鏡盒式計算器底蓋注塑模具設計
鏡盒式計算器底蓋注塑模具設計,盒式,計算器,注塑,模具設計
大型注塑模具設計仿真工具：2400升固體廢棄物集裝箱
摘要
大型容器產品通常使用諸如滾塑的程序，這些技術沒有零件重量或尺寸限制。TIIP，薩拉戈薩大學注塑成型的機械工程，在歐洲標準下研發(fā)的CONTENURTM固體廢物的新容器高達2000升 ，其結果是一個新的主體達60公斤重。設計過程中結合了數項CAE工具（美學設計，機械設計及流變模擬），并在去年6月，顯示了最終結果，通過了不同的測試。如今，在市場上有超過5000個成品在模具生產過程中沒有做過基本的修改（超過100噸的重量）。本文重點論述集成工具和流程的設計與產品定義（即注射壓力，沖擊厚度和形狀的一部分力量）的方法。在這個過程中，特別是模具控制一些參數（注射速度，溫度，粘度，澆口位置...）的細節(jié)。
關鍵詞：CAE設計；容器；注塑成型
1.引言
過去的幾年，CAE工具在注射熱塑性彈性體成型行業(yè)，構建了一個真實的革命。一個開始直到最終的解決方案（包括幾個過程如開發(fā)、測試的原型,修改數據,新的測試,……）的過程已經被一個更快的設計、翻譯過程和最終的客戶在同一個電腦文件下一起工作（“并行工程”）的過程取代。因此,對模具制造和完成時間減少極大,同時,引入了一些關于使用CAE的建議。
薩拉戈薩工業(yè)大學注射塑料(T.I.I.P)車間,C.S.I.C相關單位,在注射熱塑性彈性體成型中，使用CAE工具已經超過了15個年頭，同時在不同行業(yè)（機動車、家電、包裝、玩具等）的上百個項目中積累了很多的經驗。T.I.I.P.的工作也包含著和歐洲不同的公司一起調研的項目（聚合物流變性、半自動磨具設計等）。
同時，這個組織一直意識到安排仿真技術制造的重要性，這種形式已經合作并且由塑料工業(yè)基金會注射成型部研究會體質指導。這個組織給注射成型企業(yè)提供了各項服務，并且從中沒有任何盈利（如圖1）。許多國家的工業(yè)組織通過不同的程序和研究方向對這個中心進行了支持（新的工藝比如氣輔技術或噴流注射成型；新的設計比如使用壓力和溫度的設備的過程測量技術）。
圖1 T.I.I.P注塑成型區(qū)域概貌
2.容器工程
1999年，第一個參與城市固體剩余物收集容器制造的西班牙公司（Contenur SPAIN，SL）去T.IIP-aiTIIP集團共同進行大尺寸的注塑件的設計工作，隨后測試了這些方案在這一領域應用的實際可能性。
該項目的主要目標是快速制造大容量（2400 L和更多）的容器，與市場產品中加入了昂貴的加固結構旋轉成型的焊接金屬板或塑料制品產生競爭。顯然，構成容器的所有部件中，主要的困難是單一模腔部分的制造。
這個文獻提供了幾個零件和模具設計的例子和失敗的建議[2,3]，但是不太可能找到40kg重的大的塑料部件，而且，這個模具尺寸上的一個錯誤沒有簡單的解決方案（運輸到模具工具制造商的制造工廠將會太昂貴，試驗和誤差的方法也是不提供）。
對于這個部件的設計，必須考慮到以下幾個方面：
?與歐洲標準EN12574[4]要求的基本尺寸一致；
?卸載電阻（排出側）如（圖2）；
?在功能條件和位置區(qū)具有高的耐沖擊性；
?表面容易清洗；
?美學設計；
?最低的成本（不僅是加工和裝配，還包括維護）；
?安裝的沖壓機施加的鎖模力限制（大型機器鎖模力的限制范圍在5000噸和10000噸之間）；
?準備標記，也就是說，有自由的和平坦的空間;；
?材料的限制：采用其他CONTENUR設計的相同材料。
圖 2. 裝卸作業(yè)的邊界條件，材料非線性模型，有限元模型。
特別注意的兩個限制：范圍內的最低成本和最大鎖模力。對于最低成本，厚度是關鍵（原料的成本），在制造時確定；因此，派生機器的成本大約為厚度[5]的平方。
另一方面，為了降低其合模力，部件的投影面積和分布的壓力與一部分厚度也有很大的關系（狹窄區(qū)域產生較高的注射壓力，可能也會產生大合模力）。
由Castany等研發(fā)的方法，不僅用于注射成型，也適用于其它類似的技術[6-8]，如下：
（a） 測定產品的可行性：鎖模力和厚度在歐洲標準允許的基本幾何條件下調整尺寸。在這一步只是一般的線條設計，而不做功能細節(jié)。一些基本的結果如下表1所示。這些分析通過遺傳物質的基本參數，高密度聚乙烯（表2）得到。對于高級步驟，通過幾個溫度條件計算。
（b） 選擇材料，結合熔體流動指數（MFI）和機械性能，在注入點的位置進行模擬，甚至不知道組件最終的幾何形狀，但得出幾個注入點的最好的位置是在容器主體的底部區(qū)域。該標準同時與模具結構和零件的形狀有關。
（c） 分析主體的形式和零部件的厚度，比較結構上的選擇方案：側壁形狀，包括氣體輔助技術注入管的側壁形狀增加的慣性等也被列入考慮。
（d） 顯然，模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模塊設計出現(xiàn)了一個其他問題。這種方式中，容器上部邊框的半圓形狀是一個很困難的設計問題，它由使用性能確定，但是在合模區(qū)域存在滑移。
（e） 將合適的零件體積和可行的不同形式與厚度和機械阻力的形式制造相結合。在這一步驟，有限元分析、3D設計和注料仿真技術同時進行（圖3、4）。最終的零件尺寸如表3。?
