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畢業(yè)設(shè)計外文翻譯
題目： 注塑模具自動裝配造型
專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號： 068105339
學(xué) 生 姓 名： 周勇奇
指 導(dǎo) 教 師： 羅海泉
二O一O 年 三 月
注塑模具自動裝配造型
X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee
機(jī)械和生產(chǎn)工程部，新加坡國立大學(xué)，新加坡
注射模是一種由與塑料制品有關(guān)的和與制品無關(guān)的零部件兩大部分組成的機(jī)械裝置。本文提出了（有關(guān)）注射模裝配造型的兩個主要觀點(diǎn)，即描述了在計算機(jī)上進(jìn)行注射模裝配以及確定裝配中與制品無關(guān)的零部件的方向和位置的方法，提出了一個基于特征和面向?qū)ο蟮谋磉_(dá)式以描述注射模等級裝配關(guān)系，該論述要求并允許設(shè)計者除了考慮零部件的外觀形狀和位置外，還要明確知道什么部份最重要和為什么。因此，它為設(shè)計者進(jìn)行裝配設(shè)計（DFA）提供了一個機(jī)會。同樣地，為了根據(jù)裝配狀態(tài)推斷出裝配體中裝配對象的結(jié)構(gòu)，一種簡化的特征幾何學(xué)方法也誕生了。在提出的表達(dá)式和簡化特征幾何學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入探討了自動裝配造型的方法。
關(guān)鍵字：裝配造型；基于特征；注射模；面向?qū)ο蟆?
1、簡介
注射成型是生產(chǎn)塑料模具產(chǎn)品最重要的工藝。需要用到的兩種裝備是：注射成型機(jī)和注射模?，F(xiàn)在常用的注射成型機(jī)即所謂的通用機(jī)，在一定尺寸范圍內(nèi)，可以用于不同形狀的各種塑料模型中，但注射模的設(shè)計就必須隨塑料制品的變化而變化。模型的幾何因素不同，它們的構(gòu)造也就不同。注射模的主要任務(wù)是把塑料熔體制成塑料制品的最終形狀，這個過程是由型芯、型腔、鑲件、滑塊等與塑料制品有關(guān)的零部件完成的，它們是直接構(gòu)成塑料件形狀及尺寸的各種零件，因此，這些零件稱為成型零件。（在下文，制品指塑料模具制品，部件指注射模的零部件。）除了注射成型外，注射模還必須完成分配熔體、冷卻、開模、傳輸、引導(dǎo)運(yùn)動等任務(wù)，而完成這些任務(wù)的注射模組件在結(jié)構(gòu)和形狀上往往都是相似的，它們的結(jié)構(gòu)和形狀并不取決于塑料模具，而是取決于塑料制品。圖1顯示了注射模的結(jié)構(gòu)組成。
圖1 注射模的結(jié)構(gòu)
成型零件的設(shè)計從塑料制品中分離了出來。近幾年，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用到成型零件的設(shè)計上。成型零件的形狀的自動化生成也引起了很多研究者的興趣，不過很少有人在其上付諸實(shí)踐，雖然它也象結(jié)構(gòu)零件一樣重要?，F(xiàn)在，模具工業(yè)在應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計成型零件和注射成型機(jī)時，遇到了兩個主要困難。第一，在一個模具裝置中，通常都包括有一百多個成型零部件，而這些零部件又相互聯(lián)系，相互限制。對于設(shè)計者來說，確定好這些零部件的正確位置是很費(fèi)時間的。第二，在很多時候，模具設(shè)計者已想象出工件的真實(shí)形狀，例如螺絲，轉(zhuǎn)盤和銷釘，但是CAD系統(tǒng)只能用于另一種信息的操作。這就需要設(shè)計者將他們的想法轉(zhuǎn)化成CAD系統(tǒng)能接受的信息(例如線，面或者實(shí)體等)。因此，為了解決這兩個問題，很有必要發(fā)展一種用于注射模的自動裝配成型系統(tǒng)。在此篇文章里，主要講述了兩個觀點(diǎn)：即成型零部件和模具在計算機(jī)上的防真裝配以及確定零部件在模具中的結(jié)構(gòu)和位置。
這篇文章概括了關(guān)于注塑成型的相關(guān)研究，并對注射成型機(jī)有一個完整的闡述。通過舉例一個注射模的自動裝配造型，提出一種簡化的幾何學(xué)符號法，用于確定注射模具零部件的結(jié)構(gòu)和位置。
2.相關(guān)研究
在各種領(lǐng)域的研究中，裝配造型已成為一門學(xué)科，就像運(yùn)動學(xué)、人工智能學(xué)、模擬幾何學(xué)一樣。Libardi作了一個關(guān)于裝配造型的調(diào)查。據(jù)稱，很多研究人員已經(jīng)開始用圖表分析模型會議拓?fù)?。在這個圖里，各個元件由節(jié)點(diǎn)組成的，再將這些點(diǎn)依次連接成線段。然而這些變化矩陣并沒有緊緊的連在一起，這將嚴(yán)重影響整體的結(jié)構(gòu)，即，當(dāng)其中某一部分移動了，其他部分并不能做出相應(yīng)的移動。Lee and Gossard開發(fā)了一種新的系統(tǒng)，支持包含更多的關(guān)于零部件的基本信息的一種分級的裝配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像在各元件間的“裝配特征”。變化矩陣自動從實(shí)際的線段間的聯(lián)系得到，但是這個分級的拓?fù)淠Ｐ椭荒苡行У卮怼安糠帧钡年P(guān)系。
自動判別裝配組件的結(jié)構(gòu)意味著設(shè)計者可避免直接指定變化的矩陣，而且，當(dāng)它的參考零部件的尺寸和位置被修改的時候，它的位置也將隨之改變。現(xiàn)在有三種技術(shù)可以推斷組件在模具中的位置和結(jié)構(gòu)：反復(fù)數(shù)值技術(shù),象征代數(shù)學(xué)技術(shù)，以及象征幾何學(xué)技術(shù)。Lee and Gossard提出一項從空間關(guān)系計算每個組成元件的位置和方向的反復(fù)數(shù)值技術(shù)。他們的理論由三步組成：產(chǎn)生條件方程式，降低方程式數(shù)量，解答方程式。方程式有：16個滿足未知條件的方程式，18個滿足已知條件的方程式，6個滿足各個矩陣的方程式以及另外的兩個滿足旋轉(zhuǎn)元件的方程式。通常方程式的數(shù)量超過變量的數(shù)量時，應(yīng)該想辦法去除多余的方程式。牛頓迭代法常用來解決這種方程式。不過這種方法存在兩種缺點(diǎn)：第一，它太依賴初始解；第二：反復(fù)的數(shù)值技術(shù)在解決空間內(nèi)不能分清不同的根。因此，在一個完全的空間關(guān)系問題上，有可能解出來的結(jié)果在數(shù)學(xué)理論上有效，但實(shí)際上卻是行不通的。
Ambler和Popplestone提議分別計算每個零部件的旋轉(zhuǎn)量和轉(zhuǎn)變量以確定它們之間的空間關(guān)系，而解出的每個零部件的6個變量(3個轉(zhuǎn)變量和3旋轉(zhuǎn)量)要和它們的空間關(guān)系一致。這種方法要求大量的編程和計算，才能用可解的形式重寫有關(guān)的方程式。此外，它不能保證每次都能求出結(jié)果，特別是當(dāng)方程式不能被以可解答的形式重寫時。
