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洗涤剂 注射 设计 含有 CAD 文件

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本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 I 页 共 页目 录1 引言11.1 模具工业的重要性及发展趋势11.2 塑料及塑料模具的现代设计与制造11.3 塑料注塑模技术22 塑料注射模具的设计步骤42.1 塑料件的工艺性分析 42.2 洗涤剂瓶嘴材料的选择42.3 绘制模具装配草图42.4 对零件进行造型设计并绘制工程图52.5 课程任务要求63. 方案分析与设计 74. 洗涤剂瓶嘴注射模的详细设计84.1 塑料注射成型机的选择84.2 注射模具分型面的选择114.3 注模具浇注系统的设计124.4 注射模具成型零件和模体的设计 164.5 注射模具的顶出机构的设计194.6 塑料注射模具的温度调节系统设计234.7 模具结构设计255 注射模加工工艺设计 265.1 坯料确定 265.2 模板的平面加工266 塑料注射模具型腔常用加工方法及设备286.1 型腔的普通切削加工方法及设备 286.2 型腔的特种加工28结束语30致谢31参考文献32 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 1 页 共 34 页1 1 引言引言1.11.1 模具工业的重要性及发展趋势模具工业的重要性及发展趋势模具是现代工业生产的基础工艺装备，在国民经济中占主要地位。在电子、汽车、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%80%的零件都要依靠模具成型。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力1。在过去的 20 年中，我国模具工业得到了长足的进步。但是，我国的模具工业与发达国家相比，其差距表现在：模具的设计水平；模具的制造水平；模具的标准化水平2。所以，今后的发展趋势是现代设计方法与工艺设计相结合，模具工业向着集团化、规模化方向发展，完善模具 CAD/CAM/CAE 一体化技术，赶超国外同类技术的先进水平，为模具设计提供一种可靠的校核方法，为建立适合我国自己国情的模具设计的现代设计方法，形成规模化的现代模具设计与制造基地，达到模具设计最佳化，是摆在我们面前的一项十分紧迫和关键的任务3。1.21.2 塑料及塑料模具的现代设计与制造塑料及塑料模具的现代设计与制造1.2.1 塑料工业在国民经济中的地位塑料定义为：“主要原料是高分子聚合物（大部分是合成树脂） ，经人工制成有用的形状的固体，称作塑料。不包含纤维、橡胶、涂料、粘接剂等高分子物质。 ”而作为高分子化学和材料科学发展的重要成果，塑料早已成为人类不可缺少的重要生产资料。塑料制品制作在工业生产和日常生活中得到愈来愈广泛的应用4。近几年来由于工程制作的强度和精度等得到了很大提高，各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大。预计今后随着计算机的普及和汽车的轻型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中将占有越来越重要的地位5。1.2.2 塑料模具的现代设计与制造塑料广泛用于成型塑料制品，它利用塑料在高温下所具有的流动性或可塑性， 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 2 页 共 34 页将其成型为具有一定的形状和尺寸，并通过塑料的化学或物理变化，定型为塑料制品。在塑料加工工业中普遍使用有以下几种塑模： (1) 压缩成型的塑料模具（简称压缩模，又称压塑模或压胶模）它是成型热固性原料直接加入敞开的塑模型腔内，当塑模闭合后，再加压和热的作用下，塑料成为流动状态并充满型腔，然后通过化学和物理变化使塑料硬化定型。(2) 压入成型的塑料模具（简称压注模或挤塑模，又称挤胶模）它是成型热固性塑料或封装电器组件等用的一种塑料成型模具，这种塑模没有单独的加料室6。(3) 挤出成型的塑料模具（简称挤出模）它是将放入料斗中的原料由螺旋送入加热室，在加热室的模具端，加热成粘流状态的塑料，在挤出机的高压和高速作用下，通过具有一定断面形状的机头（口模）和定型（套）而挤出成型7。 (4) 注射（塑）成型的塑料模具（简称注射模获注塑模）它是将塑料原料注射在注射机的加热料筒内，受热成熔融状态，在注射机的螺杆或柱塞的推动下进入塑模型腔，使塑料在型腔内硬化成型8。此外，还有发泡成型塑模、吹塑成型塑模、真空成型塑模、玻璃纤维增强塑料成型模等，但这些塑模的设计是建立在以上所述常用的几种塑模设计基础上，且比较简单。随着塑料成型方法的不断出现，必然会产生各种新型的成型模具9。1.31.3 塑料注塑模技术塑料注塑模技术在各种模具中，塑料模具占模具总量近 40%10，而且这个比例还在上升。其中，注塑成型作为一项速度快、自动化程度高的生产技术，能一次成型形状复杂，尺寸精确的制品，在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位11。早期的注塑成型方法主要用于加工热塑性塑料制品，但是随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品应用范围的不断扩大，注塑成型方法已经推广到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。目前，除了少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可以采用注塑成型。据统计，注塑制品约占整个塑料制品总常量的 30%12，全世界每年生产的注塑数量约占所有塑料成型模具数量的 50%13。在注塑成型过程中，模具处于核心地位，其设计与制造水平直接关系到产品的质量、品种及更新速度。