毕业设计（论文）-盖注塑模具设计（全套图纸三维）.doc

模模 具具 设设 计计 综综 合合 实实 践践 报报 告告 书书 题题 目：目： 盖注射模具设计与制造 班班 级：级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导老师：指导老师： 提交日期：提交日期： 机械优集学院 三维设计制造系 摘摘 要要 本文是关于盖注塑模具的设计，塑件虽然不是很复杂，但其设计的难点在于侧 进胶芯机构和浇注系统的设计。本次设计主要使用 UG9.0 软件，结合生产实践来设 计盖注塑模具的整体结构，通过对塑件形状、尺寸等方面的分析来确定其工艺。主 要包括分型面的选择,浇注系统的设计,成型零件的计算,侧进胶芯机构的设置,顶出 机构和冷却系统的设计等，此外还对其脱模力进行计算，并选择合适的注塑机。本 次设计使用 UG9.0，胡波外挂来进行模架、螺钉、顶杆等零件的选取，设计安装完 成后，直接导出 2D 装配图及相关零件图，大大缩短了设计时间。 关键词：关键词：注塑模具；侧进胶芯； 浇注系统 全套图纸加全套图纸加 153893706 Abstract This is the design on the lid of the plastic injection mold, the plastic parts is not very complicated, but the difficulty lies in its design of the side core-drawing institutions and gating system design. The design using Pro / E software, combined with production practices to design the overall structure of the lid injection molds and the plastic parts shape, size and other aspects of the analysis to determine the process. Including the choice of the parting surface, gating system design, calculation of the molded part, side core- pulling mechanism set up, ejection mechanism and the cooling system design, in addition to the ejection force be calculated, and choose the appropriate injection molding machine. The design using UG9.0, the 胡波外挂 to select the mold, screws, ejector parts, design and installation is complete, direct export 2D assembly drawings and part drawings greatly reducing the design time. Keywords: Injection mold; Side core-pulling; feed system 目目 录录 第一章 绪论.5 1.1 引言 .5 1.2 我国模具技术的现状及今后发展趋势 .5 1.3 注塑模具的发展及前景 .6 第二章 注塑件的设计.7 2.1 材料性能 .7 2.2 脱模斜度 .9 2.3 壁厚 .9 2.4 圆角 .10 2.5 塑件的尺寸精度及表面质量 .10 2.5.1 尺寸精度 .10 2.5.2 塑件的表面质量 .11 2.5.3 塑件体积和质量的计算 .11 第三章 注塑机的选择.12 3.1 选定注射机 .12 3.2 注射压力校核 .13 3.3 锁模力校核 .13 3.4 模具厚度校核 .14 3.5 开模行程校核 .14 第四章 模具设计.15 4.1 分型面的设计 .15 4.2 型腔数的确定 .16 4.3 模具浇注系统设计 .17 4.3.1 主流道和分流道设计 .17 4.3.2 浇口套设计 .20 4.3.3 冷料穴及拉料杆 .20 4.3.4 排气方式 .21 4.4 成型零件设计 .21 4.4.1 型腔及型芯的设计 .21 4.4.2 工作尺寸计算 .22 4.5 模架的选取 .24 4.6 导向机构的设计 .25 4.7 脱模机构的设计 .26 4.7.1 顶出机构的设计原则 .26 4.9 冷却装置的设计 .29 4.9.1 温度调节对塑件的影响 .29 4.9.2 冷却系统的设计原则 .30 4.9.3 冷却管道传热面积及管道数目的计算 .32 设计小结.33 致 谢.34 参 考 文 献.35 5 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态） 的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料 消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。 模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水 平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产 品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人 们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中， 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。 