支座注射注塑模具设计【含三维SW塑件图】【含CAD图纸】
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含三维SW塑件图
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- 内容简介：
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目 录第一章 绪 论- 1 -1.1前言- 1 -1.2 模具发展现状及发展方向- 1 -1.2.1国内外注塑模具的发展现状- 1 -1.2.2国内外注塑模具的发展趋向- 2 -第二章 塑料成型工艺性分析- 1 -2.1 塑件结构分析- 1 -2.1.1 外形尺寸分析- 1 -2.1.2 精度等级- 1 -2.1.3 壁厚- 1 -2.1.4 脱模斜度- 1 -2.2 工程塑料的性能分析- 2 -2.2 .1 PA6的性能分析- 2 -2.2.2 PA6成型性能- 2 -2.2.3 PA6的主要性能指标- 2 -2.3 PA6注射成型过程及工艺参数- 3 -2.3.1 注射成型的原理- 3 -2.3.2 热塑性注射成型工艺过程- 3 -第三章 拟定分型面及注射机- 5 -3.1 塑件分型面位置的分析和确定- 5 -3.2 确定行腔数量及布局形式- 5 -3.3 注塑机型号的确定- 6 -3.3.1 注射量的计算- 6 -3.3.2 浇注系统凝料体积的估算- 7 -3.3.3 选择注射机- 7 -3.3.4 注射机的相关参数的校核- 8 -第四章 浇注系统设计- 10 -4.1 浇注系统设计的原则：- 10 -4.2 浇注系统的组成- 10 -4.3 主流道设计- 10 -4.3.1 主流道尺寸- 10 -4.3.2 主流道的凝料体积- 10 -4.3.3 主流道当量半径- 11 -4.3.4 主流道浇口套形式- 11 -4.4 分流道设计- 11 -4.4.1 分流道的布置形式- 12 -4.4.2 分流道的长度- 12 -4.4.3 分流道当量直径- 12 -4.4.4 分流道的截面设计- 12 -4.4.5 分流道凝料体积- 13 -4.4.6 校核剪切速率- 14 -4.4.7 分流道的表面粗糙度和脱模斜度- 14 -4.5 浇口设计- 14 -4.5.1 侧浇口尺寸的确定- 14 -4.5.2 侧浇口剪切速率的校核- 15 -4.6 冷料穴设计- 15 -第五章 成型零件的设计- 16 -5.1 成型零件的结构设计- 16 -5.1.1 凹模的结构设计- 16 -5.2 成型零件工作尺寸的计算- 17 -5.2.1 凹模工作尺寸的计算- 17 -5.2.2 凸模工作尺寸的计算- 18 -5.2.3 型芯径向尺寸及孔间距的计算- 19 -5.2.4 凹模侧壁厚度的计算- 19 -5.2.5 动模垫板厚度的计算- 20 -第六章 模架设计- 22 -6.1 模架型号的确定- 22 -6.2 模架尺寸的确定- 22 -6.3 模架各尺寸的校核- 23 -第七章 注射模导向机构设计- 24 -7.1 注射模导向机构的作用- 24 -7.2 导柱的设计- 24 -7.3 导套的设计- 25 -7.4 导柱、导套的数量和布置形式- 25 -第八章 侧向分型与抽芯机构的设计- 27 -8.1 侧向分型与抽芯机构的分类- 27 -8.2 塑件抽芯机构的确定- 27 -8.3 斜导柱抽芯机构的有关参数计算- 27 -8.3.1 斜导柱抽芯距- 27 -8.3.2 斜导柱倾斜角- 27 -8.3.3 斜导柱抽拔力- 28 -8.3.4 斜导柱弯曲力- 28 -8.3.5 斜导柱的截面尺寸确定- 29 -8.3.6 斜导柱长度及开模行程- 29 -第九章 脱模推出机构- 32 -9.1 推杆推出机构设计- 32 -9.2 复位机构设计- 33 -9.3 脱模力的计算- 33 -第十章 排气系统设计- 35 -11.1 加热系统设计- 36 -11.2 冷却统设计- 36 -11.2.1 冷却系统设计原则- 36 -11.2.2 冷却介质- 36 -11.2.3 冷却系统的简单计算- 36 -11.2.4 冷却回路的布置- 38 -第十二章 塑料模具的选材- 39 -12.1 注射模具选材要求- 39 -12.2 模具结构零件材料及热处理- 39 -第十三章 关键零件的数控编程- 41 -13.1 数控技术在模具中的作用- 41 -13.2 典型零件的加工工艺- 41 -13.3 关键零件的数控编程- 42 -第十四章 结论- 44 -参 考 文 献- 45 -iii 第一章 绪 论1.1前言目前模具是汽车，电子，电器，航空航天，仪器仪表，轻工，塑料，日用品和其他重要的工业生产技术和设备，模具工业是国民经济的基础产业。没有模具，就没有高质量的产品。模具加工的零件，生产效率高，质量好，节约材料和低成本等一系列优点。因此已成为现代工业生产的重要手段和工艺开发。因此，模具技术，尤其是制造精密，复杂，大型模具技术已成了衡量一个国家的机械制造水平的重要指标之一。据国际协会的报告表明，在这个阶段，75的工业零件粗加工，精加工的50都是由一次成型的。目前，美国，日本，德国和其他工业化国家超过机床产值的模具产业产值，台湾，中国模具行业年均增长率超过35的快速发展，中国大陆模具业近年年，获得了快速发展，特别是塑料模具，模具设计和制造水平都有了很大的进步。