按钮帽塑料模毕业设计

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。 采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件， 生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良 好的发展前景。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的 30，全世界每年生产的注射模数量 约占所有塑料成型模具数量的 50。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料 工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大， 目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料 制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠 压缩和压注方法生产，但目前已经有 70被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑 料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制 品中，80以上都要采用注射成型的方法生产。 随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加 工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材 料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。 2 国内外塑料模具现状 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来发展很快，有些已达到或接近国际水平。随着改革 开放政策的不断深入，国外先进制造技术的不断引进，模具 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，已经取得了很大成绩。目前，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 2 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。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，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。这些先进技术的发展对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了重大的作用。 然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，其中广东、江苏昆山、浙江宁波等沿 海一带模具工业最为发达，但内地模具工业基本上还是空白。而且从总体上来看，与国际先进水平相 比差距还很大。主要表现在以下方面：塑料模具生产技术水平不高，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，国内有些企业是微利甚至 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。 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。 3 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。振兴和发展我国塑料模具工业，特别是注射模具将越来越受到人们的重视。 4 本设计的研究目的和意义 （1） 检验理论知识掌握情况，将理论与实践相结合； （2） 初步掌握模具设计的方法、过程，掌握 AuToCAD、roE 相关设计软件为将来走向工作 岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础； （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。 4 1 塑件成型的工艺性分析 1.1 塑件制品结构分析 由图-可以看出，该塑件的结构不算复杂，但是上半部分是带有凹槽的曲面，凹槽中间有一 个凸棱，因为曲面的表面要求较高，所以要求模具型腔内表面制造精度高，以保证塑件表面质量。下 半部分与上半部分有一定的斜度，两边都带有长形凸棱，需要两边侧抽芯。根据本塑件的基本结构特 征尺寸大小及其使用场所， 材料的来源是否充足， 成本是否经济等多方面因素的综合考虑， 选用 PC(聚 碳酸酯）塑料作为本设计的材料。 图 11 塑件立体图 1.2 成型工艺分析 （1）精度等级 影响尺寸精度的因素较多，如模具制造精度及其使用的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺 条件的变化，塑件制品的形状、脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等等。