本文關鍵詞：模具設計與制造

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模具設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計

標    題：   汽車底蓋零件注塑模  

摘要
本文是關于以汽車底盤零件為研究對象的注塑模設計，通過對其結構形式和材料的注射成型工藝進行正確的分析，設計了一模兩腔的塑料注射成型模具。塑料模畢業(yè)設計是模具專業(yè)學生在學習過程中的一個重要實踐性學習環(huán)節(jié)，其目的是：
1.應用本專業(yè)所學的理論知識和實訓技能進行一次注射模設計工作的實際訓練，以提高獨立分析和解決實際問題的技能、培養(yǎng)從科技研究工作的初步能力。
2.通過查設計資料手冊和視頻，熟悉設計標準和技術規(guī)范，通過進行方案論證、設計與計算、CAD、UG繪圖數據處理和綜合分析，編寫說明書等環(huán)節(jié)進行工程師的基本訓練。
3.根據本設計任務書，再通過分析了任務題目連接套筒零件的結構和注射工藝性的基礎上，詳細介紹了在UG軟件平臺上快速生成連接套筒注射模型腔、型芯的過程。并介紹了運用模具專家系統(tǒng)進行模架和其它零部件設計及開模仿真方法。UG的應用縮短了該模具的開發(fā)周期，提高了效率，降低了成本。
4.培養(yǎng)勤奮、求實、團結互助、勇于創(chuàng)新的優(yōu)良品質。希望通過本次畢業(yè)設計答辯，進一步鞏固、深化、擴大所學到的知識、技能。
關鍵詞: 注射模、CAD、UG、機械。

引言
    近年來，模具在產品制造過程中占據重要地位。模具設計水平的高低，在很大程度上決定了生產率的高低。有效的模具設計可以降低資源調整次數和調整時間，為生產計劃與調度提供更大的優(yōu)化空間，以達到提高生產效率的目的。模具設計是工裝系統(tǒng)的重要組成部分，它影響著產品生產的效率和質量。對模具設計進行深入的研究有著重要意義。中國塑料模具制造水平已有較大提高。型塑料模具已能生產單套重量達到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到2μm，制件精度很高的小模數齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產，多腔塑料模具已能生產一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產手段上，模具企業(yè)設備數控化率已有較大提高，CAD/UG等軟件技術的應用面已大為擴展，高速加工及RP/RT等先進技術的采用已越來越多，模具標準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現信息化管理和全數字化無圖制造。
面對現在的情況未來模具的發(fā)展趨勢向模具加工設備提出了特殊要求：一是制造模具的鋼材硬度較高，要求模具加工設備具有熱穩(wěn)定性、高可靠性；二是復雜型腔和多功能復合模具要求加工編程程序量大，具有高深孔腔綜合切削能力和高穩(wěn)定性；三是高動態(tài)精度。面對激烈的市場競爭以及外資企業(yè)的推動，中國許多模具企業(yè)結合自身發(fā)展需要紛紛加大設備投資，一方面自主開發(fā)新工藝、新設備，另一方面也引進國外先進的加工設備。比如美國摩爾坐標磨床，辛辛那提龍門加工中心，德國DMG公司的各類精密設備，瑞士制造的各類精密設備如阿奇夏米爾公司，瑞典制造的精密定位基準系統(tǒng)，日本牧野、三菱、沙迪克、大隈等公司的精密設備，瑞士、德國、意大利的五軸高速銑等。此外，還有立式加工中心、立式快速加工中心、數控銑床、數控仿形銑床、電加工機床、數控三坐標測量機、高速高精度電火花成型機、線切割機床、坐標磨床、坐標鏜床、鏜銑機、成型磨床、光學曲線磨床、帶鋸床、深孔鉆、電極加工機、雕刻機、拋光機、合模機、模具標準件加工專機、高性能熱處理設備、快速成型設備、各種刀具及磨刀機、計算機工作站及微機等。
    此外，在模具行業(yè)內提倡模具生產專業(yè)化與模具帶產品的兩種模式發(fā)展國內模具工業(yè)；繼續(xù)在模具企業(yè)間形成誠信經營，公平競爭，重合同守信用的經營作風；繼續(xù)加大模具人才的培訓力度，滿足上海模具工業(yè)的需求；以多種形式交流先進經驗，推廣現代模具建設、經營辦法，促進國內模具企業(yè)整體素質提高等。
  畢業(yè)設計的主要目的有兩個：一是讓學生掌握查閱資料手冊的能力，能夠熟練的運用CAD、UG等軟件進行模具設計；二是掌握模具設計方法和步驟，了解模具的注射工藝過程。
    本書是根據《塑料成型工藝與模具設計》、《注塑成型及模具設計實用技術》、《塑料制品與模具設計》、《中國模具設計大典》等諸多參考資料編寫而成。運用UG、CAD軟件設計出選定的塑料制品的圖紙，由于缺乏經驗、知識有限、時間倉促，該書難免出現一些不足之處，請老師和同學們多多指教，謝謝大家的支持。
    本說明書由株洲職業(yè)技術學院模具設計與制造專業(yè)1201班宋平主編，謝冬和老師審核。在編寫過程中，參考了大量資料，也得到了多位老師指導和幫助，同時還得到了同學們的提示，特在此表示衷心的感謝！

