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附件十： 浙江理工大學畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表 日 期 學 院 專業(yè) / 班級 學 生 指導教師 機械與自動控制學院 09機械設計制造及其自動化（4）班 畢業(yè)設計（論文）題目 SD2106鼻毛修剪器上下蓋三維造型及模具設計 答 辯 時 間 —— 答 辯 地 點 答辯記錄： 答辯記錄人： 年 月 日 答辯組成員簽字： 年 月 日 14 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 SD2106鼻毛修剪器上下蓋三維造型及模具設計 學 院 機械與自動控制學院 專業(yè)班級 09機械設計制造及其自動化（4）班 姓 名 程 賽 學 號 B09300401 指導教師 沈 毅 系 主 任 胡 明 學院院長 胡旭東 二O 一三 年 五 月 二十 日 浙 江 理 工 大 學 機械與自動控制學院 畢業(yè)設計誠信聲明 我謹在此保證：本人所做的畢業(yè)設計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。設計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產權的情況，本人愿意承擔相應的責任。 聲明人（簽名）： 2013年 5月 摘 要 由于塑料材料具有：質輕、耐腐蝕、易成形加工和易回收等特點，使其在小家電產品中的應用日益廣泛。使得相關塑料模具結構的復雜程度、制品的質量水平、新技術研發(fā)應用水平也都有了很大的進步。 鼻毛修剪器做為新興小家電的一種，在現(xiàn)代化社會中已經慢慢開始普及。本文針對一款新開發(fā)的的鼻毛修剪器的上下蓋進行三維造型和模具設計。綜合了塑料成型加工及注塑模具設計的理論知識，對注塑模具各部分零件及總體結構進行設計，并用相關軟件進行分析，解決了模具設計時出現(xiàn)的一系列問題。 全設計說明書共六章。主要內容有課題所選塑件產品的介紹，我國塑料及注塑模具行業(yè)的現(xiàn)狀，塑膠件的結構造型及檢測，注射機的選擇，塑件的模流分析，注塑模具設計方法、步驟（模腔分布及分型面的確定、成型零件設計、澆注系統(tǒng)設計、抽芯機構設計、脫模機構設計、排氣系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)設計、模架加載、注塑模材料的選用），模具型腔的加工及對本次設計的總結與展望。 在模具設計過程中，通過應用Pro/ENGINEER軟件完成塑件的三維造型、Moldflow軟件對塑件進行模流分析、EMX完成模架的加載，Mastercam軟件生成模腔數(shù)控加工代碼，和最后AutoCAD軟件完成二維圖的設計。采用這些軟件進行CAD/CAE/CAM設計分析，優(yōu)化了設計參數(shù)，縮短了設計時間，提高了總體設計的效率。 關鍵詞：鼻毛修剪器；塑件；注塑模具；模具設計 Abstract Application of plastic products are widely for plastic mold provides a broad market. In recent years, the complexity of the mould structure, the quality of the products and application of new technology research and development level has made great progress. Because the plastic material has: light weight, corrosion resistance, easy forming processing and recycling, etc, make its application in the small home appliance product is becoming more and more widely. Nose hair trimmer as a kind of emerging small home appliance, has slowly started to popularity in modern society. In this paper a new development of nose hair trimmer and cover for 3 d modeling and mould design. Integrated the theory of plastic processing and injection mold design knowledge, the general structure of injection mould parts and each part is designed, and related software via the line analysis, solve the mold design as a series of problems. All design specifications, a total of eight chapters. Main contents are topics selected plastic product introduction, the present situation of plastic and injection mold industry in China, plastic pieces of the structure of the modelling and testing, the choice of injection molding machine, mold