【正文】 程度上 都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進(jìn)步 [1]。一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。 從起步到現(xiàn)在，我國(guó)模具工業(yè)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已有了較大的提高，與國(guó)外的差距正在進(jìn)一步縮小。 二十多年來(lái)，國(guó)外的注塑模 CAD 技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。 80 年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔 的流動(dòng)過(guò)程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。模具未來(lái)發(fā)展方向主要包括以下的幾個(gè)方面： 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的 目的及意義 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科院校本科 生培養(yǎng)計(jì)劃的最后的重要環(huán)節(jié)，是工程師基本訓(xùn)練必不可少的一環(huán)，以此 來(lái)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí) 的 技能，解決與分析實(shí)際問題，促使學(xué)生向工程師過(guò)渡，其具體目的為： ①培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，收集與研究有關(guān)參考文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)資料，經(jīng)驗(yàn)，分析與 解決主要問題及工程技術(shù)實(shí)際問題的能力。 ③通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，使學(xué)生樹立一個(gè)正確的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究的思想方法，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度與工作作風(fēng)。改革開放以來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù) 發(fā)展。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48 寸 （約 122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具， 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以 能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 塑件 材料選擇 人類自 20 世紀(jì) 20 年代發(fā)明第一種塑料后，至今不到 100 年，但塑料的發(fā)展已經(jīng)取得了飛速的進(jìn)步，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前正在使用的塑料制品有幾十萬(wàn)種。 丙烯腈 苯乙烯 丁二烯共聚物 ABS ABS 材料具有 優(yōu)越的綜合性能： ABS 制品強(qiáng)度高、剛性好，硬度、耐沖擊性、制品表面光澤性好，耐磨性好。具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能。具有優(yōu)良的成型加工性，尺寸穩(wěn)定性好，著色性能、電鍍性能好（是所有塑料中電鍍性最好的）。 ABS 的應(yīng)用很廣，在機(jī)械工業(yè)上用來(lái)制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機(jī)外殼、儀表殼、水箱外殼、蓄電池槽等； ABS 還可以用來(lái)制造水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴、電話機(jī)殼體、收音機(jī)殼體、打字機(jī)鍵 盤等。易著色，裝飾性能好。它的耐熱性低，只能在不高的溫度下使用，易老化。 