灭火器盖注塑模具设计说明书.docx

基于CAD/CAM/CAPP的灭火器盖注塑模具设计与制造工艺摘要：本文详细地阐述了灭火器外壳塑件注射模具的设计过程与制造工艺。设计了注射模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构，并对塑料材料性能进行了分析。根据塑件的产品数量要求，以及结构要求，该模具采用一模一腔。使用UG软件设计成型零件以及非标零件，即对模具进行分模、生成元件、装配、试模、开模等设计。除此之外，还包括模具型腔CAD/CAM/CAPP部分，并利用先进软件将其加工部分直接生成NC文件。本文强调利用现代计算机辅助设计制造技术，运用了NX8.5等国内外著名软件进行辅助设计。既保证了产品的质量，又缩短了产品更新的周期。同时可快捷的将三维图转化为二维工程图，直接指导生产。关键词：注射模； 灭火器盖； CAD/CAM/CAPPBased on CAD/CAM/CAPP of fire extinguisher cover injection mold design and manufacturing processAbstract:This article in detail elaborates the fire extinguisher the shell of the injection mould design process and manufacturing process. Design of the individual system of the injection mould, such as pouring system, guiding and positioning, side parting and core-pulling mechanism, and the plastic material performance is analyzed. According to the requirements of the plastic products, as well as structural requirements, the mould with one module and one cavity. Using UG software design of molding parts and non-standard parts, namely the mould parting, generation, components, assembly, test mode, open mould design. In addition, also including CAD/CAM/CAPP part of the mold cavity, and use the advanced software to its processing part generate NC files directly. This article emphasizes the use of modern computer aided design and manufacturing technology, using the famous at home and abroad such as NX8.5 aided design software. Guarantee the quality of the products and shorten the cycle of product updates. At the same time, can quickly convert three-dimensional figure into two-dimensional engineering graphics, direct production directly.Key words:Injection mould, Fire extinguisher cover, CAD/CAM/CAPP目录第1章 绪论11.1 模具行业发展的现状11.2 设计任务2第2章 塑件的工艺分析32.1 塑料材料分析32.1.1 塑料材料的基本特性32.1.2 塑件材料主要用途32.1.3成型工艺性分析42.2 塑件的结构42.2.1 灭火器盖塑件42.2.2 结构特点分析62.2.3 塑件尺寸精度及表面质量分析6第3章 塑件成型工艺与设备73.1 注塑成型工艺因素73.1.1 温度因素73.1.2 压力因素73.1.3 时间因素83.2 注射机型号的确定93.2.1 由公称注射量选择注射机93.2.2 由锁模力选择注射机9第4章 注射模具设计114.1 分型面的设计124.2 模架的选用124.2.1 模具的基本类型134.2.2 装配草图及模架的选择134.3 模具主要参数144.3.1 型腔数量144.3.2 最大注射量144.3.3 锁模力144.3.4 注射压力154.3.5 安装尺寸154.4 浇注系统的设计164.4.1 浇注系统组成164.4.2 影响浇注系统的因素164.4.3 主流道的设计174.4.4 分流道的设计184.4.5 浇口的设计194.4.6 冷料穴的设计194.5 注射模塑件成型零部件的设计204.5.1 凹模设计204.5.2 凸模设计214.6 脱模机构的设计224.6.1 脱模机构的选用原则234.6.2 脱模机构类型的选择234.7 注射模温度调节系统设计234.8 冷却系统设计234.9 侧向抽芯机构设计244.9.1 抽芯力计算254.9.2 滑块机构设计264.9.3 滑块定位装置设计264.9.4 楔紧块设计264.9.5 斜导柱抽芯机构的结构设计264.10 模具总装图264.11 模具的装配过程27第5章 型芯制造工艺285.1 型芯的作用295.2 型芯工艺分析295.3 确定毛坯制造形式295.3.1选择毛坯的原则295.3.2 毛坯的热处理305.4 基准面的选择305.5 加工工艺规程305.6 切削用量的选择315.6.1 切削深度t315.6.2 切削宽度L315.6.3 切削线速度Vc325.6.4 主轴转速n325.6.5 进给速度Vf325.7 型芯加工工工序卡33第6章 加工工艺仿真356.1 凸模三维零件建模356.2 加工界面356.2.1 创建程序356.2.2 创建刀具366.2.3 刀具轨迹图366.3 视频的录制376.4 后处理38总结40致谢41参考文献42第1章 绪论1.1 模具行业发展的现状模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多样性要求塑件设计的多品种、简单化，市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量，创新、精密、简单、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台；到2010年，在建材行业，塑料门窗的普及率为30，塑料管的普及率将达到50。