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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2009
1前言
塑料工業(yè)的發(fā)展具有得天獨厚的發(fā)展，其原料來源豐富。注塑工藝也越來越多地被各個制造領(lǐng)域用以成型各種性能要求的制品，要高質(zhì)量，經(jīng)濟地生產(chǎn)出注塑料制品，必須綜合考慮成型樹脂注塑模具及注塑機的問題，注塑模具的設(shè)計質(zhì)量直接影響成型制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本，能否生產(chǎn)出達到設(shè)計要求的制品，不僅僅取決于模具的結(jié)構(gòu)與加工精度，還取決于廣義的成型技術(shù)。模具是當今工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的工藝裝備，是最重要的工業(yè)生產(chǎn)手段及工藝發(fā)展方向。一個國家工業(yè)水平的高低，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，模具工業(yè)的發(fā)展水平，是一個國家工業(yè)水平的標志之一?，F(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標準化程度、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進的設(shè)計與制造技術(shù)、專用的機床設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)管理等方面工作的綜合。但其中CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)方面的應(yīng)用，無疑占有很重要的地位。它被認為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要的發(fā)展方向。
1）協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計將成為模具設(shè)計的主要方向
制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內(nèi)產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)和模具制造分工更明確。為了縮短產(chǎn)品上市周期，使模具設(shè)計充分理解產(chǎn)品設(shè)計的意圖，在產(chǎn)品的設(shè)計階段，模具設(shè)計也同時開始，產(chǎn)品設(shè)計工程師和模具設(shè)計工程師需盡早進入?yún)f(xié)同設(shè)計狀態(tài)。由于在制造流程中各個環(huán)節(jié)所采用的CAD系統(tǒng)不一定相同，這就要求CAD系統(tǒng)要具備協(xié)同的能力，能夠隨時交換上下游的數(shù)據(jù)，能夠處理彼此的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理標準化。
2）模具CAD技術(shù)的ASP模式將成為發(fā)展方向
今天的模具行業(yè)已經(jīng)成為高技術(shù)密集的行業(yè)。要掌握全部先進的技術(shù)，成本都將非常高昂，要培養(yǎng)并且留住掌握這些技術(shù)的人才也會非常困難。于是，模具CAD的ASP模式就應(yīng)運而生了。這樣整個社會就形成了一個大的模具制造企業(yè)，按照價值鏈和制造流程分工，將制造資源最優(yōu)發(fā)揮。應(yīng)用服務(wù)包括如遞向設(shè)計、快速原型制造、數(shù)控加工外包、模具設(shè)計、模具成型過程分析等。我們相信，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的先進的CAD技術(shù)必將把模具工業(yè)推上新的臺階。
3）模具CAD/CAM發(fā)展趨勢
21世紀模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本、最大限度的提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求。具體表現(xiàn)出以下幾個特征:
(1)集成化技術(shù)
現(xiàn)代模具設(shè)計制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。
(2)智能化技術(shù)
應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用）各個環(huán)節(jié)的智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程（包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設(shè)備的智能化，也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。
