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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄 1 引言 1 1.1 注射模具CAD系統(tǒng) 1 1.2 課程任務要求 2 2 盒蓋設計及其成型工藝的分析 3 2.1 塑件分析 3 2.2 塑料的選材及性能分析 3 2.3 POM塑料的注射過程及工藝 5 2.4 POM的主要缺陷及消除措施 6 3 盒蓋模具設計方案的比較與確定 8 3.1 分型面方案的優(yōu)化確定 8 3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 9 4 模具詳細設計 11 4.1 注塑機選型 11 4.2 模具澆注系統(tǒng)設計和澆口的設計 13 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 16 4.4 模架的確定和標準件的選用 20 4.5 合模導向機構和定位機構 22 4.6 脫模推出機構的設計 24 4.7 側向分型與抽芯機構設計 25 4.8 冷料井的設計 26 4.9 排氣系統(tǒng)設計 27 4.10 冷卻系統(tǒng)的設計 27 4.11 模具材料例表 27 5 模具裝配 29 5.1 塑料模具裝配的技術要求 29 5.2 塑料模具裝配過程 29 6 模具工作過程 31 結束語 32 致謝 33 參考文獻 34 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 35 頁 共 34 頁 1 引言 1.1 注射模具CAD系統(tǒng) 1.1.1 注射模CAD系統(tǒng)的主要功能 一個完善的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應包括注塑制品構造、模具概念設計、CAE分析、模具評價、模具結構設計和CAM。 (1) 注塑制品構造 將注塑制品的幾何信息以及非幾何信息輸入計算機，在計算機內部建立制品的信息模型，為后續(xù)設計提供信息。 (2) 模具概念設計 根據注塑制品的模型采用基于知識和基于實例的推理方法，得到模具的基本結構形式和初步的注塑工藝條件，為模具詳細設計、CAE分析、制造性評價奠定基礎。 (3) CAE分析 CAE(Computer Aided Execution)技術即計算機輔助工程技術，它是計算機輔助設計／計算機輔助制造(CAD／CAM)技術向縱深方向發(fā)展的要求。在注射模CAE分析中，運用有限元的方法，可作充模流動、保壓、冷卻及翹曲變形等分析[1]。以得到合適的注射工藝參數(shù)和合理的澆注與冷卻結構。流道平衡分析軟件能幫助用戶對一模多腔模具的流道系統(tǒng)進行平衡設計，計算各個流道和澆口的尺寸，以保證塑料熔體能同時充滿各個型腔；冷卻模擬軟件能計算冷卻時間、制品型腔的溫度分布，其分析結果可以優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的設計；剛度強度分析軟件能對模具結構進行力學分析，幫助用戶對型腔壁厚和模板厚度進行剛度和強度校核；應力計算翹曲預測軟件則能計算出制品的收縮情況和內應力的分布，預測制品出模后的變形。 (4) 模具評價 模具評價包括可制造性評價和可裝配性評價兩部分。注塑件可制造性評價在概念設計過程中完成，根據概念設計得到的方案進行模具費用估計來實現(xiàn)，模具費用估計可分為模具成本估計和制造難易估計兩種模式。成本估計是直接得到模具的具體費用，而制造難易估計是運用人工神經網絡的方法得到注塑可制造度，以此模具的制造性。可裝配性評價的在模具詳細設計完成后，對模具進行開啟、閉合、勾料、抽芯、工件推出動態(tài)模擬，在模擬過程中自動檢查零件之間是否干涉，以此來評價模具的可裝配性。 (5) 模具詳細結構設計 根據制品的信息模型、概念設計和CAE分析結果進行模具詳細設計，包括成型零部件設計和非零部件設計，成型零件包括型芯、型腔、成型桿和澆注系統(tǒng)，非成型零部件包括脫模機構、導向機構、側抽芯機構以及其他典型結構設計，同時提供三維模型向二維工程圖轉換的功能。 (6) CAM CAM主要是利用支撐系統(tǒng)下掛的CAM軟件完成成型零件的虛擬加工過程，并自動編制數(shù)控加工的NC代碼。CAM包括：模塊設計--加工方式確定--工序劃分--刀具選擇--工序設計--加工路線的確定--尺寸公差計算--切削參數(shù)選擇--定位基準確定--夾具方案選擇--刀具、夾具等工裝設計--NC加工。 1.1.2 注射模CAD系統(tǒng)的進行模具設計的通用流程 注射模CAD系統(tǒng)模具設計具有類似的設計流程 (1) 注塑制品的三維造型。我們可以直接運用通用的三維造型軟件來繪制制品的三維圖形。有很多大公司的軟件已經十分成熟，如美國EDS公司的UG 、美國PTC公司的 Pro/Engineer、美國SDRC的I—DEAS，法國MATRA公司的Eucld,以及數(shù)據庫管理Oracle等大型的軟件。以及在一些公司和高校中經常使用的如Solidworks、Solidedge、MasterCAM等中端的軟件，還有一些大家經常使用如AUTOCAD等低端軟件。