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摘 要 摘要：根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，側(cè)澆口進料，注射機采用海天HTF160XB型號，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計。
關(guān)鍵字：機械設(shè)計；模具設(shè)計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖
Abstract
To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a four submarine gates feed injection machine adopts HAITIAN the HTF160XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.
Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map UG draw 3D maps injection machine selection
目錄
摘要及關(guān)鍵詞 3
Abstract 4
1.緒 論 5
1.1前 言 5
2 注塑工藝分析及成型方法簡介 7
2.1 塑件（老年人用隨身聽播放機后蓋）分析 7
2.1.1 塑件 7
2.1.2 塑料名稱 7
2.1.3 生產(chǎn)綱領(lǐng) 7
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析 8
2.3材料ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 8
2.3.1注射成型過程 8
2.3.2材料ABS的注塑成型參數(shù) 8
2.3.3材料ABS性能 9
3 模具設(shè)計 11
3.1擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
3.1.1分型面位置的確定 11
3.2確定型腔數(shù)量及排列方式 12
3.3模具結(jié)構(gòu)形式的確定 12
3.4注射機型號的確定 13
3.5澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件設(shè)計 17
3.5.1澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計 17
3.5.2分型面設(shè)計 22
3.5.3成型零件設(shè)計 22
3.5.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計 24
3.5.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 24
3.5.6脫模機構(gòu)的設(shè)計 28
3.6側(cè)向抽芯機構(gòu)類型選擇 30
3.7模架的確定 35
4 總結(jié) 37
4.1模具設(shè)計過程體會 37
4.2設(shè)計存在問題及解決設(shè)想 37
1.緒 論
1.1前 言
作為工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝裝備的模具，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，模具技術(shù)也已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。
在第十一五規(guī)劃中指出，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，國民經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機械、電子、汽車、石化、建筑都要求模具工業(yè)發(fā)展與之相適應(yīng)。 模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用，與其他加工制造業(yè)所無法比擬的。從工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)看，模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫(yī)療器械、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計，利用模具制造的零件數(shù)量，在飛機、汽車、摩托車、拖拉機、電機、電器、儀器儀表等機電產(chǎn)品中占80%以上；在電腦、電視機、攝像機、照相機、錄像機、傳真機、電話及手機等電子產(chǎn)品中占85%以上；在電冰箱、洗衣機、空調(diào)、微波爐、吸塵器、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占90%以上；在了彈、槍支等兵器產(chǎn)品中占95%以上。
我國模具工業(yè)在政府十分重視及關(guān)懷下，并提出相應(yīng)的優(yōu)惠政策進行模具技術(shù)開發(fā)，在模具工業(yè)中大量采用先進技術(shù)和設(shè)備，努力提高模具設(shè)計和制造水平，取得顯著的經(jīng)濟效益。另外，從資料獲悉，目前，美國、日本、德國等發(fā)達國家的模具總產(chǎn)值都已超過機床總產(chǎn)值。模具技術(shù)的進步極大地促進了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)發(fā)展，模具是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)最終產(chǎn)品的價值將超過自身價格的幾十倍乃至百倍及上千倍。
