(精品)模具毕业设计(2013年优秀毕业设计)

目 录 前言 .1 1 塑件成型工艺分析 .3 1.1 塑件分析.3 1.2 塑件材料的成型特性与工艺参数.4 2 拟定模具结构形式 .7 2.1 分型面的设计.7 2.2 型腔的设计.8 3 注塑机型号选择与确定 .10 3.1 所需注射量的计算.10 3.2 注射机型号的选定.11 3.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核.12 3.4 注射机安装部分相关尺寸的校核.14 3.5 开模行程的校核 .14 3.6 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核.15 4 浇注系统的设计 .16 4.1 浇注系统设计的原则.16 4.2 主流道的设计.16 4.3 冷料穴的设计.18 4.4 分流道的设计.19 4.5 浇口的设计.22 4.6 浇注系统的平衡.23 4.7 浇注系统凝料体积计算.23 4.8 浇注系统各截面流过熔体的体积计算.24 4.9 普通浇注系统截面尺寸的校核.24 5 成型零件的设计 .26 5.1 成型零件的要求及选材.26 5.2 成型零件的结构设计.26 5.3 成型零件尺寸的计算.26 5.4 型腔刚度的校核.30 6 模架的确定和标准件的选用 .32 6.1 模架的选用.32 6.2 模板尺寸的确定.33 7 合模导向机构的设计 .35 7.1 导柱的设计.35 7.2 导套的设计 .36 8 脱模机构的设计 .38 8.1 脱模机构的分类及设计原则.38 8.2 脱模力的计算与校核.39 8.3 推杆的设计.40 8.4 脱模机构的复位元件.41 8.5 侧向分型与抽芯机构的设计.41 9 排气系统和温度调节系统的设计 .45 9.1 排气系统的设计.45 9.2 冷却系统的设计.45 10 典型零件制造工艺 .47 10.1 定模仁型腔部分的制造工艺 .47 10.2 动模座板的数控程序设计 .48 11 模具材料的选择 .51 12 模具的工作过程 .52 13 设计总结 .53 14 参考文献 .54 致谢 .55 附录 .56 1 前言 1 塑料注射模具简介 模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的 最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工 业，被称为“工业之母”。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。塑料 成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成 熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。 注射成型也称为注塑成型，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉 状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺 杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压 冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。 2 我国塑料模具现状及发展趋势 CAD/CAM/CAE 技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是 CAD/CAM 技术 的应用 较为普遍，取得了很大成绩。使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控 机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高 了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条 件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿 命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。目前我国经济仍处于高速发展阶段， 国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面， 国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具 采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模 具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的 行列迈进。 “十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品 水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快，有些已达到或接近国际水平，尤其 是随着改革开放政策的不断深入， “三资”企业蓬勃发展，对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了 非常大的作用。然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，因此从总体上来看，与国际 先进水平相比和与国内市场需求相比，差距还很大。