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題 目:
骨輪零件的注射模設(shè)計(jì)
本論文是根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)計(jì)出骨輪的注射模。在設(shè)計(jì)中采用的是聚甲醛的塑料，成型的方式為一模兩腔，分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了塑料的工藝參數(shù)和設(shè)計(jì)方案，以及它的總體結(jié)構(gòu)和具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一些必要的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度校核。本文還對(duì)分型面、澆注系統(tǒng)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，完成了模具三維設(shè)計(jì)和工程圖設(shè)計(jì)。
通過(guò)設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用了大學(xué)期間的多數(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，加深所學(xué)知識(shí)體系，掌握了應(yīng)用Pro\E進(jìn)行塑料模具的設(shè)計(jì)方法和技巧，熟悉了工程應(yīng)用設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 注射模 塑料 成型 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
Title The Design of Plastic Injection Mould of Gulun
Abstract
The present paper actual completes the plastic injection mould of gulun according to the practical necessary. Uses the POM plastic injection in the design to take shape, the formation way is a mold two cavities. The paper concretely studies product’s technology capability, and determines the formation equipment and the designing concept. Else, it determines the gross construction, each effective range concrete structure and carries on some essential size computation and the intensity examination. The paper also designs the halving-profile, the irrigate system, shuck institution, temperature adjust system and other systems. Finally, it completes the triaxiality models and the schedule drawings of the mould.
Through this design, we have applied the university period most foundations and the specialized knowledge, deeply studies the knowledge system, have mastered the methods and skills of designing plastic mould with Pro\E, and have been familiar with the project application design.
Keywords Plastic injection mould Plastic Forming structure design
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 34 頁(yè) 共 34 頁(yè)
1 引言 1
1.1 塑料模具的現(xiàn)狀及發(fā)展 1
1.2 塑料注塑模具的設(shè)計(jì)步驟 4
1.3 課程任務(wù)要求 7
2 方案分析與設(shè)計(jì) 8
3 注塑成型的準(zhǔn)備 9
3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介 9
3.2 注塑機(jī)的選擇 11
3.3 注射模具分型面的選擇 13
3.4 注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
3.5 注射模具成型零件和模體的設(shè)計(jì) 18
3.6 注射模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu) 23
3.7 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
3.8 塑料注射模具的排氣設(shè)計(jì) 25
3.9 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25
3.10 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4 注射模加工工藝設(shè)計(jì) 26
4.1 坯料確定 27
4.2 模板的平面加工 27
4.3 塑料注射模具型腔常用加工方法及設(shè)備 28
4.4 成型零件加工 29
結(jié)束語(yǔ) 30
致 謝 31
參 考 文 獻(xiàn) 33
附錄：設(shè)計(jì)圖紙（另外裝訂）
1 引言
1.1 塑料模具的現(xiàn)狀及發(fā)展
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。塑料模具是用于成型塑料的模具，它是型腔模具的一種類型。
1.1.1 國(guó)外模具技術(shù)發(fā)展及水平
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工方法所不能比擬的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，己成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。近年來(lái)由于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)對(duì)注射制品日益增長(zhǎng)的需要，推動(dòng)了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）模具CAD\CAM\CAE技術(shù)
模具CAD\CAM\CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字建模、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè)試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程的一體化。隨著模具生產(chǎn)中軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，采用CAD\CAM\CAE技術(shù)以實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與制造的一體化和建立模具制造柔性加工系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展方向。
（2）高壽命和快速經(jīng)濟(jì)模具
為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，研究人員正在從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具材料及熱處理、模具表面強(qiáng)化、模具制造等方面提高模具壽命。當(dāng)前研究和應(yīng)用模具鋼（如仿美國(guó)生產(chǎn)的預(yù)硬鋼P(yáng)20、國(guó)產(chǎn)的易切削預(yù)硬鋼5NiSCa等）以及模具表面強(qiáng)化新技術(shù)，使塑料模具的精度和壽命大大提高。同時(shí)，為了適應(yīng)多品種、少批量生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具越來(lái)越引起人們的重視。如各種超塑性材料制作的模具、中低熔點(diǎn)合金模具等。
（3）微型化、超大型化和精密化
塑件的日趨大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔（如塑封模已達(dá)到一模幾百腔）使模具日趨大型化。同時(shí)隨著零件微型化以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求，精密模具的精度已由原來(lái)的5um提高到2um～3um，今后有些模具的加工精度公差要求在1um以下，這就要求發(fā)展超精加工技術(shù)。
（4）模具標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)
