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鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設(shè)計說明書
0引言
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強度和精度方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍不斷地擴大，如:家用電器、儀器儀表、建筑材料、汽車工業(yè)、日用五金等眾多領(lǐng)域，塑料制品所占的比例正迅速猛增加。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。由于注塑成型加工不僅產(chǎn)量多，而且運用于多種原料，能夠成批，連續(xù)的生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，高速化，因此，具有得極高的經(jīng)濟效益。
模具是指一種專用工具，用于裝在各種壓力機上，通過壓力把金屬或非金屬材料制出所需另件的形狀制品，這種專用工具即統(tǒng)稱模具。?模具已經(jīng)成為當今工業(yè)生產(chǎn)中使用的極為廣泛的主要工藝裝備，是最重要的工業(yè)生產(chǎn)手段及工藝發(fā)展方向.一個國家工業(yè)水平的高低,在很大生活方式上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，模具工業(yè)的發(fā)展水平，是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。
作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，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，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應能力和速度。
與其它機械行業(yè)相比，模具制造業(yè)主要有以下三個特點：
第一，模具不能像其它機械那樣可作為基本定型的商品隨時都可以在機電市場上買到。這是因為每副模具都是針對特定塑料制品的規(guī)格而生產(chǎn)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，其壽命越長，重復加工的可能性越小。因此，模具的制造成本較高。
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(shù)性很強的工作，其加工過程集中了機械制造中先進技術(shù)的部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對于企業(yè)來說要求培養(yǎng)“全能工人”（既多面手），使其適應多工種的要求，這種技術(shù)工人對模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。
綜上所述,模具制造業(yè)存在成本高,要求制造周期短,技術(shù)性強等特點,目前,隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機的應用,這些問題得到了很大的改善。由于有了計算機輔助設(shè)計和計算機輔助加工，從根本上改變了模具生產(chǎn)的面貌，可靠地保證了模具所需要的精度與質(zhì)量。預硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的應用，大大的方便了加工及熱處理。另外，模具標準件和以標準件為基體的特殊定制零件的普及，明顯的縮短了模具制造周期。
我國模具工業(yè)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀可分為：
1. 八十年代以前的模具工業(yè)發(fā)展：在大中型國有企業(yè)，模具車間或稱工具車間，作為配套部門,專業(yè)化生產(chǎn)模具的廠家少，模具的種類是沖壓模，鍛造模。
2. 八十年代隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，特別是工程塑料的推廣及應用，推動模具工業(yè)的快速發(fā)展，主要表現(xiàn)在塑料模的快速發(fā)展。1987年在全國工科院校試點開設(shè)模具專業(yè)，模具工業(yè)的國際行標的制訂與完善，壓鑄模，鉆合金擠壓模，銅墻鐵壁型材模的開發(fā)和生產(chǎn)。
3. 九十年代后期，模具的生產(chǎn)向?qū)I(yè)化，精密化發(fā)展，模具設(shè)計與制造的科技含量與技術(shù)含量越來越高。特別是CAD/CAM的高新軟件的出現(xiàn)，象AutoCAD、pro/g,MasterCAM、UG、Cimatron 等，用于產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計和模具設(shè)計，加快了模開發(fā)的速度，又保證了模具的質(zhì)量、而數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)使復雜模具的加工成為可能,實現(xiàn)設(shè)計與制造的體化流程，加快了模具開發(fā)的建設(shè)，提高了模具制造的質(zhì)量。
本次畢業(yè)設(shè)計,我的設(shè)計課題為旅行餐碗的模具設(shè)計。在這次設(shè)計中，我選擇了注射模具的設(shè)計。我首先搜集了大量和資料，并對其進行了分析研究，而且吸取了國內(nèi)外的有關(guān)資料，在此基礎(chǔ)上我還到模具廠參觀實習，獲取了一定的感性認識，為我的模具設(shè)計打下了基礎(chǔ)。
由于我對注塑 模也是剛剛接觸，缺乏經(jīng)驗，所設(shè)計的模具難免存在很多問題與不足，在此希望老師能給予指正。
1 制件的結(jié)構(gòu)工藝
要想獲得良好的塑件,必須仔細而又慎重地設(shè)計塑件結(jié)構(gòu)(如壁厚的均勻度,圓角的大小,支承位置的選擇等)。倘若稍有疏忽，就會給制件帶來難以彌補的缺陷，如氣泡、縮孔、開裂等不良現(xiàn)象。在設(shè)計塑件結(jié)構(gòu)的同時還要考慮塑件的結(jié)構(gòu)是否符合模具分型面的要求，開模頂出的要求，模具制造的要求。總之，在充分分析研究塑件結(jié)構(gòu)的同時，還必須考慮到模具的要求，使兩者經(jīng)濟的合理性互相協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。
