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机械毕业设计论文
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模具毕业设计66视窗注塑模的设计说明书,机械毕业设计论文
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- - 1 前 言 塑料加工是将原材料 转变为制品的关键环节。只有迅速地发展塑料加工，才可能把各种性能优良的高分之材料变成功能各异的制品，在国民经济各领域充分发挥作用。模具是塑料成 型 加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值得几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。模具工业的重要性已引起国家的高度重视，国务院 2000年 7月 27日颁布的当前国家鼓励发展 的产业、产品和技术目录中，信息产业、机械工业、汽车工业、轻纺工业四大领域，均把模具放在重要位置。 塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成形机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数字模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。 注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车行业。机械工业等都有广泛 应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。但由于注塑制品和成型模具结构方 案的千变万化，再加上传统的注塑模具设计多以人工经验为主，注塑模具的结构和设计的要点不易在短期内掌握。 塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关。由于塑件的制造是一项综合性技术，围绕塑件成型生产将用到有关成型塑料、成型设备、成型工艺、成型模具及模具制造等发面知识，所以这些知识便构成了塑件成型生产的完整系统。它大致可包括产品设计、塑料的选择、塑件的成型、模具设计与制造四个主要环节，在上述四个环节中，模具设计与制造是实现最终目标 塑件使用的重要手段之一。 模具是塑件生产的重要工艺装备之一。模具以其特 定的形状通过一定的方式使原料成型。不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点个不相同的塑料模具。塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素占 80%。一副质量好的注射模可以成型上百万次，压缩模大约可以生产 25万件，这些都同模具设计和制造有很大的关系。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制nts - - 2 造技术是必不可少的因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以 模具的设计制造和更新为前提。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。 随着科学技术的进步与国民经济发展对塑件的广泛需求，塑料模塑成型技术正在向高精度、高效率与长寿命的方向迈进。由于它是一项综合性技术，所以它的发展必然涉及许多领域的共同配合。 nts - - 3 第一章 塑料制件的设计 塑料制件 原料的选取要综合考虑多方面的因素，但首先要了解制品的用途，以及使用过程中的环境状况，如温度高低、是否有化学介质、是否要求其电性能等；在满足其可用性后，在考虑原材料的成本，如原材料的价格、成型加工的难易程度、相应模具造价等。 设计时 主要是根据使用要求进行设计。要想获得优质的塑件，塑件本身必须具有良好的工艺性，这样不仅可使成型工艺得以顺利进行，而且能得到最佳的经济效益。 塑料的设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能的前提下，尽量选用价 格低廉和成型性能较好的塑料。同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时，还应该考虑其模具的总体结构，使其模具易于加工制造，模具的抽芯结构和推出结构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型后尽量不再进行机械加工。 本塑件是 视窗 ，其材料采用的是 聚苯乙烯 （ PS），生产类型为大批量生产。 1.1 塑件材料的性能 1.1.1 塑件材料的使用性能 聚苯乙烯电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良，物色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、化学稳定性、耐水性良好，强度一般，但质脆，易产生应力碎裂 ，不耐笨，汽油等有机溶剂 。 适于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器等零件。 