模具在机械、电子、轻工、汽车、纺织、航空、航天等工业领域里，日益成为使用 最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 6090的产品的零件，组件 和部件的生产加工1。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国、日本、法国、瑞士等 国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配 备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道， 模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国 民经济的发展有着特别重要的意义。 1.2 我国模具技术的现状及今后发展趋势我国模具技术的现状及今后发展趋势 20 世纪 80 年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并 发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的 模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以 15的增长速度快速发展。许多模具 企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发 展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。 模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发 展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国2。 6 中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平 有了较大提高。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控 加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提 高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献3。 尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是 数量还是质量仍满足不了国内市场的需要。与发达国家的模具工业相比，在模具技 术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新， 以缩小与国际先进水平的距离： (1)注重开发大型、精密、复杂模具；随着我国轿车、家电等工业的快速发展， 成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。 (2)加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模 具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。 (3)推广 CAD/CAM/CAE 技术；模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一 个重要里程碑。实践证明，模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向， 可显著地提高模具设计制造水平。 (4)重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现， 模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技 术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用4。 1.3 注塑模具的发展及前景注塑模具的发展及前景 模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶 模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都 是依靠三维的模具形腔是材料成型。塑料模是塑料成型的工艺装备。 塑料模约占模具总数的 35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模， 挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型 模，吹塑模等5。 中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，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（约 122CM）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， 精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。 7 经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速 成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩 短模具设计制造周期等方面作出了贡献。 