flow analysis of plastic parts, injection mould design method, steps (cavity distribution, and the determination of parting surface design, gating system, molding parts design, core-pulling mechanism design, demoulding mechanism design, design of exhaust system, cooling system design, mold rack loading, material selection of injection mold), mold processing and the design of the summary and outlook. In the mold design process, through the use of Pro/ENGINEER software to finish parts 3 d modelling, moldflow analysis of plastic parts, Moldflow software EMX complete die set load, Mastercam software to nc machining the cavity and the AutoCAD software rendering 2 d figure. Use these software to carry on the design analysis, optimize the design parameters, shorten the design time and improve the efficiency of the overall design. Keywords: nose hair trimmer; Plastic parts; Injection mould; The mold design V 目 錄 摘 要 Abstract 第1章 緒論 1 1.1 選題的背景與意義 1 1.2 塑料模具工業(yè)現(xiàn)狀 2 1.3 CAD/CAE/CAM技術在塑料模具設計中的應用 3 1.4 SD2106鼻毛修剪上下蓋三維造型和模具設計的流程 4 1.5 本章小結 5 第2章 SD2106鼻毛修剪器上下蓋的造型、檢測及分析 6 2.1 鼻毛修剪器上下蓋設計及成型 6 2.2 塑件的材料選擇 7 2.3 塑件成型方式選擇 8 2.4 塑件的檢測 9 2.4.1拔模檢測 9 2.4.2厚度檢測 10 2.5 模流分析 11 2.5.1 模流分析軟件 11 2.5.2 模流分析結果 11 2.6 本章小結 14 第3章 注塑模具設計 15 3.1 注塑設備的初選 15 3.1.1 型腔數(shù)目的確定及排布 15 3.1.2 注射機及注塑工藝的初選 16 3.2 注塑模具總體方案設計 17 3.3 注塑模具成型機構設計 18 3.3.1凹凸模結構設計 18 3.3.2分型面位置的確定 19 3.4 澆注系統(tǒng)設計 20 3.4.1主流道的設計 20 3.4.2分流道設計 21 3.4.3 冷料穴設計 23 3.4.4 澆口的設計 24 3.5 側向分型與抽芯機構設計 25 3.5.1 側向分型與抽芯機構的分類 25 3.5.2 斜導柱側抽芯機構工作原理 26 3.5.3 斜導柱側向分型與抽芯機構主要參數(shù)確定 27 3.5.4 斜滑桿導滑的斜滑塊側向分型與抽芯機構 32 3.6 脫模機構的設計 32 3.6.1 脫模機構的設計原則 32 3.6.2 頂桿和復位桿的分布 33 3.6.3 脫模力的計算及推出零件尺寸確定 34 3.7 排氣系統(tǒng)的設計 35 3.8 冷卻系統(tǒng)的設計 36 3.8.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 36 3.8.2 冷卻系統(tǒng)設計 37 3.8.3 冷卻回路的形式 39 3.9 標準模架的選擇 39 3.10 塑料模具鋼的選擇及熱處理 40 3.10.1 塑料模具用鋼的選用要求 40 3.10.2 模具設計考慮的因素 40 3.10.3 模具鋼的選定 41 3.11 本章小結 42 第4章 注射機的校核 43 4.1 最大注塑量的校核 43 4.2 鎖模力的校核 43 4.3 模具厚度校核 44 4.4 噴嘴尺寸校核 44 4.5 開模行程校核 45 4.6 本章小結 45 第5章 模具型腔加工 46 5.1 加工方法及工藝 46 5.2 CAM軟件的選用 46 5.3 加工參數(shù)設置 47 5.4 型腔曲面的加工仿真 49 5.5 本章小結 51 第6章 工作總結與展望 52 6.1 工作總結 52 6.2 展望 53 參考文獻 54 致 謝.. 55 附錄一.. 56 附錄二.. 57 附錄三.. 59 附錄四.. 61 浙江理工大學本科畢業(yè)設計(論文) 第1章 緒論 1.1 選題的背景與意義 鼻毛修剪器是近年來新興的一個產品，市場上使用還不是很普及，目前大多用在醫(yī)學鼻科手術上。相對而言，國外對此產品的創(chuàng)新和發(fā)展較國內早而快，市場開拓也比較廣闊。對于這個新興的產品的發(fā)展，我國各方面研究都還需要不斷改善，才能夠使之更加方便、普及的運用到我們日常生活當中。 本課題研究的對象為鼻毛修剪器上下蓋的模具設計，按照公司的要求，設計新型系列的產品，迎合產品的更新與市場的需求。在設計新型產品時，需要進行大量資料查詢和調查研究，首先要明確產品市場定位，產品定位為中端消費階層，銷往歐美國家；然后根據不同人體工藝學及結構設計要求確定鼻毛修剪器上下蓋大致外圍尺寸；最后根據經濟成本要求、美學觀及之前條件要求確定最終形狀和結構。