模具設計與製造專業畢業設計

標 題： 汽車底蓋零件注塑模

摘要

本文是關於以汽車底盤零件為研究物件的注塑模設計，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。塑料模畢業設計是模具專業學生在學習過程中的一個重要實踐性學習環節，其目的是：

1.應用本專業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、培養從科技研究工作的初步能力。

2.通過查設計資料手冊和視訊，熟悉設計標準和技術規範，通過進行方案論證、設計與計算、cad、ug繪圖資料處理和綜合分析，編寫說明書等環節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線套筒零件的結構和注射工藝性的基礎上，詳細介紹了在ug軟體平臺上快速生成連線套筒注射模型腔、型芯的過程。並介紹了運用模具專家系統進行模架和其它零部件設計及開模模擬方法。ug的應用縮短了該模具的開發週期，提高了效率，降低了成本。

4.培養勤奮、求實、團結互助、勇於創新的優良品質。希望通過本次畢業設計答辯，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，模具在產品製造過程中佔據重要地位。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，為生產計劃與排程提供更大的優化空間，以達到提高生產效率的目的。模具設計是工裝系統的重要組成部分，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。中國塑料模具製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，製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、後共擠、再生料共擠出和低發泡鋼塑共擠等各種模具。在生產手段上，模具企業裝置數控化率已有較大提高，cad/ug等軟體技術的應用面已大為擴充套件，高速加工及rp/rt等先進技術的採用已越來越多，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，三資企業的蓬勃發展進一步促進了塑料模具設計製造水平及企業管理水平的提高，有些企業已實現資訊化管理和全數字化無圖製造。

面對現在的情況未來模具的發展趨勢向模具加工裝置提出了特殊要求：一是製造模具的鋼材硬度較高，要求模具加工裝置具有熱穩定性、高可靠性；二是複雜型腔和多功能複合模具要求加工程式設計程式量大，具有高深孔腔綜合切削能力和高穩定性；三是高動態精度。面對激烈的市場競爭以及外資企業的推動，中國許多模具企業結合自身發展需要紛紛加大裝置投資，一方面自主開發新工藝、新裝置，另一方面也引進國外先進的加工裝置。比如美國摩爾座標磨床，辛辛那提龍門加工中心，德國dmg公司的各類精密裝置，瑞士製造的各類精密裝置如阿奇夏米爾公司，瑞典制造的精密定位基準系統，日本牧野、三菱、沙迪克、大隈等公司的精密裝置，瑞士、德國、義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、數控三座標測量機、高速高精度電火花成型機、線切割機床、座標磨床、座標鏜床、鏜銑機、成型磨床、光學曲線磨床、帶鋸床、深孔鑽、電極加工機、雕刻機、拋光機、合模機、模具標準件加工專機、高效能熱處理裝置、快速成型裝置、各種刀具及磨刀機、計算機工作站及微機等。

此外，在模具行業內提倡模具生產專業化與模具帶產品的兩種模式發展國內模具工業；繼續在模具企業間形成誠信經營，公平競爭，重合同守信用的經營作風；繼續加大模具人才的培訓力度，滿足上海模具工業的需求；以多種形式交流先進經驗，推廣現代模具建設、經營辦法，促進國內模具企業整體素質提高等。

畢業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等軟體進行模具設計；二是掌握模具設計方法和步驟，瞭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》、《塑料製品與模具設計》、《中國模具設計大典》等諸多參考資料編寫而成。運用ug、cad軟體設計出選定的塑料製品的圖紙，由於缺乏經驗、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，謝謝大家的支援。

本說明書由株洲職業技術學院模具設計與製造專業1201班宋平主編，謝冬和老師稽核。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塑料效能分析

（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）典型應用範圍

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

乾燥處理：abs材料具有吸溼性，要求在加工之前進行乾燥處理。建議乾燥條件為80~90℃下最少乾燥2小時。材料溼度應保證小於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、熱穩定性及化學穩定性；丁二烯具有堅韌性、抗衝擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態上看，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-丙烯腈的連續相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。

（2）abs的特性主要取決於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，並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衝擊性，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，低蠕變性和優異的尺寸穩定性以及很高的抗衝擊強度。

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，該零件屬於中等批量生產，未注公差採取mts級精度，該零件對稱性好，主體拉伸，抽殼，倒角等.

