帶螺紋飲水杯杯蓋的注塑模具設(shè)計(jì)塑料注射模含12張CAD圖.zip
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附錄
單澆口優(yōu)化注塑模
摘要：本文論述了一種單澆口位置優(yōu)化注塑模具的方法。客觀的澆口優(yōu)化，盡量減少注塑制品翹曲變形，因?yàn)槁N曲是一個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)大多數(shù)注塑件，這絕大部分受澆口位置影響。專題翹曲的定義是用比例最大位移對(duì)特征表面預(yù)計(jì)長(zhǎng)度的表面特征來(lái)描述零件翹曲。優(yōu)化相結(jié)合，數(shù)值模擬技術(shù)，以找到最佳的澆口位置，其中，模擬退火算法就是用來(lái)尋找最佳的澆口位置。最后，其中一個(gè)例子是討論有關(guān)文件，并可以得出結(jié)論認(rèn)為，所提出的方法是有效的。
關(guān)鍵詞：注塑模， 澆口位置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，功能翹曲
導(dǎo)言
塑料注塑成型，是一種廣泛使用的，復(fù)雜的，對(duì)大型品種的塑料制品，尤其是那些高產(chǎn)量要求，精密復(fù)雜形狀的有高效率的技術(shù)制作。質(zhì)量注塑件是一個(gè)有功能性，部分幾何，模具結(jié)構(gòu)和工藝條件的塑膠材料。最重要的一部分，注塑模，基本上是以下三組組成：腔，澆口和澆道， 和冷卻系統(tǒng)。
Lam和Seow （ 2000），Jin和Lain（ 2002）達(dá)到平衡腔不同壁厚的一部分。平衡充填過(guò)程內(nèi)部腔給出了一個(gè)均勻分布的壓力和溫度，可大幅度減少該部的翹曲。但腔平衡只是其中一個(gè)影響零件質(zhì)量的重要因素。尤其是零件有其功能要求，其厚度通常不應(yīng)該多種多樣。從這個(gè)角度談了注塑模具設(shè)計(jì)，澆口是由其尺寸和位置，和澆道系統(tǒng)的規(guī)模和布局表征的。澆口尺寸和澆道布局通常定為常量。相對(duì)地，澆口位置和澆道的大小是比較有彈性的，能夠多樣的影響零件質(zhì)量。因此，他們往往優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。
Lee和Kim（1996年）為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來(lái)平衡澆道系統(tǒng)。澆道維持平衡可以理解為有相同腔的多腔模具的不同入口壓力，在每一個(gè)腔每一個(gè)熔體流道底部有不同的情體積和幾何形狀。該方法已顯示壓力在整個(gè)多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布。
Zhai等（2005年）發(fā)布兩個(gè)澆口位置優(yōu)化，它的一個(gè)成型腔是由一個(gè)在壓力梯度的基礎(chǔ)上的高效率的搜索方法（ PGSS） ，為由不同尺寸的澆道多澆口零件定位，熔接線向理想的地點(diǎn)（翟等， 2006 ）。作為大容量的一部分，多澆口需要縮短最高流徑，與相應(yīng)減少注射壓力。該方法大可成為設(shè)計(jì)多澆口單型腔的澆口和澆道。
許多注塑件是只制作一個(gè)澆口，無(wú)論是在單型腔模具或多個(gè)腔模具。因此，單澆口的澆口位置是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)。形狀分析方法是由Courbebaisse和Gaarrcia 2002年提出，是最佳澆口位置的注射成型估計(jì)。后來(lái)，他們研制的這種理論進(jìn)一步研究和應(yīng)用于單一澆口位置優(yōu)化的一個(gè)L形例子（庫(kù)爾伯貝斯，2005年）。 它易于使用，而不耗費(fèi)時(shí)間，而且它只不過(guò)是提供了簡(jiǎn)單的有均勻厚度的平面零件。
Pandelidis和Zou（1990年）提出的優(yōu)化澆口位置，由間接質(zhì)量相關(guān)引起的翹曲和物質(zhì)降解，這代表著加權(quán)溫度差，摩擦過(guò)熱的時(shí)間。翹曲是受上述因素的影響， 但它們之間的關(guān)系并不明確。 因此，優(yōu)化效果是受制于測(cè)定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素。
Lee和Kim（ l996b ）研制出一種自動(dòng)選擇澆口位置的方法，其中一套初步澆口位置，由設(shè)計(jì)師提出，最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點(diǎn)。結(jié)論在很大程度上
取決于設(shè)計(jì)師的直覺(jué)，因?yàn)榈谝徊绞腔谠O(shè)計(jì)師的主張。 所以在相當(dāng)大的程度上，受限于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。
Lam和Jin（2001）開(kāi)發(fā)了澆口位置優(yōu)化方法，基于最大限度地減少了標(biāo)準(zhǔn)偏差的流徑長(zhǎng)度（標(biāo)準(zhǔn)差[大] ）和在成型充填過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)偏差的灌裝時(shí)間（標(biāo)準(zhǔn)差[ T ] ）。隨后，沈等人（ 2004 年 ） ，優(yōu)化了澆口位置設(shè)計(jì)通過(guò)最小加權(quán)充氣壓力，灌裝時(shí)間區(qū)別不同的水流路徑，溫差變化大，以及過(guò)度包裝的百分比。Zhai等 （ 2005 年）在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的注射壓力。這些研究人員介紹目標(biāo)函數(shù)作為注塑成型灌裝操作，這對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)有益。 但之間的相關(guān)性是非常復(fù)雜和不清晰在它們之間已經(jīng)觀察到。 人們還很難選擇適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子為每個(gè)函數(shù)。
一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)注塑制品翹曲變形，以優(yōu)化澆口位置。 直接衡量零件質(zhì)量，這項(xiàng)調(diào)查定義特征翹曲來(lái)評(píng)價(jià)零件翹曲，這是從"流加翹曲"模擬產(chǎn)出Mouldflow塑料洞察力（電傳等）的軟件。目標(biāo)函數(shù)最小化，在澆口位置優(yōu)化，以達(dá)到最低變形。 模擬退火算法是用來(lái)尋找最優(yōu)澆口位置。 給出了一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明建議優(yōu)化程序的有效性。
質(zhì)量措施：特征翹曲
定義特征翹曲
運(yùn)用優(yōu)化理論設(shè)計(jì)澆口，零件的質(zhì)量措施必須指定在初審。術(shù)語(yǔ)"質(zhì)量"可轉(zhuǎn)介許多產(chǎn)品性能，如力學(xué)，熱學(xué)， 電子，光學(xué)，工效學(xué)或幾何性質(zhì)。有兩種零件質(zhì)量測(cè)量：直接和間接。一個(gè)有預(yù)測(cè)性的模型，從數(shù)值模擬結(jié)果，可作為一個(gè)直接的質(zhì)量測(cè)量。 相比之下，間接測(cè)量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標(biāo)質(zhì)量，但它并不能提供對(duì)其質(zhì)量的直接估計(jì)。
翹曲，在相關(guān)工程的間接質(zhì)量測(cè)量，是一個(gè)注塑成型流動(dòng)行為或加權(quán)。 這種行為是作為填充不同流徑的時(shí)間差，溫度差，過(guò)度包裝的比例問(wèn)題，等等。這是很明顯的，翹曲是受這些因素的影響，但翹曲和這些因素的關(guān)系是不明確的，而且決定這些因素所占的比重是相當(dāng)困難的。因此，用上述目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化大概不會(huì)減低零件翹曲，甚至是完美的優(yōu)化技術(shù)。 有時(shí)，不恰當(dāng)加權(quán)因素，將導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果。
一些統(tǒng)計(jì)量計(jì)算，節(jié)點(diǎn)位移被定性為直接質(zhì)量測(cè)量，以達(dá)到最低變形鏈優(yōu)化研究。統(tǒng)計(jì)數(shù)量通常是最多節(jié)點(diǎn)位移，平均每年有10%的節(jié)點(diǎn)位移，而且整體平均節(jié)點(diǎn)位移（李和金， 1995 ; 1996 ） 。這些節(jié)點(diǎn)的位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得，統(tǒng)計(jì)值，在一定程度上代表著變形。 但統(tǒng)計(jì)位移不能有效地描述變形的注塑件。
在工業(yè)方面，設(shè)計(jì)者和制造商通常更加注意，部分上翹曲在某些特點(diǎn)上超過(guò)整個(gè)變形注射模塑件的程度。在這項(xiàng)研究中，特征翹曲是用來(lái)形容變形的注塑件。特征翹曲是表面上的最大位移與表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度之比（圖1 ） ：
（1）
其中γ是特征翹曲， h是特征表面偏離該參考平臺(tái)的最高位移，L是在與參考方向平行的參考平臺(tái)上的表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度。
對(duì)于復(fù)雜的特點(diǎn)（這里只討論平面特征） ，翹曲的特點(diǎn)是通常在參考平面內(nèi)分為兩個(gè)區(qū)域，它是代表一個(gè)二維坐標(biāo)系統(tǒng)：
（2）
其中，是特征翹曲在X ， Y方向， ，是表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度在
X ，Y上的投影。
特征翹曲的評(píng)定
與相應(yīng)的參考平面和投影方向結(jié)合起來(lái)測(cè)定目標(biāo)特征后，，其L的值可以從圖中用解析幾何立即計(jì)算出來(lái)（圖2 ） 。在特定的表面特征和預(yù)測(cè)的方向，L是一個(gè)常量。 但H的評(píng)定比L復(fù)雜得多。
模擬注射成型過(guò)程是一種常見(jiàn)的技術(shù)，以預(yù)測(cè)質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)零件，設(shè)計(jì)模具和工藝設(shè)置。結(jié)果翹曲模擬表達(dá)為節(jié)點(diǎn)撓度上的X ， Y ， Z分量 ，以及節(jié)點(diǎn)位移W。W是向量長(zhǎng)度的矢量總和：+ + ，其中 i，j，k是在X，Y，Z方向上的單位矢量。H是在特征表面上的節(jié)點(diǎn)的最大位移， 這與通常方向的參考平面相同，并能產(chǎn)生結(jié)果的翹曲仿真。