在一般的生产设计过程中， 为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑件使用要求的条件下，选取较低等级的公差， 这样便于加工与生产。结合本设计的具体情况，查参考文献1中表 8.5-64 查得，该塑料件尺寸精度 为 MT3 级，对应的模具精度为 IT9，由 8.5-65 可知，材料为 PC，基本尺寸在 25.0 50.0mm 的塑件的 最小极限为 0.030mm，实用极限为 0.080mm。 （2）脱模斜度 由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强 5 行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行 的内、外表面，设计足够的脱模斜度。只有塑件高度不大、没有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计 斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。 该塑件厚约 4mm， 其脱模斜度查参考文献1中表 8.5-7 有塑件外表面 35 1， 内表面 30 50 。 由于该塑件所用材料 PC 流动性差，溢边值为 0.06mm 左右，需提高注射压力，但压力过高则又使塑 料制品开裂，所以塑件外形应放脱模斜度，一般取大于或等于 2为宜。 1.3 PC 的注射成型过程及工艺参数 1.3.1 注射成型过程 1） 成型前的准备 对 PC 的色泽、 细度和均匀度等进行检验。 由于 PC 吸湿性极小,但水敏性强， 含水量不得超过 0.2%，加工前必须干燥处理，否则回出现银丝、气泡及强度显著下降现象。 2）注射过程 塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入 模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却 5 个阶段。 3）塑件的后处理 采用红外线灯、鼓风烘箱，热处理温度100110，处理时间812h。 1.3.2 PC 的注射工艺参数 查参考文献1中的表 8.3-10 中可得 PC 塑料注射工艺参数，具体数值如下表 1-1 所示: 表 1-1 PC 塑料注塑参数 塑料名称 PC 注射机类型 螺杆式 预热和干燥 温度 t()C 时间 r ( )h 110120 812 后段 210240 中段 230280 料筒温度 t()C 前段 240285 喷嘴温度 t()C 240250 模具温度 t()C 90110 注射压力()MPap 80130 注射时间 2090 高压时间 05 成型时间( )s 冷却时间 2090 6 总周期 40190 螺杆转速 n() 1 .minr s 28 1.4 PC 塑料的性能分析 2）不宜采用金属嵌件，脱模斜度大于 2。 1.4.4 PC 的主要性能指标 查参考文献1中的表 8.3-9 中可得 PC 的主要性能指标，具体如下表 1-2 所示： 表 1-2 PC 的主要主要性能指标 塑料性能 单 位 数 值 密度 () 3 gcm 1.181.20 质量体积 1 3 g cm 0.83 吸水率 24h 长时期 % 23050%RH 0.15 23浸水中 0.35 物 理 性 能 折射率（折光指数） %（或 n） 25时 1.586 玻璃化温度 149 熔点 225250（267） 线膨胀系数 5 10 C 6 计算收缩率 % 0.50.7 热 性 能 热导率 . w mk 0.193 屈服强度 MPa 72 抗拉强度 MPa 60 断裂伸长率 % 75（泊松比 0.38） 拉伸弹性模量 GPa 2.3 抗弯强度 MPa 113 力 学 性 能 弯曲弹性模量 GPa 1.54 7 抗压强度 MPa 77 抗剪强度 Mpa 40 日光及气候影响 日光照射微脆化， 经玻璃纤维增强后紫外线的影响减弱 耐酸性及盐溶 液的稳定性 对稀无机酸、有机酸、盐溶液和水稳定，强酸、氧化 剂有破坏作用，在大于60c水中发生水解作用 耐碱性 弱碱影响较轻， 强碱溶液、 氨和氨类能引起腐蚀或分解 耐油性 对动、植物油和多数烃油及其酯类稳定， 含有极性剂的某些矿物油则有影响 化 学 性 能 耐有机溶剂性 溶于氯化烃和部分酮、酯及芳香烃中，不溶 于脂肪族碳氢化合物、醚和醇类 1.5 PC 成型塑件的主要缺陷及消除措施 1）缺陷 缺料（注射量不足） 、气孔、溢料飞边、熔接痕强度低、表面强度和硬度不足。 2）消除措施 加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具温度。 8 2 分型面结构设计 模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体 的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分 型面的开设密切相关。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。 