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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 31 頁 共 31 頁
1引言
1.1 模具工業(yè)在國民經濟中的地位
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年3月中國政府頒布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。
模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60%～90%的產品的零件，組件和部件的生產加工。
模具制造的重要性主要體現在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達到170種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80%的模具需要更換。中國摩托車產量位居世界第一，據統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產。一個型號的摩托車生產需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。
目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數控制模設備，提高模具加工質量，縮短生產周期，溝通外貿渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義[1]。
1.2 各種模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。
（1）沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具總數的50%以上。按工藝性質的不同，沖模可分為落料模，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數的35%，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結晶的一種特殊的制造方法。壓鑄模約占模具總數的6%。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見[2]。
1.3 我國模具工業(yè)的現狀
自20世紀80年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。20世紀90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長到130億元人民幣，1999年已達到245億元人民幣，2000年增至260～270億元人民幣。今后預計每年仍會以10%～15%的速度快速增長。 目前，我國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數千家，成為我國國內知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現已有幾千家。
在模具工業(yè)的總產值中，企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50%（中國臺灣：40%），塑料模具約占33%（中國臺灣：48%），壓鑄模具約占6%（中國臺灣：5%），其他各類模具約占11%（中國臺灣：7%）。
中國臺灣模具產業(yè)的成長，分為萌芽期（1961～1981），成長期（1981～1991），成熟期（1991～2001）三個階段。
萌芽期，工業(yè)產品生產設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業(yè)等產品外銷表現暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。
1981年～1991年是臺灣模具產業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺灣地區(qū)就將模具產業(yè)納入策略性工業(yè)適用范圍，大力推動模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關工業(yè)產品的外銷策略，全力發(fā)展整體經濟。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等CAD/CAM技術，所以臺灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術的時間相當早。
