组合式排插外观结构创新与注塑模具设计

I摘要在工业生产中，利用模具生产零件具有效率高，质量好，成本低的一系列优点，使得模具被越来越广泛地使用，特别是增长最快的注塑模具，已成为现代工业生产中工艺设备和发展一个重要的方向。本课题以排插为例介绍注射模具设计方法,主要研究内容如下创新设计新型插座即立式可旋转插座组，既节省空间，又避免了实际使用中插头之间的干涉，提高了插口的有效使用率。应用SOLIDWORKS软件完成了插座模块三维模型的设计。利用CAXA软件来完成其装配图和零件图的绘制。在IMOLD插件下设计了模具的成型零部件、浇注系统、冷却系统、推出机构等。实践表明,将软件应用于塑料模具设计能够缩短开发周期,提高设计精度。本文根据实际成产要求设计出了一模两腔的结构模具，其结构紧凑,工作可靠、操作方便、运转平稳,并且冷却效果好、劳动强度低、生产效率高、生产的塑件精度高、生产成本低。关键词插座；注塑模具；SOLIDWORKS；IMOLD；IIABSTRACTININDUSTRIALPRODUCTION,THEMOLDPARTSWITHASERIESOFADVANTAGESOFHIGHEFFICIENCY,GOODQUALITYANDLOWCOST,MAKESTHEMOLDUSEDMOREANDMOREWIDELY,ESPECIALLYTHEFASTESTGROWINGINJECTIONMOLD,HASBECOMEANIMPORTANTDIRECTIONOFTHEDEVELOPMENTOFEQUIPMENTANDTECHNOLOGYINMODERNINDUSTRYTHISTHESISTAKESASOCKETASANEXAMPLETOINTRODUCETHEMETHODOFINJECTIONMOLDDESIGN,ANDTHEMAINRESEARCHCONTENTISASFOLLOWAPPLYINGSOLIDWORKSSOFTWARECOMPLETEDTHESOCKETMODULEDESIGNOF3DMODELUSINGCAXASOFTWARETOCOMPLETETHEASSEMBLYDRAWINGANDPARTDRAWINGFINISHEDTHEINJECTIONMOLDDESIGNOFASOCKETBYUSINGIMOLDPLUGINDESIGNEDINJECTIONMOLDCOMPONENTSANDPARTS,INCLUDINGFILLINGSYSTEM,COOLINGCIRCUIT,ANDEJECTINGMECHANISMWITHSIDEACTION,ITSHOWSTHATAPPLYINGIMOLDSOFTWARETOPLASTICMOLDDESIGNCANSHORTENDEVELOPMENTPERIODANDIMPROVEDESIGNACCURACYTHEMOLDHASSOMEOFADVANTAGESFOREXAMPLE,THESTRUCTUREISCOMPACT,THEOPERATIONISRELIABLEANDEASE,THEREVOLUTIONISSTEADY,THECOOLINGPERFORMANCEISGOOD,THELABORINTENSITYISLOW,THEPRODUCTIONEFFICIENCYISHIGH,THEPRECISIONISHIGH,THEPRECISIONISHIGH,ANDTHEPRODUCTIONCOSTISLOWKEYWORDSSOCKETINJECTIONMOULDSOLIDWORKSIMOLDIII目录引言11绪论211注射成型加工原理212注射成型的基本要素213注射模的基本结构214模具设计制造中计算机技术的应用215国内外模具CAD/CAM/CAE技术的发展历程及现状316毕设的主要工作32组合式排插设计421排插外形设计分析422插座模块材料的确定5221注塑材料分析5222PC材料的性能5223PC的成型工艺5224注塑材料成型过程6225注塑材料成型条件623插座模块结构设计7231壁厚设计8232脱模角度设计8233表面质量和尺寸精度93注射机及相关工艺参数9IV31注射机的选择9311注射机的结构和分类9312塑件体积质量的计算10313型腔数目的确定10314注射机的选择1032有关注射机工艺参数的校核11321注射机注射量的校核11322注射压力的校核11323锁模力的校核12324最大开模行程的校核12325注射模具厚度的校核134成型塑件设计1341拔模分析1342分型设计14421创建分型面14422创建型芯/型腔模块14423凹模结构设计1543布局设计1644模架选用1745浇注系统设计18451添加浇口18452添加流道1946排气系统设计2147冷却系统设计21V48推出机构设计2249合模导向机构设计245结论25谢辞27参考文献28第1页共28页引言随着经济的发展，科技的进步，塑料产业发展迅速，已经发展成为在国民经济中一个非常重要的产业之一。塑料以其独特的优势，已广泛应用于机械行业和人们的生活的方方面面，比如塑料良好的电绝缘性被用于电子电器行业机械性能、加工性能，以及高的强度被用于机械工业行业耐蚀性被用在化学工业中其优点，如重量轻，用于人们的生活消费中。目前，越来越多的产品是塑料而非金属制品，由于巨大的优势，今天的塑料制品渐渐地取代金属制品的趋势，正体现了塑料产品的优越性与发展潜力。