快换接头注塑模具设计说明书

第一章绪论1.1塑胶模具的介绍模具主要分几个大类：注塑，冲压，铸造，挤出等，其中注塑模具的使用最广泛，因为其涉及到的领域很广，种类很多，适合各种类型的产品大批量生产，主要集中在汽车家电日用品等领域，因为质量轻，强度适中等优点，获得市场的广泛应用和认可。模具是轻工业领域的工业基础，加工过程也需要很多精密设备来辅助完成加工，对整个国家的制造实力有重要的体现价值。注塑模具主要的优点集中在下面几个方面：质量轻，强度适中，价格低廉，成型方便，对形状大小有较强的适应性，大小尺寸都可以生产，其次很多特殊材料环保，部分特殊结构的塑料，比如含碳纤维的塑料，强度甚至比钢材还高，所以注塑模具目前使用的领域非常广泛。注塑模具目前主要使用的材料有ABS，PP，PC等，各种塑料的组成都不一样，有的强度高，有些价格低，还有些环保可做为食用餐具食用等，各种不同材料都有特定的食用范围，这也给各种模具的生产设计提供了参数依据。材料的选择也是模具重要的组成部分，选择合适的材料对后期的模具设计生产有非常重要的影响，各种材料的收缩率不同，这就造成了对各种模具生产的尺寸有很大的联系，生产前要掌握好各种材料的收缩情况，对参数定义和计算，才能让生产的模具获得合适的尺寸和外形[1]。模具设计技术和制造业是推动我国经济快速增长的主要产业。模具技术和制造是保证工业生产的基础。随着现代工业的快速发展，模具制造业引起了业界的广泛关注。模具的关键地位是很久以前生产行业中许多行业的收购和支持，该行业80%的零件，如电气行业、汽车行业、仪表行业和通信设计，都是通过模具生产的。这种模具可以制造出高一致性、高精度、高复杂度的产品，同时结合材料损耗高、效率低的优点，生产系统是其他设备和技术无法比拟的。这种模具在业内被称为“利润放大器”。虽然一套模具的设计和制造成本通常很昂贵，但使用寿命很高，一般模具可以打开或关闭数十万次。与成型和生产的工作成本相比，通常是几十倍或几百倍。模具不仅是工业生产的基本保证，也是新型生产行业高效转化方法的基本设备。因此，模具本身属于高比重的高科技产业。塑料模具技术的发展无论是在国内还是国外均处于领先地位。不管过去几十年的发展和未来如何，技术创新是塑料模具向整个行业转变的关键因素。因此，国内外都投入了大量资金和精力，培养了一些塑料模具技术人员，不断为塑料模具输送新鲜血液。我们都知道，不同的技术冲突会产生创新火花，所以当这个庞大的技术人才试图干预生产过程时，我们肯定会开发塑料模具技术。塑料技术最直接的发展给我们带来了更好、更精确的塑料组件，但其背后更好的工艺知识将影响整个行业的发展，并将繁荣和促进整个人类社会文明的发展。因此，培养高素质的高科技人才不仅是国内外最重要的任务，也是塑料模具行业发展进步的动力和要素。1.2注塑模具的发展动态塑料材料作为上个实际以来的一种新型加工材料，在工业生产和日常生活中起到了十分重要的作用，已经以用到了人们生活中的各个方面，由于塑料材料的性能优异、可靠性强，因此他是继金属、木材等材料以后最为重要的一种加工材料[1]。1.3我国注塑模具现状通过模具行业的市场调研的结果表明，注塑模具行业在整个模具的市场中占据了十分重要的地位，现阶段已经成为了市场中最为重要的组成部分，已经是其他模具加工方式无法代替的了[2]。注塑模具的加工方式，可以加工我们所能想象到的各种产品，可以通过其功能，将熔化后的塑料材料制定成各种塑料制品。结合塑料产品在加工过程中的工艺以及方式的不同，通常情况下可以将其划分为注塑模具、传递模具、压缩模具、中空吹塑模具以及挤出模具等[3]。图1.1注塑模具主要应用行业国内的加工模具水平与国外相比起来还有一定的差距，要想让国内所加工得到的注塑模具产品和国际产品接轨，在加工过程中需要满足下列几个条件：（1）准确及合理生产方式；（2）高效率的机械加工设备；（3）与世界接轨，高精度的模具。以上各个方面中，其中最为重要的是第三点，这也是我们能够从“中国制造”转变为“中国智造”的核心关键所在。因为有了注塑模具加工方式的出现，这导致了塑料产品的大批量生产成为了现实，这也是普通塑料材料能够转变为产品的核心所在，在对注塑模具进行设计的过程中，如果在设计过程中，模具的精度稍微存在一点偏差，这就会直接导致产品的品质下降。无法达到使用要求[4]。另一方面，注塑模具的加工方式在塑料制品的推广以及使用方面上都具有十分重要的地位，所以也将注塑模具称作“工业之母”[5]。图1.2中国注塑模具行业地域分布情况伴随着工业4.0和中国智造的进程，材料工程和加工制造行业也得到了飞速的发展。在这种大环境下，注塑模具的发展也有了新的方向，行业中提出了很多和国际接轨的关键参数和技术指标。1.4我国注塑模具存在的问题多年以来，塑料相关产品已经是人们生活中必不可少的一个重要组成部分，同时通过塑料加工产品的方式对其他材料的替换速度也十分迅速，好比如说，现在市面上的大量金属类的饭盒、盆等工具都被塑料所替代。此外，随着人民对产品质量和品质的要求越来越高，也促使了注塑模具行业的高速发展。从现在的行业情况来看，国内注塑模具的产品品质已经有了很大的提升，然而和国外的一线产品对比起来仍然存在一定差距。其中主要的差距主要体现在下列几个方面：1.供给不均匀由于国内的经济发展相对来说还存在很大的不均衡，相关产业的技术水平还较低，大量的模具生产企业的产品主要还是几种在相对较为低端的产品上，因此这种类型的产品在市场上较为泛滥；而在一些对加工生产技术要求很高的产品上，基本上是通过进口的方式来解决的。