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1 引言 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎。根據(jù)國際生產(chǎn)技術協(xié)會的預測，21世紀機械制造工業(yè)零件粗加工的75％，精加工的50％都需要通過模具來完成，這在汽車、電器、通信、石化和建筑等行業(yè)中最為突出。然而這些模具中塑料模具使用的最為廣泛。在工業(yè)或生活用品中我們不難發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象：有時采用精度和強度不太高的塑料傳動，由于塑料具有可塑性強，密度小、比強度高、結緣性、化學穩(wěn)定性高、外觀多樣的特點，因而受到越來越多的廠家及人民的喜愛。塑料工業(yè)是新興的工業(yè)，是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應運而生的，目前塑料制件幾乎已經(jīng)進入一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領域。隨著機械工業(yè)電子工業(yè)，航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日常用品工業(yè)的發(fā)展，塑料成型制件的需求量越來越多，質量要求也越來越高，這就要求成型塑件的模具的開發(fā)，設計制造的水平也須越來越高。本文也就對日用品中的燈座模具設計過程進行闡述。 2 分析塑件原材料 本課題以模具中的塑料模為設計對象，選用臺燈燈座為畢業(yè)設計實例，根據(jù)任務書的要求選擇如下圖所示外形的塑件成型材料為ABS，以下是對此材料的工藝分析： 圖2..1 燈座的二維圖形 圖2.2 燈座的三維圖形 2.1 分析制件材料的性能 2.1.1 分析制件材料的使用性能 ABS屬熱塑性非結晶型塑料，密度為1.05g/cm3[1]。ABS制品強度高、剛性好，硬度、耐沖擊性、制品表面光澤性好，耐磨性好，成型加工性，尺寸穩(wěn)定性好，周色性能、電鍍性能都好。其缺點是不耐有機溶劑，耐氣候性差，在紫外線下易老化。 ABS的典型用途：在機械工業(yè)上用來制造齒輪、噴葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池槽；冷藏庫和冰箱襯里等；汽車工業(yè)上用ABS制造汽車儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒，擋泥板、扶手、熱空調節(jié)導管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身;ABS還可以用來制作水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴、電話機殼體、收錄機殼體、打字機鍵盤、電冰箱、食品包裝容器、農(nóng)藥噴霧器及家具等。 2.1.2 分析塑料的工藝性能 （1）無定形料，其品種牌號很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。 （2）吸濕性強，含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時間預熱干燥[2]。 （3）流動性中等，溢邊料0.04mm左右。 （4）比基苯乙烯加工困難，易取高料溫、模溫。料溫對物料性能影響較大，料溫過高易分解對要求精度較高塑件模溫宜取50～60℃，要求光澤及耐熱型料宜取60～80℃。注射壓力比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射機時料溫為180～230℃，注射壓力為100～140MPa。螺桿式注射機則取160～220℃、70～100MPa為宜。 （5）模具設計時要注意澆注系統(tǒng)選擇交口位置、形式、定出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)“白色”痕跡，脫模斜度宜取2°以上。 將苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚體（ABS）的性能特點歸類可得表2.1內(nèi)容： 表2.1原材料苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚體（ABS）分析 塑料品種 結構特點 使用溫度 化學穩(wěn)定性 性能特點 成型特點 苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚體（ABS）屬于熱塑性塑料 線型結構非結晶型材料 可在110～115℃使用，也可在-40℃下使用 有一定的化學穩(wěn)定性和良好額介電性能，同時還耐酸、堿、鹽、油、水等 綜合性能較好，沖擊韌度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性；電性能良好；易于成型和機械加工，與372有機玻璃的熔接性良好，可作雙色成型塑件，且表面可鍍鉻 熔融溫度高，但熔體粘度大；流動性差 結論 (1) 無定形料，其品種牌號很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。 (2) 吸濕性強，含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時間預熱干燥。 (3) 流動性中等，溢邊料0.04mm左右。 (4) 比基苯乙烯加工困難，易取高料溫、模溫。料溫對物料性能影響較大，料溫過高易分解對要求精度較高塑件模溫宜取50～60℃，要求光澤及耐熱型料宜取60～80℃。