机械设计制造及其自动化设计书

1 机械设计制造及其自动化设计书 国模具发展与展望 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快 于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。 结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进， 中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 在制造技术方面， 术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 统，如美国 G、美国 司的 等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 能支持 充模和 冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国 2 集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。 模具技术集合了机 械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。 随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又 有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。 具在国民经济中的重要性 模具工业在我国国民经济中的重要性，表现在 国民经济的五大支柱产业 机械、电子、汽车、石油化工和建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱发展的需要。以汽车、摩托车行业模具市场为例，在工业发达的国家，汽车、摩托车行业是模具的最大市场，其占整个模具市场的一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到明确。 近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。 1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，从而确定了模 具工业在国民经济中的重要地位。 3 模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用；模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成型的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成品低等显著特点。 注射塑料模具的结构构成包括：成型零件、浇注系统零件、脱模系统零件、冷却、加热机构、导向零件、分型抽 芯机构、紧固零件。 在问题和主要差距 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面： 1 总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50%左右。 2 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 3 模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因： （ 1） 国家对模具工业的政策支持力度还不够 。 （ 2） 人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少 。 （ 3） 工艺装备水平低，且 配套性不好，利用率低 。 （ 4） 专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 。 （ 5） 模具材料及模具相关技术落后 。 4 第一章 注射模具设计与成型概述 料注射模具研究的目的 首先，要了解整个模具行业近十年来设计的发展概况以及应用水平，特 5 别是注塑模具设计的先进技术和方法。其次，熟练掌握 应用软件，还要了解目前应用较为广泛的其他应用软件，如 次，必须对成型材料的成型特性有足够的了解；最重要的是掌握注塑模 具的设计特点和结构特点。 