機(jī)床手柄注塑模具設(shè)計(jì)
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中北大學(xué)2009屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
目 錄
1 摘要……………………………………………………………………………………1
1.1塑料模具的基本概念………………………………………………………………1
1.2模具工業(yè)現(xiàn)狀……………………………………………………………………1
1.3中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展前景………………………………………………………5
1.4塑料模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………6
2 機(jī)床手柄注塑模具的設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………9
2.1塑件名稱…………………………………………………………………………………9
2.2功能設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………9
2.3材料：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）………………………………………………10
2.4表面要求…………………………………………………………………………………11
2.5尺寸要求…………………………………………………………………………………11
2.6 要求…………………………………………………………………………………… 11
2.7 設(shè)計(jì)重點(diǎn)…………………………………………………………………………………11
3 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………11
3.1分型面的選擇……………………………………………………………………12
3.2 型腔布置方案………………………………………………………………………13
3.3注塑機(jī)的選擇…………………………………………………………………………14
3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………14
3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù)……………………………………………………………………14
3.3.3 選擇注塑機(jī)……………………………………………………………………………16
3.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………18
3.4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則……………………………………………………………18
3.4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………19
3.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………25
3.6 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………26
3.6.1 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則……………………………………………………………27
3.6.2 推出機(jī)構(gòu)的分類……………………………………………………………………27
3.6.3 一次推出脫模機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………28
3.6.4 推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向……………………………………………………………………29
3.6.5 推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位……………………………………………………………………30
3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………30
3.7.1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則……………………………………………………………30
3.7.2 型腔的冷卻形式……………………………………………………………………31
4 設(shè)計(jì)說(shuō)明書………………………………………………………………………………32
4.1 模架的選擇………………………………………………………………………32
4.1.1標(biāo)準(zhǔn)模架的分類………………………………………………………………… 32
4.1.2中小型標(biāo)準(zhǔn)模架的結(jié)構(gòu)形式和模架的選擇………………………………………32
4.2 定模板尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………… 33
4.2.1型腔的布置…………………………………………………………………………… 33
4.2.2在定模板上加冷卻水道和澆注系統(tǒng)…………………………………………………33
4.2.3在定模板上加導(dǎo)柱和定位銷…………………………………………………………34
4.3動(dòng)模板尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………… 34
4.3.1型腔的布置…………………………………………………………………………… 34
4.3.2在動(dòng)模板上加冷卻水道……………………………………………………………35
4.3.3在動(dòng)模板上加導(dǎo)柱和復(fù)位桿………………………………………………………35
4.4注塑機(jī)的校核……………………………………………………………………………35
4.5成型零件工作尺寸的計(jì)算………………………………………………………………36
4.5.1影響塑件尺寸公差的因素…………………………………………………………… 36
4.5.2成型零件工作尺寸的計(jì)算……………………………………………………………37
結(jié)論……………………………………………………………………………………………41
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 42
致謝…………………………………………………………………………………………… 43
機(jī)床手柄注塑模具設(shè)計(jì)
摘要
作為高精度機(jī)械加工的一種方法，模具制造業(yè)彰顯了其重要的地位和作用。注射模具是各種模具當(dāng)中最典型的一種模具之一。
本文首先對(duì)注射模具的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括。著重論述了彎頭管件注射模具以下幾方面的的設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.注塑機(jī)的選擇；2.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；3.合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；4.推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；5.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)中，根據(jù)塑料的品種，塑件的結(jié)構(gòu)和注射模的大小選擇了SZ—1600/1400型注塑機(jī)；澆注系統(tǒng)采用定位圈與注塑機(jī)連接，主流道襯套澆注，圓形分流道以及側(cè)澆口的形式；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選用導(dǎo)柱和直導(dǎo)套配合的形式；推出系統(tǒng)使用了多推桿推出和復(fù)位桿復(fù)位的形式；文中在定模板和動(dòng)模板上分別設(shè)置了冷卻水道。
關(guān)鍵字：注射模,機(jī)床手柄,冷卻系統(tǒng),注射機(jī)
The injection mold design of machine handle
Abstract
As a high accuracy technique of mechanical process, mold manufacturing industry displays its important status and function. Injection mold is one of the most typical molds.
We have a simple conclusion about the development of injection mold in this paper. this paper mainly introduces several designing content of oblique three-limb tube as following:1.the choice of injection machine.2.the design of runner system.3.the design of guide mechanism. 4.the design of ejecting system.5.the design of cooling system.
