压盖塑料注塑模具设计

前言大学四年的学习即将结束，毕业设计是最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习的基础上，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个全面、系统的理解，达到了学习的目的。塑料是近代兴起的一门新兴产业，在人民生活、工业生产、国防等多方面都得到了越来越大的应用。塑料制件在工业中应用日趋普遍，这是由于它的一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，所以有“以塑代钢”的优点。塑料强度高，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很好的耐腐蚀能力；塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料跻身于金属、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缺少的重要材料之一。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，尤其是结合了计算机辅助系统之后，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、管理信息化、经营国际化的方向发展。在塑料模具中注射模具是应用最广泛、类型最多、结构最复杂的一种。在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，满足塑料制件的使用要求，降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注塑模可成型上百万次，这与模具的设计、模具材料及模具的制造有着很大的关系。由于工业塑件和日用塑料制品的品种的需求量很大，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此促进塑料模具生产不断向前发展。1绪论1.1塑料注射模具简介模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。塑料成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。注射成型也称为注塑成型，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30%，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50%。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70%被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中，80%以上都要采用注射成型的方法生产。随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。1.2国内外塑料模具现状我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来发展很快，有些已达到或接近国际水平。随着改革开放政策的不断深入，国外先进制造技术的不断引进，模具CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，已经取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。这些先进技术的发展对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了重大的作用。然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，其中广东、江苏昆山、浙江宁波等沿海一带模具工业最为发达，但内地模具工业基本上还是空白。而且从总体上来看，与国际先进水平相比差距还很大。主要表现在以下方面：塑料模具生产技术水平不高，与国外先进水平相差甚远；我国塑料模制造企业设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率比国外低很多，且设备不配套、利用率低的现象十分严重；开发能力低，在市场上处于被动地位，创造的经济效益方面，国内有些企业是微利甚至亏损；国内外模具企业管理上的差距十分明显；我国塑料模具市场总体上供不应求，特别是大型、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分明显。1.3模具的发展趋势随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，高精度、高效率、自动化、精密、高寿命仍然是模具发展必然的趋势。从技术上来说，主要有以下几个方面：（1）CAD/CAM/CAE技术将全面推广；（2）快速原型制造（RPM）、高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术、高压注射成型及相关技术将得到更好的发展；（3）开发新的模具材料，如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料；（4）模具表面强化热处理新技术应用，如我国研制的PMS镜面塑料模具，就是在低级材料中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度≤30HRC，然后加工成型，再进行时效处理，使模具硬度上升到40~50HRC，从而大大提高了模具的使用寿命。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。振兴和发展我国塑料模具工业，特别是注射模具将越来越受到人们的重视。2塑料制件及材料的分析2.1.塑料制件结构的设计2.1.1塑件形状及结构的设计原则塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此在设计塑件时要充分发挥其性能优点。在满足使用要求的前提下，塑件形状应尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺要求。塑料制件主要是根据使用要求进行设计，塑件设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、电气性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能好的塑件。同时还应力求结构简单，壁厚均匀，成型方便。在设计塑件时，还应考虑其模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出机构简单。塑件设计时应注意以下事项：（1）塑料的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、对应力的敏感性；（2）塑料的成型工艺性，如流动性；（3）塑件形状应有利于冲模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化；（4）塑件在成型以后的收缩情况及各向收缩率的差异；（5）模具的总体结构，特别抽芯与脱出塑件的复杂程度；（6）模具零件的形状及其制造工艺；对于流动性差、收缩率大、易变形、精度要求高、形状复杂、内应力不平衡的制品，其尺寸都不易过大。制品的配合表面按需要选取，非配合表面精度可低一些。模具粗糙度低于制品1~2个等级，塑件常用脱模斜度为1~1.5°，当塑件有特殊要求时，斜度可设计为外表面5′，内表面10~20′，塑件上有凸起或加强筋时，单边应有4~5°的斜度，侧壁有花纹时4~6°的脱模斜度。