模具毕业设计75玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计.doc
模具毕业设计75玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计
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模具毕业设计75玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计,机械毕业设计论文
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1 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 课题研发背景及意义 . 3 1.3 玩具四驱车底座注塑模设计基本设计思 路 . 4 第 2 章 工艺分析 . 5 2.1 产品三维造型 . 5 2.2 塑件使用材料的分析 . 7 2.3 塑件结构工艺性分析 . 8 第 3 章 模具设计 . 8 3.1 概述 . 9 3.2 确定型腔数目 . 错误 !未定义书签。 3.3 注射机型号确定 . 9 3.4 注射机及型腔数目的校核 . 错误 !未定义书签。 3.5 浇口设计 . 12 3.6 冷料井的设计 . 14 3.7 分型面的设计 . 14 3.8 侧向抽芯机构的设计 . 15 第四章 和模导向机构设计 . 16 4.1 机构的作用 . 16 4.1.1 导向机构的作用 . 16 4.1.2 定位机构的作用 . 16 4.2 导向机构的总体设计 . 16 4.3 导柱的设计 . 16 4.4 导套的设计 . 17 4.5 导柱与导套的配合形式 . 17 4.6 脱模阻力的计算 . 17 第五章模架的确定和标准件的选用 . 错误 !未定义书签。 5.1 模架的选用 . 错误 !未定义书签。 5.2 凹模部分的结构设计 . 错误 !未定义书签。 5.2.1 形式 20 5.2.2 尺寸的计算 .20 5.3 凸模部分的结构设计 .22 nts 2 结束语 . 26 参 考 文 献 . 27 致 谢 . 29 附录 .30 nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 引言 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，所以模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“ 整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总产值 9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。 改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在 1989年 3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。近年来，我国模具工业每年都 以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。据统计，我国现有模具生产厂近 2万家，从业人员约 50万人，“九五”期间的年增长率为 13%. 2000 年总产值为 270亿元，占世界总量的 5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为 1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。 目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的 20%左右，其中，中高档模具进口比例达 40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快 ，等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的nts 2 省份是广东和浙江，这 2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。 随着世界五金、电子、仪表、电器和机械塑料工业高速发展 ,我国塑料工业异军突起，而塑料工业的高速发展又对塑料模具工业的发展起到了推动作用同时也对它提出了越来越高的要求。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主 要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。目前我国塑料模具约占模具工业总产值 3035。国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，因为注塑成型可以对形状复杂的塑料产品实现一次成型，是一种高效率、大批量的生产方式。仅汽车行业就需要各种塑料制品 36万吨其中 80以上的产品通过注塑生产。电子电器如电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超 过 1000万台；彩电的年产量已超过 3000 万台。到 2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30，塑料管的普及率将达到 5O，这些都会大大增加对塑料模具的需求量。 注塑模具的优劣直接影响注塑成型的质量。注塑模具行业，欲要加工出高精度、高质量、复杂型面的注塑模具必须借助先进的计算机辅助设计和制造软件、编制合理的加工工艺规程、选择合适的加工设备和刀具、设定最佳切削用量，这是保证加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度的有效途径。为了能够为注塑加工商生产出可节约投资成本和时间成本，以及提高注塑生产效率 的模具，模具制造商们不断使用新材料和新技术，而这些新材料和新技术则在一定程度上代表了注塑模具制造的新趋势。有一种新材料能够降低注射模具制造商的投资成本和时间成本。这种新合金名为钴铬 MP1，专为在快速成型 (RP)设备上采用金属激光直接烧结 (DMLS)工艺而开发。该种钴铬合金被证明具有高强度、耐高温性能和抗腐蚀性能。该合金的洛式硬度在 30 40之间，能够生产小型复杂的模具产品，而这些产品目前通常需要采用电火花加工或者机加工方法来制造。 使用潜入式浇口嵌件消除可见的浇口痕迹这种潜入式浇口嵌件来自干德国的 i-mold公司，其注射点被设计在制品的末端 ，而流道从前端开放从而使浇口表面定位在制品上不显眼的地方。例如，在制品外沿肋筋底部的侧浇口，人们是不能看到明显的浇口痕迹的。少用抛光，多用涂层。美国 Bales模具服务公司是一家为注射模具提供抛光和电镀服务的公司。出于为客户降低成本的考虑，该公司现在已很少 采用特级 EDM抛光技术，取而代之的是采用电镀技术在模具表面形成涂层。众所周知，填料会缩短注塑模具的寿命。