毕业设计（论文）-饮水机接水盒注塑模具设计.doc

安徽理工大学绪论引言模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展。我国的模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂共有2万多家，从业人员约有50多万人，全年模具行业产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元，进口约10亿美元。当前，我国模具行业的发展具有如下特征：大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。我国模具总量虽然已位局世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大。在模具材料方面专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高系列化、商品化尚待规模化。CAD、pro/e软件等应用比例不高，独立的模具工厂少专业与柔性化相结合尚无规划。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区在转移，中国正成为世界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致CAD技术的发展。同时，由于网络技术的大面积的应用，将在更大程度上改变制造业的模式。作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面对竞争的第一线，模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。在模具方面我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多。模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/31/5。工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。模具属单件生产，又是订单生产。目前新产品的结构越来越复杂、质量要求越来越高、交货期越来越短，这就对模具设计和制造提出了更高的要求。一方面是新产品无经验可凭，另一方面又希望一次试模成功，以缩短周期、降低成本。 一个产品由设计到生产的过程大致如下：产品设计模具设计模具制造试模产品生产。其中，模具设计起着特殊的作用，它要将产品设计的理念“实现化”，一直到试模出合格制品，模具设计的任务才算完成和成功。作为学习模具而即将踏入社会的我们，将来的每一步我们都要踏踏实实的走下去，学以致用，用自己曾经学到的知识去建设，为祖国模具方面的发展贡献自己一点微薄而又不平凡的力量！33第一章、塑件分析一、材料的选择： 该塑件为饮水机接水盒,它要与另外部件匹配使用，但没有太高的配合精度，所以从塑件的使用性能上分析，其必须具备有一定的综合机械性能,包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。而符合以上性能的有多种塑料材料，从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）比较适合。ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它来源广，成本底，符合该塑件成型的特性。因此制作该塑件选用ABS塑料。1、ABS 的注射成型工艺1.1、注射成型工艺过程（1）预烘干-装入料斗-预塑化-注射装置准备注射-注射-保压-冷却 -脱模-塑件送下工序（2）清理模具、涂脱模剂-合模-注射 1.2、ABS 的注射成型工艺参数 （1）注射机：螺杆式 （2）螺杆转速（r/min）：3060（选 30） （3）预热和干燥：温度（C）8085 时间 (h)23 （4）密度（g/ cm）:1.021.05 （5）材料收缩率（）：0.30.8 （6）料筒温度（C）：后段150157 中段165180 前段180200 （7）喷嘴温度（C）：170180 （8）模具温度（C）：5080 （9）注射压力（MPa）：70100 （10）成形时间（S）：注射时间2090 高压时间05 冷却时间20120 总周期50220（11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可（12）后处理：方法红外线灯、烘箱 温度（C）70 时间（h）242、ABS 性能分析2.1、使用性能：综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。水、无机盐、碱、酸对 ABS 几乎无影响。尺寸稳定，易于成型和机械加工，与 372 有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且 可作双色成型塑件，且表面可镀铬。2.2、成型性能：无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及 成型条件。吸湿性强，含水量应小于 0.3，必须充分干燥，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 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。 料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为 250 C 左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较 高的塑件，模温宜取 5060 C，要求光泽及耐热型料宜取 6080 C。