1.2 模具发展现状及发展方向 1.2.1国内外注塑模具的发展现状近年来，模具增长是非常迅速的，高效率，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具，在模具生产比例越来越大。从模具设计与制造的角度来看，模具的发展趋势，可以分为以下几个方面：(1)深化理论研究在模具设计过程中的原则，越来越多的研究，模具设计经验，在设计阶段就已经逐步理论方面的技术开发设计，使产品的产量和质量都得到了很大的改善。效率高，广泛使用的各种高效率，自动化的模具结构。高速自动成型机械与先进的模具，提高产品质量，提高生产效率，降低成本起到了重要作用。(2)高精度由于应用程序的扩展，所以存在各种各样的大型，精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，高强度，高硬度，高耐磨性，易加工的各种发展，热处理变形小，热传导性优异的成型材料。(3)模具制造过程中的创新 在模具制造过程中，为了缩短模具制造周期，减少了工作量钳工，模具加工技术做出了很大的改进，尤其是形型腔的加工，使用了各种先进的机床，这不仅大大增加加工的比例，而且还提高了加工精度。(4) 标准化标准化工作，不仅极大地提高模具生产效率，同时也提高产品质量和降低成本。1.2.2国内外注塑模具的发展趋向在信息社会的发展和经济全球化进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向更大，更复杂，更复杂及更经济快速方面发展，不断提高产品技术含量，模具生产朝着专业化，信息技术，数字化，无图，精细化，自动化的发展，模具行业走向集成技术，精良的设备，产品品牌化，管理信息化，经营国际化方向。对于我国的模具行业，模具行业由现状进一步提高的结构性调整和创新，抢占中国的模具的竞争优势，较低的价格，大大提高了模具的开发效率，增加大型，复杂，复杂和长期的生活具有较高的技术内容高档模具的比例，未来我国的模具技术的研究重点和主要的发展方向应该是：（1）高速，高精密，复杂，长寿命模具加工技术的研究和应用。如超精密冲压模具制造技术的研究和应用，精密塑料和压铸模具制造技术；（2）开发高品质的模具和材料的正确选择，先进的表面处理和处理技术的发展和应用;（3）快速原型和快速模具（RP/ RT）技术的发展和应用；（4）CAD，CAM，CAE和其软件广泛应用于连续先进的CAD / CAE / CAM技术的进一步整合，集成，智能，从而提高现代模具设计，信息技术和标准化。- 46 -第二章 塑料成型工艺性分析2.1 塑件结构分析 2.1.1 外形尺寸分析该塑件为支座实体，结构简单、形状不大、壁厚均匀，圆角有过渡，并且没有特别的倾斜。这些因素都有利于注射成形；因为塑件孔的方向不一至，且是相互垂直的孔，故需要侧向抽芯机构，初步确定采用斜导柱抽芯机构，需要二次分型便可以完成。此塑料件通常与其他零件配合使用，故其内孔最好不要留下飞边，避免引起配合上的不便。同时在其表面上也不要有明显的浇注缺陷，防止影响其正常的工作。塑件图如图2.1所示 。 (a) (b) 图2.1 支座三维图及二维图 2.1.2 精度等级 由零件图可知，未标注公差尺寸，采用MT3、A类公差等级。 2.1.3 壁厚 由零件图分析可知该零件壁厚为6。 2.1.4 脱模斜度由于塑件在冷却过程中会产生收缩，就会紧抱在凸模上或粘附在型腔内，为了方便脱模，防止因脱模时出现因力过大而拉坏塑件或使其表面出现顶伤、划伤等。另外与脱模方向平行的塑件内，外表面都应具有合理的脱模斜度。由参考文献1查得PA6的脱模斜度推荐值为：制件外表面 制件内表面 351.35 301由于塑件简单，且塑料PA6流动性好，为使注射充型流畅，选脱模斜度为12.2 工程塑料的性能分析 2.2 .1 PA6的性能分析尼龙简称PA，是一种白色或淡黄色结晶颗粒，熔点，其中原子多数的熔点低，密度左右，是一种热塑性塑料。 尼龙具有优良的机械性能，结晶度越高，其抗拉强度、硬度、耐磨性及润滑性越好；尼龙的软化温度范围较窄，具有比较明显的熔点，大部分的尼龙具有阻燃性，尼龙的热分解温度在左右，其使用温度在之间，长期使用温度为；若长期在以上与氧接触，就会发生热降解，改善需要加入稳定剂即可；而且尼龙拥有较好的电气性能.尼龙可以耐大多数盐类，但强酸和氧化剂能够侵蚀尼龙；不溶于普通有机溶剂和油脂；冲击强度较高(高过ABS POM但比PC低) ；热变形温度低；尼龙吸水性大，尺寸稳定性差。 2.2.2 PA6成型性能(1）收缩率范围大，且各向异性明显，容易产生缩孔、凹陷和变形等缺陷，成型条件要稳定。（收缩率为：0.5-2.2 %）(2）吸湿性较大，成型前须干燥。热稳定性差，易分解，干燥过程中要避免高温氧化，采用真空干燥。(3）熔点较高，熔融温度范围窄，热稳定性差，不能时间停留在高温料筒内，以防止堵塞喷嘴。(4）熔体粘度低，流动性好，溢边值为0.02，成型中易出现溢料和流涎现象，成型条件应稳定。 2.2.3 PA6的主要性能指标 由参考文献查得，PA6的性能指标见表2.1。 表2.1 POM的主要性能指标注塑机各项目单位参数密度比体积吸水率收缩率熔点热变形温度抗拉屈服强度拉伸弹性模量抗弯强度冲击韧度硬度体积电阻系数g/cm3cm3/ gkJ/m2 70.911.63.0 0.61.4210225202(无缺口)/25(缺口)702.6101496.9不断（无缺口）/11.8(缺口）11.611.62.3 PA6注射成型过程及工艺参数 2.3.1 注射成型的原理将塑料颗粒定量加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态，然后在柱塞或螺杆的推挤作用下使熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用，使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出塑件。 