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业发展也非常快。相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片辉煌。虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工设备还很少，一些大型、精密、简单、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术的普及率还不高，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在国外发达国家模具标准化程度为7080，而我国只有30左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期2540，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。现在应用模具CADCAM技术设计模具已较为普遍，随着通用机械CAD/CAM技术的发展，塑料注射模CAD/CAM已经不断的深化。从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统开始，到70年代以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系统。而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这样就大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展CADCAM技术、提高模具的精密度有重要意义。因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。1.2 设计任务通过对模具专业的学习，对整个模具设计流程有了初步了解，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。 因此在本次毕业设计中，我们最终需要完成的成果如下：毕业设计论文一份；模具非标件的三维数字化模型；模具非标件的二维零件图；模具装配图；模具非标零件的工艺规程和工序卡片；模具非标零件的数控加工代码；模具非标零件的数控加工仿真文件与视频。第2章 塑件的工艺分析2.1 塑料材料分析2.1.1 塑料材料的基本特性常用的注塑塑料有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、ABS（丙烯、丁二烯、苯乙烯单体共聚而成）等，本次材料选用PP，PP塑料是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶的线性聚合物，具有优良的综合性能，未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。PP材料化学和物理特性是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100C）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150C。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。PP的流动率MFR范围在140。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。由于结晶，PP的收缩率较高，一般为1.82.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。采用PP在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；PP易吸水，成型加工前应进行干燥处理；PP易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。在要求塑件精度高时，模具温度可以控制在5060C，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080C。PP材料具有超强的易加工性。2.1.2 塑件材料主要用途塑料材料在机械工业上用来制造塑料盖壳、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、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。在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。2.1.3成型工艺性分析由于塑件冷却后产生收缩，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。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。只有塑件高度不大、没有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。塑件外表面的脱模斜度为：40120，塑件内表面的脱模斜度：12。 考虑到本塑件的结构以及模具的侧抽芯结构，可以使开模后塑件留在动模侧，所以在考虑脱模斜度时，动、定模的型芯脱模斜度单边0. 5。注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是47mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。