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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第11頁
Injection Molding
Many different processes are used to transform plastic granules，powders，and liquids into final product．The plastic material is in moldable form，and is adaptable to various forming methods．In most cases thermoplastic materials are suitable for certain processes while thermosetting materials require other methods of forming．This is recognized by the fact that thermoplastics are usually heated to a soft state and then reshaped before cooling．Theromosets，on the other hand have not yet been polymerized before processing，and the chemical reaction takes place during the process，usually through heat，a catalyst，or pressure．It is important to remember this concept while studying the plastics manufacturing processes and the polymers used．
Injection molding is by far the most widely used process of forming thermoplastic materials．It is also one of the oldest．Currently injection molding accounts for 30％of all plastics resin consumption．Since raw material can be converted by a single procedure，injection molding is suitable for mass production of plastics articles and automated one-step production of complex geometries．In most cases，finishing is not necessary．Typical products include toys，automotive parts，household articles，and consumer electronics goods．
Since injection molding has a number of interdependent variables，it is a process of considerable complexity．The success of the injection molding operation is dependent not only in the proper setup of the machine variables，but also on eliminating shot—to—shot variations that are caused by the machine hydraulics，barrel temperature variations，and changes in material viscosity．Increasing shot-to-shot repeatability of machine variables helps produce parts with tighter tolerance，lowers the level of rejects，and increases product quality ( i．e．，appearance and serviceability)．
The principal objective of any molding operation is the manufacture of products：to a specific quality level，in the shortest time，and using a repeatable and fully automatic cycle,molders strive to reduce or eliminate rejected parts in molding production．②For injection molding of high precision optical parts，or parts with a high added value such as appliance cases，the payoff of reduced rejects is high (Fig．4．2．1)．
A typical injection molding cycle or sequence consists of five phases：
①Injection or mold filling
②Packing or compression
③Holding
④Cooling
⑤Part ejection
Fig.4.2.1 Injection molding process
Plastic granules are fed into the hopper and through an opening in the injection cylinder where they are carried forward by the rotating screw．The rotation of the screw forces the granules under high pressure against the heated walls of the cylinder causing them to melt．As the pressure builds up，the rotating screw is forced backward until enough plastic has accumulated to make the shot．he injection ram(or screw)forces molten plastic from the barrel，through the nozzle，sprue and runner system，and finally into the mold cavities．During injection the mold cavity is filled volumetrically．When the plastic contacts the colc mold surfaces，it solidifies(freezes)rapidly to produce the skin layer．Since the core remains in the molten state，plastic flows through the core to complete mold filling．Typically，the cavity，is filled to 9 5％～9 8％during injection．Then the molding process is switched over to the packing phase
Even as the cavity is filled，the molten plastic begins to cool．Since the cooling plastic contracts or shrinks，it gives rise to defects such as sink marks，voids，and dimensional instabilities．③To compensate for shrinkage，addition plastic is forced into the cavity．Once the cavity is packed，pressure applied to the melt prevents molten plastic inside the cavity from back flowing out through the gate．The pressure must be applied until the gate solidifies．The process can be divided into two steps (packing and holding) or may be encompassed in one step (holding or second stage)．During packing，melt forced into the cavity by the packing pressure compensates for shrinkage．With holding the pressure merely prevents back flow of the polymer melt．
After the holding stage is completed，the cooling phase starts．During cooling，the part is held in the mold for specified period．The duration of the cooling phase depends primarily on the material properties and the part thickness．Typically，the part temperature must cool below the material’s ejection temperature．While cooling the part，the machine plasticates melt for the next cycle．The polymer is subjected to shearing action as well as the condition of the energy from the heater bands．Once the shot is made，plastication ceases．This should occur immediately before the end of the cooling phase．Then the mold opens and the part is ejected．
Blow Molding
The rapid growth in the use of advanced materials in a large number of? highly demanding automotive,electronic and cunsumer goods applications has promoted the development of? new and more complex material forming processes. In the last twenty years injection molding and blow molding have seen? a rapid growth due to the development of? new application and packaging industries,. this success can be traced to the optimization of existing processes and to the development of? new processing techniques employing novel concepts, injection molding? has seen the introduction of? techniques such as co-injection ,gas assisted injection? molding ,lost core molding and injection/compression.
(a)Parison extrusion stage (b)Clamping and blowing stage
Fig.4.2.2 Extrusion blow molding
Blow molding has been able to deal with much more complex? parts through? the development of 3D and sequential? blow? molding , complex molds? for? deepdrawn parts and cryogenic mold cooling . The introduction of new materials? has also made? possible the production of parts? having? multilayer structure
The complexity of these? new molding techniques calls for? a much better understanding? of the material behavior? during the basic stages of the process and its relation to the properies and performance of the final part, which are directly dependent? upon? die and mold designs and on the? operating conditions during extrusion ,?injection ,inflation and cooling in? the mold.?It?is? in these? areas? that? the computer? simulation? fot the? coupled??phenoment of??fluid? flow and heat transfer has proven to be a very valuable tool for the equipment manufacturer,mold designer and process engineer!