成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下， 1998年，由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃”與“工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產業(yè)升級，朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具。1997年11月間臺灣憑借模具產業(yè)的實力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協(xié)會會員。整體而言，臺灣模具產業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具[3]。
1.4 我國模具技術的現狀及發(fā)展趨勢
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15%的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。
（4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用[4]。
2 設計過程
根據指導老師說給的零件實體，通過觀察和分析，所設計的連接座零件如圖2.1所示:
圖2.1 零件圖
2.1 塑件的分析及塑料成型工藝性能
2.1.1 塑件性能工藝分析
塑件的尺寸較大，精度等級一般，性能要求一般，為大批量生產，采用一模二腔來提高生產率，塑件壁薄，對制品不進行二次加工。
澆口采用側澆口，適用于一模二腔，大大提高生產率，澆口截面為圓形。
材料的成型工藝性能
塑件采用ABS，ABS的主要工藝性能有：
（1）性能特點：化學穩(wěn)定性較好，耐寒性參，光、氧作用下易降解，機械性能比聚乙烯好，有良好的高頻絕緣性，不受溫度影響，但低溫變脆，不耐磨，易老化。
（2）成型特點：成型時收縮大，成型性能好，易變形翹曲，尺寸穩(wěn)定性好，柔軟性好，有“鉸鏈”特性。
（3）模具設計的注意事項：因有“鉸鏈”特性，注意澆口位置設計；防收縮，變形；收縮率為1.3%～1.7%
（4）使用溫度：10C～120C
（5）主要用途：板、片、透明薄膜、繩、絕緣零件、汽車零件、閥門配件、日用品、耐腐蝕零件，制作一般機械零件[5]。
ABS的主要注塑成型條件如表2.1:
表2.1 材料參數
密度
0.09～0.91（㎝）
比體積
1.00～1.11
吸水率
0.01～0.03
收縮率
1.0～3.0
熔點
170～176 t（C）
熱變形溫度
102～115 t（C）56～67 t（C）
抗拉屈服強度
37（）
抗彎強度
67.5（）
體積電阻系數
>（）
擊穿強度
30
模具溫度
80～90
2.1.2 塑件的尺寸和精度要求
塑件的總體尺寸主要取決于塑料品種的流動性。而塑件的尺寸精度受到各個方面因素的影響，如模具制造精度及使用后的磨損，塑料收縮率的波動，成型工藝條件的變化，塑件的形狀，飛邊厚度的波動，脫模斜度及成型后塑件尺寸變化等。該零件要求采用精度等級為7級的尺寸公差。
2.2 分型面的選擇
分型面的形成與塑件幾何形狀，脫模方法，模具類型及排氣條件，澆口形式等有關，常見的形式有水平分型面，垂直分型面，斜分型面，階段分型面，曲線分型面。
分型面的選擇原則:
便于塑件脫模
（1）在開模時盡量使用塑件留在動模內；
（2）應有利于側面分型和抽芯；
（3）應合理安排塑件在型腔中的方位。
考慮和保證塑件尺寸的外觀不遭損壞
盡力保證塑件尺寸的精度要求（如同心度等）；
有利于排氣；
盡量使模具加工方便。
2.3 型腔數目的確定與排列形式
為了使模具與注射機的生產能力相匹配，提高生產效率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計時應確定型腔數目。
常用的方法有四種：
根據經濟性確定型腔數目；
根據注射機的額定鎖模力確定型腔數目；
根據注射機的最大注射量確定型腔數目；
根據制品精度確定型腔數目。
本設計采用根據注射機的最大注射量確定型腔數目的方法來確定。
式中 Ｇ– 注射機的最大注射量（g）
