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慧鱼系列两端孔的小连杆零件的可调注塑模具设计 摘 要 本论文主要介绍了慧鱼零件两端孔的小连杆塑件的注塑模具设计过程，以三维设计软件为平台，建立给定产品的三维几何模型，针对慧鱼零件具有系列化的特点进行工艺分析，在此基础上进行该系列零件的可调注塑模设计，使一模能生产一类的系列零件，从而节约成本。通过对塑件进行工艺分析，确定了所采用塑料的工艺参数和所采用的成型设备，在本设计中，采用ABS塑料注射成型,成型方式为最多一模三腔（1-3腔可调节）。根据注射模具的相关知识，利用UG软件对塑件进行了实体造型，选择合适的分型面进行三维分模，合理地设计成型零件。此外，从具体模具结构出发，对模具的浇注系统、成型部分的结构、脱模机构设计、冷却系统、注射机的选择以及校核，都有详细的设计说明，如此设计出的结构可确保模具在正常工作运行的前提下，保证了模具的工作寿命。 关键词：小连杆；注塑模具；慧鱼；可调；冷却系统；注射机AbstractThis paper mainly introduces the injection mold design process of the small connecting rod plastic parts with holes at both ends of Huiyu parts. Based on the three-dimensional design software platform, the three-dimensional geometric model of the given product is established. According to the characteristics of Huiyu parts with serialization, the adjustable injection mold design of the series parts is carried out. One mold can produce a series of parts, thereby saving costs. Through the process analysis of the plastic parts, the technological parameters and the molding equipment used are determined. In this design, ABS plastic injection molding is adopted, and the molding method is at most one mold three cavity (1-3 cavity adjustable). According to the related knowledge of injection mold, using UG software to carry out solid modeling of plastic parts, select the appropriate parting surface for three-dimensional parting, reasonably design molding parts. In addition, from the specific mold structure, the casting system of the mold, the structure of the forming part, the design of the demoulding mechanism, the cooling system, the selection and check of the injection machine, all have detailed design instructions, so the structure can ensure that the mold in normal operation under the premise of ensuring the mold life.Key words: small connecting rod; injection mold; fish; adjustable; cooling system; injection machine.I 引 言 模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，62%91%的工业产品都需要使用模具，特别是机械设计、汽车配件、生物医学、轨道交通、电子产品、航空等行业领域十分突出，因此，模具工业是工业发展的基础，许多新产品的研发都需要模具的生产。模具作为一种高附加值和技术密集型的产品，其技术水平的高低可以作为衡量一个国家的制造水平的重要标志之一1。自中国加入WTO以来，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业，模具工业的发展关键是模具技术的进步，在经济全球化的竞争下，我国的技术人员不断改革和创新，国内的模具制造设备及机床也已经逐步走向规模化、专业化、国际化的发展道路，可以预言，随着工业生产的不断发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成2 。