卡盖塑料模具设计.doc

前 言 本设计是为了指导实际生产过程出现的生产问题而设计的吸尘器卡盖塑料模 具，本设计共分为九章，在文字表述上既注意各部分内容的层次分明，又注意各 部分内容之间的融会贯通。在语言表达上表达言简意赅，简单明了，深入浅出， 详细的表述了设计者的设计意图。且本设计完全按生产过程从塑件的设计，注塑 成型准备到冷却系统设计，使其在生产过程中具有很强的实用性。 在这个设计中特别应用了斜顶机构，相对于斜导柱滑块机构其生产工艺简单， 装配容易兼顶出机构，节省顶杆数目，使塑件外表更加美观，生产过程中结构稳 定，准确性好，零件更换方便，节约成本，这是本设计的一大亮点。 在这次设计中，我熟练的掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础 课和专业课方面的知识，对机械制造、加工工艺有了一个系统全面的了解，达到 了学习目的。对于模具设计这个实战性非常强的设计课题，我们进行了大量的实 习。我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模 具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。 在指导老师的协助下和在工人师傅的讲解下，同时在现场查阅了相关的资料并亲 手拆装了一些典型模具实体，明确了模具工作原理、制造、加工工艺，并在图书 馆借阅了许多相关手册和书籍，在设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同 学进行充分讨论，进最大努力做好这次毕业设计。 在设计过程中将有许多困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信 会圆满的完成这次毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，难免会出 现错误和设计不妥之处，恳请各位老师指正。 设计者：徐新义 第一章 注塑件的设计 1.1 结构的设计 1.1.1 壁厚 根据塑件的使用性能要求应有足够的壁厚，保证塑件的强度和刚度，但从塑 件成型的角度来看，塑件过厚，使其收缩率加大，增加了尺寸的不稳定性，同时 延长了塑件的冷却时间，是成型周期长而影响注塑效率，并造成材料的浪费，提 高生产成本；而塑件过薄，则是塑件的强度和刚度下降，影响使用寿命，同时使 塑件成型是物料的流动阻力增大，影响成型效果，而且过薄的塑件，也给塑件的 脱模带来了困难。因此，对塑件的壁厚应有一定的限制。常用壁厚一般为 23mm。 1.1.2 脱模斜度 由于塑件在注塑成型后的固化冷却过程中会产生收缩，是塑件对型芯产生一 个包紧力，是塑件脱模困难。为了便了脱模并防止在脱模时塑件表面与成型零件 的侧表面在相对移动是的摩擦而彼此划伤，必须在与脱模方向平行的塑件内外壁 都应该设计出合理的足够的脱模斜度。表 1-1 是根据不同材质常用的脱模斜度： 表 1-1 常用塑料的脱模斜度 脱模斜度脱模斜度塑料名称 型芯型腔 塑料名称 型芯型腔 聚乙烯20452545 PMMA 30135130 聚丙烯、软聚氯乙 烯 2550301聚酰胺20402540 硬聚氯乙烯、聚砜50145502聚碳酸酯3050351 聚苯乙烯30135130氯化聚醚20452545 ABS 35140120聚甲醛30135130 1.1.3 加强筋 在不使塑件壁厚增加的情况下，在塑件的适应部位设置加强筋，以提高塑件 的强度、刚度和使用寿命。设置加强筋不仅能增加塑件强度和刚度，而且还能改 善塑料的流动性能，有时还可以避免因残余应力而产生的变形。 1.1.4 圆角 为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于起模，在 塑件各内外表面的链接处均应采用过渡圆弧。此外，圆弧还使塑件变得美观，并 且模具型腔砸淬火或使用时也不致因应力集中而开裂。 1.2 塑件的尺寸精度及表面质量 1.2.1 尺寸精度 （1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准， 然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些， 以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装 配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可， 但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对 其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，ABS 的高精度为 3 级，一般精度为 4 级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在 6580 范围内，取 MT3B 级的公差数值为 0.66mm，MT4B 级的公差数值为 0.84 mm。 （2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： =+ （1-1） s z c a 式中制件总的成型误差； 塑料收缩率波动所引起的误差； s 模具成型零件制造精度所引起的误差； z 模具磨损后所引起的误差； c 模具安装，配合间隙引起的误差； a 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 1）模具模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 2）塑料材料主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 3）成型工艺成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精 度。 1.2.2 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括以下几个方面：有无斑点、条纹、起泡、凹痕、熔接痕、 色泽的质量以及表面光泽和表面粗糙度等,前面几项应在注射过程中避免。塑件的 表面光泽性和表面粗糙度与成型零部件的表面粗糙度、模具的磨损程度、塑件的 品牌与质量以及成型工艺条件有关。