后视镜支架模具设计.doc

目录1引言11.1模具与模具工业11.1.1模具工业的重要性11.1.2塑料模具的发展前景11.2现代模具制造技术的发展趋势21.2.1模具的标准化21.2.2新材料、新技术、新工艺的研究和应用21.2.3现代生产制造方式21.2.4塑料制件的精密化、微型化、超大型化22塑件的成型工艺性分析32.1塑件材料的选择及其结构分析32.1.1塑件（卡车后视镜支架）模型图32.1.2塑件材料的选择：选用改性PBT42.1.3颜色：黑色42.1.4生产批量：大批量42.1.5塑件的结构与工艺分析42.2PBT材料性能42.2.1PBT理化特性42.2.2PBT燃烧鉴别52.2.3PBT加工工艺52.2.4PBT的注塑工艺特性与工艺参数的设定52.3PBT的技术数据62.4塑件的Moldflow分析82.4.1最佳浇口位置分析82.4.2充填时间的计算83初选注射成型机103.1注射成型工艺的参数103.2注塑机的型号和规格114模具总体结构设计124.1拟定模具基本结构124.2分型面的确定124.3浇注系统设计144.3.1浇注系统设计原则144.3.2浇注系统的组成154.4成型零件设计154.4.1成型零件的结构设计154.4.2成型零件的工作尺寸164.4.3成型零件的计算174.5合模导向机构设计184.5.1机构的功用184.5.2导向机构的总体设计194.6脱模顶出机构设计194.6.1脱模机构设计原则204.6.2推出机构的组成204.6.3推杆数量及结构形式204.7侧向分型与抽芯机构设计204.7.1侧向抽芯机构的分类及特点204.7.2斜导柱侧抽芯机构的设计214.8排气系统设计234.9温度调节系统设计234.9.1冷却系统设计原则234.9.2冷却系统的计算244.10模架的确定和标准件的选用；264.11注射机的校核274.11.1注射压力校核274.11.2最大注射面积274.11.3锁模力校核274.11.4模具厚度校核274.11.5模板行程校核274.12模具材料285模具的试模与修模295.1塑件产生缺陷的原因与解决方法295.1.1龟裂295.1.2填充不足305.1.3溢边305.1.4翘曲变形305.1.5气泡305.1.6缩孔305.1.7白化31总结32参考文献33致谢34附录A35附录B361 引言模具，简而言之，是用来成型物品的工具。这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。1.1 模具与模具工业1.1.1 模具工业的重要性模具在产品制造过程中占有重要地位。模具设计水平的高低在很大程度上决定了生产率的高低。由于采用模具生产零部件具有生产效率高、质量好、成本低等一系列优点，模具的使用范围日益广泛，已经成为现代工业生产的重要工艺装备和发展方向。有效的模具设计可以降低资源调整次数和调整时间，为生产计划与调度提供更大的优化空间，以达到提高生产效率的目的。模具生产的工艺水平及科技含量的高低已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力1。现代模具行业是技术、资金密集型的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展。按照一般公认的标准，模具产值与其带动实现的工业产值之比为3：100。通过模具加工产品，可以大大提高生产效率，节约原材料、降低能耗和成本，产品的一致性好。如今，模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低，而在各行各业得到了广泛应用，并且直接为高新技术产业服务，特别是在制造业中，它起着其它行业无可取替代的支撑作用，对国民经济的发展有着辐射性的影响。1.1.2 塑料模具的发展前景塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展，各种性能的塑料，特别是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯等工程塑料发展迅速，其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯四种通用塑料，使塑料在工业产品与生活用品方面得到了广泛应用，以塑料替代金属的实例比比皆是。随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，促使塑料工业飞速发展。目前，塑件应用已经深入到国民经济的各个部门中，特别是在办公机器、摄像器材、航空、汽车、通信、轻工、建材产品、日用品以及家用电器行业中，零部件塑料化的趋势不断加强，甚至出现了全塑产品。因此，塑料的加工和成型工艺越来越得到重视，新技术、新工艺不断涌现。目前，塑料成型种类包括注射成型、压铸成型、吸塑成型、吹塑成型、发泡成型、挤压成型等，其中注射成型是最常用的方法，几乎所有的塑料都可以注射成型。，按重量比计算，实际生产有32的塑料是靠注射成型的2。1.2 现代模具制造技术的发展趋势1.2.1 模具的标准化加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模的制造质量、缩短模具的制造周期。1.2.2 新材料、新技术、新工艺的研究和应用研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋模具CN)CAECAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越显。普及和提高CADCAECAM技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路3。