塑料水槽及其注塑模具設(shè)計,塑料,水槽,及其,注塑,模具設(shè)計 0 引言 在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列經(jīng)濟(jì)政策的支持下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也有了較大的改善，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一。近年來，由于新技術(shù)的引進(jìn)，模具工業(yè)有了新的發(fā)展，了解國內(nèi)外模具發(fā)展的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，對于本畢業(yè)設(shè)計無疑具有很大的借鑒作用。 塑料模在國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀 塑料模是應(yīng)用最廣泛的一類模具。在國外，塑料模占模具行業(yè)的50%以上，而我國只有30%左右。國內(nèi)模具制造周期比國外長2-4倍，模具的質(zhì)量穩(wěn)定性也較差，總體水平與國外比尚有較大差距。而塑料模的主要應(yīng)用領(lǐng)域：汽車摩托車行業(yè)，家電電子行業(yè)在加入WTO后將會有更多的新產(chǎn)品開發(fā)，對各個檔次的模具需求均有大幅增長。 現(xiàn)代模具工業(yè)的發(fā)展趨勢 傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)，主要是根據(jù)設(shè)計圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。而現(xiàn)代模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能達(dá)到它的技術(shù)要求。當(dāng)前，整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭劇烈。為了適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發(fā)展趨勢： （1） 愈來愈高的模具精度。 （2） 日趨大型化模具。 （3） 擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù)。 （4） 進(jìn)一步發(fā)展多功能復(fù)合模具。 （5） 日益增多高擋次模具。 （6） 進(jìn)一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具。 （7） 增大塑料模具比例。 （8） 增多擠壓模及粉末鍛模。 （9） 日漸推廣應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)化。 （10） 大力發(fā)展快速制造模具。 塑性成型技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展 精密成形技術(shù)對于提高產(chǎn)品精度、縮短產(chǎn)品交貨期、減少切削加工和降低生產(chǎn)成本均有著重要意義。近!"年來，精密成形技術(shù)都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。精沖技術(shù)、冷擠壓技術(shù)、無飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、超塑性成形技術(shù)、成形軋制、液態(tài)模鍛、多向模鍛技術(shù)發(fā)展很快。除傳統(tǒng)的鍛造工藝外，近年來半固態(tài)金屬成形技術(shù)也日趨成熟，引起工業(yè)界的普遍關(guān)注。所謂半固態(tài)成形，是指對液態(tài)金屬合金在凝固過程中經(jīng)攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)，固液相共存的半固態(tài)坯料進(jìn)行各種成形加工。它具有節(jié)省材料、降低能耗、提高模具壽命、改善制件性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，并可成形復(fù)合材料的產(chǎn)品，被譽(yù)為&$世紀(jì)新興金屬塑性加工的關(guān)鍵技術(shù)。此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金屬粉末鍛造成形，金屬粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形以及塑料注射成形中熱流道技術(shù)，氣體輔助技術(shù)和高壓注射的成功應(yīng)用，大大擴(kuò)充了現(xiàn)代精密塑性成形的應(yīng)用范圍。 國內(nèi)塑性成形技術(shù)與國外相比還有一定的差距，加入WTO之后，為了塑性成形技術(shù)逐步達(dá)到國際水平，需在如下六方面不斷研究，不斷提高： （1）塑性成形:有限元分析金屬流動；數(shù)值仿真金屬流動；成形工藝過程模擬，預(yù)測缺陷；納米材料（超細(xì)、微細(xì)晶粒）成形，微觀視塑法；快速原型成形。 （2）模具設(shè)計:計算機(jī)輔助設(shè)計；反（逆）向工程；并行工程；快速設(shè)計；協(xié)同設(shè)計；人工智能；基于知識的工程；基于事例的推理；基于模型的推理；集成化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)；多學(xué)科多功能綜合技術(shù)；特征技術(shù)。 （3）模具結(jié)構(gòu):標(biāo)準(zhǔn)化模具；模塊單元組合模具；基于Web的CAPP體系結(jié)構(gòu)；納米模具。 （4）模具材料： A：基本材料：新型模具材料（冷作、熱作）；鋼結(jié)硬質(zhì)合金。 B：表面工程技術(shù)：熱擴(kuò)滲技術(shù)；熱噴涂與熱噴焊技術(shù)；復(fù)合電鍍與復(fù)合電刷鍍技術(shù)；化學(xué)鍍技術(shù)；物理氣相及化學(xué)氣相沉積技術(shù)；高能束（激光束、離子束、電子束）技術(shù)；稀土表面工程技術(shù)；納米表面工程技術(shù)。 （5）模具制造：數(shù)控；電火花；線切割；超精加工；高速銑削；計算機(jī)集成制造系統(tǒng)；快速模具制造；柔性制造系統(tǒng)；敏捷制造系統(tǒng)；虛擬制造系統(tǒng)；智能制造系統(tǒng)；協(xié)同制造系統(tǒng)；精益生產(chǎn)體系；綠色制造系統(tǒng)；信息管理系統(tǒng)。 （6）綠色環(huán)保技術(shù)：無色熱鍛潤滑劑（削除烏煙骯臟）；拉深潤滑劑（可完全揮發(fā)的）；無噪聲技術(shù)；消震、隔震技術(shù)。 針對國內(nèi)模具發(fā)展的現(xiàn)狀，本設(shè)計在水槽及其模具的設(shè)計中采用了UG軟件系統(tǒng)作為模具開發(fā)工具。從提高經(jīng)濟(jì)效益著手，在模具的設(shè)計中，在確定型腔數(shù)目時，將模具制造與注塑成型同時考慮，采用了一模四腔的方案。在水槽設(shè)計中，在滿足質(zhì)量要求的前提下，充分考慮了水槽的外觀，去掉了水槽中心的澆道，制品的擺放位置和傳統(tǒng)的相差了180度，這樣在制品被頂出的時候就不會影響到其外觀。 1 水槽及其注塑模具設(shè)計總體方案 1.1 總體方案論證 本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)包括塑料水槽及其模具的設(shè)計，水槽部分的設(shè)計應(yīng)該充分考慮到它的拔模角度，因為如果制品的尺寸較大，必須使用大的拔模角度才能完成其開模。水槽模具的設(shè)計部分則應(yīng)考慮冷卻水道的分布是否合理，是否能夠很好地冷卻制品而且不影響其它零件的安排。頂出銷頂出的部位是否會影響到制品的外觀面。還有就是澆道的布置，不禁要在材料填充時充分填充，而且不能設(shè)置在制品的外觀面上。最初，我的澆口設(shè)計在水槽中心，由于考慮到這個問題，我去除掉了這個澆道。還有一個和以往設(shè)計不同的地方就是制品的擺放位置和傳統(tǒng)的相差了180度，這樣在制品被頂出的時候就不會影響到其外觀。 2 塑料水槽設(shè)計部分 2.1 UG軟件設(shè)計部分 本次畢業(yè)設(shè)計的水槽設(shè)計和水槽模具的設(shè)計部分，我都是在UG軟件里完成的。 Unigraphics（簡稱UG）是美國UGS公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，是全球應(yīng)用最普遍的計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造、輔助工程（CAD/CAM/CAE）一體化的軟件系統(tǒng)之一，在全球已經(jīng)眾多用戶，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、飛機(jī)、電器、化工等各個行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、制造與分析。[6] 在UG中，模型是由各種特征通過一定的組合關(guān)系和位置關(guān)系組合在一起的試題。盡管對模型中各種特征的建立順序與組合方法沒有限制，但為了建立一個好的零件或產(chǎn)品模型，減少模型編輯過程中相關(guān)相關(guān)更新時出現(xiàn)錯誤的幾率，一般根據(jù)零件或產(chǎn)品的加工順序來作為建立模型中各特征的順序，采用的特征一般也盡可能采用與加工形狀相一致的特征。 當(dāng)然，CAD/CAM系統(tǒng)中的建模過程不可能與實際加工過程一致，所采用的建模特征也與加工時的形狀不同，不要拘泥于實際加工方法。具體建模時，可大致遵循以下的過程，簡單地說就是從粗到細(xì)的過程。由于模型的最終結(jié)果是實體，以下工程中只包含了直接進(jìn)行實體建模的一些操作。對一些比較復(fù)雜的模型，不能直接采用實體建模的操作建立時，可采用自由曲面操作逐個建立實體的表面，在縫合成實體或采用其他方法形成實體。 2.1.1 選擇基礎(chǔ)特征 選擇基礎(chǔ)特征相當(dāng)于準(zhǔn)備一個毛坯。推薦使用以下特征作為基礎(chǔ)特征： 掃描體：拉伸體（Extruded Body）、旋轉(zhuǎn)體（Revolved Body）、管道（Tube）。 體素：塊（Block）、圓柱（Cylinder）、圓錐（Cone）、球（Sphere）。 一般只使用以上特征中的某一個作為基礎(chǔ)特征（特別是對體素特征），優(yōu)先選用以草圖曲線作為截面曲線建立的拉伸體或旋轉(zhuǎn)體。 2.1.2 建立模型的大體形狀 建立模型的大體形狀相當(dāng)于對毛坯進(jìn)行粗加工。推薦使用以下特征建立模型的大體形狀。 添加材料的特征：凸臺（Boss）、凸墊（Pad）。 去除材料的特征：孔（Hole）、腔（Pocket）、直槽（Slot）、環(huán)槽（Groove）。 掃描特征：拉伸體、旋轉(zhuǎn)體，用非坐標(biāo)平面上建立的草圖作為截面曲線，可用于添加材料或去除材料。 用戶自定義特征（User Defined Feature）：可用于添加材料或去除材料。 2.1.3 對模型進(jìn)行細(xì)化 對模型進(jìn)行細(xì)化相當(dāng)于對粗加工后的模型進(jìn)行精加工?？