注射压力应比加工聚苯 乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180230 C，注射压力为 100140 MPa，螺杆式注塑 机则取 160220 C，70100 MPa 为宜。易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统， 选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。ABS 在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取 1 以上。在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。2.3、ABS 主要技术指标： 表 1-1热物理性能密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1)12551674导热系数(Wm-1K-110-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度(C)130 表 1-2 力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa) 1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度 (简支梁式)无缺口261布氏硬度9.7R121缺口11表1-3 电气性能表面电阻率（）1.21013体积电阻率（m）6.91014击穿电压（KV/mm）介电常数（106Hz）3.04介电损耗角正切（106Hz）0.007耐电弧性(s)5085表1-4 ABS的注射工艺参数：注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度螺杆式5070直通式180190料筒的温度模具温度注射压力保压力190-200 200-220 170-1905070Mpa6090Mpa30-60Mpa注射时间保压时间冷却时间成型周期3-5 S1530 S1030 S3070 S预热温度预热时间计算收缩率808523h0308%2.4、ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施：主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为 70C 左右热变形 温度约为 93C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。 ABS无毒，无味，呈微黄色， 成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.02-1.05g/cm3。ABS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。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70度左右，热变形温度约为90度左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点：ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大。ABS吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥，成型前加工要进行干燥处理。流动性中等，溢边料0.04mm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，溶料温度及收缩率影响极小。ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与刚的摩擦因素见下页表1.1.3. 表1-5 ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与钢的摩擦因素：塑料名称成型收缩率/%拉伸模量E/X103Mpa泊松比U与钢的摩擦系数fPE1.5-3.50.212-0.980.490.23-0.5PP0.4-3.01.6-6.20.430.49-0.51PS0.2-0.81.4-8.90.380.45-0.75ABS0.1-0.71.91-1.980.380.20-0.25 3、塑件的几何形式及结构分析(如下图示)： 图1.1.1 塑件里面图 图1.1.2 塑件正面图1 脱模斜度 脱模斜度取决于塑件的形状，壁厚及塑料的性能和收缩率。本塑件由于型腔深度一般 ，但由于考虑到塑件跟饮水机其它部件配合使用，且配合精度不高，所以塑件两侧要有角度，所以要使塑件强行脱模的方式，而且往外偏有个小角度；本塑件要有足够的强度和刚度，才能经受推件杆的推力而不使塑件变形，该产品壁厚均匀：本产品取1.5mm.表1-6塑料制品的脱模斜度塑料制品材料脱模斜度塑件外表面塑件内表面ABS塑料40120351 2壁厚 塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。应该考虑尽量采用均匀壁厚，所以该塑件壁厚取为1.5mm，符合参考资料模具工程大典第三卷表1.48推荐壁厚，且可保证塑件的刚度、强度，可防止塑件产生内应力以及气泡、缩孔等各种质量缺陷。 表1-7塑件壁厚选择：塑料种类制件最小壁厚小型产品壁厚中型产品壁厚大型产品壁厚ABS塑料 0.751.5233.53. 形状 该塑件为壳状零件，内部结构对称，外形中等，形状简单，尺寸精度不算高，壁厚均为1.5 mm,材料是ABS收缩率取0.05%，净重约42G，塑件外形长160mm,宽60mm，高40mm.由于塑件为壳形零件，且局部有凹槽，为了减小加工难度，降低制作成本，所以采用凸凹模。4. 支承面 塑件的支承面应充分保证其稳定性，一般不以塑件的整个底面作为支承面而将底面设计成凹凸形，或在凹入面增加加强肋。