带金属嵌件的塑料二通管注射成型模具设计

1、太原工业学院毕业设计带金属嵌件的塑料二通管注射成型模具设计摘要：本课题主要研究了带金属嵌件的塑料二通管注射成型模具结构，重点对嵌件的放置、侧抽芯结构及分型面的选择进行了分析研究。通过查阅文献，咨询导师提出了最佳设计方案，并对模具结构的相关尺寸和力学参数进行了校核，实现塑件的顺利脱模，以保证自动化生产。关键词：聚丙烯，嵌件，侧抽芯，注塑模具- 0 -Design of two-way plastic tube with a metal insert injection mold Abstract: This paper studies the two-way pipe plastic injec

2、tion mold structure with metal inserts, inserts placed emphasis on the measured pumping select core structure and sub-surface were analyzed. Through literature, consulting advisor and proposed the best design, and related dimensions and mechanical parameters were checked mold structure, to achieve a

3、 smooth mold plastic parts to ensure automated production. Key words: Polypropylene, inserts, measuring core pulling, injection mold- 0 -目 录1 前言11.1 国内外模具发展状况11.2 模具技术的发展趋势21.3 本课题研究的目的及意义32. 塑件分析42.1 塑件要求分析42.2 塑件材料选择52.3 塑件结构分析52.3.1 收缩率52.3.2 脱模斜度62.3.3 尺寸精度62.3.4 表观质量62.3.5 工艺参数63 分型面的选择84 注塑机的确

4、定94.1型腔数的确定94.2 注塑压力校核104.3 锁模力校核104.4 开模行程校核115 成型零件设计125.1 成型零件尺寸计算125.1.1 型腔尺寸计算125.1.2 型芯尺寸计算135.2 成型零件结构设计145.2.1 模具型腔结构设计145.2.2 模具型芯、侧型芯结构设计155.3 成型零件厚度的确定166 浇注系统设计176.1 主流道及其衬套设计176.2 分流道系统设计186.2.1 分流道排布186.2.2 分流道截面196.2.3 浇口设计206.3 冷料井和拉料杆设计217 侧向分型与抽芯机构设计227.1 抽芯距的确定227.2 斜导柱结构设计计算227.3

5、 滑块与导滑槽设计237.4 定位装置设计247.5 锁紧装置设计248 脱模顶出机构设计268.1 顶出机构结构设计268.2 脱模力计算269 冷却系统设计289.1 冷却水道参数计算299.2 冷却水道结构设计3010 合模导向机构设计3211 排气系统设计3412 结论.35参考文献36致谢371 前言模具生产技术水平的高低，已经成为衡量一个国家产品生产水平的重要标志，以为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着我国加入WTO,我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。 1.1 国内外模具发展状况近年来，我国塑料模具有了很大的进步。在塑料模具方面，已能生产34英寸大

6、屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。内热式或外热式热流道装置得宜采用，少数单位采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的交口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在精度方面，塑料模型腔制造精度可达0.02到0.05mm（国外可达0.05到0.01mm），分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型腔的表面粗糙度值为Ra0.2到0.25um，塑料模寿命已达100万次（国外可达300万次），模具制造周期仍比国外长2到4倍。这标志着模具总体水平参数指标与国外相比仍有较大差距。在欧美，目前模具的3D设计已经达到了7

7、0%到89%，基本超越了CAD二维绘图的初级阶段，Pro/E、UG等软件的应用很普遍。此外CAE技术在欧美也已经逐渐成熟，在注射模具设计中应用CAE分析软件，模拟塑料的冲模过程，分析冷却过程，预测成型过程中可能发生的缺陷。在冲模设计中应用CAE软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱和回弹等缺陷。例如，意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上。欧美模具企业在生产中广泛应用数控高速铣，三轴联动的比较多，也有一些是五轴联动的，转数一般在15000到30000r/min。采用高速铣削技术可大大缩短制模时间。经高速铣削精加工后的模具分型面，仅需略加抛光便可使用，