單個制品的質量（g）
澆注系統(tǒng)的質量（g）
由于本塑件精度一般，考慮到塑件尺寸較大，故設計型腔數目為2個。單型腔在模板上排列形式通常有圓形、H形、直線形及復合形。在設計時應注意以下幾點：盡可能采用平衡式排列，確保制品質量的均一和穩(wěn)定；型腔布置與澆口開設部位應力應求對稱，以便防止模具承受偏載而產生鎰料現象。盡量使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸[6]。
2.4 注射機的選擇
注射機額定注射量每次注射量不超過最大注射量的80%，即
式中 n — 型腔數
—澆注系統(tǒng)重量（g）
—塑件重量（g）
—注射機額定注射量（g）
初定壓力機：并根據塑件注射機技術規(guī)格，查《塑件制品成型及模具設計》教材附錄E，選用 XS-Z—60型注射機。
主要技術參數如表2.2：
表2.2 注射機參數
標稱注射量
60
螺桿（柱塞）直徑
38
注射壓力
122
注射行程
170
注射方式
柱塞式
合模力
N
最大成型面積
130
模板最大行程
180
模具最大厚度
200
模具最小厚度
70
模板尺寸
300440
拉桿空間
190300
合模方式
液壓-機械
推出形式
中心推出
電動機功率
11
定位圈尺寸
機器外形尺寸
3.610.851.55
2.5 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴起到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，或是在此通道內冷凝的固體塑料。澆注系統(tǒng)一般可分為普通澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩類。普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。本設計采用普通澆注系統(tǒng)。
澆注系統(tǒng)設計原則：澆注系統(tǒng)設計是指注射模設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注射成型周期和塑件質量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，設計時必須遵循以下原則：
（1）結合型腔布局考慮，應考慮以下三點：
盡可能采用平衡式布置，以便設置平衡式分流道。
型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載產生溢料現象。
型腔排列要盡可能緊湊，以減少模具外形尺寸。
（2）熱量及壓力損失要小，為此澆注系統(tǒng)流程要盡量短，斷面尺寸盡可能大，盡量減少彎折，表面粗糙度要底。
（3）確保均衡進料，盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落，即分道盡可能采用平衡式布置。
（4）塑料耗量要少，在滿足各型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量要小，以減少塑料的耗量。
（5）消除冷料：澆注系統(tǒng)應能捕集溫度較低的“冷料”，防止其進入型腔，影響塑件的質量。
（6）排氣良好：澆注系統(tǒng)應能順利地引導塑料熔體充滿型腔各個角落，使型腔的氣體能順利排出。
（7）防止塑件出現缺陷 ： 避免熔體出現充填不足或塑件出現氣孔、縮孔、殘余應力、翹曲變形或尺寸偏差過大以及塑料流將嵌件沖壓位移或變形等各種成型不良現象。
（8）塑件外觀質量 ：根據塑件大小、形狀及技術要求，做到去除修整澆口方便，澆口痕跡無損塑件的美觀和使用。
（9）生產效率：盡可能使塑件不進行或少進行后加工，成形周期短，效率高。
（10）塑料熔體流體特性：大多數熱塑性塑料熔體的假塑性行為，以充分利用[7]。
如圖2.2所示：
圖2.2 澆口套
2.5.1 主流道的設計
主流道是連接注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度。
其主要設計要點為：
主流道圓錐角，對流動性參的塑料可取，內壁粗糙度為。
主流道大端呈圓角，半徑，以減小料流轉向過渡時的阻力。
在模具結構允許的情況下，主流道應盡可能短，一般小于，過長則會影響熔體的順利充型。
對小型模具可將主流道襯套與定位圈設計成整體式，但在大多數情況下是主流道襯套和定位圈設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，主流道襯套與定模座板采用過渡配合，與定位圈的配合采用間隙配合[8]。
