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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
1 緒論
1.1 題目的背景和意義
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，它以其特定的形狀通過一定的方式使原材料成型。由于模具成型具有優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，省料和低成本等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車，航空航天，儀器儀表，家電，機械制造，石化，輕工日用品等工業(yè)部門。美國是世界上超級經(jīng)濟大國，也是世界模具工業(yè)的領(lǐng)先國家，日本經(jīng)濟之所以能飛速發(fā)展，并在國際市場上占有一定優(yōu)勢，模具工業(yè)的迅猛發(fā)展是重要原因之一[1]。一個國家的模具設(shè)計,制造水平反映了這個國家的機械制造水平[2]。
塑料模具是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中最重要的工藝裝備，塑模工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)之一[3]。用塑模成型零件的主要優(yōu)點是制造簡便，材料利用率高，產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。
1.2 國內(nèi)外模具工業(yè)的發(fā)展狀況
中國塑料機械雖然發(fā)展很快、生產(chǎn)品種也較多,基本上能供給國內(nèi)塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術(shù)裝備,個別產(chǎn)品也進入世界前列,但與工業(yè)發(fā)達國家如德國、日本、意大利相比,中國塑料機械還有一定差距,主要表現(xiàn)在品種少、能耗高、控制水平低、性能不穩(wěn)定等方面。目前中國塑料機械產(chǎn)品主要集中在通用的中小型設(shè)備上,技術(shù)含量低,20 世紀80-90年代的低檔產(chǎn)品供大于求,機械制造能力過剩,企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產(chǎn)品還是空白,仍需進口[4]。
歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，在國際上是一流的。將高新技術(shù)運用于其中已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。CAD/CAE/CAM的廣泛運用，顯示了用信息技術(shù)帶動和提升工業(yè)的優(yōu)越性，在歐美，這些已經(jīng)達到了廣泛應(yīng)用[5]。CAE技術(shù)在歐美也逐漸成熟，在注射模具設(shè)計中應(yīng)用CAE分析軟件，預(yù)測成型過程中可能發(fā)生的缺陷。CAE技術(shù)在模具設(shè)計中的作用越來越大，意大利CONAU公司應(yīng)用CAE技術(shù)后，試模時間減少了50%以上。為了縮短制模周期、提高市場競爭力，普遍采用高速切削加工技術(shù)。在歐洲模具展上，成型技術(shù)與快速制模技術(shù)占據(jù)了十分突出的位置，有SLA、SLS、FDM和LOM等各種類型的快速成型設(shè)備，也有專門提供原型制造服務(wù)的機構(gòu)和公司[6]。
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畢業(yè)設(shè)計（論文）
1.3塑料模具發(fā)展走勢
塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展，因此對模具的要求也越來越高。為了滿足市場需要，未來的塑料模具無論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工都必將有較快發(fā)展，而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐。展望未來，下列幾方面發(fā)展趨勢預(yù)計會在行業(yè)中得到較快應(yīng)用和推廣。
a. 超大型、超精密、長壽命、高效模具將得到發(fā)展。
b. 多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。
c. 為各種快速經(jīng)濟模具，特別是與快速成型技術(shù)相結(jié)合的RP/RT技術(shù)將得到快速發(fā)展。
d. 模具設(shè)計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
e. 更高速、更高精度、更加智慧化的各種模具加工設(shè)備將進一步得到發(fā)展和推廣應(yīng)用。
f. 更高性能及滿足特殊用途的模具新材料將會不斷發(fā)展，隨之將產(chǎn)生一些特殊的和更為先進的加工方法。
g. 各種模具型腔表面處理技術(shù)，如涂覆、修補、研磨和拋光等新工藝也會不斷得到發(fā)展。
h. 逆向工程、并行工程、復(fù)合加工乃至虛擬技術(shù)將進一步得到發(fā)展。
i. 熱流道技術(shù)將會迅速發(fā)展，氣輔和其它注射成型工藝及模具也將會有所發(fā)展。
j. 模具標準化程度將不斷提高。
k. 在可持續(xù)發(fā)展和綠色產(chǎn)品被日益重視的今天，“綠色模具”的概念已逐漸被提到議事日程上來。即，今后的模具，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料選用、制造工藝及模具修復(fù)和報廢，以及模具的回收利用等方面，都將越來越考慮其節(jié)約資源、重復(fù)使用、利于環(huán)保，以及可持續(xù)發(fā)展這一趨向。