一、對汽車底盤零件進行成型工藝分析分析
1.1塑料性能分析
（1）塑料
    品種：ABS
    基本特性:ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物))
（2）典型應用范圍
    汽車（儀表板，工具艙門等），電冰箱，大強度工具（食品加工機，割草機等），，娛樂用車輛如高爾夫球手推車等。
（3）注塑模工藝條件
    干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件為80~90℃下最少干燥2小時。材料濕度應保證小于0.1%。
    熔化溫度：210~280℃；建議溫度：245℃。
    模具溫度：25-70℃。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導致光潔度較低）。
注射壓力：500~1000 MPa
注射速度：中高速度
  （4）化學和物理特性
  （1）ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結晶性材料。三中單體的聚合產生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。
（2）ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結構。這就可以在產品設計上具有很大的靈活性，并且由此產生了市場上百種不同品質的ABS材料。這些不同品質的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
（3）ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。
1.2塑件造型及成型工藝性分析
（1）產品分析與UG三維造型
圖1為汽車底蓋零件的產品圖，材料為ABS，該零件屬于中等批量生產，未注公差采取MTS級精度，該零件對稱性好，主體拉伸，抽殼，倒角等.
  應用UG軟件對該零件進行三維造型，基本操作步驟與過程為:先進行71、122的拉伸，然后長邊25°，短邊20°的拔模，從上表面造型出R19與邊相切的草圖并向下拉伸13，后倒R4的角，在倒R8的角，最后拉伸上表面上的4個直徑6的圓和兩邊 直徑6的圓。
 
圖1汽車底盤零件產品圖
（2）成型工藝方案分析
    該零件有上下通孔和兩側孔，，需要側向抽芯。成型零件的設計主要考慮型芯的嵌人式處理方法。根據零件的結構特點，擬定如下工藝方案進行比較分析，最終確定設計方案。
    1.分型面的確定。選取分型面時，應考慮塑件脫模順利，簡化模具結構，使得設計出來的結構零件便于加工，并且保證塑件表面精度。分型面如圖1所示為A-A分型面，塑料為上下分模動模，這使模具的結構變得簡單，因而選定該方法為此模具的分型設計方案。因此模有側空，故側型芯設在定模上，所以此模分為三部分，動模、定模和側型芯合。
     2.型腔布局。由于該零件尺寸較大，又是中等批量生產，可采用1模2腔，模具型腔和結構較簡單，可以降低模具制造成本。
     3.澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是塑料熔體自注射機的噴嘴射出后，到進入模具型腔以前所流經的一段路程的總稱。它的作用是使來自噴嘴的熔體平穩(wěn)而順利地沖模、壓實和保壓。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑件極為重要。澆口形式的設計，應使塑件的各向異性最小。該成型模可設計為如圖2所示潛伏式澆口，從塑件上端孔進料，模具型腔的加工簡單、澆口容易去除，不影響塑件外觀，模具的結構也相對較簡單。
 
圖2潛伏式澆口
    4.推出機構。由于該塑件相對深度較大，塑件對動模型芯的包緊力不大，因此設計一副由推桿推出的推出機構。因為此零件斜面較多，推桿能更好的實現對此零件的應用，就能平穩(wěn)頂出塑件，這樣塑件不易發(fā)生頂出變形，且能確保塑件質量，因此推桿推出為本次模具設計的優(yōu)選方案。
1.3成型設備選用及校核
  1、注塑機的選用
（1）計算塑件的體積、質量
  經UG軟件測得塑件的體積V= 20440.849577337 mm^3， M=0.160064934 kg。
（2）確定模具型腔數量
  塑件的生產批量為中等批量生產，且塑件精度要求不高，因此，應采用一模多腔，為使模具尺寸緊湊，確定型腔數目為一模兩腔。
（3）選擇注射機
  根據公式  Vmax=(n•Vs+Vj)
      式中 Vmax——模具的最大注射量（cm3）
               n——型腔數量
               Vs——塑件體積（cm3）     
               Vj——澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）
     K——注射機最大注射量利用系數，一般取K=0.8
已知n=1，Vs=20.44cm3 ，估計Vj=3.066cm3
則 Vmax=（2×20.44+3.066）cm3
       =43.946cm3
查教材中表3-3，初步選擇注射機 XS-ZY-125
 明確注射機的規(guī)格參數：
    最大注射量 60 cm3
    注射壓力 122 MPa
    最大開模行程 180 mm
    模板尺寸  330mm×440mm
    鎖模力 500 Kn`
    模具厚度  最大200mm、最小70mm  
  拉桿空間  190mm×300mm
  噴嘴尺寸  圓弧半徑R12mm、孔直徑φ4mm
  定位孔直徑  φ100mm
  頂出形式 頂桿頂出
（4）制定注射成形工藝參數
查表3-1，PS的注射成形工藝參數如下：
 溫度（℃）
    噴嘴溫度  160～170
    料筒溫度  前段170～190，中段～，后段140～160
    模具溫度  20～60
 壓力（MPa）
    注射壓力  60～100
    保壓壓力  30～40
 時間（S）
    注射時間  0～3
    保壓時間  15～40
    冷卻時間  15～30
成形周期  40～90
2、注射機的校核
（1）注射量的校核
在模具設計時，必須使得在一個注射成型周期內所需注射熔體質量在注射機額定注射量的80%內 。在一個注射成型內需注射入塑料熔體的質量為塑件質量和澆注系統(tǒng)質量的總和：　
最大注射量是指注射機一次注射塑料的最大容量。設計模具時，應保證成型塑件所需的總注射量小于所選注射機的最大注射量，即
nm+m1≤Kmp
經算得符合要求！      
（2）、鎖模力的校核
為了防止在注射成型時因鎖模不緊而發(fā)生溢邊、跑料現象，在高溫熔體充滿型腔時產生的軸向推力T 應小于注射機的額定鎖模力T 。
鎖模力可按下式校核：
F≥P (nA +A )                                              
式中：P ——塑料注射壓力KN  經查閱資料
 ABS注射成型所型腔壓力30mPa    既P =30/80%=37.5mPa
 A ——單個塑件在分型面上投影面積
A ——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積
F——注射機額定鎖模力1000KN
投影面積計算：
估算：nA =2×8.6 =17.2
A =
P (nA +A )= 
同樣，XS-ZY-125的額定注射壓力120MPa＞37.5MPa，
故能滿足ABS的注射壓力要求。
3、模具厚度H與注射機閉合高度校核
H ＜H＜H                                               
式中：H——模具的閉合高度， H=285mm
H ——注射機允許最小模具厚度,   H =200mm
H ——注射機允許的最大模具厚度, H =300mm
經校核滿足要求。
4、注射機開模行程的校核
注射機開模行程應大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需開模距。
即滿足下式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
                                                    
