塑料梳子注塑模具設計【一模四腔】,一模四腔,塑料,梳子,注塑,模具設計 藝術與信息工程學院 畢業(yè)設計中期方案 題目： 塑料梳子注塑模具設計 子題： 專 業(yè)： 機械工程及自動化指導教師： 學生姓名： 班級-學號： 2014年 12 月19 日 1. 緒 論 模具工藝是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，被稱為工業(yè)之母。模具是大批量生產各種機電與家電產品零件必備的基礎工藝裝備，是進行少無切削加工的主要工具。75%的粗加工零件和精加工零件都是由模具工藝成型的，絕大部分塑料制品也由模具成型。模具工藝涉及機械、電子、汽車、化工、冶金、建材、輕工業(yè)等各個行業(yè)，有十分廣泛的應用范圍。自80年代以來，我國模具工業(yè)也迅速發(fā)展，在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例將逐步提高。模具技術水平的高低，將直接影響產品質量、成本、產量、新產品的投產和老產品更新?lián)Q代的周期，以及企業(yè)產品結構調整速度與市場競爭力。因此，模具技術水平是衡量一個國家制造技術水平的主要標志，模具工業(yè)的發(fā)展是國家制造業(yè)發(fā)展的前提，是國民經濟的基礎工業(yè)。 1.1 國外塑料模具的發(fā)展狀況 國外先進國家對發(fā)展塑料模很重視，塑料模比例一般占30%-40%。國外模具日趨專業(yè)化、標準化程度高、設計和工藝技術先進，如模具CAD/CAM技術采用普遍，加工設備數控化率高等，模具生產效率高、周期短。工藝裝備水平CAE技術在歐美已經逐漸成熟。在注射模設計中應用CAE分析軟件，模擬塑料的沖模過程，分析冷卻過程，預測成型過程中可能發(fā)生的缺陷。CAE技術在模具設計中的作用越來越大。一些壽命高的和高精度的模具拿制作模具的原材料來說，國內的材料很難達到大型、精密模具所需要的性能要求、CAE CAD CAM.CAPP等軟件很多都是國外的。拿塑封模具來說，國外一次可以加工出上百個型腔的模具，還有熱流道技術、氣輔成型這些工藝應用都很普遍。德國的模具很多采用熱流道技術，使用熱流道技術，產品的質量好，成型周期短，精度高。 美國塑料(原料)的產量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產量就已達2000萬噸之多，1986年增至2310萬噸，占全球總產量8100噸的28.5％，此后美國塑料產量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢。德國是世界最大的塑料(原料)生產國之一，上世紀90年代初，德國塑料產量就為990多萬噸，2000年增加至1550萬噸，超過日本成為世界第2大塑料生產國，德國2001年的國內塑料消費量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸．氯乙烯152萬噸。日本在很長一段時期內都是僅次于美國的世界第2大塑料生產國。日本的塑料產量曾經連續(xù)多年增長，年產量在70年代中期就已達500多萬噸，1991年達約1300萬噸，1992年和1993年因受經濟下滑的影響，產量略有減少。從1994年起產量再度增長，1997年產量達到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢在1998年受到遏制，產量大幅度減少。到2002年日本塑料(原料)的產量減至1361萬噸。此時中國增為1366萬噸，日本退居第4位。韓國塑料產量增長十分迅速，1986年超過200萬噸，2001年達1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產國之列。韓國塑料原料產品中以聚乙烯居首，聚丙烯以238萬噸排在第2位。 1.2 我國塑料模具的發(fā)展狀況 我國的塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在歷經半個多世紀，有了很大的發(fā)展，模具水平也有了較大程度的提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；在精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如我國制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產的齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。 