梳子注塑模具設(shè)計(jì)
梳子注塑模具設(shè)計(jì),梳子,注塑,模具設(shè)計(jì)
附件1：外文資料翻譯譯文
微型模具成型的熱量和擠壓控制
在這篇文章中,我們?yōu)榱擞行У貜?fù)制出該微型模具產(chǎn)品的微小結(jié)構(gòu),將一個擠壓機(jī)器和一個小核心傳感器組合起來，構(gòu)建一個注射模具的擠壓系統(tǒng)。在一些重要的部位，由一個壓力裝置，它作為原動力，驅(qū)動中心模具工作。舉例說吧，在注射以后，模腔中的壓力會從二十兆帕上升到三十四兆帕。那些小小的感應(yīng)器形成感受到壓力，那些周圍的裝置和熱敏傳感器，排列在洞腔的同圍。我們可以根據(jù)這些信號推測里面狀況朝著有利的方向發(fā)展。為了評估該注射系統(tǒng)，我們做了一個厚度為1lm角度為140℃ 三角凹朝槽 來進(jìn)行工作。
說明
大部分的醫(yī)療信息設(shè)備都有一個基礎(chǔ)工作部分，另外還有一些輔助部件來完成某種特定的功能。模具成型技術(shù) 在現(xiàn)實(shí)中廣泛應(yīng)用，而且在大批量生產(chǎn)中多有應(yīng)用，這篇文章即是研究成型過程在傳統(tǒng)的成型壓力系統(tǒng)中,其為系統(tǒng)提供很大的壓力差,這種特點(diǎn)為模具成型過程提供了很好的動力源.然而,傳統(tǒng)的成型過程在注射成型的過程中,特別是在微型模具的成型過程中,有兩個很明顯的問題.首先,在用單模腔成型微小結(jié)構(gòu)的模具時(shí),不同的溫度和硬度會引起不一致的成型壓力.一般來說,模腔中心的溫度越高,中心周圍的溫度也會越高.其次,即使通過冷卻和控制壓力的方法來展平那些不平的區(qū)域,但是通過檢測發(fā)現(xiàn),熱流量和壓力仍是高于成型微型模具工作時(shí)所規(guī)定的壓力,而且腔內(nèi)的這種情況很不好控制,這樣以來就只好通來偵測熱流面不是溫度來控制型腔中各種成型條件.
這篇文章的作者，也就是該機(jī)器的設(shè)計(jì)者，他通過在模具重要部位安放一個叫做模具核心擠壓機(jī)的部件來及時(shí)了解并控制模腔內(nèi)成型的具體情況。這個部件配備有特殊裝置來控制模腔內(nèi)的壓力、溫度，并反饋回到顯示裝置上。這篇文章就向我們詳細(xì)地闡述了這種機(jī)器的模型。
模具成型的壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如圖1所示，該結(jié)構(gòu)為我們常用的模具結(jié)構(gòu)圖。首先，我們描述一下裝備有piezo設(shè)備的模具成型壓力機(jī)。我們用的pie20設(shè)備有一個最大厚度為13LM的裝置，而且可以產(chǎn)生一個最大值為6KN的壓力。因此，該注射壓力系統(tǒng)所能產(chǎn)生的壓力在0~6KN之間，注射機(jī)的壓力系統(tǒng)有一個壓力設(shè)備，該裝置有一個特置的中心軸，并與一個傳感反饋裝置連在一塊。這個壓力裝置是圓柱形的，直徑為25mm，高度為54mm，它的溫度約在20℃和120℃之間。壓力傳動裝置的設(shè)計(jì)是對稱的，它把動力和運(yùn)動從壓力裝置上以一定的規(guī)律和方式傳出去，這個圓柱體的傳動裝置向一個方向上不停地進(jìn)行著傳遞工作，并由一個平面的輔助裝置保證其只能在平面內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
為了研究之便，我們特地用一個很小的傳感器，使位移，壓力、傳感器、熱量傳感器很好地相互協(xié)調(diào)起來協(xié)同工作，當(dāng)注射機(jī)的注射孔開始有位移并要接觸到模腔時(shí)，位移傳感器裝置就會測出其位移，并作出下一步的控制動作。該位移傳感器是非接觸式傳感器，其最大是量程為500lm ,誤差可以控制在0.2lm以下。
我們把一個核心模型放在模腔的中央，其結(jié)構(gòu)是一個三角形的凹槽，以深度1lm順次排列。核心表面有32768個三角形的凹槽組成，凹槽相鄰的角度為140o ，距離為1μm完成加工的產(chǎn)品組成一個直徑為12mm厚度為1mm的盤狀物。由是由在鋼里面加入鎳和磷元素制成的合金做的。有很好的硬度和耐磨性。三角槽的切制是由精度非常高的NC機(jī)切制而成的，有著異常高的精確度。
有二組深度為12lm的廢氣排放口，依次排列在圓洞的周圍。用一個真空泵抽出由于樹脂的分解而產(chǎn)生的廢氣物。為保證精細(xì)模具的硬度，統(tǒng)一冷卻那些盤狀產(chǎn)品。我對使冷卻水做曲線的循環(huán)運(yùn)動。注射機(jī)依靠一個伺服馬達(dá)系統(tǒng)，使其可以具備最高達(dá)150KN的夾緊力。
評估微型注射系統(tǒng)
以下是成型時(shí)的條件：材料：聚苯乙烯；注射溫度：190℃；成型設(shè)備溫度：80℃；注射速度：10mm/s；注射壓力：34mpa；夾緊力：150KN。在這些條件下，我們分別對如下情景作了比較分析。第一種情況是在約1000Vr 電壓下推動注射壓力機(jī)工作，第二種是沒有電壓作用。圖表3和4顯示的是模具里邊傳感器的測量結(jié)果。注射壓力的測量由位于注射壓力機(jī)后面的壓力計(jì)來測量，并以數(shù)字表格形式在輸出裝置上顯示。
第三組表格顯示了成型一個周期的數(shù)據(jù)。首先，在第5.16秒，注射動作開始注射，注射壓力也隨之上升，從第5.6s開始注射壓力在2秒之內(nèi)迅速升至34MPA，模腔內(nèi)的應(yīng)力實(shí)行如圖所標(biāo)的傳感器檢測表明，也隨著增加，只不過有大約0.35秒的延遲，最終可達(dá)到20MPA，約是注射壓力的59%。在注射壓力保持不變的那一階段，模腔內(nèi)的應(yīng)力迅速下降到零。這充分證明，盡管存在著由注射機(jī)提供注射壓力，但其中一部分由于模腔內(nèi)的摩擦力的存在而被抵消，熔料在模腔內(nèi)凝固的過程中，熔料因漸成為固體而其余部分也隨之降低為零。在此過程中，中心位移也經(jīng)歷了與模腔內(nèi)壓力變化規(guī)律相似的變化。這說明注射中心也受到了反作用力，在經(jīng)歷大約14S的冷卻過程后模具被打開了。
比較低的表格表明了表面溫度和熱量擴(kuò)散的過程。其中比較平直的那一段曲線顯示的是保壓階段或者說是壓力持續(xù)過程。圖表顯示的是表面溫度連續(xù)上升的過程，此時(shí)，熔料經(jīng)澆口源源不斷地流經(jīng)流道，最終達(dá)到成型模腔。在注射完成后，溫度迅速上升，而后隨即下降（在冷卻作用下）特別是澆口附近的熱量散的比較快，溫度下降也比較明顯。
在圖表4中，在第5.6s的時(shí)候，壓力裝置得到約1000V的電壓，由于電壓作用，模腔內(nèi)的壓力升至34MPA，中心的溫度和壓力也隨之上升。切斷電壓后，中心也恢復(fù)到原始狀態(tài)，但我們無法看到這一過程。
下面，我們對是否微型注射壓力機(jī)時(shí)產(chǎn)品的表面特征作一比較。圖表5、6顯示的是SEM照片而AFM的測量結(jié)果。從圖片來看，三角形凹槽的表面粗糙度和均勻程度在這兩種情況下并無明顯區(qū)別。原因就是因與注射時(shí)的速度與模具微小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有關(guān)，另外三角形凹槽的深度和排列密度也是其原因之一。
附件2：外文原文
Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-flux
Abstract In this work we constructed an injection press molding system with a mold-core extrusion mechanism and a small sensor assembly for effectively duplicating microstructures to the mold products. The mold-core extrusion mechanism is driven by a piezo element to apply force on important area with microstructures. For example, after injection it increases the cavity pressure from 20 to 34 MPa. Small sensors consist of the pressure, displacement, and heat flux sensor assemblies,arranged around the small cavity. The signals showed us the physical phenomena inside the mold and may be further used as control signal. In order to evaluate this injection press molding system, we formed micro triangular grooves of pitch 1 lm and angle 140o. The mold-core extrusion gave better diffraction intensity by several percents.