注射壓力比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射機時料溫為180～230℃，注射壓力為100～140MPa。螺桿式注射機則取160～220℃、70～100MPa為宜。 (5) 模具設計時要注意澆注系統(tǒng)選擇交口位置、形式、定出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)“白色”痕跡，脫模斜度宜取2°以上 臺燈座制件為工業(yè)用品，要求具有一定的強度、耐腐蝕性和耐磨性能，中等精度。采用ABS材料，產(chǎn)品的使用性能基本能滿足要求，但在成型時，要注意選擇合理的成型工藝，對原料不需要進行干燥、采用50～100MPa的注射壓力和210～280℃的注射溫度。 3 確定塑料成型方式及工藝過程 3.1 塑件成型方式的選擇 塑料成型的種類很多，包括各種模塑成型、層壓成型和壓延成型等。其中模塑成型種類較多，如注射成型、擠出成型、壓縮模塑、傳遞模塑等，約占全部塑料制品加工量的90%以上。表3.1列出了常用的成型加工方法與模具。 表3.1常用的塑料成型方法及模具 序號 成型方法 成型模具 用 途 1 注射成型 注射模 電視機外殼、食品周轉箱、塑料盆、桶、汽車儀表盤等 2 擠出成型 口模 如棒、管、板、薄膜、電纜護套、異性型材等 3 壓縮成型 壓縮模 適于生產(chǎn)非常復雜的制品，如含有凹槽、側抽芯、小孔、嵌件等，不適合生產(chǎn)精度高的制品 4 傳遞模塑 傳遞模 設備和模具成本高，原料損失大，生產(chǎn)大尺寸制品受到限制 5 中空吹塑 口模、吹塑模具 適于生產(chǎn)中空或管狀制品，如瓶子、容器及形狀復雜的中空制品 6 熱成型 真空成型模具 適合生產(chǎn)形狀簡單的制品，此方法可供選擇的原材料較少 壓縮空氣成型模具 結論：根據(jù)上表格的成型方法和用途應選擇注射成型，而且ABS是擁有良好的綜合力學性能的熱塑性材料，適合用注射模成型。 3.2 成型工藝規(guī)程 一個完整的注射成型工藝過程包括成型前準備、注射過程及塑件的后處理三個過程。成型工藝規(guī)程相當?shù)闹匾?，因為一個完整的成型工藝規(guī)程能夠保證塑件成型前所需要的條件能夠順利進行，從而在注射成型過程中才能保證塑件的外觀、綜合力學性能良好，因此在成型前必須做到以下幾點： 3.2.1 成型前的準備 3.2.1.1 原材料的預處理 （1）分析檢驗成型物料的質量對ABS原料進行含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質并測試其熱穩(wěn)定性、流動性和收縮率等指標。如果檢測中出現(xiàn)問題，應及時采取措施解決。對于粉狀物料，在注射成型前，經(jīng)常還需將其配制成粒料，因此其檢驗工作應放在配料后進行。 （2）預熱干燥 對于吸濕性或粘水性強的成型物料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量要求進行適當?shù)念A熱干燥。目的是為了除去物料中過多的水分及揮發(fā)物，以防止成型后塑件出現(xiàn)氣泡和銀紋等缺陷，同時也可以避免注射時發(fā)生水降解。對于吸濕性或粘水性不大的成型物料，如果包裝儲存較好，也可不必預熱干燥。ABS的吸水性或水敏性較強，在成型前一般需要干燥處理。 3.2.1.2 料筒的清理 生產(chǎn)中如果需改變塑料品種、更換物料、調換顏色，或發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)了熱分解或降解反應，均應對注射機的料筒進行清洗。通常，柱塞式料筒存料量大，必須將料筒拆卸清洗、對于螺桿式注射機通常采用直接換料、對空注射法清洗。換料清洗時，必須掌握料筒中的塑料盒欲換的新塑料的特性，然后采用正確的清洗步驟。對空注射清洗時，應注意以下事項： （1） 新塑料成型溫度高于料筒內(nèi)殘存塑料的成型溫度時，應將料筒溫度升高到新料的最低成型溫度，然后加入新料，連續(xù)“對空注射”，直到殘存塑料全部清洗完畢，再調整溫度進行正常生產(chǎn)。 （2） 新塑料的成型溫度比料筒內(nèi)殘存塑料的成型溫度低時，應將料筒溫度升高到殘存塑料的最佳流動溫度后切斷電源，用新料或新料的回料在降溫下進行清洗。 （3） 如果新料成型溫度高，而料筒中殘存塑料又是熱敏性塑料，則應現(xiàn)流動性好、熱穩(wěn)定性高的塑料作為過度料，先換出熱敏性塑料，在用新料或新料的回料換出熱穩(wěn)定性好的過渡料。 （4） 兩種物料成型溫度相差不大時，不必改變溫度，先用新料的回料，后用新料連續(xù)“對空注射”即可。 3.2.1.3 脫模劑的選用 注射成型時，塑件的脫模主要依賴于合理的工藝條件和正確的模具設計，當由于塑件本身的復雜性或工藝條件暫不穩(wěn)定，在試模時可使用脫模劑幫助脫模。實際上，在正常的生產(chǎn)情況下，應盡量不使用脫模劑為好。 常用的脫模劑有硬脂酸鋅。液體石蠟和硅油等。除了硬脂酸鋅不能用于聚酰胺之外，對于一般塑料，上述三種脫模劑均可使用。其中尤以硅油脫模效果最好，只要對模具使用一次，即可長效脫模，但價格很貴。硬脂酸鋅通常多用于高溫模具，而液體石蠟多用于低溫模具。對于含有橡膠的軟塑件或透明塑件不宜采用脫模劑，否則將影響塑件的透明度。使用脫模劑時，噴涂合理、適量，以免影響塑件的外觀和質量。 3.2.2 注射過程 完整的注射成型過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等步驟。但就塑料在注射成型中的實質變化而言，是塑料的塑化和熔體充滿型腔與冷卻定型兩大過程。 （1）塑料的塑化。 （2）熔體充滿型腔與冷卻定型。 3.2.3 塑件后處理 塑件脫模后常需要進行適當?shù)暮筇幚?，以便改善和提高塑件的性能和尺寸穩(wěn)定性。