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产品—Ⅱ注射成型模具设计,产品,注射,成型,模具设计
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毕业论文产品-注射成型模具设计材料工程系罗德霜102074334学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 刘威专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 产品注射成型模具设计 系部： 材料工程系 专业: 高分子材料与工程 学号： 102074334 学生： 罗德霜 指导教师（含职称）： 刘威（副教授） 1课题意义及目标 对于产品塑料产品的设计，自动抽芯结构、自动脱模结构可以有效地提高生产效率和节省人工劳动力等。通过本课题的研究，提出你创新构思的最佳设计方案，并用AUTOCAD软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具外侧抽芯结构及顶出机构进行分析研究，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的模具。2主要任务 1）产品图一张（自己测绘或设计）、装配图一张、除弹簧、螺钉、销钉等标准件以外的所有的成型或结构零件图； 2）模具设计计算，包括力学计算、成型尺寸计算、脱模力计算、流动比计算、冷却系统计算等；3）完成一篇毕业论文的撰写工作。3基本要求 1）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写； 2）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的设计研究方案； 3）论文要求：论理论据正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明，把实践的结果上升到理论认识或应用的高度，并提出自己的见解与观点。设计绘图要严格按国家制图标准，并利用机算机打印； 4）翻译一篇与模具相关的英文文献。4主要参考资料1 申开智. 塑料成型模具M. 第二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.2 黄锐, 曾邦禄.塑料成型工艺学M. 第二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.3 宋王恒. 塑料注塑模具设计实用手册M. 北京: 航空工业出版社, 1994.4 王晖, 刘军辉. 注射模设计方法及实例解析M. 北京: 机械工业出版社, 2012.5 蒋继宏, 王效岳. 注塑模具典型结构100例M. 北京: 中国轻工业出版社, 2000.5进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，测绘或绘制塑件图1月3日3月18日2确定设计方案并画装配草图3月19日4月1日3画装配工作图4月2日4月22日4画零件图4月23日5月27日5模具设计计算，查漏补遗5月28日6月3日6完成毕业论文及答辩工作6月4日6月22日审核人： 年 月 日太原工业学院毕业设计产品-注射成型模具设计 摘要：本课题主要研究设计的是产品-的注塑模结构。重点针对外表面螺纹成型和侧抽芯结构进行分析设计。通过查阅文献，调整、优化，提出最佳设计方案，并对模具结构的相关尺寸进行计算校核，使塑件顺利脱模，实现生产自动化。在模具制造行业，精确度和耐久性是人们所关注的；所以可以应用 CAD/CAM来提升模具设计的品质，降低制造过程中的风险。 关键词：注塑模，螺纹成型，侧抽芯The Design of the Product - Injection Forming MoldAbstract: This topic mainly research the product-of injection mold structure. the key to analysis and design for the outer surface of the thread forming and pulling side structure. Getting the best design solution by literature reviewing, adjusting and optimizing, and relative size of the mold structure is calculated. making the smooth plastic mold and realizing automate production. In the mold making industries, accuracy and tolerance are the important issues. so using CAD/CAM will enhance quality of the work in the mold design and reduce the number of errors in manufacturing.Key words: Injection mold, The thread forming, Pulling side II目 录 1 前言 1 1.1 国内研究进展 1 1.2 国外研究进展 2 1.3 本课题研究的目的及意义 22 塑件分析设计 42.1 塑件要求分析 42.2 塑件材料的选择 42.3 塑件结构分析 5 2.3.1 塑件图 52.3.2 塑件体积和质量 62.3.3 塑件尺寸精度及表面质量 6 2.3.4 塑料收缩率及脱模斜度 7 2.4 塑件成型工艺参数及塑件图 8 3 分型面的选择 9 4 模具结构方案 11 4.1 注塑机的选择 11 4.2 注塑机有关参数的校核 11 4.2.1 最大注塑量对型腔数的校核 11 4.2.2 注塑压力的校核 12 4.2.3 锁模力的校核 12 4.2.4 抽芯距的确定 12 4.2.5 开模行程的校核 13 4.3 型腔壁厚计算 14 4.3.1 型腔侧壁厚度计算 14 4.3.2 型腔地板厚度计算 15 4.4 模架的选择及装配图 16 5 浇注系统设计 18 5.1 主流道及其衬套设计 18 5.2 分流道设计 20 5.2.1 分流道布置形式 21 5.2.2 分流道截面形状 21 5.3 浇口设计 21 5.4 流动比计算 23 5.5 定位环设计 24 6 成型零部件设计 25 6.1 成型零件的结构设计 25 6.1.1 