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附件1：外文資料翻譯譯文
微型模具成型的熱量和擠壓控制
在這篇文章中,我們?yōu)榱擞行У貜椭瞥鲈撐⑿湍＞弋a品的微小結構,將一個擠壓機器和一個小核心傳感器組合起來，構建一個注射模具的擠壓系統(tǒng)。在一些重要的部位，由一個壓力裝置，它作為原動力，驅動中心模具工作。舉例說吧，在注射以后，模腔中的壓力會從二十兆帕上升到三十四兆帕。那些小小的感應器形成感受到壓力，那些周圍的裝置和熱敏傳感器，排列在洞腔的同圍。我們可以根據這些信號推測里面狀況朝著有利的方向發(fā)展。為了評估該注射系統(tǒng)，我們做了一個厚度為1lm角度為140℃ 三角凹朝槽 來進行工作。
說明
大部分的醫(yī)療信息設備都有一個基礎工作部分，另外還有一些輔助部件來完成某種特定的功能。模具成型技術 在現實中廣泛應用，而且在大批量生產中多有應用，這篇文章即是研究成型過程在傳統(tǒng)的成型壓力系統(tǒng)中,其為系統(tǒng)提供很大的壓力差,這種特點為模具成型過程提供了很好的動力源.然而,傳統(tǒng)的成型過程在注射成型的過程中,特別是在微型模具的成型過程中,有兩個很明顯的問題.首先,在用單模腔成型微小結構的模具時,不同的溫度和硬度會引起不一致的成型壓力.一般來說,模腔中心的溫度越高,中心周圍的溫度也會越高.其次,即使通過冷卻和控制壓力的方法來展平那些不平的區(qū)域,但是通過檢測發(fā)現,熱流量和壓力仍是高于成型微型模具工作時所規(guī)定的壓力,而且腔內的這種情況很不好控制,這樣以來就只好通來偵測熱流面不是溫度來控制型腔中各種成型條件.
這篇文章的作者，也就是該機器的設計者，他通過在模具重要部位安放一個叫做模具核心擠壓機的部件來及時了解并控制模腔內成型的具體情況。這個部件配備有特殊裝置來控制模腔內的壓力、溫度，并反饋回到顯示裝置上。這篇文章就向我們詳細地闡述了這種機器的模型。
模具成型的壓力系統(tǒng)設計
如圖1所示，該結構為我們常用的模具結構圖。首先，我們描述一下裝備有piezo設備的模具成型壓力機。我們用的pie20設備有一個最大厚度為13LM的裝置，而且可以產生一個最大值為6KN的壓力。因此，該注射壓力系統(tǒng)所能產生的壓力在0~6KN之間，注射機的壓力系統(tǒng)有一個壓力設備，該裝置有一個特置的中心軸，并與一個傳感反饋裝置連在一塊。這個壓力裝置是圓柱形的，直徑為25mm，高度為54mm，它的溫度約在20℃和120℃之間。壓力傳動裝置的設計是對稱的，它把動力和運動從壓力裝置上以一定的規(guī)律和方式傳出去，這個圓柱體的傳動裝置向一個方向上不停地進行著傳遞工作，并由一個平面的輔助裝置保證其只能在平面內作旋轉運動。
為了研究之便，我們特地用一個很小的傳感器，使位移，壓力、傳感器、熱量傳感器很好地相互協(xié)調起來協(xié)同工作，當注射機的注射孔開始有位移并要接觸到模腔時，位移傳感器裝置就會測出其位移，并作出下一步的控制動作。該位移傳感器是非接觸式傳感器，其最大是量程為500lm ,誤差可以控制在0.2lm以下。
我們把一個核心模型放在模腔的中央，其結構是一個三角形的凹槽，以深度1lm順次排列。核心表面有32768個三角形的凹槽組成，凹槽相鄰的角度為140o ，距離為1μm完成加工的產品組成一個直徑為12mm厚度為1mm的盤狀物。由是由在鋼里面加入鎳和磷元素制成的合金做的。有很好的硬度和耐磨性。三角槽的切制是由精度非常高的NC機切制而成的，有著異常高的精確度。
有二組深度為12lm的廢氣排放口，依次排列在圓洞的周圍。用一個真空泵抽出由于樹脂的分解而產生的廢氣物。為保證精細模具的硬度，統(tǒng)一冷卻那些盤狀產品。我對使冷卻水做曲線的循環(huán)運動。注射機依靠一個伺服馬達系統(tǒng)，使其可以具備最高達150KN的夾緊力。
評估微型注射系統(tǒng)
以下是成型時的條件：材料：聚苯乙烯；注射溫度：190℃；成型設備溫度：80℃；注射速度：10mm/s；注射壓力：34mpa；夾緊力：150KN。在這些條件下，我們分別對如下情景作了比較分析。第一種情況是在約1000Vr 電壓下推動注射壓力機工作，第二種是沒有電壓作用。圖表3和4顯示的是模具里邊傳感器的測量結果。注射壓力的測量由位于注射壓力機后面的壓力計來測量，并以數字表格形式在輸出裝置上顯示。
第三組表格顯示了成型一個周期的數據。首先，在第5.16秒，注射動作開始注射，注射壓力也隨之上升，從第5.6s開始注射壓力在2秒之內迅速升至34MPA，模腔內的應力實行如圖所標的傳感器檢測表明，也隨著增加，只不過有大約0.35秒的延遲，最終可達到20MPA，約是注射壓力的59%。在注射壓力保持不變的那一階段，模腔內的應力迅速下降到零。這充分證明，盡管存在著由注射機提供注射壓力，但其中一部分由于模腔內的摩擦力的存在而被抵消，熔料在模腔內凝固的過程中，熔料因漸成為固體而其余部分也隨之降低為零。在此過程中，中心位移也經歷了與模腔內壓力變化規(guī)律相似的變化。這說明注射中心也受到了反作用力，在經歷大約14S的冷卻過程后模具被打開了。
比較低的表格表明了表面溫度和熱量擴散的過程。其中比較平直的那一段曲線顯示的是保壓階段或者說是壓力持續(xù)過程。圖表顯示的是表面溫度連續(xù)上升的過程，此時，熔料經澆口源源不斷地流經流道，最終達到成型模腔。在注射完成后，溫度迅速上升，而后隨即下降（在冷卻作用下）特別是澆口附近的熱量散的比較快，溫度下降也比較明顯。
在圖表4中，在第5.6s的時候，壓力裝置得到約1000V的電壓，由于電壓作用，模腔內的壓力升至34MPA，中心的溫度和壓力也隨之上升。切斷電壓后，中心也恢復到原始狀態(tài)，但我們無法看到這一過程。
下面，我們對是否微型注射壓力機時產品的表面特征作一比較。圖表5、6顯示的是SEM照片而AFM的測量結果。從圖片來看，三角形凹槽的表面粗糙度和均勻程度在這兩種情況下并無明顯區(qū)別。原因就是因與注射時的速度與模具微小結構的質量有關，另外三角形凹槽的深度和排列密度也是其原因之一。
附件2：外文原文
Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-flux
Abstract In this work we constructed an injection press molding system with a mold-core extrusion mechanism and a small sensor assembly for effectively duplicating microstructures to the mold products. The mold-core extrusion mechanism is driven by a piezo element to apply force on important area with microstructures. For example, after injection it increases the cavity pressure from 20 to 34 MPa. Small sensors consist of the pressure, displacement, and heat flux sensor assemblies,arranged around the small cavity. The signals showed us the physical phenomena inside the mold and may be further used as control signal. In order to evaluate this injection press molding system, we formed micro triangular grooves of pitch 1 lm and angle 140o. The mold-core extrusion gave better diffraction intensity by several percents.
