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編號：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： 時(shí)尚藝術(shù)板凳注塑模具設(shè)計(jì)
院 （系）： 國防生學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 陳玉成
學(xué) 號： 1000110101
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名： 曹泰山
職 稱： 講 師
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā)
2014年 5 月 4 日
摘 要
注塑成型工藝已經(jīng)在我國的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)、國防及日常生活等方面廣泛的運(yùn)用。為了探究注塑成型工藝的生產(chǎn)過程及其模具的設(shè)計(jì)制造過程，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)參考相關(guān)書籍，結(jié)合生活實(shí)際，對整套注塑模具的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行詳細(xì)探究。
本文將對塑料板凳的注塑模具設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了整套模具的設(shè)計(jì)過程。主要內(nèi)容包括塑件的基本介紹、塑件的結(jié)構(gòu)及成型工藝分析、材料的選擇及成型工藝、注射機(jī)的選擇及校核、模具的工作及結(jié)構(gòu)原理、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、成型零件的設(shè)計(jì)、側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。在正確的分析材料的特點(diǎn)和塑件的工藝特點(diǎn)后，運(yùn)用三維軟件對塑件和模具的設(shè)計(jì)，制造及質(zhì)量進(jìn)行分析；運(yùn)用CAXA軟件繪制完整的模具裝配圖和其主要零件圖。此次設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用多中專業(yè)基礎(chǔ)知識、如模具設(shè)計(jì)與制造基本理論、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料成型基礎(chǔ)、塑性成型工藝、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)、模具CAD/CAM等。
通過對整個(gè)模具設(shè)計(jì)的過程，進(jìn)一步加深對注塑成型工藝的了解，同時(shí)也鞏固了對成型工藝的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理等的理論知識，以及在實(shí)踐中總結(jié)并掌握模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞: 成型工藝；設(shè)計(jì)；制造；塑料
Abstract
Injection molding process has been widely used in China's agricultural、 industrial、 manufacturing、defense and other aspects of daily life. In order to explore the injection molding process and mold production process design and manufacturing process, this graduation design reference books, combined with real life, the production of injection molds for the entire design process detailed inquiry.
This article will bench plastic injection mold design, detailed description of the entire mold design process. The main contents include a basic introduction to plastic parts, design selection and verification, working principle and structure of the mold, pouring system structure and plastic parts molding process analysis, choice of materials and molding process, injection machine, forming part of the design, side parting pulling mechanism design, design-oriented organization designed to mold temperature control system, the design of the exhaust system, the introduction of design institutions. After the characteristics and process characteristics of plastic parts correct analysis of the material, the use of three-dimensional software for plastic parts and mold design, manufacturing and quality analysis; using CAXA software to draw a complete mold assembly drawing and its major parts diagram. The design of the integrated use of multi-professional knowledge, such as mold design and manufacture of basic theory, mechanical design, material forming the basis of the plastic molding process, basic computer technology, tooling CAD / CAM and so on.
Key points through the entire mold design process, and further deepen their understanding of the injection molding process, but also to consolidate the process of forming the type, structure and operating principles of the theory of knowledge, as well as summary and master mold design and in practice.
Keywords: Molding process; design; making; plastic.
目 錄
引言 1
1 塑件的基本介紹 2
1.1 塑件3D建模 2
1.2 塑件名稱 2
1.3 塑件材料 2
1.4 塑件前景 3
1.5 塑件總體要求 3
2 塑件的結(jié)構(gòu)及工藝性分析 4
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 4
2.2 塑件的工藝性分析 4
2.3 開模方向 4
2.4 脫模斜度 5
2.5 收縮率 5
2.6 表面粗糙度 5
2.7 塑件壁厚 6
2.8 圓角 6
3 材料的選擇與工藝參數(shù) 7
3.1 材料的選擇及其性能 7
3.2 塑件的成型工藝 8
4 注射機(jī)的選擇及校核 10
