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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 干瑞彬
學(xué) 號(hào)： 05010116
外文出處：Journal of Materials Processing
Technology 171 (2006) 259—267
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語：
譯文語句通順，專業(yè)詞匯較準(zhǔn)確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)要求。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
注塑模具的設(shè)計(jì)及其熱分析
S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman
摘要：本文介紹注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本以及為了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項(xiàng)技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計(jì)中必須被考慮運(yùn)用。在商業(yè)計(jì)算機(jī)上使用13.0版本的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報(bào)告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過注塑周期時(shí)間響應(yīng)曲線繪制溫度變化曲線。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會(huì)發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計(jì) 熱分析
1． 引言
塑料工業(yè)被列為一個(gè)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，是世界上增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品 [ 2 ]。
注塑成型加工是一個(gè)循環(huán)過程。在注塑過程中有四個(gè)重要的階段。這四個(gè)階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機(jī)料斗中添加樹脂和適當(dāng)?shù)奶砑觿?，并加熱塑料注射機(jī)的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體，在模具型腔填滿后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補(bǔ)償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強(qiáng)度。最后一步是頂出階段，模具開模同時(shí)頂出塑件， 然后模具再次合上并開始下一個(gè)周期。
事實(shí)證明設(shè)計(jì)和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個(gè)昂貴的工程，包括反復(fù)修改加工，在模具設(shè)計(jì)任務(wù)中，設(shè)計(jì)模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，核心方面通常包括相當(dāng)復(fù)雜的凸凹面[5]。
為了設(shè)計(jì)模具必須考慮許多重要的設(shè)計(jì)因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機(jī)構(gòu)[ 6 ]。
在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性低以及熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。
在冷卻時(shí)，冷卻管道附近的冷卻效果比遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導(dǎo)致不同的收縮，不同的收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致翹曲問題。因此，在冷卻階段對(duì)注射工件進(jìn)行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過了解熱應(yīng)力的分布特點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)殘余熱應(yīng)力引起的變形。
本文介紹了注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。
2. 方法
2.1 設(shè)計(jì)翹曲測(cè)試樣本
本節(jié)說明了用于注塑模具的翹曲測(cè)試樣品的設(shè)計(jì)。很顯然翹曲的主要問題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問題的有效因素。
翹曲測(cè)試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長(zhǎng)120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時(shí)間生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本。圖1顯示了翹曲測(cè)試樣本的制作
圖1 翹曲測(cè)試樣本制作
2.2 翹曲測(cè)試樣本注塑模具的設(shè)計(jì)
本節(jié)介紹了設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試標(biāo)本時(shí)，在模具的設(shè)計(jì)方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮了四個(gè)構(gòu)思，其中包括：
i. 三板式模具（構(gòu)思1 ）有一個(gè)型腔兩個(gè)分型面。由于成本高，所以不適用。
ii. 兩板式模具（構(gòu)思2 ）有一個(gè)型腔一個(gè)分型面但無澆注系統(tǒng)。由于單位時(shí)間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。
iii. 雙板模具（構(gòu)思3 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。
iv. 雙板模具（構(gòu)思4 ）有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機(jī)構(gòu)，避免頂出時(shí)破壞塑件。
翹曲測(cè)試樣本模具設(shè)計(jì)的第四個(gè)構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計(jì)中，還有許多因素需要考慮。
首先，根據(jù)注塑機(jī)使用的壓板尺寸設(shè)計(jì)模具。注塑機(jī)行程是有限的，通過兩個(gè)拉桿間的距離確定注射機(jī)的最大行程。注射機(jī)兩個(gè)拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過254mm這個(gè)距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標(biāo)準(zhǔn)模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1
