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河南機電高等?？茖W校
學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
學生姓名
學 號
指導教師
選題情況
課題名稱
卡勾塑料模具設計
難易程度
偏難
適中
√
偏易
工作量
較大
√
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務書
有
√
無
開題報告
有
√
無
外文翻譯質量
優(yōu)
良
中
差
學習態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進度
快
按計劃進行
慢
中期工作匯報及解答問題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績評定：
所在專業(yè)意見：
負責人：
年 月 日
關于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設計的方法
摘要：在熱塑性注塑模設計中，配件的質量和生產周期很大程度上取決于冷卻階段。已經進行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設計冷卻系統(tǒng)的方法。基于幾何分析，使用形冷卻概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經確定好了的冷卻水路來分析強度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標函數，該函數由兩部分組成。它表明了兩個對抗性的因素是如何調解以達到最佳的狀態(tài)。預期的效果是改善零件質量方面的收縮和翹曲變形。
關鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設計
1 簡介
在塑料工業(yè)領域，熱塑性注射模應用非常廣泛。這個過程包括四項基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個過程的70%的時間都在進行產品的冷卻。此外，這一階段直接影響產品的質量。因此，產品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應力等不必要影響的目的。為了達到這個目標需要的最有影響力的參數有冷卻時間、冷卻管路的數量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內表面的熱傳遞系數。
冷卻系統(tǒng)的設計主要基于設計師的經驗，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經驗理論達不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設計必須制定為一個優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個非線性問題。然而，像熱導率和熱容量這些模具的熱物理參數在溫度變化范圍內都恒為定值。除了聚合物結晶的影響被忽視外，模具及產品之間的熱接觸阻力也常常被認為是常數。
溫度場的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個演化過程可以分成兩個部分：一個循環(huán)部分和一個平均瞬時的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因為熱滲透的深度對溫度場的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡化了微積分學，但平均波動范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動范圍越高。因此，即使在靜止狀態(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時間的分析。
應該注意的是，在實際操作中，冷卻系統(tǒng)的設計應作為工具設計的最后一步。不過冷卻影響零件質量的最重要的因素，熱設計應該是工具設計的第一階段之一。
1.2 成型技術的優(yōu)化
在文獻中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關注于相同的目標。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產效率下的最小的冷卻時間。林總結了模具設計在3個事實方面的目標。零件的冷卻均勻,就能達到預期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時間和周期時間的折衷。實際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會導致零件的缺陷。達到這些目標的控制參數有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標函數。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設計了一個冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個個單元并對每個冷卻單元進行優(yōu)化。
1.3 計算法則
方案的計算，數值方法是非常必要的。進行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數量的計算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網格劃分所花費的計算解決方案的時間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計算能最小化目標函數的最優(yōu)參數，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進化方法。Huang et al用遺傳算法實現解決方案。這最后一種算法是非常耗時的因為它的計算范圍很廣。在實際操作中，模具設計的時間必須最小化，于是一個可以更快達到預期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標
本文所描述的方法應用于一個T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計 (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個表面分別介紹了零件的侵蝕和擴張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數量和大小的選擇。這對于那些冷卻管路不直觀的復雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標函數
