观察镜架注塑模设计-毕业设计.doc

毕业设计（论文）专用纸 毕 业 设 计（论 文）题 目 观察镜架注塑模设计 姓 名 陈堂 学 号 1010100929 所在学院 机械工程学院 专业班级 10模具一班 指导教师 陈慧敏 日 期 2014 年 5 月 30 日 摘 要模具现在已经成为工业发展的基础，而塑料模占模具总量的比例达到35%40%，塑料成型模具的应用在各类模具的应用中占有领先地位。随着我国经济的发展，国家经济建设持续稳定的发展，塑料制件的生产越来越广泛，塑料成型工业在基础工业中的地位日益重要。本文详细介绍了观察镜架注射模具的设计。对浇注系统、成型零件、脱模机构、抽芯机构、合模导向机构、温度调节系统做了完整的设计计算。关键词： 观察镜架； 注射模具； 发展； AbstractMould has become the foundation for industrial development ,and plastic moulds account for the proportion of the total 35%40%,plastic mould used in the application of various types of mould occupies a leading position .As Chinas economic development, sustainable and stable national economic construction of the development ,production of plastic parts more widely, plastic moulding industry in the basic industries in the increasingly important position . This text has introduced the design of the observation frame injection mould in detail. In this text the feedsysterm, shaping part, drawing of patterns organization , pulling mechanism , shut mould lead organization , temperature control system were designed and calculated totally. Keywords: observation frame； injection mould； develop； 目 录目 录III前 言1一 塑件的成形工艺性分析21.1塑件的工艺性分析21.1.1塑件的结构分析31.1.2尺寸精度分析31.1.3表面质量分析31.2 POM的注射成型工艺31.3 POM性能分析41.3.1一般性能41.3.2 力学性能41.3.3 电学性能51.3.4 环境性能5二 塑件成型方案的拟定62.1分型面的确定62.1.1分型面的设计基本原则62.1.2分型面的确定62.2型腔数量的确定72.3注塑机型号的初选7三 浇注系统的设计93.1浇注系统的设计基本原则93.2主流道的设计93.2.1主流道的尺寸93.2.2主流道衬套的形式103.3分流道的设计11 3.3.1分流道设计要点.143.3.2分流道的截面形状113.3.3分流道的截面尺寸123.3.4分流道的长度123.3.5分流道的表面粗糙度123.3.6分流道的布置形式123.4浇口的设计133.4.1浇口的形式及特点13 3.4.2浇口位置的选择.163.4.3浇口尺寸的确定143.4.4冷料井的设计15四 成型零件的设计164.1成型零件的选材164.2型腔侧壁厚度174.3型腔和型芯的尺寸计算174.3.1型腔尺寸的计算174.3.2型芯尺寸的计算17五 合模导向机构的设计195.1导向结构的总体设计195.2导柱的设计195.3导套的设计205.4导柱与导套的配合形式20六 推出机构的设计与校核216.1脱模力的计算216.2推杆的设计226.3推件板的回复机构的设计22七 侧向分型抽芯机构的设计237.1确定抽芯距237.2确定斜导柱倾角237.3脱模力的计算23八 模具温度调节系统258.1概述258.2冷却效果对生产效率的影响及其提高办法258.3 冷却系统设计原则268.4冷却系统的设计27九 模架的确定和标准件的选用289.1模架结构289.2各模板厚度的确定28十 注塑机型号的确定3010.1型腔数量的校核3010.2锁模力的校核3010.3最大注射压力的校核3110.4模具与注射机安装部份的校核3110.5开模行程的校核32设计总结33致 谢34参考文献35附录36 IV 毕业设计（论文）专用纸前 言目前近几年来，我国模具产业发展迅速，模具工业已从过去依赖进口的附属产业走向独立的新型产业。我国已成为模具生产和消费大国，世界模具生产中心也正在向我国转移。20世纪50年代以前，中国模具制造基本是用手工工具配以一般通用机床进行。50年代后期，电加工工艺开始在模具制造中应用。在国际机械加工行业，先进国家早在八十年代就在现在的模具生产中，大约三分之一的加工工作是由电火花加工机床完成的。研制和生产低速走丝电火花线切割机（俗称慢机）而在当时中国尚属空白。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。模具在现代工业生产中，起到举足轻重的作用，是生产各种工业用品的一种重要的工艺设备，它是以其特定的形状通过一定的方式使材料成型。由于模具成型具有优质，高产，省料和成本低等特点，现代广泛用于国民经济各部门，特别是汽车，拖拉机，航空航天，仪器仪表，机械制造，家用电器，石油化工，轻工日用品等工业部门得到了极其广泛的应用。塑料成型模具是成型塑料制件的主要工艺装备之一。