8、节省了大量修模抛光时间。因此增加数控高速铣床，是模具企业设备投资的重点之一。 对于本课题带金属嵌件的塑件，金属嵌件应有其设计基本原则以及固定方式：嵌件应尽可能采用圆形或对称形状，这样可以保证收缩均匀；嵌件周围的壁厚应足够大。由于金属嵌件与塑料制品的收缩量不同，因此会使嵌件四周产生很大的内应力而造成制品开裂，若金属嵌件四周的塑料壁厚越大，则制品开裂的可能性就越小；金属嵌件嵌入部分的周边应有侧角，以减少周围塑料冷却时产生的应力集中；模具内的金属嵌件在塑料成型过程中受到高压熔体流的冲击，可能发生位移或变形，同时塑料还可能挤入嵌件在上面预留或螺纹线中，影响嵌件只用，因此嵌件必须可靠定位。嵌件在模具内固

9、定的方式很多，例如，圆柱形嵌件一般插入到模具的孔内固定。对于在圆环形嵌件中没有螺纹孔时，可以采用插入式方法定位，即将嵌件直接装插在模具内定位。当注射压力不大，且螺牙很细（M3.5以下）时，有通孔的螺纹嵌件也可直接插在模具的光滑芯杆上定位，此时塑料可能挤入到一小段螺纹牙中，但并不妨碍多数螺纹牙的使用，这样安放嵌件会使操作大为简便；嵌件自由伸出长度不宜超过其定位部分直径的2倍，否则应在模具上设置支柱，以免嵌件弯曲。在实际生产中，成型带嵌件的塑料制品会降低生产效率，且生产不易自动化，因此在设计塑料制品时此类嵌件就应尽可能不用。1.2 模具技术的发展趋势模具CAD/CAE/CAM软件正向集成化、三维化

10、、智能化和网络化方向发展。模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各个功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与分享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。模具设计、分析及制造的3D化要求新一代设计软件以立体直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便的用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成型过程模拟及信息的管理与共享。模具检测、加工设备向精密高效多功能方向发展。目前，国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度测量机，并具有数字化扫描功能。实现了从测量实物到建立数学模型，再输出工程车那个图纸从而实现

11、模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。此外数控电火花加工机床、高速铣削机床（HSM）在模具加工中日益受到重视。模具标准件的使用也日益广泛，使用模具标准件件不但能缩短模具制造周期，且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此模具标准件额应用必将日益广泛。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上与德国、美国、日本的发达国家相比还存在相当大的差距。在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业将成为世界装备制造业基地。而在现在制造业中，无论哪一行的工程装备，都越来越多的采用模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短

12、交货期、低成本的迫切需求，模具工业应广泛应用现代先进制造技术加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求，以实现我国模具工业的跨越式发展1。1.3 本课题研究的目的及意义本课题对带金属嵌件的塑料二通管注射成型模具进行设计。并重点解决嵌件放置和侧抽芯结构设计问题。根据设计要求查阅搜集相关文献资料，达到搜集论文证据资料的目的。通过对该类模具文献资料的分析提出自己构思的最佳设计方案，并利用相关软件设计出结构合理、成本低廉、便于操作的注塑模具。通过本课题的设计研究，提高设计者个人的专业素质，深化对注射模具的理解掌握，强化未来求职就业、快速适应相应岗位的实践能力；为推动我国塑料产

13、业发展做出自己的一点贡献，使我国在这方面能更快的与国际水平相接轨。2 塑件分析每个塑料产品设计时，都要考虑其使用要求，外观要求，经济效益以及客户的特殊要求和现有的制造能力等诸多因素。具体应重点考虑塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、吸水性以及对应力的敏感性；成型工艺性，如流动性，成型收缩率及收缩率的各向差异等2。2.1 塑件要求分析 本课题是设计带金属嵌件的塑料二通管（管件）的注塑模具，与常用塑料挤出管材外观要求一致，白色不透明，表面光滑，无凹痕，要求满足使用性能的要求。本课题塑件二维图及实体图如下。 图2.1 塑件平面图Figure 2.1 Plastic Plans2.2 塑件材料选择

14、塑件的选择在满足塑件使用时所受温度，强度，压力等条件下，应尽可能价格低廉，以减少成本。此外还要求所选材料有保证顺利生产的可能性，即成型工艺应便于控制和调整。由于此塑件带有金属嵌件，并且金属的收缩率相对较大，与塑料不容易结合，为保证成型的塑件不产生裂痕，故应选择收缩率与金属（铜）的收缩率相接近的塑料。根据以上诸多条件，故选用PPr（三型无规共聚聚丙烯），其也是目前市场上用于成型管材所使用最为广泛的材料之一。PPr管材除具有一般塑料重量轻、强度好、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等优点外，还具有以下主要特点：（1）无毒，卫生，属绿色建材。PPr原料属聚烯烃，其分子由碳，氢元素组成，无毒性，卫生性能优良；

