4组调料盒塑料模具设计

- 1 -1绪 论1.模具工业的概况在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。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，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”。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%。塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。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。2.我国塑料模具工业技术现状及地区分布在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。还能生产厚度仅为0. 08mm的一模两腔的- 2 -航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。注塑模型腔制造精度可达0. 02 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达50 100 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的5080%相比，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG II、美国 Parametric Technology公司的Pro/Engineer 、美国CV公司的CADS5、英国 Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国 AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚 Moldflow公司的MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及 CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo 、PMS、SM I、SM II等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越- 3 -广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。技术比较见表1表1: 国内外塑料模具技术比较表项目 国外 国内注塑模型腔精度 0. 0050. 01mm 0.020.05mm型腔表面粗糙度 Ra0.010. 05 um Ra0.20 um非淬火钢模具寿命 10-60万次 1030万次淬火钢模具寿命 160300万次 50100万次热流道模具使用率 80%以上 总体不足10%标准化程度 7080% 小于30%中型塑料模生产周期 一个月左右 24个月我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。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%。2008 年总产值为 450 亿元，近十年来增长率为 15%以上。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；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、- 4 -模具生产最为集中的省份是广东和浙江，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。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：(1)国内自配率不足80，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60。(2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。(3)模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低很多，而模具生产周期却要比国际先进水平长很多。(4)开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。(5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。(6)与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。 