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1 引言
1.1 塑料注塑模技術概況
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形[1]。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。因此，我們必須加快模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，除了少數(shù)幾種塑料外，幾乎所有的塑料都可以采用注塑成型。據(jù)統(tǒng)計，注塑制品約占整個塑料制品總產(chǎn)量的 30%，全世界每年生產(chǎn)的注塑模數(shù)量約占所有塑料成型模具數(shù)量的50%[2]。
隨著發(fā)達國家將制造業(yè)紛紛轉移到我國，大批境外企業(yè)涌入，使我國模具工業(yè)的水平有了一定的提高。在技術方面，我國模具的精密度、復雜程度和壽命都有很大提高。如塑料模熱流道技術日漸成熟，氣體輔助注射技術開始采用。高速加工、復合加工等先進的加工技術也得到進一步推廣；快速原型制造進展很快；模具的標準化程度也有一定提高。據(jù)海關統(tǒng)計資料顯示，2002 年我國共進口模具 12.72 億美元，比 2001 年增長 14.4 %，其中塑料橡膠模具進口金額 6.93 億美元，占總進口量的 54.5%。2002 年我國共出口模2.52 億美元，比 2001 年增 34%，其中塑料橡膠模具出口金額 1.72 億美元，占總出口量的 68.3 %[3]。
1.2 模具注塑工藝的概述
在注塑加工中，每個成型周期有三個主要階段：注射充模、保壓冷卻、脫模。在充模階段，熱的高聚物熔體被注射進入模具型腔。一旦型腔充滿熔體，額外的高聚物熔體會在高壓下進入模腔，以補充聚合物充摸后溫度下降體積收縮而出現(xiàn)的空間。然后進入冷卻階段，此階段約占成型周期的 3/4 的時間。只有在充分的冷卻固化的情況下，塑件脫模后才不會損壞變形。最后塑件脫模，得到制品[4]。
要獲得高質(zhì)量的制品，必須對溫度、壓力、速度、時間等關鍵工藝參數(shù)進行控制。時間控制包括注塑時間、保壓時間、補縮時間、冷卻時間等的控制；溫度控制包括料筒溫度、噴嘴溫度、熔體溫度、模具溫度和油溫的控制；壓力控制包括注塑壓力、背壓、模腔內(nèi)壓力的控制，以及如何根據(jù)模腔內(nèi)最大壓力值決定從注射到保壓的切換時間；速度控制包括對螺桿推進物料的速度及對螺桿推進的位置與速度進行多級切換（多級注射）。注射/保壓切換點的控制有重要意義。如切換得太遲，會形成過渡充填、高殘余應力、模具受損等缺陷；如果切換得太早，會形成短射、制品質(zhì)量不足、熔接線結合不好、凹陷等缺陷[5]。
1.3 模具 CAD 技術的發(fā)展情況
目前，CAD/CAM/CAE 技術應用于模具的設計及制造，已成為一門綜合性學科。在現(xiàn)代化設計與生產(chǎn)的條件下，模具行業(yè)將面臨一次新的技術革命。
二戰(zhàn)后的日本，在短短幾十年內(nèi)，一躍成為世界經(jīng)濟強國，模具在其工業(yè)生產(chǎn)中的地位可以說是舉足輕重的，而模具在日本也被稱為是“工業(yè)之母”[6]。
國外由于起步早和對模具 CAD/CAM 的重視，先后投入了大量的人力和物力，從而使模具 CAD/CAM 技術得到了很快的發(fā)展。如法國達索(Dassault)公司開發(fā)的 CATIA，美國國家航空及宇航局(NASA)開發(fā)的 I-DEAS，美國麥道(MD)公司開發(fā)的 UG，以及美國參數(shù)技術公司開發(fā)的 Pro/ENGINEER（簡稱 Pro/E）等[7]。
進入20世紀90年代后，CAD/CAM 技術在模具設計和制造中應用較為活躍，許多科研單位和企業(yè)引進了成套的 CAD/CAM 系統(tǒng)，通過吸收、開發(fā)和推廣工作，將其廣泛應用于模具行業(yè)，取得了可喜的成績，如南京航空航天大學的超人 CAD/CAM 系統(tǒng)，華中理工大學的 CHNC，北航海爾的 CAXA 等均已實現(xiàn)復雜曲線、曲面的造型、數(shù)控代碼的自動生成和加工仿真[8]。
1.4塑料注射模具的設計步驟
本設計要求使用CAD，PROE等軟件對機構進行零件圖紙繪制，設計成型注射模具。
帶聯(lián)合頂出機構對于注塑模的設計比較簡單，使用常規(guī)的設計方法就能夠設計出合理簡單有效的模具。
機構的材料：ABS
根據(jù)要求模具要一腔兩模，對于模具的基本方案是：
（1）對于注塑機的選擇，由于機構的結構和產(chǎn)量以及所給的各項要求，進行綜合的考慮，采用臥式注塑機；
（2）模具結構設計
（a）澆注系統(tǒng)設計
所給設計要求是一模兩腔，因此將型腔對稱放置，使用圓錐型主流道，使用球型頭的拉料桿的冷料井。將分流道對稱設置，分流道截面采用梯形截面，澆口采用潛伏式澆口，利用分型面或配合間隙排氣；
（b）成型零件結構設計
陰模使用整體嵌入式，上下模板上均嵌入陰模。由于結構的上下結構特征，在上下模板均設計了型芯；
（c）合模導向和定位機構設計
使用導向柱四根，同時與導套配合，既能夠?qū)?，又能夠定位?
