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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文控制盒面蓋注射模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院：工 學(xué) 院姓 名：謝 永 康 學(xué) 號(hào)：20055023 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)：052 指導(dǎo)教師：蔡 金 平 一.設(shè)計(jì)的目的1.掌握注射模設(shè)計(jì)的一般方法；2.了解注射機(jī)的工作原理；3.了解模具的加工方法；二.塑件制品分析 該塑件為一開(kāi)關(guān)控制面板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精確度也不要求太高，模具分型面容易確定，不需要組合安裝鑲塊或側(cè)抽芯。1.塑件的外觀和特點(diǎn) 注塑成型是把塑料原料（一般經(jīng)過(guò)造粒、染色、添加劑等處理之后的顆粒）放入料間當(dāng)中，經(jīng)過(guò)加熱溶化使之成為高粘度的流體-熔體用柱塞或螺桿作為加壓工具，使得熔體通過(guò)噴嘴以較高的壓力（約2085mpa），溶入模具的型腔中經(jīng)過(guò)冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。塑化過(guò)程充模過(guò)程冷卻凝固過(guò)程脫模過(guò)程2.塑件成型的基本過(guò)程三.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.注射機(jī)的選擇與校核2.分型面的確定3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.型腔、型芯的設(shè)計(jì)6.型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算7.型腔壁厚的計(jì)算8.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)9.脫模與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)10.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11.整體的設(shè)計(jì)1.注射機(jī)的選擇和校核1.1注射機(jī)的選定 注射機(jī)的選用原則是其注射兩要比塑件的總體積大，鎖模力也要足夠，其它的條件適合即可。2.分型面的確定 分型面的選擇主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）分型面不僅應(yīng)選擇在對(duì)制品外觀沒(méi)有影響的位置，而且還必須考慮如何能比較方便地清除分型面產(chǎn)生地溢料飛邊。同時(shí)，還應(yīng)避免分型而產(chǎn)生飛邊；（2）分型面的選擇應(yīng)有利于脫模，否則，模具結(jié)構(gòu)便會(huì)變得比較復(fù)雜。通常，分型面的選擇應(yīng)盡可能使制品在開(kāi)模后滯留在動(dòng)模一側(cè)；（3）分型面不影響制品的形狀和尺寸精度;（4）分型面應(yīng)盡量與最后填充的型腔表面重合，以利于排氣；（5）選擇分型面是，應(yīng)盡量減少脫模斜度給制品大小端尺寸帶來(lái)的差異；（6）分型面應(yīng)便于模具加工;（7）選擇分型面時(shí)，應(yīng)盡量減少制品在分型面上的投影面積，以防止面積過(guò)大，造成鎖模困難，產(chǎn)生嚴(yán)重的溢料；（8）有側(cè)孔或側(cè)凹的制品，選擇分型面時(shí)應(yīng)首先考慮將抽心或分離距離長(zhǎng)的一邊放在動(dòng)、定模的方向，而將短的一邊作為側(cè)向分型抽心機(jī)構(gòu)時(shí)，除液壓抽心能獲得較大的側(cè)向抽拔距離外，一般分型抽心機(jī)構(gòu)側(cè)向抽拔距離都較小。3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口，和冷料穴四個(gè)部分組成。澆口套3.1澆口系統(tǒng)的組成3.2 流道設(shè)計(jì) 流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形狀、模具成型數(shù)目和用戶(hù)要求等因素的影響，因此沒(méi)有固定的形式。但是流道的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下問(wèn)題：（1）流道的截面形狀 （2）流道的布置 本模具的流道截面圖如右圖：流道布置：在多腔成型時(shí)，型腔布置決定流道的設(shè)計(jì)。從流動(dòng)平衡的角度出發(fā)，應(yīng)該使各型腔到澆道的距離相等，同時(shí)也有利于澆口平衡布置。本次模具中的流道布置如右圖：3.3澆口的設(shè)計(jì) 從開(kāi)模和塑件的外觀，綜合其它方面的因素綜合考慮，選擇了潛伏式澆口。右圖為模具的澆口局部示意圖4.排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 排溢是指排出充模冷料中和模具中的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應(yīng)包括澆注系統(tǒng)的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。模具充型過(guò)程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑件受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時(shí)，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產(chǎn)生高溫引起塑件局部碳化，或是塑件產(chǎn)生氣泡的工藝缺陷。為了解決該問(wèn)題，必要時(shí)可開(kāi)設(shè)排氣槽等辦法。但是對(duì)于ABS這種材料。排氣間隙不得高于0.05mm。5 型腔、型芯的設(shè)計(jì) 型芯 型腔型芯、型腔的爆炸圖：6.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)柱，主要作用是在動(dòng)模與定模合模時(shí)保證型芯和型腔的精確定位。導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分別在模具的周?chē)蚩拷吘壍牟课?。本設(shè)計(jì)中的導(dǎo)柱，導(dǎo)套如下圖：導(dǎo)柱導(dǎo)套 6.頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 頂出機(jī)構(gòu)一般采用推桿、頂針，本設(shè)計(jì)中的頂出機(jī)構(gòu)如圖：冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時(shí)發(fā)生變形，縮短成型周期及提高塑件質(zhì)量。一般在型腔，型芯等部位設(shè)置合理的冷卻水路，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水流量和流速來(lái)控制模溫。7.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.整體的設(shè)計(jì) 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(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)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(gòu)。該模具總體結(jié)構(gòu)采用一模兩腔，分型面為平面；定模座板和動(dòng)模座板的長(zhǎng)為280mm、寬為260mm、厚為20mm。
江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）課題名稱(chēng)
控制面蓋注塑模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
院（系）
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
指導(dǎo)老師
職稱(chēng)
學(xué)歷
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）要求：