據(jù)各國報導(dǎo)，模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱之“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”，如今世界模具工業(yè)的發(fā)展速度超過了新興的電子工業(yè)，已實現(xiàn)了模具專業(yè)化、標準化和商業(yè)化，因而深受贊譽。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本稱模具工業(yè)為“進入富裕社會的原動力”，在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號，而歐盟一些國家稱“模具就是黃金”，新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)”，中國模具權(quán)威經(jīng)理稱為“模具是印鈔機”?？梢娔＞吖I(yè)在世界各國經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的顯著地位。模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。
2 注塑工藝分析及成型方法簡介
2.1 塑件（老年人用隨身聽播放機后蓋）分析
2.1.1 塑件
老年人用隨身聽播放機后蓋塑件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。
圖2.1 注塑零件圖
在模具設(shè)計之前需要對塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。
本設(shè)計課題-老年人用隨身聽播放機后蓋如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
2.1.2 塑料名稱
根據(jù)各材料的注塑性能及加工使用性能，綜合市場價格，選擇材料為ABS。
2.1.3 生產(chǎn)綱領(lǐng)
大批量，自動化生產(chǎn)。
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析
1.結(jié)構(gòu)分析
該塑件結(jié)構(gòu)中等難度，分別在不同的型腔內(nèi)成型，故在模具設(shè)計和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動的順暢和零件的使用壽命。
該塑件裝配在老年人用隨身聽播放機后蓋表面，對表面美觀有一定要求，設(shè)計時要注意對外邊面的處理。
2.成型工藝分析
精度等級：采用一般精度5級。
脫模斜度：該注塑零件壁厚約為12mm，其脫模斜度查參考文獻[1]中的有塑件內(nèi)表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細小部位，所用塑料為ABS，流動性較好。
2.3.1注射成型過程
1.成型前的準備
對ABS的色澤、細度和均勻度進行檢驗。由于ABS的吸水率大約為0.2%～0.8%，容易吸濕，成型前應(yīng)進行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時或用干燥料斗以80℃烘1～2小時。
2.注射過程
塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)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，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流、和冷卻4個階段。
3.塑件的后處理
采用調(diào)濕處理，其熱處理條件查參考文獻[1]中的表4-7由處理溫度為70℃；保濕時間為2～4小時。
2.3.2材料ABS的注塑成型參數(shù)
注射機：螺桿式；
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）：48；
料筒溫度（℃）：前段 200～220；
中段 180～200；
后段 160～180；
噴嘴溫度（℃）：170～180；
模具溫度（℃）：50～80；
注射壓力（MPa）：70～100；
成型時間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～160。
2.3.3材料ABS性能
1.物理性能
ABS樹脂是一種共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene(簡稱ABS)，這三者的比例為20：30：50(熔點為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強度、流動特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強度會得到提高，但是硬度和流動性就會降低，強度和耐熱性變會減少。
ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹脂，無毒、無味、吸水率低，具有良好的綜合物理機械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點是耐候性，耐熱性差，且易燃。
2.成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。
ABS在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較高的沖擊強度，熱變形溫度比PA、PVC高，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率在0.4%~0.8%范圍內(nèi)，若經(jīng)玻纖增強后可以減少到0.2%～0.4%，而且絕少出現(xiàn)塑后收縮。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。
ABS尚具有良好的配混性，可與多種樹脂配混成合金(共混物)，如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的應(yīng)用領(lǐng)域，ABS若與MMA摻混可制成透明ABS，透光率可達80%。
