滚轮注塑模具的设计----本科毕业论文.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言随着各种性能优越的工程塑料不断的开发，注塑工艺越来越被各个领域用来成型各种性能的制品。要保证在高质量以及考虑经济的条件下生产出制品，必须综合考虑材料、注塑模具以及注射机等问题。注射模具的设计质量直接影响着制品的生产成本、成产效率以及质量。注射模具在注射制品成型过程中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM技术的迅猛发展，软件，硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计，制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择。我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。1. 注塑模具概述1.1 注射成型模塑原理及设计特点1.1.1注塑成型原理注塑成型即将粒状或者粉状的的塑料加入到注射机的料斗，在注射机内受到热熔融并使之成为流动状态，然后在一定压力作用下，经由注射剂的喷嘴，模具的浇注系统，注入闭合的模具中，经冷却定型后，熔融的塑料就冷却定型固化成为所需要的塑件。1.1.2模具设计特点注塑模具因其可一次成形多个结构复杂、尺寸精密、内在质量好的塑件，在塑料制品生产中获得了广泛的应用。在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量包括表现质量和内在质量。表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。但注塑模具的设计制造过程很复杂，影响因素也很多。浇注系统是注塑模具结构设计中的一个重要组成部分，也是塑料熔体进入模具型腔的唯一通道，它的几何形状及结构尺寸设计的合理与否，直接影响到聚合物熔体在模具通道中的流变特性及填充效果，最终影响到塑件的成型质量。生产实践表明：塑件成型过程中的许多缺陷, 如喷射流、翘曲变形、熔接痕及欠注等现象的产生，都与浇注系统设计密不可分的关系。然而在注塑模的具设计中，大多都是凭借模具设计人员的知识和经验积累， 确定浇注系统的类型和结构，设计的合理与否只能根据试模结果进行评价。目前，虽有部分企业采用了CAE分析工具对浇注系统设计进行了流动模拟，但由于塑件结构与材料的多样性及浇注系统与塑件材料流变性能匹配的复杂性，设计时要快速找出适应特定塑件结构及材料流变特性的最佳浇注系统参数，仍需做大量工作。2.塑料工艺分析与模具方案确定2.1制件的分析如下图所示，制件为滚轮，材料为ABS（丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物） 图 1-1 滚轮塑件示意图Fig. 1-1 Roller plastic parts diagram图2-2 制件三维图展示Figure2-2 3d parts diagram shows设该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按MT5查取公差。表 1-1 滚轮塑件尺寸公差Tab. 1-1 Roller plastic part dimension tolerance塑件标注尺寸塑件尺寸公差（按MT5级精度）塑件标注尺寸塑件尺寸公差（按MT5级精度）外圆尺寸27.527.5-0.56内孔尺寸4.54.5+0.56内圆尺寸21.5 21.5+0.24圆角R1R1+0.2（2）塑件表面质量分析该塑件表面没有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到。没有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取(3) 结构工艺性分析脱模高度大于20mm，小于30mm,因此脱模斜度不小于一度四十五分，热塑性材料一般为零点五度至三度，故可取一度四十五分至三度。该制品尺寸小，壁厚相对均匀，故适宜大批量生产。2.2设计方案的初步确定由于制件是圆柱形中空的形状，考虑实际使用情况，滚轮表面可有一定的粗糙度，因此可以采用推杆顶出的方法。工作过程：脱模时，动模向下运动，分流道凝料及制品在冷料井作用下被从定模上拉出，然后在推板作用下，推杆向上运动，将制品及冷料顶出。合模时，随动模的上移合模。2.3总装图总装图如2-3所示2-3总装图2-3 assembly diagram1.