Blow molding process
Blow molding can be carried reciprocating screw injection machine．About either on an extruder or asection of molten polymer tubing (parsion) is extruded into an open mold．By means of compressed air or steam the plastic is then blown into the configuration of the mold．This technique is widely used for the manufacture of bottles and similar articles．In the case of large articles，such as liter beverage bottles，the parison may previously have been injection molded and oriented to provide additional strength to the final blown piece．
In the extrusion blow molding process(Fig．4．2．2)，the raw material is fed to a plasticating extruder in granular or pellet form．The plastic is melted by heat which is transferred through the barrel by the shearing motion of the extruder screw．The helical flights of the screw change configuration along its length from input to output(solids conveying,melting and metering sections)to assure a uniformly homogeneous melt at the screw tip．
In continuous extrusion blow molding，the screw feeds the melt directly into the head-die assembly．The meit flows around the mandrel and into an annular die of the convergent or divergent type．A hollow tube or“parison”is extruded continuouslv and cut at preset time intervals for transfer into the blow mold．
In the case of intermittent extrusion blow molding，the extruder feeds the material to an accumulator／head device．Once the desired volume has accumulated a ram or plunger pushes the material rapidly through the head-die assembly．The mold clamp mechanism does not need to transfer to a blowing station．The next parison is only extruded after the part is blown，cooled and removed from the mold．
Once a parison of the desired length has been formed，the mold is closed and the parison is inflated by internal air introduced through the die-head assembly．The mold walls are vented，and a vacuum may be applied．The molten polymer is thus forced to conform to the shape of the mold cavity．The article iS then cooled，solidified and ej ected from the mold．
In both methods the annular die may be designed to incorporate a hydraulic mechanism to vary or program the annular gap size．In this way，the extrusion process can be programmed to impart a specific wall thickness distribution or controlled weight to the parison．
Injection／stretch blow molding(Fig．4．2．3)is a two—stage process．In the first stage，the material is injection molded around a core rod to form a preform．In the second stage，the preform is then stretched through the action of a stretch rod，inflated and cooled in much the same manner as in the extrusion blow molding process．The result is a lighter product biaxially oriented in the axial and radial directions．Biaxial orientation provides increased tensile strength(top load)，less gas，liquid and odour permeation due to an increased molecular alignment and improved drop impact，clarity and light weighting of the container．Injection／stretch blow molding also produces scrap—free，close-tolerance，completely finished bottles or containers that require no secondary operations．Preform design and its relationship to the final container properties remain one of the most critical aspects of the process．The part thickness distribution has to be mapped onto the preform and through the knowledge of the material properties (degree of crystallinity and shrinkage after molding；stretching characteristics and their temperature dependence among others) the preform dimensions(form and thickness distribution)can be established．
(a)P reform injection stage (b)Stretching and blowing stages
Fig.4.2.3 Injection/stretch blow molding
塑料注射成型
許多不同的加工過程習(xí)慣于把塑料顆粒、粉末和液體轉(zhuǎn)化成最終產(chǎn)品。塑料材料用模具成型，并且適合用多種方式成型。在大多數(shù)情況下，熱塑性材料可以用許多方法成型，但熱固性塑料需要用其他方法成型。對于熱塑性材料有這種事實的認(rèn)識，它常常被加熱成為另一種柔軟狀態(tài)，然后在冷卻以前成型。對于熱固性塑料，換句話說，在它加工以前還沒有形成聚合物，在化學(xué)反應(yīng)加工過程中發(fā)生變化，如通過加熱、催化劑或壓力處理。記住這個概念在學(xué)習(xí)塑料加工過程和聚合物的形成是很重要的。
塑料注射成型越來越廣泛地運用于熱塑性材料的成型工藝。它也是最古老的一種方式。突然間，塑料注射成型材料占所有成型材料消費的30%。塑料注射成型適合于大批量生產(chǎn)，當(dāng)原材料被成單一的步驟轉(zhuǎn)換成為塑料物品和單步自動化的復(fù)雜幾何形狀制品。在大多數(shù)情況下，對于這樣的制品，精加工是不需要的。所生產(chǎn)的各種各樣的產(chǎn)品包括：玩具、汽車配件、家用物品和電子消費物品。
因為塑料注射模具有很多易變的相互影響，那是一種復(fù)雜的虛慎重考慮的加工過程。塑料注射模具設(shè)備的成功是不依賴于機器變化到恰當(dāng)?shù)牟襟E，只有淘汰了需要注射變化的機器，才會導(dǎo)致適應(yīng)液壓變化、料筒溫度變化和材料黏度變化的機器的產(chǎn)生。增加機器重復(fù)注射的能力的變化可以幫助減少公差，降低次品等級和增加產(chǎn)品質(zhì)量。（即外觀和適用性）。
任何成型作業(yè)的產(chǎn)品制造其主要目的是：在滿足一定的質(zhì)量下,在最短的時間內(nèi)，可以重復(fù)制造，并且是全自動循環(huán)。模具設(shè)計者努力減少或避免出現(xiàn)不合格的部件。For injection molding of high precision optical parts, or parts with a high added value such as appliance cases, the payoff of reduced rejects is high .對于注塑生產(chǎn)高精密注塑模具的光學(xué)零件、配件和高附加值的器械，減少不合格品所產(chǎn)生的利潤高的現(xiàn)象(圖4.2.1)。
一個典型的注塑成型周期或序列分為五個階段。
①注射或充填
?、诎b或壓縮
③保壓
④冷卻
?、莶考棾?
圖 4.2.1 注塑成型周期
塑料顆粒輸入料斗，并通過注射缸的開口和螺絲的旋轉(zhuǎn)力作用使部分顆粒使顆粒進入注射缸，同時在加熱器的作用下使顆粒融化。隨著壓力增大，造成氣缸壓力高使塑料分子激烈的碰撞側(cè)壁。當(dāng)壓力達到一定的值時，旋轉(zhuǎn)螺絲受力的作用而移動，開始注射。注射腔的熔融塑料從噴嘴噴出，通過澆口和流道系統(tǒng)，并最終進入型腔。在注射時，型腔填充塑料。 When the plastic contacts the cold mold surfaces, it solidifies(freezes) rapidly to produce the skin layer.Since the core remains in the molten state , plastic flows through the core to complete mold filling .Typically ,the cavity is filled to 95 ﹪ -98 ﹪ during injection . 當(dāng)熔融塑料接觸模具表面時，冷卻、凝固（凍結(jié)）迅速產(chǎn)生凝固層。由于塑件的內(nèi)部仍然是在熔融狀態(tài)，模具型腔通過填充熔融塑料完成注塑。通常情況下，模具型腔一般注射至9 5%～9 8%。然后成型工藝是轉(zhuǎn)向了包裝的階段。
當(dāng)型腔充滿，熔化塑膠開始冷卻。由于塑料冷卻會收縮,它會產(chǎn)生缺陷,如凹痕、孔洞、尺寸的不穩(wěn)定等。為了補償收縮,除將模具的型腔充滿融化塑外, 一旦模具的型腔被充滿，為了防止熔從注射口處流出，壓力必須加到注射口，知道熔塑凝固為止。這個過程可分為兩個步驟(包裝、保壓)或可能包含在一個步驟(保壓或第二階段)，包裝時，保持型腔口的壓力，然后進行補償收縮包裝。保持的壓力和流量的僅僅是防止后面的聚合物熔體流動。
保壓階段完成后,冷卻開始。在冷卻過程中,一部分是在指定時間模具內(nèi)冷卻，主要取決于材料的性能和厚度。一般來說,這部分必須冷卻到材料溫度的噴發(fā)溫度。當(dāng)冷卻完成后，注射機使聚合物熔化進入下一循環(huán)。聚合物受到剪切作用以及加熱圈的作用。在冷卻階段結(jié)束前，注射機停止注射，塑化作用也停止。然后模具打開,廢料被清除。
吹塑
先進材料的應(yīng)用在快速增長，汽車、電子和消費者的產(chǎn)品要求大量的提高，因而需要發(fā)展新的和更復(fù)雜的材料的成型工藝。在過去的二十多年里，注塑、吹塑有了較快發(fā)展,開發(fā)了新的應(yīng)用和包裝工業(yè), 該成果可以追溯到優(yōu)化現(xiàn)有的工藝和發(fā)展新工藝采用新穎的概念、注塑模引進技術(shù),如共注塑、氣體輔助注射成型,消失模成型和注射或熱壓成型機。
吹塑已經(jīng)能夠通過三維造型、發(fā)展時序吹塑、復(fù)雜的模具深腔制品件和低溫模具冷卻來應(yīng)付更復(fù)雜零件的。同時引進新材料也可能使生產(chǎn)零件有多層結(jié)構(gòu)。
一些復(fù)雜的新的成型工藝要求在初級階段和其性能的相互關(guān)系及最后部分的性能對材料性能有更好的理解,它直接決定模具設(shè)計和操作條件,包括擠壓,膨脹與冷卻等。它是在這些地方, 對于制造商和模具設(shè)計工程師而言，用計算機仿真來處理來流體的流動和傳熱已被證實是一個非常有價值的工具和設(shè)備!