这主要表现在以下方面：塑料模具产品水平不高， 与国外先进水平相差甚远；我国塑料模制造企业设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率比国外低很多， 且设备不配套、利用率低的现象十分严重；开发能力低，在市场上处于被动地位，创造的经济效益方 面，国内大多数是微利甚至亏损；国内外模具企业管理上的差距十分明显；我国塑料模具市场总体上 供不应求，特别是大型、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分明显。 2 3 模具的发展趋势 随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也 越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高 技术含量，特别是 目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具 标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展 有重大影响。因此，一些重要的模 具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准 化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有 较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含 量高、代表发展方向、出口前景 好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基 础，属于有条件、有可能发展起来的产品。 塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，高精度、高效率、自动化、精密、高寿命 仍然是模具发展必然的趋势。从技术上来说，主要有以下几个方面： （1）CAD/CAM/CAE 技术将全面推广； （2）快速原型制造（RPM） 、高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术、高压注射成型及相 关技术将得到更好的发展； （3）开发新的模具材料，如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料； （4）模具表面强化热处理新技术应用，如我国研制的镜面塑料模具，就是在低级材料中加入 Ni、Cr、Al、Cu、Ti 等合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度HRC，然后加工成型， 再进行时效处理，使模具硬度上升到HRC，从而大大提高了模具的使用寿命。 4 本设计的意义及目的 振兴和发展我国塑料模具工业，特别是注射模具模日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、 通讯等产品中，60%80%的零件都要依靠塑料模具，尤其是注射模具来成型。用模具生产制件所具 备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。用模 具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍，上百倍。 本次毕业设计的目的是： （1） 提高动手的能力，将理论与实践相结合； （2） 初步掌握模具设计的方法、过程，初步掌握 AutoCAD、roE 等相关设计软件工具，为将来走 向工作岗位进行设计研发工作打下基础； （3） 培养自己的独立思考能力、动手能力、创新能力和计算机运用能力。 本次设计就是设计以 PS 为原料的圆筒接口注射模具设计,其具体的设计过程及步骤见下面正文部分的 内容。 3 1 塑件成型工艺分析 1.1 塑件分析 1.1.1 塑件模型 以下是塑件立体与平面图： 图 1-1 塑件三维立体图 图 1-2 塑件平面图 1.1.2 塑料 PS（聚苯乙烯） 1.1.3 塑料件质量 13.65g 4 1.1.4 塑料件体积 13 3 cm 1.1.5 色调 不透明（红色） 1.1.6 生产纲领 大批量生产 1.1.7 工艺结构分析 （1）结构分析 塑件结构复杂程度一般，表面质量要求也较高。如上图所示，塑件的上端部有三个分布均匀的方 形槽，底部有三个对应分布的凸起；同时圆柱面上还有一个侧孔，因而需要考虑侧向分型抽芯机构的 设置。塑件外观质量要求高,外表面不允许出现划伤、气泡、缩孔、熔接痕等缺陷, 综合考虑其浇注时 的难易程度和成型特征等因素，浇口最好设置在侧向分型的另一侧的表面上且用点浇口来进行浇注， 以保证其表面的成型质量。整体来看该塑件成型简单，但在脱模时包紧力较大，应有一定的脱模斜度， 用推杆推出即可。 （2）精度等级 选用的精度公差等级按照国家标准为一般精度MT3级。 （3）脱模斜度 该塑件的壁厚约为2.5mm，从表查得该PS塑件的脱模斜度, 型腔为35130, 型芯 3040。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚、摩擦系数的大小及塑料的收缩率。形状愈复杂或成 型孔较多时取较大的脱模斜度；制品高度愈高、孔愈深则取较小的脱模斜度；内孔包住型芯，应取较 大的斜度。因此, 本次设计的圆筒接口的脱模斜度型腔取1, 型芯取40。一般情况下，脱模斜度不 包括在塑件的公差范围内，否则应在图样上加以注明。当要求开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面 的脱模斜度应不大于塑件外表面的脱模斜度。 