模具毕业设计76拉线套注射模设计毕业设计论文
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模具毕业设计76拉线套注射模设计毕业设计论文,机械毕业设计论文
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本科毕业设计说明书（论文） 第 38 页 共 38 页1 引言1.1 塑料模具的现状及发展1.1.1 国外模具技术发展及目前水平模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展，主要表现在以下几个方面1，3，6，11，13：a) 在模具设计制造中已普遍应用CAD/CAM/CAE技术。该技术的应用，能极大地提高模具产品的设计水平、制造水平和分析测试水平。从而达到缩短生产周期提高产品质量和精度，降低产品成本的目的。b) 快速原型制造(RPM)技术已得到广泛应用。RPM是激光、光学扫描、先进的新型材料、计算机、数控综合应用的高新技术，该技术摒弃了传统的机械加工方法，对制造业的变革是一个重大的突破。与传统的机械加工相比，应用该技术具有制模周期短、成本低、精度高和寿命长的优势，是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术。c) 模具标准化程度高。模具标准化和模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低产品成本。因此，国外发达国家的模具标准化程度很高，一般都达到80%左右，而我国模具企业的标准化程度还较低，一般为30-35%左右。d) 模具敏捷制造系统发展较快。目前国外先进国家的模具敏捷制造发展较快。这也是我国模具行业的近期发展目标。另外，高速铣削加工技术、超精加工和复合加工技术、热流道技术等己在国外先进国家得到了很好的应用。这些先进的技术的应用极大地提高了这些国家模具产品的质量、精度。缩短了生产周期，提高了经济效益，提高了产品的竞争力。尽快吸收，应用国外先进技术，是我国模具行业技术发展的一个方向。1.1.2 国内模具技术发展及目前水平近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，我国主要汽车模具企业，己能生产部分轿车覆盖件模具，体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面大增，已从电机、电器铁芯片模具，扩大到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料模具已能生产34英寸大屏幕彩电和48英寸背投式电视的塑壳模具，6.5公斤大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险缸和整体仪表板等塑料模具。塑料模具热流道技术日臻成熟，气体辅助注射技术己开始采用。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等，模具质量、模具寿命明显提高，模具交货期缩短。模具CAD/CAM/CAE技术较广泛地得到应用，并开发出了有自主版权的模具CAD/CAM/CAE软件。电加工，数控加工在模具制造技术发展上发挥重要作用，部分骨干企业己开始使用这一技术。模具加工机床品种增多，水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展，尤其这一领域的高新技术快速原型制造(RPM)技术进步很快，国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。优质模具钢的应用有较大进展，但应用面还不够广泛。国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种，精料化，制品化等方面尚待解决。模具标准化程度和模具标准件生产水平有了较大提高，但总体来说标准化程度还太低，标准件生产规模还不够大，品种有待发展，质量有待进一步提高，模具修复技术也有进步，除电刷镀修复模具外，又引进和开发了多种脉冲焊接机，修复效果较好。一些骨干企业开发能力有了较大提高，将模具开发与产品开发相结合，走出了一条自主开发模具的成功之路。1.2 塑料注射模具的设计步骤3，61.2.1 塑料件的工艺性分析本课题是对实体拉线套的注射模设计。首先对实体拉线套进行测绘，并对塑件的使用性能和结构要求有一个基本的了解。看塑件的结构是否满足塑件结构的工艺性能。拉线套是对具有一定直径的线，起导向和自锁的装置。在使用过程中受到一定的力。经分析其工艺性，其厚度足以满足其机械强度，并在适当位置设有加强筋，增加了注射模的刚度和强度，且节省了材料。由于塑件冷却时的收缩，为了便于塑件的脱模，在脱模方向上，具有合理的脱模斜度。塑件上的各种形状的孔，开设在不减弱拉线套的机械强度的位置，节省了材料。总言之，该拉线套具有良好的结构工艺性。1.2.2 拉线套材料的选择5,7a) 塑料的突出性能塑料材料的相对密度在0.832.2范围内，在众多的材料中只比木材的相对密度稍高。且在各种的材料中，塑料材料具有最高的比强度，甚至比特种合金铝还要高。塑料还具有很好的绝缘性、防震、隔热、隔音性能。耐腐蚀性很高，其腐蚀性仅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有优异的加工性能。b) 塑料材料的选择拉线套选择的塑料材料为聚乙烯（PE）。聚乙烯在常温下成白色蜡壮半透明颗粒，柔而韧，易变形，无毒。它密度小，耐热氧化性能好。聚乙烯成型工艺性好，生产效率高，且价格便宜。1.2.3 绘制模具装配草图模具装配图的设计应先从绘制装配图入手，根据塑件的具体情况，经过认真思考、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。