車窗外罩注射模具設(shè)計(jì)-塑料注塑模側(cè)抽芯1模2腔含proe三維及16張CAD圖帶開題報(bào)告.zip
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DVD 拾取鏡頭三束光柵的注塑成型和注射壓縮成型
Cheng-Hsien Wu ?, Wei-Shiu Chen
摘要
本文目的在于研究注塑成型和注射壓縮成型在衍射光柵產(chǎn)生中的應(yīng)用。首先設(shè)計(jì)模具以便產(chǎn)生一個(gè)與固定襯套相連的衍射等級(jí)。驗(yàn)證表明組合件具有良好衍射性能。集成光柵減少了組裝成本和誤差。然后應(yīng)用光刻法制作模具嵌件。并利用田口法和參數(shù)分析法研究模壓工藝參數(shù)對(duì)光柵質(zhì)量的影響。接著，介紹并比較結(jié)構(gòu)化模具表面的設(shè)計(jì)，制造以及通過(guò)注塑成型 (IM)和注射壓縮成型(ICM)的復(fù)制結(jié)果。結(jié)果表明 ICM光柵的衍射角比 IM光柵更精確。通過(guò) ICM制作的光柵產(chǎn)生的翹曲比通過(guò) ICM制作的光柵小很多。衍射圖說(shuō)明在復(fù)制衍射光柵方面 ICM比IM工藝更好。
關(guān)鍵詞：注塑成型；注射壓縮成型；光柵；復(fù)制
1. 引言
光學(xué)拾取器的所有部件，包括記錄基板和許多組件，都要求有優(yōu)越的光學(xué)性能。這便要求形狀復(fù)制需十分精確且由模塑相關(guān)應(yīng)力引起的光學(xué)各向異性較低。
每當(dāng)行波遇到尺寸與其波長(zhǎng)類似的阻塞時(shí)，波中的一些能量便會(huì)被分散[1,2] 。如果該阻塞周期性出現(xiàn)或的確如果影響波傳播的任意參數(shù)有周期性變化，那么能量則向各個(gè)離散方向或衍射級(jí)分散，以這種方式發(fā)揮作用的結(jié)構(gòu)可被稱為衍射光柵。
播放器的光學(xué)拾取器中，衍射光學(xué)元件(DOE)不僅用來(lái)將主要激光束分割成尋跡追蹤的三個(gè)光束，而且使得返回光束向探測(cè)區(qū)域偏轉(zhuǎn)。制造光柵的傳統(tǒng)方法是在較好的光學(xué)表面上進(jìn)行刻劃、拋光或壓花一系列凹槽[3]。
母件通常是DOE原件通過(guò)一種或幾種高分辨率光刻步驟組合制造而成的金屬?gòu)?fù)制品[4,5]。制造原件的材料可為抗蝕劑、石英、硅或?qū)嵸|(zhì)上任意適合的高分辨率膜或基材。母件一般情況下由電鍍鎳原料制造，但是在有些情況下，其也可為其他材料如石英、塑料或其他金屬，或甚至原料本身。標(biāo)準(zhǔn)光柵首先由一層薄薄的非粘附材料（如金）覆蓋。然后是實(shí)質(zhì)層鋁。之后母件通過(guò)一層薄薄的低粘度樹脂膠結(jié)到經(jīng)過(guò)仔細(xì)清潔的復(fù)制坯料上，這使得樹脂在恒溫下聚合（通常是一個(gè)緩慢過(guò)程）。當(dāng)樹脂固化后，復(fù)制品和母件分離。
作為 DOEs低成本，批量生產(chǎn)的主要技術(shù)，替代性復(fù)制方法如下。這里有三種替代性復(fù)制方法：母本鎳鑄造、壓花和注塑成型 (IM)。
鑄造方法中，在固態(tài)基板上應(yīng)用環(huán)氧樹脂薄膜。在室溫條件下熱固化環(huán)氧樹脂。該方法的主要弊端是固化時(shí)間長(zhǎng)。還有一種特別感興趣的相關(guān)技術(shù)是將DOEs復(fù)制成涂覆在玻璃或聚合物基質(zhì)上的UV固化材料的薄層。
一種制造光柵復(fù)制品較快的方法是在一定壓力下使其從光滑的支承輥穿過(guò)加熱料筒壓印成塑料膜。通常情況下料筒有鎳電鍍包裹圍繞。因?yàn)檫@是一個(gè)連續(xù)工藝，單位成本最低，但是質(zhì)量卻僅限于學(xué)生試驗(yàn)或更可能是裝飾設(shè)備，如全息圖。
注塑成型是一種經(jīng)典的低成本工藝，原則上可以通過(guò)將源于一個(gè)精密母件鎳電鍍復(fù)制品插入到合適模具中產(chǎn)生光柵。注塑光柵的精度通常受工藝成型條件的限制。所以研究人員應(yīng)更加努力識(shí)別影響充型行為的重要因素。
近年來(lái)，塑料已經(jīng)表現(xiàn)出巨大的商業(yè)潛能特別是在微結(jié)構(gòu)零件制造方面。注塑成型是制造塑料件的最重要工藝。雖然許多原型塑料微器材通過(guò)工程法如激光加工等制造，但是目前全球研究最多的還是微注塑成型法[6,7]。注塑成型的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，通過(guò)此我們可在一個(gè)自動(dòng)化工藝的一次生產(chǎn)步驟中制成復(fù)雜的幾何形狀。許多微器材如手表和照相機(jī)組件、汽車碰撞、加速、距離傳感器、硬盤讀/寫頭、CD驅(qū)動(dòng)器、醫(yī)療傳感器、泵、手術(shù)器械和電信組件等都已經(jīng)被成功地注塑成型。
注塑成型涉及將金屬聚合物注塑到一個(gè)模具中使得金屬可冷卻且固化形成一個(gè)塑料件。通常來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)三相工藝，即填充、壓緊和冷卻階段。當(dāng)空腔穩(wěn)定后，產(chǎn)品則從模具中彈出。
盡管有許多優(yōu)勢(shì)，注塑成型工藝在模塑微結(jié)構(gòu)方面也有一些固有問題[8]。主要問題是微小腔中的熔融聚合物一接觸相對(duì)較冷的腔壁時(shí)便立即凍結(jié)。當(dāng)模制具有較高縱橫比的微結(jié)構(gòu)時(shí)，情況會(huì)更糟糕。但是當(dāng)熔化和模制溫度均高于正常值時(shí)便可實(shí)現(xiàn)最佳復(fù)制結(jié)果[9]。
注射壓縮成型(ICM) 也有很多優(yōu)點(diǎn)如降低成型壓力、減少殘余應(yīng)力、將分子取向最小化、均勻壓緊、減少不均勻收縮、克服凹痕和翹曲。減少密度變化并提高尺寸精度等。由于這些優(yōu)點(diǎn)，注射壓縮成型通常用來(lái)制造高精度尺寸部件，特別對(duì)光學(xué)部件來(lái)說(shuō)無(wú)殘余應(yīng)力。
[7]沒有應(yīng)用微注塑機(jī)而是通過(guò)常規(guī)注塑成型法制造亞μm光柵光學(xué)元件。利用兩種不同工藝制成嵌件：SiO2中的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)和電子束光刻，緊接著是鎳電鍍。模制溫度為140℃時(shí)不存在填充問題。然而， SEM顯微圖則顯示存在一定的形狀偏差，即結(jié)構(gòu)頂部比底部厚。光柵元件間距小于0.5 μm且深度超過(guò)1.5 μm。通過(guò)在兩個(gè)減速元件上分割功能，實(shí)際僅需一半填充深度。從而降低形狀偏差的影響。通過(guò)與聚碳酸酯注塑成型復(fù)制一個(gè)深度為2 μm間距為0.5 μm的光柵結(jié)構(gòu)。
試驗(yàn)證明較高縱橫比的特性通常難以形成，但是按照設(shè)想，注塑成型的進(jìn)一步優(yōu)化將解決這些困難[10]。Parashar等人[11]采用兩步驟工藝轉(zhuǎn)移復(fù)制玻璃中的結(jié)構(gòu)：首先，從一個(gè)母本結(jié)構(gòu)處獲得一個(gè)聚二甲基硅氧烷 (PDMS)復(fù)制品。然后，在PDMS軟復(fù)制品上施用一層溶膠凝膠材料，經(jīng)過(guò)干燥和退火后在玻璃中得到微-/納米-結(jié)構(gòu)。他們已經(jīng)在玻璃微-/納米-結(jié)構(gòu)的納米復(fù)制品中，創(chuàng)建了內(nèi)部開發(fā)的衍生自金屬醇鹽的溶膠凝膠材料的有效性。
Obi等人[12]提出了一種制造微結(jié)構(gòu)的復(fù)制方法。將UV固化溶膠凝膠作為一種基礎(chǔ)材料?；A(chǔ)的制造工藝涉及一個(gè)犧牲間隔層沉積和模式化以及模制和光刻步驟組合。該制造工藝可應(yīng)用于包含透鏡、衍射光學(xué)元件或波導(dǎo)的光學(xué)MEMS設(shè)備。
本文旨在研究 IM和 ICM工藝在衍射光柵產(chǎn)生中的應(yīng)用。此外應(yīng)用田口法和參數(shù)分析法研究成型參數(shù)對(duì)光柵質(zhì)量的影響。論文描述了結(jié)構(gòu)化模具表面的設(shè)計(jì)，制造以及通過(guò)IM和ICM工藝的復(fù)制結(jié)果。
2. 傳播衍射光柵
2.1 應(yīng)用實(shí)例---光學(xué)拾取器
當(dāng)激光束通過(guò)衍射光柵時(shí)，其被分割成中央明亮和多個(gè)側(cè)光束。CD利用中央光束和每側(cè)的一個(gè)光束進(jìn)行系統(tǒng)追蹤。考慮到CD播放器的一部分包含幾個(gè)軌道，如果光學(xué)頭在軌道上，那么主光束便集中在軌道上（凹坑和凸起），二次射束集中在陸地上。三個(gè)點(diǎn)彼此之間刻意偏移約20 μm。兩個(gè)附加探測(cè)器沿主四象限探測(cè)器放置以便拾取這些輔助光束。如果三個(gè)光束在軌道上，則兩個(gè)輔助光電探測(cè)器具有等量光，并且相當(dāng)明亮，這是因?yàn)樗鼈儍H在陸地上追蹤。中央光束的亮度降低，因?yàn)槠湓陉懙睾桶伎犹幘M(jìn)行追蹤。然而，如果光學(xué)頭偏離軌道，則中心點(diǎn)可得到更多光線(因?yàn)閹缀鯖]有凹坑偏離軌道)且側(cè)面探測(cè)器也將不平衡。
現(xiàn)代CD播放器中最常見的光學(xué)系統(tǒng)是三光束拾取器，如圖1所示。從激光二極管發(fā)射的光進(jìn)入衍射光柵。光柵將入射光束轉(zhuǎn)化成中心峰值和一些副峰值。在追蹤機(jī)制中主要的中心峰值和兩個(gè)副峰值十分重要。三種光束穿過(guò)偏振光束分光器。這僅傳播平行于頁(yè)面的極化。此時(shí)，出現(xiàn)的光（現(xiàn)已與頁(yè)面平行極化）是平行的。平行光穿過(guò)λ/4板，將其轉(zhuǎn)化為圓偏振光，圓偏振光聚焦后射到盤上。如果光照射到地面上，其將被反射回物鏡。（如果光照射到凹坑，現(xiàn)在為一個(gè)凸起處，其不會(huì)被反射），然后光再次穿過(guò) λ/4板。因?yàn)槠湟苑捶较蛘丈洌鋵⒃诖怪庇谠脊馐姆较蚱瘢〒Q句話說(shuō)，現(xiàn)在光朝垂直于紙的方向偏振）。當(dāng)這次垂直的偏振光遇到偏振光束分光器時(shí)，其將被反射（不像原來(lái)那樣傳播）。因此，其將通過(guò)聚焦透鏡反射，然后是柱面透鏡，接著便在光探測(cè)器陣列上成像。在自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)中柱面透鏡十分重要。
2.2 常見的光柵方程
傳輸衍射光柵是一個(gè)具有大量平行的幻燈片，并在其上繪制密集間隔縫隙（透明空間）。早期的載玻片是用碳覆蓋的用針尖蝕刻的玻璃載片--現(xiàn)在它們傾向于被印到幻燈片上。入射光顏色分離良好，因?yàn)楦鶕?jù)光柵關(guān)系，不同波長(zhǎng)的光以不同角度衍射（圖2）：
其中d是狹縫之間的距離，θ為衍射角，λ 光波長(zhǎng)，且n為衍射級(jí)。
2.3 衍射效率
標(biāo)準(zhǔn)相位光柵的衍射效率，連續(xù)閃耀或多級(jí)逼近是衍射微光學(xué)中的一個(gè)基本問題。在幾乎所有的光柵應(yīng)用中，主要要求是高衍射效率。實(shí)踐中可實(shí)現(xiàn)的效率則取決于多個(gè)因素：所應(yīng)用制造技術(shù)的類型和性能，以及光柵周期與波長(zhǎng)比，材料等。另外由于不存在唯一的衍射效率定義，所以實(shí)質(zhì)值也取決于衍射效率定義。因此對(duì)于文獻(xiàn)中呈現(xiàn)的結(jié)果，比較起來(lái)十分困難。
