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桶蓋注塑成型工藝與模具設計
緒 論
1. 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展
改革開放以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2000年我國模具總產(chǎn)值預計為260-270億元，其中塑料模約占30%左右。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。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。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大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。
2. 未來我國塑料模具的主要發(fā)展方向
1）.提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。???????
2）.在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用?！?
????3）.推廣應用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且其常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保
塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。????
?????? 4）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。????????????
5）.提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低成本；再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。???????????
?6）.應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。??????????
?7）.研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。
任務來源及設計目的意義
1 設計任務來源
設計題目：桶 蓋
材 料：LDPE
生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)
技術(shù)要求：①未注圓角R0.5
②所有尺寸公差按SJ1372-78的4級精度
圖1.1
2 設計目的及意義
本設計題目為普通零件桶蓋，但對做畢業(yè)設計的畢業(yè)生有很大的設計意義，本設計概括了桶蓋塑料零件的設計要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者注塑模設計的基礎，為設計更復雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。本次設計為即將走進工作崗位的應屆畢業(yè)生綜合能力的深刻考察，全面地鍛煉了應屆畢業(yè)生的實踐動手等綜合能力。
第1章 模塑工藝規(guī)程編制
1.1 塑件的工藝性分析
1.1.1 塑件的原材料分析
本塑件的材料是低密度聚乙烯，屬于熱塑性塑料,從使用性能上看: 低密度聚乙烯由于含有較高的分子量、密度及結(jié)晶度，因此質(zhì)地堅硬、耐寒性能良好，在-70℃ 時還保持柔軟?；瘜W穩(wěn)定性很高，能耐酸堿及有機溶劑。吸水性極小，有很突出的電氣性能和良好的耐輻射性，用火焰噴涂法或靜電噴涂法涂于金屬表面，可以達到減摩和防腐蝕的目的。缺點是力學強度不高，熱變形溫度很低，故不能承受較高的載荷。
從成型性能上看:該材料流動性好,吸濕性小,吸水率小于0.01%,因此可不考慮干燥,但由于其收縮率很大以及其在相互垂直的兩個方向的收縮率差異更顯著,易引起制品翹曲等缺陷。又由于收縮率還和制品厚度有關(guān),應嚴格控制制品壁厚差異,以保證成型質(zhì)量。
1.1.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸、精度、及表面質(zhì)量分析
⑴ 結(jié)構(gòu)分析。
從塑料建零件圖上看，該零件總體形狀唯異型狀，其中球形曲面以及提手部位形狀構(gòu)成該零件主要特征，蓋的內(nèi)側(cè)有三處內(nèi)側(cè)凹，這就要模具設計時必須設置測向抽芯機構(gòu)。另外要想同時成型球形曲面以及提手部位，就必須把型芯設計成組合式。由此可見本制品屬于較為復雜的類型。
⑵ 尺寸精度分析
由于該塑件為普通的生活用品,還是收縮綠很大的塑件,其尺寸精度要求并不很高,多為自由精度尺寸。由于￠150要與桶口配合,自然為相對較為重要的尺寸,可取中級水平精度。而其他幾個尺寸相對而言則為次要尺寸,尺寸精度按自由精度等級看待。由此可見本塑件尺寸精度不高,對應模具工作零件的加工尺寸很容易得到保證。
