毕业设计（论文）-圆柱齿轮注塑模具设计.doc

提供全套，各专业毕业设计摘 要注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形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。本文以圆柱齿轮为对象，详细介绍其注射模设计过程。设计中主要运用了ug等不同的软件分别对塑件的三维结构、注射模成型部分零件、浇注系统、脱模机构等等进行了仿真设计和分析。最后进行了注射机型号的选择及校核、分型面的确定、型腔的设计、抽芯机构的设计、成型部分零件的设计、浇注系统、冷却系统、排溢引气系统、脱模机构的设计，复位系统的设计及其它零部件的设计。最后通过autocad完成工程图的制作，并总结相关计算说明书。关键词：圆柱齿轮；注射模；autocad目 录第一章 前 言41.1、我国塑料模具的发展现状41.2、国外塑料模的发展状况5第二章 产品分析72.1塑件分析72.1.1结构分析72.1.2塑件尺寸精度的设计分析72.1.3塑件表面质量和粗糙度的分析72.2塑件原材料的选取和分析8第三章 塑件相关计算及注射机的选择113.1塑件的相关计算113.1.1塑件的厚度检测113.1.2塑件投影面积的计算113.1.3塑件体积与质量的计算113.2注射机的选择123.2.1注塑机概况123.2.2注塑机的分类123.2.3注塑机的选择12第四章 拟定型腔布局134.1 型腔134.2 型腔数目的确定144.3型腔排布15第五章 分型面设计165.1分型面设计原则165.2分型面设计16第六章 浇注系统设计176.1塑件的模流分析176.2 主流道设计186.3分流道设计196.4进料口设计206.6浇口套及定位圈的设计21第七章 模架的选用21第八章 成型零部件设计228.1 成型零件的结构设计228.1.1凹模228.1.2凸模228.2成型零件的工作尺寸计算22第九章 导向机构设计239.1导柱239.2导套249.3导柱与导套的配用26第十章 脱模机构设计2610.1 脱模装置2610.2顶出机构设计2710.3拉料机构2710.4 复位机构28第十一章 冷却及排气系统设计2811.1 冷却系统2811.1.1冷却回路的布置2811.1.2冷却时间计算2911.1.3管道直径设计3011.2排气机构30第十二章 模具材料的选择和装配图绘制3112.1 模具材料的选择3112.2模具装配图的绘制32第十三章 模具的校核与试模3313.1 注射机的校核3313.1.1容量校核3313.1.2合模力校核3413.1.3模具厚度的校核3413.1.4开模行程校核3413.2试模条件的确定34结论35参考文献36致 谢37第一章 前 言80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。1.1、我国塑料模具的发展现状 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，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英寸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；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星i.k模具有限公司制造的多腔vcd和dvd齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距. 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了c-mold气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的5080%相比，差距较大。 在制造技术方面，cad/cam/cae技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cad/cam系统，如美国eds的ug、美国parametric technology公司的pro/emgineer、美国cv公司的cads5、英国deltacam公司的doct5、日本hzs公司的crade、以色列公司的cimatron、美国ac-tech公司的c-mold及澳大利亚moldflow公司的mpa塑模分析软件等等。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cad/cam的集成，并能支持cae技术对成型过程，如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cad/cam技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模cad/cam系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的caxa系统、华中理工大学开发的注塑模hsc5.0系统及cae软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具cad/cam技术创造了良好条件。 近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：p20、3cr2mo、pms、sm 、sm等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、pvc塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。