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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 毛建永
學(xué) 號(hào)： 05010221
外文出處： CHINESE JOURNAL OF
MECHANICAL ENGINEERING
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語：
譯文能準(zhǔn)確地表達(dá)原文思想，語句較為通順，條理較清楚，專業(yè)用語翻譯基本準(zhǔn)確，符合中文習(xí)慣，整體翻譯質(zhì)量良好。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
基于知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)技術(shù)
摘要:在全面地分析了分型面自動(dòng)生成技術(shù)的基礎(chǔ)上，分型面設(shè)計(jì)提出了基于知識(shí)與事例推理的分型面設(shè)計(jì)方法，并給出了基于事例推理的分型面設(shè)計(jì)過程。一個(gè)事例庫包含有分型面信息并構(gòu)建了主型狀特征，分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)合了正向推理方法和相似求解方法。標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)庫也是建立了包括知識(shí)，規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)的分型面設(shè)計(jì)。實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性，提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率
關(guān)鍵詞：注射模 分型面設(shè)計(jì) 基于事例推理 相似求解
0 引言
作為注射模設(shè)計(jì)的重要階段之一，分型面的選擇會(huì)直接影響注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具制作成本，分型面的加工，以及最后加工塑件的質(zhì)量。因此合理的選擇分型面是注射模設(shè)計(jì)成功和了解注射模分模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的先決條件。在最近的幾年，分型面和注射模具自動(dòng)加工是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在全球有許多研究人員做了大量的課題研究工作。但是那些先前的工作只是研究幾何型狀和分型面位置的關(guān)系,圍繞著在構(gòu)建數(shù)字模型的基礎(chǔ)上實(shí)質(zhì)分析塑料件的形狀。由于多樣性和塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用中那些方法有一些缺點(diǎn)。
隨著大量的有經(jīng)驗(yàn)和有理論的模具設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)方法中提出了基于模具知識(shí)和事例推理并呈現(xiàn)出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程與模具設(shè)計(jì)相結(jié)合的模具自動(dòng)成型方法。
知識(shí)與事例推理就是指應(yīng)用相似判斷和推理處理一個(gè)新的設(shè)計(jì)并構(gòu)建知識(shí)庫和事例庫以及基于各自知識(shí)與原則。分型面設(shè)計(jì)是成功設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)也是模具成功設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而新的設(shè)計(jì)不只是適合模具分型面設(shè)計(jì)原則也同樣包括了以前設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。因此這個(gè)方法更方便、便快，相比與推理來解決分型面設(shè)計(jì)以及構(gòu)建數(shù)字模型更有效。對(duì)于許多種類分型面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來說簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)會(huì)更容易通過事例表示。因此知識(shí)和事例推理分型面的設(shè)計(jì)方法是非常適合工程師的流行想法和習(xí)慣。
1 基于知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)構(gòu)架
知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)的一般方式是找一個(gè)合理的表面設(shè)計(jì)和幾何學(xué)特征。模具主形狀特征就是庫的索引，隨后在事例庫中尋找事例相似的主形狀特征，分型面就能通過相似判斷和推論策略來產(chǎn)生。同時(shí)，相關(guān)的知識(shí)和分型面設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)就能總結(jié)到知識(shí)庫中。被設(shè)計(jì)者作為分型面設(shè)計(jì)的輔助信息查詢和參考。事例構(gòu)成的推理設(shè)計(jì)方法是對(duì)分型面設(shè)計(jì)者理性選擇的指導(dǎo)。
知識(shí)與事例的模具分型面設(shè)計(jì)主要由以下各項(xiàng)：①構(gòu)建知識(shí)庫，針對(duì)注射模設(shè)計(jì)，一個(gè)分型面設(shè)計(jì)規(guī)則知識(shí)庫貫穿、整合了分型面設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)與設(shè)計(jì)規(guī)則。②構(gòu)建分型面位置事例庫。一個(gè)分型面位置事例庫是由事例描述和事例庫基于各種模型和先前的成功設(shè)計(jì)事例組成。描述分型面位置的關(guān)鍵是事例模具和主要模型特征組織并通過不同的模型來決定分型面位置。因?yàn)榉中兔娴奈恢弥饕Q于主形狀特征，所以事例庫機(jī)構(gòu)應(yīng)該適合于在設(shè)過程中的查詢。③判定模具主形狀特征。最初部分的形特征應(yīng)該是在分型面位置決定前識(shí)別。因此，主特征索引需要找到針對(duì)的模具構(gòu)造類型。因此模型部分和模具分型面之間的無縫連結(jié)就能被了解。④系統(tǒng)推論和搜索模型。從分型面位置事例中搜索和匹配相似形狀特征是分型面位置事例搜索過程的主要過程。因此構(gòu)建形狀特征索引模型的核心是準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)事例推論和快速查詢。⑤自動(dòng)生成分型面。在履行的設(shè)計(jì)進(jìn)程和調(diào)整后，選擇相似的形狀特征模型來決定分型面位置，需要的模具分型面就能自動(dòng)生成了。⑥存儲(chǔ)的事例。豐富的分型面位置事例庫是提高分型面設(shè)計(jì)和推理效果的重要基礎(chǔ)。系統(tǒng)提供系統(tǒng)存儲(chǔ)器和選擇基于分類事例特征的每一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的最終結(jié)果。
知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示
圖1 基于知識(shí)與事例的分型面設(shè)計(jì)流程
2 建立知識(shí)庫和事例庫
知識(shí)庫是重要的資源它能幫助設(shè)計(jì)者選擇分型面位置。知識(shí)庫的構(gòu)成和描述應(yīng)該適合實(shí)際模具設(shè)過程并易于設(shè)計(jì)者查詢和參考。因此，通常人們用的分型面設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)和原則被總結(jié)并整合。分型面設(shè)計(jì)被確定和被簡(jiǎn)單識(shí)別。所有的規(guī)則在庫中被數(shù)字和文字描述和表達(dá)，同時(shí)給出了“推薦”和“不推薦”的數(shù)字組成的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者能基于實(shí)際設(shè)計(jì)事例作出合理的選擇。
圖2所示了系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)規(guī)則選擇分型面的位置。分型面設(shè)計(jì)主要取決于模型主形狀特征和確認(rèn)導(dǎo)入事例搜索的形狀特征。這種關(guān)系結(jié)構(gòu)的事例庫會(huì)按照形狀特征和特征樹來確定構(gòu)建的模型，并被分類儲(chǔ)存。通過不同性質(zhì)部分的形狀特征來進(jìn)行分類，部分模型的共有因素就當(dāng)作父節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)能繼承父節(jié)點(diǎn)的所有屬性，并比父節(jié)點(diǎn)多一個(gè)特征。至于單個(gè)事例的關(guān)系會(huì)通過一層一層被傳遞。特征屬性的數(shù)目就會(huì)不斷增加，特征屬性就會(huì)越來越具體和接近實(shí)例，它們之間的關(guān)系也越來越來復(fù)雜。這種分類方法能有助于通過形狀特征尋找事例庫索引和解決復(fù)雜模型問題。
圖2 知識(shí)庫分型面設(shè)計(jì)實(shí)例
3 事例描述和查詢
3.1 事例描述
事例庫描述是知識(shí)庫運(yùn)行的基礎(chǔ)，它要能描述一個(gè)存在的成功設(shè)計(jì)事例并作為數(shù)據(jù)信息才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理。內(nèi)容和描述的方法會(huì)對(duì)處理相似問題的質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響。
事例描述可以用部分模型事例表示=分類數(shù)據(jù)+分型面位置。索引信息的形狀特征的一部分，即部分形狀特征是索引能查詢到的相似事例的主形狀特征。分型面位置也是來自這個(gè)事例，因此在分型面位置庫中有一些典型形狀的部分和對(duì)應(yīng)分型面位置的部分。公式描述是
事例F,S=事例(F1,F2,?Fn,S1,S2,?Sn)
當(dāng)F=(F1,F2,?Fn),Fj是子形狀特征節(jié)點(diǎn)的注射模事例，i=1,2?,n,n是事例庫的編號(hào)，S=(S1,S2,?Sn),Sj是解決方案，也就是分型面位置，j=1,2?,m,其中m是可用的分型面位置事例模型。
分類事例庫如圖3所示，成型加工的形狀描述在事例中按照數(shù)字排列，而下一層包含比上一層多一個(gè)的形狀特征。它繼承和發(fā)展了基于上一層的事例模型信息。圖4給出了復(fù)雜事例的解決方案，這方案是通過調(diào)用部分模型的樣板程序，如此來查找形狀特征事例的索引。