它使塑料获得一定的形状和所需性能，对达到塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计要求起着重要作用。在塑料加工行业中约有95的产品靠模具生产，产品的更新都是以工艺的改进和模具的更新为前提。据有关方面预测,模具市场的总体趋势是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将高于其他模具,在模具行业中的比例将逐步提高。本次毕业设计课题为观察镜架注射模设计。通过此次设计，让我了解了注射模具设计的重点以及注意事项，掌握了模具设计的一般过程。一 塑件的成形工艺性分析1.1塑件的工艺性分析塑件的工艺性分析很重要，通过分析可以得到许多有用的参数，这些参数可以帮助我们制造出合格的产品。该材料为聚甲醛（简称POM），塑件实物3D图如图1.1所示。图1.1 产品三维图该零件的实际测量尺寸如图1.2所示。 图1.2 产品零件图1.1.1塑件的结构分析该塑件是一个带有内凸缘的零件，高度为50mm，长度130mm，宽度100mm，内凸缘半径35mm，厚度3mm，该塑件的壁厚大部分为3mm。塑件把子部分初步认为需侧抽芯，内凸缘上端还有两个小侧抽芯，凸缘下端内表面有将近11.3的斜度，上端则无锥度。1.1.2尺寸精度分析塑件的尺寸有些有具体的公差，其余未标注尺寸公差按IT15级制作，精度一般，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证，故比较容易实现。1.1.3表面质量分析此塑件外形较为规则，要求塑件表面平整光滑，不得有毛刺、飞边。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得当的情况下，零件的成型要求容易得到保证。1.2 POM的注射成型工艺1、塑料处理 POM塑料吸水性小，一般为0.2%-0.5%。在通常情况下，POM塑料不需干燥就能加工，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、模温及浇口 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。3、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。4、背压 越低越好，一般不超过200bar5、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。6、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塑料的过热稳定性（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塑料，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。7、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。1.3 POM性能分析11.3.1一般性能聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，薄壁部分呈半透明。燃烧特性为容易燃烧，离火后继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，发生熔融滴落，有强烈的刺激性甲醛味、鱼腥臭。聚甲醛为白色粉末，一般不透明，着色性好， 比重1.41-1.43克/立方厘米，成型收缩率1.2-3.0%，成型温度170-200 ，干燥条件80-90 2小时。POM的长期耐热性能不高，但短期可达到160，其中均聚POM短期耐热比共聚POM高10以上，但长期耐热共聚POM反而比均聚POM高10左右。可在-40100温度范围内长期使用。POM极易分解，分解温度为240度。分解时有刺激性和腐蚀性气体发生，故模具钢材宜选用耐腐蚀性的材料制作。（1）POM是结晶型塑料,密度为1.42g/cm3,它的钢性很好,俗称“赛钢”。（2）它具有耐疲劳、耐蠕变、耐磨、耐热、耐冲击等优良的性能,且摩擦系数小,自润滑性好。（3）POM不易吸湿,吸水率为0.220.25%,在潮湿的环境中尺寸稳定性好,其收缩率为2.1%(较大),注塑时尺寸较难控制,热变形温度为172,聚甲醛有均聚甲醛两种,性能不同(均聚甲醛耐温性好一点)。1.3.2 力学性能POM强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。POM的力学性能随温度变化小，共聚POM比均聚POM的变化稍大一点。POM的冲击强度较高，但常规冲击不及ABS和PC；POM对缺口敏感，有缺口可使冲击强度下降90%之多。POM的疲劳强度十分突出，10交变载荷作用后，疲劳强度可达35MPa，而PA和PC仅为28MPa。POM的蠕变性与PA相似，在20、21MPa、3000h时仅为2.3%，而且受温度的影响很小。POM的摩擦因数小，耐磨性好（POMPA66PA6ABSHPVCPSPC），极限PV值很大，自润滑性好。POM制品对磨时，高载荷作用时易产生类似尖叫的噪声。1.3.3 电学性能POM的电绝缘性较好，几乎不受温度和湿度的影响；介电常数和介电损耗在很宽的温度、湿度和频率范围内变化很小；耐电弧性极好，并可在高温下保持。POM的介电强度与厚度有关，厚度0.127mm时为82.7kV/mm，厚度为1.88mm时为23.6kV/mm。1.3.4 环境性能POM不耐强碱和氧化剂，对烯酸及弱酸有一定的稳定性。POM的耐溶剂性良好，可耐烃类、醇类、醛类、醚类、汽油、润滑油及弱碱等，并可在高温下保持相当的化学稳定性。吸水性小，尺寸稳定性好。POM的耐候性不好，长期在紫外线作用下，力学性能下降，表面发生粉化和龟裂。