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河北工程大學畢業(yè)設計 摘 要 《多格盒注射模模具設計》是編寫者兩個月以來所編寫的畢業(yè)設計說明書。主要介紹：注射模的整個過程，包括成型零部件、推出機構、流道等一些設計。在論文書寫過程中，通過一個月的時間對原始資料進行搜集，充分考慮模具的各種結構并和指導老師及同學之間進行討論，最終選擇了論文所寫的模具結構。 本論文的資料大多是編寫者結合三年所學的各方面的理論知識完成的，包括機械制圖、公差與配合、工程力學、機械設計、注射模具成型、工程材料等；一部分是通過查手冊所得；還有少部分是同學之間的交流和自己三年的實習總結。 關鍵詞：三板模；點澆口；推板 Abstract The key point of the structure design of plastic injection mould with V-belt pulley groove is the parting(i.e,side action) and eyecting mechanism.Based on the analysis of the technologacical characteristics of plastic pulley,a practical mould structure is presented,involving the design of components of mold and their working principle.To ensure the quality product,the side pulls and demoulding are accomplished by use of the arrester,which prevents the side action of cavity splits at from the beginning of mould opening to a certain travel,as well as by use of angle slide ejecting device.The mould is compact in structure,credible in push-out and easy in installing,maintaining and operating,The quality of product is good and the production effciency is high. Key words:pulley;injection mould;Angled-lift splits;Parting;Arrester device 2 XX大學畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 1 Abstract 1 第一章 緒論 1 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 1 1.2 模具的發(fā)展趨勢 1 1.2.1 加深理論研究 1 1.2.2 高效率、自動化 2 1.2.3 大型、超小型及高精度 2 1.2.4 革新模具制造工藝 2 1.2.5 標準化 2 1.3 設計在學習模具制造中的作用 2 1.4 來源背景 2 1.4.1 目的 3 1.4.2 要求 3 1.4.3 實際意義 3 1.4.4 主要設計內容 3 第二章 原始資料 4 2.1 塑料制品產量和生產要求 4 2.2 塑料品種牌號 4 2.2.1 特點 5 2.2.2 生產方法 5 2.2.3 成型特性 5 2.2.4 用途 5 2.3 制品圖樣 10 2.3.1尺寸及要求 10 2.3.2 根據(jù)制品尺寸幾何形狀進行分析 10 2.3.2.1 尺寸及公差 10 2.3.2.2 塑料制品的形狀 10 2.3.2.3 脫模斜度 11 第三章 基本參數(shù) 11 3.1 注射機選擇 11 3.2模具型腔數(shù)目的計算 12 3.2.1 計算原理 12 3.2.2 制品體積 13 3.2.3 型腔數(shù)目確定 13 3.3 模架選擇 13 第四章 成型零件尺寸及結構 14 4.1聚丙稀的收縮率（S） 14 4.2 型芯尺寸及結構設計 14 4.2.1 型芯徑向尺寸計算利用公式 14 4.2.2 型芯高度尺寸 15 4.3 型腔尺寸及結構設計 15 4.3.1型腔徑向尺寸 15 4.3.2 型腔深度尺寸 16 4.3.3 型腔結構 16 4.3.4 型腔計算 16 第五章 模具結構 17 5.1模具結構圖 17 5.2模具與成型機械關系的校核 18 5.2.1 制品及流道體積 18 5.2.2注射機的校核 19 第六章 澆注系統(tǒng) 20 6.1 概述 20 6.2 澆注系統(tǒng)的設計 21 6.2.1 主流道的設計 21 6.2.2 澆口的設計 21 6.2.3 排氣糟的設計 22 6.3合模導向機構的設計 23 第七章 推出機構 25 7.1 概述 25 7.2 推出機構 25 第八章 支承零件 26 8.1 緊固件及其他附件 26 8.1.1 上模部分 26 8.1.2 下模部分 26 第九章 冷卻系統(tǒng) 27 9.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 27 9.2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 28 第十章 模具的裝配 29 10.1 模具的裝配順序 29 10.2 開模過程分析 30 結論 32 參考文獻 33 致 謝 34 III 第一章 緒論 1.1 模具在加工工業(yè)中的地位 模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。 