塑料制件主要是根據(jù)要求進行設(shè)計，由于塑料有其特殊的物理機械性能，因此設(shè)計塑件是必須充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點，避免和補償其缺點，在滿足使用要求的前提下，塑件應盡可能地做到簡化模具結(jié)構(gòu)，符合成型工藝特點。在設(shè)計塑件是必須考慮以下幾個方面的因素：
1 塑件的物理機械性能，如強度、剛性、韌性、彈性、吸水性以及對應力的敏感性。
2 塑件的成型工藝性，如流動性。
3 塑件形狀應有利于充模流動，排氣，補孔，同時能適應高效冷卻硬化（熱塑性制品）或快速受熱固化（熱固性塑料制品）。
4 塑件在成型后收縮情況及各向收縮率差異。
5 模具的總體結(jié)構(gòu)，特別是抽芯與脫出塑件的復雜程度。
6 模具零件的形狀及其制造工藝。
以上前四條主要是指塑料性能特點，后兩條主要是考慮模具結(jié)構(gòu)特點，塑件設(shè)計的主要內(nèi)容包括塑件的形狀、尺寸、精度、表面粗糙度、壁厚、斜度以及塑件上加強筋支承面、孔、圓角、螺紋、鑲件等的設(shè)置。
1.1塑件的壁厚
根據(jù)使用條件，各種塑件都應有一定的厚度，以保證其應有的機械強度。壁太厚，則浪費原料，增加塑件的成本，更重要的是延長塑件在模內(nèi)冷卻或固化的時間，也容易產(chǎn)生凹陷、縮孔、夾心等質(zhì)量上的缺陷；塑件的壁厚也不能太薄，特別是在注射成型中，因為壁越薄，熔融塑料在模腔內(nèi)的流動阻力就越大，在大型塑件的情況下，有時會造成成型困難。另外，還必須指出壁厚與流程有密切關(guān)系。所謂流程是指塑料從進料口起向型腔各處的距離。經(jīng)試驗證明各種塑料在其常規(guī)工藝參數(shù)下，流程大小與壁厚成比例關(guān)系（S =（L/100+0.5）0.6）。
因此，對于塑件壁厚的設(shè)計應盡量是均勻的，壁與壁連接處的厚薄應相差不大，并且應盡量用圓弧過度；否則在連接處會由于冷卻收縮的不均，產(chǎn)生內(nèi)應力而使塑件開裂。在本次設(shè)計中，由于其為熱塑性材料（聚乙烯），根據(jù)資料及國家標準，取其壁厚為L=3mm。
1.2脫模斜度
由于塑料冷卻時的收縮，會使塑件緊包在成型芯上，為了使制品在成型過程中能夠順利地從型芯中被頂出，與脫模方向平行的塑件表面必須設(shè)有脫模斜度。其脫模斜度的大小隨制品表面粗糙度、形狀以及尺寸精度的不同而不同，但通常最小不能低于0.5°，在具體選擇脫模斜度時還應注意以下幾點：
1 凡塑件精度要求高的，應采用較小的脫模斜度。
2 凡較高、較大的尺寸，應選用較小的脫模斜度。
3 塑件形狀復雜的，不易脫模的應選用較大的脫模斜度。
4 塑件的收縮率大的應選用較大的脫模斜度值。
5 塑件壁厚較厚時，會成型收縮增大，脫模斜度應采用較大的數(shù)值。
6 如果要求脫模后塑件保持在型芯的一，那么塑件的內(nèi)表面的脫模斜度可選的比外表面的小；反之，要求脫模后塑件留在型腔內(nèi)，則塑件表面的脫模斜度應小于內(nèi)表面。但是，當內(nèi)外表面要求脫模斜度不一致時，往往不能保證壁厚的均勻。
7 增強塑料宜取大，含自潤滑劑等易脫模塑料可取小。
8 取斜度的方向，一般內(nèi)孔以小端為準，符合圖紙，斜度有擴大方向取得，外形一大端為準，符合圖紙，斜度由縮小方向取得。一般情況下，脫模斜度又不包括在塑件公差范圍內(nèi)。
1.3 圓角
塑料制件除了使用上要求采用尖角之處外,其于所有轉(zhuǎn)角處均應盡可能采用圓弧過度.因制件尖角處易產(chǎn)生應力集中,在受力或受沖擊振動時會發(fā)生破裂,甚至在脫模過程中既由于模塑內(nèi)應力而開裂,特別是制件的內(nèi)圓角.一般,即使采用R0.5mm的圓角就能使塑件的強度大為增加。理想的內(nèi)圓角半徑應有壁厚的1/4以上。同時，圓角可大大地改善塑料的充模特性。
塑件設(shè)計成圓角，使模具型腔對應部分亦成圓角，這樣增加了模具的堅固性，塑件的外圓對應著型腔的內(nèi)圓角，它使模具在淬火或使用時不致贏應力集中而開裂。同時，圓角也增加了制件的美觀。但是，在塑件某些部位如分型面，型芯與型腔配合處等不便作為圓角而只能采用尖角，如圖示。
圖1-1
1.4 塑件的尺寸精度
塑件成型與其它產(chǎn)品制造一樣，也有尺寸精度要求。由于塑件生產(chǎn)的特殊條件，影響塑件尺寸精度的因素很多：
1 模具制造的精度和模具磨損。
2 塑料收縮的波動和成型條件引起的收縮變化。
3 受制模和成型工藝影響的成型條件。
4 塑件的修整工藝操作。
但是，從模具設(shè)計和制造的角度看，應著重考慮下列五項影響塑件尺寸精度的因素：
1 模具成型部件的制造公差。
2 模具成型部件的表面磨損。
3 由于塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差。
4 模具活動成型部件的配合間隙。
5 模具成型部件的組裝誤差。
對于某一塑件來說，塑件的成型誤差應為各個因素所引起的尺寸誤差的總和。但，并不是上述五項因素都產(chǎn)生影響，而是不同部位尺寸的影響因素各不相同，塑件尺寸誤差的計算包括下列三項內(nèi)容：
1 塑件內(nèi)外表面尺寸誤差的計算。
2 塑件高度誤差的計算。
3塑件中的孔、中心距或突起部分中心距誤差的計算。
塑件的尺寸精度一般是根據(jù)使用要求確定的，同時還必須考慮塑料本身的性能及成型加工的特點，過高的精度要求是不適合。
1.5注塑過程的特點
注塑過程具有以下幾個特點。對這些特點的認識和正確運用對合理設(shè)計塑件和取的良好的塑件質(zhì)量有直接的關(guān)系。
(1) 注塑是在封閉的摸腔中進行的
塑件是在封閉的摸腔中成型的,成型時是將一受熱熔化的塑料的熔體在壓力作用下，通過細小的澆道注入已經(jīng)閉合的模具腔體。在封閉模腔中成型塑件。為減小從模腔中脫出時的阻力，要求塑件帶有適當?shù)拿撃Ｐ倍?，也要求模具兩部分的接觸面(即分型面)應相對與所成型的塑件,安排在適當?shù)奈恢?在封閉的型腔中成型塑件,要求在模具總體結(jié)構(gòu)中帶有合理的,可保證塑件順利脫出的脫模機構(gòu)或抽芯機構(gòu)等,也要求設(shè)計出可以充分排除型腔內(nèi)原有的空氣和塑件中低分子揮發(fā)物的排氣系統(tǒng).
