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本科畢業(yè)設計說明書（論文） I 摘 要 本設計是以“杯托注塑模設計”為主題。其設計思路由參考多個生產事例而得出， 設計內容是從零件的工藝分析開始的，根據(jù)工藝要求來確定設計的大體思路。在設計 當中，很多東西都是自己原來所沒有接觸過的，尤其是前段時間所學的理論課知識與 現(xiàn)在的自己動手操作設計，設計順序開始是從零件的材料選擇，接下是成型參數(shù)、密 度、收縮率的確定，模具種類與模具設計的關系、塑件的尺寸精度與結構、注射機的 選擇、模具設計有關尺寸的計算（包括模具型腔型芯的計算及其公差的確定） 、注塑機 參數(shù)的校核、模具結構設計、模具冷卻、加熱系統(tǒng)計算、注射模標準件的選用及總裝 技術要求等內容。 其次是模具的結構，在模具結構的設計當中，首先設計的是模具的型腔結構，接 下來是型芯結構、斜導柱、滑塊、導向機構、復位桿、拉料桿、推件桿和推出機構， 這樣做的目的是為了規(guī)范化，更重要的是為了以后與制造人員的配合。既讓自己有了 良好的設計習慣，又能鍛煉自己的配合意識。為以后工作做一次演練，這樣更能體現(xiàn) 理論與實踐相結合的目的。 關鍵詞:模具的設計, CAD, PRO/E, 塑件 本科畢業(yè)設計說明書（論文） II Abstract This article is about the cup care mold design, in the correct analysis of plastics technology characteristics and PC material properties, using a runner after are pouring. A detailed introduction to the punch and die, gating system, the choice standard and demoulding mechanism design non-standard parts, parts of the design process. Involve the mould structure, strength calculation and molten plastic, life in the mold flow prediction of engineering operations such complex problems, U sing CAD auxiliary project PRO/E, different software for mould design, manufacturing and quality analysis. The cup care, the design of injection mould CAD, precision, using PRO/E to design and analysis of the injection mould, gating system, discusses h0 guide components and demoulding mechanism, etc. The comprehensive use of specialized knowledge, professional design, its core knowledge is plastic molding, material molding technology, mechanical design, plastic injection molding process, the computer aided design, mould CAD/CAM, etc . Key words：mold design, CAD , PRO/E, material 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................................I Abtract .............................................................................................................................................................II 1 緒論 .................................................................................................................................................................1 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 ................................................................................................................1 1.2 模具的發(fā)展趨勢 ...................................................................................................................................1 1.3 設計在學習模具制造中的作用 .......................................................................................................2 2 零件的工藝性分析 ................................................................................................................................3 2.1 材料的選擇 .............................................................................................................................................3 