1.2.3 现代生产制造方式在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化，并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。1.2.4 塑料制件的精密化、微型化、超大型化为了满足各种产品越来越高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精化、微型化和超大型化方向发展。2 塑件的成型工艺性分析2.1 塑件材料的选择及其结构分析2.1.1 塑件（卡车后视镜支架）模型图图 2.1 塑件模型图图 2.2 塑件模型图图 2.3 塑件模型图此三维模型主要采用UG曲面建模，建模前首先要对塑件外观结构进行形状及形位分析，确定建模步骤。本人在此次建模中，以此塑件上表面平面为基准面，拉伸相关实体后再造曲线生成曲面，建出外轮廓实体。其它细节部分刚依据组合及相减原则，逐步建成。总之，建模很依赖软件，但更重要的是建模的思想。2.1.2 塑件材料的选择：选用改性PBT2.1.3 颜色：黑色2.1.4 生产批量：大批量2.1.5 塑件的结构与工艺分析（1）结构分析 塑件为卡车后视镜支架，应有较强的结构强度，故采用大量加强筋结构。从塑件工作环境考虑，塑件应有较强的耐腐蚀性、耐磨性，有一定耐冲击性能。考虑其与配合件的关系，要设有螺钉孔、扣位孔，且加强筋要低于最外壁。为了满足支撑功能，塑件主要外表观为圆滑曲面，但表面精度无需太高，取6级低精度。（2）工艺性分析对于PBT的制件脱模斜度： 351，型芯3050。对于本次的设计，塑件不是很高，所以脱模斜度不用很大，即：型腔为35，型芯为40。PBT塑件壁厚为1.03.5，设计过程中，据壁厚均匀为原则，设定塑件外壁厚为2.0，加强筋壁厚为1.5，连结部分采用圆角R3过渡，塑件的其它转角处都有至少为R0.5的圆角。2.2 PBT材料性能2.2.1 PBT理化特性PBT为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩 擦系数，耐候性、吸水率低，仅为0.1%，在潮湿环境中仍保持各种物性（包括电性能），电绝缘性，但体积电阻、介电损耗大。耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，成型性良好。缺点是缺口冲击强度低 ，成型收缩率大 。故大部分采用玻璃纤维增强或无机填充改性，其拉伸强度、弯曲强度可提高一倍以上，热变形温度也大幅提高。可以在140下长期工作，玻纤增强后制品纵、横向收缩率不一致，易使制品发生翘曲4。2.2.2 PBT燃烧鉴别不易燃烧，燃烧时无液体流下，离开火焰后在5秒钟内熄灭，相似于PC。2.2.3 PBT加工工艺PBT又可称为热塑性聚酯塑料，为适用于不同加工业者使用，一般多少会加入添加剂，或与其它塑料掺混，随着添加物比例不同，可制造不同规格的产品。由于PBT具有耐热性、耐候性、耐药品性、电气特性佳、吸水性小、光泽良好，广泛应用于电子电器、汽车零件、机械、家用品等，而PBT产品又与PPE、PC、POM、PA等共称为五大泛用工程塑料。PBT 结晶速度快，最适宜加工方法为注塑，其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和各种二次加工成型，成型前需预干燥，水分含量要降至0.02%。2.2.4 PBT的注塑工艺特性与工艺参数的设定PBT的聚合工艺成熟、成本较低，成型加工容易。未改性PBT性能不佳，实际应用要对PBT进行改性，其中，玻璃纤维增强改性牌号占PBT的70以上。（1） PBT的工艺特性PBT具有明显的熔点，熔点为225235，是结晶型材料，结晶度可达40。PBT熔体的粘度受温度的影响不如剪切应力那么大，因此，在注塑中，注射压力对PBT熔体流动性影响是明显。PBT在熔融状态下流动性好，粘度低，仅次于尼龙，在成型易发生“流延”现象。PBT成型制品各向异性。PBT在高温下遇水易降解。（2） 注塑机选用螺杆式注塑机时。应考虑如下几点。制品的用料量应控制在注塑机额定最大注射量的3080。不宜用大注塑机生产小制品。应选用渐变型三段螺杆，长径比为1520，压缩比为2.53.0。应选用自锁式喷嘴，并带有加热控温装置。在成型阻燃级PBT时，注塑机的有关部件应经防腐处理。（3）制品与模具设计制品的厚度不宜太厚，PBT对缺口很敏感，因此，制品的直角等过渡处应采用圆弧连接。未改性PBT的成型收缩率较大，在1.72.3，模具要有一定的脱模斜度。模具需要设排气孔或排气槽。浇口的口径要大。模具需设置控温装置。模具最高温度不能超过100。阻燃级PBT成型，模具表面要镀铬，以防腐。（4）原料准备注塑前要进行干燥、要将水分含量控制在0.02以下。采用热风循环干燥时，当温度为105、120或140时，所对应的时间不超过6h、4h、2h。料层厚度低于30mm。（5） 注塑工艺参数注射温度 PBT的分解温度为280，所以实际生产中一般控制在235245之间。注射压力一般为50100MPa。注射速率 PBT冷却速度快，因此要采用较快的注射速率。螺杆转速和背压 成型PBT的螺杆转速不宜超过80r/min，一般在2560r/min之间。背压一般为注射压力的1015。模具温度 一般控制在7080，各部位的温度差不超过10。成型周期 一般情况下为1560 s。（6）注意事项再生料的使用 再生料与新料的比例一般在2575。脱模剂的使用 一般情况下不使用脱模剂，必要时可采用有机硅脱模剂。停机处理 PBT的停机时间在30min以内，可将温度降到200时停机。长期停机后再生产时，要将料筒内的料排空，再加入新料才能进行正常生产。制品的后处理 一般情况下不需要进行处理，必要时在120时处理12h。