随着注射成型中填料的用量越来越大，填料对模具造成的腐蚀和磨损的问题日益突nts 3 显。而为模具增加镀层，如 Nicklon(一种镍一 PTFE镀层 )和 Nibore(镍硼氮化物 )则能起到很好的保护作用。同时与价格昂贵的塑料润滑添加剂相比，这些镀层又非常便宜。 在现代模具生产中，对塑件的美观度及功能要求的越来越高，塑件内部结构设计也越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加 ，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床 、数控系统、刀具系统、 CAD CAM 软件等相关技术推动下， 高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响 ，改变了传统模具加工采用的 “退火一铣削加工一热处理一磨削”或“电火花加 工一手工打磨 、抛光”等复杂冗 长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。同时还可以利用三坐标测量仪，结合三位软件，快速造型缩短模具设计周期。 1.2 课题研发背景及意义 随着世界五金、电子、仪表、电器和机械塑料工业高速 发展 ,我国塑料工业异军突起，而塑料工业的高速发展又对塑料模具工业的发展起到了推动作用同时也对它提出了越来越高的要求。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。目前我国塑料模具约占模具工业总产值 3035。国内塑料模具市场以注塑模 具需求量最大，因为注塑成型可以对形状复杂的塑料产品实现一次成型，是一种高效率、大批量的生产方式。仅汽车行业就需要各种塑料制品 36万吨其中 80以上的产品通过注塑生产。电子电器如电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000万台；彩电的年产量已超过 3000 万台。到 2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30，塑料管的普及率将达到 5O，这些都会大大增加对塑料模具的需求量。 注塑模具的优劣直接影响注塑成型的质量。注塑模具行业，欲要加工出高精度、高质量、复杂型面的注塑模具必须借助先进的计算机辅助设计和 制造软件、编制合理的加工工艺规程、选择合适的加工设备和刀具、设定最佳切削用量，这是保证加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度的有效途径。为了能够为注塑加工商生产出可节约投资成本和时间成本，以及提高注塑生产效率的模具，模具制造商们不断使nts 4 用新材料和新技术，而这些新材料和新技术则在一定程度上代表了注塑模具制造的新趋势。 因而，玩具四驱车底座成型技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关塑件产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新，将会产生显著的经济价值。 1.3 玩具四驱车 底座注塑模设计基本设计思路 该制件的的结构复杂，材料为 ABS，制件的最大尺寸如下图所示。在选择分型面的时候要特别注意。零件侧编的孔采用侧向抽芯成型。模具采用侧向抽芯时结构会比较复杂，各个机构制件不可以发生干涉。 初步确定模具步骤为：塑件的工艺分析、确定型腔数目、注射机的选择、浇注系统的设计、确定主要零件结构、选择模架、成型零件的设计、侧向抽芯机构的设计、导向机构的设计、冷却系统的设计、模具排气槽的设计、校核。通过 UG 对零件进行三维造型，并使用 UG 中的模具设计模块进行型芯型腔的分模，便于模具整体的设计和零件图的绘制。 图 1.1 零件三维造型图 nts 5 第 2 章 工艺分析 2.1 产品三维造型 图 2.1 零件三维图 图 2.2 零件三维图 2.2 塑件使用材料的分析 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物 ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此 ABS树脂具有突出的力学性能和 良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。 ABS 为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同，在 160190 范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于 285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。 ABS 熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降。 ABS 吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在 0.2%0.45%之间，但由于熔体粘度不太高，故对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干燥可 使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在 8090下干燥 23h,可以满足各种成型要求。 ABS 具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为 0.3%0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是 ABS塑nts 6 料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更长采用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型。 使用性能： 综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。 耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。 水、无机盐、碱、酸对 ABS几乎无影响。 尺寸稳定，易于成型和机 械加工，与 372 有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。 成型性能： 无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。 吸湿性强，含水量应小于 0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。 