噴油器塑料外殼注塑模具設計及加工工藝制定

1、本 科 畢 業(yè) 設 計 (2014屆)題 目：噴油器塑料外殼注塑模具設計和加工工藝制訂 學 院: 機電工程學院 專業(yè): 機械工程及自動化 班級: 10機自本一 姓 名: 徐石明 學 號: 10113003336 指導老師: 孫樹峰 完成日期: 2014年5月3日 噴油器塑料外殼注塑模具設計和加工工藝制訂摘 要：如今塑料在市場上的運用十分廣泛，不僅價格低廉，絕熱性能好，而且能熔融塑料根據(jù)模具的形狀形成各種形狀的塑料制品。注塑模具是經(jīng)久不衰的產(chǎn)業(yè)，大部分的塑料制品都是由注塑模具完成的。汽車噴油器是汽車發(fā)動機的關鍵部件，在汽車上廣為運用。為了給企業(yè)設計和制造汽車噴油器塑料外殼模具提供一些參考，本畢業(yè)

2、設計將采用PRO/E軟件，設計一款汽車噴油器的塑料外殼，并設計出該塑料外殼零件的注塑模具，并對該模具零件進行加工工藝的制訂，形成工藝文件。在本文中，將圍繞塑料外殼的設計，塑料模具設計及模具加工三個方面，進行詳細的說明。關鍵詞：噴油器塑料外殼；注塑模具設計；PRO/E；模具加工Fuel injector plastic shell injection mold design and processing technology to developAbstract：Nowadays, the use of plastic in the market is very wide, not only f

3、or its low price, but also insulation performance is good, and can on the basis of the mold to form various shapes of plastic products. Most of the plastic products are made by injection mold, so we can say injection mold is enduring industry. As a key part of automobile engine, Fuel Injector is wid

4、ely used in the car, in order to provide some reference for companies about designing and manufacturing Fuel Injector plastic shell injection mold. PRO/E software is adopted in this graduation design, it is used to design a car Fuel Injector plastic shell, and also used to designed the injection mol

5、d, Through the injector plastic shell to formulate mold parts processing technology, finally forming process files. In this article, it will revolve around the design of the plastic shell, the plastic injector mold design and mold made processing three parts, for detailed instructions. Keywords：Inje

6、ctor plastic shell; Injection mold design; PRO/E; mold made目 錄摘要Iabstract引言11 概況21.1 噴油器概況21.2 塑料外殼材料的選擇21.3 工藝流程31.4 注射成型的工藝參數(shù)31.5 注射機有關參數(shù)的校核52 塑料外殼設計72.1 塑料外殼設計過程72.2 塑料外殼的排樣102.3 注塑塑料外殼時的定位123 注塑模具設計133.1 模具總體設計133.2 分型面的選擇143.3 澆注系統(tǒng)的設計143.3.1 主流道設計153.3.2 分流道設計163.3.3 澆口的設計163.3.4 冷料穴的設計183.4 排氣

7、系統(tǒng)的設計183.5 冷卻系統(tǒng)的設計193.6 推出系統(tǒng)的設計213.7 側向抽芯機構的設計234 模具加工工藝制訂264.1 加工中常用的加工設備說明264.2 零件加工工藝274.2.1 下型腔板加工工藝274.2.2 上型腔板加工工藝294.2.3 側滑塊抽芯結構加工30致謝31參考文獻32附錄133附錄234附錄335引言塑料從它的誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)有一個多世紀了，目前市場上的各種塑料產(chǎn)品層出不窮。塑料的主要是由樹脂和添加劑組成，在價格上，也較為低廉。塑料因為有許多的良好的特點，所以用處十分廣泛。主要的特性有：質量輕，化學穩(wěn)定性比較好，不會生銹，緩沖性好，有較好的透明性和耐磨耗性，絕緣性

8、好，導熱性低，著色性好，加工成本低，容易燃燒、變形、老化。常用的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等普通塑料，還有聚碳酸酯、PA、POM、PSU等工程塑料，還有其他的特種塑料如PPS等。噴油器的外部由一層塑料包裹，需要有注塑機將熔融的塑料注入模具中形成。作為汽車發(fā)動機的關鍵部位，我國在該方面的生產(chǎn)水平還跟不上一些發(fā)達國家，目前汽車噴油器主要由國外生產(chǎn)廠家（德國博世、美國德爾福、日本電裝等）生產(chǎn)。本課題將以設計一款新型噴油器的塑料外殼為目標，更進一步的去了解噴油器塑料帶來的作用，同時設計出更為合適的噴油器塑料外殼。如果研究順利，將為中國一些汽車噴油器生產(chǎn)商帶來一些參考，如果有更多有

9、識之士參與進來，對中國的一些噴油器行業(yè)將帶來很大的推動作用。噴油器的塑料外殼在設計中存在著許多的難點，在參閱了一些參考資料的情況下，了解了噴油器的工作環(huán)境，安裝情況，組成部分和使用情況等，這樣才能對噴油器的塑料外殼從材料選擇，到外形設計上有更加明確的目標。在明白塑料材料的情況下，更加確定塑料的收縮率和流動性，便對熔融塑料充入模具中時，對填充問題有了更加明確的了解。在對國內外一些相關的技術文件還有一些專業(yè)的設計軟件進行簡單分析之后，本文將會采用美國的CAD/CAE/CAM軟件PRO/E對噴油器的塑料外殼進行造型設計，并且通過設計的塑料外殼進行注塑模具的設計，最后將模具的零件進行加工工藝的制訂。1