在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在教学中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业是一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。3.我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具- 5 -企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是： CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CADCAMCAE技术的进一步集成化、一体化、智能化； PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用； 高速、高精加工技术的发展与应用； 超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用； 快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用； 热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用； 优质模具材料的研制及正确选用； 模具自动加工系统的研制与应用； 虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。4 .注塑模具 CAD 发展概况及趋势计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。三十多年来，国外注射模 CAD 技术发展相当迅速。70 年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80 年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模 CAD 技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。- 6 -第一章 塑件材料选择性能一、零件图 1-1 零件图二、ABS 材料分析ABS 材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。这三种组分各自的特性，使 ABS 具有良好综合力学性能。丙烯晴使 ABS 有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。ABS 属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。ABS 无毒，无味。密度 1.021.05g/cm 3成型温度范围（180-240）,成型时有较好的流动性。ABS 材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降(抗寒性)；有良好的的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性和电气性能。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。ABS 几乎不受酸、碱、盐、及水和无机化盐的影响，- 7 -溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部份醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS 塑料表面不可接触受冰醋酸，植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。此外，ABS 的缺点是耐热性不高，低介电强度，低拉伸率，热变形温度为 93，脆化温度为-27,使用的温度范围为-40100，而且 ABS 的耐气候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬发脆。三、 塑料成型工艺性能分析塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料 ABS 工艺特性进行分析：1、收缩性 塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：S S=a-b/b100% （S S:实际收缩率；a:模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：塑件在室温时的尺寸；c：模具在室温时的尺寸） 对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用 SJ=c-b/b%（S j：为计算收缩率） 由于本次毕业设条件的原因，没有办法自己去测量出：c b 值。