在注塑成型中，由于制品形状复杂、材料本身变形的特性以及复杂的边界条件和不确定因素，使材料成型过程经历了相当复杂的变形历史和相态变化，如固体输送、熔融、熔体输送、流动、压实、固化、相变、结晶、分子 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3 页 共 34 页取向、纤维取向、翘曲变形等，模具设计及成型工艺条件对成型过程中材料所经历的受力状态和热状态有着重要的影响，直接关系到制品的力学性能和成型效率等。长期以来，高聚物成型加工过程工艺参数的设定和模具设计与制造主要依赖于工艺人员和模具设计人员的经验和技巧，设计的合理性只能通过试模来判断，制造的缺陷也主要靠修模来纠正，导致模具及制品的设计与制造周期长、成本高、档次低。这个问题在我国更加突出。虽然我国模具工业的水平有了一定的提高，但与国民经济需要和国际先进水平相比，我国模具工业主要存在如下几个问题： （1）总量供不应求，国内模具自配率只有 70%14左右。其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50%15左右。（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不合理。（3）模具产品水平要比国际水平低许多，而模具生产周期却要比国际水平长许多。产品低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度等方面。（4）开发能力较差，经济效益欠佳。（5）与国际水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。我国塑料模具技术今后应在下列几个方面得到发展，不断提高其水平： （1）模具 CAD/CAE/CAM 一体化技术 模具 CAD/CAE/CAM 技术是模具技术发展的一个里程碑16。由于这项技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，硬件和软件已降到中小企业普遍可以接受的程度，再加上微机的普及和应用及微机版软件的退出，模具行业中普及 CAD/CAE 的条件应经成熟，今后必将有很快的发展。模具 CAD/CAE/CAM 一体化及软件的宜人化、集成化、智能化、网路化将是今后的发展方向。 （2）管理技术将迅速发展。管理是一个系统工程，是一项十分重要的技术。机械行业中常说的“三分技术七分管理”的话，说明了管理的重要性。模具企业中现代企业制度和各项创新机制的建立和运行是管理技术的核心。（3）精密测量和高速扫描及数字化系统将在逆向工程和并行工程中发挥更大作用。（4）模具标准化程度将不断提高。（5）虚拟技术将得到发展。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 4 页 共 34 页2 2 塑料注射模具的设计步骤塑料注射模具的设计步骤2.12.1 塑料件的工艺性分析塑料件的工艺性分析(1) 本课题是对洗涤剂瓶嘴的注射模设计。首先对洗涤剂瓶嘴进行观察并进行测绘，如图 2.1，尺寸大都是估算值，无特殊要求，尺寸公差按 IT7 级精度查取。(2)塑件结构工艺性分析：(a) 塑件厚度为 2mm，壁厚均匀，塑件成型性能良好；(b) 塑件本身带有圆弧抽芯机构，用齿轮运动进行抽芯；(c) 从塑件结构看，设置一个分型面。(3）塑件表面要求光滑无裂痕，未明确粗糙度值的按 Ra6.3 要求。图 2.12.22.2 洗涤剂瓶嘴材料的选择洗涤剂瓶嘴材料的选择塑料材料的相对密度在 0.832.2 范围内，在众多的材料中只有比木材的相当密度稍高。且在各种的材料中，塑料材料具有最高的比强度，甚至比特种合金铝还要高。塑料还具有很好的绝缘性、防震、隔热、隔音性能。耐腐蚀性仅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有优异的加工性能。洗涤剂瓶嘴的材料选为聚苯乙烯（ps）。聚苯乙烯无色、透明、有光泽、无毒无味，化学稳定性良好。2.32.3 绘制模具装配草图绘制模具装配草图模具装配图的设计应先从绘制装配图入手，根据塑件的具体情况，经过认真考虑、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 5 页 共 34 页的合理工艺性。以下就是装配草图中应考虑到的几个重要部分：(1)成型零件的结构及安装方法：塑件成型的好坏直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置能使成型结构在现有的设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。(2)确定浇口位置及结构形式：模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置确定。浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键，所以我们要在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。且易于清除浇注塑料。(3）确定分型面的位置和结构形式：分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接触面。一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑设计。(4)选择成型设备：根据塑件的具体情况，选择相适应的注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量，另一个是最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。(5)圆弧抽芯机构的确定：根据塑件喷嘴带有圆弧抽芯机构，选择齿轮运动进行抽芯。(6)顶出机构的确定：定模动模分型后，圆弧抽芯也完成了抽芯动作。塑件根据自身的重力和推杆的运动自由落下。