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汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计,汽车座椅,调角器,塑料,手柄,模具设计
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汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计 答辩人 张舸专业 高分子材料与工程 单击此处添加学校logo 1毕业设计的背景及意义 模具是工业生产的重要工艺装备 在现代工业生产中 60 90 的工业产品需要使用模具 模具工业已成为工业发展的基础 许多新产品的调研与开发很大程度上依赖于模具的生产 因此 模具工业被称为经久不衰的工业 近年来 我国塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下 形成了一个巨大的产业链条 从上游的原辅材料工业和加工 检测设备到下游的机械 汽车 家电 电子通信 建筑建材等几大应用产业 塑料模具发展一片生机 这次我的课题是汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计 对我来说是一次巨大的考验 也是一次锻炼 给了我一次运用已学到的知识独立完成设计任务的机会 其中需要使用CAD软件技术 我还额外学习了一下Pro E在模具设计中的引用 增加了我的动手能力 2塑件结构概述 本设计是一个小型的塑料手柄 安装在一根细长金属杆的末端 塑件结构简单 体积较小 颜色单一 但是具有较深的矩形内孔用来和金属杆配合 壁厚并不均匀 3塑件材料的选择 本设计采用的注射材料为硬质不透明PVC PVC为无定形结构的白色粉末 支化度较小 工业生产的PVC分子量一般在5万 12万范围内 具有较大的多分散性 分子量随聚合温度的降低而增加 无固定熔点 有较好的机械性能 抗张强度60MPa左右 冲击强度5 10kJ m2 有优异的介电性能 PVC很坚硬 溶解性也很差 价格便宜 使用广泛 工艺熟练 无定形料 吸湿性小 流动性差 为了提高流动性 防止发生气泡 宜事先干燥 极易分解 特别是在高温下与钢 铜接触更易分解 分解温度200度 成型温度范围小 必须严格控制料温 使用螺杆式注射机及直通喷嘴时 孔径宜大 以防死角滞料 模具浇注系统应粗大 浇口截面宜大 模具应冷却 模温30 60度 料温160 190 4注射机的选定 根据材料的工艺参数要求 选定注射机为XS ZY 250 部分相关技术参数如下 5分型面的选择 难点 模具设计中分型面的选择极为关键 它决定了模具的结构 应根据分型面选择原则和塑件成型要求选择分型面 为了使模具生产更加简单 此模具选用侧抽芯 该塑件表面质量要求中等 但是由于一端的头部是圆弧状 为了使圆弧处的表面质量完好 需要使用弯折的曲面以避开圆弧 如图 6型腔数目及排布与分流道的设计 为了大批量的生产塑料制品 常使用一模多腔来提高生产效率 合理的型腔数目和排布是必不可少的 为了同时填充多个型腔 本设计决定使用对称性分流道 型腔数目为8 两列四排 如图 7浇口的设计 浇口是连接分流道和型腔的一段细短的通道 是浇注系统的关键部分 浇口的形状 数量 位置和尺寸对塑件的质量影响很大 浇口的种类很多 为了减小熔体在型腔中的流动距离 本设计将浇口的位置放在型腔的侧面中段 类型为侧浇口 如图 8型腔结构设计 型腔是成型塑件外表面的成型零件 分析产品 其外部结构简单 考虑各方面因素 采用整体嵌入式型腔 它能节约优质模具钢 嵌入模板后有足够的强度和刚度 使用可靠且置换方便 型腔使用四颗M8螺钉固定在模板上 如图所示 9型芯结构设计 型芯是用来成型塑件内表面的成型零件 本设计出于简化加工的目的将型芯设计为侧抽芯 减小了型腔的加工难度 侧型芯安装在侧滑块上 侧滑块采用T形槽导滑并安装在动模板上 开模时使用弹簧圆柱销来定位 使用斜导柱来将开模力转化为抽芯力 闭合时使用楔紧块定位 如图 10推出机构设计 脱模机构采用推杆推出的典型结构 此机构由5种零件组成 分别为推杆 推板 推杆固定板 拉料杆 复位杆组成 推杆直接作用于塑件表面 将塑件推出模外 推杆需要被固定 因此设推杆固定板和推板 两板间螺钉连接 注射机的顶杆作用在推板上 推板的回程是靠复位杆实现的 每个塑件的推出分别使用2个推杆 推出位置如下图所示 11动定模侧冷却水道结构 12装配图 致谢 感谢我的指导老师刘新民老师 和张涛老师 这个学期以来 一直是他们严格要求 认真指导我的毕业设计的各个环节 我才能最终完成了这个我刚开始一无所知的毕业设计 他们认真负责的学术态度是我永远的榜样 在此 对二位表示深深的感谢 汇报完毕 谢谢聆听 APPLICATION STUDY OF WATER KETTLE HANDLEINJECTION MOLDINGKUANG Weihual, CUI Jianqiang2Faculty of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, China, ZFaculty of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, China, xiajy213 163.comKeywords:MoldFlow,Injection process, Finite element analysis,NC machining.AbstractInjection molding is one of the most important polymer processing methods for producing plastic parts. Many factors affect the molding process and the plastic part quality. Previous attempts on prediction and process planning of injection moldings are mostly based on empirical methods.Now with the help of finite element analysis, designers can reduce costly experiment and shorten development cycle, and correctly solve manufacture problems, such as material property, product design, and mould production. Best injection location is obtained by MoldFlow analysis. Fill time, weld line, air trip are deeply studied. The simulation provides scientific and valuable injection process information and helps engineers to take right decisions when they develop the tools. At last, a mould for water kettle handle is designed, and the NC machining of the mould cavity is programmed by UG NX software.1 IntroductionPlastic injection molding is among the most widely used techniques for the processing of thermoplastics 1. Mass production by automation is feasible and products with complex geometry are easily attained 2. Although the molding processes are quite simple, the rheological behaviours of polymers are complicated 1, many factors affect the molding process and the final part quality. Process parameters in addition to molding material and part design are major factors affecting the quality of plastic