10、 概況1.1 噴油器概況噴油器是發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)中的一個關鍵的執(zhí)行器，在汽車發(fā)動機中起到了舉足輕重的作用，噴油器主要是考電磁閥控制的，所以全稱為電磁噴油器，英文名為Injector,簡稱INJ。按噴油嘴可將噴油器分為針軸式和孔軸式兩種。按針軸式的噴油器來說主要有塑料外殼、濾網(wǎng)、插座、電磁線圈、銜鐵、軸針、閥針、上下密封圈組成。由于柴油機壓縮比高，壓縮終了時，氣缸內的空氣壓力達到3.5-4.5Mpa，溫度可以達到750-1000K，而汽油機的稍微低一點，壓縮比為0.6-1.2Mpa,溫度達到600-700K。而對于噴油器來說，一般的工作溫度為-30125，儲存溫度為-4060。1.2 塑料

11、外殼材料的選擇表1.1常用工程塑料特性對比材料簡稱抗沖擊性收縮率 %耐酸堿性使用溫度易燃性ABS強0.4-0.7好-40100易PC強0.50.8耐弱酸， 不耐強堿-60120自熄性PVC差0.6-1.5耐鹽酸、硫酸、中低濃度硝酸及20%以下的燒堿下限溫度-1530阻燃PP差1.0-2.5耐強酸，耐強堿100度左右PMMA差0.5-0.7耐堿、稀酸、水溶性無機鹽、烷烴和油脂-4080易PS差0.6-0.8可以被多種有機溶劑溶解，會被強酸強堿腐蝕，不抗油脂。長期使用溫度070 但脆，低溫易開裂。易PE1.5-3.6耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸)最低使用溫度可達-70-100PA強PA

12、60.8-2.5%耐化學性好，耐溶劑型好，耐油性好，但溶于強極性的劑。-40105不燃POM很強1.2-3.0不耐酸，不耐強堿-40100C易通過上面的表格可以看出PA材料抗沖擊性強，而且耐化學性好，使用溫度也適合，同樣在高溫的時候，不會因為高溫而燃燒。在工程上，噴油器的塑料外殼是選用添加了玻璃纖維的PA6，添加玻璃纖維對尼龍的影響很大，讓PA6更能耐高溫。同樣添加了玻璃纖維，收縮率下降，強度和剛性也會很大的提高。1.3 工藝流程本設計將參照以下流程圖進行：噴油器零件裝配噴油器塑料外殼設計產(chǎn)品工藝性分析用參考工件建立模具裝配模型設置工件收縮創(chuàng)建分型面設計澆注系統(tǒng)設計冷卻系統(tǒng)和推出裝置開模仿真及

13、干涉檢查充模仿真、生成塑件生成工程圖訂制加工工藝填寫工藝卡片形成工藝規(guī)范1.4 注射成型的工藝參數(shù)要取得良好的塑件，能夠順利充模、冷卻和定型，從而成產(chǎn)出質量優(yōu)良的塑料制件，而影響最大的為溫度、壓力和時間三個要素。溫度溫度主要是三個部分，料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度。料筒溫度 料筒溫度主要是根據(jù)塑料的品種和特性進行選擇。料筒溫度如果過高，塑料容易產(chǎn)生低分子化合物和分解產(chǎn)生氣體，產(chǎn)品的性能將急劇下降。溫度如果過低，那么熔融的塑料流動性比較差，會產(chǎn)生熔接痕等。最適合的料筒溫度應該在粘流溫度或熔點溫度f和熱分解溫度d之間。噴嘴溫度 噴嘴溫度一般略低于料筒中最高的溫度。如果噴嘴溫度過高，則會產(chǎn)生流涎現(xiàn)象

14、，若溫度過低，那么塑料融化不夠，形成硬塊，從而堵住噴嘴。模具溫度 模具溫度對塑件的質量有直接影響，涉及到充模時間、成型的速度和產(chǎn)品的質量。在模具里面，一般都會設計冷卻水道，目的就是控制模具的溫度。一般模具的溫度要低于玻璃化溫度。一般要求是，在滿足注射要求的溫度下，盡量降低模具溫度。根據(jù)查閱資料，玻纖增強PA6選用螺桿式注射機，螺桿轉速2040r/min，直通式噴嘴，噴嘴溫度為250260，料筒前段溫度為260270，中段為260290，后段溫度230260，模具溫度為100120。壓力注塑機中，主要涉及的三個壓力，分別是塑化壓力、注射壓力和保壓壓力。塑化壓力 塑化壓力是螺桿頭部溶料在螺桿轉動時

15、受到的壓力。在其他條件不變的情況下，塑化壓力的增到，會提高溶料的溫度，順利將塑料中的空氣排除，使得塑料的綜合性能會有所增加，但是過高的塑化壓力會降低塑化的速率，使得成型的時間加長。注射壓力 注射壓力是指柱塞或螺桿軸向移動時其頭部對塑料熔體所施加的壓力。注射壓力對塑料的流動性影響較大，較大的注射壓力會溢料、溢邊，易產(chǎn)生反應力，塑件也比較容易變形。壓力低的時候，塑件的流動性比較小，氣泡堆積比較多，產(chǎn)品的質量會嚴重受損。保壓壓力 型腔充滿之后，繼續(xù)對模內溶料施加壓力稱為保壓壓力。溶料在注塑機里完成充型之后，溫度降低會使得塑件的形狀變小，在塑件成型之后，注塑機施加保壓壓力，能夠實現(xiàn)對塑件的補縮，對部分