所以该塑件以凸边所在的面为支承面，这样可以达到整个底平面的平直。5. 圆角 该塑件四周为过渡圆弧，可避免应力集中，增加强度和延长寿命，且圆角半径与壁厚的关系符合要求。6. 加强肋 为确保塑件制品的强度和刚度及避免塑件变形，故该塑件内部四周设计有加强肋。7. 塑件精度的选择： 该塑件外观质量要求稍高，参考表39（精度等级的选用）， 该塑件为一般精度，故其精度等级为7级。另外，根据参考资料模具工程大典，成形表面粗糙度一般为Ra0.10.2um,特殊要求的为Ra0.0250.1um,配合表面Ra0.8um,其余表面Ra1.66.3um。因此在设计时，要考虑粗糙度的选择。所该接水盒的外边面粗糙度为Ra1.6 um，内表面为3.26.3 um。第二章、成型设备的选择与校核为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的50%80%之间。（初步估算浇注系统的质量为40g）初步选定注射机为XS-ZY-2501250：2.1. 型腔数量的确定 因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机的最大注射量来确定型腔数量； n (Km-m)/m式中 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； m注射机允许的最大注射量（g或cm）；m浇注系统所需塑料质量或体积（或）；m单个塑件的质量或体积(或)。 由此可求出： n(0.8*270-40)/424.2. 故取n=4满足设计要求。2.2.注射机参数的校核1. 注射量校核模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内。根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的80%，由此有： n m+ m80%m 442+400.8270 即 208216 (符合要求)2. 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现涨模溢料现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系： A=nA+AA单个塑件在模具分型面上的投影面积，该塑件为9318.16mm； A浇注系统在模具分型面上的投影面积,约为A的0.20.5倍，该设计取0.4；总的投影面积计算为： A=nA+A=49318.16+0.49318.16=409999.904410000 mm锁模力的校核：从而得到FF=AP 式中，F注射机的额定锁模力为1250KN； P模具型腔内塑料熔体平均压力（Mpa）,通常为2040Mpa，此设计中取35Mpa；所以F=4100035=143.5 KN，则FF （符合要求） 故该注射机符合要求。其技术参数如下：XS-ZY-250注射机主要技术参数：型号项目单位XS-ZY-250额定注射量cm250螺杆直径mm45注射压力Mpa160注射速率g/s110塑化能力g/s18.9锁模力kn1250螺杆转速r/min10200拉杆内间距mm415415移模行程mm360模具最大厚度mm550模具最小厚度mm150锁模形式双曲肘喷嘴口直径mm3定位孔直径mm160喷嘴球半径mmSR15(接上页图) 2.3. 开模行程的校核开模取出塑件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于XS-ZY-250注塑机来说，其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定，于模具厚度无关。双分型面注射模，其开模行程按下式校核： SH+H+ a +（510）mm式中 S注塑机的最大开模行程（mm）； H塑件脱出距离（也可作为凸模高度）（mm）； H塑件高度（mm）； a 中间板与定模的分开距离（mm）；已知 H=70mm H=40 mm a=65 mm所以 H+H+ a +（510）=70+40+65+（510）=180185（mm）又由于XS-ZY-250卧式注塑机的移模行程为360mm 185 mm360mm所以开模行程也符合要求。 2.4. 脱模力Q Q=L h p(f cos-sin)式中L型芯或凸模被包紧部分的周长（cm）；h被包紧部分的深度（mm）；p由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般去7.81.8Mpa;f摩察系数，一般取0.1.2；脱模斜度（）。而对于不通孔的壳型塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力（Q）,即 Q=1FF为垂直于推出型芯方向的投影面积（cm）。并设大气压力为0.09Mpa，则Q=F所以，当不塑件对型芯的粘附力时，其总的脱模力（Q）为Q= Q+ Q计算时，为使脱模力（Q）大于诸因素造成的阻力，仍须修正以确定脱模力。由零件图得L=42.663cm h=40mm p=9.8Mpa f=1.5 =0.5 所以Q=42.663409.8（0.15cos0.5 - sin0.5 ）+0.092362.55N推杆推顶接触总面积a=8=401.92(mm)则接触压力校核为 =Mpa5.88Mpa=14Mpa由此可知，该模具推杆的推顶总面积是可行的。第三章、浇注系统和排溢系统的设计3.1 塑料制件在模具中的位置：1. 型腔数量及排列方法1）.有以上计算得出，型腔数为4，即一模四件。2）.此塑件结构比较对称，故塑件在模具型腔位置成对称布局。型腔的排列应遵循以下原则：当采用一模多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，H形排列，直线排列以及复合排列等。在设计时应遵循以下要点：尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定。