2.1.2压盖结构的设计及分析本设计塑料制件为压盖，外形如图2－1所示：图2－1塑料制品Fig.2-1plasticproduct（1）从结构上分析，该制品的结构比较简单，但是考虑到塑件应有一定的厚度，壁厚太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象，而壁厚太厚塑件内部又会产生气泡，外部会产生凹陷等现象，同时还增加了成本，壁厚不均还造成收缩不均，因此塑件的壁厚一般取1~4mm为宜，此塑件壁厚为3mm；（2）从尺寸精度分析，该制品除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，，一般精度等级，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证；（3）从表面质量分析，该零件表面质量要求较高，外表面不得有熔接痕、气痕、飞边等缺陷产生.。综合分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，该制品的成型要求可以得到保证。2.2塑料制件材料的选用分析塑料可分为两种：热固性塑料和热塑性塑料；其中热塑性塑料又分为四大类：烃类塑料（非极性塑料）、含有极性基团的乙烯基类塑料、工程塑料和纤维素类塑料。2.2.1塑件材料的选用原则塑料制件的选材应考虑以下几个方面：（1）塑料的力学性能，如强度，刚性，韧性，弹性，弯曲性能，冲击性能以及对应力的敏感性；（2）塑件的物理性能，如对使用环境温度变化的适应性，光学特性，绝热或电气绝缘的程度，精加工和外观的完美程度；（3）塑件的化学性能，如对接触物（水、溶剂、油、药品）的耐性，卫生程度以及使用上的安全等；（4）必要的精度，收缩率的大小以及各项收缩率的差异；本设计中压盖选用ABS树脂作为材料,即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。2.2.2ABS性能和特点ABS树脂是流动性中等的热塑性材料。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。表2－1ABS的综合性能Tab.2-1ABSsynthesisnature属性数值属性数值比重g/cm1.02~1.06抗拉屈服强度MPa50比容k/cm0.86~0.98拉伸弹性模量MPa1800吸水性%0.2~0.4冲击韧性MPa无缺口：26.1收缩率%0.3~0.8缺口：1.1熔点℃130~160脱模斜度（型芯）型腔：40′~1°20′体积电阻系数6900000型芯：35′~1°表2－2ABS的技术指标Tab.2-2ABSqualification属性 高强度冲击超高强度冲击收缩率%0.4~0.70.5~0.7相对密度1.071.05拉伸强度MPa6335弯曲强度MPa9762弯曲弹性模量GPa3.01.8冲击强度K/m6.03.0硬度（洛氏）R121R100热变形温度℃89872.2.3ABS的成型特性（1）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。（2）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。（3）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）。（4）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50℃~60℃，要求光泽及耐热型料宜取60℃~80℃。注射压力应比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射机时料温为180℃~230℃，注射压力为100MPa~140MPa，螺杆式注射机则取160℃~230℃，70~100MPa为宜。模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力过大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），在成型时的脱模斜度﹥2度，收缩率取﹥0.5%。3注塑成型模具的概述模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具，成型塑料制品的模具叫做塑料模具。塑料成型模具可分压制成型、压铸成型、注射成型、挤出成型、中空制品吹塑成型、真空或压缩空气成型等几种模具。3.1注塑模具设计中应考虑的问题本设计选用的是注射模具，设计时，既要考虑塑料熔体流动行为等塑料加工工艺要求方面的问题，又要考虑模具制造装配等模具结构方面的问题。（1）了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处的流动阻力，流动速度，校验最大流动长度。根据塑料在模具内流动方向（即充模顺序），考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气导出的问题；（2）考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题了；（3）通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善制品的内应力；（4）进浇点和分型面的选择问题；（5）制件的横向分型抽芯及顶出问题；（6）模具的加热和冷却问题；（7）模具有关尺寸与所用注射机的关系，包括与注射机的最大注射量、锁模力、装模部分的尺寸等关系；（8）模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、光洁度、强度和刚度，易于制造和装配。以上这些问题并非孤立存在，而是相互影响的，应综合考虑。3.2注射模具典型结构注射模具的结构是由注射机的形式和制件的复杂程度等因素决定的。凡是注射模具，均可分为动模和定模两部分。注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。根据模具上各个零件所起的作用，可分为以下几个部分：（1）成型零部件：成型产品的零件称为成型零部件，它通常由凸模（成型塑件内部形状），凹模（成型塑件外部形状），成型杆、镶块等构成。模具的型腔由动模和定模有关部分联合构成。其中型腔个数是由用户要求，产量要求和注射机要求来确定的，应对称布置。（2）浇注系统：将塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道称浇注系统，由主流道、分流道、浇口、冷却井等结构组成。（3）导向部分：为确保动模与定模合模时准确对中而设导向零件，起定位导向作用。通常有导向柱、导向孔或在动模定模上分别设置互相吻合的内外锥面，有的注射模具的顶出装置为避免在顶出过程中顶出板歪斜，还设有其它导向零件，使顶出板保持水平运动。（4）分型抽芯机构：带有外侧凹或侧孔的塑件，在被顶出以前，必须先进行侧向分型，拔出侧向凸模或抽出侧型芯，才能顺利脱出。（5）顶出装置：也叫脱模机构，是在开模过程中，将塑件从模具中顶出的装置。主要由顶杆、顶板、顶出底板及主流道拉料杆等组成。（6）冷却加热系统：也叫温度调节系统。模具内设有冷却或加热系统。冷却系统一般在模具内开设冷却水道，加热则在模具内部或周围安装加热元件，如电加热元件。（7）排气系统：为了在注射过程中将型腔内原有的空气排出，常在分型面处开设排气槽。但小型塑件排气量不大，可直接利用分型面排气，许多模具的顶杆或型芯与模具的配合间隙均可起排气作用，故不必开设排气槽。3.3注射模具分类注射模具的分类方法很多，按其在注射机上的安装方式可分为移动式（仅用于立式注射机）和固定式注射模具；按所用注射机类型可分为卧式或立式注射机用注射模具和角式注射机用注射模具；按模具成型腔数目和分为单型腔和多型腔注射模具；按注射模具的总体结构特征可分为以下几种。