如：产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电器（透明容器、光源散色器、绝缘薄膜等）。 1.1.2 塑件材料的加工特性 （ 1） 无定型塑料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生应力开裂； （ 2）流动性好，溢边值 0.03mm左右； （ 3）塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件，（如有嵌件应预热），缺口，尖角，各面应圆滑连接； （ 4） 可用螺杆或柱塞式注塑机加工，喷嘴可用直通式或自锁式； （ 5）宜用高料温、高模温、低注射压力，延长注塑时间 有利于降低内应力，防nts - - 4 止缩孔、变形（尤其对厚壁塑件），但料温高易出银丝，料问低或脱模剂多则透明性差； （ 6）可采用各种形式的进料口，进料口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度 易取 2 以上， 推出均匀 以防止脱模不良发生开裂、变形，可用热浇道系统。 1.1.2 塑件材料的物理性能、热性能 密度 g/cm3 1.04 1.06 质量体积 cm3/g 0.94 0.96 吸水率 24h 0.03 0.05 折射率（或折光指数） （或Dn ） 88 92（ Dn 1.59 1.60） 透光率或透明度 透明 熔点 131 165 熔融指数 g/10min 230 玻璃化温度 C 100 热变形温度 C 65 96 线膨胀系数 C/105 6 8 比热容 J/(kg K) 1340 热导率 W/(m K) 0.126 马丁耐热 70 热变 形温度 65 96 计算收缩率 0.5 0.6 燃烧性 cm/min 慢 1.1.3 塑件材料的力学、电气性能 屈服强度 MPa 35 63 nts - - 5 抗拉强度 MPa 35 63 断裂伸长率 % 1.0 抗弯强度 MPa 61 68 拉伸弹性模量 2.8 3.5 弯曲弹性模量 Gpa 1.45 抗压强度 MPa 80 112 冲击韧度 KJ/ 0.54 0.86 布氏硬度 HBS M65 M80 体积电阻率 m 1014 击穿电压 Kv/mm 19.7 27.5 介电常数 106Hz 2.4 2.65 耐电弧性 s 60 80 介点损耗角正切 10 HZ660.00001 0.0004 1.1.4 塑件材料的化学性能 日光及气候影响 受阳光的作用会变黄，变色的程度取决于聚合物中存在杂质的含量 耐酸性 及对盐溶液的稳定性 能耐有机酸、盐等 有水 溶液 耐碱性 对碱类 化合物 稳定 耐油性 影响表面及颜色 耐有机溶剂 性 受许多酮类高级脂肪族的侵蚀而软化或融解，对醇类稳定 1.1.5 塑件材料的成形条件 注射 成型机类型 柱塞 式 密度 g/cm3 1.04 1.06 nts - - 6 计算收缩率 % 0.6 0.8 预热 温度 60 75 时间 h 2 料筒温度 后段 140 160 中段 前段 170 190 模具温度 32 65 注射 压力 MPa 60 110 成形时间 s 注射 时间 15 45 高压时间 0 3 冷却时间 15 60 总 周期 40 120 螺杆转速 r/min 48 适用注射机类型 螺杆式、柱塞式均可 后处理 方法 红外线灯或鼓风烘箱 温度 70 时间 h 2 4 说明 丁苯橡胶改性及甲基丙烯酸甲酯，改性的聚苯乙烯成型条件与上相似 1.2 塑件的体积与重量 计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。 1）计算塑件的体积： 通过 Pro/ENGINEER软件，绘制出塑件的三维图形后，通过软件的相关功能，求出塑件的体积约为： 378.1 cmV 2）计算 塑件的重量：根据设计手册可查得 聚苯乙烯 （ PS）的密度为 ： nts - - 7 3/05.1 cmg 故塑件的重量为： gVW 9.178.105.1 1.3 塑件工艺分析及结构设计 塑件的工艺性就是塑件对成型加工的适应性。塑件工艺性的好坏不但关系到塑件能否顺利成型，也关系到塑件的质量以及塑料模具机构是否经济合理。塑件工艺性的好坏主要取决于塑件设计，在设计塑件时不仅要满足使用要求，而且要符合成型工艺特点，并尽可能简化模具结构。这样，不仅能保证成型工艺顺利实施，提高产品质量，又能提高生产率，降 低成本。 在设计塑件时，我们必须充分考虑以下一些因素： （ 1） 成型方法 不同的成型方法对其塑件的工艺性要求不同 。 （ 2） 塑料的使用性能 塑件的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、力学性能 等相适应。在保证使用性能的前提下，力求结构简单、壁厚均匀、使用方便。 （ 3） 塑件的成型工艺性能。 （ 4） 模具结构及加工工艺性 塑件的形状应有利于简化模具结构，要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。 塑件工艺性设计的主要内容包括 :尺寸、精度、表面质量、结构形状、螺纹、齿轮嵌件等。 1.3.1 塑件成形方法： 热塑性塑料的成形方法主要有 挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形等。本塑件采用注塑成形方法。 1.3.