毕业设计（论文）-香皂盒塑件注射成型工艺及模具设计.doc

毕业设计（论文） 题 目： 香皂盒塑件注射成型 工艺及模具设计 学 生： x x x 指导老师： x x x 系 别： 材料科学与工程系 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 材料 0401 学 号： xxxxxxxxxxx 2008 年 6 月 i 目 录 摘 要 .1 abstract .2 1 选题背景 .3 1.1 塑料模具的发展状况及地位3 1.2 选题依据和意义3 1.3 模具设计概要 .3 1.3.1 设计内容 3 1.3.2 设计步骤 4 1.4 设计的重点、难点4 2 塑件成型工艺分析 .5 2.1 塑件二维工程图和三维立体图5 2.2 塑件的材料分析5 2.3 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析7 2.4 计算塑件的体积、质量和表面积8 3 注射机的选用 .9 4 塑件成型方案设计 10 4.1 分型面选择.10 4.2 型腔数的确定.11 4.3 型腔布局.11 4.4 浇注系统的类型和位置的选择.12 4.5 成型零件结构设计.12 4.5.1 型腔设计 .12 4.5.2 型芯设计 .13 4.6 脱模结构设计.14 4.7 导向与定位机构设计.15 4.8 顺序分型机构设计.17 4.9 排气及引气系统的设计.19 4.10 模温调节系统的设计19 4.11 模架选用19 5 模具设计 20 5.1 模具成型零件尺寸计算.20 5.2 模具强度与刚度校核.21 5.3 脱模力的计算.23 5.4 浇注系统的设计.24 5.4.1 主流道的设计 .24 5.4.2 分主流道的设计 .25 5.4.3 浇口的设计 .26 5.4.4 拉料杆的设计 .26 ii 5.4.5 冷料井的设计 .27 5.5 模具冷却系统的设计.27 5.5.1 制品所需冷却时间的计算 .27 5.5.2 冷却介质一边所需传热面积的设计计算 .27 6 注射机的选用及相关参数的校核 29 6.1 相关参数 29 6.2 最大注塑量校核.29 6.3 锁模力校核 29 6.4 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核.30 6.5 开模行程校核 30 7 模具结构总图绘制 31 8 成型零件的加工工艺 32 结 语 34 致 谢 35 参考文献 36 1 香皂盒塑件注射成型工艺及模具设计 摘 要 此课题是由马立安老师亲自指导，设计一副塑料注射模，经过几个星期的努力，基本完成此次 设计的任务。此设计的主要内容是根据对香皂盒塑件的形状、尺寸及其精度要求来进行注射成型工 艺的可行性分析，并设计模具。塑件的成型工艺性主要包括塑件的壁厚，斜度和圆角以及是否有抽 芯机构。通过以上的分析来确定模具分型面、型腔数、浇注系统形式、成型零件结构；其中最重要 的是浇注系统和成型零件结构的设计，例如采用什么样的浇口，采用整体式还是镶拼式型腔等。此 外还分析了模具受力，脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。最后绘制完整 的模具装配图和主要的模具零件图及编制成型零件的制造加工工艺卡片。 关键词：注射成型工艺；模具设计；制造加工工艺 2 the injection molding process and design for soap box abstract the topic is by mr. ma lian teacher the personal guidance, designs a plastic injection mold .after several weeks endeavors, complete this design basically the duty. this designs primary coverage is according to models a shape, the size and the accuracy requirement to the scented soap box carries on the injection molding craft the feasibility analysis, and designs the mold. process plastic parts of the main wall thickness plastic parts, and the gradient fillet and whether to have pulls out the core organization. through the above analysis determined that the mold divides the profile, the die space number, the gating system form, the formation components structure ;and most importantly the gating system and does the formation components structures design, what runner for example use, uses the integral type to inlay puts together the type