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紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目：
基于Pro/E的瓶蓋注塑模設(shè)計
副 標(biāo) 題：
學(xué) 生 姓 名：
所在系、專業(yè)：
機電工程系、模具設(shè)計與制造
班 級：
指 導(dǎo) 教 師：
日 期：
I
摘 要
本產(chǎn)品是日常應(yīng)用的塑料瓶蓋，且實用性強。該產(chǎn)品設(shè)計為大批量生產(chǎn)，故設(shè)計的模具要有較高的注塑效率，澆注系統(tǒng)要能夠自動脫模。塑件的工藝性能要求注塑模中有冷卻系統(tǒng)，因此在模具設(shè)計中也進(jìn)行了設(shè)計。
關(guān)鍵詞： 塑料蓋、注射模具、注射成型
I
目 錄
摘 要 I
目 錄 I
1、蓋造型設(shè)計 1
1.1瓶蓋的選料及其性能 1
1.2瓶蓋注射成型工藝過程 1
1.3瓶蓋的結(jié)構(gòu)分析 2
1.4瓶蓋造型設(shè)計過程 2
2、注射機的選擇 5
2.1 注射機規(guī)格 5
2.2 注射機的校核 6
2.2.1 注射機注射容量校核 6
2.2.2 注射機鎖模力校核 6
2.2.3 注射機注射壓力校核 7
2.2.4 注射機模具厚度校核 7
2.2.5 注射機最大開模行程校核 7
3、成型零件與澆注系統(tǒng)的設(shè)計 8
3.1凹、凸模成型零件的設(shè)計 8
3.1.1加載參照模型 8
3.1.2成型零件設(shè)計 9
3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計 13
3.2.1 主澆道的設(shè)計 13
3.2.2分澆道的設(shè)計 13
3.2.3 澆口及冷料穴設(shè)計 14
3.2.4鑄模和開模 15
3. 3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計 16
3.3.1 凹、凸模冷卻系統(tǒng)設(shè)計 16
4、模具零件設(shè)計 17
4.1 推出系統(tǒng)設(shè)計 17
4.2 確定模架 18
4.3 模架各裝配零件設(shè)計 20
4.3.1 導(dǎo)向零件設(shè)計 20
4.3.2 澆注系統(tǒng)零件設(shè)計 21
4.3.3 推出機構(gòu)零件 22
4.3.4定位圈 22
4.3.5 其他零件 23
5、模具的裝配和調(diào)試 23
5.1 模具的裝配 23
5.2 模具的調(diào)試 24
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
I
1、蓋造型設(shè)計
1.1瓶蓋的選料及其性能
選用PS作為瓶蓋的材料。
（1）PS的典型應(yīng)用范圍:
產(chǎn)品包裝，家庭用品（餐具、托盤等），電氣（透明容器、光源散射器、絕緣薄膜等）。
（2）注塑模工藝條件:
干燥處理：除非儲存不當(dāng)，通常不需要干燥處理。如果需要干燥，建議干燥條件為80℃、2~3小時。
熔化溫度：180~280℃。對于阻燃型材料其上限為250℃。
模具溫度：40~50℃。
注射壓力：200~600bar。
注射速度：建議使用快速的注射速度。
流道和澆口：可以使用所有常規(guī)類型的澆口。
（3）化學(xué)和物理特性:
大多數(shù)商業(yè)用的PS都是透明的、非晶體材料。PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學(xué)透過特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無機酸，但能夠被強氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機溶劑中膨脹變形。
典型的收縮率在0.4~0.7%之間。
1.2瓶蓋注射成型工藝過程
瓶蓋注射成形工藝過程如下：
注射裝置準(zhǔn)備裝料
預(yù)烘干 裝入料斗 預(yù)塑化 注射裝置準(zhǔn)備注射
清理嵌件、預(yù)熱
清理模具、涂脫模劑 放入嵌件 合模 注射 保壓
脫模 冷卻
塑件送下工序
注射成形工藝參數(shù)見表1。
表 1
注射機類型
預(yù)熱和干燥
料筒溫度（℃）
噴嘴溫度（℃）
溫度（℃）
時間（h）
后段
中段
前段
螺桿式
80～95
4～5
150～170
165～180
180～200
170～180
模具溫度（℃）
注射壓力（Mpa）
成形時間（s）
50～80
60～100
高壓時間
保壓時間
冷卻時間
成形時間
0～5
15～30
15～30
40～70
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
后 處 理
方 法
溫度（℃）
時間（h）
30～60
紅外線燈、烘箱
70
2～4
1.3瓶蓋的結(jié)構(gòu)分析
下面確定瓶蓋的各項技術(shù)參數(shù)：
1）尺寸大小和精度瓶蓋壁厚的厚度不宜過大或過小。如果壁厚太小，則瓶蓋的強度、剛度不夠，同時給制造帶來困難。如果壁厚太大，不僅造成材料浪費，而且容易產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷，同時因冷卻時間過長而降低生產(chǎn)率，所以瓶蓋壁厚取1mm。塑件的尺寸精度主要取決于塑料收縮率的波動和模具制造誤差，由于我們要設(shè)計的零件的工作環(huán)境對精度要求不高，加之選用的塑料PS推薦精度等級為3、4、5級，所以只要求瓶蓋能與其它零件能正常裝配即可，因此瓶蓋選用4級精度。
