塑料仪表盖注塑模具设计

前言近年来，随着塑料工业的飞速开展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。塑料作为现代社会经济开展的根底材料之一，已广泛应用于国民经济的各个领域，并且直接影响着塑料制品的质量、性能与生产周期。先进的制造技术〔如CAD/CAM/CAE等〕制造生产注塑模具，不仅省时省力，更是实现了无图纸化加工，增加了制品的准确性，缩短模具的设计及生产周期。注塑模成型与信息技术紧密相连。未来注塑模具制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为所要备件的有极强应变能力于竞争力的技术。第一章概论模具在工业生产中的地位模具是制造业的一种根本工艺装备，它的作用是控制和限制材料〔固态或液态〕的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产本钱低而广泛应用于制造业中。自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到45%，制造业部门成为GDP增长的主要支撑力量。模具制造的重要性主要表达在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业兴旺的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是开展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为开展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动本钱低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大开展。研究和开展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的开展有着特别重要的意义。现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的开展，可以带动制造业的蓬勃开展。对国民经济的开展有着辐射性的影响。我国的模具工业的现状我国模具工业起步晚，底子薄，与工业兴旺国家相比有很大的差距，但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，我国模具工业发迅速。据统计，我国〔未包括香港、台湾、澳门〕现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五〞期间的年增长率为13%，2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%。因此，近年来我国模具开展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口量下降，模具技术和水平也有长足的进步。目前，我国的模具正处在告诉增长时期，尤其是塑料模具近年来开展相当快，2002年已猛增到140亿元左右。当前国内塑料模具市场以塑料模具需求量最大，其中开展重点为工程塑料模具，这是与工程塑料的快速开展分不开的。预测塑料建材件模具需求量将增长较快。但是，我们国家的模具产业并不是完美的。虽然我国模具总量目前已到达相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业兴旺国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：

(1)总量供不应求

国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。

(2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理

我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间〔分厂〕，自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全〞、“小而全〞的组织形式，而国外大多是“小而专〞、“小而精〞。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例缺乏30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口之比为﹕1，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。

(3)模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平

产品水平低主要表现在模具的精度、型腔外表粗糙度、寿命及结构等方面。

(4)开发能力较差，经济效益欠佳

我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业兴旺国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一局部模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。

造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有以下几个原因：

①国家对模具工业的政策支持力度还不够

虽然国家已经明确公布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。

②人才严重缺乏，科研开发及技术攻关投入太少

模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的开展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术开展步伐不大，进展不快。

③工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低

近年来我国机床行业进步较快，已能提供比拟成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。

④专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差

由于长期以来受“大而全〞“小而全〞影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占40﹪左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、本钱有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。