ABS是吸水的塑料，于室溫下，24小時可吸收0.2%~0.35%水分，雖然這種水分不至于對機械性能構(gòu)成重大影響，但注塑時若濕度超過0.2%，塑料表面會受大的影響，所以對ABS進行成型加工時，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應(yīng)小于0.2%。
3.ABS的主要性能指標
密度ρ=1.05 g/；
收縮率0.4～0.7%，取值0.5%.
4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良；
消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預(yù)干燥。
3 模具設(shè)計
3.1擬定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1.1分型面位置的確定
在塑件設(shè)計階段，就應(yīng)考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設(shè)計階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面的設(shè)計是否合理，對塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計制造都由很大影響。因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計中的一個關(guān)鍵因素。
1.分型面的選擇原則
（1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量；
（2）分型面應(yīng)選擇在塑件的最大截面處；
（3）盡可能使塑件留在動模一側(cè)；
（4）有利于保證塑件的尺寸精度；
（5）盡可能滿足塑件的使用要求；
（6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積；
（7）長型芯應(yīng)置于開模方向；
（8）有利于排氣；
（9）有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。
該塑件在進行塑件設(shè)計時已充分考慮了上述原則，同時從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件有孔如圖3.1所示，所以需要側(cè)向抽芯分型。
圖3.1塑件側(cè)向示意圖
2.分型面的選擇
基于以上因素的考慮，分型面選擇如圖3.2所示。
圖3.2分型面
3.2確定型腔數(shù)量及排列方式
當(dāng)分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。
一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模二腔的結(jié)構(gòu)，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。故由此初步擬定采用一模二腔。
3.3模具結(jié)構(gòu)形式的確定
該模具外觀質(zhì)量要求較高，從該塑件的外部特征可以看出塑件外形是圓弧形狀。初步擬定采用兩腔單分型面的模具結(jié)構(gòu)形式，如圖3.3所示。
圖3.3型腔分布示意圖
3.4注射機型號的確定
注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設(shè)計注射模應(yīng)該詳細了解注射機的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計出符合要求的模具。
注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計人員應(yīng)該對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺和模具匹配的注射機，倘若用戶已經(jīng)提供了注射機的型號和規(guī)格，設(shè)計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶取得商量調(diào)整。
1.所需注射量的計算
（1）塑件質(zhì)量、體積計算:
對于該設(shè)計，建立塑件模型,并用UG對此模型分析得：
塑料制件體積V1＝25.097；
塑料制件質(zhì)量M1＝26.35g。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
可使用軟件測量塑件體積，由于該模具采用一模二腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2=5.53 cm3
（3）該模具一次注射所需要的ABS
體積 V0=2xV1+ V2 = 2x25.097+5.27=55.46cm3；
質(zhì)量 M0=ρ·V0=58.23g。（取整數(shù)60g）
2.注射機型號的選定
近年來我國引進的注射機型號很多，國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準備。
根據(jù)以上的計算，初步選定型號為HT表3.1注塑機的參數(shù)
F160XB，該注塑機參數(shù)如表3-1所示。
表3.1注塑機的參數(shù)
型號
單位
160×2B
參數(shù)
螺桿直徑
mm
45
理論注射容量
cm3
320
注射重量PS
g
291
注射壓力
Mpa
159
注射行程
mm
201
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~230
料筒加熱功率
KW
9.3
鎖模力
KN
1600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
455×455
允許最大模具厚度
mm
500
允許最小模具厚度
mm
