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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
2009 年 6 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
本論文根據(jù)工程實(shí)際的需要完成豎笛頭部的注射模具設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中采用ABS材料注射而成型，成型方式為一模兩腔，該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備，確定了模具制作的總體方案，分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一些必要的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度的校核。該論文還對(duì)分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，完成了模具工程圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了主要零件加工工藝設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 注射模 成型 工藝性 設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
Title Injection Mold Design clarinet note head
Abstract
In this paper, the actual needs in accordance with the completion of the project head clarinet injection mold design. In the design of ABS material used in injection molding For forming a two-cavity mold. The paper detailed analysis of the product process, Identified by the use of plastics and the process parameters used in the molding equipment，Produced by the mold to determine the overall program，Analysis and address the overall structure of the mold and the work of some of the specific structure of ,And a number of the necessary size and strength check calculation. The paper also surface, gating system and the release of the analysis and design agencies to complete the mold design engineering drawings, and finally carried out the design of the main parts processing technology.
Keywords Injects the mold Formation Technology capability Design
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)
目 錄
1 引言………………………………………………………………………………… 1
1.1 模具的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………………1
1.2 塑料注射模具的設(shè)計(jì)步驟………………………………………………………4
1.3 課程任務(wù)要求……………………………………………………………………6
2 方案分析與設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 7
3 豎笛頭部注射模的詳細(xì)設(shè)計(jì)……………………………………………………… 8
3.1 塑料注射成型機(jī)的選擇…………………………………………………………8
3.2 力的計(jì)算與校核…………………………………………………………………11
3.3 分型面的選擇……………………………………………………………………14
3.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………15
3.5 成型零件和模體的設(shè)計(jì)…………………………………………………………20
3.6 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………23
3.7 脫出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………24
3.8 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………27
3.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………28
4 加工工藝的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………31
4.1 坯料的確定………………………………………………………………………31
4.2 模板的平面加工…………………………………………………………………31
4.3 孔及孔系的加工…………………………………………………………………31
4.4 成型零件加工…………………………………………………………………32
5 型腔常用加工設(shè)備及方法…………………………………………………………33
5.1 型腔的普通加工方法及設(shè)備……………………………………………………33
5.2 型腔的特種加工方法………………………………………………………… 34
結(jié)束語(yǔ) ……………………………………………………………………………… 35
致謝 ………………………………………………………………………………… 36
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………37
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 39 頁(yè) 共 39 頁(yè)
1 引言
1.1 模具工業(yè)的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 國(guó)外模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用
模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是
高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”；德國(guó)則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會(huì)也認(rèn)為“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力”，同時(shí)也是“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到13000億日元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本機(jī)床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過(guò)了新興的電子工業(yè)。
（1）CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用
在歐美CAD/CAM/CAE已成為塑模企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在CAD的應(yīng)用方面已經(jīng)超越了甩掉圖板，二維繪圖的初級(jí)階段。目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70%、89%，Pro/E，UG，CI以TRON等軟件的應(yīng)用很普遍。應(yīng)用這些軟件不僅可完成2D設(shè)計(jì)，同時(shí)也獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。應(yīng)用3D設(shè)計(jì)，還在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行裝配干涉的檢查，以保證設(shè)計(jì)和工藝的合理性。在歐美的塑模企業(yè)中，為了提高CAD技術(shù)的效率，塑模標(biāo)準(zhǔn)件的采用率一般在80%以上[1]。
（2）激光技術(shù)的應(yīng)用日益受到重視