1.4 課題研究的意義及主要研究內(nèi)容
結(jié)合大學(xué)四年所學(xué)的理論知識，以及將來所從事的專業(yè)，通過這次設(shè)計能夠正確設(shè)計中等復(fù)雜程度的塑料模具和常見的塑料制品，能正確的分析與判斷塑料制品成型過程中出現(xiàn)的常見缺陷，將理論知識運用到實踐中，并能解決工程中到的實際問題。
本設(shè)計主要研究內(nèi)容如下：
a. 熟悉端蓋的圖樣和技術(shù)條件，然后對其進行工藝分析。
b. 確定模具型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定型腔的布置方案。
c. 確定成型零件、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯、脫模方式、定位與支承機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)。
d. 對注塑模的主要零件尺寸進行設(shè)計計算。
e. 選擇合理的塑壓設(shè)備，確定成型機的技術(shù)參數(shù)。
f. 確定模具結(jié)構(gòu),然后選用標準模架，并完成端蓋注射模具設(shè)計。
g. 最后繪制端蓋注射模的裝配圖及主要零件圖，零件圖標注尺寸、公差及技術(shù)條件，并對主要零件進行強度校核。
h. 根據(jù)課題研究過程，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，要求15000字以上。
2 復(fù)印機小端蓋的工藝性分析
2 復(fù)印機小端蓋的工藝性分析
2.1塑件的材料與結(jié)構(gòu)分析
2.1.1塑件的體積及質(zhì)量計算
體積及質(zhì)量的計算也利用PRO/ENGINEER的分析模塊自動計算獲得（塑件密度由《塑料模設(shè)計手冊》表1－4查得：ρ=1.2g/cm3），如圖2.1所示：
圖2.1塑件三維圖
結(jié)果如下：
體積 = 3.9154560e+04 MM^3
曲面面積 = 3.3292011e+04 MM^2
密度 = 1.2000000e+00 公噸 / MM^3
質(zhì)量 = 4.6985471e+04 公噸
故注塑件體積為： V=39.15cm3
質(zhì)量為：M=39.15x1.2g=46.98g
（注：此處的塑件體積及質(zhì)量都不包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)）
畢業(yè)設(shè)計（論文）
2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)與材料
塑件的三維造型如圖2.2，二維如圖2.3所示。
圖2.2塑件三維圖
圖2.3塑件二維圖
零件尺寸如圖2.2所示，該塑件名稱為復(fù)印機小端蓋，塑件形狀類似為平板薄殼結(jié)構(gòu)，盒蓋長110mm,寬85mm，高26mm，殼蓋壁厚為3mm，最薄壁厚為1mm。結(jié)構(gòu)對稱。要求具有一定的強度、剛度、耐熱和耐磨損等性能。ABS合成塑料以其很好的韌性、密封性，很高的機械強度，耐化學(xué)腐蝕，加工適應(yīng)性好，注射成型，擠出成型等所有的加工方法都可以，而且尺寸穩(wěn)定性好，耐堿性，耐應(yīng)力開裂性也好，根據(jù)以上特點以及經(jīng)濟因素，采用ABS塑料。
2.2塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量
2.2.1塑件的尺寸精度
a. 尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般辦公用品，所以精度要求為一般精度即可，根據(jù)精度等級選用表，ABS的高精度為MT3級，一般精度為MT4級。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在65~80范圍內(nèi)，MT4A級的公差值為0.64 mm， MT4B級的公差數(shù)值為0.84 mm。
b. 尺寸精度的組成及影響因素；制品尺寸誤差構(gòu)成為：
（2.1）
式中： —制件總的成型誤差；
——塑料收縮率波動所引起的誤差；
——模具成型零件制造精度所引起的誤差；
——模具磨損后所引起的誤差；
——模具安裝，配合間隙引起的誤差。
影響塑料制品尺寸精度的因素比較復(fù)雜，歸納有以下三個方面。
模具—— 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素；
塑料材料—— 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大；
成型工藝—— 成型工藝條件的變化直接造成材料收縮，從而影響尺寸精度。
2.2.2塑件的表面質(zhì)量
該塑件是復(fù)印機小端蓋，表面粗糙度為細橘皮狀，除要求沒有凹陷，無毛刺，內(nèi)部無縮孔，沒有特別得表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。綜以上分析可知，注射時在工藝參數(shù)控制較好的情況下，零件的成型質(zhì)量很容易得到保證。
2.3 工藝性分析
為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用側(cè)澆口。澆口隱藏在塑件的內(nèi)部。結(jié)合塑件實際情況，采用從頂桿側(cè)面進澆方式。從塑料件側(cè)面進料，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量與美觀效果。
塑件的工藝參數(shù)：
干燥條件：80-90℃ 2小時。
成型收縮率:0.4-0.7% 。
模具溫度：40-90℃（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。
注射壓力：56-176mpa 。
注射速度：中高速度。
3 注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1分型面的確定