塑件外表面的表面粗糙度一般要求较高，这 根据塑件的技术要求而顶。成型零件的表面粗糙度应比塑件高一级，才能达到塑 件要求。 第二章 注塑成形准备 2.1 注塑成形工艺简介 2.1.1 注塑成形原理及特点 注塑成形又称注射模塑，是热塑性塑料制作的一种主要成形方法。除氟塑料 外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成形。近年来，注射成形已成功地用 来成形某些热固性塑料制件。 注射成形的原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中， 经过加热熔融塑化成为黏流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很高 的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔 所赋予的形状，然后开模分型获得成形塑件。 注塑成形的特点是：成型周期短，能一次成形外形复杂、尺寸精密、带有嵌 件的塑料制件；对各种塑料的适应性强；生产效率高，产品质量稳定，易于实现 自动化生产。所以，注射成形广泛得用于塑料制件的生产中，但注塑成形的设备 及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑料制件的生产。 2.1.2 注塑成形工艺过程 注塑成形工艺过程包括：成形前的准备、注塑成形过程以及塑件的后处理三 个阶段。 1、成形前的准备 为了使注塑过程能够顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系 列必要的准备工作。原料外观的检验和工艺性能的测定，其内容包括对色泽、粒 度及均匀性、流动性、热稳定性及收缩率的检验；对于吸水性强的塑料，在成形 前必须进行干燥处理，除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成形后塑件表面 出现斑纹和气泡等缺陷，甚至发生降解，严重影响制件的外观和内在质量；料筒 的清洗；脱模剂选用，塑料制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件和正确的模 具设计，在生产上通常为了顺利脱模，通常使用硬脂酸锌（除聚酰胺外，各种塑 料均可使用） 、液态石蜡（适用于聚酰胺）和硅油（润滑效果好，但价格较贵， 使用也较麻烦）等作为脱模剂。 2 注塑成形过程 完整的住宿成形过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱 模等工序。但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。 图 2-1 注塑成型过程中塑料压力的变化 第一个阶段是充模过程：塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用 下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。这一 阶段的时间从开始充模到 ，压力变化为：熔体未注入模具型腔前模腔内没有压 1 t 力；待型腔充满时达到最大值。 0 p 第二个阶段是保压补缩（ ）：从熔体充满型腔是起至柱塞或螺杆退回 1 t 2 t 时止。在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒的熔料 继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要。在这段时间内，模腔内熔体压力 仍为最大值。保压补缩阶段对于提高塑件密度，减少塑件的收缩，克服塑件表面 缺陷均具有重要的影响。 第三个阶段是倒流阶段（）：从柱塞或螺杆开始后退起至浇口处熔体 2 t 3 t 的冻结时为止。这时模腔中的熔料压力比浇口前方的高，因此就会发生熔体通过 浇口流向浇注系统的倒流现象，从而是模腔内压力迅速下降。倒流现象一直进行 到浇口处熔料冻结为止，为浇口冻结时的压力。 1 p 第四个阶段是浇口冻结后的冷却（）：从浇口处塑料完全冻结起到制 3 t 4 t 件脱模取出时为止。 这时，倒流不再继续进行，模腔内的塑料继续冷却并凝固定型。脱模时，塑 件应有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。在冷却阶段中，随着温度的迅速下降， 模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。 3、 制件后处理； 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动 前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和 收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外， 还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件 需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进 行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后 处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处 理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为 100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。 2.2 注塑成形工艺条件 1）温度：注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温 度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生 “流涎现象” ；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状 和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的 热变形温度。