氣壓瓶蓋注塑模設計
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畢 業(yè) 論 文（設 計）
題 目： 氣壓瓶蓋注塑模設計
（英文）：Design of the Injection Mould for the Lid of Atmospheric Pressure Bottle
院 別： 機電學院
專 業(yè)：機械設計制造與其自動化 (計算機輔助設計與制造)
姓 名： 謝華健
學 號： 2006090443026
指導教師： 王 曉 軍
答辯日期： 2010年5月
氣壓瓶蓋注塑模設計
摘 要
本設計主要針對氣壓瓶蓋外觀質量要求和尺寸精度配合較高、結構形狀和制造工藝較復雜的情況。在外觀和結構設計上采用流線型設計、光亮表面處理；模具設計上采用了潛伏式澆口、開合模定位裝置、多推桿推出機構和回路冷卻系統等多項措施。實現高效、質量高、成本低的產品設計、生產原則。
設計過程中翻閱一些產品設計和模具設計有關的參考資料和文獻，結合繪圖軟件Pro/Engineer Wildfire 4.0和AutoCAD 2008對氣壓瓶蓋和模具的初步設計。對于產品的外型設計和模具設計，主要包括以下這些方面。外型設計：基本長度尺寸、拔模斜度、最小過渡圓角、最小壁厚、粗糙度等方面的確定；模具設計：注射機的選擇、澆注系統、成型零件、合模機構、脫模機構和冷卻系統的設計，繪制模具零件圖和裝配圖等。
關鍵詞：氣壓瓶蓋；模具設計；結構設計；加工工藝
Design of the Injection Mould for the Lid of Atmospheric Pressure Bottle
ABSTRACT
This design is mainly for the situation of quality requirements for the Lid of Atmospheric Pressure Bottle and with a high dimensional accuracy, the shape of Construction and complicated manufacturing process. In the design of appearance and structure, it will adopt with sleek design and bright surface. Mold design using submarine gate, opening and closing mold positioning device, multi-putting introduction equipment and a number of measures such as loop cooling system. Thus achieve the efficient, high quality and low cost product design and production principles.
The design process has referred to some product design and mold design-related references and documents, and combined with mapping software Pro / Engineer Wildfire 4.0 and AutoCAD2008 in the Lid of Atmospheric Pressure Bottle and the preliminary design of mold. As to the outlook design and mold design of the product, is mainly including the following areas: Outlook design: the confirmation of the basic length dimensions, taper angle, the minimum fillet, minimum wall thickness, roughness, etc: Mold design: the choice of injection machine, the design of injection system, molding parts, clamping device, mold body and cooling system, and drawing die parts diagrams and assembly drawings, etc.
Keyword: the Lid of Atmospheric Pressure Bottle；mold design；structure design；process
目 錄
1.前 言 1
2.緒 論 2
2.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展 2
2.2 塑料成型在工業(yè)生產中的重要性 2
2.3 我國塑料模具現狀與發(fā)展趨勢 3
2.3.1 我國塑料模具現狀 3
2.3.2 我國塑料模具發(fā)展趨勢 3
2.4 國內外發(fā)展的差異 4
2.5 課題研究 5
2.5.1 課題背景、來源和研究內容 5
2.5.2 課題研究的目的和意義 6
2.5.3 課題研究的技術工具 6
2.6本章小結 6
3. 氣壓瓶蓋造型及其結構設計 7
3.1 塑料的選擇和塑件成型工藝性分析 7
3.1.1塑件（氣壓瓶蓋）分析 7
3.1.2熱塑性塑料（ABS）的注射成型過程及工藝參數 7
3.1.3 ABS的性能分析 8
3.1.4 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施 9
3.2塑料成型工藝方法的選擇 9
3.3 塑件幾何形狀設計 10
3.3.1 尺寸公差和精度 10
