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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系 部： 機械工程系
專 業(yè)： 機械工程及自動化
姓 名： 干瑞彬
學 號： 05010116
外文出處：Journal of Materials Processing
Technology 171 (2006) 259—267
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導教師評語：
譯文語句通順，專業(yè)詞匯較準確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設計相關要求。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
注塑模具的設計及其熱分析
S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman
摘要：本文介紹注塑模具設計生產翹曲測試樣本以及為了獲得殘余熱應力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項技術、理論、方法在注射模具設計中必須被考慮運用。在商業(yè)計算機上使用13.0版本的計算機輔助設計軟件UG進行模具的設計。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應力的分析報告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過注塑周期時間響應曲線繪制溫度變化曲線。結果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產生。
關鍵詞：注塑模具 設計 熱分析
1． 引言
塑料工業(yè)被列為一個數(shù)十億美元的產業(yè)，是世界上增長最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產各種形狀復雜的幾何體產品 [ 2 ]。
注塑成型加工是一個循環(huán)過程。在注塑過程中有四個重要的階段。這四個階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機料斗中添加樹脂和適當?shù)奶砑觿?，并加熱塑料注射機的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體，在模具型腔填滿后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強度。最后一步是頂出階段，模具開模同時頂出塑件， 然后模具再次合上并開始下一個周期。
事實證明設計和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個昂貴的工程，包括反復修改加工，在模具設計任務中，設計模具明確附加幾何結構，核心方面通常包括相當復雜的凸凹面[5]。
為了設計模具必須考慮許多重要的設計因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機構[ 6 ]。
在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應力或壓力對產品尺寸的影響。熱誘導應力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因為其熱傳導性低以及熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。
在冷卻時，冷卻管道附近的冷卻效果比遠離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導致不同的收縮，不同的收縮導致熱應力而顯著的熱應力可能會導致翹曲問題。因此，在冷卻階段對注射工件進行殘余熱應力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過了解熱應力的分布特點，可以預測殘余熱應力引起的變形。
本文介紹了注塑模具設計生產翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。
2. 方法
2.1 設計翹曲測試樣本
本節(jié)說明了用于注塑模具的翹曲測試樣品的設計。很顯然翹曲的主要問題存在于產品的薄殼特征。因此，產品開發(fā)的主要目的是設計一個塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問題的有效因素。
翹曲測試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時間生產翹曲測試樣本。圖1顯示了翹曲測試樣本的制作
圖1 翹曲測試樣本制作
2.2 翹曲測試樣本注塑模具的設計
本節(jié)介紹了設計生產翹曲測試標本時，在模具的設計方面和其他方面的考慮因素。用于生產翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設計時考慮了四個構思，其中包括：
i. 三板式模具（構思1 ）有一個型腔兩個分型面。由于成本高，所以不適用。
ii. 兩板式模具（構思2 ）有一個型腔一個分型面但無澆注系統(tǒng)。由于單位時間內注射生產量低，不適用。
iii. 雙板模具（構思3 ）有一個分型面和兩個型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。
iv. 雙板模具（構思4 ）有一個分型面和兩個型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機構，避免頂出時破壞塑件。
翹曲測試樣本模具設計的第四個構思被應用。在模具設計中，還有許多因素需要考慮。
首先，根據(jù)注塑機使用的壓板尺寸設計模具。注塑機行程是有限的，通過兩個拉桿間的距離確定注射機的最大行程。注射機兩個拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應超過254mm這個距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標準模架最終被使用。其他有關模板的尺寸則列于表1
成分
規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度
頂端夾緊板
定模座板
動模座板
支承板
推桿固定板
推板
夾緊板底
250 × 250 × 25
200 × 250 × 40
200 × 250 × 40
37 × 250 × 70
120 × 250 × 15
120 × 250 × 20
250 × 250 × 25
模具已設計了夾緊壓力，鎖模力應高于內部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。