聚乙烯 PE PE 按聚合時(shí)所給的壓力不同，可分為 LDPE 和 HDPE。日常用品中用于制作薄膜，軟管，塑料瓶，碗，箱柜，管道連接器，電氣工業(yè)中用于絕緣零件和包覆電纜等。主要用于電冰箱容器、存儲(chǔ)容器、家具廚具、密封蓋等。 聚丙烯 PP PP 料流動(dòng)性好，成型性能好，適合遍平大型膠件。聚丙烯具有突出的延伸性和抗疲勞性能，屈服強(qiáng)度高，有很高的 疲勞壽命。低溫下表現(xiàn)脆性，對(duì)缺口敏感。工業(yè)器械：干燥機(jī)通風(fēng)管、洗衣機(jī)框架及機(jī)蓋等。 聚氯乙烯 PVC PVC 材料具有不易燃性、高強(qiáng)度、耐氣候變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。 PVC 是熱敏性塑料，受熱會(huì)分解出一種對(duì)人體有毒，對(duì)模具有腐蝕性的氣體。 聚碳 酸酯 PC PC 機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊性是塑料之冠，彈性模量高，受溫度影響小，抗蠕變性突出；耐熱性好，耐氣候性好。流動(dòng)性差，注塑過(guò)程困難。 PC 在電氣和商業(yè)設(shè)備上主要用于計(jì)算機(jī)元件、連接器等；器具上用于食品加工機(jī)、電冰箱抽屜等；交通運(yùn)輸行業(yè)方面用于車輛前后燈、儀表板等。 圖 11Abs材質(zhì)的煙灰缸 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 塑件結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 塑件工藝性分析 （ 1）塑料選用： ABS 線脹系數(shù) ： ～ ～ （ 105? ℃ 1? ） 。 （ 2）脫模斜度： ? ： 4039。 。當(dāng)圓角半徑超過(guò)塑件壁厚 （ R/t1） 時(shí)，應(yīng)力集中系數(shù)基本上不再減小，因此塑件內(nèi)表面轉(zhuǎn)折處圓角取壁厚的 ～ 倍為宜，外部圓角取 ～ 倍。 尺寸和精度 塑件的流動(dòng)性影響制件尺寸的設(shè)計(jì)，注射成型制件尺寸要受注射機(jī)的注射量，鎖模力的限制。首先是模具制造的精度，其次是塑料收縮率的波動(dòng)，同時(shí)由于磨損等原因造成模具尺寸不斷變化，都會(huì)使 模 制尺寸不穩(wěn)定 。綜合考慮本產(chǎn)品采用一般精度即 7 級(jí)精度。本塑件取 Ra=。塑件的收縮率大，收縮產(chǎn)生的包緊力大，也宜采取較大斜度。 塑件的幾何形狀和尺寸對(duì)脫模斜度選取也有影響，壁較厚和幾何形狀復(fù)雜的塑件，收縮率較大或各部分收縮差別大，一般的說(shuō)有較大脫模阻力，宜采取較大斜度，塑件高度對(duì)脫模斜度選取有相互矛盾的影響，對(duì)具體塑件上斜度數(shù)值取應(yīng)綜合 考慮各種因素后確定。 ，內(nèi)側(cè)斜度為 45176。 圓角 塑件除了使用上 要求采用尖角處以外，其余所有轉(zhuǎn)角處均應(yīng) 盡 可能采用圓角過(guò)渡，因制件尖角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊震動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，甚至在脫模過(guò)程中由于模塑內(nèi)應(yīng)力而開裂，特別是制件的內(nèi)圓角，一般即使采用 R= 的圓角，就能使塑件的強(qiáng)度大為增強(qiáng)， 理想的內(nèi)圓角，半徑應(yīng)有壁厚的 1/4 以上。 綜上所述，利用 UG 設(shè)計(jì)的煙灰缸塑件如圖 21 所示。注塑機(jī)的最大注射量，最大注射壓力，最大鎖模力，最大成型面積，模具最大厚度，和最小厚度，最大開模行程，以及機(jī)床模板，安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸。 ① 臥式注射機(jī) 臥式注射機(jī)是最普遍，最主要的注塑機(jī)形式。 ② 立式注射機(jī) 立式注射機(jī)與合模系統(tǒng)的軸線重合，并與機(jī)器安裝底面垂直。缺點(diǎn)是重心高，不穩(wěn)定，加料較困難，推出的塑料制品需要人工取出，不易實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化生產(chǎn)。直角式注射機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用開模是絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)有螺紋的塑料制品實(shí)行自動(dòng)脫卸。