對模具的全面要求是：能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉。 模具影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具，以降低成本。 現(xiàn)代生產中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具才有可能發(fā)揮其作用，產品的生產和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展。 1.2 模具的發(fā)展趨勢 近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面： 1.2.1 加深理論研究 在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經(jīng)有經(jīng)驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。 1.2.2 高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。 1.2.3 大型、超小型及高精度 由于產品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。 1.2.4 革新模具制造工藝 在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。 1.2.5 標準化 開展標準化工作，不僅大大提高了生產模具的效率，而且改善了質量，降低了成本。 1.3 設計在學習模具制造中的作用 通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結構特點及設計計算的方法，以達到能夠獨立設計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，了解模具結構的特點，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。 畢業(yè)設計能夠對以上各方面的要求加以靈活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。 1.4 來源背景 多格盒為HIPS塑料制品，采用注射模進行成型，這種制品結構比較簡單，加工難度不大。 1.4.1 目的 通過本課題的設計，能夠懂得模具的整個設計過程及綜合性的掌握本專業(yè)知識，能夠掌握Pro/E、CAD、Word等軟件的操作方法。 1.4.2 要求 設計本課題的要求的理論聯(lián)系實際。在學習好相關的設計理論知識的同時，還必須了解實踐操作。另外，設計的模具首先要能制造出來，還要有一定的使用價值。 1.4.3 實際意義 通過本課題的設計，可以更好的掌握模具的整個設計過程。在設計過程中，定會遇到許多以前沒有遇到的問題，有問題就會促使自己想盡一切辦法去解決，從中獲得一定的知識。把整個設計做完之后，就會對知識有個系統(tǒng)的了解。另外，通過對Pro/E、CAD、Word等軟件的操作，可以有更好、更熟練的操作技能。這些工作對我以后的人生將是一筆大財富。 1.4.4 主要設計內容 本課題的設計主要包括成型零件的設計、澆注系統(tǒng)的設計、導向及定位部分的設計、推出與復位部分的設計、固定支承和緊固件的設計、模具結構的整體設計、工藝過程的編寫及對Pro/E、CAD、Word等軟件的操作技術。 第二章 原始資料 2.1 塑料制品產量和生產要求 根據(jù)圖紙要求，此制品為小批量生產，在生產要求上不是很高，所以在模具設計時應力求結構簡單，但要能達到制品的各種要求。 2.2 塑料品種牌號 　耐沖擊性聚苯乙烯（HIPS） 耐沖擊性聚苯乙烯是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產的一種抗沖擊的聚苯乙烯產品。這種聚苯乙烯產品會添加微米級橡膠顆粒并通過枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當受到?jīng)_擊時，裂紋擴展的尖端應力會被相對柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因此裂紋的擴展受到阻礙，抗沖擊性得到了提高。 　　聚苯乙烯是一種用途廣泛的脆性塑料。你現(xiàn)在正在使用的計算機的外殼就是聚苯乙烯的。透明的塑料水杯，包裝用的泡沫塑料也是由聚苯乙烯制成的。聚苯乙烯屬于聚烯烴，是由苯乙烯通過自由基聚合而成的。通過茂金屬催化聚合可以得到一種新型聚苯乙烯，即間同聚苯乙烯（syndiotactic）。間同聚苯乙烯上的苯環(huán)交替地連接的主鏈的兩側，而普通聚苯乙烯的苯環(huán)在無規(guī)地連接在主鏈兩側。間同聚苯乙烯（syndiotactic）是結晶高分子，熔點達到270℃。在苯乙烯聚合體系中中加入聚丁二烯，使苯乙烯在聚丁二烯主鏈上接枝聚合。聚苯乙烯和聚丁二烯是不相容的，因此苯乙烯和丁二烯鏈段分別聚集，產生相分離。這些聚丁二烯相區(qū)可以吸收沖擊能，從而提高了聚苯乙烯的沖擊強度 HIPS工程塑料乳白色不透明顆粒.密度為1.05g/cm^3.熔融溫度150~180℃.熱分解溫度300℃.溶于芳香烴，氯化烴，酮類（除爾酮外）和酯類.能耐許多礦物油，有機酸，堿，鹽，低級醇及其水溶液，不耐沸水. 　　