中国塑料工业多年持续高速增长，1991 年产量仅为 250 万吨，1995 年增为 350 万吨，1998 年超过 700 万吨，到 2002 年已增达约 1400 万吨，超过日本而成为世界 第 3 大塑料原料生产国。中国塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农 用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过 2500 万吨。其 中包装塑料制品今年需求量将超过 850 万吨，工程塑料制品需求量将达 400 万吨左 右，建材塑料制品需求量将达 300 万吨以上，农用塑料制品需求量将在 500 万吨左 右，日用塑料制品需求量约为 80 万吨左右。塑料模具在未来发展前景非常广阔6。 第二章第二章 注塑件的设计注塑件的设计 2.1 材料材料性能性能 此塑料件为 PE 料 聚乙烯（polyethylene ，简称 PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工 业上，也包括乙烯与少量 -烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有 优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100-70C），化学稳定性好，能耐大多数 酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝 缘性优良。 是以乙烯单体聚合而成的聚合物。聚乙烯乃 1922 年由英国 ICI 合成，1939 年开 始工业生产，在美国正式工业性生产，大战中为重要的雷达用绝缘材料和军需用品， 战后，日本三井石油化学、住友化学（1958 年）开始正式生产，1975 年 14 年厂年 产 140.7 万吨，仅次于美国。 1933 年，英国卜内门化学工业公司发现乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。此法 于 1939 年工业化，通称为高压法。1953 年联邦德国 K.齐格勒发现以 TiCl4- Al(C2H5)3 为催化剂，乙烯在较低压力下也可聚合。此法由联邦德国赫斯特公司于 1955 年投入工业化生产，通称为低压法聚乙烯。50 年代初期，美国菲利浦石油公司 8 发现以氧化铬-硅铝胶为催化剂，乙烯在中压下可聚合生成高密度聚乙烯，并于 1957 年实现工业化生产。60 年代，加拿大杜邦公司开始以乙烯和 -烯烃用溶液法 制成低密度聚乙烯。1977 年，美国联合碳化物公司和陶氏化学公司先后采用低压法 制成低密度聚乙烯，称作线型低密度聚乙烯，其中以联合碳化物公司的气相法最为 重要。线型低密度聚乙烯性能与低密度聚乙烯相似，而又兼有高密度聚乙烯的若干 特性，加之生产中能量消耗低，因此发展极为迅速，成为最令人注目的新合成树脂 之一。 低压法的核心技术在于催化剂。德国齐格勒发明的 TiCl4-Al(C2H5)3 体 系为聚烯烃的第一代催化剂，催化效率较低，每克钛约得数千克聚乙烯。1963 年比利时索尔维公司首创以镁化合物为载体的第二代催化剂，催化效率达每克钛得 数万至数十万克聚乙烯。采用第二代催化剂还可省去脱除催化剂残渣的后处理工序。 以后又发展了气相法高效催化剂。1975 年，意大利蒙特爱迪生集团公司研制成可省 去造粒而直接生产球状聚乙烯的催化剂，被称作第三代催化剂，是高密度聚乙烯生 产的又一变革。 聚乙烯是结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程 度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决 件分子链的规整程度与其所经历的热历史。 聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差于聚合物的化 学结构和加工条。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法(见塑料加工)加工。用途 十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品 等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化工的发展，聚乙烯生产得 到迅速发展，产量约占塑料总产量的 1/4。1983 年世界聚乙烯总生产能力为 24.65Mt，在建装置能力为 3.16Mt。2011 年最新统计结果，全球产能达到 96Mt，聚 乙烯生产的发展趋势显示，生产消费逐步向亚洲地区转移，中国日渐成为最重要的 消费市场。 在核物理，天体物理，反应堆运行中运用聚乙烯作为漫化剂来测 量中子。对核物理的研究做出了自己的贡献. 聚乙烯(PE)塑料一种，我们常常提的方便袋就是聚乙烯(PE)。聚乙烯是结构最简 单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的CH2单元连接而成的。 9 聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2 ）的发生加成聚合反应而成的。 聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30 大气压)有机化合物催化 条件下进行 Ziegler-Natta 聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的 聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100- 300MPa)，高温(190210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密 度聚乙烯(LDPE)，它是支链化合结构的。 