毕业设计(朱小龙).doc

目 录前 言01摘 要02第一章 对塑料成型模具的认识1.1 模具在加工工业中的地位031.2 模具的发展趋势031.3 工艺设计在模具制造中的作用04第二章 塑件原材料分析2.1 塑件的工艺分析052.2 盖子原材料（ABS）的成型特性与工艺参数052.3 塑件的结构工艺性062.4 注射机的选择08第三章 主要零部件的工艺计算 3.1 成型零件工作尺寸计算10 3.2 模具行腔壁厚的确定11 3.3 标准模架的确定12第四章 成型设备的校核计算 4.1 锁模力的校核13 4.2 安装尺寸的校核13 4.3 推出机构的校核13 4.4 开模行程的校核13第五章 分型面及浇注系统的设计 5.1 分型面的选择15 5.2 浇注系统的设计16第六章 模具主体的设计方案6.1 行腔的布置226.2 成型零件的结构确定226.3 导向和定位机构设计236.4 推出机构设计246.5 冷却系统设计256.6 模具加热系统的设计266.7 模具装配总图27第七章 模具的装配和使用维护 7.1 模具装配前的准备工作28 7.2 模具的维护29设计总结 30致谢 31参考文献 32附录：一、模具合模、开模顺序图33 二、成型零件图及相关尺寸36 前 言随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。 近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。 本次毕业设计的主要任务是咖啡杯盖子注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产咖啡杯盖子塑件产品，以实现自动化来提高效率。针对塑料盖子的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。本次设计中得到了林老师的指点，使我的工艺设计过程更加丰富精彩。由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正。摘 要本课题主要是针对咖啡杯盖子的模具设计, 盖子塑件具有重量轻、易清洁、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点。通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注射模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到该塑件的加工工艺要求。根据该产品的原材料ABS以及该塑件的尺寸要求，我们选择了一模四腔，双分型面三板式的模具结构模式。一句ABS材料独有的吸湿性强、流动性一般等特性，我们在浇注系统中的主流道、分流道、浇口、冷料穴等方面也做了一番精心计算，最后确定采用圆形的主流道形状，U形的分流道形状和点浇口。根据自己之前对注塑模具的一些了解，先自己借助Auto-CAD软件，独立完成了塑件的尺寸分析和模具各部分的设计以及工程图的绘制。之后又借助Solid edge软件完成了对塑件表面积、体积、质量的分析和计算。同时也完成了部分螺栓和型芯的三维图绘制，这样就更有助于自己对模具整体结构的了解。依据产品的数量和塑料的工艺性能确定塑件采用注射成形法生产。该产品设计为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用点浇口，因此选用单分型面注射模，点浇口自动脱模结构。模具的型腔采用一模四腔平衡布置，浇注系统采用点浇口成形，推出形式为八推杆推出机构完成塑件的推出。由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计。本次的设计中不仅参考了大量纸质文献，而且在互联网上查阅资料，设计过程比较完整。关键词 注射模 点浇口 双分型面 浇注系统 ABS第一章 对塑料成型模具的认识1.1 模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。1.2 模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：低了成本。（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。1.3 工艺设计在模具制造中的作用通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验我们在大学期间所学的知识。第二章 塑件原材料分析2.1 塑件的工艺分析 塑件成型工艺分析，如下图所示： 通过对塑件的图样进行分析，在脑海中已建立了一套完整的塑件三维形状，此咖啡杯盖子形状简单，唯一的重点就是对于脱模机构的设计，需要推杆进行旋转脱出。至于材料，我首先选用了ABS材料。在注塑过程中，需要保证盖子的壁厚保持一致，符合设计要求，这样就必须通过控制模具的温度来调节塑件在出模冷却过程中的收缩率。2.2 盖子原材料（ABS）的成型参数与工艺设计（1）名称中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文名：Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer（2）基本特性无毒无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度1.021.05g/cm3,其收缩率为0.30.8%。ABS 吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。流动性一般，溢料间隙约在0.04mm。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械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。（3）成型特点ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应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、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在6080 oC。（4）主要技术指标熔点比热容吸水性热变形温度130160oC0.860.98cm3/g0.20.4% (24h)4.6105Pa 90108oC18.0105Pa 83103oC屈服强度拉伸弹性模量抗弯强度密度50 MPa1.8 GPa80 MPa1024 kg/m3（5）ABS注射工艺参数注射机类型螺杆转速（r/min）喷嘴形式喷嘴温度（oC）料筒温度（oC）模温（oC）螺杆式3060直通式180190前200210 中210230 后 1802005070注射压力（MPa）保压力（MPa）注射时间(s)保压时间(s)冷却时间(s)成型周期(s)70905070351530153040702.3 塑件的结构工艺性（1）塑件的尺寸精度分析该塑件均未标注任何公差，所以对于尺寸没有太大要求，这些尺寸被称为自由尺寸，未注公差按照GB/T14486-1993中MT5级精度公差值（A类）进行选取。