激光技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用主要是在快速成形與一些特殊模具的加工兩個(gè)方面。快速成形是根據(jù)CAD 的數(shù)據(jù),不借助任何機(jī)械加工工具,通過(guò)逐層增加材料的方法(如聚合、粘結(jié)、燒結(jié)等) 快速制造出零件原型或零件實(shí)物,故也稱快速原形制造(縮寫(xiě)為PRM) 技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)主要有立體光固造型(SLA) ,選擇性激光燒結(jié)(SLS) ,分層實(shí)體制造(LOM) 等。該技術(shù)將CAD 技術(shù)、激光技術(shù)、CNC 技術(shù)、材料加工和材料科學(xué)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),給模具制造業(yè)帶來(lái)了根本性的變革[2]。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造相比,它能比數(shù)控加工更快、更方便地設(shè)計(jì)并制造出各種復(fù)雜的原型,使模具的制造成本和生產(chǎn)周期減少1/ 2 ,明顯提高生產(chǎn)率。國(guó)內(nèi)的一些大型企業(yè)集團(tuán),如海爾、春蘭和科龍等公司已經(jīng)應(yīng)用激光快速成形于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面,并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
（3）先進(jìn)的模具材料
隨著模具工作條件的日益苛刻，對(duì)模具的質(zhì)量，特別是鋼的純凈度、等向性的水平提出了更高的要求。 為達(dá)此目的$國(guó)外普遍采用電爐外精煉工藝生產(chǎn)純凈度高的模具鋼， 對(duì)于大截面鍛壓模塊和大型的鋼材規(guī)定采用真空處理。對(duì)于純凈度要求更高的模具鋼，大部分采用電渣重熔，以進(jìn)一步提高鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。 因此，模具鋼的質(zhì)量有了較大提高。為了加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力量，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外模具鋼的生產(chǎn)從分散趨向于集中，并多家公司進(jìn)行跨國(guó)合并，為了更好地進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，這些公司都建成了完善的技術(shù)先進(jìn)的模具鋼生產(chǎn)線和模具鋼科學(xué)研究基地，形成幾個(gè)世界著名的工模具生產(chǎn)和科研中心，以滿足迅速發(fā)展的模具工業(yè)。
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)五大特點(diǎn)
2008年，國(guó)民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)快速增長(zhǎng)，裝備制造業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，國(guó)際模具市場(chǎng)大環(huán)境得到改善，有力地促進(jìn)了中國(guó)塑料模具業(yè)發(fā)展。綜合各方面情況，2008年中國(guó)塑料模具業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)五大特點(diǎn)。
（1）技術(shù)水平明顯提高
隨著汽車(chē)業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展，2008年進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域的模具企業(yè)及產(chǎn)品比上年大幅增加。同時(shí)，汽車(chē)對(duì)模具不斷提出更高的要求，促使模具技術(shù)水平不斷提高。此外，出口大幅增長(zhǎng)，也帶動(dòng)了國(guó)產(chǎn)模具技術(shù)水平不斷提高，因?yàn)槌隹谀＞咚酵葍?nèi)銷(xiāo)產(chǎn)品要求更高。2008年國(guó)產(chǎn)模具水平得到明顯提高，主要表現(xiàn)在：級(jí)進(jìn)模水平提高較快，大型級(jí)進(jìn)模長(zhǎng)度已超過(guò)3米，精密級(jí)進(jìn)模已可與2000次/分高速?zèng)_床匹配；熱流道模具和氣輔模具方面，有的已達(dá)到國(guó)際水平；在CAD/CAM技術(shù)得到普及的同時(shí)，CAE技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣，CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，并取得較好成果；模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多；一批比往年數(shù)量更多、水平更高的模具被中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)委員會(huì)評(píng)審專家組推薦為國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品等。[2]
（2）信息化管理富有成效
2008年，信息化管理不但被許多模具企業(yè)提到議事日程，而且得到實(shí)施，已經(jīng)有企業(yè)從中受益。在實(shí)施過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外有關(guān)軟件同臺(tái)競(jìng)技，二次開(kāi)發(fā)富有成果，數(shù)據(jù)庫(kù)日漸豐富。通過(guò)實(shí)施企業(yè)信息化管理，國(guó)產(chǎn)模具生產(chǎn)周期縮短了，生產(chǎn)效率提高了，企業(yè)效益增加了。
（3）投資熱情高漲，集群化初步顯現(xiàn)
2008年，市場(chǎng)產(chǎn)需兩旺及良好的發(fā)展前景，使許多企業(yè)家和投資者紛紛投資模具業(yè)，其中外資和民資仍是主流，而且投資熱情普遍高漲，較大的技改項(xiàng)目和新建項(xiàng)目在這一年不斷出現(xiàn)。由于集群化生產(chǎn)具有方便協(xié)作、降低成本、擴(kuò)大市場(chǎng)、利于交流等特點(diǎn)，以及可享受較為優(yōu)惠的政策，因此2006年這一生產(chǎn)方式得到進(jìn)一步發(fā)展?，F(xiàn)在已具有相當(dāng)規(guī)模的模具城（或模具園區(qū)、集聚生產(chǎn)基地等）全國(guó)已有十來(lái)個(gè)，正在建設(shè)、籌建或規(guī)劃建設(shè)的還有十多個(gè)。除集群化生產(chǎn)外，有些地方還在發(fā)展模具聯(lián)合體及虛擬制造，這些也有類(lèi)似于集群化生產(chǎn)的一些優(yōu)點(diǎn)。
（4）品牌建設(shè)得到重視
由于模具的從屬性和對(duì)特殊用戶的依賴性，品牌在模具特別是塑料模具業(yè)長(zhǎng)期不被重視。但隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，模具業(yè)品牌建設(shè)在2008年受到越來(lái)越多企業(yè)的重視。據(jù)了解，全國(guó)已有10個(gè)左右的省市級(jí)馳名（著名）模具商標(biāo)和品牌，個(gè)別模具企業(yè)已在申報(bào)全國(guó)著名商標(biāo)，更多的企業(yè)在2008年啟動(dòng)了品牌建設(shè)工作。除了品牌建設(shè)外，集體地標(biāo)式品牌（例如余姚模具等）也在2008年顯示出優(yōu)越性。隨著質(zhì)量管理工作不斷深入和環(huán)保日顯重要，2006年又有一大批模具企業(yè)通過(guò)了ISO9000國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證及ISO14000環(huán)境管理體系認(rèn)證。
（5）人才培訓(xùn)力度加大
鑒于模具業(yè)普遍缺乏人才，特別是缺乏中高級(jí)人才，2008年各地辦學(xué)和培訓(xùn)工作備受重視，學(xué)校、培訓(xùn)點(diǎn)、企業(yè)三方力量都加大了培訓(xùn)力度。學(xué)校增設(shè)模具專業(yè)，并擴(kuò)招；培訓(xùn)點(diǎn)明顯增加，并盡量多招學(xué)員；企業(yè)自身或采取廠校結(jié)合方式加強(qiáng)對(duì)在職職工的培訓(xùn)，都收到了良好效果。國(guó)家有關(guān)部門(mén)針對(duì)模具人才缺乏的現(xiàn)狀，開(kāi)始研究開(kāi)展模具人才遠(yuǎn)程培訓(xùn)事宜，模具設(shè)計(jì)師成為國(guó)家認(rèn)可的一個(gè)新工種。[3]