3.3.2 表面粗糙度 11
3.3.3 脫模斜度 11
3.3.4 壁厚 11
3.3.5 圓角 11
3.4 產品造型及結構設計方案 12
3.5本章小結 14
4.氣壓瓶蓋的模具設計……………………………………………………………….15
4.1擬定模具的結構形式 15
4.1.1分析面位置的確定 15
4.1.2確定型腔數量及排列方式 16
4.2注射機型號的確定 16
4.2.1所需注射量的計算 17
4.2.2注射機型號的選定 17
4.2.3型腔數量及注射機有關工藝參數的校核 18
4.3澆注系統形式和澆口的設計 20
4.3.1主流道的設計 20
4.3.2分流道設計 21
4.3.3澆口的設計 22
4.3.4冷料穴的設計 24
4.4成型零件的結構設計和計算 24
4.4.1成型零件的結構計算 25
4.4.2成型零件強度、剛度的校核 26
4.5 模架的確定和標準件的選用 27
4.6 合模導向機構的設計 28
4.7 側抽芯機構的設計 31
4.7.1抽芯距的確定與抽拔力的計算 31
4.7.2斜導柱分型抽芯機構的設計 31
4.8 脫模推出機構的設計 33
4.8.1脫模推出機構的設計原則 33
4.8.2塑件推出的基本方式 33
4.8.3脫模力的計算 34
4.8.3軸的校核計算 35
4.9 排氣系統的設計 39
4.10 溫度調節(jié)系統的設計 39
4.10.1加熱系統 39
4.10.2冷卻系統 39
4.11 典型零件的制造工藝 41
4.11.1動模板的制造工藝 41
4.12模具工作過程 43
4.13本章小結..........................................................................................................45
5.總結 46
參考文獻 47
致謝 49
附錄 圖紙 50
1.前 言
近年來，模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視,發(fā)達國家有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說，可見其受重視之程度，當今“模具就是經濟效益”的觀念已被越來越多的人所接受。模具是現代化工業(yè)生產的重要工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。而塑料模具又是在整個模具工業(yè)中的一枝獨秀，發(fā)展極為迅速。
隨著信息技術與工業(yè)的發(fā)展，在現代生活中，到處都有氣壓瓶蓋的存在，氣壓瓶蓋注塑模設計，也隨著人們科技的進步在不斷的發(fā)展著。而我這次畢業(yè)設計正是針對現代氣壓瓶蓋注塑模設計發(fā)展的狀況，對氣壓瓶蓋的外觀結構造型，以及注射模設計。經過這樣的設計使得我們能夠綜合性地運用這幾年內所學知識去分析、解決問題，在作畢業(yè)論文的過程中，所學知識得到疏理和運用；另一方面使得我們的實踐動手、動筆能力得到鍛煉，增強了即將跨入社會去競爭，也為以后的就業(yè)提供方向性的指導，因此寫好畢業(yè)論文，無論對國家、社會，對學校、學生，都具有重要而實際的意義。
在接到這次畢業(yè)設計任務時，我在網上找過很多相關的文章和圖書介紹，而且在市場上看過很多類型的氣壓瓶蓋?？傮w這產品逐漸走向成熟，雖然瓶蓋有很多種類，但大體上都是外型在改變。綜合以上調查資料，我會在外形結構上和制造工藝上進行改變和創(chuàng)新。在外形設計上利用PRO/E進行三維建模且進行CAE分析，實現外部曲面造型優(yōu)化和制造可行性分析，符合現實制造要求；在制造工藝方面，利用注射模具生產零件，在模具設計上會使用EMX進行運動仿真和使用moldflow進行塑件成型分析等新技術，而加工時會用MASTERCAM進行數控編程，實現高速數控加工其氣壓瓶蓋注塑模模具，以減少設計模具的時間和制造成本，防止失敗設計的出現。設計出來的氣壓瓶蓋具有外形美觀、生產成本低、可生產批量大、質量穩(wěn)定、生產效率高等優(yōu)點。
經過幾個月對畢業(yè)設計的奮戰(zhàn)，感謝指導老師的精心指導和一些并肩作戰(zhàn)的同學們的相互支持。再次感謝你們！
由于本人缺乏設計經驗，所以本設計中產品尺寸的數據都要依靠書本和手冊來確定，也因本人水平有限，故在設計中難免產生不足和錯誤，請各位老師指正。
2.緒 論
2.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展
塑料是以樹脂為主要成分的高分子有機化合物，簡稱高聚物，一般相對分子質量都大于1萬，有的甚至可達百萬級。在一定溫度和壓力下具有可塑性，可以利用模具成型為一定幾何形狀和尺寸的塑料制件。
塑料制件在工業(yè)中的應用日趨普遍，這是由于它們具有一系列特殊的優(yōu)點所決定的。塑料具有密度小、質量輕、絕緣性能好、耐磨耐腐蝕等特殊性能，現已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一，因此其制品在工業(yè)生產中得到廣泛的應用。
我國的塑料工業(yè)起步較晚，40年代只有酚醛和賽璐珞兩種塑料，年產量僅200t，50年代末，由于萬噸級聚氯乙烯裝置的投產和70年代中期幾套引進石油化工裝置的建成投產，使塑料工業(yè)有了兩次躍進，與些同時，塑料成型加工機械和工藝方法也得到迅速發(fā)展，各種加工工藝都已齊全。
塑料作為一種新的工程材料，由于其不斷被開發(fā)與應用，加之成型工藝不斷成熟與完善，極大地促進了塑料成型模具的開發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求量日益增加，而且產品的更新換代周期也越來越短，對塑料的產量和質量提出了越來越高的要求。
2.2 塑料成型在工業(yè)生產中的重要性
