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關(guān)于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設(shè)計的方法
摘要：在熱塑性注塑模設(shè)計中，配件的質(zhì)量和生產(chǎn)周期很大程度上取決于冷卻階段。已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設(shè)計冷卻系統(tǒng)的方法?；趲缀畏治?，使用形冷卻概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經(jīng)確定好了的冷卻水路來分析強度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個對抗性的因素是如何調(diào)解以達(dá)到最佳的狀態(tài)。預(yù)期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關(guān)鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設(shè)計
1 簡介
在塑料工業(yè)領(lǐng)域，熱塑性注射模應(yīng)用非常廣泛。這個過程包括四項基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個過程的70%的時間都在進(jìn)行產(chǎn)品的冷卻。此外，這一階段直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，產(chǎn)品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達(dá)到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應(yīng)力等不必要影響的目的。為了達(dá)到這個目標(biāo)需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內(nèi)表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計主要基于設(shè)計師的經(jīng)驗，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復(fù)雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗理論達(dá)不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計必須制定為一個優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個非線性問題。然而，像熱導(dǎo)率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內(nèi)都恒為定值。除了聚合物結(jié)晶的影響被忽視外，模具及產(chǎn)品之間的熱接觸阻力也常常被認(rèn)為是常數(shù)。
溫度場的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個演化過程可以分成兩個部分：一個循環(huán)部分和一個平均瞬時的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因為熱滲透的深度對溫度場的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡化了微積分學(xué)，但平均波動范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動范圍越高。因此，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時間的分析。
應(yīng)該注意的是，在實際操作中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)作為工具設(shè)計的最后一步。不過冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設(shè)計應(yīng)該是工具設(shè)計的第一階段之一。
1.2 成型技術(shù)的優(yōu)化
在文獻(xiàn)中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關(guān)注于相同的目標(biāo)。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產(chǎn)效率下的最小的冷卻時間。林總結(jié)了模具設(shè)計在3個事實方面的目標(biāo)。零件的冷卻均勻,就能達(dá)到預(yù)期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時間和周期時間的折衷。實際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠(yuǎn)，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會導(dǎo)致零件的缺陷。達(dá)到這些目標(biāo)的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標(biāo)函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設(shè)計了一個冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進(jìn)行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個個單元并對每個冷卻單元進(jìn)行優(yōu)化。
1.3 計算法則
方案的計算，數(shù)值方法是非常必要的。進(jìn)行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網(wǎng)格劃分所花費的計算解決方案的時間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結(jié)果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內(nèi)部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計算能最小化目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進(jìn)化方法。Huang et al用遺傳算法實現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時的因為它的計算范圍很廣。在實際操作中，模具設(shè)計的時間必須最小化，于是一個可以更快達(dá)到預(yù)期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應(yīng)優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標(biāo)
本文所描述的方法應(yīng)用于一個T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個表面分別介紹了零件的侵蝕和擴張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導(dǎo)熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對于那些冷卻管路不直觀的復(fù)雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應(yīng)于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結(jié)束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標(biāo)函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時，產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是最重要的。因為最低冷卻時間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時間達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時期的最后階段由最小化的目標(biāo)函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時期的目標(biāo)是要達(dá)到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時期運用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當(dāng)ΔTfref→∞時參考標(biāo)準(zhǔn)會減少到第一時期。相反, 當(dāng)ΔTfref→0第二個時期的比重會增加。
