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基于Pro/E的显示板三维造型及其模具设计摘要：本次设计的内容是“基于Pro/E的显示板三维造型及其模具设计。 通过对其技术要求和工艺结构进行分析，确定工艺方案及模具形式，通过对其相关数据分析和计算，选注塑机和注塑工艺，从而确定显示板注塑设计思路、方案以及拟定模具结构形式。详细表达了注塑成型工艺过程、分型面设计、凹凸模设计、重要零件的工艺参数与计算等。关键字：显示板；塑料模具：模具设计：注射成型：模具结构全套图纸，加153893706Based on Proe/E three-dimensional modelingof television shell and mold designAbstract: The design of the content is “Based on Proe/E three-dimensional modeling of television shell and mold design . Through its analysis of the technology required to understand the production technology, combined with the actual production environment and production technology , etc., to do its injection mold design. Including the analysis of the technology and material required , sub-surface design, die design, punch design, main parts structure design, part process analysis, standard parts selection.Key word: recorder; plastic mold; mold design; injection molding; die structure 塑料是20世纪人类的重大创造，它的创造和广泛使用，为人类的物质文明谱写了信新的篇章，大大推动了人类社会的进步和繁荣。在科学技术高度兴旺的美国，塑料的体积使用量已超过钢铁，以塑代木，以塑代钢，已是大势所趋。 塑料制品同金属零件相比有许多优点：容易加工、生产效率高；节约能源，绝缘性能好；质量轻，比铝约轻一半，比钢约轻四分之三，具有良好的耐磨、耐腐蚀性。设计合理的塑料制品往往能代替多个传统金属构件，可以一次成型非常复杂的形状，而且还能设计成卡装结构，从而减少产品装配中使用的各种紧固件。此外，注塑成型的制品数量比其他常规的金属成型方法要大的多。由于上述优点，目前工业产品非金属化、金属制品塑料化的趋势日益明显。中国是制造业大国，产品时制造业的主体，模具是制造业的灵魂，模具的开展水平决定了制造业的开展水平。塑料的广泛使用直接带动了注塑模的飞速进步和开展。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又称为原料及设备的“效益放大器。从生产实践可知，通过模具加工的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的根底工业，被称为“工业之母。模具是一种高附加值产品和技术密集型产品，其生产技术水平的上下，已成为一个国家制造业水平上下的重要标志1。简介 注塑成型也称为注射成型。它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件。由于它具有应用面广、成型周期短、花色品种多、制件尺寸稳定、产品易更新换代、生产效率高、模具服役条件好、塑件尺寸精度高、生产操做容易实现机械化和自动化等诸方面的优点，因此，在整个塑料制件生产行业中，注塑成型占有非常重要的地位。目前，除少数几种塑料品种外，几乎所有的塑料即全部热塑性塑料和局部热固性塑料都可以采用注塑成型。据统计，注塑制件约占所有塑料制件总产量的30%,全世界每年生产的模具数量约占有塑料成型模具数量的50%2。塑料注射成型模具的分类方法较多，按塑料件所用的材料不同可分为热塑性塑料注射成型模具和热固性塑料注射成型模具；按塑料注射机的类型不同可分为卧室、立式和直角式注射模具；按其在塑料注射机上的安装方式不同可分为移动式注射模具主要在立式注射机)和固定式注射模具；按模具的型腔数量不同可分为单型腔塑料注射模具和多型腔塑料注射模具。通常，塑料注射成型模具是按其总体结构上的某些特征进行分类的，分为普通模具和特殊模具，普通模具分为二板式模具三板式模具，其中又分为一模一腔二板式、一模多腔二板式、一模一腔三板式、一模多腔三板式；特殊模具分为滑动型芯式模具斜导柱侧抽心式模具)、瓣合式模具哈夫模具)、螺纹模具、滑动型芯与瓣合式结构相结合的模具、其他。1.2 注塑模具成型原理将加热融化的塑料注满一个挖有空腔的模块，然后对模块强制冷却，熔料凝固成固体。为取出凝固体，用分型面把模块分割成型芯和型腔两局部。包裹凝固体外外表轮廓的一半模块称为型腔零件，包裹凝固体内外表的另一半模块称为型芯零件，型芯和型腔零件统称为成型零件。包裹凝固体内外外表的相交线称为分型环，分型环水平向四周延伸形成切割模块的分型面。事先把成型模腔按放大比例1+成型收缩率)加工成需要的形状，凝固体就成为有用的塑料制品。光有成型零件还不能连续大量生产塑料制品，型芯和型腔零件要安装固定在模架上，加工出注料通道，配上脱模机构等其他机构和零件，成为能与注塑机配合工作的模具，才能连续生产塑料制品。沿型芯和型腔零件分型面将模具剖切为定模和动模两局部，生产时要把定、动模分别固定在注塑机固定模版和移动模板上。注塑机工作时的状态是注塑机固定模板一直固定不动，而移动模板在注塑机拉杆上做单边开合运动，因此安装固定在模具动、定模局部的型芯和型腔零件也能随移动模板开合作开闭运动。