平板电脑音量键的注塑模设计-毕业论.doc

南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书（论文） 作 者： 丁林 学 号： 058613153361 学院（系、部）： 材料工程学院 专 业： 数控加工与模具设计 题 目： 平板电脑音量键的注塑模设计 指导者： 评阅者： 2015 年 11 月 南 京 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 摘摘 要要 根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术 要求，考虑塑件制件尺寸。本模具采用一模四腔，侧浇口进料，注射机采用 TOSHIBA EC40-Y 型号，设置冷却系统，CAD 绘制二维总装图和零件图，选择模具合 理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分 析塑件，从而作出合理的模具设计。 关键词：关键词：模具设计,注塑模，型芯，型腔 南京工程学院毕业设计说明书（论文） I AbstractAbstract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two sub gate feed injection machine adopts TOSHIBA the EC40-Y models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. KeyKey words:words: mechanical design; injection mold, mold core, cavity 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 目目 录录 1 前言1 1.1 课题背景1 1.2 课题分析3 2 塑件分析4 2.1 产品分析及其技术条件.4 2.2 塑件材料的确定.5 2.3 塑件材料的性能分析.5 2.3.1 基本特性.5 2.3.2 成型性能.6 2.3.3 主要用途.6 3 成型布局及注塑机选择7 3.1 进胶方式选择.7 3.2 型腔的布局及成型尺寸.7 3.3 估算塑件体积质量.8 3.4 注塑机的选择和校核.9 3.4.1 注射胶量的计算.9 3.4.2 锁模力的计算.9 3.4.3 注塑机选择确定 .10 4 注塑模具设计.11 4.1 模架的选用11 4.1.1 模架基本类型11 4.1.2 模架的选择11 4.1.3 导向与定位机构设计12 4.2 浇注系统的设计13 4.2.1 主流道设计13 4.2.2 分流道的设计14 4.2.3 浇口的设计15 南京工程学院毕业设计说明书（论文） I 4.2.4 冷料穴的设计15 4.3 分型面的设计15 4.4 成型零部件的设计16 4.4.1 成型零部件结构17 4.4.2 成型零部件工作尺寸的计算17 4.4.3 模具强度与刚度校核18 4.5 侧向抽芯机构类型选择与设计18 4.5.1 侧向抽芯机构类型18 4.5.2 侧向抽芯机构主要参数的确定20 4.6 脱模及推出机构22 4.6.1 脱模力22 4.6.2 推出机构23 4.7 冷却系统的设计与计算24 4.7.1 冷却水道设计的要点24 4.7.2 冷却水道在定模和动模中的位置25 4.7.3 冷却水道的计算26 4.8 排气结构设计27 4.9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核27 5 结语.29 致谢.30 参考文献.31 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 0 页 1 1 前前 言言 1.11.1 课题背景课题背景 模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、 电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且随着 近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。用模具 生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其 它加工制造方法所不能比拟的。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在 强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍 地采用塑料成型。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制 品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模 具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低，直 接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争 中的反映能力和速度。 注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很 多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射 机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射 机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注 射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、 加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。 由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其它行业。模具设计要考虑的 要点如下: a塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的 敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点， 避免或补偿其缺点。 b塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应有 利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 热固性塑料制品均匀地固化。 c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和 简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。 对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能 等。 目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、 精密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表 盘大型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE)技术对塑料注 塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工 艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制 造周期采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。采用 CAE 技术， 可以完全代替试模，CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制 造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、 保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘 曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等 到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚 至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。 某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深 槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。