在成型工藝方面，高效多色注射模、多材質塑料成型模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計方面也取得較大的進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術。熱流道模具也開始推廣， 一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。 1.3 注射模具的發(fā)展趨勢 塑料制品在日常生活中有著廣泛的利用，模具技術已經成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，近年來，人們對各種設備和用品輕量化及美觀和手感的要求越來越高，這就為塑料制品提供了更加廣闊的市場，塑料制品的發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。因此，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出的要求也越來越高。由于近年來在進口模具中精密、大型、復雜、長壽命模具占多數，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，此類模具在市場上的份額也將逐步增大。同時，建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場中新的經濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高的要求，以塑代金屬使塑料模具在汽車、家電、辦公用品、工業(yè)電器、建筑材料、電子通信等主要領域快速發(fā)展運作起來。但從整體來看，中國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但結合國民經濟發(fā)展的需求，與世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。 1.4 模具的分類和占有量 模具主要類型有：沖鍛摸、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模、玻璃模、橡膠模、陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。 1.4.1 塑料模概述 塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。 1.4.2 鍛模概述 鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。 1.4.3 沖模概述 沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具總數的50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏?，沖孔模，彎曲模，卷邊模，切口模，切邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。 1.4.4 壓鑄模概述 壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數的6％。 1.4.5 粉末冶金模概述 粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。 模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。 1.5 注射模具概述 注射成型的原理是將顆粒狀或粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入磨具型腔，經過一定時間的保壓。冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。 1.5.1 注射模具設計的特點 塑料注射?？沙尚透鞣N形狀的塑料制品，具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精密、帶有嵌件的塑料制品，且生產效率高，易于實現(xiàn)自動化生產的特點，是熱塑性塑料制品的一種主要成型方式。但由于注射成型的設備及模具制造費用較高，所以不適于單件及小批量塑料制品的生產。 注塑件的生產中，通常以最終塑料制品的質量來評價模具的設計和制造質量。注塑件的質量包括表觀質量和內在質量。表觀質量通常以塑件的形狀和尺寸精度來衡量，其主要包括注塑件的表面粗糙度和表觀缺陷狀況（凹陷、氣孔、無光澤、發(fā)白、銀文、剝層、暗斑紋、燒焦、翹曲、溢料飛邊及可見融合度縫）。