15、 （2）耐热，保温，属节能产品。PPr管维卡软化温度为131.3，最高使用温度为95,长期（50年）使用温度可高达70.该产品的导热系数为0.24W/m，仅为钢管导热系数的1/200，用于热水管道保温节能效果极佳；（3）安装方便、可靠,采用热熔同质连接,数秒钟即可完成一个接头连接,与金属管及用水器连接采用优质金属嵌件管件,安全可靠。 PPr冷热水管的应用领域有：建筑物内的冷热水系统，包括集中供热系统；建筑物内的采暖系统，包括地板，壁板的采暖及辐射采暖系统；可直接饮用的纯净水供应系统；中央（集中）空调系统；农业，园林灌溉系统；雨水管网；游泳池管网；太阳能设施的管网。2.3 塑件结构分析2.3.1

16、 收缩率塑料的实际收缩率在注塑成型过程中，会受到众多因素的影响，因而收缩率的计算和选择，也只能使用近似值。共聚聚丙烯的收缩率范围为1%2.5%，依据相关原则，确定其收缩率为1.7%。2.3.2 脱模斜度在塑件的内外表面脱模方向应设计足够的脱模斜度，否则会发生脱模困难，如过大退出力推出时易拉坏擦伤塑件。脱模斜度受很多因素的影响，如：（1）制品精度要求越高，脱模斜度越小； （2）尺寸大的制品应采用较小的脱模斜度； （3）制品形状越复杂，脱模斜度越大； （4）制品收缩率大，脱模斜度越大；（5）壁厚越大，脱模斜度越大。根据诸多因素的影响，查询相关资料单边脱模斜度推荐值3，PPr脱模高度在30到50mm

17、之间的脱模斜度取1。2.3.3 尺寸精度 塑件尺寸精度的影响因素有很多，主要是由模具在制造过程中工艺条件的变化引起的成型收缩率的波动，同时也会因为磨损等因素造成尺寸不断变化，活动配合间隙的变化以及制模脱模斜度都会影响塑料制件的精度。塑件精度的确定应该合理，在满足使用要求的前提下应尽可能选用低精度等级。 最终结合塑件使用要求，确定本课题塑件的标注公差尺寸选用一般精度等级MT4，未标注公差尺寸为MT6。2.3.4 表观质量塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷外，模具型腔粗糙度起着决定性的作用，而且模具在使用中由于型腔磨损而使表面变粗糙，应及时予以维护。塑件的表面粗糙度大

18、都在0.20.8um之间。本课题中为保证模具的加工难度适中，将粗糙度定为0.4um。2.3.5 工艺参数根据PPr的各方面性能参数，并查阅相关资料，确定了PPr部分工艺参数，如表2.1。表2.1塑件部分工艺参数Table 2.1 Plastic part of the process parameters项目数值项目数值成性收缩率/%1.7喷嘴温度/210220制品平均壁厚/mm4模具温度/80100脱模斜度/1注射压力/MPa3060尺寸公差MT4、MT6保压压力/MPa2030粗糙度Ra/ um0.4注射时间/s0-3机筒温度/前段200220保压时间/s15-40中段190210冷却时间

19、/s15-30后段180190成形周期/s40-903 分型面的选择分型面是模具处于闭合状态时动模和定模相接处的面。一个塑件可以有单分型面，双分型面，甚至多分型面。分型面选择应遵循的原则有： （1）分型面位置应设在塑件脱模方向上最大的投影边缘部位； （2）有利于塑件脱模，开模时尽量将塑件留在动模上； （3）确保表面质量； （4）有利于模具加工； （5）有利于排气； （6）尽量避免测抽芯，从而简化模具结构； （7）便于金属嵌件的安放。根据以上原则，并保证嵌件能高效稳定的安放，本课题采用单分型面。且嵌件放置于侧型芯上（俗称走滑块），并采用型芯，组合式型腔的结构设计。4 注塑机的确定根据塑件的特点，

20、所选注塑机应为中小型即可。查阅相关资料，确定的注塑机是由亿利达精密机器厂有限公司生产，型号为：E-100（316/100）4。注塑机相关参数见表4.1。表4.1 注塑机技术参数Table 4.1 Technical parameters of the Injection molding machine 项目参数项目参数理论注射量/cm213螺杆直径/mm45注射压力/ MPa130允许模具厚度X/mm125X350螺杆直径/mm45喷嘴球半径/mm10顶出力/kN27.5模板最大开距/mm670锁模力/kN1000顶出行程/mm804.1型腔数的确定根据注塑机的最大注射量确定型腔数。注塑机的最

