塑料水桶模具设计.doc

目 录内容提要Abstract前言11 概述21.1 我国塑料模具行业发展及应用现状21.2 塑料模具的分类及结构简介32 塑件成型工艺性分析52.1 塑件分析52.2 热塑性塑料的注射成型过程及工艺参数52.3 HPVC的性能分析53 拟定模具结构形式73.1 分型面位置的确定73.2 确定型腔数量及排列方式74 注射机型号的确定134.1 所需注射量的计算134.2 注射机型号的选定144.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核 145 浇注系统形式和浇口的设计175.1 主流道的设计175.2 冷料穴的设计175.3 分流道的设计185.4 浇口的设计186 浇不系统的平衡187 浇注系统凝料体积计算198 浇注系统各截面流过熔体的体积计算209 普通浇注系统截面尺寸的计算与校核2010 成型零件的结构设计和计算2110.1 定模部分的型芯2210.2 动模部分的型腔2211 模架的确定和标准件的选用2312 合模导向机构的设计 2313 脱模推出机构的设计2414 排气系统的设计2515 温度调节系统的设计26总结30参考文献31致谢32附录 图纸及工艺卡附录 英文翻译及原文前言“模具工业是美国工业的基石头”、“模具是促进社会繁荣富裕的动力”、“模具是金属加工业的帝王”。可以说人类的衣、食、住、行，没有哪一方面离得开模具。模具的一般定义：在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。模具是现代化工业生产的重要工业设备。在国民经济的各个工业生产部门都越来越多地依靠模具来进行生产加工。采用模具生产零、部件具有生产效率高、质量稳定，一致性好，节省原材料和能源，生产成本低等优点，模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向之一。现代工业产品的品种发展和生产效益的提高，在很大程度上取决于模具的发展和技术经济水平。目前，模具已成为衡量一个国家、一个地区、一家企业制造水平的重要标志之一。 我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。 根据注射成型的机理不同，塑料注射成型分为通用热塑性塑料注射、热塑性热流道注射、热固性塑料注射、热固性冷流道注射、热固性注压、BMC注射、动力熔融注射、排气注射、多级注射、气体辅助注射、流动注射、结构发泡注射、单色多模注射、共注射、液态注射、反应注射等成型方法。不论哪种注射成型方法都存在两条主线：（1） 以塑件的使用即塑件的市场需要、用途、目的为中心。其需要由塑件设计、塑料注射机（使用）、注射模（使用）、注射工艺等共同保证。（2） 以注射模的使用为中心。其需要由注射模设计、注射模加工机床、注射模加工工装、注射模加工工艺等共同保证。注塑过程说明：模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。 1. 模具的一般分类：可分为塑胶模具及非塑胶模具： （1）非塑胶模具有：铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。 A铸造模水龙头、生铁平台 B锻造模汽车身 C冲压模计算机面板 D压铸模超合金，汽缸体 （2）塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为： A注射成型模电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍） B吹气模饮料瓶 C压缩成型模电木开关、科学瓷碗碟 D转移成型模集成电路制品 E挤压成型模胶水管、塑胶袋 F热成型模透明成型包装外壳 G旋转成型模软胶洋娃娃玩具 注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的，作为注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为： A 成型装置（凹模，凸模） B 定位装置（导柱，导套） C 固定装置（工字板，码模坑） D 冷却系统（运水孔） E 恒温系统（加热管，发热线） F 流道系统（唧咀孔，流道槽，流道孔） G 顶出系统（顶针，顶棍） 2、根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类： （1） 大水口模具：流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。 （2） 细水口模具：流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。 （3） 热流道模具：此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。 热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具. 热流道系统的优势 （1）无水口料，不需要后加工，使整个成型过程完全自动化，节省工作时间，提高工作效率。 （2）压力损耗小。热浇道温度与注塑机射嘴温度相等， 避免了原料在浇道内的表面冷凝现象，注射压力损耗小。 （3）水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。在型腔中温度及压力均匀，塑件应力小，密度均匀，在较小的注射压力下，较短的成型时间内，注塑出比一般的注塑系统更好的产品。对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势，而且能用较小机型生产出较大产品。 （4）热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供选择的喷嘴头，互换性好。独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。热流道系统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。 热流道系统应用的不足之处 （1）整体模具闭合高度加大，因加装热浇道板等，模具整体高度有所增加。 （2）热辐射难以控制，热浇道最大的毛病就是浇道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。 （3）存在热膨胀，热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。 （4）模具制造成本增加，热浇道系统标准配件价格较高，影响热浇道模具的普及。 塑料水桶模具设计1.1 塑件成型工艺性分析1.塑件（塑料水桶）分析1）.塑件，如图1-1所示。图1-1 塑件图2）.塑料名称聚丙烯（PP）。3）.色调不透明，墨绿色或者孔雀蓝。4）.生产纲领大批量。5）.塑件结构及成型分析精度等级：采用六级精度。脱模斜度：为使成型的塑件顺利地推出模具型腔，沿分型面垂直的方向的所有内外表面必须设计一定值的脱模斜度，如图1-1所示。常用塑件的脱模斜度值，见表1-1。图1-1 塑件脱模斜度表1-1 常用塑件的脱模斜度类别精度级中级普通级6，12，1518，301，1.5，2，3，5该塑件壁厚为2，其脱模斜度为2。由于该塑件没有特殊狭窄细小部位，所用塑料为PP，流动性极好，注射冲型流畅，所以塑件外形没有放脱模斜度。2.热塑性塑料（PP）的注射工艺参数（1）注射机：螺杆式。（2）螺杆转速（r/min）：48。（3）料筒温度（）： 后段160-180 中段 180-200 前段200-220 （4）喷嘴温度（）：250-260；喷嘴形式：延伸式喷嘴。（5）模具温度（）：80-90（6）注射压力（MPa）：70-100（7）成型时间（s）： 注射时间：20-60 高压时间：0-3 冷却时间：20-90 总周期：50-1603.PP的性能分析1）.使用性能卓越的介电性能、耐水性，化学稳定性能，易于成型加工；比水轻（比重为0.9左右），机械强度较高，软化点较高，表面硬度及耐热性较好；耐磨性、耐寒性稍差，成型收缩率较大，低温呈脆性，对氧敏感，易受紫外线影响老化。常用来制造高频插座，盒，日用品等。2）.成型性能 吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期与金属接触易发生分解。流动性极好，易于成型。冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。成型收缩率范围及收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强。注意控制成型温度。料温低时方向性明显，尤其是低温高压时更明显。模温在50以下时塑件不光泽，易产生熔接不良和流痕；在90以上时易发生翘曲和变形。塑件应壁厚均匀，避免缺口和尖角，以防止应力集中。3）PP的主要性能指标PP的主要性能指标见表1-2所示。表1-2 PP的主要性能指标密度（g/cm3）0.90-0.91抗拉屈服强度（Mpa）37质量体积（cm3/g）1.101.11抗剪强度（Mpa）67.5吸水率24h（%）0.010.83抗弯强度（Mpa）25计算收缩率（%）1.03.0抗弯强度（Mpa）25熔点（）170-176击穿强度（kvmm-1）30注：源自参考文献1中的表8.3-94.PP成型塑件的主要缺陷及消除措施1）.缺陷缺料（注射量不足），气孔，熔接痕，翘曲。2）.消除措施加大流道，浇口，喷嘴，增大注射压力。1.2 拟订模具结构形式1.分型面位置的确定分型面为定模与动模的分界面。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地成型的先决条件。在塑件设计阶段，就应该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）尽可能满足塑件的使用要求。（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。该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则，同时从所提供的塑件图样可看出该塑件的分型面确定在水桶的顶面。2）.分型面选择方案该塑件为水桶，外观要求要美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求高，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能否顺利取出塑件，有两种分型面的选择方案。（1）分型面选择方案一：上下分型。从上下分开，选塑件的大端面平面作为分型面，型腔的一部分在动模上，另一部分在定模上，开模后制品连同主流道凝料一起留在动模一侧。优点：只有一个分型面，水桶的外观没有飞边，外表美观。缺点：凹模型腔过深，加工有困难，在分型面上有飞边，该地方需要修光。（2）分型面选择方案二：左右分型。从中间分开，将水桶模具分成两半。优点：便于凹模加工。缺点：在分型面上会留有飞边，因为飞边会影响水桶的外观质量，还有，这样分型会增加一个分型面，前后必须还要一个分型面。综上所述，分型面采用方案一模具结构相对简单，塑件成型精度可靠，因此采用方案一，上下分型。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模还是多型腔模。