2.2 塑件的结构2.2.1 灭火器盖塑件设计任务要求用模具制作的产品塑件为灭火器盖塑件，本塑件材料采用PP（聚丙烯），为大批量生产，其二维图及三维图，如图2-1和图2-2所示：图2-1灭火器盖塑件二维图图2-2灭火器盖塑件三维图2.2.2 结构特点分析该塑件结构较简单，其主体是圆柱形，有3个圆孔，侧面有4个侧抽芯孔，壁厚为5mm，采用PP塑料。塑件的壁厚是模具设计最重要的结构依据，对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。2.2.3 塑件尺寸精度及表面质量分析根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差参照文献塑件的尺寸与公差（GB/T14486-2008）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸除内腔尺寸外，其余均为自由尺寸，无特殊要求。该塑件表面没有提出特殊要求，通常，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra=0.8um，无飞边，毛刺，缩孔等工艺缺陷。 第3章 塑件成型工艺与设备3.1 注塑成型工艺因素3.1.1 温度因素注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件形状和尺寸，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PP塑料与温度的经验数据查参考资料如图3-1所示。图3-1 温度的经验数据3.1.2 压力因素注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PP流动性一般的塑料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为100130MPa。3.1.3 时间因素完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表3-1所示。表3-1成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5103.0451.0153.5651.5224.0852.0284.51082.5355.0132经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-2所示。表3-2制品成型工艺参数初步确定内容特性内容特性注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）50喷嘴温度()175模具温度()50中段温度()210230后段温度()180210注射压力(MPa)80前段温度()200210注射时间(s)4保压力（MPa）60冷却时间(s)60保压时间（s）68成型周期(s)132其他时间（s）预热干燥温度()8095成型收缩(%)1.5预热干燥时间(h)453.2 注射机型号的确定注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解，才能生产出合格的塑料制件。注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。3.2.1 由公称注射量选择注射机图3-2 UG塑件体模型及参数利用UG测量工具（见图3-2）可以测得塑件体的体积为：V=185 。取其密度为0.902g/ ，M=V。那么质量M=166.87g。查参考文献流道凝量的体积一般取塑件体积0.2倍；由于该模具采用一模一腔，所以：实际注射量为:V实=1.2V=1.2185=222cm；实际注射质量为：M实=1.2M=1.2166.87=200.244g；模具设计时，塑件成型所需的塑料熔体的总容量或质量需在注射机额定注射80%内。由此可得注射机所需体积最小为：22280%=160.2cm3.2.2 由锁模力选择注射机图3-3 注塑体周长及面积塑料制件在分型面上的投影面积为A1=7854mm2。流道凝料（包括浇口）在分型面上的上的投影面积A2，A2 =806=480 mm2 ；A分= A1+ A2=7854+480=8334mm2查参考文献F锁F胀= A分P型（3-1）=8334 mm230MPa =8334mm23010Pa =250（kN）注：式中F锁注射机的公称锁模力（N）；A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；P型为型腔内熔体压力，查参考文献，取P型=30MPa。结合上面两项的计算，查参考文献，初步确定注塑机为 XS-ZY-300型注射机。该注射机的主要技术参数如下表3-3所示：表3-3注射机XS-ZY-300技术参数表特性内容特性内容结构类型卧式拉杆内间距/mm448370理论注射容积/ cm300模板最大行程/mm500螺杆直径/ mm50最大模具厚度/mm350注射压/ MPa130最小模具厚度/mm200续表3-3注射机XS-ZY-300技术参数表注射速率/ g/s200锁模形式/mm液压注射行程/ mm160模具定位孔直径/mm125+0.060螺杆转速/ r/min2589喷嘴球半径/mm18塑化能力/ g/s喷嘴孔直径/mm4锁模力/ KN350模板尺寸（mm）598520第4章 注射模具设计4.1 分型面的设计將模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时 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分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；（2）使塑件在开模后留在型腔内；（3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；（4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；（5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；（6）使塑件易于脱模。综合考虑各种因素，根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在型腔一侧，两侧出滑块。