表1
簡單塑料模型，第一次仿真分析結果
主體厚度(mm)/質量(kg) 最大注射壓力 (MPa) 鎖模力(kN)
6/52 96 166,000
7/60 71 122,000
8/68 55 94,000
9/76 44 74,000
10/84 35 59,000
表2
基本模擬計算參數
熔體溫度（℃） 240
在恒定速度下的注射時間
秒 20
百分率 50
模具溫度（℃） 40
表3
2400 L主體的基本尺寸（毫米）
高度 1600
寬度 1480
長度 1600
圖3. 3D數模（Pro-E繪制）
圖4. C-mold軟件：噴出的塑料溫度和冷卻線管路
用這些基本尺寸核算這四步，設計組對于最終的幾何圖樣有一個初始目標，這些細節(jié)包含輸出角度，收音機，設置的輔助配件的位置（軟木、滑軌等）。生產流動分析為關鍵性的方式，與美國，日本和墨西哥實業(yè)公司模具廠的模具工人一起將模具的各部分固定在最佳的位置。
這個過程的主要方面和仿真技術（為了保證注射工人的操作其他的細節(jié)不能存在）是：
1. 2.5D幾何圖形式樣模型。
2. 模腔注澆口位置。使用速度軌道去更好的控制料的流動性。根據軌道的流動澆注的設計原則使?jié)沧⑴c填滿模腔同步結束（避免保壓效應），尤其要考慮到半圓形區(qū)域的邊界形狀。
3.最佳條件：溫度的選擇、涉及的厚度、設計的耐久強度評價條件。溫度在210℃到250℃的評價。
4. 必須要依靠正確的速度程序調節(jié)填料形式。在恒定速度的條件下，假想不允許的壓力值的增長，強化機器的極限。集裝箱磨具的最終布置，建議使用幾個沖壓速度。
這個步驟用目前已經存在的小型集裝箱（如圖5），進行了現(xiàn)實的試驗驗證。
圖5 用于工業(yè)生產條件為2400L試驗驗證真正的集裝箱模型
用CAE技術計算側面標準的沖壓速度如圖6所示。但是這個“函數”如果沒有實用性的編程就不能編入到注射成型機內部，因為液壓系統(tǒng)不能精確的隨著所有梯度上升。無論如何，這個優(yōu)化程序后，能夠得到大約15%的鎖模力。
圖6 計算機顯示的側面理論沖擊速度
5. 加注條件準備好以后，模具制造者從一個初步設想到設計的裝備，已經用一個新的數值模型和最終的熱流道系統(tǒng)模具所驗證。對于減少填充壓力，這個連續(xù)的工藝是有可能性的，但是實際的工藝安排，維護，一定的停工降低了其用途。
6. 最后，模具冷卻分析、包裝和彎曲矯正過程走向成熟。在這種方式下，Kyowe工業(yè)公司根據材料的傳熱性采用不同的建筑材料，調整冷卻管路。成品模具的重量超過了150，000kg（相當于150公噸）。
事實上，在注射成型中，超過6000個部件在制造中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。報廢、使用性能、加工比率是和目前1000L的集裝箱（每小時20-25個零件）相似的。其他組件同時設計，實際上，得到的最后的結果非常復雜，比如：集裝箱的系統(tǒng)，明顯的小于它的主體。
本文作者，定論：CAE輔助工具在設計中是最基本的工具，同相關知識和使用相似的模具進行真實的實驗驗證相比。
鳴謝
本文作者，對于T.I.I.P-a.i.T.I.I.P組織和CONTENUR 技術人員的支持、設備和最終的目標致以衷心的感謝。特別感謝D.Castany，感謝他們的專門技能在塑料注射成型工藝、設計、在很多培訓班里面進行的講解和世界研討會。
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設計（論文）開 題 報 告
題 目 境盒式計算器底蓋的注塑模具設計
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境盒式計算器底座注塑模具設計
摘要：本文通過對模具的發(fā)展現(xiàn)狀以及塑料模具的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了注塑模具的市場發(fā)展。用PROE軟件，CAD軟件境盒式計算器底座的注塑模具的設計，從而縮短產品開發(fā)周期、提高產品設計制造質量、降低成本及靈活快速響應市場的目的。介紹了塑料注塑模具的工作原理及應用、設計準則，塑料注塑模的設計計算，包括模具結構設計，注塑機的選用等方面。
關鍵詞：注塑模具；境盒式計算器底座；PROE4.0;
研究的目的、意義、現(xiàn)狀和方法
1.研究的目的及意義
塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，掌握塑料產品的生產過程對提高產品質量有很大意義[1]。在機械制造業(yè)中，隨著全球市場競爭的日益激烈，各企業(yè)都力求以最好質量、最低成本、最快速度將產品推向市場，計算機模擬技術得以充分用用。在傳統(tǒng)模具設計制造過程中，模具制造完畢后要進行多次試模、修模。反復的修模會造成模具內部品質的變化，導致整副模具.性能降低，從而使最終塑料制品質量不能達到標準。而使用計算機輔助技術不僅可提高一次性試模的成功率，而且還可以使模具在質量、性能及成本上都有很大程度的提高[2]。通過本次設計掌握先進軟件技術，用專業(yè)軟件PROE4.0來縮短設計周期，提高一次性試模的成功率。本設計還通過球面軸套的注塑模具設計，了解注塑模具制造特點和新興注射成型技術對模具制造的新要求，分析注塑模具制造技術中的幾個關鍵問題。
模具具有明顯的效益擴大作用，用模具生產出來的最終產品價值，往往是模具自身價值的幾十倍，幾百倍，甚至更多。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性，高生產率和代消耗，是其他加工方法所不能比擬的。注塑模具的發(fā)展日新月異，掌握注塑模具設計，對未來的注塑模具設計市場有著不可估量的意義，對個人今后的事業(yè)有著不同尋常的意義。
2、研究的現(xiàn)狀
世界工業(yè)經濟和科學技術的發(fā)展，帶動了模具制造業(yè)的迅速發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)生產中，模具是最重要的工藝裝備之一[3]。采用模具進行生產能提高生產效率，節(jié)約原材料，降低成本，并保證一定的加工質量要求。模具已經成為現(xiàn)代工業(yè)生產的主要成型工具。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，模具生產水平的高低已經成為一個國家制造水平高低的重要標志，因為模具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[4]。模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備。在電子、汽車、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。[5]塑料，橡膠，陶瓷，玻璃，皮革，耐火材料以及建材制品等大部分產品也都是采用模具成型。
因此個發(fā)達工業(yè)國家都十分重視對模具品種的開發(fā)，質量的改進，加工精度的提高和制造周期的縮短。現(xiàn)代模具行業(yè)是技術、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務的同時，也直接為高新技術產業(yè)服務。目前，CAD/CAE/CAM等技術已被廣泛應用于模具設計和生產[6]。由于模具生產采用一系列高新技術，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技術、計算機網絡技術、激光技術、逆向工程和并行工程、快速成型技術及敏捷制造技術、高速加工及超精加工技術等等，因此，模具工業(yè)已成為高新技術產業(yè)的一個重要組成部分，有人說，現(xiàn)代模具是高技術背景下的工藝密集型工業(yè)。
在中國，人們已經越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位。我國的模具正處在高速發(fā)展時期，據不完全統(tǒng)計 ，目前模具生產廠點共有2 萬多家,從業(yè)人員約50 萬人,全年模具產值約360 億元,總量供不應求,出口約2 億美元,進口約10 億美元[7]。
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資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。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做出了貢獻。
塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速。早在十多年前塑料的產量按體積計算已經超過鋼鐵和有色金屬的總和[8]。塑料制品在汽車、機電、儀表、航空航天等國家支柱產業(yè)及與人民日常生活相關的各個領域中得到廣泛應用。近年來，中國塑料工業(yè)年均增長速度達到10%以上，塑料制品年產量位居世界第二。塑料制品在農業(yè)、塑料包裝、塑料管材和異型材、汽車、家電、電子、交通等領域發(fā)展迅猛，掀起了一股投資熱潮。建筑業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，今后5-10年中國建筑業(yè)會有更大的發(fā)展，將成為中國市場新的消費熱點和經濟增長點，并帶動化學建材業(yè)的發(fā)展。由于國家已禁止使用鑄鐵管道，代之以塑料管材，預計2012年全國新建住宅室內排水管的80%及城市供水管的50%將采用塑料管。同時國家正在大力發(fā)展塑料門窗，預計2012年塑料門窗的普及率將達到30%-50%。
塑料模具是應用最廣泛占的一類模具，在模具類中塑料模比例一般30%~40%。塑料模具近年來發(fā)展相當快，2002年已經增加到140億左右。在2006年模具進出口統(tǒng)計中，我國模具的出口總額為2.52億美元，進口額則達到了12.72億美元，在進口模具中的塑料模具占到了50%左右。
塑料模具行業(yè)的產業(yè)關聯(lián)度大，帶動力強，外向度高，發(fā)展塑料模具工業(yè)有利于拉動其它行業(yè)的發(fā)展，推動產業(yè)結構的調整。塑料模具在高技術驅動和支柱產業(yè)應用需求的推動下，形成了一個巨大的產業(yè)鏈條，從上游的材料工業(yè)和加工、檢測設備到下游的機械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應用產業(yè)，塑料模具發(fā)展方興未艾。這是整個塑料模具行業(yè)的優(yōu)勢所在。
塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型。世界成形模具產量的半數以上是注塑模具。80年代以來注塑模CAD/CAE/CAM技術已經從實驗室研究階段進入了實用化階段。
在注塑模具方面，2010年，注塑模具比例進一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進一步提高，注塑模具在量和質方面都有較快的發(fā)展，我國最大的注塑模具單套重量已超過50噸，最精密的注塑模具精度已達到2微米。在CAD/CAM技術得到普及的同時，CAE技術應用越來越廣，CAD/CAM/CAE一體化得到發(fā)展，模具新結構、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數量增多。實踐證明，縮短注塑模具設計與制造周期，提高塑料制品制造精度與性能的正確途徑之一是采用CAD/CAE/CAM技術[9]。
當前國內塑料模具市場以注塑模具需求量最大。注射成型技術作為塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已經得到相當廣泛的應用。據統(tǒng)計，注塑制品約占整個塑料制品的20%~30%，而在工程塑料中有80%以上的制品是采用注塑成型加工的。
我國注塑模具工業(yè)起步晚,底子薄與工業(yè)發(fā)達的國家相比存在很大的差距。但在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和改革及開放方針引導下,我國注塑模行業(yè)得到迅速發(fā)展。高效率,自動化,大型,微型,精密,無流道,氣體輔助,高壽命模具在整個塑料模具產量所占的比重越來越大，為工業(yè)生產打下了堅實的基礎，推動國民經濟的快速發(fā)展。