die space and so on in addition has also analyzed the mold stress, the mold emptier design, the matched molds guide mechanism design, cooling systems design and so on. finally plan complete mold assembly drawing and main mold detail drawing and establishment formation components manufacture processing process chart. key words: injection molding craft; mold design; manufacture processing craft 3 1 选题背景 1.1塑料模具的发展状况及地位 在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发 展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有 一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之 一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用， 在国际上被称为“工业之母” ，对国民经济发展起着不容质疑的作用。 塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问 世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在 某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等， 成为各个工业部门不可缺少的材料。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很 大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计 算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也 将迅速增长。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。 近年来，中国塑料工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量位居世界第二。 在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。尤其在国防和尖端科学 技术领域中占有越来越重要的地位。 1.2 选题依据和意义 目前市场上能买的生活用品决大部分是塑料的，香皂盒只是其中一小部分。香皂盒 是生活中经常可接触到的东西，是生活用品很有代表性的典型示例。目前市场上销售的 同类商品琳琅满目，人们对生活用品的要求从经济实用性、可靠性己经提高到对舒适性、 美观性、安全性、实用经济性等品质和外观的方面要求，从而对生活用品也提出了许多 新的要求。对生活用品的这种不断提出的新要求，促使生活用品的在外形不断的改进， 力求标新立异，外形零件的生产技术也不断得到新的发展。为保证制品品质外观的美观， 小浇口的应用在模具产业中占有很大的比重，点浇口就是其中最为典型的浇注系统之一， 因此三板模的结构和特点是非常值得我们了解和掌握的。本课题与日常生活紧密相关， 所以本课题研究的实用性很强，很有意义。 1.3 模具设计概要 1.3.1设计内容 本课题是在给定二维产品图和塑件实样的基础上对塑料件进行注射成形工艺分 析及模具设计。本文将对香皂盒成型的几个关键问题: 香皂盒制品外形的设计与建模、 最佳成型方法的选择、分析最佳成型工艺、模具设计并进行理论研究、模具的制造加工 工艺。 1.3.2 设计步骤 塑料模具设计的主要过程：1)pro/e 造型；2)成型工艺规程的编制；3)注射机的选 4 用；4)分型面的选择；5)型腔数的确定；6)浇注系统的设计；7)模具结构设计；8)成型 零件的设计；9)其他附加机构设计；10)模温调节系统的设计；11)画模具装配图及零件 图；13)编写模具的制造加工工艺；12)编写设计说明书。 1.4 设计的重点、难点 香皂盒为外观件，不透明，塑件的表面要求表面平整光滑，不能有拼接痕、变形、 缩水、毛刺、油纹等注塑缺陷，浇口痕迹小且应去除干净。塑件为罩型件，每个面之间 都是通过度圆角连接，且壁厚较薄，在脱模后要求塑件不能有翘曲、皱折、裂纹、顶白、 变形等缺陷。且在满足以上要求的前提下，尽可能的简化模具结构，降低模具成本。为 了能满足塑件的技术要求，生产出合格的产品，因此在本设计中模具浇注系统的类型和 位置的选择、成型零件结构设计、脱模机构的设计是重点，也是难点。同时还应该注意 一些附加机构的设计，比如顺序分型机构设计等。 5 2 塑件成型工艺分析 2.1 塑件二维工程图和三维立体图 图 2-1 塑件的二维工程图 图 2-2 塑件三维立体图 2.2 塑件的材料分析 塑件的材料采用苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物即 abs 。