為了描述衍射光柵的性能，時(shí)常應(yīng)用兩個(gè)數(shù)字：
（1）總效率ηo,1
該總效率被定義為ηo,1 =一階強(qiáng)度/入射光強(qiáng)度
（2）衍射效率ηd,1
衍射效率被定義ηd,1 =一階強(qiáng)度/穿過(guò)非結(jié)構(gòu)話基板的投射光強(qiáng)度。
在第二個(gè)定義中，由于光柵界面表面粗糙度引起的損耗也包含在效率測(cè)量中。本研究中應(yīng)用衍射效率 ηd,1。
3. 試驗(yàn)步驟
3.1 材料
本研究是使用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯的高熱注射級(jí)（PMMA, CM-205，來(lái)自臺(tái)灣奇美公司）。熔體流動(dòng)指數(shù) 1.8 g/10 min 且體積密度為1.19 g/cm3。建議的料筒溫度在210 到250 ?C之間，推薦的模具溫度在50 到70 ?C之間。材料在成型前使用除濕干燥機(jī)于90 ?C環(huán)境下預(yù)干燥4小時(shí)。
3.2 零件幾何體和模具設(shè)計(jì)
衍射光柵在玻璃基板上加工。加工后，光柵組裝成固定襯套（如圖3 所示）。組裝要求大量生產(chǎn)時(shí)間和人力成本。其還產(chǎn)生定位誤差和角度誤差，然后降低光學(xué)拾波器精確度。在該研究中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)為光柵和套管的組合。整個(gè)部件直徑為7 mm。光柵部分直徑為4 mm，位于中心。鎳模具插件設(shè)計(jì)周期為20 μm。切口深度為1.5 μm。
中心澆口模架中安裝電鍍鎳模具嵌件如圖4所示。模具有兩個(gè)對(duì)稱腔位于澆口兩對(duì)邊。模板由S45C工具鋼制成。空腔通過(guò)一個(gè)澆口、兩個(gè)澆道和兩個(gè)扇形澆口進(jìn)料，如圖5所示。澆口 48mm長(zhǎng)直徑為5 mm。澆道的尺寸為 1.55 mm × 3.50 mm × 5.68 mm。
3.3 模具嵌件制造
我們的光刻工藝涉及光掩膜制造、晶片清洗、旋轉(zhuǎn)涂布、軟烘、曝光、曝光后烘烤、顯影和硬烘烤。
CAD程序中創(chuàng)建的包含特征設(shè)計(jì)的高分辨率透明度可作為光刻法中的掩膜。在本研究中，利用高分辨率激光打印機(jī) (16,000 dpi)將掩膜圖案轉(zhuǎn)印到幻燈片上。
圖6為制造鎳電鍍模具嵌件步驟示意圖。硅晶片作為一個(gè)基板。為去除晶片表面污染物，晶片清潔便是一個(gè)必要步驟以便獲得高性能且高可靠性的產(chǎn)品，還能預(yù)防工藝設(shè)備污染。晶片表面在120 ?C 條件下用4:1 H2SO4/H2O2清洗10分鐘以去除有機(jī)污染物。而后用去離子（DI）水清潔晶片表面直至耐水性高于8 K。接著在室溫條件下 用50:1 H2O/HF處理10分鐘以去除化學(xué)氧化物。再次用去離子水清洗晶片表面。清洗后，旋轉(zhuǎn)基板并用加熱氮吹干，然后放置在熱板上（120℃條件下放置3分鐘）以便去除表面的任意水蒸氣。該步驟稱為烘烤脫水。
為了提高對(duì)硅晶片的抗粘附性，通常應(yīng)用六甲基二硅烷(HMDS)。通過(guò)在室溫下旋轉(zhuǎn)將HMDS應(yīng)用到晶片上。在 90 ?C條件下將晶片置于熱板上2分鐘以便干燥HMDS。下一步驟中將抗蝕劑旋轉(zhuǎn)到晶片上，該步驟應(yīng)在施用HMDS后立即進(jìn)行。本研究使用AZ9260，正性抗蝕劑。當(dāng)晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)均勻?qū)?，此時(shí)該抗蝕劑配發(fā)到晶片上。旋涂機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度增加到 500 rpm，并以 500 rpm/s的加速度加速10s。另外30秒中，旋涂機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和加速度分別為300rpm和300rpm / s。該步驟中旋轉(zhuǎn)速度決定了抗蝕劑的最終厚度（本研究中約為50 μm）。
光刻法中的下一步驟為預(yù)烘烤，預(yù)烘烤條件取決于光刻膠厚度。本研究中基板在50 ?C環(huán)境下置放在水平熱板上10分鐘并在90 ?C環(huán)境下置放10分鐘。預(yù)烘烤步驟要達(dá)到三個(gè)目標(biāo)。首先，大量蒸發(fā)抗蝕劑中的剩余溶劑。其次，抗蝕劑的粘合性得到改善。最后，通過(guò)熱松弛可釋放抗蝕劑中的應(yīng)力。然后基板逐漸冷卻到室溫，以便使殘余應(yīng)力最小化。下一步驟為晶片曝光，其可分為三種基本方法：即接觸曬印、接近式曝光和投影曝光。接觸曬印是最早也是最簡(jiǎn)單的曬印工藝。掩膜曬印面朝下放置在與晶片抗蝕層直接接觸的地方。然后閃光通過(guò)掩膜發(fā)生抗蝕劑曝光。利用接觸式光刻機(jī)將掩膜與圖案對(duì)準(zhǔn)(Karl Suss MA-6)。掩膜與晶片之間的硬性接觸可損害掩膜和抗蝕層。盡管如此，本研究中應(yīng)用接觸式曬印實(shí)現(xiàn)高分辨率曬印能力，曝光時(shí)間為3分鐘。
下一步驟為曝光后烘烤(PEB)。該步驟在90 ?C條件下進(jìn)行1分鐘。PEB后，基板再次逐漸冷卻到室溫以便使應(yīng)力最小化并防止抗蝕劑破裂?；褰?rùn)到含顯影劑(1:3 AZ400K/DI 水) 的燒杯中約5分鐘，所有特征被開發(fā)后，在新鮮 DI水中清洗光刻膠并用氮吹干。這樣便產(chǎn)生了一個(gè)具有正性功能的 AZ9260模具嵌件。
光刻工藝的最后一步是后烘烤用來(lái)硬化抗蝕劑并改善其抗蝕刻性。該步驟在 110 ?C條件下進(jìn)行10分鐘，后烘烤的光刻膠模具在注塑成型中其耐高壓和溫度能力沒有金屬?gòu)?qiáng)。這里光刻膠模具用作鎳模具電鍍的一種圖案。濺射一薄金層以便為鎳生長(zhǎng)創(chuàng)建一個(gè)導(dǎo)電區(qū)域。
表面用淺色硫酸在60 ?C條件下進(jìn)行預(yù)處理，并用DI 水清洗。在50 ?C，pH等于4，低電流密度4 A/dm2 條件下進(jìn)行電鍍以便在鎳模具中使內(nèi)部應(yīng)力最小化。電鍍后，用超聲波振動(dòng)器剝離光刻膠，將鎳結(jié)構(gòu)置于丙酮中并用DI水清洗。整個(gè)工藝不到2天完成（包括1小時(shí)光刻和40小時(shí)電鍍）。
3.4 成型
利用注塑機(jī)進(jìn)行成型操作(FANUC ROBOSHOT S-2000i50A)。該機(jī)器可提供高達(dá)50噸的夾緊力。螺桿直徑為 22 mm，最大進(jìn)樣量為29 cm3。該注塑機(jī)可提供ICM 工藝和IM 工藝。
每組工藝條件下，進(jìn)行10次試驗(yàn)以確保樣品收集前工藝的穩(wěn)定性。如果在前10次運(yùn)行中沒有觀察到明顯變化，則在接下來(lái)5次運(yùn)行中收集成型部件作為產(chǎn)品表征的樣品。
3.5 質(zhì)量測(cè)量
衍射光柵的兩個(gè)主要性能使衍射角度的準(zhǔn)確性和衍射效率。試驗(yàn)裝置如圖7所示，用于測(cè)量衍射效率和衍射角度。 He–Ne置放在精確的旋轉(zhuǎn)分度臺(tái)上并指向臺(tái)中心。測(cè)試光柵置放在臺(tái)中心。光柵具有指向性這樣激光束可垂直于光柵表面。功率計(jì)和光電探測(cè)器結(jié)合用來(lái)測(cè)量光強(qiáng)度。首先將旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至光電探測(cè)器接收最大強(qiáng)度的方向。即，0階光線在光電探測(cè)器中心準(zhǔn)確輻照。然后將旋轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)零。其次，將旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)至1階光線在光電探測(cè)器中心準(zhǔn)確輻照的方向。旋轉(zhuǎn)角度為+1階的衍射角，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明?1階的衍射角與+1階衍射角十分接近。因此，本研究中僅測(cè)量+1階的衍射角。
4. 田口參數(shù)設(shè)計(jì)
研究分析并比較了工藝參數(shù)對(duì)注塑成型光柵和注射壓縮成型光柵衍射角的影響。這里應(yīng)用田口法，找出每個(gè)因素的貢獻(xiàn)率并測(cè)定在兩個(gè)成型工藝中驅(qū)動(dòng)有效因素的參數(shù)最佳組合，以便得到具有最精確衍射角的產(chǎn)品。
分析中，信噪(S/N) 比是統(tǒng)計(jì)量表示響應(yīng)信號(hào)功率處以由于噪聲引起信號(hào)變化的功率。 S/N的最大化導(dǎo)致對(duì)噪聲敏感的任何性能將最小化。為優(yōu)化IM和ICM衍射光柵，我們可用“名義上最佳”的方程進(jìn)行分析：
其中μ 是平均性能，σ 為標(biāo)準(zhǔn)偏差，yi測(cè)量的性質(zhì)， n為每次測(cè)試試驗(yàn)中樣品數(shù)量。然后總結(jié)具有最大S/N比的最佳因子水平，這將在噪聲范圍內(nèi)使靈敏度最小化。
該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)定成型因素對(duì)衍射角和最佳因素組合的影響。通過(guò)這種最佳工藝條件，衍射角與理論值最接近。根據(jù)我們的最初測(cè)試和之前的文獻(xiàn)綜述[13–15]，兩種工藝選擇四個(gè)成型因素。注塑成型為熔融溫度、注射速度、成型溫度和壓緊壓力。每個(gè)因素都有三個(gè)級(jí)別，如表1所示，這是因?yàn)檫@些因素對(duì)結(jié)果的影響呈非線性變化。對(duì)于注射壓縮成型而言，選擇的四個(gè)因素為成型溫度、注射速度、壓縮速度和壓縮周期，如表2所示。根據(jù)每個(gè)參數(shù)等級(jí)，應(yīng)用 L9(34)正交表進(jìn)行測(cè)試。
5. 結(jié)果
5.1 最佳成型參數(shù)組合
圖8和9分別描述了 IM和ICM工藝中工藝因素對(duì)衍射角精確度的影響。這些響應(yīng)圖說(shuō)明各因素之間如何使精確度發(fā)生變化。從圖8可看出，在熔融溫度240 ?C，注射速度為150 mm/s，成型溫度為60 ?C，且壓緊壓力為100 MPa條件下因素各等級(jí)將產(chǎn)生最小誤差。最佳工藝條件下，進(jìn)行四次確認(rèn)測(cè)試，則測(cè)量的衍射角為 0.988?, 0.985?, 0.987?和 0.984? 平均值為0.986，相應(yīng)S/N比為54.65。確認(rèn)測(cè)試中計(jì)算的 S/N 比位于確認(rèn)區(qū)間內(nèi) [52.38, 83.42]。確認(rèn)測(cè)試結(jié)果表明本研究中恰當(dāng)應(yīng)用了田口法（表3和表4）。
5.2 成型因素對(duì)衍射角精確度的影響
在之前的分析中，每個(gè)因素對(duì)衍射角精確度整體影響的貢獻(xiàn)用百分比表示。對(duì)于 IM 光柵來(lái)說(shuō)，成型溫度的影響最大，貢獻(xiàn)率為57.41%，其次為熔融溫度為19.23%，壓緊壓力 19.1%和注射速度 4.25%。而對(duì)于ICM光柵而言，壓縮速度的影響最大，貢獻(xiàn)率為55.7%，其次為壓縮周期為26.0%，注射速度14.3% 和成型溫度 4.02%。
5.3 IM 和ICM部件之間的比較