1.2 塑件材料的成型特性与工艺参数 1.2.1 塑料 PS 成型特性 （1）名称 PS，热塑性塑料，中文名，聚苯乙烯，英文名，polystyrene。PS其电绝缘性（尤其高频绝缘性） 优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、耐水性、化学稳定性良好，机械强度一般，但性 脆，易产生应力碎裂，不耐苯、汽油等有机溶剂。 （2）PS主要性能 PS，燃烧性慢，屈服强度、拉伸强度3563Mpa，伸长率不大，热变形温度6596C，计算收缩 率为0.5-0.6 %。具体如下表： 5 表1-1 PS的物理、热性能指标 性能单位数值 密度 3 /cmg1.041.06 比体积gcm / 3 0.940.96 吸水率（24h） % 0.030.05 收缩率（%） % 0.50.6 熔点（或粘流温度） 131165 热变形温度 线膨胀系数 C /10 5 6596 68 表1-2 PS的力学、电气性能指标 性能单位数值 抗拉、屈服强度 MPa 3563 拉伸弹性模量 MPa 2.83.5103 抗弯强度 MPa 6198 冲击韧度 kJ/m2 0.540.86（悬臂缺口） 布氏硬度 HB M6580 体积电阻率 介电常数（10 HZ） 6 m 10 14 2.42.65 （3）成型特性 a 无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生应力开裂； b 流动性较好，溢边值0.03mm左右； c 塑件壁厚均匀，不宜有嵌件， （如有嵌件应预热） ，缺口，尖角，各面应圆滑连接； d 可用螺杆或柱塞式注射机加工，喷嘴可用直通式或自锁式； e 宜用高料温，模温、低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形（尤其对 厚壁塑件） ，但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性差； f 可采用各种形式进料口，进料口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度宜取 2以上，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂、变形，可用热浇道系统。 （4）主要用途 6 适于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器等零件 1.2.2 塑料 PS 的成型工艺参数 （1）注射成形机类型：螺杆式 适用注射机类型：螺杆、柱塞均可 （2）螺杆转速（r/min）：48 （3）预热和干燥： 温度（C） 6075 时间（h）2h （4）料筒温度：（C） 后段 140160 中段 前段 170190 （5）喷嘴温度（C）： 喷嘴形式 自锁式； （6）模具温度（C）：3265 （7）注塑压力（MPa）：60110 （8） 成型时间（s） 注塑时间 1545 保压时间 03 冷却时间 1560 总周期 40120 （9）后处理 方法：用红外线灯、鼓风烘箱烘烤 温度：70C 时间：24小时 1.2.3 塑成型过程 （1） 预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射注射保压冷却脱模 塑件送下工序。 （2） 清理嵌件、预热；清理模具、涂脱模剂放入嵌件合模注射。 7 2 拟定模具结构形式 2.1 分型面的设计 2.1.1 分型面的设计原则 分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形 状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结 构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造有很大的影响。分型面 的设计原则为： （1）便于塑件脱模； a 在开模时尽量使塑件留在动模内 b 应有利于侧面分型和抽芯 c 应合理安排塑件在型腔中的方位 （2）考虑和保证塑件的外观不遭损坏； （3）尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等） ； （4）有利于排气； （5）尽量使模具加工方便； （6）有利于嵌件的安装； （7）有利于预防飞边和溢料的的产生； （8）有利于模具结构的简化。 该塑件在进行塑件设计时已充分考虑了上述原则，同时从塑件图样可看出该塑件一端顶部有三个 方形孔，且对应着底部有三个凸起端，同时在外圆柱面上有侧向的孔，因此在分型时需要有多个型芯 和侧向抽芯机构进行分型。 2.1.2 分型面选择方案 （1）分型面选择方案：单分型面注射模 单分型面注射模又称两板式模具。它是注射模中最简单又最常见的一种结构形式。这种模具可根 据需要设计成单型腔，也可以设计成多型腔。构成型腔的一部分在动模，另一部分在定模。主流道设 在定模一侧，分流道设在分型面上。开模后由于拉料杆的拉料作用以及塑件应收缩包紧在型芯上，塑 件连同浇注系统凝料一同留在动模一侧，动模一侧设置的推出机构推出塑件和浇注系统凝料。一般对 于塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。 （2）分型面选择方案：双分型面注射模 双分型面又称三板式注射模。与单分型面注射模相比，在动模与定模之间增加了一个 可移动的浇口板（又称中间板） ，塑件和浇注系统凝料从两个不同的分型面取出。