中国的家电产业及其他工业机械产业的高速发展，在满足使用性能要求和外观形状要求的同时，也要求越来越高的工艺技术，以制造出越来越复杂的产品结构，这都离不开模具，同时以最低的成本和最快的速度制造生产出高质量的模具是当今对模具制造行业的要求。模具制造行业是当今制造业的基础产业之一，是转化科技成果的基础，而模具又是高新技术产业的一个重要领域。欧洲和其它工业化国家被称之为“点铁成金”的“磁力工业”。美国业内人士认为“模具工业是美国工业的基石”在德国模具行业中的“重点行业”在日本，模具协会认为“工业发展在全国各地的秘密是模具”现在，模具行业已基本超过了新兴的电子产业。模具技术水平的高低，决定了产品质量的好坏和生产效率的高低，以及新产品开发能力的强弱。模具已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标的度量。今天，模具技术的发展在很大程度上取决于模具的标准化，高质量模具材料的研究，先进的设计和生产技术，特种加工机床及生产技术管理。塑料成型有许多方法挤出成型，注射压缩成型，压缩成型，注射成型等，根据统计世界上30的塑料制品是通过注射成型制造。相比而言注塑生产更有效率，而且容易实现自动化，高精度的模制塑料件，质量稳定，成型周期短，且能一次成型复杂结构的塑料制品。塑料注射成型的这些优点在塑料加工行业具有非常重要的地位。在注塑过程中的塑性流动状态难以控制，受塑件、模具结构，原料特性的影响。在过去，人们根据其经验和非常有限的经验公式来尝试确定模具的结构，它也基于过去的经验设定的工艺参数。每个设计都将面临新的问题，经常出现的问题可以根据经验来解决，新的问题也只能通过尝试才能知道。制作所以这过去的模具设计模具大多需要通过反复的模具测试，修复，以满足要求。以前的模具设计和生产方法具有特性的成本高，周期长，不能保证质量。随着经济的发展，模具设计方法也亟待更新，如何保证模具质量的前提下降低成本呢人们不断地研究模具设计的新方法，终于找到了解决模具成本高，质量难以保证的有效途径，就是将计算机技术引入到模具设计中来。目前适用于计算机技术塑料成型领域有机械计算机辅助工程（CAE）计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造技术（CAM）。利用计算机技术来进行模具设计和制造模具，减少模具生产成本，缩短成型时间，更可以节省原料。第2页共28页第3页共28页1绪论11注射成型加工原理通过塑料注射成型装置，将塑料从固态加热至粘性流态，然后再变为固态的过程就是塑料的注塑成型过程。在这个过程中，注入料斗中的塑料和外部加热器的塑料，改变了原来的物理状态注塑机外部有一个液压缸提供动力，将使塑料进入模具，最后热量由冷却介质带走，然后使塑料在模具中固化。其成型过程分为四个部分，由图11所示。在整个成型过程中，正如水进入管道流动一样，通过注射机使塑料进入模具的性能即是所谓的流动性通过热量来改变塑料的物理状态，通过压力以确保模具空腔填充塑料所需时间，即保证塑性流动行为温度，压力和时间，这三要素是注射成型工艺需要控制的工艺参数，且这些参数控制着生产的塑料制品的质量。注塑成型原理就是研究塑料物理成型，化学变化和各种参数之间的关系。12注射成型的基本要素塑料制品是通过塑料模具和成型设备成产出来的，所以为了得到合格的塑料制品，合格的模具和先进的成型设备是必备的模具与塑料制品直接接触，它的好坏就决定了塑料制品质量的好坏，而决定模具质量的因素包括先进设计和精密制造。因此在注射成型过程的基本要素顺利包括模具，设备及工艺。按照注塑成型模具部件的不同，一般有模架，浇注系统，推出结构和成型零部件组成。模具是塑料制品的质量好坏，精度水平，结构合理与否，材料选择是否得当，生产成本高低等的决定因素。提现企业在市场竞争中的响应能力，模具的质量起到决定性的作用。注塑模具被安装在注塑成型机上，模具设计师仅仅由塑料部件确定模具结构，注塑机参数也应考虑在内。一般来说，在市场上有各种各样规格和型号的注射机，但模具设计时应根据企业现有的条件下予以考虑。注塑模具与注塑机的关系，将第三章中进行说明。合理的成型工艺直接决定了是否能顺利充模，冷却定型，产品的质量。要确定一个最佳的成型条件是极为困难的塑件结构，填料情况，环境温度的水平，树脂性能，现有注塑机的条件都会影响成型条件，这是不断变化的因素。要提高塑件的质量，确定一个合理的成型工艺也是一个重要途径。13注射模的基本结构注塑模具可分为两部分定模与动模，注塑时两模闭合，构成浇注系统和型腔，当开模时，定模具与动模分离，即可取出零件。注射模具的基本结构分为成型部分形成型腔，决定塑料的形状，尺寸和精度。浇注系统把从注射机喷嘴喷射的熔融塑料引入形腔。排气系统充模时用以排除过量的气体。温度控制系统控制模具的温度，熔融塑料在模腔中快速可靠地定型。脱模机构使定型后的塑料制件脱出模腔的机构。模架将模具各部位有效连接，导向，确定位置，并在使用时，由它与注射机相连。第4页共28页14模具设计制造中计算机技术的应用60年代中叶，英国，美国，加拿大的研究者在模腔内对塑料熔体的流动和冷却进行了基础研究。几何建模技术、塑性流变学、计算机技术和数控加工技术的发展，有力地推动了CAE/CAD/CAM的进一步研究，从最初的CAD/CAM技术通过技术图纸作为传递介质向CAD/CAM一体化发展。尤其是使用注塑成型CAE技术，是塑料成型及模具设计开发过程中的一个重要里程碑。