a) 确定分型面和浇口位置及结构形式确定模具的分型面和浇口的位置是模具设计中的重要环节。选择分型面应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑。浇口位置则是在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。且易于清除浇注塑料。b) 确定成型零件的结构形式及安装方法成型结构简式注射成型的核心部位，它直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构见状形式，就是能使成型结构简在现有设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。c) 选择成型设备模具与注射机必须配套使用，根据塑件的具体情况，先选择注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量，另一个是在于注射方向相垂直的最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。在选用时，成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及他的投影面积，只有这样才能顺利成型。其次还应注意以下几点：测算核实模板所受注射压力应小于注射机的锁模力；模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小高度之间；模体外形尺寸应能从注射机的拉杆空间安装；应了解注射机的定位孔直径、喷嘴孔径及喷嘴球半径尺寸，使模具与之配套；模具采用的顶出方式应适应注射机的顶出方式和顶出距离，注射机的模板行程应满足在开模时能去除塑件时所需要的距离；d) 塑件侧壁凹凸槽结构的处置方法根据塑件侧壁凹凸槽选择合适的侧抽机构。顶出机构的确定定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障碍，这时顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。f) 确定主要结构件的尺寸通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。g) 确定温度调节方式为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。1.2.4 对零件进行三维造型设计并绘制工程图装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的三维造型设计。工程图尽量按1：1的比例画出，因为这样比较直观，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出。按制图规划，正确标出尺寸、公差、形位公差其表面粗糙度等。最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。主要零件绘制完成，对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。1.3 课题任务要求本课题是拉线套注射模的设计。要求对拉线套进行测绘，并完成其CAD三维造型设计。拉线套注射模要求一模两件，并能自动脱模，实现自动化。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件CAD三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。2 方案分析与设计拉线套是一个薄壁零件，且有很多的加强筋的对称的塑料件，如图2-1。根据塑料件的结构特点，成型模具需采用哈夫结构、测向抽芯等成型结构，通过筛选，具体考虑了两套模具结构方案进行分析论证。图2-1 拉线套2.1 注射模方案一方案一为侧型芯和斜导柱均在动模上的注射模，如图2-2所示。侧成型芯5是带斜度的瓣式结构，安装在导滑槽7内，锁紧块3的研合起锁紧作用。开模时，首先从A处分型，侧成型芯脱离锁紧套，主流道凝料也从浇口1中脱出。当动模部分退到注射机顶杆的位置时，顶杆10 顶动倒滑槽7从B处分型，在塑件脱离型芯4的同时，斜导柱9与侧成型芯5做相对位移，从而驱动侧成型芯沿导滑槽做侧抽芯外移，并由导滑槽将塑件顶出型芯。锁紧块由于与斜导柱的抽拔角没有相互联系，因此它的斜度能产生自锁现象即可。1-浇口套；3-锁紧块；4-型芯；5-侧成型芯；7-导滑槽；9-斜导柱；10-顶杆图2-2 注射模方案一2.2 注射模方案二如图2-3，方案二为侧型芯在动模、斜导柱在定模的注射模。它是在主分型面的A分型的瞬间，在塑件脱离型腔的同时，斜导柱与侧型芯也做相对运动，并开始抽芯动作，当抽芯完成后，塑件也完全脱离型腔，由顶出系统将塑件顶出。本方案运用了摆勾式顺序定距分型机构，由于安装在定模上的摆勾5在弹簧3的推力下拉紧并锁紧动模板，开模时首先只能从A处分型，完成侧抽芯动作后，压板1端部的斜面迫使摆勾5逆时针方向旋转，使摆勾脱离动板。在限位杆4的拉动作用下，模体从B处分型，是塑件脱出型腔，推件板8顶出塑件。1压板 2定座板 3弹簧 4限位杆 5摆钩6推杆 7型芯 8推件板 9侧型芯 10斜导柱图2-3 注射模方案二2.3 方案的选择综上所述，方案一的结构简单，不需要顺序定距开模结构，自动脱料，且能实现拉线套的自动化生产，一腔两模完全符合任务要求。3 拉线套注射模的详细设计3.1 塑料注射成型机的选择3.1.1 注射成型机类型与结构6,9注射机按其外形可分为系列几种类型：a) 立式注射机：它的注塑方向向下。合模方向向上，即注塑和合模都在同一竖直线上。注射方式是柱塞式，它的结构特点是占地面积小，安装和拆卸方便，嵌件与活动型芯易于安放，料斗中的塑料能均匀地进入料筒。它的缺点是，由于柱塞式送料，塑料的塑化不均匀，引起成型压力高注射速度不均匀，其塑件内应力大，且塑件顶出后需人工取出，效率较低，并难以实现自动化。