按键面板注射模具设计论文

1 按键面板 注射 模具设计 MOLD DESIGN OF KEY-PRESS FACE PLATE 摘要 ： 根据塑件的结构、技术要求及企业生产的实际情况进行该塑料件的注射模设计。分别对抽芯机构、 连杆机构、 镶件的固定 方式、模流分析、 浇口形式、分模面的选取 方式等进行了 设计，通过对按键面板注射模具的设计充分认识了模具设计的一般流程：制品功能分析、使用要求、模具结构设计、模具的选材、材料的热处理技术、表面处理技术、 各成型零件设计、 尺寸 计算、强度校核、 注射机 参数校核、模具动作过程分析及特点、 绘制模具装配图 、 零件图 、以及整 个设计过程的心得体会。 ABSTRACT Injection molding is one of the main techniques of plastics processing at present. The paper introduce the process of designing an injection mould for a screw nut with two wings . This mould which make two products every time adopts edge gate. At the same time use shaft, ball bearing and rack-and-pinion steering gear to revolve the core .The size of parts was calculated detail, and the parts match closely . 关键词： 注射模，模具结构设计，模具的选材，热处理技术，表面处理技术，先进制造技术， ABS， 抽芯机构 ，连杆机构， 镶件的固定 方式，模流分析， 浇口形式 ， 分模面的选取方 式 ，模具结构设计 ； Key words:injection molding, injection mould, heat treatment , simulation-analyse,ABS,edge-gate,mould-configuration-design,rack-and-pinion steering gear. 2 1.引言 随着注射成型技术的不断发展，塑料制品已经深入到日常生活中的每 个角落。由于塑料件具有重量轻 ， 生产方便，价格便宜，大到 国防工业产品 ，小到 日常生活的方方面面 ，几乎全部 都有 采用塑料 生产。 因此 塑料模具结构设计 是一个有相当前景的行业 ， 而 企业 的 实际生产 则需要先进且合理的模具设计来做技术准备， 本文根据企业的实际生产 具体要求 进行模具结构设计。 1.1 模具设计与制造业的现状及存在的主要问题 （ 1） 高学历高技术的专业人才奇缺 。 （ 2） 根据国家发展委员会数字显示 目前 我国注塑行业专业化生产企业，大多数是原国家轻工业部管辖下五、六十年代建的塑料制品厂，其特点生产规模小、分散广、科技力量不强、市场开发应变能力薄弱、中低档产品偏多、企业老 、 负担重、资金缺乏。而国内一些原料生产基地和大型家电集团、汽车制造厂 、建材厂自己投资搞注塑配件、其生产规模、科学技术水平和产品市场拥有率大大超过原有企业水平，市场竞争的地理化和本土化，这种上游产品往下发展，而下游产品往上发展，使我国处于中间状态的注塑企业发展空间越来越小，注塑产品单一，企业生存和发展越来越难，濒临破产倒闭。 （ 3）目前我国注塑行业市场存在混乱状况。个别乡镇私人企业，由于其负担轻、税赋低、劳动成本低、偷工减料以低档次、低价格倾销产品冲击市场，阻碍我国注塑行业的健康有序发展。 （ 4）注塑行业重复建设、产能过剩、产品互相削价，致使经济效益大幅度滑坡。 （ 5）国内多 数注塑产品企业整体技术装备水平与发达国家比还处于较落后状态、产品开发能力差、创新少、深度加工跟不上市场需求。 （ 6）原材料供应方面。国内自己生产原料品种牌号少，选择余地小，不能满足加工厂需求，每年还需大量进口原材料 （ 7）注塑制品加工离不开注塑设备和模具，而目前国内能制造的最大注塑机锁模力只有 3600 吨左右，注塑量未超过 5 万克，同时全国模具厂缺乏龙头企业，模具开发能力尚不及先进发达国家。 1.2 塑料模具现状及发展方向 1.2.1 塑料模具现状 （ 1）应用范围广。目前各种形状复杂塑料注塑成型的结构件、功能件以及 特殊用途的精密件已广泛的应用到交通、运输、包装、储运、邮电、通讯、建筑、家电、汽车、计算机、航空航天、国防尖端等国民经济的所有领域，已成为不可缺少的重要的生产资料和消费资料。 （ 2）沿海工业发达地区的注塑产品档次接近港台同类产品的水平。沿海经济发达地区，由于经济高速增长，急需注塑产品的配套服务，给注塑行业发展带来机遇。目前国内经济发达地区广东、浙江、上海、江苏和山东等省市注塑产品产量约占全国总产量 65%，且从过去劳动密集型逐渐转向技术、资本密集型发展，生产力布局日趋合理。 由于先进技术引进 目前 这些地区 注塑行业 年加工能力 350万吨以上，单机注塑加工容量可从 4克 -5 万克，甚至将有 6万克注塑机问世。 （ 3）成型工艺方技术、多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和 3 抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟 ,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29 34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术 ,一些厂家还使用了 C-MOLD气辅软件 ,取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广 ,有的厂采用率达 20%以上 ,一般采用内热式或外热式热流道装置 ,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置 ,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到 10%,与国外的 50 80%相比 ,差距较大。 （ 4）在制造技术方面 ,CIMS/CAPP/CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶 ,以生产家用电器的企业为代表 ,陆续引进了相当数量的 CAD/CAM系统 ,如美国 EDS的 UG、美国 Parametric Technology公司的 Pro/Emgineer、美国 CV公司的 CADS5、英国 Deltacam公司的 DOCT5、日本 HZS公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、 美国 AC-Tech公司的 C-Mold及澳大利亚 Moldflow公司的 MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进 ,虽花费了大量资金 ,但在我国模具行业中 ,实现了 CAD/CAM的集成 ,并能支持 CAE技术对成型过程 ,如充模合冷却等进行计算机模拟 ,取得了一定的技术经济效益 ,促进和推动了我国模具 CAD/CAM技术的发展。近年来 ,我国自主开发的塑料模 CAD/CAM系统有了很大发展 ,主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA系统、华 中理工大学开发的注塑模 HSC5.0系统及 CAE软件等 ,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点 ,为进一步普及模具 CAD/CAM技术创造了良好条件。 （ 5）新形塑料模具钢才开发应用。如 P20、 3Cr2Mo、 PMS、 SM、 SM等 ,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响 ,但总体使用量仍较少。 （ 6）塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用 ,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在 30%以下 ,和国外先进工业国家已达到 70%-80%相比 ,仍有很大差距。 （ 7） 据有关方面预测 ,模具市场的总体趋热是平稳向上的 ,在未来的模具市场中 ,塑料模具的发展速度将高于其它模具 ,在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展 ,对塑料模具提出越来越高的要求是正常的 ,因此 ,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时 ,由于近年来进口模具中 ,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数 ,所以 ,从减少进口、提高国产化率角度出发 ,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展 ,使各种异型材挤出模具、 PVC塑料管材管接头模具成为模具市场 新的经济增长点 ,高速公路的迅速发展 ,对汽车轮胎也提出了更高要求 ,因此子午线橡胶轮胎模具 ,特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平 ；以塑代木 ,以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大 ；家用电器行业在“十一五”期间将有较大发展 , 4 特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大 ；而电子及通讯产品方面 ,除了彩电等音像产品外 ,笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展 ,这些都是塑料模具市场的增长点。 1.2.2塑料模具技术的发展方向 （ 1）塑料模设计制造中全面推广应用 CAPP/CAD/CAM/CAE技术。 （ 2）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平 。 （ 3）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具 。 （ 4）提高 模具 标准化 、系列化、商品化 的使用率 。 （ 5）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。 （ 6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术 。 （ 7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 。 （ 8） 企业与国家应大力支持 模具设计与制造专业人才培养 。 （ 9）国家应辅助发展 模具龙头企业 。 （ 10） 国家 应对 模具 行业的健康起指导建设作用 。 2.塑件介绍 及设计要求 按键面板注射模具的设计，以 ABS（丙烯青 丁 二烯 共物）为原料，其单件质量为 15g， 该塑料件用于 开关的面板控制，其中有两个 镶件 M4x1 75mm，和螺栓连接 ， 整个塑料件料厚 1.75mm，产品外观为乳白色，要求生产 20万件，因此具有较高的经济效益。 2.1 模具 设计 的 基本组成 如下 ： （ 1）定模机构 定模机构是安装在注射机的固定模板上的部分型腔。由定位环 、主流道体 、 定模底板 、 定模板 、 凹模组成一体 ， 在注射机上固定不动。 （ 2）动模机构 动模机构是安装在注射机动模板上的部分型腔。由凸模 、 动模板 、导柱 、 动模垫板组成一体，在注射机的锁模装置的驱动下往复运动。 （ 3）浇注系统 浇注系统是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。通常由主流道 、 冷料穴 、 分流道和浇口等组成。 （ 4）导向装置 导向装置是用以保证动模和定模闭和时位置准确。它由导柱，导套组成。 （ 5）顶出机构 顶出机构是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式，顶管式，推板式等。 （ 6）抽芯机构 当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机构工作前，先要将可作侧向运动的型芯从制品中抽出，该侧向运动是由抽芯机构实现的。 （ 7）冷却和加热装置 加热是为了满足注射成型工艺对模具温度的要求，冷却为使熔料能在模具内冷却定型。 5 （ 8）排气系统 排气 系统是为了把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中分解的气体排出，而在模具分型面处开设的排气槽。 2.2 塑件的测绘与相关尺寸如下图 2-1： 图 2-1 2.3 塑件 的结构功能 分析 （ 1）内 抽芯 机构的设计与介绍。 从图 2-2与 2-3可以看出， 塑件 需 内 抽芯机构才能成型， 而 该塑料件的 内抽芯结构并不是很难 塑料件， 故 模具的抽芯距离 比较小 ， 但是它的推出机构的设计比较麻烦，不但要保证塑件的正常脱出 ， 还要考虑推出机构的 制造 工 、装配等 艺性能， 这就需要认真考虑选择 推出 机构。 即 既 要达到抽芯目的，又要确保模具结构紧凑且加工方便。 6 图 2-2 图 2-3 选择方案 对比方案 （ 2） 塑件内部镶件 M2x1 75mm固定形式分析 。 从图 2-4与 2-5比较 镶件 M2x1 75mm在模具上增加安装固定型芯的 方法与 位置 比较 。 即 既要能确保镶件注射成功，又要保证操作 、安装、更换方便经济可靠。 图 2-4 图 2-5 选择方案 对比方案 7 3.注塑产品材料及工艺 ABS 塑料为通用的热塑性塑，成型性好、流动性好、成型收缩性小（通常 0.30.8） 无味、无毒、微黄色、 密度为（ 1.02 1.05） g 3 ；在塑筒中塑化效率高，在模具中凝固较快，成型周期短，制品光泽较好，冲击韧性、力学强度高、尺寸稳定、电性能、化学腐蚀性好、易于成型和机加工。 缺点是吸水性较大，因此，成型前必须充分干燥，可以在柱塞式或螺杆式卧式注射机上成型。 3.1 常用材料模塑件公差等级选用 1： 材料： 丙烯晴 -丁二烯 -苯乙烯 （ ABS） 公差等级： MT5 模塑件尺寸公差表 1： MT5 表 3-1-1 塑件尺寸公差表 3 3 6 6 10 10 14 14 18 18 24 24 30 30 40 40 50 50 65 A 0.16 0.20 0.24 0.28 0.30 0.34 0.38 0.42 0.48 0.56 B 0.36 0.40 0.44 0.48 0.50 0.54 0.58 0.62 0.68 0.76 （ 注： A 不受模具活动的影响 B 受模具活动的影响） 公 差值计算公式 6： MT4 0.0246 0.004764（ LS） 0.0726（ LS） 0.1 0.0288（ LS） 1/3 其中： LS 塑件公称尺寸（）。 当计算值为模具活动部分尺寸公差，则须增加附加值，其增加值原则为： MT1，MT2 级取附加值 0.10 ,MT3 MT7 级取附加值 0.20 。 3.2 成型工艺流程 其产品成型工艺流程如下 7： 8 表 4-2-1 产品成型工艺流程图 3.3 一般塑胶收缩 率 成型加工温度，模具温度及射出成型过程的一般塑胶收缩率 材 料 标 称 密度 玻璃纤维含量 平均比热 加工温度 模具温度 收 缩 率 g/cm3 % KJ/(kg x K) % 聚苯乙烯 PS 1.05 1.3 180-280 10 0.3-0.6 聚苯乙烯，中 .