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本科毕业设计（论文） 一种塑料端盖注塑模具设计 学 院 机械工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2016年4月3日 XX大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：2016年4月3日学位论文版权使用授权书本人完全了解XX大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；XX大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。学位论文作者签名： 日期：2016年4月3日指导教师签名： 日期：2016年4月3日作者联系电话： 电子邮箱： 摘 要塑料成型制品是以塑料为主要结构材料经成型加工获得的制品，又叫做塑料制件，简称塑件。塑料成型制品应用广泛，特别是在电子仪表、电器设备、通信工具等方面获得大量应用。如各种受力不大的壳体、支架、结构件、装饰件等；作为塑料制品的主要生产基础工艺装备的塑料模具，在国民经济占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性的成型可以一次成型形状复杂的精密塑件，本次设计就是将一种塑料端盖作为设计模型，将注塑模具的相关知识作为依据，阐述塑料注塑模具的整体设计过程。本文设计的内容就是一种塑料端盖注塑模具设计，材料为HDPE，根据其结构形状特点以及通过对塑料端盖成型工艺的正确分析，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统等；同时本文对注塑模具进行简要介绍，对注塑模具中的主要零件进行设计计算，在设计过程中着重考虑其生产实际中的经济性和合理性。关键词：注塑模具；注射成型；分型面；计算AbstractPlastic molding products are plastic as the main structural material. The processing of products.Referred to as the plastic parts.plastic molding products are widely used.Especially in the electronic instrument electrical equipment ,communication tools ,etc to obtain a large number of lications . such as all kinds of stress are shell stents structure decoration.Based process equipment as the main production of plastic products of plastic mold .occupies an important position in national economy mould technology has also become to measure a national product manufacture level of important symbol.Injection molding plastic molding is an important method .it is mainly suitable for thermoplastic molding .and can be a complicated shape of precision plastic forming parts is the adsl surface shell as a design model .This paper will be injection mold related knowledge as the basis.the overall design process of plastic injection mould are expounded.Design the content of this article is shell of plastic injection mould ,materials for HDPE .According to the shape of the structure characteristics and throSolidworksh the analysis of the right across the shell molding process,determine the overall distribution of cavity choose the parting surface determine the demoulding way .The design of gating system,etc.Keywords：Plastic mold;injection molding;the parting surface;calunate目 录摘 要IabstractII第一章 绪论2 1.1 我国模具行业的发展方向和前景2 1.2 注塑模具设计与制造技术3 1.3 Solidworks模具设计的基本流程4 1.4 课题意义5第二章 注塑件的设计6 2.1 功能设计6 2.2 材料选择6 2.3 结构设计7 2.4 塑件的尺寸精度及表面质量8第三章 塑件3D建模及注射成型工艺分析9 3.1 塑件的3D模型9 3.2 塑件的注射成型工艺性分析9 3.3 注塑机15第四章 模具结构设计16 4.1 型腔数目的确定16 4.2 分型面的确定17 4.3 浇口的确定17 4.4 模具材料的确定17 4.5 浇注系统的设计18 4.6 成型零件结构设计20 4.7 模架的选用22 4.8 导向机构的设计23 4.9 顶出机构的设计24 4.10 排气设计24 4.11 温度调节系统设计25第五章 注射机的校核26 5.1 最大注塑量的校核26 5.2 锁模力的校核26 5.3 模具外形尺寸校核26 5.4 模具厚度校核27 5.5 模具安装尺寸校核27 5.6 开模行程校核27第六章 模具总装设计28 6.1 模具装配及加工要求29 6.2 模具工作原理31结论32参考文献33致 谢34 第一章 前言第一章 前 言1.1我国模具行业的发展方向和前景经过1990年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生产能力也有了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。过去十年，中国模具工业（主要集中在汽车、电子信息以及电器）以每年15%左右的增长速度快速发展。到2005年，全国模具生产厂点已达3万多家，从业人员50多万人；模具销售总额高达610亿元，比上年增长25%；模具生产企业总体上任务饱满、订单充足。2006年，业界预测中国汽车的年度销售数量将会比前一年增长15%，年度销售数量将会达到640万台。而汽车零部件市场比汽车整车的市场更大，可以预测汽车相关模具产业将会有高速发展。与2004年相比，2005年中国的模具生产值增加了125%，以610亿人民币居世界第三位。其中，出口比前一年增加了150%，达到了7.4亿美元。