內在質量即性質質量，包括熔合縫強度、殘余應力、取向、密度、收縮等。 1.5.2 注射模具的組成 注射模的結構由注射機的形式、制品的復雜程度以及模具內的型腔數目所決定的。無論簡單還是復雜，注射模均由定模和動模兩大部分組成。 根據模具中各零件所起的作用，又可細分為以下幾部分： （1）成型零部件 成型零件是構成模具型腔并直接與塑料熔體相接觸并成型制品的模具零件和部件。通常包括凸模、凹模、型芯、鑲件、成型桿等零部件。在模具的動、定模部分合模后成型零部件構成了模具的型腔，從而決定了塑件的內、外輪廓尺寸。 （2）澆注系統(tǒng) 由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道稱為澆注系統(tǒng)，通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。 （3）導向與定位機構 確保動模和定模閉合時能夠準確導向和定位對中。對于深腔注射模需要在主分型面上設有錐面定位裝置；此外，為保證脫模機構的運動與定位，在推板與動模板之間也需設置導向機構。 （4）脫模機構 脫模機構是指開模過程的后期將制品從模具中脫出的機構。一般有三種方式：頂出機構、澆注系統(tǒng)脫出機構以及側抽芯機構。 （5）側向分型抽芯機構 主要指帶有側凹或側孔的制品在脫出模具之前，必須先進行側向分型將型芯側向抽出。包括斜導柱、滑塊、楔緊塊、滑塊定位裝置、側抽芯和抽芯液壓缸等。 （6）溫度調節(jié)系統(tǒng) 為滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，模具應設有冷卻或加熱的溫度調節(jié)系統(tǒng)。其中，冷卻系統(tǒng)主要采用循環(huán)水冷卻方式；加熱系統(tǒng)主要采取通入熱水、蒸汽、熱油和置入加熱元件等，有些注射模須配備模溫自動調節(jié)裝置。 （7）排氣系統(tǒng) 在注射成型過程中需要將型腔內原有的空氣和塑料熔體中逸出的氣體排出，因此，須在模具分型面上開設排氣槽。型腔內排氣量不大時，直接利用分型面之間的間隙自然排氣，或者利用模具的推桿與配合孔之間的活動間隙排氣；而對于一些大型注射模，則應該預先設置排氣槽。 1.5.3 注射模具的分類 注射模具的分類方法有很多，按照所用注射劑的類型可分為臥式（或立式）注射機用注射模和直角式注射機用注射模；按照模具型腔數目可分為單型腔和多型腔注射模；但是，從模具設計角度來看，依據模具的總體結構特征分類較為合適。通常被分為以下七類： （1）單分型面注射模 單分型面注射模具又稱為兩板式模具，它是注射模中最簡單最常見的一種結構形式，占全部注射模的70%左右。 （2）雙分型面注射模 雙分型面注射模又稱為三板式注射模，與單分型面注射模相比，只是在動模與定模之間增加了一個可移動的澆口板（又稱中間板），塑件和澆注系統(tǒng)凝料分別從兩個不同的分型面取出。 這種模具結構復雜，只適用于采用點澆口的單型腔或多型腔注射模。 （3）帶活動鑲件的注射模 根據某些塑件的特殊要求，需在模具上設置活動的型芯，螺紋型芯等鑲件。 （4）帶有側向抽芯的注射模 當塑件帶有側孔或者側凹時，成型零件必須要做成可側向移動的，否則，塑件無法脫模。那么，帶動型芯側向移動的整個機構稱為側向抽芯機構。 （5）自動脫螺紋的注射模 對帶有內螺紋或外螺紋的塑件，當要求自動脫螺紋時，可在模具中設置能夠轉動的螺紋型芯或型環(huán)，利用注射機的往復運動或旋轉運動，或設置專門的驅動和傳動機構，帶動螺紋型芯或型環(huán)轉動，從而使塑件脫出。 （6）推出機構設在定模一側的注射模 在一般情況下，注塑模開模后，塑件應留在動模一側，因此，通常將推出機構設在動模一側。但有時候由于塑件的特殊要求或者形狀的限制，開模后塑件仍將留在定模一側（或有可能留在定模一側），此時需要在定模一側設置推出機構。 （7）熱流道注射模 在成型過程中，澆注系統(tǒng)中的塑料始終保持熔融狀態(tài)，每次注射完后，只有型腔中的塑件冷凝成型，取出塑件后可繼續(xù)注射，很大程度上節(jié)省了塑料的用量，既提高了生產效率，又保證了塑件的質量。但由于模具結構復雜，要求模溫控制較嚴格，否則容易在塑件澆口處出現(xiàn)疤痕。 1.6 本課題設計的與意義 1.6.1 設計目的 　　模具是現(xiàn)代加工行業(yè)中的基本工藝裝備，許多行業(yè)都對模具有大量的需求。隨著工藝的不斷發(fā)展，模具行業(yè)顯得越來越重要。模具技術水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標，因此對模具的生產精度、使用壽命等相關要求不斷提高。