abs 树脂是目前产量最大， 应用最广泛的聚合物，它将 ps，san，bs 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚 相均衡的优良力学性能。abs 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，a 代表丙烯腈， b 代表丁二烯，s 代表苯乙烯。 6 特点： abs 属热塑性塑料，外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明、无毒、无味，密度与聚 苯乙烯基本相同。abs 具有良好的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性 能、耐热性、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。abs 树脂耐 水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些 氯代烃中。燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂 气味，但无熔融滴落现象。 它具有三种单体所赋予的优点：其中丙烯腈赋予材料良好 的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒 性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。改变三组分的比例，可 以调节材料性能，有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 用途：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。 成型特性： 1) 无定形料，流动性中等，吸湿大，吸水率约在 0.2%0.45%之间，必须充分干 燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥 8090 度，2 小时。 2) 无明显熔点，熔融流动温度不太高，且热稳定性较好，宜取高料温,高模温,但 料温过高易分解(分解温度为270 度)。对精度较高的塑件，模温宜取 5060 度,对高光泽的耐热塑件,模温宜取 6080 度。 3) 如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水 位等方法。 4) 溢料值为 004 mm。 abs 工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 表 2-1 abs 塑料的成型条件 塑料名称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名称acrylonitrile butadiene styrene 塑料代号abs 适用注射机类型螺杆式柱塞式 计算收缩率%0.30.8 密度 3 g/cm1.031.07 时间h23注射前 预热条件温度8085 7 续 表2-1 后部150170 中部165180料筒温度 前部180220 喷嘴温度170180 模具温度5080 注射压力mpa60100 注射s2090 高压s05 冷却s20120 成型时间 总周期s50220 螺杆转速r/min30 时间h2 干燥条件 温度8090 注：此表数据摘至表参考文献1p43 表 8.3-10 2.3 塑件的结构和尺寸精度表面质量分析 1) 结构分析: 从三维立体图上可以看出，该零件总体形状为双重罩形件，两罩形 开口方向相反，且一个包含在另一个当中，中间有凹槽，还分布有 8 个小孔。 从二维工程图可以看出塑件外形最大尺寸为：l b h=130 88 32mm，成对称分布。塑件壁厚均匀 t=2mm，轮廓清晰，过渡圆角均匀，外型美 观。外侧壁设有 3 的脱模斜度，过度圆角处也有拔模，内凹槽壁锥度为 15， 过度圆角无拔模，有利于零件成型。 2) 表面质量分析: 塑件的表面质量包括塑件的表面粗糙度，透明程度等的外观质 量。该塑件为不透明制件，塑件的表面要求不能有拼接痕、变形、缩水、毛刺、 油纹等注塑缺陷，外表面带有细致的火花纹，浇口痕迹小且应去除干净；表面 质量要求较高。一般模具表面粗糙度要比塑件的表面粗糙度要求低 12 级， abs 塑件的表面粗糙度一般要求 ra=0.81.6m。 3) 尺寸精度分析:影响塑件尺寸精度的因素很都，如：模具制造精度及其使用后的 磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑料制品的形状，脱模 8 斜度及成型后制品的尺寸变化等，一般适用低精度。该零件为单一制件，零件 的尺寸精度要求不高，零件尺寸均为未注公差。根据参考文献1第 158 页表 8.5-59 由塑件材料 abs 的未注公差尺寸得，塑件精度取 mt5。 结论： 综上所述，该塑件采用普通热塑性塑料注射模成型即可；根据参考文献1p162 表 8.5-64 得，塑件精度取 mt5，与之对应的模具精度为 it11。 2.4 计算塑件的体积、质量和表面积 计算塑件质量是为了选用注射机及确定型腔数。该塑件先用 pro/e 软件造型,造型 好经软件分析计算可得该塑件的体积：v=，根据参考文献1p43 表 8.3- 3 54531.861mm 10 可查出，abs 材料的密度 =（1.031.07）。这里取平均值，则 =1.05 3 g/cm 。由 pro/e 软件分析计算得塑件的质量：g=57.26g；表面积：s=。 