3.3.1单分型面注射模具单分型面注射模具也叫双板式注射模具，它是注射模具中最简单的一种，构成型腔的一部分在动模上，另一部分在定模上。卧式或立式注射机用的单分型面注射模具，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后制品连同流道浇料一起留在动模一侧。动模上设有顶出装置，用于顶出制件和流道浇料。3.3.2双分型面注射模具（1）带有活动镶件的注射模具：由于塑件的特殊要求，模具上设有活动的螺纹型芯或侧向型芯或哈夫块等。（2）横向分型抽芯注射模具：当塑件有侧孔或侧凹时，在自动操作的模具里设有斜导柱或斜滑块等横向分型抽芯机构。在开模时，利用开模力带动侧型芯作横向移动，使其与制件脱离。（3）自动卸螺纹注射模具：对带有内螺纹或外螺纹的塑件要求自动脱模时，在模具上设有可转动的螺纹型芯或型环。（4）定模设顶出装置的注射模具：由于制件的特殊要求或形状的限制，将制件留在定模上，则在定模一侧设置顶出装置。开模时，有拉板或链条带动顶出装置顶出制件。（5）无流道注射模具：主要包括热流道和绝热流道注射模具。综以上所述，结合压盖形状，本设计中采用单分型面双板式注射模具。3.4拟定模具结构形式3.4.1确定型腔数量（1）按注射机的最大注射量确定型腔数目n；（2）按注射机的额定锁模力确定型腔数；（3）按制品的精度要求确定型腔数：生产经验认为，增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%。为了满足塑件尺寸精度需使型腔数目减少；（4）按经济性确定型腔数。型腔的数量是由要求给定，生产批量为大批量，结合塑件的大小，综合考虑经济性、锁模力和注射量，可以设计为一模两腔，因此我们设计的模具为多型腔的模具。3.4.2确定型腔布置方案多型腔在模具上通常采用圆形排列，H形排列，直线形排列以及复合形排列等。在设计时应注意如下几点：（1）尽可能采用平衡式排列；（2）型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象；（3）尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸；（4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工麻烦，从平衡角度考虑应尽量采用H形排列。综合以上考虑，我们可将一模两腔布置成对称平衡式排列，同时结构紧凑一点。3.4.3选择分型面模具上用于取出塑件和浇注系统疑料的可分离的接触表面通称为分型面。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）分型面应避免开设在制品光亮平滑的外表面或圆弧的拐角；（2）从制件的顶出考虑分型面应尽可能使制件留在动模边；（3）从保证制件各部分同心度出发，同心度要求高的制件，取分型面时最好把要求同心度高的放在同一侧；（4）有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯结构时，取分型面时应能考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模方向；（5）应选择在塑件的最大截面处；（6）有利于保证塑件的尺寸精度，台阶面应置于模具同一侧；（7）尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需锁模力；（8）长型芯应置于开模方向，有利于减少抽拔距；（9）有利于排气，将分型面置于熔料充模的末端；塑件的最大轮廓处是塑件的底面，同时可以保证制品表面的精度和外观质量要求，同时有利于模具的加工工艺性。在本设计中，根据制件的结构特点，采用推板顶出一次脱模机构，侧浇口两板式注射模。具体结构如图3-1：图3-1模具结构Fig.3-1moldconstruction4注射机型号的选取4.1注射机的概述注射机规格的选取主要是根据塑料件的大小及生产批量来确定的。注射成型机的分类按用途：热塑性塑料注射成型机，热固性塑料注射成型机；按外形：立式，卧式，角式；3）按能力：小型（注射量小于50cm³），中型（注射量在50~1000cm³），大型（注射量大于1000cm³）；4）按塑化装置分：螺杆塑化装置，柱塞塑化装置；5）按操作：手动，半自动，自动。

（2）注射成型的结构组成1）注射系统：料斗，塑化部件（料筒，螺杆，电热圈）喷嘴；2）锁模系统：实现模具的启闭，锁紧，塑件顶出；3）传动操作控制系统。（3）注射机的基本参数1）一般以注射量表示注射机的容量；2）基本参数：公称注射量，合模压力，注射压力，注射速度，注射功率，塑化能力，合模与开模速率，最大成型面积，模板尺寸，模板间距离，模板过程。（4）注射成型机的工作过程合模—注射—保压—冷却—开模—取塑件—合模4.2注射机的选择依据压盖结构和ABS注射成型的相关工艺参数（见表4－1），综合制品的质量、投影面积、几何形状、制品精度、批量以及经济效益方面因素的考虑选用卧式螺杆式注射机，型号为SZY-300，有关参数见下表4－2：表4－1ABS工艺参数Tab.4-1ABStechnologicalParameter属性数值属性数值注射机类型螺杆式预热和干燥温度(℃)80~85料筒温度前段：180~200预热和干燥时间(h)2~3中段：165~180喷嘴温度(℃)170~180后段：150~170模具温度(℃)50~80注射压力(MPa)70~100螺杆转速(r/min)30注射时间(s)20~90后处理方法：红外线灯、烘箱表4－2注射机技术参数Tab.4-2injectiontechnicalParameter属性数值属性数值型号SZY-300注射重量(g)320螺杆直径(mm)60理论容量(cm)300注射压力(MPa)125螺杆转速(r/m)230锁模力(kN)1400喷嘴球半径(mm)12开模行程(mm)340喷嘴孔直径(mm)4最大模厚(mm)355定位圈直径(mm)125最小模厚(mm)130模板尺寸(mm)520x620机器重量(t)2.5外形尺寸(mm)5300x940x18154.3有关参数校核4.3.1最大注射量的校核注射机标称注射量有两种表示方法，一是用容量(cm3)表示，一是用质量(g)表示。国产的标准注射机的注射量均以容量(cm3)表示。为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（塑件和流道凝料质量之和）应在公称注塑量的35%~75﹪范围内，最大可达80﹪，最小应不小于10﹪，为保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50﹪~80﹪。（4－1）V—一个成型周期所需注射的塑料容积,cm3N—型腔数目Vn—单个塑料件的容量，cm3Vj—浇注系统凝料的容积，cm3（4－2）Vg—注射机额定注射量，cm3本制品采用一模两腔，即n取2，同时使用PRO/E分析塑件和胶料容积：塑件和流道凝料的体积没有超过注射机的额定注射量，且在其额定注射量的80%内，完全符合要求。4.3.2注射压力的校核注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要，制件成型所需的压力是由注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。ABS注射成型压力为70~100MPa，SZY-300注射压力为125MPa，故满足要求。4.3.3锁模力的校核锁模力又称合模力，是为了克服在注塑充模阶段和保压补缩阶段，模腔压力可产生使模具分开的张模力的作用，合模系统必须对模具施以闭紧力。工艺合模力为额定合模力的0.8~0.9倍，以保证可靠的合模成型，壁厚均匀的日用品模腔压力为25MPa，一般民用产品为30MPa，工业制品为35MPa，精度高，形状复杂的工业制品为40MPa。