塑件的后處理主要指退火或調濕處理。 退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間。利用退火時的熱量，能加速塑料中大分子松弛，從而消除或降低塑件成型后的殘余應力。對于結晶型塑件，利用退火能對他們的結晶度大小進行調整，或加速二次結晶和后結晶的過程。此外，退火還可以對塑件進行解取向，并降低塑件硬度和提高韌性。生產(chǎn)中的退火溫度一般都在塑件的使用溫度以上高于使用溫度(10～20℃)至熱變形溫度以下低于熱變形溫度(10～20℃之間)的溫度區(qū)間進行選擇和控制。退火時間與塑件品種和塑件厚度有關，如無數(shù)據(jù)資料，也可按每毫米厚度約需半小時的原則估算。退火后應使塑件緩冷至室溫。 有些塑件在高溫下雨空氣接觸會氧化變色或容易吸收水分而膨脹，此時需進行調濕處理，即將剛脫模的塑件放在熱水中處理，這樣既可隔絕空氣，進行無氧化退火，又可使塑件快速達到吸濕平衡狀態(tài)，使塑件尺寸穩(wěn)定下來，以免塑件尺寸在使用過程中發(fā)生更大的變化。 應當指出，并非所有塑件都有塑件都要進行后處理。通常，只是對于帶有金屬嵌件、使用溫度范圍變化較大、尺寸精度要求較高和壁厚大的塑件才有必要。 4 分析塑件的結構工藝性 4.1 塑件的尺寸精度分析 該塑件尺寸精度無特殊要求，所有尺寸均為自由尺寸，由文獻[3]可將塑件尺寸按MT5查取公差，其主要尺寸公差標注如下（單位均為mm）： 如圖2.1所示為本次設計的零件圖，對該零件上的尺寸進行分類： 塑件外形尺寸：φ69 0 -0.86 、φ70 0 -0.86 ﹑φ127 0 -1.28﹑φ129 0 -1.28、φ170 0 -1.60 、R5 0 -0.24﹑ φ137 0 -1.28﹑3 0 -0.20、8 0 -0.28﹑133 0 -1.28； 內(nèi)形尺寸：φ63+0.74 0、φ64+0.74 0、φ114+1.14 0、φ121+1.28 0、R2+0.20 0、60+0.74 0、32+0.56 0、 30+0.50 0、8+0.28 0； φ123+1.28 0、φ131+1.28 0、φ164+1.60 0； 孔尺寸：φ10+0.32 0﹑φ12+0.32 0、φ137+1.28 0﹑φ164+1.60 0﹑φ4.5+0.24 0﹑φ2+0.20 0、φ5+0.24 0； 孔心距尺寸：34±0.28﹑φ96±0.50﹑φ150±0.57。 4.2 塑件表面質量分析 該塑件要求外形美觀，色澤鮮艷，外表面沒有斑點及熔接痕，粗糙度可取Ra=0.4μm。而塑件內(nèi)部沒有較高的表面粗糙度要求。 4.3 塑件的結構工藝性分析 （1）從圖紙上分析，該塑件的外形為回轉體，壁厚均勻，且符合最小壁厚要求。 （2）塑件型腔較大，有尺寸不等的孔，如φ12、4×φ10、4×φ4.5、4×φ5它們均符合最小孔徑要求。 （3）在塑件內(nèi)壁有4個高2.2，長11的內(nèi)凸臺。因此，塑件不易取出。需要考慮側抽裝置。 5 確定塑件成型工藝參數(shù) 注射成型工藝條件的選擇可查參考資料得。采用螺桿式塑料注射機，螺桿轉速為21~83 r/min[4]。材料在料斗中的預干燥2h以上。 （1）溫度 料筒第一段：200~210℃　第二段: 210~230℃ 第三段：180~200℃； （2）壓力 ABS的注射壓力為70~90MPa； （3）成型周期 閉模時間：5s ；注射時間：3~5s；保壓時間：15~30s；冷卻時間：15~30s；開模時間：15~30s；取件：7s； 方法：紅外線烘箱溫度：80~85℃時間：4~5h。 該制件的注射成型工藝卡片見表5.1。 表5.1燈座注射成型工藝卡片 （廠名） 塑料注射成型 工藝卡片 資料編號 車間 共 頁 第 頁 零件名稱 燈座 材料牌號 ABS 設備型號 XS-XY-500 裝配圖號 材料定額 每模件數(shù) 1件 零件圖號 單件質量 210.18g 工裝號 材料干燥 設備 溫度/℃ 110~120 時間/h 8~12 料筒溫度 后段/℃ 180~200 中段/℃ 210~230 前段/℃ 200~210 噴嘴/℃ 180~190 模具溫度/℃ 50~70 時間 注射/s 3~5 保壓/ s 15~30 冷卻/ s 15~30 壓力 注射壓力/MPa 70~90 保壓/MPa 50~70 后處理 溫度/℃ 鼓風烘箱100-110 時間定額 輔助/min 時間/h 8~12 單件/min 檢驗 編制 校對 審核 組長 車間主任 檢驗組長 主管工程師 6 注射機的選擇與校核 初選注射機規(guī)格通常依據(jù)注射機允許的最大注射量、鎖模力及塑件外觀尺寸等因素確定。習慣上依據(jù)其中一個設計依據(jù)，其余都作為校核依據(jù)。 6.1 注射機的選擇 6.1.1 計算塑件的體積和質量 通常保證制品所需注射量小于或等于注射機允許的最大注射量的的80％，否則就會造成制品的形狀不完整、內(nèi)部組織疏松或制品強度下降等缺陷；而過小，注射機利用率偏低，浪費電能，而且塑料長時間處于高溫狀態(tài)可導致塑料分解和變質，因此，應注意注射機能處理的最小注射量，最小注射量通常應大于額定注射量的20％。 （1）計算塑件的體積 根據(jù)Proe設計的三維模型且由文獻[5]可知，利用三維軟件中的功能可直接求得塑件的體積為V=200172.30mm3 （2）計算塑件的質量 根據(jù)文獻[2]查得ABS的密度為ρ=1.04 ~1.06ｇ·cm-3所以取ρ=1.05所以，塑件的重量為 W=ρV =200172.30×1.05×10-3 =210.18ｇ 所以每次注入的塑件原材料的質量至少應為210.18g。 6.1.2 依據(jù)最大鎖模力初選設備 當熔體充滿模腔時，注射壓力在模腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力會使模具沿分型面脹開，為此，注射機的鎖模力必須大于模腔內(nèi)熔體對動模的作用力，以避免發(fā)生溢料和漲?