国内的模具行业中，对于高端技术领域的产品的加工还处于初步发展阶段，还需要通过不断的学习、研究来追赶。2.人才不足模具行业已经成为了我国基础工业，占据十分重要的地位，在发展过程中投入了大量的资源，这也使得其具备十分迅速的发展速度，同时相关的产业技术、配套软件的资源都是在不断的升级和改造的，在这种大环境下，高端的技术人员在产业中也出现了缺乏的状态。3.新科技和技术投入少由于国内现在的情况下，大多数企业生产的产品都停留在低端产品上，对于研发以及创新技术的投入几乎为零，只顾眼前的发展，所以相比起国外发达国家来说，国内在模具行业创新领域的投资并不多，大多研究还停留在高校和科研机构，企业的创新动力不足，致使科技进步不大。4.模具装备水平低总体来看，国内的模具加工设备相比国际先进水平来说还是有很大一段差距，特别是在各类装备的自动控制方面和模具产品的加工精度方面都有很大的差距。因为国内企业制度和资金短缺等一系列因素，模具装备与各类辅助器件与现阶段的生产情况不相符的事情也常有发出现，此外还存在一部分模具装备长时间闲置的情况出现。5.标准化、商品化程度低由于国内的大多是模具生产企业都沿用自身传统的技术，在模具设计上，各家企业都采用自家的设备进行模具的加工，这导致各个企业之间的设备的参数都存在一定的不同，相互之间不能通用。在这种各自为战的情况下，模具的产品之间就会出现前期百怪，会导致行业的加工成本增加。标准件的采用和普及能够大大的降低模具设计成本，规范行业的发展。在一些发达国家中，其标准化的程度是相当高的，而国内存在很大的短板，是未来我们发展的中心，这不是一家企业之力能实现的，需用政府、行业协会、企业之间共同协作完成。6.材料及相关技术落后材料是模具生产中最为重要的影响因素，由于国内在材料行业中发展还不够成熟，这会导致模具产品的质量和国外比较起来还存在很大的不足，同样会限制了模具行业的发展。1.5注塑模具在国内外的发展状况国内的塑料模具行业有一些优势。一是促进了当地经济的发展。其次，该行业的发展需要塑料模具和塑料零件，如手机、饮食等。第三，失业问题在一定程度上得到了解决，可以为人民提供工作，养活家庭。第四，试图提高中国一些塑料模具行业的技术文化水平，让不懂塑料模具技术的人成为具备塑料模具技能的人。第五，在国家的大力倡导和地方政府的支持下，一系列的扶持政策可以使这个行业更加先进，效益最大化，做到最好。我国国内的模具行业起步比较缓慢，特别是注塑模具行业，起步更加缓慢。国内在上个世纪70年代末，国内的模具行业基础非常薄弱，技术实力相对很低，工人的操作水平和各项加工设备也非常落后，培训很少，管理不到位。随着行业发展，到80年代初，随着中国改革开放的到来，各项加工基础工业行业投入发展，国内的模具行业才进入快车道，加速发展起来。到现在，国内的模具也正向着复杂、精确、高效率的方向在不断的发展。图1.32005年-2013年我国注塑模具行业销售额从现阶段的行业情况来看，国内有很多的模具加工共产，行业中从事模具相关产业的人员也非常庞大，无论是从模具的品质上还是从加工进度上来说都有了十分大的进步。国内的模具行业相比较来发发展的较晚，特别是在上个世纪的中国，工业行业的不够发达，民众的消费水平相对较低，这种情况下，国家制造什么产品人民就使用什么产品，这种情况下，也在一定程度上限制了模具加工制造行业的发展。随着改革开放的到来，国内注塑模具行业也得到了飞速的发展，市场需求不断增加，因此很多高校和科研机构进行了深入的合作，促使了一系列的新的技术的研发和引进，国内的注塑模具行业也从此进入高速发展阶段。通过这么多年的高速发展，技术的不断更新和迭代，模具加工行业竞争也越来越激烈，国内注塑模具加工企业中基本已经可以完成市场上需求的绝大部分注塑模具的加工生产，然而在一些高档模具行业中，由于其对精度要求较高，同时加工难度较大，所以还需要不断的增强其研究和开发的能力，需要投入更多的经历去研究和发展。因此，行业中的企业和研究机构需要投入更多的精力去发展。从目前来看，国外发达国家在模具加工产业中有非常明显的特点，那就是自动化、一体化，在加工过程中，国外发达国家充分使用计算机作为其辅助设计加工，在生产中，其加工的品质和加工的效率都非常的不错。国际发达国家他们的模具集成化水平达到了70%～80%，达到局部资源分享，很大程度的缩小了策划时间和加工时间，有效的降低了加工成本，同时能够高效的处理模具加工过程中出现的问题，很好的满足客户的加工需求。1.6注塑模具未来的发展趋势最近几年，国内注塑模具的发展速度非常迅速，相比前几年来说有非常大的提升，部分产品的加工技术水平以及和国外保持一致了，部分企业的发展已经走多了国际领先的地位，具有足够的话语权。然而，由于国内模具行业的底子比较薄弱，各个地方之间的发展不太均匀，因此，总体来说还存在很大的差距，未来国内的注塑模具的发展趋势主要再下列几个方面：1.高品质外观注塑模具随着人们的消费升级，除了追求实用之外还会追求外观的时尚和美观，慢慢也成为了整个市场的风向标。市场需求量也非常巨大，是未来的一个重要的发展方向。2.高效生产注塑模具注塑模具加工中的效率是直接影响加工成本的重要因素，目前大多数企业都存在效率不高的情况，这种情况已经无法满足现阶段工业生产的需要。需要提高模具的加工项目必须要从加工的技术水平上着手。3.绿色制造注塑模具为了顺应国内发扬的"环保加工”的工业大方向，达到此行业出产走向环保、节约能源的目标较好较快的转型，应该努力发扬环保类型模具加工技巧。