第一章緒論1.1注塑模具的簡介在我國科學以及不斷發展、工業水平快速進步的時期，在機械工業的發展中注塑模具的地位也越來越高，特別是現在國內的一些電子產業快速發展，其中需要的塑料產品的需求量也非常多，產品的更新換代中，也加劇了塑料件的需求。比如大家都比較熟悉的家用電器，數碼產品以及一些汽車的零部件等，這些產品的需求非常的大，同時產品的更新速度更是超出人們的想象。目前國內的很多產品都以飛快的速度發展，就目前國內的工程機械，汽車產業以及電器制造等方面說的話，注塑模具已經是生產中的最為關鍵的一種生產設備，同時更是模具中的重要一部分，注塑模具的產品占據模具所有產品的50%以上。塑料材料的密度相對較低，并且也具有加高的強度以及較輕的質量，甚至一些塑料產品還具有絕緣的功能，因此在高分子材料工程中，塑料產品可以有效代替無機非金屬材料以及傳統的金屬材料。同時與金屬材料相比，塑料材料的熔點耕地，在一定溫度下融化后更加容易成型，使得人們能夠更加高效且穩定地進行注塑模具的生產。同時在連續大批量生產的過程中，注塑模具還能夠保證加工的精度。我們在進行注塑模式的生產時，需要用到的機械設備叫做注塑機，這個設備的特點是具有更小的體積。總的來說由于以上喲點，使得在我們的生產生活中，塑料產品程序的頻率在不斷提升，并且注塑模具的生產水平，也能夠有效反應出一個國家工業制造業水平的高低。1.2注塑模具發展國內外現狀我們將高分子樹脂材料，通過融入相關的注塑生產工藝，結合注塑模具就能夠制造出塑料產品。一般來說塑料產品具有一定的延展性，并且可以有效抵抗酸堿鹽的腐蝕，在不傳導電的基礎上還具有更輕的質量。我國在塑料產品的使用上也越來越頻繁，例如在生活中塑料產品正在逐漸替代其他產品。注塑模具產業在2010年之后得到了較快的發展與進步，這是由于在這個階段中我國的工業技術進行了有效的創新，機械水平得到了快速的發展，其增長額達到了20%左右。我國模具的生產逐漸出現了質量高、使用壽命長、精度高，并且生產制造成本低、制造周期短的特點。尤其在計算機輔助設計技術在模具制造中的應用，人們在模具生產中的創新也越來越容易，使得模具企業的效益大大提升，模具的生產逐步向著自動化和標準化方向發展。1.3本課題研究內容1.通過軟件繪制產品的三維圖，同時通過CAD制圖軟件繪制模具的整體裝配圖跟主要零件圖。2.分析塑料產品的工藝需求，對材料進行合理的選取，然后擬定模具的基本方案。3.確定模具的分型面位置，以及模具的型腔類型，且完成澆注系統和推出機構的設計等。4.選定好模具的方案之后，要計算注射參數，對注射機做出選取，以及對注射機的參數校核等。5.對模具的成型零件做出尺寸計算等。6.最終完成模具的三維建模，二維圖紙的繪制要求。7.設計制造的模具必須能夠符合生產任務要求。第二章塑件工藝分析與材料的選擇2.1塑件工藝分析通過對已經了解的塑件（如圖2.1）進行結構上的分析能夠看出，如果能夠通過三維建模的方式建立產品的三維結構，因此也就表面產品的難度為一般難度，其中本次的的產品結構一般，且尺寸不大，整體的壁厚也比較均勻，能夠通過注射成型加工制造所得。這種塑件可以進行批量生產，并且其精密等級也相對較高。塑件的外部輪廓為圓形，塑件的側面能夠看到兩個小孔，在設計時需要注意的是，對于側邊的兩個小孔的成型，要設計側向抽芯機構來實現生產加工。圖2.1塑件三維模型圖2.2塑件材料的選擇2.2.1ABS塑料的特點ABS塑料屬于一種熱塑性材料，通過查閱該材料的物性表能夠發現，ABS塑料具有較強的抗彎折性，并且能夠有效絕緣，在剛度和強度上適中且不易吸水，對于此種材料的成型加工中，塑件的壁厚需要均勻，且壁厚尺寸通常不可以超過10mm,以1-3mm的壁厚尺寸為佳。