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编号 毕业设计说明书毕业设计说明书 论文论文 题目 一模三用注塑模具设计 院 系 专业 学生姓名 学号 指导教师单位 姓名 职称 题目类型 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 摘要 分析降低塑料制件成本的方法 提出为了降低成本 将满足一定条件的几种规格形 式的塑料制件用一副模具成型出来 就是一模多用模具 同时研究了一模多用注射模具 三种形式的分类及条件 结合生产实例分析模具设计要点 模具巧妙结构特点等 经生 产实践证明 在一定的条件下 使用一模多用注射模具可以减少模具数量 降低成本 大大提高企业的市场竞争力 本课题针对分线盒进行产品的模具设计 通过对塑件进行工艺分析和比较 根据制 品的结构及其用途性能 选择塑料的牌号及注射模成型的方法 分析塑件的性能 尺寸 精度及设计的有关注意事项 阐述塑料的性能 成型特性以及工艺参数 根据模具材料 选择的具体原则 选择模具各个部件的材料 本文重点讨论了模具结构设计的详细过程 最终各设计出一副注塑模 从产品结构工艺性和模具结构出发 对模具的浇注系统 模 具成型部分的结构 分型面的选择 冷却系统 注塑机的选择及有关参数的校核都有详 细的分析设计说明 通过完成该课题设计 熟悉了塑料模具设计的一般方法和流程 较 好的完成了任务 实现了无纸化设计 通过整个毕业设计过程 进一步的加深了对注塑 模具的了解 同时巩固了对注塑模具的类型 结构 工作原理等的理性知识 以及在实 践中总结并掌握模具设计的关键要点和设计方法 关键词 制件成本 一模多用 分线盒 分型面 冷却系统 Abstract Analysis of plastic parts to reduce the cost method proposed in order to reduce costs willmeet certain conditions the specifications of several forms of plastic parts used by forming a mold is amulti use die the same time a study on the use of injection mold the three forms of classification and conditionsof production examples of die design elements such as mold ingenious structural characteristics The practice has proved that under certain conditions the use of a multi use injection mold can reduce thenumber of mold reduce costs and greatly enhance their market competitiveness This topic junction box for the product mold design plastic parts through the process of analysis and comparison According to the structure and USES performance products choose the brand and injection mould plastic forming methods Analysis the performance of plastic parts sizeprecisionanddesigntheattention Theperformance moldingpaperplastic characteristics and process parameters This paper discusses the design of die structure the final design of an injection mold Product structure from the structure of the starting process and mold the casting mold system mold forming part of the structure the choice of sub surface cooling system the choice of injection molding machines and related parameters have a detailed analysis of the design check instructions Through the entire process of graduation design further deepened the understanding of injection mold and consolidate the type of injection mold structure working principle etc the rational knowledge as well as in practice and grasp the key points and mould design design method Keywords parts cost amulti use junction box parting cooling system 目录 引言 1 1塑料制品及工艺分析 4 1 1 制件图 4 1 2 