2.2 脱模斜度脱模斜度 该塑件采用的塑料是 PE，而 PE 的成型收缩率较小（0.4-0.7%），而且塑件不 太复杂，对型芯的包紧面积也不太大，所以应取较合适的脱模斜度。为保证壁厚的 均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。这里脱模斜度取 1。 2.3 壁厚壁厚 该塑件有许多中不同的壁厚。壁厚不均匀，这就造成塑料熔体的充模速率和冷 却收缩不均匀，并由此产生许多质量问题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。为 防止此类现象出现，这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设计，故我在壁厚不 同处采取过渡设计，例如：采用圆弧过渡等措施。 图 2-2 成形零件 2D 图 10 2.4 圆角圆角 该塑件内外表面的转折处都设计了圆角。其采用圆角不仅降低了应力集中系数， 提高了抗冲击、抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻 力。降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。而且成 型模具型腔也有了对应的圆角，提高了成型零件的强度。 2.5 塑件的尺寸精度及表面质量塑件的尺寸精度及表面质量 2.5.1 尺寸精度尺寸精度 （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，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证轮与壳体轴的闭合， 所以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。 新标准将塑件制品等级分为三级，即精密级、中级和自由尺寸等级，其尺寸公 差见表 2-1。 表 2-1 塑料制品精度等级的选用 建议采用精度 类型塑料品种 精密中等自由尺寸 1 聚碳酸酯 345 根据精度等级选用表，PE 的高精度为 3 级，一般精度为 4 级。 （2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： =+ （2-1） 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 11 （3）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。 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。 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。 成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，并影响尺寸精度。 2.5.2 塑件的表面质量塑件的表面质量 塑件的外表面要求没有缺陷，没有导电杂质，所以外表面应比较光滑即外表面 粗糙度较低，其内表面无特别要求。 2.5.3 塑件体积和质量的计算塑件体积和质量的计算 该产品材料为 PE 塑料，其密度为 1.20219 g/cm3，收缩率为 0.0040.007。 计算其平均密度为 1.05 g/cm3，平均收缩率为 0.005，下面主要对下壳进行计算和 校核。 使用 UG9.0 软件对塑件三维模型进行分析得： 塑件体积为 V=109104 mm 3 密度=1.05 g/cm3 质量=114g 计算塑件质量： 由公式 M= V=1.0510-35.92104=114g 图 2-3 质量属性 12 第三章第三章 注塑注塑机的选择机的选择 3.1 选定注射机选定注射机 由 UG9.0 建模分析得（材料密度取 1.05 g/cm3）塑件体积为: V=219104mm3，塑件质量为:M=230.1g 塑塑 图 3-1 成形零件 由此选择卧式注射成型机：HTF120X；该设备的技术规范见表 3-1： 表3-1 国产注射机HTF120X技术参数表 注射装置 INJECTION UNITA AB BC C 螺杆直径 Screw Diametermm404548 螺杆长径比 Screw L/D RatioL/D22.52018.8 理论容量 Shot Size(Theoretical)cm3253320364 注射重量 Injection Weight(PS)g230291331 注射压力 Injection PressureMpa202159140 螺杆转速 Screw Speedrpm 0175 合模装置 CLAMPING UNIT 合模力 Clamp TonnageKN1600 移模行程 Toggle Strokemm420 拉杆内距 Space Between Tie Barsmm455x455 13 3.2 注射压力校核注射压力校核 PE 塑料推荐注射压力为 120140MPa，考虑到本制件壁厚较小，充模阻力取注射 压力为 120Mpa,根据已选的注射机可知符合要求。 3.3 锁模力校核锁模力校核 注射成型时的塑料会产生模板间的涨模力，此涨模力等于塑件和浇注系统在分 形面上的投影面积与型腔压力之积。