分型面的选择如图4-2所示分型面图4-2分型面4.2 模架的选用4.2.1 模具的基本类型注射模具的分类方式很多，按注射模具典型结构分类如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。4.2.2 装配草图及模架的选择根据对塑件的分析，确定该模具是单分型面，由GB/T12556.1-12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择FCI型的模架，其基本结构如下图4-8所示：图4-8 模架FCI型模具定模采用顶板、脱料板、定模板，动模采用动模板、模脚，底板，上下顶针板，又叫三板模，细水口模架，适合点浇口，滑块抽芯系统或油缸侧抽芯的注射成形模具。由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸。该模具是一模一腔的模具，测得定模座板厚度44mm,定模板34mm,凸模58mm,凹模160mm，垫块100mm，动模座板30mm经过计算可得模架的高度约为420mm，模架的宽度约为400mm。综上所述所选择的模架的型号为：LKM FCI-2530-A90-B70-C90。4.3 模具主要参数4.3.1 型腔数量为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计前应合理的确定型腔数目。按注射机的最大注射量校核型腔数量n其中：注射机最大注射量，；浇注系统凝料量，；单个塑件的容积，。由上文计算可知单个塑件的质量为166.87g；浇道凝料的质量=-M。200.244-166.87=33.374g.而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的20%，故可得，n=1.43，所以型腔的数目取：n=1。4.3.2 最大注射量为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%80%。V实=222cm V公=300cmV实/ V公100%=222/300100%=74%可见注射量满足要求。4.3.3 锁模力当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向方向的很大推力，其大小等于制品与浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机的额定锁模力T合，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按参考文献中的下式校核注塑机的额定锁模力：F A分P型（4-2）式中 F注塑机额定锁模力，F=1800kN；P型为型腔内熔体压力（MPa），由3.2.1可知，P型=30MPa；A分P型=8334 mm230MPa= 244.9（kN）P因此，可见注射压力满足要求。4.3.5 安装尺寸为了使注塑模能够顺利地安装在注射机上并生产出合格的产品，在设计模具时必须校核注射机与模具安装有关的尺寸，因为不同型号和规格的注射机，其安装模具部分的形状和尺寸各不相同。一般情况下设计模具时应校核的部分包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板上的螺孔尺寸等，这里先对喷嘴尺寸进行校核，其他的校核需要在模具结构设计进行完以后进行。 注射机喷嘴前端的球面半径r和孔径d与模具浇口套始端的球面半径R及小孔径D应吻合，以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。它们一般应满足下列关系：如果，将会出现死角，而积存塑料，使主流道内的塑料凝料将无法脱出。所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。该模具=18mm，取=20mm，符合要求。该模具=4mm，取=4.5mm，符合要求。注射机喷嘴与模具浇口相对位置及尺寸如图4-1所示：图4-1 注射机喷嘴与模具浇口相对位置及尺寸4.4 浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通点浇口浇注系统。4.4.1 浇注系统组成普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。1主流道 2第一分流道 3第二分流道 4浇口 5型腔 6冷料穴4.4.2 影响浇注系统的因素在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：1、塑料成型特性：设计浇注系统应考虑所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。2、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模二腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。3、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。4、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。5、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。4.4.3 主流道的设计 主流道即从注射机喷嘴开始到分流道为止的熔融塑料的流动通道。它与注射机的喷嘴在同一轴线上。目前最为普遍的主流道结构，是以浇口套形式镶入模板中，这种主流道适用于所有注射模具。为防止浇口套被注塑机喷嘴撞伤，应采取淬火处理使其具有一定硬度。主流道的基本尺寸通常取决于两个方面：第一个是使用的塑料种类，所成型制品的质量和壁厚。第二个是注射机喷嘴几何参数与主流道尺寸的关系。 主流道设计的要点如下： 1、一般主浇道设计成圆锥形，锥度为24。以便凝料从流道内取出。查参考文献1可得，PP的流动性良好，取2合适。内壁表面粗糙度小于0.40.8m，这里取。 2、为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道与喷嘴接触处紧密对接，主流道对接处制成球形凹坑，其球面半径；主流道的进口直径应根据注射机的喷嘴孔直径确定，一般。由4.1.5可知浇口套始端球面半径，喷嘴直径为。所以主流道：球面半径：。进口直径：。凹坑深h取3-5mm。