供暖管道非標準變徑接彎頭注塑模具設計-側抽芯含SW三維及7張CAD圖1模2腔
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供暖管道非標準變徑接彎頭注塑模具設計
摘要
變徑接頭的模具的設計，主要包羅了以下幾個方面：（1）塑料工件的原料并且有注射機的選用。（2）分型平面選取、脫模機構、成型的零件、側向分型機構、澆注的機構、冷卻系統(tǒng)設計。
因為產(chǎn)品批量與機構的約束，此模具采取了二次分型和一腔兩模。采取了全體嵌入式的瓣合式型腔，節(jié)省了原料。因為塑料工件形狀所限本模具的設計決定采取側向分型機構，但因為塑料工件又帶有比較長的側孔不適宜采取常用的斜銷類型的側抽芯裝置，因此采取齒輪齒條類型的側抽芯裝置代替。分型平面選取在塑料工件的中心部分。這類型結構用二次分型結構比較嚴格的把控模具開啟動作，這里增加了定位銷與定距拉桿來約束模具動作使得模具開啟的動作過程能按要求動作。澆口的選取放在分型平面上側面澆口，在每個型腔設立一個進料口， 使得澆口的加工更加便利。分流道采取的是均衡式分布，在主要流道的下面設立的冷料井是帶有拉料桿的，在模具開啟時候主要流道的凝料被自動地排出。為了保證模具的快速成型，此模具設計了五條帶有銅管的冷卻水道。
關鍵詞：注射模具；一模兩腔；二次分型；齒輪齒條側抽芯；齒輪齒條。
II
Abstract
This design is a variable diameter connector die design, mainly including several aspects of the content: ( 1 ) the plastic parts and the selection of the injection machine. ( 2 ) design of parting surface, forming parts, pouring mechanism, demoulding mechanism, lateral parting mechanism and cooling system.
Due to the restriction of product batch and mechanism, the die adopts one cavity Tael and two 分. In order to save material, the die design adopts the integral embedded flap type cavity. The parting surface is selected in the central part of the plastic part. Due to the shape of the plastic parts, the design of the mold decided to use the side parting mechanism, but because the plastic part with a long side hole is not suitable for the commonly used oblique side core-pulling structure, so use of the rack side core-pulling mechanism instead. This kind of junction
Keywords: injection mold; A mode of two cavities; Quadratic parting; The side core-pulling of the rack and rack;Gear rack .
目錄
摘要 I
Abstract II
1.1 選題的目的與意義 1
1.2 選題在該領域的發(fā)展水平以及動態(tài) 1
1.3 塑料注射設計簡述 1
2.塑料工件分析 3
2.1 外表面的質量以及塑料工件的結構分析 3
2.2 塑料工件原料的選取 3
2.3 塑料工件體積的計算及注射機的選用 4
3.模具具體結構設計 5
3.1 分型平面設計 5
3.2 注射模的排出氣體 6
3.3 型腔數(shù)目及布局 7
3.4 抽芯機構的設計 8
4.澆注系統(tǒng)的設計 11
4.1 主流動的設計 11
4.2 分流道設計 12
4.3 澆口設計 13
5 冷卻回路設計 15
5.1 冷卻回路設計 15
6.模具工作零件結構設計 17
6.1 凹模結構設計 17
6.2 脫模以及導向機構設計 17
6.3 導向和定位機構設計 19
7.模具設計相關計算 20
7.1 型腔壁厚度的計算 20
7.2 脫模阻力計算 21
7.3 模具加熱和冷卻時間的計算 21
7.4 冷卻參考數(shù)據(jù)計算 22
7.5 模具的設計相關參考數(shù)據(jù)校核 23
注射機相關參考數(shù)據(jù)校核： 23
抽芯力的校核： 24
8.模具動作的過程 24
參考文獻 27
附錄 1：外文翻譯 28
附錄 2：外文原文 32
致謝 36
變徑接頭的注塑模具設計
1 緒論
1.1 選題的目的與意義
在現(xiàn)代的機械制造中，模具行業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟當中一個非常重要的行業(yè)，很多新產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)，在比較廣闊的程度上依靠模具制造技術，并且在塑料制品的外形上的性能方面的要求變得越來越復雜，而且這些產(chǎn)品的制造離不模具開啟具，這要求模具制造行業(yè)用最高的質量與最快的速度設計生產(chǎn)模具，特別是在汽車和輕工并且有電子航天等行業(yè)中顯得尤其重要。模具制造強弱和模具制造水平高低，已成為衡量一個國家的機械制造行業(yè)技術水平的重要標志，直接影響國民經(jīng)濟中的許多部門的發(fā)展。