2）壁厚和圓角塑件壁厚力求各處均勻，以免產(chǎn)生不均勻收縮等成形缺陷。塑件轉(zhuǎn)角處一般采用圓角過渡，其半徑為塑件壁厚的1/3以上，最小不宜小于0.5mm。
3）加強肋為了保證瓶蓋的強度和剛度而不使瓶蓋的壁厚過大，在瓶蓋的適當(dāng)位置設(shè)置了加強肋。
l 4）孔嚴(yán)格意義上講塑件上的通孔和盲孔通常用單獨型芯或分段型芯來成形，對于易彎曲變形的型芯，須附設(shè)支承住。但是本次設(shè)計中，考慮到生產(chǎn)成本的盡量縮小，該空孔的高度不高，以及我們需要的孔在工藝上要求不高，我們采用分型面直接成形法。
1.4瓶蓋造型設(shè)計過程
在設(shè)計瓶蓋之前，首先看看所需要設(shè)計的瓶蓋的具體形狀，以便在接下來的設(shè)計中能快速、準(zhǔn)確的設(shè)計出瓶蓋。需要設(shè)計的瓶蓋的具體形狀如圖1所示：
圖1
有了這個大概的形狀圖，下面開始設(shè)計零件了。
1、 打開Pro/e，新建->零件—>實體，并命名點確定，
Pro/e進(jìn)入繪制零件狀態(tài)，模型樹和繪圖界面如圖2所示：
圖2
2、建立左端面的拉伸特征。繪制如圖3所示的截面，完成拉伸命令，即可得到左端面的圖形，如圖4所示。
圖3
圖4
建立拉伸特征。繪制截面，拉伸后完成后零件如圖5所示：
3、
圖5
4、 利用拉伸切除命令，如圖6所示：
圖6
5、至此，瓶蓋的主體已經(jīng)設(shè)計完畢。
6、進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱A角處理，使得瓶蓋更加光順、漂亮。零件完成后如圖7所示：
圖7
2、注射機的選擇
2.1 注射機規(guī)格
注射機是熱塑性塑料和部分熱固性塑料注射成形的主要設(shè)備，我們選擇注射機型號為XS-Z-60,它的技術(shù)規(guī)格如表2所示。
表 2
型號
螺桿直徑（mm）
注射容量（cm3）
注射壓力（Mpa）
鎖模力(kN)
XS-Z-60
38
500
122
500
最大注射面積（cm3）
模板行程（mm）
定位孔直徑（mm）
130
180
模具厚度（mm）
噴嘴
頂出
兩側(cè)
中心孔徑（mm）
最大
最小
球半徑（mm）
孔半徑（mm）
孔徑（mm）
孔距（mm）
200
70
12
4
22
230
50
2.2 注射機的校核
2.2.1 注射機注射容量校核
塑件成形所需的注射總量應(yīng)小于所選注射機的注射容量。注射容量以容積（cm3）表示時，塑件體積（包括澆注系統(tǒng)）應(yīng)小于注射機的注射容量，其關(guān)系按2-1式校核
V件≤0.8V注 （2-1）
式中
V件 —塑件與澆注系統(tǒng)的體積（cm3）;
V注 —注射機注射容量（cm3）;
0.8 —最大注射容量利用系數(shù)。
在這個設(shè)計中，
V件= 29 cm3
V注=60cm3
29<0.8*60=48
所以注射機注射容量完全滿足要求。
2.2.2 注射機鎖模力校核
模具所需的最大鎖模力應(yīng)小于或等于注射機的額定鎖模力，其關(guān)系按2-2式校核
p腔F≤P鎖 （2-2）
式中
p腔 — 模具型腔壓力，一般取40～50Mpa；
F — 塑件與澆注系統(tǒng)分型面上的投影面積（mm2）;
P鎖 — 注射機額定鎖模力（N）。
在這個設(shè)計中
p腔 = 40 Mpa
F = 10734.2mm2
P鎖 = 500 kN
p腔F = 40 × 106 ×10734.2 × 10-6 = 429.368 (kN)< 500(kN)
所以注射機的鎖模力也滿足要求。
2.2.3 注射機注射壓力校核
塑件所需的注射壓力應(yīng)小于或等于注射機的額定注射壓力，其關(guān)系按2-3式校核
p成 ≤ P注 （2-3）
式中
p成 — 塑件成形所需的注射壓力（Mpa）；
P注 — 所選注射機的額定注射壓力(Mpa)。
在這個設(shè)計中
p成 = 80 Mpa
P注 = 122Mpa
顯然，80 <122Mpa，因此注射壓力也滿要求。
2.2.4 注射機模具厚度校核
模具閉合時的厚度應(yīng)在注射機動、定模板的最大閉合高度和最小閉合高度之間，其關(guān)系按2-4式校核
H最小 ＜ H模 ＜ H最大 （2-4）
式中
H最小 — 注射機所允許的最小模具厚度（mm）；
H模 — 模具閉合厚度（mm）；
H最大 — 注射機所允許的最大模具厚度（mm）。
在這個設(shè)計中
H最小 =70 mm
H模 = 80 mm
H最大 = 200 mm
顯然，70<80<200
所以注射機模具厚度也滿足要求。
2.2.5 注射機最大開模行程校核
塑件所需的開模距應(yīng)小于注射機的最大開模行程。對在液壓機械聯(lián)合鎖模的立式、臥式注射機上使用的一般澆口模具，關(guān)系按2-5式校核
H1 + H2 + 5～10mm ≤ s （2-5）
式中
H1 — 脫模距離(推出距離)（mm）；
H2 — 塑件高度（包括澆注系統(tǒng)）（mm）；
S — 注射機模板行程（mm）。
在這個設(shè)計中
H1 = 25 mm
H2 = 11mm
S = 180mm
H1 + H2 + 10 = 25 + 11 +10 = 46 mm