下表所列为该塑件主要尺寸的公差要求：塑件主要尺寸的公差要求部位塑件标注尺寸塑件尺寸公差轴类尺寸（基轴制，公差上限为零，公差等于下偏差）980 -1960 -1540 -0.74540 -0.744.880 -0.2460 -0.2440 -0.2430 -0.2020 -0.20R38.950 -0.5R31.920 -0.37孔类尺寸（基孔制，公差下限为零，公差等于上偏差）88+1 084+1 051+0.74 0R31.92+0.56 0（2）塑件的表面质量分析该塑件要求表面光滑，不允许有任何的成形斑点、条纹、凹痕、起泡、变色和熔接痕等缺陷，表面粗糙度无要求。但是作为使用的咖啡杯盖子，需要经常打开和拧紧，所以表面最好还是略为粗糙一点较好。（3）塑件的结构工艺性分析从图纸上看，该产品为一个碗状的塑料盖子，壁厚均匀，只是在下 方螺纹的地方，略薄一点。由于该塑件没有侧孔和内凸，所以不用考虑侧向分型抽芯装置。为使塑件顺利脱模，可在塑件内部增设12的拔模斜度。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。（4）塑件的批量生产该塑件的生产要求是大批量生产，因此在模具设计过程中要提高塑件的生产率，倾向于采用多行腔、高寿命、自动脱模模具，一边降低成本。2.4 注射机的选择（1）计算塑件的体积和质量体积 =124563.945360 mm3 =124.564cm3塑件的质量计算：查询有关手册，知ABS的密度=1.024g/cm，所以塑件的质量为M=V=124.5641.024=127.6g。（2）确定型腔数量由于该塑件的内有螺纹，需要控制它的质量，不宜采用太多型腔数目，而该塑件的生产类型为大批量生产，为尽量提高生产率，行腔平衡布置在行腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。（3）确定注射成型的工艺参数根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即 n=(0.8-)/ 式中： n型腔数；浇注系统的体积（）；塑件体积。估算浇注系统的体积： 根据浇注系统初步设计方案，进行估算浇注系统体积。 =2.72 由于该塑件投影面积较大，且有螺纹要求，因此采用一模四腔，即n=4则 =(n+)/0.8=626.22根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能，查询有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表：塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度8090成型时间/s注射时间35时间2h保压时间1530料筒温度/后段180200冷却时间1530中段210230总周期4070前段170190螺杆转速/（r/min）3060喷嘴温度/180190后期处理处理方法红外线灯烘箱模具温度/6080温度/70注射压力/MPa7090时间/h24（1）确定模具温度及冷却方式ABS材料热塑性塑料，流动性好，且料温高，流动性大。所以，在保证顺利脱模，保证壁厚，控制螺纹精度前提下，应尽可能降低模温，已缩短冷却时间，从而提高生产率。所以，模具应考虑使用一定的冷却水进行循环冷却，成型模具温度应控制在6080。（2）确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：W=w8+w废料率=127.68+127.620%=1046.32。根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选XSZY-1000型螺杆式注射机。记录下SXZY-1000型螺杆式注射机的主要技术参数，见下表：SXZY-1000型螺杆式注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm1000螺杆直径/mm85最大注射面积/cm18002注射压力/MPa1213锁模力/kN45004动、定模模板最大安装尺寸/（mmmm）100011005最大模具厚度/mm7006最小模具厚度/mm3007最大开模行程/mm7008喷嘴前端球面半径/mm189喷嘴孔直径/mm7.510定位圈直径/mm150第三章 主要零部件的设计计算3.1 成型零件工作尺寸计算（1）工作尺寸分类和规定成形零件中与塑料熔体接触并决定制品几何形状的尺寸称之为工作尺寸。如何准确计算成型零件的工作尺寸，是注射模设计的一项十分重要的工作。塑料制品的几何尺寸分别称之为型腔尺寸、型芯尺寸和中心距尺寸。其中型腔尺寸可分为深度尺寸和径向尺寸；型芯尺寸可分为高度尺寸和径向尺寸。显然，型腔尺寸属于包容尺寸，当型腔与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有增大的趋势。型芯尺寸属于被包容尺寸，当型芯与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有缩小的趋势。中心距尺寸一般指成形零件上某些对称结构之间的距离，如孔间距、型芯间距、凹槽间距和凸快间距等，这类尺寸通常不受摩擦磨损的影响，因此可视为不变的尺寸。对于上述型腔、型芯和中心距三大类尺寸，可分别采用三种不同的方法进行设计计算。在计算之前要对它们的标注形式及其偏差分布做一些规定。所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形长度和宽度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。影响塑件尺寸精度的因素很多，且非常复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。为计算方便起见，规定凡是孔类尺寸均已其最小尺寸作为公称尺寸（基本尺寸），即公差为证；凡是轴类尺寸均已其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。