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湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计小型计算器外壳注塑模设计DESIGN OF SMALL CALCULATORS SHELL INJECTION MOLD学生姓名：阳成海学 号：200741914126年级专业及班级：2007级机械设计制造及其自动化（1）班指导老师：吴彬 讲师湖南长沙提交日期：2011 年 5 月目 录摘要1关键词11前言2 1.1塑料膜国内外发展现状22拟定模具结构形式2 2.1确定型腔数量及排列方式2 2.1.1塑件成型工艺性分析2 2.1.1塑料材料的成型特性4 2.1.3脱模斜度6 2.1.4型腔数目及排列方式7 2.2 模具结构形式的确定73注射机型号的确定8 3.1注射量的计算8 3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力计算8 3.3 选择注塑机8 3.4 注射机有关参数的校核9 3.4.1由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数n9 3.4.2 按注射机的最大注射量校核型腔数量9 3.4.3开模行程的校核9 3.4.4注射量校核94分型面位置的确定105浇注系统形式和浇口的设计11 5.1主流道设计11 5.1.1主流道尺寸11 5.1.2主流道衬套的形式11 5.1.1主流道剪切速率校核12 5.1.4主流道衬套的固定12 5.2 分流道设计12 5.2.1分流道的布置形式12 5.2.2分流道长度12 5.2.3分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积13 5.3浇口的设计14 5.4排气槽的设计166模架的确定167成型零件的设计与计算17 7.1成型零件钢材选用18 7.2凹模的结构设计18 7.3凸模的结构设计19 7.4成型零件工作尺寸的计算19 7.4.1平均收缩率计算型腔尺寸19 7.4.2按平均收缩率计算型芯尺寸21 7.5 模具强度的校核23 7.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算23 7.5.2整体式型腔底板厚度计算248导向机构的设计25 8.1合模导向零件机构的作用25 8.2导柱导向机构26 8.2.1导柱26 8.2.2 导套279脱模机构及复位机构的设计28 9.1推出机构的组成28 9.1.1推出机构的组成28 9.1.2推出机构的分类29 9.1.3推出机构的设计原则29 9.2本模具的推出机构29 9.2.1推出机构的选择29 9.2.2斜推杆30 9.3脱模阻力的计算31 9.4复位机构设计3210抽芯机构的设计32 10.1机构分类及机构选择32 10.2抽拔距与抽拔力及机构组成33 10.2.1抽拔距33 10.2.2抽拔力34 10.2.3滑块34 10.2.4导滑槽35 10.2.5楔紧块3611冷却系统的设计36 11.1冷却系统的计算36 11.2 冷却系统的结构与布置37 11.2.1冷却通道设计的基本原则37 11.2.2冷却装置的结构3812塑件质量的分析39 12.1合格的塑件应满足的要求39 12.2 模具性能39 12.3 次品分析3913注射模具选材13 13.1 塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材40 13.2 模板零件的选材40 13.3 浇注系统零件的选材41 13.4导向零件的选材41 13.5侧向分型与抽芯机构的选材41 13.6推出机构零件的选材41 13.7其它零件41 13.8该套模具所用材料的性能比较4114模具的试模与修模42 14.1试模中遇到的问题42 14.1.1粘着模腔42 14.1.2粘着模芯42 14.1.3粘着主流道42 14.2成型缺陷43 14.2.1注射填充不足43 14.2.2溢边（毛刺、飞边、批锋）43 14.2.3制件尺寸不准确4415模具工作过程及工艺性与经济性分析44 15.1模具工作过程44 15.2工艺性与经济性分析4416设计结论45参考文献46致谢47小型计算器外壳注塑模设计学生：阳成海指导老师：吴彬（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要:本设计通过对小型计算器外壳工艺的正确分析，设计了一副一模两腔的塑料模具。在本套模具设计过程中详细地叙述了模具成型零件包括定模板、模仁、动模板、镶块、导杆、斜推杆、滑块等的设计过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，及推出机构、浇注系统以及侧向分型、抽芯机构的设计过程，利用当今业界广泛应用的绘图软件pro/E、AutoCAD分析了各方案可行性，并绘出了整套模具，并对成型零件进行了计算。分析并选择了各个成型零件的材料，对其刚度，强度进行了校核，并对试模与产品缺陷作了介绍，最后进行了对模具工艺性与经济性分析。 关键词：塑料；模具；侧向分型；多型腔Design of Small Calculators Shell Injection MoldStudent:Yang Cheng HaiTutor:Wu Bin(Qrient Science&Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: The design is aim to accurately analyse the Shell craft of small calculator ,and designs mold two cavity plastic molds. (In this set of mold design process)make a clear introduction about the mold to take shape in detail the components after to decide the template, the mold kernel, moves the template, inlays the block, the guide rod, the oblique putter, the slide and so on the design process,selection of the important components craft parameter,and promoted the organization, pours systematic as well as the lateral minute pulls out the core organization the design process, make use of field widespread application cartography software in the field like pro/E, AutoCAD to analyzed various plans feasibility,drew the entire wrap mold, and to took shape the components to carry on the computation ,analysis and chooses has taken shape one by one the components material, the intensity has carried on the examination, and has made the introduction to the experimental mold and the product flaw, finally has carried on to mold technology capability and efficient analysis.Keywords：plastic；injection mould；petal mold modules；excessive casements1 前 言模具被称为“工业之母”，是国民经济的基础工业。而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。为了适应社会发展需要，满足企业对人才的需求，近年来，我国各级学校大多开了“模具设计”专业，并将“塑料成型工艺及模具设计”为主要必修课。本论文的主要目的为：开发一套塑料注射模具。1.1 塑料模国内外发展现状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，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具，六点五公斤大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具，多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星。