，F(xiàn)象。 （1）單個塑件在分型面上投影面積A1 A1≈ 22698mm2 （2）成型時熔體塑料在分型面上投影面積A A≈22698mm2 （3）成型時熔體塑料對動模的作用力F F=AP=22698×40=907.920KN 式中 P——塑料熔體對型腔的平均成型壓力，參考文獻[6]可知成型ABS塑件型腔所需的平均成型壓力P=40 MPa。 （4）根據(jù)塑件形狀及尺寸采用一模一件的模具結構，考慮外形尺寸，對塑件的材料的分析及注射時所需的壓力情況、注射量，查文獻[7]可知部分國產(chǎn)注射機型號及技術參數(shù)初步選擇螺桿式注射機：XS-ZY-500。 設備主參數(shù)如表6.1所示： 表6.1注射機主要技術參數(shù) 螺桿直經(jīng)mm φ65 模板行程mm 700 注射容量g 500 定位孔直經(jīng)mm φ24.5 注射壓力MPa 104 頂出兩側孔距mm 530 鎖模力kN 3500 拉桿空間 650×550 模具高度 最大 450 噴嘴 球半經(jīng)mm SR18 最小 300 孔直經(jīng)mm φ5 6.2 注射機的校核 6.2.1 模具的閉合高度的確定和校核 模具閉合高度的確定。根據(jù)標準模架各模板尺寸及模具設計的其他零件尺寸：定模板H定=45mm，壓板H壓=25mm，型芯固定板H固=25mm，墊板H墊=90mm，動模座板H動座=35mm，支承板 H支=30mm，定模座板H定座=30mm，型腔板和導滑板組合H組=158mm 模具閉合高度： H閉=H動座+H墊+H組+H定座+H支+H固+H壓+H定 =35mm+90mm+158mm+30mm+30mm+25mm+25mm+45mm =438mm 6.2.2 模具安裝部分的校核 該模具的外形尺寸為315mm×400mm，XS-ZY-500型注射機模板最大安裝尺寸為598mm×520mm，故能滿足模具安裝要求。 由于XS-ZY-500型注射機所能允許模具的最小高度為300mm，最大厚度450mm，即模具閉合高度滿足Hmin≤H≤Hmax安裝條件[8]。 所以，選注射機XS-ZY-500型可以滿足模具安裝要求。 6.2.3 模具開模行程的校核 經(jīng)查參考文獻[9]可知注射機XS-ZY-500型的最大開模行程Smax=500mm，滿足下式計算所需的出件要求： Smax>H1+H2+a+(5~10)mm=135+130+118+7=390mm 式中 H1―塑件所用的脫模距離(mm) H2―塑件的高度(mm) a―取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度(mm) 此外，由于側分型抽芯距較短，不會過大增加開模距離，注射機的開模行程足夠，經(jīng)驗證明，XS-ZY-500型注射機能滿足使用要求，故可以采用。根據(jù)校核結論，將XS-ZY-500填入表5.1模型工藝卡。 7 注射模的結構設計 注射模結構設計主要包括：分型面的選擇，模具型腔數(shù)目的確定及腔型的排列，澆注系統(tǒng)設計，型芯，型腔結構的確定，推件方式，側向抽芯機構的設計，模具結構零件設計等內(nèi)容。 7.1 確定型腔數(shù)目及布置 初選螺桿式注射機選擇XS–ZY–500型號，注射機主要技術參數(shù)如表6.1，下列公式由參考文獻[10]可以查到。 （1）按注射機的最大注射量確定型腔數(shù) ≤ 式中 —最大注射量的利用系數(shù)，一般去0.8； —注射機的最大注射量，； —澆注系統(tǒng)及飛邊體積或質量，； —單個塑件的體積或質量，。 由Proe三維零件設計可以得到mj為31cm3。 （2）按注射機的鎖模力大小確定型腔數(shù)- ≤ 式中—注射機的額定鎖模力； —塑料熔體對型腔的平均成型壓力，由參考文獻[10]可以查到= 40 MPa。 —單個塑件在模具分型面上的投影面積，mm2 ； —澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm2 。 由Proe三位造型可以得到Aj=4100mm2 結論：通過以上兩個參數(shù)的計算得出型腔的數(shù)量再根據(jù)塑件外觀成型綜合考慮得出此零件為一模一件。 7.2 分型面的選擇 該塑料為燈座，外形要求美觀，無斑點和熔接痕，表面質量要求較高，在選擇分型面時，要遵循以下原則： （1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處。 （2）分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模。 （3）分型面的選擇應保證塑件的精度要求。 （4）分型面的選擇應滿足塑件的外觀質量要求。 （5）分型面的選擇要使于模具的加工制造。 （6）分型面的選擇應有利于排氣。 根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質量以及成型后能順利取出塑件，有兩種分型面的選擇方案。 其一，這塑件小端底平面需用瓣合式，這樣在塑件表面會留有熔接痕，同時增加了模具結構的復雜程度； 其二，選塑件大端底平面作為分型面，如圖7.1所示，采用這種方案，側面抽芯機構設在動模部分，模具結構也較為簡單。所以，選塑件大端底平面作為分型面，如圖7.1(b)所示，較為合理。 圖7.1 分型面的選擇 7.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 由于該塑件采用的是一模一件成型，所以，型腔布置在模具的中間。這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。 