高冲击性 HI-PS 1.05 1.21 170-260 5-75 0.5-0.6 聚苯乙烯 -丙烯晴 SAN 1.08 1.3 180-270 50-80 0.5-0.7 丙烯晴 -丁二烯 -苯乙烯 ABS 1.06 1.4 210-275 50-90 0.4-0.7 苯烯晴 -苯乙烯 -丙烯酸 ASA 1.07 1.3 230-260 40-90 0.4-0.6 低密度聚乙烯 LDPE 0.954 2.0-2.1 160-260 50-70 1.5-5.0 高密度聚乙烯 HDPE 0.92 2.3-2.5 260-300 30-70 1.5-3.0 聚丙烯 PP 0.915 0.84-2.5 250-270 50-75 1.0-2.5 聚本烯 -GR PPGR 1.15 30 1.1-1.35 260-280 50-80 0.5-1.2 聚异丁烯 IB 150-200 预烘干 装入料斗 预塑化 注射装置 准备注射 清理嵌件 预热 清理模具 放入嵌件 合模 注射 保压 脱模 注射装置 准备装料 冷却 取出塑件 9 聚甲基戊烯 PMP 0.83 280-310 70 1.5-3.0 软质聚氯乙烯 PVC-soft 1.38 0.85 170-200 15-50 0.5 硬质聚氯乙烯 PVC-rigid 1.38 0.83-0.92 180-210 30-50 0.5 聚氟亚乙烯 PVDF 1.2 250-270 90-100 3.0-6.0 聚四氟乙烯 PTFE 2.12-2.17 0.12 320-360 200-230 3.5-6.0 氟化乙烯基丙烯共聚物 FEP 聚甲基丙烯酸甲脂（丙烯） PMMA 1.18 1.46 210-240 50-70 0.1-0.8 聚氧甲烯（乙缩烯） POM 1.42 1.47-1.5 200-210 90 1.9-2.3 聚苯撑氧或聚氧化亚苯 PPO 1.06 1.45 250-300 80-100 0.5-0.7 聚苯撑氧 -GR PPO-GR 1.27 30 1.3 280-300 80-100 150 0.2 热塑性聚亚胺脂 PUR 1.2 1.85 195-230 20-40 0.9 酚 甲醛树脂 GP PF 1.4 1.3 60-80 170-190 1.2 三聚氰胺甲醛 GP MF 1.5 1.3 70-80 150-165 1.2-2 三聚氰胺酚甲醛 MPF 1.6 1.1 60-80 160-180 0.8-1.8 聚脂树脂 UP 2.0-2.1 0.9 40-60 150-170 0.5-0.8 环氧树脂 EP 1.9 30-80 1.7-1.9 ca.70 160-170 0.2 a 注意与流动方向及横向的不同收缩率，制程影响。 b 共聚物 3.4 确定 塑件与浇注系统的质量 (1)根据 样 件测得 其质量为 15g，取 ABS 的密度为 1.07 g 3 因此，塑件的体积 V = Mz/r =15 / 1.07 =14 3 (2)估算浇注系统的体积 Vj，根据浇注系统的初步设计方案 （图 3-1）进行估算Vj=12 3则浇注系统的质量 Mj = Vj*r =12 * 1.07=12.84(g) 图 3-1 11 3.5 注射机的确定 根据计算的结果选择 XS-ZY-125 卧式注塑机，其技术参数如下 : 注塑机最大注塑量： 120cm3； 锁模力： 1000KN； 注塑压力： 70Mpa； 最小模厚： 215mm； 最大模厚 350mm； 注塑机定位孔直径 ： 5 0mm； 注塑机拉杆的间距： 400 x 250mm 4.主要工艺参数校核 1.根据注塑机制品的重量，计算出注塑机应具备 的注射量 当注塑机制品是用 ABS 制造的，注塑机应具备的注射量为 Wps Wabs（制品重浇口系统总重） （ 0.75 0.90） 即 Wps（ 1.3 1.1） ( 制品重浇口系统总重 ) 当制品的品质要求较高的时候，上式中的系数应该取大值。 如果制品是其他塑料（命名为 X 塑料），仿照上法，先计算出其应具有该种塑料的理论注塑量为 Wx Wx（ 1.3 1.1） （制品重浇口系统总重） 但是不能简单地用 WX 值决定注塑机地注射量，必须换成 Wps 值，换算公式是 Wps=Wx （ 1.05Vx ） 式中 Vx 某种塑料的比重 例：设一注塑制品用聚乙烯 (PE)作，已计算出制品本身重 180 克，估计浇口系统重 20 克，用以上公式先计算出： Wx 1.2 （ 180 20） 240 克 从手册查出 PE 料的比重为 Vx=0.92 所以 Wps 240 （ 1.050.92 ） 273.9 应该选购我公司的 11.5 盎司（ 328 克）注塑机为好。 2.制品的形状 根据注塑机制品在模板（定模板或动模板）的垂直投影面积，计算锁模力 P： 锁模力锁模力常数 制品的投影面积 即 P=KpS 式中 P 锁模力 （ t） S 制品在模板的垂直投影面积（ cm 2 ） Kp 锁模力常数（ T/cm 2 ） Kp 值例于下列表中（表 5） 塑料名称 PS PE PP ABS PA POM PMMA 其它 Kp( T/cm 2 ) 0.32 0.32 0.32 0.3-0.48 0.64-0.72 0.64-0.72 0.65-0.8 0.6-0.85 由制品高度确定注塑机应有的开模行程 12 开模行程 2 制品高度 水口长度 3.根据制品的材料、制品的壁厚选择螺杆的型号 通用塑料如 PE、 PP、 PS、 ABS 等，壁厚较薄的制品，选用 A 、 B 型螺杆 工程塑料如 PC、 PMMA 、 PPO 等，壁厚较厚的制品，选用 B 、 C 型螺杆 4.由模具的外形轮廓尺寸，决定注塑机拉杆（导柱）的内间距尺寸、最小模厚 拉杆内距 模具宽度 + （ 10-20） mm 容模量最小值 模具厚度 P 模 A 式中： P 模 熔融型料在型腔内的压力（ 50MPa 100 Mpa手册可查 ）； A 塑件和浇注系统在分型面上 的投影面之和 8000mm2 F 锁机 注塑机的额定锁模力， KN 故 F 锁机 P 模 A=70000000 x 0.008 KN=560(KN) 此处选定的注塑机为 1000KN，满足要求。 4.