1.2、国外塑料模的发展状况 国外先进国家对发展塑料模很重视，塑料模比例一般占30%-40%。专业化、标准化程度高、设计和工艺技术先进，如模具cad/cam技术采用普遍，加工设备数控化率高等，模具生产效率高、周期短。国外，70%以上是商品化的。工艺装备水平cae技术在欧美已经逐渐成熟。在注射模设计中应用cae分析软件，模拟塑料的冲模过程，分析冷却过程，预测成型过程中可能发生的缺陷。cae技术在模具设计中的作用越来越大，意大利comau公司应用cae技术后，试模时间减少了50%以上。一些寿命高的和高精度的模具拿制作模具的原材料来说，国内的材料很难达到大型、精密模具所需要的性能要求、caecadcam.capp等软件很多都是国外的。拿塑封模具来说，国外一次可以加工出上百个型腔的模具，还有热流道技术、气辅成型这些工艺应用都很普遍。德国的模具很多采用热流道技术，使用热流道技术，产品的质量好，成型周期短，精度高。 本课题研究的思路：塑料盖注塑模具设计.在设计中经过分析选用了“一模两腔”的型腔排列方式，能够满足大批量的生产任务；浇口的设计过程中根据模具结构选择了点浇口，在开模过程中能够自动拉断浇口凝料，提高了生产效率；在顶出机构的设计中，考虑到制件成型后由于收缩将包紧在型芯上，造成脱模力较大，为保证塑件的质量以及表面光滑，采用了推板脱模。本课题设计进度的安排如下：1.了解目前国内外塑料模具的发展现状，所用时间15天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；4.模具的调试所用时间5天第二章 产品分析2.1塑件分析2.1.1结构分析本次设计原始数据为塑件的零件图，如下图所示：图2-1 零件图根据零件图首先运用软件对它进行三维建模。（如图2-2）2.1.2塑件尺寸精度的设计分析在塑件的零件图中，塑件相应的尺寸精度已经给定。通过查阅塑料成型模具设计与制造表2-6（参考文献1）以及综合考虑塑件的用途和所选取的材料，最后对没有公差要求的自由尺寸采用7级精度。对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。2.1.3塑件表面质量和粗糙度的分析该零件属于结构件，表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。塑料制品的粗糙度要考虑塑料原料的特性和成型工艺，除此之外还要考虑模具的制造情况。综合以上分析可知，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。 图2-2 塑件实体图2.2塑件原材料的选取和分析pom(聚甲醛)注射成型工艺pom（又称赛钢、特灵）。它是以甲醛等为原料聚合所得。pom-h（聚甲醛均聚物），pom-k（聚甲醛共聚物）是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料。具有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。 pom属结晶性塑料，熔点明显，一旦达到熔点，熔体粘度迅速下降。当温度超过一定限度或熔体受热时间过长，会引起分解。 铜是pom降解催化剂，与pom熔体接触的部位应避免使用铜或铜材料。 1、 塑料处理 pom吸水性小，一般为0.2%-0.5%。在通常情况下，pom不需干燥就能加工，但对潮湿原料必须进行干燥。干燥温度80以上，时间2小时以上，具体应按供应商资料进行。 再生料使用比例一般不超过20-30%。但要视产品的种类和最终用途而定，有时可达100%。 2、 塑机的选用 pom除了要求螺杆无滞料区外，对注塑机没有特别要求，一般注塑即可。 3、 模具及浇口设计 常见模具温度控制为80-90，流道直径有3-6mm，浇口长度为0.5mm，浇口大小要视胶壁厚度而定，圆形浇口直径至少应制品厚度的0.5-0.6倍，长方形浇口的宽度通常是厚度的2倍或以上，深度为壁厚的0.6倍，脱模斜度40-130之间。 排气系统 pom-h 厚度0.01-0.02mm 宽3mm pom-k 厚度0.04mm 宽3mm 4、 熔胶温度 可用空射法量度 pom-h 可设为215 （190-230） pom-k 可设为205 （190-210） 5、 注射速度 常见为中速偏快，过慢易产生波纹，过快易产生射纹和剪切过热。 6、 背压 越低越好，一般不超过200bar 7、 滞留时间 如设备没有熔胶滞留点pom-h 可在215滞留35分钟 pom-k 可在205滞留20分钟不会有严重的分解 在注塑温度下熔体不能在机筒内滞留超过20分钟。pom-k在240下可滞留7分钟。如果停机，机筒温度可降到150，如要长期停机就必须清理机筒子，关闭加热器。 8、 停机 清理机筒必须用pe或pp，关闭电热，把螺杆推在前位。料筒和螺杆必须保持清洁。杂质或污垢会改变pom的过热稳定性（尤其是pom-h）。所以当用完含卤聚合物或其他酸性聚合物后，应用pe清理干净后才能打pom料，否则会发生爆炸。若作用不当的颜料、润滑剂或含gf尼龙的物料，会导致塑料降质。 9、 后处理 对于非常温使用的制件且质量要求较高，须进行热处理。 退火处理效果，可将制品放入浓度为30%的盐酸溶液中浸30分钟检查，然后用肉眼观察判断是否有残余应力的裂纹产生。第三章 塑件相关计算及注射机的选择3.1塑件的相关计算3.1.1塑件的厚度检测从塑件的壁厚上来看，壁厚均匀， 综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。