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本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 37 頁 共 37 頁
1 引言
模具被譽為“百業(yè)之首，工業(yè)之母”，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。近年來，中國模具工業(yè)以年均20%的速度持續(xù)快速增長。截止2006年年底，中國模具銷售額達720億元，躍居世界第三。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模具占模具總量的比例逐漸提高。據(jù)統(tǒng)計，2000年中國塑料模具產(chǎn)值約100億元人民幣，2006年已發(fā)展到300多億元人民幣，年均增長率超過21%，高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具的發(fā)展?jié)摿κ遣豢傻凸赖摹?
隨著中國汽車、電子、通訊、家電等行業(yè)的發(fā)展，對塑料模具的需求越來越大，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。塑料模具將朝著大型化、高精密度、多功能復(fù)合型的技術(shù)方向發(fā)展。以汽車工業(yè)為例，隨著汽車產(chǎn)銷量高速增長，汽車模具潛在市場十分巨大。譬如在生產(chǎn)汽車時，僅制造一款普通轎車約需200多件內(nèi)飾件模具，而制造保險杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿足率僅約50%。在建筑領(lǐng)域，塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢所趨，預(yù)計2010年全國塑料門窗和塑管普及率將達到30%～50%，塑料排水管市場占有率將超過50%，都會大大增加對模具的需求量[1]。
模具產(chǎn)品的品種很多，主要以沖壓模具、塑料模具和壓鑄模具為主。塑料注射模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復(fù)雜的高精度的塑料制品。設(shè)計塑料注射模具首先要對塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我們常說的ABS塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體采用乳液[2]、本體或懸浮聚合法生產(chǎn)，使其具有三種單體的優(yōu)越性能和可模塑性，在一定的溫度和壓力下注射到模具型腔，產(chǎn)生流動變形，獲得型腔形狀，保壓冷卻后頂出成塑料產(chǎn)品。
現(xiàn)代模具設(shè)計與制造技術(shù)，涉及機械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學(xué)科專業(yè)范圍。優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應(yīng)用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場多樣化和新產(chǎn)品試制，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成型沖模、塑料注射模或壓鑄模等，應(yīng)當(dāng)是未來5～20年的模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。所以在這種情況下，研究這一課題是具有現(xiàn)實意義的。
1.1 模具工業(yè)
1.1.1 模具材料
目前，塑料模具材料仍以模具鋼為主，但根據(jù)成型工藝的不同，也可采用非鐵合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、低熔點合金等材料。
塑料制品的廣泛應(yīng)用，極大地推動了塑料成型模具的發(fā)展。行業(yè)對塑料模具材料的需求量越來越大，并對材料的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。近年來，我國在新型塑料模具材料研制、提高材料冶金質(zhì)量、優(yōu)化熱處理工藝、提高模具壽命等方面做了大量的工作，為用戶提供了大量質(zhì)優(yōu)價廉的塑料模具材料，獲得了顯的技術(shù)經(jīng)濟效益。
我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具進口量逐年增加，其中塑料模具占46%。我國的模具技術(shù)及模具壽命仍落后于一些工業(yè)發(fā)達國家，模具用材和熱處理不當(dāng)是影響模具失效的主要因素，約占70%。塑料模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度和表面粗糙度要求很高，對塑料模具型腔材料的要求比較苛刻。某單位原采用45鋼制造電視機外殼模具，使用壽命不足20萬次，模具就已損壞，改用3Cr2Mo（P20）材料后，使復(fù)雜的型腔容易切削加工，保證了模具加工質(zhì)量，而且模具壽命成倍延長[3]。正確選用模具材料及其熱處理方法，對于提高模具質(zhì)量，延長模具使用壽命是非常重要的[4～5]。
1.1.2 塑料模具鋼的性能要求
塑料模具的工作溫度在200℃～300℃。注射模工作時受熱、受壓、受磨損，且注射時可能有含氯、氟及其化合物的腐蝕氣體逸出，對模具型腔有一定的腐蝕作用。壓縮模直接壓制粉料，要承受很大的機械負(fù)荷，易磨損，型腔也會受腐蝕性氣體腐蝕。塑料模具型腔復(fù)雜，尺寸精度和表面粗糙度要求高，對塑料模具鋼的機械加工性能、鏡面拋光研磨性能、熱處理變形和尺寸穩(wěn)定性等方面都提出了相應(yīng)的要求。塑料模具鋼應(yīng)具備以下一些性能[6]：