成分
規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度
頂端夾緊板
定模座板
動(dòng)模座板
支承板
推桿固定板
推板
夾緊板底
250 × 250 × 25
200 × 250 × 40
200 × 250 × 40
37 × 250 × 70
120 × 250 × 15
120 × 250 × 20
250 × 250 × 25
模具已設(shè)計(jì)了夾緊壓力，鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。
以提供的標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計(jì)兩個(gè)水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產(chǎn)品的表面只設(shè)計(jì)了一個(gè)分型面。在開模的時(shí)候，塑件和流道在分型面上被分開。
模具設(shè)計(jì)了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計(jì)了一個(gè)20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計(jì)了4mm寬，0.5mm厚的澆口。
在模具設(shè)計(jì)時(shí)，選定了拋物面類型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點(diǎn)是僅需簡(jiǎn)單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比，這種類型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會(huì)導(dǎo)致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)縮短流道長(zhǎng)度并增大流道直徑至少有6mm。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時(shí)被送到個(gè)模腔對(duì)于流道設(shè)計(jì)來說是很重要的一點(diǎn)。基于這點(diǎn)，模腔的布局一般都是對(duì)稱的。
另一個(gè)設(shè)計(jì)方面是考慮到了氣孔設(shè)計(jì)。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當(dāng)模具閉合時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致空氣閉于型腔內(nèi)，導(dǎo)致塑件注射不足或不完整。設(shè)計(jì)足夠多的通風(fēng)孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。
為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。
圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局
在此模具設(shè)計(jì)中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置，在模具打開時(shí)不僅承擔(dān)拉著塑件到適當(dāng)?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因?yàn)樯a(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的，所以沒有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會(huì)造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。
最后，為補(bǔ)償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實(shí)體造型，以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
圖3 三維實(shí)體造型以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
3．結(jié)果和討論
3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整
從模具設(shè)計(jì)和制作的角度看，在試運(yùn)行階段制作的翹曲測(cè)試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來通過在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時(shí)，通過減小注塑機(jī)壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過控制注射時(shí)間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。
經(jīng)過這些修改，模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測(cè)試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。
圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足
3.2.模具和產(chǎn)品詳細(xì)分析
在塑料注射成型過程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經(jīng)過冷卻，塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒，包括20秒冷卻時(shí)間。
用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本材料的是ABS在注射溫度、時(shí)間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。
運(yùn)用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
模具分析主要是凹模和凸模，因?yàn)樗麄兪切纬伤芗牡胤?。因此，使?3.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時(shí)段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ＞叩挠绊憽?
由于對(duì)稱性，只要通過凸模的垂直斷面或在注射階段當(dāng)凸凹模合在一起時(shí)的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。
圖5 模具熱分析
建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進(jìn)行分析，還可以繪制時(shí)間響應(yīng)曲線顯示再某段時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對(duì)試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進(jìn)行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達(dá)塑性極限。圖6所示的是分析的負(fù)載模型。