当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生一个很大的力，使模具沿分型面张开，其值等于制件和浇口流道系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内塑料压力。作用在这个面积上的总力，应小于注射机的额定锁模力，否则在注射时会因锁模不紧产生严重的溢边跑料现象。对于流动性差、形状复杂、精度要求高的制品，成型时需要较高的型腔压力。型腔内熔体压力可按下式计算：（4－4）P0—注射压力，MPaK—压力损耗系数，与塑料品种、注射机形式、喷嘴阻力、流道阻力等因素有关，其值在0.3~0.7范围内选取，可取K为0.5。一般小型制品的型腔压力为20~40MPa，本制件型腔内的平均压力大约为30MPa，因此其在型腔内产生的推力约为：故满足要求。4.3.4模具厚度的校核注射机规定的模具最大厚度Hmax与最小厚度Hmin是指模板闭合后达到规定锁模力时动模板和定模板的最大与最小距离，因此，所设计模具的厚度Hm应落在注射机规定的模具最大与最小厚度范围内，即（4－4）—模具闭合厚度，mm—注射机允许的最小模具厚度，即注射机动、定模固定板之间的最小开距，mm—注射机允许的最大模具厚度，mm否则不能获得规定的锁模力。本模具的厚度为264mm，注射机规定的最大厚度为355mm，最小厚度为130mm，满足要求。4.3.5模具的长度和宽度模具的长度和宽度要与注射机的拉杆间距相适应，使模具安装时可以穿过拉杆空间在动定模固定板上固定，通常有螺钉固定和螺钉压板压紧两种固定方式。当用螺钉直接固定时，模具固定板与注射机模板上的孔必须吻合；用压板固定，只要模具固定板需要安装压板的外侧附近有螺孔就能固定，有很大的灵活性。本模具长为355mm，宽为250mm，在所选注射机拉杆内距之内，满足要求。本模具选择压板固定方式。4.3.6开模行程校核模具开模后为了便于取出塑件应有足够的开模距离，因此模具设计时必须进行注射机开模行程的校核。对于带有不同形式锁模机构的注射机，其最大开模行程有的与模具厚度有关，有的则与模具厚度无关。本模具为单分型面模具，开模行程可按下式校核（4－5）—塑件脱模（推出）距离，mm—塑件高度，包括浇注系统在内，mm—注塑机最大开模（移动模板行程），mm由公式得开模行程小于注射机移模行程，故满足要求。5浇注系统设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道，其主要作用式输送流体和传递压力。浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节，在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，此设计采用一模两腔，它对注射成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类型。本设计选用的是普通浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。5.1普通浇注系统的组成及设计原则（1）考虑塑料的流动性，保证流体流动顺利，快，不紊乱；（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统应尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低；（3）确保均衡进料：尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；（4）塑料耗量要少，在满足充满各型腔的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量；（5）消除冷料：浇注系统应能收集温度较低的冷料，防止其进入型腔，影响塑件质量；（6）排气良好：浇注系统应能顺利引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体顺利排出，防止塑件出现缺陷；（7）塑件外观质量：根据塑件大小，形状及技术要求，做到去除修整浇口凝料方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用；（8）塑料熔体流体特性：大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，予以充分利用。5.2模具型腔压力周期分析将模具型腔压力对时间作图就可以得到模具压力周期。模具压力周期一般分为四个阶段：充模阶段—向模内补料阶段—倒流阶段—浇口封闭后的冷却阶段。对于，模具型腔的压力周期的分析和研究，有助于选择型腔能承受的最大压力，一般来讲，在向模内补料阶段模腔内的压力将会产生一个峰值，而在充模阶段压力快速上升达到这个峰值，在倒流阶段模内压力下降，但会在冷却阶段产生残余应力。残余应力的大小对脱模产生很大的影响，如果残余应力太大，所需脱模力就较大，在顶出制品时就会产生划伤、卡住或破裂现象，但如果残余应力为负压，则会造成制品收缩率较大或产生凹痕、缩孔等缺陷。5.3主流道的设计主流道指喷嘴口起到分流道入口处的一段，是紧接注射机喷嘴到分流道为止的那段流道，与注射机喷嘴一般在同一轴线上。物料在主流道中不改变流动方向，主流道断面形状一般为圆形。其设计基本原则有：（1）为便于流道凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，具有2~6°的锥角，内壁有Ra0.8以上的粗糙度，其小端直径常见为4~8mm，并且小端直径应大于喷嘴直径约1mm，否则凝料将无法脱出。（2）主流道与塑料熔体反复接触，进口处与喷嘴反复碰撞，因此主流道常设计成可拆卸更换的主流道衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。一般选用T8、T10制造。热处理硬度为HRC52~56。有时将主流道衬套大端的圆盘突出定模端面5~10mm，并与注射机定模板的定位孔成为动配合，起定位环作用。（3）主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，以避免高压的塑料从缝隙处溢出。一般凹坑的半径R2应比喷嘴头半径R1大1~3mm，如若相反，则主流道凝料将无法脱出。（4）直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料，主流道可设计成粗的圆柱形。根据以上的设计原则，本设计采用的主流道长度为58mm，锥角取2°，主流道进料口处的球面半径R2为14mm，凹入深度5mm，进口处直径为5mm；浇口套的中心孔状为主流道，具体结构见下图5-1：图5-1浇口套Fig.5-1spruebush5.4分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。5.4.1分流道设计要点（1）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。（2）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。（3）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。（4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。5.4.2分流道的长度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。5.4.3分流道的断面分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。因ABS的推荐断面直径为4.5~9.5，部分塑件常用断面尺寸推荐范围。分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的份流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。