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核： 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合：模具长 x 宽 拉杆面积 ；模具的长 x宽为 360mm x 210mmHm Hmin，故满足要求。 开模行程校核： 所选注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式： Smax - Hm H1+H2+（ 5 10） mm 13 因为 :Smax - Hm =350 - 215 = 135mm H1+H2+（ 5 10） mm=(50+20+15)mm=85mm 式中： H1 推出距离， mm； H2 包括浇注系统在内的塑件高度， mm； S 机 注塑机最大开模行程， mm。 故满足要求。 5.注 塑模具结构及成型零件设计 5.1 型腔 数的确定、排列与及分型面确定要点 5.1.1 型腔数的确定、排列 模具的型腔数的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状（有无抽芯机构）、制品的精度、批量与及经济效益来确定。以下因素是型腔数确定的主要依据： （ 1） 制品的重量与注射机的注射量； （ 2） 制品的投影面积与注射机的锁模力 （ 3） 模具外形尺寸与注射机安装的有效面积或注射机拉杆之间距； （ 4） 制品有无恻抽芯及处理方法； （ 5） 制品的经济效益与生产批量； （ 6） 制品的精度与颜色； （ 7） 长期大批量生产适于采用多型腔结构； （ 8） 制品较小时适于采用多型腔结构； （ 9） 供货日期集 中，量大，适于采用多型腔结构； （ 10）制品复杂或精度高，多型腔一致性差，制造困难，故适于单型腔结构； 以上这些因素是相互制约的，因此，在确定设计方案时，必须进行协调，以保证满足主要条件。 此按键面板注射模具的设计，以 ABS（丙烯青 丁二烯 共物）为原料，其单件质量为 15g，其中有两个 镶件 M4x1 75mm，和螺栓连接 ， 整个塑料件料厚 1.75mm，产品外观为乳白色，要求生产 20 万件，所以其型腔数的确定方法有以下几种形式： 合同：此制品要求供应 200000 件 /半年，六个月完成、生产安排两班制生产，问模具型腔为几腔？（废品率为 0.5-0.6%）。 N（型腔） =W（产量） / 6*24（天） * 14（小时） * 0.6 * 60（分钟） =2.75 件 /分钟 因此，按此生产批量须选用多型腔； 14 注： 1.五天工作制，每月按平均 30 天计算，月工作 24 天； 2.两班制生产，每班工作按 7小时计算； 型腔数量确定之后 ， 便进行型腔的排列 ， 即型腔位置的布置 ， 型腔的排列涉及模具尺寸 ， 浇注系统的设计 、 浇注系统的平衡 、 抽 芯 （滑块 ） 机构的设计 、 镶件及型芯的设计 、 热交换系统的设计 ， 以上这些问题又与分型面及浇口位置的选择有关 ， 所以具体设计过程中 ， 要进行必要的调整 ， 以达到比较完美的设计。 下图 5-1 与 5-2 型腔的排列的方式比较，在老师的指导下选择图 5-1方案，此有利于 5.1.2分型面确定的要点 分型面对制品的表面质量 、尺寸精度、形状精度、位置精度、脱模、型心、型腔结构、排气、进料口、模具的制造都有直接影响，因此，在选择分型面时，应全面分析、比较和考虑，选定较为有利的方案。 （ 1）不影响 制品 外观 ，尤其是表面质量有要求的制品； （ 2）有利于保证产品的精度、模具加工、特别是型腔的加工； （ 3）有利于浇 口进料 、 方便 排气 和 冷却系统的设计； （ 4）有利于开模、脱模、并确保在开模时塑见留于动模一恻； （ 5）应选在制品的最大外形尺寸之处，否则，制品无法脱模； （ 6）有助于避免恻抽芯或有利于恻抽芯 ； （ 7） 方便金属 嵌的安装； 在老师的指导下与结合分型面的确定要点，设计出下面两中分型面方式，经过充分的考虑和验证决定选择方案一（图 4-1） ；因为方案一是把型心做成嵌块，这样有利于型心的加工和保证制品的质量，大大降低了各工艺的工作量。 15 图 4-1 图 4-2 选择方案 对比方案 5.2 排气和溢流设计 模具合模后，在模具内的所有空间如浇道、型腔内以及各零件组合的空隙内都残留有空气。另外，熔融的塑料射入型腔后也会分解出一些气体。这些气体在塑料熔体进入浇注系统的同时不能顺利排出模外，将会产生下述种种危害： （ 1）对射入流道的熔融塑料产生阻力，降低流动速度，从而降低制品的质量 ，甚至难以充满整个型腔，造成凹陷或缺料，制品报废等。 （ 2）降低连续注射的速度，影响生产率。因此，良 好的 排气系统 设计 对确保制品成型质量起着至关重要的作用。 为解决此缺陷，并根据模具的具体结构通常有以下几种方法可以解决，分别是在熔料的汇合处设置溢流槽或储料井。 排气槽的设计原则 及排气方式 1、熔料流程最远处； 2、型腔内气易于储蓄之处； 3、型腔中盲孔底部； 4、利用分型面排气； 5、利用设有排气的排气杆排气； 6、利用型心和型心镶件的配合排气； 5.3 成型件的设计 5.3.1成型件的结构设计 由于凹、凸模直接与高温、高压的 熔融 塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度 、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。 通过调查和老师的指导得知凹凸模结构形式用的最多的是整体嵌入式和局部镶拼式，因此，在这次设计中凹凸模的结构均采用整体嵌入式。 