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骨架注塑模設計
緒 論
一.塑料模具設計與制造的意義
塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一。自從1909年實現以純粹化學合成方法生產塑料算起，塑料工業(yè)已有90余年的歷史。1927年聚笨乙烯塑料問世以來，隨著高分子化學技術的發(fā)展，各種性能的塑料，特別是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚笨醚等工程材料發(fā)展迅速，其速度超過了聚乙烯、聚丙烯、聚笨乙烯等通用材料，使塑件在工業(yè)產品與生活用品方面獲得廣泛的使用，以塑料代替金屬的實例，比比皆是。塑料有一系列金屬所不能代替的優(yōu)點，如：重量輕、耐腐蝕、電氣絕緣性好、易于造型、生產效率高與成本低廉；但也存在自身的缺陷，如：抗老化性、耐熱性、抗凈電性、耐燃性以比機械強度低于金屬。但隨著高分子合成技術，材料改性技術及成型工藝的進步，越來越多的具有尤異性能的塑料高分子材料不斷涌現，從而促進塑料工業(yè)趨躍發(fā)展。
二.塑料模具設計與制造在塑料工業(yè)中的地位
塑料模具設計與制造技術的發(fā)展與塑料工業(yè)的發(fā)展息息相關。由于塑件的制造是一項綜合性技術，圍繞塑件成型生產將用到有關成型物料、成型設備、成型工藝、成型模具以模具制造等方面知識，所以這些知識便構成了塑件成型生產的完整系統。它大致可包括產品設計、塑料的選擇、塑件的成型、模具設計與制造四個主要環(huán)節(jié)，在上述四個環(huán)節(jié)中，模具設計與制造是實現最終目標塑件使用的重要手段之一。
模具以其特定的形狀通過一定方式，使原料成型。不同的塑料成型方法使用著不同模塑工藝和原理以結構特點各不相同的塑料模具。塑件質量的優(yōu)劣以生產效率的高低，模具因素約占80%，一副質量好的注塑模具可以成型上百萬次，壓縮模大約可以生產25萬件，這些都同模具設計與制造有很大的關系。在現在塑料生產中，合理的模塑工藝，高效的模塑設備，先進的塑料模具和制造技術是必不可少的重要因素，尤其是塑料模具對實現塑料加工工藝要求，塑件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的自動化設備也只有裝上能自動化生產的模具才能發(fā)揮其效能，產品的生產和更新是以模具制造和更新為前提。
三.畢業(yè)設計的意義、目的和要求
畢業(yè)設計總的來說，是對所學專業(yè)課程知識的總結和考核，也是對所學塑料模設計與制造的知識的貫穿和復習，做好一門畢業(yè)設計也標志著學業(yè)的順利完成。所以做畢業(yè)設計一定要做到認真、細心和耐心。要求所做的畢業(yè)設計具有可能性，為此我也翻閱了大量的資料，并向實習單位的老工人請教。在他們的指導和幫助下，我順利的完成了這份設計。我的設計題目為骨架注塑模，特點為薄壁骨架，采用材料為聚苯乙烯，該模具采用延時彎銷機構，做垂直分型，并在垂直分型結束時，制品自動脫落，模具既保證制品不發(fā)生推出變形，又結構簡單，省去了脫模機構。由于經驗少，水平有限，所做的畢業(yè)設計中難免有錯誤之處，希望老師批評改正，以便有進一步的提高！
一、模具工藝規(guī)程的編制
該塑件是一個薄壁骨架，其零件圖如下圖所示。本塑件采用的材料為聚苯乙烯，生產類型為大批量生產。
1、塑件的工藝分析