2.3.2 热塑性注射成型工艺过程 注射成型过程: 1）注射前的准备.对PA6色泽，粒度和均匀度等要进行检验，又PA6吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 2）注射过程。塑件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型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3）塑处理件后处理。塑件处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620. 4)具体流程图如图2.2所示。 2.3.3 注射工艺参数 1）注射机类型：螺杆式。 2）螺杆转数（）:2050。 3）喷嘴形式：直通式。 4) 喷嘴温度：200210。 5 料筒温度/：前段220240； 中段230250； 后段200210。 6） 模具温度 / ：80120。 7） 注射压力/：90130。 8) 保压力/：3050。 9） 注射时间/：25。 10）保压时间/：1540。 11）冷却时间/:2040。 12) 成型周期/：4090。 预烘干装入料斗预塑化清理嵌件预热清理模具涂脱模剂 放入嵌件合模注射保压冷却脱模塑件送下道工序 注射装备准备装料 注射装 注射装置准备注射 图2.2 注射流程图 第三章 拟定分型面及注射机 3.1 塑件分型面位置的分析和确定分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。设计时应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1）分型面应符合脱模的基本要求，能使塑件从模具内取出来，分型面要设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。（2）要避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单。（3）确保塑件符合外观质量要求。（4）确保塑件留在动模一侧，利于推出推杆痕迹不显露于外观面。（5）分型面不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件外表面的质量。（6）合理设置浇注系统，特别是浇口的位置。（7）有利于模具加工。从零件图上分析，该零件的分型面应选在支座截面积最大且利于开模取出塑件的平面上，初步拟定了方案如下图3.1所示。 图 3.1 分型面 3.2 确定行腔数量及布局形式本塑件在注射时采用一模四件结构，即模具需要四个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟定如下图3.2： 图 3.3 型腔分布3.3 注塑机型号的确定 3.3.1 注射量的计算 通过PROE三维软件建模分析计算得（三维如图3.4所示） 塑件体积： 塑件质量： （3.1） 式中，由参考文献取 。 图3.4 塑件三维分析图 3.3.2 浇注系统凝料体积的估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定数值的，但可以根据经验公式，按塑件体积的倍来估算。由于本次采用一模四腔且流道较长故取来估算，所以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 （3.2）3.3.3 选择注射机根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量又为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于或等于注射机的公称注射量的80，即 （3.3）所以 。根据以上的计算，初步选定公称注射量为，注射机型号为XS-ZY-125卧式注射机，其主要技术参数见表3.1。 表3.1 注塑机的主要技术参数注塑机各项目单位参数螺杆直径螺杆转速理论注射容积塑化能力注射速率额定注射压力锁模力拉杆内间距最大模具厚度最小模具厚度开模行程定位孔直径喷嘴球半径SR喷嘴口直径锁模形式 3014200757.36022463037032030015027012515412 3.3.4 注射机的相关参数的校核1.注射压力的校核。有参考文献查的PA6所需注射压力为，这里取,该注射机的公称注射压力,注射压力安全系数,这里取，则 ,所以，注射机注射压力合格。2. 锁模力的校核。1） 塑件在分型面上的投影面积 （3.4）2） 浇注系统在分型面上的投影面积，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影数值，一般，是倍。这里取。3） 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积，有 （3.5）4） 模具型腔内的胀型力 式中，是模具型腔内的压力，通常取注射压力的，大致范围为。这里取。由前面可知该注射机的公称锁模力，锁模力安全系数为，在这里选取，则有 ， （3.6） 所以注射机的锁模力满足要求。 