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机械毕业设计论文
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模具毕业设计67塑料挂钩座注射模具设计,机械毕业设计论文
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1 第一章 产品分析 1.1 塑件分析 1.1.1 结构分析 本次设计任务所提供的资料为塑件实体，如下图所示： 【图 1 1】塑件草图 由零件实体模型及二维草图可知，该零件总体形状为近似梯形，零件大端有两个伸出块及六角通孔，上方有两个小沉孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有诸多突出小块，加强筋等等，并且所有结构对称布置。在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型心对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来， 该零件属于较复杂程度。 1.1.2 尺寸精度分析 该零件的 重要 尺寸精度为 6 级， 其它尺寸精度为 7 8 级， 属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。 1.1.3 塑件厚度检测 塑件的厚度检测采用 Pro/Engineer 设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示： nts 2 从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为 4mm 左右，最小处小于 1mm，壁厚差较大，但大多处在 2 3mm 的范围之内，并综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。 1.1.4 表面 质量分析 该零件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。 综以上分析可知，注射时在工艺参数控制较好 的 情况下，零件 的 成型 质量 很容易得到保证。 1.2 塑件的原材料分析 塑件的材料采用聚碳酸脂（ PC），其性能参数如下： 1.2.1 基本资料 英文全名： Polycarbonate 结 构： 【图 1 2】厚度检测 【图 1 3】聚碳酸脂 nts 3 PC：耐冲击性相当高，属于工程塑料。 耐热性佳、低温安定性良好。 成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。 无毒 性。 1.2.2 机械特性 密度： 1.2 g/cm3 拉伸强度： 630kg/cm2 硬度： 70(Rockwell M) 吸水率： 0.24% 1.2.3 热物性质 线膨胀率 ： 3.8*10-5 cm/cm* 热变形温度 ： 135 1.2.4 成形加工性 射出成型温度： 230 310 射出成型压力： 1000 1400Kg/cm2 成形收缩率： 0.5% 0.7% 模具温度： 80 120 注射时间： 20 90 高压时间： 0 5 冷却时间： 20 90 总 周 期： 40 190 从以上资料分析可以得知，该塑料具较好的 各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；而由耐热性的观点来看， PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性 一般 ，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。 nts 4 第二章 拟定型腔布局 2.1 型腔 一般来说，精度要求高的小 型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，形状简单，又大批量生产时， 则 采用多型腔模具可使生产率提高。 型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。型腔的排布 及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。 型腔数量确定及型腔的排布 所谓型腔（ cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己 。 注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔 型腔。其凹入的部分称为凹模（ cavity），凸出的部分称为型芯（ core）。 2.2 型腔数目的决定 型腔数目的决定与下列条件有关。 a.塑件尺寸精度 型腔数越多时，精度也相对地降低， 1、 2 级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。 3、 4 级的精密级塑件，最多一模四腔。 b.模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。 c.注塑 成形的生产效益 多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 d.制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。 