儲物箱注射模設計,儲物箱,注射,設計
畢業(yè)論文（設計）中期檢查表
學 部： 理工學部
學生姓名
學 號
年級專業(yè)及班級
2008 級 機械設計制造及其自動化專業(yè) （ 四 ）班
指導教師姓名
指導教師職稱
副教授
畢業(yè)論文題目
儲物箱注射模設計
畢業(yè)論文工作進度
已完成的主要內容
尚需解決的主要問題
1.熟悉課題，收集借閱有關資料
2.計算塑件的體積和重量
3.注射模的部分結構設計
4.模具設計的部分有關計算
1.塑件成型工藝性分析
2.塑件注射工藝參數的確定
3.注射模的結構設計
4.NC加工軌跡及G代碼
指導教師意見
指導教師簽名： 年 月 日
檢查（考核）小組意見
檢查小組組長簽名： 年 月 日
畢業(yè)論文（設計）開題論證審批表
學生姓名
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學號
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年級專業(yè)及班級
?
指導教師及職稱
?
開題時間
年??? 月???? 日
畢業(yè)論文（設計）題目
儲物箱注射模設計
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文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現狀、主要參考文獻等）
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一、選題的依據和意義
通過本次設計可以使我掌握注射模的模具結構機構的設計，對CAD，PRO/E等一系列軟件的應用熟練，讓我們能更快適應生產工作。培養(yǎng)自己綜合運用所學基礎和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測量與控制及其它相關工程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農業(yè)、等各個行業(yè)廣泛應用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已經一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。
本課題接近生產生活，對農業(yè)生產有著重要意義。
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二、國內外研究現狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
1、國內研究現狀及發(fā)展趨勢：
我國在注塑模CAD技術開發(fā)研究與應用方面起步較晚。從20世紀80年代中期開始，國內部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統的研制與開發(fā)工作，我國注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來,我國對注塑模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學、華中理工大學、四川聯合大學等單位聯合進行了國家重點科技攻關課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實際應用，使我國的注塑模CAD/CAE/CAM研究和應用水平有了較大提高.目前擁有自主版權的軟件有，華中理工大學開發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統HscZ0，鄭州工業(yè)大學研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項目的成果對促進我國注塑模CAD技術的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CAD技術及應用水平很快提高。目前，我國經濟仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國內模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經濟的方向發(fā)展，模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產批品牌化、管理信息化、經營國際化的方向發(fā)展。??
2、國外研究現狀及發(fā)展趨勢：
??? 近二十多年間，國外注塑模CAD/CAE技術發(fā)展相當迅速。70年代許多研究者對一維流動進行了大量研究，由最初的CAD技術和CAM技術以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域。80年代中期注塑模CAD/CAE進入實用階段，出現了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統；2.美國PTC公司的Pro/Engineer 軟件；3.美國UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統等等.這些先進軟件的熟練掌握極大地促進了國外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時間內，他們將朝著大型、精密、復雜與長壽命模具的方向發(fā)展。
??? 3、綜述:
參閱了多本資料書籍，注塑成型是現代塑料工業(yè)中的一種重要的加工方法 ,世界上注塑模的產量約占塑料成型模具總產量的50%以上。注塑成型能一次成型形狀復雜、尺寸精確的制品 ,適合高效率、大批量的生產方式 ,以發(fā)展成為熱塑性塑料和部分熱固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要經過反復調試和修模才能正式投入生產 ,這種傳統的生產方式不僅使產品的生產周期延長 ,生產成本增加 ,而且難以保證產品的質量。要解決這些問題,必須以科學分析的方法 ,研究各個成型過程的關鍵技術,為實現注塑產品的更新換代,提高企業(yè)的競爭能力 ,必須進行注塑模具設計與制造，及成型過程分析的CAD/CAM/CAE集成技術的研究。國外注塑模CAD/CAM/CAE 技術研究的成果有關統計數據表明:采用注塑模CAD/CAE/CAM 技術能使設計時間縮短50%,制造時間縮短30%,成本下降10%,塑料節(jié)省7% 注塑模計算機模擬技術正朝著與CAD/CAE無縫整體集成化方向發(fā)展 ,注塑CAD所構造的幾何模型為實現注塑模CAE技術提供了基本的幾何拓撲信息和特征信息,注塑模 CAE的目標是通過對塑料材料性能的研究和注射成型工藝過程的模擬和分析,為塑料制品的設計、材料選擇、模具設計、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過程的控制提供科學依據 。現時國際上占主流地位的注射模CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UG等；結構分析軟件有MSC、Analysis等；注射過程數值分析軟件有MoldFlow等；數控加工軟件有MasterCAM、Cimatron等。總體說來，國內的模具設計與制造技術與發(fā)達國家相比有很大的差距，這也是中國現在只是制造大國而非制造強國的主要原因之一。
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三、主要參考文獻與資料獲得情況
[1]伍先明等編著． 《塑料模具設計指導》[M]．國防工業(yè)出版社，2006．?