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义3。 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论- 1 -第二章 塑料材料分析- 2 -21 塑料材料的基本特性- 2 -2.2 ABS的注塑工艺参数- 3 -第三章 塑件的工艺分析- 5 -31 塑件的结构设计- 5 -32 塑件尺寸及精度- 6 -33 塑件表面粗糙度- 6 -34 塑件的重量- 7 -第四章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定- 8 -41注射成型工艺过程分析- 8 -42 浇口种类的确定- 8 -43 型腔数目的确定- 9 -44 注射机的选择和校核- 9 -4.4.1 注射量的校核- 10 -4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核- 11 -443、注射机安装模具部分相关尺寸校核- 11 -第五章 注射模具结构设计- 13 -51 分型面的设计- 13 -52 型腔的布局- 14 -53 浇注系统的设计- 15 -531 浇注系统组成- 15 -532 确定浇注系统的原则- 15 -533 主流道的设计- 16 -534 分流道的设计- 17 -535 浇口的设计- 17 -536 流道调节柱的设计- 19 -536 冷料穴的设计- 19 -54 注射模的成型零部件设计- 20 -541 成型零部件结构设计- 20 -542 成型零部件的工作尺寸的计算- 22 -56 脱模机构的设计- 23 -561 脱模机构的选用原则- 23 -562 脱模机构类型的选择- 24 -563 推板机构具体设计- 24 -57 注射模温度调节系统- 24 -571 温度的调节对塑件质量的影响- 25 -572 冷却系统之设计规则- 25 -58 模架及标准件的选用- 25 -5.9 侧向抽芯机构类型选择- 27 -第六章 模具材料的选用- 28 -61 成型零件材料选用- 28 -62 注射模用钢种- 28 -总 结- 29 -参考文献- 30 -致 谢- 31 -附录- 32 -III 第一章 绪论 塑料成型所用的模具称为塑料成型模，是用于成型塑料制件的模具，它是型腔模中一种类型。注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性2。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。目前，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域，塑料工业又是一个飞速发展的工业领域，世界塑料工业从20世纪30年代前后开始研制到现在塑料产品系列化、生产工艺自动化、连续化以及不断开拓功能塑料新领域，它经历了30年代以前的初创阶段、30年代的发展阶段、50-60年代的飞跃发展阶段和70年代至今的稳定增长阶段。 目前，据相关资料统计，在国内外模具工业中，各类模具占模具总量的比例大致如下：冲压模、塑料模各占35%40%,压铸模占10%15%；粉末冶金模、陶瓷膜、玻璃模等其他模具占10%左右，可以看到，未来的必定大幅度地向着以塑代钢的趋势发展。据研究总结，我国的塑料成型方法有50种左右。其中最重要的是注塑成型，挤出成型，压缩成型和中空成型等。它们几乎占了整个塑料成型的86%；其中注塑成型应用最广，占塑料成型的35%左右。注射成型技术成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件，注塑成型的生产效率高、大批生产时成本低、易实现自动化生产等优点。 第二章 塑料材料分析21 塑料材料的基本特性 （1） 使用性能 ABS塑胶材料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性耐磨性好、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。 常用于机械工业上的点击外壳、水表壳、加热器、电器零部件及家具制造等，因此也适用于电器慧鱼零件两端孔的小连杆的制造。（2） 成型特点1 非结晶性塑料，吸湿性大，要充分干燥；2 流动性中等，溢边值约为0.04mm左右；3 宜用高料温，高模温，模具温度一般控制在5070度，高注射压力；4 模具浇注系统对料流阻力要小，应注意选择浇口的位置和形式，脱模斜度取1或者以上（3） ABS的主要性能指标 具体见如下表（表2-1） 表2-1 ABS主要性能指标密度/g.cm-31.05屈服强度/Mpa50比体积/cm3.g-10.860.98拉伸强度/Mpa38吸水性（%）0.20.4拉伸弹性模量/Mpa1400熔点/130160抗弯强度/Mpa80计算收缩率（%）0.40.7抗压强度/Mpa53比热容/J.(Kg.)-11470弯曲弹性模量/Mpa14001、为白色颗粒。综合性能良好，可在120度蒸汽中使用，电绝缘性好，吸水小，但有应力开裂倾向。改性聚苯醚可消除应力开裂。 2、有突出的电绝缘性和耐水性优异，尺寸稳定性好。其介电性能居塑料的首位。 3、PPO与HIPS共混制得的改性材料，目前市面上的材料均为此种材料。 