手机充电器注射模设计

1 目录 1 拟定模具结构形式 1 1.1 确定型腔数量及排列方式 1 1.1.1 塑件成型工艺性分析 1 1.1.2 塑料材料的成型特性 2 1.1.3 脱模斜度 4 1.1.4 型腔数目及排列方式 4 1.2 模具结构形式的确定 4 2 注射机型号的确定 6 2.1 注射量的计算 6 2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力计算 6 2.3 选择注塑机 6 2.4 注射机有关参数的校核 6 3 分型面位置的确定 8 4 浇注系统形式和浇口的设计 10 4.1 主流道设计 10 4.1.1 主流道尺寸 10 4.1.2 主流道衬套的形式 10 4.1.3 主流 道衬套的固定 11 4.2 分流道设计 11 4.2.1 分流道的布置形式 11 4.2.2 分流道长度 11 4.2.3 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积 11 4.3 浇口的设计 13 4.4 冷料穴的设计 14 4.5 排气槽的设计 14 5 模架的确定 16 6 成型零件的设计与计算 17 6.1 成型零件钢材选用 17 6.2 凹模的结构设计 17 6.3 凸模的结构设计 18 6.4 成型零件工作尺寸的计算 18 2 6.5 模具强度的校核 24 6.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算 24 6.5.2 整体式矩形型腔底板厚度计算 24 7 导向机构的设计 27 7.1 合模导向零件机构的作用 27 7.2 导柱导向机构 28 7.2.1 导柱 28 7.2.2 导套 28 8 脱模机构、复位机构的设计 30 8.1 推出机构的组成 30 8.2 本模具的推出机构 31 8.3 脱模阻力的计算 31 8.4 复位机构设计 32 9 侧向分型与抽芯机构的设计 33 9.1 机构分类及机构选择 33 9.2 抽拔距与抽拔力及机构组成 33 9.2.1 抽拔距 34 9.2.2 抽拔力 35 9.2.3 斜导柱驱动的结构组成 35 9.3 斜导柱的长度和最小开模行程的计算 36 9.4 斜导柱的受力分析 37 10 冷却系统的设计 39 10.1 冷却系统的计算 39 10.2 冷却系统的结构与布置 40 11 塑件质量的分析 42 12 注射模具选材 44 13 模具的 试模与修模 46 14 模具工作过程及工艺性与经济性分析 48 14.1 模具工作过程 48 14.2 工艺性与经济性分析 48 3 1 拟定模具结构形式 1.1 确定型腔数量及排列方式 1.1.1 塑件成型工艺性分析 该塑件是一手机旅行充电器夹板，如右图所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批 量很大，材料为聚碳酸酯（ PC， 20% 30%短玻纤增强），在本设计中选用的收缩率为 0.3。成型工艺很好，可以注射成型。该产品主要用于手机旅行充电器上，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用潜伏式浇口。利用斜杆滑块机构来实现侧抽芯。如图 1-1、图 1-2、图 1-3 所示： 图 1-1 图 1-2 4 图 1-3 1.1.2 塑料材料的成型特性 1） 无定形塑料，热稳定性好，成形温度范围宽，超 过 330 C才呈现严重分裂，分解时产生无毒，无腐蚀性气体。 2） 吸湿性极小 ,但水敏性强 ,含水量不得超过 0.2%,加工前必须干燥处理 ,否则会出现银丝 ,气泡及强度显著下降现象。 3) 流动性差 ,溢边值为 0.06mm左右 ,流动性对温度变化敏感 ,冷却速度快。 4) 成形收缩率小 ,如成形条件适当 ,塑件尺寸可控制在一定公差范围内 ,塑件精度高。 5) 可能发生应力开裂 ,易产生应力集中 (即内应力 ),应控制成形条件 ,塑件宜退火处理消除内应力。 6) 熔融温度高 ,粘度高 ,对大于 200g的塑件应用螺杆式注射机成形 ,并喷嘴应加热 ,喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴。 7) 塑件壁不宜取厚 ,应均匀 ,避免有尖角 ,缺口及金属镶件造成应力集中 ,脱模斜度宜取 2 ,若有金属镶件应预热 ,预热温度一般为 110 130 C。 8) 粘度高 ,但对剪切作用敏感 ,浇注系统宜设冷料穴。进料口附近有残余应力，必要时可采用调节式进料口，模具宜加热，模温一般取 70 120 C为宜，应注意顶出均匀，模具应用耐磨钢，并淬火。 9）筒温度对控制塑件质量是一个重要因素，料温低时会造成缺料，表面无光泽，温度高时易溢料，出现银丝暗条，塑件变色有泡。注射压力宜高不宜低。 10）模温对塑件 质量影响很大，薄壁塑件宜取 80 120 C，模温低则收缩率，伸长率。抗冲压 5 强度大，抗弯，抗压，抗张强度低，模温超过 120 C 塑件冷却慢，易变形粘模，脱模困难，成形周期长。 表 1-1 聚碳酸酯力学性能 材料性能 纯 PC 短玻纤 PC 屈服强度 /MPa 72 84 抗拉强度 /MPa 60 84 断裂伸长率 /% 75%泊松比 0.38 75%泊松比 0.38 弯曲强度 /MPa 113 134 弯曲弹性模量 /GPa 1.54 3.12 抗压强度 / MPa 77 110 抗剪强度 / MPa 40 53 简支梁冲击强度 (无缺口 )/(kJ/m) 不断 57.8 简支梁冲击强度 (缺口 )/(kJ/m) 55.8 90 10.7 布氏硬度 HBS 11.4 13.5 表 1- PC 的物理，热性能 塑料性能 纯 PC 短玻纤 PC 密度 /(g/ ) 1.2 1.2 1.35 比体积 /( /g) 0.83 0.74 0.75 吸水性 /%(24 小时 ) 长时间 23 50 RH0.15 23浸水中 0.35 23 50 RH009 0.15 23浸水中 0.2 0.4 透明度或透光度 计算收缩率 0.5 0.7 0.05 0.5 熔点 (粘流温度 )/ 225 250 235 345 热变形温度 / 45N/ 180N/ 132 141 132 138 146 149 140 145 线膨胀系数 /(10- / ) 6 3.2 4.8 6 续表 1-2 比热容 /J/( K) 1220 840 热导率 /W/(m K) 0.192 0.218 燃烧性 /( /min) 自熄 自熄 表 1-3 PC 塑料成形条件 材料 PC(聚碳酸酯，短玻纤化 ) 密度（ g/） 1.2 1.34 预热 温度（） 110 120 时间（ h） 1 2 料筒 温度 （） 后段 210 240 中段 230 280 前段 240 285 喷嘴温度（） 240 250 模具温度（） 90 110 注射压力（ MPa） 80 130 螺杆转速（ r/min） 28 适用注射机类型 螺杆式较 好 1.1.3 脱模斜度 由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凹模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。 PC 的脱模斜度取 0.3，本零件高度比较小，可以不采用脱模斜度。 1.1.4 型腔数目及排列方式 型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中， 要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。 该塑件精度要求一般，精度等级为 4，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。但是考虑到塑件有一抽芯，在脱模是需要侧抽芯 因此我们设计的模具为多型腔的模具。选择合适的浇口位置十分重要，对此，我充分考虑力各种各式对浇口位置，最后选择了以起翘部分为浇口位置，这样对模具对 脱模，型腔的布置都十分有利，结合考虑模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示： 7 图 1-4 1.2 模具结构形式的确定 由于塑件外观质量 要求一般，尺寸精度要求一般，且装配精度要求一般，因此我们设计的模具采用多型腔单分型面。