46< 180
因此，注射機模板行程也滿足要求。
3、成型零件與澆注系統(tǒng)的設(shè)計
3.1凹、凸模成型零件的設(shè)計
設(shè)計中，利用Pro/enginner 系統(tǒng)的制造組塊（mfg）建立好分型面后自動創(chuàng)建凹、凸模來設(shè)計凹凸成型模具。
3.1.1加載參照模型
1）新建文件
執(zhí)行[文件/新建]命令，在新建對話框類型欄中選擇[制造]，子類型中選擇[模具型腔]，取消[使用缺省模板]的勾選，單擊[確定]按鈕，進(jìn)入[新文件選項]對話框，在[模板]欄內(nèi)選擇mms_mfg_mold,這是一個公制的模具設(shè)計模塊，單擊[確定]按鈕。
2）定位參照零件
執(zhí)行菜單管理器中的[模具/模具型腔/定位參照零件]命令，系統(tǒng)將同時彈出[布局]對話框和[打開]對話框，在[打開]對話框中選取瓶蓋零件作為模具的參照零件，單擊[打開]按鈕。在[創(chuàng)建參照模型]對話框中，輸入?yún)⒄漳Ｐ偷拿Q，單擊[確定]按鈕。在[布局]對話框中，單擊[參照模型起點與定向]欄內(nèi)的按鈕，單擊[確定]按鈕。
注意：在這個過程中，必須使得PULL DIRECTION雙箭頭方向（開模方向）與參照模型的Z軸方向一致，如果不一致，則執(zhí)行菜單管理器中的[坐標(biāo)系統(tǒng)類型/動態(tài)]命令進(jìn)行調(diào)整。
3）模型布局
本設(shè)計采用一模8件的布局方式將參照模型分布好。在[布局]對話框中將參數(shù)設(shè)置好，單擊[預(yù)覽]按鈕，如圖8所示。
圖8
預(yù)覽無誤后，在[布局]對話框中單擊[確定]按鈕。
4）保存文件。
3.1.2成型零件設(shè)計
成型零件在此主要是指型心（Core）和型腔(Cavity),型心和型腔圍合而成的空腔即是塑料制件的體積。成型零件的設(shè)計是模具設(shè)計的關(guān)鍵步驟，其設(shè)計的難易程度取決于塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜程度，有較簡單的也有非常復(fù)雜的。
本瓶蓋成型零件的設(shè)計過程是：先制作一個完全能包容塑料制件的毛胚工件（Workpiece），在根據(jù)制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型分模面，以分型面將毛胚工件分割成兩塊材料，最后將這兩塊材料提取出來形成型心和型腔。
1） 應(yīng)用收縮
塑料制件從熱模具中取出并冷卻至室溫后，其尺寸會發(fā)生縮減，為了補償這種變化，故在要在參照模型上增加一個收縮量，收縮量等于收縮率乘以尺寸。
單擊菜單管理器中的[模具/收縮]命令，系統(tǒng)將提示選擇對象，在圖中任選一個水瓶蓋參照模型。接著，依次單擊菜單管理器中[收縮/按尺寸/設(shè)置復(fù)位/所有尺寸]，在彈出的文本框內(nèi)輸入收縮率的值：0.005，單擊確定
2） 增加毛胚工件
毛胚工件——Workpiece，它是一個能夠完全包容參照模型的組件，通過分型面等特征可以將其分割成型心或型腔等成型零件。依次單擊菜單管理器中的[模具/模具型腔/創(chuàng)建/工件/手動]命令，繪制截面拉伸后得如圖9所示工件：
圖9
3） 設(shè)計分型面
設(shè)計塑料成型模具時，分型面的設(shè)計是一個重要的設(shè)計內(nèi)容，分型面選擇合理，模具結(jié)構(gòu)簡單，塑件容易成型，并且塑件質(zhì)量高。如果分型面選擇不合理，模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，塑件成型困難，并且塑件質(zhì)量差。
分型面的形狀 主要有平面、斜面、階梯面、曲面等。
選擇分型面的一般原則 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應(yīng)遵循以下幾項原則：
1)為了便于塑件起模，分型面一般使塑件在開模時留在下?；騽幽Ｉ?，且分型面應(yīng)選在塑件外形的最大輪廓處。
2)選擇分型面時，應(yīng)盡量只采用一個與開模方向垂直的分型面，并盡量避免側(cè)向抽芯與側(cè)向分型。
3)對于有同軸度要求的塑件，模具設(shè)計時應(yīng)將有同軸度要求的部分設(shè)計在同一模板內(nèi)。
4)分型面的選擇應(yīng)有利于防止溢料。當(dāng)塑件在分型面上的投影面積接近于注射機的最大面積時，就有可能產(chǎn)生溢料。
5)分型面的選擇應(yīng)有利于排氣。為此，一般分型面應(yīng)與熔體流動的末端重合。
對于高度較高的塑件，其外觀無嚴(yán)格要求時，可將分型面選擇在中間。此外，選擇分型面是還應(yīng)考慮到塑件的精度、塑件的外觀質(zhì)量要求、模具加工難易程度等因素。
分型面的形式參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-40，其選擇示例見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-47。執(zhí)行分型面創(chuàng)建中的復(fù)制、拉伸、平整等命令后得到分型面。分型面創(chuàng)建完成后，如圖10所示：
圖10
分型面設(shè)計好后，在經(jīng)過分割體積塊、抽取模具元件兩道工序后，凸模和凹模都已經(jīng)設(shè)計好了。分別如圖11和12所示：
圖11