新的模糊控制系统具有 加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术 的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、 三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用，对模具制造能力的提高也起到 了很大作用。我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显， 这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继 续高速发展；另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具 采购趋向也十分明显。 随着计算机技术的发展应用，模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展。特 别是模具成型零件方面的软件等，这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 到加工制造设备，实现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一 体化。 1.21.2 课题分析课题分析 本课题内容是对按键基于生产实践之上的模具设计，模具设计主要内容有型腔 布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、 注塑机台选择及注塑工艺分析等。 根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术 要求，本模具采用一模四腔布局，侧入式浇口进料，注射机采用 TOSHIBA EC40-Y 型号，设置冷却系统，CAD 绘制二维总装图和零件图，系统地运用简要的文字，简 明的示意图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。选择合理的加工方法。模具 方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果，并且大大提高了 注塑模的质量。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 2 2 塑件分析塑件分析 2.12.1 产品分析及其技术条件产品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面 质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模 具精度。 课题目标产品是一个生活中常见的按键，其零件外形如图所示。具体结构和尺 寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度 要求不高。 图 1 产品 3D 视图 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加 工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得 低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度 等级。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用 MT5 级精度，未注采用 MT8 级 精度。 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免 冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面 粗糙度一般为 Ra 0.021.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2，即m Ra 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所m 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为 Ra0.8，内部为 Ra1.2。mm 2.22.2 塑件材料的确定塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动 性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而 不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度 小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能 好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防 辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。 此产品壁厚均匀，ABS 性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求，容易 成型，对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。 2.32.3 塑件材料的性能分析塑件材料的性能分析 2.3.12.3.1 基本特性基本特性 ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性， 使 ABS 具有良好的综合理学性能。丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面 硬度，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能。ABS 价格便 宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑 性塑料。 ABS 无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为 1.02-1.05g/cm3。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水 性，化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对 ABS 几乎没有影响， ABS 不 溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃 中会溶解或形成乳浊液。ABS 表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应 力开裂， ABS 有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高， 尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高， 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 连续工作温度为 70左右，热变形温度约为 93耐气候性差，在紫外线作用下CC ABS 易变硬发脆。 ABS 的性能指标：密度 1.021.05（），收缩率 ，熔 3 dmKg %8 . 03 . 0 点，弯曲强度 80Mpa，拉伸强度 3549Mpa，拉伸弹性模量 1.8Gpa，弯 C 160130 曲弹性模量 1.4Gpa，压缩强度 1839Mpa，缺口冲击强度 1120，硬度 2 mkJ 6286HRR，体积电阻系数。ABS 的热变形温度为 93118，制品经退火 cm 13 10 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- 40100的温度范围内使用。 2.3.22.3.2 成型性能成型性能 ABS 易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应 进行干燥处理； ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模 具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产 生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型 条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。要求塑件精度高时，模具温度可控 制在5060，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 6080。ABS 比 热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 2.3.32.3.3 主要用途主要用途 ABS 在机械工业上用来制造壳体盖、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、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 调节导管等，还可用 ABS 夹层板制小轿车车身。