根据本塑件手机旅行充电器夹板的结构，模具将会采用单分模面、单分型面，也可以采用多分型面、单分模面的结构，模具设计中，要力求简单，尽量减少加工过程，达到最高效益。相对来说采用单分模面、单分型面结构为最佳选择。第章将详细讲到如何为本塑件选择分型面。 8 2 注射机型号的确定 2.1 注射量的计算 通过计算或 pro/E 建模分析，塑件质量 m1为 8.92g，塑件体积 V1为 7.43cm3,流道凝料的质量 m2还是个 未知数，可按塑件质量的 0.6 倍来估算。从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为：m=1.6nm1=1.6 4 8.92=57.08g。 2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力计算 流道凝料（包括浇口）在分型面的 A2，在模具设计前还是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积 A1的 0.2倍 0.5 倍，因此可用 0.35nA1来进行估算，所以 A=nA1+A2=1.35nA1=16451.1mm2 式中 A1为塑件投影面积，根 据计算： A1=3046.5mm2 F=AP=16451.1 30=493.53KN 式中 型腔压力 P取 30MPa 2.3 选择注塑机 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用 SZ-100/630 卧式注塑（上海第一塑料机械厂）如下表表示： 表 2-1 注塑机主要技术参数 理论注射容量 /cm3 75 锁模力 /mm 630 螺杆直径 /mm 30 拉杆内间距 /mm 370 320 注射压力 Mpa 204 移模行程 /mm 270 注射速率 (g/s) 60 最大模厚 /mm 300 9 塑化能力 (g/s) 7.3 最小模厚 /mm 150 螺杆转速 (R/min) 14 200 定位孔直径 /mm 125 喷嘴球半径 SR15 喷嘴孔直径 /mm 4 锁模方式 双曲肘 2.4 注射机有关参数的校核 1）由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数 n N ( kMt/3600-m2)/m1=(0.8 7.3 3600 30)/3600-5.252/8.92=19 4 合格 式中 k 注射机最大注射量的利用系 数 ,一般取 0.8； M 注射机的额定塑化量 (7.3g/s)； t 成型周期 ,取 30s。 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定后才可以进行。 2）开模行程的校核 开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压 -机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机双曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。 单分型面注射模，其开模行程按下式校核 21 HHS (5 10) 式中 S 注塑机的最大开模行程 (移动模板台面行程 )， H1 塑件脱出距离， H2 包括流道凝料在内的塑件高度， 已知 H1=13.6 ； H2=56 所以 H1+H2+(5 10)=13.6+56+(5 10) 79.6 又由于 SZ-60/450 卧式注塑机的移模行程为 270 79.6 270 所以开模行程也符合要求 3) 注射量校核 最大注射量： Vmax V 75 0.75 56.25错误 !未指定书签。 3 最小注射量： Vmin V 125 0.25 18.75 3 实际注射量： VS m/ =47.56 3 最小注射量 实际注射量 最大注射量 合格 10 3 分型面位置的确定 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、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比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。 对工件的仔细观察，可以发现，本塑件采用一个分型面最好，工件的其他地方最好采用镶件方式进行设计型芯，型腔设计，如下图所示： A-A为分型面，此分型面包括 BC 曲面， CD曲面及 AD平面，采用此方式有利于脱模，在 B点处，可以做以台阶平面与平面 AD共面，也可以不做，本设计中采用了做台阶平面以便可以放置潜伏式浇口，如果不做也行，但浇口只能用点浇口，对本塑件不适用。 分型面就以上确定的曲面 AA，图 5 中可以显示 AA 面下的属于型腔， AA 面上的属于型芯，对照图6可以确定为了保证脱模后塑件留在动模上，也即型腔上，除去 F两孔，及 G突台下面的盲孔属于型芯外，其他在 AA面下的部分都属于型腔，也即动模。因为塑件表面有文字，刻度等，且低于 DA 平面0.2mm，如果一次成型，加工困难，所以采用一镶件可以减小加工难度，这样，型芯为局部镶嵌式。 塑件留在动模（此为型腔），通过脱 模机构即可以把塑件脱出。 11 图 3-1 图 3-2 在考虑分型面的时候，必须考虑到包括产生飞边，排气，塑件表面质量等的影响，根据以上分析，所设计的分型面能很好的排气，能保证塑件表面质量，但可能会产生飞边，从整体上看选择 ABCDA面作为分型面最好。 12 4 浇注系统形式和浇口的设计 4.1 主流道设计 4.1.1 主流道尺寸 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： d=注射机喷嘴尺寸 +（ 0.5 1） =4+0.5=4.5mm 主流道球面半径： SR=喷嘴球面半径 +（ 1 2） =15+2=17mm 4.1.2 主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，本设计虽然是小型模具，但是为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取 40，约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图）。因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（称浇口套），衬套如图 7所式，材料采用 T10A刚，热处理淬火后 表面硬度为 53 57HRC。 13 +0,012+0,001 图 4-1 主流道凝料体积为： Q 主 = /4 dn2 L= /4 (4.5+6.41)/22 40=932.1262mm3=0.93cm3 4.1.3主流道剪切速率校核 由经验公式 3.3q/ Rn3 =0.948 103=948s-1 5 103s-1 式中 q=q 主 + q 分 + q 塑件 =0.93+0.67 2+7.43 2=18.3cm3 Rn=(4.5+6.41)/4=2.7275mm 主流道剪切速 率尺寸偏小，主要塑喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。 