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江西理工大學2007屆畢業(yè)生畢業(yè)論文
目 錄
1 引言 3
1.1 塑料簡介 3
1.2 注塑成型及注塑模 3
2 塑件材料分析 6
2．1 塑件材料的基本特性 6
2．2 塑件材料成型性能 6
2．3 塑件材料成型條件 8
3 塑件的工藝分析 9
3．1 塑件的結構設計 9
3．2 塑件尺寸及精度 11
3．3 塑件表面粗糙度 11
3．4 塑件的體積和質量 11
4 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定 12
4．1、注射成型工藝過程分析[5] 12
4．2 澆口種類的確定 13
4．3 型腔數目的確定 13
4．4 注射機的選擇和校核 14
4.4.1 注射量的校核 14
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 14
4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 15
5 注射模具結構設計 16
5．1 分型面的設計 16
5．2 型腔的布局 17
5．3 澆注系統(tǒng)的設計 18
5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 18
5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 18
5．3．3 主流道的設計 19
5．3．4 分流道的設計 20
5．3．5 澆口的設計 21
5．3．6 冷料穴的設計 22
5．4 注射模成型零部件的設計[7] 22
5．4．1 成型零部件結構設計 23
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 23
5．5 排氣結構設計 24
5．6 脫模機構的設計 25
5．6．1 脫模機構的選用原則 25
5．6．2 脫模機構類型的選擇 25
5．6．3 推桿機構具體設計 26
5．6．4 脫模動作原理 27
5．7 注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 28
5．7．1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 29
5．7．2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 29
5．8 模架及標準件的選用 30
5．8．1 模架的選用 30
5．8．2 標準件的選用 30
6 模具材料的選用 31
6．1 成型零件材料選用 31
6．2 注射模用鋼種 31
7 注射成型工藝過程模擬分析 32
總 結 34
致謝 35
參考文獻 36
1 引言
模具制造是國家經濟建設中的一項重要產業(yè)，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?！澳＞呤枪I(yè)生產的基礎工藝裝備”也已經成為廣大業(yè)內人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其它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。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業(yè)的重要領域。
1.1 塑料簡介
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
1.2 注塑成型及注塑模
將塑料成型為制品的生產方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現全自動化生產等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產中，其產口占目前塑料制件生產的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。
注射成型是根據金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段保壓冷卻定型時間后，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品。
注射成型生產中使用的模具叫注射模，它是實現注射成型生產的工藝裝備。
注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質量的主要因素。
注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。
塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產品設計、模具設計和模具制造）和生產階段（包括購買材料、試模和成型）。
傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產前，由于設計人員憑經驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現問題后，不僅需要重新設置工藝參數，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產成本，延長產品開發(fā)周期。
目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。
采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經濟意義[3]。
2 塑件材料分析
2．1 塑件材料的基本特性
目前，中國娛樂場比較多，游戲廳里的游戲機按扭，往往容易被興致極高的玩家們按壞，所以市場也看中了這一點，為了適應玩家玩得痛快及游戲廳老板的需要，很多廠家開始生產比以前舊材料更好的新材料按扭，本次設計就是以此為基點，設計生產一批游戲機按扭套的注射模具，該按扭套不易被按壞，堅固而不難按，在玩家達到忘我境界時，老板不用擔心被按壞，玩家也不會覺按扭不靈敏，深受廣大消費者的歡迎，具有廣闊的市場前景。設計中利用CAD/CAE技術進行模具設計和成型工藝分析。首先，在三維高端軟件UG·NX上進行產品3D造型，然后使用Auto CAD繪制注射模具總裝圖和模具零件圖，最后將產品三維圖轉入MOLDFLOW軟件中進行注射工藝過程模擬分析，確定最佳的注射工藝參數，同時分析制品缺陷的原因及解決辦法。
