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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 37 頁 共 37 頁
1 引言
模具被譽(yù)為“百業(yè)之首，工業(yè)之母”，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。近年來，中國模具工業(yè)以年均20%的速度持續(xù)快速增長。截止2006年年底，中國模具銷售額達(dá)720億元，躍居世界第三。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模具占模具總量的比例逐漸提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年中國塑料模具產(chǎn)值約100億元人民幣，2006年已發(fā)展到300多億元人民幣，年均增長率超過21%，高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具的發(fā)展?jié)摿κ遣豢傻凸赖摹?
隨著中國汽車、電子、通訊、家電等行業(yè)的發(fā)展，對塑料模具的需求越來越大，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。塑料模具將朝著大型化、高精密度、多功能復(fù)合型的技術(shù)方向發(fā)展。以汽車工業(yè)為例，隨著汽車產(chǎn)銷量高速增長，汽車模具潛在市場十分巨大。譬如在生產(chǎn)汽車時(shí)，僅制造一款普通轎車約需200多件內(nèi)飾件模具，而制造保險(xiǎn)杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿足率僅約50%。在建筑領(lǐng)域，塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢所趨，預(yù)計(jì)2010年全國塑料門窗和塑管普及率將達(dá)到30%～50%，塑料排水管市場占有率將超過50%，都會大大增加對模具的需求量[1]。
模具產(chǎn)品的品種很多，主要以沖壓模具、塑料模具和壓鑄模具為主。塑料注射模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復(fù)雜的高精度的塑料制品。設(shè)計(jì)塑料注射模具首先要對塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我們常說的ABS塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體采用乳液[2]、本體或懸浮聚合法生產(chǎn)，使其具有三種單體的優(yōu)越性能和可模塑性，在一定的溫度和壓力下注射到模具型腔，產(chǎn)生流動變形，獲得型腔形狀，保壓冷卻后頂出成塑料產(chǎn)品。
現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，涉及機(jī)械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學(xué)科專業(yè)范圍。優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應(yīng)用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場多樣化和新產(chǎn)品試制，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成型沖模、塑料注射?；驂鸿T模等，應(yīng)當(dāng)是未來5～20年的模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。所以在這種情況下，研究這一課題是具有現(xiàn)實(shí)意義的。
1.1 模具工業(yè)
1.1.1 模具材料
目前，塑料模具材料仍以模具鋼為主，但根據(jù)成型工藝的不同，也可采用非鐵合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、低熔點(diǎn)合金等材料。
塑料制品的廣泛應(yīng)用，極大地推動了塑料成型模具的發(fā)展。行業(yè)對塑料模具材料的需求量越來越大，并對材料的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。近年來，我國在新型塑料模具材料研制、提高材料冶金質(zhì)量、優(yōu)化熱處理工藝、提高模具壽命等方面做了大量的工作，為用戶提供了大量質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的塑料模具材料，獲得了顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具進(jìn)口量逐年增加，其中塑料模具占46%。我國的模具技術(shù)及模具壽命仍落后于一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，模具用材和熱處理不當(dāng)是影響模具失效的主要因素，約占70%。塑料模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度和表面粗糙度要求很高，對塑料模具型腔材料的要求比較苛刻。某單位原采用45鋼制造電視機(jī)外殼模具，使用壽命不足20萬次，模具就已損壞，改用3Cr2Mo（P20）材料后，使復(fù)雜的型腔容易切削加工，保證了模具加工質(zhì)量，而且模具壽命成倍延長[3]。正確選用模具材料及其熱處理方法，對于提高模具質(zhì)量，延長模具使用壽命是非常重要的[4～5]。
1.1.2 塑料模具鋼的性能要求
塑料模具的工作溫度在200℃～300℃。注射模工作時(shí)受熱、受壓、受磨損，且注射時(shí)可能有含氯、氟及其化合物的腐蝕氣體逸出，對模具型腔有一定的腐蝕作用。壓縮模直接壓制粉料，要承受很大的機(jī)械負(fù)荷，易磨損，型腔也會受腐蝕性氣體腐蝕。塑料模具型腔復(fù)雜，尺寸精度和表面粗糙度要求高，對塑料模具鋼的機(jī)械加工性能、鏡面拋光研磨性能、熱處理變形和尺寸穩(wěn)定性等方面都提出了相應(yīng)的要求。塑料模具鋼應(yīng)具備以下一些性能[6]：
（1）模具型腔表面應(yīng)具有足夠厚的硬化層，有一定的硬度和耐磨性。
