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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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[8] X. Xu, E. Sachs, S. Allen. The design of conformal cooling channels in injection molding tooling. Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001.
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
一.設(shè)計題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
圖如下：
二． 原始數(shù)據(jù)
1 尺寸公差按SJ1372—78，3級（參考塑料模設(shè)計資料一，表6-6）孔類尺寸為正公差，軸類尺寸公差為負(fù)公差；
2 尺寸公差為；
3 角度公差為
4 塑膠件表面光亮無劃傷痕跡；
5 生產(chǎn)批量為大批量。
三． 設(shè)計要求
1 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)模架，在保證生產(chǎn)率和質(zhì)量的同時，力求降低模具成本和使用壽命。
2 在保證模具強度的前提下，注意外形美觀和各部分協(xié)調(diào)。
3 所設(shè)計的模具要便于搬運和安裝，并且方便、可靠。
4 模具總裝配圖、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套等圖紙各一張。（其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）
四.設(shè)計目的
綜合運用在學(xué)校所學(xué)的理論知識和技能，設(shè)計汽車儀表/電子計時器等塑料模具，使學(xué)生熟悉設(shè)計開發(fā)模具的流程，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和動手能力，提高學(xué)生的工程實踐能力，為將來實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。
五、設(shè)計圖紙
模具總裝圖一張、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套、型芯等所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖及電子文件（即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件，其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）。
六、設(shè)計說明書（要求不少于1萬字，）
1、資料數(shù)據(jù)充分，并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處。
2、計算過程詳細(xì)、完全。
3、公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明，有時還應(yīng)標(biāo)注公式的出處。
4、內(nèi)容條理清楚，按步驟書寫。
5、說明書要求用計算機打印出來。
七、整個設(shè)計資料包括：全套圖紙、設(shè)計計算說明書、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計筆記。
八、自選兩個重要模具成型零件編制加工工藝過程卡。
九、編制模塑成型工藝卡。
十、參考資料：
1、國家標(biāo)準(zhǔn)總局編《塑料模國家標(biāo)準(zhǔn)》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999
2、陳萬林編著《塑料模具設(shè)計與制作教程》北京希望電子出版社，
2000
3、黃健求編《模具制造》 機械工業(yè)出版社，2001
4、黃毅宏編《模具制造工藝學(xué)》機械工業(yè)出版社，1996
5、王孝培編《塑料成型工藝及模具簡明手冊》機械工業(yè)出版社，2000
6、陳曉華、王秀英編《典型零件模具圖冊》機械工業(yè)出版社，2001
7、翁其金編 《塑料模塑工藝與塑料模設(shè)計》機械工業(yè)出版社，1999
8、塑料模具技術(shù)手冊編委會 《塑料模具技術(shù)手冊》機械工業(yè)出版社，1997
9、孫鳳勤編 《沖壓與塑壓設(shè)備》機械工業(yè)出版社，1997
10、黃銳編 《塑料工程手冊》機械工業(yè)出版社，2000
11、屈華昌編 《塑料成型工藝與模具設(shè)計》機械工業(yè)出版社，1995
畢 業(yè) 設(shè) 計 指 導(dǎo) 書
一、題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
二、明確設(shè)計任務(wù)，收集有關(guān)資料
1、了解畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)容、要求和步驟，制定設(shè)計工作進(jìn)度計劃（一般需６—８周）
2、將Pro/E零件圖,轉(zhuǎn)化為AUTOCAD平面圖，并標(biāo)好尺寸
3、查閱、收集有關(guān)的設(shè)計參考資料
4、了解所設(shè)計零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個產(chǎn)品中裝配關(guān)系、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量
5、塑膠廠車間的設(shè)備資料
6、模具制造技能和設(shè)備條件及可采用的模具標(biāo)準(zhǔn)情況
三、工藝性分析
分析塑膠件的工藝性包括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面，在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析塑膠件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標(biāo)注方法、精度要求、表面質(zhì)量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)塑膠件的生產(chǎn)批量分析產(chǎn)品成本，闡明采用注射生產(chǎn)可取得的經(jīng)濟效益。
１、塑膠件的形狀和尺寸：
塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。
２、塑膠件的尺寸精度和外觀要求
塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結(jié)構(gòu)型式及制造精度等有關(guān)。
3、生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批量的大小，直接影響模具的結(jié)構(gòu)型式，一般大批量生產(chǎn)時，可選用一模多腔來提高生產(chǎn)率；小批量生產(chǎn)時，可采用單型腔模具等進(jìn)行生產(chǎn)來降低模具的制造費用。