亩模具有限公司制造多腔光碟和影碟齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度，同轴度，跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08毫米的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02毫米0.05毫米，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量，寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模，高效多色注射模，镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司，天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 - MOLD的气辅软件，取得较好的效果。如益宇气辅设备等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10，与国外的5080相比，差距较大。在制造技术方面的CAD / CAM / CAE一体化技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的的CAD / CAM系统，如美国EDS公司的UG软件，美国参数技术公司的专业/ Emgineer，美国简历公司的CADS5，英国Deltacam公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE，以色列公司的Cimatron公司，美国交流科技公司的 -模具及澳大利亚Moldflow的公司的精神创伤和痛苦塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了的CAD / CAM的集成，并能支持两院技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具的CAD / CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模的CAD / CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA电子图板系统，华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及工程院软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况，能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具的CAD / CAM技术创造了良好条件。2 拟定模具结构形式2.1 确定型腔数量及排列方式2.1.1 塑件成型工艺性分析该塑件是一小型计算机外壳，如下图所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为聚丙烯（PP，20%40%短玻纤增强），在本设计中选用的收缩率为0.5。成型工艺很好，可以注射成型。该产品主要用于计算器外壳，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用潜伏式浇口。利用弹簧滑块机构来实现侧抽芯。如图1、图2、图3所示：图1 计算器外壳Fig.1 The case of calculator图2 计算器外壳Fig.2 The case of calculator 图3 塑件尺寸Fig.3 The size of plastics 2.1.2 塑料材料的成型特性 （1） 无定形塑料，热稳定性好，成形温度范围宽，超过330C才呈现严重分裂，分解时产生无毒，无腐蚀性气体。（2） 吸湿性极小,但水敏性强,含水量不得超过0.2%,加工前必须干燥处理,否则会出现银丝,气泡及强度显著下降现象。（3） 流动性差,溢边值为0.06mm左右,流动性对温度变化敏感,冷却速度快。（4） 成形收缩率小,如成形条件适当,塑件尺寸可控制在一定公差范围内,塑件精度高。（5） 可能发生应力开裂,易产生应力集中(即内应力),应控制成形条件,塑件宜退火处理消除内应力。（6） 熔融温度高,粘度高,对大于200g的塑件应用螺杆式注射机成形,并喷嘴应加热,喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴。（7） 塑件壁不宜取厚,应均匀,避免有尖角,缺口及金属镶件造成应力集中,脱模斜度宜取2,若有金属镶件应预热,预热温度一般为110130C。（8） 粘度高,但对剪切作用敏感,浇注系统宜设冷料穴。进料口附近有残余应力，必要时可采用调节式进料口，模具宜加热，模温一般取70120C为宜，应注意顶出均匀，模具应用耐磨钢，并淬火。（9）筒温度对控制塑件质量是一个重要因素，料温低时会造成缺料，表面无光泽，温度高时易溢料，出现银丝暗条，塑件变色有泡。注射压力宜高不宜低。（10）模温对塑件质量影响很大，薄壁塑件宜取80120C，模温低则收缩率，伸长率。抗冲压强度大，抗弯，抗压，抗张强度低，模温超过120C塑件冷却慢，易变形粘模，脱模困难，成形周期长。表1聚丙烯力学性能Tab.1 The mechanical properties of polypropylene材料性能纯PP短玻纤PP屈服强度/MPa377890抗拉强度/MPa无无断裂伸长率/%75%泊松比0.3275%泊松比0.32弯曲强度/MPa67.5132弯曲弹性模量/GPa1.813.58抗压强度/ MPa77110抗剪强度/ MPa4053简支梁冲击强度(无缺口)/(kJ/m2)不断57.8简支梁冲击强度(缺口)/(kJ/m2)55.89010.7布氏硬度HBS8.659.83表2聚丙烯的物理热性能Tab.2 The physical thermal properties of polypropylene塑料性能纯PP短玻纤PP密度/(g/cm3)0.91.041.05比体积/( cm3/g)0.83无续表2吸水性/%(24小时)长时间23500.010.0323浸水中0.152350RH0020.323浸水中0.2透明度或透光度计算收缩率130.40.8熔点(粘流温度)/170176170180热变形温度/45N/cm2180N/cm21021155667127线膨胀系数/(10-/)5.8103.08.4比热容/J/(K)19001680热导率/W/(mK)0.2260.237燃烧性/(/min)自熄自熄比热容/J/(K)19001680热导率/W/(mK)0.2260.237燃烧性/(/min)自熄自熄表3 聚丙烯塑料成形条件Tab.3 The molding conditions of polypropylene plastic材料PP(聚丙烯，短玻纤化)密度（g/） 1.041.05预热 80100时间（h） 12料筒温度（） 后段 160180中段 180200前段 200220喷嘴温度（） 200250模具温度（） 8090注射压力（MPa） 70100螺杆转速（r/min） 48适用注射机类型 螺杆式较好2.1.3 脱模斜度由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凹模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。聚丙烯的脱模斜度取0.3，本零件高度比较小，可以不采用脱模斜度。2.1.4 型腔数目及排列方式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，以上这些因素有时是互相制约的，在确定设计方案时，须进行协调，以保证满足其主要条件。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并提高塑件精度，模具设计时应该确定型腔数目。常用的方法有两大类：一是按技术参数确定型腔数目；二是按经济性确定型腔数目。型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。该塑件精度要求一般，精度等级为4，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。但是考虑到塑件有两侧抽芯，在脱模是需要侧抽芯因此我们设计的模具为多型腔的模具。