环境管理_水龙头注塑模设计与制造设计

引 言模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，模具是“效益放大器”,用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”,日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”。模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济的支柱产业如机械，电子，汽车，石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信产品中60%80%的零件都要依靠模具成形。我国石化工业一年生产500多吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖，墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具，生产塑料管件和塑料门窗，也需要大量的塑料模具成形。1 模具概论1.1.塑料模具的现状及国内外发展趋势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2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约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。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。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方面也取得较大进展。尽管中国模具在过去十年里取得了令人瞩目的发展，但是许多方面与发达国家相比仍有较大差距。相对而言，国外注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑；多色注塑等，都在向高效率，高自动化和节约能源、降低成本的方向发展。当前，我国工业生产的特点是产品品种多，更新换代快，市场竞争残酷激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求是制件质量要好，交货期要短，模具精度要高，模具价格要低。因此，现代模具的制造应与当前经济发展的形势及以上要求相适应。1.2.模具CADCAM技术 CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节，靠手工编程无法满足复杂零件数控加工的需求，50年代初期，美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，形成了早期的CAM系统；如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件FANUC、Siemens编程机。目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron 、MasterCAM等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。现代生活中越来越多的产品，特别是各种塑料制品及大型覆盖件等产品形状结构比较复杂，单使用图纸已很难正确和详尽地表达产品的形状和结构，这就要求模具设计制造者必须使用计算机辅助设计文件描述的手段。因此模具CAD/CAM的优越性赋予了他无限的生命力，使其得以迅速发展广应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是降低成本、减轻劳动度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法不能比拟的。 CAD/CAM可以提高模具设计和制造水平，从而提高模具质量。 CAD/CAM可以接生时间，提高效率。 CAD/CAM可以较大幅度降低成本。 CAD/CAM技术将技术人员从繁琐的计算、绘图和NC编程中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。采用CAD/CAM一体化技术是现代模具设计制造的要求,可以有效地改善传统方法的不足,由CAD建立的产品模型可以直接生成数控指令,通过DNC接口实现与机床间的数据通讯,使生产中原来用外形模拟传递改变为用数据量传递,使设计与制造环节直接沟通。而且可以在CAD系统中进行外观分析、产品装配、检查配合部件的干涉,对数控加工过程进行仿真,检查加工过程和干涉,实现产品的设计和修改。因此,可以大大降低手工劳动量,缩短新产品研制周期,显著提高产品质量。CAM是设计工作的最终结果。CAD设计的零件模型，经过CAPP工艺编排产生工艺流程图后，最终在CAM中进行加工轨迹生成与仿真，产生数控加工代码，从而控制数控机床进行加工。