这类注射机都是小型的，一般注射容量多在60以下，适宜于加工流动性较好的小型塑料。b) 卧式注射机：这是目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射方向与合模方向均在同一水平线上横卧安装，其注射方式多为螺杆式。它的结构特点是：机体较低，容易操作和加料，开模后顶出的塑件在其重力作用下可自行落下，易于提高生产效率，并可实现自动化生产。它的缺点是：装模和安放嵌件比较麻烦，占地面积大。这类注射机有多种机型，且注射容量范围较大，从30-32000均有系列机型，因此它的实用范围很广，适宜于各种塑件的注射成型。c) 角式注射机：它的注射方向向下，与合模方向呈垂直排列，其注射方式是柱塞式。它的优点介于立式与卧式两种注射机之间，它结构简单，使用方便，开模后顶出的塑件亦可以自动落下，由于合模方向与注射方向垂直，使模具受力均匀，锁模可靠。它的缺点是：安装嵌件不便，易倾斜、脱落。这类注射机都是小型的，其注射容量也多在60g以下，亦适于加工小型模件。也适用于型腔偏在一侧时的模具或塑件中心部位不允许有浇口痕迹的塑件。塑料注射机不论任何形式，均有以下主要装置组成：a) 注射装置：它的主要作用是使固态的塑料均匀的塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将融料注入闭合的模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加热器、料斗、计量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动装置。b) 合模机构：它的主要作用是保证成型模具有可靠的开合动作。因为在注射过程中进入模腔中的融料有较高的压力，这就要求合模装置给予模具以足够的夹紧力、即锁模力，防止模具在融料的高压力下推开。它的主要部件有：机架、定动模板、拉杆、合模油缸及肘节等。c) 顶出装置：它的作用在开模到一定距离后，驱动模具的顶出装置，将部件从模具中顶出。d) 机械和液压传动及电气控制系统：注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、温度调节、注射入模、保压、制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确的生产过程，这些连续动作都是由机械和液压传动及电气控制的。工作前，模具分别安装于定模及动模板上，由锁模装置合模并缩紧。塑料加入料筒，加热、塑化并将熔融的塑料注入模具中，在模具温度调节系统的冷却作用下塑件成型冷却固化，由锁模机构开锁，由顶出装置顶出塑件。3.1.2 注射成型机的选择及计算2,6a) 注射容量国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚苯乙烯时在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最大容量。由于聚苯乙烯的密度为1.304-1.06，即它的单位容量与单位质量相近，所以在目前实际中为便于计算，有时还沿用过去的习惯，通常也用其质量可作粗略计量。注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力，标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。确定了单个塑件的体积（质量）和模孔数量就可以大体计算出多模塑件的总体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，即是一模的塑料的总体积Vm。 Vm0.8Vz (3-1-1)式中 Vm成型零件与浇注系统体积总和，； Vz注射机最大注射容量，； 估算： Vm=b) 最大成型面积最大注射面积是指塑料在模具分型面上所允许成型的最大投影面积，也就是说在模具设计时，布局在模具分型面上的塑件及浇注系统的总投影面积S，只能小于这个数据时才能正常可靠的注射。 S=式中 S塑料在模具分型面上许成型的投影面积；c) 模具的闭合高度注射机动压板的最大的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说，注射模的闭合高度必须符合下列的要求： （3-1-2） 式中 注射机允许的最小厚度，mm； 注射模的实际闭合高度，mm； 注射机允许的最小厚度，mm； ；d) 模体的截面尺寸可安装的注射模外形最大尺寸取决于注射机的压板尺寸和拉杆的空间距，因为此注射模的最长的边不应超过压板尺寸，而模具的最短边应小于拉杆空间距，才能将注射模装入注射机，并应留有固定模体的压紧空间。同时，注射模动、定模上的紧固螺栓孔，也应与注射机压板上的标准螺孔一致。e) 模具的顶出注射机的顶出装置通常有中心顶杆顶出、两侧顶杆顶出以及液压顶出几种形式。应在动模座板与注射机顶出位置相对的位置上，设置稍大于注射机顶杆的通孔，以便于注射机顶杆通过。f) 定位环和浇口套定位环是将定模部分装入注射机定压板的定位对中装置，应与注射机的定位孔采取动配合的连接形式，以保证模具体对中。综合考虑以上条件，注射机选择G54-S-200/400型号。3.2 注射模具分型面的选择3.2.1 分型面的基本形式2,10分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面3.2.2 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则：a) 保持塑料外观整洁；b) 分型面应有利于排气；c) 应考虑开模时塑料留在动模一侧；c) 应容易保证塑件的精度要求；d) 分型面应力求简单适用并易于加工；d) 考虑侧向分型面与主分型面的协调；e) 分型面应与注射机的参数相适应；f) 考虑脱模斜度的影响。3.2.3 分型面的选择由于拉线套有侧凹，采用斜导柱操作的哈夫式注射模。