型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然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排列和H形排列。综上分析，型腔排列选用H形排列。 图3.1.1 型腔布置图 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，这些可以分离部分的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，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。根据塑件的形状和尺寸，由于此塑件为外观件，且在侧边为配合部位要求较高，故采用针点式浇口，选用单一平直分型面。本模具采用平直分型面有以下优点和符合设计基本原则：1)分型面在塑件外形最大轮廓处；2)便于塑件顺利脱模；3)保证塑件的精度要求；4)满足塑件的外观要求；5)便于模具加工制造；6)减少塑件在合模分型面上的投影面积，可靠锁模避免涨模溢料现象；7)有利于排气；8)保证抽心机构顺利抽心;9)保证斜销机构顺利退出。3.2. 浇注系统的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，而且还对塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此这是一个重要环节。浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分。它的主要作用是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，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。浇注系统的设计应遵循浇注系统的设计原则： （1）排气量好； （2）流程短； （3）防止型芯和嵌件变形； （4）整修方便； （5）防止塑件翘曲变形； （6）合理设计冷料穴和排溢槽； （7）浇注系统的断面积和长度此外，设计浇注系统应注意以下几点： 1）.流道应尽量减小弯折，表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um， 2）.应按型腔 布局设计，尽量与模具中心线对称， 3）.应避免在模具的单面开设浇口，否则会造成注射时受力不均， 4）.设计主流道时，避免熔融的塑料冲击小直径型芯及镶件，以免产生弯曲或折断。 5）.在满足塑料成型和排气良好的前提下，要选取短的流程，这样可缩短填充时间， 6）.能顺利地引导熔融塑料填充各个部位， 7）.在成批塑料制品生产时，在保证产品质量前提下，要缩短冷却时间及成型周期。 1主流道的设计主流道(俗称浇口套)是塑料熔体的流动信道，在卧式注射机上主流道垂直于分型面，由于本塑件在内部开了一个比较大的槽，可让主流道设于该处。主流道的设计要点： 浇口套的内孔呈圆锥形，锥度为2到6度。若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使流速增大，热量损耗大，表面粘度上升，造成注射困难。 浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1打1到2mm。若等于或者小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后脱模困难。 浇口套内孔出料口处应设计成圆角r，一般为0.5到3mm。 浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须温和。设模具浇口套球面半径为R，注射机球面半径为r，其关系式如下：R=r+0.51mm 浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触式圆弧度吻合的好。 浇口套长度应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。 浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um，保证料流顺利，易脱模。 浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。 浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。 浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。2. 主流道尺寸的确定 为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形，锥角取4，选用材料为T10A，热处理要求淬火5357HRC。其主要尺寸可由以下计算获得：主流道小端直径 d=R+(0.51)=3+1mm=4mm；主流道球面半径 SR=R+(12)=15+1mm=16mm;球面配合高度 35，取3；主流道锥角 26，取4；主流道长度 根据本塑件实际情况确定浇口套的形状和尺寸如下： 图3.1.2浇口套图3. 分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体DF 的流动信道,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来获得平稳流态的过滤段.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及热量损失尽可能小,能将塑料熔体均衡分配到各个型腔。该塑件采用内浇口，因塑件的外形尺寸比较大故要设置分流道。分流道设计的设计要点： 在保证正常的注射成型工艺条件下，分流道的截面应尽量小，长度尽量短。 较长的分流道应在末端开设冷料穴，以便容纳注射开始时产生的冷料和防空气进入模具型腔内。 