從塑件壁厚上看:提手截面與桶蓋壁厚尺寸有很大差異。根據(jù)有關(guān)資料查尋可知PE最小壁厚為0.6mm。本例采用經(jīng)驗推薦值1.6mm,又因為了保證成型質(zhì)量,應控制制品壁厚差異在20%以內(nèi),又為了增強提手部位與蓋體的連接強度,可取提手截面長度20mm。
⑶ 表面質(zhì)量分析
該零件的表面除了要求沒有缺陷、毛刺、還有提手部分表面要求相對光滑,以保證制件使用時便于提拿,其他的并無特別的表面質(zhì)量要求,因此比較容易實現(xiàn)。
綜合分析,由以上可知,注塑成型時只要工藝參數(shù)控制好的情況下,零件的成型要求可以得到保證。
1.2 塑件體積和質(zhì)量的計算
計算制品重量和體積的目的是為了選擇注塑設備和確定成型總體方案。由于本塑件制品結(jié)構(gòu)外形比較復雜,要想計算其體積和質(zhì)量,必須采用分割計算的方法對其進行分析計算。本例把制品分為三個部分如圖1.2中的I、II、III。
1.2.1 計算塑件的體積
查有關(guān)手冊獲低密度聚乙烯的密度。
⑴ 球形空間部分
根據(jù)球缺公式：。
確定公式中有關(guān)參數(shù)：H=25mm 壁厚t=1.6mm R=60mm h=23.4mm =61.6mm
=14793.6
⑵ 桶提手部分
根據(jù)公式：
公式中參數(shù): =160
40960
⑶ 桶體部分
根據(jù)公式:
公式中參數(shù):D=150mm d=146.8mm H=23.4mm
17454.9
則可知塑件總體積為:
V=++=73208.5
圖1.2
1.2.2 計算塑件的質(zhì)量
由公式可獲: W=73208.5=67.72g
1.2.3 擬選注塑設備
在本例中根據(jù)塑件的質(zhì)量以及LDPE在熔融狀態(tài)下的密度等參數(shù)來擬選注塑機。
查有關(guān)手冊獲體積膨脹率的校正系數(shù)c取0.85 =0.85=0. 。
先求成型本塑件所需的最大注塑量,因本例中澆注系統(tǒng)所占的質(zhì)量未知,這樣就得修正塑件質(zhì)量值。本例取修正值為W=70g則最大注塑量為:
g
=112.5/0.786 =143.12
依據(jù)的原則擬選XS-ZY-250型注塑機,另外考慮到塑件的結(jié)構(gòu)外形尺寸擬采用一模一件的模具結(jié)構(gòu)。
1.3 塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找《中國模具設計大典》卷二和參考工廠實際應用的情況，LDPE的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。試模時，可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整。
注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度： 后段溫度選用160℃；
中段溫度
前段溫度選用200℃；
噴嘴溫度：選用160℃；
注塑壓力：選用 109MPa；
注塑時間：選用 5s；
保 壓：選用 72MPa；
保壓時間：選用 20s；
冷卻時間：選用 30s。
成型周期：選用 55s
模具溫度：選用 30℃
第2章 注塑模的結(jié)構(gòu)設計
注塑模結(jié)構(gòu)設計主要包括：模具型腔數(shù)目的確定、分型面選擇及型腔的排列方式和冷卻水道布局以及澆口位置設置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計、推出機構(gòu)的設計、導向定位系統(tǒng)的設計、機械設計結(jié)構(gòu)設計、排氣系統(tǒng)設計等內(nèi)容。
2.1型腔數(shù)目的確定
確定型腔數(shù)目的因素有技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟指標。其中技術(shù)參數(shù)包括鎖模力、塑化能力、最大和最小注塑量、模板尺寸、制品尺寸精度和流變參數(shù)等。這些因素綜合影響了模具型腔數(shù)目的確定,本例根據(jù)制件的具體結(jié)構(gòu)特點結(jié)合這些因素綜合考慮.
由于制件結(jié)構(gòu)比較復雜而且壁厚相差很大,各部分的成型工藝有很大差異,要想保障制品成型的質(zhì)量,就必須嚴格控制制品整體綜合成型工藝。本制品從尺寸上看是中型制件;由于結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì),即使制品精度要求不高,然而綜合考慮側(cè)向抽芯以及制件脫模等因素,不得不選擇一模一腔。如果選擇一模具多腔,不但很難保障制品的成型質(zhì)量,而且還大大提高了模具結(jié)構(gòu)的復雜度、增大模具的制造加工成本。綜合來看本例采用一模一腔較為合適。
2.2 制品在模具中的位置的確定