[2]李學鋒主編． 《模具設計與制造實訓教程》[M]．化學工業(yè)出版社，2004．
[3]鄒強主編． 《塑料模具設計參考資料匯編》[M]．清華大學出版社， 2005．
[4]鄒玉堂編著． 《Pro/ENGINEER實用教程》[M]．機械工業(yè)出版社，2005．
[5] 楊占堯 自柳主編． 《塑料模具典型結構設計實例》．化工公業(yè)出版社，2008
[6] 鄒維強編著． 《塑料模具典型圖冊》．模具制造雜志社，2006
[7]戴永清編著.?? 《Pro∕ENGINEER數控加工實例教程》[M]．清華大學出版社，2007.
另外可根據學校圖書館的實際收藏來選擇參考書。
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研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等）
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四、設計（或研究）的內容
?通過市場商品調查，滿足社會需求及生產要求上，在合理設計方向上，進行塑料模具的設計并且熟練掌握手工和電腦制圖，達到產品的要求。合理編制模具零件的制造工藝。設計圖樣要求符合最新制圖標準，表達完整，布局合理。
內容主要包括：
材料：pp?????? 生產批量：大批量
①塑件成型工藝性（原材料、結構和尺寸）分析；
②計算塑件的體積和重量（包含初選注射機型號）；
③塑件注射工藝參數的確定；
④注射模的結構設計（選擇分型面、確定型腔數量和排列方式、澆注系統設計、成型零件結構設計等）；
⑤模具設計的有關計算（包含注射機有關參數的校核）等。
⑥NC加工軌跡及G代碼
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五、畢業(yè)設計所用的方法
1. 在圖書館閱讀關于注射模設計的書籍，搜集許多注射模的相關知識；
2. 利用網絡了解國內外一些主要注射模設計的結構；
3. 與指導老師，同學們進行交流，共同研究探討分析注射模設計的知識。
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六、預期成果：
設計出小型、精密、復雜與長壽命的模具。
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七、條件保障：
1.有董亮教授對一些疑難的悉心指導
?2.有圖書館的設計手冊進行資料查找
?3.利用網絡軟件資源進行設計
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時間進程安排（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）
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1、知識準備?????????????????? 1-2周
2、主題方案設計?????????????? 3-5周
3、設計計算、結構設計、制圖?? 6-10周
4、整理設計說明書???????????? 11-12周
5、準備答辯?????????????????? 13周
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開題論證小組意見
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????????????????????????????? 組長簽名：
????????????????????? ??????????????????????????年?? 月?? 日
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專業(yè)委員會意見
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專業(yè)教研室主任簽名：
??????????????????? 年?? 月?? 日
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注：此表意見欄必須由相應責任人親筆填寫。專業(yè)名稱必須是全稱，例如“會計學專業(yè)”，班序號用阿拉伯數字“1”、“2”標注。此表如不夠填寫，可另加頁。
畢業(yè)論文（設計）開題論證記錄
學 部： 理工學部
學生姓名
學 號
年級專業(yè)及班級
指導教師姓名
指導教師職稱
副教授
畢業(yè)論文（設計）題目
儲物箱注射模設計
論證小組質疑及指導意見
1． 注射成型原理是什么？
2． 注射成型工藝過程包括幾個過程？
3． 注射模具的結構組成是哪些？
學生回答簡要記錄
1．利用塑料的可擠壓性和可模塑性，將松散的粒料或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為黏流態(tài)熔體，在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。
2．完整的注射工藝過程包括:1、成型前的準備;2、注射過程；3、制品的后處理。
3．根據模具中各個部件的不同作用，一套注射?？梢苑殖梢韵聨讉€部分：內模零部，澆注系統，熱交換系統，行位系統，頂出系統，導向定位部件，排氣系統。
論證小組
成員簽名
記錄人簽名： 論證時間： 2011 年12 月19 日
全日制普通本科生畢業(yè)設計
儲物箱注射模設計
THE DESIGN OF INJECTION MOULD FOR STORAGE BOX
學生姓名:
學 號:
年級專業(yè)及班級：
指導老師及職稱：
學 部：理工學部
提交日期：
全日制普通本科生
畢業(yè)設計誠信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本設計不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………1
