注塑模具设计说明

绪论1塑料模具的现状与发展我国塑料模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展。模具水平有了较大提高。在大型模具方面已经生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。精密塑料模具方面已经生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具与塑封模具。 在成型工艺方面：多材质塑料成型模、高效多色注塑模、抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气辅注射成型技术的使用更加成熟。热流道模具开始推广，有些企业的采用率达20%以上一般采用热式或外热式热流道装置。少数单位还采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不道10%与国外的50%-60%相比差距较大。模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展。我国的模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂共有2万多家，从业人员约有50多万人，全年模具行业产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元，进口约10亿美元。当前，我国模具行业的发展具有如下特征：大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具与模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压模成比例增长；专业模具厂家数量与其生产能力增加较快；“三资”企业与私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。我国模具总量虽然已位局世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。全球制造业正以垂直整合的模式向中国与亚太地区在转移，中国正成为世界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致CAD技术的发展。同时，由于网络技术的大面积的应用，将在更大程度上改变制造业的模式。作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面对竞争的第一线，模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。模具属单件生产，又是订单生产。目前新产品的结构越来越复杂、质量要求越来越高、交货期越来越短，这就对模具设计和制造提出了更高的要求。一方面是新产品无经验可凭，另一方面又希望一次试模成功，以缩短周期、降低成本。 一个产品由设计到生产的过程大致如下：产品设计模具设计模具制造试模产品生产。其中，模具设计起着特殊的作用，它要将产品设计的理念“实现化”，一直到试模出合格制品，模具设计的任务才算完成和成功。35 / 35第1章 塑件的成型工艺性分析1材料的选择该塑件为饮水机接水盒,它要与另外部件匹配使用，但没有太高的配合精度，所以从塑件的使用性能上分析，其必须具备有一定的综合机械性能,包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。而符合以上性能的有多种塑料材料，从材料的来源以与材料的成本和调配颜色来看，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）比较适合。ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它来源广，成本底，符合该塑件成型的特性。因此制作该塑件选用ABS塑料。表1.1.1 ABS的主要技术指标密度比溶吸水率收缩率热变形温度1.021.160.80.980.2%0.4%1301600.3%0.8%83103.抗拉强度拉伸弹性模量弯曲强度冲击强度比体积50Mpa1.8X10780Mpa11HB9.7HB0.860.96表1.1.2ABS的注射工艺参数注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度螺杆式5070直通式180190。料筒的温度模具温度注射压力保压力190-200 200-220 170-19050706090Mpa30-60 Mpa注射时间保压时间冷却时间成型周期3-5 S1530 S1030 S3070S预热温度预热时间计算收缩率808523h0308%ABS无毒，无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.02-1.05g/cm3。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为90度左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点：ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大。ABS吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥，成型前加工要进行干燥处理。流动性中等，溢边料0.04mm左右。易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚，溶料温度与收缩率影响极小。ABS无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能与成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法与成型条件。ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与刚的摩擦因素见下页表1.1.3.表1.1.3 ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与钢的摩擦因素塑料名称成型收缩率/%拉伸模量E/X103Mpa泊松比U与钢的摩擦系数fPE1.5-3.50.212-0.980.490.23-0.5PP0.4-3.01.6-6.20.430.49-0.51PS0.2-0.81.4-8.90.380.45-0.75ABS0.1-0.71.91-1.980.380.20-0.252塑件的几何形式与结构分析(如下图示)图1.2.1 塑件里面图图1.2.2 塑件正面图2.1脱模斜度脱模斜度取决于塑件的形状，壁厚与塑料的性能和收缩率。本塑件由于型腔深度一般，但由于考虑到塑件跟饮水机其它部件配合使用，且配合精度不高，所以塑件两侧要有角度，所以要使塑件强行脱模的方式，而且往外偏有个小角度；本塑件要有足够的强度和刚度，才能经受推件杆的推力而不使塑件变形，该产品壁厚均匀：本产品取1.5mm.表1.2.1塑料制品的脱模斜度塑料制品材料脱模斜度塑件外表面塑件表面ABS塑料4012035122壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。应该考虑尽量采用均匀壁厚，所以该塑件壁厚取为1.5mm，可保证塑件的刚度、强度，可防止塑件产生应力以与气泡、缩孔等各种质量缺陷。表1.2.1 塑件壁厚选择塑料种类制件最小壁厚小型产品壁厚中型产品壁厚大型产品壁厚塑料 ABS0.751.5233.52.3 形状该塑件为壳状零件，部结构对称，外形中等，形状简单，尺寸精度不算高，壁厚均为1.5 mm,材料是ABS收缩率取0.05%，净重约42G，塑件外形长160mm,宽60mm，高40mm.由于塑件为壳形零件，且局部有凹槽，为了减小加工难度，降低制作成本，所以采用凸凹模。2.4支承面塑件的支承面应充分保证其稳定性，一般不以塑件的整个底面作为支承面而将底面设计成凹凸形，或在凹入面增加加强肋。所以该塑件以凸边所在的面为支承面，这样可以达到整个底平面的平直。2.5圆角该塑件四周为过渡圆弧，可避免应力集中，增加强度和延长寿命，且圆角半径与壁厚的关系符合要求。2.6加强肋为确保塑件制品的强度和刚度与避免塑件变形，故该塑件部四周设计有加强肋。2.7.塑件精度的选择：该塑件外观质量要求稍高，参考表39（精度等级的选用），该塑件为一般精度，故其精度等级为7级。另外，根据参考资料模具工程大典，成形表面粗糙度一般为Ra0.10.2um,特殊要求的为Ra0.0250.1um,配合表面Ra0.8um,其余表面Ra1.66.3um。因此在设计时，要考虑粗糙度的选择。所该接水盒的外边面粗糙度为Ra1.6 um，表面为3.26.3 um。第2章 设备的选择与校核为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的50%80%之间。（初步估算浇注系统的质量为40g）初步选定注射机为XS-ZY-2501250：1型腔数量的确定因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量与锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机的最大注射量来确定型腔数量；n (Km-m)/m式中注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；m注射机允许的最大注射量（g或cm）；m浇注系统所需塑料质量或体积（或）；m单个塑件的质量或体积(或)。 由此可求出： n(0.8*270-40)/424.2.故取n=4满足设计要求。2注射机参数的校核2.1 注射量校核模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模所需熔体总量在注射机实际的最大注射量围。根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的80%，由此有：n m+ m80%m442+400.8270即208216 (符合要求)2.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现涨模溢料现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：A=nA+AA单个塑件在模具分型面上的投影面积，该塑件为9318.16mm； A浇注系统在模具分型面上的投影面积,约为A的0.20.5倍，该设计取0.4；总的投影面积计算为： A=nA+A=49318.16+0.49318.16=409999.904410000 mm锁模力的校核：FF=AP式中，F注射机的额定锁模力为1250KN； P模具型腔塑料熔体平均压力（Mpa）,通常为2040 Mpa，此设计中取35 Mpa；所以F=4100035=143.5 KN，则FF （符合要求）故该注射机符合要求。其技术参数如下：XS-ZY-250注射机主要技术参数型号项目单位XS-ZY-250额定注射量cm250螺杆直径mm45注射压力MPa160注射速率g/s110塑化能力g/s18.9锁模力kN1250螺杆转速r/min10200拉杆间距mm415415移模行程mm360模具最大厚度mm550模具最小厚度mm150锁模形式双曲肘喷嘴口直径mm3定位孔直径mm160喷嘴球半径mmSR152.3 开模行程的校核 开模取出塑件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于XS-ZY-250注塑机来说，其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定，于模具厚度无关。