4.1 注射機(jī)的相關(guān)參數(shù) 10
4.2 注射機(jī)的選擇 11
4.3 鎖模力的校核 11
4.4 開模行程的校核 12
5 模具的工作及結(jié)構(gòu)原理說明 13
5.1 模具的工作原理 13
5.2 模具的結(jié)構(gòu)說明 13
6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
6.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 15
6.2 型腔的數(shù)目及分布 15
6.3 雙分型面的選擇與設(shè)計(jì) 16
6.4 主流道的設(shè)計(jì) 17
6.5 分流道的設(shè)計(jì) 18
6.6 冷料穴的設(shè)計(jì) 19
6.7 澆口的設(shè)計(jì) 19
7 成型零部件的設(shè)計(jì) 21
7.1 凹模的設(shè)計(jì) 21
7.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
7.3 成型零部件尺寸的設(shè)計(jì) 22
8 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
8.1 斜導(dǎo)柱的傾角 25
8.2 斜導(dǎo)柱直徑設(shè)計(jì) 25
8.3 斜導(dǎo)柱長度的設(shè)計(jì) 26
8.4 滑塊的設(shè)計(jì) 26
8.5 導(dǎo)滑槽的設(shè)計(jì) 27
8.6 楔緊塊的設(shè)計(jì) 27
8.7 滑塊定位的設(shè)計(jì) 27
9 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28
9.1 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 28
10 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
10.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 30
10.2 冷卻回路的設(shè)計(jì) 30
11 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31
12 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 32
12.1 頂出力的計(jì)算 32
12.2 凝料推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 33
13 支撐零部件設(shè)計(jì) 34
14 常見問題及其解決辦法 35
14.1 熔接痕產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
14.2 充模不力產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
14.3 彎曲變形產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
結(jié)論 37
謝辭 38
參考文獻(xiàn) 39
第 38 頁 共 39 頁
桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書用紙
引言
隨著我國工業(yè)技術(shù)的飛躍性發(fā)展，模具在我國國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮越來越大的作用，享有著“工業(yè)之母”的美稱。模具制造是指通過注塑、壓鑄和鍛壓等方式得到所需的各種產(chǎn)品或工件，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑件往往能夠代替幾個(gè)傳統(tǒng)金屬構(gòu)件。利用塑性材料獨(dú)有的特性，一次注塑成型往往就可以得到非常復(fù)雜的形狀，所帶來的實(shí)際應(yīng)用效果非傳統(tǒng)工藝所能相比。模具的生產(chǎn)與制造融合了多項(xiàng)高精密技術(shù)為一體，既是高新技術(shù)產(chǎn)品，又是高新技術(shù)載體。采用模具成型工藝，運(yùn)用高新技術(shù)控制對所需的塑件進(jìn)行加工生產(chǎn)，不僅可以提高生產(chǎn)時(shí)效，保質(zhì)保量。而且還能減少生產(chǎn)線對材料的過度依賴，壓縮了生產(chǎn)成本，更好的獲取經(jīng)濟(jì)效益。
注塑成型是塑性成各個(gè)領(lǐng)域型加工中最常見的加工方法，其中注塑模具已經(jīng)被廣泛的采用。它的成型效果、制造精度、生產(chǎn)周期以及生產(chǎn)效率的高低，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本。注塑成型現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、航天、軍工、交通、汽車、建材、醫(yī)療器械、生物、能源和日用品等領(lǐng)域。在一些發(fā)達(dá)國家，模具的生產(chǎn)制造早已形成產(chǎn)業(yè)鏈，成為這些國家的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)工業(yè)之一。模具產(chǎn)業(yè)，在美國被成為“美國工業(yè)的基石”，在日本被稱為“促進(jìn)社會富裕的源泉、動(dòng)力”。工業(yè)要發(fā)展，模具要先行。沒有高水平的模具產(chǎn)業(yè)鏈就沒有高水平的工業(yè)產(chǎn)品。現(xiàn)在，模具工業(yè)水平是衡量一個(gè)國家制造工業(yè)制造水平高低的重要標(biāo)志。
綜上所述，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的研究，其目的和意義在于以下幾點(diǎn)：
(1)查閱中內(nèi)外文獻(xiàn)檢索和閱讀的能力；
(2)運(yùn)用專業(yè)理論，解決實(shí)際問題的能力；
(3)設(shè)計(jì)，繪圖的能力，包含計(jì)算機(jī)的使用能力；
(4)對模具設(shè)計(jì)制造的初步了解及掌握；
(5)形象思維和邏輯思維相結(jié)合的表達(dá)能力；
(6)撰寫畢業(yè)論文的能力；
(7)養(yǎng)成認(rèn)真、嚴(yán)肅、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。
1 塑件的基本介紹
對塑件進(jìn)行介紹與分析，是對所設(shè)計(jì)的塑件有個(gè)初步的了解。在接受設(shè)計(jì)任務(wù)書后，要及時(shí)的對塑件的種類、批量的大小、尺寸條件及技術(shù)條件有個(gè)整體概念，便于在設(shè)計(jì)模具時(shí)選用適宜的方式來成型塑件。
本章從以下5個(gè)方面依次展開介紹：(1)塑件3D建模；(2)塑件名稱；(3)塑件材料；(4)塑件前景；(5)塑件總體要求。
1.1 塑件3D建模
運(yùn)用3Ds Max三維軟件對塑件進(jìn)行3D建模，塑件3D模型如圖1.1所示：
圖1.1 塑件的3D建模示意圖
1.2 塑件名稱
塑件的名稱為：時(shí)尚藝術(shù)板凳。
1.3 塑件材料
綜合生活實(shí)際，參考市場上各種材料的價(jià)格，及各材料的注塑性能和成型特性，最終選擇聚丙烯（PP）作為本次設(shè)計(jì)的注塑材料。聚丙烯的物理、成型特性在第三章進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.4 塑件前景
塑料板凳是人們?nèi)粘Ｉ钪惺诸l繁接觸到的塑件產(chǎn)品，市場需求量大。要求具有較高的外觀要求，和較長的使用壽命。對塑料板凳進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，結(jié)合生活實(shí)際，不脫離現(xiàn)實(shí)，加強(qiáng)對模具設(shè)計(jì)與制造相關(guān)知識的了解。
1.5 塑件總體要求
表1.1 塑件總體要求表
塑件名稱
時(shí)尚藝術(shù)板凳。
使用材料
聚丙烯（PP）。
精度等級
一般精度要求
使用環(huán)境