墒褂酶鞣N特征操作來細(xì)化模型，完成對模型的建立： 布爾操作：并（Unite）、差（Subtract）、交（Intersect），一般在操作過程中完成（有些是自動完成），不需單獨(dú)的布爾操作。 倒圓倒角：邊倒圓（Edge Blend）、面倒圓（Face Blend）、軟倒圓（Soft Blend）、倒角（Chamfer）。 其他操作：修剪體（Trim Body）、鏤空（Hollow）、特征引用（Instance）、拔斜度（Taper）、補(bǔ)片體（Patch Body）、縫合（Sew）[6] 我所用的畢業(yè)設(shè)計可以直接在建模部分里完成，不必借助于草圖。因為如果在草圖部分完成，所設(shè)計的很多地方都有參數(shù)關(guān)系，如果改變一個參數(shù)，那么其它地方也會跟著受到影響。而直接在建模部分來進(jìn)行設(shè)計的話，在覺得不滿意的部分可以隨意的修改的。我覺得這是UG一個很大的特色。 比如說水槽制品的設(shè)計過程： 在建模狀態(tài)下，用造型特征中的 塊命令直接建立一個大小相當(dāng)?shù)膶嶓w出來，或者根據(jù)線結(jié)構(gòu)，用定義矩形四個頂點(diǎn)的方法作出一個矩形，然后通過拉伸命令把矩形拉成矩形體。 水槽上面因為有一個邊，是突出來的，那么就可以根據(jù)尺寸在矩形體的上表面開始往下定義在相應(yīng)的位置修剪形體，在所得到的上部實體邊緣進(jìn)行補(bǔ)正，得到所需要的尺寸。此時水槽是兩個分開的部分，但這個時候兩部分還不能結(jié)合，因為在這部分分開后，要對水槽下面部分進(jìn)行鏤空操作。 對水槽的上表面進(jìn)行鏤空可以得到除上表面之外的五個實體面都有了一定的厚度，在本設(shè)計中各個實體面取的是同樣的厚度。這樣就可以的到水槽內(nèi)部中空部分，但是此時水槽被分開的上半部分中間還沒有鏤空，這時可以析出下面部分的四側(cè)內(nèi)表面進(jìn)行拉伸，然后對上部分進(jìn)行切開形體，四邊全部全部切開后將上面得到的四塊實體以及下面的實體進(jìn)行結(jié)合，就可以得到水槽的大概形狀。 水槽的底部有一個臺階孔，UG軟件里有專門做孔和凸臺的命令，但是，按我個人的經(jīng)驗來說，用做孔和凸臺的命令定位比較復(fù)雜，所以我選擇用做出圓柱實體出來，然后兩個實體進(jìn)行布爾運(yùn)算的相并或相差，這樣一來就可以的到你所希望得到的圓孔或圓臺。根據(jù)這個思路，我先在需要做凸臺的地方做出一個圓，用拉伸命令得到圓柱實體，這個實體的長度不要超出水槽的內(nèi)表面即可，量測凸出外表面的地方與水槽外表面的距離，“多退少補(bǔ)”，進(jìn)行補(bǔ)正。然后兩個實體用布爾運(yùn)算并成為一個實體。以同樣的圓心做最小的圓孔的基本圓，拉伸為實體，這個實體超出水槽的內(nèi)外表面，兩實體用布爾運(yùn)算作差運(yùn)算，得到較小的通孔。再以同樣的方法，根據(jù)臺階孔低于內(nèi)表面的尺寸做圓柱作差運(yùn)算得到臺階孔。 水槽上面邊上下側(cè)有環(huán)槽,可以采用修剪形體的方法來進(jìn)行處理。首先把水槽下半部分的外表面析出并縮放，或者利用上下部分的交線用三點(diǎn)的方式進(jìn)行切開形體，都可以得到同樣的效果。然后把交線向外補(bǔ)正到需要的位置，這個補(bǔ)正可以用曲線補(bǔ)正，這樣可以比較方便一點(diǎn)。得到需要的曲線之后進(jìn)行Z方向的切割，然后將曲線轉(zhuǎn)換，在Z方向平移，平移的距離為槽的深度，再進(jìn)行X、Y方向的切割，將多出的實體刪除，剩下的部分進(jìn)行結(jié)合，水槽的大致形狀就已經(jīng)得到了。 最后的步驟就是倒圓角，在所有需要倒角的部分進(jìn)行倒圓角，所倒的圓角的大小有參考資料和實際情況決定。 對于UG我的最大的感受就是不用草圖，可以在建模狀態(tài)下隨心得到所需要的結(jié)構(gòu)形狀。 2.2 塑料水槽的參數(shù)確定 2.2.1 制品的材料選擇 低壓聚乙烯，由于含有較高的相對分子質(zhì)量、密度、結(jié)晶度，因此質(zhì)地堅硬，耐寒性能良好，在70℃時還保持柔軟?；瘜W(xué)性能很高，能耐酸堿及有機(jī)溶劑。吸水性極小，有很突出的電氣性能和良好的耐輻射性。用火焰噴涂法或靜電噴涂法涂于金屬表面，可以達(dá)到減摩和防腐蝕的目的。缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度不高，熱變 溫度很低，故不能承受較高的載荷。[4]低壓聚乙烯這種材料比較符合這里的要求，因此選擇低壓聚乙烯作為制造水槽。 2.2.2 壁厚的確定 根據(jù)原則上的要求，制品的壁厚要均勻。其理由大致有兩條：一是因為成型周期中的冷卻時間是由制品壁厚決定的，即若某一部分較厚，那么冷卻時間受厚的部分影響而延長成型周期，使成型效率降低。二是，因為冷卻中的樹脂在凝固過程中繼續(xù)收縮，若壁厚不均，則造成收縮不均，產(chǎn)生縮孔或者討厭的內(nèi)部應(yīng)力，以致發(fā)生變形或開裂。 確定壁厚時需要注意的重點(diǎn)事項如下： （1）是否具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； （2）是否具有足夠的脫模強(qiáng)度； （3）是否使沖擊力均勻分散； （4）能否防止因嵌入金屬嵌件而引起的開裂； （5）能否增強(qiáng)因制品的成型孔產(chǎn)生的熔接痕強(qiáng)度； （6）能否防止薄壁部位的燒傷和厚壁部位的縮孔； （7）是否充分考慮了薄壁及棱邊部位的樹脂流動性，能否防止填充不滿的現(xiàn)象。[1] 因為該制品為水槽，可家用，也可用于工業(yè)中，因此我的壁厚確定在7mm，以保證起強(qiáng)度。 