双分型面注射模，其开模行程按下式校核：SH+H+ a +（510）mm式中 S注塑机的最大开模行程（mm）；H塑件脱出距离（也可作为凸模高度）（mm）； H塑件高度（mm）； a 中间板与定模的分开距离（mm）；已知 H=70mm H=40 mm a=65 mm所以 H+H+ a +（510）=70+40+65+（510）=180185（mm）又由于XS-ZY-250卧式注塑机的移模行程为360mm 185 mm360mm所以开模行程也符合要求。2.4脱模力Q Q=Lhp(fcos-sin)式中L型芯或凸模被包紧部分的周长（cm）；h被包紧部分的深度（mm）；p由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般去7.81.8Mpa;f摩察系数，一般取0.1.2；脱模斜度（）。而对于不通孔的壳型塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力（Q）,即 Q=1FF为垂直于推出型芯方向的投影面积（cm）。并设大气压力为0.09 Mpa，则Q=F所以，当不塑件对型芯的粘附力时，其总的脱模力（Q）为Q= Q+ Q计算时，为使脱模力（Q）大于诸因素造成的阻力，仍须修正以确定脱模力。由零件图得L=42.663cm h=40mm p=9.8 Mpa f=1.5 =0.5 所以Q=42.663409.8（0.15cos0.5 - sin0.5 ）+0.092362.55N推杆推顶接触总面积a=8=401.92(mm)则接触压力校核为= Mpa5.88 Mpa=14 Mpa由此可知，该模具推杆的推顶总面积是可行的。第3章 浇注系统和排溢系统的设计1 塑料制件在模具中的位置1.1型腔数量与排列方法1）.有以上计算得出，型腔数为4，即一模四件。2）.此塑件结构比较对称，故塑件在模具型腔位置成对称布局。型腔的排列应遵循以下原则：当采用一模多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，H形排列，直线排列以与复合排列等。在设计时应遵循以下要点：尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定。型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困难，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和H形排列。 浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。对浇注系统进整体设计时，一般应遵循如下基本原则：了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。浇注系统的设计应有利于良好的排气。防止型芯变形和嵌件位移。便于修整浇口以保证塑件外观质量。浇注系统应结合型腔布局同时考虑。流动距离比和流动面积比的校核。综上分析，型腔排列选用H形排列。 图4.1.1 型腔布置图2分型面的设计分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性与塑料的脱模。将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能够取出塑件与浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为模具的分型面。根据塑件的形状和尺寸，由于此塑件为外观件，且在侧边为配合部位要求较高，故采用针点式浇口，选用单一平直分型面。本模具采用平直分型面有以下优点和符合设计基本原则：1)分型面在塑件外形最大轮廓处；2)便于塑件顺利脱模；3)保证塑件的精度要求；4)满足塑件的外观要求；5)便于模具加工制造；6)减少塑件在合模分型面上的投影面积，可靠锁模避免涨模溢料现象；7)有利于排气；8)保证抽心机构顺利抽心;9)保证斜销机构顺利退出。3浇注系统的设计浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以与最佳的成型效率有直接的影响。该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、外在质量等影响很大，而且还对塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此这是一个重要环节。浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分。它的主要作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔的气体能与时顺利排出，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、外在质量优良的塑料制件。浇注系统的设计应遵循浇注系统的设计原则： （1）排气量好； （2）流程短； （3）防止型芯和嵌件变形； （4）整修方便；（5）防止塑件翘曲变形；（6）合理设计冷料穴和排溢槽；（7）浇注系统的断面积和长度此外，设计浇注系统应注意以下几点：1）.流道应尽量减小弯折，表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um，2）.应按型腔 布局设计，尽量与模具中心线对称，3）.应避免在模具的单面开设浇口，否则会造成注射时受力不均，4）.设计主流道时，避免熔融的塑料冲击小直径型芯与镶件，以免产生弯曲或折断。5）.在满足塑料成型和排气良好的前提下，要选取短的流程，这样可缩短填充时间，6）.能顺利地引导熔融塑料填充各个部位，7）.在成批塑料制品生产时，在保证产品质量前提下，要缩短冷却时间与成型周期。 3.1主流道的设计主流道(俗称浇口套)是塑料熔体的流动信道，在卧式注射机上主流道垂直于分型面，由于本塑件在部开了一个比较大的槽，可让主流道设于该处。