以提供的標準模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設計兩個水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產品的表面只設計了一個分型面。在開模的時候，塑件和流道在分型面上被分開。
模具設計了直接澆口或側澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設計了一個20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設計了4mm寬，0.5mm厚的澆口。
在模具設計時，選定了拋物面類型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點是僅需簡單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比，這種類型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會導致熔融塑料更容易固化。所以在設計時應縮短流道長度并增大流道直徑至少有6mm。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時被送到個模腔對于流道設計來說是很重要的一點?；谶@點，模腔的布局一般都是對稱的。
另一個設計方面是考慮到了氣孔設計。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當模具閉合時，可能會導致空氣閉于型腔內，導致塑件注射不足或不完整。設計足夠多的通風孔以確保型腔內的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。
為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。
圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局
在此模具設計中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設置與凸模的中心位置，在模具打開時不僅承擔拉著塑件到適當?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因為生產的產品僅有1毫米非常薄的，所以沒有額外推桿被使用或設置。在頂出階段額外的推桿可能會造成塑件產生孔或破壞塑件。
最后，為補償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實體造型，以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
圖3 三維實體造型以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
3．結果和討論
3.1塑件的制作生產及調整
從模具設計和制作的角度看，在試運行階段制作的翹曲測試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來通過在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時，通過減小注塑機壓力減少了飛邊的產生。通過控制注射時間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。
經過這些修改，模具在低成本的情況下生產出了高質量的翹曲測試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。
圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足
3.2.模具和產品詳細分析
在塑料注射成型過程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經過冷卻，塑件就成型了。塑件的生產周期需要花35秒，包括20秒冷卻時間。
用于生產翹曲測試樣本材料的是ABS在注射溫度、時間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。
運用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
模具分析主要是凹模和凸模，因為他們是形成塑件的地方。因此，使用13.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應力在不同區(qū)域對模具的影響。
由于對稱性，只要通過凸模的垂直斷面或在注射階段當凸凹模合在一起時的側面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。
圖5 模具熱分析
建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進行分析，還可以繪制時間響應曲線顯示再某段時間內特定區(qū)域的溫差變化。
對試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進行雙向拉伸應力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達塑性極限。圖6所示的是分析的負載模型。
圖6 負載模型分析的產品。
3.3. 模具及試樣分析的結果及討論
模具分析過程對不同時間段的熱量分布作了觀測。圖7所示是在一個完整的注塑周期中不同時間段的二維等高線熱量分布圖。
圖7 不同時段溫度分布圖
對模具進行二維分析后，可繪制出時間響應曲線以分析殘余熱應力對制件的影響。圖8所示是繪制時間響應曲線所選的節(jié)點。
圖8 繪制時間響應曲線所選的節(jié)點
圖9到圖17顯示了在圖8中被標注的不同節(jié)點的溫度分布曲線
圖9節(jié)點284溫度分布
圖10 節(jié)點213溫度分
圖11 節(jié)點302溫度分布
圖12 節(jié)點290溫度分布
圖13 節(jié)點278溫度分布
圖14 節(jié)點1838溫度分布
圖15 節(jié)點1904溫度分布
圖16 節(jié)點1853溫度分布
圖17 節(jié)點1866溫度分布
從圖9—17中很顯然被選擇用來繪制曲線的每一個節(jié)點的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內造成的。
經過一段時間后，溫度進一步上升直至達到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開始，從而導致模具溫度減小到一個低值，然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的，因為注入熔融塑料的速率和冷卻速率是相應的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內溫度能達到的最大值。
冷卻階段是決定殘余熱應力的最關鍵階段。這是因為冷卻階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉變溫度。物質的不均勻收縮可能產生熱應力從而引起翹曲。