(7)确定温度调节方式：温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观和效率，所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分，为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。(8)确定主要结构件的尺寸：通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。2.42.4 对零件进行造型设计并绘制工程图对零件进行造型设计并绘制工程图装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的造型设计。工程图尽量按1：1 的比例画出，因为这样比较直观，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 6 页 共 34 页严格按比例画出。按制图规划，正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。主要零件绘制完成，对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。2.52.5 课程任务要求课程任务要求本课题洗涤剂瓶嘴注射模设计。要求对塑件进行测绘，并完成其 CAD 三维造型设计。洗涤剂瓶嘴注射模要求一模两腔，并带有圆弧抽芯。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件 CAD 三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 7 页 共 34 页3.3. 方案分析与设计方案分析与设计洗涤剂瓶嘴是一个结构稍微复杂的零件，设计的重点是喷嘴部分的圆弧抽芯机构。根据塑件的结构特点成型模具需要采用圆弧抽芯成型结构。根据上网查资料，初步确定可以用液压直抽芯和齿轮齿条配合气缸两种方法来实现。在比较之后发现，前者虽然能进行抽芯但是制造昂贵，实际结构不易实现，达不到要求。用齿轮齿条配合气缸抽芯可以实现喷嘴部分抽芯的弧度。所以我用齿轮齿条配合气缸来实现我设计理念。具体方案如图 3.1：图 3.1 方案1.叶片摆动气缸；2 轴承端盖；3 连轴套；4 键；5 齿轮轴 气缸的输出轴转动，通过 3 连轴套带动齿轮轴转动，齿轮齿条运动脱出圆弧型芯。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 8 页 共 34 页4.4. 洗涤剂瓶嘴注射模的详细设计洗涤剂瓶嘴注射模的详细设计4.14.1 塑料注射成型机的选择塑料注射成型机的选择4.1.1 注射成型机的分类(1)注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种。卧式注射机：目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射装置与合模装置方向在同一水平线上横卧安装。优点:重心低，操作及维修方便，塑件可自行脱落，易实现自动化。缺点:模具安装麻烦，嵌件安放不稳，机器占地较大。本设计使用卧式注射机。 (2)注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。4.1.2 塑料注射机通用的主要装置组成(1)注射装置：它的主要作用是使固态的塑料均匀的塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将融料注入模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加热器、料斗、计量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动装置。(2)合模机构：它的主要作用是保证成型模具有可靠的开合动作。因为在注射过程中进入模腔中的融料有较高的压力，这就要求合模装置给予模具足够的夹紧力、即锁模力，防止模具在融料高压力下推开。它的主要部件有：机架、定动模板、拉杆、合模油缸及肘节。(3)顶出装置：它的作用在开模到一定距离后，驱动模具的顶出装置，将部件从模具中顶出。(4) 机械和液压传动及电气控制系统：注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、温度调节、注射入模、保压、制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确的发生过程，这些连续动作都是由机械和液压传动及电气控制的。塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。开模距离一般可分为两种情况:一是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并不受模具厚度 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 9 页 共 34 页的影响即注射机最大开模行程与模具厚度无关；二是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度有关。4.1.3 注射成型机的计算(1)注射容量国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚苯乙烯时在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最大容量。由于聚苯乙烯的密度1.05g/cm3，即它的单位容量与单位质量向近，所以在目前实际中为便于计算，有时还沿用过去的习惯，通常也用其质量可作粗略计量。注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力，标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。