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大型注塑模具設(shè)計仿真工具：2400升固體廢棄物集裝箱
摘要
大型容器產(chǎn)品通常使用諸如滾塑的程序，這些技術(shù)沒有零件重量或尺寸限制。TIIP，薩拉戈薩大學(xué)注塑成型的機械工程，在歐洲標準下研發(fā)的CONTENURTM固體廢物的新容器高達2000升 ，其結(jié)果是一個新的主體達60公斤重。設(shè)計過程中結(jié)合了數(shù)項CAE工具（美學(xué)設(shè)計，機械設(shè)計及流變模擬），并在去年6月，顯示了最終結(jié)果，通過了不同的測試。如今，在市場上有超過5000個成品在模具生產(chǎn)過程中沒有做過基本的修改（超過100噸的重量）。本文重點論述集成工具和流程的設(shè)計與產(chǎn)品定義（即注射壓力，沖擊厚度和形狀的一部分力量）的方法。在這個過程中，特別是模具控制一些參數(shù)（注射速度，溫度，粘度，澆口位置...）的細節(jié)。
關(guān)鍵詞：CAE設(shè)計；容器；注塑成型
1.引言
過去的幾年，CAE工具在注射熱塑性彈性體成型行業(yè)，構(gòu)建了一個真實的革命。一個開始直到最終的解決方案（包括幾個過程如開發(fā)、測試的原型,修改數(shù)據(jù),新的測試,……）的過程已經(jīng)被一個更快的設(shè)計、翻譯過程和最終的客戶在同一個電腦文件下一起工作（“并行工程”）的過程取代。因此,對模具制造和完成時間減少極大,同時,引入了一些關(guān)于使用CAE的建議。
薩拉戈薩工業(yè)大學(xué)注射塑料(T.I.I.P)車間,C.S.I.C相關(guān)單位,在注射熱塑性彈性體成型中，使用CAE工具已經(jīng)超過了15個年頭，同時在不同行業(yè)（機動車、家電、包裝、玩具等）的上百個項目中積累了很多的經(jīng)驗。T.I.I.P.的工作也包含著和歐洲不同的公司一起調(diào)研的項目（聚合物流變性、半自動磨具設(shè)計等）。
同時，這個組織一直意識到安排仿真技術(shù)制造的重要性，這種形式已經(jīng)合作并且由塑料工業(yè)基金會注射成型部研究會體質(zhì)指導(dǎo)。這個組織給注射成型企業(yè)提供了各項服務(wù)，并且從中沒有任何盈利（如圖1）。許多國家的工業(yè)組織通過不同的程序和研究方向?qū)@個中心進行了支持（新的工藝比如氣輔技術(shù)或噴流注射成型；新的設(shè)計比如使用壓力和溫度的設(shè)備的過程測量技術(shù)）。
圖1 T.I.I.P注塑成型區(qū)域概貌
2.容器工程
1999年，第一個參與城市固體剩余物收集容器制造的西班牙公司（Contenur SPAIN，SL）去T.IIP-aiTIIP集團共同進行大尺寸的注塑件的設(shè)計工作，隨后測試了這些方案在這一領(lǐng)域應(yīng)用的實際可能性。
該項目的主要目標是快速制造大容量（2400 L和更多）的容器，與市場產(chǎn)品中加入了昂貴的加固結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)成型的焊接金屬板或塑料制品產(chǎn)生競爭。顯然，構(gòu)成容器的所有部件中，主要的困難是單一模腔部分的制造。
這個文獻提供了幾個零件和模具設(shè)計的例子和失敗的建議[2,3]，但是不太可能找到40kg重的大的塑料部件，而且，這個模具尺寸上的一個錯誤沒有簡單的解決方案（運輸?shù)侥＞吖ぞ咧圃焐痰闹圃旃S將會太昂貴，試驗和誤差的方法也是不提供）。
對于這個部件的設(shè)計，必須考慮到以下幾個方面：
?與歐洲標準EN12574[4]要求的基本尺寸一致；
?卸載電阻（排出側(cè)）如（圖2）；
?在功能條件和位置區(qū)具有高的耐沖擊性；
?表面容易清洗；
?美學(xué)設(shè)計；
?最低的成本（不僅是加工和裝配，還包括維護）；
?安裝的沖壓機施加的鎖模力限制（大型機器鎖模力的限制范圍在5000噸和10000噸之間）；
?準備標記，也就是說，有自由的和平坦的空間;；
?材料的限制：采用其他CONTENUR設(shè)計的相同材料。
圖 2. 裝卸作業(yè)的邊界條件，材料非線性模型，有限元模型。
特別注意的兩個限制：范圍內(nèi)的最低成本和最大鎖模力。對于最低成本，厚度是關(guān)鍵（原料的成本），在制造時確定；因此，派生機器的成本大約為厚度[5]的平方。
另一方面，為了降低其合模力，部件的投影面積和分布的壓力與一部分厚度也有很大的關(guān)系（狹窄區(qū)域產(chǎn)生較高的注射壓力，可能也會產(chǎn)生大合模力）。
由Castany等研發(fā)的方法，不僅用于注射成型，也適用于其它類似的技術(shù)[6-8]，如下：