通過變徑接頭的模具設計來培養(yǎng)自己獨立查閱資料和設計塑料注射模具能力，能使得自己更加深刻地掌握模具設計技巧，并且能熟練掌握繪圖軟件。
1.2 選題在該領域的發(fā)展水平以及動態(tài)
隨著塑料制品在機械、電子、國防、交通、建筑、輕工、包裝、農(nóng)業(yè)等行業(yè)廣泛的應用，對塑料模的需求量也日益增加，塑料在國民經(jīng)濟中重要性也日益凸出，本世紀九十年代以來，在我國塑料模技術發(fā)展進入了一個新階段，以汽車保險杠、64cm（25in） 以上的彩電機殼和儀表小模數(shù)齒輪、雙缸洗衣機聯(lián)體桶等產(chǎn)品為代表的大型、復雜、高壽命、精密塑料模，我國已能自行設計制造以部分替代進口的模具；電加工、數(shù)控加工、快速經(jīng)濟以及特種制模技術已經(jīng)進入許多模具生產(chǎn)廠已經(jīng)代替通用機床的加工；引進
P20、S45C、S50C、S55C 和 718 等新的鋼種牌號并且在國內很多鋼廠生產(chǎn)，并且打破了長期以來主要 45 號鋼制作模具型腔情況，使得模具型腔的拋光性能并且有壽命有了很大提高；標準的模架以及模具標準件已經(jīng)有了很多工廠定點的生產(chǎn)，越來越多單位采取標準件來改變過去完全由單位包干生產(chǎn)的局面；我國自行研究制造的高科技塑料模
CAD/CAM/CAE 集成系統(tǒng)軟件已獲得不少完善，不就將投入使用。
1.3 塑料注射設計簡述
隨著塑料工業(yè)發(fā)展，塑料注射模已經(jīng)是制造塑料產(chǎn)品的主要方式，并發(fā)展成最具有發(fā)展?jié)摿δ＞咧?。具體來說，目標是塑料制品，塑料注射模是實現(xiàn)目標的手段，所以不可以單獨地為模具而只思量模具，要從系統(tǒng)的角度出發(fā)，把塑料注射模當成我塑料注射成型的加工系統(tǒng)中一個環(huán)節(jié)，這樣制造和設計塑料注射模時，就應該把系統(tǒng)中其他的環(huán)節(jié)作為塑料注射模制造與設計的思量要因，因此，塑料注射模具設計與制造考慮的因素包括:
（1）塑料注射成型的工藝以及控制；
9
（2）塑料成型的工藝特性；
（3）塑料制品的結構工藝性；
（4）塑料的注射機匹配性；
（5）塑料注射模的制造裝備和制造工藝；
（6）塑料注射模設計及原料等。
注射模的結構因為注射機的類型和塑料工件的結構和特點決定。塑料的結構，因為其使用的要求不同而千變萬化，導致注射模的結構形式多種多樣。但是若把各種類型的注射模加以分析和歸納，每副模具可以由若干部分組成，并且他們在不同模具中均起著相同作用。一副注射模是由下面幾個成分構成：
（1）成型零件；
（2）導向部件;
（3）澆注系統(tǒng)；
（4）脫模機構；
（5）分型抽芯機構；
（6）調溫系統(tǒng)；
（7）排出氣體系統(tǒng)；
（8）其他零部件；
2.塑料工件分析
2.1 外表面的質量以及塑料工件的結構分析
1）從結構分析。這個零件的難度是中等的復雜，零件大致的外形是圓形。幾個連續(xù)的階梯圓形分布在長度方向上，四個方形的通孔成規(guī)律分布在寬度方向上，在塑料工件最小的半徑一側上并且有三個凸起直角棱，這樣在模具設計時就要選取側向抽芯機構，并且抽芯的距離較大，為了便利脫模在設計時候應設立脫模斜度。塑料工件壁厚度不太均勻，最小處為 2mm，厚度最大處為 4mm，對于塑料工件的成型沒有太大的影響。
2）從外表面的質量分析。該零件外表面要求沒有缺陷和毛刺、內部外表面光滑就行，較易成型，外表面的質量沒有其他的要求。
所以，在工藝的參考數(shù)據(jù)把握的計較精準的時候，可以保證注塑的零件成型的條件。
2.2 塑料工件原料的選取
從使用的性能考慮，此塑料工件需要擁有耐熱性能好、剛度好，它的介電性能與頻率還有溫度沒有關系等優(yōu)點，塑料工件原料采取 ABS 樹脂，是理想的采取原料。但是加工較艱難，適宜采取高材料溫度的模具溫度，材料溫度材料溫度過高易產(chǎn)生分解（分解的溫度為 25℃），對物理性能影響較大，對精度要求比較嚴格的塑料工件模具溫度應該選取 50~60℃，要求其耐熱以及光澤度型料宜采取 60~80℃，注射的壓力應稍稍高些， 通常用柱塞形式注射機器時候材料的溫度為 180~230℃，注射的壓力是 100~140Mpa，螺桿形式注射機器則選取 160~220℃，70~100Mpa 為好。模具設計的時候應該注意澆注系統(tǒng)選取進料口的形式和位置，著機械在加工制造時或頂出力過于大會使得塑料工件的外表面有“白色”印，脫離模具的斜度 2 度之上。
ABS 性能如下：
（1）一般性能：外觀的顏色多，并且擁有高達 91%高的光澤程度。吸水率極低，相對密度為 1.05。ABS 和相同于別的原料的結合性能符合性高，鍍層和涂層的處理，在外面表面涂刷很容易。
（2）力學性能：ABS 沖擊的強度非常優(yōu)異，有著非常優(yōu)良的力學性能，可以在非常低的溫度下用；即便制品被破壞也是只能是拉伸的破壞，有很好韌性。ABS 的尺寸穩(wěn)定性較好，耐磨性優(yōu)異，又有耐油性。
（3）熱學性能：93~118℃是 ABS 的熱學的變形的溫度，它的制品在經(jīng)歷退火的處置后還能將近 10℃左右的提升空間。
（4）電學性能：ABS 的電絕緣性比較好，并且?guī)缀醪皇軡穸?、溫度并且有頻率的影響， 可以在應用在很多情形之下。