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關(guān)，因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵。
根據(jù)分型面的選擇原則：
a. 分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
b. 在開模時盡量使塑件留在動模；
c. 分型面的選擇應(yīng)保證塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量；
d. 有利于排氣和模具的加工方便；
e. 有助于避免側(cè)抽芯或便于側(cè)抽芯。
由以上因素決定，有三種分型面方案，如圖3.1
方案一
方案二
方案三
圖3.1方案的選擇
如圖3.1中方案一分型面的選擇使得在澆注過程中，動模和定模上都有側(cè)挖，不利于散熱，設(shè)計復(fù)雜，不利于簡化模具設(shè)計，設(shè)計不合理。方案二有側(cè)挖，分型面較大，側(cè)挖結(jié)構(gòu)簡單，有利于制品推出，簡化模具結(jié)構(gòu)，設(shè)計合理。方案三分型面處，將主要結(jié)構(gòu)全部放入動模中，有側(cè)挖，同時也影響本身的美觀。設(shè)計不合理。
該塑件為端蓋不太要求過于美觀，無斑點和熔接痕，表面質(zhì)量要求一般高。在選擇分型面時，塑件開模后會包在動模型芯上，模具結(jié)構(gòu)也較為簡單。所以，選塑件大端底平面作為分型面較為合適，故選擇分分型面方案二。
3.2澆口的確定
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道。是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質(zhì)量的影響最大。
常用的澆口形式有：1）直接澆口；2）側(cè)澆口；3）扇形澆口；4）平縫澆口；
5）環(huán)形澆口；6）輪輻澆口；7）爪形澆口；8）點澆口；9）潛伏澆口；10）護耳澆口。
本次設(shè)計復(fù)印機小端蓋，該塑件屬于外觀件，端蓋表面質(zhì)量要求無斑點和熔接痕，進澆入潛在外面影響美觀，所以要把進澆口隱藏在塑件的內(nèi)部。結(jié)合塑件實際情況，采用從頂桿側(cè)面進澆方式，見下圖3.2:
圖3.2進澆方式
3.3型腔數(shù)目的確定
注射模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔，在型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關(guān)因素：
a. 塑件的尺寸精度；
b. 模具制造成本；
c. 注射成型的生產(chǎn)效益；
d. 模具制造難度。
考慮到該塑件是一般辦公用品，查手冊得塑件的經(jīng)濟精度推薦4級，塑件的尺寸中等，考慮其澆注方式為潛伏式測澆結(jié)構(gòu)，為保證其主澆道澆注不發(fā)生偏移的情況至少采用一模2腔結(jié)構(gòu)。考慮其經(jīng)濟性能，降低模具制造成本低，所以本次設(shè)計采用一模2腔結(jié)構(gòu)比較合適，裝配也方便。
3.4澆注系統(tǒng)設(shè)計
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳料，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計中的主要內(nèi)容之一。
3.4.1主流道
主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注射機相配，所以根據(jù)選用的XS-ZY250型號注射機的相關(guān)尺寸得
噴嘴前端孔徑：d0=4.0mm；
噴嘴前端球面半徑：R0=16mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系
取主流道球面半徑：R=16mm；
取主流道小端直徑：d=4.5mm
為了便于將凝料從主流道中取出，將主流道設(shè)計成圓錐形，起斜度為
此處選用2°，經(jīng)換算得主流道大端直徑為6.4mm。如圖3.3所示。
圖3.3主澆道
由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨加工和熱處理。
3.4.2 分流道
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。分流道如圖3.4所示。
圖3.4分流道
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因此里面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.4μm左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
3.4.3 澆口的設(shè)計
a. 澆口類型及位置的確定
該模具是小型塑件的型腔模具，同時從所提供塑件圖樣中可看出，在底部頂桿上的設(shè)置潛伏式側(cè)澆口比較合適。該模具采用側(cè)澆潛伏式澆口，其有以下特性:
(1) 形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
(2) 試模時如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時修改；
(3) 能相對獨立地控制填充速度及封閉時間；
(4) 對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。
如圖3.5所示。
圖3.5澆口
3.4.4 澆口套的形式及固定方式
圖3.6 澆口套固定方式
而對于澆口套的固定則采用定位圈壓緊澆口套外肩，并用四個螺釘把定位圈固定在定模座板上的方式，定位圈一般高出定模座板5~10的距離。其具體定位如圖3.6所示。直徑為100mm。
