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摘 要
塑料是一種可塑性的合成高分子材料，具有重量輕且堅固，耐化學腐蝕， 電絕緣性好，價格便宜，可塑性好等特點，廣泛應用于電腦、手機、汽車、電機、 電器、家電和通訊產(chǎn)品制造中。注塑成形是成形塑件的主要方法之一，是指使用注塑機將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內(nèi)經(jīng)冷卻固化獲得產(chǎn)品的方法。注塑的優(yōu)點是生產(chǎn)速度快，效率高，操作可自動化，能成型形狀復雜的零件，特別適合大量生產(chǎn)。本次畢業(yè)設計的產(chǎn)品為錐形帶輪，具有重量輕，強度高，耐腐蝕，易清潔等特點，為大批量生產(chǎn)產(chǎn)品。本次設計在針對產(chǎn)品進行工藝性分析后，確定模具分型面、 型腔數(shù)目、 澆口形式、 位置大小；其中最重要的是確定型芯和型腔的結(jié)構(gòu)，以及它們的定位和緊固方式。此外還進行了脫模機構(gòu)的設計，合模導向機構(gòu)的設計，冷卻系統(tǒng)的設計等。最后繪制完整的模具裝配總圖和主要的模具零件圖及編制成型零部件的制造加工工藝過程卡片。實踐證明：該模具結(jié)構(gòu)合理、可靠、并能保證產(chǎn)品質(zhì)量，對此類注塑產(chǎn)品的模具設計有參考價值。
關鍵詞：塑料 , 注塑成形 , 模具設計，錐形帶輪
Abstract
Plastic is a synthetic polymer material , with the characteristics of plasticity, light weight, sturdiness, electrical insulation, and which is resistance to chemical corrosion and cheap. It is widely used in computers, mobile phones, cars, motors, electrical, home appliances and communication products manufacturing. Injection molding is one of the main methods of forming plastic parts, it refers to the use of plastic injection machine to inject the thermoplastic melts into the mold under high pressure , after cooled to obtain the products . It has the advantage of fast production speed , high production efficiency,and automated operations , it can form the shape of complex parts, particularly suitable for mass production. The production of graduation project is Cone pulley, which has a light weight , high strength , corrosion resistance and easy cleaning features for mass production. After analysis the process of the product , the mold parting line , cavity number , gate form , gate location can be determined , one of the most important is to identify core and cavity structures , as well as their positioning and fastening methods. In addition, it also carries out the design of stripping agencies , mold-oriented organizations and the cooling system .At last, draw a complete mold assembly drawing , major parts diagram , and draw up cards of parts manufacturing and processing process . It is proved that the mold structure is reasonable , reliable and can guarantee product quality , and is valuable for the injection mold design of such products .
Key Words: Plastic ，Injection molding ，Mold design，Cone pulley
III
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第一章 緒論 5
1.1 引言 5
1.2 塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用 5
1.3 塑料成型模具發(fā)展趨勢 7