2.1 分型面的选择原则 1）选在制品最大外形尺寸之处。因为制品一般都是在最大投影面积之处分模，否则，很难脱模。 同时，应尽可能使制品留在动模一侧，有利于取出塑件。 2）避免影响塑件外观。尤其是对表面要求较高的塑件。 3）便于浇口进料，利于成型，易于排气。 4）利于型腔加工，从而使制品精度易于保证。 5）有助于侧抽芯或便于侧抽芯；利于型腔或型芯结构的装卸和保证其强。 6）利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹的安装。 7）有利于简化模具结构。 该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑以上确定分型面的基本原则， 从按钮帽实物的结构可以看 出，该塑件需外侧抽芯，所以在确定分型面时，还要确定好侧抽芯结构。外侧抽芯采用滑块侧抽芯， 具体结构见装配图。 2.2 分型面的选择方案 9 图 2-1 分型面方案一 图 2-2 分型面方案二 （1）分型面的选择方案一 如图 2-1 所示， 此方案难以保证塑件的上表面的质量要求， 上表面中心处会留有熔接痕或者飞边， 影响塑件表面质量，而且不易设置抽芯机构，模具结构较复杂，塑件精度难以保证。 （2）分型面的选择方案二 如图 2-2 所示，此种方案满足分型面在制品最大外形尺寸之处，并能够保证塑件上表面曲面的质 量要求，而且塑件在分型面处的表面质量无特殊要求，塑件下半部分凸棱处采用滑块侧抽芯机构，整 个塑件成型精度比较高，模具结构也比较简单。 综合比较上述两种方案，分型面采用方案二模具结构较简单，塑件成型精度可靠，因此本模具 采用此方案。 10 3 确定型腔数量及排列方式 型腔数量以及位置如何确定要根据塑件制品的尺寸大小、结构难易程度、生产效益等诸多因素灵 活确定。 3.1 一般确定型腔数目的四种方法 1）根据经济性确定型腔数目 根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和生产原料费用，仅考虑模具加工费和塑件成 型加工费。 2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目 当成型大型平板制件时，常用这种方法。设注射机的额定锁模力为 F（N） ，型腔内塑料熔体的平 均压力为Pm（MPa） ，单个制品在分型面上的投影面积为A1（mm2） ，浇注系统在分型面上的投影面 积为A2（mm2） ，则Pm（nA1+A2）F 即： n 2 1 . . m m Fp A p A 3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目 设注射机的最大注射量为 G（g） ，单个制品的质量为 W（g） ，浇注系统的质量为W2（g） ，则型 腔的数目 n 为： n W W G 1 2 8 .0 4）根据制品精度确定型腔数目 11 一般来说，每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低 4%，所以不是型腔的数目越多越好。对于高 精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过 4 个。 3.2 本设计中型腔的确定 大中型塑件和精度要求高的小型塑件一般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使生产效率大为提 高。该塑件上表面精度要求较高，塑件体积较小，生产批量为大量生产，两边抽芯，从模具加工成本、 制品生产时的成本以及制品精度考虑，初步拟定采用一模四腔。型腔布置形式如图 3-1 所示： 图 3-1 型腔布置形式 4 注射机型号的确定 4.1 按钮帽的注射量的计算 查参考文献2得 PC 的密度 为 1.20 3 gcm，利用 Pro/E 三维软件定性测的该塑件的实际体 积为 1.70cm3，质量为 2.04g。 1）浇注系统凝料体积的初步计算 可按浇注系统的体积为塑件的 0.6 倍，即V浇=0.6V塑，由于该模具是一模四腔，所以浇注系统 凝料体积为 V浇=40.61.70=4.08cm3 2）一次总的注射量为 V实 = n(V塑+ V浇) 式中 n模具型腔数目，取 n=4； 所以 V实=4（1.70+0.61.70）=10.88cm3 m =V 实=1.2010.88=13.056g 4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的 统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积 A1的 0.2 倍0.5 倍，因此可用 0.35nA1（n 型腔数） 来进行估算： 12 1 Aab=3.149.614.75=444.624 mm2 所以 1211 A=nA +A = nA +0.35nA1.35 4 444.6242400.97= =mm2 锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，即： F锁=AP型 式中 F锁 注塑机的额定锁模力(N)； P型 模具型腔内塑料熔体平均压力， 一般为注塑压力的 0.30.65 倍， 通常为 2040 MPa， 取 P型为 35Mpa； A 塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2） ； 所以 F m = AP型=2400.9735=84033.95N=84.03kN 4.3 选择注射机 根据实际情况，为了保证注射机能够正常注射成型，模具所需的实际注射量应该小于注射量的公 称注射量。