3 g/cm 2 54848.407mm 9 3 注射机的选用 由参考文献1p43 表 8.3-10 可查得 abs 塑料的成型工艺参数可作如下选择: 注射 机采用卧式螺杆式,成型温度为 160220料温,注射压力为 60100mpa 为宜。不过， 成型模及注射压力的工艺参数在试模时可作适当的调整。 由前列参数查参考文献1p478 表 9.9-3 部分国产 sz 系列塑料注射成型机主要技 术参数，初选塑料注射成型设备：上海第一塑料机械厂生产的 sz-250/1250 注射机。 表 3-1 国产 sz-200/120 注射机主要技术参数 项目sz-250/1250 结构型式卧式 理论注射容量为 3 cm270 螺杆直径mm45 注射压力mpa160 注射速率g/s110 塑化能力g/s18.9 螺杆转速r/min10200 锁模力kn1250 拉杆内间距mm415415 移模行程mm360 最大模具高度mm550 最小模具高度mm150 模具定位孔直径mm160 喷嘴球半径mmsr15 喷嘴口孔径mm4 注：此表数据摘至表参考文献1p478 表 9.9-3 10 4 塑件成型方案设计 4.1 分型面选择 模具设计中,分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。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。为保证制件能顺利地从型腔中脱出且便于模具加工，应根据分型面选择原则和塑 件的成型要求来选择分型面。一般应考虑以下几种因素： 第一，分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方。 第二，分型面处不可避免地会在塑件上留下溢料痕迹，故分型面最好不要选择在制 品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 第三，从制件的推出装置考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模。 第四，为保证制件相关部位的同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好 把要求同心的部分放在分型面的同一侧。 第五，有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，一般将抽芯或分型距离 较长的一边放在动定模开模的方向上。 第六，为了便于模具加工制造，应尽量选择平直且易于加工的分型面，且分型面的 位置要有利于制品排气、脱模。 图 4-1 分型面的选择 如图 4-1 所示，本设计中的塑件为罩型件，塑件的最大轮廓面有 a-a、b-b、c-c； 为了避免侧抽芯，选 a-a 为分型面较合理； 此外，选 a-a 做为分型面还可以保证塑件的表面质量，不影响塑件表面的美观。从 制件的推出装置考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模，因此分型面 a-a 应使型芯在 11 动模侧，塑件在定模侧。 综合考虑，选 a-a 作为分型，分型面在下方。 4.2 型腔数的确定 模具型腔数的确定要考虑的因素很多，主要应考虑：现有注塑机的规格、所要求的 塑件质量、塑件成本及交货期，起决定作用的因素很多，它既有技术方面的因素，也有 生产管理方面的因素。此设计的型腔数主要从以下几个方面考虑： 1) 生产批量较大可考虑一模两件或四件； 2) 设备注射量可一模多件； 3) 材料成型性能和塑件精度要求可一模多件； 4) 塑件结构和模具复杂程度可一模多件； 实践表明，塑件结构与尺寸是确定型腔数的最主要因素。塑件的总长为 130mm,总宽 为 88mm，塑件体积相对较大。考虑到模具体积不至于太大，降低模具成本。 综合考虑，选用一模两件较为合理。 4.3 型腔布局 此模具为多型腔模，多型腔模设计时型腔布置应遵循以下原则； 1) 尽量保证各型腔同时充满，并均衡地补料，以保证同模各塑件的性能、尺寸尽 可能一致。 2) 各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够截面 积承受注塑压了。 3) 在满足以上要求的情况下尽量缩短流道长度、降低浇注系统凝料重量。 4) 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心，一般在模板 的中心上。 根据以上原则，设计此模具的型腔布局为如图 4-2 所示： 图 4-2 型腔布局 12 4.4 浇注系统的类型和位置的选择 浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，浇注系统的设计 对注射成型效率和制件的质量有直接影响，是获得优质塑料制品的关键，因此，浇注系 统设计是模具设计的重要环节。香皂盒制品外观要求高，因此应尽可能小化浇口痕迹。 采用点浇口或是潜伏式浇口均有此优点。点浇口在塑件上残留痕迹小，能较自由的选择 浇口位置，在多型腔中容易实现各型腔平衡进料，故被广泛采用。又根据对塑件的结构、 尺寸精度和表面质量的分析，为保证充填时塑料熔体流程一致，防止缺料、熔接不良、 产生明显的熔接痕，制件宜从中间进料。塑件材料为 abs，且型腔数为一模两件，故采 用多点浇口浇注系统为宜。如图 4-3 所示： 图 4-3 多点交口 此外，采用点浇口浇注系统还有以下特点：（1）浇口尺寸小，熔料流经浇口的速 度增加，熔料受到的剪切速率提高，熔体表面黏度下降。