在多型腔注射模具中，各分流道的长度均应一致，长度应尽量缩短，以保证熔融的塑料同时均匀地充满各个型腔。 当分流道开设在定模的侧边，并从浇口处延伸很长时，要加设分流道拉料杆，便于开模时冷料易脱模。 分流道的表面粗糙度要达到Ra1.6um。 设计分流道时，应先取较小的尺寸，比便于试模后根据实际情况进行修正。 多型腔注射模具的分流道布局取决于型腔布局，要保持相对平衡。 如果分流道较多时，应加设分流锥，分流锥是注射模具及传递模具上的一个重要零件。4浇口位置的选择 浇口的形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大，浇口位置选择不当会使塑件产生变形、熔熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。另外，浇口位置的不同还会影响模具结构。因此，合理选择浇口开设的位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构、质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑，一般应遵循以下原则： （1）尽量缩短熔体的流动距离； （2）避免熔体破裂现象引起塑件缺陷； （3）浇口应开设在塑件壁厚处； （4）考虑分子定向的影响； （5）减少熔接痕，提高熔接强度。 5冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以避免这些冷料注入型腔，即影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还便于在该处设置主流道拉料杆，住宿结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后由推出机构将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。为便于拉料杆将主流道凝料拉出，选用底部带有拉杆的Z形冷料穴，这类冷料穴的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上。在设计时应注意，冷料穴的大小要适宜，一般情况下，主流道冷料穴圆柱体的直径为612mm，其深度为610mm,对于大型制品，冷料穴的具体尺寸可适当加大。 6排气系统的设计 为了使塑料熔体能顺利充填模具型腔，必须将浇注系统型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡，产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷，因此在进行模具设计时必须考虑型腔的排气问题。注射模成型时排气通常用如下四种方式进行：利用配合间隙排气在分型面上开设排气槽排气利用排气塞排气强制性排气 在分型面上开设排气槽是注塑模排气的主要形式。该设计就利用在分型面上开设排气槽来进行排气。分型面上开设排气槽的形式与尺寸如图所示：图示设计成燕尾式，以便排气顺利、通畅。开设排气槽应注意到以下几点： 根据进料口的位置，排气槽应开设在型腔最后充满的地方。 尽量把排气槽开设在模具的分型面上。 对于流速较小的塑料制品，可利用模具的分型面及顶杆零件配合的间隙进行排气。 排气槽不要开设在工人操作的一方，以防止塑料在注射时溢出模外，发生烧伤事故。 对于大型塑料注射模具，为了防止溢料，排气槽应开设在模具的分型面上，并成为曲线形。 排气槽的尺寸，应根据塑料的流动性能来选择。 表3-1分型面上排气槽的深度塑料品种深度h/mm塑料品种深度h/mm聚乙烯(PE)0.02聚酰胺(PA)0.01聚丙烯(PP)0.010.02聚碳酸酯(PC)0.010.03聚苯乙烯(PS)0.02聚甲醛(POM)0.010.03ABS0.03丙烯酸共聚物0.03 此设计利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。且本设计有较多推杆，故采用推杆和推杆孔的配合间隙排气。第四章、成型零部件的设计与计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括型腔、型芯、镶块和成型杆等。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，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，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，对关键零件进行强度和刚度校核。4.1成型零件的结构设计 从材料来讲，成型零件一般由优质钢材制作。成型零件与塑料直接接触，承受着料流的高速冲刷、脱模时塑件给予的摩擦力、高压高温塑料熔体的挤压力，因此要求其有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性。当成型有腐蚀性气体产生的塑料时，模具材料还需具备良好的耐腐蚀性或表面镀硬铬。成型零件一般都应进行热处理或预硬化处理，要求热处理变形量小，硬度达30HRC以上，为减小流阻力，一般粗糙度Ra值取0.4 um以下。模具的材料选择预硬化型塑料模具钢中的3Cr2Mo（GB/T 1299-2000）。3Cr2Mo是国际上广泛应用的预硬型塑料模具钢，其综合力学性能好，淬透型高，可以使较大截面的钢材获得较均匀的硬度，并具有很好的抛光性能，表面粗糙度低。用该钢制造模具时，一般先进行调质处理，硬度为2835HRC（即预硬化），再经冷加工制造成模具后，可直接使用。这样既保证模具的性能，又避免热处理引起模具的变形。因此，该钢种宜于制造尺寸较大或形状复杂、对尺寸精度与表面粗糙度要求较高的塑料模具和低熔点合金。1 凹模（或型腔）的设计 型腔是成型塑件外表面的凹状零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。