于是我们通过查找资料塑料成型工艺与模具设计附录 B 常用塑料的收缩率，可得：ABS塑料成型收缩率为：0.003-0.008，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。我们取一个相对平均值：0.005。2、流动性 塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。但流动性太好，又会在成型时主生严重的飞边。ABS 材料属于热塑性塑料，分子成线型，具有良好的流动性。其次：料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。3、吸湿性 吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或粘附水分能力的大小分类，ABS 塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:0.05%-0.5%。在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。因此，在成型前必须进行干燥处理。一般干燥温度取 80-90，干燥时间为两小时。- 8 -4、热敏感性 塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等，另处，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一定的影响。ABS 塑料成型温度为 210-250，经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得，到达 260变色，于料温达到 280时，塑料出现分解。于是注塑成型是，一般取 210-250。综上所述：ABS 收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：型腔 40140型芯30ABS 溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。附表 11 ABS 材料性能、工艺参数表密 度 1.05 拉伸强度 3349收缩率 0.0030.008 拉伸弹性模量 1.8熔 点 130160 弯曲强度 80弯曲弹性模量 1.4热变形温度（45N/cm 2）6598压缩强度 1839模具温度 2570 缺口冲击强度 1120喷嘴温度 180190 硬 度 R6286中段温度 210230 外 观 微黄色或白色不透明后段温度 200220 吸水率 0.050.5干燥温度 8090注射压力 70100MPa塑化形式 螺杆式柱塞式特 点耐热、表面硬度高，尺寸稳定、耐化学、易成型加工，可渡鉻干燥时间 2H 保压压力 30-80MPa背压压力 3-20MPa 比 重 1.05注塑时间 3-5s 保压时间 10-30s- 9 -第二章 塑料件的结构工艺一、塑料件的尺寸精度分析按塑件的尺寸 MT 精度要求,未标注公差为自由，按 ABS 材料模塑件公差等级（GB/T 14486-1993）选取一般精度要求 MT3。其主要尺寸公差如下（单位均为 mm）成型零件的外形尺寸： 、 、 、 、 、092.092.614038.036.504.8、 、 、 、 、16.08.0.05.017.0、 、 、 、 、32.536.4.2.16.R、 、 、 、95、01.R01.01.R08.5315成型零件的外形尺寸： 、 、 、 、 、92.0325.0836.08436.018.02R、 、14.0616.07成型零件的卡位孔尺寸: .2二、塑料件的使用性能分析塑件外表面光亮耐磨，平整，卡位孔处需要有良好的力学性能。卡位孔配合精度不高，需要适当的强度和弹性，不容易产生的变形，整体无变形即可。三、塑料件的表面质量分析该塑件要求外形美观，内、外表面表面光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表面粗糙度均可取 Ra0.4m。塑件制品内、外表面成型后方不可见边缘有缺陷，边缘面要求平整。四、塑料件的结构分析1、塑件形状比较复杂，前、后面都用圆弧过度，后面有两个卡位孔，两侧- 10 -均有加强筋。内部有三块隔板。2、塑件整体结构较大，平均壁厚为 1.5mm，壁厚检测分析如图 2-1 所示，超过 ABS 塑料的最小成型壁厚。可注塑成型。图 A图 B图 2-1 厚度检查分析综上所述，从精度上看，ABS 注塑成型可满足尺寸要求，表面粗糙度要求（ABS Ra 可达到 0.0251.6/m） 。