毕业设计（论文）-仪表盖注射模具设计.pdf

仪表盖注射模具设计 摘 要 注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心， 在大多数国家， 注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与 否的关键。 本设计以目前最先进的三维高端软件 pro/e 为核心， 实现对仪表外壳的三维造型。 通过对仪表外壳的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺 方案。在模具设计中，采用一模四腔的布局。并通过对分型面、浇注系统、成型零部 件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用适合的标准模架及标准件，完成对仪表外 壳的一套完整的模具设计方案。 另外，为得到合格的塑件制品，在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程 进行模拟（cae）分析，帮助分析潜在的问题，优化模具结构、工艺参数，以便及时 修改制件和模具设计。结果表明，同传统的模具设计相比，cae 技术无论在提高生产 率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。 关键词：注射模具；三维造型；cae 分析 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstract injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring its production technology. based on the present advanced 3d software pro/e , this paper realized the 3d modeling for the instrument shell, analyzed the process and material of instrumentr shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .in the design process ，it used the configuration of four cavity in one plate and architecture of there- plate mould base. and through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the micromotor shell。 in addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the cae analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. results proved that cae technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor. keywords: injection mold; 3d modeling; cae analysis 目 录 摘 要 1 引 言 1 1 塑件分析 2 1.1 塑件结构分析 . 2 1.2 塑件材料分析 . 2 2 拟定模具结构形式 4 2.1 确定型腔数量及排列方式 4 2.2 结构形式的确定 4 3 塑件的相关计算及注塑机的选择 7 3.1 塑件的计算 7 3.2 注塑机的选择 7 3.3 注塑机的校核 8 4 分型面位置的确定 9 5 浇注系统形式和浇口的设计 . 10 5.1 主流道设计 . 10 5.2 分流道设计 . 11 5.3 浇口的设计 13 5.4 浇注系统的平衡 14 5.5 冷料穴的设计 15 5.6 拉料杆的设计 15 6 模架的确定 16 7 成型零件的设计 19 7.1 成型零件钢材选用 . 20 7.2 成型零件的结构设计 21 7.3 斜导柱抽芯机构设计 23 8 脱模推出机构的设计 28 8.1 脱模推出机构的设计原则 28 8.2 制品推出的基本方式 28 9 其它机构的设计 29 9.1 排气系统的设计 29 9.2 冷却系统的设计 30 10 开模动作过程 . 31 11 模具的试模与修模 . 31 11.1 粘着模腔 31 11.2 粘着模芯 32 11.3 粘着主流道 . 32 11.4 成型缺陷 32 12 滑块加工工艺卡 33 总 结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附表一 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附表二 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 引 言 塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自从 1990 年实现以纯粹化学合成方法 生产塑料算起，塑料工业已有 90 年的历史。1927 年聚氯酰胺，聚甲醛，abs，聚碳酸 酯，聚苯醚与氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯与 聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑 料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻， 电气绝缘性好，易于造型，生产效率高与成本低廉等；但也有许多自身的缺欠，诸如： 抗老化性，耐热性，抗静电性，耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技 术，材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不 断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。 本设计的仪表盖注射模，介绍了整个注射模的设计过程，实现了理论与实践相结 合。 