3 數(shù)值計算結(jié)果
數(shù)值計算結(jié)果是與Tang et al的理論結(jié)果比較而來的，他們認(rèn)為T形零件的最佳冷卻是通過7個冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復(fù)制他們的結(jié)果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動速率Q= 364cm3 / s每個冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計算出來的最佳冷卻配置計比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標(biāo)函數(shù)下計算得到的，這里忽略了第二時期。結(jié)果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對應(yīng)于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點是由于零件的幾何形狀產(chǎn)生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對于零件表面的均與性還不夠完善，但達(dá)到預(yù)期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個階段使得零件的表面溫度均勻。實際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點之外。然而對于ΔT的值,侵蝕時的溫度是不被接受的，因為平均氣溫過高(340K相對于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會成為對抗性的問題。最好的解決方案是質(zhì)量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時零件的溫度比ΔT = 10 K時更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結(jié)論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時間。與參考文獻(xiàn)相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對于確定管路的最少數(shù)量需要進(jìn)一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻(xiàn)
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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
短接頭注塑模設(shè)計
DESIGN OF INJECTION FOR SHORT JOINT
學(xué)生姓名：馬 丹
學(xué) 號：200940409211
年級專業(yè)及班級：2009級機械設(shè)計制造及其自動
化(2)班
指導(dǎo)老師及職稱：陳文凱 副教授
學(xué) 院：工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：2013 年 5 月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞……………………………………………………………………1
1前言……………………………………………………………………………1
1.1 本研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和國內(nèi)外的發(fā)展趨勢…………………………………1
1.2本課題的研究內(nèi)容、要求、目的及意義…………………………………3
2設(shè)計部分…………………………………………………………………5
2.1塑件分析 ……………………………………………………………5
2.2繪制模具裝配圖…………………………………………………………5
2.3塑料材料的成型特性……………………………………………………6
2.4設(shè)備的選擇………………………………………………………………6
2.4.1塑件的體積 ……………………………………………………………6
2.4.2鎖模力的校核…………………………………………………………7
2.4.3開模行程的校核……………………………………………………8
2.5澆注系統(tǒng)的設(shè)計………………………………………………………8
2.5.1主流道的設(shè)計………………………………………………………8
2.5.2分流道的設(shè)計………………………………………………………9
2.5.3冷料穴的設(shè)計…………………………………………………10
2.5.4設(shè)計所以的澆口形式…………………………………………11
2.5.5分型面的設(shè)計…………………………………………………11
2.5.6排氣槽的設(shè)計…………………………………………………12
2.6成型零部件的設(shè)計與計算………………………………………12
2.6.1成型零部件的設(shè)計……………………………………………12
2.6.2成型零件工作尺寸計算………………………………………12
2.6.3型腔壁厚的計算……………………………………………14
2.7合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………15
2.7.1成型零件的導(dǎo)向及定位……………………………………15
2.8推出機構(gòu)與復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計…………………………………17
2.8.1推出機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………17
2.8.2復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………17
2.9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………18
2.9.1模具溫度及其調(diào)節(jié)的重要性………………………………18
2.9.2 模具溫度與塑料成型溫度的關(guān)系…………………………19
2.10注塑模標(biāo)準(zhǔn)模架………………………………………………20
2.11注塑模具的安裝與調(diào)試……………………………………21
2.11.1 模具安裝…………………………………………………21
2.11.2 試模………………………………………………………22
3模具裝配圖……………………………………………………………23
4結(jié)論……………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………24
致謝……………………………………………………………………25
短接頭注塑模設(shè)計
學(xué) 生：馬 丹
指導(dǎo)老師：陳文凱
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