圖3 分型面位置事例庫組織構(gòu)造
圖4 復(fù)雜事例的組織構(gòu)造
3.2 基于乘法規(guī)則的分類查找
事例查找是推論機(jī)制的重要組成，查找的實(shí)質(zhì)是尋找相匹配的程序，因此構(gòu)建推論機(jī)制程序也是構(gòu)建查找策略和相似匹配程序。策略對(duì)推論效果和結(jié)論都有好的作用。查詢的目的是找到塑件模具相似主形狀特征的分型面位置事例。因此這種方法的目的是在基于乘法規(guī)則的組織下構(gòu)造事例。分類查找意味著通過查詢程序在事例庫中從頭至尾的尋找，但是那個(gè)分支可以找下去需要根據(jù)乘法規(guī)則來判斷了。
圖5展示了一個(gè)孔特征模型的分階段類型，它可以看作是減法布爾類型通過兩層軸特征和一個(gè)內(nèi)圓的輔助特征相減而成。推論查詢過程是：第一，先行判斷，如果特征1是軸類型，然后軸特征就獲得為事例1；接著進(jìn)行二次判斷，如果特征2還是軸特征類型則完成布爾判斷并減去事例2，中心線位置與先前的位置相同，這樣關(guān)于孔特征的軸類型事例就獲得了。
圖5 建立在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)上的初步推理
應(yīng)用這個(gè)推論方法能獲得高效率，因?yàn)檠刂粭l分支查詢不需要訪問所有的數(shù)據(jù)。如果推論規(guī)則和事例都是成熟的，那么某些模型的相似形狀特征是能在基于乘法規(guī)則下很快的通過分類查找的方法找到的。此外，在基于事例的分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，事例不需要完全與模型相同。只需要主形狀特征相似并且分型面位置相對(duì)于這兩個(gè)模型的主形狀特征相似就可以。在這也提出了相似模型分型面的自動(dòng)設(shè)計(jì)。
4 相似模型分型面解決方案
一個(gè)事例的分型面相對(duì)于主特征有特別的位置關(guān)系，而這些關(guān)系總是表現(xiàn)在一個(gè)特定的表面上，一個(gè)特定的斷面或經(jīng)過某一個(gè)點(diǎn)以及某個(gè)特征等。這些位置關(guān)系就是2D矢量，也就是
P=X(p,n)
其中 P-特殊位置關(guān)系
X-矢量
p-分型面特征點(diǎn)
n-分型面法向矢量
換句話說，分型面特征由一個(gè)法向矢量n和一個(gè)特殊的點(diǎn)p構(gòu)成。對(duì)于每個(gè)分型南事例模型，矢量X是不變化的。至于面與相似的事例模型有關(guān)，如果分型面在最上面，那么點(diǎn)P是分型面的中心點(diǎn)，n是法向矢量。
首先，找到相對(duì)于事例模型的關(guān)系點(diǎn)P的位置，然后替換角色模型的位置關(guān)系并確定分型面的位置，解決過程可以用以下式子表示
其中 Sp-表面
Cm-事例模型
Pm-角色模型
fi,fj-Sp,Cm的定位特征
左邊的項(xiàng)目是分型面相對(duì)于事例模型的特別位置，并且對(duì)目標(biāo)模型有某種聯(lián)系。依據(jù)目標(biāo)模型形成分型面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，分型面的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面
（1） 分型面是平面。對(duì)于這部分的主要特征是平面，有一個(gè)可以直接找到的p點(diǎn)和矢量n。用矢量式表示為X(p,n)，目標(biāo)模型的分型面位置就可以確定了。如圖6所示。依據(jù)事例庫選擇上表面作為分型面。因此點(diǎn)p就是目標(biāo)模型立方體上表面的中心點(diǎn)，當(dāng)n為該表面的法向矢量且這兩個(gè)值能在特征庫中被找到，因此分型面位
置能輕松解決了。
圖6 平面分型面
（2） 梯狀分型面。梯狀分型面特征普遍用在部分模具上，如圖7所示最先要做的是找到矢量X1,X2,...,X5的每一個(gè)梯面，然后梯分型面就通過那些矢量約束的綜
圖7 梯形分型面
合作用得到。
曲面分型面。當(dāng)分型面是曲面時(shí)解決程序是很復(fù)雜的，如圖8所示的部分就是一個(gè)例子，它的主要特征參數(shù)，比如說半圓弧、中心線和它的分布位置，應(yīng)該依照曲面來尋找。然后解決模型的構(gòu)成，再輸入特征參數(shù)到要解決的模型替換后，分面線就會(huì)產(chǎn)生，分型面也會(huì)獲得。如果分型面是自由形態(tài)的表面，那么
圖8 曲形分型面
目標(biāo)模型會(huì)更加復(fù)雜。
（3） 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具部分。更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具只是一種相似事例但不存在分型面位置事例庫中，事例模具由推論程序產(chǎn)生也存在著重大的不同。這種事例模具只能解決一部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但是分模線的位置可能是相似的。
以9所示的圖為例子來說，它包含了幾部分的結(jié)構(gòu)因素，在這沒有相似的事例庫，但是它的分型面還是可以通過運(yùn)用圖6的流程，而且它的上表面可能作為分型面因?yàn)樗鼈兊姆中兔嫖恢檬窍嗨频?。如果像這樣類似的方法解決不了了，那么通過人機(jī)交互來決定分型面的結(jié)果是否要儲(chǔ)存，如此分型面位置事例庫的事例就會(huì)不斷增加。
圖9 復(fù)雜部分分型面
5 設(shè)計(jì)舉例
我們的運(yùn)算法則已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)非常好用的工具包并可為Visual C++ AutoCAD 2000 ObjectARX服務(wù)。圖示7是一個(gè)測(cè)試模型，其結(jié)果是分型面的輪廓。它是一種典型的梯分型面。在分型面選擇的過程中，知識(shí)庫，事例庫，正向推理策略被運(yùn)用。相似求解方法和布爾數(shù)學(xué)方法在子分型面中應(yīng)用在最后的分型面上。圖10是2D局部模型分型面的例證。
圖10 檢驗(yàn)?zāi)＞叻中兔孢x擇
6 結(jié)論
基于知識(shí)與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)的前提是有相似于最先部分索引的形狀特征，并由其決定模具分型面位置的相似解決方法。這種方法在基于豐富知識(shí)與事例上會(huì)有較高的設(shè)計(jì)效率和可靠性，它也有以下幾項(xiàng)特性
（1） 分型面位置分類事例庫構(gòu)建在大量特征事例的基礎(chǔ)上，它使查詢變得更加方便。
（2） 形狀特征索引，分類查詢是基于乘法規(guī)則的查詢方法。它能高效率和快速推斷出事例模具的那些主形狀特征與模件相似。
（3） 在事例模具與目標(biāo)模具間用相似的形狀特征。類似模具的分型面解決方案就會(huì)找到，它能快速準(zhǔn)確的決定分型面的位置。結(jié)果，模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率得到提高。
附件2：外文原文（復(fù)印件）
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系 部：
機(jī)械工程系
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
毛建永
學(xué) 號(hào)：
05010221
設(shè)計(jì)(論文)題目：
盒蓋零件的注射模設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2009年3月9日 ~ 6月14日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
殷勁松 張 躍
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
龔光容
發(fā)任務(wù)書日期: 2009年 2 月 26 日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
塑料件在各行業(yè)及日常生活廣泛使用，塑料模具的設(shè)計(jì)制造的社會(huì)需求也日益增長(zhǎng)，而且要求越來越高。通過對(duì)盒蓋零件注射模設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生檢索資料，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并根據(jù)工程實(shí)際的要求解決工程實(shí)際問題的方法與能力，訓(xùn)練學(xué)生模具設(shè)計(jì)制造的基本技能和模具CAD設(shè)計(jì)能力，提高獨(dú)立工作的能力，適應(yīng)社會(huì)需求。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
本設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)所給盒蓋零件實(shí)物，測(cè)繪零件圖紙，設(shè)計(jì)成型注射模具，并學(xué)習(xí)Pro/Engineer、UG或Solid edge等大型CAD軟件在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，具體要求如下：
1） 查閱資料（不少于15篇），翻譯一定量的外文資料（不少于3000漢字），撰寫開題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述（不少于2000字）；
2） 測(cè)繪塑件圖紙，完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)；
3） 完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，要求一模兩腔；
4） 完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)和全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；
5） 模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)；
6） 完成該注射模具模板、成型零件等主要件的制造工藝設(shè)計(jì)；
7） 撰寫設(shè)計(jì)說明書。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：
課題成果內(nèi)容包括：
1) 塑件圖紙及CAD三維數(shù)據(jù)模型；
2) 全套注射模具圖紙，成型零件三維造型；
3) 全套模具制造工藝規(guī)程；
4) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
4．主要參考文獻(xiàn)：
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[5] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3版上、中、下）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.