在各自最佳工藝條件下，通過(guò) IM和ICM制造部件。我們通過(guò)比較 IM和 ICM部件質(zhì)量研究這兩種工藝。圖10描述了 IM 光柵和 ICM光柵的衍射性能。從圖中可看出ICM 光柵提供比IM光柵更集中的衍射圖案。這說(shuō)明 ICM光柵的光學(xué)質(zhì)量比IM光柵好。此外，根據(jù)測(cè)量的衍射角和觀察的表面質(zhì)量研究光柵。接著，通過(guò)測(cè)量光柵表面的表面輪廓研究表面特性。
5.3.1 衍射角測(cè)量
激光波長(zhǎng)為685 nm。本研究中衍射光柵的間距為40 μm。根據(jù)方程式（1）預(yù)測(cè)的衍射角為0.9812?。對(duì)IM工藝而言，確認(rèn)測(cè)試的結(jié)果表明平均最佳衍射角為0.986?。而對(duì)于 ICM工藝而言，衍射角為0.983?，其與預(yù)測(cè)的衍射角更接近一些。
5.3.2 顯微鏡技術(shù)
掃描電子顯微鏡（JOEL，JSM-6400）中驗(yàn)證模制光柵。首先將樣品切成小塊并用金在表面濺射，接著用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察。圖11是 IM光柵和ICM光柵的SEM 顯微照片。它們的形狀和尺寸看起來(lái)類似。為了獲得更清晰的立體圖，我們使用另一臺(tái)顯微鏡（具有OPTEM Zoom 125光學(xué)系統(tǒng)的SONY Exwave HAD攝像機(jī)）。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn) ICM 光柵比IM光柵復(fù)制更好（圖12）。ICM光柵有一個(gè)邊緣比IM光柵更鋒利的凹槽。此外，IM光柵比ICM光柵含更多空隙。
5.3.3 表面輪廓測(cè)量
為測(cè)量微結(jié)構(gòu)輪廓，我們使用高性能表面輪廓儀（XP-2, Ambios Technology Inc.）測(cè)量 IM光柵和 ICM光柵。表面輪廓如圖13所示。在接近中心的光柵表面進(jìn)行測(cè)量。光柵的中心點(diǎn)表示為表面輪廓的A點(diǎn)。在A點(diǎn)的17個(gè)周期處，表示為B點(diǎn)。兩個(gè)輪廓的A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的水平距離約為 670 μm。周期也大致相同，但是對(duì)IM輪廓來(lái)說(shuō)，兩點(diǎn)之間的垂直距離（23.6 μm）大于 ICM 輪廓的垂直距離（9.2 μm）。垂直偏差顯示光柵翹曲。結(jié)果表明 ICM光柵的翹曲比IM 光柵小得多。
6. 結(jié)論
本文旨在研究應(yīng)用 IM和ICM制造衍射光柵。文中利用田口法和參數(shù)分析探索模制參數(shù)對(duì)光柵質(zhì)量的影響。此外，研究描述了 結(jié)構(gòu)化模具表面的設(shè)計(jì)和制造以及IM 和ICM工藝復(fù)制結(jié)果。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：
（1） 利用 IM和ICM工藝可制造衍射光柵。模具用來(lái)制造與固定襯套連接的衍射光柵。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)結(jié)合件具有良好的衍射性能。集成光柵消除了組裝成本和誤差。根據(jù)光刻工藝制造模具嵌件。
（2） 對(duì)于注塑成型的光柵而言，模具溫度影響最大，其次是熔融溫度、壓緊壓力和注射速度。而對(duì)于注射壓縮成型的光柵而言，壓縮速度影響最大，其次是壓縮周期、注射速度和模具溫度。
（3） 衍射圖案表明在復(fù)制一個(gè)衍射光柵方面 ICM工藝比IM更好。 ICM光柵衍射角比 IM光柵更精確。ICM工藝比注塑成型提供更精確的形狀復(fù)制。通過(guò)ICM制造的光柵，其產(chǎn)生的翹曲比IM制造的光柵小得多。
存檔日期： 存檔編號(hào)：
XXXXX
外文文獻(xiàn)及翻譯
論 文 題 目： 外罩注射模具設(shè)計(jì)
姓 名： XXX
學(xué) 院： XXXXXX
專 業(yè)： XXXXXXXXXXXXXXXX
年 級(jí) 、 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
指 導(dǎo) 教 師： XXXXX
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設(shè)計(jì)答辯成績(jī)?cè)u(píng)分表
評(píng)價(jià)內(nèi)容
具 體 要 求
權(quán)重
評(píng) 分
A
B
C
D
報(bào)告內(nèi)容
思路清晰；語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；論文結(jié)果有應(yīng)用價(jià)值。
0.5
創(chuàng) 新
對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。
0.2
答 辯
回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準(zhǔn)確、有深度。
0.3
總 分
答 辯 記 錄
答辯小組組長(zhǎng)簽名：
答辯小組成員簽名: 、 、 、
設(shè)計(jì)評(píng)閱人意見表
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目
外罩注射模具設(shè)計(jì)
評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目
A
B
C
D
選題
質(zhì)量
01
選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求
02
題目難易度
03
題目工作量
04
題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度
畢業(yè)
設(shè)計(jì)
質(zhì)量
05
綜合運(yùn)用知識(shí)的能力（論文（設(shè)計(jì)）涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）
06
應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力
07
實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）能力
08
計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力等）
09
外文應(yīng)用能力
10
計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
11
對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）
12
插圖（或圖紙）質(zhì)量
13
論文（或設(shè)計(jì)說(shuō)明書）撰寫水平
14
論文（或設(shè)計(jì)）的實(shí)用性與科學(xué)性
15
論文（或設(shè)計(jì)）規(guī)范化程度（論文（或設(shè)計(jì)）欄目齊全合理、
SI制的使用等）
16
創(chuàng)見性（只分“有”或“無(wú)”）
評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)
評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ)
評(píng)閱人（簽名）： 年 月 日
外罩注射模具畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本文設(shè)計(jì)的是外罩注射模具，塑件的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，采用一模兩腔，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)形狀，在設(shè)計(jì)時(shí)采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，這也會(huì)是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)指出。本設(shè)計(jì)詳細(xì)描述了外罩注射模具的設(shè)計(jì)過(guò)程。其中包括對(duì)材料的分析，如何選擇分型面以及對(duì)分型面的設(shè)計(jì)，分析塑件的材料性能，包括尺寸、重量等方面的計(jì)算和對(duì)塑件的工藝分析，根據(jù)塑件的要求選擇參數(shù)合理的注射機(jī)，并且對(duì)注射機(jī)的選用進(jìn)行校核，抽拔力、抽芯距的計(jì)算，澆口套的設(shè)計(jì)等模具各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)與選擇，必要時(shí)有相關(guān)方面的計(jì)算。使用Pro/E軟件畫出各零件3D圖，最后裝配并且生成裝配圖，減少了繪圖時(shí)間，減輕了工作效率。
關(guān)鍵詞：注射模具 側(cè)向抽芯 外罩
I
Graduation Design of Injection Mould for the cover
Abstract
This article is designed to cover the mold, plastic parts of the structure is relatively simple, using a mold two cavity, according to the shape of plastic parts, in the design of the use of lateral core pulling mechanism, which will be the design of the difficulties pointed out. This design describes in detail the design process of the housing injection mold. Including the analysis of the material, how to choose the parting surface and the design of the sub-surface, analysis of plastic material properties, including size, weight and other aspects of the calculation and analysis of plastic parts, according to the requirements of plastic parts selection parameters Reasonable injection machine, and the selection of the injection machine to check, pull the force, the calculation of the core distance, the design of the gate sets of mold parts and components of the design and selection, if necessary, the relevant aspects of the calculation. Use Pro / E software to draw the parts of the 3D map, and finally assembled and generate assembly drawings, reducing the drawing time, reducing the efficiency.