流动性中等，溢边料 0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、 AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易 分解（分解温度为 250 C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 50 60 C，要求光泽及耐热型料宜取 60 80 C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180 230 C，注射压力为 100 140 MPa，螺杆式注塑机则取 160 220 C， 70 100 MPa为宜。 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热 可消失）。 ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取 1 以上。 在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。 ABS 主要技术指标： ABS 树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性，又增加了弹性、强度（、耐热和耐腐蚀性，且表面硬度高、耐化学性好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变 ABS 的各种性能，故 ABS 工程塑 料具有广泛用途，主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。 允许使用温度范围 -40到 80。 nts 7 表 2.1 ABS 热物理性能 表 2.2 ABS 力学性能 屈服强度（ MPa） 50 抗拉强度 (MPa) 38 断裂伸长率 ( ) 35 拉伸弹性模量 (GPa) 1.8 抗弯强度 (MPa) 80 弯曲弹性模量 (GPa) 1.4 抗压强度 (MPa) 53 抗剪强度 (MPa) 24 冲击韧度 (简支梁式 ) 无缺口 261 布氏硬度 9.7R121 缺 口 11 表 2.3 ABS 电气性能 表面电阻率（ ） 1.2 1013 体积电阻率（ m） 6.9 1014 击穿电压（ KV/mm） 介电常数（ 106Hz） 3.04 介电损耗角正切（ 106Hz） 0.007 耐电弧性 (s) 50 85 四、 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施： 主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为 70C左右热变形温度约为 93 C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。 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。 密度 (g/ cm) 1.02 1 05 比热容 (J kg-1K-1) 1255 1674 导热系数 (W m-1 K-1 10-2) 13.8 31.2 线膨胀系数 (10-5K-1) 5.8 8.6 滞流温度 ( C) 130 nts 8 2.3 塑件结构工艺性分析 图 2.3 零件侧边 该塑件的尺寸并不大，但是结构非常复杂。侧边的孔需要采用侧向抽芯成型。同时 零件作为玩具四驱车上的主要结构件需要具有一定的抗冲击性并且要保证一定的精度，并且考虑设计出来的零件其加工制造的可行性。 材料最终选定为 ABS,其综合性能优异， 具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成型收缩率小，理论计算收缩率为 0 5 ；溢料值为 0 04 mm；比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮 图 2.4 零件工程图 nts 9 第 3 章 模具设计 3.1 概述 在对玩具四驱车底座零件工艺性分析的基础上，通过经验设计与数值模拟相结合的方法，最终确定了零件成形的最佳工艺方案。再根据该工艺方案，确定成形最终零件形状，因此，成形模具的设计是本课题的一个比较关键的问题 3.2 确定型腔数量 一 般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑 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（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。型腔的数目可根据模型的大小情况而定 。 型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。 考虑到四驱车底座结构复杂，需要侧向抽芯机构和大量的推杆，采用一模一腔结构。 3.3 注塑机型号的确定 除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模 力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。 有关塑件的计算 体积 = 13.9420934 （ cm） 曲面面积 = 8.7216837 （ cm2） 密度 = 1.05 (g/ cm） 质量 = 4.1391980 (g) 注射机型号的确定 根据塑件的体积初步选定用 XS-Z-60（卧式）型注塑 机。 SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表： nts 10 表 3.1 注塑机的主要参数 理论注射容积 (cm） 60 螺杆直径 (mm) 30 注射压力 (MPa) 180 注射速率 (g/s) 70 塑化能力 (g/s) 35 螺杆转速 (r/min) 0 200 锁模力 (kN) 400 拉杆有较距离 (mm) 220 300 移模行程 (mm) 250 模具最大厚度 (mm) 250 模具最小厚度 (mm) 150 锁模形式 双曲肘 模具定位孔直径 (mm) 80 喷嘴球半径 (mm) SR10 喷嘴 口孔径 (mm) 3 模板尺寸 (mm) 200 315 图 2.4 所选注射机喷嘴及模板参数 3.4 注射机及型腔数量的校核 、注射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。 nts 11 在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即 V = nVz + Vj 或 M = nmz + mj 式中 V（ m） 一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量 (cm或 g）； n 型 腔数目 Vz（ mz） 单个塑件的容量或质量 (cm或 g）。 Vj（ mj） 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量 (cm或 g）。 故应使 nVz + Vj 0.8Vg 或 nmz + mj 0.8mg 式中 Vg（ mg） 注射机额定注射量 (cm或 g）。 