2.2 主要用途 ..................................................................................................................................................3 2.3 成型特點 ..................................................................................................................................................4 2.4 PC 注射參數(shù) ...........................................................................................................................................4 2.5 產品的工藝性和結構分析 ................................................................................................................4 3 模具結構設計 ...........................................................................................................................................6 3.1 型腔數(shù)量 ..................................................................................................................................................6 3.2 初選注射機 .............................................................................................................................................6 3.3 分型面的設計 ........................................................................................................................................7 3.4 澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設計 ............................................................................................................8 3.5 成型零件的設計 .................................................................................................................................13 3.6 合模導向機構的設計 ........................................................................................................................17 3.7 推出機構的設計 .................................................................................................................................18 3.8 側向分型與側抽芯機構的設計 .....................................................................................................19 3.9 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 ............................................................................................................................20 3.10 注射機的校核 ...................................................................................................................................21 4 繪制裝配圖和零件圖 ........................................................................................................................23 4.1 模具的裝配 ..........................................................................................................................................23 4.2 模具的裝配順序 .................................................................................................................................23 4.3 開模過程的分析 .................................................................................................................................24 5 注射件成型缺陷分析 ........................................................................................................................25 結 論 ................................................................................................................................28 致 謝 ........................................................................................................................................................29 參考文獻 ........................................................................................................................................................30 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 1 1 緒論 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 模 具 是 利 用 其 特 定 形 狀 去 成 型 具 有 一 定 的 形 狀 和 尺 寸 制 品 的 工 具 。 在 各 種 材 料 加 工 工 業(yè) 中 廣 泛 的 使 用 著 各 種 模 具 。 例 如 金 屬 鑄 造 成 型 使 用 的 砂 型 或 壓 鑄 模 具 、 金 屬 壓 力 加 工 使 用 的 鍛 壓 模 具 、 冷 壓 模 具 等 各 種 模 具 。 對 模 具 的 全 面 要 求 是 ： 能 生 產 出 在 尺 寸 精 度 、 外 觀 、 物 理 性 能 等 各 方 面 都 滿 足 使 用 要 求 的 公 有 制 制 品 。 以 模 具 使 用 的 角 度 ， 要 求 高 效 率 、 自 動 化 操 作 簡 便 ； 從 模 具 制 造 的 角 度 ， 要 求 結 構 合 理 、 制 造 容 易 、 成 本 低 廉 。 模 具 影 響 著 制 品 的 質 量 。 首 先 ， 模 具 型 腔 的 形 狀 、 尺 寸 、 表 面 光 潔 度 、 分 型 面 、 進 澆 口 和 排 氣 槽 位 置 以 及 脫 模 方 式 等 對 制 件 的 尺 寸 精 度 和 形 狀 精 度 以 及 制 件 的 物 理 性 能 、 機 械 性 能 、 電 性 能 、 內 應 力 大 小 、 各 向 同 性 性 、 外 觀 質 量 、 表 面 光 潔 度 、 氣 泡 、 凹 痕 、 燒 焦 、 銀 紋 等 都 有 十 分 重 要 的 影 響 。 其 次 ， 在 加 工 過 程 中 ， 模 具 結 構 對 操 作 難 以 程 度 影 響 很 大 。 在 大 批 量 生 產 塑 料 制 品 時 ， 應 盡 量 減 少 開 模 、 合 模 的 過 程 和 取 制 件 過 程 中 的 手 工 勞 動 ， 為 此 ， 常 采 用 自 動 開 合 模 自 動 頂 出 機 構 ， 在 全 自 動 生 產 時 還 要 保 證 制 品 能 自 動 從 模 具 中 脫 落 。 另 外 模 具 對 制 品 的 成 本 也 有 影 響 。 當 批 量 不 大 時 ， 模 具 的 費 用 在 制 件 上 的 成 本 所 占 的 比 例 將 會 很 大 ， 這 時 應 盡 可 能 的 采 用 結 構 合 理 而 簡 單 的 模 具 ， 以 降 低 成 本 。 現(xiàn) 代 生 產 中 ， 合 理 的 加 工 工 藝 、 高 效 的 設 備 、 先 進 的 模 具 是 必 不 可 少 是 三 項 重 要 因 素 ， 尤 其 是 模 具 對 實 現(xiàn) 材 料 加 工 工 藝 要 求 、 塑 料 制 件 的 使 用 要 求 和 造 型 設 計 起 著 重 要 的 作 用 。 高 效 的 全 自 動 設 備 也 只 有 裝 上 能 自 動 化 生 產 的 模 具 才 有 可 能 發(fā) 揮 其 作 用 ， 產 品 的 生 產 和 更 新 都 是 以 模 具 的 制 造 和 更 新 為 前 提 的 。 由 于 制 件 品 種 和 產 量 需 求 很 大 ， 對 模 具 也 提 出 了 越 來 越 高 的 要 求 。 因 此 促 進 模 具 的 不 斷 向 前 發(fā) 展 1.2 模具的發(fā)展趨勢 近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模 具在整個模具產量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展 趨勢可分為以下幾個方面： （1） 加深理論研究 在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經有經驗設計階段逐 漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。 （2） 高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的 模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。 （3） 大型、超小型及高精度 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 2 由于產品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿 足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導 熱性優(yōu)異的制模材料。 （4） 革新模具制造工藝 在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工 藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大 提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。 （5） 標準化 開展標準化工作，不僅大大提高了生產模具的效率，而且改善了質量，降低了成 本。 1.3 設計在學習模具制造中的作用 通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求， 各種模具的結構特點及設計計算的方法，以達到能夠獨立設計一般模具的要求。在模 具制造方面，掌握一般機械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，了解模具結構的 特點，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。 畢業(yè)設計能夠對以上各方面的要求加以靈活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 3 2 零件的工藝性分析 2.1 材料的選擇 本產品是杯托，首先從它的使用性能上分析必須具備有美觀、耐用、舒服等特性， 能滿足以上性能的塑料材料有多種，但從材料的來源以及材料的成本考慮，PC 更適合 些。PC 是一種無定型的熱塑性塑料，它具有透明、高的熱變形溫度以及良好的抗沖擊 強度的特性，到目前為止還沒有其它的工程塑料能夠同時擁有這么多優(yōu)點。另外，PC 材料的著色性能特別好，若在其中添加顏料更能使其更加美觀。 圖 2-1 杯托零件圖 2.2 主要用途 PC 是美國食品及藥品管理局批準的能夠應用在食品工業(yè)領域的材料。因為 PC 材料 的透明性和耐高溫性，使它在食品行業(yè)中可用于制造杯子、餐具、水壺、嬰兒奶瓶和 冷水瓶乃至微波爐容器等；聚碳酸酯在建筑行業(yè)上的應用僅次于 PVC 而處在第二位； 此外，聚碳酸酯還用在其它一些產品如：醫(yī)療器械、眼鏡、儲物柜、玩具、便攜式工 具、照相器材和運動裝備，特別是在低溫條件下，要求抗沖擊強度比較高的場合更是 聚碳酸酯大顯身手的領域。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 4 2.3 成型特點 PC 材料的成型性好： 1無定形料，熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，流動性差。吸濕小，但對水敏感， 須經干燥處理，成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂和應力集中，故應嚴格控制成型條件， 塑件須經退火處理。 2熔融溫度高，粘度高。 3冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)以粗、短為原則，易設冷料井，澆口宜取大，模具 宜加熱。 4料溫過低會造成缺料，塑件無光澤，料溫過高易溢邊，塑件起泡。模溫低時收 縮率、伸長率、抗沖擊強度高，抗彎、抗壓、抗張強度低。模溫超過 120時塑件冷卻 慢，易變形粘膜。 2.4 PC 注射參數(shù) 注射類型：螺桿式 螺桿轉速：2030r/min 噴嘴類型：形式直通式；溫度220240 料筒溫度：前段230250；中段240260；后段210230 模具溫度：6080 注射壓力：80130 MPa 保壓力：4060 MPa 注射時間：05 S 保壓時間：2040 S 冷卻時間：2040 S 成型時間：5090 S 2.5 產品的工藝性和結構分析 尺寸的精度 影響尺寸精度的因素很多。首先是模具的制造精度和模具的磨損程度其次是塑料 收縮率的波動及成型時工藝條件的變化、塑件成型后時效變化和模具結構形狀等。因 塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。 塑件的公差數(shù)值根據(jù) SJ137278 塑料制件公差數(shù)值標準確定。精度等級選用根據(jù) SJ137278 選擇，本零件配合要求不高，精度等級選擇一般精度，為 4 級精度，無公 差值者按 8 級精度取值，如表 2.1 所示。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 5 表 2.1 塑件尺寸公差（） 精度等級 精度等級 基本尺寸 4 8 基本尺寸 4 8 3 0.12 0.48 6580 0.38 1.6 36 0.14 0.56 80100 0.44 1.8 610 0.16 0.61 100120 0.50 2.0 1014 0.18 0.72 120140 0.56 2.2 1418 0.20 0.80 140160 0.62 2.4 1824 0.22 0.88 160180 0.68 2.7 塑件冷卻時收縮會使它緊緊包緊型芯或型腔中的凸起部分，因此，為了便于從塑 件中抽出型芯或從型腔中脫出塑件，防止脫模時拉傷塑件，在設計時必須塑件內外表 面沿脫模方向留有足夠的斜度。脫模斜度取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率。 在不影響塑件的使用前提下，脫模斜度可以取大一些。 在開模后塑件留在型腔內，查表可知 PC 的脫模斜度為 502在本次的設計中， 設 PC 的脫模斜度為 1。一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 6 3 模具結構設計 注射模具的典型結構有單分型注射模、雙分型注射模、斜導柱側向分型與抽芯注 射模、斜滑塊側向抽芯注射模、帶有活動鑲件的注射模等等。 根據(jù)塑件的結構特征和使用要求，本模采用單分型面結構。 3.1 型腔數(shù)量 本塑料制件為一次性杯子的杯托，生產的批量較大，為了提高生產效率，但又要 保證產品的一致性，故不宜采用一模多腔的形式：每增加一個型腔，由于型腔的制造 誤差和成型工藝誤差的影響，塑件的尺寸精度要降低約 4%8%，因此多型腔模具 （n4）一般不能生產高精度的塑件。因此，本模具可采用一模一腔的形式。 3.2 初選注射機 注射模具是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注射成型工藝過 程外，還應對所選用的注射機的有關技術參數(shù)有全面的了解，以保證設計的模具與使 用的注射機相適應。注射機是生產熱塑性塑料制件的主要設備，按其外形注射機可分 為立式、臥室和角式三種，應用較多的是臥室注射機。 