模具毕业设计8TOP-HOUSING注塑模设计
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机械毕业设计论文
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模具毕业设计8TOP-HOUSING注塑模设计,机械毕业设计论文
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1 前言 注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件或建筑构件。鉴于塑料材料技术和注塑成型加工技术这两方面的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。 塑料 制 件的模具结构设计，应根据企业实际生产的具体要求来进行模具结构设计。 模具生产水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品成本质量、效益和新产品的开发能力。我国塑模技术近几年取得很大发展。大型塑料模已可生产 34 英寸大屏幕彩电塑壳模具， 6 千克容量 洗衣机全套塑模及汽车保险杠。精密注射模方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和 600 腔塑封模具。汽辅成型技术已得到广泛应用。 现在 日本有名 模具生产企业 ，如 东芝机械、富士 TACHNICA，三精密、名古屋金型和三贵金型株式会社等 及我国 广州，东莞，深圳等地 已 使用 一些先进模具生产与制造技术。如用 PRO/E 或 UG 进行产品的 3D 造型和分模，使用 MasterCAM 或者 CIMATRON 来做刀路，用日本的 FANUC 系统或台湾的加工中心进行模具型腔和型芯的加工，用高速加工中心做铜电极，用三坐标测量仪来检验。 （ 1） 未来 塑料 模具工业和 技术的主要发展方向将是： 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化、网络化方向发展。进入二十一世纪以后， 模具基本上全部采用计算机辅助设计和制造 。 用户设计的零件图形从互联网输出，先进 行塑件分析 ，再进行三维模具设计。设计时根据用户的设备条件和 成型 工艺，协商讨论确定模具方案。 CAD 结束之后 ，使用 moldflow 软件进行计算机模拟分析 (CAE)，该软件可以模拟 注射 过程，并在计算机显示器上用不同的颜色显示出 注射时物料流动速度、温度、压力变化 ，由此判断模具设计的合理性 。 由于采用 CAE技术大大减少了制造过程中 模具的修整和试 模的 工作量。设计的模具确定之后，使用 CAM 软件为 CNC机床或加工中心编制加工用的数控程序。数控程序编制好后，可先在计算机上模拟加工过程，以检验数控程序的正确性。在确认数控程序没有问题时，可通过与厂内局域网连接的直接数控 (DNC)计算机将数控程序传送至选定的 CNC 机床或加工中心，在毛坯准备和装卡完毕之后，便可以进行加工。 因此模具企业应 大力普及、广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术，逐步走向 模具软件功能集成化，模具设计分析制造的三维化，模具软件应用网络化，同时还应 强调信息的集成，强调技术、人和管理 的集成。 (2)发展中的模具先进制造技术 塑料模具制造中对于一些复杂的型腔，需 采用先进的制造技术 ，如 高速数控 、 加工三坐标测量机 、电火花、线切割等， 以实现优质、高效、低耗和灵活生产 。 高速数控加工采用先进的 CAD/CAM 集成设计和制造系统，进行图形交互的自动数控编程，这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查 。 一般高速数控切削的主轴转速比普通数控切削转速高 1 10 倍。高速数控切削的另一个内涵是采用高的进给速度。维持切削力不变，提高转速就能够提高切除率，减少切削时间；维持进给速度在nts 2 普通切削水平，提高转速就 能够降低切削力，可以加工较细或较薄的模具零件。研制大功率高速主轴，功率 100kW，转速 100000转 /min，是今后发展的方向。 (3)快速成型与制模技术最新发展 快速经济制模技术与传统的机械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满足生产上的使用要求，是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术，概括起来，有以下几种类别快速原型制造技术简称 RPM，是 80 年代后期发展起来的一种新型制造技术。美国、日本、英国、以色列、德国、中国都推出了自己的商业化产品，并逐渐形成了新型产业。 已经商业化的几种典型快 速成型工艺 包括： 激光立体光刻技术 (SLA)13、 叠层轮廓制造技术(LOM)、 熔融沉积成型技术 (FDM)、 三维印刷成型技术 (3D-P)、 电弧喷涂成型制模技术 、 电铸成型技术 、型腔表面精细花纹成型的蚀刻技术 。 (4)模具研磨抛光向自动化、智能化方面发展 由于抛光对模具制造的重要性，抛光技术发展很快，目前对先进的自动化、智能化抛光技术研究已取得很大进展，主要有：电火花成型加工后的电解质抛光、超声波研磨和抛光、仿形自动抛光、数控抛光。 (5)模具标准件应用广泛 模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造 周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于 30%，而先进国家均高于 70%，每年我们要从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的 3% 8%。 因此，我国应加快模具标准件的发展，以尽快满足国家经济高速发展的需求。 nts 3 一 塑件工艺分析 1.1 塑件结构分析 该塑件采用推板，推管推出，分别有一个外侧抽芯和两个内侧抽芯机构，开模时，动定模板分开塑件包紧在动模型芯上当达到一定的开模行程时，动定模板不动，啊注塑机的作用下推板开 始向前运动，同时由于滑块和斜顶杆，推块的作用下，塑件被推出，由于自重吊落。本结构较简单，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，固采用限制性浇口（点浇口）。利用斜顶杆机构来实现侧抽芯。考虑到该塑件注射时要有一定的流动性，以及抗冲击性等因素所以选择 ABS（ 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物）。 塑件如下图所示： 塑件 基本特性 ： 色调：不透明、灰色 材料： ABS （ Acrylonitritle-Butadiene-Styrene copolymer 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物） 厚度：约 2mm（塑件不允许有裂纹和变形缺陷） 生产纲领：大批量 脱模斜度： 0.5 精度等级： MT3（一般精度， GB/T14486-1993 标准） nts 4 1.2 材料成型工艺分析 （ 1）化学和物理性能： ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成。每种单体都有不同性能：丙烯腈具有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度的特性。 ABS 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，其收缩率为 0.30.8%(在本设计中选用的收缩率为 0.5 )。从形态上看， ABS 是非结晶型材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯 -丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。 ABS的特性主要取决于三种单体的组成比例及两相中的分子结构，因此市场上产生了不同品质的 ABS 材料。不同品质的材料提供不同的特性，如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲性能等。 （ 2）成型特点：流动性中等，有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性和优异的尺寸稳定性及很高的冲击强度。 （ 3）注塑工艺及模具条件： 干燥处理： ABS 吸湿性很强，注塑成型之前要进行充分干燥。 建议干燥条件： 80-90下最少干燥 2 小时，且材料温度波动应保证小于 0.1%。 熔化温度： 210-280。建议温度： 245。 模具温度： 25-70。（模具温度将影响塑件光洁度，模具温度较低则会导致成型制品的光洁度较低） 注射压力： 50-100MPa。 注射速度：中等高速。 （ 4）典型应用范围：汽车仪表板、电话机壳体、打字机键盘、电冰箱及日常生活用品。 （ 5） ABS 主要技术指标见下表 1-1、 1-2、 1-3、 1-4 表 1-1 ABS 的力学性能 材料性能 ABS 改性聚苯乙烯 屈服强度 /MPa 50 33 抗拉强度 /MPa 38 38 断裂伸长率 /% 35 30.8 弯曲强度 /MPa 80 56 弯曲弹性模量 /GPa 1.4 1.8 抗压强度 / MPa 53 72 抗剪强度 / MPa 24 nts 5 简支梁冲击强度 (无缺口 )/(kJ/m) 261 89 简支梁冲击强度 (缺口 )/(kJ/m) 11 14.4 布氏硬度 HBS 9.7 9.8 表 1-2 ABS 的物理性能 材料性能 ABS ABS 玻璃纤维增强 密度 /(g/ ) 1.02 1.16 1.20 1.38 比体积 /( /g) 0.86 0.98 0.72 0.83 吸水性 /%(24 小时 ) 长时间 0.2 0.4 0.1 0.7 透明度或透光度 表 1-3 ABS 的热性能 材料性能 ABS ABS 玻璃纤维增强 计算收缩率（ %） 0.4 0.7 0.1 0.2 熔点 (粘流温度 )/ 130 160 热变形温度 / 45N/ 180N/ 90 108 83 103 116 121 112 116 线膨胀系数 /(10- / ) 7.0 2.8 比热容 /J/( K) 1470 热导率 /W/(m K) 0.263 0.263 燃烧性 /( /min) 慢 慢 nts 6 表 1-4 ABS 塑料成形条件 材料性能 ABS（丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物） 密度（ g/） 1.03 1.07 预热 温度（） 80 85 2 3 时间（ h） 料筒 温度 （） 后段 150 170 165 180 180 200 中段 前段 喷嘴温度（） 170 180 模具温度（） 50 80 注射压力（ MPa） 60 100 螺杆转速（ r/min） 30 适用注射机类型 螺杆、柱塞均可 1.3 脱模斜度的确定 由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。 