⑤模具材料及模具相关技术落后

模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及本钱，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。1.3我国模具行业的开展趋势[1]1模具日趋化。2模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5微米，现已到达2-3微米。1微米精度的模具也将上市。3多功能复合模具将进一步开展。4热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。5随着塑料成型工艺的不段开展与改良，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之开展。6标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和就降低模具制造本钱。7快速经济模具的前景十分广阔。8随着车辆和电机等产品向轻量化开展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。9以塑代钢、以塑代木的进程一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。10模具技术含量将不断提高。第二章仪表盖的结构设计设计要求表2-1零件尺寸要求单位：mm材料尺寸序号ABCDEFGHIABS90805044729654塑件成型工艺的可行性分析及修改说明产品的可行性分析主要包括：产品尺寸精度分析；脱模斜度检测；塑件厚度及其均匀性检测；圆角设计。塑件的修正：对于塑件的精度、壁厚、拔模斜度、圆角等不合理之处加以更正说明，在不影响使用的前提下提出合理可行性的更正措施，以利于工业生产。塑件材料及产品精度分析该塑件选用ABS塑料。ABS〔丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物〕综合性能较好、吸湿性强,含水量应小于0.3%，成型前必须进行充分枯燥；有较高的冲击强度、收缩率在0.3%-0.8%范围内，流动性较差，应选较高的料温和模温，但料温过高易分解，所以料温应选择在210℃—260℃。塑件要求外表光洁，模温应选25℃—70℃。选用螺杆式注塑机，注射压力为50—100Mp。ABS具有良好的成型加工性，制品外表光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。ABS的成型特性：成型温度：200-240℃枯燥条件：80-90℃2小时〔1〕无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分枯燥，外表要求光泽的塑件须长时间预热枯燥80-90度，3小时。〔2〕宜取高料温，高模温，但料温过高易分解〔分解温度为>270℃〕。对精度较高的塑件，模温宜取50-60度；对高光泽.耐热塑件，模温宜取60～80℃。〔3〕如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。〔4〕如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具外表会残存塑料分解物，导致模具外表发亮，需对模具及时进行清理，同时模具外表需增加排气位置。ABS的工艺特点：ABS树脂ABS树脂是丙烯腈、聚丁二烯和苯乙烯三种单体共聚而成的。其中丙烯腈使之有较高的硬度，外表光泽；聚丁二烯能增加韧性；苯乙烯那么使加工性能良好。因而ABS树脂具有综合性能较好，冲击韧度高，化学性能稳定，电性能好，与372有机玻璃的熔接性好，制成双色塑件，而且外表可以有镀层，适合制作一般塑件、件耐磨零件、传动零件等。其成型工艺性如下：〔1〕无定性料，吸湿大，不易分解，必须充分枯燥，外表要求枯燥的零件需长时间预热枯燥。〔2〕宜取高料温、高模温，但是要防止温度过高发生分解〔分解温度大于2500C〕,对于精度要求高的塑件，模具温度宜取500C～600C，对光泽耐热塑件，模温取60600C～80600C脱模斜度设计由于注塑件在开模冷却时会产生收缩，对型芯产生一个包紧力，所给标准塑件没有设置脱模斜度，使得塑件脱模困难，过大的推出力推出时易拉坏插伤塑件。在不影响塑件使用的前提下，为了便于塑件脱模，在塑件的内外外表沿脱模方向设计一定的脱模斜度。表2-2单边脱模斜度推荐值[3]脱模高度\mm>18~30>30~50>50~80续表2－2ABS塑件内外外表的脱模高度为40mm，所以外外表脱模斜度取1°°。塑件壁厚分析塑件壁厚对质量的影响[3]：壁厚过小：成型时流动阻力大，熔体难以充满型腔；壁厚过大：易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷；增加冷却时间，降低生产效率。表2-3ABS的建议壁厚值[3]单位：mm最大壁厚常用壁厚最小壁厚944分析结果：壁厚均匀满足厚度要求且为常用壁厚,所以塑件壁厚合理。