可以说，CAM系统的强弱直接决定着整个设计过程的成败，CAD的效益最终也是通过CAM体现出来的。1.3.数控加工在模具制造中的应用近年来，由于计算机功能的提高，及模具标准化的实施，数控加工技术在模具制造中，越来越发挥了积极的作用。众所周知，模具是单件生产，原始的机械加工都是人工控制的，在很大程度上依赖操作者的技术，所以可以说模具制造在很长时期主要是依靠技艺较高的钳工发展起来的。随着模具需要量的迅速增长和精度的高要求，这种生产方式很难适应现代化生产的要求。由于近年来电子计算机技术飞跃发展和应用水平的提高，数字控制技术已经广泛地应用到了机械加工机床，这就给模具的制造创造了新的生机。在生产中采用这些数控机床，不仅有了自动化生产的条件，而且由于数控机床的重复性精度高，不管操作者的熟练程度如何，都能按程序控制，都能加工出高质量、高精度的工件来。从而使制模水平及模具精度都有很大改善，为制造优质、高精度模具创造了优越的条件。2 塑料的分析及注射成型塑料是一种以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂制成的高分子有机化合物。在一定的温度和压力条件下，塑料可以用模具成型出具有一定形状和尺寸的制件，并且当外力解除后，在常温下仍能使形状保持不变。成型所用的模具称为塑料模，它是型腔模的一种。常用的塑料添加剂包括：增塑剂、润滑剂、稳定剂及填料等。2.1.塑料的分类及工艺特性塑料的品种很多，按其受热后所表现的性能不同可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。 热固性塑料 是指在初次受热时变软，但加热到一定时间或加入固化几后，就硬化定型，再加热则不熔融也不溶解，形成体型结构物质的塑料。这类塑料在成型过程中发生了化学变化，分子结构产生了变化。常见的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等。 热塑性塑料 是指在特定温度范围内能反复加热和冷却硬化的塑料。这类塑料在成型过程中只有物理变化而无化学变化。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃等。塑料的品种越来越多，应用也日益广泛，归纳起来，塑料的主要特性有：（1） 质量轻（2） 比强度高（3） 化学稳定好（4） 电性能优良（5） 减摩、耐磨性能优良、自润滑性能好（6） 吸震和消声性能好（7） 成型加工方便但是，塑料也有许多不足的地方，例如刚性差，收缩率大，尺寸精度低，耐热性能差，易老化等等。2.2.塑料成型工艺特性塑料成型的工艺特性是指塑料在成形过程中表现出来的特有性质。模具设计时必须加以充分考虑。下面介绍主要的工艺特性： 流动性 塑料在一定温度、压力作用下，能够充满型腔的性能，称为塑料的流动性。塑料的流动性差就不易充满型腔，因此需要较大的成形压力才能成型；相反，塑料的流动性好，可以用较小的成型压力充满型腔，但流动性太好，会使塑料在成型时产生严重的溢边。下面是一些常用热塑性材料的流动性情况： 流动性好：尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素。 流动性中等：改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、有机玻璃、苯甲醛、氯化聚醚。 流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、氟塑料。 收缩性 一定量的塑料在熔融状态下的体积总比其固态下的体积大，说塑料经成型冷却后体积发生了收缩，这种特性称为收缩性。在实际成型时不同品种的塑料收缩率各不相同，不同批的同种塑料或同一塑料的不同部位其收缩性也各不相同。 结晶性 热塑性塑料按其冷凝时是否出现结晶现象可分为结晶型塑料非结晶型塑料两种。 硬化特性 硬化是指热固性塑料成型时完成交连反应的过程。硬化速度快慢对成型工艺过程有非常重要的影响。 吸湿性与热敏性 塑料中因有各种添加剂，使其对水的敏感程度各不相同，这种特性称为吸湿性。吸湿性大的塑料在成型过程中，由于高温高压使水分变成气体或发生水解作用，使塑料产生气泡等缺陷，并影响其电气性能，所以在成型前应干燥处理。2.3.注射成型原理与过程塑料制品是在一定的温度和压力下，根据塑料的性质和对制品的要求，将塑料用各种不同的成型方法制成一定的形状，经过冷却，修正而获得的。注塑模具的成型是将加热熔化的热塑性塑料注满一个挖有空腔的模块，然后对模块强制冷却，熔料凝固成固体。为取出凝固体，用分型面把模块分割成型芯和型腔两部分。包裹凝固体外表面轮廓的一半模块称为型腔零件，包裹凝固体内表面轮廓的另一半模块称为型芯零件，型芯和型腔零件统称为成型零件。包裹凝固体内外表面的相交线称为分型环，分型环水平向四周延伸形成切割模块的分型面。事先把成型模腔按放大比例（1 成型收缩率）加工成需要的形状，凝固体就成为有用的塑料制品。