（5）環(huán)境性能：ABS 可溶于酮類、氯代烴以及醛類中，非常容易降解在紫外線的照射作用下，但是不受水無機鹽、酸、以及多種堿的影響；
總之，依據(jù)以上 ABS 的特性，完全可以達到本塑料工件使用功能。
2.3 塑料工件體積的計算及注射機的選用
為選擇注射機器以及確定模具的型腔數(shù)量。首先應該計算出塑料工件以及凝料所需要的重量大小
塑料工件的質量為：
M = ρV
= 1.12
* 10.97
= 12.29g
ρ- 塑件材料（ABS）的密度， ρ=1.12g/cm3;
V- 塑件及凝料的體積，V=10.97cm3;
根據(jù)上面的結論選取一模兩腔形式的注射機選取 SZ/-68/40 型號的臥式注射的機器所用到的各項數(shù)據(jù)：
噴嘴口孔徑：φ3mm
螺桿轉速：40~200r/min 注射壓力：161.5Mpa
拉桿內間距：(250*230) 塑化能力：20kg/h
螺桿直徑：26mm 鎖模力：400Kn
注射速率：58cm3/s
模具定位孔直徑：φ100mm(深 12mm) 最小模具厚度：130mm
噴嘴球半徑：SR12mm 移模行程：220mm
鎖模形式：雙曲軸
最大模具厚度：240mm 理論注射量：53g
3.模具具體結構設計
注射的模具結構設計包羅：冷卻水道布局、分型平面選取、型腔排列方式、模具的型腔數(shù)目確定、模具的工作零件的推出機構結構設計、側面的分型與抽芯結構設計、澆口的位置的設計等等內容。
3.1 分型平面設計
分型平面的設計為型腔的設計的初步，它受塑料工件的外觀、形狀、尺寸精度、壁厚度、以及模具的型腔數(shù)目、澆口位置、排出氣體槽等等諸多原因的影響。
選取模具的分型平面時應該參考下面原則：
1）思量塑料工件的質量
（1）確保塑料工件的尺寸精度。
（2）確保塑料工件的外表面要求。
2）思量注射機技術規(guī)格。
（1）思量鎖模力；
（2）思量模板間距。
3）思量模具結構
（1）盡量簡化脫模部件；
（2）盡量便利澆注系統(tǒng)布置
（3）便于排溢；
（4）便于嵌件安放
（5）模具大體結構簡化；
（6）參考模具制成的難度。
綜合以上此模具分型平面設計是為了使模具脫模以及制造方面，分型平面尺寸選在塑料工件斷面尺寸最大的地方，采取和注射機器模具開啟運動方向相垂直的分型平面如3-1 圖。
圖 3.1 分型平面的選取
中心線處于的面是可以選擇分型平面所選取的地方，如此選擇分型平面就可型腔是軸對稱的形式，較適合型腔的加工，但必須設置能夠抽拔比較大型芯的側抽芯機構，并且在同一時間側抽時后需要嚴格的把控抽出芯的動作有利于讓塑料工件留在動模的一面。雖然說模具的結構形式比較繁瑣但是相對其別的模式的分型平面選取這種分型平面應該為最好選取。
3.2 注射模的排出氣體
換種說法來說，注射模具是一種置換的機器，塑料的熔體進模腔的時候，置換出模腔內部的氣體。事實模具內部的氣體也不都在型腔內部，也不可以將流道中內的空氣忽略，如果空氣未被迅速除出就會造成很多害處。
積累在注塑模具內部的氣體有一下幾個源頭：
1）型腔和進料系統(tǒng)內部有空氣；
2）在高溫度下塑料內的水分蒸發(fā)形成水蒸氣；
3）塑料在過高的溫度下，分解產(chǎn)生氣體。
4）一些化學反應還有配合劑揮發(fā)形成的氣體
注塑模排出氣體不良有很多危害，比如：
1）在塑料工件上產(chǎn)生接縫氣泡、云霧、銀紋，使得外面表面的輪廓不清晰，以至于沖模達不到滿的狀態(tài)；
2）甚至可在塑料工件外免表面形成燒焦的痕跡；
3）將沖模速率變得緩慢，拖長成型的時間；
4）注射變得斷斷續(xù)續(xù)的，生產(chǎn)的效率下降。
注塑模具的排出氣體方法通常有下面七種：
1）通過排出氣體槽體排出氣體
2）分型平面排出氣體 相對比較小的模具，能利用分型平面的間縫隙排出氣體， 但分型平面要定位于溶體的流動的最后面；
3）拼鑲的工件間縫隙排出氣體 對于組合式的凹?；蛐托?，可以利用拼合的縫隙排出氣體；
4）推桿間縫隙排出氣體 利用模版和推桿或者型芯間的配合間縫隙排出氣體， 或者有意增加模版間和推桿間的縫隙；
5）燒結的粉末合金屬排出氣體 它的下底部疏通氣體的小孔半徑不應該太大， 避免因為型腔內部的壓力使其受到擠壓力形狀發(fā)生變化；
6）排體的井排出氣體 設立空穴，讓氣體排進塑料的熔融體的相互融合的內部， 排出氣體的結果也挺不錯；
7）強制性的排出氣體 設立排出氣體桿件，應用到比較封閉的部位。
本模具分型平面選取在熔體流動的末端，屬于小型模具的范圍之內，所以排出氣體的方法要采取分型平面的排出氣體方式。
3.3 型腔數(shù)目及布局
一模兩腔，就是 2 個型腔在同一個模具上。思量模具結構的復雜程度、澆注的系統(tǒng)、
塑料工件形狀和質量等等要素采取如 3-2 圖的型腔的排布方法。
采取圖 3-2 所示的型腔排布方法的非常有利于設立側方向的分型面抽出型芯裝置， 只設立一邊就好。如果采取均衡式的進料方式要設立兩個方向的抽芯機構，即使塑料工件比較容易成型但還是會使模具的復雜程度增加，模具的加工周期變大大。
圖 3.2 一模兩腔布置
3.4 抽芯機構的設計
此塑料工件需要進行較長的抽芯運動，因為塑料工件的本身結構和型腔的排列方式的限制。如果斜銷抽芯選擇比較常用的機構，最小模具開啟的行程和斜銷長度和計算： 抽拔距離為：
S = 52 + (2 ~ 3) = 54mm
L = D/2tgα + h/cosα + d/tgα + s/sinα + (10 ~ 15)
= 15/2 * tg20° + 40/cos20° +12/2tg20° + 54/sin20° +10
= 2.73 + 42.57 + 2.2 +157.89 +10
= 215.4
H = s * ctgα = 54 * ctg20° = 148.4mm
式中：
L-斜銷總長度（mm）
