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關于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設計的方法
摘要：在熱塑性注塑模設計中，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)化設計冷卻系統(tǒng)的方法。基于幾何分析，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)解以達到最佳的狀態(tài)。預期的效果是改善零件質(zhì)量方面的收縮和翹曲變形。
關鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設計
1 簡介
在塑料工業(yè)領域，熱塑性注射模應用非常廣泛。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)一冷卻達到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應力等不必要影響的目的。為了達到這個目標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)的設計主要基于設計師的經(jīng)驗，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經(jīng)驗理論達不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設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，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，即使在靜止狀態(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。
應該注意的是，在實際操作中，冷卻系統(tǒng)的設計應作為工具設計的最后一步。不過冷卻影響零件質(zhì)量的最重要的因素，熱設計應該是工具設計的第一階段之一。
1.2 成型技術的優(yōu)化
在文獻中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關注于相同的目標。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)了模具設計在3個事實方面的目標。零件的冷卻均勻,就能達到預期的模具溫度，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，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致零件的缺陷。達到這些目標的控制參數(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，模具設計的時間必須最小化，于是一個可以更快達到預期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標
本文所描述的方法應用于一個T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計 (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雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應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 目標函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時，產(chǎn)品的質(zhì)量應該是最重要的。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函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時期的目標是要達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ΔTfref→∞時參考標準會減少到第一時期。相反, 當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，但達到預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
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河南機電高等?？茖W校
學生畢業(yè)設計中期檢查表
學生姓名
武利輝
學 號
061304536
指導教師
蘇光
選題情況
課題名稱
端蓋注射模成型工藝及模具設計
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務書
有
無
開題報告
有
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
差
學習態(tài)度、出勤情況
好
一般
差
工作進度
快
按計劃進行
慢
中期工作匯報及解答問題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績評定：
所在專業(yè)意見：
負責人：
2009年4月10日
畢業(yè)設計任務書
題目： 端蓋注塑模成型工藝及模具設計
內(nèi)容： （1）端蓋的結(jié)構(gòu)工藝分析；
（2）端蓋注射模設計，繪制模具總裝一張；
（3）畫出非標零件圖；
（4）編寫設計說明書一份；
（5）編制主要零件加工工藝過程卡。
原始資料:
如圖7-1端蓋零件圖
材料：尼龍1010
河南機電高等專科學校
畢業(yè)設計說明書
畢業(yè)設計題目: 端蓋注塑模成型工藝及模具設計
系 部 材料工程系
專 業(yè) 模具設計與制造
班 級 模具065
學生姓名 武 利 輝
學 號 061304536
指導教師 蘇 光
2009年 3 月 12日
河南機電高等?？茖W校
畢業(yè)設計開題報告
學生姓名： 武利輝 學 號： 061304536
專 業(yè)： 模具設計與制造
設計題目： 端蓋注塑模成型工藝及模具設計
指導教師： 蘇 光
2009年 05 月 12 日
畢 業(yè) 設 計開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫1500字左右（本科生200字左右）的文獻綜述(包括目前該課題在國內(nèi)外的研究狀況、發(fā)展趨勢以及對本人研究課題的啟發(fā))：
文 獻 綜 述
塑料制品在日常生活中是常常見到的，如在家用電器、儀器儀表、建筑器材、汽車工業(yè)、日用五金、通信器材以及醫(yī)療器械等眾多領域，塑料制品的使用比例正迅猛增加。這主要是因為以下原因：第一，塑料與金屬材料相比有許多優(yōu)點：容易加工，生產(chǎn)效率高；節(jié)約能源，絕緣性能好；質(zhì)量輕，相對密度為1.0～1.4，比鋁輕一半，比鋼輕3/4，比強度高，具有突出的耐磨、耐腐蝕性等；第二，在日用和工業(yè)產(chǎn)品中，一個設計合理的塑料制品往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復雜的形狀，并且還能設計成卡裝結(jié)構(gòu)，從而減少產(chǎn)品中裝配的各種緊固件，降低了金屬材料消耗量和加工及裝配工時；第三，注塑加工是塑料加工中普遍采用的方法之一。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制品數(shù)量比其他常規(guī)的金屬成型方法要大得多。由于注塑成型加工不僅產(chǎn)量多，而且適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)的生產(chǎn)，并且具有穩(wěn)定的尺寸，容易實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和高速化，具有極高的經(jīng)濟效益。因此目前工業(yè)產(chǎn)品非金屬化、金屬制品塑料化的趨勢日益明顯。
獲得注塑制品的過程，稱之為注塑成型或者注射成型，或者簡單的稱之為注塑。注塑成型的基本過程是：顆粒狀的高分子材料（以下簡稱為塑料）經(jīng)過注塑機螺桿的擠壓和加熱，成為熔融狀態(tài)的可以流動的熔體。在螺桿的推動下，塑料熔體通過注塑機的噴嘴、模具的主流道、分流道和澆口進入模具型腔，成型出具有一定形狀和尺寸制品的過程。注塑的結(jié)果是生產(chǎn)出符合用戶要求的塑料制品。