16、進行塑件補充，從而生產(chǎn)出合格的塑件。保壓壓力過大會產(chǎn)生飛邊等，如果不足，則塑件成型不足。根據(jù)查閱資料，玻纖增強PA6塑料通常使用的注射壓力為80130MPa，保壓壓力為4050MPa。時間時間指的是模具從開模到下一次開模所經(jīng)歷的時間，就是一個模具時間周期。主要指的模具合模時間、噴嘴注射時間、塑料保壓時間以及塑件在模內冷卻時間，還有其他時間?？刂颇＞叩母鱾€運動的時間，能夠有效的提高成產(chǎn)效率。玻纖增強PA6的注射時間35s，保壓時間1949s，冷卻時間1939s，成型周期控制為49100s。1.5 注射機有關參數(shù)的校核根據(jù)單個塑件的體積和排樣方式可以確定，四個塑件的體積和澆注系統(tǒng)凝料的體積之和約為

17、27.4cm3(其中單個塑件的體積約為5.496cm3,凝料的體積約為5.42cm3),選取XS-Z-60型塑料注射成型機。該成型機的技術參數(shù)如表1 所示：表1.2 XS-Z-60型塑料注射成型機參數(shù)表額定注射量/cm360螺桿直徑/mm38注射壓力/MPa122注射行程/mm170注射方式柱塞式鎖模力/kN500最大成型面積/cm2130最大開（合）行程/mm180模具最大厚度/mm200模具最小厚度/mm70噴嘴球頭半徑/mmSR12噴嘴孔直徑/mm4頂出方式中心機械頂出動、定模固定板尺寸/mm330340拉桿空間/mm190300合模方式液壓-機械液壓泵流量/Lmin-170,12液壓泵

18、壓力MPa6.5電機功率/kW11加熱功率/kW2.7機器外形尺寸316085015501) 型腔數(shù)量的校核根據(jù)注塑機一定時間內的塑化量確定所需的型腔數(shù)量，如公式1-1：nm1+m2KMT/3600 （1-1）式中：n模具型腔數(shù)量； m1單件塑件的質量或體積大小，g或cm3； m2流道上凝料的質量或體積大小，g或cm3；K注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8左右；M該類型注射機的塑化量的額定值，g/h或cm3/h；T成型周期s；根據(jù)以上公式，最大注射量計算如公式1-2為：nm1+m2KMT/3600 （1-2）n0.860360050503600-5.42/5.496=82) 最大注射量的

19、校核該注塑機在空注射情況下，注射螺桿或柱塞作一次最大行程的注射，所能流出最大化的熔融塑料的量稱為最大注射量。校核公式如1-3：nm+mjkmn （1-3）式中：n型腔數(shù)量； m單件塑件的質量或體積大小，g或cm3； mj流道上凝料的質量或體積大小，g或cm3；mn該注射機所能達到的最大注射量，g或cm3；k注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8左右；n600.8-5.425.496=73) 鎖模力的校核在塑料熔體里所有的壓力是通過鎖模力進行控制的，同樣鎖模力還能有效的保證塑料的質量。塑件在分型面上的投影面積之和（不和澆注系統(tǒng)重合的面）乘以型腔內塑料壓力，即為漲模力。為了保證在注射的時候，不發(fā)

20、生塑件產(chǎn)生飛邊和漲模現(xiàn)象，漲模力應小于注射機的額定鎖模力Fn（公式1-4）。(nA1+Aj)pFn （1-4）式中：n型腔數(shù)量； A1塑件在分型面上的投影面積之和cm2； Aj澆注系統(tǒng)上的凝料在分型面上的投影面積之和cm2； p型腔壓力MPa，型腔壓力為注射壓力的80%左右； Fn鎖模力kN。nFnp-AjA1=50020-112.766=5根據(jù)Pro/E計算得塑件在分型面上的投影面積為2.766cm2，凝料在分型面上的投影面積為11 cm2，模腔內壓力取20MPa ，所取的型腔數(shù)量為4，所以該注塑機的鎖模力滿足要求。4) 開模行程校核開模行程主要是有塑件的高度和推出系統(tǒng)的行程決定的，如1-5

21、所示：SH1+H2+510 mm （1-5）式中：S最大開模距離；S =180mm H1推出距離； H1=30mm H2 產(chǎn)生的塑料總高度（包括澆注系統(tǒng)上的凝料）； H2=60mm由上式得：18030+60+510；左邊 右邊，所以該注塑機的開模行程滿足要求。2 塑料外殼設計2.1 塑料外殼設計過程噴油器不是純塑料制品，在設計塑料外殼的時候，必須的知道噴油器的金屬外表面的形狀及需要進行包裹的部分。在本設計中，首先用PRO/E設計了一款噴油器，然后根據(jù)裝配效果及噴油器的安裝情況，進行塑料外殼的設計。裝配效果圖如圖2.1、圖2.2： 圖2.1.無塑料外殼噴油器裝配圖圖2.2無塑料外殼、無密封圈的噴

