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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 頁 共 頁 目 錄 1 引言 1 1.1 模具工業(yè)的重要性及發(fā)展趨勢 1 1.2 塑料及塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造 1 1.3 塑料注塑模技術(shù) 2 2 塑料注射模具的設(shè)計步驟 4 2.1 塑料件的工藝性分析 4 2.2 洗滌劑瓶嘴材料的選擇 4 2.3 繪制模具裝配草圖 4 2.4 對零件進行造型設(shè)計并繪制工程圖 5 2.5 課程任務(wù)要求 6 3. 方案分析與設(shè)計 7 4. 洗滌劑瓶嘴注射模的詳細(xì)設(shè)計 8 4.1 塑料注射成型機的選擇 8 4.2 注射模具分型面的選擇 11 4.3 注模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計 12 4.4 注射模具成型零件和模體的設(shè)計 16 4.5 注射模具的頂出機構(gòu)的設(shè)計 19 4.6 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 23 4.7 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 25 5 注射模加工工藝設(shè)計 26 5.1 坯料確定 26 5.2 模板的平面加工 26 6 塑料注射模具型腔常用加工方法及設(shè)備 28 6.1 型腔的普通切削加工方法及設(shè)備 28 6.2 型腔的特種加工 28 結(jié)束語 30 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 0 頁 共 34 頁 1 引言 1.1 模具工業(yè)的重要性及發(fā)展趨勢 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在國民經(jīng)濟中占主要地位。在電子、汽 車、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60%80%的零件都要依靠模具成型。用模 具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是 其他加工方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器” ，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價 值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡 量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益 和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 1。 在過去的 20 年中，我國模具工業(yè)得到了長足的進步。但是，我國的模具工業(yè)與 發(fā)達(dá)國家相比，其差距表現(xiàn)在：模具的設(shè)計水平；模具的制造水平；模具的標(biāo)準(zhǔn)化 水平 2。所以，今后的發(fā)展趨勢是現(xiàn)代設(shè)計方法與工藝設(shè)計相結(jié)合，模具工業(yè)向著 集團化、規(guī)?；较虬l(fā)展，完善模具 CAD/CAM/CAE 一體化技術(shù)，趕超國外同類技術(shù) 的先進水平，為模具設(shè)計提供一種可靠的校核方法，為建立適合我國自己國情的模 具設(shè)計的現(xiàn)代設(shè)計方法，形成規(guī)?；默F(xiàn)代模具設(shè)計與制造基地，達(dá)到模具設(shè)計最 佳化，是擺在我們面前的一項十分緊迫和關(guān)鍵的任務(wù) 3。 1.2 塑料及塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造 1.2.1 塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 塑料定義為：“主要原料是高分子聚合物（大部分是合成樹脂） ，經(jīng)人工制成有 用的形狀的固體，稱作塑料。不包含纖維、橡膠、涂料、粘接劑等高分子物質(zhì)。 ”而 作為高分子化學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展的重要成果，塑料早已成為人類不可缺少的重要生 產(chǎn)資料。塑料制品制作在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用 4。近幾年 來由于工程制作的強度和精度等得到了很大提高，各種工程塑料零件的使用范圍正 在不斷擴大。預(yù)計今后隨著計算機的普及和汽車的輕型化，塑料制件的使用范圍將 會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部 門，尤其在國防和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中將占有越來越重要的地位 5。 1.2.2 塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造 塑料廣泛用于成型塑料制品，它利用塑料在高溫下所具有的流動性或可塑性， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 34 頁 將其成型為具有一定的形狀和尺寸，并通過塑料的化學(xué)或物理變化，定型為塑料制 品。在塑料加工工業(yè)中普遍使用有以下幾種塑模： (1) 壓縮成型的塑料模具（簡稱壓縮模，又稱壓塑?；驂耗z模）它是成型熱固 性原料直接加入敞開的塑模型腔內(nèi)，當(dāng)塑模閉合后，再加壓和熱的作用下，塑料成 為流動狀態(tài)并充滿型腔，然后通過化學(xué)和物理變化使塑料硬化定型。 (2) 壓入成型的塑料模具（簡稱壓注?；驍D塑模，又稱擠膠模）它是成型熱固 性塑料或封裝電器組件等用的一種塑料成型模具，這種塑模沒有單獨的加料室 6。 (3) 擠出成型的塑料模具（簡稱擠出模）它是將放入料斗中的原料由螺旋送入 加熱室，在加熱室的模具端，加熱成粘流狀態(tài)的塑料，在擠出機的高壓和高速作用 下，通過具有一定斷面形狀的機頭（口模）和定型（套）而擠出成型 7。 (4) 注射（塑）成型的塑料模具（簡稱注射模獲注塑模）它是將塑料原料注射 在注射機的加熱料筒內(nèi)，受熱成熔融狀態(tài)，在注射機的螺桿或柱塞的推動下進入塑 模型腔，使塑料在型腔內(nèi)硬化成型 8。 此外，還有發(fā)泡成型塑模、吹塑成型塑模、真空成型塑模、玻璃纖維增強塑料 成型模等，但這些塑模的設(shè)計是建立在以上所述常用的幾種塑模設(shè)計基礎(chǔ)上，且比 較簡單。隨著塑料成型方法的不斷出現(xiàn)，必然會產(chǎn)生各種新型的成型模具 9。 1.3 塑料注塑模技術(shù) 在各種模具中，塑料模具占模具總量近 40%10，而且這個比例還在上升。其中， 注塑成型作為一項速度快、自動化程度高的生產(chǎn)技術(shù)，能一次成型形狀復(fù)雜，尺寸 精確的制品，在整個塑料制品生產(chǎn)行業(yè)占有非常重要的地位 11。早期的注塑成型方 法主要用于加工熱塑性塑料制品，但是隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品應(yīng)用 范圍的不斷擴大，注塑成型方法已經(jīng)推廣到熱固性塑料制品和一些塑料復(fù)合材料制 品的生產(chǎn)中。目前，除了少數(shù)幾種塑料外，幾乎所有的塑料都可以采用注塑成型。 據(jù)統(tǒng)計，注塑制品約占整個塑料制品總常量的 30%12，全世界每年生產(chǎn)的注塑數(shù)量 約占所有塑料成型模具數(shù)量的 50%13。 在注塑成型過程中，模具處于核心地位，其設(shè)計與制造水平直接關(guān)系到產(chǎn)品的 質(zhì)量、品種及更新速度。在注塑成型中，由于制品形狀復(fù)雜、材料本身變形的特性 以及復(fù)雜的邊界條件和不確定因素，使材料成型過程經(jīng)歷了相當(dāng)復(fù)雜的變形歷史和 相態(tài)變化，如固體輸送、熔融、熔體輸送、流動、壓實、固化、相變、結(jié)晶、分子 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 34 頁 取向、纖維取向、翹曲變形等，模具設(shè)計及成型工藝條件對成型過程中材料所經(jīng)歷 的受力狀態(tài)和熱狀態(tài)有著重要的影響，直接關(guān)系到制品的力學(xué)性能和成型效率等。 