这其中，一些新的加工技术也营运而生，如高光免喷涂模具、一体注塑模具，这些都是绿色环保建设模具的非常关键的发展方向。4.轻量化注塑模具技术未来另一大发展方向是通过注塑模具加工的产品在结构和强度不变的情况下，能够使其质量更小，在生产中，这种技术主要是通过其自身所出产的成品在初始外观及各项机能上不变化，着力于减弱成品的自身质量，减少能量损耗，主要的方式有改变材料的性能，对模具的结构进行改变等。此外，在注塑模具的研究方面，其中重点的研究对象主要包括：微发泡注塑成形、模具注塑后紧缩成形等。从市场需求的方面来考虑，注塑模具的加工生产机构需要对高端、大体积、精密的模具产品进行着重的投入和研究，在这方面努力赶超国外，提升自身企业的核心竞争力，减少对国外高端模具的进口依赖。1.7注塑模具成型工艺在使用注射成型工艺生产大量塑料产品的情况下，常用的方法是注射成型、挤出成型、压缩成型、滚压成型、吹塑成型。注射成型是塑料成型过程中应用最广泛的方法。含氟塑料和高氟塑料不能用于注射成型工艺，其他所有塑料都可以通过热塑性成型生产。注塑成型周期短，注塑件结构复杂，成型精度高，生产自动化有利。因此，注射成型工艺在许多塑料成型工艺中占有很大比重。在所有塑料成型工艺中，注射成型率为30%至50%。然而，由于需要根据设计和制造相应注塑模具的必要性来设计和制造注塑模具，因此注塑模具具有较高的比精度、较长的使用寿命、较高的注塑机和模具成本，且不适用于成型单个产品和少量塑料产品。通常用于高精度和生产要求的塑料。1.8选题的意义该毕业论文中，针对快换接头的注塑模具进行设计。结合注塑模具设计的理论知识和实际情况，对模具进行设计，主要的研究内容有：（1）通过查阅相关模具行业的文献和报道，对国内外注塑模具的发展现状进行阐述，此外通过文献对注塑模具的发展方向进行探讨。（2）对注塑模具行业的技术理论知识进行回顾，通过本次注塑模具的设计回顾大学四年中学到的相关注塑模具理论知识，包括模具设计、注塑机原理、工艺过程和工艺参数等，通过这些理论知识的积累，为后续模具设计打下坚实的基础。（3）对该产品的注塑模具进行设计，绘制二维以及三维结构图。在注塑模具的制造过程中，塑料模具的设计是最重要的。如果设计方案中出现问题，则后续过程中必定出现错误。塑料模具已经发展了几十年，但随着社会的发展，有必要对其进行改进。设计要求更安全、更稳定、更可靠、更便宜，并且不能完全抛弃传统工艺知识，但必须不断朝着好的方向创新。对于我们今天通过的塑料模具设计师，我们获得了塑料零件，并仔细观察了塑料零件的使用和结构特点，并结合塑料零件中使用的塑料原材料的特性。有必要确定塑料零件是否存在不合理的零件。例如，如果塑料壁太厚或太薄，必须及时提交并解决塑料零件的注塑问题。接下来，判断模具机构是否需要侧向分型机构，或者是否需要侧向抽芯机构。分型面也是设计者必须考虑的主要问题。分型面必须符合分数平面的设计原则。下文详细介绍了这些细节。除了以上几点外，设计者还必须详细考虑橡胶的引入系统、挤出系统、冷却系统等。设计师不仅在思考，而且严肃严格，无法尽可能避免错误。所以，在注塑模具的背后，必须有一位经验丰富、有很多抱负、喜欢学习的塑料模具设计师。1.9设计内容本次设计的主要内容为模具图纸绘制和相关计算，主要概括下面几个方面：首先需要分析塑件的整体结构，因为塑件的形状多样，需要按形状选择合适分型方向，一般有前后左右上下六个方向的选择，确定分型面为第一步也是非常重要的步骤，这决定了模具生产的塑件表面的痕迹位置，比如浇口残留位置，顶出推杆位置等，很多表面有要求的情况是不可以设计推杆或者浇口痕迹的，其次按塑件大小和批量去确定模具的型腔布局，一般一模两腔或者四腔或者更多，需要控制模具的大小，方便生产的安装。最后完成整个模具的其他主要机构，不如推出机构，冷却机构，浇注系统，冷却机构的设计等等。在设计完成后需要对模具进行一系列的计算，主要分注塑机参数的计算，成型尺寸的计算等，还可以对各种推出力等力学进行简单的计算验证，进一步确认设计的可靠度。通过本次设计，基本需要应用到大学所有的课程的相关知识，还可以学习到很多书本无法获取的新知识，可以了解到最近几年机械模具工业，制造业的整体发展水平，同时了解目前这行的就业形势，对未来的工作有很重要的参考价值，同时在设计过程中需要使用多个三维软件和二维绘图软件，通过这次毕业设计来提高自己的综合设计能力，掌握一定的自主解决模具问题的能力。同时，对自己绘画二维图所运用的CAD软件绘画二维图。软件的使用也是对自己所学的一个测试和加强。第二章塑件工艺和材料分析2.1塑件结构分析本次用于模具设计的塑件选择为快换接头，快换接头为一般非规则整体结构，通过塑件图可以了解到，塑件壁厚相对均匀，整体在注塑要求的3-5mm范围内，属于薄壳类结构的塑件，没有特别长或者狭长的结构位置，大小也适中，视觉上整体看到填充性能较好，适合注塑成型。绘制的整体塑件如下：图2.1塑件三维图图2.2塑件二维图通过分析绘制的二维和三维图，整体结构和主要外形尺寸都有体现，首先从尺寸分析，本次塑件的大部分尺寸要求不高，在选择精度的时候可以一般精度，没有标出公差的位置也是默认公差位置可以选择为MT5级，最终模具设计计算可以按此精度设计。塑件上的很多位置没有设计圆角，但是实际模具加工过程不可避免的会有小的圆角产生，所以最终选择设计未注明圆角处设计为R0.1毫米，其次重点分析塑件的脱模斜度，做模具生产过程为了保证塑件可以顺利顶出，没有标注的位置，设计的脱模斜度0.35°～1°左右，具体按塑件的高度选择设计。