總體方案設計圖3.1圓形塑料水槽藍圖在本項目規(guī)劃中，首要任務是對圓形塑料水槽的藍圖進行全面解析和理解，掌握其尺寸規(guī)格和精度標準，清晰定義其制造需求。接下來，對塑料部件進行工藝評估，同時兼顧經濟效益和實際操作性，以決定最佳成型方法。進一步深入，需分析塑料件的構造，設定適宜的工藝流程，力求在保證結構設計和精度的同時，盡量簡化模具構造，設計出一套實用且高效的模具方案，為后續(xù)設計步驟提供關鍵數據支持。之后，進入模具設計階段：選擇合適的注塑機，確定分型線位置和型腔數量；緊接著，設計模具的澆注、排氣系統(tǒng)，成型零件，合模導向機構，推出機構以及溫度控制體系，并對各項參數進行驗證。最后階段，繪制模具的整體裝配圖和各個零部件圖，以此達成完整的模具設計目標。3.3成型方案對比為了確保注射成型過程的順利進行以及獲得高質量的成品，準備工作至關重要。首先，對塑料原料進行細致的外觀評估，包括色澤、顆粒細膩度和一致性等方面的檢查，如有必要，還需進行工藝性能測試。特別是對于吸濕性較強的塑料，如尼龍、聚碳酸酯和ABS，需確保在成型前進行充分的預熱干燥處理，以避免因水分和揮發(fā)物質過多導致成品出現氣泡、銀紋等問題。在生產過程中，如果更換塑料種類、調整顏色或遇到熱分解等情況，料筒清洗是必不可少的步驟。此外，為了提高塑料制品的脫模性，模具腔或型芯可能需要涂抹脫模劑。針對本次設計的制件，我們考慮使用PP、ABS和PC中的任何一種，因此接下來將對這三種塑料進行深入的對比分析，以便選擇最適宜的材料。PP，即聚丙烯，它無味、無色且無毒，外觀類似聚乙烯，但更透明且輕盈，密度僅為0.91g/cm3。它不吸水，表面光澤良好，易于染色。相較于聚乙烯，聚丙烯的抗拉強度、抗壓強度和硬度更高，且具有優(yōu)良的彈性和抗彎曲疲勞性能。例如，經過數百萬次彎曲的聚丙烯一體鉸鏈依然完好無損。其熔點為164~170℃，耐熱性強，適合高溫消毒。然而，PP在低溫下易脆化，應在-15℃以上使用。其高頻絕緣性能優(yōu)秀，且不吸水，因此絕緣性能穩(wěn)定。然而，聚丙烯容易在氧氣、熱和光的作用下分解老化，因此需要添加防老化劑。由于聚丙烯成型時收縮明顯，可能會出現縮孔、凹陷和變形，因此模具設計需考慮充足的冷卻系統(tǒng)，適宜模溫應保持在80℃左右，避免低于50℃，否則可能導致表面光澤不佳或熔接痕跡，過高的溫度還會引發(fā)翹曲問題。ABS：一種由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三元共聚而成的復合材料，其獨特的組分特性賦予了它卓越的綜合機械性能。丙烯腈強化了ABS的耐化學侵蝕性和表面硬度，丁二烯使其具備優(yōu)異的韌性，而苯乙烯則提升了其加工性和著色性。ABS無害無味，呈現出淡黃色彩澤，制成的塑料制品閃耀光澤，其密度在1.02~1.05克每立方厘米之間。即使在低溫環(huán)境中，ABS的抗沖擊強度也保持穩(wěn)定。此外，它還展現出良好的機械強度、耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性以及優(yōu)良的電性能和化學穩(wěn)定性。盡管水、無機鹽、堿和大多數酸對ABS影響不大，但酮、醛、酯和氯代烴可能會導致溶解或形成混濁狀態(tài)，且長時間接觸某些烴類物質會導致軟化。ABS表面易受冰醋酸和植物油等化學物質侵蝕，可能引發(fā)應力裂紋。ABS具有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于塑造加工，并能通過調色實現各種顏色。然而，它的耐熱性能有限，正常工作溫度約在70℃，熱變形溫度大約在93℃左右。此外，ABS在紫外線照射下會變得脆硬，且在升溫過程中粘度增加，因此需要較高的成型壓力，脫模角度需適當增大。由于其吸濕性強，成型前需進行干燥處理，以避免熔接痕跡。模具設計時，應盡量減少澆注系統(tǒng)的阻力。在常規(guī)成型條件下，壁厚、熔料溫度和收縮率的影響微乎其微。若追求高精度，模具溫度應控制在50~60℃，而若注重光澤度和耐熱性，則需調整至60~80℃。PC：聚碳酸酯，一種卓越的工程熱塑性塑料，其密度為1.2克/立方厘米。其本體略帶微黃，添加淺藍調后能呈現近乎透明的特性，光學透過率高達約90%。它兼具韌性與剛性，在熱塑性塑料中沖擊抗性強，成型后的零件精度極高，并能在寬廣的溫度變化中保持尺寸穩(wěn)定性，成型收縮率穩(wěn)定在0.5%至0.8%之間。