4、其它方面
在對塑膠件進(jìn)行工藝分析時，除了考慮上述因素外，還應(yīng)分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產(chǎn)常見的制品缺陷問題對模塑工藝性的影響。
四、確定成型方案及模具型式：
根據(jù)對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定所需的模塑成型方案：制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。
五、工藝計算和設(shè)計
1、 注射量計算：涉及到選擇注射機的規(guī)格型號，一般應(yīng)先進(jìn)行計算。對于形狀復(fù)雜不規(guī)則的制品，可以利用Pro/E的“分析/模型分析/模型質(zhì)量屬性”來計算質(zhì)量?；蛘卟捎霉浪惴ü烙嬎芰系挠昧?，以保證足夠的塑料用量為原則。
2、 澆注系統(tǒng)設(shè)計計算：這是設(shè)計注射模的第一步，只有完成澆注系統(tǒng)的設(shè)計后才能估算型腔壓力、注射時間、校核鎖模力，從而進(jìn)一步校核所選擇的注射機是否符合要求。澆注系統(tǒng)設(shè)計計算包括澆道布置、主流道和分流道斷面尺寸計算、澆注系統(tǒng)壓力降計算和型腔壓力校核。
3、 成型零件工作尺寸計算：主要有凹模和型芯徑向（長/寬）尺寸和高度（深度）尺寸，其最大值直接關(guān)系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度則直接影響到制品精度。為計算方便，凡孔類尺寸均以其最小尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負(fù)；進(jìn)行工作尺寸計算時應(yīng)考慮塑料的收縮率和模具壽命（磨損裕量）等因素。
4、 模具冷卻與加熱系統(tǒng)計算：冷卻系統(tǒng)計算包括冷卻時間和冷卻參數(shù)計算。冷卻時間計算有三種方法，根據(jù)塑料制品形狀和塑料性能選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計算即可。冷卻參數(shù)包括冷卻面積、冷卻水空長度和孔數(shù)的計算及冷卻水流動狀態(tài)的校核和冷卻水入口與出口處溫度差的校核。模具加熱工藝計算主要是加熱功率計算。
5、 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核：模具初步設(shè)計完成后，還需校核所選擇的注射機注射壓力和鎖模力能否滿足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安裝，行程是否滿足模塑成型及取件要求。
六、進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、 確定凹模（模板）尺寸：先計算凹模（模板）厚度，再根據(jù)厚度確定凹模（模板）周界尺寸(長X寬),在確定凹模（模板）周界尺寸時要注意:第一,澆注系統(tǒng)的布置,特別是對于一模多腔的塑料模應(yīng)仔細(xì)考慮模腔位置和澆道布置;第二,要考慮凹模上螺孔的布置位置;第三,主流道中心與模板的幾何中心應(yīng)重合;第四, 凹模（模板）外形尺寸盡量按國家標(biāo)準(zhǔn)選取。
２、選擇模架并確定其他模具零件的主要參數(shù)：在確定模架結(jié)構(gòu)形式和定模、動模板的尺寸后，可根據(jù)定模、動模板的尺寸，從《塑料模國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 12555—1990 （塑料注射模大型模架）和GB/T 12556—1990 （塑料注射模中小型模架及技術(shù)條件）中確定模架規(guī)格。待模架規(guī)格確定后即可確定主要塑模零件的規(guī)格參數(shù)。再查閱標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)零部件圖表，就可以畫裝配圖了。
七、畫裝配圖
一般先畫主視圖，再畫側(cè)視圖和其他視圖。由于注射機大多為臥式的，故注射模也常按安裝位置畫成臥式，畫主視圖最好從凸凹模結(jié)合面（即分型面）開始，向左右兩個方向畫較為方便，且不易出錯。
模具裝配圖包括：
1、主視圖：繪制模具工作位置的剖面圖
2、側(cè)視圖：一般情況下繪制定模部分視圖，
3、俯視圖、局部剖視圖等。
4、列出零件明細(xì)表，注明材質(zhì)和數(shù)量，凡標(biāo)準(zhǔn)件須注明規(guī)格。
5、技術(shù)要求及說明，包括所選注射機設(shè)備型號，所選用的標(biāo)準(zhǔn)模架型號，模具閉合高度，模具間隙及其它要求。
八、繪制各非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
零件圖上應(yīng)注明全部尺寸、公差與配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料、熱處理方法及其它要求。
九、編寫技術(shù)文件
1、編寫注射成型工藝卡片：根據(jù)塑料的成型特點，查閱有關(guān)資料，確定合理的注射成型工藝參數(shù)，并作成工藝卡片。
2、編寫加工工藝過程卡片：選取兩個重要模具成型零件，確定加工工藝路線，并作成加工工藝過程卡片
3、編寫設(shè)計說明書
畢業(yè)設(shè)計（論文）
開 題 報 告
（200 9 屆）
題 目
指導(dǎo)教師
院 系
班 級
學(xué) 號
姓 名
二〇〇九 年 三 月 二 日
一、選題的意義
模具設(shè)計工件是需要非常專業(yè)的知識和多年的經(jīng)驗才能勝任的。隨著我國機械行業(yè)的飛速發(fā)展，模具設(shè)計工程師越來越短缺。已經(jīng)嚴(yán)重制約了模具行業(yè)的健康發(fā)展。在廣東、浙江、上海、江蘇等地找到五年以上設(shè)計經(jīng)驗的模具工程非常困難，而剛剛畢業(yè)的模具專業(yè)的學(xué)生又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需要。通過本次畢業(yè)設(shè)計實踐， 采用CAD/CAM(MasterCAM、UG、Per/E)技術(shù)可以使設(shè)計者從繁沉計算和繪圖工件中得到解脫。采用人機結(jié)合，各盡所長，充分發(fā)揮其人的創(chuàng)造思維能力，控制設(shè)計過程，使模具設(shè)計趨于合理化。而計算機則發(fā)揮其計算分折和儲存信息的能力。兩者結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，有利于獲得最優(yōu)的設(shè)計成果，縮短開發(fā)周期。采用CAE技術(shù)，可以實現(xiàn)在計算機上“試模”，即對整個注射過程進(jìn)行仿真分折’;抱括“填充、保壓、冷卻、纖維取向，結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮，以及整個塑料封裝成型和熱固性塑料流動分折”預(yù)測未來產(chǎn)品可能纖維出現(xiàn)的缺陷，對存在的問題在設(shè)計階段予以解決，直至提出最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)，使一次試模成為可能;實現(xiàn)并行工程，從而可以加快產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程，降低試模成本，提高生產(chǎn)效率。