模具是工業(yè)生產中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經濟各部門發(fā)展的重要基礎之一。塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力量的強弱、模具質量的優(yōu)劣，直接影響著許多新產品的開發(fā)和老產品的更新換代，影響著產品質量和經濟效益的提高。近年來，我國各行各業(yè)對模具工業(yè)的發(fā)展都十分重視。1989年，國務院頒布了“當前產業(yè)政策要點的決事實上”，在重點支持技術改造的產業(yè)、產品中，把模具制造列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經濟中的重要地位，也提出了振興模具工業(yè)的主要任務?？傊M快提高我國模具工業(yè)的整體技術水平并迎頭趕上發(fā)達國家的模具技術水平。
2.3 我國塑料模具現狀與發(fā)展趨勢
2.3.1 我國塑料模具現狀
科技不停的進步，塑料模具在產品加工中占有非常重要的地位。模具生產技術也是衡量一個國家制造工藝水平的重要標志之一。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視，發(fā)達國家有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說，可見其受重視之程度，當今“模具就是經濟效益”的觀念已被越來越多的人所接受[1]。
我國模具行業(yè)近年來發(fā)展很快，據不完全統計，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[2]。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū) ,南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快，模具生產最集中的省份是廣東和浙江，其模具產值約占全國總產值的60%以上[3]。我國模具總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等發(fā)達國家，模具商品化和標準化程度也低于國際水平?，F就我國塑料模具工業(yè)技術現狀和發(fā)展趨勢進行綜述[4]。
2.3.2 我國塑料模具發(fā)展趨勢
協同創(chuàng)新設計將成為模具設計的主要方向：制造業(yè)垂直整合的模式使得世界范圍內產品銷售、設計、生產和模具制造分工更明確。為了縮短產品上市周期，使模具設計充分理解產品設計的意圖，在產品的設計階段，模具設計即同時開始，產品設計工程師和模具設計工程師需盡早進入協同設計狀態(tài)[5]。
模具制造信息將更加豐富，制造過程將更有效：由于制造設備的豐富，制造信息的增加，我們將看到，今后的制造信息將不僅僅是只提供數控編程加工的 G代碼，更重要的是，從設計開始，將進行制造過程的設計，即提供模具制造的工藝流程，不僅包含工藝表格、加工參數，還包括模具加工的卡具設計、加工的裝卡過程及各工序的G代碼，并且在各部分工序過程均有仿真，還可以在網絡上共享[6]。
模具CAD技術應用的ASP模式，將成為發(fā)展方向： 由于今天模具行業(yè)實際上已經成為高技術最密集的行業(yè)，任何企業(yè)要擁有全部最新出現的技術，成本將非常高，而且還要培養(yǎng)并且留住掌握這些技術的人才也會非常困難.。因此，將出現模具CAD應用的ASP模式，即產生各種專門技術的應用服務單位，為模具企業(yè)提供技術服務，將制造資源最優(yōu)發(fā)揮，應用服務包括如逆向設計、快速原型制造、數控加工外包、模具設計、模具成型過程分析等[14][15]。
從CAD/ CAE/ CAM應用現狀中來看，我國與其它國家的發(fā)展存在著較大的差距。一些國外的CAD/ CAE/CAM系統，雖然具有強大的三維曲面造型、結構有限元分析、計算機輔助制造和產品數據管理能力等，但價格昂貴，一般企業(yè)難于承受[4]。目前在國內應用的主要軟件有美國 PTC公司的CAD/ CAE/ CAM集成化系統PRO/ ENGINEER[7]、美國 EDS公司的 CAD/CAM軟件UG-Ⅱ、法國MATRADATAVISION公司的集成化軟件、美國SOLIDWORKS公司的 SOLIDWORKS軟件、美國CV公司的CADDS軟件、美國SDRC公司集成化CAD/ CAE/ CAM軟件、英國DELCAM公司CAD/CAM軟件DUCT、以色列 CIMATRON公司的三維CAD/ CAM軟件CIMATRON[6]、美國ACTECH公司的注塑模CAE分析軟件CMOLD[7]、澳大利亞MOLDFLOW公司的注塑模CAE分析軟件MF[8]，國內華中理工大學模具技術國家重點實驗室的注塑模 CAD/CAE/CAM集成化系統HSC3、北京航空航天大學軟件工程研究所的 CAD/ CAM軟件CAXA和鄭州工業(yè)大學注塑模CAE分析軟件ZMOLD等[9]
2.4 國內外發(fā)展的差異
目前，全世界模具的年產值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術水平己取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。
