材料成型及控制工程设计毕业论文

湖 南 涉 外 经 济 学 院 本科毕业论文（设计） 题目 某手机外壳成型模具设计 作者 学院 机械工程学院 专业 材料成型及控制工程 二一三 年 四 月 一 日 湖南涉外经济学院 毕业论文（设计）任务书 1. 毕业论文（设计）内容要求： 根据下图设计某手机盖的注塑模具，同时进行该模具的型腔数控仿真加工。 （由指导教师提供） 需完成的工作： 1.根据给定参数，设计手机外壳的注塑模型及相关计算 。 2.制定塑件成型工艺规程。 3.绘制总装配图及相关零件图。 4.型腔仿真加工。 5.编写论文（包括封面、中英文摘要、关键词、目录、综述或序言、正文、参考文献）。 2.主要参考资料 1. 塑料成型工艺及模具设计，叶久新 王群主编，机械工业出版社 2. 塑料模具设计指导 ，伍先明 张蓉编著 ， 国防工业出版社 3. 塑料模具图册，阎亚林主编，高等教育社出版。 4. 模具设计指导，史铁梁主编，机械工业出版社出版。 5. 塑料模具模设计指导与资料汇编，廖月莹 何冰强主编，大连理工大学出版社 6. 模具制造工艺学，郭铁良主编，高等教育出版社。 7. 互换性与测量技术基 础，陈于萍 周兆元主编，机械工业出版社。 3.毕业论文（设计）进度安排 阶段 阶 段 内 容 起止时间 1 毕业生确定选题 2012年 11月 2 撰写开题报告，完成开题工作 2012年 12月 3 利用寒假完成相关计算和结构设计 2013年 2月 6日2月 26日 4 完成所有图纸的绘制和说明书的写作 2013年 2月 27日4月 10日 5 修改图纸和说明书 2013年 4月 10日4月 20日 6 毕业论文（设计）的定稿、评阅、答辩 2013年 4月 21日 5月 15日 指 导 教 师 （签 章） ： _ 日期： _ 系 (教研室 )主任 (签章 ) ： _ 日期： _ 二级学院院长 (签章 ) ： _ 日期： _ 注：任务书由指导教师本人填写，经教研室主任（学术小组组长）审核后下发给学生。 湖南涉外经济学院 毕业论文（设计）指导教师评语 建议成绩： 指导教师： （签章） 年 月 日 湖南涉外经济学院 毕业论文（设计）评阅教师评语 建议成绩： 评阅教师： （签章）年 月 日 湖南涉外经济学院 毕业论文（设计）答辩记录 日期： 学生姓名： 学号： 专业班级： 题目： 毕业论文（设计） 答辩委员会（小组） 意见： 答辩成绩： 评定等级： 答辩委员会 (小组 )负责人： （签章） 委员 （小组成员）： （签章） （签章） （签章） （签章） 二级学院审查意见： 论文（设计）最终评定等级： _ 负责人： （签章） _年 _月 _日 I 摘 要 手机作为现代通信工具已经非常普及了，并且手机一直保持加速增长的发展势头。随着手机的快速发展，手机外型也在不断地变化。 塑料工业是当今世界上增长最快的工 业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 本文的目的是设计一种手机外壳的注塑模具。论文首先对注塑件进行了分析，包括材料的选择、材料的注射成型工艺、材料的性能分析以及材料的主要缺陷及消除措施。然后进了模具结构形式的拟定、注射机型号的确定、浇注系统的设计、成型零件的结构设计及计算、模架的确定、排气槽和导向机构的设计、脱模推出结构和冷却系统的设计。论文最后对此次设计所遇到的问题和收获进行了总结。 关键词 ： 塑料模具；浇注系统；冷却系统 II ABSTRACT Mobile phones as a modern communication tool has been very popular, and mobile phones has been maintaining the momentum of accelerated development. With the rapid development of mobile phones, mobile phone is in constant change. Plastic industry is the one of quickest industry in the world now, and the mold design is development quickly. Therefore, the research of the mold to understand the plastic product , the production process and improve the product quality will have a very big significance. The purpose of this paper is to design an injection mold of mobile phone shell. Paper first has carried on the analysis of injection molded parts, including the selection of materials, the materials of the injection molding process, the main defects of the performance analysis of material and material and eliminating measures. And then into the mould structure form of the protocol, the determination of injection machine number, and the design of the gating system, molding parts structure design and calculation, the determination of die set and exhaust slot and steering mechanism design, demoulding structure and the design of the cooling system. Paper then problems for the design and results are summarized. Keywords: The plastic mold； the pour system； cooling system III 目 录 摘要 Abstract 第一章 前言 1 1.1 塑料成型模具在国民经济中的地位 1 1.2 国内外模具技术的现状及发展趋势 2 第二章 注塑件分析 5 2.1 塑件材料的选择及其结构分析 5 2.2 ABS 的注射成型工艺 6 2.3 ABS 性能分析 7 2.4 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 8 第三章 模具结构形式的拟订 9 3.1 分型面的确定 9 3.2 确定型腔数量及排列方式 10 3.3 模具结构形式的确定 10 第四章 注射机型号的确定 11 4.1 塑件参数 11 4.2 浇注系统凝料体积的初步估算 11 4.3 注射机型号的确定 11 4.4 注塑机的相关参数的校核 12 第五章 浇注系统设计 13 5.1 浇注系统的设计原则 13 5.2 主流道的设计 13 5.3 分流道的设计 14 5.4 浇口的设计 15 5.5 校核主流道的剪切速率 17 5.6 冷料穴的设计及计算 17 第六章 成型零件的结构设计及计算 18 6.1 成型零件的结构设计 18 IV 6.2 成型零件钢材的选用 19 6.3 成型零件的工作尺寸计算 20 6.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 21 第七章 模架的确定 22 7.1 各模板尺寸的确定 23 7.2 模板各尺寸的校核 23 第八章 排气槽的设计 24 第九章 导向机构的设计 25 9.1 机构的功用 25 9.2 导向结构的设计原则 25 9.3 导柱的设计原则 26 9.4 导套的设计原则 26 9.5 导柱与导套的配合形式 26 第十章 脱模推出机构的设计 27 10.1 脱模推出机构的设计原则 27 10.2 塑件推出方式 27 10.3 脱模力的计算 27 10.4 推杆的结构形式及形状 28 10.5 推出机构的形式 29 第十一章 冷却系统的设计 30 11.1 冷却系统的简单计算 30 11.2 冷却通道形式及设计 31 第十二章 总装图和零件图的绘制 33 结论 35 参考文 献 36 致谢 37 附录 38 1 第一章 前 言 1 1 塑料成型模具在国民经济中的地位 模具在现代生活中，是生产各种工业产品的重要工艺设备， 它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要 的 形体。 