2.2.4圆角设计塑件除特殊要求的圆角之和塑件某些特殊部位如分型面、型芯和型腔配合处不便作圆角，而只能采用尖角外，其余所以转角处均应尽采用圆角过度，因为制件尖角处易产生应力集中，导致塑件制件破裂或失效；同时圆角过度使料流平滑绕过，大大改善了塑料的冲模特性；塑件设计成圆角，尤其是外圆角，使模具型腔对应部位也是圆角，增加了模具的巩固性。通常塑件理想的内圆角半径应有壁厚的1/4以上[3]。这里因塑件外圆角半径为4mm,塑件内圆角设为3mm。修正后的产品图如图2-2所示2-2修改后的塑件的工件图与零件图第三章模具结构设计分型面位置确实定分型面的选择原那么[1]：〔1〕便于塑件脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。〔2〕分型面应尽量选在塑件的最大截面处。〔3〕有利于保证塑件的精度要求。〔4〕有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置和模具型腔的加工。〔5〕便于嵌件的安装。确定结果：分型面选在塑件的投影面最大的部位，如图3-1。图3-1分型面的选择型腔数量和排列方式确实定型腔数量确实定模具型腔数量确实定要综合考虑塑件的技术质量要求、产品的生产数量、塑料的种类、塑件的形状、塑件的加工本钱、注塑机的额定最设量和锁模力等因素。单腔模具、多腔模各自的缺点和使用范围：单型腔模具结构相对简单，设计自由度较大，成型塑件的形状和尺寸的一致性好，塑件精度较高；多型腔模具的结构复杂，生产效率高，分配到单个塑件上的本钱低。单型腔模具宜用于大型或精度要求较高的塑件的注塑成型，多型腔模具特别使用于精度要求不是很高、结构较易冲型的中小型塑件的大批生产。型腔数量确实定：因本次设计的塑料罩类零件的精度要求不高；注塑用塑料ABS型性能良好；塑件属小型塑件。综合塑件的尺寸，考虑到模具制造费用、设备运转费用低一些，这里初步拟定采用一模四腔的模具成型。3.2.2产品布局型腔排列形式采用矩形对称布局，如图3-2所。图3-2型腔排列方式第四章注塑机型号的选择4.1注塑成型工艺简介注塑成型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塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，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，经过一段时间的保压冷却以后，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件。一般分为三个阶段的工作。图4-1注塑成型压力—时间曲线〔1〕物料准备成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热枯燥，假设有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以防止收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。〔2〕注塑过程塑料在料筒内经过加热到达流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射、保压、倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如下图3-1所示。图中t0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体〔t=t1〕时，熔体压力迅速上升，到达最大值P0。从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆〔或柱塞〕的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子〔分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列〕容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束〔时间从t2到t3〕，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。〔3〕制件后处理由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的剩余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10~20度至热变形温度以下10~20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液〔沸点为121℃，加热温度为100～121℃〕，保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。注塑成型工艺条件ABS的注射工艺参数=1\*GB3①注射机类型：螺杆式。=2\*GB3②喷嘴形式：通用式=3\*GB3③料筒温度〔t/℃〕；后段150～170；中段180～190；前段200～210。