主流道的设计要点：浇口套的孔呈圆锥形，锥度为2到6度。若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使流速增大，热量损耗大，表面粘度上升，造成注射困难。浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1打1到2mm。若等于或者小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后脱模困难。浇口套孔出料口处应设计成圆角r，一般为0.5到3mm。浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须温和。设模具浇口套球面半径为R，注射机球面半径为r，其关系式如下：R=r+0.51mm 浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触式圆弧度吻合的好。浇口套长度应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。浇口套锥度壁表面粗糙度为Ra1.6到Ra0.8um，保证料流顺利，易脱模。浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。主流道尺寸的确定为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形，锥角取4，选用材料为T10A，热处理要求淬火5357HRC。其主要尺寸可由以下计算获得：主流道小端直径 d=R+(0.51)=3+1mm=4mm；主流道球面半径 SR=R+(12)=15+1mm=16mm;球面配合高度35，取3；主流道锥角 26，取4；主流道长度根据本塑件实际情况确定浇口套的形状和尺寸； 3.2分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体DF 的流动信道,它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前通过截面积的变化与流向变换来获得平稳流态的过滤段.因此要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔,并且流动过程中压力损失与热量损失尽可能小,能将塑料熔体均衡分配到各个型腔。该塑件采用浇口，因塑件的外形尺寸比较大故要设置分流道。分流道设计的设计要点：在保证正常的注射成型工艺条件下，分流道的截面应尽量小，长度尽量短。较长的分流道应在末端开设冷料穴，以便容纳注射开始时产生的冷料和防空气进入模具型腔。在多型腔注射模具中，各分流道的长度均应一致，长度应尽量缩短，以保证熔融的塑料同时均匀地充满各个型腔。当分流道开设在定模的侧边，并从浇口处延伸很长时，要加设分流道拉料杆，便于开模时冷料易脱模。分流道的表面粗糙度要达到Ra1.6um。设计分流道时，应先取较小的尺寸，比便于试模后根据实际情况进行修正。多型腔注射模具的分流道布局取决于型腔布局，要保持相对平衡。如果分流道较多时，应加设分流锥，分流锥是注射模具与传递模具上的一个重要零件。3.3浇口位置的选择浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。浇口的主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；易于切除浇口凝料；对于多型腔的模具，用以平衡进料；浇口的面积通常为分流道面积的0.030.09。浇口的截面有矩形和圆形两种。浇口长度约为0.52 mm左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。 浇口的形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能与成型质量影响都很大，浇口位置选择不当会使塑件产生变形、熔熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。另外，浇口位置的不同还会影响模具结构。因此，合理选择浇口开设的位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构、质量要求与成型工艺条件等综合进行考虑，一般应遵循以下原则：（1）尽量缩短熔体的流动距离；（2）避免熔体破裂现象引起塑件缺陷；（3）浇口应开设在塑件壁厚处；（4）考虑分子定向的影响；（5）减少熔接痕，提高熔接强度。此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。3.4冷料穴的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以避免这些冷料注入型腔，即影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还便于在该处设置主流道拉料杆，住宿结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后由推出机构将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。为便于拉料杆将主流道凝料拉出，选用底部带有拉杆的Z形冷料穴，这类冷料穴的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上。在设计时应注意，冷料穴的大小要适宜，一般情况下，主流道冷料穴圆柱体的直径为612mm，其深度为610mm,对于大型制品，冷料穴的具体尺寸可适当加大。3.5排气系统的设计 为了使塑料熔体能顺利充填模具型腔，必须将浇注系统型腔的空气以与塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。