侧抽芯机构分析及三通管注射模具设计

侧抽芯机构分析及三通管注射模具设计

1绪论

1.1注塑成型概述

近年来，随着我国经济的腾飞，塑料成型加工机械和成型模具发展十分迅速，高

效，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例越来越

大。我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，不少种类模具已

能替代进口模具，模具CAD/CAM技术得到了较快推广应用并取得了良好效果，快速成

形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶段，高速铳等新一代制造技

术已被人们重视并开始应用。从模具使用角度来说，要求高效，自动化，操作简便；

从模具制造角度，要求结构合理，制造容易，低成本。现代塑料制品生产中，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。模具与其他机械产

品比较，一个重要特点就是技术含量高、净产值比重大。随着化工、轻工产业的快速

发展，我国的模具工业近年来一直以每年13%〜15%左右的增长速度高速发展，而各

行业对模具的要求也越来越高。面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上

崭露头角。随着工业发展，工业产品的品利1、数量越来越多；对产品质量和外观的要

求，更是日趋精美，华气。因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具

生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。

注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。用此方法加工成型的塑料制件，

其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。起过程是借助与螺杆的推力，将已塑

化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。

因此，构成注塑成型的三个必要条件：一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是

塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落；三是

需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。

注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方面：其

一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行，模具可以始

终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；其二是先锁紧

模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对模腔的磨损很小，因而

可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清晰和尺寸精度较高的制品；

其三是成型过程的合模、力口料、塑化、注塑、启模和顶出制品等全部成型操作均由注

塑机自动完成，从而使注塑二艺容易全自动化和实现程序控制。但我们也要看到注塑

成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又

较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投

资较大，所以注塑技术不适合于小批量制品的生产。

注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。除

极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。注塑成

型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。注塑成型已经成功地运用于某些热

固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。

注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热

塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、闭

合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型塑件，

在操作上完成了一个周期。

注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。它具有以下

几方面的特点：

①成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料

制件。

②对成型各种塑料的适应性强。目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可

以用此方法成型，某些热固性塑料也叫以采用注塑成型。

③生产效率高，易于实现自动化生产。

④注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别

适合大批量生产。

1.2PVC塑料的现状和前景

PVC可分为软PVC和硬PVC,其中硬PVC大约占市场的2/3,软PVC占1/，

软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂（这也

是软PVC与硬PVC的区别），容易变脆，不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬

PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此

具有很大的开发应用价值。下文均简称PVC。PVC的本质是一种真空吸塑膜，川于

各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药等

诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%,其次是包装行业，还有其他若干小

范围应用的行业。

L3PVC塑料注塑工艺分析