2.2.3 拐角部圓角的確定 內(nèi)部應(yīng)力集中在面與面的相交處,即集中在拐角處。為了減少變形，在根部設(shè)置圓角可使應(yīng)力分散，同時還能改善樹脂的流動性，也有利于脫模。[1] 通過改變壁的厚度T與R的比例，其應(yīng)力系數(shù)也相應(yīng)改變。當(dāng)R/T為0.3以下時，應(yīng)力急劇增加，而R/T為0.8以上時，則應(yīng)力的增加反而不明顯。 此次設(shè)計的制品需要內(nèi)外壁都做成圓角,由上表可以取拐角的內(nèi)側(cè)做圓角,其R為1/2壁厚。這種作法減少了應(yīng)力集中，使拐角處壁厚增加了1/3。制品在外側(cè)也設(shè)置圓角，其R為2/3壁厚，這是最合理的設(shè)計。因此，制品的內(nèi)側(cè)圓角為3.5mm，外側(cè)圓角為10.5mm。 2.2.4 加強(qiáng)筋的選擇 塑件的結(jié)構(gòu)形狀，往往是由許多壁面所組成的。對于其中較大的平面，由于增加壁厚在工藝上受到限制，為了滿足使用上對強(qiáng)度、剛度的要求，就要設(shè)置加強(qiáng)筋。 設(shè)計加強(qiáng)筋時，應(yīng)使中間筋低于外壁0.5mm以上，這樣使支承面易于平直。[3] 在本制品的設(shè)計中，我決定采用六根加強(qiáng)筋，來滿足使用上對強(qiáng)度、剛度的要求。 2.2.5 注塑模成型零件的脫模斜度 在加工制造成型零件時,為了使塑件成形后易于從模具型腔內(nèi)脫出，在垂直于分型面的凸模與凹模表面上必須制出脫模斜度。脫模斜度大小，可根據(jù)塑件形狀、壁的薄厚、成形高度等因素來決定。在不影響塑件質(zhì)量及精度情況下，應(yīng)盡量選取最大值。 在加工與制造時，型腔的尺寸應(yīng)以大端為準(zhǔn)，而斜度應(yīng)從大端尺寸向小端進(jìn)?。恍托镜某叽缜『眠M(jìn)取方向相反，應(yīng)以小端尺寸為準(zhǔn)，斜度應(yīng)從小端向大端方向進(jìn)取。[2] 為使制品在成型過程中能夠順利地從型腔中脫出以及順利地型芯中被頂出，制品必須設(shè)有脫斜度。其脫模斜度的大小隨制品表面粗糙度、形狀以及尺寸精度的不同而不同，但通常最小不能低于0.5o。 對于高光亮且透明的制品（PMMA，S/AN，PC，等）為保證在脫模過程中，制品的內(nèi)外表面都不會被劃傷，其型腔與型芯的脫模斜度，最小不得低于2o。 在成型長寬比超過5：1，且在模具中沒有太多的位置設(shè)置頂桿的制品時，為防止制品收縮與變形，往往施以較大注塑壓力，因此應(yīng)給予這類制品加大的脫模斜度，通常不低于8o。 當(dāng)制品中出現(xiàn)透孔時，由于塑料對成型制品透孔的芯子有較大的“抱緊”現(xiàn)象，因此需要給其較大的脫模斜度。 在許多制品中沒有較淺的凹臺、凸臺、筋等。 大多數(shù)圖紙中這類形狀不標(biāo)注脫模斜度，但設(shè)計者應(yīng)當(dāng)注意，這些形狀的公差范圍必須要滿足在模具制造是其脫模件斜度的需要。[4] 這里制品選用的材料為聚乙烯，但制品的尺寸較大，必須選擇較大的脫模斜度，所以選取脫模斜度為4.7o。孔的脫模斜度選為10o 2.2.6 制品的尺寸公差 一般模具成型零件的公差約為制品相應(yīng)尺寸公差的1/3~1/4。從對制品公差的比例來說，這可能被認(rèn)為是要求過分的高精度。這是為了避免因公稱尺寸的尺寸公差過大，而造成壁厚誤差增大難以確保制品特有的薄壁尺寸所必須的精度。在成型零件的尺寸上也有一些尺寸不標(biāo)注公差，但在必須精確的部位，如孔的中心距及位于公稱尺寸端部的壁厚等就必須標(biāo)注公差。表5.4表示這些尺寸的公差。 表5.4 制品的尺寸公差 (單位mm) [1] 尺 寸 公 差 一 般 圓孔的中心距 公稱尺寸端部的壁厚 63以下 63~250 250~1000 ±0.07 ±0.1 ±0.02 ±0.03 ±0.04 ±0.05 ±0.07 ±0.1 ±0.2 由于本制品尺寸較大，所以應(yīng)該采用單型腔模具，而對于單型腔模具制品其尺寸精度也有一定的要求。 一般在制品成型后經(jīng)24小時才能測定其尺寸，這是因為在那段時間內(nèi)，后收縮已大體穩(wěn)定在某一程度。尺寸精度不是盲目的成型就可以得到的；還有，盡管模具精度加工得很高，也不一定能夠成型出高精度的制品?？墒牵炔畹哪＞邿o法成型出高精度制品確是實際狀況。只有齊備合理的制品設(shè)計、模具設(shè)計、成型條件三方面，才能成型出高精度的制品。其中尤以需要足夠的注塑時間使其充分填充是關(guān)鍵因素。圖紙上所要求的尺寸精度能否成型，往往是有疑問的。關(guān)鍵是要做到不看尺寸標(biāo)準(zhǔn)表，事先就知道能否成型的精度的限度。 不由模具直接確定尺寸的公差及尺寸范圍（單位mm） 使用樹脂的種 類 適 用 部 位 尺 寸 范 圍 ∫ 6 6 ∫ 1 8 18 ∫ 30 30 ∫ 50 50 ∫ 80 80 ∫ 120 120 ∫ 180 180 ∫ 250 250 ∫ 500 聚苯乙烯注塑成型數(shù)脂 （例） DIN類型 501，502 聚丙烯酸酯及聚乙烯咔唑作為基材的注塑成型樹脂 沒有指定公差的尺寸 所有尺寸 （除厚度） ± 0．1 ± 0．1 ± 0．15 ± 0．25 ± 0．4 ± 0．6 ± 0．8 ± 1．0 商 定 除在壁厚 開模方向的 壁厚 ± 0．25 ± 0．08 ± 0．1 ± 0．15 ± 0．2 ± 0．25 ± 0．3 ± 0．3 商 定 與尺寸范圍有關(guān)的尺寸是高度尺寸 指定公差的尺寸 所有尺寸 （除壁厚） 0．2 0．25 0．3 0．35 0．45 0．6 0．8 1．0 商 定 壁 厚 ± 0．05 ± 0．08 ± 0．1 ± 0．15 ± 0．2 ± 0．25 ± 0．3 ± 0．3 商 定 與尺寸范圍有關(guān)的尺寸是高度尺寸 開模方向的壁厚（底部厚度） 0．15 0．