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1）结构分析： 从零件图上分析，该零件总体形状为 很薄的一个椭圆，在短轴方向宽度截为 20mm，厚度为 2mm，在一面有一对对称的勾型结构。因此，模具设计时必须注意设置侧向抽芯机构 。 2）尺寸精度分析： nts - - 8 该零件的所有尺寸都未注公差尺寸，由 塑料模设计及制造 表 2-5常用材料塑件公差 等级 和选用（ GB/T14486-1993），可选得 聚苯乙烯 PS的未注公差尺寸等级为 MT5级，由以上分析可见，该零件的尺寸 精度要求不高，对应的模具相关的零件的尺寸加工可以 容易的 保证。 3）表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺外， 就是上下两个表面要有亮面的效果，所以表面粗糙度值要求比较高，实现也比较容易 。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 1.3.3 注塑成形塑件工艺结构设计： 在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件 下面有勾型的突出结构 ， 由塑料模设计及制造 P27，可强制脱模公式计算： %5%33.13%30 100)3438(%100)( CBA所以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。 1）脱模斜度 塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固态状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。查 塑料模具设计及制造 表 2-11得热塑性塑料 PS的脱模斜度为： 型腔： 35 1 30 型芯： 30 45 综合考虑本塑件的工艺特性， 塑件是扁平的结构，而且只有 2mm厚，因此 塑件的脱模斜度都 选为 40 就能满足要求了 。 2） 塑件壁厚 塑件的壁厚 对塑件质量有很大影响， 是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。 塑件壁厚的最小尺寸应满足以下方面的要求：具有足够的强度和刚度；脱模时能经受推出机构的推出力而不变形；能承受装配时的紧固力。塑件最小壁厚值随塑料品种和塑件大小不同而异。壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固性塑料成型来说增加了 模压成型时间，并易造成固化不完全；对热塑性塑料则增加了冷却的时间，降低了生产率，另外也影响产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。nts - - 9 所以，塑件的壁厚应有一个合 理的范围。查塑料模具设计及制造表 2-9得热塑性塑料 PS的最小壁厚及推荐壁厚 塑料种类 塑件流程 50mm的最小壁厚 一般塑件壁厚 大型壁厚塑件 聚苯乙烯 PS 0.75mm 2.25 2.60mm 3.2 5.4mm 塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。壁厚则其流程长，查 模具设计大典 表 8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相应的塑件最小壁厚 minS = 6.0)5.0100( L= 6.0)5.0100 62547( =0.768mm 式中 minS 最小壁厚 (mm) L 流程 (mm) 热塑性塑料 PS的壁厚一般为 2.25 2.60mm,而从塑件的壁厚来看， 塑件壁厚为 2， 在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。 nts - - 10第二章 总体设计方案的确定 2.1 分型面的选择 在选择分型面 时应遵循如下原则： （ 1）分型面应选在制品的最大截面处，否则制品无法脱模。在选择分型面时这是首要原则。 （ 2）尽可 能使制品留在动模一侧，因为注塑机的推出液压缸设在动模一侧，制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置。 （ 3）有利于保证制品的尺寸精度 。 （ 4）有利于保证制品的外观质量。 （ 5）尽可能满足制品的使用要求。 （ 6）尽量减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。 （ 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。 nts - - 11（ 10） 在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方向。 （ 11）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。 图 2.1 塑件分型面的选择 根据零件 的 形状结 构，制品的形 状位置按零件的 厚度 方向要与注塑机的开模具方向平行 ，并且 上表面 朝向定模，注塑口在 侧面 ，使的制品 上 下 表面较光滑，而且注塑点也比较隐蔽。 该塑件表面质量 要求较高 ，塑件外观和尺寸精度要求不高。