2.3 PBT的技术数据本次设计使用PBT的技术数据来自德国巴斯夫公司，详细数据见表（2.1）表2.1 PBT 德国巴斯夫公司物性数据性能项目试验条件状态测试数据数据单位基本性能密度-1.3g/cm3粘数0.05g/ml,苯酚/1.2二氯苯1.11.3ml/g吸水率在23 水中0.5%吸湿率在标准环增下23 /50%相对湿度0.25%熔体流动速率MVR250 / 2.16kg9cm3/10min物理模具（塑）收缩率纵向/横向，试验片1.5/1.5%机械性能拉伸弹性模量-2500MPa蠕变模量1000h，伸长率0.5%,+231200MPa拉伸应力屈服，断裂60MPa伸长率屈服，断裂3.7/50%弯曲强度-85MPa卡毕冲击强度+23 290KJ/m2卡毕缺口冲击强度+23 6KJ/m2冲击破坏能量W50模塑料140J球压痕硬度H 358/30,H961/30130MPa电气性能介电常数100MHz/1MHz3.3/3.3-损耗因素100MHz/1MHz0.002/0.02-体积电阻率-1016.cm表面电阻-1013介电强度K20/P50140KV/mm加工熔体温度范围注塑成型/挤出成型230-260热 性 能熔点DSC 模塑料220-225燃烧率按照UL标准，1.6mm，0.8mm94HBclass热变形温度1.8MPa负荷（HDT A）/0.45MPa负荷（HDT B）62（165）最大使用温度短周期操作，注塑件200热指数在20000h/5000h后拉伸强度下隆50%时120/140线性膨胀系数纵向/横向，（23 -80 ）13-1610-5/K导热率-0.27W（m.k）比热容模塑料1.5j/(g.k)2.4 塑件的Moldflow分析MoldFlow Plastic Advisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性。MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本。Moldflow软件可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中溶合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。2.4.1 最佳浇口位置分析浇口位置的分析结果的选择，通常以与实际经验结合的方法来确定的，确定浇口位置的位置时，通常会考虑到。例如，浇口在这个位置能否生产出一个产品、外观要求，浇口采用何种方式，位于哪里才不会过于保压。为此，借助MOLDFLOW的强大分析功能来大概确定塑件的浇口位置：图 2.4 浇口分析2.4.2 充填时间的计算借助moldflow强大的分析功能，对塑件的充填时间进行分析图 2.5 充填时间分析3 初选注射成型机3.1 注射成型工艺的参数 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，并把他注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。在塑料成型过程中，工艺条件的选在和控制是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素。主要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力、和相应的各个作用时间。温度：注射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。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。压力：注射模注射过程中需要控制的压力包括塑化压力、注射压力和型腔压力三种，它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。（1）塑化压力 塑化压力又称为背压，是指采用螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的阻力。（2）注射压力 注射机的注射压力是指在注射成型时，柱塞或螺杆头部单位面积对塑料熔体所施加的压力。在注射机上常用表压指示注射压力的大小，其大小取决于塑料品种、注射机类型、模具的浇注系统状况、模具温度、塑料复杂程度和壁厚以及流程的大小等诸因素，很难具体确定，一般要经试模后才能确定。其常用的注射压力范围一般在70150MPa之间。其作用是克服塑料熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等。时间：完成一次注射成型过程所需的时间称为成型(或生产)周期，它包括以下各部分：注射时间、保压时间、冷却时间 、其他时间(含开模、脱模、喷涂脱模剂、放嵌件等) 即：T=t注+t保压+t冷却+t其他，成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此生产中，在保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的有关时间。在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，对塑件的质量均有决定性影响。注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个注射时间内所占比例较大，一般为20-25s。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则。冷却时间一般在30-120s之间。冷却时间过长，不仅延长生产周期，降低生产效率，对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度等有关。3.2 注塑机的型号和规格选择注塑机要考虑诸多因素，在此暂据注射量来选定。