長期以來，高聚物成型加工過程工藝參數(shù)的設(shè)定和模具設(shè)計與制造主要依賴于工藝 人員和模具設(shè)計人員的經(jīng)驗和技巧，設(shè)計的合理性只能通過試模來判斷，制造的缺 陷也主要靠修模來糾正，導(dǎo)致模具及制品的設(shè)計與制造周期長、成本高、檔次低。 這個問題在我國更加突出。 雖然我國模具工業(yè)的水平有了一定的提高，但與國民經(jīng)濟需要和國際先進水平 相比，我國模具工業(yè)主要存在如下幾個問題： （1）總量供不應(yīng)求，國內(nèi)模具自配率只有 70%14左右。其中中低檔模具供過于 求，中高檔模具自配率只有 50%15左右。 （2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不合理。 （3）模具產(chǎn)品水平要比國際水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際水平長許 多。產(chǎn)品低主要表現(xiàn)在精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度等方面。 （4）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳。 （5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后。 我國塑料模具技術(shù)今后應(yīng)在下列幾個方面得到發(fā)展，不斷提高其水平： （1）模具 CAD/CAE/CAM 一體化技術(shù) 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個里程碑 16。由于這項技術(shù)已發(fā)展 成為一項比較成熟的共性技術(shù)，硬件和軟件已降到中小企業(yè)普遍可以接受的程度， 再加上微機的普及和應(yīng)用及微機版軟件的退出，模具行業(yè)中普及 CAD/CAE 的條件應(yīng) 經(jīng)成熟，今后必將有很快的發(fā)展。模具 CAD/CAE/CAM 一體化及軟件的宜人化、集成 化、智能化、網(wǎng)路化將是今后的發(fā)展方向。 （2）管理技術(shù)將迅速發(fā)展。管理是一個系統(tǒng)工程，是一項十分重要的技術(shù)。 機械行業(yè)中常說的“三分技術(shù)七分管理”的話，說明了管理的重要性。模具企 業(yè)中現(xiàn)代企業(yè)制度和各項創(chuàng)新機制的建立和運行是管理技術(shù)的核心。 （3）精密測量和高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程和并行工程中發(fā)揮更大作 用。 （4）模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高。 （5）虛擬技術(shù)將得到發(fā)展。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 34 頁 2 塑料注射模具的設(shè)計步驟 2.1 塑料件的工藝性分析 (1) 本課題是對洗滌劑瓶嘴的注射模設(shè)計。首先對洗滌劑瓶嘴進行觀察并進行 測繪，如圖 2.1，尺寸大都是估算值，無特殊要求，尺寸公差按 IT7 級精度查取。 (2)塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析： (a) 塑件厚度為 2mm，壁厚均勻，塑件成型性能良好； (b) 塑件本身帶有圓弧抽芯機構(gòu)，用齒輪運動進行抽芯； (c) 從塑件結(jié)構(gòu)看，設(shè)置一個分型面。 (3）塑件表面要求光滑無裂痕，未明確粗糙度值的按 Ra6.3 要求。 圖 2.1 2.2 洗滌劑瓶嘴材料的選擇 塑料材料的相對密度在 0.832.2 范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當(dāng) 密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強度，甚至比特種合金鋁還 要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及 陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。 洗滌劑瓶嘴的材料選為聚苯乙烯（ps）。聚苯乙烯無色、透明、有光澤、無毒 無味，化學(xué)穩(wěn)定性良好。 2.3 繪制模具裝配草圖 模具裝配圖的設(shè)計應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認(rèn)真考 慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 34 頁 的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個重要部分： (1)成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難 易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上 的需要，易于加工、易于修改維修和更換。 (2)確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確 定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受 損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等， 使注射時物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。 (3）確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時和澆注系統(tǒng)分離的接 觸面。一般情況下我們在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆 口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通 盤考慮設(shè)計。 (4)選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機并進行模具設(shè)計。 成型設(shè)備有兩個重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個是最大投影面積。根據(jù)這兩 個參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。 (5)圓弧抽芯機構(gòu)的確定：根據(jù)塑件噴嘴帶有圓弧抽芯機構(gòu)，選擇齒輪運動進行 抽芯。 (6)頂出機構(gòu)的確定：定模動模分型后，圓弧抽芯也完成了抽芯動作。塑件根據(jù) 自身的重力和推桿的運動自由落下。 (7)確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和 效率，所以每個模具都必須盡可能好的設(shè)計溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效 果，對冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流 出足夠的冷卻水路的安裝空間。 (8)確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓， 這時應(yīng)確定導(dǎo)向機構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安 裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。 2.4 對零件進行造型設(shè)計并繪制工程圖 裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開始對各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計。