光有成型零件还不能连续大量生产塑料制品，型芯和型腔零件要安装固定在模架上，加工出注料通道，配上脱模机构等其他机构和零件，成为能与注塑机配合工作的模具，才能连续生产塑料制品。沿型芯和型腔零件分型面将模具剖切为定模和动模两部分，生产时要把定、动模分别固定在注塑机固定模板和移动模板上。注塑机工作时的状态是注塑机固定模板一直固定不动，而移动模板在注塑机拉杆上作单边开合运动，因此安装固定在模具动、定模部分的型芯和型腔零件也能随移动模板开合作开闭运动。 图2.1 注射成型原理2.4.注射成型的特点与应用注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。它能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或者非金属嵌件的塑件。注射成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性材料都可以用注射成型的方法成型，一些流动性好的热固性塑料也可以用注塑成型法成型。注射成型的缺点是所用的注射设备价格较高，注射模具的结构复杂，生产成本高，不适合单件小批量模具的生产。2.5.注射成型设备简介2.5.1.注射机的分类注塑机按塑化方式和注射方式，大致可分为以下三种:（1）柱塞式注塑机 它通过柱塞依次将料筒的颗粒推向料筒前端的塑化室，依靠料筒外的加热器提供的热是量，使塑料塑化成黏流状态，并被注塞注射到模腔中去。（2）螺杆式注塑机 它只要由油缸、螺杆、料筒、喷嘴和传动系统组成。料筒总长L分为：送料段L1、压缩段L2和计量段L3。它们的工作过程是：从料斗落入料筒中的固态塑料，随着螺杆的转动，沿着螺杆向前输送，物料被逐渐压实，物料中的气体由加料口排出。在料筒外加热器加热和螺杆的剪切作用下，物料实现其物理状态的变化，最后呈黏流态，并获得一定的压力。当螺杆头部的熔料压力达到能克服注射油缸活塞退回时的阻力（即被压）时，螺杆便开始向后退，并进行注射量的计量。与此同时，料筒前端和螺杆头部熔料逐渐增多，当达到所需要的注射量时，计量装置撞击限位开关，螺杆即停止转动和后退，至此，预塑完毕。同时，合模油缸推动合模机构，使模具合模。继而，注射座前移，注射油缸驱动螺杆按要求的压力和速度将熔料注入模腔内。当熔料充满模腔后，螺杆仍对熔料保持一定的压力进行保压，以防止模腔中的熔料反流，并向模腔内补充因塑件冷却收缩所需要的物料。（3）螺杆塑化、柱塞注射式注塑机 塑料的塑化由螺杆进行被塑化好的熔料通过一个回止阀，进入另一个料筒，熔料在柱塞的作用下被注射到模腔中去。随着注射机成型范围的扩大，近年来出现了许多新型注射机，如玻璃纤维增强塑料注射机，发泡塑料注射机、热固性塑料注射机等。如果我们把成型一般塑料和塑件的注塑机称为通用注塑机，那么，可以把上述这些注塑机称为专用注塑机。而按其外形又可分为如图2.2几种类型： 角式注塑机图 2.2 注塑机的类型（1）立式注塑机 它的注射方向向下，合模方向向上，即注射和合模都在同一竖直线上。注射方式是柱塞式，它的结构特点是占地面面积小，安装和拆卸方便，嵌件及活动型芯易于安放，料斗中的塑料的塑化均匀地进入料筒。它的缺点是，由于柱塞式送料的塑化不均匀，引起成型压力高，注射速度不均匀，其塑件内应力大，且塑件顶出后需人工取出，效率较低，并难以实现自动化。这类注射机都是小型的，一般的注射容量多在60cm3以下，适宜加工流动性较好的小型塑料。由于柱塞式送料过程没有搅拌作用，亦可以加工表面的质地中带有天然式大理石花纹及各种渗有彩色电化铝片的透明彩色塑料。（2）卧式注塑机 这是目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射方向与合模方向都在同一水平线上横卧安装，其注射方式多为螺杆式。他的结构特点是，机体较低，容易操作和加料，开模后顶出的塑件在其重力作用下可自行落下，易于提高生产效率，并可实现自动化操作。它的缺点是，装模和安放嵌件比较麻烦，占地面积大。这类注射机有多种机型，且注射范围较大，从3032000cm2均有系列机型，因此它的使用范围很广，适宜于各种塑件的注射成型。（3）角式注塑机 它的注射方向向下，与合模方向呈垂直排列，其注射方式是柱塞式。它的优点介于立式和卧式两种注射机之间，它的结构简单，使用方便，开模后顶出的塑件亦可自动落下。由于合模方向与注射方向垂直，使模具受力均匀，锁模可靠。缺点是安放嵌件不便，易倾斜、脱落。这类注射机都是小型的，其注射容量也多在60cm3以下，亦适于加工小型塑件。特别适用于型腔偏在一侧时的模具或塑件中心部位不允许有浇口痕迹的塑件。2.5.2.注射机主要装置注塑机不论任何形式，均是由以下主要装置组成。（1） 注射装置。它的主要作用是使固态的塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将融料注人闭合的模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加热器、料斗、计量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动油缸等。 