可在UG上分析出塑件 体积 V=128cm3 质量 m=1.3128=166.4g估算塑件和冷凝料 总体积 V总=180 cm3 总质量 m总=234g从实际注射量应在额定注射量的20%80%之间考虑，初选额定注射量在500 cm3以上的卧式注射成型机XS-ZY-1000。该设备的技术规范见表（3.1）。表3.1 XS-ZY-1000注射成型机的技术规范型号XS-ZY-1000螺杆直径（mm）85注射容量（cm3）1000注射压力（Mpa）121锁模力（KN）4500最大注射面积（cm2）1800模具厚度（mm）最大700最小300模板行程（mm）700喷嘴球半径（mm）18孔半径（mm）7.5定位孔直径（mm）150+0.064 模具总体结构设计整体结构方案确定，要根据塑件的复杂程度、塑料品种，以及各生产厂家注射机的种类等众多因素来决定。但不论是简单还是复杂的模具，其基本结构是由动模和定模两大部分组成，两者由导柱导套连接导向。定模安装在注射机的定模板上，动模安装在注射机的动模板上并能够随机器的合模系统运动，相对来说动模比定模结构要复杂得多。根据各零部件的作用来分类，模具上主要零部件和机构有：成型零件、浇注系统、温度调节系统、排气系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构。4.1 拟定模具基本结构经分析，塑件成型必须采用两边侧向外抽芯机构，同时考虑到塑件的结构较为复杂，且对外观要求不高，决定采用直接浇口单分型面注射模。根据塑件的大小及注射要求，设定一模一腔。4.2 分型面的确定模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离接触表面称为分型面，也叫合模面。分型面要有利于脱模，有利于保证塑件质量，有利于简化模具结构，有利于模具成型零件的加工。分型面的选取不仅关系到塑件的正常和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面的设计原则：1）分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔；2）有利于保证塑件尺寸精度；3）有利于保证塑件的外观质量，塑料熔体容易在分型面上产生飞边，从而影响塑件的外观质量，因此在光滑平整表面或圆弧曲面上应尽量避免选择分型面；4）考虑满足塑件的使用要求，注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能；5）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适；6）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积；7）尽可能将塑件留在动模一侧，易于设置和制造简便易行的脱模机构；8）考虑侧向抽拔距；9）尽量方便浇注系统的布置；10）有利于排气；11）便于模具零件加工。本设计的分型面选在塑件的最大截面外，为单分型面分模。如图：图 4.1 分型面图 4.2 分型面4.3 浇注系统设计浇注系统是指由注射机喷嘴中喷出的塑料进入型腔的流动通道。它的作用在于使塑料熔体平稳有序地填充型腔，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到型腔的各个部分，以获得组织紧密的塑件。浇注系统的优劣，对产品的性能、外观以及生产效率有着直接的影响。浇注系统设计是注射模设计的一项主要内容，必须引起设计人员的高度重视。从工厂大量的模具设计制造结果来看，只要掌握了浇注系统的设计要领，注射模具的总体结构就不会出现大的缺陷。4.3.1 浇注系统设计原则浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时一般遵循以下原则：（1）重点考虑型腔布局，包括以下三点：1）尽可能采用平衡布置，以便设置平衡式分流道2）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽量短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；（3）均衡进料，尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；（4）塑料耗量要少，在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量；（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”，防止其进入型腔，影响塑件质量；（6）排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出；（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、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象；（8）塑件外观质量，根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用；（9）生产效率，尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高；本设计的塑件采用直接浇口4.3.2 浇注系统的组成普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。本设计为直接浇口，只涉及主流道和浇口的设计。（1）主流道 通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于塑料熔体的流动及流道凝料的拔出。