直三通管注塑模具设计【一模两腔】【说明书+CAD】
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直三通管注塑模具设计【一模两腔】【说明书+CAD】,一模两腔,三通,注塑,模具设计,说明书,CAD
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直三通注塑模设计摘 要 三通管作为一种连接件在日常生活中应用广泛，本文对塑料模具的设计方法及过程进行了阐述。包括了塑件结构的分析和材料的选择，拟定模具结构形式、注塑机型号的选择，浇注系统的形式和浇口的设计、成型零件的设计、模架的确定和标准件的选用。合模导向机构的确定、脱模推出机构的确定，侧向分型与抽芯机构的设计、排气系统的设计、模具温度调节系统的设计、典型零件制造工艺、模具材料的选用等。关键词 三通管;注塑模;导向;分型;脱模 ABSTRACTThe Three Links Pipeline as a kind of attachment is widely used in daily life. In the paper, the design method and processes of the plastics mould have been described. including the structural analysis and material selection of the plastic, drawing up the mold structural style, selection of the injection molding machine, the form of feed system and the design of the runner, the design of shaped parts, mold-determination and selection of standards, the oriented institutions to identify for mold clamping, the determination of ejector organization for de-molding, the design of lateral core-pulling organization, the design of the mold pumping system, the design of the system for controlling the mold temperature, the manufacturing processes of typical components, selection of the mold material and so on.Keywords Three links pipeline; Injection mould; director; joint face; stripping目 录1 前言1 1.1 我国塑料模具工业的发展现状1 1.2 国际塑料模具工业的发展现状1 1.2.1 网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪2 1.2.2 AM软件日益深人人心并发挥越来越重要的作用2 1.2.3 AM软件的智能化程度正在逐渐提高2 1.2.4 设计与3D分析的重要性更加明确2 1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向3 1.4 本次设计的目的42 塑件成型工艺性分析5 2.1 塑件（直三通）分析5 2.1.1 塑件图（因使用需要对原式样有所改进5 2.1.2 塑件分析5 2.1.3 成型工艺分析如下5 2.2 ABS的注射成型过程及工艺参数6 2.2.1 注射成型过程6 2.2.2 ABS的注射工艺参数6 2.2.3 ABS化学和物理特性7 2.2.4 ABS塑料的主要技术指标83 拟定模具结构形式9 3.1 分型面的选择9 3.1.1 分型面的选择原则9 3.1.2 分型面的确定9 3.2 型腔数目的确定104 注塑机型号的确定11 4.1 所需注射量的计算11 4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算11 4.3 选择注射机12 4.4 注射机有关参数的校核13 4.4.1 型腔数量的校核13 4.4.2 注射机工艺参数的校核13 4.4.3 安装尺寸14 4.4.4 开模行程的校核14 4.4.5 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核145 浇注系统的形式和浇口的设计15 5.1 主流道的设计15 5.1.1 主流道设计要点15 5.1.2 主流道尺寸15 5.1.3 主流道衬套的形式16 5.1.4 主流道衬套的固定17 5.2 冷料穴的设计17 5.3 分流道的设计19 5.3.1 分流道的布置形式19 5.3.2 分流道的长度19 5.3.3 分流道的形状及尺寸19 5.3.4 分流道的表面粗糙度20 5.4 浇口的设计20 5.4.1 浇口的形式21 5.4.2 浇口类型的选择21 5.4.3 浇口位置的选择22 5.4.4 浇口的尺寸的确定22 5.5 浇注系统的平衡22 5.6 浇注系统凝料体积计算22 5.7 浇注系统各截面流过熔体的体积计算23 5.8 普通浇注系统截面尺寸的计算与校核23 5.8.1 确定适当的剪切速率23 5.8.2 确定主流道体积流率23 5.8.3 注射时间（充模时间）的计算24 5.8.4 校核各处剪切速率246 成型零件的结构设计和计算26 6.1 成型零件的结构设计26 6.2 成型零件工作尺寸的计算26 6.3 型腔零件强度、刚度的校核30 6.3.1 根据侧壁厚度校核强度、刚度30 6.3.2 根据底板厚度校核强度、刚度317 模架的确定和标准件的选用338 合模导向机构的设计35 8.1 导向结构的总体设计35 8.2 导柱设计35 8.3 导套设计369 脱模推出机构的设计37 9.1 脱模力的计算37 9.2 脱模机构的结构设计3810 侧向抽芯机构的设计39 10.1 抽芯距与抽芯力的计算39 10.2 斜导柱截面尺寸的确定40 10.3 楔紧块的设计4111 排气系统的设计4312 温度调节系统设计44 12.1 冷却时间的计算44 12.2 冷却管道传热面积及管道数目的简易计算4513 典型零件的制造加工工艺48 13.1 带头导柱的制造工艺48 13.2 编程零件及刀具选择49 13.3 切削用量确定49 13.4 编制加工程序4914 设计小结51参考文献52致谢词531 前言1.1我国塑料模具工业的发展现状80年代以来，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，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿， 2003年模具进出口统计中，我国模具的出口总额为2.52亿美元,我国模具的出口总额3亿美元,进口额则达到13亿多美元,在进口模具中的塑料模具占到50%左右。可以看出，在塑料模具方面，我国与国外产品还存在较大差距。在引进的塑料模具中，以科技含量较高的模具居多，如高精度模具、大型模具。热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。以电视机塑料外壳模具为例。其精度已由以前的0.050.1mm提高到0.0050.01mm,制造周期也由8个月缩短到了2个月,并且使用寿命也由过去可制10万20万件制品延长到了可60万件制品。从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。