21、大最大注塑质量按国际惯例是指注塑在常温下密度=1.05g/ cm3的普通聚苯乙烯的对空注塑量（g），在注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆的逆流量，故实际注射量取机器最大注射量的85%。 （式4.1） 对于其他非聚苯乙烯的结晶型塑料，由于从固态到熔融态密度变化较聚苯乙烯变化更大，因此还要乘以一校正系数0.9。故对于其他非聚苯乙烯的结晶型塑料的实际最大注射量为： （式4.2） 式中常温下某种结晶型塑料的密度，g/cm3 那么结合式4.1和式4.2注塑某种结晶性塑料时模具的型腔数最多为： 式中 为一个塑件的质量和它均分到浇注系统质量之和。 考虑到浇注系统的存料以及塑件的分布问题，将型腔数定为4

22、。型腔对称分布， 如图4.1所示。 图4.1 型腔分布图Figure 4.1 Distribution cavity4.2 注塑压力校核注塑压力校核是校验注塑机的最大注塑压力能不能满足该制品的成型需要。制品成型压力是有注塑机类型、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4。塑件成型所需压力应在注塑机的最大注射压力范围内才能保证塑件顺利成型。本课题塑件所需的注射成型压力为3060MPa，远在注塑机额定注射压力范围内，故符合要求。4.3 锁模力校核 当高压塑料熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生很大的力，力图使模具沿分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上的总投影面积乘以型腔内

23、塑料压力。为保证顺利生产，注塑机的额定锁模力应大于塑件成型时所需的锁模力。型腔内塑料熔体的压力： （式4.3）式中 螺杆对料筒内塑料熔体的压力； 损耗系数（1/32/3）。塑件所需锁模力为： （式4.4）式中：为制件加上浇注系统在分型面上的总投影面积； 型腔内塑料熔体的压力。 结合式4.3和4.4，本课题所需的锁模力为： 本课题塑件所需锁模力约为145kN，该数值在所选注塑机额定锁模力范围之内，故符合要求。4.4 开模行程校核注塑机的开模行程并不是无限的，塑件自动脱落所需的开模距离应小于注塑机的最大开模行程。对于本课题开模行程与模厚有关，而且在情况下，采用下式进行校核： （式4.5） 式中 注

24、塑机模板间最大开距，mm； 模具厚度，mm； 推出距离，mm； 塑件高度，包括浇注系统在内，mm； 为完成抽芯距离所需的开模距离，mm。 对于本课题： =270+37+100+10=417mm670mm 经计算开模距离小于模具的最大开模距离，故符合要求。5 成型零件设计模具设计的核心工作就是成型零件的设计。成型零件设计的是否合理直接关系到塑件的外观，加工工艺以及装配的难以程度等。成型零件一般由型腔、型芯、等组成，本课题根据塑件的结构和设计需要，型腔由动模，定模以及滑块组成，成型芯包括动模型芯和侧型芯，其中侧型芯镶嵌在滑块中。5.1 成型零件尺寸计算5.1.1 型腔尺寸计算 （1）型腔径向尺寸计

25、算为统一计算基准，规定型腔的最小尺寸为名义尺寸LM，偏差为正，塑件的最大尺寸为名义尺寸,偏差为负值。则根据以下公式计算： 塑件平均尺寸： （式5.1） 型腔平均尺寸： （式5.2） 式中：塑件平均收缩率。型腔名义尺寸： （式5.3） 结合以上三个公式，模仁部分型腔尺寸经计算为（mm），其中经查阅相关资料，。 滑块部分型腔径向尺寸的计算，由于存在嵌件，故采用以下公式： （式5.4） 式中 D塑件平均尺寸，mm； 嵌件尺寸，mm； S 塑件收缩率，mm； 制造偏差，mm。 带入数值计算： 则滑块部分型腔径向尺寸为（mm）。 （1）型腔深度尺寸计算型腔深度尺寸以最小尺寸为名义尺寸，同时有正公差，其对