作为金属、塑料、橡胶等材料成型的基础工艺装备，模具在现代工业生活中应用日益广泛，如在汽车、电子、家电、建筑、 日用品等行业中有 60%80%的零件需要模具成形， 可以说人类的衣、食、住、行，没有哪一方面离得开模具 。模具作为一种高效率的工艺装备，用模具进行各种材料加工成型，可以实现高速的批量生产，并能在批量中保证稳定的制品质量。同时，模具也是实现少切削与无切削加工技术不可缺少的工具，可节约原材料、降低制品的成本。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、 汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占 60%70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占 80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品中占 85%以上。 随着社会经济的发展，人们对工业产品的种类、数量、质量及款式都有越来越高的要求。 模具工业不但在国民经济中占捬重要地位，在世界市场上也是独树一枝 ， 是国际上公认的关键工业。世界模具市场总体上供不应求，市场需求在 600到 650 亿美元。如今，模具工业的发展甚至已经超过了新兴的电子工业 。为了满足人类的需要，世界上各工业发达国家都十分重视模具技 术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。美国是世界上超级经济大国，也是世界模具工业的领先国家，其在 1989 年的模具行业就已有 12554 个企业，从业人员 17.28 万人，模具总产值达 64.47 亿美元。日本模具工业是从 1957 年开始发展起来的，当年模具总产值仅有 106 亿日元，到1991 年总产值已超过 17900 亿日元，在 34 年中增长了 169 倍，这也是日本经济能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。现在，日本的模具工业已实现了高度的专业化、标准化和商 业化。为 振兴和发展我国的模具工业，中国政府早在 1989 年 3 月颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 现在，大家都认识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。因此，被誉为“工业之母”、“皇冠工业”的模具制造业是高技术密集型产业，模具工业已成为先进制造技术的重要组成部分。模具技术和相关行业的发展水平，已被认为是衡量一个国家工业水平及产品开发能力的重要标志 2 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，因此引起了各个国家 的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之以“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚视为“模具就是黄金”。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益增高，模具技术也会不断发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。 模具按制造的产品分类，可以分为塑料模具（又分为注塑模具、铸压模具和吹塑模具）、冲压模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具 等 等。其中，尤以注塑模具和冲压模具用途广、技术成熟、占据的比重大 ， 除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一 般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义，对于我国而言，它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。因此塑料制品成型及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术，而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。然而， 美国塑料 (原料 )的产量多年来一直雄居各国之首。德国是世界最大的塑料 (原料 )生产国之一，中国塑料工业多年持续高速增长， 1991 年产量仅为 250 万 吨， 1995 年增为 350 万吨， 1998 年超过700 万吨，到 2002 年已增达约 1400 万吨，超过日本而成为世界第 3 大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过 2500 万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过 850 万吨，工程塑料制品需求量将达 400 万吨左右，建材塑料制品需求量将达 300 万吨以上，农用塑料制品需求量将在 500 万吨左右，日用塑料制品需求量约为 80 万吨左右。 1.2 国 内外 模具技术的现状及发展趋势 目前世界模具市场供不 应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。 我国对模具工业的发展也十分重要。现在，我国的模具工业已初具规模，可以说，我国在模具技术方面，已有一直较强的队伍。 近年来，我国的模具工业一 直 以每年 13%左右的增长速度快速发展。我国模具行业在 十五 期间的增长速度将达到 13% 15%。模具钢的需求量也将以每年 12%的速度递增，全国年需求量约 70 万吨左右，而国产模具钢的品种只占现有国外模具钢品种的 60%，每年进口模具钢约 6 万吨。我国每年进口模具约占市场总量的 20%左右，已超过 10 亿美元，其中塑料与橡胶模具占全 部进口模具 50%以上；冲压模具占全部进口模具约40%。由此可见我国的模具工业的发展潜力是巨大的。 近年来，我国模具技术的进步主要表现在： 1）研究开发了几十种模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些热处理新工艺，使模具使用寿命得到延长； 2）发展了一些 3 多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密塑料注射模； 3）研究开发了一些新技术、和新工艺，如三维曲面数控仿形加工、模具表面抛光、表面皮纹加工制造技术，模具钢的超塑性成形技术和各种快速制模技术等； 4）模具加工设备已得到较大发展， 国内已能批量生产精密坐标磨床、计算机控制（ CNC）仿形铣床， CNC 电火花线切割机床以及高精度的电火花成形机床等； 5）模具计算机辅助设计和辅助制造（模具 CAD/CAM）已在国内企业单位得到广泛开发利用。 虽然我国模具技术得到较大的发展，但仍不能满足国民经济发展的需要，还需花费大量资金向国外进口一些模具，其原因有专业化和标准化程度不高，模具产品的质量和生产工艺水平，总体上比国际先进水平低许多，生产工艺水平低则主要表现在加工工艺、加工装备等方面；模具品种少，效率低，经济效益不好，模具生产制造周期却要比国际先进水平 长许多，产品质量水平低主要表现在模具精度、表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上制造技术较发达国家落后；模具寿命较短，寿命也只有国际先进水平的 50左右，新材料使用量较低，且力量分散，管理落后。