不但丰富了自己的知识面， 而且增加了专业经验， 是大学生活中一笔很大的财富。 2 1 塑件分析 1.1 塑件结构分析 本次设计任务是塑料制品仪表外壳， 壁厚平均为 2mm,其形状及其基本尺寸如 图 1-1 所示。塑件有着，外观质量要求一般，表面粗糙度要求很低，因而要求成型情 况良好。 塑料：abs 生产纲领：大批量 图 1-1 产品图 1.2 塑件材料分析 本次设计的制件根据实际使用考虑，其材料要求有较高的机械强度及抗拉、抗压 性能要求制件表面光泽度好，化学性能稳定。abs 尺寸稳定、吸水率小，具有优良的 弹性及耐冲击强度，着色性好。化学性能稳定。有较好的电气绝缘性能。 1.2.1 成型特点 abs 成型收缩率小，无明显熔点，通常 160以上可成型，250树脂开始变色， 270以上开始分解（其中丁二烯橡胶成分最容易分解，导致制件抗冲击强度降低） 。 abs 的熔体流动性与注射温度和注射压力都有关系， 其中注射压力稍比注射温度敏感， 成型过程中可从注射压力如手，以降低其熔体粘度，提高充模性能。模具温度，注射 速度对 abs 的电镀性能， 外观光泽度有较大的影响， 在成型过程中， 低注射速度为宜， 对外观要求较高的制品模具温度取较高。abs 内应力检验以制品浸入煤油中 2 分钟不 3 出现裂纹为准或根据浸入冰醋酸溶液中是否发生开裂及其开裂的时间长短进行判断。 表表 1-1 热物理性能热物理性能 密度(g/ cm) 1.02105 比热容(jkg -1k-1) 12551674 导热系数 (wm -1k-110-2) 13.831.2 线膨胀系数 (10 -5k-1) 5.88.6 滞流温度(c) 130 表表 1-2 力学性能力学性能 屈服强度（mpa） 50 抗拉强度(mpa) 38 断裂伸长率() 35 拉伸弹性模量(gpa) 1.8 抗弯强度(mpa) 80 弯曲弹性模量(gpa) 1.4 抗压强度(mpa) 53 抗剪强度(mpa) 24 冲击韧度 (简支梁式) 无缺口 261 布氏硬度 9.7r121 缺 口 11 表表 1-3 电气性能电气性能 表面电阻率（） 1.210 13 体积电阻率（m） 6.910 14 击穿电压（kv/mm） 介电常数（10 6hz） 3.04 介电损耗角正切（10 6hz） 0.007 耐电弧性(s) 5085 4 2 拟定模具结构形式 根据模具理论和现场工作的的经验， 我们知道精度要求高的小型塑件和中大型塑 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（没有配合精度要求） ， 形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效 率大为提高。 型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的 设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设 计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要 进行必要的调整，以达到比较完善的设计。 2.1 确定型腔数量及排列方式 在本设计中， 由于塑件属于小型塑件， 而且精度要求不是非常高， 生产批量较大， 因此本设计采用了一模四腔的结构方式，可以大大提高生产效率，降低生产成本。 考虑到模具成型零件和出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示： 图 2-1 排样图 2.2 结构形式的确定 本设计的塑件外观质量要求较高，尺寸精度要求一般。因此我设计的模具的思路 是采用多型腔单分型面，也就是一模四腔的形式（如图 2-1） ，结构的构思是采用：塑 料模具的上.下模由凹.凸模组成， （如图 2-2，2-3） ； ，仪表外壳的内部形状主要是采 5 用小的镶件的形式。根据本塑件的结构和表面的质量要求，模具的分型面开模结构形 式（如图 2-6） 。 在本设计中我主要是利用 pro-e 平台的设计方法 （如图 2-6） ， 来进行分模的模拟 和结构的设计。 图 2-2 凹模块图 图 2-3 凸模块图 6 图 2-6 pro-e 分模 图 2-7 一模四腔 7 3 塑件的相关计算及注塑机的选择 3.1 塑件的计算 如果采用传统的计算方法来计算仪表外壳，由于人为的测量误差和计算误差，只 能得到大概的计算结果，计算结果不是很科学。所以本设计采用了 pro/e 软件进行三 维实体设计，其体积、质量等都可准确地自动计算出来，加快了模具的开发时间和减 少了设计人员的劳动强度，是模具发展的趋势。表 31 是该软件自动生成的模型分 析报告。 表 31 模型分析报告 塑件质量属性 体积 3 质量 g 塑件在分型面上的投影面积 mm 2 仪表外壳（四件） 38.72 (9.684) 40.64(10.164) 14000 3.2 注塑机的选择 根据本模具的设计方案，初步选定注射机为浙江塑料机械厂生产的型号为 sz 300/160 型卧式注塑机。其基本参数请见表 32。 表表 3-2 注塑机的主要参数注塑机的主要参数 理论注射容积(cm) 300 螺杆直径(mm) 30 注射压力(mpa) 150 注射速率(g/s) 145 塑化能力(g/s) 82 螺杆转速(r/min) 14180 锁模力(kn) 1600 拉杆内间距 (mm) 450450 移模行程(mm) 380 模具最大厚度(mm) 450 模具最小厚度(mm) 250 锁模形式 双曲肘 模具定位孔直径(mm) 160 喷嘴球半径(mm) 20 喷嘴口孔径(mm) 6 模板尺寸(mm) 8 3.3 注塑机的校核 3.3.1 注射量校核注射量校核 最大注射量：vmaxv1500.75112.5 错误！未指定书签。错误！未指定书签。 3 最小注射量：vminvmax0.251500.2537.5 3 实际注射量：38.72 3 最小注射量560kn 锁模力足够 经过校核计算 该注塑机的工艺参满足数要求 9 4 分型面位置的确定 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。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 分型面应选在塑件外形最大截面处。 