綜合看，中國(guó)塑料模具業(yè)經(jīng)過(guò)2008年高速運(yùn)行，盡管生產(chǎn)總量和水平得到了較快提高，但仍舊滿足不了市場(chǎng)需求。一方面高端產(chǎn)品仍大量進(jìn)口，另一方面國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，國(guó)內(nèi)模具業(yè)高端市場(chǎng)面臨進(jìn)口貨和外資企業(yè)的強(qiáng)大壓力，而中低端市場(chǎng)是民企之間的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，有的已變成互相壓價(jià)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)。隨著汽車(chē)、電子等模具使用大戶高速發(fā)展，中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2009年中國(guó)塑料模具業(yè)仍將產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，持續(xù)高速發(fā)展，模具產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平將進(jìn)一步提高。在這種情況下，企業(yè)如何提高自身產(chǎn)品的技術(shù)含量，從而在競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)尤為重要。
1.2 塑料注射模具的設(shè)計(jì)步驟
1.2.1 塑料件的工藝性分析
本課題是對(duì)豎笛頭部的注射模設(shè)計(jì)。首先對(duì)豎笛頭部進(jìn)行觀察并進(jìn)行測(cè)繪，如圖1.1，尺寸大都是估算值，無(wú)特殊要求，尺寸公差按IT8級(jí)精度查取?？此芗慕Y(jié)構(gòu)是否滿足塑件結(jié)構(gòu)的工藝性能。
圖1.1 工件圖三維圖
1.2.2 豎笛頭部材料的選擇
塑料材料的相對(duì)密度在0.83g/cm3～2.2 g/cm3范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當(dāng)密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強(qiáng)度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能[4]。
豎笛頭部選擇的材料為丙烯腈－丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)。ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無(wú)毒、無(wú)味，兼有韌、硬、剛的特性。他密度小，耐熱氧化性能好。ABS成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，且價(jià)格便宜。
表2.1 ABS成型的條件
預(yù)熱和干燥
溫度t
80～100
時(shí)間h
1～2
料筒溫度t
后段
160～180
中段
180～200
前段
200～220
模具溫度
80～90
注射壓力
70～100
成型時(shí)間
注射時(shí)間
20～60
高壓時(shí)間
0～3
冷卻時(shí)間
20～90
預(yù)熱和干燥
總周期
50～160
1.2.3 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計(jì)應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。
（1）確定分型面和澆口位置及結(jié)構(gòu)形式
確定模具的分型面和澆口的位置是模具設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。選擇分型面應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤(pán)考慮。
澆口位置則是在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時(shí)物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
（2）確定成型零件的結(jié)構(gòu)形式及安裝方法
成型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式注射成型的核心部位，它直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀形式，就是能使成型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)在現(xiàn)有設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
（3）選擇成型設(shè)備
模具與注射機(jī)必須配套使用，根據(jù)塑件的具體情況，選擇注射機(jī)并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。成型設(shè)備有兩個(gè)重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個(gè)是在于注射方向相垂直的最大投影面積。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。在選用時(shí)，成型設(shè)備的兩個(gè)參數(shù)應(yīng)略大于這個(gè)模具所用塑料的體積以及他的投影面積，只有這樣才能順利成型[5]。
其次還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
測(cè)算核實(shí)模板所受注射壓力應(yīng)小于注射機(jī)的鎖模力；
模具的閉合高度應(yīng)在注射機(jī)的最大閉合高度和最小高度之間；
模體外形尺寸能從注射機(jī)的拉桿空間安裝；
應(yīng)了解注射機(jī)的定位孔直徑、噴嘴孔徑及噴嘴球半徑尺寸，使模具與之配套；模具采用的頂出方式應(yīng)適應(yīng)注射機(jī)的頂出方式和頂出距離，注射機(jī)的模板行程應(yīng)滿足在開(kāi)模時(shí)能去除塑件時(shí)所需要的距離；
（4）塑件側(cè)壁凹凸槽結(jié)構(gòu)的處置方法
根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
（5）脫模機(jī)構(gòu)的確定
定模動(dòng)模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動(dòng)作。塑件落在動(dòng)模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障礙，折實(shí)頂出機(jī)構(gòu)在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動(dòng)下將成型塑件從動(dòng)模中頂出。
（6)確定溫度調(diào)節(jié)方式
為了取得較好的冷卻效果，對(duì)冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
（7)確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸
通過(guò)以上問(wèn)題的初步確定，即可勾畫(huà)出模體的輪廓，這時(shí)應(yīng)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等[5]。
1.2.4 對(duì)零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開(kāi)始對(duì)各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1:1的比例畫(huà)出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫(huà)出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對(duì)模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。主要零件繪制完成，對(duì)裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問(wèn)題會(huì)充分暴露出來(lái)，經(jīng)過(guò)改正修訂后，描清并正式編號(hào)，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
1．3 課程任務(wù)要求
本課題是豎笛頭部注射模的設(shè)計(jì)。要求對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。豎笛頭部注射模要求一模兩腔。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2 方案分析與設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，成型模具可采用上下蓋和哈夫兩種成型結(jié)構(gòu)，綜合考慮后我采用哈夫成型結(jié)構(gòu)。根據(jù)查找的各方面資料[5]，初步確定可以通過(guò)斜導(dǎo)柱將哈夫塊分開(kāi)，再通過(guò)推板將零件推出。具體方案如圖2.1示。開(kāi)模時(shí)，模具沿Ⅰ-Ⅰ面開(kāi)始分型，哈夫塊沿斜導(dǎo)柱向外移動(dòng)，直至分開(kāi)，動(dòng)模上的推件桿推動(dòng)推件板，使工件從型芯脫離，從而達(dá)到工件脫模的效果。
1-澆口套；3-鎖緊塊；4-型芯；5-動(dòng)模推件板；9-斜導(dǎo)柱；10-頂桿；