二 塑件成型方案的拟定2.1分型面的确定 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艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。2.1.1分型面的设计基本原则1由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：1、分型面应选在塑件外形最大轮廓处2、确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模3、保证塑件的精度4、满足塑件的外观质量要求5、便于模具制造加工6、注意对在型面积的影响7、对排气效果8、对侧抽芯的影响在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。2.1.2分型面的确定方案一：考虑塑件结构特点，分型面选择如图所示位置，内部凸缘上端面，便于脱模，且有三个侧抽结构，如图2.1。 图2.1 分型面分析：此方案对于该塑件右下角把子下方不能够顺利脱模，不予采纳。方案二：选取最大截面为分型面，三个侧抽芯，利用哈夫模来进行分模，如图2.2。图2.2 分型面 分析：哈夫模分模方向与侧抽芯方向处于垂直方向，分模结构较复杂。方案三:选取如图截面为分型面，三个侧抽芯，利用哈夫模来进行分模，如图2.3。图2.3 分型面分析：哈夫模分模方向与侧抽芯方向处于同一方向，较方案二简单些。综上分析：采取方案二。2.2型腔数量的确定一般来说，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。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。该塑件对精度要求为一般精度塑件，再依据塑件的大小130mm100mm50mm，采用一模一腔的模具结构。2.3注塑机型号的初选由于卧式注塑机合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，且模具是沿水平方向打开的。其特点是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作用自动落下，易于实现全自动操作。故首选卧式注塑机。注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量之和，即 V = nVz + Vj式中 Vj=0.6VZ V一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm或g）； n 型腔数目 Vz单个塑件的容量或质量(cm或g）。 Vj浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm或g）。故应使 nVz + Vj 0.8Vg式中 Vg（mg）注射机额定注射量(cm或g）。相关塑件参数的计算：塑件体积VZ= 53.67（cm） 材料POM密度= 1.39 (g/ cm）塑件质量 Mz= 74.60 (g)经过计算V = nVz + Vj=153.67+0.653.67=85.88,可初步选用SZ-160/100（卧式）型注塑机。SZ-160/100（卧式）型注塑机的主要技术规格如表2.1：表2.1 SZ-160/100（卧式）型注塑机相关参数理论注射容积(cm）160螺杆直径(mm)40注射压力(MPa)150注射速率(g/s)105塑化能力(g/s)45螺杆转速(r/min)0220锁模力(kN)100拉杆有较距离(mm)345345移模行程(mm)325模具最大厚度(mm)300模具最小厚度(mm)200开模行程（mm）325模具定位孔直径(mm)100喷嘴球半径(mm)SR15喷嘴口孔径(mm)3顶出行程(mm)100三 浇注系统的设计浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。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。该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。3.1浇注系统的设计基本原则2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。对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：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。3.2主流道的设计2主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为26。3.2.1主流道的尺寸（1） 主流道小端直径 主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + 12 = 3 + 1 2取 d =4（mm）。（2） 主流道的球半径主流道的球半径 SR =15 + 1 2 取 SR =16（mm）。（3） 球面配合高度球面配合高度为 3 5 取 3（mm）。（4） 主流道长度主流道长度L，应尽量小于60mm，上标准模架及该模具结构，取L = 52（mm）（5） 主流道锥度主流道锥角一般应在26，取 = 4，所以流道锥度为/2=2。（6） 主流道大端直径主流道大端直径 D = d+2Ltg（/）（=4） 6.8（mm）（7） 主流道大端倒圆角倒角 D/8 0.8（mm）3.2.2主流道衬套的形式主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效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，热处理要求淬火53 57 HRC。