15 0．2 0．2 0．25 0．25 0．3 0．3 商 定 與尺寸范圍有關(guān)的尺寸比例在箱體制品上， 是其最大長度或最大直徑 收縮率的確定 因為本設(shè)計產(chǎn)品為聚乙烯制品，所以對其制品質(zhì)量要求有最小的縮水率，在該制品的設(shè)計中我主要采用延長注射柱塞在前進(jìn)位置的保壓時間，補(bǔ)償樹脂填充到模具后因溫度下降而產(chǎn)生的收縮率,也可以減少收縮量。 根據(jù)《注塑成型模具》（中國石化出版社，1989.3）可以知道減少制品的收縮對澆口的尺寸和樹脂的供給條件沒有顯著的影響。 因此，對于該制品的收縮率最終確定在0.25%。[1] 3 水槽模具設(shè)計部分 3.1 確定型腔數(shù)目 模具中的型腔數(shù)目的確定是一項綜合項目，首先應(yīng)考慮注射機(jī)的各項規(guī)定及工作性能，以及考慮制品的精度要求，模具制造的費(fèi)用等。 （1）從注射機(jī)的塑化量與模具最多型腔數(shù)的關(guān)系 式中 N----最高型腔數(shù) T ---成型周期（s） R ---塑化能力（kg/h） V ---塑件和流道體積（kg/cm3） （2）從注射機(jī)的鎖模力與模具最多型腔數(shù)的關(guān)系 式中 f ---防止飛邊出現(xiàn)的安全系數(shù)（取1.2~1.5） F ---最大鎖模力（kN） P ---最大注射壓力(MPa) A ---制品及流道的投影面積（cm2） 從圖中可以看出，型腔數(shù)目與模具制造費(fèi)用成正比關(guān)系，隨著型腔數(shù)目的增加，模具制造費(fèi)用也相應(yīng)增加。 （3）模具的成本與型腔數(shù)目的關(guān)系。通常認(rèn)為，模具中每增加一個型腔，所成型的制品精度將下降4%，對精度要求高的制品，隨著型腔數(shù)目的增加，模具的制品精度也勢必隨之增加，因而導(dǎo)致其制造成本也加大。三者之間的關(guān)系如圖所示。 型腔數(shù)目與模具費(fèi)用關(guān)系 模具總費(fèi)用 = 模具基本費(fèi)用 + 型腔數(shù)目 ×單型腔費(fèi)用，即 （4）成型費(fèi)用與模具型腔數(shù)目的關(guān)系。如果從注塑成型的角度來看，尤其對尺寸較小的制品（尺寸較小的制品，一模一腔與一模多腔所用的注塑機(jī)規(guī)格相差無幾），用同樣的注塑設(shè)備，同樣的成型周期以及同樣的人工成型適當(dāng)型腔數(shù)目的制品比成型一模一腔的制品要經(jīng)濟(jì)得多。型腔數(shù)目與成型費(fèi)用的關(guān)系如圖所示。 型腔數(shù)目與成型費(fèi)用關(guān)系 從圖中可以看出，型腔數(shù)目從一模一腔增加到一模具四腔時，其成型費(fèi)用大幅度降低，但是型腔數(shù)目從一模四腔再往上增加時，其成型費(fèi)用則無明顯的變化，這是因為隨著型腔數(shù)目的增加，其成型難度將會加大，并且如果型腔數(shù)目太多，其模具外型必然也得加大，導(dǎo)致所使用的注塑設(shè)備的規(guī)格也隨之加大，其關(guān)系式： 式中 P----成型總費(fèi)用 P----成型基本費(fèi)用 P----單一型腔的成型費(fèi)用 N----型腔數(shù)目 另外，隨著型腔數(shù)目的增加，其成型故障會隨之增加，并且模具維修的難度也會隨之增加。因此，在確定型腔數(shù)目時，應(yīng)將模具制造與注塑成型同時考慮，選出最佳方案。[]P117 3.2 型腔分型面及澆注系統(tǒng) 3.2.1 分型面的方向盡量采用與注射機(jī)開模呈垂直的方向，特殊情況下才采用與注射機(jī)平行的分型面。 在設(shè)計模具之前,必須合理地選擇分型面,一般應(yīng)遵循下述原則： （1） 為有利于塑件的脫模，分型面應(yīng)使塑件在開模時留在有脫模機(jī)構(gòu)的那一部分，即通常應(yīng)是在動模部分。 （2） 當(dāng)塑件內(nèi)有嵌件時，由于嵌件不會收縮而造成粘附在型腔內(nèi)，故型腔應(yīng)考慮設(shè)計在動模部分，而不應(yīng)設(shè)計在定模部分。 為便于模具加工，考慮斜分型面要比平直分型面的型腔部分容易加工。 （3） 當(dāng)塑件側(cè)面有凹凸形狀及型孔需要采用側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)時，使側(cè)抽芯型芯盡可能安放在動模上，而避免在定模部分抽芯。 （4） 對有同軸度要求的塑件，盡可能將型腔設(shè)計在同一個型面上。 （5） 在保證塑件順利地從型腔內(nèi)脫出的前提是，最好不選在光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處，以不影響塑件的外觀質(zhì)量。 （6） 當(dāng)分型面作為主要排氣面時，應(yīng)將分型面設(shè)在料流的末端，以利排氣。一般在分型面的凹模一側(cè)開設(shè)一條深0.025~0.1mm、寬1.5~6mm的排氣槽，也可利用頂桿、型腔或型芯鑲塊進(jìn)行排氣。 此外，在選擇分型面時，除了尊重上述原則外，還應(yīng)充分考慮到，分型面選擇后應(yīng)有利于成型并防止過多的溢料，應(yīng)使飛邊不宜過大等諸因素。[2]P250、[3]P200 3.2.2 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴接觸處到型腔為止的塑料熔體的流動通道。澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿到型搶的各個深處，并在填充及凝固過程中，將注射壓力傳遞到型搶的各個部分，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則 澆注系統(tǒng)的確定，在模具設(shè)計中是一個重要環(huán)節(jié)。