1.1 塑料模具研究的意義……………………………………………………………2
1.2 國內外研究及其發(fā)展趨勢………………………………………………………2
2 塑件成型工藝性分析……………………………………………………………………3
2.1 塑件分析…………………………………………………………………………3
2.2 塑件的結構及成型工藝分析……………………………………………………3
2.2.1 結構分析…………………………………………………………………4
2.2.2 成型工藝分析……………………………………………………………4
2.3 熱塑性塑料的注射過程及工藝參數……………………………………………4
2.3.1 注射成型過程……………………………………………………………4
2.3.2 注射過程…………………………………………………………………4
2.3.4 塑件的后處理……………………………………………………………5
2.3.5 聚丙烯的注射工藝參數…………………………………………………5
3 模具結構形式的確定………………………………………………………………6
3.1 分型面位置的確定………………………………………………………………6
3.2 型腔數量的確定…………………………………………………………………6
3.3 澆注系統形式的確定……………………………………………………………6
3.3.1 澆口形式的確定………………………………………………………6
3.3.2 澆口數量的確定…………………………………………………………6
3.4 推出機構的確定…………………………………………………………………7
3.5 抽芯機構的確定…………………………………………………………………7
3.6 選擇模架………………………………………………………………………7
4 模具設計及其理論計算…………………………………………………………………8
4.1 熱流道系統的計算和結構尺寸的確定…………………………………………8
4.1.1 流道系統尺寸的確定……………………………………………………8
4.1.2 熱流道板結構設計………………………………………………………9
4.2 注射機型號的確定……………………………………………………………12
4.3 溫度調節(jié)系統的設計…………………………………………………………14
4.3.1 冷卻系統………………………………………………………………14
4.3.2 冷卻系統的計算………………………………………………………14
4.3.3 凸凹模加熱計算………………………………………………………16
4.4 排氣系統設計…………………………………………………………………16
4.5 脫模推出機構的設計…………………………………………………………17
4.5.1 壓縮空氣頂出的基本要求……………………………………………18
4.5.2 頂出方式………………………………………………………………18
4.5.3 脫模力的計算…………………………………………………………18
4.5.4 定模脫模力……………………………………………………………20
4.6 成型零件設計…………………………………………………………………20
4.7 安裝尺寸的校核………………………………………………………………21
4.8 典型零件的制造工藝…………………………………………………………21
4.8.1 型腔的加工工藝………………………………………………………21
4.8.2 凸模的加工工藝………………………………………………………22
4.9 模具工作過程…………………………………………………………………22
5 結論……………………………………………………………………………………23
參考文獻 …………………………………………………………………………………23
致謝 ………………………………………………………………………………………23
附錄…………………………………………………………………………………………24
儲物箱注射模設計
學 生：
指導老師：
摘 要：本文主要內容是通過分析儲物箱的工藝特點，詳細介紹了儲物箱的結構設計和模具設計的過程以及要點，設計包括了儲物箱的塑件結構的設計方法，分型面外置的選擇，模具型腔數目的確定和模架的選擇，以及模具分型面和推出結構等設計過程。整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的成型工藝和質量。
關鍵詞：儲物箱；塑料模具；注射模；分型面
The Design of Injection Mould for Storage Box
Student:
Tutor:
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract：This paper is mainly introduced the progress and the main points of the locker structure design and the die design through the analysis of the technology of the storage box. It includes the design method of the plastic structure parts of the locker,the selection of the external parting surface , confirming the number of mold cavity and choosing formwork,and the design process of mold parting surface and push mechanism.The whole design process illustrates that the mold can fulfill the requirements of molding process and quality of the plastic parts.