4.1.4 主流道衬套的固定 因为采用可以拆卸的主流道衬套，所以用定位圈固定在定模板上， 下为定位圈 图 4-2 14 4.2 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传 递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 4.2.1 分流道的布置形式 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比较特殊，因此采用平衡式时如图 4所示： 4.2.2 分流道长度 如图 4所示： 第一级分流道 L1=40mm 第二级分流道 L2=12mm 4.2.3 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积 （ 1） 形状及截面尺寸 为了便于加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面 上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面，梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大， 对于壁厚小于 3 （此塑模壁厚为 2mm），质量在 200g 以下的塑件可用公式 来确定截面尺寸： B=0.265 m 4 L =0.2654 292.8 4 45 =2.9mm 根据模具设计大典取 B=4mm H=2/3B=2/3*4=2.67 取 H=3mm 式中 B梯形大底边的宽 度（ mm） m塑件的重量（ g） L分流道的长度（ mm） H梯形的高度（ mm） 梯形的侧面斜角 a 常取 50 150，在应用式时应注意它的适用范围，即塑件厚度在 2.2mm 以下，重量小于 200g，且计算结果在 2.2 7.5mm 范围内才合理。为了便于加工，主副分流道都采用一样截面都流道，依据上述可以确定主副分流道截面尺寸，如下图所示： 15 图 4-3 (2)凝料体积 分流道长度： L=40+12 2+=64mm 分流道截面积： A=(4+3)/2 3=10.5mm2 凝料体积为： q 分 =64 10.5=672mm3=0.67cm3 (3)分流道剪切速率校核 采用经验公式 Rq /3.3 3=2.87 10-3s-1 在 5 102 5 103之间，剪切速率校核合理 式中 q=v/t=2 v1/1=2 7.43=14.86cm3 Rn=3cF22 =0.1773 t - 注射时间 取 1s A - 梯形面积（ 0.105cm2） C - 梯形周长（ 1.3cm） (4) 分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度 Ra并不要求很低，一般取 0.8 m 1.6 m即可，在此取 1.6 m， 这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。 如图 10所示。 4.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是 连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 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%，截面形状为矩形或圆形，浇口长度为 0.52mm， 16 表面粗糙度不低于 0.4 m 。 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速 产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定 要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： 1) 尽量缩短流动距离。 2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 3) 必须尽量减少熔接痕。 4) 应有利于型腔中气体排出。 5) 考虑分子定向影响。 6) 避免产生喷射和蠕动。 7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 8) 注意对外观质量的影响。 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。在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用潜伏式浇口，尺寸为： 1， 30 ， 15 ， 0.5，具体的表示形式见图 10： 17 图 4-4 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”进入型腔而形成冷接缝。本设计中对于冷料穴的选 择是按照设计的目的来选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴（与推杆相匹配的冷料穴）。这种冷料穴的底部有一根推杆，而推杆安装在推板上，与其它推杆或推管连用。该设计采用 的是球形头冷料穴，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。示意图如下： 图 4-5 4.5 排气槽的设计 在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低 18 分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。 1）排溢设计 ： 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 2）引气设计： 对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 3）排气系统有以下几种方式： 利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。 4）该套模具的排气方式有 a.利用塑件推杆的配合间隙； b.在分型面开排气槽； 综合以上所述，结合到本模具，本模具采用分 型面间隙排气，不用专门设计排气槽。 19 5 模架的确定 以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。根据塑料模具设计手册可以确定出标准模架的形式，规格及标准代号。在确定了标准模架尺寸以后就可以用 pro/E、 AutoCAD 等绘图软件把模架调出来。 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。 在设计模具时，应尽可能地选用标准模架 和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有利的，提高公司在市场中的竞争力。 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。 考虑到设计要求我选择了 400 L(1)模架中的 A1型号，其中 L 350，由于本设计要求抽芯机构，采用了斜导柱分型的方式，根据结构的需要对垫块做了一定的修改，各部分的设计和尺寸如各零件图所示： 1）定模座板（ 400 350，厚 25mm） 通过 4个 16的内六角螺钉与定模板连接； 2）定模板（ 400 350，厚 35mm） 用以固定型芯，通过 4个 6的内六角螺钉与上模仁连接。 3）动模板（ 400 350，厚 35mm） 用以固定型腔，通过 4个 6的内六角螺钉与下模仁连接。 4）动模座板（ 250 250，厚 25mm） 其注射机顶杆孔为 40mm； 其上的推板导柱孔与导柱采用 H7/f7配合。 5) .垫块（ 63 350mm，厚 90mm） 1.主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成推出机构的动作空间，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：可以是平行垫块、也可以是拐角垫块。（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： h 垫块 =h 限钉 +h 顶垫 +h 顶固 +s 顶 + = 0+31+20+35+4 =90（ mm） 式中 顶出行程的富裕量，一般为 3 6mm，以免顶出板顶到动模垫板 20 6 成型零件的设计与计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型 零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 本套模具的成型零件主要包括型芯，型腔，四个镶块，四个抽芯。