其中UG是融線框模型、曲面造型和實體造型為一體，是參數(shù)化和特征化的系統(tǒng)造型軟件[2]。 (2）根據注塑制品采用專家系統(tǒng)進行模具概念設計，專家系統(tǒng)包括模具設計、模具制造工藝規(guī)劃、模具價格估計等模塊，在專家系統(tǒng)的推理過程中，采用基于知識與基于實例相結合的推理方法，推理的結果的注塑工藝和模具的初步方案。方案設計包括型數(shù)目與布置、澆口類型、脫模方式和抽芯方式等。 (3）在模具初步方案確定后，用CAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，以確定合適的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。例如如果分析結果不能滿足生產要求，那么可根據用戶的要求再來修改注塑制品的結構或修改模具的設計方案。 1.2 課程任務要求 本課題是盒蓋注射模的設計。要求對塑件進行測繪，并完成其CAD三維造型設計。盒蓋注射模要求一模兩腔，并自動脫模。完成該注射模具裝配圖設計，全部零件圖紙設計，以及完成該注射模具的制造工藝設計。 2 盒蓋設計及其成型工藝的分析 2.1 塑件分析 圖2.1 所示是盒蓋零件。 圖2.1 盒蓋零件 2.1.1 結構分析如下 該塑件為薄壁類零件，且壁厚均勻。盒蓋本身具有一定的深度，表面光滑，在模具設計和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度。 盒蓋頂部為一方孔，左右對稱還各有一個小孔，所以需要用側抽芯成型[3]。 2.1.2 成型工藝分析 采用一般精度等級7級，大量生產。 該塑件壁厚為3mm，壁厚均勻，塑件成型性能良好。 2.2 塑料的選材及性能分析 盒蓋零件用于配合使用，所以耐磨性要突出，綜合機械性能要好，且要經濟。具備這些條件的塑料是首選，這里我們選用聚甲醛（POM）。 2.2.1 使用特點 （1）力學性能和剛性好，接近金屬材料，是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料。 （2）耐疲勞性和耐蠕變性極好。 （3）耐磨損、自潤性和摩擦性好，與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨塑料材料。 （4）熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高，電絕緣性優(yōu)良[4]。 2.2.2 成型特性 (1) 結晶性塑料熔融范圍很窄，熔融或凝固速度快，結晶化速度快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結晶化，流動性下降。 (2) 熱敏性強極易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均聚稍弱）分解溫度為240℃,但200度中滯留30分鐘以上即發(fā)生有刺激性分解時產生有刺激性，腐蝕性氣體。 (3) 流動性中等，溢邊值為0.04毫米左右，流動性對溫度不敏感，但對注射壓力變化敏感。 (4) 結晶度高，結晶化時體積變化大，成型收縮范圍大，收縮率大。 (5) 吸濕性低，水分對成型影響極小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面附粘水分，不利成型，加工前可進行干燥并起預熱作用，特別對大面積薄壁塑料件，改善塑件表面光澤有較好效果，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時間4小時,料層厚度30毫米。 (6) 摩擦系數(shù)低，彈性高，淺側凹槽可強迫脫模，塑件表面可帶有皺紋花樣，但易產生表面缺陷，如毛斑、折皺、熔接痕、縮孔、凹痕等弊病。 (7) 宜用螺桿式注射機成形，余料不宜過多和滯留太長，一般塑件克量（包括主流道、分流道）不應超過注射機注射克量的75%，或取注射容與料筒容量之比為1：6～1：10，料筒噴嘴等務必防止有死角，間隙而滯料，預塑時螺桿轉速宜取低，并宜用單頭，全螺紋，等距，壓縮突變型螺桿。 (8) 噴嘴孔徑應取大，并采用直通式噴嘴，為防止流涎現(xiàn)象噴嘴孔可呈喇叭狀，并設置的加熱裝置，以適當?shù)乜刂茋娮鞙囟取? (9) 模具澆注系統(tǒng)對料流阻力要小，進料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具澆注系統(tǒng)對料流阻力要小，進料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具應加熱，模溫高應防止滑動配合部件卡住，模具應用耐磨，耐腐蝕材料，并淬硬，鍍鉻，要注意排氣。 (10) 必須嚴格控制成形條件，嵌件應預熱（一般100℃～150℃），余料一般儲存5～10個塑件重量的物料即可，料溫取稍高于熔點（一般170℃～190℃）即可，不宜輕易提高溫度，模溫對塑件質量影響較大，提高模溫可改善表面凹痕，有助于融了料流動，塑件內外均勻冷卻，防止缺料，縮孔，皺折，模溫對結晶度及收縮也有很大影響，必須正確控制，一般取75℃～120℃ ，小于4毫米的取75℃～90℃ ，宜用高壓，高速注射，塑件可在較高溫度時脫模，冷卻時間可短，但為防止收縮變形，應力不均，脫模后應將塑件放在90℃左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。 (11) 在料溫偏高，噴嘴溫度偏低，高壓對空注射易發(fā)生爆炸性傷人事故，分解時有刺激性氣體，料性易燃應遠離明火[5]。 2.2.3 POM的主要性能指標 表2.1所示為POM的一些技術指標[6] 表2.1 POM的技術指標 密度 1.40～1.62 熱變形溫度t/c 93～110 熔點 165～179 收縮率s 1.2～3.0 抗拉屈服強度 55～65 硬度HB 10.2～13.0 彎曲強度 85～100 相對伸長率 % 10～50 沖擊韌度 無缺口 100～200 沖擊韌度 缺口 5～20 2.3 POM塑料的注射過程及工藝 2.3.1 注射成型過程 （1）成型前準備，對POM進行干燥。POM是吸水率較低的塑料，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時間4小時,料層厚度30毫米。 （2）注射過程，塑料在注射機內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，起過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。 2.3.2 POM的注射工藝參數(shù)[7] （1）螺桿類別：標準螺桿（直 通 式 噴 嘴） （2）螺桿轉速(r/min)：30 （3）注射機料筒溫度: 前段 170℃～190℃ 中段 180℃～200℃ 后段 170℃～190℃ （4）噴嘴溫度：170℃～180℃。 （5）模具溫度：90℃～100℃。 （6）注射壓力:80MP～120MP。 （7）注射速度: 高速注射。 （8）保壓壓力: 30MP～50MP （9）成型時間: 注射時間:2s～5s 保壓時間:20s～90s 冷卻時間:20s～60s 總周期:50s～160s （10） 后處理: 脫模后將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。 2.4 POM的主要缺陷及消除措施 2.4.1 殘余應力與龜裂 殘余應力主要由于以下三種情況，即充填過剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。作為在充填過剩的情況下產生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手。 (1）由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產生在直澆口附近，則可考慮改用多點分布點澆口、側澆口及柄形澆口方式。 　　(2）在保證樹脂不分解、不劣化的前提下，適當提高樹脂溫度可以降低熔融粘度，提高流動性，同時也可以降低注射壓力，以減小應力。 　　(3）一般情況下，模溫較低時容易產生應力，應適當提高溫度。但當注射速度較高時，即使模溫低一些，也可減低應力的產生。 　　(4）注射和保壓時間過長也會產生應力，將其適當縮短或進行Th次保壓切換效果較好。 2.4.2 熔接痕 熔接痕是由于來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻、在結合處未能完全融合而產生的。一般情況下，主要影響外觀，對涂裝、電鍍產生影響。嚴重時，對制品強度產生影響（特別是在纖維增強樹脂時，尤為嚴重）。可參考以下幾項予以改善： (l）調整成型條件，提高流動性。如，提高樹脂溫度、提高模具溫度、提高注射壓力及速度等。 (2）增設排氣槽，在熔接痕的產生處設置推出桿也有利于排氣。 (3）盡量減少脫模劑的使用。 (4）設置工藝溢料并作為熔接痕的產生處，成型后再予以切斷去除。 (5）若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變熔接痕的位置?；蛘邔⑷劢雍郛a生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。 2.4.3 飛邊 zg4?" L ? 1=&BM`h# 　　飛邊又稱溢邊、毛刺、披鋒等，大多發(fā)生在摸具的分合位置上，導致該缺陷的主要原因有： (1) 模具分型而精度差。模具分型面上粘有凸出異物、活動模板變形曲翹等。所以模具要保證一定的精度。 (2) 模具設計和人料配置不合理。一是在不影響制件完整性前提下，流道應設置在質量對稱中心上，避免出現(xiàn)偏向性流動；二是塑料在熔融狀態(tài)下具有很高的流動性和貫穿能力，容易進入活動的或固定的縫隙，要求模具的設計制造精度較高。 (3) 注射機的鎖模力不足。注射成型時，由于機械上的缺陷，致使真正的鎖模力不足或不恒定，也會產生飛邊；另一方面由于模具本身平行度不好，也會導致鎖模不緊密而產生飛邊，所以要選用適合的注射機以保證鎖模力。 (4) 注射工藝條件差。一是塑料充模狀態(tài)過分劇烈；二是加料量調得不準確。所以從料斗進入料筒的料量應維持一致[8]。 ^IGShs9 ? OhB,6J 3 盒蓋模具設計方案的比較與確定 3.1 分型面方案的優(yōu)化確定 分型面是模具上用來取出塑件和澆注系統(tǒng)料可分離的接觸面稱為分型面,分型面的選擇對模具設計方式影響最大,分型面設計是否合理對塑件質量和模具復雜程度具有很大的影響。基本上是一種分型面對應著一種模具設計方案，所以分型面的選擇決定著模具總體的設計方案。 