模具標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)件的專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)，是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期的根本措施，也是模具的發(fā)展方向。目前在工業(yè)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，中小型沖模、塑料注射模、壓鑄模等模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)80％～90％。而我國(guó)只有30％左右，但已經(jīng)制定了沖壓模、塑料注射模及壓鑄模等模具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在沿海工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，模具制造企業(yè)已采用了國(guó)際通用的模具標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件。
（5）模具制造先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)
現(xiàn)在高速、精密、數(shù)控、自動(dòng)化的模具加工設(shè)備更新發(fā)展很快，數(shù)控銑床、加工中心和各種數(shù)控電加工機(jī)床的廣泛應(yīng)用，對(duì)保證塑料模具的加工精度和縮短加工周期起了關(guān)鍵性的作用。同時(shí)，模具加工的新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，如快速成型（RPM）技術(shù)、高速銑削加工技術(shù)以及三維曲面模具研磨拋光工藝與技術(shù)等，都進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)的發(fā)展。
（6）高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
英國(guó)雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國(guó)200多家模具廠中得到應(yīng)用，取得良好效果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕漠a(chǎn)品所需的諸多功能，大大縮短了研制制造周期（掃描速度最高可達(dá)3m/min）。該系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用。隨著模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)的發(fā)展，今后“逆向工程”和“并行工程”將得到更廣泛的應(yīng)用[1]。
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展及水平
中國(guó)的模具企業(yè)大都是中小企業(yè)，從作坊式的企業(yè)成長(zhǎng)起來(lái)，甚至目前仍有許多模具企業(yè)是作坊式的管理，在模具交貨期、成本、質(zhì)量的控制方面問(wèn)題層出不斷。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，落后的管理手段和水平，使模具企業(yè)中的管理和技術(shù)人員只有疲于奔命。因此，模具制造企業(yè)要提高管理水平，具備快速反應(yīng)和及時(shí)調(diào)整的能力，沒(méi)有一套先進(jìn)的管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理的信息化是很難做到的。通過(guò)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)模具制造。
所謂信息化的模具企業(yè)，就是在模具企業(yè)應(yīng)用INTERNET、ERP等信息化技術(shù)，把模具企業(yè)上下游業(yè)務(wù)過(guò)程，技術(shù)溝通過(guò)程，以及模具企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理過(guò)程，以IT形式固定下來(lái)，最終提高模具企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平，提高模具企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。
目前，CAD/CAM技術(shù)的推廣已由“甩圖板”階段跨入到了深化應(yīng)用階段。CAPP技術(shù)的應(yīng)用，可以大大提高企業(yè)工藝編制的效率和準(zhǔn)確性；PDM系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理；MIS/ERP系統(tǒng)的應(yīng)用，則可以從根本上降低企業(yè)的成本，提高生產(chǎn)和管理效率[7,9]。這些系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息的集成和功能上的配合，并逐步實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全面信息化，已成為CAD/CAM技術(shù)深化應(yīng)用的主題, 是模具發(fā)展的第二次變革。
未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括：
（1）提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平；
（2）在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；
（3）大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)；
（4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；
（5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；
（6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；
（7）逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用；
（8）進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備；
（9）研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；
（10）開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具[2,3]。
1.2 塑料注塑模具的設(shè)計(jì)步驟
1.2.1 塑件的工藝性分析
（1）塑件成型工藝性分析
塑件如圖1所示。
圖1 塑件
名稱：骨輪
材料：聚甲醛（POM）
數(shù)量：大批量生產(chǎn)
要求：塑件外側(cè)表面光滑，塑件脫模斜度為45’。
（a）塑件材料基本特性
聚甲醛是繼尼龍之后發(fā)展起來(lái)的一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，其性能不亞于尼龍，而價(jià)格卻比尼龍低廉。聚甲醛樹(shù)脂為白色粉末，經(jīng)造粒后為淡黃色或白色，半透明有光澤的硬粒。
聚甲醛有較高的抗拉、抗壓性能和突出的耐疲勞強(qiáng)度，特別適合于用于長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)承受外力的齒輪材料；聚甲醛尺寸穩(wěn)定、吸水率小，具有優(yōu)良的減摩、耐磨性能；能耐扭變，有突出的回彈能力，可用于制造塑料彈簧；常溫下一般不溶于有機(jī)溶劑，能耐醛、酯、醚、燼及弱酸、弱堿，耐汽油及潤(rùn)滑油性能也很好，但不耐強(qiáng)酸；有較好的電氣絕緣性能。
聚甲醛的缺點(diǎn)是成型收縮率大，在成型溫度下的熱穩(wěn)定性較差。
（b）塑件材料主要用途
聚甲醛特別適合于制作軸承、凸輪、滾輪、輥?zhàn)印X輪等耐磨傳動(dòng)零件，還可用于制造汽車儀表板、汽化器、各種儀器外殼、罩蓋、箱體、化工容器、泵葉輪、鼓風(fēng)機(jī)葉片、配電盤(pán)、線圈座、各種輸油管、塑料彈簧等。
（c）塑件材料成型特點(diǎn)
聚甲醛的收縮率大；其熔融溫度范圍小，熱穩(wěn)定性差，因此過(guò)熱或在允許溫度下長(zhǎng)時(shí)間受熱，均會(huì)產(chǎn)生分解，分解產(chǎn)物甲醛對(duì)人體和設(shè)備都有害。聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，熔融速度快有利于成型，縮短成型周期，但凝固速度快會(huì)使熔料結(jié)晶化速度快，塑件容易產(chǎn)生熔接痕等表面缺陷。所以，在成型時(shí)注射速度要快，注射壓力不宜過(guò)高。其摩擦系數(shù)低、彈性高，淺側(cè)凹槽可采用強(qiáng)制脫出，塑件表面可帶有皺紋花樣[1]。
（2）塑件成型工藝參數(shù)的確定
查相關(guān)手冊(cè)得到POM塑料成型工藝參數(shù)：
收縮率 1.2％～3.0％；
注射機(jī)類型 螺桿式；
螺桿轉(zhuǎn)速 170r/min～180r/min；
料筒溫度 前段170。C～190。C，中段170。C～190。C，后段170。C～180。C；
噴嘴溫度 170。C～180。C；
模具溫度 90。C～120。C；
注射壓力 80MPa～130MPa；
保壓壓力 30MPa～50 MPa；
成型時(shí)間 注射時(shí)間2s～5s，保壓時(shí)間20s～80s，冷卻時(shí)間20s～60s。