HIPS是最便宜的工程塑料之一，和ABS,PC/ABS,PC相比，材料的光澤性比較差，綜合性能也相對差一些. HIPS是由PS加丁二烯改性而成的，因為PS的沖擊強度很低，做出的產品很脆，而丁二烯的韌性很好，加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高2~3倍.盡管HIPS的沖擊強度比PS的沖擊強度高出很多，但其綜合性能還是不如ABS,PC/ABS等. HIPS的沖擊性能在工程塑料中是比較低的，因此，我們在使用次料時應注意對材料的沖擊性能的檢驗。 2.2.1 特點 無毒、無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件 。常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用，可用于食具。 2.2.2 生產方法 1. 淤漿法。在稀釋劑（如己烷）中聚合，是最早工業(yè)化、也是迄今生產量最大的方法。 2. 液相本體法。在70℃和3MPa的條件下，在液體丙烯中聚合。 3. 氣相法。在丙烯呈氣態(tài)條件下聚合。后兩種方法不使用稀釋劑，流程短，能耗低。液相本體法現(xiàn)已顯示出后來居上的優(yōu)勢。 2.2.3 成型特性 1. 結晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂,長期與熱金屬接觸易分解. 2.流動性好,但收縮范圍及收縮值大,易發(fā)生縮孔.凹痕,變形. 3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱,并注意控制成型溫度.料溫低溫高壓時容易取向,模具溫度低于50度時,塑件不光滑,易產生熔接不良,流痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形 4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應力集中. 2.2.4 用途 1.工程用聚丙烯纖維分為聚丙烯單絲纖維和聚丙烯網(wǎng)狀纖維。 聚丙烯網(wǎng)狀纖維以改性聚丙烯為原料，經(jīng)擠出、拉伸、成網(wǎng)、表面改性處理、短切等工序加工而成的高強度束狀單絲或者網(wǎng)狀有機纖維，其固有的耐強酸，耐強堿，弱導熱性，具有極其穩(wěn)定的化學性能。加入混凝土或砂漿中可有效的控制混凝土（砂漿）固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫，防止及抑止裂縫的形成及發(fā)展，大大改善混凝土的阻裂抗?jié)B性能，抗沖擊及抗震能力，可以廣泛的使用于地下工程防水，工業(yè)民用建筑工程的屋面、墻體、地坪、水池、地下室等，以及道路和橋梁工程中。是砂漿/混凝土工程抗裂，防滲，耐磨，保溫的新型理想材料 2.雙向拉伸聚丙烯薄膜 在塑料制品中包裝材料占有極其重要的位置，據(jù)統(tǒng)計，世界用于包裝領域的塑料約占塑料總消費量的35%。我國包裝用塑料發(fā)展迅速，產量從1980年的19萬t迅速增至2003年的465萬t，預計2005年將超過550萬t，2010年超過700萬t，2015年超過900萬t，約占全國包裝總產量的13%以上。 從產品上看，包裝用薄膜約占包裝用塑料總量的50%以上。我國雙向拉伸聚丙烯（BOHIPS）薄膜是HIPS樹脂消費量最大的領域之一，2003年我國有BOHIPS生產企業(yè)86家（123條生產線），總生產能力約140萬t/a，2004年達到200萬t/a（138條生產線），產量將突破100萬t。近年來，國內企業(yè)注重提升產品競爭力，先后引進了一批先進的BOHIPS生產設備，生產的薄膜寬度可達8.3m，線速度高達400~500m/min，如浙江大東南集團引進德國布魯克納6萬t/a生產線；國風集團投資2億元引進3.5萬t/a生產線（目前亞洲第1條、世界第4條10m寬的BOHIPS設備）；常州武進金氏集團引進德國2萬t/a五層共擠高強超薄BOHIPS生產線；福建現(xiàn)代集團引進2.5萬t/a生產線；寶碩集團計劃引進10萬t/a生產線等。按我國現(xiàn)有的BOHIPS薄膜生產能力換算，每年對HIPS樹脂的需求量近200萬噸，因此應重視開發(fā)BOHIPS薄膜用高線速、延伸性、透明性好的HIPS專用料，包括配套用的乙、丙共聚物，以適應新引進的BOHIPS薄膜設備。 3.汽車用改性聚丙烯 2003年，我國汽車產量為440多萬輛，已位居世界第四，同比增長36.6%。據(jù)美國ESM WerWide報道：“2008年中國汽車產量將超過600萬輛，2015將超過日本，躍居世界第二位”。 汽車工業(yè)的發(fā)展離不開汽車塑料化的進程，目前我國工程塑料的自給率不足16%。據(jù)中國工程塑料協(xié)會預測，2005年我國工程塑料需求增長率為15%，2010年約為10%，需求量將從2000年的44萬t增長到2010年的140萬t。我國汽車制造業(yè)對工程塑料需求量增長迅速，到2010年總用量將達到94萬t（以塑料用量占汽車重量的5%~10%計）。 HIPS用于汽車工業(yè)具有較強的競爭力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強度較差，因此不能直接用作汽車配件，轎車中使用的均為改性HIPS產品，其耐熱性可由80℃提高到145℃~150℃，并能承受高溫750~1000h后不老化，不龜裂。據(jù)報道，日本豐田公司推出的新一代具有高取向結晶性的聚丙烯HEHCHIPS產品，可以作為汽車儀表板、保險杠，比以TPO為原料生產的同類產品成本降低30%，改性HIPS用作汽車配件具有十分廣闊的開發(fā)前景。 