注料时型芯和型腔零件闭合成封闭模腔，只留有注料通道，加热熔化的塑料在注射剂螺杆的挤压下从喷嘴经注料通道高速进入成型模腔，填满模腔的熔料经压实冷却后凝固成塑料制品。型芯和型腔零件又随注塑机移动模板的开模运动分开，随后注塑机顶出杆驱动模具脱模机构脱出塑料制品3。2. 显示板的设计2.1 对零件分析 结构分析显示板是一个薄壁、外形复杂的零件，三维造型如图2.1。生产要求和塑件尺寸精度根据产品要求，该塑件为大批量生产，采用注塑成型。此塑件上共有四个尺寸有精度要求，分别是：，其余尺寸无精度要求，可按MT4级精度取。 图 2.1 显示板三维造型 显示板三视图如下图。图显示板三视图 2.2.1材料选择显示板对强度，刚度，柔韧性，热塑性等众多方面的考虑，我们决定塑件的材料采用ABS材料。ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物优点：综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且在低温下也不迅速下降；耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好；水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响；尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可以配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且外表了镀铬。缺点：耐候性差；耐热性不够理想；容易产生裂纹；一般用于机器盖、罩，仪表壳、手电钻壳、风扇叶轮，收音机、 和电视机等壳体，局部电器零件、汽车零件、机械及常规武器的零部件1设计模具时应注意：1选择适当的脱模机构，防止产生裂纹2在成型部位要防止产生裂纹，脱模斜度在10以上，应绝对防止侧凹3成型收缩率为0.55%。4。表2.1 ABS的成型条件塑料名称ABS树脂注塑成型机类型螺杆式预热温度8085时间h23料筒温度 后段150170中段165180前段180200喷嘴温度170180模具温度5080注射压力MPa60100螺杆转速r/min30适用注塑机类型螺杆、柱塞均可材料工艺性显示板所用材料为ABS树脂，而该树脂一般采用注射成型比拟适宜。且显示板属于外形复杂的薄壁零件，用其他的成型方法很难加工出它所需要的模具，综上所述，还是注塑成型法比拟适宜。ABS 塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能， 在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要的位置， 特别是稍微大型的箱体结构以及受力元件， 需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。ABS 塑料注塑工艺5:(1) ABS 塑料的枯燥 ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的枯燥和预热，不单能消除水汽造成的制件外表烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件外表色斑和云纹。ABS 原料要控制水分在0.13 %以下。注塑前的枯燥条件是:干冬季节在7580 以下，枯燥23h ，夏季雨水天在8090 下，枯燥48h ，如制件要到达特别优良的光泽或制件本身复杂，枯燥时间更长，达816h。因微量水汽的存在导致制件外表雾斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗枯燥器， 以免枯燥好的ABS 在料斗中再度吸潮， 但这类料斗要加强湿度监控，在生产偶然中断时，防止料的过热。(2) 注射温度 ABS 塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在熔化过程温度升高时，其熔融实际上降低很小，但一旦到达塑化温度(适宜加工的温度范围， 如220250 )，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS 的热降解反而使熔融粘度增大，注塑更困难，制件的机械性能也下降了。所以，ABS的注射温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高，但不能像后者那样有较宽松的升温范围。某些温控不良的注塑机，当生产ABS制件到一定数量时，往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒，而且很难利用加新料对空注射等方法将其去除排出。究其原因，是ABS 塑料含有丁二烯成分，当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的外表上，受到长时间的高温作用时，造成降解和碳化。既然偏高温操作对ABS 可能带来问题，故有必要对料筒各段炉温进行限制。当然，不同类型和构成的ABS 的适用炉温也不同。如柱塞式机，炉温维持在180230 ；螺杆机，炉温维持在160220 。特别值得提出的是,由于ABS的加工温度较高,对各种工艺因素的变化是敏感的。所以料筒前端和喷嘴局部的温度控制十分重要。实践证明,这两局部的任何微小变化都将在制件上反映出来。温度变化越大,将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺陷。(3) 注射压力 ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高,所以在注射时采用较高的注射压力。当然并非所有ABS 制件都要施用高压, 对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。