吹塑工藝
吹塑可以用一種往復(fù)式螺桿塑化注塑機。而擠出機或型坯熔化的聚合物導(dǎo)管則是擠壓成的一個敞模。采用壓縮空氣或蒸汽塑料則是吹塑模具的配置。該技術(shù)已廣泛用于瓶子的制造和類似的物品。對于大型的日常用品,如公升瓶裝飲料, 型坯可能事先已經(jīng)注塑，并以增加強度最終被吹塑成一體。
在擠壓成形吹塑過程(圖片.4.2.2)、原材料以顆粒狀或球團狀送入擠出塑煉機，塑料是通過加熱融化而通過桶的雙螺桿擠出機螺桿的剪切動作轉(zhuǎn)移。 為確保塑料顆粒融化均勻，對螺旋轉(zhuǎn)螺桿的長度改變是沿著螺桿的尖端從輸入到輸出(固體物料搬運技術(shù)、熔煉、計量部分)。
（a）管坯擠壓階段 （b）夾緊和充氣階段
圖 4.2..2 擠出吹塑成型機
連續(xù)的擠出吹塑成型，螺旋喂送器將融化物直接送入機頭模集中，熔態(tài)流體環(huán)繞心軸進入收斂或發(fā)散類型的環(huán)形口模。一個空心管或管坯受到連續(xù)的擠壓，按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔連續(xù)地擠出管坯。
對于間歇擠壓吹塑成型，擠出機喂料累加器/頭裝置。一旦所需的物料已積累了一定數(shù)量或柱塞推動物料快速通過機頭模。模夾鉗裝置不需要轉(zhuǎn)到吹塑站，接下來管坯經(jīng)過吹塑、冷卻從模具中擠出。
一旦管坯預(yù)定長度形成,模具閉合, 管坯通過機頭模裝置向其內(nèi)部吹進空氣。鑄態(tài)聚合物因此被擠壓成符合形狀的模具。模件逐漸冷卻、固化后從模具中取出。
在這兩種方法都可以設(shè)計出環(huán)形口模成以液壓機制來改變或編制的環(huán)形間距大小，以這種方式,擠出工藝可編程的某一特定的壁厚分布的管坯或控制重量
注塑或拉伸吹塑成型(圖片4.2.3)是一種兩級工藝。第一階段,材料被注塑成一個圍繞環(huán)形預(yù)制芯棒。在第二階段,預(yù)制的芯棒通過一個彈性桿、膨脹與冷卻被拉伸，這就是間歇式擠出吹塑成型。結(jié)果是軸向和徑向的雙軸取向產(chǎn)品，為提高板料取向的拉伸強度(上部荷載)，減少氣體、液體、氣味滲透，主要取決于對輕壓容器分子排列的改進和提高分子沖擊,。無論是注塑，還是拉伸吹塑成型，制成完整的瓶或容器,無需二次加工。預(yù)設(shè)方案,最終容器性能保持其中最關(guān)鍵的部分，壁厚的部分被設(shè)計到預(yù)成型坯中,通過材料性能的知識（結(jié)晶度和收縮成型后,伸展特性及其對溫度等等）可以將制件的尺寸確定（組織和厚度的分布）下來。
（a）預(yù)成型注塑階段 （b）拉伸而和吹塑階段
圖 4.2.3 注塑和拉伸吹塑成型
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 50 頁
計算器上蓋注塑模具設(shè)計
摘要
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，因而注塑模具得到飛速發(fā)展，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的意義。本設(shè)計題目是計算器上蓋模具設(shè)計，介紹了注塑成型的基本原理，特別是單分型面注塑模具的結(jié)構(gòu)與工作原理；詳細(xì)介紹了注射模具澆注系統(tǒng)、成型零件和頂出系統(tǒng)的設(shè)計過程。澆注系統(tǒng)主要對澆口道、主流道和分流道進行了設(shè)計；成型零件主要對凹模結(jié)構(gòu)和工作尺寸進行了設(shè)計和計算，并對兩處側(cè)抽芯機構(gòu)進行了重點分析和設(shè)計，這里采用了成型斜頂桿和橡膠完成，并對脫模力進行了計算，然后對模具強度要求、鎖模力、最大注射量等做了校核；最后使用SolidWorks軟件對模具的零件進行實體造型，同時完成了注射插裝式控制回路的PLC設(shè)計。
關(guān)鍵字：成型零件；澆注系統(tǒng)；導(dǎo)向機構(gòu)；注塑模具
Injection Mould Design of Calculator Cover
Abstract
The plastics industry is one of the fastest growing industrial branches in the world, so that the injection molds have rapid development, therefore, of molds reserchment about plastics production process and improve product quality have great significance. This topic is the calculator on the cover of the mould design, describes the basic principles of injection molding, especially single-parting molds structure and works; details the injection mold casting system, forming parts and ejection system design process. Casting system is mainly on gate road, mainstream road and branching channels design; prototyping part mainly on die structure and working size design and calculation, and two lateral pulling mechanism focused analysis and design, here is some oblique top rail and rubber, and stripping force computed, and on tooling strength requirements, clamping force, maximum volume and so do check; last use SolidWorks software on mould parts solid modeling, and completed the injection cartridge PLC control circuit design.
Keywords：forming parts; ejection system; guiding-mechanism; injection molding
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用 1
1.2塑料模具生產(chǎn)向信息化發(fā)展 2
1.3注射成型 2
1.4本次設(shè)計的目的 4
2塑件的工藝性分析 5
2.1制品的結(jié)構(gòu)分析 5
2.2塑料成型特點 5
2.3塑件成型的工藝參數(shù) 6
2.4初選注塑機 7
3成型零件的設(shè)計 8
3.1成型零件應(yīng)具備的性能 8
3.2成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
3.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
3.2.2抽芯機構(gòu)的設(shè)計 9
3.2.3成型斜頂桿的設(shè)計 10
3.3塑料制品在模具中的位置 11
3.3.1一模兩腔及其排列方式 12
3.3.2分型面的選擇 12
3.4成型零件的工作尺寸計算 13
3.4.1型腔的尺寸計算 13
3.4.2型芯/凸模的成型尺寸 14
3.4.3型芯中心到成型面距離 16
3.5成型壁厚和底板厚度計算 16
3.5.1型腔側(cè)壁厚度的計算 17
3.5.2型腔底板厚度的計算 17
4澆注系統(tǒng)的設(shè)計 19
4.1澆口的設(shè)計 19
4.2主流道的設(shè)計 20
4.3分流道的設(shè)計 20
4.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計 21
5脫模機構(gòu)的設(shè)計 22
5.1脫模機構(gòu)的構(gòu)成與功能 22
5.1.1脫出機構(gòu)與取出機構(gòu)的設(shè)計 22
5.2脫模力的計算 23
6導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 26
6.1導(dǎo)向機構(gòu)的作用 26
6.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu) 26
6.3導(dǎo)柱在模板上的布置 27
7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 29
7.1冷卻水道的設(shè)計原則 29
7.2定模上冷卻水道的設(shè)計 29
7.3動模上冷卻水道的設(shè)計 30
8注塑模與注塑機的關(guān)系 31
8.1最大注塑量的校核 31
8.2鎖模力的校核 31
8.3最大注射壓力的校核 32
8.4注塑機安裝模具部分的尺寸校核 32
8.4.1定位環(huán)的尺寸 32
8.4.2模具厚度 33
8.4.3模具的外形尺寸 33
8.5最大開模行程的校核 33
9模具的經(jīng)濟性分析 34
10典型零件的實體造型 36
10.1使用SolidWorks對零件進行實體造型 36
11注射/預(yù)塑插裝式控制回路的PLC設(shè)計 42
結(jié)束語 47
致謝 48
參考文獻 49
1緒論
1.1塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用
塑料制品在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。絕大多數(shù)塑料制品都是用一定形式的模具生產(chǎn)的。出于塑料具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制件可加工成任意形狀而且具有生產(chǎn)率高、價格低廉等特點，所以應(yīng)用日趨廣泛，年增長居四大工業(yè)材料之首。已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個部門。