一般来说，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，使生产效率大为提高，但对于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。该选择方案如下：1）.单型腔但分型面通过上一步分型面的分析，采用上下单分型面比较合适，不会影响塑件的外观质量。采用单型腔是因为塑件的体积较大，通过Pro/E建模分析可知，塑件体积为1067.5cm3，塑件质量为960.75g。因此注射量比较大，分型面的面积很大，锁模力也比较大，精度要求较高，适合于采用单型腔但分型面的模具。2).单型腔多分型面前面左右分型讨论过会影响塑件的外观质量，增加模具的复杂程度。3）.多型腔单分型面多型腔会提高生产效率，但会影响塑件的精度，增大对设备的要求，比如注塑机的注射量以及锁模力，都要成倍增加。还有该塑件体积已经很大了，再采用多型腔模具会带来加工困难，因此不适合采用多型腔单分型面的形式。故由此初步拟订采用一模一腔的结构形式。3.模具结构形式的确定该塑件外观质量要求较高，从该塑件的外部特征可以看出塑件属于大型深腔塑件。对于此类塑件，采用气动顶出机构，从而保证推出过程中不产生任何质量缺陷。因为注射机采用延伸式喷嘴，所以浇口采用点浇口（延伸式喷嘴是将注射机的喷嘴延长，并直接与模具的浇口部分接触，起延长部分代替了浇口浇道。为使喷嘴内的塑料保持熔融状态，防止喷嘴前端受冷而堵塞，必须安装外加热器。为避免喷嘴热量过多得传给低温型腔，必须采用有效的绝热措施，如：塑料绝热和空气绝热，这里采用空气绝热的方式。此外，还应使模具不易变形）。由此可看出模具的结构特点：桶为深腔薄壁塑件，脱模时必须破坏桶内的真空，本模具利用压缩空气作为破坏真空的方法。桶侧面有提手孔，用强制脱模的方式脱模。为了加快注射周期以提高生产率，必须使模具的冷却作用良好，本模具在定模上采用循环式水道，型芯采用螺旋式水道（螺旋式水道优点：冷却效果好；缺点：若密封效果不良，易引起泄露）。1.3 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尺寸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、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、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，倘若用户已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，则必须自己调整或与用户取得商量调整。1. 所需注射量的计算1）.塑件质量、体积的计算对于该设计，用户提供了塑件图样， 根据此建立塑件模型并对此模型分析得：塑件体积 V1 1067.5 cm3塑件质量 m1 = v1 = 0.901067.5 = 960.75 g 流到凝料的质量2 为未知数，可按塑件质量的0.6倍来计算，所以注射量为：V2 = 0.6V1 = 0.61067.5 = 640.5 cm3m2 V2 = 0.9640.5 = 576.45 g = 1.61 = 1.61960.75 = 1573.2 g2）.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积，以及所需锁模力的计算。流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍0.5倍。A =A1 + A2 =A1 + 0.35A1 = 1.35 A1 =1.3574468.24 =100532.1 mm2式中 A1 = /4 d2 = 0.785（316 + 300）/ 2）2=74468.24 mm2FM = A P型 = 100532.125 = 2513303 N= 2513.303 KN式中 型腔压力取25P型MPa（因为是壁厚均匀，容易成型的塑件）。3）.该模具一次注射所需塑料PP体积 V0 = V1 + V2 = 1067.5 + 640.5 = 1708 cm3质量 m =V0 = 0.901708 = 1537.2 g2.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。根据以上的计算初步选定型号为SZ-2500/5000型卧式注射机，其主要技术参数见表1-3所示。表1-3 SZ-2500/5000型注射机主要技术参数理论容量（cm3）2622锁模力（KN）5000螺杆直径（mm）95拉杆内间距（mm）900*900注射压力（Mpa）160移模行程（mm）950注射速率（g/s）500最大模厚（mm）870塑化能力（g/s）80最小模厚（mm）450螺杆转速（r/min）10170定位孔直径（mm）200（深25）喷嘴球半径（mm）20模板最大开距（）1820注：该注射机有宁波市金星塑料机械有限公司生产3.型腔数量及注射机有关工艺参数的校核1）.型腔数量的校核（1）.由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n=（KMt / 3600 m2） / m1 =（0.75803600100/3600576.45）/1067.5 5 上式右边51，符合要求。式中 K-注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.75； M-注射机的额定塑化量（g/h或cm3/h），该注射机为6g/s； t-成型周期，取100s；（50-160） m1-单个塑件的质量和体积（g或cm3），取m1=960.75g； m2-浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm3），取0.6m1。