鬧鐘外殼注塑模設計
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第一章 模具設計總述
1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量，效益和新產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產(chǎn)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(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具制造的重要性主要體現(xiàn)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(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)量位居世界第一，據(jù)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(chǎn)。一個型號的摩托車生產(chǎn)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。
1.2 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預計為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)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(chǎn)48英寸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；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
但是近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、SolidWorksngineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
?在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的SolidWorksmgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。 據(jù)有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。
加入世貿組織后，一些國家紛紛將制造業(yè)向我國轉移，模具工業(yè)正面臨空前的發(fā)展機遇。據(jù)上海模具工業(yè)協(xié)會透露，“九五”期間，國內模具行業(yè)產(chǎn)值年增長幅度約為13%，高檔模具比例提高，模具商業(yè)化程度提高近10%，模具行業(yè)的進出口比例趨向合理，進口量占市場總量的20%，金額近10億美元，出口額已達1億美元。?
目前，世界模具市場總體上供不應求，市場量維持600億~650億美元。我國汽車、家電、通訊等領域的高性能模具鋼年需求約20萬噸，其中相當一部分依靠進口。為盡快改變這種局面，去年底，上鋼五廠與上海大學聯(lián)合開發(fā)我國第一條精品模具鋼專業(yè)生產(chǎn)線，達到國際先進水平，年產(chǎn)量可達3.8萬噸，這個精品模具基地，將有力地促進汽車模具的國產(chǎn)化。
據(jù)分析，未來我國模具的9大發(fā)展趨勢是：?
1、模具日趨大型化。?
2、模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達到2-3微米，1微米精度的模具也將上市。?
3、多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，對鋼材的性能要求越來越高。?
4、熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。?
5、隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。?
6、標準件的應用將日益廣泛。模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質量和降低模具制造成本。?
7、快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊。?
8、隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求。?
9、以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機械零件的復雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。?
第二章 各類塑料模具及其特點
2.1 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(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏?，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?？煞譃轭A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(shù)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制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)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。