注制过程中, 浇口封闭瞬间型腔内的压力大小往往决定了制件的外表质量及银丝状缺陷的程度。压力过小,塑料收缩大,与型腔外表脱离接触的时机大,制件外表雾化。压力过大,塑料与型腔外表摩擦作用强烈,容易造成粘模。(4) 注射速度 ABS 料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时, 塑料易烧焦或分解析出气化物,从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但在生产薄壁及复杂制件时,还是要保证有足够高的注射速度,否那么难以充满。(5) 模具温度 ABS的成型温度相对较高, 模具温度也相对较高。一般调节模温为7585 , 当生产具有较大投影面积制件时, 定模温度要求7080,动模温度要求5060 。在注射较大的、构形复杂的、薄壁的制件时, 应考虑专门对模具加热。为了缩短生产周期,维持模具温度的相对稳定,在制件取出后,可采用冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿原来在型腔内冷固定型的时间。(6) 料量控制 一般注塑机注ABS 塑料时, 每次注射量仅达标准注射量的75 %。为了提高制件质量及尺寸稳定, 外表光泽、色调的均匀, 要求注射量为标定注射量的50 %为宜。 ABS主要技术指标ABS的热物理性能如下表2.2所示。表2.2 热物理性能密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1)12551674导热系数(Wm-1K-110-2)线膨胀系数(10-5K-1)滞流温度(C)130 ABS的热力学性能如下表2.3所示。表2.3 力学性能屈服强度MPa50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度(简支梁式)无缺口261布氏硬度缺 口11 ABS的热物理性能如下表2.4所示。表2.4 电气性能外表电阻率(1013体积电阻率(m1014击穿电压KV/mm介电常数106Hz介电损耗角正切106Hz耐电弧性(s)50852.3 设计计算注射塑料模具的设计过程可以说是相当复杂的，因为在模具设计过程中要考虑的问题相当多。从塑料制品的结构设计开始，就要考虑制品的尺寸公差、脱模斜度、壁厚、凸凹台的设计，以及其他的工艺结构等方面是否合理。当制品设计完成后，才正式开始进入模具的设计，在模具设计当中要考虑的东西就更加多了，模具分型面的开设、浇注系统、顶出机构、抽芯机构、冷却系统等的考虑全面与否，都直接影响模具质量的好坏。3 注射机的选定3.1 注射机的分类注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要装备，按其外形可以简单的分为立式、卧式、直角式三种。3.2 注塑机型号确实定除了模具的结构、类型和一些根本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，那么模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。 确定最大注射量为保证正常的注射成型，注射机最大注射量应稍大于制品的重量或体积(包括浇注系统凝料的体积)。通常注射机实际注射量最好在注射机最大注射量的80%以内。通过PRO/E建模分析，可得出塑件体积为v1计算，可以得出塑件质量为53.697609g。流道凝料还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来计算。从上述分析中确定型腔为一模一腔，因为螺杆式注射机按体积算所以注射量为5： 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料包括浇口在分型面上的投影面积在模具设计前是未知的，根据多腔模的统计分析，是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍之间,因此可取0.35。其中：制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和为： 锁模力可依照公式算出：式中：p为型腔压力单位，ABS料一般型腔压力为2040，此处取p35。 型腔数目确实定制件属于薄壁型零件，其质量小空间体积大，多型腔充模时，可能在尚未充满型腔时，有的熔体开始凝固，不容易充满型腔，所得制件缺陷多，应选择其型腔数为一模一腔。 注塑机确实定根据, ，选择注塑机机型为：XSZY6。表3.1 注塑机的主要参数工程XSZY250理论注射容量/cm250注射压力/MPa130注射行程/mm160注射时间/s2螺杆转速r/min58最大成形面积/ cm2550最大开合模行程/mm500模具最小厚度/mm200模具最大厚度/mm350动、定模固定板尺寸/mmmm598520拉杆空间/mmmm448370锁模力/kN1800喷嘴球头半径/SR18定位圈尺寸/mm125顶杆中心距/mm280合模方式增压式顶出形式两侧顶出3.3 注射机的校核在初步选择了注射机以后还需要对相关的参数进行校核，以确定所选的注射机符合该塑件生产的全部条件，在实际设计中，通常对以下几个方面进行校核。 型腔数量的校核型腔数量的校核按注射机的最大注射量校核型腔数量n： 上式右边=。所以，所设定的型腔数符合要求，合格。式中： 注射机允许的最大注射量g或cm 为单个塑件的质量g，取53.7 g 为浇注系统的质量g，取32.22 g 锁模力的校核锁模力又称合模力，是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。当注射成型时，熔体不断充满型腔，注射压力在型腔内所产生的作用力将使模具沿着分型面胀开，为保证注射成型的顺利进行，注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积。