[6] 齊月靜, 秦志峰, 齊鎖來等編著.SolidWorks 2006中文版完全自學(xué)專家指導(dǎo)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[7] 岳榮剛編著.SolidWorks 2006零件與裝配設(shè)計(jì)教程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.
[8] 王慶五, 仇亞琴, 張昱等編著.SolidWorks 2006中文版模具設(shè)計(jì)專家指導(dǎo)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2009年
3月09日 ～ 3 月30 日
熟悉課題，查閱有關(guān)資料，完成資料翻譯，完成開題報(bào)告
3月31日 ～ 4 月07 日
測(cè)繪塑件零件圖紙，熟悉Solidworks或PRO/E三維CAD軟件，完成塑件三維數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
4月08日 ～ 4 月15 日
進(jìn)行注射模結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),完成零件設(shè)計(jì)
4月16日 ～ 4 月23 日
基本掌握CAD軟件操作，完成塑件注射模方案設(shè)計(jì)和基本計(jì)算
4月24日 ～ 5 月15日
完成塑件注射模零件造型、裝配體設(shè)計(jì)和修改完善
5月16日 ～ 5月23日
完成塑件注射模工程圖和裝配圖設(shè)計(jì)
5月24日 ～ 6 月07日
完成塑件注射模制造工藝設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書
6月07日 ～ 6 月10日
修改并打印設(shè)計(jì)說明書和圖紙，整理相關(guān)資料，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)成果
6月11日 ～ 6月14日
準(zhǔn)備論文答辯
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系部意見：
系部主任：
年 月 日
盒蓋零件的注射模設(shè)計(jì)
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè) 毛建永
指 導(dǎo) 老 師 張躍
摘要 介紹基于本論文根據(jù)工程實(shí)際的需要完成盒蓋的注射模具設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中采用聚甲醛塑料注射而成型，成型方式為一模兩腔，該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備，確定了模具制作的總體方案，分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一些必要的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度的校核。該論文還對(duì)分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，完成了模具工程圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了主要零件加工工藝設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 注射模 成型 工藝性 設(shè)計(jì)
1 引言
1.1 注射模具CAD系統(tǒng)
一個(gè)完善的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾部分：
(1) 注塑制品構(gòu)造
(2) 模具概念設(shè)計(jì)
(3) CAE分析
(4) 模具評(píng)價(jià)
(5) 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(6) CAM[1]
2 盒蓋設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析
2.1 塑件分析
圖2.1 所示是盒蓋零件。
圖2.1 盒蓋零件
該塑件為薄壁類零件，且壁厚均勻。盒蓋本身具有一定的深度，表面光滑，在模具設(shè)計(jì)和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度。盒蓋頂部為一方孔，左右對(duì)稱還各有一個(gè)小孔，所以需要用側(cè)抽芯成型。
2.2 塑料的選材及性能分析
盒蓋零件用于配合使用，所以耐磨性要突出，綜合機(jī)械性能要好，且要經(jīng)濟(jì)。具備這些條件的塑料是首選，這里我們選用聚甲醛（POM）。
（1）力學(xué)性能和剛性好，接近金屬材料，是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料。
（2）耐疲勞性和耐蠕變性極好。
（3）耐磨損、自潤(rùn)性和摩擦性好，與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨塑料材料。
（4）熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高，電絕緣性優(yōu)良。
2.3 POM塑料的注射過程及工藝
注射成型過程:
（1）成型前準(zhǔn)備，對(duì)POM進(jìn)行干燥。POM是吸水率較低的塑料，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時(shí)間4小時(shí),料層厚度30毫米。
（2）注射過程，塑料在注射機(jī)內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，起過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻5個(gè)階段。
POM的注射工藝參數(shù):
（1）螺桿類別：標(biāo)準(zhǔn)螺桿（直 通 式 噴 嘴）
（2）螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)：30
（3）注射機(jī)料筒溫度:
前段 170℃～190℃
中段 180℃～200℃
后段 170℃～190℃
（4）噴嘴溫度：170℃～180℃。
（5）模具溫度：90℃～100℃。
（6）注射壓力:80MP～120MP。
（7）注射速度: 高速注射。
（8）保壓壓力: 30MP～50MP
（9）成型時(shí)間:
注射時(shí)間:2s～5s
保壓時(shí)間:20s～90s
冷卻時(shí)間:20s～60s
總周期:50s～160s
（10） 后處理: 脫模后應(yīng)將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻[2]。
3 盒蓋模具設(shè)計(jì)方案的比較與確定
3.1 分型面方案的優(yōu)化確定
(1）分型面選擇方案一：如圖3.1所示，開模時(shí)在塑件中間的外形最大輪廓處A一A面分開。
(2）分型面選擇方案二：如圖3.2所示，開模時(shí)在塑件底下的外形最大輪廓處A一A面分開。
根據(jù)工程和生產(chǎn)實(shí)際分析，分型面采用方案二是比較好的，能在成形的基礎(chǔ)上保證塑件的加工精度，方案一容易在分型面處產(chǎn)生飛邊，影響外表面的光滑度。
圖3.1 分型面位置
圖3.2 分型面位置
3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用一模兩腔。
型腔排列方式比較確定：
(1) 排列方案一：如圖3.3所示。
圖3.3 型腔排列方式一
(2）排列方案二：如圖3.4所示。
圖3.4 型腔排列方式二
采用方案一結(jié)構(gòu)更復(fù)雜和更多的制造工時(shí),增加了成本,且不易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過比較該套模具型腔的排列方式采用方案二。
4 模具詳細(xì)設(shè)計(jì)
4.1 注塑機(jī)選型
選定型號(hào)為XS一ZY一125型臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表4.1。
表4.1 XS一ZY一125型注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
螺桿直徑/mm
42
拉桿內(nèi)間距/mm
260x290
注射行程/mm
115
最大模具厚度/mm
300
額定注射量/
125
最小模具厚度/mm
200
注射速度 /(g/s)
100
頂出桿根數(shù)
1
噴嘴直徑/mm
4
噴嘴圓弧半徑/mm
12
額定注射壓力/MP
120
頂出中心孔直徑/mm
30
鎖模力/KN
900
開模行程/mm
270
4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì)
（1）主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對(duì)材料要求比較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
（2）定位圈的設(shè)計(jì)與固定
由于該模具主流道比較長(zhǎng)，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式。
4.3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，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(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。
POM的成型收縮率為1.2%～3.0%所以平均收縮率取 s=2.1%。塑件尺寸公差按SJ1372一78標(biāo)準(zhǔn)中的7級(jí)精度成型。
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用基本型為A4型的標(biāo)準(zhǔn)模架，模架如圖4.1所示。
1-動(dòng)模座板；2-內(nèi)六角螺釘；3-墊塊；4-支承板；5-彈簧；6-頂銷；7-內(nèi)六角螺釘；8-動(dòng)模板；9-推件板；10-鑲塊；11-型芯；12-定位銷；13-彈簧；14-定模座板；15-定位圈；16-內(nèi)六角螺釘；17-澆口套；18-內(nèi)六角螺釘；19-定模板；20-型腔；21-滑塊；22-斜導(dǎo)柱；23-拉料桿；24-內(nèi)六角螺釘；25-推桿固定板；26-推板；27-推件桿；28-導(dǎo)套；29-導(dǎo)柱；30-導(dǎo)套；
圖4.1 模架
4.5 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔、凹穴或凸臺(tái)時(shí)，塑件就不能直接由推桿等推出機(jī)構(gòu)推出脫模，此時(shí)，模具上成型該處的零件必須制成可側(cè)向移動(dòng)的活動(dòng)型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側(cè)向成型零件抽出，然后在把塑件從模內(nèi)推出，否則就無法脫模[3]。
4.6 冷料井的設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道的對(duì)面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；開模時(shí)能將主流道中的凝料拉出。冷料井的尺寸稍大于主流道大端的直徑。 采用底端帶有推桿的冷料井，這類冷料井的底部有一根拉料桿組成，推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用Z型冷料井，結(jié)構(gòu)如圖4.13所示。
圖4.2 冷料井
5 模具裝配
塑料模具的總裝過程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體如下:
(1）確定裝配基準(zhǔn)。
(2）安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套和型芯、型腔并使間隙均勻。
(3）安裝側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)等。
(4）其他零件的裝配。
(5）檢驗(yàn)、試模[4]。
6 模具工作過程
模具裝配試模完畢之后,模具進(jìn)入正式工作狀態(tài),其基本工作過程如下：
(1）對(duì)塑料POM進(jìn)行烘干,并裝入料斗。
(2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。
(3）合模、鎖緊模具。
(4）對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)塑化，注射裝置準(zhǔn)備注射。
(5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
(6）開模時(shí)，開合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模部分后移，斜導(dǎo)柱逼使側(cè)抽芯滑塊移動(dòng)側(cè)向抽芯，當(dāng)斜導(dǎo)柱脫離動(dòng)模部分時(shí)，固定在定模部上的定位銷剛好卡住滑塊，防止斜滑塊與定模部分分離，使之順利的留在定模恰當(dāng)?shù)奈恢茫欣陧樌夏Ｅc復(fù)位；抽芯完成同時(shí)；隨著繼續(xù)開模，塑件脫離型腔同時(shí)主流道凝料在拉料桿的拉力作用下與澆口套分離；接著推出機(jī)構(gòu)工作，推板在注射機(jī)頂桿的作用下，帶動(dòng)塑件推桿工作，把塑件從主型芯上推出來，從而完成了塑件與模具的分離；最后將塑件取出完成自動(dòng)脫模。
(7）塑件的后處理。
6 結(jié)束語
本次設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)做的一次總測(cè)驗(yàn)，是鍛煉也是對(duì)自己四年來所學(xué)知識(shí)及運(yùn)用知識(shí)能力的檢驗(yàn)。
通過此設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
從測(cè)繪塑件圖紙，到完成CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；模具成型零件CAD造型設(shè)計(jì)；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過程，學(xué)會(huì)了從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)實(shí)際課題解決實(shí)際問題，掌握了綜合使用各種設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)、資料的方法，提高了電腦繪圖水平，為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張春吉，唐躍. CAD/CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2004,16(1）：34～35.
