毕业论文-塑料气炉开关注塑模具设计

目录摘要3前言42注塑件的设计521产品分析522材料选择523结构设计7231壁厚7232脱模斜度824塑件表面质量83注塑成型的准备931注塑成型工艺简介932注塑成型工艺条件933注塑机的选择11331注塑机简介11332注塑机基本参数11333选择注塑机1234注射机的校核14341最大注塑量的校核14342锁模力的校核14344喷嘴尺寸校核15345模具厚度校核15346开模行程校核154模具设计1641分型面的确定1642型腔数目的确定1643模具材料的选择1744浇注系统设计18441主流道18442分流道19443冷料井19444浇口位置的确定20445浇口的选择2045模架的确定21451型腔壁厚和底版厚度计算21462模架的选用2246导向与定位机构2347顶出系统设计24471脱模力的计算25472推杆脱模机构27473推板厚度的计算2848成型零件设计29481型腔工作尺寸的计算29482型芯工作尺寸的计算3049排气设计32410温度调节系统设计334101温度调节对塑件质量的影响334102对温度调节系统的要求344103冷却系统设计344104冷却水道的设计355模具总装图37结论39参考文献40致谢41附录42摘要本次设计的是“气炉开关注塑模具设计”，主要介绍了塑料气炉开关注塑模具的设计思路和加工过程，主要设计的是气炉开关注塑模具设计，气炉开关注塑模具具有耐高温、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点，是值得人们信赖、常使用的产品，它具有非常大的使用价值。本次设计采用的是注射成形，注射成形是成形热塑加工的主要方法，就是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。在设计过程中，首先对塑料饭盒盒盖塑件进行工艺分析，了解此类型塑料的特性、用途等；设计过程主要使用PRO/E进行塑件的三维造型和塑件分析。流道设计过程中使用了MPA进行塑性流动分析，确定该模具的浇口最佳位置和数量，解决了浇注系统的布局问题。整个模架设计都在PRO/E的外挂模块EMX里完成，在EMX中可以加载标准件，同时可快捷的将3D图转化为2D图，为模具设计节省了大量的时间。提高了设计效率。本文对模具制造和试模过程中可能出现的问题做了详细的分析，并提出了相应的解决方法，并对模具中的主要零件进行了结构设计、分析计算和校核此次设计不仅使我对书本有了进一步的了解，而且让我了解到许多书本上没有的东西，更让我让我所学到的理论与实际结合起来，这为我以后的工作铺下了重要基础，从而让我在此次设计中收益很多。关键词注射成形、型腔、分型面、冷却系统前言模具工业1996年国内外塑料模现状,发雇趋势,市场预测咀及九五国家规划目标与对策关键词皇茎连笪墼塑料模现状模具工业是国民经济的基础工业,受到政府和企业界的高度重视发达国家有模具工业是进人富裕社会的源动力之说,可见其重视的程度当今,模具就是产品质量,模具就是经济效益的观念,已被越来越多的人所接受我国塑料模的发展极其迅速80年已走过国外90年的历程,现已具相当规模塑料模的设计技术,制造技术技术。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，65KG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。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。2注塑件的设计21产品分析功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标该塑件是日用品,要能承受一定的外力,如冲击载荷,振动,摩擦等塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素从图上可以看出该塑件在两端的薄壁处成型比较困难。22材料选择通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等该塑件对材料的要求首先必须是耐磨性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对耐磨性能较好材料的性能对比，如表21所示。表21材料的特性塑料名称PPPVCABS拉伸强度/MPA7890355038弯曲强度/MPA539080断裂伸长率/200204035计算收缩率（）103006100407洛氏硬度（M）11582101弯曲弹性模量/GP变形温度/120115678283103维卡软化点丁耐热温度/6563体积电阻率/CM10146711011691014吸水率001003007040204和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表22所示。表22材料的性能和成型特性比较塑料品种能特点成型特点模具设计注意事项使用温度主要用途聚丙烯（PP）力学性能如屈服强度、抗张强度、抗压强度及硬度等，均优于低压聚乙烯，并有很突出的刚性，耐热性较好缺点是耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性。成型收缩范围大,容易发生缩孔,凹痕及变形热容量大,注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路温度过高会产生翘曲现象120115可做各种机械零件，接头、泵叶轮、化工管道及容器设备。并可用于制造衬里，表面涂层、录音带，聚氯乙烯PVC力学强度高，电器性能优良，耐酸碱的抵抗力极高，化学稳定性很好聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢在成型时必须加入稳定剂和润滑剂并严格控制温度及溶料的滞留时间应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型,模具浇注系统也应粗短,进口截面宜大,模具应有冷却装置6782离心泵、通风机、轮油管、酸碱泵的阀门及容器等软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、薄膜、电线绝缘层、密封圈、耐酸碱软管等丙烯腈丁二烯苯乙烯共物ABSABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，易吸水，成型前应进行干燥处理。减少浇注系统对料流的阻力，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在608083103在机械工业系统中用来制造凸轮，齿轮，泵叶轮，水箱外壳，手柄，冰箱衬里等，还可供电视机晶体管收音机制造外壳以上的性能分析对比中看出,在耐磨性方面三种材料相差不大，成型特性上以ABS为最好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和耐磨性,以及成型特点。其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标这由塑件的工作环境决定,最终选定ABS为塑件材料。23结构设计塑件结构尺寸如图所示。因为此塑件尺寸较多而且较为复杂，所以在设计成型零件时一定要保证其精度。图21零件图231壁厚各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷以下是ABS的壁厚推荐值最小壁厚MM小型件壁厚MM中型件壁厚MM大型件壁厚MM075125163254该塑件属于中小型件,从图上看,壳体整个塑件的壁厚是不均匀的,但也不会受大的影响，塑件可采用推杆推出。232脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度以下是ABS的脱模斜度推荐值制件外表面（最小值）制件内表面（最小值）4012035124塑件表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得ABS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为002M，垂直纹路方向的表面粗糙度为026M。3注塑成型的准备31注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作物料准备，注塑过程，制件后处理。32注塑成型工艺条件1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。ABS料与温度的经验数据如表31所示。表31温度的经验数据料筒温度/喷嘴温度/模具温度/热变形温度/后段中段前段182MPA045MPA1501701651801802201701805080831032）压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，由所学知识，大概推出背压的使用范围约为34275MPA。3）时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表32所示。表32成型周期与壁厚关系制件壁厚/MM成型周期/S制件壁厚/成型周期/SMM05102535101530451522356520284085经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表33所示表33制品成型工艺参数初步确定特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（R/MIN）35喷嘴形式直通式模具温度60喷嘴温度230后段温度150210中段温度170230前段温度190250注射压力MPA90保压力MPA80注射时间S15保压时间S5冷却时间S20其他时间S3成型周期S30成型收缩06干燥温度6080干燥时间13注后处理温度70，保温时间2小时。33注塑机的选择331注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30注塑机的产量占整个塑料机械产量的50成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法常用的说法有（1）按设备外形特征分类卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。332注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力2注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆或柱塞对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力3注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度常用的注射速率如表34所示。1公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达表34注射量与注射时间的关系注射量/CM1252505001000200040006000100003注射速率/CM/S125200333570890133016002000注射时间/S112515175225337554塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期5锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开6合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围7开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停8空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间333选择注塑机（1）由公称注射量选定注射机由注射量选定注射机由PRO/E建模分析得（材料密度取102KGDM3）总体积V309CM3总质量M315G流道凝料V05V流道凝料的体积质量是个未知数,根据手册取05V05M来估算,塑件越大则比例可以取的越小；实际注射量为V30915463CM3实实际注射质量为M15M15315472G实根据实际注射量应小于08倍公称注射量原则,即08VV（31）公实VV/08公实46308579CM；（2）由锁模力选定注射机FFAP（32）锁胀分型2LBP型25026530795（KN）式中F注射机的锁模力（KN）；A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积锁分之和；P型腔压力，取P30MP；L是塑件的长度，B是塑件的宽度。型型A塑件的投影面积为A塑R219625MM2浇注系统的在分型面上的投影面积约为A浇R2R2结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表35所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ160/1000,主要技术参数如下。表35国产注射机SZ160/1000技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距MM360260理论注射容积（CM）3179移模行程MM280螺杆柱塞直径MM44最大模具厚度MM360注射压MPA132最小模具厚度MM170注射速率G/S110锁模形式MM液压塑化能力G/S105模具定位孔直径MM120螺杆转速R/MIN10150喷嘴球半径MM10锁模力KN1000喷嘴口直径54234注射机的校核341最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的3575范围内，最大可达80，最小不小于10。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在5080。图32喷嘴与浇口套尺寸关系342锁模力的校核在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力FKAP（33）分型122314502301065652KN满足要求。式中F注塑机额定锁模力1000KN；K安全系数，通常取1112，取K12；343塑化能力的校核由323初定的成型周期为30秒计算，实际要求的塑化能力为成型周期每次实际注射量即2465（G/S），小于注塑机的塑化能力105（G/S），说明注射机能完3097全满足塑化要求。344喷嘴尺寸校核在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大12MM，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径D大051MM，如图32所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。345模具厚度校核模具厚度必须满足下式HHH（34）MINMAX170250360满足要求。