(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實現(xiàn)，各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為我國模具企業(yè)實現(xiàn)敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
(4)多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)
未來產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅用到機械科學(xué)的理論與知識，而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等；甚至要考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等各方面的因素。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求模具產(chǎn)品動靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。
(5)虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù)的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實VR（Virtual Reality）是人造的計算機環(huán)境，人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺，并強調(diào)人的介入與操作。
(6)反求技術(shù)的應(yīng)用
這種過程就是反求工程RE （Reverse Engineering）。一旦建立了CAD幾何模型后，就可以依據(jù)這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作，如實物CAD模型的修改、零件的重新設(shè)計、有限元分析、誤差分析、數(shù)控（NC）加工指令生成以及模具的設(shè)計和制造等。
(7)快速成形技術(shù)
快速成形制造技術(shù)RPM（Rapid Prototyping & Manufacturing）基于層制造原理，迅速制造出產(chǎn)品原型，而與零件的幾何復(fù)雜程度絲毫無關(guān)，尤其在具有復(fù)雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。
本次的課題為(水杯杯蓋)注射模設(shè)計：由于以前這方面的知識接觸得少，所以在設(shè)計之前閱讀了許多關(guān)于注塑模設(shè)計的書，再加上指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，使得設(shè)計順利地進行。由于是提供制品設(shè)計模具，給模具定型多了一個依據(jù)。方案擬定有了一個大概的輪廓。注射成型模具有一定的分類和組合，它們在某些基本式樣上彼此不同地從實用的觀點出發(fā)。注射成型模具的分類方法應(yīng)以設(shè)計和操作的主要特色為基礎(chǔ)。
本次的注射模設(shè)計是一次對以前所學(xué)知識的綜合運用，了解了設(shè)計的一般過程及該行業(yè)的發(fā)展狀況。由于時間緊促，加上本人的水平有限，設(shè)計過程中出現(xiàn)一些錯誤，在此懇請各位專家、老師指正。
2模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1模具設(shè)計方案
本課題的設(shè)計目的是對水杯蓋進行三維造型、注塑模具設(shè)計和加工工藝分析。要進行零件的三維造型，必須先對零件進行測繪，畫出零件二維工程圖，然后根據(jù)工程圖進行零件的三維造型并進行裝配。
首先對塑件進行測繪，測繪好后進行三維造型。造型結(jié)束后進行模具設(shè)計。根據(jù)到生產(chǎn)批量和經(jīng)濟效益，結(jié)合塑件形狀的復(fù)雜程度以及精度等級采用一模一腔。接著根據(jù)制品的尺寸大小選擇合理的模架和模板。然后確定澆口的形式，澆口的主要類型可以分為直接澆口、側(cè)澆口、潛伏式澆口、點澆口、扇形澆口、圓盤形澆口及環(huán)形澆口等。優(yōu)先選用點澆口作為本模具的澆口形式。在模板上直接設(shè)置冷卻水道，這同樣要遵循冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過程中冷卻均勻。接下來選擇注塑機，要考慮到注射量，保證塑件及澆注系統(tǒng)所需的注射量不超過注射機最大容量的80％，并對鎖模力進行校核。接著對各個系統(tǒng)進行設(shè)計，首先是澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)分為主流道、澆口、冷料穴等。主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線在同一條直線上。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要增加個澆口套。為了延長模具的使用壽命，我在澆口套工藝部分對其進行了淬火處理。澆口主要有兩個作用，一是起控制作用，二是壓力撤銷后封鎖型腔，不產(chǎn)生倒流。冷料穴主要是避免冷料進入型腔影響塑件的質(zhì)量和堵塞澆口。我所設(shè)計的模具采用分型面的配合間隙自然排氣。下面是推出機構(gòu)的設(shè)計。推動的動力來源有手動推出、機動推出和液壓與氣動推出機構(gòu)。本模具設(shè)計采用注射機的開模動作驅(qū)動模具上的推出機構(gòu)，實現(xiàn)塑件的自動脫模。接著是推出機構(gòu)的設(shè)計。本模具設(shè)計采用塑件留在動模，要保證塑件不應(yīng)推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu)可靠。模具設(shè)計好后進行加工工藝分析以及工序分析，編寫裝配卡、零件加工工藝卡和工序卡。