要想取得合格的制品，必須要有設計合理、制造精良的模具，還需要有何該模具配套的先進的注射設備（注塑機）以及合理的加工工藝。因此人們常將，模具、注塑機以及工藝稱之為注塑過程得以順利進行的三個基本要素。
作為注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面的惡水平高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，并最終決定著企業(yè)在市場競爭中的反映能力和速度。
與其他機械行業(yè)相比，模具制造業(yè)主要有以下三個特點：
第一，模具不能像其他機械產(chǎn)品那樣可作為基本定型的商品隨時都可以在市場上買到。這是因為每副模具都是針對特定的塑料制品的規(guī)格而產(chǎn)生的，由于塑料制品的形狀、尺寸各異，差距甚大，其模具結(jié)構(gòu)也是大相徑庭，所以模具制造不可能形成批量生產(chǎn)。換句話說，模具是單件生產(chǎn)的。因此，模具的設計、制造成本都較高。
第二，因為注塑模具是為產(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價格等因素之外，很重要的一點就是需要盡快地投放市場，所以對于為塑料制品而特殊訂制的模具來說，其制造周期一定要短。
第三，模具制造是一項技術性很強的工作，其加工過程集中了機械制造中的諸多先進技術的部分精華與鉗工技術的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術水平，這種技術工人對模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)來說是非常重要的。
對于采用注塑成型加工方法生產(chǎn)塑料制品來說，合理的成型工藝既是三個基本要素中的加工工藝。所謂成型工藝，簡單來說就是將壓力、溫度、時間（速度）三大要素組成最合理的搭配。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要想確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素很多，除制品的形狀、模具結(jié)構(gòu)、注塑設備、原材料等之外，電壓的波動、環(huán)境溫度的變化對成型都有一定的影響。到目前為止，建立最佳的成型工藝尚無簡便可靠的辦法，大多需要操作者具有很豐富的實踐經(jīng)驗與耐心，根據(jù)塑料制品在成型過程出現(xiàn)的具體問體認真調(diào)查，才能確立一個理想的成型工藝，高效率、高質(zhì)量地生產(chǎn)出合格的塑料制品。
隨著市場競爭的激烈化，客戶對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，生產(chǎn)速度要求越來越快。這些要求推動人們不斷設計技術更加先進，生產(chǎn)效率更加高的注塑機，同時設計結(jié)構(gòu)更加合理，性能更加穩(wěn)定的注塑模具，并尋求更為合理的注塑工藝，以滿足這方面的要求。
畢 業(yè) 設 計開 題 報 告
２．本課題的研究思路（包括要研究或解決的問題和擬采用的研究方法、手段（途徑）及進度安排等）：
為了能夠使我們在畢業(yè)后的工作過程中能夠獨立分析和解決實際問題，在三年的學習將要結(jié)束的時候，學校安排了“畢業(yè)設計”這個實踐環(huán)節(jié)。本設計題目為“端蓋注塑?！薄?
在設計中經(jīng)過分析選用了“一模兩腔”的型腔排列方式，能夠滿足中等批量的生產(chǎn)任務；澆口的設計過程中根據(jù)模具結(jié)構(gòu)選擇了側(cè)澆口，在開模過程中能夠自動切斷澆口凝料，提高了生產(chǎn)效率；由于制件有側(cè)孔，需要設置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，本模具中采用了斜導柱側(cè)向分型抽芯機構(gòu)；在頂出機構(gòu)的設計中，考慮到制件成型后由于收縮將包緊在型芯上，造成脫模力較大，為保證塑件的質(zhì)量，采用了頂桿脫模；在合模時頂管必須在側(cè)型芯滑塊復位時提前退回復位，為避免側(cè)型芯與頂桿在合模過程中發(fā)生干涉，設置了彈簧式優(yōu)先復位機構(gòu)，需要注意的是選用的彈簧要有迫使頂出機構(gòu)復位的足夠力矩。
畢業(yè)設計是塑料模設計課程重要的綜合性和實踐性教學環(huán)節(jié)?，F(xiàn)將本設計的進度表安排如下：
（1）查閱相關資料，撰寫開題報告----2周；
（2）進行各種工藝計算----2周；
（3）根據(jù)計算結(jié)果，繪制裝配圖，并繪制非標準件零件圖----2周；
（4）撰寫畢業(yè)說明書，編制加工工藝卡----1周。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的研究思路、深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
畢業(yè)設計成績
畢業(yè)設計成績
指導老師認定成績
小組答辯成績
答辯成績
指導老師簽字
答辯委員會簽字
答辯委員會主任簽字
插圖清單
圖1 分型面…………………………………………………………………………9
圖2 型腔排列方式………………………………………………………………11
圖3推出機構(gòu)設計………………………………………………………………15
圖4 凹模的設計………………………………………………………………16
圖5 流道與澆口的設計…………………………………………………………16
圖6主型芯……………………………………………………………18
插表清單
表1凹模工作尺寸的計算…………………………………………………………18
表2模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設計…………………………………………………20
表3 機械加工工藝過程卡………………………………………………………24
端蓋產(chǎn)品模具設計
摘 要
系統(tǒng)介紹了塑藝及模具成型結(jié)構(gòu)對塑件質(zhì)量的影響分析，澆注系統(tǒng)的設計，模具成型部分和總裝結(jié)構(gòu)的設計。介紹了端蓋注塑模具設計時要注意的要點，并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。從控制制件尺寸精度出發(fā)，對端蓋注塑模的各主要尺寸進行了理論計算，以確定各工作零件的尺寸，從模具設計到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進行詳細的闡述，并應用CAD進行各重要零件的設計。
關鍵詞：工藝分析；塑件成型；澆注系統(tǒng)；模具結(jié)構(gòu)。
End Cover plastic injecting mold design
Abstract
The molding process of plastic parts, the effect analysis to plastic parts quality caused by molding structure, as well as the casting system design, partial and general design of mold moulding introduced respectively. The critical points of mold for plastic design are introduced, and the adjustable character of molding structure、exchange character as well as the molding costs are all considered farther. Starting from controlling dimensional accuracy, the carry the cover to the main dimensions of injection molding are carried out so as to determine the size of different parts, the molding design and the process of parts as well as assembling process and etc of injection molding are stated in details.
