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导向轮注塑模具设计-塑料注射模说明书,导向,注塑,模具设计,塑料,注射,说明书
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导向轮注塑模设计摘 要本课题所研究的模具是典型的三板式模具，即双分型面注塑模。双分型面注塑模有两个分型面，为第一个分型面，分型后浇注系统凝料由此取出；为第二个分型面，分型后塑件由此脱出。本模具所采用的材料是流动性和成型性优良、成品率高、但易出现裂纹，成型塑件脱模斜度不宜过小的聚苯乙烯。导向轮制品呈细长圆管形，且其外圆分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘，在注射过程中，为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程，本模具采用痕迹不影响塑件外观和使用性能的四个点浇口。本模具型芯细长，在注射过程中型芯易变形，为避免在注射过程中细长型芯发生变形，在制品允许存在工艺孔的条件下，设置了八个支撑杆，用以提高型芯的刚性。为保证在开模过程中使制品留在动模一侧，在定模一侧设置了三个顶杆。为便于将浇注系统凝料取出，特设置了 两个分型面。 关键词：双分型面；点浇口；动模；定模目 录前言11模塑工艺规程的编制31.1注塑成型模具的种类31.2注射成型模具的组成及结构设计41.2.1注射成型模具的组成41.2.2导向轮模具的结构设计51.3塑件的工艺性分析61.3.1塑件的原材料分析61.3.2塑件的结构和尺度精度分析及表面质量分析62注塑机型号的确定82.1按预选型腔数来选择注塑机82.2确定模具的型腔数量102.3注射机参数的校核113注塑模的结构设计133.1分型面的设计133.1.1分型面的选择原则133.2型腔数目的确定143.3型腔的分布153.4排气系统的设计153.4.1排气系统的作用153.4.2注射模成型的排气方式154浇注系统设计174.1浇注系统的设计原则174.2主流道系统设计174.2.1主流道的设计174.2.2主流道衬套的设计184.2.3定位圈的选用194.3分流道设计204.3.1分流道设计要点204.3.2分流道的形状和尺寸204.4浇口设计224.4.1浇口的作用及形状、尺寸224.4.2浇口位置的设置234.4.3冷料穴的设计235成型零件的结构设计245.1凹模结构设计245.2凸模结构设计245.3成型零件工作尺寸的计算245.4模具成型零件的工作尺寸计算255.4.1型芯工作尺寸计算265.4.2型腔工作尺寸的计算275.4.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算285.5成型零件材料的选择316结构零部件的选取326.1模架的选取326.1.1塑料模具用钢的基本要求326.1.2塑料模具用钢的选择336.2垫块的设计346.3模座的设计346.4合模导向机构的设计356.4.1导向机构的作用356.4.2导柱导向机构357塑件脱模机构的设计387.1推出方式的选取387.2脱模力的计算397.3推出结构的设计407.3.1推杆的设计407.3.2复位零件的设计427.4拉杆的设计428温度调节系统448.1模具温度调节的重要性448.2冷却系统的设计原则448.3冷却回路布置458.4冷却水道的确定45总结48参考文献50致谢51前言塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物，一般相对分子质量都大于1万，有的甚至达到百万级。在一定温度和压力条件下具有可塑性，可以利用模具成型为一定的几何形状和尺寸的塑料制件。塑料的其余成分包括有增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。塑料制件在工业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，大多数塑料的密度仅相当于钢材密度的0.11和铝材密度的0.5左右，即在同样的体积下，塑料制件要比金属制件轻的多，这就是“以塑代钢”的优点；塑料比强度高，钢的拉伸比强度约为16MPa，而玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170400MPa；塑料的绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力。此外，塑料减震、减摩和耐磨、隔音性能也比较好。因此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，并跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可或缺的重要材料之一。 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一，塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣、直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具工业史美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。事实上，在仪器仪表、家用电器、交通、通讯和轻工业等各行各业的产品零件中，有70%以上是采用模具加工而成的。国务院2000年7月27日颁布的当前国家鼓励发展的产业、产品和技术目录中，信息产业、机械产业、汽车工业、轻纺工业四大领域，均把模具放在重要位置。 近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中。把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的在重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。总之要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平。我国塑料模具工业今后发展方向： 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。塑料模具按照塑料制件的成型方法不同可分为以下几类：1、注塑模又称塑料模；2、压塑模；3、压注模；4、挤出模；5、气动成型模等模具。 本课题研究的是塑料模具中的注塑模具之导向轮。导向轮广泛应用于机械工业、运输制造业等，是行车系统的主要零件。它的最主要的作用是：导向。导向轮采用的材料是PS，PS作为工程塑料之一，“以塑代钢、性能卓越”，用途极其广泛。它具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能。其磨擦系数比钢低 8.8 倍，比铜低 8.3 倍，而比重仅为铜的七分之一。PS可直接取代原铜不锈钢、铝合金等金属制品。 导向轮制品呈细长圆管形，且其外圆分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘。本课题在设计时存在的主要问题是：导向轮型芯细长，在注射过程中型芯易变形，塑件易出现浇不足、缩孔、气泡等缺陷；型腔尺寸太大，难以加工；开模后制品易留在动、定模两侧;浇注系统凝料无法取出；塑件无法取下。 为解决以上问题，特提出以下解决办法：在注射过程中，为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程，因此设置了四个点浇口；为避免在注射过程中细长型芯发生变形，在制品允许存在工艺孔的条件下，设置了八个支撑杆，用以提高型芯的刚性；为解决型腔难以加工的问题，设计时采用组合式；为保证在开模过程中使制品留在动模一侧，在定模一侧设置了三个顶杆；为方便将浇注系统凝料取出特设置了两个分型面；在实际应用中采用专用的型芯夹具将型芯抽出，从而获得塑料制件。1 模塑工艺规程的编制本次毕业设计的课题是导向轮注射模设计，也就是设计一副注塑模具来生产导向轮塑件产品，基于此，必须实现大批量的生产、提高生产效率，降低生产周期，才能降低成本。注射模具的使用是实现高效率生产的一个非常好的途径，在本次设计中就是要对导向轮塑件的特性进行分析，对成型工艺性的可行性进行分析，完成其生产模具的设计。模具的设计过程综合性很强，需要考虑的因素很多，需要一个整体的思维模式去考虑问题，才能设计出一个合格的作品。本此设计的目标，就是通过确定成型零件、推出机构等的合理结构并进行计算校验，设计出一个结构合理、操作简单、动作可靠、使用寿命长的模具。