本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下： A=ty/3600+anc/m （摘自注塑模具设计要点与图列许鹤峰 陈言秋 编著 化学工业出版社） 式中： m：制品的生产总量 /个 A：成型每个制品所需费用，元 /个 nts 5 n：型腔数量，个 t：成型周期，秒 y：成型费用，元 /时 c：单个型腔模具制作费，元 /个 a：多个型腔模具制作费递减率， % anc：模具费用，元 然后假设型腔数量计算进行比较，求出 A 为最小值时的型腔数量，即为经济数量。 由上式可知，要想 A 为最小，只要 anc 为最小，所以 n 为 4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。 综合起来本模具采用一模四 腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。 2.3 型腔排布 在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。 本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择： a.如图 2 1 所示 ， 四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度： b.如图 2 1 所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两 个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。 综合以上两种方案考虑，故拟定第二种型腔布局方式，其尺寸计算将在后面的设计中完成。【图 2 1】 型腔布局 nts 6 第三章 塑件相关计算及注塑机的选择 3.1 塑件相关计算 3.1.1 投影面积计算 塑件的投影面积可以通过 PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出 ,如图 3 1 所示： 由分析可得： 注塑件投影面积 S=1008.76*4 4035mm2 3.1.2 体积及质量计算 体积及质量的计算也利用 PRO/ENGINEER 的分析模块自动计算获得（塑件密度由塑料模设计手册表 1 4 查得： =1.2g/cm3），如图 3 2 所示： 【图 3 1】 投影面积计算 nts 7 结果如下： 体积 = 4.9079263e+03 毫米 3 曲面面积 = 5.2316449e+03 毫米 2 密度 = 1.2000000e+00 公吨 / 毫米 3 质量 = 5.8895115e+03 公吨 故注塑件的体积为： V 4907.9 4=19631.6mm3 质量为： M 19.63 1.2 23.56g （注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内） 3.2 注塑机选择及注射工艺参数确定 3.2.1 注射机的选择 考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况，查塑料模设计手册附表 8，初步选用注射机为 XS-XY-60 型，其主要参数如下： 结构类型：卧式 【图 3 2】 体积及质量计算 nts 8 理论注射量 : 60cm3 注射压力： 12200N/cm3 锁模力 : 500kN 最大注射面积 :130cm2 最大模具厚度： 200mm 最小模具厚度： 70mm 喷嘴球半径 :12mm 喷嘴孔直径： 4mm 3.2.2 注射工艺参数确定 查塑料设计手册表 1 4，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择： 成型温度 /： 料桶温度：后段： 210-240 中段： 230-280 前段： 240-285 喷嘴温度： 240-250 模具温度： 90-110 注射压力 /MPa： 80-130 nts 9 第四章 分型面设计 4.1 分型面设计原则 分开模具取出塑件的面称为分型面，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影 响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。 分型面的确定主要应考虑以下几点： a.塑料在型腔中的方位 在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直的方向避侧凹或侧孔。 b.一般分型面与注射机开模方向垂直的平面，但也有将分型面作减倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工 困 难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。 c.分型面位置。 d.除了应开设在制件中断面轮廓最大的地方才能使 制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素： A.因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不 要 选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 B.从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚 较大 但内孔较小时，则对型芯的包紧力很 小， 常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。 