22、油器裝配圖根據(jù)上圖所示的裝配圖，對噴油器塑料外殼進行如下設計，如圖2.3、圖2.4所示(灰色部分為塑料外殼)。圖2.3.噴油器外觀圖圖2.4.噴油器外觀圖根據(jù)裝配情況和安裝的情況，塑件的設計尺寸圖，如圖2.52.9所示圖2.5.主視圖 圖2.6.左視圖 圖2.7.B向局部視圖 圖2.8.C向局部視圖 圖2.9.A向局部視圖2.2 塑料外殼的排樣根據(jù)在概述上的校核，型腔的數(shù)量可以選擇4個，而且根據(jù)塑料外殼的尺寸和注射機的選擇，塑料的排樣方式有如下兩個方式:圖2.10 排樣方式一該圖中灰色的表示需要住注塑的塑件，塑件在x向之間的距離為60mm，在y向之間的距離為120mm。該排布在一般的塑件中比較

23、常見，優(yōu)點有：節(jié)省空間，澆注系統(tǒng)比較好設計，推出時，力比較均勻，能夠順利脫模。唯一的缺點就是抽芯是斜抽芯，在加工和設計上加大難度，對斜導柱側向抽芯還好，對于其他的抽芯方式比較困難。裝配模具圖如圖2.11。圖2.11模具效果圖圖2.12 排樣方式二圖2.13 模具裝配效果圖塑件的第二種排樣方式如圖2.12所示，圖2.12的塑件排列主要是以DTM104、DTM105為對稱面。其中塑件中心軸和DTM104的夾角為42，在y方向上，兩個插頭面之間的距離為120mm，為流到預留了寬20mm的距離；在x方向上，兩個插頭之間的距離為88mm,為流道留出了38.6mm長。采用該布局后，模具裝配效果圖如2.13

24、所示，該布局抽芯在模具邊緣，抽芯變得十分方便，同樣因為布局比較勻稱，在推出的時候，也能比較容易順利脫模。2.3 注塑塑料外殼時的定位在本畢業(yè)設計中，塑料外殼是在噴油器外部的，在模具注塑前，就必須要將裝配的噴油器放入模具中，該噴油器放入在模具中，定位問題是一個很重要的問題。定位是否到位，注塑出來的塑件是否和噴油器同心，很大程度上在注塑前，噴油器的定位的問題。同樣因為插頭部分形狀比較復雜，如果在合模之前，將帶插頭的部分定位準確，保證不會因為合模受到影響而發(fā)生偏心。在合模前，將插頭放入加工好的側滑塊，并將側滑塊定位。當合模之后，開始注射，當成型之后，并且保壓之后，開模。側滑塊往外拉，推桿推出，這樣塑

25、件就能取出來了。在每次合模之前，需要保證的就是側滑塊能夠在原位，這樣的話才能實現(xiàn)將裝配好的噴油器放入模具中，實現(xiàn)對塑料外殼的注射成型。在目前考慮中的主要有兩個方向對側滑塊進行控制：第一個是采用氣缸對側滑塊進行抽芯，氣缸來說相對簡便，同時氣缸也比較容易控制，這樣的話就能對側滑塊進行隨時控制，但是氣缸進行操作也有一些缺點，就是氣缸控制抽芯沒有機械控制抽芯穩(wěn)定，同時氣缸抽芯可能會造成不同步的問題，在某些方面會增加成本，需要增設一些氣動裝置還有電磁閥和接近開關等對于氣缸的規(guī)格的選擇，主要根據(jù)脫模力還有抽芯的距離進行確定。第二種方法是，采用可拆卸式的抽芯部分，能夠和側滑塊進行分開，剛開模的時候，側滑塊和

26、抽芯部分組成一體，開模的同時，實現(xiàn)抽芯，當抽芯完畢并將塑件推出之后，抽芯部分自動彈回到原位或者手工使其到原位，手工到原位的由于耗時多，而且模具較熱，不太方便。在本次設計中，將會從氣缸抽芯和可拆卸抽芯部分進行一個細致考慮，在接下來的模具設計中會涉及。塑料外殼在噴油器的進油端和插線部分的定位如圖2.14所示:圖2.14 裝配定位圖3 注塑模具設計3.1 模具總體設計本設計所用的注塑機為立式注塑機，立式注塑機方便嵌件的放置。標準模架選擇規(guī)格是296346，模架為推桿推出機構：定模兩板、動模單板式(A1型)。模具的總體布局如圖3.1所示。圖3.1 模架的布局在這個模架中，主要包括有，絕緣板、定模固定板

27、、主流道襯套、定位環(huán)、定模板、動模板、墊塊、推桿固定桿、推板、動模座板、側滑塊、斜導柱、導桿、推桿和復位桿等結構。其中本次設計的模具中，采用了5根推桿和4根復位桿。各個模板的尺寸圖如下圖3.2所示。圖3.2 模具厚度3.2 分型面的選擇分型面在模具的設計中至關重要，是決定模具結構的一個很重要的因素。在分型面的設計中，首先應該知道模具型腔的數(shù)量和排布情況，在上一節(jié)概述中已經(jīng)講到，本次模具型腔數(shù)量定為4個。在設計型腔數(shù)量及排布前，一般會考慮注塑機的參數(shù)，適合一模幾腔。分型面的選擇有以下原則：1.分型面應選在塑件外形最大處；2.分型面能夠讓塑件順利完成脫模；3.分型面不會影響塑件的尺寸精度；4.分型