1. 了解塑料成型過(guò)程中的物理、化學(xué)變化及塑料的組成、分類(lèi)極其性能。
2. 了解塑料成型的基本原理和工藝特點(diǎn)，正確分析成型工藝對(duì)模具的要求。
3. 掌握注塑成型模具對(duì)模具的要求。了解模具專(zhuān)用加工設(shè)備。
4. 掌握塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，能設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度的模具。
5. 按規(guī)定的格式編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，字?jǐn)?shù)不少于5000個(gè)漢字，要求表述清楚，整潔規(guī)范；按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制圖樣，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)、出圖，圖紙量不少于1.5張零號(hào)圖紙
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容：
內(nèi) 容：1. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
2. 測(cè)繪塑件，繪制塑件圖。
3. 繪制控制面蓋塑料模具的零件及裝配圖。
技術(shù)參數(shù)：1.控制面蓋架塑料件四件。
2. 材料為ABS。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作計(jì)劃：
1.查閱技術(shù)文獻(xiàn)，參觀生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，了解注塑件的生產(chǎn)工藝過(guò)程。
2.制定模具總體設(shè)計(jì)方案，繪制模具草圖。
3.手表托架座注射模的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制模具的零件圖和總裝圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
接受任務(wù)日期：2009年1 月 4 日 要求完成日期：2009 年 5 月 10 日
學(xué) 生 簽 名：
指導(dǎo)老師簽名： 院長(zhǎng)（主任）簽名：
備注：本表格一式三份，其中一份交學(xué)院存檔，一份發(fā)給所要指導(dǎo)的學(xué)生，一份裝訂到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的第二頁(yè)上。
2
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 干瑞彬
學(xué) 號(hào)： 05010116
外文出處：Journal of Materials Processing
Technology 171 (2006) 259—267
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
譯文語(yǔ)句通順，專(zhuān)業(yè)詞匯較準(zhǔn)確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)要求。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
注塑模具的設(shè)計(jì)及其熱分析
S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman
摘要：本文介紹注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本以及為了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項(xiàng)技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計(jì)中必須被考慮運(yùn)用。在商業(yè)計(jì)算機(jī)上使用13.0版本的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報(bào)告。該軟件提供模型的溫度等高線(xiàn)分布圖并通過(guò)注塑周期時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)繪制溫度變化曲線(xiàn)。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會(huì)發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計(jì) 熱分析
1． 引言
塑料工業(yè)被列為一個(gè)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，是世界上增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開(kāi)塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品 [ 2 ]。
注塑成型加工是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。在注塑過(guò)程中有四個(gè)重要的階段。這四個(gè)階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機(jī)料斗中添加樹(shù)脂和適當(dāng)?shù)奶砑觿?，并加熱塑料注射機(jī)的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿(mǎn)熱聚合物熔體，在模具型腔填滿(mǎn)后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補(bǔ)償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來(lái)是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強(qiáng)度。最后一步是頂出階段，模具開(kāi)模同時(shí)頂出塑件， 然后模具再次合上并開(kāi)始下一個(gè)周期。
事實(shí)證明設(shè)計(jì)和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個(gè)昂貴的工程，包括反復(fù)修改加工，在模具設(shè)計(jì)任務(wù)中，設(shè)計(jì)模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，核心方面通常包括相當(dāng)復(fù)雜的凸凹面[5]。
為了設(shè)計(jì)模具必須考慮許多重要的設(shè)計(jì)因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機(jī)構(gòu)[ 6 ]。
在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性低以及熔融樹(shù)脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周?chē)鷾囟却嬖诓痪?[ 7 ]。
在冷卻時(shí)，冷卻管道附近的冷卻效果比遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導(dǎo)致不同的收縮，不同的收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致翹曲問(wèn)題。因此，在冷卻階段對(duì)注射工件進(jìn)行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過(guò)了解熱應(yīng)力的分布特點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)殘余熱應(yīng)力引起的變形。
本文介紹了注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。
2. 方法
2.1 設(shè)計(jì)翹曲測(cè)試樣本
本節(jié)說(shuō)明了用于注塑模具的翹曲測(cè)試樣品的設(shè)計(jì)。很顯然翹曲的主要問(wèn)題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問(wèn)題的有效因素。
