基于ProE手柄护套模具设计[下载]

1 引 言

    模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。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，是其他加工制造方法所不能比拟的。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。

20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

    中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48in（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

    塑料模具是一项新兴的产业，随着塑料产品品种和市场需求的为断增长，随着塑料模具设计和制造技术的不断提高，我国塑料模具产业将会有更好的发展前景。

    本课题加油机油枪手柄护套模具设计，这个课题是十分实际的，它就是加油站中加油机上的油枪护套，也就是说解决本课题具有很重要的现实意义。本课题给出油枪护套的塑件，要完成这个课题，首先要根据塑件的外形测绘出创建这个塑件的3D所需要的各个参数。用3D软件所这个塑件做出来，并按要求把它的零件图画出来，再用CAD的方法把加工此塑件的模具给做出来。最后通过对其进行注塑工艺分析，设计出合理的注塑模具、绘制出合理的注塑模具装配图及零件图。本课题的关键是模具的结构设计，塑件壁厚比较薄而且中间是空的，这就给结构设计提出了提出了一个新的要求，并给设计带来一定的困难。但经过自己的不断努力及老师的帮助，使得这次的毕业设计能够顺利完成。

2、注塑件的分析

2.1 注塑件零件图

塑件零件图：如图2-1所示

年产量：小批量

材料：阻燃ABS

材料厚度：1mm

图2-1  塑件零件图

2.2 ABS塑料概述

    ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。

表2-1  ABS塑料物理特性

    ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。在ABS中，随着丙烯腈、丁二烯的含量不同，其性能估有所变化：丙烯腈可以提高颜料的耐热性和耐腐蚀性能，丁二烯可以提高塑料的的弹性和冲击强度，苯乙烯可以改善塑料的电绝缘性能和成型加工性能，所以在应用中可以根据使用要求对以上三种单体的含量进行调整。  ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。   ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。下面分别来叙述ABS塑料性能：

1） 一般性能

    ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。

2） 力学性能

    ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。

3） 热学性能

    ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

4） 电学性能

    ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

5） 环境性能

    ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。

6） ABS塑料的加工性能

    ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。

    ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

7）主要用途

    ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等；汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还可用ABS夹层板制作小轿车车身；ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。

8）成型特性

    无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度)。对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度。如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

2.3 ABS收缩率的确定

    由于影响收缩率的因素较多中，在选取收缩率时应根据塑件的具体情况区别对待，一般来说应遵循以下原则：

1）对收缩率范围较小的塑料，取平均收缩率；

2）对收缩率范围较大的塑料，可根据塑件的形状选取。对壁厚的制品取上限，对壁薄的制品取下限；

3）应考虑注射成型中的工艺对收缩率的影响（注射压力越高，收缩率越小；注射温度越高，收缩率越大；注射时间越短，收缩率越大）；

4）当塑料的收缩率很大时，可根据有关的图表选取。

由表2-2查出ABS的收缩率为：0.3%-0.8%，根据收缩率选取的原则确定ABS的收缩率为0.5%。

表2-2收缩率范围不大的常用塑料收缩率

2.4 塑件的尺寸精度及表面质量

2.4.1 尺寸精度

（1）尺寸精度的选择；

    塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，ABS的高精度为MT2级，一般精度为MT3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100~120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。

表2-3 常用材料模塑件公差等级和选用(GB/T 14486)

材料代号	模塑材料		公差等级
			标注公差尺寸		未注公差尺寸
			高精度	一般精度
ABS			MT2	MT3	MT5
PA	尼龙类塑料	无填料填充	MT3	MT4	MT6
		玻璃纤维填充	MT2	MT3	MT5
PC	聚碳酸酯		MT2	MT3	MT5
PE	聚乙烯		MT5	MT6	MT7
POM	聚甲醛		MT3	MT4	MT6
			MT4	MT5	MT7
PP	聚丙烯		MT3	MT4	MT6
			MT2	MT3	MT5
			MT2	MT3	MT5
PF	酚醛塑料		MT2	MT3	MT5
			MT3	MT4	MT6

（2）尺寸精度的组成及影响因素

制品尺寸误差构成为：

                   =+++                    （2-1）

式中  ——制件总的成型误差；     

——塑料收缩率波动所引起的误差；

——模具磨损后所引起的误差；

——模具成型零件制造精度所引起的误差； 

——模具安装，配合间隙引起的误差；

影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面：

1）模具——模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。

2）塑料材料——主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。

3）成型工艺——成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。

2.4.2  塑件的表面质量

    表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得ABS抛光后的表面粗糙度为0.02m，但考虑塑件表面为磨砂面则要加入喷砂工艺。