（a） 測定產(chǎn)品的可行性：鎖模力和厚度在歐洲標準允許的基本幾何條件下調(diào)整尺寸。在這一步只是一般的線條設(shè)計，而不做功能細節(jié)。一些基本的結(jié)果如下表1所示。這些分析通過遺傳物質(zhì)的基本參數(shù)，高密度聚乙烯（表2）得到。對于高級步驟，通過幾個溫度條件計算。
（b） 選擇材料，結(jié)合熔體流動指數(shù)（MFI）和機械性能，在注入點的位置進行模擬，甚至不知道組件最終的幾何形狀，但得出幾個注入點的最好的位置是在容器主體的底部區(qū)域。該標準同時與模具結(jié)構(gòu)和零件的形狀有關(guān)。
（c） 分析主體的形式和零部件的厚度，比較結(jié)構(gòu)上的選擇方案：側(cè)壁形狀，包括氣體輔助技術(shù)注入管的側(cè)壁形狀增加的慣性等也被列入考慮。
（d） 顯然，模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模塊設(shè)計出現(xiàn)了一個其他問題。這種方式中，容器上部邊框的半圓形狀是一個很困難的設(shè)計問題，它由使用性能確定，但是在合模區(qū)域存在滑移。
（e） 將合適的零件體積和可行的不同形式與厚度和機械阻力的形式制造相結(jié)合。在這一步驟，有限元分析、3D設(shè)計和注料仿真技術(shù)同時進行（圖3、4）。最終的零件尺寸如表3。?
表1
簡單塑料模型，第一次仿真分析結(jié)果
主體厚度(mm)/質(zhì)量(kg) 最大注射壓力 (MPa) 鎖模力(kN)
6/52 96 166,000
7/60 71 122,000
8/68 55 94,000
9/76 44 74,000
10/84 35 59,000
表2
基本模擬計算參數(shù)
熔體溫度（℃） 240
在恒定速度下的注射時間
秒 20
百分率 50
模具溫度（℃） 40
表3
2400 L主體的基本尺寸（毫米）
高度 1600
寬度 1480
長度 1600
圖3. 3D數(shù)模（Pro-E繪制）
圖4. C-mold軟件：噴出的塑料溫度和冷卻線管路
用這些基本尺寸核算這四步，設(shè)計組對于最終的幾何圖樣有一個初始目標，這些細節(jié)包含輸出角度，收音機，設(shè)置的輔助配件的位置（軟木、滑軌等）。生產(chǎn)流動分析為關(guān)鍵性的方式，與美國，日本和墨西哥實業(yè)公司模具廠的模具工人一起將模具的各部分固定在最佳的位置。
這個過程的主要方面和仿真技術(shù)（為了保證注射工人的操作其他的細節(jié)不能存在）是：
1. 2.5D幾何圖形式樣模型。
2. 模腔注澆口位置。使用速度軌道去更好的控制料的流動性。根據(jù)軌道的流動澆注的設(shè)計原則使?jié)沧⑴c填滿模腔同步結(jié)束（避免保壓效應(yīng)），尤其要考慮到半圓形區(qū)域的邊界形狀。
3.最佳條件：溫度的選擇、涉及的厚度、設(shè)計的耐久強度評價條件。溫度在210℃到250℃的評價。
4. 必須要依靠正確的速度程序調(diào)節(jié)填料形式。在恒定速度的條件下，假想不允許的壓力值的增長，強化機器的極限。集裝箱磨具的最終布置，建議使用幾個沖壓速度。
這個步驟用目前已經(jīng)存在的小型集裝箱（如圖5），進行了現(xiàn)實的試驗驗證。
圖5 用于工業(yè)生產(chǎn)條件為2400L試驗驗證真正的集裝箱模型
用CAE技術(shù)計算側(cè)面標準的沖壓速度如圖6所示。但是這個“函數(shù)”如果沒有實用性的編程就不能編入到注射成型機內(nèi)部，因為液壓系統(tǒng)不能精確的隨著所有梯度上升。無論如何，這個優(yōu)化程序后，能夠得到大約15%的鎖模力。
圖6 計算機顯示的側(cè)面理論沖擊速度
5. 加注條件準備好以后，模具制造者從一個初步設(shè)想到設(shè)計的裝備，已經(jīng)用一個新的數(shù)值模型和最終的熱流道系統(tǒng)模具所驗證。對于減少填充壓力，這個連續(xù)的工藝是有可能性的，但是實際的工藝安排，維護，一定的停工降低了其用途。
6. 最后，模具冷卻分析、包裝和彎曲矯正過程走向成熟。在這種方式下，Kyowe工業(yè)公司根據(jù)材料的傳熱性采用不同的建筑材料，調(diào)整冷卻管路。成品模具的重量超過了150，000kg（相當于150公噸）。
事實上，在注射成型中，超過6000個部件在制造中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。報廢、使用性能、加工比率是和目前1000L的集裝箱（每小時20-25個零件）相似的。其他組件同時設(shè)計，實際上，得到的最后的結(jié)果非常復(fù)雜，比如：集裝箱的系統(tǒng)，明顯的小于它的主體。