该塑件的成型零件尺寸均按平均尺寸法进行计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4%0.7%，故平均收缩率Scp=（0.4+0.7）%/2=0.55%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取z =1/3，成型零件尺寸计算见下表：类别名称塑件尺寸计算公式（平均尺寸法）工作尺寸型腔尺寸型腔径向尺寸980 -1Lm=（1+Scp）Ls- 0+z97.79+0.33 0960 -195.78+0.33 0540 -0.7453.74+0.25 0型腔深度尺寸R38.950 -0.5Hm=（1+ Scp）Hs- 0+zR38.83+0.17 0540 -0.7453.80+0.25 060 -0.245.87+0.08 030 -0.202.88+0.07 0型芯尺寸型芯径向尺寸88+1 0Lm=（1+Scp）Ls+89.230 -0.3384+1 085.210 -0.3351+0.74 051.840 -0.254.88+0.24 05.090 -0.08型芯高度尺寸R31.92+0.37 0Hm=（1+Scp）Hs+ R32.340 -0.124+0.24 04.180 -0.082+0.20 02.140 -0.072+0.20 02.140 -0.07中心距尺寸无Lm=（1+Scp）Lsz/2无注： Lm型腔、型芯径向尺寸（mm） Hm型腔、型芯高度和深度尺寸（mm）Ls塑件径向公称尺寸（mm）Hs塑件高度和深度尺寸（mm） 3.2 模具型腔壁厚的确定如果是利用计算公式的话比较烦琐，且不能保证在生产中的精确性，我们可以根据书中的经验值来选取。 型腔在成形过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度。理论分析和生产实践表明，大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸型腔，强度不足是主要矛盾，型腔应以满足强度条件为准。 强度不足，会使模具发生塑形变形，甚至破裂，因此，强度计算的条件是满足受力状态下的许用应力。 而刚度不足，导致型腔尺寸扩大，其结果会使注射时产生溢料现象、会使塑料的精度降低或脱模困难。因此，刚度计算的条件可以从一下几个方面来考虑：（1）要防止溢料。（2）保证塑件尺寸精度。（3）保证塑件顺利脱模。为实现所设计的模具要具有高的性能，选用的模具材料应具有高耐磨性，良好的稳定性和良好的导热性。必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小，但不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。可以采用Cr12，经过调质，淬火加低温回火，再正火，这样使得HRC55即可。塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此采用经验数据法查下可知，依据短边长度b=18mm查参考手册得该型腔侧壁厚度S=12mm和型腔底板厚度T=15mm。3.3 标准模架的确定综合考虑本塑件采用一模四腔的平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸。查表可知：选取标准模板的尺寸为750mm850mm和选取标准模架（GB/T 1255.11990）。第四章 成型设备的校核计算4.1 锁模力的校核锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。注射机锁模力的校核关系为： FkPA式中：F注射机锁模力。查参考设计手册得SXZY-1000型螺杆式注射机的锁模力为4500KN；K压力损耗系数。一般取1.11.2，现取1.1；P型腔内熔体的压力。本塑件P=30Mpa；A塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和。本课题中A=47010=4.710-2计算得：kPA=1.1301064.710-2=1.551106 N=1551KN F=4500KN故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。4.2 安装尺寸的校核 本模具采用的型号为（GB/T 1255.11990）的标准模架，模具的外形尺寸为750mm850mm，模具闭合高度为H=505mm。查资料得SXZY-1000型注射机动、定模模板最大安装尺寸为950mm1050mm，允许模具的最大厚度为700mm，最小厚度为300mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足HminHHmax的安装条件。故该模具满足SXZY-1000型螺杆式注射机的安装要求。4.3 推出机构校核各种型号注射剂推出机构的设置情况及推出距离等各不相同，设计模具时，必须了解推件板的推力和厚度，推出形式，最大推出距离等，以确保模具推出机构与注射机的推出机构相适应。本课题主要还是螺纹旋出机构和推件板推出机构的配合使用，具体校核要求见前后面6.4节推出机构设计要求。4.4 开模行程的校核注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为双分型面注射模具，SXZY-1000型螺杆式注射机的最大开模行程与模具厚度无关，校核关系为 SH1+H2+H3+（510）式中S注射机的最大开模行程。查参考设计手册得SXZY-1000型螺杆式注射机的开模行程S=700mm； H1塑件脱模所需的推出距离。该塑件的脱模推出距离为60mm； H2塑件的高度（不包括浇注系统高度）。该塑件的高度为54mm； H3浇注系统凝料的高度。该凝料的高度为50mm；计算得 H1+H2+(510)=60+54+50+10=174mm700mm以上分析证明，SXZY-1000型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。第五章 分型面及浇注系统的设计5.1 分型面的选择 塑料在模具型腔中凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则：（1）分型面的选择应有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。该塑件为外壳，外形表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处。综上所述：该模具采用采用双分型面注射模（即三板式注射模），如下图所示（A分型面和B分型面）：图一：A、B分型面5.2 浇注系统的设计浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井和拉料井组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，确定采用一模四腔，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）都有最直接的影响，设计时必须按以下原则：（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（太小则压力增大及热量损失大，太大则造成原材料耗费大），尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使压力及热量损失尽可能小。