通过对制件的结构分析，结合塑料模具的结构设计及其相关理论，设计一套较合理的塑料注射模具，了解塑料及有关成型原理、工艺特点、正确分析成型工艺对模具的要求，初步掌握模具结构设计的基本原理、基本方法以及加工工艺等，提高综合应用知识的能力和解决实际生产中关键技术的能力。 件的分析 塑件的 尺寸比较小仅 为 25 14 1线圈骨架塑件的三维立体，该产品形状如中空薄壁型零件，从整体结构分析：此零件上下有贯穿孔，侧面是一个环形凹槽，总体尺寸大小适中。但不允许有明显的熔 接痕、飞边等工艺痕迹，外型比较美观。根据要求，成型的材料用 料的收缩率 ，制件的表光要求一般，采用侧浇口，制品整体有充分的脱模 斜 度 ， 各 处 脱 模 力 比 较 合 理 。 从 整 体 工 艺 性 分 析 ： 根据制品外观要求与结构特要求选择浇口位置在零件外部，制品薄要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀因为采用了侧浇口，所以需人工去除浇注系统中的残料。 图 1圈骨架零件工艺分析方案分析 线圈骨架零件工艺分析方案 可选方案 方案分析 结论 6 分 型 面 弗）结构 适用 只有一个 孔的成成形则用到侧抽芯结构 模具结构复杂，制造成本高。 不适用 型 腔 布 局 一模两件 具大小适中，适合中等批量生产。 适用 一模一件 生产效率低，不容易安排浇注系统。 不适用 浇 注 系 统 侧浇口进料，模具简单， 浇口容易去不影响塑件外观。 适用 点浇口进料 塑件质 量好，但模具结构复杂， 需采用三板两开模具结构 不适用 推出机构 三模两腔式推出机构 不适用 推杆顶两个 实现塑件地推出机构 适用 料材料的简介 此模具需要成形的零件是线圈骨架，材质是丙烯晴 苯乙烯共聚物（ 英文名称： 射模是最适 7 合其成形的模具。在设计模具之前，先明确 于热塑性塑料。热塑性塑料即在特定的温度范围 内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。 件材料（ 性能 ： 由丙烯晴，丁二烯，苯乙烯三者共聚而成的非结晶的高聚物。成象牙色或是白色，不透明无嗅，无毒，能缓慢燃烧，具有聚苯乙烯的光泽成型和工艺性能。又有聚丙乙烯的刚性，耐曲性和优良的机械强度。又有橡胶组分的优良的抗冲击强度。良好的低温性能和耐化学药品，尺寸稳定性好，表面光泽性好，易涂装和着色。缺点是可燃，热变形温度较低，耐候性较差。 1) 力学性能 不同级别的 般为 33 抗冲击型 脂在室温下的悬臂梁冲击强度可达 400J/M 左右，即使在 温下，其数值也大于 120J/M。 脂是非均相体系，为两相结构，树脂是连续相，橡胶是分散相。橡胶颗粒分散于树脂中，橡胶粒子吸收外界的冲技能而抑制了制品的开裂，使 有优异的冲击性能。脂的冲击性能与树脂中的橡胶含量，接枝率和粒子大小因素有关。随着橡胶含量的增加， 脂的冲击强度迅速提高，但橡胶含量不能过大，否则其他力学性能，如拉伸强度，弹性模量等则明显降低。通常 5%宜。 有优良的抗蠕变性能， 样在室温下的蠕变试验结果表明，在承受 荷时，即使经过长达两年半的时间，尺寸也无明显变化。 脂耐磨性能较好，虽不能用作自润滑材料，但由于有良好的尺寸稳定性，故可用作中等载荷的轴承。 2) 电学性能 脂在宽广的频率范围内有良好的绝缘性能，却很少受温度或湿度的影响，起点性能如表 1 表 1 8 性能 600306电常数（ 23 ） 质损耗角正 切（ 23 ） 积电阻率 / m (1016 (1016 (1016 耐电弧性 /s 66 82 66 82 66 82 介电强度、（ kv/ 14 15 14 15 14 15 3) 热学性能 3，随着加工过程中退火的处理，可增加 6 10 具有平稳的应力 此当载荷 由 至 ，其热变形温度仅提高 4 8 15左右。 7，通常在 仍有相当的强度。 品的使用温度为 00 10到 0，在热塑性塑料中是线膨胀系数较小的一种。 脂的热稳定性在工程塑料中偏低，在 260时即能分解产生有毒的发挥性物质。 脂易燃，无自熄性。 4) 化学性能 脂耐化学性能好，由于其分子结构中有腈基的存在，使它几乎不受稀 酸，稀碱及盐类的影响，但能溶于酮，醛，酯和氯代烃中；不溶于乙醇大部分醇类，但在甲醇中则经数小时就软化；虽不溶于烃类溶剂，但与烃类溶剂长期会溶胀。与大多数塑料一样， 脂在应力作用下，其表面受醋酸，植物油等化学试剂的腐蚀会产生应力开裂。 5) 成形特性： S 一个品种。 于其结构中有极性基团，所以易吸湿。