室內(nèi)外，0℃～60℃。
抗沖擊要求
從三米高落下表面不開裂，不出現(xiàn)裂痕。
剛性要求
在80 Kg下不出現(xiàn)變形。
外觀要求
色澤良好，無氣泡、飛邊或其他缺陷。
使用壽命
5年及以上。
生產(chǎn)批量
10萬件及以上。
根據(jù)表1.1所述，現(xiàn)可將此塑件的設(shè)計(jì)要求歸納為：該塑件產(chǎn)品需要具有較高的外觀要求；且在日常的使用中，不易出現(xiàn)明顯的使用缺陷，就要求塑件具有一定的剛性和剛沖擊性要求；成品低，但要真正做到物美價(jià)廉，有較高的使用壽命；市場需求量大，需大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。
2 塑件的結(jié)構(gòu)及工藝性分析
本章，塑件的結(jié)構(gòu)及工藝分析主要從以下8個(gè)方面展開介紹：(1)塑件結(jié)構(gòu)分析；(2)塑件的工藝性分析；(3)開模方向；(4)脫模斜度；(5)收縮率；(6)表面粗糙度；(7)塑件壁厚；(8)圓角。
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
結(jié)合(圖1.1)，現(xiàn)將此注塑板凳的結(jié)構(gòu)定為：塑件上平面直徑26cm的圓面，塑件下平面直徑為34cm的圓面，上下表面平行，高為30cm。塑件厚度為5mm，下端兩邊有地孔，增加防滑性能；上端兩邊有側(cè)孔，增加便攜性能，但需要借助側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)方形成側(cè)孔；中間有個(gè)定位孔，板凳有個(gè)高約5cm定位背靠，增加舒適度。
2.2 塑件的工藝性分析
想要在有限的工序中，生產(chǎn)出優(yōu)秀的塑件，獲取而更好的經(jīng)濟(jì)效益。不僅要對塑件的材料進(jìn)行分析，檢測和實(shí)驗(yàn)外。還需對塑件的結(jié)構(gòu)和工藝問題進(jìn)行特定的分析和處理。這種方法的目的有兩個(gè)：一、可以使成型工藝方便，順利的進(jìn)行。二、滿足塑件和模具在經(jīng)濟(jì)上要求，達(dá)到提高產(chǎn)品生產(chǎn)率和減少成本。
在進(jìn)行塑件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循以下幾個(gè)原則：
(1)在設(shè)計(jì)塑件時(shí)，應(yīng)考慮原材料的成型工藝性，如流動(dòng)性、收縮率、熱敏性等；
(2)在設(shè)計(jì)塑件的同時(shí)應(yīng)考慮其模具的總體結(jié)構(gòu)，模具的型腔和型芯要容易生產(chǎn)和制造，模具抽芯和推出機(jī)構(gòu)要盡可能的簡單；
(3)在保證塑件使用性能、物理性能與力學(xué)性能、電性能、耐化學(xué)腐蝕性能和耐熱性能等的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單，壁厚均勻，使用方便；
(4)當(dāng)對設(shè)計(jì)的塑件外觀要求較高時(shí)，應(yīng)先通過造型，然后逐步繪制圖樣。
塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形狀、壁厚、斜度、加強(qiáng)筋、支撐面、圓角、孔、螺紋、文字、符號及標(biāo)記等。
2.3 開模方向
本次設(shè)計(jì)的塑件，是一個(gè)對外觀質(zhì)量有著苛刻要求的產(chǎn)品。若外觀有稍許瑕疵，將直接淪為廢品，毫無經(jīng)濟(jì)價(jià)值可言。通過塑件與模具的位置分析可得出結(jié)論：塑件在型腔上形成它的外表面，故塑件的內(nèi)表面形成在型芯上，所以推出機(jī)構(gòu)將設(shè)定在型芯內(nèi)部。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般模具開模都是沿著塑件Z軸負(fù)向進(jìn)行開模，這樣開模對塑件的外表面影響最小。所以塑件Z軸負(fù)向?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的開模方向，開模方向具體如圖2.1示意：
圖2.1 模具的開模方向示意圖
2.4 脫模斜度
由于注塑模具的材料是先加熱到熔融態(tài)或粘稠態(tài)時(shí)，再通過注射機(jī)注射到模具中。然后經(jīng)過一段時(shí)間的冷卻和保壓，材料必然會出現(xiàn)部分收縮現(xiàn)象，使他緊緊的包緊在型芯上。
因此為了便于從塑件中抽出型芯或者從型腔中脫出塑件，防止塑件表面在脫模時(shí)劃傷，在設(shè)計(jì)塑件時(shí)應(yīng)考慮與脫模方向平行的脫模斜度。脫模斜度的大小，與塑件的性質(zhì)、幾何形狀、摩擦系數(shù)的大小、塑件壁厚及收縮率有關(guān)，形狀越復(fù)雜脫模斜度應(yīng)取的越大。
首先，以本次設(shè)計(jì)的塑件為參考依據(jù)。再結(jié)合現(xiàn)實(shí)工廠中的生產(chǎn)能力，以及制成塑件材料的工藝特性等。以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和外表面質(zhì)量的目的。依據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊》查得：設(shè)置產(chǎn)品的脫模斜度為1°。
2.5 收縮率
通過查閱相關(guān)書籍可查得，PP材料的收縮率的范圍一般在1.6%～2.0%之間。結(jié)合材料的特性和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，塑件的材料收縮率設(shè)定為1.6%。
2.6 表面粗糙度
影響塑件外觀質(zhì)量的主要因素就是塑件表面粗糙度，而塑件表面粗糙度的主要影響與模具型腔的表面粗糙度密不可分，是最直接的影響。一般來說，模具的表面粗糙程度一般比塑件的表面粗糙程度要求低一到兩個(gè)等級。該零件表面質(zhì)量的要求有：(1)無氣泡；(1)無飛邊；(1)無毛刺。所以設(shè)定塑料板凳的表面粗糙度為0.8um。
2.7 塑件壁厚
塑料制品應(yīng)具有一定的厚度，有以下三個(gè)方面的原因：
(1)具有一定的厚度才具有一定的強(qiáng)度和剛度，才能滿足使用性能方面的要求；
(2)具有一定的厚度，使熔融時(shí)的材料在型腔中成型的時(shí)候能保持良好的流動(dòng)性；
(3)具有一定的厚度，才能承受脫模力，才能順利脫模。
對于同一塑件的壁厚，壁厚大小應(yīng)盡量保持一致。不然會因?yàn)楹穸炔灰唬斐衫鋮s速度的不一，使成品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成塑件的變形、縮孔等缺陷。所以同一塑件的壁厚應(yīng)盡量做到一致，盡量避免因壁厚大小所帶來的缺陷出現(xiàn)。
PP材料的塑件壁厚一般取3～5mm，如壁厚取值過大，則易出現(xiàn)氣泡和凹陷等缺陷，也不易進(jìn)行冷卻。綜合所述，根據(jù)塑件的使用需要和PP的化學(xué)性能和流動(dòng)特性，設(shè)定塑件的壁厚為5mm。
2.8 圓角
塑件的面與面之間一般應(yīng)采用圓弧過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應(yīng)力集中提高塑件強(qiáng)度，而且可以改善物料的流動(dòng)狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。另外，塑件轉(zhuǎn)角處的圓角對應(yīng)于模具上的圓角，有時(shí)可便于模具的加工制造及模具強(qiáng)度的提高，避免模具在淬火或使用時(shí)應(yīng)力裂開。
在一般的模具設(shè)計(jì)中，塑件圓角半徑的取值通常應(yīng)取小于0.5mm～1mm。在不影響塑件的外觀質(zhì)量，和工廠中生產(chǎn)模具的能力允許下。模具圓角半徑應(yīng)盡可能取值大于2mm。綜合以上所述，本次設(shè)定塑件與模具上的過度圓角半徑為2mm。
3 材料的選擇與工藝參數(shù)
對材料進(jìn)行了解，對于塑件的生產(chǎn)是十分必要的。材料是塑件最直接的組成，對材料性能的分析及工藝參數(shù)的分析，選擇適宜的材料進(jìn)行注塑，提高經(jīng)濟(jì)效益及時(shí)間效率。