表2-4 不同材料所能达到的表面粗糙度

2.5  塑件结构分析

图2-1  塑件三维图

    上图是本课题给出油枪护套的塑件，要求做出生产此塑件的模具。要完成此课题，首先要根据塑件的外形测绘出创建这个塑件的3D所需要的各个参数。用3D软件所这个塑件做出来，并按要求把它的零件图画出来，最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具给做出来。下面对该塑件进行结构分析：

    根据我们所学的知识，抽芯机构按动力来源可以分为：手动抽芯、气动抽芯、液压和机动抽芯四种类型。抽芯机构中比较典型的有：斜导柱抽芯机构、弯销内侧抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构等。对于本塑件，要把这个塑件加工出来，必须有两个侧抽。对于行程大的两个滑块我们还可以采用液压油缸的来回移动来完成侧抽，这种方法最简单也最容易实现。其中这最主要的原因就是滑块的行程比较的大，由弯销或斜导柱来完成侧抽就有一定的限制了。如果用弯销或斜导柱机构，就必须使弯销或斜导柱有较大的倾斜角度，且模具的高度会明显的增加，浪费了材料。而用液压来完成侧抽的话，直接由液压的活塞直接带动就可以完成侧向抽芯的动作。而对行程较少的两个滑块我们则可以采用斜导柱侧向抽芯机构。斜导柱侧向抽芯机构相对于弯销来说要简单一点，这一组滑块我们采用斜导柱侧向抽芯机构。

    本课程设计所提供的塑件，厚度比较薄而且中间是空的，所以本课题在考虑模具的结构，可以不用采用顶出机构，而是用手动的方式，在开模时将塑件从模具型腔中取出。这样就可以使模具的结构简单化，大大减少了制造的成本，但同时给操作人员的操作带来了麻烦。

    另外本课题所要解决的问题就是浇注系统设计。根据我们所学的知识，浇注系统由主流道、分流道、冷料井、浇口等组成。浇口是连接流道与型腔的一段窄狭通道，它是浇注系统的关键部分，它的形状、尺寸和开设的位置对制品的成型质量影响很大。在本设计中采用点浇口，它从制品内侧边缘进料，就可以得到一个看不出浇口的塑件，从而使外表更加的美观、更加的漂亮，这样也就可以让人手拿着比较的舒服。如果采用直浇口，就会在塑件上残留有料头，塑件从注塑机上取出经过修剪料头才可以完成产品，而且修剪后的料头留下的痕迹直接影响着产品的美观及人手的舒适度，所以这里采用了一个点浇口。但采用了点浇口就要采用二次分型，在本设计中尼隆棒与限位杆结合的方法来完成二次分型。在合模时，尼隆棒与定模上的孔对盈配合，从而使动模与定模暂时无法脱开，这时就可以取塑头了，当定模移动到与限位杆接触时，定模无法再移动，此时定模与动模脱开。但随着定模与动模距离的不断增大，两个小滑块在斜导柱的作用下也完成了侧抽。尼隆棒的作用就是完成模具的二次分型，二次分型完成后等几十秒就可以取塑件了。

    对于两个小的滑块，它们的行程比较的小，但它们的长度相对比较的长而且滑块的一侧还必须有一个斜面，这样就最好采用燕尾槽的结构了。因为要使滑块的两侧都采用滑槽式的，其中的一侧可以用铣刀铣出来，但斜面处的滑槽就不易加工。所以我们采用了一侧滑槽一侧是斜面的燕尾槽结构形式。

3、注塑成型参数确定

3.1 注塑成型工艺过程

    注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为成型前的准备、注射成形过程以及塑件的后片理三个阶段。

1）物料准备

    为使成形工艺过程能顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系列必要的准备工作。 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。另外当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。

2）注塑成形过程

    完整的注射成型过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱模等工序。但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。

    塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为充模（图中0-t1时间段）、保压补缩（图中t1-t2时间段）、倒流阶段（图中t2-t3时间段）和浇口冻结后的冷却（图中t3-t4时间段）冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示。图中0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T= t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段，p1为浇口冻结时的压力。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到浇口处熔体冻结为止（时间从t2- t3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。从浇口处塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止，倒流不再继续进行，模腔内的塑料塑料冷却并凝固定型。在冷却阶段中，随着温度的迅速下降中，模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。开模时，模腔内的压力不一定等于外界大气压。有可能有一个残余压力（即图中p2）。当残余压力为下值时，脱模比较困难，塑件容易被刮伤甚至破裂；当残余压力为负值时，塑件表面出现凹陷或内部产生真空泡；当残余压力接近零时，塑件不仅脱模方便，而且质量较好。