本文作者，定論：CAE輔助工具在設(shè)計中是最基本的工具，同相關(guān)知識和使用相似的模具進行真實的實驗驗證相比。
鳴謝
本文作者，對于T.I.I.P-a.i.T.I.I.P組織和CONTENUR 技術(shù)人員的支持、設(shè)備和最終的目標致以衷心的感謝。特別感謝D.Castany，感謝他們的專門技能在塑料注射成型工藝、設(shè)計、在很多培訓(xùn)班里面進行的講解和世界研討會。
(14)孫宇航
塑料注射成型工藝卡片
塑料注射成型工藝卡片
資料編號
0007
車間
共 1 頁
第 1 頁
零件名稱
罩蓋
材料牌號
聚苯乙烯
設(shè)備型號
SZ-100/630
裝配圖號
材料定額
每模件數(shù)
4件
零件圖號
單件質(zhì)量
0.413g
工裝號
材料干燥
設(shè)備
溫度/℃
70-80
時間/h
1-2
料筒溫度
后段/℃
140-160
中段/℃
180-200
前段/℃
180-190
噴嘴/℃
150-180
模具溫度/℃
30-60
時間
注射/s
0-5
保壓/s
15-60
冷卻/s
15-60
壓力
注射壓力/
60~120MPa
背壓/
80MPa
后處理
溫度/℃
烘箱 70
時間定額
輔助/min
1min
時間
10min
單件/min
3 min
檢驗
編制
校隊
審核
組長
車間主任
檢驗組長
主管工程師
姚靚
模具設(shè)計與制造技能訓(xùn)練設(shè)計說明書
設(shè) 計 題 目 ：
設(shè) 計 者：
班 級：
指 導(dǎo) 教 師：
摘 要
論文根據(jù)工程實際的需要完成罩蓋的注射模設(shè)計。在設(shè)計中采用塑料注射成型論文中具體分析了產(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),并進行了一些必要的尺寸計算和強度的校核。論文中還對分型面、澆注系統(tǒng)、脫模機構(gòu)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行了分析設(shè)計，完成了工件工程圖設(shè)計，圓滿完成了模具設(shè)計所要求的各項工作。
本文中針對罩蓋注射模具制定出合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，其中包括成型部分及其零部件設(shè)計，澆注系統(tǒng)設(shè)計，脫模機構(gòu)設(shè)計，冷卻系統(tǒng)設(shè)計等。根據(jù)分析，設(shè)計了一套塑料注射模具，并對模具以及主要零件進行了CAD繪圖。
關(guān)鍵字：注射模具，澆注系統(tǒng)，脫模機構(gòu)，冷卻系統(tǒng)
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 前言 1
第2章 塑件的工藝分析 2
2.1塑件的工藝性分析 2
2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 3
2.2.1結(jié)構(gòu)分析 3
2.2.2尺寸精度分析 3
2.2.3表面質(zhì)量分析 3
2.3 計算塑件的體積和質(zhì)量 3
2.4 注射機的初選 4
第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設(shè)計 5
3.1 注射模具分型面的選擇 5
3.1.1 分型面的基本形式 5
3.1.2 分型面選擇的基本原則 5
3.1.3 分型面的選擇 5
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 6
3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 6
3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計 6
3.2.3 分流道的設(shè)計 7
第4章 成型零件的設(shè)計 9
4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
4.3 成型零件的尺寸確定 10
第5章 頂出機構(gòu)的設(shè)計 11
第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 13
第7章 排氣系統(tǒng) 14
第8章 成型設(shè)備有關(guān)參數(shù)校核 15
8.1注射機注射壓力校核 15
8.2 注射量的校核 15
8.3 鎖模力的校核 15
8.4 安裝尺寸的校核 16
8.5 開模行程的校核 16
第9章 模具特點和工作原理 16
總 結(jié) 18
參考文獻 19