=4\*GB3④喷嘴温度〔t/℃〕：180～190.=5\*GB3⑤模具温度〔t/℃〕：50～60。=6\*GB3⑥注射压力〔MPa〕：60～100。=7\*GB3⑦保压压力〔MPa〕：40～60。=8\*GB3⑧成型时间〔τ/s〕：注射20～90；高压0～5；成型周期15~30；冷却5~15。注：螺杆带止回环。=9\*GB3⑨后处理：方法——红外线烘箱温度〔70〕——1〕红外线灯、烘箱；温度〔t/℃〕——70；时间〔τ/h〕——2～4。表4-1ABS的主要技术指标[4]密度ρ/(g/cm³)拉伸弹性模量E/GPa1.8×10³比体积υ/〔dm³/kg-1〕抗弯强度/MPa80吸水率24h/拉伸强度MPa35~49收缩率s硬度HR62~86熔点t/℃130～160体积电阻系数1015弯曲弹性模量Gpa50热变形温度t/℃65~984.3按预选型腔数选择注塑机4.3.1注塑机的初步选择原那么1〕2〕式中——最大注塑量()——注塑机的额定锁模力(N)——注塑所需的锁模力〔N〕——一次注塑所需塑料量()〔1〕注塑量的计算〔4-1〕其中——成型单个塑件所需的塑料量()——型腔个数——折算系数〔将浇注系统的塑料量折算成〕塑件体积cm³塑件质量M1=ρ×g由于尺寸此次设计的模具采用的是一模四腔，所以塑件的总体积和总质量分别为V=4V1=4×=cm³M=4M1=4×=g所以Vso≥×=cm³Mso≥×=g〔2〕锁模力计算〔4-2〕式中——单个塑件在分型面上的投影面积()n——型腔个数——将浇注系统在分型面上的投影面积折算成——塑料熔体对型腔的平均压力〔MPa〕投影面积A12根据查参考文献[2]表2-2取=35MPa所以Fm×4××10×40×106=1202KNMs0F≥1202KN4.3.2注塑机型号的选择由上面计算得到的m和值来选择注塑机，注塑机的最大注射量〔额定注射量G〕和额定锁模力F应满足G≥式中——F≥1202KN初步选择SZ-400/1600型注塑机表4-2LY240型〔卧式〕注塑机主要参数[4]最大注射容量/cm³799拉杆内间距/mm560560螺杆直径/mm65开模行程/mm500注射压力/MPa153最大模具厚度/mm520注射速率/(g/s)187最小模具厚度/mm220塑化能力/(g/s)48推出行程/mm150螺杆转速/(r/min)10～170锁模形式双曲肘锁模力/kN2400喷嘴球半径SR/mm14定位孔直径/mm120孔直径/mm54.3.3注塑机参数校核(1)塑化能力()校核 塑化能力必需满足M≥<<〔4-3〕式中——一次注塑所需塑料量——成型周期，取30s校核结果：注塑机的塑化能力满足要求(2)注射压力校核≥KP0×＜153——注塑机的额定注塑压力〔MPa〕——塑件成型时所需要的注射力(MPa)——注塑压力平安系数，一般取=1.25~1.4因成型时塑料熔体对型腔的平均压力一般是注射压力的30%~65%,=P型/0.65~P型,取P0=117校核结果：注塑机的注射压力不满足要求(3)锁模力校核F≥k0Fm×1202=1442.4KN＜2400〔4-5〕式中——锁模力平安系数，一般取校核结果：注塑机的锁模力满足要求通过校核可知，所选注塑机符合要求。第五章模具设计模架的选择模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。为节约模具钢材和便于热处理，根据产品的外形尺寸，可以确定镶件〔模仁〕的外形尺寸，确定镶件的尺寸后，就可以大致确定模架的大小。模仁尺寸确实定单个塑件在分型面上的投影面积为²,5-1模仁的外型尺寸根据上图模仁的外型尺寸可取300mm×300mm，上下模仁的高度分别为90mm和40mm，模架外形尺寸长×宽×高=500mm×500mm×516mm。〔选用龙记细水口的CI型〕图5-2所示图5-2模架类型注塑机的再次校核与确定〔1〕注塑机安装尺寸的校核拉杆间距校核：模架的板面尺寸500×500，所选注塑机的拉杆间距为560×560，拉杆宽度>模具宽度，拉杆间距合格；模具高度校核：模具高度516>最小模具厚度220，校核合格；开模行程校核：开模行程H是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，它必须小于注塑机的动模板的最大行程S。因选注塑机是双曲肘结构〔即开模行程与模具厚度无关〕且是单分型面注射模，所以模具开模行程H=60〔顶出行程〕+1〔浇注系统凝料高度〕+〔8~10〕=234.1~236.1<500(注塑机移模行程S)合格。综合以上各项校核可知LY240型〔卧式〕注塑机的各项参数均合格。结论：通过各项校核，确定选择LY240型〔卧式〕注塑机。5.2浇注系统的设计浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为此的那一段流道，对于多型腔模具，浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料井。如5-3图所示图5-3浇注系统的组成5.2.1主流道设计紧接注塑机喷嘴，与注塑机喷嘴在同一直线上，主流道形状一般为圆形和圆锥形，为便于冷料流道凝料的拔出，设计成具有2~4度的圆锥形。