主流道襯套一般選用制造，熱處理強度為52HRC～56HRC。
主流道主要參數如表2.3：
表2.3 主流道參數
主流道圓錐角
內壁粗糙度
主流道大端半徑
主流道長度
L=49
主流道襯套材料
2.5.2 冷料穴的設計
冷料穴一般位于主流道對面的動模板上。其作用就是存放料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”，進入型腔而形成冷接縫；此外，在開模時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，長度約為主流道大端直徑。
冷料穴的形式有以下三種：
（1）與推桿匹配的冷料穴；
（2）與拉料桿匹配的冷料穴；
（3）無拉料桿的冷料穴。
冷料穴主要技術參數：
冷料穴直徑：
冷料穴長度：
2.5.3 分流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流作用和轉向作用。多型腔模具盡量采用平衡式分流道，能讓熔融塑料幾乎同時到達每個型腔的進料口，以致塑料到每個型腔的壓力和溫度是相同的，這樣不易產生熔接痕和填充不足等缺陷。多型腔模具必須設置分流道，單型腔大型塑件在使用多個澆口時也要設置分流道。分流道的截面形狀：通常分流道斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六角形等。為了減少流道內的壓力損失和傳熱損失，希望流道的截面積大，表面積小。分流道的尺寸：對于壁厚小于3mm，質量在200g以下的塑件，可用以下經驗公式確定分流道直徑。
式中 m－流經分流道的塑件量（g）
L－分流道長度（mm）
D－分流道直徑（mm）
（3）分流道布置
分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式分平衡式與非平衡式兩種。
（a）平衡式布置
平衡式布置要求從主流道至各個型腔的分流道，其長度、形狀及斷面非平衡布置都必須對應相等，達到各個型腔同時均衡進料，以保證各型腔成型出的塑件在強度、性能及質量上的一致性。常用形式：H型排列和圓形排列。
（b）非平衡布置
非平衡式澆注系統(tǒng)分兩種情況，一種是各個型腔的尺寸和形狀相同，只是諸型腔距主流道的距離不同；另一種是各型腔大小與主流道長度均不相同，為了使各個型腔同時均勻進料，必須將各個型腔的澆口做成不同的截面。
（4）分流道的設計要點
（a）分流道對熔體的阻力要小，在首先保證足夠的注射壓力使塑料熔體順利充滿型腔的前提下，分流道的截面積與長度要取小值，尤其對于小型塑件更為重要。分流道轉折處要以圓弧過渡。
（b）各型腔均衡進料，為此當塑件形狀、大小相同時，各分流道的截面積和長度都要對稱相等，各支分流道長度也要一致，并要取短。平衡式布置的分流道能滿足這點。當一模同時成形幾個不同形狀及大小或不同重量的逆件時，各分流道的截面積和長度要與塑件相對應。
（c）表面粗糙度要求達到Ra0.8為佳。
（d）分流道較長時，要在分流道的末端開設冷料井。
（e）分流道的位置可單獨開設在定模板或動模板上，也可同時開設在動、定模板上，合模后形成分流道的截面形狀，這主要取決于模具結構、塑料特性和塑件脫出方法。通常分流道多開設在模具一邊，以有利于開模時將流道凝料脫出。
（f）分流道與澆口的連接外要加工成斜面，并用圓弧過渡，有利于塑料熔體的流動和填充[9]。
綜上所述，本設計采用平衡式布置，通常四個型腔以下的H形和圓形排列能達到最佳的熱平衡和塑料和流動平衡。
2.5.4 澆口的設計
澆口是連接分流道與型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質量影響很大。其主要作用是：
（a） 型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流；
（b） 較容易切除澆口凝料；
（c）對于多型腔模具，可以用平衡進料；對于多澆口單型腔模具，用以控制熔接縫的位置。
澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據經驗公式確定，取其下限，然后在試模過程中逐步加以修正。一般澆口的截面積為分流道面積的3%～9%，截面形狀常為矩形或圓形，澆口長度為0.5mm～2mm,表面粗糙度Ra不低于0.4。
（1）澆口的類型和特點
（a）非限制性澆口