为防止模具分型面被涨模力顶开，必须对模具 最大模厚 Max.Mold Heightmm500 最小模厚 Min.Mold Heightmm180 顶出行程 Ejector Strokemm140 顶出力 Ejector TonnageKN33 顶出杆根数 Ejector NumberPiece5 其它 OTHERS 最大油泵压力 Max.Pump PressureMPa17.5 油泵马达 Pump Motor Powerkw15 电热功率 Heater Powerkw9.75 外形尺寸 Machine Dimension(LxWxH)m5.4x1.45x2.05 重量 Machine Weightt5.2 料斗容积 Hopper Capacitykg25 油箱容积 Oil Tank CapacityL320 14 施加足够的锁模力，否则在分型面处会产生溢料现象，因此模具设计时应使注射机 的额定锁模力大于涨模力。 则 F)AP(nA 21 20（21000075）=402250500000N （3-2） 式中， F注塑机额定锁模力(N)； 单个塑件在模具分型面 1 A 上的投影面积(mm2)； 浇注系统在模具分型面 2 A 上的投影面积(mm2)； 图 3-2 喷嘴与浇口套尺寸关系 塑料熔体在型腔内的平均压力（2040MPa）。 P 3.4 模具厚度校核模具厚度校核 模具厚度必须满足下式： H H H （3-3） min m max 70 80 200 满足要求。 式中 H 所设计的模具厚度 80mm； m H注塑机所允许的最小模具厚度 70mm； min H注塑机所允许的最大模具厚度 200mm； max 3.5 开模行程校核开模行程校核 模具开模取出制品所需的开模距离必须小于注射机的开模行程。注射机最大的 开模行程的大小直接影响模具所形成的塑件高度，太小时塑件无法从动定模之间取 出。 所选注塑机为液压机械联合作用锁模机构，最大开模行程不受模具厚度影响。 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 开 度 SH +H +（510）mm （3-4） 开12 15 18025+25+10 18060 满足要求。 式中 S注塑机移模行程 180mm； 开 H 推出距离 25mm； 1 H 流道凝料与塑件高度 25mm。 2 第四章第四章 模具设计模具设计 4.1 分型面的设计分型面的设计 为了将塑件和浇注系统凝料等从密闭的模具取出，以及为了安放嵌件，将模具 适时地分成两个或若干个组成部分，这些可以分离部分地接触面，统称分型面。 模具设计中分型面的选择很关键,它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则 和塑件的成型要求来选择分型面。选择模具的分型面时应考虑以下基本原则： （1）分型面的选择应有利于脱模 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造 （4）分型面应有利于侧进胶芯 （5）分型面应选在塑件外形最大轮廓处 （6）便于塑件脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边 16 图 4-1 分型面的选取 4.2 型腔数的确定型腔数的确定 一模具两件的布局将使模具生产提高效率，适应中小批量的生产要求,料流比 较顺畅,流程较短,零件质量较好。如图 4-2 所示： 图 4-2 壳体配套的一模两腔 4.3 模具浇注系统设计模具浇注系统设计 4.3.1 主流道和分流道设计主流道和分流道设计 1.主流道顶部设计成半球形凸坑，以便与喷嘴衔接，为避免高温塑料熔体溢出， 17 凹坑球半径比喷嘴球头半径大 2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料 无法一次脱出，由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立 的主流道衬套，选用 45 号钢材并经热处理提高硬度，设计独立的定位环用来安装模 具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径 1mm 以避免溢料并且防止 衔接不准而发生的堵截。 定义：主流道是指从注射机喷嘴与模具接触的部位起，到分流道为止的这一段。 主流道形状及其与注塑机喷嘴配合关系如图 4-3 图 4-3 主流道形状与注塑机喷嘴配合关系图 A.小端直径 D2=D1+（0.51mm） B.小端球半径 R2=R1+（12mm） （其中 D1、R1 分别为注射机射出口的直径及注射头的球半径) 由于 PE 流动性一般，所以主流道进口端的截面直径取稍大些。根据所选注塑机 的喷嘴前端孔径得：4 主流道进口端直径 D =5mm 1 主流道进口端的截面直径 D =6mm 2 锥角 =3 主流道出口端圆角半径 R=0.125D =0.75mm 取 1mm 2 主流道表壁的表面粗糙度 R =0.8m A 主流道长度 L =22mm 2 注塑机喷嘴前端孔径 R1=5.5mm 所以主流道进口端球面半径取 R2=5mm 主流道如图 4-4 所示： 18 图 4-4 主流道设计图 2.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，设计应尽量保证所有 的型腔同时得到均一的充填和成型。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。 (1)分流道的平衡 在多腔模具中，熔体在主流道与各分流道，或各分流道之间的体积流量是不会 相同的，但可以认为他们的流速是相等的，以此达到各型腔同时充满的目的。为此 各流道之间应以不同的长度或截面尺寸来达到流量不等，经分析可推导，可用下式 进行平衡计算： L1/L2=d1/d2=Q1/Q2 （4-1） 式中 Q1，Q2熔融树脂分别在流道1 和流道2 中的流量 cm3/s； d1, d2分流道1 和分流道2 的直径 cm; L1，L2分流道1 和分流道2 的长度 cm。 