目前我所在實習公司已有兩三款主打鼻毛修剪器產品，本課題為此次新開發(fā)的產品SD2106鼻毛修剪器的上下蓋造型及模具設計。相對之前的幾款產品在四方面有較大區(qū)別：1)產品外觀；2）開關方式；3）產品市場定位；4）頭部修剪結構。如圖1-1所示。 圖1-1 新開發(fā)產品與已有產品對比圖 SD2106型號的這個開放式微型刀頭設計擁有理想的修剪角度如圖2-1所示，使修剪更為輕松。當修剪毛發(fā)時，毛發(fā)會夾到移動刀片和固定刀片之間，鋒利的移動刀片瞬間將毛發(fā)剪短，保證不會出現(xiàn)拉扯現(xiàn)象。使用完畢后，如要清洗可直接用水沖洗干凈、晾干。 圖1-2開放式微型刀頭 1.2 塑料模具工業(yè)現(xiàn)狀 我國塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，在我國，起步較晚，但發(fā)展很快，特別是最近幾年，無論在質量、技術和制造能力上都有很大發(fā)展，取得了很大成績。然而，由于我國模具制造基礎薄弱，各地發(fā)展極不平衡，因此總體來看，與國際先進水平相比和與國內外市場需求相比，差距還很大。 目前，歐美模具企業(yè)在生產中廣泛應用數(shù)控高速銑、三軸聯(lián)動的比較多，也有五軸聯(lián)動的。采用高速銑削技術，可大大縮短制模時間，提高模具精度。更新和增加數(shù)控高速銑床，是模具企業(yè)設備投資的重點之一。標準件的應用將日益廣泛。模具標準化及標準件的應用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質量和降低模具制造成本。 大力開展并行工程，快 圖1-3 塑料模具圖 速響應市場需要，縮短模具設計制造周期。 模具檢測、加工設備向精密高效和多功能方向發(fā)展。模具向著精密、復雜、大型的方向發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高。如高精度三坐標測量機具有數(shù)字化掃描功能。加工設備也向著數(shù)字化、自動化、集成化、智能化和網絡化方向發(fā)展[1]。 1.3 CAD/CAE/CAM技術在塑料模具設計中的應用 三維CAD造型軟件如Pro/E、UG、CATIA等為設計師提供了方便的設計平臺,它們強大的曲面造型和編輯修改功能以及逼真的顯示效果使設計者可以自如地表現(xiàn)自己的設計意圖,真正做到所想即所得,而且制品的質量、體積等各種物理參數(shù)一并計算保存,為后續(xù)的模具設計和分析打下良好的基礎。同時,這些軟件還有專門的設計模塊,提供模具分型面工具,使得復雜的成型零件都能自動生成,而且標準模架庫、典型結構及標準零件庫品種齊全,調用簡單,添加方便,這些功能大大縮短了模具設計時間。下面以三維軟件Pro/ E為例,簡要介紹三維CAD 造型軟件在塑料模設計中的應用。 Pro/ Engineer 是美國參數(shù)技術公司( PTC)推出的新一代CAD/ CAE/ CAM軟件,其強大的功能深受業(yè)內人士歡迎。在模具設計模塊中,Pro E提供了方便又實用的工具,這些功能可以讓使用者在最 圖1-4 pro/e中模具設計流程圖 短的時間內進行模具組裝 ( Mold Assembly )、模型檢驗(Model Check)、分模面 ( Parting Surface)建立等過程,順利完成拆模的工作。如圖1-4所示。 Modflow、Polyflow 等CAE軟件可以在模具制造前對模具設計的效果進行分析和預測。在注射模設計過程中利用模擬流動分析軟件。Moldflow 提前對模具的設計效果進行分析和預測,其內容包括確定最佳澆口位置、填充、保壓、冷卻、翹曲、結構應力、最佳成型工藝等 。通過分析, 在設計階段就預測產品可能出現(xiàn)的缺陷,指導模具設計師對已設計的模型進行修改和優(yōu)化,從而提高一次試調模的成功率,降低生產成本,縮短產品的開發(fā)周期。在擠出模設計過程中可利用Polyflow 指導模具的優(yōu)化設計。如果將結構分析軟件引入模具CAE中,如Ansys等。會使注射模設計的CAE具有更高的可行性、有效性、真實性,也才會使注射模設計CAE 具有更大的價值。 模具結構通過CAD/CAE 階段的優(yōu)化設計和分析, 將模具設計的錯誤消除在設計階段,然后再利用CAM 技術,自動生成加工模具型腔的NC 代碼,實現(xiàn)數(shù)字化制造。例如,在利用Pro/ E進行注射模設計時,將設計的注射模模型經過CAE評估分析及優(yōu)化后,最終在CAM 中進行刀具軌跡生成與仿真,產生數(shù)控加工代碼,從而控制數(shù)控機床進行加工。這種方法使產品造型設計、模具設計、加工編程及工藝設計都以3D 數(shù)據為基礎,實現(xiàn)數(shù)據共享,不僅能快速提高設計效率,而且能保證質量,降低成本。 另外,也可以采用專業(yè)的CAM軟件MasterCAM來實現(xiàn)注射模的CAM。利用Pro/ E 設計的注射模模型經過CAE評估分析及優(yōu)化后,便可在Pro/E中提取相關加工信息,通過IGES或DXF傳入MasterCAM軟件中進行模擬加工。MasterCAM是數(shù)控加工自動編程常用的軟件,它提供刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設定等功能,設置有關參數(shù),編輯好后處理文件,就可以自動生成加工程序并傳輸至數(shù)控機床,最終完成零件的加工[2]。 