4.家用電器用聚丙烯 近幾年我國家用電器產業(yè)發(fā)展迅速，品種多，產量大。2003年我國電冰箱產量為1850萬臺，空調器4200萬臺，洗衣機1700萬臺，微波爐3500萬臺。據(jù)“2004~2006年中國城市家庭影院市場研究咨詢報告”顯示，預計未來3年內我國家庭影院系統(tǒng)市場規(guī)模將達到690萬臺。另外，各種小家電也擁有巨大的潛在市場，這對改性HIPS來說，是一個極好的商機。目前，我國一些塑料原料廠商已經(jīng)開發(fā)出洗衣機專用料如HIPS 1947系列、K7726系列等，受到了洗衣機制造廠商的歡迎。因此，在未來幾年內應加大開發(fā)家用電器HIPS專用料的力度，以適應市場變化的需求。 5.管材用聚丙烯 2003年全國塑料管材總產量突破180萬t，同比增長23%。早期，HIPS管材主要用作農用輸水管，但是由于早期產品性能還存在一些問題（抗沖擊強度、耐老化性能較差），市場未能打開。隨著上海塑料建材廠首家引進國外先進技術，采用進口HIPS-R料生產的輸送冷、熱水用的管材得到市場認可后，目前已有不少廠家建設HIPS-R管材生產線，價格也由投產初期的2萬~3萬元/t不斷回落，但HIPS-R管材在塑料管材市場上的占有率仍然很低。據(jù)反映，目前國產HIPS-R料與進口料比較還有一定差距，質量有待改進和提高。據(jù)報道，目前韓國開發(fā)出一種耐高壓給水管用無規(guī)共聚聚丙烯HIPS-R 112新牌號，使用該牌號生產的管材可在20℃和11.2MPa的超高壓狀態(tài)下使用50年。 塑料管材是我國化學建材推廣應用的重點產品之一，建設部曾于2001年發(fā)出“關于加強共聚聚丙烯（HIPS-R、HIPS-B）管材生產管理和推廣應用工作的通知”，要求有關部門共同做好從原料、加工、質量以至管材使用、安裝等工作，要嚴格把好HIPS管材質量關，以利更好地做好我國HIPS管材的生產、應用、推廣工作。 6.高透明聚丙烯 隨著人們生活水平不斷提高，必然帶來在文化、娛樂、食品、醫(yī)療、材料、居室裝飾等各個方面不同變化的要求與提高，市場中很多物品越來越多地使用透明材料。因此，開發(fā)透明HIPS專用料是一個很好的發(fā)展趨勢，尤其需要透明性高、流動性好，成型快的HIPS專用料，以便設計加工成人們喜愛的HIPS制品。透明HIPS比普通HIPS、PVC、PET、PS更具特色，有更多優(yōu)點和開發(fā)前景。 近幾年，國外透明HIPS市場增長很快，如韓國LG將透明HIPS作為PET替代品推向市場；德國某些公司用透明HIPS替代PVC；美國透明HIPS制品的增長速度高出普通HIPS制品7%~9%；日本近幾年HIPS成核透明劑的年用量約為2000t，若以添加量0.25%推算，日本透明HIPS料的年產量可達80萬t以上。據(jù)日本理化株式會社介紹，日本透明HIPS專用料用于微波炊具及家具兩方面的消費量最大。預計，2005年國外市場對透明HIPS專用料需求量約為500萬~550萬t。目前國內透明HIPS專用料與國外差距較大，透明HIPS樹脂及其制品的生產、應用仍有待加強。 7高抗沖擊聚苯乙烯，為了滿足韌性材料的要求，1950年開始開發(fā)橡膠改性聚苯乙烯（高抗沖擊聚苯乙烯即HIPS）。通過將橡膠加入聚苯乙烯基材，可生產出具有不同性能的各種品級的高沖擊聚苯乙烯。近年來，已開發(fā)出各種特殊品級的HIPS，已有阻燃級、抗應力開裂級、高光澤度級、極高沖擊強度級、玻璃纖維增強級以及低殘留揮發(fā)分級等，它們在許多應用領域中已能與昂貴的工程樹脂相競爭。 抗沖擊聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異、沖擊強度高并且有較高剛性。對于HIPS只是在耐熱性。氧滲透性、紫外光穩(wěn)定性和耐油品性方面有一定限度。 化學和性能抗沖擊聚苯乙烯是通過將聚了二烯橡膠在聚合反應之前溶于苯乙烯單體而制得的。雖然可以用懸浮聚合法制HIPS，但目前工業(yè)上生產HIPS采用的主要是本體聚合法。在本體聚合過程中，苯乙烯單體/橡膠/添加劑的混合體通過一系列反應器，轉化率達70～90%。 　　標準HIPS的其它重要性能如下：彎曲強度13．8～55．1MPa；拉伸強度13．8—41．4MPa；斷裂伸長率為15—75%；密度1．035—1．04 g/ml；維卡軟化點185—220F。 　　唯一工業(yè)化的摻用HIPS合金是其與聚苯醚的共混物。這種共混物的耐熱性和韌性都很突出，但產品價格比單用HIPS的產品高許多。 　　聚苯乙烯技術的不斷發(fā)展使生產廠可以生產與標準級PS相比具有更突出性能的品級。聚苯乙烯的許多性能是不能兼而得之的，如欲提高抗沖擊強度，就不得不犧牲光澤度等。目前出現(xiàn)的一些新型樹脂，它們具有ABS的光澤度，同時也有很高的韌性。有些品級如在包裝食品時，可耐各種油脂和用于致冷機時能耐氯氟烴（CFC）發(fā)泡劑的也已開發(fā)出來。阻燃級（UL V－0和 UL 5－V），抗沖擊聚苯乙烯已有生產并廣泛用于電視機殼、商用機器和電器制品。這些樹脂的加工操作比許多阻燃工程樹脂更為容易，價格也更低。 