目前我国使用覆盖率和使用量最大的模具标准件为冷冲模架、注塑模架和推杆管这三类产品。以注塑模架为例，目前全国总产值有20多亿元，按照需求，国内约需注塑模架30多亿元，而实际上国内市场并未达到这个规模，其中主要一个原因就是模具厂家观念旧，注塑模架自产配比例较高，外购很少。这样做厂家不仅重复制造本应标准化的购件，延长了模具生产周期，又不利于维修。很多相关的模具标准件并没有相关的国家标准，因此制定模具构件的标准规范工作也是当务之急。1.2 国际塑料模具工业的发展现状美国1991年发表的“国家关键技术报告”认为:材料领域的进展几乎可以显著改进国民经济所有部门的产品性能,提高它们的竞争能力;因此把材料列为六大关键技术的首位。这是由于先进材料与制造技术是未来国民经济与国防力量发展的基础,是各种高、新技术成果转化为实用产品与商品的关键。当前各种新材料市场规模超过1000亿美元,预计到2000年将达4000亿美元。由新材料带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。以上参展项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势，具体表现在如下五个方面。1.2.1网络的 CADCAECAM一体化系统结构初见端倪。随着计算机硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生产过程中的功能要求划分产品系列，在网络系统下实现了CADCAM的一体化。解决了传统混合型CADCAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，以便更能符合实际应用的自然过程。例如英国达尔康公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际而在最近推出的CAD/CAM集成化系统Delcams Power Solution，该系统覆盖了几何建模、逆问工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。 1.2.2 AM软件日益深人人心并发挥越来越重要的作用在90年代，能进行复杂形体几何造型和NC加工的CADCAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如美国的Pro-E、UG、CADDS 5软件，法国的 CATIA、EUCLID软件和英国的DUCT5软件等。随着微机技术的突飞猛进、在90年代后期，新一代的微机CAD/CAM软件，如Solidworks、Solid adae崭露头角，深得用户的好评。这些微机软件不仅在采用诸如NURBS曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CADCAM软件的优点，而且在Windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。 1.2.3 AM软件的智能化程度正在逐渐提高由于在现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具设计与制造工程师的经验。仅凭CADCAM软件有限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件先进性与实用性的重要标志之一。在模架的设计过程中实现了模架零件的全相关，并能自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格。在NC加工方面，实现了智能化的粗加工、加工参数的设定以及对整个加工过程进行加工结果的校验分析，这些具有智能化的功能可以显著地提高注塑模具的生产效率和产品质量。 1.2.4 设计与3D分析的重要性更加明确 在型腔模CAD中我国大多数企业仍然采用的是二维设计（2D），即先将3D的产品图投影为若干二维视图后，再分别对各个视图的二维模具结构进行设计，这种沿袭传统手工设计的方式在型腔模CAD中我国大多数企业仍然采用的是二维设计（2D），即先将3D的产品图已越来越不适应现代化生产和集成化技术的要求。在本届模展上所展示的Mold expert（Cimatron公司）、Ps-mold（达尔康公司）以及Space-Emold（日立造船）均为采用3D设计的专业注塑模设计软件，它们在3D型腔和型芯设计的基础上采用交互方法进行3D的模架配置和3D的典型结构设计，其先进性十分明显。由于注塑模型腔复杂、镶件多，杆件和冷却水管布置纵横交错，用户在3D设计时经常由于显示屏幕小、构件多、视点变换少而感到眼花潦乱，这方面的缺点也正在克服之中。在注塑流动过程模拟软件方面，国内外长期使用的是基于中性层面的流动模拟软件。这种分析模式的最大缺点是需要用户从所生成的实体曲面几何模型中交互提取中性层面，操作步骤繁琐，工作量巨大，在很大程度上妨碍了流动模拟软件的推广和普及。虽然澳大利亚Moldflow公司推出了中性层面自动生成工具MFMidplane，但其覆盖范围不大。这次模展中展示了该公司基于实体几何模型的三维真实感流动模拟软件Moldflow Advisers，从根本上摆脱了对中性层面的依赖，这种新一代的模拟软件定将获得用户的好评和广泛应用。美国C-Cold公司这次未参展，该公司也有类似的3D流动软件3DQuickfill。华中理工大学模具技术国家重点实验室展出了同类软件HSC3D45F，已表明了我国在该项域也达到了国际当今的先进水平。表1.1 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0.0050.01mm0.020.05mm 型腔表面粗糙度Ra0.010.05mRa0.20m 非淬火钢模具寿命1060万次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 在模具行业中的占有量3040%2530%1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。(2)在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，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。（3）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。气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体辅，而且其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。 （4）开发新的塑料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。 (5)提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。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规格品种。(6)应用优质模具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重要。（7）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。（8）“十一五”期间我国塑料模具发展方向，塑料模具占模具总量近40%，而这个比例仍不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑料模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，每年进口达几亿美元，因此“十一五”期间应重点发展。