圖6 負(fù)載模型分析的產(chǎn)品。
3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論
模具分析過程對(duì)不同時(shí)間段的熱量分布作了觀測(cè)。圖7所示是在一個(gè)完整的注塑周期中不同時(shí)間段的二維等高線熱量分布圖。
圖7 不同時(shí)段溫度分布圖
對(duì)模具進(jìn)行二維分析后，可繪制出時(shí)間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對(duì)制件的影響。圖8所示是繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)。
圖8 繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)
圖9到圖17顯示了在圖8中被標(biāo)注的不同節(jié)點(diǎn)的溫度分布曲線
圖9節(jié)點(diǎn)284溫度分布
圖10 節(jié)點(diǎn)213溫度分
圖11 節(jié)點(diǎn)302溫度分布
圖12 節(jié)點(diǎn)290溫度分布
圖13 節(jié)點(diǎn)278溫度分布
圖14 節(jié)點(diǎn)1838溫度分布
圖15 節(jié)點(diǎn)1904溫度分布
圖16 節(jié)點(diǎn)1853溫度分布
圖17 節(jié)點(diǎn)1866溫度分布
從圖9—17中很顯然被選擇用來繪制曲線的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時(shí)間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。
經(jīng)過一段時(shí)間后，溫度進(jìn)一步上升直至達(dá)到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導(dǎo)致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開始，從而導(dǎo)致模具溫度減小到一個(gè)低值，然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的，因?yàn)樽⑷肴廴谒芰系乃俾屎屠鋮s速率是相應(yīng)的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達(dá)到的最大值。
冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因?yàn)槔鋮s階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠(yuǎn)的區(qū)域節(jié)點(diǎn)284，雖然遠(yuǎn)離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。
因此，冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導(dǎo)致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點(diǎn)的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對(duì)設(shè)計(jì)師來說設(shè)計(jì)一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。
對(duì)于產(chǎn)品分析,從被實(shí)行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進(jìn)行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。
圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖
圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖
圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖
圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖
在關(guān)鍵的127節(jié)點(diǎn)，選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線和應(yīng)力負(fù)載增量曲線。如圖22和23
圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖23 應(yīng)力與負(fù)載增量曲線
參考負(fù)載應(yīng)力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷，直到它達(dá)到了23的負(fù)載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對(duì)產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時(shí)損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限，因?yàn)樯a(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測(cè)試，所以沒必要進(jìn)行拉伸負(fù)載分析。但是在未來，應(yīng)當(dāng)確定產(chǎn)品情況，以便在其他各種負(fù)載情況下執(zhí)行進(jìn)一步的分析。
4．結(jié)論
經(jīng)過翹曲測(cè)試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設(shè)計(jì)的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測(cè)試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過很少的表面處理。
通過注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對(duì)試樣的影響，對(duì)加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測(cè)到翹曲測(cè)試試樣所能承受的最大拉力。
鳴謝
作者要感謝馬來西亞博特拉大學(xué)工學(xué)部發(fā)行出版了本文。
參考文獻(xiàn)
附件2：外文原文（復(fù)印件）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書
暖色口杯注射模設(shè)計(jì)
系 別: 汽車與機(jī)電工程系
專 業(yè): 模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí): 模具05（1）班
姓 名:
學(xué) 號(hào):
指導(dǎo)老師:
2007年12月20日
目 錄
引言..........................................2
1產(chǎn)品設(shè)計(jì)求.......................................3
2塑件的分析.......................................3
3材料的分析選用...................................3
4成型設(shè)備的選擇...................................4
