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万向轮 支座 注射 设计

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本科毕业设计说明书（论文） 第 39 页 共 39 页1 绪论1.1 我国塑料模具业发展现状及方向从整体上看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/51/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。 虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。这一状况在2007年已得到改善，逆差已有减少。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有13%，而未达17%。 从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。1.1.1 塑料模具的发展水平与市场趋势 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。 中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。 （1）发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。（2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 （3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。 （4）供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 （5）体制和人才问题的解决尚需时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。1.1.2 塑料模具新的发展方向（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。 （2）大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。 （3）随着模具企业设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。中国模具行业目前已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。（4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。 （5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。 （6）发达工业国家的模具正加速向中国转移，其表现方式为：一是迁厂，二是投资，三是采购。中国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进技术，加快自己的发展步伐。 1.2 pro/E简介及在模具设计中的应用Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短设计、数控编程的时间。在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER软件，将原来模具结构设计模具型腔、型芯二维设计工艺准备模具型腔、型芯设计三维造型数控加工指令编程数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享，使每个工程师使用的图形数据是绝对相同，并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里，保证数据的唯一性和可靠性。Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证1。2 壳设计及其成型工艺的分析2.1 塑件分析2.1.1 结构分析下图2.1 所示是万向轮支座零件。图2.1 万向轮支座该塑件为容器类壳体，壳体具有一定的深度，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保成型零件具有一定的光洁度；壳体顶部凹下的胶位是为了插入上盖时能配合紧密，所以必须具备一定的制造精度；左右部分需要用型芯成型2。2.1.2 成型工艺分析采用一般精度等级5级，大量生产。该塑件壁厚约为1mm左右，考虑到壳体左右部分比较浅，脱模斜度为1度；由于顶部采用侧抽芯行位，内孔的脱模斜度也设置为1度。2.2 塑料的选材及性能分析 该壳用于起支撑作用的支座， 抗拉强度、硬度、耐磨性要突出，综合机械性能要好。具备这些条件的塑料首选：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene ，简称：ABS）。