26、应塑件最大高度尺寸，偏差为负偏差。塑件高度平均尺寸： (式5.5)型腔深度平均尺寸： (式5.6) 式中 制造偏差。因型腔容易修浅，则型腔深度计算公式为： (式5.7)带入公式经计算： 经计算，动模仁部分型腔深度为。 同理，滑块部分型腔深度为。5.1.2 型芯尺寸计算（1）型芯径向尺寸计算 用成型新成型塑件内孔时，在公差标注中，规定型芯的最大尺寸为名义尺寸，其偏差为负，而对应的塑件内表面最小尺寸为名义尺寸，偏差为正。 塑件上孔的平均尺寸为： (式5.8) 型芯的平均尺寸： (式5.9) 型芯的名义尺寸： (式5.10) 结合以上公式，型芯下半部的名义尺寸为： 同理可得，型芯上半部分名义尺寸经计

27、算为。（2）型芯高度尺寸计算 型芯高度尺寸计算与型腔深度尺寸计算一致，本课题型芯容易修长，故取负修模余量，则按下式计算： (式5.11)结合式5.5和式5.6，型芯高度的名义尺寸为： 5.2 成型零件结构设计构成模具型腔的零件统称为成型零件，它主要包括凹模、凸模、型芯、镶块、各种成型杆成形环。要求其要有足够的强度，刚度以及适当的表面粗糙度以承受塑料的挤压力和流动的摩擦力以及保证制品的光亮美观。本课题成型零件采用T8A优质钢，淬火处理，硬度要求达到54-58HRC。5.2.1 模具型腔结构设计型腔是成型塑件外表面的零件，按其结构分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌组合式和四壁拼合式五中

28、。本设计采用接近于整体嵌入式的方法将主要型腔分为动模、定模两部分。动定模的结构如图5.1所示。 （1）动模 （2）定模 图5.1 动定模三视图Figure 5.1 Moving and stationary mold insert three views5.2.2 模具型芯、侧型芯结构设计本课题所设计的型芯采用最常用的轴间与底板连接的方式，并且用销钉防止型芯和侧型芯的旋转。根据塑件结构要求，装配后型芯与侧型芯需相互垂直放置，两型芯顶端以H9/f9配合，材料及技术要求与模仁相同。型芯、侧型芯结构如图5.2所示。 （1）型芯 （2）侧型芯图5.2 型芯及侧型芯三视图Figure 5.2 Core

29、and side core three views5.3 成型零件厚度的确定由于本课题中所涉及的塑件结构较为不规则，并且壁厚也存在着差异，故采用估算的方法确定模尺寸大小。结合塑件大小，采用以下三点确定模尺寸。（1）塑件最外边到动定模侧边距离不小于15mm。产品与产品的距离，若没有流道，常取10mm以上；若有流道，常取30mm以上。 （2）产品顶端至定模底面距离大于10mm。 （3）产品底端至动模底面距离大于15mm。根据以上三点确定模长宽高，并且取整，还要与模具中心线对称。经确定动定模尺寸小于1818（mm），可以用铣刀在模板装配模仁的四个角“开框”，形成避空角，再将其装配到模板中，并用四个M

30、8螺钉固定。图5.3为凹模和凸模固定在模板中的示意图。 图5.3 成型零件固定方式Figure 5.3 Molded parts fixation6 浇注系统设计浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴通向模具型腔的流动通道。它一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成。浇注系统在模具结构中的作用：引导塑料熔体平稳的进入型腔，使之按要求填充型腔额每个角落；使型腔内的气体顺利的排出；在熔体填充型腔凝固的过程中，能充分的把压力传到型腔的各部位，以获得外形清晰，尺寸稳定的塑料制品。好的浇注系统还能缩短成型周期，节省原料，提高生产效率5。6.1 主流道及其衬套设计主流道是指进阶注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流

31、道，物料在主流道中不改变方向，主流道一般分为圆柱形或圆锥形。由于其直接与注塑机喷嘴碰撞接触，且同时穿过几块板，而需要单独设计成一个衬套的结构，并需选用优质钢，经过热处理来提高硬度。主流道的设计就是确定主流道衬套的规格和相关尺寸。主流道衬套的凹坑球半径应比喷嘴球头半径大12mm，避免漏料和无法脱出；主流道小端直径应比注塑机喷嘴直径大0.51mm，常取48mm，视制品大小及补料要求决定；大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥角不宜太大，一般26。 图6.1 主流道衬套Figure 6.1 Sprue bushing 图6.2 主流道衬套和定位环Figure 6.2 Sprue bushing