圖2.1 裝配圖
3 豎笛頭部注射模具的詳細(xì)設(shè)計(jì)
3．1 塑料注射成型機(jī)的選擇
3.1.1 注射成型機(jī)的分類(lèi)
（1)注射機(jī)按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種[13]。
（a)立式注射機(jī)：它的注射裝置與合模機(jī)構(gòu)都在同一豎直線上。優(yōu)點(diǎn):占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。缺點(diǎn):重心高，加料困難;容積較小。
（b)臥式注射機(jī)：目前使用最廣泛的注射成型機(jī)械。它的注射裝置與合模裝置方向在同一水平線上橫臥安裝。優(yōu)點(diǎn):重心低，操作及維修方便，塑件可自行脫落，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn):模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機(jī)器占地較大。
（c)角式注射機(jī)：它的注射裝置與合模裝置方向呈垂直排列。優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)介于立式注射機(jī)和臥式注射機(jī)之間。特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。
（2)注射機(jī)按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。
（a)柱塞式注射機(jī)；注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當(dāng)其后退時(shí)物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進(jìn)，原料通過(guò)料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進(jìn)一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機(jī)，注射量小于30g～60g，不易成形流動(dòng)性差、熱敏性強(qiáng)的塑料。
（b)螺桿式注射機(jī)：螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實(shí)、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當(dāng)積存的熔體達(dá)到預(yù)定的注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在液壓缸的推動(dòng)下，將熔體注入模具。臥式注射機(jī)多為螺桿式。
3.1.2 塑料注射機(jī)通用的主要裝置組成：
（1)注射裝置：它的主要作用是使固態(tài)的塑料均勻的塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將融料注入模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加熱器、料斗、計(jì)量裝置、螺桿、螺桿的驅(qū)動(dòng)裝置、噴嘴及其驅(qū)動(dòng)裝置。
（2)合模機(jī)構(gòu)：它的主要作用是保證成型模具有可靠的開(kāi)合動(dòng)作。因?yàn)樵谧⑸溥^(guò)程中進(jìn)入模腔中的融料有較高的壓力，這就要求合模裝置給予模具足夠的夾緊力、即鎖模力，防止模具在融料高壓力下推開(kāi)。它的主要部件有：機(jī)架、定動(dòng)模板、拉桿、合模油缸及肘節(jié)。
（3)頂出裝置：它的作用在開(kāi)模到一定距離后，驅(qū)動(dòng)模具的頂出裝置，將部件從模具中頂出。
（4) 機(jī)械和液壓傳動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)：注射成型是塑料塑化、模具閉合、壓力、溫度調(diào)節(jié)、注射入模、保壓、制品固化定型、開(kāi)模、頂出塑件等多道工序連續(xù)準(zhǔn)確的發(fā)生過(guò)程，這些連續(xù)動(dòng)作都是由機(jī)械和液壓傳動(dòng)及電氣控制的。
工作前，模具分別安裝在動(dòng)模及定模上，注射模的動(dòng)模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動(dòng)模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法通常有螺栓固定和壓板固定兩種。
塑件從模具中取出時(shí)所需的開(kāi)模距離必須小于注射機(jī)的最大開(kāi)模距離，否則塑件無(wú)法從模具中取出。開(kāi)模距離一般可分為兩種情況:一是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開(kāi)模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開(kāi)模行程與模具厚度無(wú)關(guān)；二是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開(kāi)模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開(kāi)模行程與模具厚度有關(guān)。[13]
3.1.3 注射成型機(jī)的計(jì)算
（1)注射容量
國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射ABS時(shí)在對(duì)空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。由于ABS的密度為1.03-1.07，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實(shí)際中為便于計(jì)算，有時(shí)還沿用過(guò)去的習(xí)慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計(jì)量。
注射容量是選擇注射機(jī)的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個(gè)塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計(jì)算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vm—注射機(jī)最大注射容量，cm3 ；
估算：Vm=3.14×（1.52-0.92）×12.1=54.71cm3
（2)最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具在分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說(shuō)在模具設(shè)計(jì)時(shí)，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)才能正?？煽康淖⑸?。
S=2×3.14×（1.52-0.92）+ 33.34=42.38cm2
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
（3)模具的閉合高度
注射機(jī)動(dòng)壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個(gè)固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對(duì)于所用的注射機(jī)來(lái)說(shuō)，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機(jī)允許的最小厚度，mm；
H小—注射機(jī)的實(shí)際閉合高度，mm；
H小—注射機(jī)允許的最大厚度，mm；
H=15+45+115+20+30+35+160+20=440mm；
（4) 模具的頂出
注射機(jī)的頂出裝置通常有中心頂桿頂出、兩側(cè)頂桿頂出以及液壓頂出幾種形式。應(yīng)在動(dòng)模座板與注射機(jī)頂出位置相對(duì)的位置上，設(shè)置稍大于注射機(jī)頂桿的通孔，以便于注射機(jī)頂桿通過(guò)。
（5) 定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機(jī)定壓板的定位對(duì)中位置，應(yīng)與注射機(jī)的定位孔采取動(dòng)配合的連接形式，以保證模具體對(duì)中。
（6) 模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機(jī)的壓板尺寸和拉桿的間距，因?yàn)榇俗⑸淠５淖铋L(zhǎng)的邊不應(yīng)超過(guò)壓板尺寸，而模具的最短邊應(yīng)小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機(jī)，并應(yīng)留有固定模體的壓緊空間。同時(shí)，注射模動(dòng)、定模上的緊固螺栓孔，也應(yīng)與注射機(jī)壓板上的標(biāo)準(zhǔn)螺孔一致。[14]
綜合考慮上述條件，注射機(jī)選擇XS-ZY-1000型號(hào)。