目前，国内模具行业正随着我国制造业特别是汽车和电子产业的持续高速发展而逐渐步入“黄金期”。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展较快。在注塑模具方面，2006年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。在 CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括10个方面：(1)模具日趋大型化。(2)模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5微米，现已达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。(3)多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。29 第一章 前言(4)热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。(5)随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。 (6)标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。(7)快速经济模具的前景十分广阔。(8)随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。(9)以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。(10)模具技术含量将不断提高。从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。1.2 注塑模具设计与制造技术质量、成本（价格）、时间（工期）已成为现代工程设计和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为宗旨来参与竞争市场。先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程，对模具行业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。1.2.1注塑模具的可视化设计现在我们对产品设计的要求是快速、准确。随着软件技术的发展，三维设计（3D）的诞生使模具实现了可视化、面向装配的设计。模具由二维设计（2D）到三维（3D实现了模具设计技术的重大突破。模具三维设计直观再现了未来加工出的模具本体，设计资料可以直接用于加工，真正实现了CAD/CAM一体化和少、无图样加工；模具三维设计解决了二维设计难以解决的一系列问题，如干涉检查、模拟装配、CAE分析等；模具三维设计能对模具的可制造性加以评价，大大减少了设计失误。 第一章 前言1.2.2 注塑模具的快速制造基于并行工程的模具快速制造近些年来，为了满足工期的要求，模具企业大都在自觉与不自觉中应用“并行”的概念来组织生产、销售工作。并行工程应用的明确提出是对现有模具制造生产模式的总结与提高。并行工程、分散化网络制造系统为模具快速制造提供了有效的实施平台。并行工程的基础是模具的标准化设计。标准化设计是由三方面要素组成：统一数据库和文件传输格式是基础；实现信息集成和数据资源共享是关键；高速加工等先进制造工艺是必备条件。（2）应用快速原型技术制造快速模具（RP+RT）在快速原型（Rapid Prototyping,RP）技术领域中，目前发展最迅速、产值增长最明显的就是快速模具(Rapid Tooling,RT)技术。应用快速原型技术制造快速模具（RP+RT），在最终生产模具之前进行新产品试制与小批量生产，可以大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间、降低成本。这就是RP+RT技术产生根本原因。（3）高速切削技术的应用高速切削（High Speed Machining,HSM）在模具领域的应用主要是在加工复杂曲面方面。其中高速铣削（也称为硬铣削Hard Milling,HM）可以把复杂形面加工得非常光滑，几乎或者根本不再需要精加工，从而节约了点火花（EDM）加工和抛光时间及有关材料的消耗，及大地提高了生产效率，并且形面的精度不会遭到破坏。1.2.3 制造模式的改变信息流驱动的模具制造先进制造生产模式对模具工业的影响主要体现在信息的流动。与制造活动有关的信息包括产品信息和制造信息，现代制造过程可以看作是原材料或毛坯所含信息量的增值过程，信息流驱动将成为制造业的主流。目前，面向模具开发的CAD/CAHDPE/CAM/CAE、DNC、PDM、网络集成等均是围绕如何实现信息的提取、传输与物化，即使信息流得以畅通为宗旨。1.3 Solidworks模具设计的基本流程 目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Solidworks、I-DEAS、 第一章 前言Solidworks、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。本次是运用Solidworks进行模具设计的,下面简单介绍以下Solidworks模具设计流程。Solidworks模具设计的基本流程如图1.1 零件成品(Design Model） 零件设计 （Part Design）零件装配（Assembly Design） 模具装配 （Mold Assembly） 参照零件（Reference Part）工件（Workpiece） 模型检验 （Model Check） 厚度检验 （Thickness Check）拔模检验（Draft Check） 设置收缩率 （AHDPEly Shrinkage）模流分析（Analysis of Mold Flows） 第一章 前言 建立模具体积块 (Mold Volume) 建立或分割 （Create or Split） 模具开启（Mold Opening）干涉检验（Interference Check）专家模具系（Expert Moldbase Extension）2-D工程图(Drawing)CNC加工 建立分模面（Parting Surface）图1.1 Solidworks模具设计的基本流程1.4课题意义在传统塑料模具设计中，设计周期长，一般要二到三个月的时间；设计成本高，需要往返数次制模，修模；产品质量不能保证，对流体在模腔内的流动状态，冷却状况缺乏了解。本文以一种塑料端盖的注塑模具设计为例，运用Solidworks软件智能分模，不但保证了模具的精确性，而且分模简单，是设计者可以节约时间，集中精力拆模做型腔；运用CAE分析功能，对塑料注塑过程进行模拟分析，包括充模流动模拟、保压过程模拟、冷却过程模拟及翘曲模拟分析。通过模拟分析可以预测制品填充不足、熔接线、气泡和翘曲变形等缺陷，还可以测定最佳浇口数量和位置，测定注塑时注射压力以及注射时间，溶体流动前锋的温度变化等系列参数；运用专家模架系统，根据设计参数直接选取标准模架，构造模具三维实体。这样设计出来的模具具有更高的质量，更大的准确性。现代的模具设计在计算机的平台上，运用CAD/CAE/CAM等软件，使现代 第二章 注塑件的设计模具设计具有了高质量，高效率，低成本等特点。