摘 要：本論文是針對短接頭的注射模具設(shè)計。在設(shè)計中采用FRPP塑料注射而成型，該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備，確定了模具制作的總體方案，分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu)，并對零件尺寸進(jìn)行了計算和一些必要的強度校核。該論文還對分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計，使用CAD完成了模具工程圖設(shè)計。
關(guān)鍵詞:注射模;成型;工藝性;設(shè)計;計算機繪圖
Design of Injection for Short Joint
Student: Ma Dan
Tutor: Chen Wenkai
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract：This thesis is aimed at the design of injection for short joint. FRPP plastic injection molding in the design, the thesis analyzes the technology of products, determine the process parameters adopted by plastic and molding equipment, determined the mould to make the whole overall plan, analyze and solve the general structure of the mould and the work parts of the concrete structure,and to calculate the component size and some of the necessary strength check. This thesis is also to analyses and design the parting surface, gating system and demoulding mechanism , use of CAD to completed the mold design.
Key words: injection mould;molding;manufacturability;design;computer graphics
1 前言
1.1 本研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和國內(nèi)外的發(fā)展趨勢
模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用，與其它加工制造業(yè)所無法比擬的[1]。現(xiàn)代模具制造行業(yè)基本特征是日趨標(biāo)準(zhǔn)化、高度集成化、智能化、精密化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。高質(zhì)量、低成本、短周期是市場對模具生產(chǎn)的要求。最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求[2]。
隨著發(fā)達(dá)國家將制造業(yè)紛紛轉(zhuǎn)移到我國，大批境外企業(yè)涌入，使我國模具工業(yè)的水平有了一定的提高。在技術(shù)方面，我國模具的精密度、復(fù)雜程度和壽命都有很大提高。如塑料模熱流道技術(shù)日漸成熟，氣體輔助注射技術(shù)開始采用。高速加工、復(fù)合加工等先進(jìn)的加工技術(shù)也得到進(jìn)一步推廣；快速原型制造進(jìn)展很快；模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度也有一定提高[3]。
模具產(chǎn)品的品種很多，主要以沖壓模具、塑料模具和壓鑄模具為主。塑料注射模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復(fù)雜的高精度的塑料制品。設(shè)計塑料注射模具首先要對塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我們常說的ABS 塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體采用乳液、本體或懸浮聚合法生產(chǎn)，使其具有三種單體的優(yōu)越性能和可模塑性，在一定的溫度和壓力下注射到模具型腔，產(chǎn)生流動變形，獲得型腔形狀，保壓冷卻后頂出成塑料產(chǎn)品[4]。
現(xiàn)代模具設(shè)計與制造技術(shù)，涉及機械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學(xué)科專業(yè)范圍。優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應(yīng)用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場多樣化和新產(chǎn)品試制，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成型沖模、塑料注射模或壓鑄模等，應(yīng)當(dāng)是未來5～20年的模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。所以在這種情況下,研究這一課題是具有現(xiàn)實意義的[5]。
近年來，我國塑料模具在高技術(shù)驅(qū)動和支柱產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的推動下，形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條，從上游的原輔材料工業(yè)和加工、檢測設(shè)備到下游的機械、汽車、摩托車、家電、電子通信、建筑建材等幾大應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，塑料模具發(fā)展一片生機。在塑料模具發(fā)展開發(fā)、結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及企業(yè)管理等方面中國塑料模具工業(yè)已顯示出以下新的發(fā)展趨勢：在模具的質(zhì)量、交貨周期、價格、服務(wù)四要素中，越來越的用戶將交貨周期放在首位。大力增強主動開發(fā)能力。模具企業(yè)不能等有了合同，才根據(jù)用戶要求進(jìn)行塑膠模具設(shè)計。目前，青島海爾模具公司等企業(yè)的“你給我一個概念，我還你一個產(chǎn)品”的一站式服務(wù)模式以及太倉求精模塑公司等企業(yè)主動開發(fā)的辦法已被越來越多的企業(yè)所接受。
模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比重約為30%，在模具進(jìn)出口中的比重高達(dá)50～70%。隨著我國機械、汽車、家電、電子信息和建筑建材等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高。 而塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也成為所趨，2010年全國塑料門窗和塑管普及率達(dá)到30%～50%，塑料排水管市場占有率超過50%，其突出地位可見一斑。
目前，CAD/CAM/CAE 技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計及制造，已成為一門綜合性學(xué)科。在現(xiàn)代化設(shè)計與生產(chǎn)的條件下，模具行業(yè)將面臨一次新的技術(shù)革命[6]。
國外先進(jìn)工業(yè)國家由于起步早和對模具 CAD/CAM 的重視，先后投入了大量的人力和物力，從而使模具 CAD/CAM 技術(shù)得到了很快的發(fā)展，應(yīng)用范圍日益擴大，在沖模、鍛模、擠壓模、注射模和壓鑄模等方面都開發(fā)出了較成功的商品化軟件。如法國達(dá)索(Dassault)公司開發(fā)的 CATIA，美國國家航空及宇航局(NASA)開發(fā)的 I-DEAS，美國麥道(MD)公司開發(fā)的 UG，以及美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)的 Pro/ENGINEER（簡稱 Pro/E）等[7]。