表3.1 注塑機(jī)的部分主要技術(shù)參數(shù)
額定注射量/㎝3
1000
螺桿（柱塞）直徑/mm
85
注射壓力/MPa
121
注射行程/mm
260
注塑方式
螺桿式
鎖模力/kN
4500
最大開(kāi)合模行程/mm
700
模具最大厚度/mm
750
噴嘴圓弧半徑/mm
18
噴嘴直徑/mm
7.5
最小模具厚度/㎜
300
3．2 力的計(jì)算與校核
3.2.1 鎖模力的校核
鎖模力為注射機(jī)鎖模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機(jī)的鎖模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。
即：
(3.1)
式中 F——鎖模力，kN
p——型腔壓力，MPa
A——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，㎜2
已知型腔壓力為145MPa；澆注系統(tǒng)的投影面積為1倍的塑件投影面積；塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積為:
(3.2)
式中 S——流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，㎜2
n——模腔數(shù)
則
A=2×3.14×（152-92）+ 3334=4238mm2
即 p×A/1000=145×4238/1000
=614.5kN<3500kN
所以鎖模力符合要求
3.2.2 開(kāi)模行程的校核
開(kāi)模取出塑件所需的開(kāi)模距離必須小于注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程。對(duì)于液壓-機(jī)械式鎖模機(jī)構(gòu)注塑機(jī)，其最大開(kāi)模行程由注塑機(jī)曲肘機(jī)構(gòu)的最大行程決定，與模具厚度無(wú)關(guān)。
單分型面注射模，其開(kāi)模行程按下式校核
(5～10) (3.3)
式中 S——注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程(移動(dòng)模板臺(tái)面行程)，㎜
H1——塑件脫出距離，㎜
H2——包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度，㎜
已知
H1=125㎜； H2=440㎜
所以
H1+H2+(5～10)=13+50+(5～10)≤570㎜
又由于XS-ZY-1000臥式注塑機(jī)的移模行程為700㎜
570㎜<700㎜
所以開(kāi)模行程也符合要求
3.2.3 脫模阻力的計(jì)算
因?yàn)樗芗谋诤駷?㎜，型芯半徑為9㎜，所以塑件的壁厚與型芯半徑之比為
＝9/6=1.5
而 1.5
所以可以看作是厚壁殼體形塑件，又由于塑件的斷面為圓環(huán)形
(3.4)
式中 E——塑料的拉伸模量，MPa
ε——塑料成型平均收縮率，%
t——塑料的平均壁厚，㎜
h——塑料包容型芯的長(zhǎng)度，㎜
μ——塑料的泊松比
——脫模斜度(塑料側(cè)面與脫模方向之夾角)
?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)
B——塑件再與開(kāi)模方向垂直的平面上的投影面積(㎝2)，當(dāng)塑件底部有通孔時(shí)，B項(xiàng)應(yīng)為零。
——由?和決定的無(wú)因次數(shù)，可由下式計(jì)算
(3.5)
(3.6)
已知E=1.910～1.980103MPa ε=0.006 t=6㎜ h=121㎜ μ=0.3 φ=1o ?=0.4 B=O
=0.4/(1+0)=0.4
=6(1+61.5)=1.35
=12387N
3.2.4 脫模力的計(jì)算
脫模力 由兩部分組成，即
＝ (3.7)
式中 －－制品對(duì)型芯包緊的脫模阻力，N；
－－使得封閉殼體脫?？朔恼婵瘴Γ琋 ＝0.1A這里0.1的單位為MPa，A為型芯的橫截面面積，mm
=12387+0.1＝14930.4N
3.2.5 抽拔力的計(jì)算
對(duì)于截面為圓形或矩形的型芯，其抽拔力是由于塑件收縮包緊型芯造成的，抽拔力可應(yīng)用計(jì)算脫模力的公式進(jìn)行計(jì)算。
設(shè)塑件各向收縮率均為，圓筒壁內(nèi)應(yīng)力為
(3.8)
式中 E－－塑件彈性模量，MPa；
－－平均收縮率；
－－塑件泊松比。
總軸向力為
(3.9)
式中 D，d－－塑件圓筒部分的外徑與內(nèi)徑。
F=1922N
當(dāng)滑塊數(shù)為2，每個(gè)滑塊兩端由軸向力產(chǎn)生的摩擦阻力為
(3.10)
式中 f－－塑料對(duì)鋼的摩擦因素。
Q=775N
3．3 分型面的選擇
3.3.1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面[15]。
3.3.2 分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：
(1）盡量使塑件開(kāi)模時(shí)留在動(dòng)模一側(cè)；
(2)分型面應(yīng)有利于排氣；
(3)保證塑件外觀質(zhì)量要求；
(4）有利于塑件分型和抽芯動(dòng)作；
(5)有利于塑件脫模；
(6)考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；
3.3.3 分型面的選擇
按塑件結(jié)構(gòu)與哈夫分型結(jié)構(gòu)得到分型面如下圖：
????????
? 圖3.1 分型面(I-I）
3．4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.4.1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
模具的澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口及冷料穴，它是將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以采用一模多腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則：
(1）型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象；
(2）型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸；
(3）系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少?gòu)澱?，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能?。?
(4）對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置；
(5）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量；
(6）澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀；
(7）合理設(shè)計(jì)冷卻穴；
圖3.2 澆注系統(tǒng)
3.4.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
(1）主流道的設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開(kāi)模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來(lái)，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開(kāi)在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對(duì)塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動(dòng)減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形，錐度為2°～ 4°，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米。[16]
主流道的設(shè)計(jì)遵循以下幾點(diǎn)原則：
(a)為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，錐度取2°～ 4°，過(guò)大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um；
(b)主流道出口端呈過(guò)渡圓弧，其半徑取r=1mm～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過(guò)渡的阻力；
(c)在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，否則會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過(guò)多影響注射成形；
(d)為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑通常主流道進(jìn)口端凹坑的球面半徑Sr要比噴嘴球面半徑Sr大1 mm ～ 2 mm,凹入深度約5 mm，為了補(bǔ)償主流道與噴嘴的對(duì)中誤差，主流道進(jìn)口端的直徑D應(yīng)比噴嘴出口直徑d大0.5 mm～ 1 mm；