塑件的工艺分析 6 1 2 1 结构工艺性 6 1 2 2 塑件工艺性分析 6 1 3 塑件材质工艺性 6 1 4 注射成型工艺参数 8 2注塑机的选择 9 2 1 初选注塑机 9 2 1 1 确定最大注射量 9 2 1 2 确定锁模力 9 2 2 注射机的选择及校核 9 2 2 1 注射机的选择 9 2 2 2 型腔数校核 10 2 2 3 注射压力的校核 10 2 2 4 锁模力校核 11 2 2 5 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 11 2 2 6 开模行程的校核 11 3模具结构分析与设计 12 3 1 结构分析 12 3 1 1 型腔数目的确定 12 3 1 2 分型面位置的确定 13 3 2 模具零部件设计 14 3 2 1 型腔的结构和固定方式 14 3 2 2 凸 凹模的确定 14 3 2 3 脱模方式的确定 14 3 3 浇注系统的确定 15 3 3 1 主流道的设计 15 3 3 2 浇口设计 17 3 4 冷却系统的结构设计 18 3 5 排气方式的确定 18 3 6 标准模架的选择 19 3 7 成型零件的尺寸的计算 21 3 7 1 型腔径向的尺寸 21 3 7 2 型腔深度尺寸 23 3 7 3 型芯高度尺寸 23 3 8 冷却系统水管孔径的计算 23 3 9 浇注系统尺寸的计算 25 4塑件型腔强度的计算 26 4 1 型腔侧壁厚度强度计算 26 4 2 型腔底部厚度强度计算 26 5分线盒脱模机构相关计算 27 5 1 推杆直径计算 27 5 2 推杆长度计算 28 6抽芯距离相关计算 29 6 2 斜销尺寸计算 29 6 3 滑块尺寸 30 7模架的确定 31 7 1 各模板的尺寸的确定 31 7 2 校核模具平面尺寸 31 8模具的修模 32 8 1 粘着模腔 32 8 2 粘着模芯 32 8 3 粘着主流道 32 结论 33 谢辞 34 参考文献 35 引言 自从我国加入世贸组织 WTO 后 将获得一个更加稳定的国际经贸环境 从而有 利于我国与各国 各地区的经济贸易合作 有利于世界经济的稳定发展 我国的利用外 资领域将进一步扩大 国内和国外模具企业都可以从中得到更多的机会和收益 由于国内某些模具在技术上和质量上与国外先进水平存在着较大的差距 使短期内 国内模具难以与国外先进模具的抗衡 这对我国模具产业将产生一定的冲击 另一方面 也促进国内行业优化资源配置 调整经济结构 提高社会劳动效率 促使企业苦练内功 提高管理水平 应该清醒地认识到竞争才会带来更快的发展 只要发挥自身优势 减少 技术差距 我国的模具必将逐步占领国内市场 并拓展国际空间 塑料模是应用最广泛 的一类模具 在国外 塑料模占模具行业的 50 以上 而我国只有 30 左右 因而有较 大的发展空间 近年来 我国塑料模有长足的进步 但模具制造周期仍比国外长 2 4 倍 模具的质量稳定性较差 总体水平与国外比尚有较大差距 而塑料模的主要应用领域 汽车摩托车行业 家电电子行业在加入 WTO 后将会有更多的新产品开发 对各个档次的 模具需求均有大幅增长 总体来说 塑料模将是发展最快的一类模具 我国注射模成型工艺发展了近 50 年 但是由于塑料制品的多样性 复杂性和工程 技术人员经验的局限性 长期以来 工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参 数 选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案 传统模具开发流程为概念设计 产品 设计 模具设计 模具制造 设置 工艺参数 试模 生产 传统方法在开始大规模生 产前由于仅凭经验设计模具 模具装配完毕后 通常需要几次试模 发现问题后 不仅 要工艺师重新设置工艺参数 甚至还要设计师调整塑料制品和模具设计方案 修改模具 重复各个步骤增加了生产成本 影响模具质量 同时延长了制品生产时间 近年来 随着塑料工业的迅猛发展 模具设计与制造更趋向高效率 自动化 大型 高精度 高寿命 例如电视机外壳 洗衣机内缸 电冰箱 空调机零件 浴盆 桶 周转箱等模具 世界上一些工业发达国家 其模具工业总产值早已超 过了机床工业 其发展速度也超过了机床 汽车 电子等工业 在这些国家 模 具工业已成为国民经济的基础工业之一 美国工业界称 模具工业是美国工业的 基石 日本模具协会称 模具是促进社会富裕的动力 模具的价值不仅是其本 身的价值 还在于它的应用为社会创造了巨大的经济效益和社会效益 在塑料成型生产中 先进的模具设计 高质量的模具制造 优质的模具材料 合理 的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件 一副优良的注射模具可 以成型上百万次 一副优良的压缩模具可以成型 25 万次以上 这与上述因素有很大的 关系 我国的模具行业是应用 CA DCAM 较早的一个领域 但就整个行业而言 至今具有较 完备集成环境的企业较少 目前在该行业具有代表性的是在设计 制造及管理等部门部 分或单独采用了 CAD CAM 等技术 虽然这些技术在应用初期对提高产品设计水平 增 加企业活力起到了积极的促进作用 但随着产品更新换代速度不断加快 同行业竞争加 剧及市场不断扩大 客户对产品质量 成本 制造周期要求不断提高 原来分散独立使 用已不适应发展需要 我国是制造业大国 在新一轮国际产业结构变革中 我国正逐步成为全球制造业的 重要基地之一 以信息化带动工业化 发挥后发优势 推动社会生产力的跨越式发展 是国家的发展战略 应用高新技术 特别是信息技术改造传统产业 促进产业结构优化 升级 将成为我国今后一段时间制造业发展的主题之一 我国 CAD CAE CAM 等现代制造 技术的研发与应用起步晚 基础差 80 年代初 机械 CAE 