定模固定板 2.定模板 3.型芯 4.动模板 5.推杆 6.动模垫板 7.支座 8.推杆 9.推板 10.推杆11.螺钉 12.导柱 13.导套 14.圆柱销 15.导套16.六角螺钉 17.浇口套 18.定位圈 19.型腔 20.推杆固定板 21.螺栓 22.螺栓2.4塑料成型特性及工艺参数 2.4.1 ABS-塑料概述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。ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。力学性能ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。热学性能ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。电学性能ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。环境性能ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。ABS塑料的加工性能ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080，时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h，再冷却至室温即可。常规性能塑料ABS无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为1.051.18g/3,收缩率为0.4%0.9%,弹性模量值为2Gpa,泊松比值为0.394，吸湿性2502.4.2制品与模具设计1. 制品的壁厚：制品的壁厚与熔体的流动长度、生产效率、使用要求等都有关系。ABS熔体的最大流动长度与制品壁厚之比约为190:1，这个数值又会因品级的不同而异，因此，ABS制品的壁厚不宜太薄，对于需要作电镀处理的制品，壁厚更要略厚些，以增加镀层与制品表面的粘附力。在考虑制品的壁厚时，还应注意壁厚的均匀性，不要相差太大，对于需作电镀处理的制品其表面应平整无凹凸，因为这些部位由于静电作用易粘附尘埃难以去除，造成镀层的坚牢性变差。另外，还应避免尖角的存在，以防应力集中，故而要求转角、厚薄连接处等部位采用圆弧进行过渡为宜。 _ 2. 脱模斜度：制品的脱模斜度与其收缩率有直接关系，由于品级的不同，制品形状的不同以及成型条件的不同，成型收缩率有一定的差异，一般在0.30.6%，有时可达0.40.8%，故其制品成型尺寸精度较高。对于ABS制品的脱模斜度考虑为：模芯部分沿脱模方向为31，模腔部分沿脱模方向取4(/一120。对于形状较复杂或带有字母、花纹的制品，其脱模斜度应适当增加。3. 顶出要求：由于制品表观的光洁度对电镀性能有较大的影响，表观上任何微小的伤痕存在都会在电镀后明显地显露出来，因此除了要求模腔上不允许有任何伤痕存在外，还要求顶出的有效面积要大，采用多根顶杆在顶出过程中的同步性要好，顶出力要均匀。4. 排气：为了防止在充模的过程中出现排气不良，使熔料灼伤，接缝线明显等问题的出现，要求开设深度不大于0.04mm的排气孔或排气槽，以利熔料吋产生的气体排出。5. 流道与浇口：为了使ABS熔体能尽快充满模腔的各个部分，要求流道的直径不小于5mm,浇口的厚度为制品厚度的30%以上，平直部分（指将要进入型腔的部分）的长度约为1mm左右。浇口的位置应根据制品的要求和料流方向而定，对于需作电镀处理的制品，般不允许饶口存在于镀层附着面。3.注塑设备的选择3.1 工作原理注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机的工作原理：与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。每幅模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产，因此模具设计与所用注射机关系十分密切。在设计模具时，应详细地了解注射机的各项技术规范，才能设计出合乎要求的模具。从模具设计的角度出发，首先应了解的注射机的技术规范主要有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具的最大厚度和最小厚度、最大开模行程，以及机床模板安装模具的螺钉孔（或T型槽）的位置和尺寸。