(e)由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤(pán)凸出定模端面的長(zhǎng)度一般定為5mm～10mm，大型模具時(shí)為15mm左右。
主流道主要參數(shù)如下：
主流道圓錐角
內(nèi)壁粗糙度
主流道大端半徑
主流道長(zhǎng)度
主流道襯套材料
(2)澆口套的設(shè)計(jì)
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。
注射機(jī)的XS-ZY-1000噴嘴球半徑為18 mm，噴嘴孔徑為7.5 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取19 mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取8 mm，如圖3.3。
圖3.3澆口套
3.4.3 注射模具分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
(1）分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下：
(a)分流道的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較小的截面積，以便在試模時(shí)為必要的修正留有余地；
(b)在可能的情況下，分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失；
(c)保證熔體迅速和均勻地充滿型腔；
(d)分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理；
(e)在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
(2）分流道的長(zhǎng)度
分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時(shí)減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。
(3）分流道的布局
綜上所述，根據(jù)豎笛頭部注射模要求一模兩腔的要求，本設(shè)計(jì)采用平衡式布置，通常四個(gè)型腔以下的H形和圓形排列能達(dá)到最佳的熱平衡和塑料和流動(dòng)平衡。這種布置可實(shí)現(xiàn)均衡送料和同時(shí)充滿型腔的目的，是成型的塑件力學(xué)性能基本一致。而且在此模具中不會(huì)造成份流道過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
3.4.4 注射模具澆口的設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計(jì)與位置的選擇直接影響到塑件能否完好的、高質(zhì)量的注射成形。澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類(lèi)。非限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對(duì)中大型筒類(lèi)、殼類(lèi)塑件型腔起引料和進(jìn)料后的施壓作用。限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位。
(1)澆口的選擇
澆口位置的選擇原則：
(a)盡量縮短流動(dòng)距離；
(b)避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；
(c)澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件厚壁處；
(d)考慮分子定向的影響；
(e)減少熔接痕，提高熔接強(qiáng)度。
根據(jù)以上幾點(diǎn)原則加上模具一模兩腔的要求，我選擇點(diǎn)澆口。點(diǎn)澆口截面為圓形，
留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡，也利于自動(dòng)化操作。
澆口尺寸如圖3.4所示：
圖3.4澆口
3.4.5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴一般位于主流道對(duì)面的動(dòng)模板上。其作用就是存放料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”，進(jìn)入型腔而形成冷接縫；此外，在開(kāi)模時(shí)又能將主流道凝料從定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的半徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。
冷料穴的形式有以下三種：與推桿匹配的冷料穴；與拉料桿匹配的冷料穴；無(wú)拉料桿的冷料穴。
本設(shè)計(jì)采用與推桿匹配的冷料穴。其形狀如下圖：
1－定模座板 ?。玻淞涎ā 。常瓌?dòng)模座板 ?。矗茥U
圖3.5冷料穴
冷料穴主要技術(shù)參數(shù)：
冷料穴直徑：
冷料穴長(zhǎng)度：
3．5 成型零件的模體的設(shè)計(jì)
3.5.1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為以下幾種：
(1）整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度和剛度都相對(duì)較高，且不易變形，塑件上不會(huì)產(chǎn)生拼模縫痕跡。
(2)整體組合式
型腔由整塊材料制成，用臺(tái)肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個(gè)加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行處理等。
(3)局部組合式
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
(4)完全組合式
完全組合式是由多個(gè)螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
豎笛頭部注射模的型腔部分不是很復(fù)雜，可利用電火花進(jìn)行。這里選擇整體式型腔。
在塑料注射模的注射過(guò)程中，型腔從合模到注射保證過(guò)程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的硬度和剛度，總的說(shuō)來(lái)，型腔所承受的力大體有如下幾種：
合模時(shí)的壓應(yīng)力；注射過(guò)程中塑料流動(dòng)的注射壓力；澆口封閉前一瞬間的保證壓力；開(kāi)模時(shí)的拉應(yīng)力；但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過(guò)程中總在變化。在這些壓力作用下，當(dāng)型腔的剛度不足時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度，型腔將會(huì)彈性恢復(fù)，當(dāng)型腔的彈性變形恢復(fù)量大于塑件壁厚的收縮量時(shí)，將壓緊塑件，引起塑件頂出困難，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔強(qiáng)度不夠時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，即引起型腔的永久變形，特別嚴(yán)重的會(huì)使型腔破裂，釀成事故。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證型腔在注射過(guò)程中產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算和選擇是十分重要的。
此模具是圓形型腔，圓形型腔是指內(nèi)外壁橫斷面都是圓形。圓形型腔的側(cè)壁受到?jīng)_擊壓力。豎笛頭部圓形型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算，下面對(duì)剛度和強(qiáng)度分別計(jì)算。
(1) 型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
(a）按剛度計(jì)算
其壁厚S按下面公式計(jì)算：
SR-rr (3.11)
式中 S——型腔側(cè)壁厚度，mm
R——型腔外半徑，mm
r——型腔內(nèi)半徑，r=9mm
E——型腔材料的彈性模量，MPa，E=2.0×105MPa
——型腔許用變形量，=0.05mm
p——型腔內(nèi)單位平均壓力，p=120MPa
μ——泊松比，μ=0.3
代入公式中得：Smm
(b) 按強(qiáng)度計(jì)算
其壁厚S按下面公式計(jì)算
Sr (3.12)
式中 ——型腔材料的許用應(yīng)力，=156.8MPa
其余符號(hào)見(jiàn)公式 (3.12)。
代入公式中得：S4.87mm
所以取S=6mm 合理
3.5.2 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：(a) 整體式；(b) 整體組合式；(c) 局部組合式；(d)完全組合式；
本模具選擇的是整體組合式。 整體組合式就是將主體型芯鑲嵌在模板上固定而成。它加工簡(jiǎn)單，易修復(fù)更換，也有很高的強(qiáng)度和剛度。