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時，產品的質量應該是最重要的。因為最低冷卻時間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時間達到最優(yōu)的質量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對湍流流體流量唯一的控制參數是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時期的最后階段由最小化的目標函數S確定的(方程(1))。S1時期的目標是要達到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時期運用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當ΔTfref→∞時參考標準會減少到第一時期。相反, 當ΔTfref→0第二個時期的比重會增加。
3 數值計算結果
數值計算結果是與Tang et al的理論結果比較而來的，他們認為T形零件的最佳冷卻是通過7個冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復制他們的結果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動速率Q= 364cm3 / s每個冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數是加給Γ3的擴張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數目的通道計算出來的最佳冷卻配置計比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標函數下計算得到的，這里忽略了第二時期。結果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對應于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點是由于零件的幾何形狀產生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對于零件表面的均與性還不夠完善，但達到預期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個階段使得零件的表面溫度均勻。實際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點之外。然而對于ΔT的值,侵蝕時的溫度是不被接受的，因為平均氣溫過高(340K相對于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會成為對抗性的問題。最好的解決方案是質量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時零件的溫度比ΔT = 10 K時更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時間。與參考文獻相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數量。對于確定管路的最少數量需要進一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻
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河南機電高等?？茖W校
畢業(yè)設計（論文）任務書
系 部：
專 業(yè)：
學生姓名: 學 號:
設計(論文)題目： 卡勾塑料模具設計
起 迄 日 期: 2006 年 4 月1 日~ 5 月15 日
指 導 教 師:
發(fā)任務書日期: 2006 年 4 月 1 日
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
1．本畢業(yè)設計（論文）課題來源及應達到的目的：
原始資料：
生產類型：大批量生產
材 料：ABS
2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：
內容：（1）卡勾注塑模工藝規(guī)程的編制
（2）注塑模的結構設計
（3）模具成型零件結構設計及計算
（4）繪制模具總裝配圖和非標準零件工作圖
（5）編寫設計說明書
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
系部意見：
系領導：
年 月 日
河南機電高等?？茖W校
畢業(yè)設計（論文）評語
學生姓名：郭志東 班級: 模具035 學號：0312507
題 目： 卡勾塑料模具設計
綜合成績：
指導者評語：
指導者(簽字)：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）評語
評閱者評語：
評閱者(簽字)：
年 月 日
答辯委員會（小組）評語：
答辯委員會（小組）負責人(簽字)：
年 月 日
卡勾塑料模具設計
緒論
一、塑料模具設計與制造在國民經濟中的地位和作用
1.1塑料工業(yè)在國民經濟中的地位
目前在國民經濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公機器、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、通信、輕工、建筑業(yè)產品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經想勝利、塑料化方向發(fā)展。近幾年來，由于工程塑料制件的強度和精度等都得到很大提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子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)的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經濟所以部門，尤其在國防和尖端科學科技領域中有越來越重要的地位。
1.2塑料模具的現代設計與制造在塑料工業(yè)中的作用
塑料模具的現代設計與制造和現代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切關系。塑模是現代塑料工業(yè)生產中的重要工藝裝備，塑模工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)。用塑模生產成形零件的主要優(yōu)點是制造簡便、材料利用率高、生產率高、產品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產的機電產品，更能獲得價廉物美的經濟效果。
塑模也是成型塑料制品的主要工具，它的結構和加工精度對塑件的質量和生產效率等有直接的關系。因而世界各國對塑模的設計與制造技術都極為關注。近年來國外對塑模的熱澆道系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、應用數控機床加工及減少熱處理變形等方面都作了許多探索，并取得了一定的效果。
二、塑料成型模具加工技術的發(fā)展
大多數塑料制品的制造是靠模塑成型的。用模具生產的塑料制品具有高精度、高復雜程度、高一致性，高生產率和低消耗等特點。塑料模具的設計和制作水平，對塑料制品的成型質量具有至關重要的影響。從某種意義上來說，塑料市場的開拓、塑料制品的優(yōu)劣主要取決于模具質量，由于塑料模具的研制工作一直受到各方面的重視，故其設計和制作水平提高很快，特別是計算機輔助設計和輔助制造技術發(fā)展很快。開發(fā)了一些新的塑料成型方法，如熱流道成型、高精密塑料成型和超塑成型塑料等。