第二章 模具具體設計過程 8
2.1工藝性分析 8
2.2 確定型腔數(shù)目 8
2.3 型腔、型芯工作部位尺寸的確定 9
2.4 澆注系統(tǒng)的設計 10
2.5分型面的確定 11
2.6 選用模架 12
2.7 校核注射機 16
2.8 推出結(jié)構(gòu)設計 16
2.9 冷卻系統(tǒng)的設計 17
2.10 排氣系統(tǒng)的設計 17
2.11 頂出機構(gòu) 17
第三章 成型零件的結(jié)構(gòu)設計與計算 20
3.1模具部分的型芯 20
3.2成型零件鋼材的選用 20
3.3成型零件工作尺寸的計算 20
3.4 模架的確定和標準件的選用 21
5.1加熱系統(tǒng) 28
5.2冷卻系統(tǒng) 28
總結(jié)與展望 30
參考文獻 31
致 謝 32
第一章 緒論
1.1 引言
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷地擴大，如：家用電器、儀器儀表、建筑器材、汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料制品所占的比例正迅速增加，由于在工業(yè)產(chǎn)品中，一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復雜的形狀，并且還能設計成卡裝結(jié)構(gòu)，成倍地減少整個產(chǎn)品中的各種緊固件，大大地降低了金屬材料消耗量和加工及裝配件工時，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。
模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具。 在各種材 料加工工業(yè)中廣泛地使用著各種模具，例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓注模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具及成型陶瓷、玻璃等制品使用的各 種模具。塑料模具是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備。 模具工業(yè)是國民經(jīng)各部門發(fā)展的重要基礎之一。模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力量的強弱，模具質(zhì)量的優(yōu)劣，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，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。 對塑料模具的全面要求是: ①尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。 ②高效率、自動化、操作簡便。 ③結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。 ④盡量減少開模、合模和取制件過程中的手工勞動。為此常采用自動開合模 及自動頂出機構(gòu)。 ⑤合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具。
1.2 塑料模具在國民經(jīng)濟中的作用
塑料模具（簡稱塑模）的現(xiàn)代設計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的 關系。 塑模是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的重要工藝裝備。 塑模工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。 用塑模生產(chǎn)成形零件的主要優(yōu)點是制造簡單、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑模也是成型塑料制品的主要工具， 它的結(jié)構(gòu)和加工精度對塑件的質(zhì)量和生 產(chǎn)效率等有直接的關系。因而世界各國對塑模的現(xiàn)代設計與制造技術(shù)都極為關注。近年來國外對塑模的熱澆道、溫度控制系統(tǒng)、應用數(shù)控機床加工及減少熱處 理變形等方面都作了許多探索，并取得了一定的成果。 塑模廣泛應用于成型塑料制品，它利用塑料在高溫下所具有的流動性或可塑性， 將其成型為具有一定形狀和尺寸， 并通過化學或物理變化，定型為塑料制品。在塑料加工工業(yè)中，普遍使用有以下幾種塑模：
（1）壓縮成型的塑料模具，它是將塑料原料直接加入敞開的塑模型腔內(nèi)， 當塑模閉合后，在加壓和加熱的作用下，塑料成為流動狀態(tài)并充滿型腔，然后通 過化學或物理變化使塑料硬化定型。 （2）壓入成型的塑料模具，它是成型熱固性塑料或封裝電器元件等用的一 種塑料成型模具，這種塑模設有單獨的加料室。成型及加料前先閉模，然后將塑 料放入加料室內(nèi)預熱加壓成粘狀態(tài)時，再使塑料通過塑模的澆注系統(tǒng)，以高速 擠入塑模型腔中去，繼續(xù)加熱加壓，直到完成塑料的固化而成型。 （3）擠出成型的塑料模具，它是將放入料斗中的原料由螺旋送入加熱室， 在加熱室的模具端，加熱成粘流狀態(tài)的塑料，在擠出機的高壓和高速作用下，通 過具有一定斷面形狀的機頭（口模）和定型模（套）而擠出成型。它主要用于熱 塑性塑料，個別也有用于熱固性塑料的塑件成型。 （4）注射（塑）成型的塑料模具，它是將塑料原料注射在注射機的加熱料 桶內(nèi)，受熱呈熔融狀態(tài)，在注射機的螺桿或柱塞的推動下進入塑模型腔，是塑料 在型腔內(nèi)硬化成型。 此外，還有發(fā)泡成型塑模，真空成型塑模、吹塑成型塑模、玻璃纖維增強塑 料成型塑模等等， 但這些塑模的設計是建立在以上所述常用的集中塑模設計基礎 上，且比較簡單。隨著塑模成型方法的不斷出現(xiàn)，必然將還會產(chǎn)生各種新型塑料 的新型成型模具。 近年來我國塑料工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展速度很快， 塑料的應用正普及到國民經(jīng)濟領 域的各個部門。采用塑模加工的塑件也很多，如各種管材、板材、異型材、復合 管材、發(fā)泡型材及棒材等，都廣泛用于紡織品、醫(yī)藥品、化學物品、機密儀器、 日用品及機械行業(yè)中的齒輪、 軸承等機械零件， 在汽車、 飛機、 造船業(yè)中的儀表、 車門、內(nèi)襯等，化學工業(yè)中的貯槽、貯罐、填料等，電子及電信工業(yè)中的電線、 電纜絕緣層及防護套等也得到廣泛的應用， 特別是在建筑工業(yè)中塑料的應用更為 廣泛， “以塑代木，以塑代金屬”為人類鉆尋求解決替代有限的木材和貴重金屬 材料開辟了新途徑。 當前在我國塑料戰(zhàn)線上出現(xiàn)了許多新的塑膜結(jié)構(gòu)和新的塑模 的加工方法，為我國塑料模具的設計與制造走向現(xiàn)代化提供了有利條件。據(jù)資料 介紹， 國外一些工業(yè)比較先進的國家在塑模的設計與制造方面， 已經(jīng)采用 CAD/CAM 系統(tǒng)，這對提高塑料制品質(zhì)量，縮短塑模制造周期，降低塑件成產(chǎn)成本方面取得 較好經(jīng)濟效益。
1.3 塑料成型模具發(fā)展趨勢
近年來，塑料成型加工機械和成型模具增長十分迅速，高效率、自動化、大 型、微型、精密、長壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。 (1) 加深理論研究 隨著對塑料成型加工原理的研究越來越深入， 模具設計已由經(jīng)驗設計階段逐步向 理論計算設計方面發(fā)展。 這些理論為塑料模具的計算機輔助設計和輔助工程奠定 了基礎。 (2) 高效率、自動化 如多層多型腔注射模結(jié)構(gòu)、各種自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機構(gòu)、自動分型 抽芯機構(gòu)、熱流道澆注系統(tǒng)注射模具以及高效冷卻結(jié)構(gòu)。高效自動化的模具與高 速自動化的成型設備相配合對提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本起了 很大作用。 (3) 大型、超小型及高精度 隨著塑料應用領域日益擴大，在建筑、機械、汽車、儀器、家用電器等采用了許 多大型、精密和高壽命的塑料制品，如汽車殼體、洗衣機桶、傳動齒輪、軸承等。 大型模具設計要求作詳細準確的理論計算，由于模具自重大，物料流程長，型腔 易變形，因此在結(jié)構(gòu)設計上需作更為周密的考慮。高精度模具要求配合精度和運 動精度都很高，耐磨損，模溫控制精確，在高壓下成型，收縮變形小。 (4) 革新模具制造工藝 塑料模具制造中最困難的部分是型腔，特別是異形復雜型腔的加工，若采用各種 坐標機床、仿形機床、光控機床、數(shù)控機床等來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械加工方法，這樣 不僅縮短制模周期、提高模具精度，而且還降低了勞動強度和生產(chǎn)成本。采用精 密鑄造、冷擠壓、電加工等新工藝技術(shù)給模具型腔加工帶來了巨大方便 (5) 模具計算機輔助設計(CAD)、輔助工程(CAE) CAD 軟件的主要功能是幾何造型技術(shù)， 它將制品圖形立體地精確地顯示在屏幕上， 完成制件設計的繪圖工作，對制品或模具進行力學分析。 CAE 軟件中流動軟件可以模擬熔體在模內(nèi)的流動過程，冷卻分析軟件可模擬熔體 的凝固過程和在模內(nèi)的溫度變化，預測可能出現(xiàn)的問題，如制品缺陷、翹曲、變 形、內(nèi)應力等，使計算結(jié)果優(yōu)化。 (6) 標準化
模具標準化包括塑料注射模零件標準、塑料注射模零件技術(shù)條件、塑料注射模模 架標準、塑料注塑模技術(shù)條件等，其中零件標準包括導柱、導套、推桿、模板等。 模具標準化為塑料模具設計和制造都帶來極大的方便，由于標準件可以直接購 買，因此模具設計制造者只需精心設計和加工型腔，這樣使塑料模具設計和制造 周期大為縮短，成本降低，質(zhì)量得到保證。目前發(fā)達國家標準化程度達到 30%以 上，我國標準化程度不高，還需大力推廣，充實完善。
第二章 模具具體設計過程
如圖所示塑件，材料為ABS，收縮率0.3%～0.8%。生產(chǎn)批量15萬件。
2.1工藝性分析
錐形帶輪如下圖2.1所示
圖2.1
1）該塑件尺寸較適中，一般精度等級，但因形狀復雜，采用一模腔。
2）為了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分采用拼鑲結(jié)構(gòu)。
2.2 確定型腔數(shù)目
注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生產(chǎn)效益；
該塑件屬于批量生產(chǎn)，精度要求一般，塑件尺寸適中，故有以下三種方案，如下圖2.2所示：
圖2.2
（1）.一模一腔——模具尺寸小，生產(chǎn)效率較低。