[2] 王加龍. 塑料注塑工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.
[3] 肖國(guó)容. 注塑模具側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)知識(shí)庫與推理機(jī)的研究[D].浙江：浙江大學(xué)，1999.
[4] 劉華剛主編. 模具鉗工操作技能[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁
目 錄
1 引言 1
1.1 注射模具CAD系統(tǒng) 1
1.2 課程任務(wù)要求 2
2 盒蓋設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析 3
2.1 塑件分析 3
2.2 塑料的選材及性能分析 3
2.3 POM塑料的注射過程及工藝 5
2.4 POM的主要缺陷及消除措施 6
3 盒蓋模具設(shè)計(jì)方案的比較與確定 8
3.1 分型面方案的優(yōu)化確定 8
3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 9
4 模具詳細(xì)設(shè)計(jì) 11
4.1 注塑機(jī)選型 11
4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì) 13
4.3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 16
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用 20
4.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu) 22
4.6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
4.7 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.8 冷料井的設(shè)計(jì) 26
4.9 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
4.10 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27
4.11 模具材料例表 27
5 模具裝配 29
5.1 塑料模具裝配的技術(shù)要求 29
5.2 塑料模具裝配過程 29
6 模具工作過程 31
結(jié)束語 32
致謝 33
參考文獻(xiàn) 34
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁 共 34 頁
1 引言
1.1 注射模具CAD系統(tǒng)
1.1.1 注射模CAD系統(tǒng)的主要功能
一個(gè)完善的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應(yīng)包括注塑制品構(gòu)造、模具概念設(shè)計(jì)、CAE分析、模具評(píng)價(jià)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和CAM。
(1) 注塑制品構(gòu)造
將注塑制品的幾何信息以及非幾何信息輸入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立制品的信息模型，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供信息。
(2) 模具概念設(shè)計(jì)
根據(jù)注塑制品的模型采用基于知識(shí)和基于實(shí)例的推理方法，得到模具的基本結(jié)構(gòu)形式和初步的注塑工藝條件，為模具詳細(xì)設(shè)計(jì)、CAE分析、制造性評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。
(3) CAE分析
CAE(Computer Aided Execution)技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD／CAM)技術(shù)向縱深方向發(fā)展的要求。在注射模CAE分析中，運(yùn)用有限元的方法，可作充模流動(dòng)、保壓、冷卻及翹曲變形等分析[1]。以得到合適的注射工藝參數(shù)和合理的澆注與冷卻結(jié)構(gòu)。流道平衡分析軟件能幫助用戶對(duì)一模多腔模具的流道系統(tǒng)進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)，計(jì)算各個(gè)流道和澆口的尺寸，以保證塑料熔體能同時(shí)充滿各個(gè)型腔；冷卻模擬軟件能計(jì)算冷卻時(shí)間、制品型腔的溫度分布，其分析結(jié)果可以優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；剛度強(qiáng)度分析軟件能對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，幫助用戶對(duì)型腔壁厚和模板厚度進(jìn)行剛度和強(qiáng)度校核；應(yīng)力計(jì)算翹曲預(yù)測(cè)軟件則能計(jì)算出制品的收縮情況和內(nèi)應(yīng)力的分布，預(yù)測(cè)制品出模后的變形。
(4) 模具評(píng)價(jià)
模具評(píng)價(jià)包括可制造性評(píng)價(jià)和可裝配性評(píng)價(jià)兩部分。注塑件可制造性評(píng)價(jià)在概念設(shè)計(jì)過程中完成，根據(jù)概念設(shè)計(jì)得到的方案進(jìn)行模具費(fèi)用估計(jì)來實(shí)現(xiàn)，模具費(fèi)用估計(jì)可分為模具成本估計(jì)和制造難易估計(jì)兩種模式。成本估計(jì)是直接得到模具的具體費(fèi)用，而制造難易估計(jì)是運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法得到注塑可制造度，以此模具的制造性?？裳b配性評(píng)價(jià)的在模具詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)模具進(jìn)行開啟、閉合、勾料、抽芯、工件推出動(dòng)態(tài)模擬，在模擬過程中自動(dòng)檢查零件之間是否干涉，以此來評(píng)價(jià)模具的可裝配性。
(5) 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)制品的信息模型、概念設(shè)計(jì)和CAE分析結(jié)果進(jìn)行模具詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括成型零部件設(shè)計(jì)和非零部件設(shè)計(jì)，成型零件包括型芯、型腔、成型桿和澆注系統(tǒng)，非成型零部件包括脫模機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)以及其他典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)提供三維模型向二維工程圖轉(zhuǎn)換的功能。
(6) CAM
CAM主要是利用支撐系統(tǒng)下掛的CAM軟件完成成型零件的虛擬加工過程，并自動(dòng)編制數(shù)控加工的NC代碼。CAM包括：模塊設(shè)計(jì)--加工方式確定--工序劃分--刀具選擇--工序設(shè)計(jì)--加工路線的確定--尺寸公差計(jì)算--切削參數(shù)選擇--定位基準(zhǔn)確定--夾具方案選擇--刀具、夾具等工裝設(shè)計(jì)--NC加工。
1.1.2 注射模CAD系統(tǒng)的進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的通用流程
注射模CAD系統(tǒng)模具設(shè)計(jì)具有類似的設(shè)計(jì)流程
(1) 注塑制品的三維造型。我們可以直接運(yùn)用通用的三維造型軟件來繪制制品的三維圖形。有很多大公司的軟件已經(jīng)十分成熟，如美國(guó)EDS公司的UG 、美國(guó)PTC公司的 Pro/Engineer、美國(guó)SDRC的I—DEAS，法國(guó)MATRA公司的Eucld,以及數(shù)據(jù)庫管理Oracle等大型的軟件。以及在一些公司和高校中經(jīng)常使用的如Solidworks、Solidedge、MasterCAM等中端的軟件，還有一些大家經(jīng)常使用如AUTOCAD等低端軟件。其中UG是融線框模型、曲面造型和實(shí)體造型為一體，是參數(shù)化和特征化的系統(tǒng)造型軟件[2]。
(2）根據(jù)注塑制品采用專家系統(tǒng)進(jìn)行模具概念設(shè)計(jì)，專家系統(tǒng)包括模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝規(guī)劃、模具價(jià)格估計(jì)等模塊，在專家系統(tǒng)的推理過程中，采用基于知識(shí)與基于實(shí)例相結(jié)合的推理方法，推理的結(jié)果的注塑工藝和模具的初步方案。方案設(shè)計(jì)包括型數(shù)目與布置、澆口類型、脫模方式和抽芯方式等。
(3）在模具初步方案確定后，用CAE軟件進(jìn)行流動(dòng)、保壓、冷卻和翹曲分析，以確定合適的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。例如如果分析結(jié)果不能滿足生產(chǎn)要求，那么可根據(jù)用戶的要求再來修改注塑制品的結(jié)構(gòu)或修改模具的設(shè)計(jì)方案。
1.2 課程任務(wù)要求
本課題是盒蓋注射模的設(shè)計(jì)。要求對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。盒蓋注射模要求一模兩腔，并自動(dòng)脫模。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2 盒蓋設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析
2.1 塑件分析
圖2.1 所示是盒蓋零件。
圖2.1 盒蓋零件
2.1.1 結(jié)構(gòu)分析如下
該塑件為薄壁類零件，且壁厚均勻。盒蓋本身具有一定的深度，表面光滑，在模具設(shè)計(jì)和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度。