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 有利于保证塑件的精度要求。 满足塑件的外观质量要求。 便于模具加工制造。 对成型面积的影响。 对排气效果的影响。 对侧向抽芯的影响。 应有利于简化模具结构。 分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便 根据我所设计的塑件的形状和加工的难易情况，我把分型面选择在仪表外壳边曲 面上，这在各方面的原则都比较适合。具体的图形可以如图 4-1 所示： 图 4-1 分型面 10 5 浇注系统形式和浇口的设计 5.1 主流道设计 5.1.1 流道衬套的设计 主流道尺寸 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带 有锥度的流动通道。主流道小端尺寸 d 应与所选注射机喷嘴尺寸相适应，要查阅所选 注射机的使用说明书，即 d= d1（注射机喷嘴直径）+(0.51)，一些具体参数参看塑 模设计教材及设计手册，在现场设计中应选用标准件。主流道衬套的形式 主流道 小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部 分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套） ，以便有效的选用优质钢材 单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢如 t8a、t10a 等，热处理硬度为 5357hrc。主流道衬套和定位圈设计成整体式用于小型模具，中大型模具设计成分体 式。常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者，有托浇口套用于配装 定位圈。浇口套的规格有12，16，20 等几种。由于注射机的喷嘴半径为 20， 所以浇口套的半径 r=21 注 射 机 喷 嘴 浇 口 套 图 5-1 流道衬套示意图 主流道主要尺寸 主流道小端 d d1+（0.51） 主流道球面半径 sr 喷嘴球面半径+（12） 球面配合高度 h 35 主流道锥角 a 26 主流道长度 l 尽量小于或等于 60 主流道大端直径 d d+2ltg(/2) 11 主流道大端倒圆角 r d/8 根据主流道主要尺寸和 sz300/160 注射机的相关数据， 主流道的设计如图 5-2 所示 图 5-2 流道衬套结构图 因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的定模座板上。定位圈也 是标准件，外径为100mm，内径35mm。具体固定形式如图 53 图 53 主流道衬套固定形式图 5.2 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末 端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。 它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道 流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设 计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能 12 小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 5.2.1 分流道的形状及尺分流道的形状及尺 为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为 圆形梯形 u 形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔 体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： 4 0.2654dwl= 式 1 式中 d梯形大底边的宽度（mm） w塑件的重量（g） l分流道的长度（mm） 在应用式（式 1）时应注意它的适用范围，即塑件厚度在 3.2mm 以下，重量小于 200g，且计算结果在 3.29.5mm 范围内才合理。 本设计的塑料仪表外壳体积为 38.72 cm 3，质量 40.64g，分流道的长度预计设计 成 70mm 长，且有 4 个型腔。 4 0.2654dwl=4.8939mm 取 d=5mm 分流道的截面图如下图所示： 图 5-4 图图 5-4 流道流道 5.2.2 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度 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，因面分流道的内表面粗糙度 ra 并不要求很低，一般取 1.60m 左右 就可以，这样表面稍不光滑，有助于增大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度和剪切 热。 5.2.3 分流道的布置形式分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关， 有多种不同的布置形式， 13 但应遵循两方面原则： 即一方面排列紧凑、 缩小模具板面尺寸； 另一方面流程尽量短、 锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式，如（图 55） ： 图 55 流道布置 5.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中 截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能 和质量的影响很大。 5.3.1 浇口的选用浇口的选用 在本设计中，我采用的是侧浇口，侧浇口是截面形状为矩形的浇口。一般开在分 型面上，可按需要合理选择浇口的位置，尤其适用与一模多腔。 如图 5-5 所示， 一般取 b=1.5mm5.0mm， 厚 h=0.5mm2mm, （也可取塑件的 1/3 2/3） ，长 l=0.7mm2mm。