2.2.1 使用特点 （1）综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。 （2）与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。（3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 （4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好3。 2.2.2 成型特性 （1）无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥8090,3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 5060,对高光泽.耐热塑件,模温宜取6080。（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37天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。2.2.3 ABS的主要性能指标ABS的技术指标见下表2.1 密度kgdm-31.021.16比体积vdm3kg-30.860.98吸水率(24)pc1000.20.4收缩率s0.40.7熔点t130160硬度HB9.7R121抗拉屈服强度bMPa50拉伸弹性模量E1MPa体积电阻率v(cm)弯曲强度wMPa80热变形温度t0.46MP90108冲击韧度无缺口2610.185MP83103缺口112.3 ABS塑料的注射过程及工艺2.3.1 注射成型过程（1）成型前准备，对ABS进行干燥。ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。ABS的干燥方法: 常压热风干燥 8085 ，2小时4小时 ；真空热风干燥 80 ，12小时。（2）注射过程.塑料在注射机内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，起过程可分为充模、压实、保压、倒流、和冷却5个阶段。2.3.2 ABS的注射工艺参数（1）螺杆类别：标准螺杆（直通式喷嘴）（2）回料转速(nrmin-1rpm)：30（3）注射机料筒温度:前段 180200中段 165180后段 150170（4）喷嘴 ：170180。（5）模具 ：5080，玻纤增强制品取75。（6）注射压力:60100。（7）注射速度、注射压力:一般ABS制品采用高速及多级注射，但是对于阻燃品级，要慢速注射，可以避免注射料的分解，耐热ABS也要快速注射(可减少内部应力），注射压力在75MPa左右，保压时可低些。（8）熔胶温度: 190（9）成型时间(s）: 注射时间:2090 高压时间:05 冷却时间:20120 总周期: 50220在265温度下，物料在机筒内停留时间最多不能超过5分钟6分钟，若温度为280，则物料在机筒内停留时间就不能超过2分钟3分钟。（10）后处理:把塑件放在红外线或者烘箱下,温度设为70烘干24小时4。2.4 ABS的主要缺陷及消除措施2.4.1 残余应力引起的龟裂残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。作为在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面入手。（1）由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。（2）在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。（3）一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。（4）注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行多次保压切换效果较好。2.4.2 熔接痕熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善：（1）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。（2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。（3）尽量减少脱模剂的使用。（4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。（5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。2.4.3 银线1=&B银线主要是由于材料的吸湿性引起的。因此，一般应在比树脂热变形温度低1015的 x;xuYn50 3sF%*c,r 条件下烘干。特别是在使用自动烘干料斗时，需要根据成型周期（成型量）及干燥时间选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料。 