3.1.2塑件投影面积的计算单个注塑件投影面积s=3.1412.5=490mm2 3.1.3塑件体积与质量的计算体积及质量的计算也利用pro/engineer的分析模块自动计算获得（塑件密度由第一章中原材料分析中可查得：=1.425g/cm3），如下图3-2所示图3-2 塑件体积与质量的计算单个塑件的分析结果如下：体积 0.7 cm3 密度 = 1.425 g/cm3 质量 = 1 g3.2注射机的选择3.2.1注塑机概况注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。图3-3 注塑机注射成型是通过注塑机和模具来实现的。3.2.2注塑机的分类注塑机的类型有:立式、卧式、全电式，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。3.2.3注塑机的选择1）注射量的计算塑件体积为：v塑=0.7 cm3 塑件质量：m塑=v塑=1g公式中，可根据参考文献取1.425 g/cm32) 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去定准确的数值，但是可根据经验按照塑件体积的0.2倍到1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.6倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为 ： v总=1.6n v塑=1.620.7=2.243) 选择注射机根据以上的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为2.24 ，由参考文献v公= v总/0.8=2.24 /0.8=2.8。一般而言，从事注塑行业多年的客户多半有能力自行判断并选择合适的注塑机来生产。但是在某些状况下，客户可能需要厂商的协助才能决定采用哪一个规格的注塑机，甚至客户可能只有产品的样品或构想，然后询问厂商的机器是否能生产，或是哪一种机型比较适合。此外，某些特殊产品可能需要搭配特殊装置如蓄压器、闭回路、射出压缩等，才能更有效率地生产。由此可见，如何决定合适的注塑机来生产，是一个极为重要的问题。通常影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等，通过以上各种因素和考虑到经济效益的问题我选取了sz-100/60型注射机。sz-100/60型注射机，主要参数如下表：表3-1 sz-100/60型注射机参数项目sz-100/60结构形式立理论注射容量/cm3100螺杆（柱塞）直径/mm35注射压力/mpa150锁模力/kn600拉杆内间距/mm440340移模行程/mm260最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm10喷嘴球半径/mm12喷嘴口孔径/mm4第四章 拟定型腔布局4.1 型腔所谓型腔（cavity）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（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。一般来说，精度要求高的小型塑件和大中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，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。型腔的排布 及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。在确定了型腔的数目后就要确定型腔的排布方式。4.2 型腔数目的确定型腔数目的确定主要有以下几种因素：型腔数目的决定与下列条件有关。（1）塑件尺寸精度:型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。（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）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。（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。（5）注射机的选用:不同型号的注射机对应的锁模力和注射压力以及注射量都对型腔数量的确定有着很大的影响。 本设计主要根据以下几个方面进行型腔的选择：既要保证最佳的生产经济性，技术上又要充分保证产品的质量，也就是应保证塑料件最佳的技术经济性。（1）料制作的批量和交货周期方面：该塑件是中批量生产的产品，交货周期要短，使用多型腔模具可提供独特的优越条件。（2）根据塑件的精度：每增加一个型腔，塑件的尺寸精度要降低4%，一腔一模时聚碳酸酯（pom）的尺寸公差为0.05%，对于高精度最多采用一模四腔。（3）根据塑件的结构特点：本产品为简单圆筒，为了制造方便同时又尽可能的提高生产率，可以采用一模4腔。所以综合以上各因素采用一模2腔的最佳形式，既满足塑件要求，又具有最佳的经济性。4.3型腔排布在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。本塑件在注射时采用了一模2腔的形式，即模具需要2个型腔。现有下图的排列方式：图4-1 塑件的型腔布局 图示2个型腔采用直线排列，采用该形式可以大大简化模具的设计和加工的难度。其尺寸计算将在后面的设计中完成。第五章 分型面设计5.1分型面设计原则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。