(2) 注塑過程受多種工藝參數(shù)的影響
從注塑機方面看,有對料桶溫度、注射壓力、注射時間和保壓時間等參數(shù)的控制。螺桿式注塑機又有對螺桿轉(zhuǎn)速和塑化壓力的控制，螺桿結(jié)構(gòu)形式的選用等。無論螺桿式注塑機或柱塞式注塑機都有對注塑量的控制，注塑機合模機構(gòu)一端又有對鎖模力的控制等。
從模具方面看，有模具溫度及其分布，澆注系統(tǒng)的參數(shù)，如：澆口的類型，澆口的位置，澆口面積的大小，分流道斷面形狀和大小，排氣槽的開設(shè)情況等，對塑件質(zhì)量都有重大的影響。脫模機構(gòu)和抽芯機構(gòu)的合理性和可靠性也與塑件質(zhì)量密切相關(guān)。
另外，塑件本身的機構(gòu)也對塑件質(zhì)量有影響。
（3）成型過程有熱交換作用并伴隨著相變和聚集態(tài)變化
塑料注塑過程中，塑料在注入模腔前，必須先由顆粒狀或粉末狀的固體態(tài)加熱到熔融的粘流態(tài)，而注入模具后，則是從粘流態(tài)冷卻凝固為具有能保持住模腔形狀的固體態(tài)，因此在進入模腔前后都存在著熱交換作用。熔體冷卻凝固變?yōu)楣腆w狀態(tài)過程中，聚合物從粘流態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài)再變?yōu)椴ＡB(tài)，結(jié)晶型塑件從熔融態(tài)結(jié)晶為晶態(tài)。熔體高速進入型腔時受到剪切作用，分子鏈沿流動方向取向。剪切作用停止后，未冷卻凝固的取向分子鏈亦可由于熱運動解取向（松弛）。因此，熔體與模具的熱交換情況，即熔體的冷卻速率，冷卻速率的分布情況對上述聚集態(tài)變化具有決定性影響。冷卻速率緩慢可造成結(jié)晶型塑料充分結(jié)晶，可獲得結(jié)晶速度高、晶粒粗大的塑件或取向度較低的塑件。冷卻速率增快則可獲得結(jié)晶度低、晶粒細小的塑件或保留較高取向度的塑件。兩種情況下所得到的塑件力學性能、光學性能、收縮率大小等都會有明顯差別。塑件各不同部位冷卻速率的分布情況對于收縮率的均勻性內(nèi)應力的形成和大小，塑件的尺寸和形狀穩(wěn)定性等則有重要的影響。
2 確定型腔數(shù)目
模具中的型腔數(shù)目的確定是一項綜合項目，首先應考慮注射機的各項規(guī)格幾工作性能，以及考慮制品的精度要求，模具制造的費用等。
以機床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機的80%，按公式（2-1）計算
[5] (2-1)
式中: N — 型腔數(shù)
S — 注射機的注射量(g)
— 澆注系統(tǒng)的重量(g)
— 塑件重量(g)
N=(0.8*125-56)/44=1
所以,根據(jù)以上計算,確定本次設(shè)計的型腔數(shù)目為1個。
3 注射機的選擇
為了保證正常生產(chǎn)和獲得良好的塑件，在模具設(shè)計時應選擇合適的注射機，為此必須了解注射機的性能和安裝模具的關(guān)系。一般應考慮下，下列幾個問題。
3.1額定注射量
國產(chǎn)標準的注塑機均用塑料的容量（）表示一次注射量。因聚乙烯比重是1.05近似于1，因此以聚乙烯為基準來確定注射機的額定注射量。但是目前由于過去的習慣，對注射機的注射量也還是采用克量來表示。所以選擇注射機的注射量是可以用公式（3-1）來計算。
[5] (3-1)
式中: 式中: C— 注射機最大注射克量(克)
G— 成形塑件及澆注系統(tǒng)所需塑料的克量,
R — 成形塑料的比重(克/)
0.8— 為系數(shù),一般要求成形塑件的容量不得超過注射機容量的80%
又G=56克,所以,
3.2額定鎖模力
選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力,不然模具分型面要分開而產(chǎn)生溢料.注射時產(chǎn)生的型腔壓力對柱塞式注射機因注射壓力損失較大,所以型腔壓力約為注射壓力的70%～40%;而有預塑裝置的注射機及鏍桿式注射機壓力損失較小所以型腔壓力較大.另外對不同流動性的塑料,噴嘴和模具結(jié)構(gòu)形式,其壓力損失也不一樣.一般熔料經(jīng)噴嘴時其注射壓力達600～800公斤/,經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時則型腔壓力一般約為250～500公斤/。
鎖模力和成形面積的關(guān)系由下式（3-2）確定：
[5] （3-2）
式中: — 鎖模力（噸）
— 型腔壓力，一般取400～500公斤/
— 澆道、進料口和塑件的投影面積（ ）
即
3.3 額定注射壓力
如果只考慮注射機的最大注射量，最大成形面積和鎖模力來確定注射機這還是不夠的。有些塑件由于形狀及塑料品種等因素，需用很高的注射壓力才能順利成形，為此選用的注射機注射壓力必須大于成形所需的注射壓力，既應滿足公式（3-3）的關(guān)系。
[5] （3-3）
式中: — 選用的注射機的最大注射壓力（公斤/）
— 成形時需用的注射壓力（公斤/）
成形時需用的注射壓力一般很難確定，因它與塑料品種、塑件形狀尺寸、注射成形條件，注射機種類，噴嘴及模具澆注系統(tǒng)等有關(guān)。一般注射壓力常在700～1500公斤/范圍內(nèi)選取，并經(jīng)成形時酌情尊減。
3.4 注射機的形式和模具的關(guān)系
在模具設(shè)計時，需考慮機床動模板的行程和可調(diào)節(jié)的模具閉合高度，這直接影響到裝模及脫模。
3.4.1 注射機的閉合高度與模具關(guān)系
模具厚度與注射機閉合高度，必須滿足公式（3-4）及公式（3-5）的關(guān)系。
[5] （3-4）
[5] （3-5）
式中: — 模具高度（毫米）
— 機床最小閉合高度（mm）
— 機床最大閉合高度（mm）
— 螺桿可調(diào)長度
3.4.2 臥式或立式注塑機的開模行程與模具關(guān)系
臥式或立式注塑機的開模行程與模具關(guān)系必須滿足公式(3-6)的關(guān)系。
～ [5] （3-6）
式中 — 開摸行程（mm）
— 脫模距離（mm）