（1）模具型腔表面應(yīng)具有足夠厚的硬化層，有一定的硬度和耐磨性。
（2）具有足夠的強度和沖擊韌度。
（3）導(dǎo)熱性能好，膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，模具工作尺寸穩(wěn)定。
（4）機械加工性能好，表面粗糙度值低。
（5）良好的鏡面拋光研磨性能和圖案蝕刻性能。
（6）耐腐蝕性能好，有較好的焊補性能。
傳統(tǒng)的塑料模具鋼包括滲碳鋼如10、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3A等；調(diào)質(zhì)鋼如45、55、40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoV1Si等；高碳工具鋼如Cr12、Cr12MoV、CrWMn、Cr6WV、9Mn2V、GCr15等；耐蝕鋼如4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2等。
這些傳統(tǒng)的模具鋼，有的機械加工性能差，特別是對于形狀復(fù)雜的模具難于加工；有的則是鏡面拋光性能差，難以滿足塑料模的綜合性能要求。應(yīng)合理選擇和應(yīng)用新型塑料模具鋼以適應(yīng)塑料模具朝著高效率、高精度、高壽命.
1.1.3 我國塑料模具鋼的發(fā)展進程
我國模具鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，形成了我國自己的模具鋼系列，總產(chǎn)量已居世界前列，建成不少先進的生產(chǎn)工藝裝備，但是模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量方面還存在著許多不足，很多制造大型，精密，長壽命模具的鋼材仍需從國外進口，已成為世界上進口模具最多的國家，展望未來急待開展以下工作。
（1）研制高性能、長壽命、高的性能價格比和高效的新型模具材料，取代昂貴的進口材料，將帶來明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益。
（2）我國研制的一些新型模具材料的性能和壽命已達到或接近國外先進水平，但推廣應(yīng)用特別緩慢。因此，建議積極開展新材料的信息交流，尤其是科研人員與生產(chǎn)者的溝通。
（3）重視模具材料的深加工，加速模具材料的制品化。模具生產(chǎn)企業(yè)需要多種規(guī)格的模具材料，如圓鋼、扁鋼、厚鋼、模塊等，甚至是經(jīng)過深加工的產(chǎn)品[7]。
（4）提高模具材料生產(chǎn)的專業(yè)化水平。建議成立專門的模具材料生產(chǎn)廠，提高設(shè)備配套水平，提高生產(chǎn)水平，創(chuàng)建知名的模具材料品牌。
（5）提高國內(nèi)模具材料供應(yīng)的專業(yè)水平。目前流通領(lǐng)域中的經(jīng)、代銷商大都為非專業(yè)的，銷售公司的經(jīng)營規(guī)模停留在較低水平上，有必要建立專業(yè)的模具材料銷售公司。
1.1.4 我國模具鋼今后發(fā)展要求
（1）加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化
我國模具鋼的品種規(guī)格較少，模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。80％以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠要求在模具設(shè)計完成后，模具鋼供應(yīng)廠商能迅速提供所需鋼材，減少庫存鋼材數(shù)量，縮短制模周期。但中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)目前尚不適應(yīng)這一商品市場機制，這是進口模具鋼材的使用在中國日益擴大的重要原因。
（2）大力推廣應(yīng)用性能優(yōu)良的新型模具鋼，不斷完善模具鋼鋼種系列。
我國已開發(fā)出性能優(yōu)異，達到或超過國外同類水平的特色新型模具鋼，但這些新鋼的推廣數(shù)量和應(yīng)用范圍不夠大，有選擇地開發(fā)先進模具鋼，例如開發(fā)粉末冶金模具鋼，多元易切削系塑料模具鋼，開發(fā)玻璃、陶瓷，耐火磚和地磚等成形模具用鋼，完善中國的模具鋼系列。
（3）進一步提高模具鋼的質(zhì)量
我國某些特殊鋼廠已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等生產(chǎn)模具鋼，模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高，如D2、P20等，出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達到國際先進水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔，進一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。我國還需要在這方面進一步開展工作。
（4）加強先進模具熱處理技術(shù)的推廣與應(yīng)用
模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應(yīng)進一步得到發(fā)展，對一些行之有效的模具表面熱處理技術(shù)，應(yīng)完善其工藝，加強其推廣和應(yīng)用。提高裝備和工藝材料的制造水平，加強熱處理專業(yè)廠的建設(shè)。
1.2 模具機構(gòu)的設(shè)計
1.2.1 內(nèi)側(cè)抽芯的結(jié)構(gòu)
（1）內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)介紹