計(jì)算h時(shí)，節(jié)點(diǎn)的撓度提取如下：
其中是撓度在正常方向參考平面內(nèi)提取節(jié)點(diǎn); ， ， 是對(duì)撓度的X ， Y ， Z分量的提取節(jié)點(diǎn);α，β，γ是角度的向量參考; A和B是終端節(jié)點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)方向（圖2 ） ; 和是節(jié)點(diǎn)A和B的撓度：
其中， ，，是對(duì)節(jié)點(diǎn)A的撓度在X，Y，Z方向上的分量； ，和是對(duì)節(jié)點(diǎn)B的撓度在X ， Y ， Z方向上的分量; 和是終端節(jié)點(diǎn)撓度的加權(quán)因子，計(jì)算方法如下：
是提取節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)A投影間的距離， H是的最大絕對(duì)值。
在工業(yè)方面，視察該翹曲借助了一個(gè)觸角衡量，被測(cè)工件放在一個(gè)參考平臺(tái)上。 H是一個(gè)最大數(shù)值，讀數(shù)在被測(cè)工件表面和參考平臺(tái)間。
澆口位置優(yōu)化問(wèn)題的形成
從質(zhì)量來(lái)說(shuō)， "翹曲" ，是指永久變形的部分不是由實(shí)用的負(fù)載引起的。 它是由整體差動(dòng)收縮引起，即聚合物流通，包裝，冷卻，結(jié)晶的不平衡。
安置一個(gè)澆口，在注射模具整個(gè)設(shè)計(jì)中是一個(gè)最重要的步驟。 高質(zhì)量的成型零件受澆口的影響很大，因?yàn)樗绊懰芰狭鬟M(jìn)入型腔的澆道。因此，不同的澆口位置會(huì)引入不均勻的取向，密度，壓力和溫度分布，因而引入不同的值和分配翹曲。 因此，澆口位置，是一個(gè)有用的設(shè)計(jì)變量，以盡量減少注塑零件翹曲。因?yàn)橄嚓P(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布，是在相當(dāng)大程度上獨(dú)立于熔體和模具的溫度，在這項(xiàng)調(diào)查中它是假定該成型條件保持不變。 注射成型零件翹曲是量化特征翹曲，其中在上一節(jié)討論了。
因此單一澆口位置優(yōu)化，可以依如下制造 ：
最小化：
主題：
其中γ是特征翹曲變形; p是在澆口位置的注入壓力; 是注入成型機(jī)器的可允許注入壓力或被設(shè)計(jì)者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力; x是坐標(biāo)向量的候選澆口位置; 是節(jié)點(diǎn)有限元網(wǎng)格模型的一部分，為注射成型過(guò)程模擬; N是節(jié)點(diǎn)總數(shù)。
在有限元網(wǎng)格模型中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能是一個(gè)澆口。 因此，可能是澆口位置的總數(shù) 是一個(gè)有關(guān)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)目N和總澆口數(shù)n的函數(shù)：
在這項(xiàng)研究中，只對(duì)單澆口選址問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查。
模擬退火算法
模擬退火算法是其中最強(qiáng)大和最流行的元啟發(fā)式解決優(yōu)化問(wèn)題，因?yàn)樘峁┝己玫囊詫?shí)際條件全面化解決辦法。 該算法是基于Metropolis （ 1953 ） ，這原本是用來(lái)在原子某一特定溫度找到一個(gè)平衡點(diǎn)的方法。這一算法和數(shù)字最小化的聯(lián)系是Pincus（ 1970年）第一個(gè)注意到，但Kirkpatrick（ 1983年）等人提議，把它形成一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)組合（或其他）。
運(yùn)用模擬退火法優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)f是用來(lái)作為函數(shù)E的能源，而不是找到一個(gè)低能源配置，問(wèn)題就變成尋求近似全局最優(yōu)解。配置的值的設(shè)計(jì)變量是替代能源配置本身，控制參數(shù)的過(guò)程是取代溫度。 一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器被用作為設(shè)計(jì)變量產(chǎn)生新的值。 這是顯而易見(jiàn)的，該算法只需要將極小化問(wèn)題列入考慮范圍。 因此，在最大化問(wèn)題上，目標(biāo)函數(shù)是乘以（ -1 ） 來(lái)取得一個(gè)可能的數(shù)。
模擬退火算法的主要優(yōu)點(diǎn)是比其他方法更能夠避免在局部極小被困。 這種算法采用隨機(jī)搜索，而不是只接受變化，即減少目標(biāo)函數(shù)f ，而且還接受了一些變化來(lái)增加它。 后者則是接受一個(gè)概率P
其中是f的增量， k是Boltzman常數(shù)， T是一個(gè)控制參數(shù)，其中原數(shù)分析是眾所周知的"恒溫"制度 ，并且無(wú)視客觀功能參與。
在澆口位置優(yōu)化，實(shí)施這一算法的說(shuō)明圖（圖3），此算法的詳細(xì)情況如下：
（ 1 ） SA算法開(kāi)始是從最初的澆口位置，同一個(gè)指定值的"溫度"參數(shù)T （"溫度"計(jì)數(shù)器K最初定為零） 。 適當(dāng)控制參數(shù)（ 0 < c < 1 ）給出退火過(guò)程與馬爾可夫鏈N。
（ 2 ） SA算法在的旁邊生成一個(gè)新的澆口位置來(lái)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)
f（ x ）的值。
（ 3 ）新澆口位置由接受函數(shù)決定接受的概率
一個(gè)統(tǒng)一的隨機(jī)變量產(chǎn)生[ 0,1 ] ， 如果<， 接受，否則就拒絕。
（ 4 ） 這個(gè)過(guò)程重復(fù)是的迭代次數(shù)（ ），用這種序列審判澆口位置被稱為馬爾可夫鏈。
（ 5 ）因?yàn)闇p少的"溫度''，生成一個(gè)新的馬爾可夫鏈，（在先前的馬爾可夫鏈里，從最后接受的澆口位置生成），這一“溫度”減少的過(guò)程將一直持續(xù)直到酸算法結(jié)束。
應(yīng)用與探討
在一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用，在這一節(jié)討論質(zhì)量測(cè)量和優(yōu)化方法。 該部分是由一個(gè)制造商提供，如圖4所示。 在這一部分，平坦的基底表面上是最重要的輪廓精度要求。因此 ，翹曲變形特征在基底表面討論，其中參考平臺(tái)指定為水平面附于基底表面，縱方向指為預(yù)計(jì)參考方向。參數(shù)h是基底面對(duì)正常方向的最高偏轉(zhuǎn)即垂直方向，參數(shù)L是基底表面的預(yù)測(cè)長(zhǎng)度在縱向上的投影。
圖4 制造商提供的工業(yè)產(chǎn)品
該產(chǎn)品的材料是尼龍Zytel 101L（ 30 ％EGP，杜邦工程聚合物）。 在模擬算法中的成型條件列在表1 。 圖5顯示了有限元網(wǎng)格模型的一部分，是受制于數(shù)值模擬。 它有1469個(gè)節(jié)點(diǎn)和2492元素。 目標(biāo)函數(shù)，即特征翹曲，由方程（ 1 ），（ 3 ） ? （ 6 ）定義 。 其中h 是從"流量+流道分析序列中式（ 1 ）里的MPI所得 ，L在該工業(yè)產(chǎn)品中的測(cè)量值即L = 20.50毫米。
表1 在仿真中的成型條件
MPI的是注塑成型模擬使用最廣泛的軟件，它可以向您推薦在流動(dòng)平衡前提下的最佳澆口位置。 對(duì)于澆口位置設(shè)計(jì)，澆口位置分析是一個(gè)有效的工具，但除了實(shí)證方法。 對(duì)于這點(diǎn)，澆口選址分析，MPI認(rèn)為最佳澆口位置是接近節(jié)點(diǎn)N7459 ，如圖5所示。零件翹曲是模擬在此推薦澆口基礎(chǔ)上，因此，特征翹曲評(píng)定： ，這很有價(jià)值。 在實(shí)際制造中，零件翹曲是可見(jiàn)的在樣品工件上。 這是制造商不能接受的。
在基底表面的最大翹曲，是由不均勻取向分布的玻璃纖維造成的，圖6所示。圖6顯示，玻璃纖維取向的變化，從消極方向到積極方向進(jìn)行，因?yàn)檫@個(gè)澆口位置，尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變?cè)谶@個(gè)澆口附近。澆口位置造成的多樣化的纖維取向引起嚴(yán)重的差動(dòng)收縮。 因此，特征翹曲是和澆口的位置有關(guān)，必須優(yōu)化，以減少部分翹曲。
在本條中搜索討論優(yōu)化澆口位置，模擬退火， "模擬退火算法" ，是適用于這個(gè)的。 最高迭代次數(shù)選定為30至確保精密的優(yōu)化，而且進(jìn)行多次的隨機(jī)試驗(yàn)，讓每一次迭代中被評(píng)為10至跌幅的概率為無(wú)效迭代，使之沒(méi)有一個(gè)重復(fù)的方案。 N7379節(jié)點(diǎn)（圖5） ，是最佳澆口位置。 特征翹曲評(píng)定，從翹曲模擬結(jié)果函數(shù)f（X）= γ= 0.97 ％ ，可說(shuō)是少于MPI建議的澆口。 在實(shí)際制造中零件翹曲符合制造商的要求。 圖6b 表明，在模擬纖維取向。它是可見(jiàn)的最優(yōu)澆口位置，取決于玻璃纖維取向，因此，減少收縮差異在垂直方向沿縱向發(fā)展。因此，特征翹曲減少了。
結(jié)論
在這項(xiàng)調(diào)查中，特征翹曲是來(lái)描述注塑制品翹曲變形，在數(shù)值模擬軟件MPI的基礎(chǔ)上評(píng)定。 特征翹曲的評(píng)定是為單一澆口位置塑膠注塑模具，基于數(shù)值模擬結(jié)合模擬退火算法優(yōu)化。 工業(yè)產(chǎn)品作為一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明所提出的方法。 該方法取決于最佳澆口位置，產(chǎn)品是令制造商滿意的。 這個(gè)方法也適合于其它翹曲最小化的優(yōu)化問(wèn)題，例如優(yōu)化多澆口位置，流道系統(tǒng)的平衡，并選擇各向異性材料。
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Zhai，M ．，Lam ，L．C．，Au，C．K．，Liu，D．S．，2005b．Automated selection of gate 1ocation for plastic injection moulding processing．Polymer-Plastics Technology and Engineering44(2229—242．
Zhai，M ．，Lam ，L．C．，Au，C．K．，2006．Runner sizing and weld line positioning for plastics injection moulding with multiple gates．Engineering with Computers，2l(3)：2 1 8—224．[doi：1 O．1 007／s00366—005—0006—6].
