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摩托車尾燈罩注射模設計 摘要 本論文簡要介紹了模具行業(yè)在工業(yè)生產中的重要性和未來的發(fā)展趨勢。結合本設計的摩托車尾燈罩注塑件進行工藝分析，并以摩托車尾燈罩模具為主線，綜合了成型工藝分析，模具結構設計，確定了模具設計的整體方案，根據相關的參考文獻和有關計算公式進行必要的參數設計計算。根據計算結果初選了注射機，最后運用AutoCAD繪圖軟件對摩托車尾燈罩注射模及主要零部件進行設計。 關鍵詞　注射模；摩托車尾燈罩；工藝分析; 側抽芯機構。 Motorcycle tail lamp Injection Mold Design Abstract This thesis the synopsis introduced the molding tool profession in the industry to produce the inside's importance with the future's development trend.Combination the motorcycle tail of this design the lampshade note the piece the for the whole project for proceeding craft analyzing, combining with motorcycle tail lampshade molding tool for main line, synthesizing type craft analyzing, molding tool construction designing, make suring the molding tool designing, according to related testing the cultural heritage with relevant calculation formula proceeding necessity the number the design calculation.Pan outed the primary election to inject the machine according to the calculation.Finally make use of the AutoCAD painting the software to motorcycle tail the lampshade inject the mold and main zero parts to proceed the design. Keywords　 Injection Mold;Motorcycle Lamp;technique; Pulling structu 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 - II - 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 模具的全面認識 1 1.1.1 我國模具技術的現狀 1 1.1.2 模具工業(yè)在現代工業(yè)生產中的地位和作用 2 1.1.3 模具的分類和占有量 3 1.2 我國模具技術的發(fā)展趨勢 3 1.2.1 模具產品向大型化、精密化發(fā)展 3 1.2.2 快速經濟模具的前景十分廣闊 3 1.2.3 模具標準件的應用將日漸廣泛 4 1.2.4 模具使用優(yōu)質材料及應用先進處理技術將受重視 4 1.2.5 在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術 5 1.2.6 高速銑削加工將得到更廣泛的應用 5 1.2.7 模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展 5 1.2.8 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 6 1.3 本章小結 6 第2章 塑件制品的工藝性 7 2.1 塑件材料工藝性分析 7 2.1.1 材料基本特性 7 2.1.2 材料的主要用途 7 2.1.3 材料的成型特點 7 2.2 成型周期 9 2.3 塑料制品的工藝性分析 9 2.3.1 收縮率的分析 9 2.3.2 脫模斜度 9 2.3.3 壁厚 10 2.3.4 側孔的分析 11 2.3.5 塑件制品的精度和表面質量的分析 11 2.4 本章小結 11 第3章 注塑機的選擇 12 3.1 注塑機簡介 12 3.2 注塑機基本參數 13 3.3 型腔的配置 13 3.4 根據塑件的的參數初步選定壓力機 16 3.4.1 制品的體積計算 16 3.4.2 根據體積選注射機 16 3.4.3 鎖模力的確定 17 3.5 注射機的校核 17 3.5.1 注射壓力的校核 17 3.5.2 模具閉合高度的校核 18 3.6 本章小結 18 第4章 模具設計 19 4.1 分型面的選擇 19 4.1.1 分型面的選擇原則 19 4.1.2 分型面與行腔的相對位置 19 4.1.3 分型面的形狀的確定 19 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 20 4.2.1 主流道形狀、位置和尺寸設計 20 4.2.2 分流道的設計 20 4.2.3 澆口的設計 21 4.2.4 冷料穴的設計 23 4.2.5 澆口套 24 4.2.6 定位圈的設計 25 4.3 頂出機構的設計 26 4.3.1 推出力計算 26 4.3.2 脫模機構的設計 26 4.4 抽芯機構的設計 28 4.4.1 抽芯距的計算 28 4.4.2 抽拔力的計算 28 4.4.3 斜導柱所受彎曲力的計算 29 4.4.4 斜導柱長度的計算 29 4.4.5 側滑塊和楔緊塊的設計 30 4.5 冷卻系統(tǒng)的設計 30 4.5.1 注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則 30 4.5.2 冷卻系統(tǒng)和生產效率的關系 31 4.5.3 冷卻系統(tǒng)對塑件質量的影響 31 4.5.4 冷卻系統(tǒng)的裝置的結構設計及計算 