以下对各成型零件进行分析计算。 6.1 成型零件钢材选用 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。 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 0.05 m。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。 根据塑件结构属于中等复杂的，成形压力较大，表面质量一般决定模具表面质量一般这一事实，再依照上述标准，故在设计成型零件 (凹模 )中选用了 40Cr。 40Cr 的供货硬度不高，易于切削加工。而后再通过渗碳、淬火、回火等热处理，钢材硬化，具有 HRC46.5 51.5，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。 6.2 凹模的结构设计 型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度 、 刚度 、 硬度 、 耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足 够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4m 以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。该设计采用整体式镶嵌式凹模，具体的形式见图 6-1： 21 图 6-1 6.3 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，通常可分为整体式和组合式两种内型。本零件表面十分复杂，尤其是板上刻度及上面文字，在此采用组合式中的镶件组合式凸模；因为对于形状复杂的凸模，为了加工方便，可采用此结构，但应注意型芯不要靠的太近。 设计镶嵌式和组合式凸模时，应 尽可能满足下列要求： （ 1）将型腔的内型加工变为镶件和组合件的外形加工； （ 2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分的外形加工； （ 3）镶件的数量力求减少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响； （ 4）易损坏部分应设计独立的镶件，便于更换； 该凸模图如图 6-2： 图 6-2 6.4 成型零件工作尺寸的计算 所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长 度和宽度尺寸）、凹模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。影响塑件精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。 为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 22 1.型芯，型腔工作尺寸计算 模腔工作尺寸包括凹模和型芯的径向尺寸，凹模深度及型芯高度尺寸、中心距次尺寸的计算。计算如下： （ 1） 平均收缩率计算型腔尺寸 聚碳酸酯的收缩率一般为 0.05% 0.5%,因为是短玻纤化 PC,从而得出 聚碳酸酯的平均收缩率为2%。计算径向尺寸。 由塑料模具技术手册得出聚碳酸酯的一般精度等级为 4 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的宽度尺寸为 54.4 ，所以查表得 =0.32 1）按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式 ZscpM LSL 431 式中 LM 凹模的径向尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模制造公差， 已知 Ls=54.4 Scp=0.02 =0.32 所以 z= /5=0.064 LM=54.4 (1+0.02)-3/4 0.32+0.064 =55.248+0.064 塑件的长度尺寸是 81.47mm 时，查表得 =0.44， z 凹模制造公差， 取 /5（下面的计算都安此计算）。依据上面的公式得出： ZscpM LSL 431=81.47 (1+0.02)-3/4 0.44+0.088 =82.7694+0.088 以下为其他型腔工作径向尺寸的计算： ZscpM LSL 431 z /5 0.26 ZscpM LSL 431 z 0.0414 37.4 (1+0.02)-3/4 0.26+0.0414 37.953+0.0414 23 ZscpM LSL 431 z /5 0.20 ZscpM LSL 431 z 0.04 16.7 (1+0.02)-3/4 0.20+0.04 16.88+0.04 2） 凹模深度尺寸 由塑料模具技术手册得出聚碳酸酯的一般精度等级为 4 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的深度尺寸 Hs=13.63 ，所以查表得 =0.18 按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式 zscpM HSH 321 式中 HM 凹模的深度尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Hs 塑件高度公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模深度制造公差， 已知 Hs=13.63 Scp=0.02 =0.18 所以 z= /5=0.036 HM=(1+0.02) 13.63 2/3 0.18+0.036 =13.7826+0.036 而另外一个高度尺寸为 4mm，查表得 =0.14 ，因为： Scp=0.02 =0.14 所以 z= /5=0.028 HM=(1+0.02) 4-2/3 0.14+0.028 =3.987+0.028 以下为其他型腔深度尺寸计算 zscpM HSH 321 z /5 0.14 zscpM HSH 321 z 0.14/5 0.028 =(1+0.02) 5.86-2/3 0.14+0.028 =5.8832+0.028 24 zscpM HSH 321 z /5 0.16 zscpM HSH 321 z 0.16/5 0.032 =(1+0.02) 7-2/3 0.16+0.032 =7.034+0.032 zscpM HSH 321 z /5 0.14 zscpM HSH 321 z 0.14/5 0.028 =(1+0.02) 5-2/3 0.14+0.028 =5.006+0.028 （ 2） 按平均收缩率计算型芯尺寸 1）径向尺寸 由塑料模具技术手册得出聚碳酸酯的一般精度等级为 4 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的内径尺寸 型芯长为 81.47mm 按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式 zscpM LSL 431 式中 LM 组合型芯的径向尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯制造公差， 已知 Ls=81.47 Scp=0.02 =0.44 所以 z= /5=0.088 zscpM LSL 431 =(1+0.02) 81.47+3/40.44-0.088 =83.4294-0.088 型芯的径向尺寸是 54.4 时，查表得 =0.32， z 凹模制造公差（ mm） , 取 /5=0.064。