圖12
3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計
注射模的普通澆注系統(tǒng)由主澆道、分澆道、澆口、冷料穴四部分組成。
主澆道：從注射機的噴嘴與模具接觸的 部分到分澆道為止的一段流道。
分澆道：從主澆道的末端到澆口為止的一段流道。
澆口：從分流道的末端到模具型腔為止的一段狹窄的澆道。
冷料穴：一般設(shè)在主澆道的對面，有時也設(shè)在分澆道的末端。
3.2.1 主澆道的設(shè)計
主澆道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸為直徑為5mm。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式，俗稱澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進(jìn)行加工和熱處理。本設(shè)計中澆口套由于與定位圈有配合需求，而且注射機噴嘴球半徑12，遵循注射機球半徑小于等于澆口套球半徑的國標(biāo)要求，澆口套的規(guī)格有S15，S20 等幾種。由于注射機的噴嘴半徑為S12，所以為澆口套取S15。
主流道澆口套固定配合見圖13所示。
圖13
3.2.2分澆道的設(shè)計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應(yīng)設(shè)置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。分流道的設(shè)計應(yīng)盡量使比面積小，熱量損失少，摩擦阻力小。常用分流道的截面形狀及尺寸參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-49。在考慮分流道設(shè)計時，由于其水平高度已經(jīng)被主流道位置確定，因此，我們只要設(shè)計分流道的布置形式和截面形狀即可。考慮到圓形截面的分流道在注射過程中對塑料流動的阻力最小，流動效率最高，因此我們選用圓形截面的分流道，直徑為3mm。由于我們所設(shè)計的模具是一腔八穴的形式，因此在主澆道分流后，設(shè)計了八根分澆道。這樣設(shè)計的優(yōu)點是塑料在填充過程中較均勻和平穩(wěn)，避免出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象，有利于保證成形零件的成形質(zhì)量。
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6μm 左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
3.2.3 澆口及冷料穴設(shè)計
1、澆口是分流道與型腔的連接通道，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分。當(dāng)熔融的塑料流通過澆口時，流速加快，同時，由于摩擦作用，塑料流的溫度升高、粘度降低，流動性提高，有利于充滿型腔。所以，澆口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。澆口的大小對塑件是否成型和成型后的質(zhì)量有很大的關(guān)系。澆口位置的選擇有以下幾個原則：
1）澆口設(shè)置在正對著型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接沖擊在型腔壁或型心壁上，從而改變流向，降低流速，平穩(wěn)的充滿型腔，可避免溶體破裂現(xiàn)象，消除塑件明顯的溶接痕。
2）澆口的位置應(yīng)開設(shè)在塑件截面最厚處，以利于熔體填充材料。
3）澆口的位置應(yīng)使熔體流程最短，流向變化最小，能量損失最小。
4）澆口的位置應(yīng)有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
5）避免塑件產(chǎn)生熔接痕。
6）防止料流將型心或嵌件擠壓變形。
7）澆口位置應(yīng)盡量避免由于高分子定向作用產(chǎn)生的不利影響，利用高分子定向作用產(chǎn)生的有利影響。
根據(jù)以上一些原則，本設(shè)計采用側(cè)澆口（如圖14所示），側(cè)澆口又稱邊緣澆口，國外稱之為標(biāo)準(zhǔn)澆口。側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體于型腔的側(cè)面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調(diào)整其截面的厚度和寬度可以調(diào)節(jié)熔體充模時的剪切速率及澆口封閉時間。這種澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應(yīng)性均較強；但有澆口痕跡存在，會形成熔接痕、縮孔、氣孔等塑件缺陷，且注射壓力損失大，對深型腔塑件排氣不便。澆口的各類形式和尺寸參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中表2-50～2-60。
圖14
