作者：陳 泳良 1 目錄 前言 摘要 第一章 零件的工藝分析 4 1.1 材料的選擇 4 1.2 產品工藝性與結構分析 5 第二章 模具結構設計 6 2.1 型腔數量以及排列方式 6 2.2 初選注射機。 6 2.3 分型面的設計 7 2.4 澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設計 9 2.5 成型零件的設計 15 1. 凹模的設計 15 2. 型心尺寸的計算 21 3. 模具型腔側壁和底版厚度的計算 26 2.6 推出機構的設計 29 2.7 側向分型與抽芯機構的設計 32 2.8 注射機參數的較核 34 前言 畢業(yè)設計是在修完所有課程之后，我們走向社會 之前的一次綜合性設計。在此次設計中，主要用到所學的注射模設計，以及機械設計等方面的知識。著重說明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射機的選擇及相關參數校核、模具的結構設計、注射模具設計的有關計算、模具總體尺寸的確定與結構草圖的繪制、模具結構總裝圖和零件工作圖的繪制、全面審核投產制作者：陳 泳良 2 造等。其中模具結構的設計既是重點又是難點，主要包括成型位置的及分型面的選擇，模具型腔數的確定及型腔的排列和流道布局和澆口位置的選擇，模具工作零件的結構設計，側面分型及抽芯機構的設計，推出機構的設計，拉料桿的形式選擇，排氣方 式設計等。通過本次畢業(yè)設計，使我更加了解模具設計的含義，以及懂得如何查閱相關資料和怎樣解決在實際工作中遇到的實際問題，這為我們以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎。 本次畢業(yè)設計也得到了廣大老師和同學的幫助，在此一一表示感謝！由于實踐經驗的缺乏，且水平有限，時間倉促。設計過程中難免有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師和同學批評指正。 在編寫說明書過程中，我參考了塑料模成型工藝與模具設計、實用注塑模設計手冊和模具制造工藝等有關教材。引用了有關手冊的公式及圖表。但由于本人水平的有限，本說明書存在一些缺點和錯誤，希望老師多加指正，以達到本次設計的目的。 緒論 第一節(jié) 塑料成型在工業(yè)生產中的重要性 一、 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展 塑料是以樹脂為主要成分的高分子有機化合物，簡稱高聚物。塑料其余成分包括增塑劑、穩(wěn)定劑、增強劑、固化劑、填料及其它配合劑。 塑料制件在工業(yè)中應用日趨普遍，這是由于它的一系列特殊的優(yōu)點決定的。塑料密度小、質量輕。塑料比強度高；絕緣性能好，介電損耗低，是電子工業(yè)不可缺少的原材料；塑料的化學穩(wěn)定性高，對酸、堿和許多化學藥品都有很好的耐腐蝕能力；塑料作者：陳 泳良 3 還有很好的減摩、耐磨及減震、隔音 性能也較好。因此，塑料躋身于金屬、纖維材料和硅酸鹽三大傳統(tǒng)材料之列，在國民經濟中，塑料制件已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 塑料工業(yè)的發(fā)展階段大致分為一下及個階段： 1. 初創(chuàng)階段 30 年代以前，科學家研制分醛、硝酸纖維和聚酰胺等熱塑料，他們的工業(yè)化特征是采用間歇法、小批量生產。 2. 發(fā)展階段 30 年代，低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工業(yè)化生產，奠定了塑料工業(yè)的基礎，為其進一步發(fā)展開辟了道路。 3. 飛躍階段 50 年代中期到 60年代末，塑料的產量和數量不斷增加，成型技術更趨于完善。 4. 穩(wěn)定增長階段 70 年代以來，通過共 聚、交聯、共混、復合、增強、填充和發(fā)泡等方法來改進塑料性能，提高產品質量，擴大應用領域，生產技術更趨合理。塑料工業(yè)向著自動化、連續(xù)化、產品系列化，以及不拓寬功能性和塑料的新領域發(fā)展。 我國塑料工業(yè)發(fā)展較晚。 50 年代末，由于萬噸級聚氯乙稀裝置的投產和 70 年代中期引進石油化工裝置的建成投產，使塑料工業(yè)有了兩次的躍進，于此同時，塑料成型加工機械和工藝方法也得到了迅速的發(fā)展，各種加工工藝都已經齊全。 塑料由于其不斷的被開發(fā)和應用，加之成型工藝的不斷發(fā)展成熟于完善，極大地促進了成型模具的開發(fā)于制造。隨著工工業(yè)塑料制件 和日用塑料制件的品種和需求的日益增加，而且產品的更新換代周期也越來越短，對塑料和產量和質量提出了越來越高的要求。 二、 塑料成型在工業(yè)生產中的重要作用 模具是工業(yè)生產中重要的工藝裝備，模具工業(yè)是國民經濟各部門發(fā)展的重要基礎之一。塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。 模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力量的強弱、模具質量的好壞，直接影響著許多新產品的開發(fā)和老產品的更新換代，影響著產品質量和經濟效益的提高。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基礎”，日本則稱“模具是促進社會繁榮富裕的勞 動力”。 近年來，我國各行業(yè)對模具的發(fā)展都非常重視。 1989 年，國務院頒布了“當前產業(yè)政策要點的決定”，在重點支持改造的產業(yè)、產品中，把模具制造列為機械技術改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經濟中的重要地位，也提出了振興模具工業(yè)的主作者：陳 泳良 4 要任務。 三、 塑料成型技術的發(fā)展趨勢 一副好的塑料模具與模具的設計、模具材料及模具制造有很大的關系。