                                
式中：S------模具所需開模距離mm
H ——塑料脫模需要的頂出距離,H =21mm
H ——塑件厚度（mm），H =35.5mm
a------取出澆注系統(tǒng)凝料所需澆口板與固定模板之間的距離,
a=40mm
S ---注射機的最大開模行程，為300mm
則 S = H + H +a+8=21+35.5+40+8=104.5mm＜S
經校核滿足要求。

二、塑件分模設計
2.1模具型腔布局設計
    建立模具工程目錄葉新建模具型腔，選擇公制模板→定位參照零件，改變其坐標方向，使模具坐標系統(tǒng)的Z軸沿零件的軸線指向正方向升增加毛坯工件升設置收縮率，如圖3所示。利用主分型面分割出上、下型腔模具體積塊，再從上型腔模具體積塊中分別分割出2個側抽芯體積塊。然后對側抽芯鑲件進行處理，增加定位臺階。如圖4所示。

   
圖3創(chuàng)建模具零件型腔                  圖4側抽芯鑲件
2.2分型面的設計
塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。定模和動模相接觸的面稱分型面。通常有以下原則：
    (1)分型面的選擇有利于脫模：分型面應取在塑件尺寸的最大處。而且應使塑件流在動模部分，由于推出機構通常設置在動模的一側，將型芯設置在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模，這樣有利脫模。如果塑件的壁厚較大，內孔較小或者有嵌件時，為了使塑件留在動模，一般應將凹模也設在動模一側。拔模斜度小或塑件較高時，為了便于脫模，可將分型面選在塑件中間的部位，但此塑件外形有分型的痕跡。 
    (2)分型面的選擇應有利于保證塑件的外觀質量和精度要求。
    (3)分型面的選擇應有利于成型零件的加工制造。 
    此模具成型零件包括:上、下2個型腔、4個側型芯，分型面為分割上下型腔的主分型面。主分型面的設計稍微復雜些，可先用復制和拉伸生成單個曲面，然后再通過多次合并而得，如圖5所示：
 