实验研究表明，型芯斜度的确可降低制件顶出力。 图 1-1 总结了斜度对 ABS 塑模制件脱模力影响的实验研究结果。 nts 7 顶出力/斜 度 / （ ）图 1 1 综合各种因素，本设计 ABS 的脱模斜度取 0.5。 1.4 拟定模具的结构形式 1.4.1 型腔数量的确定 已知的体积 V 塑 和质量 W 塑 ，又因为此产品属大批量生产的塑件，精度要求比较高、且单件加工生产综合考虑生产率和生产成本等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模一腔排布。由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用大水口单型腔生产 。 1.4.2 分型面的选择 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。在封闭模腔中成型塑件，为了减小模腔中脱出时的阻力，要求塑件应带有适当的脱模斜度，也要求模具两半部分的接 触面（即分型面）应相对于所成型的塑件，安排适当的位置，这就要正确的选择分型面。分型面的选择原则是： （一） 便于塑件脱模 （ 1）应有利于侧面分型和抽芯； （ 2）在开模时尽量使塑件留在动模内； （ 3）应合理安排塑件在型腔中的方位； （二）考虑和保证塑件的外观不遭损坏。 nts 8 （三） 尽量保证塑件尺寸的精度要求 (如同心度等 )。 （四） 有利于排气。 （五） 尽量使模具加工方便。 分型面一般设在塑件断面尺寸最大处，但在此设计中由于采用的是点浇口， 只 需要 二 板模，存在 一 个分型面，把型芯设在动模一边，型腔设在定模一边，开模后 塑件留在动模，有利于塑件的脱模。即动模板和定模板两接触面为分型面 。 塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模的角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧；有利于侧面分型和抽芯；合理安排塑件在型腔中的方位，以便于脱模。而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。有利于排气；使模具加工方便。 本产品 分型面如下图所示 : 1.4.3 排气槽的设计 在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发 气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。 1）排溢设计 ： 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 3）排气系统有以下几种方式： 利 用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。 4）该套模具的排气方式有： a.利用模具的分型面排气； b.对于组合式型芯可利用其拼和的缝隙、零件配合的间隙 图 1 nts 9 1.5 浇注系统的设计 所谓注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道。其作用是使塑料平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外部轮廓清晰的塑件。浇注系统分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。本设计采用普通的浇注系统，包括主流道、分流道和冷料井和浇口四部分组 成。 1.5.1 流道设计 流道设计包括主流道、分流道和冷料井的设计。 1.5.2 主流道的设计 主 流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，端面为圆形，带有一定的锥度，便于塑料熔体按序顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地被拔出。主流道的尺寸直接影响到塑件熔体的流动速度和充模时间，甚至塑件的质量。设计如图 1所示： 主要设计参数如下： (1)形状：圆锥形； (2)半锥角： 2； (3)内壁的粗糙度为 Ra=0.63 m，抛光时沿轴向进行； (4)主流道大端呈圆角，半径 r=2 。 图 1-3 主流道 nts 10 (5)喷嘴球的半径 r=15 ，则凹坑的球面半径 R=17 ； (6)喷嘴孔径 d=3 ；小端直径 D=3.5 ；大端直径 D=5.2 。 (7)主流道长度取 25 。 由于采用的是点浇口进料的三板式模具，要用推流道板使流道凝料自动坠落，故浇口套与推流道板的滑动配合部分设计有 15的锥度，以保证使用安全，动作可靠。 1.5.3 主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，由于采用的是三板模，且主流道长度一般不超过 60 为好，因而模具流道部分设计成整体式主流道衬套形式。选用优质钢材进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如： T8A、 T10A 等，热处理硬度为 53 57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式，如图 1-4 所示： 1.5. 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流 和转向的作用。