2.2制品的結(jié)構(gòu)及注塑工藝分析
2.2.1塑料制品的結(jié)構(gòu)如圖2-1
圖2-1 制品三維圖
2.2.2材料分析
該零件采用ABS樹脂為材料它是由丙烯腈(Acrylonitrile，25%~30%)聚丁二烯(Butadiene，25%~30%)和苯乙烯(Styrene complymer，40%~50%)三種單體共聚而成的，其中丙烯腈(A)使之有較高的硬度、表面光澤，具丁二烯(B)能增加韌性；苯乙烯(S)，則使加工性良好，要注意的是，ABS的吸濕性較強(0.2%~0.45%),而要達到較光澤的表面，注射成型時就必須進行預(yù)備干燥，由于聚丁二烯的作用，熔融時易發(fā)生氣體，易造成燒痕，產(chǎn)生銀線等，脫模斜度2゜以上。
ABS的表現(xiàn)特征為無毒，無味，白象牙色的不透明的粉狀或粒狀料，是熱塑性塑料，且易著色，高光澤，易電鍍，耐油，尺寸穩(wěn)定，缺點是長期暴曬在太陽光紫外線下易變質(zhì)。
2.2.3ABS成型條件
ABS一般物理特性
密度 1.02~1.07 g/cm３ （計算值：1.05 g/cm３）
流動性 中等
溢邊料 0.04mm左右
吸水率(24小時長周期) 0.2~0.4%
熔點(粘統(tǒng)溫度) 130~160℃
熔融指數(shù)(200 C 負荷50N、噴嘴 2.09) 0.41~0.82 g/10min
維卡針入度 71~122 ℃
馬丁耐度 90~108 45
83~103 180
比熱容 1470 J/(Kg*K)
屈服強度 50 MPa
抗拉強度 38 MPa
斷裂伸長率 35%
拉伸彈性模量 1.8 GPa
抗彎強度 80 MPa
彎曲彈性模量 1.4 GPa
抗壓強度 53 MPa
沖擊韌度 24 Mpa
沖擊韌度(無缺口) 261 KJ/m2
(缺口) 11 KJ/m2
布氏硬度HB 9.7 R121
注射成行機類型 適用于螺桿式和柱塞式
計算收縮率 0.5%~0.7%(取用0.6%)
預(yù)熱溫度 80~85
預(yù)熱時間 2~3小時
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℃
模具溫度 50~80℃
注射壓力 60~100 MPa
成形時間注射時間 20~90 sec
高壓時間 0~5 sec
冷卻時間 20~120 sec
總周期 50~220 sec
后處理方法 紅外線燈、烘箱
溫度 70℃
時間 0.3~1 h
原材料預(yù)干燥0.5小時以上
說明：該成行條件為加工通用級ABS料時使用。
2.2.4制品的公差
參考《模具手冊》公差等級表，該零件為中等精度ABS材料塑件，公差等級取4級。零件各尺寸公差選取原則按4級公差表，其余未作要求尺寸均取+-0.22mm，具體零件結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2-2所示：
圖2-2 制品二維圖
2.2.5成型方案的確定和注塑工藝分析
（1）塑件結(jié)構(gòu)分析
1） 該件為厚度為2mm中空的殼體，外側(cè)面拔模斜度3゜， 內(nèi)側(cè)面拔模斜度5゜；
2） 該塑件為水杯杯蓋，因此前面要求一定的光潔度，內(nèi)表面的精度要求不高；
（2）分型方法的確定
從塑件外形結(jié)構(gòu)分析，塑件的內(nèi)側(cè)有一圈螺紋，為方便脫模，在確定分型面時，應(yīng)考慮此特征，在脫模時采用強制脫模。鑒于塑件結(jié)構(gòu)和注射位置，該模以單分型面、一模一腔為佳。
（3）注塑工藝
該塑件模具為單分型面，一摸一腔部分精度要求不高，只有小型芯和推板配合公差要求較高因此生產(chǎn)成本低，適于一般中小型模具廠生產(chǎn)。
2.3注射機的選擇及型腔數(shù)目確定
2.3.1注射機的選擇
該塑件尺寸、體積屬于中小型塑件，為適應(yīng)大多中小型模具廠商，而初步確定采用較為普遍螺桿式注射機：XS-ZY-125，其主要參數(shù)如下：
一次注射量 立方厘米 125
螺桿直徑 毫米 42
注射壓力 兆帕 116.6
鎖模力 牛 882000
最大注射面積 厘米 320
壓板行程 毫米 300
模具最大厚度 毫米 300
模具最小厚度 毫米 200
壓板尺寸 毫米 450X420
拉桿空間 毫米 260X290
注射機與安裝模具的關(guān)系,必須了解以下幾點：
(1)機床拉桿間隔 考慮模具的最大外形尺寸安裝時應(yīng)不受拉桿的影響。
(2)定位孔的直徑 模具安裝用的定位環(huán)尺寸應(yīng)與機床定位孔直徑相配合，小型機床一般只在定模部分設(shè)置定位孔，大型機床則定、動模板都設(shè)置定位孔。
(3)頂出桿的位置 設(shè)計模具時,必須了解機床頂出桿的直徑及位置,并應(yīng)將頂出桿的行程和模具頂出裝置動作一起考慮。