1
Introduction
Many information and medical equipment contain functional parts with microstructures in the order of 1 lm and overall size of several millimeters. Molding is a mass production method widely used in duplicating three dimensional forms of these parts [1–4]. This paper reports our study on one of the molding processes, namely, the injection press molding process.
In contrast to regular injection molding process that injects molten resin at high pressure into the cavity for simultaneous filling and forming, injection press molding process separates the time of the two processes. Injection press molding process injects molten resin into a mold cavity at low pressure to keep the flow resistance small,and once the cavity is filled, applies large clamping force on molds to form microstructures. Injection press molding has superb transforming capability used for example, in forming optical disks and LCD light guiding plates.
Conventional injection press molding applies large clamping force on molds for forming after the filling process. However, conventional injection press molding process has two problems for forming micro parts described above. First, in forming multiple micro parts with a single set of molds, the temperature and rigidity distributions are not uniform causing difference in forming pressure [5, 6]. Generally, the temperature is higher around the mold center and the pressing force is higher around the perimeter. Secondly, even if one tries to flatten the uneven distribution with cooling or pressure control, sensors to monitor the heat flux or pressure are larger than the micro parts and cannot find these conditions within the cavity.Note that measuring heat flux instead of temperature allows monitoring resin solidification in the cavity.
The authors of this paper devised mechanisms to (1) individually press each important micro structure area (we call this area the ‘‘core’’) with a mold-core extrusion mechanism equipped with a small piezo element and (2) control pressure temperature, and especially the cavity heat flux for each core by arranging a set of sensors around each core and feeding back the sensor signals to the above piezo element. This paper reports our prototype of these mechanisms.
2
Designing the injection press molding system
Figure 1 shows the mold we used. First we describe the mold-core extrusion mechanism design equipped with a piezo element. The piezo element used (KISTLER,Z17294X2) has a maximum free displacement of 13 lm and produces a maximum force of 6 kN with no displacement,thus the pressing force varies between 0 and 6 kN depending on the piezo element extension. The piezo element has a single axis force sensor (KISTLER, 9134A) integrated in it for pressing force feedback control. The piezo element unit size is 25 mm in diameter, 54 mm long and its temperature
Fig. 1. Test mold range is )20 to 120oC. The
symmetric design of the force transferring structure uniformly transfers the pressing force from the piezo element. This cylindrical force transfer mechanism moves in one direction and a planar surface keeps the shaft from rotating.