本課題就是在這種背景下對梳子進行工藝和結構上的分析，設計出一副合理的注塑模具，使產品生產質量、產品精度及生產率得到提高。在設計過程中強化自己的專業(yè)知識，學習模具工作零件加工工藝規(guī)程的編制，熟悉CAD、Pro/E等專業(yè)繪圖軟件。 1.6.2 設計意義 （1）掌握模具設計的方法和步驟； （2）熟練掌握繪圖和編寫技術文件的能力； （3）運用理論知識和實際生產知識進行模具設計的初步訓練，培養(yǎng)自己的設計能力； （4）掌握模具設計的基本技能，具有查閱和運用資料、手冊等相關技術資料的能力?！? 2. 塑件的工藝分析 本課題是利用Pro/ENGINEER 5.0軟件對梳子進行實體建模，Pro/E繪圖軟件的圖形設計是基于三維的。運用Pro/E軟件繪制生成的模型直觀、立體感強、可以在任意角度進行全方位觀察。此外，該系統(tǒng)還能自動分析出實體的體積、表面積、重量、重心等。使得設計者更清楚的掌握零件的特性。并且可以由立體圖生成三視圖，大大提高了工作效率和準確性。 2.1 塑料梳子的三維視圖 2.1.1 梳子的基本外形尺寸 圖1 梳子平面圖 2.1.2 Pro/E繪制的梳子三維視圖 圖2 梳子成型塑件三維圖 2.2 基于Pro/E的塑料梳子制件三維設計 梳子塑件的實體圖可通過拉伸、斜度、倒圓角、陣列等功能進行組合所繪制成的。其簡要繪制過程如下所述： （1）通過拉伸命令繪制出梳子的外形輪廓，如圖3所示； 圖3 梳子的外輪廓 （2）通過插入斜度，設置拔模斜度為1o； （3）通過拉伸命令并選擇去除材料，繪制出梳子塑件的一根齒數，如圖4所示； 圖4 梳子的一根梳齒 （4）通過陣列繪制出梳子的全部齒數，如圖5； （5）通過倒圓角命令，完成梳子的全部形狀，如圖6； 圖5 梳子的全部梳齒 圖6 梳子塑件圖 2.3 塑件的成型工藝分析 2.3.1 材料的比較和選擇 在塑料工程中，“塑料”的定義為“以合成樹脂（或者化學改性的天然的高分子化合物）為基本成分，能夠在一定條件下（主要指溫度和壓力）塑化成型，產品最后能夠保持形狀不變的材料”。塑料在成型過程中表現(xiàn)出的各種性能的變化和變形流動性為，主要取決于塑料中的基本成分——高分子聚合物。 塑料的品種很多，分類方式也各有所異。通常情況下，塑料按照合成樹脂的分子結構和受熱行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料；按照塑料的應用范圍又可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。 在塑料制品設計選材時要從塑料的力學性能、物理性能、化學性能、精度以及成型工藝性幾個方面來綜合考慮。 梳子是我們日常生活中十分常見又是必不可少的塑料產品，但通常對其精度和力學性能的要求較低，當然對其成本要求也要低，加工性能良好。所以綜合考慮，梳子選用ABS塑料成型。 （1）ABS的性能分析 ABS成線性非結晶型結構，是一種具有良好的綜合性能的工程塑料，既具有聚苯乙烯（PS）的良好成型性，聚丁二烯的韌性，又具有聚丁烯腈的化學穩(wěn)定性和表面硬度，抗拉強度可達35～50MPa；其沖擊強度、力學強度較高，耐化學性，尺寸穩(wěn)定，電氣性能良好；ABS粘度適中，流動性較好，易于成型和機械加工；它的另一優(yōu)點就是耐氣候性，其塑件制品的適用范圍可達40～1000C,適應性較廣。 ABS的主要性能指標見下表一： 表一 ABS的性能指標 密度/g·cm-3 1.02～1.08 屈服強度/MPa 50 比體積/cm3·g-1 0.86～0.98 拉伸強度/MPa 38 吸水率(%) 0.2～0.4 抗彎強度/MPa 80 熔點/0C 130～160 抗壓強度/MPa 53 計算收縮率(%) 0.4～0.7 拉伸彈性模量/MPa 1.4×103 比熱容/J(kg·0C) 1470 彎曲彈性模量/MPa 1.4×103 （2）ABS的注射成型過程及工藝參數 1）注射成型過程 成型前的準備。主要對ABS的色澤、粒度以及均勻度等進行檢驗；由于ABS的吸水性比較大，因此成型前應進行充分的干燥。 注射過程。梳子塑件在注射機料筒內經過加熱、塑化后達到流動狀態(tài)，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔進行成型。其主要過程可簡要分為：充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。 塑件的后處理。處理的主要介質是空氣和水，處理溫度一般為60～70oC,處理時間大概為16～20s。 2）注射工藝參數 查找有關資料和參考工廠的時間應用情況，ABS的成型工藝可作如下選擇（試模時，可根據實際情況做適當的調整）： 注射機：螺桿式， 螺桿結構形式：通用型。 