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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：
學(xué) 號：
姓 名：
班 級： 級（）班
專 業(yè)：
指導(dǎo)教師：
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
答辯日期：2013 年 月 日
18
摘要：本設(shè)計(jì)分析了暖水瓶蓋的結(jié)構(gòu)，提出了模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模具的整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑件分型面的位置，設(shè)計(jì)了推件板和頂桿的推出結(jié)構(gòu)，零件采用了雙分型面的點(diǎn)澆口，提高了零件的外面質(zhì)量。通過對塑件進(jìn)行工藝的分析及其結(jié)構(gòu)分析，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性,具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā),對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、注射機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)。該模具一模四腔,采用頂針頂出結(jié)構(gòu)。經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)合理，動作可靠。
關(guān)鍵詞： 暖水瓶蓋 塑料模具 注射機(jī)
Abstract: This design on the analysis of the structure of thermos bottle lid, put forward the mold design key points, designed the overall structure of the mould. According to the plastic pieces of parting surface, designed the push plate and the plunger, the introduction of the structure, the part USES the double parting surface point gate, improve the quality of the parts outside of the. Through to the plastic parts for process analysis and structure analysis, from the product structure craft, specific die structure, the mould of gating system, molding part of the structure, the ejection system, selection of injection machine and related parameters of checking all have detailed design. The mold one module and four cavities, adopts the thimble ejection structure. Through production verification, the die structure is reasonable, reliable operation.
Keyword：Thermos bottle lid; Plastic mould ; Injection machine
目 錄
摘 要、關(guān)鍵詞 I
Abstract、Key words II
目 錄 III
一. 引言 1
二、塑件成型工藝的可行性分析………………………………………………………3
2.1 塑件分析……………………………………………………………….….3
2.2塑件的原材料分析………………………………………………………….3
2.3成型工藝分析如下………………………………………………………….…4
三、 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定…………………………………….5
3.1注射成型機(jī)的選擇………………………………………………………….…5
3.2注塑機(jī)的校核……………………………………………………………….…5
3.3成型腔數(shù)的確定…………………………………………………………….…6
四、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) …………………………………………………………….…7
4.1 澆注系統(tǒng)的作用 ………………………………………………………….…7
4.2 澆注系統(tǒng)的組成 ………………………………………………………….……7
4.3 主流道設(shè)計(jì) ……………………………………………………………….……7
五、成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………….…10
5.1 分型面的設(shè)計(jì) …………………………………………………………….10
5.2 型腔的分布 ……………………………………………………………….…11
5.3 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………….…11
5.4 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………….…….12
5.5模具成型零件的工作尺寸計(jì)算 ………………………………………….…12
六、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) …………………………………………………………….…15
6.1排氣不良的危害…………………………………………………………….…15
6.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法…………………………………………………….……15
七、導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………….…16
7.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則……………………………………………….16
7.2導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì)……………………………………………………….……16
7.3脫模機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………….…18
八、其他結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)…………………………………………………….……20
九、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………….…21
9.1冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 …………………………………………………….……21
9.2 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響……………………………………………….…21