w0he 1I60- wH5 另外，料简内材料滞流时间过长也会产生银线。不同种类的材料混合时，例如聚苯乙烯 Of7-I :5*W6/xG7 和 ABS树脂、 AS树脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不混合。 IGShs9 2.4.4 白化 2yn9/?$ NU:yiY 白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。脱模效果不佳是其主要原因。可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响。 OhB,6J 3 壳体模具设计方案的比较与确定3.1 分型面方案的优化确定分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离的接触面称为分型面,分型面的选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大的影响。基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案，所以分型面的选择决定着模具总体的设计方案5。3.1.1 分型面的选择原则（1）保证塑料制品能够脱模。（2）使分型面容易加工。（3）尽量避免侧向抽芯。（4）使侧向抽芯尽量短。（5）有利于排气。（6）有利于保证塑件的外观质量。（7）尽可能使塑件留在动模一侧。（8）尽可能满足塑件的使用要求。（9）尽量减少塑件在合模方向的投影面积。（10）长型芯应置于开模方向。（11）有利于简化模具结构。3.1.2 分型面的选择方案（1）分型面选择方案一：如图3.1所示，顶部圆形需要用型芯成型并侧抽芯，开模时由侧向抽芯完成。向边抽芯时侧向移动33+2(安全余量）=35mm,左右两边的凹槽和中间的孔用上下模仁成型。选择该分型面需要单边抽芯。（2）分型面选择方案二：如图3.2所示，顶部圆形（长为35mm）利用开模动作从塑件中抽出，塑件凹槽和中间的孔利用滑块成型，分型单边距约为19mm，整个塑件成型精度比较高，模具结构还算简单，需要双边抽芯。综上所述，分型面采用方案一模具结构相对简单，只需要单边抽芯，加工成本较第二种要经济很多，塑件成型精度可靠。图3.1 分型面形式与位置1-定模部分；2-分型面；3-动模部分图3.2 分型面形式与位置1-定模部分；2-分型面；3-动模部分3.2 型腔数量以及排列方式的优化确定3.2.1 型腔排列方式比较确定（1）排列方案一：如图3.3所示。滑块侧抽芯相对模架基准来说是向左抽芯。图3.3 型腔排列方式一（2）排列方案二：如图3.4所示。滑块侧抽芯相对模架基准来说是左右抽芯。图3.4 型腔排列方式二 方案一侧单向侧抽芯,方案二双向抽芯。需采用比方案一更大的模架和更多的制造工时,增加了成本,经过比较该套模具型腔的排列方式采用方案一6。3.3 模具设计方案的创新与确定根据上面的比较已确定了分型面与型腔数和排列方式，已选择出大体的优化方案。分型面的选择与型腔是这套模具的创新点，分型面的选择减少了一侧抽芯；型腔的排列减少了模板面积。这两点使模具制造节约了很大的成本缩短了模具制造时间。4 模具设计与对比创新4.1 注塑机选型注射机是安装在注射机上使用的设备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的模具和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户自己提供型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。4.1.1 注射量计算该产品为ABS，查书设计与制造实训得知其密度为1.08 g.cm-31.10g.cm-3,收缩率为0.4%0.7%，计算其平均密度为1.09 g.cm-3，平均收缩率为0.55%，通过计算得7：塑件体积为： V塑=97.5cm3塑件的质量： M塑=106.3g浇注系统体积： V浇=0.955cm3浇注系统质量： M浇=1.04g故得总体积和总质量为： V总=98.5cm3；M总=107.34g4.1.2 注射机型号的选定方案一：根据以上的计算初步选定型号为SZ-125/630型卧式注射机，其主要技术参数见表4.1。表4.1 SZ-125/630型注射机主要技术参数螺杆直径/mm40拉杆内间距/mm370320推动行程/mm550最大模具厚度/mm300理论容量/ cm3140最小模具厚度/mm150注射速度 /(g/s）110顶出杆根数1塑化能力/(g/s）16.8定位孔直径/mm125额定注射压力/MP126顶出中心孔直径/mm35螺杆转速/(r/min）14200顶出力/KN1500锁模力/KN530喷嘴球半径SR/mm15开模行程/mm270孔直径/mm4.1.3 型腔数量的校核及注射机有关工艺参数的校核8 （1）型腔数量的校核（a）由注射机料筒塑化速率校核型腔数量 （4.1），t取60s, 符合要求。