（2）.一模兩腔——模具尺寸小，生產(chǎn)效率較低。
（3）.一模四腔——模具尺寸適中，生產(chǎn)效率較高。
根據(jù)塑件的生產(chǎn)批量假設是小批量及尺寸要求采用一模一腔。故選用方案（1）。
按照塑件所示尺寸，近似計算：
塑件體積Vs≈2.7688cm3
查表6-1塑料ABS的密度為 1.02～1.05g/cm3 (注塑級密度為1.05g/cm3)
單件塑件重量：ms=2.128*1.05g=2.9526≈3g
2.3 型腔、型芯工作部位尺寸的確定
查表6-4ABS塑料的收縮率是0.3%-0.8%。
平均收縮率：S=(0.3%+0.8%)/2=0.55%
型腔工作部位尺寸：
型腔徑向尺寸：L?m+δ0=〔(1+ S )×Ls -X△〕+δ0
型腔深度尺寸：H?m+δ0=〔(1+ S )×Hs -X△〕+δ0
型芯徑向尺寸：lm-δ0=〔(1+ S )×ls -X△〕-δ0
型芯高度尺寸：hm-δ0=〔(1+ S )×hs -X△〕-δ0
中心距尺寸： Cm±δz/2=(1+S)Cs±δz/2
式中 Ls—塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸（mm）
ls —塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
Hs—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
hs—塑件內(nèi)型高度基本尺寸的最小尺寸（mm）
Cs—塑件中心距深度基本尺寸的平均尺寸（mm）
修正系數(shù)，取0.5~0.75
塑件公差（mm）
δz—模具制造公差，取（1/3~1/4）△
各工件部位尺寸計算結(jié)果如圖所示
通常，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部件不需要進行收縮率計算。
2.4 澆注系統(tǒng)的設計
（1）確定分型面的位置。
（2）確定澆口形式及位置。為了提高生產(chǎn)效率，便于去除澆口凝料采用中心澆口尺寸與位置如圖2.3所示。
塑件在澆口處的壁厚為1.5mm,澆口直徑可以根據(jù)課本：《塑料成型工藝及模具設計》Ｐ73，取d=2mm
(3)型腔位置的排布。該件采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式，那么澆注系統(tǒng)的設計應直接采用從主流道到型腔流道的形狀及尺寸相同的設計，即平行式布置的形式。
圖2.3
(4)初步設計主流道及分流道形狀和尺寸。主流道設計成圓錐形，其錐角為２°～６°。
分流道截面設計成圓形截面，加工較容易，且熱量損失與壓力損失均不大，為常用模式。圓形截面分流道的直徑可根據(jù)塑料的流動性等因素來確定，該塑料為ABS塑料，流動性好，所以選用圓形截面。根據(jù)《塑料成型工藝及模具設計》分流道的直徑d可?。病秏m，澆口長度L=1mm.
2.5分型面的確定
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動特性及塑料的脫模。
在實際設計中，不可能全部滿足上述原則，一般應抓住主要矛盾，根據(jù)塑料件的要求和形狀，
分型面是模具上用于取出塑件和澆注系統(tǒng)冷凝料的可分離的接觸表面。分型面決定著塑料制品在成型模具中的位置。
按形狀分類分型面可分為：平面分型面，曲面分型面，階梯分型面，斜面分型面。按其位置與注射機開模運動方向的關系可分為：分型面垂直于注射機開模運動方向，平行與開模方向，傾斜與開模方向。
分型面的選擇設計，主要是根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、精度要求、澆注系統(tǒng)形式、排氣方式、脫模形式及模具的制造工藝等各種因素，進行全面考慮，做出合理選擇。
分型面選擇設計的基本原則是，選擇在塑件斷面輪廓最大的位置，以便順利脫模。同時還要考慮以下因素：
（1）分型面的選擇應便于脫模并簡化模具結(jié)構(gòu)。因此盡可能使塑件在動模分離后留在動模一側(cè)。如塑件有側(cè)孔或側(cè)凹，選擇分型面應盡可能將側(cè)型心置于動模，以避免定模抽心，并使抽拔距離盡量短。
（2）分型面的選擇應考慮技術(shù)要求。當塑件的表面有同軸度、平行度等要求時，應盡可能將其置于同于半模內(nèi)，否則，將會由于合模誤差影響塑件精度。
（3）分型面應盡量選擇不在影響塑件外觀的位置，并使其產(chǎn)生的飛邊易于清理和修整 由于分型面處不可避免地要在塑件上留有飛邊和拼合縫的痕跡，因此分型面最好不要設在塑件光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處，以免影響塑件外觀。
（4）分型面的選擇應有利于排氣 為此應盡量使分型面與充模時型腔料流末端重合，以利于排氣。
（5）分型面的選擇應便于模具零件加工。
（6）分型面的選擇應考慮注射機的技術(shù)參數(shù) 注射成型時所需的鎖模力是與塑件在合模方向的投影面積成正比，所以選擇分型面時，應盡量選擇塑件在垂直合模方向上投影面積較小的表面，以減少鎖模力。
綜合以上因素塑料碗的分型面選擇在最大輪廓處,取塑料碗上邊沿處.取該處分型面簡單，模具也簡單，也可以脫模順利。
分型面方案1
分型面方案2
圖2.4
我們比較發(fā)現(xiàn)，如圖2.4所示，方案2比方案1多了1個分型面，其實在實際當中需要多加工型心，這個不需要的，我們要減少這種不必要的浪費，建立節(jié)約經(jīng)濟。故選擇分分型面方案1
2.6 選用模架