According to the kind of plastic, the construction of the plastic part and the size of the die sets, the injection machine of SZ has been chosen. The runner system is applying the form of connection of orientation cycle and injection machine, runner with the sprue bush, semicircle runner and the form of side gate. The guide mechanism is using the cooperation of guide pillars and guide bushes.The ejecting system is using pin to eject and using release pin to reposite. In this paper we locate the cooling channels both in the fixed die and the moving die. In the design of core system we use the form of hydraulic pressure to pull the core and use the wedge block to compact the mould. Hydraulic pressure to pull the core can be pumped to the larger and longer-core pulling the itinerary
Key words: injecting mold ,machine handle, cooling system ,injection machine
1 緒論
1.1塑料模具的基本概念
日常生活中到處可見(jiàn)塑料制品。日用品如：塑料飯碗、臉盆、水桶、手機(jī)外殼等塑料制品；經(jīng)常接觸的家用電器如：電視機(jī)、收錄機(jī)、電腦等產(chǎn)品外殼都是塑料制品。在工業(yè)設(shè)備中也經(jīng)?？吹剿芰狭慵?。這些塑料制品是怎樣做成的呢？塑料是由從石油生產(chǎn)出來(lái)的合成樹脂加入增塑劑、穩(wěn)定劑、填料等物質(zhì)而組成的，原料為小顆粒狀或粉狀。如果將這些小顆粒塑料加熱熔化成液體，注入到一個(gè)具有所需產(chǎn)品形狀的型腔中，待塑料冷卻后取出來(lái)，就得到了與型腔形狀一樣的塑件，這個(gè)具有型腔的東西稱為模具，因?yàn)樗鼘ｉT用于制作塑料件，所以通常稱為塑料模具[1]。??
1.2模具工業(yè)現(xiàn)狀
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高。雖然模具種類繁多，但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國(guó)內(nèi)尚不能自給，需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對(duì)整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此，一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展，而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度，這樣才能不斷提高我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，從而提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，降低成本。由于我國(guó)的模具產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上占有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來(lái)發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品，而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎(chǔ)，屬于有條件、有可能發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品[2]。
在我國(guó)，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。中國(guó)雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長(zhǎng)期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀(jì)80年代后期，中國(guó)模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國(guó)有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個(gè)體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。雖然中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國(guó)與國(guó)際平均水平和發(fā)達(dá)國(guó)家仍有較大差距，因此，每年需要大量進(jìn)口模具。
中國(guó)模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)、多功能復(fù)合模具和復(fù)合加工及激光技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展[3]。
存在問(wèn)題和主要差距:
雖然我國(guó)模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家許多。當(dāng)前存在的問(wèn)題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1． 總量供不應(yīng)求
國(guó)內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過(guò)于求，中高檔模具自配率只有50%
左右。
2．模具產(chǎn)品水平大大低于國(guó)際水平，生產(chǎn)周期卻高于國(guó)際水平。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。
3． 開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳
我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15～20萬(wàn)美元，有的高達(dá)25～30萬(wàn)美元，與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長(zhǎng)期未得到應(yīng)有的重視，以及多數(shù)國(guó)有企業(yè)機(jī)制不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)之外，還有下列幾個(gè)原因：
1.對(duì)模具工業(yè)的政策支持力度還不夠
雖然國(guó)家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國(guó)只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負(fù)過(guò)重。模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造引進(jìn)設(shè)備要繳納相當(dāng)數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進(jìn)步，而且民營(yíng)企業(yè)貸款十分困難。
2.人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少
模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動(dòng)密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，掌握并且熟練運(yùn)用新技術(shù)的人才異常短缺，高級(jí)模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對(duì)科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導(dǎo)致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進(jìn)展不快。
3.工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低
近年來(lái)我國(guó)機(jī)床行業(yè)進(jìn)步較快，已能提供比較成套的高精度加工設(shè)備，但與國(guó)外裝備相比，仍有較大差距。雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)已引進(jìn)許多國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，但總體的裝備水平比國(guó)外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問(wèn)題長(zhǎng)期得不到較妥善的解決[4]。
4.專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差
由于長(zhǎng)期以來(lái)受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細(xì)致，商品化程度低。目前國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40﹪左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對(duì)模具制造周期有很大影響。
5.模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后
模具材料性能、質(zhì)量和品種問(wèn)題往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設(shè)備性能差，也直接影響模具水平的提高。
世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。美國(guó)是世界超級(jí)的經(jīng)濟(jì)大國(guó)，也是世界模具制造業(yè)領(lǐng)先的國(guó)家。早在20世紀(jì)80年代末，美國(guó)模具行業(yè)就有一萬(wàn)兩千多個(gè)企業(yè)，從業(yè)人員有十七萬(wàn)多人，模具總產(chǎn)值達(dá)64.47億美元。日本模具發(fā)展得也非常迅速，這也是日本經(jīng)濟(jì)能飛速發(fā)展并在國(guó)際市場(chǎng)上占有一定優(yōu)勢(shì)的重要原因之一。由此可見(jiàn)，模具工業(yè)的潛力巨大，發(fā)展前景廣闊[5]。
我國(guó)模具業(yè)發(fā)展也很快。全國(guó)已經(jīng)有模具廠及生產(chǎn)單位數(shù)千個(gè)，擁有職工數(shù)十萬(wàn)人，每年能生產(chǎn)上百萬(wàn)套模具。多工位級(jí)進(jìn)模具、長(zhǎng)壽命硬質(zhì)合金模具的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。為了適應(yīng)生產(chǎn)對(duì)模具的要求，在模具生產(chǎn)中采用了許多新工藝和先進(jìn)設(shè)備，不僅改善了模具的加工質(zhì)量，也提高了模具制造的機(jī)械化、自動(dòng)化程度。數(shù)控銑床、加工中心等設(shè)備已在模具生產(chǎn)中被應(yīng)用。電火花和線切割加工已成為冷沖模制造的主要手段。為了對(duì)硬質(zhì)合金模具進(jìn)行精密成型磨削，研制成功了單層電鍍金剛石成形磨輪和電火花成形磨削專用機(jī)床，使用效果良好。在我國(guó)，模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAM）也已進(jìn)入了實(shí)用階段。
80年代以來(lái)，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國(guó)模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國(guó)EDS的UGⅡ、美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國(guó)CV公司的CADS5、英國(guó)Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國(guó)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(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國(guó)模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對(duì)成型過(guò)程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)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(xué)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(yīng)國(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格較低等特點(diǎn)，為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件[6]。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SM Ⅰ、SMⅡ等，對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距[7]。
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)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[8]。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)上的份額也將逐步增大。[9]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(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)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(luò)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(diào)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(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)。
1.3?中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展前景?