我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距，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引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據統計，我國現有模具生產廠近2萬家，從業(yè)人員約50萬人，“九五”期間的年增長率為13%. 2000年總產值為270億元，占世界總量的5%。但從總體上看，自產自用占主導地位，商品化模具僅為1/3左右，國內模具生產仍供不應求，特別是精密、大型、復雜、長壽命模具，仍主要依賴進口。目前，就整個模具市場來看，進口模具約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進口比例達40%以上。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點放在精密、大型、復雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進口逐漸下降，模具技術和水平也有長足的進步。近年來，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現為：大型精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速，尤其是“三資”企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產最為集中的省份是廣東和浙江，這2個省的模具產值已占全國總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢也很好。我國模具年生產總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現在下列六方面：
(1)國內自配率不足80％，中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。
(2)企業(yè)組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。
(3)模具產品水平和生產工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多。
(4)開發(fā)能力弱，經濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術人員比例較低，水平也較低，不重視產品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。
(5)模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。
(6)與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后[4]
2.5 課題研究
2.5.1 課題背景、來源和研究內容
隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，愈來愈多的塑料材料替代金屬應用于工程實際中。要獲得高質量的塑料產品， 需要優(yōu)秀的產品設計、高水準的模具和優(yōu)化的注塑成型工藝，3 個環(huán)節(jié)缺一不可。氣壓瓶蓋在現實生活中隨處可見，個性化造型，精美的外觀質量深受人們的喜愛，且需求量很大。為提高產品的市場競爭力，生產廠家力求產品的造型精美，故對成型模具提出了較高的要求。因此，我這次研究和設計的氣壓瓶蓋與模具，需要滿足以上這些要求。
本課題來源于廣東技術師范學院機電學院2010屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設計（論文）的選題。
本課題的研究和設計內容主要有以下幾個方面：
1氣壓瓶蓋造型及其結構設計；
2氣壓瓶蓋的模具設計和分析；
2.5.2 課題研究的目的和意義
本畢業(yè)設計針對現代氣壓瓶蓋發(fā)展的狀況，對其外觀結構造型，以及其注射模設計。經過這樣的設計使得我們能夠綜合性地運用這幾年內所學知識去分析、解決問題，在作畢業(yè)論文的過程中，所學知識得到疏理和運用；另一方面使得我們的實踐動手、動筆能力得到鍛煉，增強了即將跨入社會去競爭，也為以后的就業(yè)提供方向性的指導，因此寫好畢業(yè)論文，無論對國家、社會，對學校、學生，都具有重要而實際的意義。
2.5.3 課題研究的技術工具
本課題設計所用設計繪圖軟件主要是Pro/Engineer4.0、AutoCAD 2008等。
2.6本章小結
本章從塑料模具行業(yè)的現狀和未來切入，分析了本課題，即設計藍牙耳機注射模具選擇的目的和意義，初步擬定設計工作的內容，以及說明關鍵問題的所在，進行技術分析，并進行可行性論證。
3. 氣壓瓶蓋造型及其結構設計
3.1 塑料的選擇和塑件成型工藝性分析
3.1.1塑件（氣壓瓶蓋）分析
1 塑料名稱:丙烯腈—丁二烯—笨乙烯共聚物（ABS）。
2 色調：不透明、黑色。
3 生產綱領：大批量生產。
4 塑件的結構及成型工藝性分析。
① 結構分析如下：
A． 該塑件外觀要求光順平滑，且要求上下殼體色澤一樣，所以要求均衡設置型腔
B． 該塑件表面平整光滑，內部有螺紋。
② 成型工藝分析如下：
A． 精度等級：采用一般精度8級。
B． 脫模斜度：該塑件壁厚約為1mm，其脫模斜度查參考文獻[16]中的表8.5-7有塑件內表面35′～1°30′,塑件外表面30′～1°。故塑料采用ABS，流動性極好，注射充型流暢，所以塑件外形有放脫模斜度。
3.1.2熱塑性塑料（ABS）的注射成型過程及工藝參數
1.注射成型過程：
① 成型前的準備：對ABS的色澤、細度和均勻度等進行檢驗。由于ABS容易
吸濕，成型前應進行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：真空度為，烘箱溫度為～，料層厚度<25mm,干燥時間～。以上數據根據文獻[17]表9-5和9-6
② 注射過程：塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階級。
塑件的后處理：采用調濕處理，其熱處理條件查參考文獻[16]中的表8.7-10
有處理介質為油；處理溫度為；處理時間為15min。
2.ABS的注射工藝參數
① 注射機：螺桿式。
② 螺桿轉速（r/min）：～