模具型腔结构设计 25 6.1.2 模具型芯结构设计 26 6.2 成型零件尺寸计算 26 6.2.1 型腔尺寸计算 27 6.2.2 型芯尺寸计算 29 7 侧向分型与抽芯机构设计 30 7.1 脱模力计算 30 7.2 抽芯机构设计 30 7.2.1 侧抽芯形式的确定 31 7.2.2 斜导柱结构设计及计算 31 7.2.3 导滑结构设计 34 7.2.4 定位装置设计 35 7.2.5 锁紧装置设计 35 8 冷却系统设计 37 8.1 冷却系统的设计要点 37 8.2 冷却时间的相关计算 37 8.2.1 冷却时间的计算 37 8.2.2 冷却水体积计算 38 8.2.3 核对冷却水在管道内的流速 39 8.2.4 传热膜系数 39 8.2.5 冷却水在管道内的总传热面积 39 8.2.6 冷却水流动状态校核 40 8.2.7 模具上开设冷却管道的孔数 40 8.3 水嘴结构设计 40 9 脱模机构的设计 42 9.1 脱模结构设计 42 9.2 顶杆直径校核 43 9.3 复位杆的设计 44 10 合模导向机构设计 45 11 排气系统设计 47 12 模具图纸和工作原理 48 12.1 模具装配图和部分非标准零件图 48 12.2 模具的工作原理 48参考文献50致谢 511 前言 1.1 国内研究进展确定模具脱模方向是进行注塑模具自动分模设计系统的第一步。脱模方向的选择是否合理，直接影响模具设计制造的复杂程度、制造成本以及塑件尺寸的稳定性。近年来，模具脱模方向自动确定技术的研究逐渐引起国内外学者的高度重视。注塑模具自动分模技术主要包括模具脱模方向的自动确定、模具分型线和分型面的自动生成三个方面。脱模方向的自动确定是分型线和分型面自动生成技术的基础，分型线决定了分型面的形状和复杂程度，而分型面的自动生成是实现注塑模具自动分模技术的关键。注塑模具自动分模技术三方面的内容是后续模具详细设计的基础，是影响模具结构复杂性、注塑模成本以及模具设计自动化程度的关键因素，不合理的脱模方向、分型线设计和分型面形状甚至会导致模具设计的失败。对于注塑模具自动分模技术，由于塑件结构的复杂性和多样性，而且分模设计是一个经验性比较强的过程，从而导致了其实现的困难性。尽管国内外学者针对这方面进行了大量的研究，并取得了一定的成果，但是对自动分模技术算法的研究进展仍然比较缓慢，且大多都集中在理论研究阶段。在模具设计过程中，脱模方向、分型线和分型面不仅是影响模具复杂性和成本的关键因素，而且它们的确定是一个很耗时的过程。计算机辅助脱模方向的自动确定、分型线和分型面的自动生成，对降低模具的成本，提高模具设计自动化起到重要作用。哈夫模，哈夫是英文“half”的译音，就是一半的意思，就是指模具分成两半拼合的。在管子冲模上应用最多，用两个半圆的哈夫块把管子夹紧再冲裁。两个半圆实际上还差一点点才是完整的半圆，完全拼合的时候，对管子侧面产生很大的挤压力，可以夹紧管子，但是又不会把管子夹变形。含有外部螺纹的制品可采用一对滑块成型，由弯销进行脱螺纹，模具结构较为紧凑；定模板的锥面可以使模块得到虽有力的锁紧，又可使动、定模自动定准中心，使制品获得均匀的壁厚；制品的内外表面均有螺旋式水路进行冷却，具有较好的冷却效果；制品由推块顶出，制品和推快接触面较大且受力均匀。开模时，在弯销的作用下使滑块向两侧分型，同时塑件被带到动模，顶出时，注射机的顶针顶动连接杆带动撞快将塑件从型芯顶出1。1.2 国外研究进展 Ravi和Wong等对沿三个基准轴方向的分模进行了研究，提出了适用于简单三维体的脱模方向判定的方法，但其缺点正是在于此，因为坐标轴的方向并不一定保证是真正的或最优的脱模方向，这样会给正确选择脱模方向带来一定的困难。Urabe等把塑件的脱模方向事先确定在三个坐标主轴方向，然后对每个主轴方向计算侧凹数目、投影面积、圆柱面数目等模具因子，来综合确定主脱模方向。这一方法除了存在Ravi等相同的不足外，目前仅能处理简单三维体，即不包含复杂组成特征的塑件。 Hui和Tan采用的是一种启发式搜索方法，通过判断面与面之间的遮挡情况，提出引用遮挡因子和性能值两个判据来确定主脱模方向和次脱模方向。这一方法中，测试点数的选取是较为敏感的问题，测试点数太少则结果不正确；测试点数太多，则计算效率低。这种方法虽然并不完善，但对于较复杂的曲面塑件表现出重要的作用。Hui提出了基于遮挡的概念，采用平面分割塑件实体及其凸包，求差获得塑件体和凸分割体，并逐步判别侧凹特征，最终获得主脱模方向、侧抽芯方向和分割抽芯方向，该方法适用多面体形状的塑件。当塑件中包含曲面时，分割空间无法给出，其次效率很低，一个稍微复杂的塑件，计算约需几个小时。从1990年以来，分型线和分型面的研究一直方兴未艾。目前，国内外注塑模具分型线和分型面自动生成方法的研究，主要分为两大类：一类是以整个塑件几何实体作为研究对象，采用不同的算法确定脱模方向的塑件最大轮廓作为分型面；另一类是以塑件实体的表面作为研究对象，根据对面的分析确定塑件的分型线和分型面。当然，这种分类方法并不是绝对的，许多算法之间互相联系，但总的来说都是要找出塑件在某一个方向上的最大轮廓线，作为分型线，并最终确定塑件的分型面位置2。1.3 本课题研究的目的及意义 （1）目的 产品的设计。 开发新的快速经济模具，以适应自动化、大批量的生产方式。 根据题目要求查阅搜集相关文献资料，达到搜集论文证据资料的目的。 通过对该类模具文献资料的分析提出自己创新构思的最佳设计方案，并通过相关软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具外侧抽芯结构和螺纹设计进行分析研究。 （2）意义 通过对该类模具文献资料的分析提出自己创新构思的最佳设计方案，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的产品注塑模具。 对我国精密注塑模具设计技术提升做出自己的一点贡献，使我国在这方面能更快的与国际水平相接轨。 产品属于高度密封性产品，对各个部件的结构合理性和精确度要求极高，提高模具制造技术，可以让塑件成品的品质的到提高。 通过该课题既能够让我对一副模具的设计过程有了更深一个层次的了解，检查我对知识的掌握能力和动手能力，也能让我的思维能力得到很大的锻炼。2 塑件分析设计2.1 塑件要求分析 一个塑料制品在设计的时候，要考虑其使用功能、外观要求、经济效益以及客户的特殊要求和现有的制造能力。在技术方面，要重点考虑塑件的力学性能（如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性等）和成型工艺性（如收缩率、流动性等）。2.2 塑件材料的选择 由于塑件要求很高的几何稳定性，热稳定性，耐化学腐蚀性等；并结合塑件硬度要求及实际使用需求，综合考虑经济成本效益，初步确定选用聚苯乙烯作为塑件材料。