由于本次設計的按扭具有手感工效，而不缺實用功能，表面光滑且透明，故選用材料為聚苯乙烯PS，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。
2．2 塑件材料成型性能
塑件材料對注射工藝和模具結構的適應能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好壞直接影響到成型加工的難易程度和制品質量的優(yōu)劣，同時還影響生產效率的高低和設備的輻射能損耗等。
PS成型性能主要有：
聚苯乙烯（Polystyrene）簡稱PS。其世界產量僅次于PE、PVC、PP居世界第四位，后來高抗沖級的PS產生（簡寫HIPS）拓寬了PS的用途范圍。
PS為無定型、非極性線性高聚物。由于在分子鏈上有苯環(huán)取代基，分子的不對稱性增加，內旋轉受到限制，為此，呈現剛性，性脆。玻璃化溫度較高，為80～100，分子量一般在5萬～20萬。
PS的密度為1.054，為無色透明粒狀熱塑性樹脂。具有良好的化學穩(wěn)定性，它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮類、酯類等。能耐一般酸、堿、鹽的腐蝕。
熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，在粘流態(tài)下溫度的少許波動不會影響注射過程。吸濕性極小，只有0.02%～0.06%，所以在加工前，可以不干燥，又其比熱較低，所以塑化效率高，在模具中固化快，成型周期短。PS收縮率低，只有0.4%～0.7%，對模制品影響不大。
PS具有一定的力學強度，化學穩(wěn)定性及電氣性能都較優(yōu)良，透光性好，達88%～92%，僅次于有機玻璃，折光率為1.59～1.60，具有優(yōu)良的電絕緣性能，一般不受溫度、濕度的影響。著色性佳，并易于成形。它的特點是差不多完全能耐水。缺點是耐熱性較低，而且其制品由于內應力容易碎裂，僅能于低負荷和不高的溫度(60～75℃)下使用，所以在成型中一定要注意這個問題，清除內應力除調節(jié)工藝參數、模具結構等之外，還可將制品進行后處理以消除內應力，如將其置于60～75℃熱水浴中或烘箱中，“退火”處理1～3小時。冷卻定型溫度應小于50℃，可使制品表面光亮、平滑。
處于粘流態(tài)的聚苯乙烯，其粘度對剪切速率和溫度都比較敏感，在注射成型中無論是增大注射壓力或升高溫度都會使熔融粘度顯著下降。因此，聚苯乙烯既可用于螺桿式也可用于柱塞式注射機成型。在此選用柱塞式注射機。料筒溫度控制在140～260℃之間，噴嘴溫度為170～190℃，注射壓力為60～150MPa，為了使制品順利脫模，模壁斜度應增大至1～2度。
PS主要用于各種儀表外殼，骨架，儀表指示燈，燈罩，汽車燈罩，化工貯酸槽、酸輸送槽(特別如氫氟酸)，化學儀器零件，電訊零件，由于透明度好，還可用于制造光學儀器零件及透鏡[4]。
2．3 塑件材料成型條件
確定注射工藝條件時，需要根據塑料品種選擇適當的工藝參數，知道了塑料的工藝參數還能選擇合適的注射機，使機型的規(guī)格大小及性能參數的范圍盡量與注射工藝參數接近，只有這樣才能在保證制品質量的前提下，獲得最高的生產效率和經濟效益。
PS的注射工藝條件參數見表1、2和3。
表1 PS的注射工藝參數
注射機類型
預熱溫度℃
噴嘴溫度℃
料筒溫度℃
模具溫度℃
前段
后段
柱塞式
60～75
160～170
170～190
140～160
20～60
表2 PS的注射工藝參數
注射壓力MPa
成型時間S
冷卻時間S
成型周期
S
后處理介質
后處理溫度℃
后處理時間S
60～100
15～45
15～30
40～90
熱水浴或
鼓風烘箱
70
2～4
表3 PS的熱處理條件
塑料
熱處理介質
處理溫度℃
制件厚度mm
處理時間min
PS
空氣或水
60～70
30～60
70～77
120～360
3 塑件的工藝分析
在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。
游戲機按扭套如圖（1）所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構并不太復雜，外輪廓線由圓弧和直線組成。
圖（1）游戲按扭套俯視圖和仰視圖
3．1 塑件的結構設計
（1）、脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中產生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據文獻[1]，塑件材料PS的型腔脫模斜度為35～130/，型芯脫模斜度為30/～1
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產效率和生產成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數值為2～3。該小電機外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2。殼內凸出部件的壁厚均為1
（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內圓角半徑應是壁厚的0.5倍。
該小電機外殼表面圓角半徑為2，內部轉彎處圓角半徑為1
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。本設計中孔都在側面或邊緣，能采用型芯直接加工成型。
3．2 塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為PS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數值標準來確定。根據文獻[2]，選用一般精度等級，PS的精度等級一般為四級，可在文獻中查到相應的公差值。
3．3 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高許多，為Ra0.4，內部為0.8。外部接手柄區(qū)域粗糙度加大，主要是為了裝配牢固和方便，且增加摩擦力以便有游戲玩家按起來有手感。
3．4 塑件的體積和質量