2.2各類塑料模具結構
塑料模是保證塑件形狀、尺寸、精度和表面質量的主要工藝裝備，塑料模種類繁多，可根據(jù)塑料類型、塑件結構、生產(chǎn)批量、成型方法和成型設備的不同，采用各種不同形式的模具。常見塑料模有壓縮模、壓注模、注射模、移動式、固定式、單型腔、多型腔等。要掌握模具設計技術，必須認識和了解常見模具結構的工作原理、功能作用、技術要求、應用范圍等內容，方能在實際生產(chǎn)中，正確選擇和應用模具結構。下面分別介紹塑料模中常用的幾類機構：
圖（1）是單分型面注塑模的典型結構。其工作原理是：開模時，動模后退，模具從分型面分開，塑件包緊在型芯 13 上隨動模部分一起向左移動而脫離凹模14，同時，澆注系統(tǒng) 凝料在拉料桿10的作用下，和塑件制作一起向左移動。移動一定距離后，當注射機的頂桿接觸推板9時，脫模機構開始動作，推桿 11推動塑件從型芯13上脫下來，澆注系統(tǒng)凝料同時被拉料桿推出。
圖（1）
技術要求：推桿與推桿孔之間一般采用H7/f8配合，型芯與型芯孔采用了導柱和導套之間采用間隙配合一般采用H7/f7 的配合，型芯與動模板采用了間隙配合一般采用 H7/f6 的配合。模具上需設有冷卻或加熱裝置。
圖（2）是雙分型面注塑模。其工作原理是：開模時，動模后退，在彈簧2的作用下，流道板13同時向左移動，模具從 A-A 分型面分開。當A-A 分型面分開一定距離后，定距拉板1通過固定在流道板13上的限位銷3將中間板拉住，使中間板停止運動。動模繼續(xù)后退，此時 B-B 分型面分開。因塑料制件包緊在型芯16上，將澆口自行拉斷，從A-A 分型面將澆注系統(tǒng)凝料取出。動模部分繼續(xù)后退，注射機的推桿接觸推板9時，脫模機構開始工作，11推動推件板5將塑件從型芯16上脫下。
功能及其作用：這種模具結構較復雜，重量大，成本高，主要用于采用點澆口的單型腔或多型腔注射模。
圖（2）
圖（3）是側向分型抽芯注射模。其工作原理：開模時，動模部分左移。側型芯滑塊3可在型芯固定板5上開設的導滑槽中滑動。動模左移時，在導滑槽的作用下，側型芯滑塊3在斜導柱 2 的作用下沿著斜導柱軸線方向移動，相對動模向模具外側移動，進行抽芯動作。當斜導柱和側型芯滑塊脫開的時候，側型芯滑塊被定位，相對動模不再移動。動模繼續(xù)左移，由推桿11將塑件從動模邊頂出，澆注系統(tǒng)凝料同時被頂出。合模時，在斜導柱的作用下使側型芯滑塊復位，為防止成型時在料的壓力作用下移位去由楔緊塊對側型芯滑塊鎖緊。脫模機構由復位桿復位。
圖（3）
圖（4）是溢式壓縮模的結構。其工作原理是：把塑料放入型腔加熱，再進行合模，保溫、保壓、固化后開模，利用推桿推出。
功能及其作用：機構簡單、造價低、耐用、安裝嵌件方便，塑件容易取出，但塑件帶有飛邊，去除困難，且浪費塑料。
技術要求：模具無加料室，模腔總高度h基本上就是塑件的高度。
應用范圍：適用于壓制扁平、尺寸小和形狀簡單的塑件，壓制小批量或試制，低精度和強度沒有嚴格要求的塑件。不宜壓制壓縮率高的塑料，如：帶狀、片狀或纖維填料的塑料，不宜成型薄壁或壁厚均勻性要求很高的塑件。
圖（4）
圖（5）是半溢式壓縮模。其工作原理是：把塑料放入型腔加熱，再進行合模，保溫、保壓、固化后開模，利用推桿推出。
功能及其作用：塑件承受壓力大，溢料量極少，密實性好，機械強度高。
技術要求：導柱和導向孔之間的配合為 H7/f7 。凸模與凹模有高度不大的間隙配合，一般每邊間隙值約 0.075mm 左右。凸模與凹模的密切配合。必須設推出裝置。
圖（5）
圖（6）是固定式壓注模。其工作原理：開模時，壓力機滑塊帶動上模回程，上模部分與加料室在I — I處分形，以便從該分型面處往加料室。當上?；爻痰揭欢ǜ叨葧r，拉桿 20 迫使拉鉤 19 轉動并與下模部分脫開，接著定距拉桿發(fā)揮作用，帶動上凹模板及加料室在Ⅱ—Ⅱ處與下模分型，以便推出機構將塑件從該型面處推出。
功能及其作用：使用方便、生產(chǎn)效率高、勞動強度小、模具使用壽命長，但是模具結構復雜、造價高、且安裝嵌件不方便。
技術要求： 推桿與推桿孔之間一般采用 H7/f8 配合。上、下模分別與壓力機的餓滑塊和工作臺面固定聯(lián)接。
應用范圍：適用于產(chǎn)量大、尺寸大的塑件生產(chǎn)。
圖（6）
2.3注塑模具的典型結構
機構是模具中重要的組成部件，選擇和設計機構是模具設計中的重要內容，正確選擇和設計機構是保證模具結構科學合理的前提。塑料模工作動作相對較多，因此所涉及的機構類型和數(shù)量也比較多，主要包括合模導向機構、脫模機構、側向分型與抽芯機構、先行復位機構、順序定距分型機構等。要掌握模具設計技術，必須認識和了解常用機構的工作原理、功能作用、技術要求、應用范圍等內容，方能在實際生產(chǎn)中，正確選擇和應用機構。下面分別介紹塑料模中常用的幾類機構：
1．脫模機構（推出機構）
圖（7）是一級推桿脫模機構。其工作原理：開模時，靠注射機的機械推桿使脫模機構運動，推動塑件脫落。功能及其作用：推桿加工簡單，更換方便滑動阻力小，脫模效果好。技術要求：推桿與推桿孔之間一般采用 H7/f8 配合。應用范圍：適用于板狀塑件。
圖（7）
2．側向分型與抽芯機構