設(shè)計時，必須對塑件所用的材料、幾何形狀、所用設(shè)備以及可能產(chǎn)生缺陷的部位等作一全面分析。有時，還須同時考慮模具結(jié)構(gòu)及分型面的確定。一般說來，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，不許注意以下幾項原則： （1） 澆注系統(tǒng)必須考慮塑料的流動特性，注意溫度和剪切速率對熔體的影響，保證桶體在澆豬系統(tǒng)內(nèi)快而不紊的順利通過。 （2） 為使熔體流動阻力小，應(yīng)盡量避免熔體正面沖擊小直徑的型芯或脆弱的金屬嵌件，以見效壓力損耗以避免型芯或嵌件的變形。同時，也要考慮成型后，由于冷卻收縮，是否會使塑件產(chǎn)生嚴(yán)重的翹曲變形。 （3） 一模多腔時，防止大小懸殊的塑件放在同一副模具內(nèi)成型，因為著不利澆注系統(tǒng)的設(shè)計。 （4） 進(jìn)料口位置與形狀的選擇，應(yīng)結(jié)合塑件的形狀和技術(shù)要求確定，做到既修整方便，又無塑件的美觀及使用。有時由于進(jìn)料口處有收縮現(xiàn)象，而塑件在此部位有要求，應(yīng)考慮整修交工余量。 （5） 在保證成型質(zhì)量的前提下，盡量縮短流程，以縮短成型周期和減少塑料用量。[3]P201 3.2.3 澆口種類 澆口雖然與成形性及內(nèi)部應(yīng)力有較大的影響，但實際情形，大多單純依據(jù)成形品形狀決定，必須使用合適于成形品之澆口及流道。 直接澆口： 一般情形，此為成形性良好之澆口，但由于在成形品表面及內(nèi)面設(shè)置有澆口位置，必須對此切斷，研磨等后加工，但在外觀上仍可能有澆口殘跡顯示。但射出壓力損失小，對任何材料成形，俱較容易，良好利用于大形深入之成形品。反之，成形材料用于平而淺之成形場合，成形后產(chǎn)生“翹曲”，“扭曲”，必須注意。 再者，澆口部里面沒有冷卻溶渣集中部，防止材料流入于型穴中，此也變成為成形上必要事項。 再者，成形后有剩留應(yīng)力集中于澆口附近，為發(fā)生罅裂之原因之場合，則澆口之選定，應(yīng)對此點(diǎn)考慮。 成形品深者，使用成形機(jī)沖程只最大限，以便取出成形品，注道盡可能縮短，使在最小之開模限度內(nèi)取出。如此情形成形能率也為良好，有良好的結(jié)果。此中場合，使用演唱噴嘴也為方法之一。 由于成形作業(yè)關(guān)系，澆口部口徑也不宜過大，需合適于成形品之大小及肉厚，使成形品已固化而術(shù)道尚在半熔融狀態(tài)，必須保有此種冷卻時間，否則成形能率惡劣。但是大形成形品為成形非常困難之物品，當(dāng)然注道應(yīng)有粗而短之設(shè)計。[5] 這里的水槽采用直接澆口。 3.2.4 在設(shè)計注射模時，一般應(yīng)遵循下述原則： （1） 選用合理的模具結(jié)構(gòu)。合理的模具結(jié)構(gòu)是獲得正確的塑件尺寸和形狀的主要條件之一。 （2） 塑件的側(cè)孔和側(cè)凹，盡量要有模具一次成形。故在設(shè)計模具時，為了獲得側(cè)孔及側(cè)凹，應(yīng)考慮嵌鑲抽芯機(jī)構(gòu)。 （3） 所設(shè)計的模具的推桿頂出機(jī)構(gòu)，要在使用時推出迅速可靠。 （4） 所設(shè)計的模具，在零件成形后，其澆道、澆口的去除應(yīng)容易。在設(shè)計時盡量要采用潛伏澆口或能自動脫落的點(diǎn)澆口。 （5） 用模具注射成形的零件，其表面粗糙度應(yīng)細(xì)微、硬度要高，使用壽命要長。 （6） 所設(shè)計的模具應(yīng)制造容易、生產(chǎn)周期要短、成本要低廉。 （7） 在選擇分型面時，要確保塑件應(yīng)在注射后留在動模一側(cè)。 （8） 要選擇同意成型的澆道和流道。 在設(shè)計模具時，要選擇能迅速冷卻型腔與型芯的冷卻水道。 （9） 所設(shè)計的模具，應(yīng)易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，并長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不出故障。[2]P279 3.3 注射成型模具零部件的設(shè)計 3.3.1 成型零件 （一）成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1．型腔的結(jié)構(gòu)形式 如圖1所示，為最簡單的一種整體式型腔的結(jié)構(gòu)，它由整塊金屬加工而成，其特點(diǎn)是牢固，不易變形，成型塑件的外觀質(zhì)量好，因此對于成形簡單，容易制造或形狀雖比較復(fù)雜，但可以用仿形機(jī)床等特殊加工方法加工的場合是適宜的。圖2為整體嵌入式凹模，型塊加工后鑲?cè)肽０宓亩喾N形式。 2．型芯的結(jié)構(gòu)形式 型芯是用來成型塑件內(nèi)表面的零件，型芯也有整體式和組合式之分。形狀簡單的主型芯和模板可做成整體的，如圖3（a）所示。形狀比較復(fù)雜或形狀雖不復(fù)雜，但從節(jié)省鋼材，較少加工量考慮多采用組合形式，圖畫（b）為最常用的連接形式，即用軸肩和底板連接，（c）、（d）為其它良種連接形式。[3] 這里水槽由于型芯面為外觀外觀面，所以，如果用整體式，用頂出桿頂出，則會影響水槽的外觀，因此采用（c）圖的型芯，直接抽離成品，就不會影響外觀面。[3]P210 （二）成型零件的工作尺寸計算 所謂工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸、型芯的高度尺寸和型腔的深度尺寸、中心距尺寸等。任何塑件都有一定的尺寸要求，有些塑件還有特殊精度要求。