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。
1999年中國(guó)大陸制造工業(yè)對(duì)模具的總市場(chǎng)需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。對(duì)于大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具需求的增長(zhǎng)將遠(yuǎn)超過(guò)每年10%的增幅。
汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)的一半左右。1999年，國(guó)內(nèi)汽車年產(chǎn)量為183萬(wàn)輛，。保有量為1500萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)到2005年汽車年產(chǎn)量將達(dá)300萬(wàn)輛。汽車、摩托車行業(yè)的發(fā)展將會(huì)大大推動(dòng)模具工業(yè)的高速增長(zhǎng)，特別是汽車覆蓋件模具、塑料模具和壓鑄模具的發(fā)展。例如，到2005年汽車行業(yè)將需要各種塑料件36萬(wàn)噸，而目前的生產(chǎn)能力僅為20多萬(wàn)噸，因此發(fā)展空間十分廣闊。?家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等，在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)很大。目前，我國(guó)的彩電的年產(chǎn)量已超過(guò)3200萬(wàn)臺(tái)，電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過(guò)了1000萬(wàn)臺(tái)。家用電器行業(yè)的發(fā)展對(duì)模具的需求量也將會(huì)很大。[10]
其他發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對(duì)模具的需求，都將對(duì)中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。
早在1989年，在國(guó)務(wù)院頌布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，模具被列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來(lái)，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年開始對(duì)部分模具企業(yè)實(shí)行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國(guó)家對(duì)模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對(duì)其發(fā)展提供有力支持。[11]
1．4塑料模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
從塑料模具的設(shè)計(jì)，制造及材料選擇等方面考慮，塑料模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可歸納為以下幾個(gè)方面：
（1）塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及其標(biāo)準(zhǔn)零件的制造規(guī)模與范圍，對(duì)于縮短模具制造周期，節(jié)省材料消耗，降低成本，適應(yīng)大規(guī)模批量化生產(chǎn)具有重要意義。目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度只達(dá)到20%。遠(yuǎn)不及工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造的標(biāo)準(zhǔn)化程度。在個(gè)中塑料模具中，只有主色模具有關(guān)于模具零件，模具技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)模架等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。具體包括：塑料注射模具零件GB/T4169.1---4169.11——1984；塑料注射模大型模架GB/T12555.1---12555.15——1990；塑料注射模中小型模架GB/T12556.1---15556.2——1990；塑料注射模技術(shù)條件GB/T12554——1990等。一些模具制造企業(yè)根據(jù)企業(yè)模具生產(chǎn)類型和規(guī)模，為提高生產(chǎn)效率，降低成本，亦制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或采用了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。[12]
目前，塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化的研究方向是熱流道標(biāo)準(zhǔn)元件和模具標(biāo)準(zhǔn)溫控裝置；精密標(biāo)準(zhǔn)模架，精密導(dǎo)向件系列，標(biāo)準(zhǔn)模板及模具標(biāo)準(zhǔn)件的先進(jìn)技術(shù)和等向性標(biāo)準(zhǔn)化模塊。[13]
（2）CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用 由于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的不斷開發(fā)和塑料制件的應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)塑料成型模具設(shè)計(jì)和制造提出的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造方法已很難適應(yīng)塑料制件及時(shí)更新?lián)Q代和不斷提高的質(zhì)量要求，為適應(yīng)這些變化，先進(jìn)國(guó)家的CAD/CAM/CAE技術(shù)在20世紀(jì)80年代中期已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，市場(chǎng)上已有商品化的系列軟件出售，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行塑料模具設(shè)計(jì)，并初步實(shí)現(xiàn)了注射，擠出，中空吹塑等塑料成型工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬分析，這方面軟件技術(shù)研究的發(fā)展，已在工程應(yīng)用中取得了顯著效果。利用CAD/CAM技術(shù)顯著提高了模具設(shè)計(jì)的效率，減少了模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的失誤，提高了，模具和塑料制件的質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了模具和塑件制件的成本[12]。