主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。主流道衬套的形式有两种：一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。该模具尺寸较小，主流道衬套与定位圈设计成两个零件。如图3.1形式 图3.1 主流道衬套与定位圈设计方式 设计出主流道衬套的零件图如图3.2所示。 图3.2 主流道衬套零件图3.3分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。3.3.1 分流道设计的要点31、在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。2、分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。3、分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。4、分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。3.3.2分流道的截面形状常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为 5 10的梯形流道。浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面。3.3.3分流道的截面尺寸分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，可用下述公式确定分流道的直径：D = 0.26544其中 D流道直径（mm）； W塑件的质量（g）； L分流道的长度（mm）。此式计算的分流道直径限于3.2 9.5 mm。根据前面的计算数据，有D = 5.0（mm）故在适应范围，分流道截面形状为圆形。3.3.4分流道的长度分流道的长度应尽量短，且少弯折。分流道长度为L = 33.52 =67（mm）3.3.5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，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.631.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。3.3.6分流道的布置形式分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模一腔两浇口。该模具分流道为圆形截面，在上型芯与下型芯之间开有分流道。其形式如图3.4。图 3.4 分流道布置3.4浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。浇口的主要作用是：1、型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；2、易于切除浇口凝料；3、对于多型腔的模具，用以平衡进料；浇口的面积通常为分流道面积的 0.03 0.09。浇口的截面有矩形和圆形两种。浇口长度约为 0.5 2 mm左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。3.4.1浇口的形式及特点4选用侧浇口，侧浇口有如下优点：1、截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精细加工，表面粗糙度值小。2、可根据塑件的形状特点和充模需要，灵活地选择浇口位置，如框形或环形塑件，其浇口可设在外侧，也可设在内侧。3、由于截面尺寸小，因此去除浇口容易，痕迹小，制品无熔合线，质量好。4、对于非平衡式浇注系统，合理地变化浇口尺寸，可以改变充模条件和充模状态。侧浇口一般适用于多型腔模具，因此生产率很高，有时也用于单型腔模具中。3.4.2浇口位置的选择4浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则：1、浇口应开设在塑件截面最厚处；2、有利于塑料熔体的流动；3、的利于型腔的排气；4、考虑塑件受力情况；5、增加熔接痕牢度；6、流动定向方位对塑件性能的影响；7、浇口位置和数目对塑件变形的影响；8、校核流动比；9、防止型芯或嵌件挤压位移或变形。此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。浇口位置位于凸缘上端面对称面最佳。如图3.5为Moldflow分析的最佳浇口位置，图3.6为本模具设置的浇口位置。图3.5 最佳浇口位置Moldflow分析图图3.6 浇口位置3.4.3浇口尺寸的确定浇口结构尺寸可由经验公式，浇口深度 h = 0.5 2.0h = n t = 0.45取 h =0.8（mm）式中 h浇口深度（mm） n塑料系数，由塑料性质决定； t塑件壁厚（mm）浇口宽度 b = 1.0 5.0 取 b = 2 （mm）式中 A塑件型腔表面积。浇口长度 L= 0.5 1.75为了去除浇口方便，浇口长度 L也可取 0.72.5。所以可取 L = 1.7 （mm）其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。3.4.4冷料井的设计4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井（冷料穴）。主流道冷料井设计成带有摧杆的冷料井，底部由一根摧杆组成，摧杆装于摧杆固定板上，与摧杆脱模机构连用。冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉出。