制品在模具中的位置，直接影響到模具結(jié)構(gòu)的復雜程度、模具分型面的確定、澆口的設置、制品的尺寸精度和質(zhì)量等。因此，開始制定模具方案時，首先必須正確考慮制品在其中的位置；然后再考慮具體生產(chǎn)條件(包括模具制造的)、生產(chǎn)批量所需的機械化和自動化程度等其它設計問題。
2.2.1 制品在模具中的位置確立的原則
制品在模具中的位置確立的基本原則：制品或制品組件(含嵌件)的正視圖，應相對于注塑機的軸線對稱分布，以便于成型；制品的方位應便于脫模，注塑模塑時，開模后制品應留在動模部分，這樣便于利用成型設備脫模；當用模具的互相垂直的活動成型零件成型孔、槽、凸臺時，制品的位置應著眼于使成型零件的水平位移最簡便，使抽芯操作方便；最后制品位置的選定，應結(jié)合澆注系統(tǒng)的澆口部位、冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的布置，以及制品的商品外觀要求等綜合考慮。
2.2.2 制品在模具中的位置的確立
依據(jù)上述放置制品的原則,本制品根據(jù)其成型特點確定為附錄模具總裝圖中所示的位置。
2.3 分型面的形式以及位置選擇
模具設計開始的關(guān)鍵一步，就是選擇分型面的位置。分型面的選擇受塑件形狀、壁厚、成型方法、后處理工序、塑件外觀、塑件尺寸精度、塑件脫模方法，模具類型、型腔數(shù)目、模具排氣、嵌件、澆口位置與形式以及成的型機的結(jié)構(gòu)等影響。
2.3.1 分型面的形式選擇
結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)特點以及防止熔料從分型面濺出而形成飛邊的角度來分析本副模具分型面形式的選取。
本模具的主分型面擬采用水平分型面形式，然而除了主分型面外，由于本制件的成型結(jié)構(gòu)較為特殊，況且模具結(jié)構(gòu)存在內(nèi)外抽芯結(jié)構(gòu)，為便于制件從固定成型芯和活動成型芯上脫模，同時為了使模具中連桿機械機構(gòu)的準確運行，就必須設置輔助分型面。
2.3.2 分型面的位置選擇
選擇分型面的原則是：脫出塑件方便、模具結(jié)構(gòu)簡單、型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無損塑件外觀、設備利用合理，根據(jù)此原則以及本塑件的成型要求來選擇分型面。
圖2.1
該塑件為提桶蓋，表面質(zhì)量并無特殊要求，由于提手部位是經(jīng)常與人們接觸的部位，且提手截面為圓弧過渡式的異形狀，而且厚度為制品中最大的部位，綜合這些因素，則可考慮主分型面的位置如圖2.1選擇。
另外輔助分型面的位置可參考附錄模具總裝圖的分型面A以及分型面C所示的位置。
總之，該三個分型面的上述選擇既可降低模具結(jié)構(gòu)的復雜程度，又能減少模具加工難度，保證制品的順利脫模，故選擇了這種位置方式。
2.4 排氣系統(tǒng)設計
注塑模的排氣是模具設計中不可忽視的一個問題，排氣的優(yōu)差關(guān)系到制品的成型質(zhì)量的高低。這是因為制件氣孔、組織疏松、空洞等缺陷都是因為排氣不暢，使模具積存氣體，產(chǎn)生氣泡引起的。因此可以看出排氣系統(tǒng)在模具設計中的重要性。
注塑模的排氣方式有多種方式，主要以排氣槽排氣、分型面排氣以及拼鑲件縫隙排氣等排氣方式。由于本模具采用鑲拼式型腔、型芯結(jié)構(gòu)，則可以利用拼鑲件的縫隙排氣，又結(jié)合多分型面的特點，也可以利用分型面排氣。兩種排氣方式的選擇足可以保證制品的成型質(zhì)量。而就不用考慮開設排氣槽排氣的排氣方式了。
2.5 澆注系統(tǒng)的設計與計算
澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位，它的設計合理與否直接對制品的成型起到?jīng)Q定的作用。這就要求模具設計者除了研究模具結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)之外，還必須對成型技術(shù)有較為深刻的理解。這樣才能使模具制造技術(shù)與成型工藝有機地結(jié)合在一起，生產(chǎn)出既經(jīng)濟又高質(zhì)量的產(chǎn)品。
2.5.1 澆注系統(tǒng)的設計原則
澆注系統(tǒng)的設計原則為首先要排氣良好，能順利地引導熔融塑料填充到型腔的各個深度，不產(chǎn)生渦流和紊流，并能使型腔內(nèi)的氣體順利排出；在滿足成型和排氣良好的前提下，要選取短的流程來充填型腔，且應盡量減少彎折，以降低壓力損失，縮短填充時間。應盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯彎曲變形或嵌件移位；澆口位置和形式應結(jié)合塑件形狀考慮，做到整修方便并無損塑件的外觀和使用；另外澆注系統(tǒng)的斷面積和長度應盡量取小值，以減少澆注系統(tǒng)占用的塑料量，從而減少回收料。
2.5.2 直澆口式主流道的選擇與設計
