)構(gòu)較為簡單，綜合考慮模具設(shè)計為一模四腔，零件設(shè)計對稱設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單。
如圖所示5-2。
圖5-2 型腔的分布簡圖
5.3 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型腔用于成型塑件的外表面，又稱為陰模、型腔。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁鑲嵌式5種。總體上說，整體是強(qiáng)度、剛度好，但不適于復(fù)雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜型腔加工相對容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易于在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
由于該模具結(jié)構(gòu)一般，又屬于中小型模具，結(jié)構(gòu)無復(fù)雜部分，所以凹模板采用整體式。
5.4 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸模用于成型塑件的內(nèi)表面，又稱型芯、陽模。凸模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼組合式兩類。由于凸模的加工相對凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是整體式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一體。由于該模具簡單。為了節(jié)約成本，利于頂出和排氣，凸模板采用鑲拼式如圖5-3。
圖5-3 型芯結(jié)構(gòu)簡圖
5.5 模具成型零件的工作尺寸計算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：型腔、型芯的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設(shè)計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應(yīng)的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個方面查閱參考文獻(xiàn)[7]：
（1）成形收縮率：在實際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為
δs=(Sma×-Smin)Ls （5-5）
式中： δs-為塑件收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）；
Smax-為塑料的最大收縮率（%）；
Smin-為塑料的最小收縮率（%）；
Ls-為塑件尺寸（mm）。
一般情況下，由收縮率波動而引起的塑件寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
（2）模具成形零件的制造誤差：實踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
（3）零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6，而大型零件，應(yīng)在1/6之下。
（4）模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應(yīng)該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。
綜上所述，在模具型腔與型芯的設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設(shè)計時進(jìn)行有效的補(bǔ)償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補(bǔ)償值應(yīng)在試模后進(jìn)行逐步修訂。
通常型芯、型腔組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計算，查參考文獻(xiàn)[7]：
型腔的內(nèi)形尺寸：
L=[L(1+k)-(3/4)Δ] （5-6）
式中： L-為型腔內(nèi)形尺寸(mm)；
L-為塑件外徑基本尺寸(mm)，即塑件的實際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取0.5%；
Δs-塑件公差，查表知PE塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在0~3mm范圍內(nèi)取0.2mm;塑件基本在3~6mm公差取0.24mm；塑件基本在6~10mm公差取0.28mm；塑件基本尺寸在18~24范圍內(nèi)其公差取0.44mm；塑件基本尺寸在24~30范圍內(nèi)其公差取0.52mm ；塑件基本尺寸在30~40范圍內(nèi)其公差取0.56mm；
所以型腔尺寸如下：
L1=[26×(1+0.005)-(3/4)×0.56]=26.76
L2=[79×(1+0.005)-(3/4)×0.86]=79.70
型腔深度的尺寸計算：
h=[h(1+k)-(3/4)Δ] （5-7）
式中： h-凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h-為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；
H1=[25×(1+0.005)-(3/4)×0.52]=24.75
型芯的外形尺寸計算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ]-δ/3 （5-8）
式中： L-型芯外形尺寸(mm)；
L-為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm)即塑件的實際內(nèi)形尺寸；
由于該塑料的收縮率不大為0.5%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[60×（1+0.005）+（3/4）×0.74]=60.86
L2=[20×（1+0.005）+（3/4）×0.44]=20.43
型芯的深度尺寸計算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ]-δ/3 （5-9）
式中： h-為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h-為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；
三個型芯的高度分別為：
H1=[16×（1+0.005）+（2/3）×0.38]=16.33
H2=[3×（1+0.005）+（2/3）×0.24]=3.195
6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時，必須置換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體查閱參考文獻(xiàn)[7]。排氣系統(tǒng)的設(shè)計相當(dāng)重要。