在引進的塑料模具中，以科技含量較高的模具居多，如高精度模具、大型模具、熱流道模具、氣輔及高壓注射成型模具等?，F(xiàn)代塑料制品對表面光潔度、成型時間都提出了更高的要求，因而也推動了塑料模的發(fā)展。在塑料模具方面，我國與國外產品還存在較大差距。要改善中國塑料模具的進出口狀況，必須加速國產塑料模具的發(fā)展。為此，要盡快突破制約模具產業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。
一是模具標準化率不足，這必然導致交貨期延長，同時造成用戶更換零部件的困難。模具標準化程度低也直接制約著模具的專業(yè)化分工協(xié)作和商品化流通，也限制了模具的出口，2003年中國模具標準化程度和商品化程度在45%左右，與發(fā)達國家商品化程度70%-80%相比，還有較大的差距。
另一個主要原因是國內制造高精模具的能力較低。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，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，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，這類國產高檔模具在市場上隨著發(fā)達國家模具產業(yè)和技術的對外轉移以及中國產業(yè)結構的調整，與轎車、家電和電子業(yè)相關的精密模具的需求不斷增加，從速度、品質、成本及服務等多方面加速了模具產業(yè)的競爭步伐，從而不斷提升國內模具標準化和精密化等方面的技術水準。經過多年努力，塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等在中國越來越廣泛地得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)組件；針對市場關鍵零部件、微孔、精細結構組件的加工要求，追求精密模具的開發(fā)以提高產品附加值，已成為一些中小企業(yè)發(fā)展之道。
專家預言，未來模具將向大型化、高精密度、多功能復合型等方向發(fā)展，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高，并且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射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。同時，由于近年來中國每年用10億美元左右進口模具，其中精密、大型、復雜、長壽命模具占多數。從減少進口的角度出發(fā)，中國也應加快高檔塑料模具的開發(fā)。
未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括[10]：
1.提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平；
2.在模具設計制造中廣泛應用CAD/CAE/CAM技術；
3.大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術；
4.在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術；
5.提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；
6.發(fā)展優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術；
7.逐步推廣高速銑削在模具加工的應用；
8.進一步研究開發(fā)模具的拋光技術和設備；
9.研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程；
10.開發(fā)新的成形工藝和模具。??
一般注塑模具制造都采用一模多腔，以提高生產效率，降低成本。[11]這也是當前注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀之一。
相關知識
燕秀工具是PROE4.0的一個外掛軟件，該軟件為模具設計提供標準模架以及一些經典結構的設計，從而可大大提高產品效率[13]。
主要研究內容
1、澆注系統(tǒng)及排氣形式的確定
根據塑料熔體的流動行為和流道、型腔內各處的流動阻力，通過分析的出充模順序同時考慮塑料熔體在模具型腔內被分流及重新熔合的問題和型腔內原有氣體的導出問題，分析熔接痕的位置，決定澆口的數量和方位[14]。在這方面除了可用經驗或解析的方法分析外，還可用模流分析軟件進行分析。
2、冷卻形式的確定
根據塑料熔體的熱學性能數據、型腔形狀和冷卻水道的布置，分析得出保壓和冷卻過程中塑件溫度場的變化情況，解決塑性收縮、補縮問題，盡量減少由于溫度和壓力不均、結晶和取向不一致而造成的殘余內應力和翹曲變形。同時還要盡量提高冷卻效率，縮短成型周期。
3、脫模形式的確定
塑件脫模和橫向分型抽芯問題，通常可以通過經驗和理論計算分析來解決。
4、分型面及型腔數目的確定，型腔的布置的確定
決定塑件的分型面，決定型腔的鑲拼結合。模具的總體結構和零件形狀不但要滿足充模和冷卻等工藝方面的要求，同時成型零件還要具有適當的精度、粗糙度、強度和剛度，易于裝配和制造，制造成本低。
5、注塑機的選擇
注塑機的選擇應根據成型塑件所需的最大注射容量或質量、鎖模力、模具的閉合厚度及所需的開模距離來確定[16]。
總結
注塑模具在現(xiàn)代工業(yè)中占有很重要的地位。注塑成型新技術的產生與發(fā)展對制造技術不斷提出了新的要求，將信息技術與現(xiàn)代管理技術應用于制造全過程，未來注塑模制造將是以計算機輔助技術為主導技術，以信息流暢作為首要備件的有極強應變能力與競爭力的技術。球面軸套的注塑模具設計以計算機為輔助工具，從三維造型到模具設計分析用 PROE4.0軟件，平面圖繪制用到了CAD制圖軟件，整個設計過程離不開電腦輔助。僅以球面軸套的注塑模具設計展望未來注塑模具市場的發(fā)展。
參 考 文 獻
[1] 陳濤.塑料模具的動態(tài)仿真.現(xiàn)代制造工程，2009（3）：90-91
[2] 錢萍，朱紅建，朱理.CAE技術在柜機風柵注塑模具設計中的應用.機械制造，2010（4）：17-19
[3] 李奇，朱江峰.模具設計與制造.北京：人民郵電出版社，2006
[4] 李大鑫，張秀棉.模具技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述.模具制造，2005（2）：60-61
[5] 劉向陽,屈平.我國模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀.世界制造技術與裝備市場,2004(2)：88-90
[6] 王志峰，趙維民.中小型注塑模具企業(yè)模具設計與加工的流程.機械設計與制造，2008（2）:196-198
[7] 劉少達.我國塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.仲愷農業(yè)技術學院學報,2004(3):101-103
[8] 姬正橋，謝州.塑料產品注塑模具的現(xiàn)代數字設計分析與制造.機械設計與制造，2008（1）：209-211
[9] 付宏生，劉京華.注塑制品與塑料模具設計.北京：化學工業(yè)出版社，2003
[10] 黃虹.塑料成型加工與模具.北京：化學工業(yè)出版社，2002
[11] 冷真龍，周麗萍.一模多用注射模具設計研究.機械設計與制造，2009（5）：251-253
[12] 李錦標，易鈴棋，郭雪梅.精通PROE4.0注塑模具設計.北京：清華大學出版社，2008
[13] 孫波.機械專業(yè)畢業(yè)設計寶典.西安：西安電子科技大學出版，2008
[14] Yang Junyi,Li Yuanyuan,"Effect of cooling Sysyterm Desipn and Process parameters on cyclic variation of Mold Temperature-Simulation by DRBEM" Plastics Rubber and Composistes Processing and Applications,1995,23(4),221-251
[15] 鄧明.實用模具設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2006
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大學本科畢業(yè)設計說明書
摘 要
注塑成型是塑件生產最常用的方法之一。本設計通過注塑模具產品，利用實體模型測量產品的尺寸，對實體進行建模，并對塑件的材料和塑件結構進行分析，并對塑件的模具進行設計，包括塑件成品的設計、工藝參數的分析與計算、工作部分的設計、模具結構的設計和加工方案的制定，確定塑件的最佳澆注位置，并通過實際情況進行調整，從而得到對實際生產來說最合理的澆注位置。在確定模具型腔數目后，分析產品的氣穴、熔接痕、充填時間、充填結束時的體積溫度、流動前沿處的溫度、速度/時間轉換點壓力、充填結束時的壓力、注射位置處壓力等，可確定注塑模具的合理性。最后本運用PROE 4.0及其EMX4.1模塊來完成模具整體設計工作。
關鍵詞：模具設計；PROE4.0；
I
Abstract
Plastic shaping be used in common for plastic products to manufacture.Basing on the actual plastic products of electric blanket, the designer uses the actual model to measure the product, creates a model for the actual product and making an analysis to the materials and structure of the product. Designs the plastic mould, including the design of plastic finished product, analysis and account of craft parameter, the design of work piece, mould structure and the processing project. The designer focuses on the design and account work of parting-surface and slide. Using the designer uses Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis of the product，deciding the best location. And making a increase Basing on actuality to get the best effect . After deciding the number of cavity for mold ，using Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis for air pocket，weld lines，fillingtime，bulk temperatures of sandouting，temperature at flow front，pressure at V/P switchover point，screen out pressure，pressure at injected location and so on， to sure the rationality of mould design. The last using Pro-Engineer4.0 and EMX4.1 module is applied to the whole design.