4.2 分型面设计 根据本塑件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、 排气、塑件的外观质量等要求，主分型面的位置选择如下图所示： 【图 4 1】 分型面 nts 10 第五章 浇注系统设计 浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。 5.1 总体设计 在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择合适的进料口位置，采用 MoldFlow Plastic Adviser 分析软件对塑料进行分析，以便得到最合适的进料口，分析结果如下 图所示： 由 MoldFlow 分析结果不难看出，最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对成布置）： 【图 5 1】进料口分析 nts 11 【图 5 2】浇注系统 5.2 主流道设计 主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分，一般为圆锥形，锥度为 2 6，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，此处的主流道锥角： 5 主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径 d，一般应大于机床喷嘴直径 0.5 1mm 左右，通常取 d=3 6mm，查型腔模具设计与制造表 3 5，当材料为 PC，注射机最大注射量为 60g 时，选取 d=5mm，故主流道各部分直径如下图所示（其中 L 需根据模板厚度确定）： 5.3 分流道设计 分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均【图 5 3】主流道各部分尺寸 nts 12 衡地分配到各个型腔。 分流道截面形状和尺寸： 常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、 U 形、梯形、矩形等，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最 小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；梯形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为梯形形式。 分流道直径的计算，可由以下经验公式计算： 43 .7WLD （塑料模设计手册公式 5 57.P188） 式中： D 各级分流道的直径（ mm）； W 流经该分流道的熔体重量（ g）； L 流过 W 熔体的分流道长度（ mm）。 经估算得第一级和第二级分流道的直 径分别为 D1 5mm,D2 4mm，故各级分流道的尺寸如下图所示： 第三级分流道（即与进料口相连的那段分流道）设计为圆锥形，以便于脱模，其尺寸如图 5 5所示： 【图 5 4】分流道 nts 13 5.4 进料口设计 进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。 点进料口的直径通常以下式计算： 4d n c A (注塑 模具设计公式 5 61.P195) 式中： d 点进料口直径（ mm）； n 系数，依塑料种类而异，其中 PC 对应为 n 0.7 c 依塑件壁厚而异的系数。 这里我们直接查塑料模设计手册表 5 46，得 d 1.0mm 此外，点进料口与分流道的连接需要通过一个储料井，其具体形式如图所示： 【图 5 5】分流道 【图 5 6】储料井 nts 14 5.5 冷料的穴设计 冷料穴是为了防止冷料穴进入浇注系统的流道和型腔 ,从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴 ,本设计中冷料穴开设在主流道的末端。 5.6 浇口套及定位圈的设计 定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直经 D 为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。直经 D 一般比注射机孔直经小 0.1 0.3 毫米，以便装模。定位圈一般采用 45 号钢或 Q275 钢。定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的 M6 M8 的内六角螺钉，本设计采用 四个 M6 螺钉 固定 。浇口 套 的材料为 T10、硬度 HRC45；定位圈的材料为 45 刚， 硬度 HRC50,其尺寸设计如下图所示： 【图 5 7】浇口套与定位圈 5.7 塑件模流分析 在 PRO/ENGINEER 软件模具模块中进行分模及浇注系统创建后，即可自动产生铸模件，也就是注射成型时包括浇注系统在内 的 注射件，为了能够 更好的分析塑件的注射成型性能，我们还是使用MoldFlow 分析软件对其进行模流分析。 