塑料成型技術發(fā)展趨勢可以簡單地歸納為一下幾個方面 : 1. 模具的標準化 為了適應大規(guī)模成批生產塑料成型模具和縮短模具制造周期的需要，模具的標準化工作十分重要，目前我國標準化程度只 達到 20。注射模具零部件、模具技術條件和標準模架等有一下 14 個標準： 當前的任務是重點研究開發(fā)熱流道標準元件和模具溫控標準裝置；精密標準模架、精密導向件系列；標準模板及模具標準件的先進技術和等向標準化模塊等。 2. 加強理論研究 3. 塑料制件的精密化、微型化和超大型化 4. 新材料、新技術、新工藝的研制、開發(fā)和應用 各種新材料的研制和應用，模具加工技術的革新，CAD/CAM/CAE 技術的應用都是模具設計制造的發(fā)展趨勢。 四、 CAD/CAM 開發(fā)平臺及其發(fā)展趨勢 CAD/CAM技術從誕生至今已有三十多年的歷史 ， 歷經二維繪圖、線框模型、自由曲面模型、實體造型、特征造型等重要發(fā)展階段 ，其間還伴隨著參數化 、 變量化 、 尺寸驅動等技術的融入 。 通過三十多年的努力 ， CAD/CAM技術在基礎理論方面日趨成熟 ，同時推出了許多商品化系統(tǒng) ， 諸如 Pro/Engineer， UGII,CATIA，Solid Works 等 。 “ 美酒愈陳愈香 ” ， 但軟件技術則不同，停止就意味著被淘汰， CAD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)正伴隨著計算機軟硬件技術的高速發(fā)展向著更高、更深層次方向發(fā)展 。 AD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)主要可分為三種方式：（ 1）完全自主版權的開發(fā)，一切需從底層做起；（ 2）基 于某個通用 CAD 系統(tǒng)的二次開發(fā)，如基于 AutoCAD 軟件的二次開發(fā)；（ 3）基于 CAD/CAM 軟件平臺的開發(fā)，此類開發(fā)界于前兩種方式之間，較二次開發(fā)可以更深入核心層，具有開發(fā)周期短、見效快、系統(tǒng)穩(wěn)定性好和功能強等特點，當然平臺的價格也很昂貴 .當今比較流行的 CAD/CAM 平臺很多，主要有 ACIS， PARASOLID，CAS.CADE， Pelorus， DESIGNBASE 等 。 可以 得知 CAD/CAM 開發(fā)平臺向著更深、更高層次發(fā)展 ， 同時不斷融入計算機軟件新技術，并呈現出開放化、多元化發(fā)展趨勢 。CAD/CAM 平臺發(fā) 展趨勢概括如下： (1) 支持多種主流的計算平臺，包括 Windows 95&NT， Apple 作者：陳 泳良 5 作者：陳 泳良 6 作者：陳 泳良 7 作者：陳 泳良 8 Power Macintosh、最流行的 UNIX 工作站（如 Sun， SGI， DEC Alpha， HP 9000， IBM RS/6000 等） 。 (2) 采用面向對象技術 .對象具有封裝性、多態(tài)性、繼承性，使對象模塊化、即插化，從而提高應用開發(fā)和軟件維護效率 ， 增強了代碼的可重用性和互操作能力，最終達到改善應用整體質量的目標 。 (3) 采用軟件組件技術與開放式結構 。 基于組件的功能可為設計者提供很大程度的 柔性 ， 通過組件技術提供的功能模塊 ， 開發(fā)者可方便地把它嵌入到應用中，并能夠快速適應前沿技術和擴作者：陳 泳良 9 展核心功能 .采用組件技術的最好例證當屬 CAD 軟件新軍SolidWorks. SolidWorks 利用 PARASOLID 作為實體幾何建模器，從開發(fā)到推出極其迅速，在很短的時間內就提供了優(yōu)質的軟件產品，而且從 1995 年推出至今，已成為很有競爭力的產品 ， 這些均主要得益于它采用了組件技術 .軟件組件技術為開放奠定了基礎，既然開放就應該統(tǒng)一標準 .目前在軟件技術領域有兩個重要標準，即 CORBA（ Common Object Request Broker Architecture）規(guī)范和 IDL(Interface Defination Language)規(guī)范 .CORBA 的目標是要使異構分布環(huán)境內的不同應用系統(tǒng)之間能夠互操作 ， IDL 則是一種用來定義組件如何與 ORB 交換信息的標準語言 。 (4) 支持混合維造型 線框、曲面、實體 ， 在數據結構層采用統(tǒng)一的精確邊界表示，支持流形與非流形拓撲，并在造型功能上做的越來越深入、廣泛 .如 PARASOLID 的復雜過渡處理、 ACIS的可變形曲面、 CAS.CADE 的參數化和特征等功能 。 (5) 提供更 用戶化的功能 。 傳統(tǒng)的 CAD/CAM 平臺只提供最基本的幾何造型功能 ， 如基本圖形的繪制、基本體素的生成 .當今的平臺則提供更上層的功能，如特征造型、約束造型 .而且在提供造型功能的同時，提供諸如顯示、交互、產品數據管理等功能，即提供了一個集造型、可視化、交互、數據管理為一體的集成化開發(fā)環(huán)境 。 這種集成開發(fā)環(huán)境可大大提高開發(fā)者的開發(fā)效率，更便于以 CAD/CAM 為核心的集成化、一體化產品的開發(fā) 。 第二節(jié) 塑料模具的分類 塑料模具的分類的方法很多，按照塑料制件的成型方法不同可以分為以下幾類： 1. 注射模（又稱注塑模）； 2. 壓縮 模； 3. 壓注模； 4. 擠出模； 5. 氣動成型模。 以上是常見的成型方法，還有泡沫塑料成型模、搪塑模、澆鑄模、回轉成型模、聚四氟乙稀壓錠模等。 作者：陳 泳良 10 第三節(jié) 畢業(yè)設計應達到的要求 通過這次畢業(yè)設計，應達到學校對畢業(yè)設計的要求，同時對于本具體的塑料注射模的設計，應達到如下目的： 6. 更深入了解聚合物的物理性能、流動性、成型過程中的物理、化學變化以及塑料的組成、分類及其性能。 7. 更深入了解塑料成型的基本原理和工藝特點，正確分析成型工藝對模具的要求。 