為了能確定出滿足一套幾何學(xué)限制條件的剛體的位置與方向，Kramer開發(fā)了一種特征幾何學(xué)方法。通過產(chǎn)生一連串滿足逐漸增長的限制條件的動作推斷其幾何特征，這樣將減少物體的自由度數(shù)。Kramer使用的基本參考實(shí)體稱為一個"標(biāo)識"，由一個點(diǎn)和兩正交軸構(gòu)成。標(biāo)識間的7個限制條件（coincident, in-line, in-plane, parallelFz,offsetFz, offsetFx and helical)都被定了義。對于一個包括獨(dú)立元件、相互約束的標(biāo)識和不變的標(biāo)識的問題來說，可以用動作分析法來解決問題，它將一步一步地最后求出物體的最終的幾何構(gòu)造。在確定物體構(gòu)造的每一個階段，自由度分析將決定什么動作能提供滿足限制物體未加限制部位的自由度。然后計算該動作怎樣能進(jìn)一步降低物體的自由度數(shù)。在每個階段的最后，給隱喻的裝配計劃加上合適的一步。根據(jù)Shah和Rogers的分析，Kramer的理論代表了注射模具最顯著的發(fā)展，他的特征幾何學(xué)方法能解出全部的限制條件。和反復(fù)的數(shù)值技術(shù)相比，他的這種方法更具吸引力。不過要實(shí)行這種方法，需要大量的編程。
現(xiàn)在雖然已有很多研究者開始研究注射成型機(jī)，但仍很少有學(xué)者將注意力放在注射模設(shè)計上。Kruth開發(fā)了一個注射模的設(shè)計支援系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過高級的模具對象(零部件和特征)支持注射模的成型設(shè)計。因為系統(tǒng)是在AUTOCAD的基礎(chǔ)上設(shè)計的，因此它只適于線和簡單的實(shí)體模型操作。
3.注射模裝配概述
主要講述了關(guān)于注射模自動裝配造型的兩個方面：注射模在電腦上的防真裝配和確定結(jié)構(gòu)零件在裝配中的位置和方向。在這個部分，我們基于特征和面向?qū)ο笳撌隽俗⑸淠Ｑb配。
注射模在電腦上的防真裝配包含著注射模零部件在結(jié)構(gòu)上和空間上的聯(lián)系。這種防真必須支持所有給定零部件的裝配、在相互關(guān)聯(lián)的零部件間進(jìn)行變動以及整體上的操作。而且防真裝配也必須滿足設(shè)計者的下列要求：
1． 支持能表達(dá)出模具設(shè)計者實(shí)體造型想象的高級對象。
2． 成型防真應(yīng)該有象現(xiàn)實(shí)一樣的操作功能，就如裝入和干擾檢查。
為了滿足這些要求，可用一個基于特征和面向?qū)ο蟮姆旨壞Ｐ蛠泶孀⑸淠?。這樣便將模型分成許多部分，反過來由多段模型和獨(dú)立部分組成。因此，一個分級的模型最適合于描述各組成部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。一級表明一個裝配順序，另外，一個分級的模型還能說明一個部分相對于另一個部分的確定位置。
與直觀的固體模型操作相比，面向特征設(shè)計允許設(shè)計者在抽象上進(jìn)行操作。它可以通過一最小套參數(shù)快速列出模型的特征、尺寸以及其方位。此外，由于特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何實(shí)體上的聯(lián)系，設(shè)計者更容易更改設(shè)計。如果沒有這些特征，設(shè)計者在構(gòu)造固體模型幾何特征時就必須考慮到所有需要的細(xì)節(jié)。而且面向特征的防真為設(shè)計者提供了更高級的成型對象。例如，模具設(shè)計者想象出一個澆口的實(shí)體形狀，電腦就能將這個澆口造型出來。
面向?qū)ο笤煨头ㄊ且环N參照實(shí)物的概念去設(shè)計模型的新思維方式?；镜膱D素是能夠?qū)?shù)據(jù)庫和單一圖素的動作聯(lián)系起來的對象。面向?qū)ο蟮脑煨蛯斫鈫栴}并且設(shè)計程序和數(shù)據(jù)庫是很有用的。此外，面向?qū)ο蟮难b配體呈現(xiàn)方式使得“子”對象能繼承其“父”對象的信息變得更容易。
圖形2說明以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎疽环N插入模具。 表示是多重水平的提取的一種分層的結(jié)構(gòu)，從低水平的幾何學(xué)的實(shí)體(形成特性)到高水平的組件。 在盒子中被封入的項目代表“裝配對象”； 固體線代表“部分”關(guān)系； 同時，猛沖的線代表其它關(guān)系。 組件( SUBFA )包括部分( PART )。 一部分能被認(rèn)為是形式特性( FF )的一種“裝配”。 表示把一個以特性為基礎(chǔ)的幾何學(xué)的模型的力與面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷哪切┫嘟Y(jié)合。 它不僅包含父對象和子對象之間的“部分”關(guān)系，也包括富有的套結(jié)構(gòu)的關(guān)系和裝配對象的一群操作的功能。 在段中3.1，在裝配對象之間有有關(guān)一種裝配對象的定義的較進(jìn)一步的討論，而詳盡的關(guān)系在3.2段中被提出。
3.1裝配對象的定義
在我們的工作中，一種裝配對象，O，以如下形式被定義為一個唯一而可辨認(rèn)的實(shí)體：
O = ( Oid，A，M，R ) ( 1 )
在此式中：
Oid是一種裝配對象( O )的一個唯一的標(biāo)識符。
A是一套三元組，( t，a，v )。 每一元素a被稱為O的一種屬性，與每一屬性有關(guān)是一類型，t，和一種價值，v。
M是一套元組，( m，tc1，tc2，%，tcn，tc)。 M中每一個元素都有唯一識別方法。 符號m代表一種方法名稱； 同時，方法定義有關(guān)對象的操作。 符號tc (i= 1，2，%，n )規(guī)定爭論類型和符號tc退回的價值類型。
3.2形式特性之間的關(guān)系
模具設(shè)計在本質(zhì)中是一個智力的過程； 模具設(shè)計者大多數(shù)時間在真實(shí)客觀的對象諸如金屬板，螺絲釘，槽，斜面，和孔等思索設(shè)想。因此，用形式特性建設(shè)所有產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的模型是必要。 模具設(shè)計者能容易地改變一部分的大小和形狀，因為形式特性之間的關(guān)系保持在部分表示中。 圖形3(a )顯示一個金屬板帶有一個含有公差等級要求的孔。 這部分被兩個形式特性定義，即一個塊和含有公差等級要求的孔。 關(guān)于塊特性計數(shù)器開掘洞( FF2 )被放置FF1，使用他們本地分別地協(xié)調(diào)F2和F1，。 方程( 2)– ( 5 )顯示計數(shù)器開掘洞( FF2 )和塊特性( FF1 )之間的空間的關(guān)系。 對于形式特性，沒有他們之間的空間的約束，因此空間的關(guān)系被設(shè)計者直接指定。 兩形式特性之間的詳盡的裝配關(guān)系被定義如下：
4.在裝配中推斷部分配置
一種裝配中的若干部分的位置和方向最后通過轉(zhuǎn)換矩陣來表達(dá)。為了方便的緣故，空間的關(guān)系通常被諸如“伙伴”，“結(jié)盟”和“平行”的高水平的鋪席子的條件指定。 這樣，從含蓄的約束關(guān)系自動地引出若干部分之間的清晰明確的轉(zhuǎn)換矩陣是十分重要。推斷一種裝配中的若干部分的配置三種技術(shù)在段2.中已被討論了因為象征性幾何學(xué)的接近能以多項式時間復(fù)雜性定位所有關(guān)于約束方程的解決方案，我們使用這接近來確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 為了在裝配模擬軟件中執(zhí)行這接近，大量的編寫程序被要求。因此，一種簡化的幾何學(xué)的接近被建議確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。
在象征性幾何學(xué)的接近中，確定位置和若干部分的方向被產(chǎn)生一系列行動執(zhí)行符號滿足每一逐漸增長的約束。被要求來滿足每一逐漸增長的約束的信息儲存在“計劃片段”的一個表格中。 每一計劃片段是規(guī)定一系列測量方法和行動的一個過程按照這樣一種方式移動部分對于滿足相應(yīng)的約束。 計劃片段也記錄新的自由度和聯(lián)系不變量的幾何不變式。
