毕业设计（论文）-充电器外壳注塑模具设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第 47 页1 绪论塑料是树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物。一般相对分子质量都大于1万，有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件。塑料的其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。在高分子材料加工过程中，用于塑料制品成型的模具，称为塑料成型模具,简称塑料模。塑料模的优化设计，是当今高分子材料加工领域中的重大课题。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定发后，塑料模设计对制品质量及产量，就具有决定性的影响。首先，模具形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及塑料定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度或形状精度以及塑件的物理力学性能、内应力大小、表面质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，塑料模对塑料成本也有相当大的影响，除简易模具外，一般说来制模费用是十分昂贵的，大型模具更是如此。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成型设备被确定以后，塑料质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是刻不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计技术与制造水平，常可标志一个国家的工业化发展程度。我国塑料模的发展极其迅速。目前，塑料制品已经渗透到国民经济发展的每一个领域。我国现在塑料制品年产量已超过2000万吨以上，其中注射成型产品占约30%左右。据不完全统计，2001年全国塑料加工设备的总生产量约33000台，其中注射成型设备约27600台。近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。总之要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平1。目前，我国的塑料模设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的开发和应用。塑料制件应用的日益广泛和大型塑料制件的不断开发，对塑料成型模具设计和制造提出的要求越来越高。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品不断开发和及时更新换代与提高质量的要求，为了适应这些变化，先进国家的CAD/CAM/CAPP技术在80年代中期已进入实用阶段，市场上已有商品化的系统软件出售。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进和模具，被誉为塑料成型技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件使用要求和塑件外观造型要求，起着无可替代的作用。一副好的注射模可成型上百万次，一副好的压缩模大约能成型25万次，这与模具的设计、模具材料及塑料的制造有着很大的关系。高效全自动化设备，也只有装上能全自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑料生产及产品更新均以模具制造和更新为前提。当今世界注射成型设备向超精密化、高效方向发展，日本FANUC公司的超高速注射成型技术，已将螺杆推动速度提高到2000mm/min。注射成型制品也向着超薄壁化、轻量化方向发展，已有国外公司能够注射成型出小至0.1mm壁厚的制品，例如，0.750.3mm的高保真喇叭振动板。随着塑料成型技术的不断发展，模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发已成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。十多年来，国内外塑料成型行业在改进和提高模具设计与制造方面投入了大量的资金和研究力量，取得了许多成果。本次毕业设计的题目为充电器外壳的注塑模设计，塑件的立体图如下： 图1.1 塑件的立体图注射成型工艺的特点是允许在一个单独的加工过程中用一套集成的功能元件（例如，轴承、导柱、压板、枢轴和弹簧）加工出非常复杂的成型制品，这一生产过程的自动化程度非常高。用注射成型法加工的制品包括小到在高精密仪器上使用的只有几毫克重的制品，大到50Kg以上的大型制品。机械制造商提供了系列的注射成型机供制品生产者使用，同样，各种成型配件的选择范围也很宽，然而，对于每一种新制品而言，其注射模具必须被特制。注射机由注射系统和合模系统组成，注射机至少具有一个加热的机筒，机筒内有一个塑化螺杆，螺杆可以转动并可以轴向运动。合模系统调节位于动模板和定模板之间的模具。它提供开合模的动作，在机器的注射过程中，保持模具闭合，以免注射过程是模具内熔体产生的内压力顶开模具。已成颗粒状的混合物料经过料斗进入机筒，旋转着的螺杆将颗粒状的料向前输送，由于机筒加热和螺槽内的捏合作用，粒料熔化并进入到螺杆端部的熔体腔。与此同时，螺杆本身后退，直到下一个注射成型周期所需要物料量（注射量）被塑化好为止。在注射过程中，螺杆沿轴线向合模系统方向移动，将塑化好的塑料快速地注入模具的模腔，同时合模系统使模具一直保持紧闭状态（第一步注射）。由于模具的温度低于模塑物料的软化温度，因此，物料接着会在模具内固化。在冷却阶段，螺杆仍处于压力下（保压），继续将模塑物料注入模具，以补偿在冷却过程中模塑物料体积的减少（第二步冷却）。