图41分型面效果图（A）式中H所设计的模具厚度250MM；H注塑机所允许的最小模具MIN厚度170MM；H注塑机所允许的最大模具厚度360MM；AX346开模行程校核所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。开SHH（510）MM（35）开12258506010258120满足要求。式中S注塑机移模行程258MM；H推出距离8MM；开1H流道凝料与塑件高度66MM。24模具设计41分型面的确定根据分型面的选择原则（1）便于塑件脱模；（2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上如图41所示。41分型面（B）42型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,所以初定为一模两腔最合理排列形式如图42所示。图42型腔的排布形式43模具材料的选择现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从ABS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是4CR13属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理淬火及回火后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等有关参数如下物理性能。临界温度（）AC1820；AC31100；线膨胀系数105在20100热导率276WMK1在20左右弹性模量（MPA）21000022350020左右44浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。441主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图43所示主要参数锥角2；内表面粗糙度RA063；小端直径D5MM；M半径RR12MM；材料T8A；2由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。图43主流道与定位圈442分流道分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6MM。如图44所视。图44分流道与冷料443冷料井冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸如图44所视。444浇口位置的确定利用PRO/E分析如图45绿色部分代表适合浇口的最佳位置。PRO/E填充分析示意图46。浇口的位置确定正确效果很好如图47绿色代表全部重满。图45浇口位置图46充型模拟图47充型效果445浇口的选择浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，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。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，因为此塑件外观要求高所以只能采用侧浇口，其有以下特性图48侧浇口侧浇口又称边缘浇口或普通浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧填充模具型腔，其截面形状都为矩形，改变浇口宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。由于浇口截面积小，减小了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留痕迹，但是这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注塑压力损失大，对深型腔塑件排气不利。浇口尺寸如图48所示45模架的确定451型腔壁厚和底版厚度计算在注塑成型过程中，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。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，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，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。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，按刚度校核原则模具结构形式如图49所示侧壁厚度计算公式S2091MM（43）图49模具结构4ECPH31402531式式中C与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比H/L有关的系数；查表1C1；型腔压力，取30MP；型腔深度，40；PPAHE模具材料的弹性模量（MP），E取2110；5刚度条件，即允许变形量MM，取004底板厚度计算公式（）（4SH421EPLC314）（）04123605312205MM由底板短边与长边边长之比决定的系数；查表0022；1C1/L1C型腔压力，取30MP；PPA底版短边长度MM，300；E模具材料的弹性模量（MP），E2L2A取2110；5刚度条件，即允许变形量MM，取004462模架的选用注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560MM900MM；后者的模板尺寸BL为（630MM630MM）（1250MM2000MM）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。（1）模仁尺寸的确定因为采用的是整体式型腔和整体式型芯，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到型腔、型芯上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为180180MM。（2）型腔、型芯尺寸的确定型腔、型芯受力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度校核来确定。根据333的计算结果，只要型腔边的宽度满足12MM就可以达到刚度要求，理论上只要取大于12MM的值就满足设计要求，但考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度的削弱作用，实际生产中都取比理论值大得多的值，在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边的单边宽度为60MM，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为60MM（实际生产中宽度方向的边值一般比长度方向的边值大）。所以型腔、型芯尺寸为300300MM。（3）模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意型芯固定板厚度和型腔固定板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若型芯固定板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以型芯固定板厚度尺寸需要校核才能确定，根据471知道，厚度满足37可满足要求，为了安全，取型芯固定板厚度为50MM，。