8. 掌握各種成型設備對各類模具的要求。 9. 掌握各類成型模具的結構特點及設計計算方法，能設計中等復雜模具。 10. 具有分析、解決成型現場技術技術問題的能力，包括具有分析成型缺陷產生的原因和提出克服辦法的能力。 11. 在設計中熟練使用 Pro Engineer 和 UG 等 3D 造型軟件和Auto CAD 等 2D 繪圖軟件。 12. 結合以前學過的各門課程，綜合運用各種知識來完善這次畢業(yè)設計。 13. 在設計過程中，還應該注意了解塑料模具的新工藝、新技術和新材料的發(fā)展動態(tài)，閱讀外文資料，學習掌握新知識，更好地為本設計和振興我國的塑料成型加工技術服務。 摘要 摘要： 本模具設計過程中分析了鼠標外殼的工藝特性，并介紹了 ABS 材料的成型工藝特點； 在模具結構設計過程中提出了不同成型的方案并進行了比較，采取了最隹的成型方案；同時，詳細地分析了模具結構與計算。最后還對模具的成型零件進行了加工工藝的分析和設備的校核；還說明了模具的工作原理，對模具的裝配還作了簡單的介紹。 關鍵詞： 鼠標外殼、 ABS、注射模具結構、側向抽芯、成型零件工藝、裝配。 第 1 章 作者：陳 泳良 11 零件的工藝分析 1.1 材料的選擇 本產品為鼠標的外殼后蓋，首先從它的使用性能上分析必須具備有一定的綜合機械性能包括良好的機械強度，和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電器性能。能滿足以上性能的 塑料材料有多種，但從材料的來源以及材料的成本考慮， ABS 更適合些。 ABS 是目前世界上應用最廣泛的材料，它的來源廣，成本低，符合塑料成型的經濟性。因此，在選用材料時，考慮采用 ABS，并且作為鼠標的一個外殼后蓋 ABS 能滿足它的使用性能合成型特性。 料件有較好的光澤。密度為 1.02 1.05g/cm3， ABS（抗沖）收縮率為 0.3 0.8， ABS（耐熱）收縮率為 0.3 0.8。 ABS 具有及好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速降解。有良好的機械強度作者：陳 泳良 12 和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、 無機鹽、堿、酸類對 ABS 幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。 ABS 塑料表面受冰酸醋、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。 ABS 有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過調色可配成任何顏色。其缺點是賴熱性不高，連續(xù)工作溫度為 70 C 左右，熱變形溫度約為 93 C 左右。耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。 根據 ABS 中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應各種不同的應用。根據應用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖 擊型和耐熱型等。 二、主要用途 ABS 在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼等。汽車工業(yè)上用 ABS 制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調節(jié)管、加熱器等，還有用 ABS 夾層板制小轎車車身。 ABS 還可以用來制作紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄機殼體、農藥噴霧器及家具等。 三、成型特點 ABS 在升溫是粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大； ABS 易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產生熔接痕，模具設計時應盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的 成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在 50 60 C，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在 60 80 C。 四、 ABS 注射參數 注射類型：螺桿式 螺桿轉速： 30 60r/min 噴嘴類型：形式 直通式；溫度 180 190 C 料筒溫度：前段 200 210 C；中段 210 230 C；后段 180 200 C 模具溫度： 50 70 C 注射壓力： 70 90 MPa 保壓力 ： 50 70 MPa 注射時間： 3 5 S 保壓時間： 15 30 S 冷卻時間： 15 30 S 作者：陳 泳良 13 成型時間： 40 70 S 1.2 產品工藝性與結構分析 1.21 尺寸的精度 影響尺寸精度的因素很多。首先是模具的制造精度和模具的磨損程度，其次是塑料收縮率的波動及成型時工藝條件的變化、塑件成型后時效變化和模具結構形狀等。因塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級。 塑件公差數值根據 SJ1372-78 塑料制件公差數值標準確定。精度等級選用根據 SJ1372-78 選擇，本零件配合要求不高，精度等級選擇一般精度，為級精度，無公差值者，按級精度取值，如表所示。 