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咖啡杯塑料模具設(shè)計(jì)
Plastic mould design of Coffee Cup
專業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
系 別：機(jī)械工程系
2008年 6 月
摘 要
咖啡杯塑料模具設(shè)計(jì)
本課題以咖啡杯作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)形式和材料的注射成型工藝進(jìn)行正確的分析，設(shè)計(jì)了一付一模兩腔的塑料注射成型模具。根據(jù)制件的質(zhì)量和體積初步選定注射機(jī)的型號(hào)，并對(duì)注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了校核，同時(shí)對(duì)模具分型面進(jìn)行了選擇，型腔布局進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)重要成型零件比如型芯和型腔的工藝參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。其次對(duì)澆注系統(tǒng)各個(gè)部分的工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)的選擇，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布局，脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)，還包括模架的選擇等等，都做了相關(guān)的研究。最后，對(duì)模具的組成零部件和總體裝配圖進(jìn)行了繪制，并對(duì)部分零部件的材料進(jìn)行了選擇，加工工藝也進(jìn)行了安排。
關(guān)鍵詞：咖啡杯；成型零件；工藝參數(shù)；零部件
I
ABSTRACT
Plastic mould design of coffee cup
The FANUC0i control panel of numerical control simulation is researched，and developed the FANUC0i control panel by Delphi language programming．Firstly，the purpose，future and effect of numerical control simulation system is introduced；Secondly，the function programming of CNC machine is studied deeply. Based on these, the every module of the control panel of Numerical control simulation system is planned, including three modules of POS、PROGRAM and MENUOFFSET．Thirdly, different functions of them are realized with the delphi programming, including reasonable division of the panel, module programming of similar function buttons, up and down display of the keys and saving of the codes.
Key words: coffee cup; modeling parts; technological parameter; component and part
目 錄
緒 論 1
第1章 塑件幾何形狀及塑料材料 3
1.1 塑料的基本特性及工藝分析 3
1.2 聚丙烯主要用途及其成型特點(diǎn) 4
第2章 設(shè)備選取 5
2.1 注射機(jī)的分類 5
2.2 模具相關(guān)尺寸計(jì)算 7
第3章 確定型腔數(shù)及位置布局方案 9
3.1 型腔數(shù)的確定 9
3.2 型腔布局方案 9
3.3 確定分型面及模架組合形式 10
第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
4.1 主流道、主流道襯套的設(shè)計(jì) 11
4.2 分流道設(shè)計(jì)、澆口的設(shè)計(jì) 12
4.3 冷料穴的設(shè)計(jì)及成形零部件的設(shè)計(jì) 13
4.4 確定成形零部件工作尺寸 14
4.5 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
第5章 注射模結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)及注射機(jī)的校核 18
5.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
5.2 注射量、注射壓力及鎖模力的校核 19
5.3 模具高度與注射機(jī)閉合高度的關(guān)系校核、開(kāi)模行程的校核 20
第6章 模具的裝配與調(diào)試 21
6.1 此套模具的設(shè)計(jì)方案 21
6.2 機(jī)構(gòu)的工作原理（開(kāi)模和關(guān)模）及裝配要點(diǎn) 21
總 結(jié) 22
參 考 文 獻(xiàn) 23
附 錄 24
附錄1：英文資料 24
附錄2：中文資料 30
零件圖及工藝卡片 34
致 謝 35
緒 論
21世紀(jì),塑料工業(yè)以前所謂有的速度高速發(fā)展。塑料,在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)中已擁有舉足輕重的不可替代的地位。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越向多品種、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來(lái)越短，于是對(duì)制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備—模具的要求越來(lái)越苛刻。
一方面企業(yè)為追求規(guī)模效益，使得模具向著高速、精密、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展；另一方面企業(yè)為了滿足多品種、小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、贏得市場(chǎng)的需要，要求模具向著制造周短,成本低的快速經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)、激光、電子、新材料、新技術(shù)的發(fā)展，使得快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)如虎添翼，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，類型不斷增多，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益越來(lái)越顯著。
目前，我國(guó)塑料工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求。在2004年，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比例已上升到30％左右，未來(lái)幾年中，塑料模具還將保持較高速度發(fā)展。模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的重要裝備，采用模具生產(chǎn)制品及零件，具有生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料，成本低廉，保證質(zhì)量的一系列優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要手段和主要發(fā)展方向。