Keywords： mould design；PROE4.0； plastic products of electric blanket
目 錄
引 言 1
第一章 設計任務與流程 2
1.1畢業(yè)設計任務 2
1.注塑模具設計的流程 2
第二章 塑件成品、注塑模具設計與構型 4
2.1 概述 4
2.2 模具設計環(huán)境和應用軟件 4
2.2.1 PROE4.0 4
2.2.2 AutoCAD 5
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模 5
2.3.1零件的立體圖建模 5
2.3.2零件的二維工程圖繪制 6
2.4塑件的基本數據 6
2.4.1塑件塑料品種的確定 6
2.4.2塑件材質 7
2.4.3塑件結構分析 9
2.4.4塑件體積與質量 9
2.4.5塑件圖及其尺寸公差 10
2.4.6分型面及排氣形式的確定 10
2.4.7型腔數的確定與型腔的分布 11
第三章 分析設計與計算 11
3.1澆注系統(tǒng)的設計 11
3.1.1主流道設計 11
3.1.2 冷料穴設計 12
3.2 成型方案 13
3.2.1 成型部分的設計 13
3.2.2 成型零部件結構設計 15
3.2.3 成型零部件工作尺寸計算 16
3.2.4 型腔壁厚和底板厚度的計算 17
3.3 導向機構設計 19
3.3.1 合模導向機構 19
3.4脫模機構設計………………………………………………..……………..20
3.4.1脫模力計算…………………………………………………...………20
3.4.2推桿脫模機構設計………………………..………………………….20
3.5冷卻系統(tǒng)的計算……………………………………………………………21
3.6模架形式及規(guī)格……………………………………………………………21
3.7設備的選擇與校核………………………………………………...……….22
3.7.1 注塑機的選擇……………………………………………………....22
3.7.2 校核…………………………………………...……………………...24
3.7.3 其他……………..……………………………………………...…….24
3.8 模具裝配圖與零件圖的繪制……………………………………………25
結 論………………………………………………………………………………..26
參 考 文 獻…………………………………………………………………………27
謝 詞………………………………………………………………………………28
附 圖 32
3
學校代碼：
學 號：
設計說明書
本科畢業(yè)設計
（
題 目:鏡盒式計算器底蓋注塑模具設計
學生姓名：
學 院：
專 業(yè)：
班 級：
指導教師：
年 月
大學本科畢業(yè)設計說明書
摘 要
注塑成型是塑件生產最常用的方法之一。本設計通過注塑模具產品，利用實體模型測量產品的尺寸，對實體進行建模，并對塑件的材料和塑件結構進行分析，并對塑件的模具進行設計，包括塑件成品的設計、工藝參數的分析與計算、工作部分的設計、模具結構的設計和加工方案的制定，確定塑件的最佳澆注位置，并通過實際情況進行調整，從而得到對實際生產來說最合理的澆注位置。在確定模具型腔數目后，分析產品的氣穴、熔接痕、充填時間、充填結束時的體積溫度、流動前沿處的溫度、速度/時間轉換點壓力、充填結束時的壓力、注射位置處壓力等，可確定注塑模具的合理性。最后本運用PROE 4.0及其EMX4.1模塊來完成模具整體設計工作。
關鍵詞：模具設計；PROE4.0；
I
大學本科畢業(yè)設計說明書
Abstract
Plastic shaping be used in common for plastic products to manufacture.Basing on the actual plastic products of electric blanket, the designer uses the actual model to measure the product, creates a model for the actual product and making an analysis to the materials and structure of the product. Designs the plastic mould, including the design of plastic finished product, analysis and account of craft parameter, the design of work piece, mould structure and the processing project. The designer focuses on the design and account work of parting-surface and slide. Using the designer uses Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis of the product，deciding the best location. And making a increase Basing on actuality to get the best effect . After deciding the number of cavity for mold ，using Moldflow Plastics Insight 6.1 to make an analysis for air pocket，weld lines，fillingtime，bulk temperatures of sandouting，temperature at flow front，pressure at V/P switchover point，screen out pressure，pressure at injected location and so on， to sure the rationality of mould design. The last using Pro-Engineer4.0 and EMX4.1 module is applied to the whole design.