塑料工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應(yīng)運而生的新興工業(yè)，同時又是一個飛速發(fā)展的工業(yè)領(lǐng)域。從20世紀(jì)30年代前后開始研制至今，塑料作為一種新的工程材料不斷被開發(fā)應(yīng)用，到目前塑料工業(yè)已實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)工藝自動化，不斷開拓出功能塑料的新領(lǐng)域。隨著機械工業(yè)、電子工業(yè)、航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日用品工業(yè)的發(fā)展，塑件的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，這就要求成型塑料模具的開發(fā)、設(shè)計與制造水平也必須越來越高。因此，塑料模具設(shè)計水平的高低、制造能力的強弱及模具質(zhì)量的優(yōu)劣，都直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著各種產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟效益的增長以及整體工業(yè)水平的提高［1］。
塑料模具在我國國民經(jīng)濟中的重要性，表現(xiàn)在國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機械、電子、汽車、石油化工和建筑，都要求塑料模具的發(fā)展與之相適應(yīng)，以滿足五大支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。以汽車、摩托車行業(yè)模具市場為例，在工業(yè)發(fā)達國家，汽車、摩托車行業(yè)是模具的最大市場，其占整個模具市場的一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之—，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到明確。到20仍年，我國汽車年總需求量約300萬輛，汽車基本車型將達到170種，更新車型和改裝車型430種，而且汽車換型時間不斷縮短，轎車一般3~4年，輕型車4~5年，其它車型6~8年。汽車換型時約有80％的模具需要更換，一個型號的汽車，所需模具達幾千副，價值上億元。據(jù)介紹．到2005年，我國生產(chǎn)的各類汽車模具只能滿足規(guī)劃需要量的50％左右。1997年我國摩托車產(chǎn)量超過1000萬輛，居世界第一。這其中共有14種排量，80多個車型，1000多個型號，到2000年生產(chǎn)能力達到2萬輛，每輛摩托車備模具近1000副，價值1000多萬元。所有這些，體現(xiàn)了塑料模具在國民經(jīng)濟中的重要性［2］。
1.2塑料模具生產(chǎn)向信息化發(fā)展
塑料制品在人們的日常生活及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，社會對塑料制品的需求愈來愈大，若要生產(chǎn)出較好的塑料制品，必須有先進實用的塑料模具，因此如何設(shè)計塑料模具就為有關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員所關(guān)注。
模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其它先進制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識。
隨著塑料產(chǎn)品在家電、電子、機械等產(chǎn)品和日常用品中的越來越廣泛應(yīng)用，對塑料模具的設(shè)計和制造的要求也越來越高。傳統(tǒng)的手工設(shè)計與制造方式早已滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的需要。CAD／CAM技術(shù)的發(fā)展正適應(yīng)了這種客觀實際的要求。 CAD/CAM技術(shù)可以顯著提高塑料產(chǎn)品和塑料模具的設(shè)計制造效率，提高設(shè)計制造質(zhì)量，減少試模修模時間，從而縮短從塑料產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、模具制造到進行產(chǎn)品模塑生產(chǎn)的整個周期［3］。
1.3注射成型
塑料模具的分類方法很多，不同的塑料成型方法使用著原理和結(jié)構(gòu)各不相同的塑料模具。按成型方法，可將塑料模具分為注射成型模具、壓制成型模具、傳遞成型模具、擠出成型模具，中空吹塑成型模具，真空、壓縮空氣成型模具，鑄塑模，泡沫塑料成型模具等。本文著重介紹注射成型模具。
注射成型的主要裝置就是注塑成型機和注射成型模具。
⑴ 注塑成型機
注塑成型機可分為合模裝置與注射裝置?！『夏Ｑb置主要作用是實現(xiàn)模具開閉以及頂出制品。合模裝置可分為如圖所示的連桿式和直接利用油壓實行合模的直壓式。
注射裝置是使樹脂材料受熱融化后射入模具內(nèi)的裝置。如圖所示從料頭把樹脂擠入料筒中，通過螺桿的轉(zhuǎn)動將熔體輸送至機筒的前端。在那個過程中，在加熱器的作用下加熱使機筒內(nèi)的樹脂材料受熱，在加熱裝置是作用下使樹脂成為熔融狀態(tài)，將相當(dāng)于成型品及主流道，分流道的熔融樹脂滯留于機筒的前端，螺桿的不斷向前將材料射入模腔。當(dāng)熔融樹脂在模具內(nèi)流動時，須控制螺桿的移動速度（射出速度），并在樹脂充滿模腔后用壓力（保壓力）進行控制。當(dāng)螺桿位置，注射壓力達到一定值時可以將速度控制切換成壓力控制。［4］
⑵ 注射成型模具
注射成型模具又可稱注射模、注塑模。注塑成型（Injection Molding）是指，受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復(fù)雜部件的批量生產(chǎn)，是重要的加工方法之一。注射成型過程大致可分為以下6個階段
① 合模
② 注射
③ 保壓
④ 冷卻
⑤ 開模
⑥ 制品取出 上述工藝反復(fù)進行，就可連續(xù)生產(chǎn)出制品。
注射成型不但能成型形狀復(fù)雜、精度高的塑件，而且生產(chǎn)效率高，自動化程度高，主要用于熱塑性塑料的成型，是熱塑性塑料成型的一種主要方法，也可用于熱固性塑料的成型。注射模在塑料模中占有很大的比例。
1.4本次設(shè)計的目的
本次的設(shè)計是我大學(xué)生涯的最后一次綜合性的課程設(shè)計；其目的就是通過一定工程實踐工作，將所學(xué)理論知識與工程實踐相結(jié)合，培養(yǎng)我們的綜合應(yīng)用能力、獨立思考能力和解決工程問題能力。通過畢業(yè)設(shè)計可以培養(yǎng)我查閱資料、方案設(shè)計、參數(shù)確定、理論分析、設(shè)計計算分析及解決問題的能力，培養(yǎng)計算機繪圖軟件熟練使用能力及專業(yè)外語翻譯能力。這次我的設(shè)計是模具設(shè)計，它是一項很復(fù)雜的工作，它要求我們在掌握理論知識的基礎(chǔ)上要有更好的實踐經(jīng)驗。設(shè)計一副好的模具，其中牽涉到許多的內(nèi)容工藝，一套模具有多種工藝方案，在進行的比較中需要考慮的內(nèi)容，很有針對性，對我來說是一次很好的鍛煉機會，同時也為我今后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。
2塑件的工藝性分析
2.1制品的結(jié)構(gòu)分析
圖2.1為計算器上蓋的塑件結(jié)構(gòu)圖。可以看出其結(jié)構(gòu)比較簡單，且屬于小型制品。該塑件的主要技術(shù)難度為制作尺寸為內(nèi)孔與塑件上部的凹槽，因為此兩處都需要進行側(cè)抽才能制造出來。根據(jù)器材的要求，零件的表面精度無須太高。制品的精度等級一般等級為4級。
圖2.1 計算器上蓋塑件圖
2.2塑料成型特點
ABS的中文化學(xué)名為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一種高結(jié)晶聚合物，具有較好的綜合性能, 較高的沖擊強度, 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電性能等特點，雖然流動性比HIPS差一點，但比PCC、PMMA、PC等材料好，并且柔韌性好，可在－40C～100C之間長期使用。但在注塑生產(chǎn)中也要考慮到它不利的特性，即它屬于聚合性塑料，熔點明顯，一旦達到熔點，溶體粘度迅速下降。當(dāng)溫度超過一定限度或溶體受熱時間過長，則會引起材料的分解。ABS的計算收縮率為0.4~0.7%，一般取其平均值為0.5%。常溫下它的密度為1.05g/cm。
2.3塑件成型的工藝參數(shù)
表2.1塑料成型的工藝參數(shù)
塑料名稱
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(共聚)
縮寫
ABS
注射機類型
螺桿式
密度(g/cm3)
1.05
計算收縮率(%)
0.4~0.7
預(yù)熱
溫度/℃
時間/h
80~85
2~3
料筒溫度/℃
后段
中段
前段
150~170
165~180
180~200
噴嘴溫度/℃
170~180
模具溫度/℃
50~80
注射壓力/MPa
60~100
成型時間/s
注射時間
高壓時間
冷卻時間
總周期
20~90
0~5
20~120
50~220
螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)
30
適用注射機類型
螺桿式
2.4初選注塑機
根據(jù)塑料的品種、塑件的質(zhì)量、模腔的數(shù)目等注射工藝，可以初步選型號為SZ-200/1000的臥式注塑機。其主要的技術(shù)參數(shù)如表2.2所示：
表2.2 注塑機的主要技術(shù)參數(shù)
理論注射容積/
210
螺桿直徑（mm）
42
注射速率（g/s）
110
注射壓力（MPa）
150
塑化能力（g/s）
14
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
10 ～250
鎖模力（kN）
1000
拉桿內(nèi)間距（mm）
315315
移模行程/mm
300
模具厚度（mm）
max
350
min
150
模板行程（mm）
300
模具定位孔直徑（mm）
125
噴嘴球半徑（mm）
15
本次選擇的注塑機為初步選擇，待在后續(xù)設(shè)計中在對本次注塑機進行校核，若參數(shù)對于本模具不適合在另行選擇。
3成型零件的設(shè)計
3.1成型零件應(yīng)具備的性能
由于成型零件的質(zhì)量直接影響到塑件的質(zhì)量，且與高溫高壓的塑料熔體接觸，所以必須具備以下性能：
1.具有足夠的強度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。
2.具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。