1.4本次设计的目的此次毕业设计给了我亲自动手的机会，于以后的工作、学习等都有很大的帮助，是大学四年学习的一个总结，中国的塑料模具制造工业的飞速发展是需要理论和实践相结合的，所以这次毕业设计的意义十分重大。目的是通过对该零件的注塑模工艺的设计，了解注塑模具的设计步骤，ABS等材料的各项性能指标，工艺方案的选择，和侧向抽芯技术的掌握。2 塑件成型工艺性分析2.1 塑件（三通管）分析2.1.1 塑件图图2-1 塑件图2.1.2 塑件分析三通管工件如图所示。它是一种常见的塑料工件，从工件本身来看，属特小型件，其抽芯脱模机构较为复杂，侧向抽芯技术可以说是这次课题的难点零件直通管的成型采用侧向抽芯机构。由于抽拔距很长普通的斜导桂抽芯结构难以实现抽芯动作的顺利完成故采用液压缸进行侧向抽芯。因此本次毕业设计主要是针对以上问题进行模具设计，以解决实际生产中存在的问题。2.1.3 成型工艺分析如下1精度等级影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。按SJ13721978标准，塑料件尺寸精度分为8级，本塑件所用材料为丙烯烃-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用一般精度5级。2脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。只有塑件高度不大、没有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。塑件脱模斜度为： 35 130 考虑到本塑件的结构以及模具的侧抽芯结构，可以使开模后塑件自动留在型腔中，所以不需要考虑脱模斜度。2.2 ABS的注射成型过程及工艺参数2.2.1 注射成型过程（1）成型前的准备 对ABS的色泽、细度和均匀度等进行检验。（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型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。（3）塑件的后处理 采用调湿处理，红外线灯烘箱，热处理温度70，处理时间2h。2.2.2 ABS的注射工艺参数(1)注射机：螺杆式(2)螺杆转速(r/min)：30(3)料筒温度() ： 150170(后段) 165180(中段) 180200(前段)(4)喷嘴温度()：170180(5)模具温度()： 4060(6)注射压力(MPa)： 100130(7)成型时间(s)：注射时间 05 保压时间 2090 冷却时间 20120 成型总周期 502202.2.3 ABS化学和物理特性 三通管所用的材料是ABS，名称Acrylonitritle-Butadiene-Styrene copolymer,全称丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。(1).使用性能 综合性能好，冲击强度高，化学稳定好、电性能良好，尺寸稳定性好、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。与372有机玻璃的熔接性良好，可制成双色塑料，且可表面镀铬。ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。因而ABS适用于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件和电讯零件。ABS塑料的使用范围为-40100。(2).成形特性无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好）。比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。注射压力应比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140MPa，螺杆式注射机则取160230，70100MPa为宜。模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑料件表面呈现“白色”痕迹（但热水中预热可消失）。2.2.4 ABS塑料的主要技术指标表2-1 ABS塑料的主要技术指标项目数据项目数据密度（kg/dm3）1.021.16抗拉屈服强度(MPa)50比体积（dm3/ kg）0.860.96拉伸弹性模量(MPa)1.8103吸水率（pc100）0.20.4抗弯强度(MPa)80收缩率(%)0.40.7冲击韧度( kJ/m2)261(无缺口)/11(缺口)熔点()130160硬度(HB)9.7热变形温度()90108(0.46 MPa) 83103(0.185MPa)体积电阻系数(cm)6.910 3 拟定模具结构形式3.1分型面的选择塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。3.1.1 分型面的选择原则（1）有利于保证塑件的外观质量；（2）分型面应选择在塑件的最大截面处；（3）尽可能使塑件留在动模一侧；（4）有利于保证塑件的尺寸精度；（5）尽可能满足塑件的使用要求；（6）尽量减少塑件在合模方向上的投影面积；（7）长型芯应置于开模方向；（8）有利于排气；（9）有利于简化模具结构。3.1.2 分型面的确定根据本三通管音频机的具体结构和和以上确定分型面的基本原则，本设计确定分型面的位置如图-所示。在该结构中，有外侧抽芯，所以在确定分型面时，还要确定好侧抽芯结构。外侧抽芯采用斜导拄侧抽芯，具体结构见装配图。图3-1 分型面的选择对以上两种分型面进行比较，根据分型面的选择要求，可以看出图b较好； （1）图b所示截面作为分型面，它是塑件最大截面，大孔在开模方向上成型，而小孔在侧面，便于抽芯。(2)图a所示截面作为分型面，有两个侧孔，且侧孔大而深，抽芯力较大，抽芯机构相对复杂。由以上分析可知。3.2 型腔数目的确定 为了制模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般可以根据经济性、注射机的额定锁模力、注射机的最大注射量、制品的精度等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，生产批量适中，且具有两边抽芯，抽芯距较长，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模两腔。采用一模两件，能够适应生产的需求，潜伏式点浇口，浇口去除方便，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。如图3-2所示：图3-2 型腔布置4 注塑机型号的确定注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。4.1 所需注射量的计算利用Pro/E三维软件定性测的该塑件的实际体积为V1=51.16，塑件质量为56.28g。设浇注系统的体积为塑件的0.6倍。所以可地一次总的注射量为：流道凝料的质量g流道凝料的体积注射量体积 公称注射量为：4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍。因此可用来进行估算，所以：式中 A1为塑件在分型面上的投影面积，由Pro/E模型分析所得；n型腔数锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。即： F=AP 式中 F 注塑机的额定锁模力(N)； P 模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注塑压力的0.30.65倍，通常为2040 MPa，取P为30MPa。