A small sensor assembly was developed for our study in this paper. Displacement, pressure, and heat flux sensors compose the assembly. The displacement sensor measures the displacement at the mold-core extrusion mechanism where it presses the mold-core, and the displacement in the parting direction at the parting line.
The displacement sensor is an eddy-current type noncontact displacement sensor (SINKAWA Electric, VC-202N) with range of 500 lm and resolution of 0.2 lm. The above 1 axis force sensor served as the pressure sensor to measure the cavity internal pressure.
The heat flux sensor measured the cavity surface temperature and the heat flux. A pair of thermocouples embedded at depths 0.3 and 0.6 mm enabled these measurements with the principle of inverse heat conduction.We mounted the diameter 3.5 mm heat flux sensors on the gate, cavity and sprue lock pin (Fig. 2).
We placed one mold-core at the mold center. The microstructure was triangular grooves arranged with pitch 1 lm. The core surface had 32,768 triangular grooves with 140_ angle that are 0.2 mm long on the
perimeter of a 10.5 mm circle.
Fig. 2. Cavity details and mold-core The finished product formed into
a 1 mm thick disk with diameter 12 mm. The core was made of steel (UDDEHOLM, STAVAX, 52 Rockwell hardness), with Ni-P plating. We cut the triangular grooves with an ultra precision NC machine (FANUC ROBOnano Ui).
Two 12 lm deep air vent grooves were placed on the perimeter of the cavities. A vacuum pump pumped out residual air and gas from molten resin. To provide rigidity similar to a regular mold, we kept the entire 80 kgf mold size the same. For uniformly cooling the disk shaped product, we ran cooling water in a circular path. The injection molding machine (FANUC, ROBOSHOT a-15) has a servo motor type drive with maximum clamping force of 150 kN.
3
Evaluating the injection press molding system
Here are the molding conditions: Resin: Polystyrene, Resin temperature at injection: 190 oC, Mold set temperature:80 oC, Injection speed: 10 mm/s, Holding pressure:34 MPa, and Clamping force: 150 kN. Under these conditions,we compared the case with a constant voltage of 1000 V applied to push the mold-core extrusion mechanism,and the case without pushing. Figures 3 and 4 show the measurements from the sensors inside the mold. The injection force measured with a load cell placed behind the injection molding machine screw derived the injection pressure in the figure.
Fig. 3. Measurements Fig. 4. Measurements
of sensors (without) of sensors (with)
Upper figures of Fig. 3 show the molding cycle. First at 5.15 s, the injection starts and the injection pressure suddenly rises. At 5.6 s, the injection pressure is held at 34 MPa for 2 s. The cavity pressure, measured by the 1 axis force sensor, increase with a 0.35 s delay, to reach only 20 MPa, which is 59% of the injection pressure. The cavity pressure quickly went down to about zero during the injection pressure holding period. This shows that despite the pushing force at the source of the injection molding machine, friction reduces pressure which is dropped at cavity. Also, when the resin solidified in the cavity, it parted from the mold to drop the pressure to zero. The core displacement shows a transition similar to the cavity pressure indicating that it was pressed back by the resin. After further cooling to 14 s, the mold was opened.
Lower figures of Fig. 3 show the surface temperature and heat flux transitions. The horizontal axes are magni-fied in the lower figures around the pressure holding period.The figure shows the sequential surface temperature rise at the lock pin, gate, and cavity as resin passed over them. The heat flux maximized immediately after injection and gradually decreased. Especially at the gate, the heat flux went down to about zero during pressure holding.
In Fig. 4, a voltage of 1000 V was applied to the piezo element for 2 s starting at 5.6 s. The voltage raised the cavity pressure to 34 MPa. The core gradually advanced with drop in cavity pressure from the position pressed in by the resin to eventually reach 9 lm ahead of its original position. Cutting the voltage retracted the core to its original position. But, we were not able to observe change in surface temperature and heat flux due to change in heat transfer from applying voltage.
Next we compare form features on the product with and without the mold-core extrusion. Figures 5 and 6 show the SEM photographs and the AFM measurement results. The photographs reveal that the triangular grooves had a uniform pitch with smooth surface regardless of mold-core extrusion, and good form transfer to the products. The reasons are smooth flow of polystyrene and the small aspect ratio of the groove depth and pitch.