第四章 浇注系统设计 4.1 浇注系统设计的原则：浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。它的作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密，轮廓清晰的塑件。浇注系统设计的原则如下：（1)尽量同时充满每个型腔中；（2 尽量减少压力和热量的损失；（3 尽量节省的塑料原料；（4 尽量使型腔排气顺利；（5) 尽量使浇注道凝料与塑料分离或者切除容易； (6) 不要让冷料能进入型腔； (7) 浇口痕迹要对塑料外观影响不大。4.2 浇注系统的组成浇注系统一般是由以下四部分组成：主流道、分流道、浇口、冷料穴。4.3 主流道设计主流道是连接注射机喷嘴和分流道的一段通道，一般和注射机喷嘴在同一轴线上，横截面是圆形，并带有一定的锥度。4.3.1 主流道尺寸1. 主流道的长度：中小型模具L应尽量小于,本次设计中取进行设计。2. 主流道小端直径：=注射机喷嘴尺寸+=。3. 主流道大端直径：，式中。4. 主流道球面半径：=注射机喷嘴嘴头半径+=。5. 球面的配合高度：=。 4.3.2 主流道的凝料体积 （4.1） 4.3.3 主流道当量半径 （4.2）4.3.4 主流道浇口套形式因为主流道衬套是标准件，所以可以选用标准件。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，容易损坏，对材料要求较高，因次模具主流道部分可设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即可，就可以有效的选择优质钢材，并能单独进行加工和热处理。由于该塑件采用的材料是PA6，它属于玻璃纤维增强的塑料，所以衬套材料可以用H13，热处理后硬度为（6062)HRC。浇口套形式如图4.1所示。 图4.1 浇口套形式4.4 分流道设计 分流道是主流道和浇口之间的通道，通常要设在分型面上，起分流和转向的作用。模具是多型腔时必须设置分流道，单型腔大塑件在使用多个点浇口时也必须设置分流道。 4.4.1 分流道的布置形式由于本设计采用一模四腔，所以必须设置分流道。同是为了能够满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，本设计采用平衡式分流道，如图4.2所示。 图4.2 分流道分布形式4.4.2 分流道的长度根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，取单边分流道长度取45。4.4.3 分流道当量直径因为流过一级分流道塑料的质量 =1.1010.6884=47.028200 （4.3）又该塑件壁厚5mm,查参考文献可得=6.8，再根据单分型面分流道长度45,查参考文献可得修正系数fL=1.02,则分流道直径修正后为 6.81.02=6.9367 （4.4） 4.4.4 分流道的截面设计1. 分流道的截面形状分流道的截面通常有形状有圆形、梯形、六角形和U字型等等，一般分流道设在分型面上。通常为了减少流道内的压力损失，希望流道的截面积足够大；又从热传导方面考虑，要减少热量的损失，就要求流道的表面比（截面积与外周之比）最小。因而采用流道的截面积与周长之比值来表示流道的效率。各种截面的效率分别为：圆形0.25，六角形0.217，梯形0.195，正方形0.25，字型0.153，为截面大端的宽度。由以上可以看出圆形横截面的效率最高，不过加工成本较高，并且圆形的分流道必须在两侧模板都要进行加工，合模时模具两侧的半圆也不易对齐。综上从效率和经济的考虑，本次设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不是很大。2. 分流道界面尺寸设梯形的下底宽度为,底圆面角的半径=1，有参考文献【2】可知梯形的高=3.5则该梯形的截面为 （4.5）又 （4.6）综上可得4，则梯形的上底约为5,如图4.3所示。 图4.3 分流道界面4.4.5 分流道凝料体积 1.分流道长度。 （4.7） 2.分流道截面。 （4.8） 3.凝料体积。 （4.9）4.4.6 校核剪切速率 1.确定注射时间：查表的。 2.计算分流道体积流量：。 （4.10） 3.由参考文献可知剪切速率 （4.11）该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以分流道内的剪切速率合格。4.4.7 分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不高，取即可，此处取。另外，其脱模斜度一般在之间，这里取脱模斜度为。4.5 浇口设计浇口是分流道与型腔连接之间的一段小部分通道，它的作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，并充满型腔，浇口部分的熔体可以迅速凝固而封闭浇口，以防止型腔内的熔体回流。同时浇口的形状、数量、位置及尺寸大小对塑件的成型性能及成型质量影响很大。因此，合理浇口位置的选择是提高塑件品质的重要环节。本塑件表面质量要求较高，又采用一模四腔设计，为便于充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。而且侧浇口横截面形状简单，容易进行加工，效率高，并可以随时调整浇口的尺寸。4.5.1 侧浇口尺寸的确定1.计算侧浇口的深度，由参考文献1可知侧浇口深度计算公式为 （4.12）式中，是塑件壁厚，这里；是塑料成型系数，对于PA6,其成型系数为。