在我國(guó)塑料模具市場(chǎng)中，以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點(diǎn)為工程塑料模具。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品36萬(wàn)噸；電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過(guò)1000萬(wàn)臺(tái)；彩電的年產(chǎn)量已超過(guò)3000萬(wàn)臺(tái)。統(tǒng)計(jì)表明，家電行業(yè)所需模具量年增長(zhǎng)率約為10％。一臺(tái)電冰箱約需模具350副，價(jià)值約4000萬(wàn)元；一臺(tái)全自動(dòng)洗衣機(jī)約需模具200副，價(jià)值3000萬(wàn)元；一臺(tái)空調(diào)器僅塑料模具就有20副，價(jià)值150萬(wàn)元；單臺(tái)彩電大約共需模具約140副，價(jià)值約700萬(wàn)元，僅彩電模具每年就有約28億元的市場(chǎng)。
隨著家電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，外殼設(shè)計(jì)成為重要的一環(huán)，對(duì)家電外殼的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，大型、精密、設(shè)計(jì)合理（主要針對(duì)薄壁制品）的注塑模具將得到市場(chǎng)的歡迎。汽車工業(yè)近年來(lái)增長(zhǎng)速度驚人，因此汽車模具潛在市場(chǎng)巨大。每一種型號(hào)的汽車都需要幾千副模具，價(jià)值上億元，而我國(guó)大型精密模具的制造能力不足。據(jù)介紹，目前我國(guó)高檔轎車的覆蓋件模具幾乎全部為進(jìn)口產(chǎn)品。有專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具在模具總量中的比例將步提高，其發(fā)展速度將高于其他模具。所以我們加強(qiáng)模具的設(shè)計(jì)就更加重要了。
我們?cè)趯W(xué)校學(xué)習(xí)的學(xué)生,應(yīng)當(dāng)以當(dāng)前的發(fā)展相適應(yīng),所以安排模具方面的課題也具有深遠(yuǎn)的意義。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我系統(tǒng)的收集了資料,認(rèn)真地分析了塑件的結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)，隨后定下方案，繪制了模具裝配圖，零件圖，安排了零件加工工藝、撰寫(xiě)了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。通過(guò)這些過(guò)程，使我對(duì)于模具結(jié)構(gòu)及工作原理有了更新的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，得到了劉介臣技師的指導(dǎo)，在方案的擬定方面提出了建設(shè)性的建議；零件圖的繪制中，張鐵城教授進(jìn)行了全面的審核。在此，對(duì)老師的幫助表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正，作者不勝感激。
33
第1章 塑件幾何形狀及塑料材料
塑料成形模具按成形原理分有注射模、壓縮模、壓注模、擠出模、吹塑成形模和擠壓成形模。此次設(shè)計(jì)的模具需要成形的塑料零件是皮帶輪，材質(zhì)是聚氯乙烯（PVC），因此注射模是其最適合成形的塑料模。設(shè)計(jì)模具之前，明確PVC材料的種類及特性，模具設(shè)計(jì)必須符合其成形條件。為了了解PVC，有必要先了解一下樹(shù)脂及塑料。
樹(shù)脂是遇熱變軟，具有可塑性的高分子化合物的統(tǒng)稱。一般是無(wú)定形固體或半固體。分為天然樹(shù)脂和合成樹(shù)脂兩大類。松香、安息香等是天然樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂等是合成樹(shù)脂。樹(shù)脂是制造塑料的原材料，也用來(lái)制涂料、黏合劑、絕緣材料等。
塑料是一種以有機(jī)合成樹(shù)脂為主要原料，加入或不加入其它配合材料而構(gòu)成的人造高分子材料。按受熱行為分有熱固性塑料和熱塑性塑料。受熱后聚合物作物理及化學(xué)變化，分子呈網(wǎng)型結(jié)構(gòu)而固化的塑料為熱固性塑料，如酚醛樹(shù)脂（PF）、脲甲醛樹(shù)脂（UF）、環(huán)氧樹(shù)脂（EP）等。受熱后聚合物作物態(tài)轉(zhuǎn)變而變軟，分子仍為線型或支鏈型結(jié)構(gòu)的塑料為熱塑性塑料，如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。按使用特點(diǎn)分為通用塑料、工程塑料、特種塑料和增強(qiáng)塑料。聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）屬通用塑料，產(chǎn)量大（約占塑料總產(chǎn)量的75%）、價(jià)格低、用途廣。ABS屬工程塑料，其力學(xué)性能優(yōu)良、在工程中作結(jié)構(gòu)材料的塑料。特種塑料具有某一方面的特殊性能，如高耐熱性、高電絕緣性類塑料。PI屬特種塑料。增強(qiáng)塑料是樹(shù)脂與增強(qiáng)材料（如玻璃纖維）相結(jié)合而提高塑料機(jī)械強(qiáng)度的復(fù)合型塑料。FRP、FRTP屬增強(qiáng)塑料。按結(jié)晶狀態(tài)分為結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料。結(jié)晶型塑料是分子規(guī)整排列且保持其形狀的塑料。PE屬結(jié)晶型塑料。非結(jié)晶型塑料是長(zhǎng)鏈分子繞成一團(tuán)（對(duì)熱塑性塑料）或結(jié)成網(wǎng)狀（對(duì)熱固性塑料），且保持其形狀的塑料。聚丙烯屬結(jié)晶型塑料。
1.1 塑料的基本特性及工藝分析
聚丙烯是由丙烯單體經(jīng)聚合而成。無(wú)味、無(wú)毒，外觀似聚乙烯，呈白色的半透明蠟狀，是通用塑料中最輕的聚合物，其相對(duì)密度僅為0.89～0.91g/ cm，結(jié)晶度為50%～70%，具有明顯的熔點(diǎn)（164～170℃）。
聚丙烯具有優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、電性能和力學(xué)性能。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度、剛度及彈性、韌性、延伸性比聚乙烯好，特別是經(jīng)定向后的聚丙烯具有極高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度，可制作鉸鏈。聚丙烯可在107～121℃下長(zhǎng)期使用，在無(wú)外力作用下，使用溫度可達(dá)150℃。聚丙烯是通用塑料中唯一能再水中煮沸且在135℃蒸汽中消毒而不被破壞的塑料。
聚丙烯的低溫特性不如聚乙烯，脆化溫度僅為-10～-30℃，低溫沖擊強(qiáng)度低，抗氧化能力很低，其制品在光、熱及氧的作用下易老化，故聚丙烯塑料中應(yīng)添加適量的抗氧化添加劑。
制品的材料采用增強(qiáng)聚丙烯，屬熱塑性塑料。該塑料吸水性小，熔融時(shí)流動(dòng)性較好，成型容易，但收縮大。另外，該塑料成型時(shí)易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形等缺陷；成型溫度低時(shí)，方向性明顯，凝固速度較快，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，在成型時(shí)應(yīng)注意控制成型溫度，澆注系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱，冷卻速度不宜過(guò)快。
工藝分析：根據(jù)材料的性能，聚丙烯材料塑件的壁厚應(yīng)為0.9－4。合理的選擇壁厚很重要，在使用上要求壁厚有足夠的強(qiáng)度和剛度，脫模時(shí)能順利脫出，為方便實(shí)用，塑件取用壁厚為2.0，太厚不但顯得笨重，而且還會(huì)增加成本，由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)使塑件冷卻后緊緊包住型芯或型腔當(dāng)中的突起部分，為防止拉傷和擦傷塑件，設(shè)計(jì)塑件時(shí)，必須考慮塑件內(nèi)外表面沿脫模方向具有足夠的脫模斜度，常取1°--- 30`。塑件轉(zhuǎn)角處采用過(guò)渡圓角，半徑為塑件壁厚的1/3以上。最少不宜小于0.5mm。
1.2 聚丙烯主要用途及其成型特點(diǎn)