(4)噴嘴前端的孔徑筆球面的半徑，是澆口套的孔徑和球面尺寸的依據(jù)。
(5)安裝螺孔的位置，機床定、動模板上設(shè)有一系列螺孔，以供安裝模具壓裝所用。安裝形式如下：
1） 用螺釘直接固定模具形式；
2） 用壓板固定模具形式。
2.3.2型腔數(shù)目的確定
模具中的型腔數(shù)目的確定是一項綜合項目，首先應(yīng)考慮注射機的各項規(guī)格及工作性能，以及考慮制品的精度要求，模具制造的費用等 。
確定合適的成型型腔數(shù)，應(yīng)考慮以下幾個因素：
（1） 以機床注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%，按公式計算：
（2-1）
式中 N—型腔數(shù)：
S—注射機的注射量（g）；
--澆注系統(tǒng)的注射量（g）；
--塑件重量（g）；
初定注射機為XS-ZY-125型，該注射機的注射量為104g，即S=104g，初估澆注系統(tǒng)的注射量為65g，即 =65g，塑件的重量 =21g。
所以
因此，模具的型腔數(shù)初定為1。
（2）根據(jù)塑件的精度考慮： 一般單型腔時制造精度高，塑件精度也高。 該制品的表面精度要求很高，表面要求光滑，粗糙度很高，不易采用多型腔，在精度要求前提的情況下，采用一模一腔。
（3）據(jù)塑件形狀及進料口位置考慮：該制品為水杯杯蓋，圓形，制品高度為28mm,在制品的中心部分，采用點澆口，困此，采用一模一腔能滿足點澆口的要求。
綜合以上3 個方面的因素，該模具的型腔數(shù)確定為1個。
2.4分型面的確定
分開模具能取出塑件的面，稱作分型面，其它的面稱作分離面或稱分模面，注射模只有一個分型面。
分型面的方向盡量采用與注塑機開模是垂直方向，形狀有平面，斜面，曲面。選擇分型面的位置時：
(1)分型面一般不取在裝飾外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處；
(2)使塑件留在動模一邊，利于脫模；
(3)將同心度要求高的同心部分放于分型面的同一側(cè)，以保征同心度；
(4)抽芯機構(gòu)要考慮軸芯距離；
(5)分型面作為主要排氣面時，分型面設(shè)于料流的末端。
根據(jù)分型面必須開設(shè)在制件斷面輪廓最大的地方的基本原則，并綜合以下幾點分析：
a因為分型面不可避免地要在制件上留下溢料痕跡，或拼合縫痕跡，故分型面不選在制件光滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處；
b從制件的頂出考慮分型面要盡可能留在動模這一邊；
c為避免使用側(cè)抽型芯，分型面的選擇也要充分考慮。
確定分型面位置如圖2-3所示:
圖2-3 分型面位置圖
分型面選在此處不會對塑件外觀有何影響，也不易產(chǎn)生飛邊，也利于開模和脫模，加工也方便。
2.5澆注系統(tǒng)設(shè)計
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴接觸處到型腔為止的塑料熔體的流動通道。作用：〈1〉輸送流體；〈2〉傳遞壓力。
澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計原則：???
(1)組成：由主流道、分流道、內(nèi)澆口、冷料穴等結(jié)構(gòu)組成。
(2)澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則：
〈1〉 考慮塑料的流動性，保征流體流動順利，快，不紊亂；
〈2〉 避免熔體正面沖出小直徑型芯或脆弱的金屬鑲件；
〈3〉 一模多腔時，防止大小相差懸殊的制件放一模內(nèi)；
〈4〉 進料口的位置和形狀要結(jié)合塑件的形狀和技術(shù)要求確定；
〈5〉 流道的進程要短，以減少成型周期及減少廢料。
2.5.1澆注系統(tǒng)的分析
澆注系統(tǒng)對塑件的質(zhì)量和成型效率有直接影響，是整套模具設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。對該塑件分析，具體設(shè)計時主要考慮以下因素：
a 塑件成形特性，澆注系統(tǒng)需適應(yīng)ABS成形特性要求，以保證塑件質(zhì)量；
b 塑件的大小及形狀，根據(jù)該塑件的大小、形狀、壁厚及技術(shù)要求等因素，前面已擬定了分型面的位置，同時也考慮了設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式，進料口數(shù)量及位置。保證塑件的正常成形，防止流料直接沖擊嵌件和受力不均，進料不勻；
c 塑件型腔數(shù)目，該注塑模具是一模一腔，主流道放置中間；
d 塑件外觀質(zhì)量，為了便于去除，修整進料口，澆口選在不影響制件外觀的位置；
e 成形效率，批量生產(chǎn)時在保證成形質(zhì)量的前提盡量縮短填充及冷卻時間和成形時間，同時還節(jié)約了塑料；
f 冷料，循環(huán)冷卻。
2.5.2澆口的設(shè)計
澆口指流道末端與型腔之間的細小通道。
〈1〉 作用：
a、 使熔體快速進入型腔，按順序填充；
b、 冷卻材料作用。
〈2〉 澆口參數(shù)：
a、 形狀一般為圓形或矩形；
b、 面積與分流道比為0.03~0.09；
c、 長度一般:0.5~2.0mm。
〈3〉 小澆口的優(yōu)點：????