翹曲測(cè)試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長(zhǎng)120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時(shí)間生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本。圖1顯示了翹曲測(cè)試樣本的制作
圖1 翹曲測(cè)試樣本制作
2.2 翹曲測(cè)試樣本注塑模具的設(shè)計(jì)
本節(jié)介紹了設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試標(biāo)本時(shí)，在模具的設(shè)計(jì)方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮了四個(gè)構(gòu)思，其中包括：
i. 三板式模具（構(gòu)思1 ）有一個(gè)型腔兩個(gè)分型面。由于成本高，所以不適用。
ii. 兩板式模具（構(gòu)思2 ）有一個(gè)型腔一個(gè)分型面但無(wú)澆注系統(tǒng)。由于單位時(shí)間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。
iii. 雙板模具（構(gòu)思3 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。
iv. 雙板模具（構(gòu)思4 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機(jī)構(gòu)，避免頂出時(shí)破壞塑件。
翹曲測(cè)試樣本模具設(shè)計(jì)的第四個(gè)構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計(jì)中，還有許多因素需要考慮。
首先，根據(jù)注塑機(jī)使用的壓板尺寸設(shè)計(jì)模具。注塑機(jī)行程是有限的，通過(guò)兩個(gè)拉桿間的距離確定注射機(jī)的最大行程。注射機(jī)兩個(gè)拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過(guò)254mm這個(gè)距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標(biāo)準(zhǔn)模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1
成分
規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度
頂端夾緊板
定模座板
動(dòng)模座板
支承板
推桿固定板
推板
夾緊板底
250 × 250 × 25
200 × 250 × 40
200 × 250 × 40
37 × 250 × 70
120 × 250 × 15
120 × 250 × 20
250 × 250 × 25
模具已設(shè)計(jì)了夾緊壓力，鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。
以提供的標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計(jì)兩個(gè)水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產(chǎn)品的表面只設(shè)計(jì)了一個(gè)分型面。在開(kāi)模的時(shí)候，塑件和流道在分型面上被分開(kāi)。
模具設(shè)計(jì)了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計(jì)了一個(gè)20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計(jì)了4mm寬，0.5mm厚的澆口。
在模具設(shè)計(jì)時(shí)，選定了拋物面類(lèi)型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點(diǎn)是僅需簡(jiǎn)單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類(lèi)型相比，這種類(lèi)型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會(huì)導(dǎo)致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)縮短流道長(zhǎng)度并增大流道直徑至少有6mm。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時(shí)被送到個(gè)模腔對(duì)于流道設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的一點(diǎn)?；谶@點(diǎn)，模腔的布局一般都是對(duì)稱(chēng)的。
另一個(gè)設(shè)計(jì)方面是考慮到了氣孔設(shè)計(jì)。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當(dāng)模具閉合時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致空氣閉于型腔內(nèi)，導(dǎo)致塑件注射不足或不完整。設(shè)計(jì)足夠多的通風(fēng)孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。
為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。
圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局
在此模具設(shè)計(jì)中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置，在模具打開(kāi)時(shí)不僅承擔(dān)拉著塑件到適當(dāng)?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因?yàn)樯a(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的，所以沒(méi)有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會(huì)造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。
最后，為補(bǔ)償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實(shí)體造型，以及利用UG開(kāi)發(fā)的模具的線(xiàn)框模型
圖3 三維實(shí)體造型以及利用UG開(kāi)發(fā)的模具的線(xiàn)框模型
3．結(jié)果和討論
3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整
從模具設(shè)計(jì)和制作的角度看，在試運(yùn)行階段制作的翹曲測(cè)試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來(lái)通過(guò)在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時(shí)，通過(guò)減小注塑機(jī)壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過(guò)控制注射時(shí)間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。
經(jīng)過(guò)這些修改，模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測(cè)試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。
圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足
3.2.模具和產(chǎn)品詳細(xì)分析
在塑料注射成型過(guò)程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過(guò)凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經(jīng)過(guò)冷卻，塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒，包括20秒冷卻時(shí)間。
用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本材料的是ABS在注射溫度、時(shí)間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。