4、有较高的耐热性，玻璃化温度211度，熔点268度，加热至330度有分解倾向，PPO的含量越高其耐热性越好，热变形温度可达190度。 5、阻燃性良好，具有自息性，与HIPS混合后具有中等可燃性。质轻，无毒可用于食品和药物行业。耐旋光性差，长时间在阳光下使用会变色。 6、可以与ABS,HDPE,PPS,PA,HIPS、玻璃纤维等进行共混改性处理。 成型性能1.非结晶料,吸湿小。 2.流动性差，为类似牛顿流体，粘度对温度比较敏感，制品厚度一般在0.8毫米以上。极易分解，分解时产生腐蚀气体。宜严格控制成型温度，模具应加热，浇注系统对料流阻力应小。 3、聚苯醚的吸水率很低0.06%左右，但微量的水分会导致产品表面出现银丝等不光滑现象，最好是作干燥处理，温度不可高出150度，否则颜色会变化。 4、聚苯醚的成型温度为280-330度，改性聚苯醚的成型温度为260-285度。 典型应用：1、适于制作耐热件、绝缘件、减磨耐磨件、传动件、医疗及电子零件。 2、可作较高温度下使用的齿轮、风叶、阀等零件，可代替不锈钢使用。 3、可制作螺丝、紧固件及连接件。 4、电机、转子、机壳、变压器的电器零件。ABS在机械行业中，对空气透平、泵轮、轴承、手柄、管道、管道连接、蓄能器、电冰箱、电冰箱、空调器等行业的生产和生产过程中的产品进行了分析。汽车工业上用ABS建造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。ABS也可以用来使水表壳、纺织设备、电器配件、玩具、电子琴、收音机外壳、食品包装容器、农药喷雾器、家具等。 2.2 ABS的注塑工艺参数 表2-2 ABS的注塑工艺参数1、注塑机类型：螺杆式7、保压压力/ MP50702、喷嘴温度/C1801908、注射时间/s353、螺杆转速（r/min）30609、保压时间/s15304、模具温度507010、密度(g/cm3)1.055、料筒温度/C料筒：前200210中210230后18020011、冷却时间/s15306、注射压力/ MP709012、成型周期/s4070 - 3 - 第三章 塑件的工艺分析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，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，塑料慧鱼零件两端孔的小连杆如图所示。(本模具三腔出一模，但长短不一，分别为长、中、短不同长度的零件，在生产需求时按实际生产，旋转调节浇口套下方的调节柱可以实现每次接通一个零件的流道来实际调节生产。)详细数据请参考图纸。 图3-1 塑料件3D视图 31 塑件的结构设计（1）脱模斜度 由于塑料产品会在冷却过程中发生收缩的情况，因此它在脱模前会对模具的型芯有包紧力的作用。为了避免脱模的时候，过大的脱模力会造成制件表面的拉伤，与塑件脱模的平行方向上，在制件内部表面和外部表面设置一个特定的角度，这称为脱模斜度。通常来说塑料件脱模斜度大约是0.51.5，塑件材料PP的型腔脱模斜度为35130/，型芯脱模斜度为30/1 塑件的壁厚 注射成型的生产中，塑料产品的壁厚有着重要的作用，因为塑料产品的壁厚跟塑模充模的时候熔体流动、冷却凝固时的定型时间、成型的质量、生产成本都是密切相关的。塑件的壁厚一般取13，最常用的数值取23。该塑件壁厚均匀，在保证强度和质量的前提下，周边和底部壁厚均为1。（2） 塑件的圆角为了避免塑件的应力集中，应对塑模的充模特性进行改善，适当的增大一些过渡的角度，在塑件有角度的地方采取过渡圆角的方法。在一般情况下，塑件的各个连接角度处均设有半径大于等于0.51的圆角。外圆弧的半径应大于塑件壁厚的0.5倍，内圆角的半径则是是壁厚的0.5倍。根据观察，此塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角较大，满足塑件圆角取值要求。32 塑件尺寸及精度不能按照金属的公差等级确定精度等级。塑件制件的尺寸和塑料制品的公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，采用常用的MT3级精度，未标注的均采用低精度公差MT5。 33 塑件表面粗糙度 根据塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.021.25之间，模腔表面内壁的表面粗糙度应为塑料制件表面粗糙度的1/2，即是Ra 0.010.63。因为模具在使用的过程中，型腔的磨损而使表面粗糙度持续的增加，所以应该根据加工情况给以抛光复原的一个循环使用周期，提高塑件的表面粗糙度。据图纸要求可看出，此次设计的塑料产品的外表面的粗糙度明显比起内表面的粗糙度要高，故为Ra0.2，内部为0.4。塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚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。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在14，最常用的数值为23。该塑件壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2左右。