我國 CAD/CAM 技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，先后開發(fā)了精沖模、普通沖裁模、鍛模和注射模等系統(tǒng)，但多數(shù)處于試用階段。模具加工設(shè)備中，數(shù)控機床比例還很小，模具制造精度低、制造周期長[8]。目前國內(nèi)模具行業(yè)的基本情況是，隨著輕工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計制造日漸受到人們廣泛關(guān)注，已形成一個行業(yè)。但是我國模具行業(yè)缺乏技術(shù)人員，存在品種少.精度低.制造周期長.壽命短.供不應(yīng)求的狀況。一些大型.精密.復(fù)雜的模具還不能自行制造，需要每年花幾百萬、上千萬美元從國外進(jìn)口，制約了工業(yè)的發(fā)展，所以在我國大力發(fā)展模具行業(yè)勢在必行[9]。
為了提高模具企業(yè)的設(shè)計水平以及加工能力。中國模具協(xié)會向全國模具行業(yè)推薦適合于模具企業(yè)用的CAD/CAM系統(tǒng)。但國內(nèi)優(yōu)秀的CAD/CAM系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適合模具行業(yè)應(yīng)用。而國外購買的雖有強大的三維曲面造型能力.強大的結(jié)構(gòu)有限元分所能力.強大的計算機輔助制造能力.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力等，但價格昂貴，一般企業(yè)難以支持[10]。
1.2 本課題的研究內(nèi)容、要求、目的及意義
塑料件在各行各業(yè)及日常生活中使用越來越多，塑料模具的設(shè)計制造的社會需求日益增長，要求也越來越高，同時社會對具有三維CAD設(shè)計能力的人才需求也日益增長。
短接頭形狀不太復(fù)雜，通過此注射模設(shè)計，對學(xué)生進(jìn)行模具設(shè)計、工藝設(shè)計的基本技能訓(xùn)練與培養(yǎng)，使學(xué)生基本掌握利用三維CAD軟件進(jìn)行工程設(shè)計的方法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行工程設(shè)計的能力，適應(yīng)社會需求。
要求：
設(shè)計題目: 短接頭的材料為FRPP，塑件為1in的外絲接頭，要求一模多用。
根據(jù)所給的短接頭零件圖和大批量生產(chǎn)的要求，進(jìn)行注射工藝分析并設(shè)計一副注射模具。
一、確定模具結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行必要的計算
二、繪制模具總裝圖
三、繪制全部自制零件的工程圖
四、編寫設(shè)計說明書
具體內(nèi)容:
（1）測繪圖紙，完成CAD三維造型設(shè)計
（2）注射模方案設(shè)計
（3）注射模設(shè)計類型的選擇
（4）分型面的選擇
（5）機構(gòu)設(shè)計
（6）澆口的選擇
（7）注射模具成型零件尺寸的計算
（8）完成注射模的裝配圖設(shè)計和全部零件的圖紙設(shè)計
本課題的研究目的:
（1）檢驗理論知識掌握情況，將理論與實踐結(jié)合。
（2）步掌握進(jìn)行模具設(shè)計的方法.過程，為將來走向工作崗位進(jìn)行科技開發(fā)工作和撰寫科研論文打下基礎(chǔ)。
（3）培養(yǎng)自己的動手能力.創(chuàng)新能力.計算機運用能力
研究意義:
（1）對于模具的設(shè)計可以從選材到設(shè)計到成型有一個完整的了解和初步的掌握。以進(jìn)一步的熟練掌握AutoCAD的運用。
（2）鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力，為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備。
2 設(shè)計部分
2.1 塑件分析
下圖是短接頭，此塑件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，尺寸為32x23x20mm,產(chǎn)品尺寸不大，模具結(jié)果簡單,螺紋采用二次加工成型。
圖1 塑件圖
Fig1 Plastic figure
2.2 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。初步?jīng)Q定選用180×200 型模架
表1 250×315模架的基本數(shù)據(jù)
Table 1 The basic data of the 250 x 250 die set
模具總厚度/
40+A+B+C+D
模板A/
50
模板B/
70
模板C/
30
模板D/
60
2.3 塑料材料的成型特性
玻纖增強聚丙烯FRPP具有阻燃值大（>40）、耐化學(xué)藥品性高（耐濃鹽酸、90%濃硫酸、60%硝酸和20%NaOH）、機械強度高、電絕緣性好的特點。其耐熱性、剛度也很好，吸水性小，熔料的流動性較好，成型容易。
工藝參數(shù)：
密度：0.9g/cm3
噴嘴溫度：160～180℃
料筒中段溫度：180～200℃
料筒后端溫度:200~220℃
模具溫度：50～70℃
注射壓力：70～100MPa
保壓壓力20～30MPa
注射時間：0～3s
保壓時間：15～40s
冷卻時間：15～30s
成型周期：40～80s
2.4 設(shè)備的選擇
2.4.1 塑件的體積
根據(jù)3D軟件測量得單個塑件的體積為5911.317。現(xiàn)決定采用一模四腔，固V總=23645.27。
這里從實際注射量在額定注射量的20%～80%之間考慮，初選額定注射量在30以上的臥式注射機SZ-40/250。該設(shè)備的技術(shù)規(guī)范見表2。
表2 SZ-40/250臥式注塑機參數(shù)
Table 2 SZ - 40/250 horizontal injection molding machine parameters
名稱
參數(shù)
理論注射量
40
螺桿（柱塞）直徑
30
注射壓力
200
注射速率
50
塑化能力
20
螺桿轉(zhuǎn)速
0―200
鎖模力
250
拉桿內(nèi)間距
250×250
模板行程
230
最大模具厚度
220
最小模具厚度
130
定位孔直徑
φ55
噴嘴球半徑
10
2.4.2 鎖模力的校核
鎖模力為注射機鎖模裝置用于夾緊模具的力[11]。所選注射機的鎖模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。
即：
（1）
式中：
F——鎖模力，
p——型腔壓力，
A——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，
已知型腔壓力為25或30；澆注系統(tǒng)的投影面積為1倍的塑件投影面積；塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積為：
（2）
式中：
——塑件在分型面上的投影面積，經(jīng)Pro/E分析計算可得，為230
——流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，
n——模腔數(shù)
則：
A=4×230+230=1150 （3）
即：
p×A/1000＜30×1150/1000 （4）
=34.5<250
所以鎖模力符合要求
2.4.3 開模行程的校核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于液壓-機械式鎖模機構(gòu)注塑機，其最大開模行程由注塑機曲肘機構(gòu)的最大行程決定，與模具厚度無關(guān)[12]。
單分型面注射模，其開模行程按下式校核：
(5～10) （5）
式中 ：
S——注塑機的最大開模行程(移動模板臺面行程)，
H1——塑件脫出距離，
H2——包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度，
已知：
H1=32； H2=70
所以：
H1+H2+(5～10)=32+70+(5～10)≤112 （6）
又由于SZ-40/250臥式注塑機的模板行程為230
112<230 （7）
所以開模行程也符合要求。
