51水杯注塑模具設(shè)計(jì)
51水杯注塑模具設(shè)計(jì),51,水杯,注塑,模具設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 引言
在現(xiàn)代生產(chǎn)中的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)在很大程度上依賴模具生產(chǎn)，特別是汽車、輕工、電子、行空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械行業(yè)，據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測，21世紀(jì)機(jī)械制造行業(yè)的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都依靠模具完成。因此，模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要工業(yè)。
模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具的技術(shù)，模具技術(shù)又涉及到多學(xué)科的交叉。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志之一。世界上許多國家特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視模具技術(shù)的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)備，提高模具制造水平，已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。美國是世界上超級經(jīng)濟(jì)大國，也是世界模具工業(yè)的領(lǐng)先國家，早在20世紀(jì)80年代么，美國模具行業(yè)有一萬兩千多個(gè)企業(yè)，從業(yè)人員有十七萬多人，模具總產(chǎn)值達(dá)64.47億美元。日本模具工業(yè)從1957年開始發(fā)展起來的，當(dāng)年模具總產(chǎn)值僅有106日元，到1998年總產(chǎn)值已超過4.88萬億日元，在短短的40余年內(nèi)增加了460倍，這也是日本經(jīng)濟(jì)能迅速發(fā)展并在國際市場上占有一定優(yōu)勢的重要原因之一[1]。
縱觀世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，模具工業(yè)在經(jīng)濟(jì)繁榮和經(jīng)濟(jì)蕭條時(shí)代都不可或缺。經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快時(shí)，產(chǎn)品暢銷，自然要求模具能跟上；而經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯緩期[2]，產(chǎn)品不暢銷，企業(yè)必然想法設(shè)法開發(fā)新產(chǎn)品，這同樣會(huì)給模具帶來強(qiáng)勁需求。因此，國內(nèi)外行家都稱現(xiàn)代模具工業(yè)是不衰的工業(yè)。
1.2課程設(shè)計(jì)的意義
本設(shè)計(jì)是以塑料儀表為對象，進(jìn)行注塑模具課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括分析塑料儀表的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析，利用在校學(xué)習(xí)的Autocad維軟件繪制塑料儀表三維，，確定了塑料儀表的模腔數(shù)并選擇相關(guān)注塑機(jī)，完成對應(yīng)牙刷掛件主體塑料模具總裝圖設(shè)計(jì)，模具總裝圖用AUTO CAD繪制，總圖設(shè)計(jì)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)，包含零件序號及零件明細(xì)表等；對模具分型面、澆注方案、冷卻方案等設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對模具零件關(guān)鍵尺寸的確定進(jìn)行計(jì)算，如、厚度尺寸、導(dǎo)柱直徑，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用意義。以此作為課題來進(jìn)行研究具有十分深遠(yuǎn)的意義，符合當(dāng)今時(shí)代背景又與所學(xué)專業(yè)對口。在研究過程中，查閱相關(guān)資料可以對我國現(xiàn)有的注塑模水平有個(gè)較為深入地了解，而且在設(shè)計(jì)中可以對現(xiàn)有的方案進(jìn)行對比和改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，在為今后而工作崗位上先操作起來。
2 產(chǎn)品工藝性分析
2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析
該塑件內(nèi)外形簡單，最大直徑為體積中等，高111mm，壁厚為3mm，按照老師所給任務(wù)書中數(shù)據(jù)完成塑件二維圖繪制，如圖2.1所示；
圖2.1 產(chǎn)品二維圖
（1）壁厚分析：從塑件厚來看，總的來講塑件壁厚變化比較均勻，有利于零件成型。
（2）脫模斜度分析： 當(dāng)塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯，若塑件外形較復(fù)雜時(shí)，塑件的多個(gè)面與型芯緊貼，從而脫模阻力較大。為防止脫模時(shí)塑件的表面被檫傷和推頂變形，需設(shè)脫模斜度。
一般來說，塑件高度在25mm以下者可不考慮脫模斜度。但是，如果塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使脫模高度僅幾毫米，也必須認(rèn)真設(shè)計(jì)脫模斜度。
①斜度作用： 便于塑件脫模，防止脫模時(shí)擦傷塑件，須在塑件內(nèi)外表面脫模方向上留有足夠的斜度，在模具上稱為脫模斜度。
②脫模斜度選取:取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率，一般取30′～1°30′。
塑件脫模斜度的選取應(yīng)遵循以下原則：
1 塑料的收縮率大，壁厚，斜度應(yīng)取偏大值，反之取偏小值。
2 塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，脫模阻力就比較大，應(yīng)選用較大的脫模斜度。
3 當(dāng)塑件高度不大（一般小于2mm）時(shí)，可以不設(shè)斜度；對型芯長或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常為了便于脫模，在滿足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可將斜度值取大些。
4 一般情況下，塑件外表面的斜度取值可比內(nèi)表面的小些，有時(shí)也根據(jù)塑件的預(yù)留位置（留于凹?；蛲鼓Ｉ希﹣泶_定制件內(nèi)外表面的斜度。
5 熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些，故脫模斜度也相應(yīng)取小一些。
6 一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。綜合以上的原則，由于塑件高度不是很大，收縮率一般，本設(shè)計(jì)中采用30′的脫模斜度。
表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度，除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等癡點(diǎn)外，主要取決于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2級，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般為1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨損而使表面粗糙度值不斷加大，應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。非配合表面和隱蔽面可取較大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度與塑料的品種有關(guān)。一般，型腔表面粗糙度要求達(dá)到0.2~0.4mm。
2.2產(chǎn)品材料分析
此產(chǎn)品的材料在老師分布任務(wù)時(shí)，已經(jīng)給出材質(zhì)為PP。
PP塑料，化學(xué)名稱：聚丙烯
英文名稱:Polypropylene（簡稱PP）
比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度：160-220℃ 。PP為結(jié)晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.91g/cm3（比水小）。通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80-100℃，能在沸水中煮。PP有良好的耐應(yīng)力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于PE料。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。PP的缺點(diǎn)：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差、易產(chǎn)生“銅害”，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。
（1）成型特性
1.結(jié)晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂,長期與熱金屬接觸易分解.
2.流動(dòng)性好,但收縮范圍及收縮值大,易發(fā)生縮孔.凹痕,變形.
3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱,并注意控制成型溫度.料溫低溫高壓時(shí)容易取向,模具溫度低于50度時(shí),塑件不光滑,易產(chǎn)生熔接不良,流痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形
4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應(yīng)力集中.