2.2塑件材料的选用及性能分析参考塑件的性能和各种材料的特性，本次设计选择的注塑材料为ABS。这种塑料为目前常见的材料之一，因为产量大，使用多，加工工艺不复杂，各种牌号系列多等因素，造成目前生产销售价格都不高，也是目前稍廉价的材料之一，一般注塑的原料都为颗粒状，通过注塑融化后进行注塑。ABS材料的整体性能优良，主要集中在韧性和强度适中，密度也不是很大，成型效果好，容易成型各种复杂的形状，对塑件的形状要求不高，所以各种产品都可以使用，又因为成型后冷却时间短，所以注塑效率也是非常的高，一般小型塑件填充冷却时间都是在10秒内，适合大批量的生产。通过了解，ABS主要的性能指标参数如下:材料的比重：0.905g/cm³。收缩率范围：一般在0.4％-0.7％内取。成型国产的熔融温度：200-240℃。成型国产的温度范围：80-130℃。成型压力范围：100-130Mpa。射速：中等射速。2.3塑件的体积质量计算本次采用了三维软件UG模型，建模按塑件的实际尺寸一比一绘制，然后通过测量体的命令，选中塑件，然后调整为体积界面，获得测量结果，具体测量后得到：制件体积：V=45.79cm3，查阅了资料，按材料性能，得到了材料的密度为ρ=0.905g/cm3然后通过质量公式计算出塑件的质量：M=V·ρ=45.79×0.905=41.44g。图2.2塑件体积测量2.4塑料成型设备的选用成型过程中，模具需要通过注塑机施加压力进行对模具填充，同时注塑机还有熔化塑料颗粒的作用，所以注塑机的选择是模具设计过程中一个重要的环节，注塑机种类大小都非常多，需要按模具结构和大小去选择合适吨位和类型的注塑机，注塑机主要分卧式和立式，目前一般的注塑模具都是使用的卧式。本次也是选择此类注塑机，因为这种注塑机模具安装方便，成型后取件也便捷，可以上下前后取件，同时冷却水管布局位置不容易渗透到型芯型腔内。目前卧式注塑生产的品牌也很多，吨位几十吨到几千吨都有，本次设计的塑件尺寸不大，可以按塑件体积和需要注塑量按书本里的国产注塑机性能，初步选一个，参考下面的参数，按体积初步确定注塑机型号为G54-S-200，具体参数如下所示。具体模具尺寸确定后在验证此型号的尺寸是否合适，如果出现无法安装或者吨位太大太小，再进行调整。表2-1部分国产常用注塑机的主要技术参数型号XS-Z-60XS-Z-125G54-S-200XS-Z-300XS-Z-500XS-Z-1000结构形式卧式卧式卧式卧式卧式卧式注塑方式柱塞式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆直径/mm384255606585最大注塑量/(或g)601252003205001000注塑压力/MPa122119109125104121琐模力/KN5006002540140035004500最大注塑面/mm213032064581010001800模具最大厚度/mm300406355480700模板尺寸/mmxmm250×280330×440420×450532×634520×620750×850模具最小厚度/mm70200165130300300最大开模行程/mm180300260340500700喷嘴球半径/mm101010101010孔半径/mm3.03.03.03.03.03.0第三章注塑模具的方案设计3.1分型设计通过设计资料和文献参考，总结出选择的过程中主要按下面几个方面去确定：1、首先需要在最大外形位置，方便出模，一些特殊位置不在最大外形位置的情况下，要设计出侧抽芯保证可以开模顺利脱模塑件。2、设计需要考虑顶出位置，保证塑件可以留在动模侧，同时要预留出顶出位置和确定好顶出方式。3、确定位置后综合评估出加工方法，要方便两侧的加工，不管是型腔型芯都要考虑方便加工，降低生产成本和提供加工效率。因为这次设计的塑件简单，明显的前后凹坑位置差别，整体外面平整的一侧做定模型腔，形状多的有深凹槽的一侧多动模型芯，分型面确定比较简单，具体设计如下图所示：图3.1模具分型面的选择3.2型腔的布局确认好分型面后，需要确定模具的型腔个数，模具的型腔个数主要从下面几个方面选择：首先确认注塑件的批量大小，虽然模具一般都是大批量生产的，但是具体到年产量也有较大的区别，一些塑件小模具质量要求不高的情况下，尽量按多腔设计。其次模具的大小也对成本有很大关系，一般塑件如果太大，不适合设计太多腔，因为随着塑件数量增加，模具会越来越大，一般小于100的塑件，需要将模具控制在500mm内，因为模具太大安装和加工都非常麻烦，会无形增加了很多模具生产成本，对本次塑件大小适中，批量也不是特别大，一般设计一模两腔或者四腔到八腔都可以满足要求，但是考虑模具的成本和制作方便，本次塑件的结构的形状适合一模一腔或者一模两腔，到四腔的布局，最终确定设计为中间的一腔结构，也就是一模一腔的结构布局，具体方向和位置如下图所示：图3.2型腔布局和排列方式3.3浇注系统3.3.1模具主流道设计设计浇注系统第一步就是设计主流道，因为主流道和注塑机直接相连，后续的流道设计要按主流道路径去布局和旋转配套的注塑机，也是最简单一部分，主流道设计国产主要是确定配套的浇口套尺寸大小，流道小端和注塑机尺寸的配合数据也是设计的重点。