该塑件底面较为简单，通过比较，采用整体式的凹模结构。整体式凹模结构比较牢固，不易变形，成型塑件的表面不会有模具的接缝痕迹。当塑件形状简单时，制作整体式凹模比较容易。用多腔模生产中小型制件时，常采用在一块材料上整体加工单个凹模或多个凹模，然后再将他们嵌入到模板内。各单个凹模 一般采用冷挤压、电加工、电镀等方法制作。 由于该塑件属于小型制品且为多型腔模具，所以采用整体嵌入式凹模，凹模和固定板之间采用过渡紧配合甚至过硬配合，以便使凹模固定牢靠。2 型芯（或凸模）的设计：型芯是成型塑件内表面的零件。型芯按其结构也可分为整体式和组合式，整体式其结构牢固，不会使塑件产生拼接线痕迹，但不便加工，且消耗的模具钢多，且热处理不方便，常用于形状简单的中小型模具或工艺试验模具。组合式凸模是由两个或两个以上的零件组合而成的凸模。应用于凸模形状复杂时，设计成通孔台肩式，凸模带有台肩，从下面嵌入模板，再用垫板螺钉紧固，是最常用的方法。在设计和制造时必须注意结构合理，保证型芯和镶块的强度，防止热处理时变形，避免尖叫镶拼。分析该塑件，结构不太复杂，且位置关系有一定的要求，为了保证位置关系以及尺寸，将型芯设计为组合式。 4.2成型零件工作尺寸的计算 成型零件工作尺寸是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，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯之间的位置尺寸，孔间距离尺寸，孔与凸台至某成型表面的距离尺寸，螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸等。由于考虑到影响因素多，所以我们一般按照平均收缩率、平均磨损量和模具平均制造公差为基准的计算方法。（1） 计算模具成型零件最基本的公为： LL（1S）式中 L模具成型零件在常温下的实际尺寸； L塑件在常温下的实际尺寸； S 塑料的计算收缩率。 （2）塑料的平均收缩率计算公式为：式中 塑料的平均收缩率； 塑料的最大收缩率； 塑料的最小收缩率。由材料的性质可知： ABS的收缩率为38根据企业里的惯用数据取5为合适。即收缩率为0.005。在以下的计算中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最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值。塑件内形最小值为基本偏差为正值，与之相对应的模具型芯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。1成型零件成型部分尺寸的确定成型零件包括型芯(下称：凸模)、型腔(下称：凹模)参与成型塑件的零件。由于在整个设计过程中多应用的是3D软件和2D软件，故所有的成型零件的成型部分都可通过用3D软件对塑件进行分模和进行型芯型腔的修改，再转为2D来确定其尺寸，故各成型零件的具体结构、形状和尺寸都可在2D零件图里查看。而各自的定位尺寸请参看2D组立图，在此列举。 注：本设计中建3D用的是Solidworks三维软件，分模用的是proe二维尺寸标注用的是AutoCAD 2007。2凸模外形尺寸的确定 考虑到零件结构比较简单及模板的选择，根据分析初步确定凸模的高度为70.5mm,根据经验(即中小型件成品边界到模仁边界的距离为20mm-30mm)选取凸模的长宽尺寸为210110mm。3凹模外形尺寸的确定考虑到要安装冷却系统，根据分析初步确定凹模的外形尺寸为21011032mm。4.3 模架的选取模架的选取应综合考虑凸模的大小与布置、结构形式、推出机构、合模导向机构等方面。根据数据和经验得成型零件的计算及中件成品，凸模边界到模板边界的距离为80mm-120mm)，还有注射机的参数，尽量选取标准模架,本模架选取400540309。 第五章、脱模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。它包括以下几个部分，脱模力的计算、推出机构、复位机构等的机构形式、安装定位、尺寸配合以及某些机构所需的强度、刚度或稳性校核。推出机构按动力来源可分为手动推出、机动推出和液压推出三类。在设计此机构时，应遵守以下几个原则： 推出机构应尽量设置在动模一侧； 保证塑件不因推出而变形损坏； 机构简单动作可靠； 良好的塑件外壳； 合模时应使推出机构正确复位。5.1 脱模力的计算 塑件注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力。对于底部无孔的筒、壳类塑件，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。塑件在刚开始脱模时，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机构移动的摩擦力。一般而论，塑料制件刚开始脱模时，所需克服的阻力最大，所以选择此时作为临界条件。塑件脱模时的型芯的受力分析如图：图5.1.1 脱模力示意图根据力平衡原理，列出平衡式： 则： 式中 塑件对型芯的包紧力； 脱模时型芯所受的摩擦阻力； 脱模力； 型芯的脱模斜度。又 于是 而包紧力为包容型芯的面积于单位上包紧力之积，即：由此可得： 式中 塑料对钢的摩擦系数，约为0.10.3； 塑件包容型芯的面积； 塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下模外冷却的塑件约取2.43.9107Pa；模内冷却的塑件约取0.81.2107Pa。5.2 推出机构的设计推出机构一般包括推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶块及凹模推出机构、多元综合推出机构等。考虑到本塑件的形状一般，而且深度的拉开幅度很大，而推管推出机构通常使用于有孔的圆形套类塑件，推件板推出机构易使塑件产生变形且易产生毛刺。