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南昌航空大學(xué)
本科畢業(yè)論文開題報告
風(fēng)扇調(diào)速旋鈕塑料模結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計
學(xué)號：2009010201027
姓名：曾 登
導(dǎo)師：宛 強
學(xué)院：江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院
專業(yè)：模具設(shè)計與制造
日期：2012年4月20日
南昌航空大學(xué)制
目錄
一、選題依據(jù)、目的和意義…………………………………3
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢………………………3
2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………………………………3
2.2中國模具行業(yè)發(fā)展前景…………………………………4
三、研究的主要內(nèi)容及實驗方法………………………………4
四、目標(biāo)，主要特色及工作進度……………………………5
4.1目標(biāo)…………………………………………………5
4.2主要特色………………………………………5
4.3工作進度…………………………………………………5
五、主要參考文獻………………………………………6
一、選題依據(jù)、目的和意義
中國17000多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。
畢業(yè)設(shè)計是本專業(yè)學(xué)生在完成全部課堂教學(xué)之后所進行的一項極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。旨在通過具體的工程實踐，進一步深入理解、掌握和綜合運用所學(xué)的專業(yè)理論知識，進行曖通空調(diào)設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，從而全面實現(xiàn)本專業(yè)學(xué)生的質(zhì)量管理目標(biāo)。
課題的意義在于對通過對模具的設(shè)計、材料的選用、方案比較，為產(chǎn)品尋找到對其合適的模具制造方案，實現(xiàn)“高質(zhì)量、低費用”的最佳方案。找出目前設(shè)計中存在的不合理的因素，對今后的模具設(shè)計起個指導(dǎo)作用，為設(shè)備的管理人員提供借鑒，配合正在進行的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為其提供參考，從而為整個模具生產(chǎn)，特別是塑料模具方面的工作獻力。
本設(shè)計貼近生活，主要是根據(jù)教室風(fēng)扇調(diào)速旋鈕實物進行設(shè)計。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長率。
中國模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高，許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛等等。特別在大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具技術(shù)上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求，因而需要大量從國外進口。
2.2中國模具行業(yè)發(fā)展前景
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。
1999年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。汽車、摩托車行業(yè)的發(fā)展將會大大推動模具工業(yè)的高速增長，特別是汽車覆蓋件模具、塑料模具和壓鑄模具的發(fā)展。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調(diào)等，在國內(nèi)的市場很大。目前，我國的彩電的年產(chǎn)量已超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了1000萬臺。家用電器行業(yè)的發(fā)展對模具的需求量也將會很大。其他發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。近年來，中國模具市場對精密、大型、復(fù)雜型、長壽命模具的需求量有所增長，預(yù)計到2010年，國內(nèi)模具市場需求量將在1，200億元人民幣左右。綜合媒體2008年6月4日報道，中國模具協(xié)會企業(yè)年報顯示：近年來，中國模具市場對精密、大型、復(fù)雜型、長壽命模具的需求量有所增長，預(yù)計到2010年，國內(nèi)模具市場需求量將在1，200億元人民幣左右。專家分析，從1997年開始，隨著汽車、裝備制造業(yè)、家用電器的高速增長，中國國內(nèi)模具市場的需求開始顯著增長。雖然到2006年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達516億元，但屬“大路貨”的沖壓模具、壓鑄模具等約占總量的80％。已經(jīng)進入中國的少量外資模具企業(yè)開始生產(chǎn)各種高精大多功能模具，但目前仍供不應(yīng)求。
三、研究的主要內(nèi)容及實驗方法