(1)主流道尺寸为防止高压塑料熔体溢出，凹坑球半径SR2应比喷嘴球半径SR1大1~2mm,主流道小端直径d2比喷嘴孔直径d1大0.5~1mm,如图5-4示：根据所选注塑机，那么主流道小端尺寸为：d=注塑机喷嘴尺寸+〔0.5~1〕=5+〔0.5~1〕mm主流道球面半径SR=喷嘴球半径+〔1~2〕=15mm(2)主流道衬套形式为了便于加工和缩短主流道尺寸，衬套和定位环设计成分体式，长mm,材料采用T10钢，热处理淬火后外表硬度为53HRC~57HRC图5-4喷嘴与主流道衬套如5-5图所示：图5-5主流道衬套结构(3)主流道剪切速率=/πR3×π×3=-1〔5-1〕5×102s-1s-1<5×103s-1主流道剪切速率校核符合要求式中——体积流量cm3/s〔5-2〕t——注射时间〔s〕t=m/—所选注塑机的注射速率〔187〕R——主流道平均半径()一次成型所需的塑料总体积V=m/ρ3一次成型所需的总塑料量m=m主+m分+m塑件=3.9g+23.82g+314.16g=314.88g〔5-3〕m主=ρV=ρπh(d12+d1×d2+d22)/12=1.22m分=ρLAm塑件=4m1分流道长度总L=4×L1=4×13.5=54cm〔为单个流道的长度，13.5〕分流道截面积5.2.2分流道设计〔1〕分流道断面形状的选择分流道的断面形状有圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U形等。断面的比外表积直接关系到熔体的热量损失和流动阻力，在其它条件相同时，比外表积越大那么热量损失和流动阻力也越大；反之亦然。表5-3分流道断面形状[3]断面形状优缺点及适用范围圆形比外表积最小，浇口可开设在流道中心线上，延长了浇口冻结时间，但需要同时在定模和动模上切削加工且必须保证吻合度，制造困难，本钱高正六边形优点与圆形断面相似，比外表积稍大，但加工稍易，常用于小断面尺寸〔约3mm〕流道梯形只需在一侧模板上加工，节省了加工费用，且热量损失和阻力损失均不太大，最为常用半圆形比外表积较大，不常采用矩形比外表积大，脱模斜度小，不常采用U形优缺点和梯形断面根本相同，较为常用综合工艺和加工本钱等多角度考虑，梯形断面流道最为合理，所以这里选择圆形周流道，如图5-6所示。表5-5分流道取值[3]表5-4局部塑料分流道尺寸推荐值[3]塑料名称推荐直径/mmabs4.图5-6分流道截面〔2〕分流道的布置分流道的设计原那么：在熔体不产生喷射的前提下，流道越短越好，以减小压力损失，提高充型压力。由前面的镶件设计局部可知，两型腔在长度方向的中心距为173mm,在宽度方向的中心距为130mm。通过计算可知，当流道与长度方向所成角度约为时，流道最短，如图5-7所示。图5-7分流道的布置〔3〕分流道剪切速率计算分流道的合理剪切速率范围为，根据前面的设计的尺寸校核可知：剪切速率在范围内，分流道尺寸设计校核合格。式中——分流道体积流量〔〕——分流道截面的当量半径〔〕〔5-4〕分流道截面面积，截面周长。5.2.3浇口设计浇口作用：浇口对充模流动和补料时间起着控制性作用。浇口断面面积约为分流道断面面积的3%~9%，浇口越小，即比外表积越大大，熔体流经浇口时的热量损越大，浇口处的流动阻力也越大，但由于浇口尺寸很小，导致熔体流经浇口时剪切速率明显升高，这使得熔体表观粘度降低，从而又使流体流动变得容易，一定程度上抵消了因浇口尺寸变小而增加的流动阻力，另外因熔体通过浇口时有明显的粘性发热现象，使进入型腔的熔体温度升高，反而使充模更容易，充模效果优于大浇口。〔1〕常见的浇口形式及各自优缺点[3]1)侧浇口〔又名标准浇口、边缘浇口〕：属小浇口的一种，断面接近矩形，便于机械加工且易保证精度；可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。2)扇形浇口和平缝式浇口：能使物料在横向得到均匀分配，降低了塑件的内应力，特别是减少应取向而产生的翘曲，常用于成型宽度较大的薄片状制品，但成型后去除浇口的后加工量大。3)点浇口：浇口尺寸很小，开模时容易自动切断，熔接痕小。点浇口适用于表观粘度对剪切速率敏感的塑料熔体和粘度较低的塑料熔体。4)护耳浇口：适用于用小尺寸浇口会产生喷射场合，但成型后加工余量大。5)直浇口：注塑压力和热量损失最小，固化时间长，延长了补料时间，补缩效果好。但浇口附近容易产生残留内应力，浇口处易产生缩孔。浇口的选择分析：因模具布局为一模四腔且分流道设在主分型面上，故不能采用直浇口的形式；由于塑件中心有一个大的型芯〔即凸模〕，塑料熔体冲击在大型芯上，降低了流速、改变了流向，采用小浇口进料也不会产生喷射，又因为是从顶部进料，所以不宜采用侧点浇口；而采用点浇口进料能够保证顺利充模，且浇口的加工工艺性好，成型后的加5-8浇口剖面图工余量相对较小。所以此套模具的浇口形式选定为点浇口。如图5-8所示图(3)矩形浇口剪切速率计算浇口剪切速率的合理范围是，所有剪切速率校核合格。式中——浇口处的体积流量〔〕——浇口截面当量半径〔〕〔5-5〕冷料井设计(1)冷料井的作用：储存喷嘴前端的冷料，使冷料不进入型腔；在开模时将主流道凝料拉向动模侧。