圖5主分型面

2.3澆注系統(tǒng)設計
普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口等組成。在設計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模一腔，澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時必須按如下原則：
（1）澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現象。 
（2）澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。
（3） 系統(tǒng)流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小。 
（4）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。 
（5） 澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應影響塑件的外觀。
1、主流道的設計
注射機噴嘴到分流道的進料通道,是塑料熔體進入模具最先經過的部位,其形狀、大小直接影響塑料的流動速度和填充時間，主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和在開模時凝料的順利取出。
主流道的尺寸：
1) 主流道的長度：模具L 應盡量合理 ，本次設計中初選95mm進行設計。
2) 主流道小端的直徑：d=注射機的噴嘴尺寸+（0.5--1）mm =(3+0.5)=3.5mm
3) 主流道大端直徑：  d =d+2L tan 5mm   式中
4) 主流道球面半徑：
5) 球面的配合高度：h=3mm
6) 為使主流道中的熔料順利的流入分流道，可在出料口的末端設計      半徑r=3mm。
2、分流道的設計
分流道是連接主流道和澆口的進料通道,其作用是通過澆道截面及方向變化,使熔體平衡地轉換流向,進入模具型腔,分流道的截面應盡量使比表面積小、熱量損失小、摩擦阻力小。
（1）、分流道的布置形式 在設計時應考慮盡量減少流道內的壓力損失盡可能的避免熔體的溫度降低，同時還要考慮分流道的壓力平衡，應此 采用平衡式分流道。
（2）、分流道的形狀
    流道的截面形狀會影響到塑料在澆道中的流動以及流道內部的熔融塑料的體積。常用的有圓形、梯形、U形、六角形，為了便于加工和凝料脫模分流道大多設計在分型面上。本設計采用U形截面，其加工工藝 好 且塑料熔體的熱量散失，流動阻力均不大。
（3）、 分流道的長度
分流道的長度應盡可能短，且彎折少，以便減少壓力損失和熱量損失。當分流道設計得比較長時，其末端應有冷料穴，以防前鋒冷料堵塞澆口或進入模腔，造成充模不足或影響塑件的熔接強度。
根據結構設計取其長度
（4）、分流道的表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度不能太低，一般了Ra1.6um左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。
3、澆口的設計
 澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，調節(jié)控制料流速度、補料時間、及防止倒流等作用。澆口形狀、尺寸和進料位置直接影響塑件成型質量。因此正確設計澆口是提高塑件質量的重要環(huán)節(jié)。總的要求是：使熔料以較快的速度進入并充滿型腔，同時在充滿后能適時冷卻封閉，因此澆口截面要小，長度要短，這樣可以增大料流速度，快速冷卻封閉，且便于塑件與澆口凝料分離，不留明顯澆口痕跡，從而保證塑件外觀質量.此外澆口設計需遵循下述原則:
(1) 澆口尺寸及位置選擇應避免熔體破裂而產生的噴射和蠕動(蛇形流)。
(2) 澆口位置應有利于流動、排氣和補料。
(3) 澆口位置應使流程最短,料流變向最少,并防止型芯變形。
(4) 澆口位置及數量應有利于減少熔接痕和增加熔接強度。
(5) 澆口位置應考慮定位作用對塑件性能的影響。
(6) 澆口位置應盡量開設在不影響塑件外觀的部位如澆口開設在塑件的邊緣、底部和內側。
根據分析結果，可以采用如下幾種澆口類型。
方案一：在塑件頂部中心位置采用直接澆口直接進料，熔體壓力損失小，成型容易，常用于成型大而深的塑件。由于該注塑件外觀要求光滑、美觀。而直接澆口一般用于一模一腔,且澆口處易產生裂紋，澆口凝料切除后在塑件上所留疤痕較大，故塑件成型后塑件表觀質量不是很好。
方案二：采用側澆口直接開設在模具分型面上，從注塑件的邊緣進料。其截面形狀簡單、易于加工、便于試模后修正，但易在塑件的外表面留有澆口痕跡。且澆口不是開設在注塑件的最佳澆口區(qū)域，故塑件成型質量不是很好，內部易產生，氣孔、氣泡等缺陷。
方案三：采用潛伏澆口，即在推桿上開設二次澆口，使二次澆口的未端與塑件內壁相通，可避免澆口痕跡，成型后塑件處觀質量較好，但澆口壓力損失大，必須提高注射壓力。且澆口加工困難。
方案四：采用點澆口進料，澆口附近變形小，容易平衡澆注系統(tǒng)，澆口截面小，成型后對塑件外觀質量影響不大，適合三板式模具，宜用于成型流動性能較好的熱塑件塑料。
在本設計中塑料制件質量較大，ABS流動性較好，有較好注射工藝性，所以為了確保各制件的質量，塑件利用旋轉在上型腔上切出主流道，再利用流道設計分別生成潛伏式分流道及澆口。如圖7所示。
 
圖7潛伏式澆口
2.4排氣系統(tǒng)的設計
塑料熔體在注入型腔的同時，必須置換出型腔內的空氣和從熔體中逸出的揮發(fā)性氣體。
注射模組成部分的排氣槽如果設計不合理，將會產生如下弊�。�
（1） 增加熔體充模流動的阻力，是型腔無法被充滿，導致制件棱邊不清晰。
（2） 在制件上呈現明顯可見的流動痕和熔接痕，使制件的力學性能降低。
（3） 滯留氣體使制件產生銀紋、氣孔、剝層等表面質量缺陷。
（4） 型腔內氣體受到壓縮后產生的瞬時局部高溫，使熔體分解變色。甚至炭化燒焦。
（5） 由于排氣不良，降低了熔體的充模速度，延長了注射成形周期。
通常有三種排氣方式：
①利用配合間隙排氣；
②在分型面上開設排氣槽；
③利用排氣塞排氣。
該模具可采用間隙排氣的形式。
2.5模具成型零件工程圖設計
1、型腔二維工程圖
因此零件除了型腔外還有4個側型芯，故型腔二維工程圖有2個圖。如圖9、圖10。
 