D-斜銷固定部分的大端直徑（mm）；D=15mm h-斜銷固定板厚度（mm）;h=40mm
d-斜銷直徑（mm）；d=12mm
α-斜銷的角度（度）；α=20°
由此可得到斜銷的長度是 215.4mm 以及移模形程是 148.4mm，在此模具的設計中實現(xiàn)比較不容易，抽芯距離短的塑料工件較適合斜銷側抽芯。這個方案不要，選取齒輪齒條的側向抽取型芯裝置，抽拔距和抽拔力是相對來說挺大的是這類型裝置的特點，能抽拔圓弧型芯或任意斜度，齒輪齒條的側抽芯機構一般有下面幾種形式：
1）模具開啟力驅動
2）推出力驅動
3）齒條拔出的弧形芯的驅動
這個模具的設計選取的模具開啟力驅動的機構就如圖 3-3
圖 3.3 齒輪齒條側向抽取型芯的結構
該機構的具體動作過程如下：
閉模的時候鎖上齒條。模具開啟時候存在一段空形程在導柱齒條，楔緊塊脫離齒條得到了保證，然后抽芯的動作由齒條驅動完成，此時定距拉桿（圖 3-4）帶動模板繼繼續(xù)抽芯并且續(xù)模具開啟，齒條脫離齒輪為止，型芯被限位，因為和拉料桿型芯的作用， 楔緊塊將齒條封鎖，使得注射時候的型芯不能移動。
圖 3.4 定距拉桿限位
因為此設計是一模兩腔的裝置，兩個抽芯動作被需要，兩個齒輪由一個齒條導柱帶
動來進行側抽芯。中間用三個齒輪傳動，結構圖是 3-5。
圖 3.5 齒輪輪動
19
4.澆注系統(tǒng)的設計
注射模具的設計的一個組成部分是澆注的系統(tǒng)的設計，對注射成型的塑料工件的質量還有周期都有很大影響。
4.1 主流動的設計
澆口套通常是來組成熱塑性質的塑料的主要流道的，但是也存在如果批量不大，在定模的座板上開設主要的流道，主要流道長度通常不大于 60mm 是好。此設計的主要流道采取了一部分組成是澆口套，還有一部分是開設主要流道在定模板上。長度為 58mm。SZ/-68/40 臥式注射機的選取數(shù)據(jù)：
噴嘴球半徑：SR12mm 噴嘴口孔徑：Φ3mm
根據(jù)模具噴嘴和主要流道之間的聯(lián)系：
R = R0 + (1 ~ 2)mm D = d 0 + (0.5 ~ 1)mm
式中 R0 -噴嘴球半徑（mm）
d 0 -噴嘴孔孔徑（mm） 主要流道的小端的直徑大小 d=Φ4mm;半錐角 1°； 主要流道的球面的球面的直徑大小 R=13mm。
（1）澆口套設計
因為注塑的成型的時候主要流道需要和注塑機和噴嘴高溫塑料熔體來來回回的碰撞和接觸，所以通常都不將主要流道的開在定模上而是獨自設置在一個嵌套中，之后再嵌入定模的內部，這個所謂的嵌套就是主要流道的襯套。
主要流道的襯套的設計時要參考下面因素：
1 相對比較小的模具，可以把主要流道的定位環(huán)和襯套設置一個全體，但是在大多情形下都是分開的。
2 主要流道的襯套要選擇比較好的的鋼性材料，熱的處理后是 54~56HRC。
3 定模的配合的一些厚度要和襯套的長度差不多。
4 定模與襯套之間采取 H7/m6 配合
本設計澆口套選用盤起標準件，內部直徑大小是Φ13mm
（2）定位環(huán)設計
注塑機與定位環(huán)的固定板的孔之間配合，可以讓主要噴嘴和流道與料筒相對。定位環(huán)的設置時要參考下列幾項因素：
1 注塑機和定位環(huán)定模板中間的定位孔相互是采取較松動的間縫隙配合，比如
H11/b11 還有 H11/h11。
2 對比較小的模具來說，定位孔和定位環(huán)相互配合的長度應用 8~10，相對比較大的模具應用 10~15mm。
3 模板上的定位環(huán)的定位狀況通常有兩種，，一種是使用定位的環(huán)套設置在主要流道的襯套上面，還有一種是在模板上加工的地安置定位環(huán)的臺階孔采用主要流道襯套用來定位，在同一時間還能避免襯套不在定模內。
此設計的定位環(huán)選取盤起標準件。
（3）冷料井設計
分流道的末端或主要流道的正面的動的模板上是冷料井位置。主要流道的大端的直徑大小是其長度的大小。冷料井的類型主要有下面幾類情形：
1 底部帶有錐桿的冷料井
在推桿的固定板上設置推桿，因而其一般與推桿的脫模裝置一起用。
2 下面有拉料的桿件的冷料井
此類型冷料井的下面是一條拉料組成，在型芯的固定板處安裝，不跟隨脫模裝置移動，一般其頭的位置都是側凹的造型，a）倒錐頭形 b)菌頭形 c)球頭形 d)圓錐頭形，還可在它的頭部開設冷料井。
3 底部無桿冷料井
相對擁有垂直分型平面的注射模具來說，在左右兩半模中央線上面，當模具開啟時候分型平面兩半分離，流道與凝料塑料工件一同被拿出，冷料井的下面不需要設立桿件。
4 分流道冷料井
分流管道比較長的時候，可以將分流管道的末端沿著料流動的方向，來儲存冷料， 其它的長度出不多是分流管道的直徑的兩倍。
因為此澆注系統(tǒng)的主要流道的凝料比較長使得能夠便利脫模，在模具開啟時候需要將主要流道凝料排開，選取下面有拉料桿的。
4.2 分流道設計
本篇是一模兩腔的模具，因此必須有分流的管道。設置分流道的時候要思量下面幾項因素：
（1）分流管道和熔體之間的阻力要盡量小。
（2）每個型腔都平均的進入材料。
（3）外表面粗糙度要求達到 Ra0.8
（4）分流管道之間相互對比的時候，需要在分流管道的最后面設置冷料井
（5）分流管道可獨自設置在動模板或定模板上，亦能在動模板與定模板上面。
（6）分流管道和澆口的接連的地方要設置成斜的面，并要以圓弧來過度，對塑料的熔體填充還有流動非常有好處。
1）分流道的截面形狀
一般的分流管道的截面的形狀分為 U 字形、梯形、圓形和六角形等。為了實現(xiàn)這一點可以采用圓形的流動，但是梯形就不能采用，綜合思量，此模具設計采用平面為分型平面，選取圓形為分流道截面形狀，此方法效率很高。
2）分流道的截面尺寸