（2）.按注射机的最大注射量校核型腔数量n（KMNm2）/m1=（0.752622576.45）/1067.52上式右边=21，符合要求。式中 MN-注射机允许的最大注射量（g或cm3），该注射机为2622g。其他符号意义与取值同前。（3）.按注射机的额定锁模力校核型腔数量n =（F-P型A2）/P型A1 =（5106-2526063.884）/2574468.24 2.7上式右边2.71，符合要求。式中 F-注射机的额定锁模力（N），该注射机为5106 N； A1-塑件在模具分型面上的投影面积（mm2），A1=74468.24mm2；A2-浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm2），A2=0.35A1=26063.884 mm2；P型-塑料熔体对型腔的成型压力（MPa），一般是注射压力的30%-50%，PP的流动性好，该处取型腔平均压力为25MPa。2）.注射机工艺参数的校核（1）.注射量校核注射量以容积表示 最大注射容积为Vmax =V = 0.752622 = 1966.5 cm3式中 Vmax-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容量容积（cm3），该注射机为2622 cm3；-注射系数，取0.750.85，无定型塑料可取0.85，结晶型塑料可取0.75，该处取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会过长。所以最小注射量容积Vmin= 0.25V = 0.252622 = 655.5cm3。故每次注射的实际注射量容积V应满足VminVVmax，而V1708 cm3，符合要求。（2）.锁模力校核F = KAP型 = 1.22513.303 = 3105.964 KN式中 K-锁模力安全系数，一般取1.11.2，这里取1.2而F=5000 KN，合格。（3）.最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力PMAX=160MPa，（见表1.3），应该大于注射成型是所需调用的注射压力P0，即：PMAX=KP0=1.3120=156MPa式中 K-注射压力安全系数，常取K=1.251.4；在实际生产中，该塑件成型时所需注射压力P0为70120MPa。3).安装尺寸校核（1）.喷嘴尺寸主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d,通常为 D = d + ( 0.51 ) mm = 5.5mm 对于该模具d=5mm，取D=5.5mm，符合要求。主流道入口的凹球面SR0应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为 SR0 = SR + （12）mm = 22 mm对于该模具SR = 20mm，取SR0 = 22mm，符合要求。（2）.定位圈尺寸注射机定位孔尺寸为2500+0.10mm，定位圈取250-0.2-0.4mm，两者之间呈较松动的间隙配合，符合要求。1.4 浇注系统形式和浇口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，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。具有传质、传压和传热的功能，对素件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。无流道浇注系统与普通浇注系统相比，具有许多优点。例如，避免了普通浇注系统的回料，在一定程度上克服了塑件因补料不足而产生的凹陷和缩孔，省略了修剪浇口，回收浇料等工序，缩短了成型周期和脱模时间，易实现自动化操作。其缺点为模具结构复杂，维修困难，对模具设计与制造要求较高的技术，对模具调整及使用要求较熟练技术和较丰富的经验，塑料的使用有一定的局限性。该模具因为喷嘴为延伸式喷嘴，所以采用热流道浇注系统。在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：（1）、塑件成型特性 设计浇注系统应适应所用塑料的成形特性要求，以保证塑件质量。（2）、塑件大小及形状 根据塑件大小，形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成形。还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。（3）、型腔数 设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。（4）、塑件外观 设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。（5）、注射机安装板的大小 在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止偏离模具中心开设主流道，造成注射时受力不匀。（6）、成形效率 在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。（7）、冷料 在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，在设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。1.