1）、塑件的原材料分析：塑件的材料采用聚苯乙烯，屬于熱塑性材料。從使用性能上看，該材料具有電絕緣性（尤其高頻絕緣性），無色透明，透光率僅次于有機玻璃，著色性，耐水性，化學穩(wěn)定性良好，機械強度一般，但性脆，易產生碎裂，不耐苯、汽油等有機溶劑。從成型性能上看，該塑料吸水性小，熔料的流動性較好，成型容易，收縮率一般，另外，該塑料成型時易產生縮孔、凹痕、變形等缺陷，因此，在成型時應注意控制成型溫度，澆注系統應較緩慢散熱，冷卻速度不易過快。
2）、塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析
（1）、結構分析：從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓柱形，但分別在兩頭有個厚度為的圓凸緣。因此，模具設計時必須設置側向分型抽芯，該零件屬于中等復雜程度。
（2）、尺寸精度分析：該零件重要尺寸，如、、等尺寸精度為MT2（GB/T14486-1993）。次重要尺寸，如、、為未標注公差，等級為MT5（GB/T14486-1993）。又以上分析可見，該零件的尺寸精度中等，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。
從零件的壁厚上看，壁厚最大處為，最小處為，壁厚相差，比較均勻，有利于零件的成型。
（3）、表面質量分析：該零件的表面，除了要求沒有缺陷、毛刺、內部不得有導電雜質外，沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現。
綜上分析可以看出，注塑時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
2、計算塑件的體積和質量
計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定型腔數目。
計算塑件的體積：V=3125
計算塑件的質量：根據手冊可以查得聚苯乙烯的密度為。選擇中間值取聚苯乙烯的密度為。
故塑件的質量：
=
=
由上述計算塑件的質量，確定采用一模兩件的模具結構，并初步選用XS-ZY-125型注塑機。
3、塑件注塑工藝參數的確定
查表1-62可知：XS-ZY-125型注塑機的工藝參數如下：
注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度：后段溫度選用：
中段溫度選用：
前段溫度選用：
噴嘴溫度：選用
成型溫度：選用
注塑壓力：選用
成型壓力：選用
注塑時間：選用
保壓： 選用
保壓時間：選用
冷卻時間：選用
二、注塑模的結構設計
注塑模結構設計主要包括：分型面的選擇、模具型腔數目的確定，型腔的排列方式、冷卻水道的布局、澆口位置的設置、模具工作零件的結構設計、側向分型與抽芯機構的設計、推出機構的設計等內容。
1、 分型面的選擇
模具設計中分型面的選擇很關鍵。它決定了模具的整體結構。分型面的選擇應遵循以下原則：塑件脫出方便、模具結構簡單、型腔排氣順利、確保塑件質量、無損塑件外觀、設備合理利用的原則?？紤]上述分型面的選擇原則，選上圖所示的分型面。
上圖所示的分型既可以降低模具的復雜程度、減少模具加工的難度，又便于成型后出件。
2、 確定型腔的排列方式
本塑件在注塑時采用一模兩件，即模具需要兩個型腔。綜合考慮澆注系統，模具結構的復雜程度等因素，決定采用如下圖所示的型腔排列方式。
上圖所示的型腔排列方式，考慮到熔料從塑件面積較大的地方入料，雖然熔料在剛進入時的面積較大，但是，由于熔料的流程較短，塑件較小，故對成型沒有太大的影響。
3、 澆注系統的設計
澆注系統在整個模具結構中的作用是使塑料熔體平穩(wěn)且有順序地填充到型腔中，并在填充和凝固的過程中把壓力充分傳遞到各個部位，以獲得組織緊密、外形清晰的塑料制件。