運(yùn)用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
模具分析主要是凹模和凸模，因?yàn)樗麄兪切纬伤芗牡胤?。因此，使?3.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時(shí)段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ＞叩挠绊憽?
由于對(duì)稱(chēng)性，只要通過(guò)凸模的垂直斷面或在注射階段當(dāng)凸凹模合在一起時(shí)的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。
圖5 模具熱分析
建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進(jìn)行分析，還可以繪制時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)顯示再某段時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對(duì)試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進(jìn)行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達(dá)塑性極限。圖6所示的是分析的負(fù)載模型。
圖6 負(fù)載模型分析的產(chǎn)品。
3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論
模具分析過(guò)程對(duì)不同時(shí)間段的熱量分布作了觀測(cè)。圖7所示是在一個(gè)完整的注塑周期中不同時(shí)間段的二維等高線(xiàn)熱量分布圖。
圖7 不同時(shí)段溫度分布圖
對(duì)模具進(jìn)行二維分析后，可繪制出時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)以分析殘余熱應(yīng)力對(duì)制件的影響。圖8所示是繪制時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)所選的節(jié)點(diǎn)。
圖8 繪制時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)所選的節(jié)點(diǎn)
圖9到圖17顯示了在圖8中被標(biāo)注的不同節(jié)點(diǎn)的溫度分布曲線(xiàn)
圖9節(jié)點(diǎn)284溫度分布
圖10 節(jié)點(diǎn)213溫度分
圖11 節(jié)點(diǎn)302溫度分布
圖12 節(jié)點(diǎn)290溫度分布
圖13 節(jié)點(diǎn)278溫度分布
圖14 節(jié)點(diǎn)1838溫度分布
圖15 節(jié)點(diǎn)1904溫度分布
圖16 節(jié)點(diǎn)1853溫度分布
圖17 節(jié)點(diǎn)1866溫度分布
從圖9—17中很顯然被選擇用來(lái)繪制曲線(xiàn)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時(shí)間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，溫度進(jìn)一步上升直至達(dá)到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導(dǎo)致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開(kāi)始，從而導(dǎo)致模具溫度減小到一個(gè)低值，然后保持該低值。繪制的曲線(xiàn)是不平滑的，因?yàn)樽⑷肴廴谒芰系乃俾屎屠鋮s速率是相應(yīng)的。繪制的曲線(xiàn)圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達(dá)到的最大值。
冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因?yàn)槔鋮s階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠(yuǎn)的區(qū)域節(jié)點(diǎn)284，雖然遠(yuǎn)離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。
因此，冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導(dǎo)致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點(diǎn)的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。
對(duì)于產(chǎn)品分析,從被實(shí)行開(kāi)始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過(guò)觀察生成的二維曲進(jìn)行線(xiàn)分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。
圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖
圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖
圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖
圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖
在關(guān)鍵的127節(jié)點(diǎn)，選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和應(yīng)力負(fù)載增量曲線(xiàn)。如圖22和23
圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)
圖23 應(yīng)力與負(fù)載增量曲線(xiàn)
參考負(fù)載應(yīng)力曲線(xiàn)如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷，直到它達(dá)到了23的負(fù)載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對(duì)產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時(shí)損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限，因?yàn)樯a(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測(cè)試，所以沒(méi)必要進(jìn)行拉伸負(fù)載分析。但是在未來(lái)，應(yīng)當(dāng)確定產(chǎn)品情況，以便在其他各種負(fù)載情況下執(zhí)行進(jìn)一步的分析。
4．結(jié)論
經(jīng)過(guò)翹曲測(cè)試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測(cè)試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過(guò)很少的表面處理。
通過(guò)注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對(duì)試樣的影響，對(duì)加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測(cè)到翹曲測(cè)試試樣所能承受的最大拉力。
鳴謝
作者要感謝馬來(lái)西亞博特拉大學(xué)工學(xué)部發(fā)行出版了本文。
參考文獻(xiàn)
附件2：外文原文（復(fù)印件）
控制面蓋注塑模設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)校代碼：10410
序 號(hào)：20055023
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目： 控制盒面蓋塑模設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
專(zhuān) 業(yè)：
年 級(jí)：
指導(dǎo)教師：
二OO九年 五 月
24
摘 要