Key words: Injection mold Side core-pulling Cover
II
目 錄
摘要 ————————————————————————————————Ⅰ
Abstract———————————————————————————————Ⅱ
目錄 ————————————————————————————————Ⅲ
1 緒論 ——————————————————————————————— 1
1.1 模具和模具工業(yè)————————————————————————1
1.2 塑料成型的重要地位——————————————————————1
1.3 注射模具的發(fā)展及前景—————————————————————2
2 注射件的結(jié)構(gòu)及工藝特性———————————————————————3
2.1 材料性能———————————————————————————3
2.2 斜度—————————————————————————————4
2.3 壁厚—————————————————————————————4
2.4 圓角—————————————————————————————5
2.5 塑件的工藝特性————————————————————————5
3 分型面的選擇與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)————————————————————7
3.1 分型面的設(shè)計(jì)—————————————————————————7
3.2 型腔數(shù)的確定—————————————————————————8
3.3 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)———————————————————————8
4 注射機(jī)的選擇 ———————————————————————————12
4.1 塑件體積和質(zhì)量的計(jì)算 ————————————————————12
4.2 選定注射機(jī) —————————————————————————12
4.3 注射量的校核 ————————————————————————14
4.4 鎖模力校核 —————————————————————————14
4.5 開模行程校核 ————————————————————————14
5 成型零部件設(shè)計(jì) ——————————————————————————15
5.1 型芯級(jí)型腔的設(shè)計(jì) ——————————————————————15
5.2 工作尺寸計(jì)算 ————————————————————————16
5.3 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核計(jì)算 —————————————————18
6 模具設(shè)計(jì) —————————————————————————————21
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ———————————————————————21
6.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ———————————————————————22
6.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) —————————————————————24
6.4 冷卻裝置的設(shè)計(jì) ———————————————————————29
7 模具裝配 —————————————————————————————33
7.1 模架的選取 —————————————————————————33
7.2 塑料模具裝配的技術(shù)要求 ———————————————————33
7.3 模具工作原理 ————————————————————————34
8 結(jié)論 ———————————————————————————————35
參考文獻(xiàn) ——————————————————————————————36
致謝 ————————————————————————————————38
IV
圖清單
圖序號(hào)
圖名稱
頁(yè)碼
圖2-1
塑件圖
6
圖3-1
分型面的選取
8
圖3-2
外罩一模兩腔
9
圖3-3
澆口套與主流道設(shè)計(jì)圖
10
圖3-4
分流道橫截面
11
圖3-5
冷料穴與拉料桿
12
圖4-1
質(zhì)量分析
13
圖4-2
塑件3D圖
14
圖5-1
型腔設(shè)計(jì)
16
圖5-2
型芯設(shè)計(jì)
17
圖6-1
導(dǎo)柱和導(dǎo)套
22
圖6-2
推桿與拉料桿
24
圖6-3
滑塊
26
圖6-4
導(dǎo)滑槽
27
圖6-5
楔緊塊
27
圖6-6
斜導(dǎo)柱及其傾斜角
30
圖6-7
型芯內(nèi)冷卻水道排列
31
圖6-8
型腔內(nèi)冷卻水道排列
32
圖7-1
模架示意圖
34
表清單
表序號(hào)
表名稱
頁(yè)碼
表2-1
PC材料性能參數(shù)表
4
表2-2
常用塑料的脫模斜度
5
表2-3
塑料制品精度等級(jí)的選用
7
表4-1
注射機(jī)XS-ZY-500的規(guī)格和性能
14
表6-1
推桿尺寸
23
V
1 緒論
1.1 模具和模具工業(yè)
這些年來(lái)模具行業(yè)在我國(guó)的發(fā)展十分快速，模具工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的一部分，從開始一直到到2000年左右，我國(guó)所使用的大部分零件都是由模具的形式來(lái)完成的。使用模具的形式做出來(lái)的零件產(chǎn)品其具有精度高、效率高、節(jié)省材料等的特點(diǎn)，是其他制造工業(yè)無(wú)法相比的。模具的發(fā)展主要是靠模具技術(shù)的進(jìn)步，模具作為衡量一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，所以大多數(shù)國(guó)家在大力發(fā)展模具行業(yè)，無(wú)論是一些發(fā)達(dá)國(guó)家或者是發(fā)展中國(guó)家都積極使用更加先進(jìn)的制作和設(shè)計(jì)技術(shù)?？梢钥闯觯谖磥?lái)幾年中，模具將會(huì)不斷發(fā)展，在世界中的地位也會(huì)隨之水漲船高，將會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
使用塑料材質(zhì)進(jìn)行制造的模具就叫做塑料成型模，是模具的一種，其是伴隨著石油行業(yè)發(fā)展而發(fā)展的一種新興行業(yè)。目前，塑料產(chǎn)品造我們生活中已經(jīng)隨處可見，在我們生活中也占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。在世界上，塑料行業(yè)從20世紀(jì)中前期開始被研發(fā)，經(jīng)歷了十年進(jìn)入到了發(fā)展階段，然后又花費(fèi)了二十年左右的時(shí)間進(jìn)入到了急速創(chuàng)新階段，最后便到了我們現(xiàn)在所在的的穩(wěn)定發(fā)展的時(shí)間段。而在我國(guó)，同樣也經(jīng)歷了這些發(fā)展階段。
1.2 塑料成型的重要地位
能夠使用塑料熔體生產(chǎn)制造出塑件產(chǎn)品的模具叫成型模，它也屬于型腔模，塑料模具屬于新時(shí)代的工業(yè)，它伴隨著石油的發(fā)展而產(chǎn)生。歷經(jīng)30多年，塑料制造出來(lái)的成品已經(jīng)隨處可見，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、電器、教育等方面塑料制品占有率及其的大，可以說(shuō)是我們生活中不可缺少的部分。20世紀(jì)30年代塑料產(chǎn)品開始制作，經(jīng)過(guò)人們的不斷改善，幾個(gè)階段的發(fā)展基礎(chǔ)，如今還在穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)階段，隨著人們生活水平的提高，需求也會(huì)日益增加，這就需要模具行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。總之，模具的設(shè)計(jì)、制造水平不論是現(xiàn)在還是將來(lái)都會(huì)越來(lái)越高。
人們生活水平的不斷提高，對(duì)塑料制品的使用要求也會(huì)不斷提升，這就需要在制作塑料制品時(shí)塑料制品的質(zhì)量、壽命等一系列參數(shù)要求有更好的保證，這些方面就需要模具工作者對(duì)模具的進(jìn)一步設(shè)計(jì)完善，提高產(chǎn)量的同時(shí)保證塑件的質(zhì)量和使用壽命。人們的生活質(zhì)量越來(lái)越好，將會(huì)帶動(dòng)模具工業(yè)技術(shù)的不斷加強(qiáng)，來(lái)滿足人們的需求，只有人們的生活水平提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)才會(huì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)。
根據(jù)有關(guān)資料顯示，在我國(guó)塑料模具占模具總量的43%左右，這么龐大的數(shù)字，可見模具在我國(guó)人民使用方面的數(shù)量之多、地位之大。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，塑件制品的應(yīng)用也會(huì)越加廣闊，模具行業(yè)也會(huì)日益增多，塑料模具對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的硬性也虎隨之越來(lái)越明顯。
1.3 注射模具的發(fā)展及前景
到現(xiàn)在為止，我國(guó)模具的發(fā)展已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但是與其他一些國(guó)家相比較還是有一定的差距，在模具精度、壽命方面的自主研發(fā)能力較差。需要在這些方面進(jìn)行提高，就可以是整體的制造水平上升一個(gè)檔次。
一些2D、3D制圖軟件的推廣和使用，使模具能夠在設(shè)計(jì)制造中更加簡(jiǎn)單化。CAD技術(shù)是我國(guó)模具發(fā)展中的重要組成部分，它是我國(guó)模具行業(yè)的一次革命。CAD技術(shù)不但是各個(gè)中小型企業(yè)容易接受的軟件，它還可以實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)庫(kù)，不論何時(shí)何地都可以實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，同時(shí)，CAD的智能化程度也逐漸提升，降低了工人的工作時(shí)間，確保了產(chǎn)品的合理性。未來(lái)CAD技術(shù)還會(huì)持續(xù)提升。