影響塑件精度的因素很復(fù)雜，主要有以下三方面：成型零件本身的制造公差；成型零件在使用過程中的磨損；成型收縮率的波動。模具設(shè)計工程中確定成型零件的工作尺寸時必須考慮上述因素，否則就難以保證塑件的尺寸達(dá)到預(yù)定的要求。 1．徑向尺寸計算 （1）型腔的徑向尺寸。一直在給定條件下塑料的平均收縮率為S，塑件的名義尺寸為L（最大尺寸）及其允許公差值⊿（負(fù)偏差），如塑件上原有公差的標(biāo)注方法與此不符合，則應(yīng)按此規(guī)定換為單向負(fù)偏差，這時候塑件平均徑向尺寸為L-⊿/2。型腔名義尺寸為L（最小尺寸），公差值δ（正偏差），型腔的平均尺寸為L+δ/2，考慮收縮量S和磨損δ，并以型腔磨損到最大磨損值一半時計，則有 （2）型芯的徑向尺寸計算。已知在給定條件下的平均收縮率S ，塑件的名義尺寸L （最小尺寸）和塑件允許的公差值⊿（正偏差），則塑件平均徑向尺寸為L+⊿/2。 型芯的名義尺寸為L （最大尺寸），制造公差δ為負(fù)值，經(jīng)過和上面型腔尺寸類似的推導(dǎo)，可得 標(biāo)注上制造偏差后，得 2．型腔的深度和型芯的高度尺寸計算[3]P212 （1）型腔的深度尺寸。規(guī)定塑件高度民主名義尺寸H為最大尺寸，公差以負(fù)偏差表示。型腔深度名義尺寸H為最小尺寸，公差以正偏差表示。型腔的底部和型芯的端面都與分型面分型面平行，在脫模過程中磨損量很小，磨損裕量δ不予考慮，則有 令δ=⊿/3，并略去 ，標(biāo)注上制造偏差后，得 （2）型芯的高度尺寸計算。這時規(guī)定塑件孔深的名義尺寸H 為最小尺寸，偏差⊿為正偏差，型芯高度的名義尺寸H 為最大尺寸，尺寸偏差為負(fù)偏差，可得型芯高度的工作尺寸為 標(biāo)注上制造偏差后得 (三)成型零件的剛度、強(qiáng)度校核 型腔要能承受高壓熔體的壓力，因此，應(yīng)具有足夠的壁厚。如壁厚不夠可表現(xiàn)為剛度不足，即產(chǎn)生過大的彈性變形，也可表現(xiàn)為強(qiáng)度不夠，即型腔發(fā)生塑性變形甚至破裂。模具型腔在注射時，當(dāng)型腔全部被充滿的瞬間，內(nèi)壓力達(dá)到極大值，然后隨塑料的冷卻和澆口的封閉，壓力逐漸降低，在開模時接近常壓。型腔壁厚計算以最大壓力為準(zhǔn)，理論分析和實踐證明，對于大尺寸的型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)按剛度計算；而小尺寸的型腔則以強(qiáng)度不足為主要矛盾，因此需按強(qiáng)度計算。常用的型腔側(cè)壁和底板厚度計算公式，綜合列于下表中。[3]P216 式中 h1-----側(cè)壁厚度； L-----型腔側(cè)壁長度 h2-----底板厚度 L1----底板受壓長度 P-------型腔壓力 b------型腔受壓長度 E------鋼的彈性模量 a-----型腔深度 r----型腔內(nèi)半徑即塑件外徑 B------底板總寬度 m----泊桑比 B1----底板受壓寬度 [σ]----許用應(yīng)力 C-----常數(shù) δ----容許變形量 隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化工作的推廣及模板的規(guī)格化，型腔的壁厚及底板厚度也可隨著選用規(guī)格的確定而決定了，必要的情況下，再利用上述公式進(jìn)行校核。 3.4 其它輔助結(jié)構(gòu)件 這里所指的結(jié)構(gòu)件，包括除澆注系統(tǒng)及成型零件外的大部分零件，主要起安裝、導(dǎo)向、裝配、冷卻、加熱以及機(jī)構(gòu)動作等作用。 （一） 導(dǎo)向零件 在注射成型模具中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是必不可少的部件，它主要起定位、導(dǎo)向及承受側(cè)壓等作用，比較常見的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，另外還有錐面導(dǎo)向和斜面導(dǎo)向等。 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔或?qū)椎呐浜蟻砥鹱饔玫?。因此，對?dǎo)柱的結(jié)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)要求：①導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面高出版事業(yè)~8mm，以免導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而凸模被碰壞;②導(dǎo)柱的端部做成錐形或半球形的先導(dǎo)部分,使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔;③導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面,堅韌而不易折斷的內(nèi)芯。因此，導(dǎo)柱多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理，或用碳素工具鋼經(jīng)淬火處理，硬度為HRC50~55，導(dǎo)柱裝入模板多用 過渡配合 ，導(dǎo)柱的配合部分粗糙度要求 。 （二） 裝配固定零件 1、固定板 固定板是用以固定型芯或型腔、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、拉料桿等固定安裝用的，因此固定板要有一定的強(qiáng)度。為保證型芯或其它零件固定穩(wěn)固，固定板也應(yīng)有足夠的厚度。一般固定板厚度視被固定零件的長度和最大模厚而定，中小型模具可自愛20~80mm之間。外形尺寸隨型腔模板的外形尺寸的大小而確定。 