根据我国模具技术的发展现状及存在的问题，近年来我国积极发展开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具，以满足国内市场需求。国家已规划分别在山东、广东、北京、上海、广州、江浙等地的有关单位重点扶持发展热锻模、热铸模、塑料模、冷冲模等，以便集中力量发展这些有影响的高水平模具及标准件；加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模 具制造周期；大力开发和推广应用模具 CAD/CAM 技术，提高模具制造过程的自动化程度；积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料，发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。 塑料加工技术和塑料模具技术发展迅速，成为我国塑料加工业近年来连续、高速、稳定增长的重要基础，也为塑料相关领域如家电、汽车、包装等行业的发展起到了积极的促进作用。 AIE 亚太国际紧跟材料市场趋势，致力于 ABS 材料的开发与推广，推出一系列具有优异综合性能及技术表现的 ABS 汽车材料，开发处诸多新型 ABS 复合材料，如高抗冲性、阻燃性、外观 、着色等，为最终用户的使用提供全程的支持和帮助并不断提供新的解决方案。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，制造理念陈旧是我国模具工业发展滞后的 重要 原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。 模具技术的发展是模具工业发展最关键的 个因素，其发展方向应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。目前，我国模具工业的 当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具 4 的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。 今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，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 48（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，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形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。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口 10 多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。 未来， 国内外模具工业和技术主要发展方向将主要集中在以下几方面： 1.模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络 化方向发展。 2.模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展。 3.快速经济制造技术的广泛应用。 4.开发优质模具材料和先进的表面处理技术。 5.模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展。 6.模具标准件的应用将日渐广泛。 7.模具工业新工艺、新理念和新模式的发展。 5 第二章 注塑件分析 2.1 塑件材料的选择及其结构分析 2.1.1 塑件说明 手机外壳是日常生活中经常看到的东西，在现今社会几乎每个人都有手机，其形状也是各式各样，丰富多彩， 手机 外壳常用塑胶材料主要有 PC、 ABS和 PC+ABS三大类 。 此次设计的是某手机外壳的注塑模设计，如下图所示，结构比较简单，质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷。此次产品是在 PRO/E 软件的辅助下设计完成的。 产品图如下： 图 2.1 塑件图 （ 1）塑件材料的选择：选用 ABS（即丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。 （ 2）生产批量为大批量生产 。 2.1.2 塑件的结构与工艺性分析 （ 1）结构分析 6 该塑料制品是一个手机壳的上盖。上端部的配合处有尺寸精度要求，该塑料制品选用的是 ABS 塑料 。 ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；具有弹性和较高的冲击强度， 该塑件壁厚为 1 2mm，塑件外形尺寸不大，适合注射成型。 （ 2）工艺性分析 精度等级：部分采用 5级低精度 脱模斜度： ABS 属无定型塑料，成型收缩率较小， 由参考文献 1P36 表 2-10选择该塑件上型芯和型腔的统一脱模斜度为 1。 2 2 ABS 的注射成型工艺 2.2.1 注射成型工艺过程 （ 1）预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射注射保压冷却脱模塑件送下工序 （ 2）清理模具、涂脱模剂合模注射 2.2.2 ABS 的注射成型工艺参数 （ 1）注射机：螺杆式 （ 2）螺杆转速（ r/min）： 30 （ 3）预热和 干燥：温度（ C） 80 85 时间 (h) 2 3 （ 4）密度（ g/ cm） :1.03 1.07 （ 5）材料收缩率（）： 0.3 0.8 （ 6）料筒温度（ C）：后段 150 157 中段 165 180 前段 180 200 （ 7）喷嘴温度（ C）： 170 180 （ 8）模具温度（ C）： 50 80 （ 9）注射压力（ MPa） ： 60 100 （ 10）成形时间（ S） ：注射时间 20 90 高压时间 0 5 冷却时间 20 120 总周期 50 220 （ 11）适应注射机类型：螺杆式、柱塞式均可 （ 12）后处理：方法 红外线灯、烘箱 温度（ C） 70 时间（ h） 2 4 7 2 3 ABS 性能分析 2.3.1 使用性能 （ 1）综合性能良好，冲击韧度、力学强度 较高，且要低温下也不迅速下降。 （ 2）耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。 （ 3）水、无机盐、碱、酸对 ABS几乎无影响。 （ 4）尺寸稳定，易于成型和机械加工，与 372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。 2.3.2 成型性能 （ 1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。 （ 2）吸湿性强。含水量应小于 0.3 ，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。 （ 3）流动性中等。溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、 AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 （ 4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 C 左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 50 60 C，要求光泽及耐热型料宜取 60 80 C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180 230 C，注射压力为 100 140 MPa，螺杆式注塑机则取 160 220 C， 70 100 MPa 为宜 。 （ 5）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。 （ 6） ABS 在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取 1 以上。 （ 7）在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。 2.3.3 ABS 主要技术指标 热物理性能见表 2.1、力学性能见表 2.2、电气性能见表 2.3。 表 2.1 热物理性能 名称 数值 名称 数值 密度 (g/ cm) 1.02 1 05 比热容 (J kg-1K-1) 1255 1674 导热系数 (W m-1 K-1 10-2) 13.8 31.2 线膨胀系数(10-5K-1) 5.8 8.6 滞流温度 ( C) 130 8 表 2.2 力学性能 名称 数值 名称 数值 屈服强度（ MPa） 50 抗拉强度 (MPa) 38 断裂伸长率 ( ) 35 拉伸弹性模量 (GPa) 1.8 抗弯强度 (MPa) 80 弯曲弹性模量 (GPa) 1.4 抗压强度 (MPa) 53 抗剪强度 (MPa) 24 冲击韧度(简支梁式 ) 无缺口 261 布 氏硬度 9.7R121 缺口 11 表 2.3 电气性能 名称 数值 名称 数值 表面电阻率（ ） 1.2 1013 体积电阻率（ m） 6.9 1014 击穿电压（ KV/mm） 介电常数（ 106Hz） 3.04 介电损耗角正切（ 106Hz） 0.007 耐电弧性 (s) 50 85 2 4 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施 主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为 70 C左右热变形温度约为 93 C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。消除措施： 加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。 9 第三章 模具结构形式的拟订 3.1 分型面的确定 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向倾斜。 3.1.1 分型面的形式 分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具 类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。 3.1.2 分型面的选择原则 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。 选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则： (1)分型面应该选择在制品最大截面处，这是首要原则。 (2)尽可能使制品留在动模的一侧。 (3)尽可能满足制品的使用要求。 (4)尽可能减小制品在合模 方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。 (5)不应影响制品尺寸的精度和外观。 (6)尽量简单 ,避免采用复杂形状 ,使模具制造容易。 (7)不妨碍制品脱模和抽芯。 (8)有利于浇注系统的合理设置。 (9)尽可能与料流的末端重合 ,有利于排气 在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。 3.1.3 分型面位置的确定 10 图 3.1 分型面位置 3.2 确定型腔数量及排列方式 一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于精度要求 不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。 为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种： （ 1）、根据经济性能确定型腔数目； （ 2）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； （ 3）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目； （ 4）、根据制品精度确定型腔数目。 该塑件对精度要求不高，且为大批量生产，同时，考虑到塑件尺寸、模 具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，可采取一模两腔的结构形式。 3.3 模具结构形式的确定 从塑件上容易看出模具的分型面位置、推出机构的设置以及浇口的位置。分型面为单分型面垂直分型。 从上面的分析可知，本模具设计为一模两腔，根据塑件结构形状，推出机构采用推杆推出的形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开在分型面上。由上综合分析可确定选用单分型面注射模。 11 第四章 注射机型号的确定 在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选 定合适的注射机型号。选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后进行校核。除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关。 4 1 塑件参数 由通过三维软件 PRO/E 可以计算出塑件的体积： 塑件体积： V =2.557 3cm 。 塑件质量： m= V=1.05 2.557=2.685g。取 =1.05g/ 3cm 。 4.2 浇注系统凝料体积的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21 倍来估算。考虑到设计为 2 腔，加上浇注系统的冷凝料，故有： 实V=塑V（ 1+0.2 1） 2=6.1368 10.228 3cm 4 3 注射机型号的确定 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积取为实V=10.3 3cm ，由参考文献 1公式得：公V=实V/0.8=10.3/0.8=12.875。同时考虑到注射机的注射压力。查参考文献 2P233 初步选择注射机型号为： XS-ZY-250。 注塑机的主要技术规格如下表： 表 4.1 注塑机的主要参数 名称 数值 /形式 名称 数值 /形式 理论注射容积 (cm） 250 螺杆直径 (mm) 50 注射压力 (MPa) 130 注射行程 (mm) 160 塑化能力 (g/s) 18.9 注射时间 (s) 2 合模力 (kN) 18 105 最大成型面积 ( 2cm 500 12 移模行程 (mm) 500 最大模具厚度 (mm) 350 模具最小厚度 (mm) 200 合模方式 增压式 拉杆空间（ mm） 448 370 推出形式 中心及两侧推出 电动机功率（ kW） 18.5 喷嘴球半径 (mm) 18 喷嘴口直径 (mm) 4 定位孔直径 (mm) 125 4 4 注塑机的相关参数的校核 以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即： 公实 VV 。 式子中， 实V 实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（ 3cm ）。 4.4.1 注射压力校核 查参考文献 1P74 表 4.1 可知， ABS 所需注射压力为 80 110MPa，这里取P0=80MPa，该注射机的公称注射压力公P=130MPa，注射压力安全系数 1K =1.251.4，这里取 1K =1.3，则： 1K 0P =1.3 80=104MPa 公P =130MPa，所以，注射机注射压力合格。 4.4.2 锁模力校核 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加 的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，查参考文献 1P74 有， . 由 PRO/E 分析 /测量面，可得每个塑件在分型面上的投影面积约为 26.76 2cm 。浇注系统的投影面积取每个塑件的投影面积的 0.2 0.5 倍，这里取为 9 2cm 。 