瓶塞注射模设计说明书

II摘 要模具技术已成为衡量一个国家工业发展水平高低的重要标志，而注塑模具越来越显示出不可比拟的优越性。此文首先介绍了国内外模具技术的现状及存在的问题，并提出了今后模具技术的发展趋势，其次，以瓶塞注射模设计为例，阐述了注射模设计的详细过程。设计中运用了先进的 CAD/CAM/CAE 技术，对注塑模进行了优化，理论上分析了注射成型中塑料制品易出现的问题，比如浇口尺寸、注射压力和注射速率对收缩和翘曲的影响，并提出了相应的解决对策。关键词： 注塑模具；模具 CAD/CAM/CAE；注射成型；塑料制品IIIABSTRACTThe level of a cuntrys industry was mostly determined by die & mould technology. But injection die & mould demonstrates its incomparable superiority,more and more.Firstly,this articl introduced the current situation and problems of die & mould technology, and put forward the development trend of die & mould technology. Secondly, take the injection die & mould designing about lid of barrel for exemple, elaborate the detailed process of injection die & mould design. In the design has utilized the advanced CAD/CAM/CAE technology,and has optimized the injection die & mould. Theoretically analyzed the plastic products questions in the injection molding. For exemple, plastic products shrinkage and warpage were Influenced by the factors about size of gate、injection speed 、injection pressure and so on, and then the corresponding solution to be followed.Keywords: Injection die & mould demonstrates；moulds/CAD/CAMCAE；Injection moulding； Plastic product IV目 录前 言 .I摘 要 .II1 塑件的分析 .11.1 塑料 ABS .11.1.1 基本特性： .11.1.2 成型特点： .11.1.3 主要技术指标： .21.1.4 ABS 的成型条件 .21.2 ABS 的注射工艺参数： .21.3 塑件的形状尺寸 .32. 型腔数目确定及排布图 .52.1 行腔的布局 .52.2 侧浇口 .63. 分型面的选择 .73.1 分型面位置的确定 .73.2 型腔数目的确定 .83.2.1 塑件尺寸精度 .83.2.2 模具制造成本 .83.2.3 注塑成形的生产效益 .83.2.4 制造难度 .83.3 型腔的布局 .94. 浇注系统的设计 .104.1 主流道设计 .104.2 分流道的设计 .104.3 浇口的设计 .104.3.1 浇口的主要作用 .104.3.2 点浇口具有如下优点： .114.4 浇注系统设计原则 .115. 注射机的型号和规格 .125.1 注射机的技术规格： .126. 成型零部件的结构设计和工作尺寸计算 .136.1 成型零件的结构设计 .136.2 产生偏差的原因： .136.3 成型零件的强度、刚度计算 .157. 导柱导向机构的设计 .167.1 导柱导向机构的作用： .16V8. 推出机构的设计 .188.1 推出机构推出机构的组成与分类 .188.2 设计原则： .188.3 脱模力的计算： .189. 温控系统设计 .209.1 冷却系统 .209.2 冷却介质 .209.3 冷却系统设计原则 .2010. 注射机的校核 .2210.1 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 .2210.2 模具厚度校核 .2210.3 开模行程校核 .2211. 模具材料的选用 .2311.1 模具材料选用原则 .2311.2 本套塑料模具的选材及热处理 .2311.3 该套模具所用材料的性能比较 .2412. 模具的工作过程 .25结束语 .26参考文献 .27致 谢 .2811 塑件的分析 1.1 塑料 ABSABS 中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。1.1.1 基本特性：ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯 3 种单体合成的。每种单体都具有不同性能：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性，使 ABS 坚韧；苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度，使 ABS 有良好的加工和染色性能。ABS 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对 ABS 几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，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。ABS 表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，性能：综合性能较好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工，与此相反 372 有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件，且表面可镀铬。用途：适于制作一般机械零件、减摩耐摩零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。1.1.2 成型特点：1）无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。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。流动性中等，溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好） 。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左右，比聚苯乙烯易分解） ，对要求精度较高塑件，模温宜取 5060，要求光泽及耐热型料宜取 6080。注射压力应比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射机时料温为 180230，注射压力为 100140MPa，螺杆式注射机则取 160230，70100MPa 为宜。