空调器电机支座注射模设计结构设计.doc

空调器电机支座注射模设计结构设计第一章 前言注塑成型又称注射成型，它是热塑性塑料制品的一种主要的成型方法，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此种方法成型。注塑成型在塑料制品的成型中占有很大的比例。在全世界范围内绝大多数成型都是注塑成型，比例占到半数以上。注射成型的原理是：塑料先在注射机的高温料筒中受热熔化，然后在注射机柱塞或螺杆的高压推动之下，以很大的流速通过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具的型腔内固化成形，然后通过注射机的开模和模具的顶出系统将固化的塑料制品顶出脱模。近几年来，随着模具行业结构的调整和体制改革步伐的加大，主要是表现在大中型、长寿命、精密复杂、中高档模具以及模具标准件的发展速度高于一般模具的产品；塑料模和压铸模比例的增大；专业模具厂的数量以及其生产能力的增加；“三资”企业和私营企业的发展尤为迅速；股份制体制改造步伐加快等。然而从地区分布来看，以长江三角洲和珠江三角洲为中心的东南沿海地区的发展速度快于中西部地区，北方的发展慢于南方。目前发展最快，且模具生产最为集中的省份是广东和浙江两省，江苏、安徽、山东和上海等地近几年也有较大的发展。采用热流道技术的模具可以很大的提高塑件的生产率和质量，并且能大幅度的节省塑料制品的原材料和节约能源，所以广泛的应用这项技术是塑料模具的一大变革。制做国家标准的热流道器件，以及积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键一步。本次空调器电机支座注射模设计，由于塑件制品比较高，主流道长度就比较长，注射的过程中可能会出现注射温度与压力不够，出现凹陷及缩痕，致使塑件制品报废。因此，本设计最终采用一段热流道，以提高塑料注射的温度，改善制品质量。支座主要起支撑作用，因此其上设计了许多加强筋，其型芯与型腔的加工比较麻烦，需采用电火花加工。此塑件有许多侧凹与侧孔，需采用侧抽芯机构，本设计采用四面斜导柱与滑块抽芯机构，以满足产品的要求。- 1 -第二章 塑件成型工艺性分析图2.1 空调器电机支座2.1 塑件的分析 （1）塑件的最大外形尺寸为：305.7247.3189mm，塑件模型如图1.1所示（为计算需要仅标注了几个重要尺寸，详图请见该塑件零件图）。（2）精度等级：采用一般精度（MT4）。（3）生产纲领：大批量。- 2 -2.2 塑件结构分析根据塑件的产品图纸，用UG7.5 三维软件进行空调器电机支座3D建模。3D模型更加直观的展现了产品造型，可以从任意方向进行观察。2.3 塑件材料的成型工艺分析 该空调器电机支座选用的材料是聚丙烯（PP）。 PP塑料俗称百折胶，是继尼龙之后发展的又一个优良的塑料品种，它是一种低密度、无侧链、高结晶的线性聚合物；也是一种半晶体、半透明的热塑性塑料。PP的密度为0.901.169g/cm，是常用塑料中密度最小的品种。PP具有优良的综合性能，具有高强度、吸水率低、密度小、绝缘性能好、热变形温度高、结晶度高等特点；同时，PP具有良好的耐油类、耐弱碱、耐弱酸等性能。因此，PP广泛应用于家具、日用品、箱类、汽车零部件等方面。2.3.1 成型工艺性分析（1）脱模斜度。该塑件平均壁厚约为2.5mm，其脱模斜度根据参考文献1表2-10可知，凹模的脱模斜度为2545 ，型芯的脱模斜度为2045，取其脱模斜度为1。（2）精度等级：采用一般精度4级。2.3.2 PP的注射成型过程（1）注射成型过程。注射成型工艺过程包括：成型前的准备、注射过程以及塑件的后处理三个阶段。（2）成型前的准备。为使注射成型过程能顺利进行，并保证塑料制件的质量，一般在成型前应做一些必要的准备工作，包括：原料预处理，在成型前应对原料进行外观（如色泽、均匀度、颗粒大小）及工艺的性能（如流动性、收缩性、热稳定性、水分含量等）的检验。一般情况下PP的吸水率为0.01%，成型收缩率为1.0%2.0%，因此，PP成型前不需要干燥处理；料筒的清洗；脱模剂的选用。（3）注射过程。塑料在料筒内经过加热，塑化后达到流动状态，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充型、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（4）塑件的后处理（退火）。塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或是由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此常需要进行适当的后处理以消除的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。其主要方法是退火和调湿处理。通过查阅参考文献2表13-2得该塑料不需要任何后处理。2.3.3 PP的注射工艺参数（1）成型温度。由于PP是结晶性聚合物，熔点为164170，分解温度为300，原则上在170300范围内都可以成型，但是如果在高温下受热时间过长，PP可能出现热、氧降解现象，使得塑件的力学性能降低。