本文分為兩大部分，第一部分是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括塑料模具的工作原理及應(yīng)用，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及產(chǎn)品的簡(jiǎn)介。塑料注塑模的結(jié)構(gòu)計(jì)算，包括模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注射機(jī)的選用，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面。第二部分是介紹CAD/CAM在模具上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：CAD/CAM，塑料，注射模，注射機(jī)。
Abstract
In this paper ，it is divided into two parts.The first part is about the design of the structure of mold .It is including the working theory and application of a plastic injection mold,the design princible, and the introducing the desing of mold,the selecting of plastic injection mold machine,and the pour syetem injection mold.
Key Words:
CAD/CAM, Plastic, Plastic injection mold , Plastic injection mold machine.
目 錄
1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2
1.1控制盒面蓋注射模 2
2 本次設(shè)計(jì)的目的 2
2.1設(shè)計(jì)目的 2
3 塑件成型的基本過(guò)程 3
3.1 塑化過(guò)程 3
3.2 充模過(guò)程 3
3.3 冷卻凝固過(guò)程 3
3.4 脫模過(guò)程 3
4 塑件制品分析 4
4.1 影響塑件制品的因素 4
4.2塑件制品的選材及其物理性能 4
4.3塑件材料的成型特性 5
5 注射機(jī)的選擇與校核 6
5.1注射機(jī)的選定 6
5.2注射機(jī)的校核 6
5.2.1注射量的校核 6
5.2.2鎖模力的校核 6
5.2.3注射機(jī)安裝模具部分的尺寸校核 7
5.2.4開(kāi)模行程的校核 7
6 分型面的確定 8
6.1分型面的選擇 8
7 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
7.1澆口系統(tǒng)的組成 9
7.2澆口系統(tǒng)的作用 9
7.3澆口套的設(shè)計(jì) 9
7.4 流道設(shè)計(jì) 9
7.5澆口的設(shè)計(jì) 10
8 排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12
9 型腔、型芯的設(shè)計(jì) 13
9.1設(shè)計(jì)型腔和型芯的結(jié)構(gòu)形式 13
9.2型芯和型腔設(shè)計(jì) 13
9.2.1型芯設(shè)計(jì) 13
9.2.2 型腔設(shè)計(jì) 13
9.3型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算 14
9.4 型腔壁厚的計(jì)算 15
9.4.1型腔的強(qiáng)度及剛度要求 15
9.4.2對(duì)凹模底板厚度： 15
9.4.3確定型腔的壁厚 15
10 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
11脫模與復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
11.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
11.2復(fù)位機(jī)構(gòu)的確定 19
12冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
13 整體設(shè)計(jì) 22
結(jié) 束 語(yǔ) 23
參 考 文 獻(xiàn) 24
1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1.1控制盒面蓋注射模
產(chǎn)品（圖1）設(shè)計(jì)一副注射模。
圖1
2 本次設(shè)計(jì)的目的
2.1設(shè)計(jì)目的
（1）掌握注射模設(shè)計(jì)的一般方法；
（2）了解注射機(jī)的工作原理；
（3）了解模具的加工方法；
（4）進(jìn)一步掌握設(shè)計(jì)的一般方法，熟練設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。
3 塑件成型的基本過(guò)程
注塑成型是把塑料原料（一般經(jīng)過(guò)造粒、染色、添加劑等處理之后的顆粒）放入料間當(dāng)中，經(jīng)過(guò)加熱溶化使之成為高粘度的流體-----熔體用柱塞或螺桿作為加壓工具，使得熔體通過(guò)噴嘴以較高的壓力（約20~85mpa），溶入模具的型腔中經(jīng)過(guò)冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
3.1 塑化過(guò)程
現(xiàn)代式的注射機(jī)基本上采取螺桿式的塑化設(shè)備，塑料原粒（稱(chēng)為物料）自從送料斗以定容方式送入料筒，通過(guò)料筒外的點(diǎn)加熱裝置和料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的摩擦熱，使物理熔化達(dá)到一定的溫度后即可注射，注射動(dòng)作是由螺桿的推進(jìn)來(lái)完成的。
3.2 充模過(guò)程
熔體自注射機(jī)的噴嘴噴出來(lái)后，進(jìn)入模具的型腔內(nèi)，將型腔內(nèi)的空氣排出，并充滿(mǎn)型腔，然后升到一定壓力，使溶體的密度增加，充實(shí)型腔的每一個(gè)角落。
充模過(guò)程是注射成型的最主要的過(guò)程，由于塑料溶體的流動(dòng)是非牛頓流動(dòng)，而且粘度很大，所以在壓力損耗，粘度變化，多般匯流等現(xiàn)象左右塑件的質(zhì)量，因此充模過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題------澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成為注射模具設(shè)計(jì)過(guò)程的重點(diǎn)，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以解決澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中疑難問(wèn)題。
3.3 冷卻凝固過(guò)程
熱塑性塑料的注射成型過(guò)程是熱交換過(guò)程，即：
塑化——注射充模——固化成型
加熱——理論上絕熱——散熱
熱交換效果的好壞決定了塑件的質(zhì)量，報(bào)考外表質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)，散熱交換也要充分考慮，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中也采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來(lái)解決問(wèn)題。
3.4 脫模過(guò)程
塑件在型腔內(nèi)固化后，必須采取機(jī)械的方式把它從型腔內(nèi)取出，這個(gè)動(dòng)作由脫模機(jī)構(gòu)來(lái)完成。不合理的脫模機(jī)構(gòu)對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，但塑件的幾何形狀是千變?nèi)f化的，必須采用最有效和最好的脫模方式。因此，脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是注射模具設(shè)計(jì)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，由于標(biāo)準(zhǔn)化的推廣，許多標(biāo)準(zhǔn)化的脫模機(jī)構(gòu)零部件也有商品供應(yīng)。
由3.1至3.4形成了一個(gè)循環(huán)，就完成了一次成型乃至很多塑件。
4 塑件制品分析