从结构上看，可考虑整体边缘为最大分型面，两侧卡位孔结构考虑侧向分型。从塑件的表面质量要求看，浇口选择在塑件的底部，提高它们的力学性能。由于塑件整体结构较大，但生产批量大等。我们可以- 11 -考虑使用一模多腔的注塑成型，提高生产效率。第三章 成型设备的选择和成型工艺的制定一、成型参数的确定查中国模具设计大典 、 塑料成型工艺与模具设计得 ABS 塑料的有关注塑成型参数：密 度 ： 1.011.05g/mm收 缩 率 ： 0.0050.008预热温度 ： 8090，预热时间 23h料筒温度 ：前段 200210,中段 210230，后段200220喷嘴温度 ：180190模具温度 ：5070注射压力 ：60100MPa注射时间 ： 注射时间 35s，保压时间 1030s，冷却时间 1530s.成型周期 ：4070S二、塑件的体积和重量的计算1、利用 PRO/E 进行体积的计算根据产品图纸，将四组调料盒按 1:1 的尺寸比例在 PROE 里完成三维构图。利用 PROE 分析指令对四组调料盒进行体积的计算如图 3-1 所示。体积=4.7173376e+04mm 4其中 e=1 03=10000 四组调料盒体积 V=10004.72mm3- 12 -图 3-1 质量分析2、四组调料盒重量的计算 根据分析 ABS 材料 =1.05g/cm 3W=V=1.0510004.7210-3=10.5496g 三、模具所需塑料熔体注射量根据生产批量为大批量生产，由于注塑件的尺寸比较大，初步选择采用一模二腔，按塑料模具设计指导2.1.2.4 有如下模具所需塑料熔休注射量的计算公式：M = N M1+ M2式中，M 副模具所需塑料的质量或体积（g 或 cm3）N 初步选定的型腔数量M1 单个塑件的质量或体积（g 或 cm3）M2 浇注系统的质量或体积（g 或 cm3）M2 ：注系统的质量或体积，它与注塑件的质量和塑料的流动性能有一定的关系，是一个不定值，但据注塑厂的统计资料，M 2 取 15%-20%。在这里我们选用M2 =0.6N M1 则有：M=1.6NM1=1.6210.5496=33.75872 cm3四、锁模力的计算FM=（NA 1+A2）P 型式中，F M 模具所需要的锁模力（N）- 13 -N 初步选定的型腔数量A1 单个塑件在分型面上的投影面积（mm 2）A2 流道凝料在分型面上的投影面积（mm 2）P 型 塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)其中，A 2 按分型面上投影面积 A1 的 0.20.5 倍。取中间值 0.3，利用 Pro/E 进行注塑件投影面积分析（一模两腔一起分析） ，A 1 投影面积为：40951.0mm2 如图 3- 2 所示。图 3-2 投影面积分析根据资料塑料模具设计指导P7 常用塑料注射成型时型腔平均压力表 2-2 中，ABS 属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，P 型 取 35FM=（NA 1+A2）P 型 =（220475.5+0.3220475.5）35 =（40951+12285.3)35=1863270.5 Mpa - 14 -五、设备选择根据塑化塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考塑料成型工艺设计与模具设计P105 表 4.2 常用国产注塑机的规格和性能。初步选择采用注射机型号：G54-S200/400G54-S200/400，其有关的参数为：额定注射量 200400cm注射压力 109MPa锁模力 2540KN最大注射面积 645cm 2最大开合模行程 260mm最大模具厚度 406mm最小模具厚度 165mm喷嘴圆弧半径 18mm喷嘴孔直径 4mm动定模板尺寸 532634mm拉杆间距 290mm368mm- 15 -六、塑料成型工艺卡根据 ABS 材料的注射成型工艺分析、四组调料盒的结构分析及相关资料塑料注塑模结构与设计编写如下表 3-1 成型工艺卡片。表 3-1 塑料成型工艺卡资料编号车间塑料成型工艺卡片共 1 页 第 1 页零件名称 四组调料盒 材料牌号 ABS 设备型号 G54-S200/400装配图号 材料定额 每模件数 2零件图号 SZTLH001 单件重量 10549.6g 工装号设备温度/ 8090材料干燥 时间/h 2后段/ 180200中段/ 210230前段/ 200210料筒温度（）喷嘴/ 180190模具温度/ 5080注射 /s 29保压 /s 1530时间冷却 /s 1530注射压力/MPa 70100压力背压力/MPa 60100温度 100 辅助/min后处理时间 810时间定额 单件/min检验- 16 -编制 校对 审核 组长 车间主任 检验组长 主管工程师第四章 注射模设计一、可行性分析1、可注塑性分析（1） 、最小壁厚要求根据图纸，四组调料盒壁厚为 1.5mm。 