32、 and locating ring 除尺寸外，还应考虑其与定位环的组合方式，本课题采用直身型定位环，其外圆直径应比注塑机定位孔直径小0.2mm。主流道衬套用螺钉锁在定模扳上，这样可以有效地缩短主流道的长度。图6.1表示了主流道衬套的结构与尺寸。 图6.2为主流道衬套和定位环的组合方式示意图。6.2 分流道系统设计分流道是熔体从浇口套出来后进入模腔前的过渡段。起着改变料流方向并向各型腔均匀输送熔料的作用。为确保成型效果，要求熔体沿分流道流动时温度下降尽量小，压力损失尽量小，从这个角度出发，分流道的长度应短而截面积应大；但为了减少浇注系统的存料量，分流道尺寸也不能大，否则废料会很多。因此，设计时

33、应结合塑件壁厚、形状、结构发杂程度、型腔数目等具体情况综合考虑为佳。6.2.1 分流道排布 分流道的布置有平衡式和非平衡式两种，多型腔模设计时型腔布置和分流道布置应同时加以考虑，设计原则有： （1）尽量保证各型腔能同时充满，均衡补料，以保证各塑件的尺寸、性能尽量一致。 （2）各型腔的间距恰当，应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够的截面积承受注塑压力。 （3）在满足以上要求的情况下尽量缩短六道长度、降低浇注系统凝料重量。 （4）型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心，一般在模板的中心上。根据以上原则，本课题采用平衡式进胶方式，如图6.3所示。图6.3 分流道布置Figu

34、re 6.3 Shunt arrangement6.2.2 分流道截面分流道常见断面形状有圆形、正六边形、梯形、U形、半圆形、矩形等数种，希望选取易加工，且在相同流道长度和流道体积的情况下流动损失和热量损失都最小的断面形状。 图6.4 分流道截面Figure 6.4 Runner section结合相关资料，经比较各流道优缺点，本课题最终选择U形断面的流道。这种流道，只加工在一个模板上，节省机加工费用且热量损失、与阻力损失均不太大，故为最常用形式。其断面尺寸高度h为宽度w的12/3倍，底部圆形直径常用尺寸有：4、6、8、10、12等。其斜边与分模线的垂线呈510的斜角。其断面形状及尺寸如图6.

35、4所示。6.2.3 浇口设计本课题采用边缘式浇口，边缘浇口具有矩形，或接近于矩形的断面形状。其优点是便于机加工，容易修剪，容易调整到最佳的工艺条件。为了使型腔能够完全充满，在设计浇口位置，在设计浇口位置或确定浇口数量时，需要考虑流动比，实践证明最大流动比是由流道通道的最大流动长度与流通通道的厚度之比来确定的，型腔厚度增大时最大流动距离相应增长6。当浇注系统和型腔的各段断面尺寸不相同时，流动比应按下式计算： （式6.1） 式中 Li流路各段长度，mm； i流路各段厚度，mm。 分析塑件最大流动距离，带入数值计算： 经查询，计算结果小于聚丙烯流动比240200，故符合要求。图6.5 浇口Figur

36、e 6.5 Gate6.3 冷料井和拉料杆设计 冷料井位于主流道和分流道末端用来存储料流前端的冷料，防止冷料充入模腔而影响产品质量，冷料井的底部形状由拉料杆头部构成，拉料杆的作用是抓住流道凝料使其脱出主流道衬套，粘附在动模侧，同时还兼具把浇注系统凝料顶出模具的作用6。 主流道冷料井其形状大体分为圆柱形，直径一般与分流道直径相等，过稍大一点也可。深度一般为510mm。本课题采用最常用的Z型头拉料杆。其结构如图所示。 图6.6 拉料杆Figure 6.6 Pulling rod7 侧向分型与抽芯机构设计因塑件结构较复杂，存在类似于“死角”的结构，只靠简单的型芯与型腔无法成行脱出塑件，可采用的侧抽芯

37、方法有：滑块、斜顶、油压缸、齿轮处理机构等。本课题采用最基础也是最常用的侧抽芯方法：滑块与斜导柱。7.1 抽芯距的确定为顺利的脱出塑件、侧型芯或侧向瓣合模滑块应从成型位置外移到不妨碍制件平行退出的位置，此移动的距离称为计算抽拔距。在设计模具时还应加上25mm的安全距离作为实际抽拔距7。抽芯距S的计算公式为： （式7.1）带入数值经计算： 经计算抽拔距S为34mm。7.2 斜导柱结构设计计算设计斜导柱时，应考虑其尺寸、倾斜角度、材料、固定及配合方式等。本课题斜导柱材料选用T8A，淬火处理，硬度达54-58HRC。驱动部分直径d取14mm，固定台阶mm，其长度计算过程如下。斜导柱全长按如下公式计算