本文的研究的导向轮如图1-1、1-2所示图1-1 二维制件 Fig.1-1 Two dimensional parts 图1-2 三维制件 Fig.1-3 Three dimensional parts1.1注射成型模具的种类注射成型模具的分类很多，大致可以按如下方式分为1：(1) 按其成型塑料的材料分为热塑性塑料注射模具和热固性塑料注射模具；(2) 按其使用注射机的类型分为卧式注射机用的注射模具、立式注射机用的注射模具及角式注射机用的注射模具；(3) 按注射模具总体结构特征分为单分形面注射模具、双分型面注射模具、斜导柱(弯销、斜导槽、斜滑块、齿轮齿条)侧向分型与抽芯注射模具、带有活动嵌件的注射模具、定模带有推出装置的注射模具和自动卸螺纹注射模具。1.2注射成型模具的组成及结构设计 1.2.1 注射成型模具的组成根据模具上各零部件所起的作用，注射模具由以下几个部分组成：(1) 成型零部件成型零部件是指动、定模部分有关组成型腔的零件。如成型零部件内表面的凸模和成型塑件外表面的凹模以及各种成型杆、镶件等。(2) 合模导向机构合模导向机构是保证动模和定模在合模时准确对合，以保证塑件形状和尺寸的精确度，并避免模具中其他零部件发生碰撞和干涉。常用的合模导向机构是导柱和导套，对于深腔薄壁零件，除了采用导柱导套导向外，还常采用在动、定模部分设置互相吻合的内外锥面导向、定位机构。(3) 浇注系统浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料穴等。(4) 侧向分型与抽芯机构当塑件的侧向有凹凸形状的孔或凸台时，在开模推出塑件之前，必须先把成型塑件侧向凹凸形状的瓣合模块或侧向型芯从塑件上脱开或抽出，塑件方能顺利脱模。侧向分型或抽芯机构就是为实现这一功能而设置。(6) 推出机构推出机构是指分型后将塑件从模具中推出的装置，又称脱模机构。一般情况下，推出机构由推杆、推杆固定板、推板、主流道拉料杆、复位杆及为了该机构运动平稳所设置的导向机构所组成。常见的推出机构有推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构，此外还有凹模推出机构、顺序推出机构和二级推出机构等。(7) 温度调节系统加热和冷却系统亦称温度调节系统，它是为了满足注射成型工艺对模具就温度的要求而设置的，其作用是保证塑料溶体的顺利充型和塑件的固化定型。注射模具是设置冷却回路还是设置加热装置要根据塑料的品种和塑件成型工艺来确定。冷却系统一般是在模具上开设冷却水通道，加热系统则在模具内部或四周安装加热元件。(8) 排气系统在注射成型过程中，为了将型腔中的空气及注射成型过程中塑料本身挥发出来的气体排除模外，以避免它们在塑料溶体充型过程中造成气孔或充不满等缺陷，常常需要开设排气系统。排气系统通常在分型面上有目的地开设几条排气沟槽，许多模具的推杆或活动型芯与模板之间的配合间隙可起排气作用。小型塑料制件的排气量不大，因此可直接利用分型面排气。(9) 支承零部件 用来安装固定或支承成型零部件及前述的个部分机构零部件均成为支承零部件。支承零部件组装在一起，可以构成注射模具的基本骨架。因为导向轮结构简单不需侧抽芯，又因其体积大，所以本设计的排气系统除了利用推杆、型芯排气，还要用分型面排气。1.2.2 导向轮模具的结构设计注射模具的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，但不论是简单还是复杂的注射模具，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。 本设计中，导向轮的模具结构是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，在注射成型的过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时，动模部分与定模部分由导柱导向而闭合，塑料熔体从注射机喷嘴经模具浇注系统进入型腔。本设计导向轮模具合模结构图如图1-3所示：图1-3 合模Fig.1-3 Mould closing导向轮开模结构图如图1-4所示： 图1-4 开模Fig.1-4 Mould opening注射成型冷却后开模，塑件留在动模上与定模分离，然后模具推出机构将塑件推出模外。1.3 塑件的工艺性分析 1.3.1 塑件的原材料分析 聚苯乙烯的基本特性和成型特点如下2：基本特性：聚苯乙烯(PS)无色透明，无毒无味，落地时发出清脆的金属声，密度为。聚苯乙烯的力学性能与聚合方法、相对分子质量大小、定向度和杂质量有关。相对分子质量越大，机械强度越高，聚苯乙烯具有优良的电性能和一定的化学稳定性，能耐碱、硫磷、磷酸、10%30%的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，但不耐硝酸和氧化剂的作用。对水、乙醇、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的抗蚀能力，能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮类和脂类等。聚苯乙烯的着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩，但耐热性能低，热变形温度一般在7098，只能在不高的温度下使用，质地硬而脆，有较高的热膨胀系数。 成型特点：流动性和成型性优良，成品率高，但易出现裂纹，成型塑件的脱模斜度不宜过小，但顶出要均匀，由于热膨胀系数高，塑件中不宜有嵌件，否则会因两者的热膨胀系数相差太大而导致开裂，塑件壁厚应均匀，宜用高料温、高模温、低注射压力成型并延长注射时间，以防止缩孔及变形，降低内应力，但料温过高，容易出现银丝，因流动性好，模具设计中大多数采用点浇口形式。 1.3.2 塑件的结构和尺度精度分析及表面质量分析 结构分析：要想获得合格的塑料制件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性，塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。从零件图上分析，该零件总体形状为细长圆管形，在其外圆上分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘，并且在凸缘上有一深 15mm的凹槽。为了便于将凝料从浇注系统中取出，必须设置两个分型面，由此可见该零件属于中等复杂程度的零件。 尺寸精度分析：塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。塑件的尺寸精度与模具的制造精度、模具的磨损程度、塑件收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构形式等有关。因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。 查中国模具设计大典3可知，PS未注公差尺寸按MT5计算，故本塑件尺寸公差均按MT5级标注。按照制品的外形尺寸采用单向负偏差，制品的内形尺寸采用单向正偏差的原则，查中国模具设计大典3，可得塑件尺寸如下： 、由以上分析可知，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。从塑件的壁厚上来看，壁厚较均匀，有利于零件的成型。 塑件的表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以得出，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 2 注塑机型号的确定注塑机型号主要是根据塑件的外型尺寸，质量大小以及型腔的数量以及排列方式来确定的。在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具注塑量，注射压力，塑件在分型面的投影面积，成型时所需的锁模力，模具厚度，拉杆间距，安装固定尺寸以及开模行程来计算，这些参数都与注塑机的有关性能参数进行校核，并通过校核来设计模具和选择注塑机型号。2.1按预选型腔数来选择注塑机1）模具所需注塑熔体量 (2-1)式中 副模具所需的质量或是体积；单个制件的质量或是体积；浇注系统的质量或是体积；初步选定的型腔数目；首先是个未知值，若是流动性好的普通精度塑件，浇注系统凝料为塑件质量或体积的注塑厂的统计资料）。若是流动性不太好或是精密塑件，据统计每个塑件所需浇注系统的质量或体积是塑件的倍，当塑料熔体粘度高，塑件愈小、壁愈薄，型腔越多又作平衡式布置时，浇注系统的体积或质量甚至还要大。在学校做设计时以0.6nm来估算，即： (2-2)带入公式得： 计算塑件的质量：根据设计手册4可查得聚苯乙烯的密度为： 故塑件的质量为：2).