3.1.1 分型面的選擇原則[9] (1）保證塑料制品能夠脫模。 (2）使分型面容易加工。 (3）盡量避免側向抽芯。 (4）使側向抽芯盡量短。 (5）有利于排氣。 (6）有利于保證塑件的外觀質量。 (7）盡可能使塑件留在動模一側。 (8）盡可能滿足塑件的使用要求。 (9）盡量減少塑件在合模方向的投影面積。 (10）長型芯應置于開模方向。 (11）有利于簡化模具結構。 3.1.2 分型面的選擇方案 (1）分型面選擇方案一：如圖3.1所示，開模時在塑件中間的外形最大輪廓處A一A面分開。 (2）分型面選擇方案二：如圖3.2所示，開模時在塑件底下的外形最大輪廓處A一A面分開。 根據工程和生產實際分析，分型面采用方案二是比較好的，能在成形的基礎上保證塑件的加工精度，方案一容易在分型面處產生飛邊，影響外表面的光滑度。 圖3.1 分型面位置 圖3.2 分型面位置 3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定 3.2.1 型腔數(shù)量 根據設計要求采用一模兩腔。 3.2.2 型腔排列方式比較確定 (1) 排列方案一：如圖3.3所示。 圖3.3 型腔排列方式一 (2）排列方案二：如圖3.4所示。 圖3.4 型腔排列方式二 采用方案一結構更復雜和更多的制造工時,增加了成本,且不易實現(xiàn)，經過比較該套模具型腔的排列方式采用方案二。 4 模具詳細設計 4.1 注塑機選型 注射機是塑料注射成型所用的設備，一副注射模只能安裝在與其相適應的注射機上使用，因此設計注射模應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，以保證模具安裝在注射機上能正常工作，符合零件加工工藝的要求。 注射機規(guī)格的確定主要是根據塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離進行計算。根據這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機[10]。 4.1.1 注射量計算 該產品材料為POM，根據《設計與制造實訓》查得其密度為1.40 g.cm-3～1.61g.cm-3收縮率為1.2%～3.0%，計算其平均密度為1.55 g.cm-3，平均收縮率為2.1%，通過計算得 塑件體積為： V塑=48.3 cm3 塑件的質量： M塑=109.2g 澆注系統(tǒng)體積： V澆=0.85 cm3 澆注系統(tǒng)質量： M澆=1.32g 故得總體積和總質量為： V總=49.15 cm3；M總=110.52g 4.1.2 注射機型號的選定 根據以上的計算選定型號為XS一ZY一125型臥式注射機，其主要技術參數(shù)見表4.1。 表4.1 XS一ZY一125型注射機主要技術參數(shù)[11] 螺桿直徑/mm 42 拉桿內間距/mm 260x290 注射行程/mm 115 最大模具厚度/mm 300 額定注射量/ 125 最小模具厚度/mm 200 注射速度 /(g/s) 100 頂出桿根數(shù) 1 噴嘴直徑/mm 4 噴嘴圓弧半徑/mm 12 額定注射壓力/MP 120 頂出中心孔直徑/mm 30 鎖模力/KN 900 開模行程/mm 270 4.1.3 注射機有關工藝參數(shù)的校核 （1）注射量的校核 最大注射容積：V大=125 cm3 最小注射容積：V小=27.8 cm3 V大< V總< V小 符合要求。 （2）鎖模力的校核 合模力為注射機和模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機的合模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。即: （4.1） 式中 ——合模力（kN） ——型腔壓力（MPa）(一般取20MPa ～50MPa) A ——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積（mm2） 取POM的=30MPa A=2（ 所以所選的注射機合模力69.81kN （3）最大注射壓力的校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力 Pmax=120MPa 應該大于注射成型所需調用的注射壓力的 即 （4.2） 式中； 為30～50； 代入數(shù)據計算，符合要求。 (4）安裝尺寸的校核 模具厚度H應滿足: 式中該套模具厚度H=25+63+32+25+20+34+20+25=244 mm，滿足模具設計的要求。 (5）開模行程校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注射機的最大開模行程。為需要利用開模行程完成側向抽芯的分型面的注射模，其開模行程還需要考慮為完成抽芯而需要的開模行程。 （4.3） 式中 S ——注射機的最大開模行程（mm） ——塑件脫出距離(mm) ——包括流道凝料在內的塑件高度(mm) =120mm =34+45=79mm 當〉時，mm 199mm 注射機的開模行程為300mm,因此滿足設計要求。 4.2 模具澆注系統(tǒng)設計和澆口的設計 澆注系統(tǒng)是引導凝料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能。 