本章，材料的選擇與工藝參數(shù)主要從以下2個(gè)方面來進(jìn)行介紹：(1)材料的選擇及其性能；(2)塑件的成型工藝。
3.1 材料的選擇及其性能
中文名：聚丙烯（pp）
中文別名：丙綸；聚丙烯纖維；丙綸短纖維
英文名：polypropylene。
CAS號：9003-07-0。
化學(xué)式：。
密度：0.91。
熔點(diǎn)：164～170℃。
主要用途：聚丙烯在化工，耐堿行業(yè)有著卓越表現(xiàn)。可制作雙向拉伸薄膜、管材行業(yè)、家用電器外殼、汽車行業(yè)。
基本特性：聚丙烯（pp）是一種乳白色、高結(jié)晶聚合物。它無毒、無味、無臭，即使廢棄后對環(huán)境的危害也非常小。它的密度較低，密度值通常為0.90～0.91，是當(dāng)前已知塑料原料中密度較輕的品種之一。它在水中的性能特別穩(wěn)定，在水中的吸水率也僅有0.01%。它的來源范圍較廣，合成難度較易，成型效果顯著。但因?yàn)榫郾┑氖湛s率波動(dòng)較大，容易造成壁厚的制品出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷。對于尺寸精度要求較高的制品，還難以達(dá)到所需要求。表面色澤良好，易于著色。
聚丙烯的的成型特性如下：
(1)具有較高的耐熱性。連續(xù)使用時(shí)的溫度可達(dá)到110～120℃，120℃以上易發(fā)生變形，翹曲；
(2)擁有良好的力學(xué)性能，與聚乙烯相比，除了耐沖擊性之外的其它力學(xué)性能均在聚乙烯之上，成型加工性能良好；
(3)流動(dòng)性良好，溢邊值在0.003mm左右；
(4)質(zhì)地純凈，無毒性，透明性好，吸濕性小，電絕緣性能好；
(5)冷卻速度較快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)該緩慢散熱；
(6)著色性不好，模具處于50℃以下塑件色澤不均，易產(chǎn)生流痕和熔接不良；
(7)因收縮率較大，造成成型時(shí)的收縮范圍較大，易發(fā)生縮孔、變形、凹痕等缺陷，方向性強(qiáng)；
(8)塑件壁厚應(yīng)均勻，盡量避免因缺口和尖角造成的應(yīng)力集中。
聚丙烯樣式如圖3.1所示：
圖3-1 聚丙烯樣式圖
3.2 塑件的成型工藝
結(jié)合所選材料的成型特性和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸，編寫產(chǎn)品的塑料成型工藝卡片。塑料成型工藝卡片的內(nèi)容主要有：(1)塑件的名稱；(2)材料及其特性；(3)相關(guān)的工藝參數(shù)(溫度、壓力、時(shí)間)；(4)設(shè)備的型號。塑件的成型工藝卡片如表3.1所示：
表3.1 塑料成型工藝卡
塑料成型工藝卡片
塑件名稱
塑料板凳
材料牌號
PP
重量
650g
零件圖
密度
0.90～0.91
比容
1.92
收縮率
1.6
材料干燥
設(shè)備
干燥爐
溫度/℃
70～85
時(shí)間/h
1～2
料筒溫度
后段/℃
160～170
時(shí)間
注射/s
0～5
中段/℃
200～220
保壓/s
20～60
前段/℃
180～200
冷卻/s
15～50
噴嘴/℃
170～190
總周期/s
40～120
模具溫度/℃
40～80
后期處理
著色
注壓力射（Mpa）
70～120
注射機(jī)型號
XS-ZY-1000
檢驗(yàn)
編制
審核
4 注射機(jī)的選擇及校核
模具，是必須要安裝在適宜的模具上才能進(jìn)行正常的生產(chǎn)運(yùn)作。所以，所設(shè)計(jì)的模具與選用的注射機(jī)型號有著密切的關(guān)系，對注射機(jī)的選用與校核是十分必要的。
本章，注射機(jī)的選擇及校核主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行介紹：(1)注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)；(2)注射機(jī)的選擇；(3)鎖模力的校核；(4)開模行程的校核。
4.1 注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)
模具是裝置在注射機(jī)上才可以進(jìn)行使用的，兩者相輔相成，缺一不可。所以在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了要掌握模具的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，也還要對注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范有詳細(xì)的了解。保證所選擇的注射機(jī)和設(shè)計(jì)的模具能相適應(yīng)。所要了解的技術(shù)指標(biāo)主要有一下幾個(gè)內(nèi)容：
最大注射量：在注射機(jī)對空注射的條件下，注射機(jī)里的螺桿或柱塞向前運(yùn)動(dòng)做一次最大注射行程，這段行程推出塑化熔融量就稱為該注射機(jī)所能達(dá)到的最大注射量，反映了這臺注射機(jī)的加工能力。
注射壓力：注射機(jī)的噴嘴，模具中的流道和型腔都會對處于熔融狀態(tài)的材料產(chǎn)生阻力，阻止熔料的流動(dòng)。因此螺桿(或柱塞)必須對熔料施加足夠的壓力，用來克服流動(dòng)阻力，這種壓力稱為注射壓力。
注射速率：在擁有了足夠的注射壓力外，熔料若要及時(shí)的充滿型腔，還需要具有一定的流動(dòng)速率，描述這一物理狀態(tài)的參數(shù)稱作注射機(jī)的注射速率或注射速度；具體參數(shù)如表4.1所示。
表4.1 注射速率參數(shù)表
注射速率
注射量
時(shí)間
125
125
1
333
500
1.50
570
1000
1.75
890
2000
2.25
1330
4000
3
2000
10000
5
塑化能力：在單位時(shí)間內(nèi)，注射機(jī)能將固態(tài)材料塑化的物料量，稱為這臺注射機(jī)的塑化能力。塑化能力應(yīng)與整個(gè)生產(chǎn)周期相互協(xié)調(diào)配合。若塑化能力過高，則會造成注射機(jī)的空循環(huán)的時(shí)間延長；若塑化能力過低，則會延長整個(gè)成型周期。
鎖模力：注射機(jī)為模具合模所提供的最大夾緊力，在此力的作用下，模具不應(yīng)被流動(dòng)的熔料所頂開。
開合模速度：在合模時(shí)，力求平穩(wěn)閉合，無誤差。開模時(shí)，力求塑件離開凹模時(shí)不被碰傷、刮傷。所以整個(gè)閉、開模時(shí)的速度要合理適中，閉模時(shí)，速度由快到慢；開模時(shí)，速度由慢到快。
4.2 注射機(jī)的選擇
注射機(jī)的選擇原則有下列兩個(gè)原則：
(1)注射量（容積）不能大于注射機(jī)額定注射量的80%：；
(2)注射量不能小于注射機(jī)額定注射量的20%：。
根據(jù)塑件所選取的材料為聚丙烯（PP），故選用螺桿式注射機(jī)。
根據(jù)選取原則，初步選用型號為XS-ZY-1000的注塑機(jī)，注射機(jī)的主要參數(shù)如表4.2所示。
表4.2 XS-ZY-1000注射機(jī)主要參數(shù)表
設(shè)備型號
XS-ZY-1000
注射量
1000
螺桿直徑
85
注射壓力
121
注射行程
260
注射方式
螺桿式
鎖模力
4500
最大成型面積
1800
最大開模成程
1000
模具最大厚度
1000
模具最小厚度
300
噴嘴圓弧半徑
R18
噴嘴孔直徑
7.5
最大安裝尺寸
900×1000
拉桿空間
650×550
機(jī)器外形尺寸
7670×1740×2380
液壓泵
流量
18
壓力
614
電動(dòng)機(jī)功率
40
加熱功率
14
4.3 鎖模力的校核
塑件成型時(shí)，塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，所需鎖模力也越大。為了可靠的鎖模，不讓模具在注射成型的過程中產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，應(yīng)對注射機(jī)的鎖模力進(jìn)行校核：
型腔壓力Pc計(jì)算公式公式如4-1所示：
Pc=Kp （4-1）
式中：Pc——為型腔壓力，Mpa；
P——為注射壓力，Mpa；
K——為壓力損耗系數(shù)，通常取值在0.25～0.5.