主流道的设计主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分，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。由于熔体在料筒内已被压缩，此时注入模具的空腔内，其体积必然要胀大，流速也略为减小。主流道的形式为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出，锥度为24，对于粘度较大的熔体可以增大到6，但近年来有倾向于减小锥度的趋势。1）.主流道尺寸（1）.主流道小端直径 D = 注射机喷嘴直径 +（0.51） = 5 +（0.51），取D = 5.5mm。（2）.主流道球面半径 SR0 = 注射机喷嘴球头半径 +（12） = 20 +（12），取SR0 = 22mm。 （3）.球面配合高度 H = 3mm 5mm，取H = 5 mm。 （4）.主流道长度 尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的结构，取L =110mm。2）.主流道衬套的形式主流道入口端与注射机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严，因而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，以便于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，如图1-2所示。图1-2 主流道衬套由于该模具主流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较宜，其定位圈结构如图1-3所示。图1-3 定位圈3）、主流道衬套的固定主流道衬套的固定形式如图1-4所示。 图1-4 主流道衬套的固定形式2、浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm2.0mm。浇口尺寸一般根据经验确定，其下限，然后在试模时逐步修正。1)、浇口类型及位置的确定该模具是大中型塑件的单型腔模具，同时从所提供塑件图样可看出，在塑件底部设置浇口比较合适。点浇口是一种截面尺寸特小的圆形浇口，又称为橄榄浇口或菱形浇口。此浇口进料口位置能比较自由地选定，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大，但剪切速率过高时，进料口附近易引起熔体破裂，白化。且点浇口可用于热流道，但加工比较困难。2）、浇口结构尺寸的经验计算点浇口计算经验公式为 d = nk4A =0.70.34328948=5.04 mm式中 d-点浇口直径(mm)；n-塑件系数，由表1-4查得n=0.7；k-系数，塑件壁厚的函数，k=0.206t=0.3,k值适用于t=0.752(mm)；A-塑件外表面积(mm2)。表1-4 塑料材料系数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9.2-22）.点浇口的经验计算由于点浇口的种类较多，现将常用的经验数据列于表1-5。表1-5 点浇口的推荐尺寸塑件壁厚/mm点浇口直径d/mm浇口长度l/mm0.80.81.31.00.82.42.43.23.26.41.03.0注:源自参考文献3中的表6-5综上所得,点浇口尺寸为: 浇口直径 d = 5.04 mm 长度 l = 1.0 mm其尺寸实际应用效果如何,应在试模中检验与改进。1.5 成型零件的结构设计和计算1、成型零件的结构设计塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，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。1）、型腔在塑件水桶的底部均匀的分布着加强筋，如要成型，则需在凹模上用铣床铣出，从而成型出所需的形状。在塑件水桶的顶部，有手提空，成型此孔则，型腔结构见图1-4。图1-4 型腔结构图2）、型芯由于此塑件水桶为大型深腔塑件，则成型此塑件的型芯在注射之后的冷却过程中，冷却缓慢，增大了成型周期，使生产效率降低。因此，为解决此问题，在型芯中镶入冷却水套，来冷却型芯，以便塑件在模腔内很快冷凝定型，缩短成型周期，提高生产效率。型芯结构见图1-5。图1-5 型芯结构图2、成型零件钢材的选用该塑件水桶是大批量生产，成型零件所选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应该良好，机械加工性能和抛光性能也应良好。因此，构成型腔的凹模钢材选用45钢。定模板构成水桶底部，成型时有料流的冲刷。因为采用气动顶出，所以没有脱模是塑件的摩擦，因此采用45钢调质。型芯采用强制脱模，磨损也较厉害，采用硬度较高的45钢。3、成型零件的工作尺寸计算塑件尺寸公差等级按SJ1372-78标准中选用6级精度选取。1）、型腔的内形尺寸由于该塑件的侧面为梯形面，所以在计算其型腔的内形尺寸时，有其顶面和底面之分。D腔顶=（dS+dSQCP- x S）+m0=（316+3160.0175-1/22.4）+0.60=320.33+0.60 mmD腔底=（dS+dSQCP- x S）+m0=（300+3000.0175-1/22.4）+0.60=304.05+0.60 mm式中 D腔顶、腔底-型腔内形尺寸（mm）dS-塑件外径基本尺寸（mm）S-塑件公差QCP-塑件平均收缩率（%）x-综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。塑件精度低、批量比较小时，x =1/2；塑件精度高、批量比较大时，x =3/4；一般情况，x =1/2。