塑料制品必然會(huì)成為我們生活中的易耗品，產(chǎn)品數(shù)量、種類將會(huì)達(dá)到不可想象的地步。傳統(tǒng)的制造方式已經(jīng)不能滿足于現(xiàn)狀，目前為止塑料制件已經(jīng)應(yīng)用于航天、航空等部門，所以在未來(lái)塑料制件的發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家憑借著優(yōu)秀的技術(shù)和實(shí)力，在模具行業(yè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，隨著各國(guó)的對(duì)外開放，我們國(guó)家的模具面對(duì)著巨大的挑戰(zhàn)，如果不創(chuàng)新改革模具，那么我國(guó)的一些優(yōu)勢(shì)將會(huì)被取代。所以，我們必須要在人才和技術(shù)方面不斷提高，積極學(xué)習(xí)引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)的技術(shù)，提高我們的制造水平并且不斷完善改進(jìn)，這樣，在國(guó)際市場(chǎng)中才有我們的一席之地。
2 注射件的結(jié)構(gòu)及工藝特性
2.1 材料性能
此塑件為PC
PC俗稱聚碳酸酯，由于它的性能優(yōu)異，還有防彈膠的稱號(hào)。
是一種熱塑性材料
?。?）具高強(qiáng)度的抗沖擊性；
?。?）透明度高；
?。?）吸水率低；
（4）具有良好的耐磨性 ；
?。?）受溫度影響范圍小；
（6）應(yīng)用范圍廣。
表2-1 PC材料性能參數(shù)表
基 本 資 料
備 注
代 號(hào)
PC
1. 高透明度（僅僅PMMA——壓克力），非結(jié)晶體，耐熱性優(yōu)異。
2. 成型收縮率?。ǎ└叨鹊某叽绶€(wěn)定性，膠件精度高。
3. 抗沖擊強(qiáng)度高居熱塑料之冠，蠕變小，剛硬而有韌性。
4. 非常好的熱穩(wěn)定性，光潔度，抑制細(xì)菌性，阻燃性和抗污染性。
5. 耐疲勞強(qiáng)度差，耐磨性不好，對(duì)缺口敏感，而應(yīng)力開裂性差。
全 名
聚碳酸酯
收 縮 率
比 重
1.20
熔融溫度
成型模溫
成型壓力
流 長(zhǎng) 比
結(jié) 晶 性
非結(jié)晶性
射 速
高速注射
本設(shè)計(jì)所使用材料PC,它有良好的透光性，其透光性與玻璃的透光性能不相上下；抗撞擊能力強(qiáng)，在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過(guò)程中不容易損壞；重量輕，在運(yùn)輸、裝卸貨物時(shí)減輕了勞動(dòng)力；最為主要的是PC屬于環(huán)保材料，使用PC可減少對(duì)環(huán)境的污染。
2.2 斜度
注射完成后塑件要有一定的時(shí)間在型芯內(nèi)進(jìn)行冷卻，冷卻過(guò)程中由于其材料特性會(huì)使塑件產(chǎn)生一定的收縮，這個(gè)收縮過(guò)程會(huì)讓塑件緊緊地包在型芯上。所以，為了能夠讓成型零件的順利從型芯上取出，要在設(shè)計(jì)時(shí)順著模具的開模方向在塑件的內(nèi)表面加有一定的斜度，該斜度叫做脫模斜度。
本設(shè)計(jì)采用的塑料是PC，而PC在注射成型之后有較小的收縮率，并且塑件結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，包裹型芯的面積小，所以，為了保證壁厚一致的同時(shí)還要順利脫模，因此內(nèi)外表面斜度一樣就行，取脫模斜度為40′。
表2-2 常用塑料的脫模斜度
塑料名稱
脫模斜度
型腔
型芯
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、軟聚氯乙烯（SPVC）、聚酰胺（PA）、氯化聚醚（CPT）
硬聚氯乙烯（HPVC）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSU）
聚苯乙烯（PS）、有機(jī)玻璃（PMMA）、ABS、聚甲醛（POM）
熱固性塑料
2.3 壁厚
塑件壁厚的設(shè)計(jì)與制造塑件時(shí)所使用的材料密切相關(guān)，如果壁厚太小，則在注射過(guò)程中出現(xiàn)較大的阻力，難以成型。如果選用較大的壁厚雖然減小了注射過(guò)程中的阻力，但會(huì)造成塑料熔體的浪費(fèi)，冷卻時(shí)間也會(huì)加長(zhǎng)，還有可能產(chǎn)生真空包、凹陷的現(xiàn)象。所以在選擇壁厚時(shí)，要滿足塑件使用要求的情況下，盡量節(jié)約材料。
本設(shè)計(jì)中所使用的塑件壁厚進(jìn)本一致，在注射完成后等待冷卻的那段時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)真空包、開裂的現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)冷卻收縮不均勻的現(xiàn)象。該塑件在設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)外表面均設(shè)計(jì)有圓弧，使零件的強(qiáng)度更高。如果壁厚不均均勻就可能造成以上幾種現(xiàn)象。
圖2-1 塑件圖
2.4 圓角
本設(shè)計(jì)中使用的塑件在滿足使用要求的情況下，在其轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)成圓弧的形式。使用圓弧形式不僅可以提高塑件的美觀程度，還提高了塑件的強(qiáng)度，不會(huì)使塑件在使用時(shí)出現(xiàn)容易開裂的現(xiàn)象，同時(shí)選用弧形設(shè)計(jì)在注射過(guò)程中不會(huì)使注射阻力過(guò)大，導(dǎo)致塑件填充不足。
2.5 塑件的工藝特性
2.5.1 尺寸精度
（1）尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是指注射完成后得到的塑件尺寸與實(shí)際要求的產(chǎn)品塑件尺寸的相符程度。影響塑件尺寸精度的原因有很多種，模具在注射完成后冷卻的收縮率影響其尺寸精度，模具在使用過(guò)程中的磨損情況也會(huì)影響塑件的尺寸精度。所以，在選擇時(shí)應(yīng)該盡量選用較低的精度等級(jí)，選用較低的精度等級(jí)不僅可以降低加工難度，而且還減少了制作成本。
塑料制品的等級(jí)選用見表2-3。
表 2-3 塑料制品精度等級(jí)的選用
類型
塑料品種
公差等級(jí)
高精度
一般精度
未注公差
1
聚碳酸酯
MT2
MT3
MT5
根據(jù)上表可知，PC的精度范圍。
（2）影響塑料制品尺寸精度的原因有以下幾個(gè)方面。
模具—— 模具在制造過(guò)程中的精度直接影響成型塑件的尺寸精度。
塑料材料—— 塑料在注射完成后的收縮情況將會(huì)影響塑件的尺寸精度。
成型工藝—— 成型后要對(duì)塑件進(jìn)行一系列的處理，在處理的過(guò)程中有可能會(huì)對(duì)成型后的塑件產(chǎn)生一定影響，影響最終的尺寸精度。
2.5.2 塑件的表面粗糙度
塑件表面的粗糙度除了在注射時(shí)產(chǎn)生的凹陷、冷疤之外，還會(huì)受到模具內(nèi)零部件的表面粗糙度的影響，通常情況下，模具內(nèi)零部件的表面粗糙度要比注射時(shí)使用的塑件的表面粗糙度低，在模具的反復(fù)注射過(guò)程中，會(huì)對(duì)模具造成磨損，磨損的部位就是使其表面粗擦度增大，應(yīng)及時(shí)更換或者進(jìn)行拋光。
本設(shè)計(jì)中的塑件的內(nèi)外表面要求沒有任何缺陷和雜質(zhì)，并且要求具有一定光滑性，所以塑件的表面粗糙度應(yīng)低。
3分型面的選擇與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 分型面的設(shè)計(jì)
打開模具后，取出塑件看到的面稱為分型面，分型面的方向與合模是的方向一致。選擇合理的分型面非常重要，一旦選擇不合理，會(huì)影響塑件制品的質(zhì)量，還會(huì)是模具變得更加復(fù)雜，嚴(yán)重影響了塑料制品的產(chǎn)量。所以模具的基本結(jié)構(gòu)要根據(jù)分型面來(lái)設(shè)計(jì)。
（1）選取分型面時(shí)應(yīng)盡量留在動(dòng)模部分，有利于開模；
（2）選取分型面時(shí)應(yīng)保證塑件的外觀和尺寸不受影響；
（3）選取分型面時(shí)應(yīng)保證有利于塑件的加工制造；
（4）選取分型面時(shí)應(yīng)保證不影響側(cè)向抽芯；
（5）選取分型面時(shí)應(yīng)盡量選在塑件的最大輪廓處，保證塑件的順利脫模；
（6）選取分型面時(shí)應(yīng)保證在注射過(guò)程中有良好的排氣條件；
（7）選取分型面時(shí)應(yīng)保證模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)復(fù)雜化。
在設(shè)計(jì)中，分型面的選取在一定范圍內(nèi)決定了模具的結(jié)構(gòu)形式，所以根據(jù)以上分型面的選擇原則與本設(shè)計(jì)使用的零件結(jié)構(gòu)來(lái)確定分型面。
該制件為車窗外罩，表面無(wú)特殊要求，選取其底面為分型面，可以降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，同時(shí)降低模具的加工難度，還能節(jié)省加工成本，便于注射后的順利脫模。
圖3-1 分型面的選取
3.2 型腔數(shù)的確定
使用一模兩腔的形式可以提高該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，適用于批量生產(chǎn)?？紤]到該塑件的形狀結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)將采用側(cè)向抽芯的方式。如圖4-2所示：
圖3-2 外罩一模兩腔
3.3 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具頂部到模具型腔之間有一通道，該通道就是在注射過(guò)程中所使用的的通道，稱為澆注系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)使應(yīng)考慮到以下幾點(diǎn)：
（1）首先要考慮到對(duì)塑件的成型后的質(zhì)量是否有影響；
（2）其次要考慮到塑料熔體的流動(dòng)距離。
3.3.1 主流道、分流道和澆口套設(shè)計(jì)
（1）主流道設(shè)計(jì)
塑料熔體進(jìn)入模具后首先流經(jīng)的通道，這一通道稱為主流道。它的尺寸形狀大小會(huì)影響塑料注射的時(shí)間。為了增大塑料溶體的流動(dòng)速度和便于凝料時(shí)間的縮短，同時(shí)有利于模具的拆裝，本設(shè)計(jì)中的主流道使用的形狀為錐形，錐角 ，取其角度值為