1.2.2 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計(jì)應(yīng)先從繪制裝配圖如手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。
（1）確定分型面和澆口位置及結(jié)構(gòu)形式
分型面是塑件取出時(shí)和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤(pán)考慮設(shè)計(jì)。
模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時(shí)物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
（2）確定成型零件的結(jié)構(gòu)形式及安裝方法
成型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式注射成型的核心部位，它直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置、結(jié)構(gòu)見(jiàn)狀形式，就是能使成型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)在現(xiàn)有設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
（3）選擇成型設(shè)備
模具與注射機(jī)必須配套使用，根據(jù)塑件的具體情況，先選擇注射機(jī)并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。成型設(shè)備有兩個(gè)重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個(gè)是在于注射方向相垂直的最大投影面積。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。在選用時(shí)，成型設(shè)備的兩個(gè)參數(shù)應(yīng)略大于這個(gè)模具所用塑料的體積以及他的投影面積，只有這樣才能順利成型。
其次還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（a）測(cè)算核實(shí)模板所受注射壓力應(yīng)小于注射機(jī)的鎖模力；
（b）模具的閉合高度應(yīng)在注射機(jī)的最大閉合高度和最小高度之間；
（c）模體外形尺寸能從注射機(jī)的拉桿空間安裝；
應(yīng)了解注射機(jī)的定位孔直徑、噴嘴孔徑及噴嘴球半徑尺寸，使模具與之配套；模具采用的頂出方式應(yīng)適應(yīng)注射機(jī)的頂出方式和頂出距離，注射機(jī)的模板行程應(yīng)滿足在開(kāi)模時(shí)能去除塑件時(shí)所需要的距離。
（4）側(cè)抽機(jī)構(gòu)的確定
根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
（5）頂出機(jī)構(gòu)的確定
定模動(dòng)模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動(dòng)作。塑件落在動(dòng)模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障礙，折實(shí)頂出機(jī)構(gòu)在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動(dòng)下將成型塑件從動(dòng)模中頂出。
（6）確定溫度調(diào)節(jié)方式
溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個(gè)模具都必須盡可能好的設(shè)計(jì)溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對(duì)冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
（7）確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸
通過(guò)以上問(wèn)題的初步確定，即可勾畫(huà)出模體的輪廓，這時(shí)應(yīng)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等[4]。
1.2.3 對(duì)零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開(kāi)始對(duì)各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1：1的比例畫(huà)出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫(huà)出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對(duì)模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。主要零件繪制完成，對(duì)裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問(wèn)題會(huì)充分暴露出來(lái)，經(jīng)過(guò)改正修訂后，描清并正式編號(hào)，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
1.3 課程任務(wù)要求
本課題是骨輪注射模的設(shè)計(jì)。要求對(duì)骨輪進(jìn)行測(cè)繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。骨輪注射模要求一模兩腔，并能自動(dòng)脫模，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2 方案分析與設(shè)計(jì)
如下圖所示，開(kāi)模時(shí)沿1分型面分型，由于滑塊側(cè)凹卡住塑件，致使塑件開(kāi)模時(shí)停留在動(dòng)模一側(cè)，凝料留在定模一側(cè)。推桿3推動(dòng)滑塊9的同時(shí)，抽出側(cè)型芯，塑件自動(dòng)脫落。
圖2 裝配圖
1-動(dòng)模座板 2-推板 3-推桿 4-推桿固定板 5-支承板 6-墊塊 7-型芯固定板 8-模套 9-滑塊 10-彈簧頂銷 11-定模座板 12-型芯 13-緊固螺栓 14-澆口套 15-型芯 16-彈簧 17-定距螺釘 18-中間板
3 注塑成型的準(zhǔn)備
3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過(guò)機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開(kāi)啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作，如圖3所示。
圖3 注塑成型壓力—時(shí)間曲線
（1）物料準(zhǔn)備：成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況，有無(wú)雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
（2）注塑過(guò)程：塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過(guò)程可以用如圖所示3所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開(kāi)始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時(shí)間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長(zhǎng)，分子定向的程度越高。從螺桿開(kāi)始后退到結(jié)束（時(shí)間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
（3）制件后處理：由于成型過(guò)程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開(kāi)裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種[5]。
3.2 注塑機(jī)的選擇
3.2.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介
1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī)，這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破，目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%；注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%。成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快，產(chǎn)量最多的機(jī)種之一。
注塑機(jī)的分類方式很多，目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。常用的說(shuō)法有：
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
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。
3.2.2 注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)的主要參數(shù)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(kāi)合模速度,空循環(huán)時(shí)間等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)，制造，購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)。