對影響產(chǎn)品生產(chǎn)的因素進行著重分析，利用軟件進行模擬分析，對模具設(shè)計進行方案比較，探討優(yōu)秀模具的設(shè)計方法。
內(nèi)容主要包括：
材料：ABS 生產(chǎn)批量：大批量
a) 塑件成型工藝性分析；
b) 計算塑件的體積和重量（包含注射機的選用）；
c) 塑件注射工藝參數(shù)的確定；
d) 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計（分型面、確定型腔數(shù)量和排列方式、澆注系統(tǒng)設(shè)計、成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等）；
e) 模具設(shè)計的有關(guān)計算和模架的校核；
完成這個任務(wù)的主要途徑是經(jīng)過參考查詢詳細專業(yè)資料、導(dǎo)師的指導(dǎo)和利用計算機進行數(shù)據(jù)整理、分析和模擬。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進度
4.1目標(biāo)
通過對風(fēng)扇調(diào)速旋鈕的注塑模設(shè)計，使我對塑料模具又有了進一層次的認知，掌握了單分型面注塑模的結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計計算方法，在設(shè)計注塑模時所需要注意的一些要點，如：材料的收縮率，注射機得選用，模具材料的選用，注射前材料、模具的預(yù)處理，以及在注射時對溫度的控制等。
尤其是試模之后會產(chǎn)生的塑件缺陷也做了介紹及處理方法。
本設(shè)計中充分利用了UG、Pro/E、CAD設(shè)計軟件?？傊?，通過畢業(yè)設(shè)計又一次鍛煉，要充分利用CAD/CAE技術(shù)，在模具符合要求的前提下盡量節(jié)省模具制造成本，同時在實際中積累經(jīng)驗，以設(shè)計出性價比更高的模具。
4.2 主要特色
本設(shè)計主要特色是軟件版的模具設(shè)計手冊的使用，以及Proe/E軟件中EMX5.0模具設(shè)計的使用，總裝圖和零件圖的繪制。
4.3工作進度
2012年1月8日前 完成選題
2012年1月 進行資料的收集、加工、整理，提出設(shè)計方案
2012年2月 進行并完成畢業(yè)論文
2012年3月 撰寫畢業(yè)論文
五、主要參考文獻
[1] 涂序斌主編.塑料成型與模具設(shè)計.北京:北京理工大學(xué)出版社,2005.
[2] 楊占曉主編.模具設(shè)計與制造.北京:人民郵電出版社,2009.
[3] 韓進宏主編.互換性與技術(shù)測量.北京:機械工業(yè)出版社,2007.
[4] 齊曉杰主編.塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2009.
[5] 魏春雷主編.模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計手冊.天津:天津大學(xué)出版社,2010.
[6] 虞洪述,徐伯康主編.機械制圖.西安:西安交通大學(xué)出版社,2000.
[7] 王衛(wèi)衛(wèi)主編.材料成型設(shè)備.北京:機械工業(yè)出版社,2004.
[8] 康俊遠主編.模具工程材料.北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.
6
南昌航空大學(xué)本科畢業(yè)論文
南昌航空大學(xué)
畢業(yè)論文
風(fēng)扇調(diào)速旋鈕塑料模結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計
專 業(yè) 名 稱 模具設(shè)計與制造
班 級 學(xué) 號
學(xué) 生 姓 名 曾 登
指 導(dǎo) 教 師 宛 強
2012 年04月20日
南昌航空大學(xué)
畢業(yè)論文任務(wù)書
I、畢業(yè)論文題目：
風(fēng)扇調(diào)速旋鈕塑料模結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計
II、畢 業(yè)論文使用的原始資料及設(shè)計技術(shù)要求：
一、原始資料：
零件圖及PROE、UG等設(shè)計所涉及的軟件
二、技術(shù)要求：
1.論述塑料模的結(jié)構(gòu)特點
2.制件的設(shè)計精度為4級，要求大批量生產(chǎn)
3.選用注射機
III、畢 業(yè)論文工作內(nèi)容：
2012年1月8日前 完成選題
2012年1月 進行資料收集、加工、整理，提出設(shè)計方案
2012年2月 進行并完成畢業(yè)論文
2012年3月 撰寫畢業(yè)論文
2012年3月30日 畢業(yè)論文模擬答辯
2012年4月20日 畢業(yè)論文答辯，成績評定
江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 院、系(函授站) 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 自考本科 班 學(xué)生 曾 登
日期：自 2012 年 01 月 8 日至 2012 年 04 月 20 日
指導(dǎo)教師 宛 強
兼職教師或答疑教師(并指出所負責(zé)的部分)：
教研室主任
摘要
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
本設(shè)計介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計原則；詳細介紹了塑件工藝的分析過程和注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計過程，并對材料要求做了說明。