180
移模行程
mm
420
移模開距(最大)
mm
920
液壓頂出行程
mm
140
液壓頂出力
KN
33
液壓頂出桿數(shù)量
PC
5
油泵電動機功率
KW
18.5
油箱容積
l
240
機器尺寸(長×寬×高)
m
5.4×1.45×2.05
機器重量
t
5
最小模具尺寸(長×寬)
mm
320×320
3. 注塑機的參數(shù)較核
（1）注射容量和質(zhì)量校核
由于以容量計算時
V總≤0.8 V注 (3.1)
式中V注—注射機最大注射容量 cm3；
V總—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 cm3；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
V注≥V總/0.8=215/0.8=268.75 cm3
所以注塑機符合注射容量和質(zhì)量要求。
（2）合模力及注塑面積和型腔數(shù)的校核
合模力的大小必須滿足下式：
Fs≥Fz=P（nAx +Aj）= PA (3.2)
式中A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和
Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面積
Aj—塑件澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
Fz—脹模力
Fs—合模力
P—模腔壓力 取75MPa
通過使用UG軟件計算面功能自動得出A=17793mm2
由于 Fs=2000KN ≥30×17793x1.1x0.001 =587.17KN
所以注塑機符合合模力及注塑面積和型腔數(shù)的要求。
（3）模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核
1）模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適
模具的長×寬為550×350mm〈注塑機拉桿的間距455×455mm）
故滿足要求。
2）模具閉合高度校核
模具實際高度 H模=341mm ；
需要滿足注塑機容模厚度范圍之內(nèi)
即 H最大 > H模具厚度>H最?。?
H最大=500mm；H最小=180mm；
故滿足要求。
3) 開模行程校核
此處所選用的注塑機的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機構(gòu)的注塑機）。注塑機的開模行程應(yīng)滿足下式：
S機-（H模- H最小）> H1＋H2+（5～10）mm (3.3)
因為S機- (H模- H最小)＝420-（341-180）=259mm
H1＋H2＋（5～10）＝40+132+10=182mm
即 S機-（H模-H最?。? H1＋H2+（5～10）mm
故滿足要求。
式中: H1——推出距離，單位mm；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，單位mm；
S機——注塑機最大開模行程。
3.5澆注系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件設(shè)計
3.5.1澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。
該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。
1.主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模是主流道凝料的順利拔出
（1）主流道尺寸
主流道小端直徑 D=注射機噴嘴直徑+（0.5～1） (3.4)
=3+（0.5～1），取D=3.5
主流道球面半徑SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（1～2） (3.5)
=10+(1～2)，取SR0=11
球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm
主流道長度L=117.5mm
主流道大端直徑D′=3.1+2Ltanα=3.5+2×117.5×tan1°=7.62，取D′=7.62mm (3.6)
澆口套總長LO=L+h=120.5mm (3.7)
（2）主流道襯套的形式
主流道小端入口處于注塑機噴嘴反復(fù)接觸，屬于易損件，對材料要求較嚴格，因而模具主流道部分設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用幼稚鋼材進行單獨加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
由于該模具流道較長，定位圈和襯套設(shè)計成分體式較合適。
（3）主流道襯套的固定
主流道襯套采用銷釘和定位圈固定。
2.冷料穴的設(shè)計
（1）主流道冷料穴的設(shè)計
開模時應(yīng)將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直徑應(yīng)稍大于主流道大端直徑。由于該模具型腔分布對稱，所以冷料穴可設(shè)在中心位置。
冷料穴直徑=8 mm > D′ (3.8)
冷料穴深度=3/4 D′=4.5 mm (3.9)
（2）分流道冷料穴的設(shè)計
此模具分流道比較短，所以可以不加冷料穴。
3.分流道設(shè)計
（1）分流到布置形式
分流道在分型面上的布置與型腔排列密切相關(guān)，有多種不同的布置形式，應(yīng)該遵循兩方面原則：一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量段、鎖模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如圖3.4所示。
圖3.4流道分布示意圖
（2）分流道的長度
長度應(yīng)盡量短，減少彎折。該模具的分流道長度在設(shè)計過程中由繪圖的出，L=40.17mm。
（3）分流道的形狀及尺寸