选择如图2.1所示的分型面，脱模过程中塑件冷却 ，加上拉料杆的作用 ，留于动模，便于塑件脱模。此外，还可降低模具的复杂程度和便于侧抽芯。 2.2 排气方式的确定 在注塑过程中，需要排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的气体，二是熔体分解放出的气体和模具受热放出的气体，常见的排气方式有：（ 1）排气槽排气；（ 2）分型面排气；（ 3）推杆间隙排气；（ 4）粉末烧结合金块排气；（ 5）强制排气。在该设计中，由于制品的结构 简单 ，可采 用 分型面、推杆间隙、侧向抽芯间隙等排气。 凹模是用于成形制品外表面的成形零件，它的主要形式有整体式和组合式，在此设计中采用的是整体式结构。 2.3 型腔数目和 排列方式 的确定 该制品最大高度为 6mm,最大长度为 50mm,最大宽度 20mm，重量约为 1.9g, 制品结构相对简单，但是侧向有凹槽和凸台，所以要采用侧向抽芯机构。对制品的尺寸、外nts - - 12形结构等方面考虑，采用一模 两件 ，这样可以使模具结构相对简单，制品尺寸精度得以提高 ，而且可以使制品一次注塑成型。 在本设计中采用 一模两件 有如下优点： 1） 塑料制件的形状和尺寸始终一致； 2） 工艺参数易于控制； 3） 模具结构简单紧凑，设计自由度比较大； 4） 还具有制造成本低，制造周期短等优点。 本塑件在注射时采用一模 两 件，即模具只需要 两 个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，将 两 型腔 对称 置于模具中心，左右对称， 使得注塑压力分布均匀 ,将抽芯部位置于 两侧 。 2.4 注塑机的选择 计算一次注 塑所需的模料体积。该模具 为一模 两件 ， 浇注系统体积粗略估计为4 3cm ,则一次注塑所需的塑料 为： 38.7429.1 cmV 理论注塑量为： 30 108.0/8.7 cmV 根据理论注塑量初步选择 SYS-30（立式） 型塑料注塑成型机 ,其主要技术参数如下 : 型号 SYS-30（立式） 螺杆（柱塞）直径 mm 28 注射容量 g 30 注射压力 MPa 157 锁模力 kN 500 最大注射面积 2cm 130 nts - - 13模具厚度 最大 mm 200 最小 mm 70 模板形成 mm 80 喷嘴 球半径 mm 12 孔直径 mm 3 定位孔直径 mm 10.0055 顶出中心孔径 mm 50 第三章 标准模架的选用 按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式模具）所选用的模架。 大水 口模架总共有四种形式： A型、 B型、 C型、 D型。 小水口模架就是指采用点浇口的模具所选用的模架，总共有 8种型式： DA型、 DB型、 DC型、 DD型、 EA型、 EB型、 EC型、 ED型，其中以 D字母开头的 4种型式适用于自动nts - - 14断浇口模具的模架。 模具结构采用一模两腔两板式结构，采用侧浇口顶出机构直接采用顶杆 顶出。 根据塑料模具设计附录 B所提供的模架图选模架型号为： 1515-CI-30-40-60。 具体结构见模具装配图。 第四章 浇注系统的设计及计算 浇注系统设计是注 塑 模具设计 中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注 塑 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，对制品质量影响很大。它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。 注塑模具的浇注系统通常由主流道、 分流道、浇口、和冷料穴四 部分组成。 nts - - 15浇注系统设计原则： （ 1）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。 （ 2）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间。 （ 3）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补锁。 （ 4）避免高压熔体对模具型芯 和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生。 （ 5）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和修整。 （ 6）熔接痕部位与浇口尺寸，数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响。 （ 7）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量。 （ 8）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有 IT8以上的精度要求。 （ 9）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 （ 10）应尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合也 应使两者的偏离距离尽可能缩小。 