为了预测在模具结构中的缺陷，我们可以通过计算机模拟模具设计方案，以便在投入生产前发现其中存在的问题。计算机辅助设计所使用方法采用有限元分析成型中的数学模型利用数值求解方法建立求解方法模拟成型中的塑料熔体最后，用计算机图形图像，将其直观的展现出来。通过模拟，我们可以得到一个更合理的成型工艺条件，能够及时地反馈问题到模具设计之中，进行修改，并最终提高模具质量，降低模具成本。15国内外模具CAD/CAM/CAE技术的发展历程及现状20世纪60年代，国外开始对模具工业的计算机应用技术进行研究，在20世纪70年代，至今已成功推出各类模具的计算机软件，它使得模具设计与制造技术提高一个档次的水平，模具产业的发展上了新的台阶。近20年来，社会在飞速的进步，也是计算机技术的也在快速的发展，计算机硬件的快速更新，发达国家在工业化计算机技术中模具设计方面不断地发展，进一步改善。1979年日本在冷冲模方面的弯曲模和冲孔模CAD系统研究成功1985年成功研发CAD/CAM/CAE系统。在此之前，美国已成功开发了连续模系统。1976年第一个出现流分析软件，有一半的模具产业在八十年代应用了计算机技术。目前的计算机技术，向应用程序发出的阶段国外模具行业研究。随着移动技术分析软件的进步是不断变化，从一维到二维流动和冷却分析的开始，然后到三维流动和冷却的分析，但其应用已经延伸到驻留分析和翘曲预测更多的领域。塑料注塑成型过程中，最广泛使用的商业软件开发的仿真软件。目前，国外模具技术已经相当成熟，并在模具行业得到了广泛应用，并取得了良好效果。著名的软件ABAQUS，COSMOS，NASTRAN，MARC，ADINA，ANSYS等，使用这些软件之前，模具塑料成型过程模拟分析，分析过程可以在设计问题前被发现，然后在出现医疗事故反馈给模具设计师，模具减少了故障率。我国的模具行业的计算机技术研究比较晚，以至于现阶段我们的技术与国外水平还有一定的差距。中国在七十年代开始研究模具CAD/CAM/CAE技术，在政府的支持下，我们引进国外先进技术和人才，鼓励科研院所，学校根据中国模具工业的先赚开发适合的专业系统，有针对的对国外软件进行二次开发。到八十年代后期，中国已经进入了模具CAD/CAM/CAE技术的快速发展时期。经过努力，我们已经成功地开发了模具设计和分析软件，如模具技术，华中科技大学科学与技术国家重点实验室开发的基于特征的级进模系统HMJC，吉林大学依托一汽车身面板的覆盖件CAD/CAM系统的研究已经取得了显著成效。此外，弯曲级进模CAD系统，精密级进模冲压CAD/CAM系统也已出现。目前拥有自主版权的软件有郑州大学研制的ZMOLD分析软件华中科技大学的注塑成型系统HSC71的等。在一些模具企业正在推广和使用该软件，并在试验中逐步完善。这些软件似乎可以改善塑料制品的质量，加快中国模具行业的第5页共28页发展。近年来，高校和企业也培养了大批的模具CAD/CAM/CAE软件开发人员和一批技术人才由于计算机软件的应用出现了一批示范企业。新型应用型人才的培养在政府的支持下，模具CAD/CAM/CAE公司将进一步发展。但总的来说，无论从市场还是从产品开发的水平，我国目前的模具CAD/CAM/CAE软件的商品化程度，与发达国家相比还有一定的差距。16毕设的主要工作1收集关于注塑模具设计及组合式排插的相关知识，了解现有组合式排插产品的结构；2熟悉注塑模具设计的原理及过程；3查阅相关资料，熟悉塑料产品设计、机械设计基础、注塑模具设计、塑料产品成型工艺、工程力学、工程制图等与本毕业设计课题相关的知识；4熟练掌握计算机辅助设计软件；5对设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；6利于相关专业软件完成组合式排插外观结构结构创新设计；7利于相关专业软件完成组合式排插注塑模具的设计；8利于相关专业软件完成模具加工工艺及注塑工艺相关项目的计算和分析；9利于相关专业软件完成产品零件、模具零件及装配2D工程图的绘制；10利于相关专业软件完成模具开、合模及零件拆、装过程视频动画的制作；2组合式排插设计21排插外形设计分析排插一般用于某处需集中使用好几个插座的情况，由于装修时已经布线，如果想集中使用多个插座而不再重新布线，直接使用排插接线，方便又快捷。随着连接的点去越来越多，需要尽可能多的设置插孔，现有的传统排插大多是直板的，插孔分布在同一个平面，由于长度有限，在排插上可以设置的插孔数极其有限的，如果设置过多的插头，将覆盖相邻的插孔，这将影响实际的使用。为了解决这个问题，现设计的新型排插如图21和图22所示，其名称为新型立式可旋转组合式插座组。该组合式插座底座采用橡胶底面（可安装吸盘），可有效的防止排插倾倒；立柱上每一个插座模块都按照GB209932008标准设计生产，并且可以360旋转，节约空间的同时有效解决由于插孔间距问题无法使用的问题；立柱的顶端第6页共28页是一个带电源灯的按键开关，用于控制整个排插的总电源。图21产品展示图图22产品展示图22插座模块材料的确定221注塑材料分析第7页共28页该插座为日常家用产品，要求在室内环境下能安全稳定使用，处于对外观的要求，产品的光泽度要好，原材料还要有一定的刚度强度以承受如常使用过程中的力，在现行的新国标GB20992008中规定，排插外壳只要在1002的温度下，烘烤1小时，不变形就算合格。