我國國民經濟的五大支柱產業(yè)機械、電子、汽車、石油化工和建筑均離不開模具，都與模具發(fā)展相關。所以，人們稱“模具是工業(yè)生產之母”。從世界發(fā)達國家的生產情況來看，模具產值已經大于機械產值，而且他們只生產高附加值的模具，低附加值的模具則轉到其他發(fā)展中國家生產。我國1998年模具生產工業(yè)產值就超過當年機床工業(yè)產值。據國際生產技術協(xié)會預測21世紀， 機械零部件中
60％的粗加工，80％的精加工要有模具來完成。所以模具工業(yè)對今后國民經濟和
社會的發(fā)展將起到越來越重要的作用。模具的制造技術和成型技術未來有如下發(fā)展的趨勢。
（1） 在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術
（2） 快速原型制造及相關技術將得到更好地發(fā)展
（3） 高速銑削加工將得到更廣泛地應用
（4） 模具高速掃描及數字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大作用
（5） 電火花加工技術將得到發(fā)展
（6） 熱流道技術將得到推廣
（7） 超精加工和復合加工將得到發(fā)展
（8） 氣體輔助注射技術和高壓注射成型等工藝將進一步發(fā)展
（9） 模具液壓成型技術將進一步開發(fā)應用
（10） 模具標準化程度將不斷提高
（11） 模具優(yōu)質材料及先進表面處理技術將進一步受到重視
（12） 模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展
（13） 模具自動化加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
（14） 虛擬技術將得到發(fā)展
三、塑料模分類
按照塑料制品成型加工方法的不同，通?？蓪⑺芰夏７譃橐韵?大類型。
1、 注塑模
用于塑料制件注塑成型的模具通稱注塑模，或稱注塑模。主要用于熱塑性塑料制品成型，近年來也越來越多地用于熱固性塑料制品成型。這是一類用途寬、占有比重大、技術較為成熟、地位尤為顯赫的一大類塑料模具。因材料或塑件結構或成型過程不同，有熱固性塑料注塑模，結構泡沫注塑模和反應成型注塑模等之別。
2、 壓塑模
用于塑料制件壓縮成型的模具簡稱壓塑模，俗稱壓模。壓塑模主要用于熱固性塑料制品的成型，但也可用于熱塑性塑料制品成型。另外，還可用于冷壓成型聚四氟已稀坯件，此種模具稱為壓錠模。
3、 傳遞模
用于塑料制件傳遞成型的模具稱為傳遞?；蚍Q壓注塑，俗稱擠膠模。傳遞模多用于熱固性塑料制品的成型。
4、 擠塑模
用于連續(xù)擠出成型塑料型材的模具通稱擠塑模，簡稱模頭，俗稱機頭。這是又一大類用途很寬、品種繁多的塑料模具。主要用于塑料棒材、管材、板材、片材、薄膜、電線電纜包覆、帶絲、復合型材及異性材的成型加工。也用于中空制品的制坯成型，此種模具稱為型坯模。
5、 中空吹塑模
將擠出或注射出來的尚處于塑化狀態(tài)的管狀型坯，趁熱放置于模具型腔內、立即在管狀型坯中心通以壓縮空氣，致使型坯膨脹而緊貼于模腔壁上，經冷卻硬化即可得一中空制品。凡此種塑料制品成型方法所用的模具，稱為中空吹塑模。中空吹塑模主要用于熱塑性塑料的中空容器類的制品成型。
6、 熱成型模具
熱成型模具通常以單一的陰?；蜿柲Ｐ问綐嫵?。將預先制備的塑料片材周邊緊壓于模具周邊上，并加熱使之軟化，然后于緊靠模具一側抽真空，或在其反面充以壓縮空氣，使塑料片材緊貼于模具上，經冷卻定型后即得到一熱成型制品。 此類制品成型所用的模具通稱熱成型模具。
第1章 卡勾注塑模工藝規(guī)程的編制
1.1、明確設計任務書和準備必要的技術資料
注塑模設計工作必須以模具設計任務書作為依據，由設計任務書了解塑料制品的技術圖樣、生產綱領、使用要求，注塑成型工藝規(guī)程以及對模具質量的要求和完成時間等內容，明確設計任務之后，通過必要的技術資料進行初步設計。
1.2、塑件的工藝性分析
該塑件是筆記本電腦中的一個卡勾，其零件圖如圖所示，本塑件的材料采用苯乙烯-丁二烯-丙烯晴（ABS），生產類型為大批量生產。
圖一 卡勾零件圖
1.2.1、塑件的原材料分析
塑件的材料采用ABS屬熱塑性塑料。它的成型特性為：
1、無定行料，其品種牌號很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。
2、吸濕性強，含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預干燥。
3、流動性中等，溢邊料0.04mm左右。（流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂、聚乙烯好）
4、比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱，高抗沖擊和中抗沖擊性樹脂料溫更宜取高）。料溫對物性影響較大，料溫過高宜分解（分解溫度為250℃，比聚苯乙烯宜分解）。對要求精度高的塑件模溫宜取50℃～60℃ ，要求光澤及耐熱塑料宜取60℃～80℃。注射壓力應比加工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射機時料溫為180℃～230℃，注射壓力為100℃～140℃，螺桿式注射機宜取160℃～220℃，注射壓力70℃～100℃。
5、模具設計時要注意澆注系統(tǒng)對料流阻力小，澆口處外觀不良宜發(fā)生熔接痕，應注意選擇澆口位置、形式，頂出力過大或機械加工時塑件表面顯現“白色”痕跡（但在熱水中加熱可消失），脫模斜度宜取2°以上。
成型時注意事項：
1、因ABS原料粒料及宜吸潮，致使制品出現斑痕、云紋等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水率控制在0.1%以下。
2、ABS流動性好，流動距離比，即流動長度L與該處制品壁厚T之比達190，因而不易出現飛邊、熔痕等溫度低，有利于成型，但含橡膠組分多的ABS流動性較差。
3、耐熱級和電鍍級ABS的料筒溫度要稍高，而阻燃級和抗沖擊級稍低。
1.2.2、塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析
1、結構分析 要想獲得合格的塑料制件除選用塑料的原材料外，還必須考慮塑件的結構工藝性，塑件的結構工藝性與模具設計有直接關系，只有塑件設計滿足成型工藝要求，才能設計出合理的模具結構以防止成型時產生氣泡、縮孔、凹陷、及開裂等缺陷，達到提高生產率和降低成本的目的。
從零件圖上分析，該零件總體形狀為等腰梯形。在寬度方向的兩側各有一個高度為5mm，長度為8mm，厚度為1.2mm的倒勾，且倒勾頭部的圓弧半徑為R0.2mm，倒勾底部有R0.5mm的過渡圓弧。倒勾頭部的高度為1.2mm，寬度為，零件上有7mm，5mmx5mm，3mmx5mm、3mmx3mm的凹槽，且都為不對稱分布，零件的一側有11mmx1mm的凹槽（對稱分布）。因此，模具設計時必須設置側向分型抽芯機構，該零件屬于中等復雜程度。
2、尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產品圖中尺寸相符合程度，即所獲得塑件尺寸的準確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動及成型時工藝條件的變化，塑件成型后的時效變化和模具的結構形式等有關，因此，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。
由于該塑件上尺寸公差均為未注尺寸公差。查表可知ABS材料的制件為MT5級。即：mm,mm,mm,mm,mm,mm, mm,
mm,mm,mm,mm,mm,mm,mm.
