塑料支架注塑模設計

塑料支架注塑模設計,塑料,支架,注塑,設計 畢業(yè)設計外文翻譯 題目： 注塑模具自動裝配造型 專 業(yè) 名 稱： 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號： 068105339 學 生 姓 名： 周勇奇 指 導 教 師： 羅海泉 二O一O 年 三 月 注塑模具自動裝配造型 X. G. Ye, J. Y. H. Fuh and K. S. Lee 機械和生產(chǎn)工程部，新加坡國立大學，新加坡 注射模是一種由與塑料制品有關的和與制品無關的零部件兩大部分組成的機械裝置。本文提出了（有關）注射模裝配造型的兩個主要觀點，即描述了在計算機上進行注射模裝配以及確定裝配中與制品無關的零部件的方向和位置的方法，提出了一個基于特征和面向?qū)ο蟮谋磉_式以描述注射模等級裝配關系，該論述要求并允許設計者除了考慮零部件的外觀形狀和位置外，還要明確知道什么部份最重要和為什么。因此，它為設計者進行裝配設計（DFA）提供了一個機會。同樣地，為了根據(jù)裝配狀態(tài)推斷出裝配體中裝配對象的結(jié)構(gòu)，一種簡化的特征幾何學方法也誕生了。在提出的表達式和簡化特征幾何學的基礎上，進一步深入探討了自動裝配造型的方法。 關鍵字：裝配造型；基于特征；注射模；面向?qū)ο蟆? 1、簡介 注射成型是生產(chǎn)塑料模具產(chǎn)品最重要的工藝。需要用到的兩種裝備是：注射成型機和注射?！，F(xiàn)在常用的注射成型機即所謂的通用機，在一定尺寸范圍內(nèi)，可以用于不同形狀的各種塑料模型中，但注射模的設計就必須隨塑料制品的變化而變化。模型的幾何因素不同，它們的構(gòu)造也就不同。注射模的主要任務是把塑料熔體制成塑料制品的最終形狀，這個過程是由型芯、型腔、鑲件、滑塊等與塑料制品有關的零部件完成的，它們是直接構(gòu)成塑料件形狀及尺寸的各種零件，因此，這些零件稱為成型零件。（在下文，制品指塑料模具制品，部件指注射模的零部件。）除了注射成型外，注射模還必須完成分配熔體、冷卻、開模、傳輸、引導運動等任務，而完成這些任務的注射模組件在結(jié)構(gòu)和形狀上往往都是相似的，它們的結(jié)構(gòu)和形狀并不取決于塑料模具，而是取決于塑料制品。圖1顯示了注射模的結(jié)構(gòu)組成。 圖1 注射模的結(jié)構(gòu) 成型零件的設計從塑料制品中分離了出來。近幾年，CAD/CAM技術已經(jīng)成功的應用到成型零件的設計上。成型零件的形狀的自動化生成也引起了很多研究者的興趣，不過很少有人在其上付諸實踐，雖然它也象結(jié)構(gòu)零件一樣重要?，F(xiàn)在，模具工業(yè)在應用計算機輔助設計系統(tǒng)設計成型零件和注射成型機時，遇到了兩個主要困難。第一，在一個模具裝置中，通常都包括有一百多個成型零部件，而這些零部件又相互聯(lián)系，相互限制。對于設計者來說，確定好這些零部件的正確位置是很費時間的。第二，在很多時候，模具設計者已想象出工件的真實形狀，例如螺絲，轉(zhuǎn)盤和銷釘，但是CAD系統(tǒng)只能用于另一種信息的操作。這就需要設計者將他們的想法轉(zhuǎn)化成CAD系統(tǒng)能接受的信息(例如線，面或者實體等)。因此，為了解決這兩個問題，很有必要發(fā)展一種用于注射模的自動裝配成型系統(tǒng)。在此篇文章里，主要講述了兩個觀點：即成型零部件和模具在計算機上的防真裝配以及確定零部件在模具中的結(jié)構(gòu)和位置。 這篇文章概括了關于注塑成型的相關研究，并對注射成型機有一個完整的闡述。通過舉例一個注射模的自動裝配造型，提出一種簡化的幾何學符號法，用于確定注射模具零部件的結(jié)構(gòu)和位置。 2.相關研究 在各種領域的研究中，裝配造型已成為一門學科，就像運動學、人工智能學、模擬幾何學一樣。Libardi作了一個關于裝配造型的調(diào)查。據(jù)稱，很多研究人員已經(jīng)開始用圖表分析模型會議拓撲。在這個圖里，各個元件由節(jié)點組成的，再將這些點依次連接成線段。然而這些變化矩陣并沒有緊緊的連在一起，這將嚴重影響整體的結(jié)構(gòu)，即，當其中某一部分移動了，其他部分并不能做出相應的移動。Lee and Gossard開發(fā)了一種新的系統(tǒng)，支持包含更多的關于零部件的基本信息的一種分級的裝配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像在各元件間的“裝配特征”。變化矩陣自動從實際的線段間的聯(lián)系得到，但是這個分級的拓撲模型只能有效地代表“部分”的關系。 自動判別裝配組件的結(jié)構(gòu)意味著設計者可避免直接指定變化的矩陣，而且，當它的參考零部件的尺寸和位置被修改的時候，它的位置也將隨之改變?，F(xiàn)在有三種技術可以推斷組件在模具中的位置和結(jié)構(gòu)：反復數(shù)值技術,象征代數(shù)學技術，以及象征幾何學技術。Lee and Gossard提出一項從空間關系計算每個組成元件的位置和方向的反復數(shù)值技術。他們的理論由三步組成：產(chǎn)生條件方程式，降低方程式數(shù)量，解答方程式。方程式有：16個滿足未知條件的方程式，18個滿足已知條件的方程式，6個滿足各個矩陣的方程式以及另外的兩個滿足旋轉(zhuǎn)元件的方程式。通常方程式的數(shù)量超過變量的數(shù)量時，應該想辦法去除多余的方程式。牛頓迭代法常用來解決這種方程式。不過這種方法存在兩種缺點：第一，它太依賴初始解；第二：反復的數(shù)值技術在解決空間內(nèi)不能分清不同的根。因此，在一個完全的空間關系問題上，有可能解出來的結(jié)果在數(shù)學理論上有效，但實際上卻是行不通的。 Ambler和Popplestone提議分別計算每個零部件的旋轉(zhuǎn)量和轉(zhuǎn)變量以確定它們之間的空間關系，而解出的每個零部件的6個變量(3個轉(zhuǎn)變量和3旋轉(zhuǎn)量)要和它們的空間關系一致。這種方法要求大量的編程和計算，才能用可解的形式重寫有關的方程式。此外，它不能保證每次都能求出結(jié)果，特別是當方程式不能被以可解答的形式重寫時。 為了能確定出滿足一套幾何學限制條件的剛體的位置與方向，Kramer開發(fā)了一種特征幾何學方法。通過產(chǎn)生一連串滿足逐漸增長的限制條件的動作推斷其幾何特征，這樣將減少物體的自由度數(shù)。Kramer使用的基本參考實體稱為一個"標識"，由一個點和兩正交軸構(gòu)成。標識間的7個限制條件（coincident, in-line, in-plane, parallelFz,offsetFz, offsetFx and helical)都被定了義。對于一個包括獨立元件、相互約束的標識和不變的標識的問題來說，可以用動作分析法來解決問題，它將一步一步地最后求出物體的最終的幾何構(gòu)造。在確定物體構(gòu)造的每一個階段，自由度分析將決定什么動作能提供滿足限制物體未加限制部位的自由度。然后計算該動作怎樣能進一步降低物體的自由度數(shù)。在每個階段的最后，給隱喻的裝配計劃加上合適的一步。根據(jù)Shah和Rogers的分析，Kramer的理論代表了注射模具最顯著的發(fā)展，他的特征幾何學方法能解出全部的限制條件。