（2）pp的基本性能指標(biāo)
密度(Kg.dm-3)0.90~0.91g/cm3
收縮率%2
熔點(diǎn)℃130~160
熱變形溫度℃65~98
彎曲強(qiáng)度 Mpa 80
拉伸強(qiáng)度 MPa 50
拉伸彈性模量 GPa 1.8×103
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39
缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡11~20
硬度 HR R62~86
體積電阻系數(shù)Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-115
介電常數(shù)60Hz3.7
（3）注射成型工藝參數(shù)
注射機(jī)：螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）：30——60（選30）
預(yù)熱和干燥：溫度（°C） 80——85
時(shí)間 (h) 2——3
密度（g/ cm3）：1.02——1.05
材料收縮率（%）：0.3——0.8
料筒溫度（℃）：后段 150——157
中段 165——180
前段 180——200
噴嘴溫度（℃）：170——180
模具溫度（℃）：50——80
注射壓力（MPa）：70——100
適應(yīng)注射機(jī)類型：螺桿、柱塞均可
2.3型腔數(shù)目的確定和排列
在確定型腔數(shù)目多少的時(shí)候，不僅要考慮塑料水杯精度，和生產(chǎn)批量，更要考慮塑件體積大小及結(jié)構(gòu)難易程度，和塑料水杯形狀，由于塑件體積較大，適合做一模一腔結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品的中軸線在模具的中軸線下方，型腔排布如圖所示。
圖2.3 型腔排布
2.4 分型面位置
分型面是動(dòng)、定模具的分界面，即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)[2]。分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設(shè)計(jì)末句結(jié)構(gòu)和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條：
(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(cè)向抽芯。
(4)使側(cè)向抽芯盡量短。
(5)有利于排氣。
(6)有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。
(7)盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)。
分析塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此類外殼體類零件，通常都選在塑件截面最大的部位，這樣既能滿足分型面最大橫截面積原則，又能不影響外觀，分型面位置如圖所指位置的平面所示。
分型面位置
3 注塑機(jī)型號及模架的選擇
3.1產(chǎn)品體積
通過三維軟件得塑件體積為：V塑=70cm3 (PP密度為0.91g/cm3 )
塑件的質(zhì)量：M塑=63.7g
流通凝料的體積還是一個(gè)未知數(shù)，由于此模具結(jié)構(gòu)型腔數(shù)目為一模2腔，而且塑件較小。根據(jù)以往設(shè)計(jì)模具的經(jīng)驗(yàn)值0.2-1，由于塑件體積較小，我們可以取塑件體積的0.2倍，
故需要的注射量為：
V= V塑+0.2×V塑=70×2+（70×2）×0.2=84cm3
模具成型的塑料制品和流道凝料總體積應(yīng)小于注射機(jī)的額定注射量的80%，所以注射機(jī)的額定注射量≥117.6÷80%=147cm3.
3.2 注塑機(jī)型號初選
根據(jù)以上的計(jì)算，初步選擇理論注射量為253cm3，根據(jù)以上計(jì)算《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊》表2-40選擇注射機(jī)HTF160螺桿式注射機(jī)，其參數(shù)如下：
額定注射量：253
螺桿直徑：42mm
注射壓力：150Mpa
鎖模力：1600KN
模板行程：300mm
模具最大厚度：520mm
模具最小厚度：200mm
模板尺寸：705*705mm
拉桿空間：260×290mm
定位孔直徑：100mm
合模方式：液壓—機(jī)械
3.3模架的選擇
根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面有推板的模具，由《塑料注射模中小型模架》可選擇BI型的模架，其基本結(jié)構(gòu)如下：
模架
模架是設(shè)計(jì)、制造塑料注射模的基礎(chǔ)部件，通過它將模具的各個(gè)部分有機(jī)地聯(lián)系成為一個(gè)整體，如圖9.1所示，標(biāo)準(zhǔn)模架一般有定模座板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模支撐板、墊塊、動(dòng)模座板、推桿固定板、推板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套及復(fù)位桿等組成。
本塑件模具的推出方式采用推件板推出，且在開模方向上只有一個(gè)分型面，根據(jù)型腔的排布形式，選用B型直澆口I型模架。因此該模具選擇標(biāo)準(zhǔn)模板B3032—160×50×180 GB/T1 2555—2006，其中參數(shù)含義如下：
B—直澆口I型模架（如圖9.1所示）；
3032—指模板的寬和長分別為300mm和320mm；
160—定模板（A板）厚度160mm；
50—?jiǎng)幽０澹˙板）厚度50mm；
180—墊板（C板）厚度180mm；
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理, 直接影響到制品的表觀質(zhì)量, 行位尺寸精度，制品物理力學(xué)性能，充模難易程度以及熔料在充模式的流動(dòng)狀態(tài)。澆注系統(tǒng)是指從模具進(jìn)料口開始到模具型腔止的流動(dòng)通道。普通澆注系統(tǒng)由主澆道、分澆道、澆口和冷料穴四部分組成。由于本次設(shè)計(jì)采用的是直澆口，不存在分流道。澆口，或者說主流道下端就是本次模具設(shè)計(jì)的澆口，此類型澆口非常適合單型腔，深腔體積較大殼體類零件模具設(shè)計(jì)中采用。
4.1主流道
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。在臥式注射機(jī)上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設(shè)計(jì)成圓錐形，主流道通常設(shè)計(jì)在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機(jī)的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設(shè)計(jì)的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應(yīng)盡量選得小些。如果D過大模腔內(nèi)部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達(dá)一定程度澆口套容易從模體中彈出。根據(jù)選用的HTF160型號注射機(jī)的相關(guān)尺寸得：
噴嘴前端孔徑：d=5mm；
噴嘴前端球面半徑：R1=14mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系:
mm mm
取主流道球面半徑：mm；
取主流道小端直徑：mm；
1-澆口套；2-定模座板；
3-定位圈；4-注射機(jī)噴嘴
4.2澆口設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道和型腔之間的一段細(xì)短流道（除直接澆口外），是塑料熔體進(jìn)入型腔的入口。它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、數(shù)量、位置及尺寸對塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響很大。合理選擇澆口的形式對塑件生產(chǎn)質(zhì)量質(zhì)量影響很大，澆口的種類有很多,按澆口的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn),常用的澆口可分為以下幾種形式。
(1)測澆口
(2)中心澆口
(3)輪輻式澆口
(4)環(huán)形澆口
(5)盤形澆口
(6)潛伏式澆口
(7)點(diǎn)澆口
對比每種澆口的特點(diǎn)和適用場合，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)，決定采用直澆口。澆口位置設(shè)在產(chǎn)品的底部。如圖所示
圖4.2 直澆口
3
5 成型零件設(shè)計(jì)及成型尺寸
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，由于塑料熔體的高壓、料流的沖刷，在脫模時(shí)還與塑件發(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(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度和較好的耐磨性能。