15
任務(wù)書
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景：
塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活中的各方面得到廣泛應(yīng)用，
特別是在日常生活中更為突出。塑料制品的成型方法很多，其主要是用于
注射，擠出，壓制和氣壓成型等。而注射模擠出約占成型總數(shù)的60%以上。
注射成型分為加料，熔融塑料，注射制件冷卻和制件脫模等五個(gè)步驟。塑
料注射模主要用于熱塑料制品的成型，它是塑料制品生產(chǎn)中十分重要的工
藝裝置。注射模的機(jī)基本組成是：定模機(jī)構(gòu)，動(dòng)模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)，導(dǎo)向
推出裝置，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。因注射模成型的廣泛使用，正式我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求：
1.主要研究?jī)?nèi)容：
分析塑件的工藝性；選擇注射設(shè)備，選擇分型面，設(shè)計(jì)注射模成型零
件，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)。
2.主要任務(wù)及目標(biāo)：
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握注射模設(shè)計(jì)的基本步驟，熟悉塑料注射模的各個(gè)
組成部分的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)注射模具。
3.基本要求：
設(shè)計(jì)說(shuō)明書字?jǐn)?shù)不少于2萬(wàn)字；
工程繪圖量折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙不少于3.5張；
翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于5000字。
3.主要參考文獻(xiàn)：
1.《塑料成型模具與設(shè)備》夏江梅 機(jī)械工業(yè)出版社 2005；
2.《模具工程》 H.瑞斯 化學(xué)工業(yè)出版社 2005；
3.《實(shí)用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編，中國(guó)輕工業(yè)出版社；
4.《注射模具設(shè)計(jì)與制造使用技術(shù)》 王樹(shù)勛編，華南理工大學(xué)出版社；
4.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：
起 止 日 期
工 作 內(nèi) 容
備 注
第1周
第2周
第3周
第4周
第5周
第6周
第7周
第8周
第9周
第10周
第11周
第12周
第13周
第14周
第15周
第16周
查閱資料，對(duì)塑件的工藝性進(jìn)行分析；
選擇注射機(jī)，選分型面，確定模具的結(jié)構(gòu)形式；
成型零件設(shè)計(jì)；
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
模溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
模架尺寸確定；
查閱資料，翻譯英文資料；
繪零件圖；
繪零件圖；
畫裝配圖；
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿完成；
畢業(yè)論文定稿；
準(zhǔn)備答辯；
答辯。
教研室審查意見(jiàn)：
室主任
年 月 日
學(xué)院審查意見(jiàn)：
教學(xué)院長(zhǎng)
年 月 日
開(kāi)題報(bào)告
課題
名稱
水杯蓋注射模設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
自選
課題類型
工程設(shè)計(jì)類
選題的背景及意義
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)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(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
注塑成型是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的一種重要的加工方法 ,世界上注塑模的產(chǎn)量約占塑料成型模具總產(chǎn)量的 50 %以上 ,尤其是家電盒型注塑產(chǎn)品需求量不斷增加，注塑成型能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品 ,適合高效率、大批量的生產(chǎn)方式 ,以發(fā)展成為熱塑性塑料和部分熱固性塑料最主要的成型加工方法 ，注塑模具的設(shè)計(jì)與制造主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和技師的制造技藝 ,一般需要經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試和修模才能正式投入生產(chǎn) ,這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期延長(zhǎng) ,生產(chǎn)成本增加 ,而且難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，要解決這些問(wèn)題 ,必須以科學(xué)分析的方法 ,研究各個(gè)成型過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)，塑料注塑成型是一個(gè)復(fù)雜的加工與物理過(guò)程 ,為實(shí)現(xiàn)注塑產(chǎn)品的更新?lián)Q代 ,提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力 ,必須進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)與制造及成型過(guò)程分析的 CAD/ CAM/ CAE集成技術(shù)的研究國(guó)外注塑模 CAD/ CAM/ CAE 技術(shù)研究的成果有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:采用注塑模 CAD/ CAE/CAM 技術(shù)能使設(shè)計(jì)時(shí)間縮短 50 %,制造時(shí)間縮短 30 %,成本下降 10 %,塑料節(jié)省 7 % 注塑模計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)正朝著與 CAD/ CAE無(wú)縫整體集成化方向發(fā)展 ,注塑 CAD 所構(gòu)造的幾何模型為實(shí)現(xiàn)注塑模 CAE技術(shù)提供了基本的幾何拓?fù)湫畔⒑吞卣餍畔?,注塑模 CAE的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)塑料材料性能的研究和注射成型工藝過(guò)程的模擬和分析 ,為塑料制品的設(shè)計(jì)、材料選擇、模具設(shè)計(jì)、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過(guò)程的控制提供科學(xué)依據(jù) 。
水杯蓋是家用產(chǎn)品，在日常生活中使用普遍。采用注射成型的方法得到水杯蓋，這種方法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是：成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)各種塑料的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。
研究?jī)?nèi)容擬解決的主要問(wèn)題
1) 分析塑件的工藝性；
2) 選擇注射設(shè)備，選擇分型面；
3) 設(shè)計(jì)注射模成型零件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)；
4) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書的字?jǐn)?shù)不少于2萬(wàn)字；
5) 工程繪圖量折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙不少于3．5張；
6) 翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于5000字；
研究方法技術(shù)路線
1.研究的背景：
塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活中的各方面得到廣泛應(yīng)用，特別是在日常生活中更為突出。塑料制品的成型方法很多，其主要是用于注射，擠出，壓制，壓鑄和氣壓成型等和氣壓成型等。而注射模，擠出約占成型總數(shù)的60%以上。注射成型分為加料，熔融塑料，注射制件冷卻和制件脫模等五個(gè)步驟。塑料注射模主要用于熱塑料制品的成型，它是塑料制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。注射模的基本組成是：定模機(jī)構(gòu)，動(dòng)模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)，導(dǎo)向裝置，頂出機(jī)構(gòu)，型芯機(jī)構(gòu)，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。因注射模成型的廣泛使用，正是我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。
2.參考資料：
（1）陳志剛編的《塑料模具設(shè)計(jì)》，從書中了解塑料成型原理，塑料模具的設(shè)計(jì)和注射模具等的設(shè)計(jì)過(guò)程，知道此次設(shè)計(jì)的是什么，合理安排此次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度。
（2）史鐵梁編的《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編的《使用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》和H.瑞斯編的《模具工程》給予了我設(shè)計(jì)過(guò)程中要使用的數(shù)據(jù)資料。
（3）王樹(shù)勛編的《注射模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)》等書，我從中了解到模具材料，模具制造工藝等方面的知識(shí)。對(duì)模具的設(shè)計(jì)加工打下基礎(chǔ)。
（4）圖書館內(nèi)的電子數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的全國(guó)優(yōu)秀博碩論文資料，給予了我論文書寫的規(guī)范和參考。
3.研究方法：
使用PRO/ENGINEER軟件設(shè)計(jì)零件，并將設(shè)計(jì)完成的塑料制品調(diào)入到模具設(shè)計(jì)模塊當(dāng)中，再進(jìn)行注射塑料模具、型腔、型腔排布、型芯、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)，做出模具的三維實(shí)體圖，最后完成二維工程三視圖。
4.使用的軟件和工具：
PRO/ENGINEER AUTOCAD
5.塑料模塑成型的發(fā)展趨勢(shì):
(1)CAD/CAM/CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)也制造中的應(yīng)用
(2)大力發(fā)展快速原型制造
(3)研究和應(yīng)用模具的快速測(cè)量技術(shù)與逆向工程
(4)發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進(jìn)的熱處理和表面處理技術(shù)
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化的水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率
(6)模具的復(fù)雜化、精度化與大型化
(7)模具工業(yè)信息化。
研究的總體安排和進(jìn)度計(jì)劃
第1周：查閱資料，對(duì)塑件的工藝性進(jìn)行分析；
第2周：選擇注射機(jī)，選擇分型面，確定模具的結(jié)構(gòu)形式；
第3周：成型零件設(shè)計(jì)；
第4周：澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第5周：合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
第6周：模溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
第7周：推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
第8周：模架尺寸確定；
第9周：查閱資料，翻譯英文資料；
第10周；繪零件圖；
第11周；繪零件圖；
第12周：畫裝配圖；
第13周：畢業(yè)論文初稿完成；