在有氧的条件下，PP在260左右可能会变黄。因此其成型温度设定在160220，其中喷嘴温度为200，料筒前、中、后三段温度分别为210、190和170。（2）模具温度。模具温度的变化对PP制品的性能有很大的影响。如果模具温度过高，则熔体的冷却速度会变慢，聚合物分子就会有更多的时间来排列，因此结晶度更高，表面粗糙度低，制品的刚性和硬度增加，熔体体积会发生很大的变化，因此其收缩率增大，易产生凹痕等缺陷。注塑PP的模具温度通常采用通水冷却的办法控制。（3）压力。PP在熔融的状态之下属于假塑性流体，黏度随剪切速率或剪切应力的增加以指数的形式减小，即所谓的剪切变稀现象。成型的过程中可以采取提高注射压力的方法来降低熔体的黏度，以改善流动性。（4）成型时间。模具成型时间包括注射时间、保压时间、冷却时间和其他的辅助时间，对于注塑成型来说，更重要的是保压和冷却的时间，在浇口处熔料封浇之前，保压时间对制品的成型收缩率有一定的影响，保压时间长则制品收缩率小。PP能够在较高的温度下脱模且制品很少会发生变形，所以冷却时间不必过长。（5）聚丙烯（PP）的注射工艺参数。查参考文献3表8.3-10常用热塑性塑料成形条件得：注塑机：螺杆式，螺杆转速为48r/min。料筒温度（t/）：前段200220；中段180200；后段160180。模具温度（t/）：8090。注射压力（p/MPa）：70100。成型时间（s）：60s（注射时间初取3.1，冷却和塑化时间取37.9s，辅助时间取24s）。第三章 拟定模具的结构形式和初选注射机3.1 分型面位置和形式的确定1）在塑件设计最初阶段，就应该考虑成型时分型面的形状和位置，否则就无法用模具成型。在模具设计最出阶段，首先就要确定分型面的位置和浇口的形式，然后确定模具的结构。分型面设计的是否合理，这对塑件的质量和工艺操作的难易程度对模具的设计制造都有很大的影响。分型面的选择原则参照参考文献14.3.2节有：（1）要符合塑件脱模的基本要求，分型面的位置应尽量设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位；（2）要确保塑件留在动模一侧；（3）分型线应不影响塑件的外观；（4）确保塑件的质量；（5）分型面的选择应尽量避免形成侧孔或侧凹；（6）需满足模具的锁紧要求；（7）合理的安排浇注系统，特别是浇口的位置；（8）要有利于模具的加工。2）根据上述原则及该塑件的结构形式，该塑件的水平主分型面可以选如图3.1所示的中间大平面呈阶梯形分型面图（a）和图（b）所示，该塑件四侧都有侧凹或侧孔，需要侧向分型，如图（c）四个滑块所示。这样设置主分型面，和侧型芯留在动模有利于塑件留在动模，符合一般的侧向抽芯机构的设计。3.2 型腔数量及排列方式的选择对于一模多腔的模具而言，在确定了模腔的数目后，紧接着就要确定模腔的排列形式。模腔排列形式的改变，往往会影响到模具浇注系统和模具的大小，因此在设计中需要进行充分的考虑。此空调器电机支座属于中小型塑件，精度要求为一般，且为批量生产，但塑件四侧都具有侧孔和侧凹，需进行侧抽芯。结合模具的结构，防止模具结构过于复杂，初步拟定采用一模一腔。（a） （b） 主分型面的形式及位置 （c） 侧分型面的形式及位置图3.1 分型面的位置及形式3.3 注射机型号的确定3.3.1 注射量的计算（1）塑件质量和体积计算 通过UG7.5建模分析得塑件质量属性如图3.2所示。 塑件体积：， 塑件质量： 式中，可根据参考文献1表9-6取。图3.2 UG7.5质量属性分析图（2）浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件质量的0.2倍来估算。由于本次设计流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件质量的0.2倍来估算就足够了，从上述分析中确定为一模一腔，故一次注入模具型腔塑料熔体的总质量为： （3）塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算用CAD软件分析塑件在分型面上的近似投影面积为流道凝料在分型面上的投影面积为,在模具设计之前是个未知数，根据经验统计分析是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍，取0.35倍来进行估算，所以：模具所需锁模力： 式中：型腔压力取25MPa，（见参考文献2表2-2）。3.3.2 选取注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为和锁模力,查参考文献3中表9.9-3，初步选择公称注射量为2500，注射机型号为SZ2500/5000卧式注射机，其技术参数见表3.1。