1.4 SD2106鼻毛修剪上下蓋三維造型和模具設計的流程 1、 仔細分析現(xiàn)有參照塑件，了解其特性，對要求設計的新產品塑件進行分析，尺寸、公差、粗糙度、技術要求等參數(shù)的初步確定； 2、鼻毛修剪器上下蓋三維造型； 3、選擇分型面； 4、成型零件設計； 5、模具結構類型（型腔布置、澆注系統(tǒng)、頂出機構、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）； 6、確定設備型號（計算出注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑）； 7、、應用Moldflow軟件對注塑件進行模流分析； 8、選擇合理的模架，將模仁及模架兩大部分組合在一起； 9、出模具二維零件圖和裝配圖； 10、對模具進行虛擬開模； 11、進行模具型腔的數(shù)控編程，生成數(shù)控代碼； 12、復核圖紙。 1.5 本章小結 本章主要介紹了鼻毛修剪器的現(xiàn)狀和本次課題的新型產品SD2106型鼻毛修剪器相對公司之前研發(fā)的產品有什么不同及優(yōu)勢；分析了國內外塑料模具工業(yè)現(xiàn)狀及CAD/CAE/CAM技術在塑料模具設計中的應用；最后總的概述了本次模具設計的總體設計思路、流程。 第2章 SD2106鼻毛修剪器上下蓋的造型、檢測及分析 2.1 鼻毛修剪器上下蓋設計及成型 由于此塑件結構較為復雜，且多為曲線、曲面構造而成，沒有具體的細節(jié)參數(shù)，只能根據通過調查研究得到的最符合人體工藝學的總體尺寸，以及目前市場上已有產品作為參照進行造型。首先將參考照片導入CAD軟件，構建云點，生成初步輪廓，然后導入Pro/E中進行草繪。運用pro/e的曲線工具，對導入的曲線進行整合、編排，經過多次調試，確定最終造型[3]。設計的產品效果圖如下所示(圖2-1，2-2，2-3，2-4)： 圖2-1上蓋正面效果圖 圖2-2下蓋正面效果圖 圖2-3上蓋反面效果圖 圖2-4下蓋效反面果圖 2.2 塑件的材料選擇 1、鼻毛修剪器上下蓋材料選擇 鼻毛修剪器上下蓋材料要求尺寸穩(wěn)定，抗沖擊，易加工，密度小、外觀特性好，成本低等要求，按照各種塑料特性初步選定ABS、PP、PC三種材料。 (1)ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物） ①綜合機械性能好、堅韌質硬，抗拉強度不如PA-POM等，耐熱不算高，長期使用于80度以下、耐熱性低、耐低溫性低、只能在0度以上工作。 ②超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。 ③透明性差，可燃，但加入其他料可改良透明性。 用途：各種家電的外殼，如電冰箱、吸塵器等。 （2）PP（聚丙烯） ①流動性極好，（溢邊值為0.03），但成型收縮率變化范圍大，且收縮值也大，容易產生縮孔，溝痕，變形，方向性強等缺陷。 ②冷卻速度快，注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)要緩慢散熱。模溫低度于50度以下時產品無光澤，易產生熔接不良，流痕；90度以上時易發(fā)生翹曲變形 。 ③光澤性能較好，密度小，耐熱性比較好，硬度、剛性，耐磨性較好，高溫沖擊強度及折疊性能好。 ④不吸水，化學性能穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定好，易老化，染色性印刷性粘合性較差。 用途：用于各種電器外殼、家庭用品，玩具、外觀件。 （3）PC(聚碳酸脂) ①PC有很好的機械特性，但流動特性較差，因此這種材料的注塑過程困難。 ②高沖擊強度，尺寸穩(wěn)定，產品尺寸精度高。 ③各種強度高、抗疲勞強度低。 ④具有可燃性，但有自熄性、易開裂[4]。 基于以上三種材料的特性，因為PP染色性印刷性、粘合性較差，而鼻毛修剪器上蓋上需要移印可清洗標志，所以不選用PP；又因為PC動特性較差，在注塑過程較困難，且抗疲勞強度低，相比較而言選用ABS更加符合本課題塑件的材料選用要求，所以選用ABS作為塑件基本材料。 2、ABS主要技術指標如表2-1所示： 表2-1 ABS的主要技術指標 項 目 數(shù)值 比容 0.86~0.98cm3/g 熔點 130~160oC 吸水性 0.2~0.4% (24h) 熱變形溫度 4.6×105Pa---- 90~108oC 18.0×105Pa---- 83~103oC 屈服強度 50MPa 拉伸彈性模量 1.8GPa 抗彎強度 80MPa 3、ABS主要工藝參數(shù)如表2-2所示： 表2-2 ABS的注塑成型主要工藝參數(shù) 項 目 數(shù)值 單位 注射機類型 螺桿式 — 螺桿速度 30~60 r/min 噴嘴形式 直通式 — 噴嘴溫度 180~190 ℃ 料筒溫度 前段 200~210 ℃ 中段 210~230 ℃ 后段 180~200 ℃ 模具溫度 50~70 ℃ 注射壓力 70~90 MPa 保壓力 50~70 MPa 注射時間 3~5 s 保壓時間 15~30 s 冷卻時間 15~30 s 成型周期 40~70 s 2.3 塑件成型方式選擇 （1）注塑成型：受熱融化的材料由高壓射入模腔，經冷卻固化后，得到成形品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產，是重要的加工方法之一。 （2）擠出成型：在塑料加工中又稱為擠塑，在非橡膠擠出機加工中利用液壓機壓力于模具本身的擠出稱壓出。是指物料通過擠出機料筒和螺桿間的作用，邊受熱塑化，邊被螺桿向前推送，連續(xù)通過機頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。 （3）發(fā)泡成型：將發(fā)泡性樹脂直接填入模具內，使其受熱熔融，形成氣液飽和溶液，通過成核作用，形成大量微小泡核，泡核增長，制成泡沫塑件。常用的發(fā)泡方法有三種：物理發(fā)泡法，化學發(fā)泡法和機械發(fā)泡法。發(fā)泡成型方式常用于各種保護套墊子的制作。如沙發(fā)坐墊。 （4）吹塑成型：通過充氣使組合模具內的塑膠預成型物膨脹并緊貼模具型面的中空制品成型方法。主要用于吹膜 [5] 。 由于本課題所選塑膠件結構復雜，精度要求高，且作為鼻毛修剪器配件需要大批量生產，從成型工藝和經濟角度考慮選用注塑成型較為合理。 