Key words: process analysis; plastic parts moulding; casting system; molding structure.
機 械 加 工 工 藝 過 程 卡
零件號
零 件 名 稱
08
型芯
工序號
工 序 名 稱
設 備
夾 具
刀 具
量 具
工 時
名 稱
型 號
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
名 稱
規(guī) 格
01
下料
鋼鋸
鋸條
鋼尺
02
鍛料
空氣錘
虎鉗
標準
鋼尺
03
退火至180--200
虎鉗
04
數(shù)控車削（車至零件具體要求尺寸）
數(shù)控車床
卡盤
車刀
游標卡尺
05
平磨（與支撐板磨配，各面垂直度為0.02mm/100mm）
砂輪
專用夾具
百分表
06
淬火至40HRC
磨床
虎鉗
直角尺
07
鉗（研磨型芯表面到Ra0.1）
加熱爐
V形鐵和虎鉗
游標卡尺
編制 校對 審核 批準
目錄
0 緒論…………………………………………………………………………1
0.1國內(nèi)塑料模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢…………………………………………1
0.2國外的注塑模的發(fā)展情況………………………………………………3
1 模塑工藝規(guī)程的編制………………………………………………………5
1.1塑件的工藝性分…………………………………………………………5
1.1.1塑件的原材料分析……………………………………………………5
1.2.1塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析……………………………5
1.3塑件注塑工藝參數(shù)的確定………………………………………………6
1.4.塑料成型設備的選取……………………………………………………7
2 注塑模的結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………9
2.1分型面選擇………………………………………………………………9
2.2確定型腔的數(shù)目及排列方式……………………………………………11
2.3澆注系統(tǒng)設計……………………………………………………………11
2.4抽芯機構(gòu)設計……………………………………………………………13
2.5推出機構(gòu)設計……………………………………………………………14
2.6成型零件結(jié)構(gòu)設計………………………………………………………15
3 端蓋注塑模具的有關計算…………………………………………………18
4 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設計………………………………………………20
5 模具閉合高度的確定………………………………………………………21
6 注塑機有關參數(shù)的校核……………………………………………………22
7 繪制模具總裝配圖和非標準零件工作圖…………………………………23
8 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制………………………………………24
9 注塑模具的安裝和試模……………………………………………………26
9.1 模具安裝………………………………………………………………26
9.2試?！?6
致謝…………………………………………………………………………30
參考文獻……………………………………………………………………31
河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書
0 緒 論
80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預計為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
0.1國內(nèi)塑料模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一。自從上世紀初葉實現(xiàn)以純粹化學合成方法生產(chǎn)塑料算起，塑料工業(yè)已有近百年的歷史。隨著科技日新月異的發(fā)展，塑料工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，從而使得塑料的數(shù)量也不斷上漲。當然塑料工業(yè)的發(fā)展是離不開塑料模具設計的，模具工業(yè)被譽為“工業(yè)之母”。隨著模具技術的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具已成為各種工業(yè)產(chǎn)品不可或缺的重要工藝設備。由于模具成型有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和低成本等其它加工方法無法比擬的優(yōu)點，因此在機械、電子、輕工業(yè)、航空，日用品等工業(yè)領域得到了極其廣泛的應用。尤其現(xiàn)在電子產(chǎn)品種類繁多且更新?lián)Q代速度之快，更加快了模具行業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在模具成型技朮已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。但隨著科技的不斷發(fā)展，各種性能的塑料產(chǎn)品的不斷開發(fā)，注塑工藝越來越多地被各個制造領域用以成型各種性能要求的產(chǎn)品。要高質(zhì)量、低價格、快速地生產(chǎn)注塑產(chǎn)品，必須綜合考慮成型材料，注塑模具及注塑機的問題。塑料模具設計質(zhì)量直接影響成型產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本。 這樣對注塑模具全方位的要求越來越高。高質(zhì)量、低價格、快速地開發(fā)模具顯得尤為重要。
注射模具在注射制品成型中起極其重要的作用,除了塑料制品的表面質(zhì)量，成型精度完全由模具決定之外，塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量,成型效率也受模具影響，所以如何提高質(zhì)量，簡明、快捷、規(guī)范化地設計注塑模具成為發(fā)揮注塑成型工藝優(yōu)越性，擴大注塑制品生產(chǎn)應用的首要問題。
以上所體現(xiàn)的各個方面，都與模具設計有著非常密切的關系。一副設計合理的模具，就有85﹪成功的希望，其余就得依靠設備和模具制造工人的熟練程度來達到，所以，提高塑料注射模具的設計水平就顯得尤為重要。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
? ? 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。
在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。