（d）脫模機構設計
使用推桿進行脫模，同時在噴霧器嘴的下側使用一推環(huán)，雖然塑件有四處筋板，可使用使用四處推桿，但使用一推環(huán)可防止在推模時對塑件造成破壞；
（3）零件圖的繪制
在對模具的結構進行了基本的設計后，首先要進行三維圖以及零件圖的繪制，以為后一部的加工提供必要的尺寸及一些數(shù)據(jù)參數(shù)。
（4）對模具進行模具的CAD設計
在對模具進行基本設計之后，就要進行相關的設計計算，在得到正確的數(shù)據(jù)后，利用CAD進行相關的設計，通過進行人機交互，即可得到簡單又優(yōu)良的設計。在對模具進行設計完成之后，我們得到了模具的三維圖,并生成模具的裝配圖，同時生成我們所需要的所有零件的圖紙。
進行以上的工作之后，還要進行注射模具的制造工藝設計,在完成所有的設計之后完成設計說明書的撰寫。
2 方案分析與設計
本課題是對注塑模具聯(lián)合頂出機構的設計，首先應對聯(lián)合頂出機構進行工藝分析。
（1）聯(lián)合頂出機構適用工件基本要求:
（a）不使塑件變形或損壞；
（b）不損傷塑件的外觀及使用要求；
（c）結構可靠。
聯(lián)合頂出出機構推動塑件平穩(wěn)，推出力均勻、推出面積不大。當使用單一的頂出機構推出的塑件容易推壞或塑件根本推不出來時，可采用聯(lián)合頂出機構將工件頂出。
（2）塑料材料的選擇
所設計塑件選擇的塑料材料為聚乙烯(PE)。聚乙烯在常溫下成白色蠟狀半透明顆粒，柔而韌，易變形。它密度小，耐熱氧化性好。聚乙烯成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，且價格便宜。
如圖2.1，開模時采用推桿為主、推件板為輔助聯(lián)合推出，推出機構推出力均勻、推出面積不大?？杀苊庥捎谛托緝?nèi)部主力大單獨采用推件板或推桿會損壞塑件。適用于采用單一的推出機構容易推壞的塑件或根本推不出來的塑件。
圖2.1 裝配圖
3 帶聯(lián)合頂出機構注射模的詳細設計
3.1 塑料注射成型機的選擇
3.1.1 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。
(a) 立式注射機
注射裝置與鎖模機構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。當積存的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉動，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。
(3）注射機規(guī)格及主要參數(shù)
目前，在注射機的標準中，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)標準主要有輕工部標準、機械部標準和國家標準 。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。
3.1.2 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)整注射機的技術參數(shù)至所需要的參數(shù)[9]。
（1）注射機類型的選擇
根據(jù)塑料的品種、塑件的結構、成形方法、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有設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構的外尺寸d應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、定模板應分別與注射機動模板、定模板上的螺孔相適應。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:一是當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，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；二是當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，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[10]。
3.1.3 注射成型機的計算
（1）注射容量
國產(chǎn)標準注射機的標準規(guī)定，以注射機注射聚乙烯時在對空注射條件下，注射機螺桿或柱塞做一次最大行程所能達到的最大容量。由于聚乙烯的密度為1.304 g/cm3～1.06 g/cm3，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實際中為便于計算，有時還沿用過去的習慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計量。
注射容量是選擇注射機的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機的注射能力，標志著注射機能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vz—注射機最大注射容量，cm3 ；
估算：
Vm=[3.14×12×0.2+3.14(0.62-0.42)×1]×2=2.5 cm3
（2）最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具在分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說在模具設計時，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個數(shù)據(jù)時才能正常可靠的注射。
S=2×3.14×22=25.1 cm2
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
（3）模具的閉合高度
注射機動壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對于所用的注射機來說，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機允許的最小厚度，mm；
H—注射機的實際閉合高度，mm；
H大—注射機允許的最大厚度，mm；
H=25+25+20+20+20+65+25=200 mm；
（4）定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機定壓板的定位對中位置，應與注射機的定位孔采取動配合的連接形式，以保證模具體對中。
（5）模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機的壓板尺寸和拉桿的間距，因為此注射模的最長的邊不應超過壓板尺寸，而模具的最短邊應小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機，并應留有固定模體的壓緊空間。同時，注射模動、定模上的緊固螺栓孔，也應與注射機壓板上的標準螺孔一致。
（6）模具的頂出
注射機的頂出裝置采用推桿為主、推件板為輔助聯(lián)合推出，推出機構推動塑件平穩(wěn)，推出力均勻、推出面積不大。
綜合考慮上述條件，注射機選擇XS-ZS-30型號。
3.2 注射模具分型面的選擇
3.2.1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。
3.2.2 分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應與注射機的參數(shù)相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。