③ 料筒溫度（）：后段240～250；中段260～280；前段：255～265
④ 噴嘴溫度（）：250～260；噴嘴形式：自鎖式。
⑤ 模具溫度（）：60～120
⑥ 注射壓力（MPa）：80～130
⑦ 保壓壓力（MPa）：40～50
⑧ 成型時間（S）：注射0～5;保壓20～50;成型周期50～100；冷卻20～40
注：螺桿帶止回環(huán)。上數據根據文獻[17]表9-6
3.1.3 ABS的性能分析
1.使用性能
堅韌、耐磨、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水大，因此符合此塑件作為傳動件的要求。適用于作一般產口外殼、機械零件、減摩耐磨部件、傳動零件以及化工、電器、儀表等零件。
2.成型性能
① 無定形料,流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時
間預熱干燥80-90度,3小時。
② 宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度).對精度較高的
塑件,模溫宜取50～60度,對高光澤.耐熱塑件,模溫宜取60～80度。
③ 如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入
水位等方法。
④ 如成形耐熱級或阻燃級材料，生產3～7天后模具表面會殘存塑料分解物將
導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。
3.ABS的主要性能指標
經查 文獻[18]P388～398，得ABS的主要技術指標和注射成型的工藝參數，見下表3.1
表3.1 聚丙烯的主要技術指標
Table 3.1 The main technical specifications of the ABS
密度/（g/cm3）
1.10
屈服強度/MPa
50
質量/（cm3/g）
0.91
抗拉強度/MPa
35
吸水率24h（%）
0.2～0.4
拉伸彈性模量/GPa
1.8
玻璃化溫度/°C
47
抗彎強度/MPa
80
熔點/°C
130～160
彎曲彈性模量/MPa
54
計算收縮率/（%）
0.7
抗壓強度/MPa
71～98
比熱容/（J/（Kg.K））
1047
抗剪強度/MPa
67
注:源自參考文獻[9]中的表8.3-9
3.1.4 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
1.缺陷
缺料(注射量不足)、氣孔、溢料飛邊、熔接痕強度低。
2.消除措施
加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴、增大注射壓力、提高模具溫度。
3.2塑料成型工藝方法的選擇
在現在工業(yè)發(fā)展到成熟的階級,產品的制造工藝方法有非常多,特別是塑料成型工藝的方法。如：注塑、壓縮、壓注、擠出、吹塑、泡沫等塑料成型工藝方法。因我這次的課題是一種要發(fā)外觀質量均較好，生產效率高，且這次所用的材料是ABS，這熱塑性材料。因此我選用了注射成型工藝。
注射成型又稱注射模塑，塑料注射成型模具主要用于成型熱塑性塑料產品。由于塑料注射成型模具對塑料的適應性比較廣，而且用這種方法成型塑料制件的內在和外觀質量均較好，生產效率特別高（與塑料的其它成型方法相比），所以注射成型模具日益引起人們的重視。注射成型的特點是成型周期短、生產效率較高，容易實現自動化操作，可降低工人的勞動強度，適合大批量塑料制件的生產。完成一次注射成型工作循環(huán),其參考文獻[19]P409,如下圖3.1所示：
注射沖模
加 料
預 塑
保壓補縮
冷卻定型
開 模
塑件脫模
清 模
合 模
圖3.1 注射成型的工作循環(huán)圖
Figure 3.1 The cycle work plan of the injection molding
一個完整的注射成型工藝過程，按其先后順序就包括下面三個階級：
1．成型前的準備：為使注射過程能順利進行并保證塑料制件的質量，在成型前應進行一些必要的準備工作。如對原料的色澤和細度以及均勻度進行檢查；對容易吸濕的塑料進行預熱和干燥；對成型中的金屬嵌件進行預熱；當改變產品、原料或顏色時，要對注射機的料筒進行清洗；為了便于對成型后的塑件進行脫模，選擇合適的脫模劑。
2．注射過程：塑料在注射機料筒內經過加熱和塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統進入模具型腔，其過程包括加料、加熱塑化、閉模、加壓注射、保壓、冷卻定型、啟模、脫出塑件等工序。
3．塑件的后處理：注射成型的塑件經脫?；驒C械加工之后，常需要進行適當的后處理以消除存在的內應力，改善塑件的性能和提高尺寸穩(wěn)定性。其主要方法是退火和調濕處理。文獻[20]P50～P54
3.3 塑件幾何形狀設計
3.3.1 尺寸公差和精度
塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產品圖中尺寸的符合程度，即所獲得的塑件尺寸的準確度。影響塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度和使用后的磨損程度、 塑料收縮率的波動、成型時工藝條件的變化、塑件成型后的時效變化以及模具結構形狀等。因此，為了降低模具的加工難度和模具的制造成本，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。由文獻[20]P66查得ABS塑件一般用8級精度，其模具則采用6級精度。
3.3.2 表面粗糙度
塑件的外觀要求越高，表面粗糙度應越低。一般模具比塑件的要求低1～2級。塑料制件的表面粗糙度一般為Ra0.2～0.8μm之間。為滿足美觀性要求，塑件的外表面要求比較光滑，取Ra0.4μm；為了降低成本，內表面可以取稍大的表面粗糙值，取Ra0.8μm。以上數據參考文獻[20]P68.