為了便于加工及凝料脫模，分流道設(shè)置在分型面上，采用圓形截面，ABS經(jīng)驗值d=（4.8～9.5）mm，由d（1.1～1.2）=d上級，所以得出d=5.8，取為6 mm。
（4）分流道表面粗糙度
由于流道中于模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6微米，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力。避免熔流表面 滑移，是中心層具有較高的剪切速率，此處Ra=0.8。
4.澆口的設(shè)計
澆口是連接流道于型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。
澆口截面積通常為分流道的0.07～0.09倍，澆口截面積取為圓形。
（1）澆口類型及位置的確定
該模具是中小型塑件的多型腔模具，同時，對外觀要求較高，所以從潛伏澆口和牛角式澆口中進行選擇。其中，潛伏澆口模具結(jié)構(gòu)簡單，只需兩板模即可，比較有優(yōu)勢。
綜合以上，采用潛伏澆口最合適，而且相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以選用潛伏澆口。
（2）澆口尺寸設(shè)計
由經(jīng)驗公式，澆口的深度d=0.206=1.407； (3.10)
5 模擬充填分析
在模具制造加工之前，可在計算機上運用CAE技術(shù)對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，并以此為依據(jù)來核對進膠方式及澆口位置的選擇。
本次設(shè)計中選擇運用模流分析對塑件的充填情況進行分析，主要分析澆口選擇產(chǎn)生的充填壓力、溫度、時間數(shù)據(jù)是否合理，成型的鎖模壓力等值是否在注塑機的額定范圍，以及產(chǎn)品的尺寸數(shù)據(jù)、變形程度、熔接痕能否達到塑件的外觀和使用要求。
將模型導(dǎo)入MoldFlow軟件中，運用相關(guān)命令，得出充填時間、溫度、熔接痕位置及塑性變形的分析結(jié)果，如圖所示。
圖3.5充填時間
圖3.6充填溫度
圖3.7 表層流向
從以上各項檢測數(shù)據(jù)驗證得出，采用在塑件側(cè)邊側(cè)澆口進膠的方式是完全可行的。
3.5.2分型面設(shè)計
在UG工作環(huán)境下，可以對簡單零件自動產(chǎn)生分型面。但老年人用隨身聽播放機后蓋塑件，形狀規(guī)則，分型面大部分是平面，所以手動創(chuàng)建曲面之后合并為分型面。
3.5.3成型零件設(shè)計
直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構(gòu)成塑件外形的成型零件成為凹模，構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件成為凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接與高溫、高壓的塑料接觸，并且脫模時反復(fù)與塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生翹曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響脫模。
分型成功後凹模如圖3.8所示，凸模如圖3.9所示。
圖3.8凹模
圖3.9凸模
3.5.4排氣系統(tǒng)的設(shè)計
該套模具是屬于小型模具，排氣量很小，可利用分型面、滑塊和頂桿等間隙進行排氣，不需要單獨開設(shè)排氣槽。
3.5.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計
1.加熱系統(tǒng)
由塑料模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)率。ABS材料的注塑成型溫度為50～80，查參考文獻[1]中常用熱塑料的模具溫度表，可以得知所選塑件材料模具溫度為：100°C，所以可以不設(shè)置加熱裝置。
2.冷卻系統(tǒng)
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，而塑件固化后從模具性強中取出時其溫度在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量快的傳給模具，一是塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。
(1)設(shè)計原則：
冷卻水孔數(shù)量盡可能的多，孔徑盡可能大；
冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等；
澆口處要加強冷卻；
冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水；
冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處；
進出口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機的背面。
（2）設(shè)計過程：
已知：材料ABS，塑件厚度1.5mm，ABS單位熱流量系數(shù)Q1=350kg/kg,
解：冷卻時間 (3-11)
s
根據(jù)ABS性能，取=10s
注射時間=2s，保壓2s
注射周期為t=10+2+2+（5～8）=20s (3.12)
每小時注射次數(shù)N=3600/20=180
總熱量 Q=W=NG (3.13)
=80×0.0215×350
=1354.5kJ/h
模具四側(cè)面積 (3.14)
分型面面積
開模率 (3.15)
散熱表面積=0.04m2 (3.16)
模溫70℃，室溫20℃
對流所散發(fā)的熱量：
(3.17)
輻射所散發(fā)的熱量：
(3.18)
=0.86
注塑機所散發(fā)的熱量：
(3.19)
應(yīng)由冷卻系統(tǒng)從模具中帶走的熱量為
為負 (3.20)
所以模具靠自身可以散熱。但為更加安全和提高效率，仍添加冷卻系統(tǒng)。