a、 改變塑料非牛頓流體的表觀粘度，增剪切速率；???
b、 小澆口改變流體流速，產(chǎn)生熱量，溫度升高；????
c、 易凍結(jié)，防止型腔內(nèi)熔體的倒流；????
d、 便于塑件與澆注系統(tǒng)的分高。
常見的澆口形式有：邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、抓行澆口、點澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直接澆口。本次設(shè)計采用直接澆口，又名中心澆口、主流道型澆口。該澆口注塑壓力和熱量損失最小，具有很好的成型性，由于它的尺寸大，故固化時間長，延長了補料時間，使補縮效果很好，但正由于補料時間長，在澆口附近容易產(chǎn)生殘留內(nèi)應(yīng)力。當采用這種澆口時主流道澆口根部不宜設(shè)計的太粗，否則該處溫度高，容易產(chǎn)生縮孔，澆口截除后縮孔明顯地留在制件表面上。加工薄壁制品時，澆口根部的直徑最多等于制件壁厚的兩倍。在澆口處要光滑地去除凝料也是比較困難的。
2.5.3澆口套的設(shè)計
澆口套位于模具的入口部，其作用是將塑化熔融的樹脂導(dǎo)入流道或型腔，注流道垂直于分型面。注流道襯套內(nèi)孔呈圓錐形、圓弧R處為錐孔的小端。錐孔的錐度越大，及內(nèi)壁的粗糙度在0.8以上，主流道越容易脫出。主流道襯套的設(shè)計要點如下幾點：
1) 主流道襯套的圓弧半徑R應(yīng)比噴嘴頭部半徑大1mm左右；
2) 錐孔的小端直徑比噴嘴孔直徑大0.5～1mm；
3) 盡可能縮短長度。
本澆注系統(tǒng)采用最為常用的v形澆道，這種澆道易于機械加工，且熱量損失和阻力損失均不太大。如圖2-4所示：
圖2-4 澆口套
2.5.4模具的排氣部分
排氣槽的設(shè)計原則:
A如果型腔中產(chǎn)生乞阻現(xiàn)象,將直接影響制品的外觀.設(shè)計模具時,必須考慮排氣問題,如發(fā)生氣阻,型腔中排不出的空氣會因高壓而燃燒,使制品的局部被燒蝕,影響制品的質(zhì)量；
B簡單模具氣阻的準確位置易確定,對于復(fù)雜的模具,可以通過試模來確定氣阻位置；
C找出氣阻位置,便可設(shè)置排氣槽, 一般在分型面凹模一側(cè)開設(shè)一條深 0.025 ~ 0.1mm 寬1.5~6 mm的排氣槽；
D 該套模具的排氣槽設(shè)置在分型面處及鑲塊的嚙合處。
塑件外形尺寸較小，對于此類小型模具，可利用分型面間隙排氣，分型面位于熔體流向的末端，可達到很好的排氣效果，因而本模具不另外設(shè)計排氣系統(tǒng)，直接由分型面間隙，鑲件縫隙等進行排氣。
2.6成型零件的設(shè)計
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、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計成型零件時，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式，排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
2.6.1成型零件型腔計算
凹模是成型塑件的主要零件，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為整體式和組合式兩類。本設(shè)計中采用整體式凹模，其特點是牢固，不易變形。型芯是成型塑件的內(nèi)表面的零件，型芯按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩種。本設(shè)計中采用整體式，特點是結(jié)構(gòu)牢固，但不便加工，消耗的模具鋼多，這種結(jié)構(gòu)是將型芯單獨加工，再鑲?cè)肽０逯小?