（2）具有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌度。
（3）導(dǎo)熱性能好，膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，模具工作尺寸穩(wěn)定。
（4）機(jī)械加工性能好，表面粗糙度值低。
（5）良好的鏡面拋光研磨性能和圖案蝕刻性能。
（6）耐腐蝕性能好，有較好的焊補(bǔ)性能。
傳統(tǒng)的塑料模具鋼包括滲碳鋼如10、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3A等；調(diào)質(zhì)鋼如45、55、40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoV1Si等；高碳工具鋼如Cr12、Cr12MoV、CrWMn、Cr6WV、9Mn2V、GCr15等；耐蝕鋼如4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2等。
這些傳統(tǒng)的模具鋼，有的機(jī)械加工性能差，特別是對于形狀復(fù)雜的模具難于加工；有的則是鏡面拋光性能差，難以滿足塑料模的綜合性能要求。應(yīng)合理選擇和應(yīng)用新型塑料模具鋼以適應(yīng)塑料模具朝著高效率、高精度、高壽命.
1.1.3 我國塑料模具鋼的發(fā)展進(jìn)程
我國模具鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，形成了我國自己的模具鋼系列，總產(chǎn)量已居世界前列，建成不少先進(jìn)的生產(chǎn)工藝裝備，但是模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量方面還存在著許多不足，很多制造大型，精密，長壽命模具的鋼材仍需從國外進(jìn)口，已成為世界上進(jìn)口模具最多的國家，展望未來急待開展以下工作。
（1）研制高性能、長壽命、高的性能價(jià)格比和高效的新型模具材料，取代昂貴的進(jìn)口材料，將帶來明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
（2）我國研制的一些新型模具材料的性能和壽命已達(dá)到或接近國外先進(jìn)水平，但推廣應(yīng)用特別緩慢。因此，建議積極開展新材料的信息交流，尤其是科研人員與生產(chǎn)者的溝通。
（3）重視模具材料的深加工，加速模具材料的制品化。模具生產(chǎn)企業(yè)需要多種規(guī)格的模具材料，如圓鋼、扁鋼、厚鋼、模塊等，甚至是經(jīng)過深加工的產(chǎn)品[7]。
（4）提高模具材料生產(chǎn)的專業(yè)化水平。建議成立專門的模具材料生產(chǎn)廠，提高設(shè)備配套水平，提高生產(chǎn)水平，創(chuàng)建知名的模具材料品牌。
（5）提高國內(nèi)模具材料供應(yīng)的專業(yè)水平。目前流通領(lǐng)域中的經(jīng)、代銷商大都為非專業(yè)的，銷售公司的經(jīng)營規(guī)模停留在較低水平上，有必要建立專業(yè)的模具材料銷售公司。
1.1.4 我國模具鋼今后發(fā)展要求
（1）加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化
我國模具鋼的品種規(guī)格較少，模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。80％以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠要求在模具設(shè)計(jì)完成后，模具鋼供應(yīng)廠商能迅速提供所需鋼材，減少庫存鋼材數(shù)量，縮短制模周期。但中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)目前尚不適應(yīng)這一商品市場機(jī)制，這是進(jìn)口模具鋼材的使用在中國日益擴(kuò)大的重要原因。
（2）大力推廣應(yīng)用性能優(yōu)良的新型模具鋼，不斷完善模具鋼鋼種系列。
我國已開發(fā)出性能優(yōu)異，達(dá)到或超過國外同類水平的特色新型模具鋼，但這些新鋼的推廣數(shù)量和應(yīng)用范圍不夠大，有選擇地開發(fā)先進(jìn)模具鋼，例如開發(fā)粉末冶金模具鋼，多元易切削系塑料模具鋼，開發(fā)玻璃、陶瓷，耐火磚和地磚等成形模具用鋼，完善中國的模具鋼系列。
（3）進(jìn)一步提高模具鋼的質(zhì)量
我國某些特殊鋼廠已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機(jī)和精鍛機(jī)等生產(chǎn)模具鋼，模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高，如D2、P20等，出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達(dá)到國際先進(jìn)水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔，進(jìn)一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。我國還需要在這方面進(jìn)一步開展工作。
（4）加強(qiáng)先進(jìn)模具熱處理技術(shù)的推廣與應(yīng)用
模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應(yīng)進(jìn)一步得到發(fā)展，對一些行之有效的模具表面熱處理技術(shù)，應(yīng)完善其工藝，加強(qiáng)其推廣和應(yīng)用。提高裝備和工藝材料的制造水平，加強(qiáng)熱處理專業(yè)廠的建設(shè)。
1.2 模具機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1.2.1 內(nèi)側(cè)抽芯的結(jié)構(gòu)
（1）內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)介紹
當(dāng)塑件帶有側(cè)凹或者側(cè)孔時(shí)，在被推出之前必須先進(jìn)行側(cè)向抽芯，即從塑件中抽出成型側(cè)凹或者側(cè)孔的瓣合模塊或側(cè)向型芯，然后塑件才能順利脫模，完成側(cè)向型芯或瓣合模塊的抽出與復(fù)位的機(jī)構(gòu)成為側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)[8～10]。
