【正文】 合模具除了沖壓成形零件外，還擔(dān)負(fù)著疊壓、攻系、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，這種多功能復(fù)合生產(chǎn)出來的不再是單個零件，而是成批的組裝件，可大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)及裝配周期，顯著地提高生產(chǎn)率。由于模具對社會生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的巨大推動作用和自身的高附加值 ,世界模具市場發(fā)展較快。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)是注塑模具，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。在 CAD/CAM 技術(shù)得到普及的同時， CAE 技術(shù)應(yīng)用越來越廣， CAD/CAM/CAE 一體化得到發(fā)展，模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增多 [3]。市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使 工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力，產(chǎn)品的開發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來越短，于是對制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備 — 模具的要求越來越苛刻 。計算機(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)效益和社會效益越 來越顯著。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)是注塑模具。國外模具的標(biāo)準(zhǔn)化率可達(dá) 85％ (如德國、日本 )，中小模具的局部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度高 (如日本的手機(jī)模具 )。 加工設(shè)備、模具制造工藝和測量技術(shù) 德國、日本模具企業(yè)的加工設(shè)備先進(jìn)，基本都是數(shù)控、高速切削、單向走絲線切割或 4 軸～ 5軸聯(lián)動的高速加工機(jī)床，能實現(xiàn)模具型面的鏡面加工。精密模具零件的加工均采用在線測量，這方面國內(nèi)至少差 15～ 20 年。這些重要數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了非常重要的依據(jù)。零件精度低造成修配量大，整模故障率高、穩(wěn)定性差。日、韓的模具周期要求 2周，原因是他們有專門的模具配件城，滑塊、頂桿、澆口套組 件等均可以買到，型腔件加工好裝上就行了。國內(nèi)是模具出了問題，再派人去。全塑型轎車／賽車的塑料和整車零部件成型工藝從 1995 年起一直在孜孜不倦地研發(fā)。超薄型手機(jī) PC 導(dǎo)光板的材料、注射工藝與設(shè)備的研制，日本處于領(lǐng)先地位。多層、多功能復(fù)合薄膜擠出專機(jī)、薄膜厚度控制、薄膜層數(shù)控制及各種功能薄膜的材料研究，美國處于世界前沿。國外企業(yè)對新產(chǎn)品開發(fā)很重視，模具廠經(jīng)常會與材料廠商、產(chǎn)品廠共同開發(fā)新產(chǎn)品和模具；注射機(jī)廠會與 材料廠商共同研發(fā)新機(jī)型；名牌塑料供應(yīng)商會與名牌汽車公司聯(lián)合研制以塑代鋼的新塑料和新產(chǎn)品 (如 BAYER 與寶馬合作開發(fā)全塑賽車、 GE與克萊斯勒共同開發(fā)全塑轎車 )。 研究內(nèi)容、研究目的及意義 研究內(nèi)容 隨著 CAD／ CAM／ CAE 技術(shù)的快速發(fā)展及市場對模具集成需求的日益增加，在模具企業(yè)推廣普及相關(guān)的 CAD、 CAE、 CAM 知識、提高其生產(chǎn)能力和市場競爭力是我國模具行業(yè)發(fā)展的必由之路。本文利用 Pro／ E 軟件完成了相機(jī)外殼的模具設(shè)計，在對注塑件進(jìn)行機(jī)構(gòu)工藝性分析的基礎(chǔ)上，完成了注塑模具的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計和總裝設(shè)計。通過此次模具設(shè)計過程，讓同學(xué)們了解如何進(jìn)行模具設(shè)計，模具設(shè)計的總體思路要有一定的掌握，而且如何進(jìn)行塑料成型工藝設(shè)計、運(yùn)用設(shè)計軟件設(shè)計塑料模具等方面有綜合性的掌握，為以后從事模具設(shè)計工作做好準(zhǔn)備。我國模具工業(yè)解放后從無到有 , 在經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的發(fā)展 , 已有了較大的提高 , 發(fā)展速度十分迅速 , 目前已初具規(guī)模。我國模具設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工作坊制造階段、工業(yè)化生產(chǎn)階段和現(xiàn)代化生產(chǎn)階段。計算機(jī)輔助仿真已成 為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù) [6] 。這種方法與傳統(tǒng)的模具設(shè) 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 計相比，在優(yōu)化注射工藝、降低試模成本、提高產(chǎn)品的品質(zhì)、節(jié)約原材料等方面具有重要意義。