（3）、塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.51的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角较小。塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为PPO，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献2表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT5级精度。34 塑件的重量 本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中可以测得塑件的体积分别为2425.21mm、1627.21mm、1218.42mm（ABS的密度为1.05），即可以得出该塑件制品的质量分别为2.55克+1.71克+ 1.28克 。三个零件共计5.53克。本模具可以单独生产其中一个零件，也可以把调节柱更改成完全通口实现二个/三个零件同时生产，因此，本模具注塑量计算按三个零件同时生产的最大注塑量（5.53克）计算 。 - 31 - 第四章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定41注射成型工艺过程分析根据塑料件的材料、结构和质量，确定塑料件的成型工艺过程为：为了让注射模充模的过程和产品质量的保证，应该对使用的设备和原料件作好下面几项准备工作。（1）、成型前对原材料的预处理检测原料的水量多少，表观质量是否完好，对原物料进行适当的预热干燥，由于ABS的材料吸水率极低，所以成型前一般不必进行干燥处理。如有必要，可在70 80 的范围内下进行干燥处理24 h。（2）、料筒的清洗在准备用某些塑料之前，在实际生产中发现塑料中如果有分解现象时，都必须对注射机进行清洗。 （3）、脱模剂的选用 脱模剂是为了塑料制件容易从注塑模具中脱出，而喷涂在模具模腔内表面上的一种喷剂。在实际生产中，为了顺利脱模，经常使用的脱模剂包括：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油等等。对于ABS材料，可选用硬脂酸锌。第二步: 注射成型过程完整的注射成型过程包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模等几个步骤。第三步：制件的后处理注射制品经过脱模或机加工后，会对塑料制件进行下一阶段的处理，目的是为了消除制件内的残余内应力，从而提高制件的性能和改善尺寸的差异。42 浇口种类的确定注塑模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道便是浇注系统。浇口作用是将塑料熔体 充满模具型腔并使注射压力传递到模具各个部分。浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中包括浇口的设计与选择恰当与否直接关系制件能否完好的成型。由于本设计中慧鱼零件两端孔的小连杆塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口直接在中间的圆端面处进。不允许出现浇口痕迹，所以选用侧浇口。侧浇口直接在两端的平面处进，打印机盖板组装后，浇口被遮挡起来。侧浇口的侧倾角可以在较大的范围内依塑件的具体形状选择。其直径与潜伏式浇口相同。引入的圆锥角约在2左右。司筒顶出结构相对简单（采用两板式模具结构）并且塑料流动平衡等优点， 可以有效提高生产效率，缩短成型周期，节约成型材料和塑件去浇口清理等工作，尤其是对外形尺寸较小的产品。43 型腔数目的确定 因为在本设计中采取侧浇口，而且塑件的尺寸大，为了提高塑件成功概率，从生产效益来说，并从经济型的生产角度开始，节约生产成本以及提高生产效率，复杂程度一般，故采用一模三腔，进行加工生产。44 注射机的选择和校核 由于采用一模三腔，需要至少注射量为5.53g，流道水口废料6.2g，总注塑量达到11.73g，再根据工艺参数，综合考虑各种因素，选定注射机为海SA1200 A。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：SA1200参数部分SA1200/410UABC1mm3640452螺杆长径比L/D233211873注射容量cm31732142704注射重量g1571952467注射压力Mpa2371921528螺杆转速rpm0-2859锁模力KN120010移模行程mm36011拉杆内距mm41041012最大模厚mm45013最小模厚mm15014顶出行程mm12015顶出力KN3316顶出杆根数PC517最大油泵压力Mpa1618油泵马达功率 Kw18519电热功率Kw97520外型尺寸M4831.261.9621机器重量T4.622料斗容积Kg2523油箱容积L2804.4.1 注射量的校核模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为： 式中 -型腔数量 -单个塑件的体积（） -浇注系统需塑料的体积（）本设计中：n=1+1+1 2.425+1.62+1.22 =6.51 M=（2.425+1.62+1.22+6.51）x1.05=178.32X1.05=12.36g注塑机额定注塑量为157g1570.8=208g12.36g注射量符合要求4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 在注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是主要影响锁模力的因素。