塑料模具设计与制造实训教程P18（表 1-3）常用塑料壁厚选用范围中，ABS 材料壁厚范围为 1.25-1.6mm。四组调料盒的壁厚中型塑件，需进行最小壁厚校核。 塑料模具设计参考资料汇编P160 壁厚（S）与流程（L）关系式：ABS 流动性为中等。S=（L100+0.8）0.7=（150100+0.8）0.7=1.61mm 1.5mm四组调料盒平均尺寸大于 ABS 材料的实际最小注塑尺寸,可注塑成型。（2） 、表面质量要求由于塑件表面质量要求较高，表面不允许出现明显的接痕，和气泡伤疤。为避免此类缺陷的出现，在结构设计，分型面设计，浇注系统设计，排气系统设计前进行使用 PLASTTC ADVISER7.0 进行注塑件可能产生的接痕和气泡分析如图 4-1 所示。图 4-1 接痕和气泡- 17 -图中，红色为缩痕区，蓝绿色小点为气泡。由图可知，缩痕多出现在相交结构上，一般由塑件的结构确定接痕的分析为红色，说明接痕缺陷不明显，塑件的结构达到表面表质量的要求。蓝绿色点不多，多集中在边缘上，可考虑将分型面设计在此处，合理利用合模间隙，可达到良好的排气效果，可避免气泡引起的缺陷。 2、可制造性分析（1） 、模具精度校核根据塑件精度要求塑件外表面 Ra=0.8m 按经验公式可得型腔的表面要求Ra=0.27m 由精铣研磨达到精度要求。（2） 、结构分析塑件整体结构均匀，卡位孔结构小，内有 R3 倒角，型芯机构设计成整体式，如图 4-2 （a）所示，需要用到线切割和数控铣加工，是模具加工费较贵，且小的角槽容易磨损，一但磨损过量，则整个型腔需要更换，浪费大量的费用，从模具的加工性、经济角度出发考虑，所以型芯机构设计成拼块组合式，如图4-2 （ b）所示，有利于加工，便于更换，即可节省模具的成本费。型芯设计成组合镶嵌式可以用铣工单独加工完成。（a）整体式 （b）拼块组合式图 4-2 型芯的形式塑件在两侧分别有一个卡位孔，卡位孔的直径：4.2mm、长：8mm，卡位孔结构不利于与主分型面一起分型，所以必须运用侧向抽芯分型才可以分型。综上所述：四组调料盒塑件，满足最小注射壁厚，注射没有明显的缩痕现象，注射型成气泡少，且可利用合理的合模间隙排气。模具可加工简单，结构合理。- 18 -3、型腔数目的确定根据模具的生产批量为大批量生产，一模多腔能提高生产效率，降低每一件产品的模具费用。根据一模两腔塑件的体积 V=40951.0mm2， 塑件体积比较大，按初步选择的注射机 G54-S200/400 额定的注射量为 200400 mm3，可成型一模具多腔。但随着模具型腔数目的增加，塑件的精度降低，模具结构复杂，制造成本提高，注塑质量差。综合考虑，四组调料盒的模具设计采用一模二腔结构。二、确定模具的类型1、塑料采用注射成形法生产。为保证塑料表面质量，使用点浇口成形，由于塑件较大，所以一个塑件采用四个点浇口，因此模具应为双分型面注射模（三板式注射模） 。2、模具采用一模二腔，模具规模较大，为了降低加工难度，模具采用组合镶嵌式。3、从塑件卡位孔结构的角度考虑，制件卡位孔结构较小，所需的抽芯力不大，所以可以利用斜滑块侧向分型。三、确定模具的主要结构1、模具型腔布局、浇口的选择（1）模具型腔布局的选择合理的型腔布局有，能简化模具结构，提高生质量。 下图 4-3 中 a、b、c 为四组调料盒模具设计中的四种模具型腔的布置方式。（a） 矩形横向对排- 19 -（b） 矩形纵向对排卡位孔在外侧 （C）矩形纵向对排卡位孔在内侧图 4-3 模具开腔布局（一） 、图 a 为矩形横向对排，卡位孔外侧两个反向，内侧两个相对。此排列方式结构简单，压力中心为矩形排列的中心，利于压紧。浇口选择底部，但由于内侧两个卡位孔相对结构，不便于安装，不便于抽芯机构设计及抽芯。（二） 、图 b 为矩形纵向对排卡位孔在外侧。此排列方式结构简单，压力中心为矩形排列的中心，利于压紧。浇口选择底部，卡位孔的侧抽芯分别在外侧两边，不能提高侧抽芯的力学性能且结构紧凑。在设计侧抽芯机构时需要设计四个，不便于安装，模具成本费较高。（三） 、图 c 矩形纵向对排卡位孔在内侧。此排列方式结构简单，压力中心为矩形排列的中心，利于压紧。浇口选择底部，卡位孔的侧抽芯分别在内侧两边，能提高侧抽芯的力学性能且结构紧凑。在设计侧抽芯机构时只需要设计二个即可，便于安装，模具成本费比上种方法低。根据经验，型腔的排列尺寸，即要保证成型时的压边值，又要考虑侧抽芯是否产生干涉，如有干涉则无法合模具。经综合考虑，型腔的横间矩最小处取20mm。综合分析考虑使用图 c 矩形纵向对排卡位孔在内侧，卡位孔纵向对排内侧结构。（2）模具点浇口的选择模具型腔体积较大，塑件壁厚均匀，经塑料专家分析，注塑件浇口最佳位- 20 -置主要为两塑件相对的一小部分，如图 4-4 所示。图 4-4 浇口选择的分析图中，蓝色表示浇口最佳选择区域，红色表示最不好的选择区域。