依照塑料工件成型壁厚度和形狀、有分流道長度和體積還有注射的速率等條件來選定分流道截面的尺寸大小。當分流管道的大小比較好時，流動性較好的塑料，它的大小小于 2mm 左右；對于性能比較差的原料來說，分流的直徑可大到 13mm。多數(shù)塑料選取的分流管道大小在 6~10mm 間選取，ABS 塑料流動性很好，所以設計中分流管道的長度不必選取過長，查詢手冊《塑料模具技術手冊》表 3-5 選取分流直徑大小時常用 1.6~10mm 之間，直徑大小該用 3mm。
3）分流管道
分流管道的分布受型腔的分布決定。分流管道有非均衡和均衡式兩類分布方法：
（1）均衡式布局
對于從主要流道一直到各個型腔的分流管道，它們的尺寸大小，它們的形狀還有長短都需要是同樣的大小，需要達成型腔的塑料熱均衡并且有流動均衡。因而所有的尺寸都一樣大小。
（2）非均衡式的布局
每一個型腔的分流管道一直至主要流道的長短彼此都不一樣的是其分布的主要特點。每個澆注口的大小互相不同，就能使得同時使得原料進入。非均衡式主要采取的布置方式采取有 H 形、圓形的和一字形的布置，其中一字形與 H 形布局是在型腔的數(shù)目相同時采取的，可以減小模板的尺寸，H 形排列的均衡式布局和一模兩腔的分流道結構能夠用有很好的熱均衡并且達到塑料流動均衡。它的結構如 3-2 圖。
4.3 澆口設計
連接著型腔和分流道之間一條比較短而且細的流道就是澆口。澆口的尺寸和澆口的數(shù)量對質量有著至關的決定作用。澆口的主要作用包羅：1）熔體首先在澆口的地方凍結，避免熔體倒流回去；2）容易切除澆口的凝料。3）平均的使原料進入澆口
根據(jù)澆口的形式和特點，可將其劃分兩種類型：
（1） 非約束性澆口
在外面澆口比較艱難，產(chǎn)生的比較明顯的澆口痕跡，在澆口的附近集聚大量熱量，冷縮凝聚力較遲，造成比較大的內部壓，較易造成縮孔和外表面凹陷現(xiàn)象，其適合比較大的
塑料工件。
(2) 約束性澆口
分流道與型腔中間選取的是一條距離比較小，面積比較小的互相接連。約束性的澆口能劃分出下面幾個類型：
1）點澆口
主要的特點是：澆口的位置限制比較少，即便去除掉澆口之后留下的痕跡也比不大而且通常不會影響到塑料工件的外觀形狀。模具開啟的時候澆口被自動的拉斷，控制很簡便。
相對壁薄的塑料件在澆口的附近因為剪切的速度很高，并且分子的高度定向造成的局部應力，很有可能導致開裂，即使補料造成的壓力很小。在不耽誤使用的情況下，避免這種現(xiàn)象，可增大澆口處的壁厚度，用圓弧來過渡，損失壓力的緣故，模具結構選擇三板式，為了不讓模具的結構太復雜，選取順序分模結構。投影面積比較大的的塑料工件和容易變形的塑料工件可以選取多點澆口，使得翹曲變形減少。
2）潛伏式的澆口
肩負式的特點是：進料口位置通常在塑料工件的的表面或塑料工件的側面隱蔽處。所以不影響塑料工件的外觀。流通管道并且有塑料工件都設立推出的機構，凝料被自動脫落在模具開啟時候切斷，這種裝置不適宜強度大的塑件，因為推出時候有比較強的力。后者斷裂容易，前者不容易切斷，容易堵塞澆口。
3）側面澆口
側面的澆口一般設立在分型平面上，料是在型腔的外側面進入的，矩形的設置，比較靈活的調節(jié)將澆口的閉合的時候并且有沖模時候以及剪下的速度。澆口去除比較便利，痕跡不大。
4）重疊式澆口
對比側面澆口差不多相同，但是非型腔的側面，而是在另一個方向。
5）扇形澆口
其形狀是慢慢舒展開的。是沿著料進入的地方慢慢變大的，厚度值也慢慢縮到最小， 進到型腔內部。
此設計能更加便利地調整沖模的剪切速度，還要在分型平面上設置澆口，使得塑料工件外觀完好，排除造成分型平面以外的印。為了精密的加工澆口的尺寸，最好是依據(jù)各個類型的特點以及它的澆口形狀以來選取澆注口。
選取矩形為澆口的截面形狀，它的選取值如下： 取寬度 1.5mm
厚度 1mm 長度 1mm
5 冷卻回路設計
5.1 冷卻回路設計
依照塑料工件的所需要的澆口的位置和形狀以及冷卻溫度等，可以設置很多不同冷卻回路，最簡單的鉆冷卻水的孔方法是經(jīng)常用在不深的冷卻回路。在冷卻的通道之間可以采取內部的鉆孔的方法，使用堵頭或隔板形成規(guī)范冷卻回路。
水孔的數(shù)目盡量多，直徑盡量大，通常在 8mm 之上。冷卻的回路設計原則應該如下：
（1）強化處理澆口的冷卻地方
（2）降低溫差
（3）將塑料工件的熔接痕處避開
（4）水接頭的安放位置恰當?shù)倪x擇 一般設置在注射機背面。
依據(jù)冷卻水管的分布并且有思量各種條件與水道是否產(chǎn)生干涉，根據(jù)公式計算出各個冷卻數(shù)值（比如冷卻水、管道的直徑冷卻的面積、冷卻時間）水道的分布效果如 5-1 圖、5-2 圖。
圖 5.1 定模的冷卻水管道的分布
圖5-1 是把水管安在定模板上的冷卻水孔的內，能將冷卻水在型腔壁上的壓力降低。
圖 5-2 是同也是擁有水管的安裝在動模板上冷卻水孔，在接近澆口的周圍，降低溫度時要先冷卻溫度比較高的位置。
圖 5.2 動模的冷卻水管道的分布
6.模具工作零件結構設計
6.1 凹模結構設計
圖 6.1 型腔的布局
6.2 脫模以及導向機構設計
脫模的裝置參考下面幾類因素： 1）塑料工件靠在動模邊上，依靠模具開啟驅動的脫模機構，來實現(xiàn)脫模，使
得模具的組成簡潔。
2）為了避免塑料工件的變形還有損壞，恰當?shù)乃伎妓芰瞎ぜ幍牟糠?，有方向的確定恰當?shù)拿撃C構，使得推出重心相與的中心重合。
3）脫模的位置的選擇時，盡量選擇外表面完好整潔的。
4）設計的機構安全放心，換取便利、活動性好、生產(chǎn)簡單、并且各項性能優(yōu)
異。
本設計是采取了推桿的脫模裝置，如圖 6-2、6-3
圖 6.2 拉料桿拉料
圖 6.3 推桿脫模
圖 6-3 的推桿的型芯與端面相平，圖 6-2 中的冷料井底部是由拉料構成，就直接推
出冷料井或者塑料工件的凝料，在頂出的時候，拉料與推桿都是固定在推桿的固定的板上面的。