9.3 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求…………………………………………………….…21
9.4 冷卻裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)……………………………………………………….…22
9.5冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………….…22
十、小結(jié)……………………………………………………………………….……23
注釋和參考文獻(xiàn)………………………………………………………………….……24
謝辭……………………………………………………………………………….……25
一、引言
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，塑料成型加工機(jī)械和成型模具發(fā)展十分迅速，高效，自動化，大型，微型，精密，高壽命的模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占的比例越來越大。我國大型、復(fù)雜、精密、高效和長壽命模具又上了一個(gè)新臺階，不少種類模具已能替代進(jìn)口模具，模具CAD/CAM技術(shù)得到了較快推廣應(yīng)用并取得了良好效果，快速成形制造技術(shù)和設(shè)備有了長足發(fā)展并已開始進(jìn)入實(shí)用推廣階段，高速銑等新一代制造技術(shù)已被人們重視并開始應(yīng)用。從模具使用角度來說，要求高效，自動化，操作簡便；從模具制造角度，要求結(jié)構(gòu)合理，制造容易，低成本?，F(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝，高效的設(shè)備，先進(jìn)的模具是必不可少的三項(xiàng)重要因素。模具與其他機(jī)械產(chǎn)品比較，一個(gè)重要特點(diǎn)就是技術(shù)含量高、凈產(chǎn)值比重大。隨著化工、輕工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國的模具工業(yè)近年來一直以每年13％～15％左右的增長速度高速發(fā)展，而各行業(yè)對模具的要求也越來越高。面對市場的變化，有著高技術(shù)含量的模具正在市場上嶄露頭角。隨著工業(yè)發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種、數(shù)量越來越多；對產(chǎn)品質(zhì)量和外觀的要求，更是日趨精美，華氣。因此，結(jié)合中國具體情況，學(xué)習(xí)國外模具工業(yè)建設(shè)和模具生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，宣傳、推行科學(xué)合理化的模具生產(chǎn)，才能推進(jìn)模具技術(shù)的進(jìn)步。
注塑成型是熱塑性塑料制件最重要的加工方法。用此方法加工成型的塑料制件，其品種與樣式之多是其他成型方法無可比擬的。起過程是借助與螺桿的推力，將已塑化的塑料熔體注入閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻固化定型后開模得到塑件。
因此，構(gòu)成注塑成型的三個(gè)必要條件：一是塑件必須以熔融狀態(tài)進(jìn)入模腔；二是塑料溶體必須要有足夠的壓力和流速，以確保及時(shí)的充滿整個(gè)模腔的各個(gè)角落；三是需有符合制件形狀和尺寸并滿足成型工藝的要求的模具。
注塑成型技術(shù)與其他成型技術(shù)相比較有其獨(dú)特的優(yōu)勢，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一是成型物料的熔融塑化和流動造型是分別是在塑料筒和模腔兩處進(jìn)行，模具可以始終處于是溶體很快冷凝或交聯(lián)固化的狀態(tài)，從而有利于縮短成型周期；其二是先鎖緊模具然后才將塑料溶體注入，加之具有良好的流動性的溶體對模腔的磨損很小，因而可以用一套模具大批量成型復(fù)雜零件，表面圖形與標(biāo)記清晰和尺寸精度較高的制品；其三是成型過程的合模、加料、塑化、注塑、啟模和頂出制品等全部成型操作均由注塑機(jī)自動完成，從而使注塑工藝容易全自動化和實(shí)現(xiàn)程序控制。但我們也要看到注塑成型的不足之處，由于冷卻條件的限制，很難用這種技術(shù)制的無缺陷、壁厚的變化又較大的熱塑性塑料制品，另外由于注塑機(jī)和注塑模具的造價(jià)很高，成型設(shè)備的啟始投資較大，所以注塑技術(shù)不適合于小批量制品的生產(chǎn)。
注塑成型又稱注射模塑或注射成型，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除極少數(shù)幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型塑件。注塑成型可以成型各種形狀、滿足眾多要求的塑料制件。注塑成型已經(jīng)成功地運(yùn)用于某些熱固性塑料制件、甚至橡膠制品的工業(yè)生產(chǎn)中。
注塑成型的過程是，將粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送入加熱的料筒，經(jīng)加熱塑化成熔融狀態(tài)，由螺桿（或柱塞）施加壓力而通過料筒底部的噴嘴注入低溫的、閉合的模具型腔中，經(jīng)冷卻硬化而保持模腔所賦予的形樣，開模取得所注塑成型塑件，在操作上完成了一個(gè)周期。
注塑成型是塑料模塑成型的一種重要方法，生產(chǎn)中已有廣泛的應(yīng)用。它具有以下幾方面的特點(diǎn)：
①成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件。
②對成型各種塑料的適應(yīng)性強(qiáng)。目前，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，某些熱固性塑料也可以采用注塑成型。
③生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
④注塑成型所需設(shè)備昂貴，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本高，所以注塑成型特別適合大批量生產(chǎn)。
二、塑件成型工藝的可行性分析
2.1 塑件分析
圖2.1塑件圖
暖水瓶蓋工件如圖所示，它是暖水瓶的一部分，需求量大，外面要求比較高，所以模具澆注系統(tǒng)采用雙分型的點(diǎn)澆口，根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)采用頂針頂出結(jié)果，也是工廠里比較簡單，實(shí)用，常見的頂出結(jié)構(gòu)。為了使模具與注射機(jī)相匹配以提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性、保證塑件精度，并考慮模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定型腔數(shù)目，由于量產(chǎn)比較大，該模具選擇一模四腔。
2.2塑件的原材料分析
該塑件的原材料為PE（聚乙烯），耐腐蝕性,電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優(yōu)良,可以氯化,輻照改性,可用玻璃纖維增強(qiáng).低壓聚乙烯的熔點(diǎn),剛性,硬度和強(qiáng)度較高,吸水性小,有良好的電性能和耐輻射性;高壓聚乙烯的柔軟性,伸長率,沖擊強(qiáng)度和滲透性較好;超高分子量聚乙烯沖擊強(qiáng)度高,耐疲勞,耐磨.低壓聚乙烯適于制作耐腐蝕零件和絕緣零件;高壓聚乙烯適于制作薄膜等;超高分子量聚乙烯適于制作減震,耐磨及傳動零件.