制件的體積 由材料的性能特點，可以知道 PC 的密度為 1.20 g/cm3，由 Pro/ENGINEER 3.0 可 以算出零件的體積和質量，如圖 3-1： 則可計算零件的體積為： V 塑 = 7.1mm3 使用 PRO/E 軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形澆道凝料和塑件的 體積。下圖為杯托實體圖在 PRO/E 軟件中計算出的體積和質量等參數(shù)。 圖 3-1 制件在 PRO/E 中的體積分析 理論注射量 由于本設計采用的是一模一腔形式，故注射機的理論注射量如下： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 7 V1=V0.85=7.1 0.85=8.5cm 3 由以上兩個原因所以要選用 XSZY500 型注射機，其規(guī)格如下： 表 3.1 XSZY500 型注射機主要技術參數(shù) 3.3 分型面的設計 分型面是決定模具結構形式的重要應素，它與模具的整體結構和模具的制造工藝 有密切的關系，并且直接影響到塑料熔體的流動充填特性及塑件的脫模，因此，分型 面的選擇是注塑模具設計中的一個關鍵。 選擇分型面時一般應遵循以下幾項基本原則： 1. 分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2. 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模； 3. 保證塑件的精度要求； 4. 滿足塑件外觀質量的要求； 5. 便于模具的加工與制造； 6. 對成型面積的影響； 7. 排氣的效果的考慮； 8. 對側向抽芯的影響。 根據(jù)分型面選擇的原則，通過綜合分析比較，確定本設計的分型面為下圖： 項目 規(guī)格 結構形式 臥式 注射方式 螺桿式 最大注射量/cm 3 或 g 500 注射壓力/Mpa 104 鎖模力/kN 3500 最大注射面積/cm 3 1000 噴嘴球半徑 /mm 18 模具最大厚度 /mm 450 模具最小厚度 /mm 300 模板尺寸 /mmmm 750850 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 8 圖 3-2 杯托的分型面在 Pro/ENGINEER 3.0 中 3.4 澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)的設計時注射模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對獲得優(yōu)良性能和理想性能 的塑料制件以及最佳的成型效率有直接影響，是模具設計者重視的技術問題。 對澆注系統(tǒng)進行總體設計時，一般應遵循如下基本原則： 1采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失； 2澆注系統(tǒng)設計應有利于良好的排氣； 3便于修整澆口以保證塑件外觀質量； 4澆注系統(tǒng)應結合型腔布局同時考慮。 從給出的制件看，既要保證塑件的外觀要求，又要考慮澆注系統(tǒng)的設計原則。 主流道的設計 主流道是從注射機噴嘴與模具接觸的部位開始到分流道為止的一段通道，在臥式 或立式注射機上，主流道垂直于分型面。為了能使凝料順利地從主流道中拔出，所以 主流道設計成圓錐形。 表 3.2 主流道的部分尺寸 符號 名稱 尺寸 d 主流道小直徑 注射噴嘴直徑+（0.51 ） SR 主流道球面半徑 噴嘴球面半徑 +（12） h 球面配合高度 35 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 9 a 主流道錐角 2 6 L 主流道長度 盡量60 D 主流道大端直徑 d+2Ltga/2 主流道的尺寸 主流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 3.54mm。 主流道襯套的形式 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模 具主流道部分常設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)質鋼材單獨進行加工和熱處理，常用澆口套分為有托澆口套和無托澆口套兩種，下 圖為有托澆口套，有托澆口套用于配裝定位圈，澆口套的規(guī)格有 12，16，20 等 幾種。 圖 3-3 澆口套 主流道襯套的固定 因為采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是標準 件，外徑為 120mm，內徑 35mm。具體固定形式如下圖所示： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 10 圖 3-4 主流道襯套的固定 分流道的設計 分流道是主流道與澆口之間的通道，分流道的設計應能滿足良好的壓力傳遞和保 持理想的填充狀態(tài)，使塑件熔體盡快的流經分流道填充型腔，并且流動過程中壓力損 失盡可能小，能使塑料熔體均衡的分配到各個型腔。 在設計時考慮到以上的原則有兩種設計形式：圓形截面分流道和梯形截面分流道。 下面是這兩種形式的比較： 圓形截面分流道：在相同截面積的情況下，其比面積最小，它的流動性和傳 熱性都好。 梯形截面分流道：在相同截面積的情況下，其比面積大，塑料熔體熱量散失及流 動阻力均不大。 比較以上的兩種形式，再考慮加工的經濟性，采用圓形截面分流道更符合設計的 要求，故本模具的分流道設計形式采用了圓形截面分流道的形式。 分流道的表面粗糙度 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，因面分流道的內表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 1.6m 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。 實際加工時，用銑床銑出流道后，少為省一下模，省掉加工紋理就行了。 （省 模：制造模具的一道很重要的工序，一般配備了專業(yè)的省模女工，即用打磨機，沙紙， 油石等打磨工具將模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。 ） 分流道的布置形式分流道在分型面上的布置與前面所述型腔排列密切相關，有多 種不同的布置形式，但應遵循兩方面原則：即一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸； 另一方面流程盡量短、鎖模力力求平衡。