ABS 还可用来制造水表壳，纺织器 材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 3 3 成型布局及注塑机选择成型布局及注塑机选择 3.13.1 进胶方式选择进胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。 其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏 对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴 组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。常向的浇 口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则： 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点： 1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短； 2)每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3)应先从壁厚较厚的部位进料； 4)考虑各股分流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体 由于本设计中塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口在产品端面 处，成形后切除浇口, 零件组装时浇口被遮挡起来。 3.23.2 型腔的布局及成型尺寸型腔的布局及成型尺寸 因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸小，为提高塑件成功概率，并从经济 型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模四腔，进行加工生产。 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注 系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各 型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时 采用平衡流道。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定，需考虑成形封闭结合面大小，太大造成 模具尺寸过大，成本浪费，太小易导致成型时溢料飞边，甚至型腔变形。因模具是 一模四腔，考虑排布可得型腔长为 100mm，宽为 70mm。塑件的高度为 3mm，塑件的 大部分部胶位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20-40mm， 因此得出成型型腔总体厚度为 45mm。型腔布局如图 2。 图 2 型腔布局 3.33.3 估算塑件体积质量估算塑件体积质量 本次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量，在 UG 软件中，使用塑模部件验 证功能，可以测得塑件的体积为 0.107，ABS 的密度为 1.03，即可以得 3 cm 3 /cmg 出该塑件制品的质量约为 0.12g。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 3.43.4 注塑机的选择和校核注塑机的选择和校核 3.4.13.4.1 注射胶量的计算注射胶量的计算 模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定 注射量的 80%以内。校核公式为： mmnm%80 21 式中：-型腔数量n -单个塑件的重量（g） 1 m -浇注系统所需塑料的重量（g） 2 m 本设计中：n=4 0.12 g g =5 g g 1 m 2 m m（4x0.12+5）/0.8 即 m6.85g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 6.85g 以上 3.4.23.4.2 锁模力的计算锁模力的计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开 而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积= 2 AAAnA 21 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 1 A -浇注系统在模具分型面上的投影面积 2 A n=4 =60 =1421 1 A 2 mm 2 A 2 mm 本设计中 =4x60+1421=1661 21 AnA 2 mm 锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定： 1000 PA P 腔 锁 式中 锁模力，kN；P 锁 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 型腔压力，MPa ；P 腔 A 成型投影面积，mm2； 一般熔料经喷嘴时其注射压力达 6080MPa，经浇注系统入型腔时型腔压力通 常为 20-40MPa，这里取 30MPa。 计算：A/1000=301661/1000=49.8 kN (取整 50 kN)P 腔 得出预选注塑机额定注塑压力为 50 kN 以上。 3.4.33.4.3 注塑机选择确定注塑机选择确定 综合考虑以上因素，选定注射机为 TOSHIBA EC40-Y。其相关性能符合成型方案 要求，以下相关参数： 表 1 TOSHIBA EC40-Y 注塑机参数(部分) 型号 参数单位 EC40-Y 螺杆直径 mm22 理论注射容量 cm338 注射重量 PS g35 注射压力 Mpa253 锁模力 KN400 拉杆内间距(水平垂直) mm320320 允许最大模具厚度 mm320 允许最小模具厚度 mm150 移模行程 mm570 液压顶出行程 mm60 液压顶出力 KN20 油泵电动机功率 KW4.7 机器尺寸(长宽高) m3.41.11.6 机器重量 t2.6 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 4 4 注塑模具设计注塑模具设计 4.14.1 模架的选用模架的选用 4.1.14.1.1 模架基本类型模架基本类型 注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典 型结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向 分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射 模。 4.1.24.1.2 模架的选择模架的选择 根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由 GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择 CI 型的模架，其基本结构如图 3 所示： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 图 3 模架结构图 CI 型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模架， 适合侧浇口的注射成形模具。 由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套 选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外 轮廓尺寸，以此分析计算： 模架的长 L=型腔长度（100）+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚180mm 模架的宽 W=型腔宽度（70）+导向杆的直径+模板壁厚150mm 根据成型型腔的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其它螺丝导柱等 零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。参考成型型腔厚度，考虑模板强度要 求，定模板厚度取 40mm，动模板厚度取 60mm。考虑顶出行程要求，支撑板取 60mm 以满足。 综上所述所选择的模架的型号为：CI-1518-A40-B60-C60。 4.1.34.1.3 导向与定位机构设计导向与定位机构设计 导向机构的作用：保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位 置。