澆注系統一般有主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。在設計澆注系統的時候，應遵循澆注系統的設計原則：排氣良好、流程短、防止型芯和嵌件變形、整修方便、合理設計冷料穴或溢料槽。除滿足以上各點外，澆注系統的斷面積和長度應盡量取最小值，以減少澆注系統占用的塑料量，從而減少回收料。
1） 主流道設計
主流道設計應注意下列事項：
（1）、主流道截面積的大小最先影響到塑料熔體的流速和充模時間。
（2）、為了便于取出主流道凝料，主流道應呈圓錐形，錐角約取。對流動性差的塑料可取到。
（3）、主流道出口端應有圓角，圓角半徑R越取0.3-3㎜。
（4）、主流道表壁的表面粗糙度應小于。
（5）、在保證制品成型的條件下，主流道長度應盡量短，以減小壓力損失和廢料量。
（6）、主流道進口端與噴嘴頭部接觸應做成凹下的球面，以便與噴嘴頭部的球面半徑匹配，否則容易造成漏料，給脫卸主流道凝料造成困難。
考慮到上述所要遵循的原則，根據手冊查得XS-ZY-125型注塑機噴嘴的有關尺寸。
噴嘴孔徑：
噴嘴前端球面半徑:
根據模具主流道與噴嘴之間的關系:
取主流道球面半徑
取主流道的小端直徑
為了便于將凝料從主流道中拔出,應將主流道設計成圓錐形,錐角去.本塑件設計中選取錐角,經換算主流道大端直徑。為了使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑的圓弧過度。
主流道表壁的表面粗糙度為。
2）主流道襯套設計
由于注塑成型時主流道要與高溫塑料熔體和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，所以一般不將主流道直接開在定模上，而是將它單獨開設在一個嵌套中，然后將此套再嵌入定模內，該嵌套稱為主流道嵌套。
對于設計主流道襯套時應注意以下事項：
（1）、對于小型注塑模，可將主流道襯套與定位環(huán)設計成一個整體，但在多數情況下均分開設計。
（2）、主流道襯套應選擇優(yōu)質鋼材，加熱后硬度為53-57HRC。
（3）、襯套的長度應與定模配合部分的厚度一致，主流道出口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會造成溢料，而且還會壓壞模具。
（4）、襯套與定模之間的配合采用H7/m6。
考慮到上述注意的問題，主流道襯套選材料T8A，熱處理后的硬度為53-57HRC。為了便于維修方便，主流道襯套與定位環(huán)分開設計，選擇A型，襯套和定模之間的配合采用H7/m6。
3）分流道設計
由于分流道可將高溫高壓的塑料熔體流向從主流道轉換到模腔，所以，設計時不僅要求熔體通過分流道時的溫度下降和壓力損失都應盡可能小，而且還要要求分流道能平穩(wěn)均衡地將熔體分配到各個模腔。從這些要求出發(fā)，分流道應設計得很短而粗，但過短過粗時又會增加塑料的消耗量，并使冷卻時間延長，另外還會使模腔布置發(fā)生困難。
根據制品的體積、壁厚、形狀復雜程度、模腔的數量、型腔的排列方式、所用塑料的性能和為了便于加工，選用截面形狀為圓形的分流道，取。分流道的內表面粗糙度為，長度。結構形式見附錄。
4）澆口的設計
澆口是流道和型腔之間的連接部分，其基本作用使從流道來的熔融塑料以最快的速度進入并填充型腔，充滿后，并能迅速的冷卻封閉，以防止型腔內還未冷卻的熱料回流。因為該塑件采用的材料是聚氯乙烯，其流動性很好。在本模具設計中，澆口形式采用點澆口。
因為點澆口的長度很短，不超過其直徑，所以脫模后塑件上的澆口痕跡不明顯，不需要修正澆口痕跡。
4、抽芯機構的設計
由于該塑件的兩頭各有一個圓凸緣，它們均垂直于脫模方向。阻礙成型后塑件從模具中脫出，因此，成型圓凸緣的零件必須做成活動的型芯。即必須設置抽芯機構。本設計采用彎銷抽芯機構。