PVC（聚氯乙烯）化学和物理特性刚性PVC是使用最广泛的塑料材料之一。

PVC材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、

辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。

PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC

对氧化剂、还原剂利强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝

酸所腐蚀并且也不适用与芳香烧、氯化燃接触的场合。

PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料

分解的问题。PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材

料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性），因此通常使用的都是小

分子量的PVC材料。PVCH勺收缩率相当低，一般为0.2、0.6机

注塑模工艺条件

熔化温度：185~205℃模具温度：20~50℃

注射压力：可大到1500bar保压压力：可大到lOOObar注射速度：为避免材料

降解，一般要用相当地的注射速度。

流道和浇口：所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件，最好使用针尖

型浇口或潜入式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针尖型浇口或潜入式浇

口的最小直径应为1mm；扇形浇口的厚度不能小于1mm。

典型用途供水管道，家用管道，房屋墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器

械，食品包装等。

2注塑模侧分型机构分析

当塑料有侧壁孔、凹穴、凸台结构时，采用侧抽芯机构。此产品由于带有侧壁孔,

故采用侧抽芯机构。

侧分型机构可分为三类：

(1)手动侧分型与抽芯机构操作麻烦、工人劳动强度大、生产效率低，但模

具结构简单.、制造成本低，常用于产品试制、小批量生产或无法采用其他侧分型机构

的场合。

(2)液压或气动侧分型与抽芯机构用于抽拔力较大，侧拔距离较长的场合，

例如大型管状塑件生产，抽拔动作比较平稳，但液压或气动装置成本较高。

(3)机动侧分型与抽芯机构利用注塑机开模力作动力，通过有关传动零件施

力于侧向成型零件，将模具侧向分型，合模时又靠它使侧向成型零件复位。这类机构

虽然结构比较复杂，但分型无需手工操作、生产效率高。根据传动零件的不同，又可

分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块等许多不同类型机构。

2.1斜导柱侧分型机构

顶出时，推杆6推动动模套版

4,同时斜销2拔动滑块3完成抽芯

并将制品从型芯5上脱出。定模板

1带有锥形套对滑块锁紧，适用于

具有较大胀型力的场合。

斜导柱侧分型机构是利用斜导

柱等零件把开模传递给侧向成型块

使之产生侧向运动完成分型动作。

这类侧向分型机构的特点是结构紧

凑、动作安全可靠、加工制造方便,

是注塑模常用的分型机构但它的抽

图2-2弯销抽芯

拔力和抽拔距离受到模具结构的限

1一挡板2—锁紧块3—弯销4一滑块

制，一般使用于抽拔力不大及抽拔

距离小于60〜80mm的场合。

2.2弯销侧分型机构

弯销侧分型机构的工作原理和斜导柱侧分型机构相似，所不同的是在结构上以矩

形截面的弯销代替了斜导柱，因此，弯销侧分型机构衽离不开滑块得道滑、注射时侧

型芯得锁紧和侧抽芯结束时滑块的定位这三大要素。图2.2所示是弯销侧分型机构的

典型结构。

开模空行程间隙3后，弯销3拨动滑块4完成抽芯，锁紧块2对滑块锁紧，挡板

1对滑块限位。

通常，弯销及其导滑孔的制造困难一些，但弯销侧抽芯也有斜导柱不及的优点：

一、强度高，可采用较大的倾斜角。弯销一般采用矩形截面，抗弯截面系数比斜导柱

大，因此抗弯强度较高，可以采用较大的倾斜角，所以在开模距相同的条件下，使用

弯销可比斜导柱获得较大的抽拔距。利用弯销的高抗弯强度，在注射熔料对侧型芯总

压力不大时，可在弯销前端设置一个支承块，对侧型芯滑块起到锁紧作用，而简化模

具结构；但在熔料对侧型芯总压力较大时，仍应考虑设置楔紧块，以锁紧弯销或直接

锁紧滑块。二、可以延时分型。由于塑件的特殊或模具结构的需要，弯销还可以延时

侧抽芯。

2.3液压侧抽芯机构

液压缸1,通过支架2固

定于动模板5,液压缸1的话

赛杆通过拉杆4于滑块3的T

型槽直接连接。滑块3在动

模板5的槽中滑动，并通过

液压缸1中活塞的往复运动，

实现抽芯及复位。此种结构

结构紧凑。

图2-3液压抽芯机构

2.4斜导槽侧向分型与抽芯机构

滚轮4套在穿过滑块4的轴上，开模过程中，滚轮4沿滑块3的斜槽运动，与此

同时•，滑块2做侧向移动完戌抽芯。闭模状态时，锁紧块1对滑块进行缩进。

特点：模具结构紧凑，抽芯稳定可靠，选取大抽拔角度，能满足较长的抽拔距离,

滚动轴承与滑板导滑槽相配，摩擦阻力小。

3工艺分析及工艺方案的确定

3.1.1PVC的物理性能

PVC是一种具有良好综合性能的工程塑料，它具有聚氯乙烯的良好成型性，其抗

拉强度可达70〜l80MPa。PVC的粘度适中，流动性差。他的另一个优点是耐气候

性，其制品的使用温度范围为40i60℃。PVC设定料温在150~200℃之间，模温在

30〜45c之间。

PVC塑料密度p=1.38©cm3,弹性模量E=2900-3400MPa,成型收缩率£=

0.2%〜0.8%。

3.1.2塑件形状分析

三通管接头如图3.1所示，直径20mm直型管长70mm,且两端有M36mm的外螺纹,

在直型管的中部有一直径32mm的垂直接管。该零件材料为PVC,表面要求光滑，不

允许有飞边、凹痕等缺陷。雷三向侧抽芯

3.2模架型式及规格

3.2.1模架概述

模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具

上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，

大大节约了模具制造时间和费用。现在，厂家设计制造出•套中等复杂程度的注塑模

具，10天左右的时间即可完成。

模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，

但所具有的结构基本上是一样的。这次设计的模具标准是流行于广东珠江三角洲地区