以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。
從零件的壁厚上來看，壁厚最大處為1.5mm，最小處為1.2mm，較均勻，有利于成型。
3、表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺、內部不得有導電介質外，零件外表面要求表面粗糙度為Ra6.3，且要有光澤。除此外沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現。
綜上分析可以看出，注塑時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
1.2.3計算塑件的體積和質量
計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數。
計算塑件的體積：
V=1330 (由PRO/E量得)
計算塑件的質量：根據設計手冊查得ABS的密度為P=1.46g/
故零件的質量為：
W=VP
=1330x1.46x
=2g
1.3、成型設備的選擇
注射模具是安裝在注射機上的，模具與注射機應當相適應，這將關系到制件的質量，均勻性及成型周期。一副模具放在許多型號和規(guī)格的注射機上使用，均可能獲得令人滿意的效果，但是只有該模具的注射量、鎖模力、注射速度和總的循環(huán)操作都與預想值相同的情況下才能取得最佳效果。選擇注塑機時，必須保證制品的注射量小于注射機允許的最大注射量。根據生產經驗，制品注射量一般不超過注射機最大注射量的80%，此模具采用一模兩腔。
1.3.1、注射量的校核
模具型腔能否充滿與注射機允許的最大注射量密切聯系，設計模具時應保證注塑模內所需融體總量在注射機實際的最大注射量；根據生產經驗，注射機的最大注射量是允許最大注射量的80%。
由+ ≤80%
計算可得滿足使用要求。
1.3.2、注射壓力校核及鎖模力校核
注射壓力校核是檢驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品成型的需要，注射壓力的大小與制品的復雜程度、模具結構、塑件品種、注射速度、流動比、噴嘴及模具流道系統(tǒng)以及注射機類型等因素有關。ABS的注射壓力為60MPa～100MPa，而XS-ZY-125型注射機的注射壓力為119MPa。故滿足注射壓力的需要。
注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠的鎖模，不使成型過程中出現溢料現象，應使塑料融體時型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的 乘積小于注射機額定鎖模力。
即（+）P
10h.澆口長度L應盡量短,對減小塑料熔體流動阻力和增大流速均有利,通常澆口長度L可取0.7mm～2.0mm.澆口與型腔連接處應做成R0.5的圓角,以防制品與澆口凝料分離時剝傷制品.為有利于熔體流動,澆口與分流道的接合應平穩(wěn)過渡,用小圓弧光滑連接.
此塑件的上表面要求有光澤且無流痕等要求,塑件生產采用一模兩腔,適宜選用側澆口,側澆口開設在分型面上,側澆口的特點是形狀簡單,加工方便,去除澆口方便,痕跡小.
圖四 澆口形式
2.3.4、冷料穴設計
冷料穴位于主流道正對面的動模板上,其作用是收集料流前鋒的冷料開模時又能將主流道中的冷凝料拉出,為便于拉料桿將主流道凝料拉出,選用底部帶有推桿的Z形冷料穴.
2.4、排氣系統(tǒng)設計
從某種意義上說注塑模也是一種置換裝置,即塑料進入模腔的同時,置換出模腔內的氣體,這些氣體如果不能排出模腔,將會影響制品成型,以及脫模后的質量,因此,在設計模具時,必須考慮排氣結構的設計問題.
排氣方式有兩種:排氣槽排氣、間隙排氣.
本塑件采用的是小型模具,可直接利用分型面,頂桿間隙,拼鑲件縫隙進行排氣,而不須另設排氣槽.間隙大小以不產生溢料現象為宜,通?？稍?.02mm～0.05mm選擇.