16 1.凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件，是制品的外表面形状、结构的复制。凹模按其结构的不同可分为： （ 1）整体式凹模 （ 2）整体嵌入式凹模 （ 3）局部镶拼式凹模 （ 4）四壁接合式凹模架 （ 5）螺纹型环等形式 1.整体结构凹模 ，这是直接在模板上加工出制品的外表面要求的形状、尺寸精度和质量的成型件。整体式结构制 造简单，制品上无镶拼结构留下的拼接痕，制品质量搞好，制造中省去了 镶拼组合所需的工时和费用，相同钢材的截面尺寸，比强度较高；但整体式结构的凹模只适用于形状比较简单， 精度要求不高，使用寿命短的中小型模具。（整体式结构一般用 45#调质钢） 2.整体镶入结构的凹模，中小型塑料制品，尤其是多型腔结构的模具常采用整体镶入式结构的凹模。整体镶入式凹模的优点是可以选用优质的钢材加工且用材不多，其结构便于加工，也便于维修和更换，一致性较好，其外形根据制品的形状结构和模具结构需要，可以是圆形、方形、矩形或其他形状。 3.局部镶 拼结构的凹模，对于型腔内部易于磨损或较为复杂的部分，采用局部镶拼组合的结构，可使易损部位的修理或更加方便快捷。 （ 2）凸模的结构设计 （ 3）成型零件钢材选用 5.3.2成型 零件的 尺寸计算 1.型腔尺寸的计算方式有： a)按平均尺寸对凹模型腔尺寸的径向计算 （ 1）按平均尺寸计算 Lm = （ 1 Scp） Ls-X z0 （ 2）按极限尺寸计算 Lm = （ 1 Smax） Ls- z0 校核 Lm + Lm = （ 1 Scp） Ls-X z0 式 中 ： Lm 凹模径 向 公称 尺寸（） Scp 塑料平均收缩率 （ %） ABS 值为 0.7% 17 Ls 制品的 径向公称 尺寸（），为 101 制品公差为 1.14(mm) c 型腔磨损量（ mm） z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 1.14/4 0.285 X 修正系数，由书 注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 101mm、MT5 制品尺寸公差为 1.14，按平均值法计算模具尺寸中修正系数 X的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X值取 3/4。 则： Lm （ 1 0.7%） 101 3/4 1.14 +0.2850 =(101.707-0.855) +0.2850 =100.852 +0.2850（） b)按平均尺寸对 凹模 型腔尺寸的轴向计算 Ls 制品的轴向公称尺寸（），为 40.5 制品公差为 0.64 z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 0.64/4 0.16 X 修正系数，由书注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 40.5mm、MT5 制品尺寸公差为 0.64，按平 均值法计算模具尺寸中修正系数 X的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X值取 3/4。 则： =（ 1 0.7%） 40.5 3/4 0.64 +0.160 =（ 40.7835-0.48） +0.160 = 40.3035 +0.160 c)凹模型腔尺寸的深度计算 （ 1）按平均尺寸计算 Hm = （ 1 Scp） Hs-X z0 （ 2）按极限尺寸计算 Hm = （ 1 Scp） Hs- z z0 18 校核 Hm - Smax Hs + Hs Hm = （ 1 Scp） Hs- z z0 式中： Ls 制品的轴向公称尺寸（），为 20.5 制品公差为 0.44 z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 0.44/4 0.11 X 修正系数，由书注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 20.5mm、MT5 制品尺寸公差为 0.44，按平均值法计算模具尺寸中修正系数 X的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X值取 1/2。 则： =（ 1 0.7%） 20.5 0.11 +0.110 =（ 20.6435-0.11） +0.110 = 20.5335 +0.110 2.型芯尺寸的计算方式有： a)按平均尺寸对凸模型芯的径向尺寸计算 （ 1）按平均尺寸计算 Lm = （ 1 Scp） LS-X 0 z （ 2）按极限尺寸计算 Lm = （ 1 Smin） LS+ 0 z 校核 Lm c- z- SmaxLS LS 式中： Lm 凸模径向公称尺寸（） Scp 塑料平均收缩率（ %） ABS 值为 0.7% Ls 制品的径向公称尺寸（），为 96.5 制品公差为 (mm) c 型芯磨损量（ mm） 19 c 型腔磨损量（ mm） z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 1/4 0.25 X 修正系数，由书注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 96.5mm、MT5 制品尺寸公差为 1，按平均值法计算模具尺寸中修正系数 X的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X 值取 3/4。 