帶內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)注射模具，顧名思義，是制造出常用塑件內(nèi)側(cè)帶有凸臺或者凹槽，塑件上有側(cè)向孔、側(cè)向凸凹、側(cè)向的凸臺，因塑件內(nèi)側(cè)有凹槽，模具上用于成型該處的零件就必須做成可側(cè)向移動的零件，以便在脫模之前或脫模時(shí)抽出側(cè)向成型零件，否側(cè)就無法脫模，要求塑件能從模具架中順利取出。
（2）常見內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
塑料制品的內(nèi)側(cè)經(jīng)常會有凸臺和凹穴，除用斜導(dǎo)柱內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽芯外，也可采用斜滑塊內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑料制品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。根據(jù)塑料制品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可用用不同形式的斜滑塊內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。
（a）斜導(dǎo)柱側(cè)向機(jī)構(gòu)
斜導(dǎo)柱側(cè)向機(jī)構(gòu)抽芯機(jī)構(gòu)除了完成塑件外抽芯外，還可以對塑件進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯
（b）斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理
斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)適用于塑件側(cè)孔或側(cè)凹較淺但成型面積較大的場合。斜滑塊側(cè)向抽芯的特點(diǎn)是利用推出機(jī)構(gòu)的推力驅(qū)動斜滑塊側(cè)向運(yùn)動，在塑件被推出的同時(shí)由斜滑塊完成側(cè)向抽芯動作。一般分為外側(cè)向抽芯和內(nèi)側(cè)向抽芯兩種。
（c）斜導(dǎo)桿抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理
斜導(dǎo)桿是斜滑塊的一種變形形式，其動作原理與斜滑塊機(jī)構(gòu)抽芯機(jī)構(gòu)相同，所不同的是斜導(dǎo)桿是矩形截面的細(xì)長桿件，剛度較差，故適用于抽芯力較小的場合。
1.2.2 選定斜導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)完成此次課題
根據(jù)課題要求，經(jīng)過認(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，選擇斜導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)作為完成此次零件注射。但需要考慮的是斜導(dǎo)桿抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如圖1.1所示：
（1）斜導(dǎo)桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（a）斜導(dǎo)桿的形狀：斜導(dǎo)桿上端為塑件側(cè)凹的成型部位，其結(jié)構(gòu)形狀。所顯示機(jī)構(gòu)簡單，加工方便，不易變形，但容易產(chǎn)生水平飛邊；結(jié)構(gòu)容易變形，飛邊與塑件邊緣易變形，飛邊與塑件邊緣易形成位置偏差，盡量不用。
（b）模板上斜導(dǎo)桿孔尺寸的確定：以斜導(dǎo)桿與模板接觸的兩點(diǎn)A與B作垂直線線，以斜導(dǎo)桿寬度尺寸C作水平線，兩者相交得以矩形截面（圖中陰影部分形狀）；再以該矩形截面中心為圓心畫圓，該圓與矩形截面之間至少留有δ（δ≥0.5）的間隙，否則斜導(dǎo)桿運(yùn)動受到干涉，所畫圓的直徑即為模板上斜導(dǎo)桿的孔徑尺寸。
（c）斜導(dǎo)桿與推桿直接按的距離L應(yīng)大于斜導(dǎo)桿側(cè)向抽芯行程S，以避免斜導(dǎo)桿推出時(shí)與推桿發(fā)生碰撞。
（d）為了提高斜導(dǎo)桿的強(qiáng)度和剛度，減少斜導(dǎo)桿與模板之間的磨損，再模板上常常鑲嵌經(jīng)淬火的墊塊，對斜導(dǎo)桿進(jìn)行支撐和導(dǎo)向。
（2）斜導(dǎo)桿座的設(shè)計(jì)要求
斜導(dǎo)桿下端與斜導(dǎo)桿座用轉(zhuǎn)銷連接，斜導(dǎo)桿座用螺釘固定再推桿固定板上，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（a）兩個(gè)或兩個(gè)以上的斜導(dǎo)桿，其運(yùn)動方向一致且間距較小時(shí)，可共用一個(gè)斜導(dǎo)桿座，但要注意兩銷釘直接按的距離d不應(yīng)小于4mm到5mm
（b）當(dāng)斜導(dǎo)桿強(qiáng)度較差，需要縮短其長度或推桿固定板厚度較薄時(shí)，可將斜導(dǎo)桿座凸出推桿固定板或沉入推板內(nèi)。
（c）當(dāng)斜導(dǎo)桿寬度較大時(shí)，其底部可切小用銷釘固定，如圖；當(dāng)斜導(dǎo)桿太薄時(shí)（5mm以下）或者無法采用銷釘固定時(shí)，可采用切槽固定的方法。
（d）斜導(dǎo)桿座一般采用M5或M6螺釘固定再推板固定板上。螺釘孔深不能穿過斜導(dǎo)桿座的滑動部分。為了方便緊固螺釘，再推板上還設(shè)計(jì)有13mm大小的圓孔。
圖1.1 斜導(dǎo)桿抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要求圖
1.2.3 選根據(jù)內(nèi)側(cè)抽芯選定工件，進(jìn)行工藝分析
（1）本次課題是帶內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)注射模具設(shè)計(jì)。首先了解內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)的原理以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