2.5、抽芯機構設計
本塑件的下部有兩個倒勾,且倒勾方向相同,阻礙成型后塑件從模具中脫出.兩倒勾均在不同的側邊,所以必須做成浮動的型芯.即外側的倒勾用斜銷抽芯機構成型,內側倒勾用斜頂桿頂出抽芯成型.
2.5.1、斜銷抽芯機構
（1)確定抽芯距 抽芯距一般應大于倒勾的深度,本塑件中H1=1.5mm,另加3～5mm的抽芯安全系數,可取抽芯距S=6.5mm.
（2)確定斜銷傾角 斜導柱傾角α是斜導柱抽芯機構的一個主要參數，其大小與開模所需的力、斜導柱需要的彎曲力、抽芯力及開模行程有關。α一般不得大于25°。本斜導柱傾角選取α=12°。
（3）確定斜導柱的尺寸 斜導柱的直徑取決于抽拔力及其傾斜角度。根據此查表得斜導柱的直徑為d=φ12mm.
斜導柱長度根據抽芯距、固定端模板的厚度、斜銷直徑及斜角大小確定。L=82 mm.
（4)滑塊的設計
1）滑塊與側抽芯的連接方式設計 滑塊與型芯的固定形式有整體式和組合式兩種。由于本塑件外側倒勾的尺寸較小，考慮到加工和裝配問題，采用整體式。
2）滑塊的導滑方式 滑塊的導滑部分應有足夠長度，在工作中必須順利平穩(wěn)，不應發(fā)生卡滯、跳動等現象。一般導滑部分長度應大于滑塊寬度的1.5倍。滑塊在完成抽芯動作后，留在導滑槽內的長度應不少于滑塊長度的2/3，為使模具結構緊湊，降低模具裝配復雜程度，采用整體導向槽的形式。
3）壓緊塊及定位裝置的設計 在塑料注塑時，活動型芯在抽芯方向受到塑料較大的推力作用，會使斜導柱產生彎曲變形。因此，設計壓緊塊用于在模具閉合鎖緊滑塊，保證滑塊不產生位移。本模具壓緊塊如下圖所示。壓緊塊與模板用螺釘連接。適用于抽芯距不大、滑塊較寬，需較大鎖緊力的場合。
圖五 壓緊楔塊結構形式
此模具定位裝置采用螺釘限位，加工裝配方便，且定位比較可靠。
2.5.2、斜頂桿頂出抽芯
斜頂桿即是頂出元件又是塑件內側凹的成型零件。斜頂桿是斜滑塊抽芯的一種變異形式，受力情況與斜滑塊完全相同，但因斜頂桿斷面小于斜滑塊，長度又較大，因此斜角應選擇較小值，一般不超過12°。根據抽拔距與頂出行程，可求得α=8°，這種只適于小抽芯距的模具。
2.6、成型零件結構設計
成型零部件在注塑過程中，直接與塑料熔體接觸，需要受高溫、壓力及塑件熔體的沖壓和摩擦作用，長期工作之后，容易發(fā)生磨損、變形和斷裂，設計注塑模時應針對塑料制品的結構特點，生產批量，使用要求以及模具的使用壽命等，合理確定成型零部件的結構，滿足精度，粗糙度，強度及剛度等問題。
2.6.1、凹模的結構設計
本模具采用一模兩件的結構形式，考慮加工的難易程度和材料的價值，利用率等因素，凹模擬用沉孔嵌入式，此結構適用于型腔部分是和采用特殊加工或者小型模具的型腔，采用優(yōu)質材料。
根據分流道與澆口的設計要求，分流道和澆口均設在凹模鑲塊上。
2.6.2、凸模的結構設計
凸模主要是與凹模相結合構成模具的型腔，其結構與凹模結構相同。
2.7、 合模導向機構設計
導向機構是保證定模或上下模時，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。通常采用導柱導向定位。該模具利用導柱導向定位。導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。
2.7.1、導柱設計
（1）導柱結構 導柱的基本結構形式有兩種，一種是直形導柱，另一種是階梯形導柱。本模具利用直形導柱，因前端設計為錐形，便于導向，工作部分設置了儲油，延長潤滑時間。
（2）導柱尺寸的確定 導柱直徑尺寸隨模具分型面處模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，導培訓班間的中心距應愈大，所選導柱直徑應愈大，導柱安裝時模板上與之配合的孔徑公差按H7確定，安裝沉孔直徑視導柱直徑可取D+（1～2）。導柱長度尺寸應能保證位于動定模兩側的型腔和型芯，開始閉合前導柱已經進入導孔的長度不小于導柱直徑。
2.7.2、導套設計
本塑件為大批量生產，需要導套的導向，查標準可知。
圖六 導套
2.8、脫模頂出機構設計