一般由经验公式可得公称注射量为： V公V实/0.8=13.8g/cm3 根据公称注射量选择注射机，但 PC 材料成型优先选用螺杆式注射机，查参考文献1可得，初 步选型号为 SZ100/60 的注射机，该注射机的主要技术参数如表 4-1 所示。 表 4-1 注塑机主要技术参数 项目 SZ-100/60 拉杆内间距()mm 280250 结构类型 卧 移模行程()mm 220 理论注射量() cm3 78g 最大模具厚度()mm 300 螺杆直径 mm 30 最小模具厚度()mm 100 注射压力()MPa 170 锁模形式 双曲肘 注射速率()sg/ 60 模具定位孔直径()mm 55 塑化能力()sg/ 5.6 喷嘴球半径()mm 12 13 螺杆转速()min/r 14200 喷嘴口直径()mm 4 锁模力()kN 450 4.4 注射机有关参数的校核 4.4.1 式中 H注射机动模板的开模行程（mm） ，取 220mm； H1塑件推出行程（mm） ，取 10mm； H2包括流道凝料在内的塑件高度（mm） ； 所以，H2201012.348（510）75.380.3mm 由计算结果可知，开模行程符合要求。 4.4.5 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 200mm250mm， 而注射机拉杆内间距为 280mm250mm， 因 285mm 250mm，符合要求。 综上所述，注射机选择 SZ100/60 卧式注塑机符合该模具设计要求。 5 浇注系统形式和浇口的设计 所谓浇注系统就是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。 浇注系统是引导塑料熔体从注 射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传物质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普 通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、 浇口。 14 5.1 主流道的设计 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。 5.1.1 主流道设计要点 1）为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成圆锥形，其锥角 =26。内壁表面粗糙 度 Ra 一般为 0.8。 2）为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进 口处应制成球面凹坑，其球面半径为 R2= R1+(12)mm,凹入深度 35mm。 3) 为了物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径 r=13mm。 4) 主流道长度 L 应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结 构和模板厚度所确定，一般不大于 60mm。 5.1.2 主流道尺寸 1）主流道小端直径 D =注射机喷嘴直径（0.51） =4（0.51） ，取 D =4.5mm 2）主流道球面半径 SR0=注射机喷嘴球头半径（12） =12（12） ，取 SR0=13mm 3）球面配合高度 h=3mm5mm，取 h=3mm 4）主流道长度 尽量小于 60mm，由标准模架结合该模具的结构，取 L =44mm 5）主流道大端直径 1 D =D+2Ltan6.59 mm 式中 主流道的半锥角，取 =1.5； 经计算可得， 1 D=6.6mm 6）浇口套总长 0 L=44h2=49mm 5.1.3 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即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常 采用碳素工具钢，如 T8A、T10A 等，热处理硬度为 50HRC55HRC，如图 5-1 所示。 15 图 5-1 主流道衬套 为方便加工，本模具将定位圈和衬套设计成分体式，其定位圈结构尺寸如图 5-2 所示。 图 5-2 定位圈 5.1.4 主流道衬套的固定 主流道衬套的固定形式如图 5-3 所示。 16 图 5-3 主流道衬套的固定形式 1内六角螺钉；2定位圈；3定模板；4主流道衬套；5动模板 5.2 冷料穴的设计 当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷 料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这 个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止 冷料进入型腔而形成冷接缝。 冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径， 长度约为主流道大端的直径。 为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出， 往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉 出而附在动模一边的作用，根据拉料的方式的不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与 拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种。 1）主流道冷料穴的设计 开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴直径稍大于或等于主流道大端直径。开模时，主流 道中的凝料由 Z 形头冷料穴拉出定模，当塑件被推出时，凝料同时被推出。本模具采用与推杆匹配的 冷料穴，如图 5-4 所示，冷料穴深度取 7mm。 图 5-4 主流道冷料穴 2）分流道冷料穴的设计 17 形截面。 一般采用下面经验公式可确定截面尺寸，即 4 2654 . 0 LmB = 式中 B梯形大底边的宽度（mm） ； m 塑件的质量（g）,2.04g； L 单向分流道的长度（mm） ； H梯形的高度； 但是此公式只适用于塑件壁厚在 3mm 以下，而本塑件最大壁厚达 4.4mm，所以需自行设计。 1）梯形分流道设计 由参考文献5表 2-49 常用分流道截面形状和尺寸可得，取 B=5mm，H=3.5mm；梯形斜角一般取 510，此处取 6；底部圆角一般取 R=1mm3mm，此处取 R=1mm。分流道截面形状如图 5-7 所 示。 图 5-7 分流道截面形状 2）圆形分流道设计 为便于瓣和模上分流道的加工，瓣和模上采用圆形分流道，其直径为 4.5mm。 5.3.4 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 0.63m1.6m，这样的表面稍不光滑，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，此处 Ra=1.6m。 5.4 浇口的设计 浇口是连接流道与型腔之间一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺 18 寸对塑件的质量影响很大。浇口截面面积通常为分流道截面积的 0.07 倍0.09 倍，浇口截面形状多 为矩形和圆形两种，浇口长度为 0.5mm2.0mm。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。 5.4.1 浇口的选择原则 浇口的位置选择，应遵循如下原则： 避免制件上产生喷射等缺陷，避免喷射有两种方法： a、 加大浇口截面尺寸，降低熔体流速； b、 采用冲击型浇口，改善塑料熔体流动状况；该模具采用方法 a； 浇口应开设在塑件截面最厚处； 有利于塑件熔体流动； 有利于型腔排气； 考虑塑件使用时的载荷状况； 减少或避免塑件的熔接痕； 考虑分子取向对塑件性能的影响； 考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响； 防止将型芯或嵌件挤歪变形。 5.4.2 浇口类型及位置的确定 注射模的浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况不同。常见的有直接浇 口、点浇口、侧浇口、扇形浇口及潜伏式浇口等。 1）直接浇口 又叫中心浇口，无分流道，注射压力直压入型腔，所以产品较坚实，流量快且大， 适合注射大型产品，但产品内应力大、易变形、注塑保压时间长、浇口去除困难、痕迹明显、影响外 观。 2）点浇口 这是一种截面形状小如针点的浇口。其优点是去除浇口后，塑件上留下的痕迹不明 显，开模后可自动拉断，成型时可减少熔接痕，但压力损失比较大，塑件收缩大，制造困难，而且模 具必须设计成三板式模，以脱出流道凝料。 3）侧浇口 在分型面上，从塑料边缘进料，形状为长矩形或接近矩形，加工方便、简单，应用 灵活，既可以从产品外侧，也可以从产品内侧进料。可以一模多腔，浇口痕迹小，不太影响外观，去 除浇口方便。但压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，壳形件排气不便，易产生熔接痕、缩孔及 气孔等缺陷。 4）扇形浇口 扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式。适合于大面积薄壁塑件。 5） 潜伏式浇口(鸡嘴入水) 潜伏式浇口是点浇口演变来的且吸收了点浇口的优点， 也克服了由点 浇口带给模具的复杂性。其进料部分一般选在制件较隐蔽处，使不致影响制品的美观。在顶出时流道 19 和制件被自动切断。故顶出时必须有较强的冲击力。对于过于强韧的塑料，潜伏式浇口是不适宜的。 加工比较困难，容易磨损。 