parts produced by injection molding. Therefore quality characteristics of injected products are highly unpredictable 2. The conventional manufacture method for the water kettle is based on injection molding, and process parameters mainly depend on the designers experience and die tryout. It is time-consuming and expensive. To improve the mold design and process optimization in injection molding, increasing reliance has been placed on numerical simulation and its applications 3. Over the last decades, great progress has been achieved in numerical simulation method with the development of computer science. It is more efficient and convenient to use finite element analysis (FEA) for the injection process 4, 5.In this paper, a water kettle model is designed by Pro/E software. As shown in Fig. 1, it corresponds well with actual part. The injection process is studied deeply by MoldFlow software.Figure 1 Water kettle modelFigure 2 Water kettle handle model2 FEA modelMoldFlow can easily import a CAD model created by other CAD software, including traditional midplane model, wire frame and surface model 6, 7. In this paper, the water kettle handle shown in Fig. 2 is constructed by Pro/E, and then it is imported into MoldFlow in .stl format. After the model is imported, a new analysis is created by pre-processing. In order to control the model easily, different model entities are separated into different layers. The water kettle handle is meshed by fusion mesh.3 Simulation result and analysisInjection molding process for the water kettle handle is very complex. The injection location is one of the most important process parameters, and designers often predict the location by experience. Now numerical simulation delivers engineers a scientific and powerful tool to analyze the best injection location. As shown in Fig. 3, the gate analysis indicates that the best injection location is in the center of the model and the worst injection location is in the corner.According to the analysis, the gate is set in the center of the model. In order to get more parts in one time by multi-cavity and attain good appearance, the injection location is in the center-side. In addition, two cool loops are set, and they are mounted in the mold core and the mold cavity.Fig. 4 illustrates the fill time of the kettle handle injection process. Because the only gate location is in the center-side of the kettle handle, the fill time in the center-side is shorter, that in the corners is longer.Figure 3 Gate analysisFigure 4 Fill timeFig. 5 shows the weld lines. When separate melt fronts travelling in opposite directions meet, weld lines are formed. Fig. 6 illustrates the air traps.Figure 5 Weld linesFigure 6 Air traps4 Mould designAccording to the FEA, a mold for the water kettle handle is designed. A side core should be designed in order to form the side hole. The side core is guided by a T shape slide. The movement range of the side core is longer than the maximal side-hole depth.The mold core and mold cavity are designed by Pro/E software. Fig. 7 shows the explosive mold assembling. Lastly, the mold core and the mold cavity should be well assembled with other components, such as the mold base, the guide posts, the guide bushings and the ejector pins.Figure 7 Mold core and mold cavity5 NC machiningNC machining is one of the most important parts of CAD/CAM/CAE system. It has obvious advantages on shortening designing period, reducing manufacturing time.Based on UG NX software, the machining codes of the mold cavity can be easily programmed.Fig. 8 simulates the machining process. In Fig. 8 (a), bulk workpiece material is fast removed. Fig. 8 (b) shows the toolpath in the first semi-finishing, and Fig. 8 (c) illustrates the second semi-finishing results. At last, some complicated zones of the mold cavity should be manufactured by the electric spark machining.