Keywords： mould design；PROE4.0； plastic products of electric blanket
目 錄
引 言 1
第一章 設計任務與流程 2
1.1畢業(yè)設計任務 2
1.注塑模具設計的流程 2
第二章 塑件成品、注塑模具設計與構型 4
2.1 概述 4
2.2 模具設計環(huán)境和應用軟件 4
2.2.1 PROE4.0 4
2.2.2 AutoCAD 5
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模 5
2.3.1零件的立體圖建模 5
2.3.2零件的二維工程圖繪制 6
2.4塑件的基本數據 6
2.4.1塑件塑料品種的確定 6
2.4.2塑件材質 7
2.4.3塑件結構分析 9
2.4.4塑件體積與質量 9
2.4.5塑件圖及其尺寸公差 10
2.4.6分型面及排氣形式的確定 10
2.4.7型腔數的確定與型腔的分布 11
第三章 分析設計與計算 11
3.1澆注系統(tǒng)的設計 11
3.1.1主流道設計 11
3.1.2 冷料穴設計 12
3.2 成型方案 13
3.2.1 成型部分的設計 13
3.2.2 成型零部件結構設計 15
3.2.3 成型零部件工作尺寸計算 16
3.2.4 型腔壁厚和底板厚度的計算 17
3.3 導向機構設計 19
3.3.1 合模導向機構 19
3.4脫模機構設計………………………………………………..……………..20
3.4.1脫模力計算…………………………………………………...………20
3.4.2推桿脫模機構設計………………………..………………………….20
3.5冷卻系統(tǒng)的計算……………………………………………………………21
3.6模架形式及規(guī)格……………………………………………………………21
3.7設備的選擇與校核………………………………………………...……….22
3.7.1 注塑機的選擇……………………………………………………....22
3.7.2 校核…………………………………………...……………………...24
3.7.3 其他……………..……………………………………………...…….24
3.8 模具裝配圖與零件圖的繪制……………………………………………25
結 論………………………………………………………………………………..26
參 考 文 獻…………………………………………………………………………27
謝 詞………………………………………………………………………………28
附 圖 32
引 言
模具產品是工業(yè)產品制造的基礎，模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。隨著科學技術的不斷發(fā)展和社會的高速發(fā)展，產品更新?lián)Q代越來越快，注塑模具設計也隨著科技發(fā)展明顯縮短生產周期，用一系列軟件對注塑模具進行分析設計，大大縮短了生產周期。
本設計在注塑模具成型工藝飛速發(fā)展的時代條件下，用PROE4.0軟件進行建模，用CAD軟件進行工程圖的繪制，多種軟件交替進行，為注塑模具設計帶來了極大方便，同時使設計更為合理精確，更是大大縮短了注塑模具的設計周期，同時節(jié)約了成本。
本說明書為機械塑料注射模具設計說明書，是根據塑料模具手冊上的設計過程及相關工藝編寫的。本說明書的內容包括：目錄、設計指導書、設計說明書、參考文獻等。 編寫本說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了塑料注射模具設計方法，以及各種參數的具體計算方法，如塑件的成型工藝、塑料脫模機構的設計。
大學幾年的學習即將結束，設計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學四年的課程學習和課程、生產實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。
本說明書在編寫過程中，得到老師和同學的大力支持和熱情幫助，在此謹表謝意。雖然在設計中得到了指導老師的用心指導，但由于本人水平有限，而且缺乏經驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
第一章 設計任務與流程
1.1畢業(yè)設計任務
設計題目：鏡盒式計算器底蓋注塑模具設計，塑件實物為鏡盒式計算器底蓋，該零件要求具有一定的強度和剛度，其中塑件上的方形孔與其他零件有配合要求，側壁有粗糙度要求，同時塑件下表面及上表面也應平整光滑。
設計要求：
1. 繪制該塑件的工程圖，確定塑件所用塑料品種；
2. 為滿足大批量自動化生產的需要，為該塑件設計注塑模具。
1.2鏡盒式計算器底蓋的注塑模具設計的流程
基本內容：
塑件設計、工藝性分析、確定收縮率和分型面、澆道系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)、模具結構件設計、注射設備選擇、繪制模具設計圖紙。
1.塑件設計，利用軟件PROE4.0進行塑件的立體建模，再在軟件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技術要求的標注，并輸出工程圖。
2.注塑設備選擇，確定塑件的型腔數，并計算塑件的投影面積，通過注射量的校核、注射力的校核、鎖模力的校核、安裝部分的尺寸校核、開模行程的校核、頂出裝置的校核，結合注塑設備的資料確定注塑設備的型號。
3.確定收縮率和分型面，首先由塑件性能的要求等，確定塑件的塑料，通過查資料確定塑件的收縮率。根據鏡盒式計算器底蓋的工藝及結構特點，確定具體的分型面，大致應為球面軸套的孔中心線所在平面。
4.模架，通過塑件的大小及型腔數、澆注系統(tǒng)、導向部件、推出機構、調溫系統(tǒng)等的初步估算，確定使用模架的型號。
5.澆注系統(tǒng)設計，本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng)，在澆注系統(tǒng)設計中，包括流道的設計、噴嘴的選擇、主流道襯套的選擇等，還必須研究一模四腔澆注系統(tǒng)的平衡性設計。
6.成型零件，確定型腔數和分型面。對模腔和模芯進行結構設計。計算成型部件的工作尺寸。
7.頂出機構的設計，根據開關座的結構特點，設計頂出機構。
8.冷卻系統(tǒng)的設計。
9.零部件加工工藝制定，結合現(xiàn)代加工手段，利用數控CNC，電火花，線切割等方法，制定最符合經濟效益的加工工藝。
10.完成整套模具的二維工程圖的繪制。
第二章 塑件成品、注塑模具設計與構型
2.1 概述
注塑件的模具設計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設計人員，采用不同的CAD軟件進行模具輔助設計，都有自己的一套設計過程。本設計先用PROE4.0進行實體建模，然后經過一系列的設計最后用CAD軟件完成制圖。
2.2 模具設計環(huán)境和應用軟件
2.2.1 PROE4.0
PROE4.0是一個優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設計與制造領域，PROE4.0較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應用，由于它的應用，可以大大縮短模具設計與制造周期，提高模具質量，降低生產成本。
2.2.2 AutoCAD
AutoCAD是著名的工程圖畫圖軟件，用以繪制二維工程圖。
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模
2.3.1零件的立體圖建模
利用PROE4.0分析所給零件的外形和尺寸，利用PROE4.0的建模方法，根據鏡盒式計算器底蓋的形狀和使用特點進行建模（如圖2-1所示）。
圖2-1：鏡盒式計算器底蓋立體圖在PROE4.0中的建模
2.3.2零件的二維工程圖繪制
工程圖是在設計的最后用作指導生產的三視圖圖樣。工程圖圖樣的制作可以說是正式將零件或裝配模型的設計歸檔的過程，其正確與否，直接影響到生產部門的生產制作。
2.4塑件的基本數據
2.4.1塑件塑料品種的確定
本設計中塑件實物為不透明制件，根據塑件的使用要求，確定所用塑料應是聚丙烯PP.
2.4.2塑件材質
中文學名：聚丙烯PP；
1.PP的性能
聚丙烯PP，聚丙烯在常溫下為白色蠟狀固體，外觀與高密度聚乙烯相似，但比高密度聚乙烯輕和透明，無臭無味無毒，密度為0.90～0.91，是現(xiàn)有塑料中最輕的一種，吸水率為0.01～0.025。
1） 聚酰胺的力學性能。PP在室溫以上有較好的沖擊性能，但由于它本身分子結構的規(guī)整度很高，其低溫沖擊強度較聚乙烯低。除環(huán)境溫度外，聚丙烯的沖擊強度還與等規(guī)度、分子量、成型加工條件有關。
聚丙烯的剛度和硬度比聚乙烯高，二者均隨等規(guī)度和MI的增加而增大，在同一等規(guī)度時，MI大的聚丙烯表現(xiàn)出高的剛性和硬度。顯然，這是由于分子量降低、結晶度增加的結果。