Keywords：Storage;mould of plastics;injection mould;parting line
1 前言
1.1 塑料模具研究的意義
塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注射模具是其中發(fā)展最快的的種類。因此，研究注射模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大的意義。模具行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，也是國民經濟的基礎工業(yè)。受到政府和企業(yè)的高度重視，具有廣闊的前景。通過本次設計可以使我掌握注射模的模具結構機構的設計，對CAD，PRO/E等一系列軟件的應用熟練，讓我們能更快適應生產工作。培養(yǎng)自己綜合運用所學基礎和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決測量與控制及其它相關工程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。隨著塑料制品在機械、電子、交通、國防、建筑、農業(yè)、等各個行業(yè)廣泛應用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已經一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。
1.2 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢
我國在注塑模CAD技術開發(fā)研究與應用方面起步較晚。從20世紀80年代中期開始，國內部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統的研制與開發(fā)工作，我國注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，發(fā)展較為迅速多年來,我國對注塑模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八五”期間,由北京航空航天大學、華中理工大學、四川聯合大學等單位聯合進行了國家重點科技攻關課題“注塑模CAD/CAE/CAM集成系統”，并于1996年通過鑒定，部分成果己投入實際應用，使我國的注塑模CAD/CAE/CAM研究和應用水平有了較大提高.目前擁有自主版權的軟件有，華中理工大學開發(fā)的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系統HscZ0，鄭州工業(yè)大學研制的2一MOLD分析軟件等.這些軟件正在一些模具企業(yè)中推廣和使用，有待在試用中逐步完善。這些項目的成果對促進我國注塑模CAD技術的迅速發(fā)展起了重要作用，使我國注塑模CAD技術及應用水平很快提高。目前，我國經濟仍處于高速發(fā)展階段。一方面，國內模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經濟的方向發(fā)展，模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產批品牌化、管理信息化、經營國際化的方向發(fā)展。近二十多年間，國外注塑模CAD/CAE技術發(fā)展相當迅速。70年代許多研究者對一維流動進行了大量研究，由最初的CAD技術和CAM技術以圖紙為媒介傳遞信息向CAD/CAM一體化方向發(fā)展。80年代初開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓分子取向以及翹曲預測等領域。80年代中期注塑模CAD/CAE進入實用階段，出現了許多商品化注塑模CAD/CAE軟件，比較著名的有:1.澳大利亞MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系統；2.美國PTC公司的Pro/Engineer 軟件；3.美國UG公司的UGllUNIGRAPHICSl系統等等.這些先進軟件的熟練掌握極大地促進了國外模具行業(yè)的發(fā)展。因此，未來的一段時間內，他們將朝著大型、精密、復雜與長壽命模具的方向發(fā)展［1］。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件分析
塑件模型如圖1下所示。塑件名稱：聚丙烯PP.色調：半透明、白色生產綱領：大批量
圖1 儲物箱
Fig.1 Strorage box
2.2 塑件的結構及成型工藝分析
2.2.1 結構分析：
該塑件為儲物箱，結構應近可能的簡單，且強度和剛度應滿足需要，在底部設有較多的加強肋板，在上邊緣設有一圈弧形加強肋以增加儲物箱的剛度和強度。該塑件長端有兩處安裝提手的孔，當儲物箱上蓋蓋上以后，安裝到孔中的提手又起著卡扣作用，該部位為受力較集中的部分，故此處的壁厚應該適當的加厚，已滿足其力學的性能的要求。