ABS温度的经验数据如表2-1所示。 表2-1 温度的经验数据 料筒温度/喷嘴温度/模具温度/ 前段中段后段 200210210230180200 1801905070 2）压力：注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压 力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。 对于 ABS 流动性较差的塑料，可以取较大的保压压力。背压力是指注塑机螺杆顶 部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提 高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的 剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围 约为 3.427.5MPa。 3）时间（成形周期）：完成一次注射成形所需要的时间，称为成形周期。 它是决定注射成形生产率及塑件质量的一个重要因素。它包括以下几部分：注射 时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭 模等） 。在整个成形周期中，注射时间和冷却时间是基本组成部分，注射时间和 冷却时间的长短对塑料制品的质量有决定性影响。注射时间中的充模时间不长， 一般不超过 10s；保压时间较长，一般为 20120s（特厚塑件可达 510min） 。 冷却时间的长短应保证塑料制品脱模时不引起变形为原则，一般为 30120s。此 外， 表 2-2 成型周期与壁厚关系 制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s 0.5102.535 1.0153.045 1.5223.565 2.0284.085 表 2-3 制品成型工艺参数初步确定 特性内容特性内容 注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min） 50 喷嘴形式直通式模具温度 60 喷嘴温度() 180 后段温度()180200 中段温度()210230前段温度()200210 注射压力 MPa 90 保压力 MPa 70 注射时间 s 4 保压时间 s 25 冷却时间 s 20 其他时间 s 3 成型周期 s 52 成型收缩(%) 0.6 干燥温度()6080干燥时间()13 在成形过程中应尽可能缩短开模、脱模等其他时间，以提高生产率。确定成形周 期的经验数值如表 2-2 所示。 经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐 值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因 素，初定制品成型工艺参数如表 2-3 所示。后处理温度 70，保温时间 2 小时。 2.3 注塑机的选择 2.3.1、注塑机简介 注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法 有： 1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； 2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。 2.3.2 注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合 模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使 用注塑机的主要依据。 1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行 程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。 2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱 塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。 常用的注射速率如表2-4所示。 表2-4 注射量与注射时间的关系 注射量/CM 3 125250500100020004000600010000 注射速率/CM/S 125200333570890133016002000 注射时间/S 11.251.51.752.2533.755 3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料 还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。 4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成 型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能 力,反之则会加长成型周期。 5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用 下模具不应被熔融的塑料所顶开。 6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板 的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具 尺寸范围。 7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损 坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在 到停。 8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成 一次循环所需的时间。 