如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。 分型面的确定主要应考虑以下几点：（1）在安排制件在型腔中的方位时，在与开模相垂直的方向上尽量避免侧凹或侧孔。（2）一般分型面是与注射机开模方向垂直的平面，但分型面也有倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工困难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。（3）分型面的位置除了应开设在制件中断面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素：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，故分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚较大但内孔较小时，则对型芯的包紧力很小，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。5.2分型面设计根据本塑件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、塑件的外观质量等要求，分型面的位置选择如下图5-1所示：另外分型面设计成下图所示还考虑到冷却系统的布置，从而达到简化模具的效果！图5-1 分型面第六章 浇注系统设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。6.1塑件的模流分析在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择合适的进料口位置，所以在这里我用ug中的plastic adviser分析模块对塑件进行了模流分析（温度和压力采用默认值）。在这里我只写出分析的结论：由分析结果不难看出，最佳的进料口位置应为塑件的中间部位并且采用3个入浇点。6.2 主流道设计主流道为与注射机喷嘴连接的部分，一般为圆锥，锥度为2 6，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，此处的主流道锥角：2主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.51mm左右，通常取d=36mm，查实用模具技术手册表159，当材料为pom时，选取d=2.5mm，故主流道各部分直径如下图所示（其中流道的长度需根据模板厚度确定如表6-1）：表6-1 主流道部分尺寸符号名称尺寸d主流道小端直径注射机喷嘴直径+（0.5-1）=3.5sr主流道球面半径喷嘴球面半径+（1-2）=16h球面配合高度3-5 取3a主流道锥角2- 6 取4l主流道长度由板厚决定d主流道大端直径最后设计的主流道的结构如图6-1所示：图6-1 主流道6.3分流道设计分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、u形、梯形、矩形等具体参数如图6-2，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；半圆形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为半圆形形式。图6-2 分流道截面形状6.4进料口设计 进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。（1）点浇口应用范围十分广泛，它的优点主要有：可以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。熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，温度升高，黏度再次下降，使熔体的流动性更好。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。浇口痕迹小容易修整。在多型腔模中容易实现各个型腔的平衡进料。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够提高制品的成型质量。能够自由的选择点浇口的位置。 （2）点进料口的直径d常为0.5-1.8mm，也可以用下式计算： (公式6-2，中国模具设计大典2公式9.219.p334)式中：d点进料口直径（mm）； n系数，依塑料种类而异，其中pom对应为n0.7 c依塑件壁厚而异的系数即制品壁厚的函数值。这里我们直接查中华模具设计大典2表9.2-3，得c=0.326 经计算这里取d0.6 mm6.6浇口套及定位圈的设计定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直经d为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。直经d一般比注射机孔直略小，以便装模。定位圈一般采用45号钢或q275钢。定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的m6m8的内六角螺钉，本设计采用两个m8螺钉固定。浇口套的材料为t10、硬度hrc45；定位圈的材料为45钢，硬度为hrc50，尺寸结构装配图。在采用点浇口的三板式模具中，在采用推料板使流道凝料自动坠落时，则浇口套与推料板的滑动配合应有5-15的锥度，以保证动作可靠，使用安全！在这里我采用了6，如图所示。