黑龍江八一農墾大學本科畢業(yè)設計
摘要
本文主要是通過對張緊輪的形狀、尺寸及其精度的要求進行了注射成型工藝的可行性分析。首先運用UG進行該塑件的三維實體造型，然后對其進行工藝分析，該產品的精度要求不太高，所用材料為ABS。塑件的成型工藝性主要包括塑件的壁厚，斜度和圓角以及是否有抽芯機構。通過以上的分析來確定模具分型面、型腔數目、澆口形式、位置大小；其中最重要的是確定型芯和型腔的結構，例如是采用整體式還是鑲拼式，以及它們的定位和固緊方式。此外還分析了模具受力，脫模機構的設計，合模導向機構的設計，冷卻系統(tǒng)的設計等。模具采用一模一件、階梯形分型面、側向抽芯結構。
關鍵詞：模具;張緊輪;型腔
Abstract
This Article passeses to piece viability assessment for request for of shape, size and its accuracy coming proceeding injecting type craft. First carries on using UG should model the three dimensional entity modelling, then carries on the craft analysis to it, this product precision request not too high, uses the material is ABS. the piece the wall for of type craft primarily including the piece is thick, slope and circle angle and whether to have core-pulling or not mechanism.Pass the above analysis to come the certain molding tool cent the type the surface, type the number, gate the form, place the size;The among them and most important is a certain type core and the construction of the type , for example adopt the whole the type of type still , and their fixed position and tight way of .In addition and still analyzed the molding tool to suffer force, mold that design that the design of the pattern draw mechanism, match the design etc. to lead to the mechanism, cooling system. The mold uses a mold laterally, a stepped appearance minute profile, pulls out the core structure.
Key words: Parting line;the gate;cavity
目錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
前言 Ⅴ
1模具簡介 1
1.1設計概述 1
1.2模具的發(fā)展趨勢 1
1.3畢業(yè)設計的目的和意義 2
2塑件的分析 3
3材料的成型特征和工藝參數 4
3.1材料的成型特征 4
3.2材料的工藝參數 4
3.3材料的注射參數 5
4注塑設備的選擇和校核 6
4.1注塑設備的選擇 6
4.2注塑量的校核 6
4.3鎖模力的校核 7
4.4注射壓力的校核 7
5分型面和澆注系統(tǒng)的設計 8
5.1分型面的設計 8
5.2主流道的設計 8
5.3分流道的設計 9
5.4澆口形式的設計 9
5.5排氣系統(tǒng)的設計 10
6成型零件設計和尺寸計算 11
6.1成型零件的結構設計 11
6.2成型零件的尺寸計算 11
7合模導向機構的設計 13
7.1導柱的結構形式 13
7.2導柱的技術要求 13
7.3導套的結構形式 13
7.4導套的技術要求 14
8推出和復位機構的組成 15
8.1推出機構的組成 15
8.2推出機構的設計原則 15
8.3推桿的形狀 15
8.4復位桿的設計 16
8.5復位桿的形狀 16
8.6脫模力的計算 16
9側向分型和抽芯機構的設計 18
9.1斜導柱的設計 18
9.2斜滑塊的設計 19
9.3導滑槽的設計 20
9.4楔緊塊的設計 20
9.5壞塊定位裝置的設計 20
10冷卻系統(tǒng)的設計 21
總結 22
參考文獻 23
致謝 24
附錄 25
前言
塑料是一類具有可塑性的合成高分子材料。它與合成橡膠、合成纖維形成了當今日常生活不可缺少的三大合成材料。具體地說，塑料是以天然或合成樹脂為主要成分，加入各種添加劑，在一定溫度和壓力等條件下可以塑制成一定形狀，在常溫下保持形狀不變的材料。
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件，塑料產品的用量也正在上升。塑料模具是一種生產塑料制品的工具，它由幾組零件部分構成，這個組合內有成型模腔。注射塑料原料時，模具裝夾在注塑機上，熔融塑料被注入成型模腔內，并在腔內冷卻定型，然后上下模分開，經由頂出系統(tǒng)將制品從模腔頂出離開模具，最后模具再閉合進行下一次注塑，整個注塑過程是循環(huán)進行的。本設計借鑒于上述內容，理論聯(lián)系實際，解決塑料端蓋的成型問題，利用CAXA繪圖軟件最終得到塑料端蓋的模具整體結構方案。
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1模具簡介
1.1設計概述
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè) 中廣泛的 使用著各 種模具。例 如金屬鑄造 成型使用 的砂型或壓 鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
模具影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具，以降低成本。
現代生產中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具才有可能發(fā)揮其作用，產品的生產和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展。