技术中的有限元法被成功地应 用到注射成型分析过程中 逐步形成了注射模 CAE 系统 注射模 CAE 技术是力学 流体 热学 高分子材料 注射成型工艺 注射模设计 有一限元分析和计算机等多学科相交 叉的新兴学科 国际市场上出现了一些商品化注射模 CAE 软件 近十来年 CAE 技术也已 走向成熟 国内是在 八五 期间才开始注射模 CAE 技术的研究 开发工作 近年来也 陆续出现了有自主知识产权的注射模 CAE 软件 九五 期间科技部同国家经贸委等部 门实施 CAD 应用工程 现已成功地实现了 甩图板 并在部分企业进行了 CAD 等技 术的应用试点与示范 现代技术的开发和应用有了良好的起步和发展 十一五 期 间国家将投入 8 亿元实施信息化工程 同时在 CAD CAE CAM 等软件方面拥有了自主知识 产权的软件 虽然国外软件的应用在我国模具行业中仍占主要地位 但可预计国产的 CAD CAE CAM 软件将在我国模具工业中发挥越来越重要的作用 在 CAD CAE CAM 研究及 应用上 我国处于起步阶段 CAD 真正应用不超过十年 CAM 也仅是近些年逐步开始应 用 CAE 的应用仅仅限于为数不多的较大模具企业应用 技术也还处于探索阶段 国外发达国家模具标准化程度为 70 80 而我国只有 30 左右 如能广泛应用模 具标准件 将会缩短模具设计制造周期 25 40 并可减少由于使用者自制模具件而造 成的工时浪费 应用模具 CAD CAM 技术设计模具已较为普遍 推广使用模具标准件 能够实现部分资源共享 这会大大减少模具设计的工作量和工作时间 对于发展 CAD CAM 技术 提高模具的精密度有重要意义 随着中国当前的经济形势的日趋好转 在 实现中华民族的伟大复兴 口号的倡引 下 中国的制造业也日趋蓬勃发展 而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要 标志之一 模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高 并能获得极大的经济效益 因而引起了各国的高度重视和赞赏 在日本 模具被誉为 进入富裕的原动力 德国 则冠之为 金属加工业的帝王 在罗马尼亚则更为直接 模具就是黄金 可见模具 工业在国民经济中重要地位 我国对模具工业的发展也十分重视 早在 1989 年 3 月颁 布的 关于当前国家产业政策要点的决定 中 就把模具技术的发展作为机械行业的首 要任务 近年来 塑料模具的产量和水平发展十分迅速 高效率 自动化 大型 长寿命 精密模具在模具产量中所战比例越来越大 注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加 热料筒内 塑料受热熔化后 在注塑机的螺杆或活塞的推动下 经过喷嘴和模具的浇注 系统进入模具型腔内 塑料在其中固化成型 本次毕业设计的主要任务是塑料分线盒一模三用注塑模具的设计 也就是各设计一 副注塑模具来生产三种结构的分线盒塑件 以实现多结构自动化生产 提高产品质量 针对塑料分线盒的具体结构 通过此次设计 使我对直接浇口分型面模具的设计有了较 深的认识 同时 在设计过程中 通过查阅大量资料 手册 标准 期刊等 结合教材 上的知识也对注塑模具的组成结构 成型零部件 浇注系统 导向部分 推出机构 排 气系统 模温调节系统 有了系统的认识 拓宽了视野 丰富了知识 为将来独立完成 模具设计积累了一定的经验 1塑料制品及工艺分析 1 1 分线盒制件图 此次设计的塑件为分线盒塑料配件 相同尺寸 塑料原料 不同结构形式的 塑件一模多用注射模具此类模具的塑料制件相同尺寸 塑料原料 不同主要指结 构形式不同 部分视图如图 1 1 所示 分线盒塑料件结构 有一通 角二通 直 二通等共三种结构形式 每一通路的尺寸是相同的 如果塑料制件结构形式相差 太大 可能引起模具制作困难 成本过高 主要用于通讯 网络等线管的分线管 接线作用 分线盒的塑料选用聚氯乙烯 PVC 满足使用和成型要求 如图 1 2 塑 件三 为角二通通分线盒结构尺寸图 有两个通路口 20mm 通口与分线管相配 63mm 尺寸与分线盒盖相配 这两组尺寸精度要求较高 其余尺寸精度只作一般 要求 制件上的 2 个 20mm 通路口与分线盒的主分型面垂直 为外侧凸起和侧孔 为便于开模取制件 必须设计为侧抽芯结构 图 1 1 分线盒三维图 塑件一 塑件二 塑件三 图 1 2 分线盒尺寸设计图 1 2塑件的工艺分析 1 2 1 结构工艺性 对于分线盒塑料零件的材料为 PVC 聚氯乙烯 其表面要求无凹痕 其余尺寸均无 精度要求为自由尺寸 可按 MT5 级精度查取公差值 1 2 2 塑件工艺性分析 1 塑件尺寸较大且要求塑件表面精度等级较高 无凹痕 采用直接浇口流道的单 分型面型腔注射模可以保证其表面精度 2 该塑件为中小批量生产 且塑件的形状较复杂 为了加工和热处理 降低成本 分线盒采用的是一模一腔的 从而简化结构 降低模具的成本 1 3 塑件材质工艺性 表 1 1 分线盒塑件工艺特性 塑料品种PVC 聚氯乙烯 热塑性塑结构特点料 使用温度一般在 15 55 之间 性能特点 常规性能 PVC 树脂是一种白色或淡黄色的粉末 比重 1 35 1 45 PVC 制品的软硬度可以通过加入增塑剂的含量来调节 能做出不同软硬度的制品 纯 PVC 的吸水率和透气性都很小 力学性能 PVC 具有较高的硬度和力学性能 并随分子量的 增大而提高 但随温度的升高而降低 PVC 中加入的增塑剂含量不 同 对力学性能影响很大 力学性能随增塑剂含量的增加而下降 PVC 的耐磨性一般 硬质 PVC 的静摩擦系数是0 4 0 5 动摩擦系数 是0 23 热学性能 PVC 的热稳定性很差 纯 PVC 树脂在140 就开始 分解 到180 就立刻加速分解 而 PVC 的熔融温度为160 因此 