結(jié)合本模具的結(jié)構(gòu)特點以及制件材料和結(jié)構(gòu)特點，對澆注系統(tǒng)的設計方式進行分析選擇。在澆注系統(tǒng)的設計中，由于本副模具，采取的是一模一腔的形式，所以可不考慮分流道的設計。在設計中澆口形式的選擇突出整個澆注系統(tǒng)的特點。分析和研討各種形式澆口的特點和應用范圍，本例擬選用直澆口式澆注系統(tǒng)，這是因為直澆口式一般用于加工熱敏性及高黏度材料，成型高質(zhì)量的大、薄型制品，且用于一模一腔的模具中能夠達到流程短、充?？?、成型迅速等原則的設計要求。
2.5.2.1 主流道設計
依據(jù)模具設計有關(guān)手冊查獲XS-ZY-250型注塑機噴嘴的有關(guān)尺寸參數(shù)：
噴嘴前端孔徑 =4mm
噴嘴前球面半徑 =18mm
依據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系
取主流道球面半徑R= +（1——2）mm
小端直徑d=+（0.5——1）mm
由此可取主流道球面半徑R=19mm，取主流道小端直徑為4.5mm。
依據(jù)主澆口的以往設計實踐經(jīng)驗，在其長度大于30mm時候，大端直徑可取經(jīng)驗值D=9mm。則直澆道設計草圖如圖2.2所示：
圖2.2
2.5.2 .2直澆口式主流道襯套設計
為防止襯套在塑料熔體反壓力作用而推出定模，選用B型襯套，其結(jié)構(gòu)草圖如圖2.3所示，其中具體尺寸查有關(guān)手冊并結(jié)合本副模具設計特點來確定，具體如下：
圖2.3
2.5.2.3 直澆口式主流道定位環(huán)設計
直澆口式主流道定位環(huán)設計可選擇如下圖2.4所示,其所示尺寸將分別與注塑機定位孔和定模上定位孔相配合。
圖2.4
2.6 側(cè)抽芯機構(gòu)設計與計算
本例塑件側(cè)壁有三處內(nèi)側(cè)凹，它們均垂直于脫模方向，又因為塑件為薄壁件以及沒有足夠的彈性變形空間而無法利用強制脫模完成內(nèi)抽芯，因此必須設置側(cè)向抽芯機構(gòu)來完成抽芯。又由于塑件結(jié)構(gòu)限制，不能利用斜導柱抽芯機構(gòu)完成。總之本例利用斜滑塊內(nèi)抽芯機構(gòu)完成內(nèi)抽芯。其利用開設著導滑槽的滑塊與在固定型芯協(xié)作來完成抽芯動作。此抽芯機構(gòu)抽芯動作與塑件的脫出同時進行，而且斜滑塊的剛性大，傾斜角可比斜導柱的傾斜角大，通常不超過30°，斜滑塊的頂出高度一般不超過導滑長度的為2/3以免影響使用的可靠性。
2.6.1 側(cè)抽芯機構(gòu)設計的參數(shù)計算
⑴ 確定抽芯距
臨界抽芯距可參照圖2.5來確定 。
臨界抽芯距的計算公式 ：
設計抽芯距：S=+（1--2）
S=12.86mm
圖2.5
⑵ 抽芯力計算
抽芯力的計算可按以下公式確定：
公式參數(shù)確定：
側(cè)型芯成型部分截面周長 C=158mm
側(cè)型芯成型高度 h=0.8mm
塑件對單位面積上的包緊力，取值范圍 8—12Mpa，本例取大約數(shù)值10Mpa
摩擦系數(shù) 取0.2
脫模斜度 =
則抽芯力=251.6N
⑶ 滑塊傾斜角度
本例取滑塊傾斜角度為。
⑷ 滑塊和導滑槽設計
2.6.2 滑塊的結(jié)構(gòu)設計
⑴ 滑塊的設計形式
本副模具側(cè)向抽芯機構(gòu)主要是為了成型制件的內(nèi)側(cè)凹，由于制件內(nèi)側(cè)凹很淺，且抽芯距很小，滑塊活動空間不大等限制，滑塊外形尺寸很小，另外考慮到滑塊成型部分強度以及運動因素，就把滑塊設計成整體形式，其結(jié)構(gòu)可參考上圖7。其工作成型部分尺寸在以后章節(jié)詳細確定。
⑵ 滑塊的導滑方式
本副模具導滑方式，是在主型芯上開設導滑槽。為了使導滑緊湊，不溢料，滑塊與型芯導滑槽的加工精度必須很高，且裝配緊密，滑動靈活。須要采用配磨、配研的裝配方法。
2.7 模具加熱與冷卻系統(tǒng)的設計
本制品在注塑成型時不要求有很高的模溫，因而在模具上可不考慮開設加熱系統(tǒng)。由于塑件體積比較大，熔料流動區(qū)域大，且各部分料流不均勻，因此需要開設冷卻系統(tǒng)。以下是其的設計計算：
設定模具平均工作溫度為，用 的常溫水作為模具冷卻介質(zhì)。
2.7.1 冷卻系統(tǒng)設計的參數(shù)計算
⑴ 塑料傳給模具的熱量
公式： Q=nmq
公式參數(shù)確定：
① 其中比熱容查手冊獲2.31kj/kg.K。
熔體充模溫度取 ，
脫模溫度取，
熔融潛熱查手冊得468kj/kg
則得 Q=768.3kj/kg
② n =3600/T n=65次
m =0.07kg（前定）
總之，q的值可得為3495.7kj/kg
⑵ 冷卻水帶走的熱量計算
=95%Q=3320.9kj/kg
⑶ 熱傳導面積的計算
總計算公式：
公式中參數(shù)確定：
進出模溫度差取℃。
冷卻水熱傳導系數(shù) 由公式確定。
此公式中的參數(shù)冷卻水道直徑查手冊和取經(jīng)驗推薦值8mm，且冷卻水流速取1.66m/s。
冷卻水的平均溫度取20℃。
則從而可知為3147.3。
由以上綜合可得到=19539.9。
⑷ 冷卻水管總長度計算
由公式確定：=1777.4mm。
2.7.2 冷卻水道的布置
冷卻水道的位置取決于制件的形狀和不同的壁厚。原則上：冷卻水道應設置在塑料向模具熱傳導困難的地方，根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則，冷卻水道應圍繞模具所成型的制品，且盡量排列均勻一致。