2.3.3 选择注塑机 1）由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取）: 3 1.02kgdm 总体积 V=63.6cm ； 3 总质量 M=64.8g； 流道凝料V=0.5V (流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取 0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)； 实际注射量为: V=63.61.5=95.4cm ； 实 3 实际注射质量为： M=1.5M=64.81.5=97.3g； 实 根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V V （21） 公实 V= V/0.8 公实 =95.40.8 =119.25cm ； 3 2）由锁模力选定注射机 FF=AP （22） 锁 胀分型 =2/3143.73010 6 =287.4（KN） 式中 F注射机的锁模力（N） ；A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之 锁分 和； P型腔压力，取P=30MP ； 型型a 结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表2-5所示，查国产注射机主要技 术参数表取XS-ZY-125主要技术参数如下。 表2-5 国产注射机XS-ZY-125技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧拉杆内间距(mm) 260290 理论注射容积（cm ） 3 125 移模行程(mm) 300 螺杆(柱塞)直径(mm) 42 最大模具厚度(mm) 300 注射压力(MP ) a120 最小模具厚度(mm) 200 注射速率(g/s)锁模形式(mm)液压-机械 塑化能力(g/s)模具定位孔直径(mm) 螺杆转速(r/min)喷嘴球半径(mm) 12 锁模力(KN) 900 喷嘴口直径 4 2.4 注射机的校核 2.4.1 最大注射量的校核 塑件连同凝料在内的质量一般不大于注射机的公称注射量的80%，注射机多 以公称注容量表示，可采用下式校核： = (2-1) max GcG 式中 为可注射的最大注射量； max G c料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶形塑料c0.85，对 于非结晶形塑料c0.93； 所用塑料在常温下的密度：（ABS：=0.89） ； 注塑机的公称注射容量；G =0.850.89125g=94.56g max G 2.4.2 锁模力的校核 由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，这 个力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象，则： P =30143.7=43KNF所A分 式中 注射机公称锁模力；F所 P注射时型腔的压力，它与塑料品种和塑件有关，表2-6、2-7分别为型腔 压力的推荐值； 塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和。A分 表2-6 常用塑料选用的型腔压力 Mpa 塑料品种高压聚氯乙烯低压聚氯乙烯 PSASABSPOMPC 型腔压力1015 20 1520 30303540 表2-7 塑件形状和精度不同可选用的型腔压力 条件型腔平均压力/MPa举例 易于成形的制品 25 聚乙烯、聚苯乙烯等厚壁均匀的日用品、 容器类 普通制品 30 薄壁容器类 高黏度、高精度制品 35 ABS、聚甲醛等机械类零件、高精度制品 黏度和精度特别高制品 40 高精度的机械零件 2.4.3 注射压力的校核 （2-2）P 机 P 塑 式中注塑机的最大注射压力，P 机 Mpa； 成型塑件所需的注射压力， P 塑 Mpa； 一般ABS取100120 Mpa，XS-ZY-125注 射机的最大注射压力=150 Mpa。 P 机 图2-2 主流道始端与注射机喷嘴的配合 可见XS-ZY-125注射机满足要求。 2.4.4 喷嘴尺寸的校核 注射机的喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以 免高压熔体从狭缝处溢出。R2一般应比R1大12mm，否则主流道内的塑料凝料无 法脱出。如图2-2所示。 2.4.5 定位圈尺寸的校核 为了使模具的主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合，模具定模板上的 定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。 2.4.6 模具外形尺寸的校核 注塑机外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长度方向的尺寸要 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装在注塑机 的工作台面上。 2.4.7模具厚度的校核 模具厚度必须满足下式： （2-3） min H m H max H 200mm232mm300mm 式中所设计的模具厚度； m H 注塑机所允许的最小模具厚度； min H 注塑机所允许的最大模具厚度； max H 2.4.8、模具安装尺寸的校核 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：螺钉固定和压板固定。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钉孔一致；采用压板固定方法时（中、小模具多采 用这种方法） ，只要在模具的固定板附近有螺钉孔就行，有较大的灵活性。 该模具的外形尺寸为315mm250mm，属中小型模具，所以采用压板固定法 （一般认为当尺寸在500mm500mm内为中小型模具） 。 2.4.9 开模行程的校核 所选注塑机为液压-机械式锁模机构，最大开模行程受模具厚度的影响。此 时最大开模行程S开等于注塑机移动、固定模板台面之间最大距离减去模具厚度。 + +(510)mm (2-4)S开 1 H 2 H 30050+57-20+（510）=97mm 式中注塑机移模行程，300mm；S开 推出距离（型芯的高度） ，50mm； 1 H 流道凝料与塑件高度，57mm。 