28、面便于實現(xiàn)機械加工；5.分型面能夠順利排氣。噴油器的塑料外形還不算復雜，根據(jù)以上原則，設計兩個分型面就能完成對塑料的分型。噴油器塑料外殼的模具分型面的設計如圖3.3所示。圖3.3 模具分型面該模具分型面有五個分型面，其中四個為側向抽芯，一個為主要分型面。3.3 澆注系統(tǒng)的設計從澆口套的進料口到模具型腔之間的直接通道叫做澆注系統(tǒng)，在通到里形成的塑料稱作凝料。澆注系統(tǒng)主要有主流道、分流道、澆口和冷料穴四個部分。在設計之前，我們必須要懂得塑料的成型性能，這樣才能保證該澆注系統(tǒng)能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。由于兩個方向的溶料在交接的時候有一定的溫度差，而且注射進去的料溫度都比較低，所以容易產(chǎn)生熔接痕，設計合理

29、的流道能夠減少或消除熔接痕。溶料在進入澆注系統(tǒng)的時候，需能夠順利的排氣。為了減少溫差，產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，在模具的澆注系統(tǒng)流程應該盡量短。對于一些大型的或者壁比較薄的零件，在設計澆注系統(tǒng)的時候，需要對流動距離比進行校核。3.3.1 主流道設計主流道是指從噴嘴開始到分流道的這一段流道，主流道是主通道，形狀和尺寸對塑料的充模速度和充模壓力有較大的影響。主流道一般都從澆口套開始，為了使塑件順利脫模，一般設計成圓錐形，錐角在26之間，流道的表面粗糙度應該控制在Ra0.8m,澆口套的加工要求為使用碳素工具鋼制造，熱處理淬火到5357HRC。澆口套的設計如圖3.4和圖3.5。圖3.4 澆口套三維圖圖3.5 澆

30、口套尺寸圖在本設計中，澆口套選用的是標準件，在pro/e軟件的模架選擇中類型為Z51r。澆口套和模板之間通常采用H7/m6的過渡配合，那么配合尺寸為18 H7/m6。澆口套和定位圈則采用H9/f9的間隙配合，配合尺寸為18 H9/f9。3.3.2 分流道設計分流道是指從主流道末端到澆口部分的通道。分流道的作用主要是改變塑料的流向，能將溶料平衡的分配到各個型腔。分流道的形狀有很多種，主要有圓形、梯形、U型、半圓形和矩形。其中圓形的比表面積比較小，損失小，梯形和U型比較容易加工，比較常用，矩形用的比較少。在本畢業(yè)設計中，選用圓形的截面，根據(jù)經(jīng)驗所得，D=48mm為宜，這里我們取第一階段的分流道截面

31、直徑為5mm，在每一節(jié)流道比下一節(jié)大10%20%的原則，可以確定第二節(jié)的流道可以取44.5mm左右，這里我們取第二節(jié)的分流道直徑為4mm。根據(jù)澆口位置選擇的原則，型腔呈現(xiàn)出矩形布局，那么分流道采用“非”型布局。將分流道布局如圖3.6。圖3.6 分流道分布示意圖其中第一節(jié)分流道的長度為60mm，第二節(jié)分流道的長度為18.8mm。分流道和模具接觸的外層塑料迅速冷卻，流動狀態(tài)要理想，所以表面粗糙度設計在1.6m左右。3.3.3 澆口的設計澆口也就是通常所說進料口，是從分流道到型腔之間的直接通道。澆口有兩種類型一種是限制性澆口；另一種是非限制性澆口。在澆注系統(tǒng)里面，限制性澆口的尺寸是最小的，當截面突然

32、變小時，熔體的壓力和流速會突然增大，這樣就能讓熔體快速的充入型腔，不會產(chǎn)生太大的充型不足的問題。而非限制性澆口相反，是截面最大的部分，主要是起引料和進料后施壓作用。按照結構特點，也可以細分為直接澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪幅式澆口、點澆口、潛伏式澆口和爪型澆口。查閱資料得到，對于塑料PA可以選擇用直接澆口、側澆口、點澆口和潛伏式澆口。對于噴油器的結構來說，不適合直接澆口，而噴油器塑料外殼表面結構復雜，點澆口沒有側澆口的補縮好，最終決定使用側澆口。側澆口形狀一般都為矩形，寬度和深度的計算公式如公式3-1和公式3-2所示：b=0.60.930A （3-1）t=(0.60.9) （3-2）式中：b側澆

33、口的寬度，mm； A塑料外表面積，mm； T側澆口深度，mm； 側澆口處塑料的壁厚，mm。對于中小型的塑件，一般壁厚取0.52mm，這里取1.5mm。用PRO/E軟件分析，塑件的表面積大約為4000mm2左右。所以b=0.60.9304000=1.31.8，這取b=1.5mm。澆口長度l一般為0.82.0mm左右，這里取澆口長度l為2mm。澆口位置的選擇對成型的塑件品質會有較大的影響，澆口位置選的不好，有些塑件將可能出現(xiàn)填充不滿或者熔接痕明顯等缺陷。澆口的設計有如下注意要點：1.流動距離盡量短；2.澆口位置應在壁較厚的地方；3.減少熔接痕；4.考慮分子定向的影響；5.避免熔體破裂現(xiàn)象。對于型腔