这里取h=5mm。 由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的主流道衬套，便于钢材的加工和热处理。通常将主流道衬套在淬火后嵌入模具中，这样在损坏时便于更换或修磨。材料选择T10A，热处理后硬度为53-57 HRC，主流道衬套长度与上模座配合部分的厚度一致。定位圈与上模座配合为H7/m6。主流道衬套的具体结构如图4-3所示：图4-3 主流道衬套图 3、为了减少料流转向过渡时的阻力，主流道与分流道结合处采用圆角过渡，其圆角半径r=13mm，所以取r=2mm。 4、在保证塑料良好成型的前提下，主流道长度L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由模板厚度而定，一般取L60mm。由标准模架结合该模具的结构取55。 5、主流道大端直径6 mm，半锥角为12，取1。 6、为了使主流道与喷嘴和料筒对中，将定位圈与主流道设计成组合结构，定位圈与注射机定模固定板定位孔相配合，配合精度为H8/f7，定位圈与定位孔的配合长度本模具取 8 mm。浇口套总长L0=L+h+2=55+8+2=65.5mm。4.4.4 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的流动通道，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑，初步考虑采用点浇口。其分流道横截面为U形，由资料4分流道设计可取数据为宽度b=6mm，半径r1=0.5b=3mm，深度h=1.25r1=4.75。其流道和浇口三维数字化模型如图4-4所示：图4-4流道及浇口位置图4.4.5 浇口的设计浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常见的浇口形式有点浇口，侧浇口，潜伏浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。浇口的位置选择原则：浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：1、熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使：（1）流程(包括分支流程)为最短；（2）每一股分流都能大致同时到达其最远端；（3）应先从壁厚较厚的部位进料；（4）考虑各股分流的转向越小越好。2、有效地排出型腔内的气体。综上所述，为保证塑件表面质量及美观效果，本设计采用点浇口。4.4.6 冷料穴的设计主流道的末端需要设置冷料穴以避免制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题，必须在塑料流动方向的主流道末端设置冷料穴，以便将这部分冷料存留起来。 冷料穴的作用：贮存因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。设计要求：冷料穴底部成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧的作用。冷料穴分为主流道冷料穴和分流道冷料穴。冷料穴的位置一般都设计在主流道或分流道的末端，亦即塑料最先到达的部位。其作用是防止在注射时将冷料注入型腔，而使制品产生缺陷。在开模时，冷料穴又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。本设计在主流道设有冷料穴，冷料穴的直径应大于主流道大端直径，直径为8mm。具体见图4-4流道及浇口位置图。4.5 注射模塑件成型零部件的设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔，构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模和滑块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度、压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后会发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。4.5.1 凹模设计凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。本设计中采用整体式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并且整个模具的外形结构尺寸较小，不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。(1) 凹模径向尺寸的计算:塑件尺寸的转换：相应的塑件制造公差，式中: 是塑件外形公称尺寸； K是塑件的平均收缩率，聚丙烯的收缩率为1%2%，平均收缩率为1.5%; 塑件的尺寸公差； 模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/31/6。=101.2=109.3(2) 凹模深度尺寸的计算式中是塑件外形公称尺寸。=82.9凹模二维图如图4-5所示：图4-5凹模二维图4.5.2 凸模设计凸模也称为型芯，本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的研究，塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，型芯与动模板的配合可采用。（1） 凸模径向尺寸的计算式中：是塑件内形径向公称尺寸；K是塑件的平均收缩率，聚丙烯的收缩率为1%2%，平均收缩率为1.5%塑件的尺寸公差；模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/31/6。=91.65（2）凸模高度的计算式中：塑件深度方向的公称尺寸。=71.3式中是塑件外形公称尺寸。凸模二维图如图4-6所示：图4-6凸模二维图4.6 脱模机构的设计塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件、推出零件固定板、推板以及推出机构的导向和复位部件等组成。