設計側向抽芯機構時，要注意以下原則：
1）、彎銷與滑塊斜孔的配合，能保證在開模前瞬間有一很小的空程，使塑件在活動型芯未抽出之前從型腔上獲得松動，并使楔塊先脫開滑塊，以免干涉抽芯動作。
2）、活動型芯與滑塊的連接必須牢固可靠，并有足夠的強度。
3）、滑塊在導滑槽中活動必須順利平穩(wěn)，不發(fā)生卡滯、跳動現象。
4）、滑塊長度L應大于滑塊寬度B的1.5倍，滑塊完成抽芯動作后，應繼續(xù)留在導滑槽內，并保證留在導滑槽內的長度L不小于滑塊全長的2/3。
5）、為防止活動型芯和滑塊在成型過程中受力而移動，滑塊應采用楔緊塊鎖緊。
6）、滑塊的定位裝置必須靈活可靠，保證抽芯后滑塊停留在所需位置上。
7）、為防止推桿復位時與滑塊型芯發(fā)生干擾，除了考慮先復位機構外，還可在條件允許下盡量避免推桿設計在型芯的水平投影面相重處。
8）、當滑塊和彎銷同時設在定模時，為使塑件能順利的推出，必須在動、定模分開前抽出側型芯。
考慮到以上的設計原則，本模具結構中的抽芯機構設計如下：
1）、確定抽芯距：抽芯距一般應大于型孔或凸緣的深度，所以本設計中抽芯距：
另加的抽芯安全系數，可確定抽芯距
2）、確定彎銷傾角：彎銷的傾斜角是彎銷抽芯機構的主要參數之一，它與抽拔力以及抽芯距有直接的關系。一般取。本設計中選取。
3）、確定彎銷的尺寸：彎銷的直徑取決于抽拔力及其傾斜角?？砂丛O計資料的有關公式計算。本設計中，借鑒前人的設計經驗。取彎銷的尺寸為。
彎銷的長度根據抽芯距、墊板、固定板厚度、滑塊厚度、型芯固定板及傾斜角來確定，從裝配圖可以看出，彎銷的長度可按照以下的公式來計算。
、 、 、
本設計中，取。
5、成型零件的結構設計
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
1）型芯的結構設計
型芯主要是與型腔相結合構成制件的形狀，來完成制件的成型，其結構圖見附錄。其材料選擇40Cr,GB3077,熱處理后HRC40-45。HB216-260。
2）型腔的結構設計
該模具采用一模兩件的結構形式，考慮到加工的難易程度和材料的價值利用率等因素，型腔采用整體式結構，其結構圖見附錄。
三、模具設計的有關計算
本設計中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來計算的。
查設計手冊的聚苯乙烯的收縮率，故平均收縮率為，模具制造公差取。
型腔和型芯的工作尺寸計算
型腔、型芯的工作尺寸計算見下表：
型芯、型腔工作尺寸計算表
類型
塑件尺寸
計算公式
工作尺寸
型
芯
的
計
算
型
腔
的
計
算
四、模具加熱和冷卻系統的設計
本塑件在注射成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上不需要設加熱系統。但是，設計冷卻系統要遵循以下的設計原則：
1）、在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道盡可能設置在靠近型腔表面。
2）、在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道應安排得盡量緊密。
3）、冷卻水道的直徑應優(yōu)先采用大于，并且各個水道的直徑應盡量相同，避免由于水道直徑不同而造成的冷卻液流速不均。
4）、對于大、中型模具，由于冷卻水道很長，會造成較大的溫度梯度變化，導致在冷卻水道末端溫度上升很高，從而影響冷卻效果。
5）、冷卻液在模具中的流速，以盡可能高一些好，但就其流動狀態(tài)來說以湍流為佳。
6）、制品較厚的部位應特別加強冷卻。
7）、充分考慮所用的模具材料的熱傳導率。