依据上面的公式得出： zscpM LSL 431 =(1+0.02) 54.4+3/4 0.32-0.064 =55.728-0.064 25 以下为其他型芯（包括镶件）径向尺寸： zscpM LSL 431 z /5 0.26 zscpM LSL 431 z 0.26/5 0.0414 （ 1+0.02） 37.4+0.75 0.26-0.0414 38.343-0.0414 zscpM LSL 431 z /5 0.20 zscpM LSL 431 z 0.20/5 0.04 （ 1+0.02） 16.74+0.75 0.20-0.04 17.2248-0.04 zscpM LSL 431 z /5 0.22 zscpM LSL 431 z 0.22/5 0.044 （ 1+0.02） 20+0.75 0.22-0.044 20.565-0.044 zscpM LSL 431 z /5 0.12 zscpM LSL 431 z 0.12/5 0.024 （ 1+0.02） 1.34+0.75 0.12-0.024 1.4568-0.024 zscpM LSL 431 z /5 0.20 zscpM LSL 431 z 0.20/5 0.04 （ 1+0.02） 17.15+0.75 0.20-0.024 17.634-0.04 26 zscpM LSL 431 z /5 0.28 zscpM LSL 431 z 0.28/5 0.0416 （ 1+0.02） 43.08+0.75 0.28-0.0416 44.1516-0.0416 zscpM LSL 431 z /5 0.26 zscpM LSL 431 z 0.26/5 0.0412 （ 1+0.02） 32.5+0.75 0.26-0.0412 33.345-0.0412 2）型芯高度尺寸 由塑料模具技术手册得出聚碳酸酯的一般精度等级为 4 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 根据前面所设计凸模的高度为 13.68mm 按照 平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式 0321zscpMHSH 式中 HM 组合型芯高度尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Hs 塑件孔深度公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯高度制造公差， 已知 Hs=12.20 Scp=0.02 =0.18 所以 z= /3=0.06 0321zscpMHSH =(1+0.02) 13.68+2/3 0.18-0.06 =14.0736-0.06 以下为其他型芯高度尺寸 0321zscpMHSH z= /3 0.16 27 0321zscpMHSH z= /3 0.053 （ 1+0.02） 8.14+2/3 0.16-0.053 8.4088-0.053 0321zscpMHSH z= /3 0.16 0321zscpMHSH z= /3 0.053 （ 1+0.02） 6+2/3 0.16-0.053 6.126-0.053 0321zscpMHSH z= /3 0.14 0321zscpMHSH z= /3 0.047 （ 1+0.02） 5.5+2/3 0.14-0.047 5.713-0.047 6.5 模具强度的校核 在注塑的过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致 塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。由于流道分布为平衡式，且型芯中有镶块，故采用整体式矩形型腔。 6.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算 LP 图 6-3 整体式矩形型腔 1利用刚度公式计算 28 31314 EC a paE pCaS （ mm） 式中 S 矩形型腔的侧壁厚度， mm； a 型腔侧壁受压高度， 20 mm； p 型腔压力， 30MPa； E 模具材料的弹性模量，碳钢为 2.1 105MPa； 刚度条件允许变形量， 0.05mm； L 型腔长边长度 220 mm； C 常数，由 /之值决定，可查工具书，也可用以下公式计算： 96/2 /3 44 aLaLC 查得为 0.930 3563131405.0101.2103020930.020 EC a paEpCaS 35.5 2利用强度公式计算 212)1( WPLS 6502122m a x S WPL 式中 S 矩形型腔的侧壁厚度， mm； 短边 /长边之比值，即 b/L=8/11 0.73； W 系数，查表得： 0.176 模具材料的许用应力，碳钢为 200MPa。 mmS 2.356502)176.073.01(30220 21 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用 35.2mm这个尺寸。 6.5.2 整体式型腔底板厚度计算 29 图 6-4 1利用刚度公式计算 314| EPbCh 式中 h 型腔底板厚度， mm； P 型腔压力， 30MPa； b 矩形板受力短边长度， 160mm； L 矩形板受力长边长度， 220 mm； E 模具材料的弹性模量， 2.1 105MPa； 刚度条件允许变形量， 0.05mm。 C| 由 L/b之值决定的常数，查表得： 0.0209 mmE PbCh 3495.3305.0101.2 160300209.03154314| 2利用强度公式计算 212 )1(2 Pbh 21612 222m ax hPb 式中 h 型腔底板厚度， mm； P 型腔内压力， 30MPa； 短边 /长 边之比值，即 b/L=8/11 0.73； 模具材料的许用应力，碳钢为 200MPa。 mmPbh 3.7)73.01(2162 30160)1(2212212 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用 7.3mm这个尺寸。 30 7 导向机构的设计 7.1 合模导向零件机构的作用 1.定位作用 模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸正确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整 。 2.导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。 3.承受一定的侧向压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大是，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。 4.保持机构运动平稳 对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。 5.承载作用 当采用推件板脱模或双分型面模具时，导柱有承受推件板和型腔板的作用。 7.2 导柱导向机构 7.2.1 导柱 （ 1）导柱的设计 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.为使导柱能顺利地进入导向孔，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30。 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 Ra0.4 m。 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。 （ 2）导柱的结构形式 导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置保证模具运动导向精度的圆柱形零件。 导柱的基本机构形式有两种形式。一种是带有轴向定位台阶，固定段与导向段具有同一公称尺寸、不同公差带的导柱，称为带头导柱。