第二章 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是一种塑料端盖,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是中批中量或大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。2.2 材料选择通常选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件属于日常生活用品，没有什么特别的要求，因此主要从容易成型方面选择材料。HDPE 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良， 还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电 镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业 领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。HDPE 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。 HDPE 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化 学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。HDPE 树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇 类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 具体有点有以下 6 点：1.综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口敏感性较好；抗蠕 变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低； 第二章 注塑件的设计2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小；3.耐低温达-40；4.耐酸、碱、盐、油、水；5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进行表面装饰；6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。HDPE 工程塑料的主要缺点是热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 选择注射成型制品的材料，不仅应能在一定的期限内保证其使用功能和性能，还要考虑到加工成型、成本和供应方面的问题。通过综合考虑，本注塑件选用材料为 HDPE。2.3 结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。2.3.1 壁厚塑料制品的壁厚对制品的质量有至关重要的影响。壁厚过厚，不但用料多，容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷，而且冷却时间长生产效率低；壁厚过薄，成型困难，流动阻力大。在此主要是分析壁厚对成型的影响，所以只验证产品在脱模顶出时保证不变形。该产品的壁厚1.5mm，在此材料的推荐壁厚0.62.3mm的范围内。所以本次产品的壁厚值能满足工艺要求。2.3.2脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。在塑件的高度比较小时也可以不需要脱模斜度。 HDPE的脱模斜度为，由此确定塑件的脱模斜度。2.3.3 加强肋 塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高熔体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。 第二章 注塑件的设计2.3.4 圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。2.4 塑件的尺寸精度及表面质量2.4.1尺寸精度 影响制品精度的因素较多。首先是模具的制造精度和模具的磨损量，其次是成型工艺条件的变化所引起的塑料收缩率的波动。另外，成型后的时效率变化和模具结构形状对尺寸精度也有一定的影响。因此，对塑料制品的精度要求不能太高，应在保证使用功能的条件下，尽可能选择低精度等级。该产品零件图所有尺寸为未注公差尺寸，根据国家推荐标准（GB/T14486-93）规定的MT5级精度选取作为塑料制品的尺寸公差等级。已注尺寸公差等级也在HDPE/PC的一般精度等级MT3范围内。所以该产品注射成型能够达到此精度要求。表2-3-3是国家推荐标准的工程塑料模塑塑件尺寸公差，该表只取了在产品尺寸范围内的数据。2.4.2塑件的表面质量塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要的由模具的表面的粗糙度决定。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。由于该制品为一般日常生活用品，对表面粗糙度要求不高，取塑件表面粗糙度为0.8m。 第三章 塑件3D建模及注射成型工艺分析第三章 塑件3D建模及注射成型工艺分析3.1塑件的3D模型运用Solidworks绘图软件绘制塑件的3D图，如图3.1所示下： 图3.1 塑料端盖 3.2塑件的注射成型工艺性分析3.2.1初步分析通过Solidworks对3D模型质量属性分析分析结果：单件体积= 198753 单件投影面积=285532密度=1.05g/cm3 单件质量=15.6g3.3注塑机3.3.1注塑成型工艺参数查模具设计手册可知HDPE料注射成型的主要工艺参数如下表3-1表3-1HDPE料注射成型的主要工艺参数工艺参数 规格 工艺参数 规格 预热和干燥 温度t/: 8095 成型时间/s注射时间 05时间/h: 45保压时间 1530料筒温度t/ 后段 150170冷却时间 1530 第三章 塑件3D建模及注射成型工艺分析中段 165180总周期 4070前段 180200 螺杆转速n/(m)3060喷嘴温度t/ 170180后处理 方法 红外线灯烘箱 模具温度t/ 5080温度t/ 70 注射压力p/Mpa60100时间/h243.3.2注塑机的选择由公称注射量选定注射机由3.2.1分析已得出单个塑件体积V=151443 ，流道凝料V=45453实际注射量为:V=151442+4545=34.833cm；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V V V= V/0.8 =34.8330.8=43.541cm；由上计算初步确定注塑机为SZ-60/60，查模具设计手册注塑机主要技术参数如下表3-2。