4.1 主 流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注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。 主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套 ，浇口套结构形式见 零件 图 。 为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射机喷嘴直径 d ，通常为 mmdD )15.0( （ 中国模具设计大典 式 9.2-7） 主流道入口的凹坑球面半径 2R 也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为 mmRR )21(12 （ 中国模具设计大典 式 nts - - 169.2-8） 由上章可知 mmd 3 ， mmR 121 代入上面两式 得： mmD 45.3)15.0(3 mmR 1413)21(122 取 D =3.5mm ， 2R =14mm 。 主流道的半锥角 通常为 21 。 过大的锥角 会产生湍流或涡流卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力 过大。 本浇注系统中，选择主流道的半锥角为 1.5。 主流道内壁的表面粗糙度应在 Ra0.8 m 以下，抛光时沿轴向进行。主流道的长度由模板的厚度确定，为减少熔体充模时的压力损失和物料损耗，应尽可能缩短主流道的长度，一般控制在 60mm以内。主流道的出口应有较大的圆角，其半径 r约为 D81 。浇口套常用 T8或 T10钢材制作，经淬火洛氏硬度 为 50 55HRC。 4.2 分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的进料通道。在多型腔模具中分流道是必 不可少的，而在单型腔模具中，有时可省去分流道。在分流道设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。 根据分型面及型腔的位置情况，选择分流道的截面形状为矩形，根据制品重量和壁厚由中国模具设计大典图 9.2 12查得，分流道的宽度约为 3.6mm,取 D=4mm ,则分流道高度 h mmD 2242 （中国模具设计大典图 9.2 10）。分流道的长度由型腔的具体位置定。 4.3 浇口设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道， 是浇注系统的关键部分，起着控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。 常用的浇口类型有直浇口、侧浇口、点浇口等几种形式。 本模具浇注系统采用 侧 浇口形式，这种浇口 熔体从制品的边缘 进料， 故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形。其优点是截面形状简单、易于加工、便于试nts - - 17模后修正。 缺点是在制品的外表面留有浇口的痕迹。 侧浇口深度和宽度的经验公式如下： nth （中国模具设计大典式 9.2-13） 30AnW （中国模具设计大典式 9.2-14） 式中 h 侧浇口深度（ mm），中小型制品常用 h 0.5 2mm，约为制品最大厚度的 3231 ； t 制品厚度（ mm）； n 塑料材料系数 ； W 浇口宽度（ mm）； A 型腔表面积，即制品外表面积（ mm2 ） 聚苯乙烯 PS: mmn 2 （中国模具设计大典表 9.2-2） mmt 2 21 2 8 0)2050()220(2)250(2 mmA mmnth 2.126.0 mmAnW 76.030 12806.030 由模具设计与 制造简明手册表 2 51 取 mmh 1 ; mmW 2 ; 浇口长 mml 1 4.4 流动比校核 在确定塑料制件的浇口位置时，还应该考虑塑料的允许的最大流动距离比（简称流动比）。流动比是指融体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。 当浇注系统和型腔尺寸各处不等时，流动比计算公式为： K=ni tiLi1= 71.3322748211292.44525544332211 tLtLtLtLtLnts - - 18300280 KpK （ 中国模具设计大典 式 9.2-20） 式中 K 流动比 ； iL 流动路径各段长度 （ mm ） ； it 流动路径各段的型腔厚度 （ mm ） ； n 流动路径的总段数 Kp 允许的流动比 ， PS为 280 300 （中国模具设计大典表 9.2-4） 。 nts - - 19第 五 章 成型零件设计 5.1 成型零件结构设计 5.1.1 凹模的结构设计 本模具采用一模一件的结构形式，考虑 到塑件的结构比较简单，凹模都采用整体式结构。整体式凹模由整块材料加工制成，整体式凹模的特点是强度高和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹。但加工较困难，需用电火花机床和立式铣床加工，热处理也不方便，仅适合于形状简单的中 小型制品。 其结构形式见 零件 图。 5.2 成型零件工作尺寸计算 该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。 