表3.1 SZ2500/5000注射机技术参数项目参数项目参数理论注射容积/cm32500锁模力/kN5000螺杆直径/mm95注射压力/MPa160注射速率/（g/s）500塑化能力/（kg/h）80螺杆转速/（r/min）10170拉杆内间距/mm900900移模行程/mm950最大模具厚度/mm870最小模具厚度/mm450锁模形式双曲肘模具定位孔直径/mm250喷嘴球半径/mm20喷嘴口直径/mm53.3.3 注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核 查参考文献1表13-2可知，PP所需注射压力为70100MPa，这里取，注射机的公称压力为，注射压力安全系数K=1.251.4之间，这里选取最大值K=1.4，则：所以注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核 在前面已经进行校核，符合要求。（3）注射量的校核注射量以容积表示，最大注射容积为 式中：模具型腔和流道的最大容积（cm3） V指定型号与规格的注射机注射量容积（cm3） 注射系数，取0.750.85,无定型塑料可以取0.85，结晶型塑料可取0.75，PP为结晶型塑料取0.75。倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长所以最小注射量容积。故每次注射量的容积V应满足，而，符合要求。第四章 浇注系统的形式和设计4.1 浇注系统形式的确定浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料井所组成。由塑件三维图和毕业设计任务书的要求，该塑件属于比较高的塑件，分型面只能采用一个，根据塑件结构不能采用中心浇口、护耳式浇口、潜伏式浇口，因为浇口完全偏置一边而不利于塑料的充型，若选择直接浇口浇注，模具比较高，主流道长度偏长，会降低塑料的充型温度，导致充不满或凹痕等缺陷。若采用热流道加冷流道侧浇口，以上的问题都可以解决。该模具中采用热流道单喷嘴，从喷嘴出来的浇口选直接式浇口，浇口有锥度，便于脱出又长又粗的料柄。外加一段冷流道系统，采用侧浇口进胶，充分结合冷热流道系统的优点。4.2 热流道系统的设计在本设计的热流道系统中，设计比较简单，直接采用开放式的喷嘴，外加一段冷流道分流道，且为平衡式布置，所以不需要复杂的流变学计算。而热流道喷嘴是标准件，所以先按塑料熔体通过浇口允许的剪切速率来初步确定浇口直径，然后再计算相应的其他流道尺寸。最后根据流道尺寸确定其结构。4.2.1 流道系统尺寸的确定（1）所需注射量的计算由UG7.5对该塑件质量属性分析可知塑件的总体积为。（2）喷嘴浇口尺寸的确定由参考文献4表3-1查得注射时间。则主流道体积流率 分流道的体积流率 查参考文献2得PP材料允许的最大剪切速率值为，喷嘴浇口直径是单喷嘴的最小部位，用此剪切速率求出浇口直径为 热流道喷嘴浇口直径的标准有直径为2.7mm、3.9mm、4.5mm、7.9mm等，本次设计的直接式浇口带有一段斜度的凝料，有利于设计平衡式浇口进胶，以及冷却水道对浇口的冷却。初定凝料长度为25mm，浇口直径取7.9mm，为了使流道凝料更容易脱落，设置脱模斜度为10，可以求得流道最小处直径为（如图4.1所示）再次校核次流道截面的剪切速率剪切速率符合要求。图4.1 喷嘴浇口尺寸4.2.2 喷嘴流道直径的确定对于低黏度和中等黏度物料PP、PE、ABS和PA等以剪切流动速率，求得喷嘴流道直径计算喷嘴直径 常用的喷嘴直径是4mm、5mm、7mm、10mm、12mm、16mm和20mm。按上面的标准取的喷嘴。主流道剪切速率的校核在，主流道剪切速率合理。本设计采用单喷嘴直接式浇口，因此喷嘴端部与注射机喷嘴是直接接触的，因此喷嘴的端部与主流道浇口套的形式一样，要保证熔料不溢落，要做成球面，其球面半径为：单喷嘴球面半径：SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=20+1=21mm。球面的配合高度： h=3mm。由参考文献4中图3-3，可以采用加长型标准喷嘴BP25型，喷嘴长度为160mm，如图4.2所示。图4.2 热流道喷嘴4.2.3 主流道的凝料体积主流道的凝料体积为： 4.3 冷流道分流道的设计4.3.1 分流道的布置形式分流道是主流道与浇口之间的额通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。本次分流道开设在动模主型芯上。从主流道喷嘴出来的熔体没有直接进入型腔，是先经过4个分流道呈对称进入型腔，浇注平衡，塑料缺陷少。4.3.2 分流道长度的确定分流道的长度应尽可能的短，其长度主要取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，根据塑件的要求，分流道的长度适中，其长度与布置形式如图4.3所示。4.3.3 分流道的截面形状及其尺寸分流道的端面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形等。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减少热量损失，但考虑到凝料容易拉断和脱模，因此，通过比较，分流道的截面形状采用梯形。图4.3 分流道的布置形式（1）梯形分流道的设计。根据塑件三维图可知，此塑件平均壁厚为2.5mm左右，质量为467.6g，按照参考文献2图2-4的经验曲线查得分流道的当量直径为5.56mm，由于分流道单向长度为16.75mm，按照参考文献2表2-4修正分流道当量直径为5mm。