表3-2 国产注射机SZ-60/60技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)320520理论注射容积（cm）60移模行程(mm)300螺杆直径(mm)40最大模具厚度(mm)350注射压(MP)145最小模具厚度(mm)170注射速率(g/s)锁模形式(mm)液压塑化能力(g/s)11.7模具定位孔直径(mm)125螺杆转速(r/min)20200喷嘴球半径(mm)35锁模力(KN)600喷嘴口直径（mm）4 第四章 模具结构设计第四章 模具结构设计4.1型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品，根据生产批量和经济因素，初步确定该模具为一模两腔。4.2分型面的确定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、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则：1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模3）分型面的选择应保证塑件的精度要求4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求5）分型面的选择要便于模具的加工制造6）分型面的选择应有利于排气除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。 4.3浇口的确定HDPE料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,确定使用潜伏浇口。浇口位置已经在3.2.2分析中确定。4.4模具材料的确定现有模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时, 第四章 模具结构设计设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。模仁的材料为45#钢。P20钢属优质碳素塑料模具钢，与普通优质45碳素钢相比，其钢中硫，磷含量低，钢材纯度好。制造小型塑料模具，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。P20钢的优点是价格便宜，切削加工性好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐磨性，被广泛用于制造中、低挡的塑料模具。材料预备热处理：断后退火；高温回火；正火推荐回火规范：回火温度为500560，空冷，硬度为2533HRC。4.5浇注系统的设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的重点内容之一。4.5.1主流道设计主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。浇口套结构设计如图4.1所示采用两颗M520L螺钉固定。由注塑机确定定位圈的尺寸，定位圈采用两颗M620L螺钉固定，如图4.2所示。 第四章 模具结构设计 图4.1浇口套 图4-2定位圈4.5.2分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查6P151表4-3，选择圆形截面的分浇道。具体详见图4.3所示。4.5.3冷料井冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸，宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。该模具的冷料井设计锥形的冷料井。4.5.4 浇口浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。该模具采用潜伏式浇口，已在4.3中得到确定。其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。浇口的截面形状和分流道的一样都采用圆形截面，与分流道的连接方式见图4.3所示。 第四章 模具结构设计图4.3 主流道、分流道、浇口的连接情况4.6成型零件结构设计所谓成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。以下是成型零件的结构设计。根据产品特征，为了便于加工制造，型腔采用整体镶嵌式，型腔靠用8颗M840L螺钉固定于型腔板，如图4.4所示；型芯也采用整体镶嵌式，型芯用8颗M830L螺钉固定，如图4.5所示； 第四章 模具结构设计图4.4型腔图4.5型芯 第四章 模具结构设计4.7模架的选用注射模标准模架共有两个国家标准：一是使用于模板尺寸BL560mm900mm的中小型模架（GB/T12556.11990）；二是使用于模板尺寸BL为630mm630mm1250mm2000mm的大型模架（GB/T12555.11990）。塑料模具型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压，如果侧壁或底板的强度不足，则可能产生开裂，如果强度不足，则可能产生过大的变形，造成溢料，使脱模困难，型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计算和刚度计算两种，一般情况下，大尺寸型腔刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算，小尺寸型腔强度不足是主要问题，应按强度条件计算。根据制件的尺寸分析，本制件的成型型腔属于较大尺寸，所以应按刚度来计算，而型腔采用的是整体嵌入式，根据型腔的材料和经验，型腔的壁厚为1719mm，模套壁厚4550mm。由此按经验参考标准模架，选取标准模架为I-150200 GB/T 12556.1-1990表4-1 模架参数表 名称材料尺 寸（mm）上模座板45钢300 22015动模固定板45钢150 17020中间板45钢220 150 20支撑件45钢150 8030下模座板45钢250 15025推板45钢150 15020推板固定板45钢150 150204.8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。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。设计导柱和导套需要注意的事项有：合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导 第四章 模具结构设计作用。导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。除了在动模和定模之间设置导柱，导套以外，还需要在推板与动模坐之间设置导柱、导套，以保证推板的顺利推出。合模导向机构的设计导柱：由模架已经确定基本尺寸为20mm，总长L=135mm，详细资料看零件图纸；导套：由导柱基本尺寸确定，长度L=90mm，详细资料看零件图纸。 4.9顶出机构的设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。本设计使用简单的推杆脱模机构和利用斜顶设计推出机构的类型为一次推出机构。因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。顶出机构如图4.8所示。图4.8 推出结构 4.10排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子 第四章 模具结构设计挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。