根據(jù)注射機(jī)注射時(shí)避免材料外溢，再根據(jù)本設(shè)計(jì)中所使用的材料性能，選取注射機(jī)的前部的噴嘴孔的直徑為
主流道小端直徑，這里取其值為0.5mm
所以主流道進(jìn)口端直徑 D=3.5mm
相關(guān)資料顯示主流道的表面粗糙度R=0.8μm
主流道長(zhǎng)度取值為L(zhǎng)=91mm
球面配合高度計(jì)算其平均值取4mm
則澆口套總長(zhǎng)度為mm
（2）澆口套的設(shè)計(jì)
在注射過(guò)程中注射機(jī)與小直徑的主流道處會(huì)發(fā)生多次的接觸與碰撞，使主流道損壞，所以在設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)直接對(duì)小直徑的主流道進(jìn)行注射。通常情況下會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)澆口套，澆口套用螺釘固定在定模座板上，將主流道放在澆口套內(nèi)部，可以保護(hù)主流道不易損壞，也便于主流道的拆卸和更換。
圖3-3 澆口套與主流道設(shè)計(jì)圖
（3）分流道的設(shè)計(jì)
分流道指的是主流道除了凝料部分的最末尾部分一直到澆口之間的那一段距離，分流道的作用是將注射機(jī)注射進(jìn)來(lái)的塑料溶體分配到各個(gè)型腔內(nèi)，使得各型腔的溶體一樣多，能夠注射出完整的塑件。本設(shè)計(jì)中型腔數(shù)目較少，溶體流動(dòng)時(shí)其中熱量和壓力的損失較少。本設(shè)計(jì)中根據(jù)型腔數(shù)目的確定采用圓形分流道，位置設(shè)在分型面的兩邊，這種分流道在注射過(guò)程中熱量損失較少
分流道總長(zhǎng)度為28mm，圓形分流道可直接測(cè)出其尺寸大小。根據(jù)材料PC的性能選用橫截面直徑為5mm的分流道。
圖3-4 分流道橫截面
（4） 澆口的設(shè)計(jì)
澆口連接著分流道與型腔，關(guān)系著塑件是否能狗完全的注射成型。本次設(shè)計(jì)中采用的澆口類型是側(cè)澆口，這種澆口是最為普遍的澆口，適用于兩腔及其以上的模具中。這種澆口在注射成型后，容易去除塑件上的痕跡。
3.3.2 澆注系統(tǒng)的平衡
為了使塑件的成本降低，提高生產(chǎn)效率，一些塑件會(huì)采用一模兩腔或者多腔的形式。這種多腔的形式，要使塑料熔體能同時(shí)達(dá)到各個(gè)型腔內(nèi)且分布均勻，所以就要使有多個(gè)分流道的模具中，分流道形狀大小相同，即要布局均勻，一些特殊塑件的成型不能保證分流道的均勻，就需要調(diào)節(jié)澆口的截面吃尊，這種調(diào)節(jié)方式叫做澆口的平衡。
澆口的平衡是根據(jù)計(jì)算多個(gè)型腔的澆口的BGV值,各個(gè)型腔內(nèi)BGV值相同時(shí)，就可以達(dá)到澆口的平衡
澆口的BGV值為
（3-1）
式中 Ag——澆口的截面積mm2;
Lg——澆口的長(zhǎng)度mm;
Lr——分流道的長(zhǎng)度mm。
在通常的兩腔或者多腔的澆注系統(tǒng)內(nèi)，大多數(shù)澆口的形狀類型選用圓形或者矩形的形狀。
3.3.3 冷料穴及拉料桿
冷料穴也是構(gòu)成澆注系統(tǒng)的重要組成部分之一。冷料穴的作用是避免注射機(jī)剛開始注射到模具達(dá)不到要求的塑料熔體進(jìn)入型腔內(nèi)部，影響注射的速度和塑件成型后的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中冷料穴設(shè)計(jì)在分流道靠下方的地方，并且以主流道在同一軸線上，同時(shí)在此處設(shè)計(jì)有拉出凝料的拉料桿，是為了便于在注射結(jié)束冷卻后，模具開模時(shí)將注射過(guò)程中的冷料拉出模具之外。如果使用的模具型腔數(shù)目較多，是分流道加長(zhǎng)的話，還需在分流道的末尾部分設(shè)計(jì)冷料穴，否則將無(wú)法完成塑件的成型。
本設(shè)計(jì)中拉料桿的形狀使用Z字形的形狀，這種形狀的拉料桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開模時(shí)可以順便將冷料推出模外。
圖3-5 冷料穴和拉料桿
3.3.4 排氣方式
為了能夠使塑件能夠順利成型，必須要將型腔內(nèi)空氣或者塑料熔體散發(fā)出來(lái)的氣體排出模具外部，如果內(nèi)部氣體不進(jìn)行排出就會(huì)造成注射時(shí)的不完整，產(chǎn)生氣泡、凹陷等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)模具脹開的情況。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要有排氣系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)該考慮到注射過(guò)程中塑料熔體不外溢。
本設(shè)計(jì)中使用的塑件屬于小型制件，可以利用模具之間的間隙進(jìn)行排氣。不設(shè)計(jì)專門的排氣系統(tǒng)，這樣不僅可以使模具的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，還節(jié)省制作是的材料。需要注意的是各個(gè)配合之間的間隙不得超過(guò)0.04mm
4 注射機(jī)的選擇
4.1 塑件體積和質(zhì)量的計(jì)算
該塑件的材料為PC，該材料的密度為，取其平均值為1.21 ，收縮率為，取其平均值為。
使用Pro/E軟件對(duì)塑件的三維模型進(jìn)行分析可得：
塑件體積為V=7.7
密度=1.21 g/cm3
該塑件質(zhì)量為：
由公式
澆注系統(tǒng)的體積為V=12
圖4-1 質(zhì)量分析
4.2 選定注射機(jī)
由于本設(shè)計(jì)采用一模兩腔的形式，所以，根據(jù)以上計(jì)算得到塑件的總質(zhì)量=18.8g，體積=1.54×104 mm 3
圖4-2 塑件3D圖
根據(jù)以上數(shù)據(jù)選用臥式注射機(jī)，其規(guī)格和性能見表3-1
表4-1 注射機(jī)XS-ZY-500的規(guī)格和性能
機(jī)器外形尺寸/mm
額定注射量/
螺桿直徑/mm
注射壓力/MPA
注射行程/mm
注射方式
鎖模力/kN
6500×1300×2000
500
65
145
200
螺桿式
3500
最大成型面積/
最大開合模行程/mm
模具最大厚度/mm
模具最小厚度/mm
噴嘴圓弧半徑/mm
噴嘴孔直徑/mm
頂出形式
1000
500
450
300
18
3、5、6、8
中心液壓頂出，兩側(cè)頂桿機(jī)械頂出
動(dòng)定模固定板尺寸/mm
拉桿空間/mm
合模方式
液壓泵
電動(dòng)機(jī)功率/kW
螺桿驅(qū)動(dòng)功率/kW
加熱功率/kW
流量
壓力
700×850
540×440
兩次動(dòng)作液壓式
200,25
6.5
22
7.5
14
4.3 注射量的校核
注射機(jī)的注射量是指注射機(jī)在不裝配模具的情況下對(duì)空注射，柱塞到達(dá)最大行程時(shí)所注射的塑料熔體的體積。在注射時(shí)應(yīng)注意要注射的塑件熔體不能大于注射機(jī)的額定注射量，即
（4-1）
式中 n——型腔數(shù)目；
m——塑件的體積；
——系統(tǒng)的凝量；
——注射機(jī)的注射量；
K——注射量利用系數(shù)，取0.8。
根據(jù)計(jì)算符合要求。
4.4 鎖模力校核
在注射過(guò)程中，模具內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)一定的壓力，當(dāng)這個(gè)壓力較大時(shí)會(huì)使模具脹開，稱為脹模力。因此，注射機(jī)必須要有一定的鎖模力，是為了在注射的時(shí)候?qū)⒛＞哝i緊，能夠保避免注射過(guò)程中塑料外溢，保證塑料的質(zhì)量。只有注射機(jī)的鎖模力不小于脹模力，這樣在注射時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)塑料外溢，甚至出現(xiàn)模具脹開等現(xiàn)象。
則 （4-2）
116×（2×5500＋75）=1284700<3500000N
式中， ——鎖模力；
——塑件投影面積之和；
P——注射機(jī)壓力的80%；
4.5 開模行程校核
為了能夠使塑件在注射成型后從模具中順利脫離出來(lái)，塑件的脫模距離要盡量大，但是不得大于注射機(jī)的開模距離。
（4-3）
200≥115+40+10
200≥165
滿足要求。
式中 S——注射機(jī)移模行程200mm；
H——推出距離40mm；
H——流道凝料與塑件高度115mm。
5 成型零部件設(shè)計(jì)
成型零件是組成模具內(nèi)型腔所有零部件的總稱，這種零部件的形狀尺寸決定了注射完成后塑料制件的形狀尺寸。它的作用是用來(lái)確定注射完成后塑料制件的形狀尺寸，當(dāng)模具在使用時(shí)，由于成型零件需要與從注射機(jī)進(jìn)入的塑料熔體直接接觸，還要接觸塑料熔體的高溫環(huán)境，同時(shí)還有注射過(guò)程中的壓力，在脫模時(shí)與塑料制件的摩擦，合模時(shí)與其模具自身零部件的摩擦。因此，成型零部件在設(shè)計(jì)時(shí)需要有固定的幾何形狀，尺寸精度要求不僅要高，而且表面粗糙度也要低，除此之外，成型零部件還要具有高強(qiáng)度，良好的耐磨性。
在設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，要結(jié)合塑料制件跟方面的性能，還要根據(jù)分型面和澆口的位置等各方面因素來(lái)判斷其總體結(jié)構(gòu)。成型零件的尺寸指的是用來(lái)直接確定塑料制件的形狀大小和尺寸大小，其中包括模具內(nèi)型腔、型芯等的各零部件尺寸。
5.1 型腔及型芯的設(shè)計(jì)
（1）型腔的設(shè)計(jì)
型腔又可以稱為凹模。為了節(jié)省制作過(guò)程的材料，不使用價(jià)格過(guò)高的材料，本設(shè)計(jì)使用整體嵌入式的形式，這樣，不僅保證了材料的成本，還有利于模具的拆裝、維護(hù)、更換等更加方便。同時(shí)也能提高型腔的使用壽命。
圖5-1 型腔設(shè)計(jì)
(2）型芯的設(shè)計(jì)
根據(jù)型腔的設(shè)計(jì)，型芯與型腔要匹配，所以型芯設(shè)結(jié)構(gòu)形式與型腔相同，都選用給整體嵌入式。
圖5-2 型芯設(shè)計(jì)
5.2 工作尺寸計(jì)算
(1)型腔工作尺寸的計(jì)算
其工作尺寸屬于包容尺寸，盡量取最小尺寸，尺寸公差取正偏差。
徑向尺寸計(jì)算公式：
（5-1）
深度尺寸計(jì)算公式：
（5-2）
式中
——型腔最大尺寸mm；
——塑件外形最大尺寸mm；
——塑件收縮率0.005；
——塑件的尺寸公差mm；