7.4 澆注系統(tǒng)的設計 7.4.1 主流道設計 主流道是指澆注導流中以注射機噴嘴與模具接角處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是溶體最關鍵的部分，它的形狀與尺寸對塑體的流動速度和充模時間有較大的影響。根據(jù)手冊查得XS-ZY-500型注射機噴嘴的有關尺寸。 因此，必須使熔體的溫度降和損失最小，主流道設計成圓錐形，其錐角為20～60，小端直徑d注射機噴嘴直徑大0.5～1mm。 噴嘴球半徑：R0=18mm 噴嘴孔直徑：d0=φ4mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系：R=R0+（1～2）mm，d= d0+(0.5～1)mm 取主流道球面半徑：R=20mm 取主流道的小端直徑：d=φ4.5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為10-30。經(jīng)換算得主流道大端直徑D=φ12mm。同時為了使熔料順利進入分流道，在主流道出料端設計r=2mm的圓弧過渡，流道表面粗超度Ra ≤0.8um，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53~57HRC。 圖7.2 主流道 7.4.2 分流道的設計 在設計多型腔或者多澆口的單型腔的澆注導流時，應設置分流道，分流道是指主流道未端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道采用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔。設計時請注意盡量減少流動過程中的熱量損失的壓力損失。 分流道的形狀及尺寸與塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、注射速率等因素有關。該塑件的體積比較大，但形狀不算太復雜，且壁厚均勻，可考慮采用多點進料方式；縮短分流道長度，有利于塑件的成型和外觀質量的保證。本例從便于加工的方面考慮，采用截面形狀為半圓形的流流道，其需用球頭銑刀加工,其表面積比梯形和U形截面分流道略大。 圖7.3 分流道 （1）分流道截面尺寸視塑料品種、塑件尺寸，成型工藝條件以及流道的長度等因素來確定，通常圓形截面分流道直徑為2～10mm；對流動性較好的尼聚乙稀，聚丙烯等塑料的小型塑料，在分流道長度很短時，直徑可小到2mm，對流動性一般的ABS，可取10mm，對于大多數(shù)料，分流道截面直徑常取5～6mm。 （2）分流道的長度，根據(jù)型腔在分型面上的排布情況，分流道可分為一次分流道，二次分流道甚至三次分流道。分流量的長度要盡可能短，且磨折少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料的原材料和能耗，根據(jù)對型腔壁厚度的計算，綜合選取分流道的長度為190mm。 此模具的分流道與澆口的連接應加工成斜面由文獻[10]可知分流道的尺寸可按下面經(jīng)驗公式確定： =0.2654=14mm 式中b—梯形大度邊寬度，(mm)； L—分流道的長度，(mm)； m—塑件的質量，(g)； （3）分流道的表面粗糙度，由于分道流中與模具接觸的外層塑料的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的腔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不能太低，因此分流道Ra取0.8um左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻、固定、形成耐熱層。 （4）分流道在分型面上的布置形狀呈輻射狀分布，因為此模具的型腔是圓形的，這種分布分流道有利于注射的成型且流程不是太長，對稱布置，使脹模力的中心與注射機鎖模力的中心一致！ 7.4.3 澆口設計 （1）澆口形式的選擇。由于該塑件外觀質量要求較高，澆口的位置和大小應以不影響塑件的外觀質量為前提。同時，也應盡量使模具結構更簡單。根據(jù)對該塑件結構的分析及已確定的分型面的位置，可選擇的澆口形式有幾種方案，其分析見表如下： 澆口形式有以下幾種常見形式： a. 潛伏式澆口，其特點是從分流道處直接以隧道式澆口進入型腔，澆口位置在塑件內(nèi)表面，不影響其外觀質量，但采用這種澆口形式會增加模具結構的復雜程度； 圖7.4 潛伏式澆口 b. 輪輻式澆口，它是中心澆口的一種變異形式，采用幾股料進入型腔，縮短流程，去除澆口時較方便，但有澆口痕跡，模具結構較潛伏式澆口的模具結構簡單； 圖7.5 輪輻式澆口 c. 盤形澆口，它具有料流同時前進、進料均勻、不易產(chǎn)生熔接痕、排氣條件好等優(yōu)點，但是澆口凝料去除較困難，需要切削加工或沖切法去除。此外，模具結構設計也不易實現(xiàn)； 圖7.6 盤形澆口 d. 點澆口，又稱針澆口或菱形澆口，采用這種澆口，可獲得外觀清晰，表面光澤的塑件，在模具開模時，澆口凝料會自動拉斷，有利于自動化操作。由于澆口尺寸較小，澆口凝料去除后，在塑件表面殘留痕跡也很小，基本上不影響塑件的外觀質量，同時，采用四點澆口進料，流程短而進料均勻。由于澆口尺寸較小，剪切速率會增大，塑料黏度降低，提高流動性，有利于充模。但是模具需要設計成雙分型面，以便脫出澆柱系統(tǒng)凝料，增加了模具結構的復雜程度，但能保證塑件成型要求。 圖7.7 點澆口 根據(jù)燈座塑件的特點以及對塑料成型性能，澆口和模具結構的分析比較，確定成型該塑件的模具采用點澆口方式。 （2）進料位置的確定。根據(jù)塑件外觀質量的要求以及型腔的安放方式，進料位置設計在塑件底部。 7.5 型芯、型腔結構的確定 型芯、型腔可采用整體式或組合式結構。 整體式型腔是直接在型腔板上加工。有較高的強度和剛度。但零件尺寸較大時加工和熱處理都較困難。整體式型芯結構牢固，成型塑件質量好，但尺寸較大。