即：式 中: F注射机的额定锁模力KN, p成型时型腔平均压力MPa, A1塑件在开模方向的最大投影面积(mm) A2浇注系统在开模方向的最大投影面积(mm)从前面可知型腔个数： n=1 而注塑机合模力，故满足要求。 注射压力的校核该项工作是校核所选注射机的额定压力Pe能否满足塑件成型时所需要的注射压力P0，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性，塑件结构的壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，生产实践中其值一般为70MPa100MPa。设计中要求：式中：k平安系数，常取1.251.4，在此取1.3。而，所以 符合要求。 注射机安装模具局部相关尺寸的校核7（1） 模具闭合高度的校核 由装配图可知模具闭合高度：,注塑机的最小装模高度，最大装模高度，能够满足的安装条件。（2） 浇口套尺寸 浇口套的球面半径为注射机喷嘴球头半，符合要求；浇口套小端孔径为喷嘴口直径，符合要求。（3） 定位圈尺寸 模具安装在注射机上必须使模具中心线与料筒，喷嘴的中心线相重合，定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配。模具定位圈的直径为，与注塑机定位孔直径相同，符合安装要求。4模具开模行程的校核 模具的开模行程：=塑件的高度+浇注系统的高度+ 注射机的最大开合模行程，符合要求。4 分型面的设计模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的课别离的接触外表成为分型面。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密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。常见的分型面形状有：平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面及瓣合分型面等，其中平直分型面结构简单，加工方便，经常采用。分型面的选择是一个比拟复杂的问题，影响分型面的因素比拟多。分型面的选择好坏对塑件质量、操作难易、模具结构及制作都有很大的影响。通常遵循以下原那么4：1有利于脱模：1 分型面应取在塑件尺寸最大处；2分型面应使塑件留在动模局部。由于推出机构通常设置在动模一侧，将型芯设置在动模局部，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利于脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为使塑件留在动模，一般应将凹模型腔也设在动模一侧；3拔模斜度较小或者塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位，但此时塑件外形有分型的痕迹。2有利于保证塑件的外观质量和精度要求。因为分型面处不可防止地会在塑件上留下溢料痕迹，或品和不准确的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外外表或带圆弧的转角处。塑件有同轴度要求时，为防止两局部错型，一般将型腔放在模具的同一侧。3有利于成型零件的加工制造。斜分型面时，凹模与凸模的倾斜角度应一致，这样加工成型零件较方便。4有利于侧向抽芯。塑件有侧凹或侧孔时，侧向滑块型芯宜放在动模一侧，这样模具结构较简单。由于侧向抽芯机构的抽拔距离都较小除了液压抽芯机构外，选择分型面时应将抽芯距离小的方向放在侧向。但是，对于投影面积较大而又需要侧向分型抽芯时，由于侧向滑块何模时的锁紧力较小，这时应将投影面积较大的分型面设在垂直于合模方向上。5有利于排气。分型面应尽量与最后才能充填熔体的模腔表壁重合，这样对注塑成型过程中的排气有利。考虑各种因素，分型面选在制件的下外表上，如图4.1所示。图4.1 零件的分型面5 浇注系统的设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在和外表质量优良的塑件。它向型腔中的传质、传热、传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统设计的好坏是影响生产的一个关键问题，也是注塑模具设计中的主要内容之一。浇注系统的组成与作用无论用于何种类型注塑机的模具，其浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四局部组成。1主流道 主流道是指使注塑机喷嘴与型腔或分流道连接的一段进料通道。主流道是塑料熔体首先经过的通道，与注塑机喷嘴同一轴线，熔体在主流道中不改变流动方向。主流道断面一般为圆形。2分流道 分流道是指连接主流道和浇口的进料通道。在多型腔注塑模中分流道由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。分流道通常开设在模具分型面上，其断面形状有多种形式，由动模和定模的沟槽组合而成。分流道有时也可单独设在定模或动模一侧。3浇口 浇口是连接分流道和型腔的一段细短的进料通道。它是浇注系统的关键局部，主要起着调节熔体流速、控压和保压作用。常用的断面形状为圆形和矩形。4冷料穴 冷料穴主要是指直接对着主流道的孔或槽，主要用以储存熔体前锋的冷料。浇注系统的设计原那么11排气良好 能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利排出。2流程短 在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来充填型腔；且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间。