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠的區(qū)域節(jié)點284，雖然遠離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。
因此，冷卻通道設在產品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產生壓應力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對設計師來說設計一副殘余熱應力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。
對于產品分析,從被實行開始到分析塑料產品,在產品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應力圖。
圖18 荷載增量1下的等效應力圖
圖19 荷載增量14下的等效應力圖
圖20 荷載增量16下的等效應力圖
圖21 荷載增量23下的等效應力圖
在關鍵的127節(jié)點，選定產品的最大拉應力進行分析。應力應變曲線和應力負載增量曲線。如圖22和23
圖22 應力應變曲線
圖23 應力與負載增量曲線
參考負載應力曲線如圖23,它很清楚表明產品在增加拉力載荷，直到它達到了23的負載因數(shù),這意謂產品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對產品的固定端以施加最大應力3.27 ×107 Pa時損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
該產品應力分析資料十分有限，因為生產產品的目的是為了翹曲測試，所以沒必要進行拉伸負載分析。但是在未來，應當確定產品情況，以便在其他各種負載情況下執(zhí)行進一步的分析。
4．結論
經過翹曲測試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設計的模具已經使產品質量達到最高。生產測試試樣所需的成本很低而且只需經過很少的表面處理。
通過注塑模的熱分析得出殘余熱應力對試樣的影響，對加載拉應力的分析也可以預測到翹曲測試試樣所能承受的最大拉力。
鳴謝
作者要感謝馬來西亞博特拉大學工學部發(fā)行出版了本文。
參考文獻
附件2：外文原文（復印件）
江西農業(yè)大學本科畢業(yè)論文控制盒面蓋注射模具設計 學 院：工 學 院姓 名：謝 永 康 學 號：20055023 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 年 級：052 指導教師：蔡 金 平 一.設計的目的1.掌握注射模設計的一般方法；2.了解注射機的工作原理；3.了解模具的加工方法；二.塑件制品分析 該塑件為一開關控制面板，結構簡單，制造精確度也不要求太高，模具分型面容易確定，不需要組合安裝鑲塊或側抽芯。1.塑件的外觀和特點 注塑成型是把塑料原料（一般經過造粒、染色、添加劑等處理之后的顆粒）放入料間當中，經過加熱溶化使之成為高粘度的流體-熔體用柱塞或螺桿作為加壓工具，使得熔體通過噴嘴以較高的壓力（約2085mpa），溶入模具的型腔中經過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。塑化過程充模過程冷卻凝固過程脫模過程2.塑件成型的基本過程三.設計的主要內容1.注射機的選擇與校核2.分型面的確定3.澆注系統(tǒng)的設計4.排溢系統(tǒng)的設計5.型腔、型芯的設計6.型腔、型芯工作尺寸的計算7.型腔壁厚的計算8.導向機構的設計9.脫模與復位機構的設計10.冷卻系統(tǒng)的設計11.整體的設計1.注射機的選擇和校核1.1注射機的選定 注射機的選用原則是其注射兩要比塑件的總體積大，鎖模力也要足夠，其它的條件適合即可。2.分型面的確定 分型面的選擇主要考慮以下幾個問題：（1）分型面不僅應選擇在對制品外觀沒有影響的位置，而且還必須考慮如何能比較方便地清除分型面產生地溢料飛邊。同時，還應避免分型而產生飛邊；（2）分型面的選擇應有利于脫模，否則，模具結構便會變得比較復雜。通常，分型面的選擇應盡可能使制品在開模后滯留在動模一側；（3）分型面不影響制品的形狀和尺寸精度;（4）分型面應盡量與最后填充的型腔表面重合，以利于排氣；（5）選擇分型面是，應盡量減少脫模斜度給制品大小端尺寸帶來的差異；（6）分型面應便于模具加工;（7）選擇分型面時，應盡量減少制品在分型面上的投影面積，以防止面積過大，造成鎖模困難，產生嚴重的溢料；（8）有側孔或側凹的制品，選擇分型面時應首先考慮將抽心或分離距離長的一邊放在動、定模的方向，而將短的一邊作為側向分型抽心機構時，除液壓抽心能獲得較大的側向抽拔距離外，一般分型抽心機構側向抽拔距離都較小。3.澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口，和冷料穴四個部分組成。澆口套3.1澆口系統(tǒng)的組成3.2 流道設計 流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形狀、模具成型數(shù)目和用戶要求等因素的影響，因此沒有固定的形式。但是流道的設計應該考慮如下問題：（1）流道的截面形狀 （2）流道的布置 本模具的流道截面圖如右圖：流道布置：在多腔成型時，型腔布置決定流道的設計。從流動平衡的角度出發(fā)，應該使各型腔到澆道的距離相等，同時也有利于澆口平衡布置。本次模具中的流道布置如右圖：3.3澆口的設計 從開模和塑件的外觀，綜合其它方面的因素綜合考慮，選擇了潛伏式澆口。右圖為模具的澆口局部示意圖4.排溢系統(tǒng)的設計 排溢是指排出充模冷料中和模具中的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應包括澆注系統(tǒng)的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。模具充型過程中，除了型腔內原有的空氣外，還有塑件受熱或凝固而產生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產生高溫引起塑件局部碳化，或是塑件產生氣泡的工藝缺陷。為了解決該問題，必要時可開設排氣槽等辦法。但是對于ABS這種材料。排氣間隙不得高于0.05mm。5 型腔、型芯的設計 型芯 型腔型芯、型腔的爆炸圖：6.導向機構的設計 導向機構主要包括導柱，主要作用是在動模與定模合模時保證型芯和型腔的精確定位。導向零件應合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位。本設計中的導柱，導套如下圖：導柱導套 6.頂出機構的設計 頂出機構一般采用推桿、頂針，本設計中的頂出機構如圖：冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時發(fā)生變形，縮短成型周期及提高塑件質量。一般在型腔，型芯等部位設置合理的冷卻水路，通過調節(jié)冷卻水流量和流速來控制模溫。7.冷卻系統(tǒng)的設計8.整體的設計 模具整體設計也就是模體的設計，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，模體設計已接近標準化，可以從市場上購買相應的模體。標準模體一般包括定模板、動模板、墊塊、頂出固定板、頂板、導柱、導套、復位桿等。標準模架有12種結構，15876種規(guī)格。在本次設計中，澆口套、導柱、導套、頂桿、水嘴都采用標準件，可以外購。該模具總體結構采用一模兩腔，分型面為平面；定模座板和動模座板的長為280mm、寬為260mm、厚為20mm。