5.1 型芯型腔設(shè)計(jì)
型芯用于成型塑料的內(nèi)表面，又稱凸模、陽模。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。組合式適用于復(fù)雜產(chǎn)品，為了便于加工和有利于排氣。雖然產(chǎn)品內(nèi)表面結(jié)構(gòu)簡單，但是由于采用BI帶推板的模架，型芯只能采用鑲件形式。型腔用于成型產(chǎn)品的外表面，又稱陰模、凹模。按照結(jié)構(gòu)的不同也分為整體式和組合式。塑料儀表外部結(jié)構(gòu)簡單，就采用強(qiáng)度、剛度良好的整體式型腔結(jié)構(gòu)。
型腔
型芯鑲件
5.2型腔和型芯工作尺寸計(jì)算
在設(shè)計(jì)模具過程中，應(yīng)該根據(jù)影響塑件尺寸精度的因素對塑件的成型零件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。這些因素一般包括塑件材料、幾何形狀、精度等級等。
計(jì)算成型零部件尺寸使用到的公式[3]：
收縮率波動(dòng)誤差：
塑件的成型誤差：
成型零件實(shí)際尺寸：
塑料的平均收縮率：
上式中 ——塑件基本尺寸；——制造誤差；——磨損誤差
——間隙誤差； ——裝配誤差
塑料收縮率波動(dòng)誤差應(yīng)該小于塑件公差/3。模具成型零件制造誤差一般取塑件公差的1/3~1/4，或取MT5級作為制造公差。成型零件磨損誤差主要原因是脫模磨損，磨損使得型腔尺寸加大，型芯尺寸減小，一般與脫模方向垂直的表面不考慮磨損，平行方向才考慮磨損。
一般取/4，在計(jì)算過程中，只要使成型零件的累積誤差小于塑件公差，即，則設(shè)計(jì)合格[1]。
5.2.1型腔尺寸計(jì)算
表5.1 型腔尺寸計(jì)算表
類型
塑料儀表尺寸/mm
公式
型腔尺寸/mm
徑向尺寸
80
36
高度尺寸
111
5.2.2型芯尺寸計(jì)算
表5.2 型芯尺寸計(jì)算
類型
塑料儀表尺寸/mm
公式
型芯尺寸/mm
徑向尺寸
75
40
高度尺寸
108
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動(dòng)模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。其具體作用有：
a. 定位作用
b. 導(dǎo)向作用
c. 承載作用
d. 保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)作用
e. 錐面定位機(jī)構(gòu)作用
6.2導(dǎo)柱和導(dǎo)套的選擇
6.2.1導(dǎo)柱
導(dǎo) 柱頂部可以設(shè) 計(jì) 成 錐 形或者半球形 的 先 導(dǎo) 部 分，這樣是為了導(dǎo)柱能夠順 利 進(jìn) 入導(dǎo)向 孔。導(dǎo)柱長度必需得比凸模高出6～8mm，為了預(yù)防導(dǎo)柱沒有對好位子而引起型芯先進(jìn)入型腔，然后合型腔出現(xiàn)砰撞得可能。導(dǎo)柱的表面需具備良好的耐磨性，并且芯的部分得堅(jiān)韌，不容易被折斷。所以制作它的原料選碳 素 鋼，經(jīng)淬火處理后硬度達(dá)到5 0～5 5 H R C。導(dǎo)柱和模板固定的方式主要是是H7/m6過渡配合。導(dǎo)柱一般可以設(shè)計(jì)四個(gè)，小型的模具則少設(shè)計(jì)些，一般為4個(gè)。
6.2.2導(dǎo)套
導(dǎo)套是與導(dǎo)柱配合使用的，所以導(dǎo)套的固定孔大小得與導(dǎo)柱固定孔徑相同，這樣的話，兩孔可以同時(shí)加工處理，從而滿足同軸度。為了方 便同時(shí)加 工 孔 與孔 徑，導(dǎo) 套選用帶 頭 導(dǎo) 套。
導(dǎo)套 的前 端設(shè) 計(jì)成 倒圓 角為 了導(dǎo) 柱可以順 利進(jìn)入其中。導(dǎo)套首選設(shè)計(jì)為通孔，但是如果結(jié)構(gòu)有需要的話也可以設(shè)計(jì)成盲孔，并且得在盲孔側(cè)面建個(gè)通氣孔。導(dǎo)套得硬度一般不高于導(dǎo)柱，為了減少出現(xiàn)導(dǎo)套拉毛貨者避免導(dǎo)柱得情況發(fā)生，因此制作導(dǎo)套應(yīng)該要用耐摩的材料。
為了確保導(dǎo)柱與導(dǎo)套安裝孔得同軸度，同時(shí)加工導(dǎo)柱和導(dǎo)套得孔。導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)用H8/f7或H7/f7的方式配合。
7 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每個(gè)循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出，模具中這種脫出型件的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)（或脫模機(jī)構(gòu)）。在設(shè)計(jì)塑件的推出機(jī)構(gòu)的時(shí)候以下原則是不可忽視的。
(1)推出機(jī)構(gòu)應(yīng)近盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。
(2)保證塑件不因推出而變形損壞。
(3)機(jī)構(gòu)簡單,動(dòng)作可靠。
(4)良好的塑件外觀。
(5)合模時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位。
7.1 脫模機(jī)構(gòu)的選擇
常見的推出機(jī)構(gòu)有推桿，推管，推板和推塊，各個(gè)推出機(jī)構(gòu)都有自己適合的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。比如深腔薄壁類的產(chǎn)品適合推板推出，螺柱孔適合推管，所以在選擇推出結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須分析要推出的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
結(jié)合塑料儀表結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，推管和推塊明顯不適合此次模具設(shè)計(jì)，以下僅對推板和推桿進(jìn)行分析。推板適用于薄壁，型腔比較深的塑料產(chǎn)品，推桿是最常用的推出機(jī)構(gòu)，考慮到四個(gè)均布圓孔的限制，采用推桿會(huì)導(dǎo)致推出力作用在內(nèi)壁上不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生劃痕，為了推出力均勻，達(dá)到平穩(wěn)的推出效果，決定采用推板推出。推板推出機(jī)構(gòu)如圖所示。
推板推出
7.2脫模力的計(jì)算
對于一般殼蓋形塑件，按下式計(jì)算，并確定其脫模力（Q）：
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力，一般取
；
--磨擦系數(shù)，一般??；
--脫模斜度；
L=180.5mm
h=108mm
Q=230×90×10×0.1×（0.2cos1°-sin1°）=20700 N
8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
注塑模具的溫度高低對塑件的充型的流動(dòng)性、塑件的尺寸大小以及形狀、以及使用性能、物理性能都有很重要的影響。在薄壁線圈架注塑模具中溫度控制系統(tǒng)的主要目是控制模具的均衡溫度，系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算公式如下：
8.1冷卻時(shí)間的確定
在對冷卻系統(tǒng)做計(jì)算之前，需要對某些數(shù)據(jù)取值，以便對以后的計(jì)算作出估算；取閉模時(shí)間3S，開模時(shí)間3S，頂出時(shí)間2S，冷卻時(shí)間30S，保壓時(shí)間20S，總周期為60S。
其中冷卻時(shí)間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計(jì)算：
t=
=12/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)]
= 71（S）
式中：S——塑件平均壁厚，S取1mm；
——塑料熱擴(kuò)散系數(shù)(mm/s)，=0.07；
T——成型溫度160-220℃，T取200℃；
T——平均脫模溫度，T取80℃；
T——模具溫度40~80℃，T取50℃。
由計(jì)算結(jié)果得冷卻時(shí)間需要73 S，這么長的冷卻時(shí)間顯然是不現(xiàn)實(shí)的。本模具型芯中的冷卻管道擴(kuò)大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動(dòng)，冷卻效果大為增強(qiáng)。參照經(jīng)驗(yàn)推薦值，冷卻時(shí)間取30S即可。
8.2塑料熔體釋放的熱量計(jì)算
Q =nG C(t－t)
= 50×217.6×10×1.9×（220－60）= 3969.02KJ/h
式中：n——每小時(shí)注射次數(shù)， n=50 （次）；
G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10；
C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9；
t——熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度℃，t=220；