當(dāng)塑件帶有側(cè)凹或者側(cè)孔時，在被推出之前必須先進行側(cè)向抽芯，即從塑件中抽出成型側(cè)凹或者側(cè)孔的瓣合模塊或側(cè)向型芯，然后塑件才能順利脫模，完成側(cè)向型芯或瓣合模塊的抽出與復(fù)位的機構(gòu)成為側(cè)向抽芯機構(gòu)[8～10]。
帶內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)注射模具，顧名思義，是制造出常用塑件內(nèi)側(cè)帶有凸臺或者凹槽，塑件上有側(cè)向孔、側(cè)向凸凹、側(cè)向的凸臺，因塑件內(nèi)側(cè)有凹槽，模具上用于成型該處的零件就必須做成可側(cè)向移動的零件，以便在脫模之前或脫模時抽出側(cè)向成型零件，否側(cè)就無法脫模，要求塑件能從模具架中順利取出。
（2）常見內(nèi)抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
塑料制品的內(nèi)側(cè)經(jīng)常會有凸臺和凹穴，除用斜導(dǎo)柱內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)進行抽芯外，也可采用斜滑塊內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑料制品結(jié)構(gòu)的特點。根據(jù)塑料制品結(jié)構(gòu)的特點，可用用不同形式的斜滑塊內(nèi)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。
（a）斜導(dǎo)柱側(cè)向機構(gòu)
斜導(dǎo)柱側(cè)向機構(gòu)抽芯機構(gòu)除了完成塑件外抽芯外，還可以對塑件進行內(nèi)側(cè)抽芯
（b）斜滑塊抽芯機構(gòu)的工作原理
斜滑塊抽芯機構(gòu)適用于塑件側(cè)孔或側(cè)凹較淺但成型面積較大的場合。斜滑塊側(cè)向抽芯的特點是利用推出機構(gòu)的推力驅(qū)動斜滑塊側(cè)向運動，在塑件被推出的同時由斜滑塊完成側(cè)向抽芯動作。一般分為外側(cè)向抽芯和內(nèi)側(cè)向抽芯兩種。
（c）斜導(dǎo)桿抽芯機構(gòu)的工作原理
斜導(dǎo)桿是斜滑塊的一種變形形式，其動作原理與斜滑塊機構(gòu)抽芯機構(gòu)相同，所不同的是斜導(dǎo)桿是矩形截面的細(xì)長桿件，剛度較差，故適用于抽芯力較小的場合。
1.2.2 選定斜導(dǎo)桿機構(gòu)完成此次課題
根據(jù)課題要求，經(jīng)過認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性，選擇斜導(dǎo)桿機構(gòu)作為完成此次零件注射。但需要考慮的是斜導(dǎo)桿抽芯機構(gòu)的設(shè)計要點，如圖1.1所示：
（1）斜導(dǎo)桿的設(shè)計要點
（a）斜導(dǎo)桿的形狀：斜導(dǎo)桿上端為塑件側(cè)凹的成型部位，其結(jié)構(gòu)形狀。所顯示機構(gòu)簡單，加工方便，不易變形，但容易產(chǎn)生水平飛邊；結(jié)構(gòu)容易變形，飛邊與塑件邊緣易變形，飛邊與塑件邊緣易形成位置偏差，盡量不用。
（b）模板上斜導(dǎo)桿孔尺寸的確定：以斜導(dǎo)桿與模板接觸的兩點A與B作垂直線線，以斜導(dǎo)桿寬度尺寸C作水平線，兩者相交得以矩形截面（圖中陰影部分形狀）；再以該矩形截面中心為圓心畫圓，該圓與矩形截面之間至少留有δ（δ≥0.5）的間隙，否則斜導(dǎo)桿運動受到干涉，所畫圓的直徑即為模板上斜導(dǎo)桿的孔徑尺寸。
（c）斜導(dǎo)桿與推桿直接按的距離L應(yīng)大于斜導(dǎo)桿側(cè)向抽芯行程S，以避免斜導(dǎo)桿推出時與推桿發(fā)生碰撞。
（d）為了提高斜導(dǎo)桿的強度和剛度，減少斜導(dǎo)桿與模板之間的磨損，再模板上常常鑲嵌經(jīng)淬火的墊塊，對斜導(dǎo)桿進行支撐和導(dǎo)向。
（2）斜導(dǎo)桿座的設(shè)計要求
斜導(dǎo)桿下端與斜導(dǎo)桿座用轉(zhuǎn)銷連接，斜導(dǎo)桿座用螺釘固定再推桿固定板上，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：
（a）兩個或兩個以上的斜導(dǎo)桿，其運動方向一致且間距較小時，可共用一個斜導(dǎo)桿座，但要注意兩銷釘直接按的距離d不應(yīng)小于4mm到5mm
（b）當(dāng)斜導(dǎo)桿強度較差，需要縮短其長度或推桿固定板厚度較薄時，可將斜導(dǎo)桿座凸出推桿固定板或沉入推板內(nèi)。
（c）當(dāng)斜導(dǎo)桿寬度較大時，其底部可切小用銷釘固定，如圖；當(dāng)斜導(dǎo)桿太薄時（5mm以下）或者無法采用銷釘固定時，可采用切槽固定的方法。
（d）斜導(dǎo)桿座一般采用M5或M6螺釘固定再推板固定板上。螺釘孔深不能穿過斜導(dǎo)桿座的滑動部分。為了方便緊固螺釘，再推板上還設(shè)計有13mm大小的圓孔。
圖1.1 斜導(dǎo)桿抽芯機構(gòu)設(shè)計技術(shù)要求圖
1.2.3 選根據(jù)內(nèi)側(cè)抽芯選定工件，進行工藝分析
（1）本次課題是帶內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)注射模具設(shè)計。首先了解內(nèi)抽芯機構(gòu)的原理以及設(shè)計要點。
（2）根據(jù)要求選定需要的塑料工件，我選擇的是常用薄板零件。
（3）對塑件結(jié)構(gòu)進行工藝分析，如圖所示1.2；無特殊要求，尺寸公差按IT7級精度查取[11]。
（a）塑件高10mm，寬度44mm，塑件成型性能良好；
（b）塑件內(nèi)部有2mm×10mm×5mm凹槽，需要用內(nèi)抽芯的方式取出。
（c）必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊
（d）塑件表面要求光澤無裂痕，未明確粗糙度為Ra=6.3μm
圖1.2 薄板零件
1.2.4 此薄板零件的材料的選擇