如果型腔因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡，产生熔接不牢、表面轮廓不清与充填不满等成型缺陷，因此在进行模具设计时必须考虑型腔的排气问题。注射模成型时排气通常用如下四种方式进行：（1） 利用配合间隙排气（2） 在分型面上开设排气槽排气（3） 利用排气塞排气（4） 强制性排气在分型面上开设排气槽是注塑模排气的主要形式。该设计就利用在分型面上开设排气槽来进行排气。设计成燕尾式，以便排气顺利、通畅。开设排气槽应注意到以下几点：根据进料口的位置，排气槽应开设在型腔最后充满的地方。尽量把排气槽开设在模具的分型面上。对于流速较小的塑料制品，可利用模具的分型面与顶杆零件配合的间隙进行排气。排气槽不要开设在工人操作的一方，以防止塑料在注射时溢出模外，发生烧伤事故。对于大型塑料注射模具，为了防止溢料，排气槽应开设在模具的分型面上，并成为曲线形。排气槽的尺寸，应根据塑料的流动性能来选择。 表3.5.1分型面上排气槽的深度塑料品种深度h/mm塑料品种深度h/mm聚乙烯(PE)0.02聚酰胺(PA)0.01聚丙烯(PP)0.010.02聚碳酸酯(PC)0.010.03聚苯乙烯(PS)0.02聚甲醛(POM)0.010.03ABS0.03丙烯酸共聚物0.03此设计利用模具零部件的配合间隙与分型面自然排气。且本设计有较多推杆，故采用推杆和推杆孔的配合间隙排气。第4章 成型零部件的设计与计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括型腔、型芯、镶块和成型杆等。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构与使用要求，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，对关键零件进行强度和刚度校核。模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以与加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以与机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量与其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许围。成型零件的结构，材料和热处理的选择与加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。1成型零件的结构设计从材料来讲，成型零件一般由优质钢材制作。成型零件与塑料直接接触，承受着料流的高速冲刷、脱模时塑件给予的摩擦力、高压高温塑料熔体的挤压力，因此要求其有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性。当成型有腐蚀性气体产生的塑料时，模具材料还需具备良好的耐腐蚀性或表面镀硬铬。成型零件一般都应进行热处理或预硬化处理，要求热处理变形量小，硬度达30HRC以上，为减小流阻力，一般粗糙度Ra值取0.4 um以下。模具的材料选择预硬化型塑料模具钢中的3Cr2Mo（GB/T 1299-2000）。3Cr2Mo是国际上广泛应用的预硬型塑料模具钢，其综合力学性能好，淬透型高，可以使较大截面的钢材获得较均匀的硬度，并具有很好的抛光性能，表面粗糙度低。用该钢制造模具时，一般先进行调质处理，硬度为2835HRC（即预硬化），再经冷加工制造成模具后，可直接使用。这样既保证模具的性能，又避免热处理引起模具的变形。因此，该钢种宜于制造尺寸较大或形状复杂、对尺寸精度与表面粗糙度要求较高的塑料模具和低熔点合金。1.1凹模（或型腔）的设计型腔是成型塑件外表面的凹状零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。该塑件底面较为简单，通过比较，采用整体式的凹模结构。整体式凹模结构比较牢固，不易变形，成型塑件的表面不会有模具的接缝痕迹。当塑件形状简单时，制作整体式凹模比较容易。用多腔模生产中小型制件时，常采用在一块材料上整体加工单个凹模或多个凹模，然后再将他们嵌入到模板。各单个凹模 一般采用冷挤压、电加工、电镀等方法制作。 由于该塑件属于小型制品且为多型腔模具，所以采用整体嵌入式凹模，凹模和固定板之间采用过渡紧配合甚至过硬配合，以便使凹模固定牢靠。1.2型芯（或凸模）的设计：型芯是成型塑件表面的零件。型芯按其结构也可分为整体式和组合式，整体式其结构牢固，不会使塑件产生拼接线痕迹，但不便加工，且消耗的模具钢多，且热处理不方便，常用于形状简单的中小型模具或工艺试验模具。组合式凸模是由两个或两个以上的零件组合而成的凸模。应用于凸模形状复杂时，设计成通孔台肩式，凸模带有台肩，从下面嵌入模板，再用垫板螺钉紧固，是最常用的方法。在设计和制造时必须注意结构合理，保证型芯和镶块的强度，防止热处理时变形，避免尖叫镶拼。分析该塑件，结构不太复杂，且位置关系有一定的要求，为了保证位置关系以与尺寸，将型芯设计为组合式。 2成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸是成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，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，型芯之间的位置尺寸，孔间距离尺寸，孔与凸台至某成型表面的距离尺寸，螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸等。由于考虑到影响因素多，所以我们一般按照平均收缩率、平均磨损量和模具平均制造公差为基准的计算方法。（1） 计算模具成型零件最基本的公为： LL（1S）式中 L模具成型零件在常温下的实际尺寸； L塑件在常温下的实际尺寸； S 塑料的计算收缩率。 （2）塑料的平均收缩率计算公式为：式中 塑料的平均收缩率；塑料的最大收缩率；塑料的最小收缩率。由材料的性质可知： ABS的收缩率为38根据企业里的惯用数据取5为合适。即收缩率为0.005。在以下的计算中塑件外形最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之相对应的模具型腔最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值。塑件形最小值为基本偏差为正值，与之相对应的模具型芯最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值；中心距偏差为双向对称分布。2.1成型零件成型部分尺寸的确定成型零件包括型芯(下称：凸模)、型腔(下称：凹模)参与成型塑件的零件。由于在整个设计过程中多应用的是3D软件和2D软件，故所有的成型零件的成型部分都可通过用3D软件对塑件进行分模和进行型芯型腔的修改，再转为2D来确定其尺寸，故各成型零件的具体结构、形状和尺寸都可在2D零件图里查看。而各自的定位尺寸请参看2D组立图，在此列举。注：本设计中建3D用的是Slidwork三维软件，二维尺寸标注用的是AutoCAD 2007。2.2凸模外形尺寸的确定考虑到零件结构比较简单与模板的选择，根据分析初步确定凸模的高度为70.5mm,根据经验(即中小型件成品边界到模仁边界的距离为20mm-30mm)选取凸模的长宽尺寸为210110mm。2.3凹模外形尺寸的确定考虑到要安装冷却系统，根据分析初步确定凹模的外形尺寸为21011032mm。2.4模架的选取在学校作设计时，模架部分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格与标准代号。模架尺寸确定之后，对模具有关零件确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉确定位。模具上所有的螺钉尽量采用六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。模架的选取应综合考虑凸模的大小与布置、结构形式、推出机构、合模导向机构等方面。根据数据和经验得成型零件的计算与中件成品，凸模边界到模板边界的距离为80mm-120mm)，还有注射机的参数，尽量选取标准模架,本模架选取400540309模架。第5章 脱模机构的设计塑件在从模具上取下以前,还有一个从模具的成型零件上脱出的过程,使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。它包括以下几个部分，脱模力的计算、推出机构、复位机构等的机构形式、安装定位、尺寸配合以与某些机构所需的强度、刚度或稳性校核。推出机构按动力来源可分为手动推出、机动推出和液压推出三类。在设计此机构时，应遵守以下几个原则： 推出机构应尽量设置在动模一侧； 保证塑件不因推出而变形损坏； 机构简单动作可靠； 良好的塑件外壳； 合模时应使推出机构正确复位。1 脱模力的计算塑件注射成型后，塑件在模具冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力。对于底部无孔的筒、壳类塑件，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。塑件在刚开始脱模时，所需的脱模力最大，其后推出力的作用仅仅是为了克服推出机构移动的摩擦力。一般而论，塑料制件刚开始脱模时，所需克服的阻力最大，所以选择此时作为临界条件。塑件脱模时的型芯的受力分析如图：图5.1.1 脱模力示意图根据力平衡原理，列出平衡式：则：式中塑件对型芯的包紧力；脱模时型芯所受的摩擦阻力；脱模力；型芯的脱模斜度。又于是而包紧力为包容型芯的面积于单位上包紧力之积，即：由此可得：式中塑料对钢的摩擦系数，约为0.10.3；塑件包容型芯的面积；塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下模外冷却的塑件约取2.43.9107Pa；模冷却的塑件约取0.81.2107Pa。2推出机构的设计推出机构一般包括推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶块与凹模推出机构、多元综合推出机构等。考虑到本塑件的形状一般，而且深度的拉开幅度很大，而推管推出机构通常使用于有孔的圆形套类塑件，推件板推出机构易使塑件产生变形且易产生毛刺。考虑本塑件的具体形状，在塑件的四个角有圆形套，其它部位比较，再有本设计采用的是圆柱形推杆形式。2.1推杆推出机构推杆推出是一种最简单常用的推出形式。推出组件制造简便，更换容易，滑动阻力小，圆形,因圆形制造加工和修配方便，顶出效果好，在生产中应用最广泛但圆形顶出面积相对较小，易产生应力集中，顶穿产品，顶变形等不良。在脱模斜度小，阻力大等管形，箱形产品中尽量避免使用。当顶杆较细长时，一般设置成台阶形的有托顶针，以加强刚度，避免弯曲和折断。推杆设计要点如下：1) 顶出位置应设置在阻力大处，不可离镶件或型芯太近，对于箱形类等深腔模具。侧面阻力最大，应采用顶面和侧面同时顶出方式，以免产品变形顶破；2) 产品阻力均衡时，顶杆应对称设置，使受力平衡；3) 当有细而深之加强筋时，一般在其底部设置顶杆；4) 若模具上有镶件，顶针设在其上效果更佳；5) 在产品进胶口处避免设置顶针，以免破裂；6) 当产品表面不允许有顶出痕迹时，可设置顶出耳再剪除；7) 对于薄肉产品在分流道上设置顶针，即可将产品带出；8) 顶针与顶针孔配合，一般为间隙配合如太松易产生毛边，太紧易造成卡死。为利于加工和装配，减少摩擦面，一般在模仁上预留1015mm之配合长度，其余部分扩孔0.51.0mm成逃孔；9) 为防止顶针在生产时转动，须将其固定在顶针板上，其形式多种多样，须根据顶针大小，形状，位置来具体确定，在此不一一列举；10) 顶出系统托模以后在进行下一周期生产时，必须退回原处，其形式主要有强制回位，拉杆回位，弹簧回位，油缸等；根据塑件的分析和推杆的设计要点,选择圆形推杆推出机构，具体分布请参看装配组合图。