第1章 前言
在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列經(jīng)濟政策的支持下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也有了較大的改善，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)之一。近年來，由于新技術(shù)的引進，模具工業(yè)有了新的發(fā)展，了解國內(nèi)外模具發(fā)展的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，對于本畢業(yè)設(shè)計無疑具有很大的借鑒作用。
塑料模在國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀
塑料模是應(yīng)用最廣泛的一類模具。在國外，塑料模占模具行業(yè)的50%以上，而我國只有30%左右。國內(nèi)模具制造周期比國外長2-4倍，模具的質(zhì)量穩(wěn)定性也較差，總體水平與國外比尚有較大差距。而塑料模的主要應(yīng)用領(lǐng)域：汽車摩托車行業(yè)，家電電子行業(yè)在加入WTO后將會有更多的新產(chǎn)品開發(fā)，對各個檔次的模具需求均有大幅增長。
現(xiàn)代模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)，主要是根據(jù)設(shè)計圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。而現(xiàn)代模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進制造技術(shù)，才能達到它的技術(shù)要求。當前，整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點是產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭劇烈。為了適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發(fā)展趨勢：
（1） 愈來愈高的模具精度。
（2） 日趨大型化模具。
（3） 擴大應(yīng)用熱流道技術(shù)。
（4） 進一步發(fā)展多功能復(fù)合模具。
（5） 日益增多高擋次模具。
（6） 進一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具。
（7） 增大塑料模具比例。
（8） 增多擠壓模及粉末鍛模。
（9） 日漸推廣應(yīng)用模具標準化。
（10） 大力發(fā)展快速制造模具。
塑性成型技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展
精密成形技術(shù)對于提高產(chǎn)品精度、縮短產(chǎn)品交貨期、減少切削加工和降低生產(chǎn)成本均有著重要意義。近!"年來，精密成形技術(shù)都取得了突飛猛進的發(fā)展。精沖技術(shù)、冷擠壓技術(shù)、無飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、超塑性成形技術(shù)、成形軋制、液態(tài)模鍛、多向模鍛技術(shù)發(fā)展很快。除傳統(tǒng)的鍛造工藝外，近年來半固態(tài)金屬成形技術(shù)也日趨成熟，引起工業(yè)界的普遍關(guān)注。所謂半固態(tài)成形，是指對液態(tài)金屬合金在凝固過程中經(jīng)攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)，固液相共存的半固態(tài)坯料進行各種成形加工。它具有節(jié)省材料、降低能耗、提高模具壽命、改善制件性能等一系列優(yōu)點，并可成形復(fù)合材料的產(chǎn)品，被譽為&$世紀新興金屬塑性加工的關(guān)鍵技術(shù)。此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金屬粉末鍛造成形，金屬粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形以及塑料注射成形中熱流道技術(shù)，氣體輔助技術(shù)和高壓注射的成功應(yīng)用，大大擴充了現(xiàn)代精密塑性成形的應(yīng)用范圍。
國內(nèi)塑性成形技術(shù)與國外相比還有一定的差距，加入WTO之后，為了塑性成形技術(shù)逐步達到國際水平，需在如下六方面不斷研究，不斷提高：