(a)(b)(c)Figure 8 NC machiningBy the postprocessor of UG NX software, the final NC codes of the mold cavity are as follows:%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T00 M06N0040 GO G90 X-9.0424 Y 147.9544 SO M03N0050 G43 Z3. H00N0060 Z 1.0119N0070 G1 Z一1.9881 F250. M08N0080 X-4.2387 Y147.9879N0090 X-1.6319 Y148.006NO100 G2 X62.5346 Y148.0656 I37.0243 J-5318.3716NO110 X75.0523 Y147.5638 I1.5349)一118.0813N0120 X87.4014 Y148.0559 I10.87)一117.5769N0130 X151.5668 Y148.0097 I28.1397 J-5473.1141N0140 G1 X154.2306 Y147.9922NO150 GO X159.0371 Y147.9605N7270 GO G90 X64.7569 Y29.5758 SO M03N7280 G43 Z3.5 H00N7290 G1 Z-5.5211 F250.N7300 X64.8052 Y29.8419 Z-7.5567N7310 X64.8292 Y30.0755 Z-9.0025N7320 X64.8449 Y30.5751 Z-11.5799N7330 GO Z3.5N7340 M02%6 ConclusionsThis paper presents the numerical simulation for the injection molding process of the water kettle handle. The best injection location is studied deeply. It is in the center of the model and the worst injection location is in the corners and sidewalls. The fill time, weld line, air trip are deeply researched. The designed mold corresponds well with the FEA results. NC machining simulation in UG NX shows the manufacture of References1 X.P. Liao, H.M. Xie, Y.J. Zhou and W. Xia, Adaptive Adjustment of Plastic Injection Processes Based on Neural Network, Journal of Materials Processing Technology, pp. 676-679, (2007).2 K.M. Tsai, C.Y. Hsieh and W. C. Lo, A Study of the Effects of Process Parameters for Injection Molding on Surface Quality of Optical Lenses, Journal of Materials尸rocessing Technology, pp. 3469-3477, (2009).3 H.M. Zhou, Y. Bo and Y. Zhang, 3D Filling Simulation of Injection Molding Based on the PG Method, Journal of Materials Processing Technology, pp. 475-480,(2008).4 W.H. Kuang, W.W. Su, Study on Injection Process and Mould Design for Electric Fan Shell, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design, Kun Ming, China, pp. 553-557, (2008).the mold cavity is correct.5 W.H. Kuang, C.M. Wu, M.J. Huang FEM Simulation and Study on Rectangular Drawing Process with Flange, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design, Kun Ming, China, pp. 575-579,(2008).6 W.H. Kuang, Research on 3D Complex Surface Construction and NC Machining Based on MasterCAM, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design, Kun Ming, China, pp. 633-638, (2008).7 W.H. Kuang, Z.K. Xue, Injection Process Analysis and Mold Manufacturing for Telephone Cover,Proceedings of International Conference on Measurin Technology and Mechatronics Automation, Chang Sha, China, pp. 80-83, (2009).8 C.Y. Shen, and C.T. Liu, Numerical Analysis of Design Sensitivity for Filling Process in Injection Molding, Journal of Chemical Industry and Engineering, vol. 56, pp. 346-351, (2005).9 L. Kong, A Windows-native 3D Plastic Injection Mold Design System, Journal of Materials processing technology, vol. 139, pp. 81-89, (2003).10 /.水壶手柄注射成型的应用研究摘要：注射成型是生产塑料零件最重要的聚合物处理方法之一。很多因素影响到它的成型工艺和塑件质量。先前的预测和工艺设计注入模型大多是基于经验的方法。现在借助有限元分析,设计者可以减少了昂贵的实验和缩短开发周期,正确地解决生产问题,如材料性能、产品设计和模具生产。最好的注射位置是通过模塑仿真分析分析获得的。仿真分析的应用在填充时间、分型面、排气通道的研究也非常深入。仿真提供了科学的和有价值的注射过程信息并且帮助工程师开发工具时采取正确的决定。最后，一个水壶手柄的模具设计可以用UGNX软件来设计模具型腔的数控加工程。关键词：注塑，有限元分析，模塑仿真分析，数控加工1 介绍塑料注射成型是最广泛使用的热塑性塑料的加工技术【1】。可以实现大量的自动化生产而且很容易生产复杂几何形状【2】。虽然成型过程十分简单,流变聚合物的行为复杂的【1】，但是很多因素影响成型过程和最后产品的质量。造型材料和塑件设计的工艺参数是影响注塑模具生产的塑件质量的主要因素【2】。水壶的传统生产方法是注射成型，工艺参数主要依赖设计师的经验和试模。这是费时和昂贵的。为了改善注塑模具设计和过程优化，越来越依赖数值模拟及其应用【3】。在过去的十年，通过计算机科学的发展数值模拟方法已经取得了很大的进步。在注射过程中使用有限元分析(FEA)更加高效和方便【4,5】。此页中是一个通过Pro/E软件设计的水壶。如图1所示，这非常符合实际。模塑仿真分析软件深化了注塑过程的研究。图1 水壶模型Figure1 Water kettle model2 有限元分析模型模塑仿真分析可以很容易地导入一个由ADC软件制作的CAD模型，包括传统中腔模型、线框和表面模型【6,7】。