由于模具采用拼鑲結(jié)構(gòu)，且制品成型在所鑲?cè)氲蔫偧?，在大多?shù)模具中，因鑲件尺寸尺寸原因不易加工冷卻水道，可以采用冷卻水道包圍鑲件的方法。則如圖2.6所示的布置方式：
圖2.6
另外兩處冷卻管道布置在定模板和定模推板上，在模板上的水道分布方式可參照后章節(jié)的模板零件圖。
2.8 脫模機構(gòu)的設計與計算
脫模機構(gòu)是本副模具設計的難點，由于制品結(jié)構(gòu)復雜，要保證制品的順利脫模，就必須設計合理的的脫模機構(gòu)。對于本副模具由于制件提手部位結(jié)構(gòu)特點，不得不考慮用兩瓣式活動型芯在連桿的驅(qū)動下完成脫模。另外為了使定模部分主型芯上的制件順利脫模，本副模具采用拉鉤脫件板定模頂出機構(gòu)。定模頂出系統(tǒng)在成型過程中，必須嚴格控制其開模行程，否則當開模行程過大時，會拉斷聯(lián)接動模與定模頂出裝置的拉桿。
當采用定模頂出系統(tǒng)時，為避免由于主流道過長所造成廢料比例增加的問題以及減少在成型過程中的壓力損失，可采用以加長噴嘴深入到模具中去的辦法，以減小主流道的長度。本例就應用到了這一點。
2.8.1 拉鉤脫件板定模頂出機構(gòu)設計
⑴ 脫模力的計算
為了簡化運算，暫不考慮主型芯上滑動鑲塊的作用，可對本塑件進行受力分析。參照圖2.7所視受力平衡坐標系，列平衡方程。
方程中參數(shù)表示：為脫模力，為包緊力，F(xiàn)為摩擦力，為脫模斜度=。為摩擦系數(shù)
其中
另外
摩擦系數(shù)取0.2，包容面積A=10791.7 ， 單位面積包緊力p取10Mpa。
由上述可利用公式獲得=20643.7N。
圖2.7
⑵ 推件板厚度確定
推件板厚度可以利用公式來確定。
查手冊推件板變形量取0.12mm, E彈性模量。因為用擺鉤裝置驅(qū)動推件板則取為450mm,另外B取400mm。
綜上所述可知,推件板厚度t=30.8mm。
⑶ 拉鉤脫件板定模頂出機構(gòu)工作行程擬訂
拉鉤脫件板定模頂出機構(gòu)工作行程,必須達到塑件順利脫離主型芯,并順利同時完成內(nèi)抽芯,還要保證主澆道能夠順利自動脫落.然而要想達到它們協(xié)調(diào)成功完成,就必須準確定出開模行程.我們根據(jù)主澆道長度以及塑件總高度,初步擬訂開模形成為80mm,以后根據(jù)模具整體動作協(xié)作,進行調(diào)整。另外拉鉤脫件板定模頂出機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式可參照模具裝配總圖所示。
2.8.2 楔柱連桿協(xié)作分模機構(gòu)設計
本模具分模脫件的另一典型特征就是利用了楔柱連桿協(xié)作分模機構(gòu)。這種機構(gòu)驅(qū)動活動兩瓣活動型芯轉(zhuǎn)動進行橫向分模抽芯.本機構(gòu)在彈簧的驅(qū)使下模具首先分型時后移楔柱,給連桿與兩瓣活動型芯以運行空間,使兩瓣活動型芯繞轉(zhuǎn)軸向兩側(cè)外擺動完成橫向分模抽芯。
楔柱連桿協(xié)作分模機構(gòu)的工作行程受多種綜合因素影響,也很難精確確定。`其中連桿在模具開模方向上的距離L是該機構(gòu)的最關(guān)鍵參數(shù)。要求兩瓣活動型芯隨開模方向運動的同時能夠保證兩瓣活動型芯的各瓣塊能夠順利脫離球型曲面空間且使提手部位準確完成分模。其距離L可根據(jù)兩瓣活動型芯動作示意圖2.8確定。
看圖解析如下：
兩瓣活動型芯開模方向上的臨界運動距離
兩瓣活動型芯橫向抽芯的臨界距離b
圖2.8
另外有以下關(guān)系式：
=R-h
b= Rsin h=Rcos
其中公式中活動瓣塊型芯可在多次模擬實驗的情況下確定大約值為。半徑R為活動瓣塊型芯工作公稱尺寸62.9mm。
由以上可知h=30.5mm b=55.01mm
=32.4mm
則L取值大約為35mm。而對于模具A分型面的開模行程要比連桿開模方向上的運動距離L要稍微增大些，使之與限位拉桿的限位距離相符合?？扇ラ_模行程為42mm。
另外楔柱的鎖緊作用也是非常重要的，其還起到定位作用。對保證制品成型的質(zhì)量以及不產(chǎn)生缺陷有很大的意義。所以對楔柱圓錐形狀頭部以及瓣塊型芯上與之相照應的錐形孔的形狀尺寸也有特別要求。詳細參照它們零件圖中所確定的尺寸要求。
2.9 導向定位系統(tǒng)以及其他零件的設計
對合導向機構(gòu)的功能是保證動、定模部分能夠準確對合。使加工在動模和定模上的成型表面在模具閉合后形成形狀和尺寸準確的腔體，從而保證塑件形狀、壁厚和尺寸的準確。
導柱對合導向在注塑模中應用最普遍，結(jié)合本例的模具總體尺寸以及成型要求，擬采用四導柱布局的導柱對合導向機構(gòu)進行導向定位。另外為了保證模具成型精度，采用兩套四導柱對合導向機構(gòu)。在本副模具中定距拉桿的作用也很關(guān)鍵，以下也將對它的選用說明。
2.9.1 導柱設計
根據(jù)導柱配合直徑d與模板外形尺寸關(guān)系和查以往經(jīng)驗值，選d=35㎜的標準直形導柱為動模推件板導柱。
其標準參數(shù)值為d=㎜，㎜ ㎜ ㎜
結(jié)合本模具上模部分的高度，選㎜，㎜。其材料選為T8A。