— 塑件高度(mm)
～—為保證取出塑件而增設(shè)的余量（mm）
3.4.3 點狀進料口模具與開模行程的關(guān)系
點狀進料口模具與開模行程的關(guān)系必須滿足公式（3-7）的關(guān)系。
～ [5] （3-7）
式中 ——開摸行程（mm）
— 脫模距離（mm）
— 塑件高度(mm)
～— 為保證取出塑件而增設(shè)的余量（mm）
——頂模板與澆口套分離距離（取出澆口的長度）。對階梯形塑件，不需要全部頂出型芯，但必須考慮脫模后型芯是否防礙取出塑件（mm）.
根據(jù)所設(shè)計的模具， 以公式～計算
+10mm
3.5 注射機與安裝模具的關(guān)系
了解 注射機與安裝模具，必須了解如下幾點：
（1）機床拉桿間隙。考慮模具的最大外形尺寸安裝時不受拉桿的影響。
（2）定位孔的直徑。模具安裝用的定位環(huán)尺寸應與機車定位孔直徑相配合，小型 機床一般只在定模部分設(shè)置定位孔，大型機床則定、動模板都設(shè)置定位孔。
（3）頂出桿孔的位置。設(shè)計模具時，必須了解機床頂出桿的直徑及位置，并應將頂出桿的行程和模具頂出裝置的動作一起考慮。
（4）噴嘴前端的孔徑和球面的半徑。是決定澆口套的孔徑和球面尺寸的依據(jù)。
（5）安裝螺孔的位置及孔徑 機床定、動模板上設(shè)有一系列螺孔，以供安裝模具壓緊所用。安裝形式如下：
1）用螺釘直接固定模具
2）用壓板固定模具形式
綜上所述，根據(jù)額定注射量，額定鎖模力以及注射機與模具的行程關(guān)系，在本次設(shè)計中，選用的注射機型號為XS-ZY-125 型臥式注射機，且采用螺釘直接固定模具。其有關(guān)數(shù)據(jù)如下：
(1) 螺桿(柱塞)直徑(mm) 30
(2) 注射容量(㎝或g) 104
(3) 注射壓力(10 Pa) 1190
(4) 鎖模力(10 N) 90
(5) 最大注射面積(㎝2) 320
(6) 最大模具厚度(mm) 300
(7) 最小模具厚度H(mm) 200
(8) 模板最大距離L(mm) 600
(9) 模具板行程L(mm) 300
(10) 噴嘴球半徑(mm) 12
(11) 噴嘴孔徑d(mm)
(12) 噴嘴移動距離（mm） 210
以上數(shù)據(jù)參見 《塑料模具設(shè)計手冊》
4模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 注射工藝原理
注射成型又名注塑成型，是熱塑性塑料加工的主要方法之一。注射乘興過程中，粒狀或粉狀物經(jīng)受熱熔融并使之保持流動狀態(tài)。這個過程經(jīng)注射成型機和注射模具來實現(xiàn)。注射成型工藝流程見圖4-1
圖4-1
根據(jù)上述基本原理，注射機應完成下列三項任務：（1）使塑料均勻塑化達到流動狀態(tài)；（2）使注射模閉合，并以一定的壓力和速度將熔融的塑料注人模內(nèi)，并使其冷卻和固化定型；（3）開啟注射模將塑件頂出。
4.2總體設(shè)計方案論證
4.2.1設(shè)計原理
注塑模具設(shè)計必須以塑料的特點性能注塑成型原理為依據(jù)，以制造簡單易行為準則，注塑成型是熱塑性塑料制造生產(chǎn)的一種重要方法。其原理是：塑料材料在注塑機內(nèi)加熱融化，然后在高壓作用下將熔融狀態(tài)下的塑料高速注入模具型腔內(nèi)，然后冷卻成型。影響注塑成型工藝的因素很多，主要工藝參數(shù)有：（一）溫度。包括料桶溫度，噴管溫度，模具溫度（二）壓力。包括塑化壓力和注射壓力（三）時間。包括充模時間，保壓時間，閉模時間等等其它時間。為了設(shè)計一套結(jié)構(gòu)合理，工藝簡單的模具，必須處理好各種因素的影響。
4.2.2方案選擇
共設(shè)計了兩套方案，一套是點澆口單型腔三板式，一套是潛伏式澆口單型腔三板式。選擇第一套模具，是由于采用點澆口單型腔三板式，點澆口比潛伏式澆口容易設(shè)計，盡管使用潛伏式澆口可以不影響塑件的美觀，但是在本設(shè)計中，由于設(shè)計的是塑料餐碗，使用點澆口也同樣不影響其美觀，同時使用點澆口還便于設(shè)計和加工，節(jié)省開模所用費用，所以選擇的方案是 點澆口單型腔三板式模具。在本方案中，使用了鋼球和彈簧替代了脫料板，變的更簡單，不足之處是取出時還需要人工加工。
4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
4.3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計應注意的幾個問題
1首先塑料制品的結(jié)構(gòu)分析其充填過程，以保證塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。這一點在大型塑料制品及功能性塑料制品上尤為重要。
2在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應當非常注意澆注系統(tǒng)對制品外觀的影響。在設(shè)計過程中經(jīng)常會遇到這樣的情況，某一些塑料制品的澆口設(shè)計在某處比較合理，但由于在該處設(shè)置澆口影響制品外觀，只能將澆注系統(tǒng)改在其它部位。若實在無法處理時，可通過改變制品結(jié)構(gòu)來解上述問題，對有外觀質(zhì)量要求的塑料制品尤為重要。
3 在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應該考慮到模具在注射時，是否能適應全自動操作。要達到全自動操作，必須保證在開模時，制品與澆注系統(tǒng)能自動脫落，澆口與制品亦要盡可能自動分離。
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計，必須考慮到塑料制品生產(chǎn)的后續(xù)工序。如因后續(xù)工序在加工、裝配、管理上的需要，往往需設(shè)置輔助流道，將多件制品聯(lián)成一體。
5 在設(shè)計澆注系統(tǒng)時,應留有一定的余地,這樣在使用時即使有些不足之處,亦可以比較方便地得到解決.