主流道尺寸的确定一般按初选的注塑机型号来匹配合适的尺寸，查设计文献后可以得到如下的经验公式，一般情况主流道小端直径为一般在2~5mm区间按注塑机大小取值，流道在浇口段的斜度一般在1~4°之间，具体评估流道的长度，按长度设计，长度越大，设计的斜度越小，具体设计和参数计算和经验公式如下所示：主流道小端的直径D=喷嘴直径+（0.5～1） (3-1)=3+（0.5～1），取D=3.5主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2） (3-2)=10+(1～2)，本次设计取SR0=11和注塑机喷嘴的接触球面的高度一般取h=3～5mm，本次设计因为R不大，可以设计为h=3mm，长度和角度需要到时按模架的尺寸去确定，主要是保证大端尺寸不要太大，长度按定模板厚度去设计，其次需要设计出定位圈尺寸，定位尺寸需要查注塑机参数里面的定位孔尺寸，本次设计选择的为直径100mm的标准尺寸，需要两个M6尺寸的螺钉去固定，一般采用的为45号钢，浇口套采用的台阶固定，销钉定位的结构，也是标准尺寸，直径一般在12、16、20三个尺寸取值，具体设计的图纸如下图所示。图3.3主流道+定位圈示意图3.3.2模具分流道设计和计算确认完主流道尺寸和结构后，需要设计连接主流道和浇口中间的分流道的尺寸设计，主要需要确定是结构形式和具体尺寸，因为本次设计设计的模具结构是两板模结构，选择分流道种类的时候需要充分考虑填充流动性和注塑压力等因素，选择阻力小一点的结构去连接浇口和主流道，保证填充压力损失尽量的小。所有初步定位阻力最小加工最方便的圆形结构，尺寸可以通过下面的经验公式进行计算。（3-3）式中：通过测量的塑件的质量和模具布局的间距，可以估算出大概的尺寸，因为此计算不是很准确，需要结构布局的时候去加工设计取整数，代入后估算的分流道直径:D=5mm因为塑件表面要求较高，需要设计缓冲带，就是通过拐角避免直射的时候影响外观，最终综合考虑后确定的分流道和主流道浇口连接的结构如下图所示：图3.4分流道的设计3.3.3浇口的设计浇口的种类有多种，按各种浇口适合的产品和固定的结构形式，本次设计的浇口类型最终确定为侧浇口。通过上图分析结果，在距浇口位置最近颜色最佳附近设计，通过前面的流道设计布局，完成了整个浇注系统和浇口的设计。计算浇口的大小的时候需要考虑分流道的粗细，一般浇口不大于分流道的宽度，首先通过计算去估计深度大小，参考类似的设计文献，我们找到关于浇口宽度和高度的计算经验公式，通过分流道大小，设计的宽度大小为4mm,然后通过下面的经验公式计算浇口的高度H:H=0.206=1.07； (3-4)式中：t塑件的平均厚度（mm）A塑件的投影面积（mm）n型腔个数（mm）本次设计取整数，深度设值为1.0mm。通过上图分析结果以及结构设计计算数据，最终的流道浇口设计如下：图8.3浇口方案图3.4冷料穴和拉料杆的设计模具的流道设计有一些重要的辅助零件，最重要和最常见的为冷料穴和拉料杆，冷料穴作用很大，本次设计的因为是两板模，所以冷料穴设计在主流道下端，形状为圆形。拉料杆顾名思义就是拉住流道废料的一个圆形杆，一般都是设计为圆柱形，因为加工方便有标准件，尺寸一般在3-10mm内。本次模具为两板结构，拉料杆主要需要拉住主流道的脱模，设计的时候设计在主流道正下方，顶部拉杆结构有几种形状，本次设计的为Z字拉头，这样可以卡住流道在开模力打开模具后，拉住流道到动模，然后通过下方的顶出机构顶出流道，所以拉料杆有拉出主流道和顶出流道的双重作用。设计的冷料穴和流道拉杆具体的的结构如下所示：图3.5勾料系统设计3.5排气机构的设计模具在填充过程，正常情况下，合模后因为为封闭空间，塑料液体填充到型腔内会有气体反作用，会使得填充时大气压反左右，使得液体无法进如型腔，这个时候需要设计特殊结构让型腔不存在封闭的情况，使模具在填充过程排出气体，这个排出气体的机构就是排气系统，因为模具本身合模后会有一定的间隙，在一般塑件，通过间隙加工的时候保证间隙在0.02-0.04毫米的情况下，可以保证气体排出，但是又不会让填充的塑料液体排出，所以排气系统如果设计有排气槽也一般设计在此范围，同时设计可以加大推杆的间隙去提高排气销量，在部分分型面不是很好设计排气的情况下，还可以设计排气孔，因为本次设计塑件为大平面的情况下，是用分型面间隙和推杆间隙排气可以满足排气要求。第四章成型零件的设计4.1型腔的结构设计和尺寸计算型腔一般为定模侧的成型形状零件，主要是对外观面进行成型，因为型腔一般在定模侧（也有部分倒装结构在动模），此面需要设计流道的位置，因为浇注系统是从定模侧流向成型型腔内。本次设计的型腔大小参考经验公式选择，通过文献，按一模一腔的布局，然后外形设计按此间隙四周还需要加上30-50的边距，然取整数的情况下为模具的型腔的外形尺寸，整体高度的尺寸为塑件的尺寸然在后方加上（20~35）mm即可，具体的尺寸都尽量取整数，在有侧抽芯的情况下还需要考虑侧抽芯高度，本次设计按此方法布局，通过软件绘制后，设计的型腔结构如下所示：图4.1型腔的结构形式（1）型腔径向尺寸模具生产前因为只有塑件的外形尺寸，但是塑件在设计生产后，会有一点收缩，所以设计前需要考虑收缩率，收缩率一般是材料决定，具体通过查找材料特性获取，本次设计选择的材料收率取=0.8%，制品的精度为中精度等级(MT5)。设计计算型腔尺寸的公式为：

LM

=[Lsδ模具制造公差，LM型腔对应径向尺寸，Ls塑件对应的原始尺寸。（2）型腔高度型腔的高度尺寸用HM表示，计算的原理和外形尺寸类似，但是根据制造磨损情况不同计算要不同。代入各项尺寸数据后得到主要的尺寸计算，设计的公差方向也是之前的外形尺寸相反，因此高度尺寸的计算公式为：HM