4.2.1 主流道的設計 主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，具有一頂?shù)腻F度，以便熔體的流動和開模時主流到凝料的順利拔除。 (1）主流道尺寸設計 （a）主流道的小端直徑 D =注射機噴嘴直徑+（0.5～1） =4+（0.5～1）, 取D=4.5mm 。 （b）主流道的球面半徑 SR =注射機噴嘴球頭半徑+（1～2） =12+（1～2），取SR=13mm 。 （c）主流道的長度 取L=25+20+32=77mm。 主流道大端直徑 D=7.6mm（半錐角） (2）澆口套的設計 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求比較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC,如圖4.1所示。 圖4.1 主流道襯套 (3）定位圈的設計與固定 由于該模具主流道比較長，定位圈和襯套設計成分體式，定位圈結構尺寸如圖4.2所示；定位圈和襯套的固定形式如圖4.3所示。 圖4.2 定位圈 1-內六角螺紋； 2-定位圈；3-定模座板；4-主流道襯套；5-定模板 圖4.3 主道襯套的固定形式 4.2.2 澆口和流道的設計優(yōu)化 根據設計的零件,澆口位置有兩種選擇方案: (1) 如圖4.4所示，塑料熔體通過點澆口注入型腔。澆口殘留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡。但澆口面積小,流動阻力大，只宜用于成型流動性好的塑料，成本也較高。 圖4.4 澆口和流道的設置形式 (2) 如圖4.5所示，塑料熔體通過底剖的側澆口注入型腔,側澆口形狀簡單，加工容易，適應性較強，加工成本也較低。所以在這里我選用側澆口[12]。 圖4.5 澆口和流道的設置形式 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括型腔、型芯、鑲塊、導柱和拉料桿等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。 設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。 工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等[13]。 POM的成型收縮率為1.2%～3.0%所以平均收縮率取 s=2.1%。 塑件尺寸公差按SJ1372一78標準中的7級精度成型。 4.3.1 型芯與型腔 (1) 采用鑲入式臺肩形式型芯成型，這樣方便加工和替換。圓柱鑲件型芯如圖4.6所示。 圖4.6 圓柱型芯 型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上1/4的磨損量,而型芯高度則加上1/6的磨損量.型芯的計算尺寸表達如下。 (a) 型芯的徑向尺寸的計算式： （4.4） 式中—型芯的最大基本尺寸； —塑件的最小基本尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取七級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選取； 根據公式計算得型芯的各徑向尺寸： (b) 型芯的高度尺寸的計算： （4.5） 式中 —型芯高度的最大尺寸； —塑件內形深度的最小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取七級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選??； 根據公式計算得型芯的各高度尺寸： (2) 采用鑲入式臺肩形式型腔成型，這樣方便加工和替換。圓柱鑲件型腔如圖4.7所示。 圖4.7 型腔 型腔尺寸計算 型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應選擇塑件公差△的1/2，取負偏差，再加上1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上1/6的磨損量，這樣的型芯的計算尺寸的表述如下。 (a) 型腔的徑向尺寸的計算式： （4.6） 式中 D0—型芯的最小基本尺寸； —塑件的最大基本尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取七級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選??； 根據公式計算得型腔的各徑向尺寸： (b) 型腔的深度根據尺寸的計算公式： （4.7） 式中 —型腔深度的最小尺寸； —塑件的最大基本小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取七級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選取； 根據公式計算得型腔的各深度尺寸： 4.3.2 型腔零件剛度和強度校核 由于塑件成型部分采用鑲入式型腔和型芯，再鑲入模板。成型各部分滿足規(guī)定的距離，所以成型時型腔零件完全滿足強度和剛度的要求，在這里就不一一校核。 