（2）根據(jù)要求選定需要的塑料工件，我選擇的是常用薄板零件。
（3）對塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分析，如圖所示1.2；無特殊要求，尺寸公差按IT7級精度查取[11]。
（a）塑件高10mm，寬度44mm，塑件成型性能良好；
（b）塑件內(nèi)部有2mm×10mm×5mm凹槽，需要用內(nèi)抽芯的方式取出。
（c）必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊
（d）塑件表面要求光澤無裂痕，未明確粗糙度為Ra=6.3μm
圖1.2 薄板零件
1.2.4 此薄板零件的材料的選擇
通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說，要考慮的主要是材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力，彈性模量，彎曲強(qiáng)度，表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題。
塑料材料的相對密度在0.83～2.2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。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。
此薄板零件選擇聚苯乙烯（非結(jié)晶型）俗稱PS，作為注射材料，其特點(diǎn)是成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于是一般性民用品，以性能上，價(jià)格上都符合我們主要要求，其它如拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率等則是次要考慮的指標(biāo)（這由塑件的工作環(huán)境決定)。PS為塑件材料是最初選定的。因?yàn)槌速|(zhì)脆和抗拉強(qiáng)度稍微顯得性能不足，它所擁有的特性符合我們的塑件要求，但這些不是我們主要考慮的。
1.2.5 繪制模具裝配圖草圖
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。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個(gè)重要部分：
（1）成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(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。
（2）確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要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。
（3）確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時(shí)和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們在設(shè)計(jì)時(shí)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，通盤考慮設(shè)計(jì)。
（4）選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機(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。
（5）側(cè)抽機(jī)構(gòu)的確定：根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽或孔及螺紋結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
（6）頂出機(jī)構(gòu)的確定：定模動模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動作。塑件落在動模上，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)動下將成型塑件從動模中頂出。
（7）確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個(gè)模具都必須盡可能好的設(shè)計(jì)溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對冷卻回路應(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。
（8）確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，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。
1.2.6 對零件進(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)開始對各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1：1的比例畫出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫出。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，對模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。主要零件繪制完成，對裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問題會充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后，描清并正式編號，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
本課題的任務(wù)內(nèi)容是要求設(shè)計(jì)一副帶內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的注射模，以此為基礎(chǔ)，完成模具制造的工藝設(shè)計(jì)。并繪制CAD三維造型設(shè)計(jì)。帶內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)注射模要求一模一腔，并自動脫凝料。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 方案與設(shè)計(jì)
