衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计

紫琅职业技术学院 毕业设计题 目：衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计副 标 题：学 生 姓 名：袁永智所在系、专业：机电系、模具设计与制造班 级：模具101指 导 教 师：王昌国 程洋日 期：2013年5月22日I摘 要摘 要塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，已广泛应用于国民经济的各个领域，与钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱，有着以塑代钢、以塑代木的发展趋势。塑料模具是塑料成型加工中重要的装备之一，在塑料制品制造过程中起着重要的作用，直接影响着塑料制品的质量、性能与生产周期。本设计介绍了衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计的基本过程，详细介绍了塑件成型工艺设计，注射机的选择，浇注系统的的设计，成型零件的结构设计，脱模推出机构的设计，冷却系统的设计的过程。并对标准模架的选择也作了相应的介绍。通过本次设计，使我掌握了注塑模具设计的全过程，同时也提高了运用CAD绘制复杂装配图的能力。关键词：CAD；注塑模具；塑料拉手；模具结构II目 录目 录摘 要I前 言11. 绪论21.1我国模具业的发展趋势分析21.2塑件成型工艺性分析31.3热塑性塑料（ABS）的注射成型过程及工艺参数41.4 ABS的性能分析51.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施62. 模具结构形式72.1分型面位置的确定72.2确定型腔数量及排列方式83. 注射机型号的确定93.1所需注射量的计算93.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核103.3.1型腔数量的校核103.3.2注射机工艺参数的校核104. 浇注系统的设计134.1主流道的设计134.2冷料穴的设计144.3分流道的设计154.3.1分流道的布置形式154.3.2分流道的长度154.3.3分流道的表面粗糙度154.4浇口的设计164.4.1浇口类型及位置的确定164.4.2浇口结构尺寸的经验计算174.5浇注系统的平衡184.6普通浇注系统截面尺寸的计算与校核184.6.1确定适当的剪切速率18 5. 成型零件的结构设计和计算195.1成型零件的结构设计195.2成型零件的工作尺寸计算206. 排气系统的设计236.1排气不良的危害236.2排气系统的设计方法237. 模架的确定和标准件的选用248. 合模导向机构的设计268.1导向机构的总体设计268.2导柱设计268.3导套设计278.4导向孔的总体布局279. 脱模推出机构的设计289.1脱模推出机构的设计原则289.2塑件推出的基本方式289.3塑件的推出机构2910. 温度调节系统设计3010.1冷却系统的设计原则3010.2温度调节对塑件质量的影响3010.3对温度调节系统的要求3110.4冷却装置的设计要点3110.5冷却水道的结构3111. 侧向分型与抽芯机构的设计3211.1侧向分型与抽芯机构类型的确定3211.2抽芯机构的确定3211.3斜导柱抽芯机构的有关参数计算3211.3.1 抽芯距S3211.3.2 斜导柱倾斜角的确定3311.3.3 斜导柱长度的计算3411.4斜滑块的导滑形式3511.5滑块的设计3511.6滑块的定位位置36结 论39 III 衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计I 前 言 前 言本次毕业设计的题目是衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计，它来自于工厂产品设计。希望通过本次设计锻炼在塑料模具设计这方面的能力，并对相关知识熟练掌握。同时也对大学所学知识做一次规律性的总结。近年来中国塑料业年均增长速度很快，塑料产品年产量位居世界第二。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材、汽车、家电、电子、交通等许多领域发展迅速，掀起了一股投资的热潮。本此设计的研究对象是衣橱用塑料拉手，首先通过分析零件材料及结构分析，确定了工艺方案，设计了模具，其中涉及到多个零件结构尺寸的设计。本论文从工艺设计、工艺计算和模具设计三个方面对设计过程做了详细表述，采取图例与文字表述相结合，设计与创新相结合，理论与实践相结合，使模具设计和加工更加紧密的结合在一起。本论文在设计时广泛采纳了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考资料。在这次的毕业设计中，王昌国老师给予了我很大的帮助，在此表示衷心的感谢。由于设计者水平有限，说明书中可能出现疏漏或不足之处，殷切希望得到各位老师的批评指正。第 1 页 衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计 1. 绪论1.1我国模具业的发展趋势分析目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。 经过几年的发展，塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势：（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。企业千方百计提高自己的适应能力、技术水平、装备质量、管理水平和效率等都是为了有效的缩短模具的生产周期，从而降低上产成本。（2）大力提高自身的开发能力，将开发工作尽量前置，介入到模具用户的产品开发中去，甚至可以在尚无明确用户对象之前先行开发，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂的固定模式，可以扭转被动的局面。（3）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。随着塑料模具市场的快速发展，塑料新材料以及多样化成型方式的出现今后必然会不断的向前发展，因此对模具的要求也会越来越高。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。