纯 PVC 树脂很难用热塑性的方法加工 PVC 的线膨胀系数比较小 并具有难燃性 氧指数高达45 以上 电学性能 PVC 是一种电性能较好的聚合物 但由于本身极 性较大 其绝缘性不如 PE PVC 介电常数 介电损耗角正切值 体积电阻率较大 PVC 的电性能受温度 频率 添加剂的品种影响 较大 自身的耐电晕性也不好 一般只适用于低压 低频绝缘材料 环境性能 PVC 可以耐大多数的无机酸 发烟硫酸和浓硝酸 除外 无机盐 碱 多数有机溶剂 如乙醇 汽油和矿物油 适 合做化工防腐材料 PVC 在酯 酮 芳烃 卤烃中会溶胀或者溶解 其中最好的溶剂是四氢呋喃和环己酮 PVC 不耐光 氧 热 极易 发生降解 引起制品颜色变化 白色 粉红色 淡黄色 褐色 红 棕色 红黑色 黑色 成型特点 PVC 加工温度范围窄 160 185 加工较困难 工艺要求高 加工时一般情况下可不用干燥 若需干燥 在60 70 下进行 模 温较低 20 40 PVC 加工时易产生气纹 黑纹等 一定要严格 控制好加工温度 螺杆转速应低些 50 以下 残量要少 背压不 能过高 模具排气要好 PVC 料在高温炮筒中停留时间不能超过15 分钟 PVC 宜用大水品进胶 采用 中压 慢速 低温 的条件来 成型加工较好 较 PVC 产品易粘前模 开模速度 第一段 不宜过 快 水口在流道冷料穴处做成拉扣式较好 啤 PVC 料停机前需及时 用 PS 水口料 或 PE 料 清洗炮筒 防止 PVC 分解产生 Hd 腐蚀 螺杆 炮筒内壁 1 4注射成型工艺参数 表 1 2 塑件工艺参数 PVC 工艺参数规格工艺参数规格 料筒温度 后段 160 170 中段 165 180 前段 170 190 成型时间 t S 注射时间 0 3 保压时间 16 60 冷却时间 16 60 喷嘴温度 150 170螺杆转速 r min 28 模具温度 80 90注射压力 MPa 80 130 2注塑机的选择 2 1 初选注塑机 模具只有和合适的注塑机相配 生产才能进行 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁模力 合模装置的基本尺寸 开合模速度 空循环 时间等 这些参数是设计 制造 购买和使用注塑机的主要依据 下面为了选择合适的 注塑机 从校核注塑机的各种参数入手 1 注塑量 螺杆或柱塞一次注射的最大容积 cm 2 或者一次注射塑料的最大重量 2 注射压力 注射时螺杆或柱塞头部施于预塑物料的最大压力 MPa 3 注射速率 单位时间内注射的理论容积 螺杆或柱塞截面积乘以螺杆或柱塞的 最大速度 cm 3 s 4 塑化能力 单位时间内所能塑化的物料的最大质量 g s 5 锁模力 为克服塑料熔体涨开模具而施于模具的力 KN 6 合模装置的基本尺寸 包括模板尺寸 mm 拉杆空间 mm 模板间最大开距 mm 动模板的行程 mm 模具最大厚度与最小厚度 mm 等 这些参数规定了机器 加工制件所使用的模具尺寸范围 7 空循环周期 注射机在不加入塑料物料时一次循环的最短时间 s 2 1 1 确定最大注射量 通过计算塑件质量gVM24 306 214 1 11 流道凝料的质量 2 m按塑件质量的 0 6倍来估算 从上述确定的一模一腔 所以注射量为 48 38g30 241 61 6nm1 M 2 1 2 1 2 确定锁模力 流道凝料 包括浇口 在分型面上的投影面积 2 A 在模具设计前是个未知值 根据 多型腔模的统计分析 2 A是每个塑件在分型面上的投影面积 1 A的0 2倍 0 5倍 因此 可以用公式 11211 35A1 35nAAnAA 2 2 2 13419mm33333 14A 代入得 2 14615 65mm34191 351 35AA 13 8469kN304625 65ApFm 型 2 3 式中P取30Mpa 因为材料PVC有精度要求 2 2 注射机的选择及校核 2 2 1 注射机的选择 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值可以选择SZ 250 1250卧式注射机 详见下表 表2 1注射机主要技术参数 理论注射容量 cm 3 270锁模力 kn1250 螺杆直径 mm45拉杆内间距 mm415X415 注射压力 MPa160移模行程 mm360 注射速率 g s 110最大模厚 mm410 塑化能力 g s 18 9最小模厚 mm150 螺杆转速 r min 10 200定位孔直径 mm160 喷嘴球半径 mm15喷嘴孔直径 mm3 5 锁模方式双曲肘 2 2 2 型腔数校核 由料筒塑化速率校核模具的型腔数 n 1142430 24 30 0 6 3600 36003018 9 0 8 mm kMt 3600N12 型腔数校核合格 式中 K 是注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 M 是注射机的额定塑化量 18 9g s T 是成型周期 取 30s 2 2 3 注射压力的校核 在确定型腔的数量后确定注塑机的类型 参考教材 塑料成型工艺与模具设计 公 式 2 4 按注塑机的额定锁模力确定型腔数目 n F PA2 PA1 式中F 注塑机的额定锁模力 N A1 单个塑件在模具分型面上的投影面积 mm 2 A2 浇注系统在模具分型面上的投影面积 mm 2 P 塑料容体对型腔的成型压力 MPa 其大小一般是注射压力大小 但由于在本文中 3 7 1 章节已进行了脱模力的计算 所以可以由校核公式 F KFt 总进行校核 式中 F 注射机额定锁模力 KN Ft 总 脱模力 KN K 安全系数 取 K 1 2 MPapkpe1301003 1 0 而 e p 160MPa 注射压力合格 2 4 式中 k取 1 3 0 p取 100MPa PVC 料 2 2 4 