A 塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2） 所以 F = AP=323730 97110N=97.1kN4.3 选择注射机 注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手去产品后，也可实现全自动操作。卧式注塑机是注射柱塞或螺杆与合模运动方向均沿水平装设，其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。通过上述的分析，该塑件的注射量和锁模力较大，由于本模具具有抽芯机构，设计较复杂，同时考虑到开模行程和脱模力的原因，所以应该采用卧式注射机。根据每一生产周期的注塑量和锁模力的计算值，查阅参考书，可选用SZ-200/1000卧式注塑机。表4-1 注射机主要技术参数项目数据项目数据理论注射容量/cm3210锁模力1000螺杆直径/42拉杆内间距/370320注射压力MPa150移模行程/300注射速率g/s110最大模厚/350塑化能力/s14最小模厚/150螺杆转速r/min10250定位孔直径/125喷嘴球半径/15喷嘴孔直径/4锁模方式双曲轴4.4 注射机有关参数的校核4.4.1 型腔数量的校核(1）由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数n。n = =4.772，型腔数校核合格。式中 注塑机最大注射量的利用系数，一般取0.8； 注塑机的额定塑化量（14g/s）成型周期，取30s。(2）按注射机的最大注射量校核型腔数量n。67.536n =2.082，符合要求。式中 注射机的允许最大注射量（cm3或g），该注射机为210cm31.1g/cm3=231g。其他符号意义与取值同前。4.4.2 注射机工艺参数的校核(1）最大注射压力的校核 塑料压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。注射机最大注射压力应稍大于塑件成型所需要的注射压力。即 PekP0=1.3100=130MPa 而Pe=150MPa，注射压力校核合格。 式中， Pe注射机额定注射压力（MPa）； k注射压力安全系数，取1.3； P0成型所需的注射压力（MPa）；(2）锁模力校核FKFm=KA P=1.297.1=116.52kN而F=1000kN，锁模力校核合格。4.4.3 安装尺寸(1）喷嘴尺寸主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d，通常 D=d（0.51）mm对于该模具d=4mm，取D=4.5mm，符合要求。主流道入口的凹球半径SR0应大于注射机喷嘴半径SR，通常为 SR0=SR（12）mm对于该模具SR=15mm取17mm，符合要求。(2）最大与最小模具厚度模具厚度H应满足 HminHHmax式中Hmin =150mm，Hmax=350mm。 而该套模具厚度H=2765673610027=322mm，符合要求。4.4.4 开模行程的校核 HH1H2（510）mm式中 H注射机动模板的开模行程（mm），取300mm； H1塑件推出行程（mm），取6mm（塑件壁高处的高度）； H2包括流道凝料在内的塑件高度（mm），其值为 H246（510）mm5156mm （46mm由装配图直接量取）所以，H300 mm50+80+10=140 mm 由计算可得，符合要求。4.4.5 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核该套模具模架的外形尺寸为370mm468mm，而注射机拉杆内间距为370mm320mm，因370mm等于370mm，符合要求。 注：对上面4.4.24.4.5的校核内容与后面的模具结构设计交叉进行，但为了行文整体形式与内容的统一，所以将部分内容在此进行著写。综上所述，注射机选择SZ-200/1000卧式注塑机符合该模具设计要求5 浇注系统的形式和浇口的设计所谓注射模的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。浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传物质、传压和传热的功能，岁塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。5.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形。以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。5.1.1 主流道设计要点(1）为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成锥形，其锥角=26。内壁表面粗糙度一般为Ra=0.8。(2）为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为R=R+(12)mm,凹入深度35mm。 (3) 为了物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径r=13mm。(4) 主流道长度L应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结构和模板厚度所确定，一般不大于60mm，取L=40mm。(5) 因主流道与塑料熔体反复接触，进口处与喷嘴反复碰撞，因此，常将主流道设计成可拆卸的主流道衬套，用较好的钢材制造并进行热处理，一般选用T8、T10制造，热处理硬度为HRC5055。5.1.2 主流道尺寸(1）主流道小端直径 D =注射机喷嘴直径（0.51） =4（0.51），取D =4.5mm。 (2）主流道球面半径 SR0=注射机喷嘴球头半径（12） =15（12），取SR0=17mm。(3）球面配合高度 h=3mm5mm，取h=3mm。(4）主流道长度 取L =90mm。 (5）主流道大端直径 D =D2Ltan 7.64mm（半锥角为12，取=1）取D =7.65mm5.1.3 主流道衬套的形式主流道是塑料容体进入模具型腔时经过的部分，它将注射机的喷嘴注出的塑料容体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于容体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来。主流道的尺寸直接影响到塑料容体的流动速度和充填时间。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC，如图5-1所示。 图5-1 主流道衬套由于本模具主流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较宜，其定位圈结构尺寸如图5-2所示。 图5-2 定位圈5.1.4 主流道衬套的固定 主流道衬套的固定形式如图5-3所示。 图 5-3 主流道衬套的固定形式 1内六角螺钉；2定位圈；3定模板；4主流道衬套；5定模板。5.2 冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用，根据拉料的方式的不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种。5.2.1主流道冷料穴的设计 图5-4 常用冷料穴与拉料杆形式1 主流道；2冷料穴；3拉料杆；4推杆；5脱模板；6推块（a）Z形拉料杆的冷料穴； （b）倒锥孔冷料穴； （c）圆环槽冷料穴；（d）圆头形冷料穴； （e）菌头形冷料穴； （f）圆锥头形冷料穴；图（a）（c）是底部带推杆的冷料穴；（d）（f）是底部带拉料杆的冷料穴，本设计采用图（a）的Z形拉料杆图（a）。