聚碳酸酯表現出良好的抗蠕變性、耐磨性以及適應廣泛的溫度范圍，即使在-100°C以下仍能保持良好性能，長期工作溫度可達120°C。盡管吸濕性較低，但對濕度敏感，加工前需充分干燥，以防出現缺陷。由于熔融溫度高、粘度大，流動性較差，注塑過程中需要高溫高壓條件。鑒于其對溫度敏感的粘度特性，通常通過升高溫度提升流動性。這三種塑料各有獨特的性能，它們在各自的行業(yè)領域中發(fā)揮著關鍵作用，皆為熱塑性材料。因此，在進行注射分析和選擇注塑機時，熱塑性特性是首要考慮因素。查閱“塑料注射工藝參數”資料后，我們獲得了如下的具體參數表格：表3.1三種塑料的塑性PPABSPC注射機類型螺桿式螺桿式螺桿式螺桿轉速/(r/min)30?6030?6020?40噴嘴形式直通式直通式直通式溫度/C170-190180?190230?250料筒溫度/℃前段180?200200-210240?280中段200?220210?230260?290后段160~170180-200240?270模具溫度/℃40?8050?7090?110注射壓力/MPa70?12070?9080?130保壓壓力/MPa50?6050?7040?50注射時間/s0?53?50?5保壓時間/s20?6015?3020?80冷卻時間/s15?5015?3020?50成型周期/s40?12040?7050?130生產效率和設備利用率在很大程度上取決于成型周期的時間，因此，在確保品質的基礎上，應盡可能地減少各階段的時間消耗。在全部成型過程中，注射期和冷卻期尤為關鍵，它們對塑料制品的質量起著決定性作用。對比三種塑料的參數，PP的注射時間可以更短，有利于提升生產效率。冷卻時間方面，PP和ABS都較短，然而，考慮到ABS的連續(xù)工作溫度為70oC，而圓形塑料水槽可能需在高溫下運作，且其較低的密度意味著更輕的重量，這對日常用品的使用體驗至關重要。綜合考慮，選取PP作為圓形塑料水槽的制造材料是較為理想的選項。3.4結構工藝性分析3.4.1塑件的結構分析為了獲得高質量的塑料制品，除了選擇適宜的原材料之外，還需充分考慮制品的結構工藝性。這將確保制造過程的順暢，同時滿足成本效益，以最低的費用生產出符合標準的產品。在規(guī)劃塑料制品結構工藝性設計時，需遵循以下原則：（1）設計階段應充分考慮所選材料的成型特性，如流動性和收縮率。（2）設計時需同步考慮模具的整體構造，確保型腔易于制造，以及抽芯和推出機構簡潔。（3）在確保制品的功能性、物理性能、電氣性能、耐化學侵蝕性和耐熱性等條件下，盡可能簡化結構，保持壁厚均勻，提高使用的便利性。（4）對于外觀要求嚴格的制品，應先進行造型，再逐步繪制詳細圖紙。結構工藝性設計的關鍵點包括尺寸與精度、表面光潔度、形狀、壁厚、斜度、加強筋和圓角等：（1）尺寸及精度。塑件的尺寸精度受多種因素影響，如模具制造精度、塑料收縮率的變化、成型條件及模具結構。因此，通常塑件的精度并不高，設計時應在滿足功能需求的前提下選擇較低的精度等級。本設計中，已選定塑料類型，依據塑料制件的公差標準，選擇精度等級6。（2）表面光潔度。塑件的表面質量主要由模具型腔的光潔度決定。通常，模具表面的光潔度應比制品低1到2級，制品的Ra值一般在0.8至0.2之間。在模具使用過程中，若型腔磨損，應及時拋光恢復。透明制品要求型腔和型芯光潔度一致，而不透明制品的光潔度則根據實際用途決定。在本設計的圓形塑料水槽中，考慮到使用場景，盛水面的內側光潔度設定為0.8um，其他面為1.6um。（3）形狀。制品內外表面的設計應在滿足功能需求的基礎上，有利于成型，避免采用復雜的側向抽芯機構。本次設計的圓形塑料水槽結構簡單，無需采用抽芯機構。（4）出模傾斜角度。在塑件冷卻過程中，其尺寸會有所收縮，這可能導致其緊密附著于模具的凸出部分。為了順暢脫模并保護塑件表面免受刮痕或磨損，設計時需考慮與其脫模方向平行的內外表面應具備適當的傾斜度。針對本設計的圓形塑料水槽，我們發(fā)現只有底部的8mm區(qū)域與脫模方向平行。參考常見塑料制品的出模參數，聚丙烯（PP）型腔的傾斜度通常在25°至45°之間，而型芯的傾斜度則在20°至45°，鑒于底部位于型腔內，故將型腔的傾斜度設為30°。（5）壁厚設定。塑件所需的壁厚不僅關乎其在正常使用中的強度和穩(wěn)定性，而且對塑料的流動性至關重要。熱塑性塑料的一般壁厚范圍為1至4mm。過厚的壁會導致氣泡形成、凹陷出現，并且不利于冷卻。通過分析，我們的設計中采用了2mm的壁厚。