和反復的數(shù)值技術相比，他的這種方法更具吸引力。不過要實行這種方法，需要大量的編程。 現(xiàn)在雖然已有很多研究者開始研究注射成型機，但仍很少有學者將注意力放在注射模設計上。Kruth開發(fā)了一個注射模的設計支援系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過高級的模具對象(零部件和特征)支持注射模的成型設計。因為系統(tǒng)是在AUTOCAD的基礎上設計的，因此它只適于線和簡單的實體模型操作。 3.注射模裝配概述 主要講述了關于注射模自動裝配造型的兩個方面：注射模在電腦上的防真裝配和確定結(jié)構(gòu)零件在裝配中的位置和方向。在這個部分，我們基于特征和面向?qū)ο笳撌隽俗⑸淠Ｑb配。 注射模在電腦上的防真裝配包含著注射模零部件在結(jié)構(gòu)上和空間上的聯(lián)系。這種防真必須支持所有給定零部件的裝配、在相互關聯(lián)的零部件間進行變動以及整體上的操作。而且防真裝配也必須滿足設計者的下列要求： 1． 支持能表達出模具設計者實體造型想象的高級對象。 2． 成型防真應該有象現(xiàn)實一樣的操作功能，就如裝入和干擾檢查。 為了滿足這些要求，可用一個基于特征和面向?qū)ο蟮姆旨壞Ｐ蛠泶孀⑸淠?。這樣便將模型分成許多部分，反過來由多段模型和獨立部分組成。因此，一個分級的模型最適合于描述各組成部分之間的結(jié)構(gòu)關系。一級表明一個裝配順序，另外，一個分級的模型還能說明一個部分相對于另一個部分的確定位置。 與直觀的固體模型操作相比，面向特征設計允許設計者在抽象上進行操作。它可以通過一最小套參數(shù)快速列出模型的特征、尺寸以及其方位。此外，由于特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何實體上的聯(lián)系，設計者更容易更改設計。如果沒有這些特征，設計者在構(gòu)造固體模型幾何特征時就必須考慮到所有需要的細節(jié)。而且面向特征的防真為設計者提供了更高級的成型對象。例如，模具設計者想象出一個澆口的實體形狀，電腦就能將這個澆口造型出來。 面向?qū)ο笤煨头ㄊ且环N參照實物的概念去設計模型的新思維方式。基本的圖素是能夠?qū)?shù)據(jù)庫和單一圖素的動作聯(lián)系起來的對象。面向?qū)ο蟮脑煨蛯斫鈫栴}并且設計程序和數(shù)據(jù)庫是很有用的。此外，面向?qū)ο蟮难b配體呈現(xiàn)方式使得“子”對象能繼承其“父”對象的信息變得更容易。 圖形2說明以特性為基礎和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎疽环N插入模具。 表示是多重水平的提取的一種分層的結(jié)構(gòu)，從低水平的幾何學的實體(形成特性)到高水平的組件。 在盒子中被封入的項目代表“裝配對象”； 固體線代表“部分”關系； 同時，猛沖的線代表其它關系。 組件( SUBFA )包括部分( PART )。 一部分能被認為是形式特性( FF )的一種“裝配”。 表示把一個以特性為基礎的幾何學的模型的力與面向?qū)ο蟮哪Ｐ偷哪切┫嘟Y(jié)合。 它不僅包含父對象和子對象之間的“部分”關系，也包括富有的套結(jié)構(gòu)的關系和裝配對象的一群操作的功能。 在段中3.1，在裝配對象之間有有關一種裝配對象的定義的較進一步的討論，而詳盡的關系在3.2段中被提出。 3.1裝配對象的定義 在我們的工作中，一種裝配對象，O，以如下形式被定義為一個唯一而可辨認的實體： O = ( Oid，A，M，R ) ( 1 ) 在此式中： Oid是一種裝配對象( O )的一個唯一的標識符。 A是一套三元組，( t，a，v )。 每一元素a被稱為O的一種屬性，與每一屬性有關是一類型，t，和一種價值，v。 M是一套元組，( m，tc1，tc2，%，tcn，tc)。 M中每一個元素都有唯一識別方法。 符號m代表一種方法名稱； 同時，方法定義有關對象的操作。 符號tc (i= 1，2，%，n )規(guī)定爭論類型和符號tc退回的價值類型。 3.2形式特性之間的關系 模具設計在本質(zhì)中是一個智力的過程； 模具設計者大多數(shù)時間在真實客觀的對象諸如金屬板，螺絲釘，槽，斜面，和孔等思索設想。因此，用形式特性建設所有產(chǎn)品獨立部分的幾何學的模型是必要。 模具設計者能容易地改變一部分的大小和形狀，因為形式特性之間的關系保持在部分表示中。 圖形3(a )顯示一個金屬板帶有一個含有公差等級要求的孔。 這部分被兩個形式特性定義，即一個塊和含有公差等級要求的孔。 關于塊特性計數(shù)器開掘洞( FF2 )被放置FF1，使用他們本地分別地協(xié)調(diào)F2和F1，。 方程( 2)– ( 5 )顯示計數(shù)器開掘洞( FF2 )和塊特性( FF1 )之間的空間的關系。 對于形式特性，沒有他們之間的空間的約束，因此空間的關系被設計者直接指定。 兩形式特性之間的詳盡的裝配關系被定義如下： 4.在裝配中推斷部分配置 一種裝配中的若干部分的位置和方向最后通過轉(zhuǎn)換矩陣來表達。為了方便的緣故，空間的關系通常被諸如“伙伴”，“結(jié)盟”和“平行”的高水平的鋪席子的條件指定。 這樣，從含蓄的約束關系自動地引出若干部分之間的清晰明確的轉(zhuǎn)換矩陣是十分重要。推斷一種裝配中的若干部分的配置三種技術在段2.中已被討論了因為象征性幾何學的接近能以多項式時間復雜性定位所有關于約束方程的解決方案，我們使用這接近來確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 為了在裝配模擬軟件中執(zhí)行這接近，大量的編寫程序被要求。因此，一種簡化的幾何學的接近被建議確定位置和一種裝配中的若干部分的方向。 在象征性幾何學的接近中，確定位置和若干部分的方向被產(chǎn)生一系列行動執(zhí)行符號滿足每一逐漸增長的約束。被要求來滿足每一逐漸增長的約束的信息儲存在“計劃片段”的一個表格中。 每一計劃片段是規(guī)定一系列測量方法和行動的一個過程按照這樣一種方式移動部分對于滿足相應的約束。 計劃片段也記錄新的自由度和聯(lián)系不變量的幾何不變式。 由于這些限制約束序列，我們的計劃片段桌子中的輸入的數(shù)字基本上被減少。 為了為了一，兩或者三個約束解決在我們的系統(tǒng)中允許，九種輸入僅僅被要求。 為了交互式的增加組成部分裝配，更多約束類型和自由的序列將為了用戶增加靈活性。 然而，在為了一種插入模具模擬的自動裝配中，當空間的關系被預先規(guī)定在裝配對象中時，一些序列限制不有關系。 有了上述的定義的合成約束，一個組成部分部分的結(jié)構(gòu)的關系能指定在組成部分的數(shù)據(jù)庫中。 當把一個組成部分部分添加到模具裝配時，系統(tǒng)將首先分解進入原始的約束的合成約束，然后產(chǎn)生一群片段計劃將組成部分指明方向并且定位在裝配中。 5.注射模的自動裝配 任何注射模具的裝配都由產(chǎn)品的局部和整體兩部分組成。產(chǎn)品的局部依賴產(chǎn)品的整體設計基于塑料的部分[ 1,2 ]的幾何學。 產(chǎn)品依賴部分通常有與那個同樣的方向頂端水平裝配，而他們的位置被設計者直接指定。 對于產(chǎn)品獨立部分的設計，常規(guī)，模具設計者從目錄中選擇結(jié)構(gòu)， 為了產(chǎn)品若干部分的選擇的結(jié)構(gòu)建設幾何學的模型，而然后把產(chǎn)品獨立部分添加到插入模具的裝配。 