根據(jù)帶內(nèi)側(cè)抽芯零件（薄板零件）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)我選擇了斜導(dǎo)桿抽芯機(jī)構(gòu)。選擇的薄板零件是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的零件，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于薄板零件內(nèi)部有凹槽，不能直接推出，成型模具需要采用內(nèi)側(cè)抽芯的成型結(jié)構(gòu)，所以符合此次題刻設(shè)計(jì)要求。根據(jù)查找的各方面資料[12]，開始選擇了斜滑塊抽芯和斜導(dǎo)桿抽芯機(jī)構(gòu)兩種方法來實(shí)現(xiàn)。在比較之后，前者適合抽芯力較大的場合，后者更符合薄板零件的要求，此處的抽芯力較小。所以我采用了斜導(dǎo)桿內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)注射模具。斜導(dǎo)桿方案如圖2.1：
設(shè)計(jì)時(shí)要注射斜導(dǎo)桿座的位置關(guān)系，斜導(dǎo)桿的旋轉(zhuǎn)的位置，旋轉(zhuǎn)的角度，零件要完成脫模的同時(shí)，斜導(dǎo)桿與支撐板，型芯之間還不發(fā)生干涉。
圖2.1 裝配草圖
3 帶內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)注射模的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程
3.1 注射成型的準(zhǔn)備
3.1.1 注射成型工藝簡介
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓冷卻以后，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件。一般分為三個(gè)階段的工作。
圖3.1 注塑成型壓力—時(shí)間曲線
（1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
（2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時(shí)間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
（3）制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復(fù)雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
（4）退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10℃～20℃至熱變形溫度以下10℃～20℃之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100℃～121℃，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取2小時(shí)～9小時(shí)。
3.1.2注射成型工藝
（1）溫度：注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。
（2）壓力：注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像PS流動性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時(shí)所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為3.4Mpa～27.5Mpa。
（3）時(shí)間：完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為3 s～5 s，保壓時(shí)間一般為20 s～120 s，冷卻時(shí)間一般為30 s～120 s（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長）?？梢猿醪酱_定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)
3.2 注射機(jī)的選擇
3.2.1 注射機(jī)分類
（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)：注射裝置與鎖模機(jī)構(gòu)的軸線呈一直線垂直排列。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；推出的塑件要由手工取出，不易實(shí)現(xiàn)自動化，容積較小。
（b）臥式注射機(jī)：注射裝置與鎖模裝置的軸線呈一直線水平排列，使用廣泛。優(yōu)點(diǎn)：重心低，穩(wěn)定；加料、操作及維修方便；塑件可自行脫落，易實(shí)現(xiàn)自動化。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)
注射裝置與鎖模裝置的軸線相互垂直排列。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，在液壓缸的推動下，將熔體注入模具。臥式注射機(jī)多為螺桿式。
目前，在注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)中，有用注射量為主參數(shù)的，也有用合模力為主參數(shù)的，但大多以注射量合模力來表示注射機(jī)的主要特征。
國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有輕工部標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。注射機(jī)型號中的字母S表示塑料機(jī)械，Z表示注射機(jī)，X表示成形，Y表示螺桿式（無Y表示柱塞式）等。
3.2.2 注射機(jī)的選用