m-模具成型尺寸设计公差，一般m =（1/51/3）S2）、型腔深度尺寸H腔=（hS+hSQCP- x S）+m0=（265+2650.0175-1/22.4）+m0=268.4375+m0 mm式中 H腔-型腔深度尺寸hS-塑件高度基本尺寸S-塑件公差QCP-塑件平均收缩率（%）x-综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。塑件精度低、批量比较小时，x =1/2；塑件精度高、批量比较大时，x =3/4；一般情况，x =1/2。m-模具成型尺寸设计公差，一般m =（1/51/3）S3）型芯的外形尺寸型芯的外形尺寸与型腔一样，有顶与底之分d芯底=（DS+DSQCP+x S）0-0.6=（296+2960.0175+1/2204）0-0.6=301.380-0.6 mmd芯顶=（DS+DSQCP+x S）0-0.6=（312+3120.0175+1/22.4）0-0.6=318.660-0.6 mm式中 d芯底、芯顶-型芯外径尺寸（mm）DS-塑件内形基本尺寸（mm）S-塑件公差QCP-塑件平均收缩率（%）x-综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。塑件精度低、批量比较小时，x =1/2；塑件精度高、批量比较大时，x =3/4；一般情况，x =1/2。m-模具成型尺寸设计公差，一般m =（1/51/3）S4）、型芯的高度尺寸h凸=（HS+HSQCP+x S）0-0.6=（263+2630.0175+1/22.4）0-0.6=268.80250-0.6 mm式中 h凸-型芯高度尺寸（mm）HS-塑件内形深度基本尺寸（mm）S-塑件公差QCP-塑件平均收缩率（%）x-综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。塑件精度低、批量比较小时，x =1/2；塑件精度高、批量比较大时，x =3/4；一般情况，x =1/2。m-模具成型尺寸设计公差，一般m =（1/51/3）S4、成型零件强度计算型腔的侧壁厚度按整体式计算（按刚度计算）tc=3cPmh4/E1y1=30.073252684/2.11050.056.4=53.6 mm式中 tc-型腔的侧壁厚度（mm）c-系数，取c=0.073Pm-凹模压力，Pm=25MPa1-系数，取=6.4y1-凹模长边侧壁的允许弹性变形量（mm）一般塑件 y1=0.005精密塑件 y1塑件壁厚的收缩量尼龙塑件 y1=0.00250.003E-钢材的抗拉弹性模量（Mpa）一般中碳钢 E=2.1105 预硬化塑料模具钢 E=2.21051.6 模架的确定以上内容计算确定之后，便可根据计算结果选定模架。在做设计时，模架部分可参考各模板标准尺寸来绘图；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，尤其是对大型模具，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，以及对塑件的要求及顶出形式，可选用模架尺寸为640 mm700 mm680 mm的非标准模架，可符合要求。模具上的所有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（640 mm700 mm235 mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢调质，其硬度为HRC5458。通过导柱和导套与型腔定位；定位圈通过4个M8的内六角圆柱螺钉与定模座板连接；定模座板与浇口套的配合为H7/m6的过渡配合。2、型腔（640 mm700 mm290 mm）型腔用于成型塑件的外表面，型腔与定模座板的定位用导柱导套定位，导套与型腔的配合为H7/r6的过盈配合，材料一般采用45钢调质，其硬度为HRC5458。3、型芯（640 mm700 mm443 mm）型芯用于成型塑件的内表面，一般采用45钢调质，其硬度为HRC5458。4、定位圈（250 mm30 mm）定位圈是使进料口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直径D为与注射机定位孔配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确定。直径D一般比注射机定位孔直径小0.10.3 mm，以便于装模。定位圈用4个M8内六角螺钉固定在模板上，一般采用45钢淬火，其硬度为HRC4348。1.7 合模导向机构的设计当采用标准模架时，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。本模具为非标准模架，则其导向装置需根据具体要求自己具体设计。1、 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，防止压入导柱和导套后变形。（2）、该模具采用4根导柱，其布置为对称布置。（3）、该模具导柱安装型芯和型腔以及定模座板上，导套安装在型腔板上。（4）、为了保证分型面很好接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可消去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。（5）、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。2、导柱设计（1）、该模具采用带头导柱，有油槽，如图1-6所示。（2）、导柱的长度必须比凸模端面高度高出6 mm8 mm。