故有：塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积总A为 26.76+9=35.76 2cm 。 则有模具的型腔的内的胀型力胀F=总A模P=357635=125160N。（是模具型腔内压力，通常取注射压力的 20% 40%，大致范围为 25 40MPa。 ABS 属中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故 P模取为 35MPa。） 锁模力的安全系数为 2K =1.1 1.2，这里取 2K =1.2。则： 2K 胀F =1.2 125.160=150.192锁模力 1800KN。 所以，注塑机锁模力合格 。 13 第五章 浇注系统设计 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。浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响颇大。 该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 5 1 浇注系统的设计原则 对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则： （ 1）结合型腔的布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。 (2) 采用尽量短的熔体流程，以减少热量与压力损失。 (3) 熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接 痕的部位、形态以及以制品质量的影响。 (4) 避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止型芯变形和嵌件位移。 (5)浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或易于切除和修整。 (6) 浇注系统的设计应有利于良好的排气。 (7) 流动距离比和流动面积比的校核 。 (8)设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 (9)应尽可能使主流道中心与模板中心重合。若无法重合也应使两者的距离尽量缩小。 (10) 尽量减小因开设浇注系统而造成的塑料用量。 5 2 主流道的设计 主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通 常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。 主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流速和充模时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。 5.2.1 主流道尺寸 （ 1）主流道的长度：主流道长度不宜过长，过长则会影响熔体的顺利充型，按所选模架可适当调节。 （ 2）主流道小端直径： d=注塑机喷嘴尺寸 +（ 0.5 1） mm=4+0.5=4.5mm。 （ 3）主流道大端直径： d =d+2L 主 tana=8mm。（式中 a=2） 14 （ 4）主流道球面半径： S0R=注塑机喷嘴球头半径 +（ 1 2） mm=18+2=20mm。 （ 5）球面的配合高度： h=3mm。 5.2.2 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选，主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触易磨损对材料的要求高因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开设计，以便于拆卸更换，同时也便于选用优质刚才进行单独加工和热处理，设计中常用碳素 工具钢（ T8A 或 T10 ）热处理淬火表面硬度为 5055HRC。 5.3 分流道的设计 分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。 多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道 ，如下图所示： 5.3.1 分流道的布置形式 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类。 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力的平衡。 5.3.2 分流道的长度 由于流道设计简单，根据一个型腔的设计和所选模架，初步选定分流道长度为 40mm。 5.3.3 分流道的截面形状 通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、 U 形和六角形等。为了便于加工和凝料的脱落，分流道设计在型腔中。 5.3.4 分流道的截面尺寸 15 分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定。对于重量在 200g 以下，壁厚在 3mm 以下的塑件可用以下经验公式计算分流道的直径，查参考文献 1P94式 4-16 有 41212654.0 LWD 式中： D 分流道的直径， mm； W 塑件的质量， g； L 分流道的长度， mm； 由于所设计的塑件的质量小于 200g，故按以上公式确定其直径。 mmLWD 55.14037.52654.02654.0 41214121 由于此式计算的分流道直径限于 3.2mm 9.5mm，而所算出来的结果小于此范围，定出分流道直径为 8mm。 5.3.5 凝料体积 （ 1）分流道的长度为分L=30+40 2=110mm。 （ 2）分流道截面积分A=（ 4+3） /2 2=7 2mm 。 （ 3）凝料体积分V=分L分A=110 7=770mm3=0.77 3cm 。 考虑到其他的影响取分V=1.0 3cm 。 5.3.6 校核剪切速率 （ 1）确定注射时间。查参考文献 2P11 表 2-3，可取 t=1.6s。 （ 2 ）计算单边分流道体积流量。分q= （分V/2+2塑V） /t=(0.5+2 2.557)/1.6=3.5 3cm /s。 （ 3）剪切速率。由参考文献 2P14 式 2-22 可得： 333 105.114.35.33.33.3 R q v=1115.57 1s 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在 5 102 5 103/s 之间，所以，分流道内熔体的剪切速率 合格。 5.3.7 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取 Ra1.25um2.5um 即可，此处取Ra1.6um。另外其脱模斜度一般为 14。 5.4 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。 16 浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。 浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的 3% 9%，截面形状常为矩形 或圆形，浇口长度为 0.5 2mm，表面粗糙度 Ra 不低于 0.4 m。 浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。 浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点： （ 1）浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。 （ 2）不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。 （ 3）浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。 （ 4）浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。 （ 5）对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。 （ 6）浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 （ 7）浇口应设在不影响制品外观的部位。 5.4.1 点浇口尺寸的确定 （ 1）点浇口的深度。根据参考文献 1P33 表 2-7，由于塑件壁厚为 0.5-2.4： 可以取 h=1mm （ 2）计算点浇口的宽度。根据参考文献 1P106 表 4-10，可得侧浇口的宽度d 的计算公式为： 04.12676206.07.0 44 Ankd mm 式中， n 是塑料成型系数，取为 0.7； A 是凹模的内表面积； k 取 0.206； 5.4.2 点浇口剪切速率的校核 （ 1）确定注射时间。查参考文献 1P95 表 4-8，可取 t=1.6s。 （ 2）计算浇口的体积流量。 q=V/t=2.557/1.6=1.598 3cm /s （ 3）计算浇口的剪切速率。由参考文献 1P95 式（ 4-20）得： 2333)14.3 2.11(14.310598.13.33.3Rq v=7.1 103 1s 。 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5 103 5104 1s 之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。 17 5.5 校核主流道的剪切速率 由塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，可求校核主流道熔体的剪切速率。 5.5.1 计算主流道的体积流量 q=(主V+分V+n塑V)/t=（ 1.573+1.0+2 2.557） /1.6=4.8 scm/3 。 5.5.2 计算主流道的剪切速率 333 10125.314.38.43.33.3 R q v=1.65 103 主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5 102 5103 1s 之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。 5.6 冷料穴的设计及计算 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。我们这里选用有 Z 型拉料杆的冷料穴。 18 第六章 成型零件的结构设计及计算 成型零件的结构设计 主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的组成零件，其主要包括 了凹模、成型杆、型芯等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。 设计时应首先根据制件的使用要求、材料的性能确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。 在工作状态中， 成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 6.1 成型零件的结构设计 6.1.1 凹模的结构设计 凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构 形式：整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，以及对塑件的结构分析，可选用整体嵌入式凹模。 整体嵌入式凹模：于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶的，由台阶定位，以 67mH 过渡配合嵌入定模板，然后用定模板座板将其固定。如下图所示： 19 图 6.1 凹模结构 6.1.2 凸模的结构设计 凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非 为整体式和组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模 整体嵌入式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行阶梯固定而成，如下图所示： 图 6.2 凸模结构 6.2 成型零件钢材的选用 对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求： （ 1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。 20 （ 2）抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面， Ra 0.05m。要求钢材硬度在 HRC35 40 为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂 质，无疵斑和针点。 （ 3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。 （ 4）具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨度及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为 该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用 P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用 P20 钢，进行渗氮处理。 6.3 成型零件的工作尺寸计算 采用参考文献 1P127 表 4-15 中平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中所定的公差计算。查参考文献 1P28 表 2-3，取塑件的公差等级取为未注公差尺寸 MT5，并查参考文献 1P30 表 2-4 查得塑件尺寸公差。 6.3.1 凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换： 式中 ML 型腔的径向尺寸（ mm）； l 制品的径向基本尺寸（ mm）； maxS 塑料的极大收缩率 (%)（由上节查表可知 maxS =0.8） 制品公差；（本设计按 塑料制品的尺寸精度等级 MT2中的公差数值表查找） z 凹模制造公差，一般可取制品公差的（ 1/31/6）这里取z=1/6 。 所以： 1111 m a x ( 1 ) zML S l = 0 . 0 7 0 . 0 700 ( 1 0 . 8 % ) 1 0 4 0 . 4 2 1 0 4 . 4 1 2 2222 m a x ( 1 ) zML S l = 0 . 0 4 3 0 . 0 4 300 ( 1 0 . 8 % ) 5 0 0 . 2 6 5 0 . 1 4 6.3.2 凹模深度尺寸的计算 m a x 0 ( 1 ) zML S l 21 已知： 0.12mm z=1/6 =0.02mm m i n 0 ( 1 ) ZM S ZH S H 式中 MH 型腔深度尺寸（ mm）； sH 制品高度基本尺寸 (mm)； Smin 塑料的极小收缩率（ %） 所以： 0 . 0 2 0 . 0 2m i n 0 0 ( 1 ) ( 1 0 . 0 0 3 ) 5 0 . 0 2 4 . 9 9 5ZM S ZH S H mm 6.3.3 型芯径向尺寸的计算 1）型芯外径尺寸的计算 0m i n (1 ) ZMsl S l mm Ml 型芯径向尺寸（ mm） sl 制品径向基本尺寸（ mm） 已知： 1 0.42mm 1z=1/6 1=0.14mm； 1011 m i n ( 1 ) ZMsl S l 0 0 . 1 4 ( 1 0 . 3 % ) 1 0 2 0 . 4 2 0 0 .1 41 0 .7 2 6 mm 已知： 2=0.26mm 2z=1/6 2=0.043mm 2022 m i n 2 ( 1 ) ZMsl S l 000 . 0 4 3 0 . 0 4 3 ( 1 0 . 3 % ) 4 8 0 . 2 6 4 8 . 