（2）梯形分流道的尺寸。设梯形的上底宽度为6mm，底面圆角的半径R=1mm，则梯形的高度取H=2B/3=4mm，梯形面积应满足如下关系式。 代入数值计算得：b=3.81mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素取b=5mm。通过计算梯形斜度为，满足要求，如图4.4所示。（3）分流道凝料体积的计算 其中：分流道截面积（4）分流道的表面粗糙度。由于分流道中与模具表面接触部分会迅速冷却，只有中心部分的塑料熔体依然保持一定的温度，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要很低，一般0.63m1.6m，此处取Ra1.6m，另外其脱模斜度一般在510之间，通过上述计算脱模斜度为7.1，脱模斜度足够。4.4 侧浇口的设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统最关键部位之一。浇口的大小、位置和形状对塑件的质量影响非常的大。本设计的浇口采用侧浇口，从动模主型芯处向型腔进料。图4.4 分流道截面形状4.4.1 侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度。根据参考文献2表2-6，可得侧浇口的深度h为： 式中：t塑件壁厚，这里取t=2.5mm； n塑料成型系数，查参考文献1表4-10得塑料成型系数是由塑料性质决定的，通常PA、ABS、PP取n=0.7。为了便于今后试模时发现问题并进行修模处理，根据参考文献1表4-9中推荐的PP矩形侧浇口厚度为0.60.8mm，故此处浇口深度取0.7mm。（2） 计算侧浇口的宽度。根据参考文献2表2-6，可得侧浇口的宽度b为： 式中：n塑料成型系数，查参考文献1表4-10得塑料成型系数是由塑料性质决定的，通常PA、ABS、PP取n=0.7； A是型腔表面积（mm2）。由于本设计采用四个侧浇口进胶，其浇口宽度根据结构设计可以适当取小一点，取b=4mm,如果试模过程中不合适，可以将浇口宽度适当改大，这样可以做到减少材料的浪费。（3） 计算侧浇口的长度。根据参考文献2表2-6，可得侧浇口的长度l为0.75mm。4.4.2 侧浇口剪切速率的校核（1） 注射时间：由参考文献4表3-1查得注射时间。（2） 计算浇口的体积流量：；（3） 计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：，则 剪切速率合格式中：q单位时间注射量，单位cm3/s； Rn矩形浇口的当量半径，即4.5 校核分流道的剪切速率分流道的当量直径由之前已经确定为6.8mm，因此主流道的剪切速率为： 在分流道剪切速率合理。4.6 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积(浇口的体积大小可以忽略不计)以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。（1） 计算主流道的体积流量 （2）计算主流道的剪切速率 主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率错误！未找到引用源。之间，所以，主流道的剪切速率合格。4.7 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模型芯上，其作用是储存上一次注册剩下的料流前锋，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本次设计只有主流道冷料穴，因为主流道的脱模斜度比较大，流道又短，冷料穴主要起储存冷料的作用，不怎么起拉料的作用，因此采用带推杆的倒锥形头冷料穴，其公称直径与主流道大端直径相同或略大于，这里去直径为7.9mm，深度为直径的11.5倍。取深度h为11mm，由于主流道长度比较短且脱模斜度比较大，很容易脱出，因此冷料穴就不设锥度。其结构如图4.5所示。图4.5 推杆推出的冷料穴1主流道；2冷料穴；3推杆第五章 成型零件的结构设计及计算5.1 成型零件的结构设计成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它通常包括型腔、型芯和成型零部件等。成型零件工作时是与塑料直接接触的，它需要经塑料熔体的高压料流的冲刷，和脱模时与塑件发生摩擦。因此，对成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，另外，成型零件还要求有结构合理，有较高的强度和刚度以及良好的抛光性能和较好的耐磨性。型腔是用以形成制品的外表面，型芯是用以形成制品的内表面，成型零部件是用以形成制品的局部部分。成型零件作为高压的容器，因此其内部的尺寸、强度、刚度、材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命重要的因素。