6.1 排氣不良的危害
（1）增加熔體充模流動的阻力，是型腔充不滿。
（2）在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學(xué)性能降低。
（3）滯留氣體時塑件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。
（4）型腔內(nèi)氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時局部高溫，使塑料熔體分解。
（5）由于排氣不良，降低了充模速度。
6.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計方法
（1）利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān)。
（2）對于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣。
（3）利用頂桿與孔的配合間隙排氣。
（4）利用球狀合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣。
（5）在熔合縫位置開設(shè)冷料穴。
本模具可以利用配合間隙排氣，通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，這里不再單獨設(shè)計排氣槽。
7 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計
7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計原則
7.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。其具體作用有：
（1）定位作用；
（2）導(dǎo)向作用；
（3）承載作用；
（4）保持運動平穩(wěn)作用；
（5）錐面定位機(jī)構(gòu)作用。
7.1.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則
導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板發(fā)生變形。
導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸選定，并應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度。
導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求。
導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性。
為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但有時也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定。
7.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計
7.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對于塑料模具來說是必不可少的部件，因為在模具的閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有定位，導(dǎo)向，受一定的側(cè)壓力，一般的導(dǎo)柱所露出在分型面上的長度要比型芯高6-8毫米，以避免導(dǎo)柱型芯先進(jìn)入型腔與其碰撞而損壞型腔和型芯。至于配合精度問題一般采用過度配合，導(dǎo)柱裝入模板多用二級精度第二種過渡配合，硬度調(diào)節(jié)到HRC50-55，導(dǎo)柱如圖7-1所示：
圖7-1 導(dǎo)柱零件簡圖
7.2.2 導(dǎo)柱分布設(shè)計
為了使導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套比較順利，在導(dǎo)套的前端倒一圓角，且導(dǎo)柱孔為通孔，這樣容易排氣，材料用20鋼滲碳處理，使其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱硬度，這樣就可以減少摩擦，以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?。?dǎo)套的精度與配合，是采用二級精度過渡配合壓入定模模板。導(dǎo)柱布置如圖7-2：
圖7-2 導(dǎo)柱布置簡圖
按推出零件的類別分類：
（1）推桿推出脫模；
（2）推管推出脫模；
（3）推件板推出脫模；
（4）復(fù)合推出脫模。
7.2.3 導(dǎo)套的設(shè)計
導(dǎo)套與安裝在另外一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，以保證模具運動導(dǎo)向精度的圓套形零件。導(dǎo)套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種：直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套。
（1）采用帶頭導(dǎo)套
（2）導(dǎo)套的端面應(yīng)倒圓角，導(dǎo)柱孔最好做成通孔，利于排出孔內(nèi)剩余空氣。
（3）導(dǎo)套孔的的滑動部分按H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為0.4um。
（4）導(dǎo)套外徑與模板一端采用H7/k6配合；另外一端采用H7/f7配合鑲?cè)肽０濉?
（5）導(dǎo)套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用20鋼。
導(dǎo)套如圖7-3：
圖7-3 導(dǎo)套示意圖
7.3 頂出脫模機(jī)構(gòu)的確定
它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動鑲塊等脫模機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機(jī)構(gòu)的作用下，通過一次動作即可頂出?；谝陨显瓌t，該模具的脫模零部件設(shè)在動模上，選擇脫料板頂出。
如圖7-4，在注射機(jī)中心油缸的推動力下推板推動復(fù)位桿，復(fù)位桿推動脫料板。產(chǎn)品推出后，由于彈簧的作用力下，模具進(jìn)行復(fù)位。
圖7-4 頂出脫模結(jié)構(gòu)簡圖
8 其它結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計
塑料模的支承零件包括定模（或上模）座板、定模（上模）板、型腔固定板、支承板、支架、動模（或下模）座板等。注射模的支承零件的典型組合如圖8-1所示。
圖8-1支承零件的典型組合
8.1 模具安裝尺寸校核
模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機(jī)模板臺面上對應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