根据对拉线套模型的观察和分型面选择的基本原则。现选择A平面为分型面。图3-1 分型面3.3 注射模具浇注系统的设计3.3.1 注射模具浇注系统的组成注射模具的浇注系统通常由主流道，分流道，浇口，冷料穴和排气槽或溢流槽等部分组成，在注射模具设计中对浇注系统进行合理布局和形式的选择是一个重要的环节。在设计注射模的浇注系统时应注意以下几项原则。1） 根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。2） 根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。3） 应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动。4） 应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把，以节省原料，提升注射效率。5） 排气良好。3.3.2 注射模具主流道的设计主流道是熔融塑料由注射机喷嘴先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心线上。由于主流道与熔融注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般浇口不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或迫合形式固定在定模板上。1）主流道的设计要点a) 为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用=3-6度左右的圆锥孔，对流动性较差的塑料也可取得稍大一些，但过于大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。b) 浇口套与塑料注射区直接接触时，其出料端端面直径应尽量选得小些。如果过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的反坐力也将按此比例增大，到一定程度时浇口套容易从模体中弹出。c) 浇口套的材料应选用优质钢T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射机喷嘴不被碰撞而损坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，以增加内壁的耐磨性，并减小注射中的阻力，圆锥孔大端处应有的过渡圆角，以减小物流在转向时的流出阻力。d) 浇口套于注射机的喷嘴头的接触球面必须吻合，由于注射机喷嘴头是球面，半径是固定的，所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴的内孔直径，球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱模。e) 定位环是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套于注射机的喷嘴对中定位，定位环的外径应与注射机的定位孔间隙配合。定位环厚度，小于注射定位孔的深度。f) 浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。2）浇口套的设计注射机G54-S200/400的喷嘴球半径为18mm, 喷嘴孔径为4mm.。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取19mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取5mm，如图3-2。图3-2 浇口套3.3.3 注射模具分流道的设计分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化，平稳进入单腔中的进料浇口或从主流道进入多腔模的浇口的通道，它是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用，通常分流道设置在分型面的成型区域内。1）分流道的设计要点在注射过程中，熔融的塑料在流经分流道时，应是它的压力损失以及热量损失最小，而以分流道中产生的凝料最少为原则，分流道的设计要点总体归纳如下： a) 在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量的小，但分流道的截面积过小会降低注射速度，使填充时间延长，同时可能出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过于大则增大冷凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。一般地说，在注射完成后，分流到的冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短，才不影响注射时的效率。因此在设计时应采用较小的截面积，以便于在试模时为必要的修正留有余地。b) 分流道和型腔得分布原则是排列紧凑，间距合理，应采用轴对称或中心对称，使其平衡，尽量缩小成型区域的总面积。最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心相重合。c) 分流道的形状要考虑分流道的截面积与其周边长度的比最大为好，这样可以减少熔料的散热面积和摩擦阻力，减少压力损失。d) 在可能情况下，分流道的长度应尽量的短，以减少压力损失，避免模体过大影响成本，在多型腔模具中各型腔的分流道长度应尽量相等，以达到注射时压力传递的平衡，保证塑料尽可能同时均衡的充满各个型腔。在有些情况下分流道长度不能相等时，则应在浇口处作必要的补救措施，如果分流道较长时，应在其末端设置冷料穴，放置冷料和空气进入模腔。