目前市场上排插常见的外壳材质有PC、ABS、PVC等，一般的PVC不耐高温且容易分解出有毒的HCL气体和ABS不耐热，阻燃性差容易发生过事故，相对安全的材质是PC。222PC材料的性能PC是化学名为聚碳酸脂（POLYCARBONATE）的简称POLYCARBONATE,冲击强度高,尺寸稳定性好,无色透明,着色性好,电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好,适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件无定形料,热稳定性好,成型温度范围宽,吸湿小,对水敏感,须经干燥处理成型收缩率小,塑件须经退火处理。其具有以下性能1外观透明,刚硬带韧性燃烧慢,离火后慢熄2PC料耐冲击性是塑料中最好的3成型收缩率小0507,成品精度高,尺寸稳定性高4化学稳定性较好,但不耐碱,酮,芳香烃等有机溶剂5耐疲劳强度差,对缺口敏感,耐应力开裂性显著223PC的成型工艺PC材料主要有一下成型工艺1PC在高温下即使对微量水份亦很敏感,故成型前应充分干燥,使含水率降到0015002以下干燥条件温度110120,时间812小时2流动性差,须用高压注塑,但注塑压力过高会使产品残留内应力而易开裂3PC料粘度对温度很敏感,提高温度时,粘度有明显下降啤塑温度参数前料管240260,中260280,后220230料管温度勿超过310,PC料成型提高后料管温度对塑化有利,而一般塑料加工,料管温度控制都是前高后低的原则4模具的设计要求较高模具的设计尽可能使流道粗而短,弯曲部位少,用圆形截面分流道仔细研磨抛光流道等,总之是减小流动阻力以适合其高粘度塑料的填充另外,熔料硬易损伤模具,型腔和型芯应经热处理淬火或经镀硬铬5注射速度太快,易出现熔体破裂现象,在浇口周围会有糊斑,产品表面毛糙等缺陷或因排气不良困气而使产品烧焦6模温以控制在80100为宜,控制模温目的是减小模温及料温的差异,降低内应力3第8页共28页7成型后为减小内应力,可采用退火处理,退火温度125135,退火时间2小时,自然冷却到室温224注塑材料成型过程注塑成型过程的四个阶段为塑化、填充、保压和冷却。塑化是由固体状态的PC和ABS加热后变化成为具有流动性能的过程。填充是将塑化材料充实到模型腔内进行填满的过程。保压阶段时塑料熔体因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍处于柱塞或螺杆稳定压力下料筒内的熔料会被继续注入模腔内以补充因收缩而留出空隙。如果柱塞或螺杆停在原址不动，压力曲线略有衰减。如果柱塞压力保持不变，也就是随着熔料入模同时向前作少许移动，则在此阶段中模具压力保持不变。冷却的重要工艺参数是冷却时间。在保证冷却均匀前提下，冷却时间越短越好，这也就是我们要进行冷却优化的目的。225注塑材料成型条件温度控制、压力的控制和时间为注塑材料成型工艺条件，其对塑料制品质量具有非常重要影响。降低温度时，需要提高压力以保证塑料进入型腔，温度过低熔料难以注满型腔；温度过高塑料易于降解；注射压力过高产品易产生飞边，压力过低注塑易出现短射，设计过程中必须结合实际特点来确定三者之间关系。完成一次注射成型周期过程中在保证质量的前提下，尽量缩短成型周期的时间，其中以注射时间和冷却时间最为重要，它们对制品质量有很大的直接作用。注射时间中的保压时间就是对型腔中材料的压力时间，在整个注塑时间占有较大的比例，保压时间的大小对制品的尺寸精度具有决定性影响。通常依赖浇口和流道的结构形式以及模温和料温的因素。冷却时间主要决定于之间的厚度和塑料的性能等因素。冷却时间的终点以模件脱模时不引起变动为宜。反映压力、温度、时间三者关系如图23所示。图23压力、温度、时间三者间的关系23插座模块结构设计插座模块由上盖和下盖组成，上盖带有插孔，有一定的精度要求，其外表面要求平整度较高，有一定的抗跌落能力，上盖与下盖以三个螺钉连接，如图24所示。第9页共28页第10页共28页图24插座模块及零件图第11页共28页231壁厚设计为满足实际使用需求，插座模块的上下盖应有合适的厚度若壁厚较厚，则浪费材料，延长制作周期，且还会使塑料制品出现凹陷、空心等质量问题；而如果壁厚较薄，则难以满足产品实际使用环境下对刚度和强度的要求，一样会出现质量问题。因此，选择壁厚的原则在满足使用条件的前提下不能太厚，竟可能的使壁厚均匀一致。根据实际情况，该产品的厚度取23MM。表21常用热塑性塑料的最小壁厚和常用的壁厚推荐值常用壁厚/MM塑料名称最小壁厚/MM小型制品中型制品大型制品尼龙0450761502432聚乙烯0601251602432聚苯乙烯0751251602432改性聚苯乙烯0751251602432有机玻璃0801502202432硬聚氯乙烯1201601802432聚丙烯0851451752432聚碳酸酯0951802302432醋酸纤维素0701251902432聚甲醛0801401602432232脱模角度设计塑料成型工艺，由于冷却保压会使塑件收缩，为使塑料部件在开模时拆下便利，并防止脱模时损坏其表面或将其拉坏，一般是在塑料与脱模方向平行的内外表面设置一个合理的坡度。对于PC材料，一般光滑的表面05至1已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，以每深025MM（0001IN）增加1脱模角。