34、澆口的BGV值計算，四個型腔的排列均為矩形均布排列，而且主流道到各個澆口的距離都是相等的，所以BGV肯定是平衡的。由于澆口的位置盡量放在壁厚處，且在選的該澆口位置填充較為困難，需要保壓補縮對塑件的品質保證會高一點。澆口位置的選擇如圖3.7所示 圖3.7 澆口的位置選擇3.3.4 冷料穴的設計當模具合模后，模具的溫度比較低，所以剛從噴嘴流過來的溶料溫度會比較低，塑料的性能會受到影響，設計一個合理的冷料穴，對剛從噴嘴過來的冷料在冷料穴進行堆積，這樣頭料就不會填充到型腔里，不會影響塑件的品質。如圖3.8所示，為設計的冷料穴。 圖3.8 冷料穴的設計 圖3.9 分流道上的冷料穴由于分流道較長，所以在分

35、流道上，溶料降溫也會比較大，所以在第一節(jié)和第二節(jié)分流道之間增設一個冷料穴。如圖3.9所示。3.4 排氣系統(tǒng)的設計為了讓注射的溶料順利充模，必須能使流道和型腔中的氣體有序排出。在充型的時候，如果氣體沒有順利排出，很容易在塑件里面產(chǎn)生氣泡等缺陷，從而影響塑件的品質。排氣系統(tǒng)的設計有三個種方式:1.利用模具零件之間的配合間隙進行排氣，其配合間隙不能超過0.04mm；2.分型面上設計排氣槽，部分塑料的排氣槽高度設計在表3.1上有所列舉；3.在型腔里面安放排氣塞進行排氣。表3.1 塑料的排氣槽深度設計塑料品種深度h塑料品種深度h聚乙烯0.02聚酰胺0.01聚丙烯0.010.02聚碳酸酯0.010.03聚

36、苯乙烯0.2聚甲醛0.010.03ABS0.03丙烯酸共聚物 0.03 圖3.10 利用抽芯和模具的配合間隙進行排氣 圖3.11 利用頂桿和模具的配合間隙進行排氣在模具的排氣系統(tǒng)設計中，主要是采用各個零件之間的配合間隙進行排氣，如圖3.10就是利用抽芯部分和動模之間的配合間隙，將型腔的氣體排出。除了采用配合間隙排氣外，一般也會設置排氣槽進行排氣。在本模具中，每個型腔中均設置了一個頂桿，每個頂桿和模具配合間隙都控制在0.03mm0.04mm之間，這樣也能將型腔里的氣體順利排出，如圖3.11所示。3.5 冷卻系統(tǒng)的設計模具溫度及其波動對塑件的收縮率、尺寸穩(wěn)定性、力學性能、和表面質量都有影響。為了降

37、低模具溫度，便于塑件成型、定型，通常的方法都是在模具里增設冷卻系統(tǒng)，冷卻用的物質大部分都是使用水，而在模具的里面增設冷卻水道。為了更好的用冷卻系統(tǒng)控制模具溫度，通常對冷卻回路的表面積進行計算，如公式3-3：A=Mq3600(m-w) （3-3）式中A冷卻水道的總的表面積，m2; M模具在一定時間內注入的塑料量，kg/h; q單位質量樹脂在模具內釋放的質量，J/KG，其中PA6的為5.6； 冷卻水的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2K); m模具成型表面的溫度，； w冷卻水的平均溫度，；其中傳熱系數(shù)=（v）0.8d0.2式中在該溫度下冷卻水的溫度，kg/m3; V冷卻水的流速，m/s； d冷卻水孔直徑，m

38、； 與冷卻水溫度有關的物理系數(shù)，查表3.2可得。表3.2 水的值與其溫度的關系平均水溫510152025303540455067.57.958.48.849.289.6610.05冷卻水道的總長度如公式3-4：L=Ad （3-4）式中L冷卻水道回路總長，m； A冷卻回路總表面積，m2; d冷卻水孔直徑，m。按照要求，模具冷卻水孔的直徑不得大于14mm，平均壁厚2mm,水孔直徑可取810mm,這我們取冷卻水道的直徑為8mm。如圖3.12所示，為冷卻水道回路設計。圖3.12 冷卻水道設計回路設計原則：1.冷卻水道數(shù)量盡量多，孔徑盡量大；2.冷卻水道至型腔表面距離盡量相等；3.冷

39、卻水在進出水口的溫差應該盡量?。?.在澆口位置加強冷卻；5.冷卻水道避開易產(chǎn)生熔接痕的地方。圖3.13冷卻水道效果圖3.6 推出系統(tǒng)的設計推出機構一般由推出、復位和導向三個部分組成。推出部分主要是推桿推出，推桿固定在推桿固定板上，另外邊和塑件相連。在本設計中，由于塑件的尺寸較小，推桿也設計的較小，其中4支頂出塑件的推桿外徑為3mm，頂出凝料的為外徑6mm，推出行程設置為30mm,零件效果如圖所示。圖3.14推桿的設計圖導向部分主要是有導柱和導套組成，導柱的加工精度對模具合模的重合度影響較大，如果模具合模重合度不好，生產(chǎn)出來的塑件圓度等將會很低，所以導柱和導套的設計也很重要。圖3.15 導柱的設