3.具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。
4.零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。
5.成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。
3.2成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.2.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模也稱陰模，它是成型塑件表面形狀的主要零件。根據(jù)塑件成型的需要和加工與裝配工藝要求，凹模有整體式和組合式兩類。
整體式凹模的結(jié)構(gòu)簡單，成型的制品質(zhì)量較好。但對形狀復(fù)雜的凹模，其加工工藝性較差。因此。在先進的型腔加工機床尚未普遍應(yīng)用之前，整體式凹模適用于小型且形狀簡單的塑料制品的成型。
組合式凹模指凹模由兩個及以上零件組合而成。這種凹模改善了加工性，減少了處理變形，節(jié)約了模具鋼，但裝配調(diào)整較麻煩，有時塑件表面可能存在拼塊的拼接線痕跡。因此，組合式凹模主要用于形狀復(fù)雜的塑件的成型。
本設(shè)計采用的是組合式凹模，結(jié)構(gòu)如圖3.1所示
圖3.1 凹模的結(jié)構(gòu)
3.2.2抽芯機構(gòu)的設(shè)計
（1）抽芯機構(gòu)用于成型制品上的孔或其他凸起或凹陷結(jié)構(gòu)，故其設(shè)計的合理性直接影響著的塑件的外形是否合格，從而影響它和其它零件的配合。抽芯機構(gòu)有很多比如：彈簧抽芯機構(gòu)、斜銷抽芯機構(gòu)、彎銷抽芯機構(gòu)、斜滑塊抽芯機構(gòu)、還有液壓抽芯機構(gòu)等等，本次設(shè)計采用斜滑塊抽芯機構(gòu)。它工作原理是將型芯固定在一滑塊之上，楔形塊固定在動模板上，當(dāng)脫模時推板上移，帶動楔形塊上移，在橡膠的彈力作用下推動滑塊，從而達到抽芯的目的。側(cè)抽的具體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：
1—塑件 2—型芯 3—楔形塊
圖3.2 抽芯機構(gòu)
（2）楔形塊的斜度計算
推板行程與型芯長度的幾何關(guān)系如圖3.3所示
圖3.3
圖中為型芯長度為2.4mm，為推板行程為30mm。
(3.1)
取角為。
3.2.3成型斜頂桿的設(shè)計
（1）當(dāng)塑件側(cè)壁內(nèi)表面出現(xiàn)凹、凸形狀或塑件頂端內(nèi)表面出現(xiàn)L型倒鉤等情況時，采用成型斜頂桿是非常有效的。
本次設(shè)計的成型斜頂桿如圖3.4所示
1—塑件 2—成型斜頂桿
圖3.4 成型斜頂桿
（2）成型斜頂桿的斜度計算
推板行程與凹槽寬度的幾何關(guān)系如圖3.5所示
圖3.5
圖中為型芯長度為1.8mm，為推板行程為30mm。
(3.2)
取角為。
3.3塑料制品在模具中的位置
塑料制品在模具中的位置直接影響到模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。注塑模具每一次注塑循環(huán)所能成型的塑件數(shù)量是由模具的型腔數(shù)量決定的。型腔的數(shù)目及排列方式、分型面的位置確定等決定了塑料制品在模具中的成型位置。
3.3.1一模兩腔及其排列方式
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點及質(zhì)量要求,該模具設(shè)計為1模2腔。另外根據(jù)經(jīng)驗，每增加一個型腔，塑件尺寸精度要降低4%，本設(shè)計要求大批大量生產(chǎn)，綜合考慮，采用1模2腔更為合理。
模具型腔的排列方式通常有圓形、H形、直線及復(fù)合排列四種。為使塑件排列緊湊，節(jié)省鋼材，與材料。本設(shè)計采用直線型排列方式。如圖3.4所示。
圖3.4 型腔的排列
3.3.2分型面的選擇
分型面是模具中用來取出塑件和凝料的可分離的接觸表面。分型面的選擇在注塑模具設(shè)計中占有重要的地位，直接影響了塑件的質(zhì)量、模具的整體結(jié)構(gòu)、工藝操作的難易程度及模具的制造成本。
注射模的分型面指分開注射模取出塑件的界面，是其定模和動模的接觸面或瓣合式注射模的瓣合面。
分型面的形狀有平面式分型面、階梯式分型面、曲面式分型面、斜面式分型面及綜合式分型面。
考慮到本塑件零件特征，為了不影響塑件尺寸和形狀，利于模具型腔內(nèi)氣體的排出，設(shè)計的分型面如圖3.5所示
圖3.5 分型面的確定
3.4成型零件的工作尺寸計算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔和型芯的徑向尺寸、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸及精度。
影響塑件尺寸的因素：
1.成型收縮率的選擇和成型收縮率波動引起的尺寸誤差；
2.成型零件的制造誤差；
3.成型零件脫模斜度引起的誤差；
4.成型零件的組裝誤差；
5.成型零件磨損及化學(xué)腐蝕引起的誤差；
6.成型零件的相對移動引起的誤差，如合模時的誤差、側(cè)抽芯的移動誤差等；
3.4.1型腔的尺寸計算
（1）型腔的內(nèi)形（長和寬）尺寸
(3.3)
(3.4)
式中 ——型腔的長度和寬度（mm）；
——塑件外徑基本尺寸（mm），即塑件的實際外形尺寸；
——塑件公差；
——塑件平均收縮率（%）；
——模具成型尺寸設(shè)計公差，對于小型塑件一般取=/6。
（2）型腔的深度尺寸
(3.5)
式中——型腔深度尺寸（mm）；
——塑件高度基本尺寸（mm），即塑件的實際高度尺寸。
3.4.2型芯/凸模的成型尺寸
（1）型芯徑向尺寸
(3.6)
式中 ——型腔的內(nèi)形尺寸（mm）；
——塑件外徑基本尺寸（mm），即塑件的實際外形尺寸；
——塑件公差；
——塑件平均收縮率（%）；
——模具成型尺寸設(shè)計公差，對于小型塑件一般取=/3。
（2）型芯/凸模的高度
(3.7)
(3.8)
式中 ,——型芯/凸模的高度尺寸（mm）；
——塑件高度基本尺寸（mm），即塑件的實際高度尺寸。
——塑件公差；
——塑件平均收縮率（%）；
——模具成型尺寸設(shè)計公差，對于小型塑件一般取=/6。
（3）凸模的長度和寬度
(3.9)
(3.10)
式中 ——凸模的長度和寬度（mm）；
——塑件內(nèi)腔基本尺寸（mm），即塑件的實際內(nèi)腔尺寸；
3.4.3型芯中心到成型面距離
(3.11)
式中 ——型芯中心到成型面距離（mm）；
——塑件基本尺寸（mm），即塑件的實際尺寸；
3.5成型壁厚和底板厚度計算
在塑料注射模的注射過程中，型腔從合模到注射保壓過程中將受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的強度和剛度。型腔側(cè)壁所受的壓力應(yīng)以型腔內(nèi)所受最大壓力為準(zhǔn)，對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎曲變形，應(yīng)按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常常在彎曲變形之前，其內(nèi)應(yīng)力已超過許用應(yīng)力，應(yīng)按強度計算。
本設(shè)計的模具屬于小型模具，所以按剛度計算。
3.5.1型腔側(cè)壁厚度的計算
=
= 3.262
(3.12)
式中 -圓形型腔的側(cè)壁厚度（mm）
h-型腔高度 （mm）
c-系數(shù)，
E-彈性模量，一般取2.1×105 MPa
p-型腔壓力（MPa）,ABS的型腔壓力為30MPa
-模具材料的許用變形量（mm）
=St (S-塑件收縮率（%）；t-制品壁厚（mm）)
本設(shè)計中為10mm，滿足強度要求。
3.5.2型腔底板厚度的計算
=
=22.192
(3.13)
式中 -型腔厚度（mm）
c-系數(shù)，
E-彈性模量，一般取2.1×105 MPa
p-型腔壓力（MPa）,ABS的型腔壓力為30MPa
本設(shè)計中取24mm，完全滿足強度要求。
4澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料流動通道。其作用是將塑料溶體順利地充滿型腔的各個部分，并在填充及保壓過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個部分，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。
4.1澆口的設(shè)計
澆口又稱進料口或內(nèi)流道。它是主流道、分流道與型腔之間的連接部分，即澆注系統(tǒng)的終端。一般這段很短的通道截面積很小，當(dāng)熔融的塑料流在高壓下通過澆口時，因為澆口的截面積很小，使塑料流速加快，而由于摩擦作用，又使塑料流的溫度升高，黏度降低，提高了塑件的流動性，有利于充滿型腔，因此它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。
本設(shè)計選擇的澆口形式為潛伏澆口，潛伏澆口在一個制品上可以開設(shè)一個，也可以開設(shè)多個，本設(shè)計為一模兩腔，故開設(shè)了兩個澆口。潛伏澆口的特點是：熔融塑料流通過澆口時流速增高，加上摩擦力的作用，塑料流的溫度升高，這樣，能夠獲得外形清晰，表面光澤的塑件。另外潛伏澆口開模后點澆口可自動拉斷，有利于自動化操作。去除澆口以后，塑件上留下的痕跡不明顯，不會影響塑件表面的美觀，其不足之處是：注射壓力損失較大，對塑件成型不利，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于澆口附近流速過高，造成分子高度定向，增加局部應(yīng)力，易發(fā)生開裂現(xiàn)象。
本設(shè)計的潛伏澆口位置及尺寸選擇如圖4.1所示：
圖4.1 潛伏澆口的位置
4.2主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利流入，開模時又能使主流道的凝料順利拔出。主流道的小端直徑D=d＋(0.5～1)mm,球面凹坑半徑R= R＋（0.5～1)，凹坑深度常取3～5mm，錐角=4°～8°，主流道的長度L應(yīng)盡可能地短，以降低壓力損失。主流道內(nèi)壁的表面粗糙度應(yīng)在Ra=0.8m以下。
由于主流道與高溫塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨加工和熱處理，通常選T8A鋼并進行淬硬處理。澆口套出料端面直徑應(yīng)盡量小，以減小模腔內(nèi)部壓力對其的反作用力。
主流道尺寸和澆口套的形式如圖4.3所示：