3.5成型零部件設(shè)計
成型零件工作時直接與塑料熔體接觸，要承受熔融塑料流的高壓沖刷、脫模摩擦等。因此，成型零件不僅要求有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度值，而且還要求有合理的結(jié)構(gòu)和較高的強度、剛度及較好的耐磨性。設(shè)計注射模的成型零件時，應(yīng)根據(jù)成型零件的塑料性能、使用要求、幾何結(jié)構(gòu)，并結(jié)合分型面和澆口位置的選擇、脫模方式和排氣位置的考慮來確定型腔的總體結(jié)構(gòu)；根據(jù)塑件的尺寸計算成型零件型腔的尺寸；確定型腔的組合方式；確定成型零件的機械加工、熱處理、裝配等要求；對關(guān)鍵部位進行強度和剛度校核。由此可見，注射模的成型零部件設(shè)計是注射模設(shè)計的一個重要組成部分。
3.5.1成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
成型零件是決定塑件幾何形狀和尺寸的零件。它是模具的主要部分，主要包括凹模、凸模及鑲件、成型桿等。
a. 端蓋凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸模即成型塑料制品內(nèi)表面的大型芯，而成型制品上的孔的是小型芯或稱成型桿。凸模分為整體結(jié)構(gòu)的凸模、整體鑲?cè)虢Y(jié)構(gòu)的凸模和鑲拼組合結(jié)構(gòu)的凸模三種。此次設(shè)計采用整體結(jié)構(gòu)凸模。型芯結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。
圖3.7型芯鑲塊
b. 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模是成型制品外表面的成型零件（型腔），是制品外表面形狀、結(jié)構(gòu)的復(fù)制。結(jié)合制件的結(jié)構(gòu)特性和模具的制造要求，采用整體結(jié)構(gòu)凹模。對于易損部分容易更換。如圖3.8所示。
圖3.8型腔鑲塊
3.5.2成型零件工作尺寸計算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸。影響塑件尺寸精度的因素很多，概括地說，有塑料原材料、塑件結(jié)構(gòu)和成型工藝、模具結(jié)構(gòu)、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素。塑料原材料的影響主要是指收縮率。
常用按平均收縮率、平均磨損量和平均制造公差為基準的計算方法。該塑料的平均收縮率為：
(3.1）
式中 —塑料平均收縮率；
—塑料最大收縮率；
—塑料最小收縮率。
a. 型芯尺寸的計算
(1) 型芯徑向尺寸的計算
型芯徑向尺寸計算公式如下：
?。?.2）
=[168+168×0.0055+(3/4)×0.66]
=169.420_0.22
式中?。托镜膹较蚧境叽?；
－塑件的徑向基本尺寸；
－制造公差；
－塑件公差；
－塑料的平均收縮率。
表3.1 型芯徑向尺寸表
塑件的徑向尺寸
平均收縮率
制造公差
塑件公差
型芯的徑向尺寸
16
0.0055
0.13
0.40
16.380_0.13
40
0.0055
0.19
0.56
40.780_0.19
101
0.0055
0.22
0.66
101.890_0.22
b. 型芯高度尺寸的計算
型芯高度尺寸的計算公式如下：
(3.3)
=[50.79+50.79×0.0055+(2/3)×0.56]
=51.440_0.19
式中 －型芯深度基本尺寸；
－塑件內(nèi)形深度尺寸；
－制造公差；
－塑件公差；
－塑料的平均收縮率。
(1) 型腔尺寸的計算
1) 型腔徑向尺寸計算公式如下：
(3.4)
=[109.94+109.94×0.0055+(3/4)×0.46]
=110.89 0+0.15
式中?。颓粡较蚧境叽?；
－塑件徑向的基本尺寸；
－制造公差；
－塑件公差；
－塑料的平均收縮率。
表3.3 型腔徑向尺寸表
塑件的徑向尺寸
平均收縮率
制造公差
塑件公差
型腔的徑向基本尺寸
28
0.0055
0.09
0.28
27.94 0+0.09
85
0.0055
0.15
0.46
85.07 0+0.15
110
0.0055
0.15
0.46
110.09 0+0.15
2) 型腔深度尺寸計算公式如下：
(3.5)
=[9.55+9.55×0.0055+(2/3)×0.2]
=9.74 0+0.07
式中 －型腔深度基本尺寸；
－塑件內(nèi)形深度尺寸；
－制造公差；
－塑件公差；
－塑料的平均收縮率。
表3.4 型腔深度尺寸表
塑件內(nèi)形深度尺寸
平均收縮率
制造公差
塑件公差
型芯深度基本尺寸
25.45
0.0055
0.11
0.34
25.74 0+0.11
17.6
0.0055
0.11
0.34
17.370+0.11
4
0.0055
0.07
0.2
3.990+0.07
3.6導(dǎo)向零件的設(shè)計
導(dǎo)向零件是保證動模與定模或上模與下模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件。其主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)向機構(gòu)的形式主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定為兩種。導(dǎo)向裝置有以下作用：
a. 導(dǎo)向作用；
b. 定為作用；
c. 承受一定的側(cè)向壓力。
在設(shè)計導(dǎo)向裝置時，必須合理選擇裝置的類型，確定導(dǎo)柱數(shù)量、大小及布置位置，考慮導(dǎo)向裝置的加工工藝性，設(shè)置時還得注意模具的強度，最后達到良好的導(dǎo)向效果。本次設(shè)計選擇注射模最常用的四導(dǎo)柱對稱分布的形式。
3.7抽芯機構(gòu)和頂出機構(gòu)的設(shè)計
3.7.1抽芯機構(gòu)的設(shè)計