工程圖盡量按 1：1 的比例畫出，因為這樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 34 頁 嚴(yán)格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。 最后，對模具進行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計說明書。主要零件繪制完成， 對裝配草圖的自我檢驗和審定。即已存在的問題會充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后， 描清并正式編號，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。 2.5 課程任務(wù)要求 本課題洗滌劑瓶嘴注射模設(shè)計。要求對塑件進行測繪，并完成其 CAD 三維造型 設(shè)計。洗滌劑瓶嘴注射模要求一模兩腔，并帶有圓弧抽芯。完成該注射模具裝配圖 設(shè)計，全部零件圖紙設(shè)計，模具成型零件 CAD 三維造型設(shè)計，以及完成該注射模具 的制造工藝設(shè)計。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 34 頁 3. 方案分析與設(shè)計 洗滌劑瓶嘴是一個結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜的零件，設(shè)計的重點是噴嘴部分的圓弧抽芯機 構(gòu)。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點成型模具需要采用圓弧抽芯成型結(jié)構(gòu)。根據(jù)上網(wǎng)查資料， 初步確定可以用液壓直抽芯和齒輪齒條配合氣缸兩種方法來實現(xiàn)。在比較之后發(fā)現(xiàn)， 前者雖然能進行抽芯但是制造昂貴，實際結(jié)構(gòu)不易實現(xiàn)，達(dá)不到要求。用齒輪齒條 配合氣缸抽芯可以實現(xiàn)噴嘴部分抽芯的弧度。所以我用齒輪齒條配合氣缸來實現(xiàn)我 設(shè)計理念。具體方案如圖 3.1： 圖 3.1 方案 1.葉片擺動氣缸；2 軸承端蓋；3 連軸套；4 鍵；5 齒輪軸 氣缸的輸出軸轉(zhuǎn)動，通過 3 連軸套帶動齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪齒條運動脫出圓弧型 芯。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 34 頁 4. 洗滌劑瓶嘴注射模的詳細(xì)設(shè)計 4.1 塑料注射成型機的選擇 4.1.1 注射成型機的分類 (1)注射機按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種。 臥式注射機：目前使用最廣泛的注射成型機械。它的注射裝置與合模裝置方向 在同一水平線上橫臥安裝。優(yōu)點:重心低，操作及維修方便，塑件可自行脫落，易實 現(xiàn)自動化。缺點:模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機器占地較大。本設(shè)計使用臥式注 射機。 (2)注射機按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機和螺桿式注射機。 4.1.2 塑料注射機通用的主要裝置組成 (1)注射裝置：它的主要作用是使固態(tài)的塑料均勻的塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠 的壓力和速度將融料注入模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加熱器、料斗、計 量裝置、螺桿、螺桿的驅(qū)動裝置、噴嘴及其驅(qū)動裝置。 (2)合模機構(gòu)：它的主要作用是保證成型模具有可靠的開合動作。因為在注射過 程中進入模腔中的融料有較高的壓力，這就要求合模裝置給予模具足夠的夾緊力、 即鎖模力，防止模具在融料高壓力下推開。它的主要部件有：機架、定動模板、拉 桿、合模油缸及肘節(jié)。 (3)頂出裝置：它的作用在開模到一定距離后，驅(qū)動模具的頂出裝置，將部件從 模具中頂出。 (4) 機械和液壓傳動及電氣控制系統(tǒng)：注射成型是塑料塑化、模具閉合、壓力、 溫度調(diào)節(jié)、注射入模、保壓、制品固化定型、開模、頂出塑件等多道工序連續(xù)準(zhǔn)確 的發(fā)生過程，這些連續(xù)動作都是由機械和液壓傳動及電氣控制的。 塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，否則塑 件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況:一是當(dāng)注射機采用液壓機械聯(lián) 合作用的鎖模機構(gòu)時，最大開模行程由連桿機構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 34 頁 的影響即注射機最大開模行程與模具厚度無關(guān)；二是當(dāng)注射機采用液壓機械聯(lián)合作 用的鎖模機構(gòu)時，最大開模行程由連桿機構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響 即注射機最大開模行程與模具厚度有關(guān)。 4.1.3 注射成型機的計算 (1)注射容量 國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機注射聚苯乙烯時在對空注射條件下，注 射機螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。由于聚苯乙烯的密度 1.05g/cm3，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實際中為便于計算，有時 還沿用過去的習(xí)慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計量。 注射容量是選擇注射機的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機的注射能力， 標(biāo)志著注射機能成型最大體積的塑料制品。 確定了單個塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計算出多模塑件的總 體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總 體積 Vm。 (4.1)zmV8.0 式(4.1)中 Vm成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm 3 ； Vz注射機最大注射容量，cm 3 ； 估算： 225.514.3cmVm (2)最大注射壓力校核 最大注射壓力是指注射機料筒內(nèi)柱塞或螺桿對熔融塑料所施加的單位面積上的 壓力，它用于克服熔體流經(jīng)噴嘴、澆注系統(tǒng)和型腔時的流動阻力。注射機的最大注 射壓力必須大于成型塑件所需要的注射壓力。一般塑件的成型壓力在 70150Mpa 范 圍內(nèi)。 (3)模具的閉合高度 注射機動壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個固定的參數(shù)。它決 定著所能安裝的模具的閉合高度。對于所用的注射機來說，注射模的閉合高度必須 符合下列的要求： maxminH 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 34 頁 （4.2） 式（4.2）中 H min注射機允許的最小厚度，mm； Hm注射機的實際閉合高度，mm； Hmax注射機允許的最大厚度，mm； m197205620 (4)噴嘴尺寸 注射模主流道襯套始端凹坑的球面半徑 R 應(yīng)大于注射噴嘴球頭半徑 r，以保證同 心和緊密接觸，通常 R=r+(0.51)mm。主流道孔小端直徑 D 應(yīng)大于注射機噴嘴直徑 d，通常取 D=d+(0.51)mm。如圖 4.1 所示： 圖 4.1 噴嘴尺寸示意圖 (5) 模具外形尺寸 模具長寬尺寸應(yīng)與注射機拉桿內(nèi)間距相適應(yīng)，以保證模具至少能從一個方穿過 拉桿間的空間安裝在注射機上。確定為 160 x200 (6）模具厚度 注射模的厚度必須在所選的注射機的最大到最小模厚之間。 (7) 螺孔尺寸 模具固定采用壓板固定，只需模具動、定固定板附近有螺孔即可。 綜合考慮上述條件，注射機選擇 XS-Z-60 型號。 4.1.4 注射機參數(shù) 根據(jù)計算所的注射機參數(shù)進行校核： 最終注射機選用 XS-Z-60 型國產(chǎn)臥式注射機，其參數(shù)如下 理論注射量/cm 3： 60 螺桿（柱塞）直徑/mm 38 注射壓力/MPa 122 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 34 頁 鎖模力/kN 500 注射行程/mm 170 最大模具厚度/mm 200 最小模具厚度/mm 70 噴嘴圓弧半徑/mm 12 噴嘴直徑/mm 4 4.2 注射模具分型面的選擇 4.2.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型 面、斜面式分型面、曲面式分型面。 4.2.2 分型面的選擇原則 選擇分型面的基本原則： a）盡量使塑件開模時留在動模一側(cè)； b)分型面應(yīng)有利于排氣； c)保證塑件外觀質(zhì)量要求； d）有利于塑件分型和抽芯動作； e)有利于塑件脫模； f)考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)； 4.2.3 分型面的選擇 按塑件結(jié)構(gòu)，有兩種分型面方案如圖 4.2，圖 4.3 圖 4.2 分型面方案一 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 34 頁 圖 4.3 分型面方案二 方案一與方案二相比，方案一是以底面為分型面，脫模時噴嘴部分不易脫出， 而方案二是沿著噴嘴弧形中心線分型，噴嘴部分能順利脫出。故選用方案二。 4.3 注模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計 4.3.1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成 模具的澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口及冷料穴，它是將熔融的塑料從注 射機噴嘴進入模具型腔所經(jīng)的通道。在設(shè)計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置， 可以采用一模多腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注塑模具設(shè)計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑 成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計時必 須按如下原則： (1）型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象； (2）型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸； (3）系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大則 塑料耗費大） ；盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能?。?(4）對多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時間內(nèi)進入各個型腔的深處及角落， 及分流道盡可能平衡布置； (5）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量； (6）澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘 痕不應(yīng)影響塑件的外觀； (7）合理設(shè)計冷卻穴； 4.3.2 注射模主流道設(shè)計 (1）主流道的設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 34 頁 主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑 料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主 流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時 間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模 上，而是將它單獨設(shè)計成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造 并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián) 接處能自動減斷。采用側(cè)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計成錐 形，錐度為 2 4，內(nèi)表面的粗糙度為 Ra0.8um。 主流道的設(shè)計遵循以下幾點原則： (a)為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè) 計成圓錐形，錐度取 2 4，過大會造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為 Ra0.8um； (b)主流道出口端呈過渡圓弧，其半徑取 r=1mm 3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過渡的 阻力； (c)在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應(yīng)盡量短，否則會使主流道的 凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形； (d)為使熔融塑料完全進入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機的噴嘴緊密對 接，主流道對接處設(shè)計成半球形凹坑通常主流道進口端凹坑的球面半徑 Sr 要比噴嘴 球面半徑 Sr 大 1mm 2mm,凹入深度約 5mm，為了補償主流道與噴嘴的對中誤差， 主流道進口端的直徑 D 應(yīng)比噴嘴出口直徑 d 大 0.5mm 1mm； (e)由于主流道要與高溫高壓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襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨加工和熱處理，其大端兼 作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度一般定為 5mm 10mm，大型模具時為 15mm 左 右。 (2)澆口套的設(shè)計 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如 T8A、T10A 等材料制造，熱處理淬火硬度 53HRC57HRC。主流道澆口套如圖 4.4 所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 34 頁 圖 4.4 澆口套 注射機的 XS-Z-60 噴嘴球半徑為 12mm，噴嘴孔徑為 4mm。所以要使?jié)部谔锥嗣?的凹球面與注射機噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取 13mm，圓錐孔的小端直 徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取 5mm。 4.3.3 注射模具分流道的設(shè)計 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。 分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和 U 形等，圓形和正方形截面 流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積） ，塑料熔體的溫度下降 小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實 際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及 U 形。 (1）分流道的設(shè)計要點總體歸納如下： (a)分流道的設(shè)計時應(yīng)采用較小的截面積，以便在試模時為必要的修正留有余地； (b)在可能的情況下，分流道的長度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失； (c)保證熔體迅速和均勻地充滿型腔； (d)分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理； (e)在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。 (2）分流道的長度 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時減 少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。 (3）分流道的布局 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 34 頁 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡兩種，根據(jù)洗滌劑噴嘴注射模 要求一模兩腔的要求我們選取平衡式，也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面 形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應(yīng)部位的尺寸相等。這種布置可實現(xiàn)均 衡送料和同時充滿型腔的目的，是成型的塑件力學(xué)性能基本一致。而且在此模具中 不會造成分流道過長的缺點。分流道斷面采用圓形截面，在分型面一側(cè)，加工容易， 且塑料熔體的熱量散失及流動阻力均不大。 4.3.4 注射模具澆口的設(shè)計 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計與位置的選擇 直接影響到塑件能否完好的、高質(zhì)量的注射成形。澆口可分成限制性澆口和非限制 性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中 大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng) 中截面尺寸最小的部位。 (1)注射模澆口的類型 單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、環(huán)形澆口、輪 輻式澆口和爪形澆口。這里著重講側(cè)澆口。 側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)充填模具型腔，其截面形 狀多為扁槽，是限制性澆口。側(cè)澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上，側(cè)澆口 的形式如圖 4.5 所示。特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同 時去除澆口容易，不留明顯痕跡。 圖 4.5 側(cè)澆口 (2)澆口的選擇 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 34 頁 澆口位置的選擇原則： (a)盡量縮短流動距離； (b)避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷； (c)澆口應(yīng)開設(shè)在塑件厚壁處； (d)考慮分子定向的影響； (e)減少熔接痕，提高熔接強度。 根據(jù)以上幾點原則加上模具一模兩腔的要求，我選擇側(cè)澆口。側(cè)澆口為扁平形 狀，可以大大的縮短冷卻時間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響 塑件的外觀。澆口設(shè)置在塑件表面，澆口截面形狀簡單，容易加工，且注射效率高。 4.3.5 冷料穴的設(shè)計 冷料穴位于主流道的對面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料” ，防 止“冷料”進入型腔而形成接縫；開模時能將主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸 稍大于主流道大端的直徑。采用底端帶有推桿的冷料井，這類冷料穴的底部有一根 推料桿組成，推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用 Z 型冷料穴。 4.3.6 排氣方式設(shè)計 當(dāng)塑料熔體注入型腔時，如果型腔內(nèi)原有氣體、蒸汽等不能順利排出，將在制 品上形成氣孔、銀絲、灰霧、接縫、表面輪廓不清，型腔不能完全充滿等弊病，同 時還會因氣體壓縮而產(chǎn)生高溫，引起流動前沿物料溫度過高，黏度下降，容易從分 型面溢出，發(fā)生飛邊，重則灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕。而且型腔內(nèi)氣體壓縮產(chǎn)生的 反壓力會降低充模速度，影響注射周期和產(chǎn)品質(zhì)量。因此設(shè)計型腔時必須要充分考 慮排氣問題。由于噴嘴屬于小型的塑件，并且充模時熔體最后充到型腔的分型面處， 且不采用特殊的高速注射，利用分型面排氣，就可滿足排氣的要求。 4.4 注射模具成型零件和模體的設(shè)計 4.4.1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 型腔的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為以下幾種： (1）整體式 整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點是：強度和剛度都相對較高， 且不易變形，塑件上不會產(chǎn)生拼?？p痕跡。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 34 頁 (2)整體組合式 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工， 特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔 的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。 (3)局部組合式 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型 腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 (4)完全組合式 完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工，便 于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成 型大面積塑件的大型型腔上。 洗滌劑瓶嘴注射模的型腔部分有點復(fù)雜，圓弧抽芯部分不容易加工，所以用組 合式凹模。 4.4.2 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：a)整體式；b)整體復(fù)合式；c)局部組合式；d)完全組 合式。 4.4.3 注射模具成型零件的尺寸確定 (1）型腔尺寸計算 型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差的 1/2，取負(fù) 偏差，再加上-1/4的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6 的磨損量，這樣的型芯的 計算尺寸的表述如下。 (a)型腔的徑向尺寸的計算式： (4.3) 0*0431SD 式(4.3)中 D 0型芯的最小基本尺寸； 塑件的最大基本尺寸；* S塑件的平均收縮率，S=0.02； 塑件的公差，取八級精度； 模具制造公差，按 1/3選?。?本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 34 頁 根據(jù)公式(4.3)計算得型腔的各徑向尺寸： mD28*0mD01.0528 (b)型腔的深度根據(jù)尺寸的計算公式 (4.4) 0*031SH 式(4.4)中 型腔深度的最小尺寸；0H 塑件的最大基本小尺寸；* S塑件的平均收縮率； 塑件的公差，取八級精度； 模具制造公差，按 1/3選??