3.4.2計算塑件的體積和重量在塑料制品的設計與生產過程中，精確計算塑件的體積與重量是至關重要的。這些數據不僅對于選擇適當的注射機型號必不可少，同時也是確定模具型腔數量的重要參考。借助先進的UG軟件，可以高效且精確地得出這些關鍵參數，從而優(yōu)化生產流程?？紤]到圓形塑料水槽的體積已通過UG軟件精確計算得出，即V1=883284.88,mm3，結合所使用的PP塑料的密度ρ，即M在注射模塑過程中，澆注系統(tǒng)是連接注射機和模具型腔的熔融塑料流動的通道。其設計對塑件的質量和生產效率有顯著影響。澆注系統(tǒng)的體積V2經計算為166,cm3M綜上所述，通過對塑件及澆注系統(tǒng)的精確計算，不僅為選擇合適的注射機提供了數據支持，同時也為優(yōu)化模具設計和提高生產效率奠定了基礎。這種基于UG軟件的計算機輔助設計方法，在現代塑料制品的生產中發(fā)揮著越來越重要的作用。

4.1注射機的選取選擇合適的注塑機是決定性的，因為它的一系列參數必須與模具保持協(xié)調，否則將導致操作困難。這也構成了我們挑選注塑機的核心依據。計算涉及多種因素，包括注射容量、合模力、注射壓力、拉桿間距、模具的最大和最小厚度、推出方式、推出位置、推進行程以及開模距離。接下來，我們將通過計算這些參數來確定適宜的注塑機類型。4.1.1注射量的計算在塑料注射成型工藝中，注射量是一個至關重要的參數，它指的是注射機在對空注射的條件下，一次所能注射的最大塑料體積或質量。對于螺桿式注射機而言，當需要注射的塑料材料變更時，其注射量的計算方式也會相應調整。注射量的計算公式涉及多個因素，包括注射機的最大注射量、澆注系統(tǒng)凝料量、單個塑件的質量以及型腔數目等。具體計算公式如下：n≤其中：K是注射機最大注射量的利用系數，通常取值為0.8，以確保注射過程的安全性和穩(wěn)定性。mpm1m是單個塑件的質量，單位克（g）。n為型腔數目，在這個場景下我們取n=1。上述公式中的mp、m1和m也可以以體積單位立方厘米根據之前計算的結果，我們可以得出注射機的最小必要注射量。經過計算，為了確保正常的生產過程，注射機的最大注射量應滿足mp≥1022.95,g或以體積表示4.1.2最大注射壓力與模腔壓力的計算在塑料注射成型工藝中，最大注射壓力是一個核心參數，它代表了注射過程中柱塞或螺桿前端熔融塑料所受到的最大壓力，通常用符號P來表示。然而，由于多種因素的影響，如注射機類型、噴嘴設計、塑料的流動特性、澆注系統(tǒng)的結構以及型腔內的流動阻力，熔融塑料在進入模腔時的實際壓力往往遠低于這個最大值。為了更好地評估實際注射過程中的壓力情況，引入了一個名為有效注射壓力的概念，其計算公式為：P其中，KP在選擇合適的注射機時，必須考慮其最大注射壓力是否滿足生產要求。這里的關鍵是確保注射機能夠提供的最大注射壓力不小于模腔內的壓力，即PM為了確保注射機的選擇滿足生產需求，我們需要進行以下計算：P其中，Pinj是注射機需要提供的最小最大注射壓力。將已知的PM=30,MPaP這意味著所選注射機的最大注射壓力應至少為90MPa，以滿足模腔內30MPa的壓力要求，同時考慮到壓力傳遞過程中的損失。這樣的計算和選擇過程確保了注射成型過程中的穩(wěn)定性和產品質量。4.1.3鎖模力的計算在注射成型工藝中，鎖模力是一個至關重要的參數。它指的是注射機在注射過程中能夠提供的防止模具意外打開的最大鎖緊力，通常用符號F來表示。為了確保模具在高壓注射過程中保持穩(wěn)定，注射模從分型面漲開的力必須小于注射機的額定鎖模力。計算鎖模力的公式如下：F≥n×(其中：F是注射機的額定鎖模力，單位為牛頓（N）。As和Aj分別是塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積，單位為平方mm（Pmn是模具型腔數，本例中取值為1。為了計算所需的鎖模力，我們首先需要確定塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積。簡化起見，我們將兩者的面積合并計算，并假設其總和為As將已知數值代入公式，我們得到：F≥1×254152,這意味著所選注射機必須能夠提供至少7624.6千牛的鎖模力，以確保在30Mpa的模腔內壓力下，模具能夠保持穩(wěn)定不被漲開。這一計算對于選擇合適的注射機以及確保注射過程的穩(wěn)定性和產品質量至關重要。4.1.4確定注射機型號根據以上的參數選取注射機型號為：BL1480EK14500/14800，參數如下所示。