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Introduction
Many information and medical equipment contain functional parts with microstructures in the order of 1 lm and overall size of several millimeters. Molding is a mass production method widely used in duplicating three dimensional forms of these parts [1–4]. This paper reports our study on one of the molding processes, namely, the injection press molding process.
In contrast to regular injection molding process that injects molten resin at high pressure into the cavity for simultaneous filling and forming, injection press molding process separates the time of the two processes. Injection press molding process injects molten resin into a mold cavity at low pressure to keep the flow resistance small,and once the cavity is filled, applies large clamping force on molds to form microstructures. Injection press molding has superb transforming capability used for example, in forming optical disks and LCD light guiding plates.
Conventional injection press molding applies large clamping force on molds for forming after the filling process. However, conventional injection press molding process has two problems for forming micro parts described above. First, in forming multiple micro parts with a single set of molds, the temperature and rigidity distributions are not uniform causing difference in forming pressure [5, 6]. Generally, the temperature is higher around the mold center and the pressing force is higher around the perimeter. Secondly, even if one tries to flatten the uneven distribution with cooling or pressure control, sensors to monitor the heat flux or pressure are larger than the micro parts and cannot find these conditions within the cavity.Note that measuring heat flux instead of temperature allows monitoring resin solidification in the cavity.
The authors of this paper devised mechanisms to (1) individually press each important micro structure area (we call this area the ‘‘core’’) with a mold-core extrusion mechanism equipped with a small piezo element and (2) control pressure temperature, and especially the cavity heat flux for each core by arranging a set of sensors around each core and feeding back the sensor signals to the above piezo element. This paper reports our prototype of these mechanisms.
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Designing the injection press molding system
Figure 1 shows the mold we used. First we describe the mold-core extrusion mechanism design equipped with a piezo element. The piezo element used (KISTLER,Z17294X2) has a maximum free displacement of 13 lm and produces a maximum force of 6 kN with no displacement,thus the pressing force varies between 0 and 6 kN depending on the piezo element extension. The piezo element has a single axis force sensor (KISTLER, 9134A) integrated in it for pressing force feedback control. The piezo element unit size is 25 mm in diameter, 54 mm long and its temperature
Fig. 1. Test mold range is )20 to 120oC. The
symmetric design of the force transferring structure uniformly transfers the pressing force from the piezo element. This cylindrical force transfer mechanism moves in one direction and a planar surface keeps the shaft from rotating.
A small sensor assembly was developed for our study in this paper. Displacement, pressure, and heat flux sensors compose the assembly. The displacement sensor measures the displacement at the mold-core extrusion mechanism where it presses the mold-core, and the displacement in the parting direction at the parting line.
The displacement sensor is an eddy-current type noncontact displacement sensor (SINKAWA Electric, VC-202N) with range of 500 lm and resolution of 0.2 lm. The above 1 axis force sensor served as the pressure sensor to measure the cavity internal pressure.
The heat flux sensor measured the cavity surface temperature and the heat flux. A pair of thermocouples embedded at depths 0.3 and 0.6 mm enabled these measurements with the principle of inverse heat conduction.We mounted the diameter 3.5 mm heat flux sensors on the gate, cavity and sprue lock pin (Fig. 2).
We placed one mold-core at the mold center. The microstructure was triangular grooves arranged with pitch 1 lm. The core surface had 32,768 triangular grooves with 140_ angle that are 0.2 mm long on the
perimeter of a 10.5 mm circle.
Fig. 2. Cavity details and mold-core The finished product formed into
a 1 mm thick disk with diameter 12 mm. The core was made of steel (UDDEHOLM, STAVAX, 52 Rockwell hardness), with Ni-P plating. We cut the triangular grooves with an ultra precision NC machine (FANUC ROBOnano Ui).
Two 12 lm deep air vent grooves were placed on the perimeter of the cavities. A vacuum pump pumped out residual air and gas from molten resin. To provide rigidity similar to a regular mold, we kept the entire 80 kgf mold size the same. For uniformly cooling the disk shaped product, we ran cooling water in a circular path. The injection molding machine (FANUC, ROBOSHOT a-15) has a servo motor type drive with maximum clamping force of 150 kN.
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Evaluating the injection press molding system
Here are the molding conditions: Resin: Polystyrene, Resin temperature at injection: 190 oC, Mold set temperature:80 oC, Injection speed: 10 mm/s, Holding pressure:34 MPa, and Clamping force: 150 kN. Under these conditions,we compared the case with a constant voltage of 1000 V applied to push the mold-core extrusion mechanism,and the case without pushing. Figures 3 and 4 show the measurements from the sensors inside the mold. The injection force measured with a load cell placed behind the injection molding machine screw derived the injection pressure in the figure.