——模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/3-1/4；
——塑件高度方向的最大尺寸mm；
——型腔高度方向的最大尺寸mm。
型腔長(zhǎng)度尺寸計(jì)算為：
型腔深度尺寸計(jì)算為：
型腔寬度尺寸計(jì)算為：
（2）型芯的工作尺寸計(jì)算
其工作尺寸屬于被包容尺寸，盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
徑向尺寸計(jì)算公式：
（5-3）
高度尺寸計(jì)算公式：
（5-4）
式中
——型芯最大尺寸mm；
——塑件內(nèi)表面最大尺寸mm；
——塑件的尺寸公差mm；
——塑件高度方向最大尺寸mm；
——型芯高度方向最大尺寸mm。
型芯長(zhǎng)度尺寸計(jì)算為：
型芯寬度尺寸計(jì)算為：
型芯高度尺寸計(jì)算為：
（3）中心距尺寸的計(jì)算
在塑件上，在凹槽與凸臺(tái)之間會(huì)有一條中心線，這條中心線叫做中心距。中心距的公差均為雙向的并且是等值的，在計(jì)算時(shí)不考慮其磨損的情況，因此，在計(jì)算時(shí)均取其平均值。
（5-5)
對(duì)該公式標(biāo)注公差后，可得:
(5-6)
式中 ——模具中心距尺寸mm；
——塑件中心距尺寸mm。
所以
5.3 型腔零件剛度和強(qiáng)度校核計(jì)算
1、型腔側(cè)壁和底板厚度計(jì)算
(1矩形型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
①按剛度條件計(jì)算。在注射過(guò)程中，塑料熔體會(huì)對(duì)模具內(nèi)部產(chǎn)生壓力，使模具的側(cè)壁受力變形，側(cè)壁變形之后會(huì)與底面出現(xiàn)縫隙，縫隙如果過(guò)于大，將會(huì)有塑料熔體外溢的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了塑件的外形和尺寸精度。假設(shè)模具的側(cè)壁的各邊是受力均勻的，那么其側(cè)壁的中心為受力的最大地方，其值為：
（5-7）
設(shè)允許的最大變形量為，其厚壁按剛度可按以下公式計(jì)算：
（5-8）
式中：s——矩形型腔側(cè)壁厚度；
p——型腔內(nèi)熔體的壓力；
——承受熔體壓力的側(cè)高度；
l——型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊長(zhǎng)；
E——；
H——型腔側(cè)壁總高度；
——允許變形量；
②按強(qiáng)度計(jì)算。假設(shè)矩形型腔側(cè)壁的各邊受力都相同，都回受到拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用。彎曲應(yīng)力的最大值
（5-9）
則相應(yīng)的拉應(yīng)力為
（5-10）
式中 b——型腔側(cè)壁短邊長(zhǎng)；
總應(yīng)力應(yīng)小于模具材料許用應(yīng)力，即
（5-11）
其中的值比較小，可以忽略不計(jì)，這樣就是剛度計(jì)算公式更加簡(jiǎn)單。所以其按強(qiáng)度的計(jì)算公式為
（5-12）
當(dāng)p=50MPa時(shí)，,mm，MPa時(shí)，側(cè)壁邊長(zhǎng)l剛度計(jì)算與強(qiáng)度計(jì)算尺寸分界為55.2mm。即當(dāng)mm時(shí)， 側(cè)壁厚度為
所以側(cè)壁厚度需大于38.56mm。
（2）型腔底板厚度計(jì)算
①按剛度條件計(jì)算：為了便于計(jì)算，假定型腔邊長(zhǎng)l和支腳間距L相等，底板看做受力均勻的支梁，其最大受力出在底板中心，則此處發(fā)生的形變最大。按剛度計(jì)算
（5-13）
式中 h——底板厚度mm；
B——底板總寬mm；
L——雙支腳間距mm；
應(yīng)使，按剛度條件計(jì)算，底板厚度為
（5-14）
②按剛度條件計(jì)算：假設(shè)簡(jiǎn)支梁受力最大處也在板中間，按強(qiáng)度條件計(jì)算，底板厚度為
（5-15）
當(dāng)p=50MPa，b/B=3/25，mm，時(shí)，強(qiáng)度與剛度計(jì)算的尺寸分界尺寸L=184mm，即當(dāng)時(shí)，底板厚度
所以，底板厚度必須大于19.48mm。
6模具設(shè)計(jì)
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱、導(dǎo)套以及導(dǎo)向孔組成。在設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時(shí)要均勻分布在模具周圍，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)準(zhǔn)確對(duì)合定模部分與動(dòng)模部分，防止模具內(nèi)部零部件不能準(zhǔn)確對(duì)合，發(fā)生碰撞摩擦等現(xiàn)象，影響各零部件的使用壽命，影響塑件成型的形狀。
本設(shè)計(jì)中使用四個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)樣式相同，便于生產(chǎn)制造和安裝，分布在模具四周。
①導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有定位的作用，防止在合模時(shí)造成動(dòng)模板、定模板錯(cuò)位，影響型腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這就保障了在合模之后型腔的精度。
②導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有導(dǎo)向的作用，在合模過(guò)程中，用來(lái)引導(dǎo)動(dòng)模部分與定模部分的正確閉合，防止內(nèi)部零件先接觸，從而損壞模具。
③導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠承受一定的側(cè)向壓力，注射過(guò)程中塑料熔體會(huì)對(duì)型腔側(cè)壁造成壓力，在壓力過(guò)大時(shí)需要導(dǎo)柱來(lái)承受一部分壓力。
本設(shè)計(jì)中導(dǎo)套選用直導(dǎo)套，導(dǎo)套與導(dǎo)柱之間采用過(guò)渡配合，與模板之間也采用過(guò)渡配合。導(dǎo)套的表面粗糙度一般為Ra0.8μm。導(dǎo)柱采用臺(tái)階式導(dǎo)柱，氣目的是為了潤(rùn)滑過(guò)程中加油，還有集塵的作用，提高了到住的使用壽命。導(dǎo)柱、導(dǎo)套如圖6-1所示：
圖6-1 導(dǎo)柱和導(dǎo)套圖
6.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.2.1 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
將塑件頂出的機(jī)構(gòu)成為頂出機(jī)構(gòu)，屬于在完成注射后開模的一個(gè)環(huán)節(jié)，頂出機(jī)構(gòu)將決定著取出塑件后塑件形狀與實(shí)際要求的形狀的差異，所以說(shuō)，推出機(jī)構(gòu)十分重要，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：
（1）頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要準(zhǔn)確可靠，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單。
（2）確保在動(dòng)作過(guò)程中塑件不變形，所以，頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件壁較為厚的地方，防止塑件變形。
（3）最為主要的頂出機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)合理，在完成動(dòng)作后，合模過(guò)程能夠正確復(fù)位。
（4）頂出機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)在定模部分，如果在凍膜部分，在使用時(shí)不方便，而且還要將模具復(fù)雜化。
6.2.2 脫模機(jī)構(gòu)
（1）推桿的選取
查GB/T 4169《塑料注射模零件》中第 1 部分：推桿，可知
①推桿不允許有中心孔。
②推桿選擇位置時(shí)還得考慮推桿本身材質(zhì)，避免推桿彎曲。
③推桿的材料使用T8A，熱處理硬度在50HRC左右/，工作端配合處表面的粗糙度u=0.4um。
④推桿推出時(shí)要注意塑件受力平衡。
⑤推桿選擇數(shù)量時(shí)還要注意本身的硬度。根據(jù)推桿尺寸表6-1
表6-1 推桿尺寸
選取L=200mm.D=5mm，=10mm的推桿。標(biāo)記為：5×200 GB/T 4169.1—200×
采用推桿脫模是一種常見的脫模機(jī)構(gòu)，這種脫模機(jī)構(gòu)它的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，制造方式方便，便于安裝，制作成本不高。本設(shè)計(jì)中，采用數(shù)量為5圓形推桿，直徑為5mm，并且這5根推桿的頂端部分與塑件內(nèi)表面的弧度相符合，為了避免在推出過(guò)程中，劃傷塑件內(nèi)表面，使塑件不美觀。
推桿與拉料桿分布如圖6-2所示：
圖6-2 推桿與拉料桿
（2）頂出力的計(jì)算
塑件成型后的一段時(shí)間，會(huì)在型腔內(nèi)進(jìn)行冷缺，冷卻過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象，對(duì)型芯產(chǎn)生包緊力，推出機(jī)構(gòu)推出的過(guò)程中要克服這個(gè)包緊力對(duì)型芯產(chǎn)生的摩擦力。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要有一定的脫模斜度，可以減小包緊力。塑件在剛開始脫模時(shí)所受到的脫模力是最大的，隨后，只有模具對(duì)其的摩擦力。
計(jì)算公式為：
（6-1）
式中 A——塑件包絡(luò)型芯的面積；
p——塑件對(duì)型芯單位面積上的包緊力，此次塑件為模內(nèi)冷卻，p取MPa；
——塑件對(duì)型芯的包緊力；
——脫模斜度；
——塑件對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，取0.2；
由于該塑件為齒輪，不需要考慮大氣壓力的作用。
通過(guò)ProE軟件分析，得知塑件包絡(luò)型芯的面積為7036，所以包緊力為
推桿直徑計(jì)算公式為
（6-2）
式中 d——推桿直徑mm；
——推桿長(zhǎng)度系數(shù)，取0.7；
l——推桿長(zhǎng)度；
n——推桿數(shù)量；
E——推桿材料彈性模量（鋼）；