隨著計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)水平的提高，模具，CAD，CAEJ技術(shù)向著一體化的方向發(fā)展。目前，美國(guó)，日本，德國(guó)等CAD/CAM/CAE技術(shù)應(yīng)用普及率已很高，我國(guó)不少企業(yè)也引進(jìn)CAD/CAM軟件和CAD/CAM/CAE集成軟件，這部分軟件在生產(chǎn)中發(fā)揮著積極的作用.同時(shí),我國(guó)絮聒高等院校和科研院所在這方面也開展了大量研究和開發(fā)工作,并取得了一定成果,但我國(guó)在該技術(shù)的應(yīng)用和推廣方面與外國(guó)相比還存在一定差距,有待進(jìn)一不改進(jìn)和提高.[13]
(3)加強(qiáng)理論研究 隨著塑料制件向大型化,復(fù)雜化和精密化發(fā)展,模具的制造成本也越來(lái)越高.如汽車保險(xiǎn)杠,儀表板等塑料成型模具,重大幾噸至幾十噸,我國(guó)海爾公司生產(chǎn)的洗碗機(jī)模具重達(dá)35噸.這些模具如只憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì),往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)而造成模具的報(bào)廢,將會(huì)損失數(shù)十萬(wàn)元的模具制造費(fèi)用.所以,模具生產(chǎn)已由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向理論設(shè)計(jì),數(shù)值模擬的方向發(fā)展。這些理論設(shè)計(jì)包括模板剛度，強(qiáng)度的計(jì)算，流變充型理論的研究和基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的成型過(guò)程模擬分析等。到目前為止，有關(guān)擠出成型的流變理論和數(shù)學(xué)模型已建立，并且在生產(chǎn)實(shí)際中得到應(yīng)用；有關(guān)注射成型的流變理論研究已取得階段成果，注射成型時(shí)塑料熔體在一維和二維簡(jiǎn)單模腔中的充模流動(dòng)理論和數(shù)學(xué)模型已經(jīng)建立，今后的工作是如何將理論與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，并進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)塑料熔體在三維模腔中流動(dòng)行為的研究。中空吹塑成型理論和數(shù)學(xué)模型也已基本建立，并在生產(chǎn)中取得應(yīng)用。[14]
塑料成型理論研究的進(jìn)展得益于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)，也為進(jìn)一步擴(kuò)大計(jì)算機(jī)在塑料成型生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
（4）塑料模具專用材料的研究與開發(fā) 模具材料選用在模具設(shè)計(jì)與制造中占有重要的地位，直接影響模具成本，使用壽命及塑料制件的質(zhì)量。針對(duì)各類塑料模具的工作條件和失效形式，為了跳高模具使用壽命，并獲得良好的切削加工工藝性能，國(guó)內(nèi)外模具材料工作者進(jìn)行了大量的研究工作，已開發(fā)出較為完善的系列化塑料模具專用鋼，具體可分為5種類型。[15]
1）基本型 如55鋼，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好。但模腔表面粗糙度高，使用壽命低，現(xiàn)已被預(yù)硬型鋼所代替。
2）預(yù)硬型 在中，低碳鋼中加入適量合金元素的低合金鋼。其淬透性高，加工性能好，調(diào)質(zhì)后硬度為25-35HRC，是目前應(yīng)用較為廣泛的通用塑料模具鋼。其典型品種為3Cr2Mo或美國(guó)的P20鋼。
3）時(shí)效硬化型 在中，低碳鋼中加入Ni，Cr，等合金元素的合金鋼，耐磨性和耐腐蝕性有于預(yù)硬型鋼，經(jīng)時(shí)效處理后，硬度可達(dá)40-50HRC。其典型品種為25Cr3MoAl或美國(guó)的P20鋼，日本的NAK55鋼等，多用于復(fù)雜，精密塑料模具，或大批量生產(chǎn)長(zhǎng)壽命塑料模具。
4）熱處理硬化型 這類塑料模具鋼經(jīng)淬火和回火處理后，使用硬度可達(dá)50-60HRC；模腔能達(dá)到很高的鏡面程度，并可進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。其典型品種為Cr12MoV或美國(guó)的D2鋼等。
5）馬氏體時(shí)效鋼和粉末冶金模具鋼 適用于要求高耐磨性，高耐腐蝕性，高韌性和超鏡面的塑料模具。如06Ni6CrMoVTiAi馬氏體失效鋼或美國(guó)的PS，日本的ASP等粉末冶金模具鋼。
（5）模具加工的新技術(shù)與發(fā)展 為了提高加工精度，縮短模具制造周期，塑料模成型零件的加工已廣泛應(yīng)用仿行加工，電加工，快速成形制造，數(shù)控加工及危急控制加工等先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)，也應(yīng)用到坐標(biāo)鏜，坐標(biāo)磨和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等精密加工與測(cè)量設(shè)備。模具加工技術(shù)與設(shè)備的現(xiàn)代化發(fā)展，推進(jìn)了模具行業(yè)企業(yè)向著技術(shù)密集，專業(yè)化與柔性化相結(jié)合，高技術(shù)與高技藝相結(jié)合的方向發(fā)展。[16]
2 機(jī)床手柄注塑模具的設(shè)計(jì)要求
2.1塑件名稱 機(jī)床手柄（具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-1）
圖2-1 機(jī)床手柄
2.2 功能設(shè)計(jì)
功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo).該塑件是日用品,承受外力的幾率較大,如沖擊載荷,振動(dòng),摩擦等情況比較多;塑件的工作溫度是室溫,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種日用品,生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn),這樣,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命,在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素。