又稱直澆口、直接澆口或注流道型澆口。在多型腔模中又稱為進料口。在單型模腔中，塑料熔體直接流進型腔，因而壓力損失小，進料速度快，成形比較容易，對各種塑料都能適應。它傳遞壓力好，保壓補縮作用強，模具結構簡單緊湊，制造方便。但去澆口困難，澆口痕跡明顯；澆口附近熱量集中，冷凝較遲，易產生較大內應力，也容易產生縮孔或表面凹陷。它特別適于大型塑件、厚壁塑件和熔體粘度特別高的塑料品種成形。當澆口位置特殊，不能采用沖擊型澆口時，也可以采用直接澆口。
（b）限制性澆口
型腔與分流道之間采用一段距離很短（約0.5mm～2mm）、截面積很?。s為分流道截面積的0.03～0.09）的通道相連接，此通道稱為限制性澆口，它對澆口的厚度和快速凝固等可以進行限制。限制性澆口具有以下特點：
塑料熔體通過此類澆口時，所受的剪切速率大，致使塑料熔體的表面粘度有所降低，有利于充模流動；
塑料熔體通過此類澆口時，受到的磨擦作用強，一部分動能轉化為熱能，使塑料熔體溫度略有上升，從而增加了熔體的流動性；
塑料熔體通過小澆口時，壓力損失大，降低了型腔的壓力，有利于模具鎖緊；
澆口處截面尺寸較小，熔體容易凝固，補料時間好控制，減小了由于長時間補料造成的內應力；
澆口尺寸較小，封閉凍結快，可縮短成型周期；
對于一模多腔或采用多澆口的模具，由于其阻力大，容易實現各澆口的平衡進料；
澆口痕跡小，不影響塑件外觀。
本塑件采用限制性澆口中的點澆口：
特點：又稱橄欖形澆口或菱形澆口，是一種截面尺寸特小的圓形澆口。澆口位置限制性小，去除澆口后殘留痕跡小，不影響塑件外觀。開模時澆口可自動拉斷，有利于自動化操作。澆口附近由補料造成的應力小，但對于薄壁塑件因剪切速率過高，由于分子高度定向而造成局部應力產生開裂。為改善這一情況，在不影響使用的前提下，可局部增加澆口處塑件壁厚，以圓弧R過渡[10]。
應用范圍：廣泛用于兩板式多型腔模具及斷面尺寸較小的塑件；但塑件容易形成接紋、縮孔、凹陷等缺陷，注射壓力損失較大，對殼體件排氣不良。
（2）澆口位置的選擇：澆口開設的位置對制品的質量影響很大，在確定澆口位置時，應注意以下幾點：
澆口應開設在能使型腔各個角落同時充滿的位置；
澆口應設在制品壁厚較厚的部位，以利于補縮；
澆口的位置選擇應有利于型腔中氣體的排出；
澆口的位置應選擇在能避免制品產生熔合紋的部位。
對于帶細長型芯的模具，用中心頂部進料方式以避免型芯受沖擊變形。
澆口應設在不影響制品外觀的部位，不要在制品中承受彎曲載荷或沖擊載荷的部位設澆口。
2.6 成型部分的尺寸設計
塑料在成型加工過程中，用來充填塑料熔體以成型制品的空間稱為型腔。而構成這個型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模、小型芯、螺紋型芯或型環(huán)等。
2.6.1 凹模的結構設計
凹模又稱陰模，它是成型塑件外輪廓。
其結構形式分為：整體式凹模和組合式凹模。
本設計采用整體式凹模，它是由一整塊金屬材料（也稱定模板或凹模板）直接加工而成。其特點是為非穿通式模體，強度好，不易變形。但由于加工困難，故只適用于小型且形狀簡單的塑件成型。
2.6.2 凸模的結構設計
凸模（即型芯）是成型塑件內表面的成型零件，通?？煞譃檎w式和分體式兩種類型。組合式凸模又分為整體裝配式和鑲件組合式。
本設計采用整體裝配式凸模，它是將凸模單獨加工后與動模板進行裝配而成。
2.6.3 成型零件工作尺寸計算
成型零件的工作尺寸是指凸模和凹模直接構成塑件的尺寸，它通常包括凸模和凹模的徑向尺寸（包括矩形和異形零件的長度和寬）、凸模和凹模的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。
塑件的公差：塑件的公差規(guī)定按單向極限制，制品外輪廓尺寸公差取負值“-”，制品內腔尺寸公差取正值“+”，而制口中心距尺寸公差按對稱分布原則計算，即取“”。
模具制造公差：實踐證明，模具制造公差可取塑件公差的～，即=（～），而且按成型加工過程中的增減趨向取“+”“-”符號，型腔尺寸不斷增大，則取“+，”，型腔尺寸不斷減小則取“-，”，中心距尺寸取“”。
模具的磨損：實踐證明，對于一般中小型塑件，最大磨損量可取塑件公差的，即=，對于大型塑件則可取以下。另外對于型腔底面（或型芯端面），因與脫模方向垂直，故磨損量=0。
塑件的收縮率：成型后的收縮率與多種因素的關，通常按平均收縮率計算。 S=
模具在分型面上的合模間隙：由于注射壓力和模具分型面平面的影響，會導致動模、定模注射時存在一定的間隙。一般當模具分型面平面度較高、表面粗糙度較低時，塑件產生的飛邊也小。飛邊厚度一般為0.02～0.1mm。
PP：由S=0.6, S=1.4，則 S===1%
=，公差由塑料模具技術手冊表2-37，SJ1372公差數值表查[11]。
2.6.4 型腔的內徑計算
