底座注射模设计说明书

摘 要对塑料底座注射模结构采用中心浇口进料，采用一模一腔的模具结构， 材料采用流动性能差的PC塑料，通过对塑件的分析，注射机的选定，浇注系统的设计，成型零件的设计计算，脱模推出机构的设计，以及冷却系统的设计和导向地位机构的设计，给出了生产底座的一个实际参考设计生产流程。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及其工作原理；为以后从事本行业打下了良好的理论基础。此次设计的过程中查阅了大量的模具设计资料，通过模具的设计与应用，同原有的设计方法相比，模具的应用提升了产品的质量，模具整体设计的思路和要求符合现代设计潮流和未来的发展方向。关键词: PC；一模一腔；中心浇口；模具设计ABSTRACTTo plastics base injection mould structure adopts center gate; Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow not well PC plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency; PC Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastics base actual reference design of the production process.The mould cognition having a first step by the fact that design, can produce plastic articles by injection moulding face to face , pay attention to knowing mould structure and their operating principle to some detail problem in designing that,; Be to be engaged in our industry hereafter having laid down fine rationale. I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the mold ,the processing technology ，compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future.Keywords: pc; plastics base; center gate; mold design.目 录1 塑件成型工艺性分析 .11.1 塑件的分析 .11.2 PC 工程塑料的性能分析 .11.2.1 基本性能 .11.2.2 PC 的主要性能指标 .21.3 PC 的注射成型过程及其工艺参数 .21.3.1 注射成型过程 .21.3.2 注射工艺参数 .32 拟定模具的结构形式和初选注射机 .42.1 分型面位置的确定 .42.2 型腔数量和排列方式的确定 .42.3 注射机型号的确定 .42.3.1 注射量的计算 .42.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算 .52.3.3 选择注射机 .52.3.4 注射机的相关参数的校核 .63 浇注系统的设计 .73.1 浇注系统的设计原则 .73.2 主流道的设计 .83.2.1 主流道设计要点 .83.2.2 主流道尺寸的确定 .93.2.3 主流道的凝料体积 .93.2.4 主流道当量半径 .93.2.5 主流道浇口套的形式 .93.3 分流道的设计 .103.3.1 分流道的布置形式 .103.3.2 分流道的长度 .103.3.3 分流道的当量直径 .103.3.4 分流道的截面形状 .103.3.5 分流道界面尺寸 .103.3.6 凝料体积 .113.3.7 校核剪切速率 .113.3.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 .123.4. 浇口的设计 .123.4.1 轮辐式浇口尺寸的确定 .123.4.2 轮辐式浇口剪切速率的校核 .133.5 校核主流道的剪切速率 .133.6 冷料穴的设计 .134.成型零件的结构设计及计算 .144.1.成型零件的结构设计 .144.2.成型零件钢材的选用 .154.3 成型零件工作尺寸的计算 .154.3.1 凹模径向尺寸的计算 .164.3.2 凹模深度尺寸的计算 .164.3.3 动模凸凹模尺寸的计算 .174.3.4 大型芯尺寸的计算 .194.3.5 小型芯尺寸的计算 .204.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 .214.1.1 凹模侧壁厚度的计算 .215.脱模推出机构的设计 .225.1 脱模力的计算 .225.2. 推出方式的确定 .235.2.1 推杆材料 .235.2.2 推杆的安装 .245.2.3 校核推出应力 .246.模架的确定 .256.1 各模板厚度尺寸的确定 .256.2 计算并选择模架型号 .256.3 模架尺寸的校核 .267.排气槽的设计 .278.冷却系统的设计 .288.1 冷却介质 .288.2 冷却系统的计算 .288.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W .288.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 sQ.288.2.3 计算冷却水的体积流量 vq.288.2.4 确定冷却水路的直径 .298.2.5 冷却水在管内的流速 .298.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数 h.298.2.7 计算冷却水道的导热总面积 A .298.2.8 模具上应开设的冷却水道的孔数 n .298.2.9 冷却水道的布置 .309.