2.计算侧浇口的宽度，由参考文献1可知侧浇口深度计算公式为 （4.13）式中为塑料成型系数，对于PA6,其成型系数为；为凹模的表面积（约为塑件的外表面积）。 3. 计算侧浇口的长度，由参考文献1可知侧浇口的长度。4.5.2 侧浇口剪切速率的校核 1. 确定注射时间，由参考文献1可知。 2. 计算浇口体积流量： （4.14）3. 计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得： 又 4.6 冷料穴设计冷料穴也叫做冷料井，冷料穴通常设在主流道和分流道的末端，它的作用就是存放两次注射间隔而产生的冷料与料流前锋的“冷料”，以防止型腔而形成各种缺陷。按冷料穴所处的位置不同，冷料穴可分为主流道冷料穴和分流道冷料穴。本次设计中主流道 冷料穴采用钩形（Z形）拉料杆。 第五章 成型零件的设计5.1 成型零件的结构设计5.1.1 凹模的结构设计凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式四种。总体上来说，整体式强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂。根据对支座的分析，该塑件结构简单，又是中小型模具，所以采用整体嵌入式凹模，如下图5.1所示。 图 5.1 整体嵌入式凹模 5.1.2 凸模结构设计凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯、阳模。凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体，大、中型模具采用镶拼组合式。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体式，如下图5.2所示。 图 5.2 凸模型腔5.2 成型零件工作尺寸的计算从零件图中可知该塑件除了的孔注有公差外，其余尺寸均为基本尺寸，横向属于A类尺寸，径向属于B类尺寸，都按MT3级进行计算，根据参考文献2表4-15的平均尺寸法计算成型零件尺寸。 5.2.1 凹模工作尺寸的计算凹模径向尺寸： ，相应的塑件制造公差； ，相应的塑件制造公差； （5.1） ； （5.2） ； 凹模深度尺寸： ,相应的塑件制造公差；） （5.3） 。 式中，塑件的平均收缩率，有参考文献1可知PA6的收缩率为，所以； 塑件的修正系数； 塑件上相应的公差； 塑件上相应尺寸制造公（下同）塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注如图5.3所示。 (a) (b) 图5.3 凹模嵌件及型芯的成型尺寸5.2.2 凸模工作尺寸的计算凸模径向尺寸： ，相应的塑件制造公差； ，相应的塑件制造公差； （5.4） （5.5） 凸模深度尺寸： ，相应的塑件制造公差； （5.6） 5.2.3 型芯径向尺寸及孔间距的计算 型芯径向尺寸： 自由公差按MT查的：，不需要转换，因此得 （5.7） 孔间距尺寸： （5.8） （5.9） 塑件凸模和型芯的成型尺寸的标注如图5.4所示。5.2.4 凹模侧壁厚度的计算该模具型腔采用矩形凹模的框架，而凹模侧壁厚度与型腔压强及凹模深度有关，根参考文献【2】按刚度公式计算如下。 （5.10） 式中 型腔压力()； 材料弹性模量（）； 凹模深度（）； 模架刚度计算许用变形量；凹模侧壁采用嵌件，凹模单边厚度初选，不满足壁厚的要求，所以要采用模板和型腔共同来承受型腔压力。又该模具采用一模四腔形直线对称结构分布，根据估算模板平面尺寸选用，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。 (a) (b) 图5.4 凸模和型芯的成型尺寸5.2.5 动模垫板厚度的计算 动模垫板厚度与前面选择的两个垫块的跨度有关，根据型腔的位置布置，模架应该在这个范围内，有参考文献【1】可知垫块之间的跨度为。再根据型腔布置及型芯退动模垫板的压力，就可以计算出动模垫板的厚度， 即 （5.11）式中，是模垫板刚度许用变量即； （5.12）是两个垫块之间的距离，约为；是动模垫板的长度，为；是4个型芯投影到动模垫板的面积。单件型芯所受压力面积 四个型芯的总面积 对于动模垫板按标准厚度取，符合要求。 第六章 模架设计模架也称做模体，是注塑机的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机的联在一起。目前我国市场上销售的模架一般由定模座板（或叫做定模底板）、定模固定板（或叫做定模板）、动模定板（或叫做型芯固定板）、支撑板（或叫做动模垫板）、垫块（或做叫模脚）、动模座板（或叫做动模底板）、推板（或叫做推出底板）、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等等组成。现在我国注射模架标准按其在模具应用方式，可分为直浇口和点浇口两种形式。模具组合形式按结构特征可分为36种主要结构，其中直浇口12种、点浇口模架16种和简化点浇口模架8种。6.1 模架型号的确定因为该模具一侧要侧向抽芯，要且先抽芯，再分模，所以要选用双分型面。又考虑到采用了侧浇口，其推出时不需要推件板，故初步选择模架为点浇口无推件板DAT型。 