本设计使用的是 MoldFlow MPA 模块，即 Mold Plastic Adviser，使用 MoldFlow MPA 可对塑件进行简单的成型工艺分析，包括最佳浇口位置选择（前面已经使用）、流动分析，填充性能分析、成型质量预测、气泡与熔接痕分析，收缩痕分析等，如果要对塑件进行精确分析，还必须使用 MoldFlow设计软件的 MPI 模块，这里只进行简单分析，故只需使用 MPA 即可，使用 MPA 分析前需设定成型条件，由前面的设计选择成型条 件为： 预热温度： 115；料桶温度： 275，注射最大压力 130MPa；高压时间： 0.5s nts 15 5.7.1 冲模时间分析 【图 5 8】冲模时间 5.7.2 填充质量分析 【图 5 9】填充质量 nts 16 5.7.3 成型压力分析 【图 5 10】成型压力 5.7.4 压力降分析 【图 5 11】压力降 nts 17 5.7.5 流动前沿温度分析 【图 5 12】流动前沿温度 5.7.6 成型质量分析 【图 5 13】成型质量 nts 18 5.7.7 熔接痕分析 【图 5 14】熔接痕 5.7.8 气泡分析 【图 5 15】气泡 nts 19 5.7.9 分析报告 表 5-1 模流分析报告表 Moldability: Your part can be easily filled but part quality may be unacceptable. Confidence: Medium Injection Time: 0.87 sec Injection Pressure: 56.07 MPa Weld Lines: Yes Air Traps: Yes Shot Volume : 25.55 cu.cm Filling Clamp Force: 12.13 tonne Packing Clamp Force Estimate 20%: ( 11.21 )MPa 4.73 tonne Packing Clamp Force Estimate 80%: ( 44.86 )MPa 18.90 tonne Packing Clamp Force Estimate 120%: ( 67.29 )MPa 28.36 tonne Clamp Force Area: 40.82 sq.cm Cycle Time: 28.50 sec 5.7.10 结论 由以上分析可知，塑件较容易 充 模，但塑件质量可能存在问题，塑件可能产生熔接痕及气泡等缺陷，但成型条件如压力，温度等均符合要求，而浇口位置已靠近最佳浇口，故缺陷产生条件应为塑件本身结构所致。 解决办法：如结构允许，可考虑更改塑件结构，如使塑件壁厚趋向均匀等。 nts 20 第六章 模架选用及注射参数校核 6.1 模架 通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，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，因为标准件有很大一部分已 经标准化，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用的。 而标准件则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、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。 此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否 符合要求 ，尤其对大型模具，这一点尤为重要。 模架选择： 6.1.1 结构形式 这里我们选用的模架为国产标准模架，由于本模具采用的是点进料口自动脱浇道板设计，并且由于动模为嵌入式组合，故必须安装动模支撑板， 查实用模具技术手册 11.1.2塑料注射模中小型模架（ GB/T 12556.1-90），选取模架的基本形式为：点 AY 型，其结构如图 6 1 所示： 【图 6 1】模架 6.1.2 模板及组合精度 根据型腔尺寸及考虑侧向分型机构，选取模架尺寸为 250mm 300mm，各板的厚度尺寸由使用模nts 21 具技术手册表 11 2，考虑型腔厚度，选择定模板厚 25mm，动模板厚 40mm，脱浇道板厚 15，动模支撑板厚 35mm，座板厚度 25mm，垫块厚度 63mm。 动定模板孔位精度及与基准面的位置精度需达到互换。动模板、定模板的垂直 度、平行度、导柱孔距及至基准面边距的尺寸精度和模架组合技术要求如下： A.基准面垂直度误差 300： 0.02； B.模板厚度方向两平面平行度误差 300： 0.02； C.导柱导套孔距偏差 0.02mm ； D.导柱孔至基准面边距偏差 0.02mm ； E.组合 后 定动模固定板上下平面平行度误差 300： 0.02； F.组合后 分型面贴合间隙 0.03mm 6.2 开模行程校核 选取标准模架及 确定各模板尺寸后，我们就可以计算其开模行程并进行校核，以确定注射机的选择是否合理。 由于本设计采用的是点浇口形式，故为多分型面注射模，并且由于选用的注射机为 XS-ZY-125 型注射机，故最大开模行程 maxs 与模具厚度无关，如图所示，开模距离按下式计算： 【图 6 2】开模行程 1 2 3 5 1 0s H H H m m 其中 H1=60mm， H2=32mm， H3=10,故： s 110mm maxs nts 22 第七章 成型零部件设计 成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆、成型块等。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进 料口 、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等 在工作中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和磨擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服塑件的粘着力。