其基本的性能见表2.13。表2.1 聚苯乙烯的部分基本性能Table 2.1 Some of the basic properties of polystyrene性能数值性能数值密度/(g/cm3)1.04比热容/J/kgK1340比体积/(cm2/g)0.94-0.96导热率/W/mK0.130玻璃化温度/100泊松比 0.38热变形温度/65-96溢边值cm0.04-0.05线性膨胀系数/(10-5/)6-8 聚苯乙烯玻璃化温度8090，非晶态密度1.041.06g/cm3，晶体密度1.111.12g/cm3，熔融温度240，电阻率为10201022 cm。导热系数30时0.116w/(mk)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度070，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同以及无规立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性，间同聚合物有部分结晶性。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS），高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高和性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。2.3 塑件结构分析 2.3.1 塑件图 图2.1 主视图和俯视图 Figure 2.1 Front vie wand a top view图2.2 塑件三维结构图Figure 2.2 Three dimensional structure of plastic parts2.3.2 塑件体积和质量 计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。该产品材料为聚苯乙烯，其密度为1.04g/cm31.09g/cm3，收缩率为0.4%0.6%，常温下PS密度为1.05g/cm3，平均收缩率为0.5%。使用画出三维实体图，软件能自动计算所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到塑料衣夹的体积。通过SOLIDWORKS软件自动计算该塑件的体积V12.5cm3，表面积S=102.8cm2。可得塑件的质量为：msV1.0512.513.125g （式2.1）2.3.3 塑件尺寸精度及表面质量 （1）塑件尺寸精度影响塑件尺寸精度的因素很多，除与模具的制造精度及磨损情况以外，还与塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构形状有关。为使生产的塑件合格，应设定塑件的尺寸公差值大于或等于各项因素带来的累积误差。所以，在保证使用要求的前提下，尽量使用较低的精度等级。本课题塑件设定的标注尺寸公差为MT3和未注尺寸公差为MT5（GB/T144861993）。（2）塑件的表观质量塑件的表观质量一般包括：表面粗糙度Ra、光亮度、色彩均匀性、表面缺陷。表面粗糙度是决定塑件表面质量的主要因素。表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时的研磨抛光要求也越高，模具制造的难度也越大。有的制品表面要求很高，型腔表面粗糙度要求达Ra0.02-0.4m。对于透明塑件，要求型腔和型芯的粗糙度保持一致，不透明制品则应根据情况分别考虑，非配合表面和隐蔽的面可去较大的表面粗糙度。还可利用表面粗糙度的差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型芯上或留在欧模中4。考虑本课题塑件的设计要求及加工难度，将粗糙度设定为外表面Ra=3.2m和内表面Ra=1.6m。2.3.4 塑料收缩率及脱模斜度 （1）塑料的收缩率塑料的实际收缩率在注塑成型过程中，会受到众多因素的影响，因而收缩率的计算和选择，也只能使用近似值。对于塑件的收缩率的选取，一般依照以下几个原则：收缩率较小的塑件，取平均收缩率；收缩率较大的塑件，根据制品形状（尤其是壁厚）来确定。壁厚的取上限，壁薄的取下限；制品各部分收缩率不尽相同，依具体情况选择，高精度塑件或某种塑料的收缩率缺乏精准数据时，可采用修模余量加以解决；收缩率较大的塑料，可采用经验数值或材料供应商提供的数据；本课题塑件采用材料PS的收缩率为0.4%-0.6%，依据相关原则，确定其收缩率为0.5%。（2）塑件的脱模斜度塑料在模塑成型过程中，从熔融态转变为固态时，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为此，塑件与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，应带有足够的脱模斜度，以减少脱模阻力。一般塑件（高度P塑，符合条件要求。 4.2.3 锁模力的校核 锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模具型腔而产生的胀模力。采用通用塑料生产中，胀模力通常取20-40MPa，根据表4.1选取胀模力p=36 MPa。注射成型所需锁模力F塑的计算公式： （式4.3）式中：F塑模具所需要的锁模力，kN； A塑件加浇注系统在分型面上的总投影面积，cm2。XS-ZY-60注塑机的额定锁模力为500 kN，塑件总投影面积为36.7 cm2。所以由公式4.3得F塑=132.12kN500kN，符合条件。4.2.4 抽芯距的确定 抽芯距是将型芯从成形位置抽到不妨碍塑件取出的位置，即型芯（滑块）移动的距离。通常抽芯距等于成形孔深加23mm。如图4.1所示，成形圆形骨架塑件时，其抽芯距按下列公式计算8： （mm） （式4.4）式中：S最小抽芯距离（mm）； D骨架最大直径（mm）； D骨架最小直径（mm）。图4.1 圆形骨架塑件抽芯距尺寸关系Figure 4.1 Round plastic skeleton Pulling away from the size relationship其中D=59mm，d=53.835mm，所以由公式4.4得S=15mm。4.2.5 开模行程的校核 注塑机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模具里必须小于注塑机的最大开模距离9。开模行程校核：所选择的注射机的合模方式为双曲肘锁模机构。