热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接触，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。上端直径d=注射机喷嘴直径+0.5mm=8mm R=喷嘴球半径+1mm=19mm主流道圆锥角取2（2）浇口 为满足注射，设为直接浇口。经Moldflow分析出最佳浇口位置（见图待定）考虑到所分析出来的位置下有侧抽芯机构，对侧型芯磨损及所需承受压力太多，遂将浇口位置稍微移一下。（尺寸见图纸）4.4 成型零件设计成型零件包括凹模、型芯、镶块等，工作时与塑料直接接触成型，要承受塑料熔体的高压和料流的冲刺，脱模时还会与塑件发生摩擦。因此，要求成型零件有正确的几何形状、良好的尺寸精度、较低的表面粗糙度，以及较高的强度、刚度、耐磨性。设计成型零件时，应根据塑件的特性、结构和使用条件，确定型腔的总体结构，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求，进行成型零件的结构设计，最后计算工作尺寸、较核关键零件的强度和刚度。4.4.1 成型零件的结构设计该塑件的成型结构较为复杂，且多为不规则曲面，为了加工制造方便，节约贵重模具材料，对型腔、型芯都采取整体嵌入式，固定方法为凸肩垫板。为改善其装配工艺性，在其固定板四周设计装配工艺圆角，该工艺圆角可用钻削的方法获得。（具体尺寸见设计图纸）4.4.2 成型零件的工作尺寸（1）本次设计成型零件的工作尺寸主要来源是UG软件，在UG的分模过程中，输入塑件的收缩率，即可自动生成所需的工作尺寸。分模时要注意分型线过渡编辑，否则难以分模。其结果如下：图 4.3 型芯图 4.4 型腔图 4.5 侧型芯 4.4.3 成型零件的计算制品尺寸能否达到图纸尺寸的要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。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。成型零件工作尺寸的计算方法很多，现以塑料的平均收缩率为基准计算6。（1）型腔内径尺寸计算 （公式 4.1）式中，是模具工作尺寸标注形式（mm）；是与之相应的塑件尺寸标注形式（mm）；S是塑料的平均收缩率（%），PBT的平均收缩率为0.5%；是制品公差；x是系数，可随制品精度变化，一般取0.50.75之间；是模具的制造公差，一般取。（2）型芯径向尺寸计算模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定的，与型腔径向尺寸的计算原理一样，分长、宽两部分计算： （公式 4.2）式中，是模具工作尺寸标注形式(mm)；是与之相应的塑件尺寸标注形式(mm)；其余符号含义同型腔计算公式。（3）型腔深度尺寸计算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所决定，设制品名义高度尺寸为最大尺寸，公差负偏差。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差+。由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以略去磨损量，在计算中取，加上制造偏差有： （公式 4.3）式中，是型腔的深度尺寸（mm）；是制品高度最大尺寸（mm）。4、型芯高度尺寸计算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定，设制品高度名义尺寸为最大尺寸公差为正偏差+，型芯高度设计为最大尺寸，其公差为负偏差-。根据有关的经验公式：（mm） （公式 4.4）式中，型芯高度尺寸（mm）；是制品深度最小尺寸（mm）。4.5 合模导向机构设计注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。本次设计使用标准模架的自带导向机构，有动定模导向机构和推板导向机构。4.5.1 机构的功用（1） 导向机构的功用1）定位作用 模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸正确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。2）导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。3）承受一定的侧向压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。4）保持机构运动平稳 对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。5）承载作用 当采用脱模板脱模或双分型面模具时，导柱有承受脱模板和型腔板的作用。（2） 定位机构的功用对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。 模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。4.5.2 导向机构的总体设计（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止导柱和导套压入后变形； （2）该模具采用 4 根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置； （3）该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上； （4）为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角； （5）各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行； （6）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏； （7）当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。