式中 K注射机最大注射量的利用系数，非结晶型塑料一般取0.8； M注射机的额定塑化量，改注射机为16.8g/s; T成型周期，因塑件还比较大，壁厚，取30s; m1单个塑件的质量，取106.3g ; m2浇注系统的质量，取1.04g ;（b）按注射机的最大注射量校核型腔数量 符合要求。式中 注射机允许的最大注射量，该注射机为140g。其他符号意义与取值同前。（c）按注射机的额定锁模力校核型腔数量壳体正反两面产生的胀模力由内模壳抵消；左右两行位压力由导柱和前模板的斜面抵消，取这两处力的一半为正压力： A11 12286(72+30)=8772mm2分型面合模处的作用面积： A22 22200=800mm2塑料熔体对型腔的成型压力是60MPa-100MPa，一般是注射压力的30%65%，取平均压力为： （4.2） （4.3）符合要求。（2）注射机工艺参数的校核（a）注射量的校核注射量以容积表示最大注射容积为：Vmax = v = 0.85140 = 119cm3最少注射容积：Vmin = 0.25v = 35cm3 而V=98.5cm3 符合要求。（b）锁模力的校核前面计算过，符合要求。（c）最大注射压力的校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力Pmax = 126MP应该大于注射成型所需调用的注射压力的 即式中； 为70MPa90MPa；代入数据计算，符合要求。（3）安装尺寸的校核最大与最小模具厚度模具厚度H应满足 式中Hmin = 150mm,Hmax = 150mm该套模具厚度H=25+125+100+130+25=405mm ,很明显选择该注射机不能满足模具设计的要求。（4）开模行程校核H H1 + H2 + (5+10)mm注射机动模板的开模行程，取270mm，见表4.2；塑件推出行程取82mm；为包括流道凝料在内的塑件高度；H2 = 82 + 150 + (5-10) = 237mm 242mm代值计算发现开模行程不能满足。注射机不能满足要求得重新选取大型号的注射机，再次选择另一型号的注射机SZ-250/1500该注射机的参数对前1、2步的校核一样正确，在这里只需要校核3、4步。方案二：由SZ-250/1500参数可知，该型号所有的参数（表4.2）都能满足模具设计的要求。 表4.2 SZ-250/1500型注射机主要技术参数螺杆直径/mm45拉杆内间距460x400理论容量/cm3255最小模具厚度/mm220注射质量/g推动行程/mm430注射速度 /(g/s）165顶出杆根数1塑化能力/(g/s）35定位孔直径/mm125额定注射压力/MP126顶出中心孔直径/mm40螺杆转速/(r/min）10390顶出力/KN2000锁模力/KN1500喷嘴球半径SR/mm15开模行程/mm270孔直径/mm 注意：由方案一选取的注射机，在进行型腔数量的校核时并没有发现问题，于是计算进行下去，在注射机工艺参数的校核时还是正确的。当设计到选取了模架，并对模架大小进行注射机校核时发现注射机不能满足模架厚度，同时开模行程也太短，于是重新选择方案二的注射机以满足剩下的要求，并倒回来修改前面的数据。但在这里我为了描叙的方便，也为了行文的整洁，就把后面的两个不满足的条件放在这里校核，先在这里取合适的注射机，免除了描叙上的反复验证和修改。4.2 模具浇注系统设计和浇口的设计浇注系统是引导凝料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能9。 4.2.1 主流道的设计主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，具有一顶的锥度，以便熔体的流动和开模时主流到凝料的顺利拔除。（1）主流道尺寸和浇口的设计 （a）主流道的小端直径 D=注射机喷嘴直径+（0.51） =3+（0.51），取D=3.5mm 。 （b）主流道的球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（12） =15+（12），取SR=16mm （c）球面的配合高度 h=3mm或5mm，取h=3mm （d）主流道的长度 取L=22+43.5=65.5mm主流道大端直径 （半锥角） 取D=5.8mm 浇口套总长 L0 =L+h=63.5mm+3mm=68.5mm （2）浇口套的设计主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求比较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC,如图4.1所示。图4.1 主流道衬套（3）定位圈的设计与固定由于该模具主流道比较长，定位圈和衬套设计成分体式，注射机定位孔尺寸为 ，定位圈尺寸取 ，两者之间呈较松的间隙配合。定位圈结构尺寸如图4.2所示；定位圈和衬套的固定形式如图4.3所示。图4.2 定位圈图4.3 主道衬套的固定形式1-内六角螺纹；2-定位圈；3-定模座板；4-主流道衬套；5-定模板4.2.2 浇口和流道的设计优化选择侧进胶,流道有两种选择方案:如图4.4，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易。