2.4.4 模座尺寸及拉桿間距的設(shè)計
注射機模座外形尺寸的最長邊小于min[H×V],最短邊小于min[H×V]，以保證模具能從注射機的拉桿之間裝入。同時還要校核模座安裝螺孔尺寸。
2.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
2.5.1 主流道的設(shè)計
（1）形狀：圓錐形；
（2）錐角：3°；
（3）內(nèi)壁的粗糙度為；
（4）主流道大端呈圓角，r=1。
（5）噴嘴球的半徑r=10，則凹坑的球面半徑R=38；
（6）凹坑深度：1；噴嘴孔徑d=2.5；小端直徑D=d+0.5=3；大端直徑為5.6。
（7）主流道長度取50。
設(shè)計見圖：
圖2 澆口套
Fig 2 Gate set
2.5.2 分流道的設(shè)計
采用圓形截面流道。因為塑料熔體在流道中流動時，表面冷凝凍結(jié)，起絕熱的作用，熔體僅在流道中心流動，圓形截面的分流道比表面積最小，固熱量散失小，阻力亦小，澆口可開在流道中心線上，因而延長了澆口凍結(jié)時間。因此分流道的理想狀態(tài)應(yīng)是其中心線與澆口的中心線位于同一直線上，而半圓形截面可以滿足[13]。分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口的位置，從輸送熔體時的減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。
對于壁厚小于3，質(zhì)量在200以下的塑件可用公式：
(8)
式中：
W——流經(jīng)分流道的塑料量，
L——分流道長度，
D——分流道直徑，為5
其中：
(9)
n——為型腔數(shù)目
m——為塑件質(zhì)量，
得出：
L= (10)
=
取分流道的長度為50，分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。此設(shè)計中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同時均衡的進(jìn)料，從而保證了各型腔成型出來的塑件在強度.性能.重量上的一致性。
為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，小型塑件往往采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。澆注系統(tǒng)的平衡即是保證流過多腔模具的每個澆口，并（或）經(jīng)過每個澆口（如果不只一個澆口）進(jìn)入每個模腔的塑料流量實際上是相等的。到達(dá)所有澆口的塑料應(yīng)具有相同的壓力和溫度，這樣一個模具生產(chǎn)的所有制品才會具有一致的性能。
2.5.3 冷料穴的設(shè)計
本設(shè)計中對于冷料穴的選擇是按照設(shè)計的目的來選擇的。由于此設(shè)計的目的是要實現(xiàn)自動脫模。所以選擇如下圖的冷料穴，當(dāng)主流道凝料被脫出時，塑件和流道凝料 可以自動脫出，易實現(xiàn)自動化操。
拉料桿的根部固定在推桿固定板上，在推出制件是，冷料也一同被推出，取產(chǎn)品時向啦料溝的側(cè)向稍許移動，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。
圖3 冷料穴
Fig 3 Cold material point
2.5.4 設(shè)計所用的澆口形式
澆口是連接分流道和型腔的一段細(xì)短的通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
澆口的主要作用有兩個：一是塑料熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間[14]。
見下圖：
圖4 矩形澆口
Fig 4 Rectangular gate
2.5.5 分型面的設(shè)計
分型面選擇的總體原則：
分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的成型和脫模，而且涉及模具結(jié)構(gòu)和制造成本，因此，必須重視選擇分型面。
一般來說，分型面選擇的總體原則主要有三：
1)保證塑件質(zhì)量。這是最基本的一條，必須使塑件質(zhì)量符合預(yù)定要求。
2)便于塑件脫模。易于脫模，可使生產(chǎn)率提高，塑件不易變形，提高正品率。
3)簡化模具結(jié)構(gòu)。同樣一個塑件，因為分型面選擇的不同，使結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有很大不同，合理地選擇，即可簡化模具結(jié)構(gòu)。
打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面叫做分型面。
分型面一般設(shè)在塑件斷面尺寸最大處，在此次設(shè)計中采用的是單個分型面，并且是微階梯式的。把型芯和型腔設(shè)在動模一邊，開模后塑件留在動模，有利于塑件的脫模。
具體的形式見下圖：
圖5 分型面
Fig 5 Parting surface
2.5.6 排氣槽的設(shè)計
由于此次設(shè)計的模具屬小型模具，可以用分型面來排氣，使型腔具有良好的排氣條件。
2.6 成型零部件的設(shè)計和計算
2.6.1 成型零部件的設(shè)計
構(gòu)成模具型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，主要包括凹模、凸模、型芯、鑲塊、各種成型桿和成型環(huán)。
型腔是直接和高溫高壓的塑件相接觸，它的質(zhì)量直接關(guān)系到制件質(zhì)量，要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑件的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙龋ㄒ话阋韵拢?，保證塑件制品表面的光潔美觀和容易脫模[15]。
2.6.2 成型零件工作尺寸的計算
（1）平均收縮率計算型腔尺寸
聚丙烯的收縮率一般為1%～3%,從而得出聚丙烯的平均收縮率為2%。
（a）徑向尺寸
聚丙烯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的最大尺寸L=20.00，所以查表得Δ=0.22
按照平均收縮率計算凹模徑向尺寸公式：
(11)
式中：
LM——凹模的徑向尺寸，
Scp——塑料的平均收縮率，%
Ls——塑件徑向公稱尺寸，
Δ——塑件公差值，
δz——凹模制造公差，
已知：Ls=20.00 Scp=0.02 Δ=0.22
所以 δz=Δ/3=0.073 (12)
Lm=[20.00(1+0.02)-3/40.22]+0.073 (13)
=
（b）深度尺寸
聚丙烯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的深度尺寸Hs=12.50，所以查表得Δ=0.18
按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式：
(14)
式中： HM——凹模的深度尺寸，
Scp——塑料的平均收縮率，%
Hs——塑件高度公稱尺寸，
Δ——塑件公差值，
δz——凹模深度制造公差，
已知： Hs=12.50 Scp=0.02 Δ=0.18
所以 δz=Δ/3=0.06
Hm=[(1+0.02)12.50-2/30.18]+0.06 (15)
=
（2）按平均收縮率計算組合型芯尺寸
(a)徑向尺寸
聚丙烯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的內(nèi)徑尺寸d=10.00，所以查表得Δ=0.16
按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式
（16）
式中： Lm——組合型芯的徑向尺寸，
Scp——塑料的平均收縮率，%
Ls——塑件徑向公稱尺寸，
Δ——塑件公差值，
δz——組合型芯制造公差，
已知： Ls=10.00 Scp=0.02 Δ=0.16
所以 δz=Δ/3=0.05
（17）
(b)高度尺寸
PA6的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的深度尺寸Hs=19.50，所以查表得Δ=0.22
按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式：
（18）
式中： HM——組合型芯高度尺寸，