在本设计中，因需减少流道的长度，所以必须设置分流道，在此采用 U 字形截面流道。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大、流道的表面积小，以减少传热损失。对于 U 形流道而言，其热量损失仅大于圆形和正方形截面的分流道，但其加工容易，又比圆形和正方形截面的分流道容易脱模， U 形截面分流道具有优良的综合性能。 1）分流道的布置形式 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的图 1 4 nts 11 填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种，此设计中采用的是平衡式布置，以使各型腔同时均衡的进料，从而保证各型腔成型出来的塑件在强度、性能、重量上的一致性。其形状如图 -所示： 2）分流道长度、截面尺寸 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。 对于壁厚小于 3 （此塑模壁后为 1mm），质量在 200g以下的塑件，可用公式 42654.0 LWD 式中， W 流经分流道的塑料量 （ g）； L 分流道长度 （）； D 分流道直径（）。 其中， VnmnW n 为型腔数目； m 为塑件质量 （ g） 在本设计中结合实际情况，取 L=144.6mm W=35.62g 则 49.56.14462.352 6 5 4.0 4 D ， 取 5mm。 R=0.459D=2.295，取值为 3mm： H=0.918D=4.59，取值为 5mm （ 如图 1） 3）分流道的表面粗糙度 图 - 分流道示意图 R38H图 - 分流道截面形状 nts 12 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，因此分流道内表面粗糙度并不要求很低，一般为 0.63 m 1.6 m，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 Ra 0.8um。 此外，由于分流道较长，则将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料井，以贮存前锋冷料，其长 度设计为分流道直径的 1.5 2 倍。 1.5.5 冷料井的设计 冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能够将主流道中凝料从定模板中拉出。冷料井直径宜稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。 本设计中对于冷料井的选择是按照设计的目的来选择的。设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如图 1 7 的与推杆匹配的冷料井，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。 此零件采用推板和推管、斜顶杆推出 ,需开设冷料穴，拉料杆采用 Z 形式。分流道采用半圆形截面，并且开设在凹模上，以便于脱模，加工也较容易，在定模固定板上采用浇口套。 1.5.6 浇口设计 浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短的通道（除直接浇口以外），它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的 3%9%，截面形状为矩形或圆形，浇口 长度为 0.52mm，表图 -7 冷料井 示意图 nts 13 面粗糙度 Ra 不低于 0. 4 m。 浇口的主要作用是： （ 1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流； （ 2）易于切除浇口凝料； 在本设计中，塑件表面要求不留下痕迹，不影响外观，结合塑件为薄板状结构，为减少翘曲变形，故采用多点浇口（橄榄形或菱形浇口）具体表示形式见图 1-8： 323051二 注射机型号的确定 2.1 注射量的计算 根据 PRO/E 建模得到塑件的质量为 m=35.62g，密度由表可查得 =1.03 1.07g/（在此设计中取 1.05g/），所以塑件的体积为： 92.3305.1 62.35 mV 而流道凝料的质量1m未知，在此按 m的 0.6倍来计算。则总的注射量是： gmnmmmM 28.5492.336.16.01 2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算 根据 PRO/E 建模，对塑件投影面积分析得 1A =32113 2mm 。 流道 凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 2A ，在模具设计前是个未知数，根据腔模的统计分析，大致是塑件在分型面上的投影面积的0.2 0.5 倍 , 结合本设计的实际情况取 0.3，则总的投影面积计算为： 1121 2 sAAAAA 所以： 28.51380321133.0232113 mmA 从而得到 图 -8 点浇口 示意图 nts 14 锁F 型胀 APF 式中，锁F 注射机的额定锁模力（ N）； 型F 模具型腔内塑料熔体平均压力（ MPa），一般为注射压力的 0.3 0.65 倍，通常为 2040 MPa，在此设计中取 35 MPa； 锁F 1 7 9 8 3 2 8358.5 1 3 8 0 胀F N，则 锁F 1798.328KN 。 