双分型面的种类较多， 常见的有以下几种： 8 a 定距板式双分型面注射模 b 定距拉式双分型面注射模 c 定距导柱式双分型面注射模 d 拉钩式双分型面注射模 e 摆钩式双分型面注射模 f 尼龙拉钩式双分型面注射模 双分型面对于塑件外观质量要求比较高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用以上各种双分型 面结构。 综上分析，本设计拟定采用单分型面注射模。 2.1.3 分型面的确定 对于此塑料件，外观质量要求一般，并为防止在塑件外表面出现飞边而影响外观质量,其分型面形 式与位置如图所示： 图 2-1 分型面的形式与位置 2.2 型腔的设计 2.2.1 型腔数目的拟定 为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时 应确定型腔数目，常用的方法有四种： （1）根据经济性确定型腔数目； （2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； （3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目； （4）根据制品精度确定型腔数目。 型腔数目的确定一般可以根据经济性、注射机的额定锁模力、注射机的最大注射量、制品的精度 等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高 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 9 越条件，使生产效率大为提高。 该圆筒接口塑件精度要求不高，生产批量大批量生产，且具有抽芯机构，从模具加工成本，制品 生产时的成本考虑，故拟定为一模四腔。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，对于精度要求不太高的小型塑件，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。 由此可见，该注塑机正好匹配所对应的型腔数目，所以可确定其型腔数量为4个。 2.2.2 型腔的布置 型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，以防模具承受偏载而产生溢料。为此，本模具一模四 腔的布置方式如下图： 图2-2 型腔的布局 10 3 注塑机型号选择与确定 注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范， 才能设计出符合规范的模具。 注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式。在确定模具结构形式及初步 估算外型尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、注射力锁模力、注射压力、拉杆间距、最 大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。同时设计人员还必须对 提供的注射机进行校核。 3.1 所需注射量的计算 3.1.1 塑件质量、体积的计算 对于该设计，用户提供了塑件图样，据此建立塑件模型并对此塑件分析得： 塑件体积 V113000 mm3=13cm3， 塑件质量=13.65g 11 Vm 3.1.2 浇注系统凝料的初步计算、确定 由于该模具采用一模四腔，按塑件体积的 0.6 倍计，所以浇注系统的凝料体积为： 31.2cm31346 . 046 . 0 12 VV 则：该模具一次注射所需塑料 PS： 体积 83.2cm3 210 4VVV 质量 87.36g 00 Vm 3.1.3 塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力 222 21 4 . 67822435 . 0 24mmAnAA KNPAnAFm56.16925824.67)( 21 型 式中 A-塑件及流道凝料在分型面上的投影面积； -单个塑件在分型面上的投影面积； 1 A 2 A-流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积； -模具所需的锁模力/N； m F -塑料熔体对型腔的平均压力/Mpa：由于该塑件材料为 PS 且壁厚均匀，属于容易成型 型 P 11 的塑件，故查表可取=25 Mpa。 型 P 3.2 注射机型号的选定 一般注射机都有高速、低速两种特性（或称高压时间，低压时间）并可调节选用。1000以下 2 cm 的中、小型注射机，其注射时间常为 4s，大型注射机注射时间在 12s 以内，注射速度一般为 57m/min，常用低速注射。选用低速注射的注射机时，模具设计应注意防止产生冷接缝，型腔充填 不足。选用高速注射的或用大注射量、大锁模力的注射机注射大面积、小重量的塑件时，模具设计应 防止融料内充入空气、排气不良、融接不良、塑件内应力增大、塑料易分解、嵌件型芯受冲击力大及 易发生飞边等弊病。 根据上面计算得到的 m 和值来选择一种注射机，注射机的最大注射量（额定注射量 G）和额 m F 定锁模力 F 应满足 （或 V=110.9）g gm G 5 . 116 75 . 0 36.87 3 cm 式中 -注射系数，无定型塑料取 0.85，结晶型塑料取 0.75。 F m F 根据以上的初步计算投影面积和锁模力，选定型号为 SZ-125/630 的卧式注射机。