第14周：畢業(yè)論文定稿；
第15周；準(zhǔn)備答辨；
第16周；答辯。
主要參考
文獻(xiàn)
1、《塑料成型模具與設(shè)備》 夏江梅 械工業(yè)出版社 2005；
2、《模具工程》 H. 瑞斯 化學(xué)工業(yè)出版社 2005；
3、《實(shí)用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編，中國(guó)輕工業(yè)出版社
4、《注射模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)》 王樹(shù)勛編，華南理工大學(xué)出版社
指導(dǎo)教師
意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見(jiàn)
學(xué)院意見(jiàn)
教研室主任簽名：
年 月 日
教學(xué)院長(zhǎng)簽名：
年 月 日
摘要
本論文主要是針對(duì)帶螺紋的飲水杯杯蓋的模具設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，最終設(shè)計(jì)出一副注射模。該論文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、分型面的選擇、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的分析。根據(jù)題目設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是水杯蓋注射模具的設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)一副注射模具來(lái)生產(chǎn)水杯蓋塑件產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)量。針對(duì)杯蓋的實(shí)際情況，杯蓋作為包裝容器大批量生產(chǎn)，宜采用一模多腔，其優(yōu)點(diǎn)在于大大降低了杯蓋的生成成本。通過(guò)模具設(shè)計(jì)表明該模具能達(dá)到水杯蓋的質(zhì)量和加工工藝要求。
關(guān)鍵詞 塑料注射模具；螺紋杯蓋；螺紋型芯
Abstract
This paper mainly aimed at a injection mould design for the thread cup lid,through the analysis of the plastic product , the injection mould was designed. This paper from the technology capability of the product mix, the structure of the mould embarks, the pouring system, the cooling system,the ejection mechanism,the parting surface’s selection,the guding mechanism has made the detailed analysis.According to the subject, the primary mission of this subjection is the injection mould design for the drinking cup lid. That also means we must to design a injection mould to produce the drinking cup lid to realize the automation and increase the output.Aiming at the actual situation of the cup lid ( it used as packing vessel and mass production),the mould uses multi-cavities suitably . Its merit lies in reducing the production cost of the cup lid greatly . Through this paper we can know that this mould can achieve the quality and processing technology requirement of the drinking cup lid .
Keywords plastic injection mould thread cup lid thread core
II
目 錄
1 緒論 1
1.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2 塑料模具的類型 2
1.3 塑料模具中新技術(shù)的應(yīng)用 3
1.4 我國(guó)塑料模具工業(yè)和今后的發(fā)展方向 4
2 塑件的工藝性分析及注射機(jī)的初步選定 5
2.1 塑件的功能設(shè)計(jì) 5
2.2 塑件材料的選擇 5
2.2.1 材料的化學(xué)物理特性 7
2.2.2 制品的注射工藝條件參數(shù) 7
2.3 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.3.1 塑件的結(jié)構(gòu) 8
2.3.2 脫模斜度 9
2.3.3 螺紋設(shè)計(jì) 9
2.4 塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量 9
2.4.1 塑件的尺寸精度 9
2.4.2 塑件的表面質(zhì)量 10
2.4.3 塑件的尺寸 10
3 分型面的選擇及型腔數(shù)目的確定 12
3.1 分型面的選擇原則 12
3.2 分型面的確定 13
3.3 型腔數(shù)目的確定 13
3.4 型腔的布局 13
4 成型零件尺寸的確定 15
4.1 凹模工作尺寸的計(jì)算 15
4.2 凸模工作尺寸的計(jì)算 15
4.3 螺紋型芯工作尺寸的計(jì)算 16
4.4 型腔壁厚和底板厚度計(jì)算 17
5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19
5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 19
5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)各部件設(shè)計(jì) 19
5.2.1 主流道的設(shè)計(jì) 19
5.2.2 主流道襯套（澆口套）的設(shè)計(jì) 20
5.2.3 分流道的設(shè)計(jì) 21
5.2.4 澆口的設(shè)計(jì) 21
5.2.5 冷料穴的設(shè)計(jì) 22
5.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23
6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
7.1 脫模機(jī)構(gòu)的分類及選用 25
7.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 25
7.3 脫模力的計(jì)算 26
7.4 模具傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26
7.4.1 軸及齒輪參數(shù)的確定 26
7.4.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速及軸承的選擇 27
8 注射機(jī)的校核 28
8.1 最大注射量的校核 28
8.2 注射壓力的校核 28
8.3 鎖模力的校核 28
8.4 開(kāi)模行程的校核 28
9 模溫冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30
9.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 30
9.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 30
9.3 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 31
9.4 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 31
9.4.1 冷卻時(shí)間的確定 31
9.4.2 模具熱量的計(jì)算 31
10 模架的選擇 35
10.1 模具的校核 35
10.1.1 模具外形尺寸的校核 35
10.1.2 模具厚度的校核 35
10.1.3 模具安裝尺寸的校核 35
10.2 模具運(yùn)動(dòng)過(guò)程 36
結(jié)論 37
致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
II
1 緒論
1.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
塑料是以樹(shù)脂為主要成分的高分子有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱高聚物。塑料其余成分包括增塑劑、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、固化劑、填料及其它配合劑。
塑料制件在工業(yè)中應(yīng)用日趨普遍，這是由于它的一系列特殊的優(yōu)點(diǎn)決定的。塑料密度小、質(zhì)量輕，大多數(shù)塑料的密度都1.0～1.4g/㎝3之間，相當(dāng)于鋼材密度的0.11和鋁材密度的0.5左右，所以有以“塑代鋼”的優(yōu)點(diǎn)。塑料比強(qiáng)度高；絕緣性能好，介電損耗低，是電子工業(yè)不可缺少的原材料；塑料的化學(xué)穩(wěn)定性高，對(duì)酸、堿和許多化學(xué)藥品都有很好的耐腐蝕能力；塑料還有很好的減摩、耐磨及減震、隔音性能也較好。因此，塑料躋身于金屬、纖維材料和硅酸鹽三大傳統(tǒng)材料之列，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，塑料制件已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
塑料工業(yè)的發(fā)展階段大致分為一下及個(gè)階段：
1.初創(chuàng)階段30年代以前，科學(xué)家研制分醛、硝酸纖維和聚酰胺等熱塑料，他 們的工業(yè)化特征是采用間歇法、小批量生產(chǎn)。
2.發(fā)展階段30年代，低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工業(yè)化生產(chǎn)，奠定了塑料工業(yè)的基礎(chǔ)，為其進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了道路。
3.飛躍階段 50年代中期到60年代末，塑料的產(chǎn)量和數(shù)量不斷增加，成型技術(shù)更趨于完善。
4. 穩(wěn)定增長(zhǎng)階段 70年代以來(lái)，通過(guò)共聚、交聯(lián)、共混、復(fù)合、增強(qiáng)、填充和發(fā)泡等方法來(lái)改進(jìn)塑料性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，生產(chǎn)技術(shù)更趨合理。塑料工業(yè)向著自動(dòng)化、連續(xù)化、產(chǎn)品系列化，以及不斷拓寬功能性和塑料的新領(lǐng)域發(fā)展。
我國(guó)塑料工業(yè)經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，塑料制品的總產(chǎn)量已躍居世界第二，塑料用原、輔材料的生產(chǎn)、塑料加工裝備與技術(shù)的整體水平、塑料制品的研制開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的深度和廣度，也都步入世界先進(jìn)大國(guó)行列。
建國(guó)前夕，我國(guó)只有上海、廣州、武漢、重慶等一些大城市有作坊式的塑料制品加工廠，生產(chǎn)酚醛和賽璐珞等塑料制品，1949年全國(guó)總產(chǎn)量?jī)H為200余噸。1958年新中國(guó)第一套聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)裝置在錦西化工廠建成，標(biāo)志著我國(guó)塑料工業(yè)步入快速發(fā)展時(shí)期。1988年國(guó)內(nèi)塑料制品產(chǎn)量為354．2萬(wàn)噸，1996年達(dá)1534萬(wàn)噸，2000年已接近2000萬(wàn)噸，在世界各國(guó)塑料制品產(chǎn)量排名中穩(wěn)居第二位。
近幾年來(lái)，我國(guó)塑料制品總產(chǎn)量始終保持在1500萬(wàn)噸以上，按1997年價(jià)格計(jì)算，其總產(chǎn)值為1488億元，工業(yè)銷售產(chǎn)值為1405億元。1997年國(guó)內(nèi)塑料制品加工企業(yè)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上獨(dú)立核算企業(yè)）為19427個(gè)，其中薄膜制造企業(yè)2108個(gè)，板、管、棒等制品企業(yè)2349個(gè)，絲、繩及編織制品企業(yè)2108個(gè)，泡沫塑料及人造革、合成革制品制造企業(yè)1750個(gè)，包裝箱及容器制品制造企業(yè)1346個(gè)，日用塑料制品制造企業(yè)1570個(gè)。?