4.11温度调节系统设计在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC，POM等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。由前面分析可知道HDPE的成型温度为248，模具温度为47.5 。4.11.1温度调节对塑件质量的影响采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的表面状态；温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。4.11.2对温度调节系统的要求根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量；采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好；温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉；4.11.3冷却系统设计由4.8.3中分析得出，需要给模具设计冷却系统，重点在上部球形面和直流道。设计原则 第四章 模具结构设计尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.53.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.81.5B。最小不要小于10。浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。该塑件属于中等深度的塑件，又由于前面分析可以知道，在塑件外面和直流道处需要重点冷却。因此在型芯型腔都设置了两层冷却水线。根据冷却水线设计原则，冷却水道的直径均为6。 第五章 注射机的校核第五章 注射机的校核5.1最大注塑量的校核根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%。所以，一个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量的80%以内。V =34.833cmV=60 mm（见注塑机参数表）V80%=600.8=48cm V，校验合格。5.2锁模力的校核在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：FF=K APA=59542； P=30MPa；K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2。F=K AP=1.2595430=214.344KN可知F=600KN，所以F F,锁模力满足要求。5.3模具外形尺寸校核注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。由表3-2可得注塑机的拉杆间距为320520mm，而模板Z座的尺寸为250450mm，故满足要求。 第五章 注射机的校核5.4模具厚度校核模具厚度必须满足下式：H H H 150270350 满足要求。式中 H所设计的模具厚度 270 mm； H注塑机所允许的最小模具厚度150 mm； H注塑机所允许的最大模具厚度350mm；5.5模具安装尺寸校核注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。该模具外形尺寸为200200属小型模具，所以采用压板固定法。5.6开模行程校核所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。SH+H+（510）mm 30020+104+10 300134 满足要求。 式中 S注塑机移模行程300 mm； H推出距离20 mm； H流道凝料与塑件高度104 mm。 第六章 模具总装设计第六章 模具总装设计6.1模具装配及加工要求模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，塑料模具制造时应达到以下技术要求：a、组成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必须达到设计要求d、为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的成型件为止。6.1.1 加工要求1）模具分型面及组合件的结合面应很好贴合，局部间隙不大于0.02mm2）模具成型表面的内外锐角、尖边、图样上未注明圆角时允许不大于0.5mm圆角（分型面及结合面除外）。当不允许有圆角时,应在图样上注明。3）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按GB1804标准即孔按H13，轴按h13，长度按J14来加工。4）模具中各承压板（模板）的两承压面的平行度公差按GB1184附录一的5级。5）导柱、导套孔对模板平面的垂直度公差按GB1184附录一的4级。导柱、导套之间的配合按H8/f8。6）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相应各孔配作。7）导柱(直导柱、台肩导柱)其配合部位的大径与小径的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。8）导套（直导套、带头导套）外圆与内孔的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。9）主流道衬套的中心锥孔应研磨抛光，不得有影响脱浇口的各种缺陷。10）成型零部件：为了保证导向作用，动、定模的导柱，导套孔的孔距精度应控制在0.01mm以内。因此，必须用坐标镗床对动、定模镗孔。在缺少坐标镗床的情况下，较普遍采用的方法是将动、定模合在一起，在车床、铣床或镗床上进行镗孔。成型零部件采用优质模具钢，强度高，耐磨性好， 第六章 模具总装设计热处理变形小，要求耐腐蚀，调质淬火低温回火55HRC。型芯的加工：把成型面的曲面图通过计算机产生刀具加工路径进行数控铣外形加工，再铣小型芯孔和凹台，钻推杆孔，加工浇口。再用电火花加工成型。型腔的加工：把成型面的曲面图通过计算机产生刀具加工路径，留余量在数控铣上加工成型，再用电火花加工成型。6.1.2装配要求1）顶出制品的推杆的端面与所在的相应型面保持齐平，允许推杆端面 高出型面不大于0.1mm。2）注射模的复位杆，其端面应与模具分型面齐平，允许低于分型面大 大于0.03mm。3）型芯、凸模、镶件等，其尾部高度尺寸未注明公差时，其端面应在 装配后与其配合的零件齐平。制品同一表面的成型腔分布在上、下模或两模时，装配后沿分型面的错边不大于0.05mm，并其组合尺寸不超过型腔允许的极限尺寸。5）凸模与凹模装配后的配合间隙，应保持周围均匀。6）需保持同轴的两个以上零件，其同轴度必须保证装配要求，使各配合零件能顺利装卸，活动自如。7）模具导向件的导向部分，装配后保证滑动灵活，无卡滞现象。8）模具中供两次分型用的拉杆、拉板装配后，各工作面应在同一平面内，允许 其极限偏差为0.1mm。9）模具装配后两安装平面应保持平，其平行度公差按按GB1184附录一的6级。 1）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。2）经热处理后的零件