如果型腔和底板厚度过小，可能会因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生弯曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。设计时应首先根据塑件的使用要求、塑料的性能，然后再确定型腔的总体结构、浇口、分型面、排气部位和脱模方式等，然后根据塑件的尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机械加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他部分的尺寸，以及机械加工工艺要求等。另外由于塑件熔体有很高的压力，因此应通过强度和刚度的计算来确定型腔的壁厚，尤其是对于有重要精度要求高的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和支撑板厚度。本设计的成型零件主要是型腔、主型芯和四个高度比较大的滑块及直径较小的小型芯及成型支座较深的凹槽的活动镶块型芯等。5.1.1 型腔的结构设计型腔是成型制品的外表面的成型零件。按照凹模的结构不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。此空调器电机支座属于中型模具，型腔侧面有许多条加强肋板，若做成整体式，肋板加工困难，全部要用电火花来加工，同时在深型腔中加工窄槽，制造费用增高。这里采用镶拼组合式，侧面全部用滑块成型，用滑块与定模仁组合形成型腔，其结构形式如图5.1所示。5.1.2 主型芯的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常有整体式和组合式两种类型。这里采用组合凸模型芯，主要还是由于分型面下方的侧表面有较多的加强肋板以及很深的凹槽，这些凹槽加工起来比较耗时，其结构形式如图5.2所示。 图5.1 定模仁的结构形式 图5.2 动模仁的结构形式5.1.3 外表面加强肋板及凸台和倒扣侧型芯结构此塑件的结构比较复杂，侧面有较多的加强肋板、凸台、侧孔和倒扣，这些结构分布在塑件的四个方向，因此需用四个侧滑块分别成型。其结构形式如图5.3所示。图4.3 侧型芯结构形式5.1.4 定模镶件的创建在UG7.5中通过草绘、拉伸、替换面、求差等命令创建定模镶件，这样定模部分的肋板深凹采用电火花加工就容易多了，也增加了模具的使用寿命，如图5.4所示。 （a） （b)（c）图5.4 定模镶件(a) 定模镶件1； (b) 定模镶件2； (c) 定模镶件35.1.5 动模型芯的创建动模部分成型的地方比较多，而且都是长肋板，深度比较大，很难加工，因此就需要将它们分割出来，分别加工，其形式如图5.5所示。5.2 成型零件钢材的选用对于模具钢的选用，必需符合以下几点要求：（1）机械加工性能良好。要选用易于切削，在加工以后能得到高精度零件的钢种。 （a） （b）图5.5 动模型芯(a) 动模小型芯； (b) 动模主型芯（2）抛光性能要优良。注射模成型零件的工作表面，型腔表面要求较高，都是需要抛光达到镜面，Ra0.05m。过硬表面会使抛光困难，过软就达不到要求，选钢材硬度在3540HRC为宜。钢材的显微组织应均匀致密，非常少杂质，无疵斑。（3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅要承受高压塑料熔体的冲刷，而且还要受冷热温度交变应力的作用，一般的高碳合金钢可经热处理获得较高的硬度以及耐磨性，但是韧性差，易形成表面裂纹，因此一般不予以采用。所选钢材应能使注射模减少抛光修模的次数，而且还能长期保持型腔的尺寸精度，以达到所计划批量生产的使用寿命。（4）具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀PVC和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的材料。根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要求有足够的强度、刚度、耐磨性以及良好的抗疲劳性能，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的定模仁钢材选用P20。动模仁钢材也选用P20，进行渗氮处理。成型塑件的型芯和镶件，由于脱模时与塑件的磨损严重，采用低合金工具钢CrWMn，它具有良好的淬透性和耐磨性。5.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件工件尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸（含矩形的长和宽）、高度尺寸及中心距尺寸等。采用参考文献2式(2-26)式(2-30)相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸,塑件尺寸公差按照MT4精度查得。（1）型腔径向尺寸的计算式中 s塑件平均收缩率； Ls塑件径向基本尺寸（为）； x修正系数（取0.56），见参考文献2表2-10； 塑件公差值（查参考文献1表2-4，取0.72）； Z制造公差，见参考文献2表211取0.087。