另一种是轴向定位台阶，固定段尺寸大于导向段导柱的导柱，称 31 为带肩带油槽导柱。该夹板模具导柱的结构如图 7-1 所示： 图 7-1 采用带头导柱，其结构较为简单，导柱与导套相配合，导套固定孔直径与导柱固定孔直径相等，两孔可同时加工，确保同轴度的要求。 （ 2）导柱的结构和技术要求 1）长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出 812mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯进入型腔。 2）形状 导柱前端应做成锥台状或半球形，以使导柱顺利进入导向孔。 3）材料 导柱应具有硬而耐磨的表面， 坚韧而不易折断的内芯，因此多采用 20钢经渗碳淬火处理或 T8、 T10钢经淬火处理，硬度为 5055HRC。导柱固定部分表面 Ra 为 0.8 m，导向部分表面粗糙度 Ra 为 0.8-0.4 m。 4）数量及布置 导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的 1-1.5倍），为确保合模时时只按一个方向合模，导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱 对称布置，本设计中采用不对称分布，如图 7-2所示： 图 7-2 导柱分布图 5）配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用 H7/m6 或 H7/k6的过渡配合 ；导柱的导向部分通常采用 H7/f7或 H8/f7的间隙配合。 7.2.2 导套 32 导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动蹈乡精度的圆套形零件。 （ 1）导套的设计 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 。 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 Ra0.4 m。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。 （ 2）导套的结构形式 导套常用的结构形式有两种，一种是不带轴向定位台阶的导套，称为直导套。另一种是带轴向定位台阶的导套，称为带头导套。直导套多用于较薄的模板 ，比较厚的模板应采用带头导套。 由于本设计中导套经过的定模板较厚，采用的是带头导套。 此模具导套的结构如图 7-3所示： 图 7-3 （ 2）导套结构和技术要求 1） 形状 为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。导柱孔最好做成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。 2） 材料 导套用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为 Ra0.8 m。 3） 固定形式及配合精度 该封头模具采用 H7/r6配合镶入模板，并在台肩处装上紧定螺钉来固定。 33 8 脱模机构、复位机构的设计 塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。 8.1 推出机构的组成 1.推出机构的组成 推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的 零件称为推出零件。常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。 2.推出机构的分类 推出机构可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。手动推出机构是模具开模后，由人工操纵的推出机构塑件，一般多用于塑件滞留在定模一侧的情况；机动推出机构利用注射机开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模；液压和气动推出机构是依靠设置在注射机上的专用液压和气动装置，将塑件推出或从模具中吹出。推出机构还可以根据推出零件的类别分类，可分为推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、成型推 杆（块）推出机构、多无综合推出机构等。另外，也可根据模具的结构牲来分类。 3.推出机构的设计原则 推出机构应尽调协在动模一侧。 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。 1） 保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。 2） 机构简单动作可靠 推出 机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利地脱模。 3） 良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设置在塑件内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。 4）合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。 34 4、制品推出的基本方式 1）推杆推出：推杆推出时一种基本的也是一种常用的制品推出方式。常用的推杆形式有圆形、矩形、“ D”形。 2）推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构 。推件板推出部分的形状根据制品形状而定。 3）气压推出：对于大型深型腔制品，经常采用或辅助采用气压推出方式。 8.2 本模具的推出机构 1.采用普通推杆，每个塑件由 9个推杆，共为 36个； 2.推杆应设在脱模阻力大的地方； 3.推杆应均匀布置； 4.推杆应设在塑件强度、刚度较大处； 5.推杆直径与模板上的推杆孔采用 H8/f7或 H8/f8的间隙配合； 6.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 0.05 0.10mm； 7.推杆与推杆固定板，通常采用单边 0.5mm的间隙（由于该套模具各 塑件的 5个推杆分布比较紧凑，故采用单边 0.25mm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； 8.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。 8.3 脱模阻力的计算 塑件壁厚与其内孔直径之比大于 1/20，为厚壁壳体形塑件，且塑件断面为圆环形，故所需脱模力的计算公式如下：（分别 计算定、动模上型芯的脱模阻力） BKK fLRQ 10)1( )t a n(c o s2 12 式中 E 拉伸模量， PC为 6.5 成型平均收缩率，为 2% t 塑件的平均厚度，约为 2.6mm L 塑件包容型芯的长度，分别为 6mm、 5.5mm 泊松比， 0.38 脱模斜度，为 2 f 塑料与钢材之间的摩擦因数，为 0.3 R 型芯大小端的 平均直径，分别为 R1=2.5/2=1.25mm R2=4.2/2=2.1mm 35 B 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ cm2），当塑件底部有通孔时， 10B项应视为零 K1 由 f和 决定的无因次数，可由下式计算： c o ss in11 fK 1 K2 由 （ =R/t）和 决定的无因次数，可由下式计算 c o s2c o s2222 K 分别为 6.34、 5.94 代入得 Q=768.36N 0.768.36kN 根据本模具的设计，本模具的动力机构完全可以克服脱模力，本脱模机构设计完全符合标准，具体图参看装配图。 