表4.1注射機參數型號DUO3550/900鎖模力/KN1510^14800額定注射量/cm'1959最大成型面積/cm32425螺桿直徑/mm120最大開合模行程/mm1550注射壓力/MPa187模具最大厚度/mm1450注射行程/mm680模具最小厚度/mm680注射方式螺桿式噴嘴圓弧半徑/mm18噴嘴孔直徑/mm5.54.2分型面的設計在模具設計過程中，關鍵環(huán)節(jié)之一是合理劃分分型面，它涉及到模具結構、成本、操作難度以及塑件的質量等多個方面。分型面的設計不僅要確保塑件能順利脫模，還要兼顧其尺寸、形位精度和表面完整性。為了達到這些目標，設計者需精細權衡多種因素，如塑件在模具中的定位、澆注系統(tǒng)的配置、結構工藝性、嵌件布局、推出機制、模具制造技術、排氣系統(tǒng)以及生產流程等。在決定分型面的位置時，有幾項基本原則須遵循：首先，應將分型面置于塑件最大外形輪廓線上，這樣能確保塑件能順利從模具中脫出；其次，分型面的選擇應利于脫模過程，不應阻礙；第三，為了滿足高精度要求，尤其是同心度高的部件，應將它們安置在同側型腔內；第四，考慮到外觀質量，分型面應避開光滑表面或圓弧轉折處，以防出現溢流飛邊的缺陷；第五，方便加工制造也是分型面選擇的重要考量；最后，良好的排氣通道設計不可忽視。在本次設計中，選擇了塑件最大輪廓線作為分型面，這有助于簡化留模步驟，提高脫模效率，同時保證了塑件的精度和外觀美觀。這樣的設計還便于模具的加工制造，減少了分型面投影面積，避免了因填充過滿而引起的溢料問題，并且與塑料熔體填充路徑的終點型腔壁無縫對接。鑒于塑件的特定形狀，開模后塑件留在動模一側，因此在動模一側設置了頂出裝置，以便于整體操作。4.3澆注系統(tǒng)設計澆注體系是指從注塑機噴嘴至成型腔間的物料輸送路徑，它是模具設計的關鍵部分。澆注系統(tǒng)的布局直接影響塑件的特性、尺寸精度、內外部品質，以及模具構造和塑料材料的使用效率。在規(guī)劃澆注系統(tǒng)時，需緊守以下基本準則：（1）熟悉塑料的成型特性；（2）力求消除或降低熔接線的出現；（3）確保氣體能有效從型腔內排出；（4）防止型芯發(fā)生形變和嵌件的位置移動；（5）傾向于采用短流程以充分填充型腔；（6）驗證流動長度與流動截面面積的比例合理性。4.3.1主流道設計（1）主流道的設計通常采納表面積與體積比率最低的圓形截面，以減少塑料熔體流動時的阻力和熱量損失。在臥式或立式注塑機應用的模具中，主流道與分型面垂直，并采用圓錐結構，錐角范圍為2°至6°，過大則可能導致流體紊亂，吸入空氣；過小則可能導致凝固物料難以脫模。主流道中心應位于模具內塑料水平分型面投影面積的幾何中心。錐形孔壁需平滑，其表面粗糙度要求達到Ra=0.4μm。（2）主流道的小端直徑d依據制品重量、填充需求及選定的注塑機規(guī)格來設定，通常在2至8mm之間。為配合注塑機噴嘴，主流道起始端應設計成球形凹槽，凹槽半徑R與注塑機噴嘴的球面半徑相對應。球形凹槽深度通常為3至5mm，或(1/3至2/5)R。主流道長度L基于動模座板的厚度，但在保證成型的前提下應盡可能縮短，以減小壓力損失和塑料消耗。參照DUO3550/900型注塑機的噴嘴參數：噴嘴前端孔徑：d0=5.5mm；噴嘴前端球面半徑：R0=45mm；依據主流道與噴嘴的匹配關系：R=R0+(1~2)mm；d=d0+(0.5~1)mm；據此設定主流道球面半徑R為20mm；主流道小端直徑d設為6mm；主流道錐角設定為ɑ=4o。為了易于從主流道中移除凝固材料，主流道被設計成1°至3°傾斜的圓錐形，計算得出其大端直徑D為19mm。如下圖所示。圖4.1主流道示意圖4.3.2分流道設計在塑料模具設計中，分流道扮演著至關重要的角色。它作為主流道末端與澆口之間的熔體通道，不僅引導塑料熔體流向各個型腔，還確保熔體能夠以平穩(wěn)且均衡的流態(tài)進入每個型腔。針對本次設計的圓形塑料水槽，采用了自動脫凝料的三板模模架，分流道被巧妙地設計在定模座板上。為了實現自動脫凝料的功能，我們選擇了梯形截面作為分流道的形狀。這種設計不僅便于凝料的自動脫出，而且梯形截面分流道的加工也相對容易，同時熱量和壓力損失均保持在較低水平。梯形截面分流道的尺寸設計是基于一系列的經驗公式。在本次設計中，我們使用了以下公式來確定梯形的大底邊寬度：b=0.2654其中，b代表梯形的大底邊寬度（mm），m是塑件的質量（g），而L是分流道的長度（mm）。通過計算，我們得出梯形的大底邊寬度約為30mm，梯形的高度則取其三分之二，即20mm。