圖9 型腔二維工程圖

圖10側型芯二維工程圖
2型芯二維工程圖
 

圖11 型芯二維工程圖
三、導向機構及脫模機構的設計
3.1導向機構設計
    1、導向機構的作用有：
（1）定位作用　
     在模具裝配過程中也會起到定位的作用，即便于模具的裝配和調整。
（2）導向作用　
     合模時，首先是導向零件接觸，引導動、定模或上、下模準確閉合，避免型芯進入型腔造成成型零件的損壞。
（3）承受一定的側向壓力　
     塑料熔體在充型過程中可能產生單向側向壓力或受成型設備精度低的影響，導柱將承受一定的側向壓力，以保證模具的正常工作。
 （4）除了動模、定模之間設導柱、導套外，一般還在動模座板與推板之間設置導柱和導套，以保證推出機構的正常運動。
    2、導柱結構的技術要求
    導柱的導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8～12mm，以免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔的情況。
    導柱前端應做成錐臺形或半球形，以使導柱能順利地進入導向孔。由于半球形加工困難，所以導柱前端形式以錐臺形為多。
    導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內芯，因此多用20鋼（經表面滲碳淬火處理）或者T8、T10鋼（經淬火處理），硬度為50～55HRC。
    導柱固定部分的表面粗糙度為Ra0.8um，導向部分的表面粗糙度為Ra0.8～0.4um。
    3、導柱的配合與安裝
    導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6的過渡配合，導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
3.2脫模機構設計
1、脫模機構的設計原則
脫模機構是注射成型后,使塑件從凸模或凹模上脫出的機構。它是由一系列推出零件和輔助零件組成,可具有不同的的脫模動作。其設計原則：
(1) 保證塑件不因頂出而變形損壞及影響外觀。在設計時必須分析正確分析塑件對模具粘附力的大小和作用位置,以便選擇合適的脫模方式和恰當的推出位置,使塑件平穩(wěn)脫出。同時脫出位置應盡量選擇塑件內表面或隱蔽處,使塑件外表面不留推出痕跡。
(2) 為使推出機構簡單、可靠,開模時應使塑件留在動模,以利于注射機移動部分的頂桿或液壓缸的活塞推出塑件。
(3) 推出機構運動要準確、靈活、可靠,無卡死和干涉現象。機構本身應有足夠的剛度、強度和耐磨性。
2、脫模力的計算
推出方式的確定
 本模具制件脫模方式采用頂桿推動滑塊脫模，
脫模力包括兩部分，一部分為制品對型芯抱緊的脫模阻力Qc，一部分為封閉殼體脫模需克服的真空吸力Qb。
Qc= 
式中 E——塑料的拉伸彈性模量（MPa），可取2.1Mpa；
      ——塑料的平均成型收縮率，取0.68%；
υ——塑料的泊松比，取0.42；
Kf——脫模斜度的修正系數，Kf= ≈0.6；
f——制品與剛才表面之間的靜摩擦因數，取0.3；
t——制品厚度，t為2mm；
h——型芯脫模方向的高度，h為21mm；
計算結果Qc=286.2N。
Qb=0.1Ab=16N
式中Ab——型芯的橫截面積，可取160mm2。
所以，總的脫模力為2X（286+16）=604N。                                                 
3.3推桿的設計與計算
推桿脫模機構是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。
推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。
1）推桿尺寸計算：本設計采用的是推桿推動哈夫塊將制件推出，在求出脫模力的前提下可以對推桿直徑預算并進行強度校核。本設計采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡化為：
d=k( ) ≈5.2mm
式中  d——推桿直徑；
      n——推桿的數量，取6；
      K——安全系數，取k=1.5；
      L——推桿長度，根據模架高度，大約取80mm；
      E—推桿材料的彈性模量，取E=2.1×10 MP
      F —總的脫模力，F =604N。
對其進行強度校核，推桿材料為45號鋼，式中許用應力為[ ]=58Mpa

d≥         即d≥                                 
2）推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。此設計利用固定板固定。
3）推出機構的復位：脫模機構完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位。本設計采用復位桿復位機構。
所以，實際設計時推桿的直徑采用6mm。
推桿的長度  
 --型芯固定板的厚度 60mm
 --推桿頂出制件的距離 20mm
 --支承板的厚度   15mm
 --推板的厚度，20mm
L=60+20+15+20=115mm

四、冷卻系統(tǒng)設計
    在注射成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率，一般模具內溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走而實現的。注射成型時模具溫度穩(wěn)定，冷卻水速度均衡，可以減小塑件的變形。對于要求較低模溫（一般低于80℃）的塑料，如聚乙烯、聚苯烯、ABS等，僅需要設置冷卻系統(tǒng)即可，因為通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度,從而達到改善塑件質量的目的
4.1冷卻系統(tǒng)的設計原則
1、盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
2、冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好；
3、盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經驗表明，d=8～12mm，L≥10mm，L1=（1～2）d，L2=(1～2)d。
4、澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳；
5、應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃；
6、冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔；
7、合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。
4.2冷卻管道的工藝計算
本冷卻系統(tǒng)中采用水作為冷卻介質，其進入模具的溫度為20℃，從管道總流出的溫度為27℃，模具溫度保持40℃。要保持冷卻水在管道內一直處于湍流狀態(tài)，以增強冷卻效果，同時可減小冷卻管直徑，減少成本。冷卻管道的傳熱面積及管道數目的簡易計算如下:
1、 塑件的成型周期為60S，模具的平均溫度50℃.模具型腔布局一模二腔，所以在一小時內塑件產量為 ：
                                             
式中： ---一小時內塑件的產量(g)
       ----型腔數目， =2
       ---單個塑件的質量， =160g
　　　 T----塑件的成型周期，Ｔ＝60s
所以：W=3600/60×2h×160g=19200 g
    2、熱量Q的計算
         Q=WQ=19200×3.5×10                              
=67200×10 KJ/h
式中 Q1——PC單位質量放出的熱量，ABS的單位熱量：      W——單位時間（每小時）內注入模具中的塑料質量，
3）. 求冷卻水的體積流量
                                         