雖然我國模具技術(shù) 水平正在逐步提高 , 但與工業(yè)較為先進(jìn)的國家相比 , 仍存在較大的差距 , 縱觀我國的模具工業(yè) , 既有高速發(fā)展的良好勢頭 , 又存在模具品種少、精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等一系列的不足 , 無法滿足整個工業(yè)迅速發(fā)展的迫切要求。 隨著塑料制品在機(jī)械、電子、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我們對塑料模具的需求也隨之增加。從事塑料模具的設(shè)計開發(fā)具 有十分重要的現(xiàn)實意義。 圖 21 相機(jī)外殼的三維模型 相機(jī)外殼采用材料為 ABS，該材料相對密度為 左右，有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用、耐磨性優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定 耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學(xué)性和電氣性能良好，綜合性能好，成型工藝好。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 塑件的注塑成型工藝性分析 在 Pro/E 中打開塑件的三維模型，進(jìn)行外殼的注射成型工藝性分析。 塑料制品的壁厚對塑件成型質(zhì)量的影響很大，壁厚過小成型時流動阻力大，制品難以充滿型腔，塑料制品壁厚的最小尺寸應(yīng)滿足以下幾方面的要求：具有 足夠的 強(qiáng)度和剛度：脫模時能經(jīng)受脫模機(jī)構(gòu)的沖擊與振動：裝配時能承受緊固 力。前殼的壁厚 S=1 mm， 滿足最小厚度條件。使用 Pro/E 軟件進(jìn)行拔模斜度分析結(jié)果如圖 24所示。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 22 塑件質(zhì)量屬性 圖 23 拔模斜度分析結(jié)果 成型參數(shù)為模具溫度 ℃，注射溫度 ℃，注射最 大壓力 180Mpa[15]。 圖 24 成型條件分析 圖 25 塑料填充情況分析 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 26 冷卻質(zhì)量分析 圖 27 縮痕分析 第三章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出之后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。澆注系統(tǒng)設(shè)計好壞對塑件性能、外觀和成型難易程度影響頗大 [16]。本設(shè)計中采用普通流道的澆注系統(tǒng)。普通流道的澆注系統(tǒng)從總體來看，有如下作用： 將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使型腔內(nèi)的氣體能及時順利排出。 澆注系統(tǒng)設(shè)計是否合理不僅對塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大，而且還與塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān)，因此，澆注系統(tǒng) 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 設(shè)計是模具設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。 采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失。為此，在保證塑件的成型質(zhì)量，滿足型腔良好的排氣效果的前提下，應(yīng)盡量縮短流程，同時還應(yīng)控制好流道的表面粗糙度，并送減少流道的彎折等，這樣就能夠縮短填充時間，克服塑料熔體因熱量損失和壓力損失過大所引起的成型缺陷，從而縮短成型周期，提高成型質(zhì)量，并可減少澆注系統(tǒng)的凝料量。澆注系統(tǒng)能夠順利地引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔的各個角落，使型腔及澆注系統(tǒng)中的氣體有序地排出，以保證填充過程中不產(chǎn)生紊流或渦流，也不會因氣體積存而引起凹陷、氣泡、燒焦等成型缺陷。 防止型芯變形和嵌件位移。 便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。 盡量減少因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。 設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮儲存冷料的措施。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料順利拔出，主流道三維模型如圖 31所示。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸， 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 所以在注射中主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的澆口套 [17]。 圖 31 主流道三維模型 澆口也稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質(zhì)量的影響很大 [18]。易于切除澆口尾料；對于多型腔模具，澆口能用來平衡進(jìn)料。 澆口的形式很多，常見 的有側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口等 [20]，側(cè)澆口常設(shè)在多型腔模具上。其缺點(diǎn)是在塑件一端側(cè)壁處進(jìn)料，流程中心澆口長一倍左右，料流末端面易產(chǎn)生深接痕，深型腔底部易生氣孔，影響塑件質(zhì)量。