塑件外徑與型腔內徑的關系：
式中 D － 型腔內徑尺寸（mm）
D－ 塑件外徑基本尺寸（mm）
S － 塑件平均收縮率
－ 塑件公差
－ 模具制造公差 一般為（）， 取
查表PP塑料的收縮率1%～3%
平均收縮率 S=（1%+3%）/2=2%
型腔徑向尺寸的計算：
=
型腔高度尺寸的計算：
=
2.6.5 型芯的內徑計算：
式中 D－型芯內徑尺寸（mm）
－型芯外徑尺寸（mm）
S － 塑件平均收縮率
－ 塑件公差
型芯徑向尺寸的計算：
=
型芯高度的尺寸計算：
=
2.7 零件加工工藝流程
2.7.1 定模型芯
定模型芯是主要工作零件，這套模具的生產批量為大批量，且塑件成型時有一定的腐蝕性，因此選用的材料要具有良好的耐磨性，因此選用718S鋼材（注：此鋼材的性能特好，是做塑料的專用材料，具有良好的耐磨性，耐腐蝕性）。
同時考慮到此塑件對尺寸精度和表面要求一般，在對材料進行粗加工后，留0.5mm的單邊，淬火、低溫回火后，用電火花機放電到位即可。
其澆道襯套孔要與襯套配合，在粗加工后，留單邊0.2mm～0.5mm的余量，熱處理后采用慢走絲割出即可。
綜上所述，定模型芯加工工藝如下：
開料：開出長寬高為31531532的毛坯。
磨基準：按照零件圖基準方位在平面磨床上磨出基準面，同時磨平各面，留0.1mm～0.3mm單邊余量。
按照要求在銑床上鉆螺紋孔，運水孔。
在數控銑床上采用銑刀銑出兩條澆道和銑出分流道，同時按照要求要求銑出四個型腔的形狀，留單邊余量0.2mm～0.5mm。
送熱處理車間進行熱處理：淬火使其表面硬度達到56HRC～60HRC。
按照要求要求加工型芯表面，保證型芯的平行度，垂直度，要求型芯磨光后六面見光。
電火花放電：
工件準備：模塊材料為718S鋼，銑、磨按圖紙要求加工成型，熱處理56HRC～60HRC后，六面見光，保證平行度及垂直度。
電極制作：電極材料為紫銅，最好選用銅鎢合金。
校正、裝夾、安裝合格。
用慢走絲割出澆口襯套孔，鑲嵌孔。
對成型面進行研磨達到圖樣表面粗糙度的技術要求[12]。
2.8 模具加工工藝流程
根據零件結構和制造工藝，模架的基本組成零件有兩種：導柱、導套等回轉零件；模板等平板零件。
導柱、導套的加工主要是內、外圓柱面的加工，平板內零件的制造過程主要進行平面加工和孔隙加工，它們在模具中起定位的導向作用，保證凹凸模在工作時具有正確的相對位置，除了要保證導柱，導套配合表面尺寸形狀精度外，還應該保證導柱、導套各自配合面之間的同軸度要求。
導柱、導套一般采用低碳鋼進行滲碳、淬火處理，也可選用碳素工具鋼T10淬火處理，淬火處理硬度58HRC～62HRC。
根據分析，導柱、導套加工工藝過程如下：
備料～粗車、半精車內外圓柱表面～熱處理～研磨導柱中心孔～粗磨、精磨配合表面～研磨導柱、導套重要配合表面。
2.8.1 凸模加工工藝過程如下
下料～鍛造～退火～粗加工～精磨基面準面～劃線～工作型面半精加工～淬火、回火～磨削～修研。
2.8.2 凹模加工工藝過程如下
下料～鍛造～退火～粗加工～精磨基面準面～劃線～型孔半精加工～型孔精加工～淬火、回火～精磨（研磨）。
2.8.3 模架的裝配
導柱、導套與模板之間一般采用過盈配合，裝配時可采用手動壓力機將導柱壓入動模板的導柱孔，復位機構的裝配復位桿與固定板一般采用過渡配合。模架的裝配比較簡單，主要是用螺釘將裝有導套的定模板連接起來。
2.8.4 模具表面強化處理工藝特點及應用
滲碳處理：滲碳處理是向模具零件表面滲入氮原子的過程。
模具滲氮前應加工到尺寸精度和表面粗糙度，最好是經過試模確認完全合格后再進行滲氮處理根據模具的技術要求分別采用以下兩種工藝路線：
精密模具：備料～鍛造～退火或回火～調質～半加工～裝配～試模～滲氮～研磨拋光～裝配
一般模具：備料～粗加工～調質～精加工～滲氮～研磨～裝配
2.8.5 總裝的技術要求
（1）裝配后的模具安裝表面的平行誤差不大于0.05；
（2）模具閉合后分型面應均密合；
（3）導柱、導套滑動靈活，推件時推桿和卸料板動作一致；
（4）合模后動模部分和定模部分的型芯必須緊密接觸。
2.8.6 試模
模具在裝配完成之后，在交付生產時試模，其目的是檢查模具在設計制造上是否存在缺陷，若有，則排除，對模具成型工藝條件進行試驗以有利于模具成型工藝的確定和提高。
2.9 冷卻系統(tǒng)的設計
在設計冷卻通道時，應遵循以下原則：
冷卻水孔盡可能多、孔徑盡可能大；
盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等當塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面的距離應處處相等；