成型特性：
1.結(jié)晶料,吸濕小,不須充分干燥,流動性極好流動性對壓力敏感,成型時(shí)宜用高壓注射,料溫均勻,填充速度快,保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均,內(nèi)應(yīng)力增大.注意選擇澆口位置,防止產(chǎn)生縮孔和變形.
2.收縮范圍和收縮值大,方向性明顯,易變形翹曲.冷卻速度宜慢,模具設(shè)冷料穴,并有冷卻系統(tǒng).
3.加熱時(shí)間不宜過長,否則會發(fā)生分解,灼傷.
4.軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí),可強(qiáng)行脫模.
5.可能發(fā)生融體破裂,不宜與有機(jī)溶劑接觸,以防開裂.
2.3成型工藝分析如下
2.31精度等級
影響塑件精度的因素很多，塑料的收縮、注塑成型條件（時(shí)間、壓力、溫度）等，塑件形狀、模具結(jié)構(gòu)（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按 GB/T14486----1993標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為7級，本塑件精度取MT5級[1]。
2.32脫模斜度
由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強(qiáng)行取出會導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度。制品上內(nèi)孔深度較深 ,為便于脫模 ,應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度 ,否則會發(fā)生脫模困難，本設(shè)計(jì)內(nèi)孔脫模斜度都為1°。
三、 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定
3.1注射成型機(jī)的選擇
3.1.1 估算零件體積和投影面積。
用UG建模分析知塑件體積為體積：V=54.337cm3，單側(cè)投影面積為：A=9528.9mm2，由于此模具澆注系統(tǒng)采用點(diǎn)澆口，其澆注系統(tǒng)凝料較小，澆注系統(tǒng)的體積為25.45cm3 ，由于采用的是一模四腔
固 V總=4 x V塑 +V澆 =4X 54.337 +25.45 =242.798cm3
3.12鎖模力
計(jì)算其所需鎖模力為：
F鎖 =A·P型=9528.9×45Mp=428.8KN （3.1）
3.13選擇注射機(jī)及注射機(jī)的主要參數(shù)
由此考慮塑件大批量生產(chǎn)，以及以上的從溫度、壓力、時(shí)間方面考慮，查表附錄
D（塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)）初步選用注射機(jī)為XS-ZY-500。
注射機(jī)XS-ZY-500參數(shù)：
額定注射量：500mm
最大成型面積：1000cm
柱塞直徑：65mm
注射壓力：120Mpa
模板尺寸：780×850（mm×mm）
柱桿空間：540×440（mm×mm）
鎖模力：3500KN
噴嘴圓弧半徑：16mm
噴嘴孔徑：2mm
最大開模行程：500mm
模具最大厚度：450mm
模具最少厚度：350mm
3.2注塑機(jī)的校核
（1） 最大注塑量效核 材料的利用率為500/840=0.60，符合注塑機(jī)利用率在0.3～0.80的要求。
（2） 注射壓力的效核 所選注塑機(jī)的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，PE塑件的注塑壓力一般要求為40～120MPa，所以該注塑機(jī)的注塑壓力符合條件。
（3） 鎖模力效核 高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)，會產(chǎn)生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機(jī)額定鎖模力。
型腔壓力Pc可按下式粗略計(jì)算：
Pc=kP（MPa） （3.2）
式中： Pc為型腔壓力，MPa；
P為注射壓力，MPa；
K為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內(nèi)選取。
所以 ， Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力：
T>KPcA （3.3）
式中： T為注塑機(jī)的額定鎖模力，KN；
A為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積，mm2；
K為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×45×9528.9=514.56KN （3.4）
所以T=3500KN >KPcA成立，即該注塑機(jī)的鎖模力符合要求。
3.3成型腔數(shù)的確定
以機(jī)床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%計(jì)算：
（3.5）
=6.87
式中： N----型腔數(shù)
S----注射機(jī)的注射量（g）
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因?yàn)椋琋=6.87>4
所以，此模具型腔為一模四腔結(jié)構(gòu)合理。
四、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 澆注系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機(jī)噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應(yīng)能夠順利的引導(dǎo)熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。對澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求是：
(1) 對模腔的填充迅速有序；
(2) 可同時(shí)充滿各個(gè)型腔；
(3) 對熱量和壓力損失較??；
(4) 盡可能消耗較少的塑料；
(5) 能夠使型腔順利排氣；
(6) 澆注道凝料容易與塑料分離或切除；
(7) 不會使冷料進(jìn)入型腔；
(8) 澆口痕跡對塑料外觀影響很小。
4.2 澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)組成是：主流道、分流道、澆口、冷料井。
4.3 主流道設(shè)計(jì)
主流道通常位于模具的入口處，其作用是將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，以便于塑料熔體得流動及流道凝料的拔出。熱塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要與高溫塑料及噴嘴反復(fù)接，所以主流道常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套[1]。