消耗貴重模具鋼多．不便加工和熱處理。整體式結構適用于形狀簡單的中小型塑件。 組合式型腔是由許多拼塊鑲制而成，機械加工和熱處理比較容易，能滿足大型塑件的成型需要。組合式型芯可節(jié)省貴重模具鋼，便于機加工和熱處理，修理更換方便。同時也有利于型芯冷卻和排氣的實施。 由于該塑件尺寸較大，最大可達φ170mm，且形狀復雜，有錐面過渡。若采用整體式型腔．加工和熱處理都較困難。所以，采用拼塊組合式，在型腔的底部大面積鑲拼結構?？紤]模具溫度調節(jié)，型芯采用整體式結構。 7.6 側抽芯機構沒計 7.6.1 側向分型與抽芯機構的分類 根據(jù)動力來源的不同，分為手動、機動、液壓等三大類。 （1）手動側向分型抽芯機構 開模后將側型芯或鑲塊連同塑件一起取出，在模外依靠人工接抽拔或通過傳動裝置抽出側型芯。這一類機構結構簡單，制造方便，但操作麻煩，生產(chǎn)率低，勞動強度大且抽拔力較小。因此只有在小批量生產(chǎn)或有時因塑件形狀的限制無法采用機動抽芯時采用。 （2）機動側向分型與抽芯機構 指利用注射機開模時的開模力進行模具的側向分型與抽芯的機構。機動抽芯具有的抽芯力和抽芯距，生產(chǎn)率高、操作簡單，生產(chǎn)中廣泛采用。 按傳動方式劃分，機動抽芯大致可分為四種形式，即斜導柱分型與抽芯機構、斜滑塊分型與抽芯機構、齒輪齒條抽芯機構和其他形式抽芯機構。 （3）液壓或氣動側向分型與抽芯機構 液壓或氣動側向分型與抽芯機構是以液體或壓縮空氣為動力進行側向分型與抽芯，同樣依靠液體或壓縮空氣使側向成型零件復位。這類機構抽芯動作比較平穩(wěn)，但液壓或氣動裝置成本較高。液壓或氣動側抽芯機構多用于大型模具中需要抽拔力大、抽芯距比較長的場合，例如大型三通或四通管接頭塑件的抽芯等。 該塑件上有內(nèi)凸結構，它垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具中脫出。因此，成型內(nèi)凸部分的零件必須做成活動的型芯，即設置抽芯機構。根據(jù)塑件的形狀特點，模具型腔在動模部分。開模后，塑件留在型腔。根據(jù)塑件結構有兩種選擇方案。其一，采用滑塊導滑的斜滑塊分型抽芯機構，其中，推塊推出結構可靠，頂出力均勻，不影響塑件的外觀質量。如圖7.8 (a)所示。其二，采用斜桿導滑的分型抽芯機構．如圖7.8 (b)所示。 如圖7.8所示，因塑件側芯距較小，且圖7.8(a)的模具結構較圖7.8(b)的模具結構安裝調整簡單，故選擇滑塊導滑的斜滑塊分型抽芯機構（圖7.8（a））。 圖(a) 斜滑塊抽芯 圖(b) 斜銷抽芯 圖7.8 側抽芯機構 7.7 模具導向機構的設計 導向機構對塑料模具是不同的部件，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構，通常導柱設在全型心周圍，導向機構主要有定位、導向、承受一定側壓力三個作用。 本模具是一模一具的模具，一般采用四根導柱的導向機構。 7.7.1 導柱機構的技術要求 （1）長度 導柱導向部分的長度應該比凸摸端面的高度高出8～12mm，以免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔的情況。 （2）形狀 導柱前段應該做成錐臺形或半球形以使導柱能順利的進入導向孔。 （3）材料 一般采用20鋼或者t8，t10鋼硬度50~55 HRC。 （4）數(shù)量及布置 導柱應該合理均勻分布在模具分型面的四周。 （5）配合精度 導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。 7.7.2 導套的結構和技術要求 （1）形狀 為使導柱順利進入導套，導套的前端面倒圓角，導向孔最好作成通孔，以利于排出孔內(nèi)的空氣，如果摸板較厚，導孔必須作成盲孔時可在盲孔的側面打一個小孔排氣或在導柱的側壁磨出排氣槽。 （2）材料 可采用與導柱相同的材料。 （3）配合精度 直導套用H7/r6過盈配合潛入摸板。 （4）導柱與導套的配用 由模具的結構及生產(chǎn)要求而定。 7.8 定模座板、動模座板的設計 定模座板 使定模固定在注射機的固定工作臺面的模具 動模座板 使動模固定在注射機的移動工作臺面的模具 （1）選用的摸板在注射機上的安裝只需在定模板上設置定位孔。 （2） 動、定模座板的厚度 一般采用Q235或45鋼材料為了把模具固定在注射機上，動定模座板的兩側均需要比動定模板的外型尺寸加厚25~30mm。 7.9 工件脫模機構的設計 在注射成型的沒一個循環(huán)中，塑件必須由模具行腔中脫出，脫出塑件的機構稱為脫模機構，脫模機構可采取機械的，氣吹的或復合的，機械脫模機構主要是頂出零件、頂出固定板、頂出板、導柱、導套、復位桿和螺釘組成。 （1）確保塑件留于動模，本模具設計時可將整個塑件留于動模一側，這樣便于塑件順利脫模。 （2）確保塑件不變形，不損壞，要正確地分析塑件對模腔的附著力的大小和所在位置，以便選擇合適的脫模方式喝脫模位置，使脫模力得以均勻合理的分布。 （3）要保證塑件具備良好的外觀，頂出塑件的位置盡量設在塑件內(nèi)部，以免損壞塑件的外觀。 （4）脫模結構要工作可靠，運動靈活，制造方便，配換容易 本模具采用的是推桿，推動塑件底部，使塑件從動模中脫落。 7.10 排氣系統(tǒng)的設計 注射模通常有三種方式排氣 （1）利用配合間隙排氣。 （2）在分型面上開設排氣槽。 （3）利用排氣塞排氣。 本模具采用的是間隙排氣發(fā)來將模具中的氣體排出，主要是因為本模具利用滑塊和推桿將塑件退出的，滑塊、推桿和模具之間有足夠的間隙，所以可以利用來排氣。 7.11 溫度調節(jié)系統(tǒng) 7.11.1 溫度調節(jié)對塑件成型的影響 注射入模具中的熱塑性熔融樹脂，必須在模具內(nèi)冷卻固化才能成為塑件，所以模具溫度必須低于注射入模型腔內(nèi)的熔融樹脂的溫度，即達到玻璃化溫度以下的某一溫度范圍。