Scp——塑料的平均收縮率，%
Hs——塑件孔深度公稱尺寸，
Δ——塑件公差值，
δz——組合型芯高度制造公差，
已知： Hs=19.50 Scp=0.02 Δ=0.22
所以 δz=Δ/3=0.07 （19）
（20）
2.6.3 型腔壁厚計算
模具的型腔將受到高壓的作用，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的剛度和強度。強度不足將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。剛度不足將導(dǎo)致彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，產(chǎn)生溢料間隙。
在本次設(shè)計中采用整體式型腔，壁厚顯然達(dá)到要求
（a）按剛度校核側(cè)壁的厚度
(21)
式中： E——模具材料的彈性模量，，碳剛為2.1105
p——型腔壓力，，由前面所知為25或30
[δ]——剛度條件，即允許變形量，，聚丙烯的[δ]值允許范圍為0.025～0.04
h——型腔深度尺寸，
所以： (22)
（b）按強度校核側(cè)壁的厚度
(23)
式中 r——型腔徑向半徑，
p——型腔壓力，，由前面所知為25或30
[σ]——模具材料的許用應(yīng)力，，已知為160
所以： (24)
而型腔壁厚最薄為18，可見達(dá)到要求。
2.7 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
2.7.1 成型零件的導(dǎo)向及定位
模具在進(jìn)行裝配和調(diào)模試機時，保證動.定模之間一定的方向和位置。
導(dǎo)向零件要承受一定的側(cè)向力，起導(dǎo)向和定向的作用。當(dāng)模具牢靠裝在注射機上后，模具在注射成型過程中，如果模具上無精定位裝置，動、定模的正確定位由注射機的拉桿精度保證；如果模具有精確定位裝置，動、定模的正確定位由模具的精定位裝置保證。
因為此次設(shè)計的模具是小型模具，所以用四個直徑相同且對稱分布的導(dǎo)柱，導(dǎo)柱設(shè)在動模。各導(dǎo)柱.導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行，否則將影響合模的準(zhǔn)確性，甚至損壞導(dǎo)向零件。在合模時要使導(dǎo)向零件先接觸，避免凸模先進(jìn)入型腔，導(dǎo)致成型零件損壞。
所以導(dǎo)柱長度必須比凸模斷面高出8～10。導(dǎo)柱固定部分按H7/m6過渡配合。導(dǎo)柱滑動部分按H7/f6間隙配合。導(dǎo)柱工作部分的表面粗糙度為。
下圖為導(dǎo)柱設(shè)計：
圖6 導(dǎo)柱
Fig 6 Guide post
下圖為導(dǎo)套的設(shè)計：
圖7 導(dǎo)套
Fig 7 Guide bush
2.8 推出機構(gòu)與復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計
在注塑成型過程中，當(dāng)塑件固化到一定程度時就應(yīng)該由模具中取出塑件，由于乘虛收縮等原因，塑件往往包在型芯上，不能自動地掉出模具，必須設(shè)計推頂脫模裝置，而要使下次注塑時推頂裝置又回復(fù)原位就要設(shè)計復(fù)位裝置。典型的推出及復(fù)位機構(gòu)包括頂板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、直接頂出零件（如頂桿）和復(fù)位元件等，在開模時利用機床（注射機）的動板的運動和頂桿運動，或者外來動力源如液壓缸、馬達(dá)等的作用頂出塑件。在這種簡單的機構(gòu)中，推定板的作用是固定頂出元件和復(fù)位等，以及使動力作用其上推動脫模；導(dǎo)柱和導(dǎo)套的作用的使頂出過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，并使頂出元件不至由于推定板等的重量以及其他因素而彎曲。由于塑件的尺寸和形狀千變?nèi)f化，有時簡單的推出機構(gòu)難以滿足要求，必須用較為復(fù)雜的推出機構(gòu)。選擇推出機構(gòu)應(yīng)考慮素件形狀、尺寸、注塑機類型以及模具結(jié)構(gòu)等因素。目前最新注塑機上帶有推頂裝置，這使模具上的推出和復(fù)位機構(gòu)可以簡化。使用推出機構(gòu)應(yīng)該做到：
（1）塑件在脫模時不損壞，不變形。因而應(yīng)在包緊力較大，塑件強度、剛度高的地方，如加強筋、凸緣外施加脫模力。推頂?shù)拿娣e要大，使受力均勻。
（2） 保證良好的塑件外觀。一般塑件要求型芯設(shè)計在動模上，便于脫模。但是由于本例的特殊情況，型芯要設(shè)計在定模上。
（3）推出機構(gòu)動作應(yīng)該可靠、靈活；機構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造和配換容易。頂出機構(gòu)的動力源主要是注塑機上的頂桿，也有液壓推出和氣壓推出的，有的甚至用手工操作推出機構(gòu)推出。
8.1 推出機構(gòu)的設(shè)計
推出機構(gòu)的主要部件有推桿脫模機構(gòu)、推管脫模機構(gòu)、推件板脫模機構(gòu)、多元件聯(lián)合脫模機構(gòu)和氣動脫模機構(gòu)。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)可選用推桿脫模結(jié)構(gòu)。推桿脫模機構(gòu)是最簡單、動作最可靠、最常見的結(jié)構(gòu)形式。
這里將推桿做成與塑件一部分相同形狀，并使用最常用的固定方式，均采用間歇配合，H8/f8。推桿沿整個周邊推頂制品，使制品受力均勻，無退出痕跡。推桿與型芯配合長度為推出行程加3至5mm。
8.2 復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計
模具在開模取件后要進(jìn)行下一次注塑前必須使各運動元件回復(fù)到原先位置，這一過程叫回程或復(fù)位。對于普通頂出機構(gòu)，除用推出板或滑塊端面在合模時與對側(cè)模板接觸的頂出式滑塊抽芯外，一般頂出機構(gòu)都必須設(shè)計脫模復(fù)位機構(gòu)。常用的方法有彈簧回程、頂桿兼回程桿回程和回程桿回程。
在選用復(fù)位機構(gòu)時，考慮到制造的復(fù)雜難易程度，短接頭塑件采用彈簧回程機構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)復(fù)位動作。
2.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。所以模具上需要添加溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到理想的溫度要求。
熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模。提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
注射模具的溫度對塑料熔體的充模流動、固化定型、生產(chǎn)效率、塑件的形狀和尺寸精度都有重要的影響。注射模具中設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。
因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，且低于室溫的水容易取得，所以冷卻水普遍使用。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，利用循環(huán)水將熱量帶走?！?
模具溫度與塑料成型溫度的關(guān)系：
2.9.1 模具溫度及其調(diào)節(jié)的重要性
模具溫度(模溫)是指模具行腔和型芯均表面溫度。不論是熱塑性塑料還是熱固性塑料的模塑成型，模具溫度對塑料制件的質(zhì)量和生產(chǎn)率都有很大的影響。
模具溫度對塑料制件質(zhì)量的影響：
模具溫度及其波動對塑料制件的收縮率、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能、變形、應(yīng)力開裂和表面質(zhì)量等均有影響。模具溫度過低，熔體流動性差，制件輪廓不清晰，甚至充不滿型腔或形成熔接痕，制件表面不光澤，缺陷多，力學(xué)性能低。