二、研究的主要內(nèi)容，擬解決的主要問題（闡述的主要觀點）
（1） 明確制品的幾何形狀及使用要求。對于形狀復(fù)雜的制品，有時除看懂其圖樣外，還需參考產(chǎn)品模型或樣品，考慮塑料的種類及制品的成型收縮率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允許變形范圍等范圍，即充分了解制品的使用要求，因為這不僅是模具設(shè)計的主要依據(jù)，而且還是減少模具設(shè)計者與產(chǎn)品設(shè)計者已意見分歧的手段。
（2） 估算制品的體積和重量及確定成型總體方案。計算制品重量的目的在于選擇設(shè)備和確定成型總體方案。成型總體方案包括確定模具的機構(gòu)形式，型腔數(shù)目，制品成型的自動化程度，采用流道的形式（冷流道或熱流道），制品的側(cè)向型孔是同時成型還是后序加工，側(cè)凹的脫模方式等。
（3） 明確注射成型機的型號和規(guī)則。只有確定采用什么型號和規(guī)則的注射成型機，在模具設(shè)計時才能對模具上與注射機有關(guān)的結(jié)構(gòu)和尺寸的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。
（4） 檢查制品的工藝性。對制品進(jìn)行成型前的工藝性檢查，以確認(rèn)制品的各個細(xì)小部分是否均符合注射成型的工藝性條件。
三、研究（工作）步驟、方法及措施（思路）
塑件采用HIPS，HIPS的主要工藝性能有：
物理性能：HIPS的相對密度介于0.98~1.10之間，耐磨性好，沖擊強度比PS高。
熱性能： 熱變形溫度為64~92.5
電性能： HIPS電性能優(yōu)異，耐高頻絕緣性好。
力學(xué)性能：HIPS具有優(yōu)異的力學(xué)性能，包括拉升強度、壓縮強度和硬度，PP的主要力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：
拉伸強度/MPa 14~48
壓縮強度/MPa 28~112
缺口沖擊強度（KJ/m2） 0.5~11.0
化學(xué)性能：HIPS的化學(xué)穩(wěn)定性好。
HIPS的主要缺點是：注射時應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂。
HIPS的主要用途是：裝飾材料、容器、家用電器、建材等。
四、主要參考文獻(xiàn)
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書編委會編 機械工業(yè)出版社 2003.10
模具設(shè)計與制造教程 陳萬林編 北京希望電子出版社 2001.1
模具制造 黃健求主編 機械工業(yè)出版社 2001.1
塑料模具設(shè)計 劉昌祺主編 機械工業(yè)出版社 1998.10
電火花技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用 駱駿等主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2004.6
幾何公差與檢測 甘永立主編—5版 上海科學(xué)技術(shù)出版社
龍記集團大水口模架手冊（LKM）
塑料模設(shè)計手冊 《塑料模設(shè)計手冊》編寫組編 機械工業(yè)出版社 1999.8
注塑模具設(shè)計經(jīng)驗點評 蔣繼宏 王永平編 機械工業(yè)出版社 2004.7
指導(dǎo)教師意見：
簽名：
年 月 日
系畢業(yè)設(shè)計（論文）工作指導(dǎo)小組意見：
簽名：
年 月 日
二級學(xué)院(直屬系)畢業(yè)設(shè)計（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見：
簽名：
年 月 日
4
目 錄
引 言…………………………………………………………………………………1
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………………………2
畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書…………………………………………………………………4
設(shè)計說明書………………………………………………………………………5
一、設(shè)計題目………………………………………………………………5
二、設(shè)計過程………………………………………………………………9
（一）、塑件的分析及塑料的成型工藝性能…………………………………9
（二）、塑件的質(zhì)量與體積計算………………………………………………10
（三）、型腔數(shù)目的確定………………………………………………………10
（四）、注射機的選擇…………………………………………………………11
（五）、成型部分的尺寸設(shè)計 ………………………………………………12
（六）、零件的加工工藝……………………………………………………16
（七）、模具加工工藝流程……………………………………………………18
（八）、澆注系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………19
（九）、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………21
（十）、脫模機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………22
（十一）、模架的選擇…………………………………………………………23
（十二）、壓力機的校核……………………………………………………24
（十三）HIPS(高抗沖聚苯乙烯)的成型條件………………………………25
（十四）、參考文獻(xiàn)…………………………………………………………26
設(shè)計體會…………………………………………………………………………27
引 言
本說明書為機械類塑料模注射模具設(shè)計說明書，是根據(jù)塑料模具設(shè)計手冊上的設(shè)計過程及相關(guān)工藝編寫的。本說明書的內(nèi)容包括：畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書，畢業(yè)設(shè)計說明書，畢業(yè)設(shè)計體會，參考文獻(xiàn)等。
編寫本說明書時，力求符合設(shè)計步驟，詳細(xì)說明了塑料注射模具設(shè)計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法，如塑件的成型工藝，塑料脫模機構(gòu)的設(shè)計。
本說明書在編寫過程中，得到有張蓉老師和相關(guān)同學(xué)的大力支持和熱情幫助，在此謹(jǐn)以致意。
由于本人設(shè)計水平有限，在設(shè)計過程中難免有錯誤之處，敬請各位老師批評指正。
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
一.設(shè)計題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
圖如下：
二． 原始數(shù)據(jù)