合模 中的熔料有较高的压力，这就要求合模装置给予模具以足够的夹紧力，即锁模力，防止模具在熔料的高压力下推开。它的主要部件有：机架、定动模板、拉杆、合模油缸及肘节等。（2） 顶出装置。它的作用是在开模到一定距离后，驱动模具的顶出装置，将塑件从模具中顶出。（3） 机械和液压传动及电器控制系统。注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、温度调节。注射人模、保压、塑模安装部分，基座及导向部分，制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确的生产过程，这些连续动作都是由机械和液压传动及电器控制的。注塑成型的一般结构组成参考图2.3 图2.3 注射模基本结构2.5.3.注射机技术参数1. 注射量 也成为公称注射量，它是指对空注射的条件下，注射螺杆或者柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。2. 注射压力 注射时为了克服塑料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力，注射机螺杆（或柱塞）对塑料熔体必须施加足够的压力，此压力称为注射压力。根据塑件的性能，选取注射压力时，大致可以分为以下几类：（1） 注射压力小于70Mpa,用于加工流动性好的塑料，且塑件形状简单，壁厚较大。（2） 注射压力为70100Mpa,用于加工塑料黏度较低，形状，精度要求一般的塑件。（3） 注射压力为100140 Mpa，用于加工中、高粘度的塑料、且塑件的形状、精度要求一般。（4） 注射压力为140180 Mpa，用于加工较高粘度的塑料、且塑件的形状、精度要求较高。3. 锁模力 当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面张开的力。为了夹紧模具，保证注射过程顺利进行。注射机合模机构必须有足够的锁模力，其必须大于张开力。锁模力用公式表示为： FFZ=P(nA+A1) （2.1） 式中：FZ塑料熔体在分型面上的张开力，N；P型腔压力，一般为注射压力的80%左右，通常取2040 Mpa.n型腔数量。A单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2。A1浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2.3 水龙头模流分析 3.1.水龙头三位实体造型使用Pro/E软件把水龙头的三维实体造型出来，如下图3.1所示。图3.1 水龙头三维实体图3.2.模型转换 将在PROE中设计好的结构模型另存为ISG格式，为导入Moldflow进行分析做好准备。3.3.产品导入及网络划分与修复 在Moldflow软件中导入盒体，建立工程方案，旋转产品，匹配锁模力（使锁模力方向与Z轴同向），然后划分网络单元如下图3.2所示。 图3.2 水龙头网格划分图3.3网格统计由网格统计分析知：网格划分除纵横比过大外，其它参数均较合理，故要进行交叉变修复。图3.4修复后的统计由统计结果可以看出来，网格以及合格。3.4.材料选择 选择材料聚甲醛Delrin 500 HPDuPont Engineering Polymers 3.5.浇口位置分析 系统自动分析出最佳浇口位置。图3.5最佳浇口位置分析考虑到制品在模具中的合理布局，并且能够比较方便的成型出塑件，选择如下图3.6所示的浇口位置。 图3.6最佳浇口位置3.6.成型窗口分析 成型窗口分析用于定义能够生产合格产品的成型工艺条件范围，如果位于这个范围内，则可以生产出质量较好的制件。 经分析，系统推荐模温105.00度，推荐料温230.77度，注射时间1.4325s；各分析结果图如下：图3.7盒体质量工艺范围XY图图3.8盒体注射压力工艺范围XY图图3.9区域（成型窗口）图综上分析，可确定模温105度，料温230.77度，注射时间1.4325s。3.7.填充分析 填充分析可以获得最佳浇注系统设计，主要用于查看制品的填充行为是否合理，填充是否平衡，能否完成对制品的完全填充等。 工艺参数设置:图3.10工艺参数图3.11充填时间分析由图可知，填充平衡。图3.12速度/压力切换时的压力图3.13流动前沿温度图3.14气穴盒体口部的气穴可通过分型面排气，盒体底部质量要求不高，故可忽略气穴的影响。图3.15熔接痕3.8.冷却分析冷却分析可以优化模具及冷却回路设计，获得均匀的冷却效果，最小化循环周期，消除由于冷却因素造成的产品翘曲，从而降低模具总体制造成本。 图3.16串行水道冷却时间 图3.17并行水道冷却时间由上面两个图比较，可以知道，并行冷却所需的时间要少，所以，并行冷却水道比串行冷却水道效果要好。由于只是一模一腔，所以这里不用进行流道平衡分析。4 水龙头注塑模的设计4.1.