5.4.4分流道的布局在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等。这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。5.5浇口的设计5.5.1浇口的作用浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口以外），是塑料注入型腔的入口。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大，是浇注系统的关键部分。浇口的主要作用是：（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，用以控制熔接缝的位置。浇口截面积通常为分流道截面积的0.03~0.09倍，浇口截面形状多为矩形和圆形两种。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。5.5.2浇口的设计原则（1）浇口能实现快速、一致性好、单方向性填充的类型；（2）位置能使型腔内的空气在注射时从型腔内释放；（3）浇口选取不同的位置会产生不同的结合线，应适当安排浇口的位置；（4）选择合适的浇口位置和尺寸以防止激射，可增大浇口或浇口位置放在使熔体直接注射到型腔壁上的位置；（5）浇口处熔料的凝固时间是最有效的填充时间；（6）位置应设在塑件的最厚处，不影响外观，尽量避免产生喷射等缺陷，有利于塑料熔体流动；（7）长度应尽可能小：1~15mm；（8）浇口直径是浇口处塑件厚度的50%~80%，针点式浇口和潜伏式浇口直径一般选0.25~2.0mm；（9）纤维填充材料需较大的浇口以尽可能减少纤维在经过浇口时的破损；（10）塑件上有加强筋可作为通道，有利于型腔排气，减少或避免塑件的熔接痕，考虑分子取向对塑件性能的影响。5.5.3浇口的常见形式浇口是指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，起着料流速度、补料时间等的调节控制作用。浇口的常见形式有：（1）针点式浇口：是一种尺寸很小的浇口。物料通过时有很高的剪切速率，对于降低牛顿液体中假塑性液体的表观粘度是有益的，还有摩擦生热提高料温的优点。其结构尺寸：浇口直径为0.3~2mm，常见为0.5~1.8mm，台阶长度为0.5~2mm,常见为0.8~1.2mm。浇口与制件相接处采用圆弧或倒角，使针点浇口拉断时不致损伤制件。与浇口相接的流道下部具有圆弧，增大了此处截面积，减小了熔体的冷却速度，有利于补料。当塑件较大时，用多点进料，可缩短流程，加快进料速度，降低流动阻力，减少翘曲变形。对于薄壁制件，由于针点浇口附近的剪切速率过高，会造成分子的高度定向，增加局部应力，甚至开裂。因而将浇口对面壁厚增加并呈圆弧过渡，同时圆弧还有储存冷料的作用。模具应采用双分型面（三板式）模，增加的分型面用以脱出流道凝料。（2）潜伏式浇口：又名隧道式浇口、剪切浇口。潜伏式浇口是由针点式浇口演变而来的。进料部位选在制品较隐蔽的地方，以免影响制品的外观，顶出时，流道与塑件自动分开，故需大的顶出力，对于过分强韧的塑料，不适合于潜伏式浇口。（3）侧浇口：又名边缘浇口。一般开于分型面上，从塑料边缘进料，是典型的矩形浇口。对中小型塑件其典型尺寸为：深0.5~2.0mm，通常取制品最大壁厚的1/3~2/3，视材料的收缩情况和补缩需要而定；宽1.5~5mm，台阶长1.0~2.5mm视制件重量和材料流动性能而定。（4）扇形浇口：是边缘浇口的一种变异形式，常用来成型宽度较大的薄片状制品。塑料经过扇形浇口，在横向得到均匀分配，可降低制品的内应力和带入空气的可能性。但浇口的断面积不宜大于分流道的横断面积。（5）平缝式浇口：又称薄片式浇口，对于大面积的扁平制件（如片状物），可以采用平缝式浇口，物料可以通过平行流道得到均匀分配，以较低速度呈平行流均匀地进入型腔，降低了制件的内应力，减少了取向产生的曲翘，提高了制件的质量。（6）圆环形浇口：主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品。这样可使进料均匀，在整个圆周上取得大致相同的流速，空气容易顺序排出。（7）轮辐式浇口：适用于范围类似于圆环形浇口，但是它把整个圆周进料改成了几个小段圆弧进料，其浇口去除方便，浇口回头料较少，同时由于型芯上部得以定位，因此增加了型芯的稳定性。缺点是制件上带有几条合缝，对制件强度有影响。（8）爪浇口：是轮辐式浇口的一种变异形式，与轮辐式浇口的区别在于分流道与浇口不在一个平面内，适用于管状制件，尤其适用于制件内孔较小的管状制件和同心度要求高的制件。（9）护耳式浇口：又名分接式浇口，小浇口易产生喷射造成各种缺陷，采用护耳式浇口可以避免这种缺陷，通过小浇口的塑料冲击在凸出块对面的壁上，从而降低了速度，改变了流向，均匀的进入型腔。（10）直接式浇口：又叫中心浇口，主流道型浇口。它的特点有：尺寸较大，冷凝时间较长。压力直接作用于制件上，易产生残余应力。浇口凝料的去除较困难。流动的阻力小，进料的速度快，用于大型长流程式的单腔制品，可以较好地补缩。5.5.4浇口开设部位的选择（1）避免熔体破裂现象在塑件上产生缺陷；（2）考虑定向方位对塑件的影响；（3）有利于流动、排气和补料；（4）减少熔接痕，增加熔接强度，考虑流动比；（5）防止物料将型芯或嵌件挤歪变形。本模具设计采用一模两腔的形式，采用侧浇口，半圆形截面。浇口半径为2mm，浇道长度1mm，浇口与分流道采用半径为4mm的球面曲面连接。综合以上所有分析，浇注系统的设计完成，最后浇注系统会形成如下的凝料，具体结构见下图5-2：图5-2凝料Fig.5-2clottingmaterial5.6冷料井和拉料杆的设计冷料井是为了除去料流中的前锋冷料而设置的。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1~1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。冷料井中常设有拉料结构，以便开模时将主流道凝料拉出。常见冷料井结构有：（1）带Z形头拉料杆的冷料井，这种冷料井适合于弹性较好的塑料。（2）带球形头拉料杆的冷料井，这种拉料杆专用于制件以推板脱模的模具中，同样也是适合弹性较好的塑料。（3）无拉料杆冷料井，其特点是在主流道末端开设一锥形凹坑，在凹坑锥壁上钻一深度不大的小孔，开模时靠小孔的固定作用将主流道凝料从主流道中拉出。脱模时锥形拉料杆顶在塑件或分流道凝料上，模内冷料先沿小孔轴线移动，然后全部脱出。为使冷料能沿斜向移动，分流道应设计成S形或其它具有挠性的形状。此压盖的注塑成型模具是推件板顶出塑件的模具，因为选用球形头拉料杆，具体结构见下图5-3：图5-3拉料杆Fig.5-3spruepuller6成型零部件的设计型腔是模具上直接用以成型制品的部分，成型零件是指构成型腔的零件，通常包括凹模、凸模、成型杆、成型环等。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制品的质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性以及承受塑件的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度和较低的表面粗糙度。表面粗糙度一般为Ra0.8以上，以保证塑料制品表面光亮美观，容易脱模。设计时应首先根据塑料的性能和制品的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸计算成型零件的工作尺寸，从机械加工角度决定型腔各个零件之间的组合方式，详细的确定型腔各零件的结构和其他细节尺寸以及加工工艺要求。型腔数量及布置方案已进行了确定，分型面也已经进行了选取，现设计排气方式后再进行成型零部件的设计。