2.3 注射机型号的确定 注射模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进行注射机相关参数的计算。在本设计中，根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初步选用由浙江塑料机械厂生产的 SZ-200/120 卧式注射机，主要技术参数如表 2-1 所列： 表 2-1 注射机主要技术参数 1 理论注射量 / 200 螺杆（柱塞）直径 / 42 注射压力 /MPa 250 注射速率 /(g/s) 120 塑化能力 /(g/s) 70 螺杆转速 /(r/min) 0 220 锁模力 /kN 2200 拉杆内间距 / 355 385 移模行程 / 350 最大模具厚度 / 400 最小模具厚度 / 230 锁模型式 双曲肘 喷嘴口直径 / 3 定位孔直径 / 125 喷嘴球半径 / SR15 nts 15 2.4 注射机工艺参数的校核 2.4.1 锁模力的校核 锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充填模腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力。因此，所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压 力的乘积。 即： 锁F 型胀 APF 式中，锁F 注射机的额定锁模力（ N）； 型F 模具型腔内塑料熔体平均压力（ MPa）。 由于在选择注射机的时候就已经计算了锁模力，因此所选注射机的锁模力是符合要求的。 2.4.2 最大注射量的校核 为确保塑件质量，注射模一次成形的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）应该在公称注射量的35% 75%范围 内，最大可达 80%，最低不应小于 10%1 。 .5.15721075.075.05.7321035.035.021005.1200gGgGgVG公公公公则而 塑件和流道凝料重量之和 M 为 54.8g，在上述范围内，故最大注射量符合要求。 2.4.3 开模行程的校核 开模行程是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，用 H 表示，它必须小于注射机移动模板的最大开模行程 S。对于液压 -机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机连杆机构的最大冲程决定，与模具厚度无关。本设计采用双型面注射模，其开模行程按下式校 核： 21 HHHS a+(5 10) 式中， H1 塑件脱出距离 （也可作为凸模高度）（）； H2 包括浇注系统在内的塑件高度（）； a 中间板与定模的分开距离（）。 已知： H1=14 ； H2=14 a=65mm 所以： H1+H2+a+(5 10)=14+14+65+(5 10)=98 103（） nts 16 又由于 SZ-200/120卧式注射机 的移模行程为 350 103 160 所以开模行程也符合要求。 三 成型零部件的结构设计和计算 塑件在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。而构成模具型腔的零件统称为成型零件，通常包括凹模、凸模、型芯镶块、各种成形杆和成形环等。由于这些成型零件直接于高温、高压的塑件熔体接触，并且在脱模时反复与塑件摩擦，它必须具有如下一些性能： （ 1）具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压。 （ 2）具有足够的硬度、耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。通常进行热处理，使其硬度达 HRC40以上。 （ 3）对于成型会产生腐 蚀性气体的塑料（如 PVC、 POM、 PF 等），还应选择耐腐蚀的合金钢。 （ 4）材料的抛光性能好，表面应该光滑美观。表面粗糙度要求应在 Ra=0.4m 以下。 （ 5）切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好。同时，熔焊性要好，以便于修理。 3.1 凹模的结构设计 凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。由于凹模结构相对简单，在本设计中采用整体镶嵌入式凹模结构，这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形是带台阶的圆柱形，由台阶定位，以 H7/m6 过渡配合嵌入定模板，然后用定模板将其固定。如图 3-1 所示。 模腔镶入模架或模套内，模腔壁靠在周围金属上，模腔尺寸要小于整体式模腔，在这种情况下，模架承受了模腔内的部分压力。疲劳在这种结构的模具中扮演重要的角色，必须考虑模架与模腔的应力，避免模具在短期工作后即失效。为此，在模腔压如模套内后，二者应该预压。 3.2 凸模的结构设计 凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种内型。在此采用组合式中的镶件组合式凸模，型芯之间不可靠的太近。设计镶嵌式和组合式凸模时，如图 3-1 所示。应尽可能满足下列要求： （ 1）将型腔的内型加工变为镶件和组合件的 外形加工； （ 2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分的外形加工； （ 3）镶件的数量力求减少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响； nts 17 （ 4）易损坏部分应设计独立的镶件，便于更换； 3.3 小型芯的结构设计和定位 通常将成型塑件小孔或槽的小凸模称为小型芯。