優(yōu)良的耐彎曲疲勞性是聚丙烯的一個特殊力學性能，如把聚丙烯包片直接彎曲成鉸鏈或注射成型的鉸鏈，能經受幾十萬次的折疊彎曲而不損壞。
聚丙烯摩擦因數小于聚乙烯，自身對磨時摩擦因數為0.012，對鋼的摩擦因數是0.33。
聚丙烯力學方面的缺點是韌性不夠好，特別是溫度較低時脆性明顯。
2） 聚丙烯的熱性能。聚丙烯的熔融比聚乙烯提高40～50℃，一般為164～170℃。100%等規(guī)度聚丙烯熔點為176℃。
聚丙烯的耐熱性稍乙烯，無載下最高連續(xù)使用溫度可超高120℃，輕載下可達120℃，低載下可達110℃，較重載荷下可達100℃。聚丙烯耐沸水、耐蒸氣性良好，在135℃的高壓鍋內可蒸煮1000h不破壞，特別適宜于制備醫(yī)用高壓消毒用品。聚丙烯的分子量對耐熱性也有影響，分子量提高，熱變形溫度都會下降，但耐寒性改善。
3） 聚丙烯屬于非極性聚合物，具有優(yōu)良的電絕緣性，并因其吸水率小于0.01%，安的電絕緣性不受環(huán)境溫度的影響。它的介電常數和介電損耗角正切值很小，幾乎不受溫度和頻率的影響。因此，可在較高溫度和頻率下使用。
4） 聚丙烯的化學性能。氧化與老化：聚丙烯易受空氣中氧氣的氧化。盡管它們在氮氣等惰性氣體環(huán)境中有較高的熱穩(wěn)定性，但當暴露在大氣中，特別是受到光和熱的作用時，它們的性質就逐漸變壞。試驗表明：未加穩(wěn)定劑的聚丙烯粉末在空氣中置放4個月就會變質，在150℃經0.5～3.5h就會發(fā)脆。因而示加穩(wěn)定劑的聚丙烯沒有使用價值。
耐化學藥品性：聚丙烯的注塑制品表面光潔，的表面硬度和剛性、耐應力開裂、耐熱，聚丙烯肯有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，除強氧化劑、濃硫酸、濃硝酸、硫酸與鉻酸混凝土酸等對它有侵蝕作用外，其它試劑對聚丙烯無作用。
5）聚丙烯的應用。聚丙烯的注塑制品表面光潔，的表面硬度和剛性、耐應力開裂、耐熱，是應用于的重要方面。聚丙烯可制備下列用途的制品：醫(yī)療器械具中的注射器、盒、輸液袋、輸血工具、病人用具有；一般用機械零件中的輕載結構件，如殼、泵葉輪、手輪、特別適用于制備反復受力的鉸鏈、活頁、法蘭、接頭、閥門等。
6） 注塑是PP塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機，螺桿式注塑機，后者更適用于形狀復雜制件、大型制品成型。
螺桿式注塑機的工藝參數見下表。
注塑機類型
噴嘴形式
噴嘴溫度/℃
料筒溫度/℃
螺桿式
普通
170-190
前段
中段
后端
180-200
200-220
160-170
模具溫度/℃
注射壓力/MPa
保壓力/ MPa
注射時間/s
40-80
70-120
50-60
0-5
保壓時間/s
冷卻時間/s
成型周期/s
螺桿轉速/r.min
20-60
15-50
40-120
30-60
2.4.3塑件結構分析
通過觀察測量可知該塑件為不對稱結構
2.4.4塑件體積與質量
取PP的密度為0.90～0.91g/cm3，取0.90g/cm3由proe4.0可算出塑件的體積和質量[5]，如圖2-4。
則可計算零件的體積為：=78.5085749024cm3
零件質量為：= 70.65g
2.4.5塑件圖及其尺寸公差
標注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步。傳統(tǒng)的模具設計需要計算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過公式計算基本尺寸，S指塑件的平均收縮率。而在使用proe4.0進行模具設計的過程中，塑件已經定義了其收縮率（取2%），則不需要通過繁瑣的計算而直接可以標注出成型零部件的基本尺寸。
但尺寸標注還有一個公差的問題，這是無法從軟件自動導出的，需要設計者設定。由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應取得大一些。否則就會出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品，為此，各國對塑料件的尺寸公差制訂了國家標準和行業(yè)標準。中國也曾制訂了部級專業(yè)標準，但大都無相應的模具型腔的尺寸公差。德國國家標準中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標準及相應的模具型腔尺寸公差的DIN16749標準。此標準在世界上具有較大的影響，因而可供塑料模具行業(yè)參考。由于本人沒能收集到這個標準，則就按照慣例考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取，Δ指塑件的尺寸公差[4]。
本套模具的裝配圖和非標準件零件圖如附圖所示。
塑件大致的尺寸（長×寬×高）為152×112×8（mm）。大多數尺寸的公差為或更大。對于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比較高，建模時就應該沿減料方向適當加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達到合乎要求的尺寸精度。
2.4.6分型面及排氣形式的確定
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面，是動模和定模的分界面。注塑模具有一個分型面也有多個分型面，分型面應盡可能簡單，以便于塑件的脫模和模具的制造，同時分型面的位置應位于塑件的斷面輪廓最大處。分型面還應考慮型腔排氣順利、確保塑件質量、無損塑件外觀等因素[6]。
分型面設計應遵循以下原則：
1.分型面的方向盡量采用與注塑機開模方向垂直的方向；
2.分型面一般開設在產品的最大截面處；
3.盡量使塑件留在動模一側；
4.有利于保證塑件的尺寸精度和外觀質量等；
5.有利于成型零件的加工與制造。
由于本設計塑件采用單分型面，而單分型面無外乎以下三種結構情況：
1.型腔完全在動模一側。
2.型腔完全在定模一側。
3.型腔各有一部分在動定模。
根據塑件的結構特點，依照設計原則，本設計的注塑模具分型面各有一部分在動定模，即第三種形式。
排氣方式的確定，由于塑件較小，排氣量小，因此采用分型面及推桿和推桿孔間的間隙排氣。
2.4.7型腔數的確定與型腔的分布
1. 型腔數的確定
注塑模具型腔數的確定與現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件質量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關。
針對本設計的塑件，由于尺寸精度和重復精度要求不高，且工件尺寸較小，為使結構簡單，采用一模二腔。
2. 型腔的布置
型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)平衡、模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計及模具在開合模時的受力平衡等問題。因此在設計中應根據各方面的情況進行綜合考慮。在本設計中由于采用一模二腔，著重考慮模具在開合模時的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡，因而型腔對稱方式布置。
第三章 分析設計與計算
3.1澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機噴嘴流向型腔的通道，澆注系統(tǒng)設計是注塑模具設計中的重要問題之一，在設計澆注系統(tǒng)時應考慮塑料成型特性、塑件形狀及大小、塑件外觀、模具成型塑件的型腔數、冷料、成型效率、注射機安裝模板大小等因素。對澆注系統(tǒng)的設計要求有：
1.對模腔的填充迅速有序。
2.盡可能同時充滿各個型腔。
3.對熱力和壓力損失較小。
4.極可能消耗較少的塑料。
5.能夠使型腔順利排氣。
6. 不會使冷料進入型腔。
7.澆注痕跡對塑件外觀影響很小。
8.澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離火切除。
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成[7]。
3.1.1主流道設計
由于該塑件擬用臥式注塑機，因此主流道為錐形流道。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復地接觸和碰撞，容易損壞，所以模具的主流道通常宜設計成可拆卸與更換的襯套結構。這樣更可以使主流道穿過模具結構中的兩塊模板結合處溢料造成主流道凝料脫出的困難。澆口套尺寸設計如下圖所示。
經過設計參數如下：
1. 主流道小端直徑d是與注塑機噴嘴相配合的，其徑向尺寸應大于噴嘴孔徑0.5-1mm，即d=注塑機噴嘴直徑+（0.5-1）mm，以便當主流道與噴嘴同軸度有偏差時主流道凝料易從定模側脫出。由最后設計可知注塑機噴嘴直徑取2.0，故d=2.5.