此外還有為數(shù)眾多的私營(yíng)和個(gè)體企業(yè)。全國(guó)上述企業(yè)的總加工能力已經(jīng)超過(guò)2000萬(wàn)噸。這說(shuō)明無(wú)論從塑料制品總量上看，還是從行業(yè)規(guī)模上看，中國(guó)都已步入世界塑料制品生產(chǎn)大國(guó)的行列。
1.2 塑料模具的類型
塑料最常見(jiàn)的成型方法一般分為熔體成型和固相成型兩大類：熔體成型是把塑料回?zé)嶂寥埸c(diǎn)以上，使之處于熔融態(tài)進(jìn)行成型加工的方式，屬于此種成型方法的模塑工藝主要有注射成型、壓塑（縮）成型、擠出成型等；固相成型是指塑料在熔融溫度以下保持固態(tài)下的一類成型方法，如一些塑料包裝容器生產(chǎn)的真空成型，壓縮空氣成型和吹塑成型等。此外還有液態(tài)成型方式，如鑄塑成型、搪塑和蘸浸成型法等。
按照上述成型方法的不同，可以劃分出對(duì)應(yīng)不同工藝要求的塑料加工模具類型，主要有注射成型模具、擠出成型模具、吸塑成型模具、高發(fā)泡聚苯乙烯成型模具等。
1. 塑料注射（塑）模具：它主要是熱塑性塑料件產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍的一種成型模具，塑料注射成型模具對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備是塑料注射模具對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備是塑料注射成型機(jī)，塑料首先在注射機(jī)底加熱料筒內(nèi)受熱熔融，然后在注射機(jī)的螺桿或柱塞推動(dòng)下，經(jīng)注射機(jī)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入?模具型腔，塑料冷卻硬化成型，脫模得到制品。其結(jié)構(gòu)通常由成型部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機(jī)構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支撐部件等部分組成。制造材料通常采用塑料模具鋼模塊，常用的材質(zhì)主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼，高速鋼等。注射成型加工方式通常只適用于熱塑料品的制品生產(chǎn)，用注射成型工藝生產(chǎn)的塑料制品十分廣泛，從生活日用品到各類復(fù)雜的機(jī)械，電器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種加工方法。
2. 塑料壓塑模具：包括壓縮成型和壓注成型兩種結(jié)構(gòu)模具類型。它們是主要用來(lái)成型熱固性塑料的一類模具，其所對(duì)應(yīng)的設(shè)備是壓力成型機(jī)。壓縮成型方法根據(jù)塑料特性，將模具加熱至成型溫度（一般在103°—108°），然后將計(jì)量好的壓塑粉放入模具型腔和加料室，閉合模具，塑料在高熱，高壓作用下呈軟化粘流，經(jīng)一定時(shí)間后固化定型，成為所需制品形狀。壓注成型與壓縮成型不同的是沒(méi)有單獨(dú)的加料室，成型前模具先閉合，塑料在加料室內(nèi)完成預(yù)熱呈粘流態(tài)，在壓力作用下調(diào)整擠入模具型腔，硬化成型。壓縮模具也用來(lái)成型某些特殊的熱塑性塑料如難以熔融的熱塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷壓成型），光學(xué)性能很高的樹(shù)脂鏡片，輕微發(fā)泡的硝酸纖維素汽車方向盤等。壓塑模具主要由型腔、加料腔、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出部件、加熱系統(tǒng)等組成。壓注模具廣泛用于封裝電器元件方面。壓塑模具制造所用材質(zhì)與注射模具基本相同。
3. 塑料擠出模具：是用來(lái)成型生產(chǎn)連續(xù)形狀的塑料產(chǎn)品的一類模具，又叫擠出成型機(jī)頭，廣泛用于管材、棒材、單絲、板材、薄膜、電線電纜包覆層、異型材等的加工。與其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備是塑料擠出機(jī)，其原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機(jī)的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓條件下熔融，塑化，通過(guò)特定形狀的口模而制成截面與口模形狀相同的連續(xù)塑料制品。其制造材料主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金工具等，有些擠出模具在需要耐磨的部件上還會(huì)鑲嵌金剛石等耐磨材料。擠出中工工藝通常只適用熱塑性塑料品制品的生產(chǎn)，其在結(jié)構(gòu)上與注塑模具和壓塑模具有明顯區(qū)別。
4. 塑料吹塑模具：是用來(lái)成型塑料容器類中空制品（如飲料瓶、日化用品等各種包裝容器）的一種模具，吹塑成型的形式按工藝原理主要有擠出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工藝原理主要有擠出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗稱“注拉吹”），多層吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所對(duì)應(yīng)的設(shè)備通常稱為塑料吹塑成型機(jī)，吹塑成型只適用于熱塑料品種制品的生產(chǎn)。吹塑模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所用材料多以碳素多則制造。
5. 塑料吸塑模具：是以塑料板、片材為原料成型某些較簡(jiǎn)單塑料制品的一種模具，其原理是利用抽真空盛開(kāi)方法或壓縮空氣成型方法使固定在凹?；蛲鼓Ｉ系乃芰习?、片，在加熱軟化的情況下變形而貼在模具的型腔上得到所需成型產(chǎn)品，主要用于一些日用品、食品、玩具類包裝制品生產(chǎn)方面。吸塑模具因成型時(shí)壓力較低，所以模具材料多選用鑄鋁或非金屬材料制造，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
6. 高發(fā)泡聚苯乙烯成型模具：是應(yīng)用可發(fā)性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和發(fā)泡劑組成的珠狀料）原料來(lái)成型各種所需形狀的泡沫塑料包裝材料的一種模具。其原理是可發(fā)聚苯乙烯在模具內(nèi)能入蒸汽成型，包括簡(jiǎn)易手工操作模具和液壓機(jī)直通式泡沫塑料模具兩種類型，主要用來(lái)生產(chǎn)工業(yè)品方面的包裝產(chǎn)品。制造此種模具的材料有鑄鋁、不銹鋼、青銅等。
1.3 塑料模具中新技術(shù)的應(yīng)用
在注塑產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，模具的設(shè)計(jì)和制造決定了塑料件的最終質(zhì)量和成本。Pro/ENGINEER的特點(diǎn)以及在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為高質(zhì)量模具的設(shè)計(jì)和制造提供了一條途徑。
Pro/ENGINEER是美國(guó)PTC公司出品的CAD/CAM軟件，它以參數(shù)化設(shè)計(jì)的觀念聞名于世，為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)了巨大的便利。Pro/ENGINEER提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)具有3D實(shí)體造型、單一資料庫(kù)以及以特征為設(shè)計(jì)單位等特點(diǎn)，因此通過(guò)使用它設(shè)計(jì)者可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、重量和慣性矩等數(shù)據(jù)，并且不論在3D或2D圖形上作尺寸修改，其相關(guān)的2D或3D實(shí)體模型及裝配、制造等也自動(dòng)修改。由于Pro/ENGINEER在設(shè)計(jì)中導(dǎo)入了制造的概念，設(shè)計(jì)人員可隨時(shí)對(duì)特征作合理、不違反幾何的順序調(diào)整、插入、刪除和重新定義等修正操作。
將并行工程技術(shù)引入Pro/ENGINEER的模具設(shè)計(jì)中，可以由傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造工藝路線（即模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→模具型腔、型芯二維設(shè)計(jì)→工藝準(zhǔn)備→模具型腔、型芯三維造型→數(shù)控加工指令編程→數(shù)控加工），改變?yōu)橛刹煌墓こ處熗瑫r(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備的并行路線，不但提高了模具的制造精度，而且能縮短設(shè)計(jì)、數(shù)控編程時(shí)間達(dá)40%以上。設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行產(chǎn)品三維零件設(shè)計(jì)時(shí)就考慮模具的成型工藝和影響模具壽命的因素，并進(jìn)行校對(duì)、檢查，預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的錯(cuò)誤。在初步確立產(chǎn)品的三維模型后，設(shè)計(jì)、制造及輔助分析部門的多位工程師可同時(shí)進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)、模具性能輔助分析及數(shù)控機(jī)床加工指令的編程等工作，而且每一個(gè)工程師對(duì)產(chǎn)品所做的修改可自動(dòng)反映到其他工程師那里，大大縮短了設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的時(shí)間。
1.4 我國(guó)塑料模具工業(yè)和今后的發(fā)展方向
1. 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。
2. 在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來(lái)模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過(guò)程的3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
3. 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開(kāi)發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。
4. 開(kāi)發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
5. 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國(guó)外差距甚大，在一定程度上制約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格品種。
6. 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