近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。
如今，我國模具成型工業(yè)已形成了相當規(guī)模的完整體系，越來越多的新技術，新工藝，新材料誕生，并將應用在模具產(chǎn)業(yè)中，這將促使我國模具工業(yè)的飛躍發(fā)展。同時，我國模具工業(yè)的總體水平與世界先進國家相比還有一定差距，還要大力推進模具產(chǎn)業(yè)的科技進步，開展新技術，新材料研究開發(fā)，并進一步加強對模具工業(yè)專業(yè)技術人才的培養(yǎng)，使之可持續(xù)發(fā)展，為我國模具成型加工技術超趕世界先進水平作出貢獻。
我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向包括：
1、提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。
2、在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。
3、推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。
4、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
5、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。
6、應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
7、研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。提高和改善。
0.2國外的注塑模的發(fā)展情況
國外的注塑模的發(fā)展情況，注塑成型是最大量生產(chǎn)塑料制品的一種成型方法，二十多年來，國外的注塑模CAD技術發(fā)展相當迅速。70年代已開始應用計算機對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模CAD技術在不斷進行理論和試驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實際應用中不斷改進、提高和改善。
1 模塑工藝規(guī)程的編制
該塑件是端蓋產(chǎn)品，其零件圖如圖7-1所示。本塑件的材料采用尼龍1010，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
1.1塑件的工藝性分析
1.1.1塑件的原材料分析
塑件的材料采用尼龍1010，屬熱塑性塑料。從使用性能上看，尼龍1010是半透明，吸水小，耐寒性較好，堅韌﹑耐磨﹑耐油﹑耐水，抗霉菌，但吸水性大；從成型性能上看，塑件壁不宜取厚，并應均勻，脫模度不宜取小，尤其對厚壁及深高塑件更應取大。受熱時間不宜超過30min，料溫高則收縮大，易出飛邊，收縮小，取向性強，注射壓力低易發(fā)生凹痕，波紋。成型周期按塑件壁厚而定，厚則取長，薄則取短，為了減少收縮，凹痕﹑縮孔，一般宜取低模溫﹑高注射壓力的成形條件，以及采用白油作脫模劑;尼龍1010的主要技術指標：密度是1.04kg/dm﹑比體積是0.96dm/kg﹑吸水率是0.2～0.4﹑收縮率是1.3～2.3s﹑熔點是205t/c﹑熱變形溫度是55c﹑抗拉屈服強度是62Mpa﹑拉伸彈性模量1.8×10Mpa﹑抗彎強度88Mpa﹑硬度9.75HB﹑擊穿強度20KV/mm。
1.2.1塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
1.2.1.1結(jié)構(gòu)分析
從零件圖上分析，該零件總體形狀為長方形。在寬度方向的一側(cè)有兩個高度6m,半徑為2mm的側(cè)孔.在高度為8m,長為40mm、寬為17mm的凸臺上,一個帶有10mm×3mm的孔對稱分布,因此,模具設計時必須設置側(cè)向分型抽心機構(gòu),該零件屬于中等復雜程度.
1.2.1.2尺寸精度分析
該零件重要尺寸，如42mm,44mm,等尺寸精度為MT1級（GB/T14486—1993），次要尺寸，如16mm,9mm,114mm，3mm等的尺寸精度為MT5級（GB/T14486—1993）。由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對應的模具相關尺寸加工可以得到保證。
從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為4mm,壁厚均勻, 符合尼龍1010的最小壁厚原則，在制件的轉(zhuǎn)角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺寸較小，尼龍1010的強度較大不需增設加強
1.2.1.3表面質(zhì)量分析
該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有導電雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。
綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證.
1.2計算塑件的體積和質(zhì)量
計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。
計算塑件的體積：V=31.3cm
計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設計手冊可查得尼龍1010的密度為ρ=1.04kg/dm
塑件質(zhì)量：M=Vρ
=31.3×10×1.04×10
=32.552g
采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。
1.3塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找有關文獻和參考工廠時間應用的情況，尼龍1010的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整）
注塑溫度： 括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度： 后段溫度t選用190～210c；
中段溫度t: 選用200～220c；
前段溫度t: 選用210～230c；
噴嘴溫度： 200～210c；
注塑壓力一： 選用40～100Mpa；
注塑時間： 選用20～90s；
保壓壓力： 選用 65Mpa；
高壓時間： 選用0～5s；
冷卻時間： 選用20～120s；
總周期： 選用45～220s；
后處理方法： 采用油﹑水﹑鹽水；
后處理溫度： 90～100t/c;
后處理時間： 4h。
說明1：預熱和干燥均采用鼓風烘箱。
2：凡潮濕環(huán)境使用的塑料，應進行調(diào)濕處理，在100～120c水中加熱2～18h。
1.4.塑料成型設備的選取
根據(jù)計算及原材料的注射成型參數(shù)初選注塑機為XS-ZY-125查材料知：
標稱注射量： 192cm
螺桿直徑/cm Ф42mm
注射容量/克： 125克
注射壓力/10Pa： 1500Mpa