塑件以模具上取下以前，還有一個從模具的成型零件上脫出的過程，使塑件從成型零件上脫出的機構，稱為頂出機構。頂出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿或液壓缸來完成的。
頂出機構的設計原則：
1、頂出機構的運動要準確，可靠，靈活，無卡死現象，機構本身要有足夠的剛度和強度，是以克服脫模阻力。
2、保證在頂出過程中塑件不變形，這是對頂出機構的最基本要求。
3、頂出力的分布應盡量靠近型芯，且頂出面積應盡可能大，以防塑件被頂壞。
4、頂出力應作用在不易使塑件產生變形的部位，如加強筋、凸緣、厚壁處等。
5、若頂出部位需設在塑件使用或裝配的基準面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位處凹模塑件0.1mm左右，而頂出桿端面尺寸應高于基準面，否則塑件表面會出現凸起，影響基準面的平整和美觀。
本塑件脫模斜度大，頂出阻力小，采用頂桿脫模機構。
（1）頂桿的形式 采用等圓截面頂桿，其尾部采用軸肩形式，頂桿材料為T8A，頭部要淬火，硬度應達到40HRC以上，滑動配合部分表面粗糙度達到Ra0.63～1.25,頂桿的位置高在阻力大的地方。
（2）頂桿的固定及配合 頂桿與頂桿孔部為滑動配合，一般選H8/f8，其配合間隙兼有排氣作用，但不應大于所用塑料的排氣間隙，以防漏料。配合長度一般與頂桿直徑的2～3倍，頂桿端面構成型腔的一部分，應精細拋光。
（3）導向裝置 在頂出塑件時為了防止墊板和推桿固定板扭曲傾斜而折斷推桿，特別是對于長推桿，常設置導向零件。本模具較小，采用兩個導柱定位，導柱與導向孔成導套的配合長度應小于10mm，導柱導套常用T8材料做成，淬火硬度為55～60HRC。
（4）復位裝置 脫模機構完成塑件頂出后，為進行下一個循環(huán)，必須回復到初始位置，才能合模進行下一次注塑成型。目前常用的復位形式主要有復位桿復位，彈簧復位。本模具采用復位桿復位，復位桿裝在與固定頂桿同一的固定板上，且各個復位桿的長度必須一致，復位桿端面常低于模板平面0.02～0.05mm,復位桿設4根,位置在模具型腔和澆注系統(tǒng)之外.
2.9、其他機構零件設計
2.9.1、停止銷
為了調整頂出板的平整性，需設置停止銷。
圖七 停止銷形式
2.9.2、O型密封圈
根據JB/2Q4224-86可知，公稱外徑D=10mm,公稱內徑d=7mm，斷面直徑2.4mm材料為耐油通用膠料。
2.9.3、運輸板
圖八 運輸板結構
為了使模具在裝運過程中，不使動、定模分離，造成事故，本模具在動定模板的 兩側設置了運輸板，其用螺釘將運輸板固定在動定模板上。
2.9.4、模架
采用A型模架，定模為兩塊模板，動模為一塊模板 ，采用頂桿頂出機構。適用于單分型面注射模，其尺寸BxL為200mmx250mm.
第3章 成型零件工作尺寸的計算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接構成塑件的尺寸，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等。任何塑料制件都有一定的幾何形狀和尺寸的要求。在模具設計時，應根據塑件的尺寸及精度等級確定模具成型零件的工作及精度等級。影響塑件尺寸精度的因素，相當復雜，其影響因素有：1）塑件收縮率，2）模具成型零件的制造誤差，3）模具成型零件的磨損，4）模具安裝配合的誤差。這些影響因素應做為確定成型零件工作尺寸的依據。本設計中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來進行計算的。
查表得，丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）的收縮率為S=0.3%～0.8%故平均收縮率為S=（0.3+0.8）%/2=0.55%，考慮到工廠模具制造的現有條件，模具制造公差取=/3。
3.1、型腔和型芯工作尺寸計算
1、 定模鑲塊
表一
塑件尺寸
計算公式
型腔或型芯的工作尺寸
2、 動模鑲塊
表二