确定了单个塑件的体积（质量）和模孔数量就可以大体上计算出多模塑件的总体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，即是一模塑料的总体积 Vm。 (4.1)zmVV8 . 0式(4.1)中 Vm成型零件与浇注系统体积总和，cm3 ； Vz注射机最大注射容量，cm3 ； 估算：32325.3525 . 25 . 114. 3cmVm(2)最大注射压力校核最大注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆对熔融塑料所施加的单位面积上的压力，它用于克服熔体流经喷嘴、浇注系统和型腔时的流动阻力。注射机的最大注射压力必须大于成型塑件所需要的注射压力。一般塑件的成型压力在 70150Mpa 范围内。(3)模具的闭合高度注射机动压板的最大的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说，注射模的闭合高度必须符合下列的要求： maxminHHHm 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 10 页 共 34 页（4.2）式（4.2）中 Hmin注射机允许的最小厚度，mm； Hm注射机的实际闭合高度，mm； Hmax注射机允许的最大厚度，mm； mmHm197205056262520(4)喷嘴尺寸注射模主流道衬套始端凹坑的球面半径 R 应大于注射喷嘴球头半径 r，以保证同心和紧密接触，通常 R=r+(0.51)mm。主流道孔小端直径 D 应大于注射机喷嘴直径d，通常取 D=d+(0.51)mm。如图 4.1 所示：图 4.1 喷嘴尺寸示意图(5) 模具外形尺寸模具长宽尺寸应与注射机拉杆内间距相适应，以保证模具至少能从一个方穿过拉杆间的空间安装在注射机上。确定为 160x200(6）模具厚度注射模的厚度必须在所选的注射机的最大到最小模厚之间。(7) 螺孔尺寸模具固定采用压板固定，只需模具动、定固定板附近有螺孔即可。综合考虑上述条件，注射机选择 XS-Z-60 型号。4.1.4 注射机参数根据计算所的注射机参数进行校核：最终注射机选用 XS-Z-60 型国产卧式注射机，其参数如下理论注射量/cm3： 60螺杆（柱塞）直径/mm 38注射压力/MPa 122 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 11 页 共 34 页锁模力/kN 500注射行程/mm 170最大模具厚度/mm 200最小模具厚度/mm 70喷嘴圆弧半径/mm 12喷嘴直径/mm 44.24.2 注射模具分型面的选择注射模具分型面的选择 4.2.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面。4.2.2 分型面的选择原则选择分型面的基本原则：a）尽量使塑件开模时留在动模一侧；b)分型面应有利于排气；c)保证塑件外观质量要求；d）有利于塑件分型和抽芯动作；e)有利于塑件脱模；f)考虑侧向分型面与主分型面的协调；4.2.3 分型面的选择按塑件结构，有两种分型面方案如图 4.2，图 4.3图 4.2 分型面方案一 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 12 页 共 34 页图 4.3 分型面方案二方案一与方案二相比，方案一是以底面为分型面，脱模时喷嘴部分不易脱出，而方案二是沿着喷嘴弧形中心线分型，喷嘴部分能顺利脱出。故选用方案二。4.34.3 注模具浇注系统的设计注模具浇注系统的设计4.3.1 注射模具浇注系统的组成模具的浇注系统包括主流道、分流道、浇口及冷料穴，它是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以采用一模多腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：(1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象；(2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸；(3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大） ；尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小；(4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置；(5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量；(6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观；(7）合理设计冷却穴；4.3.2 注射模主流道设计(1）主流道的设计 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 13 页 共 34 页主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。采用侧浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为 2 4，内表面的粗糙度为 Ra0.8um。主流道的设计遵循以下几点原则：(a)为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，锥度取 2 4，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为Ra0.8um；(b)主流道出口端呈过渡圆弧，其半径取 r=1mm 3mm,以减少流速转向过渡的阻力；(c)在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形；(d)为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑通常主流道进口端凹坑的球面半径 Sr 要比喷嘴球面半径 Sr 大 1mm 2mm,凹入深度约 5mm，为了补偿主流道与喷嘴的对中误差，主流道进口端的直径 D 应比喷嘴出口直径 d 大 0.5mm 1mm；(e)由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度一般定为 5mm 10mm，大型模具时为 15mm 左右。