它的最大开模行程与模厚无关，开模行程可按下式计算： （mm） （式4.5）式中：S注塑机最大开模（移动模板行程）行程，mm （由表4.1得S=180mm）； H1塑件脱模（推出距离）距离，mm （H1=19mm）； H2塑件高度，包括浇注系统在内，mm （H2=59mm）。式4.5右边代入数据得19mm+59mm+10mm=88mm180mm。又因为该模具结构有侧抽芯，为完成侧向抽芯距离L所需的开模行程为Hc。当时，开模行程按侧向抽芯要求决定。 （mm） （式4.6）当时，仍按式4.5校核。其中Hc按下式计算： （mm） （式4.7） 式中：S最小抽芯距（15mm）； 斜导柱的斜度（18）。由式4.7得Hc=44mm 19mm+59mm，所以本课题开模行程取88mm符合要求。 4.3 型腔壁厚计算 在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中，将受到高压冲击，其受到的力包括：（1）合模时的压应力；（2）注射过程中塑料流动的注射压力；（3）浇口封闭前一瞬间的保压压力；（4）开模时的拉应力。其中最主要的是注射压力和保压压力。所以，模具型腔应具有足够的强度和刚度。在模具设计时，要根据强度和刚度要求对模具的壁厚进行计算。模具的几何形状、组合形式不同，其计算方法也不同。最常见的有组合式圆形型腔、整体式圆形型腔、组合式矩形型腔、整体式矩形型腔。本课题模具型腔为圆形，在设计时考虑塑件复杂度和加工难易度，采用组合式。4.3.1 型腔侧壁厚度计算 当型腔侧壁受高压塑料熔体作用时，其内半径增长量为10。因此在侧壁后和底之间产生一纵向间隙，间隙过大将会发生溢料，其最大值为： （式4.8） 式中：p型腔内压力，查表4.1为36MPa； E弹性模量，碳钢为2.1105MPa； r内半径，29.5mm； R外半径，mm； 泊松比，碳钢取0.25。如果一致P、r、E和刚度条件=0.05mm，则式4.8可改写为： 或 （式4.9） 式中：S壁厚。式4.9代入数据得S=3.25mm13.5mm。按强度计算时，按第三强度理论计算，其计算公式为： （式4.10） 式中：许用应力，160MPa。式4.10代入数据得S=10.3mm13.5mm，所以符合要求。4.3.2 型腔地板厚度计算 组合式圆形型腔底板，该底板可视为周边简支的圆板，最大挠度发生在圆板的中心，其值为： （式4.11） 式中：S底板厚度，mm R圆环形支座内半径，mm 设允许变形为，可得： （式4.12）式4.12代入数据=0.05mm，p=36MPa，r=29.5mm，E=2.1105得S=12.43mm，所以底板厚20mm符合要求。按最大应力作强度计算，最大应力也发生在圆板中心，其值为： 故 （式4.13）式4.13代入数据p=36Mpa，MPa，r=29.5mm得S=15.5mm，所以底板厚20mm符合要求。4.4 模架的选择及装配草图 模架的选择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。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；推板固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇口套与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫块不需要与动模固定板用销钉精确定位；推板不需与推板固定板用销钉精确定位。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。根据2型腔分布，冷却水道排布和侧抽芯的需要，综合其他各方面的因素，查阅标准塑料注射模中小型模架11，选用A4-250315-16Z1 GB/T 12556.1-90。模架的具体尺寸为：定模底板厚度：25mm，定模板厚度：20mm，导滑板厚度：19mm，动模板厚度：20mm，动模垫板厚度：30mm，垫块高度：50mm，推板固定版：13mm，推板厚度：17mm，动模底板厚度：25mm，导柱的直径：25mm，复位杆直径：16mm，模具总厚度H=25+20+19+20+30+50+25=189mm。由表4.1得70mm189mm200mm，所以模具厚度符合要求。根据拟定的模具结构，初步设计浇注系统、型腔排布、抽芯机构、脱模形式、合模导向机构等。绘制出模具的工作装配草图，见图4.2。图4.2 模具装配草图Figure 4.2 Sketches mold assembly5 浇注系统设计 浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴通向模具型腔的流动通道。它一般由4部分组成：（1）主流道：是连接注塑机喷嘴与分流道的一段料道；（2）分流道：是主流道与模具型腔浇口之间的一段流道，用于一腔多模或一腔多浇口；（3）浇口：是由分流道或主流道通向型腔的一小段流道，是进入型腔的门户；（4）冷料井：亦称冷料穴，一般位于主流道末端分型面的动模一侧，通常在分流道的末端也会有设置。浇注系统必须保证熔体迅速、顺利、有序地充满型腔，且塑件外观清晰、内在质量优良。因此，在设计浇注系统的时候，要求：（1）重点考虑型腔布局；（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；（3）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；（4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量；（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”；（6）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，喷射和蛇行流动，并有利于排气和补缩；（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力；（8）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤，保证塑件外观质量；（9）较高的生产效率；（10）塑料熔体流动特性（充分利用热塑性塑料熔体的假塑性行为）；（11）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口必须有IT8以上精度。 5.1 主流道及其衬套设计 在本课题的卧式注塑机所用模具中，主流道垂直于分型面。