3.2.3 分型面的選擇
根據(jù)對工件模型的觀察和分型面選擇的基本原則?，F(xiàn)選擇A-A′為分型面。如圖3.1。
圖3.1 分型面
3.3 注射模具澆注系統(tǒng)的設計
3.3.1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注射機噴嘴進入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。
（1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設計合理的澆注系統(tǒng)布局。
（2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。
（3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。
（4）應根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。
3.3.2 注射模具主流道的設計
主流道是熔融塑料由注射機噴嘴先經(jīng)過的部位，它與注射機噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注射機噴嘴反復接觸、碰撞，一般澆口不直接開設在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。
（1）主流道的設計
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。
（2）主流道尺寸
在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為2o～6o。小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08。
（3）主流道澆口套
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。
澆口套的材料應選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應進行淬火處理，為了防止注射機噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應低于注射機噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。
澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時，其出料端端面直徑應盡量選得小些。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。
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)的外徑應與注射機的定位孔間隙配合。澆口套端面應與定模相配合部分的平面高度一致。
注射機XS-Z-30的噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴口內(nèi)徑，取3 mm，如圖3.2。
圖3.2 澆口套
3.3.3 注射模具分流道的設計
分流道是將熔融塑料從主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主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉換方向的作用，通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。
在注射過程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時，應是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設計要點總體歸納如下：
分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。
在可能情況下，分流道的長度應盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長度盡量相等，以達到注射大時壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時均勻的充滿各個型腔。在有些情況下分流道長度不能相等時，則應在澆口處作必要的補救措施，如果分流道較長時，應在其末端設置冷料穴，放置冷料和空氣進入模腔[15]。
在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應盡量的小，但分流道的截面積過小會降低注射速度，使填充時間延長，同時可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過大則增大冷卻時間應比型腔中塑件的冷卻時間要短，才不影響注射時的效率。因此在設計時應采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。
分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應采用軸對稱或中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。
在分流道上的轉向次數(shù)盡量少，在轉向處應圓滑過渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動。
當分流道設在定模一側或分流道延伸較長時，應在澆口附近或分流道的交叉處設置鉤料桿，以便于在開模時在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。
分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。
在總體分布中，應綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
翻蓋式瓶蓋注射模要求一模兩腔，在布局上選擇平衡式分流道。平衡式分流道的特點是：從主流道到各個型腔的分流道，其長度、截面尺寸及其形狀完全相同，以保證各個型腔同時均勻進料，同時注射完畢。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡單。
3.3.4 注射模具澆口的設計
（1）澆口的概念
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好、高質(zhì)量地注射成形。
（2）澆口的作用
澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其作用如下：
澆口通過截面積突然變化，使塑料熔體通過撓口的流速有突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的。澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離[16]。
（3）注射模澆口的類型
單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。
（a）直接澆口
直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具。
特點是：流動阻力小，流動路程短及補縮時間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結構緊湊，注射機受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。
（b）中心澆口
當筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時，內(nèi)澆口開設在該孔處，同時在中心處設置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式。它具有直接澆口的優(yōu)點，而克服了直接澆口易產(chǎn)生的縮孔、變形等缺陷。
（c）側澆口
側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側或外側充填模具型腔，其截面形狀多為(扁槽)，是限制性澆口。側澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上。
特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。
側澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。
扇形澆口是一種沿澆口方向?qū)挾戎饾u增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。
（d）環(huán)形澆口
對型腔填充采用圓環(huán)形進料形式的澆口稱環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點是進料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。
（e）輪輻式澆口
輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎上改進而成。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多。這類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)形澆口應用廣泛。多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點是增加了熔接痕，會影響塑件的強度。
（f）爪形澆口
爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內(nèi)孔較小且同軸度要求較高的細長管狀塑件。
澆口位置的選擇原則：盡量縮短流動距離；避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；澆口應開設在塑件厚壁處；考慮分子定向的影響；減少熔接痕。
（4）澆注系統(tǒng)平衡設計
（a）澆注系統(tǒng)的平衡概念
為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采取一模多腔的結構豫應盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據(jù)某種需要澆注系統(tǒng)被設計成型腔非平衡式布置形式，則需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。
（b）澆注系統(tǒng)的平衡計算方法
澆注平衡計算的思路是通過計算多型腔模具各個澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來判斷或計算。澆口平衡時，BGV值應符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。
（5）澆口的選擇
本模具為一模兩腔，選擇側澆口。側澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設置在塑件表面，澆口截面形狀簡單，容易加工，且注射效率高。
3.3.5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴設置在主流道的末端，即主流道正對面的動模板上。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時，如果它們進入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。球形拉料裝置由冷料穴、拉料桿組成，拉料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。
3.4 注射模具成型零件和模體的設計
3.4.1 注射模具型腔的結構設計
型腔大體有以下幾種結構形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。
型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
帶聯(lián)合頂出機構注射模的型腔部分不是很復雜，可利用點火花進行。這里選擇整體式型腔。
在塑料注射模具的注射過程中，型腔從合模到注射保證過程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應該有足夠的硬度和剛度，總的來說，型腔所承受的力大體有合模時的壓應力、注射過程中塑料流動的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開模時的壓應力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過程中總是在變化。在這些壓力作用下，當型腔的剛度不足時，往往會產(chǎn)生彈性變形，導致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度。所以在模具設計時要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強度和剛度，以保證型腔在注射過程中產(chǎn)生超過規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計算和選擇是十分重要的。
（1）型腔側壁厚度的計算
按強度計算
其壁厚S按下列公式計算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：S=4mm
（2）底板厚度的計算
按強度計算
其壁厚H按下面公式計算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：H=5.5mm
3.4.2 注射模具型芯的結構設計
型芯的結構形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。
3.4.3 注射模具成型零件的尺寸確定
（1）型腔尺寸計算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應選擇塑件公差△的1/2，取負偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計算尺寸的表述如下。
（a）型腔的徑向尺寸的計算式：
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—塑件的公差，取八級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計算得型腔的徑向尺寸：
（b）型腔的深度根據(jù)尺寸的計算公式
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計算得型腔的深度尺寸：
（2）型芯尺寸的計算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計算尺寸表達如下。
（a）型芯的徑向尺寸的計算式：
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計算得型芯的徑向尺寸：
（b）型芯的高度尺寸的計算：
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選?。?