7. 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
2 塑件的工藝性分析及注射機(jī)的初步選定
2.1 塑件的功能設(shè)計(jì)
功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo)。該塑件是日用品,承受外力的幾率不大,如沖擊載荷,振動(dòng),摩擦等情況比較少；塑件的工作溫度是熱水的溫度,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度有一定的要求；作為一種日用品,生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn),這樣,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命,在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素；此外,塑料都會(huì)老化,還要考慮到材料的光氧化等問(wèn)題。
2.2 塑件材料的選擇
通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù)。對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō),要考慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等。模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無(wú)幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是兩種材料的性能和成型特性比較：
表2-1 PA66的描述
表2-2 PA66的技術(shù)數(shù)據(jù)
續(xù)表2-2
表2-3 PP的描述
表2-4 PP的技術(shù)數(shù)據(jù)
表2—5 PA66與PP的價(jià)格比
從上述資料顯示，我們可以看出PA66不論是在性能還是在價(jià)格上都比PP合適，所以我選擇PA66。
2.2.1 材料的化學(xué)物理特性
PA66在聚酰胺材料中有較高的熔點(diǎn)。它是一種半晶體-晶體材料。PA66在較高溫度也能保持較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度。PA66在成型后仍然具有吸濕性，其程度主要取決于材料的組成、壁厚以及環(huán)境條件。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮吸濕性對(duì)幾何穩(wěn)定性的影響。為了提高PA66的機(jī)械特性，經(jīng)常加入各種各樣的改性劑。玻璃就是最常見(jiàn)的添加劑，有時(shí)為了提高抗沖擊性還加入合成橡膠，如EPDM和SBR等。PA66的粘性較低，因此流動(dòng)性很好（但不如PA6）。這個(gè)性質(zhì)可以用來(lái)加工很薄的元件。它的粘度對(duì)溫度變化很敏感。PA66的收縮率在1%～2%之間，加入玻璃纖維添加劑可以將收縮率降低到0.2%～1% 。收縮率在流程方向和與流程方向相垂直方向上的相異是較大的。PA66對(duì)許多溶劑具有抗溶性，但對(duì)酸和其它一些氯化劑的抵抗力較弱。
2.2.2 制品的注射工藝條件參數(shù)
干燥處理：如果加工前材料是密封的，那么就沒(méi)有必要干燥。然而，如果儲(chǔ)存容器被打開(kāi)，那么建議在85℃的熱空氣中干燥處理。如果濕度大于0.2%，還需要進(jìn)行105℃，12小時(shí)的真空干燥。
熔化溫度：260～290℃。對(duì)玻璃添加劑的產(chǎn)品為275～280℃。熔化溫度應(yīng)避免高于300℃。
模具溫度：60℃。模具溫度將影響結(jié)晶度，而結(jié)晶度將影響產(chǎn)品的物理特性。對(duì)于薄壁塑件，如果使用低于40℃的模具溫度，則塑件的結(jié)晶度將隨著時(shí)間而變化，為了保持塑件的幾何穩(wěn)定性，需要進(jìn)行退火處理。
注射壓力： 100MPa. 注射時(shí)間：1.5s .
注射速度：高速（對(duì)于增強(qiáng)型材料應(yīng)稍低一些）。
保壓力：50MPa. 保壓時(shí)間：20s.
冷卻時(shí)間：20s. 成型周期：50s.
流道和澆口: 由于PA66的凝固時(shí)間很短，因此澆口的位置非常重要。澆口孔徑不要小于0.5×t（這里t為塑件厚度）。如果使用熱流道，澆口尺寸應(yīng)比使用常規(guī)流道小一些，因?yàn)闊崃鞯滥軌驇椭柚共牧线^(guò)早凝固。如果用潛入式澆口，澆口的最小直徑應(yīng)當(dāng)是0.75mm。
2.3 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足使用要求，并有好的結(jié)構(gòu)工藝性——塑件在滿足使用要求的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能符合成形工藝要求，從而簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。在塑料生產(chǎn)過(guò)程中,一方面成型會(huì)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu),形狀,尺寸精度等諸方面提出要求,以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度,保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品；另一方面,者通過(guò)對(duì)給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn),為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。
2.3.1 塑件的結(jié)構(gòu)
圖2—1 塑件的二維圖
上圖2—1顯示，杯蓋主體呈梅花狀，均布有12個(gè)防滑槽，最大外徑為Φ64mm，厚2.0mm（由表2—4選出），總高20mm，蓋內(nèi)有螺牙為半圓形的螺紋，高4mm，與杯子內(nèi)徑嚴(yán)密配合防止漏水。以下是塑件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)：
體積 = 1.1289e+04 立方毫米≈11.29立方厘米
曲面面積 = 1.39940e+04 平方毫米
密度 = 1.3克/ 立方厘米
質(zhì)量 = 14.676克≈15克
表2-4 熱塑性塑件的最小壁厚及常用壁厚推薦值
2.3.2 脫模斜度
由于塑件成型時(shí)冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮,使其緊箍在凸模或型芯上,為了便于脫模,防止因脫模力過(guò)大而拉壞塑件或使其表面受損,與脫模方向平行的塑件內(nèi),外表面都應(yīng)具有合理的斜度。脫模斜度的大小主要取決于塑件的收縮率,塑件的形狀、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知PA66的脫模斜度：內(nèi)表面為25′～40′，外表面為20′～40′。
脫模斜度的選擇原則:
1. 當(dāng)塑件有特殊要求或精度要求較高時(shí)，應(yīng)選取小的脫模斜度。
2. 高度不大的塑件也可以不要脫模斜度。
3. 收縮率大的塑件應(yīng)取大的脫模斜度。
4. 塑件形狀復(fù)雜、不易脫模的，應(yīng)取大的脫模斜度。
5. 塑件上的凸起或加強(qiáng)筋單邊應(yīng)有40～50的斜度。
6. 側(cè)壁帶皮革花紋的應(yīng)有40～60。
而該塑件不高且外壁精度要求高，所以脫模斜度應(yīng)選小斜度。PA66的流動(dòng)性很好，又加了10%玻璃纖維有利于脫模，所以綜上所述，塑件不設(shè)脫模斜度，這樣有利于尺寸精度的保證。
2.3.3 螺紋設(shè)計(jì)
螺紋成形方法有模具直接成形、機(jī)械加工成形。
塑料螺紋的設(shè)計(jì)原則：直徑不宜太小，外徑不小于4mm，內(nèi)徑不小于2mm；塑件螺紋與金屬螺紋配合長(zhǎng)度不超過(guò)螺紋直徑的1.5～2倍；螺紋最外圈和最里圈留有臺(tái)階，防止螺紋崩裂變形。
該塑件的內(nèi)徑為Φ60mm，所以我們這設(shè)計(jì)成普通三角螺紋。
塑件上其它的特征還有如孔，加強(qiáng)肋，嵌件，鉸鏈，文字和花紋等，各個(gè)特征都有其設(shè)計(jì)原則和特殊功能，因?yàn)樵撍芗](méi)有涉及，所以就不一一介紹。
2.4 塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量
2.4.1 塑件的尺寸精度
尺寸精度指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸的符合程度，即所獲得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。在滿足用要求的前提下，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)得低一些。
塑件尺寸公差根據(jù)GB/T14486《工程塑料模塑塑料件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)》確定，塑件尺寸公差的代號(hào)為MT，公差等級(jí)分7級(jí)。塑件上孔的公差采用單向正偏差，塑件上軸的公差采用單向負(fù)偏差，中心距及其他位置尺寸公差采用雙向等值偏差。根據(jù)精度等級(jí)選用表，PA66的高精度為4級(jí)，一般精度為5級(jí)。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在50～65范圍內(nèi)，取MT4級(jí)的公差數(shù)值為0.20 mm，MT5級(jí)的公差數(shù)值為0.30 mm。
2.4.2 塑件的表面質(zhì)量
（1）塑件表面粗糙度
塑件表面粗糙度參照GB/T14234《塑料件表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)——不同加工方法和不同材料所能達(dá)到的表面粗糙度》選取，決定因素于模具成形零件的表面粗糙度，塑件的表面粗糙度一般為1.6～0.2m ，而模具的表面粗糙度數(shù)值要比塑件低1～2級(jí)。該塑件要求對(duì)型腔拋光，所以對(duì)粗糙度的要求比較高，查表得PA66拋光后順紋路方向的表面粗糙度為0.02m，垂直紋路方向的表面粗糙度為0.26m。
（2）塑件表觀質(zhì)量
塑件表觀質(zhì)量指塑件成形后的表觀缺陷狀態(tài)，如缺料、溢料、飛邊、凹陷、氣孔、
熔接痕、皺紋、翹曲與收縮、尺寸不穩(wěn)定等。表觀缺陷由塑件成形工藝條件、塑件成形原材料選擇、模具總體設(shè)計(jì)等多種因素造成的。
2.4.3 塑件的尺寸
塑件尺寸如下：
mm ，mm，mm，mm，，高mm，精度等級(jí)5級(jí)，周邊圓弧半徑R=mm。
塑件的材料為PA66，故查表可得最小收縮率為，最大收縮率為，平均收縮率為。
2.5 注射機(jī)的選擇
注射模是安裝在注射機(jī)上的，因此在設(shè)計(jì)注射模具時(shí)應(yīng)該對(duì)注射機(jī)有關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行必要的了解，以便設(shè)計(jì)出符合要求的模具，同時(shí)選定合適的注射機(jī)型號(hào)。