料筒溫度（oC）：后段150～170； 中段165～180； 前段180～200。 模具溫度（oC）：50～80。 噴嘴溫度（oC）：170～180。 注射壓力（MPa）：60～100。 成型時間（s）：30（其中注塑時間取1.6，脫模時間取8s，冷卻時間20.4s）。 說明 1：干燥和預熱均采用鼓風烘箱。 2：凡是潮濕環(huán)境使用的塑料，均應進行調濕處理，在100～1200C水中加熱2～18h。 2.3.2 塑件的分析 （1）結構分析 從梳子的零件圖中分析，該塑件形狀不規(guī)則，壁厚為3～4mm,但塑件外形尺寸不大，塑料熔體的流程不太長，適合注射成型。 （2）尺寸精度分析 塑件的尺寸精度就是指所得到的塑件尺寸與制品圖中尺寸的相符合程度，即所得塑件尺寸的準確度。一般情況下，塑件的尺寸精度與模具的制造精度、模具的結構形式、模具的磨損程度、塑件成型后的時效變化、塑件收縮率的波動以及成型時工藝條件的變化等有關。因此，塑件的尺寸精度并不高，所以應在保證使用要求的前提下盡可能的選用低精度等級。 由于該塑件上的尺寸公差均為未注公差尺寸。查P115表3-6[7]可知，ABS材料的制件為MT5。該塑件的尺寸精度不高，無特殊的精度要求，對應的模具相關零件的尺寸加工就可以保證。 （3）表面質量分析 該梳子塑件的表面除要求光潔，沒有缺陷、毛刺之外，再無其他特別的表面質量要求，故比較容易實現(xiàn)。表面粗糙度Ra可取0.025μm。 綜上所述，該塑件結構簡單，無特殊精度和結構要求。因此，在注射成型過程中，只要工藝參數控制得當，塑件是比較容易成型的。 3. 擬定模具的結構形式 3.1 分型面的確定 分型面是指分開模具，取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料時的可分離的接觸表面。一副模具根據需求可能有一個或者多個分型面，常見分型面的形式主要有：水平分型面，垂直分型面，斜分型面，階梯分型面，曲面分型面以及平面、曲面分型面這幾種。 3.1.1 分型面的選擇原則 分型面除了受到排位的影響之外，還受塑件的形狀、外觀、澆口位置、精度、滑塊、推出、加工等多種因素的影響。分型面的選擇是否合理是塑件能否良好成型的主要先決條件，一般在選擇過程中考慮以下幾個方面： （1）符合塑件脫模要求，即能使成型塑件從模具內取出，分型面位置應設在塑件外形最大輪廓處； （2）分型線不影響塑件的外觀，即盡量不破壞外表面的光滑程度； （3）盡量確保塑件開模式留在動模一側； （4）確保塑件質量； （5）盡量避免形成側孔、側凹； （6）滿足模具的鎖緊要求，盡量將塑件投影面積大的方向放置在動、定模的合模方向上，將投影面積小的方向作為側向分型面； （7）合理安排澆注系統(tǒng)，尤其是澆口的位置； （8）有利于模具加工。 3.1.2 梳子塑件分型面位置的確定 該梳子塑件外形基本為拉伸件，表面無特殊要求，從理論上分析，其分型面選擇有以下三種情況，如圖7所示： 圖7 梳子的分型面 在本次設計中，選擇上圖所示的平面2作為分型面，既不影響塑件成型時的外觀質量，而且中間分型還有利于脫模。脫模后能保證塑件留在動模一側。 3.2 型腔的確定 3.2.1 型腔數量的確定 為使模具與注射機的生產能力相匹配，提高生產效率和經濟性，并且能保證塑件的精度，在模具設計時必須確定型腔的數目。一般情況下，在實際生產中常常根據注射機的最大注塑量和成型的經濟成本來確定型腔數目。 多型腔的排列就是塑件的排位，就是根據需求將一種或多種塑件按合理注射工藝、模具結構進行排列。其結構一般分為兩種情況：一種是同一塑件采用一模多腔；另一種情況是不同塑件采用一模多腔。 由于該梳子塑件的精度要求不高，塑件的尺寸較小，且為大批量成產，所以可以采用一模多強的結構形式。同時，考慮到塑件尺寸和模具結構尺寸的大小關系，以及在制造時的各種成本費和制造費用等因素，初步定為一模四腔的結構形式。 3.2.2 型腔排列形式的確定原則 多型腔的排列就是塑件的排位，是根據客戶的要求，將所需的一種或者多種塑件按合理的注射工藝、模具結構進行排列。塑件的排位與模具的結構、塑件的工藝性相輔相成，并將直接影響后期的注射工藝。因此，在確定型腔排列時應遵循以下原則： （1）從注射工藝角度考慮： 1）流動長度。塑料的流動長度各不相同，如果流道長度超出工藝要求，塑件就不會充滿。 2）流道廢料。在滿足型腔充滿的前提下，流道長度及橫截面尺寸盡量要小，使得流道廢料最少。 3）澆口位置。澆口位置要統(tǒng)一。 4）進料平衡。 按平衡式排位； 按大塑件靠近主流道、小塑件遠離的方式排位，再調整流道、澆口尺寸。 5）型腔壓力平衡。 （2）從模具結構考慮： 1）保證澆口套、流道離定模型腔邊緣有一定的距離，滿足封膠要求。 