3防止型芯和嵌件变形 应尽量防止熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位。4整修方便 浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用。5防止塑件翘曲变形 在流程较长或需开设两个以上浇口时更应注意这一点6合理设计冷料穴或溢料槽 冷料穴或溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量。7浇注系统的断面积和长度 除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量去小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。流道设计主流道设计主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。主流道的设计要点如下8：1 为了便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。其锥角为2040，对流动性差的塑料，也可取3060m。2 主流道大端呈圆角，其经常取r=13mm，以减小料流转向过度时的阻力。3 在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量短，否那么将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多而影响注塑成型。4 为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接。主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R2=R1+12mm,其小端直径d =d1+(0.51)mm，凹坑深度常取34mm。喷嘴与主流道衬套的接触尺寸关系如图5.1 。5.1 喷嘴与主流道衬套的接触尺寸关系 1 小端直径d=注射机喷嘴直径d1+0.51mm =4+0.51mm， 取d=5mm。 2 主流道球面半径应为： R2=喷嘴球面半径R1+12mm = 18 +12mm = 1920mm， 取R=20mm。3 h=(1/32/5) R2=6.78mm, 取7mm。4 主流道的锥角=26。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小锥角使凝料脱模困难，还会使充模时流动阻力大，比外表增大，热量损耗大。该设计中取=45r=3mm 主流道衬套的形式由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道局部常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A,T10A等，热处理硬度为53HRC57HRC,衬套与定模板的配合可采用H7/m6，如下图。如其大端兼作定位环，那么圆盘凸出定模端面的长度为510mm，也常有将模具定位环与主流道浇口套分开设计的。冷料穴和拉料杆的设计完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才到达正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。主流道冷料穴设计成带有推杆的冷料穴，底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构连用。当其被摧出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。主流道冷料穴中拉料杆的设计如图5.2所示。分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔的模具一定设置分流道。单腔模成型大型塑件，假设使用多浇口进料也需要设置分流道。成型薄壁塑件，特别是塑件厚度非常小时，要使用大浇口，而且浇口应该大于壁厚。如是直浇口应设置冷料井，以减少浇口应力，协助填充，减少塑件去除浇口时的损坏。为保证有足够的压力充填薄的型腔，流道系统中应尽可能减少压力降，流道压降最好不要超过注塑机提供压力的巧%。为此，流道截面设计要比传统的大一些，同时要限制熔体的驻留时间，以防止塑料降解裂化。1分流道的截面形状；常用的分流道截面形状有圆形，梯形，U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，那么希望流道的截面积大，流道的外表积小，以减少热损失。因此可用流道的截面积与周长比值来表示流道的效率。本设计采用圆形分流道，截面形状如图5.3。 图 分流道截面2分流道的截面尺寸； 分流道的尺寸应根据塑件的成形体积，塑件壁厚，塑件形状，所用塑料的工艺性能，注塑速率以及分流道的长度等因素来确定。该设计中分流道尺寸为。3分流道的布置； 分流道布置如图5.4。 图5.4 分流道分布图4分流道设计要点；分流道的设计要点是：1 分流道对熔体的阻力要小，应首先保证足够的注射压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道的截面积与长度尽量取小值，尤其对于小型塑件更为重要。分流道转折处应以圆弧过度。3 分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井4 分流道位置可单独设在定模板或动模板上，也可同时开在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状，这主要取决于模具结构，塑料特性及塑件脱出方法。5 通常分流道多开设在模具的一边以有利于开模时将流道凝料脱出。6 分流道与浇口的连接处加工成斜面，并利用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及填充。