主要用途：聚丙烯可用做各種機(jī)械零件，如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車零件和自行車零件等；可用作冷熱水、蒸汽、各種非強(qiáng)酸、堿等的輸送管道，化工容器和其他設(shè)備的襯里、表面涂層等；可制造各種絕緣零件以及自帶鉸鏈的蓋體合一的箱殼類制件。聚丙烯優(yōu)良性還在于它能耐沸水蒸煮，而不損壞，因此，適宜做醫(yī)療器械，和餐具。
成型特點(diǎn)：成型收縮范圍大，易發(fā)生縮孔，凹痕及變形；聚丙烯熱容量大，注射成型模具必須設(shè)計(jì)能充分冷卻的冷卻回路；聚丙烯成型的適宜模溫為80℃，溫度過(guò)低會(huì)造成制品表面光澤差或產(chǎn)生熔接痕等缺陷。溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。
由于模具是與注射機(jī)配套使用的，設(shè)計(jì)模具時(shí)，大部分結(jié)構(gòu)都是根據(jù)注射機(jī)的技術(shù)規(guī)格來(lái)設(shè)計(jì)的，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中，注射機(jī)的選用顯得尤為重要，而且應(yīng)先選用注射機(jī)。
第2章 設(shè)備選取
2.1 注射機(jī)的分類
注射機(jī)是成型熱塑性材料的主要設(shè)備，其類型和規(guī)格很多，現(xiàn)已經(jīng)成批生產(chǎn)和試制，注塑機(jī)的選擇從一次注射具有世界水平的的大型注射成型機(jī)等一系列產(chǎn)品，而且還在日益擴(kuò)大。
注射成型機(jī)的分類方法很多，有按塑料塑化方式分類柱塞式和螺旋式；有的按機(jī)械的傳動(dòng)方式分為液壓式和機(jī)械式；也有的按操作方式分為自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)；還有按住設(shè)計(jì)的能力分為超小型（合模力在以上）、小型（合模力為；注射容量為）、中型（合模力為；注射容量為）、大型和超大型的（合模力為800ｔ；注射容量為以上）關(guān)于柱設(shè)計(jì)的分類，至今還沒(méi)有統(tǒng)一的意見(jiàn)，目前采用按外形特征分類的方法，可分為以下幾種類型
（1） 立式注塑機(jī)
它的注射方向與合模仿相一致呈垂直狀態(tài)，這種注塑機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，安裝和拆卸方便，嵌件便于安放，料斗中的塑料能均勻的進(jìn)入料筒。其缺點(diǎn)是塑件頂出后需用手取出，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，因機(jī)身較高，對(duì)廠房高度有一定的要求，機(jī)器易傾不夠穩(wěn)定，加料也不方便，這類注塑機(jī)的注射量以下，大、中型注射機(jī)不宜采用。
（2） 臥式注塑機(jī)
這是目前使用最廣，產(chǎn)量最大的注塑機(jī)，它的注射方向和合模方向一至，成水平排列。這種注射機(jī)的特點(diǎn)是機(jī)體較低，容易操作合加料。機(jī)床因重心較低而比較穩(wěn)定；成型后訂出的塑料可利用重力的作用自動(dòng)下落。易于自動(dòng)化操作，其缺點(diǎn)是模具的安裝安放嵌件比較麻煩，即后的占地面積大。
（3） 直角式注塑機(jī)
它的注射方向與合模方向呈垂直狀態(tài)，引起優(yōu)點(diǎn)介于立、臥兩種注塑機(jī)之間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，特別適應(yīng)于成型中心不允許留用澆口的痕跡的平面塑件。
按塑化方式分類，可分為以下幾種類型
（1） 注塞式注射機(jī)
塑料在料筒內(nèi)受到料筒壁和分流梭兩方面?zhèn)鱽?lái)的熱量而塑化成熔融狀態(tài)。由于塑料的導(dǎo)熱性很差，如果塑料層太厚，則它的外層熔融塑化時(shí)，內(nèi)層尚未塑化，若要使塑料的內(nèi)層也熔融塑化，塑料的外層就會(huì)因受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而分解。因此，注塞式結(jié)構(gòu)不宜用于加工流動(dòng)性差、熱敏性強(qiáng)的塑料。
（2） 螺桿式注射機(jī)
可使進(jìn)入料筒內(nèi)的塑料顆粒有一個(gè)預(yù)先塑化的過(guò)程，注射機(jī)內(nèi)的注射注塞用螺桿代替。螺桿除作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還可作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入料筒的塑料，一方面在料筒的傳熱及螺桿與塑料之間的剪切摩擦發(fā)熱的加熱下逐步熔融塑化，另一方面被螺桿不斷推向料筒前端。當(dāng)靠近噴嘴處的塑料熔體達(dá)到一次注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下向前推動(dòng)，將熔體注入模具形腔中去。
聚丙烯是流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性都差的塑料，因此不宜選用注塞式注射機(jī)。再根據(jù)給定塑料件的大小，初步設(shè)計(jì)一模多腔的注射模所需的注射量要大于25cm，且模具形狀不大，所以適合選用臥式注射機(jī)。立式注射成形機(jī)和直角式注射成形機(jī)的結(jié)構(gòu)為注塞式結(jié)構(gòu)，而臥式注射成形機(jī)的結(jié)構(gòu)多為螺桿式，因此，此塑件應(yīng)選用臥式且為螺桿式的注射機(jī)進(jìn)行成形加工。根據(jù)技術(shù)規(guī)格的不同，此類注射機(jī)分有多種型號(hào)。由聚丙烯的成型條件工藝參數(shù)結(jié)合《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)》，選型號(hào)為Sz-400/ZH-63的注射機(jī)。
上海塑料機(jī)械廠制造
機(jī)型
Sz-250/ZH
Sz-320/ZH
Sz-400/ZH
螺桿直徑/mm
22
25
30
25
30
35
30
35
40
理論注射容積/cm
19
25
36
28
40
54
46
63
82
注射壓力/Mpa
213
165
115
237
165
121
225
165
126
鎖模力/KN
250
320
400
模具最小厚度/mm
130
130
150
模板行程/mm
310
310
350
模板最大開(kāi)距/mm
440
440
500
頂出力/KN
13
13
18
頂出行程/mm
50
70
70
塑料成形時(shí)所需的注射總量應(yīng)小于所選的注射機(jī)的注射量，注射容量以容積表示，塑件體積應(yīng)小于（包括澆注系統(tǒng)）注射機(jī)容量，其關(guān)系按下式校核：
(2-1)
注塑容量一重量 （g）表示(包括澆注系統(tǒng))同樣應(yīng)小于注射機(jī)的注射量其關(guān)系按下式校核：
(2-2)
根據(jù)塑件尺寸大至估算其體積V如下:
(2-3)
(2-4)
模具為兩腔型腔平均壓力:聚丙烯屬易成型制品，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查表，選擇注射機(jī)型號(hào)為: Sz-400/ZH-63。
2.2 模具相關(guān)尺寸計(jì)算
1）模具厚度
注射機(jī)規(guī)定的模具最大與最小厚度是指動(dòng)模板閉合后達(dá)到規(guī)定鎖模力時(shí)動(dòng)模板和定模板間的最大與最小距離，因此所設(shè)計(jì)模具的厚度應(yīng)處在注射機(jī)規(guī)定的模具最大與最小厚度范圍內(nèi)，即
式中：H----模具厚度（mm）；
Hmin-----注射機(jī)允許的最小模厚，即動(dòng)、定模之間的最小開(kāi)距（mm）；
Hmax-----注射機(jī)允許的最大模厚（mm）。
如果模厚太大，則無(wú)法安裝在注射機(jī)上，反之如果模厚太小，需要增加墊板。
2）開(kāi)模行程的校核
開(kāi)模行程s（也稱合模行程）指模具開(kāi)合過(guò)程中動(dòng)模固定板的移動(dòng)距離。注射機(jī)的開(kāi)模行程是有限的，制品從模具中取出所需的開(kāi)模距離必須小于注射機(jī)的最大開(kāi)模距離，否則制品無(wú)法從模具中取出。下面分三種情況加以討論。
注射機(jī)最大開(kāi)模行程Smax與模厚無(wú)關(guān)時(shí)的校核
當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，其最大開(kāi)模行程是由連桿機(jī)構(gòu)或合模液壓缸的沖程所決定的，而不受模具厚度影響，當(dāng)模具厚度變化時(shí)可由其調(diào)模裝置調(diào)整。其開(kāi)模行程用下述方法校核。