這設計過程是時間消耗的和差錯容易傾向于。 在我們的系統(tǒng)中，一個數(shù)據(jù)庫為了所有產(chǎn)品獨立部分根據(jù)裝配表示被建造，而對象定義在段3.中不僅描述這數(shù)據(jù)庫包含產(chǎn)品獨立部分的幾何學的形狀和大小，也包括他們之間的空間的約束。 此外，一些日常事務發(fā)揮作用諸如干擾檢查和裝在衣袋內(nèi)被封裝在數(shù)據(jù)庫中。 因此，模具設計者必須從用戶接口中選擇產(chǎn)品獨立部分的結(jié)構(gòu)類型，而然后軟件將為了這些部分自動地計算方向和位置矩陣，而把他們添加到裝配。 5.1模具基礎組件 正如圖1所示，產(chǎn)品的獨立部分可以更進一步被分為摸具基礎和標準部分。摸具基礎是由一群金屬板，插腳，導套等等組成的。除了塑型產(chǎn)品，模具必須具有一系列功能，諸如，箝位，校準，冷卻，注塑等等。大多數(shù)產(chǎn)品不得不合并相同的功能，這導致了相似結(jié)構(gòu)的樹立。一些模具建筑形成的標準已經(jīng)被采用了。模具基礎起因于這個標準。 根據(jù)以特性為基礎和面向?qū)ο蟮难b配表示，模具基礎組成部分的以特性為基礎的固體模具首先被建造；其次，裝配對象被定義為在成分和壓縮功能一部分功能在組成零件之間建立關系；然后，利用這些組裝對象，一個分層的組裝對象——模具基礎——能被形成。這些模具基礎對象能通過目錄數(shù)據(jù)庫被例示。表4列出了模具基礎對象來產(chǎn)生指定的模具基礎的例子。這個指定的模具基礎實例能自動地添加到模具裝配。模具基礎部件和最高裝配的結(jié)構(gòu)關系能通過Eqs被表達。Mp和Mr所在的（8）和（9）式是單元矩陣。 5.2 標準零件的自動增加 一個標準零件是一個組裝對象。它可以通過章節(jié)3.1的公式（1）來定義。在數(shù)據(jù)庫中，空間約束用 mate，平面aling和軸align，而不像模具基礎，標準件的位置和方向的矩陣是未知的。在示例中，軟件通過利用單一的符號幾何來自動推斷章節(jié)4中描述的結(jié)構(gòu)關系。 5.3 裝配對象的包裝 自動裝配設計的一個重要問題是自動包裝過程。包裝是一個在相應組成部分提供附著成分的真空區(qū)的操作。當一個驅(qū)動者被添加到裝配時，一個空的空間被要求在EA盤上調(diào)節(jié)驅(qū)動者，如表5所示。 由于面向?qū)ο蟮谋硎痉ū徊扇?，每一個裝配對象能被描述為兩個實體，實物和虛擬物。虛擬物通過被實物占據(jù)的空間模仿。只要一個裝配對象被添加到裝配中，它的虛擬對象也被添加到裝配中。操作發(fā)揮作用中的pocketFplate( ) M O將從相應的組成部分(參看公式（1）和表1)。此外，因為在相應的組成部分上在虛擬對象和真正的對象之間有聯(lián)系，包裝將隨真正的對象的修正而變化。 這種自動包裝功能更進一步顯示了面向?qū)ο蟊硎痉ǖ膬?yōu)勢。 6.基于Unigraphics系統(tǒng)[ 13 ]，所提出的以特性為基礎和面向?qū)ο蟮难b配計劃和自動化裝配模擬的系統(tǒng)在新加坡的國立大學被開發(fā)的IMOLD系統(tǒng)[ 14 ]中已被執(zhí)行。UG系統(tǒng)提供了一個友好的用戶應用程序接口。通過這個接口，用戶可以調(diào)用UG的內(nèi)部功能，諸如增加裝配部件，修正參數(shù)等等。 圖6顯示的是一個注塑模具產(chǎn)品，這個產(chǎn)品的注塑模具組裝設計顯示在圖7（a）。固定一半組件的相應的父子關系圖顯示在圖7（b）。裝配是由IMOLD系統(tǒng)設計。每一個模具基礎的零件都在裝配中自動定位。Unigraphics系統(tǒng)提供一個用戶友好應用編寫程序接口(應用程序接口)。 通過這接口，雖然Unigraphics為了給條件鋪席子提供功能，用戶能呼叫諸如把部分添加到一種裝配的Unigraphics內(nèi)部的功能，修改參數(shù)等等，所提出的接近仍然被需要推斷組成部分配置，因為在組成部分能被添加到裝配之前，計算自由的度是必要，而檢查給條件鋪席子的有效性。 圖6個展覽一種插入鑄造產(chǎn)品，因為圖被領進來，和設計的插入模具裝配這產(chǎn)品7(a )。 固定一半組件的相應的“父與子”關系被領進來圖7(b )。 這裝配被系統(tǒng)設計。 每一模具基礎的盤子自動地被定位在裝配中。 諸如定位的圓環(huán)和驅(qū)逐者的標準的部分自動地被添加到裝配，因為這些標準部分也自動地被建立，和口袋。 7.結(jié)論 注射模具裝配以所提出的特性為基礎和面向?qū)ο蟮姆謱拥谋硎静粌H把特性范例擴展到裝配，由于擴展特性范例而給條件，插入和方向限制等等鋪席子到裝配設計設計，而且是封裝操作的功能和幾何學的約束，諸如自由的程度，諸如集合的組成部分的模糊變化修正甚至能在完成裝配過程之后被制定。 裝配對象的封裝有如下兩種優(yōu)勢： 首先，因為裝配的條件被封裝在裝配對象中，自動裝配設計容易執(zhí)行； 其次，對象裝配的封裝操作的功能使諸如裝在衣袋內(nèi)與干擾檢查的裝配設計的日常事務過程自動化。 所提出的簡單化的動作分析能基本上減少為了自動檢測校對模具裝配之內(nèi)組成部分干擾所需要的規(guī)劃設計的努力。 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 廣西工學院鹿山學院 課程設計說明書 課程名稱： 課題名稱： 塑料支架注塑模具設計 指導教師： 班 級： 姓 名： 學 號： 成績評定： 指導教師簽字： 年 月 日 II 目錄 1 概論 1 1.1 設計的目的及意義 1 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況 1 1.2.1國內(nèi)發(fā)展狀況 1 1.2.2國外模具發(fā)展情況 2 2 塑件的工藝分析 4 2.1 塑件的原始材料分析 4 2.2 POM的注塑工藝參數(shù) 5 2.3 明確塑件生產(chǎn)批量 6 2.4 估算塑件的體積和重量 6 2.5計算塑件的體積和質(zhì)量 7 3 確定模具結(jié)構(gòu)方案 11 3.1 注射模具分型面的選擇 11 3.1.1 分型面的基本形式 11 3.1.2 分型面選擇的基本原則 11 3.1.3 分型面的選擇 11 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 12 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 12 3.2.2 注射模具主流道的設計 12 3.2.3 分流道的設計 13 3.2.4 澆口的設計 15 3.2.5 冷料穴和鉤料脫模裝置 17 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 17 4 模具設計的有關計算 11 4.1型芯和型腔工作尺寸的計算 11 4.1.1型腔徑向尺寸的計算 11 4.1.2型腔深度的計算 11 4.2 側(cè)壁厚度與底板厚度的計算 11 4.2.1 側(cè)壁厚度 11 4.2.2 推板厚度 11 5 選擇模架 12 5.1 初選注射機 12 5.1.1 澆注系統(tǒng)重量 12 5.1.2 注射壓力 13 5.2 選標準模架 13 6 校核注射機 15 6.1 注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核 15 6.2 開模行程的校核 15 6.3 模具在注射機上的安裝 15 7 推出機構(gòu)的設計 16 7.1推件力的計算 16 7.2 推桿的設計 16 7.2.1推桿的強度計算 16 7.2.2 推桿壓力校核 17 7.3 推板強度計算 17 8 連接件的選用 19 8.1 銷釘?shù)倪x用 19 8.2 螺釘?shù)倪x擇 19 9 模具的裝配 20 9.1 模的裝配 20 9.2 動模的裝配 20 參考文獻 21 III 1 概論 1.1 設計的目的及意義 本次畢業(yè)設計是為了讓我們更清楚地去了解模具設計以及生產(chǎn)的過程，為我們即將走上工作崗位的畢業(yè)生打基礎，最后，讓我們在可以自己設計出模具，可以基本通過理論達到生產(chǎn)要求。 