对塑件进行分析得，塑件的外部表面质量要求比较高，不能有任何的浇口痕迹，因此采用潜伏式 浇口，脱模后人工剪断浇口。下面对潜伏式浇口进行详细介绍： 优点： （1）浇口位置的选择较灵活； （2）浇口可与胶件自行分离； （3）浇口痕迹小； （4）两板模、三板模都可采用。 缺点： （1）浇口位置容易拖胶粉； （2）入水位置容易产生烘印； （3）需人工剪除胶片； （4）从浇口位置到型腔压力损失较大。 参数： （1）浇口直径 d 为 0.81.5mm； （2）进胶方向与铅直方向的夹角，软质塑料时为 3050之间，硬质塑料为 2530； （3）鸡嘴的锥度为 1525之间； （4）与前模型腔的距离 A 为(1.02.0)mm。 应用：适用于表面质量要求高，不允许有浇口痕迹的塑件件。对于一模多腔的胶件，应保证各腔从浇 口到型腔的阻力尽可能相近，避免出现滞流，以获得较好的流动平衡。 5.4.3 浇口结构尺寸的经验计算 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 dnkA= 式中 d浇口直径（mm） n塑料系数，由塑料性质决定（由参考文献1可得，PC 的 n=0.7） k系数，塑件壁厚的函数，0.2060.206 3.50.721kt= A塑件的外表面积；A=444.6243.5404（12.31012.31.5）=1150.424 mm2 t塑件平均壁厚（mm） 经计算得 d=2.94mm。 5.5 浇注系统的平衡 对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也 相同，浇注系统显然是平衡的。 20 5.6 浇注系统凝料体积计算 1）主流道与主流道冷料井凝料体积 由三角形相似，可以求出所要的尺寸，则体积为 V主 = 22 22 16.614.5 10045 3232 901.38mm3 2）分流道凝料体积 梯形分流道： 1 V分=130（5+4）3.5 1 2 =2407.5 mm3 圆形分流道： 2 V分= 2 2 4.5 18286.13 2 = mm3 3）浇口凝料体积 V浇约等于零，可以忽略不计。 4）浇注系统凝料体积 V总 = V主 1 V分 2 V分V浇=3595.01mm33.6cm3 该值小于前面 4.1 中浇注系统凝料的估算 8.16 cm3，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。 5.7 浇注系统各截面流过熔体的体积计算 1）流过浇口的体积 V3 = V塑 = 1.7cm3 2）流过分流道的体积 V2 = 2V塑（ 1 V分 2 V分）/2 4.747cm3 3）流过主流道的体积 V1= 2V2V主=10.39cm3 5.8 普通浇注系统截面尺寸的计算与校核 5.8.1 确定主流道体积流率 s q 因塑件小，即使是一模四腔的模具结构，所需注射塑料熔体的体积也还是比较小的，而主流道尺 寸并不小（和注射机喷嘴孔直径相关联） ，因此主流道体积流率并不大，取S= 1103s-1代入得 3 33 0.277510 44 s n q R = =16.775cm3/s 21 式中 n R流道断面尺寸的当量半径， n R= (4.56.6)/2 2 + =2.775mm 5.8.2 注射时间（充模时间）的计算 1）模具充模时间 10.39 0.62 16.775 S S S V ts q = 式中 S q主流道体积流率（cm3/s） ； S t注射时间（s） ； S V模具成型时所需塑料熔体的体积（cm3） 。 2）单个型腔充模时间 1.70 0.625 2.72 G G V ts q = 式中 q 单个型腔的体积容量， 3 =10.88 42.72qvTcms= 实 V实一次总的注射量，V实=10.88cm3 T 注射时间，取 4s； 3）注射时间 根据经验公式求得注射时间 t = S t/3 +2 G t/3 =0.62s 5.8.3 校核各处剪切速率 1）分流道剪切速率 根据经验公式 3 3.3 R q Rn = ， 可以计算出主流道剪切速率： 式中 R q熔体的体积容量， 3 =4.747 0.627.656 R qsv tcm= 2 Rn表征流道断面尺寸的当量半径 2 n 2A R c 3 0.217cm 式中 A梯形面积（0.162cm 2 ） ； C梯形周长（1.63cm） ； 22 1 3 3.3 7.65 787.42 3.14 (0.217) s = 在 510 2 1 s510 3 1 s之间，所以满足剪切速率的要求。 2）主流道剪切速率 同理，根据公式 3 3.3 S q Rn = ，可以计算出主流道剪切速率： . 31 33 3.33.3 16.775 1.725 10 3.14 (0.217) S n q s R = ，合理 （式中 0.217 n Rcm=） 6 成型零件结构设计和计算 塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，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。 