6.1排气结构设计排气是注射模具设计中不可忽视的问题。注射成型过程中，若模具排气不良，型腔内气体受压将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能使塑料焦烧。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。6.1.1注射成型时，模内气体主要来源（1）型腔中原有的空气；（2）塑料原料中所含水份在注射温度下蒸发而形成的水蒸气；（3）注射温度过高，塑料分解所产生的气体；（4）塑料中某些添加剂挥发或化学发应产生的气体。6.1.2排气方式（1）利用分型面上的间隙排气；（2）利用型芯与模板孔之间的配合间隙排气；（3）利用顶杆运动间隙排气；（4）开设排气槽。6.1.3排气槽的设计要点排气槽一般设在分型面上凹模一侧，以便于模具制造于清理；排气槽应设在料流末端和塑件较厚处；排气槽出口方向不应朝向操作人员，并最好呈曲线状，以防止注塑时熔料或高温气体排出烫伤工人；排气槽尺寸一般为宽1.5~6mm，深0.02~0.05mm，以塑料不从排气槽溢出为宜，即应小于塑料的溢料间隙。因小型制件的排气量不大，且模具设置有较多的顶杆，可以利用顶杆的配合间隙和分型面的间隙排气，故不设排气槽，这样大大简化了模具的结构。6.2成型零件的结构设计6.2.1凹模的结构设计凹模（型腔）是成型塑件外表面的部件，按其结构可分为：（1）整体式凹模，适用于形状简单加工容易的型腔。（2）整体嵌入式凹模，可节约模具材料，降低成本。（3）局部嵌入式凹模，用于局部加工较难时的情况。（4）大面积镶嵌组合式凹模，可使加工及热处理简单。（5）四壁拼合的组合式凹模，用于尺寸较大，热处理宜易变形的模具。因本设计采用一模两腔，加工较为复杂，故采用整体嵌入式凹模，如图6—1所示：图6－1凹模Fig.6-1cavity6.2.2凸模的结构设计凸模是用于成型塑件内表面的零件，又称型芯。与凹模相似，凸模也有整体式和组合式之分，形状简单的主型芯和模板可作成整体的；形状比较复杂的，或形状虽不复杂但从节省贵重钢材和减少加工量的角度考虑多采用组合式。对于形状复杂的型芯，为了便于机械加工，其本身也可做成拼合的形式，这时应注意其结构的合理性。本设计中结构设计一个型芯不能满足要求，因此型芯分为大型芯和小型芯两部分组成。如下图所示：图6－2大型芯Fig.6-2bigcore图6－3小型芯Fig.6-3smallcore6.3相关尺寸的计算所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽），型腔和型芯的深度尺寸、中心距尺寸等。6.3.1影响塑件尺寸的因素（1）成型零件工作尺寸的制造误差。（2）成型零件的磨损。（3）塑料的收缩率波动。6.3.2工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算有按平均收缩率计算和按公差带计算两种方法，本设计采用按平均收缩率计算成型零件的工作尺寸。型腔径向尺寸：（6－1）式中—凹模径向尺寸，mm—塑件的平均收缩率（ABS为0.3%~0.8％，平均收缩率为0.5%）—塑件径向公称尺寸，mm—塑件公差值，mm—凹模制造公差(按制品公差的1/3取值），mm则型腔径向尺寸计算为：型芯径向尺寸：（6－2）式中—型芯径向尺寸，mm—型芯的制造公差，mm其他符号意义同上，则型芯径向尺寸计算为：小型芯：大型芯：型腔深度尺寸：（6－3）式中—凹模深度尺寸，mm—塑件高度公称尺寸，mm其他符号意义同上，则型腔深度尺寸计算为：型芯高度尺寸：（6－4）式中—凸模高度尺寸，mm—塑件高度尺寸，mm其他符号意义同上，则型芯高度尺寸计算为：（5）型芯或成型孔中心距的尺寸：（6-5）式中—型芯中心距尺寸，mm—塑件中心距尺寸，mm其他符号意义同上，则型芯中心距尺寸计算为：6.3.3成型腔壁厚的计算在塑料制品的成型过程中，塑料熔体在型腔内产生很大的压力，使型腔发生变形甚至破裂。型腔的变形，不但影响塑件的尺寸精度，还可能使拼合处产生间隙，形成溢料飞边，变形过大，甚至会影响塑件的顺利脱模。为了保证模具的刚度和强度，应该根据模具零件的结构和工作时的受力状况进行必要的刚度和强度计算。对大型模具应以刚度计算为主；对小型模具则以强度计算为主。强度计算的条件是在各种受力条件下的许用应力；刚度计算的条件由模具的特殊性决定，应从以下几方面考虑：（1）模具型腔不发生溢料角度出发当高压塑料熔体注入时，模具型腔的某些配合面会产生足以溢料的间隙，这时应根据不同塑料的最大不溢料间隙来决定其刚度条件。（2）从保证制品精度条件出发塑料制件均有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高的精度，这就要求模具型腔有很好的刚度，即塑料注入时不产生过大的弹性变形。（3）从保证制品顺利脱模出发如果塑料熔体的压力使模具产生过大的弹性变形，大变形值大于制件的热收缩值时，制件的周边将被型腔紧紧包住而难以脱出，强制顶出易造成划伤或破裂，因此型腔允许弹性变形值应小于制品收缩值。本设计采用的组合式圆形型腔，当型腔侧壁受高压塑料熔体作用时，其内半径增长量为，因此在侧壁和底之间产生一纵向间隙，间隙过大将会发生溢料。则（6-6）式中—壁厚，mm—外半径，mm—内半径，mm—泊松比，碳钢取0.25—弹性模数，钢为MPa—允许变形量，mm—型腔内压力，MPa则计算型腔壁厚S得20.05mmmm考虑到方便导柱的安装以及加工冷却水孔，所以在本设计中所采用的壁厚取12mm。7脱模机构的设计和模架的选择在注射成型的每一环节中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构称为脱模机构，或顶出机构。脱模机构的结构主要有七个零件组成即顶出零件，它直接与塑件接触将塑件顶出型腔。顶出是注射成型过程中的最后一个环节，顶出质量的好坏将最后决定制品质量，因此，制品的顶出是不可忽视的。7.1脱模机构的分类按模具类型分类，由于塑件形状不同，脱模机构可分为简单脱模机构和双脱模机构。简单脱模机构包括顶杆脱模机构、顶管脱模机构、推板脱模机构、活动镶件或凹模脱模机构、多元件综合脱模机构和气动脱模机构等种类。双脱模机构又分为顺序脱模机构和二级脱模机构。顺序脱模机构又包括弹簧顺序脱模机构、拉钩顺序脱模机构、滑块顺序脱模机构、导柱顺序脱模机构。二级脱模机构又包括气动二级脱模机构、单顶出二级脱模机构、双顶出板二级脱模机构。7.2脱模机构的设计原则（1）塑件滞留于动模：模具开启后应以使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便模具脱模装置在注射机顶杆的驱动下完成脱模动作。（2）保证塑件不变形损坏：保证塑件在脱模过程中不变形，是脱模机构应达到的基本要求。首先要正确分析塑件对型腔或型芯的附着力的大小以及所在的部位，有针对性地选择合适的脱模方法和脱模位置，使顶出重心和脱模阻力中心相重合。顶出力作用点应尽可能靠近型芯，同时顶出力应施于塑件刚度最大的位置。（3）力求良好的塑件外观：顶出塑件的位置应该尽量设在塑件内部或对外观影响不大的部位，以免损伤塑件外观。（4）结构可靠：脱模机构要工作可靠、运动灵活、无卡死与干涉现象、且制造方便、配合容易。7.3脱模力的计算使塑件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶杆位置位于制件不明显处。7.3.1脱模力的影响因素（1）塑件的结构、形状、大小、壁厚；（2）塑料的性能，如塑料在脱模温度下的弹性模量E、泊松比µ，塑料的瞬时收缩率η，塑料对型芯的磨擦因数k；（3）模具结构、模具零件的加工状况；（4）成型工艺条件，如注射压力、保压压力、保压时间、冷却时间、模具温度等，都会对塑料的瞬时收缩率产生巨大的影响。7.3.2脱模力的计算塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力。