设计塑件的脱模斜度时，应遵循以下原则在保证产品使用性能的条件下应尽量第12页共28页选择较大的脱模斜度，使制品容易脱出。如果塑件的收缩率较大，成型后塑件对型芯的包紧力也会较大，为使塑件顺利脱模，脱模斜度应设计大些。如果制品的壁较厚，那么制件成型后的收缩量会比较大，此时，应设计较大的脱模斜度。高大的塑料制品，应尽量选用较小的脱模斜度。如果要求塑料制品在脱模后留在型芯一侧时，则内表面的脱模斜度应比外表面的脱模斜度小。PC材料脱模角度如表22所示。表22PC材料脱模角度第13页共28页233表面质量和尺寸精度表面质量，包括物理和机械性能及两者微观的几何体两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度的问题。塑料件的外观缺陷是其特有的质量指标，包括缩痕，凹陷，气孔，缺料，变形，飞边和溢料等。模具型腔内壁表面粗糙的含量决定了塑料表面粗糙度，通常模具应比塑料件高出一个级别。成型出来的塑件与产品尺寸图中储存的符合程度即塑件的尺寸精度。有更高的精度就有更好的产品质量，但同时也要求有高精密模具，加大了加工难度。生产厂家为了降低塑料制品的成本，会尽力降低塑件的精度。塑件精度需根据具体产品和用户的要求，以及人们的消费能力及其他因素确定。插座模块作为家庭用产品的外观件与使用件，要求一般精度即可。塑件尺寸精度受到诸多方面的影响，可由下式表示其中制件总的误差因塑料收缩率波动所产生的误差因模具成型零件制造精度产生的误差Z因模具磨损产生的误差C因模具安装及配合间隙产生的误差A由于影响塑料的尺寸精度的因素是比较复杂的，总结有如下三个方面1模具制件的尺寸精度受到模具各部分的制造精度的影响；2成型工艺通过影响材料的收缩率而影响尺寸精度；3塑料原材料收缩率大则产生的误差就大此塑件上的尺寸都没有特别的精度要求，可按IT14级精度来进行尺寸的计算。3注射机及相关工艺参数31注射机的选择311注射机的结构和分类注射成型机（简称注射机或注塑机）在注射成型的一个工作循环中，需完成塑化、注射和成型三项基本工作。因此，一台普通型的注射机由注射装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统等组成。如图31所示为最常用的卧式注射机外形图。第14页共28页图31注射机示意图通过对注塑装置和合模装置的相对位置进行分类，分为卧式、立式机、角式三类。1卧式注射机是最为常见注射机。其合模装置和注塑装置的轴线呈水平一线排列，具有机身低、易维修、操作方便自动化程度高、产品可自动落下、不需使用机械手也可实现自动成型、安装水平稳等特点、但模具需通过吊车安装。适合大型工件加工。2立式注射机合模装置和注塑装置轴线呈一线排列，通过简单的机械手可取出各个塑件型腔，有利于精密成型，一般锁模装置周围为开放式，容易配置各类自动化装置，特别是容易保证模具内树脂流动性及模具温度分布的一致性。适合于复杂、精巧的小型工件产品加工。3角式注射机它的特点是合模装置和注塑装置的轴线垂直排列，其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。312塑件体积质量的计算为了选用注射机及确定型腔数，经造型可以计算出排插模块上盖的体积为V2623241立方毫米；塑件材料的密度12，因此整个排插模块上盖的质量是MV3148G313型腔数目的确定第15页共28页一次注射只能生产一件塑件的模具称为单型腔模具；一次注射能生产两件或两件以上塑件的模具称为多型腔模具。与多型腔模具相比较，单型腔模具具有塑件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点。但是，在大批量生产的情况下，多型腔模具应是更为合适的形式，它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。由于排插要求的精度并不高，但有一定的配合要求，为了同时兼顾生产效率和成本，根据塑件图样及产量等要求确定型腔数目为一模多腔314注射机的选择通过查资料，可初选注射机型号为XSZ125/90。其主要的技术规格如下表31表31注射机技术规格第16页共28页32有关注射机工艺参数的校核321注射机注射量的校核最大注射量与产品体积及质量之间有直接关系体积，必须互相适应，否则将影响产品的质量和产量，如果最大注射量小于产品一次注射所需的最小量时时，会引起内部组织或松散物品形状不完整，导致产品强度下降的缺陷若注射量过大，使得同时注入过多，降低了喷射效率，浪费能量，还可能导致塑料分解。因此，最大注射体积应比制件一次成型多需的最小注射量大，以确保在注塑过程的顺利进行。设备铭牌上标记的是在理想条件下参数，但实际的量优选为注射机最大注射量的80以内。有下式1ZKV其中设备最大注射量的利用系数设备最大注射量，以为单位Z3CM制件所需原料的容积，以为单位1V塑料体积的计算1SMK其中塑料原料的压缩率，取16SK制件的体积，以为单位V3CM则1SM2262324106262324168204266MV12682042681845G81845114所以注射机注射容量满足要求。