通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說，要考慮的主要是材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力，彈性模量，彎曲強度，表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題。
塑料材料的相對密度在0.83～2.2范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當(dāng)密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。
此薄板零件選擇聚苯乙烯（非結(jié)晶型）俗稱PS，作為注射材料，其特點是成型性能好，成型前可不干燥，但注射時應(yīng)防止溢料，制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于是一般性民用品，以性能上，價格上都符合我們主要要求，其它如拉伸強度，斷裂伸長率等則是次要考慮的指標(biāo)（這由塑件的工作環(huán)境決定)。PS為塑件材料是最初選定的。因為除了質(zhì)脆和抗拉強度稍微顯得性能不足，它所擁有的特性符合我們的塑件要求，但這些不是我們主要考慮的。
1.2.5 繪制模具裝配圖草圖
模具裝配圖的設(shè)計應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個重要部分：
（1）成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
（2）確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
（3）確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤考慮設(shè)計。
（4）選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機并進行模具設(shè)計。成型設(shè)備有兩個重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個是最大投影面積。根據(jù)這兩個參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。
（5）側(cè)抽機構(gòu)的確定：根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽或孔及螺紋結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機構(gòu)。
（6）頂出機構(gòu)的確定：定模動模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動作。塑件落在動模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，礙，折實頂出機構(gòu)在注射機頂桿的驅(qū)動下將成型塑件從動模中頂出。
（7）確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個模具都必須盡可能好的設(shè)計溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
（8）確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，這時應(yīng)確定導(dǎo)向機構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。
1.2.6 對零件進行造型設(shè)計并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開始對各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計。工程圖盡量按1：1的比例畫出，因為這樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對模具進行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計說明書。主要零件繪制完成，對裝配草圖的自我檢驗和審定。即已存在的問題會充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后，描清并正式編號，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
1.3 課程任務(wù)要求
本課題的任務(wù)內(nèi)容是要求設(shè)計一副帶內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)的注射模，以此為基礎(chǔ)，完成模具制造的工藝設(shè)計。并繪制CAD三維造型設(shè)計。帶內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)注射模要求一模一腔，并自動脫凝料。完成該注射模具裝配圖設(shè)計，全部零件圖紙設(shè)計，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計。
2 方案與設(shè)計
根據(jù)帶內(nèi)側(cè)抽芯零件（薄板零件）機構(gòu)的設(shè)計要求，本次設(shè)計我選擇了斜導(dǎo)桿抽芯機構(gòu)。選擇的薄板零件是一個結(jié)構(gòu)簡單的零件，設(shè)計的重點在于薄板零件內(nèi)部有凹槽，不能直接推出，成型模具需要采用內(nèi)側(cè)抽芯的成型結(jié)構(gòu)，所以符合此次題刻設(shè)計要求。根據(jù)查找的各方面資料[12]，開始選擇了斜滑塊抽芯和斜導(dǎo)桿抽芯機構(gòu)兩種方法來實現(xiàn)。在比較之后，前者適合抽芯力較大的場合，后者更符合薄板零件的要求，此處的抽芯力較小。所以我采用了斜導(dǎo)桿內(nèi)抽芯機構(gòu)注射模具。斜導(dǎo)桿方案如圖2.1：