塑件尺寸
計算公式
型腔或型芯的工作尺寸
3、滑塊型腔與斜頂桿型腔
表三
塑件尺寸
計算公式
型腔或型芯的工作尺寸
塑件尺寸
計算公式
型腔或型芯的工作尺寸
4、型芯
表四
5、孔距
表五
塑件尺寸
計算公式
型腔或型芯的工作尺寸
3.2、型芯側壁厚度和底板厚度的計算
注射模在其工作過程中需要承受注射壓力、保壓力、鎖模力和脫模力等各種外力，如果這些外力數值過大，折射模極其成型零部件會產生塑性變形或斷裂破壞，導致整個模具失效。因此，設計成型零部件時，應進行強度校核，另外，在外力作用比較大時，即使模具產生塑性變形或斷裂破壞，也有可能產生較大的彈性彎曲變形。引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現較大的間隙。因此而發(fā)生溢料及飛邊現象。導致制品無法滿足技術質量要求。因此通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚，尤其對重要的精度要求高的或大型模具的型腔更不能單純憑經驗來確定型腔側壁和底板厚度。但是理論分析和實踐證明模具對強度及剛度的要求并非要同時兼取。對小尺寸型腔強度不足是主要的問題。應按強度條件計算。原則是寧可有余而不可不足。
由于型腔高度a=1.5mm很小，因而所需的h值也較小，故在此不做計算，而是根據下凹模鑲塊的外形尺寸來確定。
第四章模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計算
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化定型、生產效率及塑件的質量都有重要影響，所以必須用溫度調節(jié)系統(tǒng)對模具的溫度進行控制。注射模的溫度調節(jié)系統(tǒng)應具有加熱或冷卻系統(tǒng)或兩者都有。
熔融塑料由注射機噴嘴射出，進入模具時的溫度ABS為170℃～180℃，熔料一旦進入并充滿型腔后，則要求盡可能迅速地冷卻固化，以便保壓定型出模。ABS在型腔中冷卻固化的最佳溫度為（40～60）℃，要使模具保持塑料冷卻固化所需的最佳溫度，必須對高溫塑料帶入模具的溫度進行有效的調節(jié)和控制，常用且又簡便的方法，就是利用冷卻介質水對模具進行循環(huán)冷卻，將模具中多余的熱量，帶出模外，以保持制品冷卻所需的最佳模溫。
設定模具平均工作溫度為40℃，用20℃的常用水作為模具冷卻介質，其出口溫度為30℃，產量為（初算為每2分鐘1套）0.12Kg/h.
(1)求塑件在硬化時每小時釋放的熱量，查得ABS的單位熱流量為 40xJ/㎏.
(2)求冷卻水的體積質量
由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計算可知，因為模具每分鐘所需的冷卻水體積流量很小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式冷卻模具即可。本模具在動定模鑲件中都設置了的冷卻水管，可根據試模情況決定冷卻水管是否應用。冷卻水管在設計中，兩水孔間距為（3～5）D，水孔邊離型腔的距離，一般保持在2D左右，距離太近則冷卻不易均勻，太遠則效率低。水孔管路應暢通無阻。水管接頭的質量盡可能放置在不影響操作的一側。
在型腔外周直通水道，然后用堵住不需要處，構成內循環(huán)。優(yōu)點接口少，模具外周整齊，缺點：（1）堵頭不嚴時易泄露，（2）有堵塞時不易檢查。
第五章 模具閉合高度的確定
由前面的設計中，根據經驗確定：定模座板：，定模板，動模板，動模座板。
根據推出行程和推出機構的結構尺寸確定墊塊
因而模具閉合高度：
=25+50+63+25+63
=226mm
第六章 注塑機有關參數的校核
本模具的外形尺寸為200mmx250mmx226mm,XS-ZY-125型注塑機模板最大安裝尺寸為350mmx300mm,故能滿足模具的安裝要求。
由上述計算模具閉合高度226mm, XS-ZY-125型注塑機所允許模具的最小厚度200mm,最大厚度300mm.