2、冷料穴 在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主澆道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內(nèi)約10－25mm 的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達(dá)到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進(jìn)入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。
冷料穴的形狀見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中表2-62。冷料穴一般開設(shè)在主流道對面的動模板上（也即塑料流動的轉(zhuǎn)向處），其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1－1.5 倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積，冷料穴有六種形式，常用的是端部為Z 字形和拉料桿的形式，具體要根據(jù)塑料性能合理選用?？紤]到后面采用Z形拉料稈，冷料穴選取相應(yīng)形式，這種冷料穴常用于熱塑性塑料注射模。
3.2.4鑄模和開模
當(dāng)型心、型腔和澆注系統(tǒng)都生成后，模具內(nèi)部就形成了一個完整的流料通道，PRO/E能夠沿著這個通道將澆注系統(tǒng)和型腔充滿，形成一個獨立的模具元件，這個過程我們稱之為鑄模。鑄模完成后生成的鑄模零件如圖15所示：
圖15
為了能夠看清模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并檢查開模時的干涉情況，Pro/E提供了開模功能。圖16為模具開模后的情況：
圖16
3. 3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計
3.3.1 凹、凸模冷卻系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)置冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時發(fā)生變形，縮短成形周期及提高塑件質(zhì)量。凹模的冷卻系統(tǒng)采用開設(shè)冷卻水孔的方式，冷卻水孔的開設(shè)原則如下：
l 冷卻水孔的數(shù)量應(yīng)盡可能多，直徑盡量大。
l 各冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)相等，一般保持在15～20mm范圍內(nèi)，距離太近則冷卻不易均勻，太遠(yuǎn)則效率低。水孔直徑一般取8～12mm?？拙嘧詈脼樗字睆降?倍。
l 水孔通過鑲塊時，防止鑲套管等漏水。
l 冷卻管路一般不宜設(shè)在型腔內(nèi)塑料熔接的地方，以免影響塑件強度。
l 水管接頭（冷卻水嘴）應(yīng)設(shè)在不影響操作的一側(cè)。
凹模上的冷卻水孔采用直流式，其中深孔為工藝孔，空口處用螺紋密封，淺孔通過水嘴與水管相連，冷卻冷卻水孔的直徑為8mm。
凸模的冷卻系統(tǒng)采用直孔隔板示冷卻，如圖17所示，與分型面垂直的管道和底部的橫向管道形成冷卻回路。
圖17
4、模具零件設(shè)計
4.1 推出系統(tǒng)設(shè)計
確定推出系統(tǒng)形式，是確定模架選擇的基礎(chǔ)。在此，我們只介紹推桿推出和推件板推出兩種機構(gòu)，其他推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式參見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》中第二章第六節(jié)的內(nèi)容。
1．推桿推出 推桿推出是一種最簡單常用的推出形式。推出元件制造簡便，更換容易，滑動阻力小，推出效果好，其結(jié)構(gòu)型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-78。
推桿設(shè)計要點如下：
l 推桿應(yīng)設(shè)在塑件能承力較大的部位，盡量使推出的塑件受力均勻，但不宜與型芯或鑲件距離過近，以免影響凸、凹模強度。
l 推桿直徑不宜過細(xì)，要有足夠的強度承受推力，一般取Φ2.5～12mm。對Φ3mm以下的推桿宜用階梯式，即推桿下部增粗。
l 推桿裝配后不應(yīng)有軸向竄動，其端面應(yīng)高出型腔或鑲件平面0.05～0.1mm。推桿固定方式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-56。
l 塑件澆口處盡量不設(shè)推桿，以防該處內(nèi)應(yīng)力大而碎裂。
l 推桿的布置應(yīng)避開冷卻水道和側(cè)抽芯，以免推桿和抽芯機構(gòu)發(fā)生干擾。如果無法避開側(cè)抽芯，則應(yīng)設(shè)置先復(fù)位機構(gòu)。
推桿和模體的配合間隙不大于所用塑料的溢邊值，常用塑料的溢邊值見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-79。PS的溢邊值為0.04mm。
2．推件板推出 推件板推出面積大，推力均勻，模具不必設(shè)復(fù)位稈。但型芯周邊形狀復(fù)雜時，推件板的型孔加工較困難。常用于推出深腔、薄壁和不允許有推桿痕跡的塑件，其結(jié)構(gòu)型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-81。