塑件和流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积及所需锁模力 (2-3) (2-4)式中 塑件及流道凝料在分型面上的投影面积； 单个塑件在分型面上的投影面积；流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积；模具所需的锁模力；塑料熔体对型腔的平均压力； 流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积在模具设计前是未知值。根据多形腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积的倍，因此可用来估算。成型时塑料熔体对型腔的平均压力，其大小一般是注射压力的，设计时常按表2-1中的型腔压力进行估算。表 2-1 常用塑料注射成型是型腔平均压力 单位： Tab.2-1 Is commonly used plastic injection molding cavity average pressure unit : 塑件特点P 举例容易成型制件25PE，PP，PS等壁厚均匀的日用品，容器等一般塑件30在模温较高的情况下，成型薄壁容器类中等粘度塑件及有精度要求的塑件35ABS，POM等有精度要求的零件，如壳类高粘度塑料及高精度，难充模塑料40高精度的机械零件，如齿轮，凸轮等 式中 式中型腔压力取30 (因是薄壁塑件，浇口又是点浇口，压力损失大，取大一些)3)选择注射机型号根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注塑机，注塑机的最大注射量(额定注射量G)和额定锁模力F应满足 (2-5)代入公式得：式中 -注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75. (2-6)根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可初步选用注塑机为XS-Z-250型。查技术手册4XS-ZY-250型注塑机的主要技术参数如下：注射方式：螺杆式结构形式 卧式合模方式 液压螺杆直径：50最大注射量：250()注射压力：130锁模力：1800最大注射面积：500 模具最大厚度：350模具最小厚度：200最大开模行程：500喷嘴球半径：18喷嘴孔半径： 4定位圈直径： 100顶出孔距：中心及两侧推出电动机功率 24KW模板尺寸：mm/mm 机器外型尺寸： ( mm )2.2确定模具的型腔数量根据注塑机的最大注射量来确定型腔的数量: (2-7)代入公式得：式中 注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； 注射机允许的最大注射量(g或)； 单个制件的质量或是体积；浇注系统的质量或是体积；所以，型腔数取1，预选的型腔数合格。2.3 注塑机有关参数的校核确定型腔和选择注射机之后，这种注射机是否合适，还要对该机型的其他技术参数进行校核。1)注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的额定压力能否满足塑件成型时所需要的注射力，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为.设计中要求： (2-8)带入公式得： 式中 注射压力安全系数，一般取 所选注射机的额定压力，所以注射压力校核合格。2)锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充满型腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。因此，注射机的锁模力必须大于该模的胀型力，即 (2-9)代入公式得： 式中 型腔的平均压力，选用参数表1-1；塑件及流道凝料在分型面上的投影面积()； 锁模安全系数，一般取；所以锁模力校核合格。3) 注射机安装部分与模具相关尺寸校核注射机与模具相关尺寸的配合是为了保证模具能顺利安装到注射机上并生产出合格的产品。其通常包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大和最小厚度以及模板的安装螺孔尺寸等。4)喷嘴尺寸校核模具设计中，主流道始端球面(浇口套大端球面)必须比注射机喷嘴头部球面略大12mm；主流道小端直径要比喷嘴直径略大0.51mm以防止脱模困难。注射机的喷嘴圆弧半径为18mm，喷嘴直径为4mm；在本次设计中浇口套的球面半径为19mm，小端直径为4.5mm，所选注射机参数符合要求。5) 定位圈尺寸校核模具的主流道中心线应与注射机喷嘴的中心线重合，为此，模具定模板上定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈松动的间隙配合。6)最大最小模厚校核模具的总厚度应位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间。同时模具的外形尺寸应能能从注射机的拉杆之间装入。所选注射机的模具外形尺寸为mm；模具合模厚度为340mm，注射机，模具的厚度在最大模厚与最小模厚之间。所以所选注射机满足要求。7) 开模行程校核对于双分型面模具来说，其开模行程校验公式： (2-10)式中 S注射机最大开模行程； 推出距离； 包括浇注系统凝料在内的塑件高度；取出浇注系统凝料必需的长度；在此次设计中，注射机的最大开模行程为500mm，=95mm，=111mm，；即有。综合参数校验和尺寸校核，XS-ZY-250注射机符合成型要求。3 注塑模的结构设计注塑模具的结构是由注射机的类型和塑件的结构所决定的。塑件结构由于其使用要求的不同而千变万化，导致注塑模具的结构形式多种多样。但把各种类型的注塑模具加以分析归纳，每套注塑模具也有若干职能部分组成，且它们在不同的注塑模具中起着相同的作用。 3.1 分型面的设计模具闭合时动模和定模相配合的接触平面叫做分型面，也可以叫做合模面。在模具制造不良或锁模力不足的情况下，模内熔融塑料会通过此分型面溅出，在塑件上形成较厚的飞边，经修整后还会留下明显的残痕。 模具设计开始的第一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受塑件形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法、模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成型机的结构等影响。 分型面有多种形式，常见形式有：水平分型面、阶梯分型面、斜分型面、锥分型面和异型分型面。3.1.1分型面的选择原则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、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一般遵循以下几条基本原则：(1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。(2) 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 ，通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧。(3) 保证塑件的精度要求。与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或通轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具型腔内。(4) 满足塑件的外观质量要求。选择分型面时避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时需考虑分型面处产生的飞边是否容易修整清除，在可能的情况下应尽可能避免在分型面处产生飞边。 (5) 便于模具加工制造。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面。(6) 对成型面积的影响。 (7) 对排气效果的影响。分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合。(8) 对侧向抽芯的影响。当塑件需侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在开模方向，并尽量把侧向抽芯机构设置在动模一侧。依照：塑件脱出方便(塑件外表面脱模斜度 130、塑件内表面脱模斜度 50)、模具结构简单、型腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观、设备利用合理等来选择型面。模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构根据以上的设计原则，结合钟表的结构，我设计分型面时根据的原则是便于塑件顺利脱模确定留模方式，其次是保证塑件精度要求，最后是便于模具加工。