则： =（ 1 0.7%） 96.5 3/4 1 0 0.25 =（ 97.1755-0.75） 0 0.25 = 96.4255 0 0.25 b)按平均尺寸对 凸 模型 芯 轴向 尺寸的 计算 Ls 制品的轴向公称尺寸（），为 37 制品公差为 0.56 z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 0.56/4 0.14 X 修正系数，由书注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 37、 MT5制品尺寸公差为 0.56，按平均值法计算模具尺寸中修正系数 X 的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X 值取 3/4。 则： =（ 1 0.7%） 37 3/4 0.56 0 0.14 =（ 37.259-0.42） 0 0.14 = 36.839 0 0.14 c)凸模型 芯 尺寸的高度计算 （ 1）按平均尺寸计算 Hm = （ 1 Scp） Hs+X 0 z （ 2）按极限尺寸计算 Hm = （ 1 Smin） Hs+ 0 z 校核 Hm - Smax Hs - z Hs Hm = （ 1 Smin） Hs+ 0 z 20 式中： Hs 制品的轴向公称尺寸（），为 18.75 制品公差为 0.44(mm) z 模具制造公差，取制品相应尺寸（ /3 /6） mm，取 /4，则为 0.44/4 0.11 X 修正系数，由 书注射成型模具 Page236 塑件尺寸公差表可知， 18.75mm、MT5 制品尺寸公差为 0.44，按平均值法计算模具尺寸中修正系数 X的数值表，得凹模径向工作尺寸计算的 X值取 1/2。 则： =（ 1 0.7%） 18.75 1/2 0.44 0 0.11 =（ 18.88125-0.22） 0 0.11 = 18.661250 0.11 3.中心距的计算 Lm = （ 1 Scp） Ls 5.4 型腔恻壁、底板与及其他 零件（定模板、） 的计算 在注塑成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用，因此凹模与凹、凸模的底板必须具有足 够的强度和刚度。 因此， 型腔的恻壁和底板的厚度均要进 行强度和刚度的计算加以确定。避免因强度不够产生变形甚至开裂损坏，同时避免因刚度不足产生 扰 曲变形，不可能脱模或产生大量飞边溢料，降低制品精度。型腔壁厚的计算应以熔体充满型腔时的瞬间最大压力进行计算。 大尺寸的型腔，主要进行刚度计算，强度计算在其次；尺寸小的型腔模具主要进行强度计算，刚度计算其次。 刚度、强度计算时应考虑的要点如下： （ 1）保证制品顺利脱模，为达到此目的，型腔允许的弹性变形量不能大于而只能小于制品的收缩值， 即 s 21 型腔允许的弹性 变形量 (mm)； 制品平均厚度； S 塑料的平均收缩率； 否则，制品成型后，其周围被变形的型腔紧紧包住无法脱模。 （ 2）当制品某部分或某一尺寸，同时有几项要求，应以其中最严格的要求来计算刚度。 （ 3）当型腔尺寸的强度计算和刚度计算分界值难以分明的情况下，则应分别进行强度和刚度计算，并取其最大值，作为壁厚和底板的厚度。 5.4.1 巨形型腔的结构尺寸计算 5.4.2 圆形 型腔 的 结构 尺寸计算 5.4.3 型腔恻壁厚度计算： 按 刚度计算 ，型腔恻壁厚度为： S=r E /rP-+1/ (E /rP-1 1/2-1 = (E +0.75 rP)/ ( E -1.25 rP)1/2-1 按强度计算，型腔恻壁厚度为： S= / ( -2P)1/2-1 式中 : S 型腔侧壁厚度 （ mm）； r 型腔半径（ mm） ； 型腔 允许变形量 （ mm）； 模具材料的许用应力 （ Mpa） ； P 型腔所受压力 （ Mpa） ； E 模具材料的弹性模量 取 2.06*105 MPa； 模具材料的泊松比 ,碳钢为 0.25 型腔底板厚度计算 按刚度要求， h=(Pr2/120EB )*(30l 3-45 Lr2+64r3)1/3 按强度要求， h=rP(3 L-8r)/(2B )1/2 由于注塑成型受温度、压力、塑料特性及塑件形状复杂程度等因素的影响，所以以上计算并不能完全真实的反映结果。通常模具设计中，型腔壁厚及支承板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。所以，根据经验确定壁厚及底板厚度，具体厚度见模具装配图。 6.浇注系统设计 6.1.主流道与分流道的设计 主流道的设计原则：有利于徘气，不产生涡流、紊流现象；减小压力损失， 22 因此流道设计尽 可能短；浇注系统质量取最小值；有利于型腔和镶件的变形保护 ，浇口有利于修正和加工等。 （ 1） 主流道分为两段，一段在浇口套内，一段在定模板的镶块内。根据以往经验，主流道设计为圆锥形，其锥角为 3。因为在满足成型与脱模的前提下 , 锥角小 ,流道柄废料少 ,提高了原材料的成品率。主流道内壁应光滑 ,表面粗糙度 Ra取 0.40 0.20 ，抛光方向与脱模方向平行。主流道长度在考虑到模板厚度的情况下越短越好，一般小于 60mm，本次设计取 50mm。 