第 39 页衣橱用塑料拉手注塑工艺分析与模具设计（1）超大型、超精密、长寿命、高效能的模具将得到很好的发展。（2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到很好的发展。（3）各种既快速又经济的模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速的发展。（4）更高性能和满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。（5）各种模具型腔表面的处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会得到进一步的发展。1.2塑件成型工艺性分析1）本课题零件为塑料拉手，料厚为5mm，产量是10万件。零件图结构与尺寸如图1.1、图1.2所示：图1.1 零件二维图图1.2 零件三维图2）塑件原材料塑件选用ABS塑料成型，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，英文名：Alkyl Benzo sulfonate3）塑件的结构及成型工艺性分析（1）结构分析如下。该塑件作为塑料拉手，制品简单，壁厚均匀,不易产生缩孔，但两侧有凹槽，需要侧抽芯形成。（2）成型工艺分析如下。 该塑件把手，要求塑件表面精度等级较高，其表面要求光洁美观，其工作面成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被定模型芯拉裂或者拉变形。所以采用的浇口形式要保证其表面精度。该塑件为大批量生产。而且模具的结构简单，为了提高模具的使用寿命成本，该塑件采用整体的结构。1.3热塑性塑料（ABS）的注射成型过程及工艺参数1）注射成型过程（1）成型前的准备。对ABS的色泽、细度和均匀等进行检验。由于ABS容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量0.3。干燥条件：真空度为9.3,烘箱温度为90110，料层厚度25mm，干燥时间8h12h。（2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。（3）塑件的后处理。采用调湿处理，其热处理条件查参考文献1中表8.7-10有处理介质为油；处理温度为120；处理时间为15min。2）表1.1ABS的注射工艺参数塑料项目ABS注射机类型螺杆式螺杆转速/（）2050喷嘴形式自锁式温度/150170料筒温度/前段165180中段180220后段240250模具温度/7585注射压力/MPa100140保压压力/MPa6070注射时间/s010保压时间/s1025冷却时间/s1530成型周期/s30501.4 ABS的性能分析1)使用性能坚韧、耐磨、耐油、耐水、抗霉菌，符合此塑件的工作要求。适用于机械零件、减摩耐磨零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。2）成型性能（1）无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。（2）宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度。（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。（4）如成形耐热级或阻燃级材料，生产3至7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。3）表1.2ABS的主要性能指标密度/(g/cm)1.081.2屈服强度/MPa50质量体积/(cmg)0.860.98热变形温度/83103吸水率24h/()0.24拉伸弹性模量/GPa1.8熔点/130160计算收缩率/()0.40.7抗弯强度/MPa80冲击韧度KJ/m2261抗压强度/MPa53抗剪强度/MPa24注：源自参考文献1中的表8.3-91.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施1）缺陷缺料、气孔、溢料飞边、熔接痕强度低、表面硬度和强度不足、塑件耐热性不高、耐气候性差。2）消除措施加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具预热温度。2. 模具结构形式2.1分型面位置的确定在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。1）分型面的选择原则（1）有利于保证塑件的外观质量。（2）分型面应选择在塑件的最大截面处。（3）尽可能使塑件留在动模一侧。（4）有利于保证塑件的尺寸精度。（5）尽可能满足塑件使用要求。（6）尽量减少塑件在合模方向上的投影面积。（7）长型芯应置于开模方向。（8）有利于排气。（9）有利于简化模具结构。该模具在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则。2）分型面位置的确定塑件相对的简单，分型面在塑件尺寸的最大处，而且使塑件留在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，有利于脱模。分型面在中间面，不易出飞边。分型面的形式与位置如图2.1所示。图2.1 分型面形式与位置2.2确定型腔数量及排列方式当塑件分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔还是多型腔模。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大大提高。故由此初步拟定采用一模二腔，如图2.2所示。图2.2型腔布置3. 注射机型号的确定注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射的压力、拉杆的间距、最大和最小的模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或者与用户商量后进行调整。3.1所需注射量的计算1）塑件质量、体积计算由于制品形状简单，首先利用UG软件的对象与模型分析功能对制品的体积和在分型面上的投影面积进行计算与测量。在UG软件里打开三维模型，利用其分析模型分析对表面积、体积、质量进行分析与计算。塑件用UG建模分析知，体积为V=28.527，单侧投影面积为： A=14225.29mm，由于此模具浇注系统采用测浇口，其浇注系统凝料较小，浇注系统的体积为6.752。 