其主要技术参数 见下表： 表3-1 SZ-125/630注塑机的主要技术参数 注塑机各项目单位参数 结构型式 螺杆直径 螺杆转速 理论注射容量 塑化能力 注射速率 额定注射压力 锁模力 拉杆内间距 锁模型式 最大模具厚度 最小模具厚度 移模行程 mm r/min cm3 g/s g/s MPa KN mm mm mm mm 卧式 40 14200 140 16.8 110 126 630 370*320 双曲肘 300 150 270 12 定位孔直径 mm125 续表续表 3-13-1 注射机各项目 单位 参数 喷嘴球半径 SR mm 15 喷嘴孔半径 SR mm 3 3.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核 3.3.1 型腔数量的校核 由注射机料筒塑化速率校核型腔数量 4 4 . 26 3600/ 1 2 m mKMt n 上式中 26.4 远大于 4，所以型腔数量校核符合要求。 式中 K-注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取 0.75； M-注射机的额定塑化量（g/s）,该注射机为 16.8g/s； t-成型周期，因塑件小，壁厚不大，取 30s； -单个塑件的质量和体积（g 或） ，取=13.65g； 1 m 3 cm 1 m -浇注系统所需塑料质量和体积（g 或） ，取 0.6； 2 m 3 cm 1 4m 3.3.2 注射机工艺参数的校核 1）最大注塑量的校核 为确保塑件质量，注射模一次成形的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）应在公称注射量的 13 35%75%范围内，最大可达 80%，最低不应小于 10%。既保证塑件质量，又充分发挥设备的能力，选在 50%80%范围内为好。最大注射量是指注射机螺栓式柱塞以最大注射行程注塑时，一次所能达到的塑 料注射量。 注射量容积表示：最大注射容积为： 3 max 10514075 . 0 cmVV 式中 -模具型腔和流道的最大容积（） ； max V 3 cm V-指定型号与规格的注射机注射量容积（） ，该注射机为 140； 3 cm 3 cm -注射系数，取 0.750.85，无定型塑料可取 0.85，结晶型塑料可取 0.75，该处取 0.75。 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注 射量容积。故每次注射的实际注射量容积应满足 3 min 3514025 . 0 25 . 0 cmVV V min V V ，而=83.2，符合要求。 max V V 3 cm 2）锁模力的校核 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充满型腔时，会沿锁 模方向产生一个很大的胀型力。因此，注射机的锁模力必须大于该模的胀型力，即： KNAPkF47.20325 4 . 67822 . 1 0 型 符合要求。 式中 -型腔的平均压力，查表到 25MPa； 型 P -锁模力安全系数，一般取=1.11.2。 0 k 0 k 3）注塑压力的校核 所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成型所需注射压力与塑料品种、 塑件的形状及尺寸、注射机的类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。根据经验，成型时所需注射 压力大致如下： 1、塑料熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚者所需注射压力一般小于 70MPa。 2、塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般者，所需注射压力通常选用 70100 MPa。 3、塑料熔体具有中等粘度（改性 PS、PE 等） ，塑件形状一般，有一定精度要求者，所需注射压 14 力选用 100140MPa。 4、塑料熔体具有较高粘度（PMMA、PPO、PC 等） ，塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均匀，尺寸 精度要求严格的塑件，所需注射压力约在 140180MPa 范围。 注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力=126MPa，应该大于注射成型时所需用的注射压 max P 力，即 0 P MPaPkP126904 . 1 0max 符合要求。 式中 -安全系数，常取=1.251.4，这里为使用安全取用 1.4。 k k 实际生产中，该塑件成型时所需的注射压力为 70100 MPa，这里取 90 MPa。 3.4 注射机安装部分相关尺寸的校核 3.4.1 喷嘴尺寸 主流道的小端直径 D 大于注射机喷嘴直径 d，以利于塑料熔体流动。通常为 D=d+（0.51）mm 对于该模具 d=3mm，取 D=3.5mm 符合要求。 主流道入口的凹球面半径应大于注射机喷嘴半径，以利于同心和紧密接触，使主流道内 0 SRSR 的凝料易脱出。通常为 =+（12）mm 0 SRSR 对于该模具=15mm，取=16mm，符合要求。SR 0 SR 3.4.2 定位圈尺寸 注射机固定模板台面中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注射模端面凸台径向尺寸须与定位 孔呈间隙配合，便于模具安装，并使主流道与喷嘴同心。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。 注射机定位孔尺寸为，定位圈尺寸取且两者之间呈间隙配合，符合要求。