對于熱固性塑料，模溫過低會造成固化程度不足，降低塑件的物理、化學(xué)和力學(xué)性能;對于熱塑性塑料注射成型時，模溫過低且充模速度又不高的情況下，制件內(nèi)應(yīng)力增大，易引起翹曲變形或應(yīng)力開裂，尤其是粘度大的工程塑料。模溫過高，成型收縮率大，脫模和脫模后制件變形大，易造成溢料和粘模。模具溫度波動較大時，型芯和型腔溫差大，制件收縮不均勻，導(dǎo)致制件翹曲變形，影響制件的形狀尺寸精度。
模具溫度對模塑成型周期的影響：
縮短模塑成型周期就是提高模塑效率?？s短模塑成型周期關(guān)鍵在于縮短冷卻硬化時間，而縮短冷卻時間，可通過調(diào)節(jié)塑料和模縣的溫差，因而在保證制件質(zhì)量和成型工藝順利進(jìn)行的前提下，降低模具溫度有利于縮短冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。
在模具中設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使模塑成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。模具溫度的調(diào)節(jié)是指對模具進(jìn)行冷卻或加熱，必要時兩者兼有，從而達(dá)到控制模溫的目的。
2.9.2 模具溫度與塑料成型溫度的關(guān)系
注射入模具中的熱塑性熔融樹脂，必須在模具內(nèi)冷卻固化才能成為塑件，所以模具溫度必須低于模具內(nèi)的熔融樹脂的溫度，即達(dá)到玻璃化溫度以下的某一溫度范圍，由于樹脂本身的性能特點不同，不同的塑料要求有不同的模具溫度。
對于粘度低、流動性好的塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等，因為模具不斷地被注入的熔融塑料加熱，模溫升高，單靠模具本身自然散熱不能使模具保持較低的溫度，這些塑料要求模溫不能太高，因此，必須加設(shè)冷卻裝置，常用常溫水對模具冷卻。
有時為了進(jìn)一步縮短在模內(nèi)的冷卻時問，或者在夏天，亦可使用冷凝處理后的冷水進(jìn)行冷卻。對于粘度高、流動性差的塑料，例如聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、聚苯醚和氟塑料等，為了提高充型性能，考慮到成型工藝要求要較高的模具溫度，因此，必須設(shè)置加熱裝置，對模具進(jìn)行加熱。
對于粘流溫度吼或熔點口。較低的塑料，一般需要用常溫水或冷水對模具冷卻，而對于高粘流溫度和高熔點的塑料，可用溫水進(jìn)行模溫控制。對于模溫要求在90℃以上時，必須對模具加熱。對于流程長、壁厚較小的塑件，或者粘流溫度或熔點雖不高但成型面積很大的塑件，為了保證塑料熔體在充模過程中不至溫降太大而影響充型，可設(shè)置加熱裝置對模具進(jìn)行預(yù)熱。對于小型薄膜塑件，且成型工藝要求模溫不太高時，可以不設(shè)置冷卻裝置而靠自然冷卻。
冷卻裝置的設(shè)計要考慮以下幾點：
（1） 保證塑件收縮均勻，維持模具熱平衡。
（2） 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，對塑件冷卻也就越均勻。
（3） 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。
（4） 澆口出要加強冷卻。一般熔融塑料填充型腔時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度越低。因此澆口附近應(yīng)加強冷卻，通冷卻水，而在溫度較低的外側(cè)只需通過經(jīng)熱交換后的溫水即可。
（5） 降低入水與出水的溫度。可通過改變冷卻孔道排列的形式。
（6） 要結(jié)合塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)，合理考慮冷卻水通道的排列形式。如塑件的收縮率，壁厚等。
（7） 冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷卻通道的密封性要好，冷卻通道的進(jìn)口與出口接頭盡量不要高出模具外表面。
在本次設(shè)計中我采用的是簡單流道式，即通過在模具上直接打孔，并通以冷卻水而進(jìn)行冷卻，是最常見的一種形式。我采用的是通過軟管在模外連接冷卻水路。
見下圖：
圖8 冷卻水通道
Fig 8 Cooling water channel
2.10 注射模標(biāo)準(zhǔn)模架選擇
模具標(biāo)準(zhǔn)化的意義：
（1）模具標(biāo)準(zhǔn)化的實施，能有助于穩(wěn)定、提高和保證模具設(shè)計質(zhì)量和制造中必 須達(dá)到的質(zhì)量規(guī)范，使工業(yè)產(chǎn)品零件的不合格率減少到最低程度。
（2）模具標(biāo)準(zhǔn)化可以提高專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)水平、縮短模具生產(chǎn)周期、提高模具 制造質(zhì)量和使用性能。實現(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)化后，模具標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)模架可由專 業(yè)廠大批量生產(chǎn)和供應(yīng)。
（3）模具標(biāo)準(zhǔn)化可使模具工作者擺脫大量重復(fù)的一般性設(shè)計，將主要精力用來 改進(jìn)模具設(shè)計、解決模具關(guān)鍵技術(shù)問題、進(jìn)行創(chuàng)造性的勞動。
（4）模具標(biāo)準(zhǔn)化，是采用現(xiàn)代化模具生產(chǎn)技術(shù)和裝備、實現(xiàn)模具CAD／CAM技 術(shù)的基礎(chǔ)。
（5）模具標(biāo)準(zhǔn)化有利于模具技術(shù)的國際交流和組織模具出口外銷。 模具標(biāo)準(zhǔn)化對于提高模具設(shè)計和制造水平、提高模具質(zhì)量、縮短制模周期、降低 成本、節(jié)約材料和采用高新技術(shù)，都具有十分重要的意義。
標(biāo)準(zhǔn)模架由模板、導(dǎo)柱導(dǎo)套、回針及緊固螺絲四類零件組成。
模板按其用途可分為主模板（A板、B板）和結(jié)構(gòu)模板（面板、底板、支板、推板、方鐵、水口板等）兩大類。任何一副模架均由A、B板與不同的結(jié)構(gòu)模板按一定順序組配而成。
這里選基本型組合A2。
2.11 注射模具的安裝與調(diào)試
實驗方法和步驟：
塑料模具的調(diào)試主要包括模具的安裝和試模二個過程。在進(jìn)行這些過程時必須按照下面步驟。
2.11.1 模具安裝
(1) 預(yù)檢模具
在模具安排之前，根據(jù)圖紙對模具進(jìn)行比較全面的檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修模。
免得裝上后再拆下來。當(dāng)模具固定模板和運動模板分開檢查時，要注意方向記號，以免合攏時搞錯，對于模具的運動部分，必須檢查是否清潔或有異物落入，以免損傷模具。
(2) 吊裝模具
模具吊裝時必須注意安全，人員（一般為2—3人）之間要配合密切，模具盡可能整體安裝，若模具設(shè)有側(cè)向移動機構(gòu)，一般應(yīng)將滑塊在水平位置。（滑動在片面內(nèi)左右移動）
(3) 緊固模具
在安裝調(diào)整模具時，采用“調(diào)整”操作方式，把液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)到5 Mpa。
撥動操作面上閉模開關(guān)進(jìn)行閉模，然后利用調(diào)模機構(gòu)進(jìn)行調(diào)模（有利用液壓馬達(dá)進(jìn)行調(diào)模，本機利用手動進(jìn)行調(diào)模）。調(diào)節(jié)模板開檔至比較模具厚度大1—2mm。再啟模后將已吊裝的模具吊入模板中間，并使定位凸肩進(jìn)入固定模板定位孔內(nèi)，而后撥動閉模開關(guān)閉模，利用調(diào)模裝置調(diào)整模板開檔，使模具被兩片模板夾緊。
根據(jù)模具的大小用固緊螺釘、壓塊將模具安裝再兩塊模板上。此時必須注意將壓緊所再平面與模板平面平行。（可用調(diào)節(jié)螺釘或墊塊調(diào)整）提高壓緊可靠性。
(4) 閉模松緊度的調(diào)節(jié)
閉模的松緊度既要防止制品的溢邊，又能保證型腔的適當(dāng)?shù)呐艢狻?