如果这一个数值超出了注射机所允许的最大成型面积，则在成型过程中会出现溢料现象，所以必须满足以下的关系。 式中 n -型腔数目 -单个塑料件在模具分型面上的投影面积 -浇注系统在模具分型面中的投影面积 n=3 =882 =625 =3x882+625=3271注射成型时必须有一个可靠的锁模，故塑料熔体对型腔中的成型压力与塑料件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即是： （）P F式中： P塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）F注射机额定锁模力（N）其它意义同上型腔内通常为20-40MPa，现取P=30MPa（）P=3271x30x0.001=98KN1200KN锁模力符合要求443、注射机安装模具部分相关尺寸校核（1）、模具厚度（闭合高度） 模具闭合高度必须满足以下公式注射机 式中 -允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为260mm 180H450， 符合要求（2）开模行程（S）的校核由于注塑机的开模行程是有限的，所以关于设计模具时需校核所选注射机的开模行程，便于和模具的开模距离相适应。式中 -推出距离 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度 =（水口料的长度+2030）本设计中 =360 = 30 mm =67+30=97mm总的开模距离需要S=127mm经计算，符合要要求。（3）、顶出装置的校核 在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两侧顶出时模具推杆的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。SU1200型注射机为两侧推出机构可以满足将模具脱出的要求。第五章 注射模具结构设计51 分型面的设计将模具通过合适的方法分成两个或多个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开的时候可以取出塑件以及浇注系统凝料，当塑件成型时又必须接触封闭，这样接触的表面称为分型面。综合考虑各方面因素，并根据本模具制品的外观特征，在平面分型面，并选择在塑件的最大的平面处，开模后塑料制品留在动模一侧。(三个长短零件同样)。 将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动模上；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，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，图5-1 分型面的选择52 型腔的布局 模具采用侧浇口，并采用右二左一式布左右局，以求达到良好的浇注质量以及实现可调节式浇口。该型腔布局由图所示。图5-2 型腔布局方式53 浇注系统的设计 本设计中采用的是普通侧浇口，中间可调节浇注系统。531 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.主浇道 2.第一分浇道 3.第二分浇道 4.第三分浇道5.浇口 6.型腔 7.调节柱 8.冷料穴532 确定浇注系统的原则a) 、塑料的成型特性b) 、塑模成型塑件的型腔数c)、塑件大小和形状d)、塑料件的外观e)、冷料 533 主流道的设计流道是指浇注系统中从注射机到接触模具的部位起，到分流道为止的塑料熔体的通道。（1） 主流道的尺寸 设计中选用的注射机为海天Su1200 A其喷嘴直径为3.5，喷嘴球面半径为16，根据图所示，主流道各具体尺寸如下： 图5-3 浇注系统与定位环、浇口套（2） 主流道衬套的形式设计中，衬套和定位圈设置成能装配的不同零件，然后装配固定在模板上，衬套与定模板的配合采用。 图5-4 主流道衬套及其固定形式 534 分流道的设计主流道的末端和浇口间的塑料熔体的流动通道就是分流道。此次设计中因为塑件排布比较紧凑,故采用点浇口，如图所示。图5-5 主流道和侧浇口的位置535 浇口的设计浇口又叫进料口，是连接型腔和分流道的通道。单分型面注射模的浇口可以采用直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口和爪形浇口。（a）直接浇口直接浇口叉称为主流道型浇口，它属于非限制性浇口。这种形式的浇口只适于单型腔模具。特点是：流动阻力小，流动路程短及补缩时间长等；有利于消除深型腔处气体不易排出的缺点；塑件和浇注系统在分型面上的投影面积最小，模具结构紧凑，注射机受力均匀；塑件翘曲变形、浇口截面大，去除浇口困难，去除后会留有较大的浇口痕迹，影响塑件的美观。 （b）中心浇口当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔时，内浇口开设在该孔处，同时在中心处设置分流锥，该浇口称为中心浇口，是直接浇口的一种特殊形式。