塑件成型工艺性能分析 图4.1 塑件主视图如图3.1所示，该塑件为生活用水龙头，使用上没有什么特别的要求，只要求外形美观，表面光洁。尺寸较小，形状要求对称，精度要求不高。上面有内螺纹，要求为M20，外螺纹要求为G1/214。对于R50的型芯可以实用齿轮齿条啮合在模内抽芯，M20的螺纹则在模外手动抽芯。塑件的原材料为POM(Polyoxymethylene),即聚甲醛。其综合性能良好，强度、刚度高，抗冲击，耐疲劳，蠕变性能较好，减摩耐磨性好，吸水性小，尺寸稳定性好，但热稳定性差，易燃烧，长期在大气中暴晒会老化。其成型特性有:(1) ：结晶性料熔融温范围很窄，料温稍低于熔融温度即发生结晶，流动性下降；(2) ：热敏性强，极易分解，分解温度为240。(3) ：宜用螺杆式注射机成型，余料不宜过多和滞留太长，一般塑件克量不应超过注射机注射克量的75%。(4) ：喷嘴孔径应取大，并采用直通式喷嘴。(5) ：模具浇注系统对料阻力要小，进料口宜小，要尽量避免死角积料。(6) ：必须严格控制成型条件，嵌件应预热(一般100150)，料温取稍高于熔点(一般170190)即可，不宜轻易提高温度，模温对塑件质量影响较大，提高模温可改善表面凹痕，有助于融料流动，必须正确控制，一般去75120，壁厚大于4mm的取90120，小于4mm的取7590，宜用高压、高速注射，塑件可在较高温度是脱模，冷却时间可短，但问防止收缩变形，脱模后宜将塑件放在90的热水中缓冷。4.2.初步确定注射机 初步估算水龙头体积： 根据Moldflow软件对塑件的充填分析，从其分析日志中可以清楚的看出塑件的体积为11.2342cm3， 流道和浇口的体积为0.6101cm3，所以总体积为11.8443cm3，约为12cm3。 根据设计手册查得POM塑料的密度为=1.42g/cm3，所以单件制品质量为W件=121.42=17.04g 根据制品体积及质量来确定注射机的型号和规格。为了保证注射成型的正常进行，根据生产经验，一次成型所须的总质量宜为最大注射量的80%，即W总80%W机或 W机W总/0.8式中：W机为注射机最大注射量； W总为成型时所需的塑料总量。 该制品及浇注系统的总体积为：V总=V件+V浇=12cm3，总质量为：W总=W件+W浇=17.04g，则W机21.3g。根据计算结果，并查阅注射机技术规格表，可初步选择型号为XS-Z-30的注射机。 此注射机主要参数和技术规格如下：螺杆直径28mm，最大理论注射容量30cm3,注射压力119MPa,锁模力250KN，最大成型面积90cm3, 最大模具厚度180mm,最小模具厚度60mm,动、定模固定板尺寸为250280mm,最大开合模行程为160mm,喷嘴球半径为12mm,喷嘴孔径为2mm,喷嘴移动距离为130mm。4.3.塑件成型方案的确定4.3.1.确定模具类别 注射模具的种类有很多，生产中常按其特征来分，可以分为：单分型面注射模具（两板式），双分型面模具（三板式），侧向分型与抽芯注射模具，带活动镶件的注射模具等。按塑件生产批量，注射机的规格和塑件形状和大小，确定此塑件采取一模一件的生产方式。由于其形状比较复杂，体积小，可设计成带活动镶件的注射模。4.3.2.选择分型面分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，常见的形式有水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面等，其中水平分型面结构简单，加工方便，所以经常采用。 分型面的选择是一个比较复杂的问题，选择分型面应遵循以下原则：（1）.分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。（2）.分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。（3）.塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。（4）.塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。（5）.头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。（6）.一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。（7）.有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。（8）.一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端，以利于排气。综合以上原则，根据塑件的结构形式，这里选择最常用的分型面新式水平分型面，如图3.2所示 图4.2 水平分型面根据塑件结构，分型面设置在塑件的对称平面。4.3.3.确定型腔布局塑件结构比较复杂，需要侧滑块抽芯以及齿轮齿条啮合在模具内抽芯，所以这里选择一模一腔。4.4.