通過本設(shè)計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設(shè)計中的某些細節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對Pro/E、UG的學(xué)習(xí)，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。
目 錄
1 塑件成型工藝性分析·································7
1.1塑件制品結(jié)構(gòu)分析····························································7
1.2成型工藝的分析·······················································7
1.2.1尺寸精度確定·························································7
1.2.2 脫模斜度確定·································································8
1.3 ABS的性能分析·············································································8
1.4 ABS的注射成型過程工藝參數(shù)··························································8
1.4.1注射成型過程···········································································8
1.4.2 ABS的注射工藝參數(shù)··································································9
1.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施················································9
1.6 確定模具基本結(jié)構(gòu)·········································································9
2 分型面結(jié)構(gòu)設(shè)計·········································································10
2.1分型面的選擇原則·········································································10
2.1.1分型面的確定·········································································10
2.2確定型腔數(shù)量及排列方式·······························································10
2.2.1一般確定型腔數(shù)量的三種方法···················································10
2.2.2確定型腔的排布方式·······························································11
2.3注射機型號的確定·········································································11
2.3.1按風(fēng)扇調(diào)速旋鈕的注射量計算···················································11
2.3.2選擇注射機············································································12
2.3.3注射機有關(guān)參數(shù)的校核····························································12
2.4澆注系統(tǒng)形式和澆口設(shè)計·······························································13
2.4.1主流道的設(shè)計·········································································13
2.4.2主流道尺寸的確定···································································14
2.4.3主流道襯套的形式···································································14
2.4.4主流道冷料穴的設(shè)計·······························································15
2.4.5分流道的截面形式···································································16
