【正文】 展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。 據(jù)悉目前全世界年產(chǎn)出模具約 650 億美元。七類塑料模具中，注塑模具所占比例很大，約占全部塑料模具的 80%左右。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中 60％ ~90％ 的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。例如日本“富特巴”、美國(guó)“ DME”、德國(guó)“哈斯考”等公司的標(biāo)準(zhǔn)已在中國(guó)廣為流行 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場(chǎng)的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場(chǎng)為例。汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作 為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 2 值上億元。中國(guó)摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)摩托車共有 14 種排量 80 多個(gè)車型，1000 多個(gè)型號(hào)。一個(gè)型號(hào)的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具，總價(jià)值為 1000 多萬(wàn)元。 [1] 注塑模具的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 注塑模具的國(guó)外發(fā)展概況 近年來(lái) ,隨著塑料工業(yè)突飛猛進(jìn)地向前發(fā)展 ,模具設(shè)計(jì)和制造工業(yè)也發(fā)生了根本的變化 .高效率、自動(dòng)化、大型、超小型、高精度、高壽命的模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占的比例越來(lái)越大。模具生產(chǎn)的費(fèi)用將占產(chǎn)品成本的 10%30%且逐步提高。而國(guó)內(nèi) 塑料塑件在人們的日常生活中及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占有很重要的地位。因此，在機(jī)電、儀表、化工、汽車和航天航空等領(lǐng)域，塑料已成為金屬的良好代用材料并得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢(shì)。成型周期短、生產(chǎn)率高、大批生產(chǎn)時(shí)成本低廉、易于實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化或自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注射模具。 ，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比仍有較大的差距。 未來(lái)國(guó)內(nèi)外塑性模具的制造技術(shù)和成型技術(shù)有如下發(fā)展趨勢(shì)： 1)在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)； 2)高速銑削加工將得到更廣泛地應(yīng)用； 3)在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、注射成型和高壓注射成型技術(shù)； 4)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率，模具壽命不斷提高； 5)研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程； 6)虛擬技術(shù)將得到發(fā)展； 7)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。 [3] 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的模具設(shè)計(jì)方法 此次設(shè)計(jì)主要采用的是 Pro/E 加上設(shè)計(jì)人員的模式對(duì)計(jì)算機(jī)按鍵模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。 [4] 塑件及塑件材料的特點(diǎn) 塑件如圖 11 所示，材料為 ABS，密度為 ，收縮率 ,取 。每種單體都具有不同特性 ,丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 4 高光潔度及高強(qiáng)度。 [5] ABS成型的工藝條件表 成型方法 主要依靠注射成型機(jī)（柱塞式和螺桿式）和注射模具來(lái)完成。 預(yù)熱溫度 80～ 85186。C 料筒前段溫度 150～ 170 186。C 噴嘴溫度 170～ 180 186。C 模具溫度 50～ 80 186。 方案的選擇 塑件的大批量生產(chǎn)使其使用壽命要長(zhǎng)，使用壽命不少于 50 萬(wàn)次，模具設(shè)計(jì)合理，脫模方便可靠，適于自動(dòng)操作，成型周期不大于 25s。這種方案可使模具體積小，模架簡(jiǎn)單，但開(kāi)模的行程大。如圖 31 所示的分型方法 ， AA 水平分型塑件，包緊在動(dòng)模型芯一側(cè)，因而留在動(dòng)模側(cè)，這使模具的結(jié)構(gòu) 變得簡(jiǎn)單，因而選定該方法為本文的模具設(shè)計(jì)的分型方案。 2） 若采用一模多件，生產(chǎn)效率高，資源的利用率也高。 圖 21 分型面 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 7 由注射機(jī)料筒塑化速率校核模具的型腔 n。 [14] 式中 k— 注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取 。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動(dòng)通道。因此澆注系統(tǒng)十分重要。下面以普通澆注系統(tǒng)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。主流道小端尺寸為 ～ 4mm,一段主流道的設(shè)計(jì)，主流道圓錐角α =2186。,內(nèi)壁粗糙度 Ra= m，主流道的大端呈圓角，半徑 r=1～ 3mm ,以減小料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。主流道襯套一般選用 TT10 制造，熱處理強(qiáng)度為 52～ 56HRC。襯套都是標(biāo)準(zhǔn)件，只需去買就行了。 主要參數(shù)： 錐角 ? =3176。 小端直徑 D=d+(～ 1)mm；半徑 R2 =R1 +(1～ 2)mm ； 材料 T8A；主流道襯套具體尺寸如圖 43所示。 襯套小端直徑是 5mm。它是澆注系統(tǒng)中空融狀態(tài)的過(guò)渡段。 (2)主分流道長(zhǎng)度、分流道盡可能短，且少?gòu)澱郏阌谧⑸涑尚瓦^(guò)程中最經(jīng)濟(jì)地使用原料和注射機(jī)的能耗，減少壓力損失和熱量損失。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長(zhǎng)的比值來(lái)表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模 困難，所以一般是制成梯形流道。 (3)分流道的表面粗糙度，由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度 Ra并不要求很低，一般取 μ m左右即可，表面具有稍不光滑的情況，有助于塑料熔體的外層冷卻，從而與中間部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和 剪切熱功當(dāng)量。 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。 (經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， h 的取值范圍在 ～ 之間，若按澆口處壁厚計(jì)算則 h=5=3mm, 超出了經(jīng)驗(yàn) 值，而且由于澆口是易磨損部位，所以開(kāi)始時(shí)取小值是有好處的，這有利于以后的修模 ) (2) 側(cè)澆口寬度尺寸 b 的確定 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取 b=1mm 剪切速率的校核 生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率 R=510 2 ～ 510 3S1? 