技术要求:1、 材料T10碳素工具钢2、 热处理要求HRC503、 工作配合部分表面粗糙度Ra0.8m推杆脱模机构设计要点如下： 推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方。推杆不宜设在塑件最薄处，以免塑件变形或损坏。推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出0.05到0.10mm，否则会影响塑件外观和使用。为了保证塑件质量，应多设推杆，以减少各个推杆作用在塑件上的应力，减少变形、开裂、应力发白等现象。 按照塑件的形状，推杆的端面形状除了最常用的圆形外，还有各种特殊的截面形状，这类推杆的加工和热处理较困难，孔的加工，可以采用电加工等特殊加工手段。（1）推杆设计推杆选用直杆式圆柱形，图示如下：推杆的材料为T8A或45钢推杆的尺寸为：H = 5m, L = 195.5 =14 ,d = 8m 极限偏差：上偏差为-0.010 下偏差为-0.018配合精度：与推杆孔的配合段可用H7/h7或H8/h8配合，配合表面粗糙度Ra为0.8um2推出机构的复位与导向为了保证推出机构在工作过程中灵活、平稳，每次合模后推出机构能回到原来的位置，需要设计推出机构的导向与复位装置。导向零件射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。1、机构的功用1.1、导向机构的功用定位作用；导向作用；承载作用；保持运动平稳作用。1.2、定位机构的功用对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。此模具小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。推出机构的导向零件在模具往复运动，除滑动配合处外，其余部分均处于悬挂浮动状态，为了防止推板和推杆固定板扭曲倾斜而折断推杆或发生运动卡滞现象，应该在推出机构中设置导向零件进行导向。对于推出距离不大，生产批量小的较小模具，可借助于复位杆进行导向和支撑。但应适当增加复位杆的直径和滑动配合长度，以减小滑动面上的压强，提高复位杆的刚度。同时，复位杆与推杆固定板的配合间隙，应小于推杆与推杆固定板的间隙。通常由推出导柱与推板导套所组成，其导向装置见装配图。3复位零件 推杆推出塑件后，要求返回初始位置，以待下一成型周期推杆再推出下一模塑件。 用复位杆复位，采用圆形截面，设置四根复位杆，位置设在推杆固定板的四周，为了使推出机构平稳复位，各复位杆的长度必须要求一致，且端面与所在的动模平齐。第6章 合模导向机构设计导向机构是保证动模和定模上下模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位，本设计采用导柱导向定位。导向机构除了有定位和导向作用外，还要承受一定的侧向压力。塑料熔体在充型过程中可能产生单面侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧向压力，从保证模具的正常工作。导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。1.导柱导柱的结构形式可采用带头导柱和有肩导柱，导柱导面部分长度比凸模端面高出812，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱材料采用T10，HRC5055，导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m，导向部分Ra为0.80.4m，本设计采用四根导柱，固定端与模板间采用H7/m6过渡配合，导向部分采用H7/f7间隙配合。导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模的正确定位和导向的重要零件。导向机构常采用导柱导向，其主要零件有导柱和导套。导柱常设在动模边或定模边均可，但一般设在主型芯周围。（1）构的设计原则如下：导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心模具外缘应有足够的距离以保证模具强度和防止模板发生变形。导柱（导套）的直径应根据模具尺寸来选定，并应保证有足够的抗弯强度。导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度要求。导柱和导套应有足够的耐磨性。为了便于塑料制品脱模，导柱最好装在定模板上，但有时也装在动模板上，但有时也装在动模板上，这就要根据具体情况而定。（2）构的总体设计导向零件分布在模具周围或靠近边缘部位。导柱中心至模具边缘应至少有一个导柱直径的厚度，导柱通常设在离中心线1/3处的长边上。该模具采用4根导柱，其布置在模板四个角上。导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上。为保证分型面很好的接触，应在导套孔口倒角。2.导套导套常采用带头导套的形式，采用H7/m6配合镶入模板。具体结构尺寸见装配图。第7章冷却系统的设计原则与常见冷却系统的结构1冷却系统的设计原则（1）在设计时冷却系统应先于推出机构，也就是说，不要在推出机构设计完成后才考虑冷却回路的布置，而应尽早将冷却方式和冷却回路的位置确 定下来，以便能得到较好的冷却效果。将该点作为首要设计原则提出来 的依据是，在传统设计中，往往推出机构的设计先于冷却系统，冷却系 统的重要性未能引起足够的认识。（2）注意凹模和型芯的热平衡。有些塑件的形状能使塑料散发的热量等量的被凹模和型芯所吸收。但是极大多数塑件的模具都有一定的高度型芯以与包围型芯的凹模，对于这类模具，凹模和型芯所吸收的热量是不同的。