物理和電氣性能 Item 試驗項目 Unit 單位 Specification 技術要求 Test Method 測試方法 Melt Index 熔體流動速率 g/10min 2.5 ASTM D1238 Density 密度 g/cm3 0.91 ASTM D1505 Tensile Strength 拉伸強度 MPa 21 ASTM D638 Elongation at Break 斷裂伸長率 % 600 ASTM D638 Brittle Temperature with Low Temperature 低溫脆化溫度 ℃ - 35 ASTM D746 20℃ Volume Resistivity 20℃體積電阻率 Ω?m 1.61014 ASTM D257 20℃ Dielectric Strength,50Hz 介電強度, 50Hz MV/m 35 ASTM D149 20℃ Dielectric Constant 介電常數(shù) --- 2.22 ASTM D150 Dielectric Dissipation Factor 介質損耗因數(shù) --- 0.0003 ASTM D150 Air Aging Condition 熱空氣老化條件 135℃168h Tensile Strength Variation After Aging 拉伸強度變化率 % ≤25 ASTM D3045 Elongation Variation After Aging 斷裂伸長變化率 % ≤25 2.3 制品圖樣 2.3.1尺寸及要求 多個盒產品造型，如圖2.1 圖 2.1 2.3.2 根據(jù)制品尺寸幾何形狀進行分析 2.3.2.1 尺寸及公差 從制品所給的尺寸及公差查《塑料模塑成型技術》表3-7為4級精度等級，查表3-8得4級精度等級為一般精度，從經(jīng)濟方面考慮，在模具設計時模具精度等級也應設計成一般精度等級。 2.3.2.2 塑料制品的形狀 此制品為多格盒形制品，制品體積較大，如圖2.1。 塑料制品的壁厚 由圖1.1可知，此制品最大壁厚為3.5mm，最小壁厚為3mm。壁厚均勻，但是網(wǎng)格較多，它會固化或冷卻速度的不同引起收縮不均勻，從而在制品內部產生內應力。因此在模具設計時要進行冷卻系統(tǒng)的設計及適應選擇澆口。 2.3.2.3 脫模斜度 所設計的制品沒有脫模斜度，即脫模斜度為零，這樣制品對型心的包緊力大，脫模時較有脫模斜度的難，生產時可噴涂脫模劑。 2.3.2.4分型面的選擇 塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。定模和動模相接觸的面稱分型面。通常有以下原則： 1.分型面的選擇有利于脫模：分型面應取在塑件尺寸的最大處。而且應使塑件流在動模部分，由于推出機構通常設置在動模的一側，將型芯設置在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模，這樣有利脫模。如果塑件的壁厚較大，內孔較小或者有嵌件時，為了使塑件留在動模，一般應將凹模也設在動模一側。 2.分型面的選擇應有利于保證塑件的外觀質量和精度要求。 3.分型面的選擇應有利于成型零件的加工制造。 4.分型面應有利于側向抽芯，但是此模具無須側向抽芯，此點可以不必考慮。 第三章 基本參數(shù) 3.1 注射機選擇 根據(jù)塑料制品的體積或質量，查書可選定注塑機型號為HTF 300xB. 注塑機的參數(shù)如下： 型號 單位 300B 參數(shù) 螺桿直徑 mm 65 理論注射容量 cm3 853 注射重量PS g 776 注射壓力 Mpa 182 注射行程 mm 257 螺桿轉速 r/min 0~160 料筒加熱功率 KW 17.25 鎖模力 KN 3000 拉桿內間距(水平垂直) mm 660660 允許最大模具厚度 mm 660 允許最小模具厚度 mm 250 移模行程 mm 660 移模開距(最大) mm 1260 液壓頂出行程 mm 160 液壓頂出力 KN 62 液壓頂出桿數(shù)量 PC 13 油泵電動機功率 KW 30 油箱容積 l 580 機器尺寸(長寬高) m 6.92.02.4 機器重量 t 11.5 最小模具尺寸(長寬) mm 460460 3.2模具型腔數(shù)目的計算 3.2.1 計算原理 通常注射機的實際注射量為注射機最大注射量的80﹪，即 V實 = Vmax80﹪ (3-1) 式中 V實 ---- 制品實際所需注射量，單位cm3。 Vmax ---- 注射機最大注射量，單位 cm3。 由表3.1 Vmax=400cm3 所以 V實=320cm3 3.2.2 制品體積 制品的結構及尺寸如圖2.1，體積如下式計算： V制=13084120-33211739.3-62011739.3 =311.998 cm3 3.2.3 型腔數(shù)目確定 制品數(shù)目用n表示，利用下列公式進行計算， n= V實/V制=400/312=1.25 通過計算可以設計一個型腔。因此制品為小批量生產，暫設計型腔數(shù)目為一個。 3.3 模架選擇 根據(jù)制品尺寸大小及型腔數(shù)目，查表《模具標準應用手冊》表6-15初步選用250270模架具體結構如圖3.1(a)、3.1(b) 模架型號采用DBI-2527-A180-B50-C180-L500，使用標準模架，可以降低計算量，節(jié)約成本。 圖3.1 （a） 圖3.1 (b) 第四章 成型零件尺寸及結構 4.1聚丙稀的收縮率（S） 查《塑料制品及其成型模具設計》表0.1聚丙烯的收縮率范圍為0.4-0.8﹪，換算成平均收縮率Scp﹪ Scp﹪=(0.4﹪+0.8﹪)/2=0.6﹪ (4-1) 4.2 型芯尺寸及結構設計 4.2.1 型芯徑向尺寸計算利用公式 LM1=[ls1(1+Scp﹪)+△] (4-2) 制品的基本尺寸為：32、20、39.3 查表公差為0.26、0.22、0.26 將數(shù)值代入計算 LM1=[32（1+0.6%）+0.26] =32.39 LM2=[20（1+0.6%）+0.22] =20.29 LM3=[39.3（1+0.6%）+0.26] =39.73 4.2.2 型芯高度尺寸 Hm = [hs(1+Scp%)+△] (4-3) 制品的基本尺寸為：117 