江西農業(yè)大學工學院畢業(yè)論文（設計）任務書
論文（設計）課題名稱
控制面蓋注塑模具設計
學生姓名
院（系）
專業(yè)班級
指導老師
職稱
學歷
畢業(yè)論文（設計）要求：
1. 了解塑料成型過程中的物理、化學變化及塑料的組成、分類極其性能。
2. 了解塑料成型的基本原理和工藝特點，正確分析成型工藝對模具的要求。
3. 掌握注塑成型模具對模具的要求。了解模具專用加工設備。
4. 掌握塑料成型模具的結構特點及設計計算方法，能設計中等復雜程度的模具。
5. 按規(guī)定的格式編寫設計說明書，字數(shù)不少于5000個漢字，要求表述清楚，整潔規(guī)范；按國家標準繪制圖樣，采用計算機輔助設計軟件設計、出圖，圖紙量不少于1.5張零號圖紙
畢業(yè)論文（設計）內容：
內 容：1. 編寫設計說明書。
2. 測繪塑件，繪制塑件圖。
3. 繪制控制面蓋塑料模具的零件及裝配圖。
技術參數(shù)：1.控制面蓋架塑料件四件。
2. 材料為ABS。
畢業(yè)論文（設計）工作計劃：
1.查閱技術文獻，參觀生產現(xiàn)場，了解注塑件的生產工藝過程。
2.制定模具總體設計方案，繪制模具草圖。
3.手表托架座注射模的設計計算，繪制模具的零件圖和總裝圖，編寫設計說明書。
接受任務日期：2009年1 月 4 日 要求完成日期：2009 年 5 月 10 日
學 生 簽 名：
指導老師簽名： 院長（主任）簽名：
備注：本表格一式三份，其中一份交學院存檔，一份發(fā)給所要指導的學生，一份裝訂到畢業(yè)設計（論文）的第二頁上。
2
控制面蓋注塑模設計說明書
學校代碼：10410
序 號：20055023
本 科 畢 業(yè) 設 計
題目： 控制盒面蓋塑模設計
學 院：
姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
年 級：
指導教師：
二OO九年 五 月
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摘 要
本文分為兩大部分，第一部分是機械結構設計，內容包括塑料模具的工作原理及應用，設計準則以及產品的簡介。塑料注塑模的結構計算，包括模具結構設計，注射機的選用，澆注系統(tǒng)設計等方面。第二部分是介紹CAD/CAM在模具上的應用。
關鍵詞：CAD/CAM，塑料，注射模，注射機。
Abstract
In this paper ，it is divided into two parts.The first part is about the design of the structure of mold .It is including the working theory and application of a plastic injection mold,the design princible, and the introducing the desing of mold,the selecting of plastic injection mold machine,and the pour syetem injection mold.
Key Words:
CAD/CAM, Plastic, Plastic injection mold , Plastic injection mold machine.
目 錄
1 設計內容 2
1.1控制盒面蓋注射模 2
2 本次設計的目的 2
2.1設計目的 2
3 塑件成型的基本過程 3
3.1 塑化過程 3
3.2 充模過程 3
3.3 冷卻凝固過程 3
3.4 脫模過程 3
4 塑件制品分析 4
4.1 影響塑件制品的因素 4
4.2塑件制品的選材及其物理性能 4
4.3塑件材料的成型特性 5
5 注射機的選擇與校核 6
5.1注射機的選定 6
5.2注射機的校核 6
5.2.1注射量的校核 6
5.2.2鎖模力的校核 6
5.2.3注射機安裝模具部分的尺寸校核 7
5.2.4開模行程的校核 7
6 分型面的確定 8
6.1分型面的選擇 8
7 澆注系統(tǒng)的設計 9
7.1澆口系統(tǒng)的組成 9
7.2澆口系統(tǒng)的作用 9
7.3澆口套的設計 9
7.4 流道設計 9
7.5澆口的設計 10
8 排溢系統(tǒng)的設計 12
9 型腔、型芯的設計 13
9.1設計型腔和型芯的結構形式 13
9.2型芯和型腔設計 13
9.2.1型芯設計 13
9.2.2 型腔設計 13
9.3型腔、型芯工作尺寸的計算 14
9.4 型腔壁厚的計算 15
9.4.1型腔的強度及剛度要求 15
9.4.2對凹模底板厚度： 15
9.4.3確定型腔的壁厚 15
10 導向機構的設計 17
11脫模與復位機構設計 19
11.1脫模機構的設計 19
11.2復位機構的確定 19
12冷卻系統(tǒng)的設計 20
13 整體設計 22
結 束 語 23
參 考 文 獻 24
1 設計內容
1.1控制盒面蓋注射模
產品（圖1）設計一副注射模。
圖1
2 本次設計的目的
2.1設計目的
（1）掌握注射模設計的一般方法；
（2）了解注射機的工作原理；
（3）了解模具的加工方法；
（4）進一步掌握設計的一般方法，熟練設計的一般過程。
3 塑件成型的基本過程
注塑成型是把塑料原料（一般經過造粒、染色、添加劑等處理之后的顆粒）放入料間當中，經過加熱溶化使之成為高粘度的流體-----熔體用柱塞或螺桿作為加壓工具，使得熔體通過噴嘴以較高的壓力（約20~85mpa），溶入模具的型腔中經過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
3.1 塑化過程
現(xiàn)代式的注射機基本上采取螺桿式的塑化設備，塑料原粒（稱為物料）自從送料斗以定容方式送入料筒，通過料筒外的點加熱裝置和料筒內的螺桿旋轉所產生的摩擦熱，使物理熔化達到一定的溫度后即可注射，注射動作是由螺桿的推進來完成的。
3.2 充模過程
熔體自注射機的噴嘴噴出來后，進入模具的型腔內，將型腔內的空氣排出，并充滿型腔，然后升到一定壓力，使溶體的密度增加，充實型腔的每一個角落。
充模過程是注射成型的最主要的過程，由于塑料溶體的流動是非牛頓流動，而且粘度很大，所以在壓力損耗，粘度變化，多般匯流等現(xiàn)象左右塑件的質量，因此充模過程的關鍵問題------澆注系統(tǒng)的設計就成為注射模具設計過程的重點，現(xiàn)代的設計方法已經運用了計算機輔助設計以解決澆注系統(tǒng)設計中疑難問題。
3.3 冷卻凝固過程
熱塑性塑料的注射成型過程是熱交換過程，即：
塑化——注射充?！袒尚?