（2）型芯径向尺寸计算 式中 ls塑件径向基本尺寸（为R123mm）； x修正系数（取0.56），见参考文献2表2-10； 塑件公差值（查参考文献1表2-4，取0.92）； Z制造公差，见参考文献2表211取0.100。（3）型腔的深度尺寸计算式中 H塑件开口端到分型面最大尺寸（为27mm）； x修正系数（取0.58）； 塑件公差值（查参考文献1表2-4，取0.36）； Z制造公差，见参考文献2表2-11取0.052。（4）型芯的高度尺寸计算式中 hs塑件孔深度尺寸（为94mm）； x修正系数（取0.54）； 塑件公差值（查参考文献1表2-4，取0.72）； Z制造公差，见参考文献2表2-11取0.087。其他尺寸计算依此类推，计算结果如表5.1所示。 表5.1 塑件成型零件工作尺寸计算表 单位: mm模具尺寸名称塑件尺寸塑件精度等级塑件尺寸公差模具尺寸公差模具尺寸计算结果模具尺寸规范化型腔长度I40.720.087 型腔长度IIR12540.920.10 型腔宽度R10340.820.087 型腔深度I2740.360.052 型腔深度II9440.720.087 型芯长度R12340.920.10 型芯宽度40.720.087 型芯高度9440.720.087 小型芯40.200.036 小型芯III40.160.025 5.4 成型零件的力学计算及校核在注射成型过程中，注射模型腔内的熔体压力很高，其工作状态可视为模腔压力高达100MPa的耐高压的容器。然而型腔和动模垫板是主要承受塑料熔体的压力，因此其模具型腔应该具有足够的强度和刚度。厚度过薄会导致模具的刚度不足或强度不够，刚度不够又会使模具发生塑性变形甚至开裂，然而强度不足则会使模具产生过大的弹性变形，造成熔体溢料等缺陷。因此，必须对型腔进行强度和刚度计算和校核。本模具属于中小型模具，故先按强度条件来设计，然后再按刚度条件来校核。模具结构力学模型如图5.6所示。本套模具采用模仁结构，模仁的力学计算按组合式矩形凹模来计算。此模具属于中型模具，故可以按强度条件来计算。图5.6 矩形凹模结构形式（1） 模仁侧壁厚度强度计算按组合式凹模侧壁厚度以长边为计算对象 式中 h型腔深度，h =94mm，以塑件在模仁最大深度来核算；p型腔压力，p取25 MPa； H动模仁总高度H130 mm；l模仁长边长度l400 mm ；p模具材料的许用应力（MPa），对于中碳钢p=160MPa，而此模仁是采用预硬化钢P20，p=300MPa。但是本模具采用四个方向的大滑块抽芯，动模仁几乎处于打通状态，不受多少型腔压力，如图5.7所示。因此，虽然按强度公式计算出来的强度超过模具材料的许用应力，但实际上其模仁承受的应力远远小于300MPa，完全满足条件。（2） 动模垫板厚度计算动模垫板厚度与模架的两个垫块有跨度关系，根据前面型腔的布置。模架在的范围之内。查参考文献2表7-4垫块之间跨度约为460mm，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力可计算动模垫板厚度为： 图5.7 动模仁结构形式其中， 式中 l2两垫块之间的距离（mm），l2=(7001202)=460； L1模具长度（mm），L1900；p型腔压力，p取25MPa；A塑件在分型面上投影，塑件的投影面积为：A66302.5mm2对于定模板，由于在注射的过程中与定模座板在合模力的作用下相互压紧，背靠注射机的固定模板，故因此不会出现刚度不足。对于动模板，根据核算所需动模板厚度为140mm，模板比较厚，造价又比较高，故需采用支撑柱加强。在动模板与动模座板之间增加4个直径为60mm的支撑柱，4根支撑柱位于该模具的中心线上，再进行核算。式中n支承块或支柱个数，取4；T计算所需板的厚度，为140mm。动模板厚度根据结构设计取200 mm，在安装模仁处底板厚度为70mm16.4 mm，动模板刚度满足要求。第六章 脱模机构的设计 注射成型的每一个循环中，浇注系统凝料和塑件都必须准确无误地从模具的流道、凹模或型芯上脱出，完成脱出凝料和塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。脱模系统的形式有很多，根据动力来源的不同，可以分为机械脱模、气动脱模和液压脱模。本套模具的推出机构形式较为复杂，浇注系统凝料和塑件一起采用推管加推块推出。6.1 脱模系统的设计根据脱模系统的设计原则：推出平稳原则、推件给力原则、塑件美观原则、安全可靠原则和方便加工原则。由于本注射模塑件投影面积大，若采用推杆推出，需要的推杆数量相对来说就偏多，增加了模具制造的成本。然而采用推块推出就可以解决推杆推出的问题，满足脱模系统的设计原则。6.2 脱模力的计算脱模力是指从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，它包括塑件对型芯的包紧力、粘附力、真空吸力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力是注射模中脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量是十分复杂的。