6.3 導向和定位機構設計
注射模的導向機構的一般分為兩類是錐面的定位與柱形的導向，定模與動模的開合與脫模裝置通常采取柱形的導向裝置。
機構的作用：
每一個模具設立的導向裝置在定模和動內。其作用是：
1.起到固定位置的作用
2.引導方向的作用
3.承受壓力的作用 采取推桿板的脫模或三板式的模具結構，導向柱要承受推件板并且有定模型腔板的重載荷。
4.使得平緩的運動導套的選用：
帶頭的導套的尾部和以模板配合起著定位的作用，有著省去定位銷的作用。依據(jù)孔的大小選擇，其壁厚度一般是 3~10mm，孔大就取大值，這里采取的是精密級的帶頭的導套。
變徑接頭的注塑模具設計
7.模具設計相關計算
本次設計中，所有尺寸大小的計算的時候都采取查資料的數(shù)據(jù)范圍內的值，并且有收縮率、制造公差、磨損量等核算
收縮率大小選定 0.005。
7.1 型腔壁厚度的計算
注塑的制造中，在腔的內部經(jīng)載著熔體壓力，對應需要比較高的強度。否則會變形，或者裂開；若果剛度未達到要求也將會造成變形。
在模具設計中其中經(jīng)常碰到的一個嚴重問題是塑料的模具型腔底壁與側壁的厚度的計算，尤其是大型的模具，在目前許多公司都對強度與剛度有一定規(guī)定。思量到其獨特性，應該思量下列幾項因素：
1.要防止原料溢出 對應粘度比較低的它的間縫隙應該是 0.025~0.04mm 之間；ABS 粘度塑料為 0.05mm。
2.應該確保塑料工件的精密度 尺寸大小應該滿足條件，變形值應該等于可控制范圍內變形公差的 1/5，可以按照塑料工件的精度與大小等級進行選取。
3.必要方便脫模
型腔側壁厚度的計算：
1/ 3
S = h (CPh / E[s])1/ 3
= 22 *[(0.93*30*11) /(2.1*105*0.05)]
= 6.8毫米
式中：
式中：
S-型腔的側壁的厚度（mm）；
P-型腔內部的單位壓力（Mpa），P=30； h-型腔的深度（mm）；h=22mm;
E-型腔的材料彈性模量（Mpa）,E=2.1*106； C-由 h/ l1 決定的常數(shù)，C=0.95；
[s]-允許的變形量（mm）；[s]=0.05；
l1 -型腔長邊的長度（mm）， l1 =52。
腔底部的厚度值：
H = (C1
Pl4 / E[s])1/ 3
2
式中：= 22 *[(0.93*30*11) /(2.1*105*0.05)]1/ 3
= 5.36mm 20
H-型腔的腔底厚度（mm）；
l2 -型腔的短邊長度（mm）；
C1 -由l1 / l2 決定， C1 =0.002; [s]=0.05;
E = 2.1*105 Mpa 。
依據(jù)以上的結果可以獲得本厚度是 10mm。型腔腔底是 30mm，因此滿足設計條件。
7.2 脫模阻力計算
殼體的形狀的塑料工件的阻力一般按照厚壁和薄壁的分類來思量。各個類型的塑料工件都要根據(jù)斷面的幾何形狀計算。
對于厚壁的這一類，t/d≥1/20。
1.當圓環(huán)形為塑料工件橫截面時，脫模阻力的大小是：
Q = 2πrEeLcosF(f - tgF)/[(1+ u + K 2) K1] +10B
= 2 *3.14 *12 * 2 *103 * 0.005 *52 * (0.2 - tg 2) /[(1+ 0.38 + 3.556) *1.0035] +10B
= 1Kn
式中：
E-型腔的材料彈性模量（Mpa）,E=2.1*103;
e-塑料的成型平均收縮率利率（%），e=0.005； t-塑料平均壁厚（mm），t=2；
L-塑料的包容型芯長度，L=52； u-塑料泊松比，u=0.38；
F -脫模的斜度， F =2°；
f-塑料和鋼材之間的摩擦系數(shù)，f=0.2;
r-塑料型芯的大小端的平均直徑（mm）,r=14; a-矩形的型芯短邊的長度（mm）;
b-矩形的型芯長邊的長度（mm）;
B-塑件和開模方向垂直的平面上投影的面積;
K1 -由 f 和 F 決定；
K 2 -由l和 F 決定。
脫模的阻力計算是用來校核抽芯力。
7.3 模具加熱和冷卻時間的計算
模具的制造的人需要設置合適的加熱的長短，這冷卻時長受下列幾個因素影響：
（1） 模具的原料 模具原料為鋼材，它的機械的強度比較好，冷卻的時
29
間短，熔融的塑料導熱非常好。
（2） 冷卻介質的溫度與流動狀態(tài) 冷卻水的入口與出口中間的溫度差盡量縮減小些。5°以下為好。
（3） 模具的原料
（4） 塑料工件的厚度 如果塑料工件的壁厚度過厚，時間就約長久。
（5） 冷卻回路的布局
（6） 模具溫度 就是說工件之間相連的外表面冷熱程度
1） 塑料工件的厚度最大的部位的斷面中心層溫度降低到熱變形溫度以下冷卻要用的時間長短是：
1
q= t2 /(π2 k ) * ln[4 * (Tm - Tw) / π(Ts - Tw) ]
= 42 /(π2 * 2.7 * 0.1) * ln[4 * (260 - 50) /(π *50)]
= 6 *3.3
= 19.8s
式中：
q1 -塑料工件所需要的冷卻時間（s）；
t-塑料工件的厚度（mm），t=4;
k-塑料熱擴散率（㎡/s），k=2.7*103；
T m -塑料工件的溶體溫度（℃），T m =260；
T w -模具的溫度（℃），T w =50；
T s -塑料工件熱變形溫度（℃），T s =100； 2）塑料工件的在截面內部的平均溫度能到一定的脫模的溫度時，冷卻要用的時間
-
是：
2
q = t2 /(π2 k ) * ln[8* (T
m -T
w)/ π(T均
Tw )]
= 42 /(π2 * 2.7 *10-1) * ln[8* (260 - 50) / π * (60 - 50)]
= 24s
式中 T均 -塑脫模時間的平鍵溫度（℃）， T均 =60.