(2)浇口套的设计主流道浇口套一般采用碳素工具钢如 T8A、T10A 等材料制造，热处理淬火硬度53HRC57HRC。主流道浇口套如图 4.4 所示 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 14 页 共 34 页图 4.4 浇口套注射机的 XS-Z-60 喷嘴球半径为 12mm，喷嘴孔径为 4mm。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取 13mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取 5mm。4.3.3 注射模具分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积） ，塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形。(1）分流道的设计要点总体归纳如下：(a)分流道的设计时应采用较小的截面积，以便在试模时为必要的修正留有余地； (b)在可能的情况下，分流道的长度应尽量的短，以减少压力损失；(c)保证熔体迅速和均匀地充满型腔；(d)分流道和型腔的分布原则是排列紧凑，间距合理；(e)在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却水路的空间。(2）分流道的长度分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。(3）分流道的布局 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 15 页 共 34 页在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据洗涤剂喷嘴注射模要求一模两腔的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等。这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成分流道过长的缺点。分流道断面采用圆形截面，在分型面一侧，加工容易，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大。4.3.4 注射模具浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择直接影响到塑件能否完好的、高质量的注射成形。浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两类。非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位。(1)注射模浇口的类型单分型面注射模的浇口可以采用直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口和爪形浇口。这里着重讲侧浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为扁槽，是限制性浇口。侧浇口广泛使用在多型腔单分型面注射模上，侧浇口的形式如图 4.5 所示。特点是由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，不留明显痕迹。图 4.5 侧浇口(2)浇口的选择 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 16 页 共 34 页浇口位置的选择原则：(a)尽量缩短流动距离；(b)避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷；(c)浇口应开设在塑件厚壁处；(d)考虑分子定向的影响；(e)减少熔接痕，提高熔接强度。根据以上几点原则加上模具一模两腔的要求，我选择侧浇口。侧浇口为扁平形状，可以大大的缩短冷却时间，缩短成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在塑件表面，浇口截面形状简单，容易加工，且注射效率高。4.3.5 冷料穴的设计冷料穴位于主流道的对面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料” ，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；开模时能将主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸稍大于主流道大端的直径。采用底端带有推杆的冷料井，这类冷料穴的底部有一根推料杆组成，推料杆装于推杆型芯推板上。注射模采用 Z 型冷料穴。4.3.6 排气方式设计当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利排出，将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，黏度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注射周期和产品质量。因此设计型腔时必须要充分考虑排气问题。由于喷嘴属于小型的塑件，并且充模时熔体最后充到型腔的分型面处，且不采用特殊的高速注射，利用分型面排气，就可满足排气的要求。