由于這些限制約束序列，我們的計劃片段桌子中的輸入的數(shù)字基本上被減少。 為了為了一，兩或者三個約束解決在我們的系統(tǒng)中允許，九種輸入僅僅被要求。 為了交互式的增加組成部分裝配，更多約束類型和自由的序列將為了用戶增加靈活性。 然而，在為了一種插入模具模擬的自動裝配中，當(dāng)空間的關(guān)系被預(yù)先規(guī)定在裝配對象中時，一些序列限制不有關(guān)系。 有了上述的定義的合成約束，一個組成部分部分的結(jié)構(gòu)的關(guān)系能指定在組成部分的數(shù)據(jù)庫中。 當(dāng)把一個組成部分部分添加到模具裝配時，系統(tǒng)將首先分解進(jìn)入原始的約束的合成約束，然后產(chǎn)生一群片段計劃將組成部分指明方向并且定位在裝配中。
5.注射模的自動裝配
任何注射模具的裝配都由產(chǎn)品的局部和整體兩部分組成。產(chǎn)品的局部依賴產(chǎn)品的整體設(shè)計基于塑料的部分[ 1,2 ]的幾何學(xué)。 產(chǎn)品依賴部分通常有與那個同樣的方向頂端水平裝配，而他們的位置被設(shè)計者直接指定。 對于產(chǎn)品獨(dú)立部分的設(shè)計，常規(guī)，模具設(shè)計者從目錄中選擇結(jié)構(gòu)，
為了產(chǎn)品若干部分的選擇的結(jié)構(gòu)建設(shè)幾何學(xué)的模型，而然后把產(chǎn)品獨(dú)立部分添加到插入模具的裝配。 這設(shè)計過程是時間消耗的和差錯容易傾向于。 在我們的系統(tǒng)中，一個數(shù)據(jù)庫為了所有產(chǎn)品獨(dú)立部分根據(jù)裝配表示被建造，而對象定義在段3.中不僅描述這數(shù)據(jù)庫包含產(chǎn)品獨(dú)立部分的幾何學(xué)的形狀和大小，也包括他們之間的空間的約束。 此外，一些日常事務(wù)發(fā)揮作用諸如干擾檢查和裝在衣袋內(nèi)被封裝在數(shù)據(jù)庫中。 因此，模具設(shè)計者必須從用戶接口中選擇產(chǎn)品獨(dú)立部分的結(jié)構(gòu)類型，而然后軟件將為了這些部分自動地計算方向和位置矩陣，而把他們添加到裝配。
5.1模具基礎(chǔ)組件
正如圖1所示，產(chǎn)品的獨(dú)立部分可以更進(jìn)一步被分為摸具基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)部分。摸具基礎(chǔ)是由一群金屬板，插腳，導(dǎo)套等等組成的。除了塑型產(chǎn)品，模具必須具有一系列功能，諸如，箝位，校準(zhǔn)，冷卻，注塑等等。大多數(shù)產(chǎn)品不得不合并相同的功能，這導(dǎo)致了相似結(jié)構(gòu)的樹立。一些模具建筑形成的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被采用了。模具基礎(chǔ)起因于這個標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配表示，模具基礎(chǔ)組成部分的以特性為基礎(chǔ)的固體模具首先被建造；其次，裝配對象被定義為在成分和壓縮功能一部分功能在組成零件之間建立關(guān)系；然后，利用這些組裝對象，一個分層的組裝對象——模具基礎(chǔ)——能被形成。這些模具基礎(chǔ)對象能通過目錄數(shù)據(jù)庫被例示。表4列出了模具基礎(chǔ)對象來產(chǎn)生指定的模具基礎(chǔ)的例子。這個指定的模具基礎(chǔ)實(shí)例能自動地添加到模具裝配。模具基礎(chǔ)部件和最高裝配的結(jié)構(gòu)關(guān)系能通過Eqs被表達(dá)。Mp和Mr所在的（8）和（9）式是單元矩陣。
5.2 標(biāo)準(zhǔn)零件的自動增加
一個標(biāo)準(zhǔn)零件是一個組裝對象。它可以通過章節(jié)3.1的公式（1）來定義。在數(shù)據(jù)庫中，空間約束用 mate，平面aling和軸align，而不像模具基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)件的位置和方向的矩陣是未知的。在示例中，軟件通過利用單一的符號幾何來自動推斷章節(jié)4中描述的結(jié)構(gòu)關(guān)系。
5.3 裝配對象的包裝
自動裝配設(shè)計的一個重要問題是自動包裝過程。包裝是一個在相應(yīng)組成部分提供附著成分的真空區(qū)的操作。當(dāng)一個驅(qū)動者被添加到裝配時，一個空的空間被要求在EA盤上調(diào)節(jié)驅(qū)動者，如表5所示。
由于面向?qū)ο蟮谋硎痉ū徊扇?，每一個裝配對象能被描述為兩個實(shí)體，實(shí)物和虛擬物。虛擬物通過被實(shí)物占據(jù)的空間模仿。只要一個裝配對象被添加到裝配中，它的虛擬對象也被添加到裝配中。操作發(fā)揮作用中的pocketFplate( ) M O將從相應(yīng)的組成部分(參看公式（1）和表1)。此外，因為在相應(yīng)的組成部分上在虛擬對象和真正的對象之間有聯(lián)系，包裝將隨真正的對象的修正而變化。
這種自動包裝功能更進(jìn)一步顯示了面向?qū)ο蟊硎痉ǖ膬?yōu)勢。
6.基于Unigraphics系統(tǒng)[ 13 ]，所提出的以特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮难b配計劃和自動化裝配模擬的系統(tǒng)在新加坡的國立大學(xué)被開發(fā)的IMOLD系統(tǒng)[ 14 ]中已被執(zhí)行。UG系統(tǒng)提供了一個友好的用戶應(yīng)用程序接口。通過這個接口，用戶可以調(diào)用UG的內(nèi)部功能，諸如增加裝配部件，修正參數(shù)等等。 圖6顯示的是一個注塑模具產(chǎn)品，這個產(chǎn)品的注塑模具組裝設(shè)計顯示在圖7（a）。固定一半組件的相應(yīng)的父子關(guān)系圖顯示在圖7（b）。裝配是由IMOLD系統(tǒng)設(shè)計。每一個模具基礎(chǔ)的零件都在裝配中自動定位。Unigraphics系統(tǒng)提供一個用戶友好應(yīng)用編寫程序接口(應(yīng)用程序接口)。 通過這接口，雖然Unigraphics為了給條件鋪席子提供功能，用戶能呼叫諸如把部分添加到一種裝配的Unigraphics內(nèi)部的功能，修改參數(shù)等等，所提出的接近仍然被需要推斷組成部分配置，因為在組成部分能被添加到裝配之前，計算自由的度是必要，而檢查給條件鋪席子的有效性。 圖6個展覽一種插入鑄造產(chǎn)品，因為圖被領(lǐng)進(jìn)來，和設(shè)計的插入模具裝配這產(chǎn)品7(a )。 固定一半組件的相應(yīng)的“父與子”關(guān)系被領(lǐng)進(jìn)來圖7(b )。 這裝配被系統(tǒng)設(shè)計。 每一模具基礎(chǔ)的盤子自動地被定位在裝配中。 諸如定位的圓環(huán)和驅(qū)逐者的標(biāo)準(zhǔn)的部分自動地被添加到裝配，因為這些標(biāo)準(zhǔn)部分也自動地被建立，和口袋。
7.結(jié)論
注射模具裝配以所提出的特性為基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎静粌H把特性范例擴(kuò)展到裝配，由于擴(kuò)展特性范例而給條件，插入和方向限制等等鋪席子到裝配設(shè)計設(shè)計，而且是封裝操作的功能和幾何學(xué)的約束，諸如自由的程度，諸如集合的組成部分的模糊變化修正甚至能在完成裝配過程之后被制定。 裝配對象的封裝有如下兩種優(yōu)勢： 首先，因為裝配的條件被封裝在裝配對象中，自動裝配設(shè)計容易執(zhí)行； 其次，對象裝配的封裝操作的功能使諸如裝在衣袋內(nèi)與干擾檢查的裝配設(shè)計的日常事務(wù)過程自動化。 所提出的簡單化的動作分析能基本上減少為了自動檢測校對模具裝配之內(nèi)組成部分干擾所需要的規(guī)劃設(shè)計的努力。