； 根據(jù)公式 4-4 計算得型腔的各深度尺寸： mH10*mh01.02 (2）型芯尺寸的計算 型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的 1/2,取 正偏差,再加上+1/4 的磨損量,而型芯高度則加上+1/6 的磨損量.型芯的計算尺 寸表達(dá)如下。 (a)型芯的徑向尺寸的計算式： (4.5) 0*0431Sd 式(4.5)中 型芯的最大基本尺寸；0d 塑件的最小基本尺寸；* S塑件的平均收縮率； 塑件的公差，取八級精度； 模具制造公差，按 1/3選?。?根據(jù)公式 4-5 計算得型芯的各徑向尺寸： md26*0md01.0326 (b)型芯的高度尺寸的計算： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 34 頁 (4.6) 0*0321Sh 式(4.6)中 型芯高度的最大尺寸；0h 塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；* S塑件的平均收縮率； 塑件的公差，取八級精度； 模具制造公差，按 1/3選??； 根據(jù)公式 4-6 計算得型芯的各高度尺寸： mh12*0mh04.021 (3）型腔側(cè)壁厚度的計算 按強度計算 其壁厚 S 按下列公式計算 (4.7)12pr 式(4.7)中 型腔材料的許用應(yīng)力，=550MPa p型腔內(nèi)單位平均壓力，P=45MPa r型腔內(nèi)半徑，r=14mm 代入公式 4-7 得： mS06.3 (4）底板厚度的計算 按強度計算 其壁厚 H 按下面公式計算 (4.8)287.0pr 式(4.8)中 型腔材料的許用應(yīng)力，=550MPa p型腔內(nèi)單位平均壓力，P=45MPa r型腔內(nèi)半徑，r=14mm 代入公式 4-8 得： mH5.3 4.5 注射模具的頂出機構(gòu)的設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 34 頁 4.5.1 注射模具的頂出機構(gòu) 頂出機構(gòu)的分類： 按驅(qū)動方式分類可分為手動頂出、機動頂出、液壓頂出和氣動頂出。 按模具結(jié)構(gòu)分類可分為一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、澆注系統(tǒng)自動切斷頂 出。 (1)推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 將塑料制品及澆注系統(tǒng)中的凝料從模具中脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)，也叫頂出 機構(gòu)或脫模機構(gòu)。推出機構(gòu)的動作通常是由安裝在注射機上的機械頂桿或液壓缸的 活塞桿來完成的。 結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位組成。 (2)結(jié)構(gòu)分類 手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。 (3)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 塑件盡量留在動模,塑件在推出過程中不變形,塑件的外觀質(zhì)量不損壞,合模時應(yīng) 使推出機構(gòu)能夠正確復(fù)位,動作可靠。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計 (a)推桿推出機構(gòu) 推桿推出機構(gòu)是整個推出機構(gòu)中最簡單、最常見的一種形式。由于設(shè)置推桿的 自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的 配合精度。推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此 在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而 頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 (b)頂出機構(gòu)的設(shè)計原則：頂出機構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置， 并盡量保證頂出塑件時不影響外觀質(zhì)量。在一般情況下開模時，盡量設(shè)計使塑件留 在動模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應(yīng)充分考慮。如果出現(xiàn)塑件 并沒有留在動模側(cè)的情況時，可設(shè)法增加動模一側(cè)的阻力。在特殊情況下必須使塑 件留在定模時可采用定模頂出機構(gòu)。頂出零件應(yīng)有足夠的機械強度和耐磨性能，使 其在相當(dāng)長的運作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。頂 出裝置要求均勻分布，頂出力作用點應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，即不易變形 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 34 頁 或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形 和損傷。綜上所述采用推桿推出。 4.5.2 復(fù)位機構(gòu) 采用復(fù)位桿復(fù)位機構(gòu)，借助模具的閉合動作，使推出機構(gòu)復(fù)位。見圖 4.6 圖 4.6 復(fù)位桿復(fù)位 4.5.3 圓弧抽芯機構(gòu) 圓弧抽芯機構(gòu)不同于斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)，它的型芯具有一定的弧度，這是設(shè)計的 重點，也是難點。 我們采用齒輪齒條進行圓弧抽芯。齒輪設(shè)計為模數(shù)為 1，齒數(shù)最少為 17，所以 分度圓直徑為 17mm 見公式(4.9)： （4-9MZD ） 與之配合的內(nèi)齒條半徑為 25mm，內(nèi)齒條分度圓與齒輪的分度圓重合。他們之間 的配合見下圖 4.7 圖 4.7 圓弧抽芯 洗滌嘴的弧長是 15.56mm,角度是 34，所以齒條運動的路徑是 15.56mm，需要 動模板的厚度超過 6.79mm，滿足條件?；￠L和角度如圖 4.8 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 34 頁 圖 4.8 弧長和角度 小齒輪直接做在軸上，葉片擺動氣缸通過連軸器直接帶動軸轉(zhuǎn)動，小齒輪和齒 條嚙合運動，完成抽芯動作。如圖 4.9 圖 4.9 葉片擺動氣缸運動 4.5.4 斜導(dǎo)柱機構(gòu) (1)斜導(dǎo)柱的設(shè)計 (a)斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)與固定形式 斜導(dǎo)柱工作端的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成半球形或錐臺形。當(dāng)設(shè)計成錐臺形時必須注 意斜角 應(yīng)大于斜導(dǎo)柱傾斜角 ，一般 ，以避免端部錐臺參與側(cè))32( 向抽芯。如圖 4.10 圖 4.10 斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 34 頁 斜導(dǎo)柱與固定模板之間采用的配合一般為 H7/h6。由于斜導(dǎo)柱在工作過程中 主要用來驅(qū)動滑塊作往復(fù)運動，滑塊運動的平穩(wěn)性由導(dǎo)滑槽與滑塊之間的配合精度 保證，而合模時滑塊的最終準(zhǔn)確位置由契緊塊決定。為了運動的靈活，滑塊上斜導(dǎo) 柱與斜導(dǎo)柱之間可以采用較松的間隙配合或取 0.5mm 1mm 間隙。如圖 4.11 圖 4.11 斜導(dǎo)柱固定形式 (b)斜導(dǎo)柱傾斜角的確定 斜導(dǎo)柱軸向與開模方向的夾角稱為斜導(dǎo)柱的傾斜角 。確定 時要綜合抽 芯距以及斜導(dǎo)柱所受的彎曲力。通常 取 15 20，一般不大于 25。本設(shè)計 取 為 21。 (c)斜導(dǎo)柱的尺寸 斜導(dǎo)柱的直徑通過查資料確定為 10mm，其余見圖 4.10。 (2)滑塊的設(shè)計 (a)導(dǎo)滑槽的設(shè)計 成型滑塊在抽芯和復(fù)位過程中，要求其必須沿一定得方向平穩(wěn)地往復(fù)地移動， 不應(yīng)發(fā)生上下竄動和卡緊現(xiàn)象，滑塊和導(dǎo)滑槽的配合形式如圖 4.12 圖 4.12 導(dǎo)滑槽 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 34 頁 (b)滑塊的定位裝置設(shè)計 滑塊的定位裝置用于保證滑塊在開模后停留在剛剛脫出斜導(dǎo)柱的位置，不再 發(fā)生任何移動，以避免合模時斜導(dǎo)柱不能準(zhǔn)確地進人滑塊的斜導(dǎo)孔內(nèi)，造成模具損 壞。設(shè)計所采用的定位裝置如圖 4.13 圖 4.13 滑塊的定位裝置 4.6 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐 應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過程中，冷 卻時間占注射成型周期的約 80%，然而由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模 具溫度的要求不盡相同，因此，對模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化分析在一定程度上決 定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周 期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求 以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷 卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷 卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具 溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。 (1）低的模具溫度可降低塑件的收縮率。 (2）模具溫度均勻、冷卻時間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。 (3）對結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但 是將導(dǎo)致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷。 (4）提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。 在注射成形過程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑 料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為 2000C 左右，而從模具中取出塑件的溫度約 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 34 頁 600C，溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進 行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。 因洗滌劑瓶嘴使用的塑料是 PS，宜用高料溫、高模溫、低注射壓力成型，并延 長注射時間，以防止縮孔及變形，降低內(nèi)應(yīng)力，但料溫過高容易出現(xiàn)銀絲；料溫低 或脫模劑多，則塑件透明性差。 總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須進行溫度調(diào)節(jié)。 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求： (1）確定加熱或是冷卻； (2）模溫均一，塑件各部分同時冷卻； (3）采用低的模溫，快速且大量通冷卻水； 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低謙。 4.6.1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知， 冷卻水孔數(shù)量大于或等于 3 根都是可行的。這樣做同時可實現(xiàn)盡量降低入水與出水 的溫度差的原則。根據(jù)書上的經(jīng)驗值取 4 根，冷卻水口口徑為 6mm. 另外，具冷卻系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)同時遵循： (1）澆口處加強冷卻； (2）冷卻水孔到型腔表面的距離相等； (3）冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑應(yīng)盡可能的大； (4）冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲快或其接縫部位，以防漏水。 4.6.2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計 因在 PS 要求的熔融溫度較高。而且流動性能為中性，同時在注射時模具溫度要 求在 600C 左右，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及 電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具中應(yīng)用電加 熱。 4.7 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計在方案和詳細(xì)設(shè)計計算的基礎(chǔ)上采用三維 CAD 系統(tǒng)進行具體設(shè)計。 目前的 CAD 軟件很多，如工程圖設(shè)計普遍采用的二維 AutoCAD，功能強大的三維設(shè)計 加工軟件 UG、Pro/Engineer 等，還有易學(xué)易用的 Solid Work、Solid Edge 等。設(shè) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 34 頁 計采用自上而下、上下結(jié)合的設(shè)計方法。首先根據(jù)模具結(jié)構(gòu)方案進行各主要零件的 三維造型和設(shè)計，然后進行裝配體裝配設(shè)計，在裝配設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的干涉碰撞等 結(jié)構(gòu)問題再進行修改，最后完善零件的設(shè)計。 5 注射模加工工藝設(shè)計 塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主 要加工手段有：經(jīng)濟低精度的通用加工、電火化成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、 高速切削加工等。 由于洗滌劑噴嘴注射模精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般， 因此模具的加工立足于經(jīng)濟、可行，故采用了普通加工與電火花成型結(jié)合的工藝方 法。根據(jù)零件類型下面簡單分析一下主要類型零件的加工工藝。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 34 頁 5.1 坯料確定 坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)棒料或板材， 也可采用鍛造坯料。在專業(yè)模具企業(yè)中，對性能要求不高的材料多采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材 料，而對性能要求較高發(fā)材料要經(jīng)鍛造，然后經(jīng)熱出路調(diào)質(zhì)后具有適當(dāng)硬度和便于 加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料，這種形式加工余量小，節(jié)省了人工和材料用 量。坯料通過鍛造可使金屬材料的金相組織密實，對其強度和剛度也有提高。只是 應(yīng)嚴(yán)格控制加工余量，加工余量過大，會引起材料和加工工時的浪費。 