推件板設(shè)計要點如下：
l 推件板須淬硬，在推出過程中不得脫開導(dǎo)柱。
l 推件板與其他零件的配合一般采用H7/f7。
采用有配合斜度的推件板，其配合間隙須小于塑料溢邊值。
基于以上原因，在這個設(shè)計中，采用推桿推出的推出機構(gòu)。推桿形狀如圖18所示：
圖18
4.2 確定模架
1．模架組合形式
注射模模架的組成零件及名稱見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》圖2-67。注射模中小型模架的組合型式見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-95。我們選擇A2型。
A2型的特點如下：
l 定模和動模均由兩塊模板組成。
l 推桿推出塑件。
根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸（平面投影面積與高度），以及產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)（側(cè)向分型滑塊等機構(gòu)）可以確定鑲件的外形尺寸，確定好鑲件的大小后，可大致確定模架的大小了。
普通塑料制品模具模架與鑲件大小的選取，可參考下面的數(shù)據(jù)：
"A"--表示鑲件側(cè)邊到模板側(cè)邊的距離；
"B"--表示定模鑲件底部到定模板底面的距離；
"C"--表示動模鑲件底部到動模板底面的距離
"D"--表示產(chǎn)品到鑲件側(cè)邊的距離；
"E"--表示產(chǎn)品最高點到鑲件底部的距離；
"H"--表示動模承板的厚度（當(dāng)模架為A型時）；
"X"--表示產(chǎn)品的高度。
2．模架組合尺寸
注射模中小型模架組合尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-96。根據(jù)成型零件大小，我們選擇250×250的A2型模架，其具體尺寸見表3。
表3（mm）
L
lT
Lt
lM
lm
定模座板
定模板
250
194
210
128
234
25
40
動模板
支承板
墊塊
動模座板
導(dǎo)柱直徑
復(fù)位桿直徑
40
40
63
25
16
8
4.3 模架各裝配零件設(shè)計
4.3.1 導(dǎo)向零件設(shè)計
注射模導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-111和2-112。注射模導(dǎo)套尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-113和2-114。
1．導(dǎo)柱設(shè)計 在這個設(shè)計中，我們選用帶頭導(dǎo)柱，其尺寸如表4所示，
表 4
d(f7)
d1(k6)
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
16
-0.016
-0.034
16
+0.012
+0.001
20
6
112
外形見圖19。
圖19
2．導(dǎo)套設(shè)計 本設(shè)計導(dǎo)套選用帶頭導(dǎo)套。帶頭導(dǎo)套的尺寸見表5，外形見圖20。
表5
d(H7)
d1(k6)
d2(e7)
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
16
+0.018
0
24
+0.015
+0.002
24
-0.040
-0.061
R
28
16
6
1
80
圖20
4.3.2 澆注系統(tǒng)零件設(shè)計
1.澆口套設(shè)計注射模澆口套的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-118。我們選用注射模Ⅱ型澆口套。其尺寸見表6，外形見圖 21。
表6
d(k6)
d2(f8)
d3
h
R
d1
L
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
20
+0.015
+0.002
20
-0.020
-0.053
28
3
15
5
50
圖21
2．拉料桿 拉料桿的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-119。我們選用Ⅰ型拉料桿，其尺寸見表7。
表7
d(e8)
d1(n6)
D
R
L
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
6
-0.025
-0.047
10
+0.019
+0.010
10
0.5
120
4.3.3 推出機構(gòu)零件
1． 復(fù)位桿 復(fù)位桿的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-135。我們選用的推件板推桿的外形見圖22，尺寸見表8。
表8
d（e7）
D
H
L
基本尺寸
極限尺寸
8
-0.013
-0.022
14
5
123
圖22
4.3.4定位圈
1．定位圈 Ⅰ、Ⅱ型定位圈推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-137，Ⅲ型定位圈推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-138。我們選用Ⅲ型定位圈，其外形見圖23，尺寸見表9。