成型零件工作尺寸的確定，成型零件的工作尺寸指直接成型塑件的尺寸。塑件圖如圖2-5所示：
圖2-5 制品測繪圖
成型零件尺寸計算的基本公式是
（2-2）
考慮塑件公差、模具制造公差、模具磨損量等，其計算公式如下：
(1)型腔內(nèi)徑尺寸的計算
（2-3）
式中 D----型腔內(nèi)徑尺寸
D----塑件外徑尺寸(mm)
S---塑料平均收縮率，即
----塑件公差
----型腔制造公差
代入數(shù)據(jù)得：
(2)型心外徑尺寸計算
（2-4）
其中 d---型芯外徑尺寸
d---塑件內(nèi)徑標稱尺寸
---型芯制造公差
代入數(shù)據(jù)
(3)型腔高度尺寸計算
（2-5）
式中H---型腔深度尺寸
H----塑件高度標稱尺寸
---型腔深度制造公差，一般取或
代入數(shù)據(jù)得
(4)型芯高度尺寸計算
（2-6）
式中h---型芯高度尺寸
h---塑件深度標稱尺寸
---型芯高度制造公差
代入數(shù)據(jù)得：h=
2.6.2圓型零件型腔壁厚的計算及強度校核
塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強度和剛度，模具型腔壁厚的計算應(yīng)以最大壓力為準。
型腔壁厚的強度計算條件是型腔在各種受力形式下的應(yīng)力值，不得超過模具材料的許用應(yīng)力，而剛度計算條件由于模具的特殊性應(yīng)從以下三個方面來考慮：
(1)模具成型過程中不發(fā)生溢出
(2)保證塑件尺寸精度3
尺寸范圍50～200 （2-7）
---塑件精度等級，取4
---塑件尺寸公差值，取0.38
代入數(shù)據(jù)得：
(3)保證塑件順利脫模
---保證塑件順利脫模的型腔允許彈性變形量
---塑件壁厚
---塑料的收縮率
根據(jù)重復(fù)承受內(nèi)壓力的圓筒體原理計算壁厚，并按此計算強度：
1) 壁厚計算
（2-8）
式中----在半徑r圓周產(chǎn)生的切線應(yīng)力Mpa,其值為所用模具用鋼的抗拉應(yīng)力/安全系數(shù)
----型腔壓力，Mpa
---模具外圓半徑
----模具型腔內(nèi)圓半徑
已知、、
（模具抗拉應(yīng)力，取安全系數(shù)為4）
側(cè)
h為最大壁厚與最小壁厚的平均值
按變形量校核型腔壁厚
（2-9）
式中---型腔內(nèi)半徑徑向的變形量
---型腔壓力Mpa
---彈性模量，碳鋼取
---型腔內(nèi)半徑
---型腔外半徑
---橫向變形系數(shù)(泊松比)，碳鋼取0.25
代入數(shù)據(jù)得：
所以，變形限制在0.2mm以下符合要求
定模強度校核
（2-10）
式中----墊板厚度
----模內(nèi)成型壓力
---支撐塊間距離
---模具寬度
---凸模板的允許變形量
---彈性模量，鋼取
墊塊圖如圖2-6所示：
圖2-6 墊塊
代入數(shù)據(jù)得：
變形量限制在0.1以下，符合要求。
2.7頂出系統(tǒng)的設(shè)計
在注射成型中，制品的頂出對制品的質(zhì)量以及是否可以自動成型等起著重要的作用。頂出方法由使用塑料的種類，制品形狀，澆口的種類，制品的商品價值，模具的制作周期及價格等所決定，原則上必須能夠在不使制品產(chǎn)生變形和損壞的情況下，可靠而迅速地脫模，故障要少，維修要簡單。
推出機構(gòu)的設(shè)計原則：
A推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
B保證塑件不因推出而變形；
C機構(gòu)簡單，動作可靠；
D良好的塑件外觀；
E合模時的正確復(fù)位。
頂出方式的種類有很多種， 本設(shè)計中由于制品內(nèi)壁有一圈螺紋，因而采用強制脫模。
2.8冷卻孔的設(shè)計
模具設(shè)計中，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分的設(shè)計是必不可少的， 因為模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，這要求我們的設(shè)計冷卻系統(tǒng)時必須讓模具迅速均勻地使模具和塑件冷卻下來，以縮短成型周期，同時能使塑料的收縮率小，變形小，尺寸穩(wěn)定，耐應(yīng)力、開裂性好、表面光潔。
模具設(shè)置冷卻裝置的目的：
(1)防止塑件脫模變形；
(2)縮短成型周期；
(3)使結(jié)晶性塑料快速冷卻；
(4)水道孔徑的選擇。
冷卻水道的直徑采用6m的冷卻水道，最低流速是水孔位置設(shè)計。
2.9模架的選擇
對于模具中各模板的厚度(包括定模固定板、定模板、動模固定板、動模板等)，在滿足強度要求的前提下，應(yīng)盡量采用標準模架。