鎖模力10kN： 90kN
最大注射面積/㎝: 320㎝
模具厚度/mm： 200～300mm
模板行程/mm: 300mm
噴嘴 球半徑： 12mm
定位孔直徑/㎜ 100
推出兩側(cè)孔徑/mm 22mm
2 注塑模的結(jié)構(gòu)設計
注塑模結(jié)構(gòu)設計主要包括：分型面選擇﹑模具型腔數(shù)目的確定﹑型腔的排列方式﹑冷卻水道布局﹑澆口位置設置﹑模具工作零件的結(jié)構(gòu)設計﹑側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計﹑推出機構(gòu)的設計等內(nèi)容。
2.1分型面選擇
模具設計中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。應根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。
該塑件為端蓋，表面無特殊的要求，其分型面選擇如下圖所示：
2-1所示取A-A向為分型面，不影響零件外觀質(zhì)量，抽芯在動模構(gòu)簡單。如圖2-2所示取A-A向為分型面，抽芯在定模，抽芯機構(gòu)復雜，應當避免定模抽芯。從以上兩個分型如圖面的比較可以很容易的看出應該選擇第一個分型方法，有利于模具成型。
2.2確定型腔的數(shù)目及排列方式
2.2.1模腔數(shù)量的確定
塑件的生產(chǎn)屬大批量生產(chǎn)，宜采用多型腔注塑模具，其型腔個數(shù)與注塑機的塑化能力，最大注射量以及合模力等參數(shù)有關，此外還受制件精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素影響，有上述參數(shù)和因素可按下列方法確定模腔數(shù)量；
2.2.1.1.按注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)量N1
N1=（F/PC）/A－B/A
其中： F 注塑機的鎖模力 N
PC 型腔內(nèi)的平均壓力MPa
A 每個制件在分型面上的面積（㎜）
B 流道和澆道在分型面上的投影面積（㎜）
B 在模具設計前為未知量，根據(jù)多型腔模具的流動分析B為（0.2～0.5），常取B=0.35，熔體內(nèi)的平均壓力取決于注射壓力，一般為25～40MPa實際所需鎖模力應小于選定注塑機的名義鎖模力，為保險起見常用0.8F則
N1=0.6F/APC=500000×0.6/30×342=29.2 （個）
2.2.1.2.注射機注塑量確定型腔數(shù)目N2
N2=（G－C）/V
其中： G 注射機的公稱注塑量（㎜）
V 單個制件體積 （㎜）
C 流道和澆口的總體積（㎜）
生產(chǎn)中每次實際注塑量應為公稱注塑量的0.75～0.45倍，取0.6倍計算，同時流道和澆道的體積為未知量，據(jù)統(tǒng)計每個制品所需澆注系統(tǒng)是體積的0.2～1倍，現(xiàn)取C=0.6則
N2=0.6G/1.6V=0.375G/V=60×0.375
=10.7（個）
從以上討論可以看到模具的型腔個數(shù)必須取N1，N2中的較小值，在這里可以選取的個數(shù)是2，4，6，8，10個，考慮的制件的取出和模具的開模等情況，以及模具的主流道長度最好小于60mm，以防止因為注塑壓力的降低而帶來的制件充型不足等缺陷。我們所設計的端蓋注塑模具采用一模兩腔的方案，即N=2
2.2.2型腔的排列方式
本塑件在注塑時采用一模兩腔,綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復雜程度等因素采取如圖2-2-2-2所示的型腔排列方式。采用2-2-2-2的型腔排列方式的最大優(yōu)點是便于設置側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，其缺點是熔料進入型腔后到另一端的料流長度較大，但因本塑件較小，故對成型沒有太大影響。
若采用如圖2-2-2-1所示的型腔排列方式，顯然料流長度較短，但側(cè)向分型抽芯機構(gòu)設置則相當困然，勢必成倍增大模具結(jié)構(gòu)的復雜程度。所以應該采用2-2-2-2的排列方式。
2.3澆注系統(tǒng)設計
2.3.1 主流道設計
根據(jù)XS-ZY-125型注塑機噴嘴的有關尺寸
噴嘴前端孔徑： d0=Ф4mm
噴嘴前端球面半徑： R0=12mm
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系：
R=R0+（1～2）mm
D=d0+(0.5～1)mm
取主流道的球面半徑： R=13mm
取主流道的小端直徑d=Ф4.5mm
為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流道設計為圓錐形式其斜度取1～3度經(jīng)換算得主流道大端直徑D=Ф8.5mm，為了使料能順利的進入分流道，可在主流道的出料端設計半徑r=5mm的圓弧過渡。
2.3.2分流道設計
分流道的形式和尺寸應根據(jù)塑件的體積，壁厚和形狀的復雜程度來確定分流道的長度的。由于塑件的形狀比較簡單，尼龍1010的流動性好，沖型能力比較好，因此可采取梯形分流道，便于加工。根據(jù)主流道大端直徑D=Ф8.5mm，則梯形可選用上底為b=5.5mm,高為h=8mm的截面。
截面形狀為U型，在流道設計中要減小壓力損失，則希望流道的面積大。要減少傳熱損失，又希望流道的面積小。因此可用流道的面積與周長的比值來表示流道的效率。U型實質(zhì)上是一種雙梯形流道截面。
效率為0.195D
分流道的尺寸：
尼龍1010 分流道直徑/mm 3.8---7.5
選取6mm
分流道表面粗糙度：
分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度常取1.25—2.5Rμm，這可增加對外層塑料熔體流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。有利于保溫。但表面不得凸凹不平，以免對分型不利。
2.3.3澆口設計
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為理想。設計時考慮選擇從塑件的表面進料，而且在模具結(jié)構(gòu)上采取鑲拼型腔﹑型心，有利于填充﹑排氣。故采用截面為矩形的側(cè)澆口，查表初選尺寸為（b×l×h）1mm
×0.8mm×0.6mm,試模時修正.
2.3.4排氣結(jié)構(gòu)的設計
在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內(nèi)，氣體如不能及時排出會使制件的內(nèi)部有氣泡，甚至會產(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。
排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。
由于端蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。（尼龍1010塑料的最小不溢料間隙為0.03mm，間隙較小，再加上尼龍1010的流動性較好，也不宜開排氣槽.