t——塑件脫模溫度℃，t=60。
8.3冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h）：Q= n G Q
=50× 217.6×10×310
=3916.8
每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10
確定生產(chǎn)周期（S）——t=50
塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=270~350；取Q=310
每小時(shí)的注射次數(shù)——n=60
從計(jì)算結(jié)果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因?yàn)镼涉及的因素較多，所以應(yīng)該取Q來計(jì)算。
查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為10mm的冷卻水管所對應(yīng)的最低。冷卻水孔總長L流速為2.16 m/s時(shí)才能達(dá)到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動(dòng)未達(dá)到湍流。
8.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
良好的冷卻系統(tǒng)要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)量身定制，所以設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)要首先分析塑件結(jié)構(gòu)。由于塑件屬于深腔塑件，用冷卻水井散熱效果較好。塑件外表面采用普通的冷卻水管冷卻。兩種形式的冷卻配合使用，達(dá)到良好的冷卻效果。冷卻結(jié)構(gòu)如圖所示。
冷卻水道結(jié)構(gòu) 9 注塑機(jī)參數(shù)的校核
9.1注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機(jī)類型，噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。對于粘度較大的塑料以及形狀細(xì)薄、流程長的塑件，注射壓力應(yīng)取大些。注射壓力的校核是核定注射機(jī)的額定注射壓力是否大于成型時(shí)所需要的注射壓力。注射壓力的校核公式為：
式（8-1）
式中，p為注射機(jī)的額定注射壓力， ；
為注射成型時(shí)的所需用的注射壓力，；經(jīng)過查資料，取100MPP
為注射壓力安全系數(shù)。，常取=1.25～1.4；
；符合要求。
9.2鎖模力的校核
注塑時(shí)塑料熔體進(jìn)入型腔內(nèi)仍然存在較大的壓力，它會(huì)使模具從分型面漲開。為了平衡塑料熔體的壓力，鎖緊模具保證塑件的質(zhì)量，注射機(jī)必須提供足夠的鎖模力。鎖模力的校核公式為：
式（8-2）
式中 F—注射機(jī)的額定鎖模力，KN；
A—制件和流道在分型面上的投影面積之和，cm2；
p—型腔的平均壓力，；經(jīng)過查資料，取45MPA
K—安全系數(shù)，通常K=1.1～1.2；
將數(shù)據(jù)帶入公式得：
,符合要求。
9.3注射量的校核
注射量以容積表示，最大注射量容積為
=0.80×253=202cm3 （式8-3）
式中，為模具型腔和流道在注射壓力下所能注射的最大容積（cm3）；
為指定型號與規(guī)格的注射量容積（cm3）；
為注射系數(shù)，取0.75～0.85，計(jì)算中取0.80。 故每次注射的實(shí)際注射量容積滿足
9.4模具厚度校核
注塑模具厚度 H=515mm
注射成型機(jī)H最小=200mm，H最大=520mm
滿足H最小＜H＜H最大。
9.5 開模行程校核
對于單分型面模具來說，其開模行程校驗(yàn)公式[8]：
式中 Smax——注射機(jī)最大開模行程；
H1——推出距離；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度；
在此次設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)模具需要利用開模動(dòng)作完成側(cè)向抽芯，所以其開模行程要考慮側(cè)向抽芯所需的開模行程Hc，當(dāng)時(shí)，Hc對開模行程沒有影響。即有Smax=400195mm,所選注射機(jī)符合要求。
綜合參數(shù)校驗(yàn)和尺寸校核，所選注射機(jī)符合成型要求。
10繪制裝配圖
模具整體設(shè)計(jì)也就是模體的設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，模體設(shè)計(jì)已接近標(biāo)準(zhǔn)化，可以從市場上購買相應(yīng)的模體。標(biāo)準(zhǔn)模體一般包括定模板、動(dòng)模板、墊塊、頂出固定板、頂板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿等。標(biāo)準(zhǔn)模架有12種結(jié)構(gòu)，15876種規(guī)格。在本次設(shè)計(jì)中，澆口套、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂桿、水嘴都采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以外購。總裝圖主如圖所示
裝配圖
10.1模具開合模過程
模具安裝在注射機(jī)上，動(dòng)模座板固定在注射機(jī)的動(dòng)模板部分，定模座板固定在注射機(jī)的定模板上。注射機(jī)合模后，注射機(jī)噴嘴伸入到模具中與澆口套的入料口處實(shí)現(xiàn)對接。對接后，熔融的ABS經(jīng)主流道、分流道和澆口進(jìn)入型腔內(nèi)；經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。
開模時(shí)，定模板與動(dòng)模板從分型面處分開，動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)，Z型拉料桿帶動(dòng)澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑料制品一起向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主流道中的凝料完全拉出一段距離后，注射機(jī)的頂棍通過下面的頂棍孔作用在推板墊板上，使得澆注系統(tǒng)中的冷凝料和塑料制件在Z型拉料桿和推桿的作用下一起推出，
合模時(shí)，注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)工作，推板在復(fù)位桿的作用下，回到初始狀態(tài)，動(dòng)、定模完全閉合，回到成型位置，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
結(jié) 論
經(jīng)過兩周的認(rèn)真分析與計(jì)算,我順利的完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo), 模具設(shè)計(jì)對于作者來說,基本上是一個(gè)新的領(lǐng)域,對模具的了解只限于在工廠里打工時(shí)見到的一些模具外觀和簡單知識(shí)。通過查閱塑料注射模具的相關(guān)書籍和手冊彌補(bǔ)空缺的知識(shí),逐漸的熟悉了解模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)以及設(shè)計(jì)流程,再結(jié)合以前所學(xué)知識(shí)開始本次設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)通過AutoCAD繪制了塑件二維圖、模具裝配圖、模具零件圖并且用Pro/E繪制塑件三維圖。在設(shè)計(jì)過程中出了很多的錯(cuò)誤和不規(guī)范的設(shè)計(jì),經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和同學(xué)們的探討以及借鑒相關(guān)書籍,慢慢的修改與完善。經(jīng)過不段的修改與完善中積累的經(jīng)驗(yàn),后面的設(shè)計(jì)逐漸的變明朗,錯(cuò)誤也逐漸的減少。本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多關(guān)于模具設(shè)計(jì)的知識(shí),并且把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)重新熟悉了一遍,我相信本次設(shè)計(jì)對我以后工作有非常大的幫助。
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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(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會(huì)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(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富
1 緒論
1.1前言