當(dāng)塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)具有孔、凹穴或凸臺式塑件不能直接從模具中脫出。此時須將成型塑件側(cè)孔或側(cè)凹等的模具零件做成活動的，即側(cè)型芯。抽芯機構(gòu)一般可分為：手動、機動、液壓或氣動三大類。本次設(shè)計采用機動抽芯機構(gòu)，其優(yōu)點有：抽拔力大，生產(chǎn)效率高，操作方便，動作可靠，容易實現(xiàn)自動化等特點。由于本塑件有內(nèi)側(cè)凹槽，綜合各種抽芯機構(gòu)的優(yōu)點，應(yīng)采用斜頂抽芯機構(gòu)，抽芯機構(gòu)圖如圖3.9所示。
圖3.9斜頂抽芯機構(gòu)
3.7.2頂出機構(gòu)的設(shè)計
a. 潛伏式澆口凝料自動推出。
頂出時，潛伏式澆口在頂桿頂出力作用下，被剪切掉，留在頂桿上隨產(chǎn)品一起頂出。后續(xù)再處理掉。如下圖3.10
圖3.10凝料推出方式
開模時，使凝料留在定模一側(cè)，動模移動，由于限位釘和定距板的共同作用，凝料從澆口套中拔出，完成凝料脫出動作。
b. 塑件推出方式
由于塑件的特殊結(jié)構(gòu)，斜頂成型結(jié)構(gòu)的作用，斜滑塊不但是成型零件還兼做推出機構(gòu)。這樣設(shè)置有以下優(yōu)點：
(1) 推套推出機構(gòu)設(shè)置在動模一側(cè)；
(2) 推出力均勻，保證塑件推出過程中不變形；
(3) 機構(gòu)簡單，動作可靠，斜頂強度、硬度、剛度足夠；
(4) 有良好的外觀質(zhì)量，推出塑件的位置隱蔽。
3.8脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計
機構(gòu)采用推桿推出的典型結(jié)構(gòu)，推桿直接作用于塑件的內(nèi)表面不會影響到外觀。此機構(gòu)由7個零件組成分別為推桿，推板，推桿固定板，拉料桿，復(fù)位桿，限位釘，推板導(dǎo)柱。推桿直接作用于塑件表面，將塑件推出模外，推桿需要固定，因此設(shè)推桿固定板和推板，兩板間螺釘連接；注塑機上的頂桿作用在推板上；為了確保推出板平行移動，推出零件不致于彎曲卡死，設(shè)有推板導(dǎo)柱和導(dǎo)套；推板的回程是靠復(fù)位桿實現(xiàn)的，最后一個零件是拉料桿，它的作用是勾著澆注系統(tǒng)的冷料使整個澆注系統(tǒng)隨同塑件一起留在動模，在推板與定模底板間設(shè)限位釘，限位釘有兩個作用，一是使推板與底板間形成間隙，一但落入廢料屑，也不會影響推板復(fù)位。另一個作用是在模具制造時可調(diào)節(jié)限位釘頭部的厚度來控制推桿返回的位置。
脫模動作由注塑機液壓系統(tǒng)來完成，有利于提高生產(chǎn)效率。推桿直徑5~6mm,推桿和推桿固定板采用軸肩連接，在推桿固定板上同時安裝四根復(fù)位桿和四根導(dǎo)柱起復(fù)位和導(dǎo)向作用。由于塑件的特殊結(jié)構(gòu)，斜頂成型結(jié)構(gòu)的作用，斜頂桿不但是成型零件還兼做推出機構(gòu)。
3.8.1 脫模力的計算
對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力（Q）：
（3.6）
=248×10×10（0.1×cos0.5-sin0.5）×2
=4526.9（N）
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力，一般取7.8——11.8MPa；
--磨擦系數(shù)，一般取0.1~1.2；
--脫模斜度；
3.9頂桿的設(shè)計
a. 推桿的強度計算 查《塑料模設(shè)計手冊之二》由式5-97得
d=（） (3.7)
d——圓形推桿直徑cm
——推桿長度系數(shù)≈0.7
l——推桿長度cm
n——推桿數(shù)量
E——推桿材料的彈性模量N/(鋼的彈性模量E=2.1107N/)
Q——總脫模力
取 D=6MM。
b. 推桿壓力校核 查《塑料模設(shè)計手冊》式5-98
= (3.8)
取320N/mm2
< 推桿應(yīng)力合格，硬度HRC50～65
c. 頂桿形式如圖3.11所示。在本設(shè)計有頂桿有14個，全部d=Φ6mm。
圖3.11頂桿
畢業(yè)設(shè)計（論文）
4 冷卻設(shè)計及排氣系統(tǒng)
4.1冷卻水道熱傳面積
4.1.1塑料傳給模具的熱量
Q ＝C1 ×(t—t)+u (4.1)
式中：--塑料的比熱容，KJ/(㎏·℃)；
--塑料熔體進入模具時的溫度，℃；
--塑件脫模時的溫度，℃；
u--結(jié)晶型塑料的融化潛熱，KJ/㎏。
查表得：=1.759；u=。
Q=KJ/㎏。
4.1.2冷卻水的體積流量
V＝ (4.2)
=（1.25×2.5）×/60×4.45×1×（25°C-20°C）
=0.35m3/min
式中V--冷卻介質(zhì)的體積流量（m/min）；
W--單位時間內(nèi)注入模具中的塑料重量（kg/min）；
Q--塑件在凝固時所放出的熱量（J/kg）；
Ρ--冷卻介質(zhì)的密度（㎏/mm）；
C--冷卻介質(zhì)的比熱容[J/（㎏·C）；
t--冷卻介質(zhì)的出口溫度（℃）；
t--冷卻介質(zhì)的進口溫度（℃）；
4.1.3冷卻水道熱傳面積
(4.3)
式中：A--冷卻水道總傳熱面積，㎡；
K--冷卻水道孔壁與冷卻介質(zhì)之間的傳熱模系數(shù)，KJ/(㎡·h·℃)；
ΔT--模溫與冷卻介質(zhì)之間的溫差，℃。
水道直徑d取8㎜。
K=
則
=0.018㎡
圖4.1 冷卻系統(tǒng)分布示意圖
4.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計
排氣系統(tǒng)對確保制品成型質(zhì)量起著重要的作用，排氣方式一般有利用排氣槽，利用型芯、鑲件、推桿等的配合間隙，利用分型面上的間隙。
本次設(shè)計的任務(wù)量和模具工藝的成本考慮，利用分型面上的間隙就能夠滿足排氣的需求，所以就不用再設(shè)計排氣槽了。
36
5注射機的選擇及校核