如图5.1所示，在进行设计时：图5.1 主流道衬套Figure 5.1 Sprue bushing（1）为便于流道凝料的拨出，流道锥角设计在2-4之间，本设计取4；（2）主流道径向尺寸的小端（即与喷嘴连接端）应大于喷嘴孔口径0.5-1.0mm，以防止当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，主流道凝料不易从定模一侧拉下，本设计取直径为5mm；（3）凹坑球半径应比喷嘴球头半径大1-2mm，以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，本设计取值R=14mm，并要求其表面粗糙度Ra=1.6m；（4）主流道内壁的表面粗糙度要求在0.4m 及以下，其长度依据模板厚度确定，一般控制在60mm以下，以减少压力损失和物料损耗，本设计选取Ra=1.6m；（5）主流道开设在主流道衬套上，便于选择更好的材料（本设计选用优质钢T8A），便于后期修整更换，降低成本；（6）主流道衬套大口径端面与模板端面留有0.02mm间隙，衬套与模板间采用H7/m6配合；（7）主流道冷料井为无拉料干形式，所以增设弹簧装置，以便主流道冷料与衬套分离，如图5.2所示12。图5.2 主流道衬套弹簧置Figure 5.2 Sprue bushing spring set5.2 分流道设计 在多型腔的模具中影响分流道设计的因素很多，制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性，内在质量和外在质量要求，塑料的种类，注射机的压力，加热温度，注射速度，主流道及分流道的拉料及脱落方式，型腔布置及浇口形式的选择都能影响分流道的设计。在注射过程中，熔体在流经分流道时，应使它的压力损失以及热量损失最小，而以分流道中产生的凝料最少为原则。分流道的设计要点，归纳起来为：（1）在满足注射成型工艺的条件下，分流道的截面积应尽量小，分流道的冷却时间应比塑件的冷却时间要短；（2）分流道和型腔的分布原则是排列紧凑、间距合理，应采用轴对称或中心对称，使其平衡；（3）分流道的形状要考虑分流道的截面积以周边长度的比最大为好；（4）分流道的长度应尽量的短，以减少压力、降低成本，如果分流道过长，在末端设置冷料井；（5）在分流道上的转向次数尽量少；（6）分流道内表面不必要很光滑，在1.25-2.5m之间，一般取1.6m；（7）当分流道在定模一侧或分流道延伸较长时，应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆；（8）在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却系统的空间。5.2.1 分流道布置形式 分流道的布置形式有非平衡布局和平衡布局两种。因为该塑件为两腔对称分布，故采用单排平衡式布局。5.2.2 分流道截面形状 常用的分流道截面主要有圆形、正六边形、梯形、U形、半圆形、矩形等截面形状。在设计中，要减小流道内的压力损失，就要增大截面积；而要减小散热损失，又要减小截面积。所以，一般采用比较流道的效率（即流道截面积与周长的比值）来确定应用效果的好坏。本课题采用梯形分流道截面，常用浇道尺寸见表5.113。本课题选用尺寸为L=6mm，H=4mm，R=1mm。表5.1 常用浇道系列尺寸Table 5.1 Common runner series size梯形Lmm46（7）8（9）1012Hmm34（5）5.5（6）78注：括号尺寸一般不选用；H=2/3L；R一般取13mm。5.3 浇口设计 浇口的主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；易于切除浇口凝料；对于多型腔的模具，用以平衡进料。所以，浇口是浇注系统的关键部位，浇口的位置及其形状、尺寸的正确设计将直接决定着塑件质量、注射效率和注射效果。浇口的基本类型很多，主要有直接浇口、盘形浇口、分流式浇口、轮辐式浇口、爪型浇口、点浇口、侧浇口、环形浇口、潜伏式浇口、耳型浇口、多级浇口。选择浇口位置时应遵循如下原则：（1）浇口应选择在不影响塑件外观的位置；（2）不影响塑件使用性能，避免塑件上产生缺陷；（3）塑件壁厚相差较大时，浇口应开设在塑件截面最厚处；（4）有利于塑料熔体的流动和型腔的排气；（5）校核流动比，在保证塑件填充良好的前提下，应使塑料的流程最短，料流变向最少，以减少流道压力损失。防止型芯或嵌件挤压位移或变形；（6）浇口的选择应尽量避免产生喷射和蠕动现象；（7）浇口与分流道的连接处应采用圆弧或斜面相接，平滑过渡；（8）根据塑件的具体结构，将浇口设置在便于熔体流动的方向进料；（9）浇口初始尺寸应选取较小的尺寸。设计中应该针对不同情况来进行合理的选择浇口。根据塑件的外部特征，外观表面质量要求比较高，塑件的外表面是光滑的，因此该设计采用侧浇口。其优点是浇口便于机械加工，以保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适于各种塑料制品，其最大的特点是可以分别调整冲模时的剪切速率和浇口封闭时间。浇口封闭时间即补料时间，主要有浇口的厚度决定。当厚度决定后，根据塑料的流动性能选择适当的剪切速率和流动速度，再依据制品的重量（或体积）确定浇口的宽度。因此矩形浇口容易调整到最佳的工艺条件，被广泛地采用。其经验公式如下，浇口深度h为14： （式5.1） 式中：制品厚度，mm； k材料系数，对PS为0.6。式5.1代入数据得 h=0.63=1.8mm（取h=1mm，留0.8mm的修模余量）。浇口的宽度可按下式近似计算 （式5.2） 式中： A凹模边的型腔表面积，即塑件的外表面，。式5.2代入数据得 。对中小型塑件边缘浇口的典型尺寸为：深h=0.52mm，宽w=1.56mm，长L=0.52mm。这里取L=1mm，h=1mm，w=2mm。5.4 流动比计算 塑件流动比是指最大流程与制品厚度之比。流程是指熔体从浇口流动到型腔最远处的距离。熔体的流动距离受到如熔体进入浇口时的温度、初速度、模具温度、塑件厚度等诸多因素有关。当浇注系统和型腔的各段断面尺寸不相同时，流动比应按下式计算： （式5.3） 式中：Li流路各段长度，mm； i流路各段厚度，mm。塑件各部位尺寸关系如图5.3所示。图5.3 尺寸关系图Figure 5.3 Dimensions Figure所以，300280（PS流动比），故符合要求。5.5 定位环设计 本设计在主流道衬套上增设一定位圈，以便在安装模具时做定位用，保证主流道衬套与注塑机喷嘴的对中定位。XS-ZY-60型注塑机的定位孔为55mm，定位孔深度5-15mm，外径与注塑机的定位孔成间隙配合，配合间隙为0.19-0.38mm。结构尺寸如图5.4所示。图5.4 定位环Figure 5.4 Locating Ring6 成型零部件设计 成型零件是塑件注射模具的核心部位。