6.2 模架尺寸的确定1）和的尺寸由于该套模具采用一模四腔H型布局，根据前面模具型腔布局的中心距和凹模嵌件所占由的平面尺寸为，型腔所占平面的尺寸为，利用经验公式进行计算即 （6.1） 查参考文献【1】表7-4的 因此需采用 2） A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度为，凹模嵌件深度为，同时考虑到定模板上还要开设冷却水通道，另外还要留出足够的距离，所以A板尺寸为。3） B板尺寸B板是型芯固定板，按模架标准选取。4) C板尺寸C板尺寸是垫块尺寸，垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）=(35+20+15+510)=7580，这里选80。通过上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：D3030504080GB/T1255-2006。其他尺寸按标准标注，如图6.1所示。 图6.1 模具的模架 6.3 模架各尺寸的校核1） 模具平面尺寸(拉杆间距），校核合格。2） 模具高度尺寸290，（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。3） 模具开模行程，校核合格。 第七章 注射模导向机构设计7.1 注射模导向机构的作用1）导向作用为避免模具装配时，因方向错误而破坏成型零件，并在模具闭合时，型腔在 工作时能准确保持形状和位置。2) 定位作用在动模向定模闭合过程中，导向机构应首先接触，引导动模和定模沿准确方向和位置闭合。3） 承受一定的侧向压力4） 高压塑料熔体注入型腔时，会产生单向侧压力。或由于型腔侧面不对称；或由于模具的重心与分型面的几何中心不一致，会产生较大的侧压力，均须由合模导向机构来承担。5）对于双分型面注射模，导柱还需支撑定模型腔板的重力，也对此板导向和定位。7.2 导柱的设计 导柱主要有带头直通式导柱和有肩导柱两种，由于本设计模具属于中小型式模具，所以采用带头直通式导柱。 对于本设计中的带头直通式导柱，从模具结构分析此导柱还要符合以下要求： 1）长度：导柱的长度应高出凸模端面，以免在导柱未导正时凸模先 进入凹模与其碰撞二损坏。 2）形状：导柱前端部要做成半球形，以便于导柱顺利进入导套。 3）材料：由于导柱必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，心部要坚韧，所以导柱的材料选用碳素工具钢（T10)，淬火处理，硬度为。根据以上按国家标准选取直径，长度为的导柱，其示意图如图7.1所示。 图7.1 导柱7.3 导套的设计由于导柱已选定，且该模具较小，由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套为 I型带头导套，其直径为16mm，长度分别为30mm和45mm。另外）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气，导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4m。导套外径按H7/e6或H7/k6配合镶入模板。导套图如7.2所示。 图7.1 导套7.4 导柱、导套的数量和布置形式 导柱与导套应合理的分布在模具的四周，其中心距模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。本设计中已选好标准模架，本模具选用4根导柱，其分布形式如图7.3所示。 图7.3 导柱分布形式 第八章 侧向分型与抽芯机构的设计8.1 侧向分型与抽芯机构的分类当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，通常都必须将成形侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活动型芯的抽出和复位的这种机构就叫做侧向抽芯机构。按照侧向抽芯机构的动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。根据塑件结构进行合理选用。8.2 塑件抽芯机构的确定在前面分析中，本塑件有两个与开模方向垂直的通孔需要侧向抽芯，但模具比较简单，抽芯力不大。从结构、制造、经济考虑，本次设计采用机动侧向分型与抽芯机构，其驱动方式为斜导柱。8.3 斜导柱抽芯机构的有关参数计算 8.3.1 斜导柱抽芯距 抽芯距指型芯从成型位置抽至不妨碍脱模的位置时，型芯或滑块在抽芯方向所移动的距离。有参考文献可知 ， （8.1）式中抽芯距（）； 塑件侧孔深度或凸台高度（），这里侧孔为； 安全距离（23），这里取。8.3.2 斜导柱倾斜角查书可知，当斜导柱倾斜角越大，斜导柱受力状况越差，但为完成抽芯所需的开模行程可减小；反之，当角越小，斜导柱受力状况有所改善，但是开模行程却增加了，而且斜导柱的长度也增加了。这就会使模具厚度增加。因此，斜导柱倾斜角太大或太小都是不好的，一般角取1020，最大不超过200。对于该模具，由于抽拔力不大，综合考虑斜导柱的倾斜角取。8.3.3 斜导柱抽拔力 （8.2）式中脱模系数，PA6取0.35； PA6的抗拉弹性模量，这里取； 塑件壁厚，这里取； 型芯脱模方向高度，这里取； 塑料软化温度，这里取； 塑件脱模时温度，这里取。 侧抽力为 。8.3.4 斜导柱弯曲力由于本模具的侧型芯的抽拔方向与开模方向垂直，所以滑块的受力分析如图8.1所示。 图 8.1 滑块的受力图 故弯曲力为 （8.3） 式中斜导柱的弯曲力； 斜导柱的抽拔阻力（）； 斜导柱材料钢材的摩擦因数，这里取； 是摩擦角，。