此外尚需克服机构本身运动的摩擦阻力及塑料和钢材之间的粘附力。开始脱模时的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力，以后脱模所需的力称为相继脱模力，后者要比前者小，所以计算脱模力的时候，总是计算初始脱模力。要确定将塑件从型芯上脱下的摩擦阻力，应首先确定塑件收缩时对型芯的正压力。在脱模力计算中，（7-1）的为薄壁制件，式中—制品平均半径，mm—制品壁厚，mm计算得本设计制品为薄壁件，其脱模力计算如下：（7-2）式中—塑料拉伸弹性模量，MPa—塑料平均成型收缩率—塑料泊松比—型芯脱模方向高度，mm—脱模斜度修正系数（7-3）在本设计中：，ε在0.4~0.7%之间，取0.5%，µ取0.43，h取55mm，t取3mm；将以上数据代入到公式中得脱模力F为26.1kN。本设计所选的注射机的开模力为30kN，故符合要求。7.4本模具中采用的脱模形式综合上述的各种脱模机构特点，根据塑件的结构、形状、壁厚以及所用塑料的特性和模具结构的特点，在本设计中采用的是一次脱模机构，推件板和顶杆顶出。脱模过程如图7-1所示：abcdef图7-1脱模机构Fig.7-1TheOrganizationofTakeoffMold7.5脱模机构的复位脱模机构将塑件脱模后，在进行下一次成形前，除推板脱模机构以外，必须先行回到初始位置，尤其是有侧向分型的模具，顶杆与侧向抽出型芯之间会相互干扰，这就更要求顶出机构必须在闭模前回到初始状态。常用的复位形式有：复位杆复位、顶出杆兼复位杆复位与弹簧复位。（1）复位杆复位：一般的塑料模具中均采用复位杆复位，复位杆的工作端面顶在定模的固定板上，由于定模固定板没有热处理，为防止在模具工作中复位杆将定模固定板顶出凹坑，一般在固定板上镶入淬火垫块，复位杆的另一工作面与固定顶杆的顶出固定板相连，在模具闭模时，由复位杆推动顶杆固定板,带动顶杆回程。（2）顶杆兼复位杆复位：当塑件的几何形状以及模具结构出现顶杆或顶管的端面局部顶在塑件上，另一部份顶在定模固定板上实施，此时的顶杆既能起到将塑件顶出的作用，同时又能起到使顶杆或顶管复位的作用，这种复位方式叫做顶杆兼复位杆复位。（3）弹簧复位：它是利用弹簧被压缩后产生的恢复弹力使脱模系统复位。弹簧复位应用在脱模系统必须在模具闭合前回到初始位置的模具结构中，这种情况一般出现在如侧向分型型芯与顶杆干扰，或顶杆及顶杆孔内有金属镶嵌件等模具结构中。复位用弹簧为防止弹簧扭斜，应在弹簧内孔中装定位杆，或将弹簧直接套在顶出元件或复位杆上。使用弹簧复位必须注意弹力要足够，一般采用方形截面的弹簧，同时要按时更换，防止弹簧疲劳失效。本设计采用推件板顶出机构，其推杆可以替代复位杆，具有复位杆的作用。7.6模架的选择设计模具时，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。本套模具选用标准塑胶模架，有肩模架D型，其规格如下：A4-200355-P6（GB/T12556-1990），A为50㎜，B为32㎜，C为80mm。具体结构如下图7—2所示：图7－2模架Fig.7-2mouldbases8合模导向机构的设计模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，其主要作用是在工作过程中定位、导向并承受一定的侧压力。合模导向机构可分为导柱导向机构和锥面定位机构。导柱导向机构定位精度不高，不能承受大的侧压力。锥面定位机构定位精度高，能承受大的侧压力，但导向作用不大。8.1导向定位机构的作用导向、定位机构是保证动模与定模合模时正确定位和导向的重要零件通常采用导柱导向，主要零件包括：导柱和导套，有的不用导套而在模板上镗孔代替导套，称为导向孔。本设计中选用导柱导向定位机构，采用导柱和导套。导向、定位机构主要用如下功能：（1）定位作用：为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不会因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均；（2）导向作用：动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，以保证不损坏成型零件；（3）承受一定的侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的影响，使导柱在工作中承受了一定的侧压力。当侧压力很大时，不能单靠导柱来承受，需要增设锥面定位装置。8.2导向机构设计原则8.2.1导向机构的总体设计原则（1）导向零件应合理的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发生变形。导柱中心至模具外缘应至少有一个导柱直径的厚度；导柱通常设在离中心线1/3处的长边上；（2）根据模具的形状和大小，一幅模具一般需要4个导柱。对于小型模具，无论圆形或是矩形，通常只用两个直径相同且对称分布的导柱；（3）由于塑件通常留在动模，所以为了便于脱模导柱通常留在定模。但由于特殊需要的场合，如动模采用推板顶出塑件，推板要由导柱导向时，导柱安装在动模；（4）各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件；（5）当动定模板采用合并加工时，导柱装配处的直径应与导套外径相等；（6）导柱和导套的配合形式对于一般的简单模具，导柱不需要导套，直接与模板导向孔配合；根据需要，模具的导柱也可与导套配合；对于等肩的导柱，导套的外径与导柱直径相等，便于导柱固定孔，导套固定孔的加工；（7）合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致成型零件损坏。8.2.2导柱的设计原则（1）导柱的结构形式。导柱的工作部分的油槽可以储油以改善导向条件，减少摩擦，但增加了制造成本。对于要求不高的模具，也可不加油槽；（2）导柱的长度必须比凸模端面的高度高出6~8mm，以免在导柱未导正方向之前凸模先进入型腔相碰而损坏。此外，导柱长于凸模端面，分模后可按任何有利于操作的位置放在工作台上，而不至于擦伤凸模成型表面；（3）使导柱能顺利进入导向孔，导柱的端面常做成圆锥形或球形的先导部分。球形先导部分因制造费时，一般很少采用；（4）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；（5）导柱的常见安装方式为：导柱尾部通常应埋入模板内，固定部分按H7/m6过渡配合。为了防止导柱从模板中脱出，导柱凸台底部要用垫板压住。导柱滑动部分按H8/f8间隙配合。导柱工作部分的表面粗糙度可为Ra1.6；（6）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用低碳钢（如20、20Mn2B）经渗碳淬火处理，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。8.3导柱和导套的选取及有关尺寸的计算本设计中注射模具属于简单模具，而且是大批量生产，所以在动定模之间的导向可以采用标准型A型导柱（GB/T4169.4-1984），导柱直接与导向孔配合，其结构如图8-1所示。图8-1A型导柱Fig.8-1Atypeguidegallery设计导柱时，可以根据模具的尺寸大小选取部分参考尺寸。本设计选用的导柱直径D为25mm，d为20mm，长度L根据模具的结构取L为100mm，L1为25mm，S为4mm，R为2.5mm。导套选用如下结构的导套（GB/T4169.3-1984），结构如图8-2所示，尺寸与导柱相配合，d为20mm，d1为28mm，d2为28mm的尺寸。图8-2导套Fig.8-2guidebush9温度调节系统的设计在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求有尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。