查表公差為0.5 將數(shù)值代入計算 Hm= [117(1+0.6%)+2/30.5] =118.01 4.3 型腔尺寸及結構設計 4.3.1型腔徑向尺寸 型腔徑向尺寸利用公式 LM=[ls(1+Scp﹪)-△] （4-6） 制品的基本尺寸為：84、130、20 查表公差為0.44、0.56 、0.22 將數(shù)值代入計算 LM1=[84(1+0.6﹪)-0.44] =84.83 LM2=[130(1+0.6﹪)-0.56] =131.26 LM3=[20(1+0.6﹪)-0.22] =20.27 4.3.2 型腔深度尺寸 型腔深度尺寸利用公式 制品的基本尺寸為：120、6 查表公差為0.50、0.16 Hm = [Hs(1+Scp%)-△] (4-7) 將數(shù)值代入計算 Hm1 = [120(1+0.6%)-0.5] =121.05 Hm2 = [6(1+0.6%)-0.16] =6.14 4.3.3 型腔結構 型腔結構簡單，采用整體式凹模，這種結構成形的制品質量較好，加工方便，并且就加工在型腔板上，與型腔板構成一體。 4.3.4 型腔計算 型腔底厚、壁厚 1.按剛度校核側壁厚度，利用公式 t=r[（4-8） 代入計算得 t=9.6 mm 2.按強度計算，利用公式 t=r( 代入計算t=8.7mm 取較大值9.6mm。 4.3.5 底厚計算 按剛度計算 h=5.23mm 按強度計算 h=4.87mm 取較大值5.23mm。 第五章 模具結構 模具結構主要由以下部分組成：成型部分、 支承部分、推出機構、澆注系統(tǒng)、導向部分、緊固定位部分、冷卻排氣系統(tǒng)。在模具設計過程中，主要考慮塑料怎樣進料，制品怎樣成型、制品怎樣脫出。 5.1模具結構圖 通過對模具成型零件的計算，模架的確定，模具結構圖如圖所示。 5.2模具與成型機械關系的校核 5.2.1 制品及流道體積 5.2.1.1 制品體積 Vi=348.5cm 5.2.1.2 流道體積 主流道體積 本設計中，直接在PROE中，采用實體體積測量得 V總=8.187 cm M總=V總X密度=（8.187+348.5）x0.9=320g 五點澆口與產品圖 5.2.2注射機的校核 1.最大注射量的校核 根據(jù)公式 KV0≥V 代入計算得V=320 cm 符合注射機的要求 2.鎖模力校核 F鎖﹥pA 式中p——熔融型料在型腔內的壓力，該產品 A——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計算A=14641 mm3 F鎖——注塑機的額定鎖模力。 故 F鎖＞pA=200Mpa14641 mm 選定的注塑機的壓力為3000KN，滿足要求。 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 A 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適 模具長模具寬<拉桿面積 B模具閉合高度校核 Hmin——注塑機允許最小模厚=250mm Hmax——注塑機允許最大模厚=660mm H———模具閉合高度=555mm 故滿足Hmax＞H＞Hmin。 開模行程校核 注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機），故注塑機的開模行程應滿足下式： S機————注塑機最大開模行程，660mm; H1———頂出距離，140mm； H2————澆注系統(tǒng)高度，82mm; H>H1+H2+50 故：660>140+82+50 滿足條件 第六章 澆注系統(tǒng) 6.1 概述 注射模的澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機的噴嘴開始到型腔為止的流動通道。對其要求是：使熔體平穩(wěn)的進入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔內的氣體順利排出，在熔體填充型腔和凝固的過程中，能充分的把壓力傳到各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，尺寸穩(wěn)定的塑料制品。可見，澆注系統(tǒng)的設計是十分重要的。澆注系統(tǒng)的設計正確與否，是注射成型能否順利進行的關鍵，因此，要引起高度重視。 6.2 澆注系統(tǒng)的設計 6.2.1 主流道的設計 主流道的截面形狀一般為圓形，其錐度為2～6，在此模具的設計的設計中采用2，小端直徑一般取3～6mm,且大于注射機噴嘴直徑0.5mm,由表3-1注射機噴嘴直徑為4mm。將此模具主流道小端直徑設計為4.5mm。主流道的長度一般不超過60mm,本模具設計為50mm。主流道大端倒角R2。 由于主流道需要與高溫塑料頻繁接觸，故設計主流道襯套是十分必要的，尤其是主流道要穿過兩塊板時，如果沒有主流道襯套，在結合處很容易發(fā)生溢料，導致主流道難以取出，主流道襯套的球半徑比注射機的球半徑大1～2mm，設計球半徑為SR14mm。主流道襯套的尺寸查表3-6-62《模具實用技術設計綜合手冊》。 6.2.2 澆口的設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。其主要作用是： 1.型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流。 2.易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積約為分流道截面積的0.03～0.09，澆口的長度約為0.5mm～2mm，澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步糾正。 