32 4.6 排氣系統(tǒng)的設計 33 4.7 本章小結 34 第5章 模具主要零部件的設計 35 5.1 型腔、型芯成型尺寸的計算 35 5.1.1 型腔內徑尺寸的計算 35 5.1.2 型腔深度尺寸的計算 36 5.1.3 型芯徑向尺寸的計算 36 5.1.4 型芯高度尺寸的計算 37 5.1.5 小型芯塊的內徑尺寸 37 5.1.6 小型芯塊徑向尺寸的計算 38 5.1.7 小型芯高度尺寸的計算 38 5.2 行腔側壁厚度的計算 38 5.3 底板計算 40 5.4 支撐板厚度計算 41 5.5 彈簧的設計 43 5.6 標準模架簡介 44 5.7 本章小結 45 模具的總體說明 46 結論 47 致謝 48 參考文獻 49 附錄 50 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 - V - 第1章 緒論 1.1 模具的全面認識 在新世紀來到之際，我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)?；仡櫼酝?，展望未來，我們滿懷信心期待模具技術在"十一五"期間有更快、更好的發(fā)展。 1.1.1 我國模具技術的現狀 近年來，我國的模具工業(yè)發(fā)展較快，已能夠滿足國內對中、低檔模具的需求。少量模具已開始向日本、美國、新加坡、泰國等地出口。模具工業(yè)逐漸發(fā)展成為國民經濟的基礎工業(yè)。我國的模具工業(yè)雖然在十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如：精密加工設備在模具加工設備中的比例較低;許多先進的模具技術應用不夠廣泛，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依靠進口。據統(tǒng)計我國目前的模具生產只能滿足需要的60%，其余40%需要進口；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高等。 我國的模具制造與國外相比，落后之處主要表現為以下5個方面： 1、標準化程度較低。國內標準化程度為30%左右，標準件品種較少，缺少精密、高效標準件和商品化標準件。 2、模具制造精度低、周期長。國外模具廠都采用粗加工、精加工、測量、裝配等成套的精密設備，如CNC坐標磨床、NC電火花機床等。國內模具廠設備陳舊不配套，NC機床、電加工機床在加工機床中占有的比例較小，模具加工新工藝采用較少，使國內模具精度比國外低1~2級，制造周期長1~2倍。 3、模具品種少、效率低。主要是缺少大型、復雜、長壽命模具。國外模具向精密化、自動化方向發(fā)展，很多工序可以集中在一副模具中完成。 4、模具壽命短、材料利用率低。國外由于采用了冶煉和熱處理方面的新技術，模具壽命大大提高。國內模具鋼品種不全，新鋼種很少，一般采用常規(guī)熱處理，因而質量較低，模具材料利用率僅為60%。 5、技術力量落后、管理水平較差。我國模具生產技術人員比例只占7%~8%，這一比例不但低于國外的30%，而且也低于內內其它行業(yè)，生產缺乏科學管理。 以上幾方面的問題說明我國模具工業(yè)的總體水平還處于較落后的狀態(tài)，還需要大力加快發(fā)展。據預測，未來我國將成為世界的制造中心，這更加給模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇與空間。為了加快我國模具工業(yè)的發(fā)展，基本任務之一就是加快人才的培養(yǎng)。我院的模具設計與制造(專)專業(yè)，就是為了適應國家急需培養(yǎng)現代模具生產綜合素質和綜合生產技能人才的需要，適應現代模具生產技術和生產方式對人才的要求而設置的。 1.1.2 模具工業(yè)在現代工業(yè)生產中的地位和作用 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的基礎工藝裝備，模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。在現代機械制造業(yè)中,許多新產品的開發(fā)和生產,在很大程度上依賴于模具制造技術, 產品零件廣泛采用沖壓、鍛壓成形、壓鑄成形、擠壓成形、塑料注射或其它成形加工方法，與成形模具相配套，使坯料成形加工成符合產品要求的零件。特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業(yè)中尤顯重要。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低,已經成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一,直接影響著國民經濟中許多部門的發(fā)展。我國對模具工業(yè)的發(fā)展十分重視，國務院于1989年就將模具技術的發(fā)展列為機械行業(yè)的首要任務。充分說明了模具工業(yè)的基礎性和重要性。 模具在現代工業(yè)生產中的重要作用主要表現在以下幾個方面： 1、用模具成形產品的工藝應用極其廣泛。例如：模鍛件、沖壓件、擠壓和拉拔件都是使金屬材料在模具內發(fā)生塑性變形而成形的。壓鑄件、粉末冶金件也是在模具中充填加壓成形的。塑料、陶瓷等非金屬材料的制品多數都是由模具加工成形的。 2、模具成形可實現少、無切削的加工。少、無切削加工是機械制造的一個發(fā)展方向。模具成形是實現少、無切削工藝的有效途徑，而模具制造水平的提高是關鍵。模具制造水平的提高可以使模具成形制品的精度提高，表面粗糙度降低，從而有可能直接加工出成品，不需要再進行精加工，由此避免了切削加工。 3、模具成形制品具有高精度、高復雜性，高一致性、高生產率、低消耗和低成本的特點，因此應用范圍很廣。據有關資料統(tǒng)計，利用模具成形的各種零、部件，在飛機、汽車、電器儀表等領域占60%~70%，家電產品占80%以上，手表、自行車等輕工產品占85%以上。 1.1.3 模具的分類和占有量 按通常的分類方法如下： 塑料模具、橡膠模具、沖壓模具、壓鑄模具、鑄造模具、鍛造模具、合金模具、拉絲模具、玻璃模具、陶瓷模具和汽車模具。