型腔固定板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以型腔固定板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取型腔固定板厚度为60MM。推板推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为265MM左右，黏结在型芯上的尺寸约11MM左右，所以当推出距离为11MM时就能使塑件和型芯分离。如果C板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，如图410所示需要满足关系HH1H2H3H0图410推出距离关系HC板高度；H1止动挡销高度；H2推板厚度；H3推杆固定板厚度；H推出距离；完成了以上的工作，确定模具尺寸为300300MM，A板厚度60MM，B板厚度50MM，C板厚度40MM,为了保证型腔、型芯不碰伤，A板和B板之间取1MM间隙。46导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。设计导柱和导套需要注意的事项有1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出68MM，以确保其导向与引导作用。3）导柱工作部分的配合精度采用H7/F7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/K6；导套外径的配合精度采取H7/K6。配合长度通常取配合直径的152倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。47顶出系统设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的推杆和推管脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。471脱模力的计算首先需要对塑件进行理想模型建模，如图411所示图411其中塑件分A、B、C、D区段，脱模斜度取经验值100，塑件A段宽取20MM,C段距离18MM，D段距离2MM。对建模进行受力分析，如图412所示F制件对型芯的包紧力（N）；1F、FF的垂直和水平分量（N）；231FF的反作用力（N）；F沿凸模表面的脱模力（N）；4F沿制件出模方向所需的脱模力（N）；图412受力分析图脱脱模斜度；FFCOSFFFSINFFFCOS2131421FFFCOS脱43FCOSFSINCOSFCOSCOSSIN111所以，脱模力的计算公式为FFCOSCOSSIN（45）脱1又FLH（46）包P式中L型芯成型部分的截面周长；H模被制件包紧部分的高度；C制件对凸模的单位包紧力，其数值与制件的几何特点及塑料的性质有关，一包P般可取812MPAA段FLH1C包P2（31418）H包2（31418）1018109103361831248N式中H取平均高度。B段F2LCH包P2LH包2201038810391063168NC段脱F3LCH包P2LH包2301032010391064752NC段F3LCH包P2LH包261032010391062160N所以脱模力为FF1F2F3COSCOSSIN脱1831448316847522160090（0409044）22310265N注因为制件对型芯的力总是阻碍脱模，所以，在COSSIN为负时我们取其绝对值。由于以上所计算得的只是一腔的脱模力，所以总的脱模力为F2F222310265892410624N总脱472推杆脱模机构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。1）推杆尺寸计算本设计采用的是推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为DKNEFL脱241（47）1552106894148MMD推杆直径；N推杆的数量，N取16L推杆长度（参考模架尺寸，估取L110）；E推杆材料的弹性模量，取E2110MP5AK安全系数，取K15；F总的脱模力，F89241N脱脱实际推杆尺寸直径为15MM，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为D（48）4压脱NF150436892128MM满足强度要求推杆材料的许用压应力,150MPA。压压2）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。此设计利用固定板固定。3）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。4）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。473推板厚度的计算H054L（）（49）BEF脱3105440（）0652894188MM式中L推杆对推板的作用间距，参考模架取L取40MM。B推板宽度，B180MM模板中心允许的最大变形量，0065MM，取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差052MM。模具推板的厚度为25MM，从计算结果看，满足强度要求。48成型零件设计图413零件尺寸成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯直接构成塑件的尺寸。型腔和型芯工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高，但由于该塑件不是规则的形状，所以近似的把塑件当成两个规则圆柱体的组合体。计算时只取几个重要的尺寸。零件尺寸如图413所示，50、30、18、8。14、15、20、21、R1、R05、6、8、3、2、10、05、26。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。481型腔工作尺寸的计算型腔是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在图414型腔A使用过程中型腔的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺寸的关系如图414A,B,C,所示1）型腔径向尺寸的计算L1SL（410）MCPS13Z100055004250502015L1SLM2CPS243Z1000521025图414型腔B1021201MM型腔尺寸如图414A，B所示。式中塑件的公差值；塑件尺寸公差根据GB/T180031998模塑件尺寸公差表取IT12，由尺寸段决定值的大小；制造公差，；S塑件的平均收缩率，S0005。ZZ3CPCP2）型腔深度尺寸的计算H（）（）（411）1MZ2CZ10005185021184MM30707式中H塑件的高度尺寸，H185MM。可以忽略。SS2C482型芯工作尺寸的计算型芯是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中型芯的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。1）型芯径向尺寸的计算L1SL（413）MCPS143Z1000525040132512MM3L1SLMCPS24Z1000518025071806MM7L1SL3MCPS34Z1000530012图414C型芯043008MM4L1SL4MCPSZ100056015430603MML1SLCPS4Z10005801530805MM2）型芯高度尺寸的计算H1SHMCP1S32Z1000517021071708MMH1SH2MCP2S3Z100051001031007MM3H1SH3MCPS2Z1000530103302MM式中H凹模深度减去塑件壁厚型芯的理论高度。