在保压一段时间后，通往模腔流道内的物料已经凝固到不能再流动的程度。下一步，当模具内制品进一步冷却时，螺杆开始再次转动，塑化成型下一个制品所需要的塑料。作用在螺杆上的轴向力被缩小到只保持塑化所需要的“背压”的水平。当冷却时间到达时，模具打开，模塑制品被移出或被“顶出”（第三步顶出）。当模具再次闭合以后，下一个注射成型周期开始2。在注射充模过程中，模腔中的压力通常有100Mpa或更高。这个压力作用在模具壁上，形成一个使模具分离的力，这一分离力必须用机器的合模力来抵消。2 塑件成型工艺分析2.1 塑件材料选择成型塑料选择日常生活中常见的塑料ABS，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。ABS为热塑性塑料，加热时变软以至流动，冷却时变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。这种塑料的基本情况如下：2.1.1 材料基本特性 ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS具有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件具有较好的光泽。密度为1.021.16g/cm3。ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响,在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但于烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C左右，热变形温度约为93C左右。耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。根据ABS中三种组成部分之间的比例不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。2.1.2 ABS 材料主要用途 ABS在机械工业中用来制造齿轮、泵页轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可以用来制作水表外壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。2.1.3 塑件材料成型特点 ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，含水量应应小于0.3%，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；流动性中等，溢边料0.04左右；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在6080C。模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹。为了使塑件容易脱模，且保证塑件的表面质量，脱模斜度宜取2以上。2.2 关于塑件材料的数据 ABS塑料的数据(物理、热性能)：密度：1.021.16g/cm3质量体积：0.860.98cm3/g吸水率（24h长时间）：0.20.4%熔点（或黏流温度）：130160C熔融指数（MFI）：200C、载荷50N、喷嘴直径2.09时，0.410.82g/10min维卡针入度：71122C马丁耐热：63C热变形温度（0.45MPa）：90108C热变形温度（1.8MPa）：83103C线膨胀系数：7.010-5/C计算收缩率：0.40.7%比热容：1470J/(KgK)热导率：0.263W/(mK)燃烧性：慢2.3 塑件成型工艺参数的确定由文献3可知ABS塑件的成型工艺参数如下：注射机成型类型：螺杆式密度：1.021.16g/cm3计算收缩率：0.30.8%预热温度：8085C预热时间：23h料筒温度（前端）：200210C料筒温度（中端）：210230C料筒温度（后端）：180200C喷嘴温度：170180C模具温度：5080C注射压力：60100Mpa成型时间（注射时间）：2090s成型时间（高压时间）：05s成型时间（冷却时间）：20120s成型时间（总周期）：50220s螺杆转速：30r/min通用注射机类型：螺杆式、柱塞式均可后处理方法：红外线灯、烘箱后处理温度：70C后处理时间：24/h2.4 塑件的结构工艺性2.4.1 塑件的尺寸精度分析该塑件的尺寸精度已给定，为4级精度，其主要尺寸公差要求见塑件的零件图如下：图2.1 塑件零件图2.4.2 塑件表面质量分析该塑件表面没有提出特殊要求，通常在一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra=0.8um,没有特殊要求时塑件内部表面粗糙度可取Ra=3.2um。2.4.3 塑件的结构工艺性分析塑件外表不能有缺陷，如：浇口痕迹，熔接缝，凹陷等。由于零件内部有两个孔，用于手机充电时放置电池的正负极触片，充电器的另一端设计成对直接对手机进行充电的结构，这样在对进行充电时，可以在直接对充电的同时又对另一块手机电池进行充电。由上述零件图可以看出，这种结构的充电器其放电池的部分（凹入部分）与上面面积大的那一部分互相垂直，但于零件的底面并不垂直，所以在进行模具设计时有一定的难度。塑料制件内向有两个内孔，所以必须用内抽芯和斜滑块。3 注射机的选择注射模是安装在注射机上进行注射成型生产的，在进行模具设计之前，我们应该先对注射机的技术规范和使用性能进行了解。设计注射模时，我们首先要确定模具的结构、类型和一些基本尺寸，模具型腔数目、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等。这些数据都与注射机的有关性能参数密切相关，如果两者不匹配，则模具无法使用。3.1 计算塑件的体积和质量 利用三维软件直接求得制件的体积为14953.3mm3,在这里取塑件材料ABS的密度为1.07g/cm3，塑件的质量为16g。