5.2 模板的平面加工 (1)模板平面的粗加工 平面切削加工是指車床、刨床、銑床等對坯料的 6 個方面進行粗加工，再去掉 坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時對模板上較大的孔也應(yīng)該進 行粗加工。 粗加工完成了以后，應(yīng)進行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應(yīng)力， 使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過程中的變形或淬裂。 (2)模板平面的半精加工 在經(jīng)過退火而消除內(nèi)應(yīng)力之后，模板會產(chǎn)生不同程度的變形。半精就是去除其 變形量，并給精加工留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?(3)模板平面的精加工 通過以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的 兩平面，并達(dá)到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個分模面即是 z 軸方向上的加 工基準(zhǔn)面。取任意相鄰的兩個側(cè)面進行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。 這兩個面即是 x，y 方向上的加工基準(zhǔn)面，分別作文字標(biāo)記，如 x，y。當(dāng)平面的精度 要求，特別是平面度公差要求很高時，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為 研具，由很細(xì)的金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達(dá) 到多面積的良好接觸。 (4)薄板的精加工 當(dāng)薄板較薄或太薄時，在淬火填質(zhì)或淬硬后容易發(fā)生彎曲或翹曲形變的現(xiàn)象。 薄板在磨削發(fā)生形變時，應(yīng)使用薄而寬的擋板，將薄板四周擋住，并將被加工的薄 板的凹面向下，然后以很小的磨削量對凸面進行磨削，當(dāng)磨削的部分長度達(dá)到薄板 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 34 頁 長度的 2/3 時，將薄板翻面，依然采取精度磨削的狀態(tài)，這樣反復(fù)數(shù)次，直到翹曲 的現(xiàn)象完全消失，才能按常規(guī)磨削。 因此，薄板的預(yù)留量應(yīng)該加大，以防止達(dá)到尺寸要求時局部仍有凹處，而導(dǎo)致 薄板報廢現(xiàn)象。 6 塑料注射模具型腔常用加工方法及設(shè)備 6.1 型腔的普通切削加工方法及設(shè)備 (1)銑床 銑床可以加工平面，曲面等各種表面，常見的銑床有立式銑床、臥式銑床、萬 能銑床、工具銑床等，銑床可以加工出平面、溝槽、曲面等形狀。 (2)刨床 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 34 頁 刨床主要用于平而加工，常見的刨床有牛頭刨床、龍門刨床、插床等。牛頭刨 床工作時，被加工工件用平口 u 鉗安裝于工作臺上，工作臺可以做左右移動。刨刀 固定在滑枕上的刀架中，刨刀做前后移動，通過刨刀與工件的相對運動，完成平面 加工。龍門刨床用于加工尺寸較大的工件。插床又稱立式牛頭刨床，主要用來加工 工件的內(nèi)表面，如鍵槽、多邊形孔。 (3)磨床 磨床是用砂輪或其他磨料對金屬工件進行加工的機床。常見磨床有平面磨床、 外圓磨床、自圓磨床等。磨削也是一種切削，砂輪表面上的每個磨粒，可以近似地 看成一個微小的刀齒，對金屬表面進行切削。磨削加工精度高、表面粗糙度值小， 一般常用于半精加工和精加工。不同的磨削機床可以加工平面、外圓表面、內(nèi)圓表 面以及各種曲面。 6.2 型腔的特種加工 特種加工是直接利用電能、化學(xué)能、光能等進行加工的方法。特種加工與普通 機械加工有本質(zhì)的不同，它不要求工具材料比工件材料更硬，也不需要在加工過程 中施加明顯的機械力它可以解決普通機械加工無法完成的加工工作，適合于加工各 種不同材料而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件，是模具制造中一種必不可少的重要加工方法。 6.2.1 電火花加工 電火花加工的原理是基于工具電極與工件電極(正極與負(fù)極)之間脈沖性火花放 電時的電腐蝕現(xiàn)象來對工件進行加工，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求的 加工放法。電火花加工也稱放電加工或電蝕加工。當(dāng)工具電極與工件電極在絕緣液 體中靠近時，極間電壓將在兩極間“相對最靠近點”電離擊穿，形成脈沖放電。在 放電通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱能，使金屬局部熔化甚至汽化，并在放電爆炸力的作 用下，把熔化的金屬拋出去。達(dá)到蝕除金屬的目的。電火花加工機床一般由四大部 分組成，脈沖電源、間隙自動調(diào)節(jié)器、機床床身、工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)。 電火花加工特點:脈沖放電的能量密度高；工具電極與工件間無作用力；工件加 工質(zhì)量高；加工適應(yīng)性廣；自動化程度高。 塑料模具型腔常用的電火花工藝方法有：單電極平動加工法；多電極更換加工 法；分解電極加工法。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 34 頁 本模具中較復(fù)雜的成型零件主要是型腔，因此在工藝設(shè)計時先采用普通刨削和 銑削加工進行毛坯加工和半精加工，熱處理后磨削定位面和加工面，再用電火花成 型加工兩型腔，最后進行人工修磨拋光 結(jié)束語 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 34 頁 論文著重進行了洗滌劑瓶嘴注射模，通過對模具各個參數(shù)的計算、校核及模具 的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行了模具 CAD 設(shè)計。 在結(jié)構(gòu)方面，首先進行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。然后對澆注系統(tǒng)、成型零部件、脫模 機構(gòu)、圓弧抽芯機構(gòu)、合模導(dǎo)向和復(fù)位機構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等進行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計， 尤其是圓弧抽芯機構(gòu)的設(shè)計。對于圓弧抽芯機構(gòu)的設(shè)計，最終采用了齒輪運動分型 抽芯機構(gòu)，這個機構(gòu)方便的解決了圓弧抽芯的問題，而且結(jié)構(gòu)簡單。對于脫模機構(gòu) 的設(shè)計，由于含有圓弧抽芯，不能直接抽芯，所以采用雙分型面分型。第一次分型 把工件和系統(tǒng)凝料一起脫出來，第二次分型動模部分向下移，型腔部分用哈夫分型， 頂出機構(gòu)頂出工件，然后復(fù)位桿進行復(fù)位。 利用 proe 對模具進行三維造型，并生成所需要的圖形，最后用 CAD 繪制所需的 工程圖。在制造工藝分析和設(shè)計方面，完成了成型零件和主要零件工藝過程卡的編 制，成型零件采用電火花加工來完成主要曲面的成形，然后通過研磨和拋光來達(dá)到 表面粗糙度的要求。 設(shè)計的洗滌劑瓶嘴注射模具整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以滿足工程要求。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 共 34 頁 參 考 文 獻(xiàn) 1 刑海濤. 模具申城展風(fēng)采 高水平設(shè)備薈萃上海 J.機械工人/冷加工， 2002， （4）：1. 2 高佩福.實用模具制造技術(shù)M.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001. 3 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