式中: ———所需冷卻水的體積流量， ；
 ——冷卻水出口溫度, =27℃；
 ——冷卻水入口溫度, =20℃；
 ——冷卻水平均溫度 時水的密度，  =10 
C1----冷卻水平均溫度時水的比熱容， ；C1=4.187 
    所以:
    3、求冷卻管道直徑d，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=8mm。
    4 、求冷卻水在管內的流速度ν
                                                 
式中: ———冷卻介質的流速，m/s；
d———冷卻管道的直徑,d=8mm；
 ———冷卻介質的體積流量， 。
 所以:
(5) 求冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數h.
                                        
式中: h---傳熱膜系數
 ---與冷卻介質溫度有關的物理系數，可查表；f=7.22;
 ----冷卻介質在一定溫度下的密度，  =996 （水溫為30℃）;
 ----冷卻介質在圓管中的流速，  v=0.09 m/s；
 ——冷卻管道的直徑， d=8mm;
所以:
  =2.8×10 KJ/( •h•℃)
(6) 求冷卻管道總傳熱面積A
由教材中公式10-14 得：
                                                 
    既；
(7) 求模具上應開設的冷卻管道的孔數n
                        
式中:L—-冷卻管道開設方向上的模具長度或寬度，L=0.3m
 ---冷卻管道直徑,  =0.008m
A---冷卻管道總傳熱面積,A=0.14m
 可得:

五、模架及其標準件的選用
5.1模架總體結構設計及其標準件的選用
注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者適用于模板尺寸為B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準。
1、此模具模架方案
此模具采用UG模具專用系統(tǒng)，調人設計好的模具并進行正確定位，根據模具結構和注射工藝自動調用標準模架庫結合制品的結構特點，此處模架選用FUTUBA的250mmx300mm標準模架。然后模架組件里分別進行動模板、定模板及推板、定位環(huán)及澆口套、導向零件、頂桿等零部件的設計和元件裝配。
2、模架各模板尺寸
 (1)模板的確定
因為采用的是整體式型腔，由于受力作用，其強度和剛度必須足夠大，考慮到導柱和導套、螺釘、冷卻水孔及哈夫塊的推出等對模架強度、剛度的削弱作用，              可取250×300㎜尺寸的模板。
（2）模具高度尺寸的確定
各塊板的厚度已經標準化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個尺寸需要注意：
①   型芯固定板厚度和支撐板厚度；在注射成型時型腔中有很大的成型壓力，當塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時，若型芯固定板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞。本套模具屬于中型模具，其板厚可相對取較小值，但為了安全，取型芯固定板的厚度為60㎜，支承板的厚度取 70mm,
②推桿推出距離；在分模時塑件一般是黏結在型芯上的，需要推桿或推板推出一定的距離才能脫離型芯，該塑件的主型芯高度為21㎜，所以當推出距離為21mm時就能使塑件和型芯分離。如果C板（即模腳）的高度太小，則推出的距離不夠而使塑件不能脫離型芯。需要滿足關系：
H－h(huán)1－h(huán)2－h(huán)＞0                                                  
H——C板高度；90㎜
h ——推板厚度；15 ㎜                  
h ——推桿固定板厚度；20㎜
h——推出距離；21mm
由上分析，確定模架尺寸為250×300mm，型芯固定板的厚度為60㎜，支承板的厚度為48㎜，取上卸料板的厚度為20mm。上下 模座的高度取25㎜。
模具整體高度大約為270mm。      
5.2成型零件的安裝及固定
1、模具的裝配
安裝步驟：
（1） 清理模板平面及定位孔，模具安裝面上的污物、毛刺；
（2） 調節(jié)鎖模機構，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當。去肘伸直時應先快后慢；
（3） 慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調節(jié)頂出裝置，保證頂出距離，注意頂板不得直接與模體相碰，應留有5～10mm左右間隙，開閉模具觀察頂出機構運動情況，動作是否平穩(wěn)、靈活、協(xié)調。復位機構動作是否協(xié)調正確；
（4） 模具裝好后，待料筒及噴嘴溫度上升到距訂定溫度20～30℃，即可校正噴嘴與澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間，觀察兩者接觸印痕，檢查吻合情況，須使松緊合適，校正后擰緊注射座定位螺釘，緊固定位；
模具安裝于注射機上之后，要進行空循環(huán)調整。其目的在于檢驗模具上各運動機構是否可靠、靈活，定位裝置是否能夠有效作用。要注意以下方面：
①合模后分型面不得有間隙，要有足夠的合模力。、
②活動型芯、推出及導向部位運動及滑動要平穩(wěn)、無干涉現象，定位要正確可靠。
③開模時，，推出要平穩(wěn)，保證將塑件及澆注系統(tǒng)凝料推出模具。
④冷卻水要暢通，不漏水，閥門控制正常。
2、模具的試模
①加入原料
原料的品種、規(guī)格、牌號應符合產品圖樣中的要求，成形性能應符合相關標準的規(guī)定。原料一般要預先進行干燥。
②調整設備
按照工藝條件要求調整注射壓力、注射速度、注射量、成形時間、成形溫度等工藝參數。
③試模
將模具安裝在注射機上，選用合格的原料，根據推薦的工藝參數調整好注射機，采用手動操作。開始注射時，首先采用低壓、低溫和較長的時間條件下成形。如果型腔未充滿，則增加注射時的壓力。在提高壓力無效時，可以適當提高溫度條件。試模過程中，應進行詳細記錄，將結果填入試模記錄卡，并保留試模的樣件
3、 成型缺陷及所采取的改正措施
在試模過程中，經常是以檢驗制品的表觀質量及技術指標來驗證模具的質量水平。成型制品質量的好壞，直接反映了模具的技術水平。
在注射過程中易產生的問題：
(1) 注射填充不足。原因及解決方法：
1) 注射機成型能力不夠。
解決辦法:更換額定注射量大的設備。
2) 流動阻力過大。
① 可能噴嘴阻力所致：解決辦法:加大噴嘴直徑，提高噴嘴溫度，使用流動阻力較小的噴嘴。
 ② 主、分流道阻力所至：解決辦法:加大主、分流道直徑，改變分流道截面形狀，盡量采用圓形、梯形等相似的形狀。
③ 前鋒所至，冷料穴未能將熔料前鋒的冷料存儲。而使其直接充入型腔內，妨礙熔體的流動。 解決辦法:增加冷料穴數目、改變冷料穴位置或增大冷料穴尺寸方。
3) 型腔排氣不良  模具的加工精度越高，排氣顯得越重要，尤其在模腔的轉角處、深凹處。
解決辦法:
① 增設頂桿，利用間隙排氣。
  ② 在分型面上加工排氣槽。
    ③ 在較深的凹陷部分使整體變?yōu)殍倝K。
④ 鎖模力不足。注射時動模稍后退，塑件產生飛邊，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。
解決辦法:應調大鎖模力，保證生產合格塑件所需的料量。
(2) 毛刺過大
原因及解決方法：
    1) 鎖模力不足。由于模腔漲力大于合模力，在注射壓力的作用下，動、定模之間產生縫隙因而產生毛刺。在滿足要求的條件下適當地降低注射壓力或者增大鎖模力都可以解決。
2) 模具局部配合不佳。由于模具結構所決定的模具平行度不佳或鎖模裝置不良，產生左右不均衡現象。改變模具鎖模結構，將模具分型面及鑲塊研合配作不嚴的部分重新研作。
3) 模板翹曲變形。因模板剛度不足，采用增大模板厚度或補加緊固螺釘等方法。
4) 注射過量。為了防止縮孔而注入過量的熔料，造成注射過量，產生毛刺。增加注射時間或增加保壓時間來防止縮孔。
(3) 縮孔缺陷
原因及解決方法：
1) 壓縮不足。當注射壓力偏低的時候，不能將物料壓縮到適當的密度，容易產生縮孔，應適當地提高注射壓力。
2) 主流道、分流道及澆口截面過小，需增大澆口直徑。
3) 模具冷卻不均勻。模具溫度高的部位縮孔嚴重，模具溫度低較輕。可以通過調整模具局部溫度的方法來改變縮痕出現。
產生的問題：
熔接痕
原因及解決方法：
成型的熔料匯合處產生的細線稱為熔接痕。這個是低溫熔料相匯合因不能完全熔合而產生的。
解決方法：
①提高注射壓力，在高壓注射下，使熔料的匯合表面得到最好的熔合強度。
②提高模具溫度。使待熔合區(qū)域部分溫度偏高，從而達到良好的自熔合。
③合理設置排氣槽，在熔接處達到排氣通暢，是熔料流動時先把空氣或揮發(fā)成分排除掉。
④少用或不用脫模劑。因為表面涂有脫模劑時，一旦接合處的熔料前鋒沾有脫模劑時，會因二者相互不熔合而造成接合逢加深、強度降低，使制品該部位開裂。 
(4) 塑件產生翹曲、彎曲、扭曲。
原因及解決方法：  
1) 由成形應變引起。因為成型收縮在方向上有差異以及壁厚的變化產生成型應變。
解決方法：
提高模具溫度、提高熔料溫度、降低注射壓力、改善澆注系統(tǒng)的流動條件等以減少收縮率在方向上的差異。
2) 冷卻不充分或不均勻。在制件未得到完全冷卻的情況下被脫出型腔，因為形狀不對稱而產生非對稱收縮，造成翹曲變形。
解決方法：
①延長塑件在模內的冷卻時間，另外，適當降低模具溫度。
產生的問題：
制件尺寸不符合要求�？梢苑譃槌叽缱兇蠛统叽缱冃　�
原因及解決方法：
當尺寸變大，可能注射壓力過高因為高壓注射下產生過量充模，收縮率偏向小值，使制件的實際尺寸邊大。也有可能模具溫度較低，事實上使熔料在較低溫度的情況下成型，收縮率也便向小值。
解決方法：
A、 減少注射壓力。
B、 增加模具溫度。
5.3模具三維分解圖及其工作原理
1、模具三維視圖
 
                     圖13三維爆炸視圖
2、工作原理
模具工作過程:開模時定模板與動模板從分型面處分開，動模向后運動，澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑料制品一起向后運動，當主流道中的冷凝料完全拉出一段距離后，注射機的頂桿作用在下推板向上，使得澆注系統(tǒng)中的冷凝料和塑料制品連接套筒一起推出，完成脫模過程;合模時注塑機頂桿復位，頂桿固定板回到初始狀態(tài)，動、定模完全閉合，回到成型位置，進入下一個工作循環(huán)。