同時產品需要有相應的脫模斜度，一般是為1~5度為好。本次的ABS材料具有較為良好的綜合性能，并且價格親民，因此在現實生活中應用的非常廣泛。2.2.1ABS的技術指標ABS材料的注射參數主要如下幾個方面：收縮率：比重：熔融溫度：成型溫度：℃成型壓力：射速：中等速度2.1.3ABS的工藝性能參數ABS材料有如下的幾個工藝參數要求注射機種類：采取螺桿注射機螺桿轉速：料筒溫度：后段：；中段；前段噴嘴溫度：預熱溫度：注塑壓力：注射時間：冷卻時間：2.3ABS材料的應用ABS材料的應用范圍非常廣，在汽車儀表、工程器件、家電設備以及裝飾工程等方面，都有非常廣泛的應用。由于ABS材料在二次加工時不容易受損且綜合性能良好，因此能夠在材料的表面進行電鍍、鉆孔以及移印等操作。通過在ABS材料中添加或者減少相關的成分，能夠使得材料的性質發生一定的變化，在生活中最為明顯的表現就是，將ABS材料的延伸性提升，而在生活中得到廣泛的應用。2.4計算塑件體積本次的塑料產品，可以通過三維的軟件做出測量，因此本次測量產品體積如下圖2.2.圖2.2塑件的體積測量然后根據質量公式：M=PV，可以計算得到塑件的質量：M=PV=1.05g/cm3x74.78=78.52g。2.5塑件壁厚的分析壁厚尺寸需要合理且壁厚均勻，才能保證成型的效果，軟件對塑件做出分析，可知其壁厚尺寸為1-3mm范圍，可以符合生產的需求。很多因素都會對塑件的質量產生影響，而壁的厚度則是直接影響塑件成型質量的因素。為了使得材料在注塑時能夠一次成功，我們通過三維軟件分析得出，塑件的壁厚需要保持在1-3mm之間。第三章模具結構方案的確定3.1模具型腔數量及布置型腔的選取要跟模具的生產指標相適應，能夠有效提高生產的效率，我們需要確保注塑模具的生產與需要相適應。因此就要結合課題的要求相應的設計模具，選定好模具的型腔數量，同時對型腔進行合理的排布和布置。跟產品的生產批量互相匹配，保證生產效率符合加工的需求。型腔的數量要跟注塑機的注射參數相適應，合理的做出選取。可依據鎖模力的參數選取型腔數量。還要結合產品的精度需求合理選取模具的型腔數目。本次的生產產品的尺寸為中等小尺寸的產品，且產品的結構難度一般，并且要求的精度等級也相對較低，因此滿足經濟性的要求。隨后我們需要結合注塑機的參數的指標，阿里對模具的結構進行設計。本文中采用的結構是一模二腔，由于這種布局為對稱式結構，以此能夠有效提高注塑填充過程中的均勻性，這種型腔的布局詳見下圖。圖3.1模具結構布局形式3.2分型面的設計我們在分型面的設計中，需要考慮以下幾個方面的因素：有利于塑料產品進行脫模：當打開模具時，要求產品留在動模上面。能夠更加便捷地進行抽芯，因此就需要考慮在模具上面設計出有效的劃塊抽芯機構。在滿足塑料產品質量的前提下，保證塑料的表面以及外觀不受任何影響，尤其是對那些對外表有要求的塑料產品來說。塑料產品的精度以及大小誤差，需要保持在能夠接受的合理的范圍內。分型面要方便模具進行排氣，有利于模具的氣體及時的排出模具的腔體分型面位置要方便模具進行加工，制造也比較簡單。在對模具進行裝備時需要便利，并且方便后期技術人員的維修和更換。3.2.2分型面類型的選擇模具在分型面有多分型面和單分型面兩種。分別具有以下特點：（1）、單分型面模具單分型面是比較簡單的一種，此種方式主要是產品的分型面為一個，能夠在模具打開以后，將產品順利的頂出，且拉料桿將凝料給推出。此種單分型面的模具多是用在產品的結構較為簡單的生產中，通常都是為兩板模具，使用也比較普遍，在制造上也相對便宜，結構也相對可開，所以非常方便進行自動化生產。