加熱——理論上絕熱——散熱
熱交換效果的好壞決定了塑件的質量，報考外表質量和內在質量。因此，模具設計時，散熱交換也要充分考慮，在現(xiàn)代設計方法中也采用了計算機輔助設計來解決問題。
3.4 脫模過程
塑件在型腔內固化后，必須采取機械的方式把它從型腔內取出，這個動作由脫模機構來完成。不合理的脫模機構對塑件的質量影響很大，但塑件的幾何形狀是千變萬化的，必須采用最有效和最好的脫模方式。因此，脫模機構的設計也是注射模具設計的一個主要環(huán)節(jié)，由于標準化的推廣，許多標準化的脫模機構零部件也有商品供應。
由3.1至3.4形成了一個循環(huán)，就完成了一次成型乃至很多塑件。
4 塑件制品分析
本塑件是控制面板蓋殼體，形狀如圖2所示：
圖2
4.1 影響塑件制品的因素
塑料制作的設計主要根據(jù)使用要求進行，由于塑料有特殊的物理性能，在設計塑件時必須考慮一下幾個方面的因素：
（1）料的物理性能，如強度、剛性、韌性、彈性、吸水性以及對力的敏感性；
（2）塑料的成型工藝性，如流動性；
（3）塑料形狀應有利于充模流動、排氣、補縮，同時能適應高效冷卻硬化（熱塑性塑料制品）或快速受熱固化（熱固性塑料制品）；
（4）塑料在成型后收縮情況及各向收縮率的差異；
（5）模具的總體結構，特別是抽心與脫出塑件的復雜程度；
（6）模具零件的形狀及其制造工藝。
4.2塑件制品的選材及其物理性能
綜合考慮以上因素，本塑件采用ABS做材料。
ABS是由丙烯晴，丁二烯，苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學性能。
特點：它無毒，無味，顯微黃色，沖擊韌性較好，機械強度較大，尺寸穩(wěn)定，耐化學性能良好；易于成型和機械加工，與372有機玻璃的熔接性良好。成型的塑件有加好的光澤。
成型收縮率為：0.4%~0.7%
吸濕性為：0.05 %~0.06%
密度為：1.03~1.07g/
4.3塑件材料的成型特性
ABS的成型特性如下幾點：
（1）無定性料，流動性中等，比聚苯乙烯，PS差，但比聚碳酸酯，聚氯乙烯好，溢邊值為0.04毫米左右。
（2）吸濕性強，必須充分干燥表面要求光澤的塑件須經過長時間的預熱干燥。
（3）成型時宜取高料溫，高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度=250度）。對精度較高的塑件，模溫宜取50~60度，對光澤，耐熱塑件，模溫宜取60~80度。注射壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機成型時，料溫為180~230度，注射壓力為1000~1400公斤力/。
5 注射機的選擇與校核
5.1注射機的選定
根據(jù)《模具設計與制造簡明手冊》表2-40選擇注射機XS-ZY-125螺桿式注射機，其參數(shù)如下：
額定注射量：125
螺桿直徑：42mm
注射壓力：120Mpa
鎖模力：900KN
最大成型面積：320
模具最大厚度：300mm
模具最小厚度：200mm
模板最大行程：300mm
噴嘴圓弧半徑：15mm
噴嘴孔直徑：8mm
定位孔直徑：100mm
合模方式：液壓—機械
5.2注射機的校核
5.2.1注射量的校核
根據(jù)《模具設計與制造簡明手冊》可知：塑件的體積應小于注射機的注射容量，其公式按下式校核：
0.8=0.8125=100
式中：——塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和
——注射機的注射量（）
0.8——最大注射量的利用系數(shù)
經估計算得：50
所以=50<100 故合格
5.2.2鎖模力的校核
由
查《模具設計指導》表6-5ABS塑料成型時的注射壓力=70~90Mp
pF
式中 p——塑料成型時型腔壓力，ABS塑料的型腔壓力p=20Mpa
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積
F=（90954+282+156-45754）=20912
pF=3020912=627.36KN
因為=900KN> pF=627.36KN 故合格
5.2.3注射機安裝模具部分的尺寸校核
噴嘴尺寸：噴嘴尺寸與澆口套相適應，澆口套是根據(jù)噴嘴尺寸來設計的；
定位環(huán)尺寸：定位環(huán)高度10mm，直徑100mm（與定位孔相配合）；
模具厚度：Hmin=200mm
S=23+25+10=58 合格
6 分型面的確定
6.1分型面的選擇
分型面的選擇主要考慮以下幾個問題：
（1）分型面不僅應選擇在對制品外觀沒有影響的位置，而且還必須考慮如何能比較方便地清除分型面產生地溢料飛邊。同時，還應避免分型而產生飛邊；
（2）分型面的選擇應有利于脫模，否則，模具結構便會變得比較復雜。通常，分型面的選擇應盡可能使制品在開模后滯留在動模一側；