單分型面注射模
式中：H1——制品脫模需推出的距離；
H2——制品高度（包括澆注系統(tǒng)凝料）。
3）雙分型面注射模
對(duì)于雙分型面注射模，為了保證開(kāi)模后既能取出制品又能取出流道內(nèi)的凝料，需要在開(kāi)模距離中增加定模座板與中間板之間的分開(kāi)距離，的大小應(yīng)該保證可以方便地取出流道內(nèi)的凝料，因此
雙分型面注射模
式中：H1——制品脫模需推出的距離；
H2——制品高度（包括澆注系統(tǒng)凝料）；
H3——取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長(zhǎng)度。
一般情況下制品脫模所需的推出距離H1常等于或大于模具型芯高度，但對(duì)于內(nèi)表面為階梯狀的制品，有時(shí)不必推出型芯的全部高度即可取出制品。
4） 注射機(jī)最大開(kāi)模行程Smax與模厚有關(guān)時(shí)的校核
對(duì)于全液壓式鎖模機(jī)構(gòu)的注射機(jī)和直角式注射機(jī)，它們的最大開(kāi)模行程直接與模具厚度有關(guān)，其最大開(kāi)模行程等于注射機(jī)移動(dòng)模板與固定模板之間最大距離SK減去模具閉合厚度Hm，,即
式中：SK——注射機(jī)移動(dòng)模板與固定模板之間最大距離（㎜）；
Him——模具厚度（㎜）。
單分型面注射模
或
②雙分型面注射模
或
5） 具有側(cè)向抽心時(shí)的最大開(kāi)模行程的校核
當(dāng)模具需要利用開(kāi)模動(dòng)作完成側(cè)向抽芯動(dòng)作時(shí)，開(kāi)模行程的校核還應(yīng)考慮為完成抽芯動(dòng)作所需增加的開(kāi)模行程。設(shè)完成抽芯動(dòng)作的開(kāi)模距離為HC，則有
當(dāng)HC≥H1+H2時(shí)，取
當(dāng)HC≤H1+H2時(shí)，取
第3章 確定型腔數(shù)及位置布局方案
3.1 型腔數(shù)的確定
為了提高模具的成形效率，把模具設(shè)計(jì)成有多個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)，使得一次注射成形多個(gè)相同的塑料骨架。而Sz-400/ZH-63注射機(jī)的最大注射量為63cm，這勢(shì)必會(huì)限制模具的型腔數(shù)。而且，此塑件成形模具必須帶有側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，型腔越多，模具結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，從而提高模具的制造難度及加工成本。另外，型腔越多，成形出的制品精度也就越低。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為每增加一個(gè)型腔，制品尺寸精度降低4%，因此型腔數(shù)也不宜過(guò)大。綜合考慮，初步確定為一模兩腔的結(jié)構(gòu)。
3.2 型腔布局方案
由于Sz-400/ZH-63注射機(jī)為臥式注射機(jī)，模具也應(yīng)該設(shè)計(jì)成臥式的，因此模具在水平方向上實(shí)現(xiàn)合開(kāi)模動(dòng)作。而側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)方向既可鉛垂（圖3-1），也可水平（圖3-2），但對(duì)兩者進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，前者上下兩個(gè)側(cè)型芯的自重會(huì)影響各自的抽芯力，導(dǎo)致兩個(gè)側(cè)型芯所用抽芯力的大小不同，破壞兩個(gè)斜導(dǎo)柱的受力平衡。而且在開(kāi)模后，上下兩個(gè)側(cè)型芯所需的限位形式也會(huì)有所不同，從而增加模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。若采用后者結(jié)構(gòu)，上述缺點(diǎn)就會(huì)全被消除，因此應(yīng)該選用(圖2)所示的水平抽芯結(jié)構(gòu)。側(cè)向型芯位置確定后，為了使斜導(dǎo)柱的安裝位置不與分流道的開(kāi)設(shè)位置發(fā)生干涉，最好將兩個(gè)型腔上下設(shè)置，即一個(gè)型腔設(shè)置在整個(gè)模具的上半部分，另一個(gè)型腔設(shè)置在下半部分，形成一上一下的位置結(jié)構(gòu)（圖3-3）。
圖3-1
圖3-2
3.3 確定分型面及模架組合形式
由于有兩個(gè)型腔，若模具設(shè)置成一個(gè)分型面，塑件成形后就很難使冷凝料和塑件自動(dòng)脫落，而且取出塑件和冷凝料也會(huì)有一定困難，因此最好設(shè)兩個(gè)分型面，即一個(gè)主分型面----用來(lái)取出成形塑料制品，一個(gè)次分型面----用來(lái)取出冷凝料。此時(shí)，注射機(jī)、型腔數(shù)與布局及分型面都已確定，接下去就可以對(duì)模架的組成形式作出大致的確定。注射模架設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的模架組合形式，但由于一些標(biāo)準(zhǔn)模架不完全符合模具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，所以模架不能完全選用標(biāo)準(zhǔn)件，因此可參照GB\T 12556.1-90模架標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模架設(shè)計(jì)。
根據(jù)成形塑料零件及注射機(jī)型號(hào)，再參照GB\T 12556.1-90模架標(biāo)準(zhǔn)，初步確定模架主要結(jié)構(gòu)部件及主要尺寸。Sz-400/ZH-63注射機(jī)所允許的模具最小厚度為150mm，模具最大厚度為無(wú)限制，但要考慮到模板行程。整個(gè)模架的厚度應(yīng)在150㎜～500㎜之間。
初定模架厚度為200mm。模具高度或?qū)挾葢?yīng)小于Sz-400/ZH-63注射機(jī)動(dòng)、定模固定板上的拉桿間距，以使模具能穿過(guò)拉桿空間安裝在固定板上。若模具高度小于拉桿間距，安裝時(shí)應(yīng)把模具吊起，高過(guò)注射機(jī)，從上往下穿過(guò)拉桿進(jìn)行安裝。若模具寬度小于拉桿間距，安裝時(shí)則把模具從注射機(jī)一側(cè)橫向穿過(guò)拉桿進(jìn)行安裝。因型腔是一上一下分布，高度方向尺寸相對(duì)寬度方向要大，再根據(jù)Sz-400/ZH-63注射機(jī)動(dòng)、定模固定板尺寸，初定模具高度為255mm，寬度為230mm，即模具高度大于模具寬度，且寬度小于固定板上拉桿間距，在注射機(jī)上安裝模具時(shí)應(yīng)把模具從上往下穿過(guò)拉桿進(jìn)行安裝。
由于澆注系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)及型腔等主要結(jié)構(gòu)還未完全確定，因此導(dǎo)柱、復(fù)位桿的位置先不予確定，以免發(fā)生結(jié)構(gòu)上的干涉，待主要結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)至于完善后再作定奪。先進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)-----澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴出來(lái)后，到達(dá)型腔之前在模具中所流經(jīng)的通道，其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)的引入模具型腔，并在熔體填充和固化定形的過(guò)程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各部位，以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑料模具。澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無(wú)流道澆注系統(tǒng)兩大類。此次設(shè)計(jì)的模具，其澆注系統(tǒng)為普通流道澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)注射成型效率和制件質(zhì)量有直接影響，是獲得優(yōu)質(zhì)塑料制品的關(guān)鍵。
澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
4.1 主流道、主流道襯套的設(shè)計(jì)
主流道是指從注射機(jī)噴嘴與模具接觸處起到分流道為止的一段料流通道，負(fù)責(zé)將塑料熔體從噴嘴引入模具。當(dāng)模具閉合后，注射機(jī)噴嘴壓緊模具主流道襯套，并封緊注射機(jī)與模具之間的間隙，熔體材料直接從料筒流入主流道。此次設(shè)計(jì)的模具在臥式注射機(jī)上使用，主流道應(yīng)垂直于分型面。為了使冷凝料能從主流道中順利拔出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形。錐角α約為1°～4°，錐角α取大值，以降低熔體在流道中流動(dòng)阻力，因此取α=4見(jiàn)圖。內(nèi)壁表面粗糙度Ra應(yīng)小于0.63～1.25μm，取Ra=0.6μm。。
注射機(jī)噴嘴應(yīng)與主流道對(duì)中，為了補(bǔ)償對(duì)中誤差并解決冷凝料的脫模問(wèn)題，主流道進(jìn)口端直徑需比噴嘴直徑大0.5～1mm。主流道進(jìn)口直徑 d=d0+(0.5～1) (mm) 式中 d0為注射機(jī)噴嘴直徑， d0=4mm，因此，d=4+1=5（mm）。
主流道進(jìn)口端與噴嘴頭部應(yīng)為球面接觸，在主流道襯套上連出一淺的球形定位槽，將噴嘴的球形頭壓在主流道襯套凹內(nèi)。通常主流道進(jìn)口端凹下的球面半徑R比噴嘴球面半徑R0大1～2mm，凹下深度約為3～5mm。主流道進(jìn)口端球面半徑R=R0+（1～2） （mm） 式中R0為噴嘴球面半徑，得R0=12mm，因此,R=12+2=14 (mm),以方便脫出主流道內(nèi)的塑料凝料。
在保證制品成形的條件下，主流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失及廢料，但由于主流道的長(zhǎng)度由與定模座板的厚度及主流道襯套的安裝位置有關(guān)，必須結(jié)合主流道襯套的設(shè)計(jì)一同對(duì)其進(jìn)行確定，因此主流道長(zhǎng)度待定，接下去先設(shè)計(jì)主流道襯套。
由于注射成形時(shí)，注射機(jī)對(duì)模具施加的壓力很大，主要作用于主流道襯套上，且主流道在與高溫塑料熔體和注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以一般不將主流道直接開(kāi)設(shè)在定模上，而是將它單獨(dú)開(kāi)在一個(gè)主流襯套中，通常在淬火后嵌入模具，這樣在損壞時(shí)便于更換或修磨。
常用的主流道襯套有A、B兩類，此模具選用A型主流道襯套，B型是為了防止襯套在熔體反壓力作用下退出定模設(shè)計(jì)的，這里不再贅述。主流道襯套嵌定模座板之后，再由定位圈壓住其大端面，也能起到抵抗熔體反壓力的作用。
主流道襯套的材料選用T8A，要求熱處理后硬度達(dá)到53～57HRC。 其尺寸應(yīng)根據(jù)Sz-400/ZH-63注射機(jī)配套的定位圈尺寸及定模的厚度進(jìn)行確定。
襯套與定模座板之間的配合采用H7/m6。因定模座板必須與中間板無(wú)間隙接觸，所以主流道襯套與定模座板配合后，必須保證其端面與定模座板大平面處在同一平面內(nèi)。主流道襯套長(zhǎng)度定為30mm，主流道長(zhǎng)度也隨之確定為36mm（30-4=26），主流道截止到定模座板的左端面處，塑料熔體流經(jīng)此處開(kāi)始進(jìn)入分流道。下一步，分流道的設(shè)計(jì)。
4.2 分流道設(shè)計(jì)、澆口的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的料流通道，是塑料熔體由主流道流入型腔的過(guò)渡段，負(fù)責(zé)將熔體的流向進(jìn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，在多型腔模中起著將熔體向各個(gè)型腔分配的作用。對(duì)于單型腔模，可不設(shè)置分流道，而此次設(shè)計(jì)的模具設(shè)有兩個(gè)型腔，有必要開(kāi)設(shè)分流道，且開(kāi)設(shè)在定模座板與中間板之間，并在中間板上進(jìn)行加工。
分流道其截面形狀及尺寸主要取決于制品的大小、模具結(jié)構(gòu)以及所加工的塑料種類。根據(jù)此塑料零件、材料及加工難易程度，確定分流道截面為拋物線截面，其尺寸依據(jù)推薦值及主流道直徑大小定為如圖所示尺寸。分流道的表面粗糙度不宜太小，以防將冷凝料帶入型腔，一般要求達(dá)到Ra值為1.6μm即可。這樣可增大對(duì)外層塑料熔體的流動(dòng)阻力，減小流速，并與中心熔體之間具有一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有合適的切變速率和剪切熱。
在容易修磨情況下，分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失及廢料，因此兩個(gè)型腔之間的間距也盡量小。根據(jù)型腔的大小，兩個(gè)型腔的距離定為102mm，分流道的單邊長(zhǎng)度應(yīng)為40mm，總長(zhǎng)為80mm
澆口是分流道與型腔之間長(zhǎng)度非常短，截面又很狹窄的一段料流通道。澆口截面狹窄，可使經(jīng)過(guò)分流道之后壓力和溫度都已有所下降的塑料熔體，產(chǎn)生加速度和較大的剪切熱，保證熔體充模時(shí)具有較快的流動(dòng)速度和較好的流動(dòng)性。又因其長(zhǎng)度短，所以澆口內(nèi)可容納的塑料熔體體積很小，故很容易冷卻固化，從而有助于防止保壓力不足或保壓時(shí)間過(guò)短而引起的倒流現(xiàn)象。而且，澆口內(nèi)冷卻固化的塑料熔體（廢料）強(qiáng)度很低，非常容易斷裂，故使制品與廢料分離，并便于制品脫模。澆口的長(zhǎng)度和截面尺寸一般均可在試模過(guò)程中適當(dāng)調(diào)整。特別是調(diào)整其截面尺寸時(shí)，截面高度的變化對(duì)澆口的容積及澆口凍結(jié)時(shí)間影響很大；另外，截面積的變化對(duì)塑料熔體內(nèi)的切變速率影響很大，而切變速率又與熔體表面黏度有關(guān)，所以改變澆口截面尺寸或截面積的大小，可以控制澆口凍結(jié)時(shí)間，以及熔體充模時(shí)的流動(dòng)性能。
澆口的形式很多，參考《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)》[1]給出的澆口形式，根據(jù)塑料種類、塑料制品的形狀及分模落料形式，應(yīng)選點(diǎn)澆口。點(diǎn)澆口又稱針狀澆口或橄欖形澆口，點(diǎn)澆口是一種在制品中央開(kāi)設(shè)澆口時(shí)使用的圓形限制性澆口，由于澆口前后兩端存在較大的壓力差，能有效地增大塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱，從而導(dǎo)致熔體的表觀粘度下降，流動(dòng)性增加，利于充模。常用于各種殼類、盒類的熱塑性塑料制品。點(diǎn)澆口的優(yōu)點(diǎn)是澆口殘留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡，也利于自動(dòng)化操作；但是 由于澆口的截面積小，流動(dòng)阻力大，需提高注射壓力，只宜于成型流動(dòng)性好的熱塑性塑料。
澆口的直徑經(jīng)計(jì)算得 d=1㎜
4.3 冷料穴的設(shè)計(jì)及成形零部件的設(shè)計(jì)
冷料穴是用來(lái)收集料流前鋒的冷料，常設(shè)在主流道或分流道末端。如圖所示深度取4mm，主流道表面粗糙度Ra小于0.32～0.63μm。
注射模閉合后，其內(nèi)部零部件將組合成一個(gè)能容納塑料的閉合空腔，即所說(shuō)的型腔，它將接受由注射機(jī)注射出來(lái)的塑料熔體，并使它們?cè)谄鋬?nèi)部固化成形為塑料制品。構(gòu)成型腔的所有零部件統(tǒng)稱為成形零部件。
由于塑料零件外形有凹陷部分，對(duì)應(yīng)成形模上必須有凸起部分，為便于加工起見(jiàn)，不把成形模設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，而是采用嵌入式的成形模，即用型芯嵌入固定板中形成型腔結(jié)構(gòu)。另外，與其它結(jié)構(gòu)件不同，成形零部件采用的是更為優(yōu)質(zhì)的材料，出于材料費(fèi)用考慮，也應(yīng)設(shè)計(jì)成嵌入式的。