（2）、多分型面模具與單分型面模具相對應的是多分型模具，在多分型模具中使用最廣的是三板模，之所以叫三板模是因為與單分型模具相比，這種模具多出了一個脫料板。雖然所分型模具具有非常明顯的優點，但是多分型模具在制造上更加復雜，制作的難度更大，在出現問題時的修復成本更高，因此使得使用的經濟成本高。3.3分型面形式的選取對于分型面的位置選取，需要結合選取要求，同時還要結合產品的結構類型做出分析，我們采用下圖所展示的分型面更為適合，并且這種分型面的結構更加合理，在制造時也更加方便，在注塑填充中的工藝性能也更好。圖3.2分型面的選擇3.3澆注系統的組成澆注系統是模具進行注射的重要流通位置，加熱之后的物料，需要通過澆注系統填充到模具當中，因此澆注系統是模具設計的關鍵步驟，直接關系到模具的成型和填充性能，也是模具的壓力和溫度傳遞的重要渠道，影響到模具的成型精度以及成型的效率。澆注系統的結構主要是有主流道，分流道，冷料穴及澆口幾個主要的部分。3.4澆注系統的設計原則1.合理選取分流道的種類，朱啊喲分作有圓形，半圓與梯形等方式。2.在對流道的尺寸大小以及長度的確定中，需要充分考慮材料自身的成型性鞥、出模的速度以及塑件的結構形式等參數。3.為了減少對原材料損耗，提高企業經濟效益，我們需要盡可能縮短主流道、分流道的尺寸和長度。4.為了防止澆筑系統在進入型腔之間發生快速的冷卻，我們最好不要在澆筑系統周邊設計冷卻系統。5.要保證前端的冷料不會進入模具腔體，故而需要設計冷料穴。6.在設計澆口時需要保證內部填充的飽滿以及均勻，并且還需要充分照顧到模具的外觀質量。7.交口位置的選擇最好在塑件的隱秘區域中，一方面不會影響到塑件的外觀，同時也方便對交口區域進行襯套。8.盡量減低流道中的廢料損耗。3.5流道的設計3.5.1主流道的設計我們將從注塑機到澆口襯套之間所截止的流道叫做主流道，主流道也是澆口襯套內的流道，這是因為正常情況下從注塑機處理的凝料，首先需要從這個地方經過，同時主流道跟模具中心部分也是重合的。對于主流道的尺寸設計要跟選取的注射機噴嘴尺寸，符合如下的基本計算要求：D=d+(0.5~1)mmR1=R2+(1~2)mm圖4.1澆口襯套與注塑機配合關系3.5.2分流道的設計分流到是指凝料從主流道經過時的通道，與主流道不同的是分流道中要求保持凝料的溫度損失，因此凝料在分流道中流動的速度就需要快，從而模具流動的表面則需要更加的光滑，以此來降低凝料流動的阻力。與此同時我們還可以通過注射壓力的形式，來提高凝料在分流道中流動的速度。由于大多數塑件的壁厚在2-3mm之間，因此分流道的尺寸需要結合塑件厚度，可選取的是普通圓形截面類型，能夠確保分流道尺寸一般是在3~10mm尺寸，同時分流道的直徑尺寸要盡量設計的小一點，要是凝料的流動性好差一點的話，流道的尺寸可以相應的設計大一些。并且在設施時需要保證分流道內部出現彎曲或者轉向的現象，使得凝料不能過快地降低。本次設計中使用的是圓形截面的分流道，查詢得知分流道的尺寸范圍為：寬度W=10mm深度H=6mm3.5.3冷料穴的設計冷料穴是防止凝料進入到模具型腔中，而影響塑件質量的設置。通常來說，可以將冷料穴設計與模具的主流道的末端位置，同時下面設計一個拉料桿，能夠在模具頂出塑件的同時，將凝料給一塊頂出來。其功能是用于對模具的冷料進行收集的要求，避免冷料跑進模具腔體中去。一般來說，冷料穴的直徑可設計成5-14mm,且深度尺寸可以為6-10mm，模具尺寸比較大的話，尺寸可以選取大一些。冷料穴的作用是進行鋒料的儲存，因此對冷料穴的精度沒有過高的要求。