2、墊板 墊板是蓋在固定板后面的平板，是防止固定板上的型芯、導(dǎo)柱、拉料桿等脫出固定板，并承受型腔、型芯或頂桿等的壓力，因此要求有較高平行度和硬度。墊板與固定板常用螺釘連接，一般采用內(nèi)六角螺釘或外六角螺釘。另外，也有用鉚釘連接的方法，這中形式不易松動，適于受一定沖擊的模具，但拆裝麻煩，修理不便。 3、支承件 支承件起構(gòu)成頂出機(jī)構(gòu)的動作空間、調(diào)節(jié)模具總厚度的作用，有時也起安裝固定的作用。模具組裝時，應(yīng)注意所有支承件高度應(yīng)一致，否則由于負(fù)荷不均會造成動模板損壞。 （三） 冷卻、加熱零件 在注射成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具的溫度要求也不同，一般有三種情況：即利用模具的自然冷卻、通水冷卻、通過電加熱器進(jìn)行加熱。 1、 卻裝置 冷卻裝置的設(shè)計與所使用的冷卻介質(zhì)、冷卻方法有關(guān)。冷卻介質(zhì)用水比較普遍，這是因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，利用水循環(huán)將熱量帶走，維持恒溫。一般水孔邊離型腔距離不得小于10mm，但有時受到模具上各種孔（頂桿空、型芯孔、鑲塊接縫等）的結(jié)構(gòu)限制，要按理想情況設(shè)計是困難的，因此，需視模具的具體結(jié)構(gòu)而定。 2、 加熱裝置 當(dāng)模具自然冷卻速度太快，以致塑件難以成型或無法成型，這時則應(yīng)考慮安設(shè)加熱裝置。一般常用的加熱方式有電加熱、蒸汽或過熱水加熱。加熱裝置的結(jié)構(gòu)種類很多，可參考有關(guān)資料。 3.5 脫模機(jī)構(gòu) 注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須從模具的型腔內(nèi)脫出，這種脫出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)或頂出機(jī)構(gòu)。一般脫模機(jī)構(gòu)的動作方向與開啟模的運(yùn)動方向是一致的。 在設(shè)計脫模機(jī)構(gòu)時，總體要求是：要保證塑件在脫模過程中不變形，不損壞。要做到這一點(diǎn)，首先必須正確地分析塑件對模腔的附著力大小和所在部位，以便選擇合適的脫模方式和脫模位置，是脫模力得以均勻合理的分布；其次，頂出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件的不明顯處，以免損傷塑件的外觀質(zhì)量。另外，機(jī)構(gòu)要工作可靠、運(yùn)動靈活、制造方便和配換容易。 3.6 復(fù)位機(jī)構(gòu) 脫模機(jī)構(gòu)在完成塑件脫模后，為進(jìn)行下一個循環(huán)，必須回到初始位置，除頂板脫模外，其它脫模形式一般均需設(shè)復(fù)位裝置。如遇到脫模機(jī)構(gòu)與抽芯機(jī)構(gòu)相互干涉時，必須在脫模形式一般均需設(shè)復(fù)位裝置。目前常見的復(fù)位裝置有復(fù)位桿、頂桿兼復(fù)位桿、彈簧復(fù)位以及自動早復(fù)位。[3] 3.7 預(yù)期結(jié)果 本人的設(shè)計都是參考設(shè)計任務(wù)書來完成的，其中包括水槽制品的幾何特征的確定，注塑模具的澆口類型和型腔數(shù)量的確定。所以結(jié)果應(yīng)基本滿足各項性能指標(biāo)的要求，能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。 4 結(jié)論 本畢業(yè)設(shè)計主要研究了塑料水槽及其注塑模具的設(shè)計，解決了汽車及家用儲水的問題，和前人相比這個設(shè)計有著效率高、效益好的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于經(jīng)驗的有限，產(chǎn)品的精度和質(zhì)量會不及前人所設(shè)計的，這將有待于改善。 致 謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我充分認(rèn)識到了模具在我們生活中的重要性，，對注塑模具有了一個較為深刻的認(rèn)識，這對我今后的工作有起了一個很大的作用，我深感受益匪淺。同時我也認(rèn)識到了自己在模具方面知識的缺乏，以后將積極學(xué)習(xí)模具知識，以備工作之用 在這里我要感謝指導(dǎo)老師吳德和老師對我的畢業(yè)設(shè)計非常全面的知道，要感謝系部給我這樣一個機(jī)會來鍛煉自己，同時還要感謝我的同事，在公司給我技術(shù)性的知道，在此向他們表示最誠摯的謝意。 參考文獻(xiàn) 1. [日]白石順一郎著.注塑成型模具.北京:中國石化出版社,1989 2. 彭建聲、秦曉剛編著.模具技術(shù)問答.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996 3. 徐煒炯主編.模具設(shè)計.北京:中國輕工業(yè)出版社,1996.5重印 4. 徐寧編著.實用注塑模具設(shè)計.北京:中國輕工業(yè)出版社,1997.5(2002.1重印) 5. 塑膠射出成型用型模設(shè)計基準(zhǔn).臺北:新太出版社 6. 曾向陽、謝國明、王學(xué)平等編著.UG NX基礎(chǔ)及應(yīng)用教程.北京：電子工業(yè)出版社，2003.1（CAD/CAM教學(xué)基地） 7. 高佩福主編.實用模具制造技術(shù).北京：中國輕工業(yè)出版社，1999.3 8. 陳萬林等編著.使用模具技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.10 21