成型零件 在充模保压阶段承受很高的型腔压力，它的强度和刚度必须在许可范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 7.1 成型零件的材料选择 构成型腔的零件统称为成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和侧抽芯部件。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨力以承受塑料的挤压力和料流的磨擦力和足够的精度和表面光洁度，以保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零件都应进行热处理，使其具有 HRC40 以上的硬度， 如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等。还应选择耐腐蚀的钢材。 根据塑件表面质量要求，查塑性成型工艺与模具设计附录 G（常用模具材料与热处理），本设计成型零件选用 3Cr2Mo 调质处理，硬度 55HRC,耐磨性号好且处理过程变形小。还有较好的电加工及耐腐蚀性。 7.2 成型零件结构设计 传统的成型零件设计方法一般为根据塑件结构及精度尺寸，并考虑塑料收缩率，计算出成型零件的工作尺寸，这种方法有以下几个缺点： A.自由曲面的设计比较难； B. 曲面的尺寸不易表达清楚； C.计算量大，设计效率低。 为了克服以上 缺点，本次设计中采用了目前在模具设计制造行业具有领先地位的 PRO/ENGINEER设计软件进行成型零部件的设计。 7.2.1 PRO/E 中的模具模块设计 利用 PRO/ENGINEER 内置的模具设计模块进行设计一般有以下几步： a.在设计的塑件外层生成一个大小合理的胚料，胚料即以后生成的凹模凸模的大小； nts 23 b.输入塑件材料的收缩率，为后面生成成型零件提供参数； c.用 cut 命令设计浇注系统的主流道、分流道及浇口（也可在生成模具成型零件后再完成浇注系统的设计）； d.用 parting surf 命令设计出分模面（包 括主分模面及侧 型芯 分模面）； e.采用 split 命令进行自动分模，生成成型零件，同时检测分模面是否有问题； f.用 molding 命令对模腔进行填充，生成浇注件。 g.用 mold opening 定义模具开模动作生成爆炸图。以下对凹模、凸模的设计分述。 1.分模面设计 由于塑件本身有诸多孔、缺口，以及侧抽芯孔等等 ,故在分模设计时需要把这些孔全部补上，侧抽芯也必须设计单独的分模面，模具才能够顺利的进行开模，通常把在 PRO/E 中进行补面的过程称为“靠破孔” ，设计如下图所示： 2.模具开模动作模拟及开模检测 在分 模面设计完成之后，可由分模面和坯料自动生成模具体积快和型腔，并进一步生成模具模仁及浇注件。在此基础上，就可以对分模设计进行相应的检测，如倒勾检测、拔模斜度检测等等，并可简单的模拟模具开模动作。 此外，由于暂时只对模具进行了公母模及侧滑块的简单划分，并没对其做具体的结构设计，所以此处的开模动作模拟也只是为了进行模具的倒勾检测及拔模检测。 开模图及各检测结果如下所示： 【图 7 1】分模面 【图 7 2】开模 nts 24 除模拟开模动作之外 ,我们还可以利用 PRO/ENGINEER 模具分析中的拔模检测功能 ,检查模具的拔模斜度 : 分别对定模和动模进行拔 模检测 ,其检测结果如下 : 结论 :综合以上分析可知，分模设计无倒勾存在，可顺利开模；而拔模检测图显示，模具的动定模两侧最小拔模斜度均为零度，不过考虑塑件的结构较小，并无大的拔模面存在，并且拔模距离均只有几个毫米，综合考虑，并不会对开模和塑件质量产生大的影响。 7.2.2 凹模结构设计 凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式和组合式两大类，而组合式又可分为嵌入式组合、镶拼式组合及瓣合式等。 1.整体式凹模 由一整块金属加工而成，其特点是牢固，不易变形，因此对于形状简单，容易制造或形状虽然比较 复杂，但保可以采用仿形机等殊须加工方法加工的场合是适宜的。整体结构有如下优点： a.成型零件的刚性好； b.模具分解组合容易； c.零件数量少； d.制品表面分型痕迹少； e.模具外形尺寸可以减少。 整体结构的缺点如下： a.难以排气； b.需要采用精密磨削加工； 【图 7 3】拔模检测 nts 25 c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形； d.当塑料制品形状复杂是，其型腔的加工工艺性较差 一般此类成型零件都是在淬 硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火花成型加工为主、铣削加工、磨削加工、电火花线切割为辅的加工方法，并且在先进的型腔加工机床还 未普遍应用之前，整体式型腔一般只用在形状简单的小形塑件的成型。 2.组合式凹模 组合式型腔是由两个以上零件组合而成的。这种型腔改善了加工工艺性，减少了热处理变形，节约了模具贵重材料，但结构较复杂，装配比较麻烦，塑件制品表面可能留有镶拼痕迹，组合后的型腔牢固性较差。因此，这种型腔主要用于形状复杂的塑料制品的成型。 组合式型腔的组合形式很多，常见的有嵌入式、镶拼式及瓣合式几种： 嵌入式组合型腔： a.