40、計圖圖3.16導套的設計圖復位部分主要是采用復位桿和定模接觸，動模向定?？拷瑥臀粭U受到定模的力從而讓推板背向動模做復位運動，復位桿有效的保護了推桿，而且復位桿使得推板復位到原位，從而進行下一步操作。圖3.17 復位桿效果圖 圖3.18 復位桿尺寸圖3.7 側向抽芯機構的設計側向抽芯機構的設計，在上一節(jié)中已經(jīng)介紹到了側向抽芯在選擇上有氣動抽芯和側滑塊抽芯兩種，在本設計中，對比了兩種測向抽芯的優(yōu)缺點，氣動液壓抽芯相對簡單，但是需要增加設備，機械抽芯不需要增加其他設備，但是結構比較復雜，將來的維修方面會比較困難，對比之下感覺使用氣壓缸會比機械抽芯好一些。側向抽芯脫模力的計算，用PRO/E軟件對抽芯

41、包絡面進行分析，包絡面積為260mm2,底面相對面積為77.72mm2,計算公式如3-5：Ft=Apcos-sin+F0 (3-5)=26010-60.81070.2+1.011057.77210-5=216N式中：A抽芯中塑料包絡的面積；Fn側向抽芯力；F0抽芯時底面克服的大氣壓力；P塑件對抽芯的型芯單位包緊力，模外冷卻取p為（2.43.9）107MPa，模內冷卻取p為（0.81.2）107MPa，這里取0.8107MPa；脫模斜度；塑料相對鋼的摩擦系數(shù)，取0.10.3之間，這里取0.1。抽芯距的確定主要是看側凹、側孔或側向凸臺的高度，一般要比側凹、側孔或側向凸臺高出23mm，用公式3-6表

42、示：s=s+(23) （3-6）式中：s抽芯距離，mm； s塑件上側凹、側孔或凸臺的高度，mm。由式3-6可以得出，s=9.6+3=12.6mm。綜上可以得到，氣壓缸抽芯力要滿足700N左右，而抽芯距離必須大于20mm，根據(jù)以上的條件，對氣壓缸進行選型。氣壓缸的工作氣壓一般會小于1MP大于0.2MP，對于一般氣缸的充氣壓力為0.30.4MPa左右，假設有一個缸徑為d的氣壓缸，工作壓力為0.3MPa，則有:F=d24p=3.14d240.3106=216N所以d=30。根據(jù)SMC氣缸選型手冊查詢可得，適合的氣缸有C95系列的缸徑為32的標準氣缸，選擇行程范圍為50mm。關于該氣缸的參數(shù)如下表3.

43、3所示：表3.3 氣缸參數(shù)缸徑動作方式最高壓力最低壓力使用環(huán)境和流體溫度緩沖接管口徑32mm雙作用1.0MPa0.05MPa磁性-1060無磁性-1070氣緩沖G1/8對于氣壓缸的外觀尺寸，如下圖3.19所示，型號的選擇為C95SB32-50W-XB6。這里的S表示標準型氣缸,B為基本型，32為缸徑的大小，50為行程，W為雙桿，XB6表示耐熱型工作溫度可以在150。本設計中，采用一個抽芯一個氣缸的方式，在模具上采用對稱排列。如圖3.20所示，為PRO/E效果下的三維圖。該結構由氣缸和一個L型支架組成。圖3.19 氣缸尺寸圖圖3.20 氣缸的外觀圖對于L型支架也可以一起訂購，L型支架有標準的規(guī)格

44、參數(shù)。該L型支架的二維圖如圖3.21所示：圖3.21 L型支架尺寸圖圖3.22 氣缸裝配示意圖如圖3.22所示，為氣缸的裝配示意圖。氣缸的軸心和側滑塊是通過M101.25螺紋進行連接，側滑塊上再加M35緊定螺釘進行穩(wěn)固。4 模具加工工藝制訂模具的加工并非是單車床銑床等普通機床能夠完成的，在模具的加工中，需要用到許多特種加工方式，制訂一個規(guī)范的加工流程，使得模具在高效率高質量的保證下完成加工。模具很多零件都是板料結構，在銑床上加工多一點，同樣由于型腔等形狀比較復雜，成型機和線切割等特種加工也會涉及。在本章中，將會從型腔的加工、側向抽芯用的側滑塊的加工、澆注流道的加工、冷卻水道的加工和推桿的加工做

45、一個分析。4.1 加工中常用的加工設備說明在本次加工中，主要采用數(shù)控銑床對模具的型腔進行加工，由于加工的形狀比較復雜，在銑模具的型腔的時候，最好選用模具專用銑刀。在表4.1表4.6中為一些設備的參數(shù)。表4.1 車床設備參數(shù)機床最大加工直徑加工長度主軸轉速(r/min)加工質量主電機功率不圓柱度錐度不平度粗糙度C61323208004012000.010.010.015/1801.64CA61404006501018000.010.01/1000.015/2001.67.5CM61404009001014000.0050.01/1500.01/2000.87.5表4.2 鉆床設備參數(shù)機床最大鉆孔