（引用于中国模具设计大典2）第七章 模架的选用通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，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，因为标准件有很大一部分已经标准化，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用的。塑料注射模标准模架共有两种，即gb/t 12556.1-12556.21990塑料注射模中小型模架和gb/t 12555.1-12555.151990 塑料注射模大型模架。两种标准模架的区别主要在于适用范围。中小型标准模架的模板尺寸bcl 500 mmc900 mm,而大型模架的模板尺寸bcl为630 mmc630 mm-1250 mmc2000 mm。所以根据塑件的大小我只能选用小型模架。而塑料注射模中小型模架的结构形式可按照结构特征分为基本型和派生型。选用标准模架，可以大大缩短模具的制造周期，提高企业的经济效益。由于用的是点浇口自动脱料的形式再根据前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，综合考虑了塑件的结构和大小结合标准模架，选用模架为龙记简化细水口fci-2020-a50-b40-c70-l180，如图4-28所示。模架尺寸为200250mm。而标准件则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、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。第八章 成型零部件设计成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆、成型块等。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进料口、分型面、排气部位、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8.1 成型零件的结构设计8.1.1凹模对塑料制品成型时，凹模的作用是形成制品的的外表面。根据不同的结构形式，凹模大体上可分为整体式结构、整体嵌入式结构、局部嵌入式结构、底面镶嵌式结构和侧壁拼合式结构五种类型。考虑到塑件的结构较小所以在这里采用整体嵌入式结构。这样一来以便于修模并且可以适当的减少成本。8.1.2凸模凸模在模具中的作用是形成制品的内表面。凸模又称型芯。凸模分为整体式凸模和组合式凸模。在本次的设计中采用整体式凸模，即在动模板上直接加工。8.2成型零件的工作尺寸计算成型零件工作尺寸的计算主要包括以下内容：型芯型腔的尺寸；型腔深度和型芯的高度尺寸.聚碳酸酯（pom）的平均收缩率为s=0.028根据塑料平均收缩率法计算型腔，型芯的工作尺寸（见下表），x取0.75或2/3，取z =/4 类别名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型芯部分计算径向尺 寸8lm= （1+scp）ls+0.75 8.1020.04 44.1350.04 3.23.3350.04 高 度尺寸0.8hm=（1+scp）hs+2/3 0.9120.04 44.120.04 5.85.920.04 型腔部分计算宽度尺寸22.5bm=（1+ scp）ls-0.7522.62+0.08 25.225.22+0.08 深 度尺 寸1.4hm=（1+ scp）ls-0.2/31.42+0.08 第九章 导向机构设计模具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。导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，因为模具在闭合时有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构 导向机构的主要作用一般包括定位、导向、承受一定侧压等。其中具体的作用主要如下：（1）定位作用 为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使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。（2）导向作用 动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔以保证不损坏成型零件。（3）承受一定侧压力 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一定的侧压力，此时，导柱能承担一部分侧压力。若侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需设锥面定位机构。（4）承载作用 当采用推件板脱模或双分型面模具结构时，导柱有承受推件板和型腔板重量的作用。（5）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。9.1导柱在对导柱结构设计时，必须考虑以下要求：（1）长度 导柱的长度必须比凸模端面要高出一些。以免导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。在这里我设计的是把导柱装在定模那边。（2）形状 导柱的端部做成锥形或球形的先导部分，使导柱能顺利进入导柱孔。（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，多采用低碳钢经渗碳淬火处理。或碳素工具钢（t8、t10）经淬火处理硬度hrc50-55。 （4）配合精度 导柱装入模板多用七级精度过渡配合。