2.4 塑件的檢測 2.4.1拔模檢測 ABS一般應用邊0.5°至 1°就足夠。有時因為拋光紋路與出模方向相同，出模角可接近至零。有紋路的側面需每深0.025mm增加1°出模角。整個塑件的拔模角度在這里定為2°。 鼻毛修剪器上下蓋正反向拔模檢測如圖2-5,2-6，2-7,2-8所示： 圖2-5上蓋正向拔模檢測圖 圖2-6下蓋正向拔模檢測圖 圖2-7上蓋反向拔模檢測圖 圖2-8下蓋反向拔模檢測圖 從上四圖可知，兩塑件的拔模角度比較均勻，拔模時不會出現(xiàn)明顯的干涉現(xiàn)象。由于塑件曲面較多，脫模斜度較大，比較容易脫模。上下蓋正向拔模基本滿足要求，在上端藍色處為側抽分型，所以在主分型面無需拔模。上下蓋反向拔模內部結構也基本符合脫模要求，在下端藍色處也為側抽分型，所以在主分型面無需拔模斜度。 2.4.2厚度檢測 ? 壁厚是產品設計最先被考慮，一般ABS用於注塑成型的會在1.5 mm (0.06 in)至4.5mm (0.18 in)。典型的壁厚約在2.5mm (0.1 in)左右。壁厚比這范圍小的用於塑料流程短和細小部件。本課題所選產品為細小部件，且塑料流程短，所以壁厚一般在0.3mm至3.5mm之間。一般來說，部件愈大壁厚愈厚，這可增強部件強度和塑料充填。本次設計的鼻毛修剪器上下蓋厚度檢測如圖2-9,2-10,2-11,2-12所示： 圖2-9上蓋橫向厚度檢測 圖2-10上蓋縱向厚度檢測 圖2-11下蓋橫向厚度檢測 圖2-12下蓋縱向厚度檢測 如上四圖所示，圖中有出現(xiàn)紅色標明處為塑件過厚現(xiàn)象，但從圖中可知，過厚處為筋板和口位處，這是設計強度要求，不會對塑件造成不量影響。所以鼻毛修剪器上下蓋壁厚設計基本遵循壁厚均勻原則，沒有出現(xiàn)過厚過薄現(xiàn)象。 2.5 模流分析 2.5.1 模流分析軟件 ?Moldflow仿真軟件具有注塑成型仿真工具，能夠驗證和優(yōu)化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。該軟件能夠為設計人員、模具制作人員、工程師提供指導，通過仿真設置和結果闡明來展示壁厚、澆口位置、材料、幾何形狀變化如何影響可制造性。從薄壁零件到厚壁、堅固的零件， Moldflow的幾何圖形支持可以幫助用戶在最終設計決策前試驗假定方案[6]。 2.5.2 模流分析結果 圖2-13 填充時間 如圖2-13所示，從動畫附件中可看出兩側塑件同時填充完畢，符合注塑條件。 圖2-14 熔接痕分布圖 如圖2-14所示，熔接痕相對較少，所在位置基本不影響產品的外觀。也可以通過適當增加模溫，增加保壓，增加注射速度來控制。 圖2-15 剪切應力分布圖 如圖2-15所示，壁上沒有剪切應力。 圖2-16 氣穴分布圖 如圖2-16所示，圖中洋紅色區(qū)域為氣穴區(qū)，該塑件氣穴較多，但是在分型面位置所出現(xiàn)的氣穴可以忽略，因為分型面處排氣效果較好，如圖上所示氣穴基本都分布在分型面處，因為較多氣穴，所以還要加強排氣系統(tǒng)來改善。具體排氣設置見論文第五章排氣系統(tǒng)小節(jié)。 2.6 本章小結 本章主要講述了鼻毛修剪器上下蓋的造型設計流程，通過塑件的材料要求特性來選擇合適的注塑材料，然后羅列了所選材料ABS的主要技術指標和工藝參數(shù)。根據已有的塑件三維設計圖和ABS的材料特性在pro/e中進行厚度檢測和拔模檢測。最后通過Moldflow軟件對鼻毛修剪器上下蓋進行填充分析，了解塑件在不同工藝條件下的影響，進一步完善塑件結構，如檢測填充時間是否符合材料的工藝特性，是否產生熔接痕、氣穴，如果有不良影響出現(xiàn)，可以提前設計解決方案。 第3章 注塑模具設計 3.1 注塑設備的初選 3.1.1 型腔數(shù)目的確定及排布 型腔數(shù)目主要由以下四種方法確定： （1) 根據注射機的額定注射量確定； （2）根據注射機的最大鎖模力確定； （3）根據根據塑件精度確定； （4）根據經濟型確定。 在這里因為所選塑件為小家電零件，要求配合度較高，既塑件的精度要求較高，所以這里選用第三種方法來確定塑件模具的型腔數(shù)。 按塑件的精度要求確定型腔數(shù)： 生產經驗得出增加一個型腔，塑件的尺寸精度將降低4%。為了滿足塑件尺寸精度，需使： N≦(25δ/L△S)-24 （3-1） L——塑件基本尺寸，mm； ±δ——塑件的尺寸公差，mm，“±”為雙向對稱偏差標注； ±△S——單腔模注塑時塑件可能產生的尺寸誤差的百分比，ABS為±0.05%。 代入數(shù)值，在成型高精度制品時，型腔數(shù)不超過4腔，因為多型腔難于使各型腔成型條件均勻一致[5]。所以，基于本可以塑件上下蓋為相互配合件，精度要求較高，所以放在同一模具中成型，以便成型條件一致，從而提高配合精度和減少外觀段差和間隙。 型腔數(shù)目定為一模兩腔（1+1模式），兩腔分別為上蓋和下蓋兩個不同塑件?？紤]到分模面和出模方向的方便，兩腔排布為并列分布。排布方式如圖3-1所示： 圖3-1 型腔位置的分布圖 3.1.2 注射機及注塑工藝的初選 塑件的質量和體積可利用Pro/e軟件直接求得，如圖3-2所示： 圖3-2 在Pro/e中計算塑件質量體積圖 得出 cm， cm ，ρ=1.05g/cm3，g，g。 模具所需塑料熔體的質量： m=nm上+nm下+m j （3-2） m (v)——一副模具所需塑料熔體的質量或容積，cm3 或 g ； n——初步選定的型腔數(shù)量； m上（）—— 單個上蓋的質量或容積，cm3 或 g； m下（）—— 單個下蓋的質量或容積，cm3 或 g； 首先澆注系統(tǒng)凝料m j是個未知數(shù)，查有關資料m j一般按制件質量的0.6倍來估算。（塑料件越小則比例可以取得越大） 數(shù)值帶入求得： m=g （3-2） 根據公稱注射量選定XS-Z-30型注射機。 