的港台标准，与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。

3.2.2模架的分类

按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将

浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）

所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水

口模架共有A、B、C、D四种型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、

ED八种型式，其中以D字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架［3］。

3.2.3模架的选择

模具的设计采用。而模典的大小是由模芯的大小来确定的，根据经验数据和模架

库的选择，再加上抽芯机构的摆放位置。为了配合注塑机使用大多数采用工字模。

4进行注塑工艺设计

4.1工艺参数计算

4.1.1塑件体积和质量的计算

假设塑件是一个实体，再减去中间空心部分的体积。则近似塑件体枳

312n2312H

V二(/4X36X10)X3+/4X40X120+/4X40X120-/4X

2712

20X70-/4X20X25

%80.33cm3

使用UG或PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，经

验证后正确；PVC材料的密度取1.38g/cm3,所以塑件的质量

4.1.2注塑机的选择

塑件在分型面上的投影面积：

A=36x10x3+50x26+26x26=3056

生产实践表明：应使制品用料量之和为及其的公称注射量的80%为好

111/0.8=138.75

111/0.8=444而

故注塑机的公称注射量在250、350、400、500之间选择

由于塑件结构比较复杂，采用一•模一腔的结构，考虑注塑时所需压力和工厂现有

设备等情况，初步选用注塑机为SZ-250/1250型号注塑机，

其特性如表4.1所示

表4.1注塑机参数

螺杆直径45mm最大理论注射量270cm3

注射压力160MPa锁模力1250KN

移模行程360mm最小模具厚度150mm

最大模具厚度550mm喷嘴孔径4mm

喷嘴圆弧直径SR15mm拉杆空间距离415x415mm

定位孔直径中160mm

4.2塑件注塑成型工艺参数

料筒温度：控制在PVC的粘流温度和热分解温度之间，这里后段取140〜150℃,

中段160〜165℃,前段取160〜170c

喷嘴温度：一般应在150〜160c之间

注射压力：可达到180MPa

保压压力：可达到150MPa

模具温度：尽可能低（通常用冻水，控模温度30〜45℃之间）

5模具的总体设计

模具的总体设计是模具设计的主要内容，本章内容包括浇注系统的设计，分型面

合排气槽的设计，成型零件的设计，合模导向机构的设计等。

5.1浇注系统的设计

浇注系统设计是注射模具设计中最重要的问题之一。校注系统是引导塑料熔体从

注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送通道。它具有传质、传压和传热的功能，

对塑件质量具有决定性的影晌。它的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺

操作的那一程度。

5.1.1浇注系统的功能

浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利的充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，

内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少，排

气条件好，浇筑系统凝料易于与制品分离或切除。

(1)浇注系统的组成

无论用于何种类型的注塑机模具，其浇筑系统一般由四部分组成

①主流道指由注射机喷嘴出口起到分流道入口为止的一断流道。它使塑料熔体

首要经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一条轴线.

②分流道支柱流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向。

单型腔模具中分流道是为了缩短流程。多型腔模具中分流道是为了分配物料，通常有

一级分流道核二级分流道，甚至多级分流道组成。

③浇口指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑

料熔体加快流速注入模腔内，并有序的填满型腔，且对补缩具有控制作用。

④冷料穴通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功用为“捕捉”和储存

熔料前锋的冷料。冷料穴也经常起拉钩凝料的作用。

(2)浇注系统设计原则

①浇注系统与塑件一起在分型面上，应由压降、流量和温度分布的均衡布置。

②尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间。

③浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利于排

气何补缩。

④避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移。

⑤浇注系统凝料脱出方便可靠，易于塑件分离或切除整修容易。

⑥熔合缝位置须合理安排，必要时配置冷料穴或溢料槽。

⑦尽量减少浇注系统的用料量。

⑧浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上精度。

5.1.2流道系统设计

流道系统包括主流道、分流道和冷料穴及其结构设计。

(1)主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入

分流道和型腔，其形状为圆锥形，其尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，

甚至塑料的内在质量。主流呈圆锥形，便于充模时既能顺利通过又能在脱模时拔出，

锥角a=2°〜4。，内壁粗糙度Ra=0.63,喷嘴的球窝深度h=3〜5mm，喷嘴的球窝半径

SR二喷嘴的球面半径+(1〜2)mm

主流道•般由主流道衬套构成，如图5.1所示。

查参考资料1第53页得，主流道小端直径

4=喷嘴半径+(0.5-l)(mni)(5.1)