當箱子中裝有東西多而重量較大搬運困難時，特意在箱子底部設計了有安裝滾輪軸的卡槽，滾輪在軸上轉動，而滾輪軸安裝在卡槽中，以便于箱子在室內移動［2］
2.2.2 成型工藝分析
注射模精度等級：采用一般精度4級。脫模斜度：該塑件壁厚約為3mm，其脫模斜度查表得到聚丙烯PP其型腔脫模斜度為：25°～45°，其型芯脫模斜度為：20°～45°。由于該塑件沒有狹小部分，且塑件整體造型已具備了一定的斜度，所以只有塑件底部肋板處放脫模斜度取1°。
2.3 熱塑性塑料的注射成型過程及其工藝參數
2.3.1 注射成型過程
注射成型工藝過程包括：成型前的準備，注射成型過程以及塑件的后處理三個階段［3］。
2.3.2 成型前準備
分析檢驗成型物料質量：根據塑料工藝性能要求，檢驗其各種性能指標，如含水量等。對于該塑件材料PP參考文獻知道聚丙烯PP吸水率?0.03%，允許水含量0.05%~0.20%。由于該塑料不易吸水，故可以不進行干燥處理。
2.3.3 注射過程
注射過程是塑料轉變成塑件的主要階段。它包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
1）加料：由注射機的料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻、最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機計量裝置來控制。
2）塑化：塑化是指塑料在料筒內經加熱達到熔融流動狀態(tài)，并且有良好的可塑性全過程。
3）注射：注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經過噴嘴、澆注系統，直接壓入模腔。
4）保壓：保壓時自注射結束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。
5）冷卻定型：當澆注系統的塑料已經冷卻凝固。繼續(xù)保壓不在需要，此時可退回柱塞或螺桿，由于冷卻水、空氣等冷卻介質，對模具進一步冷卻，這一階段稱冷卻定型、實際上冷卻定型過程從塑料注入型腔就開始，它包括從注射完成、保壓到脫模前這段時間［4］。
6）脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。
2.3.4 塑件的后處理
塑件進行注射成型后，除去澆口凝料。修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進行適當的后處理，借以改善和提高塑件性能，塑件的后處理主要是退火和調濕處理。通過查找文獻知道該塑料不需要任何后處理。
2.3.5 聚丙烯PP的注射工藝參數
1﹚料筒溫度：30℃~220℃
2﹚熔料溫度：220℃~250℃
3﹚料筒恒溫：220℃
4﹚模具溫度：80℃~90℃
5﹚注射壓力：PP具有很好的流動性，避免采用過高的折射壓力，一般在80MPa~140MPa之間，一些薄壁包裝容器可達180MPa.
6﹚保壓壓力：避免制品產生壁縮，需要較長時間對制品進行保壓：約為
注射壓力的30%~60%。
7﹚背壓：2MPa~5MPa
8﹚注射速度：對薄壁包裝容器需要高的注射速度；中等注射速度往往比較適合于其他類的塑料制品。
9﹚螺桿轉速：高速螺桿轉速﹙線速度約為1.3m/s﹚是允許的，只需要滿足冷卻時間結束前完成塑化過程就可以。
10﹚計量行程：0.5D~4D;4D的計量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要的。
11﹚殘料量：2mm~8mm,取決于計量行程和螺桿轉速。
12﹚預烘干：不需要；如果儲藏不好，在80℃的溫度下烘干1h就可以。
13﹚回收率：可達100%回收。
14﹚收縮率：1.2%~2.5%；收縮程度高；24h后不會收縮。
15﹚澆口系統：點式澆口或多點澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道；澆口位置在制品最厚點，否則易發(fā)生大的收縮。
3 模具結構形式的確定
3.1 分型面位置的確定
在塑件設計階段，就應該考慮成型時分型面得形狀和位置，否則無法完成模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面和澆口的位置，然后選擇模具的結構。該塑件在進行結構設計時已經充分考慮到了模具的分型面，同時從所提供的塑件圖樣可以看出該塑件為典型的箱體。將分型面設計在塑件上邊緣外援處，在提手處，將分型面沿提手最大外援處設置分型面，以方便出模。
3.2 型腔數量的確定
當塑件分型面位置確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。一般來說，大型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，此塑件屬于大型塑件，故采用一模一腔結構形式［5］。
3.3 澆注系統形式的確定
3.3.1 澆口形式和位置的確定