322注射压力的校核为了校验注射机的最大注射压力是否达到塑料制品成型的要求，需要对注射压力进行校核，使得成型所需的注射压力小于注射机最大注射压力，即PJPZ其中PJ设备最大注塑压力PZ制件成型所需的注射压力，见表32表32注射压力的对比第17页共28页一般取70100MPA，这里由于该产品要求一般精度，且PC原料的流动性比较好，根据表32设计时选择PZ80MPAPJ116MPAPZ80MPAPJPZ，注射压力满足要求。323锁模力的校核成型时锁紧模具的最大力称为锁模力。锁模力实现定模与动模合模锁紧，能保证制件尺寸，减少毛边和溢料，保证操作者安全。锁模力应大于分型面上高压溶融塑料显现的涨力。10CKPAF其中F设备的额定锁模力A塑料制品在分型面上的投影总面积，以为单位，这里约为00062CM第18页共28页K安全系数，一般取K1112熔融塑料在型腔内的平均压力，见表CP表33常见材料型腔压力取PC20MPA10KPAF144KN注射时的锁模力满足要求。324最大开模行程的校核塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程，表示为12510LHMH1脱模距离，以MM为单位；H2塑件高度（包括浇注系统），以MM为单位；L注射机最大开模行程，以MM为单位。已知H165，H232，则H1H28105MM，故注射机满足要求。325注射模具厚度的校核模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按下式校核MINMAXH第19页共28页其中HM模具闭合厚度，以MM为单位；HMIN注射机所允许的最小模具厚度，以MM为单位；HMAX注射机所允许的最大模具厚度，以MM为单位。HM331MM4成型塑件设计41拔模分析拔模分析工具来检查其零件面上拔模的使用是否正确。使用拔模分析，可以确认拔模角度、检查面上角度的变更，以及找出零键的分模线、顶入曲面和顶出曲面。通过IMOLD进行的拔模分析，可以得到13个型腔面，40个型芯面。结果如图41所示图41拔模分析第20页共28页42分型设计421创建分型面分型面应选在塑件的最大截面处这样的设计不影响注塑件外观质量和美观。尤其是对外观有明确要求的塑件，更要注意分型面对外观的影响。考虑方面主要是有利于保证塑件精度要求、有利于模具加工要求特别是型腔加工、有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置要求。便于塑件的脱模、尽量使塑件开模时留在动模一边有的塑件需要定模推出的例外、尽量减小塑件在合模平面上的投影面积、以减小所需锁模力的要求。能便于注塑件中的嵌件安装、长型芯应置于开模方向要求。遵循以下原则（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出；（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，这样有助于动模内设置的推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性；（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，或同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。如果塑件上精度要求较高的成型表而被分型面分割，就有可能由于合模精度的影响引起形状和尺寸上不允许的偏差，塑件因达不到所需的精度要求而造成废品；（4）满足塑件的外观质量要求。选择分型面时应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所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面处产生飞边；（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。注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件包括浇注系统在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件型腔在合模分型面上的投影面积；（7）对排气效果。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合模方向，并尽量把侧向拍芯机构设置在动模一第21页共28页侧。利用IMOLD补面功能，将工件开环结构进行修补，修补后在平直面内画出分型线，系统默认的分型线就是插孔表面的轮廓线，其与之前建立分型面进行修剪和缝合，最终得到所需要的分型面422创建型芯/型腔模块分型面设置好后就利用SOLIDWORKS的模具分型工具对模具型腔进行分型。结果如图41所示。第22页共28页图41型芯423凹模结构设计凹模是成型产品外形的主要部件，其结构特点是随产品的结构和模具的加工方法而变化。组合镶拼方式的优点对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。本设计凹模结构如图第23页共28页图42凹模第24页共28页43布局设计型腔数量的确定型腔数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状有无抽芯、塑件精度、批量大小以及经济效益来确定。这些条件相互制约的，在确定设计方案时须进行协调，以保证满足其主要条件的要求。