強化澆口處的冷卻；
應降低進水與出水的溫差；
冷卻水孔應避免設在塑件熔接痕處；
合理選擇冷卻水道的形式；
合理確定冷卻水管接頭位置；
冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其他結構（如推桿、小型芯孔等）發(fā)生干涉現象，設計時要通盤考慮；
冷卻水管進出接頭應埋入模板內，以免模具在搬運過程中造成損壞。
注塑模溫對塑料熔體的流動、固化定型、生產率以及塑件的形狀和尺寸精度有著直接的影響。注射成型時，不同的塑料對模溫有著不同的要求，控制適宜的模溫來保證塑料熔體具有最佳的流動性，易于充滿型腔，并使塑件脫模后的收縮、翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，具有較高的物理力學性能以及較高的表面質量。
通過調節(jié)溫度與控制系統(tǒng)可收到如下效果：
改善成型性能：可以使模塑溫度保持是適應于塑料的規(guī)格溫度，以改善成型性能；
穩(wěn)定尺寸精度：如果塑模溫度發(fā)生變化，則塑料的收縮率也會有很大的變動，尤其對結果性塑件，因此，若塑模溫度保持一定，收縮率也就得到穩(wěn)定，塑件的尺寸精度自然就穩(wěn)定了；
減少塑件變形：提高塑件精度；
改善塑件表面質量：消除外觀缺陷，合理的模溫可提高塑件的外觀質量和降低表面粗糙度[13]。
2.9.1冷卻系統(tǒng)的計算
模具為中小型，可用下面的方法簡單計算，如下：
計算單位時間內從型腔中散發(fā)出的總熱量（Q總=Q1）：
（1）計算每次需要的注射量（Kg或cm3）
G=G件+G澆
=14.8x10 -3 +0.72x1.05
=0.77Kg
（2）確定生產周期（s）
t=t注 + t冷 + t脫
=50s（式中數值查表得）
（3）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
（4）求每小時需要注射的次數
N=3600/50
=72次
（5）求每小時的注射量（Kg/h）
W=N.G
=72x0.77
=55.44 Kg/h
（6）求從型腔內發(fā)出的總熱量（Kj/h）
Q總=Q1=N.G.Qs=W.Qs=55.44 x 350=19404 Kj/h
2.9.2 求冷水的體積流量（m3/min）
（1）V=q.v=Q/60 / ρ1.C1（T出 – T進）
式中，ρ為密度 103Kg/m3，C1為水的比熱熔 C1=4.187J/（Kg.℃），T出為水管出口設定溫度，T進為水管進口設定溫度，Q為凹模帶走的熱量（Kj/h）取ΔT=T進-T出=5℃。
（2）q.v=1/3 x 19404/60 / 10x4.187x5℃
=5x10 -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
計算凹模上應設冷卻管的總長度（m），由于傳熱面積A=πdL。所以：
l=A/πd =0.298m=298mm
求凹模所需冷卻管根數
n=L/B=490/160≈3
以上為模具冷卻系統(tǒng)計算過程，由于模具下模板結構復雜，不好設置冷卻管道，因此冷卻管道只設在上模板中。
表2.4 流道尺寸
冷卻水管直徑d（mm）
最低流速v（m/s）
冷卻水體積流量v（m3/min）
8
1.66
5.0 x 10 -3
10
1.32
6.2 x 10 -3
12
1.10
7.4 x 10 -3
15
0.87
9.2 x 10 -3
20
0.66
12.4 x 10 -3
2.10 導向機構的設計
為了保證注射模準確合模與開模，在注射模中必須設置導向機構。導向機構的作用是導向、定位以及承受一定的側向壓力。
本設計采用導柱導向機構
設計導柱和導套時應注意以下幾點：
（1）導柱應合理地均勻布置在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具的強度。
（2）導柱的長度應比型芯（凸模）端面的高度高出6mm～8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。
（3） 導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度，常采用低碳鋼經滲碳0.5mm～0.8mm，淬火48～55HRC,也可采用T8A碳素工具鋼，經淬火處理。
（4）為了使導柱能順利地進入導套，導柱端部應做成錐形或半球形，導套前端要倒角。
（5）導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷，而設在定模一側則便于順利脫模取出塑件，因此可根據需要而決定裝配方式。