澆口套的尺寸設(shè)計(jì)要求：
（1）澆口套與注射機(jī)噴嘴接觸處球面的圓弧度必須吻合。設(shè)模具澆口套球面半徑為R，注射機(jī)球面半徑為r，其關(guān)系式如下：
SR = SR1+(1 ~ 2)=12+1=13mm; （4.1）
（2）澆口套進(jìn)口的直徑d應(yīng)比注射機(jī)噴嘴孔d1直徑大0.5～2mm。很據(jù)模具特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求澆口套的長度為62.81mm。
D=3+0.5=3.5mm （4.2）
（3）澆口套的形式如下，澆口錐度為1°，長度為95mm。
圖4.1澆口套
（4）主流道襯套的固定
因?yàn)椴捎玫挠型袧部谔祝杂枚ㄎ蝗ε浜瞎潭ㄔ谀＞叩拿姘迳稀?
定圈也是標(biāo)準(zhǔn)件，外徑為Φ100mm，內(nèi)徑Φ36mm。具體固定形式如下圖所示：
圖4.2定位圈
（4） 澆口設(shè)計(jì)
澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直澆口等。由ABS的成型工藝性可知：成形收縮范圍及收縮率小，流動性不強(qiáng)，易于成形；熱容量大，注射成形模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻回路，注意控制成形溫度。料溫低時(shí)方向性明顯，尤其是低溫、高壓時(shí)更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫為50℃左右，不可高于90℃，否則會造成成形塑件表面光澤差或產(chǎn)生熔接痕等缺陷。溫度過高會產(chǎn)生翹曲和變形。
根據(jù)分析、ABS的成型工藝性、產(chǎn)品對外觀的要求、產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和模具的優(yōu)化，模具確定為一模4腔，采用點(diǎn)澆口，位置在塑件的定端中心位置。設(shè)計(jì)流道時(shí)，充分考慮了流動的平衡。在脫料板上設(shè)計(jì)有拉料機(jī)構(gòu)，開模時(shí)，流道凝料會從澆口套和定模板中被拉出，待開模后自動落下。其示意圖如下：
圖4.3 澆口形式
五、成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 分型面的設(shè)計(jì)
5.12分型面的分類
實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況：
A、型腔完全在動模一側(cè)；
B、型腔完全在定模一側(cè)；
C、型腔各有一部分在動定、模中。
5.13分型面的分類及選擇原則
分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設(shè)計(jì)末句結(jié)構(gòu)和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條：
1） 脫出塑件方便；
2） 模具結(jié)構(gòu)簡單；
3） 型腔排氣順利；
4） 確保塑件質(zhì)量；
5） 無損塑件外觀；
6） 合理利用設(shè)備。
5.14分型面的確定
鑒于以上的要求，在該模具中分型面設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，如下圖A-A截面位置。
圖5.1 分型面位置
5.2 型腔的分布
模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對稱排列及復(fù)合排列等。該模具無抽芯，結(jié)構(gòu)較為簡單，綜合考慮模具設(shè)計(jì)為一模4腔，零件采用對稱排列，有利于節(jié)約材料，簡化結(jié)構(gòu)。如圖所示
圖5.2 型腔的分布
5.3 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模用于成型塑件的外表面，又稱為陰模、型腔。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁鑲嵌式5種。總體上說，整體是強(qiáng)度、剛度好，但不適于復(fù)雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜型腔加工相對容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易于在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜[5]。
由于該模具結(jié)構(gòu)一般，又屬于中小型模具，結(jié)構(gòu)無復(fù)雜部分，所以凹模板采用整體式。
5.4 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模用于成型塑件的內(nèi)表面，又稱型芯、陽模。凸模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼組合式兩類。由于凸模的加工相對凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是整體式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一體。凸模板采用整體式。
5.5 模具成型零件的工作尺寸計(jì)算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應(yīng)的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個(gè)方面[7]：
1、成形收縮率：在實(shí)際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為
δs=(Smax-Smin)Ls （5.5）
式中： δs為塑件收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）；
Smax為塑料的最大收縮率（%）；
Smin為塑料的最小收縮率（%）；
Ls為塑件尺寸（mm）。
一般情況下，由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
2、模具成形零件的制造誤差：實(shí)踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
3、零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6，而大型零件，應(yīng)在1/6之下。
4、模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應(yīng)該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。