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 塑料模具設(shè)計
專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造
班 級： 2003級 05 班
姓 名：
指導(dǎo)老師：
2006 年5 月
引 言
本說明書為機(jī)械塑料注射模具設(shè)計說明書，是根據(jù)塑料模具手冊，上的設(shè)計過程及相關(guān)工藝編寫的。本說明書的內(nèi)容包括：目錄、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書、畢業(yè)設(shè)計說明書、畢業(yè)設(shè)計體會、參考文獻(xiàn)等。
編寫本說明書時，力求符合設(shè)計步驟，詳細(xì)說明了塑料注射模具設(shè)計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法，如塑件的成型工藝、塑料脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
本說明書在編寫過程中，得到有張蓉老師和相關(guān)同學(xué)的大力支持和熱情幫助，在此謹(jǐn)以致意。
由于本人設(shè)計水平有限，在設(shè)計過程中難免有錯誤之處，敬請各位老師批評指正。
設(shè)計者：
2006.05
畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書
一、 題目：
玩具的小零件 材料：聚丙?。≒P）
二、明確設(shè)計任務(wù)，收集有關(guān)資料：
1、了解設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)容、要求和步驟，制定設(shè)計工作進(jìn)度計劃
2、將Pro/E零件圖轉(zhuǎn)化為CAD平面圖，并標(biāo)好尺寸
3、查閱、收集有關(guān)的設(shè)計參考資料
4、了解所設(shè)計零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個產(chǎn)品中裝配關(guān)系、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量
5、塑膠廠車間的設(shè)備資料
6、模具制造技能和設(shè)備條件及可采用的模具標(biāo)準(zhǔn)情況
三、工藝性分析
分析塑膠件的工藝性包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，只要分析塑膠件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、尺寸標(biāo)注方法、精度要求、表面質(zhì)量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經(jīng)濟(jì)方面，主要根據(jù)塑膠件的生產(chǎn)批量分析產(chǎn)品成本，闡明采用注射生產(chǎn)可取得的經(jīng)濟(jì)效益。
1、塑膠件的形狀和尺寸：
塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。
2、塑膠件的尺寸精度和外觀要求：
塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結(jié)構(gòu)型式及制造精度等有關(guān)。
3、生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批量的大小，直接影響模具的結(jié)構(gòu)型式，一般大批量生產(chǎn)時，可選用一模多腔來提高生產(chǎn)率；小批量生產(chǎn)時，可采用單型腔模具等進(jìn)行生產(chǎn)來降低模具的制造費(fèi)用。
4、其它方面
在對塑膠件進(jìn)行工藝分析時，除了考慮上訴因素外，還應(yīng)分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產(chǎn)常見的制品缺陷問題對模塑工藝的影響。
四、 確定成型方案及模具型式：
根據(jù)對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定所需的，模塑成型方案，制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。
五、 工藝計算和設(shè)計
1、注射量計算：涉及到選擇注射機(jī)的規(guī)格型號，一般應(yīng)先進(jìn)行計算。對于形狀復(fù)雜不規(guī)則的制品，可以利用Pro/E，的“分析/模塑分析/模塑質(zhì)量屬性”來計算質(zhì)量?；蛘卟捎霉浪愎烙嬎芰系挠昧?，及保證足夠的塑料用量為原則。
2、澆注系統(tǒng)設(shè)計計算：這是設(shè)計注射模的第一步，只有完成注系統(tǒng)的設(shè)計后才能估算型腔壓力、注射時間、校核鎖模力，從而進(jìn)一步校核所選擇的注射機(jī)是否符合要求。澆注系統(tǒng)設(shè)計計算包括澆道布置、主流道和分流道斷面尺寸計算、澆注系統(tǒng)壓力降計算和型腔壓力校核。
3、成型零件工作尺寸計算：主要有凹模和型芯徑向尺寸高度尺寸，其最大值直接關(guān)系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度則直接影響到制品精度。為計算方便，凡孔類尺寸均及其最小尺寸作為公稱尺寸，凡軸類尺寸均及最大尺寸作為公稱尺寸；進(jìn)行工作尺寸計算時應(yīng)考慮塑料的收縮率和模具壽命等因素。
4、模具冷卻與加熱系統(tǒng)計算：冷卻系統(tǒng)計算包括冷卻時間和冷卻參數(shù)計算。冷卻參數(shù)包括冷卻面積、冷卻水空長度和孔數(shù)的計算及冷卻水流動狀態(tài)的校核和冷卻水入口與出口處溫差的校核。模具加熱工藝計算主要是加熱功率計算。
5、注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核：模具初步設(shè)計完成后，還需校核所選擇的注射機(jī)注射壓力和鎖模力能否滿足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安裝，行程是否滿足模塑成型及取件要求。
六、 進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：
1、確定凹模尺寸：先計算凹模厚度，再根據(jù)厚度確定凹模周界尺寸，在確定凹模周界尺寸時要注意：第一，澆注系統(tǒng)的布置，特別是對于一模多腔的塑料模應(yīng)仔細(xì)考慮模腔位置和澆道布置；第二，要考慮凹模上螺孔的布置位置；第三，主流道中心與模板的幾何中心應(yīng)重合；第四，凹模外形尺寸盡量按國家標(biāo)準(zhǔn)選取。
2、選擇模架并確定其他模具零件的主要參數(shù)；在確定模架結(jié)構(gòu)形式和定模、動模板的尺寸后，可根據(jù)定模、動模板的尺寸，從《塑料模國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T12555-1990和GB/T12556-1990中確定模架規(guī)格。待模架規(guī)格確定后即可確定主要塑模零件的規(guī)格參數(shù)。再查閱有關(guān)零件圖表，就可以畫裝配圖了。
七、畫裝配圖