导向与定位机构的设计 .319.1 导柱导向机构 .3110.模具零件的选材 .3210.1.1 模具材料选用原则 .3210.1.2 模具材料选用要求 .3210.2 注塑模具常用材料 .3210.2.1 塑料模具成型零件的选材 .3210.2.3 推出机构零件的选材 .3310.2.4 浇注系统零件 .3310.2.5 其它零件的选材 .3411 零件的加工工艺过程 .3511.1 小型芯制造工艺过程： .3511.2 型腔制造工艺过程 .3511.设计小结 .38参考文献 .3911 塑件成型工艺性分析1.1 塑件的分析（1）外形尺寸 该塑件壁厚较厚，平均壁厚约为 30mm，结构较简单，对称度好，只需做几个型芯即可，塑件为热塑性塑料，流动性差，适于螺杆式注射机注射成型。(2) 精度等级 该塑件重要尺寸和次重要尺寸精度等级均为 MT4，由以上分析可见该零件的尺寸精度中等，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。(3) 脱模斜度 pc的成型性能良好，成型收缩率较小，其脱模斜度根据参考文献1中表 2-19可知型腔的脱模斜度在 ，型芯的在 ，pc153053的流动性差，为使注射充型流畅，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为 。41.2 PC 工程塑料的性能分析1.2.1 基本性能PC聚 碳 酸 酯 无 色 透 明 ， 耐 热 ， 抗 冲 击 阻 燃 ， 在 普 通 使 用 温 度 内 都 有 良 好的 机 械 性 能 。 冲 击 强 度 高 ， 尺 寸 稳 定 性 好 ， 着 色 性 好 ， 电 绝 缘 蚀 性 、 耐 腐 性 、耐 磨 性 好 ， 但 自 润 滑 性 差 ， 有 应 力 开 裂 倾 向 ， 高 温 易 水 解 ， 与 其 它 树 脂 相 溶性 差 。 适 于 制 作 仪 表 小 零 件 、 绝 缘 透 明 件 和 耐 冲 击 零 件 ， 阻 燃 ， 在 普 通 使用 温 度 内 都 有 良 好 的 机 械 性 能 。成形特性： 无定形料，热稳定性好，成型温度范围宽，流动性差。吸湿小，但对水敏感，须经干燥处理，成型收缩率小，易发生熔融开裂和应力集中，故应严格控制成形条件，塑件须经退火处理。 1熔融温度高，粘度高，大于 200g的塑件宜采用螺杆式注射机。2流动性差，溢边料 0.06m左右。3冷却速度快，模具浇注系统以短、粗为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大。4料湿过低会造成缺料，塑件无光泽，料温过高易溢边，塑件起泡。模温低时收缩率、抗冲击强度高，抗弯、抗压强度低，模温超过 时塑件冷却慢，易120变形粘模。2图 1 塑件图1.2.2 PC 的主要性能指标表 1 PC 的主要技术指标技术指标 PC 技术指标 PC密度比体积吸水率熔点硬度冲击韧度1.20g/cm30.83 cm3/g 0.090.15% (24h)22025011.4HB无缺口 不断有缺口 55.890 k / Jm2热变形温度抗拉屈服强度拉伸强度模量弯曲强度击穿电压体积电阻率132141(0.45MPa)132138（1.82MPa）72MPa1440MPa113MPa1722KV/mm3.06 cm10731.3 PC 的注射成型过程及其工艺参数1.3.1 注射成型过程（1）成型前准备。对 PC的色泽、粒度和均匀度等进行检验，成型前必须预干燥，水分含量应低于 0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡。常用方法是循环鼓风干燥，温度控制是 120，时间 812h以上。（2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（3）塑件的后处理（退火） 。退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为100130，处理时间为 2h8h。1.3.2 注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为 30r/min.。（2）料筒温度 t/：前段 210240；中段 230280；后段 240285。（3）模具温度 t/：90110；（4）注射压力(p/Mpa)：80130；（5）成型时间（s）：高压时间 05S注射时间 2090 S冷却时间 2090 S 总周期 40190 S42 拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大，且有利于开模，其位置如图 2 所示。图 2 分型面的选择2.2 型腔数量和排列方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件精度要求中等，塑件尺寸较大，塑料流动性差，结构高度对称，为了便于顺利充型，初步选用一模一腔。（2）模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计是一模一腔，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或是推出杆推出方式。浇注系统设计时，因为塑件中间带有比主流道直径大的孔，所以为了进料均匀，采用平衡式流道和轮辐式浇口。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口（或带推件板）的单分型面注射模。52.3 注射机型号的确定2.3.1 注射量的计算通过 Pro/E 建模分析得塑件质量属性如图 4 所示。图 3 塑件质量属性塑件体积： cm4.175塑V塑件质量： =1.21745.4=2094.4g （1）塑塑 式中， 可根据参考文献3 表 9-6 取为 1.20 。3/gcm2.