塑件在分型面上的投影面积约为4800mm2。3.2 注塑机的选用由于该模具拟定采用一模二腔，根据制件的体积，为了充分发挥注塑机的能力又能保证制件的质量，初定注塑机为SZ-100/800，其主要参数如下：规格：SZ-100/800型国产注射机（卧式）理论注射容积：106cm3螺杆直径：35mm注射压力：182Mpa塑化能力：（PS）：11.1g/s注射速率：80g/s注射方式：螺杆式螺杆转速：30r/min锁模力：800kN模板行程：270mm模板最大开距：570mm拉杆内间距：329294mm模具最大厚度：300mm模具最小厚度：170mm喷嘴球头半径：SR10mm模具定位孔直径：120H7料筒加热功率：7.9kW外形尺寸（长宽高）：3158601720重量（约）：2.8t3.3 注塑机的校核3.3.1 注射量的校核 为确保塑件的质量及注塑机的充分利用，注塑模一次成型的塑件体积,不应超过公称注塑体积的80%。注塑机的理论注塑注塑量V1=106cm3，塑件的体积为V2=14.95cm3，2V2=29.810680%=84.8，所以满足要求。3.3.2 模具闭合高度的确定组成模具闭合高度的的模板及其他零件的尺寸有:定模坐板H4=25MM；定模板A=63mm；型芯固定板B=50mm；支撑板H2=50mm；垫块C=80mm；动模座板H1=25mm。则该模具的闭合高度为：H=H4+A+B+ H2+C+ H1 =25+63+50+50+80+25=293mm3.3.3 模具闭合高度的校核 由于该注塑机所允许的模具最小厚度Hmin =70mm；模具最大厚度Hmax =300mm。因计算得模具的闭合高度H=293mm，所以模具的闭合高度满足：Hmin HHmax。3.3.4 模具合模行程的校核该注塑机的最大合模行程Smax=270mm。为使塑件成型后顺利脱模，确定该模具的合模行程应满足下式的要求：SmaxH1 + H2 +（510）mm=30+90+10=130mm 式中 H1塑件所用的脱模距离（mm）； H2包括浇注系统在内的塑件的高度（mm）；因Smax270mm130mm，故满足要求。4 型腔布置注射模具每一次注射循环所能成型的塑件数量是由模具的型腔数目决定的。型腔数目及排列方式、分型面的位置确定了塑件在模具中的成型位置。在给定了零件实物的情况下，零件的设计已经完成，所选用的材料也已经确定，就要考虑采用单型腔模具还是多型腔模具。虽然与多型腔模具相比，单型腔模具具有形状和尺寸一致、工艺参数易于控制、模具结构简单紧凑、设计自由度大、制造成本低周期短等优点，但是，对于长期大批量生产而言，多型腔模具是更为有益的方式。它可以提高生产效率，降低生产成本。现代注射成型生产中，大多数小型塑件的成型是多型腔的。所以，在这里采用多型腔设计。4.1 型腔数目的确定在设计实践中，有先确定注射机的型号，再根据所选用的注射机的技术规范及塑件的技术经济要求，计算能够选取的型腔的数目；也有要看经验先确定型腔数目，然后根据生产条件，如注射机的有关技术规范等进行校核计算，看所选定的型腔数目是否满足要求。一般来说，一模多腔时需要确定最经济的型腔数目N。影响N的因素有技术参数和经济指标两个方面。技术参数包括锁模力、最小和最大注射量、塑化能力、模板尺寸、制品尺寸精度和流变参数等。经济指标主要是指N的多少对制品成本的影响。由于该塑质量较小，为了保证塑件质量和提高生产率，综合考虑采用一模两腔，所以型腔的数目取2。4.2 型腔的排列一模多腔时，应遵循下面的原则来安排型腔数目：1）应尽可能平衡式排列，以构成平衡式浇注系统，来保证制品质量的均一和稳定。 2）型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。 3）尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。 4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工困难。除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下，常用直线形排列和H形排列。在此，按照上述原则将该零件的型腔设计成平衡式排列，并且对称布置。5 浇注系统设计5.1 浇注系统的组成及设计原则浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴射出之后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具中最重要的问题之一。浇注系统具有传质、传压和传热的功能，对制品的质量影响很大。它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。本设计中采用普通流道的浇注系统。5.1.1 普通流道的组成及作用普通流道的浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。普通流道的浇注系统从总体来看，有如下作用：1)将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。 2)在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。5.1.2 普通流道浇注系统设计浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此，浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：1)了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性。2)采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失 浇注系统作为充填型腔的流动通道，要求流经其内的塑料熔体热量损失及压力损失减小到最低程度，以保持较理想的流动状态及有效地传递最终压力。