Fig. 3. Measurements Fig. 4. Measurements
of sensors (without) of sensors (with)
Upper figures of Fig. 3 show the molding cycle. First at 5.15 s, the injection starts and the injection pressure suddenly rises. At 5.6 s, the injection pressure is held at 34 MPa for 2 s. The cavity pressure, measured by the 1 axis force sensor, increase with a 0.35 s delay, to reach only 20 MPa, which is 59% of the injection pressure. The cavity pressure quickly went down to about zero during the injection pressure holding period. This shows that despite the pushing force at the source of the injection molding machine, friction reduces pressure which is dropped at cavity. Also, when the resin solidified in the cavity, it parted from the mold to drop the pressure to zero. The core displacement shows a transition similar to the cavity pressure indicating that it was pressed back by the resin. After further cooling to 14 s, the mold was opened.
Lower figures of Fig. 3 show the surface temperature and heat flux transitions. The horizontal axes are magni-fied in the lower figures around the pressure holding period.The figure shows the sequential surface temperature rise at the lock pin, gate, and cavity as resin passed over them. The heat flux maximized immediately after injection and gradually decreased. Especially at the gate, the heat flux went down to about zero during pressure holding.
In Fig. 4, a voltage of 1000 V was applied to the piezo element for 2 s starting at 5.6 s. The voltage raised the cavity pressure to 34 MPa. The core gradually advanced with drop in cavity pressure from the position pressed in by the resin to eventually reach 9 lm ahead of its original position. Cutting the voltage retracted the core to its original position. But, we were not able to observe change in surface temperature and heat flux due to change in heat transfer from applying voltage.
Next we compare form features on the product with and without the mold-core extrusion. Figures 5 and 6 show the SEM photographs and the AFM measurement results. The photographs reveal that the triangular grooves had a uniform pitch with smooth surface regardless of mold-core extrusion, and good form transfer to the products. The reasons are smooth flow of polystyrene and the small aspect ratio of the groove depth and pitch.
藝術(shù)與信息工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)中期方案
題目：基于pro/e的塑料梳子模具設(shè)計(jì)及主要零件加工工藝
子題：
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化指導(dǎo)教師：
學(xué)生姓名： 班級-學(xué)號：
2014年 12 月19 日
1. 緒 論
模具工藝是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，被稱為工業(yè)之母。模具是大批量生產(chǎn)各種機(jī)電與家電產(chǎn)品零件必備的基礎(chǔ)工藝裝備，是進(jìn)行少無切削加工的主要工具。75%的粗加工零件和精加工零件都是由模具工藝成型的，絕大部分塑料制品也由模具成型。模具工藝涉及機(jī)械、電子、汽車、化工、冶金、建材、輕工業(yè)等各個行業(yè)，有十分廣泛的應(yīng)用范圍。自80年代以來，我國模具工業(yè)也迅速發(fā)展，在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例將逐步提高。模具技術(shù)水平的高低，將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、成本、產(chǎn)量、新產(chǎn)品的投產(chǎn)和老產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，以及企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整速度與市場競爭力。因此，模具技術(shù)水平是衡量一個國家制造技術(shù)水平的主要標(biāo)志，模具工業(yè)的發(fā)展是國家制造業(yè)發(fā)展的前提，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。
1.1 國外塑料模具的發(fā)展?fàn)顩r
國外先進(jìn)國家對發(fā)展塑料模很重視，塑料模比例一般占30%-40%。國外模具日趨專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)先進(jìn)，如模具CAD/CAM技術(shù)采用普遍，加工設(shè)備數(shù)控化率高等，模具生產(chǎn)效率高、周期短。工藝裝備水平CAE技術(shù)在歐美已經(jīng)逐漸成熟。在注射模設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAE分析軟件，模擬塑料的沖模過程，分析冷卻過程，預(yù)測成型過程中可能發(fā)生的缺陷。CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的作用越來越大。一些壽命高的和高精度的模具拿制作模具的原材料來說，國內(nèi)的材料很難達(dá)到大型、精密模具所需要的性能要求、CAE CAD CAM.CAPP等軟件很多都是國外的。拿塑封模具來說，國外一次可以加工出上百個型腔的模具，還有熱流道技術(shù)、氣輔成型這些工藝應(yīng)用都很普遍。德國的模具很多采用熱流道技術(shù)，使用熱流道技術(shù)，產(chǎn)品的質(zhì)量好，成型周期短，精度高。
美國塑料(原料)的產(chǎn)量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產(chǎn)量就已達(dá)2000萬噸之多，1986年增至2310萬噸，占全球總產(chǎn)量8100噸的28.5％，此后美國塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢。德國是世界最大的塑料(原料)生產(chǎn)國之一，上世紀(jì)90年代初，德國塑料產(chǎn)量就為990多萬噸，2000年增加至1550萬噸，超過日本成為世界第2大塑料生產(chǎn)國，德國2001年的國內(nèi)塑料消費(fèi)量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸．氯乙烯152萬噸。日本在很長一段時(shí)期內(nèi)都是僅次于美國的世界第2大塑料生產(chǎn)國。日本的塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長，年產(chǎn)量在70年代中期就已達(dá)500多萬噸，1991年達(dá)約1300萬噸，1992年和1993年因受經(jīng)濟(jì)下滑的影響，產(chǎn)量略有減少。從1994年起產(chǎn)量再度增長，1997年產(chǎn)量達(dá)到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢在1998年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。到2002年日本塑料(原料)的產(chǎn)量減至1361萬噸。此時(shí)中國增為1366萬噸，日本退居第4位。韓國塑料產(chǎn)量增長十分迅速，1986年超過200萬噸，2001年達(dá)1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產(chǎn)國之列。韓國塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首，聚丙烯以238萬噸排在第2位。
1.2 我國塑料模具的發(fā)展?fàn)顩r
我國的塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大的發(fā)展，模具水平也有了較大程度的提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg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；在精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如我國制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計(jì)軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。
在成型工藝方面，高效多色注射模、多材質(zhì)塑料成型模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大的進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司等廠家成功地在29～34英寸電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)。熱流道模具也開始推廣， 一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格較低等特點(diǎn)，為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。
1.3 注射模具的發(fā)展趨勢