3.5.4澆口的設計澆口主要是連接分流道尾部與塑料產品之間的渠道，一般來說澆口安裝的位置需要盡可能小。并且在交流的設計中還需要充分考慮到填充的流動性，防止出現熔接痕。因為如果塑件上出現了熔接痕，將會影響到塑件的強度。本文的設計中，從模具的結構以及對塑件的要求，綜合選擇了澆口就熬煮系統，查閱后澆口的數值如下：點澆口直徑D=1mm完成后的澆注系統如下圖所示圖4.2澆注系統結構形式3.6澆注系統標準件的選用對于澆注系統的部件選取，可以盡可能的選取標準件，其中的定位圈跟澆口套，都可以選取相應尺寸標準件，有利于模具的快速成型制造要求，降低模具生產制造的成本，并且在維修方面也具有較大的優勢，在提高生產效率的同時也方便對零件進行更換。圖下圖所示為定位環與澆口襯套結構形式。圖4.3定位環與澆口襯套結構形式3.7型腔結構設計一般來說成型的模具零件主要包括型腔、型芯以及其他各種鑲件等組成。在本文的研究中，主要指的是型芯和型腔的設計結構。因此為了保證塑件的性能，我們在設計時既需要考慮到不同塑件的尺寸要求，同時還需要從便利性的角度出發來設計模具的成型機構。型腔也叫做凹模，是用于對產品的外觀進行成型加工的，并且型腔還設計有分流道以及冷卻水道。本文的研究中使用的是鑲嵌式的型腔結構，因為這種結構具有操作簡單、維修方便的特點，且對于模具的加工來說要求也不高，制造比較簡單。因此本次的型腔設計如下的結構：圖5.1模具型腔結構設計3.8型芯結構設計型芯與型腔是對應的，主要用于成型塑件的內部，大多數情況下型芯中還設計有頂出脫模機構，其作用是讓頂桿能夠實現有效的脫模，防止出現凝料粘結在模具中。在本文的研究中，我們選擇的是想橋上的型芯結構，這種結構在制作上也相對簡單，完成后的模具型腔結構設計如下圖所示。圖5.2模具型芯結構設計3.9型腔成型零件尺寸計算型腔的徑向尺寸按照平均尺寸的方式做出計算，如下計算：式中：；（0.55%）；；；；型腔長度尺寸：型腔寬度尺寸：（2）型腔深度尺寸計算型腔的深度尺寸也同樣采取的平均尺寸計算方式，如下計算：式中；；其他符號意義同上。3.10型芯成型零件尺寸計算1、型芯尺寸的計算（1）型芯徑向尺寸型芯的徑向尺寸按照平均尺寸法做出計算，如下計算：；；其他符號意義同上。型芯長度尺寸：型芯寬度尺寸：（2）型腔深度尺寸計算型芯的深度尺寸也是根據平均尺寸的方式做出計算，如下計算：；；其他符號意義同上。3.11成型鋼材的選用鋼材的選擇也是影響成型零件的重要因素，同時也關系到模具的使用壽命，大部分的模具可以選取標準的模具鋼材料需要符合如下的性能要求：1.剛才有很好的機械切削性能，可以很好的在機床上進行快速的切削，重要的是能夠保證加工以后具有較高的精度，使得模具不發生形變。2.能夠方便進行拋光加工處理。通常來說模具鋼的表面要加工到粗糙度Rao.8級。3.能夠滿足模具的強度跟剛度需求，一般來說硬度要符合38-42HRC。，如果硬度太低則不利于后面的機械切削。而如果硬度過低則不利于注塑機的注塑工作，容易發生變形。4.具備較好的耐磨性和耐腐蝕性。從以上幾個方面出發對鋼材進行考慮，本文的設計使用的是718H鋼材，因此這種型號的鋼材能夠很好地滿足本文的研究對模具生產的要求。與其他鋼材相比718H鋼材具有更均勻的質地，并且能夠更好地進行拋光設計，在方便進行機械加工的同時也具有更高端純潔度，能夠滿足塑膠模具對成型零件的要求。3.12模具溫度調節系統概述在對模架的溫度調節系統進行設計時，我們需要充分考慮到材料的物理性能，通過查詢能夠發現在模具溫度調節系統中，需要考慮到以下幾個方面的內容：（1）、注射成精中如果材料溫度很低的話，那么可適當考慮加熱處理。