2）滿足模具結構件如滑塊、楔緊塊、斜推桿等的空間要求： 模具結構件有足夠的強度； 與其他模架零件沒有干涉； 有運動時，行程要滿足脫模要求；多個運動時，相互之間不能產生干涉； 3）為使冷卻效果達到最好，排位時需注意螺釘、推桿等對冷卻水孔的影響； 4）排位盡量緊湊。 3.2.3 型腔排列形式的確定 多型腔模具應盡可能采用平衡式排列位置，切要求結構緊湊，并與澆口開設的部位對稱分布。由于該模具選擇的是一模四腔的排位方式故采用H型對稱排列，使得型腔進料平衡，如圖8所示。 圖8 型腔數量的排列布置 3.2.4 模具結構形式的確定 從上面的分析可得，本模具設計為一模四腔，對稱H型直線排列，根據塑件的結構形狀，推出機構初步選為推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用側澆口形式，且開設在分型面上。所以，定模部分再不需要單獨開設分型面來取凝料，動模部分還需添加支撐板、推件板等。由以上綜合分析可確定選用單分型面注射模。 3.3 注射機型號的確定 3.3.1注射量的計算 通過Pro/E建模分析可得梳子塑件的質量屬性如下圖9所示，則： 塑件體積： 塑件質量： 式中，。 圖9 塑件的質量屬性 3.3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 由于澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定準確數值的，但可根據實際經驗按照塑件體積的0.2～1倍來估算。由于在本次設計中，采用的流道簡單且較短。因此澆注系統(tǒng)的凝料可按塑件體積的0.3倍來估算，所以，一次注入模具型腔的塑料熔體的總體積（即4個塑件體積之和和澆注系統(tǒng)的凝料）為： 3.3.3 選擇注射機 根據3.3.2的計算得出一次注入梳子模具型腔的塑料總體積為，結合P98式（4-18）[1]有： 為確保塑件的質量，注射模一次成型的塑件質量應為公稱注塑量的35%～75%，最大可達80%，最小不應低于10%。 因此，綜合以上計算，初步選定公稱注射量為，注射機型號為XS-ZY-125螺桿式注射機，其主要技術參數見表二。 表二 注射機主要技術參數 標稱注射量/cm3 125 移模行程/mm 300 螺桿柱塞直徑/mm 42 最大模具厚度/mm 300 注射壓力/MPa 150 最小模具厚度/mm 200 注射速率/g·s-1 114 合模方式 液壓-機械 塑化能力/g·s 16.8 模具定位孔直徑/mm 100 注射行程/mm 160 噴嘴球半徑/mm 12 合模力/KN 900 噴嘴口孔徑/mm 4 拉桿空間/mm 260×360 注射時間/s 1.8 3.3.4注射機的相關參數的校核 （1）注射壓力的校核 查P74表4-1[1]可知：ABS所需的注射壓力為80～110MPa， 本次設計取，該注射機的公稱注射壓力，注射壓力安全系數，這里取，則：。 所以，該注射機壓力合格。 （2）鎖模力的校核 1）塑件在分型面上的投影面積： 由Pro/E分析測量可知：。 2）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積： 即為流道凝料在分型面上的投影面積的數值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析來確定。是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍。由于流道設計簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當取小一些。 這里取。 3）塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總： 由P95公式（4-17）[1]可得： 4）模具型腔內的脹型力： 由P74公式（4-4）[1]可得： 式中，是型腔的平均計算壓力值，通常取注射壓力的20%～40%，由P74表4-1[1]常用塑料注射時型腔的平均壓力可知其大致范圍為25~40Mpa，對于黏度較大的精度較高的塑件應取較大值，而ABS屬于中等黏度并且塑件沒有精度要求。 故取。 由表二可知該注射機的公稱鎖模力，通常情況下鎖模力安全系數為 ，本次設計取。 因為， 所以該注射機鎖模力合格。 4. 澆注系統(tǒng)的設計 4.1 主流道的設計 主流道通常位于模具中心的塑料入口處，它是將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。常見主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出，主流道的尺寸將直接影響熔體的流動速度和充模時間。