4.6.1 脱模机构的选用原则1、使塑件脱模时不发生变形，推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；2、推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；3、推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；4、推杆位置痕迹须不影响塑件外观。4.6.2 脱模机构类型的选择推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。本设计中采用顶针推出机构使塑料制件顺利脱模。4.7 注射模温度调节系统设计注射模的温度对于塑料熔体的冲模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于冲模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为200左右，熔体固化成为塑件后，从60左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于80）的塑料，如本设计中的聚丙烯PP，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量调节模具的温度。模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。4.8 冷却系统设计设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数：冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。通常，钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的12倍，冷却孔道之间的间距应维持35倍直径。冷却孔道直径通常为612 mm，在此取8mm。因为对塑件进行冷却质量分析的时候，发现冷却质量不佳的位置位于塑件的上方，在开模前，塑件上方要完全凝固，所以冷却系统设在A板以及动模板上，形状就是打成通孔的形式，如图4-7所示:图4-7模具冷却水路图4.9 侧向抽芯机构设计一般指的模具的行位机构，即凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作来拖出产品倒扣，低陷等位置的机构。模具的常用行位结构：1、从作用位置分为下模行位、上模行位、斜行位；2、从动力来分，为机动侧向行位机构和液压或者气压侧向行位机构滑块侧抽芯机构设计。本模具采用滑块结构，滑块结构如图4-9所示：图4-9滑块抽芯系统1、侧向分型与抽芯机构的类型（1）手动抽芯；（2）液压或气动抽芯；（3）机动抽芯。2、抽心距：S=H+(3-5)式中： S为抽芯机构需要行走的总距离; H为通过测量出来的产品抽芯距离； （3-5）为产品抽芯后的安全距离。本设计中采用手动抽芯，抽芯总距离9mm，可以达到目的。4.9.1 抽芯力计算将塑料制品从包紧的侧型芯上脱出时所需克服的阻力称为抽芯力。F=PA(f*cos+sin)式中：p塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力，通常取812Mpa；A塑料制品包紧型芯的侧面积，通过计算为19782mm2；f磨擦系数，取0.10.2；脱模斜度，取2；F单位为N。F=101061978210-6(0.1cos2+sin20)=19kN4.9.2 滑块机构设计滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动的可靠性，滑块分为整体式和组合式两种，本设计采用整体式。滑块材料常用45钢或T8、T10等制造，本设计选取45钢，硬度在HRC 2832。导滑槽设计：（1）导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H7/f6；（2）滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的2/3；（3）导滑槽材料通常用45钢制造，硬度在HRC3842。4.9.3 滑块定位装置设计由于我们采用的是后模行位的形式，根据生产的实际情况，采用行位压板的方式，主要作用为固定与导向作用。4.9.4 楔紧块设计楔紧角应比斜导柱的倾斜角大23。4.9.5 斜导柱抽芯机构的结构设计斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同，组成了抽芯机构的不同结构形式。 1、斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构。 （1）设计时必须注意，滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。所谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞，造成活动侧向型芯或推杆损坏。（2）如果发生干涉，常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆先复位等多种形式。本设计采用楔形滑块先复位。2、斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构。3、斜导柱和滑块同在定模上。4、斜导柱和滑块同在动模上。4.10 模具总装图模具总装二维图如4-10所示，模具总装三维图如4-11所示，：图4-10 模具总装二维图图4-11 模具总装三维图4.11 模具的装配过程本模具装配时以塑料模具中的主要工作零件如上型芯（20）、型腔（21）为装配基准件，模具的其他零部件都依装配基准件进行顺序装配，本模具有导柱、导套导向，以模具侧面为基准，进行修整和装配。具体的装配过程如下： 1、将支撑钉（12）装入下模座上（11），将支撑板安装在下模座上，并用螺钉锁紧； 2、将顶针及复位杆（5）放入顶针固定板（9）内，然后将顶针垫板（10）与顶针固定板组装成一体； 3、将型腔（21）放入型腔固定板（6）内，并利用取件顶针安装空位找正，并用螺钉锁紧； 4、将四个滑块（14），装入型腔四个腰形孔内； 5、将压紧块（15）放入型腔固定板上的限位槽内； 6、将型芯（20）放入型芯固定板（24）内，根据型腔固定板内腔找正型芯，并用螺钉锁紧