4.4 模架的確定和標準件的選用 根據前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據成型零件尺寸結合標準模架，選用基本型為A4型的標準模架[14]。 (1）定模座板（200mm x 250mm、厚為25mm） 定模座板是模具與注射機連接固定的板，材料為45鋼。 通過4個M8的內六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過4個M5的內六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H7/k6配合。 (2）定模板（180mm x 200mm，厚54mm） 用于固定型芯、導套和滑塊。固定板應有一定的厚度，并有足夠強度，一般用45號鋼，調質到230HB～270HB。其上的導柱和導套一端采用H7/f6配合，另外一段也采用H7/f6配合；定模板與澆口套采用H7/r6配合。 (3）動模座板（200mm x250mm、厚為25mm） 材料為45鋼，其上的注射機頂孔為直徑30 mm。 (4）動模板（180mm x 200mm，厚25mm） 材料為45鋼。 (5）墊塊(32mm x 200mm 厚63mm) （a）主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。 （b）結構形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。 （c）墊塊材料 墊塊材料為Q235，也可以用HT200、球墨鑄鐵等。這里采用Q235制造。 （d）墊塊的高度h校核。 h=++=12+16+34=62mm 式中 ——推板厚度，為12mm； ——推桿固定板厚度，為16mm； ——推出行程，為34mm； 所以符合設計要求。 (6）支撐板（180mm x 200mm，厚度32mm） 材料為45鋼。 (7）推板（114mm x 200mm，厚度15mm） 材料為45鋼，其上的推板與推桿采用H7/f6配合。用M5的內六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。 (8）推桿固定板（120mm x 300mm，厚度20mm） 材料為45鋼，用M5的內六角圓柱螺釘與推板固定。 模架如圖4.8所示： 1-動模座板；2-內六角螺釘；3-墊塊；4-支承板；5-彈簧；6-頂銷；7-內六角螺釘；8-動模板；9-推件板；10-鑲塊；11-型芯；12-定位銷；13-彈簧；14-定模座板；15-定位圈；16-內六角螺釘；17-澆口套；18-內六角螺釘；19-定模板；20-型腔；21-滑塊；22-斜導柱；23-拉料桿；24-內六角螺釘；25-推桿固定板；26-推板；27-推件桿；28-導套；29-導柱；30-導套； 圖4.8 模架 4.5 合模導向機構和定位機構 采用標準模架，模架本身帶有導向裝置，按模架規(guī)格選取即可。 4.5.1 導向機構的總體設計[15] (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，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的精度，防止壓入導柱和導套后變形。 (2）該導套采用4根導柱，其布置為等直徑導柱對稱布置。 (3）導柱安裝在支承板和模套上，導套安裝在定模固定板上。 (4）為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應只有承屑槽，在導柱孔口倒角。 (5）在合模時，保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。 (6）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 4.5.2 導柱設計 (1）采用帶頭導柱，加油槽，如圖4.9所示。 (2）導柱長度必須比凸模端面高度高出6mm ～8mm。 (3）為了使導柱能順利地進入導向孔，導柱端部常做成圓錐形的先導部分。 (4）導柱的直徑應根據模具尺寸來確定，應保證有足夠的抗彎強度。 (5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/r6配合，導柱滑動部分按H7/f6配合。 (6）導柱工作部分的表面粗糙度為0.2mm。 (7）導柱應具有堅硬耐磨的表面、不易折斷的內芯。多采用低碳鋼經滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經淬火處理，硬度為50HRC以上或45鋼經調質、表面淬火、低溫回火、硬度為50HRC以上。 圖4.9 導柱 4.5.3 導套設計 導套與安裝在另外一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，以保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套常用的結構形式有兩種：直導套、帶頭導套。 (1）采用帶頭導套，如圖4.10所示。 (2）導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內剩余空氣。 (3）導套孔的的滑動部分按H7/f6配合，表面粗糙度為0.2um。 