（3）冷卻系統(tǒng)的布置
該塑件分型面為大致為階梯形，把模仁分為上下兩部分，上部分由分流道，應(yīng)重點加強冷卻，因此布置在偏上位置。
由上面計算可知，該模具塑料釋放的總熱量不大，旨在模具型腔周圍開始冷卻水管即可，凹模水管直徑為10mm，凸模水管直徑為10mm。
水管具體分布線如圖3.10所示。
3.10水路示意圖
3.5.6脫模機構(gòu)的設(shè)計
注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置成為脫模機構(gòu)，也稱為推出機構(gòu)。
1.脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則
塑件推出是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出是不可忽視的。在設(shè)計推出脫模機構(gòu)時，應(yīng)遵循下列原則。
（1）推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
（2）保證塑件不因推出而變形損壞；
（3）機構(gòu)簡單、動作可；
（4）良好的塑件外觀；
（5）合模時的準確復(fù)位。
2.塑件推出的基本方式選擇
零件脫模無特殊要求，采用最常見的推桿推出即能滿足脫模要求。推桿形式選擇圓形推桿。
3.頂桿布局
圖3.12頂桿布局示意圖
4.頂桿尺寸計算
（1）脫模力 (3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
取1°，查參考文獻[1]中表8-2得=3.556
由ABS特性和模具材料得f=0.21
取1°，查參考文獻[1]中表8-3得=1.0052
=1.75mm，E=1800Mpa，S=0.5%，=0，L=14cm
=625N
（2）推板厚度 (3.25)
=300mm，E=210000Mpa，B=150mm, =1/5*0.28mm
（3）推桿直徑 (3.26)
K=1.5，L=140，n=7，E=2100000
，取d=8mm
3.6側(cè)向抽芯機構(gòu)類型選擇
一般指的模具的行位機構(gòu)，即凡是能夠獲得側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及復(fù)位動作來拖出產(chǎn)品倒扣，低陷等位置的機構(gòu)。
下圖列出模具的常用行位結(jié)構(gòu)。
圖3.13
1.從作用位置分為下模行位、上模行位、斜行位（斜頂）
2.從動力來分，為機動側(cè)向行位機構(gòu)和液壓（氣壓）側(cè)向行位機構(gòu)
斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計計算
是利用成型的開模動作用，使斜撐梢與滑塊產(chǎn)生相對運動趨勢，使滑塊沿開模方向及水平方向的兩種運動形式，使之脫離倒勾。如圖所示：
1、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的類型
（1）手動抽芯
（2）液壓或氣動抽芯
（3）機動抽芯
2、抽心距：S=H+(3-5)
其中,S為抽芯機構(gòu)需要行走的總距離，
H為通過測量出來的產(chǎn)品抽芯距離（可以通過3D或2D進行實際測量）
4.5mm為產(chǎn)品抽芯后的安全距離
本設(shè)計中，抽芯距離小，抽芯7.5mm即可。
3、抽芯力：
將塑料制品從包緊的側(cè)型芯上脫出時所需克服的阻力稱為抽芯力。
抽芯力F=PA(f *cosα+sinα)
p---塑料制品收縮對型芯單位面積的正壓力，通常取8~12Mpa;
A---塑料制品包緊型芯的側(cè)面積，
f---磨擦系數(shù)，取0.1~0.2 α---脫模斜度，一般就是幾度而已。
F---單位為N
F=10x300x0.1x1=300N
斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)
（1）斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計
1）斜導(dǎo)柱的設(shè)計
① 斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
A、斜導(dǎo)柱的形狀，在此套模具中，我們采用標準的斜導(dǎo)柱形式，含有胚頭示。
可以直接購買標準件。
B、斜導(dǎo)柱的材料：45鋼、T8、T10或者20鋼經(jīng)滲碳處理，淬火硬度在55HRC以上，表面粗糙度為Ra0.8μm～Ra1.6μm。
C、斜導(dǎo)柱與其固定的模板之間采用過渡配合H7/m6。
D、 斜導(dǎo)柱傾斜角的確定：通常α取15°～20°，一般不大于25°
E、斜導(dǎo)柱的長度計算：
F、 斜導(dǎo)柱直徑的計算：查表
關(guān)于斜導(dǎo)柱長度的計算：可以根據(jù)三角函數(shù)（即勾股定理計算，也可以在3D里面直接測量，此模具中，抽芯距離較小，S=1.5mm，還需要3mm左右安全距離。
滑塊行程較大，所以采用的角度略大，根據(jù)實際經(jīng)驗，取角度18°，斜導(dǎo)柱長度可以在CAD里面實際測量與計算，最后得出，斜導(dǎo)柱長度l=105mm
滑塊長度為70mm（不加T腳）根據(jù)實際經(jīng)驗，超過100mm以上的滑塊，用兩根斜導(dǎo)柱，且滑塊厚度50mm，屬于中小型滑塊，采用20mm直徑斜導(dǎo)柱。
（2）滑塊的設(shè)計
滑塊設(shè)計的要點在于滑塊與側(cè)向型芯連接以及注射成型時制品尺寸的準確性和移動的可靠性，滑塊分為整體式和組合式兩種。
滑塊材料常用45鋼或T8、T10等制造，要求硬度在HRC40以上。
（3）導(dǎo)滑槽設(shè)計
1）導(dǎo)滑槽與滑塊導(dǎo)滑部分采用間隙配合，一般采用H8/f8。
2）滑塊的滑動配合長度通常要大于滑塊寬度的1.5倍，而保留在導(dǎo)滑槽內(nèi)的長度不應(yīng)小于導(dǎo)滑配合長度的2/3，
3）導(dǎo)滑槽材料通常用45鋼制造，調(diào)質(zhì)至HRC 28～HRC32，