4.44.4 注射模具成型零件和模体的设计注射模具成型零件和模体的设计4.4.1 注射模具型腔的结构设计型腔的结构形式大致可以分为以下几种：(1）整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 17 页 共 34 页(2)整体组合式型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件进行处理等。(3)局部组合式型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。(4)完全组合式完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。洗涤剂瓶嘴注射模的型腔部分有点复杂，圆弧抽芯部分不容易加工，所以用组合式凹模。4.4.2 注射模具型芯的结构设计型芯的结构形式大体有：a)整体式；b)整体复合式；c)局部组合式；d)完全组合式。4.4.3 注射模具成型零件的尺寸确定(1）型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此应选择塑件公差的 1/2，取负偏差，再加上-1/4的磨损量，而型芯深度则再加上-1/6 的磨损量，这样的型芯的计算尺寸的表述如下。(a)型腔的径向尺寸的计算式： (4.3)0*00431SDD式(4.3)中 D0型芯的最小基本尺寸；塑件的最大基本尺寸；*0DS塑件的平均收缩率，S=0.02；塑件的公差，取八级精度；模具制造公差，按 1/3选取； 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 18 页 共 34 页根据公式(4.3)计算得型腔的各径向尺寸： mmD28*0mmD011. 0005 .28(b)型腔的深度根据尺寸的计算公式 (4.4)0*00321SHH式(4.4)中 型腔深度的最小尺寸；0H塑件的最大基本小尺寸；*0HS塑件的平均收缩率；塑件的公差，取八级精度；模具制造公差，按 1/3选取；根据公式 4-4 计算得型腔的各深度尺寸： mmH10*0mmh001. 0002 .10(2）型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸,因此应选择塑件公差的 1/2,取正偏差,再加上+1/4 的磨损量,而型芯高度则加上+1/6 的磨损量.型芯的计算尺寸表达如下。(a)型芯的径向尺寸的计算式： (4.5)0*00431Sdd式(4.5)中型芯的最大基本尺寸；0d 塑件的最小基本尺寸；*0d S塑件的平均收缩率；塑件的公差，取八级精度；模具制造公差，按 1/3选取；根据公式 4-5 计算得型芯的各径向尺寸： mmd26*0mmd0011. 003 .26(b)型芯的高度尺寸的计算： 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 19 页 共 34 页 (4.6)0*00321Shh式(4.6)中 型芯高度的最大尺寸；0h塑件内形深度的最小尺寸；*0hS塑件的平均收缩率；塑件的公差，取八级精度；模具制造公差，按 1/3选取；根据公式 4-6 计算得型芯的各高度尺寸： mmh12*0mmh0004. 002 .12(3）型腔侧壁厚度的计算按强度计算其壁厚 S 按下列公式计算 (4.7)12prS式(4.7)中 型腔材料的许用应力，=550MPa p型腔内单位平均压力，P=45MPar型腔内半径，r=14mm代入公式 4-7 得：mmS06. 3(4）底板厚度的计算按强度计算其壁厚 H 按下面公式计算 (4.8)287. 0prH 式(4.8)中 型腔材料的许用应力，=550MPa p型腔内单位平均压力，P=45MPar型腔内半径，r=14mm代入公式 4-8 得：mmH5 . 34.54.5 注射模具的顶出机构的设计注射模具的顶出机构的设计 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 20 页 共 34 页4.5.1 注射模具的顶出机构顶出机构的分类：按驱动方式分类可分为手动顶出、机动顶出、液压顶出和气动顶出。按模具结构分类可分为一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、浇注系统自动切断顶出。(1)推出机构的结构组成 将塑料制品及浇注系统中的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构，也叫顶出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的机械顶杆或液压缸的活塞杆来完成的。结构组成：由推出、复位组成。(2)结构分类手动推出、机动推出、液压或气动推出。(3)结构设计要求塑件尽量留在动模,塑件在推出过程中不变形,塑件的外观质量不损坏,合模时应使推出机构能够正确复位,动作可靠。(4)结构设计(a)推杆推出机构推杆推出机构是整个推出机构中最简单、最常见的一种形式。由于设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度。推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，损坏后也便于更换，因此在生产中广泛应用。但是因为推杆的推出面积一般比较小，易引起较大局部应力而顶穿塑件或使塑件变形，所以很少用于脱模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。 (b)顶出机构的设计原则：顶出机构应设在塑件的内表面以及不显眼的位置，并尽量保证顶出塑件时不影响外观质量。在一般情况下开模时，尽量设计使塑件留在动模一侧，以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时，可设法增加动模一侧的阻力。在特殊情况下必须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能，使其在相当长的运作周期内平稳顺畅，无卡滞现象，并力求制造方便，容易维修。