1 尺寸公差按SJ1372—78，3級（參考塑料模設(shè)計資料一，表6-6）孔類尺寸為正公差，軸類尺寸公差為負(fù)公差；
2 尺寸公差為；
3 角度公差為
4 塑膠件表面光亮無劃傷痕跡；
5 生產(chǎn)批量為大批量。
三． 設(shè)計要求
1 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)模架，在保證生產(chǎn)率和質(zhì)量的同時，力求降低模具成本和使用壽命。
2 在保證模具強度的前提下，注意外形美觀和各部分協(xié)調(diào)。
3 所設(shè)計的模具要便于搬運和安裝，并且方便、可靠。
4 模具總裝配圖、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套等圖紙各一張。（其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）
四.設(shè)計目的
綜合運用在學(xué)校所學(xué)的理論知識和技能，設(shè)計汽車儀表/電子計時器等塑料模具，使學(xué)生熟悉設(shè)計開發(fā)模具的流程，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和動手能力，提高學(xué)生的工程實踐能力，為將來實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。
五、設(shè)計圖紙
模具總裝圖一張、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套、型芯等所有非標(biāo)準(zhǔn)零件圖及電子文件（即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件，其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）。
六、設(shè)計說明書（要求不少于1萬字，）
1、資料數(shù)據(jù)充分，并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處。
2、計算過程詳細(xì)、完全。
3、公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明，有時還應(yīng)標(biāo)注公式的出處。
4、內(nèi)容條理清楚，按步驟書寫。
5、說明書要求用計算機打印出來。
七、整個設(shè)計資料包括：全套圖紙、設(shè)計計算說明書、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計筆記。
八、自選兩個重要模具成型零件編制加工工藝過程卡。
九、編制模塑成型工藝卡。
十、參考資料：
1、國家標(biāo)準(zhǔn)總局編《塑料模國家標(biāo)準(zhǔn)》 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999
2、陳萬林編著《塑料模具設(shè)計與制作教程》北京希望電子出版社，
2000
3、黃健求編《模具制造》 機械工業(yè)出版社，2001
4、黃毅宏編《模具制造工藝學(xué)》機械工業(yè)出版社，1996
5、王孝培編《塑料成型工藝及模具簡明手冊》機械工業(yè)出版社，2000
6、陳曉華、王秀英編《典型零件模具圖冊》機械工業(yè)出版社，2001
7、翁其金編 《塑料模塑工藝與塑料模設(shè)計》機械工業(yè)出版社，1999
8、塑料模具技術(shù)手冊編委會 《塑料模具技術(shù)手冊》機械工業(yè)出版社，1997
9、孫鳳勤編 《沖壓與塑壓設(shè)備》機械工業(yè)出版社，1997
10、黃銳編 《塑料工程手冊》機械工業(yè)出版社，2000
11、屈華昌編 《塑料成型工藝與模具設(shè)計》機械工業(yè)出版社，1995
畢 業(yè) 設(shè) 計 指 導(dǎo) 書
一、題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
二、明確設(shè)計任務(wù)，收集有關(guān)資料
1、了解畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)容、要求和步驟，制定設(shè)計工作進(jìn)度計劃（一般需６—８周）
2、將Pro/E零件圖,轉(zhuǎn)化為AUTOCAD平面圖，并標(biāo)好尺寸
3、查閱、收集有關(guān)的設(shè)計參考資料
4、了解所設(shè)計零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個產(chǎn)品中裝配關(guān)系、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量
5、塑膠廠車間的設(shè)備資料
6、模具制造技能和設(shè)備條件及可采用的模具標(biāo)準(zhǔn)情況
三、工藝性分析
分析塑膠件的工藝性包括技術(shù)和經(jīng)濟兩方面，在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析塑膠件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標(biāo)注方法、精度要求、表面質(zhì)量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)塑膠件的生產(chǎn)批量分析產(chǎn)品成本，闡明采用注射生產(chǎn)可取得的經(jīng)濟效益。
１、塑膠件的形狀和尺寸：
塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。
２、塑膠件的尺寸精度和外觀要求
塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結(jié)構(gòu)型式及制造精度等有關(guān)。
3、生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批量的大小，直接影響模具的結(jié)構(gòu)型式，一般大批量生產(chǎn)時，可選用一模多腔來提高生產(chǎn)率；小批量生產(chǎn)時，可采用單型腔模具等進(jìn)行生產(chǎn)來降低模具的制造費用。
4、其它方面
在對塑膠件進(jìn)行工藝分析時，除了考慮上述因素外，還應(yīng)分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產(chǎn)常見的制品缺陷問題對模塑工藝性的影響。
四、確定成型方案及模具型式：
根據(jù)對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)果，確定所需的模塑成型方案：制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。
五、工藝計算和設(shè)計
1、 注射量計算：涉及到選擇注射機的規(guī)格型號，一般應(yīng)先進(jìn)行計算。對于形狀復(fù)雜不規(guī)則的制品，可以利用Pro/E的“分析/模型分析/模型質(zhì)量屬性”來計算質(zhì)量?；蛘卟捎霉浪惴ü烙嬎芰系挠昧?，以保證足夠的塑料用量為原則。