（1）塑性成形:有限元分析金屬流動；數(shù)值仿真金屬流動；成形工藝過程模擬，預(yù)測缺陷；納米材料（超細、微細晶粒）成形，微觀視塑法；快速原型成形。
（2）模具設(shè)計:計算機輔助設(shè)計；反（逆）向工程；并行工程；快速設(shè)計；協(xié)同設(shè)計；人工智能；基于知識的工程；基于事例的推理；基于模型的推理；集成化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)；多學(xué)科多功能綜合技術(shù)；特征技術(shù)。
（3）模具結(jié)構(gòu):標準化模具；模塊單元組合模具；基于Web的CAPP體系結(jié)構(gòu)；納米模具。
（4）模具材料：
A：基本材料：新型模具材料（冷作、熱作）；鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
B：表面工程技術(shù)：熱擴滲技術(shù)；熱噴涂與熱噴焊技術(shù)；復(fù)合電鍍與復(fù)合電刷鍍技術(shù)；化學(xué)鍍技術(shù)；物理氣相及化學(xué)氣相沉積技術(shù)；高能束（激光束、離子束、電子束）技術(shù)；稀土表面工程技術(shù)；納米表面工程技術(shù)。
（5）模具制造：數(shù)控；電火花；線切割；超精加工；高速銑削；計算機集成制造系統(tǒng)；快速模具制造；柔性制造系統(tǒng)；敏捷制造系統(tǒng)；虛擬制造系統(tǒng)；智能制造系統(tǒng)；協(xié)同制造系統(tǒng)；精益生產(chǎn)體系；綠色制造系統(tǒng)；信息管理系統(tǒng)。
（6）綠色環(huán)保技術(shù)：無色熱鍛潤滑劑（削除烏煙骯臟）；拉深潤滑劑（可完全揮發(fā)的）；無噪聲技術(shù)；消震、隔震技術(shù)。
針對國內(nèi)模具發(fā)展的現(xiàn)狀，本設(shè)計在水槽及其模具的設(shè)計中采用了UG軟件系統(tǒng)作為模具開發(fā)工具。從提高經(jīng)濟效益著手，在模具的設(shè)計中，在確定型腔數(shù)目時，將模具制造與注塑成型同時考慮，采用了一模四腔的方案。在水槽設(shè)計中，在滿足質(zhì)量要求的前提下，充分考慮了水槽的外觀，去掉了水槽中心的澆道，制品的擺放位置和傳統(tǒng)的相差了180度，這樣在制品被頂出的時候就不會影響到其外觀。
21
第2章 塑件的工藝分析
第2章 塑件的工藝分析
該塑件是罩蓋產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用聚苯乙烯，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
圖2.1 罩蓋圖
2.1塑件的工藝性分析
該材料為聚苯乙烯，一般聚苯乙烯強度不高，質(zhì)硬而脆，有易破碎和耐熱性低性等缺點。而通過改性后：它的抗沖擊性，絕緣性，耐熱性，耐應(yīng)力開列性等性能都提高了?；瘜W(xué)性能也更穩(wěn)定了。原料在成型前要很好的干燥，以防止塑件產(chǎn)生氣泡渾濁，銀絲和發(fā)黃等缺陷，影響塑件質(zhì)量：為了得到良好的外觀質(zhì)量，防止塑件表面出現(xiàn)流動痕跡，熔接痕和氣泡等不良現(xiàn)象，一般采用盡可能低的注射速度。
分析塑件的結(jié)構(gòu)工藝性塑件尺寸較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，對塑件的測量和計算沒較大影響，符合塑件的設(shè)計要求。
塑件精度要求,塑件工作要求不高，故選普通精度：４級
2.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
2.2.1結(jié)構(gòu)分析
從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。因此,模具設(shè)計,該零件屬于中等復(fù)雜程度.
2.2.2尺寸精度分析
從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為3.5mm,壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設(shè)計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。
2.2.3表面質(zhì)量分析
該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。
綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證.