注射模具的設計過程要求我們學生綜合知識和實踐能力較強，它既是我們大學四年所學的機械制圖、工程材料、公差配合與技術測量、塑料成型工藝與設備等技術基礎課、專業(yè)課的綜合應用，又需要我們學生了解大量的實踐經(jīng)驗。 ? 通過畢業(yè)設計，會使我們在下述基本能力上得到培養(yǎng)和鍛煉：①塑料制品的設計及成型工藝的選擇；②一般塑料制品成型模具的設計能力；③塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進、塑料模具結(jié)構(gòu)改進設計的能力；④了解模具設計的常用商業(yè)軟件以及同實際設計的結(jié)合。 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況 1.2.1國內(nèi)發(fā)展狀況 工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品更新速度加快，對模具的要求越來越高，盡管改革 開放以來，模具工業(yè)有了較大發(fā)展，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，目前滿足率只能達到70%左右。造成產(chǎn)需矛盾突出的原因，一是專業(yè)化、標準化程度低，除少量標準件外購外，大部分工作量均需模具廠去完成。加工企業(yè)管理的體制上的約束，造成模具制造周期長，不能適應市場要求。二是設計和工藝技術落后，如模具CAD/CAM技術采用不普遍，加工設備數(shù)控化率低等，亦造成模具生產(chǎn)效率不高、周期長。總之，是拖了機電、輕工等行業(yè)發(fā)展的后腿。因此我們必須意識到，對模具設計的研究的目的和意義在于能夠更好的認識模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位的重要性。因為利用模具成型零件的方法，實質(zhì)上是一種少切削、無切削、多工序重合的生產(chǎn)方法，采用模具成型的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，從而取得很高的經(jīng)濟效益。利用模具生產(chǎn)零件的方法已經(jīng)成為工業(yè)上進行成批或大批生產(chǎn)的主要技術手段，它對保證制品質(zhì)量，縮短試用周期，進而爭先占領市場，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)都具有決定性的意義。因此德國把模具稱為“金屬加工中的帝王”，把模具工業(yè)視為“關鍵工業(yè)”，美國把模具稱為“美國工業(yè)的基石”，把模具工業(yè)視為“不可估量其力量的工業(yè)”，日本把模具說成是“促進社會富裕繁榮的動力”，把模具視為“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”。 要使國民經(jīng)濟各個部門獲得高速發(fā)展，加速實現(xiàn)社會主義四個現(xiàn)代化，就必須盡快將模具工業(yè)搞上去，使模具生產(chǎn)形成一個獨立的工業(yè)部門，從而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的關鍵作用。 1.2.2國外模具發(fā)展情況 國外發(fā)達國家的模具廠大體分為獨立的模具廠和隸屬于一些大的集團公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，生產(chǎn)效率極高。 國外模具企業(yè)一般不超過100人，多數(shù)在50人以下。在人員結(jié)構(gòu)上，設計、質(zhì)量控制、營銷人員超過30%，管理人員在5%以下。我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，而我國才達到45％。國內(nèi)模具企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人員結(jié)構(gòu)和國外差不多。 國外模具企業(yè)對人員素質(zhì)要求較高，技術人員一專多能，一般能獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和掌握很深。國內(nèi)模具企業(yè)分工較細，缺乏綜合素質(zhì)較高的人員。 國外模具企業(yè)CAD/CAE/CAM的技術的應用比較廣泛,逆向工程、快速原型制造鑄造模具的使用也比較多。國內(nèi)模具企業(yè)中一些骨干廠家在這方面和國外差距已經(jīng) 不大，有些已經(jīng)達到國外水平。但一些中小型模具企業(yè)與國外的差距還是很大的。不過在模具材料方面，隨著國外技術的引進和中國研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。在模具的價格和制造周期上，國外模具價格一般是國內(nèi)模具的5-10倍，制造周期是2-3倍。在這兩方面應該說國內(nèi)模具企業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢的。 7 2 塑件的工藝分析 2.1 塑件的原始材料分析 選擇材料：POM聚甲醛塑料是繼尼龍之后發(fā)展的又一優(yōu)良樹脂品種，具有優(yōu)良的綜合性能。 聚甲醛有著良好的耐溶劑、耐油類、耐弱酸、弱堿等性能。聚甲醛有著很高的硬度和鋼性，具有高度抗蠕變和應力松弛能力，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性，耐疲勞性 聚甲醛是一種沒有側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶性的線型聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。聚甲醛的拉伸強度可達70MPa，可在104℃下長期使用，脆化溫度為-40℃，吸水性較小。但聚甲醛的熱穩(wěn)定性較差，耐候性較差，長期在大氣中曝曬會老化。 聚甲醛的力學性能相當好，它具有較高的強度的彈性模量，摩擦系數(shù)小，耐磨性能好。聚甲醛還具有高度抗蠕變和應力松弛的能力。 