塑料制品在日常生活中有著廣泛的利用，模具技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，近年來，人們對各種設(shè)備和用品輕量化及美觀和手感的要求越來越高，這就為塑料制品提供了更加廣闊的市場，塑料制品的發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。因此，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出的要求也越來越高。由于近年來在進(jìn)口模具中精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，此類模具在市場上的份額也將逐步增大。同時(shí)，建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場中新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高的要求，以塑代金屬使塑料模具在汽車、家電、辦公用品、工業(yè)電器、建筑材料、電子通信等主要領(lǐng)域快速發(fā)展運(yùn)作起來。但從整體來看，中國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步，但結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，與世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。
1.4 模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖鍛摸、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模、玻璃模、橡膠模、陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。
1.4.1 塑料模概述
塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
1.4.2 鍛模概述
鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
1.4.3 沖模概述
沖模是對金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖模可分為落料模，沖孔模，彎曲模，卷邊模，切口模，切邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。
1.4.4 壓鑄模概述
壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
1.4.5 粉末冶金模概述
粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)，是一個多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。
1.5 注射模具概述
注射成型的原理是將顆粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射機(jī)柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入磨具型腔，經(jīng)過一定時(shí)間的保壓。冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。
1.5.1 注射模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
塑料注射?？沙尚透鞣N形狀的塑料制品，具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精密、帶有嵌件的塑料制品，且生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)的特點(diǎn)，是熱塑性塑料制品的一種主要成型方式。但由于注射成型的設(shè)備及模具制造費(fèi)用較高，所以不適于單件及小批量塑料制品的生產(chǎn)。
注塑件的生產(chǎn)中，通常以最終塑料制品的質(zhì)量來評價(jià)模具的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。注塑件的質(zhì)量包括表觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。表觀質(zhì)量通常以塑件的形狀和尺寸精度來衡量，其主要包括注塑件的表面粗糙度和表觀缺陷狀況（凹陷、氣孔、無光澤、發(fā)白、銀文、剝層、暗斑紋、燒焦、翹曲、溢料飛邊及可見融合度縫）。內(nèi)在質(zhì)量即性質(zhì)質(zhì)量，包括熔合縫強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、取向、密度、收縮等。
1.5.2 注射模具的組成
注射模的結(jié)構(gòu)由注射機(jī)的形式、制品的復(fù)雜程度以及模具內(nèi)的型腔數(shù)目所決定的。無論簡單還是復(fù)雜，注射模均由定模和動模兩大部分組成。
根據(jù)模具中各零件所起的作用，又可細(xì)分為以下幾部分：
（1）成型零部件
成型零件是構(gòu)成模具型腔并直接與塑料熔體相接觸并成型制品的模具零件和部件。通常包括凸模、凹模、型芯、鑲件、成型桿等零部件。在模具的動、定模部分合模后成型零部件構(gòu)成了模具的型腔，從而決定了塑件的內(nèi)、外輪廓尺寸。
（2）澆注系統(tǒng)
由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道稱為澆注系統(tǒng)，通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。
（3）導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)
確保動模和定模閉合時(shí)能夠準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位對中。對于深腔注射模需要在主分型面上設(shè)有錐面定位裝置；此外，為保證脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與定位，在推板與動模板之間也需設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
（4）脫模機(jī)構(gòu)
脫模機(jī)構(gòu)是指開模過程的后期將制品從模具中脫出的機(jī)構(gòu)。一般有三種方式：頂出機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)脫出機(jī)構(gòu)以及側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。
（5）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)
主要指帶有側(cè)凹或側(cè)孔的制品在脫出模具之前，必須先進(jìn)行側(cè)向分型將型芯側(cè)向抽出。包括斜導(dǎo)柱、滑塊、楔緊塊、滑塊定位裝置、側(cè)抽芯和抽芯液壓缸等。
（6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
為滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，模具應(yīng)設(shè)有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，冷卻系統(tǒng)主要采用循環(huán)水冷卻方式；加熱系統(tǒng)主要采取通入熱水、蒸汽、熱油和置入加熱元件等，有些注射模須配備模溫自動調(diào)節(jié)裝置。
（7）排氣系統(tǒng)
在注射成型過程中需要將型腔內(nèi)原有的空氣和塑料熔體中逸出的氣體排出，因此，須在模具分型面上開設(shè)排氣槽。型腔內(nèi)排氣量不大時(shí)，直接利用分型面之間的間隙自然排氣，或者利用模具的推桿與配合孔之間的活動間隙排氣；而對于一些大型注射模，則應(yīng)該預(yù)先設(shè)置排氣槽。
1.5.3 注射模具的分類
注射模具的分類方法有很多，按照所用注射劑的類型可分為臥式（或立式）注射機(jī)用注射模和直角式注射機(jī)用注射模；按照模具型腔數(shù)目可分為單型腔和多型腔注射模；但是，從模具設(shè)計(jì)角度來看，依據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)特征分類較為合適。通常被分為以下七類：
（1）單分型面注射模
單分型面注射模具又稱為兩板式模具，它是注射模中最簡單最常見的一種結(jié)構(gòu)形式，占全部注射模的70%左右。
（2）雙分型面注射模
雙分型面注射模又稱為三板式注射模，與單分型面注射模相比，只是在動模與定模之間增加了一個可移動的澆口板（又稱中間板），塑件和澆注系統(tǒng)凝料分別從兩個不同的分型面取出。
這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只適用于采用點(diǎn)澆口的單型腔或多型腔注射模。
（3）帶活動鑲件的注射模
根據(jù)某些塑件的特殊要求，需在模具上設(shè)置活動的型芯，螺紋型芯等鑲件。
（4）帶有側(cè)向抽芯的注射模
當(dāng)塑件帶有側(cè)孔或者側(cè)凹時(shí)，成型零件必須要做成可側(cè)向移動的，否則，塑件無法脫模。那么，帶動型芯側(cè)向移動的整個機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。
（5）自動脫螺紋的注射模
對帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的塑件，當(dāng)要求自動脫螺紋時(shí)，可在模具中設(shè)置能夠轉(zhuǎn)動的螺紋型芯或型環(huán)，利用注射機(jī)的往復(fù)運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，或設(shè)置專門的驅(qū)動和傳動機(jī)構(gòu)，帶動螺紋型芯或型環(huán)轉(zhuǎn)動，從而使塑件脫出。
（6）推出機(jī)構(gòu)設(shè)在定模一側(cè)的注射模
在一般情況下，注塑模開模后，塑件應(yīng)留在動模一側(cè)，因此，通常將推出機(jī)構(gòu)設(shè)在動模一側(cè)。但有時(shí)候由于塑件的特殊要求或者形狀的限制，開模后塑件仍將留在定模一側(cè)（或有可能留在定模一側(cè)），此時(shí)需要在定模一側(cè)設(shè)置推出機(jī)構(gòu)。
（7）熱流道注射模
在成型過程中，澆注系統(tǒng)中的塑料始終保持熔融狀態(tài)，每次注射完后，只有型腔中的塑件冷凝成型，取出塑件后可繼續(xù)注射，很大程度上節(jié)省了塑料的用量，既提高了生產(chǎn)效率，又保證了塑件的質(zhì)量。但由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求模溫控制較嚴(yán)格，否則容易在塑件澆口處出現(xiàn)疤痕。
1.6 本課題設(shè)計(jì)的與意義
1.6.1 設(shè)計(jì)目的
模具是現(xiàn)代加工行業(yè)中的基本工藝裝備，許多行業(yè)都對模具有大量的需求。隨著工藝的不斷發(fā)展，模具行業(yè)顯得越來越重要。模具技術(shù)水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標(biāo)，因此對模具的生產(chǎn)精度、使用壽命等相關(guān)要求不斷提高。本課題就是在這種背景下對梳子進(jìn)行工藝和結(jié)構(gòu)上的分析，設(shè)計(jì)出一副合理的注塑模具，使產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、產(chǎn)品精度及生產(chǎn)率得到提高。在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)化自己的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)模具工作零件加工工藝規(guī)程的編制，熟悉CAD、Pro/E等專業(yè)繪圖軟件。
1.6.2 設(shè)計(jì)意義
（1）掌握模具設(shè)計(jì)的方法和步驟；
（2）熟練掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力；
（3）運(yùn)用理論知識和實(shí)際生產(chǎn)知識進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)能力；
（4）掌握模具設(shè)計(jì)的基本技能，具有查閱和運(yùn)用資料、手冊等相關(guān)技術(shù)資料的能力?！?