8.2 開模行程的效核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模行程。對于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核查參考文獻(xiàn)[15]：
S≥H1+H2+(5-10) （8-1）
式中： S-為注塑機(jī)的最大行程（此模具中為300）mm；
H1-為塑件的脫模距離（此模具中為20）mm；
H2-為包括流道在內(nèi)的塑件高度（此模具中為90）mm；
所以上式成立（110>300），即該注塑機(jī)的開模行程符合要求。由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機(jī)符合要求。
9 溫控系統(tǒng)設(shè)計
無論何種塑料進(jìn)行注塑成型，均會有一個比較合適的溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，塑料脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學(xué)性能以及表面質(zhì)量也比較高。為了使模溫能控制在一個合理的范圍內(nèi)，必須設(shè)計模具溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因為塑料注射模溫調(diào)節(jié)能力，不僅影響到塑件質(zhì)量，而且也決定著生產(chǎn)效率。實際上模溫設(shè)計恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益。
9.1 模溫對塑件質(zhì)量的影響
（1）改善成形性每一種塑料都有其濕度的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應(yīng)的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會降低塑件熔體流動性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。
（2）成形收縮率利用模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成型收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。
（3）塑件變形模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導(dǎo)致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復(fù)雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。
（4）尺寸穩(wěn)定性對于結(jié)晶性塑料，使用高模溫有利于結(jié)晶過程的進(jìn)行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形；對于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定。
（5）力學(xué)性能適當(dāng)?shù)哪?，可使塑件力學(xué)性能大為改善。例如，過低模溫，會使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對于粘性大的剛性塑料，使用高模溫，可使其應(yīng)力開裂大大的降低。
（6）外觀質(zhì)量適當(dāng)提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質(zhì)量。過低模溫會使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無光澤或粗糙度增加等。
9.2 模溫對生產(chǎn)效率的影響
就注射成形過程講，可把模具看成為熱交換器。塑料熔體凝固時釋放出的熱量中約有5%以輻射、對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95%由模具的冷卻介質(zhì)（一般是水）帶走。因此模具的生產(chǎn)效率主要取決于冷卻介質(zhì)的熱交換效果。據(jù)統(tǒng)計，模具的冷卻時間約占整個注射成形周期的2/3至4/5，因此縮短注射成形周期內(nèi)的冷卻時間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。故在設(shè)計過程中冷卻時間應(yīng)適當(dāng)控制。
模具溫度是否合適、均一與穩(wěn)定對塑料熔體的充模流動、固化定型、生產(chǎn)效率及塑件的形狀、外觀、尺寸精度都有重要的影響。
注射模設(shè)計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。
9.3 加熱系統(tǒng)
由于該套模具的模溫要求在50～80oC，無需設(shè)置加熱裝置。
9.4 冷卻系統(tǒng)
一般注射到模具內(nèi)塑料溫度為200oC左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60oC左右。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。
對于粘度低、流動性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍66等），因為成型工藝要求模溫都不太高，所以常用常溫水對模具進(jìn)行冷卻。
PE的成型溫度和模具溫度分別為190～200oC、50～80oC。
9.5 冷卻介質(zhì)
有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低。用水冷卻，即在模具型腔周圍或內(nèi)部開設(shè)冷卻水道。
9.6 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式
簡單流道式：取水道直徑為8mm，距型腔約為40mm，在定模布置兩根，左右對稱布置。
綜上，該模具塑料釋放的總熱量不大，只在模具型腔周圍開設(shè)冷卻水道即可，均采用簡單流道式。
示圖如下：
圖9-1 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式簡圖
10 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分性
影響模具成本的因素很多，包括產(chǎn)品的材料，設(shè)計與分析效率，制造工藝，加工制造效率，工輔具消耗，產(chǎn)品精度，管理水平等。但主要的因素有三個：材料，設(shè)計和制造加工效率。
在設(shè)計和制造加工效率上，模具制造者是完全可以控制和掌握的。設(shè)計是決定模具模具以及成本結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，一旦設(shè)計定型，所需的材料和加工路線已基本確定，可以說它是成本控制的決定性因素。加工制造效率也是內(nèi)部控制成本的關(guān)鍵因素，它所帶來的加工時間長短，加工質(zhì)量，工輔具消耗等都會對成本帶來影響。綜上所述，影響模具成本的可控關(guān)鍵因素為設(shè)計，加工制造效率和材料。要設(shè)計所涉及的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的分析也是從上述三個方面著手。