導套外徑與模板一端采用H7/r6配合。 (4）導套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用T10A[16]。 圖4.10 導套 4.6 脫模推出機構的設計 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或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也常稱為推出機構。 4.6.1 脫模推出機構的設計原則[17] 塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的，應遵循以下原則。 (1）推出機構應近盡量設置在動模一側。 (2）保證塑件不因推出而變形損壞。 (3）機構簡單，動作可靠。 (4）良好的塑件外觀。 (5）合模時的準確復位。 4.6.2 塑件的推出機構 該套模具的塑件采用推件板推出。 推件板如圖4.11所示。 圖4.11 推件板 4.7 側向分型與抽芯機構設計 當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時，塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽出，然后在把塑件從模內推出，否則就無法脫模。 4.7.1 側向分型與抽芯機構類型的確定 盒蓋兩側需要用到抽芯機構，在這里運用機動方式抽芯。驅動方式為斜導柱。該塑件的側面小孔較淺,所需的抽芯距不大,側抽芯的成型面積也不大,所以采用斜導柱側抽芯足夠，這里將滑塊位置設于定模上，導柱位置設在動模上。 4.7.2 斜導柱的設計 斜導柱設置在動模，要有足夠的強度。 斜導柱頂端和定模板固定并磨到和定模板平，在開模時能隨驅使滑塊沿動模板上的導滑槽滑動。 斜導柱傾斜角為20度。 4.7.3 滑塊的組合及設計形式 設計其組合方式時應考慮分型與抽芯的方向要求,并保證塑件有較好的外觀質量,另外還應使滑塊的組合部分具有足夠的強度，該套模具采用兩瓣合模塊組合的結構形式。 利用滑塊水平兩側面的凸耳與模套對應的導滑槽滑動配合,達到側向分型與復位的目的。 為防止滑塊離開定模，應采用定位銷[18]。 4.7.4 各項尺寸的計算與校核 斜導柱、滑塊之間的相對位置以如圖4.12所示。 (1）滑塊高度為34mm。設置在定模板內的定位銷止動距離為7.45mm。每個滑塊分布兩個定位銷，并對稱分布在滑塊中心線的兩邊。 (2）斜導柱的導向傾斜角為20度，從合模到開模斜導柱剛離開滑塊時，斜導柱的移動距離是20.1mm。 (3）抽芯距離校核 需要抽芯的距離是：3mm 斜導柱剛好抽出來時的推動距離：7.33mm 因：+3，所以抽芯距離滿足要求，塑件能正常取出。 圖4.12 導柱與滑塊 4.8 冷料井的設計 冷料井位于主流道的對面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而形成接縫；開模時能將主流道中的凝料拉出。冷料井的尺寸稍大于主流道大端的直徑。 采用底端帶有推桿的冷料井，這類冷料井的底部有一根推料桿組成，推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用Z型冷料井，結構如圖4.13所示。 圖4.13 冷料井 4.9 排氣系統(tǒng)設計 由于模具較小且型腔比較簡單，可以利用模具分型面的間隙、推桿和推桿孔的配合間隙以及活動型芯孔的配合間隙自然排氣。 4.10 冷卻系統(tǒng)的設計 4.10.1 加熱系統(tǒng) 該套模具的模溫要求在90℃～100℃，所以應采用加熱裝置，一般采用電加熱事進行預熱。 4.10.2 冷卻系統(tǒng) POM塑件可在較高溫度時脫模，冷卻時間可短，但為防止收縮變形，應力不均，脫模后應將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻[19]。 4.11 模具材料例表 模具零件材料選擇及熱處理如下表4.2所示. 表4.2 該模具的選材及熱處理 零件名稱 材料牌號 熱處理 硬度 說明 型腔 40Cr 淬火 58HRC-62HRC 淬透性好,熱處理變形小、耐 磨性好 圓柱型芯 40Cr 淬火 58HRC-62HRC 淬透性好,熱處理變形小、耐 磨性好 斜導柱 T7A 淬火 52HRC-55HRC 保證強度和耐磨性 滑塊 45 淬火 48HRC-52HRC 保證形狀和尺寸精度,耐磨性 動定模座板 45 調質 230HB-270HB 保證強度和剛度 墊塊 Q235 調質 230HB-270HB 保證強度和剛度 支撐板 45 調質 225HB-240HB 保證強度和剛度 推板固定板 45 調質 230HB-270HB 保證強度和剛度 主流道襯套 T10A 淬火 50HRC-55HRC 保證耐磨性 導柱導套 T10A 淬火 54HRC-58HRC 保證強度和耐磨性 定位圈 45 調質 230HB-270HB 保證強度和剛度 推件桿 T8A 淬火 43HRC-48HRC 保證強度和耐磨性 拉料桿 T8A 淬火 43HRC-48HRC 保證強度和耐磨性 5 模具裝配 5.1 塑料模具裝配的技術要求 塑料模具種類較多，結構差異很大，裝配的具體內容與要求也不同。一般注射、壓縮和擠出模具結構相對復雜，裝配環(huán)節(jié)多，工藝難度大。