2. 塑件的工藝分析
本課題是利用Pro/ENGINEER 5.0軟件對梳子進(jìn)行實(shí)體建模，Pro/E繪圖軟件的圖形設(shè)計(jì)是基于三維的。運(yùn)用Pro/E軟件繪制生成的模型直觀、立體感強(qiáng)、可以在任意角度進(jìn)行全方位觀察。此外，該系統(tǒng)還能自動分析出實(shí)體的體積、表面積、重量、重心等。使得設(shè)計(jì)者更清楚的掌握零件的特性。并且可以由立體圖生成三視圖，大大提高了工作效率和準(zhǔn)確性。
2.1 塑料梳子的三維視圖
2.1.1 梳子的基本外形尺寸
圖1 梳子平面圖
2.1.2 Pro/E繪制的梳子三維視圖
圖2 梳子成型塑件三維圖
2.2 基于Pro/E的塑料梳子制件三維設(shè)計(jì)
梳子塑件的實(shí)體圖可通過拉伸、斜度、倒圓角、陣列等功能進(jìn)行組合所繪制成的。其簡要繪制過程如下所述：
（1）通過拉伸命令繪制出梳子的外形輪廓，如圖3所示；
圖3 梳子的外輪廓
（2）通過插入斜度，設(shè)置拔模斜度為1o；
（3）通過拉伸命令并選擇去除材料，繪制出梳子塑件的一根齒數(shù)，如圖4所示；
圖4 梳子的一根梳齒
（4）通過陣列繪制出梳子的全部齒數(shù)，如圖5；
（5）通過倒圓角命令，完成梳子的全部形狀，如圖6；
圖5 梳子的全部梳齒 圖6 梳子塑件圖
2.3 塑件的成型工藝分析
2.3.1 材料的比較和選擇
在塑料工程中，“塑料”的定義為“以合成樹脂（或者化學(xué)改性的天然的高分子化合物）為基本成分，能夠在一定條件下（主要指溫度和壓力）塑化成型，產(chǎn)品最后能夠保持形狀不變的材料”。塑料在成型過程中表現(xiàn)出的各種性能的變化和變形流動性為，主要取決于塑料中的基本成分——高分子聚合物。
塑料的品種很多，分類方式也各有所異。通常情況下，塑料按照合成樹脂的分子結(jié)構(gòu)和受熱行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料；按照塑料的應(yīng)用范圍又可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。
在塑料制品設(shè)計(jì)選材時(shí)要從塑料的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能、精度以及成型工藝性幾個方面來綜合考慮。
梳子是我們?nèi)粘Ｉ钪惺殖Ｒ娪质潜夭豢缮俚乃芰袭a(chǎn)品，但通常對其精度和力學(xué)性能的要求較低，當(dāng)然對其成本要求也要低，加工性能良好。所以綜合考慮，梳子選用ABS塑料成型。
（1）ABS的性能分析
ABS成線性非結(jié)晶型結(jié)構(gòu)，是一種具有良好的綜合性能的工程塑料，既具有聚苯乙烯（PS）的良好成型性，聚丁二烯的韌性，又具有聚丁烯腈的化學(xué)穩(wěn)定性和表面硬度，抗拉強(qiáng)度可達(dá)35～50MPa；其沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，耐化學(xué)性，尺寸穩(wěn)定，電氣性能良好；ABS粘度適中，流動性較好，易于成型和機(jī)械加工；它的另一優(yōu)點(diǎn)就是耐氣候性，其塑件制品的適用范圍可達(dá)40～1000C,適應(yīng)性較廣。
ABS的主要性能指標(biāo)見下表一：
表一 ABS的性能指標(biāo)
密度/g·cm-3
1.02～1.08
屈服強(qiáng)度/MPa
50
比體積/cm3·g-1
0.86～0.98
拉伸強(qiáng)度/MPa
38
吸水率(%)
0.2～0.4
抗彎強(qiáng)度/MPa
80
熔點(diǎn)/0C
130～160
抗壓強(qiáng)度/MPa
53
計(jì)算收縮率(%)
0.4～0.7
拉伸彈性模量/MPa
1.4×103
比熱容/J(kg·0C)
1470
彎曲彈性模量/MPa
1.4×103
（2）ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)
1）注射成型過程
成型前的準(zhǔn)備。主要對ABS的色澤、粒度以及均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)；由于ABS的吸水性比較大，因此成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。
注射過程。梳子塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化后達(dá)到流動狀態(tài)，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔進(jìn)行成型。其主要過程可簡要分為：充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個階段。
塑件的后處理。處理的主要介質(zhì)是空氣和水，處理溫度一般為60～70oC,處理時(shí)間大概為16～20s。
2）注射工藝參數(shù)
查找有關(guān)資料和參考工廠的時(shí)間應(yīng)用情況，ABS的成型工藝可作如下選擇（試模時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整）：
注射機(jī)：螺桿式，
螺桿結(jié)構(gòu)形式：通用型。
料筒溫度（oC）：后段150～170；
中段165～180；
前段180～200。
模具溫度（oC）：50～80。
噴嘴溫度（oC）：170～180。
注射壓力（MPa）：60～100。
成型時(shí)間（s）：30（其中注塑時(shí)間取1.6，脫模時(shí)間取8s，冷卻時(shí)間20.4s）。
說明 1：干燥和預(yù)熱均采用鼓風(fēng)烘箱。
2：凡是潮濕環(huán)境使用的塑料，均應(yīng)進(jìn)行調(diào)濕處理，在100～1200C水中加熱2～18h。
2.3.2 塑件的分析
（1）結(jié)構(gòu)分析
從梳子的零件圖中分析，該塑件形狀不規(guī)則，壁厚為3～4mm,但塑件外形尺寸不大，塑料熔體的流程不太長，適合注射成型。
（2）尺寸精度分析
塑件的尺寸精度就是指所得到的塑件尺寸與制品圖中尺寸的相符合程度，即所得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。一般情況下，塑件的尺寸精度與模具的制造精度、模具的結(jié)構(gòu)形式、模具的磨損程度、塑件成型后的時(shí)效變化、塑件收縮率的波動以及成型時(shí)工藝條件的變化等有關(guān)。因此，塑件的尺寸精度并不高，所以應(yīng)在保證使用要求的前提下盡可能的選用低精度等級。
由于該塑件上的尺寸公差均為未注公差尺寸。查P115表3-6[7]可知，ABS材料的制件為MT5。該塑件的尺寸精度不高，無特殊的精度要求，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工就可以保證。
（3）表面質(zhì)量分析
該梳子塑件的表面除要求光潔，沒有缺陷、毛刺之外，再無其他特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。表面粗糙度Ra可取0.025μm。
綜上所述，該塑件結(jié)構(gòu)簡單，無特殊精度和結(jié)構(gòu)要求。因此，在注射成型過程中，只要工藝參數(shù)控制得當(dāng)，塑件是比較容易成型的。
3. 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式
3.1 分型面的確定
分型面是指分開模具，取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料時(shí)的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需求可能有一個或者多個分型面，常見分型面的形式主要有：水平分型面，垂直分型面，斜分型面，階梯分型面，曲面分型面以及平面、曲面分型面這幾種。
3.1.1 分型面的選擇原則
分型面除了受到排位的影響之外，還受塑件的形狀、外觀、澆口位置、精度、滑塊、推出、加工等多種因素的影響。分型面的選擇是否合理是塑件能否良好成型的主要先決條件，一般在選擇過程中考慮以下幾個方面：
（1）符合塑件脫模要求，即能使成型塑件從模具內(nèi)取出，分型面位置應(yīng)設(shè)在塑件外形最大輪廓處；
（2）分型線不影響塑件的外觀，即盡量不破壞外表面的光滑程度；
（3）盡量確保塑件開模式留在動模一側(cè)；
（4）確保塑件質(zhì)量；