（2）、若是材料的壁厚尺寸大的話，要避免有很大的收縮的話，可以適當考慮加熱系統（3）、要合理的設計模具的冷卻系統，確保模具的成型收縮效果比較好。（4）、一般來說，模具的成型冷卻時間長，因此對模具的冷卻要求高，要能夠達到快速冷卻的需求。3.13模具冷卻系統設計要求（1）、對于冷卻系統管道的設計，水管到產品的距離位置要均勻布置。（2）、冷卻水管的直徑通常在6-14mm，通常可根據需要設計直徑尺寸，盡可能設計大一些。（3）、冷卻水道要避開澆口和流道位置，防止溫度降低過大。（4）、冷卻世道的設計需要分析熔接線的位置。（5）、冷卻水管不僅需要對各個零件進行有效的鏈接，同時也需要形成一個有效的閉合回路，以此來保證各個之間的密封性。一般來說最常用的方法是使用防水圈進行連接。（6）、設計冷卻水道的位置不能對著操作人員，以此來降低對操作人員的影響，并且能夠更好地進行調整和操作。、我們需要分布在動模和定膜中，進行冷卻水道的設計，以此來更好地對注塑工藝進行調試和優化，同時也能夠更好地對注塑產品的質量進行控制，降低殘次品的概率。（8）、模具的冷卻系統的加工，還要滿足方便需求，尤其是對于深孔加工要方便。在進行模具冷卻水管的設計時，需要充分考慮到便利性，通常來說主要使用的是深孔鉆來進行加工。3.14冷卻水道的形式類型在本文的研究中，結合模具的結構特點以及零件的情況，綜合考慮澆筑系統以及成型系統，我們使用的是環繞式的冷卻水道，如下圖所示。圖6.1模具冷卻系統設計3.15模具冷卻水道的計算校核按照熱平衡計算：單位時間溶體物料冷卻凝固釋放的冷量等于冷卻水帶走的熱量，故有公式：

；）；；；；；；1).計算產品固化一個小時放出的熱量量Q假定注射成型的時間是2秒，保壓時間是15秒，以及冷卻時間是20秒，且開模的過程推出塑件為3秒，因此可知成型總的時間周期是40秒。且假定冷卻水的溫度是20℃，以及出水口的溫度是28℃，水是為湍流的形式，那么一個小時成型次數n＝3600/40＝90翻閱注塑模具設計指導手冊可知道ABS材料單位重量釋放熱量

故：2).水的體積流量

由公式3).求冷卻水道直徑d按照水體積流量，可以查注塑模具設計指導手冊[1]得d=8mm；因此本次冷卻水道符合成型需求。

3.16頂出脫模機構概述模具在產品成型冷卻之后，需要將產品給退出來，且產品會因為成型冷卻收縮，緊緊的抱著模具的型芯，因此需要借助推出的力來頂出產品。此部分機構也叫做模具的頂出機構或者是脫模機構。脫模機構不僅僅是頂出產品，同時也將凝料給一塊頂出。脫模機構的運動方向是跟模具的開模方向一致的，通過注塑機的頂棍來驅動其運動。頂出機構的結構包括了頂板，頂針固定板以及復位機構等，其中的復位機構是確保頂出機構回到原來位置的，方便模具進行再次頂出的要求。對于頂出機構來說，需要確保頂出力平衡，不會影響到產品的質量和外觀。3.17頂出脫模機構的分類從不同的動力來源，我們可以將脫模機構分為以下三大類：、手動脫模機構，這類脫模機構在現實中見到的幾率較低，其主要操作步驟是在模具打開之后，通過人工的方式來將塑件取出，這種方法不僅效率低下，同時也不能節省時間。、機械推出脫模，這種脫模方式較為常見，同時在現實中使用的也相對較廣。這種脫模方式需要在模具底板上進行頂柜孔或者推板，以此來實現塑件的脫模。這種操作方法主要是通過機械來完成，物理在頂出的速度還是行程方面都可以有效調節。、其余脫模機構，目前還有用到液壓推出和內螺紋的推出機構類型。本次的模具采取的頂出機構如下圖所示。