Pc=Kp=0.35121=42.35
確定型腔壓力后，再進(jìn)行注射機(jī)鎖模力的校核，公式如4-2所示：
T>KPcA （4-2）
式中：T——為注射機(jī)額定鎖模力，KN；
A——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm；
K——為安全系數(shù)，取值范圍為1.1～1.2：
KPcA=3635KN
該注射機(jī)的鎖模力符合要求。
4.4 開模行程的校核
每個(gè)注射機(jī)都有一定的開模距離，但開模行程必須滿足塑件取出的需要。所以注射機(jī)的最大開模行程必須大于塑件所需的開模距離。本次設(shè)計(jì)的模具為雙分型面模具，其開模距離不僅要保證能取出塑件，還要保證澆注系統(tǒng)中的凝料能夠脫出，必須滿足一下條件，如4-3所示：
S=H+H+a+(5～10) （4-3）
式中：S——為模具開模行程，m；
H——模具推出距離,m；
H——為塑件高度,m；
A——為定模板和凝料推板的分開距離,m。
S=1+0.35+0.3+0.1=1.75m。
模具的開模距離滿足條件。
5 模具的工作及結(jié)構(gòu)原理說明
本章，模具的工作及結(jié)構(gòu)原理說明主要從以下2點(diǎn)進(jìn)行介紹：(1)模具的工作原理；(2)模具的結(jié)構(gòu)說明。
5.1 模具的工作原理
工作時(shí)，模具水平安裝在注射機(jī)上。澆注口與注射口處于同一水平線上。動(dòng)模和定模先處于開模狀態(tài)，2個(gè)斜導(dǎo)柱、2個(gè)主導(dǎo)住和8個(gè)復(fù)位彈簧保證模具的同軸度。合模時(shí)，動(dòng)模在導(dǎo)柱的引導(dǎo)下，壓縮4個(gè)復(fù)位彈簧使模具完全閉合。然后注射機(jī)通過噴嘴將熔融的聚丙烯注射到模具中。經(jīng)過保壓、冷卻后，塑件制造完畢。開模時(shí)，兩個(gè)分型面漸漸打開。拉料桿拉動(dòng)塑件和凝料隨著動(dòng)模具一起沿負(fù)Z軸方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)中間本上固定的定位銷到達(dá)最大距離時(shí)，定模開模到最大距離，凝料被拉斷，在自重的情況下自行脫落。動(dòng)模繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)推板碰到推板擋塊時(shí)，推板向前運(yùn)動(dòng)，推出塑件，完成塑件的脫模。由于采用的是點(diǎn)澆口形式，澆口對塑件的影響和忽略不計(jì)。之后模具將再一次的合模，繼續(xù)下一次的工作。
5.2 模具的結(jié)構(gòu)說明
綜上所述，我們大致可以將模具的各個(gè)組成分為八個(gè)部分：
(1)澆注系統(tǒng)：注射機(jī)將熔融材料通過噴嘴注射今日模具型腔當(dāng)中，熔料所流經(jīng)的通道稱作澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)的主要作用就是保證熔料按照所設(shè)定的路線前進(jìn)，充滿型腔，得到預(yù)期設(shè)計(jì)的形狀。澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口和冷料穴組成；
(2)成型零部件：主要由凹模和凸模組成，熔料在凹模上形成外表面，在凸模上形成內(nèi)表面。模具合模后形成塑件的立體幾何邊界，將塑件容納；
(3)側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)：如果塑件側(cè)面擁有側(cè)孔或者凹凸類的形狀，就需要借助側(cè)向分型機(jī)構(gòu)來成型，否則將無法達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的形狀。合模時(shí)，斜導(dǎo)柱擠壓滑塊，側(cè)向凸模水平移動(dòng)至型腔內(nèi)。開模時(shí)，斜導(dǎo)柱抽出，滑塊未受擠壓，帶動(dòng)側(cè)向凸模水平移出型腔，使塑件能順利脫模。這類機(jī)構(gòu)就被稱為側(cè)向分型機(jī)構(gòu)；
(4)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分為合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向；
(5)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：為了滿足模具對成型工藝的要求，所以必須對模具的溫度進(jìn)行調(diào)控，因此模具上會設(shè)有加熱或冷卻裝置來進(jìn)行溫度的調(diào)控；
(6)排氣系統(tǒng)：模具合模時(shí)，會有多余的氣體殘留在型腔內(nèi)。熔料冷卻時(shí)，也會排出多余的氣體，因此需要設(shè)立冷卻系統(tǒng)。如果塑件的排氣量不大，一般可直接采用分型面間隙排氣；
(7)頂出機(jī)構(gòu)：開模后，塑件緊緊貼合型芯，需要借助頂出機(jī)構(gòu)將塑件頂出。頂出機(jī)構(gòu)分為兩種：一種需要人工協(xié)助來完成脫模，另一種可全自動(dòng)脫模，方便快捷；
(8)支承零部件：模具上的其它零件，通過支撐零部件有序、有規(guī)律的組合在了一起。
6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本章，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：(1)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求；(2)型腔的數(shù)目及分布；(3)雙分型面的選擇與設(shè)計(jì)；(4)主流道的設(shè)計(jì)；(5)分流道的設(shè)計(jì)；(6)冷料穴的設(shè)計(jì)；(7)點(diǎn)澆口的設(shè)計(jì)。
6.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
澆注系統(tǒng)是指模具中與注射機(jī)噴嘴接觸的地方到型腔的塑料熔體的流動(dòng)通道，一般澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口及冷料穴組成。
澆注系統(tǒng)作為模具八大部分之首，其地位不言而喻，是模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)十分重要的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的合理性對塑件的質(zhì)量（外觀、性能、尺寸）及注射成型周期都有著顯著的影響。對澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：
(1)適應(yīng)材料的工藝性能，保證熔料在型腔中穩(wěn)定快速流動(dòng)，不紊亂；
(2)避免熔料正面沖擊型芯或嵌件，造成型芯的變形和嵌件的位移；
(3)流程要短，盡量減少不必要的浪費(fèi)；
(4)有利于氣體在型腔中的排出；
(5)盡量避免或減少熔接痕的產(chǎn)生；
(6)澆注系統(tǒng)與模具的軸向應(yīng)盡量對稱；
(7)修整方便，保證塑件外觀質(zhì)量；
(8)防止塑件產(chǎn)生變形。
6.2 型腔的數(shù)目及分布
根據(jù)一次生產(chǎn)周期制造塑件的數(shù)目可以將模具分為兩類型：單型腔模具和多型腔模具：一個(gè)生產(chǎn)周期只能生產(chǎn)一個(gè)塑件的模具稱為單型腔模具；一個(gè)生產(chǎn)周期能生產(chǎn)兩個(gè)或兩個(gè)以上塑件的模具稱為多型腔模具。
型腔數(shù)目的確定有如下幾種方式：
(1)根據(jù)所用的注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)；
(2)根據(jù)注射機(jī)的最大鎖模力確定型腔數(shù)；
(3)根據(jù)塑件的精度確定型腔數(shù)；
(4)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)。
本文根據(jù)第一種方法，如公式6-1來確定型腔數(shù)目。
根據(jù)公式：
式中：——代表注射機(jī)最大注射量利用系數(shù)，一般取值0.8；
——代表注射機(jī)一次注射的最大注塑量，g；
——代表澆注系統(tǒng)一次注射所用塑料質(zhì)量，g；
——代表單個(gè)塑件的質(zhì)量，g。
所以塑件的體積為=750.1cm。
單個(gè)塑件的質(zhì)量為680.5g。
由于本產(chǎn)品是一個(gè)體積相對較大的產(chǎn)品，每個(gè)生產(chǎn)周期只能生產(chǎn)一個(gè)塑件，固采用單型腔模具進(jìn)行生產(chǎn)。單型腔模具與多型腔模具相比，其主要優(yōu)勢有：得到塑件產(chǎn)品的外觀、尺寸精度高，模具設(shè)計(jì)制造成本低廉，生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢。但也存在許多不足：生產(chǎn)效率低，塑件的生產(chǎn)成本高等問題存在。
6.3 雙分型面的選擇與設(shè)計(jì)
分型面是模具當(dāng)中重要的基準(zhǔn)面，直接影響到塑件的成型質(zhì)量。它分為平面、斜面、曲面、矩面，且分型面的方向應(yīng)盡量與開模方向垂直。故確定分型面是模具設(shè)計(jì)當(dāng)中一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)。
模具分型面的設(shè)計(jì)有一下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：
(1)確定了模具的開、閉模方向后，應(yīng)盡可能的將分型面選在塑件的最大外輪廓處。分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，是利于塑件的脫出；
(2)確定較有利的塑件留在模具中的方式。分型面的選擇，通常應(yīng)在開模后，塑件隨著動(dòng)模一起運(yùn)動(dòng)。這樣選擇的好處是利于塑件的脫模，使安裝在動(dòng)模上的推出機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑺芗瞥觯瓿擅撃＃?