浇口的形式和尺寸如下： 图 5-6 浇口 5.3.2 浇口的位置浇口的位置 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口 尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选 择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总 14 之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以 下几项原则： 1.尽量缩短流动距离。 2.浇口应开设在塑件壁厚最大处。 3.必须尽量减少熔接痕。 4.应有利于型腔中气体排出。 5.考虑分子定向影响。 6.避免产生喷射和蠕动。 7.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 8.注意对外观质量的影响。 综合这八点原则，同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印，可以确定浇口的 位置如（图 57）所示： 图 57 浇口位置图 我采用是一个仪表盖一个侧浇口的形式,这样可以保证塑料在充模时提高浇口的 剪切速率,提高塑件的冲模质量。 5.4 浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式， 设计应尽量保证所有的 型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从 主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡 15 式） 的形式， 否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致， 这就是浇注系统的平衡。 5.4.1 分流道平衡分流道平衡 对于本设计的四个型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流 道的长度及截面面积，改变熔融塑料在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。在 多型腔非平衡分流道布置时， 由于主流道到各型腔的分流道长度不同或各型腔所需填 充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融塑料同时充满各型腔。 5.5 冷料穴的设计 在完成一次注射循环的间隔， 考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐 射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约 1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内 的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产 生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进 入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料 穴。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处） ，其标称直 径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 11.5 倍，最终要保证冷料 的体积小于冷料穴的体积。 本模具中的冷料穴的具体位置和形状如 （图 58） 中所示。 图 58 冷料穴 5.6 拉料杆的设计 为了保证模具在分型面上分模时能把主流道上的凝料拉出， 我在本设计中采用了 主流道拉料杆，数量为一个，其结构如图 5-9 所示： 16 图 5-9 拉料杆 6 模架的确定 17 以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。在生产现场设计中，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。 标准件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、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加 热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。 在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已 经商品化，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利的， 提高公司在市场中的竞争力。 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的 分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。 在设计中我考虑到在生产单位一般是选用标准模架而且我又是用 pro/e 软件设 计，所以我运用 pro/e 外挂软件 emx4.0 进行设计，选用标准模架，型号为 sa 型。其 中动模固定板厚（300 350 ）80 ，定模固定板厚（300 350 ）70 ， 动模座板（350 350 ）厚 30mm，定模座板（350 350 ）厚 25mm，垫块（350 90 ）厚 58mm。 图 6-2 定模固定板 18 图 6-3 动模固定板 图 6-4 定模座板 19 图 6-5 垫块 图 6-6 动模座板 20 7 成型零件的设计 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、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。成形零件作为高压容器，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。 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、进浇点、 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。