盒蓋頂部為一方孔，左右對(duì)稱還各有一個(gè)小孔，所以需要用側(cè)抽芯成型[3]。
2.1.2 成型工藝分析
采用一般精度等級(jí)7級(jí)，大量生產(chǎn)。
該塑件壁厚為3mm，壁厚均勻，塑件成型性能良好。
2.2 塑料的選材及性能分析
盒蓋零件用于配合使用，所以耐磨性要突出，綜合機(jī)械性能要好，且要經(jīng)濟(jì)。具備這些條件的塑料是首選，這里我們選用聚甲醛（POM）。
2.2.1 使用特點(diǎn)
（1）力學(xué)性能和剛性好，接近金屬材料，是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料。
（2）耐疲勞性和耐蠕變性極好。
（3）耐磨損、自潤(rùn)性和摩擦性好，與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨塑料材料。
（4）熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高，電絕緣性優(yōu)良[4]。
2.2.2 成型特性
(1) 結(jié)晶性塑料熔融范圍很窄，熔融或凝固速度快，結(jié)晶化速度快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結(jié)晶化，流動(dòng)性下降。
(2) 熱敏性強(qiáng)極易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均聚稍弱）分解溫度為240℃,但200度中滯留30分鐘以上即發(fā)生有刺激性分解時(shí)產(chǎn)生有刺激性，腐蝕性氣體。
(3) 流動(dòng)性中等，溢邊值為0.04毫米左右，流動(dòng)性對(duì)溫度不敏感，但對(duì)注射壓力變化敏感。
(4) 結(jié)晶度高，結(jié)晶化時(shí)體積變化大，成型收縮范圍大，收縮率大。
(5) 吸濕性低，水分對(duì)成型影響極小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面附粘水分，不利成型，加工前可進(jìn)行干燥并起預(yù)熱作用，特別對(duì)大面積薄壁塑料件，改善塑件表面光澤有較好效果，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時(shí)間4小時(shí),料層厚度30毫米。
(6) 摩擦系數(shù)低，彈性高，淺側(cè)凹槽可強(qiáng)迫脫模，塑件表面可帶有皺紋花樣，但易產(chǎn)生表面缺陷，如毛斑、折皺、熔接痕、縮孔、凹痕等弊病。
(7) 宜用螺桿式注射機(jī)成形，余料不宜過多和滯留太長(zhǎng)，一般塑件克量（包括主流道、分流道）不應(yīng)超過注射機(jī)注射克量的75%，或取注射容與料筒容量之比為1：6～1：10，料筒噴嘴等務(wù)必防止有死角，間隙而滯料，預(yù)塑時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速宜取低，并宜用單頭，全螺紋，等距，壓縮突變型螺桿。
(8) 噴嘴孔徑應(yīng)取大，并采用直通式噴嘴，為防止流涎現(xiàn)象噴嘴孔可呈喇叭狀，并設(shè)置的加熱裝置，以適當(dāng)?shù)乜刂茋娮鞙囟取?
(9) 模具澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力要小，進(jìn)料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力要小，進(jìn)料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具應(yīng)加熱，模溫高應(yīng)防止滑動(dòng)配合部件卡住，模具應(yīng)用耐磨，耐腐蝕材料，并淬硬，鍍鉻，要注意排氣。
(10) 必須嚴(yán)格控制成形條件，嵌件應(yīng)預(yù)熱（一般100℃～150℃），余料一般儲(chǔ)存5～10個(gè)塑件重量的物料即可，料溫取稍高于熔點(diǎn)（一般170℃～190℃）即可，不宜輕易提高溫度，模溫對(duì)塑件質(zhì)量影響較大，提高模溫可改善表面凹痕，有助于融了料流動(dòng)，塑件內(nèi)外均勻冷卻，防止缺料，縮孔，皺折，模溫對(duì)結(jié)晶度及收縮也有很大影響，必須正確控制，一般取75℃～120℃ ，小于4毫米的取75℃～90℃ ，宜用高壓，高速注射，塑件可在較高溫度時(shí)脫模，冷卻時(shí)間可短，但為防止收縮變形，應(yīng)力不均，脫模后應(yīng)將塑件放在90℃左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。
(11) 在料溫偏高，噴嘴溫度偏低，高壓對(duì)空注射易發(fā)生爆炸性傷人事故，分解時(shí)有刺激性氣體，料性易燃應(yīng)遠(yuǎn)離明火[5]。
2.2.3 POM的主要性能指標(biāo)
表2.1所示為POM的一些技術(shù)指標(biāo)[6]
表2.1 POM的技術(shù)指標(biāo)
密度
1.40～1.62
熱變形溫度t/c
93～110
熔點(diǎn)
165～179
收縮率s
1.2～3.0
抗拉屈服強(qiáng)度
55～65
硬度HB
10.2～13.0
彎曲強(qiáng)度
85～100
相對(duì)伸長(zhǎng)率 %
10～50
沖擊韌度
無缺口
100～200
沖擊韌度
缺口
5～20
2.3 POM塑料的注射過程及工藝
2.3.1 注射成型過程
（1）成型前準(zhǔn)備，對(duì)POM進(jìn)行干燥。POM是吸水率較低的塑料，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時(shí)間4小時(shí),料層厚度30毫米。
（2）注射過程，塑料在注射機(jī)內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，起過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻5個(gè)階段。
2.3.2 POM的注射工藝參數(shù)[7]
（1）螺桿類別：標(biāo)準(zhǔn)螺桿（直 通 式 噴 嘴）
（2）螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)：30
（3）注射機(jī)料筒溫度:
前段 170℃～190℃
中段 180℃～200℃
后段 170℃～190℃
（4）噴嘴溫度：170℃～180℃。
（5）模具溫度：90℃～100℃。
（6）注射壓力:80MP～120MP。
（7）注射速度: 高速注射。
（8）保壓壓力: 30MP～50MP
（9）成型時(shí)間:
注射時(shí)間:2s～5s
保壓時(shí)間:20s～90s
冷卻時(shí)間:20s～60s
總周期:50s～160s
（10） 后處理: 脫模后將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。
2.4 POM的主要缺陷及消除措施
2.4.1 殘余應(yīng)力與龜裂
殘余應(yīng)力主要由于以下三種情況，即充填過剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。作為在充填過剩的情況下產(chǎn)生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手。
(1）由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產(chǎn)生在直澆口附近，則可考慮改用多點(diǎn)分布點(diǎn)澆口、側(cè)澆口及柄形澆口方式。
(2）在保證樹脂不分解、不劣化的前提下，適當(dāng)提高樹脂溫度可以降低熔融粘度，提高流動(dòng)性，同時(shí)也可以降低注射壓力，以減小應(yīng)力。
(3）一般情況下，模溫較低時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)提高溫度。但當(dāng)注射速度較高時(shí)，即使模溫低一些，也可減低應(yīng)力的產(chǎn)生。
(4）注射和保壓時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，將其適當(dāng)縮短或進(jìn)行Th次保壓切換效果較好。
2.4.2 熔接痕
熔接痕是由于來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻、在結(jié)合處未能完全融合而產(chǎn)生的。一般情況下，主要影響外觀，對(duì)涂裝、電鍍產(chǎn)生影響。嚴(yán)重時(shí)，對(duì)制品強(qiáng)度產(chǎn)生影響（特別是在纖維增強(qiáng)樹脂時(shí)，尤為嚴(yán)重）。可參考以下幾項(xiàng)予以改善：
(l）調(diào)整成型條件，提高流動(dòng)性。如，提高樹脂溫度、提高模具溫度、提高注射壓力及速度等。
(2）增設(shè)排氣槽，在熔接痕的產(chǎn)生處設(shè)置推出桿也有利于排氣。
(3）盡量減少脫模劑的使用。
(4）設(shè)置工藝溢料并作為熔接痕的產(chǎn)生處，成型后再予以切斷去除。
(5）若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變?nèi)劢雍鄣奈恢?。或者將熔接痕產(chǎn)生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。
2.4.3 飛邊 zg4?" L ?
1=&BM`h# 飛邊又稱溢邊、毛刺、披鋒等，大多發(fā)生在摸具的分合位置上，導(dǎo)致該缺陷的主要原因有：
(1) 模具分型而精度差。模具分型面上粘有凸出異物、活動(dòng)模板變形曲翹等。所以模具要保證一定的精度。
(2) 模具設(shè)計(jì)和人料配置不合理。一是在不影響制件完整性前提下，流道應(yīng)設(shè)置在質(zhì)量對(duì)稱中心上，避免出現(xiàn)偏向性流動(dòng)；二是塑料在熔融狀態(tài)下具有很高的流動(dòng)性和貫穿能力，容易進(jìn)入活動(dòng)的或固定的縫隙，要求模具的設(shè)計(jì)制造精度較高。
(3) 注射機(jī)的鎖模力不足。注射成型時(shí)，由于機(jī)械上的缺陷，致使真正的鎖模力不足或不恒定，也會(huì)產(chǎn)生飛邊；另一方面由于模具本身平行度不好，也會(huì)導(dǎo)致鎖模不緊密而產(chǎn)生飛邊，所以要選用適合的注射機(jī)以保證鎖模力。
(4) 注射工藝條件差。一是塑料充模狀態(tài)過分劇烈；二是加料量調(diào)得不準(zhǔn)確。所以從料斗進(jìn)入料筒的料量應(yīng)維持一致[8]。 ^IGShs9 ?