选择合适的浇口位置十分重要，对此，我充分考虑力各种各式对浇口位置，最后选择了以塑件卡紧位置为浇口位置，这样对模具对脱模，型腔的布置都十分有利，结合考虑模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如图4示：图4 型腔排列方式Tab.4 The arrangement of cavity2.2 模具结构形式的确定由于塑件外观质量要求一般，尺寸精度要求一般，且装配精度要求一般，因此我们设计的模具采用多型腔单分型面。根据本塑件小型计算机外壳的结构，模具将会采用单分模面、单分型面，也可以采用多分型面、单分模面的结构，模具设计中，要力求简单，尽量减少加工过程，达到最高效益。相对来说采用单分模面、单分型面结构为最佳选择。3 注射机型号的确定3.1 注射量的计算通过计算或pro/E建模分析，塑件质量m1为13.2g，塑件体积V1为12.4cm3,流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。所以流道凝料为13.20.6=6.78g。从上述分析中确定为一模两腔，所以注射量为：m=1.6nm1=1.6213.2=36.16g。3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力计算流道凝料（包括浇口）在分型面的A2，在模具设计前还是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积A1的0.2倍0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以 A=nA1+A2=1.35nA1=25776mm2 （1） 式中 A1为塑件投影面积，根据计算： A1=7507.6mm2 F=AP=2577630=603.1KN式中 型腔压力P取30MPa。3.3 选择注塑机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用SZ-100/630卧式注塑（上海第一塑料机械厂）如下表4表示： 表4 注塑机主要技术参数Tab.4 The main technical parameters of injection molding machine理论注射容量/cm3100锁模力/mm630螺杆直径/mm30拉杆内间距/mm370320注射压力Mpa204移模行程/mm270注射速率(g/s)60最大模厚/mm300塑化能力(g/s)7.3最小模厚/mm150螺杆转速(R/min)14200定位孔直径/mm125喷嘴球半径SR15喷嘴孔直径/mm4锁模方式双曲肘 3.4 注射机有关参数的校核3.4.1 由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数nN ( kMt/3600-m2)/m1=(0.87.3030)/3600-15.6/13.2=12.32 （2）式中 k 注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8; M 注射机的额定塑化量（7.3g/s） t 成型周期,取60s。 m2浇注系统所需要塑料质量和体积，取0.6*2mN 。3.4.2 注射机的最大注射量校核型腔数量n(Kmm-m2)/m1 上边右式=14.62，故符合要求式中 mm注塑机所允许的最大注射量，该注塑机为100。其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定后才可以进行。3.4.3 开模行程的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机双曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。单分型面注射模，其开模行程按下式校核： (510) （3）式中S注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)H1塑件脱出距离H2包括流道凝料在内的塑件高度已知 H1=10mm；H2=62mm所以 H1+H2+(510)=10+62+(510)82mm又由于SZ-100/630卧式注塑机的移模行程为270mm82mm270mm所以开模行程也符合要求。3.4.4 注射量校核注射量以容积表示，最大注射容积为VmaxV=0.8x100=80cm3式中 Vmax模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积（cm3） V指定型号与规格的注射机注射量容积（cm3），该注射剂为100cm3。 注射系数，取0.750.85，无定型塑料可取0.85，结晶型塑料可取0.75，该处取0.8。最小注射量：Vmin=0.25x100=25cm3实际注射量：VS1.2NV1=1.2x2x12.4=30cm3最小注射量实际注射量最大注射量，合格。4 分型面位置的确定如何确定分型面，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应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。对工件的仔细观察，可以发现，本塑件采用一个分型面最好，工件的其他地方最好采用侧抽芯方式进行型芯和型腔设计，如下图所示： A-D为分型面，此分型面就是AD水平面，采用此水平面为分型面简单方便，容易设计而且有利于脱模，本设计中塑件的浇口设计采用潜伏式浇口，浇口设计在塑件的卡紧位置。如果不做也行，但浇口只能用点浇口，对本塑件不适用。分型面就以上确定的曲面ABCD以下就为型腔，如下图中显示ABCD面下的属于型腔，AED面上的属于型芯，并且本塑件有两个内测抽芯，内测抽芯采用滑块抽芯。但是型心的尺寸很小，决定了滑块的尺寸也小。基本上不影响整个型腔的布局。由于本塑件结构较为简单，而且处于对称结构，可以确定为了保证脱模后塑件留在动模上，也即型芯上。塑件留在动模（此为型腔），通过脱模机构即可以把塑件脱出。图5 塑件分型面Fig.5 The sub-surface of plastic parts在考虑分型面的时候，必须考虑到包括产生飞边，排气，塑件表面质量等的影响，根据以上分析，所设计的分型面能很好的排气，能保证塑件表面质量，但可能会产生飞边，从整体上看选择AED水平面作为分型面最好。5 浇注系统形式和浇口的设计5.1 主流道设计5.1.1 主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）=4+0.5=4.5mm 主流道球面半径： SR=喷嘴球面半径+（12）=15+2=17mm5.1.2 主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，本设计虽然是小型模具，但是为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取61，约等于定模板的厚度的1.5倍（见模架的确定和装配图）。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（称浇口套），衬套如图6所式，材料采用T10A刚，热处理淬火后表面硬度为5357HRC。图6 主流道衬套Fig.6 The sprue of bushing主流道凝料体积为： Q主 =/4dn2L=/4(4.5+6.41)/2240=932.1262mm3=0.93cm35.1.3 主流道剪切速率校核由经验公式3.3q/Rn3 （4）=0.948103=948s-15103s-1式中 q=q主 + q分 + q塑件=0.93+0.672+7.432=18.3cm3 Rn=(4.5+6.41)/4=2.7275mm主流道剪切速率尺寸偏小，主要塑喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。5.1.4 主流道衬套的固定因为采用可以拆卸的主流道衬套，所以用定位圈固定在定模板上，下为定位圈，图7所示：图7 定位圈Fig7 Positioning ring5.2 分流道设计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，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。5.2.1 分流道的布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比较特殊，因此采用平衡式。