2、 澆注系統(tǒng)設(shè)計計算：這是設(shè)計注射模的第一步，只有完成澆注系統(tǒng)的設(shè)計后才能估算型腔壓力、注射時間、校核鎖模力，從而進(jìn)一步校核所選擇的注射機是否符合要求。澆注系統(tǒng)設(shè)計計算包括澆道布置、主流道和分流道斷面尺寸計算、澆注系統(tǒng)壓力降計算和型腔壓力校核。
3、 成型零件工作尺寸計算：主要有凹模和型芯徑向（長/寬）尺寸和高度（深度）尺寸，其最大值直接關(guān)系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度則直接影響到制品精度。為計算方便，凡孔類尺寸均以其最小尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負(fù)；進(jìn)行工作尺寸計算時應(yīng)考慮塑料的收縮率和模具壽命（磨損裕量）等因素。
4、 模具冷卻與加熱系統(tǒng)計算：冷卻系統(tǒng)計算包括冷卻時間和冷卻參數(shù)計算。冷卻時間計算有三種方法，根據(jù)塑料制品形狀和塑料性能選擇適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行計算即可。冷卻參數(shù)包括冷卻面積、冷卻水空長度和孔數(shù)的計算及冷卻水流動狀態(tài)的校核和冷卻水入口與出口處溫度差的校核。模具加熱工藝計算主要是加熱功率計算。
5、 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核：模具初步設(shè)計完成后，還需校核所選擇的注射機注射壓力和鎖模力能否滿足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安裝，行程是否滿足模塑成型及取件要求。
六、進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、 確定凹模（模板）尺寸：先計算凹模（模板）厚度，再根據(jù)厚度確定凹模（模板）周界尺寸(長X寬),在確定凹模（模板）周界尺寸時要注意:第一,澆注系統(tǒng)的布置,特別是對于一模多腔的塑料模應(yīng)仔細(xì)考慮模腔位置和澆道布置;第二,要考慮凹模上螺孔的布置位置;第三,主流道中心與模板的幾何中心應(yīng)重合;第四, 凹模（模板）外形尺寸盡量按國家標(biāo)準(zhǔn)選取。
２、選擇模架并確定其他模具零件的主要參數(shù)：在確定模架結(jié)構(gòu)形式和定模、動模板的尺寸后，可根據(jù)定模、動模板的尺寸，從《塑料模國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 12555—1990 （塑料注射模大型模架）和GB/T 12556—1990 （塑料注射模中小型模架及技術(shù)條件）中確定模架規(guī)格。待模架規(guī)格確定后即可確定主要塑模零件的規(guī)格參數(shù)。再查閱標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)零部件圖表，就可以畫裝配圖了。
七、畫裝配圖
一般先畫主視圖，再畫側(cè)視圖和其他視圖。由于注射機大多為臥式的，故注射模也常按安裝位置畫成臥式，畫主視圖最好從凸凹模結(jié)合面（即分型面）開始，向左右兩個方向畫較為方便，且不易出錯。
模具裝配圖包括：
1、主視圖：繪制模具工作位置的剖面圖
2、側(cè)視圖：一般情況下繪制定模部分視圖，
3、俯視圖、局部剖視圖等。
4、列出零件明細(xì)表，注明材質(zhì)和數(shù)量，凡標(biāo)準(zhǔn)件須注明規(guī)格。
5、技術(shù)要求及說明，包括所選注射機設(shè)備型號，所選用的標(biāo)準(zhǔn)模架型號，模具閉合高度，模具間隙及其它要求。
八、繪制各非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
零件圖上應(yīng)注明全部尺寸、公差與配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料、熱處理方法及其它要求。
九、編寫技術(shù)文件
1、編寫注射成型工藝卡片：根據(jù)塑料的成型特點，查閱有關(guān)資料，確定合理的注射成型工藝參數(shù)，并作成工藝卡片。
2、編寫加工工藝過程卡片：選取兩個重要模具成型零件，確定加工工藝路線，并作成加工工藝過程卡片
3、編寫設(shè)計說明書
設(shè)計說明書
第一部分 設(shè)計題 螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
第二部分 設(shè)計過程
一、塑件的分析及塑料的成型工藝性能
1、塑件工藝性分析
1）塑件的尺寸較小，精度等級高精度，性能要求一般，采用一模二腔來提高生產(chǎn)率。塑件壁薄，對制品不進(jìn)行后加工。
5 澆口采用探針澆口，適用于一模二腔，澆口截面為圓形。
6 了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分來鑲拼結(jié)構(gòu)。
2、材料的成型工藝性能
1）塑件采用HIPS，HIPS的主要工藝性能有：
物理性能：HIPS的相對密度介于0.98~1.10之間，耐磨性好，沖擊強度比PS高。
熱性能： 熱變形溫度為64~92.5
電性能： HIPS電性能優(yōu)異，耐高頻絕緣性好。
力學(xué)性能：HIPS具有優(yōu)異的力學(xué)性能，包括拉升強度、壓縮強度和硬度，PP的主要力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：
拉伸強度/MPa 14~48
壓縮強度/MPa 28~112
缺口沖擊強度（KJ/m2） 0.5~11.0
化學(xué)性能：HIPS的化學(xué)穩(wěn)定性好。
HIPS的主要缺點是：注射時應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂。
HIPS的主要用途是：裝飾材料、容器、家用電器、建材等。
2）注塑成型條件
注射成形機類型：螺桿式
密度（g/cm3）：0.98~1.10
計算收縮率（%）：0.4~0.7
預(yù)熱溫度（℃）：64~92.5
料筒溫度前段：170~180
料筒溫度中段：170~200
料筒溫度后段：150~160
模具溫度（℃）：20~50
注射壓力（Mpa）：60~100
成型時間分為（s）
1、注射時間：1~5
2、高壓時間：5~15
3、冷卻時間：5~15
4、總周期：15~30
二、塑件的質(zhì)量與體積計算
由于所給的零件是實物，依照零件尺寸，以及此零件的特殊形狀不適合用平常的方法計算的情況。采取先用PROE繪畫出此零件，然后用其軟件測量此零件。
得此零件的體積V=14.5cm3
查表達(dá)式1-2-2（注塑模設(shè)計與制作教程）得：
ρ =1g/mm3
塑件質(zhì)量m=ρv=1 g/cm3×14.5 cm3×=14.5(g)
三、型腔數(shù)目及注射機的確定
型腔數(shù)目的確定主要參考以下幾點 來確定
（1）、根據(jù)經(jīng)濟性確定型腔數(shù)目:根據(jù)總成型加工費用最小的原則,并忽略準(zhǔn)備時間試生產(chǎn)原材料費用,僅考慮模具加工費和塑件成型加工費
（2）、根據(jù)注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目,當(dāng)成型大型平板制件時常用這種方法
（3）、根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù)目,根據(jù)經(jīng)驗,在磨具中每增加一個型腔,制品尺寸精度要降低4%,對于高精度制品,由于多型腔模具難以使各型腔的成型條件一致,故推薦型腔數(shù)目不超過4個