表 塑件尺寸公差（ ） 基本尺寸 精度等級 基本尺寸 精度等級 0.12 0.48 6580 0.38 1.6 36 0.14 0.56 80100 0.44 1.8 610 0.16 0.61 100120 0.50 2.0 1014 0.18 0.72 120140 0.56 2.2 1418 0.20 0.80 140160 0.62 2.4 1824 0.22 0.88 160180 0.68 2.7 塑件 冷卻時收縮會使它緊緊包緊型芯或型腔中的凸起部分，因此，為了便于從塑件中抽出型芯或從型腔中脫出塑件，防止脫模時拉傷塑件，在設計時必須塑件內外表面沿脫模方向留有足夠的斜度。脫模斜度取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率。在不影響塑件的使用前提下，脫模斜度可以取大一些。 在開模后塑件留在型腔內，查表可知 ABS 的脫模斜度為：型腔： 40 1 20；型芯： 35 1。如果開模后塑件留在型腔內時，塑件內表面的脫模斜度應大于塑件外表面的脫模斜度，即以上值反之。在本次設計的塑件中，設 ABS 的脫模斜度為：型腔： 1，型芯： 50。一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內。 作者：陳 泳良 14 五、壁厚 塑件的壁厚對塑件的質量有很大的影響，壁厚過小成型時流動阻力大，大型塑件就難以充滿型腔。塑件壁厚的最小尺寸應滿足一下幾方面要求：具有足夠的強度和剛度；脫模時能夠受推出機構的推出力而不變形；能夠受裝配時的緊固力。查熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚可知， ABS 制件最小壁厚為 0.8 ，中型塑件推薦壁厚為 1。 同一塑件的壁厚應盡可能一致，否則會因冷卻或固化速度不同產生附加內應力，使塑件產生翹曲、縮孔、裂紋甚至開裂。塑件局部過厚會出現凹痕，內部會產生 氣泡。在要求必需有不同壁厚時，不同壁厚的比例不應超過，且應采用適當的修飾半徑以減緩厚薄過渡部分的突然變化。 綜上，根據塑件的使用性能要求，本塑件的壁厚取值本塑件的壁厚為 1.5 。 六、圓角 塑件除了有使用要求的部位要采用尖角外，其它轉角處都應用圓角過渡，這樣才不會因在轉角處應力集中，在受力或沖擊震動時發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中由于成型內應力而開裂，特別是在塑件的內角處。通常，內壁圓角半徑應是壁厚額一半，而外壁圓角半徑為壁厚的 1.5 倍，一般圓角不小于 0.5 。 塑件各個圓角半徑參見塑件零件圖。 七、孔的設計 由于需要，本塑件有設置圓柱孔和其他形式的通孔，其結構參數見零件圖。由于這些孔結構不是很復雜，可以用機械加工或電火化加工即可。 第 2 章 模具結構設計 注射模具的典型結構有單分型注射模、雙分型注射模、斜導柱側向分型與抽芯注射模、斜滑塊側向抽芯注射模、帶有活動鑲件作者：陳 泳良 15 的注射模、定模帶有推出裝置的注射模等等。 跟據塑件的結構特征和使用要求，本模具采用雙分型面結構，其中一個分形面是為了使?jié)沧⑾到y(tǒng)的冷凝料自動脫落下來，而另外一個分型面則是用于脫模了。 由于本塑件 側壁 有 2個與開模方向不一致的凹槽，所以必須首先將成型這部分的型芯脫離出件，才能將整個塑件從模具中脫出。這種型芯通常稱為側型芯，并加工成可動形式。 這里考慮開模時側向抽芯與分型與塑件的推出同步，故可采用斜滑塊外側抽芯機構。這里采用斜導柱在定模上，滑塊在動模上的注塑模結構。斜滑塊使用壓條安裝在動模凹槽內，可以沿凹槽滑動。斜導柱固定在定模上。斜導柱與滑塊上的斜孔一般采用H8/f8 或 H8/f7 的配合，在開模時，滑塊隨著動模沿斜導柱向外側運動，脫離出件。 為了保證制品的精度（考慮到只靠導柱對斜滑塊進行定位，怕強度不夠，影響 制品的尺寸精度）應為斜滑塊設計定位裝置。這里采用限位塊的形式，將它與斜滑塊之間為斜面配合。把限位塊與定模做成整體式，這樣在注塑是對滑塊起到定位作用，從而保證了制品的尺寸精度。 2.1 型腔數量以及排列方式 本塑料制件為鼠標的外殼，生產的批量較大，為了提高生產效率，但又要保證產品的一致性，故不宜采用一模多腔的形式：每增加一個型腔，由于型腔的制造誤差和成型工藝誤差的影響，塑件的尺寸精度要降低約 4%8%，因此多型腔模具（ n4）一般不能生產高精度的塑件。因此，本模具可采用一模兩腔的形式，其布局示意圖如下： 作者：陳 泳良 16 2.2 初選注射機 注塑模具是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注射成型工藝過程外，還應對所選用的注射機的有關技術參數有全面的了解，以保證設計的模具與使用的注射機相適應。注射機是生產熱塑性塑料制件的主要設備，按其外形注射機可分為立式、臥式和角式三種，應用較多的是臥式注射機。 (一 )注塑量校核 模具型腔能否充滿與注塑機允許的最大注塑量密切相關，設計模 式中 n 型腔數量，取雙型腔 m1 單個塑件的質量和體積（ g或 cm3） m2 澆注系統(tǒng)所需塑料質量和 體積 （ g 或 cm3） V 塑件的體積（ cm3） m 注塑機允許的最大注塑量（ g 或 cm3） (二 ) 塑件鎖模力校核 在確定型腔的數量后確定注射機的類型，參考教材塑料成作者：陳 泳良 17 型工藝與模具設計式 4-3：按注射機的額定鎖模力確定型腔數目n F-PA2/PA1 式中 F 注射機的額定鎖模力（ N）； A1 單個塑件在模具分型面上的投影面積（ 2）； A2 澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（ 2）； P 塑料容體對型腔的成型壓力 (MPa)，其大小一般是注射壓力大小見本說明書表二。 由上面 的公式得 F PA2+PA1n p 值查本說明書表二（注射壓力在 60 100 之間），取中間值 p=80 Mpa， A1=9828 2， A2=112 2，故 F 801 30 8098282 =8960 1572480 =1582880(N) 合 1582.88 KN。 本模具所需要的鎖模力 1581.44 KN，符合條件的注射機有多種，在此是初步選用 XS-ZY-250 注 射機。