設(shè)計時要注射斜導(dǎo)桿座的位置關(guān)系，斜導(dǎo)桿的旋轉(zhuǎn)的位置，旋轉(zhuǎn)的角度，零件要完成脫模的同時，斜導(dǎo)桿與支撐板，型芯之間還不發(fā)生干涉。
圖2.1 裝配草圖
3 帶內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)注射模的詳細(xì)設(shè)計過程
3.1 注射成型的準(zhǔn)備
3.1.1 注射成型工藝簡介
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個階段的工作。
圖3.1 注塑成型壓力—時間曲線
（1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
（2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
（3）制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復(fù)雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
（4）退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10℃～20℃至熱變形溫度以下10℃～20℃之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100℃～121℃，保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常取2小時～9小時。
3.1.2注射成型工藝
（1）溫度：注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。
（2）壓力：注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像PS流動性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，背壓的使用范圍約為3.4Mpa～27.5Mpa。
（3）時間：完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產(chǎn)中注射時間一般為3 s～5 s，保壓時間一般為20 s～120 s，冷卻時間一般為30 s～120 s（這三個時間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時間越長）?？梢猿醪酱_定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)
3.2 注射機的選擇
3.2.1 注射機分類
（1）注射機按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種[13]。
（a）立式注射機：注射裝置與鎖模機構(gòu)的軸線呈一直線垂直排列。優(yōu)點：占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。缺點：重心高，加料困難；推出的塑件要由手工取出，不易實現(xiàn)自動化，容積較小。
（b）臥式注射機：注射裝置與鎖模裝置的軸線呈一直線水平排列，使用廣泛。優(yōu)點：重心低，穩(wěn)定；加料、操作及維修方便；塑件可自行脫落，易實現(xiàn)自動化。缺點：模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機器占地較大。
（c）角式注射機
注射裝置與鎖模裝置的軸線相互垂直排列。優(yōu)點、缺點介于立式注射機和臥式注射機之間。特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。
（2）注射機按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機和螺桿式注射機。
（a）柱塞式注射機：注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當(dāng)其后退時物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進，原料通過料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機，注射量小于30g～60g，不易成形流動性差、熱敏性強的塑料。
（b）螺桿式注射機：螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當(dāng)積存的熔體達到預(yù)定的注射量時，螺桿停止轉(zhuǎn)動，在液壓缸的推動下，將熔體注入模具。臥式注射機多為螺桿式。
目前，在注射機的標(biāo)準(zhǔn)中，有用注射量為主參數(shù)的，也有用合模力為主參數(shù)的，但大多以注射量合模力來表示注射機的主要特征。
國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有輕工部標(biāo)準(zhǔn)、機械部標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。注射機型號中的字母S表示塑料機械，Z表示注射機，X表示成形，Y表示螺桿式（無Y表示柱塞式）等。
3.2.2 注射機的選用
注射機的選用包括兩方面的內(nèi)容：一是確定注射機的型號，使塑料、塑件、注射模及注射工藝等所要求的注射機的規(guī)格參數(shù)在所選注射機的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；一是調(diào)整注射機的技術(shù)參數(shù)至所需要的參數(shù)。