该塑件的分型面选择如图3-1、3-2所示： 图 3-1 二维分型面设计 Fig.3-1 Two-dimensional parting surface design图 3-2 三维分型面设计 Fig.3-2 3 d parting surface design该塑件为导向轮，表面质量无特殊要求。为减少模具加工难度和便于成型后取出浇注系统凝料，需设置两个水平水型面。开模时，首先从分型，保证两端点浇口被拉断，而在中间的两个点浇口牵制下将主流道和分流道从浇口套和定模座板中带出。随后，沿即上面的分型面分型，将制件取出。 3.2 型腔数目的确定一模多腔时需要确定最经济的型腔数目n， 影响n的因素有技术参数和经济指 标两个方面，查中国模具设计大典得：型腔数目的计算公式： (3-1)式中： n 型腔数目G 注射机公称注射量()V 单个制品的体积 ()根据注射机的公称注射量及单个塑件的质量，n圆整后取1 即：本模具采用一模一件制 3.3型腔的分布模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。综合考虑，模具型腔为一模一腔，所以在模板上位于中心位置。3.4 排气系统的设计3.4.1排气系统的作用在塑料熔体填充注塑模腔的过程中，模腔内除了原有的空气以外，还有塑料含有的水分在注塑温度下蒸发而成了水蒸汽、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体、塑料助剂(或化学反应)所产生的气体等。此外，有些塑料在其固化过程中，还会因体积收缩而放出气体。这些气体不排出，一方面会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等形成成型缺陷；另一方面气体受压，体积收缩而产生高温，会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度。因此，在设计型腔时，必须考虑排气作用。注塑模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，特别是快速注塑模成型工艺的发展对注塑模的排气的要求更加严格。3.4.2注射模成型的排气方式排气槽是指使模具型腔内的气体排出模具外面在模具上开设的气流通槽或孔。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逸出的挥发性气体。因为本模具体积较大，仅仅依靠模具从分型面处自然排气、顶杆间隙排气、推杆间隙排气等还不够，所以，必须设计排气槽。注射模成型时的排气通常有以下四种方式：(1) 利用配合间隙排气：通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为.(2) 在分型面上开设排气槽排气：分型面上排气槽的深度以塑料熔体不溢进排气槽为宜，其数值与熔体粘度有关，一般可在范围内选择，或参考表3-1的设计。表3-1 分型面上排气槽深度Tab.3-1 The parting surface exhaust slot depth 塑料排气槽深度h聚乙烯0.02聚丙烯0.01-0.02聚苯乙烯0.02(3) 利用排气塞排气：如果型腔最后充填的部位不在分型面上，其附近又没有可供排气的推杆可活动型芯时，可在型腔深处镶排气塞。(4) 强制排气：在气体滞留区设置排气杆或利用真空泵抽气。这种方法很有效，只是会在塑件上留有杆件等痕迹，因此排气杆应设置在塑件内侧。 结合实际，本模具的排气槽设在分型面上，查表3-2知道聚苯乙烯的排气系统应该根据塑件尺寸、查表后得：排气槽厚度为0.02mm，宽度为3mm，长度为1.5mm。 4 浇注系统设计浇注系统是指熔融塑料从注粗机喷嘴进入模具型腔所流经的通道。它的作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把压力传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。 浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。4.1浇注系统的设计原则 浇注系统设计是否合理不仅对塑件的性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产率等相关。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循以下原则： 了解塑料的熔体性能和塑料熔体的流动特性。 采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失。浇注系统作为熔料熔体充填型腔的流动通道，要求流经其内的塑料溶体热量损失减少扫最低限度。 浇注系统设计应有利于良好的排气。设计浇注系统时，应注意与模具的排气方式相适应，使塑件获得良好的成型质量。 防止型芯变形和嵌件位移。 浇注系统的设计应尽量避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件，以防止熔体冲击力使细小型芯变形或使嵌件位移。 便于修整浇口以保证塑件外观质量。脱模后，浇注系统凝料要与成型后的塑件分离，为保证塑件的美观和使用性能等，应该使浇注系统凝料与塑件易于分离，且浇口痕迹易于清出修整。 浇注系统应结合型腔布局同时考虑。4.2主流道系统设计 4.2.1主流道的设计主流道是由注塑机与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道，是熔融塑料进入模具时最先经过的部位。在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为了使凝料能从其中顺利拨出，需设计成圆锥形，锥角为26，表面粗糙度Ra0.8m。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=0.8mm的圆弧过渡。查技术手册5得：XS-Z-250型注塑机喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端孔径： 喷嘴前端球面半径：根据模具主流道与喷嘴的关系： 取主流道球面直径；取主流道的小端直径； 一个好的主流道应该能使温度降和压力损失最小。主流道通常设计在浇口套中，如下图4-1所示。 1.注射机喷嘴 2.浇口套 图4-1 主流道形式与喷嘴机关系 Fig.4-1 The mainstream way form and nozzle authority department 4.2.2主流道衬套的设计主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成为可拆卸更换的主流道衬套式(俗称浇口套)以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开设在一个嵌套中，然后将 此套再嵌入定模内，该嵌套称为主流道衬套。采用主流道衬套以后，不仅对主流 道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便，而且在主流道损坏后也便于修磨和更换。主流道衬套应设在模具的对称中心位置上，并尽可能保证与相连接的注射机喷嘴为同一轴心线。浇口套一般采用碳素工具钢，如T8A、T10A等材料制造，经热处理淬火硬度范围为5357HRC。浇口套的结构形式如图4-1所示，图4-1a)为定位圈与浇口套制作成整体式，用螺钉固定在定模座板上，用于小型模具；图4-1b)浇口套以台阶形式固定在定模座板上，浇口套穿过定模座板与定模板。浇口套与模板间的配合采用H7/m6过渡配合；浇口套与定位圈采用H9/f9配合。 a) b)图 4-1 浇口套的结构形式 Fig.4-1 The structure of gate set本次设计所采用的主流道衬套是b型，其几何形状和尺寸如图4-2所示:图 4-2 主流道衬套Fig.4-2 sprue bush4.2.3定位圈的选用定位圈与注射机定模固定板中心的定位孔相配合，其作用是为了使主流道与喷嘴和机筒对中。本次设计所选用的定位圈如图4-3所示。 图 4-3 定位圈 Fig.4-3 locating ring主流道衬套的固定形式如图4-4所示。图 4-4 主流道衬套的固定 Fig.4-4 The sprue bushing is fixed4.3分流道设计4.3.1分流道设计要点a. 在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。b. 分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。c. 分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。d. 分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。e. 