在工業(yè)產(chǎn)品中，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個(gè)傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復(fù)雜的形狀，并且還能設(shè)計(jì)成卡裝結(jié)構(gòu)，所帶來的效果是明顯的，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已經(jīng)很廣泛的采用。它在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應(yīng)能力和速度。注塑模具與其它機(jī)械行業(yè)想比，有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，模具不能像其它機(jī)械那樣可作為基本定型的商品隨時(shí)都可以在機(jī)電市場上買到。模具制造不可能形成批量生產(chǎn)，即模具是單件生產(chǎn)的，其壽命越長，重復(fù)加工的可能性越小。因此，模具的制造成本較高。第二，因?yàn)樽⑺苣＞呤菫楫a(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價(jià)格等因素之外，很重要的一點(diǎn)就是需要盡快地投放市場，所以對于為塑料制品而特殊定訂制的模具來說，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，其加工過程集中了機(jī)械制造中先進(jìn)技術(shù)的部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對企業(yè)來說要求培養(yǎng)“全能工人”，使其適應(yīng)多工種的要求，這種技術(shù)工人對模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。綜上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，這些問題得到了很大的改善。
1.2我國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)模具工業(yè)從起步到發(fā)展，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，尤其是20世紀(jì)90年代以來發(fā)展得更加迅速。近年我國的模具在國際模具行業(yè)美好的發(fā)展形勢下，模具水平有了較大提高，大型、精密、復(fù)雜、高效和長壽命模具又上了新臺(tái)階。從模具發(fā)展地域來看，我國模具工業(yè)的發(fā)展在地域分布上存在不平衡性，模具生產(chǎn)最集中的地區(qū)在江浙和廣東等經(jīng)濟(jì)技術(shù)高的地區(qū)。從模具的需求情況看，汽車工業(yè)是模具的最大用戶，汽車產(chǎn)量的增幅雖然有較大回落，但車型開發(fā)和新車型的上市速度并未放慢，有的還有所加快，汽車工業(yè)對模具需求仍舊十分強(qiáng)勁。電子信息行業(yè)、電器和儀器儀表行業(yè)、電機(jī)行業(yè)、建材行業(yè)等，也是大量使用模具的行業(yè)，這些都對模具產(chǎn)生大量的需求。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。近年來，我國的模具工業(yè)一直以高增長速度快速發(fā)展。除了國有專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，如集體企業(yè)、合資企業(yè)和私營企業(yè)，都得到了快速發(fā)展，其中集體和私營的模具企業(yè)發(fā)展得最為迅速，各地從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，形成了許多國內(nèi)外知名的“模具之城”和最具發(fā)展活力的組成之一。
2 產(chǎn)品工藝性分析
2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析
該塑件內(nèi)外形簡單，最大直徑為體積中等，高111mm，壁厚為3mm，按照老師所給任務(wù)書中數(shù)據(jù)完成塑件二維圖繪制，如圖2.1所示；
圖2.1 產(chǎn)品二維圖
（1）壁厚分析：從塑件厚來看，總的來講塑件壁厚變化比較均勻，有利于零件成型。
（2）脫模斜度分析： 當(dāng)塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯，若塑件外形較復(fù)雜時(shí)，塑件的多個(gè)面與型芯緊貼，從而脫模阻力較大。為防止脫模時(shí)塑件的表面被檫傷和推頂變形，需設(shè)脫模斜度。
一般來說，塑件高度在25mm以下者可不考慮脫模斜度。但是，如果塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使脫模高度僅幾毫米，也必須認(rèn)真設(shè)計(jì)脫模斜度。
①斜度作用： 便于塑件脫模，防止脫模時(shí)擦傷塑件，須在塑件內(nèi)外表面脫模方向上留有足夠的斜度，在模具上稱為脫模斜度。
②脫模斜度選取:取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率，一般取30′～1°30′。
塑件脫模斜度的選取應(yīng)遵循以下原則：
1 塑料的收縮率大，壁厚，斜度應(yīng)取偏大值，反之取偏小值。
2 塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，脫模阻力就比較大，應(yīng)選用較大的脫模斜度。
3 當(dāng)塑件高度不大（一般小于2mm）時(shí)，可以不設(shè)斜度；對型芯長或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常為了便于脫模，在滿足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可將斜度值取大些。
4 一般情況下，塑件外表面的斜度取值可比內(nèi)表面的小些，有時(shí)也根據(jù)塑件的預(yù)留位置（留于凹?；蛲鼓Ｉ希﹣泶_定制件內(nèi)外表面的斜度。
5 熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些，故脫模斜度也相應(yīng)取小一些。
6 一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。綜合以上的原則，由于塑件高度不是很大，收縮率一般，本設(shè)計(jì)中采用30′的脫模斜度。
表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度，除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等癡點(diǎn)外，主要取決于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2級，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般為1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨損而使表面粗糙度值不斷加大，應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。非配合表面和隱蔽面可取較大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度與塑料的品種有關(guān)。一般，型腔表面粗糙度要求達(dá)到0.2~0.4mm。
2.2產(chǎn)品材料分析
此產(chǎn)品的材料在老師分布任務(wù)時(shí)，已經(jīng)給出材質(zhì)為PP。
PP塑料，化學(xué)名稱：聚丙烯
英文名稱:Polypropylene（簡稱PP）
比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度：160-220℃ 。PP為結(jié)晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.91g/cm3（比水?。?。通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80-100℃，能在沸水中煮。PP有良好的耐應(yīng)力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于PE料。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。PP的缺點(diǎn)：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差、易產(chǎn)生“銅害”，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。
（1）成型特性
1.結(jié)晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂,長期與熱金屬接觸易分解.
2.流動(dòng)性好,但收縮范圍及收縮值大,易發(fā)生縮孔.凹痕,變形.
3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱,并注意控制成型溫度.料溫低溫高壓時(shí)容易取向,模具溫度低于50度時(shí),塑件不光滑,易產(chǎn)生熔接不良,流痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形
4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應(yīng)力集中.