用UG·NX軟件對該按扭套進行三維實體造型，然后用分析模塊對其進行質量特性分析，輸入材料密度（的密度為），即可以得出該按扭制品共兩個按扭套 ，每個的體積為5.11，質量為4.03克。
4 注射成型工藝方案及模具結構的分析和確定
4．1、注射成型工藝過程分析[5]
根據塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。
（1）、成型前對原材料的預處理
根據注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當的預熱干燥，PS材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發(fā)現塑料中有分解現象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。
柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對PS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經脫?；驒C械加工后，常需要進行適當的后處理，目的是為了消除存在的內應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調濕處理。該塑料制件材料為PS，就采用退火處理1～3小時。
4．2 澆口種類的確定
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。
由于本設計中按扭套外表面質量要求較高，不允許出現澆口痕跡，所以選用點澆口形式。點澆口前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增大塑料熔體的剪切速率并產生較大的剪切熱，從而導致熔體表面粘度下降，流動性增加，有利于型腔的充填，因而對于薄壁塑件以及諸如聚乙烯、聚丙烯等表面變化敏感的塑料成型有利，但不利于成型流動性差及熱敏性塑料，也不利于成型平薄易變行及形狀復雜的塑件。
點澆口 可以有效提高生產效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對有型腔的產品。
4．3 型腔數目的確定
因為本設計中采用點澆口，且塑件的薄壁適合，一次注塑兩個同樣的按扭套，為保證一次加工過程中各種參數均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并從經濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模兩腔，裝載兩部分零件，進行加工生產。
4．4 注射機的選擇和校核
由于兩個塑件的體積和質量相差不大，故采用體積較大的塑件（5.11）作為參考由于采用一模兩腔，需要至少注射量為6.44 ，再根據工藝參數（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為。注射方式為柱塞式，其有關性能參數為：
額定注射量: 30 注射壓力: 119
注射行程: 130 注射時間: 2.9
合模力: 250 最大成型面積: 90
最大開模行程: 160 模具最大厚度: 180
模具最小厚度: 60 模板最大距離: 340
合模方式: 液壓-機械式
4.4.1 注射量的校核
模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內。校核公式為：
式中 --型腔數量
--單個塑件的體積（）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（）
本設計中： 5.11 =5.11 30
nm1+m2=2×5.11+5.11=15.33≤80%×30
注射量符合要求
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現漲模溢料現象，必須滿足以下關系。
式中 n --型腔數目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
--注射機允許使用的最大成型面積
n=2 =13.57 =3.38 =90
=2
投影面積符合要求
注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據文獻[2]表5-1，聚苯乙烯推薦使用的型腔壓力為15～22 MPa，在此取P=
（）P=
鎖模力符合要求
4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核
（1）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設計中
符合要求
（2）、開模行程（S）的校核
模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動模固定板的移動距離。
注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與模具的開模距離相適應。對于液壓-機械式合模機構的注射機，其開模行程與模具厚度無關，對于單分型面注射模應有：
式中 --推出距離
--包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度
本設計中 =160 = 15 mm = 15 mm
經計算，符合要要求。
（3）、頂出裝置的校核
在設計模具推出機構時，需校核注射機頂出的頂出形式，要注意在兩側頂出時模具推板的面積應能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。
XS-Z-30型注射機為兩側推出機構。經檢查能滿足將模具脫出的要求。
5 注射模具結構設計
5．1 分型面的設計
將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。
選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮：
1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
2）使塑件在開模后留在動模上；
3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀；
4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；