根据分析报告，为达到好的浇口位置的选择效果，浇口选在绿色区域并在塑件的底部。2、分型面的设计分型面的选择原则：应选在外形最大轮廓处、有利于塑件的顺利脱模、模具结构简单既便于加工制造、应有利于排气、确保塑件的外观质量要求、保证塑件的精度要求，还应考虑到型腔在分型面上投影面积的大小，以避免接近或超过所选用注塑机的最大注塑面积而可能产生溢流现象。根据塑件结构分析，结合缩痕和气泡分析。分型面取塑件底面为主分型面，结构简单，利于气体的排出，外侧抽芯结构由侧抽芯侧向分型。下图 4-5 A、B 两种方式。图 A 图 B图 4-5 分型面的设计- 21 -、图 A 整体式：结构复杂不利于加工且不可完成侧向分型。只能史模具复杂。、图 B 组合拼块式：结构简单利于加工及顺利完成侧向分型，从塑件的整个外表有较高的光洁度要求，浇口不能设计边沿或上表面上，于是此分型面的方式必需采用点浇口，设计在塑件的底部。卡位孔通过斜滑块侧向抽芯完成，侧抽芯具有较好的力学性能，在合模时，可将模具锁紧。综合分析，采用图 B 分型设计。3、浇注系统的设计（1）主流道设计主流道是注射机喷嘴与分流道的塑料熔体的流动通道，其形状尺寸对熔体的流动和充模时间有较大的影响。主流道一般设计在浇口套中，为更容易的拔出，主流道的锥角为204 0结构如右图 4-6 所示右图 4-6 主流道（2）分流道的设计分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。其主要形式有：圆形、梯形、U 形、半圆形、矩形、六角形 4-7 所示。图 47 分流道其中，梯形和半圆形加工较为容易，且热量损失与压力损失均不大，所以在此设计中，选用半圆形流道。根据经验，梯形的主流道热量损失与压力损失，所以分流道设置为梯形。（3）分流道的布局模具结构为一模二腔，型腔排列采用矩形纵向对排卡位孔在内侧的方式，- 22 -各型腔压力平均同时充满，分流道的排列方式如下图 4-8 所示，L1LL2图 4-8 分流道布局图 4-8 中，L 由型腔的布局确定，L1=50、L2=15 图中的二次分流比一次分流要小 15%20%。（4）浇口的设计考虑浇口的灵活性，加工方便，及零件的表面质量要求，所以选用点浇口进料，减少了浇注系统塑料的损耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹。如下图 4-9 所示图 4-9 点浇口浇口尺寸：d=1、L=1、a=8- 23 -其中，主流道衬套和定位环由主流道尺寸，衬套尺寸选择标准件。如下图4-10 A、B 所示：A 主流道衬套 B 定位环图 4-10 标准件4、排气系统模具型腔体积较大，塑件壁厚均匀，经塑料专家分析，注塑件主要在下表面相交处，及卡位孔部位产生少量气泡，如图 4-11 所示。在分型面的设计中，已经将主分型面设计于易产生气泡的位置，其主要将合模具间隙控制在0.03mm，则能将气体通畅排出。卡位孔结构部位的气体排出，主要设计侧型芯的配合间隔为 0.03mm。- 24 -图 4-11 排气系统分析5导向机构的设计 3、导向机构的功用任何一副模具在定动模之间都设置有导向机构。其作用有如下：定位作用：合模时维持动定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。导向作用 合模时引导动默按序闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。承载作用 采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。保持运动平稳作用，对于大中型模具的脱模结构，有保持机构运动灵活平稳的作用。2、导向机构的设计导柱 国家标准规定了两种结构形式，带头导柱和有肩导柱。有的导柱开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩檫，小型模具和生产批量小的模具主要采用带头导柱，大型模具和生产批量大的模具多采用有肩导柱。中小型模具导柱直径约为模板两直角边- 25 -之和的 1/201/35。大型模具导柱直径约为模板两直角边之和的 1/301/40。具体直径可查塑料模架标准。国家规定导柱头部为接锥形，截锥形长度为导柱直径的 1/3，半锥角为 10 15 ，也有头部采用半球形的导柱，导柱具体尺寸可查有关国家标准。 导套 直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板须采用带头导套，导套壁厚通常在 3-10mm ，视内孔大小而定，大者取大值，带头导套轴向固定容易，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，导套具体尺寸可查有关国家标准。如图所示：图 c 直导套；图 d带头导套。