锁模力校核 F Kap型 1 2 13 85 16 62kN 而 F 1250kN 锁模力校核合格 其他安装尺寸的校核要在模架选定 结构尺寸确定后才可进行 2 2 5 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 为了使注射模具能够顺利地安装在注射机上并生产出合格的塑件 在设计模具 时必须校核注射机与模具安装有关的尺寸 1 喷嘴尺寸 设计模具时 主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径 略大一些 主流道小端直径要比喷嘴直径略大 在此次设计中 所选注射机型号为 XS Z 60 喷嘴球半径为 14mm 喷嘴孔直径为 4mm 本套模具的主流道始端球面半径为 16mm 主流道小孔直径为 5mm 故符合设计要求 2 最大 最小厚度校核 在模具设计时 应使模具的总厚度位于注射机可 安装模具的最大模厚与最小模厚之间 同时应校核模具的外形尺寸 使得模具能 从注射机的拉杆之间装入 本套模具的总厚度为 214mm 模板长度为 200mm 250mm 所选注射机 XS Z 60 的最大模具厚度为 250mm 最小模具厚度为 70mm 动 定模 固定板的尺寸 330mm 440mm 注射机的拉杆空间为 190mm 300mm 故符合要求 2 2 6 开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的 塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小 于注射机的最大开模距离 否则塑件无法从模具中取出 由于注射机的锁模机构 不同 开模行程的校核可分为与模具厚度无关 与模具厚度有关两种 所选用注射机 XS Z 60 是液压和机械联合作用的锁模机构 最大开模程度由 连杆机构的最大行程所决定 并不受模具厚度的影响 本模具属于单分型面注射 模具 如图 2 1 所示 又公式 2 5 开模行程可按下式校核 10 mm 5 H HS21 2 5 式中 S 注射机最大开模行程 mm H1 推出距离 mm H2 包括浇注系统在内的塑件高度 mm 开模行程的校核应考虑侧向抽芯所需的开模行程 HC 当 HC H1 H2时 HC 对开模行程没有影响 仍用上面公式进行校核 当 HC H1 H2 时 可用 HC代替 上面的 H1 H2 3模具结构分析与设计 3 1 结构分析 注射模具主要由动模和定模两部分组成 定模部分安装在注射机的固定模板 上 动模部分安装在注射机的移动模板上 在注射成型过程中 模具的动模随注 射机上的合模系统运动 同时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合形成浇注系 统和型腔 塑料熔体从注射机喷嘴流经模具浇注系统进入型腔内 冷却后开模时 动模与定模分离 由推出机构将塑件推出 根据模具上各个部分的不同作用 注射模大致可分为下面八大部分 1 成型部分 成型部分主要由凸模 型芯 凹模 型腔 等组成 凸模 型芯 形成塑件 的内表面形状 凹模 型腔 形成塑件的外表面形状 合模后组成塑件的几何边 界 包容塑件 2 浇注系统 熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道称为浇注系统 将注射机 喷嘴喷出的熔融塑料引入到型腔中 起到输送管道的作用 浇注系统由主流道 分流道 浇口及冷料井组成 3 导向机构 导向机构分为动模与定模之间的导向和推出机构的导向 4 侧向分型与抽芯机构 塑件上如果有侧向的凹凸形状或者侧孔 就需要有侧向的凸模或者成型块来 成型 在塑件被推出之前 必须先使侧向凸模或侧向成型块抽出 然后才能顺利 脱模 带动侧向凸模或侧向成型块移动的机构称为侧向分型与抽芯机构 5 排气系统 在注射成型过程中 为了将型腔内的气体排出模外 需要开设排气系统 小 型塑件的排气量不大 因此可直接利用分型面间的间隙排气 6 温度调节系统 为了满足注射工艺对模具的温度要求 必须对模具的温度进行控制 因此模 具常常设有冷却或加热的装置 冷却系统一般在模具上开设冷却水道 加热系统 则在模具内部或四周安装加热元件 7 推出机构 把模具分型后的塑件从模具中推出的装置 有些可能要靠人工协助 有的完 全自动将塑件推出 8 支承零部件 是整个模具的主骨架 通过它将模具的各个部分组合成一个整体 并且使模具与注射机 连在一起 3 1 1 型腔数目的确定 根据模具型腔数目可以分为单型腔模具和多型腔模具 一次注射只能生产一 个塑料产品的模具称为单型腔模具 如果一副模具一次注射能生产两个或两个以 上的塑料产品 则这样的模具称为多型腔模具 与多型腔模具相比较 单型腔模具的特点有 塑料制件的形状和尺寸一致性 好 模具结构简单紧凑 模具制造成本低 制造周期短等 但是 如果是大批量 生产 多型腔模具又相对有优势 它可以提高生产效率 降低塑件的整体成本 型腔数目的确定有如下几种方法 1 根据所用的注射机的最大注射量确定型腔数 2 根据注射机的最大锁模力确定型腔数 3 根据塑件的精度确定型腔数 4 根据经济性确定型腔数 本次设计的塑件分线盒为中小批量生产 故分别采用一模一腔 3 1 2 分型面位置的确定 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素 它与模具的整体结构 浇注系统的设 计 塑件的脱模和模具的制造工艺等有关 因此分型面的选择是注射模具设计中的一个 关键步骤 如何确定分型面 需要考虑的因素比较复杂 由于分型面受到塑件在模具中 的成型位置 浇注系统设计 塑件的结构工艺性及精度 嵌件位置形状以及推出方法 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比较 