但是從模具的設計角度看，總體結構特征分類更加的方便，注射磨具按結構特征可分為：單分型面注射模具、雙分型面注射模具、帶有活動鑲件的注射模具、帶側向分型抽芯的注射模具、自動卸螺紋的注射模具、推出機構在定模的注射模具和無流道凝料的注射模具等。 據有關資料統(tǒng)計，利用模具成形的各種零、部件，在飛機、汽車、電器儀表等領域占60%~70%，家電產品占80%以上，手表、自行車等輕工產品占85%以上。 1.2 我國模具技術的發(fā)展趨勢 當前，我國工業(yè)生產的特點是產品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下，用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質理好、價格低。因此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢是非常明顯的。 1.2.1 模具產品向大型化、精密化發(fā)展 模具產品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產要求的一模多腔(如塑封模已達到一模幾百腔)使模具日趨大型化。 隨著零件微型化，以及模具結構發(fā)展的要求(如多工位級進模工位數的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原來的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下，這就要求發(fā)展超精加工。 1.2.2 快速經濟模具的前景十分廣闊 現在是多品種、少批量生產的時代，未來，這種生產方式占工業(yè)生產的比例將達75%以上。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均要求模具的生產周期越快越好。因此，開發(fā)快速經濟具越來越引起人們的重視。例如，研制 各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬粉末、玻璃纖維等的簡易模具：中、低熔點合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄模、陶瓷型精鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經濟模具將進一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外，采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模技術也會得到發(fā)展和提高。 1.2.3 模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質量和降低模具制造成本。 因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產，提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件 規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯銷網，保證供貨迅速。 1.2.4 模具使用優(yōu)質材料及應用先進處理技術將受重視 在整個模具價格構成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之間，因此選用優(yōu)質鋼材和應用的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質的問題。其碳化物微細，組織均勻，沒有材料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長年使用尺寸穩(wěn)定等特點，是一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對形狀復雜的沖件及高速沖壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強塑料的模具，如型腔、形芯、澆口等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產品精料化、制品化，盡量縮短供貨時間亦是重要方向。 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴滲如：滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應發(fā)展設備昴貴、工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術。 1.2.5 在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術 模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向。 現在，全面普及CAD/CAM/CAE技術已基本成熟。模具CAD/CAM 技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機的普及應用，更為廣大模具企業(yè)普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，技術培訓工作也日趨簡化。在普及推廣模具CAD/CAM技術的過程中，應抓住機遇，重點扶持國產模具軟件的開發(fā)和應用?！? 1.2.6 高速銑削加工將得到更廣泛的應用 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，主軸轉速可達到40000～100000r/min,快速進給速 度可達到30～40m/min，換刀時間可提高到1～3s。這樣就大幅度提高了加工效率，如在加 工壓鑄模時，可提高7～8倍，并可獲得Ra≤10μm的加工表面粗糙度。形狀精度可達10μm。 另外，還可加工硬度達60HRC的模塊，形成了對電火花成形加工的挑戰(zhàn)。因此，高速銑削加工技術的發(fā)展，促進了模具加工的發(fā)展，特別是對汽車、家電行業(yè)中大型腔模具制造方面注入了新的活力。 