另外選d=40mm的直導柱做為整個模具的導向系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖可參照模具總裝圖所示，其尺寸參數(shù)為d=㎜，㎜ ㎜ 為了便于固定取S=85㎜，結(jié)合模具總高度選擇L=315㎜。
其結(jié)構(gòu)如下圖2.9：
圖2.9
2.9.2 導套設計
為配合動模推件板導柱，選擇標準導套。其結(jié)構(gòu)與尺寸查有關(guān)手冊確定如下：本例選擇帶肩導套I型。如圖2.10
圖2.10
其標準參數(shù)值為 ㎜ ㎜ ㎜ ㎜㎜ ㎜ R=1.5 ㎜ ㎜
為了與模具整體導柱配合完成的上下模導向精確，選擇與d= 40㎜導柱配合的幾節(jié)導套共同參數(shù)為 ㎜ ㎜ ㎜ 各節(jié)導套長度根據(jù)模板厚度選擇標準值分別為：㎜，㎜，㎜，㎜。
由于本副模具采用的是定模具頂出機構(gòu)，定模部分的推件板以及墊板都在開模時需要導柱的導向作用，因此需要為d=32㎜導柱的設計中間導套。其與導柱配合直徑尺寸與上述導套尺寸一致，其長度與推件板和墊板厚度總和一致，在此就不再贅述。本副模具是把起整體導向作用的導柱的布局方式選用四根直徑相同對稱布置方式，以及結(jié)合為定模具頂出機構(gòu)起導向作用的兩小導柱的對稱分布來構(gòu)成模具導向系統(tǒng)的整體布局。詳細位置尺寸和結(jié)構(gòu)形式可參照動模板零件圖中所示。
2.9.3 限位拉桿的設計與選用
限位拉桿的設計草圖如圖2.11，限位拉桿的長度可根據(jù)模板的厚度和確定，另外限位距離要根據(jù)開模行程而定。本模具動定模上限位拉桿長度分別初定為125mm和158mm。直徑d取32mm，D取40mm。
圖2.11
2.9.4 彈簧的選用
本副模具中利用了彈簧作用進行了首先分模，根據(jù)彈簧在模具中受到的沖擊次數(shù)的大約值，可估算其沖擊次數(shù)約在次之間，且根據(jù)與其配合作用限位拉桿的直徑，擬選中徑為38mm的標準彈簧。其其他的標準參數(shù)：
彈簧絲直徑d=4.5mm 節(jié)距t=12.91mm 最大工作負荷=449.36N 最大工作負荷下單圈變形=6.013mm。
2.10 成型零件結(jié)構(gòu)設計
本副模具工作零件結(jié)構(gòu)都比較復雜，依據(jù)制品的成型要求，把本模具工作零件分為瓣狀型芯、主型芯和動模鑲件。
⑴ 動模鑲件的設計
考慮到加工的難易程度以及材料的利用等因素，本副模具凹模采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)形式。其結(jié)構(gòu)形式如附件動模鑲件零件圖03。
⑵ 凸模設計
本副模具中瓣狀型芯、 主型芯 、小型芯以及滑塊型芯機構(gòu)都屬于模具凸模類零件。其中瓣狀型芯的結(jié)構(gòu)較為復雜，有一定的加工難度。另外滑塊型芯與主型芯導滑槽由于有很高的配合要求，對它們的加工精度的保證，也是很關(guān)鍵的問題。它們的結(jié)構(gòu)尺寸可分別參照附件零件圖02、03、04。
第3章 模具設計的有關(guān)計算和注塑機參數(shù)校核
3.1 模具設計的相關(guān)計算
本副模具中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。
查有關(guān)設計手冊獲得低密度聚乙烯的收縮率為S=1.5%--5%，因此平均收縮率為=（1.5+5）%/2=3.5%。根據(jù)成型零件尺寸與塑件尺寸精度的關(guān)系，模具制造公差取。
3.1.1型芯和型腔工作尺寸計算
型芯和型腔工作尺寸的計算過程見下表3.1。
類 別
序號
模具零件名稱
塑件尺寸
計算公式
工作零件尺寸
型
腔
計
算
01
動
模
鑲
塊
型
芯
01
兩
瓣
型
芯
型
腔
計
算
02
型
腔
03
主
型
芯
型
芯
計
算
02
小
型
芯
滑
塊
型
芯
3.1.2 型腔側(cè)壁厚度和底板厚度計算
㈠ 動模鑲件側(cè)壁厚度和底板厚度計算
動模鑲件型腔為整體式圓形型腔，根據(jù)整體式型腔壁厚計算公式，求型腔壁厚：
公式：
公式中參數(shù)說明：模腔壓力可?。?.2﹏0.4），則=45Mpa；動模鑲件選用材料45鋼，其=160Mpa。則由以上可知計算結(jié)果：=35.3。
根據(jù)底板厚度計算公式可計算出底板厚度為34.4㎜?？紤]到模具中還要安裝其他零部件，故由此可確定動模鑲件的外形尺寸為210mm
㈡ 動模鑲件成型提手部位側(cè)壁厚度計算
由上述公式得成型提手部位側(cè)壁厚度為6.5mm，圓整為10mm。
總之，其具體結(jié)構(gòu)尺寸可參查附件模具動模鑲件零件圖01。
3.2 模具閉合高度的確定
3.2.1 模具支撐與固定零件設計