1—注塑機噴嘴 2—澆口套
圖4.2 主流道的設(shè)計尺寸
4.3分流道的設(shè)計
分流道是將熔融塑料從主流道中通過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從主流道進入多腔模的各個型腔的澆口的通道，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(shè)置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。
1. 分流道的截面設(shè)計 根據(jù)理論分析可以知道，在同等截面面積的情況下，正方形的周長最長，圓形最短。因此從增大穿熱面積考慮，分流道的截面最好選擇正方形；從減少散熱面積考慮，分流道的截面宜采用圓形；從壓力損失來考慮，由于同等端面積時圓形的周邊最短，故應(yīng)選擇圓形的。所以設(shè)計原則應(yīng)該是具體問題具體分析，應(yīng)該根據(jù)塑件的成型尺寸、塑件壁厚、塑件的形狀、塑件的工藝特性、注射速率、分流道的長度等因素來定。所以根據(jù)本次設(shè)計的要求可以選擇圓形，如圖4.4所示，且選在定模板一側(cè)。
圖4.3 分流道的截面尺寸
2. 分流道的分布設(shè)計 分流道的布局取決于型腔的布局，型腔與分流道的布置原則是排列緊湊，縮小模具尺寸，分流道的長度應(yīng)盡量短，鎖模力應(yīng)力求平衡。所以根據(jù)要求分流道的布置形式應(yīng)選擇為平衡式圓周分布。如圖4.5所示
1—主流道 2—分流道
圖4.4 分流道的分布
4.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計
塑料模具的注射過程是熔融塑料將型腔中的空氣置換出來的過程，當(dāng)塑料將型腔填充時，必須順利地排放出型腔及澆注系統(tǒng)中的空氣及塑料受熱而產(chǎn)生的熱空氣，如果氣體不能被順利排出，塑件會由于填充不足而產(chǎn)生接縫或表面輪廓不完整等缺陷。
本設(shè)計采用分型面排氣，即利用活動型環(huán)與定模板之間的配合間隙（一般間隙值為0.03～0.05）來將型腔中的氣體順利從分型面排出。
5脫模機構(gòu)的設(shè)計
在注射成型的每一個循環(huán)中，塑件必須從模具的型腔及型芯中被脫出，這一完成塑件脫出的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)或頂出機構(gòu)。
脫模機構(gòu)的設(shè)計原則:
盡可能使塑件留于動模一側(cè)，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具簡單；應(yīng)保證脫模時不損壞塑件，必須把脫模機構(gòu)的脫模力作用在塑件能承受力較大的部位，如筋部、凸圓、殼體壁等處；應(yīng)確保塑件在脫模時，盡可能使脫模力的分布均勻合理，使塑件不致因脫模力的作用而變形；脫模機構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、動作可靠；脫模時必須克服制品和塑料模之間的摩擦力，因此要求脫模機構(gòu)中各有關(guān)脫模的零件應(yīng)具有足夠的強度，剛度和硬度。
5.1脫模機構(gòu)的構(gòu)成與功能
脫模機構(gòu)的作用是先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離(稱為脫出)，然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內(nèi)取出，即脫模動作分為脫出和取出兩個步驟。脫模的動力來源可分為人工、機械、液壓、氣壓等。脫出與取出動作之間，有時有明顯的界限，有時則無。
5.1.1脫出機構(gòu)與取出機構(gòu)的設(shè)計
根據(jù)塑件本身的結(jié)構(gòu)特點，選擇推桿脫出機構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。另外將推桿固定在推板之上，脫件時推板向上移動，帶動推桿，從而將塑件推出。
圖5.1推桿的結(jié)構(gòu)
對于模具塑件成型之后取出機構(gòu)的方式有兩種：
（1）掉落取出：就是使塑件或澆注系統(tǒng)凝料等自動掉落取出的辦法。取出的動作有時靠塑件或澆注系統(tǒng)等的自重，在脫出部件使其從模具脫出后自動掉落，而離開模具。取出動作有時依靠機械裝置，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，而將其刮落或撣落。有時依靠氣吹裝置，在脫出部件使其從模具脫出而呈懸掛狀態(tài)時，將其吹落[2]。
（2）非掉落取出：就是塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模具種被拿出。取出動作有時依靠人工，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其取出而離開模具。有時則依靠機械手，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其自動取出。
本次所設(shè)計的模具的取出方式為非掉落取出，在取出塑件時可根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)條件，而選擇機械手取出或依靠人工。
5.2脫模力的計算
由于注射成型后，塑件在塑模內(nèi)的冷卻會對凸模產(chǎn)生包緊力，因此，在頂出脫模時必須克服塑件和凸模之間因包緊力而產(chǎn)生的磨擦阻力。
實踐證明，塑件開始脫模的瞬間摩擦阻力最大，這時所需要的頂出脫模力也最大。因此最大的脫模力可按圖5.2所示進行估算。即
圖5.2 塑件脫模時的受力分析
根據(jù)公式
(5.1)
其中F為抽芯力即脫模力,C為型芯被塑料包緊部分的斷面周長 L為型芯被塑料包緊部分的長度，F(xiàn)0為單位面積的包緊力，一般取7.85MPa~11.77MPa ;本次設(shè)計取F0=10MPa即：
故
另外本模具中還應(yīng)用了成型斜頂桿側(cè)抽機構(gòu)，圖5.3
圖5.3 塑件脫模時的受力分析
所以在計算脫模力時也應(yīng)該對側(cè)抽機構(gòu)在脫模時的應(yīng)力進行計算，即：
故
式中 F——抽芯力（脫模力）,(KN)；
C——型芯被塑料包緊部分?jǐn)嗝嫫骄荛L（mm）；
——塑料對鋼的摩擦系數(shù)，一般為0.2左右；
L——型芯被塑料包緊的長度（mm）；
F0——單位面積的包緊力，一般可取7.85MPa~11.777MPa；
——脫模斜度，由于一般都及較小（1°左右），故cos≈1；
R——為制件包緊型芯處的半徑；
6導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
注射模的導(dǎo)向機構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向機構(gòu)和截面定位兩種類型。導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向機構(gòu)用于動模和定模的開合模導(dǎo)向以及脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。
導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計原則：
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；導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來選定，并應(yīng)保證有足夠的抗彎強度；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；導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性；為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但有時也裝在動模板上，這要根據(jù)具體情況而定。
6.1導(dǎo)向機構(gòu)的作用
每套塑料模具都要設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)，在模具工作時，導(dǎo)向機構(gòu)可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確形狀。同時，導(dǎo)向機構(gòu)可以引導(dǎo)動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并能承受一定的側(cè)向力。
6.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)
導(dǎo)柱導(dǎo)向是指導(dǎo)柱與導(dǎo)套采用間隙配合，使導(dǎo)套在導(dǎo)柱上滑動，配合間隙一般采用H7/f6級配合，主要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
1.導(dǎo)柱
本設(shè)計中采用的是無儲油槽的導(dǎo)柱，其主要用于小型塑料模具中。具體結(jié)構(gòu)如圖6-1所示：
圖6.1導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)
2.導(dǎo)套
根據(jù)導(dǎo)柱的尺寸，選擇的導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖6.2所示：圖中在導(dǎo)套的后端導(dǎo)一圓角，目的是為了使導(dǎo)柱順利進入導(dǎo)套。
圖6.2 導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)
6.3導(dǎo)柱在模板上的布置
本設(shè)計中采用4個導(dǎo)柱，且采用完全對稱分布形式。具體分布情況如圖6.3所示：
圖6.3 導(dǎo)柱在模板上的布置
7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
7.1冷卻水道的設(shè)計原則
1.冷卻水孔數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大，這樣可使溫度分布均勻，其型腔表面溫度變化不大。
2.冷卻水孔至型腔表面距離盡量相等，當(dāng)塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離。一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常為12～15mm.