6 多觀察分析各類塑料制品的澆注系統(tǒng)和澆口位置的選擇,吸取其成功之處,提高澆注系統(tǒng)設(shè)計的可靠性.
7 設(shè)計澆注系統(tǒng)時,其主流道進口處的位置應盡量與模具中心重合.
4.3.2 澆注系統(tǒng)的組成及功能
澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。
澆注系統(tǒng)的功能，就是將熔融的塑料，經(jīng)過注射機噴嘴，在高溫、高壓、高速狀態(tài)下通過澆注系統(tǒng)進入模具型腔。
設(shè)計澆注系統(tǒng)的基本原則，是在滿足塑料制品質(zhì)量的同時，還應有利于提高成型速度來縮短成型周期。在本次設(shè)計中，主要是對澆口的設(shè)計。
4.3.3 澆口的設(shè)計
澆口是流道和型腔之間的連接部分，也是注射模進料系統(tǒng)的最后部分。其基本作用是：
1） 使從流道來的熔融塑料以最快的速度進入并充滿型腔；
2） 型腔充滿后，澆口能迅速冷卻封閉，防止型腔內(nèi)還未冷卻的熱料回流。
澆口的設(shè)計與塑件形狀、斷面尺寸、模具結(jié)構(gòu)、注射工藝條件（壓力）及塑料性能等因素有關(guān)系。但是，根據(jù)上述兩項基本作用來說，澆口的截面要小，長度要短，因為只有這樣才能滿足增大料流速度、快速冷卻封閉、便于與塑件分離以及澆口殘痕最小等要求。塑料制品質(zhì)量的缺陷，如缺料、縮孔、拼縫線、質(zhì)脆、分解、白斑、翹曲等，往往都是由于澆口設(shè)計不合理而造成的。
澆口的類型很多，根據(jù)模具澆注系統(tǒng)在塑料制品上開設(shè)的位置、形狀不同，選擇不同形式的澆口，結(jié)合本質(zhì)品的特征，選擇點澆口。澆口設(shè)計的注意事項有很多。
（1）澆口應開設(shè)在塑件制品斷面較厚的部位，能使熔融的塑料從塑料制品厚斷面流向薄斷面，保證塑料充模完全。
（2）澆口位置的選擇，應使塑料充模時間最短，減少壓力損失，有利于排除模具型腔中的氣體。
（3）澆口不能使熔融塑料直接進入型腔，否則會產(chǎn)生漩流，在塑料制品上留下螺旋形痕跡，特別是點澆口、側(cè)澆口等，更容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
（4）澆口位置的選擇，應防止在塑料制品表面上產(chǎn)生拼縫線，特別是圓環(huán)或筒形塑料制品，應在澆口對面的熔料結(jié)合處加開冷料穴。
（5）裝有細長型芯的注塑模具所開設(shè)的澆口位置，應當離型芯較遠，以防止熔融的料流的沖擊而使型芯變形，錯位和折短。
（6）大型和扁平塑料制品成型時為了防止塑料制品翹曲、變形和缺料，可采用多點形澆口。
（7）澆口位置應盡量開設(shè)在不影響塑料制品外觀的部位，如開設(shè)在塑料制品邊緣和底部等。
（8）澆口尺寸的大小，應取決于塑料制品的尺寸、幾何形狀、結(jié)構(gòu)和塑料的性能。
（9）設(shè)計多型腔注射模具時，結(jié)合流道平衡并考慮澆口的平衡，應做到熔融塑料同時均勻充滿型腔。對于同一種塑料制品的多型腔注射模具來說，可按澆口與主流道的距離，逐漸加大澆口的截面，減少較遠澆口的阻力。采取保持各澆口大小相等、改變其長度或保持澆口寬度和長度一定、改變其深度兩種方法，來使?jié)部谄胶狻τ诓煌芰现破返亩嘈颓蛔⑸淠＞邅碚f，常把最大塑料制品的型腔布置在最靠近主流道的部位。
（10）為了在開模時從澆口套內(nèi)拉出主流道凝料使與注塑機噴嘴分離，一般在冷料穴的盡端設(shè)置拉料桿。
對于薄壁制件,由于點澆口附近的剪切速率過高,會造成分子的高度定向,增加局部應力甚至開列.為改善這一情況,在不影響使用的情況下,可以將澆口對面壁厚增加并曾圓弧過度,同時圓弧還有儲存冷料的作用.