2.3 計算塑件的體積和質(zhì)量
（1）計算塑件體積
通過計算可獲得塑件的體積V=13.4855cm。
根據(jù)塑件本身的幾何形狀及生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)目
（2）由于該塑件精度要求不高，且無側(cè)孔，且為大批量生產(chǎn)，所以考慮一模四腔，型腔平均分布，以方便澆口排列和模具的平衡。
（3）確定模具溫度及冷卻方式
ABS為非結(jié)晶性塑料，流動性中等，壁厚一般，因此在保證順利脫模的前提下盡可能的降低模溫，用冷卻水冷卻，成型溫度控制在60~80℃。
（4）確定成型設(shè)備
2.4 注射機的初選
由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，由此可計算出一次注射成型中所用塑料量為：V=4 V+V=4×13.4855+6=61 cm。則注射機的最大注射量V≧V/k=61/0.8=76.25 cm。
根據(jù)以上一次注射量的分析及考慮塑料品種、塑料結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批量及注射工藝參數(shù)、注射模具尺寸大小等因素。參考設(shè)計手冊，初選SZ-100/630型螺桿型注射機。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1-2所示
表1-2
序號
主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)值
1
最大注射量/ cm
105
2
注射壓力/MPa
164.5
3
鎖模力/KN
630
4
動定模板最大安裝尺寸/（mm×mm）
375×320
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
150
7
最大開模行程/mm
270
8
噴嘴前端球面半徑/mm
15
9
噴嘴孔直徑/mm
4
10
定位圈直徑/mm
125
第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設(shè)計
3.1 注射模具分型面的選擇
3.1.1 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、綜合式分型面。
3.1.2 分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應(yīng)有利于排氣；（3）應(yīng)考慮開模是塑料留在動模一側(cè)；（4）應(yīng)容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應(yīng)力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應(yīng)與成型設(shè)備的參數(shù)相適應(yīng)；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。
3.1.3 分型面的選擇
1、確定成型位置
由于塑件結(jié)構(gòu)簡單,所以不用設(shè)計小型心,型腔直接開設(shè)在定模板和中間板上.采用兩排各8個型腔分布.
2、確定分型面
采用單分型面注射模,從AA分型面一次分型,如下圖所示:
圖3.1 分型面
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從成型設(shè)備噴嘴進入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設(shè)計注射模具的澆注系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾項原則[12]。
（1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)布局。
（2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。
（3）應(yīng)盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。
（4）應(yīng)根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。
3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計
查資料得到SZ-100/630注射機與噴嘴的有關(guān)尺寸：噴嘴前端球面半徑R=15mm，噴嘴孔直徑d=4mm。為保證模具主流道與噴嘴的關(guān)系為：SR=R+（1~2），d=d+0.5。因此取主流道半徑SR=17mm，主流道的小端直徑d=5mm。
為了便于將凝料從主流道中拔出，應(yīng)將主流道設(shè)計成錐形，其斜度為2℃~3℃，計算其大端直徑約為11mm；為避免模內(nèi)的高壓塑料產(chǎn)生過大的反壓力，配合段直徑D不宜過大，取直徑D=25mm。
3.2.3 分流道的設(shè)計
分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用，通常分流道設(shè)置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。
分流道連接主流道和和澆口，其主要作用是在壓力損失最小的條件下，將來自主流道的熔料以較快速度送至澆口進行沖模。同時，在保證充滿型腔的條件下，要求分流道的容積要小，以減少回收的冷凝料。所以分流道截面要大小適宜。本案例采用半圓形分流道，切削加工在一塊模板上，加工易實現(xiàn)，且比表面積不大，熱量損失和阻力損失不大。查有關(guān)經(jīng)驗表格得ABS的分流道直徑推薦值為4.8~9.5mm，據(jù)此，該模具的分流道設(shè)計如圖2-2所示：
圖2-2
根據(jù)塑件的外觀要求及型腔分布情況，選用如圖2-3所示的點澆口：
圖2-3
采用帶球頭頭拉料桿的冷料穴，如圖所示，將其設(shè)置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼又開模分型時將凝料從主流道中拉出留在動模一側(cè)。
圖2-3
第4章 成型零件的設(shè)計
4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。
型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，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行處理等。
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。