1.2模具的發(fā)展趨勢
近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大。從模具設計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面：
1、加深理論研究
在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經有經驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。
2、高效率、自動化
大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。
3、大型、超小型及高精度
由于產品應用的擴大，于是出現了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。
4、革新模具制造工藝
在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。
5、標準化
開展標準化工作，不僅大大提高了生產模具的效率，而且改善了質量，降低了成本。
1.3畢業(yè)設計的目的和意義
通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結構特點及設計計算的方法，以達到能夠獨立設計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機械加工的知識，塑料材料的選擇和熱處理，了解模具結構的特點，根據不同情況選用模具加工新工藝。畢業(yè)設計能夠對以上各方面的要求加以靈活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。
2塑件的分析
圖2-1 張緊輪零件圖
本零件為張緊輪。張緊輪的形狀比較簡單，在保證使用功能的情況下對其加工精度要求不高，綜合考慮塑料的性能，選用工程塑料中的ABS為張緊輪材料。
圖2-2 張緊輪在播種機上的應用
張緊輪的結構簡單，在播種機上起張進鏈條的作用，其加工精度要求不高，保證工作的情況下沒有特殊缺陷就視為合格。
3材料的成型特征和工藝參數
3.1材料的成型特征
ABS是三元共聚物，具有良好的綜合性能，丙烯腈使它具有良好的耐化學腐蝕和表面硬度；丁二烯使它具有良好的韌性和耐沖擊性；苯乙烯使它具有良好的剛性和流動性。ABS在升溫是粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產生熔接痕，在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50～60℃，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在60～80℃。
3.2材料的工藝參數
表3-1 工藝參數表
塑料性能
ABS
塑料性能
ABS
屈服強度 /Mpa
50
玻璃化溫度 /℃
200～300
拉伸強度 /Mpa
38
熔點（粘流溫度） /℃
130～160
斷裂伸長率 /%
35
熱變形溫度/℃
45 N/cm
108 N/cm
90～108
拉伸彈性模量 /Gpa
1.8
83～103
彎曲強度 /Mpa
80
線膨脹系數/（10ˉ5/℃）
7.0
彎曲彈性模量 /Gpa
1.4
比熱容 /[J/(kg·K)]
1470
簡支架沖擊強度/（kJ/m2）
無缺口
缺口
261
熱導率 /[W/(m·K)]
0.263
11
燃燒性 /(cm/min)
慢
布氏硬度 HBS
9.7
體積電阻/Ω·cm
R121
密度 /（g/cm3）
1.02～1.16
擊穿電壓/(Kv/mm)
6.9×10
比體積 /(cm2/g)
1.02～1.16
成型收縮率/%
0.3～0.8
吸水性 /%（24h）時
0.2～0.4
拉伸模量E/×103
1.91～1.98
泊松比 μ
0.38
3.3材料的注射參數
注射類型：螺桿式；
螺桿轉速：30～60r/min；
噴嘴類型：直通式；
溫 度：180～190℃；
料筒溫度：前段200～210℃；
中段210～230℃；
后段180～200℃；
模具溫度：50～70℃；
注射壓力：70～90 MPa；
保壓力?。?0～70 MPa；
注射時間：3～5S；
保壓時間：15～30S；
冷卻時間：15～30S；
成型周期：40～70S；
4注塑設備的選擇和校核
4.1注塑設備的選擇
塑件成型所需注射量應小于或等于所選的注射機的注射量。本次設計確定了型腔數目為N=4，然后根據生產條件和注射機的有關技術規(guī)范進行校核選取。
≤－/ (4-1)
式中
—注射機最大注射量的利用系數，一般=0.8 ；
—注射機最大注射量或g；
—澆注系統(tǒng)所需塑料的體積或質量或g；
—單個塑件的體積或質量或g；
— 型腔數目為4
本次設計采用UG進行三維造型，利用實體測量和計算得M≈37.34，則
4≤（0.8-2×37.34）/37.34
≥140.025
初步選定注射機為XS—Z—200。
4.2注塑量的校核
≤/3600- (4-2)
式中
—注射機最大注射量的利用系數，一般K=0.8 ；
—注射機的額定塑化量，g/h或/h；
—成型周期s；
—澆注系統(tǒng)所需塑料的體積或質量或g；
—單個塑件的體積或質量或g；
— 型腔數目為4；
2≤(/3600－)/ ≈2.8
經校核,注塑機的選取符合注塑量要求。
4.3鎖模力的校核
=（×+）< (4-3)
式中
—澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積；
—單個塑件在模具分型面上的投影面積；
—注射機額定鎖模力；
—塑料熔體對型腔成型壓力，其大小一般為注射壓力的80%；
經校核，注射機額定鎖模力足夠，不會發(fā)生漲模溢料現象。
4.4注射壓力的校核
塑件材料為ABS，注射壓力一般為70～90KN，取85KN，而注射機額定壓力為119 KN，注射機最大注射壓力滿足塑件成型的要求。
5分型面和澆注系統(tǒng)的設計
5.1分型面的設計
根據塑件的形狀和尺寸，分型面的位置和圖所示。
圖5-1 分型面位置圖
本模具所采用的分型面有一下優(yōu)點和符合設計基本原則：分型面在塑件外形最大輪廓處；便于塑件順利脫模；保證塑件的精度要求；滿足塑件的外觀要求；便于模具加工制造；減少塑件在合模分型面上的投影面積，可靠鎖模避免漲模溢料現象；有利于排氣，保證抽芯機構順利抽芯。
5.2主流道的設計