由前述各機構(gòu)活動空間尺寸參數(shù)以及模具工作零件的設計完成，模具支撐與固定零件設計就可以加以確定了。結(jié)合以往工作經(jīng)驗數(shù)據(jù)，可選擇標準模板選擇材料為Q235鋼。在保證模具中楔柱連桿協(xié)作分模機構(gòu)工作順利的同時，可確定模具定模固定板厚度=63㎜，另外動定模模座板厚度確定的原則是：一是要滿足結(jié)構(gòu)裝配需要，二是要滿足強度等需求，即在加工和工作時不變形（鎖模時受壓，開模時受拉）?？筛鶕?jù)理論按開模受拉時螺釘四周受剪，機床壓板同螺釘對模板對拉造成彎曲進行強度計算。一般按經(jīng)驗進行選取，顯然模板的面積越大取得越厚，本例按以往經(jīng)驗取定模座板=40㎜，動模座板=25㎜其中它們的外形尺寸B×L為435㎜×450㎜，而其他各模板的外形尺寸B×L為400㎜×450㎜。再定模墊板=20㎜，以及定模推件板=30㎜（已定），根據(jù)工作零件的安裝和裝配要]選標準模板厚度取動模板=80㎜ ，在滿足楔柱連桿協(xié)作分模機構(gòu)順利工作下取動模墊板=80㎜。模板的具體結(jié)構(gòu)尺寸特征以及公差精度要求，可參照附件模具零件圖04、05。另外固定零件可根據(jù)模具外形尺寸選取，選用標準螺栓。
3.2.2模具閉合高度的確定
由以上可知模具閉合高度可確定為：
H=++++++
=40+20+30+80+80+63+25=338㎜
3.3 注塑機參數(shù)校核
由以上可知，本副模具的外形尺寸為。XS-ZY-250型注塑機的模板最大安裝尺寸為448㎜×370㎜，故能滿足模具的安裝要求。
由上節(jié)計算模具的閉合高度H=338㎜，XS-ZY-250型注塑機所允許模具的最小厚度=200㎜，最大厚度=350㎜，可以看出模具滿足安裝條件。
由前些章節(jié)可確定模具的開模行程。由前面章節(jié)可確定制件與直澆道的總長度為80㎜，A分型面開模行程為42㎜，而B分型面開模行程可擬定為35㎜。而XS-ZY-250型注塑機的最大開模行程S=500㎜。
=80+35+40+10
=165㎜
另外，由于側(cè)分型抽芯距很小，不會對模具行程影響很大，因此注塑機的開模行程足夠大。
綜上所述，XS-ZY-250型注塑機能滿足使用要求，因此可以采用。
第4章 模具總裝圖和非標準零件工作圖的繪制
模具總裝草圖、模具總裝配圖和非標準零件工作圖參考附件。
本模具的工作原理：
模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動板一起運動，在彈簧5的作用下， A分型面首先被打開，楔柱43脫離鎖緊狀態(tài)，當彈動L距離后，連桿26便帶動型芯07(24)以軸25為中心轉(zhuǎn)動完成球面和提手抽芯。當限位拉桿4受阻時，即使B分型面分型，當擺鉤37接觸撥塊36后，迫使C面分型，此時定模推板12托住制品，使其脫離型芯20，與此同時迫使型芯20沿著滑塊13上的斜滑槽滑動并完成內(nèi)側(cè)抽芯。當限位拉桿15對定模推板12限位后，C面開距不再增大，繼續(xù)開模將使擺鉤37被強行脫開撥塊36，使B面開距增大，完成全部開模過程，從中取出制件以及澆口。
第5章編寫主要工作零件加工工藝規(guī)程
在此僅對模具典型成型零件主型芯和動的加工工藝進行分析。
5.1 主型芯的加工工藝
主型芯的加工工藝過程如下表5-1：
表5-1型芯的加工工藝過程
序號
工藝名稱
工 藝 內(nèi) 容
01
下料
鋸取160×160×200㎜方形塊料鍛壓，并進行鍛后退火處理。
02
銑床加工
①粗銑方坯料為圓形，留加工余量為0.5㎜
②粗銑階梯圓軸保證直徑分別達到㎜和㎜。
03
劃線加工孔
在端面上劃線，并鉆床加工㎜的型芯孔和主流道的線切割工藝孔
04
線切割加工
線切割加工主流道。
05
數(shù)控銑加工
用數(shù)控銑床加工型芯的外輪廓以及階梯型孔。
06
鉆孔、攻螺紋
加工固定型芯的螺孔。
07
熱處理
對工件進行淬火、回火，并檢查硬度達到62HRC。
08
拋光
對型芯，型腔進行拋光處理，使其達到精度要求。
5.2 動模板的加工工藝
動模板的加工工藝過程如下表5-1：
表5-2 動模板加工工藝過程
序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
標準模板規(guī)格450mm×400mm×80mm
2
熱處理
熱處理后硬度達到32~35HRC
3
平磨
留0.6mm余量上下面平行度0.01mm
4
坐標鏜
鏜導套孔留0.3~0.5mm。4×M20孔定位
5
鉗工劃線
劃線型腔孔
6
銑加工
銑型腔孔至圖
7
鉗工
為導套孔倒角
8
熱處理
淬火、回火 保證45~50HRC
9
坐標磨
磨導柱孔，型腔孔至圖
10
拋光
拋光處理如型腔孔
11
表面處理
表面鍍鉻
第6章 模具的裝配與驗收
塑料模的裝配順序有兩種方式：一是當動、定模在合模后有正確配合要求，易于對中時，以其主要工作零件如型芯、型腔和鑲件等作為裝配基準，再加工裝配導柱、導套。另一種是當塑料件結(jié)構(gòu)形狀使型芯、型腔在合模后難找正或者模具設有斜滑塊機構(gòu)時，把事先裝好的導柱、導套、作為模具的裝配基準進行裝配。結(jié)合本副模具的設計特點，采用第二種方式比較合適。模具裝配的過程如下：
⑴ 裝配前按圖檢驗主要工作零件以及其他零件的尺寸。
⑵ 鏜導柱、導套孔，將定模、墊板、推件板和動模疊合在一起，使分模面緊密接觸并夾緊，鏜導柱、導套孔，在孔內(nèi)壓入工藝定位銷后加工模板的側(cè)面作為垂直基準。