根據(jù)標準模架及一些尺寸的要求，初步確定模架的尺寸如下：(單位：mm)
定模固定板
定模板
動模板
動模固定板
選擇模具零件的材料應(yīng)按其用途而定,對成形零件的用料應(yīng)考慮以下因素:
(1)要承受在高溫、高壓下長期工作。因此應(yīng)有足夠的機械強度、耐疲勞性能及耐熱性；
(2)用于成批大量生產(chǎn)的模具應(yīng)具有良好的熱處理性能。對形狀復(fù)雜的零件及易變形零件則還應(yīng)要求材料在熱處理時變形??；
(3)對成型零件尺寸精度要求較高的,應(yīng)考慮使用尺寸穩(wěn)定性好的材料；
(4)模具鋼要便于加工,易拋光。
根據(jù)以上要求，模具的材料分別為:動模板、定模板等模板使用45鋼；導(dǎo)柱、導(dǎo)套材料為T10A或20號鋼滲碳處理,其它零件所用材料見總裝配圖明細欄。
2.10注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核
2.10.1最小注射量的校核
對于螺桿式注射機，其最小注射能力以螺桿在料筒內(nèi)最大推進容積M(cm3)表示，因此最大注射量就是該體積的塑料熔體在料筒內(nèi)的溫度及壓力下的重量：
Gmax=M*DC (g) （2-11）
式中，M――注射機規(guī)定注射容積 cm3
D――注射塑料在常溫下的比重 g/cm3
C――料筒溫度在塑料體積膨脹率校正系數(shù)，結(jié)晶塑料取0.85，非結(jié)晶塑料取0.93
因塑件體積小，壓力對塑件比重影響很小，可忽略不記。
Gmax=60X1.05X0.93=58.59 (g)
塑件質(zhì)量使用Pro/E分析模組計算得，
G塑件=21< Gmax
所以，此注射機最大注射量滿足該塑件要求。
2.10.2注射壓力校核
查《模具手冊》得ABS樹脂在螺桿式注射機下注射壓力應(yīng)在60~100 MPa，而SZ-ZY-125型注射壓力為116.6Mpa,因此能滿足該塑件要求。
2.10.3鎖模力校核
當高壓塑料熔體充滿模具型腔時，產(chǎn)生一個使模具沿分型面分開，其值等于制件和澆口流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔內(nèi)塑料壓力。
pKF≤P
式中，p――料筒內(nèi)注射機柱塞或螺桿施于塑料上的壓力116.6MPa
K――損耗系數(shù) 1/3~2/3
F――投影總面積2.14m2
P――注射機的額定鎖模力 KN
pKF==390000N<2489000N
故鎖模力滿足要求。
3型腔仿真加工
cimatron E7.1是一套被模具行業(yè)廣泛采用的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，CAM部分提供了完整的二軸，三軸，四軸和五軸銑削加工方式。利用cimatron E7.1的CAM部分選擇加工方式、加工刀具、設(shè)定加工參數(shù)、計算NC刀具路徑、實體切削模擬結(jié)果等步驟，在檢驗一切無誤后，選擇對應(yīng)的后處理器將刀具路徑轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進行加工。
加工方法：
（1）粗加工采用體積銑，體積銑策略用于創(chuàng)建型腔或型芯的粗加工刀具路徑。這種加工策略，假設(shè)粗加工過程從毛坯開始，將多余材料快速去除，為半精加工和精加工作準備。體積銑的切削原理如下：它將要切除的零件在Z軸方向（刀軸方向）上分成多個切削層，根據(jù)型腔或型芯在不同切削層的形狀計算刀具路徑。體積銑加工策略包含粗加工平面銑、粗加工環(huán)形銑、二次開粗等9中類型，本次仿真加工采用的是粗加工平面銑。
（2）曲面銑只在零件的表面生成刀具路徑，是精加工或半精加工的加工策略。曲面銑含有精銑所有、根據(jù)角度精銑、精銑水平區(qū)域、開放輪廓銑、封閉輪廓銑等16種子類型。本次仿真加工采用精銑所有加工策略，精銑所有加工策略使用設(shè)置的走刀方式加工所選擇的所有曲面。
加工過程如圖:
圖1 粗加工刀具路線圖
圖2 半精加工刀具路線圖
圖3 精加工刀具路線圖
圖4 仿真加工示意圖
4結(jié)論
三個月的畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲,在整個設(shè)計過程,我做了大量的工作,從資料的搜集到參觀學(xué)習,以及對模具進行設(shè)計等工作，我都能按計劃要求完成任務(wù)。