为此，在保证塑件的成型质量，满足型腔良好的排气效果的前提下，应尽量缩短流程，同时还应控制好流道的表面粗糙度，并送减少流道的弯折等，这样就能够缩短填充时间，克服塑料熔体因热量损失和压力损失过大所引起的成型缺陷，从而缩短成型周期，提高成型质量，并可减少浇注系统的凝料量。3)浇注系统设计应有利于良好的排气 浇注系统能够顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个角落，使型腔及浇注系统中的气体有序地排出，以保证填充过程中不产生紊流或涡流，也不会因气体积存而引起凹陷、气泡、烧焦等成型缺陷。因此，设计浇注系统时，应注意与模具的排气方式相适应，使塑件获得良好的成型质量。 4)防止型芯变形和嵌件位移 浇注系统的设计应尽量避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件，以防止熔体冲击力使细小型芯变形或使嵌件位移。 5)便于修整浇口以保证塑件外观质量。 6)浇注系统应结合型腔布置综合考虑 浇注系统的分布形式与型腔的排布密切相关，应在设计时尽可能保证在同一时间内塑料熔体充满各型腔，并且使型腔及浇注系统在分型面上的投影面积总重心与注射机锁模机构的锁模力作用中心相重合，这对于缩模的可靠性及缩模机构受力的均匀性都是不利的。 7)尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量。8)浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求。 9)设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。5.2 流道及浇口设计5.2.1 主流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注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顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套，设计数据如下图所示：图5.1 主流道示意图为了使凝料顺利拔出，主流道的大端直径D应大于注射机的喷嘴直径d，通常为： D=d+（0.51）mm =10+1 =11mm(注射机的喷嘴直径d=10mm)主流道入口的凹坑半径R2也应大于注射机球头半径R1，通常为： R2= R1+（12）mm =5+1 =6mm主流道的半锥角通常为12。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小的锥角会使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。所以，取中间值=1.5。主流道内壁的表面粗糙度取Ra0.8m以下，抛光时沿轴向进行。主流道的长度L定为L=78mm（根据模板厚度决定，模板将在以下章节给出）。因为模板厚度为73mm，主流道的长度稍长，所以在模板上挖出深凹坑，让喷嘴伸入到模具内。主流道的出口端设计成较大圆角，其半径为r=1/8D=0.125111.5mm。浇口套的材料选为T8A工具钢制作，经淬火洛氏硬度为5055HRC。5.2.2冷料穴与拉料杆设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或者处于分流道末端。其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的11.5倍。它的作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、贮存冷料，另一种除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的作用。这里冷料穴设计成兼有拉料作用的冷料穴，在圆管形的冷料穴底部装有一根Z形头的拉料杆，称为钩拉料杆，这种兼有拉料作用的冷料穴是最常用的一种。其结构尺寸如下：图5.2 冷料穴设计5.2.3 分流道截面设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段，因此要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。为了便于机械加工及凝料脱模，将分流道设置在分型面上。常用的分流道截面形状一般有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。圆形和正方形流道的效率最高，但是，正方形截面的流道不易于凝料的推出，圆形截面的流道不易加工，故在实际生产过程中经常采用梯形截面的分流道。这是因为梯形分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，这里采用梯形截面的分流道。其侧面斜角取5，对于ABS制品的充电器外壳，由其重量（16g）和壁厚（2mm）由经验曲线查得分流道的直径尺寸为D=3.6mm(中国模具设计大典第2卷P328)，其它尺寸见下图：图5.3 分流道截面设计5.3 浇口设计浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。浇口的主要作用如下：1)熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。2)熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。3)易于切除浇口尾料。4)对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两种。非限制性浇口起着引料、进料作用；限制性浇口一方面通过截面积突然变化使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速而均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑料分离的作用。