46、直徑主軸行程主軸轉速級數(shù)主軸轉速主電機功率立式Z51818150631029751Z5252517599717602.8搖臂Z3550350183417005.5Z37754502211.214007.5表 4.3 磨床設備參數(shù)機床磨削規(guī)格磨削長度加工質量不圓柱度端面不平度粗糙度外圓磨床M161直徑831510000.0030.0060.2內圓磨床M2120直徑5002001201600.0060.005/2000.4平面磨床M7730K長寬1000300不平面度0.015/10000.8無心磨床M1040直徑240磨削寬度140橢圓度0.002不圓柱度0.0040.2表4.4 銑床設備參數(shù)機

47、床工作臺工作面 長寬工作臺最大行程縱向橫向垂直主軸轉速（r/min）主電機功率（KW）臥式銑床X608002005001603005022403臥式銑床X6212503207002553603015007.5立式銑床X52K12503207002553703015007.5萬能銑床X62W12503207002553703015007.5電火花加工設備主要分為慢走絲、快走絲和立式自旋轉電火花切割機。主要的原理是電火花放電進行腐蝕加工，能夠加工各種形狀的平面圖形。電火花成型機設備和電火花線切割的工作原理是一樣，主要是通過先加工一個復雜形狀的電極，然后用電極接電，和工件表面發(fā)生放電進行腐蝕加工。4

48、.2 零件加工工藝4.2.1 下型腔板加工工藝下型腔板上的形狀比較復雜，主要有分流道、澆口和型腔，對與這種復雜的形狀表面，需要用三維軟件進行造型，然后通過毛坯選擇、刀具選擇、刀路軌跡的形成、模擬仿真，最后進行模具加工的程序輸出。圖4.1 下模具型腔圖4.2 下型腔板根據(jù)實際情況，下型腔板的規(guī)格為200*180*50mm，下205*185*55mm的塊料，材料為Cr12合金鋼，去除毛坯外表面氧化皮。使用平面銑刀銑六面體，型腔面留0.5余量，用磨床精磨。型腔用CNC機床銑刀開粗，再用成型機粗加工。粗加工完畢后將其放入爐升溫至600-650并保溫0.52h，溫度升高到800-850，保溫 0.52h

49、，接著溫度升至950-980，保溫0.52h，取出放入油中淬透。最后在CNC機床精銑，成型機電火花精加工。型腔加工步序如表4.5：表4.5 下型腔板加工工序加工步序刀具類型刀具尺寸加工類型加工部分1球頭銑刀2粗加工22平面銑刀2粗加工編號以外部分3平面銑刀4粗加工14球頭銑刀0.5精加工25平面銑刀0.5精加工編號以外部分6/成型機精加工17/成型機粗精加工38球頭銑刀4粗精加工第二節(jié)分流道9球頭銑刀5粗精加工第一節(jié)分流道10平面銑刀2粗精加工澆口位置4.2.2 上型腔板加工工藝上型腔板的加工和上型腔板的加工類似，不同的是上型腔板不用加工澆口，而需要加工冷卻水道。毛坯料的選擇和下型腔板的選擇一

50、樣，采用205*185*55mm規(guī)格的Cr12合金鋼。加工步序如下表4.6：表4.6 上型腔板加工工序表加工步序刀具類型刀具尺寸加工類型加工部分1立銑刀5粗加工冷卻水道2立銑刀8精加工冷卻水道3球頭銑刀2粗加工24平面銑刀2粗加工編號以外部分5平面銑刀4粗加工16球頭銑刀0.5精加工27平面銑刀0.5精加工編號以外部分8/成型機精加工19/成型機粗精加工310球頭銑刀4粗精加工第二節(jié)分流道11球頭銑刀5粗精加工第一節(jié)分流道圖4.3 上模具型腔4.2.3 側滑塊抽芯結構加工側向抽芯的側滑塊加工相對簡單，主要是加工里面的插線孔，孔型也相對簡單，所以在加工孔的時候，可以選擇用成型機進行電火花加工，而

51、對于外面部分的則可以采用銑刀進行加工 圖4.4 側滑塊零件圖加工步序刀具類型刀具尺寸加工類型加工部分1平面銑刀5粗精加工毛坯件外部1平面銑刀5粗加工插孔外部2平面銑刀5精加工插孔外部3/成型機粗加工插孔及上部分7/成型機精加工插孔及上部分致謝畢業(yè)設計現(xiàn)在也在接近尾聲了，從剛接到任務到現(xiàn)在畢業(yè)論文的接近完成，期間有經(jīng)歷多少困難，就有老師的多少次孫老師的悉心指導，從一開始對模具設計的一竅不通，到現(xiàn)在的不斷學習，了解，各種方法的努力嘗試，在此非常感謝尊敬的孫樹峰老師。在畢業(yè)設計期間，孫老師多次詢問畢業(yè)設計的情況，以及多次指導在畢業(yè)設計過程中存在的難點問題，在解決難點問題上提供了很多解決方案。最后感謝那些在畢業(yè)設計過程中，批評、指導的老師和同學們，謝謝。參考文獻1 徐建平，朱萍.Pro/E產(chǎn)品設計案例教程（野火版3.0）M.北京：航空工業(yè)出版社，2010. 2 周樂來.Pro/ENGIEER Wi