為了提高成型效率，一般通過縮短冷卻時間的方法來縮短成型周期，由于樹脂本身的性能特點不同，所以不同的塑料要求有不同的模具溫度。對于粘度高，流動性一般的塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚甲醛(POM)，ABS，聚氯醚等要特別處理，本塑料的材料為ABS，為了提高充型性能，考慮到成型工藝要求有較高的模具溫度，因此經(jīng)常要對模具加熱。 7.11.2 冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻水孔開設原則 （1）冷卻水孔的數(shù)量應盡可能多，直徑盡量大。 （2）各冷卻水孔至型腔表面的距離應相等，一般保持在15～20毫米范圍內(nèi)，距離太近不易冷卻均勻，太遠則效率底，水孔直徑一般取φ8～φ14毫米，孔距最好為水孔直徑的5倍。 （3）水孔通過壤塊時，防止壤套等漏水。 （4）冷卻管路一般不宜設在型腔內(nèi)塑料容接的地方，以免影響塑件強度。 （5）水管接頭（冷卻水嘴）應設在不影響操作的一側。 本模具型腔和型芯冷卻形式采用循環(huán)式，因為圓孔循環(huán)或矩形槽循環(huán)冷卻，對型腔，型芯的冷卻效果好。 如圖7.9所示 圖7.9 冷卻示意圖 本塑件采用點澆口注射成型，根據(jù)其結構形式，參考文獻[10]選擇A2型模架，燈座注射模具見總裝配圖7.10。 圖7.10 裝配圖 8 注射模設計的有關尺寸計算 8.1 成型零件尺寸的計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關手冊得ABS的收縮率為Q=0.4%~0.7%，故平均收縮率為SCP=（0.4+0.7）%/2=0.55%=0.0055。根據(jù)塑件尺寸公差要求。模具的制造公差取δz=Δ/4。 表8.1型腔、型芯主要工作尺寸計算 已知條件：平均收縮率Scp=0.006；模具制造公差取Z=△/4 類別 零件圖號 模具零件名稱 塑件尺寸 計算公式 型腔或型芯工作尺寸 型腔的計算 5導滑板（型腔1） 小端對應的型腔 Ф69 0 -0.86 Lm=(LS+LSSCP%-3/4Δ)+δz 0 Ф68.77+0.22 0 Ф70 0 -0.86 Ф69.78+0.22 0 內(nèi)對應的型芯 Ф114+1.14 0 lm=(LS+LSSCP%+3/4Δ) 0 -δz Ф115.54 0 -0.29 Ф121+1.28 0 Ф122.68 0 -0.32 型腔板 大端對應的型腔 Ф127 0 -1.28 Lm=(LS+LSSCP%-3/4Δ)+δz 0 Ф126.8+0.32 0 Ф129 0 -1.28 Ф128.8+0.32 0 Ф137 0 -1.28 Ф136.86+0.32 0 Ф170 0 -1.6 Ф169.82 +0.4 0 8 0 -0.28 hm=(hs+hsScp%-2/3Δ) 0 -δz 7.860.7 0 133 0 -1.28 132.94+0.32 0 型芯的計算 型芯 大型芯 Ф63+0.74 0 lm=(LS+LSSCP%+3/4Δ) 0 -δz Ф63.9 0 -0.18 Ф64+0.74 0 Ф64.9 0 -0.18 Ф123+1.28 0 Ф124.69 0 -0.32 Ф131+1.28 0 Ф132.74 0 -0.32 Ф164+1.6 0 Ф166 0 -0.4 型芯（Ф2） 型芯（Ф5） 型芯（Ф12） 型芯（Ф10、Ф4.5） 小型芯 Ф2+0.2 0 lm=(LS+LSSCP%+3/4Δ) 0 -δz Ф2.16 0 -0.05 Ф5+0.24 0 Ф5.21 0 -0.06 Ф12+0.28 0 Ф12.28 0 -0.07 Ф10+0.28 0 Ф10.27 0 -0.07 Ф4.5+0.24 0 Ф4.7+0.24 0 5+0.24 0 hm=(hs+hsScp%+2/3Δ) 0 -δz 5.21 0 -0.06 2.25+0.2 0 2.39 0 -0.04 孔距 型孔之間的中心距 340±28 Cm=(CS+CsScp%) +δz/8 -δz/8 34.20±0.035 Ф96±0.50 Ф96.58±0.062 Ф150±0.57 Ф150.9±0.071 8.2 確定抽芯機構零件尺寸的計算 8.2.1 抽芯距的計算 S抽=h+(2～3) =（121-114）/2+2.5 =6mm其中：h為凸臺高度，（2~3）mm為抽芯安全系數(shù)。 8.2.2 滑塊傾角的確定 斜滑塊傾角是機芯機構的主要技術數(shù)據(jù)之一，它與塑件成型后能否順利取出以及推出力、推出距離有直接的關系。本例抽芯距較小，選擇a=10o。 8.2.3 確定斜滑塊尺寸 斜滑塊在導滑板（型腔1）中導滑，根據(jù)塑件尺寸需要，導滑板（型腔1）的高度設計為85mm，斜滑塊在導滑板（型腔1）中能導滑的行程40mm（考慮限位螺釘?shù)陌惭b尺寸和推出行程），見圖8.1，校核實際抽芯距S抽實=tana×40=tan10×40=0.176×40=7.04mm>S抽滿足抽芯距要求斜滑塊的尺寸見圖。 