喷嘴窝球面半径SR=喷嘴球面半径+(1-2)mm,因为注塑机喷嘴球面半径是

15mm,这里SR取16mm；圆锥角a为2°〜6°,这里取6。，喷嘴窝深度一般为3〜

5mm,这里h取4mm；流道大端直径

出=4+2ltgy=20mni(5.2)

定位圈的外径按注塑机的定位孔直径确定，山”6〜M8的螺钉固定在定模固定板

上。在材料方面，选用优质钢材单独进行加工和热处理。这里采用T8A,淬火热处理

硬度为HRC53。

图5.1主流道衬套

(2)分流道的设计

由于本设计采用点浇口，分流道直接浇注塑件，分流道设计如图

(3)冷料穴的设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是冷料、拉料和顶料。冷料穴直径

应大于主

流道大端直径主要有以下几类：

①底部带有推杆的冷料穴这类冷料穴的地步由一根推杆组成，推杆装于推杆

固定板上。因此它常与推杆或推杆脱模机构连用但仅适用于韧性塑料。

②底部带有拉料杆的冷料穴这类冷料穴的底部有一根拉料杆组成，装于型芯

固定板上，常见结构有球头型，菌头型，倒锥头型，，圆锥头型。

③底部无杆的冷料穴对具有垂直分型面的注射模，冷料穴置于左右两半模的中

心线上，当开模时分型面左石分开，塑件与流道凝料一起去处，冷料穴底部不用设置

本设计采用带球形头底部无杆的冷料穴，起到拉料作用，一般情况下，主流道

冷料穴圆柱体的直径为6~12mm,其深度为6〜10mm,本设计3mm

5.1.3浇口的设计

浇口是连接流道与型腔之问的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分。浇口

的设计或选择恰当与否，直接关系到制品能否被完好的注射成型，浇口的种类包括有

直浇口、侧浇口、扇形浇口，环形浇口以及点浇口。

（1）浇口形式的确定

①直接浇口直接浇口又称主流道型浇口，塑料熔体直接从主流道进入型腔，因

而具有流动阻力小、料流速度快及补缩时间长的特点，但注射压力直接作用在塑件晌,

容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形，塑件痕迹也较明显。这类浇

口大多数用于注射成型大型厚壁，长流程，深型腔的塑件。

②侧浇口侧浇口又称边缘浇口，浇口一般开设在分型面上，塑料熔体与型腔

的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充

模时的剪切速率及浇口封闭时间。这类浇口加工容易，修整方使，并且可以根据塑件

的形状特征灵活的选取进料位置，因此它使被广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于

中小型塑件的多型腔模具，口对各种塑料的成型适应性均较强；但浇口痕迹存在，会

形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，单深型腔塑件排气不便。

③点浇口点浇口又称菱形浇口，其尺寸很小，能有效的增大塑料熔体的剪切

速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的粘度下降，流动性增加，利于填充。有利

于成型薄壁塑件，但不利于成型平薄及形状复杂的塑件。采用点浇口的模具，以取得

浇注系统的平衡，有利于自动化的操作，但压力损失大，浇口凝料脱模需要在定模部

分另加一个分型面；塑件浇口残留痕迹小，但收缩率达易变形。

④环形浇口环形浇口用来成型圆筒形塑件，它开设在塑件的外侧，采用这类

浇口，塑料熔体在充模仕进料均匀，各处料流速度大致相同，模腔内气体易排出，避

免了侧浇口容易在塑件上产生的熔接痕，但浇口去除较难，浇口痕迹明显。

⑤盘形浇口盘形浇口类似于环形浇口，它与环形浇口的区别在于开设在塑件

的内侧，其特点与环形浇口基本相同。

根据制品的要求，采用点交口。

（2）浇口位置的选择

浇口位置与数目对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则：

①避免塑件上产生缺陷；

②浇口应开设在塑件截面最后处；

③有利于塑料熔体流动；

④有利于型腔排气；

⑤考虑塑件受力状况；

⑥增加熔接痕牢度。

在浇口位置的选择方面，本设计有两个方案：、浇口设置在主流道衬套内结构；、

浇口设置在成型凹模内。

综合考虑，由于第一种方案脱模凝料去除后，有可能在端面留下痕迹影响塑件

质量。而第二种方案在模去除凝料后，由于痕迹留在了内壁，不会影响使用。这里采

用第二种方案

5.2分型面和排气槽的设计

5.2.1分型面的设计

在注塑模中，用于去除塑件祸浇注系统凝料的面，通称分型面。常见的取出塑件

的主分型面，与开模方向垂直。分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而

且涉及模具结构和成本，在选择分型面时应遵循以下原则：

（1）分型面应选在塑件得最大截面处；