此外，梯形的側面斜角通常設置在5o至10o之間，以確保熔體的順暢流動。考慮到本次設計的圓形塑料水槽體積相對較大，我們選擇了通過三個點澆口進行進膠。經過精心設計，分流道的長度確定為270mm，這一長度能夠確保熔體均勻且穩(wěn)定地流入各個型腔。在分流道的表面粗糙度方面，我們特別注意到了分流道與模具接觸的外層塑料會迅速冷卻的現象。為了確保內部的熔體能夠保持理想的流動狀態(tài)，分流道的表面粗糙度被控制在一定范圍內，一般取Ra為1.6um左右。這樣的設計可以增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻后形成穩(wěn)定的絕熱層，從而確保熔體的流動性和成型質量。4.3.3澆口設計澆口，作為模具中的關鍵環(huán)節(jié)，起著連接分流道與型腔的關鍵功能。通常，它以極小的尺寸和最短的長度構成整個注塑系統(tǒng)的瓶頸。澆口的設計，無論是其位置、形態(tài)還是尺寸，對最終產品的質量和生產效率具有深遠影響。通過精心設計，澆口能有效控制熔體的填充行為，確保平穩(wěn)、有序且迅速地充滿型腔。它可以增強塑料熔體間的摩擦，促使溫度升高，同時利用剪切效應降低熔體黏度，促使快速填充。此外，它還能封閉型腔，防止熔體回流，并簡化脫模過程，減小殘留痕跡，便于后續(xù)修整。澆口的截面積一般為分流道的3%至9%，長度則保持在0.5mm到2mm之間。在本設計中，我們選擇的是點澆口，因其獨特的壓力分布特性，能夠顯著提升塑料熔體的剪切速率和熱量產生，特別適合于那些對剪切速率敏感的塑料，如聚乙烯和聚丙烯等在薄壁成型中的應用。針對具體產品和模具結構，我們采用了直徑為2mm的直錐形點澆口設計，直接與制品接觸。這種設計不僅簡化了模具結構，使得后處理步驟簡便，提高了工作效率，而且有利于模具的機械加工，保證了澆口的精確加工。在試模階段，調整澆口尺寸變得相當容易，進一步優(yōu)化了整個工藝流程。4.4排溢系統(tǒng)的設計在塑料熔體填充模具型腔的過程中，必須確保型腔及澆注系統(tǒng)的空氣以及由塑料加熱或固化釋放出的低分子揮發(fā)性氣體能有效排出。如果氣體未被充分排除，這可能導致一系列成型問題，如氣泡、接縫、輪廓模糊和填充不足。此外，積聚的氣體在高壓下體積收縮，可能引起塑件部分碳化或出現燒焦痕跡（表現為褐色斑點）。同時，這些氣體還可能產生反作用力，減緩填充速度。因此，設計模具時，排氣方案是不可或缺的考量因素。對于排氣不暢導致的局部填充難題，可以設置溢流槽，它不僅能容納冷料，也能幫助排出一部分氣體，這種策略往往效果顯著。注射模具通常采取以下三種排氣方法：（1）通過配合間隙排氣（2）在分型面上設置排氣槽（3）使用排氣塞進行排氣在設計這款塑料模具時，我們選擇了利用配合間隙排氣。通過推桿、型芯以及模板之間的微小間隙（間隙大小不超過0.05mm，通常設定在0.03至0.05mm之間）來實現排氣功能。4.5成型零件工作尺寸的計算塑料模具的構建元素，如凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等，它們共同塑造出制品的形態(tài)和規(guī)格，起著至關重要的作用。在模具運行過程中，這些部件直接接觸塑料原料，承受著高溫熔融物的壓力沖擊以及脫模時的摩擦力。因此，設計這些成型零件不僅要求精確的幾何構造，高精度的尺寸控制，以及平滑的表面處理，更需注重其結構的合理性，確保具備足夠的強度、剛性和優(yōu)良的耐磨損性。在設計過程中，設計師需充分考慮塑料的特性、使用環(huán)境的需求，以及模具的分型面、澆口布局、脫模方式和排氣通道等因素。所有這些要素共同決定了模具型腔的整體布局。具體來說，就是基于目標產品的尺寸，通過計算來確定每部分成型零件所需的空間。同時，對于關鍵承載區(qū)域，還需要進行強度和剛度的嚴格驗證，以確保模具的穩(wěn)定性和耐用性。4.5.1成型零件的結構設計在模具構建中，關鍵組件涵蓋凹模、型芯、嵌件、成型棒和成型環(huán)，其中設計的核心元素為凹模和型芯。（1）凹模：作為塑件外部形狀的關鍵元件，凹模又名型腔，其構造根據類型分為單一整體和復合結構。整體式凹模源自單一金屬模板，優(yōu)點在于堅固穩(wěn)定，不易形變，無拼接痕跡，然而制造過程復雜且不利于熱處理；而復合結構，如整體嵌入式、局部鑲嵌式等，通過多個部件組合而成，能簡化工藝難度，減少熱處理時的變形風險，拼接部分留有空隙利于氣體排放，便于維護，同時節(jié)省珍貴的模具材料。