1.2.7 模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質量對模具使 用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率低(約占整個模具制造周期的1/3)，且工人勞動強度大，質量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工 向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數控 研磨機，可實現三維曲面模具研磨拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數控研磨機，可實現三給曲面模具研磨拋光的自動化。另外，由于模具型腔形狀復雜，任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應注意發(fā)展特種研磨與拋光、如擠壓衍磨、電化學拋光、 超聲拋光以及復合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質量。 1.2.8 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術的迅速發(fā)展，國外已出現了模具自動加工系統(tǒng)。這也是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有如下特征：多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數控庫；有完整的數控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 1.3 本章小結 確定我國現在模具現狀和未來發(fā)展的趨勢，國內外模具技術的對比、主要差距。計算機技術在模具制造中將進一步得到應用。 第2章 塑件制品的工藝性 2.1 塑件材料工藝性分析 2.1.1 材料基本特性 聚苯乙烯是僅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種。聚苯乙烯無色透明、無毒無味，落地式發(fā)生清脆的金屬聲，密度為1.054g/cm3。聚苯乙烯的力學性能與聚合方法、相對分子質量大小、定向度和雜質量有關。相對分子質量越大，力學強度越高。聚苯乙烯有優(yōu)良的電性能（尤其是高頻絕緣性能）和一定的化學穩(wěn)定性。能耐堿、硫酸、磷酸、10%～30%的鹽酸、稀醋酸及其他有機酸，但不耐硝酸及氧化劑的作用。對水、乙醇、汽油、植物油及各種鹽溶液也有足夠的抗蝕能力。能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮類和脂類等。聚苯乙烯的著色性能優(yōu)良，能染成各種鮮艷的色彩。但耐熱性低，熱變形溫度一般在70～98℃，只有在不高的溫度下使用。聚苯乙烯硬而脆，有較高的熱脹系數，因此，限制了它在工程上的應用。進幾十年來，發(fā)展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯為基體的共聚物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺點，又保留了它的優(yōu)點，從而擴大了他的用途。 2.1.2 材料的主要用途 聚苯乙烯在工業(yè)上可作儀表外殼、燈罩、化學儀器零件、透明模型等。在電氣方面用作良好的絕緣材料、接線盒、電池盒等。在日用品方面廣泛用于包裝材料、各種器具、玩具等。 2.1.3 材料的成型特點 流動性和成型性優(yōu)良，成品率高，但易出現裂紋，成型塑件的脫模斜度不宜過小，但頂出要均勻；由于熱脹系數高，塑件中不易有嵌件，否則會因兩者的熱脹系數相差太大而導致開裂，塑件壁厚應均勻；宜用高料溫、高模溫、低注射壓力成型并延長注射時間，以防止縮孔及變形，降低內應力，但料溫過高，容易出現銀絲。 PS204成形性能： (1)無定形料，吸濕性小，不易分解，性脆易裂，熱膨脹系數大，易產生應力開裂。 (2)流動性好，溢邊值0.03mm左右。 塑件壁厚應均勻，不宜有嵌件（如有嵌件應預熱），缺口，尖角，各面應圓滑連接。 (3)可用螺桿或柱塞式注射機加工，噴嘴可用直通式或自鎖式。 (4)宜用高料溫、模溫，低注射壓力，延長注射時間有利于降低內應力，防止縮孔、變形（尤其對壁厚塑件）。但料溫高易出銀絲，料溫低或脫模劑多則透明性差。 (5)可采用各種形式進料口，進料口與塑件應圓弧連接，防止去除澆口時損壞塑件。脫模斜度宜取2度以上，頂出均勻以防止脫模不良發(fā)生開裂、變形，可用熱澆道系統(tǒng)。 下表2-1介紹了聚苯乙烯（PS）的某些性能。 表2-1 熱塑性材料的某些性能 材料名稱 拉伸彈性模量/MPa 壓縮比 成型收縮率/% 與鋼的摩擦因數 泊松比 聚乙烯 HDPE LDPE 840～950 1.73～1.9 1.8～1.3 1.5～3.0 1.5～3.6 0.11 0.23 0.38 聚丙烯 PP GFR 1100～1600 1.92～1.96 1.0～3.0 0.4～0.8 0.14～0.34 0.32 有機玻璃 PMMA 與苯乙烯共聚 3160 3500 0.5～0.7 0.35 聚氯乙烯 硬PVC 軟PVC 2400～4200 2.3 2.3 0.2～0.4 1.5～3.0 聚苯乙烯 GPC HIPS GFR（20%～30%） 2800～3500 1400～3100 3200 1.9～2.2 0.2～0.8 0.2～0.8 0.3～0.6 0.12 0.45 0.32 2.2 成型周期 完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般為3～5s，保壓時間一般為20～120s，冷卻時間一般為30～120s（這三個時間都是根據塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。確定成型周期的經驗數值如表2-2所示。 