顶出装置要求均匀分布，顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件，即不易变形 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 21 页 共 34 页或损伤的部位，尽量避免顶出力作用于最薄的部位，防止塑件在顶出过程中的变形和损伤。综上所述采用推杆推出。4.5.2 复位机构采用复位杆复位机构，借助模具的闭合动作，使推出机构复位。见图 4.6图 4.6 复位杆复位4.5.3 圆弧抽芯机构圆弧抽芯机构不同于斜导柱抽芯机构，它的型芯具有一定的弧度，这是设计的重点，也是难点。我们采用齿轮齿条进行圆弧抽芯。齿轮设计为模数为 1，齿数最少为 17，所以分度圆直径为 17mm 见公式(4.9)： （4-9MZD）与之配合的内齿条半径为 25mm，内齿条分度圆与齿轮的分度圆重合。他们之间的配合见下图 4.7图 4.7 圆弧抽芯洗涤嘴的弧长是 15.56mm,角度是 34，所以齿条运动的路径是 15.56mm，需要动模板的厚度超过 6.79mm，满足条件。弧长和角度如图 4.8 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 22 页 共 34 页图 4.8 弧长和角度小齿轮直接做在轴上，叶片摆动气缸通过连轴器直接带动轴转动，小齿轮和齿条啮合运动，完成抽芯动作。如图 4.9图 4.9 叶片摆动气缸运动4.5.4 斜导柱机构(1)斜导柱的设计(a)斜导柱的结构与固定形式 斜导柱工作端的结构可以设计成半球形或锥台形。当设计成锥台形时必须注意斜角 应大于斜导柱倾斜角 ，一般，以避免端部锥台参与侧)32(向抽芯。如图 4.10图 4.10 斜导柱结构 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 23 页 共 34 页 斜导柱与固定模板之间采用的配合一般为 H7/h6。由于斜导柱在工作过程中主要用来驱动滑块作往复运动，滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块之间的配合精度保证，而合模时滑块的最终准确位置由契紧块决定。为了运动的灵活，滑块上斜导柱与斜导柱之间可以采用较松的间隙配合或取 0.5mm 1mm 间隙。如图 4.11图 4.11 斜导柱固定形式(b)斜导柱倾斜角的确定 斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角 。确定 时要综合抽芯距以及斜导柱所受的弯曲力。通常 取 15 20，一般不大于 25。本设计取 为 21。(c)斜导柱的尺寸 斜导柱的直径通过查资料确定为 10mm，其余见图 4.10。(2)滑块的设计(a)导滑槽的设计 成型滑块在抽芯和复位过程中，要求其必须沿一定得方向平稳地往复地移动，不应发生上下窜动和卡紧现象，滑块和导滑槽的配合形式如图 4.12图 4.12 导滑槽 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 24 页 共 34 页(b)滑块的定位装置设计 滑块的定位装置用于保证滑块在开模后停留在刚刚脱出斜导柱的位置，不再发生任何移动，以避免合模时斜导柱不能准确地进人滑块的斜导孔内，造成模具损坏。设计所采用的定位装置如图 4.13图 4.13 滑块的定位装置4.64.6 塑料注射模具的温度调节系统设计塑料注射模具的温度调节系统设计在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约 80%，然而由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求不尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。(1）低的模具温度可降低塑件的收缩率。(2）模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形。(3）对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。(4）提高模具温度可以改善塑件的表面质量。在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为 2000C 左右，而从模具中取出塑件的温度约 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 25 页 共 34 页600C，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度。因洗涤剂瓶嘴使用的塑料是 PS，宜用高料温、高模温、低注射压力成型，并延长注射时间，以防止缩孔及变形，降低内应力，但料温过高容易出现银丝；料温低或脱模剂多，则塑件透明性差。总之，要做到优质、高效率生产，模具必须进行温度调节。对温度调节系统的要求：(1）确定加热或是冷却；(2）模温均一，塑件各部分同时冷却；(3）采用低的模温，快速且大量通冷却水；温度调节系统应尽量结构简单，加工容易，成本低谦。4.6.1 模具冷却系统的设计根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于 3 根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。根据书上的经验值取 4 根，冷却水口口径为 6mm.另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：(1）浇口处加强冷却；(2）冷却水孔到型腔表面的距离相等；(3）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；(4）冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。