成形零部件在注射成形過(guò)程中直接與塑料熔體接觸，需要承受溫度、壓力及塑料熔體的沖擊和摩擦，長(zhǎng)期工作之后，容易發(fā)生磨損、變形和斷裂，因此成形零部件必須采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作。而聚丙烯又跟別的塑料不同，熱分解后會(huì)產(chǎn)生帶有腐蝕性的氣體，因此成形零部件必須要選用耐腐蝕材料，可選用熱作模具鋼38CrMoAl，或者用T8A進(jìn)行鍍鉻或滲碳處理。
4.4 確定成形零部件工作尺寸
成形零部件工作尺寸的確定必須考慮塑料的成形收縮、成形零部件的制造偏差及成形零部件的磨損等各方面因素。而且，由塑料零件圖給出，零件上由模具型腔成形的部位，其最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值；有型芯成形的部位，其最小尺寸為基本尺寸，偏差為正值。參見(jiàn)《塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)》的規(guī)定，型腔的最小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值。由《塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè)》中的公式，型腔內(nèi)形尺寸計(jì)算
LM =[LS+LSS -Δ/2-δz/2]
式中LM為型腔內(nèi)形基本尺寸（㎜），Δ為制品的公差或偏差，δz為成型零件的制造公差或偏差,取為Δ/5--Δ/3，LS為塑料制品的基本尺寸，且為最大極限尺寸（㎜），S為塑料的平均收縮率，這里材料是聚丙烯，因此S=（0.4+0.8）/2=0.6﹪。
LM2=[27+27×0.006-0.32/2-0.08/2] =24.95
LM3=[13+13×0.006-0.22/2-0.08/2]
型芯外形尺寸計(jì)算
LM=[LS+LSS+Δ/2+δz /2]
式中LM為型芯外形基本尺寸（㎜），LS為塑料制品的基本尺寸，且為最小極限尺寸（㎜），Δ為制品的公差或偏差，δz為成型零件的制造公差或偏差,取為Δ/5--Δ/3。
LM4=[50+50×0.006+0.22/2+0.1/2]=10.21
型腔深度尺寸計(jì)算HM=[HS+HSS-Δ/2-δz /2]
式中HM為型腔深度基本尺寸（㎜）， HS為塑料制品高度基本尺寸，且為最大極限尺寸（㎜），Δ為制品的公差或偏差，δz為成型零件的制造公差或偏差，取為Δ/5--Δ/3，HM1=[14+14×0.006-0.22/2-0.08/2] =13.94
型芯高度尺寸計(jì)算
HM=[HS+HSS+Δ/2+δz/2]
式中HM為型芯高度基本尺寸(㎜)，HS為塑料制品型孔深度基本尺寸，且為最小極限尺寸（㎜）, Δ為制品的公差或偏差，δz為成型零件的制造公差或偏差，取為Δ/5--Δ/3，
HM3=[14+14×0.006+0.15/2+0.05/2] =14.23
為了塑件成形后便于脫模，型芯應(yīng)該做成1°的錐度。
塑件成型收縮率計(jì)算
成型收縮率是指室溫時(shí)塑件與模具型腔（或型芯）兩者尺寸的相對(duì)差。可按下式求得：
S= （LM - LS ）/ LS*100%=0.6%
S——塑件成型收縮率；
LM ——模具型腔在室溫下的尺寸；
LS ——塑件在室溫下的尺寸。
4.5 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
因?yàn)榇怂芗袀?cè)凹部分，所以成形結(jié)構(gòu)中必須帶有側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)分型時(shí)自動(dòng)抽芯，把其設(shè)計(jì)成機(jī)動(dòng)式的側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
機(jī)動(dòng)式側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)利用注射機(jī)的開(kāi)模運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其方向進(jìn)行變換后，可將模具側(cè)向分型或把側(cè)型芯從制品中抽出。此次設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱式抽芯機(jī)構(gòu)。
由于塑料制品冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)緊緊地包住模具型芯或型腔中凸出的部分，為了使制品易于從模具內(nèi)脫出，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證制品的內(nèi)外側(cè)面具有足夠的脫模斜度。脫模斜度一般依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，其大小與塑料的品種、制品的形狀及模具的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，通常情況下脫模斜度30′～1°30′，最小為15′～20′。成型型芯愈長(zhǎng)或型腔愈深，則斜度應(yīng)取偏小值；反之可選用偏大值。制品高度不大時(shí)（小于2～3mm）可不設(shè)計(jì)脫模斜度。脫模斜度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-1
表2-1 各種塑料的脫模斜度
塑料名稱
脫模斜度
聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯
ABS、尼龍、聚甲醛、氯化聚醚、聚苯醚
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃
熱固性塑料
30′～1°
35′～1°30′
50′～2°
20′～1°
1) 抽芯距的確定
抽芯距是指?jìng)?cè)型芯從成形位置抽到不妨礙制品取出位置時(shí)，側(cè)型芯在抽拔方向所移動(dòng)的距離。抽芯距應(yīng)保證型芯從成形位置拔到不防礙塑件的取出，抽芯距即型芯（滑塊）移動(dòng)的距離，抽芯距通常比側(cè)孔或側(cè)凹的深度大2～3mm。如圖所示，采用二等分滑塊合模，其抽芯距必須保證瓣合模塊完全退到骨架臺(tái)肩之外才能將制品脫模，即必須抽出S1的距離再加上2～3mm，制品才能脫出，故抽芯距為
S=S1+2～3mm=+2～3mm
式中 S為最小抽芯距，單位為mm；R為骨架最大半徑，單位為mm；r為骨架最小半徑，單位為mm。
所以S=+2～3=25.5mm
2) 抽芯力的確定
將側(cè)型芯從制品中抽出所需的力叫抽芯力。塑件在冷卻時(shí)包緊型芯，產(chǎn)生包緊力。因此型芯抽拔力必須克服包緊力和摩擦阻力。在開(kāi)始抽拔的瞬間抽拔力為最大。影響抽芯力的因素很多，它與側(cè)型芯成形部分的表面積大小及其幾何形狀、壁厚、塑料的收縮率、剛性、對(duì)成形零件的摩擦系數(shù)、制品同一側(cè)面同時(shí)抽芯的數(shù)量、成形工藝主要參數(shù)（注射壓力、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間）及脫模斜度等因素有關(guān)。其計(jì)算公式為F≈pA（fcosФ+sinФ）式中 p為塑料制品收縮對(duì)型芯單位面積的正壓力，一般取8～12MPa；A為塑料制品包緊型芯的側(cè)面積，單位為mm2。f為摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.2。Ф為脫模斜度。
因此， Fmax=12×677.82(0.2cosФ+ sinФ)=2468.2 N，取所需最大抽芯力為3kN。
3) 斜導(dǎo)柱的確定