應用ug軟體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，然後長邊25°，短邊20°的拔模，從上表面造型出r19與邊相切的草圖並向下拉伸13，後倒r4的角，在倒r8的角，最後拉伸上表面上的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於加工，並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.型腔佈局。由於該零件尺寸較大，又是中等批量生產，可採用1模2腔，模具型腔和結構較簡單，可以降低模具製造成本。

3.澆注系統。澆注系統是塑料熔體自注射機的噴嘴射出後，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而順利地衝模、壓實和保壓。正確設計澆注系統對獲得優質的塑件極為重要。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。由於該塑件相對深度較大，塑件對動模型芯的包緊力不大，因此設計一副由推杆推出的推出機構。因為此零件斜面較多，推杆能更好的實現對此零件的應用，就能平穩頂出塑件，這樣塑件不易發生頂出變形，且能確保塑件質量，因此推杆推出為本次模具設計的優選方案。

1.3成型裝置選用及校核

1、注塑機的選用

（1）計算塑件的體積、質量

經ug軟體測得塑件的體積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，應採用一模多腔，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——澆注系統凝料體積（cm3）

k——注射機最大注射量利用係數，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

明確注射機的規格引數：

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 頂杆頂出

（4）制定注射成形工藝引數

查表3-1，ps的注射成形工藝引數如下：

溫度（℃）

噴嘴溫度 160～170

料筒溫度 前段170～190，中段～，後段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

成形週期 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週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於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 應小於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於模具開模時取出塑件（包括澆注系統）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模具型腔佈局設計

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，改變其座標方向，使模具座標系統的z軸沿零件的軸線指向正方向升增加毛坯工件升設定收縮率，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。然後對側抽芯鑲件進行處理，增加定位臺階。如圖4所示。

圖3建立模具零件型腔 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，必須將模具型腔開啟，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)分型面的選擇有利於脫模：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，由於推出機構通常設定在動模的一側，將型芯設定在動模部分，塑件冷卻收縮後包緊型芯，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，為了便於脫模，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於保證塑件的外觀質量和精度要求。

(3)分型面的選擇應有利於成型零件的加工製造。

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複雜些，可先用複製和拉伸生成單個曲面，然後再通過多次合併而得，如圖5所示：

圖5主分型面

2.3澆注系統設計

普通澆注系統由主流道、分流道、澆口等組成。在設計澆注系統之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模一腔，澆注系統的設計是注塑模具設計的一個重要的環節，它對注塑成型週期和塑件質量（如外觀，物理效能，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）澆口的排列要儘可能地減少模具外形尺寸。

（3） 系統流道應儘可能短，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）：儘量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失儘可能小。

（4）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統容積儘量小，以減少塑料的耗量。

（5） 澆口位置要適當，儘量避免衝擊嵌件和細小型芯，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 應儘量合理 ，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

分流道是連線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,分流道的截面應儘量使比表面積小、熱量損失小、摩擦阻力小。

（1）、分流道的佈置形式 在設計時應考慮儘量減少流道內的壓力損失儘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 採用平衡式分流道。

（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，為了便於加工和凝料脫模分流道大多設計在分型面上。本設計採用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

分流道的長度應儘可能短，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

由於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

澆口是連線流道與型腔之間的一段細短通道，調節控制料流速度、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節。總的要求是：使熔料以較快的速度進入並充滿型腔，同時在充滿後能適時冷卻封閉，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，且便於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) 澆口位置應有利於流動、排氣和補料。

(3) 澆口位置應使流程最短,料流變向最少,並防止型芯變形。

(4) 澆口位置及數量應有利於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效能的影響。

(6) 澆口位置應儘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，可以採用如下幾種澆口型別。

方案一：在塑件頂部中心位置採用直接澆口直接進料，熔體壓力損失小，成型容易，常用於成型大而深的塑件。由於該注塑件外觀要求光滑、美觀。而直接澆口一般用於一模一腔,且澆口處易產生裂紋，澆口凝料切除後在塑件上所留疤痕較大，故塑件成型後塑件表觀質量不是很好。

方案二：採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、易於加工、便於試模後修正，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：採用潛伏澆口，即在推杆上開設二次澆口，使二次澆口的未端與塑件內壁相通，可避免澆口痕跡，成型後塑件處觀質量較好，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：採用點澆口進料，澆口附近變形小，容易平衡澆注系統，澆口截面小，成型後對塑件外觀質量影響不大，適合三板式模具，宜用於成型流動效能較好的熱塑件塑料。

在本設計中塑料製件質量較大，abs流動性較好，有較好注射工藝性，所以為了確保各製件的質量，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，將會產生如下弊病：