(3)保證塑件的精度要求。分型面的選擇應(yīng)盡量保證和模精度，避免形狀和尺寸所帶來的偏差，從而造成廢品的產(chǎn)生；
(4)要滿足塑件的外觀要求。在選擇分型面時(shí)應(yīng)盡量避免或減少融接痕之類缺陷的不良影響的出現(xiàn)，同時(shí)還需考慮到模具工作一段時(shí)間后，在分型面處產(chǎn)生的壞損是否容易修繕；
(5)要便于模具的加工與制造。結(jié)合現(xiàn)實(shí)工廠的生產(chǎn)條件，便于加工與制造，應(yīng)選擇易于加工的分型面；
(6)對成型面積的影響。一般注射機(jī)都會規(guī)定模具所允許的最大成型面積及鎖模力，在注射過程中，塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和超過允許的最大的面積時(shí)，會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。為避免溢料現(xiàn)象的發(fā)生，在進(jìn)行分型面選擇時(shí)，應(yīng)盡量減少塑件和澆筑系統(tǒng)在分型面上的投影面積；
(7)對排氣效果有利。分型面應(yīng)盡量與料流道末端的表面重合；
(8)保證側(cè)向型芯的放置容易及抽芯機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順利。為保證側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的順利運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡量把抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)模具一側(cè)，與分型面垂直。
綜合上述幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合本塑件的特點(diǎn)，決定采用雙分型面的結(jié)構(gòu)。第一分型面，主要作用是對澆注系統(tǒng)中的殘余凝料進(jìn)行處理。第二分型面，主要作用是取出塑件，且模具采用的是點(diǎn)澆口設(shè)計(jì)，故第二分型面是沿著塑件的最大外輪廓。第一分型面和第二分型面分別如圖6.1和圖6.2所示：
圖6.1 第一分型面示意圖
圖6.2 第二分型面示意圖
6.4 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。
主流道的設(shè)計(jì)遵循一下幾點(diǎn)原則：
(1)在注射機(jī)上主流道垂直于分型面，為了使凝聊順利的從澆口套中頂出，主流道的設(shè)計(jì)常用的為圓錐形，便于凝料的脫出；
(2)主流道始端的球面半徑取值應(yīng)參照注射機(jī)的噴嘴圓弧半徑，應(yīng)比注射機(jī)的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，方便注射機(jī)進(jìn)行注射；
(3)主流道小端直徑的取值應(yīng)參照注射機(jī)的噴嘴直徑，應(yīng)比注射機(jī)的噴嘴直徑大0.5～1mm，這是因?yàn)榉乐怪髁鞯朗级舜嬗心?，而影響正常的脫模?
(4)主流道大端直徑應(yīng)不宜選擇過大，因?yàn)楫?dāng)直徑過大時(shí)型腔內(nèi)部壓力對澆口套的反作用力也將增大，增大到一定程度后易從模體中彈出。
主流道（澆口套）設(shè)計(jì)如圖6.2所示：
圖6.2 澆口套示意圖
6.5 分流道的設(shè)計(jì)
分流道的設(shè)計(jì)原理
分流道是主流道末端與塑件澆口之間的一段塑料熔體的通道，在設(shè)計(jì)多型腔與多澆口單型腔澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)設(shè)置分流道。其作用是改變?nèi)垠w的流向，使其平穩(wěn)的進(jìn)入各個(gè)型腔當(dāng)中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少流動(dòng)過程中熱量與壓力的損失。
綜上所述，可以總結(jié)出幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
(1)在保證熔料能夠順利充模的情況下，分流道的體積、截面積、長度取值應(yīng)該盡量取小值，避免浪費(fèi)和流動(dòng)中熱量、壓力的損失；
(2)分流道過長時(shí)，底部應(yīng)該設(shè)置冷料井。避免先鋒冷料進(jìn)入到型腔中，對塑件質(zhì)量造成影響；
(3)分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)設(shè)置成圓弧形狀，用以過渡；
分流道的截面形狀
分流道的截面形狀如圖6.3所示：
圖6.3 分流道截面示意圖
(1)梯形和U形截面的分流道加工方便，熱量和壓力的損失也小，是比較常用的形狀；
(2)圓形截面的熱量和壓力減少最小，是理想的截面形狀；
(3)半圓截面的表面積較大，熱量和壓力的損失也較大，一般很少采用；
(4)矩形截面熱量和壓力損失最大，一般不采用。
總上所述幾種截面特性，結(jié)合設(shè)計(jì)模具特點(diǎn)，考慮到具體的結(jié)構(gòu)和澆口位置的分布，故選用U型分流道。
分流道的尺寸和布局
(1)分流道的尺寸取決于型腔的數(shù)目與澆口的位置，其尺寸和彎折應(yīng)盡可能的減少，避免過量的浪費(fèi)與熱量、壓力的損失；
(2)分流道的布局有對稱式和非對稱式兩種，本塑件是一個(gè)左右相對稱產(chǎn)品。固采用對稱式布局方案，用以實(shí)現(xiàn)熔料的均衡輸送，在型腔中同時(shí)充模。使其外觀指標(biāo)和力學(xué)性能都達(dá)到一致，保證塑件質(zhì)量水平。
本模具設(shè)計(jì)采用一腔一模，兩個(gè)點(diǎn)澆口，分流道的尺寸和布局如圖6.4所示：
圖6.4 分流道尺寸、布局圖示意圖
其中
6.6 冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴的作用就是容納“先鋒”冷料，避免溫度過低的冷料率先進(jìn)入型芯，從而影響塑件的質(zhì)量，造成產(chǎn)生次品。冷料穴的第二個(gè)作用就是能將塑件“勾”住。當(dāng)開模的時(shí)候，把塑件和澆注系統(tǒng)中的凝料朝開模方向拉動(dòng)。
本次設(shè)計(jì)中的冷料穴，為了避免對塑件質(zhì)量外觀產(chǎn)生較大影響，故采用如下設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)見圖6.5：
6.7 澆口的設(shè)計(jì)
澆口可以理解為進(jìn)料口，它連接著分流道和型腔，是熔料通過澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔中的最后一道“門”,他的位置及尺寸對塑件的質(zhì)量起著主要影響，是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)。一般而言，它具體有以下兩個(gè)作用：