7.4 冷卻參考數(shù)據(jù)計算
那么模具降溫需要的水的體積為：
V = G Di /[60Cr(t1 - t2)]
= 213*3*105 /[60 *103 * 4187 * (30 - 5)]
1.02 *10-2 m2 / min
式中：
V-冷卻的水的體積流量（m3/min）
G-單位時間注入模具塑料的質量（kg/h）,G=213。
7.5 模具的設計相關參考數(shù)據(jù)校核
為了讓注射的成型進行的很有序，對相應互相選定的各個數(shù)據(jù)校核。注射機相關參考數(shù)據(jù)校核：
各個模板的確定中，依據(jù)經(jīng)驗選取：
定模板：40mm 定模座板：20mm 動模板：50mm 動模座板：30mm 墊塊：60mm 下固定板：20mm 上固定板：15mm
所以模具的閉合高是： H = 40 + 20 + 50 + 30 + 60 + 20 +15 = 235毫米
注射機的最大厚度允許值是 240mm。
模具外形的尺寸是 230毫米* 200毫米* 235毫米.SZ/-68/40 的臥式注射裝置拉桿的內間距是 250*230，所以是符合條件。
根據(jù)上面的結論，閉合高為 235mm，并且 SZ/-68/40 的臥式注射裝置的最小的厚度
是 130mm，最大的厚度是 240mm，,所以符合條件：
H min ￡ H ￡ H max
通過查詢資料 SZ/-68/40 的臥式注射機最大的模具開啟行程 S=220mm，因此符合上式的塑料工件的條件。
S 3 H 1 + H 2 + (5 ~ 10)mm
= 58 +11 + 5
= 74mm
最大的注射量的校核：
選定塑料工件的質量大小，在注射模的成型之后的重量最低不應該小于百分之 10，最大可以達到百分之 80，但是要在公稱的注射量的百分之 35 到百分之 75 之間。一方面設備的能力得到了發(fā)揮另一方面可以塑料工件的質量也得到了保證，最好選取在百分之 50 和百分之 80 之間。
一次性成型與塑料工件的重量的比例是：12.29/53=23% 所以滿足設計要求。
鎖模力大小的校核：
當型腔被大壓力的熔體充盈時候，能夠造成使其沿著分型平面的方向離開的力量，所以注射劑額定的鎖模力的大小一定要脹模力的大小。
額定的鎖模力：
T 3 K
A = KkpA
p
c
= 1.1* 0.25*161.5*1988
= 88.3kN
當 T 的值取 400KN 時比 88.3KN 遠遠大得多。所以滿足設計要求。抽芯力的校核：
采取齒輪齒條的抽取型芯裝置時候，應該符合下列公式：
Pc 3 1.2Q
通過模具設計和制造的手冊的查詢，對于齒條的直徑大小是 10 的能夠承受的抽芯力的值是 1.8Kn，7.2 計算得出的結論 Q 大小是 1Kn，1*1.2 小于 1.8
由上述結論可以得知抽芯力的值在符合條件的范圍之內。
模具關閉的情況下，確定傳動的齒條中第一個齒輪的位置的原則，是設立一段時間的延遲抽芯行程，也就是要首先不阻礙機構的傳動，也就是要符合下式：
Si = S j + Sa
= 4.17 + 2
= 6.71mm
8.模具動作的過程
這個設計是的側抽芯裝置是由齒輪齒條組成的，它的結構是中間運動是由三個齒輪組成，兩條齒條帶動著一條齒條進行的側向抽芯運動，由于塑料工件的形狀與強度的限制，因而采取了二次頂出的裝置，模具先在彈簧的作用下進行第一次分型，跟隨著
定模導柱的齒條向著上面的方向運動。凝料被拉料的桿拉出來，在齒輪與齒條脫離的時候，限位釘對型芯進行限位，然后注射機使用推桿頂出塑料工件，模具合并的時候方向推出。如圖 8-1.
圖 8.1 模具的總體結構圖
1-齒輪 2-齒條 3-扁推桿 4-楔緊塊 5-限位釘 6-導柱齒條 7-定模板座
8-型芯 9-定模板 10-導套 11-導柱
結論
通過這次很完整的注塑模具的全過程設計，再也不是單純的全理論學習，將實踐與理論結合在一起非常有效的鍛煉了自己，將所學到的綜合知識有效的運用到其中，不僅幫助到實踐工作的順利進行，對知識的理解得到了加深，許多實際的問題得到了解決。設計手冊等等能力。確實實現(xiàn)了對學生鍛煉的初衷。
即便畢業(yè)設計的內容比較多，過程也比較復雜，但是我的收獲也相應的很大，從各各原料的選取，并且有標準的確定，流道的分型平面并且有中心線等等的確定，都是隨著工作的一點點推進進而一點點學習并且掌握的。并且將不明之處拿出來與老師同學們探討，使得了解其中的知識，掌握之后就覺得很欣慰。
當然在設計中也遇到過很多棘手的問題，比如理論和實踐并相符的時候。最后在老師和同學的幫助與指導下慢慢將問題解決了。
在此次的設計當中所有累積起來的知識都是非常寶貴的，這也讓我明白，知識的累積是多么重要，并且這個過程是無盡頭的，正所謂活到老學到老。
順利的完成這次的畢業(yè)設計給我充滿了信心，對自己所學的專業(yè)知識更加深刻地理解，未來的職業(yè)規(guī)劃有了進一步的明確。其中因為生產(chǎn)而造成的污染引起了我的深思， 如何降低甚至消除污染越來越值得關注，這一方面我想有機會去深造，將這個世界的環(huán)境變得越來越美。
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附錄 1：外文翻譯
注塑模具單澆口優(yōu)化
摘要：本文論述了塑料注塑模具的單澆口位置優(yōu)化方法。的目的
澆口優(yōu)化是為了盡量減少注塑件的翹曲，因為翹曲是一個關鍵的質量問題注塑件受澆口位置影響較大。特征翹曲定義為最大