2.3材料：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）
ABS的成型條件見(jiàn)表2-1：
ABS
擠出級(jí)
高剛性
高沖擊性
耐熱性
20%玻璃纖維強(qiáng)化
縮略符號(hào)
ABS
ABS
ABS
ABS
ABS GF20
成型條件
預(yù)干燥
溫度/
時(shí)間/
70-80
2
70-80
2
70-80
2
70-80
2
70-80
2
注塑
料筒溫度/
模具溫度/
成型收縮率(%)
流動(dòng)比()
200-260
50-80
0.4-0.9
200-260
50-80
0.4-0.9
250-300
50-80
0.4-0.9
200-260
50-80
0.2
擠塑
機(jī)筒溫度/
170-230
二次加工性
化學(xué)鍍膜
噴涂印刷
真空鍍膜、濺模
燙金
超聲波焊接
溶劑粘接、粘接劑粘接
+ +
+ +
+ +
+ +
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
密度
1.02-1.06
1.03-1.06
1.01-1.04
1.05-1.08
1.22
注:“+”、“++”表示二次加工性能好且遞增的符號(hào)。
ABS材料在成型過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
1．因ABS原料粒撩極易吸潮，導(dǎo)致制品出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水率控制在0.1%以下。
2．ABS流動(dòng)性較好,流動(dòng)距離比,即流動(dòng)長(zhǎng)度L與該處制品壁厚T之比L/T達(dá)190,因而不易出現(xiàn)飛邊。熔融溫度低而寬，有利于成型，但含橡膠組分多的ABS流動(dòng)性較差。
3．耐熱級(jí)和電鍍級(jí)ABS的料筒溫度要稍高，而阻燃級(jí)和抗沖擊級(jí)稍低。
在其相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)要注意澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力小，澆口處外觀不良，易發(fā)生熔接痕，應(yīng)注意選擇澆口位置、形式，頂出力過(guò)大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈“白色”痕跡，脫模斜度宜取2度以上。
2.4表面要求：光滑，無(wú)毛刺。
2.5尺寸要求：具體見(jiàn)圖2-1。
2.6要求：模局的設(shè)計(jì)要求是一模兩腔，即一次成型兩個(gè)件。
2.7設(shè)計(jì)重點(diǎn)：一個(gè)是頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3 總體方案設(shè)計(jì)
本節(jié)方案設(shè)計(jì)部分主要包括以下一些組成結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)。
1．分型面位置確定
2．型腔排列方式、模具結(jié)構(gòu)形式的確定
3．注塑機(jī)型號(hào)的選擇
4．澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5．合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6．頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7．冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1分型面的選擇
為了將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從密閉的模具內(nèi)取出，以及為了安放嵌件，將模具適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或若干個(gè)主要部分，這些可以分離的接觸表面，統(tǒng)稱為分型面。
分型面的選擇通常應(yīng)考慮以下基本原則：
（1） 分型面應(yīng)選在塑件的最大截面處，只有這樣才能使塑件從模具中順利地脫模，這是最基本的原則。
（2） 分型面的選擇應(yīng)考慮有利于塑件的脫模，一般模具的脫模機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，模具開模后塑件應(yīng)停留在動(dòng)模一邊，以便塑件順利脫模。
（3） 分型面的選擇要保證塑件的精度要求，塑件光滑的表面不應(yīng)設(shè)計(jì)成分型面，以避免影響外觀質(zhì)量；塑件中要求同軸度的部分放到分型面的同一側(cè)，以保證塑件同軸度的要求。
（4） 分型面的選擇還應(yīng)考慮模具的側(cè)向抽拔距，由于模具側(cè)向分型是由機(jī)械式分型機(jī)構(gòu)來(lái)完成的，所以抽拔距都比較小，分型面的選擇應(yīng)將抽芯或分型距離長(zhǎng)的方向置于開合模的方向，將小抽拔距作為側(cè)向分型或抽芯。
（5） 分型面作為主要的排氣通道，應(yīng)將分型面設(shè)計(jì)在熔融塑料的流動(dòng)末端，以利于模具型腔內(nèi)氣體的排出。
（6） 選擇分型面時(shí)應(yīng)使模具零件易于加工，特別是型腔的加工，要使模具加工工藝最簡(jiǎn)單。
（7） 分型面的選擇要有利于澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)置。
（8） 分型面的選擇應(yīng)盡量減小塑件在合模平面上的投影面積，以減小所需鎖模力。
（9） 在選擇分型面時(shí)還應(yīng)考慮便于嵌件的安裝。
綜合以上各點(diǎn)因素主要基于分型面應(yīng)選在塑件的最大截面處原則初步把塑件的分型面選在如下圖3-1所示處。
圖3-1 塑件的分型面
3.2型腔布置方案
本模具設(shè)計(jì)采用一模兩腔。
現(xiàn)代注塑機(jī)的料筒通常置于定模板中心軸上，型腔的安排必須考慮主流道，只有這樣才能滿足下面的條件：各型腔應(yīng)在相同溫度下同時(shí)充填，即分流道長(zhǎng)度均等；熔料到各型腔流程短，以降低廢料率；各型腔間的距離應(yīng)盡可能大，以便于有足夠的空間來(lái)設(shè)置冷卻水道、推出桿，并具有足夠的截面積，以承受注射壓力；總的反作用力應(yīng)作用于注射機(jī)模板中心。
根據(jù)以上的要求，一模兩腔的模具要符合對(duì)稱的布局很簡(jiǎn)單地就可以得到型腔對(duì)稱于模板中心軸線的兩側(cè)。如圖3-2所示。
圖3-2 型腔的布置
3.3注塑機(jī)的選擇
3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介
1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī),這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破,目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一.