(1)作為熔料進(jìn)入型腔的最后一道“門”，它控制著熔料進(jìn)入型腔的流動(dòng)速率；
(2)當(dāng)注射完畢后，封鎖型腔，使在型腔中尚未冷卻凝固的熔料不能倒流。
澆口的類型分為許多種：有直接澆口、點(diǎn)澆口、側(cè)澆口、扇形澆口、環(huán)形澆口、薄片澆口、星型十字澆口、潛伏澆口等。澆口的類型選擇取決于塑件的外觀要求，不同的澆口類型會對熔料的充型特性、成型質(zhì)量都會產(chǎn)生影響。熔料對不同的澆口類型也會產(chǎn)生不同的適應(yīng)性。根據(jù)塑件的外觀和模具的結(jié)構(gòu)，故采用點(diǎn)澆口的設(shè)計(jì)形式。
在進(jìn)行模具澆口位置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意一下幾點(diǎn)原則：
(1)澆口位置應(yīng)選在塑件壁最厚處；
(2)盡量縮短熔料的流動(dòng)距離；
(3)盡量減少或避免熔接痕的產(chǎn)生；
(4)應(yīng)利于模具中氣體的排放；
(5)不應(yīng)再彎折、沖擊載荷處設(shè)置澆口；
(6)考慮到分子定向的影響；
(7)避免產(chǎn)生蠕動(dòng)和噴射；
(8)應(yīng)注意塑件的外觀質(zhì)量。
綜上所述，澆口在模具中的位置如圖6.6所示：
圖6.5 冷料穴示意圖
圖6.6 澆口位置示意圖
7 成型零部件的設(shè)計(jì)
成型零部件是指模具中直接構(gòu)成塑件的內(nèi)、外表面，決定塑件形狀尺寸的零件，主要由凹模、型芯、鑲拼件等組成。注塑成型過程中，熔融塑料是與成型零件進(jìn)行面對面接觸的，否則無法成型。所以成型零件必須要耐得住熔融塑料高溫和高壓，而且脫模時(shí)塑件產(chǎn)生的摩擦力還不能對成型零件的表面產(chǎn)生影響。所以，成型零件不但要求具有有較高的幾何精度和較低的表面粗糙度，而且還必須要具有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性和表面硬度，用以承受熔融塑料的擠壓力和摩擦力。同時(shí)，還要有較好的加工性和較低的成本。
本章，成型零部件的設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：(1)凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(3)成型零部件的尺寸設(shè)計(jì)。
7.1 凹模的設(shè)計(jì)
凹模，也是型芯的一般稱謂。它的主要作用是形成塑件的外表面，它是塑件外表面質(zhì)量的直接影響。它的結(jié)構(gòu)主要有以下三種：
(1)整體式凹模，整體式凹模是由整塊金屬材料一體加工而成。整體式凹模的結(jié)構(gòu)簡單，無鑲拼件，不會在塑件表面留下鑲拼痕跡。整體強(qiáng)度，剛度高，不易產(chǎn)生變形。缺點(diǎn)是當(dāng)凹模形狀復(fù)雜時(shí)，難以加工，且會耗費(fèi)較多的材料，局部受損后難以進(jìn)行維修；
(2)整體嵌入式凹模鑲塊，屬于整體式凹模的一種演變。先將整體式凹模嵌入到固定板中，然后再將每個(gè)凹模鑲塊嵌入模板中；
(3)局部鑲拼式模具鑲塊，當(dāng)模具局部形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以加工，熱處理過后易開裂、變形。這時(shí)可采用局部鑲拼式模具鑲塊。采用此種結(jié)構(gòu)成型塑件，容易留下鑲拼痕跡，且對拼塊精度要求較高。
本次設(shè)計(jì)的塑件，由于是大尺寸，外觀質(zhì)量要求較高的塑件。故模具的型腔選用整體式凹模，避免熔融痕的產(chǎn)生，影響塑件外表面質(zhì)量。型腔如圖7.1所示：
圖7.1 型腔示意圖
7.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模也稱之為型芯，是塑件內(nèi)表面的成型零件。凸模分為幾種。本次設(shè)計(jì)采用的是整體式凸模，這類凸模結(jié)構(gòu)簡單，固定牢靠，塑件成型質(zhì)量好，不會在塑件表面產(chǎn)生明顯的熔融接痕。但這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是機(jī)械加工不便，材料耗費(fèi)巨大。其余的還有整體嵌入式型芯和鑲拼組合式型芯取代。各有優(yōu)缺點(diǎn)，可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選用。
同理，為避免組合式模具對塑件的外觀表面產(chǎn)生不良影響。故本次設(shè)計(jì)，凸模也選用整體式凸模為宜。型芯如圖7.2所示：
圖7.2 型芯示意圖
7.3 成型零部件尺寸的設(shè)計(jì)
成型零件用來構(gòu)成塑件的主要尺寸，就是成型零件的工作尺寸。主要有一下幾種類型：型腔的徑向尺寸、型芯的徑向尺寸、型腔的深度尺寸、型芯的高度尺寸和中心距尺寸等。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到塑件的使用要求和尺寸精度、塑料收縮率偏差和波動(dòng)、成型零件的工作特點(diǎn)等因素，然后再對成型零件的尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、從而保證成型后塑件的質(zhì)量。
(1)塑件收縮率波動(dòng)
在實(shí)際成型過程中，塑件的形狀、尺寸、壁厚等都會因塑料的收縮率而產(chǎn)生變化。這與塑料的品種和模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。收縮率的波動(dòng)和偏差，都會造成塑件尺寸上誤差。其變化值可用公式7-1所示：
式中：——由于塑料收縮率偏差和波動(dòng)造成的塑件尺寸的誤差，%；
——塑料收縮率的最大取值，%；
——塑料收縮率的最小取值，%；
——塑料的基本尺寸，m。
一般而言，因塑料收縮率引起的誤差應(yīng)控制在塑件公差的1/3以內(nèi)。
(2)成型零件的磨損
實(shí)際生產(chǎn)中，由于熔融塑料在模具中的流動(dòng)、沖刷。脫模時(shí)，模具與塑件表面產(chǎn)生的摩擦。以及成型過程中伴隨著腐蝕性氣體的侵蝕，等等均造成了成型零件尺寸發(fā)生了變化。為簡化計(jì)算，與脫模方向平行的成型零件表面，應(yīng)考慮摩擦的存在；與脫模方向垂直的成型零件表面，摩擦可以不考慮。
(3)成型零件的制造誤差
成型零件的制造誤差，由于成型零件制造所帶來的誤差，已成為影響塑件尺寸精度的最主要因素之一。通過生活實(shí)際我們可以知道，成型零件的加工精度越低，成型塑件的尺寸精度也會越低。模具成型零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級之間，那成型零件的制造公差約占塑件尺寸公差的1/3。
(4)模具安裝的配合誤差