5.2.2分流道冷料穴的设计该模具设计采用潜伏式浇口形式，无须考虑分流道的冷料穴设计。5.3 分流道的设计5.3.1 分流道的布置形式分流道是连接主流道到和浇口的进料通道。在单腔膜中，常不开设分流道，而在多腔膜中，一般都设置有分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地充满型腔，流动中温度降低尽可能小，阻力尽可能低。同时，应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道如图5-5所示。分流道应短而粗。但为了减少浇注系统的回料量，分流道也不能过粗。过粗的分流道冷却缓慢，还会增长模塑周期。图5-5 分流道布置形式5.3.2 分流道的长度长度应尽量取短，且少弯折。该模具的分流道的长度很短，如图5-5。分流道长度第一级分流道：第二级分流道：5.3.3 分流道的形状及尺寸分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、U形等多种。在流过同等横截面积的条件下，横截面为正方形的流动阻力最大，传热最快，热量损失最大，因此对热塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圆形横截面流动阻力小，热量损失最小，熔体降温也最慢，但从加工来说，它需要同时在动模和定模上开设半截面，要使两者完全吻合，制造较困难。半圆形和矩形截面的分流道比表面积（即表面积/体积比）较大，较少采用。而梯形截面、U形截面的分流道，加工容易且热量散失和流动阻力也不大。为了便于机械加工及凝聊脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，一般可以采用下面的经验公式来计算截面尺寸：查参考文献：模具设计与制造手册表6-150，取B=6.6mm式中，B 梯形大底边的宽度（mm）m 塑件的质量（g） L 单向分流道的长度（mm） H=2/3B=2/36.6=4.4mm，分流道截面形状如图5-6所示：图5-6 分流道截面形状 5.3.4 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，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63m1.6m，这样的表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处Ra=1.6m。5.4 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道（除了直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。 浇口的主要作用：1） 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；2） 易于切除浇口尾料；3） 对于多型腔模具，用以控制熔接痕的位置。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，黏度降低，提高流动性能，有利于充型，但是浇口尺寸过小会使压力增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。5.4.1 浇口的形式浇口的形式有很多，但是要根据具体情况来选择。注射模常用浇口形式有以下几种： 1）侧浇口2）重叠式浇口3）点浇口4）潜伏式浇口5）扇形浇口6）平衡式浇口7）盘形浇口8）轮辐式浇口9）爪形浇口10）环形浇口11）护耳形浇口12）隙浇口13）直接浇口14）多重浇口5.4.2 浇口类型的选择潜伏式浇口是典型的小截面浇口，有以下优点： （1）对浇口的位置限制较小，可以比较自由地选择进料部位。（2） (有利于薄壁、长流程和表面带精细花纹图案的塑料件的成型，花纹图案可以成型得很清晰，因为熔体通过浇口时产生大量的摩擦热，使熔体温度升高、黏度降低、流速增大，并增大了其流动长度。（3）降低了塑料件的内残余应力，特别是浇口附近。（4）容易从塑料件上自行截开，易实现脱模时塑料件的自行坠落，从塑料件上分离并修整后，几乎看不出浇口痕迹。（5）冻结快，可缩短成型周期。（6）多型腔模具中，容易实现各型腔均衡进料。本设计采用潜伏式浇口的结构形式。5.4.3 浇口位置的选择浇口的位置选择，应遵循如下原则：(1)避免制件上产生喷射等缺陷（避免喷射有两种方法：a 加大浇口截面尺寸，降低熔体流速； b 采用冲击型浇口，改善塑料熔体流动状况。）该模具采用方法a；(2)浇口应开设在塑件截面最厚处；(3)有利于塑件熔体流动；(4)有利于型腔排气；(5)考虑塑件使用时的载荷状况；(6)减少或避免塑件的熔接痕；(7)考虑分子取向对塑件性能的影响；(8)考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响；(9)防止将型芯或嵌件挤歪变形。5.4.4浇口的尺寸的确定 浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正.式中 d浇口直径（mm）n塑料系数，由塑料性质决定k系数，塑件壁厚的函数，A型腔表面积（mm）t塑件壁厚（mm）d=1.35mm5.5 浇注系统的平衡 对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。5.6 浇注系统凝料体积计算(1）主流道与主流道冷料井凝料体积 V主=2479.8mm3(2）分流道凝料体积 V分=2（15+19）=68mm3(3）浇口凝料体积约等于零，可以忽略不计。(4）浇注系统凝料体积 V总 = V主V分V浇=2547.8mm32.55cm3该值小于前面4.1中浇注系统凝料的估算值61.39 cm3，所以前面有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需要重新设计计算。5.7 浇注系统各截面流过熔体的体积计算1）流过浇口的体积V3 = V塑 = 51.16cm32）流过分流道的体积 V2 = V塑V分/2 51.228cm33）流过主流道的体积 V1= 2V2V主=104.936m35.8 普通浇注系统截面尺寸的计算与校核5.8.1 确定适当的剪切速率根据经验浇注系统各段的取以下值，所成型塑件质量较好。1）主流道 S= 5102s-1 5103s-12）分流道 R=5102s-13）点浇口 G=105s-14）其他浇口 G=5103s-1 5104s-15.8.2 确定主流道体积流率 因塑件尺寸较大，并且是一模两腔的模具结构，所需注射塑料熔体的体积比较大，而主流道尺寸较小（和注射机喷嘴孔直径相关联），因此主流道体积流率较大，取S= 3103s-1代入得=66.16cm3/s （流道断面尺寸的当量半径=3.04mm）5.8.3 注射时间（充模时间）的计算 (1）模具充模时间 式中 主流道体积流率（cm3/s）； 注射时间（s）； 模具成型时所需塑料熔体的体积（cm3）。 (2）单个型腔充模时间 (3）注射时间根据经验公式4求得注射时间 =/3 +2/3 = 1.51s1.5s根据表3.355可知t注射机最短注射时间，所选时间合理。5.8.4 校核各处剪切速率(1）浇口剪切速率的校核浇口的剪切速率一般为。 式中 r浇口剪切速率； q熔体的体积容量；表征流道断面尺寸的当量半径，经过计算可知其值为cm； 式中，v制品体积；t注射时间1.5s；所以为, 在之间，所以满足剪切速率的要求。 2）分流道剪切速率 s-1 ，合理 式中 /s，。 3）主流道剪切速率 ，合理 （式中 ）。