2模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力过大机械加工时塑料件表面呈现“白色”痕迹（但热水中预热可消失） ，在成型时的脱模斜度2，收缩率取0.5。1.1.3 主要技术指标：比重：1.021.16g/cm 3。 比容：0.860.98cm 3/g。吸水性：0.20.4% (24h)。熔点：130160 oC。热变形温度：4.610 5Pa- 130160oC。18.5105Pa- 90108oC。抗拉屈服强度(10 5Pa): 500拉伸强度模量：1.810 4 Mpa弯曲强度：80010 5Pa1.1.4 ABS 的成型条件表 1 ABS 的成型条件注射成型机类型 螺杆式密度（ ）3kgdm 1.031.07计算收缩率 0.30.8温度() 8085预热时间(s) 23后段() 150170中段() 165180料筒温度前段() 180200喷嘴温度() 170180模具温度() 5080注射压力(MPa) 60100注射时间(s) 2090高压时间(s) 05冷却时间(s) 20120成型时间总周期(s) 50220螺杆转速（r/min） 30适用注射机类型 螺杆式、柱塞式均可方法 红外线灯、烘箱温度（） 70后处理时间（h） 241.2 ABS 的注射工艺参数：注射机类型： 螺杆式螺杆转速： 3060 r/min喷嘴形式： 直通式喷嘴温度： 190200oC3料筒温度： 前 200210oC中 210230oC后 180200oC模温： 5080 oC注射压力： 70120Mpa保压力： 5070Mpa注射时间(s)： 35保压时间(s)： 1530冷却时间(s)： 1530成型周期(s)： 4071.3 塑件的形状尺寸壁厚:塑件图如下页所示：塑件的工作条件对精度要求较低，根据 ABS 的性能可选择其塑件的精度等级为5 级精度（查阅塑料成型工艺与模具设计P 66表 3-8） 。其密度为 1.01.1g.cm3经计算得塑件的底面积为：S 塑 =530.66mm2得塑件的体积为：V 塑 =1.351cm3塑件的质量为：W 塑 =V 塑 r 塑 =1.5(g)。零件需要的尺寸精度4图 1 塑件图52.型腔数目确定及排布图2.1 行腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时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最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用同一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。已知的体积 V 塑 或质量 W 塑 ，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，综合考虑生产率和生产成本等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔对称性排布。由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用侧浇口。排布图如下图所示：6图 2 型腔数目及排布图2.2 侧浇口 它又称边缘浇口.一般情况下,侧浇口开设在模具的分型面上,从制品侧面边缘进料.它能方便地调整浇口形式.它的截面形状通常采用矩形,73.分型面的选择3.1 分型面位置的确定模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。分型面的选择应注意以下几点：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处 当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。2）保证制件的精度和外观要求与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。3）考虑满足塑件的使用要求注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。4）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适。5）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积。6）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。7）不妨碍制品脱模和抽芯在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的侧凹或侧孔。一般机械式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。8）有利于浇注系统的合理处置。尽可能与料流的末端重合，以利于排气。9）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。8塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模的角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模。而且不影响塑件的量和外观形状，以及尺寸精度。图 3 分型面3.2 型腔数目的确定型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯。其数目的决定与下列条件有关：3.2.1 塑件尺寸精度 型腔数越多时，精度也相对地降低。3.2.2 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。3.2.3 注塑成形的生产效益多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。3.2.4 制造难度多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。9塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和形状的复杂程度。该塑件精度要求一般（MT3） ，又是大批量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，采用一模八腔的模具形式。考虑到塑件的结构特点，有侧向分型。为了便于脱模，型腔的排列方式采用双列直排。这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。3.3 型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时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最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用同一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。104.浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是浇注系统的设计。