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 11 本模具的流道布置形式采用下圖形式： 圖 3-5 分流道的布置 澆口的設計 澆口是連接流道與型腔的一段細短信道，它澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分，但卻 是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的作用如下： 熔體充模后，首先在澆口處凝固，當注射機的螺桿退回時，可防止熔體向流道回流。 熔體在流經狹窄的澆口時產生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模。 易于切除澆口凝料，二次加工方便 對于多型腔模具，澆口能用來平衡進料，對于多澆口單型腔模具，澆口即能用來平衡 進料，又能控制溶合紋在塑件中的位置。 澆口的選用 澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。我們將采用限制性澆口。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，可使多型腔同時充滿，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。 從圖 3-5 中可看出，我們采用的是側澆口。側澆口又稱邊緣澆口，國外稱之為標 準澆口。側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體于型腔的側面充模，其截面形狀多為 矩形狹縫，調整其截面的厚度和寬度可以調節(jié)熔體充模時的剪切速率及澆口封閉時間。 這燈澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置， 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 12 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。 3 必須盡量減少熔接痕。 4 應有利于型腔中氣體排出。 5 考慮分子定向影響。 6 避免產生噴射和蠕動。 7 澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。 8 注意對外觀質量的影響。 根據(jù)本塑件的特征，綜合考慮以上幾項原則， 考慮到本設計杯托的外形美觀和外 表光滑。 ，澆口可放置在杯托的底部中心處。 冷料穴的設計 冷料穴又稱冷料井，它是儲存因兩次注射間隔而產生的冷料頭及熔體流動的前鋒 冷料，以防止熔體冷料進入型腔，以影響塑件的質量。甚至堵住澆口，造成成型不良。 冷料穴常常設計在主流道的末端，當分流道較長時，在分流道的末端有時也開設冷料 穴，臥式或立式主設計使用的模具的冷料穴設置在主流道正對面的動模上，直徑稍大 于主流道的大端直徑，以利于冷料流入。長度一般取主流道直徑的 1.52 倍。冷料井 與拉料桿頭部結構緊密相連。 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 1025mm 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 1.52 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， 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 13 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 3-5 中所示。 實際上只要將分流道順向延長一段距離就行了。 排氣系統(tǒng)的設計 當塑料熔體充填型腔時，必須順序的排出型腔以及澆注系統(tǒng)內空氣及塑料受熱而 產生的氣體。如果氣體不能被順利地排出，塑件會由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或 表面輪廓不清等缺點；甚至因氣體受壓而產生高溫，使塑料焦化，同時積存氣體還會 產生反向壓力而降低充模速度。因此設計時必須考慮排氣問題。注射模成型時排氣通 常以如下四種方式進行： 1 利用配合間隙排氣，適用于中小型簡單型腔模具。 2 在分型面上開設排氣槽排氣，適用于大型模具，型腔最后充填的部位的分型面上。 3 利用排氣塞排氣，用于無法用上述兩種方法排氣的模具。 4 強制性排氣，適用于大型、復雜或加熱易放出熱量的塑料。 根據(jù)塑件的結構特點和型芯型腔以及模具的結構，本副模具因為型芯是采用鑲拼 結構，固采用間隙配合排氣。 3.5 成型零件的設計 成型零件決定塑件的幾何行狀和尺寸。成型零件工作時，直接與塑料接觸，承受 塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑料間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有 正確幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合 理，有較高強度、剛度及較好的耐磨性能。 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設計，包括凹模、型芯、鑲塊、 凸模和成型桿等。設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確 定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù) 成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作 尺寸，對關鍵零件進行強度和剛度校核。 模具材料的選擇 根據(jù)模具的生產條件和模具的工作條件需要，結合模具材料的基本性能和相關的 因素，來選擇適合模具需要的，經濟上合理、技術上先進的模具材料。對于一種模具， 如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必需綜合考 慮模具的使用壽命、模具制造工藝過程的難易程度、模具制造費用以及分攤到制造的 每一個工件上的模具費用等多種因素，進行綜合分析評價，才能得出符合模具材料的 冶金質量及其它考慮因素，冶金質量也對模具材料的性能有很大的影響，只有優(yōu)秀的 冶金質量，才能充分發(fā)揮模具材料的各種性能。?？