在本次設(shè)計中，設(shè)計的是碗，根據(jù)各種澆口的特點選擇點形澆口，其適合于單型腔簡單的模具。澆口位置選擇在碗的底部中間。在這個位置，塑料充模流程最短，壓力損失較小，有利于排除型腔中的空氣，而且不影響塑件外觀的美觀。
4.4 型芯及型腔的結(jié)構(gòu)形式及尺寸計算
4.4.1 型芯及型腔的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)所設(shè)計塑料制品的形式選擇型芯及型腔的結(jié)構(gòu)形式。即為碗的形狀。如圖示：
圖 4-2 型芯的結(jié)構(gòu)
采用的是拼鑲式結(jié)構(gòu)，用來改善工藝性能。型芯部分采用沉孔嵌入，用內(nèi)六角螺釘固定。
4.4.2 型芯及型腔的尺寸計算
型腔和型芯的工作部分尺寸與塑料制品的尺寸和公差、塑料收縮率及模具的磨損和制造公差等因素有關(guān)。
1．型腔徑向尺寸計算
在給定條件下制品平均收縮率，制件的名義尺寸（最大尺寸）及其允許公差（負偏差），則塑件平均徑向尺寸為：
型腔名義尺寸為（最小尺寸），公差值為（正偏差），則型腔的平均尺寸為+/2?？紤]到收縮率和磨損值，以型腔磨損量到最大磨損量的一半計，則有：
對于中小型塑件，令，，并將比其他各項小得多的略去，則有： [9] （4-1）
標注上制造偏差后，得
代入數(shù)據(jù)得 =
2.型芯徑向尺寸計算
經(jīng)過和上面型腔徑向尺寸計算的推導,可得:
[9] (4-2)
標注上制造偏差后，得
代入數(shù)據(jù)得 =
3.型腔深度計算
在型腔深度計算過程中，規(guī)定制件高度名義尺寸為最大尺寸，公差以負偏差表示．型腔深度名義尺寸為最小尺寸，公差以正偏差表示．型腔的底面、型芯的端面都于分型面平行。在脫模過程中磨損很小，磨損量不予考慮，則有：
令并略去得
[9] （4-3）
標注上制造偏差后，得
代入數(shù)據(jù)得 =
4．型芯高度計算
經(jīng)過和上面型腔高度尺寸計算類似的推導，可得
[9] （4-4）
標注上制造偏差后，得
代入數(shù)據(jù)后得 =
4.5 確定頂出方式及頂桿位置
注射模具的頂出系統(tǒng)即使制品脫模的裝置,當制品在模具經(jīng)過冷卻固化之后,要由特定的方式切實可靠地從模具的一側(cè)推頂出來,在這個過程中不能使制品產(chǎn)生變形.而達不到成形要求,出現(xiàn)”白化”及”卡滯”現(xiàn)象,除此之外,該裝置還必須能夠在模具閉合時,保證不會與模具其它零部件發(fā)生干涉地回復到頂出前的初始位置,以便進行重復不斷的成形加工。由于采用的是三板式模具，因此要經(jīng)過二次頂出。
4.5.1頂出行程
頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離模具5~10mm,另外,不要將頂出行程做得過長,因為有些模具要求頂出制品的頂桿很細,如果頂出行程設(shè)計得過長,就容易損壞頂桿.
圖4-3 脫模頂出距離
4.5.2頂桿的形狀與尺寸選擇
在本次設(shè)計中，使用了一根頂桿及兩根頂板頂桿。頂桿的尺寸，直徑為15mm，頂板頂桿的直徑也為15mm。
圖4-4 頂桿及其尺寸
4.6 冷卻水道的設(shè)計
模具設(shè)置冷卻裝置的目的：一是防止塑件脫模變形；二是縮短成形周期；三是使結(jié)晶性塑料冷凝形成較低的結(jié)晶度，以得到柔軟性、撓曲性、伸長率較好的塑件。冷卻形式一般在型腔、型芯等部位合理設(shè)置通水冷卻水道，并通過調(diào)節(jié)冷卻水流量及流速來控制模溫。.冷卻水一般為室溫冷水，必要時也有采用強迫通水或低溫水來加強冷卻效率。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計對塑料件質(zhì)量及成形效率直接有關(guān)，尤其在高速、自動化成形時，更應研究。
要達到有效的模具冷卻，主要是減低模具中熱量流動的內(nèi)部阻力，換言之也就是提高熱傳遞的效率。這種內(nèi)部阻力取決于冷卻孔道距塑件表面的距離，也取決于冷卻孔道的中心距。根據(jù)經(jīng)驗，要保證熱流內(nèi)部阻力低和達到冷卻孔道的恰當分布，冷卻孔道的中線與塑件表面的距離應為冷卻孔道直徑的1～2倍，冷卻孔道的中心距為冷卻孔道直徑的3～5倍。冷卻孔道間距較大，模具表面溫度就不均勻；冷卻孔道距塑件表面的距離太遠，熱流內(nèi)部阻力就增大。此外熱流內(nèi)部阻力就增大也取決與制模材料的導熱性能。
4.6.1設(shè)置冷卻管道考慮因素
(1) 模具結(jié)構(gòu)形式，如普通模具、細長型芯的模具、復雜型芯的模具及脫模機構(gòu)障礙多的或鑲塊的模具，對冷卻系統(tǒng)設(shè)計直接有關(guān)；
(2) 模具的大小和冷卻面積；
(3) 塑件熔接痕位置；
4.6.2 定模冷卻水道的設(shè)計
由于碗的模具整體比較簡單明了，所以其水道設(shè)計也比較簡單。對于定模板，采用的方案是直接在定模板上鉆孔，采用溝道式冷卻，通人冷水冷卻。流向為：
.