（1）公稱注塑量：指在對(duì)空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí)，注射裝置所能達(dá)到的最大注射量，反映了注塑機(jī)的加工能力。
（2） 注射壓力：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿(或柱塞)對(duì)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(shí)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(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。
常用的注射速率如表1所示。
表1 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
注射量/CM 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(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
（4）塑化能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量。塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào)，若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力，反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期。
（5）鎖模力：注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力，在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開(kāi)。
（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(kāi)距，動(dòng)模板的行程，模具最大厚度與最小厚度等。這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍。
（7）開(kāi)合模速度：為使模具閉合時(shí)平穩(wěn)，以及開(kāi)模，推出制件時(shí)不使塑料制件損壞，要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理，即合模時(shí)從快到慢，開(kāi)模時(shí)由慢到快在到停。
（8）空循環(huán)時(shí)間：在沒(méi)有塑化，注射保壓，冷卻，取出制件等動(dòng)作的情況下，完成一次循環(huán)所需的時(shí)間 [5,6]。
3.2.3 注射成型機(jī)的計(jì)算
（1）注射容量
國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射聚甲醛時(shí)在對(duì)空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。
注射容量是選擇注射機(jī)的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個(gè)塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計(jì)算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vz—注射機(jī)最大注射容量，cm3 ；
估算：Vm=2×3.14×52×4=528cm3
取整約為500cm3
（2）最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具在分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說(shuō)在模具設(shè)計(jì)時(shí)，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)才能正常可靠的注射[1,11]。
S=2×3.14×8.82=486.3cm3
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
（3）模具的閉合高度
注射機(jī)動(dòng)壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個(gè)固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對(duì)于所用的注射機(jī)來(lái)說(shuō)，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機(jī)允許的最小厚度，mm；
H—注射機(jī)的實(shí)際閉合高度，mm；
H大—注射機(jī)允許的最大厚度，mm；
H=20+10+10+15+15+10+80+15+25=200mm；
（4）定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機(jī)定壓板的定位對(duì)中位置，應(yīng)與注射機(jī)的定位孔采取動(dòng)配合的連接形式，以保證模具體對(duì)中。
（5）模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機(jī)的壓板尺寸和拉桿的間距，因?yàn)榇俗⑸淠５淖铋L(zhǎng)的邊不應(yīng)超過(guò)壓板尺寸，而模具的最短邊應(yīng)小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機(jī)，并應(yīng)留有固定模體的壓緊空間。同時(shí)，注射模動(dòng)、定模上的緊固螺栓孔，也應(yīng)與注射機(jī)壓板上的標(biāo)準(zhǔn)螺孔一致。
（6）模具的頂出
注射機(jī)的頂出裝置通常有中心頂桿頂出、兩側(cè)頂桿頂出以及液壓頂出幾種形式。應(yīng)在動(dòng)模座板與注射機(jī)頂出位置相對(duì)的位置上，設(shè)置稍大于注射機(jī)頂桿的通孔，以便于注射機(jī)頂桿通過(guò)。
綜合考慮上述條件，注射機(jī)選擇XS-Z－60型號(hào)。
3.3 注射模具分型面的選擇
3.3.1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。
3.3.2 分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：（1）便于塑件脫模；
（2）在開(kāi)模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模；
（3）外觀不遭到損壞；
（4）有利于排氣和模具的加工方便。
3.3.3 分型面的選擇
根據(jù)對(duì)骨輪模型的觀察和分型面選擇的基本原則?，F(xiàn)選擇A-A為分型面，如圖4所示。
圖4 分型面
3.4 注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開(kāi)始到型腔入口為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計(jì)及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容之一。
3.4.1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設(shè)計(jì)注射模具的澆注系統(tǒng)是應(yīng)注意以下幾項(xiàng)原則：
（1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)布局；
（2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置；
（3）應(yīng)盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率；
（4）應(yīng)根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動(dòng)性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長(zhǎng)度，并使其圓滑過(guò)渡以利于物流的流動(dòng)；
（5）排氣良好。
3.4.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
主流道是連接注塑機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時(shí)也改善料流的速度，因?yàn)橐妥⑺軝C(jī)相配，所以其尺寸與注塑機(jī)有關(guān)。
由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨(dú)加工和熱處理。
（1）主流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（a）為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α=3～6度左右的圓錐孔，對(duì)流動(dòng)性較差的塑料也可取得稍大一些，但過(guò)于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。