聚甲醛尺寸穩(wěn)定性好，吸水率很小，所以吸水率對其力學性能的影響可以不予考慮。聚甲醛有較好的介電性能，在很寬的頻率和溫度范圍內(nèi)，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值變化很小。 聚甲醛的耐熱性較差，在成型溫度下易降解放出皿醛，一般在造粒時加入穩(wěn)定劑。若不受力，聚甲醛可在140℃下短期使用，其長期使用溫度為85℃。 聚甲醛耐氣候性較差，經(jīng)大氣老化后，一般性能均有所下降。但它的化學穩(wěn)定性非常優(yōu)越，特別是對有機溶劑，其尺寸變化和力學性能的降低都很少。但對強酸和強氧化劑如硝酸、硫酸等耐蝕性很差。 聚甲醛的拉伸強度達70MPa，吸水性小，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，聚甲醛為高度結(jié)晶的樹脂，在熱塑性樹脂中是最堅韌的。具抗熱強度，彎曲強度，耐疲勞性強度均高，耐磨性和電性能優(yōu)良。 POM具有很低的摩擦系數(shù)和很好的幾何穩(wěn)定性，特別適合于制作齒輪和軸承。由于它還具有耐高溫特性，因此還用于管道器件（管道閥門、泵殼體），草坪設備等。 2.2 POM的注塑工藝參數(shù) POM物性表： 密度 g /cm3 1. 39 吸水率 % 1. 2 連續(xù)使用溫度 ℃ —50--110 屈服抗拉強度 MPa 63 屈服拉應變 % 10 極限抗拉強度 MPa 　　 極限拉應變 % 31 抗沖擊韌度 Kj/㎡ 　　 缺口沖擊韌度 Kj/㎡ 6 洛氏硬度 MPa 135 邵氏硬度 MPa 85 抗彎強度 MPa 　　 彈性模量 MPa 2600 軟化溫度 ℃ 150 熱變形溫度HDT ℃ 155 熱線膨脹系數(shù) 　　 1. 1 熱導率 W/(m×K) 031 摩擦系數(shù) 　　 1. 35 1、注塑機類型： 螺桿式 7、保壓力 50~70MP 2、噴嘴形式 直通式 8、注射時間 3~5s 3、螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 30~60 9、保壓時間 15~30s 4、噴嘴溫度 180~190C 10、模具溫度 50~70 5、成型溫度 C 料筒： 前200~210 中210~230 后180~200 11、冷卻時間 15~30s 6、注射壓力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s 2.3 明確塑件生產(chǎn)批量 該塑件要求大批量生產(chǎn)。 2.4 估算塑件的體積和重量 V總=3.14×192×17=19270.18 mm3 V1 =3.14×9.52×6=1700.31 mm3 V2 =3.14×(192-112)×6=4521.6 mm3 V3 =3.14×(192-9.5)2×8=6801.25 mm3 V4 =3.14×82×11=2210.56 mm3 所以塑件的體積為V=19270.18-1700.31-4521.6-6801.25-2210.56=4036.46mm3=4.04 cm3 塑件重量為Gs =ρ·V=1.06×4.04=4.2824 g 式中ρ為塑料密度(密度ρ=1.04~1.07g/cm3) 2.5計算塑件的體積和質(zhì)量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=46.87cm 計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設計手冊可查得POM的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質(zhì)量：M=Vρ＝50g(通過3D軟件測量得到) 采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 3 確定模具結(jié)構(gòu)方案 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側(cè)；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應與注射機的參數(shù)相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 根據(jù)對工件模型的觀察和分型面選擇的基本原則?，F(xiàn)選擇A-A′為分型面。如圖3.1。 圖3.1 分型面 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注射機噴嘴進入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。 （1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設計合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設計 主流道是熔融塑料由注射機噴嘴先經(jīng)過的部位，它與注射機噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注射機噴嘴反復接觸、碰撞，一般澆口不直接開設在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。 （1）主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 （2）主流道尺寸 在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。 （3）主流道澆口套 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。 澆口套的材料應選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應進行淬火處理，為了防止注射機噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應低于注射機噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。 澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時，其出料端端面直徑應盡量選得小些。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。 定位環(huán)是模體與注射機的定位裝置，它保證澆口套與注射機的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應與注射機的定位孔間隙配合。澆口套端面應與定模相配合部分的平面高度一致。 注射機XS-Z-30的噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴口內(nèi)徑，取3 mm，如圖3.2。 圖3.2 澆口套 3.2.3 分流道的設計 分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用，通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。 