材料CrWMn 熱處理：58~60HRC 圖8.1 導滑板（型腔1） 材料：P20 熱處理：30~35HRC 圖8.2 大型芯 8.3 注射模具零件設計 部分零件CAD二維設計如下： 圖8.3 滑塊零件設計 圖8.4 支承板零件設計 圖8.5 定模板零件設計 圖8.6 主流道澆口套零件設計 圖8.7 導滑板板零件設計 圖8.8 型腔板零件設計 圖8.9 脫澆口板零件設計 圖8.10 推桿固定板零件設計 9 注射模主要零件加工工藝規(guī)程的編制 9.1 型腔板的加工工藝過程 圖9.1 型腔板 表9.1 型腔板的加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 0 備料 棒料 1 鍛造 320mm×320mm×98mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面至尺寸315.5mm×315.5mm×93.5mm 4 平磨 磨六面至尺寸315mm×315mm×93mm，保證上下平面與四平面互相垂直，垂直度為0.01mm/10mm 5 鉗 以上下平面及一對相互垂直的側基面為基準劃各孔中心線 6 車（鏜） 車（鏜）型腔孔，并按圖紙要求加工出、、、的孔（留0.05mm的磨量） 7 鉆 ①鉆絞孔，锪兩沉頭孔，留0.5mm的精加工余量 ②用深孔鉆鉆的孔，冷卻水孔到滿足要求 8 鉗 ①與件2，19，21，25配作，鉆絞的孔，锪的沉頭孔到滿足要求，并留出0.5mm的精加工余量 ②與件2，3，19，21，25配合鉆絞的孔到滿足要求 ③與件25，26，14配合鉆絞的孔，同時按圖上要求加工出的孔，留出0.5mm的精加工余量 ④配鉆8-M12螺紋底孔，并攻絲到滿足要求 ⑤按拉塊位置鉆2-M10螺紋底孔，并攻絲到滿足要求 9 淬火 淬火回火達30~35HRC 10 平磨 磨上下面 11 磨 磨4×Ф14mm,2×Ф9mm, Ф169.82mm, Ф136.86mm, Ф128.8mm, Ф126.8mm,2×Ф15mm各孔到滿足要求 12 電化學處理 研型腔表面粗糙度Ra為0.1μm并鍍鉻拋光 9.2 型芯的加工工藝過程 表9.2 型芯的加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 1 下料 2 鍛 鍛造成Ф147mm×168mm 3 熱處理 退火 4 車 粗車型芯頂部端面，粗車外圓面至尺寸Ф12.5×3.2,Ф65×59.5,Ф125×31.5,Ф133×57.5調頭型芯底部至Ф139mm 半精車型芯頂部至Ф12.15×3，倒R2圓角，車錐面Ι達小端Ф64,大端Ф65，長60，車錐面Ⅱ,達小端Ф122.9，大端Ф124.9，長32,車錐面Ⅲ,達大端為Ф132.9長30，車外圓達Ф133.5，車底端達Ф138.5×5.5 鉆Ф80圓孔的預孔及Ф40底錐孔，鏜Ф80+0.076 0圓孔留磨量0.5，孔深80，留磨量0.2mm 切達圖紙要求，小徑Ф100,深2.4mm 5 鉗 畫各裝配孔中心線 6 鉆 鉆、鉸2-Ф2孔，留研磨量0.01mm 鉆、鉸4-Ф5孔，留研磨量0.01mm 7 熱處理 淬火，回火，達到30~35HRC 8 磨 磨型芯各端面及外圓和Ф80+0.076 0的孔，其中外圓與工作端面，即Ra0.2μm的表面，留鉗工研磨0.02mm（按圖紙最終尺寸加工） 9 鉗 研磨2-Ф2,4-Ф5孔達圖樣要求 研磨型芯外圓面 10 化學熱處理 鍍鉻拋光 總 結 畢業(yè)設計是一項龐大的工程，在設計過程中，把我們之前學過的《模具制造技術》、《塑料成型工藝與模具設計》、CAD軟件應用和Pro/E軟件應用等識綜合應用，為了能按時完成任務同學們相互幫助，團結協(xié)作。寫說明書的時候要用到Word文檔，內(nèi)容的字體、字號、段落、格式等等都有一定的要求。在設計的的時候各種參數(shù)都要查閱資料，然后根據(jù)資料上的數(shù)據(jù)進行計算。畢業(yè)設計讓我們溫故而知新，重新拾起的記憶是另一番知識的汲取，是一次新的學習收獲。 在這次的畢業(yè)設計的日子里，選擇了臺燈燈座注射模作為畢業(yè)設計的題目。通過對該產(chǎn)品的材料，尺寸精度，表面質量以及結構工藝性等方面的分析。確定成型模具的種類，成型設備的規(guī)格和型號。編制塑件的模型成型工藝，并進一步對該燈具的注射模結構進行了設計。編制了該注射模的主要零件的加工工藝，漸漸的掌握了模具的一些相關的知識。當然這與老師的辛苦指導是分不開的。 這次畢業(yè)設計與以前的課程設計完全不同。以往在做課程設計時，課題都是老師定好的，而且是好幾個同學在一起共同完成這份設計。這樣在不知不覺中就形成了一種依賴心理，懶惰心理。而畢業(yè)設計是從一開始就自己選題目，并在指導老師的指導下獨立完成這次作業(yè)。雖然這次畢業(yè)設計對我來說，完成的很吃力，但是在設計中我學到了好多東西。最起碼對臺燈燈座的注射模有了一點認識。 通過這段時間的畢業(yè)設計，我不僅了解到了做任何事情都要用認真的態(tài)度去對待，并且要勤學多問，有付出才有回報，而且更清楚的認識了自己的不足，所以我要在以后的工作中不斷地學習來充實自己，為以后自己的發(fā)展打下基礎。 致 謝 時光荏苒，歲月如梭，為期幾個月的畢業(yè)設計已接近尾聲了，我的大學生涯也即將圈上一個句號，從此我們將要踏上新的征程，開創(chuàng)新的生活。 值此設計完成之際，心中充滿了一片感激之情，在整個設計完成的過程中得到了我的導師王宗才老師的精心指導，在此要向他致以最崇敬的感謝。王老師總是在百忙之中抽出時間來為我們解答設計過程中遇到的各種問題，王老師作為我的導師，他擁有平易近人的生活作風和高深的學術造詣，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 黃河科技學院，見證了我大學生活的酸甜苦辣，是我生命之中的重要旅程，是我一生中的美好回憶。無論我走到哪里，母校的校訓必將銘記于心，不斷激勵和鞭策著自己在以后的生活和工作中不斷前進。 本設計是在導師王宗才老師的悉心指導和同學們的大力幫助下完成的，無論我遇到什么樣的困難，王老師和同學們總是給予我最大的幫助和支持，為我解決疑惑或困難。最后，再次向王老師以及幫助過我的老師和同學們表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 參考文獻 [1]屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計[M]. 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