（2）尽量将塑件留在动模一侧；

（3）有利于保证塑件的尺寸精度；

（4）有利于保证塑件的外观质量；

（5）考虑满足塑件的使用要求

（6）尽量减少塑件在合模平面上的投影面积；

（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。

本设计采用斜滑块侧抽芯机构，所以可以将分型面选择为直通部分的轴线所在面。

通过侧抽芯将塑件取出。

5.2.2排气槽的设计

从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。即塑料熔体注入模腔同时，必须置

换出型腔内空气和从物料中送出的挥发性气体。排气系统的设计相当重要。

排气不良的危害

①增加熔体充模流动的阻力，是型腔充不满；

②在制品上呈现明显可见的熔接缝，其力学性能降低；

③滞留气体时塑件产生质量缺陷；

④型腔内气体受到压缩后产生瞬时局部高温，使塑料熔体分解；

⑤由于排气不良，降低了充模速度。

（2）排气系统的设计方法

①利用分型面排气是最好的方法，排气效果与分型面的接触精度有关；

②对于•大型模具，可以用镶拼的成型零件的缝隙排气；

③利用顶杆与孔的配合间隙排气；

④利用球状合金颗粒烧结块渗导排气；

⑤在熔合缝位置开设冷料穴

本模具可以利用配合间隙排气，通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动

型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，这里不再单独设计排气

槽。

5.3成型零件的设计

注射模具闭合时，成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、

凸模、型芯镶拼件，各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和

摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形状，尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑件

的粘着力。成行李零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的

相对质量。成型零件的结构，材料，和热处理的选择及加工工艺性，使影响模具工作

寿命的主要因素。

5.3.1模腔结构零件的设计

(D凸凹模结构设计

凸模结构

凹模结构

(2)推出机构的形式确定

推出机构的作用是将成型的塑件推出行腔，推杆的设计要求是：布置均匀、保证

塑件被推出时受力平衡、推出平稳、不变形。设置的部位；尽量设置在壁厚处、凸缘、

加强筋等处。其形式按其结构来分：推杆推出机构、推板推出机构、行腔推出机构、

组合推出机构。按动力来源来分：手动推出、机动推促、液动推出等。

在本课题中的推促机构的形式为：组合推出机构，即推杆和推板共同作用。原因

是推板作用面积大，推出力大而均匀，运动平稳，并且塑件上无推出痕迹。推杆的材

料采用T8、T10碳素工具钢.热处理要求硬度2HRC50,工作端的表面粗糙度RaW

0.8pm,推杆尽可能采用大直径，保证具有足够的刚度，以成熟推出力。

工作原理是；当动模下移一定的距离时，碰到推板，此时推杆作用时斜导柱上滑,

上移一定距离后，塑件脱模，推出机构工作完成。在动模的作用下复位，进行下一轮

工作。

5.3.2成型零件刚材的选用

(1)选用要求

①机械加工性能良好要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种,

为此，以中碳钢和中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需要电火花加工的

零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。

②抛光性能优良注射模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，R“W

0.05要求钢材硬度HRC35〜40为宜。过硬表面会抛光困难。刚才的显微结构应

均匀致密，极少杂质。

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

热温度交变的应以作用。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，不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，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具有耐磨性对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃性塑料，必须考虑选用有