2）浇注系统凝料体积的初步估算按塑件体积计算，由于该模具采用一模二腔，所以浇注系统凝料体积为： V总=V塑2 +V浇=28.5272 +6.752=63.5743）塑件所需锁模力的估算。 F锁 =AP型=63.57440Mp=254.296KN 3.2注射机型号的选定近年来我国引进注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的注射机使用说明书上标明的技术参数。根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用XS-ZY-80型卧式注射机，其主要技术参数见表3.1。表3.1注射机主要技术参数螺杆直径/mm25最大开合模行程/mm310螺杆长径比22.4最大模具厚度/mm360额定注射量/cm131最小模具厚度/mm150注射压力/MPa206拉杆间距/mm365365锁模力/KN800喷嘴圆弧半径/mm15最大注射面积 /cm2200喷嘴孔直径/mm33.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核3.3.1型腔数量的校核以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算： =2.31 式中： N-型腔数 S-注射机的注射量（g） W浇-浇注系统的重量（g） W件-塑件重量（g） 因为，N=2.312所以，此模具型腔为一模两腔结构合理。3.3.2注射机工艺参数的校核1） 注射量的校核要求注射量不超过注射机的最大注射量。注塑生产中，注塑机每一个成型周期向模具腔内注入的塑料熔体体积或质量称为塑件的注射量，其中包括浇注系统内所存留的塑料熔体体积，选择注塑机时，必须保证塑件的注射量小于注塑机的最大注射量的80%，根据式: 式中， 注塑机最大注射量； 单位 单个制件质量或体积； 单位 浇注系统凝料的质量或体积； 单位 型腔数目； 单位 个 注射机最大注射量利用系数，一般取0.8 0.850028.5272 +6.752=63.8cm 。注射机注射量满足要求。2）注射压力的校核塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力能否满足制品的成型要求。所选的塑料原料为ABS，制件结构合理，流体流动性能好，其注射压力在40120Mpa之间，其值小于所选的注塑机的最大注射压力，满足要求。3）锁模力的校核注射时塑料熔体充满型腔的时候，仍然存在较大的压力，它会使模具从分型面涨开，该压力等于塑件和浇注系统在分型面上不重合的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力，才能使注射时不发生溢料和涨模现象。为了保证注射成型过程当中型腔能够可靠的锁闭，必须满足： 式中，注射机的额定锁模力；塑料熔体对型腔的成型压力。 3500KN1.24053320=2559.36KN所以模具在所选注射机的作用下，在成型过程当中，是完全锁模的，不会因模具锁模力过大而出现涨模溢料现象，满足使用要求。4）安装部分尺寸校核模具厚度校核由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都有一定的调节量H，因此，对安装使用的模具厚度有一定的限制，一般情况下，模具的实际厚度H必须在注射机允许安装的最大模具厚度和最小模具厚度之间。所用的注射机的模具最大厚度Hmax为360mm，最小模具厚度Hmin为150mm。所设计的模具总厚度为230mm，此值在所选注射机的最大模具厚度和最小模具厚度之间。因此，设计的模具厚度满足注射机对模具的合模要求。综上分析，本副模具与所选的注射机完全相互适应，模具的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具安装尺寸都在所选的注射机技术规格之内。因此，所选的XS-ZY-80完全能够符合本次模具设计要求。4. 浇注系统的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷流道、冷料穴、浇口。4.1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。1)主流道尺寸注意事项：1定位圈须沉入模胚5mm，以支承模具部分重量2定位圈高出模胚10mm，以作啤塑时模具装入注塑机定位之用3定位圈直径通常作直径99.8-99.9mm，比注塑机装置孔直径100小0.2，方便装模4衬套通常做成直径12mm5衬套配注塑机射嘴比射嘴端部大2-3mm主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm，常取4-8mm，视制品大小及补料要求决定。大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥角不宜过大，一般取12。2）主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴重复的接触，属于易损件，对材料的要求比较严格，因此模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便更有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC。3）主流道衬套的固定主流道衬套的固定形式如图4.1所示。图4.1 定位圈与衬套的固定形式4.2冷料穴的设计1）主流道冷料穴的设计开模时应将流道中的凝料拉出，所以冷料穴直径应稍大于主流道大端直径。开模时，将主流道中的凝料拉出。所以采用“Z”行头拉料杆，设拉料杆固定在动模固定板上，开模时利用凝料对“Z”头拉料杆的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中取出。如图 4.2所示。 图4.2 主流道冷料穴4.3分流道的设计4.3.1分流道的布置形式分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式采用平衡式，该流道形式是由本模具结构形式所确定，无其他最佳方案选择，图4.3所示。 图4.3 分流道布置形式4.3.2分流道的长度长度应尽量短，且少弯折。该模具分流道的长度计算（见图4.3）如下。（1）梯形分流道单向长度为 （2）分流道总长度为 4.3.3分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度R 并不要求很低一般取0.63m1.