当其被摧出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。主流道冷料井的设计如图3.7所示。 图 3.7 主流道冷料井四 成型零件的设计成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。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。4.1成型零件的选材5对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：1、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。2、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。3、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。4、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。4.2型腔侧壁厚度由于此模具采用斜导柱抽芯机构，所以型腔采用组合式，该型腔为组合式。因此，型腔的强度和刚度按组合式进行计算。由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可以参考经验推荐数据，取S=15mm4.3型腔和型芯的尺寸计算 因POM塑料的收缩率为0.8%3.5%； 平均收缩率为： S平均=（0.8%+3.5%）/2=2.15%；4.3.1型腔尺寸的计算径向尺寸的计算：1塑件尺寸：22 工作尺寸： 24 30 深度尺寸的计算：1塑件尺寸：25 工作尺寸：中心距尺寸的计算：1塑件尺寸：20 工作尺寸： 3 4.3.2型芯尺寸的计算径向尺寸的计算：1塑件尺寸：93.8 型芯工件尺寸： 79 76 70 深度尺寸的计算：1塑件尺寸：40 型芯工件尺寸： 10 3 五 合模导向机构的设计 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。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。此模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。5.1导向结构的总体设计61、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，防止导柱和导套压入后变形；2、该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置；3、该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上；4、为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角；5、各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行；6、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；7、当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。5.2导柱的设计71、该模具采用带头导柱，且不加油槽；2、导柱的长度必须比凸模端面高度高出68mm；3、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导部分；4、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知为20；5、导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合；6、导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4m；7、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55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。5.3导套的设计71、结构形式：采用带头导套（型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度；2、导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气；3、导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4m。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；4、导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。5.4导柱与导套的配合形式导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如图5.1所示：图5.1导柱与导套配用形式 六 推出机构的设计与校核6.1脱模力的计算因塑脱模力相对较大，为了保证产品质量及表面质量，所以采用推件板推出。图6.1 推件板脱模力受力分析如图6.2所示。图6.2 脱模力受力分析图6.4 力平衡公式 Ft=(0.2cos11-sin11)=6057N6.2推杆的设计推件板推出应力为=15KPa A推件板推出时的推出面积；计算四根推杆设计的总面积： 100.9mm2设计中取推杆的直径为10mm ,面积=425=314.15mm2100.9mm2。故推杆的推出机构合格。