根據(jù)公式計算得型芯的高度尺寸：
3.5 注射模具的頂出機構的設計
3.5.1 注射模具的頂出機構
頂出機構的分類：按驅(qū)動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。
按模具結構分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。
（1）推出機構的結構組成
在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構稱為推出機構，也叫頂出機構或脫模機構。推出機構的動作通常是由安裝在注射機上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。
結構組成：由推出、復位和導向零件組成。
（2）結構分類
手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。
（3）結構設計要求
塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質(zhì)量,合模時應使推出機構正確復位,動作可靠。
（4）結構設計
（a）推桿推出機構
推桿推出機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產(chǎn)中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。
（b）推管推出機構
推管推出機構是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結構形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。
（c）推件板的推出機構
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構義稱頂板頂出機構，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。
特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
（d）活動嵌件及凹模推出機構
有一些塑件由于結構形狀和所用材料的關系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
（5）頂出機構的設計原則：
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
注射設備的頂出裝置都設計在動模一側，因此，在一般情況下開模時，盡量設計使塑件留在動模一側，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應充分考慮。
在實踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側的情況時，可設法增加動默一側的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側面人為的開設橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構。
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。
頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
3.6 模具結構設計
模具結構設計在方案和詳細設計計算的基礎上采用CAXA設計。設計采用自上而下、上下結合的設計方法。首先根據(jù)模具結構方案進行各主要零件的三唯造型和設計，然后進行裝配體裝配設計，在裝配設計過程中發(fā)現(xiàn)的干涉碰撞等結構問題再進行修改，最后完善零件的設計。
4 注射模加工工藝設計
塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟低精度的通用加工、電火化成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于帶聯(lián)合頂出機構的注射模精度要求一般，模具結構尤其是型腔結構復雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟、可行，故采用了普通加工與電火花成型結合的工藝方法。根據(jù)零件類型下面簡單分析一下主要類型零件的加工工藝。
4.1 坯料確定
坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標準棒料或板材，也可采用鍛造坯料。在專業(yè)模具企業(yè)中，對性能要求不高的材料多采用標準規(guī)格材料，而對性能要求較高發(fā)材料要經(jīng)鍛造，然后經(jīng)熱出路調(diào)質(zhì)后具有適當硬度和便于加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料。坯料通過鍛造可使金屬材料的金相組織密實，對其強度和剛度也有提高。只是應嚴格控制加工余量，加工余量過大，會引起材料和加工工時的浪費。
4.2 模板的平面加工
（1）模板平面的粗加工
平面切削加工是指車床、刨床、銑床等對坯料的6個方面進行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時對模板上較大的孔也應該進行粗加工。
粗加工完成了以后，應進行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應力，使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過程中的變形或淬裂。
（2）模板平面的半精加工
在經(jīng)過退火而消除內(nèi)應力之后，模板會產(chǎn)生不同程度的變形。半精就是去除其變形量，并給精加工留出適當?shù)募庸び嗔俊?
（3）模板平面的精加工
通過以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的兩平面，并達到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個分模面即是z軸方向上的加工基準面。取任意相鄰的兩個側面進行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。當平面的精度要求，特別是平面度公差要求很高時，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為研具，由很細的金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達到多面積的良好接觸[17]。
4.3 型腔加工
型腔是注射模的關鍵部分，型腔質(zhì)量對塑件的外形起著決定作用。加工型腔的方法有很多種，最常用也是最高效的就是利用專用機床加工的方法，可用于加工型腔的專用機床有仿形銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機體、坐標鏜床、電火花機床、仿形磨床或坐標磨床等。
本設計中的型腔加工是采用現(xiàn)在通用機床上進行粗加工，然后用數(shù)控銑床進行精加工，最后進行拋光，完成加工。
4.4 孔系加工
本設計采用精密劃線加工的方法,找出中心線后，在中心處用沖頭打窩，首先選用比被加工孔直徑小的鉆頭鉆孔。鉆孔后，檢驗孔與基準面的相對位置以及各孔之間的相對位置是否滿足位置精度的要求，如果發(fā)現(xiàn)偏差可用整形銼修正，然后再擴孔，再檢驗，直到各孔位置精度達到欲求位置，最后進行留有鉸孔位置余量的最后擴孔，并進行粗鉸和精鉸。
結束語
這次畢業(yè)設計，歷時四個月。在此期間，針對設計內(nèi)容進行了大量的工作，順利完成了畢業(yè)設計中所提出的各項任務，達到了畢業(yè)設計的目的。
通過此畢業(yè)設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。
畢業(yè)設計從測繪塑件圖紙，到完成CAD造型設計；完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；模具成型零件CAD造型設計；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。
完成了注射模具的制造工藝設計，但由于缺乏實際工作經(jīng)驗，在這些設計過程中也遇到了很多困難，但在指導老師彭斌彬、張躍的指導下，問題都迎刃而解。
在設計期間，我學習并運用CAD對帶聯(lián)合頂出機構的注射模的所有零件進行了造型設計和對所有零件進行裝配設計。提高了我對CAD的運用能力和計算機的應用能力，為以后我的工作奠定了基礎。
總之，通過本次畢業(yè)設計，加強了我對各項知識的學習深度，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣才能按步驟有條不紊地進行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅實的基礎。
致 謝
論文從開題、具體設計、論文的撰寫，均得到了老師、同學和朋友的大力支持。
特別感謝XX老師和XX老師對我的指導。他們在繁忙的教學工作期間，對我的畢業(yè)設計付出了大量的心血，多次給我提出深刻而具有指導性的意見。正是有了他們對我時時刻刻的指導，才使我能正確把握論文的方向，并順利地完成。
感謝所有給我傳道授業(yè)的老師們，正是你們的辛勤教授才使學生有了完成畢業(yè)設計的知識與能力儲備，奠定了我的理論與實踐基礎。
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