e) 在分流道上的转向次数尽量少，在转向处应圆滑过渡，不能有尖角，这些都是为了减小压力损失，有利于物料的流动。f) 分流道的内表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6m即可，这样可以在分流道的摩擦阻力下使料流外层的流动小些，使其分流道的冷却皮层固定，有利于熔融塑料的保温。g) 当分流道设在定模一侧或分流道延伸较长时，应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆，以便于在开模时在钩料杆的作用下首先从定模中拉出分流道的凝料，并与塑料一起顶出。h) 在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却水路的空间。2）分流道的设计拉线套注射模要求一模两腔，在布局上选择平衡式分流道。平衡式分流道的特点是：从主流道到各个型腔的分流道，其长度、断面尺寸及其形状都完全相同，以保证各个型腔同时均匀进料，同时注射完毕。分流道的截面形状选择半圆形截面，它的效率比圆形稍差，但加工起来比圆形截面要简单。3.3.4 注射模具浇口的设计浇口是主流道、分流道与型腔的连接部分，即浇注系统的终端。一般这段很短的通道截面积很小，当熔融的塑料流在高压下通过浇口时，因为浇口的截面积很小，使塑料流速加快，而由于摩擦作用，而使塑料流的温度升高，黏度降低，提高了塑料的流动性，有利于充满型腔，因此它是浇注系统的关键部位。1）浇口的基本类型a) 直接浇口直接浇口是熔融塑料从直流道直接注入型腔的最普通的浇口，又称主流道型浇口。b) 盘形浇口这种浇口结构简单。浇口行程较短，是直接浇口的变通形式，它具有直接浇口、结构简单、流动距离短等特点，特别是它对主流道经过限制后以圆盘状的浇口形式进入模腔，可使进料均匀，在整个圆周上进料的流速大致相同，空气也容易排出，同时避免了熔接痕的产生，同时浇口凝料容易消除，表面上看不出痕迹。c) 分流式浇口与盘形浇口有些相似，由于动模型芯头部设有一圆锥体，起分流作用，它的特点与盘形浇口相似，由于圆锥的分流作用，使流道的拐角变小，从而料流个更加通畅。d) 轮辐式浇口它是盘形浇口的变异。它是将盘形浇口的整个圆周进料改为轮辐式几小段圆弧形进料，它除了有盘形浇口的特点外，浇口较小，易于清除浇口凝料，特别是在大型塑件中比盘形浇口减少了塑料用量，同时，它还克服了盘形浇口因形成真空、塑件难以脱模的问题。e) 爪形浇口它是分流浇口和轮辐式浇口的变异形式。它在型芯头部的圆锥体上或在主流道的内壁上均匀的开设几处浇口。f) 点浇口点浇口又称针状浇口，它也是比较常用的一种浇口形式。通常用于流动性较好的塑料制品，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙类的塑件。g) 侧浇口侧浇口一般设在分型面上，从塑件的侧面进料。它广泛用于一模多腔的模具中，适用于成型各种形状的塑件。h) 环形浇口环形浇口是设置在于圆形塑件同心的外侧，即在塑件的外周边设置的两个浇口同时进料。i) 潜伏式浇口潜伏式浇口是点浇口的演变形式，其方式与点浇口大致相同。2）浇口的选择本模具为一模多腔，选择侧浇口。侧浇口为扁平形状，可以大大的缩短冷却时间，缩短成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在分型面上，浇口截面形状简单，容易加工，且注射效率高。3.3.5 冷料穴和钩料脱模装置冷料穴设置在主流道的末端，即主流道正对面的动模板上。它的作用是用来储存注射间歇期间，喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。在注射时，如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度。进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。推板式钩料装置由冷料穴、钩料杆组成，钩料杆安装在型芯固定板上，不与顶出系统联动。3.4 注射模具成型零件和模体的设计3.4.1 注射模具型腔的结构设计1）型腔的结构形式型腔大体有以下几种结构形式：a）整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。它的缺点是：切削量大，使模具成本较高，同时给热处理和表面处理带来困难，只适用于形状较为简单的中、小型模具，但随着用业技术的发展，随着电蚀机床、仿型机床、数控机床的广泛应用。有些形状复杂的大型模具也有采用整体式型腔结构的。b）整体组合式型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度要求以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件进行热处理等。c）局部组合式型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。d）完全组合式完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上8。拉线套注射模的型腔部分不是很复杂，可利用电火花进行。这里选择整体式型腔。2）型腔壁厚和底板厚度的计算在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度，总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种：a)合模时的压应力；b) 注射过程中塑料流动的注射压力；c) 浇口封闭前一瞬间的保证压力；d) 开模时的拉应力；但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，型腔将会弹性恢复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不够时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。