S=5 L=40 d=24 壁厚为 2（塑料模具设计手册 P87-91 3、设计导套和导柱须注意的事项合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模模具四角的危险断面上，通常设在长边离中心线的 1/3 处最安全。导柱布置方式常采用等直径不对称布置，或不等直径对称布置。 导柱工作部分长度应比型芯端面高出 6-8mm ，以确保其导向与引导用。导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7（低精度时采用 H8/f8，甚至H9/f9）导柱固定部分配合精度采取 H7/k6；导套外径的配合精度采取 H7/6。配合长通常取配合直径 1.5-2 倍，其余部分可以扩孔，以减小摩檫，并降低加工难度。导柱与导套应有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度为HRC48-55，也可采用 T8 或 T10 碳素工具钢，经淬火处理。导柱工作部分的粗糙度为 RaR0.4，固定部分为 Ra0.8；导套内外圆柱面表面粗糙度取 Ra0.8 为妥。导柱可以设置在动模一边或定模一边，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边便于塑件脱模，一般情况下导柱多设在有型芯的一边，有时动定模两边均设有导柱，分别起着不同的作用。导柱头部应制成截锥形或球头型；导套的前端也应导角，一般导角半径为 1-2mm。6、限位拉杆的设计本模具设计是双分型面，所以必须要设计一个限位装置来控制中间板与定模座板的距离，经查阅资料本设计选择限位拉杆作为限位装置，如图 412 所- 26 -示限位拉杆是在模具中起限位作用。图 412 限位拉杆L= S+KL拉出浇口凝料距 S浇口的深度 K安全系数（一般取 310mm）L=S+K=165+5=170L1 是在开模时利用水口板把主流道中的凝料拉出来，限位水口板距离。动 模 板定 模 板水 口 板定 模 座 板图 413 限位拉杆安装图限位杆安装于图 4-13 所示。- 27 -7、确定模具的主要结构模具结构为双分型面注射模，如图 4-14 所示。模具分型面 AA 的打开距离，应大于 165mm，分型面 BB 的打开距离，应大于 58mm，方便制件和浇注系统的脱落。 AB BA图 4-14 本模具双分型面注射模结构图1定位环 2浇口衬套 3定模座板 4水口板板 5限位拉杆 导套 6定模板 导柱 7尼龙拉模扣 8动模板 9复位弹簧 螺钉 10复位杆 11垫铁 12动模座板 13垃圾钉 14推板 15推杆固定板 16支承柱 17顶杆 18导柱 19导套8、模架的选择1、根据模具的主要结构，选择派生型的三板模架 P4 型如上图 4-14 所示。2、模具安装尺寸校核- 28 -模具整体尺寸长宽高：长 550、宽 500、高 500mm，注射机的模具尺寸要求为：长634mm、宽532mm 高496mm 模具的整体尺寸不符合注射机对模具的尺寸要求。故，从模具的综合因素考虑，最终注塑机确定为：XS-ZY-500。长550mm、宽450mm 高496mm 模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，模具的闭合高度小玉注塑机的最大模具厚度要求 450mm。模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，可方便的安装到注射机上。XS-ZY-500，其有关的参数为：额定注射量 500cm注射压力 145MPa锁模力 3500KN最大成型面积 1000cm 2最大开合模行程 500mm最大模具厚度 450mm最小模具厚度 300mm喷嘴圆弧半径 18mm喷嘴孔直径 4mm动定模板尺寸 700mm850mm拉杆间距 540mm440mm9、开模行程的校核与推出矩离合理的开模行程，能保证制件的顺利脱落，同时可以缩短成形周期，提高生产效率。 塑料成型工艺与模具设计P103 开行程校核的公式如下：SH 1+H2+（510）mm式中 S注射机最大开模行程，mmH1 推出距离（脱模矩离） ，mmH2 包括浇注系统在内的塑件高度，mm根据注射机型号有 S=500 mm、H 1 推出距离，一般取塑件高度加上一个安全距离（310）mm 则 H1 =58+10=68mm H2 =68+165+10=243 于是有：SH 1+H2 +10- 29 -综合考虑，螺杆式注射机 XS-ZY-500，满足模具最大行程要求。且塑件的推出行程为 68mm。10、推出方式的确定由分型面的设计来看，塑件能在顶出零件的作用下，通过一次顶出动作，就能将塑件全部脱出。其推出机构如下图 4-15 所示：图 4-15 一次推出机构11、侧抽芯机构的设计本模由于需要抽芯的距离较短，只有8mm,所以采用侧向抽芯机构。