一般由型腔、型芯、成型顶杆等组成，根据塑件的结构和设计需要，也包括成型滑块、螺纹型芯、型环以及可以活动的成型块、侧滑块等组多零件。同一塑件的成型方法可以有许多种结构形式，但必须选择成型性能好的，并且在现有的设备条件下工艺性强、制造简单、易于保证精度以及模具制造成本较低。在设计成型零件时，应考虑以下问题：（1）尽量保证注射塑件的外观完整性，使其外表面美观，避免尖角、毛边、飞刺等损伤人体的情况出现；（2）加工工艺简单合理，最省时省力，并能达到必要的装配精度；（3）有必要的制造和装配基准面，力求装配时定位可靠，方便、快捷；（4）相符配合的部分应尽量减少配合面，以便于制造和装配；（5）局部嵌件应便于修复和更换；（6）应使塑件在使用时方便、简捷；（7）成型零件应具有足够的强度和刚度。6.1 成型零件的结构设计 成型零件内表面的质量直接关系到塑件的质量，所有要足够的刚度、强度、硬度、耐磨性等，能承受来自塑件的挤压力和熔体的流动摩擦力，有足够的精度和合适的表面粗糙度，本设计选取Ra=1.6m，保证塑件有良好的外观。此外，成型部件都要进行热处理，使其具有足够的硬度。6.1.1 模具型腔结构设计 型腔按结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、底部大面积镶嵌组合式、四壁拼合组合式。本设计采用瓣合模组合式，即直接在哈夫板上加工出型腔。这种形式结构简单、工作可靠、生产效率高和制造成本低等优点。本设计采用T8A优质钢，淬火处理，硬度要求达到54-58HRC，尺寸公差为IT10。瓣合模型腔局部结构如图6.1所示15。图6.1 型腔局部图Figure 6.1 Figure partial cavity6.1.2 模具型芯结构设计 型芯是构成塑件内部几何形状的零件。型芯主要包括主体型芯、小型芯、侧抽型芯、成型杆、螺纹型芯等。型芯的结构形式大体有整体式、整体组合式、局部组合式、完全组合式等类型。本设计的型芯为一台阶圆柱形型芯，结构如图6.2所示。设计要求采用T8A优质钢，淬火处理，硬度要求达到54-58HRC，尺寸公差为IT10。图6.2 主型芯Figure 6.2 Main core 6.2 成型零件尺寸计算 在影响塑件尺寸的因素中，成型收缩率的选择和成型收缩的波动引起的尺寸误差，是一个重要因素，成型零件的制造误差也是一个不可忽视的因素，其他的因素还包括成型零件的组装误差、脱模斜度引起的误差、零件磨损及化学腐蚀引起的误差以及成型零件的相对移动引起的误差。在确定成型零件的尺寸过程中，应注意以下原则：（1）根据具体情况确定适宜的塑料收缩率；（2）根据成型零件的性质决定各部成型尺寸；（3）一般塑件外形，型腔尺寸以大端为准，脱模斜度向缩小方向取得，塑件内形，型芯尺寸为小端为准，脱模斜度向扩大方向取得；（4）成型零件相对移动而可能产生飞边时成型尺寸可适当减去或增加一个附加值。成型零件的计算方法可以有按平均收缩率计算、按极限尺寸计算、近似确定法等。本设计采用按平均收缩率计算，此法是最常用的计算方法。在确定塑件收缩率的时候，一般而言，采用平均收缩率S计算，从收缩率的定义出发，是在塑件收缩率、成型零件制造公差、磨损量都为平均值时进行计算的。对于PS塑件，成型收缩率的范围在0.4-0.6%，取Scp=0.5%。塑件设计的公差等级为MT3和MT5，在塑件公差等级与模具架型腔机械制造公差等级对应关系中，相应的模具制造公差等级分别为IT10和IT11。成型零件相应的各尺寸的制造公差数值m，可查阅标准GB 1800-79 公差与配合 总论 标准公差与基本偏差。 6.2.1 型腔尺寸计算 型腔径向尺寸计算16： （式6.1）式中：塑料平均收缩率（%）； 模具制造公差（mm），一般取； 模具磨损公差（mm），一般取； 塑件公差（mm）； 下标s、m分别代表塑件和模具。式6.1代入数据得： mm mm型腔深度尺寸计算： （式6.2）式6.2代入数据得： mm螺纹型环尺寸计算：（1） 外径 （式6.3）（2） 中径 （式6.4）（3） 内径 （式6.5）式中：螺纹型环外径、中径、内径公称尺寸（mm）； 塑件外螺纹外径、中径、内径公称尺寸（mm）； 塑件外螺纹中径公差（mm）； 螺纹型环制造公差（mm），一般取塑件外螺纹中径公差的1/4。式6.3、式6.4、式6.5分别代入数据得： mm mm mm型环螺距计算： （式6.6）式中：螺纹型环的螺距（mm）； 塑件的螺距（mm）； 塑料平均收缩率（%）； 螺纹成型尺寸制造公差（mm）。式6.6代入数据得： mm6.2.2 型芯尺寸计算 型芯径向尺寸计算： （式6.7）式中：塑料平均收缩率（%）； 模具制造公差（mm），一般取； 模具磨损公差（mm），一般取； 塑件公差（mm）； 下标s、m分别代表塑件和模具。式6.7代入数据得： mm mm型芯深度尺寸计算： （式6.8）式6.8代入数据得： mm mm7 侧向分型与抽芯机构设计 由于塑件带有侧台阶和外螺纹，成型后侧向成型零件将阻碍塑件从模内顶出，必须在塑件从模内脱出前将侧成型零件先侧向抽出。所以，本设计中带有侧抽芯机构，即完成侧型芯的抽出和复位动作的装置。7.1 脱模力计算 塑件在冷却成型过程中，由于热胀冷缩，对型芯产生一个包紧力。塑件在脱模时必须克服这一包紧力所产生的脱模阻力，以及塑件与型芯之间的粘附力、摩擦力，抽芯机构本身所产生的运动摩擦合力，这些合力即脱模力。脱模力包括初始脱模力和相继脱模力。相继脱模力比初始脱模力要小得多。所以在模具设计计算时，以初始脱模力为准。脱模力的计算公式： （式7.1）式中：脱模力（N）； 包紧断面周长（m）； 成型深度（m）； 单位面积挤压力，一般812MPa； 摩擦系数，取0.10.2； 脱模斜度（）。式7.1代入数据得： 由式7.1可以看出：脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增大而增大，随脱模斜度的增大而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值，所以式7.1只能做粗略的估计。 7.2 抽芯机构设计 7.2.1 侧抽芯形式的确定 侧抽芯机构按其动力来源，主要分为手动抽芯、机动抽芯、液压抽芯三大类。其中机动抽芯是在开模时依靠注塑机的开模力，通过抽芯机构机械零件的传动使其改变移动方向，将活动的侧型芯抽出。机动侧抽芯由于注塑效率高、操作方便、动作可靠、抽芯力大，容易实现自动化。机动侧抽芯根据抽芯方式及机械结构的不同，可分为斜导柱式抽芯机构、弯拉杆式抽芯机构、弯拉板式抽芯机构、斜滑块式抽芯机构、顶出式抽芯机构、齿轮齿条式抽芯机构等。本设计采用斜导柱侧抽芯机构。它是目前应用最广泛的分型抽芯机构，是借助机床开模力或推出力完成侧向抽芯，结构简单、制造方便、动作可靠。