（2）pp的基本性能指標(biāo)
密度(Kg.dm-3)0.90~0.91g/cm3
收縮率%2
熔點(diǎn)℃130~160
熱變形溫度℃65~98
彎曲強(qiáng)度 Mpa 80
拉伸強(qiáng)度 MPa 50
拉伸彈性模量 GPa 1.8×103
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39
缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡11~20
硬度 HR R62~86
體積電阻系數(shù)Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-115
介電常數(shù)60Hz3.7
（3）注射成型工藝參數(shù)
注射機(jī)：螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）：30——60（選30）
預(yù)熱和干燥：溫度（°C） 80——85
時(shí)間 (h) 2——3
密度（g/ cm3）：1.02——1.05
材料收縮率（%）：0.3——0.8
料筒溫度（℃）：后段 150——157
中段 165——180
前段 180——200
噴嘴溫度（℃）：170——180
模具溫度（℃）：50——80
注射壓力（MPa）：70——100
適應(yīng)注射機(jī)類型：螺桿、柱塞均可
2.3型腔數(shù)目的確定和排列
在確定型腔數(shù)目多少的時(shí)候，不僅要考慮塑料水杯精度，和生產(chǎn)批量，更要考慮塑件體積大小及結(jié)構(gòu)難易程度，和塑料水杯形狀，由于塑件體積較大，適合做一模一腔結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品的中軸線在模具的中軸線下方，型腔排布如圖所示。
圖2.3 型腔排布
2.4 分型面位置
分型面是動(dòng)、定模具的分界面，即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)[2]。分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設(shè)計(jì)末句結(jié)構(gòu)和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條：
(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(cè)向抽芯。
(4)使側(cè)向抽芯盡量短。
(5)有利于排氣。
(6)有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。
(7)盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)。
分析塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此類外殼體類零件，通常都選在塑件截面最大的部位，這樣既能滿足分型面最大橫截面積原則，又能不影響外觀，分型面位置如圖所指位置的平面所示。
分型面位置
3 注塑機(jī)型號及模架的選擇
3.1產(chǎn)品體積
通過三維軟件得塑件體積為：V塑=70cm3 (PP密度為0.91g/cm3 )
塑件的質(zhì)量：M塑=63.7g
流通凝料的體積還是一個(gè)未知數(shù)，由于此模具結(jié)構(gòu)型腔數(shù)目為一模2腔，而且塑件較小。根據(jù)以往設(shè)計(jì)模具的經(jīng)驗(yàn)值0.2-1，由于塑件體積較小，我們可以取塑件體積的0.2倍，
故需要的注射量為：
V= V塑+0.2×V塑=70×2+（70×2）×0.2=84cm3
模具成型的塑料制品和流道凝料總體積應(yīng)小于注射機(jī)的額定注射量的80%，所以注射機(jī)的額定注射量≥117.6÷80%=147cm3.
3.2 注塑機(jī)型號初選
根據(jù)以上的計(jì)算，初步選擇理論注射量為253cm3，根據(jù)以上計(jì)算《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊》表2-40選擇注射機(jī)HTF160螺桿式注射機(jī)，其參數(shù)如下：
額定注射量：253
螺桿直徑：42mm
注射壓力：150Mpa
鎖模力：1600KN
模板行程：300mm
模具最大厚度：520mm
模具最小厚度：200mm
模板尺寸：705*705mm
拉桿空間：260×290mm
定位孔直徑：100mm
合模方式：液壓—機(jī)械
3.3模架的選擇
根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面有推板的模具，由《塑料注射模中小型模架》可選擇BI型的模架，其基本結(jié)構(gòu)如下：
模架
模架是設(shè)計(jì)、制造塑料注射模的基礎(chǔ)部件，通過它將模具的各個(gè)部分有機(jī)地聯(lián)系成為一個(gè)整體，如圖9.1所示，標(biāo)準(zhǔn)模架一般有定模座板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模支撐板、墊塊、動(dòng)模座板、推桿固定板、推板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套及復(fù)位桿等組成。
本塑件模具的推出方式采用推件板推出，且在開模方向上只有一個(gè)分型面，根據(jù)型腔的排布形式，選用B型直澆口I型模架。因此該模具選擇標(biāo)準(zhǔn)模板B3032—160×50×180 GB/T1 2555—2006，其中參數(shù)含義如下：
B—直澆口I型模架（如圖9.1所示）；
3032—指模板的寬和長分別為300mm和320mm；
160—定模板（A板）厚度160mm；
50—?jiǎng)幽０澹˙板）厚度50mm；
180—墊板（C板）厚度180mm；
4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理, 直接影響到制品的表觀質(zhì)量, 行位尺寸精度，制品物理力學(xué)性能，充模難易程度以及熔料在充模式的流動(dòng)狀態(tài)。澆注系統(tǒng)是指從模具進(jìn)料口開始到模具型腔止的流動(dòng)通道。普通澆注系統(tǒng)由主澆道、分澆道、澆口和冷料穴四部分組成。由于本次設(shè)計(jì)采用的是直澆口，不存在分流道。澆口，或者說主流道下端就是本次模具設(shè)計(jì)的澆口，此類型澆口非常適合單型腔，深腔體積較大殼體類零件模具設(shè)計(jì)中采用。
4.1主流道
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。在臥式注射機(jī)上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設(shè)計(jì)成圓錐形，主流道通常設(shè)計(jì)在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機(jī)的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設(shè)計(jì)的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應(yīng)盡量選得小些。如果D過大模腔內(nèi)部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達(dá)一定程度澆口套容易從模體中彈出。根據(jù)選用的HTF160型號注射機(jī)的相關(guān)尺寸得：
噴嘴前端孔徑：d=5mm；
噴嘴前端球面半徑：R1=14mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系:
mm mm
取主流道球面半徑：mm；
取主流道小端直徑：mm；
1-澆口套；2-定模座板；
3-定位圈；4-注射機(jī)噴嘴
4.2澆口設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道和型腔之間的一段細(xì)短流道（除直接澆口外），是塑料熔體進(jìn)入型腔的入口。它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、數(shù)量、位置及尺寸對塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響很大。合理選擇澆口的形式對塑件生產(chǎn)質(zhì)量質(zhì)量影響很大，澆口的種類有很多,按澆口的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn),常用的澆口可分為以下幾種形式。