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3 盒蓋模具設(shè)計(jì)方案的比較與確定
3.1 分型面方案的優(yōu)化確定
分型面是模具上用來取出塑件和澆注系統(tǒng)料可分離的接觸面稱為分型面,分型面的選擇對(duì)模具設(shè)計(jì)方式影響最大,分型面設(shè)計(jì)是否合理對(duì)塑件質(zhì)量和模具復(fù)雜程度具有很大的影響。基本上是一種分型面對(duì)應(yīng)著一種模具設(shè)計(jì)方案，所以分型面的選擇決定著模具總體的設(shè)計(jì)方案。
3.1.1 分型面的選擇原則[9]
(1）保證塑料制品能夠脫模。
(2）使分型面容易加工。
(3）盡量避免側(cè)向抽芯。
(4）使側(cè)向抽芯盡量短。
(5）有利于排氣。
(6）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。
(7）盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)。
(8）盡可能滿足塑件的使用要求。
(9）盡量減少塑件在合模方向的投影面積。
(10）長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開模方向。
(11）有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。
3.1.2 分型面的選擇方案
(1）分型面選擇方案一：如圖3.1所示，開模時(shí)在塑件中間的外形最大輪廓處A一A面分開。
(2）分型面選擇方案二：如圖3.2所示，開模時(shí)在塑件底下的外形最大輪廓處A一A面分開。
根據(jù)工程和生產(chǎn)實(shí)際分析，分型面采用方案二是比較好的，能在成形的基礎(chǔ)上保證塑件的加工精度，方案一容易在分型面處產(chǎn)生飛邊，影響外表面的光滑度。
圖3.1 分型面位置
圖3.2 分型面位置
3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定
3.2.1 型腔數(shù)量
根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用一模兩腔。
3.2.2 型腔排列方式比較確定
(1) 排列方案一：如圖3.3所示。
圖3.3 型腔排列方式一
(2）排列方案二：如圖3.4所示。
圖3.4 型腔排列方式二
采用方案一結(jié)構(gòu)更復(fù)雜和更多的制造工時(shí),增加了成本,且不易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過比較該套模具型腔的排列方式采用方案二。
4 模具詳細(xì)設(shè)計(jì)
4.1 注塑機(jī)選型
注射機(jī)是塑料注射成型所用的設(shè)備，一副注射模只能安裝在與其相適應(yīng)的注射機(jī)上使用，因此設(shè)計(jì)注射模應(yīng)該詳細(xì)了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，以保證模具安裝在注射機(jī)上能正常工作，符合零件加工工藝的要求。
注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)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、推出位置、推出行程、開模距離進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺(tái)和模具相匹配的注射機(jī)[10]。
4.1.1 注射量計(jì)算
該產(chǎn)品材料為POM，根據(jù)《設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)》查得其密度為1.40 g.cm-3～1.61g.cm-3收縮率為1.2%～3.0%，計(jì)算其平均密度為1.55 g.cm-3，平均收縮率為2.1%，通過計(jì)算得
塑件體積為： V塑=48.3 cm3
塑件的質(zhì)量： M塑=109.2g
澆注系統(tǒng)體積： V澆=0.85 cm3
澆注系統(tǒng)質(zhì)量： M澆=1.32g
故得總體積和總質(zhì)量為： V總=49.15 cm3；M總=110.52g
4.1.2 注射機(jī)型號(hào)的選定
根據(jù)以上的計(jì)算選定型號(hào)為XS一ZY一125型臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表4.1。
表4.1 XS一ZY一125型注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)[11]
螺桿直徑/mm
42
拉桿內(nèi)間距/mm
260x290
注射行程/mm
115
最大模具厚度/mm
300
額定注射量/
125
最小模具厚度/mm
200
注射速度 /(g/s)
100
頂出桿根數(shù)
1
噴嘴直徑/mm
4
噴嘴圓弧半徑/mm
12
額定注射壓力/MP
120
頂出中心孔直徑/mm
30
鎖模力/KN
900
開模行程/mm
270
4.1.3 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
（1）注射量的校核
最大注射容積：V大=125 cm3
最小注射容積：V小=27.8 cm3
V大< V總< V小 符合要求。
（2）鎖模力的校核
合模力為注射機(jī)和模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機(jī)的合模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。即:
（4.1）
式中 ——合模力（kN）
——型腔壓力（MPa）(一般取20MPa ～50MPa)
A ——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積（mm2）
取POM的=30MPa
A=2（
所以所選的注射機(jī)合模力69.81kN
（3）最大注射壓力的校核
注射機(jī)的額定注射壓力即為該機(jī)器的最高壓力
Pmax=120MPa
應(yīng)該大于注射成型所需調(diào)用的注射壓力的 即
（4.2）
式中；
為30～50；
代入數(shù)據(jù)計(jì)算，符合要求。
(4）安裝尺寸的校核
模具厚度H應(yīng)滿足:
式中該套模具厚度H=25+63+32+25+20+34+20+25=244 mm，滿足模具設(shè)計(jì)的要求。
(5）開模行程校核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模行程。為需要利用開模行程完成側(cè)向抽芯的分型面的注射模，其開模行程還需要考慮為完成抽芯而需要的開模行程。
（4.3）
式中 S ——注射機(jī)的最大開模行程（mm）
——塑件脫出距離(mm)
——包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度(mm)
=120mm
=34+45=79mm
當(dāng)〉時(shí)，mm
199mm
注射機(jī)的開模行程為300mm,因此滿足設(shè)計(jì)要求。
4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)凝料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能。
4.2.1 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是連接注射機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，具有一頂?shù)腻F度，以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流到凝料的順利拔除。
(1）主流道尺寸設(shè)計(jì)
（a）主流道的小端直徑 D =注射機(jī)噴嘴直徑+（0.5～1）
=4+（0.5～1）, 取D=4.5mm 。
（b）主流道的球面半徑 SR =注射機(jī)噴嘴球頭半徑+（1～2）
=12+（1～2），取SR=13mm 。
（c）主流道的長(zhǎng)度 取L=25+20+32=77mm。
主流道大端直徑 D=7.6mm（半錐角）
(2）澆口套的設(shè)計(jì)
主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對(duì)材料要求比較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC,如圖4.1所示。
圖4.1 主流道襯套
(3）定位圈的設(shè)計(jì)與固定
由于該模具主流道比較長(zhǎng)，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式，定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.2所示；定位圈和襯套的固定形式如圖4.3所示。
圖4.2 定位圈
1-內(nèi)六角螺紋； 2-定位圈；3-定模座板；4-主流道襯套；5-定模板
圖4.3 主道襯套的固定形式
4.2.2 澆口和流道的設(shè)計(jì)優(yōu)化
根據(jù)設(shè)計(jì)的零件,澆口位置有兩種選擇方案:
(1) 如圖4.4所示，塑料熔體通過點(diǎn)澆口注入型腔。澆口殘留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡。但澆口面積小,流動(dòng)阻力大，只宜用于成型流動(dòng)性好的塑料，成本也較高。
圖4.4 澆口和流道的設(shè)置形式
(2) 如圖4.5所示，塑料熔體通過底剖的側(cè)澆口注入型腔,側(cè)澆口形狀簡(jiǎn)單，加工容易，適應(yīng)性較強(qiáng)，加工成本也較低。所以在這里我選用側(cè)澆口[12]。
圖4.5 澆口和流道的設(shè)置形式
4.3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括型腔、型芯、鑲塊、導(dǎo)柱和拉料桿等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)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(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，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(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等[13]。
POM的成型收縮率為1.2%～3.0%所以平均收縮率取 s=2.1%。
塑件尺寸公差按SJ1372一78標(biāo)準(zhǔn)中的7級(jí)精度成型。
4.3.1 型芯與型腔
(1) 采用鑲?cè)胧脚_(tái)肩形式型芯成型，這樣方便加工和替換。圓柱鑲件型芯如圖4.6所示。
圖4.6 圓柱型芯
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上1/4的磨損量,而型芯高度則加上1/6的磨損量.型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
(a) 型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
（4.4）
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
(b) 型芯的高度尺寸的計(jì)算：
（4.5）
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
(2) 采用鑲?cè)胧脚_(tái)肩形式型腔成型，這樣方便加工和替換。圓柱鑲件型腔如圖4.7所示。
圖4.7 型腔
型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上1/6的磨損量，這樣的型芯的計(jì)算尺寸的表述如下。
(a) 型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
（4.6）
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各徑向尺寸：
(b) 型腔的深度根據(jù)尺寸的計(jì)算公式：
（4.7）
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取七級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選?。?