6 成型零件的结构设计和计算型腔通常包括凹模、凸模、小型芯、螺纹等。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模是反复与塑件摩擦，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性和较低的表面粗糙度。同时还应该考虑零件的加工性及模具的制造成本。应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。6.1 成型零件的结构设计三通管有三个孔，分模时无法脱出，需要使用侧抽芯才能顺利脱模。型芯一般单独制造，侧面的孔采用一个侧型芯，长孔方向采用两个相同的主型芯，选择在中心处分模。这样将易于加工，并且在生产中方便直接替换，提高生产效率。6.2 成型零件工作尺寸的计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接用以构成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。成型零件的加工精度和质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约，影响塑件尺寸精度的因素甚多，主要有模具制造公差、模具的磨损量和塑件收缩率等因素，因此，计算工作零件尺寸时应根据上述三个因素进行计算。 本设计采用平均收缩率法计算模腔各工作尺寸。在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑料制品和成型零件尺寸均按单向极限制，即凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，公差为负；而孔心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。查阅参考文献塑料制品成型及模具设计，该设计所用的公式如下：型腔径向尺寸的计算： （6-1）型芯径向尺寸的计算： （6-2）型腔高度尺寸的计算： （6-3）型芯高度尺寸的计算： （6-4） 以上式中，型腔径向尺寸（mm）、塑件径向尺寸(mm)型芯径向尺寸(mm)型腔深度尺寸(mm)塑件高度公称尺寸(mm)型芯高度尺寸(mm)塑件深度公称尺寸(mm)塑料的平均收缩率(%)（=0.55%） 塑件公差值(mm)（塑料模具技术手册P97P98表2-36，表2-37）模具制造公差(mm) （一般取=）6.2.1 型腔尺寸的计算图6-1 型腔已知型腔径向尺寸，=50, =42, =0.20, =0.07 将以上数据代入式（6-1），可得=（1+0.55%）500.20=50.07 = （1+0.55%）420.20=42.03 已知型腔深度尺寸，=66, 1=0.26, =0.09；=14, =10, 2=0.12, =0.04，将以上数据代入式（6-3），可得=（1+0.55%）660.26=66.25=（1+0.55%）140.12 =13.97=（1+0.55%）100.12 =9.956.2.2侧型芯尺寸的计算图6-2 侧型芯已知型芯径向尺寸，=18, 1=0.12, =0.04； =63, 2=0.22, =0.07； =41, 3=0.20, =0.07 ，将以上数据代入式（6-2），可得：=（1+0.55%）18+0.12 =18.26=（1+0.55%）63+0.22 =63.53=（1+0.55%）41+0.20 =41.3已知型芯高度尺寸，=10, 1=0.12, =0.04；=31，2=0.18, =0.06；=3，3=0.08, =0.03，将以上数据代入式（6-4），可得=（1+0.55%）10+0.12=10.13=（1+0.55%）31+0.18=31.25=（1+0.55%）3+0.08 =3.06.2.3主型芯尺寸的计算图6-2 主型芯已知型芯径向尺寸，=50, =42, =0.20, =0.07； =31, 1=0.18, =0.06，将以上数据代入式（6-2），可得：=（1+0.55%）50+0.20=50.47=（1+0.55%）42+0.20 =42.43=（1+0.55%）31+0.18=31.37已知型芯高度尺寸，=5，1=0.08, =0.03；=26，2=0.16, =0.05；=54，3=0.22, =0.07；=66，4=0.26, =0.09；将以上数据代入式（6-4），可得：=（1+0.55%）5+0.08=5.11=（1+0.55%）26+0.16=26.22=（1+0.55%）54+0.22=54.39=（1+0.55%）66+0.26=66.566.3 型腔零件强度、刚度的校核 在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其多重要的、精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定型腔壁厚和底板厚度。该塑件型腔设计为圆形组合型腔。6.3.1 根据侧壁厚度校核强度、刚度 查参考文献塑料制品成型及模具设计表4-12，选择以下公式： 按刚度条件计算 S （6-6）按强度条件计算有 S （6-7）式中， 模具材料的弹性模量（Mpa），碳钢为2.1105Mpa；型腔压力（Mpa），一般取2545；刚度条件，即允许变形量（mm）（表4-13选取）；模具材料的许用应力(Mpa)；r型腔内径，r=15mm。 已知： = 245MPa, =2.1105MPa,=30MPa,=0.04, 带入数据可得：按刚度条件计算有 s = =0.838mm 按强度条件计算有 s = =2.26mm根据上面刚度、强度比较，取s=2.26mm8mm 符合要求。6.3.2 根据底板厚度校核强度、刚度 按刚度条件计算有 按强度条件计算有 式中， 模具材料的弹性模量（Mpa），碳钢为2.1105Mpa；型腔压力（Mpa）；刚度条件，即允许变形量（mm）(表4-13查出)；模具材料的许用应力(Mpa)；r型腔内径，r=15mm。已知： = 245MPa, =2.1105MPa,=30MPa,=0.04, 按刚度条件计算有 = =5.1mm按强度条件计算有 = =5.77mm所以取hs值必须大于5.77mm。7 模架的确定和标准件的选用由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，初步选用模架尺寸为355mm450mm的标准模架，实际选择尺寸370mm468mm。7.1定模座板（546mm370mm、厚27mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过4个M12的内六角圆柱螺钉与顶模固定板连接；定位圈通过4个M8的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H7/m6配合。7.2定模板（型腔固定板）（468mm370mm、厚65mm）用于固定型腔、导套。固定板应有一定的厚度，并足够的强度，一般选择45钢，调质230HB270HB。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端才用H7/f7配合；定模板与浇口套采用H7/m6配合。上面还开有4个斜导柱孔，定模板上的斜导柱空与斜导柱为H8/f7配合。7.3动模型芯固定板（468mm370mm厚、67mm）用于固定型芯、导柱，其上还有斜导柱孔、滑块孔，一般选择45钢，调质230HB270HB。整体式型芯通过2翼的钢条固定在其上，长内六角螺钉固定在其上。导柱固定孔与导柱为H7/k6配合；斜导柱空与斜导柱为H8/f7配合。7.4垫块（50mm468mm、厚度100mm）(1)主要作用在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。