(2)冷料井类型的选择：常见的有Z型头拉料钩冷料井、球头拉杆冷料井、倒锥形拉杆冷料井和圆环槽型冷料井，其原理都是通过拉料杆头部侧凹将主流道凝料拉住，开模时从主流道中拉出。当脱模时由于塑件形状限定而无法左右移动时不宜采用Z型头拉料杆；成型用塑料的弹性较差时不宜用倒锥形、圆环槽型拉料杆。由于ABS塑料的机械强度较大、弹性性能较差，在强行脱出凝料时所需图的力较大。经分析比拟可知，采用无拉料杆型头拉料杆冷料井〔如图5-9〕最为适宜。(3)尺寸结构：冷流井直径与主流道大端直径相同或略大一些，其深度为直径的1倍~1.5倍。主流道大端直径为10mm,取冷5-9无拉料杆冷料井料井直径为15mm,深度为20.5mm。如图5-9所示：5.3脱模力计算本次设计使用是是推杆脱模机构，在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需的外力，需克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力、粘附力及脱模机构本身的运动阻力。正压力计算要确定将塑件从圆锥型芯上脱下的摩擦阻力，应先计算塑件收缩时对型芯的正压力。因塑件壁厚与直径之比，可近似用型芯半径r代替塑件的平均半径，得出塑件由于收缩而产生的对型芯的正压力P〔5-6〕其中E——ABS的拉伸弹性模量——塑料的收缩率〔m/m〕——塑料的泊松比——°〕t——塑件的壁厚mm包紧力计算全面积所受的总压力为，模被制件包紧局部的长度为l,取高度为dl的一圈作微分单元，半径为r，其外表积为该段所受的包紧力为薄壁塑件收缩使型芯全面积所受的总压力为〔5-7〕脱模力计算5-10力分析假设图如图5-10塑件包紧型芯时，把空间汇交力系简化在平面上，两个对称的代替垂直于全圆锥外表的总包紧力，两个对称的外表摩擦力代替作用在全圆锥外表上的，由于型芯有锥度，故在抽拔力作用下，塑件对型芯的正压力降低了，这时摩擦阻力为沿o轴方向由平衡方程式即〔5-8〕〔5-9〕〔5-10〕式中——克服因包紧力而产生的摩擦力所需的抽拔力——脱模系数〔摩擦系数〕塑件底部有孔，但在推出时还需克服大气压力造成的阻力Fd2=10×A1式中A1——垂直于开模方向型芯的投影面积cm2(除去孔的面积)，大气压力按10N/cm2计算不计塑料对钢材粘附力和机构运动的摩擦阻力时，总抽拔力Fd=Fd1+Fd2所以单个塑件所需的抽拔力为〔5-11〕其中=50mm,cm查表4-1知：，，，因脱模力准确计算很困难，为了可靠推出，对这里的E、、取上限。代入数值得所以沿开模方向所需的总抽拔力为推杆设计推杆尺寸计算本设计采用的是推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：D=k()〔5-12〕d—推杆直径；n—推杆的数量，n取16；L—推杆长度〔参考模架尺寸，估取L=〕；E—推杆材料的弹性模量，取E=×10MP；k—平安系数，取k=1.5；—总的脱模力，=755〔N〕；代入数据得，考虑到塑件较薄，为确保因顶杆截面太小而顶坏塑件，这里选择的顶杆，每个产品设计成用4根顶杆推出。推杆的固定形式推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式，这里为了简化模具结构，采用固定板固定推杆的形式。5.5支承板板厚设计支承板厚度和所选模架两支架之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架选在这个大类范围之内，支架之间的跨度约为375mm，根据型腔布置及型芯对支承板的压力，就可以计算得到支承板的厚度，即〔5-13〕式中P——型腔压力〔取35MPa〕L——两支承块之间的距离〔约为375〕E——材料的弹性模量〔取〕—支承块刚度计算许用变形量〔5-14〕W——影响模具变形的最大尺寸〔mm〕，即L；为了平安起见，将支承板的厚度设计为50mm。排气系统设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局局部解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发〔或化学反响〕所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝、外表轮廓不清、不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕、色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气、分型面排气、利用型芯、推杆、镶件等的间隙排气mm。