考慮到以上要注意的原則，決定是否需要設計冷卻系統可作如下設計計算：
設定模具平均工作溫度為，采用的常溫水作為模具冷卻介質，其出口溫度為，產量為。
（1）求塑件在硬化時每小時釋放的熱量，查有關文獻得聚苯乙烯的單位熱量為
（2）、求冷卻水的體積流量V
有體積流量V查表可知所需的冷卻水道直徑非常小。
有上述計算可知，因為模具每分鐘所需要的冷卻水體積流量很小，故可以不設計冷卻系統，依靠模具本身的間隙及空冷的方式來冷卻模具即可。
五、模具閉合高度的確定
在支承與固定零件的設計中，根據前人的設計經驗確定：定模座板：；型芯固定板：；滑塊厚度：；固定板：；墊板：；動模座板：。
因而模具的閉合高度：
六、注塑機有關參數的校合
本模具的外形尺寸為。XS-ZY-125型注塑機模板最大的安裝尺寸為，故能滿足模具的安裝要求。
由上述計算模具的閉合高度，XS-ZY-125型注塑機所允許的模具最小閉合厚度，最大厚度，即模具滿足的安裝條件。
經查資料XS-ZY-125型注塑機的最大開模行程，滿足頂出要求。
此外，由于側分型抽芯距較短，不會過大增加開模距離，注塑機的開模行程足夠。
經過驗證，XS-ZY-125型注塑機能滿足使用要求，可以采用。
七、繪制模具裝配圖和非標準零件工作圖
模具的總裝配圖和非標準零件工作圖見圖形附錄。
本模具的工作原理：模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模具板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經流道注入型腔，經保壓、冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動模一起運動漸漸將分型面打開，與此同時在彎銷的作用8的作用下側抽芯滑塊從型腔中退出，完成側抽芯動作。當分型面打開一定距離的時候，動模停止運動，在注塑機頂出裝置的作用下，推動推桿運動將塑件頂出。合模時。隨著分型面的閉合側型芯滑塊復位至型腔，同時復位桿也對推桿進行復位。
八、注塑模具的審核
一、注塑模的裝配技術要求
1）、定模和動模安裝平面的平行度按GB/T12556.2和GB/T12555.2的規(guī)定。
2）、導柱、導套對定、動模的垂直度按GB/T12555.2和GB/T12556.2的規(guī)定。
3）、模具所有的活動部分應保證位置準確、動作可靠、不得有歪斜和卡滯現象，要求固定的零件不得相對竄動。
4）、注塑件的嵌件或機外脫模的成形零件在模具上的安放位置應定位準確、安放可靠，具有防止錯位措施。
5）、流道轉彎處，應光滑圓弧連接鑲拼處應密合，澆注系統表面粗糙度參數最大允許值。
6）、熱流道模具其澆注系統不得有泄漏現象。
7）、滑塊運動應平穩(wěn)，合模后滑塊與楔塊應壓緊接觸面積不少于，開模后，定位應準確可靠。
8）、冷卻和加熱系統應暢通，不應有泄漏現象。
9）、氣動或液壓系統應暢通，不應有泄露現象。
10）、電氣系統應絕緣可靠，不允許有漏電或短路現象。
11）、在模具上裝有吊環(huán)螺釘時，應符合GB825的規(guī)定。
二、注塑模的審核
1、基本結構方面
1）、注射模的結構和基本參數是否與注塑機匹配。
2）、注射模是否具有合模導向機構，機構是否合理。
3）、分型面選擇是否合理、有無產生飛邊的可能。塑件是否滯留在沒有頂出機構的動模（或定模）一側。
4）型腔的布置與澆注系統的設計是否合理。澆口是否與塑料原料相適應。澆口位置是否恰當。澆口與流道的幾何尺寸及形狀是否合理。
5）、成型零部件設計是否合理。
6）、頂出機構與側向分型或抽芯機構是否合理、安全、可靠。
7）、是否有排氣機構，其形狀是否合理。