图3-1 注射成形过程中塑料压力的变化

3）制件后处理

    由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。

    退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10~20度至热变形温度以下10~20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃，加热温度为100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。

    一般ABS制品不需后处理，只有电镀级制品需经烘烤（70-80℃，2-4小时）以钝化表面痕迹，并且需电镀的制品不能使用脱模剂，制品取出后要立即包装。所以对于本设计，不采用后处理。

3.2 注塑成型工艺参数

    正确的注射成形工艺可以保证塑料熔体良好塑化，顺利充模、冷却与定型，从而产出合格的塑料制作。温度、压力和时间是影响塑件注射成形的重要参数。

1）温度

    注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。对于模具的温度，在现实生产中有两种方法来保证：火焰加热和通过打塑件来提高模具的温度。ABS料与温度的经验数据如表3-1所示。

2）压力

    注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力（塑化压力）。注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。其作用是克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率及对熔体进行压实。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围不超过2MPa。

2）时间

    完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般不超过10s，保压时间较长一般为20~120秒，冷却时间一般为30~120min（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。对于ABS的参数情况则如下表所示：

表3-1  常用热塑性注射成形的工艺参数

塑料 项目		ABS	高抗冲击ABS	耐热 ABS	阻燃 ABS	透明 ABS
注射机类型		螺杆式	螺杆式	螺杆式	螺杆式	螺杆式
螺杆转速/（r/min）		30-60	30-60	30-60	20-50	30-60
喷嘴	形式	直通式	直通式	直通式	直通式	直通式
	温度/°C	180-190	190-200	190-200	180-190	190-200
料筒温度/°C	前段	200-210	200-210	200-220	190-200	200-220
	中段	210-230	210-230	220-240	200-220	220-240
	后段	180-200	180-200	190-200	170-190	190-200
模具温度/°C		50-70	50-80	60-85	50-70	50-70
注射压力/MPa		70-90	70-120	85-120	60-100	70-100
保压压力/MPa		50-70	50-70	50-80	30-60	50-60
注射时间/s		3-5	3-5	3-5	3-5	0-4
保压时间/s		15-30	15-30	15-30	15-30	15-40
冷却时间/s		15-30	15-30	15-30	10-30	10-30
成形周期/s		40-70	40-70	40-70	30-70	30-80

经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示，另外这些基本的参数在塑件注塑的过程中根据实际需要做适当的修改。

表3-3  制品成型工艺参数初步确定

特性	内容	特性	内容
注塑机类型	螺杆式	螺杆转速/（r/min）	40
喷嘴形式	直通式	模具温度	60
喷嘴温度/℃	180	后段温度/℃	170~190
中段温度/℃	190~200	前段温度/℃	200~220
注射压力/MPa	80	保压力MPa	50
注射时间/s	3	保压时间	5
冷却时间/s	20	其他时间/s	20
成型周期/s	50	成型收缩(%)	0.5%
干燥温度/℃	60~80	干燥时间/s	2

3.3 注塑机的选择

    如表3-4所给信息知，选用单螺杆注塑机。

表3-4 单双杆注塑机比较

类型	特点	适用
单螺杆挤出机	结构简单	软质聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等型材
双螺杆挤出机	对材料的推进、分散、混合效果好	高精度、高硬度（如硬聚氯乙烯）的大型塑件、如塑料门窗等

1）由公称注射量选定注射机

    由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取）

总体积V=15.26cm；总质量M=16.33g；

流道凝料体积估算（将流道创建出来，体积分析由proe完成）：

v＝0.56 cm；m＝0.60g

实际注射量为：V=15.26+0.56＝15.82 cm；

实际注射质量为：M=16.33+0.60=16.93g；

根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 

0.8V≧ V                             （3-1）

V= V/0.8=16.93÷0.8=21.16 cm；

表3-5 G54-S200/400参数值

2）锁模力计算

F≧kPA                            （3-2）

式中：

k为安全系数，k=1.1-1.2；

P为型腔内熔体的平均压力，一般取注射压力的25% - 50%，柱塞式注塑机取40MPa – 50MPa，螺杆式注塑机取20MPa – 35MPa；

A为制品和浇注系统在分型面上的总投影面积，

另外，投影面积由三维选型软件proe知：A＝5113.72mm2 ；k取 k=1.2；由前面表知选用螺杆式注塑机，取P＝40% * 80 ＝32MPa ；

则：F≧kPA＝1.2 * 32 * 106 * 5113.72 * 10-6＝196366.848N＝196.3kN

3）由锁模力选定注射机

结合上面两项的计算，，查国产注射机主要技术参数表取G54-S200/400,主要技术参数如表3-5.