2 H 第三章第三章 模具设计模具设计 3.1 分型面的确定 根据分型面的选择原则： 1）便于塑件脱模； 2）在开模时尽量使塑件留在动模一侧； 3）外观不遭到损坏； 4）有利于排气和模具的加工方便； 5）考虑侧向分型面与主分面的协调。 结合该产品的结构，分型面确定在塑件的最大投影面积上。如图3-1所示： 图3-1 分型面的位置 3.2 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 确定主要考虑以下几个因素： 1）塑件的尺寸精度； 2）模具制造成本； 3）注塑成形的生产效益； 4）模具制造难度。 查手册得塑件的经济精度推 荐4级，这个产品是两个壳件的组合，所以初定为一模四腔最合理， 图3-2 模具型腔的排列形式 排列形式如图3-2所示。 3.3 浇口的确定 为了不影响外观，简化模局结构，确定使用侧浇口。 3.4 模具材料的选择 现有的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，如果选择不当则所有的精度加工所投入的工时、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，以使用性能 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ABS特性看，这三个指标是必须要满足的， 此外还有红硬性、抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。 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。 查手册选择模仁的材料是4Cr13，属于马氏体类型不锈钢，该钢机械加工性 能较好，经热处理（淬火及回火）后，具有优良的耐磨性能、抛光性能，较高 的强度和耐磨性，适于制造承受高负荷，高耐磨及腐蚀介质作用下的塑料模具， 透明塑料制品模具等，有关参数如下： 物理性能：临界温度：820 ：1100 1 Ac 3 Ac 线膨胀系数：10.5（在20100） 热导率：27.6W/MK（在20左右） 弹性模量：（pa）：21000223500（在20左右） 第四章 浇注系统的设计 注塑模具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。它向型腔中传质、 传热、传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的 难度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主要内 容之一。 4.1 主流道设计 主流道是熔融塑料由注射机喷嘴喷出时最先经过的部位，它与注射机喷嘴 在同一轴心线上。由于主流道与熔融塑料和注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般 浇口不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，便于选用 优质的钢材单独加工和热处理。 4.1.1 主流道尺寸 断面为圆形，有一定的锥度；目的是便于凝料的脱模，同时也改善料流的 速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图4-1所示： 图4-1 主流道的设计 主要参数：锥角=36（取=5） ； 内表面粗糙度=0.63mm； a R 小端直径D=d+（0.51）mm； 半径=+(12)mm； 2 R 1 R 材料：T8A 4.1.2 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），以便有效的选 用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件，只需去买就行了。常 用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者，有托浇口套用于配装 定位圈。浇口套的规格有12mm，16mm，20mm 等几种。由于注射机的 喷嘴半径为12mm，所以浇口套的半径为R14mm。 4.1.3 主流道衬套的固定 因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是 标准件，外径为120mm，内径35mm。具体固定形式如图4-2所示： 图4-2 固定形式 4.2 分流道 分流道是将熔融的塑料从主流道中通过流道截面及其方向的变化，平稳进 入单腔中的进料浇口或从主流道进入多腔模的浇口的通道。它是主流道与浇口 的中间连接部分，起分流和转换方向的作用。通常分流道设置在分型面的成型 区域内。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 应尽可能的短，一减少压力损失、热量损失和流道凝料。通常分流道断面尺寸 推荐如表3-1所示： 表4-1 流道断面尺寸推荐值 塑料名称分流道断面直径（mm）塑料名称分流道断面直径（mm） ABS、AS4.89.5聚苯乙烯3.510 聚乙烯1.69.5软聚苯乙烯3.510 尼龙类1.69.5硬聚苯乙烯6.516 聚甲醛3.510聚氨酯6.58 丙烯酸810热塑性聚酯3.58 抗冲击丙烯酸812.5聚苯醚6.510 醋酸纤维素510聚砜6.510 聚丙烯510离子聚合物2.410 异质同晶体810聚苯硫醚6.513 分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形。要减少流道内的压 力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失。因此，可以用流 道截面积与周长的比值来表示流道的效率。其中圆形和正方形的效率最高，但 是正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形 断面形状，直径为6mm。 图4-3 冷料穴的基本尺寸 4.3、冷料穴 冷料穴一般设置在主流道的末端，即主流道正对面的动模板上或处于分流 道 的末端。它的作用是用来储藏注射间歇期间喷嘴前端由散热造成温度降低而产 生的冷料，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 直径。冷料穴的尺寸如图4-3所示。 