一般先畫上主視圖，再畫側(cè)視圖和其他視圖。由于注射機(jī)大多為臥式的，故注射模也常按安裝位置畫成臥式，畫主視圖最好從分型面開始向左右兩個方向畫比較方便。
1、主視圖：繪制模具工作位置的剖面圖
2、側(cè)視圖：一般情況下繪制定模部分視圖
3、俯視圖、局部剖視圖等
4、列出零件明細(xì)表，注明材質(zhì)和數(shù)量，凡標(biāo)準(zhǔn)件須注明規(guī)格
5、技術(shù)要求及說明，包括所選注射機(jī)設(shè)備型號，所選用的標(biāo)準(zhǔn)模架型號，模具閉合高度，模具間隙及其它要求。
八、繪制各非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
零件圖上應(yīng)注明全部尺寸、公差與配合、行位公差、表面粗糙度、所用材料、熱處理方法及其它要求
九、編寫技術(shù)文件
1、編寫注射成型工藝卡片：根據(jù)塑料的成型特點(diǎn)，查閱有關(guān)資料，確定合理的注射成型工藝參數(shù)，并作成工藝卡片。
2、編寫加工工藝過程卡片：選取兩個重要模具成型零件，確定加工工藝路線，并作成加工工藝過程卡片
3、編寫設(shè)計說明書
目 錄
第 一 部分 產(chǎn)品的說明
第 二 部分 塑件分析
第 三 部分 注射機(jī)的型號和規(guī)格選擇及校核
第 四 部分 分型面的選擇
第 五 部分 型腔數(shù)目的決定及排布
第 六 部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
第 七 部分 成型零件的工作尺寸計算及結(jié)
構(gòu)形式
第 八 部分 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計
第 九 部分 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計
第 十 部分 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
第十一部分 模具的動作過程
第十二部分 設(shè)計小結(jié)
第十三部分 附錄
第 一 部分 產(chǎn)品的說明
本產(chǎn)品主要用于小玩具，它要求質(zhì)量輕、成本低廉、能大規(guī)模的生產(chǎn)、無毒，下列為其圖樣。
第 二 部分 塑件的分析
PP于1957年由意大利Montecatin公司首先開始工業(yè)化生產(chǎn)，目前已成為發(fā)展速度最快的塑料品種，其產(chǎn)量位居第三。
PP學(xué)名聚丙烯，其相對分子質(zhì)量一般為10～50萬。分子式為
PP的主要特點(diǎn)如下：
①成白色蠟狀，無毒，透明；
②有著極低的密度（0.89～0.92），固質(zhì)量很輕，是大品種塑料中最輕的一種；
③化學(xué)穩(wěn)定性好，在室溫下溶劑不能溶解PP，且有著優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性和耐；
④耐熱性好，能在130使用；
⑤電性能優(yōu)異，耐高頻電絕緣性好，在潮濕環(huán)境中也具有良好的電絕緣性；
⑥有著優(yōu)異的力學(xué)性能，包括拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和硬度，突出的剛性和耐彎曲疲勞性能；
⑦PP比PE容易發(fā)生熱、光氧化，耐氣候老化性差，必須添加抗氧劑或紫外線吸收劑；
⑧耐抗沖擊性能較差，尤其是低溫沖擊性差，對缺口十分敏感；
⑨PP的結(jié)晶性能導(dǎo)致制品的不透明性。
第 三 部分 注射機(jī)的型號和規(guī)格選擇及校核
注射模是安裝在注射機(jī)上的，因此在設(shè)計注射模具時應(yīng)該對注射機(jī)有關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行必要的了解，以便設(shè)計出符合要求的模具，同時選定合適的注射機(jī)型號。
從模具設(shè)計角度考慮，需要了解注射機(jī)的主要技術(shù)規(guī)范。在設(shè)計模具時，最好查閱注射機(jī)生產(chǎn)廠家提供的有關(guān)“注射機(jī)使用說明書”上標(biāo)明的技術(shù)規(guī)范，。因為即使同一規(guī)格的注射機(jī)，生產(chǎn)廠家不同，其技術(shù)規(guī)格也略有差異。
1、注射機(jī)的選用
選用注射機(jī)時，通常是以某塑件（或模具）實(shí)際需要的注射量初選某一公稱注射量的注射機(jī)型號，然后依次對該機(jī)型的公稱注射壓力、公稱鎖模力、模板行程以及模具安裝部分的尺寸一一進(jìn)行校核。
以實(shí)際注射量初選某一公稱注射量的注射機(jī)型號；為了保證正常的注射成型，模具每次需要的實(shí)際注射量應(yīng)該小于某注射機(jī)的公稱注射量，即：
式子中，—實(shí)際塑件（包括澆注系統(tǒng)凝料）的總體積（）。
從PP的物理性質(zhì)可得：ρ=0.89～0.92，取m=100g，故 ，現(xiàn)我們選擇XS-ZY-125型號的注射成型機(jī)，此型號表示液壓注射成型機(jī)，其公稱注射量為。
2、注射壓力的校核
該項工作是效核所選注射機(jī)的公稱壓力P能否滿足塑件所成型時需要的注射壓力P0，其值一般為70～150MPa，通常要求P> P0。我們這里選70MPa。
3、鎖模力的校核
鎖模力是指注射機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)對模具所施加的最大夾緊力，當(dāng)高壓的塑料熔體充填模腔時，會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。為此，注射機(jī)的額定鎖模力必須大于該脹型力，即：
F鎖 F脹 = A 分 × P型
F鎖—注射機(jī)的額定鎖模力（N）；
P分—模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa）；一般為注射壓力的0.3～0.65倍，通常取20～40MPa。我們這里選P型=30MPa。
A分—塑料和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（mm2）
∴ F鎖 F脹 = A 分 × P型
= 80×200×30=4.8×105（N）
4、開模行程與推出機(jī)構(gòu)的校核
開模行程是指從模具中取出塑料所需要的最小開合距離，用H表示，它必須小于注射機(jī)移動模板的最大行程S。由于注射機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)不同，開模行程可按以下兩種情況進(jìn)行校核：一種是開模行程與模具厚度無關(guān)；二種是開模行程與模具厚度有關(guān)。我們這里選用的是開模行程與模具厚度無關(guān)，且是單分型面注射模具。
1、 當(dāng)開模行程與模具厚度無關(guān)時
這種情況主要是指鎖模機(jī)構(gòu)為液壓-機(jī)械聯(lián)合作用的注射機(jī)，其模板行程是由連桿機(jī)構(gòu)的做大沖程決定的，而與模厚度是無關(guān)的。此情況又兩種類型：
⑴ 對單分型面注射模，所需開模行程H為：
S H = H1 + H2 + （5～10） mm
式中，H1—塑件推出距離（也可以作為凸模高度） （mm）；
H2—包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑高度 （mm）；
S —注射機(jī)移動板最大行程 （mm）；
H —所需要開模行程 （mm）。
而我們這里通過資料可得出（結(jié)構(gòu)見圖九）：
H = 16 + 57 + 8 = 81 （mm）。
⑵ 對雙分型面注射模，所需開模行程為：
S機(jī) H = H1 + H2 + a +（5～10） mm