流动性提高，有利于型腔的填 充。 （2）便于控制浇口凝固时间，既保证补料，又防止倒流，保证了产品的质量，缩短 了成行周期，提高了产生效率。 （3）点浇口浇注系统脱模时，浇口与制品自动分开，便 于实现塑料件产生过程的自动化。 （4）浇口痕迹小，容易修整，制品的外观质量好。 不过多点浇口浇注系统产生的回料多，模具费用也教高。 4.5 成型零件结构设计 分类：整体式、整体嵌入式、组合式、局部镶入式 4.5.1 型腔设计 1）型腔结构设计 由于塑件每个面之间都通过度圆角连接，且塑件表面光滑，不能有拼接痕，因此型 腔结构应采用整体式或整体嵌入式。 整体式型腔强度、刚度好表面拼接痕少，曲面过渡圆滑，冷却系统易开设，有利于 缩小模具总体尺寸。但是结构较复杂，制造难度大，电火花加工量大，加工时间长，修 13 模难，造价高。 整体嵌入式优、缺点与整体式的相近，节省了优质材料，制造工艺有一定改善；但 采用整体嵌入式会增大模具的总体尺寸，冷却系统的开设也受到一定限制。此模具结构 为三版式结构，采用整体嵌入式，分流道的开设也会受到限制。 综合考虑，采用整体式型腔较为合理。如图 4-4 所示： 图 4-4 整体式型腔 2）型腔材质选择 中小型热塑性塑料模中大批量生产可用 p2o 预硬化 3638hrc，加工性及综合性都 较好。该钢材为切削性、焊接性优越钢材；洁净度高，具有良好的镜面精加工性能；出 厂硬度：（硬化及回火）hb330370 hrc 3438；硬度和光洁度、耐磨性都较好，且 价格比较便宜。 4.5.2 型芯设计 1）型芯结构设计 从塑件的结构上看塑件在分型面的一侧，中间存在 8 个小孔可考虑采用整体式或整 体嵌入式+局部镶入式型芯。 整体式型芯表面拼接痕少，曲面过渡圆滑，冷却系统易开设。但是结够较复杂，制 造难度大，电火花加工量大，加工时间长，修模难，造价高。 整体嵌入式+局部镶入式型芯既有整体嵌入式的优点，又改善了局部制造工艺，但 冷却系统开设受一定限制。 综合考虑，采用整体嵌入式+局部镶入式型芯较为合理。如图 4-5 所示： 图 4-5 整体嵌入式+局部镶入式型芯 14 2）型腔材质选择 中小型热塑性塑料模中大批量生产可用 p2o 预硬化 3638hrc，加工性及综合性都 较好。 4.6 脱模结构设计 根据塑件的结构特点，开模时塑件将留在动模上，可在动模上开设推杆推出机构或 推板推出机构做为该模具的脱模机构。 由于推板推出机构的结构比较复杂，且制造成本也比推杆推出机构高。所以，在满 足推出机构选用原则的基础上，优先考虑采用推杆推出机构。 此杆推出机构由 5 个零件组成分别为推杆，推板，推杆固定板，复位杆，限位钉。 推杆直接作用于塑件表面，将塑件推出模外，推杆需要固定，因此设推杆固定板和推板， 两板间螺钉连接。注塑机上的顶杆作用在推板上，利用开模行程推动推板，推板带动推 杆推出制件。推板的回程是靠复位杆实现的，脱模机构将塑件脱模后，在进行下一次成 型前，除推搬机构以外，必须先行回到初始位置。一般塑料模具中均采用复位杆复位， 复位杆的工作端面顶在定模的固定板上，复位杆的另一端与固定推杆的推杆固定板相连， 在模具闭模时，由复位杆推动推板，带动推杆杆回程。在推板与定模底板间设限位钉， 限位钉有两个作用：一是使推板与底板间形成间隙，一但落入废料屑，也不会影响推板 复位；另一个作用是在模具制造时可调节限位钉头部的厚度来控制推杆返回的位置。 根据参考文献1p964 表 13.22 选取标准推杆为： 推杆 6135 gb/t4169.1-1984 材料 t8a。 图 4-6 推杆 图 4-7 推杆的安装 15 推杆位置应设在脱模阻力最大的部位。盖类或箱类制件，侧面的阻力最大，应尽量 在其端面均匀设置推杆。为了避免推杆因推杆孔的磨损而把凸模侧碧擦伤，推杆边缘距 型芯侧壁的距离 a0.13mm。 在此模具中，侧面也是该制件能够承受较大推力的地方，因此，在此处设置推杆较 为合理。可设置 8 根直径为 6 的圆形的边缘推杆，对称分布在型芯的周边，推杆边缘 距型芯侧壁的距离取 a=0.19mm。为了防止塑件因推杆推出力的作用而产生顶白、变形、 破坏等缺陷，影响塑件质量，型芯内部不设置推杆。如图 4-8 所示： 图 4-8 推杆的布置 4.7 导向与定位机构设计 导向机构主要有导向、定位、承受侧压力三个作用，为了使合模动作更加可靠平稳 在型腔周围设四根导柱，将导柱开设在定模侧即导柱倒装。为保护型芯，避免合模时凸 模进入凹模时由于方位搞错而损坏模具或由于定位不准而互相碰伤，设在定模上的导柱 长度应为：l=定模各模板厚度+拉杆行程+型芯高度+68mm。导柱采用标准带头导柱和 导套配合的方式，安装段与模板间采用过渡配合 h7/k6，导向段与导向孔间采用动配合 h7/f7，固定段表面粗糙度为 ra1.6m 导向段表面用 ra0.8m，导柱需要有硬而耐磨的 表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低碳钢（20 号钢）渗碳（0.50.8mm 深） ，经 淬火处理 5660hrc。如图 4-9 所示： 根据参考文献1p967 表 13.25 选取标准带头导柱为： 导柱 252403220 钢 gb/t4169.4-1984 16 图 4-9 标准带头导柱 动模边的选用标准带头导套，导套内孔与导柱之间为动配合 h7/f7，外表面与模板 孔为较紧的过渡配合 h7/k6，粗糙度内外表面均用 ra0.8m，材料选用 t8a 淬火处理， 表面硬度为 5055hrc，低于导柱 5 度。