另外传递压力好，保压补缩作用强，但浇口在塑胶表面,影响外观.图4.4 浇口和流道的设置形式如图4.5，设置了分流道,但在塑胶底部进浇,不影响塑件外观.图4.5 浇口和流道的设置形式4.3 成型零件工作尺寸的设计和计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。工作尺寸是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，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。ABS的成型收缩率为0.4%0.7%所以平均收缩率取 s=0.55%。塑件尺寸公差按SJ1372SJ1378标准中的5级精度成型10。4.3.1 动模部分的型芯与型腔成型内壳和两个电线输出孔采用镶入式型芯成型，这样方便加工和替换。（1）圆柱镶件型芯（见图4.6）； 图4.6 圆柱型芯（a）采用台肩固定的形式，下底面用模珂与动模压紧。（b）塑件的尺寸公差源自塑料成型工艺与模具设计的塑件公差数值表3.1。塑件尺寸 ， （4.4） 式中 s塑料的平均收缩率，ABS为0.55%； 塑件外径尺寸（取25.64mm）； 修正系数（取0.75）； 塑件尺寸公差，见上塑料尺寸公差值； 模具制造误差，其他误差忽略，当尺寸小于50mm时， ；当塑件尺寸大于50mm 时，。（2）圆柱滑块头型芯（见图4.7）图4.7 圆柱滑块头型芯 （a）固定在滑块上,和滑块一起运动采用台肩固定的形式。（b）塑件的尺寸公差源自塑料成型工艺与模具设计的塑件公差数值表。塑件尺寸 ，。 式中各符号同前。（3）动、定模模仁（见图4.8）图4.8 动模型腔（a）模仁为镶入式，通过沉头螺钉固定在动模板上。（b）尺寸计算。塑件的尺寸公差源自塑料成型工艺与模具设计的塑件公差数值表3.1。， 式中各符号同前11。4.3.2 型腔零件刚度和强度校核由于塑件成型部分采用模仁，再从模板上开框把模仁镶入，用螺丝吃紧。成型部分离模仁有满足条件的规定距离（20mm25mm），而模仁离模板四周也有满足条件的规定距离，所以成型时型腔零件完全满足强度和刚度的要求，在这里就不一一校核。在动模板上，由于成型压力很大部分垂直压在其上，底部为了节约材料不打算采用支撑板，在这里我们采用四个中托司支撑。尺寸位置大小和中托司布局请见模具组装图。4.4 模架的确定和标准件的选用根据前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为CI2030 60 70 01 S。即采用数量为1的标准模架。（1）定模座板（250mm300mm、厚为25mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过5个M12的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定位圈通过2个M8的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合7。（2）定模板（200mm300mm，厚60mm）用于固定型芯、导套。固定板应有一定的厚度，并有足够强度，一般用45号钢，调质到230HB270HB。其上的导柱和导套一端采用H7/k6配合，另外一段采用H7/f7配合；定模板与浇口套采用H7/m6配合7。（3）动模座板（250mm300mm、厚为25mm）材料为45钢，其上的注射机顶孔为直径40 mm。（4）动模板（200mm300mm，厚60mm）行位滑块通过矩形导滑槽在模套中滑动，以完成侧向分型和合模复位，材料为45钢。其上的导柱和导柱孔为H7/k6配合7。（5）垫块(46mm380mm 厚70mm）（a）主要作用在动模座板与支撑板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。（b）结构形式可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。（c）垫块材料垫块材料为Q235A，也可以用HT200、球墨铸铁等。改套模具采用Q235A制造。（d）垫块的高度h校核。h=+=15+20+25+5=65mm式中 推板厚度，为15mm;推杆固定板厚度，为20mm;推出行程，为30mm；推出行程余量，一般为3mm6mm，取5mm.（6）推板（120mm300mm，厚度15mm）材料为45钢，其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用M6的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。（7）推杆固定板（120mm300mm，厚度20mm）钢材为45钢,其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合7。模架如图（4.9）所示：图4.9 模架4.5 合模导向机构和定位机构采用标准模架，模架本身带有导向装置，按模架规格选取即可。