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处R=0.8m。4.4浇口的设计浇口的形式有很多，我们通常都有直浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口等。一般情况下，浇口一般都采用长度很短的小浇口。当熔融塑料通过浇口时，流速增快，并因摩擦生热使料温也随着增高，有利于填充型腔。同时，狭小的浇口适当保压补缩后首先凝固封闭型腔，使型腔内的熔料即可在无压力状态下自由收缩凝固成型，因而塑件内残余应力小，可减小塑件的变形和破裂。狭小的浇口便于浇道凝料与塑件的分离，便于修整塑件，成型周期较短。但是，浇口截面尺寸不能过小。过小的浇口，压力损失大，冷凝快、补给困难，会造成塑件缺料、缩孔等缺陷，甚至还会产生熔体破裂形成喷射现象，使塑件表面出现凹凸不平。此设计采用点浇口，它是一种尺寸很小截面为圆形的直接浇口的特殊形式。特点是进料口小，去浇口后残留痕迹小，可减少熔接不良现象，浇口可自动拉断，塑件光泽，表面清晰。适用于成型熔体粘度随剪切速度提高而明显降低的塑料和粘度较低的塑料，如各种塑料的壳、盒、盖等塑件。在脱料板上设计有拉料机构，开模时，流道凝料会从浇口套和定模板中被拉出，待滑块开模后自动落下。4.4.1浇口类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时从所提供塑件图样中可看出，在塑件尾部设置侧浇口比较合适。侧浇口开设在水平分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能很方便地调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而又称为标准浇口。这类浇口加工容易，修正方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多模腔模具。4.4.2浇口结构尺寸的经验计算1）侧浇口深度和宽度经验计算经验公式为 h=nt=1mm，1.4mm 式中h侧浇口深度（mm）； 浇口宽度（mm）； A塑件外表面积（约为2621mm） t塑件厚度（平均厚度约为1.3mm） n塑件系数，由表4.1查得n=0.8。表4.1 塑件材料系数n塑料材料PE、PSPOM、PC、PPPA、PMMA、PVACPVCn0.60.70.80.9注：源自参考文献1中的表9.2-2（2）侧浇口的经验计算由于侧浇口的种类较多，现将常用的经验数据列于表4.2。表4.2 侧浇口的推荐尺寸塑件壁厚/mm侧浇口尺寸/mm浇口长度l/mm深度h宽度0.800.501.01.00.82.40.51.50.82.42.43.21.52.22.43.33.26.42.22.43.36.4注：源自参考文献3中的表6-5综上得侧浇口尺寸：深度h=1.0mm 宽度=1.4mm 长度l=1.0mm4.5浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。4.6普通浇注系统截面尺寸的计算与校核4.6.1确定适当的剪切速率根据经验浇注系统各段的取以下值，所成型塑件质量较好。1）主流道 =2）分流道 3）点浇口 4)其他浇口 5. 成型零件的结构设计和计算塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因为刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。5.1成型零件的结构设计1）凹模凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式5种。总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂5。由于该模具结构简单，凹模板加工量小，加工方便，生产量大，所以凹模板采用整体式。如图5.1所示。图5.1 凹模2）凸模凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯、阳模。凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体。如图5.2所示。图5.2 凸模5.2成型零件的工作尺寸计算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，主要包括：凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面：1、成形收缩率：在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为 s=(Smax-Smin)Ls （5.1） 式中： s为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）； Smax为塑料的最大收缩率（%）； Smin为塑料的最小收缩率（%）； Ls为塑件尺寸（mm）。一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。2、模具成形零件的制造误差：实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。3、零件的磨损：模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。4、模具的配合间隙的误差：模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。通常凹模、凸模组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下7：（1）凹模的內形尺寸： L=L(1+k)-(3/4) （5.2） 式中： L为型腔內形尺寸(mm)； L为塑件外径基本尺寸(mm),即塑件的实际外形尺寸； k为塑料平均收缩率(%)，此处取0.5%；s为塑件公差，查表知SAN塑件精度等级取5级；塑件基本尺寸在在36mm公差取0.24mm；1824mm公差取0.44mm；160180mm公差取1.6mm；在180220mm公差取1.76mm；塑件基本尺寸在280315mm范围内其公差取2.5mm所以塑件型腔尺寸如下： L1=30(1+0.005)-(3/4)2.50=299.63 L2=194(1+0.005)-(3/4)1.76=193.65 L3=183(1+0.005)-(3/4)1.76=182.6 L4=170(1+0.005)-(3/4)1.60=169.65型腔深度的尺寸计算： h凹=h塑(1+k)-(3/4) （5.3） 式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)； h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；s 、K 含义如（1）式中。 