斜導(dǎo)柱式側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是利用斜導(dǎo)柱等傳動(dòng)零件，把垂直的開(kāi)模運(yùn)動(dòng)傳遞給側(cè)向型芯，使之產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)并完成分型或抽芯動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作安全可靠，加工制造比較方便。斜導(dǎo)柱傾角α不宜太大，常采用15°～20°，在抽芯距一定的情況下，角度越大，所需斜導(dǎo)柱就越短。為縮短斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度，取α為20°。斜導(dǎo)柱所受的彎曲力FW、抽芯力F和開(kāi)模力Fk與傾角α的關(guān)系,如圖所示，不計(jì)斜導(dǎo)柱與導(dǎo)滑孔間的摩擦力及滑塊與導(dǎo)滑槽間的摩擦力，其關(guān)系式為FW=F/cosα。FW=F/cosα=3/cos20°=3.193kN 斜導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度L=s/sinα=14.46/sin20°=45mm,抽芯距s對(duì)應(yīng)的開(kāi)模行程Hc= s·cotα=14.46×cot20°=39.7mm，主分型面整個(gè)開(kāi)模行程H主=Hc+5～10mm=39.7+5=44.70mm,取45mm選斜導(dǎo)柱公稱直徑為16mm，進(jìn)行強(qiáng)度校核。d≥==12.36mm因此取斜導(dǎo)柱直徑14mm強(qiáng)度足夠。斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度是根據(jù)抽芯距、固定端模板厚度，斜導(dǎo)柱直徑及傾角的大小等有關(guān)斜導(dǎo)柱的材料用碳素工具鋼T8A，熱處理要求硬度為54～58HRC，表面粗糙度小于Ra0.8。斜導(dǎo)柱與固定板（中間板）采用過(guò)度配合H7/k6，由于斜導(dǎo)柱在模具工作過(guò)程中主要用于驅(qū)動(dòng)側(cè)向滑塊作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故側(cè)型芯的壓緊以及滑塊的導(dǎo)滑等問(wèn)題均與斜導(dǎo)柱的安裝配合關(guān)系不大，所以斜導(dǎo)柱與滑塊斜孔之間可以采用較松的間隙配合，這里采用H11/b11。
斜導(dǎo)柱孔的位置確定在滑塊正中且在其長(zhǎng)度的1/2處。
第5章 注射模結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)及注射機(jī)的校核
結(jié)構(gòu)零部件是組成模具完成固定、導(dǎo)向、定位及成形時(shí)完成動(dòng)作等的零部件，主要有合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和支承零部件。
5.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具中，用來(lái)保證動(dòng)模和定?；蚰?nèi)其它零部件之間準(zhǔn)確對(duì)合，在模具中起定位、導(dǎo)向和承受一定側(cè)壓力的作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式。錐面定位是用在注射大型、深腔、高精度制品或薄壁容器及偏心制品時(shí)，成形時(shí)往往有很大的側(cè)向作用力，因此不適合用在此次設(shè)計(jì)的模具當(dāng)中，此次設(shè)計(jì)的模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是利用導(dǎo)柱與導(dǎo)柱孔之間的配合來(lái)保證模具的對(duì)合精度。
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)和尺寸按GB/4619選用，由模架結(jié)構(gòu)圖分析，主分型面導(dǎo)柱所受的側(cè)向力要比次分型面導(dǎo)柱受到的側(cè)向力大，因此主分型面導(dǎo)柱直徑應(yīng)大于次分型面導(dǎo)柱直徑，初定主分型面導(dǎo)柱公稱直徑為Ф16mm，次分型面導(dǎo)柱公稱直徑為Ф14mm。
為讓模具開(kāi)模有序進(jìn)行（讓次分型面先分型，待次分型面分型終了后，主分型面再接著分型，直到整個(gè)開(kāi)模行程結(jié)束為止），必須輔之于一些相應(yīng)的功能部件及結(jié)構(gòu)，為此，在主分型面間設(shè)置幾個(gè)漲釘，利用漲釘?shù)膹埩?，使得開(kāi)模開(kāi)始時(shí)，中間板與動(dòng)模板之間有足夠的鎖緊力來(lái)抵抗次分型面脫落冷凝料所需的力，從而使得次分型面先分型，待次分型面間限位機(jī)構(gòu)的限位端起作用時(shí)，次分型面分型終了，同時(shí)限位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)中間板與動(dòng)模板分型，即主分型面分型。因此，次分型面間采用限位導(dǎo)柱，既可起到合模導(dǎo)向的作用，又可實(shí)現(xiàn)模具的有序開(kāi)模。
為了使成形后的塑料制品能自動(dòng)脫模，就需設(shè)置推出脫模機(jī)構(gòu)。推出脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)模上，通過(guò)注射機(jī)的開(kāi)模動(dòng)作啟動(dòng)而將制品推出。
推出脫模機(jī)構(gòu)的推出零件種類也很多，這里用推桿推出脫模，即用推桿將塑件從型芯上推出。而且用此脫模機(jī)構(gòu)，在完成一次脫模動(dòng)作，開(kāi)始下一個(gè)注射工作循環(huán)時(shí)，與制品接觸的推桿必須回復(fù)到初始位置。因此，必須設(shè)有復(fù)位裝置或復(fù)位桿。
側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)已設(shè)計(jì)完畢，布置推桿時(shí)必須考慮是否與側(cè)向分型機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉現(xiàn)象。因?yàn)樾睂?dǎo)柱安裝在中間板（定模一側(cè)）上，滑塊安裝在動(dòng)模的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，同時(shí)，模具還采用推桿脫模機(jī)構(gòu)，并依靠復(fù)位桿使推桿復(fù)位，側(cè)型芯的水平投影面積與推桿相重合或推桿推出距離大于側(cè)型芯的底面時(shí)，則可能會(huì)產(chǎn)生推桿和側(cè)型芯互相干擾的現(xiàn)象。因這種復(fù)位形式往往是滑塊先于推桿復(fù)位，只是側(cè)型芯或推桿損壞，這種情況在模具設(shè)計(jì)中稱為“干涉”現(xiàn)象。因此，必須將推桿及復(fù)位桿布置在與側(cè)型芯不同合模方向投影面內(nèi)，保證抽芯時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。
為保證推板在推進(jìn)過(guò)程中不發(fā)生歪斜，就必須在推板上設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，而且推板由復(fù)位桿帶動(dòng)復(fù)位，其行程終端必須設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，如用限位釘進(jìn)行限位，為了防止推板復(fù)位后與動(dòng)模座板接觸不平穩(wěn)。因此，可用四個(gè)定距螺釘同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述兩種功能，
既起到推板導(dǎo)向作用，又對(duì)推板復(fù)位后進(jìn)行限位。
5.2 注射量、注射壓力及鎖模力的校核
注射生產(chǎn)中,注射機(jī)每一個(gè)成形周期向模內(nèi)注入的熔體體積或質(zhì)量稱為制品的注射量。其中包括模內(nèi)澆注系統(tǒng)和飛邊所用的熔體量。選擇注射機(jī)時(shí)，必須保證制品的注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制品注射量一般不超過(guò)注射機(jī)最大注射量的80%。Sz-400/ZH-63注射機(jī)標(biāo)定的是額定注射量，即最大注射量，因此按注射量校核。
式中 為注射機(jī)的最大注射量，單位為cm；
V——為制品總體積（包括制品、澆注系統(tǒng)及飛邊在內(nèi)），單位為cm；
V——為一個(gè)制品體積，單位為cm， 塑料零件尺寸 ；
n——為型腔數(shù)，
k——注射機(jī)最大注射量利用系數(shù)，取k=0.8；
——澆注系統(tǒng)及飛邊體積，單位為cm。
因?yàn)槌醪皆O(shè)計(jì)為兩腔，所以n=2。
V=2×17.71+4.5=40（cm）
kV=0.8×63=50.4 ≥40（cm）
因此，此注射機(jī)注射量足夠。
聚丙烯成形所需的壓力為70～100MPa，而Sz-400/ZH-63注射機(jī)的最大注射壓力為165MPa，在聚丙烯成形所需壓力的范圍之內(nèi)，因此，該注射機(jī)注射壓力足夠。