六、模具零件材料的選用
模具材料的使用性能將直接影響模具的質量和使用壽命,模具材料的工藝性能將主要影響模具加工的難易程度、加工質量和生產成本。為此,應合理選擇模具材料,改進熱處理工藝,選用適當的表面處理技術、合理地設計模具結構、加強對模具的維護等措施,來穩(wěn)定和提高模具的使用壽命,防止模具的早期失效。成型零件材料的選擇應遵循以下原則：
(1) 機械加工性能良好。要選用易于切割，而且在加工后能得到高精度零件的鋼種。為此，以中碳鋼和合金剛最常用。
(2) 拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面， ，要求鋼材硬度35～40HRC為宜，過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應該均勻致密，較小雜質，無瑕疵和針點。
(3) 耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱交變的溫度應力作用。一般的高碳合金鋼，可經熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂痕，不宜采用。所選鋼種應使注射模能減少拋光修模次數，能長期保持型腔的尺寸精度，達到批量生產的使用壽命期限。
導柱、導套的材料選擇：導柱、導套應有足夠的強度和耐磨度，采用T10A，經淬火處理，硬度≥55HRC，其表面粗糙度為Ra1.6um。
凸模、型芯、凹模的材料選擇：成型零件要求強度高、耐磨性好、抗腐蝕性好、熱處理變形小。采用40Cr.淬火、低溫回火,硬度≥55HRC。
各種模板、推板、固定板、模座的材料選擇：對于模板、推板、固定板，需要具有一定的強度和剛度，選用45鋼，調質處理，硬度大于200HBS。
主流道襯套、頂桿、拉料桿材料選擇：主流道襯套選用T8A鋼，淬火硬度≥52HRC。頂桿、拉料桿選用45，淬火，硬度43～48HRC。

七、模具總裝工程圖設計

結論
    UG軟件的模具設計理念，使設計更方便化，已成為全世界最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)之一。對于模具的設計流程來說:①采用UG進行該模具的計算機輔助設計，可以快速生成其型腔和型芯，有效幫助設計人員擺脫復雜的空間想象，提高設計效率，其提供的三維模型設計，以及在檢測優(yōu)化方面代替了傳統(tǒng)上許多設計步驟，設計過程中可以直接修改模型，形成的產品合乎設計理念中流線型外觀，在很大程度上縮短了產品開發(fā)周期;②在傳統(tǒng)的模具設計過程中，基本上都使用2D模式，UG的外掛模塊以全新的界面為模具設計者提供了快捷、方便的設計工具，大大縮短了模具設計周期，提高了模具設計的準確性，降低了模具設計成本;③在繪圖模塊下，借助于生成的三維模型，可以很方便地自動生成工程圖中的各個視圖，然后把生成的工程圖轉化為DWG格式，與AutoCAD等繪圖軟件進行圖形文件交換，由3D模型轉換為IGES格式，并與MasterCAM等加工軟件進行圖形文件交換，從而實現模具的CAD/CAM o
    常用塑料在成型過程中對模具的工藝要求有了更深一層的理解，掌握了塑料成型模具的結構特點及設計計算方法，對獨立設計模具具有了一次新的鍛煉。 在設計過程充分利用了各種可以利用的方式，同時在反復的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設計的后一階段充分利用CAD軟件就是一例，新的工具的利用，提高了工作效率。 
    以計算機為手段，專用模具分析設計軟件為工具設計模具。軟件可直接調用數據庫中模架尺寸，金屬材料數據庫及加工參數，通過幾何造型及圖形變換可得到模板及模腔與型芯形狀尺寸迅速完成模具設計。 具體運用手段有：1、運用UG三維造型技術對支架，進行實體建模。2、運用UG的制造模塊中的模具型腔對塑件進行型腔分型。3、運用AutoCAD的外掛燕秀自行設計模架，調用模具標準件、水管接頭等附件。
經過本次的畢業(yè)設計，讓我對先前所學的知識進行了一個系統(tǒng)的回顧和復習，對制圖軟件更加熟練。學會了怎樣查閱資料解決問題，讓我對模具行業(yè)有了一個更深刻認識。模具CAD、UG技術是模具傳統(tǒng)設計方式的革命，大大提高了設計效率，尤其是系列化或類似注射模具設計效率更為提高。  
最后，通過畢業(yè)設計的又一次鍛煉完全清楚：充分利用CAD、UG技術進行設計，在模具符合使要求的前提下盡量降低成本。同時在實際中不斷的積累經驗，以設計出價廉物美的模具。

參考文獻
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[6]、葛XX主編：《 Pro/e注塑模具設計實列教程》 化學工業(yè)出版社 2006年

致謝
本次畢業(yè)設計中查閱了各種有關模具方面的相關資料，向老師、同學請教了許多有關模具的問題，通過相互之間的交流探討，使我對模具的設計,總體結構有了更加深刻的認識。通過這次畢業(yè)設計將對我經后從事模具設計方面的工作和個人的發(fā)展有著十分重大的意義。
在這次設計過程中得到了老師他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，謝老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持的精心指導和其他同學的幫助，促使我設計能順利進展，本人受益匪淺。
論文即將完成，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！在此，對關心和指導過我的老師和幫助過我的同學表示衷心的感謝！