通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原那么[4]：〔1〕排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故；〔2〕最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出；〔3〕最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便；〔4〕开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；〔5〕开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；〔6〕假设型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型芯时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；〔7〕高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出；该模具为中型模具，可以通过分型面和顶杆来排气，不需要另设排气槽。冷却系统设计温度调节对塑件质量的影响〔1〕采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；〔2〕模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形；〔3〕对塑件外表粗糙度影响最大的除型腔外表加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的外表状态。温度调节系统的要求〔1〕根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；〔2〕希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量；〔3〕采用低的模温、快速、大流量通水冷却效果一般比拟好；〔4〕温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，本钱低廉。从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。冷却系统设计(1)设计原那么[4]=1\*GB3①尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；=2\*GB3②冷却水孔的数量越多，孔径越大，那么对塑件的冷却效果越好；=3\*GB3③尽可能使冷却水孔至型腔外表的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验说明，冷却水管中心距B大约为2.5~3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.8~1.5B。最小不要小于10mm;=4\*GB3④浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最正确；=5\*GB3⑤应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5℃；=6\*GB3⑥冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔;=7\*GB3⑦合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，防止与模具的其他机构发生干预。〔2〕热量计算冷却时热量的途径有冷却水传热、模具向空气对流传热、模具向空气辐射传热、模具通过上下底板向注塑机传热。一般情况下，塑料熔体带入热量的都是通过模具冷却道由冷却介质带走的，因此在作冷却水道设计时可粗略地按照熔体带入热量全部由冷却水道带走进行计算，即，这在工程计算中是合理的，所设计的冷却系统比拟平安。一般注射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65℃以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效冷却，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。1)冷却介质冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，本钱低。用水冷却，即在模具凸模内开设冷却水道。2)冷却系统的简略计算a.塑件在固化时每分钟释放的热量为式中——每分钟的注塑次数〔N=2次/分钟〕——每次注塑的塑料质量kg/次(0.294kg/次)——单位质量的塑料熔体在成型过程中放出的热量，kJ/kg查参表3-9-3[3]=×10²kJ/kg～×10²kJ/kg，取q=×10²kJ/kg代入数值得KJb.冷却水的体积流量〔〕计算〔5-15〕式中——冷却水的密度，为1×10³kg/m³；——冷却水的比热容，为4.187kJ/〔kg·℃〕；——冷却水出口温度，取25℃(一般认为普通模具出入水温差应在5℃围之内，精密模具在2℃左右，如果出入水温相差过大，会使模具温度分布不均，特别是大型制品型腔和模板尺寸很大时。——冷却水入口温度，取20℃；代入数据得为使冷却水处于湍流状态，取