4 0 4 mm 6.3.4 型芯高度尺寸的计算 0.12mm z =1/6 =0.02mm 平均尺寸法： 0m a x ( 1 ) ZMsh h S 式中 Mh 型芯高度尺寸 (mm)； sh 制品孔深度尺寸 (mm)。 所以： 0 0 0m a x 0 . 0 2 0 . 0 2 ( 1 ) ( 1 0 . 8 % ) 4 0 . 1 2 4 . 1 5 2ZMsh h S mm 6.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算 ，尤其是对大型塑件。但我们这里的塑件较小，故不需要对型腔壁厚和底板厚度进行计算，大致得体即可。 22 第七章 模架的确定 在学校作设计时，模架部分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。 模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序 分型机构及精密定位用标准组件等。 模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。 根据模具型 腔布局的中心距和凹模的尺寸，考虑到凹模的壁厚，导柱、导套的布置以及水路的布置等，在采用中小型标准模架的选型经验公式和参考文献 1表 4-38，因此可采用 250mm 300mm 的 FUTABA 系列 A 型模架。如下图所示： 图 7.1 模具结构 23 7.1 各模板尺寸的确定 7.1.1 A 板 尺寸 A 板是定模型腔板，考虑塑件的高度以及要在模板上面开设冷却水道，还需留出足够的距离，故 A 板的厚度取为 70mm。 7.1.2 B 板尺寸 B 板是型芯固定板，按模架的标准板厚取为 70mm。 7.1.3 C 板（垫块）尺寸 （ 1）主 要作用：在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 （ 2）结构型式：可为平行垫块、拐角垫块。（该模具采用平行垫块）。 （ 3）垫块一般用中碳钢制造，也可用 Q235A 制造，或用 HT200，球墨铸铁等。 （ 4）垫块的高度计算： 垫块 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板 +（ 5 10） mm 85mm。初步选定 C板厚度为 90mm。 经上述设计，确定模架结构形式为 A1 型的标准模架。其外形尺寸：宽长高 =250mm 300mm 200mm。 7.2 模板各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 7.2.1 模具平面尺寸 300mm 350mm448mm 370mm（拉杆间距），校核合格。 7.2.2 模具高度尺寸 200mm（模具最小厚度） 280mm350mm（模具最大厚度），校核合格。 7.2.3 模具开模行程 S=H1+H2+（ 5 10） mm=90 95mm500mm（开模行程），校核合格。 24 第八章 排气槽的设计 排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。 该塑件由于采用侧浇口进料 ，熔体经塑件下方充满型腔， 模具属于小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，无需另外开排气槽 ， 利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气。 25 第九章 导向机构的设计 为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。注射模的导向机构的作用于动、定模之间的开合模导向、定位和脱模机构的运动导向以及承受一定的侧向压力。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射剂喷嘴精确定位；而模内定位机构则是通过导柱导套进行合模定位。 导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，而锥面定位用于动、定模之间的精密定位。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此这里可选取模具自身所带的导柱导向机构，故以下只介绍机构的功用及设计原则。 9 1 机构的功用 9.1.1 导向机构的功用 (1)定位作用； (2)导向作用； (3)载作用； (4)保持运动平稳作用。 9.1.2 定位机构的功用 对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批 量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。此模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。 9 2 导向结构的设计原则 （ 1）导向零件应合理地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，防止导柱和导套压入后变形； （ 2）该模具采用 4 根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置； （ 3）该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上； （ 4）为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角； （ 5）各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行； （ 6）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏； （ 7）当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 26 9 3 导柱的设计原则 (1)该模具采用带头导柱，且不加油槽； (2)导柱的长度必须比凸模端面高度高出 6 8mm； (3)为使导柱能顺利进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分； (4)导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为 20； (5)导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按 H7/m6 配合。导柱滑动部分按H7/f7 或 H8/f7 的间隙配合； (6)导柱工作部分的表面粗糙度为 Ra0.4m； (7)导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢 T8A、 T10A 经淬火处理，硬度为 55HRC 以上或 45#钢经调质、表面淬火、低温回火， 硬度 55HRC 以上。 9 4 导套的设计原则 (1)结构形式：采用带头导套（ 型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度； (2)导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气； (3)导套孔的滑动部分按 H8/f7 或 H7/f7 的间隙配合，表面粗糙度为 Ra0.4m。导套外径按 H7/m6 或 H7/k6 配合镶入模板； (4)导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 9 5 导柱与导套的配合形式 导 柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如下图所示： 图 9.1 配合形式 第十章 脱模推出机构的 27 设计 在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模推出机构。 10 1 脱模推出机构的设计原则 由于该塑件的脱模阻力不大，而推杆又加工简单、更换方便、脱模效果好，因此采用圆形推杆脱模机构。