3.3.3 脫模斜度
塑件冷卻是的收縮會使它包緊住模具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，必須使塑件內外表面沿模方向留有足夠的斜度。查參考文獻[20]P70表3-11，由塑件采用ABS材料，則模具型腔的脫模斜度為35′～1°30′，模具型芯脫模斜度為30′～1°，所以取模具的型芯和型腔都為1°。
3.3.4 壁厚
各種塑料，不論是結構件還是板壁，根據使用要求具有一定得厚度，以保證其力學強度。但一般地說，在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚。這樣不僅可以節(jié)約原材料，降低生產成本，而且使塑料在模具內冷卻或固化時間縮短，提高生產效率。其次，可以避免因過厚產生得凹陷、縮孔、夾心等質量上得缺陷。
熱塑性材料的塑件壁厚，由參考文獻[20]P70，一般不宜少于0.6~0.9mm，常取1~4mm。
由該塑件的尺寸可以知道最小壁厚為1mm，最大為3.0mm
3.3.5 圓角
塑料制件除了使用要求需采用尖角以外，其余所有內外表面轉彎處都盡可能采用圓角過渡。塑件上轉角處采用圓弧過渡，不僅避免了應力集中，提高了強度，而且還使塑件變得美觀，有利于塑料充模時的流動。通常，內壁圓角半徑應是壁厚的一半，而外壁圓角半徑應是壁厚的1.5倍，一般圓角半徑不應小于0.5mm，則這次設計的塑件按其各自的壁厚進行計算。以上數據參考文獻[20]P75.
3.4 產品造型及結構設計方案
針對現在市場上的氣壓瓶蓋款式眾多，在開始做這次畢業(yè)設計課題前，對該產品在市場上進行了調研，結合了它們普遍性的外觀，和自己個人的想象，利用PRO/E野火版4.0對其進行三維建模，效果圖如圖3.2所示,結構尺寸如圖3.3所示：
圖3.2氣壓瓶蓋效果圖
Figure3.2 The Lid of Atmospheric Pressure Bottle headset assembly View
圖3.3氣壓瓶蓋結構尺寸圖
Figure3.3 The size of Lid structure View
3.5本章小結
本章從產品設計的要求出發(fā)，首先是根據各種塑料的工藝參數，選擇合適的塑料，然后對其進行性能分析，從而想出塑料缺陷的消除措施。其次就是對產品的成型工藝方法的選擇，并大概了解成型工藝的過程。最后，對產品幾何形狀的確定，其中包括：尺寸公差和精度、表面粗糙度、脫模斜度、壁厚、圓角等的確定。然后利用PRO/E繪圖軟件進行初步的建模。
4.氣壓瓶蓋的模具設計
4.1擬定模具的結構形式
4.1.1分析面位置的確定
在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具面分型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵因素。分型面的形式與塑件幾何形狀、脫模方法、模具類型及排氣條件、澆口形式等有關，我們常見的形式有如下五種：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型面。
1．分型面的選擇原則
（1）有利于保證塑件的外觀質量。
（2）分型面應選擇在塑件的最大截面處。
（3）盡可能使塑件留在動模一側。
（4）有利于保證塑件的尺寸精度。
（5）盡可能滿足塑件的使用要求。
（6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積。
（7）長型芯應置于開模方向。
（8）有利于排氣。
（9）有利于簡化模具結構。
該塑件在進行塑件設計時已經充分考慮了上述原則，同時從所提供的塑件圖樣可看出該塑件表面為產品外觀，塑件表面要求光滑平整，因此分型面不能開在塑件表面處，且塑件沒有側向凹凸和槽。所以分型時不需進行軸向抽芯分型。
2．分型面選擇
為了便于模具加工制造，應盡量選擇平直分型面工易于加工的分型面。因為塑件沒有側向凹凸和槽，所以只需一個分型面即可完成，如下圖4.1所示，采用A－A這樣一個平直的分型面，定模做成與耳機的外觀型狀，而耳機殼體的內部支架和內部形狀做在動模部分。分型面的選擇應盡可能使塑件在開模后留在后模一邊，這樣有助于后模設置的推出機構動作，在下圖中，從A－A分型，由于塑件收縮會包在動模上，依靠注射機的頂出裝置和模具的推出機構推出塑件。該塑件的模具只有一個分型面，垂直分型。
圖4.1 分型面形式與位置
Figure4.1 The form and position of the Parting line
4.1.2確定型腔數量及排列方式
當塑件分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。
一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產效率大為提高。根據產品結構特點，此塑料產品在模具中的扣置方式有兩種:一種是將塑料制品的回轉軸線與模具中主流道襯套的軸線垂直；另一種是將此塑料制品的中心線與模具中主流道襯套的軸線平行。這里擬采用第一種方式，1模1件的結構。
4.2注射機型號的確定
注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模是應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。
注射機規(guī)格的確定主要是根據塑件的大小及型腔的數目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、開模行程、開模距離等進行計算。根據這些參數選取擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調整或與用戶取得商量調整。
4.2.1所需注射量的計算
1.塑件質量、體積計算
對于該設計，用戶提供了塑件圖樣，據此建立塑件模型并對此模型分析得：
零件塑件的體積 V1=98.1cm
澆注系統的體積：V2=3.6cm
塑件與澆注系統的總體積為V=98.1+3.6=101.7cm
計算塑件的質量：查手冊取密度ρ=1.05g/cm
塑件體積：V1=98.1cm
塑件質量：根據有關手冊查得：ρ=1.05g/cm