普通流道浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。4.1 主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计要点为：1）主流道圆锥角 =23对流动性 差的塑料可取 36，内壁粗糙度为Ra0.63um。主流道大端呈圆角，半径 r=13mm，以减小料流转向过渡的阻力。2）在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于 60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。3）对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座采用 H7/m6 过渡配合，与定位圈的配合采用 H9/f9 间隙配合。4.2 分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口是也要设置分流道。4.3 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。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量有很大的影响。4.3.1 浇口的主要作用1）熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。2）易于切除浇口尾料。3）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口除了能用来平衡进料外，还能用以控制熔接痕在制品中的位置。11浇口的截面积一般很难用理论公式计算，通常要根据经验公式确定，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%，截面形状通常为矩形或圆形。浇口长度为 0.52mm，表面粗糙度 Ra 不低于0.4um。具体浇口截面尺寸应根据不同的浇口类型来确定。在进行浇口设计时要遵循以下几个基本原则：1）应开设在使型腔各个角落同时充满的位置。2）应开设在制品较厚的部位，以利于补缩。3）应有利于型腔气体的排出。4）开设在不影响制品外观的部位。5）不要开设在制品承受弯曲载荷或冲击载荷的部位。6）尽量选在避免产生熔接痕的位置。浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下 11 种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。因为本设计的塑件表面质量要求较高，外表面不得有熔接痕、气痕、飞边等缺陷产生，有较高的光亮要求，故采用点浇口。点浇口是截面形状小如针点的浇口，应用范围十分广泛。4.3.2 点浇口具有如下优点：1）可显著提高熔体的剪切速率，使熔体黏度大为降低，有利于充模。这对于PE、PP 、PS 和 ABS 等对剪切速率敏感的熔体尤为有效。2）熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，使熔体的流动性更好。3）有利于浇口与制品的自动分离，便于实现制品生产过程的自动化。4）浇口痕迹小，容易修整。5）在多型腔模中，容易实现各型腔的平衡进料。6）对于投影面积大的制品或者易于变形的制品，采用多个点浇口能提高制品的成型质量。4.4 浇注系统设计原则 1.浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置； 2.尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间； 3.浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，即喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩； 4.避免高压融体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移； 5.浇注系统凝料脱出方便可靠，易于塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤； 6.熔和缝位置须合理安排，必要时配置冷料井获溢料槽； 7.尽量减少浇注系统的用料量； 浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有 IT8 以上精度。125.注射机的型号和规格5.1 注射机的技术规格：表 2 注射机主要技术参数理论注射容量（ ）3cm30螺杆直径（mm） 28注射压力（MPa） 119注射行程（mm） 130注射时间（s） 0.7注射方式 柱塞式合模力（N） 250最大注射面积（cm 2） 90最大开（合）模行程（mm ） 160模板最大距离（mm） 340最大开模行程（mm） 160最大模厚(mm) 180最小模厚(mm) 60喷嘴圆弧（mm） SR12喷嘴孔直径(mm) 2由于塑件的截面厚度较小，不适合采用推杆推出，而采用推件板推出较为合适。因而不宜开设冷料穴，所以拉料杆采用球扣形式。不影响塑件外观质量，依据上述分型面，分流道宜采用圆形截面，在定模固定板上采用浇口套。根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：d=4mm D=8mm R=15mm t=4mmr=2mm l=4550mm L=4050mm初步估算浇注系统的体积，V 浇 =67cm3。其质量约为：W 浇 =V 浇 r 塑 =78g。S=(nW 塑 + W 浇 ) /0.8=1617g。所以，选择用注射机型号为：XS-Z-30。136. 成型零部件的结构设计和工作尺寸计算6.1 成型零件的结构设计注射模具的成型零件系指构成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、成型杆等。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。成型零件作为高压容器，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。6.2 产生偏差的原因：1）.塑料的成型收缩成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。 s=(Smax-Smin)制品尺寸 s 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。Smax、S min 分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。 2） 成型零部件的制造偏差工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。3） 成型零部件的磨损4）. 凸凹模径尺寸计算本产品为抗冲 ABS 制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取 0.8%和 0.3。此产品采用 4 级精度，属于一般精度制品。因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数 x 取值可在 0.50.