此 外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。 在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了 塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚 至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定 了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容 器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加 工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 7.1 成型零件钢材选用 对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求： 机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。 抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，ra0.05m。 要求钢材硬度在 hrc3540 为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致 密，极少杂质，无疵斑和针点。 耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温 度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂 纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精 度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。 具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有 耐腐蚀性能的钢种。 根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实，再依照上述标准，故 在设计成型零件(凹模)中选用国产 718。 国产 718（3crnimnmo）的供货硬度为 hrc3034，易于切削加工。淬硬温度为 840 21 870，400回火硬度可达 hrc4045，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净， 可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。 7.2 成型零件的结构设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、凸模、型芯、 镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷， 脱模时与塑件间还发生摩擦。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。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体 结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加 工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键 的成型零件进行强度和刚度校核。 从塑件的实物和零件图可知塑件的表面有比较多的自由曲面,凹模的配作提出了 比较高的要求。用传统的设计方法设计凹模，有以下几个缺点：1、自由曲面的设计 比较困难；2、凹模上曲面的尺寸不容易表达清楚；3 计算量大，设计效率偏低。 在本次设计中采用了 proewildfire4.0 对成型零件进行设计， 并且采用软件中的先进 的分析检测功能对所设计的模具进行检测， 确保了它的合理性。 从而克服以上的缺点。 7.2.1 矩形型腔结构尺寸计算矩形型腔结构尺寸计算 距形型腔是指模具型腔横截面呈距形的结构。按结构可分为组合式和整体式两 类。 (1)整体式矩形型腔结构及受力状况 型腔侧壁厚度的计算，按刚度条件，型腔侧壁厚度计算式为： 4 3 m c p cp h t e =7.6mm .式 2 式中 c t 型腔侧壁厚度（mm） m p 模腔压力（mpa） c系数 查表得 0.930 e钢的弹性模量，取 2.1 5 10 mpa h凹模型腔的深度（mm） p 型腔允许变形量（mm） 按强度条件，型腔侧壁厚度计算式为： 22 s 2/1 2 )1 (3 + ph =7.0mm 式 3 s型腔侧壁厚度（mm） a系数 查表得 2.105 m p 模腔压力（mpa） h凹模型腔的深度（mm） p 材料许用应力（mpa） 在具体设计中考虑到模仁整体尺寸，所以取模仁长宽为 205mm165 ，通过 pro/e 计算最小壁厚为 25 ，满足要求。 (2) 底板厚度的计算 模具排样为一模四腔而且对称分布所以最大变形发生在板的 中心。 按刚度条件，型腔底板厚度为： 4 3 m h p c p h t e = 式 4 按刚度条件本设计中的 t=7.961mm 按强度条件，最大应力也发生在板中心，底板 厚度为： m h p a p th = 按强度条件本设计中的 hs=7.154mm 在具体设计中考虑到模仁整体尺寸，所以取模仁深度为 74 ，通过 pro/e 计算 最小壁厚为 25 ，满足要求。 塑件收缩率 s=（smax+smin）/2=0.5% 制造公差取25. 0 凸模径向尺寸计算： 0 1 4 3 )1 ( z sm lsl += 式 5 0 085. 0 0 585.6634 . 0 * 4 3 66)005 . 0 1 ( = += z mm 0 2 4 3 )1 ( z sm lsl += 0 065 . 0 0 1 .4626. 0* 4 3 46*)005. 01 ( = += s mm 凹模径向尺寸： s sm lsl + += 0 1 4 3 )1 ( 式 6 23 35.70 4 3 70*)005. 