8.4 复位机构设计 有脱模机构就必须有复位机构，复位机构得作用主要是脱模后回到合模状态以进行下一次注射，本模具中有侧向抽芯机构，因此必须考虑复位时，推杆与滑块的干涉问题，所以采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种先行复位机构，这样可以有效避免干 涉问题，其示意图如图 8-1所示。 导杆 弹簧 图 8-1 弹簧复位机构示意图 36 9 侧向分型与抽芯机构的设计 凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作的机构，统称为侧向分型抽芯机构，从广义上讲，他是实现塑件脱模的装置。这类模具脱出塑件的运动有两种情况：一种是开模时首先完成侧向分型或抽芯，然后推出塑件；第二种是侧向抽芯或分型于塑件推出同步进行。 9.1 机构分类及机构选择 侧向分型机构类型很多，通常按动力来源分三种类型，其中以机动侧向分型机构 最为常用。 1. 手动侧向分型抽芯机构 设有此类分型抽芯机构的模具结构比较简单，且生产率低，劳动强度大，抽拔力有限，故在特殊场合才采用。 2. 机动侧向分型抽芯机构 一般指借助注射机的开模力或顶出力于合模力进行模具侧向分型、抽芯及复位动作机构。这类机构经济性好，效率高，动作可靠，适用性强。其主要形式有：弹簧分型抽芯、斜销分型抽芯、弯销分型抽芯、斜滑块分型抽芯、齿轮齿条分型抽芯等。其中以斜销分型抽芯用的最广泛。 3. 液压（气压）侧向分型抽芯机构 系指以压力油（或压缩空气）作为动力源，驱动模具进行侧向 分型、抽芯及复位的机构。这类机构的主要特点是抽拔距离长，抽拔力大，动作灵活，不受开模过程限制，常在大型注射模中使用。如注射机本身带有备用液压缸，尤为适用。 根据本模具实际情况，选择机动侧向分型抽芯机构中的斜销分型抽芯机构为最优选择。形式如图所示： 9.2 抽拔距与抽拔力及机构组成 9.2.1 抽拔距 将侧向型芯或拼合凹模（滑块）从成形位置抽拔或分开至不妨碍脱模位置的距离称为抽拔距。一般抽拔距取侧孔深度加 2 3mm，这里取 2mm，如图 9-1所示为本塑件的抽拨距： 图 9-1 侧型芯抽拔距 37 本塑件孔深为 17mm，且为通孔。由于相对塑件本身来说比例比较大，所以在设计抽芯机构的时候还得设计一个定位机构，超出孔面 2mm为最佳设计。 抽芯距的计算公式如下： 321 SS 式中 S 抽芯距， mm； S1 取出塑件最小尺寸， 19mm； 21219 S 9.2.2 抽拔力 抽出侧向型芯或分离侧向凹模所需的力称为抽拔力，抽拔力的计算与脱模力计算相同，抽拔力的计算公式如下： BKK fLRQ 10)1( )t a n(c o s2 12 式中 E 拉伸模量， PC为 6.5 成型平均收缩率，为 2% t 塑件的平均厚度，约为 2.6mm L 芯的直径，为 1mm 泊松比， 0.38 脱模斜度，为 2 f 塑料与钢材之间的摩擦因数，为 0.3 R 芯的平均直径，为 1mm B 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ cm2），当塑件底部有通孔时， 10B项应视为零 K1 由 f和 决定的无因次数，可由下式计算： c o ss in11 fK 1 K2 由 （ =R/t）和 决定的无因次数，可由下式计算 c o s2c o s2222 K 分别为 5.62 代 入得 Q=534.23N 0.534.23kN 9.2.3 斜导柱驱动的结构组成 38 1斜导柱 斜导柱的斜角一般为 15 20，最大不得超过 25，本设计采用 20，斜导柱的尺寸如图 8.2 所示，在本设计中，由于抽芯比较小，经过校核直径为 9mm,完全符合其强度，刚度的要求，但在模具中则考虑其他尺寸的装配，材料多采用优质钢材 T8A、 T10以及 20 号钢渗碳处理，淬火硬度HRC55 以上 。 表面粗糙度要求 Ra1.6。具体形式如下： 图 9-2 （ 2） 滑块 滑块是可动零件，滑块与侧型芯既可以做出整体式，也可以做出组合式，滑块长度（运动方向）应为宽度的 1.5倍，高度须为宽度的 2/3，以防运动时发生偏斜。本设计的是整体式滑块，如图所示，对于成形部分采用组合式，材料采用 T8A 钢，成形部位采用局部热处理达到要求硬度。为了把芯加上去，本设计中在滑块的内侧钻两个螺孔。在说明书上不表示出来，具体可以参考零件图。 图 9-3 3导滑槽 导滑槽是维系滑块运动方向的 支撑零件，因此要求滑块在导滑槽内运动平稳，无上下窜动和卡紧现象。对导滑槽与滑块的配合要求运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，因此本设计采 39 用 T 型导滑槽，其结构如图 25 所示。导滑部分的表面应有足够硬度，但在本设计中，滑块成形了塑件的外形为了减少制造成本，所以导滑槽的导滑部分表面硬度应稍低滑块的硬度。导滑槽块通过螺钉固定在动模上。AAA-AA 图 9-4 4楔紧块 当塑料熔体注射入型腔，它以很高的压力作用于型芯和瓣合模，迫使滑块外移。作用力等于塑料压 力和沿滑动方向塑料作用在型芯或模块上投影面积的乘积。由于斜导柱的刚度较差，故常采用楔紧块面来承受这一侧向推力，同时斜导柱的精度不能保证滑块准确定位，而精度较高的楔紧面在合模时能确保滑块位置的精确性，其斜度一般比斜导柱大 2 3本设计采用大 2，本设计在楔紧块的一侧加一块防滑板，以减小对其的摩擦，其示意图如图 26 所示。 图 9-5 9.3 斜导柱的长度和最小开模行程的计算 1斜导柱的长度计算 当滑块抽出的方向与开模方向垂直时，斜导 柱的长度计算公式如下： 40 1510s inc o s2 ShtgdDL 式中 L 斜导柱的总长度， mm； D 大端的直径， mm； S 抽拔距， mm； d 导滑段的直径， mm； h 固定模板厚度， mm； 斜导柱的倾斜度， 20。 92151020s i n 1920c o s 35202 912 tgL 2最小开模行程计算 最小开模行程是指抽出侧滑块所必需的开模运动距离 H，其公式如下： ctgSH 式中 H 最小开模行程， mm； S 抽拔距， mm； 斜导柱斜度， 20。 mmctgH 522019 9.4 斜导柱的受力分析 斜导柱受力分析图如图 9-6 所示： NFfFQFp 图 9-6 斜导柱受力分析图 41 1斜导柱承受的弯曲力的计算公式如下： c o ss in2c o s 1 2 ffFN Q 式中 N 斜导柱承受的弯曲力， N； Fp 脱模力， N Ff 斜导柱和滑块的滑动摩擦力， N FQ 总抽拔力， N； f 斜导柱与滑块的摩擦因数， 0.15； 斜导柱的斜度， 30。 NN 1.67330c o s15.030s i n15.0230c o s 123.534 2 由于有两根斜导柱，所以每一根受的力为 336.55N。 2斜导柱强度校核 其公式如下： 311.0 dLNWM 式中 斜导柱的强度， MPa； L1 力臂长度， m； d 斜导柱直径， m。 MP a6.161009.01.0 035.055.336 3 而钢材的许用应力为 200MPa，所以选取的斜导柱直径符合要求。 42 10 冷却系统的设计 无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量也比较高。为了使模温能控制在一个合 理的范围内，必须设计模具温度达到调节系统。 冷却系统的设计是对模具进行冷却调节，从而达到控制模温的目的。对模具的冷却与塑料品种，塑件的形状与尺寸、生产效率及成型工艺对模具的要求有关。 10.1 冷却系统的计算 塑料传给模具的热量与自然对流到空气中的模具温度、辐射到空气中的模具热量及模具传给注塑机的热量的差值即为用冷却水扩散的热量。 忽略模具因空气对流、热辐射以及与注塑机散发的热量，不考虑模具金属热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略的计算。 根据设计要求，此注射模用于成形 PC 制品，用常温（ 20C）水作为模具 冷却介质，其出口温度为 27C，并且冷却水在通道内呈湍流状态，模具宽度为 350mm需要设计冷却水孔直径 d及开设的冷却水孔数。 查手册 模具的温度为 80 110C，则平均温度为 95C。成型周期为 30s 查手册 PC 成型时放出的热量 i=2.9 102 kJ/kg 这里取 2.9 105J/Kg。 