（4）由于此塑件較小，在確定型腔時，可以考慮用多腔的結(jié)構(gòu)，為保證塑件質(zhì)量和精度，暫定2個。
（5）注射機額定注射量mg 每次注射量不超過最大注射量的80﹪，即
n=（0.8mg－mj）/mz
式中 n — 型腔數(shù)
mj — 澆注系統(tǒng)重量（g）
mz — 塑件重量(g)
mg — 注射機額定注射量(g)
澆注系統(tǒng)體積Vj,根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設(shè)計方案進(jìn)行估算。
M=ρv=0.3 cm3×1g/cm3=0.3(g)
設(shè)n=2則得
mg=(mz+mj)/0.8=(2×14.5＋4.3)g=37.7 g
從計算結(jié)果，并根據(jù)塑料注射機技術(shù)規(guī)格，查《注射模具設(shè)計與制作教程》表3-6-5得選用SZ-60/40型注射機。
②生產(chǎn)批量 試制小批量生產(chǎn)宜采用單腔，大批量生產(chǎn)宜取多腔，該塑件為一般生產(chǎn)，故宜取多腔，由注射機理論，注射量確定型腔數(shù)得
n=(0.8mg－mi)/mz=(0.8×60×1g/cm3－0.3)/14.5g=3個
由于該塑件件為高精度塑件，通常最多采用一模二腔的模具。
由于采用一模二腔的方案，故其注射總體積及質(zhì)量為二個塑件的體積與質(zhì)量。
由注射機的最大注射量公式得
K利G公≧G件+G廢
G公 — 注射機的公稱質(zhì)量注射量
K利 — 注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8
G件 — 塑件質(zhì)量
G廢 — 澆注系統(tǒng)等廢料的質(zhì)量
則 0.8G公≥（2×14.5＋0.3）/0.8
=36.625
由《注射模設(shè)計與制作教程》表3-6-5，查得注射機的型號為SZ－60/40，其主要技術(shù)參數(shù)：
理論注射容量（cm3） 60
螺桿（柱塞）直徑（mm） 30
注射壓力（Mpa） 150
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48
鎖模力（KN） 400
移模行程（mm） 260
最大模具厚度（mm） 280
最小模具厚度（mm） 160
噴嘴球半徑（mm） SR15
噴嘴口直徑（mm） 3.5
四、成型部分的尺寸設(shè)計
由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，它必須有以下一些性能:
1:必須具有足夠的強度、剛度，以承受塑料熔體的高壓，
2:有足夠的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進(jìn)行熱處理，使其硬度達(dá)到HRC40以上
3:對于成型會產(chǎn)生腐濁性氣體的塑料還應(yīng)選擇耐腐濁的合金鋼處理
4:材料的拋光性能好，表面應(yīng)該光滑美觀。表面粗造度應(yīng)在Ra0.4以下
5:切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好
6:熔焊性能要好,以便修理
7:成型部位應(yīng)須有足夠的尺寸精度?？最惲慵镠8~H10，軸類零件為h7~h10。
1.型腔的內(nèi)徑計算
塑件外徑與型腔內(nèi)徑的關(guān)系
D腔=（ds+dsQcp－xΔs）
式中 D腔 — 型腔內(nèi)徑（內(nèi)徑）尺寸（mm）
ds — 塑件外徑基本尺寸（mm）
即塑件實際外形尺寸ds →(ds′+δ1) =(ds)
Δs — 塑件公差
Qcp — 塑件平均收縮率（%）
x — 綜合修正系數(shù)（考慮塑料收縮率的偏差和波動，成型零件的磨損等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。
Δm — 模具制造公差，一般為（1/3~1/4），取1/4Δs。
查表6-4PP 塑料的收縮率是0.4%~0.7%。
平均收縮率 S=(0.4%+0.7%)/2=0.55%
D腔=
=
2、型腔深度尺寸計算
H腔=（hs+hsQcp+xΔs）
H腔 — 型腔深度尺寸
hs — 塑件高度基本尺寸，即塑件的實際高度尺寸
hs′ →(hs′+δ1) =hs
?s — 塑件公差
Qsp — 塑料平均收縮率，取0.55
X — 綜合修合系數(shù)，取x=0.75
?m — 模具制造公差，取 ?m=1/4?s
H腔=
=
4、型芯尺寸設(shè)計
由于塑件內(nèi)形較復(fù)雜，深度較大，且機械加工不方便，為了避免整體式凹模采用一樣材料的不經(jīng)濟，且通過想鑲拼結(jié)構(gòu)有利于提高模具的互換性，故對于形成型芯采用整體式凸模嵌入凸模固定板。
1 型芯的內(nèi)徑計算
塑件內(nèi)形（內(nèi)徑）與凸模外形（外徑）尺寸（mm）對應(yīng)關(guān)系。
d凸=（Ds+QsQcp+x?s）
式中 d凸 — 凸模型芯外形（外徑）尺寸（mm）
Ds — 塑件內(nèi)形（內(nèi)徑）基本尺寸（mm）
即塑件實際內(nèi)形尺寸 Ds? →(Ds?+δ2)
=Ds
Δs — 塑件公差
Qcp — 塑料平均收縮率（%），取0.55%
X — 綜合修正系數(shù)，取x=0.75
Δm — 模具制造公差，取Δm=1/4Δs
D芯=
=
2、型芯深度尺寸計算
H芯— 型腔深度尺寸
hs — 塑件高度基本尺寸，即塑件的實際高度尺寸
hs′ →(hs′+δ1) =hs
?s — 塑件公差
Qsp — 塑料平均收縮率，取0.55
X — 綜合修合系數(shù)，取x=0.75
?m — 模具制造公差，取 ?m=1/4?s
H芯 =
=
5、成型中心矩尺寸
塑件中心距與模具成型中心尺寸關(guān)系
L中=（Ls+LsQcp）±1/2?m
式中 L中 — 成型中心距尺寸（mm）
Ls — 塑件中心距基本尺寸（mm）,即塑件實際中心距尺寸
Ls′ →(Ls′+1/2δ2) ±1/2(δ1－δ2)
=Ls±1/2?s
?s — 塑件公差
Qcp — 塑料平均收縮率（%），取0.55%
?m — 模具制造公差，?m=1/4?s
L中=（40+40×0.55%）±1/2?m
=40.22±1/8?s
=40.22±0.023
六、零件的加工工藝：
1．定模型芯
定模型芯是主要的工作零件，我們選用T8A的材料，同時考慮到此塑料對尺寸精度要求一般，但對表面要求較高，根據(jù)本工廠的實際設(shè)備情況，在對材料進(jìn)行粗加工后，留0.5mm的單邊，淬火，低溫回火后，用電火花機放電到位，最后還需要對成型表面進(jìn)行拋光。
其澆道襯套孔要與襯套配合，在粗加工后，留單邊0.2—0.5mm的余量，熱處理
后采用慢走絲割出即可。
綜上所述，定模型芯加工工藝如下：
1.材料：T8A
2.加工工藝：
1) 開料：開出底面半徑為35，高為100的圓柱毛坯。
2) 磨基準(zhǔn)：按照零件圖基準(zhǔn)方位在平面磨床上磨出基準(zhǔn)面，同時磨平各平面，留0.1—0.3mm單邊余量。
3) 按照圖樣，在銑床上鉆螺紋孔，運水孔。
4) 在數(shù)控銑床上采用Mastercam9.0軟件，按照圖樣要求銑出兩個型腔的形狀，單邊留0.2—0.5mm的余量。
5) 送熱處理車間進(jìn)行熱處理：淬火（油淬+低溫回火），使其表面硬度達(dá)到56—60HRC。