對于目前常規(guī)的鎖模機構(gòu)，閉模松緊度主要憑目測和經(jīng)驗：
一般情況，在模具被緊固后再啟模，利用調(diào)模裝置，再調(diào)小模板開檔0.5mm 左右，然后進(jìn)行啟閉模，并試驗成型，制片如有飛邊，則可用微調(diào)裝置逐漸將開檔調(diào)小。（注意：本機器所可能調(diào)整的最大鎖模力為80噸）但是，在滿足成型制品要求的情況下，不要過分預(yù)緊模具，對于需要加熱的模具，應(yīng)在模具達(dá)到規(guī)定溫度后再校正閉模松緊度。
(5) 低壓保護(hù)調(diào)節(jié)
在初步完成鎖模預(yù)緊力調(diào)整之后，為確保模具的工作安全，必須進(jìn)行低壓保護(hù)作用的調(diào)節(jié)，首先將液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)至可以移動模板的最低壓力，根據(jù)制品的需要，調(diào)節(jié)形成開關(guān)的位置選定低壓保護(hù)的起始點，然后，在低壓保護(hù)作用下，以極慢地速度進(jìn)行閉模，并調(diào)節(jié)另一行程的開關(guān)位置，使模具接觸前0.2－0.5mm位置時，低壓保護(hù)結(jié)束。在調(diào)節(jié)低壓保護(hù)時，要進(jìn)行反復(fù)的試驗，做到靈敏、可靠。
(6) 頂出距離和頂出次數(shù)的調(diào)節(jié)
模具緊固后，慢速啟模，將頂桿的位置調(diào)節(jié)到模具上的頂出板和動模底板之間尚有不小于5cm的間隙，做到既能頂出制件，又能防止損壞模具，頂出次數(shù)可以是一次頂出，亦可以是多次頂出。根據(jù)制品的需要，可以在操作面板上選擇。
(7) 接通冷卻水管或加熱線路。
2.11.2 試模
(1)試模前準(zhǔn)備工作
在試模前，必須對設(shè)備的油路、水路、電路進(jìn)行檢查，按要求保養(yǎng)設(shè)備，做好開車前的準(zhǔn)備工作。
(2)確定工藝參數(shù)
(3)檢查原料是否合格，對于濕度大的料應(yīng)進(jìn)行干燥處理。
(4)根據(jù)推薦的工藝參數(shù)加熱料筒和噴嘴，若模具亦需加熱，應(yīng)接通電路并加熱。
(5)判別料筒和噴嘴溫度是否合適，其方法可將噴嘴脫離固定模板，用較低的注射壓力，使塑料從噴嘴口緩慢流出，觀察料流，若沒有硬塊、氣泡、銀絲、變色且光亮，說明料筒噴嘴溫度比較合適，反之，則需要適當(dāng)調(diào)節(jié)。
3 模具裝配圖
圖9 裝配圖
Fig 9 Assembly drawing
4 結(jié)論
通過本次畢業(yè)設(shè)計，對我在大學(xué)階段所學(xué)習(xí)的模具設(shè)計方面的知識做了一個很好的總結(jié)和鞏固，也對平時所學(xué)習(xí)的比較零散的知識做到了系統(tǒng)化的運用。
也發(fā)現(xiàn)了自己在學(xué)科內(nèi)的某些方面知識的欠缺，做到了很好的復(fù)習(xí)和理解通過本次設(shè)計，對模具的設(shè)計和加工有了一個比較系統(tǒng).全面的認(rèn)識和了解，同時也遇到了很多問題。
設(shè)計中用到了大量專業(yè)知識，例如機械設(shè)計.工程制圖.聚合物材料.塑料成型機械.塑料成型模具.材料力學(xué).公差與配合等學(xué)科。
通過在設(shè)計中查閱和復(fù)習(xí)其相關(guān)知識，對部分已生疏的學(xué)科又重新做了認(rèn)識，且在以前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上更加深了理解，同時也把書本上學(xué)到的知識用到了實際設(shè)計中，將單一的學(xué)科和其他配套學(xué)科融合在一起，學(xué)會了綜合考慮問題，比如在設(shè)計本套模具中自動卸螺紋機構(gòu)的時候，既要考慮齒輪齒條本身材料性能，又要注意其加工和安裝的可操作性以及在模具中的整體的安裝位置，以免造成模具結(jié)構(gòu)不合理，甚至造成各個方向運動的干涉。在設(shè)計中還用到了一些計算機輔助設(shè)計軟件，更是受益匪淺，例如在設(shè)計中大量用到Auto CAD 來進(jìn)行平面制圖，使得在設(shè)計中對于零件的平面投影以及尺寸可以很至關(guān)且很精確的表達(dá)。
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致 謝
彈指一揮間，大學(xué)四年已經(jīng)接近了尾聲。這次的畢業(yè)論文從開題、具體設(shè)計、論文的撰寫，均得到了老師、同學(xué)和朋友的大力支持。
特別感謝陳文凱老師對我的指導(dǎo)。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血，在此我向陳老師表示深切的謝意與祝福！本論文的完成也離不開其他各位同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助，大家多次給我提出深刻而具有指導(dǎo)性的意見。正是有了你們對我時時刻刻的指導(dǎo)，才使我能正確把握設(shè)計的方向，并順利地完成。
感謝所有給我傳道授業(yè)的老師們，正是你們的辛勤教授才使我有了完成畢業(yè)設(shè)計的知識與能力儲備，并奠定了我的理論與實踐基礎(chǔ)。
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