本次設(shè)計根據(jù)制件的結(jié)構(gòu)特點、形狀尺寸、產(chǎn)品批量、模具制造難易及其壽命、成本高低再加上設(shè)計和加工制造的復(fù)雜性，綜合考慮，一般來說，精度要求高的小型塑件和中大型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。
多型腔模具設(shè)計的重要問題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因二型腔的排布在多型腔模具設(shè)計中應(yīng)加以綜合考慮。應(yīng)使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠的壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。
分型面形狀應(yīng)盡可能的簡單，以便于模具的制造和塑件的脫模。綜合考慮以上的設(shè)計原則，結(jié)合該塑件的特性，其分型面的選擇見3-1。
其它設(shè)計上應(yīng)注意問題，在每章節(jié)里面有具體的說明，在此不再重述。
在模具的加工制造上面主要有以下幾種常見加工方式：銑，磨，線割，電火花加工。
銑床一般加工頂針孔，定位槽，水路孔，螺絲孔，型腔，澆道，電極等。
磨床一般加工滑塊，斜銷，模仁，入子，頂針高度等。
線割一般加工模仁上的頂針孔，斜銷孔，入子孔，電極等。
高速銑一般加工模仁上不規(guī)則的形狀，不規(guī)則的電極等。
放電一般加工表面有粗糙度要求，不規(guī)則，清角或高速銑無法加工的深槽等。
鉗工一般是組裝，修配，合模，本設(shè)計所制造的零件正是根據(jù)上述常規(guī)加工，而設(shè)計的工藝規(guī)程。關(guān)于模具材料的選擇，在具體章節(jié)里面有說明，在此不再重述。
11 模具結(jié)構(gòu)簡述
根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用結(jié)構(gòu)形式為BI-2535-A80-B40-C8001S。即采用數(shù)量為1的標(biāo)準(zhǔn)模架。模具總裝圖如圖11-1所示
圖11-1 模具總裝圖
（1）定模座板350mm×400mm、厚為30mm
定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板，材料為45鋼。
通過6個M14的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過2個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H8/f8配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。
（2）型腔固定板板350mm×350mm，厚70mm
用于固定型芯、導(dǎo)套。固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠強(qiáng)度，一般用45號鋼，調(diào)質(zhì)到230HB～270HB。其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)套一端采用H7/k6配合，另外一段采用H7/f7配合；定模板與澆口套采用H7/m6配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。
（3）動模座板340mm×400mm、厚為25mm
材料為45鋼，其上的注射機(jī)頂孔為。
（4）動模板350mm×350mm，厚40mm
行位滑塊通過矩形導(dǎo)滑槽在模套中滑動，以完成側(cè)向分型和合模復(fù)位，材料為45鋼。其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)柱孔為H7/k6配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。
（5）墊塊48mm×350mm厚80mm
在動模座板與支撐板之間形成推出機(jī)構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機(jī)的模具安裝厚度要求。材料為45鋼。
（6）推桿固定板150mm×350mm，厚度15mm
材料為45鋼，其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用H7/f9配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。
結(jié) 論
經(jīng)過兩個星期的設(shè)計，注塑模設(shè)計基本完成了。從拿到任務(wù)書起，我查閱了大量書籍、期刊和電子資料，盡可能多的了解目前國內(nèi)塑料模具行業(yè)和塑料的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。充分運用自己所學(xué)知識、借鑒前人的資料，對給定的塑件進(jìn)行認(rèn)真分析，最終確定成型工藝方案。并進(jìn)一步選擇設(shè)備、確定模具結(jié)構(gòu)、動作原理分析、計算零件尺寸、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計。
由于模具要求精度高，形狀、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。進(jìn)行設(shè)計時，不僅用到模具制造工藝學(xué)的知識，而且要用到大量機(jī)械制造方面的內(nèi)容。比如機(jī)械制圖、機(jī)械工程材料、塑性成型設(shè)備、公差、計算機(jī)制圖。通過這次的設(shè)計對以前所學(xué)的知識進(jìn)行了回顧和溫習(xí)，可以說這次課程設(shè)計是對三年大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識的檢驗和練習(xí)。
由于所學(xué)知識有限且缺乏實際工作經(jīng)驗，難免有不足和錯誤之處。希望老師給予指正。
致 謝
經(jīng)過兩個星期的努力，我順利完成了這次課程設(shè)計。在這里首先要感謝老師在收集材料以及設(shè)計過程中給予的指導(dǎo)和幫助。通過老師的指導(dǎo)，我在這段時間內(nèi)掌握了注塑模設(shè)計基本原則以及設(shè)計中參數(shù)的選擇方法。中期檢查時檢查老師給予的意見對我以后的設(shè)計質(zhì)量和進(jìn)度也有很大的幫助，在這里表示感謝。
設(shè)計中還引用了不少工廠的經(jīng)驗以及多位專家學(xué)者的著作，從中學(xué)到了很多設(shè)計技巧。使我初步認(rèn)識到了以后工作中可能出現(xiàn)的問題，如何去解決，這將對我以后的工作有很好的幫助作用，在這里一并表示感謝。
最后，通過本設(shè)計我鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，并得到了不少心得。但由于是第一次系統(tǒng)的做這樣規(guī)模的設(shè)計，會有不少缺點和錯誤，歡迎審核答辯的老師批評指正，在此再次表示感謝。
參考文獻(xiàn)
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