浇注系统设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的设计是注射模设计中很重要的环节。浇注系统的作用是：将塑料熔体均匀地送到每个型腔，并将注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整，质量优良的塑件。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，如图3.3所示 图4.3 浇注系统 1主流道；2分流道；3第二分流道； 4第三分流道；5进料口；6型腔；7冷料穴4.4.1.主流道设计主流道是指注射机喷嘴与型腔或与分流道连接的这一段进料通道，是塑料熔体进入模具最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴芯线上。在卧式注射机用模具中，主流道垂直于分型面，主流道的结构形式及与注射机喷嘴的连接如图3.4所示。图4.4 主流道形状及其与注射机喷嘴的关系主流道需设计成锥角为2060的圆锥形，表面粗糙度Ra0.8m,以便于浇注系统凝料从其中顺利拔出。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计在可拆卸的主流道衬套（浇口套）内。衬套一般选用碳素工具刚如T8A，T10A等，热处理要求5357HRC，衬套与定模板的配合可采用H7/m6。为使塑料熔体完全进入主流道而不溢出，主流道与注射机喷嘴球的对接处应设计成半球形凹坑，其半径SR=SR1+（12）mm,其小端直径d=d1+(0.51)mm.为便于模具安装时与注射机的对中，模具上应设有定位圈。大多数情况下，主流道衬套和定位圈分开设计，然后配合固定在模板上。衬套与定位圈的配合可采用H9/f9. 本模具所设计的主流道也将采用图3.4的结构，其是将主流道设计在称套内，并将主流道和定位圈分开。由于选择的注射机的喷嘴球半径为SR1=12mm,所以设计的SR=12+1=13mm；喷嘴孔径d1=2mm,所以设计的d=2+0.5=2.5mm.主流道锥角为30。4.4.2.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，由于本塑件模具属于单型腔模具，塑件又比较小，所以不必设置分流道。4.4.3.浇口设计浇口是指连接分流道和型腔的进料通道。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。浇口的形式很多，尺寸也各不相同，常见的浇口形式有：直接浇口（主流道型浇口）、侧浇口、中心浇口、扇形浇口、薄片浇口、潜伏式浇口、点浇口、护耳浇口等。具体到本模具，考虑到模具本身的复杂度，选用比较简单的直接浇口。该浇口在单型腔模中，塑料熔体直接进入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易。另外传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便，但去除浇口困难，其结构如图3.4所示，设计在主流道衬套（浇口套）内。4.5.成型零件的设计 成型零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。它是模具的主要部分，主要包括：凹模（型腔）、型芯（凸模）及镶件等。4.5.1.成型零件结构设A：凹模的结构凹模有整体式和组合式两种。整体式凹模结构简单，成型出的塑件质量较好，模具强度好，不易变形。但加工工艺差，所以只适合形状简单的塑件成型；组合式凹模是指凹模有两个以上的零件组合而成。这种凹模加工工艺性能好，但装配调整困难。组合式凹模可分为整体嵌入式、局部镶拼式和四壁拼合式。对于形状复杂或易损坏的凹模，将难以加工或易损坏的部分设计成镶件形式，嵌入型腔主体上，以方便加工和更换（即局部镶拼式）。考虑到塑件的特殊结构，以及分型面选择在塑件的对称平面等原因，本模具的凹模选择组合式凹模中的局部镶拼式凹模。所以对于成型G1/214的外螺纹，采用局部镶拼上的丝哈夫。B：型芯的结构型芯是成行塑件内表面的凸状零件。型芯有整体式和组合式两类。 整体式型芯是将模板和型芯制成一体，其结构牢固，但工艺性较差，同时模具材料损耗费多，多用于形状简单的单型腔模具中。组合式型芯可分为整体嵌入式和镶拼式。整体嵌入式的型芯是将型芯单独加工后镶入模板中组成，这样可以节省贵重模具材料，便于加工，尺寸精度容易保证，配合采用H7/m6。镶拼式的型芯是将某些难以加工的或易损的部位做成镶件或拼块，然后嵌入主型芯内的组合式结构。考虑到塑件的特殊结构，本模具可以设计成有三个型芯的结构。对以R50的圆弧形孔哦型芯，设计成由侧滑块运动带动齿条，由齿条带动齿轮式型芯来进行抽芯。对于M20的内螺纹则采用螺纹型芯在模外手动抽芯的方法。4.5.2.成型零件工作尺寸计算1.