綜上所述，在模具型腔與型芯的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補(bǔ)償值應(yīng)在試模后進(jìn)行逐步修訂。
通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計(jì)算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計(jì)算，公式如以下[7]：
（1）凹模的內(nèi)形尺寸：
L=[L(1+k)-(3/4)Δ] （5.6）
式中： L為型腔內(nèi)形尺寸(mm)；
L為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取2.0%；
Δs為塑件公差，查表知PE塑件精度等級取3級；塑件基本尺寸在65~80mm范圍內(nèi)取0.86mm;塑件基本尺寸在80~100mm公差取1.00mm；塑件基本尺寸在100~120mm公差取1.14mm；
所以型腔尺寸如下：
L1=[98×(1+0.02)-(3/4)×1.0]=99.21
L2=[108×(1+0.02)-(3/4)×1.14]=109.3
型腔深度的尺寸計(jì)算：
h=[h(1+k)-(2/3)Δ] （5.7）
式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、K 含義如（1）式中。
H1=[78×(1+0.02)-(2/3)×0.86]=78.99
2）凸模的外形尺寸計(jì)算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ] （5.8）
式中： L凸模/型芯外形尺寸(mm)；
L為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。
由于該塑料的收縮率不大為2.0%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
L=[102×（1+0.02）+（3/4）×1.14]=104.9
型芯的深度尺寸計(jì)算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ] （5.10）
式中： h為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。型芯的高度為：
H=[76.5×（1+0.02）+（2/3）×0.86]=78.6
六、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時(shí)，必須置換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體[7]。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。
6.1排氣不良的危害
① 增加熔體充模流動的阻力，是型腔充不滿；
② 在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學(xué)性能降低；
③ 滯留氣體時(shí)塑件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷；
④ 型腔內(nèi)氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時(shí)局部高溫，使塑料熔體分解；
⑤ 由于排氣不良，降低了充模速度。
6.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
① 利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān)；
② 對于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣；
③ 利用頂桿與孔的配合間隙排氣；
④ 利用球狀合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣；
⑤ 在熔合縫位置開設(shè)冷料穴
本模具可以利用配合間隙排氣，通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，這里不再單獨(dú)設(shè)計(jì)排氣槽。
七、導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則
7.11 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。其具體作用有：
a、定位作用
b、導(dǎo)向作用
c、承載作用
d、保持運(yùn)動平穩(wěn)作用
e、錐面定位機(jī)構(gòu)作用
7.12 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
a、 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板發(fā)生變形；
b、 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸選定，并應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度；
c、 導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求；
d、 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性；
e、 為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但有時(shí)也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定。
7.2導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱導(dǎo)向是指導(dǎo)柱與導(dǎo)套（導(dǎo)向孔）采用間隙配合使導(dǎo)柱在導(dǎo)套（導(dǎo)向孔）內(nèi)滑動，配合間隙一般采用H7/h6級配合[8]。
7.21導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種為單節(jié)式導(dǎo)柱，另一種為臺階式導(dǎo)柱。小型模具采用單節(jié)式導(dǎo)柱，大型模具采用臺階式導(dǎo)柱[8]。
在導(dǎo)柱的工作部分上開設(shè)油槽，可以改善導(dǎo)向條件，減少摩擦,故導(dǎo)柱采用加油槽的階梯式導(dǎo)柱
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選用直徑為20mm長度為230mm的導(dǎo)柱。其示意圖如下：
圖7.1 導(dǎo)柱
7.22 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)
由于導(dǎo)柱已選定，由塑料模具設(shè)計(jì)與制造可查得與之相配的導(dǎo)套其直徑為30mm，長度分別為45其示意圖如下[8]：
圖7.2 導(dǎo)套
7.23 導(dǎo)向孔的總體布局