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT7IT8 级，综合参考，相关计算具体如下：14图 4 零件(Lm3 )0+z = (1+ s )LS3 - 0.5 0+z= (1+0.5%)27- 0.50.24 0 +0.24/4=27.020 +0.06mm(Hm2) 0+z = (1+ )HS2-0.5 0+z= (1+0.5%)2-0.50.120+0.12/4=1.950+0.03mm(hm3) 0+z = (1+ )HS3-0.5 0+z= (1+0.5%)3-0.50.120+0.12/4=2.940+0.03mm(srm)0-z =(1+ ) +0.5 0-z= (1+0.5%)30+0.50.240-0.24/4 = 30.130-0.06 mm(SRM) 0+z = (1+ )SRS-0.5 0+z= (1+0.5%)30-0.50.240+0.24/4=29.900+0.06mm(Hm) 0+z = (1+ )HS-0.5 0+z= (1+0.5%)2-0.50.120+0.12/4=1.940+0.03mm(lm2 )0+z = (1+ s )LS2 - 0.5 0+z= (1+0.5%)22- 0.50.22 0 +0.22/4=220 +0.055mm(lm1)0-z =(1+ )LS1+0.5 0-z= (1+0.5%)19+0.50.220-0.22/4= 19.210-0.055 mm156.3 成型零件的强度、刚度计算一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。因在设计时采用的是整体式圆形型腔。因此，计算参考公式如下:侧壁：按强度计算：按刚度计算：底部：按强度计算：按刚度计算：凸模、型芯计 算公式：按刚度计算：由公式分别计算出相应 的值为：按强度计算得：t c=4.93mm th=4.38mm r=8.52mm按刚度计算得：tc=0.93mm th=1.91mm r=3.97mm参数符号的意义和单位：Pm 模腔压力（MPa）取值范围 5070；E 材料的弹性模量（MPa）查得 2.06105；材料的许用应力（MPa）查得 176.5；u 材料的泊松比 查表得 0.025；成型零部件的许用变形量（mm）查得 0.05；采用材料为 3Gr2W8V，硬度55HRC。注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和较核是必不可少的。 )12(mpcrtpmhrPt43=)(urEtpc341758.0pmhErt3LPrp167.导柱导向机构的设计7.1 导柱导向机构的作用：1、定位件用：模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确，在模具的装配过程中也起定位作用，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。4导柱导套的选择：导柱结约形式及尺寸如下图：合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，必须导向。导柱安装在动模或者定模一边均可。有细长型芯时，以安在细长型芯一侧为宜。通常导柱设在模板四角。导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用。定位作用是为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后时型腔保持正确的形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失败；导向作用则是在动定模合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件。承受一定侧压力（指塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力） 。当侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需要增设锥面定位装置。对于三板模、脱模板脱模等，导柱还要承受悬浮模板的质量。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。17图 5 导柱其材料采用 45 钢经调质，表面淬火，低温回火，硬度为55HRC。导柱固定部分表面粗糙度 Ra 为 08m，导向部分表面粗糙度 Ra 为 0.80.4m。具体尺寸如上图所示。布局形式如右图示：为便于导套与导柱配合后工作时的的排气，在定模固定板的开设通图 6 固定板188.推出机构的设计8.1 推出机构推出机构的组成与分类8.2 设计原则：8.3 脱模力的计算：Fb 塑件对型芯的包紧力；F 脱模时型芯所受的摩擦力；Ft 脱模力； 型芯的脱模斜度。注射成型每一循环中，塑件制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。脱模机构的作用包括脱出、取出两个过程，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把塑料和浇注系统凝料等从模内取出，有时脱出、取出两个动作之间无明显的动作由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。推出机构按动力来源分为手动推出机构、机动推出机构、液压推出机构、气动推出机构；按模具结构分推杆推出机构、推板推出机构、推管推出机构、双推出机构、二级推出机构、带螺纹塑件的推出机构等。制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：1） 尽可能使制品滞留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 2） 防止制品变形或损坏，正确分析制品对型腔的粘附力大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模机构，使推出重心与脱模阻力中心相重合。 3） 力求良好的制品外观，在选择推出位置使，应尽量选择制品的内部或对制品外观影响不大的部位。 4） 机构合理可+靠，运动灵活，制造方便，更换容易，推杆应具有足够的强度和刚度。根据力平衡原理，列出平衡方程式：F x=0Ft+Fbsin=Fcos又： F=F b于是 F t=Fb(cos-sin)而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上包紧力之积，即：F b=Ap由此可得：F t=Ap(cos-sin)19式中： 为塑料对钢的摩擦系数，约为 0.10.3；A 为塑件包容型芯的总面积；p 为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑件 p取 2.43.9107Pa;模内冷却的塑件 p 约取 0.81.2107Pa。所以:经计算，A=379.94mm 2 , 取 0.25,p 取 1107Pa,取 =45 ， 。Ft=379.9410-61107(0.25cos45-sin45)=900.04N.因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。209. 温控系统设计在塑料注射成形中，注射模具不仅是塑料熔体的成形设备，还起着热交换器的作用。