这里采用侧浇口（又称边缘浇口）。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面多为矩形狭缝（也有用半圆形的注入口），调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等缺陷，且注射压力大，对深型腔塑件不便。侧浇口的设计结果如下图(示意图)：图5.4 侧浇口示意图在上述尺寸中，以浇口深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量有直接影响。浇口长度L在结构强度允许的情况下以短为好4,5。侧浇口对于中小型塑件一般深度为0.52.0mm，宽度为1.55.0mm,浇口的长度为0.82.0mm。取h=1mm；w=2mm;L=1.5mm。6 模架的确定及标准件的选用以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。在学校设计时，模架部分可能要自己进行设计；在生产现场设计中则应尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。 在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有用的。模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否可以，尤其对大型模具，这一点尤为重要。 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式等因素。 综合各种因素来考虑，本套模具选用标准模架，其规格如下： A2-400450-26-Z3解释如下：A2基本型 400450模板周界尺寸400mm450mm 26规格编号 Z3导柱正装国家标准为：GB/T12556.1-907 分型面与排气系统的设计7.1 分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可分离部分的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统的凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为模具的分型面。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特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。在模具设计阶段，应首先确定分型面位置，然后才能选择分型面的结构。7.1.1 分型面的形式注射模具有的只有一个分型面，有的有两个多个分型面。但不管有几个分型面，其形状应尽可能简单，以便于制品成型和模具制造。分型面的形状可以是平面、阶梯面或曲面。在一般情况下，只采用一个与开模方向相垂直的分型面，在特殊情况下才采用较多的分型面。7.1.2 分型面的选择如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工、嵌件位置、形状及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选取出较为合理的方案。选择分型面时一般应考虑以下几项基本原则：1）分型面应选在塑件外形尺寸的最大轮廓处 这里分型面应选在塑件截面积最大处，否则塑件无法从型腔中脱出。2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于动模内设置推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性。3）保证塑件的精度要求 与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具型腔内。如果塑件上精度要求较高的成型表面被分割，就有可能由于合模精度的影响引起形状和尺寸上不允许的偏差，塑件达不到所需要的精度要求而成为废品。4）满足塑件的外观质量要求 选择分型面时应避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面外产生飞边。5）便于模具加工制造 为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面。6）对成型面积的影响 注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件（包括浇注系统）在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此，为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件（型腔）在合模分型面的投影面积。7）对排气效果 分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体料流末端所在的型腔内壁表面重合。8）对侧向抽芯的影响 当塑件需要侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置及抽芯机构的动作顺利，在选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在合模方向，并尽量把侧向抽芯机构放置在动模一侧6。实际设计中，不可能全部满足上述原则。但根据以上原则，选择倾斜分型面，其在塑件上的位置如下： 图7.1 分型面示意图由充电器外壳的特点可以看出：1）如果选水平分型面分型，零件内部结构与分型面成一定角度，要么不能顺利地脱模，要么就要采用镶嵌件的结构进行设计，这两种结果都不可取。前者是设计上的错误，而后者则小题大做，增加了模具的复杂性。2）如果设计成斜分型面，塑件内部结构与模具的开合模方向一致，这样减少了模具结构的复杂性，是正确的。斜分型面的位置见装配图。