根据容积计算 nVz + Vj = 26.5672 0.8Vg 可见注射机的注射量符合要求 、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射成型时，塑 件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系： nA1 + A2 A 式中 A 注射机允许使用的最大成型面积 (mm2） 其他符号意义同前。 注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即： (nA1 + A2)p F 式中符号意义同前。 所以需要 2 40 95+9 80=83200 A 查得 ABS的平均成型压力为 30（ cm2/MPa） （ 2 4 9.5+0.9 8） 30=83.2 30=2.5 F nts 12 符合要求 、最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为它的最高压力 pmax,应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即： pmax Kp0 很明显，上式成立，符合要求。 、模具与注射机安装部份的校核 喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。 模具厚度 模具厚度 H（又称闭合高度）必须满足： Hmin H Hmax 式中 Hmin 注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距； Hmax 注射机允许的最大模厚。 注射机允许厚度 150 H 250 符合要求。 、开模行程校核 开模行程 s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模： Smax s = H1 + H2 + 5 10mm 式中 H1 摧出距离（脱模距离）（ mm）； H2 包括浇注系统凝料在内的塑件高度（ mm）。 开模距离取 H1 = 20 包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40 余量取 8 则有： Smax s = 20+20+28 =68 符合要求。 3.5 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。 nts 13 浇口的主要作用是： 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流； 易于切除浇口凝料； 对于多型腔的模具，用以平衡进料； 浇口的面积通常为分流道面积的 0.03 0.09。浇口的截面有矩形和圆形两种。浇口长度约为 0.5 2 mm左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。 浇口的形式及特点 综合点浇口呼侧浇口两种浇口形式的优缺点，采用 点浇口 。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。 浇口尺寸的确定 浇口结构尺寸可由经验公式 ，并由塑料模具技术手册之轻工模具手册之一中图 3-31 查得，浇口深度 h = 0.5 2.0 h = n t = 0.8 取 h = 1 （ mm） 式中 h 浇口深度（ mm） ; n 塑料系数，由塑料性质决定； t 塑件壁厚（ mm） . 浇口位置的选择 浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则： 避免塑件上产生缺陷； 浇口应开设在塑件截面最厚处； 有利于塑料熔体的流动； 的利于型腔的排气； 考虑塑件受力情况； 增加熔接痕牢度； 流动 定向方位对塑件性能的影响； 浇口位置和数目对塑件变形的影响； 校核流动比； 防止型芯或嵌件挤压位移或变形。 nts 14 此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。 图 3.1 浇口套 3.6 冷料井的设计 在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约 10 25mm的深度有个温度逐 渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井（冷料穴）。 图 3.2 冷料井 3.7 分型面的设计 分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与 模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。 分型面的形式 为了拉断和拉出冷料，取出塑件，设计两个分型 面。 分型面的设计原则 nts 15 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。 选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则： 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 保证塑件的精度 满足塑件的外观质量要求 便于模具制造加工 注 意对在型面积的影响 对排气效果 对侧抽芯的影响 在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。 分型面的确定 根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图： 图 3.3 模具分型面 3.8 侧向抽芯机构的设计 侧型芯具体尺寸的确定 1、 侧抽芯的基本尺寸 根据模具的整体结构尺寸和抽芯机构抽芯距及抽芯力的计算，可确定 抽芯机构型芯部分侧型芯的具体尺寸如下图： 2、 侧抽芯的导滑形式 采用圆形导滑孔，侧抽芯与导滑孔之间是间隙配合，配合精度可选 H8/f7或 H8/f8，导滑孔硬度应达到 HRC52 56。 3、为了开之前，侧抽芯机构能够顺利地实现抽芯动作，需在型芯固定板上装 4个对称布置的弹簧顶销。 nts 16 （ 1）顶销为圆头销：材料 35钢、热处理 43 48HRC （ 2）弹簧的规格及尺寸： 圆柱螺旋压缩弹簧：材料 65Mn、型号为 1.6 12 24 7类 此弹簧受变负荷作用，次数在 106次以上，最大工作负荷为 103.55N。 3、 该模具在开模时同由于弹簧顶销差距的作用，使得开模过程是先实现侧抽芯动作后再开模，因此不会造成塑件纵向开模时损坏的情况。 nts 17 第四章 合模导向机构的设计 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。 4.1 机构的 作用 4.1.1导向机构的 作用 定位作用； 导向作用； 承载作用； 保持运动平稳作用。 4.1.2定位机构的 作用 对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。 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。 