5.4 浇口设计浇口的根本作用是使分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔。浇口在大多数情况下是整个浇注系统中截面最小的局部除直接浇口外。当熔体通过狭小浇口时，其剪切速率增高，同时由于摩擦作用，熔体温度升高，熔体粘度降低，流动性提高，有利于填充型腔，获得外形清晰的制品。当浇口截面尺寸过小时，压力损失大，冷凝快，补缩困难，会造成制品缺料、缩孔等疵病，甚至还会产生熔体破裂形成喷射现象，制品外表出现凹凸不平。相反，浇口截面尺寸过大，注射速度降低，温度下降，制品可能产生明显的熔接痕和外表云层现象。所以浇口形式、大小和位置的选择，数量多少，在很大程度上决定了成品质量的好坏，也影响着制品成型周期的长短。浇口类型9浇口形式较多，一般可分为直接浇口、中心浇口、侧浇口、点浇口、潜伏式浇口及护耳浇口等。一般来说小浇口优点较多，它可以增加熔体通过的流速，充模容易，这对于塑料熔体粘度对剪切速率较敏感的塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯等尤其有利；小浇口对熔体有较大的摩擦阻力，结果使熔体温度明显上升粘度降低，流动性增大，有利于薄壁复杂制品的成型。1直接浇口 ：又称主流道型浇口，其优点：利于排气和消除熔结痕，模具机构简单而紧凑。缺点：周期延长，超压填充，容易产生剩余应力。适用于单腔模。2侧浇口 ：一般开设在分型面上，由塑件侧面进料，广泛使用于多腔模。浇口与分流道相接处采取斜面或圆弧过度。3扇形浇口：它是矩形侧浇口的一种变异形式，此浇口的加工虽困难一些，但有助于熔体均匀地流过扇形浇口。优点：使塑料充模时横向得到更均匀的分配，降低制品的内应力和带入空气的可能性。常用来成型宽度较大的薄片状制品。4平缝式浇口：其特点是将浇口的厚度减薄，而宽度取作浇口边制品宽度的1/4至全宽，浇口台阶长约0.65mm。5环形浇口：优点：进料均匀，流速大致相同，空气容易顺序排出，同时防止了侧浇口的型芯对面的熔结痕。主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品。6轮辐式浇口：这种浇口将整圆周进料改成了几小段圆弧进料，优点：去除浇口方便，浇口回头料较少。缺点：熔结痕增多，塑件强度受到影响。7潜伏浇口：采用潜伏浇口只需要两板式的单分型面模具，而采用点浇口那么需要三板式的双分型面模具。8点浇口：是一种断面尺寸很小的浇口。优点：自行切断，无需修剪浇口，生产效率高。单腔模多腔模均适用。断离后的点浇口凝料可以由手工取出或靠点浇口自动脱落机构脱模。通过分析比拟，选择浇口为侧浇口。浇口位置的选择浇口设计很重要的一方面是位置的设计，浇口位置选择不当会使塑件产生变形、熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。浇口位置对制品质量影响极大，在选择上应注意以下几点：防止熔体破裂在塑件上产生缺陷；考虑分子定向对塑件性能的影响；有利于流动、排气和补缩；在多腔模中，各个型腔浇口方位必须保持一致；减少熔结痕和提高熔结痕的强度；校核流动距离比；浇口位置应使浇口便于修整；防止料流将型芯或嵌件挤歪变形。一般说来，浇口位置选择要遵循以下原那么： 1) 浇口位置的设置应使塑料熔体填充型腔的流程最短、料流变向最少； 2) 浇口位置的设置应有利于排气和补缩； 3) 浇口位置的选择要防止塑件变形； 4) 浇口位置的设置应减少或防止产生熔接痕、提高熔接痕的强度。根据以上几点和本套塑件的形状、尺寸、精度要求，确定把浇口位置开在如图位置。 图6成型零件的设计成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、凸模、各种成形杆和成形环。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；也可能因刚度缺乏而产生挠曲变形，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外表，型芯用以形成制品的内外表，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，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，以及机加工工艺要求等。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、尺寸和外表。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、外表质量及其稳定性，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范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素10。6.1 成型零件的选材对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：1机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。2抛光性能优良。注射模成型零件工作外表，多需要抛光到达镜面，Ram。要求钢材硬度在HRC3540为宜。过硬外表会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。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应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成外表裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，到达所方案批量生产的使用寿命期限。4具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。