導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的四周圍或靠近邊緣的部位，其中心距模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。根據(jù)手冊推薦值選定的導(dǎo)柱分布情況如下圖所示：
圖7.3 導(dǎo)向孔總體布局
7.3脫模推出機(jī)構(gòu)的確定
頂出機(jī)構(gòu)的功能是在任何正常的情況，頂出機(jī)構(gòu)都能確實(shí)可靠的將成型塑件從模板一側(cè)頂出，并在合模時(shí)其相關(guān)的頂出零件確保不與其它模具零件相干擾的恢復(fù)到原來的位置。
頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
開模時(shí)應(yīng)留在動模的一側(cè)；塑件在成型頂出后，一般都有痕跡，但應(yīng)盡量使頂出殘留痕跡不影響塑件的外觀，一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件內(nèi)表面以及不顯眼的位置；頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部位，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的位置，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷；頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)平穩(wěn)順暢，靈活可靠。
頂出機(jī)構(gòu)有多種類型，本設(shè)計(jì)采用頂桿中心頂出。采用段面形狀為圓柱形的頂桿，圓柱型頂桿是最常用的一種，由于這個(gè)形狀的頂桿和頂桿孔最容易加工，且容易保證其配合精度，易于保證其互換性，并易于更換，而且它還具有滑動阻力小，不易卡滯等優(yōu)點(diǎn)，因此，我們采用圓柱形頂桿頂出。
圖7.4 推桿
八、其它結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)
本模具采用的是《塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P104頁560×L中的P2型標(biāo)準(zhǔn)模架，所以其它板的尺寸如下[2]：
定模座板600×500×60，定模板500×500×120，動模板500×500×120，動模座板600×500×35，墊塊88×500×150
模具厚度校核 本模具厚度為520mm，在該注塑機(jī)要求的厚度范之內(nèi)。
模具安裝尺寸校核 模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時(shí)（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機(jī)模板臺面上對應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時(shí)（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模行程。對于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核[15]：
S≥H1+H2+（5～10）(mm) （8.1）
式中： S為注塑機(jī)的最大行程（此模具中為300）mm；
H1為塑件的脫模距離（此模具中為80），mm；
H2為包括流道在內(nèi)的塑件高度（此模具中為130），mm；
所以上式成立（210>300），即該注塑機(jī)的開模行程符合要求。由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機(jī)符合要求。
九、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
無論何種塑料進(jìn)行注塑成型，均會有一個(gè)比較合適的溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，塑料脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學(xué)性能以及表面質(zhì)量也比較高。為了使模溫能控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，必須設(shè)計(jì)模具溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因?yàn)樗芰献⑸淠卣{(diào)節(jié)能力，不僅影響到塑件質(zhì)量，而且也決定著生產(chǎn)效率。實(shí)際上模溫設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益。
9.1冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：
1）冷卻回路數(shù)量應(yīng)盡量多，冷卻通道孔徑要盡量大；
2）冷卻通道的布置應(yīng)合理；
3）冷卻回路應(yīng)有利于降低冷卻水進(jìn)、出口水溫的差值；
4）冷卻回路結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和清理；
5）冷卻水道至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等；
6）冷卻水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影響塑件的精度
9.2 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響
1、改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應(yīng)的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會降低塑件熔體流動性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使塑件脫模時(shí)和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。
2、 成形收縮率 利用模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成型收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。
3、 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導(dǎo)致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復(fù)雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。