（5）盡量避免形成側(cè)孔、側(cè)凹；
（6）滿足模具的鎖緊要求，盡量將塑件投影面積大的方向放置在動、定模的合模方向上，將投影面積小的方向作為側(cè)向分型面；
（7）合理安排澆注系統(tǒng)，尤其是澆口的位置；
（8）有利于模具加工。
3.1.2 梳子塑件分型面位置的確定
該梳子塑件外形基本為拉伸件，表面無特殊要求，從理論上分析，其分型面選擇有以下三種情況，如圖7所示：
圖7 梳子的分型面
在本次設(shè)計(jì)中，選擇上圖所示的平面2作為分型面，既不影響塑件成型時(shí)的外觀質(zhì)量，而且中間分型還有利于脫模。脫模后能保證塑件留在動模一側(cè)。
3.2 型腔的確定
3.2.1 型腔數(shù)量的確定
為使模具與注射機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并且能保證塑件的精度，在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須確定型腔的數(shù)目。一般情況下，在實(shí)際生產(chǎn)中常常根據(jù)注射機(jī)的最大注塑量和成型的經(jīng)濟(jì)成本來確定型腔數(shù)目。
多型腔的排列就是塑件的排位，就是根據(jù)需求將一種或多種塑件按合理注射工藝、模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列。其結(jié)構(gòu)一般分為兩種情況：一種是同一塑件采用一模多腔；另一種情況是不同塑件采用一模多腔。
由于該梳子塑件的精度要求不高，塑件的尺寸較小，且為大批量成產(chǎn)，所以可以采用一模多強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，考慮到塑件尺寸和模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及在制造時(shí)的各種成本費(fèi)和制造費(fèi)用等因素，初步定為一模四腔的結(jié)構(gòu)形式。
3.2.2 型腔排列形式的確定原則
多型腔的排列就是塑件的排位，是根據(jù)客戶的要求，將所需的一種或者多種塑件按合理的注射工藝、模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列。塑件的排位與模具的結(jié)構(gòu)、塑件的工藝性相輔相成，并將直接影響后期的注射工藝。因此，在確定型腔排列時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
（1）從注射工藝角度考慮：
1）流動長度。塑料的流動長度各不相同，如果流道長度超出工藝要求，塑件就不會充滿。
2）流道廢料。在滿足型腔充滿的前提下，流道長度及橫截面尺寸盡量要小，使得流道廢料最少。
3）澆口位置。澆口位置要統(tǒng)一。
4）進(jìn)料平衡。
按平衡式排位；
按大塑件靠近主流道、小塑件遠(yuǎn)離的方式排位，再調(diào)整流道、澆口尺寸。
5）型腔壓力平衡。
（2）從模具結(jié)構(gòu)考慮：
1）保證澆口套、流道離定模型腔邊緣有一定的距離，滿足封膠要求。
2）滿足模具結(jié)構(gòu)件如滑塊、楔緊塊、斜推桿等的空間要求：
模具結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度；
與其他模架零件沒有干涉；
有運(yùn)動時(shí)，行程要滿足脫模要求；多個運(yùn)動時(shí)，相互之間不能產(chǎn)生干涉；
3）為使冷卻效果達(dá)到最好，排位時(shí)需注意螺釘、推桿等對冷卻水孔的影響；
4）排位盡量緊湊。
3.2.3 型腔排列形式的確定
多型腔模具應(yīng)盡可能采用平衡式排列位置，切要求結(jié)構(gòu)緊湊，并與澆口開設(shè)的部位對稱分布。由于該模具選擇的是一模四腔的排位方式故采用H型對稱排列，使得型腔進(jìn)料平衡，如圖8所示。
圖8 型腔數(shù)量的排列布置
3.2.4 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
從上面的分析可得，本模具設(shè)計(jì)為一模四腔，對稱H型直線排列，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)初步選為推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，流道采用對稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口形式，且開設(shè)在分型面上。所以，定模部分再不需要單獨(dú)開設(shè)分型面來取凝料，動模部分還需添加支撐板、推件板等。由以上綜合分析可確定選用單分型面注射模。
3.3 注射機(jī)型號的確定
3.3.1注射量的計(jì)算
通過Pro/E建模分析可得梳子塑件的質(zhì)量屬性如下圖9所示，則：
塑件體積：
塑件質(zhì)量：
式中，。
圖9 塑件的質(zhì)量屬性
3.3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確數(shù)值的，但可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2～1倍來估算。由于在本次設(shè)計(jì)中，采用的流道簡單且較短。因此澆注系統(tǒng)的凝料可按塑件體積的0.3倍來估算，所以，一次注入模具型腔的塑料熔體的總體積（即4個塑件體積之和和澆注系統(tǒng)的凝料）為：
3.3.3 選擇注射機(jī)
根據(jù)3.3.2的計(jì)算得出一次注入梳子模具型腔的塑料總體積為，結(jié)合P98式（4-18）[1]有：
為確保塑件的質(zhì)量，注射模一次成型的塑件質(zhì)量應(yīng)為公稱注塑量的35%～75%，最大可達(dá)80%，最小不應(yīng)低于10%。
因此，綜合以上計(jì)算，初步選定公稱注射量為，注射機(jī)型號為XS-ZY-125螺桿式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表二。
表二 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
標(biāo)稱注射量/cm3
125
移模行程/mm
300
螺桿柱塞直徑/mm
42
最大模具厚度/mm
300
注射壓力/MPa
150
最小模具厚度/mm
200
注射速率/g·s-1
114
合模方式
液壓-機(jī)械
塑化能力/g·s
16.8
模具定位孔直徑/mm
100
注射行程/mm
160
噴嘴球半徑/mm
12
合模力/KN
900
噴嘴口孔徑/mm
4
拉桿空間/mm
260×360
注射時(shí)間/s
1.8
3.3.4注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核
（1）注射壓力的校核
查P74表4-1[1]可知：ABS所需的注射壓力為80～110MPa，
本次設(shè)計(jì)取，該注射機(jī)的公稱注射壓力，注射壓力安全系數(shù)，這里取，則：。
所以，該注射機(jī)壓力合格。
（2）鎖模力的校核
1）塑件在分型面上的投影面積：
由Pro/E分析測量可知：。
2）澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積：
即為流道凝料在分型面上的投影面積的數(shù)值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來確定。是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍。由于流道設(shè)計(jì)簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當(dāng)取小一些。
這里取。
3）塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積A總：
由P95公式（4-17）[1]可得：
4）模具型腔內(nèi)的脹型力：
由P74公式（4-4）[1]可得：
式中，是型腔的平均計(jì)算壓力值，通常取注射壓力的20%～40%，由P74表4-1[1]常用塑料注射時(shí)型腔的平均壓力可知其大致范圍為25~40Mpa，對于黏度較大的精度較高的塑件應(yīng)取較大值，而ABS屬于中等黏度并且塑件沒有精度要求。
故取。
由表二可知該注射機(jī)的公稱鎖模力，通常情況下鎖模力安全系數(shù)為
，本次設(shè)計(jì)取。
因?yàn)椋?