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說(shuō)法有:
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
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。
3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)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(shí)間等.這些參數(shù)是設(shè)計(jì),制造,購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù).
(1)公稱注塑量；指在對(duì)空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí),注射裝置所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)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(shí)的流動(dòng)阻力,螺桿(或柱塞)對(duì)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(shí)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(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度.
常用的注射速率如表3-4所示。
表3-4 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
(4)塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng),則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期.
(5)鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)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(dòng)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(jī)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(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模時(shí)由慢到快在到停.
(8)空循環(huán)時(shí)間；在沒(méi)有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間.
3.3.3選擇注塑機(jī)
注射機(jī)的選擇包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：
一是確定注射機(jī)的型號(hào)，使塑料，塑件，注射模及注射工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)在所選注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；
二是調(diào)整注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需要的參數(shù)。[17]
根據(jù)塑料的品種，塑件的結(jié)構(gòu)和注射模的大小，成型方法，生產(chǎn)批量以及現(xiàn)有設(shè)備的注射工藝進(jìn)行注射機(jī)的選擇
注射機(jī)規(guī)格的初選是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和注射模的大小。先預(yù)選注射機(jī)的型號(hào)，之后要進(jìn)行校核。
注射機(jī)的初選：
（1）模具所需塑料熔體注塑量 ：
式中 ——一副模具所需塑料的體積；
——型腔數(shù)目；
——單個(gè)塑件的體積；
——澆注系統(tǒng)的體積。
首先是個(gè)未知值，在我們學(xué)校里做的設(shè)計(jì)時(shí)以來(lái)估算，即：
而根據(jù)塑件圖可以算出個(gè)大概值。
98789.8
所以 =3.2*98789.8=316127.36
（2）塑件和流道凝料（包括澆口）在分型面的投影面積及所需鎖模力
式中 A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面積；
——單個(gè)塑件在分型面上的投影面積；
——流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積；
——模具所需鎖模力；
——塑料熔體對(duì)型腔的平均壓力。
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積在模具設(shè)計(jì)前是未知值。根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析，大致是每個(gè)塑件在分型面上投影面的，可選來(lái)估算。而ABS塑件作為中等黏度塑件其對(duì)型腔的平均壓力為35。
所以 ==
=4883.33
=4883.33**35*
170.916
（3）選擇注塑機(jī)型號(hào)
根據(jù)注射機(jī)的最大注射量（額定注射量G）和額定鎖模力F來(lái)選擇，它們應(yīng)該滿足
式中 ——注射系數(shù)，無(wú)定型塑料取。
所以 =371.76。
所以注塑機(jī)的選擇為XS—ZY—500型號(hào)的注射機(jī)
其中 S：塑料機(jī)械
Z：注射機(jī)
X：成型
Y：螺桿式
500： 最大注射量為
（此注射機(jī)配套的定位圈的直徑為）
3.4澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
注射模具的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴出來(lái)后，到達(dá)型腔之前在模具中所流經(jīng)的通道，其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)地引入模具型腔，并在熔體充填和固化定型的過(guò)程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各個(gè)部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸精確的塑料制品。因此，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確與否直接關(guān)系到注射成型的效率和制件質(zhì)量。[18]