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各深度尺寸：
4.3.2 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核
由于塑件成型部分采用鑲?cè)胧叫颓缓托托?，再鑲?cè)肽０濉３尚透鞑糠譂M足規(guī)定的距離，所以成型時(shí)型腔零件完全滿足強(qiáng)度和剛度的要求，在這里就不一一校核。
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用基本型為A4型的標(biāo)準(zhǔn)模架[14]。
(1）定模座板（200mm x 250mm、厚為25mm）
定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板，材料為45鋼。
通過4個(gè)M8的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過4個(gè)M5的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H7/k6配合。
(2）定模板（180mm x 200mm，厚54mm）
用于固定型芯、導(dǎo)套和滑塊。固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠強(qiáng)度，一般用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)到230HB～270HB。其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)套一端采用H7/f6配合，另外一段也采用H7/f6配合；定模板與澆口套采用H7/r6配合。
(3）動(dòng)模座板（200mm x250mm、厚為25mm）
材料為45鋼，其上的注射機(jī)頂孔為直徑30 mm。
(4）動(dòng)模板（180mm x 200mm，厚25mm）
材料為45鋼。
(5）墊塊(32mm x 200mm 厚63mm)
（a）主要作用
在動(dòng)模座板與支撐板之間形成推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機(jī)的模具安裝厚度要求。
（b）結(jié)構(gòu)形式
可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。
（c）墊塊材料
墊塊材料為Q235，也可以用HT200、球墨鑄鐵等。這里采用Q235制造。
（d）墊塊的高度h校核。
h=++=12+16+34=62mm
式中 ——推板厚度，為12mm；
——推桿固定板厚度，為16mm；
——推出行程，為34mm；
所以符合設(shè)計(jì)要求。
(6）支撐板（180mm x 200mm，厚度32mm）
材料為45鋼。
(7）推板（114mm x 200mm，厚度15mm）
材料為45鋼，其上的推板與推桿采用H7/f6配合。用M5的內(nèi)六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。
(8）推桿固定板（120mm x 300mm，厚度20mm）
材料為45鋼，用M5的內(nèi)六角圓柱螺釘與推板固定。
模架如圖4.8所示：
1-動(dòng)模座板；2-內(nèi)六角螺釘；3-墊塊；4-支承板；5-彈簧；6-頂銷；7-內(nèi)六角螺釘；8-動(dòng)模板；9-推件板；10-鑲塊；11-型芯；12-定位銷；13-彈簧；14-定模座板；15-定位圈；16-內(nèi)六角螺釘；17-澆口套；18-內(nèi)六角螺釘；19-定模板；20-型腔；21-滑塊；22-斜導(dǎo)柱；23-拉料桿；24-內(nèi)六角螺釘；25-推桿固定板；26-推板；27-推件桿；28-導(dǎo)套；29-導(dǎo)柱；30-導(dǎo)套；
圖4.8 模架
4.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)
采用標(biāo)準(zhǔn)模架，模架本身帶有導(dǎo)向裝置，按模架規(guī)格選取即可。
4.5.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)[15]
(1）導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的精度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后變形。
(2）該導(dǎo)套采用4根導(dǎo)柱，其布置為等直徑導(dǎo)柱對(duì)稱布置。
(3）導(dǎo)柱安裝在支承板和模套上，導(dǎo)套安裝在定模固定板上。
(4）為了保證分型面很好的接觸，導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)只有承屑槽，在導(dǎo)柱孔口倒角。
(5）在合模時(shí)，保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免凸模先進(jìn)入型腔，導(dǎo)致模具損壞。
(6）動(dòng)定模板采用合并加工時(shí)，可確保同軸度要求。
4.5.2 導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
(1）采用帶頭導(dǎo)柱，加油槽，如圖4.9所示。
(2）導(dǎo)柱長(zhǎng)度必須比凸模端面高度高出6mm ～8mm。
(3）為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔，導(dǎo)柱端部常做成圓錐形的先導(dǎo)部分。
(4）導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來確定，應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度。
(5）導(dǎo)柱的安裝形式，導(dǎo)柱固定部分與模板按H7/r6配合，導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按H7/f6配合。
(6）導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為0.2mm。
(7）導(dǎo)柱應(yīng)具有堅(jiān)硬耐磨的表面、不易折斷的內(nèi)芯。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經(jīng)淬火處理，硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬火、低溫回火、硬度為50HRC以上。
圖4.9 導(dǎo)柱
4.5.3 導(dǎo)套設(shè)計(jì)
導(dǎo)套與安裝在另外一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以確定動(dòng)、定模的相對(duì)位置，以保證模具運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的圓套形零件。導(dǎo)套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種：直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套。
(1）采用帶頭導(dǎo)套，如圖4.10所示。
(2）導(dǎo)柱孔最好做成通孔，利于排出孔內(nèi)剩余空氣。
(3）導(dǎo)套孔的的滑動(dòng)部分按H7/f6配合，表面粗糙度為0.2um。
導(dǎo)套外徑與模板一端采用H7/r6配合。
(4）導(dǎo)套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用T10A[16]。
圖4.10 導(dǎo)套
4.6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機(jī)構(gòu)，也常稱為推出機(jī)構(gòu)。
4.6.1 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則[17]
塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出是不可忽視的，應(yīng)遵循以下原則。
(1）推出機(jī)構(gòu)應(yīng)近盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。
(2）保證塑件不因推出而變形損壞。
(3）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。
(4）良好的塑件外觀。
(5）合模時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位。
4.6.2 塑件的推出機(jī)構(gòu)
該套模具的塑件采用推件板推出。
推件板如圖4.11所示。
圖4.11 推件板
4.7 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔、凹穴或凸臺(tái)時(shí)，塑件就不能直接由推桿等推出機(jī)構(gòu)推出脫模，此時(shí)，模具上成型該處的零件必須制成可側(cè)向移動(dòng)的活動(dòng)型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側(cè)向成型零件抽出，然后在把塑件從模內(nèi)推出，否則就無法脫模。
4.7.1 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)類型的確定
盒蓋兩側(cè)需要用到抽芯機(jī)構(gòu)，在這里運(yùn)用機(jī)動(dòng)方式抽芯。驅(qū)動(dòng)方式為斜導(dǎo)柱。該塑件的側(cè)面小孔較淺,所需的抽芯距不大,側(cè)抽芯的成型面積也不大,所以采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯足夠，這里將滑塊位置設(shè)于定模上，導(dǎo)柱位置設(shè)在動(dòng)模上。
4.7.2 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱設(shè)置在動(dòng)模，要有足夠的強(qiáng)度。
斜導(dǎo)柱頂端和定模板固定并磨到和定模板平，在開模時(shí)能隨驅(qū)使滑塊沿動(dòng)模板上的導(dǎo)滑槽滑動(dòng)。
斜導(dǎo)柱傾斜角為20度。
4.7.3 滑塊的組合及設(shè)計(jì)形式
設(shè)計(jì)其組合方式時(shí)應(yīng)考慮分型與抽芯的方向要求,并保證塑件有較好的外觀質(zhì)量,另外還應(yīng)使滑塊的組合部分具有足夠的強(qiáng)度，該套模具采用兩瓣合模塊組合的結(jié)構(gòu)形式。
利用滑塊水平兩側(cè)面的凸耳與模套對(duì)應(yīng)的導(dǎo)滑槽滑動(dòng)配合,達(dá)到側(cè)向分型與復(fù)位的目的。
為防止滑塊離開定模，應(yīng)采用定位銷[18]。
4.7.4 各項(xiàng)尺寸的計(jì)算與校核
斜導(dǎo)柱、滑塊之間的相對(duì)位置以如圖4.12所示。
(1）滑塊高度為34mm。設(shè)置在定模板內(nèi)的定位銷止動(dòng)距離為7.45mm。每個(gè)滑塊分布兩個(gè)定位銷，并對(duì)稱分布在滑塊中心線的兩邊。
(2）斜導(dǎo)柱的導(dǎo)向傾斜角為20度，從合模到開模斜導(dǎo)柱剛離開滑塊時(shí)，斜導(dǎo)柱的移動(dòng)距離是20.1mm。
(3）抽芯距離校核
需要抽芯的距離是：3mm
斜導(dǎo)柱剛好抽出來時(shí)的推動(dòng)距離：7.33mm
因：+3，所以抽芯距離滿足要求，塑件能正常取出。
圖4.12 導(dǎo)柱與滑塊
4.8 冷料井的設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道的對(duì)面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；開模時(shí)能將主流道中的凝料拉出。冷料井的尺寸稍大于主流道大端的直徑。 采用底端帶有推桿的冷料井，這類冷料井的底部有一根推料桿組成，推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用Z型冷料井，結(jié)構(gòu)如圖4.13所示。
圖4.13 冷料井
4.9 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于模具較小且型腔比較簡(jiǎn)單，可以利用模具分型面的間隙、推桿和推桿孔的配合間隙以及活動(dòng)型芯孔的配合間隙自然排氣。
4.10 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.10.1 加熱系統(tǒng)
該套模具的模溫要求在90℃～100℃，所以應(yīng)采用加熱裝置，一般采用電加熱事進(jìn)行預(yù)熱。
4.10.2 冷卻系統(tǒng)
POM塑件可在較高溫度時(shí)脫模，冷卻時(shí)間可短，但為防止收縮變形，應(yīng)力不均，脫模后應(yīng)將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻[19]。
4.11 模具材料例表
模具零件材料選擇及熱處理如下表4.2所示.