mm125mm125 3.4.3 模具厚度校核 模具总厚度与注射机模板闭合厚度的关系：两者之关系应满足： minmaxm HHH 式中 模具闭合后的总厚度/mm m H 15 注射机允许的最小模具厚度/mm； min H 注射机允许的最大模具厚度/mm； max H 由上表 3-1 可知：，；mmH150 min mmH300 max 而该模具的总厚度 H=25+63+20+40+40+80+25=293mm，符合要求。 3.5 开模行程的校核 开模行程是指从模具中取出塑件所需的最小开模距离，它必须小于注射机的最大开模行程，由于注 射机的锁模机构不同，开模行程的效核有三种情况。 3.5.1 注射机最大开模行程与模具厚度无关 这种情况主要是指锁模机构为液压机械联合作用的注射机，其最大开模行程由曲肘机构的最大 行程决定，与模具厚度无关。 对于单分型面注射模具，其开模行程按下式校核： mmHHS113108023)105( 21 式中 S-注射机最大开模行程，表 3-1 查得 S=270mm； -塑件脱模距离/mm；-包括流道凝料在内的塑件高度/mm； 1 H 2 H 3.5.2 注射机最大开模行程与模具厚度有关 对于全液压式锁模机构的注射机，最大开模行程受到模具厚度的影响。此时最在开模行程等于注 射机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。 K S m H 对于单分型面注射模，按下式校核： )105( 21 HHHSS mK 则 mmHHHS mK 233108023120)105( 21 =240mm233mm,符合要求。 K S 3.5.3 有侧抽芯时的开模行程的校核 当利用开模行程完成侧向抽芯时，开模行程的校核还应考虑为完成抽拔距 L 而所需要的开模行程 ，由于时，开模行程仍应按以上两式进行校核，可知经校核符合要求。 c H c H 21 HH 3.6 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核 该套模具模架的外形尺寸为 250mm315mm，而注射机拉杆内间距为 370mm320mm，由此可以看出 16 其模架尺寸校核符合要求。 4 浇注系统的设计 4.1 浇注系统设计的原则 浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内的进料通道，它分为普通流道浇 注系统和无流道凝料（热流道）浇注系统。具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。 浇注系统设计原则为： （1）重点考虑型腔布局。 （2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少， 表面粗糙度要低。 （3）均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。 （4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量。 （5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。 （6）排气良好。 （7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。 （8）保证塑件外观质量。 （9）较高的生产效率。 （10）塑料熔体流动特性（充分利用热塑性塑料熔体的假塑性行为） 。 该模具采用普通流道浇注系统，其包括：主流道、分流道、冷料穴、浇口。为确保塑件外观质量， 进料浇口采用潜伏式的点浇口。为降低塑料熔体的压力和减少热量损失，流道应尽量短；开模后依靠 塑件向型芯收缩的包紧力而滞留于动模一侧，但为了顶出塑件，还需在动模上设计顶出装置。为使开 模时塑件滞留于动模一侧，需借助开模力驱动顶出装置。 17 4.2 主流道的设计 4.2.1 主流道的设计要求 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。 主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。 其主要设计要点为： (1) 主流道圆锥角=26，对流动行差的塑料可取36，内壁粗糙度为Ra 0.63m。 (2) 主流道大端呈圆角，半径r=13，以减少料流转向过度时的阻力。 (3) 在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响容体的胜利充型。 (4) 对于小型模具可将主流衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流衬套和定位圈 设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过度配合，与定位圈的 配合采用H9/f9的间隙配合。 (5) 主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为5256HRC。 4.2.2 主流道尺寸的确定： （1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径+（0.51） =3+（0.51） ， 取d =3.5mm。 （2）主流道球面半径 SR =注射机喷嘴球头半径+（12） 0 =15+（12） ， 取SR =16mm。 0 （3）球面配合高度 h=3mm5mm 取h=4mm。 （4）主流道长度L，尽量小于60mm，由标准模架及该模具的结构的特征，取L=50mm。 （5）主流道大端直径 D=d+2L6.5mm（取半锥角为12，取=2） tan 取D=6.5mm。 