5塑件注射工藝的選擇...............................5
6分型面的選擇.....................................5
7推出方式的選擇...................................5
8模架的選擇.......................................6
9校驗(yàn)?zāi)＜艿暮线m性.................................7
10澆注系統(tǒng)的選擇..................................8
11斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)....................................9
12支撐板設(shè)計(jì).....................................10
13導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).................................10
14冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì).................................10
15開合模過程.....................................11
16成型工藝卡.....................................12
參考文獻(xiàn)......................................13
暖色口杯注射模設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)與制造05（1）班
摘要：在生活快節(jié)奏的二十一世紀(jì)，人們對(duì)自己的生活用品等要求越來越高，淘汰也非常厲害。生活用品要求的提高也帶動(dòng)著模具行業(yè)。使模具的結(jié)構(gòu)、精度等要求都提高。本模具是一個(gè)“暖色口杯”的注射成型模具。它采用點(diǎn)澆口，需要進(jìn)行側(cè)向分型，模具結(jié)構(gòu)緊湊。使得本模具的設(shè)計(jì)一目了然。
關(guān)鍵詞：生活用品 模具 注射 CAD/CAM 造型 軟件
前 言
在科學(xué)技術(shù)飛快發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，現(xiàn)在人們的環(huán)保意識(shí)很強(qiáng)，而本次設(shè)計(jì)的暖色口杯是人們必須的日常生活用品，所以塑件的選材就非常重要，必須無毒，因而選用了PP材料。在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中重要地位。我國對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當(dāng)前國家產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機(jī)械行業(yè)的首要任務(wù)。人們對(duì)產(chǎn)品要求其獨(dú)具個(gè)性，特別是一些生活用品，不僅要求它要實(shí)用，還要求它外觀漂亮，美麗的外觀以及產(chǎn)品的環(huán)保性吸引著每個(gè)人的眼球。
本次模具設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)加軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合。本設(shè)計(jì)開始采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，初步選擇注射機(jī)、模架。依照塑件的實(shí)際情況，選出合適的澆口位置和分型面，設(shè)計(jì)出推出方式。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，通過查閱大量資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、期刊等，結(jié)合教材上的知識(shí)也對(duì)注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，拓寬了視野，豐富了知識(shí)，為將來獨(dú)立完成模具設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
目前，口杯的樣式越來越多，外觀也越來越復(fù)雜。因而模具的要求也越來越高，設(shè)備也更先進(jìn)，制造工藝也比以前要更有難度。在這樣的市場(chǎng)中要有立足之地，對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)人員是一個(gè)相當(dāng)大的考驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員必須多掌握幾種軟件。設(shè)計(jì)出來的東西要有創(chuàng)新才行。這樣才不會(huì)被淘汰。
一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求
零件名稱：暖色口杯
生產(chǎn)批量：小批量
要求設(shè)計(jì)模具一套
圖一（工件圖）
二、塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度以及表面質(zhì)量的分析
1） 結(jié)構(gòu)的分析 該塑件復(fù)雜曲面較多，口杯的杯體以及手柄都是曲線，并非圓弧。給模具的設(shè)計(jì)制造帶來了一定的難度。所以采用了PRO/E等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)難度。
2） 精度的分析 塑件的精度等級(jí)為6級(jí)
3） 尺寸的分析 該塑件為口杯，口杯尺寸不是很大。復(fù)雜曲線的尺寸比較難標(biāo)。塑件的厚度不均勻。
4） 表面質(zhì)量的分析 由于本次設(shè)計(jì)的塑件是人們的日常生活用品口杯，表面質(zhì)量是否光滑影響著人們對(duì)本產(chǎn)品的選購。所以表面質(zhì)量及粗糙度等是非常重要的。
三、材料的分析及選用
本次的塑件材料為聚丙烯（PP），聚丙烯無色，無味，無毒。PP材料不吸水，光澤好，易著色，是很好的制造口杯的材料。它產(chǎn)品質(zhì)量輕，任性好，耐化學(xué)性好。PP為結(jié)晶聚合物，在通用塑料中，PP的耐熱性最好，能在沸水中煮，所以很適合制造口杯。PP成型收縮范圍大，易發(fā)生縮孔，凹痕及變形。但是PP尺寸精度低，剛性不足。脫模后容易變形，易老化，變脆。注射成型模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路。PP的這些性能可使它用于各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。
材料工藝分析：
表為PP塑料注射成型工藝參數(shù)
塑料品種
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
使用溫度
化學(xué)穩(wěn)定性
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
主要用途
聚丙烯（PP）
結(jié)晶型高聚物
大于-15攝氏度
具有多面性，耐濕性很好，除了強(qiáng)氧化劑和非極性溶劑外，PP對(duì)化學(xué)侵蝕有很強(qiáng)的抵抗力
低溫時(shí)變脆,不耐模易老化，流動(dòng)性，成型性好，