紤]的冶金質量指針有：冶煉質量， 鍛造軋制工藝，熱處理和精加工，導熱性，精料和制品化等。其它還要考慮選用的模 具材料的價格和通用性。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 14 總之，選用高質量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度 低成本地生產高質量的模具，已經成為當前工業(yè)發(fā)達國家模具制造的主要發(fā)展趨勢， 我國也正在向這一方向發(fā)展。 以下成型零件材料就根據(jù)以上原則選擇。 凹模的設計 凹模也稱為型腔，是形成塑件的外表面的主要模具零件，凹模的結構共分成六類， 整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式、凹壁拼合式、瓣合式凹模。本設 計時小型的簡單模具設計，為了提高零件的加工效率，裝拆方便，所以采用的是整體 式凹模。在凹模和定模之間的配合用 H7/m6。 成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用來構成塑件的尺寸，主要有凹模、型 芯、成型桿及成型環(huán)的徑向尺寸，凹模的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之 間的位置尺寸等，在模具的設計中，應根據(jù)塑件的尺寸、精度等級及影響塑件的尺寸 和精度的因素來確定模具的成型零件的工作尺寸及精度。 影響塑件的尺寸和精度的因素 1) 成型收縮率。塑件成型后的收縮率與塑料的品種、塑件的結構、模具的結構以 及成型的工藝條件等因素有關，因此，在生產中，成型收縮率的波動很大，從而引起 的塑件尺寸誤差也較大，塑件的尺寸變化值為： s = ( Smax - Smin ) Ls (3-1) 式中 s塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差(mm)； Smax塑料的最大收縮率； Smin塑料的最小收縮率； Ls 塑件的基本尺寸(mm)。 由成型收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差一般要求控制在塑件尺寸公差的 1/3 以內。 2) 模具成型零件的制造誤差。模具成型零件的制造誤差時影響塑件的尺寸精度的 重要因素之一。顯然模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但模具的 制造成本和周期也會加大。實踐表明如果模具成型零件的制造誤差在 IT7IT8 級之間， 則成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的 1/3，即： z = (3-2)31 式中 z模具成型零件的制造公差(mm)； 塑件的尺寸公差 (mm)。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 15 3) 模具成型零件的磨損。模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時 與塑件的摩擦、成型過程中可能產生的腐蝕性氣體的銹蝕、以及由于以上原因造成的 模具成型零件表面粗糙度數(shù)值則被攻打而要求重新拋光等，均造成模具成型零件尺寸 的變化，凹模的尺寸會變大，型芯的尺寸會減小。成型零件的最大磨損量用 c來表示， 一般取 c=/6 4) 模具安裝配合的誤差。模具的成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺 寸變化，例如型芯按其間隙配合安裝在模具內的話，則塑件孔的位置誤差要受到配合 間隙值的影響；如若采用過盈配合，則不存在此誤差。 綜上所述，收縮率的波動引起塑件尺寸誤差隨塑件的尺寸增大而增大。 在計算成型零件時，所用到的收縮率均用平均收縮率來表示 = 100%S2-minax 式中 塑件的平均收縮率；S 塑料的最大收縮率；max 塑料的最小收縮率。in 計算公式： (LM) z =(1+ )LSx z (3-3)00 式中 表示塑料的平均收縮率；( =0.55%)SS LS表示塑件的基本尺寸(mm)； 表示塑件尺寸的公差(mm)； Z取 /3。 當制件的尺寸較大、精度級別較低時式中 x 取 0.75，當尺寸小、精度級別較高時 式中 x 取 0.5。本塑件為杯托，其精度要求較高，故在本設計中取 0.75。 型芯尺寸的設計 型芯是成型塑件的內表面，大的型芯也稱為凸模，是成型塑件中較大的、主要內 形的零件。型芯的結構有: 1. 整體式型芯 這種結構適用于塑件的內形比較簡單的型芯； 2. 組合式型芯 這種結構適用于塑件的內形復雜，機加工困難的型芯。 本設計屬于內形簡單，所以選用整體式型芯。 型心尺寸的計算公式參考實用模具手冊： (LM) z =(1+ )LS+x z (3-4)0S0 式中 表示塑料的平均收縮率；( =0.55%)S LS表示塑件的基本尺寸(mm)； 表示塑件尺寸的公差(mm)； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 16 Z取 /3 當制件的尺寸較大、精度級別較低時式中 x 取 0.75，當尺寸小、精度級別較高時 式中 x 取 0.5。本塑件為杯托，其精度要求較高，故在本設計中取 0.75。 型芯高度尺寸的計算 運用平均收縮率法： ( hm )z =（1+S cp）L S+1/3 z (3-5) 式中 H 型芯高度尺寸（mm） z 型芯高度制造公差（mm） ( hm )=(1+0.55%)73+0.16/3 =73.097mm 模具型腔側壁和底板厚度的計算 凹模在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和高度。理論分 析和生產實踐表明，大尺寸凹模，剛度不足是主要矛盾，凹模應以滿足剛度條件為準； 而對于小尺寸的凹模，強度不足是主要矛盾，凹模應以滿足強度要求為準。 強度不足，會使模具發(fā)生塑性變形，甚至破碎，因此強度計算的條件是滿足受力 狀態(tài)下的許用應力；而剛度不足，導致凹模尺寸擴大，其結果會使注射時產生溢料現(xiàn) 象、會使塑件的精度降低或脫模困難。 矩形型腔的結構尺寸計算 在本模具設計中采用了整體矩形型腔。 整體式矩形型腔，這種結構與組合式型腔相比剛度較大。由于底板與側壁為一體， 所以在型腔底面不會出現(xiàn)溢料間隙，因此在計算型腔壁厚時變形量的控制主要是為保 證塑件尺寸精度和順利脫模。