2. α=2°-4°，本設計取錐度α為3°。
3. 球面半徑應比噴嘴球面半徑大1-2mm，以保證注射過程中噴嘴與模具緊密接觸，防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中，妨礙主流道凝料的脫出。
4. 主流道長度L可根據定模板座的厚度來確定，一般≤60mm，取L=46，
定位環(huán)設計：
為了節(jié)省材料，定位環(huán)與主流道襯套分開設計，如下圖所示。其外徑D與注塑機的定位孔之間采用較松配合。
3.1.2 冷料穴設計
冷料穴一般設在主流道正對面的動模板上，當分流道較長且到澆注口有拐角時，也開設分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑與主流道大端直徑相同或略大一點，長度約為直徑的1-1.5倍。
本設計采用的為推切式，所以直接用圓頭推桿即可以了。
3.2 成型方案
從生產成本和生產效率方面考慮，確定成型的方案，該產品的成型方案采用一模四腔，對稱式布置，澆注形式采用冷流道，澆口為潛澆口，分流道為圓形，主流道為圓錐形。
3.2.1 成型部分的設計
成型塑件外表面或上表面的零件稱凹?；蛐颓?。凹模按結構形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、組合式等。
成型塑件內表面或下表面的零件稱凸模或型芯。型芯按復雜程度和結構形式大致有整體式型芯和組合式型芯。
本設計塑件結構簡單，成型用的型芯型腔結構較簡單，可用數控機床直接加工。為節(jié)約成本和保證精度，本設計采用整體嵌入式，其立體圖如附圖所示。其凸模結構如下圖所示。
圖1：凸模
型腔固定板
型芯固定板
3.2.2 成型零部件結構設計
工作尺寸的計算有型腔與型芯的徑向尺寸、型腔與型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的計算。在計算時，必須根據塑件的尺寸和精度要求來確定相應的成型零件的尺寸和精度等級。塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求，其精度為MT3，其余尺寸無配合要求，精度要求不高，故取塑件的均為MT5級；由于塑件的所有尺寸要求都沒有達到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收縮率法計算。
PP的平均收縮率SCP=（Smax+Smin）/2=（1%+2.5％）/2=1.75%，取2.0％，△為塑件的尺寸公差，生產實踐證明，成型零件的制造公差z約為塑件總公差的取1/3-1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8級作為模具的制造公差[10]。
3.２.3 成型零部件工作尺寸計算
型腔尺寸計算：
塑件尺寸較小，系數x=0.55，以下同。
LM= (L(1+ SCP) -x△)0+z
= (75*(1+ 0.02) -0.55*0.28)0+0.56/3
=75.620+0.19mm
Lｗ= (L1(1+ SCP) -x△) 0+z
= (55*(1+ 0.020) -0.55*0.24) 0+0.44/3
=55.910+0.15mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (4*(1+ 0.020) -0.55*0.10) 0+0.20/3
=4.0250+0.07mm
型芯尺寸計算：
LM= (L2(1+ SCP) -x△) 0-z
= (75*(1+ 0.020) -0.75*0.56) - 0.28/3 0
=76.08-0.090mm
Lw= (L3(1+ SCP) -x△) 0-z
= (55*(1+ 0.020) -0.75*0.44) - 0.24/3 0
=55.77-0.080mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (0.45*(1+ 0.020) -0.75*0.20) 0+0.20/3
=0.3090+0.07mm
3.２.4 型腔壁厚和底板厚度的計算
1.型腔壁厚計算
塑料模具型腔應具有足夠的強度和剛度，因為它們在注塑成型過程中受到塑料成型熔體的高壓作用。如果型腔側壁和支撐厚度過小，可能因強度不夠而產生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產生撓曲變形，導致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。對于小尺寸型腔，因在發(fā)生大的彈性變形之前，其應力往往已經超過了材料的許用應力，所以應以強度計算為主。在不知道分界尺寸時，應分別按照強度條件和剛度條件對型腔尺寸進行計算，其大值為型腔的壁厚尺寸。
根據本設計的成型零件的結構，用組合式矩形型腔側壁計算公式，
按強度計算：
PH1l2/(2HS2)+ PH1b/(2HS)≤
式中，S——型腔側壁厚度，
P——型腔最大壓力，取P=55MPa,
H——型腔側壁總高，H1——型腔深度，H1/H=0.73，
l——型腔長度l=20.75mm，
b——型腔寬度，b=9.5mm，
——允許變形量，=0.05mm，
代入數值，解得S=1.5mm,
按剛度計算：
PH1l4/(32FHS3)≤
式中，符號意義同上，其余E——彈性模量，E=2.06X105MPa，——模具材料的許用應力，=158MPa。
代入數值解得，S=1.0mm。
取兩個計算結果的最大值為型腔的壁厚尺寸，故S=1.5mm。
2.底板厚度的計算
按剛度計算：
5Pbl4/(32ET3)≤
式中T為型腔底板或凸模支撐板厚度，B=2S+b=33mm，其余同上。
代入數值得：T=30mm
按強度計算：
3Pbl3/(4BT2)=
代入數值得，T=18mm。
取兩個計算結果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度T=30mm。
3.3導向機構設計
3.3.1 合模導向機構
合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式，本設計采用導柱導向。導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。
1.導柱
導柱結構和技術要求[11]：
（1） 長度 導柱導向部分的長度應比凸模部分高出8-12mm，以免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔。
（2） 形狀 導柱前端應做成錐臺形或半球形，以使導柱順利的進入導向孔。錐形頭高度取與相鄰圓柱直徑的1/3，前端還應倒角。
（3） 材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼經滲碳淬火處理，硬度為50-55HRC，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分表面粗糙度Ra為0.8-0.4μm。
（4） 數量及布置 導柱應合理均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度，導柱中心到模具邊緣距離通常為導柱直徑的1-1.5倍。
（5） 配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6；導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
2.導套
本設計選用帶頭導套，為了方便導套壓入模板同時便于導柱進入導套，在導套端面內外倒圓角R，模具導向孔為通孔。
導套內孔與導柱之間為間隙配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/f7，其前端設長為3mm的引導部分，按間隙配合H8/e7制造，其粗糙度內外表面均為Ra1.6μm。
導套的材料為為20鋼，采用滲碳淬火處理。
3.4 脫模機構設計
3.4.1 脫模力計算
脫模力Qe有兩部分組成，即 Qe=Qc+Qb
式中Qc為制件對型芯包緊的脫模阻力，N；Qb為使封閉殼體脫模需克服的真空吸力，N，Qb=0.1Ab=0.1*4.4*6.4=2.816N，這里0.1的單位為MPa，Ab為型芯的橫截面積，mm2。
比例系數λ=γcp/t=3.44/0.75=4.587
在脫模力計算中，將λ=γcp/t＜1.5視為厚壁制件，其中t為制件壁厚，γcp為型芯的平均半徑，t=0.8mm，對于矩形型芯，γcp=(l+b)/π=(6.4+4.4)/π=4.587mm。
脫模阻力
Qc=2（l+b）EεhKf/（(1+μ+Kλ)cosβ）
式中， E——塑料的拉伸彈性模量，查表，PA的取值為E=2*103MPa；
ε——塑料的平均成型收縮率，查表得，ε=0.020；
h——型芯脫模方向高度，mm，h=3.25mm；
l、b——矩形型芯的斷面兩邊邊長，mm，l=20.75mm，b=9.5mm；
μ——塑料的泊松比，查表得，μ=0.3；
β——型芯的脫模斜度，取0°，
Kf——脫模斜度修正系數，其計算式為：
Kf=（fcosβ-sinβ）/（1+ fsinβcosβ）=0.4
f——制品與鋼材之間的靜摩擦因數，查表得，f=0.4，
Kλ——壁厚之間的計算系數，計算式為
Kλ=2λ2/（sinβ+2λcosβ）=3.0
代入數值，得Qc=125.4N.
脫模力Qe =Qc+Qb=125.4+2.8=128.2N
3.4.2 推桿脫模機構設計
推桿是推出機構中最簡單最常見的一種形式。
本設計將推桿設計成直桿式圓柱形推桿，常用直徑為1.5-25mm，本設計取直徑為3mm。高度不大于600mm。推桿與推桿孔之間的配合段用H7/f7。材料選用T8A頭部局部淬火。配合表面粗糙度Ra為0.8μm[12]。
在推桿裝入模具后推桿的長度應能使推桿的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。
復位桿的設計：
在推桿脫模機構中用復位桿復位是最常見的。復位桿對稱布置，取4根，均布于推桿固定板四周，位于型腔和澆注系統(tǒng)之外。復位桿端面低于模板平面0.05mm。與復位桿頭部接觸的定模板應淬火。
3.5 冷卻系統(tǒng)的計算
本塑件在注塑成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)，是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算[13]。
塑件的產量為0.3 kg/h，查表得單位質量的PA在成型溫度下的單位熱流量Q為4.0x102 kJ/kg.