上式没有考虑分流道转弯局部阻力的影响，以及模具温度不均的影响。实际上 尚须对这些因素作校正，才能达到充模时间相等的目的。当分流道作平衡布置，且 各型腔所需之填充量又相等时，则各流道的长度变化、长度尺寸等均应相同。 (2)浇口的平衡 19 在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所 需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融体同时充满各型腔。 浇口平衡简称为BGV,只要做到各型腔BGV 值相同，基本上能达到平衡填充。 对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下： BGV （4-2） LgLr Ag 式中 Ag浇口的截面积mm2; Lg浇口的长度mm; Lr分流道的长度mm。 浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截面积之比Ag/Ar 取0.070.09。 3.分流道截面形状 分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、V 形等多种。其中圆形截面 最理想，使用越来越多。本次设计采用圆形截面。 分流道直径 d 为 3mm，主流道到分流道长度 Lr2=47mm。浇口的长度 Lg=1.5mm 分流道截面积 Ar Ar=3.14=7.065 mm2 2 ) 2 (d 4.3.2 浇口套设计浇口套设计 由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以 一般都不将主流道直接开在定模上，将它单独开设在一个嵌套中，然后将此套再嵌 入定模内，此套为浇口套,也称为主流道衬套。浇口套应选用优质钢材8A，热处理 硬度为 53-57HRC。长度应与定模配合部分的厚度一致，主流道出口处的端面不得突 出在分型面上，否则不仅会造成溢料，而且还会压坏模具。衬套与定模之间的配合 采用 H7/6。选择的浇口套如图 4-5 所示： 20 图 4-5 浇口套设计图 4.3.3 冷料穴及拉料杆冷料穴及拉料杆 冷料穴的作用是贮存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料， 以防止熔体冷料进入型腔。冷料穴一般设在主流道的末端，当分流道较长时，在分 流道的末端有时也开设冷料穴。 拉料杆冷料井可分为顶出杆成型的“拉顶”冷料井、拉料杆成型的“拉料”冷 料井和凹坑拉料冷料井。在本次设计中，我们采用 Z 字形拉料杆如图 4-6，工作时 依靠 Z 字形钩将主流道凝料拉出浇口套，推出后由于钩子的方向性而不能自动脱料， 需要人工取出。 图 4-6 冷料穴和拉料杆形式 4.3.4 排气方式排气方式 此制件属中小型，且注射速度中等，可以利用分型面和推杆的间隙排气，不开 设专门排气槽，这样既可减少设计的复杂度，又可节约设计成本。 21 4.4 成型零件设计成型零件设计 4.4.1 型腔及型芯的设计型腔及型芯的设计 （1）型腔的设计 为了保证型腔使用寿命，不浪费价格昂贵的材料。并且型腔损坏后，维修、更 换方便。所以选用整体嵌入式型腔-沉孔嵌入式。 图 4-7 型腔设计图 (2）型芯的设计 由于整体式型芯浪费材料太大并且切削加工量大，在当今的模具结构中几乎没 有这种结构。所以型芯也选择整体嵌入式-沉孔嵌入式。 22 图 4-8 型芯设计图 4.4.2 工作尺寸计算工作尺寸计算 (1)型腔的工作尺寸计算 其工作尺寸属于包容尺寸，尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。 径向尺寸计算公式： L= （4-3） 4 3 1kL塑 深度尺寸计算公式： H= （4-4） 3 2 1kH塑 式中 L为塑件外形最大尺寸 mm； K为塑件的平均收缩率 0.005； 为塑件的尺寸公差 mm； 为模具制造公差,取塑件尺寸公差的 1/3-1/4； H为塑件高度方向的最大尺寸 mm。 型腔长度尺寸计算为： 23 （4-5） 4 . 0 4 . 0 02.26052 . 0 43260%5 . 01 M L 型腔深度尺寸计算为： （4-6） 16. 0 16 . 0 02.854 . 0 3 2 58%5 . 01 M H 型腔宽度尺寸计算为： （4-7） 33.0 33.0 184.0248 . 0 43184%5 . 01 M L （2）型芯的工作尺寸计算 其工作尺寸属于被包容尺寸，尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 径向尺寸计算公式： = （4-8）l 4 3 1kl塑 高度尺寸计算公式： = （4-9）h 3 2 1kh塑 式中 l为塑件外形最大尺寸，mm； K为塑件的平均收缩率 0.005； 为塑件的尺寸公差，mm； 为模具制造公差,取塑件尺寸公差的 1/4； 为塑件高度方向的最大尺寸，mm。h 型芯长度尺寸计算为： （4-10） 4 . 0 4 . 0 02.26052 . 0 43260%5 . 01 M L 型芯宽度尺寸计算为： （4- 33.0 33.0 184.0248 . 0 43184%5 . 01 M L 11） 型芯高度尺寸计算为： （4-12） 12 . 0 12 . 0 03.10738 . 0 3 2 107%5 . 01 M H （3）中心距尺寸的计算 24 模具上中心距尺寸与制品上中心距的公差标注均采用双向等值公差和 2 1 表示。此外，在中心距尺寸的计算中不考虑磨损量，中心距尺寸计算,公式如 2 Z 下 （4- 2 1 z scpM LSL 13） 式中 模具中心距尺寸 mm； M L 塑件中心距尺寸 mm。 