所以，塑件的重量為：
m1=V1×ρ=98.1cm×1.05=103g
m2= V2×ρ=3.6cm×1.05=3.78g
其中、m1塑件體積和質量，、m2澆注系統體積與質量，這些數據是通過PRO/E建模后，運算得出的。
4.2.2注射機型號的選定
注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統一標準的分類方法.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。
常用的注射速率如表4-1所示。
表4-1 注射量與注射時間的關系
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
注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
查國產注射機主要技術參數表取CJ150NC,主要技術參數如下。
4.2.3型腔數量及注射機有關工藝參數的校核
根據 （4-1）
得 (4-2)
注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8;
注射機最大注射量，cmз或g;
澆注系統凝料量，cmз或g；
單個塑件體積或質量，cmз或g；
根據塑件的結構及尺寸精度要求,該塑件在注射時采用1模1腔
計算澆注系統的體積，其初步設定方案如下
根據三維模型，利用三維軟件直接可查詢到澆注系統的體積V2=3.6cm
注射機有關工藝參數的校核：
1）鎖模力與注射壓力的校核
(4-3)
--注射時型腔壓力 查參考文獻得 113MPa
--塑件在分型面上的投影面積（）
--澆注系統在分型面上的投影面積（）
--注射機額定鎖模力，按注射機額定鎖模力為1500
模具厚度H與注射機閉和高度
注射機開模行程應大于模具開模時，取出塑件（包括澆注系統）所需的開模距離
即滿足下式
(4-4)
式中 --注射機最大開模行程，mm；
--推出距離（脫模聚居），mm；
--包括澆注系統在內的塑件高度，mm；
Sk=85+117.23=202.23mm
Sk≤S=800mm 條件成立
4.3澆注系統形式和澆口的設計
澆注系統的設計原則：澆口位置應盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時澆口的清理；澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應保證塑料流入型腔時，對著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產生熔接痕,或使其熔接痕產生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應使塑料在流入型腔時,能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內氣體的排出。
該模具采用普通流道澆注系統，包括主流道、分流道、冷料穴，澆口。
4.3.1主流道的設計
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。
根據選用型號注射機的相關尺寸得
噴嘴前端孔徑：d0=4.0mm；
噴嘴前端球面半徑：R0=11mm；
根據模具主流道與噴嘴的關系
取主流道球面半徑：R=11mm；
取主流道小端直徑：d=4.5mm
為了便于將凝料從主流道中取出，將主流道設計成圓錐形，起斜度為2~6°，此處選用2°，經換算得主流道大端直徑為7.75MM。
圖4.2 主流道示意圖
Figure4.2 Schematic diagram of main channel
4.3.2分流道設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表4-1所示。
表4-2流道斷面尺寸推薦值
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
塑料名稱
分流道斷面直徑 mm
ABS，AS
4.8~9.5
聚苯乙烯
3.5~10
聚乙烯
1.6~9.5
軟聚氯乙烯
3.5~10
尼龍類
1.6~9.5
硬聚氯乙烯
6.5~16
聚甲醛
3.5~10
聚氨酯
6.5~8.0
丙烯酸
8~10
熱塑性聚酯
3.5~8.0
抗沖擊丙烯酸
8~12.5
聚苯醚
6.5~10
醋酸纖維素
5~10
聚砜
6.5~10
聚丙烯
5~10
離子聚合物
2.4~10
異質同晶體
8~10
聚苯硫醚
6.5~13
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。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為6mm。
分流道選用圓形截面：直徑D=6mm
流道表面粗糙度 分流道示意圖
4.3.3澆口的設計
根據澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，避免熔體破裂現象引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處等要求。采用扇形澆口可以保持產品外觀精度。本設計采用邊緣澆口，邊緣澆口（又名為標準澆口、側澆口） 該澆口相對于分流道來說斷面尺寸較小，屬于小澆口的一種。邊緣澆口一般開在分型面上，具有矩形或近矩形的斷面形狀，其優(yōu)點是澆口便于機械加工，易保證加工精度，而且試模時澆口的尺寸容易修整，適用于各種塑料品種，其最大特點是可以分別調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間。
該模具采用側澆口，其有以下特性:
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；
④對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。
圖4.3 澆口示意圖圖
Figure4.3 Gate schematic map
由經驗公式[1]得：
（4-5）
式（4-5）中
澆口剪切速率校核