（b）澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時(shí)，其出料端端面直徑應(yīng)盡量選得要小些。如果過(guò)大，即澆口套與型腔的接觸面積增大，模腔內(nèi)部壓力對(duì)澆口套的反坐力也將按此比例增大，到一定程度時(shí)澆口套容易從模體中彈出。
（c）澆口套的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應(yīng)進(jìn)行淬硬處理，為了防止注射機(jī)噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應(yīng)低于注射機(jī)噴嘴的硬度，以增加內(nèi)壁的耐磨性，并減小注射中的阻力，圓錐孔大端處應(yīng)有的過(guò)渡圓角，以減小物流在轉(zhuǎn)向時(shí)的流出阻力。
（d）澆口套于注射機(jī)的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機(jī)噴嘴頭是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模。
（e）定位環(huán)是模體與注射機(jī)的定位裝置，它保證澆口套于注射機(jī)的噴嘴對(duì)中定位，定位環(huán)的外徑應(yīng)與注射機(jī)的定位孔間隙配合。定位環(huán)厚度，小于注射定位孔的深度。
（f）澆口套端面應(yīng)與定模相配合部分的平面高度一致。
（2）澆口套的設(shè)計(jì)
注射機(jī)XS-Z-60的噴嘴球半徑為12mm, 噴嘴孔徑為6mm.。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取7mm，如圖5。
圖5 澆口套
3.4.3 注射模具分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。
常用分流道斷面尺寸推薦如表2所示。
表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
聚乙烯
尼龍類
聚甲醛
丙烯酸
抗沖擊丙烯酸
醋酸纖維素
聚丙烯
異質(zhì)同晶體
4.8－9.5
1.6－9.5
1.6－9.5
3.5－10
8－10
8－12.5
5－10
5－10
8－10
聚苯乙烯
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
熱塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
離子聚合物
聚苯硫醚
3.5－10
3.5－10
6.5－16
6.5－8.0
3.5－8.0
6.5－10
6.5－10
2.4－10
6.5－13
分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長(zhǎng)的比值來(lái)表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀。
3.4.4 注射模具澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性：
（1）形狀簡(jiǎn)單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
（2）試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；
（3）能相對(duì)獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；
（4）對(duì)于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。
澆口位置的選擇原則：（a）盡量縮短流動(dòng)距離；
（b）避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；
（c）澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件厚壁處；
（d）考慮分子定向的影響；
（e）減少熔接痕，提高熔接強(qiáng)度。
側(cè)澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時(shí)間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設(shè)置在塑件表面，澆口截面形狀簡(jiǎn)單，容易加工，且注射效率高。
3.4.5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴設(shè)置在主流道的末端，即主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上。它的作用是用來(lái)儲(chǔ)存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時(shí)，如果它們進(jìn)入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進(jìn)入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。推板式鉤料裝置由冷料穴、鉤料桿組成，鉤料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
3.5 注射模具成型零件和模體的設(shè)計(jì)
3.5.1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）型腔的結(jié)構(gòu)形式
型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：
（a）整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度和剛度都相對(duì)較高，且不易變形，塑件上不會(huì)產(chǎn)生拼模縫痕跡。它的缺點(diǎn)是：切削量大，使模具成本較高，同時(shí)給熱處理和表面處理帶來(lái)困難，只適用于形狀較為簡(jiǎn)單的中、小型模具，但隨著用業(yè)技術(shù)的發(fā)展，隨著電蝕機(jī)床、仿型機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用。有些形狀復(fù)雜的大型模具也有采用整體式型腔結(jié)構(gòu)的。
（b）整體組合式
型腔由整塊材料制成，用臺(tái)肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個(gè)加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度要求以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行熱處理等。
（c）局部組合式
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多用于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
（d）完全組合式
完全組合式是由多個(gè)螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
骨輪注射模的型腔部分不是很復(fù)雜，可利用電火花進(jìn)行。這里選擇整體式型腔。
（2）型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算
在塑料注射模的注射過(guò)程中，型腔從合模到注射保證過(guò)程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的硬度和剛度，總的說(shuō)來(lái)，型腔所承受的力大體有如下幾種：
（a）合模時(shí)的壓應(yīng)力；
（b）注射過(guò)程中塑料流動(dòng)的注射壓力；
（c）澆口封閉前一瞬間的保證壓力；
（d）開(kāi)模時(shí)的拉應(yīng)力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過(guò)程中總在變化。在這些壓力作用下，當(dāng)型腔的剛度不足時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度，型腔將會(huì)彈性恢復(fù)，當(dāng)型腔的彈性變形恢復(fù)量大于塑件壁厚的收縮量時(shí)，將壓緊塑件，引起塑件頂出困難，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔強(qiáng)度不夠時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，即引起型腔的永久變形，特別嚴(yán)重的會(huì)使型腔破裂，釀成事故。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證型腔在注射過(guò)程中產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算和選擇是十分重要的。
此模具是組合式圓形型腔，圓形型腔是指內(nèi)外壁橫斷面都是圓形。組合式圓形型腔的側(cè)壁和底部均受到?jīng)_擊壓力。組合式圓形型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算，下面對(duì)剛度和強(qiáng)度分別計(jì)算。
3.5.2 注射模具成型零件的尺寸確定
（1）型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
（a）按剛度計(jì)算
其壁厚S按下面公式計(jì)算：
S=R-r=r （3.1）
式中 S —— 型腔側(cè)壁厚度，mm
R —— 型腔外半徑，mm
r —— 型腔內(nèi)半徑，r=54mm
E —— 型腔材料的彈性模量，MPa，E=2.06×105MPa
—— 型腔許用變形量，=0.03mm