5.2.2 分流道长度如图8所示：分流道L=20mm5.2.3 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积（1） 形状及截面尺寸为了便于加工及凝料脱模，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，梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，对于壁厚小于3mm（此塑模壁厚为1.6mm），质量在200g以下的塑件可用公式来确定截面尺寸：B=0.2654=0.26544=3.3mm （5）根据模具设计大典取B=4mmH=2/3B=2/3*4=2.67 取H=3mm式中 B梯形大底边的宽度（mm）m塑件的重量（g）L分流道的长度（mm）H梯形的高度（mm）梯形的侧面斜角a 常取50150，在应用式时应注意它的适用范围，即塑件厚度在2.2mm 以下，重量小于200g，且计算结果在2.27.5mm 范围内才合理。为了便于加工，主副分流道都采用一样截面都流道，依据上述可以确定主副分流道截面尺寸，如下图8所示：图8 分流道Fig8 Shunt(2)凝料体积 分流道长度： L=20mm 分流道截面积：A=(4+3)/23=10.5mm2 凝料体积为： q分=2010.5=210mm3=0.21cm3(3)分流道剪切速率校核 采用经验公式 3=2.8710-3s-1 在51025103之间，剪切速率校核合理 式中 q=v/t=2v1/1=21.24=2.48cm3 Rn=3=0.1773 t - 注射时间 取1s A - 梯形面积（0.105cm2） C - 梯形周长（1.3cm）(4) 分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8m1.6m即可，在此取1.6m，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之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。如图5.3所示。5.3 浇口的设计浇口亦称进料口，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、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度不低于0.4。浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1) 尽量缩短流动距离。2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3) 必须尽量减少熔接痕。4) 应有利于型腔中气体排出。5) 考虑分子定向影响。6) 避免产生喷射和蠕动。7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8) 注意对外观质量的影响。浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用潜伏式浇口，尺寸为：1mm，0.5mm，具体的表示形式见下图9：图9 浇口Fig.9 Runner 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝。本设计中对于冷料穴的选 择是按照设计的目的来选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴（与推杆相匹配的冷料穴）。这种冷料穴的底部有一根推杆，而推杆安装在推板上，与其它推杆或推管连用。该设计采用的是Z形头冷料穴，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。示意图如图10：图10 冷料穴Fig.10 Cold slug5.4 排气槽的设计在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。1）排溢设计：排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。3）排气系统有以下几种方式：利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。4）该套模具的排气方式有 a.利用塑件推杆的配合间隙；b.在分型面开排气槽；综合以上所述，结合到本模具，本模具采用分型面间隙排气，不用专门设计排气槽。6 模架的确定以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。根据塑料模具设计手册可以确定出标准模架的形式，规格及标准代号。在确定了标准模架尺寸以后就可以用pro/E、AutoCAD等绘图软件把模架调出来。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有利的，提高公司在市场中的竞争力。设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。考虑到设计要求我选择了355L(1)模架中的A1型号，其中L355，由于本设计要求有内侧抽芯机构，根据结构的需要对垫块做了一定的修改，各部分的设计和尺寸如各零件图所示：1）定模座板（400355，厚25mm） 通过4个16的内六角螺钉与定模板连接；2）定模板（315355，厚40mm） 用以固定型腔，通过4个16的内六角螺钉与定模座板连接。3）动模板（315355，厚40mm） 用以固定型心，通过4个6的内六角螺钉与模仁连接。4）动模座板（400355，厚32mm） 其注射机顶杆孔为40mm； 其上的推板导柱孔与导柱采用H7/f7配合。5) 垫块（56355mm，厚80mm） 1.主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 2.结构型式：可以是平行垫块、也可以是拐角垫块。（该模具采用平行垫块） 3.垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。 4 .垫块的高度计算： h垫块=h限钉+h顶垫+h顶固+s顶+ = 0+21+20+25+4 =80（mm）式中 顶出行程的富裕量，一般为36mm，以免顶出板顶到动模垫板7 成型零件的设计与计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、滑块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。本套模具的成型零件主要包括型芯，型腔，四个滑块，两个楔紧块，四个抽芯。以下对各成型零件进行分析计算。7.1 成型零件钢材选用对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：（1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。（2） 抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra0.05m。要求钢材硬度在3540HRC为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。（3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。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）具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。根据塑件结构属于中等复杂的，成形压力较大，表面质量一般决定模具表面质量一般这一事实，再依照上述标准，故在设计成型零件(凹模)中选用了40Cr。40Cr的供货硬度不高，易于切削加工。而后再通过渗碳、淬火、回火等热处理，钢材硬化，具有46.551.5HRC，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。7.2 凹模的结构设计型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4m以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。该设计采用整体式凹模，具体的形式见图11：图11 整体式凹模Fig.11 The integral of die7.3 凸模的结构设计凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。本零件表面比较简单，因为此零件结构较简单，所以可以采用整体式凸模。该凸模图如图12：图12 整体式凸模Fig.12 The Integral of punch7.4 成型零件工作尺寸的计算所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）、凹模的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。