3.5.3 注射模具成型零件的尺寸確定[16]
(1) 型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6△的磨損量，這樣的型腔的計(jì)算尺寸的表述如下。
(a）型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
（3.13）
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸；
S——塑件的平均收縮率，S=2％；
△——塑件的公差，取8級(jí)精度；
δ——模具制造公差，按1/4△選??；
(b）型腔的深度尺寸的計(jì)算公式
（3.14）
式中 ——型腔深度的最小尺寸；
——塑件的最大基本尺寸；
其余符號(hào)與（3.13）相同。
(2)型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2，取正偏差，再加上+1/4的磨損量，而型芯高度則加上+1/6的磨損量。型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
(a)型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
（3.15）
式中 ——型芯的最大基本尺寸；
——塑件的最小基本尺寸；
其余符號(hào)與（3.13）相同。
根據(jù)（3.15）式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
(b）型芯的高度尺寸的計(jì)算式：
（3.16）
式中 ——型芯高度的最大尺寸；
——塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
其余符號(hào)與（3.13）相同。
根據(jù)（3.16）式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
3.6 脫出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每一循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出，模具中這種脫出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫出機(jī)構(gòu)（或稱推出機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)）。
設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
（1）結(jié)構(gòu)可靠：機(jī)械的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強(qiáng)度。
（2）保證塑件不變形、不損壞。
（3）保證塑件外觀良好。
（4）盡量使塑件留在動(dòng)模一邊，以借助于開(kāi)模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作。
根據(jù)以上原則，在模具上設(shè)計(jì)頂桿的大小與位置，頂桿就是脫模推出機(jī)構(gòu)，即將塑件從型芯上頂出。頂桿見(jiàn)零件圖，頂出時(shí)受力均衡，直徑都為。
頂出行程計(jì)算：
式中 —所需頂出行程
—型芯成型高度
e —頂出行程富余量（mm）
=121+8=129（mm）
所需開(kāi)模行程計(jì)算
式中 —開(kāi)模行程（mm）
—塑件及澆注系統(tǒng)在開(kāi)模方向上的總投影高度（mm）
—?jiǎng)佣Ｐ托就怀龇中兔娴母叨瓤偤停╩m）
e —取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開(kāi)模行程富余量（mm）
推桿機(jī)構(gòu)如圖：
圖3.6推件桿
3.7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)
3.7.1 注射模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)概述
側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的分類(lèi)，按其抽芯動(dòng)力來(lái)源，注射模側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)主要分手動(dòng)抽芯、機(jī)動(dòng)抽芯和液壓抽芯三大類(lèi)。
(1）手動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)；它是在塑件開(kāi)模前依靠人工將側(cè)型芯抽出或在開(kāi)模后將塑件和型芯一并從模內(nèi)頂出，然后在模外用手工工具抽出側(cè)型芯，合模前再將側(cè)型芯裝入模體內(nèi)的抽芯方法。這種側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，模具成本低，制模周期短等特點(diǎn)，但注射成型效率低，很難得到較大的抽芯力，只在小批量生產(chǎn)或試制生產(chǎn)時(shí)采用。
(2）機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)；它的抽芯方法是在開(kāi)模是依靠注射機(jī)的開(kāi)模力，通過(guò)抽芯機(jī)構(gòu)機(jī)械零件的傳動(dòng)使其改變移動(dòng)方向，將活動(dòng)的側(cè)型芯抽出。機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，增加了制模難度和模具成本，但由于注射成型效率較高，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，操作方便，動(dòng)作可靠，抽芯力大，容易實(shí)現(xiàn)注射成型的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為主要采用的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)根據(jù)抽芯方式及機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，又分為斜導(dǎo)柱式抽芯機(jī)構(gòu)，彎拉桿式抽芯機(jī)構(gòu)、彎拉板式抽芯機(jī)構(gòu)、斜滑板式抽芯機(jī)構(gòu)、頂出式抽芯機(jī)構(gòu)及齒輪式抽芯機(jī)構(gòu)等等。
(3）液壓或氣動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)；它是依靠液壓系統(tǒng)或氣動(dòng)裝置為動(dòng)力，抽出活動(dòng)的側(cè)型芯的。液壓或氣動(dòng)的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，抽芯距和抽芯力較大，其抽芯動(dòng)作不受開(kāi)模時(shí)間的限制，尤其當(dāng)抽芯距很大，用其他方法很難滿足抽芯要求時(shí)，采用液壓抽芯較為理想，如較長(zhǎng)的彎頭、三通等塑料管件的大型注模具的抽芯。但是這種側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)要配合整套的液壓氣動(dòng)裝置，故經(jīng)濟(jì)成本較高，使它的適用范圍受到了限制，一般應(yīng)用較少。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)模具選擇機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯中的斜導(dǎo)柱式抽芯機(jī)構(gòu)。
3.7.2 注射模具的斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱是斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的重要零件。涉及斜導(dǎo)柱主要包括斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式和安裝形式、斜導(dǎo)柱的工作直徑、抽拔角的選擇、斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度的確定以及斜導(dǎo)柱的加工精度、選用材質(zhì)及其熱處理等等。
(1）斜導(dǎo)柱傾斜角α
斜導(dǎo)柱的傾斜角是決定其抽芯工作效果的重要工作。傾斜角的大小關(guān)系到斜導(dǎo)柱所承受的彎曲力和實(shí)際達(dá)到的抽拔力，也關(guān)系到斜導(dǎo)柱的有效工作長(zhǎng)度、抽芯距和開(kāi)模行程。計(jì)算公式為[6]：
（3.17）
式中 α——斜導(dǎo)柱的抽拔角；
S——抽芯距，S=30mm；
H——斜導(dǎo)柱完成抽芯距所需的開(kāi)模行程，H=115mm；
根據(jù)（3.17）式計(jì)算α：
α=，取α=
(2）圓柱形斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度的計(jì)算
斜導(dǎo)柱的總長(zhǎng)度取決于抽芯距、斜導(dǎo)柱直徑和傾斜角。圓柱形斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度的計(jì)算式：