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括流道截面形狀，流道和澆口尺寸及流道的布置。要保證熔融塑料在填充過(guò)程中壓力損失小，溫度降低幅度小，到達(dá)模具型腔時(shí)壓力均衡。[19]
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則包括以下方面：
（1） 塑料成型特性。設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足所用塑料成型特性要求，以保證制品質(zhì)量。
（2） 制品大小及形狀。根據(jù)制品大小、形狀、壁厚、技術(shù)要求等因數(shù)，結(jié)合所選分型面，同時(shí)考慮澆注系統(tǒng)的形式、進(jìn)料口數(shù)量，為保證正常成型，還應(yīng)注意防止流料直接沖擊嵌件和細(xì)弱型芯或型芯受力不均，還應(yīng)充分估計(jì)可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問(wèn)題，從而采用相應(yīng)的措施或留有休整的余地。
（3） 模具成型制品的型腔數(shù)。設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到模具是一模一腔還是一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設(shè)計(jì)。
（4） 制品外觀。設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮去除、休整進(jìn)料口是否方便，同時(shí)不影響制品的外表美觀。
（5） 注射機(jī)安裝模板的大小。在制品投影面積比較大時(shí)，設(shè)置澆注系統(tǒng)應(yīng)考慮注射機(jī)模板大小是否允許，并防止模具偏單邊開設(shè)進(jìn)料口，造成注射時(shí)受力不均。
（6） 成型效率。在大量生產(chǎn)時(shí)，設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)該考慮到在保證成型質(zhì)量的前提下盡量縮短流程，減少斷面面積以縮短填充及冷卻時(shí)間，縮短成型周期，同時(shí)減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。
（7） 冷料。在注射間隔時(shí)間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件制品質(zhì)量，故設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)存冷料的措施。
3.4.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一般澆注系統(tǒng)包括四個(gè)基本部分：主流道；分流道；澆口和冷料穴。
1.主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處起到分流道為止的一段料流通道，負(fù)責(zé)將塑料熔體從噴嘴引入模具。當(dāng)模距閉合后注射機(jī)噴嘴壓緊模具主流道襯套，并封緊注射機(jī)與模具之間的間隙，熔體材料直接從料筒流入主流道。[20]
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，以便于熔融塑料的順利流入，開模時(shí)又能使主澆道的凝料順利拔出。主流道的錐角α≈20-40，對(duì)于流動(dòng)性差的塑料可取60-100，內(nèi)壁表面粗糙度Ｒa小于0. 63 -1.25 。通常主流道進(jìn)口端直徑應(yīng)根據(jù)注射機(jī)噴嘴孔徑確定。設(shè)計(jì)主流道截面直徑時(shí)，應(yīng)該注意噴嘴和主流道的對(duì)中。為了補(bǔ)償對(duì)中誤差并解決凝料的脫模問(wèn)題，主流道進(jìn)口端直徑應(yīng)比噴嘴直徑大0.5-1mm。在保證制品成型的條件下，主流道的長(zhǎng)度盡可能短，以減少壓力損失及廢料，一般可小于或等于。主澆道進(jìn)口端與噴嘴頭部接觸的形式一種是平面，一種是弧面。由于平面連接在密封時(shí)需要有很高的壓力，實(shí)際中很少使用。一般情況下，均是采用弧面接觸定位，其方法是，在主流道襯套上連出一淺的球形定位槽，將噴嘴的球形頭壓在主流道襯套凹內(nèi)。通常主澆道進(jìn)口端凹下的球面半徑比噴嘴球面半徑大，凹下深度約為3-0.5mm。
根據(jù)所選的注射機(jī)(SX-ZY-500)型號(hào)選擇噴嘴的直徑為=6，則主流道進(jìn)口端直徑=6+1=7。噴嘴球面半徑=18，則主流道進(jìn)口端凹下的球面半徑=20，凹下深度為4，，則主流道大端直徑=。主流道襯套圖如圖3-3所示。
圖3-3 主流道襯套
2．分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的料流通道，是塑料熔體由主流道流入型腔的過(guò)渡段，負(fù)責(zé)將熔體的流向進(jìn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，在多型腔模中起著將熔體向各個(gè)型腔分配的作用。在設(shè)計(jì)分流道時(shí)應(yīng)注意：以最短的路程、最小的熱量壓力損失，將熔體快速順利地輸入型腔；材料必須能在相同的溫度、壓力條件下，從各個(gè)澆口同時(shí)地向型腔進(jìn)料；從節(jié)省塑料材料的角度考慮，流道橫截面積應(yīng)盡可能?。豢紤]到節(jié)省材料與冷卻條件，分流道的表面積/體積比應(yīng)盡可能小。
（1）分流道截面形狀
分流道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀，以及所加工塑料的種類、流程長(zhǎng)度和模具結(jié)構(gòu)等。分流道斷面積過(guò)小，會(huì)降低單位時(shí)間內(nèi)輸送的塑料量，并使填充時(shí)間延長(zhǎng)，塑料常出現(xiàn)缺料、波紋等缺陷。分流道斷面積過(guò)大，不僅積存空氣增多，塑件容易產(chǎn)生氣泡，而且增大塑料耗量，延長(zhǎng)冷卻時(shí)間。
常用的分流道截面形狀有圓形，梯形，U形，矩形和半圓形等
1）從流道效率來(lái)考慮
流道截面周長(zhǎng)越大，則熔料和模具接觸面積越大，熱量的散失也就越大；另一方面，流道截面積越大，則壓力下降越小?？梢杂昧鞯赖慕孛婷娣e和其周長(zhǎng)來(lái)衡量其截面形狀的優(yōu)異，圓形截面的效率最高，雖然正方形截面效率也最高，其次是梯形截面。
2）從經(jīng)濟(jì)性考慮
圓形截面要以分型面為界分成兩半進(jìn)行加工才利于凝料脫出，這種加工的工藝性不佳，且模具閉合后難以精確保證兩半圓對(duì)準(zhǔn)，尤其不適合于一模多腔的模具中。