圖（8）是斜銷分型與抽芯機構。其工作原理：成型塑件上側孔的側型芯5隨著滑塊8在開模過程中側移離開塑件，而滑塊8的側移離開塑件，而滑塊8的側移則是斜銷3則固定在定模上下不能運動，著就迫使滑塊8在開模運動的同時作側向分型抽芯動。功能及其作用：機構緊湊、動作安全可靠、加工制造方便。保證閉模時斜導柱能很準確地插入滑塊的斜孔，使滑塊復位。技術要求：斜銷與其固定的模板之間采用過度配合H7/m6。應用范圍：適用于抽芯力不大及抽芯距小于60∽80mm的場合。
圖（8）
圖（9）是斜桿導滑的內側分型抽芯機構。其工作原理：塑件內側的凸臺由斜桿5的頭部成型(該結構斜桿與成型滑塊合為體),在型芯7上開有斜孔,滑座2固定在推桿固定板l上,斜桿的成型端可在型芯的斜孔內滑動,而另一端與滑座T形槽配合。推出時,推桿固定 板使斜桿沿斜孔移動,推出塑件并進行內側抽芯,同時斜桿的底端可在滑座的T形槽內滑動,保證不致卡死。斜桿由復位桿3復位。
功能及其作用：推出時，推桿固定板使斜桿沿斜孔移動，推出塑件并進行內側抽芯，同時斜孔的底端可在滑座的T形槽內滑動，保證不致卡死。推板可通過支架、滾輪、可帶動斜桿進行抽拔和復位。技術要求：斜銷與其推件板鑲塊之間采用過度配合H7/m6。應用范圍：適用于不宜采用斜桿導滑的外側分型抽芯機構的情況下。
圖（9）
第三章 某零件后蓋的塑料模具結構
3.1注塑件的設計
3.1.1功能設計
功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能,并達到一定的技術指標。該塑件是某零件后蓋，承受較大外力的幾率不大,如沖擊載荷等情況比較少;塑件的工作溫度是室溫,這使得在材料選擇時對熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低。在材料的選擇時要綜合各種因素。
3.1.2 材料選擇
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)下的結構件來說,要考慮的主要是材料的力學性能,如屈服應力,彈性模量,彎曲強度,表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是粗糙度和透光性好,其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題,以下是對幾種材料的性能對比，如表1所示。
表1 材料的特性
塑料名稱
PS
ABS
PMMA
拉伸強度/MPa
51.9
66~72
——
彎曲強度/MPa
110
95~113
——
斷裂伸長率/%
2
80~100
——
落球沖擊強度J/m
16
422
——
洛氏硬度（M）
115
82
101
氧指數(shù)（OI）
18.1
24.9
17.3
熱變形溫度/℃
85
134
100
維卡軟化點/℃
105
153
120
馬丁耐熱溫度/℃
——
112
——
體積電阻率/·cm
10~10
2.1×10
10~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
霧度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
價格（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和機械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標準，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2所示。
表2 材料的性能和成型特性比較
塑料
品種
性 能 特 點
成 型 特 點
模具設計
注意事項
使用溫度
主要用途
聚苯乙烯
（PS）
透明性好，電性能好，抗拉強度高，耐磨性好，質脆，抗沖擊強度差，化學穩(wěn)定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射時應防止溢料，制品易產(chǎn)生內應力，易開裂
因流動性好，適宜用點澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件
—30℃~80℃
裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等
有機玻璃（PMMA）
透光率最好，質輕堅韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質脆易開裂，化學穩(wěn)定性較好，但不耐無機酸，易溶于有機溶劑
流動性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時速度不能太高
合理設計澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴格控制料溫與模溫，以防分解
收縮率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光學鏡片，燈罩等
聚碳酸酯（ABS）
透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯
耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應力，甚至裂紋，質硬，易損模具，使用性能好
盡可能使用直接澆口，減小流動阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度〉2?