4.5.1 导向机构的总体设计（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部分，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的精度，防止压入导柱和导套后变形。（2）该导套采用4根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置。（3）导柱安装在支承板和模套上，导套安装在定模固定板上。（4）为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应只有承屑槽，在导柱孔口倒角。（5）在合模时，保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。（6）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求12。4.5.2 导柱设计（1）采用带头导柱，加油槽，如图4.10所示。（2）导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm8mm。（3）为了使导柱能顺利地进入导向孔，导柱端部常做成圆锥形的先导部分。（4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证有足够的抗弯强度。（5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7间隙配合7。（6）导柱工作部分的表面粗糙度为0.2um。（7）导柱应具有坚硬耐磨的表面、不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火、硬度为50HRC以上。图4.10 导柱4.5.3 导套设计导套与安装在另外一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，以保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套、带头导套。 （1）采用带头导套，如图4.11所示。（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。（3）导套孔的滑动部分按H8/f7 H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4um。导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另外一端采用H7/e7配合镶入模板。（4）导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。图4.11 导套4.6 脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构13。4.6.1 脱模推出机构的设计原则塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的，应遵循以下原则。（1）推出机构应近尽量设置在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏。（3）机构简单，动作可靠。（4）良好的塑件外观。（5）合模时的准确复位。4.6.2 塑件的推出机构该套模具的塑件采用推杆推出，推杆的形式为圆形。（1）推杆如图4.12所示，共13根推杆。图4.12 带肩圆筒推杆（2）推杆应设置在脱模阻力大的地方。（3）推杆应布置均匀。（4）推杆应设在塑件强度、刚度较大的地方。（5）推杆直接与模板上的推杆空采用H8/f8间隙配合。（6）通常推杆装入模具后，其端面应与型腔地面平齐或高出型腔底面0.05mm0.10mm。（7）推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因各板上的推杆孔加工误差引起轴线不一致而发生卡死现象。（8）推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度为 u=0.8Ra。4.7 侧向分型与抽芯机构设计当在注射成型的塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧有孔、凹穴或凸台时，塑件就不能直接由推杆等推出机构推出脱模，此时，模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的活动型芯，以便在塑件脱模推出之前，先将侧向成型零件抽出，然后在把塑件从模内推出，否则就无法脱模14。4.7.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定壳体顶部后需要用到抽芯机构，在这里运用机动方式抽芯。驱动方式为斜导柱。该塑件的侧凹较浅,所需的抽芯距不大,侧凹的成型面积也不大,所以采用斜导柱侧抽芯足够.一般将主型芯和滑块位置设于动模，这样在脱模过程中，侧向分型时对塑件有限制侧向移动的作用，塑件不会黏附在滑块上，脱模比较顺利。4.7.2 斜导柱的设计斜导柱设置在定模，与滑块的中线对齐，有足够的强度。