在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差时双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。 查 中国模具设计大典表 9.4-4可知 聚苯乙烯 材料的成型收缩率为 S 0.20.6，故平均收缩率 %4.02 )%6.02.0( cpS 查 中国模具设计大典 表 9.4-5取模具制造公差 4m。 4.2.1 凹模的径向尺寸计算 nts - - 20凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。 凹模的径向尺寸计算公式： mxdSD cpm 01 （ 中国模具设计大典 式 9.4-10） 式中 mD 凹模径向名义尺寸（最小尺寸）； cpS 所采用的塑料的平均成型收缩率 ； d 制品的名义尺寸（最大尺寸）； x 成型零件工作尺寸的修正系数（可由 中国模具设计大典表 9.2-4表 9.4-7查得）； 制品公差（负偏差）； m 模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的 1/3 1/6。 尺寸 040.02： 1.00440.00075.74.065.02%4.011 mxdSD cpm尺寸 024.04： 06.00424.00052.324.070.04%4.011 mxdSD cpm尺寸 044.020： 11.00444.00019 .8244.060.020%4.011 mxdSD cpm尺寸 064.050： nts - - 21 16.00464.00049 .8364.058.050%4.011 mxdSD cpm尺寸 020.02R： 05.0042.00086.120.075.02%4.011 mxdSD cpm5.2.2 凹模的深度尺寸计算 凹模的深度尺寸计算公式： mxhSH cpm 01 （ 中国模具设计大典 式 9.4-12） 式中：mH 凹模深度名义尺寸（最小尺寸）； h 制品高度名义尺寸（最大尺寸），其它同上。 尺寸 020.02： 05.00420.00088.120.063.02%4.011 mxhSH cpm尺寸 044.04： 11.00444.00077.344.056.04%4.011 mxhSH cpm尺寸 024.06： 06.00424.00088.524.060.06%4.011 mxhSH cpm5.2.3 型芯的径向尺寸计算 nts - - 22型芯的径向尺寸计算公式： 01 mxDSd cpm （ 中国模具设计大典 式 9.4-11） 式中 md 型芯径向名义尺寸（最大尺寸）； D 制品的名义尺寸（最小尺寸），其它同上。 尺寸 40.002： 010.00440.0027.24.065.02%4.011mxDSd cpm尺寸 44.004： 011.00444.0.004.2 844.060.04%4.011mxDSd cpm5.2.4 型芯的高度尺寸计算 型芯的高度尺寸计算公式： 01mxHSh cpm （ 中国模具设计大典 式 9.4-13） 式中： mh 型芯高度名义尺寸（最大尺寸）； H 制品孔深名义尺寸（最小尺寸），其它同上。 尺寸 58.005.16 ： 015.003/64.0089.1658.055.04.16%4.011mxhSH cpm5.2.5 型孔之间的中心距尺寸计算 型孔之间的中心距 尺寸计算公式： nts - - 23 21 mcpm LSL （ 中国模具设计大典 式 9.4-14） 式中： mL 模具中心矩名义尺寸； L 制品制品中心矩名义尺寸，其它同上。 尺寸 25.030 ： 063.012.30850.030%4.0121 mcpm LSL5.2.6 成型中心边矩尺寸计算 在此型腔中，三个成型中心矩尺寸（ 14 0.19， 5.75 0.11），在型腔磨损后均变大，故按公式 3-14计算，公式为： 2241 mcpm LSL 尺寸 14.07 ： 035.0016.7828.02428.07%4.012241 mcpm LSL5.3 成型零件的力学计算 在塑料模过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力。在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及应变。如果型 腔 壁厚和底版厚度不够，当行型腔中产生的内应力超过型 腔 材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等。因此，有必要建立型腔强度 和刚度的科学的计算方法，尤其对重要的、塑件精度要求高的和大型塑件的型腔，不能单凭经验确定凹模侧壁和底版厚度，而应通过强度和刚度的计nts - - 24算来确定。型腔刚度和强度计算的依据归纳为如下几个方面： （ 1）成型过程不发生溢料。当型腔内受塑料熔体高压作用下，模具成型零件产生弹性变形而在某些分型面和配合面可能产生足以溢料的间隙。这是，应根据塑料的粘度不同，在不产生溢流的情况下，将允许的最大间隙 作为塑料模型腔的刚度条件。 （ 2）保证塑件的精度要求。型腔侧壁及其底版应有较好的刚度，以 保证在型腔受到熔体高压作用时不产生过大的、使塑件超差的弹性变形。此时，型腔的允许变形量 受塑件尺寸和公差值的限制。一般取塑件允差值的 1/5左右，或 0.025mm 以下。 （ 3）保证塑件顺利脱模。型腔的刚度不足，模塑成型时变形大，不利用塑件脱模。当变形量大于塑件的 收缩值时，塑件将被型腔包紧而难以脱模。此时，型腔的允许变形量 受塑件收缩值限制，即 =St ，式中 S为塑件材料的成型收缩率（ % ） ，t为塑件的壁厚（ mm ），在一般情况下，其变形量不得大于塑料的收缩量。 （ 4）型腔力学计算的特征和性质，随型腔尺寸及结构特征而异。对大尺寸型腔，一般以刚度计算为主；对小尺寸型腔，因在发生大的弹性变形前，其内应力往往已超过材料许用应力，当以强度计算为主。其力学计算的尺寸分界值取决于型腔的形状、型腔内熔体的最大压力、模具材料的许用应力及 型腔允许的变形量等。当以强度计算和刚度计算，算出的型腔尺寸，取大者为型腔壁厚尺寸。刚度条件通常是保证不溢料，但当塑件精度要求较高的应按塑件精度要求确定刚度条件。 由于 该塑件的结构简单，扁平的壁后只有 2mm厚，模架采用标准模架，凹模板厚都达到 20mm以上，并且采用一模两件的布置，两型腔的距离也超过 15mm，所以型腔的壁厚和底板厚都有足够的强度和刚度。 nts - - 25第 六 章 导向与定位机构设计 注塑模 的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。定位机构分模外定 位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具易于在注塑机上安装以及模具的浇口套能与注塑机的喷嘴精确定位。而模内定位则通过锥面定位机构用于动模、定模之间的精密对中 定位。 6.1 导向机构的设计 在注塑模中，引导动模和定模之间按一定方向闭合或开启的装置，称之为导向机nts - - 26构。 导向结构的设计内容包括：导柱和导套的机构设计；导柱和导套的配合；导柱和导套的数量和布置等。 导向机构的作用： 1） 导向 作用 在动模和定模闭合的进程中，导向机构应首先接触，引导动、定模准确配合，避免型芯与凹模发生碰撞 。 2） 定位 作用 保证动、定模 按一定的方位合模，避免 模具在装配时，因方向弄反而 损坏成形零件，合模后保持型腔的正确形状。 3） 承受一定的侧向压力 高压塑料熔体在充模过程中会产生单向侧压力，须由导向机构承担。当单向侧压力过大时，除导向机构承担外，还需增设锥面定位机构来承担 。 4）承载作用 当采用推件板脱模或分型面模具结构时，导柱有承受推件板和型腔板重量的作用。 5）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。 6.1.1 导柱设计（ 参照 GB/T4169.4-1984） 导柱是与安装在另一半模上的导 套相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆柱形零件。 1） 导柱直径 表 9.5-1 导柱直径 d 与模板外形尺寸关系 （ mm ） 模板外形尺寸 150 150 200 200 250 250 300 导柱直径 d 16 16 18 18 20 20 25 根据动模 板尺寸： 150150 ，选 定导柱直径 d =16mm 。 2） 导柱配合精度 导柱 工作部分的 配合 精度采用间隙配合 H7/f7，表面粗燥度为 Ra0.4 m ；导柱固定部分配合精度采用 过渡配合 H7/k6,表面粗糙度 Ra0.8 m 。 3）材料 导柱必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，芯部要坚韧，因此导柱的材料选用碳素工具钢（ T8A）淬火处理，硬度 HRC 50 55。 nts - - 274） 导柱的长度通常高出凸模端面 6 8mm,以免在导柱还未导正时 ， 凸模就先进入型腔与其碰撞而破坏。 但是本模具没有凸模，所以该导套的长度可以稍短。 为了便于导柱顺利进入导套，导柱的端面应该设计成锥形。 6.1.2 导套设计 （ 参照 GB/T4169.3-1984） 导套是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。 导套有直导套和带头导套两种形式，本设计中采用带头导套。导套的材料选为 ：T8A， 淬硬 HRC 50 55。导套内外圆柱面表面粗燥度都取为 Ra0.8 m 。 导套孔的滑动部分按 H7/f7间隙配合，导套外径按 H7/k6过渡配合。 6.2 定位机构设计 为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射剂的喷嘴孔精确定位，应在模具上（通常在定模上）安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除了完成浇口与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模具内滑出。 定位圈有标准定位圈和特殊定位圈两种，本设计中采用特殊定位圈，定位圈的材料选用 45中碳钢。 第 七 章 脱模机构设计 注塑成形每一循环中 ,塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模结构 ， 也 常 称 为 推出机构。 