當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內磨檫加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。但澆口尺寸過小會使壓力損失增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質量。澆口位置的選擇： 澆口位置應使填充型腔的流程最短。這樣的結構使壓力損失最小，易保證料流充滿整個型腔，同時流動比的允許值隨塑料熔體的性質，溫度，注塑壓力等的不同而變化，所以我們在考慮塑件的質量都要注意到這些適當值。 澆口設置應有利于排氣和補塑。 澆口位置的選擇要避免塑件變形。采側澆口在進料時頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用點澆口，有利于排氣，整件質量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設在厚壁處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產生。 澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型時前端較冷的料流在型腔中的對接部位，它的存在會降低塑件的強度，所以設置澆口時應考慮料流的方向，澆口數(shù)量多，產生熔接痕的機會很多。流程不長時應盡量采用一個澆口，以減少熔接痕的數(shù)量。對于大多數(shù)框形塑件，澆口位置使料流的流程過長，熔接處料溫過低，熔接痕處強度低，會形成明顯的接縫，如果澆口位置使料流的流程短，熔接處強度高。為了提高熔接痕處強度，可在熔接處增設溢溜槽，是冷料進入溢溜槽。筒形塑件采用環(huán)行澆口無熔接痕，而輪輻式澆口會使熔接痕產生。 澆口位置應避免側面沖擊細長型心或鑲件。 定位環(huán)、澆口襯套、澆注系統(tǒng)示意圖 因點澆口在脫開時會傷塑件的內表面在這里是可以的，考慮到點澆口有利澆注系統(tǒng)的廢料和塑件的脫離，所以選取用點繞口。分流道與澆口的連接。在利用了Pro/E的塑料顧問對其進行模仿CAE的注塑之后選擇了更具優(yōu)勢的澆口. 6.2.3 排氣糟的設計 塑料熔體在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿。 因該模具為小型模具，且分型面適宜，可利用分型面排氣,鑲件間隙排氣，所以無需設計排氣槽。 6.3合模導向機構的設計 導向合模機構對于塑料模具是必不可少的部分，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，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。 導向機構的主要作用有：定位、導向和承受一定側壓力。 定位作用： 為避免裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔過程中會產生單向側壓力，或由于注射機的精度限制，使導柱工作中承受一不定的導向作用。 動定模合模時，首先導向機構接觸，引導動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔，產生干涉而壞零件。由于注塑壓力的各向性就會對導柱進行徑向的剪力，導致導柱容易折斷。對型芯和型腔改進后，其的配合可以進行定位。導柱、導套零件如下： 第七章 推出機構 7.1 概述 推出機構的設計是為了把制品從型芯型腔中推出來，為下一次注射做準備，推出機構的設計要求有： 1.盡量使制品留在動模上。 2.保證制品不變形，不損壞。 3.保證制品外觀良好。 4.結構要可靠。 7.2 推出機構 推出機構一般有推桿、推管、推件塊等，從制品的形狀、尺寸考慮，利用推管制品的壁厚太小，采用直推桿，制品的受力面積太小，會損壞制品，其他結構不適合成型本產品，所以將頂出機構設計推板形式，下面采用復位桿提供動力固定，采用導柱導套保證裝配需要。 推板推出機構 第八章 支承零件 在此模具中，支承零件包括上模座板、下模座板、型芯固定板、推板、支撐板等。 8.1 緊固件及其他附件 8.1.1 上模部分 定模部分由于產品較高，實際加工比較困難，頂部需要采用鑲件板的方式，主要是便于加工，用4xM8螺絲固定于定模板上，定模采用通框結構。 8.1.2 下模部分 下模部分設計，根據(jù)產品設計模具，采用九個鑲件成型，每個鑲件需要設計冷卻水路，鑲件底部采用掛臺固定，九個鑲件組合配件還需要設計一個鑲件板，勇螺絲固定于動模部分，再使用支撐板，防止鑲件底部脫落。 定模鑲件與動模九個鑲件設計圖 第九章 冷卻系統(tǒng) 模具在注射時，應對模具溫度進行較好的控制，才能保證制品的精度，這就要求在模具內設計冷卻系統(tǒng)，但由于本零件較大，不可以通過模具自然冷卻來保證熱平衡。另外此制品為小批量生產，成型的制品精度等級為一般精度，故采用模具冷卻，冷卻水道需要注意設計模具結構 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的HIPS料，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 9.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。 模具冷卻水路圖 9.2 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。 