6.3推件板的回复机构的设计利用复位杆加弹簧进行提前复位，同时在推件板上外加一定的15度大小的斜度防止卡死。七 侧向分型抽芯机构的设计因塑件结构的限制，需采用斜导柱侧轴心机构。7.1确定抽芯距 因塑件结构的限制，需采用斜导柱侧抽芯机构。 图7.1 侧抽芯S=45mm。另加5mm的抽芯安全系数，可取抽芯距S抽=45+5=50mm。两边抽芯距距离可各取50mm。7.2确定斜导柱倾角斜导柱的倾角可取=257.3脱模力的计算Ft=AP(cos-sin)Ft脱模力（推出力）；型芯的脱模斜度（此计算中=0）；塑料对刚的摩擦因数，为0.10.3；A塑件包容型芯的面积；P塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下，模内冷却的塑件取（0.81.2）107Pa； 主型芯的脱模力：Ft=0.230000.1=600N查塑料模具设计师指南表3-18得：最大弯曲力FW=1KN,查表3-19得斜导柱直径为16mm。7.4滑块与导槽设计滑块与哈夫块（孔）的连接方式设计图7.2 滑块与哈夫块滑块的导滑方式图7.3 滑块的导滑方式为使结构紧凑，降低模具装配复杂程度，采用整体式滑块和整体式导向槽的形式，为提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨，配研的装配方法。7.5侧抽芯的导滑形式 采用圆形导滑孔，侧抽芯与导滑孔之间是间隙配合，导滑孔硬度应达到HRC5256。为了开之前，侧抽芯机构能够顺利实现抽芯动作，需在型芯固定板上装4个对称布置压缩弹簧，此弹簧受变负荷作用，次数在106次以上。八 模具温度调节系统8.1概述注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注塑模具的塑料熔体的温度为200300，而塑件固化后从模具中取出的温度为6080以下，视塑料品种不同而不同。为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却水道，通过模温调节机调节冷却介质的温度。以冷却水为介质的模温调节机，其温度可调节到90以内，以油作冷却介质的模温调节机，其温度可调节到100以上；也可以在模具上插上加热棒或用加热套来获得100以上的模温，只不过脱模温度较高而已。与此相反有的塑料为提高生产效率或鉴于工艺上的需求可采用低于室温的模温，这时可用冷冻水进行冷却，必须采用有致冷功能的模温调节机，但应注意模具型腔表面的温度不可调节到该大气环境的露点温度以下，否则型腔内壁会有冷凝水凝结，会直接影响制品的质量。8.2冷却效果对生产效率的影响及其提高办法9一般来说在整个成型周期中模内冷却时间约占75。因此提高冷却效率、缩短冷却时间是提高生产效率的关键。在注塑成型过程中高温（约200）塑料熔体转变成塑料制品（约60）要放出潜热和显热，其中约5以对流和辐射的方式散发到大气中，5左右通过模板传走，其余90由冷却介质（水或油）带走，要提高冷却效率可以从以下几方面着手。1提高模板对冷却介质的传热系数 提高传热系数关键一点是提高冷却介质在模具冷却通道内的流速，或采取其他方式增加扰动使流体从层流状态转变成为湍流状态。据分析研究湍流时管壁和芯部的流体发生无规则的快速对流，所以湍流下的传热系数比层流高1020倍，使传热效果明显加强，可以用表示流动状态的雷诺准数Re来校验冷却介质在流动通道中的流动状态。 式中 d圆形流道直径或非圆形流道的当量直径(m) 流速(m/s) 水的运动粘度()当雷诺准数Re达到4000以上时一般可视为湍流，但有时在管壁处仍有一层滞流层，为了使冷却介质处于稳定的湍流状态，希望雷诺准数Re达到600010000以上。2降低冷却介质温度增加传热推动力 对于非结晶型塑料，在塑料熔体能顺利充满型腔的前提下，可适当降低冷却介质的温度，以缩短降低冷却介质的温度，以缩短冷却时间，对于尺寸和性能要求不高的结晶型塑料制品都可采用较低的模温，而不必考虑后结晶等问题。一般注塑模所用冷却介质是常温水，若改用低温水便可提高注塑成型冷却效率，但如前所述温度不宜低到使型腔表面发生凝结水。3增大冷却传热面积 模具型腔一边的传热面积是不可更改的，仅可增加冷却水道一边的传热面积。在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却水道，但由于模具上众多的推杆和型芯布置以及型腔型芯的组合拼接，使水道开设位置受到限制。因此在考虑模具总体结构时应率先考虑冷却水道布置方案，而不能等到设计的最后才来考虑水道开设的问题。8.3 冷却系统设计原则10为了提高冷却效率，获得质量优良的轴座制品，模具的冷却系统可按下述原则进行设计。1、冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 冷却水孔间距越小，直径越大，则对塑件冷却越均匀。2、水道孔与相邻型腔表面距离应尽量相等 轴座壁厚是均匀的，冷却水道到型腔表面距离取相等值。但是当有些塑件壁厚不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm,常用1215mm。3、浇口处加强冷却 熔体充模时浇口附近温度最高，流动末端温度较低，因此在浇口部位应加强冷却，并将冷却回路的入口设在浇口附近，出口设在流动末端，如下图8.1为侧浇口的冷却水路，也是此轴座模具的冷却水道形式。 图8.1 冷却水道出、入口排列 图8.2方形塑件采用直接浇口的冷却水道4、冷却水道出、入口温差应尽量小 如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀。如图8.3（b）的形式比图8.3（a）的形式好，降低了出、入口水的温差，提高了冷却效果。图8.3 冷却水道的排列形式5、 冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置 对收缩率较大的塑料，例如PP