下面是 XS-ZY-250 注射機的技術規(guī)格： 表三 螺桿直徑 注射容量 注射壓力 鎖模力 50 250 2 130MPa 1800KN 最大注射面積 最大模具厚度 最小模具厚度 中心孔徑 500 2 350 250 150 模板行程 噴嘴球半徑 噴嘴孔直徑 定位孔直徑 350 18 4 1250+0.06 注塑加工時所需注塑壓力與塑料品種，塑件形狀和尺寸，注塑機類型、噴嘴及模具流道的阻力等因素有關。選擇的注塑機的注塑壓力必需大于成型制品所需的注塑壓力。 (三 )注射壓力的校核 由 ABS 注射參數可知，注射壓力為 70 90 MPa，注射機額定注射壓力為 119MPa。符合要求。 (四 )模具安裝尺寸校核 噴嘴尺寸 ,模機外形尺寸及模具厚度均應在注塑機所要求的技術規(guī)格范圍內 .模具主澆道中心線與料筒、噴嘴的中心線相一致，噴嘴頭的凸球面比較、半徑 Rn與主澆道始端凹球面半徑 Rp、噴作者：陳 泳良 18 嘴的孔徑 dn與主澆道襯套的孔徑 dp之間，分別保持如下關系： Rp Rn， dp dn 則 16mm 12mm 3mm 2mm 所以合適。 (五 ) 開模行程的校核 開模 模具安裝在注射機上必須使模具的中心線與料筒、噴嘴的中心線重合。因此，定位圈的中心線要和噴嘴的中心線重合，本設計也能滿足要求（詳見澆注系統(tǒng)設計）。 . 模具厚度 本模具閉合高度 H 355.5 ，注射機允許的閉合高度為 Hmax 370 ， Hmin 355.5 ，顯然maxmin HHH ，滿足要求。 2.3 分型面的設計 分型面是決定模具結構形式的重要應素，它與模具的整體結構和模具的制造工藝有密切的關系，并且直接影響到塑料熔體的流動充 填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注塑模具設計中的一個關鍵。 選擇分型面時一般應尊循以下幾項基本原則： 1. 分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2. 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模； 3. 保證塑件的精度要求； 4. 滿足塑件外觀質量的要求； 5. 便于模具的加工與制造； 6. 對成型面積的影響； 7. 排氣的效果的考慮； 8. 對側向抽芯的影響。 根據分型面選擇的原則，通過綜合分析比較，確定以下的兩個方案：單分型面和雙分型面。 方案一：雙分型面 選用雙分型面形式的優(yōu)點：模具進料均勻、平穩(wěn)。 選用雙分型面形式的缺 點：增加模具的結構復雜性，增加模具的厚度，而且在制品的外表面易留下點澆口的痕跡。不符合模具的加工經濟性。 作者：陳 泳良 19 方案二：選用單分型面結構的示意圖如下： 選用單分型面的優(yōu)點：使模具的結構簡單化，減小模具的厚度，也節(jié)省了模具材料，且在脫模后塑料制件的外表面無澆口的痕跡。進料的距離也大大的縮短了。 從以上的兩個方案進行比較，采用方案二（單分型面）比采用方案一（雙分型面）更符合要求，方案二符合了模具的加工經濟性，因此，本模具宜采用雙分型面的形式。 2.4 澆注系統(tǒng)與排溢 系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)的設計是注射模具設計的一個重要完節(jié)，它對獲得優(yōu)良性能和理想性能的塑料制件以及最佳的成型效率有直接應響，是模具設計者重視的技術問題。 對澆注系統(tǒng)進行總體設計時，一般應遵循如下基本原則： 1. 采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失； 2. 澆注系統(tǒng)設計應有利于良好的排氣； 3. 便于修整澆口以保證塑件外觀質量； 4. 澆注系統(tǒng)應結合型腔布局同時考慮。 從給出的塑料制件看，既要保證塑件的外觀要求，又要考慮澆注系統(tǒng)設計的幾項原則。 2.41 主流道 復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套， 以便選用優(yōu)質鋼材單獨加工和熱處理。 主流道的設計參考教材塑料成型工藝與模具設計 P114 表作者：陳 泳良 20 5-2 主流的部分尺寸： 符號 名稱 尺寸 d 主流道小直徑 注射噴嘴直徑 +（ 0.51） SR 主流道球面半徑 噴嘴球面半徑 +（ 12） h 球面配合高度 35 a 主流道錐角 2 6 L 主流道長度 盡量 60 D 主流道大端直徑 d+2Ltga/2 Lhd3 SR1.6查模具設計與制造簡明手冊 P386 表 2-40 常用熱塑性塑料注射機型號和主要技術 規(guī)格 XS-ZY-250： 噴嘴球半徑 = 18 ； 主流道小端直徑 =4 。 則 主流道小端直徑 d=4+1=5 ； 球面配合高度 h取 4 ； 作者：陳 泳良 21 主流道錐角取 40 ； 主流道球面直徑 SR=18+3=21 ； L 和 D還待定。 2.42 分流道設計 分流道的設計應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經分流道充滿型腔，并且流動過程中壓力損失盡可能小，能使塑料熔體均衡地分配到各個型腔。 在設計時考慮到以上的原則有兩種設計形式：圓形截面分流道和梯形截面分流道。下面是這兩種形 式的比較： 圓形截面分流道：在相同截面積的情況下，其比面積最小，它的流動性和傳熱性都好。 梯形截面分流道：在相同截面積的情況下，其比面積大，塑料熔體熱量散失及流動阻力均不大。 比較以上的兩種形式，再考慮加工的經濟性，采用圓形截面分流道更符合設計的要求，故本模具的分流道設計形式采用了圓形截面分流道的形式。 2.43 澆口的設計 澆口是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分， 2.44 冷料井的設計 冷料井又稱冷料穴，它是為貯存兩次注塑間隔產生的冷料頭。防止冷料頭進入型 腔造成制品熔接不牢，影響制品質量，甚至堵住澆口，而造成成型不良。冷料井常主流道末端。