2.3.5主流道襯套的選取
為了提高模具的壽命在模具與注塑機頻繁接觸的地方設計為可更換的主流道襯套形式，選取材料為T8A，熱處理以后的硬度為53～57HRC，主流道襯套和定模的配合形式為H7/m6的過渡配合。
2.4抽芯機構(gòu)設計
此設計的塑件側(cè)壁有兩個修襖突臺,它們均垂直于脫模方向,阻礙成型后塑件從模具脫出.因此成型小突臺的零件必須做成活動的型心,即必須設置抽芯機構(gòu).本模具采用斜銷抽芯機構(gòu).
2.4.1確定抽芯距
抽芯距一般大于側(cè)凹的深度本副模具設計中必須高于制件最小高度的一半
H1=B2/2=22.5/2=11.25mm
另加3～5mm的抽芯安全系數(shù)，可取抽芯距為15mm
2.4.2確定斜銷的傾角
斜導柱的傾角a是斜銷機構(gòu)的主要技術參數(shù)，它與抽拔距和抽芯距有直接關系，一般取15°～25°本副模具取a=20°
2.4.3確定斜銷的尺寸
斜導柱的直徑取決于抽拔力及傾角可按設計資料有關公式進行計算，本例可采用經(jīng)驗估值，取斜導柱的直徑d=Ф16mm
2.4.4斜導柱的長度
可根據(jù)抽拔距，固定端模板的厚度，斜銷直徑及斜角大小確定：
L=L1+L2+L3+L4+L5
=D/2×tana+h/cosa+d/2tana+H/sina+（10～15）
=99.6mm
?。? L=100mm
2.4.5 滑塊和導滑槽設計
由于側(cè)凹的尺寸較小型芯滑塊可采用整體式加工增加強度，導滑槽的導滑長度和定位裝置的設計可采用經(jīng)驗法，側(cè)向抽芯的抽拔距較小，也無須滑塊的定位裝置。
2.5推出機構(gòu)設計
如圖2-5-1所示模具開模后,塑件包緊動模型心的力并不大,適當考慮脫模斜度,采用頂桿并不會將塑件頂變形,且模具結(jié)構(gòu)簡單.
如圖2-5-2所示是采用推管和頂桿聯(lián)合頂出,頂出平穩(wěn),塑件不會變形,但推管與中間的型心想配合,會造成制造和裝配上的困然.
由以上兩種方法的比較不然看出圖7-6的方法比圖7-7的方法更經(jīng)濟也可以給制造帶來方便.
2.6成型零件結(jié)構(gòu)設計
2.6.1凹模的設計
本副模具采用整體式凹模結(jié)構(gòu)，由于制件結(jié)構(gòu)簡單，模具牢固，不易變形，制件沒拼界逢，適用用于本制件的模具。如圖所示：
材料選用T8A, 硬度在50HRC以上.
根據(jù)分流道與澆口的設計要求，分流道與澆口設在凹模型腔上其結(jié)構(gòu)見上圖所示。
凹模板尺寸：根據(jù)矩形凹模最小壁厚經(jīng)驗曲線知，此塑件的成型
壓力小于30MPA，那么尺寸見下圖
由經(jīng)驗可知【3】：
長為: 150 mm. 寬為: 260 mm.
凹模高為: h=45mm
件高為: 17mm
加工可以直接用銑刀銑出，也可以用成型電極。為了節(jié)約成本。在這里我選用銑刀銑。
3 端蓋注塑模具的有關計算
本例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率來計算。
查常用塑料的收縮率塑料尼龍1010的成型收縮率為S=0.5～4.0％，故平均我們?nèi)镾cp=0.5％?？紤]到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取Б=Δ/3。
表一：凹模工作尺寸的計算：
塑件尺寸
計算公式
型腔工作尺寸
120
Lm=(Ls+LsScp％－3/4Δ)+Б
119.95+0.05
114
113.95+0.07
40
39.96+0.08
成型Φ36mm的型芯：
成型零部件的制造誤差：
成型零部件的制造誤差包括成型零部件的加工誤差和安裝誤差，配合誤差等幾個方面。設計時一般應將成型零部件的制造公差控制在塑件的1/3左右，通常取IT6—9級，綜合考慮取IT8級。
4 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的設計
塑料在生產(chǎn)過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設計可按下式進行計算：
設該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30°，產(chǎn)量為（1分鐘2模）1000g/h。
① 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3，查有關文獻得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：
Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J
② 求冷卻水的體積流量V
V=WQ1/Pc1(T1－T2)
=140cm3
溫度調(diào)節(jié)對塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
變形 尺寸精度 力學性能 表面質(zhì)量
在選擇模具溫度時，應根據(jù)使用情況著重滿足制件的質(zhì)量要求。
在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質(zhì)帶走，因此注射模的冷卻時間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時間約占整個循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時間是提高是提高生產(chǎn)效率的關鍵。在冷卻水冷卻過程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在次我選擇湍流。 如圖表二：
冷卻水道直徑
d/（mm）
最低流量v
/（m/s）
流量
qv/（m/min）
12
1.10
7.4×10
表二
5 模具閉合高度確定
在支撐板與固定零件的設計中根據(jù)經(jīng)驗確定：定模板厚度H1=42mm，斜楔塊厚度為H2=34mm，腔板型芯固定板厚度為H3=28mm，推件板厚度為H4=16mm，墊塊厚度H5=73mm動模板厚度H6=27mm(考慮模具的抽芯距)如下圖所示：
1計算模具的閉合高度：
H=H1＋H2＋H3＋H4＋H5
=25＋46＋23＋70＋25＋31