38、： （式7.2） 式中 斜导柱抽拔角，25； h斜导柱固定板厚度，34mm； d斜导柱工作部分直径，14mm； S抽芯距，34mm。 带入数值经计算： 则斜导柱总长为129mm。斜导柱与滑块斜孔之间存在0.2mm的间隙。图7.1为斜导柱设计图。 图7.1 斜导柱Figure 7.1 Angle pin 7.3 滑块与导滑槽设计 图7.2 滑块 图7.3 倒滑槽 Figure 7.2 Slider Figure 7.3 Down chute本课题的滑块做成了组合式，即分成滑块和成型芯两部分。这样可以单独制造，降低加工难度，滑块上设有通孔，方便维修或更换侧型芯。其成型部分和滑动部分分别经热处理和淬

39、火，以便达到所需要的硬度和耐磨性。对于倒滑槽与滑块的配合要求是运动平稳，不过紧不过松，本课题采用最常用的T型倒滑槽，而且为了方便加工出表面质量和高精度的倒滑槽，故采用压块压住滑块，并用螺钉紧固。滑块与倒滑槽各面以H8/f7相配合，其中左右两面留出0.51mm的间隙，倒滑槽表面硬度为：HRC5256。滑块与倒滑槽如图7.2和图7.3所示。7.4 定位装置设计分型抽芯结束后，当滑块与斜导柱相互离开时，滑块必须停留在刚要分离的位置上，以便合模是斜导柱能顺利进入滑块斜孔，为此必须设滑块定位装置。本课题采用四个弹簧钢球定位，到位后钢球落入凹槽，弹簧钢丝直径取1.5mm，以钢球代替止动销，不但结构简单，且

40、将滑动摩擦变为滚动摩擦，寿命较长，结构紧凑，常在小型模具中被广泛使用。定位装置如图7.4所示。 图7.4 滑块定位装置Figure 7.4 Slider positioning device7.5 锁紧装置设计锁紧装置主要有两个作用是保证侧型芯准确复位和承受注塑压力对侧型芯的冲击。在注射时滑块会受到注射压力带来的侧向推力，由于斜导柱的刚度较差，故采用锁紧装置来承受这一推力。由于本课题是直接在定模扳上加工出模仁的凹槽，并且滑块较大，受力也较大，故锁紧装置采用与模板加工成一体的整体式，牢固可靠。锁紧块的斜角应略大于斜导柱的斜角，这样开模时锁紧块的斜面能很快离开滑块，不会发生干涉现象，它一般比斜导柱

41、斜角大2到3。图7.5为本课题所设计的锁紧装置。图7.5 锁紧装置Figure 7.5 Slider positioning device8 脱模顶出机构设计制品成型之后能自动的从模具之中取出来靠的是顶出系统。顶出系统要保证制品从模具中安全、顺利、无损伤的地被“取”出来，初次之外该装置还应保证模具闭合时，不与其他零件发生干涉地回复到顶出钱额初始位置，以便能够重复不断地生产。顶出系统在设计时应针对制品的留模形式，采用何种方式顶出，要顶出多少距离，模具如何复位等问题综合考虑，从而设计出具有针对性的顶出系统7。8.1 顶出机构结构设计顶出机构有多种，包括顶针顶出、顶板顶出、司筒顶出。每种方式都有其各

42、自的优势。本课题采用最常用的顶出机构：顶针顶出。并由于顶出位置的塑件厚度为4mm，采用的顶针顶出的部分为2mm，故使用阶梯式顶针，以增加顶针强度。顶针在排位时，要布置在产品难以脱模的位置，且要均匀布置。另外避免分布在塑件的薄平面上，以防顶破、顶白或变形。顶杆配合面Ra=0.8um，其余Ra=1.6um，图8.1表示了顶杆的尺寸结构。 图8.1 推杆Figure 8.1 Putter8.2 脱模力计算总包容面积等于型芯表面积： （式8.1）式中 型芯平均半径，9.5mm； 型芯总长， 28mm； 脱模斜度,1。对于的后壁塑件，采用下列公式计算脱模力： （式8.2） 式中 P单位面积塑件对型芯的正