s L 所以 mm （4-14）28 . 0 6.5825128 . 0 6.51%5 . 01 M L 4.5 模架的选取模架的选取 模架是注射模的骨架。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模座板、 垫块、推板、推板固定板、导柱、导套、复位杆、斜导柱等组成。 由于浇口采用的是点浇口所以模架需选择小水口模架，根据行腔尺寸查塑料 模具设计附录 B 提供的标准模架图例选取模架为如图 4-9 所示： 图 4-9 模架图 25 4.6 导向机构的设计导向机构的设计 导向机构主要有导向、定位、承受侧压力三个作用，为了使合模动作更加可靠 平稳在型腔周围设四根导柱，将导柱开设在动模侧即导柱正装，为保护型芯，避免 合模时型芯进入型腔时由于方位搞错而损坏模具或由于定位不准而互相碰伤，设在 动模上的导柱长度高出型芯 68mm，导柱采用带头导柱和导套配合的方式，安装段 与模板间采用过渡配合 H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合 H7/f6，固定段表面粗 糙度为 Ra1.6m 导向段表面也用 Ra1.6m，导柱需要有硬而耐磨的表面，坚韧而 不易折断的芯部，因此采用材料 T8A 渗碳（0.50.8mm 深），经淬火处理（HRC60）。 导柱如图 4-10 所示： 图 4-10 导柱图 导套选用直导套，导套内孔与导柱之间为过渡配合 H7/f6，外表面与模板孔为 较紧的过渡配合 H7/k6，粗糙度内外表面均用 Ra0.8m，材料选用 T8A 渗碳淬火处 理，表面硬度为 HRC60。导套如图 4-11 所示： 图 4-11 导套图 26 4.7 脱模机构的设计脱模机构的设计 4.7.1 顶出机构的设计原则顶出机构的设计原则 （1）顶出机构的运动要准确，可靠，灵活，无卡死现象，机构本身要有足够的 刚度和强度，足以克服托模阻力。 （2）保证在顶出过程中塑件不变性，这是对定出机构的最基本的要求。一般原 则是塑料收缩率越大，塑件壁越厚，型芯尺寸越大，形状越复杂，型芯深度越深， 脱模斜度越小，模具温度越低，冷却时间越长，成型零件表面粗糙度越大，其对模 具的包紧力就会越大，此时就应选择顶出力较大的顶出方式。 （3）顶出力的分布应尽量靠近型芯，且定出面积应尽可能大，以防塑件被破坏。 （4）顶出力应作用在不易使塑件产生变形的位置，如加强筋，凸缘，厚壁处等。 应尽量避免使顶出力作用在塑件的平面位置上。 （5）若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时，为不影响塑件尺寸和使 用，一般使顶杆与塑件接触部位出凹进塑件 0.1mm 左右，而顶出杆端面则应高于基 准面，否则塑件表面会出现凸起，影响基准面的平整和外观。 图 4-12推杆 复位杆结构如图 4-13 所示： 27 图 4-13 复位杆 （2）顶出力的计算 注塑成型过程中，型腔内熔融塑料因固化收缩包在型芯上，为使塑件能自动脱 落，在模具开启后就需要在塑件上施加一顶出力。顶出力的作用点应尽量靠近型芯， 并且顶出力应施于塑件刚性和强度的最大的部位，如凸缘或加强筋等处作用面积也 尽可能大一些。顶出力是确定顶出机构结构和尺寸的依据，它与塑料种类，塑件包 容在型芯上的面积以及塑件的热收缩率等有关， 计算公式： （4- ) 42t d d( EAfC F d t d 15） 式中 F顶出力 N E塑料弹性模量 1800MPa A塑料包容在型芯的径向面积 10000mm2 F塑料与钢之间的摩擦因素 0.21 d型芯直径 94mm t塑件平均壁厚 3mm 塑件材料的泊松比 0.4 28 塑件在径向的热收缩 d C d CdTTa EMp )( 式中 塑料热膨胀系数 710 p a 5 Tm注入型腔的熔融塑料温度 180 塑件出模温度 60 E T 代入得：0.4 d C =1283.4N （4- )4 . 0 34 94 32 94 (94 21 . 0 1000018000.4 F 16） （3） 脱模力计算 计算公式为： （4-17） K fESL F )1 ( )tan(cos8 式中 K查塑料成形加工与模具9表 83 得 1.0035 矩形制件的平均壁厚 3mm E塑料的弹性模量 1800 S塑料平均成型收缩率 0.005 L制件对型芯的包容深度 27mm 模具型芯的脱模斜度 1 制件与型芯的摩擦因数 0.21f 塑料的泊松比 0.4 =1122.75N （4-18） 0035. 1 )4 . 01 ( ) 1tan21 . 0 (1cos27005 . 0 180038 F 顶出力满足要求。 脱顶 FF （4） 推杆直径效核 柔度定义： =60 （4- 0.7 91 1.25 L i 19） 29 因为=6029 所以属于大柔度推杆 计算公式： （4- 4 1 3 2 )(64 nE LQ Kd 20） 式中 脱模阻力Q E顶杆材料弹性模量； a MP 3 10209 N推杆数量；4 个 K安全系数；1.41.8；取 1.5 D推杆直径 4mm =2.3 故推杆满足要求。 1 2 4 33 64 414(0.7 91) 41.8 6 209 103.14 d 4.9 冷却装置的设计冷却装置的设计 4.9.1 温度调节温度调节对塑件的影响对塑件的影响 温度的调节对塑件的质量影响主要表现在以下几个方面： (1)变形 模具温度稳定，冷却速度均衡，可以减少塑件的变型。对于壁厚不均的和形状 复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而产生翘曲变形的情况。因此，必须采用合 适的冷却系统，使模具型腔与型芯的各个温度基本上保持一