滑块设在动模，在斜滑块与型芯镶件之间装入 2 个黄色弹簧，开模时斜滑块与动模部分一起后移，远离斜楔块，然后在弹簧的作用下把斜滑块向后推，最后在限位销的作用下限制抽芯距完成侧向 图 4-16 侧抽芯机构抽芯，在合模过程中由于限位销限制了斜滑块的活动距离，斜楔将斜滑块、侧型芯一起压入复位到成型位置，因为侧型芯固定在斜滑块上，完成侧抽芯动作，如左图 4-16 所示。（1） 、抽芯距 S 抽侧向抽芯或侧向瓣合模从成型位置到不妨碍制品顶出脱摸位置所移动的距离称为抽芯距，用 S 抽表示，为了安全起见，抽拔距通常应比侧孔或侧凹的深限 位 销弹 簧小 型 芯- 30 -度大 3-5mm。但在侧向小型芯或瓣合模块脱出侧孔或侧凹以后，其几何位置有限于制品脱摸的情况下，抽芯距不能简单依靠这种方法确定。所以，根据上所述本套模具的抽芯距可取 S 抽= 8 mm （塑料模设计手册P154）（2） 、滑块与导滑槽的设计1）滑块设计 滑块是抽芯机构中的重要零部件。它上面安装有侧向型芯或成型镶块，注射成型和抽芯的可靠性都需要它的运动精度保证。滑块的结构形状可以根据具体制品和模具结构灵活设计，既可与型芯做成一个整体，也可采用组合装配结构，整体式结构多用于型芯较小和形状简单的场合，而组合式结构则是把型芯与滑块分开加工，然后装配在一起，采用组合式结构可以节省优质刚材（型芯用钢一般比滑块用钢要求高） ，并使加工变得比较容易。2）滑槽设计 侧向抽芯过程中，滑块必须在滑槽内运动，并要求运动平稳且具有一定精度。设计滑槽时应注意下面问题： 滑块完成抽拔动作后，其滑动部分仍应有全部或部分长度留在滑槽内。滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的 1.5 倍，而保留在滑槽内的长度不应小于这个数值的 2/3，否则，滑块开始复位时容易偏斜，甚至损坏模具。如果模具尺寸较小，为了保证滑槽长度，可以把滑槽局部加长，使其伸出模外； 滑槽地滑块的导滑部位采用间隙配合，配合特性选用 H8/g7 或 H8/h8，其它各处均应留有间隙，滑块的滑动部分和滑槽导滑的表面粗糙度均应小于 0.63-1.25um。3）滑块与滑槽的材料 滑块可用 45 钢或碳素工具钢制造，导滑部分要求硬度40HRC，滑槽可用耐磨材料制造，也可用 45 钢或碳素工具钢制造，要求硬度为 52-56HRC。4）滑块的导滑形式 为了确保侧型芯可靠的抽出和复位，保证滑块在移动过程中平稳上下不窜动和不卡死现象，滑块与导滑槽必须很好配合和导滑。滑块与导滑槽的配合一般采用 H7/f，其配合结构形式主要根据模具大小，模具结构和塑件的产量选择，常见的形式如下图 418 所示： - 31 -图 4-18 斜滑块的形式图（a）为整体式滑块与整体式导滑槽，结构紧凑，但制造困难，精度难控制主要用于小型模具的抽芯机构；图（b）表示导滑部分设在滑块中部，改善了斜导柱的受力状态，适用于滑块上下无支承板的场合；图（c）是组合式结构，容易加工和保证精度。综上分析本设计选用图（c）形式。5）滑块的定位装置 为了保证小型芯伸出端准确可靠地进入要抽芯的孔，则滑块在完成抽芯动作后，必须停留在一定位置上。为此，滑块需有灵活、可靠、安全的定位装置。如图 4-19 所。图 4-19 是利用限位销来定位滑块的抽芯距离，达到定位目的。 图 4-19 滑块的定位装置 (5)、楔紧块的设计 楔紧块的形式如下图 4-20 所示： 图 4-20 楔紧块的形式图（a）为楔紧块与定模板作成整体，特点是材料耗量大，加工不便，磨损后修复困难，但牢固可靠，刚衅好刚性好，适用于楔紧力要求很大的场合。图（b）是用螺钉，销钉固定形式，便于制造，装配和调整，适用于楔紧力限 位 销弹 簧小 型 芯- 32 -不大的场合。图（c） （d）为整体镶入式，常用在模板边缘与足够固定位置的场合。图（e）是对楔紧块起加强作用的形式，适用于抽芯距较短而需楔紧力大的场合。综上分析本设计选用图（d）形式。楔紧块的楔角 ，要求楔紧块的楔角 必须大于或等于斜滑块的斜角 ，这样当模具一开模，楔紧块就让开，否则弹簧难以将滑块弹出做作抽芯动作，一般 = +(2 3 )。12、冷却系统的设计（1）模具加热一般生产 ABS 材料塑性的注射模具不需要外加热，由于塑件不是很大，所以无需设计加热系统。（2）模具冷却模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。由于注塑件的平均壁厚溥，整体高度只有 1.5mm。主要热量的分布浇注口与上表面上。用 PLASTTC ADVISER7.0 进行 Cooling Quality（波前温度）分析如下图 4-21 所示：- 33 -图 4-21 冷却质量分析图 4-21 中，绿色表示冷却质量最好区域，红色表示冷却质量不理想区域。根据分析报告，为达到好的冷却效果，将冷却水道设计如图 4-22 所示：图 4-22 冷却水道布置图中：冷却水道的孔径为 8mm，与型腔上表面的距离为 16mm 与侧面的距离为 10