导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱 和导套等。 1. 导向结构的总体设计 （1） 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至 模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后 发生变形。 （2） 根据模具的形状和大小，一副模具一般需要 2-4 个导柱。如果，模具的 凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直 径相同，但错开位置的导柱。 （3） 由于塑件通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。 （4） 导柱和导套在分型面处应有承屑槽 （5） 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行 （6） 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 件。 2. 导柱的设计 （1） 有单节与台阶式之分 （2） 导柱的长度必须高出公模端面 68mm （3） 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分 （4） 固定方式有铆接固定和螺钉固定 （5） 其表面应热处理，以保证耐磨。 3. 导套和导向孔 （1） 无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成盲 孔，侧壁增加排气孔。 （2） 导套有套筒式台阶式凸台式 （3） 为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角 r。 一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确 对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向 的作用. 4.24.2 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可 分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口浇注 系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。 浇注系统组成： 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。 1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道 5浇口 6型腔 7冷料穴 4.2.14.2.1 主流道设计主流道设计 所选用东芝 EC40-Y 型注射剂喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前段孔径 d0=3mm 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 喷嘴圆弧半径 R0=12mm 为了使凝料能够顺利拔出，主流道的小段直径 d 应稍大于喷嘴直径。 d=d0+（0.51）=3.5mm 主流道设计成圆锥形，其锥角通常为 24，过大的锥角会才产生湍流或涡流， 卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使冲模时熔体的流动阻力过大，此处 的锥角选用 2，主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。这里取主流道球面半 径 R12mm，经测量主流道长度 L 取 60mm。 4.2.24.2.2 分流道的设计分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道应能满 足良好的压力传递和保持理想的填充状态。其作用是改变熔体流向，使其以平稳的 流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短，折弯少，尽量减少流动 过程中的热量损失与压力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。由于分流道中与模 具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面 粗糙度值不要太低，一般取 Ra 为 1.6 m，本设计选择圆形截面的分流道， d=2.5mm，采用流道布局如图 4 所示： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 图 4 流道布局 4.2.34.2.3 浇口的设计浇口的设计 侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在分型面上，一般塑料熔 体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。 4.2.44.2.4 冷料穴的设计冷料穴的设计 主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的 塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会 影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴 以便将这部分冷料存留起来。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略 大一些，这里取为 2.5mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的倒扣形 式有多种，这里采用 Z 倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开 模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用 下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如图 5： 图 5 冷料穴及拉料针 4.34.3 分型面的设计分型面的设计 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型 面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能 有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。 选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。 综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择 在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图 6 所示。 图 6 分型面的选择 4.44.4 成型零部件的设计成型零部件的设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称 成型零部件。一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触， 成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 部件的设计是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击 和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式， 准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。 4.4.14.4.1 成型零部件结构成型零部件结构 成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、 使用、维修等角度加以考虑。 型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用 要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶 拼组合式和瓣合式四种类型。 本设计中采用嵌入式型腔及型芯，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形， 成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部 件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到 数控加工或电火花加工。 