所以該注射機(jī)鎖模力合格。
4. 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 主流道的設(shè)計(jì)
主流道通常位于模具中心的塑料入口處，它是將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。常見主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時(shí)主流道凝料的順利拔出，主流道的尺寸將直接影響熔體的流動速度和充模時(shí)間。另外，由于主流道需要與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。
4.1.1 主流道的尺寸
（1）主流道的長度
對于小型模具應(yīng)盡量小于60mm，在本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行計(jì)算。
（2）主流道小端直徑：
（3）主流道大端直徑：
，式中。
（4）主流道球面半徑：
。
（5）球面的配合高度：
。
4.1.2 主流道的凝料體積
其計(jì)算如下：
4.1.3 主流道當(dāng)量半徑
其計(jì)算如下：
4.1.4 主流道澆口套的形式
由于主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損，故一般情況下都不將主流道直接開在定模上，而是將其單獨(dú)開在設(shè)在一個嵌套中，然后將此套再嵌入定模中，則該嵌套就稱為主流道襯套（有的文獻(xiàn)稱為澆口套）。
主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可以選購。對材料的要求也較嚴(yán)格，盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設(shè)計(jì)成一個整體，但考慮上述因素，通常仍然將兩者分開來設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)也方便選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。在設(shè)計(jì)時(shí)常常采用碳素工具鋼（T8A或者T10A），本次設(shè)計(jì)選用T8A，熱處理淬火表面硬度為40~43HRC，如圖10所示。
圖10 主流道澆口套的形式
在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
（1）要求襯套的長度與定模配合部分的厚度一致，且主流道出口處的端面不能突出于分型面，否則會造成溢料，也會壓壞模具。
（2）襯套與定模之間的配合采用H7/m6。
4.2 分流道的設(shè)計(jì)
分流道是澆口與主流道之間的通道，是塑料熔體進(jìn)入型腔前的通道，一般開設(shè)在分型面上，主要起分流和轉(zhuǎn)向的作用。對于多型腔模具必須設(shè)置分流道。在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下原則：
（1）塑件流經(jīng)分流道時(shí)的溫度損失和壓力損失要小；
（2）分流道的固化時(shí)間要稍后于制品的固化時(shí)間；
（3）能保證塑料迅速均勻地進(jìn)入各個型腔；
（4）分流道的長度要盡可能短，其容積要小；
（5）要便于加工及道具的選擇。
4.2.1 分流道的布置形式
分流道和型腔的分布形式主要有以下兩種形式：
（1）平衡式分布 其特點(diǎn)是：從主流道到各個型腔的分流道，其長度、橫截面積尺寸以及形狀完全相同，以確保各個型腔同時(shí)均衡進(jìn)料，同時(shí)充滿。其大體又可分為：輻射式、單排列式、Y型、X型、H型和綜合型。
（2）非平衡式分布 分為兩種情況：一種是各個型腔的形狀和尺寸相同，只是各型腔距主流道的距離各不相同；另一種是各型腔大小與流道長度均不相同。
本次設(shè)計(jì)中，為了減少在流道內(nèi)的壓力損失，以及盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還考慮到減少分流到的容積和壓力平衡，因此選擇采用平衡式（H型）分流道。如圖11所示。
圖11分流道布置形式
4.2.2 分流道的長度
分流道的長度與塑件的大小，型腔的排列、布置有關(guān)。
本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)四個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道的長度應(yīng)適中，具體尺寸如上圖11所示。
4.2.3 分流道的當(dāng)量直徑
流過一級分流道的塑料熔體的質(zhì)量：
但是由于該梳子塑件的壁厚在3~4mm之間，按照P12圖2-3[5]經(jīng)驗(yàn)曲線查得D′=4.6，再根據(jù)單項(xiàng)分流道長度為60mm，由P12圖2-5[5]可查得修正系數(shù)fL=1.05,則分流道直徑修正后為：
4.2.4 分流道的截面形狀
通常分流道的截面形狀有圓形、梯形、矩形、正六邊形和U形等。為減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，設(shè)計(jì)時(shí)要求流道的橫截面積大、表面積小。在實(shí)際生產(chǎn)中，圓形橫截面具有最小的壓力降和熱損失，所以效率最高，但受模具加工設(shè)備的限制，加工成本較高，并且必須在兩側(cè)模板都進(jìn)行加工，合模難以對齊，所以圓形橫截面的分流道使用不多；正方形流道凝料脫模困難；正六邊形的效率又低；U型橫截面流動效率低于圓形和正六邊形的，但其容易加工，又比圓形和正方形的流道更容易脫模；而梯形橫截面的流道與圓形的相比熱量損失較大，但是其流道便于選擇加工刀具，同時(shí)容易加工，所以，梯形橫截面的分流道使用也較為廣泛。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用梯形橫截面的分流道，其加工工藝性好，且流動阻力和塑料熔體的熱量散失也不大。查P93表4-6[1] ，其主要尺寸可見下表三。
表三 梯形截面分流道的形狀及尺寸
梯形截面
B
5
6
（7）
8
（9）
10
11
12
r
1～5
1～5
（1～5）
1～5
（1～5）
1
～
5
1～5
1～5
H
3.5
4
4.5
5
6
6.5
7
8
4.2.5 分流到截面尺寸
設(shè)梯形的下底寬為x，底面圓角半徑R=1mm。由表三設(shè)置梯形的高H=3.5mm，則該梯形的截面積為：
再根據(jù)該面積與當(dāng)量直徑為5mm的圓面積相等，可得
計(jì)算得x=5.15mm，則梯形上底約為5mm，如圖12所示。
圖12 分流道截面形狀
4.2.6 凝料體積
（1）分流道的長度為
（2）分流道截面面積為
（3）凝料體積為
考慮到圓弧的影響，取3.2cm3。
4.2.7 校核剪切速率
（1）確定注射時(shí)間：
查P95表4-8[1]可取t=1.6s。
表四 注射機(jī)公稱注射量與注射時(shí)間t的關(guān)系