斜导柱侧抽芯机构主要由斜导柱、哈夫块、锁紧块、定位装置等零件组成。7.2.2 斜导柱结构设计及计算 设计斜导柱，主要包括斜导柱的结构形式及安装形式、斜导柱的工作直径、抽拔角的选择、斜导柱的长度确定，以及加工精度、选用材质、热处理等。在进行斜导柱侧抽芯设计时应该注意以下问题：（1）当侧抽芯较高时，斜导柱受力点的上移引起侧抽芯在移动时发生歪扭翘曲而运动不畅，并容易发生卡滞现象；（2）选择侧分型面时要考虑可能出现的塑件毛边应与开模方向一致；（3）设计侧抽芯时，应保持塑件外观整洁；（4）斜导柱与侧抽芯斜孔配合时必须保证与滑动面垂直，以保证斜导柱驱动侧滑块的移动轨迹与侧滑槽导向一致，使其移动顺畅；（5）一般情况下，一个侧抽芯系统只设一个斜导柱好，且设在抽拔力的压力中心处；（6）防止顶出机构在复位前与侧型芯发生干涉现象；（7）侧型芯设在定模一侧时，主分型面分型前必须先抽出侧型芯；（8）斜导柱的着力点应在侧滑座的抽芯力中心。 斜导柱采用图7.1结构形式，斜导柱的抽拔角一般为15至20，最大不超过25，本设计取角度为18。斜导柱在侧滑块的斜孔中滑动时，有较大的侧向分力，所以相互的运动摩擦力较大，因此斜导柱与侧滑块斜孔之间的配合不能过于紧密，在实际应用中应有单边0.5-1mm的间隙，本设计取0.5mm间隙。图7.1 斜导柱结构设计Figure 7.1 Angular Pins design斜导柱有效长度的计算公式： （mm） （式7.2）式中：斜导柱有效工作长度，mm； 抽拔距，15mm； 抽拔角，18。式7.2代入数据得有效长度mm。 斜导柱直径的计算公式： （kN） （式7.3） （cm） （式7.4）式中：P斜导柱所受最大弯曲力，kN； 抽芯阻力，与脱模力F相等，4.8kN； 抽芯孔中心到A点的距离，cm； 抽拔角，18； 弯曲许用应力，对碳钢可取13.7kN/（cm2）或（137MPa）。式7.3代入数据得：P=5kN。式7.4代入数据得：d=1.2cm，所以斜导柱直径取12mm。斜导柱的受力状态如图7.2所示。 图7.2 斜导柱受力状态Figure 7.2 Angular Pins force state斜导柱长度计算： （式7.5）式中：空程，mm； 柱头直径，17mm； 安装高度，20mm； 抽芯距，15mm； 引导段长度，510mm（取5mm）； 工作段配合间隙，0.5mm； 抽拔角，18。式7.5代入数据计算得：mm，取整得斜导柱长度为79mm。斜导柱材质选用20号钢，淬火处理，硬度达54-58HRC。斜导柱固定部分与模板的配合精度为H7/m6过渡配合。其表面工作段部分的粗糙度Ra=1.6m。图7.3是斜导柱设计图。图7.3 斜导柱Figure 7.3 Angular Pins7.2.3 导滑结构设计 本设计采用整体式瓣合模哈夫板，采用T8A材质，对侧型芯的关键部分进行表面淬火处理，要求滑动部分硬度40HRC，成型部分则为54-58HRC。其结构设计见图7.4。对导滑槽与滑块的配合要求是运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，一般采用T型导滑槽，可以做成整体式或是组合式，导滑槽表面应有足够的硬度（52-56HRC)，应稍硬于半模，为使半模运动时不偏斜，滑块的滑动面要有足够的长度，最好是滑槽宽度的1-1.5倍，滑块在完成抽拔运动做停止运动时，侧型芯应该还有2/3的长度留在导滑槽内，以免复位困难。图7.4 哈夫块 Figure 7.4 Huff block 本设计的导滑槽采用T型槽整体式结构。它架构简单紧凑，在小型模具中应用比较广泛。具体结构如图7.5所示，侧型芯和导滑槽上下、左右各有一对平面呈间隙配合，配合精度取H8/f8，Ra=1.6m，其余各面留有0.5mm左右的间隙。图7.5 哈夫块导滑形式 Figure 7.5 Huff lead slip in the form of block7.2.4 定位装置设计 侧滑座的定位装置常用形式有以下几种：挡板式定位、弹顶销定位、限位杆定位等。每种定位形式又有多种不同的安装位置和设计结构。本设计采用带有压缩弹簧的定位挡块定位17，滑块无论向何方抽出，都能稳定地停靠在挡块上。结构形式见图7.6。图7.6 定位结构Figure 7.6 Positioning structure7.2.5 锁紧装置设计 锁紧装置主要有两个作用：一是保证侧型芯准确复位；二是承受注塑压力对侧型芯的冲击。当塑料熔体注入型腔后，以很高的压力作用于型芯或半合模，迫使侧型芯外移。作用力等于熔融塑料压力和沿滑动方向塑料作用在型芯或半模上投影面积的乘积。由于斜导柱的刚度较差，故常用楔紧块来承受这一侧向推力，同时斜导柱的精度往往不能保证滑块准确定位，而精度较高的楔紧块在合模时能确保滑块位置的精确性。本设计楔紧块采用T8A材质，端部楔紧面淬火处理，硬度52-58HRC。楔紧块的倾斜角度应稍大于斜导柱的倾斜角度，一般取比斜导柱的倾斜角度大23度，所以选择楔紧块的倾斜角为20，结构如图7.7所示。图7.7 楔紧装置结构Figure 7.7 Structure of the wedge means8 冷却系统设计 模具的有效冷却，就是将熔融状态的熔料传导给模具为热量，尽可能迅速全部地传递出去，其主要目的如下：（1）缩短成型周期；（2）提高塑件质量；（3）适应特殊需要。8.1 冷却系统的设计要点 在设计冷却通道时，应遵循如下原则：（1）冷却水孔数量尽可能多、孔径尽可能大 冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却通道直径的3倍较为适宜，距离太远，冷却效率低；距离太近，冷却不均匀，可能影响成型零件的强度，冷却通道之间的中心距视具体情况而定，一般为水孔直径的5倍，通道直径一般在8mm以上；（2）冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等，当塑件壁厚不均匀时，应在厚壁处强化冷却；（3）强化浇口处的冷却，塑料熔体充模时，浇口附近的温度最高，因此在浇口附近应强化冷却，冷却水首先由浇口附近通过；（4）降低冷却水出入口处的温度差，降低冷却水出入口处的温度差有利于型腔表面温度分布均匀，除缩短冷却回路长度外，还可以通过改变冷却通道排列形式；（5）冷却水孔应避免设在塑件熔接痕处，当采用多浇口进料或者型腔形状复杂时，熔体在汇合处会产生熔接痕，为确保该处熔接强度，尽可能不在熔接部位开设冷却通道；（6）合理确定冷却水接头位置，进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧面，为不影响操作，通常应设在注射机的背面，水管接头多采用自动密封接头。