整体嵌入式组合型腔。对于小型塑件采用多型腔塑料模成型时，各单个型腔一般采用冷挤压、电加工、电铸等方法制成，然后整 体嵌入模中。型腔镶件的外形通常是带台阶的圆柱形，先嵌入型腔固定板后，再用支撑板、螺钉将其固定；如要求严格定位时，可用销钉或平键定位防转。 此型腔形状及尺寸一致性较好，更换方便，可节约贵重金属，但模具体积较大，用特殊加工法。 b.局部镶嵌式组合型腔。为了加工方便或由于型腔某一部位容易磨损，需要更换者采用局部镶嵌的办法，此部位的镶件单独制成，然后嵌入模体。 此外还有镶拼式、瓣合式等组合型腔形式，在此不做阐述。由以上的比较容易看出，当塑件较小，形状较为复杂式，并且一模多腔成型时，采用嵌入式组合型腔是较为合理的选择 ，故此例选用的凹模形式即为整体镶嵌式，四个型腔分为四个镶块，固定方式采用支撑板固定，故不需要安装螺钉，其结构如图所示： 图 7 4】凹模 nts 26 【图 7 5】型腔镶块 7.2.3 凸模结构设计 凸模设计的方法与凹模设计方法基本一样，由塑件的结构形式可知，凸模也采用局部镶嵌形式，考虑定模部分无支撑板 ，故镶块的固定形式不同 于 凹模镶块，而采用 内六角圆柱螺钉固定： 【图 7 6】凸模 nts 27 【图 7 7】型芯镶块 7.2.4 型腔型芯尺寸计算： 由于本设计采用 PRO/ENGINEER 设计软件，所以型腔及型芯的各尺寸 可在 PRO/ENGINEER 中设置塑性材料的收缩率后自动得到，故在此不做手工计算， 型腔尺寸参见附图 -型芯镶块 。 nts 28 第八章 侧向分型抽芯机构设计 当塑件侧壁上带有的与开模方向不同的内外 侧 孔或侧凹等阻碍塑件成型后直接脱模时，必须将成型侧孔或侧凹零件做成活动的，这种零件称为侧型芯（俗称活动型芯）。在塑件脱模前必须先抽除侧型芯，然后再从模具中推出塑件，完成侧型芯的抽出和复位的机构即叫做侧向分型抽芯机构。本设计中，塑件的一端有两个侧孔，故必须设计侧向分型抽芯机构，模具才能顺利脱模。 8.1 侧向分型抽芯机构类型选择 侧向分型抽芯机构根据动力来源的不同，一般可将其分为机动、液压或气动以及手动等三大类型。 机动侧向分型与抽芯机构是利用注射机开模力作为动力，通过有关传动零件使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑料制品中抽出，合模时又靠它使侧向成型零件复位。这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯无需手工操作，生产率较高，并且机动抽芯具有较大的抽芯力，抽芯距大，故生产中广泛采用，故本设计采用机动侧向分型抽芯机构。 机动抽芯按传动方式又可分为斜导柱分型与抽芯机构、斜滑块分型与抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构和其它形式抽芯 机构，本设计选用斜导柱分型与抽芯机构。 8.2 抽芯距确定与抽芯力计算 8.2.1 抽芯距 侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置导不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离成为抽芯距，通常用 s 表示。此外，为安全起见，侧向抽芯距离通常壁塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大 2 3mm。 由图 8 1 可知，本塑件的侧孔即六角孔的深度为 3.5mm，故抽芯距： s 3.5 2 3（ mm），取 s 6mm 8.2.2 抽芯力 抽芯力的计算同脱模力的计算相同，对于侧向凸起较少的塑件的抽芯力通常比较小，仅仅是克服【图 8 1】抽芯 距 nts 29 塑件与侧型腔的粘附力和 侧型腔滑块移动时的摩擦阻力。对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下的公式进行估算： ( c o s s i n )CF c h p (塑料成型工艺与模具设计 5 59) 式中： CF 抽芯力 (N） c 侧型芯成型部分的截面平均周长 (m)； h 侧型芯成型部分的高度 (m)； p 塑件对侧型芯的收缩应力（抱紧力），其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件取 (0.8 1.2) 107Pa，模外冷却的塑件取 (2.4 3.9) 107Pa； 塑料在热状态时对刚的摩擦系数，一般取 0.15 0.2； 侧型芯的脱模斜度或倾斜角 ( )，这里 0。 故此塑件的侧抽芯力应由两部分组成：六角孔和孔外测壁部分，带入数据计算可得： CF =(0.002 6)*0.004-(0.0028 2)*0.0015*1 107*cos0*4 = 256(N) 8.3 斜导柱分型与抽芯机构零部件设计 8.3.1 斜导柱的设计 斜导柱时分型抽芯机构的关键零件。它决定了抽芯力与抽芯距的大小，其设计主要包括斜导柱形状、尺寸及倾角大小。 1.斜导柱截面形状： 常见的斜导柱进面形状有圆形和矩形，圆 形截面加工方便，装配容易，应用较广；矩形截面在相同截面条件下，具有较大的断面系数，能承受较大的弯矩，虽然加工较难，装配不便，但在实际生产中仍有使用，此设计选择圆柱形截面。 2.斜导柱斜角的确定： 斜导柱的斜角 是斜导柱抽芯机构的一个主要参数。它的大小涉及导开模力、斜导柱所受的弯曲力、滑块实际抽芯力以及开模行程等的小，其关系如下： c o sF F F 正 弯 抽= = / s i n t gF F F开 弯 抽= 式中： F弯 斜导柱所受的弯曲力； F正 斜导柱所用于滑块的正压力，它等于斜导柱所受的弯曲力； F抽 抽拔出侧型芯所需要的抽芯力； nts 30 F开 抽出侧型芯所需要的开模力； 斜导柱的斜角。 