3.2计算塑件体积和重量体积：通过UG软件的“质量属性”分析塑件，得到塑件的体积为=7247mm3质量：材料ABS的密度是=1.05g/ cm3 则单个塑件的质量m=V=7.609g.取凝料体积和制品体积相等，即Vj= =7247mm3由于该塑件外形较小，且不需要比较复杂的抽芯机构，因此采用一模十二腔，即n=12，则塑件和浇注系统的总体积为V=12（Vg+V1）=12x(7.247+7.247)=173.928 cm33.3选择设备型号、规格、确定型腔数根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即 n=(0.8-)/ （3-1） 式中 n型腔数；Vj浇注系统的体积（g）；塑件体积。估算浇注系统的体积Vj：根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。=7.247则Vb=n(Vg+Vj)/0.8= 217.41根据所计算的各项参数，选用XS-ZY-250型注塑机，注塑机的参数如下：表3-1 XS-ZY-250型螺杆式注射成型机主要参数Tab. 3-1 XS-ZY-250 type injection molding machine main parameters额定注射量/ 250锁模力/KN1800螺杆直径/mm 50注压/MPa 147最大开模行程/mm 500注射行程/mm 160模具最大厚度/mm 350注射速率/g/s 114最小厚度/mm 200注射方式 螺杆式模板尺寸/mm 315x500结构形式卧式合模方式 液压定位圈直径/mm 100电动机功率/kw 24喷嘴球直径/mm 18孔直径/mm 4注射量的校核公式是（0.8 0.85） （3-2）式中 注射机的公称注射量，cm3 每模的塑料体积量，cm34.浇注系统4.1浇注系统介绍浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统是指从注射机喷嘴进入磨具开始，到型腔入口的那一段流道。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。4.1.1 浇注系统设计原则（1）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性；（2）采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失；（3）浇注系统的设计应有利于良好的排气；（4）防止型芯变形和嵌件位移；（5）便于修整浇口以保证塑件外观质量；（6）浇注系统应结合型腔布局同时考虑；（7）流动距离比和流动面积比的校核。4.1.2浇注系统组成多型腔模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。主流道： 指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。它与注塑机喷嘴在同一轴心线上，物料在主流道中不改变流动方向，主流道形状一般为圆锥形或圆柱形。分流道： 将从主流道来的塑料沿分型面进入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上。分流道的断面可以成圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U字形等。其中圆形、六边形，需在动模和定模两边同时开槽组合而成，其余断面可以单开在定模一边或者动模一边。浇口： 是指紧接流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，主流道形浇口以外的各种浇口，其断面尺寸都比分流道的断面尺寸小得多，长度也很短，起着调节料流速度，控制补料时间等作用。其断面形状常见的有圆形、矩形等。冷料井： 用来除去料流中的前端冷料。在注塑循环过程中，由于喷嘴与低温磨具接触，使喷嘴前端存有一小部分低温料。在开始注塑入模时，冷料在料流最前端。如冷料进入型腔将造成制件上的冷瘢，冷接缝，甚至在进入型腔前冷料头即将浇口堵塞而不能进料。冷料井一般设在主流道末端，有时分流道末端也没有冷料井。图4-1 主流道示意图Figure 4-1 mainstream schematic diagram1、浇口 2、主流道 3，4、分流道 5、制品 6、冷料井4.2主流道和冷料井的设计4.2.1 主流道和主流道衬套为了有效的传递保压压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。