从几种方案中优选出较为合理的方案 选择分型面时一般应遵循以下几项原则 1 保证塑料制品能够脱模 2 使型腔深度最浅 3 使塑件外形美观 容易清理 4 尽量避免侧向抽芯 5 使分型面容易加工 6 使侧向抽芯尽量短 7 有利于排气 综上所述 选择注射模分型面影响的因素很多 总的要求是顺利脱模 保证塑件技 术要求 模具结构简单制造容易 当选定一个分型面方案后 可能会存在某些缺点 再 针对存在的问题采取其他措施弥补 以选择接近理想的分型面 3 2 模具零部件设计 3 2 1 型腔的结构和固定方式 型腔采用整体式结构 其优点 结构简单 牢固可靠 不易变形 成型的塑件质量 较好 3 2 2 凸 凹模的确定 凸 凹模是成型塑件外表面的凸凹状零件 通常可分为整体式和组合式两大类 1 整体式凸模和凹模结构简单 牢固可靠 不易变形 成型的塑件质量较好 适 合用于形状简单的小型塑件的成型 2 组合式凸模和凹模改善了加工性 减少了热处理变形 节约了模具贵重钢材 但结构复杂 装配调整麻烦 塑件表面可能留有镶拼痕迹 因此 这种凸模和凹模主要 用于形状复杂的塑件的成型 对于设计的外壳 由于其结构简单 故选用整体式凸模和整体式凹模 3 2 3 脱模方式的确定 所谓脱模机构就是使塑件从模具成型零件上脱出的机构 让固化的成型塑件完好的 从模具中顶出 取决于脱模机构的合理设计 在设计脱模机构时一般要综合考虑以下选 用原则 1 尽可能让塑件留在动模 使脱模机构易于实现 2 不损坏塑件 不因脱模而使塑件质量不合格 3 塑件被顶出位置应尽量在塑件内侧 以免损伤塑件外观 4 脱模零件配合间隙合适 无溢料现象 5 脱模零件应有足够的强度和刚度 6 脱模零件要工作可靠 运动灵活 制造容易 配换方便 另外 为实现注塑生产的自动化 必要时不但塑件要实现自动坠落 还要使浇注系 统凝料能脱出并自动坠落 塑件在成形时 由于有尺寸上的收缩 所以对模具的凸出部 位有包紧力 而脱模机构的负荷就是这种包紧力对脱模方向上形成的阻力 塑件冷却收缩 会紧紧的包住型芯 与型腔脱离 最后推件板在液压机构的作用下 将塑件从动模上推下 完成注塑的全过程 其优点 1 制件受力均匀在分离时不产生变形 2 制件表面质量不受影响 3 推出机构简单可靠 简化了模具 3 3 浇注系统的确定 浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类 浇注系统控制着塑件成型 过程中充模和补料两个重要阶段 对塑件质量关系极大 浇注系统是指从注塑机喷嘴进 入模具开始 到型腔入口为止的那一段流道 普通模具的浇注系统由主流道 分流道 浇口 冷料井几部分组成 对于浇注系统进行设计时 一般应遵循如下基本原则 1 了解塑料的成型性能 注射成型时注射机料筒中的塑料已成熔融状态 粘流态 因此了解被成型的塑料 熔体的流动特性以及温度 剪切速率对粘度的影响等显得十分重要 设计的浇注系统一 定要适应于所用塑料的成型性能 以保证成型塑件的质量 2 尽量避免或减少产生熔接痕 在选择浇口位置时 应注意避免融接痕的产生 熔体流动时应尽量减少分流的次数 有分流必然有汇合 熔体汇合之处必然会产生熔接痕 尤其是在流程长 温度低时 这 对塑件熔接强度的影响较大 3 有利于行腔中气体的排出 浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满行腔的各个部分 使浇注系统及型腔中原有 的气体能有序地排出 避免充填过程中产生紊流或涡流 也避免因气体积存而引起凹 陷 气泡 烧焦等塑件的成型缺陷 4 防止型芯的变形和嵌件的位移 浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直接冲击细小型芯和嵌件 以防止熔体的冲击 力使细小型芯变形或嵌件位移 5 尽量采用较短的流程充满型腔 在选择浇口位置的时候 对于较大的模具型腔 一定要力求以较短的流程充满型腔 使塑料熔体的压力损失和热量损失减小到最低限度 以保持较理想的流动状态和有效地 传递最终压力 保证塑件良好的成型质量 为此 选择合理的浇口位置 减少流道的折 弯 提高流道的表面粗糙度 这样就可以缩短充填时间 避免因流程长 压力和热量损 失大而引起的型腔充填不满等成型缺陷 6 流动距离比和流动面积比的校核 对于大型或薄壁塑料制件 塑料熔体有可能因其流动距离过长或流动阻力太大而无 法充满整个型腔 为此在模具设计过程中除了考虑采用较短的流程外 还应对其注射成 型时的流动距离比或流动面积比进行校核 这样就可以避免型腔充填不足现象的发生 3 3 1 主流道的设计 主流道是一端与注射机喷嘴相接触 另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通 道 是熔体最先流经模具的部分 它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有 较大的影响 因此必须使熔体的温度和压力损失最小 在卧室或立时注射机上使用的模具中 主流道垂直于分型面 主流道通常设计在模 具的浇口套中 为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出 主流道设计成圆锥形 图3 1 主流道的主要参数图 其中1 浇口套 2 机床喷嘴 D 主流道小端直径 d 喷嘴直径 R1 主流道始端的球面半径 R2 喷嘴头部球面半径 r 主流道大端半径 锥角 L 流道长度 浇口固定形式如下图 图3 2 主流道的固定图 其中1 定模底座 2 主流道 3 定位圈 主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑 二者应严密接触以避免高压塑料的溢 出 凹坑球半径比喷嘴球头半径大1 2mm 主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0 