5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；
6）使塑件易于脫模。
綜合考慮各種因素，并根據本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，如圖（2）所示
圖（2）分型面的選擇
5．2 型腔的布局
型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖（3）所示。由于本設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要心可能相同的注射工藝參數，以達到高的成功率，模具采用點澆口，并采用對稱式布局，以求達到良好的澆注質量。
圖（3）型腔布局方式
5．3 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通流產澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。
5．3．1 澆注系統(tǒng)組成
普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分，如圖（4）所示。
1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道
5－澆口 6－型腔 7－冷料穴
圖（4）普通流道澆注系統(tǒng)
5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則
在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素：
a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。
b)、模具成型塑件的型腔數：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。
c)、塑件大小及形狀：根據塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。
d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。
e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施[6]。
5．3．3 主流道的設計
不流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。
（1）、主流道的尺寸
設計中選用的注射機為XS-Z-30，其噴嘴直徑為4，噴嘴球面半徑為12，根據圖（5），主流道各具體尺寸如下：
圖（5）主流道尺寸示意圖
α ＝4°
H＝3.0㎜ 24㎜ 6.4㎜
（2）、主流道澆口套的形式
選用如圖（6）所示類型的澆口套，這種類型設計成整體形式，用螺釘固定于定模座板上。將主流道澆口套和定位圈設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，澆口套與模板的配合采用。
圖（6）主流道澆口套及其固定形式
（3）、主流道澆口套的固定
澆口套與定位圈設計成兩個零件的形式，以臺階的形式固定在定模板上，澆口套與定位圈之間的配合采用H9/f9。定位圈在模具安裝調試時應插入注射機定模板的定位孔內，用于模具與注射機的安裝定位。定位圈外徑比注射機定模板上的定位孔徑小0.2㎜以下
5．3．4 分流道的設計
分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計中采用點澆口。在主流道設計好以后，由于兩按扭套對稱排步，相隔一定的距離，需設置分流道需設置分流道經澆口注入而使熔體充滿型腔。如圖（7）所示。
圖（7）主流道和澆口的位置
5．3．5 澆口的設計
澆口出叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，側澆口，潛伏式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。
澆口的位置選擇原則：
澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點：
1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使
1)流程(包括分支流程)為最短；
2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端；
3)應先從壁厚較厚的部位進料；
4)考慮各股分流的轉向越小越好。
2. 有效地排出型腔內的氣體。
根據澆口選用原則和為保證塑件表面質量及美觀效果，采用點澆口，利于熔體充滿整個型腔。
5．3．6 冷料穴的設計
主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現固化的冷料。因為最先流入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響制品的質量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。
冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，這里取為，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的形式有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與中間板配用，開模時倒錐形的冷料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。如上圖（7）所示。
5．4 注射模成型零部件的設計[7]
模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型過程中需要經常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質量。
5．4．1 成型零部件結構設計
成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。
1）、凹模的設計
凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、
鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
本設計中采用整體式凹模，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。
2）、凸模的設計
本設計中零件結構較為簡單，塑件按扭套深度較大，但經過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現，塑件采用的是整體式凸模，也叫型芯，雖然有些部位加工、維修不易，但成型后的塑件質量好，在塑件內表面也不會形成接縫，溢料痕跡，加工精度較高，成型效果好。型芯與動模板的配合可采用。
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具設計時要根據塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據。
由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。
塑件經成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定PS材料的平均收縮率為0.6%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為：
式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸
B — 塑件在常溫下實際尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數值見圖紙。
5．5 排氣結構設計
排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓縮將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓縮所產生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。
在塑料熔體充模過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。
由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽，利用間隙排氣，以不產生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。
5．6 脫模機構的設計
塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構的導向和復位部件等組成。
5．6．1 脫模機構的選用原則
（1） 使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）；
（2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排；
（3） 推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產生隙裂；
（4） 推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產生彈性變形；
（5） 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀；
5．6．2 脫模機構類型的選擇
推出機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣動推出機構。根據推出零件的類別還可分為推桿推出機構、套管推出機構、推板推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構等。
本設計中采用推桿推出機構使塑料制件順利脫模。
5．6．3 推桿機構具體設計
（1）、推桿布置
該塑件共采用了4根大小同樣的推桿，其分布情況如圖（8）所示，這些推桿設置在脫模阻力較大的地方及強度剛度較大處，在加個推件板，使制品所受的推出力均衡，不會由于推出時導致塑件的質量受損。
圖（8）推桿布置
（2）、推桿的設計[7]
本設計中采用臺肩形式的圓形截面推桿，設計時推桿的直徑根據不同的設置部位選用不同的直徑，其中一個為4mm，四個為３mm，兩個為２mm，見圖（１0）。推桿端平面不應有軸向竄動。推桿與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產生飛邊，PS塑料的溢料間隙為。
（3）、推桿固定和復位
如下圖（9）所示
圖（9）推桿固定和復位
5．6．4 脫模動作原理
本設計中采用的是點澆口形式，主流道于澆口套中。開模時，注射機開合模系統(tǒng)帶動動模具部分后移，如圖（10）所示。由于彈簧4的作用，模具首先在A分型面分型，中間板8隨動模板一起后移，主澆道凝料隨之拉出。當動模板部分移動一定距離后，限位拉桿3的端部螺母與推件板10接觸，使中間板8停止移動。動模繼續(xù)后移，B分型面分型。因塑件包緊在型心11上，這時澆注系統(tǒng)凝料在澆口處自行拉斷，然后在A分型面之間自行脫落或由人工取出。動模部分繼續(xù)后移，當注射機的推桿15接觸推板17時，推出機構開始工作，推件板10在推桿15的推動下將塑件從型心上推出，塑件在B分型面之間自行落下。
圖（10）塑件脫模動作
5．7 注射模溫度調節(jié)系統(tǒng)
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。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相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的聚苯乙烯PS，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
5．7．1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。冷卻系統(tǒng)的外形結構如圖（11）（12）所示。
圖（11）注射成形機的典型冷卻系統(tǒng) 圖（12）與模板連接之冷卻孔道
5．7．2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則
設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。
冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為10~14 mm（7/16~9/16英吋），在此取12mm。
5．8 模架及標準件的選用
5．8．1 模架的選用
根據以上的設計，再結合模具的強度和剛度以及所選注射機，各模板的代號及尺寸如下：
下模板 GB4169.8-84 230
推桿墊板 GB4169.7-84 20012615
推桿固定板 GB4169.7-84 20012612
支架 GB4169.6-84 2006035
型心固定板 GB4169.8-84 20018020
中間板 GB4169.8-84 20018040
上模板 GB4169.8-84 23018020
支撐板 GB4169.8-84 20018020
5．8．2 標準件的選用
為了便于模具的裝配，減少繁重的設計和制造工作量，縮短生產準備時間和降低成本，一些模具都選用標準零件，本設計中的標準零件選用如下：
導柱 GB4169.4-84 146318 2個
導套 GB4169.2-84 1418 4個
推桿 GB4169.1-84 690 4個
限位拉桿 GB4169.1-84 1433 2個
內六角螺釘 GB70-85
M 1022.5 4個
M 1213 4個
M 511 3個
6 模具材料的選用
正確選用模具各部分零件的材料，是注射模具設計過程中的一項重要工作，它直接影響模具的使用壽命，加工成本以及制品的成型質量。選擇模具材料時，需要根據模具工作條件，從使用性能和加工性能兩方面對材料提高要求。
6．1 成型零件材料選用
成型零件材料選用的要求如下：
（1）、機械加工性能良好
（2）、拋光性能良好
注射成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面，，要求鋼材硬度35～40HRC為宜，過硬表面會使拋光困難。
（3）、耐磨性和抗疲勞性能好
（4）、具有耐腐蝕性能
6．2 注射模用鋼種
熱塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供應，常用50和55調質鋼，硬度為250～280HB，易于切削加工。
型芯和鑲塊以棒材供應，采用淬火變形小，淬透性好的高碳合金鋼，經熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種,淬火后回火HRC55，有良好的耐磨性。
參考文獻[2]表11-1、11-2，本設計模具材料選用情況如下：
塑料模具鋼材選用，PS塑料適用鋼種PMS，SM2。其它模具選材見表（4)
模具零件
使用要求
模具材料
熱處理
導柱、導套
表面耐磨、有韌性、抗曲、不易折斷
T8（A）
表面淬火
成型零部件
強度高、耐磨性好、熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕
Cr12MoV
淬火
中溫回火
主流道澆口套
耐磨性好，有時還要求耐腐蝕
45鋼
表面淬火
推桿、拉料桿等
一定的強度和耐磨性
T8（A）
淬火
低溫回火
各種模板、推板、固定板、模座等
一定的強度和剛度
45鋼
調質
表（4）本設計模具選材情況
7 注射成型工藝過程模擬分析
高質量的塑件需要優(yōu)秀的產品設計、高水平的模具和優(yōu)化的成型工藝三者的有機結合，傳統(tǒng)的方法大多數是根據經驗進行反復的試模，現在應用專業(yè)的模流分析軟件MOLDFLOW進行注射流動模擬分析，大大減少了試模次數，縮短了產品開發(fā)周期，降低生產成本并提高了產品質量。
這里采用的是一種應用較多的CAE軟件-- MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產品優(yōu)化顧問）在計算機上對整個注射過程進行模擬分析，將分析結果反饋到以上的設計中，對各種參數進行優(yōu)化。
分析步驟如下：
1、從UG中將塑件的三維模型到 MPA 中
2、澆注系統(tǒng)設計并設置進料口
3、選用合適的材料PS
4、設置工藝參數，這里選擇注射壓力119 MPa，模具溫度45度，熔體溫度220度。
5、進行充模和流動分析
根據CAE分析結果，本次模具設計方案基本能滿足塑件的質量要求，不過有些地方還存在缺陷。多輸入幾次不同的成型工藝參數，比較所得的模擬分析結果就能確定出最佳的成型工藝條件，減少經濟損失，并獲得高質量的塑件制品。
總 結
本次塑料模具設計，全面考慮了塑料成型性能，模具結構特點，注射工藝參數，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理論分析和數據計算生產操作上論證該設計是合理可行的。并且，通過這次設計，我了解了注射模設計概況，熟悉了注射設備，基本掌握了注射成型的一般原理，更讓我明白做事要有耐心和毅力，否則就會走來走去無所事是。
經過這次設計，讓我學到了很多書本上學不到的知識，由于AutoCAD不怎么精通，自己邊學邊畫，Word里也有很多東西弄不明白，同學和老師給了我很大的幫助。在設計完后，將要畢業(yè)的我深刻地體會到時間不等人的滋味。很多同學也跟我一樣有這樣的體會，但由于此次設計，讓我們大醒悟。
在設計和三維建模過程中也遇到了一些問題，在出圖時也遇到很多問題，通過對問題的探索與分析，經過自己的努力，最后得到圓滿解決，更深刻的知道了模具設計各個階段的重要性和嚴謹性，達到了畢業(yè)設計的目的。
伴隨經濟建設，特別是汽車、機械、電子、日用制造等行業(yè)的飛速發(fā)展，對模具設計與制造的人才的需求與日俱增，模具設計制造，特別是注射模具的設計與制造將更為受到重視，并將會廣泛應用到各個領域中，飛速發(fā)展。
相信這次設計中獲得的經驗及處理問題的能力將會對今后的學習和工作有所啟示和幫助。
致謝
在本次畢業(yè)設計中，特別感謝指導老師肖斌的指導和幫助，也讓我學會了成功要自己去努力。由于經驗不足和對專業(yè)知識的了解不夠透徹，在設計時常常遇到一些問題無法理解，肖老師則很有耐心的講解。
同時也感謝的其他幫助我的老師和同學，是您們的教學和幫助讓我有了強烈的自信去做好這次畢業(yè)設計，特別感謝李澤勝同學，他在幫助我解決三維模型和工程圖裝備的問題上給予了我莫大的幫助，還有信息工程系的肖智維同學，在我用Word遇到問題時，一叫他就過來熱心地幫助我。由于你們的支持和幫助，讓我成功地完成了這次畢業(yè)設計。再次感謝大家?。?！
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