（3）分型面不影響制品的形狀和尺寸精度;
（4）分型面應盡量與最后填充的型腔表面重合，以利于排氣；
（5）選擇分型面是，應盡量減少脫模斜度給制品大小端尺寸帶來的差異；
（6）分型面應便于模具加工;
（7）選擇分型面時，應盡量減少制品在分型面上的投影面積，以防止面積過大，造成鎖模困難，產生嚴重的溢料；
（8）有側孔或側凹的制品，選擇分型面時應首先考慮將抽心或分離距離長的一邊放在動、定模的方向，而將短的一邊作為側向分型抽心機構時，除液壓抽心能獲得較大的側向抽拔距離外，一般分型抽心機構側向抽拔距離都較小。
7 澆注系統(tǒng)的設計
7.1澆口系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口，和冷料穴四個部分組成。
7.2澆口系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)的作用有如下兩點：
（1）能將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使型腔內的氣體能及時順利排出。
（2）在塑料熔體填充及凝固的過程中，將注射壓力有效的傳遞到型腔的各個部位，以獲得形狀完整，內外在質量優(yōu)良的塑料制件。
7.3澆口套的設計
澆口套的設計如圖3：
7.4 流道設計
流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形狀、模具成型數(shù)目和用戶要求等因素的影響，因此沒有固定的形式。但是流道的設計應該考慮如下問題：
（1） 流道的截面形狀
（2） 流道的布置
本模具的流道截面圖如圖4：
流道布置：在多腔成型時，型腔布置決定流道的設計。從流動平衡的角度出發(fā)，應該使各型腔到澆道的距離相等，同時也有利于澆口平衡布置。如圖5：
7.5澆口的設計
從開模和塑件的外觀，綜合其它方面的因素綜合考慮，選擇了潛伏式澆口。如圖6：
潛伏式澆口又稱剪切澆口，這類澆口的分流道一般位于分型面上，而澆口本身設在模具的隱蔽處，塑料熔體通過型腔側面斜向注入型腔，因而塑件外表不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量及美觀效果。
8 排溢系統(tǒng)的設計
排溢是指排出充模冷料中和模具中的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應包括澆注系統(tǒng)的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。
模具充型過程中，除了型腔內原有的空氣外，還有塑件受熱或凝固而產生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產生高溫引起塑件局部碳化，或是塑件產生氣泡的工藝缺陷。為了解決該問題，必要時可開設排氣槽等辦法。但是對于ABS這種材料。排氣間隙不得高于0.05mm。為了能快速充滿型腔，得到質量合格的產品。采用以下措施：
（1）型芯采用組合式，型芯的長度高于型腔吧型腔板上的型芯孔打通，型芯與型腔小間隙配合。這樣可以成為主要的排氣途徑；
（2）由于型腔板和推薦板存在小的間隙，這樣也可以排出一部分氣體。
9 型腔、型芯的設計
9.1設計型腔和型芯的結構形式
（1）型腔的結構設計：由于模具采用一模四腔，若是采用鑲拼組合式，這將增加加工量，特別會給裝配帶來極大的難度。因此型腔采用整體式結構。也就是型腔和定模板做成一塊，即兩板模。型腔可通過電火花成型進行加工。這種結構形式具有以下優(yōu)點：加工效率高，減少裝配難度，可節(jié)約優(yōu)質鋼材，減少加工量。
（2）型芯結構設計：型芯采用鑲拼組合式結構，這樣就可方便更換，若是某根型芯由于磨損或其他原因北損壞，就可以直接更換，就不需換整體。
由于型芯個部分分開，這樣就降低了型芯的加工難度，把復雜的型芯加工轉化為鑲拼塊的表面加工，且易于保證加工精度。各鑲拼件采用H7/m6配合。這種結構形式具有以下優(yōu)點：加工難度不大，加工成本低，易于保證型芯精度，易于更換。
9.2型芯和型腔設計
9.2.1型芯設計
型芯的尺寸計算：型芯的尺寸按以下公式計算
=[]
式中——型芯外形尺寸
——塑件內形尺寸
——塑件公差
——塑件平均收縮率
——成型零件制造公差，取
9.2.2 型腔設計
型腔徑向尺寸按以下公式計算
式中——型腔的內形尺寸
——塑件外形基本尺寸
——塑件公差
——塑件平均收縮率
——成型零件制造公差，取