4.6.2 模具加热系统的设计因在 PS 要求的熔融温度较高。而且流动性能为中性，同时在注射时模具温度要求在 600C 左右，所以该模具必须加热。模具加热方法包括：热水，热空气，热油及电加热等。由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具中应用电加热。4.74.7 模具结构设计模具结构设计模具结构设计在方案和详细设计计算的基础上采用三维 CAD 系统进行具体设计。目前的 CAD 软件很多，如工程图设计普遍采用的二维 AutoCAD，功能强大的三维设计加工软件 UG、Pro/Engineer 等，还有易学易用的 Solid Work、Solid Edge 等。设 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 26 页 共 34 页计采用自上而下、上下结合的设计方法。首先根据模具结构方案进行各主要零件的三维造型和设计，然后进行装配体装配设计，在装配设计过程中发现的干涉碰撞等结构问题再进行修改，最后完善零件的设计。5 5 注射模加工工艺设计注射模加工工艺设计塑料模具的零件类型很多，加工条件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：经济低精度的通用加工、电火化成型与线切割加工、精密数控加工、高速切削加工等。由于洗涤剂喷嘴注射模精度要求一般，模具结构尤其是型腔结构复杂程度一般，因此模具的加工立足于经济、可行，故采用了普通加工与电火花成型结合的工艺方法。根据零件类型下面简单分析一下主要类型零件的加工工艺。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 27 页 共 34 页5.15.1 坯料确定坯料确定坯料是指模具零件采用材料的原始状态。一般情况下，采用标准棒料或板材，也可采用锻造坯料。在专业模具企业中，对性能要求不高的材料多采用标准规格材料，而对性能要求较高发材料要经锻造，然后经热出路调质后具有适当硬度和便于加工抛光的专用模具用钢切割成坯料，这种形式加工余量小，节省了人工和材料用量。坯料通过锻造可使金属材料的金相组织密实，对其强度和刚度也有提高。只是应严格控制加工余量，加工余量过大，会引起材料和加工工时的浪费。5.25.2 模板的平面加工模板的平面加工(1)模板平面的粗加工平面切削加工是指车床、刨床、铣床等对坯料的 6 个方面进行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足够的半精加工余量，同时对模板上较大的孔也应该进行粗加工。粗加工完成了以后，应进行一次退火处理或调质处理，以去除模板的内部应力，使其组织稳定，以防止在模具制造、模具成型或淬火过程中的变形或淬裂。(2)模板平面的半精加工在经过退火而消除内应力之后，模板会产生不同程度的变形。半精就是去除其变形量，并给精加工留出适当的加工余量。(3)模板平面的精加工通过以上的加工程序，模板已形成了基本轮廓。采用平面磨床磨削模板厚度的两平面，并达到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。这两个分模面即是 z 轴方向上的加工基准面。取任意相邻的两个侧面进行高精度的直角加工，并与模板平面相互垂直。这两个面即是 x，y 方向上的加工基准面，分别作文字标记，如 x，y。当平面的精度要求，特别是平面度公差要求很高时，可以采用研磨的方法，即采用铸铁平板作为研具，由很细的金刚砂做磨料，施以较小的压力均匀平衡的去除配合面的余量，达到多面积的良好接触。(4)薄板的精加工当薄板较薄或太薄时，在淬火填质或淬硬后容易发生弯曲或翘曲形变的现象。薄板在磨削发生形变时，应使用薄而宽的挡板，将薄板四周挡住，并将被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量对凸面进行磨削，当磨削的部分长度达到薄板 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 28 页 共 34 页长度的 2/3 时，将薄板翻面，依然采取精度磨削的状态，这样反复数次，直到翘曲的现象完全消失，才能按常规磨削。因此，薄板的预留量应该加大，以防止达到尺寸要求时局部仍有凹处，而导致薄板报废现象。6 6 塑料注射模具型腔常用加工方法及设备塑料注射模具型腔常用加工方法及设备6.16.1 型腔的普通切削加工方法及设备型腔的普通切削加工方法及设备(1)铣床铣床可以加工平面，曲面等各种表面，常见的铣床有立式铣床、卧式铣床、万能铣床、工具铣床等，铣床可以加工出平面、沟槽、曲面等形状。(2)刨床 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 29 页 共 34 页刨床主要用于平而加工，常见的刨床有牛头刨床、龙门刨床、插床等。牛头刨床工作时，被加工工件用平口 u 钳安装于工作台上，工作台可以做左右移动。刨刀固定在滑枕上的刀架中，刨刀做前后移动，通过刨刀与工件的相对运动，完成平面加工。龙门刨床用于加工尺寸较大的工件。插床又称立式牛头刨床，主要用来加工工件的内表面，如键槽、多边形孔。(3)磨床磨床是用砂轮或其他磨料对金属工件进行加工的机床。常见磨床有平面磨床、外圆磨床、自圆磨床等。磨削也是一种切削，砂轮表面上的每个磨粒，可以近似地看成一个微小的刀齿，对金属表面进行切削。磨削加工精度高、表面粗糙度值小，一般常用于半精加工和精加工。不同的磨削机床可以加工平面、外圆表面、内圆表面以及各种曲面。6.26.2 型腔的特种加工型腔的特种加工特种加工是直接利用电能、化学能、光能等进行加工的方法。特种加工与普通机械加工有本质的不同，它不要求工具材料比工件材料更硬，也不需要在加工过程中施加明显的机械力它可以解决普通机械加工无法完成的加工工作，适合于加工各种不同材料而且结构复杂的模具零件，是模具制造中一种必不可少的重要加工方法。6.2.1 电火花加工电火花加工的原理是