由以上式子可知，当斜角增大时，要获得相同的抽芯力，则斜导柱所受的 弯曲力要增大，同时所需要的开模力也增大。因此，从希望斜导柱受力较小的角度考虑，斜角越小越好；但当抽芯距为一定值时，斜角的减小，必然单质斜导柱工作部分长度的增加及开模行程的加大，而开模行程受到注 射机开模行程的限制，而且斜导柱工作长度的加长会降低斜导柱的刚性，所以综合考虑，在生产中斜角一般采用 15 20，最大不超过 25，此设计选取 : 18 3.斜导柱尺寸计算： 直径： 斜导柱直径主要受弯曲力的影响，由塑料成型工艺与模具设计 P194.斜导柱的直径 计算，可用查表方法确定斜导柱的直径，由抽芯力和斜角查塑料成型工艺与模具设计表 5 20 得最大弯曲力F 为 3kN，再由 F 和 H （侧型芯滑块受得脱模力作用线与斜导柱中心线得交点导斜导柱固定板的距离）查表 5 21 得斜导柱直径为 15mm，但考虑侧滑块宽度较大，因此将在每个侧滑块上安装两个斜导柱，故取斜导柱直径为： d 10mm 长度： 斜导柱的长度图见图 8 2，其 工作长度 与 抽芯距 有 关： 【图 8 2】斜导柱 nts 31 / sin6 sin 1 81 9 .4Lsmm 斜导柱的总长度与抽芯距、斜导柱的直径和倾斜角以及导柱固定 板 厚度等有关。斜导柱总长为： 1 2 3 4 52 5 1 02 c o s 2 s i nzL L L L L Ld h d st g t g m m 式中： zL 斜导柱总长度； 2d 斜导柱固定部分大端直径； h 斜导柱固定板厚度，此处即为定模板厚度 -10mm； d 斜导柱工作部分直径； s 抽芯距。 经计算得到斜导柱总长度为： 1 9 . 4 1 7 . 9 5 1 0zL : 取 45zL mm 8.3.2 侧滑块设计 侧滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零部件，滑块的结构可分为整体式和组合式两种 ：在滑块上直接制出侧型芯或侧向型腔的结构称为整体式，这种结构仅适于形状十分简单的侧向移动零件；在一般的设计中，把侧向型芯或型块和滑块分开加工，然后再装配再一起，这就式所谓的组合式结构，本设计采用组合式结构，滑块与侧型芯联接方式如下图所示： 【图 8 3】侧型芯与滑块的联接 nts 32 侧向型芯是模具的成型零件，材料选择为 45 刚，热处理要求硬度 HRC 55,滑块用 T8 制造，要求硬度 HRC 40。 8.3.3 导滑槽设计 导滑槽采用 T 型槽的形式，具体结构如图所示 ： 导滑槽采用整体式，导滑槽与滑块导滑部分采用 H8/f8 间隙配合，表面粗糙度 0.8aRm 。 8.3.4 楔紧块设计 楔紧块形式采用如图 8 2 中所示的销钉定位、螺钉紧固的形式，其缩紧角 为保证斜面能在合模是压紧滑块，而在开模时又能迅速脱离滑块，以避免楔紧块影响斜导柱对滑块的驱动，一般都应壁斜导柱倾斜角大以斜，即 2 3 1 8 2 3 取： 20 8.3.5 滑块定位装置设计 滑块定位采用弹簧拉杆挡块式，如下图所示： 【图 8 4】导滑槽结构 【图 8 5】滑块定位装置 nts 33 其中压缩弹簧的重量为滑块的 2 倍左右，压缩长度取抽型距的 1.3 倍，拉杆长度计算公式如下： 2 0 . 8 4ldL d s t L d （塑料成型工艺与模具设计公式 5 75.P199） 式中： lL 拉杆的长度； d 拉杆的直径； s 抽芯距； t 挡块的厚度； dL 弹簧的自由长度； 2d 拉杆旋入滑块中的长度； 4d 拉杆端部拧入垫圈及六角螺母的长度。 取 d=6mm,t=5mm,Ld=15mm,又 s 3.5mm,故拉杆总长度为： 2 6 6 5 0 . 8 1 5 4 659lL mm nts 34 第九章 合模导向机构设计 9.1 导向机构 导向机构对于塑料 模具是必不可少的部件，因为模具在闭合时有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构 导向机构的主要作用一般包括定位、导向、承受一定侧压等。 在对导柱结构设计时，必须考虑以下要求： a.长度 导柱的长度必须比凸模端面要高出 68 毫米。以免导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。 b.形状 导柱的端部做成锥形或球形的先导部分，使导柱能顺利进入导柱孔。 c.材料 导柱应具有硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯，因此，多采用低碳钢经渗碳淬火处理。或碳素工具钢（ T8、 T10）经淬火处理硬度 HRC5055， 导柱滑动部位按需要可设油槽。 e.配合精度 导柱装入模板多用七级精度过渡配合。 f.光洁度 配合部分光洁度要求 7 级，此外，导柱的选择还应跟椐模架来确定。 9.1.1 导柱 本设计所选用的模座为 点 AY 2530 A25 B40 SB63 (注点表示点浇口模座， AY表示模座系例 2530 表示模座的宽度及长度尺寸 ,A25 表示上模板高度即母模板厚度 B40 表示下模板及公模板厚度 SB63表示垫脚高度 ) ，查使用模具技术手册，得导柱直径为 25mm，结构选取带台肩导柱形式，导柱安装在定模 座板，考虑其它模板厚度，确定其结构如图所示： 9.1.2 导套 结构：导套的选择应根据模板的厚度来确定，本设计在脱浇道板、中间板和动模板上各设置一导套，典型的导套可分为直导套合带头导套，直导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没【图 9 1】导柱 nts 35 有垫板的场合，带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合，本设计除分流道推板上的导套采用直导套外，其它均采用带头导套形式，其具体结构如图所示： 【图 9 2】导套 其中导套的长度 d 为各模板厚度 d0-2 3mm。 