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件提及的 0.2 倍1 倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.3 倍来估算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和 4 个塑件体积之和）为：=1.311745.4=2269 （2）塑总 Vn3.13cm2.3.3 选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中，注入模具型腔的塑料的总体积为=57.6 ，由参考文献2 式 4-18， = /0.8=2269/0.8=2836 。根据以上总V3cm公 总V3c的计算，查参考文献3中表 13-1，初步选定公称注射量为 3000 ，注射机型号为 XZY-3000 的螺杆式注射机，其主要技术参数见表 2。6表 2 注射机主要技术参数技术指标 参数 技术指标 参数理论注射量 3/m螺杆柱塞直径/mm注射压力 MPa/注射时间 s塑化能力 hkg/锁模力/KN喷嘴口直径/mm3000g/cm31201153.8806308拉杆内向距/mm 移模行程/mm最大模具厚度/mm最小模具厚度/mm锁模形式模具定位孔直径/mm喷嘴球半径/mm9008001120680400充压式250252.3.4 注射机的相关参数的校核(1) 注射压力校核 查参考文献4可知， PC 所需注射压力为80MPa130MPa，这里取 =90MPa，该注射机的公称注射压力 P 公 =130 MPa，0P注射压力安全系数 k1=1.251.4，这里取 k1=1.3，则：k1 P0=1.390=117 MPa1.32m/s （44）67.10.14368042dqvv大于最低流速 1.32m/s，达到湍流状态，满足冷却要求。8.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数 h因为平均水温为 23.5，查参考文献2表 4-31可得 ，则有:7.6fh=3.6f kJ/(m2h) （45）29401.67.63d.832.08 ）（ ）（）（ 8.2.7 计算冷却水道的导热总面积 Am2 79.523102948.66hWQAs（46）为模具温度与冷却管道之间的平均温度，模具温度为 100。8.2.8 模具上应开设的冷却水道的孔数 nn= （47）)(21.024104.379.dBA33孔式中：B模仁长度，为 270mm，但冷却水孔的长度达不到 270mm，实际只有 240mm308.2.9 冷却水道的布置 图 14 动模仁冷却水路示意图 图 15 定模仁冷却水路示意图319.导向与定位机构的设计注射模的导向机构用于动模、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用木架本身所自带的定位机构。9.1 导柱导向机构模具导柱导向的导柱、导套结构，适用于精度要求高、生产批量大的模具。同时在设计导柱和导套时还应注意以下几点：(1) 导柱应合理的均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。(2) 导柱的长度应比型芯端面高出68mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。(3) 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，导柱常采用 20#低碳钢经渗碳0.50.8 mm,淬火 4855HRC,也可用 T8A、T10A 碳素工具钢,经淬火处理，硬度达到 5055HRC。导套一般采用 T10A或者经过渗碳处理 20钢，热处理5055HRC，公差采用 6级。(4) 为了使导柱能顺利地入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。(5) 导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。(6) 导柱配合部分采用H7/f7，固定配合部分采用H7/k6；导套固定配合采用H7/k6，配合长度为配合直径的1.5-2倍。其余部分可扩孔，减小摩擦或降低加工难度。(7) 除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推反之间设置导柱和导套，以保证推出机构的下常运动。(8) 导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准模架数据选取。3210.模具零件的选材10.1.1 模具材料选用原则用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：（1）机械加工性能优良：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；（2）抛旋旋旋光性能优良：没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC 以上） ；（3）良好的表面腐蚀加工性：要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；（4）耐磨损，有韧性：可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦；（5）热处理性能好：具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；（6）焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等；（7）热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高冷却效果；（8）性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。10.1.2 模具材料选用要求在选择注射模具钢材时，要综合考虑塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。对于塑件生产批量大、尺寸精度要求高的场合，应选用优质模具钢。对于结构复杂或体积比较大的塑件应选用易切削钢。