此页中，图2是一个靠Pro/E创建的水壶手柄，把它导入到模塑仿真分析软件中变为stl格式。图2 水壶手柄模型Figure 2 Water kettle handle model模型被导入后，会创建一个新的分析预处理。为了形成侧孔需要设计一个侧型芯。侧型芯用T型槽导向。侧型芯的运动范围应该大于孔的最大深度。型芯和型腔都是通过Pro/E软件设计的。图7表示了分模示意图。最后，型芯与型腔需要与其他组件良好的组装在一起，如模架、导柱、导套和顶杆。图7 型芯和型腔 Figure 7 Mold core and mold cavity5 数控加工数控加工是CAD/CAM/CAE系统最重要的组成部分。它在缩短设计时间上有明显优势，减少了制造的时间。基于UG NX软件，型腔数据可以很简单的被编写。图8显示了创建的过程，在图8(a)中，工件材料体积快被快速切割。图8（b）显示了第一次半精加工的刀具轨迹，还有图8（C）显示了第二次半精加工的结果。最后，已完成的型腔需要经过电火花加工。(a)(b)(c)图8 数控模型加工Figure 8 NC machining通过UC NX软件，型腔的数控加工代码如下：%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T00 M06N0040 G0 G90 X-9.0424 Y147.9544 S0 M03N0050 G43 Z3. H00N0060 Z1.0119N0070 G1 Z-1.9881 F250. M08N0080 X-4.2387 Y147.9879N0090 X-1.6319 Y148.006N0100 G2 X62.5346 Y148.0656 I37.0243 J-5318.3716N0110 X75.0523 Y147.5638 I1.5349 J-118.0813N0120 X87.4014 Y148.0559 I10.87 J-117.5769N0130 X151.5668 Y148.0097 I28.1397 J-5473.1141N0140 G1 X154.2306 Y147.9922N0150 G0 X159.0371 Y147.9605.N7270 G0 G90 X64.7569 Y29.5758 S0 M03N7280 G43 Z3.5 H00N7290 G1 Z-5.5211 F250.N7300 X64.8052 Y29.8419 Z-7.5567N7310 X64.8292 Y30.0755 Z-9.0025N7320 X64.8449 Y30.5751 Z-11.5799N7330 G0 Z3.5N7340 M02%6 结论这个论文显示了水壶手柄注射模具设计过程的数值模拟。最好注射位置的选取经过深度的研究，就是在模具的中央，最坏位置的是在角上和外壁。注射时间、熔接痕、排气系统也经过了深入的研究。设计出的模具通过有限元分析可以准确对接。在UG NX上的数控数据模拟也显示模具型腔的制造是正确的。引用1 X.P. Liao, H.M. Xie, Y.J. Zhou and W. Xia, “Adaptive Adjustment of Plastic Injection Processes Based on Neural Network”, Journal of Materials Processing Technology, pp. 676-679, (2007).2 K.M. Tsai, C.Y. Hsieh and W. C. Lo, “A Study of the Effects of Process Parameters for Injection Molding on Surface Quality of Optical Lenses”, Journal of Materials Processing Technology, pp. 3469-3477, (2009).3 H.M. Zhou, Y. Bo and Y. Zhang, “3D Filling Simulation of Injection Molding Based on the PG Method”, Journal of Materials Processing Technology, pp. 475-480, (2008).4 W.H. Kuang, W.W. Su, “Study on Injection Process and Mould Design for Electric Fan Shell”, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design, Kun Ming, China, pp. 553-557, (2008).5 W.H. Kuang, C.M. Wu, M.J. Huang “FEM Simulation and Study on Rectangular Drawing Process with Flange”, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design, Kun Ming, China, pp. 575-579, (2008).6 W.H. Kuang, “Research on 3D Complex Surface Construction and NC Machining Based on MasterCAM”, Proceedings of the 9th International Conference on Computer-aided Industrial Design & Conceptual Design,Kun Ming, China, pp. 633-638, (2008).7 W.H. Kuang, Z.K. Xue, “Injection Process Analysis and Mold Manufacturing for Telephone Cover”, Proceedings of International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, Chang Sha, China, pp. 80-83, (2009).8 C.Y. Shen, and C.T. Liu, “Numerical Analysis of Design Sensitivity for Filling Process in Injection Molding”, Journal of Chemical Industry and Engineering, vol. 56, pp. 346-351, (2005).9 L. Kong, “A Windows-native 3D Plastic Injection Mold Design System”, Journal of Materials processing technology, vol. 139, pp. 81-89, (2003).10 /. 毕业设计汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计材料工程系张舸102074231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： 汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074231 学生： 张舸 指导教师（含职称）： 刘威（副教授） 1课题意义及目标通过查阅收集汽车座椅调角器手柄塑件产品及类似产品的该类模具设计相关的文献资料或进行实际调查，达到搜集论文证据资料的目的。对该类模具文献资料的分析提出你创新构思的最佳设计方案，并用AUTOCAD，PRO/E软件对成型模具进行设计，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的模具。2主要任务1）查阅相关文献，提出设计方案；2）绘制塑件图，分析塑件，选定塑件材料；3）确定选用的模具模架，绘制装配草图；4）选择注塑机，通过对注塑机的校核，确定最佳设计方案，绘制装配图；5）绘制零件图，并进行标注；6）完成毕业论文的撰写工作。3. 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料；2）认真按标准画图纸，做好设计过程记录；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决设计中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）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。