9.2.3由于該產品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度的要求不那么高。一般取Ra1.6，在機床上加工就可以直接投入使用，不需要經過其它的特殊加工。考慮模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內，型芯尺寸盡量取最大值，型腔的表面粗糙將決定產品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求高，一般取Ra8~0.4。在本次設計中，型腔取Ra0.8
4X——綜合修正系數(shù)（考慮塑件收縮率的偏差和波動，成型零件的磨損等因素），塑件精度低、批量較小時，X??；蘇建安精度高、批量比較大，X取，設計要求取X為。
9.3型腔、型芯工作尺寸的計算
要計算型芯、型腔的工作尺寸，必須先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要就塑件取七級精度。根據(jù)塑件制件公差數(shù)值表，塑件在七級精度下，基本對應的尺寸公差如下：
基本尺寸（mm）
公差（mm）
基本尺寸（mm）
公差（mm）
~3
0.32
>30~40
0.72
>3~6
0.36
>40~50
0.80
>6~10
0.40
>50~65
0.92
>10~14
0.44
>65~80
1.04
>14~18
0.48
>80~100
1.20
>18~24
0.52
>100~120
1.36
>24~30
0.64
>120~140
1.52
型腔：=95 取=0.5% （以下的收縮率都取0.5%）
=
型腔深度：H=12.66 X=0.5
型芯：=78
9.4 型腔壁厚的計算
9.4.1型腔的強度及剛度要求
塑料模具型腔的側壁和底壁厚度計算是模具設計中經常遇到的問題，尤其對大型模具更為突出。目前常用的計算方法有按強度條件計算和按剛度條件計算兩類，但塑料模具要求既不許因強度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過大的情況，因此要求對強度和剛度加以考慮。對于型腔主要受到的力是塑件熔體的壓力，在塑件熔體的壓力作用下，型腔將發(fā)生內應力及變形。如果型腔側壁和底壁厚度不夠。當型腔中產生的內應力超過材料的許用應力時，型腔發(fā)生強度破壞，與此同時，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質量，所以模具對剛度和強度都有要求。
但是，實踐證明，模具對強度和剛度的要求并非同時兼顧，對大型腔，按剛度條件，對小型腔則按強度條件計算即可。（在本設計中按強度條件來計算）
9.4.2對凹模底板厚度：
式中p——型腔內塑料熔體的壓力（Mpa）
r——型腔內半徑（mm）
——材料彎曲許用應力。材料為45#鋼，取100Mpa
根據(jù)條件：r=45mm p=100Mpa
h=45=38.9mm
先確定模板厚度為35mm，可以滿足型腔的強度要求。
9.4.3確定型腔的壁厚
圓形型腔內壁直徑2r
型腔壁厚s=R-r
~40
20
>40~50
25
>50~60
30
>60~70
35
>70~80
40
>80~90
45
>90~100
50
>100~120
55
>120~140
60
>140~160
65
如未用淬火鋼，應乘以系數(shù)1.2~1.5
根據(jù)上表，s=R-r==40mm
R=40=+50=90mm
由于在生產中，兩腔同時充滿塑料熔體，受到大小相等的壓力，形成作用力與反作用力?，F(xiàn)取型腔中心到定模板的中心的距離為105mm是可以滿足型腔的強度要求的。
10 導向機構的設計
導向機構主要包括導柱（如圖7）、導套（如圖8），主要作用是在動模與定模合模時保證型芯和型腔的精確定位。導向零件應合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般采用2到4根導柱。在此設計中采用了4根導柱。
加工個導柱、導套孔時，應將定模板、推件板、動模板合在一起，一次性加工出來，以保證孔的同心度，然后再在定模板、動模板上加工沉頭孔。
圖7
圖8
11脫模與復位機構設計
11.1脫模機構的設計
塑件冷卻后由于有少量的收縮，塑件會緊抱在型芯上，所以在脫出產品時不像沖壓件那么可以自動脫落。這樣，我們必須設計推出機構將塑件頂出，推出機構設計時我們考慮的是要使塑件各部分受力均勻，在此設計中，由于采用了一模四腔的結構，故利用多個頂針把產品同時推出，這樣每個產品的受力相同且均勻。
11.2復位機構的確定
注射機上液壓機構將頂針推出之后，塑件也被完全頂出但是模具要合模，要使頂針，拉料桿恢復到原來的位置，而不影響下一周期的正常生產，具體結構見總裝圖。
12冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時發(fā)生變形，縮短成型周期及提高塑件質量。一般在型腔，型芯等部位設置合理的冷卻水路，通過調節(jié)冷卻水流量和流速來控制模溫。
圖9
冷卻水孔開孔的原則：
（1）冷卻水孔的數(shù)量應盡可能的多，直徑應盡量大；