機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法準(zhǔn)確可靠的注射和保持壓力及鎖模力，模具受沖擊和振動(dòng)較大。 （ 2）按塑化方式可分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。立式注射機(jī)與直角式注射機(jī)為柱塞 式。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。臥式注塑機(jī)結(jié)構(gòu)多為螺桿式。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 計(jì)算澆注系統(tǒng)所需用料 (1) 估計(jì) 塑件 的體積和重量。 初步估算質(zhì)量 ： M=V? 1. 02= 取 ABS 的密度為 1. 02g/cm179。 主澆道小端直徑取 5mm，錐角為 3176。 質(zhì)量 ： M=? = g 塑件和澆注系統(tǒng)所消耗的塑料總量為： G=+= g 初步選擇注塑機(jī)的型號(hào) 設(shè)計(jì)采用一模一腔，根據(jù)以上計(jì)算可以初步選擇注塑機(jī)型號(hào)為： XS— ZY— 60。因 ABS 塑料比重是 近似1，因此以 ABS 為基準(zhǔn)來(lái)確定注射機(jī)的額定注射量。所以選擇注射機(jī)的注射量時(shí)可以用公式 31 或公式 32 計(jì)算。） 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 件V —— 成型塑件及澆注系統(tǒng)所需塑料的容量 （ cm179。） —— 為系數(shù)，一般要求成型塑件的容量不得超過(guò)注射機(jī)容量的 80%/ 因此 ? 60? 滿足要求 (2)鎖模力的校核： 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)軸向的很大的推力 ， 此推力的大小等于塑件加上澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和 (即注射面積 )乘以型腔內(nèi)的塑料壓力 ， 此力可使模具分型面漲開 。注塑機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)應(yīng)該提供足夠的鎖模力，使動(dòng)、 定模兩部分在注射過(guò)程中保持緊密閉合。 80% 煙灰缸 的模型建好后，利用 UG 軟件 測(cè) 得 制品投影面積 ： A= ? ㎡ 查表得 ABS 型腔壓強(qiáng) : P=40Mpa 鎖模力 ： F= 40 610 247。 （ 3）模具外形與注塑機(jī)拉桿間距校核。本設(shè)計(jì)模具最大寬度為 240 mm， 其小于注射機(jī)拉桿間距 300 mm， 所以滿足要求。 設(shè)計(jì)的注塑模不僅必須在注塑機(jī)的上述主要工藝參數(shù)限定的范圍內(nèi)，還必須能順利的安裝到注塑機(jī)上，因此必須滿 足注塑機(jī)的有關(guān)安裝尺寸 ， 包括如下幾項(xiàng)，對(duì)其校核。 每一臺(tái)注塑機(jī)的固定模板上都有一個(gè)起定位作用的基準(zhǔn)孔，能使模具安裝到注塑機(jī)上后其主流道中心線與注塑機(jī)噴嘴中心線同軸，模具上的定位圈應(yīng)該與這一定位孔成間隙配合。 ② 噴嘴尺寸的校核。 ③ 開模行程和頂出機(jī)構(gòu)的校核。 本設(shè)計(jì)的模具所需開 模距離 為： S=H1+H2+5～ 10=111+142+7=260 mm ④ 模具裝固尺寸 本模具為小型模具與注射機(jī)采用壓板固定，采用這種固定時(shí) ，只須在模具動(dòng)，定模座板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。 其開模行程如圖 31 示 ： 圖 31 單分型面注射模開模行程校核 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 4 章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng) 所謂澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道的始端到型腔之間的熔體進(jìn)料通道。普通澆注系統(tǒng) 由主流道，分流道，澆口和冷料穴四部分組成。 