4. 主要参考资料1 任登安. 塑料模具制造技术M. 北京: 机械工业出版社, 2013.2 刘汉云. 塑料模具设计与制造M. 南京: 江苏科学技术出版社, 1989.3 张信群, 王春香. 模具设计与制造非模具专业使用M. 合肥: 合肥工业大学出版社, 2010.4 张钟. 注塑模具制造综合实训指导M. 西安: 西安电子科技大学出版社.5进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，提出设计方案1月 3日3月18日2绘制塑件图，画装配草图3月19日3月25日3确定注塑机型号，进行力学校核3月26日4月15日4画装配工作图，画零件图4月16日5月8日5修改校核所画图纸5月9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汽车座椅调角器塑料手柄的模具设计摘要：本课题主要研究了汽车座椅调角器塑料手柄的注射模具的结构。重点对侧抽芯和多型腔布局进行了分析设计，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。该模具的关键是解决分型面的选择、侧抽芯结构的设计、冷却系统的布局、塑件浇注系统布局等问题，以及在实现这些功能的情况下，如何使模具有效而可靠的运动。关键词：注射模，侧抽芯，一模多腔The design of Car seat recliner handle plastic moldAbstract: This paper studies the structure of the car seat recliner handle plastic injection molds. Pulling contralateral focus and multi-cavity layout analysis and design, through literature review, adjust and optimize the proposed optimal design, and related to the size of the mold structure calculation check, make a smooth plastic mold, production automation. The key is to solve the mold parting line selection, side core pulling structure design, layout, plastic casting system cooling system layout and other issues, as well as in the case of these functions, how to make molds efficient and reliable movement. Keywords: injection mold, side core pulling, a multi-cavity mold III太原工业学院毕业设计目 录1前言11.1 模具在加工工业中的地位11.2 我国塑料模具的研究现状及展望12 塑件分析设计42.1 塑件要求分析42.2 塑件材料选择42.3 塑件结构分析42.3.1 塑料收缩率42.3.2 脱模斜度52.3.3 塑件壁厚52.3.4 尺寸精度52.3.5 表观质量62.3.6 工艺参数及塑件图63 分型面的选择84 模具结构方案的拟定94.1 注塑机的选择94.2 注塑机有关工艺参数的校核94.2.1 最大注塑量对型腔数的校核94.2.2 注射压力校核104.2.3 锁模力校核104.2.4 开模行程校核114.3 流动比计算114.4 模架的选择124.5 装配草图绘制125 浇注系统设计135.2 冷料井和拉料杆设计155.3 分流道系统设计165.3.1 分流道排布设计175.3.2 分流道截面设计185.4 浇口设计186 成型零件设计206.1 成型零件结构设计206.1.1 模具型腔结构设计206.1.2 模具型芯、成型杆及侧抽芯成型部分结构设计216.2 成型零件尺寸计算227 侧向分型与抽芯机构设计247.1 脱模力计算247.2 抽芯距的确定247.3 侧抽芯机构设计257.3.1 侧抽芯形式的确定257.3.2 斜导柱结构设计计算257.3.3 侧型芯与导滑槽设计287.3.4 定位装置设计297.3.5 锁紧装置设计298 冷却系统设计318.1 冷却水道参数计算318.1.1 塑件所需冷却时间计算318.1.2 所需冷却水的体积计算328.1.3 冷却水路导热面积计算338.1.4 冷却水路直径计算338.1.5 冷却水路总长计算338.2 冷却水道结构设计348.2.1 型腔冷却水道结构设计348.2.2 水嘴结构设计359 脱模顶出机构设计3610 合模导向机构设计3811 排气系统设计4012 结论41参考文献43致 谢441 前言1.1 模具在加工工业中的地位 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。1.2 我国塑料模具的研究现状及展望 我国的塑料模具起步较晚，但发展很快，特别是近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大的成绩。按产值计算，目前我国塑料模具产值约占全部模具的31左右。2006年，在第十届中国国际模具技术和设备展览会上，温州市丰日模具厂的各类电器、开关、手机、汽配等注塑模具；精展精机有限公司的塑胶模具零配件；东莞精宝模具配件厂的各种精密模具零配件都显示了其强大的优势。CAD/CAE/CAM技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍；气体辅助注射成型技术的使用更去趋成熟，不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功的运用气辅技术，一些厂家还使用CMOLD气辅软件，取得了良好效果；热流道技术更加广泛，近年来，热流道技术发展很快，热流道模具比例不断提高；精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高；模具寿命不断提高。塑料成型模具是应用得最为广泛的一类模具。近年来，我国塑料模行业有了长足的进步。在大型塑料模方面，已能自行生产34寸大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等的塑料模具。模具重量可达10-20吨。在精密塑料模具方面，能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。一般均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模具，完全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在高效多色注射的应用和抽芯脱模机构的创新设计方面，也取得较大进展。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT6-7级，分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型面的表面粗糙度为Ra0.02-0.025m。塑料模寿命已达100万次，但模具制造周期仍比国外长2-4倍，总体水平与国外比尚有较大差距。近年来，塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命估整个模具产量中所占的比例越来越大。从模具设计和制造用度看，模具的发展趋势可归纳为以下几方面：（1）深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方面发展。尤其是挤出机头的设计，这使挤出制品产量和质量都得到很大的提高。（2）高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具机构。如高效冷却以缩短成型周期；各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射模具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率、降低成本起了很大的作用。（3）大型、超小及高精度由于塑料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器等各工业领域。