=220mm
2．校核注塑機的開，合模空間
(1)：模具合模時校核：
110mm<220mm<277mm （模具符合注塑機的要求）
(2)：模具開模時校核：
110mm<220mm＋15mm<200mm （模具符合注塑機的要求）
6 注塑機有關參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為300mm×300mm×220mm, XS-ZY-125型注塑機模板最大安裝尺寸是370mm×350mm。
由于上述計算的模具閉合高度為220mm，XS-ZY-125型注塑機的最小模具厚度為200mm，最大模具厚度為300mm
1：模具合模時校核：
200mm<220mm<300mm
2：模具開模時校核：
200mm<220mm＋15mm<300mm
其中：15mm為模具的抽拔距
經(jīng)校核XS-ZY-125型注塑機能滿足使用要求故可以采用。
7 繪制模具總裝圖和非標零件工作圖
7.1本模具總裝圖和非標零件工作圖見附圖
7.2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(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型，注塑完成。開模時動模部分隨動模板一起漸漸將分型面打開，與此同時在斜導柱的作用下側(cè)抽芯滑塊從型腔中退出，完成側(cè)抽芯動作
當分型面打開到23mm時，動模運動停止，在注塑機頂出作用下，推動頂桿運動將塑件頂出。合模時，隨著分型面的閉合側(cè)型心滑塊，同時復位桿也對頂桿進行復位。
八 模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制
這里對凹模和斜滑塊的加工工藝進行分析。
凹模的加工工藝過程見表2
機械加工工藝過程卡
機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零（部）件圖號
09
產(chǎn)品名稱
動模鑲件
零（部）件名稱
動模鑲件
共（1）第（1）頁
材料牌號
T8A
毛坯
種類
圓棒料
毛坯外型尺寸
Φ150㎜
每個毛坯可制件數(shù)
1
每臺
件數(shù)
1
備注
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設備
工 藝 裝 備
工時
準終
單件
05
下料
鋸割下料Φ150㎜×
80㎜
下料車間
鋸床
0.5
10
鍛
鍛成Φ160㎜×100㎜
鍛造車間
空氣錘
2
15
熱處理
退火
熱處理車間
熱處理爐
10
20
車削
車外圓Φ160達尺寸；
車退刀槽2×2；
車外圓Φ150，留磨量0.5㎜；車右端面，留磨量0.2㎜；
擴Φ34，鏜Φ34及底孔，各留磨量0.5㎜和0.2㎜（孔深度鏜至7㎜）；
切斷；
掉頭車左端，留磨量0.2㎜，鉆錐型孔；
模具車間
車床
5
25
銑削
銑分流道至要求
模具車間
2
30
熱處理
淬火并回火達54~58HRC
熱處理車間
6
35
內(nèi)外圓磨
以外圓Φ150為基準，磨錐型孔達到要求；磨孔Φ34；磨外圓Φ44達圖樣要求；
模具車間
2
40
鉗
研磨Φ30孔底及R0.5達圖樣要求
模具車間
2
設計日期
審核日期
標準化日期
會簽
日期
標記
記數(shù)
更改文
件號
簽字
日期
標記
處數(shù)
更該文件號
9 注塑模具的安裝和試模
9.1 模具安裝
(1) 清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物，毛刺。
(2) 因本模具的外型尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機器下面兩根導軌上墊好木板，模具從側(cè)面進入機架間，定模入定位孔，并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應保證開閉模具時平衡，靈活，無卡住現(xiàn)象，然后固定動模。
(3) 調(diào)節(jié)鎖模機構(gòu)，保證有足夠的開模距及鎖模力，使模具閉合適當。
(4) 慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機構(gòu)運動情況，動作是否平衡，靈活，協(xié)調(diào)。
(5) 模具裝好后，等料筒及噴嘴溫度上升到距預定溫度20--30℃，即可校正噴嘴與澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間，觀察兩者接觸印痕，檢查吻合情況，須使松緊合適，校正后擰緊注射座定位螺釘，緊固定位。
(6) 開空車運轉(zhuǎn)，觀察模具各部分運行是否正常，然后才可注射試模。
9.2試模
通過試模塑件上常會出現(xiàn)各種弊病，為此必須進行原因分析，排除故障。造成次廢品的原因很多，有時是單一的，但經(jīng)常是多個方面綜合的原因。需按成型條件，成型設備，模具結(jié)構(gòu)及制造精度，塑件結(jié)構(gòu)及形狀等因素逐個分析找出其中主要矛盾，然后再采取調(diào)節(jié)成型條件，修整模具等方法加以解決。首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因塑件被粘附于模腔內(nèi)，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應當解決的問題。
9.2.1 粘著模腔
制品粘著在模腔上，是指塑件在模具開啟后，與設計意圖相反，離開型芯一側(cè)，滯留于模腔內(nèi)，致使脫模機構(gòu)失效，制品無法取出的一種反?，F(xiàn)象。其主要原因是：
（1） 注射壓力過高，或者注射保壓壓力過高。
（2） 注射保壓和注射高壓時間過長，造成過量充模。
（3） 冷卻時間過短，物料未能固化。
（4） 模芯溫度高于模腔溫度，造成反向收縮。
（5） 型腔內(nèi)壁殘留凹槽，或分型面邊緣受過損傷性沖擊，增加了脫模阻力。
9.2.2 粘著模芯
（1） 注射壓力和保壓壓力過高或時間過長而造成過量充模，尤其成型芯上有加強筋槽的制品，情況更為明顯。
（2） 冷卻時間過長，制件在模芯上收縮量過大。
（3） 模腔溫度過高，使制件在設定溫度內(nèi)不能充分固化。