7.2 排气系统的设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的各种低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡，另一方面气体受压力，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定的气体。注射模成型时的排气方式通常以如下四种方式进行：1）利用配合间隙排气2）在分型面上开设排气槽排气3）利用排气塞排气4）强制性排气通常在中小型模具中，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙不能超过0.04mm。一般为0.030.04mm视成型塑料的流动性好差而定。因为本制品的尺寸较少，这里采用模具分型面之间的间隙进行自然排气即可。排气间隙可认为取0.030.04mm。8 成型零件的设计型腔是模具中直接用以成型制品的部分。成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆等。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。 在工作中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和磨擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，它的强度和刚度必须在许可范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。8.1 成型零件的结构设计构成型腔的零件统称为成型零件，它主要包括凹模，凸模、型芯、镶块各种成型杆，各种成型环由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨力以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度和表面粗糙度，以保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度，如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等。还应选择耐腐蚀的钢材。8.1.1 凹模的设计凹模是用来成型塑件的外表面的主要零件。按其结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种形式。1）整体式凹模 整体式凹模由整块材料加工而成。它的优点是强度和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹。缺点是加工困难，需用电火花机床和立式铣床加工，热处理也不方便，仅适合于形状简单的中小型制品。2）整体嵌入式凹模整体嵌入式凹模适用于小型制品的多型腔模具。通常将多个整体凹模嵌入到凹模固定板中。整体凹模的外形多采用带台阶的圆柱体，从下部嵌入到凹模固定板中。整体嵌入式凹模装在凹模固定板中，需要用销钉式螺钉定位带台阶的嵌入式凹模能有效地防止脱出固定板，但需要垫板压固，凹模和固定板之间采用过渡配合甚至过盈配合，以便使凹模固定牢靠。3）组合式凹模 组合式凹模一般用于形状复杂的凹模。它的强度和刚度较差。在高压熔体作用下易造成垫板变形。设计中采用整体式凹模，主要原因是型腔是不规则形状，但是又类似矩形，若采用其它方式，固定时有一定的困难。型腔的结构形状也决定了它的加工方法必须用电火花加工，所以设计中采用整体式凹模。8.1.2 凸模凸模和型芯均是成型塑件内表面的零件。凸模一般是指成型塑件中较大的、主要内形的零件，又称主型芯；型芯一般是指成型零件上较小孔槽的零件。主型芯按结构分可分为整体式和组合式两种。由于手机充电器外壳的主型芯结构很复杂，故采用组合式型芯的形式，将主型芯做成三部分合为一体的形式。其具体的形式参见图纸。8.1.3 成型零件的钢材选用用作注射成型零件的钢材，应具备以下性能：1）机械加工性能良好。2）抛光性能优良。3）耐磨性和抗疲劳性能好。4）具有耐腐蚀性能。具备以上特点的注射模常用钢种有以下几种：1）碳素钢 2）合金钢 小型腔芯和镶件常以棒料的形式供应，采用淬火变形小、淬透性好的高碳合金钢，经热处理后在磨床上直接研磨至镜面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等钢种。3）塑料模具钢 它包括了预硬钢、耐腐蚀钢、镜面钢等几种。在此凸模选用预硬钢P20，即3Cr2Mo来作为成型零件。这种钢材是将模板预硬化后以硬度3638HRC供应，其抗拉强度为133Mpa。模具制造中不必热处理。能保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，也易于抛光，适用于中小型注射模具的成型零件。凹模采用镜面钢PMS(10Ni3CuAlVS)，它的供货硬度为30HRC，易于切削加工。而后在真空环境下经500550C，以510h时效处理，钢材弥散析出复合合金化合物，使钢材具有4045HRC的硬度，耐磨性好且变形小。8.1.4 成型零件工件尺寸的计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何塑料制件都有一定的几何形状和尺寸精度的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求高。在模具设计中，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度要求。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。主要因素有以下方面：1)塑件收缩率的影响 塑件成型后的收缩率与塑料的品种，塑件的形状、尺寸、壁厚、模具的结构，成型的工艺条件等因素有关。