于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型码具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性且易加工、热变形小、导热性优异的制模材料。（4）革新模具制造工艺为了更新产品花色和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重新简易制模工艺的研究。如采用低熔点有色金属合金浇铸或喷涂制模；经铝粉或铁粉填充的环氧树脂以及聚氨酯弹性体制模，这大大缩短了模具的制造周期，降低了成本。在模具制造工艺上，这缩短模具生产周期减少钳工手工操作的工作量，在模具制造工艺上做了许多改进工作，特别异形型腔的加工，采用了各种仿形机床、光控机床、数控机床、座标机床等。这不仅大大提供了机械加工的比重，而且提高了加工精度。采用精密铸造、冷挤压、电加工等新工艺技术使模具型加工发生了根本性的变革。（5）标准化开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批地生产塑料模具。（6）专业化此外，以一些特殊的研制品，研究了各种特殊结构的模具，低发泡制品挤出机头，多层薄膜复合机头，双色注射模具等。模具标准化和专业化是缩短模具制造周期，降低模具成本和重要手段。2 塑件分析设计一个塑料制品在设计的时候，需要考虑其使用功能、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（比如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性等）和成型工艺性（比如收缩率、流动性等）。2.1 塑件要求分析本课题设计的汽车座椅调角器塑料手柄是一个为了方便人们使用座椅调角器的汽车配件。产品要求具有绝缘、耐摩擦、不伤手、硬度强、无污染、耐腐蚀等性能，表面具有一定的粗糙度，以增加防滑性，圆滑的曲面和对飞边的控制增加使用时的舒适度，使之有更好的手感。2.2 塑件材料选择结合塑件硬度要求及实际使用需求，并综合考虑经济成本效益，初步确定选用硬质不透明PVC作为塑件材料。其基本性能见表2.1。表2.1 PVC的基本性能Table2.1 The basic performance of PVC性能数值性能数值密度/(g/cm3)1.5比热容/J/kgK1.0比体积/(cm2/g)0.58导热率/W/mK0.116玻璃化温度/85泊松比0.4热变形温度/80溢边值cm2.52.3 塑件结构分析2.3.1 塑料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，一般依照以下的几个原则：（1）收缩率较小的塑件，取平均收缩率；（2）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；（3）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。（4）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。材料PVC的收缩率为0.20.6%，依据相关原则，确定其收缩率为0.5%。2.3.2 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3。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5mm并采用小收缩率的塑件除外）都要考虑脱模斜度。本课题的塑件高度为17mm左右，查询相关资料单边脱模斜度推荐值1，PS的斜度为2。2.3.3 塑件壁厚塑件壁厚一般要根据塑件的设计使用要求和成型工艺来确定，包括强度、刚度、绝缘度、质量、尺寸稳定性及熔体的流动阻力等。在满足使用功能和工艺要求的前提下，塑件设计时应尽量减小壁厚并使壁厚均匀，以实现节约材料、节约能源、缩短成型周期、冷却均匀、避免翘曲变形。查询相关资料塑料制品最小壁厚及常用壁厚推荐值，PVC制品的最小壁厚为1.2 mm，小型制品壁厚为1.6 mm。综合考虑，将本课题的塑件壁厚确定为2.0mm。2.3.4 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，未注尺寸公差为MT5。2.3.5 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。塑件的表面粗糙度一般在Ra=0.2-0.8mm之间。对于透明塑件，要求型腔和型芯的粗糙度保持一致。考虑本课题塑件的设计要求及加工难度，将粗糙度设定为Ra=1.6mm。2.3.6 工艺参数及塑件图根据对塑件的结构工艺分析，结合相关标准要求，查阅相关资料，得到塑件的相关工艺参数，并绘制塑件图，标注必要的工艺要求。部分参数见表2.3，塑件图见图2.1。表2.3 塑件部分工艺参数Table2.3 The process parameters of Plastic项目数值项目数值成性收缩率/%0.5喷嘴温度/150-170制品壁厚/mm2.0模具温度/30-60脱模斜度/2注射压力/MPa80-130尺寸公差MT3、MT5保压压力/MPa40-60粗糙度Ra/ mm1.6注射时间/s2-5机筒温度/前段170-190保压时间/s15-40中段165-180冷却时间/s15-30后段160-170成形周期/s40-80图2.1 塑件图Figure2.1 The structure of product3 分型面的选择分型面的形式要根据塑件的具体结构进行确定，其大体上分为平面式、阶梯式、斜面式、曲面式和综合式几种。考虑到塑件的抽芯、顶出的需要及生产自动化的要求，一个塑件可以设置单分型面、双分型面，甚至多分型面。在进行分型面设计时，一般要考虑到以下几个问题：（1）分型面应该选择在塑件的最大轮廓处；（2）确定有利的留模方式，便于塑件脱模，通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后（3）留在动模一侧，这样有助于推杆顶出机构的设置，节约能量；（4）保证塑件的精度要求；（5）保证塑件的外观质量；（6）便于模具加工制造；（7）同轴度考虑；（8）抽拔力考虑（力设在开模方向上）；（9）有利于排气，使模具结构简化。根据上述相关要求，本课题塑件注塑模具的分型面设计在塑件侧面且不经过圆弧处，呈弯折的曲面，如图3.1，为单分型面。这样，既保证了塑件质量、精度要求，又不影响型芯同轴度，且不会使模具加工复杂化。图3.1 分型面Figure3.1 Parting surface4 模具结构方案的拟定4.1 注塑机的选择由于模具所需的模架和塑件成型需要的注射压力、成形时间等因素都与注塑机相关，每副模具只能安装在于其相适应的注塑机上才能进行生产，因此，在进行模具设计时必须根据塑件的具体情况，选用合适的注塑机。本课题塑件要求注塑压力在60-100mm，注射时间0-3s，依据经验和粗略推算，查阅常用注射机主要技术参数的相关资料，初步选择型号为XS-ZY-250的注塑机。部分相关技术参数见表4.1。表4.1 XS-ZY-250型注塑机部分技术参数Table4.1 The technical parameters of Injection molding machine named XS-ZY-250项目参数项目参数理论注射量/cm250拉杆空间（长宽）373295注射压力/ MPa130定位孔直径/mm125选用模内压力/ MPa36喷嘴球半径/mm18最大注射面积/ cm2500喷嘴孔径/mm4锁模力/kN1800顶出孔径/mm40最大模具厚度/mm350孔距/mm280最小模具厚度/mm200注射时间/s2模板行程/mm350合模方式液压式4.2 注塑机有关工艺参数的校核4.2.1 最大注塑量对型腔数的校核对于注射容量，国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚苯乙烯时在对空注射条件下注射机螺杆或柱塞做一次最大行程时所能达到的最大容量（cm3）为标准。常温下，普通聚苯乙烯的密度为s=1.05g/ cm3。考虑到熔体在注射过程中的流动阻力及逆流量，设置一个安全系数，选取85%，则实际注射量m为：式中 Vc国产注射机理论注射容量，cm3； s注塑系数，一般在0.8-0.9范围内，取0.85。模具型腔数最多为：式中 q一个塑件的质量和它均分到的浇注系统质量之和，g。由于本课题塑件体积、投影面积都很小，为降低生产成本，提高生产效率，结合注射机的规格参数，设计模具型腔数为8个。校核型腔数：，符合条件。4.2.2 注射压力校核塑件所需的成型压力是由注塑机类型、喷嘴型式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的5。注塑机的最大注射压力大于或等于塑件成型所需压力，才能保证塑件完整成型，确保产品符合要求。