（2） 每個冷卻水孔至型腔表面的距離應相等，一般保持在0~15mm范圍內，距離太近則冷卻不易均勻，太遠則效率低。水孔直徑一般保持在8~12mm。
（3）水孔通過鑲塊時，防止鑲套管等漏水。
（4）冷卻管路一般不宜設在型腔內塑料熔接的地方，以免影響塑件的強度。
（5）水管接頭應設在不影響操作的一側。
在此設計中，沒此要注射的量只有50g，由此可以得到注射一次所放出的熱量：Q=G
式中Q——熔體塑件所放出的熱量（J）
G——每次注射的塑料量（包括澆注系統(tǒng)在內，kg）；
——塑料從熔體狀態(tài)進入型腔的溫度到塑件冷卻后的脫模溫度的焓之差；Q=50200=10000（J）
為了防止型腔受熱變形，在定模板加兩根水道，這樣可以保證產品進度。冷卻時所需要的冷卻水量：
式中：——通過模具的冷卻水質量（Kg）
——熔融塑料進入模腔的溫度（）=120
——制品脫模溫度（）=60
——出水溫度（）=40
——進水溫度（）=20
C——塑料的比熱容（）C=1759
——導熱系數(shù)（）=829
故 =40501759（120-60）/829（40-20）=12.73Kg
根據(jù)冷卻水處于流滿狀態(tài)下的流速和水管直徑的關系，確定模具冷卻水管直徑D：
D=
式中：——管道內冷卻水的流速（m/s） =0.6m/s
——水的密度（Kg/） = Kg/
故：D==5.20mm
13 整體設計
模具整體設計也就是模體的設計，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，模體設計已接近標準化，可以從市場上購買相應的模體。標準模體一般包括定模板、動模板、墊塊、頂出固定板、頂板、導柱、導套、復位桿等。標準模架有12種結構，15876種規(guī)格。在本次設計中，澆口套、導柱、導套、頂桿、水嘴都采用標準件，可以外購。
該模具總體結構采用一模四腔，分型面為平面；定模座板和動模座板的長為450mm、寬為400mm、厚為30mm。
下面確定模板的厚度——各模板厚度總和應小于500mm，這是注射機的要求。
定模座板、動模座板都為30mm，動模板厚度為100mm，而定模板厚度取70mm，墊塊的高度取100mm，可以保證產品能順利的脫模。
根據(jù)以上選取，模具的厚度
H=30+70+100+100+30=330（mm）<500（mm），符合條件。
推板及頂桿固定板分別為10mm及25mm。各板的厚度已經確定。
結 束 語
經過這次畢業(yè)設計，我覺得自己學到了不少東西，歸納起來，主要有以下幾點：
1 大學幾年的時間都是在學習機械理論基礎知識，并未真正地去應用和實踐。平時很少接觸設計，加工，生產，但是在這次畢業(yè)設計的過程中，我在指導老師的帶領下多次深入工廠了解產品的注塑方法和模具的加工過程。在參觀學習中，發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足之處。我還體會到了所學理論知識的重要性：知識掌握的越多，設計的就更完善，更順利。
2 了解進行一向設計必不可少的幾個階段。畢業(yè)設計能夠從理論設計和工程實踐相結合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識想結合、個人作用和集體協(xié)作相結合等方面全面的培養(yǎng)學生的綜合素質，我經過這次系統(tǒng)的畢業(yè)設計，熟悉對模具進行設計、生產的詳細過程。這些對我將來的工作和學習都會有很大的幫組和啟發(fā)。
3學會了怎樣查閱資料和利用工具書。平時課堂上所學習的只是不夠全面，作為機械專業(yè)的學生，由于專業(yè)特點自己更要積極查閱吸取別人在設計，加工中的寶貴經驗。一個人不可能什么都學過，什么都懂，因此，當你在設計過程中需要用一些不曾學過的東西時，就要去有針性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己應用的能力，而且還能增長自己的見識，補充最新的專業(yè)知識。
4 畢業(yè)設計對以前學過的理論知識起到了回顧作用，并對其加以進一步的消化和鞏固。
5 畢業(yè)設計培養(yǎng)了嚴肅認真和實事求是的科學態(tài)度，而且培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神已經相應的知識，同學之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設計當中體現(xiàn)出來了。
在這里，我要感謝我的指導老師，在我做設計的過程中，他給予了我很多的幫助，此外我還要感謝學校和工學院的領導和老師對我的栽培，還有很多給予我?guī)椭耐瑢W。
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