（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，还有分流道要尽可能平衡布置。（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。考虑到塑件的外观要求较高，以及一模四腔的布置，ABS材料与剪切速率敏感度等因素，浇口采用凝料去除容易、利于自动化操作且在塑件外壁残留痕迹小的点浇口，模具采用双分型面结构三板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。浇注系统的设计如图所示。图二：浇注系统5.2.1 主流道和定位圈的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔最先经过的部位，它将注射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，具有一定的锥度，这样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射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。主流道套通常用高碳工具钢制造并进行热处理淬硬。塑件外表面不允许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动拉断。采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形。主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高其硬度，定位圈与浇口套分开设计，如下图所示：图三：浇口套通过查询资料得到SXZY-1000型螺杆式注射机与喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端球面半径R=18mm，喷嘴孔直径d=7.5mm，定位圈直径为150mm。为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：SR=R+(12),d=d0+0.5。因此，取主流道球面半径SR=20mm（取标准值），主流道的小端直径d=8mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度为24，计算其大端直径约为16 mm；为避免模内的高压塑料产生过大，取D=30 mm;同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度0.02mm；浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3 mm，以免淬火开裂和应力集中。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L=57mm。定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得SXZY-1000型螺杆式注射机的定位圈直径为150mm，一般定位圈高出定模座板表面510 mm.由于浇口套与定位圈均属于注射模具的通用件，所以尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。5.2.2 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，是熔料从主流道注入型腔前的过渡部位，其作用是通过流道截面及方向变化使熔料平稳转换流向注入型腔。分流道截面的形状及尺寸应满足在相等截面积时其周长为最小的要求，从而减少熔料散热面积和摩擦阻力。其截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比表面积最小（流道表面积与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。分流道设计要点：（1）在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧进行过渡。（2）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料穴。对于本次课题中模具来说不需要在分流道上开设冷料穴。（3）分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。（4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧进行过渡。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。分流道的断面尺寸应根据塑件成形的体积、塑件的壁厚、塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。 因ABS的推荐断面直径为4.59.5mm，属于部分塑件常用断面尺寸推荐范围。分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面积小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的分流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。同时，它的注射效果与S型浇注系统有同样的效果，有利于补塑。 本塑件采用梯型断面的分流道，在一块模板上，切削容易实现，且比表面积不大，推荐直径为4.89.5mm，取8mm。综上，该模具的分流道设计如图：图四：分流道5.2.3 浇口的设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。易于在浇口处切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09，浇口的长度约为0.5mm2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增加，同时熔体的内磨擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使得压力损失最小，容易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质、温度、注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。（2）浇口设置应有利于排气和补塑。