加工前通常要进行干燥，以消除制品上因水分而产生的银纹及气 9 泡等缺陷。干燥条件为：在 80 90的循环热风干燥器中干燥 2 4h。 熔体粘度适中，熔体的粘度对成型 温度和注射压力都比较敏感。提高塑料温度和注射压力，熔体黏度都能明显下降，流动性增加，有利充模。 70以上，由于受加热时间及其他工艺参数的影响，50左右就开始变色，所以加工温度不超过 250。一般，柱塞式注射机的料筒温度为 180 230，螺杆式注射机为 160 220，喷嘴温度为 200左右。其中，耐热级，电镀级等品级 阻燃级，通用级及抗冲击 加工温度应低。在注射 80，但料在料筒中的停留时间要短，注射速度要 快。 提高模具温度有利于熔体充模，使制品的表面光洁度提高，热应力减小，也有利于电镀性能的改善，但制品的收缩率增加，成型周期延长。因此，对表面质量要求比较高以及形状复杂的制品，可采用加热模具的方法，使温度控制在 60 70，而一般的制品模温可低，模具可通冷水冷却。注射压力的选取与制品的壁厚，设备的类型及树脂的品级等有关。对薄壁长流程，小浇口的制品或耐热级，阻燃级树脂，要选取较高的注射压力，为 100 140壁厚，大浇口的制品，注射压力，为 70 会使制品内应力，保 压压力也不应太高，通常控制在 60 70 注射速率对 射速率慢，制品表面易出现波纹，熔接不良等缺陷；而注射速率快，充模迅速，易出现排气不良，制品表面光洁度差，并且 力学性能下降。因此，在生产中，除充模有困难时采用较高的 注射速率外，一般情况下宜采用中、低的注射速率。 与其他塑料一样， 品中也存在内应力，只是在一般情况下很少发生应力开裂。因此，当制品使用要求不高时，可不必进行热处理；如果制品的使用率较高，则需将制品放入温度为 70的热空气中，静置 2后缓慢冷至室温。 品内应力大小的检验方法为：将制品浸入冰醋酸中， 5出现裂纹，则说明制品的内应力大；而 2无裂纹出现，则表明制品的内应力小 6） 适于制作传递中、小负荷的零部件；因 毒无味，可以制造医 10 疗器械，小型日常用品等；因透光率较高，可制造大型灯罩、门窗玻璃等透明制品 。 （ 7） 非结晶型的线型结构的高聚物。 （ 8） 塑件脱模斜度： 型腔 40 120 型芯 30 1 综合上述条件，又根据常用热塑性塑料的成型条件，可知：表 1设计采用 料。由于材料的吸湿性强，含水量应小于 ，所以原料应充分干燥。 射工艺参数具体看表 1 1 表 1成形条件工艺参数 注射机类型 螺杆转速（ r/ 喷嘴形式 喷嘴温度（） 料筒温度（） 预热 温度（） 预热时间（ h） 模具温度（） 前段 中段 后段 密度 g 容 水率 收缩率 熔点 130 160 硬度 B 拉伸弹性模量 310 曲强度 80伸屈服强度 50度传导系数 107 s 11 螺杆式 30 开畅式 170 180 180 285 165 180 150 170 80 85 2 3 50 80 注射压力 型时间 (S) 后处理 注射时间 高压时间 冷却时间 总周期 方法 温度 时间 h 60 100 20 90 0 5 20 120 50 220 红外线灯烘箱 70 2 4 第二章 分型面、排气槽及型腔布置 腔分型面的设计 如何确定分型面，需要考虑的因素比 12 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) 分型面应便于塑件脱模：为了便于塑件脱模，当以初步确定塑件的脱模方向后，分型面应选在塑件外型的最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大处。 图 2在考虑型腔总体结构时，必须注意塑件在型腔中的方位，尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，设法避免侧向分型和侧向抽芯，以 免模具结构复杂。 2) 分型面的选择应有利于侧向分型与抽芯：如果塑件有侧孔或侧凹时，应尽可能将型芯放在动模部分，以便于抽芯，将抽芯或分型距离较大的放在开模的方向上，将抽芯距较小的放在侧向。 3) 分型面应保证 塑件质量 ：为了保证塑件的质量，对有同轴度要求的塑件，应将有同轴度要求的部分设在同一模板内。 4) 分型面的选择应有利于防止溢料：分型面的选择应尽可能选在不影响塑件外观和产生飞边，容易修整的部位。 5) 分型面的选择应有利于排气：为了便于排气，一般分型面尽可能与容体流动的末端重合。 