冷料井的直徑稍大于主流道大端直徑，長度一般取主流道直徑的 1.5 2倍。冷料井與拉料桿頭部結構緊密相連。這里采用最常用的 Z 形頭拉料桿冷料井。 2.45 排溢系統(tǒng)設計 當塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內因各種原因產生的氣體不能被排除干凈，一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及填料等缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮作者：陳 泳良 22 小而產生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦，同時 積存氣體還會產生反向壓力而降低充模速度。因此設計時必須考慮排氣問題。注射模成型時排氣通常以如下四種方式進行： 1. 利用配合間隙排氣； 2. 在分型面上開設排氣槽排氣； 3. 利用排氣塞排氣； 4. 強制排氣。 根據塑件的結構特點和型芯型腔以及模具的結構，本副模具因為型芯是采用鑲拼結構，固采用利用間隙配合排氣，同時，鉗工在加工時，適當在分型面上開設很小的排氣槽（ ABS 排氣槽深度為 0.03 ）。 2.5 成型零件的設計與計算 成型零件決定塑件的幾何行狀和尺寸。成型零件工作時，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模 時與塑料間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高強度、剛度及較好的耐磨性能。 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設計，包括凹模、型芯、鑲塊、凸模和成型桿等。設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵零件進行強度和剛度校核。 一、模具材料的 選擇 1. 根據模具的生產條件和模具的工作條件需要，結合模具材料的基本性能和相關的因素，來選擇適合模具需要的，經濟上合理、技術上先進的模具材料。對于一種模具，如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必需綜合考慮模具的使用壽命、模具制造工藝過程的難易程度、模具制造費用以及分攤到制造的每一個工件上的模具費用等多種因素，進行綜合分析評價，才能得出符合模具材料的冶金質量及其它考慮因素 冶金質量也對模具材料的性能有很大的影響，只有優(yōu)秀的冶作者：陳 泳良 23 金質量，才能充分發(fā)揮模具材料的各種性能。?？紤]的冶金質量指標有 ：冶煉質量，鍛造軋制工藝，熱處理和精加工，導熱性，精料和制品化等。其它還要考慮選用的模具材料的價格和通用性。 總之，選用高質量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生產高質量的模具，已經成為當前工業(yè)發(fā)達國家模具制造的主要發(fā)展趨勢，我國也正在向這一方向發(fā)展。 以下成型零件材料就根據以上原則選擇。 2.51 凹模的設計 為了提高零件的加工效率，裝拆方便，保證兩個型腔形狀，尺寸一致，采用整體式凹模結構。在凹模與定模板間的配合用67mH。 影響成 型零件的尺寸因素有： 1.塑件的收縮率，其值為 s=（ Smax-Smin ） Ls； 式中 s 塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差； Smax 塑料的最大收縮率； Smin 塑料的最小收縮率； Ls 塑件的基本尺寸。 2.模具成型零件的制造誤差； 參考塑料成型工藝與模具設計 P 所列出的經驗值，成型零件的制造公差約占塑件總公差的31-41,或取 IT7-IT8 級作為模具制造公差。模具成型零件制造公差用 z 表示。 收縮率的波動引起塑件尺寸誤差隨塑件的尺寸增大而增大。在計算成型零件時，所用到的收縮率均用平均收縮率來表示 S = 2 Smin-Smax 100% 式中 S 塑件的平均收縮率； Smax 塑料的最大收縮率； Smin 塑料的最小收縮率。 計算公式參考教材 P151 式（ 5-18）： (LM)0z =(1+ S )LS(0.50.75)0z 作者：陳 泳良 24 式中 S 表示塑料的平均收縮率； (S =0.55%) LS 表示塑件的基本尺寸； 表示塑件尺寸的公差； Z 取 /3。 當制件的尺寸較大、精度級別較底時式中取 0.75，當精度級別較高時式中取 0.5。本塑件為鼠標的外殼其精度要求較高，故在本設計中取 0.75。 腔深度的計算 ： 2.52 型心尺寸的計算 型心尺寸的計算公式參考教材 P151 式 5-19： (LM)0 z =(1+ S )LS+0.750 z 式中 S 表示塑料的平均收縮率； (S =0.55%) LS 表示塑件的基本尺寸； 表示塑件尺寸的公差； Z 取 /3。 當制件的尺寸較大、精度級別較底時式中取 0.75，當精度級別較高時式中取 0.5。本塑件為鼠標的外殼其精度要求較高，故在本設計中取 0.75。 型芯高度尺寸的計算 運用平均收縮率法： (hm) z =（ 1+Scp） LS+1/3 z H 型芯高度尺寸（ mm） z 型芯高度制造公差（ mm） (hm) =(1+0.55%) 14+0.16/3 =14.097 作者：陳 泳良 25 中心距離的尺寸計算 中心距離尺寸的計算公式參考教材 P151 式 5-22： (CM) Z/2=(1+S ) CS Z/2 式中 S 表示塑料的平均收縮率； (S =0.55%) CS 表示塑件的基本尺寸； 表示塑件尺寸的公差； Z 取 /3。 2.53 模具型腔側壁和底版厚度的計算 塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底版厚度過小，可能因硬度不夠而產生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足產生翹曲變形導致溢料和出現飛邊，降低塑件尺寸精度和順利脫模。