圖4-5 水的流向
4.6.3 型芯冷卻水道的設(shè)計
碗屬于一種中小型塑件，因此對于其型芯冷卻水道，采用的方法與定模相同，也在型芯內(nèi)部開一個圓柱形的水槽，注人冷水冷卻。由于在型芯的中部有頂桿，所以要考慮到頂桿與型芯的配合處不應漏水，因此頂桿與型芯過盈配合，而且要加密封圈。
4.7 模板尺寸的確定
對于模具中各模板的厚度(包括頂出桿固定板、墊板、動、定模固定板、墊條等)。在滿足強度要求的前提下，應盡量采用標準模架。
根據(jù)標準模架及一些尺寸要求(型芯、導柱等)。初步確定模架的尺寸如下(單位： mm)：
定模固定板 340×300×23
定模 250×300×67
動模板 250×300×40
頂桿固定板 148×300×23
墊條 50×250×95
動模固定板 340×300×23
4.8 導柱的設(shè)計
塑料模具用導柱來對定模及動模合模時定向及定位。在本次設(shè)計中，共有導柱12根，定模導柱4根，定模導柱4根以及頂板頂桿4根。碗的注塑模具比較簡單，因此采用最常用的導柱，它結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。如圖示。
圖4-6 導 柱
其尺寸設(shè)計根據(jù)模具的框架，查表，保證它有足夠的抗彎強度，定其為25X124mm，與模板滑動部分采用間隙配合，固定部分采用過盈配合。因其起定向及定位作用，因此它要有足夠的耐磨性，所以采用20號鋼，而且再經(jīng)淬火處理，硬度不應低于48～55HRC，或者采用T8A碳素工具鋼，再經(jīng)淬火處理。
4.9 限位板和定位環(huán)的設(shè)計
4.9.1 限位板的設(shè)計
限位板是用來限制定模移動的距離，以便能夠順利取出廢料。選用材料為T8A或45鋼，要經(jīng)淬火處理，硬度不應低于40～45HRC ，限位板的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖4-7 限位板
4.9.2 定位環(huán)的設(shè)計
定位環(huán)是用來固定澆口套的，連接注射機的噴嘴與澆口套，用50號鋼，定位環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖 4-8 定位環(huán)
4.10 脫澆口機構(gòu)的設(shè)計
澆口的種類如前所述，有許多種類型，因此其脫澆口的方式也有許多種。在本次設(shè)計中，主要是對點澆口脫落機構(gòu)的設(shè)計。其脫澆口方式有頂出式脫澆口、斜窩式折損脫澆口、托板式脫澆口、拉桿式脫澆口、拉鉤式脫澆口、斜面式脫澆口、手工脫澆口和錐形套式脫澆口等。在本次設(shè)計中，將脫料板換成了鋼球和彈簧，開模時，首先使定模定板與定模分離，既利用鋼球和彈簧使其分離，讓澆口自動脫落。其設(shè)計結(jié)構(gòu)見裝配圖。
4.11 冷料井和排氣槽的設(shè)計
4.11.1 冷料井
冷料井分為主流道冷料井和分流道冷料井。冷料井的位置一般設(shè)計在主流道或分流道的末端，亦既塑料最先達到的部位。冷料井的作用是防止在注射時將冷料注入型腔，而使制品產(chǎn)生缺陷。冷料井的大小要適宜，一般情況下，主流道冷料井圓柱體的直徑為6～12mm，起2深度為6～10mm。對于大型制品，冷料井的具體尺寸可適當加大。分流道冷料井長度為5～8mm。由于本次設(shè)計用的是三板式模具， 且無分流道，所以不需要設(shè)計冷料井。
4.11.2 排氣槽
模具型腔在塑料填充過程中,除了模具型腔內(nèi)有空氣外,還有塑料受熱而產(chǎn)生的氣體,尤其是在高速注射成形和熱固性注射成形時,考慮排氣是很必要的.一般是在塑料填充的同時必須把空氣排出模外,如果不能順利地排出空氣,被壓縮的空氣變成高溫燃燒,使塑料焦化,或使溶接線處強度減低以及不能成形,其次是在開模時造成型腔及型芯貼緊塑件在脫模時成為真空而使塑件破裂等。
排氣槽的位置設(shè)計原則為：
（1） 根據(jù)進料口的位置考慮開設(shè)在型腔最后被充滿的地方，通常是通過試模以后才能確定下來。塑料在型腔的填充情況和模具澆注系統(tǒng)關(guān)系很大，所以在設(shè)置澆注系統(tǒng)時，要考慮排氣、排料是否方便。
（2） 對于成形一些料流速度較小的塑件時，在大多數(shù)場合下可利用模具的分型面及活動零件的配合間隙排氣，這是可不必另開排氣槽。
（3） 對較大型模具為了防止溢料，排氣槽宜采用曲線形。
（5） 排氣模應開設(shè)在型腔一面，便于制造。必要時，可多開幾條排氣槽來減少氣阻。
找出氣阻位置，便可設(shè)置排氣槽。該套模具排氣槽的深度可取0.02mm.（由塑料的溢邊值決定）。該套模具的排氣槽設(shè)置在分型面處。
5 模具用鋼
模具的耐用性除取決于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及其使用與維護情況外，最根本的問題是制模材料的基本性能是否和模具的加工要求與使用條件相適應。因此，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選用制模材料，是模具設(shè)計的重要任務之一。目前，制模材料仍以鋼材為主，但根據(jù)塑料的成型工藝條件，也可采用低熔點合金、低壓鑄鋁合金、鈹銅和其它非金屬材料。
選擇模具零件的材料應按其用途而定,對成形零件的用料應考慮以下因素:
1 要承受在高溫、高壓下長期工作。因此應有足夠的機械強度、耐疲勞性能及耐熱性。
2 用于成批大量生產(chǎn)的模具應具有良好的熱處理性能。對形狀復雜的零件及易變形零件則還應要求材料在熱處理時變形小。
3 對天成形零件尺寸精度要求較高的,應考慮使用尺寸穩(wěn)定性好的材料。
4 模具鋼要便于加工,易拋光。
根據(jù)以上要求，模具的材料分別為:動模板、定模板等模板使用45鋼；導柱材料為T8A
或20號鋼滲碳處理,其它零件所用材料見總裝配圖明細欄。
6 使用說明
6.1 試模與修正
1 對(旅行餐碗)模具設(shè)計完成后,必須進行試模,通過試模,來檢驗模具是否合格以及選擇最佳成型工藝。
2 經(jīng)過第一次試模后,就合格的模具是理想的,實際上難以做到,所以,在試模后一般即需按照模具委托加工說明書進行修正加工.修改委托書內(nèi)容時,必須慎重行事。
6.2 操作過程
開模時，首先定模固定板與定模在鋼球與彈簧的作用下分離，然后，成型芯帶著塑件與定模固定板分離，隨后，頂出系統(tǒng)的頂出器將塑件頂出。定模固定板移動的最大距離由銷和限位板來控制。接著，由工人手工取出制品，并用小刀切除料把。最后，合模，繼續(xù)下一個循環(huán)操作。
該套模具可采用半自動操作,有一定的工作量,但這樣做可以降低成本,帶來很好的經(jīng)濟效益。
7 模具的保養(yǎng)
每一套模具,往往造價及為昂貴,對模具必須進行保養(yǎng).