模具温度调节系统直接影响到制品的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成形工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。对于大多数要求较低模温的塑料，仅设置模具的冷却系统即可。但对于要求模温超过80C的塑料以及大型注射模具，均需要设置加热装置。9.1 冷却系统一般注射到模具内塑料温度为 200C 左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在 60C 以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙 66 等），因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。ABS 的成型温度和模具温度分别为 200260C、4060C。9.2 冷却介质冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。9.3 冷却系统设计原则冷却水道的开受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制，必须根据模具的特点，灵活地设置冷却装置，其设计要点如下：1) 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。2) 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。根据经验，一般冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水孔直径的 12 倍（常为1215mm） ，冷却水孔中心距约为水孔直径的 35 倍，水孔直径一般为812mm。进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度.避免产生过大的压力降应，应根据模具的具体大小和产品大小状况而定。3) 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。4）浇口出加强冷却。塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。5)应降低进水与出水的温差。一般进水与出水温度差不大于 5。6）合理选择冷却水道的形式。对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂，必须沿制21品收缩大的方向设置冷却回路。7）合理确定冷却水管接头位置。8）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他结构（如推杆孔、小型芯孔等）发生干涉现象。9）冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。10）冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为 10mm 左右，不小于 8mm。据此套模具结构，采用孔径为 8mm 的冷却水道。图 7 冷却水管2210.注射机的校核 10.1 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核注射成型时，塑件在模分型面的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需锁模力也就越大，若超过注射机的允许最大成型面积，则在成型过程中会出现涨模溢料现象。因此有：塑件总的投影面积 nA 与浇注系统的投影面积 之和要小于最大成型面积 1 A2A。 nA +A A124x5.5*5.5*3.14+4x0.6x6=394.34mm29000mm2 满足要求应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力：（nA +A ）PF12T=394.34*55 =21688.7N=21.68KN250KN 满足要求10.2 模具厚度校核模具厚度 H 必须满足：H minHHmax式中 H min注射机允许的最小模厚，即动，定模板之间的最小开距；Hmax注射机允许的最大模厚。H=210mm,H =200mm,M =300mm。符合条件。minmax10.3 开模行程校核由于注射模最大开模行程 S 与模厚无关，因此有：axSH 1+H2+a+(510)mm式中 H 1推出距离（脱模距离） （mm） ；H2包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm） ；a取出浇注系统凝料必须的长度（mm） 。H1=40mm, H2=40mm,a=24mm所以 s=114mm,远小于注射机的最大开模行程 300mm,合适。综上所述，所选择的注射机满足注射要求。2311.模具材料的选用11.1 模具材料选用原则用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：1）机械加工性能优良：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；2）抛光性能优良：没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC 以上） ；3）良好的表面腐蚀加工性：要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；但对一些特殊 塑料；4）耐磨损，有韧性：可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦；5）热处理性能好：具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；6）焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等；7）热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高冷却效果；8）性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。在选择注射模具钢材时，要综合考虑塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。对于塑件生产批量大、尺寸精度要求高的场合，应选用优质模具钢。对于结构复杂或体积比较大的塑件应选用易切削钢。外观要求高的塑件可以选用镜面钢材。11.2 本套塑料模具的选材及热处理见表 3表 3 模具零件及热处理零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 说明动模小型芯 T8A 淬火 58HRC62HRC侧向小型芯 T8A 淬火 58HRC62HRC形状简单的小型腔、型芯下模仁 CrWMn 淬火 54HRC58HRC定模板 45 调质 230270HB 用于形状简单要求不高的型腔动模板 45 调质 230270HB脱浇板 45 调质 230270HB动定模座板 45 调质 230270HB推杆 T8A 淬火 5458HRC 推杆支撑板 45 淬火 4348HRC24零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度 说明推板 45 淬火