4.6 脱模顶出机构设计塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。4.6.1 脱模机构设计原则（1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单； （2）防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心线相重合； 由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位，作用应尽量大一些，以防止塑件变形或损坏 （3）力求良好的塑件外观，在选择顶出装置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观质量影响不大的部分，在采用推杆脱模时，尤其要注意这个问题； （4）结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且有足够的强度和刚度。4.6.2 推出机构的组成推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的零件称为推出零件。常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。4.6.3 推杆数量及结构形式本次设计使用标准模架的推板及固定板，只需另外设计推杆的数量、大小及其分布点即可。通过分析塑件结构及初定模具结构，设定5根6mm直通圆推杆及3根8mm直通圆推杆，采取台阶固定形式。其分布及尺寸见图纸。4.7 侧向分型与抽芯机构设计完成侧向型芯的抽出和复位的机构叫做侧向抽芯机构，当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凸凹形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧向抽芯分型与塑件的推出同步进行8。4.7.1 侧向抽芯机构的分类及特点侧向抽芯机构按其动力来源可分为手动、机动、气动或液压三大类。手动侧抽芯：该种模具结构简单、生产效率低、劳动强度大、抽拔力有一定限制，故只在特殊场合下应用，如试制新产品或小批量生产等。机动侧抽芯：开模时，依靠注射机的开模动力，通过侧向抽芯机构改变运动方向，将活动零件抽出。机动侧抽芯操作方便、生产效率高、便于实现生产自动化，但模具结构复杂。机动侧抽芯结构形式主要有：斜导柱侧抽芯、斜弯销侧抽芯、斜滑块侧抽芯、齿轮齿条侧抽芯以及弹簧侧抽芯等。液压或气动侧抽芯：在模具上配置专门的油缸或汽缸，通过活塞的往复运动来进行侧向抽芯。这类机构的特点是抽拔力大、抽芯距离长、动作灵活且不受开模过程限制，常在大型注射模中使用。4.7.2 斜导柱侧抽芯机构的设计根据塑件的特点、分型面的选择，本塑料模具属中小型模具，采用机动侧抽芯比较适合，而且本塑件需要有两个方向的侧抽芯，都设为斜导柱侧抽芯。斜导柱抽芯机构的几种常见形式1）斜导柱在定模，滑块在动模；2）斜导柱在动模，滑块在定模；3）斜导柱和滑块同在定模；4）斜导柱和滑块同在动模。本设计采用“斜导柱在定模，滑块在动模”的斜导柱侧抽芯形式，该侧抽芯机构的具体工作过程为：开模时，动、定模沿分型面分开，滑块与型芯一起带塑件脱离定模，同时滑块在斜导柱的作用下，沿导滑板向外运动抽出型芯；合模时，在机床合模装置的推动下，滑块在斜导柱的作用下，完成合模，并靠楔紧块压紧。整个过程滑块都通过T形槽固结于动模。塑件有一侧抽面积较大，需较大的抽拔力，设两根斜导柱；另一侧只需一根即可。（1）抽芯距的计算： 将活动型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱 模位置所移动的距离叫抽芯距。抽芯距通常比侧孔或侧凹大23mm。这里：S1=36+4=40mm S2=22+3=25mm（2）抽拔力的计算： 将侧向活动型芯从塑件中抽出所需的力叫抽拔力，可按如下简要公式计算为 （公式 4.5）式中，是活动型芯被塑件包紧的断面形状周长（mm）；是成型部分的深度（mm）；是侧孔或侧凹的脱模斜度（）；是塑件对型芯单位面积的挤压力，一般取810Mpa；是塑件与钢的摩擦系数，一般取0.10.2。由公式（4.5）：Q1=3204010（0.15cos40-sin40）=19.2 KN Q2=902510（0.15cos40-sin40）=3.38 KN（3）斜导柱的倾斜角 斜导柱的倾斜角通常取1518,一般不大于25。考虑到抽芯距，1取23，2取15。（4）斜导柱的所受弯曲力的计算： 斜导柱所受的弯曲力P主要取决于抽拔力Q和倾角，其简化计算公式为 （公式 4.6）由公式（4.6）：P1=19.2/cos23=20.9 KN P2=3.38/cos15=3.5 KN（5）斜导柱直径的计算： 斜导柱的直径取决于它所受到的最大弯曲力，按斜导柱所受的最大弯曲力应小于其许用弯曲应力的原则，直径的计算公式为 （公式 4.7）式中，H是抽芯孔中心与斜导柱受支承力点的垂直距离（mm）；是斜导柱材料的施用弯曲力（Mpa），可取=300MPa。由公式（4.7）：=39.6mm =20.8mm取为40mm，为25mm（6）最小开模行程和斜导柱工作部分长度最小开模行程： （公式 4.8）由公式（4.8）：=94.2mm =93.3mm斜导柱工作部分长度： （公式 4.9）由公式(4.9)：=102.4mm =96.6mm（7）滑块的设计1）面积大的一侧滑块与型芯采用整体式；另一侧采用镶拼结构，用圆柱销连接；2）滑块的导滑形式：该模具采用整体导滑槽形式，导滑槽为“T形”，开设在动模板上，滑块与导滑槽之间的导滑部位采用H7/f7间隙配合；3）为保证再次合模时斜导柱能准确插入斜滑块中，抽芯发现动作完成后斜滑块必须有准确的位置。