考虑本塑件的具体形状，在塑件的四个内角有圆形套，其它部位比较，再有本设计采用的是圆柱形推杆形式。1. 推杆推出机构推杆推出是一种最简单常用的推出形式。推出组件制造简便，更换容易，滑动阻力小，圆形,因圆形制造加工和修配方便，顶出效果好，在生产中应用最广泛但圆形顶出面积相对较小，易产生应力集中，顶穿产品，顶变形等不良。在脱模斜度小，阻力大等管形，箱形产品中尽量避免使用。当顶杆较细长时，一般设置成台阶形的有托顶针，以加强刚度，避免弯曲和折断。推杆设计要点如下：1) 顶出位置应设置在阻力大处，不可离镶件或型芯太近，对于箱形类等深腔模具。侧面阻力最大，应采用顶面和侧面同时顶出方式，以免产品变形顶破；2) 产品阻力均衡时，顶杆应对称设置，使受力平衡；3) 当有细而深之加强筋时，一般在其底部设置顶杆；4) 若模具上有镶件，顶针设在其上效果更佳；5) 在产品进胶口处避免设置顶针，以免破裂；6) 当产品表面不允许有顶出痕迹时，可设置顶出耳再剪除；7) 对于薄肉产品在分流道上设置顶针，即可将产品带出；8) 顶针与顶针孔配合，一般为间隙配合如太松易产生毛边，太紧易造成卡死。为利于加工和装配，减少摩擦面，一般在模仁上预留1015mm之配合长度，其余部分扩孔0.51.0mm成逃孔；9) 为防止顶针在生产时转动，须将其固定在顶针板上，其形式多种多样，须根据顶针大小，形状，位置来具体确定，在此不一一列举； 10) 顶出系统托模以后在进行下一周期生产时，必须退回原处，其形式主要有强制回位，拉杆回位，弹簧回位，油缸等；根据塑件的分析和推杆的设计要点,选择圆形推杆推出机构，具体分布请参看装配组合图。技术要求:1、材料T10碳素工具钢2、热处理要求HRC503、工作配合部分表面粗糙度Ra0.8m2. 推杆脱模机构设计要点如下： 推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方。推杆不宜设在塑件最薄处，以免塑件变形或损坏。推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出0.05到0.10mm，否则会影响塑件外观和使用。为了保证塑件质量，应多设推杆，以减少各个推杆作用在塑件上的应力，减少变形、开裂、应力发白等现象。按照塑件的形状，推杆的端面形状除了最常用的圆形外，还有各种特殊的截面形状，这类推杆的加工和热处理较困难，孔的加工，可以采用电加工等特殊加工手段。（1）推杆设计推杆选用直杆式圆柱形，如下图示如下：图5.12 直杆式圆柱形推杆 推杆的材料为T8A或45钢推杆的尺寸为：H = 5m, L = 195.5 =14 ,d = 8m 极限偏差：上偏差为-0.010 下偏差为-0.018配合精度：与推杆孔的配合段可用H7/h7或H8/h8配合，配合表面粗糙度Ra为0.8um5.3 推出机构的复位与导向 为了保证推出机构在工作过程中灵活、平稳，每次合模后推出机构能回到原来的位置，需要设计推出机构的导向与复位装置。1 导向零件 推出机构的导向零件在模具内往复运动，除滑动配合处外，其余部分均处于悬挂浮动状态，为了防止推板和推杆固定板扭曲倾斜而折断推杆或发生运动卡滞现象，应该在推出机构中设置导向零件进行导向。 对于推出距离不大，生产批量小的较小模具，可借助于复位杆进行导向和支撑。但应适当增加复位杆的直径和滑动配合长度，以减小滑动面上的压强，提高复位杆的刚度。同时，复位杆与推杆固定板的配合间隙，应小于推杆与推杆固定板的间隙。通常由推出导柱与推板导套所组成，其导向装置见装配图。 2 复位零件 推杆推出塑件后，要求返回初始位置，以待下一成型周期推杆再推出下一模塑件。 用复位杆复位，采用圆形截面，设置四根复位杆，位置设在推杆固定板的四周，为了使推出机构平稳复位，各复位杆的长度必须要求一致，且端面与所在的动模平齐。第6章 、合模导向机构的设计导向机构是保证动模和定模上下模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位，本设计采用导柱导向定位。导向机构除了有定位和导向作用外，还要承受一定的侧向压力。塑料熔体在充型过程中可能产生单面侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧向压力，从保证模具的正常工作。 导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。 1. 导柱导柱的结构形式可采用带头导柱和有肩导柱，导柱导面部分长度比凸模端面高出812，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱材料采用T10，HRC5055，导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m，导向部分Ra为0.80.4m，本设计采用四根导柱，固定端与模板间采用H7/m6过渡配合，导向部分采用H7/f7间隙配合。导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模的正确定位和导向的重要零件。导向机构常采用导柱导向，其主要零件有导柱和导套。导柱常设在动模边或定模边均可，但一般设在主型芯周围。（1）构的设计原则如下： 导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心模具外缘应有足够的距离以保证模具强度和防止模板发生变形。 导柱（导套）的直径应根据模具尺寸来选定，并应保证有足够的抗弯强度。 导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度要求。 导柱和导套应有足够的耐磨性。 为了便于塑料制品脱模，导柱最好装在定模板上，但有时也装在动模板上，但有时也装在动模板上，这就要根据具体情况而定。（2）构的总体设计 导向零件分布在模具周围或靠近边缘部位。导柱中心至模具边缘应至少有一个导柱直径的厚度，导柱通