XS-Z-30型注射機主要工藝參數(shù)見表3-1[5]： 表3-1 XS-Z-30型注射機主要工藝參數(shù) 特性 內容 特性 內容 結構類型 臥式 模板行程(mm) 180 注射容量（cm） 30 最大模具厚度(mm) 180 螺桿(柱塞)直徑(mm) Φ28 最小模具厚度(mm) 60 注射壓力(105Pa) 1190 模具定位孔直徑(mm) Φ63.5 最大注射面積(cm2) 90 噴嘴球半徑(mm) 12 鎖模力(10KN) 25 噴嘴口直徑（mm） Φ4 3.2 注塑模具總體方案設計 模具結構設計如圖3-3所示： （1）型腔分布：為防止縮水率等一些工藝參數(shù)影響上下蓋配合問題，所以選擇1+1形式，既上下蓋在同一個模具中成型； （2）分模面選擇：考慮外表面的美觀和分模的難易程度，將主分模面放在最大投影面積處； （3）澆口選擇和選擇模架：考慮外表面的美觀和塑件大小尺寸，澆口選擇潛伏式點澆口； （4）流道選擇：U字型分流道和圓形截面設計； 圖3-3模具總裝圖 （5）選擇頂出方式：頂桿頂出； （6）抽芯方式：斜導柱抽芯機構和斜滑塊側抽芯機構，因為此塑件結構較復雜，內部卡扣比較多，因此有較多抽芯機構； （7）模架選擇：兩板模； （8）還有冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等的結構設計； 圖3-4 注塑模具總體方案設計 （9）最后要進行模具零件設計、裝配設計、加工設計等。其中使用了Moldflow對澆口進行分析，在Pro/e中進行開模仿真，Mastercam進行模具型腔的數(shù)控編程，生成數(shù)控代碼。注塑模具總體方案設計大致如圖3-4所示。 3.3 注塑模具成型機構設計 3.3.1凹凸模結構設計 1凹模的設計 凹模是成型塑件外表面的零部件，按其結構類型可分為整體式和組合式兩大類[7]。為了保證塑件外觀無拼接縫，不產生變形，所以采用整體式。 結構形式如圖3-5所示： 圖3-5凹凸模設計圖 2凸模的設計 凸模是用于成型塑件內表面的零部件，與凹模相似，凸模也可分為整體式和組合式。因為塑件本身內部結構較為復雜，凹模設計也較為復雜，凹模采用的是整體式設計，但是在內部采用組合式局部拼接方式。據圖結構如圖5-3所示。 3.3.2分型面位置的確定 打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面叫做分型面。注塑模有一個分型面和多個分型面。分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種。分型面的形狀有平面和曲面等。有時為了取出澆注系統(tǒng)凝料，如采用針點澆口時，需增設一個取出澆注系統(tǒng)凝料的輔助分型面；有時為了實現(xiàn)側向抽芯，也需要另曾輔助分型面[5]。 根據分型面的選擇原則： （1）便于塑件脫模； （2）不影響塑件外觀； （3）保證塑件精度； （4）有利于排氣 （5）便于模具的加工。 參考以上要求，此模具的主分型面選在塑件最大輪廓的表面處，輔助分型面在側抽和斜頂處[8] [9]，如圖3-6，3-7所示。 圖3-6主分型面位置圖 圖3-7輔助分型面位置圖 3.4 澆注系統(tǒng)設計 3.4.1主流道的設計 在臥式或立式注射機的模具中，主流道的軸線垂直與分型面，主流道的設計好壞與否直接影響熔融塑料進入模具的速度和填充時間。其設計要點主要為一下幾點： 1)為防止噴嘴與澆口套接觸有間隙而產生溢料，并且使主流道內的凝料順利脫出，主流道的設計應滿足： ①～，內壁粗糙度一般為=0.63m。（：主流道脫模斜度，對流動性較差的塑料可以取～）； ②SR1=SR2+(1～2)mm (SR1:襯套球半徑，SR2：噴嘴球半徑)； ③D=d+(0.5～1)mm (D:主流道小端直徑；d：噴嘴孔徑) 2）在保證塑料件良好的情況下，主流道長度盡量短，否則將增多流道凝料，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射成型，通?！?0mm。 3）由于主流道與塑料熔體及噴嘴反復接觸和碰撞，因此常將主流道制成可拆卸的主流道襯套（澆口套），便于用優(yōu)質鋼材加工和熱處理[10] [11]。 以下是本次設計的澆口套如3-8圖所示： 圖3-8 澆口套設計圖 3.4.2分流道設計 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向的作用: 多型腔的模具一定設置分流道，單腔模成型大型塑件，若使用多澆口進料也需設置分流道。 1、分流道的長度和斷面尺寸 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從輸送熔體時的減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā)，應力求縮短。 分流道的斷面尺寸應根據塑件的成型體積、塑件壁厚、塑件形狀、所用塑料的工藝性能、注射速率和分流道的長度等因素來確定。對于壁厚小于于3mm,質量在200g以下的塑件，可用下述經驗公式確定分流道的直徑。 D=0.2654 （3-1） 式中 W—流經分流道的塑料量(g) L—分流道長度(mm) D—分流道直徑(mm) 對于粘度較大的塑料，按上式算出的D值乘以1 .20～ 1.25的系數(shù)。表3-2列出常用塑料注塑件分流道斷面尺寸推薦范圍[5]。 表3-2常用塑料注塑件分流道斷面尺寸 塑料名稱 分流道斷面直徑(mm) 塑料名稱 分流道斷面直徑(mm) ABS，AS 聚乙烯 尼龍類 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質同晶體 4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10 聚苯乙烯 軟聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 熱塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 離子聚合物 聚苯硫醚 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13 2、分流道的斷面形狀 常用的分流道斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U字形和六角形等[10]。 