外观要求高的塑件可以选用镜面钢材。10.2 注塑模具常用材料10.2.1 塑料模具成型零件的选材1）定模：定模成型的是塑件外表面，因而应根据塑件外表面的质量要求，来选择不同抛旋旋旋光性能的模具材料，选用 45 钢，它具有高的淬透性、耐磨性，热处理变形小，强度和韧性都比较好，适合于制造形状复杂的各种模具型腔。2) 动模凸凹模：型芯在成型过程中容易磨损，同时，该动模凸凹模形状比较复杂，故要求所选材料的加工性能要好。所以这里选用 40cr。10.2.2 模板零件的选材这类零件是模具中的主要承力零件，因此要求具有足够的机械强度。目前33应用最普遍的是 45 钢，有时也用 Q235A；为延长使用寿命，可调质至230270HBS。表 3 模具零件的常用材料零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度垫板（支承板）动、定模板动、定模座板垫块454545Q235A淬火调质调质43HRC48HRC4348HRC230270HB185235HB这类零件包括各种导柱、导套和导向销等。这类零件在使用过程中主要起导向作用。开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力或偏载荷。因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性。目前 T8A、T10A 等材料较为常用。表 4 导向零件的常用材料 零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度导柱导套T10A T10A 淬火淬火5256HRC5256HRC 10.2.3 推出机构零件的选材这类零件要求表面磨性好，并具有足够的机械强度。目前如 45钢、T8A、T10A 等材料较为常用。表 5 推出机构零件常用材料零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度推杆推板复位杆拉料杆推板固定板3Cr2W8V 45T10AT10A45淬火淬火淬火淬火淬火5055HRC4348HRC5660HRC5055HRC185235HB10.2.4 浇注系统零件包括浇口套、拉料杆、分流锥等。这类零件的工作条件与成型零件相近，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。目前如 P20、T8A、T10A 等材料较为常用，淬火处硬度达到 3845HRC。3410.2.5 其它零件的选材（1）定位圈 45 钢（2）各螺钉 45 钢 淬火 硬度 230270HB（3）水 嘴 黄铜3511 零件的加工工艺过程11.1 小型芯制造工艺过程：小型芯如下图所示：图 16 小型芯工艺过程如下：1、备料：40Cr dL 45200mm 圆钢2、粗车：以左端面为基准面，用夹心轴和尾针固定圆钢，先车至 dL 42200mm,留余量 1至 2mm，于离基准面 20毫米处，向右车至dL32.4180mm，留加工余量 12毫米，于左端面 167.31毫米处， 向右车至dL为 1628.38MM，车断。3、热处理：退火处理，消除应力。4、半精车：车削外圆直径至实际尺寸。5、磨削：用心轴装夹，粗、精磨各外圆至图纸要求。6、热处理：进行渗碳处理，淬火后硬度为 54-58HRC7、抛光。11.2 型腔制造工艺过程型腔如下图所示：图 17 凹模工艺过程如下：1.备料： LBh 275275120mm 45 号钢。362.粗磨：磨外平面至 LBh 273273118mm，留余量，保证上下端面不超过 0.05。3.划线:确定下平面距边缘长和宽为 35.9mm四个交汇点，并连接相邻的两点，在直角处划出半径为 31mm的圆角。划出各处投影在平面圆的圆心所在的直线，交点即为圆心。划出上平面的中心线。4.粗铣：在其中一个交汇点沿着划线铣出深度为 80mm的型腔，留余量。5.钻孔：除左端面外在各个端面圆心先铣出直径为 12mm、深度为 13mm的大孔，在距离 A平面为 90mm和 180mm的圆心处钻直径为 10mm，深度为 28mm的盲孔，在上平面中心线的交汇处钻直径为 30mm的通孔。6.热处理：淬火，硬度为 43-48 HRC7.磨：磨外平面至图纸实际要求，并保证 A平面与 B平面的垂直度。8.精铣：铣内型腔，使其粗糙度达到 0.8。9.精铰：使直径为 30mm的内型腔达到所需精度要求。10、抛光。3711.设计小结通过这次系统的注射模的设计， ，使我对模具设计工作有了更深层次的认识，即：模具不是只为设计而设计，要统筹规划，全盘考虑。这次设计使我能够理论联系实际，多方面、多角度地去感知、体会书本上比较抽象的理论知识。在指导老师及关心与帮助下，我的做事效率得到了一定的提高，独立思考并解决问题的能力得到了加强，培养了实际动手能力。我更进一步的了解了注射模的结构及各工作零部件的设计原则和设计要点，了解了注射模具设计的一般程序。进行塑料产品的模具设计首先要对成型制品进行分析，再考虑浇注系统、型腔的分布、导向推出机构等后续工作。通过制品的零件图就可以了解制品的设计要求。对形态复杂和精度要求较高的制品，有必要了解制品的使用目的、外观及装配要求，以便从塑料品种的流动性、收缩率，透明性和制品的机械强度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考虑注射成型工艺的可行性和经济性。模具的结构设计要求经济合理，认真掌握各种注射模具的设计的普遍的规律，可以缩短模具设计周期，提高模具设计的水平。收获大概可概括为以下几点：1、培养了分析问题和解决问题的能力从设计的开始，就有意识地培养自己独立思考问题、发现问题并解决问题的能力。大到模具的整体布局，小到排气槽的设置、冷料穴的长短，都要经过认真思考，才能拿出相对比较成熟的方案。2、锻炼了实际动手能力在整个的设计过程中，翻阅了大量的文献资料，参考了大量的书籍，除了获得设计所需的数据外，还学到了其它许多的知识。更重要的是锻炼了自己的动手能力和借助工具书解决实际问题的能力。授人以鱼，不如授人以渔，我相信这些能力在我今后的工作和生活能定能让我受益匪浅。3、绘图水平得到