材料：导 套与导柱 均采用 T8 制造， 且导套 硬度应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛，导套固定部分合导滑部分的表面粗糙度选取 0.8aRm 。 固定形式及配合精度：导套的固定采用侧面开环形槽，紧固螺钉固定， 带头导套 用 H7/k6 配合 ，无头导套采用 H7/n6 配合 镶入模板 。 9.1.3 导柱与导套的配用 由于模具的结构不同，选用的导柱和导套的配合形式也不同，本设计采用 H7/f6 配合 ,其结构如下图所示 : 【图 9 3】导柱 导套配用形式 9.1.4 导柱布置 根据模具的形状的大小，在模具的空闲位置开设导柱孔和导套孔，常见的导柱有 2 至 8 不等，其nts 36 布置原则必须保证定模只能按一个方向合模，本设计采用导柱设计四根。 9.2 定位装置 9.2.1 拉杆 由于本设计为 多 分型面开模，在定模一侧设置了脱浇道板，即分流道推板，故必须设置拉杆，以便在浇注系统顺利脱模后，开始进行塑件的开模及顶出，拉杆的设计结构如图所示： 【图 9 4】拉杆 拉杆和长度由各模板厚度及开模行程决定，拉杆长度： mmL拉 杆 =68 拉杆直径： mmD 拉 杆 =18 9.2.2 拉板 在开模进行到一定距离时，要使分流道推板与中间板分型，浇注系统顺利脱模，必须在中间板和定模板上设置推板，具体结构如下： 【图 9 5】拉板 其中拉板槽的长度只要能保证塑料能从动模推出即可，由塑件尺寸确定 L=32mm。 nts 37 第十章 脱模机构设计 10.1 脱模装置 在注射成型 的每一循环中，塑件必须由模具型腔中脱出 ，脱出塑件的机构称为脱模机构或顶出机。 脱模机构由顶杆、顶 杆 固定板、顶出板、回程杆、拉料杆、回程弹簧组成，其中，勾料杆的作用是使浇注系统自动脱离塑件，并从模具中顺利脱落，顶杆用来顶制品，顶出固定板，用来固定顶杆，回程杆，利用回程弹簧起复位导向作用。 脱模机构可按动力来源分类也可按模具结构分类 : a、按动力来源分类。分为手动脱模、机 动 脱模、液压脱模、气动脱模，本设计采用液压脱模。即在注射机上设有专用的顶出油缸，并开模到一定距离后，活塞的动作实现脱模。 b、按模具结构分类。分为简单脱模机构、双脱模机构、顺序脱模 机构、二级脱模机构、浇注系统脱模机构等。 10.1.1 推出机构的设计设计原则 a、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。 b、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其所在部位，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相重合。 由于塑料收缩时包紧型芯，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的部位，作用面积也应尽课能大一些，以防塑件变形或损坏。 c、力求良好的塑件外观，在选择顶 出 位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件 外观影响不大的部位。在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。 d、结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易且具有足够的刚度和强度。 由塑件结构考虑，本设计采用的顶出机构是顶杆顶出机构。 10.1.2 顶杆的机构特点 顶杆加工简单，更换方便，脱模效果好，顶杆设计的注意事项： a、顶出位置顶杆的顶出位置应设在脱模阻力大的地方，顶杆不宜设在塑作最薄的处，以免塑件变形或损坏，当结构需要顶在薄壁处时，可增 加 顶出面积，来改善塑件受力状况。此时，一般采用顶出盘顶出，此设计的顶杆放置在产品的中央。 b、顶杆 直径不宜过细，应有足够的刚度承受顶出力，当结构限制顶出面积较小时，为了避免细长杆变形，可设计成阶梯形顶杆。 c、配位置顶杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出 0.05 1mm，否则，会影响塑件使用。 nts 38 d、数量不保证塑件质量，能够顺利脱模的情况下，顶杆的数量不宜过多。当塑件不许可有顶出痕迹，可用顶出耳的形式脱模后将顶出耳剪掉。 10.1.3 脱模机构有关计算 塑件在成型时，由于尺寸上的收缩，所以对模具的凸出部分有抱紧力。脱模机构的负荷就时这种抱紧力在脱模方向上形成的阻力。脱模力的计算一般包括两部分：塑件从模 具上脱出时的摩擦阻力和使封闭壳体脱模时须克服的真空吸力，即： cbQ Q Q 其中： Q 总脱模力； Qc 摩擦阻力； Qb 真空吸力，一般为 0.1 A（ MPa）。 初始脱模力的计算可由塑料模设计手册公式 5 19，本设计塑件可近似看做厚壁矩形件，故计算公式如下 : 2 (
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