主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部位開始到分流道為止的流動通道。在臥式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面，為使凝料能從其中順利拔出，需設計成圓錐形，錐角為2°～6°，表面粗糙度為Ra<0.8μm，主流道的尺寸為：d=注射機噴嘴直徑+1=2+1=3mm；SR=噴嘴球面直徑+2=12+1=14mm； h=3～5mm；a=3°；L=63mm；D=10mm。
圖5-2 主流道圖
5.3分流道的設計
由于塑件形狀對稱，應設置對稱的分流道，分流道是指主流道末斷與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，所選分流道為方形分流道，寬為6mm。
5.4澆口形式的設計
澆口是連接分流道與型腔的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口形狀、數量、尺寸和位置對塑件的質量影響很大。澆口有兩個作用：一是塑料熔體流徑的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。由于塑件的外觀質量要求較高，所以澆口本身設在模具內的隱蔽處的點澆口。塑料熔體通過型腔側面斜向注入型腔，因而塑件外表不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量及美觀效果。
圖5-3 澆口實體圖
圖5-4 澆道實體圖
5.5排氣系統(tǒng)的設計
當塑料熔體填充型腔時，如果型腔內的氣體因各種原因不被排除干凈的話，一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產生高溫會導致塑件局部表面炭化，同時積存的氣體還會產生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。此塑件可以利用拉料桿，推件桿等利用間隙排氣。
6成型零件設計和尺寸計算
6.1成型零件的結構設計
凹模是成型塑件外表面的主要零件，本次設計采用組合式型腔，并采用整體嵌入式凹模。小型塑件用多型腔模具成型時，各單個凹模采用機械洗、鏜、磨加工、冷擠壓、電加工等方法加工制成，然后壓入模板中，這種結構加工效率高，裝拆方便，可以保證各個型腔形狀、尺寸一致。凸模和型心均是成型塑件內表面的零件，凸模又稱主型芯。在一般模具中采用將型芯單獨加工，在鑲入模板中，為了便于加工，形狀復雜的型芯往往采用鑲拼式結構。小型芯成型塑件上的小孔或槽，小型芯單獨制造，在嵌入模板中。
6.2成型零件的尺寸計算
6.2.1塑件的收縮率
=（－） (6-1)
式中
—塑件的收縮率；
—塑件的最大收縮率；
—塑件的最小收縮率；
—塑件的基本尺寸；
=（－）=（0.8－0.3）﹪×60=30﹪
6.2.2成型零件的制造誤差
模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。模具零件的制造精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般成型零件工件尺寸制造值取公差值1/3～1/4或IT7～IT8級作為制造公差值。
6.2.3成型零件的安裝誤差
=++++ (6-2)
式中
—塑件的成型誤差；
—成型零件的制造誤差，為/3；
—成型零件的磨損誤差，為/6；
—成型零件的振動誤差；
—成型零件的間隙誤差；
—成型零件的裝配誤差；
7合模導向機構的設計
導向機構在模具閉合過程中保證動定模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸精確 ；同時起了定位作用，便于裝配和調整。合模時，首先是導向零件接觸，引導動定模準確閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。此外，導向機構還承受一定的側向壓力，保證了模具的正常工作。導向機構的主要零件是導柱和導套。
7.1導柱的結構形式
圖7-1 導柱結構圖
7.2導柱的技術要求
導柱的導向部分的長度應比凸模端面高出8～12mm，以避免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱前端應作成錐臺或半球形，以使導柱順利地進入導向孔，導柱應合理均勻在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應足夠的距離，以保證模具強度。導柱既可以設在動模一側，也可以設置在定模一側，在不防礙脫模取件的條件下，導柱通常設在型芯高出分型面較多的一側。
7.3導套的結構形式
圖7-2 導套結構圖
7.4導套的技術要求
為使導柱順利的進入導套，在導套的前端應倒圓角。導柱孔最好作成通孔，以利于排除孔內空氣及廢料殘渣。
圖7-3 導柱實體圖
8 推出和復位機構的設計
塑件在從模具上取下以前，還有一個從模具的成型零件上脫出的過程，使塑件從成型零件上脫出來的機構稱為推出機構。推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿或液壓缸來完成的。
8.1推出機構的組成
推出機構主要由推出零件、推出零件固定板、推板、推出機構的導向和復位零件等組成。推出機構中，凡直接與塑件相接觸、并將塑件推出型腔或型芯的零件稱為推出零件。
8.2推出機構的設計原則
推出機構應盡量設置在動模一側，由于推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿來驅動的，所以一般情況下，推出機構設在動模一側；保證塑件不因推出而變形損壞，為了保證塑件在推出過程中不變形、不損壞，設計時要仔細分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小，合理的選擇推出方式及推出位置，從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞；機構簡單動作可靠 推出機構應使推出動作可靠、靈活、制造方便，機構本身要有足夠的強度、剛度和硬度，以承受推出過程中的各種力的作用，確保塑件順利脫模；合模時的正確復位 設計推出機構時，還必須考慮合模時機構的正確復位，并保證不與其他模具零件相干涉。
8.3推桿的形狀
圖8-3 推桿結構圖
圖8-4 推桿實體圖
8.4復位桿的設計
為了使推出元件合模后能回到原來的位置，推桿固定板上同時裝有復位桿， 常用的復位桿采用圓形截面，一般每副模具設置四根復位桿，其位置盡量設置在推桿固定板的四周以便推出機構合模時復位平穩(wěn)，復位桿端面與所在動模分型面平齊。
8.5復位桿的形狀