此模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。 4.2 导向结构的总体设计 （ 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，防止导柱和导套压入后变形； （ 2） 该模具采用 4 根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置； （ 3） 该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上； （ 4） 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板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角； （ 5） 各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行； （ 6） 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； nts 18 （ 7） 当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 4.3 导柱的设计 （ 1） 该模具采用带头导柱，且不加油槽； （ 2） 导柱的长度必须比凸模端面高度高出 6 8mm； （ 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，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为 20； （ 5） 导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按 H7/m6配合。导柱滑动部分按 H7/f7或 H8/f7的间隙配合； （ 6） 导柱工作部分的表面粗糙度为 Ra0.4 m； （ 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 55HRC以上或 45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度 55HRC以上。 4.4 导套的设计 （ 1） 结构形式：采用带头导套（型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度； （ 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 H8/f7或 H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为 Ra0.4 m。导套外径按 H7/m6或 H7/k6 配合镶入模板； 4.5 导柱与导套的配合形式 导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如下图所示： 图 4.1 导柱导套 nts 19 4.6 脱模阻力计算 塑件壁厚与其内孔直径之比小于 1/20，为薄壁壳体形塑件，且塑件断面为矩环形，故所需脱模力的计算公式如下： )N(10)1( )(cos81BK tgftLQ 式中 E 塑料的拉伸模量（ MPa）（可由表查得 ABS的拉伸模量为 1.91 1.98）； 塑料成型平均收缩率 (%)(可由表查得 ABS成型平均收缩率为 0.4 0.7)； t 塑件的平均壁厚（ mm）； L 塑件包容型芯的长度（ mm）； 塑料的泊松比（可由表查得 ABS 的泊松比为 0.38）； 脱模斜度（该模具脱模斜度选定为 2）； f 塑料与钢材之间的磨擦系数（可查得 ABS与钢材的磨擦系数为 0.20 0.25）； r 型芯大小端平均半径（ mm）； B 塑件在与开模方向垂 直的平面上的投影面积 (cm2)，当塑件底部上有孔时，10B项应视为零； K1 由 f和决定的无因次数，可由下式计算： cossin11 fK 1 也可根据塑料与钢材的磨擦系数和脱模斜度由表查得 K1=1.0070。 代入计算，得 Q= 3.64 kN nts 20 第五章 模架的确定和标准件的选用 5.1 模架的选用 在学校作设计时，模架部分要自行设计；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。 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，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。 标准件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、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准 A4模架 图 5.1 标准模架 模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向nts 21 零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位；顶出垫板不需与顶 出固定板用销钉精确定位。 模具上所有的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隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。 成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，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。 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。 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、进浇点、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。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。 在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。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于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的 强度和刚度必须在容许范围内。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。 5.2 凹模部分的结构设计 5.2.1形式 nts 22 凹模可由整块材料制成，制成整体式凹模。凹模位于定模板上，因为模
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