5 1mm 常取 3 5 8mm 视制品大小及补料要求决定 大端直径应比分流道深度大 1 5mm 以上 其锥角不宜过大 一般取 2 6 3 3 2 浇口设计 模具设计时 浇口的位置及尺寸要求比较严格 初步试模后还需进一步修改浇口尺 寸 无论采用何种浇口 其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大 因此合理选择浇 口的开设位置是提高质量的重要环节 同时浇口位置的不同还影响模具结构 总之要使 塑件具有良好的性能与外表 一定要认真考虑浇口位置的选择 通常要考虑以下几项原 则 1 尽量缩短流动距离 2 浇口应开设在塑件壁厚最大处 3 必须尽量减少熔接痕 4 应有利于型腔中气体排出 5 考虑分子定向影响 6 避免产生喷射和蠕动 7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷 图3 3 浇口固定形式 8 注意对外观质量的影响 浇口亦称进料口 是连接分流道与型腔的通道 除直接浇口外 它是浇注系统中截 面最小的部分 但却是浇注系统的关键部分 浇口的位置 形状及尺寸对塑件性能和质 量的影响很大 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种 我们将采用限制性浇口 限制 性浇口一方面通过截面积的突然变化 使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度 提高剪切速率 使其成为理想的流动状态 迅速面均衡地充满型腔 另一方面改善塑料 熔体进入型腔时的流动特性 调节浇口尺寸 可使多型腔同时充满 可控制填充时间 冷却时间及塑件表面质量 同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流 并便于浇口凝料与 塑件分离的作用 为了简化生产 采用的是直接浇口的形式 在设计直接浇口的时候 选用较小的主 流道锥度和尽量减少定模板和定模座板的厚度 以此防止塑件接触浇口处产生缩孔 变 形等缺陷 浇口的形式众多 通常都有边缘浇口 扇形浇口 平缝浇口 圆环浇口 轮辐浇口 点浇口 潜伏式浇口 护耳浇口 直浇口等 对于分线盒而言 鉴于分线盒的具体结构 和表面质量要求 选择直浇口 对于设计的分线盒 由于分线盒对浇口去除痕迹要求不 高 同时因为分线盒的壁厚较薄 1 5mm PVC 要求的最小壁厚为1 15mm 为了保证 充模顺畅 采用直浇口 高温熔融塑料直接从主流道进入型腔 流程短 进料快 流道 阻力小 传递压力好 保压补偿作用好 同时浇注系统耗料少 模具结构简单 紧凑 制造方便 由于其内形状规则而又简单 属于中小批量生产 故宜采用直浇口 故在安 排型腔时 采用一模一腔的形式 以节约产品的成本 简化机构 3 3 3冷料穴的设计 冷料穴是浇注系统的结构之一 冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料 避免这些冷料注入型腔而产 生次品 冷料穴还有一个作用便于在该处设置主流道拉料杆的功能 注射结束模具开模 时 拉料杆将主流凝料从定模浇口套中拉出 而后推出机构开始工作 将塑件和浇注系 统凝料一起推出模外 当注射机未注射塑料之前 喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低 形成冷凝料头 为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量 在进料口的末端的动模板 上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴 这个洞穴就是冷料穴 它的作用是储存因两 次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料 防止冷料进入型腔而形成冷接 缝 冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径 长度约为主流道大端的直径 为了使主 流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出 往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流 道拉出而附在动模一边的作用 根据拉料的方式的不同 冷料穴的形式又可分为与推杆 匹配的冷料穴 与拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种 3 4 冷却系统的结构设计 根据模具冷却系统设计原则 冷却水孔数量尽量多 尺寸尽量大 这样做同时可实 现尽量降低入水与出水的温度差的原则 分线盒根据书上的经验值取 4 根 冷却水口口 径为 8mm 另外 具冷却系统的过程中 还应同时遵循 1 浇口处加强冷却 2 冷却水孔到型腔表面的距离相等 3 冷却水孔数量应尽可能的多 孔径应尽可能的大 4 冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位 以防漏水 5 进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧 通常应设在注塑机的背面 6 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处 而且在冷却系统内 各相连接处应保持密 封 防止冷却水外泄 3 5 排气方式的确定 当塑料熔体充填模具型腔时 必须将浇注和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产 生的低分子挥发气体顺利地排出模外 