6) 分型面的选择应尽 量使成型零件便于加工：选择分型面时应尽可能使成型零件结构简单，避免锐角的边缘， 应尽是选择平直分型面易于加工 ，尽可能的节约制造成本。 7) 选择分型面时，应尽量减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异：较高的且脱模斜度要求小的塑件，只要其外观无严格要求，可将分型面选在中间。 应用 术进行浇注质量的分析。在 块中进行浇注质量的分析如图 2示，在设定注塑材料的情况下图中以三 中颜色 区 域显示，其中绿色表示浇注质量良好，黄色表示中等，红色表示浇注质量劣等，劣等位置在图中并没有显示，总的来说是满足注塑要求的。进而验证了分型面位置选择的合理性与正确性。（如图 2 13 图 2浇注质量的分析 气系统的设计 塑料容体向注射模型腔填充过程中，尤其是高速注射成型和热固性塑料注射成型时，必须把这些气体顺序排除，否则，不仅会引起物料注射压力过大，熔体填充型腔困难，造成充不满模腔，而且部分气体还会在压力的作用下渗进塑料中，使塑件产生气泡，组织疏松熔接不良。同时还会由于气体受到压缩，温 度急剧上升，进而引起周围熔体灼烧和烧焦。因此在模具设计时，要充分考虑排气问题。开设排气槽通常遵循下列规则： 1）排气槽最好设在分型面上，因为分型面上因排气槽而产生的飞边，易随塑件脱出。 2）排气槽的排气口不能正对操作人员，以防熔料喷出而发身的工伤事故。 3）排气槽最好开设在靠近嵌件和塑件最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕，易排出气体，并排出部分冷料。 4）排气槽的宽度取 深度不大于塑料的溢边值为限，通常为 利用顶杆与模板孔的间隙配合及分型面开设深 排气槽排气。图中灰色气泡为浇注气泡从图中观察可知大部分气泡位置正好在分型面处及边角处，这对制品的使用并无影响，并且有利于型腔的排气。 14 图 2腔数目的确定 根据注塑机的锁模力来确定型腔数目，公式为： 式中： 1n为型腔数目 ()个 ； F 为锁模力 ()N ； 为型腔内熔体的平均压力 () 15 A 为每个制品在分型面的投影面积 2() 将 ， pc A （ 25）（ 13）=()，代入式得 ： 1n =02426 虑到模具的成本与塑件的生产批量确定型腔数目为 2个。 第三章 成型零件的设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，它包括凹模、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，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与制品间还要发生摩擦。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。 16 形零件的结构设计 在进行成型零件的结构设计时，首先应根据塑料的性能和塑件的形状、尺寸及其它使用要求，确定型腔的总体结构、浇注系统、浇口位置、分型面、脱模方式、排气等，然后根据塑件的形状、尺寸和成型零件的加工及装配工艺要求进行成型零件的结构设计和尺寸计算。 根据塑件的特点，型芯、型腔采用整体嵌入式，型芯、型腔的加工须采用数控铣和电加工等。由于塑件中间的凹陷部位与分型面垂直， 所以采用哈佛块设计。另外，由于型腔直接和高温高压的塑料相接触，成形零部件均进行热处理。成形零件如图 3型芯、型腔、二部分组成。图中的双箭头方向代表注塑机的开模方向。 图 3形零件结构 型零件材料的选择 跟据塑件的生产批量，塑件材料的品种，塑件的精度，表面质量抽芯机构的材料选用 度为 50腔、型芯的材料选国产钢20P ( ，预硬后硬度为 36抗拉强度为 模具制造中不必热处理，能保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，易于抛光，使用于中小型注射模的成型零件。 17 型零件工作尺寸计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成制品的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸（包括矩形和异性零件的长和宽）、凹模的深度尺寸和型芯的高度尺寸、型芯和型芯之间的位置尺寸等。 成形零部件工作尺寸的确定必须考虑塑料的成形收缩、成形零部件的制造偏差及成形零部件的磨损等各方面因素。