6) 按照圖樣要求加工型芯各表面，保證型芯的平行度，垂直度，要求型芯磨后六面見光。
2.動模型芯
同定模型芯一樣。
3．行位
a)材料：T8A
b)加工工藝：
1)開料：在鋼板上割出一塊底面半徑為50，高為90的毛坯。
2)在平面磨床上磨基準(zhǔn)。
3)在銑床上有角度分度頭調(diào)好角度，粗銑左側(cè)的圓柱面。
4)在銑床上銑出如圖所示右側(cè)的形狀及其導(dǎo)滑部分。
6)鉆螺釘固定孔。
7)熱處理：淬火+低溫回火，淬硬表面硬度為54—58HRC。
8)磨削基準(zhǔn)平面及其圓柱面，使各部分的尺寸加工到位。
9)在滑塊斜面磨出45度，寬大10mm,深0.2mm的儲油槽，其它的零件在此就不一一敘述。
七、模具加工工藝流程:
1、 根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和制造工藝,模架的基本組成零件有兩種:導(dǎo)柱、導(dǎo)套等回轉(zhuǎn)零件；模板等平板零件。
導(dǎo)柱、導(dǎo)套的加工主要是內(nèi)、外圓柱面加工，平板內(nèi)零件的制造過程主要進(jìn)行平面加工和孔隙加工，他們在模具中起定位的導(dǎo)向作用，保證凹凸模在工作時具有正確的相對置，除了要保證導(dǎo)柱，導(dǎo)套配合表面尺寸形狀精度外，還應(yīng)該保證導(dǎo)柱、導(dǎo)套各自配合面之間的同軸度要求。
導(dǎo)柱、導(dǎo)套一般采用低碳鋼進(jìn)行滲碳、淬火處理，也可選用碳素工具鋼T10淬火處理，淬火處理硬度58-62HRC。
根據(jù)分析，導(dǎo)柱、導(dǎo)套加工藝過程如下：
備料——粗車、半精車內(nèi)外圓柱表面——熱處理——研磨導(dǎo)柱中心孔——粗磨、精磨配合表面——研磨導(dǎo)柱、導(dǎo)套重要配合表面。
1 凸模加工工藝過程如下：
下料——鍛造——退火——粗加工——精磨基面準(zhǔn)面——劃線——工作型面半精加工——淬火、回火——磨削——修研。
2 凹模加工工藝過程如下：
下料——鍛造——退火——粗加工六面——精磨基面準(zhǔn)面——劃線—型孔半精加工——型孔精加工——淬火、回火——精磨（研磨）
3 模架的裝配：
導(dǎo)柱、導(dǎo)套與模板之間一般采用過盈配合，裝配時可采用手動壓力機將導(dǎo)柱壓入動模板的導(dǎo)柱孔，復(fù)位機構(gòu)的裝配復(fù)位桿與固定板一般采用過度配合。模架的裝配比較的簡單，主要是用螺釘將裝有導(dǎo)套的定模板連接起來。
4 模具表面強化處理工藝特點及應(yīng)用：
滲氮處理：滲氮處理是向模具零件表面滲入氮原子的過程，
模具滲氮前應(yīng)加工到尺寸精度和表面粗糙度，最好是經(jīng)過試模確認(rèn)完全合格后再進(jìn)行滲氮處理。根據(jù)模具的技術(shù)要求分別采用以下兩種工藝路線：
精密模具：備料——鍛造——退火或回火——粗加工——調(diào)質(zhì)——半精加工——裝配——試模——滲氮——研磨拋光——裝配；
一般模具：備料——粗加工——調(diào)質(zhì)——精加工——糝氮——研磨——裝配；
5 總裝的技術(shù)要求
a、裝配后的模具安裝表面的平行誤差不大于0.05；
b、模具閉合后分型面應(yīng)均密合；
c、導(dǎo)柱、導(dǎo)套滑動靈活，推件時推桿和卸料板動作一致；
d、合模后動模部分和定模部分的型芯必須緊密接觸
6 試模：
模具在裝配完成之后，在交付生產(chǎn)時試模，其目的是檢查模具在設(shè)計制造上是否存在缺陷，若有，則要求排除；對模具成型工藝條件進(jìn)行試驗以有利于模具成型工藝的確定和提高。
八、澆注系統(tǒng)的設(shè)計
1、澆口套的設(shè)計
采用一模二腔，須設(shè)定分流道；采用分體式，澆口套材料選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，淬火處理。為了便于凝料的拔出，主流道設(shè)計為錐孔，內(nèi)壁Ra為0.63um,錐角為40，，其小端直徑D1=D2+（0.5~1）=3+0.5=3.5，主流道大側(cè)面圓角R=3mm，澆口套大端高出定模端面H=5~10mm，起定位作用，與注射機定模板的定位孔呈間隙配合，襯口套球面半徑Sr=SR+(0.5~1),取Sr=16mm，定位環(huán)外徑D取50mm，厚度取10mm。
流道及平衡布置：
（1）分流道是進(jìn)料通道，采用U形側(cè)面，其分流道加工較容易，熱量損失和流動阻力均不大，是最常用形式，分流道側(cè)面尺寸視塑件尺寸、塑料品種、注射速率以及分流道長度而定；分流道側(cè)面尺寸應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保證合理的填充時間，U形側(cè)面分流道深度h=2r(r為圓弧半徑)，h=2×4=8mm,斜度α取60，分流道長度Lf通常取8~30mm，分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度通常取Ra1.25~Ra2.5um。
（2）分流道的平衡布置
多型腔模具應(yīng)盡量采用平衡式分流道，能讓熔融塑料幾乎同時到達(dá)每個型腔的進(jìn)料口，以致塑料到每個型腔的壓力和溫度是相同的，這樣不易產(chǎn)生熔接痕和填充不足等缺陷，其流道布置形式如圖。
2、澆口的設(shè)計
澆口的設(shè)計與塑料性能、塑件形狀、側(cè)面尺寸、模具結(jié)構(gòu)及注射工藝參數(shù)等有關(guān)，要是熔料以比較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，同時在充滿后能適時冷卻封閉。因此澆口的側(cè)面要小，長度要短這樣可增大料流的速度，快速冷卻封閉，且便于塑件與澆口凝料分離，不留明顯的澆口痕跡，保證塑件的外觀質(zhì)量、澆口位置，形狀及尺寸對塑件性能和質(zhì)量的影響很大。
（1）澆口的選用
澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種，限制性澆口一方面通過側(cè)面的突變，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速而均衡地充滿型腔；另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔時的流動特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質(zhì)量，同時起著封閉型腔，防止塑料熔體倒流。我們采用的是60口，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，也可用于單型腔模具或表面不允許有較大痕跡的塑件。
在這套模具，其澆口尺寸如圖所示。
澆口各部分尺寸取的都是經(jīng)驗值，L=0.3～2mm d=0.7～1.2 α= 60～150。探針澆口的優(yōu)點是澆口自動去除缺點是回料高，模具使用費用高。
九、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
注塑模溫對塑料熔體的流動、固化定型、生產(chǎn)率以及塑件的形狀和尺寸精度有著直接的影響。注射成型時，不同的塑料對模溫有著不同的要求，控制適宜的模溫來保證塑料熔體具有最佳的流動性，易于充滿型腔，并使塑件脫模后的收縮、翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，具有較高的物理力學(xué)性能以及較高的表面質(zhì)量。通過溫度調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)可收到如下效果。