P —— 型腔內(nèi)單位平均壓力，p=30MPa
μ —— 泊松比，μ=0.25
代入公式中得：S=15mm
（b）按強(qiáng)度計(jì)算
其壁厚S按下面公式計(jì)算
S=r （3.2）
式中 —— 型腔材料的許用應(yīng)力，=156.8MPa
其余符號(hào)見(jiàn)公式（3.1）
代入公式中得：S=14.6mm
（2）底板厚度的計(jì)算
（a）按剛度計(jì)算
其壁厚H按下面公式計(jì)算
H=0.9r （3.3）
式中 H —— 底版厚度，mm
其余符號(hào)見(jiàn)公式（3.1）
代入公式中得：H=31.1mm
（b）按強(qiáng)度計(jì)算
其壁厚H按下面公式計(jì)算
H=1.1r （3.4）
其余符號(hào)見(jiàn)公式（3.1） 和（3.2）
代入公式中得：H=25.5mm
（3）型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)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，這樣的型腔的計(jì)算尺寸的表述如下：
（a）型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
（3.5）
式中 —— 型腔的最小基本尺寸；
—— 塑件的最大基本尺寸；
S —— 塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—— 塑件的公差，取8級(jí)精度；
δ—— 模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)（3.5）式計(jì)算得型腔的各徑向尺寸：
（b）型腔的深度尺寸的計(jì)算公式
（3.6）
式中 —— 型腔深度的最小尺寸；
—— 塑件的最大基本尺寸；
其余符號(hào)與（3.5）相同 。
根據(jù)（3.6）式計(jì)算得型腔的各深度尺寸：
（4）型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸，因此應(yīng)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(jì)算尺寸表達(dá)如下。
（a）型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
（3.7）
式中 —— 型芯的最大基本尺寸；
—— 塑件的最小基本尺寸；
其余符號(hào)與（3.5）相同。
根據(jù)（3.7）式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
（b）型芯的高度尺寸的計(jì)算式：
（3.8）
式中 —— 型芯高度的最大尺寸；
—— 塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
其余符號(hào)與（3.5）相同。
根據(jù)（3.8）式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
（5）中心距尺寸的計(jì)算
中心距尺寸的計(jì)算式：
（3.9）
式中 —— 模具的中心距基本尺寸；
—— 塑件中心距的基本尺寸[4,11]；
其余符號(hào)與（3.5）相同。
根據(jù)（3.9）式計(jì)算得各中心距尺寸：
3.5.3 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：（1）整體式；（2）整體組合式；（3）局部組合式；（4）完全組合式；
本模具選擇的是整體組合式。 整體組合式就是將主體型芯鑲嵌在模板上固定而成。它加工簡(jiǎn)單，易修復(fù)更換，也有很高的強(qiáng)度和剛度。
3.6 注射模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)
3.6.1 注射模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)概述
側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的分類，按其抽芯動(dòng)力來(lái)源，注射模側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)主要分手動(dòng)抽芯、機(jī)動(dòng)抽芯和液壓抽芯三大類。
（1）手動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)：它是在塑件開(kāi)模前依靠人工將側(cè)型芯抽出或在開(kāi)模后將塑件和型芯一并從模內(nèi)頂出，然后在模外用手工工具抽出側(cè)型芯，合模前再將側(cè)型芯裝入模體內(nèi)的抽芯方法。
（2）機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)：它的抽芯方法是在開(kāi)模是依靠注射機(jī)的開(kāi)模力，通過(guò)抽芯機(jī)構(gòu)機(jī)械零件的傳動(dòng)使其改變移動(dòng)方向，將活動(dòng)的側(cè)型芯抽出。機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)根據(jù)抽芯方式及機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，又分為斜導(dǎo)柱式抽芯機(jī)構(gòu)，彎拉桿式抽芯機(jī)構(gòu)、彎拉板式抽芯機(jī)構(gòu)、斜滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)、頂出式抽芯機(jī)構(gòu)及齒輪式抽芯機(jī)構(gòu)等等。
（3）液壓或氣動(dòng)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)：它是依靠液壓系統(tǒng)或氣動(dòng)裝置為動(dòng)力，抽出活動(dòng)的側(cè)型芯的。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)模具選擇機(jī)動(dòng)側(cè)抽芯中的斜滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)。
3.6.2 注射模具的斜滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理
斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)適用于塑件側(cè)孔或側(cè)凹較淺但成型面積較大的場(chǎng)合。斜滑塊側(cè)向抽芯的特點(diǎn)是利用推出機(jī)構(gòu)的推力驅(qū)動(dòng)斜滑塊側(cè)向運(yùn)動(dòng)，在塑件被推出的同時(shí)由斜滑塊完成側(cè)向抽芯動(dòng)作。一般分為外側(cè)抽芯和內(nèi)側(cè)抽芯兩種。本設(shè)計(jì)是外側(cè)抽芯。
（2）斜滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（a）斜滑塊的導(dǎo)滑形式
整體導(dǎo)滑形式，加工精度不易保證，又不能進(jìn)行熱處理，故適宜用于小型或批量不大的模具；
圓柱銷導(dǎo)滑形式，采用斜向鑲?cè)氲膶?dǎo)柱銷導(dǎo)滑；
鑲塊導(dǎo)滑形式，鑲塊可單獨(dú)進(jìn)行熱處理和磨削加工，導(dǎo)滑精度高且耐磨。導(dǎo)滑鑲塊用圓柱銷定位，外加銷套是為了提高安裝位置精度；
燕尾導(dǎo)滑形式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難。主要用于小模具多滑塊的情況。
本設(shè)計(jì)采用圓柱銷導(dǎo)滑形式。
（b）斜滑塊的止動(dòng)裝置
設(shè)計(jì)斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)時(shí)，若定模側(cè)有成型型芯，則需設(shè)置銷釘鎖緊或壓緊的止動(dòng)裝置。本設(shè)計(jì)可以設(shè)置彈簧和彈簧頂銷，以便在開(kāi)模時(shí)，斜滑塊無(wú)法滑動(dòng)，塑件與定模型芯分離而留在動(dòng)模一側(cè)。
3.7 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.7.1 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：按驅(qū)動(dòng)方式分類可分為：手動(dòng)頂出、機(jī)動(dòng)頂出、氣動(dòng)頂出；
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無(wú)誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮觯瓿擅摮鏊芗难b置稱為脫模機(jī)構(gòu)，也稱頂出機(jī)構(gòu)。
脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般遵循以下原則：
（1）塑件滯留于動(dòng)模邊，以便借助于開(kāi)模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作。
（2）由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大的部位。
（3）結(jié)構(gòu)合理可靠，便于制造和維護(hù)。
本設(shè)計(jì)使用簡(jiǎn)單的推桿和推管脫模機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵撍芗姆中兔婧?jiǎn)單，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，采用推簡(jiǎn)單的脫模機(jī)構(gòu)可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來(lái)方便。