开始脱模时的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力，之后的力相对前面的小称为相继脱模力。因此计算时，主要是计算初始脱模力。其计算方法主要有简单估算法和分析计算法。下面应用简单估算法对该套模具的脱模力进行计算。脱模力F总脱由两部分组成，由参考文献2式2-42，即总的脱模力为F e =F c+ F b式中 F c塑件对型芯包紧的脱模阻力（N）； F b使封闭壳体脱模需克服的真空吸力（N），F b=0.1Ab，这里0.1的单位为（MPa），Ab为型芯的横截面积（mm2）。6.2.1 分型时脱模力产生的分析（1）当塑料熔体冷却时，会产生收缩，分流道是依靠推杆推出的，由于本套模具采用了一段热流道系统，主流道部分就比较短，而且脱模斜度也大故其脱模阻力小。由于开模力大，因此脱模力也大，所以浇注系统凝料的脱模可不进行脱模力的核算。（2）分型时的脱模力当主分型面打开时，这时的脱模阻力主要是由位于定模仁上的塑件部分对其产生的脱模阻力以及位于动模仁上的塑件部分对其产生的脱模阻力两者所组成的。分析或者计算动、定模脱模阻力主要是为了确定主分型面打开后塑件是留在动模还是定模。 定、动模脱模阻力的分析，定模仁上有3种型芯，同时位于其上的塑件部分有许多由肋板组成的小腔体，如图6.1所示。第一种是由镶件上的凹槽产生的阻力；第二种是定模仁和镶件深入动模部分型芯产生的阻力；第三种是定模仁上肋板产生的凹坑形成的脱模阻力。 图6.1 塑件定模部分示意图定模脱模阻力如果要按以上三种分开来计算，其计算过程复杂，也不可能精确，从分型面的位置可知，塑件的大部分都在动模部分，另外还有四个侧型芯是在动模，主分型面打开时，侧型芯会有一段的延迟抽芯时间并且其会带着塑件跟动模一起移动，所以不管怎样，开模后塑件不可能留在定模，定模也无需设置推出机构。 6.2.2 动模上脱模阻力的计算（1）将包裹在动模主型芯上的塑件部分处理为矩形框。如图6.2所示。由于，而，故视为薄壁矩形塑件，应用参考文献2公式2-39得式中 fc脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中黏附的影响；对于PP这里查参考文献2表2-12取0.45，以下各系数均是查此表得来； 塑料的线膨胀系数，这里取；E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量，这里取；Tf塑料的软化温度，这里取110；Tj脱模时塑件的温度，这里取60；t塑件的壁厚，取2.5mm；h型芯脱模方向的高度，取94mm。图6.2 塑件动模部分示意图其中 式中 脱模斜度，取1。由于塑件顶部存在通气孔（当动定模分开后，定模型芯脱模后留下的孔）及推块与孔和侧型芯分开后也存在有气隙，因此包裹在动模主型芯上的塑件会与外界相通，故不存在真空吸力。（2）动模仁上的脱模阻力由于四个侧抽芯都在动模部分，塑件的外表面主要在滑块上成型，虽然动模仁上还有一小部分型芯成型，但相对动模主型芯上的脱模力小了非常多，而且计算起来比较麻烦，这里就将它忽略不计。（3）根据上述计算可得动模部分总的脱模力为塑件对动模主型芯的包紧力，即（4）脱模力的校核当进行塑件的推出时，由于注射机的顶出力（70KN）大于动模部分的脱模力（8301.4N），因此塑件可顺利脱出。（5）推块和推管接触应力的校核推管和推块接触面总面积，由于推块不是规则件，取其与塑件接触面的近似矩形面积来计算： 故总的接触面积为： 接触应力：根据参考文献2表2-12取许用应力 因此，本模具推杆的推出面积是可满足要求的，塑件不会产生顶白现象。（6）推块的布置形式推块沿着动模主型芯边沿布置，推块用推杆连接推出。其布置形式如图6.3所示。图6.3 推块的布置形式第七章 侧向分型与抽芯机构的设计侧向分型与抽芯机构是用来成型塑件上的外侧凸起、凹槽和孔以及壳类塑件的内侧局部凸起、不通孔和凹槽。具有侧向抽芯机构的注射模具，其活动零件多、动作也复杂，在设计中特别需要注意其机构运动的可靠、灵活和高效性。侧向抽芯机构类型很多，根据动力来源的不同，一般可分为机动、液压或气动以及手动三大类型。根据塑件结构进行合理选用。7.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定分析塑件的结构可知该套模具采用机动侧向抽芯机构，其驱动方式为双斜导柱式。斜导柱抽芯机构是最常用的一种侧向抽芯机构，它具有结构简单、制造方便和安全可靠等特点。其斜滑块通常是由楔紧块锁紧，根据楔紧块的结构形式以及安装方式的不同可获得不同的楔紧力，并可获得较大的抽芯距。这里根据UG7.5三维分模可知，只有右侧滑块需要单独做楔紧块锁紧，其他三个滑块都用整体式锁紧，这样锁模力大，安全可靠。在本次设计中，斜导柱侧向分型与抽芯机构利用斜导柱把动、定模分开时的开模力传递给侧型芯，使之产生侧向运动，先行脱出塑件，然后再由推管和推块等脱模机构将塑件推出。7.2 斜导柱抽芯机构的设计7.2.1 抽拔力计算只计算抽拔力大的一侧即后侧滑块。此滑块可以看成矩形盒类塑件，其脱模力按照矩形盒类塑件脱模力计算。