〈130℃脆化溫度為—100℃
在機械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機電子產(chǎn)品零件，光學零件等
以上的性能分析對比中看出,在透光度方面三種材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯最好，所以最終選定ABS為塑件材料。
3.1.3結構設計
塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性.在塑料生產(chǎn)過程中,一方面成型會對塑件的結構,形狀,尺寸精度等諸方面提出要求,以便降低模具結構的復雜程度和制造難度,保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品;另一方面,模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難點,為模具設計和制造提供依據(jù)。
該塑件為比較高端水平的產(chǎn)品。表面形狀要求完整光滑。在設計模具時要用到內側抽芯機構。塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時才采用尖角結構。尖角容易產(chǎn)生應力集中，在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內的流動和塑件的脫模。
3.1.4塑件的尺寸精度及表面質量
（1）尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是比較高端的產(chǎn)品，所以精度要求比較高。
（2）尺寸精度的組成及影響因素；制品尺寸誤差構成為：
=+++
式中 ——制件總的成型誤差；
——塑料收縮率波動所引起的誤差；
——模具成型零件制造精度所引起的誤差；
——模具磨損后所引起的誤差；
——模具安裝，配合間隙引起的誤差；
影響塑料制品尺寸精度的因素比較復雜，歸納有以下三個方面。
1）模具—— 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。
2）塑料材料—— 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。
3）成型工藝—— 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。
3.2注塑機的選擇
3.2.1注塑機簡介
1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機,這是注塑成型工藝技術的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注塑機的產(chǎn)量占整個塑料機械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設備制造業(yè)中增長最快,產(chǎn)量最多的機種之一。
注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法。常用的說法有:
（1）按設備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
3.2.2 注塑機基本參數(shù)
注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數(shù)是設計,制造,購買和使用注塑機的主要依據(jù)。
(1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。
(2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。
(3)注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。
(4)塑化能力；單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期。
(5)鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開。
(6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍。
(7)開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停。
(8)空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間。
3.2.3選定注射機
（1）由公稱注射量選定注射機
由注射量選定注射機.由SOLIDWORKS建模分析得（材料密度取1.20）:
經(jīng)過SolidWorks計算可估算得：總體積V=30cm；
所以總質量M=36g；
選擇注塑機為：xs-z-30。
3.3模具結構設計
3.3.1總體設計
設計方案擬定，我將確定以下內容：
（1） 首先確定分型面。
（2） 確定型腔數(shù)和排列形式以及型腔，型芯的結構。
（3） 澆口位置，脫澆道結構的確定和排氣系統(tǒng)的確定。
（4） 冷卻系統(tǒng)的選定。
（5） 導向，定位結構的確定。
（6） 推出結構和復位結構的選定。
3.3.2 某零件塑料模具設計
1分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、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遵循以下幾項原則：
1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。
2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。
3) 保證塑件的精度要求。
4) 滿足塑件的外觀質量要求。
5) 便于模具加工制造。
6) 對成型面積的影響。
7) 對排氣效果的影響。
8) 對側向抽芯的影響。
其中最重要的是第5）和第2）、第8）點。為了便于模具加工制造應盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面
左邊有個滑塊分型，右邊有斜桿分型。因為分型面的選擇應盡可能使塑件在開模后留在后模一邊，所以這樣有助于后模設置的推出機構動作。
2型腔數(shù)目的確定
注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生產(chǎn)效益。
由于1模1腔可以保證高注射壓力和快注射速率，并且精度高，所以我采用1模1腔的形式。
3澆口的設計
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。
1）澆口的選用
澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。我將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速面均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節(jié)澆口尺寸，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。