（4）滑塊定位裝置設(shè)計，由于我們采用的是后模行位的形式，根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，采用模架倒滑槽的方式，主要作用為固定與導(dǎo)向作用。
（5）楔緊塊設(shè)計
楔緊角β應(yīng)比斜導(dǎo)柱的傾斜角α大2°～3°。
（2）斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
斜導(dǎo)柱和滑塊在模具上因安裝位置不同，組成了抽芯機構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)形式。
1）斜導(dǎo)柱在定模上、滑塊在動模上的結(jié)構(gòu)
A、設(shè)計時必須注意，滑塊與推桿在合模復(fù)位過程中不能發(fā)生“干涉”現(xiàn)象。所謂干涉現(xiàn)象是指滑塊的復(fù)位先于推桿的復(fù)位致使活動側(cè)向型芯與推桿相碰撞，造成活動側(cè)向型芯或推桿損壞。
B、如果發(fā)生干涉，常用的先復(fù)位附加裝置有彈簧先復(fù)位、楔形滑塊先復(fù)位、擺桿先復(fù)位等多種形式。
（2）斜導(dǎo)柱在動模上、滑塊在定模上的結(jié)構(gòu)
（3）斜導(dǎo)柱和滑塊同在定模上
（4）斜導(dǎo)柱和滑塊同在動模上
斜滑塊抽芯機構(gòu)
斜滑塊側(cè)向抽芯的特點是利用推出機構(gòu)的推力驅(qū)動斜滑塊斜向運動，在制品被推出脫模的同時由斜滑塊完成側(cè)向抽芯動作。一般分為外側(cè)抽芯和內(nèi)側(cè)抽芯兩種。
1、斜滑塊抽芯機構(gòu)適用于制品具有側(cè)孔或較淺側(cè)凹，成型面積較大的場合。
2、特點：在制品被推出脫模的同時由斜滑塊完成側(cè)向抽芯動作。
3、斜滑塊的導(dǎo)滑形式
4、傾斜角通常不超過30°。
5、進行斜滑塊抽芯機構(gòu)設(shè)計時，若定模一側(cè)有成型型芯，則需設(shè)置銷釘鎖緊或壓緊的止動裝置，保證制品與定模型芯分離而留在動模一側(cè)。
圖3.14滑塊抽芯機構(gòu)
圖中：
β = α +2 °～ 3 ° ( 防止合模產(chǎn)生干涉以及開模減少磨擦 )
α ≦ 30 ° ( α為斜撐銷傾斜角度，本設(shè)計中采用18°)
L=1.5D (L 為配合長度 )
S=T+3 ～5mm(S 為滑塊需要水平運動距離； T 為成品倒勾 )
=1.5+4.5=6MM
產(chǎn)品的底部跟隨后模一起運動，所以不計算在倒扣距離之內(nèi)
S=(L1xsina- δ )/cos α ( δ為斜撐梢與滑塊間的間隙, 一般為 0.5-1MM ；
L1 為斜撐梢在滑塊內(nèi)的垂直距離 )
3.7模架的確定
選用標準模架，可以大大縮短模具的制造周期，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。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，選用結(jié)構(gòu)形式為CI，如圖3.15所示。模架尺寸為350×550mm。
圖3.15標準模架
各模板尺寸的確定：
1.A板尺寸
A板是定模腔板，塑件高度16.82mm，在模板上還要開設(shè)冷卻水道，冷卻水道離型腔應(yīng)由一定的距離，因此A板厚度取90mm。
2.B板尺寸
B板是凸模固定板，凸模的成型部分高度為16.82mm，同樣要有冷卻水道的位置，所以B板厚度取100mm。
3.C墊塊尺寸
墊塊=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5～10）=90mm，取墊塊厚度為90mm。
上述尺寸確定之后，就可以確定標準模架，利用 UG添加標準零件和之前設(shè)計好的結(jié)構(gòu)，逐步完成設(shè)計。
圖3.16模具整體效果
4 總結(jié)
4.1模具設(shè)計過程體會
在對老年人用隨身聽播放機后蓋的設(shè)計過程中，本人查閱了很多資料，學(xué)習(xí)了之前未曾了解的一些知識，開闊了視野，對模具行業(yè)也有了新的認識。在技能方面，通過對此塑件模具的設(shè)計，本人更加熟練了對UG和AutoCAD的運用，同時，學(xué)習(xí)了新的軟件，如CAD和UG插件。期間，我遇到了不少困難，如由于對軟件不熟悉，設(shè)計初期沒有設(shè)置繪圖尺寸，直到導(dǎo)入模架才發(fā)現(xiàn)問題；設(shè)計初期經(jīng)驗不足，考慮不全面，沒有對工作資料進行備份，由于失誤丟失前期工作，只能重做等等。這些困難有專業(yè)性的也有非專業(yè)性的，解決專業(yè)性難題，讓本人更加深刻的掌握了模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，而解決那些非專業(yè)性的難題，讓本人學(xué)會了做事縝密，鍛煉了自己的耐心和毅力。
在設(shè)計過程中，本人運用了大量的計算機輔助設(shè)計，大大地提高了效率，本人深深感受到CAD/CAE技術(shù)的優(yōu)越性和科學(xué)性。
4.2設(shè)計存在問題及解決設(shè)想
由于對軟件和設(shè)計方法的不熟悉，本人走了很多彎路，浪費了許多時間，造成時間緊張，導(dǎo)致最后還有有很多不完善的地方有待改進。由于時間緊張，只能放棄。最大的失誤就是在早期放置塑件位置布局型腔時，由于經(jīng)驗不足，沒有做長遠考慮，塑件位置擺反，導(dǎo)致兩個型腔距離過近，以致影響到后來冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和澆口的設(shè)計。由于時間緊迫，已經(jīng)來不及重做，所以只得帶著遺憾完成此畢業(yè)設(shè)計。但遺憾也是一種收獲，它會在以后的工作中時時督促本人做的更好。
致謝
在此要感謝我的指導(dǎo)老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富。
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