選用注射機(jī)時(shí)，通常是以某塑件（或模具）實(shí)際需要的注射量初選某一公稱注射量的注射機(jī)型號(hào)，然后依次對(duì)該機(jī)型的公稱注射壓力、公稱鎖模力、模板行程以及模具安裝部分的尺寸一一進(jìn)行校核。由PRO/E模分析得（材料密度取ρ=1.3），m=35g，故 ，流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù),根據(jù)手冊(cè)取0.5V(0.5M)來(lái)估算,塑件越大則比例可以取的越小)；我們選擇HTF60W2-II型（表2—5）的注射成型機(jī)，此型號(hào)表示液壓注射成型機(jī)，其公稱注射量為,符合要求。
表2—5 注射機(jī)參數(shù)
3 分型面的選擇及型腔數(shù)目的確定
分型面是指分開(kāi)模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以與合模方向平行或傾斜，我們?cè)谶@里選用與合模方向垂直。
3.1 分型面的選擇原則
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：
a)保證塑料制品能夠脫模
這是一個(gè)首要原則，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據(jù)這個(gè)原則，分型面應(yīng)首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個(gè)平面上，而且此平面與開(kāi)模方向垂直。分型的整個(gè)廓形應(yīng)呈縮小趨勢(shì)，不應(yīng)有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。
b)使型腔深度最淺
模具型腔深度的大小對(duì)模具結(jié)構(gòu)與制造有如下三方面的影響：
1)目前模具型腔的加工多采用電火花成型加工，型腔越深加工時(shí)間越長(zhǎng)，影響模具生產(chǎn)周期，同時(shí)增加生產(chǎn)成本。
2)模具型腔深度影響著模具的厚度。型腔越深，動(dòng)、定模越厚。一方面加工比較困難；另一方面各種注射機(jī)對(duì)模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜過(guò)大。
3)型腔深度越深，在相同起模斜度時(shí)，同一尺寸上下兩端實(shí)際尺寸差值越大。若要控制規(guī)定的尺寸公差，就要減小脫模斜度，而導(dǎo)致塑件脫模困難。因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)盡可能使型腔深度最淺。
c)使塑件外形美觀，容易清理 。
盡管塑料模具配合非常精密，但塑件脫模后，在分型面的位置都會(huì)留有一圈毛邊，我們稱之為飛邊。即使這些毛邊脫模后立即割除，但仍會(huì)在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故分型面應(yīng)避免設(shè)在塑件光滑表面上。
d)盡量避免側(cè)向抽芯。塑料注射模具，應(yīng)盡可能避免采用側(cè)向抽芯，因?yàn)閭?cè)向抽芯模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時(shí)耗財(cái)，制造成本顯著增加，故在萬(wàn)不得己的情況下才能使用。
e)使分型面容易加工。分型面精度是整個(gè)模具精度的重要部分，力求平面度和動(dòng)、定模配合面的平行度在公差范圍內(nèi)。因此，分型面應(yīng)是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現(xiàn)象。
f)有利于排氣。對(duì)中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時(shí)應(yīng)有利于排氣。按此原則，分型面應(yīng)設(shè)在注射時(shí)熔融塑料最后到達(dá)的位置，而且不把型腔封閉。
3.2 分型面的確定
該塑件的結(jié)構(gòu)如圖2—1，2—2所示，在零件的外表面有梅花狀的曲面，內(nèi)表面有螺紋，如果采用中間分型的話，會(huì)在塑件的外表面留下飛邊，影響塑件的美觀。在保有塑件精度的情況下有兩中方案：a.分型面為上表面，模具采用強(qiáng)制脫模機(jī)構(gòu)；b.分型面為塑件的下面，模具采用自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)。方案a采用強(qiáng)制脫模，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但是塑件內(nèi)螺紋和塑件的質(zhì)量會(huì)受到影響；方案b采用自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)可以大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，而且質(zhì)量可以保證?，F(xiàn)在是競(jìng)爭(zhēng)社會(huì)，講求效率和質(zhì)量，方案b更適合。
3.3 型腔數(shù)目的確定
為了使模具與注射機(jī)的生產(chǎn)能力的匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑件體精度，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定型腔數(shù)目，常用的方法有四種：a）根據(jù)經(jīng)濟(jì)性能確定型腔數(shù)目；b）根據(jù)注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目；c）根據(jù)注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目；d）根據(jù)制品精度確定型腔數(shù)目。我們這里選用c），其計(jì)算過(guò)程如下：
n2=(G-C)/V 式（3.1）
式中：G——注射機(jī)的公稱注射量（cm3）；
V——單個(gè)制品的體積（cm3）；
C——澆道和澆口的總體積（cm3）；
生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量G的（0.75－0.45）倍，現(xiàn)取0.6G進(jìn)行計(jì)算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.2－1）倍，現(xiàn)取C＝0.5V進(jìn)行計(jì)算。
n2=
大多數(shù)小型件常用多型腔注射模，而高精度塑件的型腔數(shù)原則上不超過(guò)4個(gè)，由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間的緊張，為了方便設(shè)計(jì)的計(jì)算，采用一模兩腔。
3.4 型腔的布局
多型腔在模板上排列形式通常有圓形、H形、直線形及復(fù)合形等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
①盡可能采用平衡式排列，確保制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。
②型腔布置與澆口開(kāi)設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
③盡量使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸。
考慮到模具成型零件和型芯結(jié)構(gòu)以及脫模方式的設(shè)計(jì)，模具的型腔排列方式如下圖所示：
圖3—1 型腔的排列
4 成型零件尺寸的確定
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。成型零件工作尺寸計(jì)算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進(jìn)行計(jì)算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進(jìn)行計(jì)算；前一種方法簡(jiǎn)便，但不適合精密塑件的模具設(shè)計(jì)，后一種復(fù)雜，但能較好的保證尺寸精度。本設(shè)計(jì)采用平均值法。
4.1 凹模工作尺寸的計(jì)算
凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過(guò)程中凹模的磨損會(huì)使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。
1．凹模徑向尺寸的計(jì)算：
式（4.1）
=(64+64×0.006-0.75×0.30)
= 64.12mm
式中， ——型腔基本尺寸（mm）；
——塑件基本尺寸（mm）；
——塑件總公差(mm)；
——制造公差（mm）；一般為～，這里取，“Δ”前的系數(shù)（此處為3/4）可隨制品的精度和尺寸變化，一般在0.5～0.8之間，制品偏差大則取小值，偏差小則取大值。
2. 凹模深度的計(jì)算：
式（4.2）
= (20+20×0.006-0.67×0.24)
=19.96mm
式中，——型腔深度（mm）；
——塑件總高度（mm）；
4.2 凸模工作尺寸的計(jì)算
凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過(guò)程中凸摸的磨損會(huì)使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
1.凸模徑向尺寸的計(jì)算：
式（4.3）
= （60+60×0.006-0.75×0.30）
= 60.13mm
式中，——型芯尺寸（mm）；
——塑件尺寸（mm）；
2.凸模高度計(jì)算：
式（4.4）
=（18+18C0.006+0.67×0.24）
=18.27mm
式中，——型芯高度（mm）；
——塑件內(nèi)腔的高度（mm）；
4.3 螺紋型芯工作尺寸的計(jì)算
1.螺紋大徑的計(jì)算：
式（4.5）
= (60+60×0.006+0.20)
= 60.56mm
式中，——螺紋型芯大徑（mm）；
——塑件內(nèi)螺紋大徑（mm）；
——塑件內(nèi)螺紋中徑公差（mm），查螺紋公差標(biāo)準(zhǔn)GB197-81得=0.20mm；
——查《塑料模具設(shè)計(jì)》得=0.06mm
2.螺紋中徑的計(jì)算：
式（4.6）
= （57.402+57.402×0.006+0.75×0.20）
= 57.89mm
式中，——型芯中徑（mm）；
——塑件內(nèi)螺紋中徑（mm）；
——查《塑料模具設(shè)計(jì)》得=0.05mm；
3.螺紋小徑的計(jì)算：
式（4.7）
= （55.670+55.670×0.006+0.20）
= 56.20mm
式中，——型芯小徑（mm）；
——塑件內(nèi)螺紋小徑（mm）；
4.螺紋高度的計(jì)算:
式（4.8）
=（10+10×0.006+0.67×0.18）
=10.18mm
式中，——型芯螺紋高度（mm）；
——塑件內(nèi)螺紋高度（mm）；
5.螺距的計(jì)算：
式（4.9）
= （4+4×0.006）
= 4.020.02mm
式中，——型芯螺距（mm）；
——塑件螺距（mm）；
——查《塑料模具設(shè)計(jì)》得=0.04mm；
4.4 型腔壁厚和底板厚度計(jì)算
在注射成型過(guò)程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底板的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料本身的許用應(yīng)力時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開(kāi)裂。與此同時(shí)，若剛度不足將導(dǎo)致過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對(duì)型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算.