該塑件屬于大型腔盒形件，分型面只能采用一個，根據塑件結構不能采用側澆口、潛伏式澆口或護耳式澆口，因為澆口完全偏置一邊不利進料。只能采用直接澆口或點澆口，澆口位置在塑件底部。
3.3.1 澆口數量的確定
在確定塑件的澆口時，還應考慮塑料熔體所允許的最大流動距離比，當采用直接澆口時，如圖1可估算出流動比K=L/t=230，這在PP塑料的流動比范圍之內，基本符合要求。但采用直接澆口塑件上印痕較大，不利于塑件的美觀和澆口處的力學性能，流程比也接近于上限值，不利于塑料熔體對型腔的填充。若采用普通流通道點澆口兩點進料的話，在定模部分必須要有一個分型面一邊取出澆注系統的凝料，這樣模具結構相當的復雜而又浪費材料，顯然也不是可取的。如果采用熱流道點澆口，上述問題不復存在，是一個較好的解決方案。
在該模具中使用主流道杯，熱流道板，澆口噴嘴都采用加熱式的結構，熱流道如圖2下所示。
1—澆口；2—噴嘴分流道；3—熱流道分流板 4—主流道
圖2 熱流道布置示意圖
Fig2 Harting decorates schemes
3.4 推出機構的確定
該塑件屬于大型腔薄壁型半透明塑件，對表面質量要求很高，在塑件表面不允許有推桿痕跡，同時塑件的推模力也比較大，因此經過反復的考慮，決定采用氣動推出，所以標準架設在動模的推出機構就可以省略。這樣降低了模具的高度，也節(jié)約了成本。
3.5 抽芯機構的確定
提手處的兩個小孔應用側抽芯來成型，但塑件全部位于定模型腔內，若采用機動抽芯，在動模部分還要設置一個分型面，對于大型模具來說，盡量不要設置多個分型面，因為移動的零件多了，對模具的強度、剛度和精度都不利，因此提手小孔可采用液壓或氣動來完成抽芯。對于成型滾輪軸卡扣槽部分，在定模采用四個鑲件滑塊來成型，為了使該模具能夠長壽命工作，若采用強制脫模以避免側向抽芯，模具的可靠性不高，同樣采用液壓或氣動抽芯，模具結構不太負責，而可靠性提高了［6］。
3.6 選擇模架
為了將該設計和工廠模具設計相結合，在此使用Pro/E軟件對該塑件進行分型面設計。
大體步驟如下，先在Pro/E里對塑件進行建模，然后進入Pro/E的模具設計模塊，將塑件模型調入，然后使用公式1=Scp，Scp值為0.02設置該塑件的收縮率，然后增加體積塊，體積塊的尺寸按照模架的動模板和定模板尺寸來定義，再設計分型面，并通過分型面將模具動模和定模板分開。以達到分模的目的。由于該塑件外形較大，故不再在定模中設置模仁，模架中的A板直接加工出型腔來，而動模的主型芯應單獨加工出來，然后鑲入動模固定板中，這樣能夠節(jié)省材料和加工工時。參考國家標準初步選用直接澆口型模架，型號A80100－420×160GB/T12555－2006。因為該模具采用氣體推出，所以動模部分的推出機構及其零件都不需要，所以在原來模架的基礎上省去了部分零件，但又采用熱流道，又必須加一塊安放熱流道板的型腔墊板，所以形成了定模三板塊（定模座板，型腔墊板和凹模型腔板），動模二塊板（動模座板和凸模固定板）組成，簡化的模架［7］。
4 模具設計及其理論計算
在對模具的分型面、型腔數量、澆注系統的形式和模具結構初步確定以后，就應對模具的各個系統進行詳細的分析和計算。并最終確定各個工作零件的尺寸。
4.1 熱流道系統的計算和結構尺寸的確定
在本設計的熱流道系統中，流道比較簡單，如圖2所示，且為平衡式布置，所以不需要進行復雜的流變學計算。而熱流道噴嘴是標準件，所以先按塑料熔體通過澆口允許的剪切速率來初步確定澆口直徑，然后在計算相應的其他流道尺寸。最后根據熱流道尺寸確定其他結構尺寸。
4.1.1 流道系統尺寸的確定
1﹚所需注射量的計算。對于該設計，提供了塑料圖樣，據此在Pro/E中建立模型并對此分析，可知塑件體積為V1≈2.7×103㎝3
2﹚噴嘴澆口尺寸的確定。注射時間根據類似產品取10s，
則主流道體積流率Qs=V/t=2.7×1000÷10=270cm3/s （1）
分流道的體積流率Qr=Qs/2=270/2=135cm3/s （2）
根據表查數據，PP最大允許的剪切速率γ=105s-1 ,而噴嘴澆口是最小的部位，用此剪切速率求出澆口直徑。
Dg==0.24㎝ （3）
而熱流道噴嘴澆口直徑2.7mm、3.9mm、4.5mm等標準尺寸，而本設計澆口采用開放式直接澆口帶有一段凝料，有利于布置水道對澆口進行冷卻，儲物箱底部的肋板高為20mm,凝料長定位30mm比較合適。由于凝料有一個脫模斜度，通過計算，澆口直徑取4.5mm,脫模斜度取3°，流道最小直徑為
Dg=4.5－2×30tan1.5°=2.93mm （4）
再校核最小截面處的剪切速率
γG=32Qg/πDg3=54695/s<105s-1 （5）
剪切速率符合要求。
3﹚噴嘴流道直徑的確定。對低粘度PP，流道剪切速率取γ=1000s-1 進行初步估算，因此噴嘴流道直徑為：Dr==1.112㎝ （6）
取標準直徑Dr=1cm,則分流道剪切速率為
γR=32Qr/πDr3=1375.8s-1 （7）
在5×100~5×1000s-1 ，比初取值大37..58%，如果分流道直徑取12mm，剪切速率就顯得有些小，所以分流道剪切速率合理?？紤]到噴嘴安裝方面等因素，參考文獻中圖，可以采用標準噴嘴BP25型.