一般是单独制造，然后以嵌入的方法固定。本设计的成型四个固定螺杆孔的小型芯以凸台定位，以定模板固定。如图 3-1 所示。 定模板凹模凸模3.4 成型零件工作尺寸的计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑 件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括矩形的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。一般情况下，影响成型零件工作尺寸的主要因素是塑料的公差、模具制造公差 z 、模具磨损量c、塑件的收缩率 S、模具在分型面上的合模间隙。 3.4.1 按平均收缩率计算型腔尺寸 收缩率 S ABS 的收缩率一般为 0.4% 0.7%,从而得出其的平均收缩率 S=0.55%。 径向尺寸的计算 图 3-1 凹凸模结构 示意图 nts 18 ABS 的一般精度等级为 MT3（一般精度， GB/T14486-1993 标准），塑件的宽度尺寸为 65 ，查表得 =0.44mm 按照平均收缩率计算凹模径向（宽度）尺寸公式 zsM LSL 043)1(式中 LM 凹模的径向尺寸， S 塑料的平均收缩率， % Ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模制造公差， 已知 Ls=65 S=0.55% =0.44 ； 对于中型塑件 z= /3=0.147 ； LM=（ 1+0.55%） 65-3/4 0.44 147.00=65.028147.00 mm 同理，塑件的长度尺寸是 126mm，查表得 =0.62mm， 所以， z= /3=0.207mm， 所以凹模径向（长度）尺寸计算如下 LM = （ 1+0.55%） 126-3/4 0.62 207.00=126.23 207.00mm 高度尺寸的计算 塑件的一个高度尺寸 Hs=29.5 ，查表得 =0.20 ，按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式 zsM HSH 0321式中， HM 凹模的深度尺寸， S 塑料的平均收缩率， % Hs 塑件高度公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模深度制造公差， 将 Hs=29.5 S=0.0055 =0.20 代入上式， nts 19 z= /3=0.067 HM=(1+0.0055) 29.5-2/3 0.2 067.00=29.53067.00mm 而另外一个深度尺寸为 21.5mm，查表得 =0.18 ， z= /3=0.06 HM=(1+0.0055) 21.5-2/3 0.18 06.00=21.49 06.00 3.4.2 按平均收缩率计算型芯尺寸 径向尺寸 按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式为 0431 zsM lSl 式中 ： lM 组合型芯的径向尺寸， S 塑料的平均收缩率， % ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯制造公差， 已知，塑件的壁厚设计为 2 ， S=0.55%， 塑件径向（宽度）公称尺寸为 61 ，查表得， =0.38 所以 z= /3=0.127 01 2 7.001 2 7.0051.6138.043610 0 55.01 Ml 塑件径向（长度）公称尺寸为 122 时，查表得 =0.62， z= /3=0.207mm 依据上面的公式得出 ： 02 0 7.002 0 7.026.12262.0431220055.01 Ml 型芯高度尺寸的计算 nts 20 塑件的一个孔深度尺寸 Hs=29.50-2.00=27.50 ，所以查表得 =0.18 按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式 0321zsMhSh 式 中 Mh 组合型芯高度尺寸， S 塑料的平均收缩率， % sh 塑件孔深度公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯高度制造公差， 将 sh=27.5 S=0.0055 =0.18 代入上式得， z= /3=0.06 mmh M018.0018.0516.2718.0435.270055.01 同理，塑件的另一个孔深度为 21.5-2=19.5 ，查表得 =0.16，则 z= /3=0.053 mmh M0053.00053.04 8 7.1916.0435.190 0 5 5.01 3.5 型腔壁厚计算 在注射成型过程中，型腔 承受塑料熔体的高压作用，因此模具型腔应有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将产生过大弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。在本次设计中按整体式矩型型腔计算。 nts 21 hs图 3 - 2 侧 壁 厚 度 的 计 算b3.5.1 按刚度计算侧壁的厚度（ s） ： 矩型型腔受塑料熔体压力时，四壁变形，两长边大于两短边，当长、短边侧壁厚度相同时，长边能满足要求，短边更无问题，因此，侧壁厚度计算归结为长边厚度的计算。 