表2-2 成型周期與壁厚關系 制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s 0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 2.3 塑料制品的工藝性分析 2.3.1 收縮率的分析 PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學透過特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無機酸，但能夠被強氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機溶劑中膨脹變形。典型的收縮率在0.4～0.7%之間。 2.3.2 脫模斜度 PS質硬而脆，制品設計時，應量避免尖角，注意脫模斜度，否則，會出現制品開裂。由于本制品本身就有一定的斜度（如圖2-1、2-2所示），那么可以利用自身的斜度實現脫模 二維圖形： 圖2-1 摩托車尾燈罩二維零件圖 圖2-2 摩托車尾燈罩三維零件圖 (1)制品為帶有階梯的不規(guī)則形狀的零件，在設計模具澆口時應采用矩形側澆口進料，制品由推板推出； (2)制品的材料為PS204； (3)生產數量：批量生產。 2.3.3 壁厚 塑料制件的壁厚對塑件質量有很大影響，壁厚過小成型時流動阻力大，大型復雜塑件就難以充滿型腔。塑件壁厚得最小尺寸應滿足以下幾方面要求：塑件應有一定的厚度才能滿足使用時的強度和剛度要求，而且壁厚在脫模時還需承受脫模推力。壁厚應設計合理，壁太薄熔料充滿型腔時的流動阻力大，會出現缺料現象；壁太厚塑料件內部會產生氣泡，在可能的條件下應使壁厚盡量均勻一致。塑件的壁厚一般為1～4mm，大型塑件的壁可達8mm。 表2-3聚苯乙烯制件的壁厚(mm) 塑料名稱 最小壁厚 小型塑件推薦壁厚 一般塑件推薦壁厚 大型塑件推薦壁厚 聚苯乙烯 0.75 1.80 2.25～2.60 3.2～5.4 2.3.4 側孔的分析 由于制品帶有側孔，成型時需要側向抽芯機構，側孔的形狀簡單，并且壁厚較小，抽芯機構的設計較為簡單。 2.3.5 塑件制品的精度和表面質量的分析 塑件的外觀要求高，表面粗糙度值應越小。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疪點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度值。一般模具表面粗糙度值要比塑件的要求低1～2級。塑料塑件的表面粗糙度值一般為Ra0.8～0.2μm之間。模具在使用過程中，由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷加大，所以應隨時給以拋光復原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度值相同，而不透明塑件則根據使用情況決定它們的表面粗糙度值。 塑件的表觀質量指的是塑件成型后的表觀缺陷狀態(tài),如常見的缺料、溢料、飛邊、凹陷、氣孔、熔接痕、銀紋、斑紋、翹曲與收縮、尺寸不穩(wěn)定等。它是由于塑件成工藝條件、塑件成型原料的選擇、模具總體設計等多種因素造成的。 2.4 本章小結 本章主要介紹了本設計使用的材料聚苯乙烯的基本特性、主要用途與其成型特點；通過分析聚丙烯材料的特性及工藝參數，確定了本設計提供塑件的壁厚和表面質量。使用CAD繪圖軟件繪制出摩托車尾燈罩的二維圖形；又使用Pro/E三維繪圖軟件繪制出摩托車尾燈罩的三維圖形，知道了此塑件的體積與質量，為以后的設計奠定了基礎。 第3章 注塑機的選擇 1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機,這是注塑成型工藝技術的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產量的30%;注塑機的產量占整個塑料機械產量的50%.成為塑料成型設備制造業(yè)中增長最快,產量最多的機種之一。 3.1 注塑機簡介 隨著現代電子技術的飛速發(fā)展,注射機控制系統(tǒng)升級換代很快。微型計算機控制的注射機已較常見。其控制系統(tǒng)由CPU、存儲器、顯示器等組成，并有初始化和調試、注射和模具動作、壓力和速度控制、數字PID調節(jié)、油路和診斷等功能軟件。 注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法。常用的說法有: （1）按設備外形特征分類: 臥式,立式,直角式,多工位注塑機； （2）按加工能力分類: 超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。注射機為塑料注射成型所用的主要設備，圖3-4所示為最常用的臥式注射機。 圖3-1 臥式注射機外形 1-鎖模液壓缸；2-鎖模機構；3-動模板；4-推桿；5-定模板 6-控制臺；7-料筒及加熱器；8-料斗；9-定量供料裝置；10-注射缸 注射成型時注射模具安裝在注射機的動模板和定模板上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒內加熱呈熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內，塑料制品固化冷卻后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將制件推出。 3.2 注塑機基本參數 注塑機的主要參數有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數是設計,制造,購買和使用注塑機的主要依據。 (1)公稱注塑量：指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 (2)注射壓力：為了克服熔料流經噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 (3)注射速率：為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數的為注射速率或注射時間或注射速度。 常用的注射速率如表3-1所示。 表3-1 注射量與注射時間的關系 注射量 Cm3/s 125 250 500 1000 2000 4000 6000～10000 注射速率/Cm/s 125 200 333 570 890 1330 1600～2000 注射時間/s 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75～5 (4)塑化能力 單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期。 (5)鎖模力 注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開。 (6)合模裝置的基本尺寸 包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等。這些參數規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍。 (7)開合模速度 為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停。 (8)空循環(huán)時間 在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間。 3.3 型腔的配置 型腔的配置決定了模具結構總體方案的設計。一但型腔布置完成，澆注系統(tǒng)走向和類型便確定。冷卻系統(tǒng)和脫模機構在配置型腔時也必須統(tǒng)籌考慮。若冷卻通道布置與推桿孔、螺孔發(fā)生沖突時要在型腔配置中進行協(xié)調。當型腔、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機構的初步位置確定后，模板的外行尺寸也基本確定。 多型腔在模具上通常采用圓形排列、H形排列、直線形排列以及復合排列等，在設計時應注意如下幾點： (1)盡可能采用平衡式排列，以便構成平衡式澆注系統(tǒng)，確保塑件質量的均一穩(wěn)定。 (2)型腔布置和澆口開設部位應力求對稱，以便防止模具承受偏載而產生溢料現象，如圖3-2（b）的布局就比3-2（a）的布局合理。 (3)盡量使型腔排列得緊湊一些，以便減小模具的外形尺寸。如圖3-3所示，圖（b）的布局優(yōu)于圖（a）布局，因為圖（b）的模板總面積小，可節(jié)省鋼材，減輕模具質量。 (4)型腔的圓形排列所占的模板尺寸大，雖有利于澆注系統(tǒng)的平衡，但加工麻煩，除圓形制品和一些高精度制品外，在一般情況下常用直線排列和H形排列，從平衡的角度來看應盡量選擇H形排列，從平衡的角度來看應盡量選擇H形排列，如圖3-4（b）、（c）的布局比（a）要好。 （a） （b） 圖3-2 型腔的布置力求對稱 （a） （b） 圖3-3 型腔的布置力求緊湊 圖3-4 一模十六腔的幾種排列方案 注塑模的型腔數目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數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）注塑成型的生產效益； （4）模具制造難度。 考慮到該塑件為燈罩，表面粗超度要求高，為了達到要求,選用側交口的結構形式,根據手冊推薦擬定為一模兩件。 圖3-5 型腔的布局安排 3.4 根據塑件的的參數初步選定壓力機 3.4.1 制品的體積計算 根據從pro/E作出的零件的三維圖，查零件屬性可知制品的體積為 V=62669.08mm 為了避免成型時注塑壓力的不均衡，型腔以對稱分布的方式排列，則相當于注射機總的注塑體積為 V總=2V=125338.16mm （3-1） 3.4.2 根據體積選注射機 由《模具設計與制造》式（8-3）得 VV/0.8 （3-2） =125338.16/0.8 =156.67cm 由此確定注射機為臥式螺旋桿（其容量>60cm） 材料為PS，可知其成型壓力為 P=25×10Pa=25Mpa 表3-2 制品模內平均壓力P模 制品特點 模內平均壓力P模（Mpa） 舉例 容易制品特點 24.5 PE、PP、PS 一般制品 29.4 模溫高下成型的容器類制品 中等黏度塑料和有精度要求的制品 34.3 ABSP、PMMA等有精度要求的工程構件 加工高黏度塑料、高精度、充模難的制品 39.2 高精度的齒輪和凸輪 由上表可知此制品模內平均壓力P模應在24.5和29.4之間，本設計P模取25。 P=25×10Pa=25Mpa 3.4.3 鎖模力的確定 塑料投影面積為：S=a·b=90×75=6750mm 鎖模力的計算：由《模具設計與制造》式（8-5）得 F2K·Pc·A/1000 (K取1.2) （3-3） =2×1.2×25×6750/1000 =405 KN 根據以上所述，本設計選用臥式注射機,根據塑料用量選用臥式注射機SZ-250/160, 如表3-3所示，該注射機的主要技術參數如下： 表3-3 國產注射機SZ-250/160技術參數表 名稱 參數 名稱 參數 結構類型 臥式 拉桿內間距(mm) 500×415 理論注射容積（cm） 200-314 移模行程(mm) 680 螺桿(柱塞)直徑(mm) 40 最大模具厚度(mm) 400 注射壓(MP) 229 最小模具厚度(mm) 205 注射速率(g/s) 130 鎖模形式(mm) 雙曲肘 塑化能力(g/s) 10 模具定位孔直徑(mm) Φ15 模板尺寸 690×650 噴嘴球半徑(mm) SR15 鎖模力(kN) 1600 噴嘴口直徑 Φ4 3.5 注射機的校核 3.5.1 注射壓力的校核 塑件成型所需的注射壓力應小于或等于注射機的額定注射壓力，基關系按下式校核 ??? ??????????????????? ?P1 ≤P2 ??????????????? ? （3-4） ????? ?式中?? P1: 塑件成型所需的注射壓力（Mpa）,這里取25 ??????? ??????P2: 所選取注射機的額定注射壓力（Mpa） 已知P2 =229Mpa，故滿足P1 ≤P2 。 3.5.2 模具閉合高度的校核 Hmin ≤H ≤Hmax ??????? ???????????????????? （3-5） 式中? Hmin —注射機允許的最小模具厚度(mm) ????? H —模具閉合高度（mm） ????? Hmax —注射機允許的最大模具厚度(mm) 已知：Hmin =205mm??? Hmax =400mm H=32+40+45+85+33=325mm 故滿足要求。 3.6 本章小結 本章對注射機的結構和性能參數概述，通過對塑件的體積和質量的計算和對注射機的校核，初步選用國產注射機的型號和工藝參數。 