圖8-5 復位桿結構圖
8.6脫模力的計算
注射成型后，塑件在模具內冷卻定型，由于體積的收縮，對型芯產生包緊力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊力而產生的摩擦阻力。一般而論，塑料制件剛開始脫模時，所需克服的阻力最大，即所需的脫模力最大。
=(-) (8-6)
式中
—脫模時型心受到的摩擦阻力；
—塑件對型心的包緊力；
—脫模力；
—脫模斜度；
—塑料對鋼的摩擦系數，約為0.1～0.3；
=[60×41.8×10-4×1.0×107×(0.2×cos 1°-sin 1°)] ×2
=1.0×106 Pa
9 側向分型和抽芯機構的設計
當注射成型的塑件與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽，出然后再把塑件從模內推出，否則就無法脫模。帶動側向成型零件作側向分型抽芯和復位的整個機構稱為側向分型與抽芯機構。根據動力來源的不同，側向分型與抽芯機構一般可分為機動、液壓或氣動以及手動等三大類。由于塑件包緊在側向型芯或粘附在側向型腔上，因此在各種類型的側向分型與抽芯機構中，側向分型與抽芯時必然會遇到抽拔的阻力，側向分型與抽芯的力或稱抽拔力一定要大于抽拔阻力。
圖9-1 側抽芯機構實體圖
9.1斜導柱的設計
圖9-2 斜導柱結構圖
斜導柱的形狀如圖所示,其工作端的端部可以設計成錐臺形或半球形。由于半球形車制時比較困難，所以我們設計成錐臺形。為了避免端部錐臺也參與側抽芯，導致滑塊停留位置不符合原設計計算要求。所以斜角大于斜導柱傾斜角，我們取。斜導柱的材料選用T10碳素鋼，熱處理硬度HRC=60，表面粗糙度。斜導柱與其固定的模板之間采用過渡配合。由于斜導柱在工作過程中主要用來驅動側滑塊作往復運動，側滑塊運動的平穩(wěn)性右導滑槽與滑塊之間的配合精度保證。而合模是的最終準確位置由楔緊塊決定。因此，為了保證運動的靈活性，滑塊上斜導孔與斜導柱之間可以采用較松的間隙配合。
圖9-3 斜導柱實體圖
9.2斜滑塊的設計
斜滑塊是斜導柱側面分型抽芯機構中的一個重要零件部件，它上面安裝有側向型芯或側向成型塊，注射成型時塑件尺寸的準確性和移動的可靠性都需要它的運動精度保證?；瑝K的結構可分整體式和組合式。在滑塊上直徑制出側向型腔的結構稱整體式，分開加工稱組合式。在本次設計中采用整體式結構。一般情況下，成型滑塊在側向分型抽芯和復位過程中，要求其必須沿一定的方向平穩(wěn)地往復移動，這一過程是在導滑槽內完成的。根據型芯大小、形狀和要求不同，有的采取T形槽或燕尾槽，但本設計側抽芯的滑塊和小型芯設計在鑲在型腔上的方塊型芯中滑動，上下不能移動，只有前后滑動，因此無需要另加工槽，不過滑塊與型芯槽配合要求較高，為防止配合部分漏料，適當提高精度，采用H7/f7，其它部分采用H8/f8間隙配合，配合 表面粗糙度Ra≤0.8μm滑塊材料采用T10，HRC54～58。
9.3導滑槽的設計
成型滑塊在側向分型抽芯和復位過程中，要求其必須沿一定的方向平穩(wěn)地往復移動，這一過程是在導滑槽中完成的。根據模具上側型芯的大小、形狀和要求的不同，以及各工廠的具體使用情況，滑塊與導滑槽的配合形式也不一樣，一般采用T形槽或燕尾槽導滑。組成導滑槽的零件對硬度和耐磨性有一定的要求，一般情況下，整體式導滑槽常在動模板或定模板上直接加工出來，常用的材料為45鋼。根據本塑件的特征，采用T形槽導滑的形式，采取在定模板上直接加工出，選用材料為45鋼，為了便于加工和防止熱處理變形，所以調質至30HRC后在銑削成形。蓋板材料用T10綱，硬度要求HRC≥50.導滑槽與滑塊部分采用H8/f8間隙配合。配合部分的表面要求比較高，表面粗糙度應Ra≤0.8。導滑槽與滑塊還要保持一定的配合長度，因為滑塊完成抽撥動作后，其滑動部分仍應全部或有部分的長度留在導滑槽內，滑塊的滑動配合長度要大于滑塊寬度的1.5倍，而保留在導滑槽內的 長度不應小于導滑配合長度的2/3。否則，滑塊開始復位時容易偏斜，甚至損壞模具。
9.4楔緊塊的設計
在注射成型過程中，側向成型零件受到熔融塑料很大的推力作用，這個力通過滑塊傳給斜導柱，一般的斜導柱為細長桿件，受力后容易變形，導致滑塊后移，因此本設計中須設置楔緊塊，以便在合模后鎖住滑塊，承受熔融塑料給予側向成型零件的推力。為了保證斜面在合模時壓緊滑塊，而在開模時又能迅速脫離滑塊，以避免楔緊塊影響斜導柱對滑塊的驅動，因此常取楔緊角′=+2o～3o取′=23o。由于滑塊所承受的側向壓力比較大，所以楔緊塊用H7/m6配合整體鑲入模板中。
9.5滑塊定位裝置的設計
滑塊定位裝置在開模過程中用來保證滑塊停留在剛脫離斜導柱的位置，不再發(fā)生任何移動，以避免合模時斜導柱不能準確地插進滑塊的斜導孔內，造成模具損壞。在此我采用了內六角螺釘和彈簧定位。因為這樣更利以維修。
10冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻水道應盡量多，截面尺寸應盡量大；冷卻水道至型腔表面距離應盡量相等，此塑件壁厚相等，所以冷卻水道到型腔表面距離相等，且距離應在12～15 mm，這里取15 mm；澆口處加強冷卻。塑料熔體充填型腔時，澆口附近溫度最高，所以要加強冷卻澆口；冷卻水道出入口溫差應最小，盡量縮短冷卻水道長度，降低出入口冷卻水的溫差，提高冷卻效果；冷卻水道應沿著塑料收縮的方向設置，此外，在設計冷卻水道時還要避免塑料的熔融部位，以免產生熔接痕，并且還要易于清理，冷卻水道孔徑取10 mm。
總結
通過本次塑料模畢業(yè)設計，我對于塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結構和動作過程方面的知識。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，熟練掌握了專業(yè)工具書的使用方法。并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次設計。在整個過程中，增強了自己的動手能力及分析及獨立思考解決問題的能力。
通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，增強了創(chuàng)新意識和競爭意識，熟悉掌握了塑料模設計的一般規(guī)律。在設計過程中，進行了設計計算、繪圖及運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關設計資料，進行全面的機械設計基本技能的訓練。這次設計讓我在多方面都得到了鍛煉，讓我對塑料模設計過程有了更深一層的認識，為我以后的工作奠定了很好的基礎。強化了所學知識，增強了動手能力，更深切地體會了“溫故而知新”的長遠意義，還有獨立解決問題的能力的提高，這些是本次畢業(yè)設計留給我的最寶貴的財富。