（6） 一般導柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導柱和導套固定部分配合按H7/k6，導套外徑的配合按H7/k6。
（7）除了動模、定模之間設導柱、導套外，一般還在動模座板與推板之間設置導柱和導套，以保證推出機構的正常運動。
（8）導柱的直徑應根據模具大小而決定，可參考標準模架數據選取[14]。
導柱結構如圖2.3：
圖2.3 導柱
導套結構如圖2.4：
圖2.4 導套
2.10 脫模機構的設計
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構稱為脫出機構（或稱推出機構、頂出機構）。
設計脫模機構時，應遵循以下原則：
結構可靠：機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度。
保證塑件不變形、不損壞。
保證塑件外觀良好。
盡量使塑件留在動模一邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。
根據以上原則，在模具上設計頂桿的大小與位置，頂桿就是脫模推出機構，即將塑件從型芯上頂出。頂桿見零件圖，頂出時受力均衡，直徑都為。
頂出行程計算：
式中 —所需頂出行程
—型芯成型高度
e —頂出行程富裕量（mm）
=15+5=20（mm）
所需開模行程計算
式中 —開模行程（mm）；
—塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度（mm）；
—動定模型芯突出分型面的高度總和（mm）；
e —取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量（mm）；
。
推桿機構如圖2.5：
圖2.5 推桿
2.11 壓力機的校核
2.11.1 最大注射量的校核
式中 —注射機公稱質量注射量
—注射機最大注射量的利用系數，取0.8
—塑件的質量
—澆注系統(tǒng)等廢料的質量
塑件質量5.72g，澆注系統(tǒng)質量3.63g。
則每次注射所需塑料量為45.72+3.63=26.51g。
注射機的最大注射量600.8=48g>26.51g，故能滿足要求[15]。
2.11.2 鎖模力與注射壓力的校核
鎖模力可按校核
式中 p—模具型腔內塑料熔體平均壓力（），一般為注射壓力的0.3～0.6倍，通常為20～40， 取25。
A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（cm）
F—注射機額定鎖模力（N）
投影面積估算
=7259.68+180+50.24+8
=7497.92mm=7.50cm
代入上式得 F=257.50=187.5（KN）
由于F=500KN 故滿足
2.11.3 注射機開模行程的校核
式中 —注射機行程（SK=170mm）
—脫模距離（頂出距離）
—塑件高度+澆注系統(tǒng)高度
則 ++10=52+17+10=79mm<170mm
故能滿足要求。
結束語
畢業(yè)設計是對大學四年所學知識與能力的綜合應用和檢測，是每一個合格的大學生的必經工程，也是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設計，不僅培養(yǎng)了我們正確的設計思想，同時也讓我們掌握了工程設計的一般程序和方法，以及鍛煉了我們綜合運用知識的能力。在本次設計過程中，我們大量閱讀了各種技術資料及手冊，而且對塑料零件的性能等問題進行了研究。因此，本次設計不僅加深了自己對專業(yè)所學知識的理解和認識，進一步提高了我們的繪圖能力。
我在本次畢業(yè)設計中知識能力得到了一個質的飛躍，這對我們將來都會產生深遠影響。并且，在設計過程中還得到了其他老師和各組同學的熱忱幫助，在此表示感謝！
由于本人知識有限，實際經驗不足，因此設計中難免還存在著或多或少的不足之處，敬請各位老師批評指正，本人將不勝感激。
致 謝
大學最后一次的作業(yè)---畢業(yè)設計做完了，這是個很艱巨而又漫長的任務，以我個人的能力不可能完成這么龐大的工程。所以，在這里，我要非常感謝張躍老師以及系里其他的老師對我的幫助和指導，還有在我遇到困難伸出援手的同學們，在我們共同努力之下，讓我很順利的完成了畢業(yè)設計。再一次感謝你們對我的幫助。
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