2.4.6澆口的選擇原則及位置····························································16
2.4.7排氣系統(tǒng)的設(shè)計······································································17
2.5確定頂出方式···············································································17
2.5.1頂出方式的確定······································································17
2.5.2脫模力的計算·········································································17
2.6確定冷卻系統(tǒng)···············································································19
2.7注射模選材···················································································19
2.8導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計···································································20
2.9模具的工作過程············································································20
3 成型零部件的設(shè)計···································································· 20
3.1確定型腔、型芯的結(jié)構(gòu)和固定方式····················································20
3.2成型零件的尺寸計算······································································20
3.2.1型腔的徑向與深度尺寸計算······················································21
3.2.2型芯的徑向與高度尺寸計算······················································21
3.2.3塑件的型芯及型腔的成型尺寸標(biāo)注圖·········································22
4 模架的確定和校核···································································· 22
4.1各模板尺寸的確定·········································································22
4.2模架各尺寸的校核·········································································23
5 繪制模具圖················································································ 24
6、總結(jié)······························································································ 33
7、參考文獻······················································································ 33
1 塑件成型工藝性分析
1.1塑件制品結(jié)構(gòu)分析
本設(shè)計記為風(fēng)扇調(diào)速旋鈕，如圖1.1所示塑件的質(zhì)量要求不允許有裂紋和變形缺陷的；塑件材料為ABS，生產(chǎn)為大批量，塑件公差按模具設(shè)計要求進行轉(zhuǎn)換。
該塑件的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，但是產(chǎn)品外表面帶有花紋，產(chǎn)品里面也有凹槽，因為此產(chǎn)品是作為風(fēng)扇調(diào)速旋鈕使用，大批量生產(chǎn)。所要求的制造精度不高,所以要求模具的制造精度也不高，因要與手部接觸，所以保證塑件表面質(zhì)量即可。
1.2 成型工藝分析
1.2.1尺寸精度
影響尺寸精度的因素較多，如模具的形式或基本結(jié)構(gòu)、模具加工的加工制造誤差、模具的磨損、變形、熱膨脹；由于成型條件變化造成的收縮率的波動、成型操作變化的影響、脫模頂出時的塑料變形、彈性恢復(fù)；周圍溫度、濕度不同造成的尺寸變化、彈性恢復(fù)引起的變化等。
在一般的模具生產(chǎn)設(shè)計過程中，為了降低模具的加工難度和模具的生產(chǎn)成本，在滿足塑件使用要求的前提下，選取較低等級的公差，便于模具的加工與生產(chǎn)。
結(jié)合本塑件的具體情況，查參考文獻《塑料模具設(shè)計手冊》得，該塑料件尺寸精度為4級，未注公差為8級精度，未注圓角R=0.5，對應(yīng)的模具精度為IT8，材料為ABS。