（4） 機筒與噴嘴溫度過高，不利于在設定時間內(nèi)完成固化。
（5） 可能存在不利于脫模方向的凹槽或拋光痕跡需要改進。
9.2.3 粘著主流道
（1） 閉模時間太短，使主流道物料來不及充分收縮。
（2） 料道徑向尺寸相對制品壁厚過大，冷卻時間內(nèi)無法完成料道物料的固化。
（3） 主流道襯套區(qū)域溫度過高，無冷卻控制，不允許物料充分收縮。
（4） 主流道襯套內(nèi)孔尺寸不當，未達到比噴嘴孔大0.5～1 ㎜。
（5） 主流道拉料桿不能正常工作。
一旦發(fā)生上述情況，首先要設法將制品取出模腔（芯），不惜破壞制件，保護模具成型部位不受損傷。仔細查找不合理粘模發(fā)生的原因，一方面要對注射工藝進行合理調(diào)整；另一方面要對模具成型部位進行現(xiàn)場修正，直到認為達到要求，方可進行二次注射。
9.2.4 成型缺陷
當注射成型得到了近乎完整的制件時，制件本身必然存在各種各樣的缺陷，這種缺陷的形成原因是錯綜復雜的，一般很難一目了然，要綜合分析，找出其主要原因來著手修正，逐個排出，逐步改進，方可得到理想的樣件。下面就對度模中常見的成型制品主要缺陷及其改進的措施進行分析。
9.2.4.1 注射填充不足
所謂填充不足是指在足夠大的壓力、足夠多的料量條件下注射不滿型腔而得不到完整的制件。這種現(xiàn)象極為常見。其主要原因有：
（1） 熔料流動阻力過大
這主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形狀、尺寸不利于熔料流動。盡量采用整圓形、梯形等相似的形狀，避免采用半圓形、球缺形料道。熔料前鋒冷凝所致。塑料流動性能不佳。制品壁厚過薄。
（2） 型腔排氣不良
這是極易被忽視的現(xiàn)象，但以是一個十分重要的問題。模具加工精度超高，排氣顯得越為重要。尤其在模腔的轉(zhuǎn)角處、深凹處等，必須合理地安排頂桿、鑲塊，利用縫隙充分排氣，否則不僅充模困難，而且易產(chǎn)生燒焦現(xiàn)象。
（3） 鎖模力不足
因注射時動模稍后退，制品產(chǎn)生飛邊，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。應調(diào)大鎖模力，保證正常制件料量。
9.2.4.2 溢邊（毛刺、飛邊、批鋒）
與第一項相反，物料不僅充滿型腔，而且出現(xiàn)毛刺，尤其是在分型面處毛刺更大，甚至在型腔鑲塊縫隙處也有毛刺存在，其主要原因有：
（1） 注射過量
（2） 鎖模力不足
（3） 流動性過好
（4） 模具局部配合不佳
（5） 模板翹曲變形
9.2.4.3 制件尺寸不準確
初次試模時，經(jīng)常出現(xiàn)制件尺寸與設計要求尺寸相差較大。這時不要輕易修改型腔，應行從注射工藝上找原因。
（1） 尺寸變大 注射壓力過高，保壓時間過長，此條件下產(chǎn)生了過量充模，收縮率趨向小值，使制件的實際尺寸偏大；模溫較低，事實上使熔料在較低溫度的情況下成型，收縮率趨于小值。這時要繼續(xù)注射，提高模具溫度、降低注射壓力，縮短保壓時間，制件尺寸可得到改善。
（2） 尺寸變小 注射壓力偏低、保壓時間不足，制在冷卻后收縮率偏大，使制件尺寸變小；模溫過高，制件從模腔取出時，體積收縮量大，尺寸偏小。此時調(diào)整工藝條件即可。
通過調(diào)整工藝條件，通常只能在極小范圍內(nèi)使尺寸京華，可以改變制件相互配合的松緊程度，但難以改變公稱尺寸。
9.2.5調(diào)整措施
調(diào)整時應注意調(diào)節(jié)進料速度，增加排氣孔，正確設計澆注系統(tǒng)。注意控型周期。
結(jié)束語
大學三年的學習即將結(jié)束，畢業(yè)設計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術得到愈來愈廣泛的應用。在完成大學三年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習，我對于模具特別是塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實現(xiàn)了零的突破。在指導老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。
在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
致 謝
時光如電，歲月如梭，三年的大學生活即將結(jié)束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學生，做畢業(yè)設計是一件必不可少的事情。
畢業(yè)設計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設計計算，這些都要靠自己運用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復雜的工作。
在學校中，我主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設計就相當于實戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設計不但把我以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎。
由于本人資質(zhì)有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設計中難免要遇到很多難題，在有課程設計的經(jīng)驗及老師的不時指導和同學的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設計日趨完善。畢業(yè)設計雖然很辛苦，但是在設計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨立設計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
最后，我衷心感謝各位老師特別是我的指導老師原紅玲老師在這一段時間給予我無私的幫助和指導，并向你們致意崇高的敬意，以后到社會上我一定努力工作，不辜負你們給予我的知識和對我寄予的厚望！
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