它具有直接浇口的优点，而克服了直接浇口易产生的缩孔、变形等缺陷。（c）侧浇口侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为(扁槽)，是限制性浇口。侧浇口广泛使用在多型腔单分型面注射模上。特点是由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，不留明显痕迹。侧浇口的两种变异形式为扇形浇口和平缝浇口。扇形浇口是一种沿浇口方向宽度逐渐增加、厚度逐渐减少的呈扇形的侧浇口， 平缝浇口又称薄片浇口，浇口宽度很大，厚度很小。主要用来成形面积较小、尺寸较大的扁平塑件，可减小平板塑件的翘曲变形，但浇口的去除比扇形浇口更困难，浇口在塑件上痕迹也更明显。（d）环形浇口对型腔填充采用圆环形进料形式的浇口称环形浇口。环形浇口的特点是进料均匀。圆周上各处流速大致相等，熔体流动状态好型腔中的空气容易排出，熔接痕可基本避免，但浇注系统耗料较多，浇口去除较难。（e）轮辐式浇口轮辐式浇口是在环形浇口基础上改进而成。这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多。这类浇口在生产中比环形浇口应用广泛。多用于底部有大孔的圆筒形或壳形塑件。轮辐浇口的缺点是增加了熔接痕，会影响塑件的强度。（f）爪形浇口爪形浇口加工较困难，通常用电火花成形。型芯可用做分流锥，从而避免了塑件弯曲变形或同轴度差等成形缺陷。爪形浇口的缺点与轮辐式浇口类似，主要适用于成形内孔较小且同轴度要求较高的细长管状塑件。浇口位置的选择原则：尽量缩短流动距离；避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷；浇口应开设在塑件厚壁处；考虑分子定向的影响；减少熔接痕 为了使制件表面的质量没有明显的痕迹，故本次设计采取侧浇口的形式。536 流道调节柱的设计本设计中使用流道中心调节通向柱进行可调节生产，图中调节柱只有一个方向开有流道，在需要生产其中一个零件的时候，将调节柱的流道方向调节与模具上的流道方向时，便可生产指定的一个零件，其余的两个零件不进行浇注和生产。图5-6 调节柱3D图536 冷料穴的设计本次设计采取倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，在开模时候将冷料穴通过内部的冷料先把主流道凝料拉出定模，随后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。主流道的末端需要设置冷料穴以往上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没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的z形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。一般浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成（1）主流道。是塑料熔体进入模具型腔最先经过的部位，它将注塑机喷嘴射出的塑料熔体导入分流道或者型腔。（2）分流道。是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体流动的通道，在多型腔模中必不可少，而在单型腔模具中，有时可以省去。（3）浇口。也称为进料口，是连接分流道与型腔的通道，它是浇注系统的关键部分。（4）冷料穴。将主流道或者分流道延长所形成的井穴。54 注射模的成型零部件设计在模具闭合时用于填充塑料的成型制件空间称为型腔。构成模具型腔的零部件被称为成型零部件。一般包括凹模、凸模、镶块等等。成型的零部件是直接与塑料相接触的，这决定着塑件形状和精度，所以成型零部件的设计是注射模具设计的重要部分。541 成型零部件结构设计成型零部件结构设计要在满足塑料制件的质量要求，然后再从加工、使用等等方向考虑。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、型环和镶块等。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，长期工作后晚发生磨损、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。1） 凹模的设计 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。图5-7 型腔3D图2） 凸模的设计本次设计中零件的结构比较简单，且零件内深度尺寸并不大，故采用的是整体式型芯，这样的型芯加工方便，也便于模具维护，型芯和动模板的配合用。图5-8 型芯3D图542 成型零部件的工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。塑件经过成型，从热模具中拿出来后，冷却问题等原因会引起尺寸的减小或体积的缩小，收缩性是塑料具备的一种固有特性，故ABS材料按平均收缩率算0.5%，故计算模具成型的零部件工作尺寸的公式为： 式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸成型零部件工作尺寸的公差值取塑件公差的1/31/4，或取IT78级作为模具制造公差。