第一段：主流道始端直径： mmdD 15.0 3 d 为机床喷嘴直径 d = 3 mm D = 3 + 1 = 4 mm 球面凹坑半径： mmRR 15.012 3 1R 为喷嘴球头半径 R1 = 15 mm R2 =15 + 1 =16 mm 球面凹坑深度为 mmh 53 取 mmh 3 （ 2）分流道的设计 在多腔模中要降低流动阻力，应使分流道尽量短且转弯少。此外分流道的断面尺寸要足够大， 降低压力损失和温度损失，缩短充模时间，使能生产出高质量的塑件。但是过大的流道断面增加了浇注系统回头料重量，增加了回头料配用比例，不但多耗能，且降低制品质量，此外粗大流道要求较长的冷却时间，延长作业周期，降低了机器效益。分流道的截面形状设计为梯形，该流道只切削加工在一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损失均不太大。 第二段 分流道 的始端直径比第一段的末端直径略 小 ，取 6mm。其形式如下图 分流道的设计形式 23 6.2 浇口的设计 在设计浇注系统时 ， 首先是选择浇口的位置 。 浇口位置选择直接关系到产品成型质量及注射过程的顺利进行，浇口位置的选择应遵循以下原则： 浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理； 浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使具流程为最短； 浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对型腔中宽畅，厚壁部位，以便于塑料顺利流入； 浇口位置应开设在塑件截面最厚处； 避免塑料在流下型腔时直冲型腔壁 、 型芯或嵌件 ， 使塑料能尽快流入到型腔各部位 ， 并避免型芯或 嵌件变形； 尽量避免使制品产生熔接痕，或使其熔接痕产生在制品不重要部位； 浇口位置及其塑料流入方向 ， 应使塑料在流入型腔时 ， 能沿着型腔平行的方向均匀地流入 ， 并有利 于型腔内气体的排出； 浇口应设置在制品上最易清除的部位，同时尽可能不影响产品外观 该制品有壁厚差，在避免喷射的前提下，浇口应开设在制品截面最厚处，以利于熔体流动，排气和补料，避免制品产生缩孔或表面凹陷，故浇口位置选择在产品最厚处； 由于本次设计采用侧浇口，侧浇口设置在模具分型面处，从塑件的外侧进料，截面为矩形浇口，图示如下图 浇口确定形式 24 6.3 浇口套的设计 浇口套要求耐磨性好，因此采用 45 钢，需要表面淬火，硬度 55HRC 浇口套的形状尺寸如 图 所示： 浇口套的形状 尺寸 6.4 抽芯距 与斜销长度计算 S0 ( 2(1)抽芯距 S孔深 S0 4mm 3 )mm ,该件侧则 S 4 2 6mm (2)斜导柱的 长度计算 倾斜角度取 18 度，其计算过程如下： L L 1 L2 L3 L4 L5 2Dtan cosh2dtan aSsin ( 5 10 ) 220tan 030 030cos25 215 tan 030 030sin5 ( 5 10 ) 5.8 28.9 6.5 10 10 61.2 (mm) 取整数 L 62 mm 25 6.5 斜滑块抽芯结构设计要点和注意事项 动作原理及设计 ：是利用成型的开模动作用 ， 使斜撑梢与滑块产生相对运动趋势 ， 使滑块沿开模方 向及水平方向的两 种运动形式，使之脱离倒勾。 26 6.6 滑块的锁紧及定位方 由于制品在成型机注射时产生很大的压力 ,为防止滑块与活动芯在受到压力 而位移 ,从而会影响成品的尺寸及外观 (如跑毛边 ),因此滑块应采用锁紧定位， 通常称此机构为止动块或后跟块。 常见的锁紧方式如下图： 6.7 滑块的定位方式 滑块在开模过程中要运动一定距离 ,因 此 ,要使滑块能够安全回位 ,必须给滑块 安装定位装置 ,且定位装置必须灵活可靠 ,保证滑块在原位不动 ,但特殊情况下 可不采用定位装置 ,如左右侧跑滑块 ,但为了安全 27 起见 ,仍然要装定位装置 .常 见 的定位装置如 下： 6.8 滑块入子的连接方式 滑块头部入子的连接方式由成品决定，不同的成品对滑块入子的连接方式可能 不同，具体入子的连接方式大致如下 ： 28 6.9 滑块的导滑形 块在导滑 中 ,活动必须顺利、平稳 ,才能保证滑块在模具生产中不发生卡滞或 跳动现象 ,否则会影响成品质 品 ,模具寿命等。 (压板规格超级链接 ) 常用的导滑形式如下图所示。 29 7.倾斜滑块参数计算 由于成品的倒勾面是斜方向 ,因此滑块的运动方向要与成品倒勾斜面方向 一致 ,否侧会拉伤成品。 1.滑块抽芯方向与分型面成交角的关系为滑块抽向动模 。 如下图所 示： =d - b d +b 25 c = +(2 -3 ) H=H1-S*sinb S=H1*tgd /cosb 2.滑块抽芯方向与分型面成交角的关系为滑块抽向定模。 如下图所示： 1 =d -b d-b 25 c =a +(2 30 S=H1+tgd /cosb 经过认真的分析此按键注射模具的斜销设计为下图方式： 7.1抽心力的计算及强度校 核 （ 1） 抽芯力的计算 由于塑料在模具冷却后 ,会产生收缩现 象 ， 包括模仁型芯及其它机构零 件 (如斜梢 .滑 块 .入子等 )因此 ,在设计滑块 时要考虑到成 品对滑块的包紧力 ,受力状态图如下： F=F4*cos -F3cos =(F4-F3)*cos 式中： F- 抽芯力 (N)； F3- F2的侧向分力 (N)； F4- 抽芯阻力 (N)； - 脱模斜度 .由于一般较 小 ,故 cos =1 即 ： F=F4-F3 而 ： F2=F1-cos F3=F2tg =F1cos *tg =F1*sin F4=F2*= -F1cos