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。4.3.2分流道的形状和尺寸在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)时应设置分流道。分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面几的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段，因此要求所设计的分流道能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流放道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。(1) 分流道的形状及尺寸 为便于机械加工及凝料脱模，分流道大多设在分型面上。常用的分流道截面形状一般可分为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。其截面形状如图4-5所示。图 4-5 分流道的截面形状Fig.4-5 The cross section shape of the shunt way 圆形流道比表面积小，热量损失和流动阻力较小，但流道应开设在动、定模板两个部分，对机械加工精度要求比较高。对于流动性不太好的塑料或薄壁塑件，通常采用圆形流道，这样可减少熔体的流动阻力和热量损失。 半圆形断面分流道，这种分流道的比表面积也比较大，也不常采用。 梯形断面流道或是U形断面分流道，由于这两种流道，只切削加工在一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损失均不太大，故为最常用的形式。 矩形截面比面积大，流动阻力大，不常用。分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状复杂程度一般，熔料填充型腔不太困难，根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为便于加工起见，选用截面形状为U形的分流道。其截面尺寸如图4-6所示：图 4-6 分流道截面尺寸Fig.4-6 Distributary channel cross section size(2) 分流道的长度 分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。(3) 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的的塑料熔体的流道状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6m左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。(4) 分流道在分型面上的布置方式 虽有多种不同的布置方式，但应遵循两方面总的原则，即一方面排列紧凑，缩小模具板面尺寸，一方面流程尽量短，锁模力力求平衡。4.4浇口设计4.4.1浇口的作用及形状、尺寸浇口亦称进料口，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积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。浇口的形式有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、护耳浇口。浇口的作用有以下三点： (1) 使分流道输送过来的熔融塑料在进入型腔时，产生加速度，从而能迅速充满型腔； (2) 成型后浇口处塑料首先冷凝，以封闭型腔，防止塑料产生倒流，避免型腔压力下降过快，以致在塑件上出现缩孔和凹陷； (3) 成型后便于浇注系统凝料与塑件分离。为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程，选用四点浇口较为理想，因为这种浇口的长度很短，不超过其直径，所以脱模后，缩件上的浇口残痕不明显，不需要再修正浇口痕迹。但采用这种浇口时，常常在模具上增加一部分型面，以便使浇口凝料脱模。 设计时考虑选择从18mm外壁处进料，料由近至远处流，而且在模具结构上采取镶拼组合成型腔、型芯，有利于填充、排气，故采用四点浇口。其浇口的截面形式如图4-7所示：图 4-7 点浇口截面形式 Fig.4-7 Point gate section form三维浇口形式如图4-8所示：图 4-8 三维浇口形式 Fig.4-8 Three-dimensional form of gate4.4.2 浇口位置的设置选择塑件的浇口开设部位，应注意以下几点： (1) 避免熔体破裂现象在塑件上产生缺陷； (2) 考虑分子取向方位对塑件性能的影响； (3) 有利于流动、排气和补料； (4) 应尽量减少熔接痕和增加熔接牢度； (5) 防止料流将型芯或嵌件挤歪变形。 本制品呈细长圆管型，在其外圆分布有六个直径较大且壁较薄的凸缘，为便于制品成型，尽量缩短塑料在注射过程中的流程；在其18mm 的外圆上设置了4个点浇口。 4.4.3 冷料穴的设计冷料穴的作用是储存两次注塑的间隔中产生的冷料头，以防止料头进入型腔造成塑料熔接不牢，影响塑件质量，甚至发生冷料头堵塞住浇口，造成成型不满。 冷料穴一般设在主流道末端，当分流道较长时，在它的末端也应开设冷料穴。 5成型零件的结构设计注射模具闭合后，其内部零部件将组合成一个能容纳塑料的闭合型腔，即所说的型腔，它将接受由注射机注射出来的塑料熔体，并使它们在其内部固化成型为塑料制品。显然，型腔的几何形状和尺寸决定了制品的几何形状和尺寸，所以构成型腔的所有零部件统称为成型零部件。这类零件包括凹模、凸模等。成型零部件决定了塑件的几何形状和尺寸，成型零件通常包括凹模、凸模和型芯，成型零件的结构设计主要是确定模具型腔的组合形式。5.1凹模结构设计凹模通常也称之为型腔是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同可以分为整体式和组合式两种结构。 a. 整体式凹模是在整块金属模板上加工而成，其优点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但是整体式凹模加工困难，热处理不方便，其使用场合一般是形状简单的中小型模具。b. 组合式凹模的结构是由两个以上的零部件组合而成的，按组合方式不同组合式凹模结构可以分为：整体嵌入式、局部镶拼式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等结构形式。结合本模具，采用组合式凹模，因为采用组合式凹模能简化复杂凹模的加工工艺，减少热处理变形，拼合处有间隙利于排气、便于模具维修，节省的贵重的模具钢。其结构及尺寸见零件图。 5.2凸模结构设计凸模主要是与凹模相结合构成模具的型腔，主要用来成型塑件整体的内部形状。常见凸模结构形式有：组合式、圆柱型芯结构、异型型芯结构、镶拼型芯结构等，本模具型芯结构简单，采用最常见的圆柱形型芯结构就可满足要求。其结构及尺寸详见零件图。5.3成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸是指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(包括巨型和异形零件的长和宽)、型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸、型芯和型芯之间的尺寸等。任何塑件都有一定形状和尺寸精度的要求，如有配合要求的尺寸，则精度要求较高。影响塑件尺寸精度的主要因素有如下几个方面。(1) 塑件收缩率所引起的尺寸误差。塑件成型后的收缩率与塑料的品种。塑件的形状、尺寸、壁厚、模具的结构，成型工艺条件等因素有关。(2) 模具成型零件的制造误差。模具成型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度重要因素之一。成型零件加工精度愈低，成型塑件的尺寸精度也愈低。(3) 模具成型零件的磨损。模具在使用过程中，由于料流的流动，塑料塑件的脱模，都会使模具成型零件受到磨损。模具成型零件的不均匀磨损、锈蚀、使其表明光洁度降低，而从新研磨抛光也会造成模具成型零件的磨损，其中以塑料塑件的脱模对模具成型零件的磨损最大。(4) 模具安装配合的误差。模具成型零件装配误差以及在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都会引起塑件尺寸的变化。(5) 利用注射模成型塑料塑件时，同样也会产生毛边。由于分型面上有渣滓，或者锁模力不够大，或者模具零件加工精度不高，使模具零件不能紧密贴合也会形成毛边。