因为，所以视为薄壁矩形类塑件，根据参考文献2式2-39其脱模力为： 式中：fc脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中黏附的影响；对于PP这里查参考文献2表2-12取0.45，以下各系数均是查此表得来； K脱模斜度系数，其值为 ；塑料的线膨胀系数，这里取；E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量，这里取；Tf塑料的软化温度，这里取110；Tj脱模时塑件的温度，这里取60；t塑件的壁厚，取2.5mm；h型芯脱模方向的高度，取24.3mm。同理，可以计算得：前侧滑块的抽拔力：右侧滑块的抽拔力：左侧滑块的抽拔力：7.2.2 抽芯距的计算 式中：抽芯距（mm）； 塑件侧孔深度或凸台高度（mm），该塑件凸台高度约为24.3mm； 安全距离（23mm），此处取3mm。同理，可以计算得：前侧滑块的抽芯距：右侧滑块的抽芯距：左侧滑块的抽芯距：7.2.3 斜导柱弯曲力计算 该模具侧型芯的抽拔方向与开模方向垂直，滑块的受力如图7.1所示。 图7.1 滑块受力示意图 式中：N斜导柱所受的弯曲力（N）； 抽拔阻力（）； f钢材之间的摩擦因数，一般取； 摩擦角（），。同理，可以计算得：前侧滑块的弯曲力：右侧滑块的弯曲力： 左侧滑块的弯曲力：7.2.4 斜导柱截面尺寸确定斜导柱常用截面形状有圆形和矩形两种。圆形制造方便，装配更容易，应用更加广泛；虽矩形截面制造不便，但强度比较高，承受的作用力大。本设计采用圆形截面，由于采用双斜导柱，因此其弯曲力取一半，其直径为 式中：许用弯曲应力（MPa），对于碳钢； 斜导柱有效长度； N斜导柱所承受的最大弯曲力（N）为2476.5N。根据参考文献2表7-10选得标准斜导柱尺寸，公差，斜导柱台阶孔。同理，可以计算得：前侧滑块斜导柱直径：右侧滑块斜导柱直径：左侧滑块斜导柱直径：这里右侧滑块相对来说比较小，不采用双斜导柱，其斜导柱所承受的弯曲应力就为原来值。7.2.5 斜导柱长度及开模行程计算 式中：L斜导柱总长度（mm）； S抽拔距（mm）； h斜导柱在固定板中的长度（mm），为53.5mm； d斜导柱直径（mm），为25mm； 斜导柱倾斜角，为15。根据参考文献2表7-10，取斜导柱总长为200mm。由于抽拔方向与开模方向垂直，完成抽芯距所需要最小开模行程（mm）为 同理，可以计算得：前侧滑块斜导柱长：右侧滑块斜导柱长：左侧滑块斜导柱长：为了便于加工与制造，前后左右四个滑块的斜导柱采用统一直径为25mm，其长度查参考文献2表7-10，取前、后、左三个滑块的斜导柱总长为200mm。右侧滑块的斜导柱长度为250mm。7.2.6 斜导柱与滑块斜孔的配合为了保证在开模的一瞬间有一很小空程，使塑料在活动型芯未抽出之前从模具型腔内或型芯上获得松动，并使楔紧块先脱开滑块，以免干涉抽芯动作，斜导柱与滑块孔的配合应有0.25mm0.5mm的单边间隙，这样可以保证塑料留在动模，随动模部分一起运动，便于塑件的脱模。7.2.7 滑块设计本设计的侧型芯大多是侧凹，虽说滑块比较大，但为方便在滑块中布置冷却水道，故本设计滑块采用整体式。 滑块的导滑形式：滑块在导滑槽中活动必须顺利平稳，不发生卡滞、跳动等现象，本设计采用T型导滑槽，其结构如图7.2所示。 滑块的导滑长度L应大于滑块宽度B的1.5倍，滑块完成抽芯后，应继续留在导滑槽内，并且要保证在导滑槽内的长度l不应小于滑块的全长的2/3。 滑块的定位装置：为了保证斜导柱的伸出端可靠地进入滑块的斜孔，滑块在抽芯后的终止位置必须定位。该模具采用内置弹簧式、加螺钉的定位方式。本设计中，后侧滑块长度L为237.80mm，宽度B为196mm，而导滑槽长227.5mm（见总装配图）。而抽芯距离仅27.3mm，滑块抽芯复位过程中全部位于导滑槽内，所以运行平稳，如图7.3所示。图7.2 滑块的导滑形式1滑块型芯；2定模板；3内六角螺钉；4滑块导轨；5动模板图7.3 滑块的定位形式1定模板楔紧斜面；2斜导柱；3矩形弹簧；4滑块；5限位螺钉；6动模板7.2.8 楔紧块的设计 滑块锁紧的形式：为了防止活动型芯和滑块在成型过程中受力而发生移动，滑块应采用楔紧块锁紧。该模具有四个方向的抽芯，根据滑块的结构设计，左、前、后三个滑块采用整体式楔紧块（如图7.4所示），其锁紧力比较大，安全系数高；而右侧滑块采用嵌入式楔紧块锁紧（如图7.5所示）。 楔紧块的楔角：当斜导柱带动滑块作抽芯移动时，楔紧块的楔角必须大于斜导柱的斜角，这样当模具一开启，楔紧块就让开，否则斜导柱无法带动滑块作抽芯动作，一般。该设计中为15，可取为18。图7.4 滑块的锁紧形式11定模板楔紧斜面；2斜导柱；3滑块压块；4滑块；5限位螺钉；6动模板图7.5 滑块的锁紧形式21螺钉；2定模板；3楔紧块；4斜导柱；5右侧滑块；6滑块压块第八章 模架的确定8.1 模架规格的确定本设计采用UG7.5中的HB_MOULD外挂提供的龙记模架，它是现在全国各地模具产业地区所采用的。根据模具型腔的布局和动定模仁的尺寸可算出动定模仁所占平面尺寸为360mm400mm，利用参考文献2的经验公式（7-1）进行计算，查参考文献2表7-4得W=600，因此取600600mm的模架。但是本设计中有四