第4章 模具設計 4.1 分型面的選擇 4.1.1 分型面的選擇原則 模具上用于取出塑件和（或）澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面統(tǒng)稱為分型面。合理選擇分型面，有利于制品的質量提高，工藝操作和模具的制造。因此，在模具設計過程中是一個不容忽視的問題，選擇分型面一般根據以下的原則： （1）分型面的形狀盡量簡單，避免采用復雜形狀，以免模具制造增加困難； （2）要盡量有利于塑料制品的脫模和抽芯； （3）在開模時盡量使塑件留在動模； （4）分型面的位置要不影響制品的精度和外觀； （5）盡可能與料流末端重合，利于系統(tǒng)的排氣； （6）有利于澆注系統(tǒng)的合理設計。 4.1.2 分型面與行腔的相對位置 分型面選擇是否合理對于塑件質量、模具制造與使用性能均有很多影響，它決定了模具的結構類型，是模具設計工作中的重要環(huán)節(jié)。模具設計時應根據制品的結構形狀、尺寸精度、澆注系統(tǒng)形式、推出形式、排氣形式及制造工藝等多種因素，全面考慮，合理選擇。 4.1.3 分型面的形狀的確定 分型面的一般種類有水平分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型面。分型面一般不取在裝飾外表面或帶圓弧的轉角處，必須設置在產品的最大截面處，而且要便于開模后塑件留在動模的一側（型芯在動模上），以保證頂出機構順利脫模。 綜上，由于摩托車車燈屬于薄壁制品以及表面不允許帶有推出痕跡,并且型芯周邊的外形并不復雜,所以分型面的形狀與塑件的底部相似。本設計采用側澆口，階梯分型面、并且采取二次分型的方式。 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。澆注系統(tǒng)設計好壞對制品性能、外觀和成型難易程度影響頗大，它直接關系到成型的難易和制品的質量，是注射模設計中的重要組成部分。根據注塑件的要求及模具的結構等方面來選擇澆注系統(tǒng)。 4.2.1 主流道形狀、位置和尺寸設計 主澆道通常位于模具的中心，是塑料溶體的入口，起形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利流入，開模時有能使主澆道的凝料順利拔出。 圓錐形，錐角為2～4°。內壁表面粗糙度為0.63 μm 為防止主流道與噴嘴處溢料，主流道對接處緊密對接，主流道對接處應制成半球形凹坑。 4.2.2 分流道的設計 分流道是主流道與澆口之間的通道。在多型腔的模具中分流道必不可少，在單型腔的模具中，有的則可省去分流道。在分流道的設計時應考慮盡量減小在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減小流道的容積。一般開設在分型面上, 起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。 分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。在流道設計中要減少流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大；要減少傳遞損失，又希望流道的表面積小，因此可用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，該比值大則流道的效率高。其中圓形和正方形的效率最高，但正方形截面流道不易于凝料的頂出，因此常采用梯形截面的流道。各種流道截面的效率如表4-1所示 表4-1 流道截面 因為各種塑料的流動性有差異，可以根據塑料的品種來粗略地估計分流道的直徑，常用分流道斷面尺寸推薦如表4-2所示。 表4-2 流道斷面尺寸推薦值 塑料名稱 分流道斷面直徑mm 塑料名稱 分流道斷面直徑mm ABS，AS 4.8～9.5 聚苯乙烯 3.2～9.5 聚乙烯 1.6～9.5 軟聚氯乙烯 3.2～9.5 尼龍類 1.6～9.5 硬聚氯乙烯 6.5～16 聚甲醛 3.2～9.5 聚氨酯 6.5～8.0 丙烯酸 8～9.5 熱塑性聚酯 3.5～8.0 抗沖擊丙烯酸 8～12.7 聚苯醚 6.5～10 醋酸纖維素 5～10 聚砜 6.5～10 聚丙烯 4.8～9.5 離子聚合物 2.4～10 異質同晶體 4.8～9.5 聚苯硫醚 6.5～13 在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為4mm。分流道與澆口采用圓弧連接。 本設計采用圓形結構,分流道的半徑為8mm。 4.2.3 澆口的設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀，數量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定。選擇澆口形式應該遵循以下原則：盡可能采用平衡式設置；型腔排列進料均衡；型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而產生溢料現象；確保耗料量小；影響塑件外觀。該模具采用矩形側澆口，其有以下特性: (1)優(yōu)點是側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體于型腔的側面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調整其截面的厚度和寬度可以調節(jié)熔體沖模時的剪切速率及澆口封閉時間。這類澆口加工容易，修整方便，并且可以根據塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應性均較強。 (2)缺點是有澆口痕跡存在，會使塑件形成熔接痕、縮孔、氣孔等缺陷，且注射壓力損失大，對深型腔塑件排氣不便。 圖4-1 矩形側澆口 其中：h—交口深度mm，l—澆口長度，b—澆口寬度，d—澆口直徑，t—塑件壁厚，A—行腔表面積， B—澆口處塑件寬度 矩形側澆口的大小由其厚度、寬度和長度決定。確定側澆口厚度h（mm）和寬度b（mm）的經驗公式如下： h=n·t (4-1) (4-2) 式中 t-塑件厚度,mm； n-系數與塑件品種有關，見表4-3； A-塑件外表面面積。 