4、 尺寸穩(wěn)定性 對于結(jié)晶性塑料，使用高模溫有利于結(jié)晶過程的進(jìn)行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形；對于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定。
5、 力學(xué)性能 適當(dāng)?shù)哪?，可使塑件力學(xué)性能大為改善。例如，過低模溫，會使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對于粘性大的剛性塑料，使用高模溫，可使其應(yīng)力開裂大大的降低。
6、 外觀質(zhì)量 適當(dāng)提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質(zhì)量。過低模溫會使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無光澤或粗糙度增加等。
9.3 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求
a、 根據(jù)選用的塑料品種，確定溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用冷卻方式還是加熱方式；
b、 希望模溫均勻，塑件各部分同時(shí)冷卻，以提高生產(chǎn)率和塑件質(zhì)量；
c、 采用較底的模溫，快速、大流量通水冷卻一般效果比較好；
d、 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)要盡量做到結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉。
9.4 冷卻裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
a、 冷卻水孔的數(shù)量愈多，對塑件的冷卻也就愈均勻；
b、 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔形狀相吻合；
c、 塑件局部壁后處，應(yīng)加強(qiáng)冷卻；
d、 對熱量積聚大，溫度上升高的部位應(yīng)加強(qiáng)冷卻；
e、 當(dāng)成型大型塑件或薄壁制品時(shí)，料流程較長，而料溫愈流愈低，為在整個(gè)塑件上取得大致相同的冷卻速度，可以適當(dāng)改變冷卻水道的排水密度，在料流末端冷卻水道可以排列得稀一些；
f、 冷卻水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，降低塑件強(qiáng)度；
g、 冷卻裝置的形式應(yīng)根據(jù)模腔的幾何形狀而定；
h、 便于加工清理。
9.5冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
9.51 冷卻水管直徑
為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，查資料取D=8mm
結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)取2條冷卻管道會造成模具溫度會分布不均，故這里取4條，上下模板各兩條。
9.52 冷卻水道的結(jié)構(gòu)
由于該塑件體積比較小，所以水道采用直水道直徑為8mm，
十、小結(jié)
經(jīng)過十周的設(shè)計(jì)，注塑模設(shè)計(jì)基本完成了。從拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書起，我查閱了大量書籍、期刊和電子資料，盡可能多的了解目前國內(nèi)塑料模具行業(yè)和塑料的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。充分運(yùn)用自己所學(xué)知識、借鑒前人的資料，對給定的塑件進(jìn)行認(rèn)真分析，最終確定成型工藝方案。并進(jìn)一步選擇設(shè)備、確定模具結(jié)構(gòu)、動作原理分析、計(jì)算零件尺寸、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。中期檢查過后，我對自己的思路和設(shè)計(jì)做了一些調(diào)整，最終確定了整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)。并涉獵了相關(guān)英語資料，翻譯了其中一部分。
由于模具要求精度高，形狀、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅用到模具制造工藝學(xué)的知識，而且要用到大量機(jī)械制造方面的內(nèi)容。比如機(jī)械制圖、機(jī)械工程材料、塑性成型設(shè)備、公差、計(jì)算機(jī)制圖及UG等。通過這次的設(shè)計(jì)對以前所學(xué)的知識進(jìn)行了回顧和溫習(xí)，可以說這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對四年大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識的檢驗(yàn)和練習(xí)。
由于所學(xué)知識有限且缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，難免有不足和錯(cuò)誤之處。希望老師給予指正。
十一、參考文獻(xiàn)
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致 謝
經(jīng)過2個(gè)多月的努力，我順利完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這里首先要感謝xxx老師在收集材料以及設(shè)計(jì)過程中給予的指導(dǎo)和幫助。通過老師的指導(dǎo)，我在這段時(shí)間內(nèi)掌握了注塑模設(shè)計(jì)基本原則以及設(shè)計(jì)中參數(shù)的選擇方法。中期檢查時(shí)檢查老師給予的意見對我以后的設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度也有很大的幫助，在這里表示感謝。
設(shè)計(jì)中還引用了不少工廠的經(jīng)驗(yàn)以及多位專家學(xué)者的著作，從中學(xué)到了很多設(shè)計(jì)技巧。使我初步認(rèn)識到了以后工作中可能出現(xiàn)的問題，如何去解決，這將對我以后的工作有很好的幫助作用，在這里一并表示感謝。
最后，通過本設(shè)計(jì)我鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，并得到了不少心得。但由于是第一次系統(tǒng)的做這樣規(guī)模的設(shè)計(jì)，會有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，歡迎審核答辯的老師批評指正，在此再次表示感謝。
設(shè)計(jì)人：xxx
2013年X月XX日
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