(1)測澆口
(2)中心澆口
(3)輪輻式澆口
(4)環(huán)形澆口
(5)盤形澆口
(6)潛伏式澆口
(7)點(diǎn)澆口
對比每種澆口的特點(diǎn)和適用場合，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)，決定采用直澆口。澆口位置設(shè)在產(chǎn)品的底部。如圖所示
圖4.2 直澆口
3
5 成型零件設(shè)計(jì)及成型尺寸
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，由于塑料熔體的高壓、料流的沖刷，在脫模時(shí)還與塑件發(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(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度和較好的耐磨性能。
5.1 型芯型腔設(shè)計(jì)
型芯用于成型塑料的內(nèi)表面，又稱凸模、陽模。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。組合式適用于復(fù)雜產(chǎn)品，為了便于加工和有利于排氣。雖然產(chǎn)品內(nèi)表面結(jié)構(gòu)簡單，但是由于采用BI帶推板的模架，型芯只能采用鑲件形式。型腔用于成型產(chǎn)品的外表面，又稱陰模、凹模。按照結(jié)構(gòu)的不同也分為整體式和組合式。塑料儀表外部結(jié)構(gòu)簡單，就采用強(qiáng)度、剛度良好的整體式型腔結(jié)構(gòu)。
型腔
型芯鑲件
5.2型腔和型芯工作尺寸計(jì)算
在設(shè)計(jì)模具過程中，應(yīng)該根據(jù)影響塑件尺寸精度的因素對塑件的成型零件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。這些因素一般包括塑件材料、幾何形狀、精度等級等。
計(jì)算成型零部件尺寸使用到的公式[3]：
收縮率波動(dòng)誤差：
塑件的成型誤差：
成型零件實(shí)際尺寸：
塑料的平均收縮率：
上式中 ——塑件基本尺寸；——制造誤差；——磨損誤差
——間隙誤差； ——裝配誤差
塑料收縮率波動(dòng)誤差應(yīng)該小于塑件公差/3。模具成型零件制造誤差一般取塑件公差的1/3~1/4，或取MT5級作為制造公差。成型零件磨損誤差主要原因是脫模磨損，磨損使得型腔尺寸加大，型芯尺寸減小，一般與脫模方向垂直的表面不考慮磨損，平行方向才考慮磨損。
一般取/4，在計(jì)算過程中，只要使成型零件的累積誤差小于塑件公差，即，則設(shè)計(jì)合格[1]。
5.2.1型腔尺寸計(jì)算
表5.1 型腔尺寸計(jì)算表
類型
塑料儀表尺寸/mm
公式
型腔尺寸/mm
徑向尺寸
80
36
高度尺寸
111
5.2.2型芯尺寸計(jì)算
表5.2 型芯尺寸計(jì)算
類型
塑料儀表尺寸/mm
公式
型芯尺寸/mm
徑向尺寸
75
40
高度尺寸
108
6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動(dòng)模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。其具體作用有：
a. 定位作用
b. 導(dǎo)向作用
c. 承載作用
d. 保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)作用
e. 錐面定位機(jī)構(gòu)作用
6.2導(dǎo)柱和導(dǎo)套的選擇
6.2.1導(dǎo)柱
導(dǎo) 柱頂部可以設(shè) 計(jì) 成 錐 形或者半球形 的 先 導(dǎo) 部 分，這樣是為了導(dǎo)柱能夠順 利 進(jìn) 入導(dǎo)向 孔。導(dǎo)柱長度必需得比凸模高出6～8mm，為了預(yù)防導(dǎo)柱沒有對好位子而引起型芯先進(jìn)入型腔，然后合型腔出現(xiàn)砰撞得可能。導(dǎo)柱的表面需具備良好的耐磨性，并且芯的部分得堅(jiān)韌，不容易被折斷。所以制作它的原料選碳 素 鋼，經(jīng)淬火處理后硬度達(dá)到5 0～5 5 H R C。導(dǎo)柱和模板固定的方式主要是是H7/m6過渡配合。導(dǎo)柱一般可以設(shè)計(jì)四個(gè)，小型的模具則少設(shè)計(jì)些，一般為4個(gè)。
6.2.2導(dǎo)套
導(dǎo)套是與導(dǎo)柱配合使用的，所以導(dǎo)套的固定孔大小得與導(dǎo)柱固定孔徑相同，這樣的話，兩孔可以同時(shí)加工處理，從而滿足同軸度。為了方 便同時(shí)加 工 孔 與孔 徑，導(dǎo) 套選用帶 頭 導(dǎo) 套。
導(dǎo)套 的前 端設(shè) 計(jì)成 倒圓 角為 了導(dǎo) 柱可以順 利進(jìn)入其中。導(dǎo)套首選設(shè)計(jì)為通孔，但是如果結(jié)構(gòu)有需要的話也可以設(shè)計(jì)成盲孔，并且得在盲孔側(cè)面建個(gè)通氣孔。導(dǎo)套得硬度一般不高于導(dǎo)柱，為了減少出現(xiàn)導(dǎo)套拉毛貨者避免導(dǎo)柱得情況發(fā)生，因此制作導(dǎo)套應(yīng)該要用耐摩的材料。
為了確保導(dǎo)柱與導(dǎo)套安裝孔得同軸度，同時(shí)加工導(dǎo)柱和導(dǎo)套得孔。導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)用H8/f7或H7/f7的方式配合。
7 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注射成型的每個(gè)循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出，模具中這種脫出型件的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)（或脫模機(jī)構(gòu)）。在設(shè)計(jì)塑件的推出機(jī)構(gòu)的時(shí)候以下原則是不可忽視的。
(1)推出機(jī)構(gòu)應(yīng)近盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。
(2)保證塑件不因推出而變形損壞。
(3)機(jī)構(gòu)簡單,動(dòng)作可靠。
(4)良好的塑件外觀。
(5)合模時(shí)的準(zhǔn)確復(fù)位。
7.1 脫模機(jī)構(gòu)的選擇
常見的推出機(jī)構(gòu)有推桿，推管，推板和推塊，各個(gè)推出機(jī)構(gòu)都有自己適合的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。比如深腔薄壁類的產(chǎn)品適合推板推出，螺柱孔適合推管，所以在選擇推出結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須分析要推出的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
結(jié)合塑料儀表結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，推管和推塊明顯不適合此次模具設(shè)計(jì)，以下僅對推板和推桿進(jìn)行分析。推板適用于薄壁，型腔比較深的塑料產(chǎn)品，推桿是最常用的推出機(jī)構(gòu)，考慮到四個(gè)均布圓孔的限制，采用推桿會(huì)導(dǎo)致推出力作用在內(nèi)壁上不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生劃痕，為了推出力均勻，達(dá)到平穩(wěn)的推出效果，決定采用推板推出。推板推出機(jī)構(gòu)如圖所示。
推板推出
7.2脫模力的計(jì)算
對于一般殼蓋形塑件，按下式計(jì)算，并確定其脫模力（Q）：
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力，一般取
；
--磨擦系數(shù)，一般?。?