模具的進(jìn)料方式、澆口的形式和數(shù)量，往往決定了模架的規(guī)格型號(hào)。內(nèi)部質(zhì)量、尺寸精度和程序周期，故其重要性不言而喻。為不影響產(chǎn)品外觀，應(yīng)盡量將澆口設(shè)置于制品的隱蔽部位。 （ 2）保證制品的內(nèi)部質(zhì)量 ① 澆口的形式和數(shù)量要選擇合理，保證塑料熔體迅速填充型腔，減少壓力與熱量損失，使制品內(nèi)部組織細(xì)密。 ③ 澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿整個(gè)型腔各個(gè)角落，使型腔內(nèi)氣體能順利排出，避免制品內(nèi)形成氣泡。 ⑤ 盡可能采用平衡式布置，以便熔融塑料能平衡地充填個(gè)型腔，使個(gè)腔收縮率均勻一致，提高塑件的尺寸精度，保證其裝配的互換性 （ 3）阻力最小 流道設(shè)計(jì)要盡量短，并盡量減少?gòu)澱?，流道截面積要盡量合理，宜小不宜大。其直徑的大小與塑料流速及充模時(shí)間的長(zhǎng)短有密切關(guān)系。 主流道設(shè)計(jì)原則如下 ： （ 1） 主流道的長(zhǎng)度越短越好。 （ 2） 為了便于脫模，主流道在設(shè)計(jì)上大多采用圓錐形 。如 圖 72 （ 4）主流道應(yīng)設(shè)計(jì)在澆口套內(nèi) 。 在臥式或立式注射機(jī)用的模具中，主流道垂直于分型面，通常作在淬硬澆口套內(nèi)，為了使塑料凝料能從流道中順利拔出，需將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，具有 ? =2～ 4176。內(nèi)壁表面粗糙度一般為 Ra=? m以下的表面粗糙度，小端直徑應(yīng)大于噴嘴直徑約 ～1mm，本設(shè)計(jì)注射機(jī)的噴嘴直徑為 ? 4mm，所以本設(shè)計(jì)的主流道小端直徑為 ? 5mm 凹坑半徑R 也應(yīng)比噴嘴頭半徑大 1～ 2mm。內(nèi)壁表面粗糙度為 Ra= ? m 以便凝料順利拔出。為了拆卸更換方便，模具的定位圈常與澆口套分開設(shè)計(jì)。其作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響整個(gè)質(zhì)量，開模時(shí)又能將主流道中的冷凝料拉出。 推板式鉤料裝置有冷料穴、鉤料桿組成。它的結(jié)構(gòu)形式 如圖 41所示。 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 澆口的 作用： 1 使熔融塑料以最快的速度進(jìn)入并充滿型腔，并在保壓過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)料以彌補(bǔ)由于塑件收縮而留出的空間。 3 成型并被頂出的塑件，較容易與澆注系統(tǒng)分離。 （ 1） 側(cè)澆口 側(cè)澆口是指熔體從側(cè)面進(jìn)入模具型腔，是澆口中最簡(jiǎn)單又最常用的澆口。 缺點(diǎn) ： ① 位置受到一定的限制，澆口到型腔局部距離有時(shí)較長(zhǎng)，壓力損失大 ； ② 流動(dòng)性不佳的塑料容易造成充填不足或半途固化 ； ③ 平板狀或面積大的成型品，由于澆口狹小易造成氣泡或流痕的不良現(xiàn)象 ④ 去除澆口麻煩，且易留下明顯痕跡。 潛伏式澆口 的 優(yōu)點(diǎn)： ① 進(jìn)料位置靈活，且制品分型面處不會(huì)留下有進(jìn)料口痕跡 ； ② 制品經(jīng)冷卻固化后，從模具中被頂出來(lái)時(shí)，澆口會(huì)自動(dòng)被切斷，無(wú)須后處理 ； ③ 由于潛伏式澆口可開設(shè)在制品表面見不到的加強(qiáng)筋、柱子上，所以在成型時(shí)，不會(huì)在制品表面留有由于噴射帶來(lái)的噴痕和氣紋等問題 ； ④ 有點(diǎn)澆口的優(yōu)點(diǎn)，又有側(cè)澆口的簡(jiǎn)單 ； ⑤ 既可以潛凹模，又可 以潛凸模。 （ 3） 點(diǎn)澆口 點(diǎn)澆口常用于三板模的澆注系統(tǒng)，熔體可由型腔任何位置一點(diǎn)或多點(diǎn)進(jìn)入型腔。 缺點(diǎn)： ① 注射壓力損失較大，流道凝料多 ； ② 相對(duì)于側(cè)澆口模，點(diǎn)澆 口模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本大。 護(hù)耳式澆口 的 優(yōu)點(diǎn)： ① 澆口附近的收縮下陷可消除 ； ② 可排除過(guò)剩充填所致的應(yīng)變及流痕的發(fā)生 ； ③ 可消除制品澆口附近的應(yīng)力集中 ；