冷卻管路的位置與尺寸 塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取10mm。 第十章 模具的裝配 裝配模具是模具制造過程中的最后階段，裝配精度直接影響到模具的質量、壽命和各部分的功能。模具裝配過程是按照模具技術要求和相互間的關系，將合格的零件連接固定為組件、部件直至裝配為合格的模具。 在模具裝配過程中，對模具的裝配精度應控制在合理的范圍內，模具的裝配精度包括相關零件的位置精度，相關的運動精度，配合精度及接觸只有當各精度要求得到保證，才能使模具的整體要求得到保證。 塑料模的裝配基準分為兩種情況，一是以塑料模中和主要零件臺定模，動模的型腔，型芯為裝配基準。這種情況，定模各動模的導柱和導套孔先不加工，先將型腔和型芯鑲塊加工好，然后裝入定模和動模內，將型腔和型芯之間墊片法或工藝定位器法保證壁厚，動模和定模合模后用平行夾板夾緊，鏜投影導柱和導套孔，最后安裝動模和定模上的其它零件，另一種是已有導柱導套塑料模架的。 澆口套與定模部分裝配后，必須與分模面有一定的間隙，其間隙為0.05——0.15毫米，因為該處受噴嘴壓力的影響，在注射時會發(fā)生變形，有時在試模中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在分模面上澆口套周圍出現(xiàn)塑料飛邊，就是由于沒有間隙的原因。為了有效的防止飛邊，可以接近塑件的有相對位移的面上銼一個三角形的槽，由于空氣的壓力的緣故可以更好的防止飛邊。 10.1 模具的裝配順序 1.確定裝配基準； 2.裝配前要對零件進行測量，合格零件必須去磁并將零件擦拭干凈； 3.調整各零件組合后的累積尺寸誤差，如各模板的平行度要校驗修磨，以保證模板組裝密合，分型面吻合面積不得小于80%，間隙不得小于溢料最小值，防止產生飛邊。 4.在裝配過程中盡量保持原加工尺寸的基準面，以便總裝合模調整時檢查； 5.組裝導向系統(tǒng)并保證開模合模動作靈活，無松動和卡滯現(xiàn)象； 6.組裝冷卻和加熱系統(tǒng)，保證管路暢通，不漏水，不漏電，門動作靈活緊固所連接螺釘，裝配定位銷。裝配液壓系統(tǒng)時允許使用密封填料或密封膠，但應防止進入系統(tǒng)中； 7.試模：試模合格后打上模具標記，包括模具編號、合模標記及組裝基面。 ① 模具預熱 模具預熱的方法，采用外部加熱法，將鑄鋁加熱板安裝在模具外部，從外部向內進行加熱，這種方法加熱快，但損耗量大。 筒和噴嘴的加熱 根據(jù)工藝手冊中推薦的工藝參數(shù)將料筒和噴嘴加熱，與模具同時進行。 工藝參數(shù)的選擇和調整 根據(jù)工藝手冊中推薦的工藝參數(shù)初選溫度，壓力，時間參數(shù)，調整工藝參數(shù)時按壓力，時間，溫度這樣的先后順序變動。 注塑 在料筒中的塑料和模具達到預熱溫度時，就可以進行試注塑，觀察注塑塑件的質量缺陷，分析導致缺陷的原因，調整工藝參數(shù)和其他技術參數(shù)，直至達到最佳狀態(tài)。 8.模具的維護 模具在使。那么優(yōu)化設計的鑲件和嵌件在這里就起到了很大的作用，只須更換個別已損壞的零件，不會導致用過程中，會出現(xiàn)正常的磨損或不正常的磨損。不正常的損壞絕大多數(shù)是由于操作不當所致模具的徹底報廢。 最后檢查各種配件、附件待零件，保證模具裝備齊全，另外在裝配過程中應嚴防零件在裝配過程中磕、碰、劃傷和銹蝕。裝配滾動軸承允許采用機油進行熱裝，油的溫度不得超過1000C。 10.2 開模過程分析 注塑機向后運動牽引動模部分向后運動，在導柱導向的情況下，脫料板與定模板之間第一次分型，繼續(xù)牽引運動，頂板與動模板之間第二次分型，分型距離10mm后停止運動，定模板與脫料板之間有拉桿限制拉開距離140mm，動定模順利分型，塑件在推板和復位桿的作用下順利脫出。閉合時，同樣在導柱和導套的導向作用下通過復位桿使推板先于型腔復位。 模具整體3D效果圖 結論 通過此次畢業(yè)設計，我受益匪淺，可大體地了解作為一名設計人員所要具備的基本素質及知識量及思考問題，解決問題的能力。同時也讓我鞏固了自己的專業(yè)知識，在設計的過程中對于CAD、PRO/E 繪圖軟件、Microsoft Word 辦公軟件等應用有了更進一步的掌握；在設計之初，面對從未涉及的問題，感到十分棘手，但經(jīng)過反復的思考、查閱資料以及在老師的熱心指導幫助下，同學之間的探討，發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么困難。另外，查閱資料是本次設計的重點，詢問經(jīng)驗人士，我想實踐是最可靠的保證，經(jīng)驗是寶貴的財富。 通過認真仔細的資料查閱和軟件的反復模擬，特別在林老師的精心指導和嚴謹求實的要求下，我確信這次畢業(yè)實際是成功的，在這表示特別感謝！當然，由于本人的知識面欠全，設計中還存在不足，但我相信通過這次設計將為我今后走向工作崗位打下了堅實的基礎。 參考文獻 1. 伍先明等.《塑料模具設計指導》.北京：國防工業(yè)出版社.2010.4. 2. 廖念釗，古盈菴，莫雨松等.《互換性與技術測量》.北京：中國計量出版社.2009.6. 3. 王琳，陳雪江，肖新華.《AutoCAD2008中文版機械圖形設計》北京:清華大學出版社.2007.7. 4. 譚雪松，王金，鐘廷志.《Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版模具設計》.北京：人民郵電出版社.2009.11. 5. 管耀文. 《Pro/ENGINEER野火版模具設計實例精講》.北京：人民郵電出版社.2007.12 6. 何滿才.《模具設計—Pro/ENGINEER 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