9.1温度调节系统的意义（1）低的模具温度可降低塑件的收缩率；（2）模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形；（3）对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷；（4）随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑件的耐应力开裂性降低，因此降低模具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的；（5）提高模具温度可以改善塑件的表面质量。在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为200度左右，而从模具中取出塑件的温度约为60度，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度。因压盖使用的塑料是ABS，要求模温高，若模具温度过低则会影响塑料的流动性，增加剪切阻力，使塑件的内应力较大，甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。因此在注射开始时，为防止填充不足，充入温水或者模具加热。总之，要做到优质、高效率生产，模具必须进行温度调节。9.2模具冷却系统的设计根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。根据书上的经验值取4根，冷却水口口径为6mm.另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：（1）浇口处加强冷却；（2）冷却水孔到型腔表面的距离相等；（3）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；（4）冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水；（5）进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面；（6）冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。9.3模具加热系统的设计因在ABS要求的熔融温度为200度。而且流动性能为中性，同时在注射时模具温度要求为50～70度，所以该模具必须加热。模具加热方法包括：热水，热空气，热油及电加热等。由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具应用电加热。10Pro/ENGINEER实体造型及运动仿真10.1Pro/ENGINEER特性简介Pro/E是美国PTC公司开发的大型CAD/CAM/CAE集成软件，Pro/ENGINEERWildfire是其最新版本。该软件在工业产品造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、有限元分析、功能仿真以及关系数据库管理等方面都有着广泛的应用，是当今优秀的三维实体建模软件之一。（1）3D实体模型：强调3D实体模型，可随时计算出产品的质量、体积、表面积、重心、惯性矩等相关物理量，能清楚明了产品的真实性。（2）单一数据库：全相关性Pro/E设计的理念是从3D实体模型产生2D工程图，并且自动标注相关尺寸。产品设计过程中，用户在任何时候所做的改变，都会反映到整个设计中，自动更新所有的工程文件，如零件组合、机械加工制造等。（3）以特征为基础的参数式模型结构：“特征”指利用较高级的组成像素来生产具有工程意义的组件，如倒圆角、薄壳、钻孔等。（4）数据管理：Pro/E数据库专为同步工程而开发，以独特的完全联结特性，达成管理同步工程所要求的同步操作程序。（5）易于使用：使用下拉式功能菜单以及图形按钮等直接操作方式，而且大部分选项都可以右击在快捷菜单中找到，并可直接在模型上设置。（6）硬件独立：Pro/E可在UNIX、LINUX、WindowsNT/2000/XP操作系统上执行，并在每个系统均维持相同的外观。（7）尺寸参数化：尺寸为可变的参数，修改尺寸后立即重新产生实体模型，让设计改变不在是设计者的梦魇。10.2Pro/ENGINEER模具设计10.2.1Pro/ENGINEER注射模具设计解决方案Pro/ENGINEER软件中，与注射模具有关的模块主要有三个：模具设计模块（Pro/MOLDESIGN），模座设计模块（ExpertBoldfaceExtension）和塑料顾问（PlasticAdvisor）。在模具设计模块（Pro/MOLDESIGN）中，用户可以创建、修改和分析模具元件及其组件，并可根据设计模型中的变化对它们快速更新。同时它还可以实现如下性能：（1）设置注塑零件的收缩率，收缩率的大小与注塑零件的材料特性、几何形状和制模条件相对应；（2）对一个型腔或多个型腔模具进行概念性设计；（3）对模具型腔、型芯、型腔嵌入块、砂型芯、滑块和定义零件形状的其他元件进行设计；（4）在模具组件中添加标准元件，如模具基础、推销、注入口套管、螺钉（栓）、配件和创建相应间隙孔用的其他元件；（5）设计注射流道和水线；（6）拔模检测（DraftCheck）、分型面检查（PartingSurfaceCheck）分析工具。在模座设计模块（ExpertBoldfaceExtension）中，用户可以将模具元件直接装配到标准或是定制的模座中，对整个模具进行更完全更详细的设计，从而大大的缩短了模具的研发时间。在塑料顾问（PlasticAdvisor）模块中，通过用户简单的设定，系统将自动进行塑料射出成型的模流分析。10.2.2Pro/ENGINEER模具设计流程（1）在零件和组件模式下，对原始塑料零件（模型）进行三维建模；（2）创建模具模型，它包括以下两个部分工作：1）根据原始塑料零件定义参照模型；2）定义模具坯料；（3）在参照模型上进行拔模检测，以确定它是否能顺利脱模；（4）设置模具模型的收缩率；（5）定义分型面；（6）定义体积块，以将模具分割成单独的元件；（7）抽取模具体积块，以生成模具元件；（8）增加浇口、流道和水线作为模板特征；（9）填充模具型腔，以创建制模；（10）创建铸件；（11）定义开模步骤；（12）使用塑料顾问功能模块执行模流分析；（13）估计模具的初步尺寸并选取合适的模座；（14）模座的相关设计；（15）模具的工程图制作，包括对推出系统、水线等进行布局。10.2.3Pro/ENGINEER模具设计Pro/ENGINEER最大的一个特点是模块化的工作形式，每种模式都有它独特的功能，处于不同的工作形式，可以创建或检索不同的模型类型，每一个模型均伴随着一个文件。创建零件时系统会根据所选取的模式，自动给模型增加扩展名，当打开模型时，可以过滤出模型的扩展名。基本的模式有五种：（1）草绘模式：在此模式下可创建一个二维参数化的草图模型，文件扩展名为.sec。（2）零件模：在此模式下可创建一个三维模型，文件扩展名为.prt。（3）装配模式：在些模式下可创建一个将零件组装在一起的三维模型，文件扩展名为.asm。（4）工程图模式：在此模式下可创建一个零件或装配尺寸标注的二维模型，文件扩展名为.drw。（5）曲面模式：在此模式下可创建各种类型的曲面，创建方法与零件模式相似，而且文件扩展名也为.prt。进行制件三维造型时，多在零件模式下，使用文件→新建菜单命令新建一个工作文件。进入零件模式下，可使用插入菜单命令下的拉伸、旋转、曲面等命令进行绘图。本设计的装配图如图10-1所示：图10-1装配窗口Fig.10-1theWindowofAssembly10.3Pro/ENGINEER运动仿真设计Pro/ENGINEER对装配完的组件可以进行动画演示，依次对模具的开合及运动情况进行分析。Pro/ENGINEER动画制作的原理是：通过定义各个要运动的主体