8.3.5 斜导柱的截面尺寸确定 本设计截面形状采用圆形截面，圆形截面具有制造简单，装配容易等优点。其直径为： （8.4）式中 斜导柱所承受的最大弯曲力（），这里为； 斜导柱有效长度，这里； 许用弯曲应力（），对于碳钢。8.3.6 斜导柱长度及开模行程 斜导柱的长度主要根据抽芯距、斜导柱直径及倾斜角的大小而确定，如图8.2所示。 图8.2 斜导柱长度与开模行程故斜导柱长度为 （8.5） 式中 斜导柱总长度（）； 斜导柱抽拔距（mm)，这里取12； 斜导柱倾斜角，这里取； 斜导柱固定部分大端直径，这里为30； 斜导柱直径（），这里为25； 斜导柱在固定板中的长度（），这里为45。又根据参考文献，去斜导柱总长为120。由于该模具抽拔方向与开模方向垂直，完成抽芯距所需最小开模行程（）为： 第九章 脱模推出机构 为了使塑件从模具中顺利可靠地脱出，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为推出机构（或称为脱模机构）。推出机构包括推出部件（推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板、推杆垫板、限位钉），推出导向部件（推杆导柱、推杆导套）复位部件（复位杆）。推出机构的按动力来源可分为手动推出机构、机动推出机构、液压推出机构和气动推出机构；按模具结构可分为简单推出机构、双推出机构、二级推出机构和带螺纹制品的推出机构。9.1 推杆推出机构设计因为设置推杆位置的自由度较大因而推杆推出机构是最常用的推出机构，常被用来推出各种塑件。推杆推出机构的特点：推杆加工简单，更换方便，脱模效果好。推杆设计的注意事项：（1） 推出位置：推杆的推出位置一般设在脱模阻力大的地方，推杆不宜设在塑作最薄的地方，防止塑件变形或损坏，当推杆需要设在薄壁处时，可以增大推出面积来改善塑件受力状况。当推出面积小时，通常采用推出盘推出，此设计的推杆设在产品的四周。（2）直径：推杆直径不宜太小，要有足够的强度和刚度，可以承受一定的推力，通常推杆的直径为2.515。为防止细长杆变形，对于直径小于2.5的推杆，最好将推杆设计成阶梯形。（3）装配位置：推杆端面应该和型腔在同一平面上或者比型腔的平面高出0.051，不然，它会影响塑件质量。（4）数量：在确保塑件质量，并能够使塑件顺利脱模的情况下，推杆的数量不要太多。如果塑件不允许有顶出痕迹，可改用顶出耳的方式脱模后，再将顶出耳剪掉。（5） 推杆形状与尺寸 推杆的材料多用钢45、T8、T10等, 推杆头部要淬火处理要大于HRC50，工作端面的粗糙度要小于Ra0.8。 通常的推杆形式有、矩形、D形等等。其中圆形结构简单，应用最为广泛。推杆直径d和型腔部分推杆孔通常采用H7/e7H8/f8的间隙配合; 装配部分应确保Dd=46 ；轴肩厚约46。推杆的结构尺寸如图9.1所示。 图9.1 推杆的结构尺寸 9.2 复位机构设计复位杆又称回程杆，利用复位弹簧使推杆及推板复位，同时还能起导向作用。一般模板与复位杆配合的孔的极限偏差取H7。本设计复位杆设计根据GB/T4169.11984采用与推杆相同的标准，主要尺寸如下：材料：T8A，热处理5458HRC。D=17 d=12 h=4 ；复位杆的结构尺寸如图9.2所示。 图9.2 复位杆9.3 脱模力的计算(1) 塑件主型芯脱模力计算，因为该塑件端面为矩形，且，此时塑件为厚壁塑件。由参考文献可知它的脱模力计算公式为 （9.1） （2） 小型芯的脱模力，因为，所以此处视为厚壁圆筒塑件，根据参考文献可知脱模力计算公式为 （9.2） 式中 塑料的拉伸弹性模量，查得; 塑料的平均收缩率,； 塑件的壁厚，； 被包型芯长度，； 塑件与钢材之间的摩擦因数，查得；塑料的泊松比，查得；型芯的脱模斜度，；型短边长度，；型长边长度，；型芯的半径，；塑件在于开模方向垂直的平面的投影面积，。 由和决定的无因次数，； 由和决定的无因次数，。 第十章 排气系统设计排气系统对确保制品成型质量起着重要的作用，在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注中原有的空气外，还有塑料受热产生的低分子挥发气体和塑料中的水分在注射温度下气化形成的水蒸气。这些气体若不能顺利排出，则会使因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部碳化烧焦，而且这些高温、高压的气体也有会使挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不足等缺陷。因此，在注射成型中及时将这些气体排出到模具外是十分必要的。通常模具的排气方式有以下几种：1）利用模具分型面排气。2）利用模具配合间隙排气。3）开设排气槽排气。4）镶嵌烧结的金属块排气。模具排气的几种方式：1） 利用模具分型面排气 。2） 由于本模具设有4根复位杆，可利用塑件复位杆的配合间隙排气。3）开设排气槽排气，排气槽位置设计如下图10.1所示，其中排气槽宽度为，排气槽深度为。 图10.1 模具排气槽分布 第十一章 温度调节系统设计在模具注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量包括塑件的尺寸精度、力学性能、表面质量等等，其次还影响模具的生产效率。而由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。通常温度调节系统分为加热系统和冷却系统两种。11.1 加热系统设计由于该塑件的材料为PA6，且模具温度为，在以下，又是中小型模具，所以无需加热装置。