另外，由于主流道需要與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，因此設計中常設計成可拆卸更換的澆口套。 4.1.1 主流道的尺寸 （1）主流道的長度 對于小型模具應盡量小于60mm，在本次設計中初取50mm進行計算。 （2）主流道小端直徑： （3）主流道大端直徑： ，式中。 （4）主流道球面半徑： 。 （5）球面的配合高度： 。 4.1.2 主流道的凝料體積 其計算如下： 4.1.3 主流道當量半徑 其計算如下： 4.1.4 主流道澆口套的形式 由于主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損，故一般情況下都不將主流道直接開在定模上，而是將其單獨開在設在一個嵌套中，然后將此套再嵌入定模中，則該嵌套就稱為主流道襯套（有的文獻稱為澆口套）。 主流道襯套為標準件可以選購。對材料的要求也較嚴格，盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設計成一個整體，但考慮上述因素，通常仍然將兩者分開來設計，以便于拆卸更換。同時也方便選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理。在設計時常常采用碳素工具鋼（T8A或者T10A），本次設計選用T8A，熱處理淬火表面硬度為40~43HRC，如圖10所示。 圖10 主流道澆口套的形式 在設計時應該注意以下幾點： （1）要求襯套的長度與定模配合部分的厚度一致，且主流道出口處的端面不能突出于分型面，否則會造成溢料，也會壓壞模具。 （2）襯套與定模之間的配合采用H7/m6。 4.2 分流道的設計 分流道是澆口與主流道之間的通道，是塑料熔體進入型腔前的通道，一般開設在分型面上，主要起分流和轉向的作用。對于多型腔模具必須設置分流道。在設計時要遵循以下原則： （1）塑件流經分流道時的溫度損失和壓力損失要?。? （2）分流道的固化時間要稍后于制品的固化時間； （3）能保證塑料迅速均勻地進入各個型腔； （4）分流道的長度要盡可能短，其容積要??； （5）要便于加工及道具的選擇。 4.2.1 分流道的布置形式 分流道和型腔的分布形式主要有以下兩種形式： （1）平衡式分布 其特點是：從主流道到各個型腔的分流道，其長度、橫截面積尺寸以及形狀完全相同，以確保各個型腔同時均衡進料，同時充滿。其大體又可分為：輻射式、單排列式、Y型、X型、H型和綜合型。 （2）非平衡式分布 分為兩種情況：一種是各個型腔的形狀和尺寸相同，只是各型腔距主流道的距離各不相同；另一種是各型腔大小與流道長度均不相同。 本次設計中，為了減少在流道內的壓力損失，以及盡可能避免熔體溫度降低，同時還考慮到減少分流到的容積和壓力平衡，因此選擇采用平衡式（H型）分流道。如圖11所示。 圖11分流道布置形式 4.2.2 分流道的長度 分流道的長度與塑件的大小，型腔的排列、布置有關。 本次設計中，根據四個型腔的結構設計，分流道的長度應適中，具體尺寸如上圖11所示。 4.2.3 分流道的當量直徑 流過一級分流道的塑料熔體的質量： 但是由于該梳子塑件的壁厚在3~4mm之間，按照P12圖2-3[5]經驗曲線查得D′=4.6，再根據單項分流道長度為60mm，由P12圖2-5[5]可查得修正系數fL=1.05,則分流道直徑修正后為： 4.2.4 分流道的截面形狀 通常分流道的截面形狀有圓形、梯形、矩形、正六邊形和U形等。為減少流道內的壓力損失和傳熱損失，設計時要求流道的橫截面積大、表面積小。在實際生產中，圓形橫截面具有最小的壓力降和熱損失，所以效率最高，但受模具加工設備的限制，加工成本較高，并且必須在兩側模板都進行加工，合模難以對齊，所以圓形橫截面的分流道使用不多；正方形流道凝料脫模困難；正六邊形的效率又低；U型橫截面流動效率低于圓形和正六邊形的，但其容易加工，又比圓形和正方形的流道更容易脫模；而梯形橫截面的流道與圓形的相比熱量損失較大，但是其流道便于選擇加工刀具，同時容易加工，所以，梯形橫截面的分流道使用也較為廣泛。 綜上所述，本次設計采用梯形橫截面的分流道，其加工工藝性好，且流動阻力和塑料熔體的熱量散失也不大。查P93表4-6[1] ，其主要尺寸可見下表三。 表三 梯形截面分流道的形狀及尺寸 梯形截面 B 5 6 （7） 8 （9） 10 11 12 r 1～5 1～5 （1～5） 1～5 （1～5） 1 ～ 5 1～5 1～5 H 3.5 4 4.5 5 6 6.5 7 8 4.2.5 分流到截面尺寸 設梯形的下底寬為x，底面圓角半徑R=1mm。