5.1選擇注射機
a. 由公稱注射量選定注射機
由注射量選定注射機。由Pro/E建模分析得（材料密度取1.05g）：
總體積V=39；總質(zhì)量M=47；
流道凝料V/=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個未知數(shù)，根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算，塑件越大則比例可以取的越小)；因為此為一模兩腔結(jié)構(gòu)。所以：
實際注射量為： =2V+0.5V=2×39+39×1.5=97.5 ；
實際注射質(zhì)量為=2.5M=47×2.5=117.5g；
根據(jù)實際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則，即：
（5.1）
式中 —注射機的最大注射量，3；
—制品的體積（包括制品、澆注系統(tǒng)及飛邊在內(nèi)），3；
—澆道及澆口凝料和飛邊體積，3；
—個制品的體積，3；
—型腔數(shù)；
K—注射機最大注射量的利用系數(shù)，取K=0.8。
/K=（39×2+19.5）/0.8=1223。
b. 由鎖模力選定注射機
(5.2)
式中： D取的是塑件的平均直徑；
—注射機的公稱鎖模力；
—模內(nèi)壓力（型腔內(nèi)熔體的壓力），；
—制品、流道、澆口在分型面上的投影面積之和，。
K--壓力損失系數(shù)，隨塑料品種、注射機類型、噴嘴阻力、流道阻力等因素變化，可在1.1～1.2范圍內(nèi)選取，在設(shè)計中取1.2；
結(jié)合上面兩項重要技術(shù)參數(shù)，初步確定注射機為XS-ZY250型，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
額定注射量/cm3 250
鎖模力/kN 1800
螺桿直徑/mm Φ50
注射壓力/MPa 147
最大開模行程/mm 500
注射行程/mm 160
模具最大厚度/mm 350
注射速率/(g/s) 114
模具最小厚度/mm 200
注射方式 螺桿式
模板尺寸/mm 315× 500
結(jié)構(gòu)形式 臥式
合模方式 液壓
定位圈直徑/ mm Φ100
電動機功率/kW 24
噴嘴 球半 徑/mm Φ18
孔直徑/mm Φ4
5.2 注射機的校核
5.2.1 注射壓力的校核
P0≥P
式中：P--塑件成型所需的壓力；
P0--注射機最大注射壓力。
查資料知P0=147MPa；
ABS注射成型壓力位P=56～176MPa,取100MPa。
滿足要求。
5.2.2 最大注射量的校核
最大注射量和制品的重量或者體積有直接關(guān)系，兩者必須相適應(yīng)，不然會影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。若最大注射量小于制品重量，就會造成制品的形狀不完整或者是內(nèi)部組織疏松，制品強制下降等缺陷；若注射量過大，注射機利用率低，浪費電能，可導(dǎo)致塑料分解。為確保塑件質(zhì)量，注射模一次成型的塑件質(zhì)量（包括流道凝料質(zhì)量）應(yīng)在公稱注射量的35%~75%范圍內(nèi)，最大可達80%，最小不小于10%。為了保證塑件質(zhì)量，選擇范圍通常在30%~70%。
滿足要求。
5.2.3鎖模力的校核
在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注射機的額定鎖模力：
（5.3）
式中 注射機額定鎖模力：1800；
安全系數(shù)，通常取1.1~1.2，取=1.2；滿足注射機的鎖模力要求。
5.2.4 噴嘴尺寸校核
注射機噴嘴前端孔徑和球面半徑與模具主流道襯套的小端直徑和球面半徑一般應(yīng)滿足下列關(guān)系，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模所以，注射機噴嘴尺寸是標準，模具的制造以它為準則。
滿足要求。
5.2.5 注射機固定模板定位孔與模具定位圈的關(guān)系
注射機固定模板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱之為定位孔。注射模端面凸臺徑向尺寸須與定位孔兩者按H7/f9配合，以保證模具主流道的軸線與注射機噴嘴軸線相重合，否則將產(chǎn)生溢料并造成流道凝料脫模困難，定位圈的高度h，小型模具為8~10，大型模具為10~15。滿足要求。
5.2.6 模具外形尺寸校核
開模時，推板隨動模部分向開模方向移動當(dāng)達到開模行程時就停止。
開合模的過程中，模具總的開模行程=(塑件推出距離)+(塑件高度)(注射機最大開模行程)，合格；當(dāng)動模開模行程足夠，頂板移動帶動推桿，推桿推動推板將制品從動模板上脫落，完成開模過程。合模時，推板復(fù)位帶動推桿和頂板復(fù)位。
各參數(shù)校核均合格，所以本模具所選注射機完全滿足使用要求。在此注塑機上可以完成制品的制作。
5.2.7 模具的安裝緊固
注射機的動模板，定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或“T”形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具常用這種方法），模具動，定模板上的螺孔及其間距，必須與注射機模板臺面上對應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時（中，小模具多用這種方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。該模具外形尺寸為450×350，屬中小型模具，所以采用壓板固定法（一般認為當(dāng)尺寸在500×500內(nèi)為中、小模具）。
5.3 本章小結(jié)
本章根據(jù)注射機的相關(guān)參數(shù)并結(jié)合產(chǎn)品的成型要求，選擇了型號為XS-ZY250型的注射機。重點對所選注射機的最大注射量、鎖模力、噴嘴尺寸、模具外形尺寸等參數(shù)做了校核，驗證了XS-ZY2505注射機滿足要求，為注射成型設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