3.7.2 自動(dòng)脫落機(jī)構(gòu)
由于設(shè)計(jì)中采用的是斜滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)，斜滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)向兩側(cè)分型，完成側(cè)向抽芯的同時(shí)也將塑件從動(dòng)模型芯上脫出。
3.8 塑料注射模具的排氣設(shè)計(jì)
在塑料熔體填充注射模腔過(guò)程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學(xué)反應(yīng)）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫，表面輪廓不清，不能完全充滿型腔，同時(shí)，還會(huì)因?yàn)闅怏w被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕，色澤不佳等缺陷。模具的排氣可以利用排氣槽排氣，分型面排氣，利用型芯，推桿，鑲件等的間隙排氣。
通常，選擇排氣槽的開(kāi)設(shè)位置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
（1）排氣口不能正對(duì)操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故；
（2）最好開(kāi)設(shè)在分型面上，如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出；
（3）最好設(shè)在凹模上，以便于模具加工和清模方便；
（4）開(kāi)設(shè)在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端；
（5）開(kāi)設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處，因?yàn)檫@樣的部位最容易形成熔接痕；
（6）若型腔最后充滿部位不在分型面上，其附近又無(wú)可供排氣的推桿或活動(dòng)的型心時(shí)，可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌燒結(jié)的多孔金屬塊，以供排氣；
（7）高速注射薄壁型制件時(shí)，排氣槽設(shè)在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出。
3.9 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.9.1 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要性
塑料注射成型是將熔融狀態(tài)的塑料向模腔高壓注射，其后這些熔料在模腔中冷卻到塑料變形溫度以下固化成型。在塑料固化成型過(guò)程中，由熔融狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)是由熔料溫度和模具的溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且一般說(shuō)來(lái)，模具溫度應(yīng)在塑料熱變形溫度以下才能達(dá)到迅速固化成型的目的。但是模具的溫度既不能過(guò)高也不能過(guò)低。模具溫度過(guò)高會(huì)造成溢料，脫模困難，并使塑件固化時(shí)間延長(zhǎng)，延長(zhǎng)注射成型周期，降低生產(chǎn)效率；模溫過(guò)低則會(huì)影響注射熔料的流動(dòng)性，使塑料應(yīng)力增大，并可能出現(xiàn)熔接痕及缺料等制品缺陷，影響塑件質(zhì)量。模具溫度不均勻會(huì)使塑件變形，以及收縮率偏差等諸多問(wèn)題影響塑件的質(zhì)量。為此，控制模具溫度是塑件注射成型中的重要環(huán)節(jié)。
3.9.2 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響
（1）采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率；
（2）模溫均勻，冷卻時(shí)間短，注射速度快可以減少塑件的變形
（3）對(duì)塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)；
溫度對(duì)塑件質(zhì)量的影響有相互矛盾的地方，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)材料特性和使用要求偏重于主要要求。
3.9.3 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求
（1）根據(jù)塑料的品種確定是對(duì)模具采用加熱方式還是冷卻方式；
（2）希望模溫均一，塑件各部同時(shí)冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量；
（3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好；
（4）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低廉；
從成型溫度和使用要求看，需要對(duì)該模具進(jìn)行冷卻，以提高生產(chǎn)率。
3.9.4 塑料注射模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于骨輪為薄壁零件，且零件體積不是很大，所以熱傳遞的熱量也不是很大。所以冷卻水道設(shè)置在塑件兩邊，一邊一個(gè)冷卻水道，便可以滿足冷卻要求。
3.10 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上采用三唯CAD系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。目前的CAD軟件很多，如工程圖設(shè)計(jì)普遍采用的二唯AutoCAD，功能強(qiáng)大的三唯設(shè)計(jì)加工軟件UG、Pro/Engineer等，還有易學(xué)易用的Solid Work、Solid Edge等。設(shè)計(jì)采用自上而下、上下結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。首先根據(jù)模具結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行各主要零件的三唯造型和設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行裝配體裝配設(shè)計(jì)，在裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的干涉碰撞等結(jié)構(gòu)問(wèn)題再進(jìn)行修改，最后完善零件的設(shè)計(jì)。
4 注射模加工工藝設(shè)計(jì)
塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟(jì)低精度的通用加工、電火花成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于骨輪注射模精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟(jì)、可行，故采用了普通加工與電火花成型相結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件類型下面簡(jiǎn)單分析一下主要類型零件的加工工藝。
4.1 坯料確定
坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)棒料或板材，也可采用鍛造坯料。在有專業(yè)模具企業(yè)中，對(duì)性能要求不高的材料多采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材料，而對(duì)性能要求較高的材料則要經(jīng)鍛造，然后經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)后具有適當(dāng)硬度和便于加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料，這種形式加工余量小，節(jié)省了人工和材料用量。坯料通過(guò)鍛造可使金屬材料的金相組織密實(shí)，對(duì)其強(qiáng)度和剛度也有提高。只是應(yīng)嚴(yán)格控制加工余量，加工余量過(guò)大，會(huì)引起材料和加工工時(shí)的浪費(fèi)[10]。
4.2 模板的平面加工
（1）模板平面的粗加工
平面切削加工是指用車床、刨床、銑床等對(duì)坯料的6個(gè)方面進(jìn)行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時(shí)對(duì)模板上較大的孔也應(yīng)進(jìn)行粗加工。
粗加工完了之后，應(yīng)進(jìn)行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應(yīng)力，使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過(guò)程中的變形或淬裂。
（2）模板平面的半精加工
在經(jīng)過(guò)退火而消除內(nèi)應(yīng)力之后，模板會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。半精加工就是去除其變形量，并給精加工留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?