整體式矩形型腔形狀如圖4-1所顯：
圖4-1 整體式矩形型腔
（1） 整體式矩形型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算。任一側(cè)壁均可視為三邊固定、一邊自由的矩形板，其最大擾曲變形發(fā)生在自由邊的中點(diǎn)。
式（4.10）
≈34.5mm ≈35mm
式中，S——型腔側(cè)壁厚度（mm）；
a——型腔側(cè)壁受壓高度（mm）；
L——型腔長(zhǎng)邊長(zhǎng)度（mm）；
P——型腔壓力（）；取30MPa
E——模具材料彈性模量（）；查表取0.85(GP)；
——任一自由邊中點(diǎn)的允許變形量，由塑件寬度公差根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定為0.0961；
根據(jù)塑件尺寸和模架標(biāo)準(zhǔn)取： L=250mm； a=30mm.
(2)整體式矩形型腔底板厚度的計(jì)算。由兩端平行支架支撐的整體式矩形型腔的底板，可視為受均勻載荷四周固定的矩形板，底板的長(zhǎng)邊喝短邊分別用L和b,其最大撓曲變形發(fā)生在板的中心。
式（4.11）
≈29.59 mm≈30mm
式中，h——整體式矩形底板厚度；
P——型腔壓力（）；
b——矩形板受力短邊長(zhǎng)度（mm）；
L——矩形板受力長(zhǎng)邊長(zhǎng)度（mm）；
——允許變形量，塑件高度公差決定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算出；
——由L/b之值決定的常數(shù)，可由近似公式計(jì)算；
≈0.0294
5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開(kāi)始到型腔為止所流經(jīng)的通道。它的作用是將熔體平穩(wěn)地引入型腔，并在填充和固化定型過(guò)程中，將型腔內(nèi)氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。因此，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的真確與否直接關(guān)系到注射成型的效率和塑件質(zhì)量。澆注系統(tǒng)一般可分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類，我們?cè)谶@里選用普通澆注系統(tǒng)，它由主流道、分流道、澆口及冷料穴四部分組成。
5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接影響注射成型的效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循以下基本原則：
1.必須了解塑料的工藝特性 每一種塑料都有其適應(yīng)的溫度及剪切速率，設(shè)計(jì)時(shí)了解了便于考慮澆注系統(tǒng)尺寸對(duì)熔體流動(dòng)的影響。一般情況都不希望澆注系統(tǒng)太長(zhǎng)和太粗。
2.排氣良好 澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利地引導(dǎo)熔體充滿型腔，料流快而不紊，并能把型腔內(nèi)的氣體順利排出。
3.防止型芯和塑件變形 高速熔融塑料進(jìn)入型腔時(shí)，要盡量避免料流直接沖擊型芯或嵌件，否則會(huì)使注射壓力消耗大或使型芯或嵌件變形。
4.減少熔體流程及塑料耗量 在滿足成型和排氣良好的前提下，塑料熔體應(yīng)以最短的流程充滿型腔，這樣可以縮短成型周期，提高成型效果，減少塑料用量。
5.修整方便，并保證塑件的外觀質(zhì)量 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要綜合考慮塑件大小、形狀及技術(shù)要求等問(wèn)題，做到去除修整澆口方便，同時(shí)不影響塑件的外觀和使用。
6.要求熱量及壓力損失最小 熔融塑料進(jìn)入澆注系統(tǒng)時(shí)，要求其熱量及壓力損失最小，防止溫度和壓力降低過(guò)多而引起填充不滿等缺陷。
5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)各部件設(shè)計(jì)
5.2.1 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開(kāi)模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來(lái)，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。主流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
（1）為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，因PA66的流動(dòng)性較好，故其錐度取，過(guò)大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8。
（2）在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，否則會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過(guò)多影響注射成形。
（4）為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～4mm。在此模具中取r2=11～12mm。
（5）由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長(zhǎng)度H=5～10mm。
根據(jù)網(wǎng)上廠家資料查得HTF60W2-II型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝10mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應(yīng)稍大于注射噴嘴直徑d?！?
D＝d+(0.5－1)mm=φ3+1＝φ4mm
主流道的半錐角α通常為10－20過(guò)大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣，過(guò)小的錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過(guò)大，此處的錐角選用1.50。經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝φ8mm,為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑ｒ＝5mm的圓弧過(guò)渡。主流道的長(zhǎng)度L一般控制在60mm之內(nèi)，可取L＝30mm。
5.2.2 主流道襯套（澆口套）的設(shè)計(jì)
由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開(kāi)在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。對(duì)小型模具可將主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成整體式。但在大多數(shù)情況下是將主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合固定在模板上。主流道襯套與定模座板采用H7/m6過(guò)渡配合，與定位圈的配合采用間隙配合。主流道襯套一般選用T8、T10制造，熱處理強(qiáng)度為52～56HRC。圖5-1所示為一般主流道襯套的形式：
圖5-1 主流道襯套
表5-1 澆口套的直徑，配合公差
根據(jù)兩型腔中心距和塑件壁厚我們選擇d=φ26mm,D=φ36mm,D1=D+8=φ44mm.
5.2.3 分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。多型腔模具必定設(shè)計(jì)分流道，分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
①分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時(shí)減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。
②分流道的截面形狀：通常分流道的斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六角形等。為了減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，提高效率，我們這里就選用圓形分流道，如圖5-2。因?yàn)閳A形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，固選它。
③分流道的尺寸：因?yàn)楦鞣N塑料的流動(dòng)性有差異，所以可以根據(jù)塑料 的品種來(lái)粗略地估計(jì)分流道的直徑
PA66分流道的直徑在1.6～9.5mm取D=φ2mm。
圖5-2 分流道截面
④分流道的布置：分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式分平衡式與非平衡式兩類，這里我們選用的是平衡式的布置方法。
⑤分流道與澆口的連接：分流道與澆口的連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過(guò)渡，有利于塑料熔體的流動(dòng)及充填。
5.2.4 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性:
①形狀簡(jiǎn)單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
②試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改；
③能相對(duì)獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間；
④對(duì)于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。
根據(jù)公式（5.1）、（5.2）可以計(jì)算出澆口寬度和澆口厚度：
式（5.1）
=
=3.15mm
式中，——澆口寬度（mm）；
——型腔表面積（）；
——材料常數(shù)，對(duì)于PA66=0.8；
式（5.2）
= 0.8×2
= 1.6mm
式中，h——澆口厚度（mm）；
t——零件壁厚（mm）；
澆口位置的選擇直接影響到制品的質(zhì)量問(wèn)題，所以我們?cè)陂_(kāi)設(shè)澆口時(shí)應(yīng)注意：
①澆口應(yīng)開(kāi)在能使型腔各個(gè)角落同時(shí)充滿的位置。
②澆口應(yīng)設(shè)在制品壁厚較厚的部位，以利于補(bǔ)縮。
③澆口的位置選擇應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。
④澆口的位置應(yīng)選擇在能避免制品產(chǎn)生熔合紋的部位。
⑤澆口應(yīng)設(shè)在不影響制品外觀的部位。
⑥不要在制品承受彎曲載荷或沖擊的部位設(shè)置澆口。
5.2.5 冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴一般位于主流道對(duì)面的動(dòng)模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；此外，在開(kāi)模時(shí)又能將主流道凝料從定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。冷料穴的形式有三種：一種是與推桿匹配的冷料穴；二種是與拉料桿匹配的冷料穴；三種是無(wú)拉料桿的冷料穴。并非所有的注射模都要開(kāi)設(shè)冷料穴，有時(shí)由于塑料的性能和注射工藝的控制，很少有冷料的產(chǎn)生或塑件要求不高時(shí)可以不設(shè)冷料穴。我們這里考慮到塑料性能和注射工藝，選擇無(wú)拉料桿的冷料穴。這種冷料穴在主澆道對(duì)面的模板上開(kāi)一錐形凹坑。為了拉住主澆道的凝料，在錐形凹坑的側(cè)壁上鉆一中心線與另一邊平行、深度較淺的小孔。開(kāi)模時(shí)靠小孔的作用將主澆道凝
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