而且，由塑料零件图给出，制品上的外形尺寸采用单向负偏差，基本 尺寸为最大值；与制品外形尺寸相应的型腔类尺寸采用单向正偏差基本尺寸为最小值；制品上的内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；与制品内形尺寸相应的型芯类尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值。制品和模具上的中心距尺寸均采用双向等值正、负偏差它们基本尺寸均为平均值。参见塑料成型工艺及模具简明手册的规定。由塑料成型工艺及模具简明手册中给出的公式计算， 表 3 制品基本尺寸L(精 度 等 级 5级 8级 公 差 数 值 值 ( 3 0 14 4 18 8 24 4 30 0 40 0 65 18 模的设计 凹模：凹模是成型塑料制品外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两种。由于线圈骨架模具采用一模两腔，塑件形状不太复杂，因此可以采用整体嵌入式凹模，结构简单，安装方便。此次设计的模具是通过侧向分型来控制塑件的外表面 ，根据本模具的总体结构选用组合式凹模，通过两滑块的滑动完成开合模动作，同时型腔闭合 （ 1）凹模径向尺寸的计算 凹模径向尺寸的计算公式如下，基本尺寸及见表 3 式中 型腔径向尺寸 (S 这里材料是 S=（ 。 塑料外型的基本尺寸 ( 塑件公差（ z 成型零件制造工差（ X 修正系数，一般为 1/2 3/4,公差 值大取小值，对中小型塑件一般取 3/4 修正系数，一般为 1/2 2/3,当制品尺寸较大，精度比较低时取小值，反之取小值 型腔深度 , 且为最小尺寸，其公差为 z，取为 /3；（ 塑件高度基本尺寸 ,且为最大尺寸，其公差为。（ 型芯径向尺寸（ 塑件内形基本尺寸（ 型芯高度（ 型腔径向尺寸计算： Z 0（ 3 = 19 3/ = 3/ = 13+13 3/= 16+16 3/= 25+25 3/= 型腔深度尺寸计算： Z 0（ 3 ( 3/S= 14+14 3/： 11为塑件自由公差，塑件精度按最低精度（ 8级），相应的凹模深度公差按其31，即有： 2） 20 的外型尺寸 为 160 120 32度为 25 。凸耳部分与动模型腔滑槽的配合为滑动配合77尺寸一律按公差配合计算。 芯的设计 凸模按结构可分为整体式和组合式两种，如图 3示。其中，图 (a)为整体式，其结构牢固，但不便加工，消耗材料多，主要用于小型模具上的形状简单的型芯；图 (b)、 (c)、 (d)为组合式，主要用于大、中 型模具上。图 (b)为通孔台肩式，凸模利用台肩通过凸模固定板与垫板连接，在固定部分是圆柱面而型芯有方向性的场合，可采用销钉或键止转定位；图 (c)为通孔无台肩式；图 (d)为非通孔的结构。 图 3模的结构 结合具体情况，本模具的凸模较长，如果用图 (a)所示的结构，不但不便加工，而且消耗材料比较多，因此不宜采用。图 (b)、 (c)、 (d)相比，图(b)的结构和加工的复杂程度适中，因此采用图 (b)所示形式。 型芯径向尺寸计算： lS+3 0Z 21 （ 3 3 =3 13+13 3 =芯高度尺寸 2 0Z （ 3 2 32+32 2 =4 14+14 2 =型零件的力学计算 在注射成型过程中，注射模腔内熔体压力很高，在成型零件中凹模和动模板是构成型腔的主要受力部件，注射模的凹模和垫板 都应有足够的厚度。强度不够会使模具发生塑性变形甚至破裂，造成熔体溢料。 凹模板的强度校核公式为： 212m a x 2()2 pp h l l （ 3 式中：模板的最大许用应力 () p 模具型腔内最大的熔体压力 () h 凹模型腔深度 () 22 1l凹模长边长度 () 2l凹模短边长度 () 系数； H 凹模高度 () S 凹模壁厚 () p模具强度计算的许用应力 1 3 3 ( )b M ； 将 ， 4 ， 1l = 2l = 1 ， H S 代入式 4 212m a x 2()2 pp h l l = =63 1 3 3 ( )b M 所以动模板型芯开框尺寸满足强度要求。 垫板的强度校核公式为： 21m a x 22134 ( 1 ) l T（ 3 式中： L 动模板的短边尺寸 () n 型腔数目； 1L动模板的长边尺寸 () 模垫板厚度 () 将 ， 1l = 250L ， 2n ， 151 ， 0，代入式 3 21m a x 22134 ( 1 ) l T= = 1 3 3 ( )b M 所以动模板型芯开框尺寸满足强度要求。 