圖3-9分流道的斷面形狀和效率 如圖3-9所見，其中圓形截面的效率最高(即比表面最小)。由于正方形流道凝料脫模困難，實際使用側面具有斜長為～的梯形流道。六角形截面流道，由于其效率低(比表面大)，通常不采用。常采用梯形或U字形截面的分流道。 如圖3-10所示，本課題選用的是效率最高的圓形截面。采用平衡式布置，從主流道至各個型腔的分流道，其長度、形狀、斷面尺寸等都對應相等，達到各個型腔的熱平衡和塑料流動平衡。 圖3-10 分流道斷面形狀和流道軌跡圖 3.4.3 冷料穴設計 冷料穴位于主流道和分流道末端用來貯存先鋒冷料，防止冷料流入型腔而影響制品品質，保證注塑質量，它一般設置在主流道的末端，分流道較長時，分流道的末端也應設冷料穴。 一般情況下，主流道冷料穴的圓柱體直徑為6～12mm，其深度為6～10mm。對于分流道冷料穴長度為1～1.5倍的流道直徑。 冷料穴有四種：(1)與推桿匹配的冷料穴；(2)與拉料桿匹配的冷料穴；(3)底部無桿的冷料穴；(4)分流道冷料穴。 在此模具設計中采用了與推桿匹配的冷料穴和分流道冷料穴，因為澆口形式為潛伏式點澆口，在分模的時候流道凝料受動模力較大，所以不選用拉料桿匹配的冷料穴。具體如圖3-11，3-12所示。 圖3-11與推桿匹配的冷料穴 圖3-12分流道冷料穴 3.4.4 澆口的設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口主要作用有兩個:一是塑料熔體流經的通道;二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 澆口類型取決于制品外觀要求、尺寸和形狀、所用塑料種類等因素。常用澆口有以下幾種：1）直接澆口；2）點澆口；3）側澆口；4）潛伏式澆口；5）弧形澆口；6）扇形澆口；7）圓盤形澆口。本設計采用的是弧形澆口，弧形澆口具有①澆口和塑件自動分離；②不會在塑件的外觀面產生澆口痕跡的優(yōu)點。如3-13所示： 圖3-13弧形澆口 參數(shù)設計：澆口入水端直徑d為Φ0.8～Φ1.2mm， 1.0～1.2mm。具體模具澆口數(shù)據設計如圖3-14所示。 圖3-14弧形澆口尺寸 3.5 側向分型與抽芯機構設計 3.5.1 側向分型與抽芯機構的分類 當注射成形側壁帶有孔、凹穴、凸臺等塑件時，模具上成形該處的零件就必須制成可側向移動的零件，稱為活動型芯，在塑件脫模前先將活動型芯抽出，否則就無法脫模。帶動活動型芯作側向移動(抽拔與復位)的整個機構稱為側分型與抽芯機構，簡稱側抽芯機構。 根據動力來源的不同，側抽芯機構一般可分為機動、液壓(液動)或氣動以及手動等三大類型。 1.機動側抽芯機構 機動側抽芯機構是利用注射機開模力作為動力，通過有關傳動零件(如斜導柱)使力作用于側向成形零件而將模具側分型或把活動型芯從塑件中抽出，合模時又靠它使側向成形零件復位。 這類機構雖然結構比較復雜，但分型與抽芯不用手工操作，生產率高，在生產中應用最為廣泛。根據傳動零件的不同，這類機構可分為斜導柱、彎銷、斜導槽、斜滑塊和齒輪齒條等不同類型的側抽芯機構，其中斜導柱側抽芯機構最為常用。 2.液壓或氣動側抽芯機構 液壓或氣動側抽芯機構是以液壓力或壓縮空氣作為動力進行側分型與抽芯，同樣亦靠液壓力或壓縮空氣使活動型芯復位。液壓或氣動側抽芯機構多用于抽拔力大、抽芯距比較長的場合,缺點是液壓或氣動裝置成本較高。 3.手動側分型與抽芯機構 手動側抽芯機構是利用人力將模具側分型或把側向型芯從成形塑件中抽出。這一類機構操作不方便、工人勞動強度大、生產率低，但模具的結構簡單、加工制造成本低，因此常用于產品的試制、小批量生產或無法采用其他側抽芯機構的場合[4]。 總結以上三種側向分型與抽芯機構的優(yōu)缺點，結合鼻毛器上下蓋塑件本身結構要求，選用成本相對較低，效率又高的機動側向分型與抽芯機構。由于本課題塑件較復雜，需設置側抽位置較多，也需應用到不同種側抽機構，在此選用的是機動側抽機構中最常見的斜導柱側抽芯機構和斜滑塊側抽芯機構。 3.5.2 斜導柱側抽芯機構工作原理 斜導柱側抽芯機構是利用斜導柱等零件把開模力傳遞給側型芯或側向成形塊，使之產生側向運動完成抽芯與分型動作。這類側抽芯機構的特點是結構緊湊、動作安全可靠、加工制造方便，是設計和制造注射模抽芯時最常用的機構，但它的抽芯力和抽芯距受到模具結構的限制，一般適用于抽芯力不大及抽芯距小于60-80 mm的場合。 圖3-15 斜導柱側抽芯機構 斜導柱側抽芯機構注射模的工作過程如圖3-15所示。圖3-15中的塑件有一側通孔，開模時，動模部分向后移動，開模力通過斜導柱10驅動側型芯滑塊11，迫使其在動模板4的導滑槽內向外滑動，直至滑塊與塑件完全脫開，完成側向抽芯動作。這時塑件包在型芯12上隨動模繼續(xù)后移，直到注射機頂桿與模具推板接觸，推出機構開始工作，推桿將塑件從型芯上推出。合模時，復位桿使推出機構復位，斜導柱使側型芯滑塊向內移動復位，最后由楔緊塊鎖緊[4]。 3.5.3 斜導柱側向分型與抽芯機構主要參數(shù)確定 1.抽芯距的計算 型芯從成形位置抽到不妨礙塑件的脫模推出位置所移動的距離稱為抽芯距，用S表示。一般抽芯距等于側孔或側凹深度S0加上2～3mm的余量[12]，即 S= S0+(2～3)mm （3-2） 式中 S——抽芯距; S0——為取出塑件，型芯滑塊移動的最小距離; S1=1.5+2.5=4mm （3-3） S2=2+2.5=4.5mm （3-4） 2.斜導柱的傾斜角 斜導柱軸向與開模方向的夾角稱為斜導柱的傾斜角α，它是決定斜導柱抽芯機構工作效率的重要參數(shù)。α的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力大小起著重要的影響。 