（1）注射機類型的選擇：根據(jù)塑料的品種、塑件的結(jié)構(gòu)、成形方法、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有設(shè)備及注射工藝等進行選擇。
（2）注射機規(guī)格的初選：根據(jù)以往的經(jīng)驗和注射模的大小，先預(yù)選注射機的型號，之后要進行以下的校核。
（3）注射機參數(shù)的校核：
（a）最大注射量的校核
塑件連同凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應(yīng)大于注射機公稱注射量的80%，注射機多以公稱容量來表示。
（b）注射壓力的校核
注射機的公稱注射壓力要大于成形的壓力。
（c）鎖模力的校核
由于高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大的推力，這個力應(yīng)小于注射機的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
（d）安裝部分的尺寸校核
應(yīng)校核的尺寸包括噴嘴、定位圈、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔。
注射機的噴嘴頭部的球面半徑R1應(yīng)與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從狹縫處溢出。R2一般應(yīng)比R1大1mm～2mm，否則主流道內(nèi)的塑料凝料無法脫出。為了使模具的主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位圈或主流道襯套與定位圈的整體式結(jié)構(gòu)的外尺寸d應(yīng)與注射機固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合。
注射模具的動模板、定模板應(yīng)分別與注射機動模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定。
注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況：一是當(dāng)注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構(gòu)時，最大開模行程由連桿機構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度無關(guān)；二是當(dāng)注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構(gòu)時，最大開模行程由連桿機構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度有關(guān)。
3.2.3 選擇注塑機
（1）由公稱注射量選定注射機
由注射量選定注射機.由PRO/E建模分析得（材料密度取ρ=1.054g/cm3）：
總體積V=15.18cm3；
總質(zhì)量M=20.55g；
流道凝料V=0.5V(流道凝料的體積（質(zhì)量）是個未知數(shù)，根據(jù)手冊取0.5V（0.5M）來估算，塑件越大則比例可以取的越??；
實際注射量為：
V實=15.18×1.5=22.77cm3；
實際注射質(zhì)量為
M實=1.5M=20.55×1.5=30.83g；
根據(jù)實際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則，即：
0.8V公≧V實
V公=V實/0.8=22.77÷0.8=28.46cm3
（2）一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機理論注射量的10%～80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選50%～80%為最佳。
（3）塑件的形狀較復(fù)雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為PS，粘度為中等，一般選用的壓力為100Mpa～140Mpa，PS的注射壓力在60Mpa～100Mpa。塑件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，取P=80Mpa
（a）塑件的投影面積計算A=44X44=19.36cm2
（b）型腔的壓力計算P腔=2/3×P=53.3Mpa
（c）鎖模力的計算F=AP腔=41.32X53.3=22X104N
根據(jù)計算，初選柱塞式注射機：XS-Z-60。
3.2.4 注射機有關(guān)參數(shù)的校核和最終選擇
（1）模具閉合高度的校核
安裝模具的高度應(yīng)滿足：
Hmin＜H＜Hmax
設(shè)計模具高度為：
H總=237mm
由于XS-Z-60型注射機所允許模具的最小厚度為Hmin70mm，最大厚度為Hmax200mm，所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。
改選XS-ZY-125型，最大裝模高度Hmax=300mm，最小裝模高度Hmin=200mm，H總=237mm介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求。
XS-ZY-125型注射機的主要參數(shù)：額定注射量125cm3；螺桿直徑42mm；注射壓力120Mpa；注射行程115mm；注射方式，螺桿式；鎖模力900KN；最大成型面積320；最大開合模行程300mm，模具最小厚度200mm；噴嘴圓弧半徑R12mm；噴嘴孔直徑Φ4mm；頂出形式，兩側(cè)設(shè)有頂桿，機械頂出。
3.2.5 模具開模行程校核
模具開模行程應(yīng)滿足：Sm
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