由資料查得XS-ZY-125型注塑機的最大開模行程S=300mm,滿足頂出塑件要求。
～10）mm
=10+40+10
=60mm
—塑件脫出距離（mm）
—包括流道凝料在內的塑件高度(mm)
此外，由于側分型抽芯距較短，不會過大增大開模距離，注塑機的開模行程足夠。
經驗證，XS-ZY-125型注塑機能滿足使用要求，故可采用。
第七章 繪制模具總裝圖和非標零件工作圖
本模具的工作原理：模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上，合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經流道注入型腔，經保壓、冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動模板一起運動漸漸將分型面打開，與此同時，在斜導柱16的作用下側抽芯滑塊從型腔中退出，碰到止動螺釘9不動，完成側抽芯動作，當分型面打開到60mm時，動模運動停止，在注塑機頂出頂出裝置作用下，推動推桿運動將塑件頂出，頂出過程中，斜頂桿21即頂出又抽芯，使內側倒勾與型芯脫離。合模時，由于復位桿彈簧的作用使斜頂桿及頂桿7進行先復位，然后隨著分型面的閉合側型芯復位至型腔，即合模結束。
結論
畢業(yè)設計作為三年大學學習中極為重要的一部分，是衡量一個學生專業(yè)課水平的重要標志。畢業(yè)設計是我們所學課程的一次系統(tǒng)而深入的綜合性的總復習，是一次理論聯系實踐的訓練，也是我們步入工作前的一次檢驗。
就我個人而言，通過這次畢業(yè)設計，使我學習到了許多知識，對模具的設計與制造有了極為深刻的認識，是一次由理論向實踐的飛躍，回顧一個多月的設計生活，讓我感慨頗深，主要體會有以下幾點：
1、扎實的基礎課，專業(yè)課是模具設計的基礎。
由于以前所學的課程難免有些理解不深，遺忘等，而本次設計又或多或少的用到了這些知識，從而迫使我認真扎實的學習了以前的課程，并加深了對這些課程的理解、真正有一種溫故而知新的感覺，如機械制圖中的各種線型的特點應用，材料力學中的應力校核，熱處理中各種材料與熱處理性能，公差配合與測量技術中公差的正確選用，模具的加工與制造技術。塑料模具的設計與制造步驟，模具材料的正確選用等。
2理論與實踐相結合的重要性
以前的學習中，基本上是純理論的學習，雖然有金工實習、畢業(yè)實習等實踐的體味，但卻停留在表面上，沒有進行過真正的設計，從而使理論與實踐嚴重脫節(jié)，而現在我們是在經歷了金工實習、畢業(yè)實習后的一次真正的練兵。我認真回顧了以前所見所學的塑料模知識，在腦海里反復了思考了塑料模的步驟，然后開始到圖書館查資料作設計。在作設計的過程中，我才真正感覺到眼高手低的含義，同時也“窺一斑而知全豹”，自己的學習中的不足和薄弱環(huán)節(jié)暴露無遺，但是在老師們的幫助下以及自己的努力下，我終于克服了重重困難，使設計得以順利的進行。通過向老師們請教，我了解到設計要面向企業(yè)，面向市場的原則，畢業(yè)設計正是對實踐能力的一次強有力的訓練，是我們獨立工作的前湊，將對我們以后的工作產生深遠的影響。
3、對模具設計中的安全性，經濟性加深了認識
在設計工作中，要不斷對安全性進行分析，從操作者的角度進行設計，在設計中，需要考慮到模具的成本問題，經濟效益是工業(yè)生產的前提，成本的高直接決定了產品的競爭力，故在設計中盡可能的選用標準件。
4、電腦成為設計中重要的輔助工具。
由于工件形狀復雜，在設計中計算塑件的體積出現了很大的難度，后經蘇老師指點迷津，通過Pro/E繪圖和計算才得以解決。另外在繪零件和裝配圖時采用電腦也更方便快捷。采用電腦處理，精度高，方便快捷，在本次設計時，要求機械繪圖，電子文檔文本，從而對AUTOCAD的學習有了很大的進展，對WORD，WPS等各種文字處理工具有了更為熟練的操作，而模具CAD技術已成為該行業(yè)的發(fā)展趨勢，電腦終將成為設計的必備工具，這對提高學生的綜合素質著極為重要的現在意義。
5、設計態(tài)度直接決定著設計質量
畢業(yè)設計一般時間都足夠，但足夠的時間不一定都能設計出優(yōu)秀的模具。這就除了能力水平的問題外，極為重要的一點便是態(tài)度問題，作為學生必須要態(tài)度謙虛、工作認真、勤學好問、實事求是，才能正確對待設計，才有可能取得設計的圓滿成功。
總之，通過畢業(yè)設計使我對模具的設計與制造有了更深的認識，得到了許多有益的啟示，這對畢業(yè)后的過渡轉變有極重要的影響。在以后的工作中，我將繼續(xù)保持謙虛謹慎的工作作風，揚長避短，多與人交流，提高自己的個人素質和技能積累經驗，誠實守信，爭取在事業(yè)上更上一層樓，芝麻開花—節(jié)節(jié)高。
致謝
畢業(yè)設計是我學完大學全部課程之后，進行的一次系統(tǒng)的、綜合性的總復習，也是參加工作前的一次綜合訓練，它直接關系到我們今后的模具設計能力。
感謝指導老師對我在本次畢業(yè)設計中給予的指導，通過這次畢業(yè)設計，使我對所學的科目有了更深一部的了解，平時存在的漏洞之處，在這次設計中得到了補充。在設計過程中，原老師，楊老師，翟老師及于老師都給予了大量的幫助，當我遇到不解的地方，老師都能耐心細致地給我們講解，即使是在老師課程安排得比較滿時，當時不能解決時，課下也會抽出時間給我們講解。作為您的學生，我再次向您致以最真誠的敬意。
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