在注射過程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時，應是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設計要點總體歸納如下： 分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。 在可能情況下，分流道的長度應盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長度盡量相等，以達到注射大時壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時均勻的充滿各個型腔。在有些情況下分流道長度不能相等時，則應在澆口處作必要的補救措施，如果分流道較長時，應在其末端設置冷料穴，放置冷料和空氣進入模腔[15]。 在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應盡量的小，但分流道的截面積過小會降低注射速度，使填充時間延長，同時可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過大則增大冷卻時間應比型腔中塑件的冷卻時間要短，才不影響注射時的效率。因此在設計時應采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。 分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應采用軸對稱或中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。 在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少，在轉(zhuǎn)向處應圓滑過渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動。 當分流道設在定模一側(cè)或分流道延伸較長時，應在澆口附近或分流道的交叉處設置鉤料桿，以便于在開模時在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。 分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。 在總體分布中，應綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。 端蓋注射模要求一模兩腔，在布局上選擇平衡式分流道。平衡式分流道的特點是：從主流道到各個型腔的分流道，其長度、截面尺寸及其形狀完全相同，以保證各個型腔同時均勻進料，同時注射完畢。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡單。 3.2.4 澆口的設計 （1）澆口的概念 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好、高質(zhì)量地注射成形。 （2）澆口的作用 澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其作用如下： 澆口通過截面積突然變化，使塑料熔體通過撓口的流速有突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的。澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離[16]。 （3）注射模澆口的類型 單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。 （a）直接澆口 直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具。 特點是：流動阻力小，流動路程短及補縮時間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結(jié)構(gòu)緊湊，注射機受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。 （b）中心澆口 當筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時，內(nèi)澆口開設在該孔處，同時在中心處設置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式。它具有直接澆口的優(yōu)點，而克服了直接澆口易產(chǎn)生的縮孔、變形等缺陷。 （c）側(cè)澆口 側(cè)澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)充填模具型腔，其截面形狀多為(扁槽)，是限制性澆口。側(cè)澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上。 特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。 側(cè)澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。 扇形澆口是一種沿澆口方向?qū)挾戎饾u增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側(cè)澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。 （d）環(huán)形澆口 對型腔填充采用圓環(huán)形進料形式的澆口稱環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點是進料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。 （e）輪輻式澆口 輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎上改進而成。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多。這類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)形澆口應用廣泛。多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點是增加了熔接痕，會影響塑件的強度。 （f）爪形澆口 爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內(nèi)孔較小且同軸度要求較高的細長管狀塑件。 澆口位置的選擇原則：盡量縮短流動距離；避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；澆口應開設在塑件厚壁處；考慮分子定向的影響；減少熔接痕。 （4）澆注系統(tǒng)平衡設計 （a）澆注系統(tǒng)的平衡概念 為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采取一模多腔的結(jié)構(gòu)豫應盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據(jù)某種需要澆注系統(tǒng)被設計成型腔非平衡式布置形式，則需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。 （b）澆注系統(tǒng)的平衡計算方法 澆注平衡計算的思路是通過計算多型腔模具各個澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來判斷或計算。澆口平衡時，BGV值應符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。 （5）澆口的選擇 本模具為一模兩腔，選擇側(cè)澆口。側(cè)澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設置在塑件表面，澆口截面形狀簡單，容易加工，且注射效率高。 3.2.5 冷料穴和鉤料脫模裝置 冷料穴設置在主流道的末端，即主流道正對面的動模板上。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時，如果它們進入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。球形拉料裝置由冷料穴、拉料桿組成，拉料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 根據(jù)塑件生產(chǎn)批量及經(jīng)濟性，通過注射量及鎖模力計算，可確定盡可能多的型腔數(shù)，以提高生產(chǎn)率。其型腔在一模中的數(shù)目確定方法 見表三： 序號 確定依據(jù) 確定方法 說明 1 按塑件的經(jīng)濟性確定型腔數(shù) 按總成型加工費用最小的原則，并忽略準備時間和試生產(chǎn)時的原材料費用，僅考慮模具費和成型加工費。其型腔數(shù)量，可用下式計算： N= 式中 N——每副模具型腔數(shù)； P——計劃生產(chǎn)總件數(shù)； Y——單位小時模具加工費用（元／h）； T——成型周期（min）； c——每個型腔模具加工費用（元）； 單型腔模具比多型腔模具制造成本低、周期短，所以批量較少的塑件，不宜采用多型腔特別是形狀復雜、尺寸較大的、精度要求較高、小批量試生產(chǎn)的塑件應選用單型腔模具比較經(jīng)濟。 2 按注射機的最大注射量確定型腔數(shù) 塑件的每次注射量總和不能超過注射機最大額定注射量的80％，其計算方法是： N≤ 式中 N——每臺模具允許型腔數(shù)； V——注射機最大注射量； Vj——澆注系統(tǒng)凝料量； Vs——單個塑件的容積；或質(zhì)量（cm 3或g） 若每次注射量總和大于注射機額定注射量，則型腔數(shù)應減小或采用單型腔； 3 按注射機額定鎖模力確定型腔數(shù) 按注射機額定鎖模力確定所需設型腔數(shù)，可以按下式核算： N≤ 式中 F——注射機額定鎖模力（KN）； P——塑料對型腔平均壓力（MPa）； A——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）； AZ——單個塑件在分型面上的投影面積（cm2）； 所確定的型腔個數(shù)總鎖模力不應超過注射機額定鎖模力，否則合模時，模具難以合嚴，有溢料產(chǎn)生，應減小型腔個數(shù)。 4 按制品精度要求確定型腔數(shù) 型腔數(shù)越多精度越低，從滿足精度要求出發(fā)型腔數(shù)可按下式確定： N≤2500-24 式中 L——塑件基本尺寸（mm）； δ——塑件尺寸公差（mm）； Δ——單腔時，塑件可能達到尺寸公差（mm），其中聚甲醛為±0.2％、PE、PP、PC、PVC為±0.05％ ； 1.根據(jù)經(jīng)驗，每增加一個型腔，其尺寸精度可降低4％。 2.一模一腔時，塑料公差聚甲醛為0.2％，尼龍66為0。3％，聚碳酸酯POM，聚乙烯為0.05％。 3.對于高精度塑件，一模不能超過四腔。 表三 此塑件采用第二種方法確定型腔數(shù)目；按注射機的最大注射量確定型腔數(shù)；根據(jù)公式： N≤ N≤≤5（取整） 最終確定采用一模二腔的結(jié)構(gòu)形式； 22 4 模具設計的有關計算 4.1型芯和型腔工作尺寸的計算 查表《塑料模設計手冊》表 1-4 塑料ABS收縮率：0.3%~0.8%。 平均收縮率： S=（0.3%+0.8%）/2=0.55% 4.1.1型腔徑向尺寸的計算 Φ50：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×50-0.26×3/4]+00.26/3=50.01+00.087 φ24：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×24-0.22×3/4]+00.22/3=23.96+00.073 φ30：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×30-0.22×3/4]+00.22/3=29.94 +00.073 4.1.2型腔深度的計算 8 ：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×8-0.16×2/3]+00.16/3=7.94+00.053 30 ：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×6-0.14×2/3]+00.14/3=29.94+00.047 3：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×2/3]+00.12/3=2.93+00.04 4.2 側(cè)壁厚度與底板厚度的計算 4.2.1 側(cè)壁厚度 該型腔為整體式。因此，型腔的強度和剛度按整體式進行計算。由于型腔壁厚計算比較麻煩，也可以參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù)。查《塑料成型工藝與模具設計》表6.10 型腔側(cè)壁厚取δ=20 mm 4.2.2 推板厚度 H=0.74 pr4/E[δ]) 1/3 其中查，E=2.1×105Mpa，[δ]可取制品軸向尺寸公差的1/10，取[δ]=0.03 mm，p由表4.1取30Mpa。 H=(0.74×30×0.84 /2.1×105×0.00003) 1/3 =1.13 cm≈ 16mm 5 選擇模架 5.1 初選注射機 5.1.1 澆注系統(tǒng)重量 單件塑件重量 Ms=4.2824 g 注射機額定注射量Gb，每次注射量不超過最大注射量的80% 即 n=(0.8Gb－Gj)/Gs 式中n－型腔數(shù) Gj－澆注系統(tǒng)重量(g) Gs－塑件重量(g) Gb－注射機額定注射量(g) 澆注系統(tǒng)估算結(jié)果： V1=1/3π(42-1.52)×40=575.7mm3 V2=π×42×10=602.88 mm3 2V3=2×π×32×15=847.8mm3 Vj=575.7+602.88+847.8=2026 mm3=2.026 cm3 澆注系統(tǒng)重量Gj=2.026×1.18=2.39 g 設n=2 則得： Gb=（n Gs+ Gj）/0.8 =（2×4.2824+2.39）/0.8g=14 g 總質(zhì)量： M=14g 滿足注射量：　 V機≥ V塑件/0.80 式中 V機——額定注射(cm3) V塑件—塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（ cm3） V機=V塑件/0.8=10.106/0.8 cm3=12.6325 cm3 或滿足注射量 M機≥ M塑件/0.8 M機=M塑件/0.8=14/0.8=17.5g 5.1.2 注射壓力 P注≥ P成型 查《塑料模具設計手則》表 1-8 ABS塑料成型時的注射壓力 P 成型=106～281Mpa. 