影响成型零件尺寸的因素 成形收缩率=100% （3.1） 式中：塑件的平均收缩率塑件的最大收缩率塑件的最小收缩率本塑件的材料为聚甲醛，收缩率范围为1.2%3.0%，所以： =2.1% 模具成型零件的制造公差模具成型零件的制造公差直接影响塑件的尺寸公差，成型零件的精度高，则塑件的精度也高。模具设计时，根据实践证明，成型零件的制造公差z可选为塑件公差的1/31/4，塑件材料聚甲醛的标注公差尺寸公差等级一般精度为MT4，未主公差尺寸公差等级为MT6。表面精度Ra0.80.4. 模具成型零件的磨损模具使用过程中由于塑料熔体、塑件对模具的作用，成型过程中可能产生的腐蚀气体的锈蚀以及模具维护时重新打磨抛光等，均有可能使成型零件发生磨损。一般来说，对于中小塑件最大磨损量可取塑件公差的1/6，本塑件因为精度要求不高，所以模具成型零件的磨损这里可以忽略不计。2.成型零件工作尺寸的计算这里采用的计算方法为常用的按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。由于模具成型零件的磨损已忽略不计了，所以型腔和型芯径向尺寸的计算与型腔深度和型芯高度的计算一样。 A：型腔和型芯工作尺寸的计算 （LM）0+z=（1+）Ls-x 0+z （3.2） （lM）0-z=（1+）ls-x0-z （3.3） 式中：、-型腔、型芯的工作尺寸，mm；塑件的平均收缩率；LS、ls-塑件的尺寸；塑件的尺寸公差，mm；x-修正系数当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x=0.5。 当塑件尺寸较小、精度级别较高时，x=0.75。对于本模具，2.1%,因为精度级别较低，所以x取0.5，取MT6级（按国家标准GB/T14486-93查表可得），取/3。根据公式（3.2），得出型腔尺寸计算如下：LS1=26 (1=0.35) 26.3710+0.117mmLS2=22 (2=0.31) 22.3070+0.103mmLS3=14 (3=0.27) 14.1590+0.09mmLS4=47 (4=0.47) 47.4630+0.163mmLS5=24 (5=0.35)24.3290+0.117mm根据公式（3.3），得出型芯尺寸如下：=12 (1=0.23) =12.3670-0.077mm=10 (2=0.19) =10.3250-0.063mm=26 (3=0.35) Error! Reference source not found.=26.7210-0.117mmB：螺纹型环与螺纹型芯工作尺寸的计算（1） ：螺纹型环的工作尺寸 1）：螺纹型环大径 （Dm大）0+z=（1+）Ds大-中 0+z (3.4) 2）：螺纹型环中径 （Dm中）0+z=（1+）Ds中-中 0+z (3.5) 3）：螺纹型环小径 （Dm小）0+z=（1+）Ds小-中 0+z (3.6)上面各式中 Dm大螺纹型环大径基本尺寸； Dm中螺纹型环中径基本尺寸； Dm小螺纹型环小径基本尺寸； Ds大塑件外螺纹大径基本尺寸； Ds中塑件外螺纹中径基本尺寸； Ds小塑件外螺纹小径基本尺寸； 塑料平均收缩率； 中塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 1971981； z螺纹型环中径制造公差，其值取中/5。 对于塑件外螺纹G1/214,需螺纹型环使之成型，螺距P=1mm，外螺纹大径d=14mm,中径d2=13.350mm，小径d1=12.917mm。 根据公式（3.4）、（3.5）、（3.6），得出螺纹型环工作尺寸：（Dm大）0+z=14.0580+0.047mm（Dm中）0+z=13.3940+0.047mm（Dm小）0+z=12.9250+0.047mm（2） ：螺纹型芯的工作尺寸 1）：螺纹型芯大径 （dm大）0-z=（1+）ds大-中0-z (3.7) 2）：螺纹型芯中径 （dm中）0-z=（1+）ds中-中0-z (3.8) 3）：螺纹型芯小径 （dm小）0-z=（1+）ds小-中0-z (3.9)上面各式中 dm大螺纹型芯大径基本尺寸； dm中螺纹型芯中径基本尺寸； dm小螺纹型芯小径基本尺寸； ds大塑件内螺纹大径基本尺寸； ds中塑件内螺纹中径基本尺寸； ds小塑件内螺纹小径基本尺寸； 塑料平均收缩率； 中塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 1971981； z螺纹型芯中径制造公差，其值取中/5。 对于塑件内螺纹M20,需螺纹型芯使之成型，螺距P=2.5mm，内螺纹大径D=20mm,中径D2=18.376mm，小径D1=17.294mm。 根据公式（3.7）、（3.8）、（3.9），得出螺纹型芯工作尺寸：（dm大）0-z=20.7550-0.067mm（dm中）0-z=19.0970-0.067mm（dm小）0-z=17.9920-0.067mm由于螺纹牙较小，螺纹配合的长度也较小，所以不考虑螺距的收缩率。至此，成型零件的工作尺寸计算完毕，具体的零件结构图，参看型腔和型芯的零件图，在此不做赘述。4.6.