本塑件是控制面板蓋殼體，形狀如圖2所示：
圖2
4.1 影響塑件制品的因素
塑料制作的設(shè)計(jì)主要根據(jù)使用要求進(jìn)行，由于塑料有特殊的物理性能，在設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮一下幾個(gè)方面的因素：
（1）料的物理性能，如強(qiáng)度、剛性、韌性、彈性、吸水性以及對(duì)力的敏感性；
（2）塑料的成型工藝性，如流動(dòng)性；
（3）塑料形狀應(yīng)有利于充模流動(dòng)、排氣、補(bǔ)縮，同時(shí)能適應(yīng)高效冷卻硬化（熱塑性塑料制品）或快速受熱固化（熱固性塑料制品）；
（4）塑料在成型后收縮情況及各向收縮率的差異；
（5）模具的總體結(jié)構(gòu)，特別是抽心與脫出塑件的復(fù)雜程度；
（6）模具零件的形狀及其制造工藝。
4.2塑件制品的選材及其物理性能
綜合考慮以上因素，本塑件采用ABS做材料。
ABS是由丙烯晴，丁二烯，苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。
特點(diǎn)：它無(wú)毒，無(wú)味，顯微黃色，沖擊韌性較好，機(jī)械強(qiáng)度較大，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性能良好；易于成型和機(jī)械加工，與372有機(jī)玻璃的熔接性良好。成型的塑件有加好的光澤。
成型收縮率為：0.4%~0.7%
吸濕性為：0.05 %~0.06%
密度為：1.03~1.07g/
4.3塑件材料的成型特性
ABS的成型特性如下幾點(diǎn)：
（1）無(wú)定性料，流動(dòng)性中等，比聚苯乙烯，PS差，但比聚碳酸酯，聚氯乙烯好，溢邊值為0.04毫米左右。
（2）吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥表面要求光澤的塑件須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱干燥。
（3）成型時(shí)宜取高料溫，高模溫，但料溫過(guò)高易分解（分解溫度=250度）。對(duì)精度較高的塑件，模溫宜取50~60度，對(duì)光澤，耐熱塑件，模溫宜取60~80度。注射壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機(jī)成型時(shí)，料溫為180~230度，注射壓力為1000~1400公斤力/。
5 注射機(jī)的選擇與校核
5.1注射機(jī)的選定
根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-40選擇注射機(jī)XS-ZY-125螺桿式注射機(jī)，其參數(shù)如下：
額定注射量：125
螺桿直徑：42mm
注射壓力：120Mpa
鎖模力：900KN
最大成型面積：320
模具最大厚度：300mm
模具最小厚度：200mm
模板最大行程：300mm
噴嘴圓弧半徑：15mm
噴嘴孔直徑：8mm
定位孔直徑：100mm
合模方式：液壓—機(jī)械
5.2注射機(jī)的校核
5.2.1注射量的校核
根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知：塑件的體積應(yīng)小于注射機(jī)的注射容量，其公式按下式校核：
0.8=0.8125=100
式中：——塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和
——注射機(jī)的注射量（）
0.8——最大注射量的利用系數(shù)
經(jīng)估計(jì)算得：50
所以=50<100 故合格
5.2.2鎖模力的校核
由
查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表6-5ABS塑料成型時(shí)的注射壓力=70~90Mp
pF
式中 p——塑料成型時(shí)型腔壓力，ABS塑料的型腔壓力p=20Mpa
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積
F=（90954+282+156-45754）=20912
pF=3020912=627.36KN
因?yàn)?900KN> pF=627.36KN 故合格
5.2.3注射機(jī)安裝模具部分的尺寸校核
噴嘴尺寸：噴嘴尺寸與澆口套相適應(yīng)，澆口套是根據(jù)噴嘴尺寸來(lái)設(shè)計(jì)的；
定位環(huán)尺寸：定位環(huán)高度10mm，直徑100mm（與定位孔相配合）；
模具厚度：Hmin=200mm
S=23+25+10=58 合格
6 分型面的確定
6.1分型面的選擇
分型面的選擇主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）分型面不僅應(yīng)選擇在對(duì)制品外觀沒(méi)有影響的位置，而且還必須考慮如何能比較方便地清除分型面產(chǎn)生地溢料飛邊。同時(shí)，還應(yīng)避免分型而產(chǎn)生飛邊；
（2）分型面的選擇應(yīng)有利于脫模，否則，模具結(jié)構(gòu)便會(huì)變得比較復(fù)雜。通常，分型面的選擇應(yīng)盡可能使制品在開(kāi)模后滯留在動(dòng)模一側(cè)；
（3）分型面不影響制品的形狀和尺寸精度;
（4）分型面應(yīng)盡量與最后填充的型腔表面重合，以利于排氣；
（5）選擇分型面是，應(yīng)盡量減少脫模斜度給制品大小端尺寸帶來(lái)的差異；
（6）分型面應(yīng)便于模具加工;
（7）選擇分型面時(shí)，應(yīng)盡量減少制品在分型面上的投影面積，以防止面積過(guò)大，造成鎖模困難，產(chǎn)生嚴(yán)重的溢料；
（8）有側(cè)孔或側(cè)凹的制品，選擇分型面時(shí)應(yīng)首先考慮將抽心或分離距離長(zhǎng)的一邊放在動(dòng)、定模的方向，而將短的一邊作為側(cè)向分型抽心機(jī)構(gòu)時(shí)，除液壓抽心能獲得較大的側(cè)向抽拔距離外，一般分型抽心機(jī)構(gòu)側(cè)向抽拔距離都較小。
7 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1澆口系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口，和冷料穴四個(gè)部分組成。
7.2澆口系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)的作用有如下兩點(diǎn)：
（1）能將來(lái)自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。
（2）在塑料熔體填充及凝固的過(guò)程中，將注射壓力有效的傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得形狀完整，內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件。
7.3澆口套的設(shè)計(jì)
澆口套的設(shè)計(jì)如圖3：
7.4 流道設(shè)計(jì)
流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形狀、模具成型數(shù)目和用戶(hù)要求等因素的影響，因此沒(méi)有固定的形式。但是流道的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下問(wèn)題：
（1） 流道的截面形狀
（2） 流道的布置
本模具的流道截面圖如圖4：
流道布置：在多腔成型時(shí)，型腔布置決定流道的設(shè)計(jì)。從流動(dòng)平衡的角度出發(fā)，應(yīng)該使各型腔到澆道的距離相等，同時(shí)也有利于澆口平衡布置。如圖5：
7.5澆口的設(shè)計(jì)
從開(kāi)模和塑件的外觀，綜合其它方面的因素綜合考慮，選擇了潛伏式澆口。如圖6：
潛伏式澆口又稱(chēng)剪切澆口，這類(lèi)澆口的分流道一般位于分型面上，而澆口本身設(shè)在模具的隱蔽處，塑料熔體通過(guò)型腔側(cè)面斜向注入型腔，因而塑件外表不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量及美觀效果。
8 排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
排溢是指排出充模冷料中和模具中的氣體等。廣義的注射模排溢系統(tǒng)應(yīng)包括澆注系統(tǒng)的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。