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致謝
在本次畢業(yè)設計過程中，指導教師李玉清老師對我的畢業(yè)設計內容各個環(huán)節(jié)給予細心指導，從論文的選題到體系安排，從論文結構到字句斟酌，無不凝聚著他的心血。他不僅治學嚴謹，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶！
同時我還要感謝工程學院的各級領導和諸多老師的悉心指導和大力幫助，在這里衷心地感謝你們對于我大學四年的關心支持和幫助，使我的畢業(yè)論文得以順利地完成。我無法用準確生動的語言來淋漓盡致地表達自己的真實感受，只好將它深深地埋在心底，化作一道虔誠的祝福：愿幫助過我的老師和朋友們幸福安康、工作順利！
最后，感謝在百忙之中抽出時間對本論文進行審稿和參加論文答辯評議的各位老師們，由于我對所學知識理解的不夠透徹，而且時間較短，又缺乏經驗，設計書中難免會存在疏漏和欠缺之處，懇求對本論文的提出寶貴意見與建議！
附錄
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年3月中國政府頒布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。
模具工業(yè)既是 高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60％~90％的產品的零件，組件和部件的生產加工。
模具制造的重要性主要體現在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市 場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè) 產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達到170種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80％的模具需要更換。中國摩托車產量位居世界第一，據統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產。一個型號的摩托車生產需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。
Mold industry is one of the basic manufacturing technoogy and equipment, it is the role of control and limitation of materials (solid or liquid) flows, so that the required physical form. Mould manufacture parts for its high efficiency, good quality products, low consumption of materials, production costs low and widely used in the anufacturing sector.
Mold industry industry is the foundation of the national economy industries, is internationally recognized the key industries. Die production technology level is the level of a country's manufacturers an important indicator of the level of its products to a large extent determine the quality, efficiency, and new product development capability. Revitalization and development of China's mould industry, are increasingly subject of concern. As early as in March 1989 the Chinese Government promulgated the"on the current industrial policy elements of the decision," the machinery industry will die as a technological transformation o f the first sequence.
Mold industry industrial high-tech industry is an integral part of the industrialization of high technology is an important area. Die in machinery, electronics, light industry, automobiles, textiles, aviation, aerospace and other industrial areas, has increasingly become the most widely used of the major equipment, its commitment to these industries in the area of 60% to 90% of the product parts, components And components o f the production and processing.
Mold industry manufacturing primarily reflected in the importance of market demand, the only automobile and motorcycle industry market as an example of the mold. Automobile and motorcycle industry is the largest market die in industrial developed countries, this market accounted for about half of the entire market mold.