耐腐蚀性的钢材。

5.3.3成型零件工作尺寸计算

成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来成型塑件的尺寸。主要有型腔和型芯

的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，在使用中有配合要求的尺寸，还有

较高的精度要求的尺寸。模具设计时应根据塑件的尺寸及精度等级要求确定模具成型

零件的工作尺寸及精度要求。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，主要因素有：

（1）塑件收缩率的影响

（2）模具成型零件的制造误差

（3）模具成型零件的磨损

（4）模具安装配合的误差

成型零件工作尺寸计算的方法有两种：

（1）平均法即按平均收缩率，模具平均制造公差和平均磨损量为基准的计算

方法。

（2）极限法即按极限收缩率，模具极限制造公差和极限磨损量为基准的计算

方法。

所谓的模具工作部分的尺寸，是指成型零件上直接用于成型塑件部分的尺寸。

主要有型腔、型芯的径向尺寸、深度尺寸、中心距等。

（1）型腔尺寸计算：

材料平均收缩率：%=0.5%

平均磨损量讥=0.03

模具型腔零件制作公差：必取IT8

型腔轴向尺寸“7027”的计算：

=［（1+S。）4—/+多）］产

=［（1+0.005）x150-^（0.7+0.03+0.063膘侬

=69.95产2

②型腔轴向尺寸“5044”的计算:

L=[(l+Ss)%—彩

=[(1+0.005)x120-1(1.14+0.03+0.054)]产

=49.63产54

③螺纹型环工作尺寸”M362O56”的计算：

查机械设计手册；取螺距=4

M=36螺纹大径为36中径为34.701小径为31.67

螺纹的中径公差为0.56。

。“1=[(1+%)%-品]>

=[(l+O.5%)x5O-O.56]；006

=35.62产6

D+S=34.31+005

M中。°

D+8=31.27+005

M小00

(2)型芯尺寸计算

模具成型零件制作公差：B取IT7

①型芯径向尺寸的计算：

4f2=[(1+S")42+<(△+3+。)]-,Jz

2

=[(1+0.5%)x32+J(0.32+0.025+。旧)]%

=203°

-0.025

②型芯高度尺寸的计算：

%2=Kl+Sb»s+；S+bz必

2

=[(1+O.5%)x75+-(0.46+O.O3)]°O)3

=325M42-°0.03

5.4模具结构尺寸计算

5.4.1模板尺寸计算与选择

由行腔壁厚经验公式得：S=620/+17=0.20X150+17=31mm

模板设计与结构尺寸的确定如图：

模板的选择

本模具采用镶块式凸凹模，模板的长度、宽度选择最少应该保证型腔壁厚S。同

时配合导柱、螺钉、限位钉等的安装。在满足注塑机拉杆内间距的范围内，尽量使模

具的布排紧凑合理。下面表5.2所选各模板的尺寸：

表5.2模板尺寸表（mm）

模板宽度X长度高度材料

定模座板315x4003245钢，调质

动模座板315x4003245钢，调质

动模板315x3156345钢,调质

支撑板315x3155045钢,调质

动模镶件150x15063T8A,

推杆固定板与推板厚度分别为20、32mm。根据布局确定推版尺寸为315乂190。

5.4.2垫块尺寸选定

由于垫块的高度决定顶出距离，这里进行垫块的高度的设计。推出距离为30mm。

垫块高度应等于推出距离加推板和推杆固定板厚度。所以至少垫块高度应大于推出高

度30+52=82mmo根据《塑料注射模架的尺寸组合》，所以选择垫块的高度应为100mm。

垫块宽度力=56〃?〃？

模具总高度H=114+63+63+100=340mm

5.4.3连接件的确定

在主流道衬套和动模座板连接的地方，用开槽半沉头螺钉。根据模板的厚度确定

其规格为d36,L=25；对于幼模板到垫块间的连接使用内六角头螺栓A级，规格为

d=M20,L=200；顶板和推杆固定板用开槽沉头螺钉和俏钉，规格为d二MIO,L=40。

5.5合模导向机构设计

5.5.1导向机构的功用

在注射模中，指引动模与定模之间按一定的方向闭合和定位的装置，称之为合模

导向机构。导向机构的功能有：

（1）定为作用；

（2）导向作用：

（3）承受一定的侧应力；

（4）支承定模型腔板或动模推件板。

5.5.2导柱导向机构设计

导柱导向机构包括到柱和导套两个主要零件，分别安装在动定模两边。本设计导

套直接在模板上开孔形成。导柱基本形式有两种，一种是除安装部分的凸肩外，长度

的其余部分直径相同，称为带头导柱；

另一种是除安装部分的凸肩外是安装的配合部分直径比外伸的工作部分直径大，

称为有肩导柱。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。本设计考虑到模具结构采用带头导柱，如

下图所示：

图5.11带头导柱

机构的功能：

1定位作用合模时维持动、定模之间都设置有导向矶构，合模后保持模腔的正

确形状；

2导向作用合模时引导动模按序正确I田合，防止损环型芯，并承受一定的侧向

力；

3承载作用采用推件板脱模或三板模具结构，导柱有承受推件板和定模型板的

重载荷作用；

4保持运动平稳作用。

本设计采用导柱032mm,根据GB4169.4-84,采用P7级公差。

查《塑料模具技术手册》表9一6,

505328402

图中L=14°：mm,Ll=-'mm,d=-®^omm>s=-°>mm,D=-°mm,

Ca1O〃77

导套的选择:

5.6复位机构设计

本模具开模后有一个机构需要复位，即是塑件推杆要复位。

塑件推杆的复位：用常见的复位杆复位机构即可，即复位杆顶端与定模板接触，

合模时由复位杆将推板顶回复位，但是在此机构中，在复位杆上加弹簧，保证复位杆

先于在合模之前复位结构如图所示。

1——复位杆

2——上模板

3——垫块

4—一弹簧

5一一固定板

6-----推板

5.7脱模机构设计

注射模成型过程中的开模力和脱模力，都是由于型腔残余压力使塑料件与型腔和

型芯之间产生了接触压力。需要足够的开模力和脱模力，才能让塑件脱离模具。

5.7.1脱模力的计算

塑料熔体在模腔内冷却到软化点以前，其收缩不会造成对型芯的抱紧力的作用，

模腔内抱紧力来自注塑机的喷最传来的静压力，浇口冻结，补料停止后，由于冷却收

缩使塑件对型芯的抱紧力越来越大，而且对凹模的抱紧力越来越小，开模时接近于零。

制件对型芯的抱紧力达到极值，导致制件滞留在型芯上。

脱模力的计算：

由于故零件属于厚壁制件，所需脱模力

d3220

2〃灯q-g”）（5.K9H64）

。+〃+勺）储

式中：Q------脱模力（N）

K、——随f和6而变化的无因次系数，查参考资料9表3-30,取值为I

K2——随；I和中而变化的无因次系数，查参考资料9表3・31,其值为1

r---型芯半径（mm）

E——塑料抗拉弹性模量（MPa）

&一一塑料制品的平均收缩率（％）

L——塑料对型芯的包容长度（mm）

中一一模具型芯的脱模斜度

f——塑料与型芯的摩擦系数

〃一一塑料的泊松比

查参考资料9表3-29得ABS的拉伸弹性模量E=L4X10,MPa,成型收缩率

2=0.3%〜0.8%,塑料与型芯的摩擦系数/=0.4,泊松比4=0.35。其中模具型芯的脱

模斜度gl.5°,塑料对型芯的包容长度L=75mm,,本设计B值为0

代入(5-16)得到,

2x3.14x0.016x1.4x109x0.005x0,075(0.4-ZgO°)

=8979N

0=(14-0.35+1)x1

5.7.2脱模机构尺寸计算

简单脱模机构有推杆机构，推管机构，推板机构等。本设计采用推杆推出机构。

由于推杆位置设置有较大自由度，因而用于塑件局部需要有较大脱模力的场合。常用

推杆形式有圆形截面，本设计采用A型推杆，如图5.10所示

图5.13推杆

由模具结构可以确定推杆长度为175mm,由参考资料2公式4.6-35可计算推杆直径

64.(])[“(5-24)

nE7r)