1.单位时间内注入模具中的塑料质量 G（ Kg/h） 成形周期约为 T 30s n=120 m=45.05 60 1.05 10-3=2.838 kg G=n V =120 47.56 1.2 10-3 =6.8 kg 取 G=7 Kg Q=Gi=7 2.9 105=20.3 105 2.求冷却水的体积流量 V 由下式得 )(60 21 ttC iGV =)2027(4 1 7 81060103.2035 =0.00175m3/min V 冷却水的体积流量（ m3/min） G 单位时间内注入模具的塑料质量（ Kg/h） i 塑料成型时在模内释放的热焓量 （ J/Kg） C 冷却水的比热容（ J/Kg K） 冷却水的密度 （ Kg/m3） t1 冷却水的出口温度 （ C） t2 冷却水的进口温度（ C） 43 3.求冷却水孔直径 根据体积流量 ,有表查找和冷却水道要易于加工清理，一般水道的孔径为 8mm左右 ,由于本模具 A 板与模仁比较薄，选冷却水孔直径 d=6mm 4.求冷却水在水孔内的流速 = smdV /34.0120006.014.3 00175.044 22 根据手册，计算出来的流速偏小，可以适量取大，取 0.5m/s 比较合适。 5.冷却水孔总传热面积 A由下式计算： A=G i /3600 （ T -T ） =5.8 105/3600 1.3 103（ 27-22） = 0.0245m2 式中： A 冷却水孔的总传热 面积 m2 G 单位时间内注入模具中的塑料质量（ kg/h） i 塑料成型时在模内释放的热焓量（ J/kg） T 模具热度（） T 冷却水的平均温度（） 冷却孔壁与冷却水间的传热系数 为 1.3 103 6.求模具上应开设的冷却管道的孔数 dLAn 0.0245/3.14 0.006 0.35 3.7 4 10.2 冷却系统的结构与布置 1.冷却通道设计的基本原则 （ 1）冷却通道离凹模 既不能太远有不能太近，以免影响冷却效果和模具的强度。通常其边距为10-20mm。 （ 2）冷却通道的不应通过镶块和镶块接缝处，以防止漏水。 （ 3）冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应畅通无阻。冷却通道直径一般为 8mm左右。进水管直径的选择，应使进水处的流速不超过冷却通道中的水流速度，要避免过大的压力降。 （ 4）水管的接头部位，要设置在不影响操作的方向，通常朝向注射机的背面。 （ 5）水管与水嘴的连接处必须密封，防止漏水。 （ 6）进出口冷却水温差不宜过大，避免造成模具表面冷却不均匀。 （ 7）冷却水道至型腔表面 距离应尽量相等。 2.冷却装置的结构 塑料制件的形状是多种多样的，对于不同形状的塑件，冷却水道的位置与形状是不一样的。封头塑件属于中等深度的塑件，当考虑到塑件较小，壁厚不大，分型面为一平面，且定模上有镶块，采用 44 只在定模板一侧等距离钻孔的形式。其分布如图 10-1 所示： ? 25 H 7/ m 6?5H7/f7? 4 H7/f7? 3 H7/f7? 30 H 7 /k6? 30 H 7/ f7? 42 H 7 /n 6B - B BBAACC CCBBBBBB 图 10-1冷却水管布置 45 11 塑件质量的分析 1.合格的塑件应满足的要求 （ 1）尺寸、粗糙度符合图纸要求； （ 2）形状完整无缺，表面光泽平滑，不得产生不允许的各种成形缺陷及 弊病； （ 3）推杆残留凹痕不得过深，一般不的超过 0.5mm，不存在推出不良和脱模不良等弊病； （ 4）飞边不得超过规定要求 （ 5）保证塑件质量稳定 2.模具性能 （ 1）各工作系统坚固可靠，活动部分灵活平稳，动作互相协调，定位起止正确，保证稳定正常工作，满足成型要求和塑件质量及生产效率； （ 2）脱模良好，塑件留落方向符合设计要求 （ 3）嵌件安装方便，可靠，正确； （ 4）对成型条件及操作要不苛刻，便于掌握投产； （ 5）各主要受力零件有足够强度及刚性； （ 6）模具安装平稳性好，调整方便，工作安全； （ 7）加料、取 料把及塑件方便安全； （ 8）消耗塑料少； （ 9）配件及附件的使用性能良好 3.次品分析 表 11-1 次废品原因分析 名称 原因分析 填充不足：主要由于供料不足、融料填充流动不良，充气过多及排气不良等原因导致填充型腔不满，塑件外型残缺不完整。 1.装料不足，装料不匀或不易成型部位装料少； 成型压力小或预热过度、不足或不匀； 2.塑料流动性太差； 3.塑料内含水分及挥发物多。 ； 气泡：融料内充气过多或排气不良，导致塑件内残留气体，并呈笔记较小或成串的空穴。 1. 塑料含水分及挥发物多，预热不良； 2. 料温高，加热时间长，塑料降解分解； 3. 注射速度快。； 表面波纹：融料沿模具表面不是平滑流动填充型腔，而是成半固化波动状态沿型腔表面流动或融料有滞流现象。 1. 塑料流动性差； 2. 料温、模温、喷嘴温度低； 3. 供料不足。 46 续表 11-1 名称 原因分析 翘曲，变形：脱模不良，冷却不足，素件强度不足模具变形等原因使塑件形状畸变，翘曲不平或型孔偏，壁厚不均匀等现象。 1. 模温高，模具应冷却； 2. 塑料塑化不匀， 供料不足或过量； 3. 成型温度范围小，冷却时间短，脱模时 塑件受力不匀或脱模后冷却不当 黑点、黑条：塑料分解或料中可燃性挥发物，空气等作高温高压下分解燃烧，在塑件表面呈现黑点，黑条纹 1. 塑料分解； 2. 料筒、喷嘴及模具具有死角滞料分解。 脱模不良：由于填充作用过强，模具脱模性能不良等原因，使塑件脱模困难或脱模后塑件变形、破裂 成型时间太短喷嘴与浇口套间有加料。粘附浇口套。 有杂质、异物； 塑料顶分解变质； 预热时混入异物。 表面不光泽：模具粗糙度不良，融料和模具不密合，料温及模温不当使塑件不光亮， 呈乳白色或发乌 塑料含水分，挥发物过多； 塑料流动性差； 料温及模温过高或过低。 47 12 注射模具选材 1、塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材 表 11-2 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 说明 型腔 型芯 45 调质 216 260HB 用于形状简单、要求不高的型腔、型芯 淬火 43 48HRC T8A、 T10A 淬火 54 58HRC 形状简单的小型腔、型芯 CrWMn 40Cr 4Cr5MoSiV 淬火 54 58HRC 用于形状复杂、要求热处理变形小的型腔、型芯或镶件 20CrMnMo 渗碳 淬火 20CrMnTi 2、模板零件的选材 表 11-3 3、浇注系统零件的选材 主流道衬套 T8A、 T10A 淬火 53 57HRC 4、导向零件的选材 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 垫板（支承板） 45 淬火 43 48HRC 动、定模板 动、定模座板 45 调质 230 270HB 固定板 45 调质 230 270HB Q235A 垫块 45、 Q235A 推件板 T8A、 T10A 淬火 54 58HRC 45 调质 230 270HB 48 表 11-4 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 导柱 T8A、 T10A 淬火 50 55HRC 20 渗碳、淬火 56 60HRC 导套 T8A、 T10A 淬 火 50 55HRC 推板导柱 推板导套 T8A、 T10A 淬火 50 55HRC 5、侧向分型与抽芯机构的选材 斜滑块 40Cr 淬火 54 58HRC 6、推出机构零件的选材 表 11-5 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 推杆 T8A、 T10A 淬火 54 58HRC 推板 45 淬火 43 48HRC 推块、复位杆 45 淬火 43 48HRC 推杆固定板 45、 Q235A 7、其它零件 1 定位圈 45 钢 2 各 销 35 钢 热处理后硬度 28 38HRC 3 各螺钉 45 钢 淬火 硬度 43 48HRC 4