斜导柱顶端用模壳和定模板固定并磨到和定模板平，在开模时能随驱使滑块沿动模板上的导滑槽滑动。斜导柱倾斜角为20。4.7.3 滑块的组合及设计形式设计其组合方式时应考虑分型与抽芯的方向要求,并保证塑件有较好的外观质量,另外还应使滑块的组合部分具有足够的强度,该套模具采用两瓣合模块组合的结构形式。利用滑块水平两侧面的凸耳与模套对应的导滑槽滑动配合,达到侧向分型与复位的目的。为防止滑块离开动模，采用压块压住滑块两边的凸耳。4.7.4 各项尺寸的计算与校核斜导柱、滑块、导柱之间的相对位置以及脱模推出完成后的相对位置如图4.13所示。（1）滑块左右两面倾角为93，便于滑块滑动，滑块高度为67.4mm，全部高出动模板。设置在动模板内的弹簧波子止动距离为34mm。每个滑块分布两个弹簧波子，并布局在滑块中心线的两边。 （2）斜导柱的导向倾斜角为20，从合模到开模斜导柱刚离开滑块时，斜导柱的移动距离是34.5mm，保证了滑块止动上的配合。（3）抽芯距离校核需要抽芯的距离是：33.4mm斜导柱刚好抽出来时的推动距离：40mm 因：+4，所以抽芯距离满足要求，塑件能正常取出。图4.13 侧向分型与抽芯分析4.8 排气系统设计模板分型面上设置1mm深的排气槽用于排气，而且在成型壳体内腔的型芯上设置了6根推杆，排气条件足够。4.9 冷却系统的优化设计4.9.1 加热系统该套模具的模温要求在70以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置。4.9.2 冷却系统ABS塑料注射到模具内的塑料温度为180190 左右，而塑料固化后，从模具型腔中取出时其温度在60 以下，热塑性塑料在注射成型后，须对模具进行有效的冷却，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。ABS的成型温度和模具温度分别为180190 、5070 ，用常温水对模具进行冷却。（1）冷却介质冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水比较多，因为冷却水热容量大、传热系数大，成本低。用水冷却，即使在模具型腔周围或者内部开设冷却水道。（2）冷却系统的简略计算如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具、金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的简略计算。（a）求塑料固化时每分钟释放的热量Q查表得ABS单位质量放出的热量Q1=7102kj/kg，故Q = WQ1 = 0.1077102kj/kg=7.49kj式中 W单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/min），模具每分钟注射1次。（b）冷却水的体积流量 qv = WQPC(1-2) = 0.35810-3/min (4.7）式中 冷却水的密度，为1103kg/m3; 冷却水出口温度，取25； 冷却水进口温度，取20； C冷却水的比热容，为4.187kj/(kgPC)；（c）冷却管道的直径为使冷却水处于湍流状态,查资料取d=8mm。（d）冷却水在管道内的流速v = 4qvd2 = 0.95m/s (4.8）（e）冷却水管道水孔壁与冷却水之间的传热膜系数查参考文献中的表取f =7.22,水温为25时,因此 h =3.6f (v)0.8d0.2 =16769kj/m3hPC (4.9）（f）冷却管道的总传热面积 A = 60Qh = 5.6110-4m2 (4.10）（g）模具上应开设的冷却水孔数 （孔） (4.11）式中 l模壳长度，为150mm.4.9.3 冷却装置布置方案的对比方案一：理论得到的水道只需要开设2条，但成型该塑件的零件布局并不平直，而且有两个侧向抽芯的型芯也需要运水冷却。所以不是两条水道就能使塑件均匀冷却。方案二：我们在两个行位上各开设一条U型水道，用于冷却塑件的两侧面；在成型塑件内壳的型芯上开设置一条水道，用隔水片导流；定模模壳成型塑件底部和前后两面，所以在模仁顶部开个长方形水道，在成型塑件前后两面的零件内各开设一条水道并各走三层，这样才能使塑件各个方面都能得到冷却，防止了受热不均匀导致的翘首。从装配图上可查看“冷却水路示意图” 15。4.10 模具材料例表表4.7 该模具的选材及热处理见表零件名称材料牌号热处理硬度说明模仁718H预硬化36HRC38HRC保证加工后获得较高的形状和尺寸精度,易于抛光圆柱型芯Cr12MoV淬火58HRC62HRC淬透性好,热处理变形小、耐磨性好斜导柱T7A淬火52HRC55HRC动模型芯718H淬火42HRC54HRC保证加工后获得较高的形状和尺寸精度,沿脱模方向抛光动定模座板45调质230HB270HB垫块Q235调质230HB270HB支撑柱S50C调质225HB240HB推板固定板45调质230HB270HB主流道衬套T10A淬火50HRC55HRC导柱导套T10A淬火54HRC58HRC定位圈45调质230HB270HB复位杆45淬火43HRC48HRC5 模具装配5.1 塑料模具装配的技术要求塑料模具种类较多，结构差异很大，装配的具体内容与要求也不同。