由表三設置梯形的高H=3.5mm，則該梯形的截面積為： 再根據該面積與當量直徑為5mm的圓面積相等，可得 計算得x=5.15mm，則梯形上底約為5mm，如圖12所示。 圖12 分流道截面形狀 4.2.6 凝料體積 （1）分流道的長度為 （2）分流道截面面積為 （3）凝料體積為 考慮到圓弧的影響，取3.2cm3。 4.2.7 校核剪切速率 （1）確定注射時間： 查P95表4-8[1]可取t=1.6s。 表四 注射機公稱注射量與注射時間t的關系 公稱注射量 注射時間 60 1.0 125 1.6 250 2.0 （2）計算單邊分流道體積流量： （3）計算剪切速率：由P95式（4-20）[1]得 該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5×10～5×10s之間，所以，分流道內熔體的剪切速率校核合格。 4.2.8 分流道的表面粗糙度和脫模斜度的確定： 分流道的表面粗糙度的要求不宜太小，以免把冷料帶入型腔，一般取Ra1.25~2.5μm之間即可，此處取Ra1.6μm?？梢栽龃髮ν鈱铀芰先垠w的流動阻力，使得流速減小并與中心熔體之間有一定的速度差，可以保證熔體流動時具有合適的切邊速率和剪切熱。另外，其脫模斜度一般在5o~10o之間，本次設計取脫模斜度為8o。 4.3 定位圈的設計 定位圈與注塑機的定模固定板中心的定位孔相互配合，其作用主要是為了使主流道與噴嘴和機筒對中，由選擇的注射機的型號XS-ZY-125，結合P238表13-1[5]可知，定位孔的直徑為100mm，查P178表7-27[5]，選擇定位圈的形狀及尺寸如下圖13所示。 圖13 定位圈 注：1.未注表面粗糙度Ra=6.3μm，未注倒角1mm×45o； 2.材料有制造者選定，本次設計使用45鋼； 3.硬度28HRC~32HRC； 4.其余符合GB/T4170—2006的規(guī)定。 4.4 澆口的設計 該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調整充模時的剪切速率和封閉時間，因此采用側澆口，其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，且澆口開設在分型面上，從型腔的邊緣進料。 4.4.1 側澆口尺寸的確定 （1）計算側澆口的深度 根據P107[1]表4-10，可得側澆口的深度h的計算公式為 式中，t為塑件壁厚，這里去t=3mm； n是塑件成型系數，對于ABS，其成型系數為n=0.7。 在工廠進行設計時，澆口深度常常先取最小值，以方便在后面試模時發(fā)現(xiàn)問題時進行修模處理。根據P103表4-9[1]中推薦的ABS側澆口的厚度為1.2～1.4mm ，此處澆口深度h取1.3mm。 （2）計算側澆口的寬度 根據P107[1]表4-10，可得側澆口的寬度B的計算公式為： （3）計算側澆口的長度 根據P107[1]表4-10，可得側澆口可得點澆口的長度，一般選用0.7～2.5mm，這里取=0.7mm。 4.4.2 側澆口剪切速率的校核 （1）計算澆口的當量半徑 由面積相等可得，由此矩形澆口的當量半徑： （2）側澆口剪切速率的校核 1）確定注射時間： 查P95[1]表4-8，可取t=1.6s； 2）計算澆口的體積流量： 3）計算澆口的剪切速率：由P95[1]式（4-20）可得 則: 該側澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×103～5×104 s-1之間，所以澆口的剪切速率校核合格。 4.5 校核主流道的剪切速率 上面分別計算出了塑件的體積、主流道和分流道的體積（澆口的體積可忽略不計）以及主流道的當量半徑，由此便可校核主流道的剪切速率。 （1）主流道的體積流量 （2）主流道的剪切速率 主流道內的熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×102～5×103 s-1之間，所以主流道的剪切速率校核合格。 4.6 冷料穴的設計及計算 冷料穴又稱冷料井，一般設在主流道和分流道的末端，其主要作用是收集存放兩次注射間隔產生的冷料和料流前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔形成各種缺陷而影響制品的表面質量。根據所處位置，可分為主流道冷料穴和分流道冷料穴。 本次設計既有。對于主流道冷料穴，在設計時可使其兼有開模式將主流道凝料從主流道中拉出來附在動模邊上的作用，由于塑件表面要求沒有特殊要求，采用推桿推出塑件，故采用與Z形拉料桿匹配的冷料穴。 而對于分流道冷料穴一般采用兩種形式，一種是將冷料穴設在動模深度方向上，設計方式與主流道冷料穴類似，另一種是將分流道在分型面上延伸作為冷料穴。本次設計選擇第二種類型。