表9
d
d1
d2
d3
h
c
H
基本尺寸
極限尺寸
基本尺寸
極限尺寸
55
-0.20
-0.40
20
+0.033
0
40
7
11
6.5
1
12
圖23
4.3.5 其他零件
1．水嘴 ：水嘴的推薦尺寸見《模具設(shè)計與制造簡明手冊》表2-150。我們選用的水嘴的外形見圖 24，尺寸見表10。
表10
高壓膠管直徑
D
D1
d2
d3
D
B
（l1）
L
16
M16×1.5
8
14
17
22
20
20
40
圖24
至此完成模架裝配體中需要的零件模型。
5、模具的裝配和調(diào)試
5.1 模具的裝配
模具的裝配過程相對要簡單一些，主要工作就是給每個零件添加約束關(guān)系。裝配過程主要還是圍繞凹模和凸模來進(jìn)行的，將以上設(shè)計的模架零件和模具零件添加一定的約束，得到的裝配圖如下：
5.2 模具的調(diào)試
試模中所獲得的樣件是對模具整體質(zhì)量的一個全面反映。以檢驗樣件來修正和驗收模具，是塑料模具這種特殊產(chǎn)品的特殊性。
首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因一般塑件被粘附于模腔內(nèi)，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應(yīng)當(dāng)解決的問題。原因分析：
1．粘著模腔
制品粘著在模腔上，是指塑件在模具開啟后，與設(shè)計意圖相反，離開型芯一側(cè)，滯留于模腔內(nèi)，致使脫模機構(gòu)失效，制品無法取出的一種反常現(xiàn)象。其主要原因是：
（1） 注射壓力過高，或者注射保壓壓力過高。
（2） 注射保壓和注射高壓時間過長，造成過量充模。
（3） 冷卻時間過短，物料未能固化。
（4） 模芯溫度高于模腔溫度，造成反向收縮。
（5） 型腔內(nèi)壁殘留凹槽，或分型面邊緣受過損傷性沖擊，增加了脫模阻力。
2．粘著模芯
（1） 注射壓力和保壓壓力過高或時間過長而造成過量充模，尤其成型芯上有加強筋槽的制品，情況更為明顯。
（2） 冷卻時間過長，制件在模芯上收縮量過大。
（3） 模腔溫度過高，使制件在設(shè)定溫度內(nèi)不能充分固化。
（4） 機筒與噴嘴溫度過高，不利于在設(shè)定時間內(nèi)完成固化。
（5） 可能存在不利于脫模方向的凹槽或拋光痕跡需要改進(jìn)。
3．粘著主流道
（1） 閉模時間太短，使主流道物料來不及充分收縮。
（2） 料道徑向尺寸相對制品壁厚過大，冷卻時間內(nèi)無法完成料道物料的固化。
（3） 主流道襯套區(qū)域溫度過高，無冷卻控制，不允許物料充分收縮。
（4） 主流道襯套內(nèi)孔尺寸不當(dāng)，未達(dá)到比噴嘴孔大0.5～1 ㎜。
（5） 主流道拉料桿不能正常工作。
一旦發(fā)生上述情況，首先要設(shè)法將制品取出模腔（芯），不惜破壞制件，保護(hù)模具成型部位不受損傷。仔細(xì)查找不合理粘模發(fā)生的原因，一方面要對注射工藝進(jìn)行合理調(diào)整；另一方面要對模具成型部位進(jìn)行現(xiàn)場修正，直到認(rèn)為達(dá)到要求，方可進(jìn)行二次注射。
4．成型缺陷
當(dāng)注射成型得到了近乎完整的制件時，制件本身必然存在各種各樣的缺陷，這種缺陷的形成原因是錯綜復(fù)雜的，一般很難一目了然，要綜合分析，找出其主要原因來著手修正，逐個排出，逐步改進(jìn)，方可得到理想的樣件。下面就對度模中常見的成型制品主要缺陷及其改進(jìn)的措施進(jìn)行分析。
（1） 注射填充不足
所謂填充不足是指在足夠大的壓力、足夠多的料量條件下注射不滿型腔而得不到完整的制件。這種現(xiàn)象極為常見。其主要原因有：
a. 熔料流動阻力過大
這主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形狀、尺寸不利于熔料流動。盡量采用整圓形、梯形等相似的形狀，避免采用半圓形、球缺形料道。熔料前鋒冷凝所致。塑料流動性能不佳。制品壁厚過薄。
b. 型腔排氣不良
這是極易被忽視的現(xiàn)象，但以是一個十分重要的問題。模具加工精度超高，排氣顯得越為重要。尤其在模腔的轉(zhuǎn)角處、深凹處等，必須合理地安排頂桿、鑲塊，利用縫隙充分排氣，否則不僅充模困難，而且易產(chǎn)生燒焦現(xiàn)象。
c. 鎖模力不足
因注射時動模稍后退，制品產(chǎn)生飛邊，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。應(yīng)調(diào)大鎖模力，保證正常制件料量。
（2） 溢邊（毛刺、飛邊、批鋒）
與第一項相反，物料不僅充滿型腔，而且出現(xiàn)毛刺，尤其是在分型面處毛刺更大，甚至在型腔鑲塊縫隙處也有毛刺存在，其主要原因有：
a. 注射過量
b. 鎖模力不足
c. 流動性過好
d. 模具局部配合不佳
e. 模板翹曲變形
（3） 制件尺寸不準(zhǔn)確
初次試模時，經(jīng)常出現(xiàn)制件尺寸與設(shè)計要求尺寸相差較大。這時不要輕易修改型腔，應(yīng)行從注射工藝上找原因。
a. 尺寸變大
注射壓力過高，保壓時間過長，此條件下產(chǎn)生了過量充模，收縮率趨向小值，使制件的實際尺寸偏大；模溫較低，事實上使熔料在較低溫度的情況下成型，收縮率趨于小值。這時要繼續(xù)注射，提高模具溫度、降低注射壓力，縮短保壓時間，制件尺寸可得到改善。
b. 尺寸變小