圖7.1頂出脫模機構設計3.18抽芯機構的類型假如塑件的側邊有側孔以及凸起的位置的話，這部分就很難從開模位置來成型，且是垂直與開模的方向的，因此就需要設計借助于抽芯機構來進行抽芯，通過垂直與開模的方向的運動來實現脫模成型的需求。抽芯機構目前主要分作下面幾個類型。機械抽芯，此種機械抽芯方式較為普遍，主要是通過開模力來驅動斜導柱和滑塊，或者是斜頂機構運動，因此結構簡單，不會增加模具的難度。手動抽芯，此種方式的生產率比較低，主要是通過人工將鑲件放入到模具當中，因此目前使用的較為少一些。液壓抽芯。通過液壓油缸的動力來實現抽芯的要求，一般使用在行程較長模具中，使用的也非常普遍。3.19抽芯距離和斜頂3.19.1抽芯距的計算計算公式如下S=L+（1-3）MMS-抽芯距離L-塑件倒扣距離S=0.6+1.5=2.1mm3.19.2斜頂傾斜角度正常情況下斜頂的傾斜角需要保持在15-25度之間，具體大小需要根據抽芯的距離來進行調整。本文的研究主要使用的是18度傾斜角。完成后的模具滑塊抽芯機構如下圖所示圖8.1斜頂抽芯機構3.20模架型號的確定在我國機械工業以及模具制造技術快速發展的同時，我們在模具的生產中已經實現了標準哈，能夠按照GB國標規范來進行生產。在我國國內企業中做到較好的企業包括龍記模架、環勝模架等。這些模架中又可以分為大水口模架系統、細水口模架系統以及簡化細水口模架系統等，不僅能夠有小說的生產的周期，同時也能夠大大提高制造的精度。一般來說在標準模架的選擇中，需要參照以下方法：1.結合澆注系統的類型，針對性的選取相應的模架系統。2.從型芯、型腔結構類型出發，確定模板的尺寸和結構。3.根據頂出行程尺寸來選取墊塊高度。最后我們需要結合上述幾個方面的內容，來綜合確定標準模架的型號和股合格。并且在實際的操作中，還需要考慮模具的實際結構。按照下面的基本尺寸來選取模架的型號。模架長度=型腔長度+（50-80）mm≈350mm模架寬度=型腔寬度+（50-80）mm≈350mm定模板高度=型腔高度+（30-50）mm≈70mm動模板考慮=型芯高度+（40-60）mm≈80mm墊塊高度=頂出行程/0.8+面針板厚度+底針板厚度+垃圾釘高度≈90mm分析以上的尺寸要求，結合尺寸做出選取，本次可選用標準的模架，模具為中小尺寸，模架型號是FCI-3335-A70-B80-C90-L270，設計如下圖的模架結構。圖9.1模架基本結構形式3.21注塑機型號的選擇注塑機也被叫做是注射機，其功能是將通過注塑機的顆粒，從最原始的分子結構在加熱的情況下，讓原子在高溫高壓環境下，能夠計入到模具的型腔中從而形成有效的固化。注塑機的類型較多，可以分為臥式注塑機、立式注塑機等。本文的研究中使用的是臥式注塑機，具體工作原理如下圖所示。圖10.1注塑機原理圖注射機可根據模具的注射量，鎖模力以及模具的外形尺寸等做出選取，則本次根據要求，初步選取注射機型號是HTF160J/TJ，注射機的參數如下表所示：注射裝置INJECTIONUNITABC螺桿直徑ScrewDiametermm404548螺桿長徑比ScrewL/DRatioL/D22.52018.8理論容量ShotSize(Theoretical)cm3253320364注射重量InjectionWeight(PS)g230291331注射壓力InjectionPressureMpa202159140螺桿轉速ScrewSpeedrpm0～175合模裝置CLAMPINGUNIT合模力ClampTonnageKN1600移模行程ToggleStrokemm420拉桿內距SpaceBetweenTieBarsmm455x455最大模厚Max.Mold