表4-3 系數n值 塑料品種 n 塑料品種 n 聚乙烯、聚苯乙烯 聚甲醛、聚碳酸酯、聚丙烯 0.6 0.7 尼龍、有機玻璃 聚氯乙烯 0.8 0.9 塑件系數n由塑料性質決定，通常PE、PS：n=0.6；POM、PC、PP：n=0.7；PA、PMMA：n=0.8；PVC：n=0.9。 本設計n=0.6，所以可得到h=1.8，b=4.2mm。 4.2.4 冷料穴的設計 冷料穴的作用是貯存因兩次注射間隔而產生的冷料及熔體流動的前鋒冷料，以防止熔體冷料進入型腔。冷料穴一般設計在主流道的末端有時也設冷料穴。冷料穴底部常作成曲折的鉤形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模時將主流道凝料從主流道襯套中拉出并滯留在動模一側的作用。常用的冷料穴有以下幾種結構。 (1)帶Z形頭拉料桿的冷料穴 (2)帶球形頭（或菌形頭）的冷料穴 (3)帶尖錐頭拉料桿及無拉料桿的冷料穴 根據本模具設計要求,將冷料穴設計為帶球形頭的冷料穴，如圖4-2所示。 圖4-2 分流道與冷料穴 1-型腔板；2-推板；3-拉料桿 冷料穴的位置在正對主澆道的動模板上，一般位于分澆道的末端,采用球頭拉料桿的冷料井球頭半徑R=4,球頭頸部高為10mm? d=10mm? D=15mm? H=8mm 4.2.5 澆口套 本設計澆口套如圖4-4所示，選用T8鋼材制作，經淬火洛氏硬度為50～55HRC。 圖4-4 澆口套的設計 其半徑R2=R1+（1～2）=15+（1～2）=17 mm (4-3) 小端半徑d1=d2+（0.5～1）=4+（0.5～1）=5 mm (4-4) 凹坑深取h=5 mm，L=125 mm，ａ1=2°,ａ2=3°。 (4-5) 4.2.6 定位圈的設計 本設計定位圈的選擇是根據所定注射機定板安裝孔的大小進行設計的，如下圖所示 圖4-3 定位圈 4.3 頂出機構的設計 4.3.1 推出力計算 由《塑料成型工藝與模具設計》式（8-4）可得 F= (4-6) 式中：A：塑料的脫模面的面積，A=84 P：塑料對型芯單位面積上的包緊力，模內冷卻，P取 ：塑料對鋼的摩擦系數，約0.1～0.3,這里取0.2 : 脫模斜度,這里取1° F= =21260.8N 4.3.2 脫模機構的設計 由于摩托車車燈屬于薄壁制品以及表面不允許帶有推出痕跡,并且型芯周邊的外形并不復雜,所以采用推板推出脫模機構,在推板和型芯的配合位置,設由5°的配合斜度,便于脫模。 圖4-4 脫模板 4.3.2.1 頂桿的設計 由《模具設計與制造》式(8-67)頂桿直徑計算公式得,材料選用45號鋼 d= (4-7) 式中： 安全系數,常取=1.5 L: 頂桿的長度,初步估算L=160mm n: 頂桿數目,這里取n=4 F: 推出力 d: 頂桿的直徑 d= =7.60mm 由《模具設計與制造》式(8-68)頂桿直徑的強度校核公式 (4-8) 式中：: 頂桿材料的許用應力,45號鋼的許用應力為180Mpa : 頂桿所受的應力 =117.2=180Mpa 安全 由《塑料擠塑模與注塑模優(yōu)化設計》表(18-7),A型推桿尺寸(GB4169.1-84) 取d=16mm, L=160mm, D=22mm, S=8mm 圖4-5 頂桿 4.4 抽芯機構的設計 采用斜導柱抽芯機構 4.4.1 抽芯距的計算 將活動芯從成型位置抽至不妨礙制品脫模的位置所移動的距離稱為抽芯距。由《模具設計與制造》式（8-72）得計算公式 S=Htg+(2～5) (mm) (4-9) 式中：H: 斜導柱完成抽芯所需的開模行程，這里取H=50mm : 斜導柱傾斜角，這里取=20° S=50tg =20mm 4.4.2 抽拔力的計算 由《模具設計與制造》式(8-71)得抽拔力計算公式 F= (4-10) 式中：l: 活動側芯被塑料包緊的斷面的周長,l=172mm h: 成型芯部分的深度, h=3mm p: 制品對側芯的壓力,一般取8-12Mpa,這里取10 Mpa : 側抽芯的脫模斜度，常取=1°～2°，這里取1° F= =950.8N 4.4.3 斜導柱所受彎曲力的計算 由《模具設計與制造》式（8-73）得計算公式 P= （N） (4-11) 式中：Q：抽拔阻力（與抽拔力大小相等，方向相反） P= =1000 N 由《模具設計與制造》式（8-76）得斜導柱直徑計算公式 (4-12) 式中：P：最大彎曲力，這里P=1000N L：斜導柱有效工作長度，這里取L=50mm : 彎曲許用應力，這里選用碳鋼，=137Mpa =0.0154m =15.4mm 由《塑料擠塑模與注塑模優(yōu)化設計》表(18-22),選取斜銷的尺寸 d=16mm， D=20mm， H=12mm 4.4.4 斜導柱長度的計算 斜導柱的長度是根椐側芯的抽芯距，斜導柱的直徑，傾斜角和安裝斜導柱的模板厚度h來決定 由《模具設計與制造》式（8-77）得斜導柱長度計算公式 L (mm) (4-13) =120.1mm 取L=120mm 圖4-6 斜導柱 4.4.5 側滑塊和楔緊塊的設計 由于側抽型芯簡單且容易加工,則把側滑塊制成一體結構。 在為防止側向成型零件在成型壓力作用下會使滑塊向外位移,如果沒有楔緊塊楔緊,側向力通過側滑塊傳給斜導柱使斜導柱發(fā)生變形,所以楔塊采用H7/n6配合鑲入模板中的形式。 4.5 冷卻系統(tǒng)的設計 4.5.1 注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則 設計冷卻系統(tǒng)需要考慮模具的結構、塑件的尺寸和壁厚、鑲塊的位置、熔接痕的產生位置等。 (1) 塑件厚度均勻，冷卻通道至型腔表面的距離相等，亦即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合，塑件壁厚處冷卻通道應靠近型腔，間距要小以加強冷卻。一般冷卻通道與型腔表面的距離大于10mm，為冷卻通道直徑的1～２倍。 (2) 在模具結構允許的前提下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數量盡量多，以保證冷卻均勻。 (3) 為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應設置冷卻通道，并注意水道穿過型芯、型腔與模板接縫處時的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時水管接頭部位設置在不影響操作的方向，通常在注射機的北面。 (4) 澆口處應加強冷卻。由于澆口附近溫度最高，通常可使冷卻水先流