机构设计 为了保证模具正确合模，塑件顺利脱模，注射模中还包含有合模导向机构、推出机构等。4.6.1.合模导向机构的设计 合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位导向两种形式。通常采用导柱导向定位机构。合模导向机构的主要作用是：保证动定模或上下模位置准确，引导型芯进入型腔，工作时承受一定的侧向力，另外在模具装配时可起到定位作用。本模具采用导柱导套导向机构。导柱导套导向机构设计时应将头部设计成球形或者锥形，能使导柱顺利进入导向孔 ,导柱长度必须高出凹模端面1012mm,以免凸模先进入型腔与其相撞而损坏模具；导柱、导套与固定板之间，一般采用H7/k6配合，导向部分常采用H7/f7配合。其各部尺寸参照选定的标准模架而定。本模具设计的导向机构如图3.5所示。图4.5 本模具采用的合模导向机构的形式4.6.2.推出机构的设计注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后制品的留模形式，是留在动模部分还是留在定模部分，由于顶出系统必须建立在制品所滞留的模具部分中，而且，注塑机的顶出机构是设置在动模板的一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。为了提高生产效率，缩短成型周期和实现自动化，不仅制品需要顺利的脱模，而且浇道中的塑料也必须有其特定的脱模方式。由于塑料制品的尺寸、形状各不相同，差距甚大，因而每副模具的顶出系统的结构也是各不相同的，但是对所有注塑模具顶出系统的要求均是相同的。推出机构总的设计原则是： （1）：尽量设法使塑件留于动模。模具结构设计应尽量设法使塑件在开模的过程中留在动模上，以便利用注射机动模上的顶杆或其它推出机构顶出制品。 （2）：确保塑件不变形不损坏完整脱出。要保证塑件在顶出过程中不变形，必须正确分析塑件型腔附着力大小和所在部位，以便选择合适的顶出方式和顶出装置，使推力均匀合理分布，塑件平稳脱出而不变形。由于塑件收缩时包紧型芯，因此顶出力作用点应尽可能靠近型芯。 （3)：尽量不损坏塑件的外观。塑件顶出方式的选择应不影响塑件的外观，若采用顶杆等有顶出痕迹上时，顶杆应设在塑件加工面或内侧面，必要时还可以在顶杆顶部压出装饰文字或图案。 （4）：结构可靠。顶出机构必须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易。从塑件结构形状分析，塑件内外表面沿脱模方向的脱模斜度为3，以便于脱模和塑件留于动模。采用推杆脱模机构，用一根推杆推在塑件的中心部位，推杆固定在模具的推杆固定板与推板之间，由注塑机顶出油缸推动，使推杆运动实现脱模动作，并用复位杆复位。常用的推出机构包括推杆推出机构、推件板推出机构、活动镶块、及型腔推出机构等。其中推件板推出机构是在型芯的根部安装了一块与之相配合的推件板，在塑件的整个周边端面上进行推出。这种推出机构作用面积很大，推出力大而均匀，运动平稳，并且在塑件上无推出痕迹，所以常用推出支撑面很小的塑件。具体到本模具，考虑到塑件的特殊结构，不能采用推板形式的推出机构，所以只能采用推杆形式的推出机构。其形式及各部尺寸参照选定的标准模架而定。本模具推出（脱模）机构有如下特点：（1）：半径为50的圆弧型芯采用了模内齿轮齿条侧抽芯；（2）：M20的内螺纹采用了模外手动脱螺纹：（3）：G1/214外螺纹采用的是直接分型方式（哈呋螺纹型环）脱螺纹；（4）：12孔侧抽芯和齿条运动由斜导柱带动滑块实现。4.6.3.侧向分型与抽芯机构的设计A：脱模距与脱模力的计算将侧型芯或拼合凹模（滑块）从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，侧型芯或拼合凹模（滑块）在拔模方向移动的距离称为抽芯距。一般情况下，抽芯距去塑件侧孔、侧凹、侧凸深度加23mm安全系数。 S=S1+K=S1+(23)mm式中 S抽芯距(mm) S1临界抽芯距(mm) K安全系数所以，S=53+3=56mm。注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力。塑件要从型芯上脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。一般而论，塑件在开始脱模时，所需克服的阻力最大，所需的脱模力最大。脱模力Ft可用下式计算: Ft=pA （3.6） 式中：塑件与刚的摩擦系数，聚碳酸脂，聚甲醛取0.10.2，其余取0.20.3；p塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷的塑件p=（2.43.9）107Pa;模内冷却的塑件p=（0.81.2）107Pa；A塑件包容型芯的面积；脱模斜度。对于本模具，取0.3，p取1.2107 Pa, 取30分，由于脱模斜度很小，近似等于。 =1.2107 62(53+25)0.210-6=35.68KNB：斜销抽芯机构设计（1） ：斜销的