脱模机构设计 一般 应遵循如下 原则： nts - - 281）尽可能使制品滞留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 2）防止制品变形或损坏，正确分析制品对型腔的粘附力大小及其所在部位，有针对性地选择合适地脱模机构，使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于制品在收缩时抱紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于制品刚度和强度最大地部位，推顶面积也尽可能大一些，以防制品变形或损坏。 3）力求良好地制品外观，在选择推出位置时，应尽量选择制品地内部或对制品外观 影响不大的部位。 4）结构合理可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，推杆应具有足够的强度和刚度。 7.1 脱模力的计算 脱模力是指从动模一侧的主型芯上脱出制品所需施加的外力，它包括型芯抱紧力、真空力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。 此外，理论分析和实验证明，脱模力的大小还与制品的厚薄及几何形状有关。 脱模力 估算法 公式为： bce QQQ （ 中国模具设计大典 式 9.6-1） 式中 cQ 制品对型芯包紧的脱模阻力（ N） bQ 使封闭壳体脱模所需克服的真空吸力（ N），bQ bA1.0这里 0.1单位aMP，bA为型芯的横截面积 2mm 。 本课题中，制品对型芯包紧的脱模阻力cQ可按薄壁矩形盒类制品 收缩脱模力的实用计算公式为： thTTEfQjfcc )(1 2 K （ 中国模具设计大典 式 9.6-23） 式中 E 塑料的拉伸弹性模量 MPa ； K 脱模斜度系数； nts - - 29cf 脱模系数； 塑料的线性膨胀系数（ 1/）； fT 软化温度（）； jT 脱模顶出时的制品温度（）； t 制品厚度（ mm ）； h 脱模方向型芯高度（ mm ）。 由 中国模具大典表表 9.6-2确定有关 PS材料制品的脱模力计算参数：M Pa102.7 3E ， -15 C107 ， cf =0.45， fT =93， jT =60，由 中国模具设计大典 图 9.6-4，在 1 处得 K =0.95， 由制品结构可知 : bQ=0 NthTTEfQQ jfcce38462)6093(107.210745.095.012)(12K357.2 推出机构形式的确定 常用得推出机构形式有：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。 本制品为 薄壁 塑件，其上表面 和下表面勾结构内部 不允许有推杆痕迹，故采用推 杆在塑件勾结构以外 推出机构。这种推出机构的特点是： 推杆加工简单，更换方便，滑动阻力小，脱模效果好，设置的位置自由度较大，因此在生产中广泛应用。但因推杆与塑件接触面积小，易引起应力集中 。 7.3 推出零件尺寸的确定 确定推杆直径 推杆推出制品或推顶推件板时应有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端铰支的压杆稳定性模型。根据压杆稳定公式推导，推杆直径计算式为 412 nEQlKd e(中国模具设计大典 式 nts - - 309.6-34) 推杆强度校核公式 sec dnQ 24 (中国模具设计大典 式 9.6-35) 式中 d 推杆最小直径 (mm )； K 安全系数 ，通常取 K =1.5 2； l 推杆长度（ mm ）； eQ 脱模力（ N）； n 推杆数目； E 钢材的弹性模量。 c 推杆所受的压应力（ MPa）； c 推杆材料的屈服点（ MPa）。 根据模架结构形状尺寸，初步确定推杆长度为 l =82mm ， n =2，代入公式得： mmnEQlKd e 2 . 7 3101.22 384821 . 7 4152412 查模具设计与制造简明手册表 2 126 取推杆直径为 3.2mm 。 推杆 强度校核 ： 89.232.32 38444 22 dn Q ecMPa T8A的 240sc，故 d =3.2mm 符合要求。 nts - - 31第 八 章 侧向抽芯机构设计 8.1 侧向抽芯机构的类型 由于本塑件的 下面有两个勾形的突出结构 ,它们均垂直于脱模方向，阻碍了成型后塑件从模具中脱出。因此，必须设置侧向抽芯机构。 抽芯机构按动力来源可以分为手动 侧抽机构 、机动 侧抽机构 、气动或液压侧抽机构 三大类。本套模具采用机动 侧 抽机构中的斜销分型抽芯机构。 机动侧 抽机构系指借助于注塑机的开模力或顶出力与合模力进行模具的侧向分型、抽 芯及其复位动作的机构。这类机构经济性好、效率高、动作可靠、实用性强。其主要形式有：弹簧分型抽芯、斜销分型抽芯、弯销分型抽芯、斜滑块分型抽芯、齿轮齿条抽芯等，其中以斜销分型抽芯用得最为广泛。 8.2 抽拔距的确定 将侧向型芯或侧滑块从成形位置抽拔或分开至不妨碍制品脱模得距离称为抽拔距 。一般抽拔距应大于制品的侧孔深度或凸台高度的 2 3mm 。 抽拔距的计算公式为： S mmS 321 mmrR 3222 (中国模具设计大典 式 9.7-1) 式中 S 分开拼合凹模所需的抽拔距（ mm ）； 1S 侧凹分开至不影响制品脱模的距离（ mm ） ； R 制品最大半径（ mm ） ; r 制品最小（侧凹处）半径（ mm ）。 本塑件 上 两
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