该模具采用限位块定位形式。4.8 排气系统设计排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。该注射模属于中小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，无需另外开排气槽4.9 温度调节系统设计塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定向、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模；模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。一般注射模具内的塑料熔体温度为200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷却系统。4.9.1 冷却系统设计原则1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀；3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，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，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于10；4）浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却；5）应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于5；6）合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑件应沿收缩方向开设冷却水孔；7）合理确定冷却水管接头位置。为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具同一侧；8）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑；9）冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。4.9.2 冷却系统的计算塑料熔体具有的热量通过辐射、对流约有5%扩散到空气中，而95%由模具传导，假设熔体带入的热量全部由模具传导，则有 （公式 4.10）式中，是冷却水体积流量(m3/min)；W是单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料熔体质量（kg/min）；是单位质量的塑料熔体在凝固时所放出的热量（kJ/kg）；是冷却水的密度（kg/ m3）；是冷却水的比热容 kJ/（kg）；是冷却水出口温度（）；是冷却水入口温度（）。可表示为 （公式 4.11）式中，是塑料熔体的比热容 kJ/（kg）；是塑料熔体的初始温度（）；是塑件在推出时的温度（）；是结晶型塑料的熔化质量焓（kJ/kg）。由公式（4.11）：=1.5（230-60）+130=385由公式（4.10）：=6根椐冷却水处于湍流状态下的流速v与管道直径d的关系，参见表（4.1） 取冷却水道直径d=10mm。冷却管道总传热面积A（）可用下式计算： （公式 4.12）式中，W是单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料熔体质量（kg/min）；是单位质量的塑料熔体在凝固时所放出的热量（kJ/kg）；是冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 kJ/（kg）；是模具温度与冷却水温度之间的平均温差（），这里取50。表 4.1 冷却水的稳定湍流速度与流量冷却通道直径d/最低流速（m/s）流量(m3/min)81.665.0101.256.2121.107.4150.879.2对于长径比L/d50的细长冷却管道，其孔壁与冷却水之间的传热膜系数计算公式为 （公式 4.13）式中，是冷却水在一定温度下的密度（kg/ m3）；是冷却水在圆管中的平均流速（m/s）；是冷却管道的直径（m）；不同水温下有不同的值，取25水温时，=6.48。冷却水在圆管中的平均流速为 （公式 4.14）式中，是冷却水体积流量(m3/s)；是冷却管道的直径（m）；是冷却水在圆管中的平均流速(m/s)。由公式（4.14）：=1.27由公式（4.13）：=17.7由公式（4.12）：A=5.2模具应开设的冷却管道的孔数为 （公式 4.15）式中，是冷却管道开设方向上模具长度或宽度（m），略定L为0.4，详见图纸；冷却管道总传热面积A（）；是冷却管道的直径（m）。由公式（4.15）：n=0.41，取n为1。4.10 模架的确定和标准件的选用；成型零件确定之后，便根据所定内容设计模架。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。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有利的，提高公司在市场中的竞争力。设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。而且，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