--脫模斜度；
L=180.5mm
h=108mm
Q=230×90×10×0.1×（0.2cos1°-sin1°）=20700 N
8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
注塑模具的溫度高低對塑件的充型的流動(dòng)性、塑件的尺寸大小以及形狀、以及使用性能、物理性能都有很重要的影響。在薄壁線圈架注塑模具中溫度控制系統(tǒng)的主要目是控制模具的均衡溫度，系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算公式如下：
8.1冷卻時(shí)間的確定
在對冷卻系統(tǒng)做計(jì)算之前，需要對某些數(shù)據(jù)取值，以便對以后的計(jì)算作出估算；取閉模時(shí)間3S，開模時(shí)間3S，頂出時(shí)間2S，冷卻時(shí)間30S，保壓時(shí)間20S，總周期為60S。
其中冷卻時(shí)間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計(jì)算：
t=
=12/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)]
= 71（S）
式中：S——塑件平均壁厚，S取1mm；
——塑料熱擴(kuò)散系數(shù)(mm/s)，=0.07；
T——成型溫度160-220℃，T取200℃；
T——平均脫模溫度，T取80℃；
T——模具溫度40~80℃，T取50℃。
由計(jì)算結(jié)果得冷卻時(shí)間需要73 S，這么長的冷卻時(shí)間顯然是不現(xiàn)實(shí)的。本模具型芯中的冷卻管道擴(kuò)大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動(dòng)，冷卻效果大為增強(qiáng)。參照經(jīng)驗(yàn)推薦值，冷卻時(shí)間取30S即可。
8.2塑料熔體釋放的熱量計(jì)算
Q =nG C(t－t)
= 50×217.6×10×1.9×（220－60）= 3969.02KJ/h
式中：n——每小時(shí)注射次數(shù)， n=50 （次）；
G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10；
C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9；
t——熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度℃，t=220；
t——塑件脫模溫度℃，t=60。
8.3冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h）：Q= n G Q
=50× 217.6×10×310
=3916.8
每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10
確定生產(chǎn)周期（S）——t=50
塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=270~350；取Q=310
每小時(shí)的注射次數(shù)——n=60
從計(jì)算結(jié)果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因?yàn)镼涉及的因素較多，所以應(yīng)該取Q來計(jì)算。
查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為10mm的冷卻水管所對應(yīng)的最低。冷卻水孔總長L流速為2.16 m/s時(shí)才能達(dá)到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動(dòng)未達(dá)到湍流。
8.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
良好的冷卻系統(tǒng)要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)量身定制，所以設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)要首先分析塑件結(jié)構(gòu)。由于塑件屬于深腔塑件，用冷卻水井散熱效果較好。塑件外表面采用普通的冷卻水管冷卻。兩種形式的冷卻配合使用，達(dá)到良好的冷卻效果。冷卻結(jié)構(gòu)如圖所示。
冷卻水道結(jié)構(gòu) 9 注塑機(jī)參數(shù)的校核
9.1注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機(jī)類型，噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。對于粘度較大的塑料以及形狀細(xì)薄、流程長的塑件，注射壓力應(yīng)取大些。注射壓力的校核是核定注射機(jī)的額定注射壓力是否大于成型時(shí)所需要的注射壓力。注射壓力的校核公式為：
式（8-1）
式中，p為注射機(jī)的額定注射壓力， ；
為注射成型時(shí)的所需用的注射壓力，；經(jīng)過查資料，取100MPP
為注射壓力安全系數(shù)。，常取=1.25～1.4；
；符合要求。
9.2鎖模力的校核
注塑時(shí)塑料熔體進(jìn)入型腔內(nèi)仍然存在較大的壓力，它會(huì)使模具從分型面漲開。為了平衡塑料熔體的壓力，鎖緊模具保證塑件的質(zhì)量，注射機(jī)必須提供足夠的鎖模力。鎖模力的校核公式為：
式（8-2）
式中 F—注射機(jī)的額定鎖模力，KN；
A—制件和流道在分型面上的投影面積之和，cm2；
p—型腔的平均壓力，；經(jīng)過查資料，取45MPA
K—安全系數(shù)，通常K=1.1～1.2；
將數(shù)據(jù)帶入公式得：
,符合要求。
9.3注射量的校核
注射量以容積表示，最大注射量容積為
=0.80×253=202cm3 （式8-3）
式中，為模具型腔和流道在注射壓力下所能注射的最大容積（cm3）；
為指定型號與規(guī)格的注射量容積（cm3）；
為注射系數(shù)，取0.75～0.85，計(jì)算中取0.80。 故每次注射的實(shí)際注射量容積滿足
9.4模具厚度校核
注塑模具厚度 H=515mm
注射成型機(jī)H最小=200mm，H最大=520mm
滿足H最小＜H＜H最大。
9.5 開模行程校核
對于單分型面模具來說，其開模行程校驗(yàn)公式[8]：
式中 Smax——注射機(jī)最大開模行程；
H1——推出距離；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度；
在此次設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)模具需要利用開模動(dòng)作完成側(cè)向抽芯，所以其開模行程要考慮側(cè)向抽芯所需的開模行程Hc，當(dāng)時(shí)，Hc對開模行程沒有影響。即有Smax=400195mm,所選注射機(jī)符合要求。
綜合參數(shù)校驗(yàn)和尺寸校核，所選注射機(jī)符合成型要求。
10繪制裝配圖
模具整體設(shè)計(jì)也就是模體的設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，模體設(shè)計(jì)已接近標(biāo)準(zhǔn)化，可以從市場上購買相應(yīng)的模體。標(biāo)準(zhǔn)模體一般包括定模板、動(dòng)模板、墊塊、頂出固定板、頂板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿等。標(biāo)準(zhǔn)模架有12種結(jié)構(gòu)，15876種規(guī)格。在本次設(shè)計(jì)中，澆口套、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂桿、水嘴都采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以外購。總裝圖主如圖所示
裝配圖
10.1模具開合模過程
模具安裝在注射機(jī)上，動(dòng)模座板固定在注射機(jī)的動(dòng)模板部分，定模座板固定在注射機(jī)的定模板上。注射機(jī)合模后，注射機(jī)噴嘴伸入到模具中與澆口套的入料口處實(shí)現(xiàn)對接。對接后，熔融的ABS經(jīng)主流道、分流道和澆口進(jìn)入型腔內(nèi)；經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。
開模時(shí)，定模板與動(dòng)模板從分型面處分開，動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)，Z型拉料桿帶動(dòng)澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑料制品一起向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主流道中的凝料完全拉出一段距離后，注射機(jī)的頂棍通過下面的頂棍孔作用在推板墊板上，使得澆注系統(tǒng)中的冷凝料和塑料制件在Z型拉料桿和推桿的作用下一起推出，
合模時(shí)，注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)工作，推板在復(fù)位桿的作用下，回到初始狀態(tài)，動(dòng)、定模完全閉合，回到成型位置，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
結(jié) 論
經(jīng)過兩周的認(rèn)真分析與計(jì)算,我順利的完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo), 模具設(shè)計(jì)對于作者來說,基本上是一個(gè)新的領(lǐng)域,對模具的了解只限于在工廠里打工時(shí)見到的一些模具外觀和簡單知識(shí)。通過查閱塑料注射模具的相關(guān)書籍和手冊彌補(bǔ)空缺的知識(shí),逐漸的熟悉了解模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)以及設(shè)計(jì)流程,再結(jié)合以前所學(xué)知識(shí)開始本次設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)通過AutoCAD繪制了塑件二維圖、模具裝配圖、模具零件圖并且用Pro/E繪制塑件三維圖。在設(shè)計(jì)過程中出了很多的錯(cuò)誤和不規(guī)范的設(shè)計(jì),經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和同學(xué)們的探討以及借鑒相關(guān)書籍,慢慢的修改與完善。經(jīng)過不段的修改與完善中積累的經(jīng)驗(yàn),后面的設(shè)計(jì)逐漸的變明朗,錯(cuò)誤也逐漸的減少。本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多關(guān)于模具設(shè)計(jì)的知識(shí),并且把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)重新熟悉了一遍,我相信本次設(shè)計(jì)對我以后工作有非常大的幫助。
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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(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會(huì)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(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富
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