这是因为塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，塑件与凹模之间会形成空隙，这时绝大部分的热量将依靠型芯的冷却回路传递，加上型芯布置冷却回路的空间小，还有推动的干扰，使型芯的传热变得更加困难，因此，在冷却的设计中，要把主要注意力放在型芯的冷却上。（3）对于简单的模具，可先设置冷却水出入口的温差，然后计算冷却水的流量，冷却管道的直径，保证湍流的流速以与维持这一流速所需要的压力降便以足够。（4）生产批量大的普通模具和精密模具在冷却方式上又差异，对于大批量生产的普通塑件可采用快冷以获得较短的循环注射周期。所谓快冷就是使冷却管道靠近型腔布置，采用较低的模具温度。精密塑件需要有精密的尺寸公差和良好的力学性能，因此需采用缓冷，即模具温度较高，冷却管道的尺寸和位置也适应缓冷的要求。（5）模具中冷却水温度升高会使热传递减小，精密模具中出入口水温相差应在5度。从压力的损失观点出发，冷却回路的长度应在1.21.5m以下，回路的弯头数目不希望超过5个。（6）由于凹模和型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却俄回路分别冷却凹模和型芯。（7）当模具仅设一个入水接口时，应将冷却管道进行串联连接，若采用并联连接，由于各个回路的流动阻力不同，很难形成一样的冷却条件。当需要并联连接时，则需要在每个回路中设置水量调节泵与流量计。（8）采用多而细的冷却水道，比采用独大的冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模温的调节的围，但管道不可以太细，以免堵塞，一般取管道的直径为825mm。在收缩率大的塑料制件的模具中，应沿其收缩方向设置为冷却回路。（9）通模具的冷却用水应采用常温下的水，通常调节水流量来调节模具的温度。对于小型塑件，由于其注塑时间和保压时间都较短，成型周期主要有冷却时间决定，为了提高成型效率，可以采用经过冷却的水进行冷却，目前经冷却机冷却的510度的水。用冷水进行冷却时，大气中的水分会凝聚在型腔的表面以引起塑件的缺陷。对于流动距离长，成型面积大的塑件，为了防止填充不足或者变型，有时还得通热水。总之，模温最好同过冷却系统或者专门的装置能任意调节。 （10）确定冷却管道的中心距以与冷却管道与型腔壁的距离。冷却管道与型腔壁的距离太大会使冷却效率下降，而距离太小有会造成冷却不均匀。根据经验，一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的12倍。冷却管道的中心距应为管道直径的35倍。（11）尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等。当制件壁厚均匀时，应尽可能使所有的冷却管道孔到各处的型腔表面的距离相等。（12）应加强浇口处的冷却。熔体充模时，浇口附近的温度最高。一般来说，据浇口越远温度越低。因此，在浇口附近应加强冷却，一般可将冷却回路的入口设在浇口处，这样可使冷却水道首先通过浇口附近。（13）应尽量避免将冷却水道开设在塑件熔合纹的部位。当采用多浇口的进料或者型腔形状较复杂时，多股熔体在汇合处将产生熔合纹。在熔合纹的温度一般较其它的温度低，为了不致使温度进一步下降，保证熔合质量，应尽可能不在熔合纹部位开设冷却水道。（14）水管的密封问题，以免漏水。一般，冷却管道应避免穿过镶块，否则在接缝处漏水，若必须通过镶块时，应加设套管密封。（15）进口，出口水管的接头的位置应该尽可能设在模具的同一侧。为了不影响操作，通常应将进口，出口水管接在设在注塑机背面的模具的一侧。此外，冷却水道的设计还必须尽量避免接近塑件的溶接部位以免产生溶接痕，降低塑件强度。2常见冷却系统的结构与尺寸2.1常见结构1)浅型腔扁平塑件；2)中等深度的塑件；3)深型腔塑件；4)细长塑件；2.2冷却回路的尺寸确定冷却回路所需的总面积 冷却回路所需总表面积可按下式计算： A式中 A冷却回路总面积（m）； M单位时间注入模具中树脂的质量（h）； q单位质量树脂在模具释放的热量（J）； a冷却水的表面传热系数（W(mK)）；模具成型表面的温度()；冷却水的平均温度()。所以A0.00357 m2.3冷却回路的的总长度 冷却回路总长度可用下式计算： L式中 L冷却回路总长度（m）； A冷却回路的总面积（m）； d冷却水孔的直径（mm）。 确定冷却水孔的直径时应注意，无论多大的模具，水孔的直径都不能大于14mm，否则冷却水难以成为湍流状态，以致降低热交换效率。一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为2mm时，水孔直径可取8mm10mm；平均壁厚为2mm4mm时,水孔直径可取10mm12mm；平均壁厚为4mm6mm时，水孔直径可取10mm14mm。该塑件的平均壁厚约为1.5mm，所以去水孔直径d6mm。第8章 注射机参数的校核不同型号的注射机其安装模具部位的形状和尺寸各不一样，设计模具时应对相关尺寸加以校核，以保护模具能顺利安装。需校核的主要容有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大厚度与最小厚度与安装螺钉孔等。1喷嘴尺寸XS-ZY-250型注射机的喷嘴球面半径为15mm，而本次设计的模具主流道始端凹下的球面半径为15mm，与之相适应，故满足要求。2模具厚度模具厚度H必须满足：HminHHmax式中:Hmin注射机允许的最小模具厚度；即动、定模板之间的最小开距；模具外形尺寸。本设计的模具外形尺寸为400mm560mm，G54-S200/400型注射机模板尺寸为532mm634mm，在其围，故满足要求。3行程的校核开模行程S（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。它的大小直接影响模具所成型的塑件高度。注射机XS-ZY-250的最大开模行程Smax与模具无关，它的开模距离由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所决定的，不