高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的力，使模具沿分型面漲開(kāi)，制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔內(nèi)熔體的壓力PM(PM常取20～40MPa)，即為作用在這個(gè)面積上的總力FL，該力稱為工藝鎖模力，它必須小于注射機(jī)的額定鎖模力F，否則在注射成形過(guò)程中會(huì)因鎖模不緊出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象。為保證注射成形時(shí)模腔能夠可靠的鎖閉，F(xiàn)L≤(0.8～0.9)F。聚丙烯成形所需保壓力，為40～60MPa，
則FLmax==100196.84N≈101kN，而0.8F=0.8×400=320kN,所以FLmax≤0.8F,鎖模力合格。
5.3 模具高度與注射機(jī)閉合高度的關(guān)系校核、開(kāi)模行程的校核
模具的閉合高度應(yīng)在注射機(jī)最大與最小閉合高度之間，即模具的厚度應(yīng)在注射機(jī)允許的模具最大厚度和最小厚度之間。此模具的厚度為249mm，Sz-400/ZH-63注射機(jī)允許的模具最大厚度為無(wú)，最小厚度為150mm，150<249，因此合格。
開(kāi)模行程的校核：注射機(jī)的開(kāi)模行程應(yīng)大于脫模取出塑件所需的開(kāi)模距離。Sz-400/ZH-63注射機(jī)為液壓—機(jī)械式合模機(jī)構(gòu)的注射機(jī)，其最大開(kāi)模行程系由肘桿機(jī)構(gòu)或合模液壓缸沖程所決定，而不受模具厚度影響，按注射機(jī)最大開(kāi)模行程大于模具所需的開(kāi)模距離進(jìn)行校核。此次設(shè)計(jì)的模具為雙分型面模具，因此對(duì)于雙分型面開(kāi)模行程的校核公式為Smax≥H1+H2+H3+(5～10)。
式中H1為制品所用的脫模距離，H2為制品高度，H3為取出澆注系統(tǒng)凝料必需的長(zhǎng)度，單位均為mm。
然而這種校核方法是針對(duì)如圖所示不帶側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的模具.帶有側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的模具，其開(kāi)模行程的校核必須考慮側(cè)向抽芯距離。此次設(shè)計(jì)的模具，其側(cè)向抽芯動(dòng)作是通過(guò)斜導(dǎo)柱帶動(dòng)滑塊實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)，需根據(jù)側(cè)向抽芯的抽拔距離來(lái)決定開(kāi)模行程。
當(dāng)HC>H1+H2時(shí) Smax≥HC+H3+(5～10)mm
若HC
H1+H2，H3=21+25+5=51mm,所以Smax≥HC+H3+(5～10)=70.6+51+10=131.6mm.
Sz-400/ZH-63注射機(jī)的最大開(kāi)模行程為350mm，因此開(kāi)模行程足夠。
對(duì)注射機(jī)的校核還有安裝部分的尺寸校核，因?yàn)樵谀＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就根據(jù)注射
機(jī)的模具安裝要求設(shè)計(jì)的，所以此校核可以省略。
第6章 模具的裝配與調(diào)試
6.1 此套模具的設(shè)計(jì)方案
為了方便工件的加工，以鑲件（1）成型工件，鑲件（1）是從裝配考慮的，裝配時(shí)，與定模板以圓柱面配合，確保其同軸度，鑲件（2）以電火花加工較方便，模具采用三板點(diǎn)澆口雙型腔結(jié)構(gòu)，每個(gè)型腔設(shè)置三個(gè)澆點(diǎn)，使制品的物理性能得到保證， 每個(gè)澆點(diǎn)用拉料桿拉斷，由脫料板脫下料頭。模具有三次分型，分別以彈簧、限位桿、限位螺釘及分型阻力懸殊等進(jìn)行分型。制品中間的凹部以斜導(dǎo)柱、型腔結(jié)構(gòu)成型，最終由頂管將制品頂下。
6.2 機(jī)構(gòu)的工作原理（開(kāi)模和關(guān)模）及裝配要點(diǎn)
模具初啟，由于彈簧的作用，Ⅰ分型面分型，澆點(diǎn)被拉料桿拉斷，限位桿達(dá)限位時(shí)，同時(shí)將澆道脫下，隨即限位螺釘達(dá)限位，Ⅱ分型面分型，斜導(dǎo)柱將兩型腔拔離，最后由頂板、頂管將制品頂出。合模時(shí)，頂出系統(tǒng)由復(fù)位桿復(fù)位，頂出機(jī)構(gòu)便回復(fù)到初始位置。
裝配要點(diǎn)：模具上下表面平行度偏差不大于0.05，分型面處需密合。
推件時(shí)頂管和頂板動(dòng)作必須保持同步。裝配時(shí)以分型面密合為裝配基準(zhǔn)，順序如下：
1、按圖檢驗(yàn)主要工作零件及其他零件的尺寸；
2、修磨分型面及型腔；
3、以型腔為基準(zhǔn)，找正型芯固定板鉆孔位置，采取合適的加工手段；
4、壓入導(dǎo)柱導(dǎo)套，嵌入型芯；
5、過(guò)型芯引鉆，鉆鉸頂管固定板上的頂管孔；
6、加工限位螺釘孔、復(fù)位桿孔，組裝頂管固定板；
7、組裝模板；
8、定模座板上加工螺釘孔，導(dǎo)柱孔，將澆口套壓入定模座板；
9、裝配定模部分；
10、裝配動(dòng)模部分并頂管和復(fù)位桿；
11、試模。
總 結(jié)
隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨復(fù)雜，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展和人民生活不斷提高的需要，為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展和大、中、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，氣動(dòng)技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化和智能化是適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要手段。
模具的產(chǎn)生與發(fā)展，有效地提高了生產(chǎn)自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，在加工過(guò)程中，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率。在模具的生產(chǎn)與研制過(guò)程中成功彌補(bǔ)了以上的不足之處。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，利用新型機(jī)器已成為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的主要手段，一方面可以提高生產(chǎn)效率，另一方面也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，無(wú)論是從技術(shù)層面上來(lái)講，還是在產(chǎn)品質(zhì)量上講，模具技術(shù)將成為機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。
模具的發(fā)展，取代了以往的人工壓縮，在我國(guó)還未得到廣泛應(yīng)用，主要原因是國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力低廉，機(jī)器設(shè)備昂貴，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，模具在今后有應(yīng)用前景。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是無(wú)法達(dá)到4個(gè)基本要素的。特別是在加入WTO后激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，國(guó)內(nèi)應(yīng)有自己的設(shè)備用于生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，適
應(yīng)社會(huì)的進(jìn)步，與國(guó)際接軌。模具的問(wèn)世，對(duì)相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)有積極的意義。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 許發(fā)樾主編.《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.2
[2] 許鶴峰，陳言秋編.《注塑模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)與圖例》. 北京：化學(xué)工業(yè)出版