3.澆口處要加強冷卻。
4.降低入水與出水的溫差，如果入水溫度和出水溫度差別太大時，使模具的溫度分布不均，如果制品冷卻速度不一樣，就容易造成制品變形。
5.水道的設(shè)置應(yīng)便于加工和清理，冷卻水道要易于機械加工，便于清理。一般孔徑設(shè)計為8～12mm。
7.2定模上冷卻水道的設(shè)計
由于模具的型腔開在定模板上，故要根據(jù)實際情況對定模板進行冷卻水路的設(shè)計，具體的開設(shè)位置如圖7.1所示：
圖7.1 定模板上冷卻水路的設(shè)計
7.3動模上冷卻水道的設(shè)計
該模具所制塑件是埋在動模固定板里的，并且為一模兩件，因此采用分四條冷卻水路對動模板型環(huán)及型芯進行冷卻，由于模具在設(shè)計時以考慮到日后冷卻的問題故在寬度方面有足夠的空間在不穿過活動部件的前提下，設(shè)置四條直通水道，其具體走向如7.2圖所示，水道與型腔的位置關(guān)系如7.3圖所示
圖7.2 動模上冷卻水路的設(shè)計
圖7.3水道與型腔位置關(guān)系示意圖
8注塑模與注塑機的關(guān)系
注塑模需要安裝在注射機上才能進行工作，兩者應(yīng)相互匹配，前面已經(jīng)初選了注射機，下面進行其基本參數(shù)的校核。
8.1最大注塑量的校核
在設(shè)計模具時，為保證塑件的質(zhì)量，應(yīng)保證注射模內(nèi)所需注射量在注射機實際的最大注射量的范圍內(nèi)。
公式如下：
80%≥ V實/V公×100% (8.1)
式中 V實——塑件所需注塑量（g）。
V公——注塑機注塑量（g）。
計算得V公 =15.35cm3 ，V實 =110cm3，那么經(jīng)代入公式計算可知15.35/110×100% = 13.9527.5%，小于80%，故符合要求。
8.2鎖模力的校核
注射成形時，高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生使模具沿分型面分開的脹模力。為了防止模具分型面被脹模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。因此模具設(shè)計時應(yīng)使注射機的額定鎖模力大于脹模力。即
(8.2)
式中 ——注塑機的額定鎖模力（N）；
——塑件成型所需要的實際注射壓力（MPa）；
——注塑壓力到達型腔的壓力損失系數(shù)，一般取0.34~0.67；
——塑件及澆注系統(tǒng)等在分型面上的投影面積。
由前面的數(shù)據(jù)可知：=1000kN，=0.67，=100MPa，通過粗算=7590
所以 1000kN0.67×100×7590=508.53 kN 符合要求。
8.3最大注射壓力的校核
注射機的最大注射壓力必須大于成形塑件所需要的注射壓力。即
(8.3)
式中 ——注塑機的最大注射壓力（MPa）；
——塑件成型所需要的實際注射壓力（MPa）。
對于SZ-200/1000型號的注塑機，=150，=100，則滿足要求。
8.4注塑機安裝模具部分的尺寸校核
8.4.1定位環(huán)的尺寸
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(yīng)與注射機的定位孔間隙配合，其配合一般為，定位環(huán)厚度為8～10mm，即小于注射機定位孔的深度。如圖8.1所示：
、
圖8.1 定位環(huán)的尺寸
8.4.2模具厚度
模具的閉合厚度應(yīng)在注射機允許的最大模具厚度和最小模具厚度之間，即
(8-4)
初選注塑機模具的最大、最小厚度分別為：=150 mm，=350，模具閉合時的厚度為300，所以滿足要求。
8.4.3模具的外形尺寸
初選注射機的拉桿內(nèi)間距為315×315mm，本設(shè)計的模具長度和寬度為300×220mm,所以滿足要求。
8.5最大開模行程的校核
模具開模取出塑件所需要的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。注射機最大開模行程的大小直接影響模具所能成形的塑料高度，太小時塑件無法從動模、定模之間取出。因此模具設(shè)計時必須進行注射機開模行程的校核，使其與模具的開模距離相適應(yīng)。
對于單分型面模具所需要開模行程按下式校核：
≥S=H1+H2 +（5～10）mm (8.5)
式中 —注射機的最大開模行程（mm）；
S—模具所需開模距離（mm）；
H1—型芯凸出動模固定板的距離（mm）；
H2—塑件制品高度（mm）。
本設(shè)計中H為6mm,H為6mm,所以S為22mm,而為300mm。所以滿足要求。
9模具的經(jīng)濟性分析
隨著科學(xué)的發(fā)展，從科學(xué)總體中產(chǎn)生出許多科學(xué)分支，逐漸形成了他們特有的研究對象和內(nèi)容?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點是各門學(xué)科相互交叉，形成許多為社會所需要的邊緣學(xué)科。技術(shù)經(jīng)濟學(xué)就是由技術(shù)科學(xué)和經(jīng)濟科學(xué)相互交叉而形成和發(fā)展起來的一門新興的學(xué)科。
那么所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果，也就是生產(chǎn)中的“最小最大”原則。在注塑模具生產(chǎn)中，保證質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量，完成產(chǎn)品數(shù)量、品種計劃、勞動安全，環(huán)境保護的前提下，產(chǎn)品成本越低，說明企業(yè)經(jīng)濟效果越大。
為了進行經(jīng)濟分析，首先研究產(chǎn)品成本所包含的內(nèi)容。模具的制造成本有：制造成本（費用）、材料費（原材料費和外購件費）、加工費（工人工資、設(shè)備折舊費和車間經(jīng)費）、模具費。產(chǎn)品成本受產(chǎn)量的影響較大，在一定條件下，企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增減，將會引成本中某些費用的變化，其結(jié)果使得成本發(fā)生波動。為此可將產(chǎn)品成本分為固定費用和變動兩部分。固定費用是指在一定時期和一定產(chǎn)量范圍內(nèi)，它的總額不隨產(chǎn)量變動而變動，它是維持生產(chǎn)能力而基本不變的費用。例如模具、設(shè)備折舊費，加工費中的固定工資部分和各種經(jīng)費等。但是單位固定費用，也就是分?jǐn)傇诿總€產(chǎn)品上固定費用卻是可變的，即單位固定費用與產(chǎn)量成反比變化。變動費用是指它的總額隨產(chǎn)量的增減而成比例增減，注塑件生產(chǎn)成本是由固定費和可變費這兩部分組成的，所以只要設(shè)法降低固定費用和可變費用，都能使生產(chǎn)成本降低，利潤增加?？梢娖髽I(yè)要提高經(jīng)濟效益，就要在降低成本上下功夫。降低產(chǎn)品成本，包括增產(chǎn)、節(jié)約兩個方面。增產(chǎn)可降低產(chǎn)品成本中的固定費用，相對而地減少消耗，節(jié)約便能直接降低消耗，它們都是降低成本的重要途徑。
降低成本的主要措施有：一、小批量生產(chǎn)中的成本問題：可以通過降低成本中的固定費用來取得較好的經(jīng)濟效果，其中降低模具費是降低成本的有效措施。除工件質(zhì)量要求嚴(yán)格，必須采用較高的正規(guī)模具外，一般情況下是采用工序口分散、結(jié)構(gòu)簡單、制造快速，而價格低廉的簡易模具，用焊接、機械加工用鈑金等方法制成。對外形尺寸小的工件，采用通用模、簡單模，甚至鋼絲鉗、剪刀等工具生產(chǎn)；外形尺寸大的可采用剪床、電動工具、火焰切割等方法。二、工藝合理化：工藝合理化是降低成本的有力手段，一