（2）结构形式可以是平行垫块或拐角垫块，改模具采用平行垫块。（3）垫块材料垫块材料为Q235A，也可用HT200、球墨铸铁等。该模具垫块采用Q235A制造。（4）垫块的厚度h校核 h =h1 +h2 +h3 +s +=0+22+17+26+3.5=68.5mm100mm，符合要求。式中 h1顶出板限位钉的厚度，该模具没采用限位钉，故其值为0； h2推板的厚度，为22mm； h3推杆固定板厚度，为17mm； s推出行程，为26mm； 推出行程富余量，一般为3mm6mm，取3.5mm。5）推杆固定板（368mm270mm、厚17mm）,材料为45钢。6）推板（368mm270mm、厚22mm）,材料为45钢。8 合模导向机构的设计为了保证注塑模准确合模和开模，在注塑模中必须设有导向机构。导向机构主要起定位、导向以及承受一定侧压力的作用。导柱导向机构，包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动、定模两边。导柱的基本机构形式有两种。一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称带头导柱，另一种是除安装部分的凸肩外，使安装的配合部分直径比外伸的工作部分直径大，称有肩导柱。带头导柱用于生产批量不大的模具，可以不用导套。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成，保证了同轴度。导柱前端均须有锥形引导部分，并可割有储油槽。导柱直径尺寸随模具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所选导柱直径也应愈大。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，只要按照模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则需根据模具结构进行具体设计。8.1 导向结构的总体设计1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至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变形。2）该模具采用4根导柱，其布置由标准模架决定。3）该模具导柱安装在支承板上，导套安装在定模板上。4）为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。5）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。8.2 导柱设计1）该模具采用带头导柱，加油槽；2）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分；3）导柱的长度必须比凸模高度高出6mm8mm；4）导柱直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径有标准模架可知为16mm）；5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合，该模具滑动部分采用H7/f7的间隙配合；6）导柱工作部分的表面粗糙度为Ra=0.4m。7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上，该设计采用碳素工具钢T8A。8.3 导套设计导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（GB/T4169.21984）、带头导套（GB/T4169.31984）。1）结构形式 采用带头导套（I型）。2）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。3）导套空的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度0.4m，该设计采用H7/f7。4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具采用T8A。9 脱模推出机构的设计注射成型的每一周期中，必须将塑件从模具型腔中脱出，这种把塑件从型腔中脱出的机构称为脱模机构，也可称为顶出机构或推出机构。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作。推出机构的设计原则：1）推出机构应尽量设置在动模一侧。2）使制品在推出过程中不变形不损坏。3）机构简单，推出动作可靠。4）使脱模后的制品有良好的外观。5）合模时的准确复位。9.1 脱模力的计算脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需要施加的外力，需克服塑件对型芯包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力是注射模脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量十分复杂。其计算方法有简单估算法和分析计算法。该模具的型芯内部凸出较简单，故采用简单估算法对脱模力进行计算。脱模力，由参考文献塑料制品成型及模具设计的式4-34。式中 塑件对型芯包紧力（N）； 对封闭壳体脱模需克服的真空吸力（N），=0.1Ab，0.1的单位为MPa，Ab为型芯的横截面积（mm2）；此处不为封闭壳体，故可以省去不计。所以 =71.2KN；式中 塑件对型芯产生的单位包紧力，一般=812MPa； 塑件包紧型芯的侧面积（mm2），由塑件的型芯零件图可算得28260mm2。取为12MPa； 摩擦系数，取0.21； 脱模斜率，取09.2 脱模机构的结构设计由该塑件的外形特征及内部型芯的情况，设置脱模机构为型推管：1）型推管，如图9-1所示。每个塑件由1根推管推出，共2根。图9-1 塑件推管2）推管应设在脱模阻力大的地方。3）推管应均匀布置。4）推管应设在塑件强度、刚度较大的地方。5）推管形式为标准的直推管，不带肩。6）推管直径与模板上的推管孔采用H8/f8间隙配合。7）通常推管入模具后，其端面应与型腔底面平齐或高出型腔地面0.05mm0.10mm。8）该模具采用推管与推管固定板单边为0.25mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推管的情况下，不因个板的推管空加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。9）推管的常用材料为T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合不问的表面粗糙度为Ra =0.8m。10 侧向抽芯机构的设计 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，除极少数情况下可以强制脱模外，一般都必须将成型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。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧向抽芯与塑件的推出同时进行。侧向分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。手动抽芯机构的结构简单，但劳动强度大，生产效率低，故仅适用于小型制品的小批量生产；液压或气动抽芯侧向分型的活动型芯可以依靠液压或气压传动的机构抽出。由于一般注塑机没有抽芯液压缸或气压缸，因此需要另行设计液压或气压传动机构及抽芯系统；机动抽芯是利用注塑机的开模力通过传动机构改变运动方向，将侧向的活动型芯抽出。