塑件固化時每小時釋放的熱量
WQ=0.3*4.0x102=120kJ/h
求冷卻水的體積流量qv
qv= WQ/(ρC2(T3-T4))
式中，qv——冷卻介質的體積流量，m3/min;
ρ——冷卻介質的密度，kg/min, ρ=1x103kg/min
T3——冷卻介質的出口溫度，℃，T3=30℃；
T4——冷卻介質的入口溫度，℃，T4=25℃；
C2——冷卻介質的比熱容，kJ/（kg·℃），C2=4.2 kJ/（kg·℃）
代入數值得，qv=1x10-4 m3/min。
選取來冷卻水管直徑為4mm。
3.6 模架形式及規(guī)格
根據模具的總體結構：定模板，A板，B板，頂針面板，頂針底板，墊塊，動模板，采用推桿脫模機構。
而模架的大小是由模芯的大小來確定的，模芯的布置如圖3-18所示，模芯的大小是150×95mm，選取模架大小為125×200mm。
定模板，動模板，墊塊厚度的確定：
定模板的厚度根據定模鑲塊的厚度及標準模架的規(guī)格確定，為17.5mm。
動模板的厚度根據動模鑲塊的厚度及支撐板強度計算的要求和標準模架的規(guī)格確定，為17.5mm，
墊塊厚度根據推出距離（15mm）、頂針面板厚度（12.5mm），頂針底板厚度（15mm）及標準模架的規(guī)格確定，為50mm。
其他零件的尺寸按標準模架選用。
綜上所述，所選模架為 C1-20X22.5-Z1 GB/T 12556-1990,結構如圖1所示[14，15]。
圖1 AI型工字模
3.7 設備的選擇與校核
3.7.1 注塑機的選擇
根據塑件測繪所得的數據計算出塑件的體積約為7.85cm3，根據模具結構圖計算出澆注系統(tǒng)的體積約為3.5 cm3，因此一次所需注塑量約為11.35 cm3。
考慮注塑機注塑系數（0.85），注塑機的注塑量應大于11.35cm3，初步擬定為SZ-30/60,注塑機的主要技術參數見下表[8]。
注塑機主要技術參數
注塑機型號
XS-Z-30
XS-Z-60
理論注塑量/ cm3
30
60
注射壓力/MPa
119
122
鎖模力/KN
250
500
合模形式
液壓-機械
液壓-機械
移模行程/ mm
160
180
最大成型面積/ mm2
90
130
最大模具厚度/ mm
180
200
最小模具厚度/ mm
60
70
定位孔直徑/ mm
63.5
55
噴嘴球半徑/ mm
12
12
噴嘴孔半徑/ mm
4.0
4.0
3.7.2 校核
1.注塑壓力的校核
注塑壓力P應滿足
P≥k、·P0
式中：k、——安全系數，常取k、=1.25-1.4；
P0——塑料成型時所需注塑壓力，對ABS，常取60-100 MPa。
由于所用塑料尺寸較小，取注塑壓力為80 MPa，在安全系數取k、=1.4，P≥k、·P0，代入數值有119≥112，符合要求。
2.鎖模力的校核
鎖模力F應滿足要求
F≥k0·A·p
式中：k0——鎖模力安全系數，一般取k0=1.1-1.2；
A——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，約為1.2cm3；
p——型腔的平均壓力，對該模具取30MPa；
經計算所需鎖模力為4.3KN，小于注塑機的鎖模力，符合要求。
3. 模具與注塑機裝模部位相關尺寸的校核
（1） 噴嘴尺寸。
主流道小端直徑d1大于注塑機噴嘴直徑，取
d1=d+0.5=2.5mm
澆口套球面半徑R2應比噴嘴球面半徑R1大1-2mm，取
R2= R1+2=7.5mm
（2） 定位圈尺寸。
注塑機定位孔為Φ100mm，定位圈外徑直徑與注塑機的定位孔制件取較松配合，取Φ98。
（3） 最大模板厚度Hmax與最小模板厚度Hmin.
模具厚度應滿足
Hmax≤H≤Hmax
式中：Hmax=300mm，Hmin=80mm。
由于模具總高Hm=251mm，符合要求。
（4） 開模行程的校核
取出塑件所需的開模行程H為
H=H1+H2=3.25+11.75=15mm
式中：H1 ——塑件脫模距離，；
H2——塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內。
由于所用注塑機為液壓式，故開模行程SK應滿足
SK≥H+5-10mm符合要求。
3.7.3 其他
模具的結構、尺寸確定以后，還應確定模具材料，由于使用標準模架，材料的選用主要針對澆口套、成型零件等[16]。
3.8模具裝配圖與零件圖的繪制
模具裝配圖用來表達模具整體結構，外形尺寸，模具各零件間的裝配關系，是指導模具裝配、檢驗、維修等工作條件的技術文件。
零件圖實在裝配圖的基礎上繪制的，它是零件制造與檢驗的依據。
裝配圖：
結 論
塑料工業(yè)是當今世界上最快的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經濟的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用。
本設計首先確定了塑件的澆注質量，其次介紹了注塑件的一般設計原則，從實際來看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。在做好注塑成型的準備工作之后，接著介紹了模具設計的內容，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)。在澆注系統(tǒng)的設計中根據經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)著重說明了推桿的布置和結構。然后，利用EMX4.1進行注塑模具的整體設計和建模，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，特別是在溫度調節(jié)與脫模力的計算這兩塊。
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驗為主，很難對注射各參量進行嚴密的數學建模，因為各參量相互影響，關系復雜。
我們大學生對于塑料工業(yè)的認識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具課程設計，讓我們更多的了解有關塑料模具設計的基本知識，更進一步掌握了一些關于塑料模具設計的步驟和方法，對塑料模有了一個更高的認識。這對我們在今后的生產實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驗有了一定的積累。
參 考 文 獻
[1] 劉朝儒，彭福蔭，高政.機械制圖.北京：高等教育出版社，2001
[2] 孫波.機械專業(yè)畢業(yè)設計寶典.西安：西安電子科技大學出版社，2008
[3] 孫玲.塑料成型工藝與模具設計.北京：清華大學出版社，2008
[4] 葛正浩.PROE4.0注塑模具設計實例教程.北京；化學工業(yè)出版社，2007
[5] 吳生緒.塑料成型模具設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2008
[6] 李力，崔江紅，肖慶和，胡紀云.塑料成型模具設計與制造.北京：國防工業(yè)出版社，2007
[7] 齊衛(wèi)東.簡明塑料模具設計手冊.北京：北京理工大學出版社，2004
[8] 錢萍，朱紅建，朱理.CAE技術在柜機風柵注塑模具設計中的應用.機械制造，2010（4）：17-19
[9] 甘永立.幾何量公差與檢測.上海：上?？茖W技術出版社，2008
[10] 李奇，朱江峰.模具設計與制造.北京；人民郵電出版社，2006
[11] 鄧明.實用模具設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006
[12] Yang Junyi,Li Yuanyuan,"Effect of cooling Sysyterm Desipn and Process parameters on cyclic variation of Mold Temperature-Simulation by DRBEM" Plastics Rubber and Composistes Processing and Applications,1995,23(4),221-251
[13] 宋滿倉.注塑模具設計.北京：電子工業(yè)出版社，2010
[14] 楊占堯，白柳.塑料模具典型結構.北京：化學工業(yè)出版社，2008
[15] 葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版社，2007
謝 辭
時間如白駒過隙，大學生活就這樣伴隨著設計的結束接近了尾聲。設計是我們大學學習的總結與驗證，通過本次設計我收獲了很多，鞏固了以前所學習的知識，更讓我知道了自己身上還存在很多不足，需要在今后的學習工作中去彌補，這也是我今后努力的方向和動力。
在本次設計中我首先要感謝我的指導老師，沒有老師的精心指導和嚴格要求，我不會有今天的成果。老師身上的奉獻精神時刻鞭策著我，是我學習的榜樣。
同時我還要感謝陪伴我的每一位老師們和同學，是你們陪我度過了一個又一個春春夏秋冬，是你們在我人生迷茫的時候給我?guī)椭?，因為有了你們我的人生才充滿了精彩，坎坷的道路也因你們的存在而不再艱辛。相信有了你們的陪伴我會在人生的道路走的更好。
最后再次真誠的感謝那些給過我?guī)椭娜藗儭?
附 圖
PROE4.0建模
附圖1：鏡盒式計算器底蓋立體圖
附圖2：凸模立體圖
附圖3 裝配立體圖
32
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