=[HS+δ模具制造公差，HM型腔对应径向尺寸，Hs塑件对应的原始尺寸。4.2型芯的结构设计型芯在动模侧，成型开模后会被产品包裹的，一般为动模侧的成型形状零件，主要是内侧形状的成型，因为型芯一般在动模，此面需要设计推杆和浇口位置，因为浇注系统是从定模侧流向动模的。型芯大小参考型腔的外形选择，一模一腔布局，外形尺寸四周需加上30-50的边距，高度尺寸为塑件的尺寸然在后方加上（20~35）mm即可，取整数，设计按此方法布局，通过软件绘制后，设计的型芯结构如下所示：图4.2型芯的结构形式（1）型芯径向尺寸根据型腔的设计保证一样的收缩率，精度等级(MT5)，按模具的磨损情况，设计的合适公差取值和正负关系。获得文献中常用的型芯尺寸计算公式：（4-3）上式中：2、型芯高度尺寸本次计算的型芯的高度尺寸用HM表示，计算的原理和型腔的计算基本一样。代入各项数据后得到主要的尺寸计算，设计的公差方向是与之前的外形尺寸相反，因此高度尺寸通过下列公式对其进行计算： （4-4）δ模具制造公差，HM型芯对应径向尺寸，Hs塑件对应的原始尺寸。表5-1成型件尺寸汇总表结构类别塑件尺寸公式模具尺寸型腔长宽尺寸深度尺寸型芯长宽尺寸高度尺寸查最新的文献和网上模具论坛，了解到目前常规的进口材料使用的非常多，比如SKD61、P20、738H等，国产的主要有T8A、T10A、Cr12等钢作为成型零部件材料。本此设计选择Cr12作为型芯型腔的成型材料，因为模具要求质量不高，一般材料可以满足要求。第五章模具冷却系统设计5.1冷却系统的概述模具在生产中因为塑料需要高温加热加压才能进入型腔进行注塑填充，所以在填充到型腔内的时候还是属于高温状态，需要冷却后才能凝固成型，凝固的时间越短，生产效率也就越高，所以为了提高生产效率，就需要减少冷却时间，这个时候就需要设计出合理的冷却系统，在不影响其他结构的情况下，良好的冷却系统可以降低冷却时间，减少成型周期，冷却系统主要有几种方式，自然冷却：这种方式不需要设计冷却系统，直接放置让其通过模具自身散热进行冷却，这种方式效率低下一般都不会使用。设置水管冷却：这种方式是最常见的方式，在模具中打孔然后连接水管，成型后，在水孔内通水后，利用活水带走模具的热量，这种方式效率高，冷却系统设计加工成本低，目前市面上95%以上的模具基本都是使用这种方式冷却，本次设计的是常规结构也采用此种冷却方式。5.2冷却系统设计原则和计算冷却水管的设计需要考虑的问题很多，主要是设计大小和合理位置布局，通过文献资料，参考以往的设计书籍，了解到主要从下面几个方面去设计：1、冷却水路设计过程要保证模具强度，保证和其他孔的间距至少大于5mm，因为在合模时容易造成开裂漏水。2、设计冷却的时候需要充分考虑加工操作方便，不能设计太深的孔，加工时容易发生偏位漏水。3、设计时，需要设计合理的孔的大小，不能太大也不能太小，可以利用计算或者软件CAE分析提前评估。4、冷却水路尽量布置均匀，距离塑件成型位置尽量接近，但是要保证强度厚度10mm左右，这样可以提高冷却效率，事半功倍。5、连接进出水管要考虑注塑的配套设施，方便安装和提高冷却水压，这样增加流动性也可以提高冷却效率，减小成型周期。5.2.1计算塑件每小时注射量设计采用为估算形式，按塑件大小估算成型填充的时间周期范围在2~5s，填充完成后，需要的冷却的时间估计在25s左右，冷却的同时，需要增加压力，保证成型强度这个时间大约在15s左右，模具运动包含开合模的时间在5s左右，得到整体填充加取件所有的时间一起大约为50s左右。这样可以得出一小时，模具可以成型次数为：n=通过次数可以得出一小时，需要注塑的原料的总质量W，根据以下公式校核：W=M×n（5-1）W——单位时间内模具成型总的质量，kg/H；M——一次注塑成型的塑件质量（根据ρv），kg；n——每小时的注射次数；41.4472=2.985.2.2计算范围时间内的释放热量Q根据如下公式计算Q=WQ——单位时间内的释放热量，W——单位时间内模具成型总的质量，kg/H；Q1Q=5.2.3水的体积流量按照一般材质在型腔内温度，采用水冷冷却的情况下，模具冷却进入前的温度为常温20℃，按出水口通过模具加热带走热量的情况下，一般温度会达到25℃，水流速度如果加大或者低温环境下，一般会有5℃左右的误差。热量消耗的冷却校核公式如下。qvqQ——单位时间内的释放热量，kJ/H；ρ——冷却水的密度，取1×10c1q1q2按此数据差相关资料可以得到，一般在直径大于5mm，都可以满足要求。5.2.4求冷却水道直径d通过上述计算和说明，参考其中重要的参数，按塑件的布局可以设计详细冷却系统，首先确定其结构，因为型芯型腔是嵌入式，可以设计为环形冷却系统，这种系统的好处是冷却均匀，加工也方便，因为塑件整体扁平结构这样的环形冷却可以更好的冷却型芯和型腔，设计的冷却直径参考计算，设计选择的直径φ=10mm，弯曲可以满足要求。因为设计的环形冷却，在加工冷却孔后，部分型芯型腔位置需要设计堵头，这样可以让冷却系统的冷却水单向流道，在模板和型芯型腔相交位置设计有密封圈，这样可以防止漏水的发生，然后在模板上安装冷却快速接头，这样可以方便连接注塑的冷却水管，设计的具体的结构如下所示：图5.1模具冷却水道布置第六章注塑模具其他机构的设计6.1顶出系统的设计本次设计因为塑件的内侧表面粗糙度要求不是很高，设计可以采用推杆结构顶出，方便加个也可以降低生产成本。首先设计可以计算出单个型芯的脱模力。