限制性澆口有點澆口，側澆口等形式，我采用側澆口，其有以下優(yōu)點：
（1）形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
（2）試模時如發(fā)現(xiàn)不當，容易及時修改；
（3）能相對獨立地控制填充速度及封閉時間；
2）澆口位置的選擇
模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
（1）盡量縮短流動距離。
（2）澆口應開設在塑件壁厚最大處。
根據(jù)本塑件的特征，綜合考慮以上幾項原則，我選的澆口位置如圖1所示。
圖1
4冷料穴的設計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流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約10－25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內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。
冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上（也即塑料流動的轉向處），其標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。本模具中的冷料穴的具體位置和形狀如圖2中所示。
圖2
5導向與定位機構
注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。
導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。
導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。
設計導柱和導套需要注意的事項有：
1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。
2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導向與引導作用。
3）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。
如圖3是本設計中用的導柱和導套。
圖3
導柱中開設了油槽，可以內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。
4）為了便于模具在注塑機上安裝以及模具澆口套與注塑機的噴嘴孔精確定位，應在模具上安裝定位圈，用于與注塑機定位孔匹配。定位圈除完成澆口套與噴嘴孔的精確定位外，還可以防止?jié)部谔讖哪然?。我采用的定位圈，用它來壓住澆口套，以防止?jié)部谔谆?。其公稱尺寸為120mm。
6推出結構和復位結構的選定
推桿脫模機構是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、推出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸，開模后將塑件推出。
1）推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。圖4是本設計中用的推桿。
圖4
2）推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。
3）推出機構的復位：脫模機構完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位。本設計采用彈簧復位機構，彈簧復位機構是一種最簡單的復位方式。推出時彈簧被壓縮，而合模時彈簧的回力就將推出機構復位。如圖5所示。
圖5
7澆注系統(tǒng)設計
注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內在和外表質量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設計中的主要內容之一。
1）主流道
主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機相配，所以其尺寸與注塑機有關，如圖6所示，材料T8A。主流道襯套的固定是采用螺釘來固定。
圖6
2）分流道
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，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。因此分流道設計應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。
分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取直徑為6mm。
8側抽芯機構
當塑件上具有內外側孔或內外側凹時，塑件不能直接從模具中脫出。此時需將成型塑件側孔或側凹等的模具零件作成活動的，這種零件稱為側型芯（俗稱活動型芯）。在塑件脫模前先將側型芯從塑件上抽出，然后再從模具中推出塑件。完成側型芯抽出和復位的機構就叫做側向分型與抽芯機構。由于本塑件有兩個電池腳插口，所以要用到斜桿導滑的內側分型抽芯機構。其工作原理：塑件內側的凹槽由斜桿的頭部成型( 該結構斜桿與成型滑塊合為一體 ),在型芯上開有斜孔,滑座固定在推桿固定板上,斜桿的成型端可在型芯的斜孔內滑動,而另一端與滑座 T 形槽配合。推出時,推桿固定板使斜桿沿斜孔移動,推出塑件并進行內側抽芯,同時斜桿的底端可在滑座的T形槽內滑動,保證不致卡死。
圖7
在塑件上還有和電板固定的機構，也要用到側抽芯機構。如圖8。其工作原理是：撥桿上移帶動哈夫塊左移，起到脫鉤的作用。
圖8
9成型零件工作尺寸的計算
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。該塑件有需要配合的地方，所以對尺寸的要求比較高。
成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算。
1）凹模工作尺寸的計算
凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過程中凹模的磨損會使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸與塑件尺寸的關系如圖4-11(a,b,c)所示：
（1）凹模徑向尺寸的計算
L=[(1+S)L－]
=[(1+0.005)×125－0.5]
=125.125mm
式中 L—凹模的徑向尺寸；
L—塑件的徑向尺寸；
—塑件的公差值；
—制造公差，=； S—塑件的平均收縮率，S=0.005。
（2）凹模深度尺寸的計算：
H=[(1+ S)H－]
=[(1+0.005)×20－0.5]
=20.05mm
式中 H—塑件的高度尺寸，H=20 mm 。
2）凸模工作尺寸的計算
凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過程中凸摸的磨損會使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
（1）凸模徑向尺寸的計算：
L=[(1+ S) L+] =[(1+0.005)×125+0.5 =126.125mm
式中L—凸模的徑向尺寸；
（2）凸模高度尺寸的計算：
H=[(1+ S) H+]
=[(1+0.005)×20+0.5]
=20.6mm
第四章 模具的三維造型
4.1 SOLIDWORKS的功能簡介
本世紀的一個重大變革是全球市場的統(tǒng)一，它使市場競爭更加激烈，產(chǎn)品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產(chǎn)品的需求日益增加，使你合很難保持市場分額。在這種背景下，CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE（計算機輔助測量）技術得到迅速普及和極大發(fā)展。海灣戰(zhàn)爭結束當年，美國評出的最具影響的十大技術中，CAD/CAM/CAE技術便榜上有名。在為數(shù)眾多的CAD/CAM/CAE軟件中， 主流軟件包種類繁多，SOLIDWORKS，UG，CIMATRON，MDT，I－DEAS，MASTERCAM都是個中極品，但SOLIDWORKS工業(yè)解決方案地位顯赫，它是美國PTC公司的拳頭產(chǎn)品，技術領先，在機械、電子、航空、航天、郵電、兵工、紡織等各行各業(yè)都有應用，是CAD/CAM/CAE領域少有的頂尖“人物”。 一般SOLIDWORKS有六大主模塊。
SOLIDWORKS軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。SOLIDWORKS能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。
一、工業(yè)設計(CAID)模塊 工業(yè)設計模塊主要用于對產(chǎn)品進行幾何設計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用SOLIDWORKS生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上，SOLIDWORKS后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實體建模所生成的數(shù)據(jù)。二、機械設計(CAD)模塊 機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用 SOLIDWORKS生成曲面僅需2步～3步*作。SOLIDWORKS生成曲面的方法有：拉伸、旋轉、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此SOLIDWORKS可以迅速建立任何復雜曲面。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。
三、 功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。機械零件的內部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎上，便可充分優(yōu)化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結果使瓶體質量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng)濟效益。
四、 制造(CAM)模塊 在機械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進了一套五座標數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。
五、 數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 SOLIDWORKS的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進產(chǎn)品設計。它就像SOLIDWORKS家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。
六、 數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 在實際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。
4.2塑件的三維造型
如下圖所示：
第五章 總結
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，塑料工業(yè)將繼續(xù)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。本論文主要介紹了塑料模具的設計，冷流道注塑模具無外乎包括四大系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和機構系統(tǒng)（其實也可以歸為頂出系統(tǒng)，該系統(tǒng)如斜導柱、滑塊和開閉器等）。在澆注系統(tǒng)的設計中根據(jù)經(jīng)驗公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸；溫度調節(jié)系統(tǒng)說明了設計的一般步驟，確定冷卻時間，計算體積流量等；頂出系統(tǒng)著重說明了推桿，推管的安裝要求，并進行強度校核；該模具有滑塊抽芯機構。做完這些工作之后，該模具的設計到此結束。
在設計的過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗公式有不一致的地方，不同公式的計算結果有的相差很大。在完成圖紙之后發(fā)現(xiàn)塑件的設計有的地方是不合理的，比如說壁厚，雖然有經(jīng)驗可循，但從實際中看顯然本設計的塑件壁厚過大；還有就是推管處的設計不合理，按該塑件加工，則標準推管需要再加工；從這里可以知道，注塑件的設計與模具設計關系密切，好的塑件結構可以簡化模具結構，降低生產(chǎn)成本。
單分型面注射模是最為簡單和常見的一種結構形式，約占全部注射模具的70%左右，但目前傳統(tǒng)冷流道模具設計還是以經(jīng)驗為主，很難對注射各參量進行嚴密的數(shù)學建模，因為各參量相互影響，關系復雜。隨著科技的進步及注射理論的突破，熱流道模具發(fā)展的越來越迅速，隨著技術的成熟，熱流道模的生產(chǎn)控制將會變得比以前更為輕松，產(chǎn)品質量將會得到更好提高，所以，以后注射模具的研究會以熱流道模具為主。
最后還用SOLIDWORKS軟件建立三維造型，在使用SOLIDWORKS的過程中，發(fā)現(xiàn)該軟件功能強大，其功能可以延伸到CAM及CAE領域，是一種多功能的3D軟件，廣泛應用于機械，電子，航空航天，產(chǎn)品設計，模具設計等各個領域。
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