为了便于凝料的拔出，设计成具有锥角的圆锥形，内壁有Ra=0.4以下的粗糙度，在内壁研磨和抛光时应该注意抛光方向，不形成垂直于唾沫方向的刮痕，否则会发生脱出困难而造成成型中断。主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，二者应严密的配合，避免高压塑料熔体流出，凹坑球半径R2应比碰嘴球头半径R1大1-2mm。主流道小端直径应比注射机喷嘴口直径约大0.51mm，常取48mm。大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥脚不宜太大，一般取26度。由于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道衬套，选用优质钢材制作并经过热处理提高硬度。 图4-2 浇口套 Figure4-2 gate set 故（1）主流道小端直径d主流道小端直径d = 注射机喷嘴直径+0.5 1= 4 + 0.51 取d = 5mm（2）主流道球面半径SR = 注射机喷嘴球头半径 + 23SR = 18+ 23 取d = 20mm（3）主流道长度L一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内。在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构，取L=50mm（4）主流道大端直径 D = d + 2 Ltg（半锥角： 为1 2，取=2） 12mm4.3分流道系统的设计本模具的流道布置形式采用平衡式。分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。此外该模具是一模12件，型腔的数量较多,模具的结构复杂而紧凑，所以采用平衡式，各个型腔的分流道的断面形状及大小、分流道长度都取作一致。这样，熔体就能以相同的成型压力和温度同事充满各个型腔，使一模内成型出的各个塑件的尺寸及性能容易保持一致。在确定浇口位置及数量时，对于大型塑件还应该考虑所允许的最大流程比。因为当塑件壁厚较小，而流程较长时，不但内应力增大，而且会因为料流温度降低较多而造成注射不满，这时必须增大塑件的壁厚，或增加浇口数量、改变浇口位置，以缩短最大流程。流程比是指塑料熔体在型腔内流动的最大流程与其厚度之比。由于该制品尺寸较小，可不予考虑流程比。多型腔模设计时型腔布置和分流道的布置应同时加以考虑，设计的原则有：（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，应有足够空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够截面积承受注塑压力。（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中心，一般在模板的中心上。多型腔分流道的布置有平衡式和非平衡式，只有平衡式才能同时满足以上几点要求，适宜生产高精度的制品。平衡式是指从主流道到个型腔的分流道和浇口其长度、形状、断面尺寸都是对应相等的。这种设计可达到各个型腔均衡的进料，均衡的补料，加工平衡式分流道布置时应注意各对应部位尺寸的一致性，其断面尺寸的误差应在1%以内。4.4浇口的设计浇口直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔。浇口是浇注系统的关键部位，浇口的形状和尺寸对塑件的影响很大，浇口在大多数情况下是整个流道中断面尺寸最小的部分，对冲模流动起着控制性作用，成型后制品与浇注系统从浇口处分离，因此其尺寸有影响着后加工工作量的大小和塑件的外观。4.4.1浇口尺寸的设计浇口尺寸包括浇口断面尺寸和浇口长度尺寸，其断面面积约为分流道断面积的3%9%,浇口长度约为0.52.5mm,因此浇口处的流动阻力很大，剪切速率也很高。常见的浇口形状及其特点（1）边缘交口（又名标准浇口、测浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，从制件边缘进料。 图4-3 边缘浇口 Figure4-3 edge gate边缘浇口具有矩形或接近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修改，适宜各种塑料制品，其最大特点是可以分别调整冲模时的剪切速率和浇口封闭时间。(2) 扇形浇口(a) 图浇口直接连通于主流道；(b) 图浇口连接于分流道，它是边缘浇口的一种变异形式。