（5）光洁度 配合部分光洁度要求7级，此外，导柱的选择还应跟椐模架来确定。由于本设计模架部分是运用ug中的emx模块进行的，选用的是龙记标准模架，因此模架相关结构的设计可直接从模架库中套取。导柱结构如图所示： 带肩顶板导柱a带肩顶板导柱b图9-1 导柱9.2导套（1）分类导套有直导套和带头导套，直导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合；带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合，导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。也可以直接在模板上开设导向孔，而不用独立的导套，这种形式的孔加工简单，适用于生产批量小，精度要求不高的模具。在设计中两种导套都有用到。（2）形状为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒圆角，导柱孔最好打通，否则导柱进入未打通的导柱孔时，孔内空气无法逸出而产生压力，给导柱的进入造成阻力。（3）长度导套的长度应根据模板的厚度确定，其长度一般比板厚少2-3mm（4）材料可用淬火铜或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可以改善磨擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的选择应根据模板的厚度来确定，材料为t8a, 硬到hrc5055,或采用20 钢渗碳0.50.8厚，淬硬到hrc5660。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为ra0.8m。（5）导套的选择导套的选择应根据模板的厚度和以上各个因素来确定，本设计在脱浇道板、定模板和动模板以及顶针板上各设置一套导套，典型的导套可分为直导套合带头导套，直导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合，带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合，由于导套配合导柱使用其具体结构与布局如图所示：图9-2 导柱导套布局材料：导套与导柱均采用t8制造，且导套硬度应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛，导套固定部分合导滑部分的表面粗糙度选取。固定形式及配合精度：导套的固定采用侧面开环形槽，紧固螺钉固定，带头导套用h7/k6配合，无头导套采用h7/n6配合镶入模板。9.3导柱与导套的配用由于模具的结构不同，选用的导柱和导套的配合形式也不同，本设计采用h7/f7配合。第十章 脱模机构设计10.1 脱模装置在注射成型 的每一循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构称为脱模机构或顶出机构。脱模机构由顶杆、顶杆固定板、顶出板、复位杆、拉料钉组成，其中，拉料钉的作用是使浇注系统自动脱离塑件，并从模具中顺利脱落，顶杆用来顶制品，推杆固定板用来固定顶杆，回程杆起复位导向作用。脱模机构可按动力来源分类也可按模具结构分类：（1）按动力来源分类。分为手动脱模、机动脱模、液压脱模、气动脱模，本设计采用液压脱模。即在注射机上设有专用的顶出油缸，并开模到一定距离后，活塞的动作实现脱模。（2）按模具结构分类。分为简单脱模机构、双脱模机构、顺序脱模机构、二级脱模机构、浇注系统脱模机构等。脱模机构有关计算塑件在成型时，由于尺寸上的收缩，所以对模具的凸出部分有抱紧力。脱模机构的负荷就时这种抱紧力在脱模方向上形成的阻力。脱模力的计算一般包括两部分：塑件从模具上脱出时的摩擦阻力和使封闭壳体脱模时须克服的真空吸力，即： （公式10-1，中国模具设计大典29.6-1.p403）其中： qe总脱模力； qc脱模阻力； qb真空吸力，一般为0.1a（mpa）。脱模力阻力的计算可由中国模具设计大典2公式9.6-5，本设计塑件可近似看做厚壁矩形件，故计算公式如下: (n) （公式10-2，中国模具设计大典29.6-5.p403）其中： qc脱模力 （n）； 型芯的脱模斜度； e塑件弹性模量 （n/cm2）； 塑件平均成型收缩率； h型芯脱模方形高度 （mm）； 塑件的泊松比； l、b矩形的长、宽（cm）； 厚壁制品计算系数；脱模斜度修正系数；代入数据计算得到每个型腔的脱模力为：q=（23.22.11050.0064.30.35）/(1+0.42+1.53)0.99=4156(n)10.2顶出机构设计（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，致使模具结构简单。（2）防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于塑料收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位，作用面积也应尽课能大一些，以防塑件变形或损坏。（3）力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。（4）结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易且具有足够的刚度和强度。（5）顶杆应设在脱模力较大的地方。（6）制品上有细长凸台或筋时，应在凸台或筋底部设置顶杆，以便可靠的脱模。从塑件结构考虑，本设计采用的顶出机构是推杆顶出机构。