⑶ 加工動定模組合，以上述垂直基準來確定模板上主型芯和鑲件的實際位置，并以此為基準來銑各模板圓形階梯孔以及通孔。
⑷ 按照上述方式鏜動模部分的動模墊板和固定板上的導柱、導套孔，以及確定鑲套的位置，并銑削加工模板型孔。
⑸ 壓入導柱、導套。在模具各模板上分別壓入導柱、導套，使導向可靠，滑動靈活。
⑹ 裝配型芯。首先將定模座、定模墊板和推件板合攏，把主型芯和三個滑塊配合后一起放入定模墊板和推件板型孔內(nèi)，然后反向把主型芯壓入定模座的型孔中。用螺孔復印法使主型芯緊固在定模座上。
⑺ 通過主型芯來引鉆定模座、定模墊板和推件板上的限位拉桿配合孔。然后并依次引鉆動模板和動模墊板上的限位拉桿配合孔。
⑻ 把鑲套和鑲套分別壓入動模板和動模墊板內(nèi)，使其位置對應。
⑼ 組裝活動型芯機構(gòu)。先將已和轉(zhuǎn)軸裝配好的兩瓣活動型芯放入鑲套內(nèi)，擱放位置要精確，然后將楔柱和連桿放入動模固定板內(nèi)，確保楔柱和連桿與兩瓣活動型芯裝配合理，運動自如。使楔柱連桿機構(gòu)運行靈活，行程滿足開模要求。
⑽ 加工定模座板。加工螺孔、銷釘孔和導柱孔，并將定位環(huán)壓入定模座用螺釘固定。
⑾ 裝配定模部分。用平行夾頭把定模中上述已裝配好的各模板夾緊。然后攻、鉆螺孔，最后用螺釘和銷釘固定定模部分。
⑿ 按上述方法裝配動模部分，并校驗和修正楔柱連桿機構(gòu)運作參數(shù)。
⒀ 總裝動、定模，保證模具結(jié)構(gòu)的導向定位精度。
⒁ 試模，并投產(chǎn)驗收。
設計總結(jié)
通過這次畢業(yè)設計使我學到了許多綜合知識，鍛煉了理論與實踐相結(jié)合的綜合能力。特別是對一些模糊的理論概念有了清楚的認識。對所修專業(yè)基礎課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、塑料模具設計與制造等有了更深刻的理解，使制造的模具既能滿足使用要求有不浪費材料，保證了工件的經(jīng)濟性，設計的合理性。通過利用塑料模手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應用手冊等手冊，不但豐富了我本人專業(yè)知識，還提高利用工具的動手能力。畢業(yè)是對我們綜合的一次全面考察，為即將走向工作崗位的我們，指明了發(fā)展方向和奠定了扎實的綜合基礎。
緊張忙碌的畢業(yè)設計工作結(jié)束了，身心疲憊之余頗感欣慰?；叵胝麄€設幾過程，我有以下總結(jié)：
必須有認真細致的態(tài)度。畢業(yè)設計工作量很大，如果沒有認真細致的態(tài)度是不能很好地完成設計工作的。
合理選擇模具的結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑件的圖紙及技術(shù)要求，研究和選擇適當?shù)某尚头椒ㄅc設備，必要時還要請教老師。只有模具結(jié)構(gòu)選擇好了，才能設計出結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量可靠，操作方便，的模具。
正確確定模具成型零件的尺寸，成型零件是確定制件形狀，尺寸和表面質(zhì)量的直接因素，關(guān)系很大，需特別注意，一般采用平均收縮率。
設計模具必須制造方便。設計模具時，盡量做到使設計的模具制造容易，造價便宜。
充分考慮塑件設計特色，盡量減少后加。盡量用模具成型出符合塑件設計特點的制件，包括孔，槽，凸，凹等部分，減少澆口，溢邊的尺寸，避免不必要的后加工。
設計的模具應當效率高，工作可靠。這一要求涉及到的方面很多。
模具零件應耐磨耐用，模具零件的耐用度影響整個模具的使用壽命。
模具的結(jié)構(gòu)要適應塑料的成型特性。在設計模具時，充分了解所用塑料的成型特性，并盡量滿足要求，同樣是獲得優(yōu)質(zhì)制件的措施。
由于能力有限，且缺乏一定的工作經(jīng)驗，在設計中難免有疏漏之處，懇請老師給予指正。我在此衷心感謝楊老師這么多天來對我的大力幫助與指導。
致謝
畢業(yè)設計開始以來，在楊占堯老師的精心指導下，我終于完成了畢業(yè)設計，使我大學三年中的學習終于獲得了圓滿的結(jié)果。在畢業(yè)設計中，遇到了很多問題和疑問，但這都在指導老師楊老師的悉心指導下得到了很好的解決。在此向楊老師表達最誠摯的謝意。
畢業(yè)設計過程中還得到了翟德梅、程芳、原紅玲、于智宏等幾位指導老師的大力支持和幫助，再此也向她們表示最誠摯的感謝。在設計過程中遇到很多具有挑戰(zhàn)性質(zhì)的困難問題，然而在老師和同學的幫助下，最終還是取得了順利的解決。對于設計中綜合性很強，又憑自己的能力很難解決的問題，首先經(jīng)過自己的深刻思考，查詢有關(guān)資料，并且和很多同學努力研討后，帶著這已思索得很透徹但未能解決的問題去向老師求教，最后終于在楊老師的精細輔導下解決了問題。這些日子楊老師對我們不辭勞苦的辛勤指導，使我們每個人都有深刻的感觸。相信我們會在未來的一天，做出出色的成績，報答恩師多年來的苦心培養(yǎng)之恩！
最后向所有在我畢業(yè)設計過程中幫助過我的老師和同學表示最誠摯的謝意！
參考文獻
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