通常用来成型宽度较大的薄片状制品，浇口由鱼尾型过渡部分和浇口台阶组成，过渡部分进料方向逐渐变宽，厚度逐渐变薄，并在浇口处迅速减至最薄，塑料通常长约0.81.2mm的浇口台阶l进入型腔。扇形浇口使物料在横向得到均匀分配，可降低制品的内应力和空气卷入的可能性，能有效的消除浇口附近的缺陷。扇形浇口与型腔连接处的浇口台阶宽而浅。由于浇口两侧比中心部位流动距离长，易造成中心流速高，为使流速均匀，可加深浇口两侧的深度。 图4-4 扇形浇口 Figure 4-4 fan-shaped gate 1主流道 2扇形浇口 3制件（3）平缝浇口（又称薄片浇口、膜状浇口） 对于大面积的扁平制件（如片状物），可以采用平缝浇口。这时物料通过特别开设的平行流道得到均匀分配，以较低的线速度平行的均匀的进入型腔，降低了制品的内应力，特别是减少了因取向而产生的翘曲，提高了制件的质量，和扇形浇口类似。虽有上述优点，但成型后去除浇口的后加工量大，因而提高了产品的成本。平缝浇口比较薄，但宽度很大，其宽度为浇口边型腔宽的1/4至此边的全宽，浇口台阶长约11.5mm。（4）盘形浇口和圆环形浇口 沿塑件内圆周进料的叫盘形浇口，沿外圆周进料的叫圆环形浇口。它主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品。这样可使进料均匀，在整个圆周上取得大致相同的流速，空气也容易顺序排出。同时无熔接痕。浇口尺寸可作为矩形浇口看待，起典型厚度为0.251.6mm，浇口台阶长约0.751mm。（5）轮辐浇口 他的适用范围类似于圆环形浇口，但是他把整个圆周进料改成几个小段圆弧进料，这样不但去除浇口方便，浇口回头料较少，同时还由于型芯上部得到定位而增加了稳定性。缺点是制件上带有好几条拼接缝，对制件强度有一定影响。浇口处的典型尺寸深为0.81.8mm，宽1.66.4mm。 图4-5 轮辐浇口 Figure4-5 spokes gate（6）爪形浇口 它是轮辐浇口的一种变异形式，与轮辐浇口的区别仅在于分流道与浇口不在同一个平面内。它适用于管状制件，尤其适宜制件内孔较小的管状制件和同心度要求高的制件。但由于型芯的顶端深入定模内，起到定位作用，减少了型芯弯曲变形，保证了同心度。 图4-6 爪形浇口 Figure4-6 claw gate（7）点浇口 点浇口是一种尺寸很小的浇口。物料通过时有很高的剪切速率，这对于降低假塑性流体的表观粘度是有益的，熔体粘度在高速剪切力场中减小后，将在一段时间内继续保持该粘度进入型腔，尽管这时型腔中的剪切速率已经降低。同时融融物料通过小浇口是还有摩擦生热提高料温的作用，使粘度进一步降低。 图4-7 点浇口Figure4-7 point gate（8）护耳浇口（又名分接式浇口） 小尺寸的浇口虽然有一系列的优点，但位置不当会产生喷射，喷射会造成制件缺陷，或因浇口附近有较大的内应力而引起翘曲，在浇口附近形成脆弱点。采用护耳浇口就可避免上述缺陷。塑料熔体冲击在突出块对面的壁上，从而降低速度，改变流向，避免了喷射，使物料均匀的进入型腔。护耳浇口的突出块在制件成型后于与切除，在不影响使用的情况下也可不除去 ，护耳浇口特别适用成型要求高的透明制品。图4-8 护耳浇口 Figure4-8 TAB gate 1护耳 2主流道 3分流道 4浇口（9）直接浇口（又叫中心浇口、主流道形浇口） 该浇口注塑压力和热量损失最小，具有很好的成型性，由于它的尺寸大，固化时间长，延长了补料时间，使补缩效果很好，但正由于补料时间长，在浇口附近容易产生残留内应力。当采用这种浇口时，主流道浇口的根部不宜设计的太粗，否则该处的温度高，容易产生缩口，浇口截出后缩孔明显地留在制件表面上。加工薄壁制品时，浇口更部的直径最多等于制件壁厚的两倍。在浇口处要光滑的去除凝料也是比较困难的。（10）潜伏式浇口（又名隧道式浇口） 潜伏式浇口的断面形状和尺寸类似点浇口，他除了具备点浇口的各种特点外，其进料部分一般选在制件侧面或背面较隐蔽处，不致影响制品的美观，同时可采用较简单的两版式模具。浇口进胶点潜入分型面的下方，沿斜向进入型腔。在动模分型或推出时流道和制件被自动切断。故分型或推出时必须有将强的力量。塑料熔休通过型腔的侧或推杆的端部注入型腔，因而塑件的表面不会损伤，而且利于大批量的生产了，如图： 图4-9 潜伏式浇口 Figure4-9 latent type gate5 成型零部件的设计型腔是模具上直接用以成型制品的部分。成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括凹模、凸模、成型杆、成型环等。型腔设计步骤和主要内容如下。