式中，a—中間板與定模的分開距離 （mm）。
2、推出機(jī)構(gòu)的校核
各種型號注射機(jī)的推出裝置和最大推出距離各不同，設(shè)計模具時，推出機(jī)構(gòu)應(yīng)與注射機(jī)相適應(yīng)，具體可查資料。
第 四 部分 分型面的選擇
分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需要可能有一個或兩個以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以與合模方向平行或傾斜，我們在這里選用與合模方向傾斜。
1、分型面的形式：
分型面的形式與塑件幾何形狀、脫模方法、模具類型及排氣條件、澆口形式等有關(guān)，我們常見的形式有如下五種：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型面。
2、 分型面的選擇原則：
a）、便于塑件脫模：
Ⅰ、 在開模時盡量使塑件留在動模內(nèi)
Ⅱ 、應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯
Ⅲ、應(yīng)合理安排塑件在型腔中的方位；
b）、考慮和保證塑件的外觀不遭損壞
c）、盡力保證塑件尺寸的精度要求（如同心度等）
d）、有利于排氣
e）、盡量使模具加工方便
3、我們這里選擇水平分型面 （如圖一：）
圖 一
第 五 部分 型腔數(shù)目的決定及排布
1、型腔數(shù)目的確定：
為了使模具與注射機(jī)的生產(chǎn)能力的匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑件體精度，模具設(shè)計時應(yīng)確定型腔數(shù)目，常用的方法有四種：a）、根據(jù)經(jīng)濟(jì)性能確定型腔數(shù)目； b）、根據(jù)注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目； c）、根據(jù)注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目； d）、根據(jù)制品精度確定型腔數(shù)目。我們這里選用a），其計算過程如下：
我們設(shè)型腔數(shù)目為n，制品總件數(shù)為N，每一個型腔所需的模具費(fèi)用為C1，與型腔無關(guān)的模具費(fèi)用為C０，每小時注射制品成型的加工費(fèi)用為y（元／h），成型周期為t（min），則：
模具費(fèi)用為（元），
注塑成型費(fèi)用為（元），
總成型加工費(fèi)用為，即
為使總的成型加工費(fèi)用最少，即令＝０，則有 ：
所以n＝。
對于高精度制品，由于型腔模具難以使各型腔的成型條件均勻，故通常推薦型腔數(shù)目不超過４個，我們因為塑件精度要求不高取n＝4。
2、多型腔的排列：
多型腔在模板上排列形式通常有圓形、H形、直線形及復(fù)合形等，在設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
①盡可能采用平衡式排列，確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。
②型腔布置與澆口開設(shè)部位應(yīng)力求對稱，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
③盡量使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸。
第 六 部分 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
1、澆注系統(tǒng)的組成
所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動通道。其作用是使塑件熔體平穩(wěn)而有序地充填到型腔中，以獲得組織致密、外形輪廓
圖 二
1—主流道 2—主流道襯套 3—定位圈 4—冷料
5—澆口 6—定模板 7—動模板
清晰的塑件。因此，澆注系統(tǒng)十分重要。而澆注系統(tǒng)一般可分為普通澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩類。我們在這里選用普通澆注系統(tǒng)，它一般是由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成，如上圖二所示：
2、澆注系統(tǒng)各部件設(shè)計
A、主流道設(shè)計：
主流道是連接注射機(jī)噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度，其主要設(shè)計點(diǎn)為：
⑴ 主流道圓錐角α=2o～6o，對流動性差的塑件可取3 o～6o，內(nèi)壁粗糙度為Ra0.63μm。
⑵主流道大端呈圓角，半徑r=1～3mm，以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。
⑶在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，主流道應(yīng)盡可能短，一般小于60mm，過長則會影響熔體的順利充型。
⑷對小型模具可將主流道襯套與定位圈設(shè)計成整體式。但在大多數(shù)情況下是將主流道襯套與定位圈設(shè)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H7/m6過渡配合，與定位圈的配合采用間隙配合。
⑸主流道襯套一般選用T8、T10制造，熱處理強(qiáng)度為52～56HRC。
B、冷料穴的設(shè)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峰的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；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直徑，長度約為主流道大端直徑。冷料穴的形式有三種：一種是與推桿匹配的冷料穴；二種是與拉料桿匹配的冷料穴；三種是無拉料桿的冷料穴。我們這里選用與推出桿匹配的冷料穴，其結(jié)構(gòu)如圖三：
圖 三
1 — 定位圈 2 — 冷料穴
3 — 推 桿 4 — 動模板
C、分流道的設(shè)計
分流道就是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。多型腔模具必定設(shè)計分流道，單型腔大型腔塑件在使用多個點(diǎn)澆口時也要設(shè)置分流道。
①分流道的截面形狀：通常分流道的斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六角形等。為了減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，提高效率，我們這里就選用圓形分流道，如圖四。因為圓形截面分流道的效率是分流道 圖 四
中效率最高的，固選它。
②分流道的尺寸：因為各種塑料的流動性有差異，所以可以根據(jù)塑料 的品種來粗略地估計分流道的直徑，常用塑料的分流道直徑推薦值如下表一。
但對于壁厚小于3mm，質(zhì)量在200g以下的塑料，可用此經(jīng)驗公式確定其流道直徑：
D=0.2654
式中 ， m—流經(jīng)分流道的塑料量（g）；L—分流道長度（mm）；D—分流道直徑（mm）。對于黏度較大的塑料，可按上式算得的 D值再乘以1.2~1.25的系數(shù)。我們這里取m=100g，L=50mm。固分流道尺寸為1.2D，即D`=1.2D=1.2×0.265××=10（ mm）。所以S=Л× ×1.22=78.5（mm2）