10.3拉料机构本模具采用的是点浇口自动脱料板结构形式，故应在分流道推板上设置浇道拉料杆，也称拉料钉，其结构如图所示：查实用模具技术手册表520-35.p458，取拉料杆直径为4。10.4 复位机构这个模具的设计中复位机构采用的是复位杆，通过合模时定模板对复位杆的推动来实现模具的复位。第十一章 冷却及排气系统设计11.1 冷却系统在注射成型过程中，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的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求也不同。一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。温度降低是通入循环冷却剂，从而将热量带走，模具冷却剂常用水，此外还有压缩空气，冷冻水冷却，而水冷却最为普通，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温，水的热容量大，导热系数大，成本低。冷却水道的开设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）实验表明冷却水孔的数量愈多，对制品的冷却也就愈均匀。（2）水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，水孔边距型腔的距离常用10-15mm。（3）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。冷却水道直径一般不小于9mm，常用9-12mm，但也必根据模具的具体大小和产品大小状况而定，本设计由于模具较小，产品也较小，综合考虑取水管直径8mm。（4）进出口冷却水温差不应过大，以免造成模具表面冷却不均。11.1.1冷却回路的布置缩短成型周期有各种方法，而最有效的是制造冷却效果良好的模具，如果不能实现均一的快速的冷却，则会使制品内部产生应力而造成制品变形成形或开裂，所以我们必须根据制品的形状及壁厚设计，制造能实现均一的且高效的冷却回路。一般在冷却回路的布置上应遵循如下原则：（1）模具上有数组冷却回路时，冷却水应首先接近主流道的部位；（2）对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂，必须沿制品收缩大的方向设置冷却回路；（3）水道之间的中心距离一般为水道直径的3-5倍，最小不得小于水道直径的1.7倍，水道的外周离模具型腔表面的距离一般为10-15mm。本设计由于采用整体嵌入式型腔，且型腔外形为矩形，水道布置具体结构如图所示：图12-1 水道分布图11.1.2冷却时间计算由中国模具设计大典2，冷却时间依塑件种类、塑件壁厚而异，一般用下式计算： （公式12-1，中国模具设计大典29.8-8.p458）式中： 最低冷却时间（s）； 塑件平均壁厚（mm）； 塑件平均热扩撒率（mm2/s）； 模具平均温度（）； 熔体平均温度（）； 塑件平均脱模温度（）。代入数据计算得：=8.26s，由表取20s。11.1.3管道直径设计管道直径通过类比法并根据以往别人总结的经验，综合考虑到模具的实际结构，在这里取d= 8 mm，可以满足冷却要求又不浪费资源和造成与其他结构的干涉。11.2排气机构当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有的气体，蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、接缝、表面轮廓不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生焦痕，而且型腔内汽体被压缩产生的反气压会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量。排气机构的设置，一般有如下几种方法：（1）利用分型面排气：在型腔周围设置排气槽，采用这种方法排气时，易在模具上的排气处残留树脂分解的物质，特别在浇口对侧的部位，必须及时将其清除，否则久而久之腐蚀模具的型腔表面。（2）利用推杆排气：在推杆上设置排气槽，由于推杆是运动零件可达到自清效果，清理效果较好。（3）利用镶件排气：对于制品的筋、槽部位经常采用此法。由以上方法做以比较并参考塑件的结构特征即塑件本身比较小再处于对模具设计的复杂性和经济性的考虑，所以本设计排气机构设计的最佳方案为利用推板以及型芯排气。第十二章 模具材料的选择和装配图绘制12.1 模具材料的选择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。另外还要考虑到模具的成本。通过查阅相关的资料，参考塑料成型模具设计与制造附录2.p341 我所选取的主要模具的材料如下表所示：表13-1 模具零件的材料及热处理选择模具零件种类主要性能要求材料名称或牌号热处理种类导柱、导套等表面耐磨心部有一定的韧性t8a表面淬火hrc55型腔、型芯等强度大，表面耐磨，耐腐蚀，淬火变形要小3cr2w8vhrc5255浇口套表面耐磨，耐腐蚀，热硬性t10a淬火加低温回火hrc55拉料杆等有一定的强度及耐磨性t10a淬火加低温回火hrc55顶出杆有一定的强度及耐磨性65mn各种模板等有一定的强度45调质hb200螺钉等有一般的强度4512.2模具装配图的绘制总体结构和主要视图如下：图14-1 模具装配图a-a剖视图 图14-2 模具装配图俯视图模具的动作过程：开模原理：模具在注塑机的作用下，开始进行开模运动，首先定模板和退料板在小拉杆弹簧的作用下进行第一次分型，运动到一定位置 小拉杆的限位端对定模板进行限位，分流道凝料被拉料销拉出定模板，注塑机的拉力仍对模具