（1） 根据塑件形状、塑件使用要求、塑件的成型性能等确定型腔的总体结构，其内容包括：分型面位置、进浇位置、排气位置、脱模方式等。（2） 从制造角度决定型腔是否采用组合式。若需组合，决定各构成零件之间的组合方式，详细的决定各零件的结构。（3） 根据塑件尺寸和成型收缩率大小计算成型零件上对应的成型尺寸。根据成型时的塑料熔体压力，对成型零件进行刚度和强度校核，决定其壁厚等尺寸。5.1 成型零件的结构设计构成型腔的零件统称为成型零部件，它主要包括凹模、凸模、型芯、镶块、各种成型杆，各种成型环。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度和表面光洁度。表面粗糙度Ra0.8以上，以保证塑料制品表面光亮美观、容易脱模。一般来说，成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度。如成型产生腐蚀性的气体的塑料，还应选择耐腐蚀的钢材。5.1.1凹模（阴模）的结构设计1、整体式凹模 它系由一整块金属切屑加工而成，整体式凹模的特点是牢固，不易变形。因此对于形状简单、容易制造或者虽然形状比较复杂，但可以采用加工中心、数控机床、仿形机床或电加工等特殊方法加工的场合适宜的。近年来由于型腔加工新技术的发展和进步，许多过去必须组合加工的较复杂的凹模，现在也可以设计成整体式结构。图5-1 整体式凹模Figure5-1 integral die2、整体嵌入式凹模 为了便于加工，保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性，常将小型型腔对应的两半做成整体嵌入式，两嵌块的外廓断面尺寸相同，分别潜入相互对中的动定模模板的通孔内为保证两通孔的对中性良好，可将动定模配合后一道加工，当机床精度高时也可分别加工。 图5-2 凹模结构Figure5-2 die structure3、局部镶嵌式凹模 为了加工方便或由于型腔的某一部分容易损坏，需经常更换者应采取局部镶嵌的办法，可使加工简化，成本降低。4、底部大面积镶嵌组合式凹模 为了机械加工、研磨、抛光、机械热处理的方便而采取大面积组合的办法，最常见的是把凹模做成穿通的，再镶上底。除底可大面积镶嵌外，侧壁也可大面积镶嵌。5、四壁拼合的组合式凹模 对于大型和形状复杂的凹模，当凹模的侧壁上有较复杂的花纹时，可以把它的四壁和底分别加工经研磨后压入模套中。5.1.2型芯和成型杆的结构设计（1）型芯 型芯和成型杆都是用来成型塑件内表面的零件，二者并无严格的区分。本塑件较小，不采用特殊的高速注射，可利用分型面排气或利用推杆与孔、脱模板与型芯、活动型芯与孔的配合间隙排气。考虑到排气效果，因此，型芯采用组合式。型芯均为圆形，但较小，因此采用台阶固定，销钉防转。（2）动模模仁由于分型面取在塑件最大投影面积处，因此，动模部分也有型腔。由于动模板厚度较厚，因此动模模仁（型芯镶块）既采用螺钉紧固。5.2型腔成型尺寸的计算在计算塑件型芯包紧而引起的脱模阻力时，需要知道两个尺寸参数:型芯高度和型芯直径。但往往事先只知道塑件的内壁直径和塑件的高度尺寸而不知道模具型芯高度和型芯直径尺寸。成型零件工作尺寸的计算就是用来进行这方面尺寸转换的。成型尺寸包括凹模（型腔）与凸模（型芯）径向尺寸，型腔深度或型芯高度等，确定工作尺寸除根据塑件尺寸及精度要求外，还必须考虑下列影响塑件尺寸精度的因素。5.2.1塑件精度及其影响因素模具的成型尺寸是指型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要由型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽），型腔和型芯的深度或高度尺寸，中心距尺寸等。在设计模具时必须根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应尺寸和精度等级，给出正确的公差值。任何塑件都有一定的尺寸精度要求，一般来说工业配件、电子电器产品塑件的尺寸精度要求高。就同一塑件来说，塑件上各个尺寸精度要求也有很大差异，在使用和安装过程中有配合要求的尺寸，其精度要求较高应作详细计算。影响塑件尺寸精度的因素较为复杂，主要由以下几个方面1、成型零件制造误差的影响绝大多数的模具尺寸都是机械加工得到的，其加工误差直接影响制品尺寸，精度相同的模具零件其制造公差数值与零件尺寸大小有一定关系。 （5-1） 式中 D被加工零件尺寸，在这里可视为被加工模具零件的成型尺寸Lm， z成型零件制造公差值公差单位a- 精度系数，对模具制造最常用的精度等级。