模具充型過(guò)程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑件受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時(shí)，必須考慮如何將多余的氣體排出模外，否則被壓縮的氣體產(chǎn)生高溫引起塑件局部碳化，或是塑件產(chǎn)生氣泡的工藝缺陷。為了解決該問(wèn)題，必要時(shí)可開(kāi)設(shè)排氣槽等辦法。但是對(duì)于ABS這種材料。排氣間隙不得高于0.05mm。為了能快速充滿(mǎn)型腔，得到質(zhì)量合格的產(chǎn)品。采用以下措施：
（1）型芯采用組合式，型芯的長(zhǎng)度高于型腔吧型腔板上的型芯孔打通，型芯與型腔小間隙配合。這樣可以成為主要的排氣途徑；
（2）由于型腔板和推薦板存在小的間隙，這樣也可以排出一部分氣體。
9 型腔、型芯的設(shè)計(jì)
9.1設(shè)計(jì)型腔和型芯的結(jié)構(gòu)形式
（1）型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于模具采用一模四腔，若是采用鑲拼組合式，這將增加加工量，特別會(huì)給裝配帶來(lái)極大的難度。因此型腔采用整體式結(jié)構(gòu)。也就是型腔和定模板做成一塊，即兩板模。型腔可通過(guò)電火花成型進(jìn)行加工。這種結(jié)構(gòu)形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：加工效率高，減少裝配難度，可節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材，減少加工量。
（2）型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：型芯采用鑲拼組合式結(jié)構(gòu)，這樣就可方便更換，若是某根型芯由于磨損或其他原因北損壞，就可以直接更換，就不需換整體。
由于型芯個(gè)部分分開(kāi)，這樣就降低了型芯的加工難度，把復(fù)雜的型芯加工轉(zhuǎn)化為鑲拼塊的表面加工，且易于保證加工精度。各鑲拼件采用H7/m6配合。這種結(jié)構(gòu)形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：加工難度不大，加工成本低，易于保證型芯精度，易于更換。
9.2型芯和型腔設(shè)計(jì)
9.2.1型芯設(shè)計(jì)
型芯的尺寸計(jì)算：型芯的尺寸按以下公式計(jì)算
=[]
式中——型芯外形尺寸
——塑件內(nèi)形尺寸
——塑件公差
——塑件平均收縮率
——成型零件制造公差，取
9.2.2 型腔設(shè)計(jì)
型腔徑向尺寸按以下公式計(jì)算
式中——型腔的內(nèi)形尺寸
——塑件外形基本尺寸
——塑件公差
——塑件平均收縮率
——成型零件制造公差，取
9.2.3由于該產(chǎn)品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度的要求不那么高。一般取Ra1.6，在機(jī)床上加工就可以直接投入使用，不需要經(jīng)過(guò)其它的特殊加工?？紤]模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內(nèi)，型芯尺寸盡量取最大值，型腔的表面粗糙將決定產(chǎn)品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求高，一般取Ra8~0.4。在本次設(shè)計(jì)中，型腔取Ra0.8
4X——綜合修正系數(shù)（考慮塑件收縮率的偏差和波動(dòng)，成型零件的磨損等因素），塑件精度低、批量較小時(shí)，X取；蘇建安精度高、批量比較大，X取，設(shè)計(jì)要求取X為。
9.3型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算
要計(jì)算型芯、型腔的工作尺寸，必須先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要就塑件取七級(jí)精度。根據(jù)塑件制件公差數(shù)值表，塑件在七級(jí)精度下，基本對(duì)應(yīng)的尺寸公差如下：
基本尺寸（mm）
公差（mm）
基本尺寸（mm）
公差（mm）
~3
0.32
>30~40
0.72
>3~6
0.36
>40~50
0.80
>6~10
0.40
>50~65
0.92
>10~14
0.44
>65~80
1.04
>14~18
0.48
>80~100
1.20
>18~24
0.52
>100~120
1.36
>24~30
0.64
>120~140
1.52
型腔：=95 取=0.5% （以下的收縮率都取0.5%）
=
型腔深度：H=12.66 X=0.5
型芯：=78
9.4 型腔壁厚的計(jì)算
9.4.1型腔的強(qiáng)度及剛度要求
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，尤其對(duì)大型模具更為突出。目前常用的計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件計(jì)算和按剛度條件計(jì)算兩類(lèi)，但塑料模具要求既不許因強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過(guò)大的情況，因此要求對(duì)強(qiáng)度和剛度加以考慮。對(duì)于型腔主要受到的力是塑件熔體的壓力，在塑件熔體的壓力作用下，型腔將發(fā)生內(nèi)應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和底壁厚度不夠。當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔發(fā)生強(qiáng)度破壞，與此同時(shí)，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質(zhì)量，所以模具對(duì)剛度和強(qiáng)度都有要求。
但是，實(shí)踐證明，模具對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求并非同時(shí)兼顧，對(duì)大型腔，按剛度條件，對(duì)小型腔則按強(qiáng)度條件計(jì)算即可。（在本設(shè)計(jì)中按強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算）
9.4.2對(duì)凹模底板厚度：
式中p——型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（Mpa）
r——型腔內(nèi)半徑（mm）
——材料彎曲許用應(yīng)力。材料為45#鋼，取100Mpa
根據(jù)條件：r=45mm p=100Mpa
h=45=38.9mm
先確定模板厚度為35mm，可以滿(mǎn)足型腔的強(qiáng)度要求。
9.4.3確定型腔的壁厚
圓形型腔內(nèi)壁直徑2r
型腔壁厚s=R-r
~40
20
>40~50
25
>50~60
30
>60~70
35
>70~80
40
>80~90
45
>90~100
50
>100~120
55
>120~140
60
>140~160
65
如未用淬火鋼，應(yīng)乘以系數(shù)1.2~1.5
根據(jù)上表，s=R-r==40mm
R=40=+50=90mm
由于在生產(chǎn)中，兩腔同時(shí)充滿(mǎn)塑料熔體，受到大小相等的壓力，形成作用力與反作用力。現(xiàn)取型腔中心到定模板的中心的距離為105mm是可以滿(mǎn)足型腔的強(qiáng)度要求的。
10 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)柱（如圖7）、導(dǎo)套（如圖8），主要作用是在動(dòng)模與定模合模時(shí)保證型芯和型腔的精確定位。導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分別在模具的周?chē)蚩拷吘壍牟课?，其中心至模具邊緣?yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般采用2到4根導(dǎo)柱。在此設(shè)計(jì)中采用了4根導(dǎo)柱。
加工個(gè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔時(shí)，應(yīng)將定模板、推件板、動(dòng)模板合在一起，一次性加工出來(lái)，以保證孔的同心度，然后再在定模板、動(dòng)模板上加工沉頭孔。
圖7
圖8
11脫模與復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
11.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