1 防銹措施
卸模時,必須從下部卸下冷卻管,用棉絲擦干,用壓縮空氣吹凈.在防銹方法上可涂飾耐水性的黃油,也可以打用除銹液將型腔和冷卻孔銹體清除。
2 保持滑動部分的潤滑
在保養(yǎng)上要定其在滑動部分涂油,涂飾必須適當.如潤滑油涂飾太多則會污染制品,涂少起不到潤滑的效果。
8 結(jié)論
經(jīng)過三個月的設(shè)計學習，我已經(jīng)按照設(shè)計任務書上的內(nèi)容完成了所有任務，設(shè)計出了一套旅行餐碗的注塑模。再這個過程中，我用二維軟件畫出了模具的零件及塑件的二維圖，并且用三維軟件PRO/E對整套模具進行開模，造出了模具所有零件的三維造型。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我用計算機作為輔助工具，它給了我很大的幫忙，讓我造出來的零件精度較高，質(zhì)量好，而且與前人相比，效率明顯提高，節(jié)省了時間，讓模具能夠盡快走向市場，符合模具工業(yè)的發(fā)展方向。
同樣，在這次設(shè)計中，由于自己是第一次接觸模具的設(shè)計，缺少有關(guān)方面的經(jīng)驗，因此也存在許多不足之處，敬請老師給予糾正。
9小結(jié)
短短的三個月畢業(yè)設(shè)計即將過去，在這一段時間里，我在我們的指導老師吳德和老師的指導下做了一套旅行餐碗的注塑模具的設(shè)計。通過這一段時間的學習，我已經(jīng)完成設(shè)計任務書上的內(nèi)容，同時我也學到了許多東西。
在這三個月中，我將以前三年所學的東西又復習了一遍，同時又學了一門新課程，對注射模具的設(shè)計有了一定的了解，能夠自己獨立的設(shè)計一套中等難度的注塑模。對模具行業(yè)的發(fā)展前景有了了解，將自己在課本上所學的知識轉(zhuǎn)化到實踐中去，由感性認識躍為理性認識，再由理性認識躍為感性認識，經(jīng)過一次又一次的轉(zhuǎn)化，加深了自己對知識的縱橫向深化，將大學四年所學的知識連成了一條線，為自己以后的再學習打下了深厚的基礎(chǔ)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我不僅學到了書本上的知識，將其深化，還學到了一些書本上學不到的東西，學到了一些做人的道理，人在做事時應該以嚴謹?shù)膽B(tài)度去對待，不能對自己放松要求，不要麻痹大意。在這次畢業(yè)設(shè)計中，由于自己開始對對模具的了解不是太多，知識有限，在設(shè)計中經(jīng)驗不足，因此設(shè)計出的模具的合理處難以避免，請老師給予糾正。
在這次設(shè)計中，我得到了許多人的幫助，特別是我們模具設(shè)計小組的指導老師和同學，在此對他們的幫助表示深深的謝意。
總之，在這次畢業(yè)設(shè)計中，我學到了許多東西，它為我的明天打下了基礎(chǔ)，為我的未來鋪下了奠基石，讓我走向美好的明天。
10 參考文獻
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8 工程畫教研室.機械制圖.大連理工大學.北京:高等教育出版社,1993,5
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10 閻其風.模具設(shè)計與制造.北京:機械工業(yè)出版社.1995
11 李海梅，申長雨.注塑成型及模具設(shè)計實用技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2002
11 附件清單
1 旅行餐碗裝配圖 ZSM-00 A0 一張
2 制品圖 ZSM-00-01 A4 一張
3 定位環(huán) ZSM-00-02 A3 一張
4 澆口套 ZSM-00-03 A4 一張
5 定模固定板 ZSM-00-04 A1 一張
6 定模導柱 ZSM-00-05 A4 一張
7 限位板 ZSM-00-06 A4 一張
8 鑲件 ZSM-00-07 A4 一張
9型芯 ZSM-00-08 A3 一張
10頂件器 ZSM-00-09 A4 一張
11 頂桿 ZSM-00-10 A4 一張
12 頂板頂桿 ZSM-00-11 A4 一張
13頂板 ZSM-00-12 A2 一張
14墊條 ZSM-00-13 A3 一張
15動模導柱 ZSM-00-14 A3 一張
16動模固定板 ZSM-00-15 A1 一張
17PEO/E三維造型 A4 17張
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