01 ( 0 = += + s mm s sm lsl + += 0 2 4 3 )1 ( s + += 0 4 3 50*)005. 01 (=50.25mm s sm lsl + += 0 1 4 3 )1 ( = += + s 0 18. 0 4 3 18)005. 01 ( 72. 0 0 955.17 + mm 另一类尺寸是没有标注公差的，它是塑件上次要的、要求比较低的尺寸，在实际 生产过程中，为了简化计算，这一类尺寸在计算时往往只另上它的收缩量，公差则按 模具的经济制造精度取得。 塑件上无公差要求的成型零件工作尺寸计算（见附表 1） 各成型零件的设计尺寸请参考其零件图。 7.3 斜导柱抽芯机构设计 7.3.1 工作原理工作原理 斜导柱抽芯机构由与模具开模方向成一定角度的斜导柱和滑块组成， 并有保证抽 芯动作稳妥可靠的滑块定位装置和锁紧装置。 (1)抽拔力 抽拔力 f 可用下式计算： apf= 正 =502.4n 式 7 式中：p塑件对型芯产生的单位正压力（包紧力） ，一般 p=812mpa;薄件取 小值，厚件取大值；此处我选 10mpa a塑件包围型心的侧面积 正 f 因塑件收缩对型芯产生的正压力 aaf aff f sincos1 )sincos( + = 正 脱 = aaf aff sincos1 )tan(cos + 正 =69.386 式 8 f摩擦系数;一般取 f=0.151.0 脱 f 脱模力（n） a脱模斜率 40 24 affffaffffsin*)sin( 脱正脱正阻 =75.239n 式 9 正脱总脱 fff+= =144.625n 斜导柱受弯曲力计算： )2cos( cos* 2 + = a q n=168.53n 式 10 式中：a斜导柱倾斜角 n斜导柱所受弯曲力，n； 摩擦角，tan=f f摩擦因数，一般取 f=0.5； q抽拔阻力（n） ； (2)轴芯距 将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，型芯或滑块所移动的距 离称为抽芯距。一般来说，抽芯距等于侧孔深度加 2mm3mm 的安全距离。 其计算公式为： s=h+(23) s=5mm 式中：h斜导柱完成抽芯距所需开模行程，mm； a斜导柱倾斜角 s抽芯距，mm； (3)斜导柱倾斜角a 倾斜角的大小关系到斜导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽 拔力，也关系到斜导柱的工作长度、抽芯距和开模行程。为保证一定的抽拔力及斜导 柱的强度，取a小于 25，一般 1215内选取。在设计中我取 15 (4)斜导柱直径 根据材料力学可以推导出斜导柱直径计算公式： 3 4 1 . 0 * ln d = =5.01mm 式 11 在设计中取 d=12mm. 式中： n斜导柱所受弯曲力 n 4 l 斜导柱的有效工作长度 m； d斜导柱直径 m 弯曲许用应力， 对于碳钢可取 258 a mp 。 7.3.2 斜导柱的长度计算斜导柱的长度计算 斜导柱的有效工作长度 l 与抽芯距 s、斜导柱倾斜角a及滑块与分型面倾角有关。 通常为零。所以， /sinlsa= 。 斜导柱总长度还与导柱直径、固定板厚度有关，如图（图 7-3）所示。 12345 llllll=+ 总 式 12 25 2/2tan /cos/2tan/sin(5 10)dahadasa=+ =90mm 图 7-3 斜导柱的长度 通常，斜导柱的有关参数计算主要是掌握倾斜角与抽芯距及斜导柱长度、开模行 程的关系计算。其他诸如抽拔力、斜导柱直径等一般凭经验确定。 7.3.3 斜导柱抽芯机构的结构设计斜导柱抽芯机构的结构设计 (1)斜导柱 斜导柱的形状如图（图 7-4）所示。斜导柱的材料用 45 钢，淬火后硬 度为 35hrc， 或采用 t8,t10 等， 淬火 55hrc 以上。 斜导柱与固定板之间用 h7/m6 配合。 由于斜导柱主要起驱动滑块作用，滑块的平稳性由导滑槽与滑块间的配合精度保证， 因此，滑块与斜导柱间可采用较松的间隙配合 h11/h11 或留 0.5mm1mm 的间隙。 26 图 7-4 斜导柱 (2)滑块 滑块分整体式和组合式两种。组合式是将侧抽芯安装在滑块上，这样可 以省材料，且加工方便。图（图 7-5）所示为这里设计的滑块结构。 图 7-5 滑块 (3)滑块的导滑形式 滑块的导滑形式如图 （图 7-6） 所示， 导滑部分通常采用 h8/g7 配合。 导滑槽与滑块还要保持一定的配合长度。滑块的滑动配合长度通常要大于滑块的 宽度的 1.5 倍，滑块完成抽拔动作后，保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度 的 2/3。 27 图 7-6 滑块的导滑形式 (4)滑块定位装置 滑块的定位装置用于保证开模后滑块停留在刚刚脱离斜导柱的 位置上，使合模时斜导柱能准确地进入滑块上的斜导孔内，不致损坏模具。各种结构 总图所示。 7.3.4 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 一般导向分为动、定模之间的导向，推板的导向，推件板的导向。一般导向装置 同于受加工精度的限制或使用一段时间之后，其配合精度降低，会直接影响制品的精 度，因此对精度要求较高的制品必须另行设计精密导向定位装置。 当采用标准模架时，模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模式 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。 本设计中的导柱导套是主要是根据所设计的模板来设计适当的非标准件的导 柱导套。 图 图 7-8 导柱 28 8 脱模推出机构的设计 8.1 脱模推出机构的设计原则 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。 推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作时通过装在注射机合模 机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分 型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。 