鎖模力： P鎖≥ pF 式中:p—塑料成型時型腔壓力ABS塑料的型腔壓力，取 p=30 Mpa F —澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和分型腔及澆住引流及型腔在分型面上的投影面積 F=(2850×2+210×2+387.22)mm2=1874.36mm2 pF=30×1874.36=56230.8N≈ 56.23KN 根據(jù)以上分析與計算,根據(jù)塑料注射機技術規(guī)格表4.2《塑料成型工藝與模具設計》選用XS－Z－60型注射機。 注射機XS－Z－60有關技術參數(shù)如下: 模板最大開合模行程 180mm 模具最大厚度 200mm 模具最小厚度 70mm 噴嘴圓弧半徑 12mm 噴嘴孔直徑 4mm 動、定模板尺寸 330mm×440mm 拉桿空間 300mm 5.2 選標準模架 根據(jù)以上分析計算型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和格。 查《塑料成型工藝與模具設計》表 7-4 選用： A4型(GB/T12556-90) 定模底板厚： 20 mm 定模板厚： A=32 mm 滑塊厚度： 17 mm 推板厚度: 16 mm 動模板厚: B=25 mm 動模墊板厚： 32 mm 墊塊厚度: C=50 mm 下模座厚： 20 mm 模具厚度：H模=A+B+C+20+16+32+20=195mm 模具外形尺寸： 160×200×195mm 6 校核注射機 6.1 注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核 由于在初選注射機和標準模架時是根據(jù)以上四個技術參數(shù)及計算壁厚等因素選用的，所以注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度不必 進行校核，已符合所選注射機要求。 6.2 開模行程的校核 注射機最大行程S S2h件+h澆+(5～10) 式中 h件——塑料制品高度(mm)； h澆——澆注系統(tǒng)高度(mm)。 2h件+h澆+(5～10)=2×17+40+10=84 mm 故滿足要求。 6.3 模具在注射機上的安裝 從標準模架外形尺寸看小于注射機拉桿空間，并采用壓板固定模具，所以選注射機規(guī)格滿足要求。 7 推出機構(gòu)的設計 7.1推件力的計算 Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)] Ft——脫模力（推出力）（N） E——塑料彈性模量（N/cm2，ABS塑料為1.8～2.9×105N/cm2之間，取2.0×105 N/cm2） S塑料的平均成型收縮率（mm/mm） L包容凸模的長度（cm） f塑料與剛的摩擦系數(shù)（ABS塑料取0.2） m塑料的帕松比（取0.3） k=2r2/(t2+2r) （t為塑料平均壁厚） t=塑料平均壁厚(cm) r圓柱半徑(cm) 2Ft=2×2π×1.9×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =1393.97（N） 7.2 推桿的設計 7.2.1推桿的強度計算 查《塑料模設計手冊之二》由式5-97得 d=（ ） d——圓形推桿直徑cm ——推桿長度系數(shù)≈0.7 l——推桿長度cm n——推桿數(shù)量 E——推桿材料的彈性模量N/(鋼的彈性模量E=2.1107N/) Q——總脫模力 d=（ ）= 0.193 cm=1.93mm 取6mm。 7.2.2 推桿壓力校核 查《塑料模設計手冊》式5-98 = 取320N/mm2 < 推桿應力合格，硬度HRC50～65 7.3 推板強度計算 推板選用45鋼，允許變形0.3mm。 查《塑料模設計手冊》由式5-103得： H=0.54L( ) H——推板厚度cm L——推桿間距cm Q——總脫模力 B——推板寬度cm E——鋼材的彈性模量N/ (鋼的彈性模量E=N/) y——推板允許最大變形量cm H=0.546.4×( )=3.95 mm <16 mm 所以推板強度合格。 8 連接件的選用 8.1 銷釘?shù)倪x用 由于連接的各種板料比較大所以銷釘選用35號鋼,熱處理硬度28-38HRC銷 GB/T 117 16 x 50 :參考<機械零件手冊>圓柱銷系列. 8.2 螺釘?shù)倪x擇 (1). 定模緊固螺銓的選用; 定模底板的厚度和定模板的總長為60mm. 所以選用的螺銓型號為: GB/T 5782 M20 X 40 . (2). 動模緊固螺銓的選用： 動模底板,墊塊,動模支撐板和動模板的總長度為185mm. 所以選用螺銓的型號為:GB/T 5782 M X 140. (3).連接滑塊螺釘?shù)倪x用: 根據(jù)所有連接的定位塊和倒滑槽的長度這里選用: GB/T 5782 M12 X 60 9 模具的裝配 9.1 模的裝配 將定模板平放在平臺上，先將型腔放進去，再把四根斜倒柱，四個鍥緊塊和八個型腔拼塊敲入指定的位置，把上模板放上去，對準好倒套孔和澆口套孔，把倒套和澆口套敲進去，訂上銷釘，最后將澆口套螺釘，定模螺釘旋上緊固，完成裝配。 9.2 動模的裝配 把動模板倒放在平臺上，先將四個側(cè)滑塊放進倒滑槽，把定位塊擰好，裝上彈簧螺釘將滑塊固定好，在型芯放進去，再放入型芯拼塊和四個倒柱。放上動模板，對準好各種孔位后放上推桿定位板后把拉料桿，推件桿放到其位置，再將墊塊對準各種孔位放上去，再將下模板放上把螺釘旋上即可，然后把動模翻過來，把定模倒套對準倒柱放進去。整套模具裝配完成。最后檢驗，試模。 參考文獻 1.屈華昌主編.《塑料成型工藝與模具設計》.北京: 機械工業(yè)出版社1996. 2.李澄.吳天生.聞百橋主編.《機械制圖》.北京: 機械工業(yè)出版社1996. 3.李云程主編 《模具制造工藝學》 北京： 機械工業(yè)出版社 2001. 4.周開勤主編 《機械零件手冊》 北京：高等教育出版社 2001. 5.范有發(fā)主編 《沖壓與塑料成型設備》 北京：機械工業(yè)出版2001. 6.許德珠主編 《機械工程材料》 北京：高等教育出版社1991. 7.孫玲主編，塑料成型工藝與模具設計[M].北京:清華大學出版社,2008 8. 史鐵梁.模具設計指導.[M],北京：機械工業(yè)出版社，2003. 9. Jalve. Electrode sposicion de metales[E].2000. 10. Pearce. R.Sheet Matal Forming[M]. 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