31 EC phhs（） 式中 s 型腔侧壁厚度（）； h 型腔侧壁受压高度（）； L 型腔长边长度（）； E 模具材料的弹性模量（碳刚为 2.1 105MPa）； p 型腔压力（取 35MPa）； 任一自由边中点的允许变形量，由塑料宽度公差，由经验式计算决定； C 常数，由近似公式计算； 在本设计中， h=29.5 ， L=126 )1(5ii 由 SJ1372-78 查表得 44.0i，则 =0.06 3 1 1.1965.29/1 2 62 5.29/1 2 6396)(2 )(3 4444 hLhLC nts 22 87.206.0210000355.29311.15.29 31 s 在本设计中 S（长边侧壁）取值为 30 ，短边侧壁取值为 35 ，显然符合要求； 3.5.2 按刚度计算底板的厚度（sh） ： 由两端平行支架的整体式矩形型腔的底版，可视为受均布载荷四周固定的矩形板，底版的 长边和短边分别为 L 和 b，其最大 扰曲变形发生在板的中心。 31 E pbCbh s （） 式中 sh 整体式矩形底版厚度（）； P 型腔压力（取 35MPa）； b 矩形板受力短边长度（）； L 矩形板受力长边 长度（）； E 模具材料的弹性模量（碳刚为 2.1 105MPa）； 允许变形量，塑件高度公差决定； C 由 bL 之值决定的常数，查表可得 C =0.026 在本设计中， 05.0)1(3 ii， 则 6.1305.0210006535026.065 31 h 实际设计中取值为 26，模 体 的总体尺寸为： 175 200 80， 符合要求。 nts 23 四 模体（模架）的确定 模架也称模体，是注射模的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机的联系在一起。塑料注射模基本型模架系列由模板的 B L 决定。除了动、定模板的厚度需由设计者从标准中选定外，模架的其它有关尺寸在标准中都已规定。初步选定的模具的型号为： 编号数是 ： 01 64 系列 B L 为 350 400 ，导柱 ：直径 32 模板 A、 B 尺寸（厚度）： 80 、 70 ； C 垫块高度： 100 根据所设计塑件的大小以及型腔的布局，结合中小型模架的尺寸组合系列，及生产现场标准模架的参数，最终确定模架型号、各板尺寸： A 板尺寸： A 板是定模型腔板，塑件的高度 14mm，在模板还要开设冷却水管，冷却水道离型腔有一定的距离，因此 A 板的厚度取 80mm。 B 板尺寸： B 板是凸模（型芯）固定板，由于要设计水道，及其它结构，在该设计中取板厚为 70mm。 C 垫块尺寸：垫块它是用来连接支承板与动模座板的零件。其作用有两点：一是形成推出机构的行程空间；二是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。垫块的高度一般为：垫块 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度（ 510） mm， 推出行程取稍大于塑件高度，取 40 ；因为推板的长和宽分别是： 400mm、 350mm 根据标准件查得推板厚度取 25 ;推杆固定板厚度为 20mm；从而得到垫块的高度为： 100 。 最终确定模架为普 通型三板模模架 DCI 型，模架的定货标识为： 3540 DCI 80 70 250 I，结构如图所示。 图 4-1 模架结构 nts 24 五 合模导向及定位机构设计 合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，必须导向。导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用。定位作用是为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁后不均，或者模塑失败；导向作用是在 动定模合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；承受一定侧压力指塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或者由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。 5.1 导柱导向机构 导柱对合导向机构在注塑模中应用最普遍，包括导柱和导套两个零件，分别安装在动模和定模的两半部分。在设计导柱和导套时要注意以下几点： （ 1） 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 （ 2） 导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出 68mm，以免型芯进入凹模时与凸模相碰而损坏。 （ 3） 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用 20 号低碳钢经渗碳 0.50.8mm，热处理 HRC 4855，也可以采用 T8A 炭素工具钢，经热处理。 （ 4） 为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。 （ 5） 导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。 （ 6） 一般导柱滑动部分的配合形式按 H8/f8，导柱和导套固定部分配合按 H7/k6，导套外径的配合 按 H7/k6。 （ 7） 除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。 （ 8） 导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准模架数据选用。 5.1.1 导柱设计 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧，但更多的是安装在动模一侧。因为作为成型零件的主型芯多装在动模一侧，导柱与主型芯安装在同一侧，在合模时可以起保护作用。导柱的结构有两种：一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称为直导柱；另一种是除安装部分的凸肩外，使安装部分直径比外伸的工作部分直径大，称为 阶梯形导柱。直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形，便于导向。两种导柱都可以在工作部分带有储油槽，以延长润滑nts 25 时间。在该设计中采用直形导柱。如图所示： . . . 导柱尺寸 导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所以导柱所选的直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。根据表查得导柱的直径是： 30mm；导柱的长度必须比凸模端面的高度要 高出 6 8 。 5.1. . 导柱的布置 根据模具的形状和大小，在模具的空余位置设导柱和导套孔。导柱用两根至四根不等，其布置原则是必须保证动定模只能按一个方向合模。在标准模架上，一般用图 5-2 所示的对称形式。 5.2 导套设计 导向孔可带有导套，也可以不带导套；但无论那种形式，都不能设计为盲孔，因为盲孔会增加模具闭合时克服空气的阻力，并使模具不能紧密闭合。在该设计中采用的 带头导套的外直径为 42mm，见图 5 3，此外还有推板带导套。 图 5-1 导柱，导套结构 图 5-2 导柱位置 nts 26 5.3 斜 导柱 侧抽芯机构 设计 斜导柱抽芯机构是最常用的一种侧抽芯机构，它具有结构简单 、制造方便、安全可靠等特点。本设计的工作过程是：开模时斜导柱作用于滑块，迫使滑块（带侧型芯）在动模板的导槽向左移动，完成侧抽芯动作，塑件由推管推出型腔。定位销、弹簧及定位槽使滑块保持抽芯后最终位置，以保证合模时斜导柱能准确地进入滑块 的斜孔，使滑块回到成型位置。在成型时，由于侧型芯受到成型压力的作用而使滑块产生位移，为此用楔紧块来保证滑块的成型位置。 如图 5-1 所示： 图 5-1 斜导柱侧抽芯机构 图 5-2 导套结构 nts 27 5.3.1 斜 导柱尺寸 导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所以导柱所选的直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。根据表查得导柱的直径是： R=10mm；导柱的长度必须比凸模端面的高度要高出 6 8 ， 如图 5-1 所示： 1. 确定抽芯距离：塑件孔壁厚为 2mm 所以 S=2+（ 23） mm 取 5mm 2. 由于塑件壁厚较小抽芯滑块移动距离小，所以设计斜导柱设计为 15长度得保证滑快不脱离导柱， 也不能高于定模座板，影响注射机安装 3. 长度设计：由公式计算的 L=L1+L2+L3+L4+L5=d2/2*tga+h/cosa+d/2*tga+s/sina +510mm=280.96mm 4. 滑块和导槽的设计；有模具的结构图可一看出滑块和侧轴心是作成一块的组合式这样两者的配合出用用圆柱销连成一体，这样 侧抽芯可有线切割加工外型，车床加工圆形。制造精度高。滑块和导槽采用组合式在图中可表示清楚，方便装配配研。由于抽芯距离较短所以长度只要符合滑块在开模的定位即可。 5.3.2 斜 导柱的布置 根据模具的形 状和大小，在模具的空余位置设导柱和导套孔。导柱用两根至四根不等，其布置原则是必须保证动定模只能按一个方向合模。在标准模架上，一般用图 5-2 所示的对称形式。 图 5-2 导柱位置 nts 28 六 脱模机构的设计和计算 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误的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，也称顶出机构或脱模装置。脱模结构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将浇注系统凝料和塑件等与模具松动分离，称为脱出，然后将浇注系统凝料和塑件等 从模内取出，有时候脱出、取出两个动作之间无明显的间隔。 6.1 设计原则及分类 6.1.1 脱模推出机构的设计原则 制件推出（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制品的质量，因此，制品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）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）机构的运动准确、可靠、灵活，并具有足够强度、刚度克服脱模力； （ 3）选择顶出位置时，力求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。另外，与塑件直接接触的脱模零件的配合间隙要保证不
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