《模具設(shè)計與制造》這門課是作為選修課開設(shè)的,我沒有選,給我的畢業(yè)設(shè)計帶來不便，在老師的指導(dǎo)下,我通過自學(xué)，對這們課程有一定程度的認識。加上課外書籍的閱讀和參觀實習，對模具的了解越來越多,這次畢業(yè)設(shè)計給了我一個很好的學(xué)習機會,我搜集了大量的資料。在圖書館借了數(shù)本有關(guān)注塑料模方面的書，認真仔細地看過多遍，并且做了筆記。 這都為我以后的設(shè)計工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
在參觀幾家塑料廠的時候,我能做到多看、多問、多動手在其中是三家塑料廠,我還親手拆裝了幾套模具.進行了分析與研究,和同學(xué)一起探討，使我對注塑行業(yè)也有了一定的了解,并對注塑模具有了一定的感性認識。
在進行設(shè)計與繪圖的時候,我查閱了大量的資料.對每一個零件的尺寸,對每一個部件的安裝位置,對每一個動作運動機理,進行了深入的分析下研究,并和指導(dǎo)老師及同學(xué)進行了探討.盡可能完善每一個設(shè)計過程.。我是用AUTOCAD與PRO/E進行繪圖。這使我能更加熟練地運用這兩種軟件。由于人的知識有限，在設(shè)計過程中，經(jīng)驗不足，在某些地方的設(shè)計與實際相脫離或者在某些地方的設(shè)計不完美，希望老師能予以指正。
三個月的設(shè)計業(yè)已結(jié)束，在這個過程中，我對模具設(shè)計及塑料行業(yè)有了一定了解。學(xué)到了很多的知識。培養(yǎng)了我嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，精益求精的工作態(tài)度。并鍛練了我的意志。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)即將完成 ，我學(xué)到的東西還很多，使大學(xué)四年所學(xué)的書本知識與實際生產(chǎn)相結(jié)合，加深了理論的理解，提高了動手能力，在將來的工作中能夠做到得心應(yīng)手。乘風破浪會有時，直掛云帆濟滄海。
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[13]屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，1994.6.
致謝
在這次畢業(yè)設(shè)計中，結(jié)合大學(xué)四年以來學(xué)習到的專業(yè)知識，在老師的指導(dǎo)下和自己的不懈學(xué)習和努力，對于整套模具的設(shè)計過程有了直觀而深刻的認識。通過三維造型，使得我的UG運用能力提高了不少同時也讓我認識到了三維造型圖和二維制圖的不同點和互補的地方，區(qū)分開了二者的優(yōu)劣，為以后進一步學(xué)習奠定了基礎(chǔ)。同時在設(shè)計中還用到了以前學(xué)到的很多知識，如模具的選擇和制造，模具精度的分析和選擇等。總體來說，由于自身的實際經(jīng)驗不足，特別是機械專業(yè)知識掌握的不牢固，本次設(shè)計有很多令人不滿意之處。這是我在今后的工作和學(xué)習當中需要重點去領(lǐng)會和鉆研的地方。
另外本人在模具設(shè)計中承蒙劉道標老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在畢業(yè)設(shè)計過程中提供了許多寶貴的資料、設(shè)計和方向、設(shè)計思路以及對模具的構(gòu)造的專業(yè)知識，在此我謹向他們表示衷心的感謝。因我的實踐經(jīng)驗與理論水平有限，時間倉促，設(shè)計過程中很多地方難免存在錯誤與不足，請各位老師幫忙指出，以便我更好的完成這次畢業(yè)設(shè)計。
附錄
序號 圖名 圖號 圖幅 張數(shù)
1 定模座板 SBG-01-01 A1 1
2 定模板 SBG-01-02 A1 1
3 型腔 SBG-01-03 A3 1
4 定位環(huán) SBG-01-04 A4 1
5 澆口套 SBG-01-05 A4 1
6 塑件 SBG-01-07 A4 1
7 型芯 SBG-01-08 A4 1
8 動模板 SBG-01-09 A1 1
9 動模座板 SBG-01-11 A1 1
10 導(dǎo)柱 SBG-01-16 A4 1
11 導(dǎo)套 SBG-01-17 A4 1
12 復(fù)位桿 SBG-01-18 A4 1
13 模具裝配圖 SBG-01-00 A0 1
14 零件三維圖冊 1套
15 模具零件加工工藝卡片 1套
16 模具零件加工工序卡片 1套
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