1.2.2 脫模斜度
為了便于塑件從模具型腔中取出或從塑件中抽出型芯，在設(shè)計時塑件內(nèi)外壁應(yīng)具有足夠的脫模斜度。最小脫模斜度與塑料性能、收縮率的大小、塑件的幾何形狀有關(guān)。
該塑件均厚約2mm，其脫模斜度查參考文獻《塑料模具設(shè)計手冊》得：材料為ABS的塑件斜度/型腔取0°40'～1°20'，斜度/型芯取0°35'～1°。ABS流動性一般，對溫度敏感。溢邊值為0.04mm左右，脫模斜度一般取大于或等于2°以上。
1.3 ABS塑料的性能分析
表1.1 ABS性能指標(biāo)
塑料性能
單 位
數(shù) 值
物理性能
密度
g/cm-3
1.03～1.07
質(zhì)量體積
㎝3
0.83
熔點
℃
130～160
計算收縮率
%
0.4～0.7
屈服強度
MPa
50
力學(xué)性能
拉伸強度
MPa
38
伸長率
%
35
抗拉彈性模量
MPa
1.8
抗彎強度
MPa
80
彎曲彈性模量
MPa
1.4
1.4 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)
1.4.1 注射成型過程
（1）成型前的準(zhǔn)備對ABS的色澤、細度和均勻度等進行檢驗。由于ABS吸濕性強, 含水量應(yīng)小于0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱干燥。
（2）注射過程塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、保壓、倒流和冷卻4個階段。
（3）塑件的后處理采用紅外線燈、烘箱，熱處理溫度70℃，處理時間2～4h。
1.4.2 ABS的注射工藝參數(shù)
表1.2 ABS塑料注射工藝參數(shù)
塑料名稱
ABS
預(yù)熱和干燥
溫度/℃
80～85
時間/h
2～3
料筒溫度/℃
前段
180～220
中段
165～180
后段
150～170
噴嘴溫度/℃
170～180
模具溫度/℃
50～80
保壓力/MPa
50～70
成型時間/s
注射時間
20～90
高壓時間
0～5
冷卻時間
20～120
總周期
20～120
1.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
1.制件表面銀紋：使用材料前充分干燥，使用過程中防止返潮。
2.流動痕：提高模具溫度和物料溫度或是降低注射速率。
3.縮孔及凹痕：提高模具溫度和物料溫度，延長注射保壓時間，增大注射壓力，加大注射速度或是加大澆口尺寸等措施。
4.翹曲變形：（1）從加工工藝上考慮，加長注射成型周期，降低注射溫度，適當(dāng)調(diào)整注射溫度和注射速度，減慢頂出速度，增加頂出面積，保持頂出力均勻。（2）從制品設(shè)計方面考慮，增加壁厚增加加強筋和圓角出的補強。
1.6 確定模具基本結(jié)構(gòu)
該零件為風(fēng)扇調(diào)速開關(guān)旋鈕，要求外表面較光滑、無痕跡，可選用的澆口形式有重疊式澆口、點澆口和潛伏式澆口。其中潛伏式澆口去除澆口留下的痕跡可選在制品內(nèi)側(cè)，對制品的外觀無任何影響，但澆口的制造較為復(fù)雜；本模具不適合適用點澆口；重疊式澆口簡單，澆口痕跡在制件的端面，不影響制件的外觀。該零件大批量生產(chǎn)，要求模具簡單，費用低廉。
綜上，選擇單分型面注射模，重疊式澆口進料，推桿一次頂出。
2 分型面結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1分型面的選擇原則
1．選在制品最大外形尺寸之處。因為制品一般都是在最大投影面積之處分模，否則，很難脫模。同時，盡可能使塑件留在動模一側(cè)，有利于塑件的取出。
2．保證外觀質(zhì)量。
3．便于澆口進料，利于成型，易于排氣。
4．利于型腔加工，使制品精度易于保證。
5．利于嵌件的安裝以及活動鑲件的安裝。
6．有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。
該塑件在進行塑件設(shè)計時已經(jīng)充分考慮以上原則。
2.1.1分型面的確定
塑件在分型面處的表面質(zhì)量無特殊要求，能夠保證塑件上表面曲面的質(zhì)量要求即可，而且塑件的模具結(jié)構(gòu)也比較簡單，因此在制品的最大外形尺寸之處，如圖2.1所示:
2.2確定型腔數(shù)量及排列方式
型腔數(shù)量以及位置如何確定要根據(jù)塑件制品的尺寸大小、結(jié)構(gòu)難易程度、生產(chǎn)效益等諸多因素靈活確定。
2.2.1一般確定型腔數(shù)目的三種方法
1．根據(jù)經(jīng)濟性確定型腔數(shù)目根據(jù)總成型加工費用最小的原則，并忽略準(zhǔn)備時間和生產(chǎn)原料費用，僅考慮模具加工費和塑件成。
2．根據(jù)注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目當(dāng)成型大型平板制件時，常用這種方法。
3．根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù)目。
2.2.2確定型腔的排布形式
大中型塑件和精度要求高的小型塑件一般優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可使生產(chǎn)效率大為提高。該塑件精度要求不高，塑件體積較小，生產(chǎn)批量為大量生產(chǎn)，從模具加工成本、制品生產(chǎn)時的成本考慮，初步擬定采用一模四腔。型腔布置形式如圖2.2所示：
2.3注射機型號的確定
2.3.1按風(fēng)扇調(diào)速旋鈕的注射量計算