注射壓力偏低、保壓時間不足，制在冷卻后收縮率偏大，使制件尺寸變??；模溫過高，制件從模腔取出時，體積收縮量大，尺寸偏小。此時調(diào)整工藝條件即可。通過調(diào)整工藝條件，通常只能在極小范圍內(nèi)使尺寸京華，可以改變制件相互配合的松緊程度，但難以改變公稱尺寸。
對以上出現(xiàn)的缺陷調(diào)試時，盡可能先采用改變成形工藝條件，后采用修正模具來消除成形缺陷。以下的內(nèi)容均從這兩個方面來討論。
熱塑性塑料注射成形件的常見缺陷及消除措施如下。
1. 缺料（注射量不足）
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；調(diào)整材料供給；提高熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的熔料。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；加大噴嘴；增加排氣槽；改變澆口位置。
2. 氣孔
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；調(diào)整材料供給；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；改變冷卻水道位置；改變澆口位置。
3. 溢料飛邊
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；縮短保壓時間；降低熔料溫度；增大合模壓力。
模具條件：矯正修理分型面。
4. 著色不均勻
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積。
5. 翹曲變形
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度；使用矯正框架。
模具條件：加大噴嘴；改變冷卻水道位置。
6. 波狀痕跡
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；調(diào)整原料供給；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大噴嘴；改變冷卻水道位置。
7. 尺寸不穩(wěn)定
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長成形周期；延長保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；加大噴嘴；改變冷卻水道位置；改變澆口位置。
8. 熔接痕強度低
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；延長保壓時間；降低熔料溫度；減慢注射速度。
模具條件：增加排氣槽；檢查噴嘴加熱部分。
9. 表面質(zhì)量差
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；縮短保壓時間；增大合模壓力；提高模具溫度；降低模具溫度；減慢注射速度；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵；使用矯正框架。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；改變冷卻水道位置；增加排氣槽；改變澆口位置；研磨模腔表面；增加冷料穴容量；研磨主流道、分流道和澆口。
10. 塑件粘模
消除措施如下：
工藝條件：減小注射壓力；縮短保壓時間；降低熔料溫度；降低模具溫度。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；研磨模腔表面。
11. 主流道凝料粘模
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間。
模具條件：改變噴嘴位置；研磨主流道襯套；改變主流道拉料桿形式。
12. 脆
消除措施如下：
工藝條件：縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口。
13. 表面硬度、強度不足
消除措施如下：
工藝條件：增大注射壓力；延長保壓時間；縮短保壓時間；降低熔料溫度；提高模具溫度；供給干燥過的物料；減慢注射速度；物料不得帶有雜質(zhì)、灰塵。
模具條件：加大主流道、分流道和澆口；減小澆口區(qū)面積；改變冷卻水道位置；增加排氣槽；改變澆口位置；研磨模腔表面；增加冷料穴容量；研磨主流道、分流道和澆口。
28
致 謝
本畢業(yè)設(shè)計是在程洋老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。程洋老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于生產(chǎn)加工的知識實踐能力有了很大的提高。
另外，我還要特別感謝同學(xué)們對我的論文寫作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。
最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。
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參考文獻(xiàn)
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