影响塑件精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 7.4.1平均收缩率计算型腔尺寸聚丙烯的收缩率一般为1%3%,因为是短玻纤化PP,从而得出聚丙烯的平均收缩率为0.5%。计算径向尺寸。由塑料模具技术手册得出聚丙烯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的宽度尺寸为68.2mm，所以查表得=0.64（1）按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式 （6） 式中LM凹模的径向尺寸，mmScp塑料的平均收缩率，%Ls塑件径向公称尺寸，mm塑件公差值，mmz凹模制造公差，mm已知Ls=70mmScp=0.005 =0.64mm所以z=/5=0.128mmLM=70(1+0.005)-3/40.64+0.128 =70.061+0.128塑件的长度尺寸是109.6mm时，查表得=0.82，z凹模制造公差，mm取/5（下面的计算都安此计算）。依据上面的公式得出： =109.6(1+0.005)-3/40.82+0.164=109.533+0.164以下为其他型腔工作径向尺寸的计算： z/5 0.32 z0.065 22.4(1+0.005)-3/40.32+0.065 22.272+0.065 z/5 0.64 z0.128 67.7(1+0.005)-3/40. 64+0.0465.55+0.128 z/5 0.24 z0.041 11.2(1+0.005)-3/40.24+0.041 11.076+0.041 z/5 0.24 z0.041 14.7(1+0.005)-3/40.24+0.041 14.6+0.041（2） 凹模深度尺寸由塑料模具技术手册得出聚丙烯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的深度尺寸Hs=0.58mm，所以查表得=0.16mm按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式 （7）式中HM凹模的深度尺寸，mmScp塑料的平均收缩率，%Hs塑件高度公称尺寸，mm塑件公差值，mmz凹模深度制造公差，mm已知Hs=5.8mmScp=0.005=0.18mm所以z=/5=0.036mmHM=(1+0.005)5.82/30.18+0.036 =5.71+0.036而另外一个高度尺寸为3.2mm，查表得=0.14mm，因为：Scp=0.005=0.14mm所以z=/5=0.028mmHM=(1+0.005)3.2-2/30.14+0.028 =3.12+0.0287.4.2 按平均收缩率计算型芯尺寸（1）径向尺寸由塑料模具技术手册得出聚丙烯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的内径尺寸型芯长为106.4mm按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式 （8）式中LM组合型芯的径向尺寸，mmScp塑料的平均收缩率，%Ls塑件径向公称尺寸，mm塑件公差值，mmz组合型芯制造公差，mm已知Ls=106.4mmScp=0.005=0.82mm所以z=/5=0.164mm=(1+0.005)106.4+3/40.82-0.164=107.547-0.088型芯的径向尺寸是66.8mm时，查表得=0.64，z凹模制造公差（mm）,取/5=0. 128。依据上面的公式得出：=(1+0.005)67.8+3/40.64-0.128=67.619-0.128 以下为其他型芯（包括侧抽芯）径向尺寸： 0.08 z/5 z0.08/5（1+0.005）1.7+0.750.08-0.0016 1.77-0.0016（2）型芯高度尺寸由塑料模具技术手册得出聚丙烯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。根据前面所设计凸模的高度为5.8mm按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式 （9）式中HM组合型芯高度尺寸，mmScp塑料的平均收缩率，%Hs塑件孔深度公称尺寸，mm塑件公差值，mmz组合型芯高度制造公差，mm已知Hs=4.2mmScp=0.005=0.18mm所以 z=/3=0.06mm=(1+0.005)4.2+2/30.18-0.06=4.341-0.06以下为其他型芯高度尺寸 z=/3 0.16 z=/30.053（1+0.005）2.8+2/30.16-0.053 2.92-0.053 z=/3 0.16 z=/30.053（1+0.005）1+2/30.16-0.053 1.11-0.0537.5 模具强度的校核在注塑的过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。由于流道分布为平衡式，故采用整体式矩形型腔。7.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算图13 型腔侧壁厚度Fig.13 The thickness of cavity wall （1）利用刚度公式计算 （mm） （10）式中 S矩形型腔的侧壁厚度，mm； a型腔侧壁受压高度，30mm； p型腔压力，30MPa； E模具材料的弹性模量，碳钢为2.1105MPa； 刚度条件允许变形量，0.05mm； L型腔长边长度225 mm；C常数，由/之值决定，可查工具书，也可用以下公式计算： 查得为0.930 42mm（2）利用强度公式计算 （11） 式中 S矩形型腔的侧壁厚度，mm； 短边/长边之比值，即b/L=140/2250.62； W系数，查表得：0.176 模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用35.2mm这个尺寸。7.5.2 整体式型腔底板厚度计算图14 型腔底板厚度Fig.14 The thickness of the cavity floor（1）利用刚度公式计算 （12）式中 h型腔底板厚度，mm； P型腔压力，30MPa； b矩形板受力短边长度，140mm； L矩形板受力长边长度，225 mm； E模具材料的弹性模量，2.1105MPa； 刚度条件允许变形量，0.05mm。 C|由L/b之值决定的常数，查表得：0.0209（2）利用强度公式计算 式中 h型腔底板厚度，mm； P型腔内压力，30MPa； 短边/长边之比值，即b/L=140/2250.62； 模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用7.02mm这个尺寸。8 导向机构的设计8.1 合模导向零件机构的作用（1）定位作用 模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸正确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。（2）导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导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) 承受一定的侧向压力 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，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大，就不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。(4) 保持机构运动平稳 对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。(5) 承载作用 当采用推件板脱模或双分型面模具时，导柱有承受推件板和型腔板的作用。8.2 导柱导向机构8.2.1 导柱（1）导柱的设计 a.该模具采用带头导柱，且不加油槽。 b.导柱的长度必须比凸模端面高度高出68mm。 c.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。 d.导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度。 e.导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。 f.导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4m。 g.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55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。