1.查參考文獻《塑料模具設(shè)計手冊》得ABS的密度ρ為1.05g/㎝3，利用Pro/E三維軟件測的該塑件的實際體積為2.65cm3，求其質(zhì)量為2.78g。
澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計算可按澆注系統(tǒng)的體積為塑件的0.6倍。
即
由于該模具是一模四腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為:
一次總的注射量為：
式中：—模具型腔數(shù)目，；
所以
2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面積A及所需鎖模力的計算
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A2，在模具設(shè)計前是個未知值，根據(jù)資料查證，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1（n型腔數(shù)）來進行估算。
塑件在分型面上的投影面積A1為：
所以
鎖模力是指注塑機的鎖模機構(gòu)對模具施加的夾緊力，即：
式中 —注塑機的額定鎖模力(N)；
—模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力，一般為注塑壓力的0.3～0.65倍，通常為（20～40）MPa，取為35Mpa；
A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面的投影面積之和（mm2）；
所以
2.3.2選擇注射機
根據(jù)實際情況，為了保證注射機能夠正常注射成型，模具所需的實際注射量應(yīng)該小于注射量的公稱注射量。一般由經(jīng)驗公式可得公稱注射量為：
根據(jù)公稱注射量選擇注射機，但ABS材料成型優(yōu)先選用螺桿式注射機，查參考文獻《塑料模具設(shè)計手冊》可得，初步選型號為SZ－100/60的注射機。
表2.1注射機的技術(shù)參數(shù)
項目
SZ-100/60
拉桿內(nèi)間距/mm)
280×250
結(jié)構(gòu)類型
臥式（螺桿）直通
開模行程/mm)
220
理論注量/cm3)
78g
最大模具厚度/mm)
300
螺桿直徑/mm
30
最小模具厚度/mm)
100
注射壓力/MPa
170
鎖模形式
雙曲肘
注射速率g/cm3
60
模具定位孔直徑/mm)
55
塑化能力(g/s)
5.6
噴嘴球半徑/mm)
12
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
14～200
噴嘴口直徑/mm)
2.3.3注射機有關(guān)參數(shù)的校核
1.鎖模力效核
塑料熔體在分型面上的脹開力F應(yīng)小于注射機的額定鎖模力F額 ，才能保證注射時不發(fā)生溢料現(xiàn)象，為了可靠地閉鎖型腔，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，該力必須小于注射機的額定鎖模力，二者的關(guān)系為： F≤(0.8～0.9)F額
式中：F額— 注射機的額定鎖模力。
所以 F=109.77kN ≤0.85450=382.5kN
由計算結(jié)果可知，注射機的鎖模力符合要求。
2.4澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計
圖2.3澆注系統(tǒng)示意圖
2.4.1 主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。
主流道設(shè)計要點：
1．為便于將凝料從主流道中拉出，主流道通常設(shè)計成圓錐形，其錐角α=2°～6°。內(nèi)壁表面粗糙度Ra一般為0.8。
2．為防止主流道與噴嘴處溢料及便于將主流道凝料拉出，主流道與噴嘴應(yīng)緊密對接，主流道進口處應(yīng)制成球面凹坑，其球面半徑為R2=R1+(1～2)mm,凹入深度（3～5）mm。
3．為了減小物料的流動阻力，主流道末端與分流道連接處呈圓角過渡，其圓角半徑 r=1～3mm。
4．主流道長度L應(yīng)盡量短，否則將增加主流道凝料，增大壓力損失，一般主流道長度由模具結(jié)構(gòu)和模板厚度所確定，一般不大于60mm。
2.4.2 主流道尺寸的確定
1．主流道小端直徑D=注射機噴嘴直徑＋（0.5～1）=4＋（0.5～1），取D=4.5mm；
2．主流道球面半徑SR0=注射機噴嘴球頭半徑＋（1～2）=12＋（1～2），取SR0=13mm；
3．球面配合高度h=3mm～5mm，取h=3mm；
4．主流道長度盡量小于60mm，由標(biāo)準(zhǔn)模架結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)，取L=46mm；
5．澆口套總長：L0=44+h+2=49mm；
6．主流道大端直徑：D1=6mm；
2.4.3 主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理，采用碳素工具鋼 T8A，熱處理硬度為（50～55）HRC。如圖2.4所示：
圖2.4襯套
為了方便加工，本模具將定位圈和村套設(shè)計成組合式，其定位環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.5所示：
圖2.5定位環(huán)
1.主流道襯套的固定：
2.4.4主流道冷料穴的設(shè)計：
冷料穴的設(shè)置是根據(jù)澆注系統(tǒng)的需要來設(shè)置的，其作用是：（1）儲存兩次注射間隔中產(chǎn)生的冷料頭，以防止冷料頭進入型腔造成塑件熔接不牢，影響塑件質(zhì)量等；（2）兼有拉料作用，開模時應(yīng)將主流道中的凝料拉出。