（1）增加熔體充模流動的阻力，是型腔無法被充滿，導致製件稜邊不清晰。

（2）在製件上呈現明顯可見的流動痕和熔接痕，使製件的力學效能降低。

（3）滯留氣體使製件產生銀紋、氣孔、剝層等表面質量缺陷。

（4）型腔內氣體受到壓縮後產生的瞬時區域性高溫，使熔體分解變色。甚至炭化燒焦。

（5）由於排氣不良，降低了熔體的充模速度，延長了注射成形週期。

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。

該模具可採用間隙排氣的形式。

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，即便於模具的裝配和調整。

（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裝置精度低的影響，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定導柱和導套，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。由於半球形加工困難，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採用h7/m6或h7/k6的過渡配合，導柱的導向部分通常採用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後,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,使塑件平穩脫出。同時脫出位置應儘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,以利於注射機移動部分的頂杆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

本模具製件脫模方式採用頂杆推動滑塊脫模，

脫模力包括兩部分，一部分為製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——脫模斜度的修正係數，kf= ≈0.6；

f——製品與剛才表面之間的靜摩擦因數，取0.3；

t——製品厚度，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推杆的設計與計算

推杆脫模機構是最簡單、最常用的一種形式，具有製造簡單、更換方便、推出效果好等特點。

推杆的截面形狀；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；推杆又分為普通推杆和成型推杆兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，後者不僅如此還能參與區域性成型，所以，推杆的使用是非常靈活的。

1）推杆尺寸計算：本設計採用的是推杆推動哈夫塊將製件推出，在求出脫模力的前提下可以對推杆直徑預算並進行強度校核。本設計採用的是圓形推杆，圓形推杆的直徑由尤拉公式簡化為：

d=k( ) ≈5.2mm

式中 d——推杆直徑；

n——推杆的數量，取6；

k——安全係數，取k=1.5；

l——推杆長度，根據模架高度，大約取80mm；

e—推杆材料的彈性模量，取e=2.1×10 mp

f —總的脫模力，f =604n。

對其進行強度校核，推杆材料為45號鋼，式中許用應力為[ ]=58mpa

d≥ 即d≥

2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多種，但最常用的是推杆在固定板中的形式，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後，為進行下一個迴圈必須回覆到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位杆復位和彈簧復位。本設計採用復位杆復位機構。

所以，實際設計時推杆的直徑採用6mm。

推杆的長度

--型芯固定板的厚度 60mm

--推杆頂出製件的距離 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定，冷卻水速度均衡，可以減小塑件的變形。對於要求較低模溫（一般低於80℃）的塑料，如聚乙烯、聚苯烯、abs等，僅需要設定冷卻系統即可，因為通過調節水的流量就可以調節模具的溫度,從而達到改善塑件質量的目的

4.1冷卻系統的設計原則

1、儘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、儘可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與製件的壁厚距離相等，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，對於矩形模具，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生干涉。

4.2冷卻管道的工藝計算

本冷卻系統中採用水作為冷卻介質，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於湍流狀態，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、 塑件的成型週期為60s，模具的平均溫度50℃.模具型腔佈局一模二腔，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----塑件的成型週期，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，為使冷卻水處於湍流狀態，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係數h.

式中: h---傳熱膜係數

---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》。前者適用於模板尺寸為b×l≤560mm×900mm；後者的模板尺寸b×l為（630mm×630mm）～（1250mm×XXmm）。由於塑料模具的蓬勃發展，現在在全國的部分地區形成了自己的標準。

1、此模具模架方案

此模具採用ug模具專用系統，調人設計好的模具並進行正確定位，根據模具結構和注射工藝自動呼叫標準模架庫結合製品的結構特點，此處模架選用futuba的250mmx300mm標準模架。然後模架元件裡分別進行動模板、定模板及推板、定位環及澆口套、導向零件、頂杆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

因為採用的是整體式型腔，由於受力作用，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，這裡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生變形或者破壞。本套模具屬於中型模具，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推杆推出距離；在分模時塑件一般是黏結在型芯上的，需要推杆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。需要滿足關係：

h－h1－h2－h＞0

h——c板高度；90㎜

h ——推板厚度；15 ㎜

h ——推杆固定板厚度；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，模具安裝面上的汙物、毛刺；

（2）調節鎖模機構，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當。去肘伸直時應先快後慢；

（3）慢速開啟模板直至模板停止後退為止，調節頂出裝置，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、靈活、協調。復位機構動作是否協調正確；

（4）模具裝好後，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，須使鬆緊合適，校正後擰緊注射座定位螺釘，緊固定位；

模具安裝於注射機上之後，要進行空迴圈調整。其目的在於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合模後分型面不得有間隙，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、無干涉現象，定位要正確可靠。