4）选择的注塑机外形如下图所示

图3-2 注塑机外形

3.4 模具在注塑机上的安装尺寸校核

1） 喷嘴尺寸

    由注塑机参数知：注塑机前端的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合如下图所示

图3-3 主流道结构

    喷嘴与主流道始端的尺寸关系：R2＝R1 + （1-2）mm，而注塑机上注塑头的半径为R1＝18mm，而模具上喷嘴的半径尺寸为R2＝20mm，满足要求。

    浇口流道与注塑机浇口之间的关系：D＝d+（0.5 - 1）mm，而所选的“喷嘴孔直径”为4mm，而设计中所采用的喷嘴直径为4.5mm，满足要求。

2）定位圈尺寸校核

    在注塑机上安装模具时，应将模具的定位圈装入注塑机的定位孔中，以保证模具的主流道与注塑机喷嘴准确对中。模具定位圈与注塑机定位孔采用H9/f9的间隙配合。

3)  螺孔尺寸校核

图3-4 模具在注塑机上的安装方式

由上图知，选用图（b）式压板结构确定模具在注塑机的位置。

4) 模具厚度校核

    由三维软件proe测量模具的厚度为170mm，而所选注塑机的最小间距为165mm，满足要求；另外模具的最大长度为774mm，而注塑机的外形尺寸为4700x1400x1800，同样满足要求。

5）开模行程的较核

    所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。

L≧H+H+（5~10）mm                   （3-5）

260 ≧0+156+10＝166

260>156满足要求。

式中 

L——注塑机移模行程260 mm；

H——推出距离0 mm（本模具设计中没有顶出机构）；

H——流道凝料与二次分型行程156 mm。

4 模具设计

4.1 模具设计的流程

    模具设计的流程如下步骤所示，也可以参照图4-1模具结构详细设计的流程图：

1）制品的造型。可直接采用通用的三维造型软件。

2）根据注塑制品采用专家系统进行模具的概念设计，专家系统包括模具结构设计、模具制造工艺规划、模具价格估计等模块，在专家系统的推理过程中，采用基于知识与基于实例相结合的推理方法，推理的结果是注射工艺和模具的初步方案。方案设计包括型腔数目与布置、浇口类型、模架类型、脱模方式和抽芯方式等。

3）在模具初步方案确定后，用CAE软件进行流动、保压、冷却和翘曲分析，以确定合适的浇注系统、冷却系统等。如果分析结果不能满足生产要求，那么可根据用户的要求修改注塑制品的结构或修改模具的设计方案。

4）对设计方案进行评价，根据评价的结果，或者修改注塑制品的结构，或者修改设计方案。

5） 在完成CAE分析和方案评价后，进行模具的详细结构设计，包括型腔、型芯的设计、浇注系统的布置及尺寸、冷却系统的布置及尺寸等。

6）模拟模具开模、推件与合模的过程，并进行模具的干涉检查。

7）进行成本估计，并由CAM软件进行数控加工模拟和自动生成型腔、型芯的NC代码。得到的装配模型存入实例库中，供以后的设计参考。

8）为了适用工厂的需要，还应完成由三维图向二维工程图的转换，包括各种视图生成、尺寸标注、标题栏、明细表、物性计算等。

图4-1 模具结构详细设计的流程图

4.2 分型面的确定及型腔数目的确定                                                         

4.2.1  分型面的确定

    分型面的选择原则：                                                         

（1）便于塑件脱模；

（2）在开模时尽量使塑件留在动模；

（3）外观不遭到损坏；

（4）有利于排气和模具的加工方便。

    此毕业设计中，分型面的选择也不能按照一般的原则进行选取，也就是说不能选择在投影面积最大的地方，经分析塑件的结构得到在最大分型面上塑件无法正常脱模，因为在最大投影面积方向上塑件上的凸出的结构必须采用滑块结构。由于此情况比较的特殊，另外根据分型面选择的第二条原则，将塑件最大面积的上方用一个分型面将动定模分开。另外此模具采用变形的点浇口的形式，打塑件过程中首先将在第一分型面处将浇口（料头）取下，在二次分型面处取下塑件。