由經驗公式得：,
（4-6）
其中 。
4.3.4冷料穴的設計
冷料穴是澆注系統的結構組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔。這些冷料既影響熔體充填的速度，有影響成型塑件的質量，另外還便于在該處設置主流道拉料桿的功能。注射結束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出機構開始工作，將塑件和澆注系統凝料一起推出模外。
圖4.2 冷料穴示意圖
Figure4.2 Schematic diagram of cold material point
4.4成型零件的結構設計和計算
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，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，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據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，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
4.4.1成型零件的結構計算
塑料在成型加工過程中，用來充填塑料熔體以成型制品的空間被稱為型腔。而構成這個型腔的零件叫做成型零件。注射模的成形零件包括凹模、凸模、小型芯、螺紋型心、型環(huán)或成形桿等。由于這些成型零件直接與高溫、高壓的塑料熔體接觸，并且脫模時反復與塑件摩檫，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性和較低的表面粗糙度。同時要考慮零件的加工性和模具的制造成本。
凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的內表面，成形桿用以形成制品的局部細節(jié)。模具的成形零件主要是凹模型腔和底板厚度的計算，塑料模具型腔在成形過程中受到熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底板厚度過小，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，導致溢料飛邊，降低制品尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚，尤其對于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能單純憑經驗來確定型腔壁厚和底板厚度。
常用成型尺寸的計算方法主要有兩種：平均收縮率法和公差帶法，兩種計算方法的區(qū)別在于平均收縮率法計算公式是建立在塑件的成型收縮率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨損量分別等于它們各自平均值基礎上，當塑件的尺寸精度要求較高或塑件尺寸比較大時，這種誤差有可能會顯著增加，這時一些模具設計單位就采用公差帶法來進行尺寸計算，平均收縮率法計算簡單無需驗算而公差帶法計算復雜需要經過多次初算驗算，且考慮因素較多[10]?？紤]到耳機模具較簡單制造成本低，設計時間短故按平均收縮率法計算成型尺寸比較簡單易行。
由于該塑件中間沒有什么孔或特別小的臺階，故可以把定模做成一個類似于零件的大鑲塊，同時為了不產生飛邊溢料，應做到定模鑲塊和動模鑲塊做到一定的配合。且塑件外型比較復雜，則以塑件的外形來設計模具的成型零件，所以模具的型芯與型腔做到與塑件外型一致。則下面只以模具型芯與型腔的長、寬和高等來計算。
查參考文獻[22]P349附錄10和附錄11可得ABS塑料制品建議采用的精度為一般精度是8級，其相對應的模具精度是6級，采用δZ ,δC取固定值的平均收縮率法：
ABS塑料的收縮率是0.3%--0.8%
平均收縮率: =（0.3%--0.8%）/2=0.55% （4-7）
型腔內徑： =150.75mm （4-8）
型腔深度： =41.21mm （4-9）
型芯外徑： =146.13mm （4-10）
型芯深度： =39.16mm （4-11）
型腔徑向尺寸（mm ）;
- 塑件外形基本尺寸（mm）;
-塑件平均收縮率；
-塑件公差
-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6；
-塑件內形基本尺寸（ mm）;
-型芯徑向尺寸（mm）;
-型腔深度（mm）；
-塑件高度（mm）
-型芯高度（mm）；
-塑件孔深基本尺寸（mm）
4.4.2成型零件強度、剛度的校核
對于該套模具，塑件全部都在同一個整體鑲塊上的型腔成型的，顯然模具的型腔能夠滿足剛度和強度要求，因此不需要校核。
4.5 模架的確定和標準件的選用
以上內容計算確定后，便可根據計算結果選定模架。模架部分可參照各模板標準尺寸來繪圖；在生產現場設計中，盡可能選用標準模架，確定出標準模架的形式、規(guī)格及標準代號，這樣能大大縮短模具制造周期，提高企業(yè)經濟效益。
注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據成型零件尺寸結合標準模架該設計采用自制模架，總長寬高為400X400X415。
模架尺寸確定之后，對模具有關零件要進行必要的強度或剛度計算，以校核所選模架是否適當，尤其時對大型模具，這一點尤為重要。
模具上所有的螺釘盡量采用內六角螺釘；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應光潔，加涂防銹油。兩模板之間應有分模間隙，即在裝配、調試、維修過程中，可以方便地分開兩塊模板。
1．定模座板（400mm×400mm，厚35mm）
定模座板是模具與注射機連接固定的板，材料為45鋼。
主流道襯套固定孔與其為H7/m6過渡配合；通過4個?6的內六角螺釘與定模固定板連接；定模墊板通常就是模具與注射機連接處的定模板。材料為45
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