2)成型零件的制造误差 实践表明，成型零件的制造公差约占塑件总公差的1/31/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差时可取塑件公差的1/31/4。ABS成型的充电器外壳制品精度为IT4级,取IT9级作为模具的制造公差。在一般情况下，收缩率的波动、模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要原因。而且并不是塑件的任何尺寸都与以上因素有关。以下计算中，塑料的收缩率均为平均收缩率。并规定：塑件外形最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之相对应的模具型腔的最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；塑件内形最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，与之相对应的模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值；中心距偏差为双向对称分布。由文献3可知1)型腔径向尺寸 = =其中： -型腔的径向尺寸-塑件的外形尺寸（）-塑件的平均收缩率（0.55% Smax=0.8%；Smin =0.3%）-塑件外表面径向基本尺寸的公差（mm）； Z-模具制造公差（mm）； x-零件工作尺寸的修正系数，取值范围在0.50.75，由于塑件的尺寸较小，取x=0.75；则取Z为 /3。2)型腔深度尺寸 = =式中：-型腔深度尺寸； -塑件深度尺寸（25.240-0.48）；3)型芯的径向尺寸在型芯高度尺寸计算中，由于型芯的端面磨损很小，所以可不考虑磨损量，由此可以推出： = =式中：-型芯径向尺寸 -塑件内表面的径向尺寸（）；4）型芯的的高度尺寸 =式中： -型芯的高度尺寸； -塑件的孔或凹槽深度尺寸（）；5）中心距尺寸该塑件的两个电池触片孔为方形孔，需要保证一定的中心距尺寸精度。塑件中心距的基本尺寸和模具上成型零件中心距的基本尺寸均为平均尺寸，于是：标注上制造公差后得：计算如下： = =8.540.08mm8.2 模具型腔侧壁和底板厚度的计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，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，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度并影响脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。模具型腔厚度的计算，应以最大压力为准。而最大压力是在注射时，熔体充满整个型腔的瞬间产生的，随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内的压力逐渐降低，在开模时接近常压。理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过了模具的许用应力，因此强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚时应以强度条件为准。8.2.1 强度条件计算式根据文献3整体式矩形凹模侧壁厚度可由下列公式得出。1)整体式矩形型腔侧壁厚度的计算公式如下：若h/l0.41则：S()1/2 =0.71l（）1/2若h/l0.41则：S（）1/2=1.73h（）1/2式中：h-型腔深度；l-为型腔的长边长度塑件的型腔深度为25mm，长边长度为84mmh/l=25/8410.69所以满足刚度条件。2）整体式矩形型腔底板厚度的核算 T =b()1/3式中C是由型腔边长比l/b决定的，这里C取0.02。 T40()1/3 =18.13mm 因为2518.13，所以满足刚度条件。 所以，底板厚度至少18.13mm，取25mm。9 合模导向机构设计9.1 导向零件的作用导向零件是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的重要零件。导向零件主要有导柱导向和锥面定位。导柱导向的主要零件是导柱和导套。导向零件主要有以下作用：导向作用、定位作用并且能够承受一定期侧向压力。9.2 导向零件的设计原则1）导向机构类型的选用本设计导向机构采用导柱导向。 2）导柱数量塑料注射成型模具导柱数量一般需要24个。尺寸较大的成型模具一般需要4个导柱，本设计中模具属于中小型模具，采用2根导柱导向。 3）模具型腔及尺寸导柱直径应根据模具尺寸选用，必须保证有足够的强度、刚度和足够大的抗弯强度。 4）导柱零件的设置位置导柱和导向孔的位置应避开型腔板在工作时应力最大的部位。导柱和导向孔中心至模板边缘应具有足够的距离，以保证模具强度和导向刚度。 5）导向装置必须有良好的工艺性如果固定导柱的孔径与固定导套的孔径相等，便于加工，则有利于保证同轴度和尺寸精度。 6）导向装置必须具有良好的导向性能为了使导向装置具有良好的导向性能，除了必须按上述原则设置导向装置之外，还应注意导向零件的结构设计脏及制造要求。9.3 导柱的结构、特点及选用常用的导柱有带头导柱、带肩导柱、推板导柱、斜导柱及合模销等。本设计中采用带肩导柱，材料选为20钢。20钢经渗碳淬火处理，硬度达到HRC5660。选用的导柱的零件图如下：图9.1 导柱示意图9.4 导套和导向孔的结构、特点及用途导套的主要结构形式有直导套和带头导套。为了使导柱进入导套顺利，在导套的前一端倒一圆角。这里选用带头导套。其材料为T8A淬硬至5660HRC。导套与导柱的配合为：固定部分采用H7/m6的过渡配合，滑动部分采用H7/f6的间隙配合。导柱和导套孔的表面粗糙度取为Ra1.6m以下。零件图如下：图9.2 导套示意图10 推出机构的设计塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。10.1 推杆的基本概况用推杆推顶塑料制件是最简单，也是应用最广的脱模机构。由于推杆位置设置