4﹚流道板分流道直徑的確定。根據熱流道噴嘴與流道板的安裝結構、熱流道板分流道直徑比噴嘴道直徑大0.5mm~1mm，取分流道直徑為11mm。與上面計算值11.12mm相差不大，剪切速率在預定的范圍內，可行。
5﹚主流道直徑尺寸的確定。本設計的分流道僅有兩條，且分流道的剪切速率不太大，所以主流道直徑也取11mm，與分流道直徑一樣大，主流道剪切速率為
γs=32Qs/πDs3=2067.3s-1 （8）
在5×100~5×1000S ，主流道剪切速率合理［8］。
4.1.2 熱流道板結構設計
熱流道板應該具有良好的加熱和絕熱設施，保證加熱器安裝方便和溫度控制有效。熱流道板根據澆口數量和位置的不同，可分別采用Ⅰ字、H字等各種外形。該塑件結構比較簡單確定采用兩點進料，故采用Ⅰ字型熱流道板。
分流道通常用圓形截面直徑一般在1mm~5mm.流道轉折處應圓滑過渡，防止塑料熔體滯留。分流道端孔用細牙螺栓堵頭封住并用銅質或聚四氟乙烯封墊圈防漏。熱流道板應該選用比熱容小和熱傳導率高的材料，通常采用中碳鋼和高強度的銅合金制造，本設計熱流道板采用H13中碳鋼。
1﹚熱流道板幾何尺寸的確定。根據上述的計算，主流道、分流道直徑取11mm,兩澆口之間的距離取260mm,流道采用外加熱的方式，在流道板銑削嵌入電加熱器的槽，考慮到流道板的固定和其他零件的連接等因素。
2﹚流道板加熱功率的計算。流道板加熱功率，是在一定時間內流道板從室溫加熱升溫到塑料熔體注射溫度所需要的功率。當流道板達到給定的溫度時，由溫度調節(jié)器自動控制，補償熱損失功率，維持熱流道溫度恒定。
流道板升溫加熱功率，在熱流道系統初步設計完成，獲知了流道板的體積后，按質量m的經驗公式計算。以每1kg鋼升溫需100W電熱功率計算。小模具可增大些比值，升溫時間可少于20min，而大型模具要減小比值。片面追求快速升溫，不利于電熱加熱和溫度調節(jié)系統的設計。加熱流道板所需要的功率有三部分組成。其一是達到設置注射溫度所需電功率；其二是補充流道板的傳導、對流和輻射熱損耗功率；其三是考慮電網電壓波動影響和加熱器的熱效率。工程設計時，計算流道板的加熱器功率公式如下：
P=mc/60tη0 （9）
式中P——流道板加熱器的電功率（kw）
m——流道板的質量（kg）
流道板質量，通過在Pro/E建模后，進行質量分析，密度為7.85kg/dm3，其質量為m=9.27kg。
C——流道板材料的比熱容[kJ/(kg?℃)]，對于鋼材，C=0.48kJ/(kg?℃);
T——流道板的加熱時間（min），通常為20min~30min，時間長短取決于流道板尺寸大小和注射工藝的溫度；這里取20min；
ΔT——流道板注射工作溫度與室溫之差（℃）。
查表知道PP噴嘴溫度為220℃~290℃，模具溫度為20℃~60℃，在此噴嘴溫度220℃，模具溫度取50℃。
ΔT=220－50=170℃
目前我國注射機基本都是普通注射機，不是高速注射機，熔融塑料在熱流道中停留時間比較久，所以宜取較低噴嘴溫度和較高的模溫。
ηo——加熱流道板的效率系數，流道板的絕熱條件良好ηo=0.47~0.56；這里取0.5。故
P=mc/60tηo=1.26kw
三個墊圈的熱傳導面積，如圖5所示
Ap==0.001㎡ （10）
墊圈的傳導耗熱。用HI3中碳鋼，查表得λ=0.28﹙W/m·℃﹚,則有
Qp==28×0.001×（220-50）/0.010=476W （11）
式中Qp——熱流道板的傳導熱損失﹙W﹚
λ ——絕熱零件材料的熱導率﹙W/ m·℃﹚
T1——熱流道板的注射工作溫度﹙℃﹚
T2——注射模具結構的溫度 ﹙℃﹚
若用鈦合金制造墊圈，查表知λ=7W/ m·℃,有
Qp==119W
圖3 隔熱墊圈
Fig.3 Insulation gasket