由圖5-16可知 L=s/sinα （3-5） H=scotα （3-6） 式中 L——斜導柱的工作長度; s——抽芯距; α——斜導柱的傾斜角; H——與抽芯距、對應的開模距。 圖3-16斜導柱參數(shù)關系圖 圖3-17所示是斜導柱抽芯時的受力圖， 可得出開模力 Fw= （3-7） Fk=Ft tanα （3-8） 式中Fw——側抽芯時斜導柱所受的彎曲力； ——側抽芯時的脫模力； Fk——側抽芯時所需的開模力。 圖3-17斜導柱受力分析圖 由以上四式可知，傾角α增大，開模行程及斜導柱有效工作長度減小，有利減小模具尺寸。但同時斜導柱所受彎曲里和開模阻力增大，斜導柱受力情況變差。因此，綜合考慮，生產中一般取～，不宜超過，本設計選取中間值。 3.抽芯力的計算 對于側型芯的抽芯力，往往采用如下公式進行估算： (3-9) 式中 ——抽芯力，N; c——側型芯成形部分的截面平均周長，m； h——側型芯成形部分的高度，m； P——塑件對側型芯的收縮應力(包緊力)，值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成形工藝有關，一般情況下模內冷卻的塑件，p=C（0.8～1.2) x 107 Pa，模外冷卻的塑件，p=（2.4～3.9）x107 Pa； —塑料在熱狀態(tài)時對鋼的摩擦系數(shù)，一般=0.15～0.2； —側型芯的脫模斜度或傾斜角，(。)。 =2.484 KN =0.9936KN 4.斜導柱的直徑 根據力學分析可以推導出斜導柱直徑計算公式： (3-10) ——斜導柱彎曲力臂 ——斜導柱所用材料的許用彎曲應力 ——側型芯滑塊受的脫模力作用線與斜導柱中心線的交點到斜導柱固定板的距離。 由于計算比較復雜，有時為了方便，也可以用查表方法確定斜導柱的直徑。先按抽芯力和斜導柱傾斜角在表3-3中查出最大彎曲力，然后根據和以及在表3-4中查出斜導柱直徑d。 表3-3最大彎曲力與抽芯力和斜導柱傾斜角[13] 根據上表，結合=2.484 KN、=0.9936KN、已知數(shù)據可查出、。 表3-4斜導柱傾角、高度、最大彎曲力、斜導柱直徑之間的關系[8] 根據表3-3,3-4，結合、、、已知數(shù)據可查出、。 5.斜導柱的長度 斜導柱總長計算公式為 （3-11） ——斜導柱總長度； ——斜導柱固定部分大端直徑； h—斜導柱固定板厚度； d—斜導柱工作部分直徑； s—抽芯距。 將已知數(shù)據代入求得 圖3-18 斜導柱工作長度 取=9.14mm, 即=65.86+9.14=75mm。 取=6.6mm, 即=68.4+6.6=75mm。 3.5.4 斜滑桿導滑的斜滑塊側向分型與抽芯機構 如圖3-19所示，為已用斜滑桿導滑的斜滑塊內側分型和外側分型與抽芯機構，斜滑桿頭部即成塊，動模4和斜頂導向塊2、7上都開有斜孔，在推板1的作用下，斜頂2、6沿斜孔分別向內和向外運動，使塑件一邊抽芯，一邊脫模。 斜滑桿導滑的斜滑塊側向分型與抽芯機構由于受斜滑桿剛度的限制，因此適用于抽芯力較小的場合。 圖3-19 斜滑桿導滑的內側分型和外側分型與抽芯機構 1—推板；2—斜頂導向塊一；3—斜頂一；4—動模； 5—塑膠件；6—斜頂二；7—斜頂導向塊二 3.6 脫模機構的設計 3.6.1 脫模機構的設計原則 對脫模機構的要求隨制品形狀、結構的不同而變化。 1）塑件留在動模 在模具的結構上應盡量保證塑件留在動模一側，因為大多數(shù)注射機的推出機構都設在動模一側。 2)塑件在脫模過程中不變形、不損壞 保證塑件在脫模過程中不變形、不損壞是脫模機構應該達到的基本要求，所以設計模具時要正確分析塑件對模具包緊力的大小和分布情況。 3)不損壞塑件的外觀質量 對于外觀質量要求較高的塑件，脫模的位置應盡量設計在塑件內部，以免損傷塑件的外觀。由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡可能靠近型芯，同時推出力應施于塑件上強度、剛度最大的地方，如筋部、凸臺等處，推桿頭部的面積也盡可能大些，保證制品不損壞。 4)合模時應使脫模機構正確復位 脫模機構設計時應考慮合模時脫模機構的復位，在斜導桿和斜導柱側向抽芯及其他特殊情況下，有時還應考慮脫模機構的先復位問題。 5)脫模機構動作可靠 脫模機構在推出與復位過程中，要求其工作準確可靠，動作靈活，制造容易，配換方便。 6)另外，要求脫模機構本身要有足夠的強度和剛度[4]。 3.6.2 頂桿和復位桿的分布 頂桿脫模機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于設置頂桿的自由度較大，而且頂桿截面大部分為圓形，容易達到頂桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，頂桿頂出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此在生產中廣泛應用。 頂桿的材料常用TBA, T10A等碳素工具鋼或65 Mn彈簧鋼等，前者的熱處理要求硬度為50～54 HRC，后者的熱處理要求硬度為46～50 HRC。自制的頂桿常采用前者，而市場上的頂桿標準件多為后者的形式。頂桿工作端配合部分的粗糙度值Ra一般取0.8μm[4]。 頂桿頂出塑件后，必須回到頂出前的初始位置，才能進行下一循環(huán)工作。因此還必須設計復位桿來實現(xiàn)這一動作,復位桿又稱回程桿。頂桿和復位分布如圖3-20所示。 圖3-20 脫模和復位機構分布圖 1—動模；2—復位桿；3—斜頂：4—頂桿 3.6.3 脫模力的計算及推出零件尺寸確定 1)脫模力計算： （3-12） 式中 K——無量綱系數(shù)，查《塑料成型加工與模具》表8－3得1.0035； ——矩形制件的平均壁厚1.5mm； E——ABS的彈性模量1800～2900MPa，取2400MPa； S——ABS平均成型收縮率0.4%～0.7%,取0.5%； L——制件對型芯的包容深度15mm； ——模具型芯的脫模斜度1°； ——