4.2.3 主流道浇口套的形式 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即浇口套，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5358HRC。主流道衬套图如下： 18 ? 0.0080.020 A 图4-1 主流道衬套 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。但由于该模具主 流道较长，设计成分体式较宜。其定位圈的结构尺寸如图4-2所示： 图4-2 定位圈 4.2.4 主流道浇口套的固定形式如图 4-3 所示： 19 图4-3 浇口套的固定形式 4.3 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。 冷料穴一般位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是捕集料流前锋的“冷料” ， 防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。 4.3.1 主流道冷料穴 开模时应将主流道中的冷凝料拉出来，所以冷料穴的直径宜稍大于主流道大端直径，长度约为主 流道大端直径。该模具采用底部没有推杆的圆环槽冷料穴，当其被推出时，塑件和流道凝料能自动坠 落，易实现自动化操作。其具体形状如图所示： 20 图4-4 主流道冷料穴 4.3.2 分流道冷料穴 当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，以储存前锋冷料， 其长度为分流道直径的1.52倍。具体情况见装配图。 4.4 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定要设置分流道。大型塑件由于使用多浇口进 料也需设置分流道。 4.4.1 分流道截面形状的选择 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等具体形状如图4-5所示： 分流道最理想的设计就是把熔体在流道中的压降降到最小，在多种常见截面当中，圆形截面的压 降是最小的。但由于圆形的分流道必须在上下模板上都加工出半圆槽，工艺性不好，加工时对中困难； 浅矩形及半圆形截面流道，由于其表面积大，效率相对较低；故此设计中综合考虑采用工艺性更为合 理，压降也比较小且塑料熔体的热量散失不大，又容易脱模的U形截面或梯形截面。在本设计中采用 梯形截面的分流道。 21 图4-5 分流道的截面形状形式 4.4.2 分流道的布置形式 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式。平衡式布置是指分流道到各型腔浇口的长 度、断面形状、尺寸都相等的布置形式。它要求各对应部分的尺寸相等，这种布置可实现均衡送料和 同时充满型腔的目的，使成型的塑件力学性能基本一致。但是这种布置使分流道较长。非平衡式布置 是指分流道到各个型腔浇口的长度相等的布置。这种布置使塑料进入各个型腔有先后顺序，因此不利 于均衡送料，但对型腔数量多的模具，为不使流道过长，也常采用。为了达到同时充满型腔的目的， 各个浇口的断面尺寸要制作得不相同，在试模的时候要多修改才能实现。 分流道在分型面上的布置与型腔的排列相关，有多种布置形式，但应遵守两方面的原则：一是排 列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面是流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用 第一种平衡式。 其分流道的布置类型如下图所示： 图4-6 平衡式分流道的布置形式 22 4.4.3 梯形分流道的形状及尺寸 为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，工程设计中分流道截面形状常采用梯形 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。 一般设计中常采用下面的经验公式可确实其截面尺寸，即： mmLmB31 . 3 13065.132654 . 0 2654 . 0 44 mmBH475 . 2 21 . 2 ) 4 3 3 2 ( 式中 B-梯形大底边的宽度/mm； m-塑件的质量/g； L-分流道的长度/mm； H-梯形的高度/mm。 注：上式的适用范围，即塑件厚度在3mm以下，质量小于200g，且B的计算结果在3.29.5mm范围内 才合理。由上式结果在此范围内，合理。 梯形的侧面斜角常取，取6，且又根据塑料常用分流道尺寸推荐范围表查得：取B为 105 3.6mm，则H取2.5mm。底部圆角r=13mm，取r=1mm。 其截面形状及尺寸如图所示： 图4-7 梯形分流道 23 4.4.4 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。也有效的降低了加工成 本。该模具取Ra=0.8m。 4.4.5 分流道长度 长度应尽量短，且少弯折，因此根据查表经验知道，取得： 第一级分流道：； mmL70 1 第二级分流道：。 mmL30 2 其分流道长度设计如下： 图4-8 分流道长度尺寸设计 4.5 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统最关键的部分。浇口 的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。 浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度 约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。 