（2）导柱的结构形式 导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置保证模具运动导向精度的圆柱形零件。导柱的基本机构形式有两种形式。一种是带有轴向定位台阶，固定段与导向段具有同一公称尺寸、不同公差带的导柱，称为带头导柱。另一种是轴向定位台阶，固定段尺寸大于导向段导柱的导柱，称为带肩带油槽导柱。该夹板模具导柱的结构如图15所示：图 15 导柱Fig.15 Guide post采用带头导柱，其结构较为简单，导柱与导套相配合，导套固定孔直径与导柱固定孔直径相等，两孔可同时加工，确保同轴度的要求。（3）导柱的结构和技术要求a.长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出812mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯进入型腔。b.形状 导柱前端应该导圆角，以使导柱顺利进入导向孔。c.材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢经渗碳淬火处理或T8、T10钢经淬火处理，硬度为5055HRC。导柱固定部分表面Ra为0.8m，导向部分表面粗糙度Ra为0.8-0.4m。d.数量及布置 导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1-1.5倍），为确保合模时时只按一个方向合模，导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置，本设计中采用等直径导柱不对称分布，如图16所示：图16 导柱的分布Fig.16 Guide the distribution of columnf.配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合;导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。8.2.2 导套导套是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，保证模具运动蹈乡精度的圆套形零件。（1）导套的设计a. 结构形式：采用带头导套（型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔。 b.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。 c.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/m6或H7/k6配合镶入模板。 d.导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。（2）导套的结构形式。导套常用的结构形式有两种，一种是不带轴向定位台阶的导套，称为直导套。另一种是带轴向定位台阶的导套，称为带头导套。直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板应采用带头导套。由于本设计中导套经过的定模板较厚，采用的是带头导套。此模具导套的结构如图17所示：图17 导套Fig.17 Guide sleeve（2）导套结构和技术要求a. 形状 为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。导柱孔最好做成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。b. 材料 导套用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8m。c. 固定形式及配合精度 该封头模具采用H7/r6配合镶入模板，并在台肩处装上紧定螺钉来固定。9 脱模机构及复位机构的设计塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。9.1 推出机构的组成9.1.1 推出机构的组成推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的零件称为推出零件。常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。9.1.2推出机构的分类推出机构可按其推出动作的动力来源分为手动推出机构、机动推出机构、液压和气动推出机构。手动推出机构是模具开模后，由人工操纵的推出机构塑件，一般多用于塑件滞留在定模一侧的情况；机动推出机构利用注射机开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模；液压和气动推出机构是依靠设置在注射机上的专用液压和气动装置，将塑件推出或从模具中吹出。推出机构还可以根据推出零件的类别分类，可分为推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、成型推杆（块）推出机构、多无综合推出机构等。另外，也可根据模具的结构牲来分类。9.1.3 推出机构的设计原则推出机构应尽调协在动模一侧。由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。(1） 保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。(2） 机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利地脱模。(3） 良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设置在塑件内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。(4）合模时的正确复位设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。9.2 本模具的推出机构9.2.1 推出机构的选择(1) 采用普通推杆和斜推杆，每个塑件有5个普通推杆，一个斜推杆，共为6个；(2) 推杆应设在脱模阻力大的地方；(3) 推杆应均匀布置；(4) 推杆应设在塑件强度、刚度较大处，故设在塑件有弧度处，此处强度和刚度都较大；(5) 推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合；(6) 通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.050.10mm； (7) 推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm1mm的间隙（由于该套模具各塑件的6个推杆分布不是很紧凑，故采用单边0.5mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象； 8.推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra0.8。9.2.2 斜推杆斜推杆柱的斜角一般为510，最大不得超过15，本设计采用5，斜推杆的尺寸如下图所示，在本设计中，虽然推杆长度很高，但是由于尺寸比较小,且推杆的宽度相对于塑件足够大，故完全符合其强度，刚度的要求，但在模具中则考虑其他尺寸的装配，材料多采用优质钢材T8A、T10以及20号钢渗碳处理，淬火硬度55HRC以上。表面粗糙度要求Ra1.6。具体形式如图18所示下：图18 斜推杆Fig.18 Oblique putter(1) 最小开模行程计算最小开模行程是指抽出侧滑块所必需的开模运动距离H，其公式如下： （13） 式中 H最小开模行程，mm； S抽拔距，为7mm； 斜推杆斜度，5。 (2) 斜推杆的强度校核其公式如下： （14） 式中 斜推杆的强度，MPa； L1力臂长度，m； d斜推杆的长度，m。 而钢材的许用应力为200MPa，所以选取的斜推杆直径符合要求。9.3 脱模阻力的计算塑件壁厚与其内孔直径之比大于1/20，为厚壁壳体形塑件，且塑件断面为圆环形，故所需脱模力的计算公式如下：（分别计算定、动模上型芯的脱模阻力） （15）式中 E拉伸模量，聚丙烯为6.5 成型平均收缩率，为0.5% t塑件的平均厚度，约为1.6mm L塑件包容型芯的长度，为1mm 泊松比，0.32 脱模斜度，为2 f塑料与钢材之间的摩擦因数，为0.3 R型芯直径，为R=1.7m B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部有通孔时，10B项应视为零 K1由f和决定的无因次数，可由下式计算： 1 K2由（=R/t）和决定的无因次数，可由下式计算 =5.94 代入得 Q=716.88N0.71688kN根据本模具的设计，本模具的动力机构完全可以克服脱模力，本脱模机构设计完全符合标准，具体图参看装配图。