4.4 浇口 1）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。 矩形侧浇口的基本尺寸如表4-2所示： 表4-2 矩形侧浇口基本尺寸 mm 厚度h宽度b塑料名称壁厚 简单塑件复杂塑件中小型塑件大型塑件 长度L 聚乙烯 1.5 0.50.70.50.6 聚丙烯1.530.60.90.60.8 聚苯乙烯 3 0.61.10.81.0 有机玻璃 1.5 0.60.80.50.8 ABS 1.531.21.40.81.2 聚甲醛 3 1.21.51.01.4 聚碳酸酯 1.5 0.81.20.61.0 聚苯醚1.531.31.61.21.5 聚砜 3 1.01.61.41.5 （310）a 10a 0.72 浇口的类型有很多，有侧浇口、点浇口、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，该模具采用侧浇口，共有以下特性： 1)形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； 2)试模时如发现不当，容易及时修改； 3)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。 第五章 成型零部件结构设计 5.1 型腔工作尺寸的计算 型腔的各个部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此应该选择塑件公差的 1/2，取负偏差，在加上-的磨损余量，而型腔深度则加上-的磨损量， 1 4 1 6 这样型腔的计算尺寸表述如下： 1)型腔的径向尺寸 型腔径向尺寸的计算式： （5-1） 0 0 3 4 DD （1+S）- 式中型腔的最小基本尺寸；D 型腔的最大基本尺寸； 0 D 塑料的平均收缩率，；S 2 SS S 大小 塑件的公差； 模具制造公差，按IT9级选取而精度要求不高的塑件按选取。 11 36 : 对于78mm： 0 0 3 4 DD （1+S）- =mm 0.048 0 3 78(1 0.006)0.19 4 = 0.048 0 78.33mm 对于51mm： 0 0 3 4 DD （1+S）- =mm 0.04 0 3 51(1 0.006)0.16 4 = 0.04 0 51.186mm 对于41mm： 0 0 3 4 DD （1+S）- =mm 0.035 0 3 41(1 0.006)0.14 4 = 0.035 0 41.14mm 对于43mm： 0 0 3 4 DD （1+S）- =mm 0.035 0 3 43(1 0.006)0.14 4 = 0.035 0 43.152mm 2）型腔的深度尺寸 型腔深度尺寸的计算式： （5-2） 0 0 2 3 HH （1+S）- 对于50mm： 0 0 2 3 HH （1+S）- = 0.035 0 2 50(1 0.006)0.14 3 mm = 0.035 0 50.21mm 对于34mm： 0 0 2 3 HH （1+S）- = 0.033 0 2 34(1 0.006)0.13 3 mm = 0.033 0 34.12mm 对于20mm： 0 0 2 3 HH （1+S）- = 0.025 0 2 20(1 0.006)0.1 3 mm = 0.025 0 20.05mm 对于16mm： 0 0 2 3 HH （1+S）- = 0.025 0 2 16(1 0.006)0.1 3 mm = 0.025 0 16.03mm 式中型腔深度的最小基本尺寸；H 塑件的最大基本尺寸；其余符号与公式（5-1）相同。 0 H 5.2 型芯尺寸计算 型芯的各个部分除了特殊情况外都是趋于缩小尺寸，因此应该选择塑件公 差的，取正偏差，在加上的磨损余量，而型腔高度则加上的磨 1 2 1 4 1 6 损余量。这样，型芯的计算尺寸表述如下： 1）型芯的径向尺寸 型芯径向尺寸的计算式： （5-3） 0 0 3 4 dd （1+S）+ 对于74mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.0475 0 0.0475 3 74(1 0.006)0.19 4 74.3 mm mm 对于47mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.035 0 0.035 3 47(1 0.006)0.14 4 47.4 mm mm 对于39mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.0325 0 0.0325 3 39(1 0.006)0.13 4 39.3 mm mm 对于16.5mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.025 0 0.025 3 16.5(1 0.006)0.1 4 16.7 mm mm 对于37mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.033 0 0.033 3 37(1 0.006)0.13 4 37.3 mm mm 对于2mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.02 0 0.02 3 2(1 0.006)0.06 4 2.06 mm mm 对于10mm： 0 0 3 4 dd （1+S）+ 0 0.033 0 0.033 3 10(1 0.006)0.08 4 10.12 mm mm 式中型芯的最大基本尺寸；d 型芯的最小基本尺寸；其余符号与公式（5-1）相同。 