43、压力，Pa，一般取p=（4.8411.76）MPa； f塑件与钢体材料的摩擦系数，一般取f=0.10.3。 带入数值计算脱模力： kN 9 冷却系统设计注塑模具型腔壁的温度的高低及均匀性对成型的效率和制品的质量影响很大。这就必须要对模具进行冷却，是模具温度保持在一定的范围之内，因此模具中存在冷却系统。冷却系统的主要作用有三点：（1）缩短成型周期，提高生产效率； （2）高温熔胶进入模腔后，需要进行冷却固化，才能得到所需制品。而整个成型周期中冷却固化时间可以达到60%到80%，所以设计合理的冷却系统能缩短冷却时间，提高生产效率；（3）提高产品质量。由于制品形状复杂，壁厚不均，充模顺序不同等因素，使

44、塑料在固化过程中，不同位置的温度不一致，这种热交换产生的会直接影响产品尺寸精度等外观。冷却系统的设计理念就是保持与塑料特性、制品质量相适应的温度，最大限度的消除或减少这种应力，改善塑料的物理性能，已得到高质量的制品。其工作目的不仅仅使模具冷却，而且尽量使模具保持保持恒定温度，控制熔体冷却速度，冷却速度太快会影响填充，太慢又会因温度过高引起制品产生缺陷及成型周期延长。模具冷却方法有水冷却、空气冷却、油冷却等。 （1）用水冷却模具。即通过自来水增压后流经模具并循环流动带走热量，水冷在注塑模具中运用最多。 （2）用油冷却。通过注塑机本身的轻油，经油泵增压后流经模具，并循环流动带走热量。（3）空气冷却

45、。即通过空气压缩机压缩空气，使之在模具中通行或直接吹到模具上进行冷却。（4）自然冷却。对于特简单的模具，靠模具自然降温来达到冷却目的。本课题采用最常用的冷却方式，用冷却水冷却。就是用钻头在模具中钻些管道然后通过水流进行冷却。冷却水路设计原则有以下几点8。 （1）冷却水道要加工方便，拆装水管接头方便。 （2）冷却水道布置要尽量使模具冷却均匀，尽量减少温差引起的塑件变形。 （3）加工刀具的规格尽量统一。 （4）尽可能避免避免冷却水道留有死水，以免锈蚀堵塞水道。 （5）冷却水道尽量要冷却到与塑件有直接接触的模具材料，尽量避免间接冷却。9.1 冷却水道参数计算注入模具内的塑料熔体所带入的热量通过模具模

46、板进入冷却介质，少量散发到大气中，它们之间的热交换速度是决定制品冷却时间的决定因素。虽然塑料在充模阶段就开始冷却，但是塑料带入的热量主要是保压阶段和保压之后的冷却时间内除去的，当制品冷却到热变形一下，即可开模取出制品。根据一维热导情况下傅立叶微分方程，经简化可得到冷却时间t的解析式： （式9.1） 式中 S制品额壁厚，4mm 塑料注塑温度，210 型腔壁温度，80 塑件脱模时的平均温度，90 塑料的热扩散系数，0.067带入数据冷却时间t进行计算： 对于冷却介质用量的计算，注塑成型时高温塑料熔体带入模具的热量可计算如下，塑料制品在固化时每秒钟释放的热量为： （式9.2）式中：每秒钟注入模具塑料

47、质量，kg/s 单位质量注塑熔体在成型过程中放出的热量，kJ/s t冷却时间 m每次注塑塑料质量，0.12kg/次 （式9.3） 式中：塑料的比热容，1.926kJ/(kg) 塑料熔体注入温度和制品脱模时的温度，210、90 结晶性塑料的相变潜热，kJ/kg 代入数据经计算制品固化时每秒释放的热量为： kJ一般情况下塑料熔体带入热量的90%到95%都是通过模具冷却通道由冷却介质带走的，即模具冷却水单位时间带走的热量。则根据热平衡，模具凹模和凸模两边每秒钟冷却介质的体积流量可按下式计算： （式9.4） （式9.5） 式中 模具冷却介质进出口温度差，3 冷却介质的密度，1kg/m 冷却介质的比热容，4.2kJ/(kg) 带入数值计算： 9.2 冷却水道结构设计 图9.1 冷却水路Figure 9.