本课题塑件所用PVC材料所需注射压力为P塑=80-130MPa，所选注塑机能提供的最大注塑压力为P机=130MPa。P机P塑，符合条件要求。4.2.3 锁模力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，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-250注塑机的额定锁模力为1800 kN，塑件总投影面积为10.74cm2。kN H1+ H2，所以采用以下公式进行校核： （式4.5）结合式4.4和式4.5，可得： （式4.6）本课题中，S=350mm，所以350116+510，符合要求。4.3 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4.10）式中 Li流路各段长度，mm； i流路各段厚度，mm。分析本课题的浇注系统及塑件，浇注系统的各段长度及厚度已唯一确定，塑件的最大流程需要进行分析得出。通过对塑件三处可能为最大流程的长度计算，确定塑件的最大流程为122.52mm。130170（PVC的流动比），符合条件。4.4 模架的选择模架的选择应尽可能选用标准模架，确定标准模架的形式，规格及标准代号。模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉来定位；动、定模固定板之间通过导向的零件来定位；推板固定板通过导向零件与动模或定模固定板来定位；模具通过浇口套与注射机的中心定位孔来定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉来精确定位；垫块不需要与动模固定板用销钉来精确定位；推板不需与推板固定板用销钉来精确定位。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的部分；模具外表面应光洁，并加涂防锈油。根据8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（GB/T 12556.1-1990），初选CI-4545-A70-B110-C120型模架，基础尺寸为550450mm。4.5 装配草图绘制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Figure4.2 The preliminary assembly drawing5 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。在本课题的卧式注塑机所用模具中，主流道垂直于分型面。在进行设计时：（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=19mm。并要求其表面粗糙度Ra=0.4m；（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=0.4m；（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）本设计在主流道衬套上增设一盒定位圈，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。定位圈厚度5-10mm，外径与注塑机的定位孔成间隙配合，配合间隙为0.01-0.15mm。XS-ZY-250型注塑机的定位孔为125mm，所以本设计取定位圈外径为124.8mm，厚为15mm。图5.1、5.2分别为本课题的主流道衬套及定位圈。 图5.1 主流道衬套Figure5.1 The sprue bushing图5.2 定位圈Figure5.2 Location ring5.2 冷料井和拉料杆设计冷料井的作用是用来存储注射期间，喷嘴前端有散热造成温度降低而产生的冷料。如果冷料进入流道，将减缓流速并堵塞流道；如果进入型腔，塑件会出现冷疤或冷斑，影响塑件质量。分流道上的冷料井，将每段流道的末端适当延长即可。主流道上的冷料井一般带有拉料杆。本设计拟采用推杆顶出塑件，所以采用Z形拉料杆的冷料井。熔体进入冷料井便会卡住整个Z形头，开模时将主流道凝料带出流道，推杆推出时凝料跟随Z形头一起被带出冷料井。图5.3、5.4分别为冷料井和拉料杆的设计图示。 图5.3 冷料井设计Figure5.3 The design of cold slug well图5.4 拉料杆设计Figure5.4 The design of puller rod5.3 分流道系统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。5.3.1 分流道排布设计在多型腔模具中，分流道的布局形式很多，概括起来，主要分为平衡式和非平衡式。平衡式即主流道到各个型腔的分流道，其长度、断面尺寸及形状都完全相同，可以保证各个型腔同时均衡进料，同时注射完毕。非平衡式即主流道到分流道的长度不相同。考虑冷却系统布置的需要，结合型腔壁厚，本设计选用平衡式H形。它是以4个型腔为一组按H形布局排列，其特点是排列紧凑、对称平衡、易于加工。在多型腔模具中得到广泛运用。布局形式见图5.5。图5.5 分流道布置Figure5.5 The design of shunt way5.3.2 分流道截面设计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。其效率比较见表5.1。表5.1 部分流道截面的效率Table5.1 The efficiency of some cross section shape of flow channel截面形状效率0.25D0.25D0.153D0.195Dd=D/20.166Dd=D/40.100D由上表可知，圆形和正方形截面的流道效率最大，效果最好。但是两者的工艺性都较差，对称分布，加工困难，费用高。从经济实用的角度而言，梯形和U形分流道是最佳选择。本设计选用圆形断面分流道，直径为8mm。 5.4 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）浇口容易切除，痕迹不明显，流动凝料少；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。根据本课题塑件结构，选择浇口在塑件侧面中段位置，本设计选用侧浇口。本设计为矩形断面，将分流道设置在分型面两面上，浇口设置在定模仁板一侧，。开模时，主分型面分型，塑件留在动模一侧后移，分流道和浇口凝料在拉料杆的作用下同时被迫随动模后移。这时，浇口的前端将浇口凝料切断，浇口又迫使凝料产生弹性变形，与分流道和塑件一起被拉出定模。点浇口的优点：（1）熔融塑料流通过浇口时流速增高,加上摩擦力的作用，塑料流的温度升高。这样，能获得外形清晰，表面光泽的塑件。（2）开模后点浇口可自动拉断，有利于自动化操作。去除浇口以后，塑件上留下的痕迹不明显，不影响塑件表面的美观。（3）确定浇口的位置很灵活。图5.6是我设计的侧浇口。浇口设计要求h=1.8, =2。由于本课题塑件体积小、高度低，为保证塑件外观完整，断料时尽量减少塑件受凝料的影响，浇口初始直径尽量选取较小值，为使浇口出凝料易于脱出。 图5.6 侧浇口浇口Figure5.6 The design of gate6 成型零件设计成型零件是塑件注射模具的核心。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保证工艺性强、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，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，一般要求Ra在0.4m以下（本设计选取Ra=0.2m）。此外，成型部件都要进行热处理，使其具有足够的硬度，而且材料要选用耐腐蚀不锈钢。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。本设计采用底部大面积整体嵌入式。即直接在定模板上加工出型腔凹坑，再嵌入型腔。这种形式为机械加工、研磨、抛光、热处理提供了极大方便，节约优质材料，降低成本，提高效率。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IT11。图6.2 型腔组合图Figure6.2 The configuration of cavity6.1.2 模具型芯、成型杆及侧抽芯成型部分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。由于本课题塑件内部形状较为简单，体积不大，且内部结构方向单一，采用侧向抽芯机构实现内部机构即可。图6.5为侧抽芯的成型部分结构设计。