确定型腔数目的方法1根据经济性NNYT/60C11/2其中N每副模具中型腔的数目N计划生产塑件的总量Y单位小时模具加工的费用T成型周期（MIN）C1每个型腔的模具加工费用（元）2根据锁模力NQ/PA2/A1其中Q注射机锁模力）（KN）P型腔内熔体的平均压力（MPA）A2浇注系统在分型面上的投影面积A1每一个塑件在分型面上的投影面积3根据塑件的精度根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4，由于水龙头壳体是人们生活中的人体中的手经常触摸的日常生活消费品，精度自然要求高一点，所以采用一模一腔。4根基注射量N（08GM2）/ML其中G注射机的最大注射量（G）M1单个塑件的重量（G）M2浇注系统的重量（G）本次设计将采用一模两腔，如图43所示布局。第25页共28页图43布局设计各型腔与主流道之间的距离不能太长，否则分流道就会过长，从而导致流道内的凝料太多，浪费原材料。型腔布局要平衡，这样在设计浇注系统时刻以设计成平衡时，以保证制品的质量稳定性。如果注射成型时模具偏载，就可能会导致溢料，因此型腔布局应相对模具中心对称，防止注射压力偏心。保证熔料进入各型腔时的温度尽量接近，温度接近可以使得塑件的内应力相近，变形差异不大。44模架选用模架作为注射模具的基体和骨架，它把模具各个部分有机地联系起来作为一个整体。如下图所示，由推杆固定板推板、导柱、导套、复位杆、动模支承板、垫块、定模板、动模板动模座板及定模座板等部分组成。另有特殊结构的模具。如点浇口模架、带推件板推出的模架等，模架中其他部分可根据需要进行补充，如精确定位装置、支承柱等。最初的想法最现代化的模具公司注塑件的模具设计是如何识别，以满足设置塑料件的要求，项目的模具嵌件的一部分。第26页共28页图41模架示意图1耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效1。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关2。2强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。3疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。4高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。第27页共28页5耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。6耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。45浇注系统设计浇注系统的设计基本原则1分析塑料的成型性能，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响以及在充模、保压补缩和倒流的各阶段中，型腔内塑料的温度、压力的变化情况，使设计出的浇注系统适应所用塑料的成型性能，保证塑件制品的质量；2有利于型腔中气体的排出；3避免塑料熔体直接冲击型芯或嵌件，以防其变形或移位；4尽量缩短流程和减少拐弯，减少熔体压力和热量的损失，保证充填压力和速度，减少塑料用量，提高熔接强度；5防止塑料制品的变形，设计时应注意由于冷却收缩的不均匀或多浇口进料、浇口收缩等原因引起制品的变形；6浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小；7浇注系统的位置应尽量与模具的中心线对称；8浇口的去除、休整应方便，保证制品外观质量。注射模的浇注系统是指塑料溶体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止，所流经的通道。它的作用是将溶体平稳地引入模具型腔，并在填充和固化定型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密，外形清晰，表面光洁和尺寸稳定的塑件。主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，是指从注射机喷嘴与模具接触处开始，到有分流道支线为止的一段料流通道，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来，锥角通常取24，在此取3。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套即是浇口套镶入定模板内。451添加浇口第28页共28页常见的浇口形式有直接浇口、侧浇口、点浇口、潜伏浇口、薄膜浇口、爪式浇口、侧隙浇口等。本次选用的是潜伏浇口，如图43所示，其主要特点是开模时自动断料，残余痕迹小。第29页共28页图43潜伏式浇口浇口位置对塑件制品的成型质量有重要影响，因此确定浇口形式之后选择其位置也是一个重要的设计内容。浇口位置设计一般遵循以下原则尽量缩短流动距离，流动距离越短，塑料熔体填充型腔的时间久越短，温度和压力损失也就越小，因此要尽量缩短流动距离。浇口应开在塑件的壁厚处，考虑到塑料熔体固化会收缩，而且壁厚处一般是最晚固化的地方，浇口开在壁厚处可以补缩，保证塑件表面不会产生凹陷，使塑料熔体充满型腔。