公稱注射量
注射時(shí)間
60
1.0
125
1.6
250
2.0
（2）計(jì)算單邊分流道體積流量：
（3）計(jì)算剪切速率：由P95式（4-20）[1]得
該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5×10～5×10s之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率校核合格。
4.2.8 分流道的表面粗糙度和脫模斜度的確定：
分流道的表面粗糙度的要求不宜太小，以免把冷料帶入型腔，一般取Ra1.25~2.5μm之間即可，此處取Ra1.6μm。可以增大對外層塑料熔體的流動阻力，使得流速減小并與中心熔體之間有一定的速度差，可以保證熔體流動時(shí)具有合適的切邊速率和剪切熱。另外，其脫模斜度一般在5o~10o之間，本次設(shè)計(jì)取脫模斜度為8o。
4.3 定位圈的設(shè)計(jì)
定位圈與注塑機(jī)的定模固定板中心的定位孔相互配合，其作用主要是為了使主流道與噴嘴和機(jī)筒對中，由選擇的注射機(jī)的型號XS-ZY-125，結(jié)合P238表13-1[5]可知，定位孔的直徑為100mm，查P178表7-27[5]，選擇定位圈的形狀及尺寸如下圖13所示。
圖13 定位圈
注：1.未注表面粗糙度Ra=6.3μm，未注倒角1mm×45o；
2.材料有制造者選定，本次設(shè)計(jì)使用45鋼；
3.硬度28HRC~32HRC；
4.其余符合GB/T4170—2006的規(guī)定。
4.4 澆口的設(shè)計(jì)
該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，為便于調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和封閉時(shí)間，因此采用側(cè)澆口，其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，且澆口開設(shè)在分型面上，從型腔的邊緣進(jìn)料。
4.4.1 側(cè)澆口尺寸的確定
（1）計(jì)算側(cè)澆口的深度
根據(jù)P107[1]表4-10，可得側(cè)澆口的深度h的計(jì)算公式為
式中，t為塑件壁厚，這里去t=3mm；
n是塑件成型系數(shù)，對于ABS，其成型系數(shù)為n=0.7。
在工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，澆口深度常常先取最小值，以方便在后面試模時(shí)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)進(jìn)行修模處理。根據(jù)P103表4-9[1]中推薦的ABS側(cè)澆口的厚度為1.2～1.4mm ，此處澆口深度h取1.3mm。
（2）計(jì)算側(cè)澆口的寬度
根據(jù)P107[1]表4-10，可得側(cè)澆口的寬度B的計(jì)算公式為：
（3）計(jì)算側(cè)澆口的長度
根據(jù)P107[1]表4-10，可得側(cè)澆口可得點(diǎn)澆口的長度，一般選用0.7～2.5mm，這里取=0.7mm。
4.4.2 側(cè)澆口剪切速率的校核
（1）計(jì)算澆口的當(dāng)量半徑
由面積相等可得，由此矩形澆口的當(dāng)量半徑：
（2）側(cè)澆口剪切速率的校核
1）確定注射時(shí)間：
查P95[1]表4-8，可取t=1.6s；
2）計(jì)算澆口的體積流量：
3）計(jì)算澆口的剪切速率：由P95[1]式（4-20）可得
則:
該側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×103～5×104 s-1之間，所以澆口的剪切速率校核合格。
4.5 校核主流道的剪切速率
上面分別計(jì)算出了塑件的體積、主流道和分流道的體積（澆口的體積可忽略不計(jì)）以及主流道的當(dāng)量半徑，由此便可校核主流道的剪切速率。
（1）主流道的體積流量
（2）主流道的剪切速率
主流道內(nèi)的熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×102～5×103 s-1之間，所以主流道的剪切速率校核合格。
4.6 冷料穴的設(shè)計(jì)及計(jì)算
冷料穴又稱冷料井，一般設(shè)在主流道和分流道的末端，其主要作用是收集存放兩次注射間隔產(chǎn)生的冷料和料流前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔形成各種缺陷而影響制品的表面質(zhì)量。根據(jù)所處位置，可分為主流道冷料穴和分流道冷料穴。
本次設(shè)計(jì)既有。對于主流道冷料穴，在設(shè)計(jì)時(shí)可使其兼有開模式將主流道凝料從主流道中拉出來附在動模邊上的作用，由于塑件表面要求沒有特殊要求，采用推桿推出塑件，故采用與Z形拉料桿匹配的冷料穴。
而對于分流道冷料穴一般采用兩種形式，一種是將冷料穴設(shè)在動模深度方向上，設(shè)計(jì)方式與主流道冷料穴類似，另一種是將分流道在分型面上延伸作為冷料穴。本次設(shè)計(jì)選擇第二種類型。
注塑模具的作用：
是一種生產(chǎn)塑膠制品的工具；也是賦予塑膠制品完整結(jié)構(gòu)和精確尺寸的工具。注塑成型是批量生產(chǎn)某些形狀復(fù)雜部件時(shí)用到的一種加工方法。具體指將受熱融化的材料由高壓射入模腔，經(jīng)冷卻固化后，得到成形品。
動模板座的作用：
動模板座也叫做?？虬?，模板上面有導(dǎo)柱以及其他元件，它的作用就是用來閉合模仁，使動定模仁閉合穩(wěn)定。
定模板座的作用：
充當(dāng)分流道；固定導(dǎo)套；充當(dāng)型腔；做冷卻水道；固定澆口套；連接定模座板；為復(fù)位桿后退提供一個支撐。
復(fù)位桿的作用：
復(fù)位桿主要起到引導(dǎo)推桿板復(fù)位，在小型的模具中，復(fù)位桿套上彈簧，在推桿將
產(chǎn)品推出后，彈簧將推桿板彈回復(fù)位；在大型模具中，由于彈簧的彈力無法將推
桿版推回復(fù)位，這時(shí)要想將推桿復(fù)位，就要用到復(fù)位桿了。這時(shí)將模具合起來，
定模板就會推動復(fù)位桿將推桿板推回了，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位。
澆口套的作用：
澆口套又叫唧嘴、灌嘴、澆口灌，（英文翻譯為：Ingate Sleeve），是讓熔融的塑料材料從注塑機(jī)的噴嘴注入到模具內(nèi)部的流道組成部分，用于連接成型模具與注塑機(jī)的金屬配件。
凸模的作用：
作注塑空心產(chǎn)品的空心部分填充物；與模具的間隙配合可以用來做排氣系統(tǒng)。
凹模鑲件的作用：
鑲件就是鑲嵌在模仁中的一部分，由于局部需要排氣或冷卻或者不好加工，我們一般采用鑲拼的形式，這樣我們就要采取模仁中增加鑲件。
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