2 改善成型性能：可以使模塑溫度保持適應(yīng)于各塑料的規(guī)格溫度，以改善成型性能。
3 穩(wěn)定尺寸精度：如果塑模溫度發(fā)生變化，則塑料的收縮率也會有很大的變動，尤其對結(jié)果性塑料，因此，若塑模溫度保持一定，收縮率也就得到穩(wěn)定，塑件的尺寸精度自然就穩(wěn)定了。
4 減少塑件變形：提高塑件精度。
5 改善塑件表面質(zhì)量：消除外觀缺陷，合理的模溫可提高塑件的外觀質(zhì)量和降低表面粗糙度。
由于制品平均壁厚為1.5mm左右，制品尺寸又較小，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定水孔直徑為8mm，其循環(huán)回路如下：
十、脫模機構(gòu)的設(shè)計
在注射成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模/型芯上松動分離（即脫出），脫出機構(gòu)的機構(gòu)就叫塑件脫出機構(gòu)，脫出機構(gòu)的設(shè)計基本考慮：
1 保證塑件質(zhì)量
2 脫出機構(gòu)結(jié)構(gòu)
3 所需頂出行程、開模行程計算
頂出行程計算
S頂=h凸+e
式中 S頂 — 所需頂出行程
h凸 — 型芯成型高度
e — 頂出行程富裕量（mm）
S頂=90+5=95mm
所需開模行程計算
S開=h塑+h凸模+e
式中 S開 — 開模行程（mm）
h塑 — 塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度（mm）
h凸模 — 動定模型芯突出分型面的高度總和（mm）
e — 取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量（mm）
S開=90+90+8=188（mm）（澆注系統(tǒng)無廢料排出，頂出行程只計算塑件高度）
十一、模架的選擇
根據(jù)所選設(shè)計的定模型腔的尺寸和設(shè)計的需要，采用香港龍記集團（LKM）
的大水口模架，其型號為：
3540－CI－A100－B30
其主要參數(shù)如下：
凹模板厚度 A=100mm
凸模板厚度 B=30mm
墊塊厚度 C=100mm
模具的閉合厚度 H=270mm
模板寬B0=250 長L0=177mm
座板寬B1=250 長L1=237mm
定模座板厚 H1=20mm
動模座板厚 H2=20mm
推桿固定板 h1=10mm
頂出底板厚度 h2=25mm
頂出底板長度 B2=184mm
導(dǎo)柱 d1=30mm
推桿 d3=190mm
十二、壓力機的校核
（1）最大注射量的校核
K利G公≥G件+G廢
式中 G公 — 注射機公稱質(zhì)量注射量
K利 — 注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8
G件 — 塑件的質(zhì)量
G廢 — 澆注系統(tǒng)等廢料的質(zhì)量
塑件重量14.5g,澆注系統(tǒng)重量0.3 g
則每次注射所需塑料量為2×14.5+0.3=37.7g
注射機的最大注射量60×0.8=48g>37.7g,故能滿足要求。
(2) 鎖模力與注射壓力的校核
鎖模力可按F≥Pm(nAz+Aj)校核
式中 Pm — 塑料注射壓力 Pm=80~130Mpa,，取Pm=100Mpa
Az — 塑料在分型面上的投影面積（cm2）
Aj — 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
F — 注射機額定鎖模力 SZ－60/40
注射機額定鎖模力為400KN
投影面積計算：
估算：Az=1.73(cm2)
Aj==36.29(cm2)
代入公式中得Pm=100(1.73+36.29)=370KN
由于F=400KN，故滿足F>378KN，同樣SZ－60/40的額定注射壓力150KN>100KN,也能滿足PMMA塑料的注射壓力要求。
(3) 模具厚度H與注射機閉合高度校核 Hmin
270>160,所以能滿足要求。
(4) 注射機開模行程的校核
SK≥H1+H2+（5~10）mm
式中 SK — 注射機行程（SK=260mm）
H1 — 脫模距離（頂出距離），H1=90
H2 — 塑件高度+澆注系統(tǒng)高度
H2=90
則 H1+H2+10mm=90+90+10=190(mm)<260mm
故能滿足要求
十三、HIPS(高抗沖聚苯乙烯)的成型條件:
噴嘴的溫度: 130~150
加熱料筒設(shè)定溫度:
料筒前部: 170~180
料筒中部: 170~200
料筒后部: 150~160
模具溫度: 20~50
成型壓力Mpa:60～110
干燥溫度:70℃
干燥時間(h):2～3
螺桿轉(zhuǎn)速:48r/min
十四、參考文獻(xiàn)
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電火花技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用 駱駿等主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2004.6
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龍記集團大水口模架手冊（LKM）
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注塑模具設(shè)計經(jīng)驗點評 蔣繼宏 王永平編 機械工業(yè)出版社 2004.7
設(shè)計體會
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)三年所學(xué)知識與能力的綜合應(yīng)用和檢測，是每一個合格的大學(xué)生的必經(jīng)工程，也是一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計，不僅培養(yǎng)了我們正確的設(shè)計思想；同時也讓我們掌握了工程設(shè)計的一般程序和方法，以及鍛煉了我們綜合運用知識的能力。在本次設(shè)計過程中，我們大量閱讀了各種技術(shù)資料及手冊，不僅認(rèn)真探討了模具設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，而且對塑料零件的性能等問題進(jìn)行了研究。因此，本次設(shè)計不僅加深了自己對專業(yè)所學(xué)知識的的理解和認(rèn)識，而且也拓寬了自己的知識面。此外，本次設(shè)計在繪圖過程中，使用了AUTOCAD、PRO-E、等二維和三維繪圖軟件，這些都不同程度地使我們學(xué)到了更多的知識，進(jìn)一步提高了我們繪圖的能力。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，張蓉老師給了我們耐心的指導(dǎo)，并在設(shè)計中及時給我們解答疑難，讓我在本次畢業(yè)設(shè)計中知識我能力得到了一個質(zhì)的飛躍，這對我的將來都會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。并且，在設(shè)計過程中還得到了其他老師和各組同學(xué)的熱忱幫助，在此表示感謝！
由于本人知識有限，實際經(jīng)驗不足，因此設(shè)計中難免還存在或多或少的不足之處，敬請各位老師批評指正，本人將不勝感激！