般在制定新產(chǎn)品工藝時進行。當(dāng)產(chǎn)量發(fā)生變化，模具壽命短或因事故發(fā)生損壞時，由于更改產(chǎn)品設(shè)計而改變模具時，以及變形設(shè)備等生產(chǎn)條件變化時，要重新討論（研究）產(chǎn)品工藝。由于工藝合理化能降低模具費、節(jié)約加工工時。降低材料費等，所以必然降低零件總成本。
總之，工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟學(xué)在整個經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域里面，扮演的角色越來越重要。但是，研究技術(shù)與經(jīng)濟的關(guān)系，需要一定的方法，所以對于我們當(dāng)代的理工科大學(xué)生，就應(yīng)該在應(yīng)用數(shù)學(xué)、系統(tǒng)工程和電子計算機等學(xué)科方向有所發(fā)展，這些都是技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的形成和發(fā)展所必須的學(xué)科。
10典型零件的實體造型
在現(xiàn)代機械制造業(yè)中,模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)工業(yè),許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),在很大程度上依賴于模具制造技術(shù),特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業(yè)中尤顯重要。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一,直接影響著國民經(jīng)濟中許多部門的發(fā)展。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是計算機技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個新的飛躍。CAD/CAM技術(shù)的迅猛發(fā)展,軟件、硬件水平的進一步完善,為模具工業(yè)提供了強有力的技術(shù)支持,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍,已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的最優(yōu)選擇。
本專題就是對此次設(shè)計的動模板進行實體造型，所使用的軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司所開發(fā)的Pro/Engineer軟件。
10.1使用SolidWorks對零件進行實體造型
使用SolidWorks進行實體造型的步驟大體只有三步，即：
1． 選擇基準(zhǔn)平面。
2． 選定基準(zhǔn)平面后，選擇草繪選項，進入草繪界面后將所要生成實體的按尺寸進行繪制。
3． 完成草繪之后點擊草繪工具欄下放的對號退出草繪界面，點擊拉伸選項，在界面，確定所要拉伸的方向、高度后選擇左下角去除材料指令點擊完成。
通過以上三步便可以將平面圖形拉伸成為實體模型。
下面便概括的介紹下生成本次設(shè)計所設(shè)計的模具的典型零件——型腔墊板（圖10.1）的實體生成過程。
圖10.1 型腔墊板實體圖
第一步：生成工件毛坯
本步所選擇的基準(zhǔn)平面為TOP平面，選擇完基準(zhǔn)平面之后單擊“草繪”進入草繪界面，繪制一長300，寬204的矩形，如圖10.2所示，退出草繪界面，單擊“拉伸”選項，拉伸方向選擇上方向，拉伸高度為30，單擊“完成”。所生成的毛坯實體如圖10.3所示：
圖10.2
圖10.3
第二步：生成模板凹槽
本步所選的基準(zhǔn)平面為毛坯的上表面，進入草繪界面后，繪制出如圖10.4所示的形狀的密封曲線，退出草繪界面單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向向下，深度度為30點擊完成第二次拉伸深度為5，然后生成如圖10.5所示實體。
圖10.4
圖10.5
第三步：生成動模板上的所有通孔
本步所選基準(zhǔn)平面為毛坯的下表面，進入草繪界面后繪制出所有通孔的大小及其位置如圖10.6所示，退出草繪界面單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向為上方向，拉伸高度為30，第二次拉伸深度為5，單擊完成后生成圖10.7所示實體。
圖10.6
圖10.7
第四步：加工冷卻水道
本步以毛坯的前表面為基準(zhǔn)平面，如草繪界面后按實際位置繪制四個直徑為Φ10的圓（如圖10-8），退出草繪界面后單擊“拉伸切除”選項，拉伸方向為向后拉伸，深度為完全貫穿，點擊完成生成圖10-9所示實體。
圖10.8
圖10.9
以上便是生成動模板實體中較為重要的步驟，生成其它特征時與以上步驟基本雷同。
11注射/預(yù)塑插裝式控制回路的PLC設(shè)計
如圖11.1所示，為HTF1000X型注塑機的注塑/預(yù)塑插裝式控制回路。三位四通電磁換向閥V1和疊加單向閥V2控制整移油缸的前進/后退；插裝閥V3、V4、V5、V6三位四通電磁換向閥V7、二位四通電磁換向閥V8、V9控制注射/倒退；插裝閥V13和二位四通電磁換向閥V14控制預(yù)塑；比例壓力閥V11和二位四通電磁換向閥V12控制背壓；V10為單向閥；B1、B2分別為系統(tǒng)壓力表和背壓壓力表；P—壓力油；T—回油；Y—泄油。
當(dāng)電磁鐵D1、D2無信號輸入時，由于V1采用“O”型機能，油口P、T、A、B封閉，故此時射臺保持原位。
圖11.1注射/預(yù)塑插裝式控制回路圖
當(dāng)D1得電信號時，壓力油經(jīng)V1、V2入整移油缸桿腔，另腔油經(jīng)V2至回油T，推動活塞實現(xiàn)射臺前進動作。
當(dāng)D2得電信號時，壓力油經(jīng)V1、V2入整移油缸的無桿腔，另腔油經(jīng)V2至回油T，推動活塞實現(xiàn)射臺后退前進動作。
當(dāng)電磁鐵D3、D4、D5無信號輸入時，V7、V8處中位，先導(dǎo)控制油經(jīng)V10后分別流向V7和V8，再入插裝閥V3、V4、V5的控制腔，使V3、V4、V5關(guān)閉，螺桿保持原位。
當(dāng)D3、D5得電信號時，先導(dǎo)控制油經(jīng)V10后分別流向V7、V8，最終進入V4、V6的控制腔，使V4、V6關(guān)閉；同時，先導(dǎo)回油和V3、V5的控制腔連通，使其打開，壓力油P經(jīng)V5流入注射油腔的桿腔，另腔油經(jīng)V3至回油T，推動活塞實現(xiàn)注射動作。
當(dāng)電磁鐵D9無電信號輸入時，壓力油P經(jīng)V14進入V13的控制腔，式其關(guān)閉，故此時油馬達不能旋轉(zhuǎn)，無預(yù)塑動作。
當(dāng)D3、D9得電信號時，先導(dǎo)回油和V14的控制腔連通，使其打開，壓力油P經(jīng)V13流入預(yù)塑馬達的壓力油腔，回油腔排出的油直接至回油T，使馬達旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)