H1=6(1+0.005)-(3/4)0.24=5.85 H2=3(1+0.005)-(3/4)0.24=2.84 2）凸模的外形尺寸计算： L凸=L(1+k)+(3/4) （5.4） 式中： L凸凸模/型芯外形尺寸(mm)； L塑为塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的实际內形尺寸；s 、k含义如（1）式中。所以型芯的尺寸如下： L1=300（1+0.005）+（3/4）2.50=303.38 L2=173（1+0.005）+（3/4）1.60=175.07 L3=170（1+0.005）+（3/4）1.60=172.05 型芯的深度尺寸计算： h凸=h(1+k)+ (2/3) （5.5） 式中： h为凸模/型芯高度尺寸(mm)； h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；s 、k含义如（1）式中。三个型芯的高度分别为： H1=18（1+0.005）+（2/3）0.44=18.38 H2=22（1+0.005）+（2/3）0.44=22.406. 排气系统的设计从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。即塑料熔体注入模腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从料中逸出的挥发性气体7。排气系统的设计相当重要。6.1排气不良的危害 增加熔体充模阻力，使型腔充不满； 在制品上呈现明显可见的熔接缝，其力学性能降低； 滞留气体时塑件会产生质量上的缺陷； 型腔内气体受到压缩后会产生瞬时的局部高温，这会使得塑料熔体分解变色； 由于排气不良，降低了充模速度。6.2排气系统的设计方法 利用分型面排气是最好的方法，排气效果与分型面的接触精度有关； 对于大型模具，可以用镶拼的成型零件的缝隙排气； 利用顶杆与孔的配合间隙排气； 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气； 在熔合缝位置开设冷料穴本模具可以利用配合间隙排气，通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，这里不再单独设计排气槽。7. 模架的确定和标准件的选用以上内容计算确定之后，便可根据计算结果选定模架。在学校作设计时，模架部分可参照各模板标准尺寸绘图；在生产现场设计中，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，这样能大大缩短模具制造周期，提高企业经济效益。模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其对大型模具，这一点尤为重要。由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A2型、模架尺寸为200mm240mm的标准模架，可符合要求。模具上所以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；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。1）定模座板（600mm700mm、厚60mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过4个M8的内六角螺钉与定模固定板连接；定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉与其相连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合。2）定模板（500mm700mm,厚度90）用于固定型腔、导套。固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230HB270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合。3）动模板（500mm700mm,厚度120）用于固定型腔、导柱。固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230HB270HB。其上的导柱孔与导柱一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合。4）支承板（200mm200mm,厚30mm）支承板应具有较高的平行度和硬度。该套模具的嵌块固定在支承板上，因此又起到了动模固定板的作用，所以用材料45钢较好，230HB270HB。5）垫块（88mm700mm,厚20mm）（1)主要作用在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。（2）结构形式可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。（3）垫块材料垫块材料为Q235A，也可用HT200、球墨铸铁等。该模具垫块采用Q235A制造。6）动模座板（600mm700mm，厚35mm）材料为45钢，其上的注射机顶杆孔为50mm。其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。7）推板（320mm2700mm，厚30mm）材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M6的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。8）推杆固定板（320mm700mm，厚25mm）材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合8. 合模导向机构的设计当采用标准模架的时侯，因为模架本身带有导向装置，所以一般的情况下，设计人员只要按照模架的规格选用就可以了。如果需要用精密导向定位装置时，则需要由设计人员根据模架结构自行设计。