塑件冷卻后由于有少量的收縮，塑件會(huì)緊抱在型芯上，所以在脫出產(chǎn)品時(shí)不像沖壓件那么可以自動(dòng)脫落。這樣，我們必須設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)將塑件頂出，推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們考慮的是要使塑件各部分受力均勻，在此設(shè)計(jì)中，由于采用了一模四腔的結(jié)構(gòu)，故利用多個(gè)頂針把產(chǎn)品同時(shí)推出，這樣每個(gè)產(chǎn)品的受力相同且均勻。
11.2復(fù)位機(jī)構(gòu)的確定
注射機(jī)上液壓機(jī)構(gòu)將頂針推出之后，塑件也被完全頂出但是模具要合模，要使頂針，拉料桿恢復(fù)到原來(lái)的位置，而不影響下一周期的正常生產(chǎn)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)總裝圖。
12冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻裝置的目的，主要是防止塑件在脫模時(shí)發(fā)生變形，縮短成型周期及提高塑件質(zhì)量。一般在型腔，型芯等部位設(shè)置合理的冷卻水路，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水流量和流速來(lái)控制模溫。
圖9
冷卻水孔開(kāi)孔的原則：
（1）冷卻水孔的數(shù)量應(yīng)盡可能的多，直徑應(yīng)盡量大；
（2） 每個(gè)冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)相等，一般保持在0~15mm范圍內(nèi)，距離太近則冷卻不易均勻，太遠(yuǎn)則效率低。水孔直徑一般保持在8~12mm。
（3）水孔通過(guò)鑲塊時(shí)，防止鑲套管等漏水。
（4）冷卻管路一般不宜設(shè)在型腔內(nèi)塑料熔接的地方，以免影響塑件的強(qiáng)度。
（5）水管接頭應(yīng)設(shè)在不影響操作的一側(cè)。
在此設(shè)計(jì)中，沒(méi)此要注射的量只有50g，由此可以得到注射一次所放出的熱量：Q=G
式中Q——熔體塑件所放出的熱量（J）
G——每次注射的塑料量（包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)，kg）；
——塑料從熔體狀態(tài)進(jìn)入型腔的溫度到塑件冷卻后的脫模溫度的焓之差；Q=50200=10000（J）
為了防止型腔受熱變形，在定模板加兩根水道，這樣可以保證產(chǎn)品進(jìn)度。冷卻時(shí)所需要的冷卻水量：
式中：——通過(guò)模具的冷卻水質(zhì)量（Kg）
——熔融塑料進(jìn)入模腔的溫度（）=120
——制品脫模溫度（）=60
——出水溫度（）=40
——進(jìn)水溫度（）=20
C——塑料的比熱容（）C=1759
——導(dǎo)熱系數(shù)（）=829
故 =40501759（120-60）/829（40-20）=12.73Kg
根據(jù)冷卻水處于流滿(mǎn)狀態(tài)下的流速和水管直徑的關(guān)系，確定模具冷卻水管直徑D：
D=
式中：——管道內(nèi)冷卻水的流速（m/s） =0.6m/s
——水的密度（Kg/） = Kg/
故：D==5.20mm
13 整體設(shè)計(jì)
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(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)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(gòu)。
該模具總體結(jié)構(gòu)采用一模四腔，分型面為平面；定模座板和動(dòng)模座板的長(zhǎng)為450mm、寬為400mm、厚為30mm。
下面確定模板的厚度——各模板厚度總和應(yīng)小于500mm，這是注射機(jī)的要求。
定模座板、動(dòng)模座板都為30mm，動(dòng)模板厚度為100mm，而定模板厚度取70mm，墊塊的高度取100mm，可以保證產(chǎn)品能順利的脫模。
根據(jù)以上選取，模具的厚度
H=30+70+100+100+30=330（mm）<500（mm），符合條件。
推板及頂桿固定板分別為10mm及25mm。各板的厚度已經(jīng)確定。
結(jié) 束 語(yǔ)
經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺(jué)得自己學(xué)到了不少東西，歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：
1 大學(xué)幾年的時(shí)間都是在學(xué)習(xí)機(jī)械理論基礎(chǔ)知識(shí)，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。平時(shí)很少接觸設(shè)計(jì)，加工，生產(chǎn)，但是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下多次深入工廠了解產(chǎn)品的注塑方法和模具的加工過(guò)程。在參觀學(xué)習(xí)中，發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握的越多，設(shè)計(jì)的就更完善，更順利。
2 了解進(jìn)行一向設(shè)計(jì)必不可少的幾個(gè)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)想結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，我經(jīng)過(guò)這次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的詳細(xì)過(guò)程。這些對(duì)我將來(lái)的工作和學(xué)習(xí)都會(huì)有很大的幫組和啟發(fā)。
3學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書(shū)。平時(shí)課堂上所學(xué)習(xí)的只是不夠全面，作為機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，由于專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱吸取別人在設(shè)計(jì)，加工中的寶貴經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)人不可能什么都學(xué)過(guò)，什么都懂，因此，當(dāng)你在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用一些不曾學(xué)過(guò)的東西時(shí)，就要去有針性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己應(yīng)用的能力，而且還能增長(zhǎng)自己的見(jiàn)識(shí)，補(bǔ)充最新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
4 畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)以前學(xué)過(guò)的理論知識(shí)起到了回顧作用，并對(duì)其加以進(jìn)一步的消化和鞏固。
5 畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，而且培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神已經(jīng)相應(yīng)的知識(shí)，同學(xué)之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出來(lái)了。
在這里，我要感謝我的指導(dǎo)老師，在我做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，他給予了我很多的幫助，此外我還要感謝學(xué)校和工學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師對(duì)我的栽培，還有很多給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。
參 考 文 獻(xiàn)
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