所以設(shè)計冷料穴時直徑稍大于或等于主流道大端直徑。開模時，主流道中的凝料由Z形頭拉料桿拉出定模，當(dāng)塑件被推出時，凝料同時被推出。本模具采用與推桿匹配的冷料穴，冷料穴深度取6mm，如圖2.7所示：
圖2.7冷料穴
2.4.5分流道的截面形式
分流道是主流道和澆口之間的進料通道。在設(shè)計分流道時主要考慮的是盡量減少熔體流動時的壓力損失和溫度降低，同時盡量減少分流道的面積。本產(chǎn)品采用半圓形分流道。
半圓形的分流道設(shè)計，分流道截面形狀如下圖所示：
2.4.6澆口的選擇原則及位置
澆口是熔融塑料經(jīng)分流道注入型腔的進料口，是分流道和型腔的連接部分，也是注射模澆注系統(tǒng)的最后部分，其基本作用是使從分流道來的熔融塑料以最快的速度進入并充滿型腔，型腔充滿后，澆口能迅速冷卻封閉，以防止型腔內(nèi)還未冷卻的熔融塑料回流。
澆口分為直澆口、點澆口、側(cè)澆口、重疊式澆口等。
塑件上澆口的開設(shè)部位的選擇，應(yīng)注意以下幾點：
（1） 避免熔體破裂現(xiàn)象在塑件上產(chǎn)生缺陷；
（2） 應(yīng)考慮分子取向方位對塑件性能的影響；
（3） 澆口開設(shè)在塑件壁厚最厚處；
（4） 減少熔接痕和增加熔接牢度；
（5） 防止料流將型芯或嵌件擠歪變形；
（6） 保證充滿型腔。
本設(shè)計采用重疊式澆口，澆口樣圖如圖2.9所示：h1=0.8mm
2.4.7排氣系統(tǒng)的設(shè)計
本模具成型時排氣方式是：利用配合間隙排氣，分型面之間、推出機構(gòu)與模板之間及活動型芯與模板之間的間隙配合進行排氣，間隙值為0.003～0.005。
2.5 確定頂出方式
2.5.1頂出方式的確定
本塑件采用頂桿頂出方式脫模，為了減少脫模力，設(shè)計中型芯設(shè)有2°脫模斜度，在頂桿頂出時減少了制品和型芯的摩擦。
2.5.2脫模力的計算
1）根據(jù)正壓力的計算公式得：
p =
=
182 MPa
式中 p——正壓力（MPa）；
E——塑料的彈性模量（N/cm^2）；
S——成形收縮率（mm/mm）；
t——塑件平均壁厚（cm）；
α——脫模斜度（°）；
R——凸模半徑（指圓形截面）（cm）；
m——塑料的帕松比，約為0.38～0.39。
2）根據(jù)初始脫模力的計算公式得：
式中 Q——脫模力（N）；
E——塑料彈性模量（N/cm^2）；
S——塑料平均成形收縮率（mm/mm）；
t——塑件壁厚（cm）；
L——包容凸模的長度（cm）；
f——塑料與鋼的摩擦系數(shù)；
m——塑料的柏松比。
3）推桿直徑的計算
式中 d——圓形推桿直徑（cm）；
φ——推桿長度系數(shù)≈0.7；
l——推桿長度（cm）；
Q——總脫模力（N）；
n——推桿數(shù)量；
E——推桿材料的彈性模量（N/cm^2）。
2.6 確定冷卻系統(tǒng)
因塑料的加熱溫度對塑件的影響較大，溫度過高易于分解（分解溫度為130～160℃），成型時要控制模溫在50～80℃之間具體措施是布置冷卻水管。
（1）冷卻水管直徑 Φ8mm 。
（2）冷卻回路形式 型腔采用單一矩形回路。
2.7注射模選材
模具材料選用原則，用于注塑模具的鋼材，大致應(yīng)滿足如下要求：
1．機械加工性能優(yōu)良：易切削，適于深孔、深溝槽、窄縫等難加工部位的加工和三維復(fù)雜形面的雕刻加工；
2．拋光性能優(yōu)良：沒有氣孔等內(nèi)部缺陷，顯微組織均勻，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；
3．良好的表面腐蝕加工性；
4．耐磨損，有韌性；
5．熱處理性能好：具有良好的淬透性和很小的變形，易于滲氮等表面處理；
6．焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不發(fā)生變化，且不開裂、變形等；
7．熱膨脹系數(shù)小，熱傳導(dǎo)效率高：防止變形，提高冷卻效果；
8．性能價格比合理，市場上容易買到，供貨期短。
表2.2材料、熱處理
零件名稱
材料牌號
熱處理
硬度
說明
定位圈
45
主流道襯套
T8A
淬火
(50～55)HRC
動、定模座板
45
調(diào)質(zhì)
(230～270)HB
凹模、型芯
T8A
淬火
(54～58)HRC
動模板墊板
45
調(diào)質(zhì)
(230～270)HB
動模板
45
調(diào)質(zhì)
(230～270)HB
導(dǎo)柱、導(dǎo)套
T8A
淬火
(50～55)HRC
墊塊
45
推桿固定板
45
推板
45
淬火
(43～48)HRC
或不淬火
復(fù)位桿
T8A
淬火
(54～58)HRC
水嘴
45
淬火
(43～48)HRC
拉料桿、頂桿
T8A
淬火
(50～55)HRC
2.8導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計
注射模的導(dǎo)向機構(gòu)用于動、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向，按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機構(gòu)側(cè)通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進行合模定位，本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身的導(dǎo)柱導(dǎo)套定位結(jié)構(gòu)。
2.9 模具的工作過程
模具裝配試模完畢后，模具進入正式工作狀態(tài)，其基本工作過程如下。
1．對塑料ABS進行烘干，并裝入料斗；