4.4.24.4.2 成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸的计算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有 型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位 置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度 等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差， 模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成 型零部件工作尺寸的依据。 由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的 误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定） ，这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。 塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸 减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定 ABS 材料的平均 收缩率为 0.5%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 A=B+0.005B 式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸 4.4.34.4.3 模具强度与刚度校核模具强度与刚度校核 普通意义上的模具强度包括模具的强度、刚度。模具的各种成型零部件和结构 零部件均有强度、刚度的要求，足够的强度才可以保证模具能正常工作。 由于模具形式较多，计算也不尽相同且较复杂，实际生产中，采用经验设计和 强度校核相结合的方法，通过强度校核来调整设计，保证模具能正常工作。 模具强度计算较为复杂，一般采用简化的计算方法,计算时采取保守的做法， 原则是：选取最不利的受力结构形式，选用较大的安全系数，然后再优化模具结构， 充分提高模具强度。为保证模具能正常工作，不仅要校核模具的整体性强度，也要 校核模具局部结构的强度。 整体性强度主要针对型腔侧壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的压力等 几个方面，实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。校核时应从强度与弯曲两个方面 分别计算，选取较大的尺寸。 4.54.5 侧向抽芯机构类型选择与设计侧向抽芯机构类型选择与设计 4.5.14.5.1 侧向抽芯机构类型侧向抽芯机构类型 一般指的模具的行位机构，即凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动 作来拖出产品倒扣，低陷等位置的机构。 下图 7 列出模具的常用行位结构。 从作用位置分为下模行位、上模行位、斜行位（斜顶） 从动力来分，为机动侧向行位机构和液压（气压）侧向行位机构 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 图 7 侧向抽芯机构类型 1.1.滑块的设计滑块的设计 滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动 的可靠性，滑块分为整体式和组合式两种。滑块材料常用 45 钢或 T8、T10 等制造， 要求硬度在 HRC40 以上。 2.2.导滑槽设计导滑槽设计 导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用 H8/f8。滑块的滑动配合长度通常 要大于滑块宽度的 1.5 倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的 2/3，导滑槽材料通常用 45 钢制造，调质至 HRC 28HRC32， 3.3.滑块定位装置设计滑块定位装置设计 由于我们采用的是后模行位的形式，根据生产的实际情况，采用行位压板的方式， 主要作用为固定与导向作用。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 4.4.楔紧块设计楔紧块设计 楔紧角 应比斜导柱的倾斜角 大 23。 5.5.斜导柱抽芯机构的结构形式斜导柱抽芯机构的结构形式 斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同，组成了抽芯机构的不同结构形式。 1）斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构 A、设计时必须注意，滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。所谓 干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞，造成活 动侧向型芯或推杆损坏。 B、如果发生干涉，常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆 先复位等多种形式。 2）斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构 3）斜导柱和滑块同在定模上 4）斜导柱和滑块同在动模上 4.5.24.5.2 侧向抽芯机构主要参数的确定侧向抽芯机构主要参数的确定 1.1.抽芯距抽芯距 S S 型芯从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离叫理论抽芯距，用 S表示。为了安全起见，实际抽芯距离 S 通常比理论抽芯距离 S大 23mm，即 S = S+（23）mm 本次设计中 S=0.8mm，所以 S=0.8+23mm。 2.2.斜导柱倾斜角斜导柱倾斜角 导柱倾斜角是决定斜导柱抽芯机构工作效果的一个重要参数，它不仅决定了 开模行程和斜导柱长度，而且对斜导柱的受力状况有着重要影响。决定倾斜角大小 时，应从抽芯距、开模行程和斜导柱受力几个方面综合考虑。实际生产中，一般取 =1222。 本次设计取=16。 3.3.斜导柱直径斜导柱直径 d d 斜导柱直径计算公式为 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 20 页 3 2 10 cos tw w FH d 式中：斜导柱直径，mm；d 脱模力，N； t F 侧型芯滑块受的脱模力作业线与斜导柱中心线的交点到斜 w H 导柱固定板的距离，mm； 斜导柱所用材料的许用弯曲应力，MPa； w 斜导柱倾斜角。 本次模具设计中，计算如下： =5.13mm3 2 10 cos tw w FH d 取 d 为 6mm。 4.4.斜导柱的总长度斜导柱的总长度 z L 斜导柱总长度计算公式为 （510）mm 2 tantan 2cos2sin z dhdS L 式中：斜导柱总长度，mm； z L 斜导柱固定部分大端直径，mm； 2 d 斜导柱倾斜角； 斜导柱固定板厚度，mm；h 斜导柱工作部分直径，mm；d 抽芯距，mm。S 本次模具设计中，计算如下： （510）mm=57mm 2 tantan 2cos2sin z dhdS L 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 21 页 图 8 侧向抽芯机构 4.64.6 脱模及推出机构脱模及推出机构 4.6.14.6.1 脱模力脱模力 脱模力的产生范围： （脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，产生包紧力。 不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力 。 机构本身运动的磨擦阻力。 塑件与模具之间的粘附力。 初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。 相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般 计算初始脱模力。 脱模力的影响因素： a 脱模力与塑件壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各 项值越大，则脱模力越大。 b 塑件收缩率，弹性模量 E 越大，脱模力越大。 c 塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。 d 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素，则型芯斜角大到，塑件则自动 脱落。 