组合式型腔的制造公差应根据尺寸链决定，实践表明，当塑件尺寸较小时，模具制造误差约占塑件总误差的1/3左右。2、型腔成型零件磨损量的影响塑料在型腔中流动或塑件脱模时与型腔壁摩擦造成成型零件的磨损。在加工过程中成型零件不均匀的磨损、锈蚀，使表面光洁度降低，重新打磨抛光也会造成成型零件的破损。磨损量应根据磨具的使用寿命选定，磨损值随着产量增加而增大，对生产批量较小的模具取较小值，对于中小型塑件的模具，最大磨损量可取塑件总误差的1/6（常取0.020.05mm）。对生产大型制件的模具应取1/6以下。3、成型收缩率波动的影响按照对于塑件成型收缩率的定义 （5-2）式中 s塑件成型收缩率 Lm模具成型尺寸，mm Ls塑件对应尺寸，mm成型收缩率波动是由于塑件生产时成型工艺条件波动、操作方式改变、材料批号发生变化等原因造成的，收缩率波动引起制品尺寸的变化值与该尺寸大小成反比。 （5-3）式中 塑件的最大收缩率 塑件的最小收缩率成形收缩率随塑件结构与形状，如塑件壁厚，有无嵌件等的影响而变化。一般计算收缩率取收缩范围的平均值，即 （5-4）5.2.2按平均收缩率计算成型尺寸型腔径向尺寸 为了统一计算标准，按照一般习惯，规定型腔（孔）的最小尺寸为名义尺寸Lm，偏差m为正值，塑件的最大尺寸为名义尺寸Lp,偏差为负值，当考虑了型腔允许最大磨损值为w后，型腔平均尺寸为： （5-5）塑件平均尺寸为： （5-6） 设平均收缩率scp,则有 （5-7） （5-8）算出型腔名义尺寸 （5-9）出于修模考虑，对型腔径向尺寸来说容易修大，预留一负修模余量r,标上制造公差m得型腔径向名义尺寸： （5-10）对于注塑成型模具来说，当型腔磨损量很小时，可按下面建议的关系式选取允许磨损量和修模余量。 （5-11）代入上式并标上制造公差则有 （5-12）按小尺寸范围内模具制造公差等于塑件公差1/3推导出来的。即型腔径向尺寸为 （5-13）型芯径向尺寸为 （5-14）型腔深度尺寸为 （5-15）型芯高度尺寸为 （5-16） 型芯或成型孔中心距的尺寸 （5-17）本模具采用autCAD软件进行二维设计，利用pro/E2.0软件输入收缩率后可自动计算型腔及型芯的尺寸.5.2.3成型腔壁厚的计算在塑料制品的成型过程中，塑料熔体在型腔中产生很高的压力，使用前型腔发生变形甚至破裂。型腔的变形，不但影响塑件的尺寸精度，还可能使拼合处产生间隙，形成溢料飞边。变形过大，甚至会影响塑件的顺利脱模。为了保证模具的强度、刚度，我们应根据模具零件的结构和工作时的受力状况进行必要的强度、刚度计算。对大型模具，应以刚度计算为主，对小型模具，则以强度计算为主。强度计算的条件是各种受力条件下的许用应力。刚度计算的条件由模具的特殊性，可以从以下三方面考虑：1.从模具型腔不发生溢料角度出发当高压塑料熔体注入时，模具型腔的某些配合面会产生足以溢料的间隙，这是应根据不同塑料的最大不溢料间隙来决定其刚度条件。2.从保证制件精度条件出发塑料制件均有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高的精度，这就要求模具型腔有很好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形。3.从保证制件顺利脱模出发如果塑料熔体的压力使模具产生过大的弹性变形，当变形值大于制件的热收缩值时，制件的周边将被型腔紧紧包信而难以脱出，强制顶出易使塑件划伤或破裂，因此型腔允许弹性变形值应小于制件收缩值。5.3 模具零部件尺寸的设计模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油.根据制品尺寸以及选用注射机型号等初步确定以下零部件的尺寸：1、定模固定板（205mmx245mmx20mm）定模固定板是模具与注射机连接固定的板，定模固定板上固定导柱和定位圈，材料为40Cr。定位圈通过4个M6的沉头螺钉与其连接。定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。注射模中的各种固定板、垫块、支承板及模座等均称为支承零部件，它们与合模机构组装，便可构成模具的基本骨架。注射模架的作用就是用来安装和固定注射模具中的各种功能结构，因此，在设计注射模时，必须保证各种支承零部件有足够的强度和刚度。2、定模板（170mmx245mmx30mm）用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。应该有一定的厚度，并有足够的强度。一般用40Cr。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模仁（型腔镶块）采用H7/m6配合。