然后通过力的分析去布局合适的推杆数量和位置，主型芯脱模力的计算：由于本塑件小型芯处壁厚与直径之比为,属于薄壁塑件，其所需脱模力参照《塑料成型工艺及模具设计》公式（4-24）：推件力式中：A—塑件包络型芯的面积（mmp—塑件对型芯单位面积上的包紧力，p取0.8×1α—脱模斜度q—大气压力0.09MPaμ—塑件对钢的檫系数，约为0.1～0.3；A查表ABS材料脱模斜度=0.5°通过计算的评估型芯位置，设计的出下图的的推板结构，推板满足小于材料的应用应力极限8Mpa值的要求，具体设计如下所示：图6.1顶出系统结构形式6.2复位机构概述和设计模具在顶出后，推杆处于打开状态，这样就在合模的时候，就容易顶出型腔，所以在设计的时候，需要一个机构让推杆在合模前提前复位，这个结构就交复位机构，复位机构有多种形状，有弹性复位机构，拉杆复位机构，刚性复位结构，各种结构有各自独特的优点和缺点，因为本次设计的是推杆顶出，所以可以使用弹性复位加刚性复位双保险，在设计复位杆的情况下，同时设计有弹簧，因为复位杆需要碰撞，可以采用P20等材料来加工生产。设计选择的弹簧是标准件，大小一般不是复位杆直径的2倍，长度按顶出行程来估算选择，一般为顶出距离的3倍选择，设计的具体的复位机构如下所示：图6.2复位结构形式6.3模架型号的选择模架指的模板组合件和一些标准件的组件，主要分模板、螺钉和导柱导套，目前主要分为两板模架和三板模架，主要参考浇口形状区分，本次因为设计的是侧浇口，选择的为两板模，模架子目前标准件有几种，一种为国标的GB模架，通过文献和模具发展资料了解到，目前市场已经很少使用这种模架了，基本最近十年内设计的模架子都为龙记LKM的标准模架，参考龙记模架资料，按型芯型腔外形尺寸和类型，去计算合适的大小，选择对应的标准型号。图6.3龙记模架简图根据型腔布局，保证侧壁厚度的情况下，计算得到模架的长宽尺寸，计算方式如下：L=170+W=200+6.3.1计算模板厚度根据分型面和塑件高度，确定型腔和型芯的高度，根据注塑模具设计实用手册中查表或经验公式计算如下：定模板厚度H=塑件在腔内高度+30~50mm型腔侧壁厚度+模板强度30~80mm≈110mm动模板厚度H=塑件在型芯高度+30~50mm型芯侧壁厚度+模板强度30~80mm≈90mm考虑塑件的顶出脱模高度要求，取垫块高度为100mm6.3.2选择模架系统考虑浇口结构形式、顶出需求，本套注塑模具设计适合采用大水口模架系统的模架，具体型号为：CI-3535-A110-B90-C100，满足设计要求，该大水口模架系统的结构简图如下图6.4所示。图6.4模具模架系统简图6.4导柱导套的选择为了保证模具的开合模顺畅和保证合模精度，需要设计导向机构，随着模具的精度越来越高，对应的导柱导套导向机构的材料精度和强度要求也就越高，本次因为设计的为标准模架，所以设计的时候选好模架，导柱导套尺寸就随着模架固定的尺寸就附带在模架图上，本次设计的为两板模，只有四种导柱导套。采用的是台阶固定样式。三板模和两板模导向机构结构不同的地方在于三板模的导柱固定方式不同，导柱是固定在母模上，模具闭合时，导柱头插入公模。导套在脱料板、定模板、动模板里。导柱导套是由配合公差的，一定不能是过盈配合，导柱导套的配合公差是H7/f6[19]。选择的材料为T8A,都需要进行热处理淬火表面氮化，本次设计的导向机构如下所示：图6.5导向机构设计6.5侧向抽芯滑块的设计考虑到本次塑件是圆环形状，且三方都有相同的内滑块机构，这里的安全距离直接设计为1mm，即：S=5+1=6mm2.弯销厚度的计算式中：；；抽芯力的计算公式：式中：计算如下：弯销厚度取整a为12mm。计算结果符合实际加工经验。根据以上方式，设计完成后的模具滑块抽芯机构如下如下图所示：图6.6弯销抽芯机构。第七章注塑机的校核7.1注塑机注射容量的校核因为本次谁画就初选的注塑机型号为：G54-S-200，按参考这个注塑的注射量，需要核算模具的注射量是否小于这个额定的注塑量，如果大于需要更换更大的注塑机，注塑量的核算公式按下面计算：V总≤0.8V注(7-1)式中：V注—额定注塑量cm3；V总模具需要的总注塑量cm3；0.8—安全系数。通过表格数据和测量数据代入后计算得到：V注=200≥V总/0.8=48.7/0.8=60.9cm3实际注塑量明显小于注塑机的最大量200cm3，满足要求。7.2校核压力因为初选的注塑机能提供的注塑压力有限，需要计算出模具的注塑压力，通过这个可以判读注塑机是否符合要求，模具的注塑量主要取决于注塑的材料，各种材料的压力参数各不相同，因为本次注塑的材料为ABS，通过了解到这个材料的压力值一般在80-120Mpa之间，因为材料的牌号不同略有差距，初选的注塑机的最大压力值为170Mpa，材料的最大压力情况下仍然小于注塑机的压力，所有设计满足要求。7.3校核模具安装尺寸模具的安装尺寸主要有几个部分，主要是外形大小，包含高度和长宽的尺寸，要小于注塑的安装尺寸，其次为流道定位圈浇口对应的尺寸，浇口套顶部尺寸和定位尺寸因为设计取值就是完全参考注塑机设计的，所以不需要再做校核了，本次主要对照模具的外形尺寸去进度校核。因为选用国标模架，通过模架型号，可以测量到最大尺寸为400×350×360mm，选好的注塑机的最大最大容忍模具尺寸（也就是注塑的拉杆间距）为420×450m，模具尺寸明显小于拉杆间距，模具可以安装进去，满足外形要求。其次高度的校核，通过测量图纸获得模具的整体高度尺寸为360mm，注塑机的设计高度在260-406mm的范围内，明显设计的高度也满足要求。