如图 4-10 所示： 根据参考文献1p966 表 13.24 选取标准带头导套为： 导套 2539（）t8a gb/t4169.3-1984 图 4-10 标准带头导套 定模边的导套选用标准直导套，导套内孔与导柱之间为动配合 h7/f7，外表面与模 板孔为较紧的过渡配合 h7/n6，粗糙度内外表面均用 ra0.8m，材料选用 t8a 淬火处理， 表面硬度为 5055hrc，低于导柱 5 度。如图 4-11 所示： 根据参考文献1p965 表 13.23 选取标准直导套为： 导套 2520t8a gb/t4169.2-1984 导套 2540t8a gb/t4169.2-1984 图 4-11 标准直导套 17 图 4-12 导柱、导套应用实例 4.8 顺序分型机构设计 模具的浇注系统为点浇口浇注系统，此模具为三板模，采用了利用拉料杆和凝料推 板脱出浇注系统凝料的机构，模具有三个分型面，分别为:分型面、分型面、分型 面。其中分型面为主分型面，打开脱出塑件，分型面打开分离塑件和浇注系统凝 料，分型面打开将流道凝料从定模底板一边强力推出，并自动坠落。开模时应保证三 个分型面顺序地、完全地打开，因此需在模具中开设顺序分型机构。在此利用限位拉杆、 弹簧、拉紧装置达到顺序分型的作用。 此模具中限位拉杆由拉杆、螺钉、限位柱三部分组成。限位柱装在定模底板上，端 面顶在凝料推板上，拉杆端面顶在凝料推板的另一面，与限位柱相对，两者用螺钉锁紧。 拉杆相关尺寸取：d=16，d24mm,l=90mm（l浇注系统凝料的高度）,l1=14mm。取螺 钉 gb/t70.1 m1060 与拉杆相配套。限位柱的作用在于取代螺钉与模板直接接触，提 高精度，保证模板受力平衡，限位柱的尺寸与拉杆相对应，在此 l2=17mm,限位柱应保证 有大于 5mm 的运动空间。如图 4-13 所示： 图 4-13 限位拉杆 此模具采用尼龙胶钉作为的拉紧装置，尼龙套套在动模上的调节螺钉上，胶钉管伸 入于定模板的导向孔内，为过盈配合，胶钉张紧力可调。开模时，由胶钉的张紧力把定 18 模型腔板与动模固定板拉住，使两者不分离。尼龙胶钉相近的定模内孔应省光，端部应 加排气装置，开口处应加 r 省光防止刮伤胶钉。此模具中所用的胶钉尺寸见图 4-14 所 示： 图 4-14 尼龙胶钉 此顺序分型机构的工作原理： 如图 4-15 所示，分流道开设在定模型腔板 5 背面，在点浇口的背面定模底板 2 上 装有分流道拉料杆。开模时，由于定模型腔板 5 与凝料推板 3 之间的弹簧 6 的张力的作 用，分型面先分开，拉料杆将浇注系统拉向定模底板一边，因而从浇口处与塑件断开， 凝料滞留在凝料推板上。动模后退一段距离后，拉杆的拉力做用在凝料推板 3 和定模型 腔板 5 上，由于尼龙胶钉的张紧力作用把定模型腔板 5 与动模固定板 7 拉住，使两者相 对于凝料推板 3 和定模底板 2 间更不易分离，在拉杆的作用下分型面分开，凝料推板 3 将流道凝料从定模底板一边强行推开，并自动坠落。继续开模，通过拉杆使分型面 打开脱出制件。 19 1- 限位柱 2-定模底板 3-凝料推板 4-螺钉 5-定模型腔板 6-弹簧 7-动模固定板 8-尼龙套 9-调节螺钉 10-拉杆 11-垫板 12-垫块 13 动模底板 图 4-15 顺序分型机构 4.9 排气及引气系统的设计 此制件属中小型，且注射速度中等，可以利用模具分型面，模具零件间的配合间隙 和推杆的间隙排气及引气，不开设专门排气槽、引气槽。 4.10 模温调节系统的设计 注射模不仅是塑料熔体的成型设备，而且还是热交换器。模具温度调节系统直接关 系塑件的质量和生产效率。为了提高冷却效率和争取型腔表面温度的均匀稳定,在系统 的综合设计中应遵守生产中的约定规则。在管道回路的布置时，还应该进一步考虑型腔 的形状和尺寸，并使加工方便和密封效果良好。 模温低于 80，一般只设冷却系统，细小塑件可设加热系统。abs 材料的模温在 5080之间，香皂盒体积又较大，故此模具不需开设加热系统，只需开设冷却系统。 4.11 模架选用 选择依据：根据型腔布局、浇注系统形式、成型零件结构、推出机构、排气及引气 系统的设计、模温调节系统的设计的设置要求，估算出模架周界尺寸为 20 350400305mm； 结论：龙记 简化型细水口 fai 型 290400 模架，a 板厚 50mm，b 板厚 40mm，垫 块高度 90。 21 5 模具设计 5.1 模具成型零件尺寸计算 成型零部件工作尺寸的计算方法很多，本设计中均采用平均收缩率法计算。查得 abs 材料的收缩率真为 a=0.3%0.8%，故平均收缩为:error!error! nono bookmarkbookmark namename given.given. =(0.3+0.8)%/2=0.55%,取=0.5%为宜。又取模具制造公差取，磨损余留 cp s cp s z= /3 量。根据参考文献3p118、119 公式 3-32、3-33、3-34、3-35、3-36 得: c= /6 用公式来计算型腔或型志的工件尺寸太繁琐，以现有的制造水平可直接造型的零件 以取 0.5%的收缩率作维尺寸的吸级，这也是型腔或型芯的工作尺寸。所得尺寸列于表 5-1 中。 