特征曲面上的位移到特征曲面的投影長度來描述零件翹曲。優(yōu)化結合數(shù)值模擬技術找到最優(yōu)澆口位置，采用模擬退火算法
用于搜索最佳。最后，本文討論的一個例子，可以得出結論，所提出的方法是有效的。
關鍵詞：注塑模，澆口位置，優(yōu)化，特征翹曲
簡介
塑料注射成型是一種應用廣泛的—復雜但生產(chǎn)高效技術塑料制品種類繁多，特別是那些生產(chǎn)要求高，公差緊復雜的形狀。注塑件質量是一個功能的塑料材料，零件幾何，模具結構和工藝條件。最重要的注塑模具的一部分基本如下三組組件：洞，門和亞軍，冷卻系統(tǒng)。Lam 和 Seow（2000）和靳林（2002）通過改變壁厚實現(xiàn)腔平衡—部分的性質。內的平衡填充過程腔給出了均勻分布的壓力和透射電鏡—溫度可以大大減少翹曲變形部分。但腔平衡只是其中之一零件質量的重要影響因素。尤其—是的，有一部分的功能要求，其厚度通常不應改變。從注塑模具設計的角度，一個門的特點是它的大小和位置， 以及流道系統(tǒng)的尺寸和布置。澆口尺寸和流道布局通常被確定為常量。相對而言，澆口位置和流道尺寸更靈活多變，可影響質量部分的。因此，他們往往是設計 PA—參數(shù)優(yōu)化。
李和基姆（1996）優(yōu)化尺寸流道和澆口澆注系統(tǒng)的平衡為多—多注射腔。轉輪平衡描述的入口壓力的差異具有相同空腔的多腔模具，并作為熔體流動結時的壓力差在每個腔的路徑為不同的家庭模具腔體積和幾何形狀。該方法具有顯示均勻的壓力分布之間在整個成型周期的多重型腔模具。翟等人（2005）提出的兩門位置—一個有一個成型腔優(yōu)化—基于壓力梯度的有效搜索方法（PGSS），和隨后的定位焊的線所需的位置，通過改變流道尺寸的多柵部分（翟 et al.，2006）。體積大部分，需要多個門，以縮短馬克西流動路徑，與相應的減少注射壓力。該方法是有希望的 DE—有單腔的澆口和流道的符號多個門。許多注塑件生產(chǎn)同一門，無論是在單腔模具或多腔模具。因此，澆口位置一個單一的門是最常見的設計參數(shù)優(yōu)化.形狀分析方法是預先—以 courbebaisse 和加西亞
（2002），其中注射成型的最佳澆口位置分析—交配。隨后，他們開發(fā)的這種方法—OGY 技術及其在單柵極位置運算中的應用—L 形的例子（courbebaisse 優(yōu)化，005）。這是
易于使用，而不是費時，而它只服務于簡單的扁平零件的轉動厚度均勻。pandelidis 和 Zou（1990）提出的優(yōu)化—澆口位置優(yōu)化，通過間接質量的措施有關翹曲和材料退化， 其中表示為溫度差的加權和—微分項，過度包裝，和摩擦過熱期。翹曲是由上述影響因素，但它們之間的關系不明確。因此，優(yōu)化效果受權重因子的確定。
李和基姆（1996）開發(fā)了一個自動化澆口位置的選擇方法，其中一組最初的澆口位置，提出了一個設計師和然后最佳的門位于相鄰節(jié)點評價方法。結論在很大程度上很大程度上取決于人類設計師的直覺，因為該方法的第一步是基于設計師命題。因此，結果是一個大前—帳篷僅限于設計師的經(jīng)驗。林和金（2001）開發(fā)了澆口位置基于最小化的優(yōu)化方法標準偏差的 Flow Path Length（SD 升）和期間的標準偏差的灌裝時間（SD [噸]） 成型充型過程。隨后，沈等基地。（2004a；2004b）優(yōu)化澆口位置設計通過最小化填充壓力加權和，不同流動路徑的填充時間差，溫度差，過包率。翟等人（2005）研究了最佳澆口位置隨著噴射壓力的評價標準，最后填充。這些研究人員提出的目標—注射成型性能與產(chǎn)品相關的灌裝操作品質。但執(zhí)行之間的相關性—性能和品質是非常復雜的，不明確的他們之間已經(jīng)觀察到了關系。它是也難以選擇合適的權重因子每學期。這里提出了一個新的目標函數(shù)評估注塑件的翹曲度優(yōu)化澆口位置。測量零件質量—最近，本研究定義特征翹曲評估部分翹曲，這是從評估“流加翹曲”Moldflow 模擬輸出塑料洞察（MPI） 軟件。目標函數(shù)—最小，以達到最小變形澆口位置優(yōu)化。模擬退火算法—算法來搜索最佳門位置。給出了一個例子來說明的有效性—提出的優(yōu)化過程的能力。
質量指標：特征 warpge
特征翹曲的定義
優(yōu)化理論在閘門設計中的應用，零件的質量測量必須在第一個實例。“質量”一詞可稱為許多產(chǎn)品性能，如機械，熱，電、光、工效學或幾何道具—性能。有兩種類型的零件質量測量：直接和間接。預測適當?shù)哪Ｐ汀獜臄?shù)值模擬結果的關系將以直接質量測量為特點。相反,零件質量的間接測量與目標質量，但不能提供直接的估計那質量。對于翹曲，間接質量措施相關作品是注塑的表現(xiàn)之一模塑流動行為或加權總和。表現(xiàn)為灌裝時間 DIF—沿不同的路徑差，溫差—分，過度包裝的百分比，等等。它是 OB—以往， 翹曲是受這些執(zhí)行—性能之間的關系，但翹曲和這些表演不明確和決心這些權重因素相當困難。因此，與上述目標函數(shù)的優(yōu)化可能不會減少部分翹曲甚至完全優(yōu)化技術。有時， 不當權重因素將導致絕對錯誤的重新—結果。
澆口位置優(yōu)化問題
形成質量“翹曲”意味著永久—該部分構件的變形，這是不是造成的施加荷載。它是由差別收縮引起的在整個部分，由于聚合物的不平衡流動，包裝，冷卻和結晶。澆口在注塑模具中的位置是其中最重
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