机动抽芯机构的结构比较复杂，但抽芯不需人工操作，抽拔力较大，具有灵活、方便、生产效率高、容易实现自动化操作、无需另外添置设备等优点，由于该塑件在与开模方向不一致的方向上有两个小孔，不能顺利分模，需要侧向抽芯，综合上述分析，本设计选择机动抽芯机构进行抽芯。10.1 抽芯距与抽芯力的计算 1）由塑件外形尺寸可以计算的抽芯距S=s+(23)=26+2=28mm完成抽拔芯距S，滑块在开模方向所需移动的距离，即完成抽拔所需的开模行程H=Sctg 2）由于塑件冷缩时，只有侧壁塑料包住型芯，也就是两个小孔的内壁与型芯接触，而两个小孔的内壁是“n”状的，没有脱模斜度。所以这块活动型芯的抽拔阻力，也就是塑件收缩产生对侧型芯的摩擦力， 即 = =0.2115835 = 3325.4N 式中， 抽芯力（N） 因塑件收缩产生对侧型芯的正压力（N）塑件与型芯的摩擦系数（取0.21）塑件收缩对型芯单位面积的正压力，取=12MPaN10.2 斜导柱截面尺寸的确定本设计采用的是在中小型模具中常用的一种结构形式，其台肩部相平于模面，角度与抽拔角一致。材料多为T8、T10等碳素工具钢，也可用20钢作渗碳处理，由于斜导柱经常于滑块摩擦，热处理要求硬度HRC55,表面粗糙度Ra0.8。 斜导柱固定部分与模板的配合精度为H7/m6的过渡配合。如图10-1所示。图10-1 斜导柱10.2.1圆柱形斜导柱直径的确定 圆柱形斜导柱直径取决于斜导柱所受的弯曲力，而弯曲力又取决于抽拔力，抽拔角以及受力点的位置。一般地，斜导柱和斜滑块的斜孔的配合都有一定的间隙（0.2-0.4），在开模瞬间定程距为M， (10-1)斜导柱直径，抽芯力，N受力点到固定板平面的距离, =21抽拔角斜导柱钢材的许用弯曲应力，。 碳素钢取=137.2，取20mm10.2.2导柱倾斜角的选择斜导柱倾斜角与斜导柱的有效工作长度，抽芯距,斜导柱完成抽芯时所需最小开模行程有关。增大，L和H减小，有利于减小模具尺寸，但斜导柱所受的弯曲力和侧抽芯时的开模力将增大；反之亦反，综合两方面考虑，一般最常用为本设计取为。10.2.3 圆柱形斜导柱总长度的计算斜导柱的总长度 斜导柱总长度，mm斜导柱台肩直径，mm斜导柱抽拔角, 斜导柱固定板厚度，mm斜导柱工作部分直径，mm抽芯距。根据上式代入数据得：154 mm10.3 楔紧块的设计楔紧块用于在模具闭合后锁紧滑块，承受成型时塑料熔体对滑块的推力，以免斜导柱弯曲变形。但在开模时，又要求楔紧块迅速离开滑块，以免阻挡斜导柱带动滑块抽芯，因此楔紧块的倾斜角度应稍大于斜导柱的倾斜角度，一般取比斜导柱的倾斜角度大23度，所以选择楔紧块的倾斜角为22。图10-2 楔紧块11 排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，型腔内气体将产生很大的压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能是塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。注塑模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只在特殊情况下采用开设排气槽的排气方式。排气槽一般设在分型面上凹模一侧，以便于模具制造与清理。排气槽尺寸一般为宽1.56mm，深0.020.05mm，以塑料不从排气槽溢出为宜，即应小于塑料的溢料间隙。该塑件为小型塑件，即模具是属小型模具，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可，因此本设计不单独开设排气槽。12 温度调节系统设计塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和粘模；温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。当模温不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。通常温度调节系统包括冷却系统和加热系统两种。一般注塑到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。该设计塑件材料为ABS，在注塑成型时，黏度低，流动性好，要求模具温度（一般低于80）较低，用常温水对模具进行冷却。由于该模具的模温要求在80以下，有是小型模具，所以无需设置加热装置，仅需要设置冷却系统即可。冷却系统的设计原则：1）冷却回路数量应尽量多，冷却通道孔径要尽量大；2）冷却通道的布置应合理；3）冷却回路应有利于降低冷却水进、出口水温的差值；4）冷却回路结构应便于加工和清理；5）冷却水道至型腔表面的距离应尽可能相等；6）冷却水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影响塑件的精度。12.1 冷却时间的计算本塑件材料为ABS塑料，其冷却时间的经验计算公式为： t=ln式中： 制品的厚度（mm）塑料扩散率（mm/s）,查模具设计基础及模具CAD表9-2得，=0.080.塑件注射温度（）m模具温度（）塑料的热变形温度（） 已知：=5.5 mm，=0.080 mm/s.，=175，m=50， =100可得，t=ln=ln=44.4s在一个注射成型周期中，注射熔料的时间为1.5s,取模时间为 30 s,所以注射成型一次所需的时间为44.4+1.5+30=75.9s,则在一个小时内成型次数为3600/75.948（次）。因为每次的注塑量为：m=180.1g，所以一个小时内注入模具内的塑料量为180.148=8644.8g/h=8.645kg/h12.2 冷却管道传热面积及管道数目的简易计算12.2.1传热面积的计算如果忽略模具因空气对流、热辐射与注射机所散失的热量，假设塑料熔体在模具内释放的热量全部由冷却水带走，则模具冷却时所需冷却水的体积流量可按下式计算： （12-1）式中，冷却介质的体积流量（/min） m单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg /min） 单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量（kJ/kg） 冷却介质的密度（kg/） 冷却介质的比热容kJ/(kg) 冷却介质出口温度（) 冷却介质进口温度（) （1）塑料制品在固化时每小时释放的热量Q 查模具设计基础及模具CAD表9-4得，ABS塑料的单位热流量=3.510 kJ/kg，故 Q=m=8.6453.510=3025.75kJ/h（2） 冷却水的体积流量 已知， 该设计冷却介质为冷却水，水的密度为1103kg/, 取=28,=22, =4.2 kJ/(kg) 有式（12-1）得： =2.010/min（3） 冷却管道直径d 查模具设计基础及模具CAD表9-4,为使冷却水处于湍流状态，取d=8mm（4） 冷却水在管道内的流速 = 39.8m/s（5）冷却管道孔壁与冷却介质的传热膜系数h 查模具设计基础及模具CAD表9-5,取f=7.22(水温为30)由式 h= =3.256kJ/(h) 式中， 与冷却介质温度有关的物理系数； 冷却介质在一定温度下的密度（kg/）。 （6） 冷却水管总传热面积A 由模具设计基础及模具CAD式（9-14）得 A=1.3410-3式中 模具温度与冷却水温度纸浆的平均温差（），模具温度取65。12.2.2 冷却管道的孔数n 由模具设计基础及模具CAD式（9-17）得 =1.44式中 L冷却管道开设方向上的模板长度或宽度（m）为了充分冷却模具，开设8孔冷却水道，具体布置如装配图所示。13 典型零件的制造加工工艺塑
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