11.2 冷却统设计通常冷却系情况注射到模具内的塑料温度在左右，而塑件固化成型后，从模具型腔取出的时候温度一般在以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须要对模具进行有效的冷却，能够使熔融的塑料的热量传给模具，使塑料可靠地冷却定型并能迅速脱模。 11.2.1 冷却系统设计原则1） 动模与定模要分别冷却，保持冷却平衡。2） 孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径就越大。3） 冷却水孔越多，塑件冷却越均匀，模具温度梯度小。4） 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。5） 浇口处要加强冷却。6） 要尽可能降低进水与出水口的温差。 11.2.2 冷却介质对于黏度低、流动性好的塑料，（如PP、PE、PA6、PS等），因为成型工艺要求的模具温度都不高，因此用常温水进行冷却。由于该塑件的材料为PA6，PA6的流动性好，又水的热容量大，传热系数较高，且成本低，所以本套模具采用常温水进行冷却就可以了。 11.2.3 冷却系统的简单计算如果将模具因热辐射，空气对流和注射机接触所散发的热量忽越，且不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的简约计算。1) 求塑件在固化每分钟释放的热量 （11.1）式中 单位时间内注入模具中的塑料质量（），生产周期按每分钟注射1 .2 次（即循环周期为50）来计算， PA6单位质量放出的热量，由参考文献【1】可知，为，这里取75。2）求冷却水的体积流量 （11.2）式中 冷却水的密度，这里为； 冷却水的比容热，这里为； 冷却水出口温度，这里取； 冷却水进口温度，这里取。3） 冷却管道直径，由参考文献【1】可知，为使冷却水处于流状态，这里取。4） 冷却水在管道内的流速 （11.3）小于最低流速，达不到流状态，所选管道直径太大，只能选。但若使模具进出口温差调整，由该成，按上式计算，基本达到了流状态，满足冷却要求。5）冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 （11.4） 式中（平均水温为）。6） 冷却管道总传热面积 （11.5）式中 为模具温度与冷却水之间的平均温差（），模具温度为。7）模具上应开设的冷却水管道的孔数 （孔） （11.6）式中 为模仁长度，为，但冷却水孔的长度不到，实际只有。11.2.4 冷却回路的布置虽然通过上面的理论计算，所需冷却水路进1条，但在实际生产应用中，这是不够的，将不能获得很好的冷却效果。实际上模具凹模和凸模各用4条冷却水到，具体分布见模具装配图。 第十二章 塑料模具的选材12.1 注射模具选材要求用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：1）材料高度纯洁，组织均匀致密。2） 良好的冷热加工性能：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位 加工。3） 抛光性能优良：注射模成型工作表面要达到抛光镜面，钢材硬度以3040HRC为宜，4） 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； 5） 耐磨损和抗疲劳性能好，可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦； 6）淬透性，好热处理后应具有较高的硬度、高的韧性和等向性能好。7）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； 8） 热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高冷却效果； 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。12.2 模具结构零件材料及热处理 根据塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。本套模具的材料选择如表12.1所示。 表12.1 模具结构零件材料零件名称材料牌号热处理方法硬度定模板45调质动模板45调质动、定模座板45调质动模垫板45淬火推杆固定板Q235推板45淬火4348垫块Q235拉料杆T10A淬火复位杆45淬火推杆T8A淬火4348浇口套T10A淬火定位圈45定距螺钉45淬火4348导柱T10A渗碳、淬火导套T10A淬火定居拉杆45淬火4348斜导柱T8A淬火5458滑块T8A淬火5458限位钉45淬火4348弹簧65Mn 第十三章 关键零件的数控编程13.1 数控技术在模具中的作用数控加工的方法很多，包括数控电火花线切割、数控车床、数控铣床、数控磨床、数控电火花、以及其他一些数控加工方式。这些加工方法，提供丰富了模具的生产手段。根据模具的特征，每一个模具都有它自己适用的加工方法，可以以降低成本，并提高生产效率。对于旋转类的模具，如瓶子、酒杯、保龄球、方向盘等模具，通常采用数控车削加工。而对于复杂的外形轮廓的模具，一般采用数控铣加工，如注塑模、压铸模等等，这些都可以采用数铣加工。对于微细复杂形状、特殊材
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