（1）型腔強度和剛度的計算。為了方便加工和熱處腔鑲件可分為兩部分，如圖2.5可看出，型腔為整體式。因此，型腔的強度和剛度按型腔為組合式進行計算。由于型腔壁厚計算比較麻煩，也可參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù)。
查本書表6-16型腔壁厚S1=8mm，模套壁厚S2=18mm
(2)初選注塑機
1）注塑量：該塑件制件單件重：ms≈3g
澆注系統(tǒng)重量的計算可根據(jù)塑件尺寸計算的澆注系統(tǒng)的體積。
Vj≈0.5107cm3
粗略計算澆注系統(tǒng)重量 mj≈Vj×p=0.5107×1.05g≈0.53g
總體積 V塑件=（2.769+0.5017）cm3=3.2771 cm3
總重量 M=3.2771×1.05g≈3.434 g
聚苯乙烯的密度為1.054g/ cm3，ABS塑料密度為1.02～1.05g/cm3。
滿足注射量 V機≥V塑件/0.80
式中 V機－額定注射量（cm3）;
V塑件－塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（cm3）。
V塑件/0.80=3.277/0.80 cm3=4.096 cm3
或滿足注射量 M機≥M塑件p/（p1×0.8）
式中 M機－額定注射量（g）；
M塑件－塑件與澆注系統(tǒng)凝料的重量和（g）；
p1－聚苯乙烯的密度（g/cm3）；
p2－塑件采用塑料的密度（g/cm3）
M塑件p2/ p1×0.8 =0.53×1.05/1.054×0.8 g =0.66g
2）注射壓力： ρ注≥ρ成型
查表知ABS塑料成型時的注射壓力ρ成型=70～90MPa
3）鎖模力
P鎖模力≥pF
式中p－塑料成型時型腔壓力，ABS塑料的型腔壓力p=30MPa；
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)及各型腔在分型面上的投影面積
F=（3.14×162+3.14×112+3.14×152）=1890.28（）
pF=30X1890.28=56708.4N=56.7KN
圖2.5
表2.1
根據(jù)以上分析、計算，查表2.1知初選注射機型號為SA600/150
注射機有關技術(shù)參數(shù)如下:
最大合模行程S 290mm
模具最大厚度 380mm
模具最小厚度 150mm
動、定模板尺寸 520mm×520mm
拉桿空間 350mm
3）選標準模架 根據(jù)以上分析，計算以及型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格，查表2.1可選用 :
定模板厚度：A=30mm
動模板厚度：B=25mm
墊塊厚： C=50mm
模具厚度： H模=40+A+B+C=145mm
模具外形尺寸：300mm×300mm×240mm
2.7 校核注射機
1） 注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核
2） 開模行程的校核 注射機的最大開模行程S
S≥2h件 +h 澆+﹙5～10﹚
S=2×11+30+8=60mm
式中h件＿塑料制品高度﹙mm﹚
h澆＿澆注系統(tǒng)高度﹙mm﹚
3）模具在注射機上的安裝 從標準模架外形尺寸看小于注射機拉桿空間，并采用壓板固定模具，所以所選注射機規(guī)格滿足要求。
2.8 推出結(jié)構(gòu)設計
1）推件力的計算
Ft=Ap（μcosα-sinα）
A——塑料包絡型芯的面積（）
p——塑件對型芯單位面積上的包緊力，
α——脫模斜度
q——大氣壓力0.09MPa
μ——塑件對鋼的摩擦系數(shù)μ，約為0.1-----–0.3；
A1——制件垂直于脫模方向的的投影面積（）
A≈（78.5+207.24+392.5）（）=678.24（）
Ft=678.24x1.2x(0.3cos40`-sn40`)/=2346.85N
2）確定頂出方式及頂桿位置
根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點，確定斜滑塊側(cè)向抽芯機構(gòu)，四個普通圓頂桿分布在滑塊上。
2.9 冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻系統(tǒng)制品示意圖，如圖2.6所示：
圖2.6
由于制品平均壁厚為2mm，制品尺寸又較小，確定水孔直徑為8mm。
由于冷卻水道的位置、結(jié)構(gòu)形式、孔徑、表面狀態(tài)、水的流速、模具材料等很多因素都會影響模具的熱量向冷卻水傳遞，精確計算比較困難。實際生產(chǎn)中，通常都是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路，通過調(diào)節(jié)水溫、水速來滿足要求。
采用滑塊上及定模板上開水道的形式。
2.10 排氣系統(tǒng)的設計
由于制品尺寸較小，利用分型面及其它零件的結(jié)合面的配合間隙排氣即可。
2.11 頂出機構(gòu)
頂出結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.7所示：
圖2.7
2.12 按要求繪制裝配圖
裝配圖如圖2.8所示：
圖2.8
第三章 成型零件的結(jié)構(gòu)設計與計算
塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側(cè)壁和底版厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞，也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