3、动模板（170mmx245mmx40mm）用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。一般用40Cr。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁（型芯镶块）通过4个内六角圆柱螺钉M10固定在动模板上面。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用H7/m6配合。4、推板（210mm100mmx15mm）用4个M6的内六角圆柱螺钉与推板固定板固定。材料为40Cr。5、推杆固定板（210mm100mmx15mm）材料为40Cr。模座是与注射机相联的模具底板，其作用是支承所有零部件、传递合模力及承受成型力。设计要点：(1)应有一定厚度；(2)轮廓形状和尺寸应与注射机上的动定模固定板相匹配；(3)模座上开设的安装结构（螺栓孔、压板台阶等）必须与设备上安装的螺孔的大小和位置相适应；(4)材料：碳钢、45钢、合金结构钢，调质230270HBS6合模导向和定位机构塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，最常见的导向定位机构是在模具周围设24对相互配合的导向柱和导向孔。导向机构主要有导向、定位和承受注塑时产生的侧压力三个作用。合模导向机构可分为导柱导向机构和锥面定位机构。导柱导向机构定位精度不高，不能承受大的侧压力。锥面定位机构定位精度高，能承受大的侧压力，但导向作用不大。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。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。1、导向作用 动定模合模时按导向机构的引导，使动定模按正确方式闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或因定位不准确而相互碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主型芯高出至少68mm。这对于移动式模具采用人工合模时特别重要。2、定位左右 在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模合模构成的尺寸的精度。例如定位不准会引起桶形塑件壁厚不均或尺寸精度下降。3、承受注塑产生的侧压力 当塑件形状不对称或通过测浇口注入塑料时都会产生单向侧压力，该力会使动定模在分型面处产生错动，当侧压力很大时，还不能单靠导柱来承担，需增设锥面或斜面进行定位。6.1导向机构的总体设计（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。（2）该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。（3）该模具导柱安装在定模座板上，导套有四个，都安排在动模板。（4）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。（5）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。6.1.1导柱的设计 本次模具设计采用的导柱，不加油槽导柱的长度比凸模断面高度高出6mm8mm。为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先到部分。导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为12mm）。 图6-1 导柱 Figure6-1 guide pin 导柱的形式，导柱固定部分与模板按H7/可k7配合，导柱滑动部分按H7/f7配合。导柱工作不分的表面粗糙度为Ra=0.4m。导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。本模具采用T8A。6.1.2导套的设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导套（GB/T4169.3-1984）。（1）结构形式。采用带头导套和直导套，（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排除孔内剩余空气。（3）导套的滑动部分按H7/f7配合，表面粗糙度为