推杆的设置位置采取以下原则： （ 1）推杆设在脱模阻力大的地方 （ 2）推杆位置均匀分布 （ 3）推杆设在塑料制品强度刚度较大的地方 （ 4）推杆直径应 满足相应的强度、刚度条件 10 2 塑件的推出机构 （ 1）通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面 0.050.10mm； （ 2）推杆与推杆固定板，通常采用单边 0.5mm 的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象； （ 3）推杆的材料常用 T8、 T10 碳素工具钢，热处理要求硬度 HRC 50，工作端配合部分的表面粗糙度为 Ra 0.8。 此次设计采用的是最简单、最为常用的一种：推杆一次脱模机构。因为此机构具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。 10.3 脱模力的计算 查参考文献 1P143 有 当矩形塑件径向尺寸与壁厚之比 =（ a+b） /t10时。此时塑件为薄壁塑件，它的脱模力计算公式如下 : 当矩形塑件径向尺寸与壁厚之比 =（ a+b） /t10时。此时塑件为厚壁塑件，它的脱模力计算公式如下 : 28 c o s ( ) 0 . 1 ( )( 1 )t E S l f t gF A Nk 28 式中 a 塑件的长度尺寸 (mm)； b 塑件的宽度尺寸（ mm）； t 制品的平均壁厚 (m)； (1mm) E 塑料的弹性模量 (Mpa)； (得 32 .1 1 0E M P a ) S 塑料成型平均收缩率 (%)； (0.55%) l 制品对型芯的包容长度 (m)； (102mm) f 制品与型芯之间的静摩擦系数，常数 f 0.26； 模具型芯的脱模斜度 ；（ 1 . 5 o ） 塑料的泊松比；（查得 ABS为 0.38） 1k 系数， 221 2 / ( c o s 2 c o s ) ；k 2k 系数，2 1 s i n c o s 1kf ； （ a+b） /t=(104+50)/ 3.14=49.02 A 盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积（ 2m ）。 (使用 proe 对制品进行分析可得 326 .1 1 0Am ) 根据本设计的制品， （ a+b） /t=49.02 10，所以， 10.4 推杆的结构形式及形状 推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。 推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用 是非常灵活的。 本次设计塑件的孔比较多，所以推杆直径必须取的比较小，为达到强度刚度要求，所以设置较多的推杆 ，我们这里选用直径为 3mm 的普通推杆。 1 22 ( ) c o s ( ) 0 . 1 ( )( 1 )a b S E S l f t gF A Nkk21 2 0 02 4 9 . 0 2 4 8 0 5 . 9 2( 4 8 . 5 3 )( c o s 1 . 5 2 4 9 . 0 2 c o s 1 . 5 ) 1 2 4 9 . 0 2k 28 c o s ( ) 0 . 1 ( )( 1 )t E S l f t gF A Nk 3338 1 2 . 1 1 0 0 . 5 5 % 1 0 2 ( 0 . 2 6 1 . 5 ) 0 . 1 6 . 1 1 0( 1 0 . 3 8 ) 13 . 5 5 1 0tgN 29 10.5 推出机构 的 形式 1.推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。 2.推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。 3.推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一 个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用复位杆复位机构 ，见装配图。 4.推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为 H8/f7 或 H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的 1.5-2 倍，至少大于 15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的 。 图 10.1 推杆 30 第十一章 冷却系统的设计 塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。常用热塑料的模具温度表可以得知所 选塑件材料 ABS 的模具温度为： 50C 80C； 设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所散发的热量应等于冷却水所带走的热量。 对任何塑料制品，模温波动较大都是不利的。过高的模温会使制品在脱模后发生变形，延长冷却时间，使生产率下降。过低的模温会使降低塑料的流动性，难于充满型腔，增加制品的内应力和明显的溶接痕等缺陷。 在注射过程中 ,模具的温度直接影响着制品质量和注射周期 ,各种塑料的性能不同 ,成型工艺要求的不同相应的模具对温度要求也不同 。因此在使用模具时必须对模具 进行有效的冷却，使模温保持在一定范围内。 为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。 11.1 冷却系统的简单计算 设计原则： 1）冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大； 2）冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等； 3）浇口处要加强冷却； 4）冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水； 5）冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处； 6）进出口水管接头的位置应尽可能设 在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面； 11.1.1 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 查参考文献 1P211 表 4-35 直接可知 ABS 的单位热流量 Qs 的值的范围在310 400kJ/kg 之间，故可取 Qs=400kJ/kg。 11.1.2 计算冷却水的体积流量 查参考文献 1P211 式 4-58，设冷却水道入水口的水温为 2=24，出水口的水温为 1=25，取水的密度为 =1000kg/ 3m ，水的比热容 c=4.187kJ/(kg )，W=2.2kg/h。 m i n/)2425(187.4100060 4002.2)21(60 3mcWQq sv =0.0035 min/3m 31 11.1.3 确定冷却水路的直径 因为 qv=0.0035 min/3m ，查参考文献 1P200 表 4-30 可知，取模具冷却水孔的直径为 8mm。 11.1.4 冷却水在管内的流速 根据参考文献 1P211 式 4-59 有： smsmqv v /16.1/008.014.360 4 2 11.1.5 冷却管壁与水交界面的膜传热系数 因为平均水温为 23.5，查参考文献 1P200 表 4-31 可得 f=0.67，则有： )/(23669008.0 )16.11000(7.6187.4)(187.4 22.08.02.08.0 ChmkJd vfh 11.1.6 计算冷却水通道的导热总面积 根据参考文献 1P211 式 4-61 有： 20014.0)5.2350(23669 4002.2 mhWQA s 11.1.7 计算模具所需冷却水管的总长度 根据参考文献 1P211 式 4-63 有： mmmdAL 7.570557.0008.014.3 0014.0 11.1.8 冷却水路的根数 设每条水路的长度为 l=300，则冷却水道的根数不足一根。由上述计算可以看出，不足一条冷却水道对于模具来说显然是不适合的，因此应根据具体情况加以修改。 11 2