3.1模具部分的型芯
為了便于加工設置一個定模型芯，它的配合可以采用過盈配合。
3.2成型零件鋼材的選用
零件是大批量生產(chǎn)，成型零件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應該良好，機械加工性能和拋光性能也應該良好，因此構(gòu)成型腔的嵌入式凹模鋼材選用SMI
3.3成型零件工作尺寸的計算
塑件尺寸公差按SJ1372—78標準中的6級精度選取
1）.型腔徑向尺寸
Lm1=[(1+s)Ls1-x△]+δ20=[(1+s)80-0.58×0.70]+0.120
=80.28+0.120
Lm2=[(1+s)Ls2- x△]+δ20=[1.0035×60-0.58×0.7]+0.120
=59.79+0.120
式中， S——塑件平均收縮率S=（0.006+0.008）=0.0035
X——修正系數(shù)（取0.58）
Δ—— 塑件公差值（查塑件公差表取0.70）
δ2——制造公差，（取Δ/5） 參考《塑料模具設計手冊》P49
型腔深度尺寸
Hm=[（1+s）h-xΔ]0+δ=24.7+0.120
式中，h——塑件厚度最大尺寸（取25）
x——修正系數(shù)（取0.56）
Δ ——塑件公差值（取0.40）參考《塑料模具設計手冊》P47
型芯高度尺寸
hm=[（1+s）H+xΔ]0-δ2=3.130-0.04
式中，h——塑件厚度最小尺寸（取3）
X——修正系數(shù)（取0.58）
Δ—— 塑件公差值（查塑件公差表取0.20）
3.4 模架的確定和標準件的選用
模架尺寸確定后，對模具有關零件要進行必要的強度或剛度的計算，以校核所選模架是否適當，尤其對大型模具。
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標準模架，選用模架尺寸為250mm×315mm的標準模架，可符合要求。
模具上所有的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘，模具外表盡量不要有突出部分，模具外表面應光潔，加涂防銹油。兩模板之間應用分模間隙，即在裝配，調(diào)試，維修過程中，可以方便地分開兩塊模板。
1.定模座板（315mm×315mm，厚25mm）材料為45鋼.
通過4個M10的內(nèi)角圓柱螺釘與定模板連接定位圈通過4個M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接，定模座板與澆口套為H8/f8配合。
2.定模板（凸模固定板）（250mm×315mm，厚20mm）固定板應有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好用調(diào)質(zhì)230HB—270HB。
其上的導套孔與導套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7，定模板與澆口套采用H8/m6配合，定模板與圓筒型芯為H7/m6配合。
3.支撐板（180 mm×250mm）
支撐板應具備較高的平行度和硬度。
4.墊塊（40mm×315mm，厚50mm）
1．）主要作用
在動模座板與支撐板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。
2.）結(jié)構(gòu)形式
可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。
3.）墊塊材料
墊塊材料為Q235A，也可用HT200，球墨鑄鐵等，該模具墊塊采用Q235A制造。
4.）墊塊的高度h校核.
H=h1+h2+h3+s+δ=0+16+12.5+18+3.5=50mm
式中，h1————推板厚度，為16mm
h2————推桿固定板厚度，為12.5mm
h3————推出行程， 為18mm
δ———推出行程富余量，一般為2mm—6mm，取3.5mm
5.）動模座板（315mm×315mm，厚25mm）
材料為45鋼，注射機頂桿孔為￠ mm，其上的推板導柱孔與導柱采用H7/m6配合。
6.）推板（118mm×315mm，厚16mm）
材料為45鋼，其上的推板導套孔和推導套采用H7/k6配合，用4個， M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。
7.）推桿固定板（118mm×315mm。厚12.5mm）
材料為45鋼，其上的推板導套孔與推板導套采用H7/f6配合。
八.合模導向機構(gòu)的設計
1.導向機構(gòu)的總體設計
1. ）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分。
2. ）該模具采用4根導柱，其分布為等直徑導柱不對稱裝置
3. ）該模具導柱安裝在支撐板和模套上，導套安裝在定模固定板上。
4. ）為了保證分型面很好的接觸，采用在導套的孔口倒角。
5. ）在合模時，應保證到向零件首先接觸。
6. ）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。
2.到導柱的設計
該模具采用帶頭導柱,不加油槽,如圖3.1示
圖3.1
導柱的長度必須比凸模端面高度高出,6mm—8mm.
1.) 為使導柱能順利地進入導向孔,導柱的端部常做成錐形或球形的先導部分.
2.) 導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定,應保證具有足夠的抗彎強度,該導柱直徑由標準模架可知為φmm.
3.) 導柱的安裝形式,導柱固定部分與模架按H7/f6配合,導柱的滑動部分按H7/f7或H8f7的間隙配合.