8.2 冷却时间的相关计算 8.2.1 冷却时间的计算 冷却时间t的表达式为： （s） （式8.1）式中：S制品的壁厚，3.5mm； c塑料注塑温度，180； m模具型腔壁温度，50； 塑件脱模时的平均温度，70； a1塑料热扩散系数，聚苯乙烯0.089mm2/s。式8.1代入数据计算得：t=23.2s根据经验，冷却时间通常占成型周期的75%左右，由此可计算出每秒注塑次数为： s-1 （式8.2）塑件包括浇道质量为0.029Kg，所以每秒注塑质量为： kg/s （式8.3）8.2.2 冷却水体积计算 制品在固化时每秒钟释放的热量为： （kJ/s） （式8.4）式中：q单位质量塑料熔体在成型过程中释放的热量，PS为kJ/kg。由式8.3和式8.4得：kJ/s单位时间内熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水带走的热量。用 20的水作为冷却介质，设定其出口温度为23。模具冷却时所需冷却介质的体积流量： （m3/s） （式8.5）式中：冷却介质进出口温度，； 冷却介质的密度，自来水kg/m3； 冷却介质比热容，自来水4.2kJ/(kg)。式8.5代入数据计算得：m3/s8.2.3 核对冷却水在管道内的流速 根据经验公式： （m3/s） （式8.6）式中：体积流量，m3/s； 冷却水孔直径，取m。式8.6代入数据计算得：m/s根据孔直径8mm时最低湍流速度为1.66m/s，当孔直径6mm，流速1.7m/s达到湍流。8.2.4 传热膜系数 冷却管道孔壁和冷却介质之间的传热膜系数h： kJ/(m2h) （式8.7）式中：f与冷却介质温度有关的物理常数，查表知 f=6.45； 冷却水在一定温度下的密度，kg/m3； 水流速，m/s； d冷却水管的直径，m。代入数据得： kJ/(m2h)8.2.5 冷却水在管道内的总传热面积 却管道的总传热面积A计算公式： （m2） （式8.8）式中： h冷却管道孔壁与冷却水之间的传热系数，kJ/(m2h)； 模具温度与冷却水之间的平均温差，30。式8.8代入数据计算得：mm28.2.6 冷却水流动状态校核 冷却水流动状态校核公式： （式8.9）式中：水的运动粘度，查表得到=0.96m2/s。式8.9代入数据计算得：，故冷却水是稳定的湍流状态，冷却效果良好。8.2.7 模具上开设冷却管道的孔数 模具上应开设的冷却管道的孔数计算公式： （式8.10）式中：L冷却管道开设方向上的模板长度或宽度（m），取L=300mm； d冷却管直径（m）。代入数据得： 从计算的结果来看，因塑件小，单位时间注释量小，并且考虑到要动模和定模都能冷却充分，所以动定模各设两条冷却水路。冷却水路布置图见附件总装图。8.3 水嘴结构设计 进水和出水处均采用水嘴，采用45号钢，孔径为6mm，圆锥管螺纹的连接形式，如图8.1所示。图8.1 水嘴结构Figure 8.1 Faucets structure9 脱模机构的设计 注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或顶出机构。脱模机构种类很多，按模具结构可分为一次顶出机构、二次顶出机构、带螺纹顶出机构、特殊顶出机构等；按顶出驱动方式分为手动顶出、机械顶出、液压顶出、气动顶出等。在进行顶出机构的设计的时候要注意以下原则：（1） 结构优化、运行可靠、机构尽可能简单、制造容易、零件制造方便，维修方便，配换容易等； （2）不影响塑件外观，不造成塑件变形破坏，推件杆的位置应尽可能设在塑件内部或者隐蔽处，以免损坏塑件外观，要保证塑件在脱模过程中不变形、不擦伤；（3）让塑件留在动模，模具的结构应保证塑件在开模过程中留在具有脱模装置的半模即动模上；（4）避免顶出损伤，顶出装置力求均匀分布，顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部位；（5）机构动作要准确可靠、运动灵活、机构本身具有足够的刚度和强度，以抵抗脱模阻力。9.1 脱模结构设计 根据塑件的不同结构、壁厚、塑件强度等因素，顶出机构形式多样，有顶杆顶出、顶管顶出、推件板顶出、顶块顶出、强制顶出、联合顶出等。本设计采用台阶顶杆顶出装置18。选用T8A材料，淬火处理，硬度50-55HRC，小径端与顶出孔为间隙配合配合为H8/f7，为了修理方便，小径直径增加0.2mm。其特点有加工简单、安装方便、维修容易、使用寿命长和脱模效果好等。其结构如图9.1所示。图9.1 顶杆结构Figure 9.1 Mandrel structure9.2 顶杆直径校核 本设计采用的小径2mm、大径4mm的台阶顶杆，共计数量8根。由于顶杆是细长杆件，因此其失效性往往表现为稳定性破坏，顶杆的受力状态可简化为下端铰支，上端固定（在孔内滑动不能偏转）的压杆，可计算如下：（1）稳定裕度 （式9.1）式中：临界负荷，kN； 一根推杆的允许负荷，4.8kN。稳定裕度对于钢顶杆来说取2。（2） 临界载荷 （式9.2）式中：弹性模量，MPa； 取顶杆截面中心惯矩中的最小值，cm4； 顶杆的长度，7.9cm； 稳定系数，取。对于圆截面顶杆 （式9.3）式9.3代入数据得：cm4式9.2代入数据得：kN式9.1代入数据得： 所以小径2mm的顶杆符合要求。 9.3 复位杆的设计 顶出机构复位的常见复位零件有复位杆、推杆兼复位杆及弹簧等三种。本设计中采用的复位机构是复位杆。复位杆又叫回程杆，利用定模推动复位杆使顶杆及推板复位并起导向作用。模板与复位杆配合为H7/f7。复位杆材料为20号钢，渗碳、淬火处理（0.5-0.8mm深），HRC4550。从标准模架的尺寸知复位杆的直径为16mm。复位杆结构如图9.2所示。图9.2 复位杆Figure 9.2 Reset lever10 合模导向机构设计 塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构。导向机构主要有导向、定位和承受注塑时产生侧压力三个作用。导向机构组要是指导柱和导套。在标准模架中，导向机构的尺寸、位置排布均以确定，在实际设计时，可以参照标准直接应用或按需进行调整修改，必要时要进行强度校核。在进行导柱、导套设计时，应注意以下事项：（1）尽量选择标准模架；（2）布置导柱的位置，一副模具至少用2根导柱，最多4根，采取等直径不对称或不等直径对称布置；（3）导柱的长度尺寸应能保证位于动、定模两侧的型腔和型芯开始闭合前导柱已经进入导孔的长度不小于导柱直径；（4）导柱配合部分采用H7/f7，固定配合部分采用H7/k6；导套固定部分采用H8/k7配合。本设计导柱、导套采用标准设计。A4型250315mm模架
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