而U形截面的分流道，其流道效率雖低于圓形截面的分流道的效率，但它易于加工，經(jīng)濟(jì)性較好，且塑料熔體的熱量散失及流動(dòng)阻力不大。因此本模具分流道的截面形狀選擇U形截面。
表3-4 分流道截面形狀及特點(diǎn)
流道截面形狀
流道效率
流動(dòng)
阻力
脫模
加工條件
分流道特點(diǎn)
選用情況
0.25D
小
好
不易對(duì)中
圓形流道的加工成本比較高，常用于熱流道模具，因?yàn)樵趦蓧K模板上開槽而比較麻煩，同時(shí)也不適用于各種模具。
常用
B=1.25D
0.195D
較小
好
好
形狀最接近圓形斷面，在模具單側(cè)加工，由于推出需要，經(jīng)常加工在動(dòng)模一側(cè)。但與圓形斷面相比，壓力損失大
最常用
B=1.25D
0.195D
較小
好
好
梯形界面除效率高外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是只在模具的一塊板上加工，而且如果尺寸設(shè)計(jì)巧妙，能過(guò)達(dá)到圓流道同樣效果。
較常用
0.153D
較大
好
好
半圓形界面雖然效率較低，但其加工簡(jiǎn)單，在流道長(zhǎng)度不太長(zhǎng)的情況下使用更為有利。
較常用
0.25D
大
不好
好
效率最高，但是在加工和脫模時(shí)則不方便。
不用
（2）流道截面尺寸
分流道截面尺寸應(yīng)根據(jù)素件的成型體積、壁厚、形狀，所用塑料的工藝性能，注塑速度以及分流道的長(zhǎng)度等因素來(lái)確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)ABS分流道的推薦值為4.8-9.5，本模具選擇分流道的尺寸為8。
（3）分流道表面粗糙度
分流道的表面粗糙度不宜太小，以防將冷料帶入型腔，一般要求值為即可。這樣可增大對(duì)外層塑料熔體的流動(dòng)阻力，減少流速，并于中心熔體之間有一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有合適的切變速率和剪切熱。
3．澆口的設(shè)計(jì)
（1）澆口的作用
澆口也稱進(jìn)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)中截面尺寸最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對(duì)塑件性能和質(zhì)量的影響很大。澆口的作用是使從分流道來(lái)的熔融塑料以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，型腔充滿塑料以后，澆口應(yīng)按要求迅速冷卻封閉，防止型腔內(nèi)還未冷卻的熔體回
（2）影響澆口設(shè)計(jì)的因素
澆口設(shè)計(jì)包括澆口截面形狀及澆口截面尺寸的確定，澆口位置的選擇。
影響澆口截面形狀及其尺寸的因素，就塑件而言，包括塑件的形狀、大小、壁厚、尺寸精度、外觀質(zhì)量及力學(xué)性能等。塑件所用塑料特性對(duì)澆口設(shè)計(jì)的影響因素是塑料成型溫度、流動(dòng)性、收縮率及有無(wú)填充物等。此外，在進(jìn)行澆口設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮澆口的加工、脫模及清除澆口的難易程度。
（3）澆口截面尺寸的大小
澆口截面尺寸通常為分流道截面積的0.03-0.09倍。澆口截面形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長(zhǎng)度約為0.5-2mm左右。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，取其下限值，然后在試模時(shí)逐步修正。
（4）澆口形式與塑料品種的相互適應(yīng)性
查表可知ABS塑料適應(yīng)的澆口形式有：直接澆口、側(cè)澆口、護(hù)耳澆口、薄片式澆口環(huán)形澆口、圓盤澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口。
（5）澆口形式
1）直接澆口：適合各種塑料成型，尤其加工熱敏性及高黏度材料，成型高質(zhì)量的大型或深腔殼體、箱型塑件。只適用于單型腔模具，去除澆口較困難。
2）側(cè)澆口： 側(cè)澆口又稱邊緣澆口，廣泛用于兩板式多型腔模具以及斷面尺寸較小的塑件，它一般開設(shè)在分型面上，從型腔外側(cè)面進(jìn)料。
3）點(diǎn)澆口：點(diǎn)澆口又稱橄欖澆口或菱形澆口，是一種截面尺寸特小的圓形澆口。常用于中小型塑件的一模多腔模具，也可用于單型腔模具或表面不允許有較大痕跡的塑件。
4）潛伏式澆口：又稱隧道式澆口、剪切澆口，其形式是由點(diǎn)澆口演變而來(lái)。
經(jīng)過(guò)對(duì)各種澆口的對(duì)比，本模具選用點(diǎn)澆口。如圖3-4所示。
圖3-4 點(diǎn)澆口
（6）澆口位置的選擇
由于塑件是一對(duì)稱的回轉(zhuǎn)體，從頂端中心進(jìn)料可使熔體由厚斷面流入薄斷面，能保持澆口至型腔的流程一致，有利于排除型腔中的空氣，且能避免引起熔體斷裂的現(xiàn)象。
4．冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴一般位于主流道末端分型面的動(dòng)模一側(cè)，熔體流程較長(zhǎng)的多級(jí)分流道多腔模具，各級(jí)分流道末端都應(yīng)設(shè)置冷料井。冷料穴的作用是補(bǔ)給熔體流動(dòng)的前鋒冷料，避免冷料進(jìn)入型腔對(duì)塑件造成不利影響。有時(shí)，對(duì)于型腔最后充滿處，為避免形成強(qiáng)度不良的熔接縫，也在型腔之外相應(yīng)處設(shè)置冷料井，使熔接縫產(chǎn)生在塑件之外。它一般開設(shè)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，其標(biāo)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。
本模具出于3板式點(diǎn)澆口考慮在主流道和分流道都設(shè)有冷料穴。如圖3-5所示。
圖3-5 冷料穴
3.5合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射模導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)主要用來(lái)保證動(dòng)模和定模兩大部分或模內(nèi)其他零件之間的準(zhǔn)確配合和可靠的分開，以避免模內(nèi)各零件發(fā)生碰撞和干涉，并確保塑件的形狀和尺寸精度。
本模具一共使用了3個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一使用了4個(gè)安裝在定模固定板上的帶頭導(dǎo)柱來(lái)導(dǎo)向定位定模固定
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