这里取IT8级，故型芯的尺寸公差则取IT7级。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。55 排气结构设计 在注射模具的注塑过程中，排气设计不好而导致各个型腔中的气体受压，就可能产生缩孔，进而影响塑料熔体正常地充模，同时气体的压缩产生的热还会让塑料烧焦，且充模的速度大、温度高、注射压力过大的情况下，型腔内的气体会被压进塑料制件的熔体中，会形成气孔等问题。本设计中采用间隙排气的方式，而另外开设排气槽了，根据塑料熔体的粘度系数不产生溢料为适宜。排气是注塑模具设计中不可忽视的问题。如果在注塑成型，模具排气不好，在空腔内压缩气体会产生大量的背压，防止正常快速成型，塑料熔体在同一时间产生的热量产生的气体压缩使塑料燃烧，在模具填充速度，高温，低粘度，注塑压力和塑料材料的条件下，一定程度的压缩，可以渗透塑料内部，导致缺陷如气孔，松散组织。特别是排气系统的注塑成型工艺的快速发展更为严格。在塑料熔体充模过程当中，模腔内除了原有的空气外，塑料含有水的水蒸气喷射温度蒸发，塑料局部过热分解产生的低分子挥发气体，一些添加剂在塑料挥发产生的气体或化学反应。常用的配合间隙排气方式，在分型面上开排气槽，采用推杆运动间隙排气等。因为模具的设计尺寸不大，这种设计采纳的是间隔和排气的方法，而不是其他的排槽、排气，用间隙与不产生物料溢出为宜，其值与塑性粘度相关56 脱模机构的设计让塑件从成型零部件中脱出的机构叫做脱模机构。主要的零件包括推出零件，顶针固定板、推出机构的导向和复位杆等。561 脱模机构的选用原则（1） 塑件脱模的时候不会形变，允许有些许弹性变形；（2） 推力的分布根据脱模阻力的的大小合理安排；（3） 推杆的受力不能太大，避免顶出塑件的时候造成微小的裂痕；562 脱模机构类型的选择推出机构是按照其推出动作的动力来源分成手动式推出机构、机械式推出机构、液压及气动式推出机构。据推出零件的类别还能分成推杆推出机构、推块推出机构、推块推出机构、推板推出机构等。根据筛选，本设计中采用顶针推出机构使塑料制件顺利脱模。563 推板机构具体设计 采取模架3mm推杆，分布情况如图所示的推杆均匀的分布在流道上，产品的边缘用推杆顶出，使塑料制件所受的推出力均衡。 图5-8 推杆示意图57 注射模温度调节系统本次设计中的ABS，仅仅需设置冷却系统即可，因此可以经过调节水的流量便可调节注塑模具的模温。在注塑模具中，模具的温度直接影响塑料件的质量和生产效率。因为种种塑料的机能和成型工艺的要求，对模具温度的要求是有差别的。在塑料粉体的温度下，向模具中的左右两侧，将熔体凝固成塑料件，由周围的模具分型，是靠模具冷却水的温度，用管道来带走热量。关于低（通常小于）塑料模具的温度，如聚苯乙烯泡沫塑料的设计，只要设置冷却系统可以，由于能够调节水流量就能够调节模具的温度。571 温度的调节对塑件质量的影响注射模的模温对于塑料熔体的充模流动过程、固化成型过程都会有一定的影响，对于任何一个塑料制件，模具的温度如果波动很大都是不利于生产的。过高的模具温度会让塑件在脱模后产生变形，会降低生产效率。太低的模具温度会使塑料的流动性的降低，这会使其难于充模完整，加大了制件的内应力和明显的熔接痕等缺陷。图5-9 模具冷却水路图 572 冷却系统之设计规则一般来说，模具的冷却水道和模具表面、模穴或者模仁的距离应该维持在冷却水道直径的12倍，冷却水道之间的间距应维持35倍直径。冷却水道直径一般是612 mm（7/169/16英吋），故在此取平均值8mm。 58 模架及标准件的选用据对塑料件的综合分析，确定了此模具是一个单分型面的模具，根据GB/T12556.1-12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择CI型的模架，其基本结构如下： 图5-10 CI型模架 CI型模具定模采用顶板、定模板，动模采用动模板、模脚，底板，上下顶针板，又叫二板模，大水口模架，适合侧浇口，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，经过计算可以知道该模具是一模三腔的模具，而型腔之间的距离在20-30mm之间，把型腔排列成一模三腔可侧得长为300mm，宽为120mm，模架的长L=300+复位杆的直径+螺钉的直径+型腔壁厚400mm模架的宽W=120+复位杆的直径+型腔壁厚+滑块厚度200mm根据内模仁的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其他螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。 在此设计中，考虑其它因素对模具设计中模架外形尺寸的影响。所以就取BL=200x400的模架，塑件的高度为3mm，塑件的大部份胶位都留在定模部分，该模具型腔结构简单，型芯、型腔的固定是固定总高度的加30-50mm，B板的厚度取80mm，满足强度要求，A板为60mm，C板为70mm（C的选择应考虑推出机构的推出距离是否满足推出的高度） 在本设计中，因为采用龙记的标准CI2040标准模架，其模脚的高度为70mm，完全满足顶出要求。 综上所述所选择的模架的型号为：LKM CI-2040-A60-B80-C705.9 侧向抽芯