成型零件的裝配誤差，不僅會造成成型過程成型零件的間隙誤差，而且直接影響塑件的尺寸精度發(fā)生變化。塑件在成型過程中的最大誤差，應(yīng)是上述各種誤差的總和。具體計(jì)算公式如7-2所示：
式中:——塑件的成型總誤差；
——成型零件的安裝造成的塑件尺寸誤差；
——成型零件在使用過程中的最大磨損誤差；
——成型零件的間隙變化造成的塑件尺寸誤差；
——塑件收縮率變化引起的塑件尺寸誤差；
——成型零件的制造誤差；
(5)成型零件尺寸的計(jì)算
經(jīng)查得，PP的平均收縮率為1.6%。根據(jù)現(xiàn)有模具制造條件，成型零件制造公差。
當(dāng)塑件徑向外形尺寸為時(shí)，則型腔的徑向尺寸用公式7-3計(jì)算：
當(dāng)塑件徑向內(nèi)形尺寸為時(shí)，則型芯的徑向尺寸用公式7-4計(jì)算：
當(dāng)塑件外形高度尺寸為時(shí)，則型芯的徑向尺寸用公式7-5計(jì)算：
當(dāng)塑件內(nèi)形深度尺寸為時(shí)，則型芯的徑向尺寸用公式7-6計(jì)算：
8 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑件上有側(cè)孔或者側(cè)凹之類不同于開模方向的形狀時(shí)，為了順利脫模，就必須用到可活動(dòng)的側(cè)向成型機(jī)構(gòu)。在塑件完成成型在被推出前，先將側(cè)向成型零件抽出，完成側(cè)型芯抽出與復(fù)位的機(jī)構(gòu)成為側(cè)向分型機(jī)構(gòu)。側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)可分為手動(dòng)、液壓、氣動(dòng)抽芯三種。本次設(shè)計(jì)塑件上擁有側(cè)孔，故需用到側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)來成型。
本章，側(cè)向分型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：(1)斜導(dǎo)柱的傾角斜；(2)導(dǎo)柱的直徑設(shè)計(jì)；(3)滑塊的設(shè)計(jì)；(4)導(dǎo)滑槽的設(shè)計(jì)；(5)楔緊塊的設(shè)計(jì)；(6)滑塊定位的設(shè)計(jì)。
8.1 斜導(dǎo)柱的傾角
側(cè)向分型機(jī)構(gòu)中的斜導(dǎo)柱與開合模方向的夾角叫做斜導(dǎo)柱的傾斜角，的大小關(guān)系到斜導(dǎo)柱的有效長度、抽芯距、受力狀況和開模行程。
太大，抽芯時(shí)開模力相同，斜導(dǎo)柱的彎曲力將增大；太小，抽芯距相同，斜銷的長度和開模行程將增大，一般取=12°～ 25°,最大不超過25°。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)的傾斜角°。斜導(dǎo)柱如圖8.1所示：
圖8.1 斜導(dǎo)柱示意圖
8.2 斜導(dǎo)柱直徑設(shè)計(jì)
熔融塑料在冷卻后，會緊緊的粘附在型芯和側(cè)向型芯上。所以，側(cè)向分型機(jī)構(gòu)和抽芯機(jī)構(gòu)在分型時(shí)，必然會受到一定的抽拔阻力。因此，側(cè)向分型和抽芯的力一定要大于模具的抽拔阻力，抽拔阻力的計(jì)算公式如8-1所示：
式中：A——塑件緊包型芯的面積，mm2；
P——塑件對型芯的緊包力，取值范圍為～，Pa；
——脫模斜度，°；
經(jīng)過計(jì)算，A=79600mm，P=1.010，=0.2，=1°。
=796001.0100.2-1.7KN
結(jié)合抽拔力和參考文獻(xiàn)，以及斜導(dǎo)柱的傾斜角，故將本次設(shè)計(jì)的斜導(dǎo)柱的直徑確定為4cm。
8.3 斜導(dǎo)柱長度的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱長度的計(jì)算公式如8-2所示：
式中：——斜導(dǎo)柱的總長度，cm；
——斜導(dǎo)柱大端直徑，cm；
——斜導(dǎo)柱的安裝厚度，cm；
——抽芯距為時(shí)斜導(dǎo)柱工作部分的長度，cm。
側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的抽芯距離為塑件壁厚加上凹模厚度再加上2～3cm，故為：
所以：
故斜導(dǎo)柱的長度為80cm。
8.4 滑塊的設(shè)計(jì)
滑塊，是側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的重要組成零件之一，它與側(cè)型芯一同組成側(cè)滑塊。滑塊的形式分為兩種，分別是整體式滑塊和組合式滑塊。本次設(shè)計(jì)采用的是整體式滑塊，在滑塊中加入單個(gè)圓柱銷用來固定側(cè)型芯。
側(cè)滑塊材料選用T10，硬度要求HRC>40，側(cè)型芯材料選用T8，硬度要求HRC>50?；瑝K示意圖如圖8.2所示：
圖8.2 滑塊示意圖
8.5 導(dǎo)滑槽的設(shè)計(jì)
為確保側(cè)向型芯能正確、可靠的抽出與復(fù)位，且沿一定方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無竄動(dòng)和卡死現(xiàn)象，所以必須設(shè)置導(dǎo)滑槽。
根據(jù)滑塊的大小和形狀，導(dǎo)滑槽的大小和配合形式也不一樣。本次設(shè)計(jì)滑塊和導(dǎo)滑槽按照H7/f7配合。導(dǎo)滑槽如圖8.3所示：
圖8.3 滑塊導(dǎo)滑形式示意圖
8.6 楔緊塊的設(shè)計(jì)
注射成型過程中，側(cè)向型芯往往會受到熔融塑料的向外推力。所以側(cè)向機(jī)構(gòu)中設(shè)置了楔緊塊，用以在模具合模后，鎖緊滑塊，防止產(chǎn)生位移，承受熔融塑料的作用在滑塊上的推力，保證塑件尺寸及外觀。
楔緊塊的楔緊角+（2°～3°）=18°.楔緊塊如圖8.4所示：
圖8.4 楔緊塊示意圖
8.7 滑塊定位的設(shè)計(jì)
在模具合模時(shí)，為了保證斜導(dǎo)柱能正確、可靠的進(jìn)入滑塊中的斜孔。在滑塊抽芯結(jié)束后保持滑塊位置不變，所以，需要對滑塊設(shè)計(jì)定位裝置。根據(jù)本次塑件以及模具的結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)選用彈簧拉桿擋塊式。
9 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
模具進(jìn)行工作時(shí)，為了保證定模和動(dòng)模的準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位，還需設(shè)置合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)柱導(dǎo)向型和錐面導(dǎo)向型。其中，以導(dǎo)柱導(dǎo)向型設(shè)計(jì)最為普遍，錐面型導(dǎo)向裝置通常用在精度較高的大型模具中