d=10mmc.求冷却水在管道内的流速〔m/s〕d.求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数〔查公式3-9-16[1]式中——水流速〔m/s〕——水密度〔kg/m³〕d——管内径〔m〕——与冷却介质温度有关的物理常数，取代入数据得e.求冷却管道总传热面积A()〔5-16〕式中△θ—模具温度与冷却水温度之间的平均温差〔℃〕，模具温度取80℃代入数据得f.求模具上应开设的冷却管道的孔数n〔5-17〕为模具长度，在此取一个粗略值500mm从计算结果看，因塑件较小，单位时间注射量小，所需冷却水道也比拟小，但一条冷却水道是不可取的，会导致冷却不均，所以这里在分型面两侧设计分别设计2条冷却水道。水道中心距:在动定模两侧都为50mm；水管壁距型腔端面距离：定动模侧要承受型腔压力，熔体压力的作用下，壁厚太薄可能会被胀破，所以取15mm；动模侧型腔压力作用在主型芯上，所以可将壁厚设为10mm,以提高冷却效果。水道布局如图5-12所图5-11冷却水道布局5.8合模导向与定位机构的设计导向机构的作用：导向、定位、承受注塑时产生的侧压力。导向机构的整体设计1〕导向零件应均匀合理地分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心线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根等径导柱对称布置。3〕导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上。4〕合模时应保证导向零件首先接触，防止凸模先进入型腔，导致模具损坏，因此导柱应高出凸模端面6~8mm。5〕为确保分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承料槽，如在导套的孔口倒角。导柱、导套设计1〕导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证模具具有足够的抗弯强度，根据标准模架选用Ø40mm的导柱和Ø55mm的导套。如图5-12所示2〕导柱导套的安装形式：导柱滑动局部按H7/f7或H8/f8的间隙配合，导柱的固定局部与模板孔采用H7/k6的过度配合，导套与模板孔采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合镶入模板。3〕导柱应具有坚硬而耐磨的外表、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢淬火处理或碳素工具钢T8A或T10A经淬火处理，导套采用淬火处理的T8A。锥面定位机构的设计由于导柱与导套之间有配合间隙不可能精确定位，图5-12导柱导套装配图为了进一步提高合模精度，同时减小导向机构承受的侧向压力和开模时的磨损，这里增设了锥面定位机构，锥面定位的最大特点：配合间隙为零，大大提高了定位精度[3]。本次设计的模具采用的是75mm×72mm的相互配合的定位件，高19mm。如图5-13所示：成型零件尺寸计算成型零件尺寸计算因为所给塑件有些尺寸没有具体的精度要求，按未标尺寸公差的精度MT5级计算。如图5-14所示型腔径向尺寸计算公式〔5-18〕型芯径向尺寸计算公式〔5-19〕型腔深度尺寸和型芯高度尺寸计算公式〔5-20〕〔5-21〕凹模内的型芯中心到凹模侧壁距离尺寸公式(C)/2=(1+S)/2〔5-22〕式中——塑件外形的根本尺寸——-塑件内型的根本尺寸图——塑件尺寸的等级公差——模具成型零件的制造误差C——中心距根本尺寸S——ABS塑料的平均收缩率由以上公式求得：型腔径向尺寸Dr5-14零件图(DM)=[(1+S)Ds]=[(1+0.0055)××0.9](Dn)=[(1+S)Dl]=[(1+0.0055)××0.9]型芯径向尺寸d〔dM〕=]=[(1+0.0055)××0.25]型腔深度尺寸H〔HM〕=[(1+S)HS]=[(1+0.0055)××0.5]型芯高度尺寸hZ〔hM〕=[(1+S)hS]=[(1+0.0055)××]成型零件尺寸校核因以上成型零件尺寸计算公式中的系数多凭经验决定，为了保证塑件实际尺寸在规定范围内，需对成型尺寸进行校核，校核合格的条件是塑件成型公差应小于塑件的尺寸公差。型腔或型芯的径向尺寸校核公式(或)〔5-23〕型腔深度尺寸和型芯高度尺寸校核公式(或)〔5-24〕其中——注塑塑料的最大〔最小〕收缩率——模具成型零件的磨损导致的误差——距基准尺寸应用以上公式对各尺寸进行校核(1)径向尺寸校核:D尺寸校核=〔45〕*90+1/3*+1/6*=<=d尺寸校核615〕*72+1/3*+1/6*=<=(2)深度〔或高度〕尺寸校核H尺寸校核615〕*50+1/3*=0.141<=h尺寸校核615〕*46+1/3*=<=校核结果：全部符合结论本次设计采用是双分型面冷流道模具，整体结构相对多分型面模具和热流道模具较为简单。整个设计过程按以下流程依次展开：对产品进行成型工艺的可行性分析，对不合理局部进行修复；根据产品尺寸结构确定穴数和P.L位；根据穴数初步确定注塑机型号；模具设计阶段模具设计的总体思路是先整体后局部：首先根据产品的结构来确定模具的总体结构，再深入到各个系统〔包括七大系统：浇注系统、冷却系统、成型零件系统、顶出系统、支承系统、排气系统、合模导向与定位系统〕的设计。根据已确选的模架对所选注塑机的相关参数进行校核和更选，选择最适宜的注塑机。NC加工本次模具设计的难点：脱模机构的方案设计，因塑件含有侧孔，需增设侧向抽芯机构，本次设计中提出了3种可行的设计方案，虽然理论上都是可行的，但各有优点和缺点，最终选择方案一的选取原那么如下：确保塑