4.) 導柱工作部分的表面粗糙度為Ra=0.4mm
5.) 導柱應具有堅硬耐磨的表面,堅韌而不易折斷的內(nèi)芯.多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A.T10A,經(jīng)淬火處理,硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)表面淬火,低溫回火,硬度為50HRC以上.
3.導套設計
導套與安裝在另一半模上的導柱相配合,用一確定運動定模的相對位置,保證模具運動導柱相配合,用以確定運動定模的相對位置,保證模具運動導向精度的圓套形零件.導套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種:直導套(GB/T41692.2---1984(帶頭導套(GB/T4169.3—1984).
1.) 結(jié)構(gòu)形式,采用帶頭導套(Ⅰ型)如圖3.2所示
圖3.2
2.) 導套的端面應倒角,導柱孔最好做成面孔,利于排出孔內(nèi)剩余空氣.
3.) 導套孔的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合,表面粗糙度為0.4mm.導套外徑與模板一端采用H7/k6配合;另一端采用 H7/e7配合 入模板.
4.) 導套材料可用,淬火鋼或青銅合金等耐磨材料制造該模具中采用T8A.
4.推板導柱與導套設計
推板導柱除了起導向作用外,還支撐著支撐板,從而改善了支撐板的受力情況,大大提高了支撐板的剛性,該模具設置了4套推板導柱與導套,它們之間采用H8/f7配合其形狀與尺寸配合如圖3.3所示
圖3.3
第四章 脫模推出機構(gòu)的設計
注射成型每一循環(huán)中,塑件必須準確無誤地從模具的凹模中型芯上脫出,完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構(gòu)也常推出機構(gòu)
1. 塑件推出的基本方式
1.) 推桿推出
推桿推出是一種基本的,也是一種常用的塑件推出方式常用的推桿形式有圓形,矩形,階梯形.
2.) 推件板推出
對于輪廓封閉且周長較長的塑件,采用推件推出結(jié)構(gòu).推件板推出部分的形狀根據(jù)塑件形狀而定.
3.) 氣壓推出
對于大型深型塑件,經(jīng)常采用或 ＆助氣壓推出方式本模具,考慮到塑件輪廓封閉且周長較長故采用推板推出.
脫模力的計算
脫模力是指將塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力它是設計脫模機構(gòu)上午重要依據(jù)之一。如圖4.1：
F阻=f(F正-F脫.sinα)=f.F正-f.F脫sinα
式中, F阻————摩擦阻力（N）
f————摩擦系數(shù),一般取f=0.15—1.0 (取f=0.3)
F正———塑件收縮對型芯產(chǎn)生的正壓力即包緊力（N）
F脫————脫模
α——脫模斜率，一般為1°——2°（取α=1°）
根據(jù)受力圖可列平衡方程式
F脫+ F正sinα= F阻. cosα
由于α，一般很小，式中（f.F脫sinα項之值可以忽悠。
F脫= f.F正cosα- F正sinα=F正(f. cosα-sinα)PA
F正= PA
式中,P——塑件對型芯產(chǎn)生的單位正壓力（包緊力），一般為P=8——12MPa薄件取小值，厚件取大值，（P=10MPa）
A——塑件包緊型芯側(cè)面積（mm）
A F脫=22X74=1628mm2
F正= AP=1628 X10=16280N
F脫= F正(f. cosα-sinα)=16280 X0.2=3256N
由于塑件有孔不需要計算,真空吸引阻力
F總脫=n(F脫+F阻)=4 X3256=13024N
推桿的尺寸計算,圓形推桿的直徑可由歐拉公式簡化得,d=k(*****
式中, d——推桿直徑（mm）
L——推桿長度（mm）
F脫——塑件的脫模力（N）
E——推桿材料的彈性模量（MPa）
n——推桿數(shù)量
k——安全系數(shù)，取k=1.5
推桿直徑確定后，還應進行強度校核
d
=5.49
第五章 濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計
5.1加熱系統(tǒng)
由于該套模具的模溫要求在80°以下，又是中小型模具，所以無需設置加熱裝置。
5.2冷卻系統(tǒng)
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，塑件固化后，從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并迅速脫模。
因為PS黏度低流動性好，因為成型工藝要求模溫都不太高，所以常用溫水對模具進行冷卻。
PS的成型溫度和模具溫度分別260℃—280℃，32℃—65℃用常溫水對模具進行冷卻。
1.）冷卻介質(zhì)
冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，用水冷卻即在模具型腔周圍或內(nèi)部開設冷卻水道
2.）冷卻系統(tǒng)的簡略計算
如果忽略模具因空氣對流，熱輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進行初步和簡略計算。