查阅参考文献7可得，该设计所用的公式如下： 凹模（型腔）径向尺寸的计算： Z ScpM LSL + += 0 4 3 )1( 凸模（型芯）径向尺寸的计算： 0 4 3 )1( z ScpM lSl += 凹模（型腔）高度尺寸的计算： Z ScpM HSH + += 0 3 2 )1( 凸模（型芯）高度尺寸的计算： 0 3 2 )1( Z ScpM hSh += 式中 M L型腔径向尺寸（mm） M H型腔深度尺寸(mm) S L、 S l塑件径向尺寸(mm) M l型芯径向尺寸(mm) 23 图 62 型芯 型芯尺寸 0.12 1 0 10.6 sl + =mm, 0 1 0.12 12.3 sh =mm, 0.05 2 0.02 39.5 h + + = mm， 0 2 0.008 5 sl =mm， 0 31 0.075 8 l =mm，其它尺寸如上图 62 所示 1）型芯的长度尺寸（单位 mm） l1=() 0 1 3 1 4 s sl + =() 0 0.04 3 10.00610.60.12 4 + = 0 0.04 10.75 2）型芯的高度尺寸（单位 mm） 1h =() 0 1 3 1 4 s sh + () 0 0.04 3 1 0.00612.30.12 4 =+ = 0 0.04 12.46 21h =() 0 2 3 1 4 sh + () 0 0.01 3 1 0.00639.50.03 4 =+ = 0 0.01 39.76 3）型芯的宽度尺寸（单位 mm） () 0 22 2 1 3 z s s ll =+ () 0 0.003 2 1 0.00650.008 3 =+ + = 0 0.003 5.03 () 0 331 2 1 3 s ll =+ () 0 0.025 2 1 0.00680.075 3 =+ + = 0 0.025 8.1 24 6.3 小型芯尺寸计算 小型芯的结构如图 6-3 所示，采用直接在滑块上加工。 图 6-3 小型芯 1）小型芯的高度尺寸 （单位 mm） () 0 10 2 1 3 z s hh =+ () 0 0.027 2 10.0064.60.08 3 =+ 0 0.027 4.68= () 0 111 2 1 3 z s hh =+ () 0 0.02 2 10.0062.90.06 3 =+ 0 0.02 2.96= 2）小型芯的直径尺寸 （单位 mm） () 0 4 3 1 z l sl += () 0 0.027 3 1 0.0063.20.08 4 =+ 0 0.027 3.27= 3）小型芯长度尺寸 （单位 mm） () 0 1 1 3 1 4 z lsl =+ () 0 0.03 3 1 0.0062.50.08 4 =+ 0 0.03 2.57= 6.4 型腔零件的计算和校核 在注射成型过程中，型腔主要承受塑件熔体的压力，因此，模具型腔应该有足够的强度和刚度。 如果型腔壁厚和底版厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力 时，型腔将 导致过大的塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外 膨胀或溢料间隙。因此，必须对型腔的强度和刚度进行一定的设计计算。 在进行刚度计算时应注意以下几点： 1）保证制品能够顺利脱模；为达到此目的，型腔允许的弹性变形量不能大于制品的壁厚的收缩 25 率。否则，制品成型后，其周期被变形的型腔紧紧包住，无法脱模。 2）当制品的某部分或某一尺寸同时有几项要求时，应以其中严格的要求来计算刚度。 3）当型腔尺寸的强度计算和刚度计算分界值（取决于制品结构形状，模具材料的许用应力，型 腔允许的弹性变形量以及型腔内熔时的最大压力）难以分明的情况下，则应分别进行强度和刚度的计 算，并取其最大值作为壁厚和底版的厚度。 (1) 侧壁厚度校核强度、刚度 查参考文献19中表 4-12，选择以下公式： 按刚度条件计算 s ( 4 E cph ) 3 1 按强度条件计算，当h/L10.41时，取公式 s 2 1 (1) 2 L pa + 2 1 式中 E模具材料的弹性模量（Mpa） ，碳钢为2.1105Mpa； p型腔压力（Mpa） ，一般取2040； 刚度条件，即允许变形量（mm） （表4-13选取） ； 模具材料的许用应力(Mpa)； 底板短边与长边长度之比； h型腔深度（mm） ； c与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L1有关的系数； 与比值h/L1有关的系数（表4-15） 通过查资料可得 = 245MPa, E=2.1105Mpa，p=30Mpa，=0.07, h/L1=12.3/10=1.23,由表 415查出：c=0. 015, =0.219，则 = L2/L1=1.5/10=0.15, h=12.3 按刚度条件计算有 26 s ( 4 E cph ) 3 1 =( 4 5 0.015 30 12.3 2.1 100.07 ) 3 1 =0.9mm 按强度条件计算有 s 2 1 (1) 2 L pa + 2 1 = 2 3 1030 (1 0.15 0.219) 2 245 + 2 1 =4.36mm 根据上面刚度、强度比较， 符合要求。 (2) 底板厚度校核强度、刚度 按刚度条件计算 s h( 4 12 C pL E ) 3 1 按强度条件计算 s h 2 L )1( 2+ p 2 1 式中 1 C由底板短边对长边边长之比L1/L2决定的系数， 1 C=10/1.5=6.67； 由底板短边对长边边长之比L2/L1决定的系数（表4-14） 。 其他参数与（1）中的相同，由表4-14查出：=1.5 按刚度条件计算有 s h( 4 12 C pL E ) 3 1 =( 4 5 6.67 30 1.5 2.1 100.07 ) 3 1 =0.41mm 按强度条件计算有 s h 2 L )1( 2+ p =1.5 30 2 245 (1 1.5)+ 2 1 =0.24mm 所以取hs值必须大于0.41mm。 27 7 模架的确定和标准件的选用 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为 A2型、模架尺寸为200mm250mm的标准模架，即可符合要求。 7.1 模架的确定 1）定模座板（200mm315mm、厚 25mm） 定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为 45 钢。通过 4 个 M12 的内六角圆柱螺钉与顶模 固定板连接；定位圈通过 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为 H7/m6 配合。 2）定模板（200mm250mm、厚 25mm） 用于固定型腔、导套。固定板应有一定的厚度，并足够的强度，一般选择 45 钢，调质 230HB 270HB。 其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合， 另一端才用H7/f7配合； 定模板与浇口套采用H7/m6 配合。 3）动模板（200mm250mm 厚、40mm） 用于固定型芯、导柱，其上还有滑块，一般选择 45 钢，调质 43HRC48HRC。 4）垫块（32mm250mm、厚度 50mm） （1）主要作用 在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或调节模具的总厚度，以适应注射机的模具 安装厚度要求。 （2）结构形式 可以是平行垫块或拐角垫块，改模具采用平行垫块。 （3）垫块材料 垫块材料为 Q235A，也可用 HT200、球墨铸铁等。因为铸铁材料有减震的作用，而且价格便宜， 满足要求，该模具垫块采用 Q235A 制造。 （4）垫块的高度 h 校核 123 h =h +h +h +s + =0+20+16+8.5+4=48.5mm，符合要求。 式中 h1顶出板限位钉的厚度，该模具没采用限位钉，故其值为 0； h2推板的厚度，为 20 mm； h3推杆固定板厚度，为 16mm； s推出行程，为 8.5mm； 28 推出行程富余量，一般为 3mm6mm，取 4mm。 5）推板（118mm250mm、厚 20mm） 材料为 45 钢；通过 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉将其与推板固定板固定。 6）推板固定板（118mm250mm、厚 16mm） 材料为 45 钢；通过 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉将其与推板固定。 标准模架如下图 7-1 所示，具体见装配图： 图 7-1 标准模架 7.2 合模导向机构的设计 为了保证注塑模准确合模和开模，在注塑模中必须设有导向机构。导向机构主要起定位、导向 以及承受一定侧压力的作用。导柱导向机构，包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动、定模两 边。导柱的基本机构形式有两种。一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称带头导 柱，另一种是除安装部分的凸肩外，使安装的配合部分直径比外伸的工作部分直径大，称有肩导柱。 带头导柱用于生产批量不大的模具，可以不用导套。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导 向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成，保证了同轴 度。导柱前端均须有锥形引导部分，并可割有储油槽。导柱直径尺寸随模具模板外形尺寸而定。模板 尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所选导柱直径也应愈大。 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，只要按照模架规格选用即可。若需 采用精密导向定位装置，则需根据模具结构进行具体设计。 7.2.1 导柱（直径 20mm） 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧。但更多的是安装在动模一侧，因为作为成 型零件的主型芯一般都安装在动模一侧。导柱和主型芯安装在同一侧，在合模时起到保护作用。 29 （1）导柱的布置方式 导柱应均匀分布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离