③分流道的布置：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類，這里我們選用的是平衡式的布置方法。
④分流道與澆口的連接：分流道與澆口的連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過渡，有利于塑料熔體的流動及充填。
圖 五
D、澆口的設(shè)計：
澆口是連接分流道與型腔之間的一段細(xì)短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。
澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據(jù)經(jīng)驗確定，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截面積的3%～9%，截面形狀常為矩形或圓形，澆口長度為0.5～2mm，表面粗糙度Ra不低于0.4μm。
澆口的結(jié)構(gòu)形式很多，按照澆口的形狀可以分為點(diǎn)澆口、扇形澆口、盤形澆口、環(huán)形澆口、及薄片式澆口。而我們這里選用的是點(diǎn)澆口。簡圖如圖五
澆口的截面一般只取分流道截面積的3％～9％，澆口的長度約為0.5mm～2mm，現(xiàn)在可算出我們需要的澆口面積S=5％×s=3.9。
澆口位置的選擇直接影響到制品的質(zhì)量問題，所以我們在開設(shè)澆口時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①澆口應(yīng)開在能使型腔各個角落同時充滿的位置。
②澆口應(yīng)設(shè)在制品壁厚較厚的部位，以利于補(bǔ)縮。
③澆口的位置選擇應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。
④澆口的位置應(yīng)選擇在能避免制品產(chǎn)生熔合紋的部位。
⑤對于帶細(xì)長型芯的模具，宜采用中心頂部進(jìn)料方式，以避免型芯受沖擊變形。
⑥澆口應(yīng)設(shè)在不影響制品外觀的部位。
⑦不要在制品承受彎曲載荷或沖擊的部位設(shè)置澆口。
第 七 部分 成型零件的工作尺寸計算
一、凹模的結(jié)構(gòu)形式：
凹模又稱陰模，它是成型塑件外輪廓的零件。根據(jù)需要有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：整體式凹模、組合式凹模、拼塊組合式凹模，我們的產(chǎn)品屬于小型制件，從各方面分析我們
可選用組合式凹?！w嵌入式凹模。
整體嵌入式凹模：于小件一模多腔式模具，一般是將每個型腔單獨(dú)加工后壓入定模中。這種結(jié)構(gòu)的凹模形狀、尺寸一致性好，更換方便。凹模的外形通常是用帶臺階的圓柱形，由臺階定位，以過渡配合嵌入定模板，然后用定模板座板將其固定。其結(jié)構(gòu)如圖六所示：
二、凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、凸模的結(jié)構(gòu)形式：
凸模（即型芯）是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可非為整體式和組合式兩種類型。我們根據(jù)凹模的結(jié)構(gòu)形式選擇組合式凸?！w裝配式凸模，它是將凸模單獨(dú)加工后與動模板進(jìn)行裝配而成，如圖七所示：
圖 六 圖 七
三、 成型零件的工作尺寸計算
1、凹模徑向尺寸計算（此題公差為自己標(biāo)注）
現(xiàn)設(shè)制品的名義尺寸LS是最大尺寸，其公差按規(guī)定為負(fù)值“-Δ”； 凹模的名義尺寸LM是最小尺寸，其公差按規(guī)定為正值“+δZ”現(xiàn)由公式可得：
式中，“Δ”前的系數(shù)（此處為3/4）可隨制品的精度和尺寸變化，一般在0.5～0.8之間，制品偏差大則取小值，偏差小則取大值。
固可由以上公式算出其尺寸：（由于這里塑件為圓，故公式中為D）
2、凹模型腔高度尺寸的計算
由于該尺寸屬于塑件外輪廓尺寸，故有：
圖 八
我們現(xiàn)根據(jù)圖八可得：
3、型芯徑向尺寸的計算
設(shè)塑件內(nèi)型腔尺寸為ls，公差為正值“+Δ”，制造公差為負(fù)值“-δZ”，經(jīng)過與上面凹模徑向尺寸相似推理，可得：
現(xiàn)在可算得：
4、型芯高度尺寸的計算
設(shè)制品孔深為hs，其公差為正值“+Δ”，制造公差為負(fù)值“-δZ”，同理可得：
我們由圖五可得出：
5、型腔壁厚和底板厚度計算
在注射成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底板的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料本身的許用應(yīng)力時，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計算，尤其是對大型塑件。但我們這里的塑件較小，故不需要對型腔壁厚和底板厚度進(jìn)行計算，大致得體即可。
第 八 部分 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計
為了保證注射模準(zhǔn)確合模和開模，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。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種，我們這里選取導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖九：
我們在設(shè)計此機(jī)構(gòu)的同時還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
⑴、導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布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。
⑵、導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm（圖九），以免型芯進(jìn)入凹模時與凹模相碰而損壞。
⑶、導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度。
⑷、為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)套、導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導(dǎo)套的前端也應(yīng)該倒角。
⑸、導(dǎo)柱的設(shè)置應(yīng)根據(jù)需要而決定裝配方式。
⑹、一般導(dǎo)柱滑動部分的配合形式按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。
⑺、一般應(yīng)在動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。 圖 九
⑻、導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)選取。
第 九 部分 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計
1、何為脫模機(jī)構(gòu)
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，模具中這種出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。
2、脫模機(jī)構(gòu)的分類及選用