8.1导向机构的总体设计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，防止压入导柱和导套后变形。该模具导柱安装在支承板和动模板，导套安装在定模固定板上。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槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。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。8.2导柱设计（1）该模具采用导柱，如图8.1所示。图8.1 导柱（2）导柱的结构形式有两种：一种为单节式导柱，另一种为台阶式导柱。小型模具采用单节式导柱，大型模具采用台阶式导柱。在导柱的工作部分上开设油槽，可以改善导向条件，减少摩擦,故导柱采用加油槽的阶梯式导柱。8.3导套设计导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。由于导柱已选定，由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套。结构形式。如图8.2所示。图8.2 导套8.4导向孔的总体布局导向零件应合理地均匀分布在模具的四周围或靠近边缘的部位，其中心距模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。根据手册推荐值选定的导柱分布情况如图8.3所示。图8.3 导向孔总体布局9. 脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。9.1脱模推出机构的设计原则塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则。（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏。（3）机构简单、动作可靠。（4）良好的塑件外观。（5）合模时的准确复位。9.2塑件推出的基本方式1）推杆推出推杆推出是一种基本的、也是一种常用的塑件推出方式。常用的推杆推出形式有圆形、矩形、阶梯形。2）推件板推出对于轮廓封闭且周长较长的塑件，常用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据塑件形状而定。3）气压推出对于大型深型腔塑件，经常采用或辅助采用气压推出方式。本套模具的推出机构形式较复杂，全部采用推杆推出。每个塑件由5根推杆推出。9.3塑件的推出机构（1）塑件推杆，如图9.1所示。图9.1 塑件推杆（2）推杆应设在脱模阻力大的地方。（3）推杆应均匀布置。（4）推杆应设在塑件强度、刚度较大的地方。（5）推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8间隙配合。（6）通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐或高出型腔底面0.05mm0.10mm。（7）推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙（由于该套模具各塑件的5根推杆分布比较紧凑，故采用单边0.25mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。（8）推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作配合部分的表面粗糙度为。（9）推杆长度的计算 ，顶杆总长度为： h杆=h凸+1+h动垫+S顶+2+h顶固 式中：h杆 为推杆的总长度； h凸 为凸模的总高度； h动垫 为动模垫板的厚度； S顶 为顶出行程； h顶固 为顶杆固定板的厚度； 1为富裕量，一般为（0.050.1）mm，表示顶杆端面应比腔型的平面高出； 2为顶出行程富裕量，一般为36mm。根据以上公式计可得，推杆的总长度为161.13mm。10. 温度调节系统设计在注射过程中，开始注射时模具是冷的，由于注入型腔内的塑料温度的影响，模具温度逐渐升高。根据注射的成型材料不同，模具的温度也不同。由于成型要求模具有一定的温度，模温过高或过低都会影响塑件质量，产生缩孔，变形等缺陷。所以，模具设计时必须考虑冷却或加热装置来调节模具的温度。成型时若料温不足，为了使模具达到成形要求的模温，一般应考虑加热装置；当料温使模温超过成形要求时，则应考虑冷却装置。在模具设计的过程中，设置冷却装置的目的：一是防止塑件脱模变形；二是缩短成型周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以便得到柔软性、伸长率较好的塑件成品。冷却的形式一般是在型腔或型芯等部位合理地设置冷却水路，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。本设计采用循环式冷却水路，这样对型腔和型芯的冷却效果较好。水孔边离型腔距离为20mm，因为如果距离太近的话冷却不易均匀，太远的话效率就近。水孔直径设计为8mm。10.1冷却系统的设计原则1）冷却回路数量应尽量多，冷却通道孔径要尽量大；2）冷却通道的布置应合理；3）冷却回路应有利于降低冷却水进、出口水温的差值；4）冷却回路结构应便于加工和清理；5）冷却水道至型腔表面的距离应尽可能相等；6）冷却水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影响塑件的精度10.2温度调节对塑件质量的影响采用较低的模温可以减小塑料制品的成型收缩率；即收缩率小，变形小，尺寸稳定，机械强度高，耐应力开裂性好和表面质量好；模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小塑件的变形，其中均匀一致的模温尤为重要。10.3对温度调节系统的要求1、根据选用的塑料品种，确定温度调节系统是采用冷却方式还是加热方式；2、希望模温均匀，塑件各部分同时冷却，以提高生产率和塑件质量；3、采用较底的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好；4、温度调节系统要尽量做到结构简单，加工容易，成本低廉。10.4冷却装置的设计要点1、冷却水孔的数量愈多，对塑件的冷却也就愈均匀；2、水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔形状相吻合；3、塑件