結(jié)晶料，吸濕性好，易發(fā)生融體破裂，長(zhǎng)期與熱金屬接觸易分解
適于制作一般機(jī)械零件,耐腐蝕零件和絕`緣零件以及盆，桶，家具等等
密度ρ/(kg.dm)
導(dǎo)電性
吸水性
成型收縮率s
熔點(diǎn)
t/℃
成型溫度 t/℃
0.90~0.91g/cm3
低
無
1.0-2.5%
164--170攝氏度
160-220℃
抗拉屈服強(qiáng)度σt/Mpa
抗老化性
拉伸彈性模量Ｅt/Mp
抗
酸
堿
性
導(dǎo)
熱
性
抗
酸
堿
性
大于650MPa
良好
大于3700MPa
極
高
極
低
極
高
四、成型設(shè)備的選擇
經(jīng)過計(jì)算分析，得出制件的體積V=98846 mm3 ,投影面積為7350mm2
采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu),考慮其尺寸、注射時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注射機(jī)為XS-ZY-500型。
五、塑件注射工藝的選擇
根據(jù)查表和實(shí)際情況，PP材料的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。在試模時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
PP材料的成型工藝表：
工藝參數(shù)
規(guī)格
工藝參數(shù)
規(guī)格
預(yù)熱和干燥
溫度t/℃
80～120
注射壓力p/Mpa
70～120
時(shí)間 τ/h
1～2
料筒溫度t/℃
后段中段前 段
180～200
200～220
160～170
成型時(shí)間τ/s
注射時(shí)間
0～5
保壓時(shí)間
20～60
噴嘴溫度t/℃
170～190
冷卻時(shí)間
15～50
總周期
40~120
模具溫度t/℃
40～80
螺桿轉(zhuǎn)速n/（r·）
30～60
六、分型面的選擇
分型面的選擇：
在模具設(shè)計(jì)中，分型面的選擇非常重要，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。分型面應(yīng)該選擇在塑件的最大體積處。分型面的選擇，與制件的如何推出也有一定的聯(lián)系。所以分型面的選擇一定要使推出容易。
分型面如圖所示：
圖二 （分型面的選擇）
在此處選擇分型面，既降低了設(shè)計(jì)制造的難度，又不影響制件的使用性能，推出也最為容易。
七、推出方式的選擇
此模具的型芯在動(dòng)模，開模后塑件因制件的結(jié)構(gòu)作用會(huì)留在動(dòng)模一側(cè)。根據(jù)制件的結(jié)夠，推板推出制件，制件沒有推出的痕跡，推出也相對(duì)平穩(wěn)，推件板推出力的作用面積大而均勻。所以此制件的推出方式選擇推件板推出。
八、模架的選擇
（1） 選用模架
塑件為一口杯，見圖一。材料為PP，推出方式為推件板推出。
模具的設(shè)計(jì)要求：采用進(jìn)料方式（不會(huì)影響制件外觀），一模一腔，推件板推出。設(shè)備：XS-ZY-500
根據(jù)以上要求，參考標(biāo)準(zhǔn)模架形式，選用A4型標(biāo)準(zhǔn)模架，如圖所示：
（2） 確定型腔壁厚
查手冊(cè)可得聚丙烯的收縮率為s為0.4~0.7,取Scp=0.5塑件公差取自由公差MT6
塑件高度尺寸為80mm手冊(cè)型腔允許變形量[δ]＝Ｓt＝0.007Ｘ3＝0.021查手冊(cè)得型腔壁厚經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：
P取55MPa E=2.11*104 C取0.031
按強(qiáng)度計(jì)算條件計(jì)算得：型腔底版厚度h=28.5mm
型腔側(cè)壁厚s=43.5mm
（3） 計(jì)算型腔模板周界尺寸
一模一腔排列如下圖所示，計(jì)算模板長(zhǎng)度
L=A+B=2+105=107mm
S=W+V=2+105=107mm
確定模板周界尺寸:
根據(jù)上步計(jì)算的結(jié)果的長(zhǎng)寬尺寸分別為107mm和107mm, 型腔側(cè)壁厚s=43.5mm(取50mm)，經(jīng)考慮型腔大小選用215x215mm 。
確定模板厚度及選擇框架尺寸:
根據(jù)型腔底版厚度h=28.5mm（取30mm），型腔深度85mm，查標(biāo)準(zhǔn)模架手冊(cè)確定型腔板（Ａ板）厚為115mm
墊板的厚度=工件的內(nèi)腔高度+兩塊板厚度+5-10（安全高度）
=80+20+10=110mm
九、校驗(yàn)?zāi)＜艿暮线m性
所選的注射機(jī)為XS-ZY-500型，
注射機(jī)XS-ZY-500型的主要參數(shù)如下：
標(biāo)稱注射量500cm
模具最大厚度450
模具最小厚度300
模板最大行程500
注射行程200
模板尺寸700X800
墊塊高度有100、125和160三種
1)、最大注射量校核：
經(jīng)計(jì)算得塑件的體積：V=98846mm，且一模一腔，滿足注射量500 cm的要求
2)、模具厚度與注射機(jī)裝模高度校核：
Hm=40+115+110+85+45+40=435mm
而注射機(jī)Hmax=450mm，Hmin=300m
滿足Hmin≤Hm≤Hmax
經(jīng)上面計(jì)算注射機(jī)完全滿足裝模要求
3）、開模行程校核
查模具設(shè)計(jì)與加工手冊(cè)得XS-ZY-500注射機(jī)的最大開模S=500。
由公式：
Smax≥H1+H2+（5~10）
=85+85+（5~10）
=180mm
式中：H1——塑件推出距離（MM）
H2——塑件高度（MM）
由上式得知開模滿足要求
結(jié)論:根據(jù)校核XS-ZY-500注射機(jī)能夠滿足模具使用要求
十、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 主流道分流道設(shè)計(jì)
根據(jù)模具設(shè)計(jì)與加工手冊(cè)查得XS-ZY-550型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3、φ5、φ6、φ8mm四種
噴嘴前端球面半徑：R=18mm
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
R=Ro+（1~2）mm
D=do+（0.5~1）mm
取主流道球面半徑R=19mm
取主流道的小端直徑d=9mm
為了便于將凝料從主流道中撥出,
將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形,其錐角為(2~4)度。
表面粗糙度Ra為0.4μm。
2 成型零件（型心、型腔）重要尺寸的計(jì)算
1）、型腔尺寸計(jì)算：
類型
塑件上的尺寸
計(jì)算公式
制造公差△
收縮率
計(jì)算結(jié)果
型腔尺寸
80
DM=(D+DScp%-3/4△)δmm
0.76
０．４%～０．７%
11
0.36
24
0.44
59
0.64
45
0.56
型腔高度尺寸
85
HaM=(Ha+HaScp%-2/3△) δmm
0.88
2）、型芯尺寸計(jì)算：
型芯尺寸
74
dM=(d+dScp%+3/4△) δ mm
0.76
0.4%～0.7%
60
0.64
型芯高度
80
HaM=(Ha+HaScp%+2/3△) δmm
0.76
注：模具的制造公差δz一般取△/3，考慮到模具經(jīng)濟(jì)加工技術(shù)
十一、斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
由于本次的是口杯，設(shè)計(jì)的口杯需要進(jìn)行側(cè)向分型。所以必須設(shè)計(jì)一套斜導(dǎo)柱。斜導(dǎo)柱一般為200--250,最好為220.