9.4 复位机构设计有脱模机构就必须有复位机构，复位机构得作用主要是脱模后回到合模状态以进行下一次注射，本模具中虽然有侧向抽芯机构，但是由于是内测抽芯，且滑块较小，与推杆的干涉问题不大，故可以直接采用一般的复位机构，可以满足设计的要求。其示意图如图19所示: 图19 复位杆Fig.19 Reset lever10 抽芯机构的设计凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作的机构，统称为侧向分型抽芯机构，从广义上讲，它是实现塑件脱模的装置。这类模具脱出塑件的运动有两种情况：一种是开模时首先完成侧向分型或抽芯，然后推出塑件；第二种是侧向抽芯或分型于塑件推出同步进行。10.1 机构分类及机构选择侧向分型机构类型很多，通常按动力来源分三种类型，其中以机动侧向分型机构最为常用。(1) 手动侧向分型抽芯机构 设有此类分型抽芯机构的模具结构比较简单，且生产率低，劳动强度大，抽拔力有限，故在特殊场合才采用。(2) 机动侧向分型抽芯机构 一般指借助注射机的开模力或顶出力于合模力进行模具侧向分型、抽芯及复位动作机构。这类机构经济性好，效率高，动作可靠，适用性强。其主要形式有：弹簧分型抽芯、斜销分型抽芯、弯销分型抽芯、斜滑块分型抽芯、齿轮齿条分型抽芯等。其中以斜销分型抽芯用的最广泛。(3) 液压（气压）侧向分型抽芯机构 系指以压力油（或压缩空气）作为动力源，驱动模具进行侧向分型、抽芯及复位的机构。这类机构的主要特点是抽拔距离长，抽拔力大，动作灵活，不受开模过程限制，常在大型注射模中使用。如注射机本身带有备用液压缸，尤为适用。根据本模具实际情况，本设计属于内侧抽芯机构，且型芯尺寸很小，不需要很大的抽拔力，故可以直接采用滑块抽芯，抽拔力很小，用弹簧来提供这个推动力就足够了，塑件两侧抽芯，每侧都可设置一弹簧，方便且实用，而且对推杆等装置不会产生影响。10.2 抽拔距与抽拔力及机构组成10.2.1 抽拔距 将侧向型芯或拼合凹模（滑块）从成形位置抽拔或分开至不妨碍脱模位置的距离称为抽拔距。一般抽拔距取侧孔深度加13mm，这里为1mm，如图20所示为本塑件的抽拨距： 图20 抽跋距Fig.20 Postscript from the pumping 本塑件孔深为1mm，半径为0.85mm。虽然相对塑件本身来说比例很小，但由于是内测抽芯，必须考虑到塑件的整个尺寸，所以在设计抽芯机构的时候还得设计一个楔紧块作为定位机构。抽芯距的计算公式如下： （16）式中 S抽芯距，mm； S1取出塑件最小尺寸，7mm； 10.2.2 抽拔力抽出侧向型芯或分离侧向凹模所需的力称为抽拔力，抽拔力的计算与脱模力计算相同，抽拔力的计算公式如下： （17）式中 E拉伸模量，聚丙烯为6.5 成型平均收缩率，为0.5% t塑件的平均厚度，约为1.6mm L芯的长度，为1mm 泊松比，0.32 脱模斜度，为2 f塑料与钢材之间的摩擦因数，为0.3- R芯的平均直径，为1.7mm B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部有通孔时，10B项应视为零 K1由f和决定的无因次数，可由下式计算： 1 K2由（=R/t）和决定的无因次数，可由下式计算 =5.62 代入得 Q=747.78N0.74778kN10.2.3 滑块 滑块是可动零件，滑块与侧型芯既可以做出整体式，也可以做出组合式，本设计的是整体式滑块，如图21所示，材料采用T8A钢，成形部位采用局部热处理达到要求硬度。塑件的小抽芯部分直接装在滑块上。具体可以参考零件图。图21 滑块Fig.21 Slider10.2.4 导滑槽导滑槽是维系滑块运动方向的支撑零件，因此要求滑块在导滑槽内运动平稳，无上下窜动和卡紧现象。对导滑槽与滑块的配合要求运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，其结构如图22所示。导滑部分的表面应有足够硬度，但在本设计中，滑块成形了塑件的外形为了减少制造成本，所以导滑槽的导滑部分表面硬度应稍低滑块的硬度。导滑槽直接设计在动模模仁内。图22 导滑槽Fig.22 Guide chute10.2.5 楔紧块当塑料熔体注射入型腔，它以很高的压力作用于型芯，且由于本设计中的侧抽芯是内侧抽芯，弹簧一直处于一种压缩的状态，这样作用在滑块上的力就会迫使滑块外移。作用力等于塑料压力和沿滑动方向塑料作用在型芯或模块上投影面积的乘积。由于滑块和弹簧的刚度较差，故常采用楔紧块面来承受这一侧向推力，同时楔紧块必须保证滑块准确定位，故可将楔紧块直接镶嵌在定模板内，方便开模。其示意图如图23所示:图23 楔紧块Fig.23 Tight wedge block11 冷却系统的设计无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量也比较高。为了使模温能控制在一个合理的范围内，必须设计模具温度达到调节系统。冷却系统的设计是对模具进行冷却调节，从而达到控制模温的目的。对模具的冷却与塑料品种，塑件的形状与尺寸、生产效率及成型工艺对模具的要求有关。11.1 冷却系统的计算塑料传给模具的热量与自然对流到空气中的模具温度、辐射到空气中的模具热量及模具传给注塑机的热量的差值即为用冷却水扩散的热量。忽略模具因空气对流、热辐射以及与注塑机散发的热量，不考虑模具金属热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略的计算。根据设计要求，此注射模用于成形PP制品，用常温（20C）水作为模具冷却介质，其出口温度为25C，并且冷却水在通道内呈湍流状态，模具宽度为355mm需要设计冷却水孔直径d及开设的冷却水孔数。查手册 模具的温度为8090C，则平均温度为75C。成型周期为60s查手册 PP成型时放出的热量i=5.9102 kJ/kg 这里取5.9105J/Kg。 (1) 单位时间内注入模具中的热量Q（Kg/min） =13605.9102=4.6105 (2) 求冷却水的体积流量V由下式得 =0.0022m3/min （18） V冷却水的体积流量（m3/min） M单位时间内注入模具的塑料质量（Kg/min） 塑料成型时在模内释放的热焓量 （J/Kg） C冷却水的比热容（J/KgK） 冷却水的密度 （Kg/m3） t1冷却水的出口温度 （C） t2冷却水的进口温度（C） (3) 求冷却水孔直径 根据体积流量,有表查找和冷却水道要易于加工清理，一般水道的孔径为8mm左右,由于本模具A 板与模仁比较薄，选冷却水孔直径d=4mm 4.求冷却水在水孔内的流速 = 5.冷却水孔总传热面积A由下式计算： = 60460/1827627.5 (19） =0.055 式中：A冷却水孔的总传热面积m2M单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/h）塑料成型时在模内释放的热焓量（J/kg）T模具热度（）T冷却水的平均温度（） 冷却孔壁与冷却水间的传热系数 为18276（KJ/（h） 6.求模具上应开设的冷却管道的孔数 0.055/3.140.0060.355.8611.2 冷却系统的结构与布置11.2.1 冷却通道设计的基本原则（1）冷却通道离凹模既不能太远有不能太近，以免影响冷却效果和模具的强度。通常其边距为10-20mm。（2）冷却通道的不应通过镶块和镶块接缝处，以防止漏水。（3）冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应畅通无阻。冷却通道直径一般为8mm左右。进水管直径的选择，应使进水处的流速不超过冷却通道中的水流速度，要避免过大的压力降。（4）水管的接头部位，要设置在不影响操作的方向，通常朝向注射机的背面。（5）水管与水嘴的连接处必须密封，防止漏水。（6）进出口冷却水温差不宜过大，避免造成模具表面冷却不均匀。11.2.2 冷却装置的结构塑料制件的形状是多种多样的，对于不同形状的塑件，冷却水道的位置与形状是不一样的。封头塑件属于中等深度的塑件，当考虑到塑件较小，壁厚不大，分型面为一平面，且定模上有镶块，采用只在定模板一侧等距离钻孔的形式。其分布如图24所示：图24 冷却水道 Fig.24 Colling watercourse12 塑件质量的分析12.1 合格的塑件应满足的要求（1）尺寸、粗糙度符合图纸要求；（2）形状完整无缺，表面光泽平滑，不得产生不允许的各种成形缺陷及弊病；（3）推杆残留凹痕不得过深，一般不的超过0.5mm，不存在推出不良和脱模不良等弊病；（4）飞边不得超过规定要求；（5）保证塑件质量稳定。