Q——總推模力；
所以推桿直徑取5mm。
（3）脫模力的計(jì)算
計(jì)算公式為：
（6-3）
式中 K——查《塑料成型加工與模具》表8-3得1.0035；
——矩形制件的平均厚度3mm；
E——塑料的彈性模量1800；
S——塑料收縮率0.005；
L——塑件對(duì)型芯的包容深度27mm；
——模具型芯的脫模斜度1°；
——塑件與型芯的摩擦因數(shù)0.21；
——塑料的泊松比0.4。
=1122.75N
頂出力滿足要求。
6.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.3.1 滑塊的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)滑塊時(shí)應(yīng)盡量避免滑塊夾線，如果不能避免，夾線位置應(yīng)該應(yīng)該在膠件不明顯的位置，并且夾線長(zhǎng)度要盡量短。在大量生產(chǎn)的前提下，應(yīng)該保證滑塊不與模具磨損是起披鋒。
圖6-3 滑塊
本設(shè)計(jì)中滑塊采用45鋼，硬度要求40HRC。
6.3.2 導(dǎo)滑槽的設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱在做側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)按照一定的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)滑槽與滑塊間采用間隙配合， 配合精度為H8/f8。導(dǎo)滑槽的導(dǎo)滑部分應(yīng)當(dāng)十分耐磨，需要用耐磨材料制造，同時(shí)為了減少磨損，可在導(dǎo)滑平面上加工出帶油槽的滑動(dòng)面，而減少摩擦力， 降低損耗。導(dǎo)滑槽是為滑塊導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)，滑塊做完抽芯動(dòng)作后，應(yīng)繼續(xù)留在導(dǎo)滑槽內(nèi)。
圖6-4 導(dǎo)滑槽
6.3.3 楔緊塊的設(shè)計(jì)
開模后，滑塊必須要停留在剛離開斜導(dǎo)柱時(shí)的那個(gè)位置，是為了再次合模是斜導(dǎo)柱準(zhǔn)確回到原來(lái)的位置。所以，必須有滑塊的定位裝置，以保證開模、合模時(shí)的準(zhǔn)確性，這個(gè)定位裝置叫做楔緊塊。在本設(shè)計(jì)采用楔緊塊定于模板內(nèi)的形式，制造裝配簡(jiǎn)潔，同時(shí)提高了楔緊的強(qiáng)度。楔緊塊的升角選取8°，其厚度應(yīng)大于5mm，便于熱處理時(shí)不發(fā)生形變。材料采用45鋼。
圖6-5 楔緊塊
6.3.4 抽芯力的確定
由于塑件注射完成后會(huì)包緊在型芯上，也會(huì)由于塑料熔體具有粘附性，粘附在型腔的側(cè)壁上，因此在開模過(guò)程中必然會(huì)收到相應(yīng)的阻力，這個(gè)阻力叫做抽心力。
對(duì)抽芯力的影響有諸多因素，大致有以下幾個(gè)方面：
(1) 塑料熔體進(jìn)入型腔內(nèi)，對(duì)其側(cè)壁的接觸面積越大，則開模時(shí)抽芯力越大。
(2) 塑件壁厚越厚，在收縮時(shí)產(chǎn)生的收縮率越大，這樣，對(duì)型芯的包緊力也就越大，抽芯力也就越大。
(3) 減小表面粗糙度，增大脫模斜度，在一定程度上可以減小抽芯力。
(4) 由于塑料種類的不同，其收縮率也不同，對(duì)抽芯力也有影響。
(5) 不同粘性的塑料，注射完成后對(duì)型芯的包緊力也不同，粘性越大的塑料對(duì)開模時(shí)的抽芯力影響越大。
(6) 為了減小抽芯力，可以在模具表面涂刷材料，減小塑料制件與模具的粘附性。還可以適當(dāng)?shù)慕o模具進(jìn)行加溫處理，使塑料制件保持在一定的收縮率范圍之內(nèi)。
(7) 在注射過(guò)程中，由于塑料熔體溫度過(guò)高，會(huì)在一定程度上影響模具型腔內(nèi)的零件，使模具內(nèi)零部件發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，也會(huì)影響抽芯力的大小。
6.3.5 抽芯距的確定
在開模過(guò)程中，能夠咱塑件成型后順利取出并且不會(huì)影響脫模情況下，滑塊所移動(dòng)的距離稱為抽芯距。抽芯距要比塑件側(cè)壁上的凸臺(tái)大，這里為了能夠使塑件順利脫模，取3mm。
用公式表示為：
（6-4）
式中 ——側(cè)向凸臺(tái)高度mm；
S ——抽芯距mm。
=40mm
6.3.6 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱與模具的開模方向有一夾角，這個(gè)夾角就稱為斜導(dǎo)柱的傾斜角，斜導(dǎo)柱的傾斜角影響著斜導(dǎo)柱在抽芯過(guò)程中的工作效率。斜導(dǎo)柱傾斜角的大小對(duì)斜導(dǎo)柱的實(shí)際工作中的有效長(zhǎng)度，抽芯距等會(huì)有直接影響，斜導(dǎo)柱的傾斜角還會(huì)影響它自身的受力狀況。
在設(shè)計(jì)斜導(dǎo)柱時(shí)，要根據(jù)抽芯距來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)抽芯距大時(shí)，斜導(dǎo)柱的傾斜角要盡量小，當(dāng)抽芯距小時(shí)，斜導(dǎo)柱的傾斜角要盡量大，從斜導(dǎo)柱本身的受力情況來(lái)分析，要盡量取小一點(diǎn)的傾斜角。
斜導(dǎo)柱的傾斜角指的是斜導(dǎo)柱與開合模方向的夾角，它的取值非常重要，傾斜角的大小決定著斜導(dǎo)柱的工作長(zhǎng)度、抽芯距，同時(shí)也可以決定斜導(dǎo)柱的受力大小。本次設(shè)計(jì)中的側(cè)型芯滑塊抽芯方向與開合模方向垂直，斜導(dǎo)柱的傾斜角最常用的是，本設(shè)計(jì)取15°。
6.3.7斜導(dǎo)柱直徑的計(jì)算
（1） 斜導(dǎo)柱受力分析
設(shè)計(jì)斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)時(shí)，要合理選擇斜導(dǎo)柱的直徑，選擇時(shí)先要對(duì)斜導(dǎo)柱直徑的大小進(jìn)行計(jì)算，還要對(duì)計(jì)算得到的斜導(dǎo)柱直徑進(jìn)行剛度校核。
用以下公式計(jì)算斜導(dǎo)柱的彎曲力：
（6-5）
式中 斜導(dǎo)柱的傾角，取15°；
斜導(dǎo)柱所受彎曲力。
帶入數(shù)據(jù)得， =1329.29N
（2） 斜導(dǎo)柱直徑計(jì)算
斜導(dǎo)柱的直徑計(jì)算公式為：
（6-6）
式中 斜導(dǎo)柱的許用彎曲應(yīng)力。
側(cè)型芯滑塊受到脫模力的作用線與斜導(dǎo)柱中心線交點(diǎn)到 斜導(dǎo)柱固定板的距離，它的大小視模具設(shè)計(jì)而定，并不等于滑塊高度的一半。
帶入數(shù)據(jù)得，
（3）斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度計(jì)算
因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中采用的是側(cè)型芯滑塊與開合模方向垂直的情況，所以計(jì)算斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度可按下式計(jì)算：
（6-7）
式中 側(cè)向抽芯距；
帶入數(shù)據(jù)得， =154.55
圖6-6 斜導(dǎo)柱及其傾斜角
6.4 冷卻裝置的設(shè)計(jì)
6.4.1 溫度調(diào)節(jié)的重要性
模具的溫度一般是指模具內(nèi)型芯、型腔接觸塑料的表面的溫度。模具的溫度對(duì)塑件的注射有一定的影響，為了使塑件成型后有良好的質(zhì)量，也為了提高生產(chǎn)力，所以要控制模具的溫度。
模具溫度對(duì)塑件的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1） 模具溫度過(guò)低時(shí)，會(huì)阻礙塑料熔體的流動(dòng)性，使塑料熔體還未充滿型腔是就出現(xiàn)冷料現(xiàn)象，使塑料制件不完整。
（2） 模具溫度過(guò)高時(shí)，雖然在注射過(guò)程中可以很好的使塑料熔體充滿型腔，但是塑件可能不能冷卻到理想形態(tài)，在脫模時(shí)或者在脫模后引起塑件變形。
（3） 模具溫度過(guò)高時(shí)，還會(huì)使塑料熔體的粘性變大，不利于脫模。
（4） 根據(jù)塑件的材料特性，控制模具內(nèi)型芯、型腔的溫度，可以在一定范圍內(nèi)控制塑件成型后的收縮率波動(dòng)，提高塑件的尺寸精度。
控制模具的溫度，其目的是為了能夠讓塑件有良好的質(zhì)量保證和尺寸精度理想，提高塑件的生產(chǎn)效率。在特定情況下，不僅要對(duì)模具進(jìn)行加熱，還要對(duì)其進(jìn)行冷卻，用來(lái)達(dá)到生產(chǎn)塑件的目的。
6.4.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)在塑件注射時(shí)也起著很大的作用，如果不能將注射過(guò)程中產(chǎn)生的熱量帶走，就不能使塑件穩(wěn)定成型。冷卻系統(tǒng)可以很好的維持模具內(nèi)的熱平衡，不至于塑件內(nèi)部應(yīng)沒有冷卻系統(tǒng)而產(chǎn)生的應(yīng)力使塑件裂開。
為了使冷卻系統(tǒng)可以達(dá)到良好的效果，在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意：
（1） 應(yīng)設(shè)計(jì)盡量多的冷卻水道，冷卻水道的數(shù)量越多模具內(nèi)型腔表面溫度分布越均勻，可以防止塑件收縮不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力。
（2） 冷卻水道主要是控制模具內(nèi)型芯型腔的溫度，因此，在設(shè)計(jì)冷卻水道時(shí)，要盡量靠近型芯型腔。
（3） 冷卻水道進(jìn)水口與出水口的溫度不能相差過(guò)高，隨著冷卻水的流過(guò)，水溫也會(huì)逐漸變高。溫度相差過(guò)大就會(huì)使模具內(nèi)溫度不平衡。這就需要減小冷卻水道的長(zhǎng)度，或者是改變其排列的方式。
（4） 在注射是過(guò)程中，塑料熔體剛進(jìn)入主流道的溫度是最高的，隨著與主流道的流經(jīng)，溫度越來(lái)越低。所以在布置冷卻水道時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)澆口處的冷卻。
（5） 在布置冷卻水道時(shí)盡量避開塑件最容易產(chǎn)生熔接痕的地方，這些部位由于塑料熔體流經(jīng)時(shí)本身溫度就過(guò)低，如果再加上冷卻水道的冷
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