(6) 成型工艺条件的控制及操作技术对塑料塑件尺寸精度的影响成型工艺条件包括料筒温度、注射压力、保压时间、模具温度、每次注射量、注射速度、冷却时间、成型周期、原料的预热及干燥等，对其进行正确的控制和管理，有利于获得稳定的尺寸，质量优异的塑料塑件，并对经济价值也有大的影响。5.4模具成型零件的工作尺寸计算在设计模具过程中，应该根据影响塑件尺寸精度的因素对塑件的成型零件尺寸进行设计计算。这些因素一般包括塑件材料、几何形状、精度等级等。计算成型零部件尺寸使用到的公式：收缩率波动误差： (5-1)塑件的成型误差： (5-2)成型零件实际尺寸： (5-3)塑料的平均收缩率： (5-4)式中 塑件基本尺寸； 制造误差； 磨损误差； 间隙误差； 装配误差。塑料收缩率波动误差应该小于塑件公差/3。模具成型零件制造误差一般取塑件公差的1/31/4，或取IT7IT8级作为制造公差。成型零件磨损误差主要原因是脱模磨损，磨损使得型腔尺寸加大，型芯尺寸减小，一般与脱模方向垂直的表面不考虑磨损，平行方向才考虑磨损。一般取/3，在计算过程中，只要使成型零件的累积误差小于塑件公差，即，则设计合格。查技术手册5得聚苯乙烯的收缩率为，故平均收缩率为，考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造的现有条件，模具制造公差取。5.4.1型芯工作尺寸计算成型零件的工作尺寸是成型零件上直接用来成型塑料制品的那部分尺寸。成型零件分为两大类：光滑成型零件和螺纹成型零件。成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。在计算时要考虑塑料制品的尺寸公差，所成型塑料的收缩率、溢料飞边厚度、塑料制品脱模、塑料制造的加工条件及可达到的水平等因素。查中国模具设计大典3得如下公式：径向尺寸： (5-5)式中： 型芯径向基本尺寸； 塑件径向基本尺寸； 塑件平均收缩率； 塑件制造公差；模具制造公差取 / 3；则：轴向尺寸： (5-6)式中： 型芯轴向基本尺寸； 塑件轴向基本尺寸；塑件平均收缩率； 塑件制造公差； 模具制造公差取 / 3则：5.4.2型腔工作尺寸的计算塑件的公差等级为MT5级，查塑件公差值表(GB/T 144861993)，可得塑件尺寸的公差值。 型腔的径向尺寸： (5-7) 式中： 型腔径向基本尺寸； 塑件径向基本尺寸； 塑件平均收缩率；塑件制造公差；模具制造公差取 / 3；则： 型腔轴向尺寸： (5-8) 式中： 型芯轴向基本尺寸；塑件轴向基本尺寸；塑件平均收缩率； 塑件制造公差； 模具制造公差取 / 3；则： 5.4.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算模具型腔侧壁和底板均应有足够的厚度，厚度过薄将会导致模具的刚度不足或强度不够。一般情况下，对于大、中型模具，刚度不足是主要矛盾，对于小型模具，强度问题更重要。强度不够会使模具发生塑性变形甚至断裂，而刚度不足将使模具产生过大的弹性变形，导致型腔尺寸扩大并产生溢料的后的弹性间隙。当变形量大于塑件收缩量时，塑件成型后的弹性恢复会使凹模紧紧包住塑件而造成脱模困难，因此需要对模具强度或刚度进行校核，尤其是大型模具。本次设计中采用的是矩形镶拼组合式型腔。矩形型腔是指横截面呈环状矩形结构的型腔，矩形型腔模具在工业生产中广泛使用。按强度和刚度计算得到的型腔尺寸，取数值较大者作为设计依据。矩形型腔的简化图如5-1所示图 5-1 镶拼组合式矩形凹模 Fig.5-1 With composite rectangular die常用型腔侧壁和底板厚的计算公式5：侧壁厚度： 按强度条件计算： (5-9)按刚度条件计算： (5-10) 式中： 型腔压力()，可取注射成型压力的(普通注射压力为)，一般为，取； E模具材料的弹性模量，预硬化塑料模具钢； 成型零部件的允许变形量(即刚度条件)，查5-1表知道为0.02； 材料的许用应力，预硬化模具钢具体值为300 ； 凹模的内孔(矩形)长边尺寸； L凹模、成型杆的长度或模具支撑的距离； h型腔深度； H凹模外侧的高度尺寸； 凹模外侧底板的宽度； 凹模内外(矩形)短边尺寸或其底面的受压宽度； 凹模侧壁的计算宽度； 凹模底部的计算厚度；表 5-1 部分塑料刚度条件Tab.5-1 Part of the plastic stiffness conditions 聚乙烯0.02聚丙烯0.01-0.02聚苯乙烯0.02ABS0.03侧壁厚度的计算： 按强度：按刚度：本次设计初步采用的型腔侧壁厚度是105mm38.8mm(型腔侧壁厚度计算的最大值)，所以，壁厚设计合理。底板厚度的计算：按强度计算： (5-11)按刚度计算： (5-12)式中各字母的含义同上。 按强度底板的厚度为：按刚度底板厚度的计算：在本次设计中采用的底板厚度的厚度为，强度、刚度都满足，所以底板厚度设计合理。5.5成型零件材料的选择塑料模具形状复杂，加工难度大，一般说来价格比较昂贵，为保证模具使用的高寿命，防止意外损坏，合理选择模具材料十分重要的。 成型零件材料选用要求如下： (1) 机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种；(2) 抛光性能良好。注塑模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，要求选用钢材硬度3040HRC为宜； (3) 耐腐蚀性和抗疲劳性能好。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限； (4) 具有耐磨性能。根据以上选材原则及该模具用于制品生产批量大、强度耐磨性要求高、成型 零件强度高、耐磨性好、热处理变形小，有时还要求耐腐蚀的等选用。 钢是一个比碳素工具钢具有更好综合力学性能和工艺性能的低合金模具钢， 使合金工具钢中唯一不含Ni、Cr元素的经济型钢种。该钢淬透性能好，淬火、低温回火后有高的硬度和耐磨性，淬火硬度可达4652HRC，淬火时可以用油冷。6 结构零部件的选取6.1模架的选取 模架是注射模的骨架和整体，通过模架可以将模具的各个部分有机地联系成一个整体。模架以其在模具中的应用方式可分为直浇口和点浇口两种形式。 中小型模架标准(GB/T 125552006)中规定了模架的结构形式，还规定了中小型模架的周界尺寸范围560 mm900 mm。由本设计的情况可知，本设计是一模一腔，推杆推出，双分型面，设计选用的注射机为卧式注射机。所以选择模架CI2740。6.1.1塑料模具用钢的基本要求塑料模具结构较复杂，组成一套模具的零件数目较多，而且由于各零件在工作中所处的地位、作用不同，对材料的性能要求也有所不同。用于制作塑料模具的材料，在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的强度和韧性，再次是易于加工。根据塑料模具的使用条件、加工方法的不同，将塑料模具用钢的基本性能要求归结为以下几个方面：(1) 具有足够的表面硬度和耐磨性塑料制品的表面粗糙度和尺寸精度，模具的使用寿命，都和模具表面的硬度和耐磨性有直接关系，对含有固体硬度填料的热固性塑料的成型模具关系尤为密切。因此，要求塑料模具的成型表面应具有足够的硬度，其淬硬性应不低于HRC55。对于小型塑料模可采用高炭高合金钢。(2) 具有足够的强度和韧性由于注射模在使用中承受很大的成型压力(注射模的锁模力和模内压力)，因此对大、中型，或型腔结构形状复杂的塑料模具用钢应具有较高的芯部强度和韧性，以满足使用性能要求。(3) 具有良好的加工性能大多数塑料模具都需要进行一定的切削加工和钳工加工。为了延长切削刀具寿命，提高切削性能，减小表面粗糙度，塑料模具用钢必须具有适当的硬度以或得必要的精度和表面粗糙度。(4) 具有良好的抛光性能为获得光洁的塑料制品，要求模具型腔表面粗糙度小，因而型腔必须进行抛光以减少型腔表面的粗糙度，选用的钢材也不应有粗糙复杂和气孔存在，同时抛光时时不应出现麻点或桔皮状缺陷。(5) 热处理变形小塑料模具的零件往往形状复杂，淬火后进行加工较为困难，甚至根本无法加工，因此，模具用钢尽量选择热处理变形小的钢材。这样当模具成型加工经热处理后可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面质量要求。(6) 具有良好的耐腐蚀性能塑料及其添加剂对钢的表面有化学腐蚀作用，因此，选用的模具钢材应具有一定的抗蚀能力，或进行镀铬、镀镍处理。(7) 良好的花纹可刻蚀性塑料制品要求外表美观，花纹装饰时，则要求模具刻蚀花纹容易，花纹清晰、耐磨。6.1.2塑料模具用钢的选择模具的耐用性除决定于模具的结构设计、使用和维护外，很大程度上还决定于所选用的模具材料的基本性能是否和模具制造工艺及使用条件相适应。因此，应根据模具的结构、性能要求和使用条件、模具的制造方法，合理选用模具材料。塑料模具零件的主要性能要求：(1) 成型零件的主要性能要求 塑料模具的成型零件是直接成型制品内外表面的组成零件，包括型腔、型芯、成型镶件、成型顶杆等。