成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質(zhì)量直接影響了制件的質(zhì)量。該塑件的材料為ABS工程塑料，對表面粗糙度和精度的要求較高，因此要求成型零件具有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)模具剛制作，還應(yīng)進行熱處理以使其具備50 ～55HRC的硬度。
（1）型腔側(cè)壁厚度的計算
按強度計算
其壁厚S按下列公式計算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：S=4mm
（2）底板厚度的計算
按強度計算
其壁厚H按下面公式計算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：H=5.5mm
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復(fù)合式、局部組合式、完全組合式。
4.3 成型零件的尺寸確定
該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關(guān)手冊得ABS的收縮率為0.4﹪～0.7﹪，故平均收縮率S=（0.4+0.7）﹪/2=0.0055，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差取=/3，成型零件尺寸計算見表4-1：
表4-1
類別
塑件尺寸
計算公式
工作尺寸
型腔計算
44
=
38
32
8
10
4
型芯計算
40
=
83
28
4
第5章 頂出機構(gòu)的設(shè)計
頂出機構(gòu)的分類：按驅(qū)動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。
（1）推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成
在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)，也叫頂出機構(gòu)或脫模機構(gòu)。推出機構(gòu)的動作通常是由安裝在成型設(shè)備上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。
結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位和導(dǎo)向零件組成。
（2）結(jié)構(gòu)分類
手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質(zhì)量,合模時應(yīng)使推出機構(gòu)正確復(fù)位,動作可靠。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計
（a）推桿推出機構(gòu)
推桿推出機構(gòu)是整個推出機構(gòu)中最簡單、最常見的一種形式。由于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。
（b）推管推出機構(gòu)
推管推出機構(gòu)是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。
（c）推件板的推出機構(gòu)
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構(gòu)義稱頂板頂出機構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。
特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
（d）活動嵌件及凹模推出機構(gòu)
有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構(gòu)脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
（5）頂出機構(gòu)的設(shè)計原則：
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
注射設(shè)備的頂出裝置都設(shè)計在動模一側(cè)，因此，在一般情況下開模時，盡量設(shè)計使塑件留在動模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應(yīng)充分考慮。
在實踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側(cè)的情況時，可設(shè)法增加動默一側(cè)的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側(cè)面人為的開設(shè)橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構(gòu)。
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
頂出零件應(yīng)有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。
頂出零件應(yīng)有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
塑料注射成型是將熔融狀態(tài)的塑料向模腔高壓注射，其后這些熔料在摸腔中冷卻到塑料變形溫度以下固化成型。在塑料固化成型過程中，由熔融狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)是由熔料溫度和模具的溫差來實現(xiàn)的，而且一般說來，模具溫度應(yīng)在塑料熱變形溫度以下才能達到迅速固化成型的目的。但是模具的溫度既不能過高也不能過低。模具溫度過高會造成溢料，脫模困難，并使塑件固化時間延長，延長注射成型周期，降低生產(chǎn)效率；模溫過低則會影響注射熔料的流動性，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。模具溫度不均勻會使塑件變形，以及收縮率偏差等諸多問題影響塑件的質(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)。
第7章 排氣系統(tǒng)
在注塑模具的設(shè)計過程中，必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內(nèi)，在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，氣體如不能及時排出會使制件的內(nèi)部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿甚至?xí)a(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。