表4.2 該模具的選材及熱處理
零件名稱
材料牌號(hào)
熱處理
硬度
說明
型腔
40Cr
淬火
58HRC-62HRC
淬透性好,熱處理變形小、耐
磨性好
圓柱型芯
40Cr
淬火
58HRC-62HRC
淬透性好,熱處理變形小、耐
磨性好
斜導(dǎo)柱
T7A
淬火
52HRC-55HRC
保證強(qiáng)度和耐磨性
滑塊
45
淬火
48HRC-52HRC
保證形狀和尺寸精度,耐磨性
動(dòng)定模座板
45
調(diào)質(zhì)
230HB-270HB
保證強(qiáng)度和剛度
墊塊
Q235
調(diào)質(zhì)
230HB-270HB
保證強(qiáng)度和剛度
支撐板
45
調(diào)質(zhì)
225HB-240HB
保證強(qiáng)度和剛度
推板固定板
45
調(diào)質(zhì)
230HB-270HB
保證強(qiáng)度和剛度
主流道襯套
T10A
淬火
50HRC-55HRC
保證耐磨性
導(dǎo)柱導(dǎo)套
T10A
淬火
54HRC-58HRC
保證強(qiáng)度和耐磨性
定位圈
45
調(diào)質(zhì)
230HB-270HB
保證強(qiáng)度和剛度
推件桿
T8A
淬火
43HRC-48HRC
保證強(qiáng)度和耐磨性
拉料桿
T8A
淬火
43HRC-48HRC
保證強(qiáng)度和耐磨性
5 模具裝配
5.1 塑料模具裝配的技術(shù)要求
塑料模具種類較多，結(jié)構(gòu)差異很大，裝配的具體內(nèi)容與要求也不同。一般注射、壓縮和擠出模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，裝配環(huán)節(jié)多，工藝難度大。其他類型的塑料模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。無論哪種類型的模具，為保證成形制品的質(zhì)量，都應(yīng)具有一定的技術(shù)要求。
(1) 模具裝配后各分型面應(yīng)貼合嚴(yán)密,主要分型面的間隙應(yīng)小于0.05mm;在模具適當(dāng)?shù)钠胶馕恢脩?yīng)裝有吊環(huán)或起吊孔；模具的外形尺寸、閉合高度、安裝固定及定位尺寸、推出方式、開模行程等均應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求，并與所使用的設(shè)備條件相匹配，模具應(yīng)有標(biāo)記，各模板應(yīng)打印順序編號(hào)及加工與裝配時(shí)使用的基準(zhǔn)標(biāo)記。
(2) 導(dǎo)向或定位精度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，動(dòng)、定模開合運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，導(dǎo)向準(zhǔn)確，無卡阻、咬死或刮傷現(xiàn)象，安裝精定位元件的模具時(shí)，應(yīng)保證定位精度、可靠，且不得與導(dǎo)柱、導(dǎo)套發(fā)生干涉。
(3）成型零件的形狀與尺寸精度及表面粗糙度應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求，表面不得有碰傷、劃痕、裂紋、銹蝕等缺陷；拋光方向應(yīng)與脫模方向一致，成形表面的文字、圖案與脫模方向一致；活動(dòng)成形零件或鑲件應(yīng)定位可靠。配合間隙適當(dāng)，活動(dòng)靈活，不產(chǎn)生溢料。
(4）澆注系統(tǒng)表面光滑，尺寸與表面粗糙度符合設(shè)計(jì)要求。
(5）推出機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)動(dòng)靈活，工作平穩(wěn)、可靠；推出元件不應(yīng)承受側(cè)向力；既不允許放生溢料，也不得有卡阻現(xiàn)象。
(6）側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)；斜導(dǎo)柱不應(yīng)承受側(cè)向力；滑塊定位應(yīng)固定可靠，工作時(shí)不得產(chǎn)生變形。
(7）模具加熱元件應(yīng)安裝可靠、絕緣安全、無破損，能達(dá)到設(shè)定溫度要求；模具冷卻水道應(yīng)通暢，無堵塞，連接部位密封可靠。
5.2 塑料模具裝配過程
塑料模具的總裝過程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體如下:
(1）確定裝配基準(zhǔn)。
(2）安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套和型芯、型腔并使間隙均勻。
(3）安裝側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)等。
(4）其他零件的裝配。
(5）檢驗(yàn)、試模[20]。
6 模具工作過程
模具裝配試模完畢之后,模具進(jìn)入正式工作狀態(tài),其基本工作過程如下：
(1）對(duì)塑料POM進(jìn)行烘干,并裝入料斗。
(2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。
(3）合模、鎖緊模具。
(4）對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)塑化，注射裝置準(zhǔn)備注射。
(5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
(6）開模時(shí)，開合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模部分后移，斜導(dǎo)柱逼使側(cè)抽芯滑塊移動(dòng)側(cè)向抽芯，當(dāng)斜導(dǎo)柱脫離動(dòng)模部分時(shí)，固定在定模部上的定位銷剛好卡住滑塊，防止斜滑塊與定模部分分離，使之順利的留在定模恰當(dāng)?shù)奈恢?，有利于順利合模與復(fù)位；抽芯完成同時(shí)；隨著繼續(xù)開模，塑件脫離型腔同時(shí)主流道凝料在拉料桿的拉力作用下與澆口套分離；接著推出機(jī)構(gòu)工作，推板在注射機(jī)頂桿的作用下，帶動(dòng)塑件推桿工作，把塑件從主型芯上推出來，從而完成了塑件與模具的分離；最后將塑件取出完成自動(dòng)脫模。
(7）塑件的后處理。
結(jié)束語
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)做的一次總測(cè)驗(yàn)，是鍛煉也是對(duì)自己四年來所學(xué)知識(shí)及運(yùn)用知識(shí)能力的檢驗(yàn)。
通過此畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)從測(cè)繪塑件圖紙，到完成CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；模具成型零件CAD造型設(shè)計(jì)；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過程，學(xué)會(huì)了從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)實(shí)際課題解決實(shí)際問題，掌握了綜合使用各種設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖冊(cè)、資料的方法，提高了電腦繪圖水平，為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)也暴露出不少的缺點(diǎn)和問題：對(duì)于所學(xué)知識(shí)還沒有做到仔細(xì)、認(rèn)真消化，許多方面還是只有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，沒有深入探討，對(duì)實(shí)際事物沒有深刻得了解，沒有做到理論聯(lián)系實(shí)際，沒有達(dá)到對(duì)所學(xué)的知識(shí)熟練運(yùn)用的水平。
總之，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對(duì)各項(xiàng)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，更培養(yǎng)了我獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。這些都為我以后走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
致 謝
論文從開題、具體設(shè)計(jì)、論文的撰寫，均得到了老師、同學(xué)和朋友的大力支持。
在這里我特別感謝丁武學(xué)老師、張躍老師和殷勁松老師對(duì)我的指導(dǎo)。他們?cè)诜泵Φ慕虒W(xué)工作期間，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)付出了大量的心血，從開題報(bào)告、說明書的撰寫以及裝配圖繪制等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。他們淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和待人以誠(chéng)的寬廣胸懷，使我受益匪淺，必將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生巨大的影響，在此向他致以誠(chéng)摯的謝意！
其次要感謝同學(xué)們給我的幫助和支持,在設(shè)計(jì)中遇到的許多困難,他們都會(huì)熱心的給我排憂解難;遇到不能解決的問題，大家也一起討論共同想辦法。
最后還要感謝我的母校對(duì)我的大力栽培,感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我打下了機(jī)械專業(yè)知識(shí)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，正是因?yàn)橛辛诉@些專業(yè)知識(shí)才使這次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。
參 考 文 獻(xiàn)
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