式中：2.—脱模力(N)

n—顶杆数目

K—安全系数，K=2；

U—压杆的长度系数，查表4.6-3得11=0.707；

1—推杆长度；

E—推杆刚才的弹性模量，一般E=2.1X105：

64x8979(0.707x!75)2

根据公式(5—24)d=2x=4.5mm

3X2.1X105X3.143

查参考资料《塑料模的标准化》表9-3,根据GB4169.91-84取推杆尺寸d=10,

Q

S=5,D=16,L=175,d的公差S%，DQ1,

5.7.3推杆位置的选择

推杆应设置在有效位置即：

（1）应设置在滑块投影面内；

（2）有深槽深孔部位附近；

（3）加强筋部位；

（4）局部壁厚部位；

（5）有金属嵌件部位附近；

（6）结构复杂部位。

综合考虑，本设计将推行设置在离中心线100mm的位置上，由于塑件结构不是太

复杂，这里只设置4根推杆在对称面上。

5.8模具温度调节系统设计

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，时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。

（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。

5.8.1冷却系统的计算

1.求塑件每小时在模内释放的热量Q

由公式0=[。2。1-2)+G]

式中：q—塑料的比热容

G—结晶形塑料的熔化潜热

《一塑料注塑温度

t2一模具温度

5

2=[c2(/1-Z2)+G]=lC'47x(180-50)+2.0xl0=350V/^g

2.求冷却水的体积V

由公式得印二%。

一2)

式中：V—冷却介质的体积流量，

W一单位时间内注入模具中的塑料质量，kg/min

Q-塑件在凝固是放出的热量，kJ/kg

p—冷却介质的密度，Kg/m,

C—冷却介质的比热容，饭/吗

匕—冷却介质的出口温度，。C

冷却介质的入口温度，℃

实际单位时间(min)内注塑成型2个塑件，共计质量256g

K=—看6x35。_=3.5x6能/版

3

pc(t,-r2)1,0X10X4.2X(28-22)

故不需要冷却水道。

6模具的校核

6.1工艺参数的校核

6.1.1注射量校核

一次注射行程的实际注射量为：

v=v.+v2

式中：V|—塑件体积

V2—流道塑料体积

V=143cm3

注射机最大注射容积曦,=0.75匕主=202.5cm3

注射机最小注射容积曦，=0.25%=67.5°/

(6」)

所以注射量选择合适。

6.1.2锁模力校核

高压塑料熔体刚充满模具型腔时会产生沿开模方向的涨模力C该涨模力大小等于

塑件和浇注系统在分型面H勺投影面积，乘以分型面上模腔的平均压力q。模具锁模

力必须大于涨模力，才能防止分型面上产生溢边，保证塑件在深度方向的尺寸精度⑶,

因此

F=KAq(6.2)

式中:F—涨模力(N)；

K一安全系数，通常取L1〜1.2,这里取K=l.l；

A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积；

贝UF=1.1X8650X10-6X160X80%Xl06=12l8KN＜尸馈

所以，锁模力大小合适。

6.1.3最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为它的最高压力《必，应该大于注射机成型所需调用的

注射压力Po,即qax>K'Po(63)

式中：K'—安全系数，通常取L25〜1.4,这里取K'=1.3。

160>1.3X80

所以，注射压力校核合格。

6.2安装参数校核

6.2.1模具厚度校核

模具厚度〃小也称模具闭合高度，必须满足

"mmW”产小(6.4)

式中："min—注射机合模部件允许的最小模厚：

注射机合模部件允许的最大模厚。

150mmW340mm《550mm

模具厚度校核合格。

6.2.2模板尺寸校核

考虑到模具的安装，应进行模版尺寸的校核。由于在模板尺寸中动、定模座板尺

寸最大,这里只校核动、定模座板尺寸315X400ram。注塑机拉杆内间距尺寸为415

X415mm,完全可以满足动、定库板的安装要求。

6.2.3开模行程校核

因为本模具为双分型面模具，则校核合格条件为

H2H1+H2+a+5〜10mn】(6.5)

式中：H—注射机动模板开模行程；

日一塑件推出距离；

H2—塑件高度，计算得

360mmN35+50+45+10mm=160mm

所以，开模行程校核合格。

综上所述前面选择的SZ-60/40型注塑机符合要求。

6