0 d 2）型芯的高度尺寸 型芯高度尺寸的计算式： （5-4） 0 0 2 3 hh （1+S）+ 对于48mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.033 0 0.033 2 48(1 0.006)0.14 3 48.38 mm mm 对于32mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.033 0 0.033 2 32(1 0.006)0.13 3 32.28 mm mm 对于18mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.025 0 0.025 2 18(1 0.006)0.1 3 18.18 mm mm 对于16mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.025 0 0.025 2 16(1 0.006)0.1 3 16.16 mm mm 对于6mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.025 0 0.025 2 6(1 0.006)0.07 3 6.08 mm mm 对于10mm： 0 0 2 3 hh （1+S）+ 0 0.03 0 0.03 2 10(1 0.006)0.09 3 10.12 mm mm 式中型芯高度的最大尺寸；h 塑件内形深度的最小尺寸；其余符号与公式（5-1）相同。 0 h 第六章 侧向分型与抽芯机构的设计 当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的 零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否 则就无法脱模。带动侧向成型零件作侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为 侧向分型与抽芯机构。 6.1 抽芯距确定与抽芯力计算 侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动 的距离称为抽芯距。此模中抽芯距为2。抽芯力的计算同脱模力计算相同。对 于侧向凸起较少的塑件的抽芯力往往是比较小的，仅仅是克服塑件与侧型腔的 粘附力和侧型滑块移动时的摩擦阻力。 对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下公式进行估算： Fc=chp(cossin) （6-1） 式中：Fc抽芯力（N）； c侧型芯成型部分的截面平均周长（m）； h侧型芯成型部分的高度（m）； p塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑件的 品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，p（0.81.2） Pa，模外冷却的塑件，p（2.43.9）Pa； 7 10 7 10 塑料在热状态时对钢的摩擦系数，一般0.150.20； 侧型芯的脱模斜度或倾斜角（ ），为0.05； 在此模具中 ch 为面积，ch500 ()，p 取3.5Pa， 6 10 7 10 取0.2；所以： Fc=52.8421（cos0.5-sin0.5）=350（N）； 6 10 7 10 共有4个型腔，所以总脱模力为 8Fc2800（N）。 6.2 斜顶的设计 由于该塑件有两个侧孔，需要有侧抽芯机构来完成。但由于侧滑块与斜导 柱给加工带来很多不便，所以本设计采用斜顶。斜顶的具体尺寸如图6-1所示： 斜顶的尺寸计算如下： 斜顶的倾斜角度：= tan h l 144 14.4 10 86 arctan14.4 图6-1 斜顶的结构 第七章 推出机构的设计 7.1 顶出系统的设计 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， 完成塑件的装置称为脱模 ，也称顶出机构。 脱模机构的设计一般遵循以下原则： 1） 塑件滞留在动模一侧，以便借助开模力驱动脱模装置完成脱模动作。 2） 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推 出力应适于塑件刚度和强度最大的部位。 3） 结构合理可靠，便于制造和维护。 7.2 脱模力的计算 在注射动作结束后，塑件在模内冷却定形，由于体积收缩，对型芯产生包 紧力，当其从模具中推出时，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。对于不带 孔的筒、壳类塑件脱模推出时还需要克服大气压。 开始脱模时所需的脱模力最大，其后推出力的作用仅仅是为了克服推出时 机构移动的摩擦力。如图7-1所示为塑件在 脱模时型芯的受力分析情况。由于推出力 的作用，使塑件对型芯的总压力（塑件 1 F 收缩引起）降低了sin，因此，推出时 t F 摩擦力为： m F =（-sin） （7- m F b F t F 1） 式中脱模时型芯受到的摩擦阻力， m F N； 塑件对型芯的包紧力，N； 图7-1 受力分析图 b F 脱模力（推出力） ，N； t F 脱模斜度； 塑件对钢的摩擦系数，约为0.10.3。 根据力的平衡原理，可列出平衡方程式 =0 x F 故 （7-2）cossin0 mtb FFF 由式（3-4）和（3-5） ，经整理后得： = （7-3） t F cossin 1cossin b F （） 因实际上摩擦系数较小，更小，也小于1，故忽略sincossin ，将（7-3）简化为cos =AP(-) （7-4） tb cossinFF （-）cossin 式中A塑件包络型芯的面积，； 2 m P塑件对型芯单位面积的包紧力。一般情况下，模外冷却的塑件，P取 2.43.9；模内冷却的塑件P取0.81.2； 7 10 7 10 a P 7 10 7 10 a P 故 =128.4230（0.3cos-sin） t F 4 10 6 1055 =112212 N =4=448848 NF总 t F 从式（7-4）可以看出，脱模力的大小与塑件壁厚、与垂直于脱模方向塑件 的投影面积，型芯长度、塑件的收缩率、脱模斜度有关，同时也与塑料与钢 （型芯材料）之间的摩擦系数有关。 7.3 推杆脱模机构 推杆脱模机构是最简单、最常用的一中具有制造简单方便，推出效果好等 特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。 推杆的截面形状可分为圆形、方形或椭圆形等其他形状。根据塑件的推出 部位而定，最常用的截面形状为圆形，推杆又分为普通推杆和成型推杆两种， 前者只起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆 的使用是非常灵活。 1) 推杆尺寸的计算 本设计采用的圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简