一般注射、压缩和挤出模具结构相对复杂，装配环节多，工艺难度大。其他类型的塑料模具结构较为简单。无论哪种类型的模具，为保证成形制品的质量，都应具有一定的技术要求。（1）模具装配后各分型面应贴合严密,主要分型面的间隙应小于0.05mm;在模具适当的平衡位置应装有吊环或起吊孔;模具的外形尺寸、闭合高度、安装固定及定位尺寸、推出方式、开模行程等均应符合设计图样要求，并与所使用的设备条件相匹配，模具应有标记，各模板应打印顺序编号及加工与装配时使用的基准标记。（2）导向或定位精度应满足设计要求，动、定模开合运动平稳，导向准确，无卡阻、咬死或刮伤现象，安装精定位元件的模具时，应保证定位精度、可靠，且不得与导柱、导套发生干涉。（3）成型零件的形状与尺寸精度及表面粗糙度应符合设计图样要求，表面不得有碰伤、划痕、裂纹、锈蚀等缺陷；抛光方向应与脱模方向一致，成形表面的文字、图案与脱模方向一致；活动成形零件或镶件应定位可靠。配合间隙适当，活动灵活，不产生溢料。（4）浇注系统表面光滑，尺寸与表面粗糙度符合设计要求。（5）推出机构应运动灵活，工作平稳、可靠；推出元件不应承受侧向力；既不允许放生溢料，也不得有卡阻现象。（6）侧向分型与抽芯机构应运动灵活、平稳；斜导柱不应承受侧向力；滑块锁紧应固定可靠，工作时不得产生变形。（7）模具加热元件应安装可靠、绝缘安全、无破损，能达到设定温度要求；模具冷却水道应通畅，无堵塞，连接部位密封可靠。5.2 塑料模具装配过程塑料模的总装过程因模具结构的不同而不同,但其主要的总装配顺序不变,具体如下:（1）确定装配基准。（2）安装导柱导套和型芯、型腔并使间隙均匀。（3）安装侧抽芯机构和推出机构等。（4）其他零件的装配。（5）检验、试模。下面以装配图上的编号为准，装配时以导柱、导套为基准件，装配过程如下。 5.2.1 装配动模部分（1）装配模仁、型芯先把圆柱型芯12和长方块型芯09压入动模仁16，使09和11的底部与16持平，并高出12有0.01mm0.02mm的间隙，以防止型芯松动。再把动模仁16放入动模板并压平，用穿过动模板的内六角螺丝把模壳吃紧在动模板上。（2）装配推出机构推板放在动模固定板上，将推杆套装在固定板上推杆孔内并穿入型芯固定板的推杆孔内，在套装到推板导柱上，使推板和推杆固定板重合。在推杆固定板螺孔内涂红丹粉，将螺钉孔复印到推板上。然后，取下推板固定板，在推板上钻孔攻丝后，重新合拢并拧紧螺钉固定。装配后，进行滑动配合检查，经调整使其滑动灵活，无卡阻现象。最后，将卸料板拆下，把推板放到最大极限位置，检查推杆在型芯固定板上平面露出的长度，将其修磨到与型芯固定板上平面平齐或低0.02mm。5.2.2 装配定模部分总装配前浇口套、导套都已装配结束并经验合格。装配时，将定模板套在导柱上并与已装浇口套的定模座板合拢，找正位置，用平行夹头夹紧，以定模座板上的螺钉孔定位，对定模板钻锥窝，然后拆开，在定模板上钻孔、攻丝后重新合拢，用螺钉拧紧固定，最后钻、铰定位销钉孔打入定位销钉。经以上装配后，要检查定模板和浇口套的浇道锥孔是否对正，如果在接逢处有错位，需要进行铰削修整，使其光滑一致。5.2.3 侧抽芯机构的装配（1）将型芯装入型芯固定板组成型芯组件。（2）安装导滑槽，按设计要求在固定板上调整滑块和滑槽位置，待位置确定后，再用平行夹头将其夹紧，钻导滑槽安装孔和动模板上的螺纹孔，安装导滑槽。（3）闭模,检查间隙x值是否合格。（4）镗斜导柱孔,将定模板、滑块和型芯组一起用于平行夹头夹紧，在卧式镗床上镗斜导柱孔。（5）松开模具，安装斜导柱。（6）将滑块上的斜导柱孔修正为圆环状。（7）调整导滑槽，使之与滑块松紧适应。钻导滑槽销钉孔，安装销钉。（8）镶侧型芯。6 模具工作过程模具装配试模完毕之后,模具进入正式工作状态,其基本工作过程如下.（1）对塑料ABS进行烘干,并装入料斗.（2）清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。（3）合模、锁紧模具。（4）对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。（5）注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。（6）脱模过程。见装配图。开模时，开合模系统带动动模部分后移，斜导柱迫使侧抽芯滑块随着动模的移动侧向抽芯，当斜导柱脱离动模部分时，固定在动模部分的弹簧波子刚好顶住滑块，固定防止斜滑块与动模部分分离或者下滑，使之顺利的留在动模恰当的位置，有利于顺利合模与复位；塑件先丛型芯中脱出；同时主流道凝料在塑件的带动下与浇口套分离；继续开模具到一定的距离，推出机构工作，推板在注射机顶杆的作用下，带动塑件推杆工作，把塑件从主型芯上推出来，从而完成了塑件与模具的分离；最后将塑件取出。（7）塑件的后处理。结束语从指导老师手里拿到课题和万向轮支座实体塑件时，我就测数并用PRO/E进行了三维造型，根据塑件原来的分型面，塑件是需要双向滑块侧向抽芯，当时也确实想不到更好的办法。后来请教了下指导老师后，指出了可以减少一个侧向抽芯的分模方法，对模具进行了简化。当时感触很多，塑模设计是很灵活的，只有多想多实