由于这些零件直接与塑料接触，因此要求具有一定的强度、表面耐磨性好、热处理性能好、淬火变形小，对带腐蚀性添加剂塑料成型的模具，还应具有抗腐蚀能力。(2) 导向零件的主要性能要求 导向零件包括导向柱、导向套、导套等，这类零件在使用中其主导作用。开、合模具时有相对运动，成型过程中要承受一定压力，或偏载负荷。因此要求表面耐磨性好，芯部具有一定韧性。(3) 浇注系统零件 包括浇口套、拉料杆、分流道等。这类零件的工作条件与成型零件相近，要求具有良好耐磨表面、耐蚀性和热硬性。(4) 顶出机构和抽芯机构零件 这类零件要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度。(5) 模体零件 包括各种模板、顶出板、固定板、模架垫板等。这些零件是成型制品中主要承力零件，因此要求具有足够的机械强度。根据上述内容，本设计中模具零件所用材料如表6-1所示。表 6-1 模具零件常用材料及热处理Tab.6-1 Die material and heat treatment commonly used parts零件类别零件类别材料牌号热处理方法硬度模板零件支承板、模套、浇口套45淬火43动、定模座板，动定模板，固定板45调质推件板T8A、T10A淬火45调质浇注系零件浇口套、拉料杆T8A、T10A淬火导向零件导柱T8A、T10A淬火导套T8A、T10A限位导柱、推板、推板导套T8A、T10A推出机构零件推杆、推管T8A、T10A淬火推板、复位杆45淬火推杆固定板45、Q235定位零件圆锥定位件T10A淬火定位圈45定距螺钉、限位钉45淬火支承零件支承柱45淬火6.2垫块的设计用于支撑动模成型部分，并形成推出机构运动空间的零件称为垫块，又称支承块。在设计中，不采用整体结构，垫块和动模座板分开设计，采用材料为45钢，也可以选用合金结构钢或优质碳素结构钢，由于本次设计模架的特殊性，所以采用的垫块是特殊垫块。其结构零件图看零件图。6.3模座的设计模座是整个注塑模具中支撑所有零部件的底板，在注射成型中还负责传递合模力并承受成型力。为了保证模座具有足够的强度和刚度，设计时应给它足够的厚度。模座材料多用合金结构钢，经调质后要求硬度HBS。对于一些制品生产批量少或合模力和成型力不太大的精密注射模具，其模座有时也选用30号钢的材料。6.4合模导向机构的设计6.4.1 导向机构的作用(1) 定位作用 模具闭合后，保证动模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配中也起了定位作用，便于装配和调整。(2) 导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引起动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。(3) 承受一定的侧压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。6.4.2导柱导向机构导柱导向机构主要零件是导柱和导套。(1) 导柱的设计本设计的模具较简单，因此，导柱采用结构简单且加工方便的带头导柱，其结构图如图6-1所示。因为导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此选择导柱材料为T8A淬火处理，硬度为HRC50-55，导柱滑动部位采用润滑脂润滑。配合精度方面，导柱与固定板之间采用H7/k6的过盈配合；导柱导向部分通常采用H7/f7的间隙配合。 导柱孔的基本要求与导柱配合的导套孔，必须满足一下基本要求。a为了使导柱顺利地进入导套孔，导套孔的入口处应做成圆角b导柱孔最好为通孔，这样能使孔内的空气在导柱插入孔内之后逸出，否则会给导柱运动造成阻力。c导柱孔与导柱的配合采用间隙配合或。d.导向孔的表面硬度应低于导柱工作表面的硬度，这样可以改善两者之间的摩擦情况，防止导柱或导套被拉毛。图 6-1 导柱Fig.6-1 guide pillar(2) 导套的设计a.导套的结构形式：导套的结构形式有直导套(I型导套)，其结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合；带头导套(II型导套)，结构较复杂，用于精度较高的场合，此种导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。导套设计符合GB 1469.384。本设计中两种导套都采用了。导套的结构见图6-2和图6-3。图 6-2 带头导套Fig.6-2 guide bush图 6-3 直导套 Fig.6-3 Straight Guide bushb. 导套的技术要求：导套的前端应该倒圆角，以方便导柱顺利进入；导向孔应该为通孔，以便排出孔内空气。配合精度要求：带套导套用H7/m6或H7/k6过渡配合镶入模板中，导套固定部分的粗糙度为。导向部分粗糙度为7 塑件脱模机构的设计注射成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构，推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸完成的。推出机构的设计遵循以下几点原则，本次设计亦是遵照这些原则6展开。a. 推出机构的设计应该使塑件留于动模一侧；b. 合理选择推出方式、推出位置、推出零件数量和推出面积，保证塑件在推出过程中不发生变形或损坏；c. 推出位置尽量选在塑件内部，不损坏塑件外观质量；d. 合模时保证推出机构正确复位，有侧向抽芯时保证推杆先复位；e. 推出机构动作可靠、灵活，结构尽量简单，制造容易。本设计脱模机构如图7-1所示：图 7-1 脱模Fig.7-1 demould7.1推出方式的选取推出机构可按照推出力的来源分为手动推出机构、机动推出机构和液压与气压推出机构等。手动推出机构在开模后由人工操作将塑件推出取出；机动推出机构是依靠注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，可实现塑件自动脱模；液压与气压推出机构是指由专用液压或气动装置，通过模具上的推出机构将塑件推出。按照模具的结构特征，推出机构又可以分为一次推出机构、定模推出机构、二次推出机构、浇注系统推出机构、带螺纹的推出机构等。根据本次设计的要点可知，导向轮属于大批量生产，手动推出机构不仅效率低，降低生产效益，而且存在不安全因素；机动推出机构易于实现自动化生产，推出动作依靠模具结构和注射机推杆动作，可使模具结构简单，降低生产成本；液压与气动推出机构还需另外安装液压或气压动力源，增加了成本，而且也使模具的结构复杂化。其次，从模具结构特征上分析可以得出，本次设计的模具推出机构为一次推出机构。综合上述，本次设计推出机构类型为机动推出机构。7.2脱模力的计算将制品从包紧的型芯上脱出时所需要克服的阻力称为脱模力，它主要包括：由制品的收缩引起的制品与型芯的摩擦阻力和大气压力。脱模力的作用点应尽量靠近型芯，并且脱模力应施于塑件刚性和强度最大的部位。脱模力的计算是设计脱模机构和尺寸的依据，它与塑料种类、塑件包容在型芯上的面积以及塑件的热收缩值等有关。由于的塑件才成为厚壁塑件(d塑件直径，t塑件的壁厚)，本设计塑件的壁厚为4，最大直径为42，所以该塑件属于薄壁塑件，查中国模具设计大典3得脱模力的计算公式： (7-1)式中：为脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受塑料熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响，其值查表7-1，取0.45； 塑料的线膨胀系数，其值查表7-1，取； 在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量，其值查表7-1，取； 塑料的软化温度，其值查表7-1，取100； 脱模时塑件温度，其值查表7-1，取60； 塑件的壁厚； 型芯脱模方向的高度；表 7-1 塑件脱模力的计算参量Tab.7-1 Plastics demoulding force calculation parameters 塑料名称pp1.11.60.40.510211555659.812PS2.220.40.5821045070688.218.6ABS1.8.60.350.5590108507071011.716.7则： 7.3 推出结构的设计推出机构一般由三大部分组成，分别为推出、复位、导向。一次推出机构可以在动模一侧用一次推出动作完成塑件的推出。这种机构包括了推杆推出、推管推出、推件板推出、活动镶块推出和多元机构推出等。推杆推出机构设置推杆的自由度较大，推杆端部可以设置成圆形或方形，制造、修配方便，推杆推出机构是最简单常用的形式。而推管推出机构适用于推杆细小，塑件表面质量要求很高的场合，其制造，安装较推杆机构复杂；推件板推出机构适用于型芯较高，塑件包络面积较大，推出力较大或者点浇口塑件的模具结构，其推出力平稳均匀，塑件上没有推出痕迹。