1.）求塑件在固化時每小時釋放的熱量Q查《塑料制品成型與模具設計》表4——25
PS單位質(zhì)量放出的熱量Q=2.8 X102KJ/kg——3.5 X102 KJ/kg
取， Q1=3.5 X102KJ/kg 故
Q= Q1 X W0.215 X 3.5 X102 X60=4275KJ/h
式中，W—單位時間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（KJ/h）該模具每分鐘注射2次
所以，W=2 X102.5 X1.05=0.215kg/min
2.）求冷卻水的體積流量]
qv=WQ1/PC1(Q1-Q2)=215.25×3.5×102/[4.187×103×(25-20)]
=3.59×10-3m3/min
式中 ，e——冷卻水的密度，為1 X103kg/m3
c1——冷卻水的比熱容，為4.187kj/kg.℃
Q1——冷卻水出口溫度，取25℃
Q2——冷卻水入口溫度，取20℃
3.）求冷卻管道直徑
查《塑料制品成型及模具設計》表4-27，取f=6.84（水溫為25℃）
取d=8mm
求冷卻管道總傳熱面積A
由公式得，A=60WQ1/h△Q1=60×0.215×3.5×102 /h×[65-(25+20)/2]=22.4×10-3 m2
式中，△Q——模具溫度與冷卻水溫之間的平均溫度差（℃）
模具溫度取65℃
4.）計算凹模上座設冷卻管總長度（mm）由于傳熱面積A=πdL
所以。L=A/πd=22.4×10-3 (3.14×8×10-6)=0.887m
5.）求凹模所需冷卻水管根數(shù)
n=L/B (B為模具的寬度）
=0.887/0.315=2.8≈3孔
總結(jié)與展望
一、總結(jié)
通過本次畢業(yè)設計我學到了許多知識，我的畢業(yè)設計題目是錐形帶輪注塑模具設計。此次設計要綜合運用到我大學四年里所學到的理論知識和專業(yè)知識，并為即將踏入社會的我奠定了堅實的基礎。以下是我對這次的畢業(yè)設計的一些體會和心得：
這次畢業(yè)設計是一個理論與實踐相結(jié)合的過程，這次設計教會了我發(fā)現(xiàn)問題時如何去解決它。解決問題的方法有很多，但是哪一個更合理這就要通過自己的計算了。通過這次畢業(yè)設計，我還發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，比如想問題總是過于簡單化，考慮不全面，愛鉆死胡同，想到一個方案也不管是否合理就埋頭苦算，到最后還是要改。在今后的工作過程中我會做到揚長避短。
設計時，經(jīng)過不斷的到校圖書館認真地查找和借閱相關的參考資料，不但提高了個人查閱資料的能力，還擴闊了我的知識視野。本模具采用autoCAD設計，在畢業(yè)設計其間對軟件的理解與熟練程度得到了很好的提升。
二、今后研究方向
在設計的過程中，也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，沒有實踐條件，不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改，加上我自己的實踐經(jīng)驗又不多，這樣做出來的設計，難免有不足之處，希望老師能夠體諒。
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致 謝
本論文是在導師張老師的悉心指導下完成的，經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起工作學習的同學、朋友們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里，首先要感謝的是我的指導老師。張老師雖然工作繁忙，但是每周都抽出時間來親自指導和檢查督促我們做畢業(yè)設計，在我做畢業(yè)設計的每個階段，從開題報告到查閱資料，從設計草案的確定、修改，到中期檢查，再到后期詳細設計，裝備草圖等等整個過程中張老師都給予我悉心的指導。除了敬佩她的專業(yè)水平、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以外，她的科學研究的精神是永遠值得我學習的榜樣，并會一直積極影響我今后的工作和學習。
其次我要感謝我的父母和與我一起做畢業(yè)設計的同學們。父母給了我強大的精神動力，同學們在本次設計中勤奮工作克服許多困難來完成此次設計，并分擔了許多工作。如果沒有他們的支持和努力，此次設計的過程將變得非常困難。
我還要感謝的是學校圖書館的開放，讓我們有足夠的資料可以參考、查閱。還要感謝四年以來所有的老師，為我打下了專業(yè)知識的基礎；同時感謝所有的同學們，正因為有了你們的支持，本次畢業(yè)設計才會順利完成。
通過畢業(yè)設計，使我對塑料注射模具這門課程進一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當?shù)木嚯x，還需進一步的學習和實踐。
本設計由于時間緊和對知識掌握的程度有限，在設計上不很周詳，許多應該考慮的因素可能沒有體現(xiàn)出來。在設計過程中，我得到了老師的精心指導和各方面的幫助，才得以順利進行，在這里再次表達我的謝意。