8）、是否需要溫度調節(jié)系統。溫控元件是否足夠，精度等級如何，壽命長短如何，加熱和冷卻質量的循環(huán)回路是否合理。
9）、支承零部件結構是否合理。
10）、外形尺寸能否保證安裝。固定方式選擇得是否合理、可靠。安裝用的螺栓孔是否與注射機、動、定模固定板上的螺孔一致。
2、設計圖紙方面
1）、裝配圖：零部件的裝配關系是否明確，零件的標注是否齊全，與名細表中的序號是否對應。
2）、零件圖：零件號、名稱、加工數量是否有確切的標注。尺寸公差和形位公差是否合理齊全。成型零件容易磨損的部位是否預留了修磨量。各個零件的材料選用是否恰當。表面粗糙度和熱處理要求是否合理。
3）、制圖方法：制圖方法是否正確。是否符合國家標準。圖面表達的幾何形狀與技術要求是否容易理解。
3、注射模設計質量
1）、設計注射模時，是否正確地考慮到塑料原料的工藝特性、成型性能，注射機類型可能對成型質量產生的影響，對成型過程中可能產生的缺陷。
2）、是否考慮到塑件對注射模導向精度的要求，導向機構設計是否合理。
3）、成型零部件的工作尺寸計算是否正確。能否保證產品的精度。其本身是否有足夠的強度和剛度。
4）、支承零部件能否保證模具具有足夠的整體剛度和強度。
5）、是否考慮到試模和修模要求。
4、安裝及搬運條件方面
有無便于裝拆時用的撬槽、裝拆孔、牽引螺釘和起吊裝置，對其是否做了標記。
九、注塑模主要零件加工工藝規(guī)程的編制
設計總結
畢業(yè)設計是我們完成大學全部基礎課和專業(yè)課后進行的，它是對我們所學課程的一次深入系統的綜合性的總復習，也是一次理論聯系實踐訓練。因此在我們的大學的三年的課程中占有重要地位。
就我個人而言，這次的畢業(yè)設計使我學的了許多的知識，對后來一些一知半解的理論也有了比較清楚的認識，特別是過去所學的專業(yè)課程。對于塑料模設計，首先選材，材料的性能對制件有直接的影響，要合理選材，既能滿足使用要求，又不浪費材料，保證了設計的經濟性。塑料模是我們所學的專業(yè)課，但只依靠書本知識是無法滿足的，我又通過大量的翻閱資料，虛心的請教、了解了許多從前不知道的知識。這樣通過實習，拿實物與圖相對比及對原來知識的系統了解，并且在老師的辛勤指導下完成了畢業(yè)設計。
最后，衷心感謝老師的辛勤指導。
學生：王菊香
2006 – 5 – 12
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致 謝
畢業(yè)設計是每個大學生走出學校大門所必須要做的一門課程，畢業(yè)設計也是鑒定我們所學專業(yè)課的掌握程度。從一定意義上說，畢業(yè)設計是第二份學歷證明。面對如此重要的設計在今天我終于可以圓滿的完成了。當然這其中與各位老師的辛勤指導是分不開的。
首先非常感謝我的指導老師給予我的幫助和指導。因為我是提前就業(yè)，在實習單位中做模具設計，可是公司不同于學校，沒有那么多的資料做設計，我就是在老師的幫助、指點下及不厭其煩的回答中完成了我的設計，到今天我能順利的完成設計是與老師的辛勤培育和教導是分不開的。所以衷心的感謝給我授課和給予我無數指點的模具教研室的老師們。有你們的辛苦，才會有我今天的成就！
在即將畢業(yè)的今天回首過去，你們辛苦培育了無數學生，而無數的學生又正在或將被你們培育。正是你們的辛苦塑造一個個人才，正是你們的辛苦才推動的社會的發(fā)展，而你們的貢獻又怎能僅僅止于一份畢業(yè)設計呢？所以在此感謝各位老師在大學三年生活中給予我學習上及生活上的幫助！真誠的道一聲：謝謝！
最后，衷心的感謝各位老師辛勤的指導和幫助！
謝謝！
學生：王菊香
2006 – 5 - 12
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