3﹚流道板的熱對流和熱輻射的功率損失。流道板溫度T1=273+220=493K;模具溫度T2=273+50=323K,得ΔT=T1－T2=170K.經發(fā)黑或銹蝕的灰暗表面流道板的輻射系數Co=2.62W/﹙㎡·K﹚;而光亮鋁箱覆蓋時，Co=0.18 W/﹙㎡·K﹚。已知道板輻射表面積Ar=0.126㎡.由兩種狀態(tài)計算功率損失。
無絕熱設計的流道板，先計算熱輻射系數
αs1 =C0=7.5W/(㎡/K) （12）
在考慮流道板周邊間隙中空氣對劉熱損失，查表可知取空氣自然對流系數α=
10 W/﹙㎡·K﹚.龜茲流道板的對流和輻射熱損失
αks1==374.85W （13）
絕熱設計的流道板，計算安裝反射薄片時的輻射系數
αs2= C0=0.51W/(㎡/K) （14）
大面積上安裝反射箔片Ar1=﹙0.05+0.06﹚×0.38×2㎡,小面積上無反射面Ar2=0.05×0.06×2㎡=0.006㎡,由此得對流和輻射熱損失
αks1==167.2W （15）
根據上述計算數據匯總成下表1
表1 流道板數據
Tablel runner plate date
類型
無絕熱設計的流道板
絕熱設計的流道板
流道板升溫加熱功率
1260
1260
熱傳導損失功率
476鋼墊圈
119鈦合金墊圈
對流和輻射熱損失
374.85表面灰暗
167.2大面積使用反射
其他因素的電損10%
211
154.6
總計
2321.9
1700.6
4﹚討論。查表知，承壓圈和支承墊采用絕熱材料鈦合金，而本設計流道板及電熱器的安裝方式采用鈦合金墊圈，而采用反射片，所以電熱的總功率為：
P=﹙1260+119+374.85﹚×110％=1929.235W （16）
選兩根1000W的矩形電熱管嵌入熱流道板的槽中即可［9］。
4.2 注射機型號的確定
表2 注射機參數
Table2 Injection machine parameters
項目
單位
尺寸
實際注射容積
4450
螺桿直徑
mm
110
塑化能力
g/s
116
注射壓力
MPa
181/197
噴嘴半徑
mm
R20
鎖模力
KN
10000
拉桿有效間距
mm
1120×1120
定位圈尺寸
mm
300
最大（?。┠＞吆穸?
mm
1100（600）
4.2.1 注射機有關參數的校核n≤（Mt/3600－m2)/m1
式中K——注射機最大注射量的利用系數，PP取0.75
M——注射機的塑化能力為116g/s
t———成型周期，因塑件采用熱流道系統，查表知取60s
m1——單個塑件的質量，取2.43×103g
m2——澆注系統所需的塑料質量，由于該塑件采用熱流道系統成型，故無澆注系統凝料。
上式右邊=0.75×116×62/2.43×103 ﹥1符合要求。
4.2.2 鎖模力校核。塑件采用熱流道系統，投影總面積A
A=L1×L2=602×425=2.5585×105 ㎜2 （17）
由于該塑件屬于薄壁均勻的容器塑件，采用PP注塑，流動性好，故取P1=25MPa,所需鎖模力為Fm=Ap1=2.5585×105 × 25=6395.25KN （18）
鎖模力校核為F≥KFm=KAP1=1.2×6369.25=7675.5KN
式中K為鎖模力安全系數。
4.2.3 安裝尺寸的校核。
1)定位圈尺寸。注射機定位尺寸為φ㎜，定位圈尺寸取φ㎜，兩者之間呈較松間隙配合，合要求。
2)主流道入口的凹球面半徑ＳＲ應大于注射機噴嘴球半徑ＳＲ０．通常為：
?。樱遥剑樱遥?(1-2)=20+2=22㎜ （19）
3) 最大與最小模具厚度。模具厚度Ｈ應滿足Ｈmin
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