如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干 净 塑件上就会形成气泡 产生熔接不牢 表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷 塑料 熔体在注入型腔的同时 必须置换出型腔内的空气和从熔体中逸出的挥发气体 作为注 射模组成部分的排气槽如果设计不合理 将会产生如下弊病 1 增加熔体充模流动的阻力 使型腔无法被充满 导致制品边棱不清晰 2 在制品上呈现明显可见的流动痕和熔接痕 使制品力学性能降低 3 滞留气体使制品产生银纹 气孔 剥离等表面质量缺陷 4 型腔内气体受到压缩后产生瞬间局部高温 使熔体分解变色 甚至炭化烧焦 5 由于排气不良 降低了熔体的充模速度 延长了注射成型周期 型腔内气体的来源 除了型腔内原有的空气外 还有因塑料受热或凝固而产 生的低分子挥发气体 塑料熔体向注射模型腔填充过程中 必须要考虑把这些气 体顺序排出 否则 不仅会引起物料注射压力过大 熔体填充型腔困难 造成充 不满模腔 气体还会在压力作用下渗进塑料中 使塑件产生气泡 组织疏松 熔 接不良 因此在模具设计时 要充分考虑排气问题 排气槽的作用主要有两点 一是在注射熔融塑料时 排除模腔内的空气 二是排除塑料在加热过程中产生的 气体 其设计往往靠实践经验 并且要经过多次试模与修模后加以完善 注射模通常有三种方式排气 1 利用配合间隙排气 对于简单型腔的小型模具 可以利用推杆 活动型 芯 活动嵌件以及双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气 这种类型 的排气形式 其配合间隙不能超过 0 05mm 一般为 0 03 0 05mm 视成型塑料的流 动性性能的好差而定 2 在分型面上开设排气槽 分型面上开设排气槽是注射模排气的主要形式 3 利用排气塞排气 排气的方式有开设排气槽排气和利用模具零件配合间隙排气 因为此模具是中小型模具可利用分型面间隙及零件配合间隙来排气 所以可不另设 排气槽 选择间隙排气 3 6 标准模架的选择 表 3 1 基本型模架的组成 功能及用途 型号组成 功能及其用途 中小模架 A1 大型模架 A 型 定模采用两板模板 动模采用一块模板 无支 承板 设置以推杆推出塑件的机构组成模架 适 用于立式与卧式注射机 单分型面一般设在合模 面上 可设计成多个型腔成型多个塑件的注射模 中小模架 A2 大型模架 B 型 定模和动模均采用两块模板 有支承板 设 置以推杆推出塑件的结构组成模架 适用于立式 与卧式注射机上 用于直浇道 采用斜导柱侧向 抽芯 单型腔成型 其分型面可在合模面上 也 可设置斜滑块垂直分型脱模式机构的注射模 中小模架 A3 A4 型 大型模架 P1 P2 A3 型 P1 型 的定模采用两块模板 动模采用一 块模板 它们之间设置一块推件板连接推出机 构 用以推出塑件 无支承板 A4 型 P2 型 的定模采用两块模板 它们之间设 置一块推件板连接推出机构 用以推出塑件 有 支承板 A3 A4 型均用于立式与卧式注射机上 适用于薄 壁壳体塑件 脱模力大 以及塑件表面不允许留 有顶出痕迹的塑件注射成型的模具 注 1 定 动模可根据使用要求选用有肩或无肩形式 2 根据使用要求选用导向零件和它们的安装形式 3 A1 A4 型是以直浇口为主的基本型模架 其功能及通用性强 是国际上使用 模架中具有代表性的结构 派生性模架的组成 功能及用途 表 3 2 派生性模架的组成 功能及用途 型号组成 功能及用途 中小模架 P1 P4 型 大型模 架 P3 P4 型 P1 P4X 型由基本型 A1 A4 对应派生而成 结构形式上的 不同点在于去掉了 A1 A4 型定模板上的固定螺钉 使定 模板部分增加了一个分型面 多用于点浇口形式的注射 模 其功能和用途符合 A1 A4 型的要求 中小模架 P5 型由两块模板组合而成 主要适用于直接浇口 简单整体 型腔结构的注射模 中小模架 P6 P9 型 其中 P6 与 P7 P8 与 P9 是互相对应的结构 P7 和 P9 相对于 P6 与 P8 只是去掉了定模座板上的固定螺钉 这 些模架均适用与复杂结构的注射模 如定距分型自动脱 落浇口式注射模等 注 1 派生型 P1 P4 型模架组合尺寸系列和组合要素均与基本型相同 2 其模架结构以点浇口 多分型面为主 适用与多动作的复杂注射模 3 扩大了模架应用范围 增大了模架标准的覆盖面 根据成型零件及结构零件的布局选择国家标准模架 如图 3 4 所示 图 3 4 标准模架图 3 7 成型零件的尺寸的计算 成型零件工作尺寸是成型零件上直接用来构成塑件的尺寸 主要有型腔和型 芯的径向尺寸 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯之间的位置尺寸等 在 模具设计中 应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度 等级 所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部位的尺寸 工作尺寸的 计算受塑件尺寸精度的制约 影响塑件尺寸精度的因素甚多 且十分复杂 因此 塑件尺寸难以达到高精度 影响塑件精度的因素非常复杂 影响尺寸精度的主要因素如下 1 塑件收缩率波动 塑件成型后的收缩率与塑料的品种 塑件的形状 尺寸 壁厚及模具结构等 因素有关 收缩率的偏差和波动 都会引起塑件尺寸误差 其尺寸变化值为 ss LSS minmax 3 1 式中 s 塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差 max S 塑料的最大收缩率 min S 塑料的最小收缩率 s L 塑件的基本尺寸 按照一般的要求 塑料收缩率