11。塑料与制品型腔注射次数适用钢种PP、HDPE等一般制品10万次左右50、55正火20万次左右50、55调质30万次左右P2050万次以上SM1、5NiSCa工程塑料10万次左右P2O精密制品20万次以上PMS、SM1、5NiSCa玻纤增强塑料10万次左右PMS、SM220万次以上25CrNi3MoAl渗氮、H13渗氮PC、PMMA、PS透明塑料PMS、SM2PVC和阻燃塑料PCR6.2 凹模的设计 凹模的结构形式凹模可由整块材料制成，制成整体式凹模。凹模位于定模板上，因为模具为一模一腔的结构，所以只需要采用一个型腔。并且凹模采用整体式矩形型腔。整体式凹模的特点是强度和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹。 凹模尺寸的计算(1)凹模径向尺寸计算凹模径向尺寸的计算按平均收缩率法计算，公式如下： 式中：凹模径向尺寸mm； 塑件的平均收缩率ABS收缩率为0.3%0.8，平均收缩率为0.55%； 塑件径向公称尺寸mm；x修正系数当塑件尺寸较大，精度级别较低时，x=0.5 塑件公差值(mm) 长204mm的为0.92，宽140mm的；凹模制造公差mm(当尺寸小于50mm时，z=1/4；当塑件尺寸大于50mm时， =1/5)； 凹模长度尺寸计算为： 凹模宽度尺寸计算为： 2凹模深度尺寸计算凹模深度尺寸采用平均收缩率法，公式如下：式中：凹模深度尺寸mm； 塑件高度公称尺寸mm； x修正系数当塑件尺寸较大，精度级别较低时，x=1/3 凹模形状如图6.1所示。6.3 型芯的设计 型芯局部的结构形式整体式型芯浪费材料太大，且切削加工量大，比拟浪费本钱，。型芯结构主要是整体嵌入式凸模和镶拼组合式型芯。此设计采用的是镶拼组合式型芯，这种结构便于拆装，节约本钱。 型芯尺寸的计算1型芯径向尺寸计算型芯径向尺寸的计算采用平均收缩率法，公式如下： 式中：型芯径向尺寸mm； 型芯的制造公差mm； 塑件公差值(mm) 长150mm的为0.7，宽102mm的； 其他符号意义同上10。型芯长度尺寸计算为：型芯宽度尺寸计算为：2型芯高度尺寸计算型芯高度尺寸采用平均收缩率法，公式如下：式中：型芯高度尺寸mm； 塑件孔深度尺寸mm； 其他符号意义同上。型芯形状如图6.2所示。 图6.2 型芯3中心距尺寸计算,公式如下式中：模具中心距尺寸mm； 塑件心中距尺寸mm。 其他符号意义同上。中心距尺寸计算为：6.4 型腔侧壁厚度和底板厚度的分析计算 型腔侧壁厚度的计算按刚度计算公式计算侧壁厚度为式中：C常数，随不同而不同； p型腔压力，一般取2545MPa； 矩形型腔内壁短边； E模具材料的弹性模量，碳钢为； 刚度条件，即允许变形量mm，ABS允许范围是0.040.05。由经验法可知型腔侧壁厚为20mm。 型腔底板厚度的计算按刚度计算公式计算底板厚度为式中：p型腔压力，一般取2545MPa； E模具材料的弹性模量，碳钢为； 刚度条件，即允许变形量mm，ABS允许范围是0.040.05； 型腔的长边； 矩形型腔内壁短边。由经验法可知型腔底厚度为20mm。7 脱模机构的设计注塑机必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型腔内或型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。脱模机构的分类12按结构分类：（1） 简单脱模机构 又称为一次脱模机构，包括常见的推杆、推管和推件板等脱模装置。（2） 二级脱模机构 一些形状特殊的制品，如采用一级脱模，易使其变形、损坏甚至不能从模内脱出，在这种情况下，需对制品进行第二次推顶。（3） 双脱模机构 动模和定模两边均设置有简单脱模机构。（4） 顺序脱模机构 对于成型形状复杂制品的模具，一般会有多个分型面，此时应顺序分型，才能使制品从模内顺利脱出。（5） 螺纹制品脱模机构 通过模内自动旋转，使制品从螺纹型芯或型环上脱出。对脱模机构的要求1结构优化、运行可靠。机构尽可能简单，零件制造方便，配换容易。机构动作要准确可靠、运动灵活、机构本身具有足够刚度和强度，以抵抗脱模阻力。2不影响塑件外观，不造成塑件变形破坏。推塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐藏处，以免损坏塑件外观，要保证塑件在脱模过程中不变形、不擦伤。要做到这一点，首先必须正确地分析脱模力的大小和集中的部位，以选择适宜的脱模方式和推顶位置，使脱模力得到均匀合理的分布。3让塑件留在动模。模具的结构应保证塑件在开模过程中留在具有脱模装置的半模即动模上。假设因塑件几何形状的关系，不能留在动模时，应考虑对塑件的外形进行修改或在模具结构上采取强制留模措施，假设实在不易处理时也可让塑件留在定模内，在定模上设脱模装置。注塑成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力。塑件要从型芯上脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。一般而论，塑件在开始脱模时，所需克服的阻力最大，即所需的脱模力最大。脱模力F可由下式计算：式中： 0.3； p3.91071.2107Pa；A塑件包容型芯的面积；脱模斜度该模具选定为2。代入计算，得： 7.4 推出机构的设计此模具的型芯在动模开模后，塑件留在动模一侧，根据壳类零件的特点，采用推杆推出形式，这样推出平稳，有效地保证了推出后塑件的质量。推杆采用圆推杆，其直径d一般为。推杆的数量4根。取推杆的直径为，其与推杆孔之间采用间隙配合，推杆与推杆固定板采用单边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，不因各板的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。