此模具是组合式圆形型腔，圆形型腔是指内外壁横断面都是圆形。组合式圆形型腔的侧壁和底部均受到冲击压力。组合式圆形型腔侧壁厚度的计算，下面对刚度和强度分别计算。1） 型腔侧壁厚度的计算a）按刚度计算其壁厚S按下面公式计算： S=R-r=r (3-4-1)式中 S型腔侧壁厚度，mm R型腔外半径，mm r型腔内半径，r=25mm E型腔材料的弹性模量，MPa，E=2.1105MPa 型腔许用变形量，=0.05mm p型腔内单位平均压力，p=30MPa 泊松比，=0.25代入公式中得：S=10mmb) 按强度计算其壁厚S按下面公式计算 S=r (3-4-2)式中 型腔材料的许用应力，=156.8MPa其余符号见公式 (3-4-1)。代入公式中得：S=15.5mm2）底板厚度的计算a）按刚度计算其壁厚H按下面公式计算 H=0.9r (3-4-3)式中 H底版厚度，mm：其余符号见公式 (3-4-1)。代入公式中得：H=9.45mmb）按强度计算其壁厚H按下面公式计算 H=1.1r (3-4-4)其余符号见公式 (3-4-1)和公式（3-4-2）。代入公式中得：H=12mm3.4.2 注射模具型芯的结构设计型芯的结构形式大体有：a) 整体式；b) 整体组合式；c) 局部组合式；d)完全组合式；本模具选择的是整体组合式。 整体组合式就是将主体型芯镶嵌在模板上固定而成。它加工简单，易修复更换，也有很高的强度和刚度。3.4.3 注射模具成型零件的尺寸确定2，61）型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此应选择塑件公差的1/2，取负偏差，再加上-1/4的磨损量，而型芯深度则再加上-1/6的磨损量，这样的型腔的计算尺寸的表述如下。a）型腔的径向尺寸的计算式： （3-4-5）式中 型腔的最小基本尺寸； 塑件的最大基本尺寸； S塑件的平均收缩率，S=0.0055； 塑件的公差，取8级精度； 模具制造公差，按1/4选取； 根据（3-4-5）式计算得型腔的各径向尺寸： b）型腔的深度尺寸的计算公式 （3-4-6）式中 型腔深度的最小尺寸； 塑件的最大基本尺寸； 其余符号与（3-4-5）相同。 根据（3-4-6）式计算得型腔的各深度尺寸： 3）型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸，因此应选择塑件公差的1/2，取正偏差，再加上+1/4的磨损量，而型芯高度则加上+1/6的磨损量。型芯的计算尺寸表达如下。a）型芯的径向尺寸的计算式： （3-4-7）式中 型芯的最大基本尺寸； 塑件的最小基本尺寸； 其余符号与（3-4-5）相同。根据（3-4-7）式计算得型芯的各径向尺寸： b）型芯的高度尺寸的计算式： （3-4-8）式中 型芯高度的最大尺寸； 塑件内形深度的最小尺寸；其余符号与（3-4-5）相同。根据（3-4-8）式计算得型芯的各高度尺寸： 3）中心距尺寸的计算中心距尺寸的计算式： （3-4-9）式中 模具的中心距基本尺寸； 塑件中心距的基本尺寸；其余符号与（3-4-5）相同。根据（3-4-9）式计算得各中心距尺寸： 3.5 注射模具的侧抽芯机构3.5.1 注射模具的侧抽芯机构概述侧抽芯机构的分类，按其抽芯动力来源，注射模侧抽芯机构主要分手动抽芯、机动抽芯和液压抽芯三大类。1）手动侧抽芯机构；它是在塑件开模前依靠人工将侧型芯抽出或在开模后将塑件和型芯一并从模内顶出，然后在模外用手工工具抽出侧型芯，合模前再将侧型芯装入模体内的抽芯方法。这种侧抽芯机构具有结构比较简单，模具成本低，制模周期短等特点，但注射成型效率低，很难得到较大的抽芯力，只在小批量生产或试制生产时采用。2）机动侧抽芯机构；它的抽芯方法是在开模是依靠注射机的开模力，通过抽芯机构机械零件的传动使其改变移动方向，将活动的侧型芯抽出。机动侧抽芯机构虽然结构比较复杂，增加了制模难度和模具成本，但由于注射成型效率较高，减轻了工人劳动强度，操作方便，动作可靠，抽芯力大，容易实现注射成型的自动化等优点，目前已成为主要采用的侧抽芯机构。机动侧抽芯机构根据抽芯方式及机械结构的不同，又分为斜导柱式抽芯机构，弯拉杆式抽芯机构、弯拉板式抽芯机构、斜滑板式抽芯机构、顶出式抽芯机构及齿轮式抽芯机构等等。3）液压或气动侧抽芯机构；它是依靠液压系统或气动装置为动力，抽出活动的侧型芯的。液压或气动的侧抽芯机构传动平稳，抽芯距和抽芯力较大，其抽芯动作不受开模时间的限制，尤其当抽芯距很大，用其他方法很难满足抽芯要求时，采用液压抽芯较为理想，如较长的弯头、三通等塑料管件的大型注模具的抽芯。但是这种侧抽芯机构要配合整套的液压气动装置，故经济成本较高，使它的适用范围受到了限制，一般应用较少。本毕业设计模具选择机动侧抽芯中的斜导柱式抽芯机构。3.5.2 注射模具的斜导柱侧抽芯机构设计斜导柱是斜导柱侧抽芯机构的重要零件。涉及斜导柱主要包括斜导柱的结构形式和安装形式、斜导柱的工作直径、抽拔角的选择、斜导柱的长度的确定以及斜导柱的加工精度、选用材质及其热处理等等。1）斜导柱倾斜角斜导柱的倾斜角是决定其抽芯工作效果的重要工作。倾斜角的大小关系到斜导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜导柱的有效工作长度、抽芯距和开模行程。计算公式为6： （3-5-1）式中 斜导柱的抽拔角； S抽芯距，S=25mm； H斜导柱完成抽芯距所需的开模行程，H=95mm；根据（3-5-1）式计算： =，取=2）圆柱形斜导柱总长度的计算斜导柱的总长度取决于抽芯距、斜导柱直径和倾斜角。圆柱形斜导柱总长度的计算式6： （3-5-2） 式中 L斜导柱总长度，mm； D斜导柱台肩直径，mm； 斜导柱抽拔角； h斜导柱固定板厚度，mm； 斜导柱与侧滑块斜孔的配合间隙，mm； d斜导柱工作部分直径，d=20mm； S 抽芯距；根据（3-5-2）式计算L： L=138.4mm，取L=140mm最终斜导柱结构如图3-3所示。