③開模時，推出要平穩，保證將塑件及澆注系統凝料推出模具。

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、規格、牌號應符合產品圖樣中的要求，成形效能應符合相關標準的規定。原料一般要預先進行乾燥。

②調整裝置

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、成形溫度等工藝引數。

③試模

將模具安裝在注射機上，選用合格的原料，根據推薦的工藝引數調整好注射機，採用手動操作。開始注射時，首先採用低壓、低溫和較長的時間條件下成形。如果型腔未充滿，則增加註射時的壓力。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，並保留試模的樣件

3、 成型缺陷及所採取的改正措施

在試模過程中，經常是以檢驗製品的表觀質量及技術指標來驗證模具的質量水平。成型製品質量的好壞，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裝置。

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，儘量採用圓形、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儲存。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 增設頂杆，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為鑲塊。

④ 鎖模力不足。注射時動模稍後退，塑件產生飛邊，壁厚加大，使製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。由於模腔漲力大於合模力，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) 模具區域性配合不佳。由於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，採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。增加註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。可以通過調整模具區域性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。使待熔合區域部分溫度偏高，從而達到良好的自熔合。

③合理設定排氣槽，在熔接處達到排氣通暢，是熔料流動時先把空氣或揮發成分排除掉。

④少用或不用脫模劑。因為表面塗有脫模劑時，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，使製品該部位開裂。

(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。在製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：

製件尺寸不符合要求。可以分為尺寸變大和尺寸變小。

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，使製件的實際尺寸邊大。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、模具三維檢視

圖13三維爆炸檢視

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，動模向後運動，澆注系統的冷凝料及塑料製品一起向後運動，當主流道中的冷凝料完全拉出一段距離後，注射機的頂杆作用在下推板向上，使得澆注系統中的冷凝料和塑料製品連線套筒一起推出，完成脫模過程;合模時注塑機頂杆復位，頂杆固定板回到初始狀態，動、定模完全閉合，回到成型位置，進入下一個工作迴圈。

六、模具零件材料的選用

模具材料的使用效能將直接影響模具的質量和使用壽命,模具材料的工藝效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) 機械加工效能良好。要選用易於切割，而且在加工後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) 拋光效能優良。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緻密，較小雜質，無瑕疵和針點。

(3) 耐磨性和抗疲勞效能好。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，不宜採用。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，採用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。採用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：對於模板、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，硬度大於200hbs。

主流道襯套、頂杆、拉料杆材料選擇：主流道襯套選用t8a鋼，淬火硬度≥52hrc。頂杆、拉料杆選用45，淬火，硬度43～48hrc。

七、模具總裝工程圖設計

結論

ug軟體的模具設計理念，使設計更方便化，已成為全世界最普及的3d cad/cam系統之一。對於模具的設計流程來說:①採用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複雜的空間想象，提高設計效率，其提供的三維模型設計，以及在檢測優化方面代替了傳統上許多設計步驟，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週期;②在傳統的模具設計過程中，基本上都使用2d模式，ug的外掛模組以全新的介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週期，提高了模具設計的準確性，降低了模具設計成本;③在繪圖模組下，藉助於生成的三維模型，可以很方便地自動生成工程圖中的各個檢視，然後把生成的工程圖轉化為dwg格式，與autocad等繪圖軟體進行圖形檔案交換，由3d模型轉換為iges格式，並與mastercam等加工軟體進行圖形檔案交換，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鍊。 在設計過程充分利用了各種可以利用的方式，同時在反覆的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設計的後一階段充分利用cad軟體就是一例，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體為工具設計模具。軟體可直接呼叫資料庫中模架尺寸，金屬材料資料庫及加工引數，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的製造模組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，呼叫模具標準件、水管接頭等附件。

經過本次的畢業設計，讓我對先前所學的知識進行了一個系統的回顧和複習，對製圖軟體更加熟練。學會了怎樣查閱資料解決問題，讓我對模具行業有了一個更深刻認識。模具cad、ug技術是模具傳統設計方式的革命，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。

最後，通過畢業設計的又一次鍛鍊完全清楚：充分利用cad、ug技術進行設計，在模具符合使要求的前提下儘量降低成本。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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[5]、歐xx；彭xx：《pro/e專案專案實力教材》 清華大學出版社

[6]、葛xx主編：《 pro/e注塑模具設計實列教程》 化學工業出版社 XX年

致謝

本次畢業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。通過這次畢業設計將對我經後從事模具設計方面的工作和個人的發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。從課題的選擇到專案的最終完成，謝老師都始終給予我細心的指導和不懈的支援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，在這裡請接受我誠摯的謝意!最後我還要感謝培養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！