因此，應通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚。 矩形型腔的結構尺寸計算 在本模具設計中采用了整體矩形型腔。 整體式矩形型腔，這種結構與組合式型腔相比剛度較大。由于底板與側壁為一體，所以在型腔底面不會出現溢料間隙，因 此在計算型腔壁厚時變形量的控制主要是為保證塑件尺寸精度和順利脫模。矩形板的最大變形量發(fā)生在自由邊的中點上。壁厚的計算公式參考模具設計與制造手冊表 2-158 凹模側壁和底板厚度的計算。 S= 3 4Ecpa 式中 C 常數，其值由型腔的高度與型腔的長度之比確定。因型腔的 查教材表 5-17 矩形型腔壁厚推薦尺寸，取 45 mm。所以本模具型腔的壁厚值為 45 mm。 底板厚度計算 . 由于熔體壓力，板的中心將產生最大變形量。按剛度條件，作者：陳 泳良 26 型腔厚度為 h= 3 4Epdc 式中 C， 常數，其值由型腔的高度與型腔的長度之比確定。因型腔的高度與型腔的長度之比 =14/119.52=0.117135，查手冊得C=1.4； P 型腔壓力，一般取 2545MPa，在此取 40 MPa； a 型腔的深度。其值為 10.； E 彈性模量。鋼的取 2.1 105； 允許變形量，查教材表 5-12ABS 為 0.05，在此取 0.01。 h=3 4Epdc =3 01.0101.2 84400226.0 5 4 =32.17 mm 查手冊的推薦值在此取 37 mm。 動模墊板厚度的確定 查模具設計與制造手冊動模墊板厚度的推薦值，塑件在分型面上的投影面積為（ 119.52 64） 2=15298.56 合 152.98，在100200 的范圍內，則墊板的厚度為 3040，在此取 40mm。 2.6 推出機構的設計 推出機構的設計主要考慮以下幾項的原則： 1. 推出機構應盡量設計在動模的一側； 2. 保證塑件不因推出而變形損壞； 3. 機構簡單動作可靠； 4. 保證良好的塑件外觀； 5. 合模時的真確復位。 在本模具的設計過程中采用推桿的形式對塑件進行脫 模，其具體的布置情況考慮平衡受力的原則。 作者：陳 泳良 27 2.61 脫模力的計算 注射成型以后，塑件在模具中冷卻定型，由于體積收縮，對型腔產生包緊力，塑件必須克服磨擦阻力才能從模腔中脫出。 按力的平衡原理，列出平衡方程式： Ft=AP(cos-sin) 在式中 塑料對鋼的摩擦系數，約為 0.10.3； A 塑件對型芯的包容面積； P 塑件對型芯的單位面積上的包緊力 ,模內冷卻一般?。?0.81.2） 107；在此取中間值 1.0 107。 Ft 脫 模力； 型芯的脫模斜度，在本模具中為 40 。 先計算 A 值： A=（ 10 64.98+119.52 10） 4=7380 Ft=Ap(cos-sin) =7380（ 0.2 cos40 -sin40） =7.3 106KN。 2.7 側向分型與抽芯機構的設計 在給定的制件外形分析，成型時可用側向分型機構來完成，但使模具結構復雜?？紤]到要實現制件的外形，觀察其外形形狀，在 內 兩側邊可以用側向抽芯實現成型，在型腔與型芯之間用一鑲塊的型芯來成型，必須用抽芯機構進行成型，這樣可以把模具結構簡化，降低制造成本。 在本模具設計過程中采用的是機動側向抽芯機構。 抽芯距離的確定和抽芯力的計算： 為了安全的起見，側向抽芯距離通常比塑件上的側孔、側凹的深度或側向凸臺的高度大 23mm。 抽芯距用 s 表示，則 s=s1+23mm=2+2=4mm。 抽芯力的計算：對于側向抽芯的抽芯力，往往采用如下的公式進行估算： Fc=chP(cos-sin) 在式中 塑料對鋼的摩擦系數，約為 0.10.3； c 側型芯成型部分的截面平均周長 (m)； h 側型芯成型部分的高度 (m)；本模具為 9mm 作者：陳 泳良 28 P 塑件對型芯的單位面積上的包緊力 ,模內冷卻一般?。?0.81.2） 107；在此取中間值 1.0 107。 Fc 導向機構是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式。本模具采用導柱導向定位。 一、導向機構的作用 1、定位作用 模具閉合后，保證動定模或上下模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸精確；導向機構在模具裝配過程中也起了定位作用，便于裝配和調整。 2、導向作用 合模 時，首先是導向零件接觸，引導動定?；蛏舷履蚀_閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。 3、承受一定的側壓力 塑料熔體在充型過程中可能產生單向側壓力，或者由于成型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側壓力，以保證模具的正常工作。若側壓力很大時，不能單靠導柱來承擔，需增設錐面定位機構。 導柱導向機構的主要零件是導柱和導套，導柱和導套均采用標準件。導柱設置在動模一側，導柱固定端與模板之間采用 H7/m6的過渡配合：導柱的導向部分采用 H7/f7的間隙配合，而導套用H7/r6的配合鑲入模板。 一、 導套和導 柱 （一）導柱 1、導柱的結構形式 導柱采用 1表 2-111 標準形式，這種形式結構簡單，加工方便，用于簡單模具。 2、導柱結構和技術要求 (1) 長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出812mm，以避免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔。 (2) 形狀 導柱前端應做成錐臺形或半球形，以使導柱順利進入導向孔。 (3) 材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用 Y8、 T10 鋼經淬火處理，硬度為 HRC5055。導作者：陳 泳良 29 柱固定部分表面粗糙度 Ra 為 0.8 m,導向部分表面 粗糙度 Ra 為0.80.4 m。 (4) 配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用 H7/m6 或H7/k6 的過渡配合；導柱的導向部分通常采用 H7/F7 或 H8/f7 的間隙配合。 （二）導套 1、導套的結構形式 本模具的結構形式采用 1表 2-114 形式，這種形式結構較簡單，便于加工。 2、導套的結構和技術要求 (1) 形狀 為了使導柱順利地進入導套，在導套的前端應倒圓角，導柱孔最好作成通孔，以利于排出孔內空氣及殘渣廢料。如模板較厚，導柱孔必須作成盲孔時，可在盲孔的側面打一小孔排氣。 (2) 材料 導套與 導柱用相同的材料或同合金等耐磨材料制造，其硬度應低于導柱硬度，以減輕磨損，防止導柱或導套拉毛。導套固定部分和導滑部分的表面粗糙度一般為 Ra0.8 m。 (3) 固定形式及配合精度 導套用環(huán)形槽代替缺口，固定在定模板上。用 H7/f7 或 H7/k6 配合鑲入模板。 2.8 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 注射模的溫度對塑料熔體的充模流動、固化定型、生產效率及塑件的形狀和尺寸精度都有重要的影響。注射模中設置溫度調節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產品質量和較高的生產率。 根據 ABS 塑料的成型工藝，本模 具只要設置冷卻系統(tǒng)即可。 一、冷卻系統(tǒng)的計算 冷卻系統(tǒng)的計算包括熱傳導面積的計算、溫控介質通道的尺寸和介質用量的確定以及通道回路的排布等，這些工作是注射模設計中的一個難點。這里略，其參數根據資料推薦值選則。 二、冷卻系統(tǒng)的設計準則 為了提高冷卻效率和爭取型腔表面溫度的均勻和穩(wěn)定，在系統(tǒng)的綜合設計中應遵守生產中的約定原則。在管道回路布置時，還需要進一步考慮型腔的形狀和尺寸，并使加工方便和密封效果好。冷卻水道的設計原則如下： 作者：陳 泳良 30 1. 冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大； 2. 冷卻水道至型腔表面距離應盡量相等個； 3. 澆口處加強 冷卻； 4. 冷卻水道出、入口溫差應盡量?。?5. 冷卻水道應沿著塑料收縮的方向設置。 還有冷卻水道應盡量避免接近塑件的熔接部位，以免產生熔接痕，降低塑件的強度；冷卻水道應易于清理，一般水道孔徑為10 （不小于 8）。 根據中間板的厚度和型腔尺寸，參考設計手冊推薦值，在中間板中開設 5 條直通式冷卻水道，直徑為 10 ，具體布局參間零件圖。 冷卻水道和外界的連接采用標準件水嘴連接。 2.9 注射機參數的較核 由于選用 XS-ZY-250 注射機，其裝模高度在 250-370 之間而本模具的總高度是 355.5，在裝模的范圍之內。 塑件在分型 面上的投影面積為（ 112 82） 2=18638 合 186.38，而 XS-ZY-250 注射機的最大注射面積是 500 cm2，也在合格的范圍內。所以在前面的初選用 XS-ZY-250 注射機是符合本模具的要求的。 第 3 章 繪制裝配圖和零件圖 裝配圖是機械設計中設計意圖的反映，是機械設計、制造的重要技術依據。在部件和零件設計和制造及裝配時，都需要裝配圖。本模具裝配圖表達了模具的工作原理、零件的安裝配合關系和各零件的主要結構形狀以及裝配、檢驗和安裝時所需要的尺寸和技術要求。 本套圖紙中還有一張型芯組件圖，表達了主型芯 、鑲塊和動模板之間的位置和配合關系。 零件圖是設計部門提交給生產部門的重要技術文件，它更具體的反映了設計者的意圖，表達了機械或部件對零件的要求（包括對零件的結構要求和制造工藝的可能性、合理性要求等），是制作者：陳 泳良 31 造和檢驗零件的依據。本套模具圖紙中詳細標注了零件的各個尺寸和公差，位置公差和粗糙度等。 在設計中繪圖主要用計算機繪圖，使用的軟件主要有：Pro/Engineer、 Auto CAD2002 等。 在繪制塑件圖、裝配圖和零件圖時，由于自己的水平有限，出了很多的錯誤和標注不合理的地方，經過多次改正，不斷提高圖紙質量 。 第 4 章 注射件成型缺陷分析 模具設計制造完后，要進行試模。由于設計存在的缺陷，可能會出現這樣那樣的問題，因此要根據具體的情況及時解決，不要在正式生產中產生類似的問題和缺陷。 以下表 4注射模成型缺陷分析及解決方法。 表 4 注射塑件成型缺陷分析 序號 成型缺陷 生產原因 解決措施 1 制 制品形狀欠缺 1.料筒及噴嘴溫度偏低 2.模具溫度太低 3.加料量不足 4.注射壓力不足 5.進料速度慢 6.鎖模力不夠 7.模腔無適當排氣 8.注射時間太短，柱塞或螺桿回退時間太早 9.雜物堵塞 10.流 道澆口太小，太薄、太長 提高料筒及噴嘴溫度 提高模具溫度 增加料量 提高注射壓力 調節(jié)進料速度 增加鎖模力 修改模具，增加排氣孔 增加注射時間 清理噴嘴 正確設計澆注系統(tǒng) 2 制品滋邊 1.注射壓力太大 2 鎖模力過小或單向受力 . 3.模具碰損或磨損 4.模具間落入雜物 5.料溫太高 降低注射壓力 調節(jié)鎖模力 修理模具 擦凈模具 降低料溫 作者：陳 泳良 32 6.模具變形或分型面不平 調整模具或磨平 3 熔合紋 明顯 1. 料溫過低 2. 模溫低 3. 擦脫模劑過多 4. 注射壓力底 5. 注射速度慢 6. 加料不足 7. 模具排氣不良 提高料溫 提高模溫 少擦脫模 劑 提高注射壓力 加快注射速度 加足料 通模具排氣氣孔 4 黑點及 條紋 1. 料溫高 ,并分解 2. 料筒或噴嘴結合不嚴 3. 模具排氣不良 4. 染色不均勻 5. 物料中混有深色物 降低料溫 修理接合處 ,出去死角 改變模具排氣 重新染色 將物料中深色物取締 5 銀絲、斑紋 1.料溫過高 ,料分解物進入模腔 2.原料含水分高 ,成型時氣化 3.物料含有易揮發(fā)物 迅速降低料溫 原料預熱或干燥 原料進行預熱干燥 6 制品變形 1. 冷卻時間短 2. 頂出受力不均 3. 模溫太高 4.