图3-3 斜导柱3.6 注射模具的顶出机构的设计3.6.1 注射模具的顶出机构顶出机构的分类：按驱动方式分类可分为：手动顶出、机动顶出、气动顶出。按模具结构分类可分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。顶出机构的设计原则：a) 开模时应使塑件留在动模一侧注射设备的顶出装置都设计在动模一侧，因此，在一般情况下开模时，尽量设计使塑件留在动模一侧，以便于顶出塑件。这在分型面的选择时就应充分考虑。在实践中如果出现塑件并没有留在动模侧的情况时，可设法增加动模一侧的阻力，一是将型芯的脱模斜度变小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影响塑件使用的前提下，在型芯侧面人为的开设横凹槽、凹窝等脱模障碍，以增大动模的阻力。在特殊情况下必须使塑件留在定模时可采用定模顶出机构。b) 保证塑件外观完美无损塑件在成型顶出后，一般都留有顶出痕迹，但应尽量使顶出的残留痕迹不影响塑件的外观，这是在选择顶出形式和顶出位置时必须要考虑到的问题。一般顶出机构应设置在塑件的内表面以及不显眼的位置。c) 避免顶出损伤顶出装置力求均匀分布，顶出力作用点应在塑件承受顶出力最大的部件，即不易变形或损伤的部位，尽量避免顶出力作用于最薄的部位，防止塑件在顶出过程中的变形和损伤。d) 顶出机构应平衡顺畅，灵活可靠顶出零件应有足够的机械强度和耐磨性能，使其在相当长的运作周期内平稳顺畅，无卡滞现象，并力求制造方便，容易维修。3.6.2 推板顶出机构对于某些深腔或薄璧的塑件，如壳体、容器和筒形塑件以及一些型腔形状复杂的塑件，不允许有定杆顶出痕迹的塑件，可采用推件板的形式脱模顶出。结构形式是在型芯的根部安装一块与型芯根部形状相同的，但与之滑动配合的顶板，顶板沿型芯周边平行移动，将塑件平行顶出。推件板顶出的特点是：顶出位置均在脱模力较大的塑件边缘区，其顶出面积大，有效的顶出力大。运动平稳，顶出力均匀，塑件不易变形。无需设顶出机构的复位装置，合模时，推件板靠合模力的作用，带动顶出机构同时复位。在该模具设计中考虑到可顶出面小，需要顶出力较大（型芯较长），故采用了推件板顶出。3.7 塑料注射模具的温度调节系统设计3.7.1 塑料注射模具的温度调节系统的重要性塑料注射成型是将熔融状态的塑料向模腔高压注射，其后这些熔料在摸腔中冷却到塑料变形温度以下固化成型。在塑料固化成型过程中，由熔融状态冷却到固化状态是由熔料温度和模具的温差来实现的，而且一般说来，模具温度应在塑料热变形温度以下才能达到迅速固化成型的目的。但是模具的温度既不能过高也不能过低。模具温度过高会造成溢料，脱模困难，并使塑件固化时间延长，延长注射成型周期，降低生产效率；模温过低则会影响注射熔料的流动性，使塑料应力增大，并可能出现熔接痕及缺料等制品缺陷，影响塑件质量。模具温度不均匀会使塑件变形，以及收缩率偏差等诸多问题影响塑件的质量。为此，控制模具温度是塑件注射成型中的重要环节。3.7.2 塑料注射模具的冷却系统的设计由于拉线套为薄壁零件，且零件体积不是很大，所以热传递的热量也不是很大。所以冷却水道设置在塑件两边，一边一个冷却水道，便可以满足冷却要求。3.8 模具结构设计模具结构设计在方案和详细设计计算的基础上采用三维CAD系统进行具体设计。目前的CAD软件很多，如工程图设计普遍采用的二维AutoCAD，功能强大的三维设计加工软件UG、Pro/Engineer等，还有易学易用Solid Work、Solid Edge等。由于实际时间限制，设计中选择了易学易用，又与UG具有很好兼容性的Solid Edge作为设计工具12，13，18，19。设计采用了自下而上、上下结合的设计方法。首先根据模具结构方案进行各主要零件的三维造型和设计，然后进行装配体装配设计，在装配设计过程中发现的干涉碰撞等结构问题再进行修改，最后完善零件的设计。由于对三维软件不熟练，相关设置及功能掌握还不充分，设计最后工程图纸有少量标注与我国的国标还不完全相符。设计结果为全部三维零件模型、三维装配体模型、所有零部件的工程图纸。图3-4为其中一个件定模板的三维模型，图3-5为模具装配体爆炸图，图3-6为模具装配体模型（开模状态）。其余相关图纸见本设计的附录。图3-4 定模板三维模型图3-5 模具装配体爆炸图图3-6 模具装配体模型4 注射模加工工艺设计塑料模具的零件类型很多，加工条件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：经济低精度的通用加工、电火花成型与线切割加工、精密数控加工、高速切削加工等。由于拉线套注射模精度要求一般，模具结构尤其是型腔结构复杂程度一般，因此模具的加工立足于经济、可行，故采用了普通加工与电火花成型相结合的工艺方法。根据零件类型下面简单分析一下主要类型零件的加工工艺。4.1 坯料确定坯料是指模具零件采用材料的原始状态。一般情况下，采用标准棒料或板材，也可采用锻造坯料。在有专业模具企业中，对性能要求不高的材料多采用标准规格材料，而对性能要求较高的材料则要经锻造，然后经热处理调质后具有适当硬度和便于加工抛光的专用模具用钢切割成坯料，这种形式加工余量小，节省了人工和材料用量。坯料通过锻造可使金属材料的金相组织密实，对其强度和刚度也有提高。只是应严格控制加工余量，加工余量过大，会引起材料和加工工时的浪费。4.2 模板的平面加工a) 模板平面的粗加工平面切削加工是指用车床、刨床、铣床等对坯料的6个方面进行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足够的半精加工余量，同时对模板上较大的孔也应进行粗加工。粗加工完了之后，应进行一次退火处理或调质处理，以去除模板的内部应力，使其组织稳定，以防止在模具制造、模具成型或淬火过程中的变形或淬裂。b) 模板平面的半精加工在经过退火而消除内应力之后，模板会产生不同程度的变形。半精加工就是去除其变形量，并给精加工留出适当的加工余量。