23 第四章 浇注系统的设计 注系统的组成 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，由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。 设计浇注系统应注意： 1,浇注系统力求距型腔距离近、一致，并首先进入制品的厚壁部位，不宜直冲型芯镶嵌件。 2，其位置力求在分型面上，便于加工并易于快速、均匀、平稳地充满型腔；主流道入口应在模具中心位置。3，有利于制品的外观，并易于清除。 4，排气良好。 本次设计中的材料 流动过程中，其表观粘度随剪切速率的变化而发生显著的变化，对假塑性流体而言，剪切速率增大时，表观粘度会降低，温度对 普通液体相比，具有很 大的可压缩性，当压力增高时，其表观粘度增加，由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率是随时变化的，在设计浇注系统时，综合加以考虑，以期在充模以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满型腔，在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分传递到型腔各部分。 流道设计 主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位，与注射机喷嘴同轴，因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模 24 板上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。 图 4熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流 动速度。其浇口选择不能太大和太小。浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失也大，但浇口太大，会造成材料的浪费。 此次设计的模具在卧式注射机上使用，主流道应垂直于分型面。为了使冷凝料能从主流道中顺利拔出，将主流道设计成圆锥形。 形状如 4色部分所示。 锥角约为 2 4，由 于 流动性能较好的材料，锥角不易取大值，因此取 =3内壁表面粗糙度 m， 取 m。注射机喷嘴应与主流道对中， 为了补偿对中误差并解决冷凝料的脱模问题，主流道进口端直径需比喷嘴直径大 1流道进口直径： 1） d=1) ( 式中 注射机喷嘴孔直径（ d 主流道口直径（ 所以本设计采用 此， d=3+ 2） =2 4 对流动性较差的塑料可取 3 6 。 本设计采用 = 3 。 3） H 按具体情况选择，一般取 3 8 图 4 4） 主流道进口端与喷嘴头部应为球面接触，在主流道衬套上 加工出球形定 位槽，将喷嘴的球形头压在主流道衬套球形定位槽内。通常主流道进口端凹下的球面半径 0大 1 2下深度约为 主流道进口端球面半径： R= 1 3） 式中 注射机喷嘴球面半径（ 0此 ,0+1=11( 25 流道衬套的设计 由于注射成形时，注射机对模具施加的压力很大，主要作用于主流道衬套上，且主流道在与高温塑料熔体和注射机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般不将主流道直接开设在定模上，而是将它单独开在一个主流衬套中，通常在淬火 后嵌入模具，这样在损坏时便于更换或修磨。 图 4 3 浇口套的位置 图 4由定位圈压住其大端面，能起到抵抗熔体反压力的作用。主流道衬套的材料选用 求热处理后硬度达到 50 55 衬套与定模座板之间的配合采用 H7/ 因定模座板必须与弹料板无间隙接触，所以主流道衬套与定模座板配合后，必须保证其端面与定模座板大平面处在同一平面内。主流道衬套长度定为 50流道长度也随之确定为47主流道截止到定模座板的左端面处 ，塑料熔体流经此处开始进入分流道。下一步，分流道的设计。 流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。 1 分流道的设计要点 分流道的设计要点是： 26 （ 1）流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。为此，分流道一要短，二要使粗糙度降到最低，三是容积要小，四是少弯折。 （ 2）要使分流道的固化时间稍慢于制品的固化时间，以利保压、补缩和压力传递； （ 3）要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔，故在多型腔设计时，在保证模具结构强度前提下，力求采用平衡进 料，而且在保证模具结构强度前提下，力求紧凑、集中。 （ 4）便于加工，便于使用标准刀具，免于制造专用刀具。 2分流道的截面形状 分流道的截面类型有圆形、梯形、 U 形、半圆形等，实践证明，流道如果是正圆形，则分型面恰好在圆的直径上是“死点”，是没有脱模斜度的。这与机械传动中，将往复直线运动转变为旋转运动的四两岸机构的“死点”似有相似之处。在传统的二极管塑料模具中，正圆形的型腔从直径上分型，上、下模个半圆，结果每个型腔中必须设置一个顶推顶，否则制品难以脱模。如果将上、下模各半圆的型腔分别磨去 离了“死 点”，型腔中不用顶杆，而在型腔外，用夹板夹着二极管引线，很容易将制品像抬轿子一样抬出了型腔。所以，凡圆形塑料制品分型从直径处各磨去哪怕只有 模斜度也就又了，出模就容易多了。 根据塑件的材料流动性较好，长度较短，无侧抽，可以采用半圆形分流道且呈辐射状布置。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度 不要求很低，一般取 m 左右即可，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。 3 分流道的布置 分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。 （ 1）平衡式布置 平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个 27 型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。 （ 2）非平衡式布置 非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或加上型腔大小不同）。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔 的浇口尺寸必定不相同。 本塑件的分流道采用了平衡式布置，轮辐式结构。 料种类、塑料制品的形状及分模落料形式，应选侧浇口。 根据此塑料零件、材料及加工难易程度，确定分流道截面为半圆形截面， 其尺寸依据推荐值可按结构尺寸及经验数据与计算公式来设计 经验数据： = 2 4 1= 2 3 r=1 3 l= C=45 经验计算公式 ： 30 n 塑料成形常数，由型料性质确定 n=0.7 h 浇口深度（ b 浇口宽度（ S 制品壁厚（ 图 4A 型腔表面积（ 料穴的设计 冷料穴在塑件模架设计中起到重要作用。本次设计冷料穴的位置：模具的冷却道设在上下型腔所在的动定模板上，主流道的末端（主流道正对面的动模板上）或分流道的末端。起到了储存注射间歇期间喷嘴前端的冷料，以防其进入流道，阻塞或减缓流料或进入型腔，在塑件上形成冷疤或冷斑和将主流道凝料拉出的作用。其设计尺寸是：直径稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。（形状如图 4 28 口的设计 浇口是指料流进入型腔前最窄的部分，也是浇注系统中最短的一段，其尺寸狭小且短，目的是使塑料流进入型腔前加速，便于充满型腔，且有利于封闭腔口，防止熔体倒流。便于成型后冷料与塑件分离。根据塑件的特点和型腔布局及浇口的位置采用侧浇口，其形状为梯形，梯形截面的宽度设为 3，深度为 角设为 10，底部倒角设为 状如图 4 图 4浇口位置分析 口的位置的确定 在确定塑件浇注口位置时，应考率塑料允许的最大流程比。该值是指熔体在型腔内流动 的最大长度与相对应的型腔厚度之比。最大流程比，随着流体的性质、温度和注射压力而变化。在此次设计中应用 E 中 块中进行浇注口位置的分析，如图 4 确定塑件浇口位置的分析图，图中颜色显示有四种，其中红色的部位表示不适合进料的部位，黄色的部位表示可作为进料口，但进料效果不佳。灰色的部位表示适合作为进料的位置，深蓝色的部位表示进料口的最佳位置。由于考虑型腔的布局和分型面的选择将浇口位置设计在灰色 29 的区域与红色区域的相交处，如图中黄色锥体 的位置即为浇口位置。 腔压力分析 浇注系统的尺寸初步确定后，对于大型的注塑模具，必要时应对整个系统的压力进行估算，以预测浇注系统设计是否