矩形板的最大變形量發(fā)生在自由邊的中點上。壁厚的計 算公式 (3-6)3 4EcpaS 式中 C常數(shù)，其值由型腔的高度與型腔的長度之比確定。因型腔的 查實用模具技術手冊可知，矩形型腔壁厚推薦尺寸，取 45 mm。所以本模具型腔的 壁厚值為 45 mm。 底板厚度計算. 由于熔體壓力，板的中心將產生最大變形量。按剛度條件，型腔厚度為： h= 34Epdc 式中 C， 常數(shù)，其值由型腔的高度與型腔的長度之比確定。因型腔的高度與型腔的 長度之比=14/119.52=0.117135，查手冊得 C=1.4； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 17 P型腔壓力，一般取 2545MPa，在此取 40 MPa； a型腔的深度。其值為 10； E彈性模量。鋼的取 2.1105； 允許變形量，查教材 PC 為0.05，在此取 0.01。 h= (3-7) 34Epdc =301..28465 =32.17 mm 查實用模具技術手冊的推薦值在此取 37 mm。 動模墊板厚度的確定 查實用模具技術手冊動模墊板厚度的推薦值，塑件在分型面上的投影面積為 （119.5264）2=15298.56 合 152.98，在 100200 的范圍內，則墊板的厚度為 3040，在此取 40mm。 3.6 合模導向機構的設計 為了保證注射模的準確開模和合模，注射模必須設置導向機構。合模導向機構主 要有導柱導向和錐面定位兩種形式。導向機構是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定 位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式。本模具采用導 柱導向定位。 導向機構的作用 1)定位作用 模具閉合后，保證動定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺 寸精確；導向機構在模具裝配過程中也起了定位作用，便于裝配和調整。 2)導向作用 合模時，首先是導向零件接觸，引導動定模或上下模準確閉合，避 免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。 3)承受一定的側壓力 塑料熔體在充型過程中可能產生單向側壓力，或者由于成 型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側壓力，以保證模具的正常工作。若側壓 力很大時，不能單靠導柱來承擔，需增設錐面定位機構。 導柱導向機構的主要零件是導柱和導套，導柱和導套均采用標準件。導柱設置在 動模一側，導柱固定端與模板之間采用H7/m6的過渡配合：導柱的導向部分采用H7/f7 的間隙配合，而導套用H7/r6的配合鑲入模板。 導柱和導套 (1) 導柱 1、導柱的結構形式 導柱采用實用模具技術手冊上的標準形式，這種形式結 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 18 構簡單，加工方便，用于簡單模具。 2、導柱結構和技術要求 1) 長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出 812mm，以避免出現(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，以使導柱順利進入導向孔。 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 Y8、T10 鋼經淬火處理，硬度為 HRC5055。導柱固定部分表面粗糙度 Ra 為 0.8m,導 向部分表面粗糙度 Ra 為 0.80.4m。 4) 配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用 H7/m6 或 H7/k6 的過渡配合； 導柱的導向部分通常采用 H7/F7 或 H8/f7 的間隙配合。 (2) 導套 1、導套的結構形式 本模具的結構形式采用實用模具技術手冊上的標準形式， 這種形式結構較簡單，便于加工。 2、導套的結構和技術要求 1) 形狀 為了使導柱順利地進入導套，在導套的前端應倒圓角，導柱孔最好 作成通孔，以利于排出孔內空氣及殘渣廢料。如模板較厚，導柱孔必須作成盲孔時， 可在盲孔的側面打一小孔排氣。 2) 材料 導套與導柱用相同的材料或同合金等耐磨材料制造，其硬度應低于 導柱硬度，以減輕磨損，防止導柱或導套拉毛。導套固定部分和導滑部分的表面粗糙 度一般為 Ra0.8m。 3) 固定形式及配合精度 導套用環(huán)形槽代替缺口，固定在定模板上。用 H7/f7 或 H7/k6 配合鑲入模板。 3.7 推出機構的設計 注射過程在經過加料、塑化、注射及冷卻幾個步驟以后，塑件及澆注系統(tǒng)的凝料被從 模具的型腔推出，推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿或液壓缸來完 成。推出機構主要是由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構的導向與復位部 件等組成。 推出機構的設計主要考慮以下幾項的原則： 1. 推出機構應盡量設計在動模的一側； 2. 保證塑件不因推出而變形損壞； 3. 機構簡單動作可靠； 4. 保證良好的塑件外觀； 5. 合模時的真確復位。 在本模具的設計過程中采用推桿的形式對塑件進行脫模，其具體的布置情況考慮 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 19 平衡受力的原則。 脫模力的計算 注射成型以后，塑件在模具中冷卻定型，由于體積收縮，對型腔產生包緊力，塑 件必須克服磨擦阻力才能從模腔中脫出。 按力的平衡原理，列出平衡方程式： Ft=AP(cos-sin) 在式中 塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為 0.10.3； A塑件對型芯的包容面積； P塑件對型芯的單位面積上的包緊力,模內冷卻一般取（0.81.2）10 7， 在此取中間值 1.0107； Ft脫模力； 型芯的脫模斜度，在本模具中為 40。 先計算 A 值：A=（10 64.98+119.5210）4=7 380 Ft=Ap(cos-sin) (3-8) =7380（0.2cos40-sin40） =7.3106K