c) 模板平面的精加工通过以上的加工程序，模板已形成了基本轮廓。采用平面磨床磨削模板厚度的两平面，并达到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。这两个分模面即是z轴方向上的加工基准面。取任意相邻的两个侧面进行高精度的直角加工，并与模板平面相互垂直。这两个侧面即是x，y方向上的加工基准面，分别作文字标记，如x，y。当平面的精度要求，特别是平面度公差要求很高时，可以采用研磨的方法，即采用铸铁平板作为研具，由很细的金刚砂做磨料，施以较小的压力均匀平衡的去除配合面的余量，达到多面积的良好接触。d) 薄板的精加工当模板较薄或太薄时，在退火填质或淬硬后容易发生弯曲或翘曲形变的现象。在磨削发生形变的薄板时，应使用薄而宽的挡板，将薄板四周挡住，并将被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量对凸面进行磨削，当磨削部分的长度达到薄板长度的2/3时，将薄板翻面，依然采取精度磨削的状态，这样反复数次，直到翘曲的现象完全消失，才能按常规磨削。因此，薄板的预留余量应该加大，以防止达到尺寸要求时局部仍有凹处，而导致薄板报废的现象。4.3 孔及孔系的加工在模板平面加工完成之后，在模板上需要加工的部位，包括镶嵌成型零件的各种形状的孔，导柱孔、复位杆孔、顶杆孔、侧抽芯时的导滑槽、固定模板的螺栓孔以及冷却水道孔、钓钩孔等，即在模板上需要加工的部位不外乎是进行各种形式的孔及孔系的加工。塑料模上的加工方法主要有：钻孔、扩孔、镗孔、磨孔等，这是根据孔的精度等级和表面粗糙度的要求决定的。塑料模的同一零件上经常出现由相互位置精度要求的多个孔称为孔系。对孔系的加工除了要保证孔本身的精度要求和粗糙度要求外，还要保证孔与孔之间的位置精度要求，各平行孔之间的轴线平行度、各同轴孔之间的轴线同轴度以及孔的轴线与基准面之间的平行度和垂直度等等。4.3.1 孔系的加工孔系的加工在一般情况下是以x，y，z为基准面的，找出需要加工部位的中心，并划出与x，y相互垂直的交叉中心线，依照蓝图画出加工轮廓线来。孔系的加工大体有如下几种方法：a) 精密划线加工找出中心线后，在中心处用冲头打窝，首先选用比被加工孔直径小的钻头钻孔。钻孔后，检验孔与基准面的相对位置以及各孔之间的相对位置是否满足位置精度的要求，如果发现偏差可用整形锉修正，然后再扩孔，再检验，直到各孔位置精度达到欲求位置，最后进行留有铰孔位置余量的最后扩孔，并进行粗铰和精铰。b) 对合加工当两块模板具有相同位置的多个通孔时，可采用两模板对合在一起的方法加工，如导柱孔以及成型零件的镶嵌固定孔等。对于加工和直径均相同的孔是以x，y各侧边为基准面时，按装配时的排列顺序，将它们装夹在一起，只需一面划线，并对模板找平，就可以同时将对应的两个通孔同时加工出来，各孔的位置不必有严格的要求，他们在同一位置加工的磨只要按模具的装配位置顺序组装，位置度的偏差对整体没有影响。对位置相同，但孔的直径不同的孔，在装夹两块模板时，在其中间平行垫起一个进刀距离的平行垫板，并将带大孔的模板位置在上部划线，同时加工出底部的小孔后，再对打孔进行扩孔，同样达到以上的效果。c) 坐标镗床加工这是目前最常用的加工孔系方法，坐标镗床是具有二维坐标的高精度机床，它是通过带有误差补偿装置的精密丝杠，或带有游标的精密直尺以及作为标准读数的光学装置来控制工作台，精确移动坐标直尺，并通过有精密回转工作台等附件，保证在二维坐标的位置空间，完成各相对位置的精确定位及精密加工，因此，保证模板上的相对应的孔即使分别加工，也能达到组装的精度要求。在采用坐标镗床加工孔系时，重要的是模板的正确定位，其中包括：1）模板的分模面应与坐标镗床的工作台平行；2）模板上的x，y基准面应正确纳入坐标镗床的坐标系统中，即x，y的两个基准面，分别与坐标镗床工作台的运动方向平行；3）分别找出并准确测定出模板x，y方向的基准面的坐标；模板正确定位后，便可按蓝图要求求出各孔的坐标点，分别加工各孔。由于坐标镗床是精密设备，当孔的直径大于20mm时，应在其他机床上先加工出预留孔，留出镗加工余量。当孔的直径较小时，可以在镗床上直接钻孔，为防止钻头的偏摆，在钻孔前先用刚度大，刃磨正确的中心钻，钻出中心底孔。当孔距精度公差大于正负0.015mm时，钻孔后，即可直接铰孔。当孔距精度要求较高时，应采用精镗加工。4.3.2 导柱导套的孔加工导柱导套组成了塑料模的导向装置，导向装置除具有模板的导向作用外，还有模板间相互移动的定位作用以及承受一定侧压力的作用，导柱和导套分别安装在动模板上，当不设置导套时，模板一侧是导柱定位孔，另一侧则是导向孔。它的相对位置误差一般要求在0.01 mm范围内，因此导柱和导套的孔可以在坐标镗床上分别加工，也可采用对合加工的方法，将动模板和定模板按装配位置的排列顺序装夹在一起同时加工。导柱和导套的孔安排在什么时候加工，根据具体情况决定。1) 先加工导柱导套孔 定模和动模上固定成型零件的孔均为通孔，可以首先安排加工导柱导套的孔，在加工成型零件固定孔时，可以利用导柱导套孔作为定位（有两个以上不相邻的孔定位即可），采用对合加工的方法，在同一工位，将两块模板的固定孔加工出来。2) 先加工成型固定孔，后加工导柱孔 在定动模之间设有定位装置的模具结构，在合模时，它们能够正确定位时，可采用后加工导柱导套孔的方式。成型零件加工完毕后，组合合模装夹在一起同时加工导柱孔。4.4 成型零件加工塑件的外表面是在型腔中成型的。型腔的制造质量直接影响塑件的质量，它是注射模中主要和关键的大部件，由于塑件的外形是多种多样的，型腔的制造工艺也颇为复杂，目前常用的型腔加工方法大体上有以下几种：1) 通用机床和手工结合的方法这种方法是利用现场的通用设备，如普通车床，立式铣床、卧式铣床、工具铣床等设备，对坯料进行粗加工或半精加工，然后由钳工锉削，刮削、抛光等手段加工型腔的，这种方法主要依靠工人
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