為了將斜的點(diǎn)澆口推出，必須是柔韌性好塑料，并且要嚴(yán)格掌握塑件在模內(nèi)的冷卻時 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 間，在流道末凝固前及時推出潛伏澆口。 [21] 由于相機(jī)外殼要求 表面不允許有澆口痕跡和飛邊，因此選用點(diǎn)澆口，如圖 32所示。澆口的尺寸可以查閱實用模具設(shè)計簡明手冊， l取 ,l0取 , γ =60。注射模有一個分型面或多個分型面，分型面的位置，一般垂直于開模方向。有合模對中錐面的分型面，分型面自然也是曲面。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 41 分型面 選擇分型面時，應(yīng)考慮的基本原則： 分型面應(yīng)選在塑件外形最大 輪廓處 當(dāng)已經(jīng)初步確定塑件的分型方向后分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處，即通過該方向塑件的截面積最大，否則塑件無法從形腔中脫出。這時可將型芯和凹模的主要部分都設(shè)在動模邊，利用頂管脫模，當(dāng)制件的孔內(nèi)有管件（無螺紋連接）的金屬嵌中時，則不會對型芯產(chǎn)生包緊力。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕跡或接合縫的痕跡，故分型面最好不選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。 不妨礙制品脫模和抽芯。 有利于澆注系統(tǒng)的合理處置。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 在實際設(shè)計中，不可能全部滿足上述原則，一般應(yīng)抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的 分型面。 圖 42 凸模 圖 43 凹模 凹模和凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計 構(gòu)成塑料模具模腔的零件統(tǒng)稱成型零部件。因此，成型零件不僅要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，而且還要有合理的結(jié)構(gòu)，較高強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性 [22]。 凹模結(jié)構(gòu)分為整體式凹模、整體嵌入式、組合式等結(jié)構(gòu)，整體式凹模結(jié)構(gòu)模具強(qiáng)度好、牢固、不易變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡。所以整體式凹、凸模結(jié)構(gòu)常用于形狀簡單的單個型腔中、小型模具或工藝試驗?zāi)＞摺Ｕw嵌入式凹模，單個型腔和型芯采用單獨(dú)加工（機(jī)械加工、冷擠壓、電加工等方法）的加工 [23]。這種結(jié)構(gòu)加工效率高，裝拆方便，容易保證形 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 狀和尺寸精度。 型芯分為整體式型芯、整體嵌入式型芯、鑲拼組合式型芯、小型芯等結(jié)構(gòu)。最常用的嵌入裝配方法是臺肩墊板式，其他裝配方法還有通孔螺釘聯(lián)接式，沉孔螺釘聯(lián)接式，對于非回轉(zhuǎn)型芯，應(yīng)采用平鍵或賀柱銷等進(jìn)行防轉(zhuǎn)定位。 本設(shè)計采用的是整體嵌入式凹模和整體嵌入式型芯。注射成型是通過注塑機(jī)和模具來實現(xiàn)的。 注塑機(jī)是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個循環(huán)。分別進(jìn)行注射過程動作、加料動作、注射壓力、注射速度、頂出型式的選擇，料筒各段溫度的監(jiān)控，注射壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。同時，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在 20~45MPa 之間），因此必須有足夠大的合模力。 除了模具的結(jié)構(gòu)、類型和一些基本參數(shù)和尺寸外，模具的型腔數(shù)、需用的注 山東輕工業(yè)學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 射量、塑件在分型面上的投影面積、成型時需要的合模力、注射壓力、模具的厚度、安裝固定尺寸以及開模行程等都與注射機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)密節(jié)相關(guān)，如果兩者不相匹配，則模具無法使用，為此，必須對兩者之間有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行較核，并通過較核來設(shè)計模具與選擇注射機(jī)型號。 [24] 在一個注射成形周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料熔體的容量或質(zhì)量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部份容量或質(zhì)量之和，即 V = nVz + Vj 或 M = nmz + mj 式中 V（ m） —— 一個成形周期內(nèi)所需射入的塑料容積或質(zhì)量 (cm179?；?g）?；?g）?；?g）。如果這一數(shù)值超過了注射機(jī)允許使用的最大成型面積，則成型過程中將會出現(xiàn)溢漏現(xiàn)象。 模具所需鎖模力的計算 F=KAPm 式中 F鎖模力， N A制品和流道在分型面上的投影面積之和， m2 Pm型腔的平均計算壓力， Pa K安全系數(shù)，通常取 K= 制品和流道在分型面的投影之和為 A= nA1 + A2=110 64+= mm2= cm2,