6 模具材料的選擇
現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標準化，所以在模具材料的選擇時主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料。如何選擇合理的模具鋼，是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件，如果選材不當(dāng)則所有的精密加工和所投入的工時，設(shè)備費用將浪費。
在選擇模具鋼時，首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能，從使用性能考慮：硬度是主要指標之一，模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變，必須有足夠的硬度。當(dāng)承受大強度載荷時還要考慮磨損，斷裂等問題，所以韌性也是一重要指標，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，從ABS特性看，這三項指標是必須滿足的，此外還有紅硬性，抗壓，屈服強度，抗彎強度和熱疲勞能力的指標。
對塑料模具提出如下要求：
a. 鋼料純凈，要求夾雜物少、偏析少，表面光潔度高；
b. 表面耐磨抗蝕，并要求有一定的表面硬化層，表面硬度一般在HRC45以上；
c. 足夠的強度和韌性；
d. 熱處理變形小，以保證互換性和配合精度。塑料模具的制造成本高，材料費用只占模具成本的極小部分。
因此選用鋼材時，應(yīng)優(yōu)先選用工藝性能好，性能穩(wěn)定和使用壽命較長的種。
從工藝性能考慮：要熱加工工藝好，加工溫度范圍寬，冷加工性能如切削、銑削、拋光等加工性能好，此外還要考慮淬透性和淬硬性，熱處理變形和氧化脫碳等性能。另外從經(jīng)濟考慮，要求材料來源廣，價格低。加工工藝路線；鍛造-退火-粗加工-調(diào)質(zhì)或高溫回火-精加工-淬火-回火-鉗工拋光-鍍鉻-拋光裝配。
查手冊選擇型芯的材料是Cr12MoV，該材料機械加工性能較好，經(jīng)熱處理(淬火及回火)后，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，拋光性能，較高的強度和耐磨性，適于制造承受高負荷，高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具，透明塑料制品模具等，其他部件選用45#，T8A，Q235等。
T8A優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼；主要成分C0.75%-0.8%；Mn0.4% ；Si0.4% ,淬火780-800攝氏度； 冷卻:水,最終熱處理硬度(HRC):56-62；用途:木工用銑刀,鉆頭圓鋸片;鉗工用工具,鉚釘沖模。
45#是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45#含碳量0.45%；45#彈性模量取E=210 GPa ；抗拉強度取600Mpa ；屈服強度取355Mpa； 這些在機械設(shè)計手冊里面有查。
7 模具裝配圖及制造工藝
7.1模具裝配圖
1. 定模座板 2.定模板 3.型腔 4.型芯 5.動模板 6.斜頂1 7.斜頂2 8.推桿固定板 9.推桿底板 10.動模座板 11.頂桿12.斜頂座1 13.斜頂座2 14.螺釘 15.螺釘 16.拉料桿17.垃圾釘 18.復(fù)位桿 19.復(fù)位彈簧 20.澆口套 21.螺釘 22.螺釘 23.定位圈
圖7.1模具裝配圖
圖7.2模具三維圖
圖7.3模具三維圖爆炸圖
小端蓋模具工作過程：
將模具合模后安裝到臥式注射機上，調(diào)整好成型參數(shù)，注塑模在合模鎖緊后，注塑機與澆口套之間進行連接。在一定的注射壓力下注塑機開始向澆口套內(nèi)注塑熔融塑膠，使塑化的ABS熔料注入模具型腔中，熔融塑膠注滿型腔后，停止射膠，完成注射過程。在冷卻循環(huán)系統(tǒng)的作用下，塑件在模腔內(nèi)冷卻固化成型。
一定時間后，注塑機機臺打開，動模側(cè)隨機抬向后運動，模具分型面打開，塑件因為包緊力包在型芯上留在動模側(cè)。開模過程中澆口套中的料在拉料桿的作用力下，拉出澆口套留在動模側(cè)。
機臺頂桿向前頂在模具頂針板上。頂針板向前運動，頂針板上的13支頂桿和8個斜頂一起向前運動。斜頂一邊運動，一邊向開模方向垂直側(cè)移動完成側(cè)抽芯。產(chǎn)品在頂桿作用力下頂出型芯，完成脫模動作。
產(chǎn)品和流道完全脫離后，注塑機臺移動側(cè)向前運動，模具復(fù)位桿頂?shù)蕉０迳?，把頂針板向后推回初始位置，?dǎo)柱導(dǎo)套對準定位，模具合模，機臺鎖緊開始下一個動作循環(huán)。
7.2模具制造工藝
7.2.1塑料模制造技術(shù)要求
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一。為了保證模具精度，制造時應(yīng)達到如下主要技術(shù)要求：
a. 組成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應(yīng)符合相應(yīng)圖樣的要求。
b. 組成模架的零件應(yīng)達到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應(yīng)活動自如，并達到規(guī)定的平行度和垂直度要求。
c. 模具的功能必須達到設(shè)計要求。
d. 抽芯滑塊和推頂裝置的動作正常等。
e. 為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在的問題進行調(diào)整，直至試出合格的成型件為止。
7.2.2塑料模的裝配和試模