（3）、为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。（4）、导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证有足够的抗弯强度（该导柱直径为60 mm）。（5）、导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/h6的间隙配合。（6）、导柱工作部分的表面粗糙度为Ra=0.4m。（7）、导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。图1-6 导柱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。导套常用的结构形式有两种：直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导柱（GB/T4169.3-1984）。（1）、结构形式。采用带头导套（型），如图1-7所示。（2）、导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。（3）、导套孔的滑动部分按H7/h6的间隙配合，表面粗糙度为0.4m。（4）、导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制成，该模具中采用HT200。图1-7 导套1.8 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型腔上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。注射成型机的动模安装一侧设有脱模推出机构。有的使用液压推动，也有的使用机械推动。总之，在塑件成型后，动模随注射机活动模座退到一定距离，就开始由注射机的脱模机构推动模具的推板和推杆固定板，有推板或推杆等使塑件从动模上推出。一般情况下，推出塑件的动作在动模上完成。但在特殊情况下，也可以在定模上设脱模机构。由于注射机的定模板一侧没有推出机构，在场合必须采取特殊的模具结构。1、脱模推出机构的设计原则塑件推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就遵循下列原则。（1）、因为塑料收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模；（2）、顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强条、凸缘、厚壁等处，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏；（3）、为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位；（4）、若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.050.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。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，采用推件板推出机构。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。本套模具由于塑件为大型深腔塑件，塑件与型芯之间形成高度真空，而且壁厚与塑件尺寸相比，相对地较小。在这种情况下，采用气压顶出方式。气压顶出是在型芯上设置压缩空气顶出阀门，在型芯与塑件之间吹入-乜公斤/cm2的压缩空气，使塑件脱模。其特点是加工比较简单，适宜于深腔、薄壁塑件的顶出。其设计要点为：（1）、易泄漏空气的塑件（带型孔的塑件），不能采用气压顶出。（2）、空气阀门一般采用90120的锥面配合，并要求有一定的直壁配合面。在设计模具时，原则上应使塑件留于动模（下模），即成型设备有顶出装置的一方，但有时由于塑件的几何形状比较特殊，塑件留于动模（下模）或动模（上模）的可能性都存在，这时就应该在动、定模（上、下模）上同时设计顶出机构，即双顶出机构。而本塑件在脱模是塑件有可能被带往定模板，也有可能被带往动模板，因此，其顶出机构设计成双顶出机构的形式。而在塑件水桶的顶部有手提孔，其厚度为塑件壁厚2 mm，且其要求不高，所以在脱模时，采用强制脱模的方式。1.9 排气系统的设计该套模具是属大型模具，排气量很大，但因采用气压顶出机构，因此本设计不单独开设排气槽。1.10 温度调节系统设计1、加热系统由于该模具使用了热流道系统，所以需要另外设计加热装置。2、冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。对于黏度低、流动性好的塑料，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用温水对模具进行冷却。1）冷却介质冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大、传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却。即在注塑完成后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。冷却水孔的设计原则（1）、冷却水孔数量应尽可能的多，孔径尽可能的大。冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水道直径的1倍2倍（通常12mm15mm）,冷却水道之间的中心距约为水孔直径的3倍5倍。水道直径一般在