设计时，对侧抽芯端部适当延长，并修成倒角，合模时使其嵌入上下两半型腔中，以保证没有间隙，塑件在此处的成型完整，没有缺陷。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IT11。图6.5 侧抽芯成型部分设计Figure6.5 The design of side core-pulling6.2 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所引起的尺寸误差，是一个重要的因素，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的成型尺寸；（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。（5）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，即S=S1+S22,.对于PVC塑件，成型收缩率的范围在0.2-0.6%，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。7 侧向分型与抽芯机构设计由于塑件带有较深的孔，竖直放置时型腔深度太大，而且形状复杂，难以加工。所以，本设计中带有侧抽芯机构，将型芯水平放置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。查阅相关文献，推导后的脱模力计算公式为： （式7.1）式中 F脱模力，N； P单位面积塑件对型芯的正压力，Pa，一般取p=（4.84-11.76）MPa； A塑件包紧型芯的侧面积，m2； f塑件与钢体材料的摩擦系数，一般取f=0.1-0.3； 脱模斜度，。经计算， m2；P取10MPa；f取0.2；本设计的=2。所以： 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 抽芯距的确定为顺利地脱出塑件、侧型芯或侧向瓣合模滑块应从成型位置外移到不妨碍制品平行推出的位置，此移动的距离称为计算抽拔距。在设计模具时还应加上2-4mm的安全系数作为实际抽拔距。所以，本设计的抽芯距S计算公式： （式7.2）7.3 侧抽芯机构设计7.3.1 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、侧型芯、侧滑块、锁紧块、定位装置等零件组成。7.3.2 斜导柱结构设计计算设计斜导柱，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。斜导柱采用典型结构形式，其台肩端部相平于模面，其角度与抽拔角一致。在斜导柱的两侧面铣成0.8d的扁平面，以减少斜导柱与侧滑块斜孔壁的滑动摩擦，增强侧滑块移动的平稳性。斜导柱的抽拔角一般为15-20，最大不超过25。本设计取角度为20。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0.2-0.3mm的间隙。本设计取0.2mm间隙。所以，导柱开模行程:斜导柱直径的计算公式： （式7.3）式中 d斜导柱直径，mm； F 抽拔力，N； Lt受力点到斜导柱固定板平面的距离，mm，取滑块下端到上端的斜孔长度； 抽拔角，；斜导柱钢材许用应力，MPa。本设计中，=137.2 MPa，=20，F=104.38N，Lt=42.57mm。所以，导柱直径为： （式7.4）取直径d=20 mm。斜导柱的台肩直径D与斜导柱固定板的厚度有关，但一般取mm。斜导柱的总长度与抽芯距S、抽拔角、斜导柱台肩直径D、斜导柱固定板厚度h，以及斜导柱与侧滑块斜孔间的配合间隙的大小有关。斜导柱的长度L计算公式： （式7.5）式中 L斜导柱总长度，mm； D斜导柱台肩直径，mm； 斜导柱抽拔角，； h斜导柱固定板厚度，mm； 斜导柱与侧滑块斜孔间的配合间隙，mm； d斜导柱工作部分直径，mm； S抽芯距，mm。其中，h= 45mm，D=25，=0.2，d=20，S=42，=20。所以，取斜导柱长度L=187 mm。斜导柱材质选用碳素优质钢材T8A，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=0.8m。图7.2是斜导柱设计图。图7.2 斜导柱Figure7.2 Inclined guide pillar7.3.3 侧型芯与导滑槽设计侧型芯根据加工的难易程度，分为整体式和组合式。本设计采用组合式侧型芯，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7.3。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，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。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7.4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，其余各面留有0.5mm左右的间隙。图7.3 侧型芯Figure7.3 The side core图7.4 侧型芯导滑形式Figure7.4 Guide chute7.3.4 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。本设计采用弹顶销定位，在弹簧弹力作用下与侧型芯底部成90的凹窝定位。结构形式见图7.5。图7.5 侧型芯定位装置Figure7.5 The positioning device of slide block7.3.5 锁紧装置设计锁紧装置主要有两个作用：一是保证侧型芯的准确复位；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。根据锁紧力的大小和工艺的繁简程度，楔紧块的结构形式也有多种。图7.6本设计的锁紧装置，楔紧块采用上部两个螺纹固定。采用T8A材质，端部楔紧面淬火处理，硬度52-58HRC，螺纹采用M8规格。本设计的楔紧块，能有效提供稳定注塑时的锁紧力。图7.6 锁紧装置Figure7.6 Locking device8 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。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的位置：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。8.1 冷却水道参数计算8.1.1 塑件所需冷却时间计算冷却时间t的表达式为：t=S22a1ln82(c-m-m) （式8.1）式中 S制品的壁厚，mm； c塑料注塑温度，； m模具型腔壁温度，； 塑件脱模时的平均温度，； a1塑料热扩散系数，mm2/s。本设计中，S=2mm，=60。PVC的注塑温度在150-170范围，模具型腔温度在30-60范围，本设计取c=160，m =50。查文献可得a1=0.6310-6m2/s=0.63 mm2/s。所以，冷却时间为：t=S22a1ln82c-m-m=222*0.63ln82160-5060-50=2.17 s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：N=1t*0.75=0.752.17=0.3456 次/s （式8.2）本课题中每次注塑的塑件总质量加上浇道的质量和为m=102.1g/s，则每秒注入的塑料量m为：m=N*m=0.3456*102.1=35.29 g/s （式8.3）8.1.2 所需冷却水的体积计算V=Gi60C(t1-t2) （式8.4）式中 V所需冷却水体积流量，m3/min； G单位时间内注入模具内塑料熔体的质量，kg/h； i成型时塑料单位质量释放的热量，J/kg； C冷却水的比热容，J/(kgK)； 冷却水的密度，kg/m3； t1冷却水的出口温度，； t2冷却水的进口温度，。本设计中，G=m606010-3kg/h=127.044 kg/h；查阅文献可得i=1.3102J/kg，C=4.2103J/(kgK)，=1103kg/m3；t1与t2之间的温差不宜太大，最大不超过5，此处t2取室温20，t1取24。则，m/min8.1.3 冷却水路导热面积计算A=Gi3600(TW-TQ) （式8.5）式中 A冷却水路导热总面积，66.9010-3m2； 冷却水的导热率； TW模具成型零件表面温度， TQ冷却水表面温度，。本设计中，成型模板钻孔冷却道，取=0.64103；TW=50
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