（3.18）
式中 L——斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度，mm；
D——斜導(dǎo)柱臺(tái)肩直徑，mm；
α——斜導(dǎo)柱抽拔角；
h——斜導(dǎo)柱固定板厚度，mm；
δ——斜導(dǎo)柱與側(cè)滑塊斜孔的配合間隙，mm；
d——斜導(dǎo)柱工作部分直徑，d=25mm；
S ——抽芯距；
根據(jù)（3.18）式計(jì)算L：
L=166.5mm，取L=167mm
最終斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。
圖3.7 斜導(dǎo)柱
3.8 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了保證注射模準(zhǔn)確合模與開(kāi)模，在注射模中必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。
本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1）導(dǎo)柱應(yīng)合理地均勻布置在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度。
(2）導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)比型芯（凸模）端面的高度高出6~8mm，以免型芯進(jìn)入凹模時(shí)與凹模相碰而損壞。
(3）導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度，常采用低碳鋼經(jīng)滲碳0.5~0.8mm，淬火48~55HRC,也可采用T8A碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理。
（4）為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形半球形，導(dǎo)套前端倒角。
（5）導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)可以保護(hù)型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
（6）一般導(dǎo)柱滑動(dòng)部分的配合形式按H8/f8，導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6，導(dǎo)套外徑的配合按H7/k6。
（7）除了動(dòng)模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外，一般還在動(dòng)模座板與推板之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套，以保證推出機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng)。
（8）導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)選取。
導(dǎo)柱與導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)圖如下：
圖3.8 導(dǎo)柱
圖3.9 導(dǎo)套
導(dǎo)柱與導(dǎo)套在模板上的分布圖如下：
圖3.10 導(dǎo)柱導(dǎo)套分布圖
3.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.9.1 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要性
塑料注射成型是將熔融狀態(tài)的塑料向模腔高壓注射，其后這些容料在模腔中冷卻到塑料變形溫度以下固化成型。在塑料固化成型過(guò)程中，由熔融狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)是由容料變形溫度和模具的溫度差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且一般來(lái)說(shuō)，模具溫度應(yīng)在塑料熱變形溫度以下才能達(dá)到迅速固化成型的目的。但是模具的溫度既不能過(guò)高也不能過(guò)低。模具溫度過(guò)高會(huì)造成溢料，脫模困難，并使模具固化時(shí)間延長(zhǎng)，延長(zhǎng)注射成型周期，降低生產(chǎn)效率；模溫過(guò)低則會(huì)影響注射熔料的流動(dòng)性，使塑料應(yīng)力增大，并可能出現(xiàn)熔接痕及缺料等制品缺陷，影響塑件質(zhì)量。模具溫度不均勻會(huì)使塑件變形，以及收縮率偏差等諸多問(wèn)題影響塑件的質(zhì)量。為此，控制模具溫度是塑件注射成型中的重要環(huán)節(jié)[7]。
3.9.2 塑料注射模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于豎笛頭部零件體積較小，所以熱傳遞的熱量也不是很大。所以冷卻水道設(shè)置在塑件兩邊，一邊一個(gè)冷卻水道，便可以滿足冷卻要求。
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算：
模具為中小型，可用下面的方法簡(jiǎn)單計(jì)算，如下：
（1）計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)從型腔中散發(fā)出的總熱量（Q總=Q1）：
（a）計(jì)算每次需要的注射量（Kg或cm3）
G=NG件+G澆
=0.53Kg
（b）確定生產(chǎn)周期（s）
t=t注 + t冷 + t脫
=35s（式中數(shù)值查表得）
（c）求使用的塑料單位熱流量Qs（Kj/Kg）
查表得ABS單位熱流量 310～400 Kj/Kg
（d）求每小時(shí)需要注射的次數(shù)
N=3600/35
=102次
（e）求每小時(shí)的注射量（Kg/h）
W=N.G
=102 0.53
=54.06 Kg/h
（f）求從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（Kj/h）
Q總=Q1=N.G.Qs=W.Qs=54.06 x 330=17840 Kj/h
（2）求冷水的體積流量（m3/min）
V=q.v=Q/60ρCT
式中，ρ為密度 103Kg/m3，C為水的比熱熔 C=4.187J/（Kg.℃），T出為水管出口設(shè)定溫度，T進(jìn)為水管進(jìn)口設(shè)定溫度，Q為凹模帶走的熱量（Kj/h）取ΔT=T進(jìn)-T出=5℃
q.v=
=4.6x10 -3 m3/min
（3）求冷卻水管的直徑d（mm）
查表 得 d=8mm
（4）求冷卻水的平均流速（m/s）；
查表 得 Vmin=1.66m/s
（5）計(jì)算凹模上應(yīng)設(shè)冷卻管的總長(zhǎng)度（m），由于傳熱面積A=πdL。所以：
L=A/d =0.5m=500mm
（6）求凹模所需冷卻管根數(shù)
N=L/B=500/120≈4
4 加工工藝設(shè)計(jì)
塑料模具的零件類(lèi)型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟(jì)低精度的通用加工、電火化成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于豎笛頭部注射模精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟(jì)、可行，故采用了普通加工與電火花成型結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件類(lèi)型下面簡(jiǎn)單分析一下主要類(lèi)型零件的加工工藝。
4．1 坯料確定
一般情況下，制作豎笛的模具采用標(biāo)準(zhǔn)棒料或板材，也可采用鍛造坯料。由于加工笛子的模具要求精度不高，決定采用45號(hào)鋼，熱處理后使用，在坯料成型前，通過(guò)鍛造可使金屬材料的金相組織密實(shí)，對(duì)其強(qiáng)度和剛度也有提高。[8]
4．2 模板的平面加工
豎笛模板要達(dá)到能夠相互配合且符合工作要求需要經(jīng)過(guò)如下幾個(gè)步驟的加工：
(a)模板平面的粗加工
對(duì)模具的坯料進(jìn)行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時(shí)對(duì)模板上較大的孔也應(yīng)該進(jìn)行粗加工。
粗加工完成了以后，應(yīng)進(jìn)行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應(yīng)力，使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過(guò)程中的變形或淬裂。
(b)模板平面的半精加工
在經(jīng)過(guò)退火而消除內(nèi)應(yīng)力之后，模板會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。半精就是去除其變形量，并給精加工留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?
(c)模板平面的精加工
4.3 孔及孔系的加工
在豎笛模板平面加工完成之后，在各個(gè)模板上需要加工的部位，包括鑲嵌成型零件的各種形狀的孔，導(dǎo)柱孔、復(fù)位