表 5-1 成型零件尺寸计算 尺寸分类计算公式 塑 件 尺 寸 （mm ） 塑料的平 均收缩率 （） 公差 模具尺寸 （mm） 1300.25 0.25 0 130.65 880.22 0.22 0 88.44 111.070.25 0.25 0 111.62 69.070.19 0.19 0 69.41 40.075 0.075 0 4.02 型腔径向 尺寸 z + mcps 0 3 l =(1+s )l - 4 140.11 +0.11 0 14.07 1260.25 0 -0.25 126.62 840.22 0 -0.22 84.42 1080.22 0 -0.22 108.54 660.19 0 -0.19 66.33 型芯径向 尺寸 z 0 mcps- 3 l =(1+s )l + 4 6 0.5 0.075 0 -0.075 6.03 22 120.11 0 -0.11 12.06 续 表 5-1 尺寸分类计算公式 塑 件 尺 寸 （mm ） 塑料的平 均收缩率 （） 公差 模具尺寸 （mm） 320.16 0.16 0 32.16 150.11 0.11 0 15.08 型腔深度 尺寸 z + mcps 0 2 h =(1+s )h - 3 30.06 0.06 0 3.02 300.13 0 -0.13 30.15 150.11 0 -0.11 15.08 30.06 0 -0.06 3.02 型芯高度 尺寸 z 0 mcps- 2 h =(1+s )h + 3 20.06 0 -0.06 2.01 700.19 70.350.095 320.16 32.160.08 480.16 48.240.08 型芯间中 心距尺寸 dcpdsz 1 l =(1+s )l 2 16 0.5 0.11 16.080.055 注: 成型零件相对应的径向尺寸 成型零件相对应的高度尺寸 塑件的公差 d成型零件间相对位置尺寸 零件的制造公差，取塑件公差的 1/3 塑件的径向公称尺寸 塑件的高度尺寸 ds塑件的相对公称尺寸 cp塑件的平均收缩率 5.2 模具强度与刚度校核 注射模在其工作过程中需要承受注射压力、保压力、锁模力和脱模力等各种外力。 如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当这些外力的数值过大，型腔中产生的内应力超过型 腔材料本身的许用应力时，注射模及其成型零部件会产生塑性变形或断裂破坏,导 致整个模具失效。因此,设计成型零部件时,应进行强度校核。另外，在外力作用比较大 23 时，即使模具不产生塑性变形或断裂破坏，也有可能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，由此会发产生溢料或飞边现象， 导致制件无法满足技术质量要求。因此,设计成型零部件时,应进行刚度校核。 分析表明对于大尺寸的型腔刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件设计，按强度条 件校核；而小尺寸的型腔在发生足够大的弹性变形前 往往因强度不足而破化，因此应按强度条件设计，按 刚度条件校核。此模具型腔为整体式，且型腔结构类 似矩形，可按矩形凹模整体式型腔进行计算,如图 5-1 所示： 型腔壁厚壁厚和底板厚度计算： 1) 注射模型腔内壁所受到的单位平均压力根据塑件材 料或塑件形状不同而不同。一般来说，只有注射机 及机筒压力的 2550，既 p=(2550) 图 5-1 整体式 =4080mpa。p注 2）型腔侧壁厚度按刚度计算 根据参考文献1p385 公式 9.4-36 得： （5.2-1） 式中 凹模壁厚(mm)； c t p模腔压力(mpa),一般为 3050 mpa，根据上面的计算所得，这里取 p=50 mpa； e模具材料的弹性模量（mpa） ，在一般工作温度下，p20 为预硬化塑料模具钢， 取； 5 2.2 10empa 成型零件的许用变形量(mm), 根据参考文献3第 124 页表 3-37 得，abs 材料 的对应的许用变形量 =0.040.05mm； h凹模型腔深度尺寸(mm)，h=32.16mm； c由 h/l 而定的系数，根据 h/l=0.25 查参考文献3 第 124 页表 3-38 得 c=0.93； 3）型腔侧壁厚度按强度计算 根据参考文献1p385 公式 9.4-45b 得： 3 4 c cph t =16.54 e 24 (5.2-2) 式中 a由 l/h 而定的系数； 模具材料的许用应力（mpa） ，p20 为预硬化塑料模具钢，取；300mpa 4）型腔底板厚度按刚度计算 根据参考文献1p385 公式 9.4-38 得： (5.2-3) 式中 型腔底板厚度(mm)； h t 由 l/b 而定的系数，根据 l/b=1.48 查参考文献3 第 124 页表 3-39 得 c =0.0240； c 5）型腔底板厚度按强度计算 根据参考文献1p385 公式 9.449 得： (5.2-4) 式中 由 l/h 而定的系数；a b矩形凹模型腔短边长度（mm） 。 由以上计算可得模具的结构尺寸、应取刚度、强度计算中的大值为计算结果。 c t h t 实际生产中所用的型腔侧壁厚度 s22.71mm，型腔底板厚度 t15.2mm。 c t h t 5.3 脱模力的计算 塑件在模具中冷却定型时，由于收缩其体积和尺寸逐渐缩小，待制品固化后继续降 温则会对型芯产生包紧力，包紧力带来的正压力，垂直于型芯表面，脱模温度越低正压 力越大，脱模时必须客服该包紧力所产生的摩擦力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模 时还需客服大气压力。此外尚需客服塑件与钢材之间的粘附力及脱模机构本身运动的摩 擦阻力。