推杆的材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度54HRC58HRC,工作配合局部外表粗糙度为。推杆的布置形式如图7.1所示。图 7.1 推杆的分布位置推杆的结构形式7.2所示。图8.2 圆推杆7.5 复位机构确实定模具在开模取件后要进行下一次注塑前必须使各运动元件回复到原先位置，这一过程叫回程或复位。对于普通顶出机构，除用推出板或滑块端面在合模时与对侧模板接触的顶出式滑块抽芯外，一般顶出机构都必须设计脱模复位机构。常用的方法有弹簧回程、顶杆兼回程杆回程和回程杆回程。在选用复位机构时，考虑到制造的复杂难易程度，显示板塑件采用弹簧回程机构，它的结构简单，可以实现复位动作。结合凸凹模计算的尺寸，确定复位机构的尺寸及其结构形式。8 合模导向机构设计注射模在工作中周期性地开模、合模，其开、合动作可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置合模导向机构。8.1 合模导向机构的作用注射模合模导向机构，主要用来保证动模和定模两大局部或模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以防止模内各零件发生碰撞和干预，并确保塑件的形状和尺寸精度。合模导向机构的主要形式有岛主导向和锥面定位两种。前者在注射模中应用极为广泛，但是在注射成型大型、深腔、高精度塑件和薄壁容器及偏心塑件时，为确保定位精度和定位强度，在使用前者的同时还经常配有后者。 任何一副模具在定，动模之间都设置有导向机构。起作用是：1定位作用。合模时维持动，定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。2导向作用。合模时引导动模按顺序正确闭合，防止损坏型心，并承受一定的侧向力。3 承载作用。采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。4保持运动平稳。对于大，中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。8.2 导向机构的设计导柱导套导向机构13导柱导套导向机构，包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动、定模两边。导柱导套机构设计时应注意：导柱头部应有导向局部使导柱能顺利进入导向孔；导柱的长度必须高出型芯端面1012mm，以免型芯先进入型腔与其相碰而损坏模具；导柱应具有一定的抗弯强度，导柱导套应有足够的耐磨性，一般选用20钢经渗碳热处理，其硬度不低于5055HRC，或用碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理。导柱的设计导柱的根本机构形式有两种。一种是除安装局部的凸肩外，长度的其余局部直径相同，称带头导柱，见GB4169.4-84，另一种是除安装局部的凸肩外，使安装的配合局部直径比外伸的工作局部直径大，称有肩导柱，GB4169.5-84。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。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成，保证了同轴度。导柱前端均须有锥形引导局部，并可割有储油槽。导柱直径尺寸随模具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所选导柱直径也应愈大。1导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。为了确保动模和定模只能按一方向合模，导柱的布置方式常采用等直径导柱的不对称布置或不等直径的对称布置方式。2导柱一般设在有型芯的一侧，可以保护型芯不受破坏；导柱设在定模一侧，便于塑件脱模。3为使导柱能顺利地进入导套，导柱端面应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。4导柱的直径应根据模具尺寸来选取，选取时参考国内外注射模架标准数据。应保证具有足够的抗弯强度该导柱直径由标准模架知为30)。5导柱的安装形式，导柱固定局部与模板按H7/k6过渡配合。导柱滑动局部按H8/f7的间隙配合。导柱的设计如图8.1所示。图8.1 导柱导套的设计1结构形式：采用带头导套，导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度；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；m。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；4导套材料可用淬火钢或铜青铜合金等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 导套的设计如图8.2所示。图8.1 导套9 模架确实定和标准件的选用在做设计时，模架局部要自行设计；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，规格及标准代号。模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准模架 300400mm，可符合要求。模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外外表尽量不要有突出局部；模具外外表应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。1定模座板350400，厚30mm。主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡
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