斜導(dǎo)柱的總長(zhǎng)為：LZ=95*cos220=102mm
十二、支撐板的設(shè)計(jì)
支撐板需要具有高度的平行度和必要的硬度和強(qiáng)度，所以應(yīng)結(jié)合動(dòng)模成型部分受力狀況進(jìn)行厚度計(jì)算。計(jì)算得塑件在分型面上的投影面積大約為70cm2左右,所以取支撐板厚度為30mm。
十三、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)、定?；蛟谏?、下模合模時(shí)，正確地定位和導(dǎo)向的零件。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)起著定位、導(dǎo)向作用，還承受一定的側(cè)向壓力。
十四、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，關(guān)系著模具制造出來的制件的質(zhì)量。而冷卻水道應(yīng)該盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大；由于塑件的壁厚還算比較均勻，本次設(shè)計(jì)的水道孔邊至型腔表面距離為15mm。水道出入口的布置情況如下圖：
十五、開合模過程
開模時(shí)，塑件包緊在凸模13上隨動(dòng)模部分一起向下移動(dòng)，與塑件相連的主流道凝料從澆口套中拉出。與此同時(shí)，在斜導(dǎo)柱15的作用下，在斜滑塊9隨動(dòng)模后退的同時(shí)，斜滑塊在推見板的導(dǎo)滑槽內(nèi)分別向兩側(cè)移動(dòng)，進(jìn)行動(dòng)側(cè)向分型。
動(dòng)模繼續(xù)向下移動(dòng)，當(dāng)推出機(jī)構(gòu)工作時(shí)，推桿20推動(dòng)推件板7把塑件從凸模13上脫下來。
合模時(shí)，推件板7靠推桿20復(fù)位，斜滑塊9由斜導(dǎo)柱15驅(qū)動(dòng)復(fù)位，同時(shí)在它們的外側(cè)由楔緊塊10鎖緊，以使其在注射塑料溶體時(shí)產(chǎn)生的成型壓力的作用下不發(fā)生位移。
暖色口杯的注射模具成型工藝卡：
工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
注射工藝卡片
資料編號(hào)
車間
模具教研室
共 頁
第 1 頁
零件名稱
暖色口杯
材料牌號(hào)
PP
設(shè)備型號(hào)
XS-ZY-500
裝配圖號(hào)
材料定額
每模件數(shù)
1
零件圖號(hào)
單件質(zhì)量
188g
工裝號(hào)
材料干燥
設(shè)備
溫度℃
80～120
時(shí)間h
1～2
料筒溫度
后段℃
180～200
中段℃
200～220
前段℃
200~220
噴嘴℃
170～190
模具溫度℃
40～80
時(shí)間
注射/s
0～5
保壓/s
20～60
冷卻/s
15～50
壓力
注射壓力MP
70～120
背壓MP
后處理
溫度℃
烘箱
時(shí)間定額
輔助min
時(shí)間h
單件min
檢驗(yàn)
編制
校對(duì)
審核
組長(zhǎng)
車間主任
檢驗(yàn)組長(zhǎng)
主管工程師
總結(jié)：
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，對(duì)軟件的應(yīng)用操作不夠熟練等。同時(shí)，我也學(xué)到了不少知識(shí)。對(duì)AutoCAD、PRO/E軟件有了更多的了解。運(yùn)用起來也更加熟練了。對(duì)模具的結(jié)構(gòu)以及模架等等的選擇有了進(jìn)一步的了解。也鍛煉了我的自學(xué)能力。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我人生的一大財(cái)富。我會(huì)在今后的工作中，多加強(qiáng)一些不足的地方。使自己的專業(yè)知識(shí)更加鞏固。
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8《塑料模具設(shè)計(jì)與制造》.申開智主編.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006年2月
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10相關(guān)的模具設(shè)計(jì)制造網(wǎng)站:
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