其他類型的塑料模具結構較為簡單。無論哪種類型的模具，為保證成形制品的質量，都應具有一定的技術要求。 (1) 模具裝配后各分型面應貼合嚴密,主要分型面的間隙應小于0.05mm;在模具適當?shù)钠胶馕恢脩b有吊環(huán)或起吊孔；模具的外形尺寸、閉合高度、安裝固定及定位尺寸、推出方式、開模行程等均應符合設計圖樣要求，并與所使用的設備條件相匹配，模具應有標記，各模板應打印順序編號及加工與裝配時使用的基準標記。 (2) 導向或定位精度應滿足設計要求，動、定模開合運動平穩(wěn)，導向準確，無卡阻、咬死或刮傷現(xiàn)象，安裝精定位元件的模具時，應保證定位精度、可靠，且不得與導柱、導套發(fā)生干涉。 (3）成型零件的形狀與尺寸精度及表面粗糙度應符合設計圖樣要求，表面不得有碰傷、劃痕、裂紋、銹蝕等缺陷；拋光方向應與脫模方向一致，成形表面的文字、圖案與脫模方向一致；活動成形零件或鑲件應定位可靠。配合間隙適當，活動靈活，不產生溢料。 (4）澆注系統(tǒng)表面光滑，尺寸與表面粗糙度符合設計要求。 (5）推出機構應運動靈活，工作平穩(wěn)、可靠；推出元件不應承受側向力；既不允許放生溢料，也不得有卡阻現(xiàn)象。 (6）側向分型與抽芯機構應運動靈活、平穩(wěn)；斜導柱不應承受側向力；滑塊定位應固定可靠，工作時不得產生變形。 (7）模具加熱元件應安裝可靠、絕緣安全、無破損，能達到設定溫度要求；模具冷卻水道應通暢，無堵塞，連接部位密封可靠。 5.2 塑料模具裝配過程 塑料模具的總裝過程因模具結構的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體如下: (1）確定裝配基準。 (2）安裝導柱導套和型芯、型腔并使間隙均勻。 (3）安裝側抽芯機構和推出機構等。 (4）其他零件的裝配。 (5）檢驗、試模[20]。 6 模具工作過程 模具裝配試模完畢之后,模具進入正式工作狀態(tài),其基本工作過程如下： (1）對塑料POM進行烘干,并裝入料斗。 (2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當?shù)念A熱。 (3）合模、鎖緊模具。 (4）對塑料進行預塑化，注射裝置準備注射。 (5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結后的冷卻和脫模。 (6）開模時，開合模系統(tǒng)帶動動模部分后移，斜導柱逼使側抽芯滑塊移動側向抽芯，當斜導柱脫離動模部分時，固定在定模部上的定位銷剛好卡住滑塊，防止斜滑塊與定模部分分離，使之順利的留在定模恰當?shù)奈恢?，有利于順利合模與復位；抽芯完成同時；隨著繼續(xù)開模，塑件脫離型腔同時主流道凝料在拉料桿的拉力作用下與澆口套分離；接著推出機構工作，推板在注射機頂桿的作用下，帶動塑件推桿工作，把塑件從主型芯上推出來，從而完成了塑件與模具的分離；最后將塑件取出完成自動脫模。 (7）塑件的后處理。 結束語 本次畢業(yè)設計是我們大學四年所學知識做的一次總測驗，是鍛煉也是對自己四年來所學知識及運用知識能力的檢驗。 通過此畢業(yè)設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。 畢業(yè)設計從測繪塑件圖紙，到完成CAD造型設計；完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；模具成型零件CAD造型設計；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，學會了從生產實際出發(fā)，針對實際課題解決實際問題，掌握了綜合使用各種設計手冊、圖冊、資料的方法，提高了電腦繪圖水平，為以后我的工作奠定了基礎。 本次設計也暴露出不少的缺點和問題：對于所學知識還沒有做到仔細、認真消化，許多方面還是只有一個大概的認識，沒有深入探討，對實際事物沒有深刻得了解，沒有做到理論聯(lián)系實際，沒有達到對所學的知識熟練運用的水平。 總之，通過本次畢業(yè)設計，加強了我對各項知識的綜合運用能力，更培養(yǎng)了我獨立分析問題和解決問題的能力。這些都為我以后走上工作崗位奠定了堅實的基礎。 致 謝 論文從開題、具體設計、論文的撰寫，均得到了老師、同學和朋友的大力支持。 在這里我特別感謝丁武學老師、張躍老師和殷勁松老師對我的指導。他們在繁忙的教學工作期間，為我的畢業(yè)設計付出了大量的心血，從開題報告、說明書的撰寫以及裝配圖繪制等整個過程中都給予了我悉心的指導。他們淵博的學術知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、認真負責的工作態(tài)度和待人以誠的寬廣胸懷，使我受益匪淺，必將對我以后的學習和工作產生巨大的影響，在此向他致以誠摯的謝意！ 其次要感謝同學們給我的幫助和支持,在設計中遇到的許多困難,他們都會熱心的給我排憂解難;遇到不能解決的問題，大家也一起討論共同想辦法。 最后還要感謝我的母校對我的大力栽培,感謝大學四年來所有的老師，為我打下了機械專業(yè)知識的堅實基礎，正是因為有了這些專業(yè)知識才使這次畢業(yè)設計順利完成。 參 考 文 獻 [1] 張春吉，唐躍. 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