注射機(jī)的選用包括兩方面的內(nèi)容：一是確定注射機(jī)的型號，使塑料、塑件、注射模及注射工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)在所選注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；一是調(diào)整注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需要的參數(shù)。
（1）注射機(jī)類型的選擇：根據(jù)塑料的品種、塑件的結(jié)構(gòu)、成形方法、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有設(shè)備及注射工藝等進(jìn)行選擇。
（2）注射機(jī)規(guī)格的初選：根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和注射模的大小，先預(yù)選注射機(jī)的型號，之后要進(jìn)行以下的校核。
（3）注射機(jī)參數(shù)的校核：
（a）最大注射量的校核
塑件連同凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應(yīng)大于注射機(jī)公稱注射量的80%，注射機(jī)多以公稱容量來表示。
（b）注射壓力的校核
注射機(jī)的公稱注射壓力要大于成形的壓力。
（c）鎖模力的校核
由于高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)軸向的很大的推力，這個(gè)力應(yīng)小于注射機(jī)的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
（d）安裝部分的尺寸校核
應(yīng)校核的尺寸包括噴嘴、定位圈、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔。
注射機(jī)的噴嘴頭部的球面半徑R1應(yīng)與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從狹縫處溢出。R2一般應(yīng)比R1大1mm～2mm，否則主流道內(nèi)的塑料凝料無法脫出。為了使模具的主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位圈或主流道襯套與定位圈的整體式結(jié)構(gòu)的外尺寸d應(yīng)與注射機(jī)固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合。
注射模具的動模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定。
注射機(jī)的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時(shí)所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開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)最大開模行程與模具厚度無關(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)最大開模行程與模具厚度有關(guān)。
3.2.3 選擇注塑機(jī)
（1）由公稱注射量選定注射機(jī)
由注射量選定注射機(jī).由PRO/E建模分析得（材料密度取ρ=1.054g/cm3）：
總體積V=15.18cm3；
總質(zhì)量M=20.55g；
流道凝料V=0.5V(流道凝料的體積（質(zhì)量）是個(gè)未知數(shù)，根據(jù)手冊取0.5V（0.5M）來估算，塑件越大則比例可以取的越?。?
實(shí)際注射量為：
V實(shí)=15.18×1.5=22.77cm3；
實(shí)際注射質(zhì)量為
M實(shí)=1.5M=20.55×1.5=30.83g；
根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則，即：
0.8V公≧V實(shí)
V公=V實(shí)/0.8=22.77÷0.8=28.46cm3
（2）一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機(jī)理論注射量的10%～80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選50%～80%為最佳。
（3）塑件的形狀較復(fù)雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為PS，粘度為中等，一般選用的壓力為100Mpa～140Mpa，PS的注射壓力在60Mpa～100Mpa。塑件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，取P=80Mpa
（a）塑件的投影面積計(jì)算A=44X44=19.36cm2
（b）型腔的壓力計(jì)算P腔=2/3×P=53.3Mpa
（c）鎖模力的計(jì)算F=AP腔=41.32X53.3=22X104N
根據(jù)計(jì)算，初選柱塞式注射機(jī)：XS-Z-60。
3.2.4 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核和最終選擇
（1）模具閉合高度的校核
安裝模具的高度應(yīng)滿足：
Hmin＜H＜Hmax
設(shè)計(jì)模具高度為：
H總=237mm
由于XS-Z-60型注射機(jī)所允許模具的最小厚度為Hmin70mm，最大厚度為Hmax200mm，所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。
改選XS-ZY-125型，最大裝模高度Hmax=300mm，最小裝模高度Hmin=200mm，H總=237mm介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求。
XS-ZY-125型注射機(jī)的主要參數(shù)：額定注射量125cm3；螺桿直徑42mm；注射壓力120Mpa；注射行程115mm；注射方式，螺桿式；鎖模力900KN；最大成型面積320；最大開合模行程300mm，模具最小厚度200mm；噴嘴圓弧半徑R12mm；噴嘴孔直徑Φ4mm；頂出形式，兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出。
3.2.5 模具開模行程校核
模具開模行程應(yīng)滿足：Sm
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