保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设 计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小， 合理的选择推出方式及推出位 置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量 避免推力点作用点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体制件及筒形 制件度采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。 3.机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有 足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，保证塑件顺利脱模。 良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面， 对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择， 以免推出痕迹影响塑件的外观 质量。 合模时的真确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保 证不与其他模具零件相干涉。 8.2 制品推出的基本方式 推杆推出。推杆推出时一种基本的也是一种常用的制品推出方式。常用的推杆形 式有圆形、矩形、 “d”形。 推件板推出。对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。推件板推 出部分的形状根据制品形状而定。 气压推出。对于大型深型腔制品，经常采用或辅助采用气压推出方式。 本套模具的推出机构形式较为简单，全部采用顶杆(圆形)和推管推出。具体位置见 29 图 8-1 顶杆 9 其它机构的设计 9.1 排气系统的设计 在注射成型过程中,模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外,还有塑料受热 或凝固产生的低分子挥发气体,这些气体若不能被熔融塑料顺利排出型腔,则可能因 填充时气体被压缩而产生高温,引起塑件局部碳烧焦,或使塑件产生气泡,或使塑料熔 接不良而引起塑件强度降低,甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体从型腔中及时排 出，在设计模具时必须考虑排气的问题。 排气方式有开设排气槽排气和利用分型面或模具零件的配合间隙处自然排气等。 因利用模具分型面或配合间隙自然排气不需开设专门的排气槽， 设计和加在都比较方 便，而仪表盖属小型零件。故排气就是利用模具分型面和配合间隙自然排气。排气的 30 间隙值根据 abs 的流动性而定。 通常为 0.030.05mm， 以不产生溢料为限。 取 0.03mm。 9.2 冷却系统的设计 模具的冷却就是将熔融状态的塑料传给模具的热量， 尽可能迅速地全部带走， 以 便塑件冷却定型，并获得最佳的塑件质量。 模具的冷却方式有：水冷却，液化气冷却和油冷却等，这里选择水冷却方式。 冷却形式一般在型腔，型芯等部位合理的设置冷却通道，并通过调节冷却水流量 及流速来控制模温。 9.2.1 冷却通道的设计原则冷却通道的设计原则 设置冷却通道需考虑模具结构形式,模具的大小,镶块位置,以及塑件熔接痕位置 等诸因素,其设计原则如下: 冷却通道离凹模壁不宜太远或太近,以免影响冷却郊果和模具的强度,其距离一 般为冷却通道直径的 12 倍。 在模具结构允许的情况下，冷却通道的孔径尽量大，冷却回路的数量尽量多，这 样冷却会愈均匀。 应与厚度相适应。塑件壁厚基本均匀时，冷却通道与型腔表面各处的距离最好相 同，即冷却通道的排列与型腔的形状相吻合。塑件局部壁厚处应增加冷却通道 ，加 强冷却。 冷却通道不应通过镶块和镶块接缝处，以防止漏水。 冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应畅通无阻。冷却通道直径一般为 812。进水管直径的选择，应使进水处的流速不超过冷却通道中的水流速度，要避 免过大的压力降。 浇口附近温度最高，距浇口愈远温度愈低，因此，浇口附近浊应加强冷却，通常 可使冷水先流经浇口附近，然后再流向浇口远端。 冷却通道要避免接近塑件的熔接部位，以免使塑件产生熔接痕，降低塑件强度。 进出口冷却水温差不宜过大，避免造成模具表面冷却不均匀。 凹模和凸模要分别冷却，要保证冷却的平衡，而且对凸模内部的冷却要注意水道 穿过凸模与模板接缝处时进行密封，以防漏水。 要防止冷却通道中的冷却水泄漏， 水管民水嘴连接处必须密封。 水管接头的部位， 要设置在不影响操作的方向，通常朝向注射机的背面。 9.2.2 冷却装置的形式冷却装置的形式 (1)沟道式冷却 (2)管道式冷却 31 (3)导热杆式冷却 本设计选择冷却管的直径是 8mm。选择管道式冷却形式。具体请参看装配图。 10 开模动作过程 一模四腔，开模时，动定模分开,斜导柱带动滑块将侧型芯从侧向抽出，塑件包 覆在型芯表面，浇注系统凝料被拉料杆拉住随动模一起移动，推料杆将塑件从型芯上 推出，从而使塑件自然下落动，合模时，复位杆将其复位。直到模具完全合上开始另 外一个注射周期。 11 模具的试模与修模 试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。 以检验样件来修正和验 收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。 首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。常因塑件被 粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模首先应当解决的问 题。 11.1 粘着模腔 制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧， 滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是： 注射压力过高，或者注射保压压力过高。 注射保