、澆口的剪切速率 R=104 ～ 105 S1? 時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量最好。 （ 1）主流道剪切速率校核 主Q = /T =*60/= （ cm3 /s） T注射時(shí)間， 查表可得 T=； 12n = 4ddR ? ? (cm) Rn 主流道的平均當(dāng)量截面半徑 ； d1 主流道小端直徑 , d1 =； d2 主流道大端直徑， d2 =。 從以上的計(jì)算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生摩擦。設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，同時(shí)還應(yīng)該考慮零件的加工性及模具的制造成本。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。 一般情況下，影響成型零件 及塑料公差的主要因素是模具制造公差 z? 、模具磨損量c? 以及塑件的收縮率 S這三項(xiàng)。本設(shè)計(jì)采用平均值法。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。 L2m =[(1+Scp )Ls 2 － ?43 ] z?? Lm2= +(mm) 式中 L2m — 凹模的徑向尺寸 上的寬度； Ls 2 =6mm 2）凹模深度尺寸的計(jì)算： Hm =[(1+ Scp )Hs － 32 ? ] z?? Hm=+(mm) 式中 Hs — 塑件的 凹模 側(cè)高度尺寸， Hs =15mm。 凸模工作尺寸的計(jì)算 凸模 (型芯 )是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過(guò)程中凸摸的磨圖 31凹模尺寸 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 14 損會(huì)使被包容尺寸變小。 1）凸模徑向尺寸的計(jì)算： LM 1 =[(1+ Scp ) LS 1 + ?43 ]Z?? Lm1=(mm) 式中 LM 1 — 型芯 1的徑向尺寸上的長(zhǎng)度； LS 1 =6mm； L? M 1 =[(1+ Scp ) S1L? + ?43 ]Z?? L’ m1 =(mm) 式中 L? M 1 型芯 1的徑向尺寸上的寬度； S1L? =； L 2M =[(1+ Scp ) LS 2 + ?43 ]Z?? Lm2=(mm) 式中 LM 2 — 型芯 2的徑向尺寸 上的長(zhǎng)度； LS 2 =6mm。 凸模尺寸如圖 42所示。此外，在中心距尺寸的計(jì)算中不考慮磨損量 。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料本圖 32 凸模尺寸 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 身的許用應(yīng)力 [? ]時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開(kāi)裂。因此，有必要對(duì)型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，尤其對(duì)重要的 、 精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)確定。 側(cè)壁厚度 s計(jì)算公式 ： S≧(][4?Ecph)31 S=(mm) 式中 C— 與型腔深度對(duì)型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比 h/L1 有關(guān)的系數(shù)； 由于 h/L1 =,查表 可得 C=； p —— 型腔壓力， p 取 30MPa ； h —— 型腔深度， h =； E—— 模具材料的彈性模量（ MPa ）， E取 10 5 MPa； [? ]—— 剛度條件，即允許變形量 (mm)，取 [? ]=。 成型零件的設(shè)計(jì) （ 1）模仁尺寸的確定 因?yàn)椴捎玫氖钦w式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見(jiàn)效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實(shí)際中因?yàn)橐紤]冷卻因素，又因?yàn)榻?jīng)過(guò)模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過(guò)模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的 空間，該設(shè)計(jì)取模仁的大小為 140 140 mm。只要凹模長(zhǎng)邊的寬度滿足 mm就可以達(dá)到剛度要求，理論上只要取大于 mm的值就滿足設(shè)計(jì)要求，但考慮到導(dǎo)柱和導(dǎo)套、螺釘、冷卻水孔等對(duì)模架強(qiáng)度、剛度的削弱作用，實(shí)際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設(shè)計(jì)中，在長(zhǎng)度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 20mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 20 mm（實(shí) 際生產(chǎn)中寬度方向的邊值一般比長(zhǎng)度方向的邊值大）。 （ 3）模具高度尺寸的確定 各塊板的厚度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個(gè)尺寸需要注意： ① 凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時(shí)型腔中有很大的成型壓力，當(dāng)塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時(shí)，若凸模底板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，厚度滿足 即 可滿足要湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 18 求，為了安全，取底板厚度為 10mm。 該 設(shè) 計(jì)取凹模底板厚度為 10 mm。 需要滿足關(guān)系： H－ h1－ h2－ h3－ h＞ 0 H—— C板高度； h1—— 擋銷高度； h2—— 推板厚度； h3—— 推 桿固定板厚度； h—— 推出距離； 完成了以上的工作，確定模具尺寸為 140 140 mm， 型腔 厚度 10mm， 型芯 板厚度 50 mm。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的開(kāi)合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向 ，導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖 56 Hh1h2h3h圖 3 4 推出距離關(guān)系 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 19 示 。 導(dǎo)柱：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式 ，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長(zhǎng)的導(dǎo)柱應(yīng)開(kāi)設(shè)油槽，內(nèi)存潤(rùn)滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。 [11] 導(dǎo)套：導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)，帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。通常設(shè)在長(zhǎng)邊離中心線的 1/3 處最為安全。 2）導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度應(yīng)比型芯 (凸模 )端面高出 6～ 8 mm(圖 45)，以 免型芯進(jìn)入