排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。
由于罩蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設(shè)排氣槽。
第8章 成型設(shè)備有關(guān)參數(shù)校核
8.1注射機注射壓力校核
最大注射壓力指的是注射劑料筒內(nèi)柱塞或螺桿施加于熔融塑料的單位面積上的壓力，它用于克服熔料流經(jīng)噴嘴、澆道和型腔時的流動阻力。成型制品所需的注射壓力一般很難確定，它與塑料品種、注射劑類型、噴嘴結(jié)構(gòu)形式、制品形狀的復(fù)雜度、制品的壁厚、精度、塑化方式、塑化溫度、模具溫度及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素有關(guān)。在確定制品成型所需的注射壓力時可利用類比法或參考各種塑料到注射成型工藝等數(shù)據(jù)，一般制品的成型壓力在70~150MPa范圍內(nèi)。注射機的最大注射壓力為164.5MPa，大于成型制品所需要的注射壓力，合格。
8.2 注射量的校核
由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，由此可計算出一次注射成型中所用塑料量為：V=4 V+V=4×13.4855+6=61 cm。則注射機的最大注射量V≧V/k=61/0.8=76.25 cm，合格。
8.3 鎖模力的校核
鎖模力是指注射劑合模機構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力。注射劑鎖模力的校核公式為：F≥kpA
式中F——注射劑鎖模力，查表的SZ—100/630型螺桿式注射劑的鎖模力為630KN；
K——壓力損耗系數(shù)，一般取1.1～1.2；
P——型腔內(nèi)熔體的壓力，本塑件p=30MPa；
A——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，本模 具A=6.00×10㎡。
計算得:
kpA=1.2×30×10×6×10×10=216kN﹤F=630kN
故注射機的鎖模力足夠，滿足鎖模要求。
8.4 安裝尺寸的校核
本模具采用的型號為A4—200200—5—P4 GB/T125556.1—90的標準模架，模具的外形尺寸為200mm×200mm，模具閉合高度為H=282mm，查資料得SZ-100/630型注射機動、定模模版最大安裝尺寸為370mm×320mm，允許模具的最小壁厚=150mm，最大厚度=355mm，即模具到外型尺寸不超過注射機動定模模板最大安裝尺寸，模具閉合高度滿足≦H≦的安裝要求，故改模具滿足SZ-100/630型螺桿式注射機的安裝要求。
8.5 開模行程的校核
注射機的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，本模具為雙分型面注射模具，SZ-100/630型螺桿式注射機的最大開模行程與壁厚無關(guān)，校核關(guān)系式為：S＞＋＋a＋(5～10)
式中S——注射機的最大開模行程，查資料得SZ-100/630型桿式注射機的最大開模行程S=270mm；
——塑件脫模所需到推出距離，該塑件的脫模推出距離為38mm；
——塑件的高度為40mm；
a——取出凝料所需要的距離為54mm。
計算得：＋＋a＋(5～10)=38+40+54+10=142mm﹤S=270mm。即所選注射機的開模行程足夠。
以上分析證明，SZ-100/630型螺桿式注射機能滿足要求，故可以采用。
第9章 模具特點和工作原理
1、模具的特點：
該模具是兩板模，設(shè)計了1 個水平分型面。設(shè)計了定距拉桿， A 分
型面是為了取出制件。該模具一模16 件，節(jié)省了成本，降低了制造周期，提高了生產(chǎn)效率。
2、模具的工作過程
模具裝配試模完畢后，模具進入正式工作狀態(tài)，其基本工作過程如
下。
（1）對塑料進行烘干，并裝入料斗。
（2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當?shù)念A(yù)熱。
（3）合模、鎖緊模具。
（4）對塑料進行預(yù)塑化，注射裝置準備注射。
（5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
（6）脫模過程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注
塑機推桿推動模具推板，從而推動推件桿將之間頂出。
總結(jié)
總 結(jié)
課程設(shè)計從CAD造型設(shè)計；完成塑件注射模具方案設(shè)計和相關(guān)設(shè)計計算；模具成型零件CAD造型設(shè)計；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計過程，工程設(shè)計應(yīng)用能力得到了鍛煉和提高。
這次課程設(shè)計，歷時3個月。在此期間，針對設(shè)計內(nèi)容進行了大量的工作，順利完成了課程設(shè)計中所提出的各項任務(wù)，達到了課程設(shè)計的目的。
通過此課程設(shè)計，掌握了模具設(shè)計的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進行了具體的設(shè)計工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計、注射模成型零件尺寸的計算等。
課程設(shè)計從測繪塑件，進行三維造型繪制；完成塑件注射模具方案設(shè)計和相關(guān)設(shè)計計算；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計過程，工程設(shè)計應(yīng)用能力得到了鍛煉和提高。
完成了注射模具的制造工藝設(shè)計，但由于缺乏實際工作經(jīng)驗，在這些設(shè)計過程中也遇到了很多困難，但在老師的指導(dǎo)下，問題都迎刃而解。
總之，通過本次課程設(shè)計，加強了我對各項知識的學(xué)習(xí)深度，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣才能按步驟有條不紊地進行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅實的基礎(chǔ)。
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