本次設計選擇的是復合結構中的整體嵌入式方案。（2）型芯：負責塑造塑件內部形態(tài)的部分被稱為凸?；蛐托荆瑯哟嬖谡w式和復合式的選擇。本模具設計同樣傾向于采用復合式的型芯設計，以適應復雜的需求。4.5.2成型零部件工作尺寸的計算在塑料模具設計中，成型零件的工作尺寸是確保塑件精度的關鍵。這些尺寸直接構成塑件的型面，包括型腔和型芯的徑向尺寸、型腔的深度以及型芯的高度等。為了滿足塑件的幾何形狀和尺寸要求，我們必須根據塑件的尺寸及精度等級來確定模具成型零件的工作尺寸及其精度等級。影響塑件尺寸精度的因素眾多，包括塑料的收縮率、模具成型零件的制造誤差、磨損以及安裝配合誤差等。在設計時，我們必須充分考慮這些因素，以確保塑件的精度。對于型腔的尺寸計算，首先需要確定塑料的平均收縮率。以聚丙烯（PP）為例，其收縮率通常在1%～2.5%之間，我們可以取其平均收縮率S=1.75%（即0.0175）。在選擇精度等級時，我們選用6級精度。在計算型腔徑向尺寸時，我們需要考慮塑件的平均徑向尺寸以及模具型腔的基本尺寸。通過公式計算，可以得出型腔的徑向尺寸。同時，對于型腔深度尺寸的計算，由于型腔底面的磨損很小，因此可以不考慮磨損量。對于型芯的尺寸計算，其徑向尺寸和高度也需要根據塑件的尺寸和精度要求進行計算。型芯的徑向尺寸計算與型腔類似，而型芯的高度則可以通過相應的公式得出。此外，我們還需要計算型芯之間或成型孔之間的中心距，以確保塑件的精度和裝配要求。具體的計算公式如下：型腔徑向尺寸計算公式：L其中，LM是模具型腔的基本尺寸，Ls是塑件的平均徑向尺寸，Δz型芯徑向尺寸計算公式：l其中，LM是型芯的基本尺寸，L通過這些公式，我們可以精確地計算出模具成型零件的工作尺寸，從而確保塑件的精度和質量。如下表所示。表4.2型腔的計算類別模具零件名稱塑件尺寸計算公式型腔工作尺寸型腔深度H7.10H168.665型腔徑向L6.40L56.575表4.3型芯的計算類別塑件尺寸變量計算公式型芯的工作尺寸型芯高度h?62.261徑向尺寸lll4.154徑向尺寸ddd59.8374.5.3模具型腔側壁和底板厚度的計算在塑料模具的制造過程中，型腔的設計至關重要。由于型腔在成型過程中需要承受高壓熔體的作用，因此其必須具備足夠的強度和剛度。若型腔側壁和底板的厚度設計不當，可能會導致塑性變形、破裂、撓曲變形等問題，進而影響塑件的質量和脫模的順利性。特別是對于高精度或大型模具的型腔設計，更不能僅憑經驗來設定側壁和底板的厚度，而應通過精確的強度和剛度計算來確定。在計算型腔壁厚時，需以型腔內熔體產生的最大壓力為依據。此最大壓力通常發(fā)生在注射過程中，熔體剛充滿型腔的瞬間。隨著塑料的逐漸冷卻和澆口的固化，型腔內的壓力會逐漸降低，至開模時已基本降至常壓。理論分析和實踐經驗表明，對于大尺寸模具型腔，其設計的主要矛盾往往在于剛度不足，因此壁厚的設計應以滿足剛度要求為主；而對于小尺寸模具型腔，由于其可能在發(fā)生顯著彈性變形前就已超過材料的許用應力，因此設計的重點應放在強度上。在進行組合式矩形型腔側壁厚度的計算時，可將側壁的每一邊視為受均布載荷的固支梁，其最大撓度出現在梁的中部，計算公式為：δ其中，δmaxδ式中，s代表矩形型腔側壁厚度，p是型腔內熔體的壓力，H1為承受熔體壓力的側壁高度，l是型腔側壁的長邊長，E為鋼的彈性模量，一般取值為2.06×105MPa，H給定參數為：p=30MPa,H1=168mm,l=569mm,H=216mm,s≥因此，為滿足剛度要求，型腔側壁的厚度應至少為231mm。在本次設計中，選擇了284mm的側壁厚度，這完全符合型腔側壁厚度的要求，確保了模具的剛度和穩(wěn)定性，進而保證了塑件的質量和生產的順利進行。4.6合模導向機構設計導向機構在模具中的核心功能在于確保動定?；蛏?、下模精確對接，實現穩(wěn)定的定位和導向，并能承受適度的側向壓力。在成型過程中，它確保了模具閉合的準確性和型腔的精密復制，防止型芯過早接觸導致產品受損。塑料熔體填充期間產生的側壓力，或者設備精度的影響，可能導致導柱承受額外的壓力，以保持模具的正常運行。對于高精度需求或大側壓力情況，僅依賴導柱是不夠的，這時錐面定位機制會作為補充。4.6.1導柱導向機構設計(1)導柱的構建與規(guī)格設定-長度：導柱導向部分應高于凸模端面至少8-12mm，以防止未正確導向就讓型芯進入型腔。本設計選定的導柱長度為530mm。-形態(tài)：導柱前端需設計成錐形或半球形，以方便順暢地插入導向孔。