4.5.1 浇口的类型及确定 注射模的浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况各不相同。按浇口的特征 可分为限制浇口和非限制浇口，按浇口的形状可分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口及薄片 式浇口；按浇口的特性可分为潜伏式浇口、护耳浇口；按浇口所在的位置可分为中心浇口和侧浇口等。 24 对于该模具，是中小型塑件的多型腔模具，依据塑料件形状和精度要求，该塑料件采用潜伏式点 浇口比较适宜。其形状如下图： 图4-9 潜伏式点浇口 4.5.2 浇口截面尺寸的确定 潜伏式浇口中心线与分流道中心线的夹角一般在45o60o之间取值，浇口的截面常为圆形或椭 圆形，其截面尺寸根据点浇口进行计算。通过查表，点浇口截面直径为0.81.3mm，浇口长度为 1mm。 4.5.3 浇口位置的选择 浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口位置时，应注意以下几点： （1）浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。 （2）浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 （3）浇口位置选择有利于型腔中气体的排除。 （4）浇口位置应选择在能避免制品产生熔合文的部位。对于圆筒类制品，采用中心浇口比侧浇口 好。 （5）对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。 （6）浇口应设在不影响制品外观的部位。 （7）不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。 根据以上经验确定该模具采用点浇口的位置选择在塑件的外缘的底部较好。 4.6 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，设计时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。 25 4.7 浇注系统凝料体积计算 （1）主流道与主流道冷料穴凝料体积 3222 2352 4 )( 12 mmhDdDdD h VVV 冷锥主 （2）分流道凝料体积 3 10895 . 21 . 36 . 3 2 1 130mmV 梯 （3）浇口凝料体积 由于很小，可取为零。 浇 V （4）浇注系统凝料体积 3441 浇梯主总 VVVV 3 mm 该值小于前面对浇注系统凝料的估算，所以前面有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需 要重新设计计算。 4.8 浇注系统各截面流过熔体的体积计算 （1）流过浇口的体积 3 13cmVVG 塑 （2）流过分流道的体积 3 1 . 272cmVVVR 分塑 （3）流过主流道的体积 3 6 . 562cmVVV Rs 主 4.9 普通浇注系统截面尺寸的校核 （1）主流道剪切速率的校核 12 33 1046 . 8 25 . 0 58.123 . 33 . 3 s R qv G 式中 -模具的体积流量； t为注射时间 v qscm / 3 scm t V q s v /58.12 5 . 4 6 . 56 3 由经验公式求得注射时间约为4.5s； R-主流道平均半径，R=2.5mm； cm 26 对于主流道剪切速率=，校核合理。 1312 105105 ss （2）分流道剪切速率的校核 = 12 33 1005 . 4 25 . 0 02 . 6 3 . 33 . 3 s R q n R 式中 -分流道的体积流量； v qscm / 3 scm t V q R R /02 . 6 3 -分流道截面的当量半径 R=2.5mm； n Rcm n R 式中 A-实际流道的截面面积；L-实际流道截面的周边长度。 3 2 2 L A Rn 2 cmcm 对于分流道剪切速率=，校核基本合理。 12 105 s （3）浇口剪切速率的校核 15 22 1006 . 0 05 . 0 1344 s R Q 对于点浇口剪切速率=，校核基本合理。 15 10 s 27 5 成型零件的设计 成形零件系指模具型腔的零件，通常凸凹模、型芯、各种成型杆或成型环等。 5.1 成型零件的要求及选材 成型零件直接与高温高压塑料熔体接触，且聚苯乙烯（PS）属于化学性腐蚀塑料，生产时成型过 程中会分解出腐蚀性气体，将对模具产生腐蚀作用，这就要求其必须具有一定的耐磨性、耐热性和抗 腐蚀性能，且需要足够的强度和硬度，以承受料流的摩擦和磨损。因此高碳高铬型耐蚀塑料模具钢是 最佳的材料选择。所以，该模具的型腔和型芯均为 Cr18MnV ，经调质处理后具有良好的综合机械性 能，易于切削，易于抛光且热处理变形小。 5.2 成型零件的结构设计 由于塑件外观质量要求高,故而型腔采用了整体嵌入式结构, 制造时经过预铣后采用电火花加工盲 孔形成内成型表面, 再经反复抛光,使其表面粗糙度达到Ra = 0. 05m 以下，达到镜面效果。型芯则采 用镶块镶嵌于动模板中, 再利用镶件成型塑件内表面的凸起结构, 降低了模具制造难度及模具制造成本。 5.3 成型零件尺寸的计算 5.3.1 影响工件尺寸因素 （1）塑件的公差：塑件的公差按规定取单向极限制，制品的外轮廓尺寸公差取负值“”制品的内 腔尺寸取正值“” 。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，取“” 。 （