（3）模板平面的精加工
通過(guò)以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的兩平面，并達(dá)到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個(gè)分模面即是z軸方向上的加工基準(zhǔn)面。
取任意相鄰的兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。這兩個(gè)側(cè)面即是x，y方向上的加工基準(zhǔn)面，分別作文字標(biāo)記，如x，y。當(dāng)平面的精度要求，特別是平面度公差要求很高時(shí)，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為研具，由很細(xì)的金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達(dá)到多面積的良好接觸。
（4）薄板的精加工
當(dāng)模板較薄或太薄時(shí)，在退火填質(zhì)或淬硬后容易發(fā)生彎曲或翹曲形變的現(xiàn)象。在磨削發(fā)生形變的薄板時(shí)，應(yīng)使用薄而寬的擋板，將薄板四周擋住，并將被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量對(duì)凸面進(jìn)行磨削，當(dāng)磨削部分的長(zhǎng)度達(dá)到薄板長(zhǎng)度的2/3時(shí)，將薄板翻面，依然采取精度磨削的狀態(tài)，這樣反復(fù)數(shù)次，直到翹曲的現(xiàn)象完全消失，才能按常規(guī)磨削。
因此，薄板的預(yù)留余量應(yīng)該加大，以防止達(dá)到尺寸要求時(shí)局部仍有凹處，而導(dǎo)致薄板報(bào)廢的現(xiàn)象。
4.3 塑料注射模具型腔常用加工方法及設(shè)備
（1）鉆床
鉆床是以加工孔為主的機(jī)械加工機(jī)床，常見(jiàn)的鉆床有臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床等。鉆床工作是將被加工工件固定在工作臺(tái)上，鉆頭旋轉(zhuǎn)并做直線運(yùn)動(dòng)完成孔的加工。利用鉆床可以自I F模具上的各種孔，深孔鉆床還用來(lái)加工冷卻水道等較深的孔[13]。
（2）銑床
銑床可以加工平面，曲面等各種表面，常見(jiàn)的銑床有立式銑床、臥式銑床、萬(wàn)能銑床、工具銑床等，銑床可以加工出平面、溝槽、曲面等形狀。
（3）刨床
刨床主要用于平而加工，常見(jiàn)的刨床有牛頭刨床、龍門刨床、插床等。龍門刨床用于加工尺寸較大的工件。插床又稱立式牛頭刨床，主要用來(lái)加工工件的內(nèi)表面，如鍵槽、多邊形孔。
（4）磨床
磨床是用砂輪或其他磨料對(duì)金屬工件進(jìn)行加工的機(jī)床。常見(jiàn)磨床有平面磨床、外圓磨床、自圓磨床等。磨削加工精度高、表面粗糙度值小，一般常用于半精加工和精加工。不同的磨削機(jī)床可以加工平面、外圓表面、內(nèi)圓表面以及各種曲面。
（5）電火花加工
電火花加工的原理是基于工具電極與工件電極(正極與負(fù)極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工放法。電火花加工也稱放電加工或電蝕加工。當(dāng)工具電極與工件電極在絕緣液體中靠近時(shí)，極間電壓將在兩極間“相對(duì)最靠近點(diǎn)”電離擊穿，形成脈沖放電。在放電通道中瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱能，使金屬局部熔化甚至汽化，并在放電爆炸力的作用下，把熔化的金屬拋出去。達(dá)到蝕除金屬的目的。電火花加工機(jī)床一般由四大部分組成，脈沖電源、間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)器、機(jī)床床身、工作液及其循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)。
電火花加工特點(diǎn)：脈沖放電的能量密度高；工具電極與工件間無(wú)作用力；工件加工質(zhì)量高；加工適應(yīng)性廣；自動(dòng)化程度高。
塑料模具型腔常用的電火花工藝方法有：?jiǎn)坞姌O平動(dòng)加工法；多電極更換加工法；分解電極加工法。
電火花線切割加工與電火花成形加丁的原理足一樣的，都是基于電極間脈沖放電時(shí)的電火花腐蝕原理，即極間液體介質(zhì)被擊穿后形成火花放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使電極表面的局部金屬瞬間熔化和汽化，并把熔化和汽化了的金屬去除掉，以實(shí)現(xiàn)加工目的。所不同的是，電火花線切割加工不需要制作復(fù)雜的成形電極，而是用不斷移動(dòng)的電極絲(銅絲或鉬絲)作為工具，工件則按預(yù)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)而“切割”出所需的零件[14]。
電火花線切割加工特點(diǎn)如下：
（a）采用線電極加工工件；
（b）適合加工復(fù)雜零件；
（c）加工效率高；
（d）線電極加工精度高；
（e）加工零件形狀受限制；
（f）電解加工。
4.4 成型零件加工
塑件的外表面是在型腔中成型的。型腔的制造質(zhì)量直接影響塑件的質(zhì)量，它是注射模中主要和關(guān)鍵的大部件，由于塑件的外形是多種多樣的，型腔的制造工藝也頗為復(fù)雜，目前常用的型腔加工方法大體上有以下幾種：
（1）通用機(jī)床和手工結(jié)合的方法
這種方法是利用現(xiàn)場(chǎng)的通用設(shè)備，如普通車床，立式銑床、臥式銑床、工具銑床等設(shè)備，對(duì)坯料進(jìn)行粗加工或半精加工，然后由鉗工銼削，刮削、拋光等手段加工型腔的，這種方法主要依靠工人的熟練技術(shù)及精心制作來(lái)完成的。
（2）專用機(jī)床加工方法
目前得到應(yīng)用的專用機(jī)床有：仿形銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)體、坐標(biāo)鏜床、電火花機(jī)床、仿形磨床或坐標(biāo)磨床等精密加工機(jī)床。
型腔加工最常用的形式是電火花加工，電火花加工是機(jī)床的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖電流，在電極與工件的間隙距離間脈沖放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象。它逐漸將工序表面的多于量腐蝕掉，從而形成與電極形狀相對(duì)的型腔。
（3）新工藝加工法
隨著新技術(shù)、新工藝的