本設計選擇半球形結構。-材料：導柱表面需硬且耐磨，芯部則堅韌不易折斷，常選用滲碳淬火的20鋼或T8、T10鋼，硬度達到50-55HRC。本設計選用了經過淬火處理的T8鋼，表面粗糙度Ra分別為動模部分的mμ8.0和導套部分的mμ4.0。-安排：導柱均勻分布在模具分型面周圍，保持足夠的距離以增強模具強度（通常導柱中心到邊緣距離為其直徑的1-1.5倍）。為了確保單向閉合，導柱可以采用不對稱或等直徑對稱布局。在本模具設計中，導柱安置于動模的一側。-配合精度：導柱固定端與模板間采用H7/m6過渡配合，導向部分通常采用H7/f7的間隙配合，以確保精密連接。圖4.2導柱尺寸圖(2).導向組件的設計參數和規(guī)范①外形設計：為了確保導柱順暢導入，導套前端需設置圓弧過渡，而導柱孔則建議采用貫穿式設計，以便有效地排除內部積聚的氣體和雜質。②材質選擇：導套通常選用與導柱兼容的材料，或者耐磨的銅合金，其硬度需略低于導柱，以減緩磨損并防止產生刮痕。固定部分的表面粗糙度控制在Ra=8.0μm，導向部分則更為精細，要求Ra=4.0μm。③安裝方式與配合精度：在本設計中，導套采用H7/m6精密嵌入模板的方式進行固定，確保穩(wěn)固且具有精確的配合間隙。圖4.3導套尺寸圖4.6.2錐面定位機構的設計在制造大型、深度深邃、薄壁且需求高精度的塑料制品時，動模與定模的精密合模至關重要。針對大型薄壁容器，任何微小的合模偏心都可能導致壁厚分布不均，一側填充速度過快，這源于導柱與導向孔間的微小間隙，使得精確對齊變得困難。此外，形狀不對稱的塑件注射過程中會形成側向壓力，如果全部依賴導柱承載，可能會導致導柱卡滯，甚至引發(fā)損壞或加劇開模過程中的磨損。因此，錐面定位技術的應用顯得尤為必要，它能消除配合間隙，顯著提升定位精度。常見的錐面定位策略包括圓形錐面定位和矩形平臺錐面定位。圓形錐面定位元件嵌入模具內部，特別適用于小型到中型模具的精確定位。通過在模具內設置圍繞型腔的錐面結構，合模時模板的錐面會緊密貼合型腔周緣，這樣確保模板間定位精準，型腔與型芯間的間距均勻，從而保證制品壁厚一致性，并有助于抑制型腔的膨脹，增強其剛性。本次設計采用了圓錐定位技術，選取的錐面傾角為20°，考慮到配合要求的穩(wěn)定性，配合高度設定為至少15mm，而本設計實際選用了20mm的高度，以確保工藝的精細度和產品的高質量。如圖所示。圖4.4錐面定位機構示意圖4.7脫模機構設計4.7.1設計原則（1）確保塑料制品的外觀質量。推出機構應避免在制品表面留下明顯痕跡，推出組件應布置在不可見或非裝飾性表面，尤其對于透明零件，需謹慎選擇推出位置和元件形態(tài)。（2）防止產品在頂出時發(fā)生變形。推出力應均勻分布，最好作用在具有較大脫模阻力和良好剛性的區(qū)域，如肋板交叉的厚壁部分或柱子底部等。（3）確保機構運作平穩(wěn)且安全。為了實現脫模機構的平順運動，推出元件需要有充足的強度、剛性和耐磨損性，動作應靈活，并避免與其他機構產生沖突。（4）考慮脫模機構的經濟性和制造可行性。為了簡化加工、方便維修并降低成本，應優(yōu)先選用標準化的推出結構。4.7.2脫模力的計算在塑料模具中，當塑件冷卻定型時，由于塑料的體積收縮，其尺寸會逐漸縮小，導致塑件緊緊包裹住型芯或凸模。為了將塑件從模具中取出，必須克服由包緊力產生的摩擦阻力。特別是對于沒有通孔的殼體類塑件，在脫模過程中還需要克服大氣壓力。此外，還需考慮機構本身運動時的摩擦阻力。通常，塑件在初始脫模時所需克服的阻力最大，因此在進行脫模力計算時，我們主要關注這個初始階段。圖4.5脫模時型芯的受力分析圖4.5展示了脫模時型芯的受力分析，為了簡化計算，我們暫時忽略機構運動的摩擦阻力。根據力的平衡原理，可以列出以下平衡方程：F其中：FbFfFtα是型芯的脫模斜度。在實際操作中，抽拔型芯時，塑件對型芯的正壓力會因為摩擦力的存在而有所減小，但考慮到其他未納入計算的脫模力因素，我們可以忽略這一影響，直接將脫模時型芯所受的摩擦阻力計算為Ff=f?Fb。這里的塑件對型芯的包緊力Fb可以通過塑料的收縮應力p與塑件包裹型芯的面積A的乘積來計算，即F將上述公式整合，我們可以得到脫模力的計算公式：F對于塑料的收縮應力p，模外冷卻的塑件通常取值在（2.4～3.9）×107Pa范圍內，而模內冷卻的塑件則取值在（0.8～1.2）×1×通過三維軟件建模，我們可以得到塑件包裹型芯的面積A=202654,mm2以及型芯的脫模斜度將這些數值代入脫模力的計算公式中，我們可以得到：F因此，所需的脫模力大約為83297.29牛頓。