12.2 模具性能（1）各工作系统坚固可靠，活动部分灵活平稳，动作互相协调，定位起止正确，保证稳定正常工作，满足成型要求和塑件质量及生产效率；（2）脱模良好，塑件留落方向符合设计要求 （3）嵌件安装方便，可靠，正确；（4）对成型条件及操作要不苛刻，便于掌握投产；（5）各主要受力零件有足够强度及刚性；（6）模具安装平稳性好，调整方便，工作安全；（7）加料、取料把及塑件方便安全；（8）消耗塑料少；（9）配件及附件的使用性能良好12.3 次品分析 表5 次废品原因分析Tab.5 Analysis of reason waste名称原因分析填充不足：主要由于供料不足、融料填充流动不良，充气过多及排气不良等原因导致填充型腔不满，塑件外型残缺不完整。1.装料不足，装料不匀或不易成型部位装料少；2.成型压力小或预热过度、不足或不匀；3.塑料流动性太差；4.塑料内含水分及挥发物多。；气泡：融料内充气过多或排气不良，导致塑件内残留气体，并呈笔记较小或成串的空穴。1.塑料含水分及挥发物多，预热不良；2.料温高，加热时间长，塑料降解分解；3.注射速度快。；表面波纹：融料沿模具表面不是平滑流动填充型腔，而是成半固化波动状态沿型腔表面流动或融料有滞流现象。1.塑料流动性差；2.料温、模温、喷嘴温度低；3.供料不足。翘曲，变形：脱模不良，冷却不足，素件强度不足模具变形等原因使塑件形状畸变，翘曲不平或型孔偏，壁厚不均匀等现象。1.模温高，模具应冷却；2.塑料塑化不匀，供料不足或过量；3.成型温度范围小，冷却时间短，脱模时 ，塑件受力不匀或脱模后冷却不当黑点、黑条：塑料分解或料中可燃性挥发物，空气等作高温高压下分解燃烧，在塑件表面呈现黑点，黑条纹。1.塑料分解；2.料筒、喷嘴及模具具有死角滞料分解。脱模不良：由于填充作用过强，模具脱模性能不良等原因，使塑件脱模困难或脱模后塑件变形、破裂。成型时间太短喷嘴与浇口套间有加料。粘附浇口套。续表5有杂质、异物；1.塑料顶分解变质；2.预热时混入异物。表面不光泽：模具粗糙度不良，融料和模具不密合，料温及模温不当使塑件不光亮，呈乳白色或发乌。1.塑料含水分，挥发物过多；2.塑料流动性差；3.料温及模温过高或过低。13 注射模具选材13.1塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材表6 成型零件的选材Tab.6 Forming part of the selection零件名称材料牌号热处理方法硬度说明型腔45调质216260HB用于形状简单、要求不高的型腔、型芯淬火4348HRCT8A、T10A淬火5458HRC形状简单的小型腔、型芯CrWMn40Cr4Cr5MoSiV淬火5458HRC用于形状复杂、要求热处理变形小的型腔、型芯或镶件型芯20CrMnMo渗碳淬火20CrMnTi13.2 模板零件的选材表7 模板零件的选材Tab.7 The template part of the selection 零件名称材料牌号热处理方法硬度垫板（支承板）45淬火4348HRC动、定模板动、定模座板调质230270HB固定板45调质230270HBQ235A垫块45、Q235A推件板T8A、T10A淬火5458HRC45调质230270HB13.3 浇注系统零件的选材主流道衬套选用T8A、T10A ，热处理采用淬火，硬度达到5357HRC。13.4 导向零件的选材表8 导向零件的选材Tab.8 The oriented part of the selection零件名称材料牌号热处理方法硬度导柱T8A、T10A淬火5055HRC20渗碳、淬火5660HRC导套T8A、T10A淬火5055HRC13.5 侧向分型与抽芯机构的选材斜滑块选用40Cr， 热处理采用淬火，硬度达到5458HRC。13.6 推出机构零件的选材表9 推出机构的选材Tab.9 The introduced organizations of the selection零件名称材料牌号热处理方法硬度推杆T8A、T10A淬火5458HRC推板45淬火4348HRC推块、复位杆45、T8A淬火4348HRC推杆固定板45、Q235A13.7 其它零件表10 其他零件的选材Tab.10 Other parts of the selection零件名称材料牌号热处理方法硬度定位圈45淬火4348HRC各螺钉45淬火4348HRC浇口套45淬火4348HRC弹 簧65Mn13.8 该套模具所用材料的性能比较表11 材料性能比较Tab.11 Comparison of material properties钢号切削加工性淬透性淬火不变形性耐磨性耐热性Q235A优差差45优差差中差T8A优差差中差T10A良差差良差40Cr良优优优良14 模具的试模与修模试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。以检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。14.1 试模中遇到的问题首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模首先应当解决的问题。14.1.1 粘着模腔制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是：（1） 注射压力过高，或者注射保压压力过高。（2） 注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。（3） 冷却时间过短，物料未能固化。（4） 模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。（5） 型腔内壁残留凹槽，分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。14.1.2 粘着模芯（1） 注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模，尤其成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。（2） 冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。（3） 模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。（4） 机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。（5）可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。14.1.3 粘着主流道（1） 闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。（2） 料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。（3） 主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。（4） 主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.51mm。一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。142 成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。1421 注射填充不足所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见。其主要原因有：（1）熔料流动阻力过大这主要有下列原因：主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳。制品壁厚过薄。（2）型腔排气不良这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。（3）锁模力不足因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。应调大锁模力，保证正常制件料量。14.2.2 溢边（毛刺、飞边、批锋）与第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺更大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其主要原因有：（1）注射过量（2）锁模力不足（3）流动性过好（4）模具局部配合不佳（5）模板翘曲变形14.2.3 制件尺寸不准确初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。这时不要轻易修改型腔，应行从注射工艺上找原因。（1）尺寸变大注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩率趋向小值，使制件的实际尺寸偏大；模温较低
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