S493中心距尺寸的计算模具上中心距尺寸与制品上中心距的公差标注均采用双向等值公差和表示。此外，在中心距尺寸的计算中不考虑磨损量，如图414C所21Z示。L1SL（415）CP中心2Z1000555355018MM式中L模具中心距尺寸；L塑件中心距尺寸，L80MM中心中心49排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，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形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼图415分型面排气伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清、型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，黏度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别在高速注射时）。因此设计型腔时必须充分地考虑排气问题。由于该产品是小型塑件，不采用特别的高速注射机时，且A板与B板之间留有1MM的间隙，所以利用分型面排气。如图415所示。410温度调节系统设计在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC，POM等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。ABS推荐的成型温度为200260，模具温度为5080。4101温度调节对塑件质量的影响1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形3）对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的表面状态；温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。4102对温度调节系统的要求1）根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量；3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好；4）温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉；从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。4103冷却系统设计设计原则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好；3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2545D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0815B。最小不要小于10。4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过56）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。冷却时间的确定在对冷却系统做计算之前，需要对某些数据取值，以便对以后的计算作出估算；根据前面的资料，取闭模时间3S，开模时间3S，顶出时间2S，冷却时间20S，保压时间5S，总周期为33S。其中，保压时间的确定有经验公式可遵循T03（S2S）S塑件平均壁厚，S取2MM保03（222）3（S）若根据前面的资料，ABS的保压时间在1540S之间，计算的结果显然是不符合的，但根据实际生产资料表明，生产一个长为135MM的笔套，其保压和冷却的时间和也只是15S，所以，参考实际的生产资料，以经验公式的计算值为依据会更好，这是取保压时间为10S的原因。冷却时间，依塑料种类，塑件壁厚而异，一般用下式计算T（417）冷228SMETLN206（S）08143221437式中S塑件平均壁厚，S取2MM；塑料热扩散系数MM/S2008；T成型温度200260T取230；T脱模温度60100TSSE取70；ET模具温度5080T取60。MM由计算结果得冷却时间需要156S，但计算并不能精确的确定实际冷却时间的多少，参照经验推荐值，制件平均壁厚取2MM，对应经验冷却时间T20S，取T20S。为什么最终的成型周期取20S而不是256S，那是因为在实际注塑过程冷中，T，T，T等因素不可能像我们所设计的那么理想，所以，从实际出发，取EM经验值会更好些。4104冷却水道的设计因为此零件高度不是很高，结构也并不很复杂，所以冷却水道就设置在型芯固定板和型腔固定板上，这样也能较快的起到冷却效果，并降低模具加工难度，及降低成本，提高生产率。设计如图416所示。DC注释（A）型芯固定板B型腔固定板图4165模具总装图主视图1动模座板、2动模垫板、3推板、4推板固定板、5动模固定板、6定模固定板、7定模座板、8定模定位环、9、10、21、22内六角螺钉、11导套、12型腔、13型芯、14导柱、15冷却水管接口、16弹簧、17复位杆、18销钉、19顶杆、20拉料杆、23浇口衬套侧视图俯视图结论本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状，随着经济的发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则，对塑件的特征如倒圆角。从实际来看，几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容，冷流道注塑模具无外乎包括八大系统浇注系统、推出机构，温度调节系统，导向机构，成型部分，侧向分型与抽芯机构，排气系统，支承零部件。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸；温度调节系统说明了设计的一般步骤，确定冷却时间；顶出系统着重说明了推杆要求，并进行强度校核；该模具属于简单脱模机构，无滑块抽芯机构，也无开模先后顺序的要求，做完这些工作之后，该模具的设计到此结束。在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方，不同公式的计算结果有的相差很大，特别是在温度调节与脱模力的计算这两块。在完成图纸之后发现塑件的设计有的地方是不合理的，比如说壁厚，虽然有经验可循，但从实际中看显然本设计的塑件壁厚过大；还有就是推管处的设计不合理，按该塑件加工，则标准推管需要再加工，在冷却系计时要考虑到零件的复杂性，冷却时间的问题是一个很关键的部分，因为它影响着生产效率，这里我也犯了同样的错误；从这里可以知道，注塑件的设计与模具设计关系密切，好的塑件结构可以简化模具结构，降低生产成本。参考文献1史铁梁模具设计指导北京机械工业出版社，20032全国模具编辑委员会模具钳工工艺机械工业出版社，2003；3全国模具编辑委员会模具制造工艺装备及应用机械工业出版社，20004于华注射模具设计技术及实例机械工业出版社，19975王树勋模具实用技术设计综合手册机械工业出版社，19956冯丙先模具设计与制造简明手册上海上海科技出版社，19917许发樾模具标准应用手册机械工业出版社，19978申开智塑料成型模具（第二版）中国轻工业出版