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 22 页 4.6.24.6.2 推出机构推出机构 塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成 型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板， 推出机构的导向和复位部件等组成。 脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和 气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、推管推出机构、推板 推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。 脱模机构的选用原则： （1）使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不 能形成永久变形）； （2）推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排； （3）推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂； （4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； （5）推杆位置痕迹须不影响塑件外观； 考虑到塑件的特征等要求不高，决定选用简单推出机构中最简单、使用最广泛 的推杆推出机构。推杆将塑件从动模的型芯推出脱模，由于设置推杆的自由度较大， 而且设计推杆截面为圆形，这样制造、修配方便，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，推杆损坏后也便更 换，因此选择推杆机构推出是最合理的。 该塑件采用了 2.5mm 推杆，其分布情况如图 9 所示，这些推杆的作用，使制品 受推出力从而脱模。采用台肩形式的圆形截面推杆，设计时推杆的直径根据不同的 设置部位选用不同的直径。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为 ，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS 塑料的溢9/98/8fHfH或 料间隙为。mm06 . 0 04. 0 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 23 页 图 9 推出机构 4.74.7 冷却系统的设计与计算冷却系统的设计与计算 注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状 和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高 的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模 温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。 由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射 到模具内的塑料粉体的温度为左右，熔体固化成为塑件后，从左右的 C 200C 60 模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低 模温（一般小于）的塑料，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的 C 80 流量就可以调节模具的温度。 4.7.14.7.1 冷却水道设计的要点冷却水道设计的要点 a冷却水孔的数量越多，对塑件冷却也就越均匀。 b冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔的形状 一致。 c塑件局部壁厚处，应加设冷却装置。当设计冷却孔直径为 D 时，它的孔距 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 24 页 最好为 5D，孔与型腔的距离为 3D。 d当大型塑件或薄壁零件成型时，料流较长，而料温越流越低，可以适当地 改变冷却水道的排列密度。 e冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低强度。 f冷却水道不应穿过接缝部分，以防漏水。 g冷却水道内不应有存水或产生回流的部分。 h浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴，是模具上最热的部分，应加强冷却， 有时应考虑进料嘴单独冷却。 i进出水水嘴接头，应设在不影响操作的方向，尽可能设在模具的同一侧， 通常在注塑机操作的对面。 j如果型芯太长，冷却水道无法开设，则可以选用热导系数较大的材料，在 型芯下部采用喷水法进行冷却。 4.7.24.7.2 冷却水道在定模和动模中的位置冷却水道在定模和动模中的位置 冷却水道的位置取决于制品的形状和定、动模板的厚度，原则上冷却水道应设 置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模 具所成型的制品，且尽量排列均匀一致。不少小型模具的型腔时直接在模板上加工 而成的（也可以采用拼镶结构，但是由于模具尺寸较小，所以型腔与型芯的镶件尺 寸更小），对于这类模具，可以直接在模板上设置冷却水道。 在模板上直接设置冷却水道，同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽 量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀。 本设计中型芯型腔各一组冷却水回路, 此方式冷却快速, 塑件冷却均匀, 确保 尺寸变形一致。冷却水路排布如图 10 所示： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 25 页 图 10 模具冷却水路图 4.7.34.7.3 冷却水道的计算冷却水道的计算 冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量 Q，可以用参考文献中的公式 计算： 5 Q=W1 a 式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量 g a克塑料的热容量(J/g) 经计算：Q=6182651116130552574J 则带走上述热量，所需的冷却水量按下式计算： 1 34 () Wa W K TT 式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度 T4入水温度 K热传导系数； 经计算 W378997 g/h 由下式可以计算出冷却水道的直径： W d L 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 26 页 式中 冷却液容重 kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷却水道长度 cm L=174cm d冷却水道直径 cm 经计算 d5128 cm，取 6mm 4.84.8 排气结构设计排气结构设计 排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良， 型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压 缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑 件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织 疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严 格。 在塑料熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注 射温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中 某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气， 在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。 由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气 槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜。 4.94.9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 1.1.模具长宽尺寸模具长宽尺寸 模具长宽尺度必须小于注塑机拉杆间距,本设计选用机台拉杆间距为 320320, 模具长宽为 180x200，经核算机台选用合适。 2.