2．清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱；
3．合模、鎖緊模具；
4．對塑料進行預(yù)塑化，注射裝置準(zhǔn)備注射；
5．注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模；
6．脫模過程開模時由動模板一側(cè)首先沿分型面分型，當(dāng)開模到一定距離時，動、定模分開，拉料桿將主流道凝料從澆口套中拉出。在開模過程中，在推桿的推動下，動模一邊的塑件沿著與開模方向平行移動，當(dāng)推桿推動塑件達到一定距離時，塑件脫離了型芯，完成了脫模過程，最后將塑件取出；
7．塑件的后處理切除塑件上的澆注系統(tǒng)凝料，對塑件進行后處理。
3 成型零部件的設(shè)計
3.1確定型腔、型芯的結(jié)構(gòu)和固定方式
（1）型腔、型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了便于加工和節(jié)約優(yōu)質(zhì)模具鋼，型腔采用整體式結(jié)構(gòu)；另外，型芯處采用整體鑲嵌式。
（2）固定方式 型芯采用臺階方式固定，型芯中的小型芯同樣用臺階固定。
3.2成型零件的尺寸計算
所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸計算，型腔深度和型芯高度尺寸計算，中心距尺寸計算等。ABS的成型收縮率為（0.4～0.7）%，所以平均收縮率取S=0.55%，塑件的尺寸精度為4級，對應(yīng)的模具精度為IT8。
3.2.1 型腔的徑向與深度尺寸計算
（1）對于塑件mm、mm、mm尺寸的凹模徑向尺寸計算：
因為
式中 —塑件徑向尺寸；
—塑件平均收縮率；
—塑件的尺寸公差；
—模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/3～1/6。
故 mm
mm
mm
取 mm、mm、mm
（2）對于塑件mm、mm尺寸的凹模深度尺寸計算：
因為
式中 —塑件高度方向尺寸。
故 mm
mm
取 mm、mm
3.2.2 型芯的徑向與高度尺寸計算
（1）對于塑件mm、mm型芯的徑向尺寸：
因為
式中 —塑件孔徑尺寸。
故 mm
mm
取 mm、mm
（2）對于塑件mm型芯的高度尺寸：
因為
式中 hS—塑件高度方向尺寸。
故 mm
取 mm
3.2.3 塑件型芯及型腔的成型尺寸標(biāo)注圖
(a)型腔
(b)型芯嵌件（1） (c)型芯嵌件（2）
圖3.1型芯及型腔工程圖
4 模架的確定和校核
根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸為100×100mm，有考慮凹模的最小壁厚，導(dǎo)柱，導(dǎo)套的布局等，可以確定選用W×L=250×250mm的模架。
4.1各模板尺寸的確定
（1） 定模型腔板：塑件高度為15mm，凹模嵌件深度為40mm，所以定模型腔板取40mm。
（2） 型芯固定板：按模架標(biāo)準(zhǔn)，板厚取20mm。
（3） 墊塊的高度：墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5~10）=25+20+15+(5~10)= (65~70)mm,初步選定C為70mm。
經(jīng)上述尺寸的計算，模架尺寸已確定為板面250×250mm，其外形尺寸：長×寬×高=250×250×210mm。圖4.1所示
圖4.1模架示意圖
4.2模架各尺寸的校核
（1）模具在注射機上的安裝與固定尺寸的校核
該套模具模架的外形尺寸為200mm×250mm，而注射機拉桿內(nèi)間距為280mm×250mm，因280mm﹥250mm，符合要求。
（2）模具的高度尺寸為210mm，因為100mm（模板最小厚度）<210mm<300mm(模具最大厚度)。校核合格。
（3）模具的開模行程的校核：H﹥H1+H2+(5～10)
式中 H——注射機動模板的開模板行程（mm）；
H1——塑件推出行程（mm），取10mm；
H2——包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度（mm）；
所以 H=210﹥25+46+(5～10)=（76～81）mm；
由計算結(jié)果可知，開模行程符合要求。
也可知注射機選擇SZ－100/60臥式螺桿注射機符合該模具設(shè)計要求。
5 繪制模具圖
圖5.1模具結(jié)構(gòu)圖
圖5.2爆炸圖 一
圖5.3爆炸圖 二
附錄：工程圖
6、總結(jié)
通過對風(fēng)扇調(diào)速旋鈕的注塑模設(shè)計，使我對塑料模具又有了進一層次的認知，掌握了單分型面注塑模的結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計計算方法，在設(shè)計注塑模時所需要注意的一些要點，如：材料的收縮率，注射機得選用，模具材料的選用，注射前材料、模具的預(yù)處理，以及在注射時對溫度的控制等。
尤其是試模之后會產(chǎn)生的塑件缺陷也做了介紹及處理方法。
本設(shè)計中充分利用了UG、Pro/E、CAD設(shè)計軟件?？傊ㄟ^畢業(yè)設(shè)計又一次鍛煉，要充分利用CAD/CAE技術(shù)，在模具符合要求的前提下盡量節(jié)省模具制造成本，同時在實際中積累經(jīng)驗，以設(shè)計出性價比更高的模具。
本設(shè)計能夠順利完成，非常感謝我的導(dǎo)師宛強武老師的精心指導(dǎo)，以及我的同學(xué)對我的幫助。由于我實際經(jīng)驗少之又少，本設(shè)計中難免有錯誤和不足之處，懇請各位老師批評指正。
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