脫模機(jī)構(gòu)的分類分多，我們采用的是混合分類中的一種：推桿一次脫模機(jī)構(gòu)，因為此機(jī)構(gòu)是最簡單、最為常用的一種，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中比較實(shí)用和直觀。所謂一次脫模就是指在脫模過程中，推桿就需要一次動作，就能完成塑件脫模的機(jī)構(gòu)。它通常包括推桿脫模機(jī)構(gòu)、推管脫模機(jī)構(gòu)、脫模板脫模機(jī)構(gòu)、推塊脫模機(jī)構(gòu)、多元聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)和氣動脫模機(jī)構(gòu)等。
3、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則
設(shè)計脫模機(jī)構(gòu)時，應(yīng)遵循以下原則：
（1）結(jié)構(gòu)可靠：機(jī)械的運(yùn)動準(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）盡量使塑件留在動模一邊，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作。
4、推桿的結(jié)構(gòu)形式及形狀
因制品的幾何形狀及型腔結(jié)構(gòu)等的不同，所用推桿的截面形狀也不盡相同，常用推桿的截面形狀為圓形。推桿又可分為普通推桿與成型推桿兩種，我們這里選用普通推桿。其結(jié)構(gòu)形式見圖十。
5、推桿的固定方式（圖十一）
圖 十 圖 十一
第 十 部分 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計
塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。所以，我們在模具上需要設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以到達(dá)理想的溫度要求。
一般注射模內(nèi)的塑料熔體溫度為200℃左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機(jī)玻璃等等，當(dāng)塑件是小型薄壁時，如我們的塑件，則模具可簡單進(jìn)行冷卻或者可利用自然冷卻不設(shè)冷卻系統(tǒng)；當(dāng)塑件是大型的制品時，則需要對模具進(jìn)行人工冷卻。
2、冷卻時間的確定
在注射過程中，塑件的冷卻時間，通常是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時止的這一段時間。這一時間標(biāo)準(zhǔn)常以制品已充分固化定型而且具有一定的強(qiáng)度和剛度為準(zhǔn)，這段冷卻時間一般約占整個注射生產(chǎn)周期的80%。因為我們所需要的塑件比較薄，固用此公式：
式中，a — 塑料熱擴(kuò)散系數(shù) （m2/s）； S — 制品壁厚 （mm）；
現(xiàn)我們根據(jù)已知條件知道PP的TS=260℃，TM=60℃，TE=100℃，而塑件的厚度為1mm：
∴
=4.5 S
3、冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則
①、盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡
②、冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越均勻。
③、盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等。
④、澆口處加強(qiáng)冷卻。
⑤、應(yīng)降低進(jìn)水與出水的溫差。
⑥、合理選擇冷卻水道的形式。（圖十二）
⑦、合理確定冷卻水管接頭位置。
⑧、冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉現(xiàn)象。
⑨、冷卻水管進(jìn)出接頭應(yīng)埋入模板內(nèi)，以免模具在搬運(yùn)過程中造成損壞。
4、冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)塑料制品形狀及其所需的冷卻效果，冷卻回路可分為直通式、圓周式、多級式、螺旋線式、噴射式、隔板式等，同時還可以互相配合，構(gòu)成各種冷卻回路。其基本形式有六種，我們這里選用的是簡單流道式。簡單流道式即通過在模具上直接打孔，并通過以冷卻水而進(jìn)行冷卻，是生產(chǎn)中最常用的
一種形式。其結(jié)構(gòu)如圖十二：
圖 十 二
5、冷卻系統(tǒng)的計算
設(shè)PP塑料的密度ρ=0.90，且流量為125，Qs=590。
現(xiàn)有公式可得：Q = n · G · Qs
式中，Qs — 塑料熔體的單位熱流量
N — 每小時的注射次數(shù)
G — 制品包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的質(zhì)量（Kg）
∵ G = nG件 + G澆 = 4 × 0.9 ×100 + 140 = 500 （g）
∴ Q = 30 × 0.5 × 590
= 8850（Kj）
其中，1/3的熱量被凹模帶走，2/3由型芯帶去。
第 十一 部分 模具動作過程
定距式拉板雙分型面注塑模：開模時，由于彈簧2的作用，中間板14與定模座板15先沿A—A做定距離分開，以便取出兩板之間的澆注系統(tǒng)的凝料。繼續(xù)開模的時，由于定距拉板1的末端與固定在中間板14上面的限位釘3，使中間板14停止移動，這樣隨著動模繼續(xù)移動而迫使模具沿B—B分開，進(jìn)而由推出機(jī)構(gòu)將塑件推出。
第 十二 部分 設(shè)計小結(jié)
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上最快的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經(jīng)濟(jì)的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用。我們大學(xué)生對于塑料工業(yè)的認(rèn)識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具課程設(shè)計，讓我們更多的了解有關(guān)塑料模具設(shè)計的基本知識，初步掌握了一些關(guān)于塑料模具設(shè)計的步驟和方法，對塑料模有了一個更新的認(rèn)識。這對我們在今后的生產(chǎn)實(shí)踐工作中無疑是個很好的幫助，也間接性的為今后的工作經(jīng)驗有了一定的積累。
塑料制品成型及模具的設(shè)計還是個很專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，而它的主要內(nèi)容都是在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中逐步積累和豐富起來的。因此，我們要學(xué)好這項技術(shù)光靠書本上的點(diǎn)點(diǎn)知識還是不夠的，我們更多的還應(yīng)該將理論與實(shí)際結(jié)合起來，這還需要我們到工廠里去實(shí)踐。
第 十三 部分 附錄（參考資料）
1、《塑料模具設(shè)計制造與應(yīng)用實(shí)例》模具實(shí)用技術(shù)叢書編委員編機(jī)械工業(yè)出版社
2、《塑料模具設(shè)計》卜建新主編，中國輕工業(yè)出版社
3、《塑料模具設(shè)計》申樹義、高濟(jì)編，機(jī)械工業(yè)出版社
4、《塑料模具設(shè)計手冊》《塑料模具技術(shù)手冊》編委會，編機(jī)械工業(yè)出版社
5、《塑料制品成型及模具設(shè)計》葉久新、王群主編，湖南科學(xué)技術(shù)出版社