（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理，而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量越多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使得料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢流槽，使得冷料进入溢流槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会产生熔接痕。（5）浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因为点浇口在脱开时会擦伤塑件的内表面，在这里是可以的，考虑到点浇口有利于浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点浇口。根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图所示的点浇口。从塑件的底侧中部进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。图五：浇口其中：L=0.5 2mm；D=0.51.5mm（热固性塑料应取13mm）；L按需要而定，但应防止冷却。5.2.4 冷料穴的设计 在注射成型时，喷嘴前端的熔料温度较低，为防止其进入型腔，通常在流道末端设置用以集存这部分冷料的冷料井，有时候分流道末端也设有冷料井。冷 料井一般开设在主流道对面的动模板上，其直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的11.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料井的体积。 冷料井底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧的作用。 冷料井除了具有容纳冷料的作用以外，同时还具有在开模时将主流道和分流道的冷凝料勾住使其保留在动模一侧，便于脱模的功能。本课题中冷料井如下图所示：图六：冷料井5.2.5 排气系统的设计 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型腔及流道内原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出，否则被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。第六章 模具主体的设计方案6.1 型腔的布置 对于一模多腔的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。本模具采用一模四腔，型腔平衡布置在型腔板两侧。6.2 成型零件的结构设计成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。该塑件的材料为ABS材料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理，一般使其具备5055HRC的硬度。（1）型腔设计采用整体嵌入式型腔，放在定模板一侧。镶快的外形多采用带台阶的圆柱体，加工和安装容易；热处理变形小；便于型腔损坏时的更换和维修。多用于多型腔模具。其中主要还是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。图七：行腔设计（2）型芯设计型芯结构设计也应用组合式型芯，适用于塑件的类型复杂，机加工困难的型芯；组合式型芯使加工变得简单、容易；减少贵重模具钢的耗量，节省加工工时，避免大型件的热处理变形。成型塑件内壁的大型芯应装在动模板上。图八：型芯设计6.3导向和定位机构设计（1）导向机构设计导向合模机构对于塑料模具来说是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。本次课题设计中，导向机构如下图所示：图九：导向机构导柱导向机构设计包括对导柱和导向孔的尺寸、精度、表面粗糙度等的设计及导向零件的结构设计或正确选用，导柱在模具上的布置和装固方式的确定。导柱和导向空一般为间隙配合，当要求定位精度高时，可选用紧一些的配合，但过紧的配合会引起较快的磨损和拉伤，设计使用寿命较长的模具不宜将导柱孔直接加工在模板上，而应嵌入导套，导套表面硬度大、耐磨、易更换。在我国导柱及导套已标准化，设计时可选用，当然也可自行设计。（2）定位机构设计成形大型、深腔、薄壁和高精度塑件时，动定模之间应采用较高的合模精度，对于大型薄壁容器，若动定模合模偏心就会引起壁厚不匀，使一侧进料快于另一侧，由于导柱与导向孔之间有配合间隙，不可能精确定位。本次课题中的模具属于中小型模具，其中的轴套和螺纹导套已经起到了定位作用，能满足一般的定位精度要求。在本次课题中，定位机构如下图所示：图十：定位机构定位装置的作用：为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一定的导向作用。动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而损坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，对它的配合可以进行定位。由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。导柱要比主型芯高出68 mm。6.4 推出机构设计根据其碗状外壳的形状特点，其推出机构可采用推件板推出。推件板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高。但鉴于本次课题中塑件有内螺纹这种特殊情况，所以我们还是采用推件板推出，结构如下图所示：图十一：推荐板鉴于本课题中，塑件产品有内螺纹，需要专门的机构将其脱出。经分析和查询资料，我们采取自动旋转式脱出方法：旋转式脱出的螺纹可获得较高的成形精度，其缺点是效率较低，特别是用手动旋出时。若用机械式模内自动旋出，则机构比较复杂。本课题中采用自动脱出方式，其动力直接来源于开模力即螺纹型芯或型环一面旋转一面退回的机构。要求型芯或型环每旋转一周，他们沿轴正好退回一个螺距，为此转轴的一段做成丝杠与轴套上的螺母相互啮合，丝杠螺距与塑件螺距完全相等，如下图所示。这种结构可以在模具分型面开启前先螺纹型芯，因此塑件的止转花纹既可设在定模侧，也可设在动模侧，可分别采取塑件外部花纹，内部花纹或端面花纹中的任一种来止转，有的塑件要求不带有任何止转花纹，这时可利用动定模紧密闭合时塑件与型腔间的摩擦力起止转作用，用于生产表面光滑美观的塑件，这种结构一般在开模后再用推件板机构使塑件脱出。6.5 冷却系统设计 该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行单向冷却型腔。冷却通路的设计，设计如图所示：图十二：冷却系统6.6 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