图4-2 模具分型面

4.2.2 型腔数目的确定

    注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

（1）塑件的尺寸精度；

（2）模具制造成本；

（3）注塑成型的生产效益；

（4）模具制造难度。

    考虑到该塑件是一般加油机的一个手柄护套,查手册得塑件的经济精度推荐4级,且考虑塑件的结构（长度尺寸比较的大）这个产品还是一模一件比较的合适。

4.3 浇注系统设计

    注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。

4.3.1 主流道设计 

    主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。由于主流道要与高温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浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。主流道参数如表4-3所示：

表4-1 主流道主要参数

表4-2 主流道进、出口直径推荐值（mm）

    下面介绍主流道的设计原则及主流道进、出口直径推荐值（见表4-2）。

1) 主流道应单独设计成衬套镶入定模板中，以利于制造、安装和维修；

2) 主流道为圆锥形，圆锥角为2°-4°，对于流动性差的塑料，可取4°-6°；

3) 主流道的长度应尽量短，一般取<60mm；

4) 出口应做成圆角，加角半径为r=0.5mm-3mm或r=d2/8；

5) 主流道被套与喷嘴接触的球面半径比喷嘴球面半径大1mm-2mm；

6) 主流道衬套与定模板的配合可用H7/m6，与定位圈的配合可用H9/f9；

7) 主流道衬套材料为T8、T10，热处理硬度HRC52-56，表面粗糙度Ra1.6以上。

图4-3 浇口结构图

4.3.2 分流道设计

    分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。

    此毕业设计中所采用的流道系统比较的特殊，塑件是一模一件且有一个浇口，所以在设计在没有分流道而只有直流道，这种情况在模具的设计中是非常常见的，比例直浇口的情况就是一个主流道而没有分流道。

4.4 浇口确定

    浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，本设计中采用点浇口的形式（它是一种截面尺寸很小的浇口，又称针浇口。这种浇口适用于各种壳、盒类塑料制品的成型），其特点如下：

在浇注系统的设计中，确定最佳的浇口尺寸是个较难的问题，一般来说，浇口的截面面积约为分流道截面的0.03倍—0.09倍；长度应尽可能短，大约为1mm-1.5mm。确定浇口尺寸时，应先取尺寸的下限，然后在试模中进行修正。

1）点浇口的尺寸和结构

    点浇口的直径一般取0.5mm-1.8mm，浇口长度取1mm-3mm，为防止清除凝料时挰制品表面，可在浇口与制品连接部位采用高0.3mm-0.5mm，锥度60度-90度的锥面结构。从流道进入浇口的部位，采用R1.5mm-2.5mm的圆弧，以利于熔体流动。

点浇口一般设置在制品的顶端，根据制品的形状、大小和不同要求，可采用单点浇口、双点浇口、四点浇口等结构。

2）点浇口的优点

a. 点浇口尺寸较小，熔体通过点浇口的流速增大，可提高了充模速度，因而可获得外表清晰，有光泽的制品；

b. 熔体流过点浇口时，摩擦阻力熔体温度略有升高，黏度下降，改善了流动性，对薄壁或带有精密花纹的制品成型有利；

c. 冷凝快，缩短了成型周期；

d. 可自动拉断凝料，残留痕迹小，减小了休整工序，提高了生产效率。

3）点浇口的缺点

    浇口尺寸小，充模阻力大，对熔体黏度高的塑料（如聚碳酸酯、聚砜等）成型不利，会产生填充不满的缺陷。冷凝快，浇口冻结时间短，不适于厚壁制品。

对于此次毕业设计，考虑塑件的结构及ABS的材料特性，综合以上各个因素，将此模具设计成点浇口的形式，锥角确定为2度。另外还有一点，点浇口制品的残留痕迹小美观且不摩手，也就是手感较好。

4.5模具材料的选择    

现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。

在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从ABS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。

从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是40Cr.该钢机械加工性能较好,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.对于动、定模座的材料，一般可采用Ｑ235或45钢材料，也不需要对其进行处理。另外为了把模具固定在注射机上，动、定模座板的两侧均需比动、定模板的外形尺寸加宽25mm – 30mm。

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