减少熔接痕迹提高熔接强度，塑料熔体填充型腔时，先由浇口进入型腔的塑料熔体一般会分成两股或两股以上熔体料流，最后这些熔体料流会汇合在一起，在汇合之处由于前端料流温度较低且存在气体，所以往往会产生熔接痕迹，其会降低塑件的强度，因此应尽量减少浇口，以减少熔接痕迹，保证塑件强度。进料口直径DD051MM40545MM式中D为注塑机喷嘴口直径。球面凹坑半径RR12MM16218MM式中R为注塑机喷嘴球头半径。主流道长度L根据定模座板厚度确定，在能够实现成型的条件下尽量短，以减少压力损失和塑料耗量。通常L不能超过60MM,本设计取L49MM。主流道大端与分流道相接处又过度圆角，以减小料流转向时的阻力，其圆角半径取R3MM。452添加流道常用的分流道截面形式包括梯形、圆形、半圆以及U型，其主要特点如表41所示，其横截面如图42。本次设计采用圆形分流道，其特点是圆形截面比表面积小，其位置需开设在分型面的上侧第30页共28页图42各流道横截面表41流道的种类及特点截面形状热量损失加工性能流动阻力最终效果矩形大易大差圆形小较难小好梯形较小易较小一般U形较小易小比较好由于圆形截面的效果最好，且热量损失小，考虑到对塑件要求较高，所以采用圆形的截面如图43；分流道的直径计算经验公式如下4/37DWL式中D各级分流道的直径（MM）W流经该分流道的熔体重量（G）L流过熔体的分流道长度（MM）W22426L120MM推出D424MM，考虑到分浇道的最小直径，所以取D48MM第31页共28页图43浇注系统第32页共28页46排气系统设计型腔和浇注系统中存在空气，而塑料熔体在成型过程中也会挥发形成气体，这些气体如果在浇注成型过程中无法顺利排出模具外而残留在型腔中，就会导致制件成品产生气泡、熔接不良甚至填充不满等产品缺陷。通常排气系统有以下几种形式利用配合间隙排气这种排气方式适用于简单型腔的小型模具，其利用的零件配合间隙包括推杆、活动镶件、活动型芯以及型芯底部与模板的配合间隙；在分型面上开设排气槽这种方式是注塑模排气是主要方式，对于薄壁制品或精密制品，排气槽的设计尤为重要，其能够直接影响塑件的成型质量，排气槽的位置一般设在远离浇口的位置；利用排气塞排气当型腔最后填充的部位不在分型面上时，同时该部位又没有可以用来排气的配合间隙，就需要设计专门的排气塞排气。之前设计分型面时已考虑过排气方式问题，从插座结构分析，本次设计的排气系统利用配合间隙排气。之前设计分型面时已考虑过排气方式问题，从插座结构分析，本次设计的排气系统利用配合间隙排气47冷却系统设计为了提高冷却系统的工作效率，同时让模具的型腔表面温度均匀分布，一般冷却系统设计应遵循以下原则在允许的条件下应尽量多布置冷却管道，但冷却管道要注意避开推杆和型芯杆等结构，同时要注意型腔厚度，太薄的地方不应设置冷却管道。冷却管道的布置合理，冷却管道分布尽量与型腔轮廓相对应，其与型腔表之间的距离尽量一致。冷却管道的设计应有利于减少进水口和出水口之间的温差。普通模具进出水口温差不应超过5。管道总长度要控制在12M15M以下，管道数量不要超过15个。冷却管道应便于加工和清理，孔径一般取8MM16MM。根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。其基本形式有六种，我们这里选用的是简单流道式。该系统是直接影响注射成型产品质量和生产效率的重要因素。本模具用水来冷却，水是最常见的，由于水热传导系数大，且成本低。水冷却，即在型腔和型芯中开设水回路，使水或冷凝水在其中循环，以带走热量并保持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内。而且要做到使冷却介质在回路系统内无滞流位的流动畅通。冷却水从入口进入，围绕型腔以实现冷却循环水的目的，最终热水从出口排出。冷却水的位置分布应保证塑件充分冷却和均衡的收缩，而不与其他系统组件和孔的干扰。冷却水取决于形状和不同厚度的成品的位置，原则上，冷却水应在塑料模具的热传导困难的地方进行设置，根据冷却系统的设计原则，冷却水应在模具成型的产品，并尽量安排统一。应遵循的冷却系统的设计，使冷却水的腔表面尽可能接近围绕型腔，第33页共28页在最终成形过程中的冷却的均匀性，减少了各种改进的因素的原则。简单流道式即通过在模具上直接打孔，并通过以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。对于型腔，能够布局的管道位置较多，布置的自由度也较大，因此在型腔部分可以按照外形轮廓进行管道布局。管道的端口可以在设在定模扳上，在动模板和型腔之间管道衔接位置要安装防水圈，在型腔不需要连接外界管道的管道端口处需要安装螺塞以防止漏水，在进水口和出水口安装水管接头。图44冷却系统48推出机构设计推出机构主要包括导套、推件板、复位弹簧、推件柱、推件杆、导柱和推件板。其中推件板为这个机构中的其它零部件提供一个支撑的平台。推件柱作用是对推件板施加力的作用使推件板能够动作，起到推件的作用。导柱使推件板在其上滑动，起到引导方向的作用。复位弹簧在推件完成后起到自动弹性复位的作用。推件杆主要是为了将成型的塑件从型腔中推出。推出机构的设计原则有1使制品脱模后不致变形，推力分布均匀，推力面尽可能大，并靠近型芯。2制品在推出时不能造成碎裂，推力应设在制品能承受较大力的地方，如肋部、第34页共28页凸缘、壳体壁等处