a. 型芯和支撐板板通常采用過渡配合或采用埋入式，而型腔部分則采用鑲嵌或拼塊形式，為了保證導(dǎo)向作用，動、定模的導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔的孔距精度應(yīng)控制在0.001以內(nèi)。
b. 試模前，必須對設(shè)備的油路、水路以及電路進行檢查，并按規(guī)定保養(yǎng)設(shè)備，做好開機前準備；原料應(yīng)該合格；在開始試模時，原則上選擇在低壓、低溫和較長的時間條件下成型，然后按壓力、時間、溫度這樣的先后順序變動；注射成型是可選用高速和低速兩種工藝；對粘度高和熱穩(wěn)定性差的塑料，采用較慢的螺桿轉(zhuǎn)速和略低的背壓加料和預(yù)熱，相反則采用較快的螺桿轉(zhuǎn)速和略高的背壓。
試模過程中應(yīng)作詳細記錄，將結(jié)果填入試模記錄卡，并注明模具是否合格。試模后，將模具清理干凈，涂上防銹油，然后分別入庫或返修。
13 模具可行性分析
8 模具可行性分析
8.1本模具的特點
a. 模具的要求
本模具結(jié)構(gòu)合理、緊湊，符合客戶的生產(chǎn)要求；
b. 模具所解決的問題
模具的設(shè)計不僅解決了一些形狀復(fù)雜的塑膠零件無法加工成型的問題，還使得生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，在精度方面也有一定的提高；
c. 模具的加工方法
在制造的過程當(dāng)中，采用線切割，放電，磨，銑等多種加工方法，減少生產(chǎn)周期。
8.2市場效益及經(jīng)濟效益分析
首先，該產(chǎn)品的市場需求量很大，有著廣闊的市場前景；其次，采用注塑成型不僅可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動力，降低成本；最后，該產(chǎn)品的材料為ABS，吸水后可以降解，不會對人體和環(huán)境造成污染。
綜上所述，該設(shè)計方案是一個可行的經(jīng)濟合理的方案。
9 結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是一種綜合性較強的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，它具知識面寬、學(xué)科廣、綜合性強，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我鞏固了以前學(xué)過的知識，提高了查閱資料的能力，使我更加認識到畢業(yè)設(shè)計的重要性，從而提高了我理論聯(lián)系實際的設(shè)計能力和動手能力。為我今后走向工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。
在本次設(shè)計中，我設(shè)計了復(fù)印機小端蓋注射模具設(shè)計，通過這次設(shè)計，我學(xué)到了許多的東西。首先，先對零件進行工藝分析與計算，其中包含工藝分析與設(shè)計方案的確定，確定分型面，計算鎖模力與選擇注塑設(shè)備。零件比較特殊，需要側(cè)向抽芯機構(gòu)。
其次，對端蓋進行模具設(shè)計，其中主要是模具主要零部件的設(shè)計與計算與模具的裝配進行模具設(shè)計，因此這不但使我對于AUTOCAD，和Pro/ENGINEER軟件的應(yīng)用更加熟練；也使我更加熟悉了模具設(shè)計流程。這次設(shè)計是對以前所學(xué)的專業(yè)知識的一次綜合性的實踐，涉及到機械制圖、機械設(shè)計、模具設(shè)計、互換性等各個方面的內(nèi)容。
設(shè)計過程中按照任務(wù)書的要求和目的，循序漸進,力求數(shù)據(jù)準確，結(jié)構(gòu)合理。參考了許多文獻資料。由于經(jīng)驗不足，還有許多地方?jīng)]有考慮全面，有待于完善。
總之，學(xué)海無涯，在以后的時間里，我要更加努力學(xué)習(xí)！
致謝
致謝
為期一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在過這次畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)中我收獲了很多。在這幾個月的時間里，我鞏固了大學(xué)所學(xué)的知識，同時也學(xué)到了許多新知識，鍛煉了自己的學(xué)習(xí)能力和解決問題能力。
在黃老師的精心指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成。另外，張老師、米老師也給了我很大的幫助，解答了我的很多疑問并幫我解決了不少難題。在此謹向各位老師和同學(xué)致以我最衷心的感謝和深深的敬意！
同時，同組同學(xué)之間的討論也使我學(xué)到了很多知識，感謝與我共同完成畢業(yè)設(shè)計的同組同學(xué)們。
時間倉促，經(jīng)驗尚淺，難免有些不足，敬請諒解。
大學(xué)生活至此劃上了圓滿的句號，在大學(xué)這塊土地上有眾多莘莘學(xué)子辛勤的耕耘，在這塊土地上我健康快樂的成長，我永遠不會忘記可敬的老師和可親的同學(xué)，我永遠記得這片土地。
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畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明
秉承學(xué)校嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。
畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。
畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名：
指導(dǎo)教師簽名：
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附錄
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