4.7.3推出機構設計本設計優(yōu)先考慮采用滑塊推送系統(tǒng)，其推桿的定位自由度高，且大多數采用圓截面設計，便于制造和精確匹配模板或型芯孔，確保滑塊在推送過程中阻力小，動作靈活且耐用，易于替換?；瑝K推送系統(tǒng)作為最常見的設計形式，其合理性至關重要，通過巧妙布局，可以防止塑料件變形或受損。在本模具設計中，滑塊放置在受脫模阻力較大的區(qū)域，這樣可以在型芯外部或靠近側壁的部位設置，避免僅在中心推送導致塑料件頂裂。為了確保平穩(wěn)推出，塑料件受力均勻，滑塊應在強度和剛度較高的部位安裝，避開薄壁部分，如壁厚、凸緣和加強肋，以防止塑件變形。考慮到滑塊在推送過程中需要承受強大推力，而該塑料件的凸緣部分有足夠空間，因此選用大直徑滑塊，并在復位時確保其端面與分型面平行?；瑝K直徑d與模板孔采用H8/f7的緊密配合，確保精準無誤?；瑝K的工作端面在注射過程中與模具底部接觸，如果低于底部，會導致塑料件表面出現突起，影響使用。因此，滑塊安裝后，其端面需與底部平齊，或者微高0.05-0.1mm，以避免瑕疵?；瑝K的固定端與固定板采用單邊0.5mm的間隙設計，簡化了加工要求，同時能有效防止多滑塊因孔位加工誤差造成的卡滯問題?；瑝K材質選擇45#鋼，熱處理要求硬度不低于HRC50，工作端面的粗糙度需控制在mRaμ8.0以下，以確保精確運作。圖4.6推桿機構4.8溫度調節(jié)系統(tǒng)4.8.1模具溫度調節(jié)的重要性模具溫度及其調節(jié)系統(tǒng)對塑料制品的質量有著至關重要的影響。模具型腔內的溫度分布若不均勻，將導致塑料在不同溫度區(qū)域的收縮率不一致，進而在塑件內部產生應力和翹曲變形。特別是在壁厚部分和澆口附近，由于熱量較為集中，需要通過模溫調節(jié)系統(tǒng)來強化這些區(qū)域的冷卻效果。過高的模具溫度會使得塑料的成型收縮率增大，如果脫模時的溫度過高而塑件未能良好定型，那么塑件的形狀和尺寸精度將會受到影響。相反，模具溫度過低，在充模速度不高的情況下，會增加塑件的內應力，容易引發(fā)翹曲和壓力開裂，這種情況在使用黏度較大的工程塑料時尤為明顯。模具溫度還對制件的外觀質量有顯著影響。低溫會導致熔體流動性減弱，從而使制件表面輪廓模糊、無光澤，并可能出現明顯的熔接痕或充模不滿的情況。而過高的模具溫度則會使制件表面發(fā)暗，出現溢料和粘?，F象，降低制件的透明度。此外，模具溫度與生產效率之間密切相關，這種關系主要通過冷卻時間來體現。冷卻時間可由以下公式表示：t其中tc是塑件在模具內的冷卻時間，ΔT是塑料與模腔之間的溫差。這個公式表明，冷卻時間與溫差成反比。為了提高生產效率，需要在工藝條件允許的前提下，盡可能增大塑料與模腔的溫差，以縮短塑件在模內的停留冷卻時間。然而，如果模具沒有溫度調節(jié)系統(tǒng)，隨著注射次數的增加，模內的熱量會不斷積累，導致模具溫度逐漸升高，溫差ΔT4.8.2冷卻系統(tǒng)設計原則在模具的設計過程中，水回路的配置與冷卻系統(tǒng)的構建至關重要。它們通過連接外部水源，確保在生產過程中持續(xù)流動，有效地將模具內部的熱量排出，保證制品的成型質量和效率。在規(guī)劃模具冷卻系統(tǒng)時，需遵循一系列關鍵準則：首先，冷卻通道布局需精心設計。對于壁厚均勻的塑件，水孔與型腔邊緣的距離應保持一致，并盡可能與型腔形狀相符。而對于壁厚不均的件體，應增加厚壁區(qū)域的水道密度，并使其接近型腔，以強化這部分的冷卻效果。其次，考慮到模具的強度和冷卻效果，水孔與型腔表面的距離應適中。過薄的材質可能導致強度不足，易在模腔壓力下出現裂紋，而水孔過密則可能引起溫度不均，影響制品的尺寸穩(wěn)定性。通常，水孔距離型腔表面應保持在6-10mm，且不超過30mm，本設計中選擇了20mm作為標準。第三，避開可能形成熔接痕的區(qū)域設置水道，以防止缺陷的產生。為了操作便利，進出水管的位置應統(tǒng)一安排在模具的一側。此外，確保水流在通道內按特定方向連續(xù)流動，避免形成滯留區(qū)域，以維持模具溫度的均勻性。最后，合理控制水道的使用，鑒于澆口附近溫度較高，應優(yōu)先加強該區(qū)域的冷卻。一般要求模具進出口的水溫差保持在5攝氏度以內，水孔直徑推薦選用10mm。圖4.7冷卻水路示意圖4.9模架設計采用預設的模架設計方法，不僅能簡化模具設計與生產過程，一旦選定特定模架類型，就能直接獲取精確的參數，如模板的大小、螺絲