由于注塑成型塑料一般含有适量的脱模剂，故塑件与钢材之间粘附力很小，可 忽略不计，而机构运动的摩擦助力可在机构设计时考虑用机械效率解决。 根据参考文献3p132 表 3-48，距环形断面，壁厚与长边之比 /l=0.0150.05 得： (5.3-1) c app t =h=1.73h22.71 3 4 4.89 h c ph tmm e h app t =b=0.71b15.5mm 8cos () 0.1 (1) eslftg fa k 25 式中 f脱模力（n） ； 距环形制件的平均壁厚（mm） ，2mm； e塑料的弹性模量（mpa）, 根据参考文献1p404 表 9.61，abs 材料的对应 的弹性模量 e=2000 mpa； s塑料的平均成型收缩率（） ，s=0.5； l制品对型芯的包容长度（mm） ； 模具型芯的脱模斜度（） ； f制品与型芯之间的静摩擦系数，根据参考文献1p404 表 9.61，abs 材料与 钢的摩擦系数 f=0.45； 塑料的泊松比，根据参考文献1p404 表 9.61，abs 材料的泊松比 =0.3； k无因次系数，；k=1+fsin cos1 a盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积（）,通孔制品的 a0。 2 mm 计算得，动模的脱模力；定模的脱模力。脱模力19.058fkn 动 .fkn 定6994 ff 动定 主要在动模上，开模时制件将留在动模边。 5.4 浇注系统的设计 5.4.1 主流道的设计 主流道位置位于模具的中心线上，与注塑机喷嘴轴线重合。为了便于将凝料从主流 道中拔出,将主流道设计成圆锥形其单边斜度为 2。内壁必须光滑，表面粗糙度 ra0.4m。主流道与喷嘴接触处做成半球形的凹坑，凹坑半径比喷嘴大 12mm，使喷 嘴与凹球严密地配合，避免高压塑料熔体溢出。主流道小端尺寸应比喷嘴孔直径约大 0.51 mm 以上，一般在 48mm 范围内。若为点点浇口的三板式模具，若使用凝料推 板推出浇注系统凝料时，浇口套与才推料板的滑动配合部分应有 515 的锥度。主流 道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流到称套，选用优质钢材 并经热处理提高硬度。 根据已有注塑机规格，设计浇口套。根据参考文献4p676 表 10.5-3 选用 b 型浇口 套，规格为 d=25mm。 喷嘴孔直径，对应的主流道进口端直径； 1 4dmm 21 0.54.5ddmm 喷嘴球直径，对应的主流道凹坑半径； 1 15rmm 21 116rrmm 浇口套与才推料板的滑动配合部分的锥度为 7； 26 材料 t8a 热处理后硬度 5055hrc。称套与定模之间的配合采用 h7/k6。 浇口套的结构如图 5-2 所示： 图 5-2 浇口套 为了使喷嘴与模具浇口的浇口套定位，需在浇口套上方设置定位圈。定位圈还可以 防止浇口套在注射时后退。本设计采用特殊型定位圈，其结构如图 5-3 所示： 图 5-3 定位圈 表 5-2 定位圈尺寸 项 目定 位 圈 尺 寸（单位mm） 符 号dd1dhlnp 基本尺寸160170508168120 上 偏 差-0.2 +0.1 下 偏 差-0.4 0 图 5-4 定位环与浇口套固定方式 5.4.2 分主流道的设计 分流道指主流道末端到浇口的整个通道。分流道的功能是使融体过渡和转向，分流 道的形状及尺寸尺寸应根据塑件的体积、形状、壁厚、分 27 流道的长度等因素来确定。本塑件的形状不算复杂,熔料填充型比较容易。根据型腔的 排列方式可知分流道的长度为 72mm,为了便于加工起见,选用截面形状为梯形分流道。梯 形截面流道，加工方便，流动阻力和热量损失均不太大，为最常用形式。对于壁厚小于 3 毫米，质量在 200 克以下的塑件可以用参考文献1p328 中的经验公式 9.2-9 来确定 分流道的直径： (5.4-1) 4 d=0.2654 gl 其中 d分流道直径（mm） g塑件的质量（g） 图 5-5 梯形分流道截面 l分流道长度（mm） 该制件质量约为 57.26g，由此可计算分流道开口 w=d=5.85 mm。但由于点浇口引导 部分在模板上的开口大径为 8.47mm, 因此,取梯形分流道 w=8.5mm，则 h=5.7mm。 5.4.3 浇口的设计 abs 为热塑性塑料，浇口的直径 0.42.0mm（常用 0.61.5mm ） ，点浇口台阶长度 0.52.0mm，最好 0.50.8mm 。对于壁厚在 0.72.5mm 的制品，浇口尺寸也可按参考 文献1p334 经验公式 9.2-19 计算： (5.4-2) 4 dnc a 式中 d点浇口直径（mm） ； a型腔表面积，即塑件外表面面积（） ；塑件外表面面积为 2 mm 53076.407。 2 mm c塑件壁厚的函数值，根据参考文献1p334 表 9.2-3，由制件壁厚 t=2mm 得 c=0.294； n塑料材料系数。由参考文献1p330 表 9.2-2 查得为 0.4。 故取 d=1.2mm，l=1.2mm。点浇口引导部分一般为 1525mm，引导部分与流道相交 的拐弯出用圆角过渡，改善流动性和减少压力损失。如没有过渡，流动阻力和剪切力会 使塑料充不满。在浇口与制件表面连接处有 90120 锥度，高 0.5mm 的倒锥。为了使 浇口拉断后不至于突出表面影响使用，将点浇口入口端低于制件表面。对于薄壁制件， 由于点浇口附近的剪切速率过高，会造成分子的高度定向，增加局部应力，甚至开裂。 为改善这一情况，在不影响使用的情况下，可以将塑件浇口对面的壁厚增加并呈圆弧过 渡，同时圆弧