由上可确定本次设计采用的推出机构选用的是推杆推出机构7.3.1推杆的设计常用的推杆形状有直通式推杆，尾部采用台肩固定；阶梯式推杆，工作段较细，其后加粗，为直径小于2.53mm时采用；顶盘式推杆(锥面推杆)，适用于深筒形塑件。推杆的工作端面形状，最常用的是圆形，其次是矩形。推杆工作端面的形状应该根据塑件强度、刚度和韧性，保证推杆能承受足够的推出力，顺利把塑件推出并不各自不同的条件确定。在设计时要充分考虑推杆的产生变形。推杆直径d的计算本设计的塑件可看作薄壁矩形件，所以从动模上脱开的脱模力按公式6计算。 (7-2)式中: E塑件材料的弹性模量，查表知； S塑料的平均收缩率，S0.5；L包容凸模的长度mm，L246mm；f塑料与钢的摩擦系数，查表；m塑料的泊松比，m0.32；t塑料件的平均壁厚mm，t20mm；将数据代入(7-2)式得：(2) 推杆直径本设计采用的是圆形连接推杆，其直径可根据公式6： (7-3) 式中： d推杆直径，mm；推杆的长度系数，0.7； L推杆长度mm，L200mm；n推杆数量，根据塑件形状取n4个；E推杆材料的弹性模量，E2.1105。将数据代入式(7-3)得： 本次设计中所取，所以，所选推杆合适。(2) 推杆的应力校核根据公式(7-4) 7 (7-4)一般中碳钢 320将数据代入式(7-4)式得：即，故推杆的强度符合设计要求。(3) 推杆的设计本设计推杆结构图如图7-2所示:图 7-2 连接推杆Fig.7-2 ejector tie rod7.3.2复位零件的设计(1) 弹簧复位 弹簧复位是利用弹簧的弹力使推出机构复位。用弹簧复位时，推出机构的复位先于合模动作完成，所以通常为了便于活动镶件的安放而采用弹簧先复位机构。(2) 复位杆复位 为了使推出元件合模后能回到原来的位置，推杆固定板上同时装有复位杆。考虑到弹簧易老化，使用寿命短的缺点，本设计采用的是复位杆复位，其截面为圆形截面，在推杆固定板的四周设置拉料杆四根，以便推出机构合模时平稳，复位杆端面与所在动模分型面平齐。推出机构推出后，复位杆便高出分型面(其高度即为推出距离的大小)。复位杆复位作用是利用合模动作来完成的，合模时，复位杆先于动模分型面与定模接触，在动模向定模逐渐合拢的过程中，推出机构便被复位杆顶住，从而与动模产生相对移动，直至分型面合拢时，推出机构便回复到原来位置，这种结构合模和复位同时完成，复位杆的结构如图7-3所示。 图 7-3 复位杆 Fig.7-3 release link7.4拉杆的设计拉杆作用是分模是拉住橡胶在定模一侧，限位作用，开模时候限制开模距离，一般在三板模上用得较多。有利于脱料，拉杆长短根据产品或浇口的长短来确定，当拉杆完全打开后，产品或浇口能顺利拿出就可以了。承托上模重量，限制上夹板(定模面板) 、A 板之间的行程。拉杆的材料选用，20Cr，硬度56-60HRC.20Cr渗碳0.5-0.8mm，硬度56-60HRC. 其余应符合GNB/T4170-2006的规定， 未注表面粗糙度Ra=6.3um.本次拉杆设计如图7-4所示：图 7-4 拉杆Fig.7-4 pull rod8 温度调节系统注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。8.1模具温度调节的重要性模具温度的调节是指对模具进行冷却或加热，必要时两者兼有，从而达到控制模温的目的。对模具进行冷却还是加热，与塑料品种、塑件的形状与尺寸、生产效率及成型工艺对模温的要求有关。对于粘度低、流动性好的塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却，有时为了进一步缩短在模内的冷却时间，亦可用冷水控制模温。由于该套模具的模温要求在80以下，又是小型模具，所以不需要设置加热装置。导向轮选用聚苯乙烯材料，所以模具设计中采用常温水控制模温。8.2冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则6为：(1) 合理的确定冷却管道的中心距及冷却管道与型腔壁的距离。 型腔表面的温度与冷却水道的数量、大小及冷却水的温度有关。冷却管道与型腔壁的距离太大会使冷却效率下降，距离太小，会造成冷却不均匀。根据经验，一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的12倍，冷却管道中心距为管道直径的35倍。 (2) 浇口处加强冷却。 塑料熔体填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此浇口附近要加强冷却。通常将冷却水道的入口设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水冷却。(3) 冷却水道至型腔表面距离应尽量相等。 当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面的距离最好相等；当塑件壁厚不均匀时，厚壁处冷却水道要靠近型腔，间距要小。(4) 冷却水道的排列形式。冷却水道的设计也要考虑塑件的壁厚。塑件壁厚越大，则所需冷却时间越长。冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，影响强度。(5) 冷却水道出、入口温差尽量小。如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，尤其是对流程很长的的大型塑件，料温越流越低。为使塑件的冷却速度大致相同，除缩短冷却回路外，还可以通过改变冷却管道排列形式实现。(6) 合理确定冷却管道接头位置。进出口水管接头的位置尽可能在模具的同一侧。为不影响操作，通常应设在注塑机的背面。水管接头多采用自动密封接头，以保证冷却管道不泄露，防止在塑件上造成斑纹。(7) 冷却系统的设计要考虑尽量避免其与模具结构中其他部分的干涉现象。冷却水通道开设时，受到模具上各种孔(如顶杆孔、型芯孔、镶块接缝等）的结构限制，要按理想情况设计时困难的。(8) 冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表平面 也就是说要埋入模板内，以免模具在运输过程中造成损坏。(9) 冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置 。 此外，冷却水道的设计还必须尽量避免接近塑件的熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理，一般水道孔径为10mm左右(不小于8mm)；冷却水道的设计要防止冷却水道的泄漏，凡是易漏的部位要加密封圈。8.3冷却回路布置冷却回路的布置还要看塑件的形状，对于前型腔扁平塑件，可以将水道开在动定模两侧，均衡布置。对于中等深度塑件，宜在凹模底部与型腔等距离的周围开设水道，在凸模上可以开设环形水槽。深型腔塑件水道关键是凸模的冷却，凹模上一般围绕塑件布置，凸模加工螺旋槽，达到中心进水，外侧出水的结构。在本次的模具设计中，制件为小型塑件，对称分布，所采用的冷却回路的布置为在动模板和定模板上围绕塑件开设水道。8.4冷却水道的确定本模具是否需要冷却系统可作如下设计计算：设定模具平均工作温度为，用的常温水作冷却液，模具出口水温为 ，模具宽度为270mm。求冷却管道直径及所需冷却管道孔数.一般注射到模具内的塑料温度为左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在以下。热塑性材料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快的传递给模具，以使塑料可靠冷确定型并可迅速脱模。PS的成型温度和模具温度分别为、，用常温水对模具进行冷却。冷却系统的计算塑件在固化时每分钟释放的热量查7得聚酰胺单位质量释放的热量为，取，故 (8-1)代入公式得：单位时间内注入模具中的塑料质量()。式中注塑机的最大注塑量，250浇注系数，取0.75-0.85，无定型塑料可取0.85，结晶型塑料可取0.75，该处取0.85。注塑成型时间，单位，查8得2。 聚苯乙烯的密度，查得1.054。冷却水的体积流量 (8-2) 代入公式得：冷却水在一定温度下的密度()，为；冷却水的比热容，为；冷却水进口温度，为；冷却水出口温度，为；冷却管道直径d查模具手册9，为使冷却处于湍流状态，取。冷却水在管道内的流速V (8-3) 代入公式得：求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数查中国模具设计大典3得。 (8-4)代入公式：冷却管道的总传热面积 (8-5)代入公式得：模具温度与冷却温度制件的平均温差，。冷却水孔的数量 (8-6)每个水孔的长度；冷却水道的三维视图形式如图9-1所示：图 9-1 冷却水道Fig.
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