通过上面的数据分型，安装尺寸满足注塑机的型号要求。7.4校核移模行程开模行程指的是注塑机最大的打开距离，因为模具是安装在注塑机内，会占用一定空间，而模具打开后还需要保留取件等距离，所有固定的注塑机是有打开距离限制的，如果太小是无法满足生产需要的，所有下面对这个距离进行校核，开模距离主要通过下面公式计算：S机>H1＋H2+（5～10）mm(7-2)上面计算中:H1代表的推出距离；H2塑件和流道的总高度；S机注塑机最大开模距离H1＋H2＋（5～10）＝40+95+10=145mm即：S机>H1＋H2+（5～10）mm,满足要求7.5校核注塑机锁模力模具填充为高压状态填充，所以在填充过程中有一个很大的膨胀力，这个时候需要一个力去抵消锁住模具，不让模具在填充膨胀力的作业下打开或者松动，这个力称为锁模力，这个力是注塑机提供，每个型号不同的注塑机锁模力的大小也不一样，本次通过初选的注塑机的力，来核对模具得注塑膨胀力是否发满足要，核验公式为:（5-5）投影面积的计算为:（5-6）查表5-2而所选的注射机的额定锁模力为2540KN，满足要求第八章模具总装图和工作原理图9.1模具三维总装图图9.2模具二维总装图工作原理：1.开模过程模具打开时，首先注塑机动模板带动模具动模座板后退，动模型芯带动塑件与动模和定模一起后退，使分型面打开，同时将浇道余料从交口套中拉出，斜导柱从滑块内孔打开，然后带动滑块后退脱模，然后继续开模.直至分型面完全打开，滑块被弹簧顶住不动，模具的开模过程完成。2.推件过程当模具被完全打开后注射机的推杆通过模具动模座板中央的圆通孔顶动推板带动推板向前将塑件从动模型芯上顶出完成推件过程。3.合模过程当推件过程完成后，推板在复合杆弹簧作用下回位大部分，注射机动模板带动模具动模前移。合模力顶动复位杆使推板完全复位，斜导柱插入滑块，带动滑块往前运动合模，弹簧会压缩，整个合模过程完成。总结这次的设计内容为快换接头注塑模具设计，主要完成了塑件分析，成型结构设计和相关尺寸计算，各辅助机构的设计包含：浇注系统，顶出系统，冷却系统，模架，导向机构排气系统等。通过塑件的分析让我了解了各塑件设计原理和设计依据，通过材料选择让我了解各种注塑原材料的特性和使用性能，同时理解了注塑件设计的原理和基本过程，为注塑模具设计打下基础。然后通过模具整体结构的设计让我学习了各种模具的结构，理解了各种结构的工作原理和组成部件，扩展了我对模具的认识，也学习到很多新的知识。本次设计为单分型面模具，结构相对简单，设计的分析面在底部最大外形处，这样方便脱模，同时加工也相对简单，设计的一模两腔的布局，这样满足一次同时成型多个的要求，提高生产量，同时也方便浇注系统填充平衡，采用的推杆顶出机构，相对简单，设计过程中主要是通过软件分析和设计，通过三维软件的设计让我熟悉了各种操作，同时也让我们绘图速度有了很大的提升，通过二维工程图绘制，让我熟悉了各项的设计标准和加工工艺还有热处理工艺等，这些都对我大学所学知识的一个整体检阅和考验，最终完成了整个设计，相信对以后工作有很大的帮助。参考文献[1]彭国荣,隋丽丽,陆龙福.基于脱模力数学模型的花洒变截面弯管抽芯机构设计[J].中国塑料,2020,34(10):63-68.[2]徐慧.端盖双滑块+斜顶3次复合抽芯机构注射模设计[J].中国塑料,2020,34(10):80-85.[3]薛丽,王训杰.涡旋压缩机气阀复杂脱模机构及模具结构优化设计[J].中国塑料,2020,34(10):86-93.[4]王一鸣.基于CADCAE的感烟探测器壳体注塑模具设计[J].中国设备工程,2020(20):131-132.[5]张维合,成永涛,冯婧,邓成林.汽车后视镜镜壳热流道注塑模设计[J/OL].现代塑料加工应用,2020(05):40-43.[6]张小东,陈旋,钟良伟,万建文.信息化技术与模具课程融合策略探究[J].模具工业,2020,46(10):75-80.[7]费晓瑜,郑伟.汽车车灯边框薄壁件多向侧抽芯注塑模具设计[J].工程塑料应用,2020,48(10):80-85.[8]沈忠良,肖国华,杨安.SUV仪表台热流道多浇口注塑模优化设计[J].工程塑料应用,2020,48(10):86-92.[9]娄用够.杯体外壳改进型哈夫滑块机构注塑模设计[J].工程塑料应用,2020,48(10):93-99.[10]池寅生,张翔,孙庆东,曹祥坤.瓶坯三板式注塑模具设计[J].工程塑料应用,2020,48(10):100-105+115.[11]沈晓凡.基于Pro/E的键盘外壳注塑模流分析[J].塑料科技,2020,48(09):96-99.[12]尹红灵,谷达远,周兵.汽车保险杠注射模具设计关键技术[J].模具技术,2020(05):1-5+42.[13]乐振土,汪峰,雷松.芦荟膏底盒注射模结构设计[J].模具技术,2020(05):6-9+21.[14]胡清根,李旭东,黄贵清.动模、定模复杂抽芯的壳体注射模具设计[J].模具技术,2020(05):17-21.[15]项启生,肖国华,徐生.救护车医疗床方向舵外壳复合哈弗滑块模具设计[J].模具技术,2020(05):28-32.[16]庄燕.薄壁深孔复杂壳形塑件的多目标注塑工艺参数组合设计[J].合成树脂及塑料,2020,37(05):67-71.[17]叶志殷.注塑模具设计过程中浇口尺寸对塑料制品力学性能的影响[J].中国塑料,2020,34(09):56-60.[18]徐新华.操控旋