车窗外罩注塑模具设计

外罩注射模具设计摘 要本文设计的是外罩注射模具，塑件的结构形式比较简单，采用一模两腔，根据塑件的结构形状，在设计时采用侧向抽芯机构，这也会是本次设计的难点指出。本设计详细描述了外罩注射模具的设计过程。其中包括对材料的分析，如何选择分型面以及对分型面的设计，分析塑件的材料性能，包括尺寸、重量等方面的计算和对塑件的工艺分析，根据塑件的要求选择参数合理的注射机，并且对注射机的选用进行校核，抽拔力、抽芯距的计算，浇口套的设计等模具各个零部件的设计与选择，必要时有相关方面的计算。使用Pro/E软件画出各零件3D图，最后装配并且生成装配图，减少了绘图时间，减轻了工作效率。关键词：注射模具 侧向抽芯 外罩IGraduation Design of Injection Mould for the coverAbstractThis article is designed to cover the mold, plastic parts of the structure is relatively simple, using a mold two cavity, according to the shape of plastic parts, in the design of the use of lateral core pulling mechanism, which will be the design of the difficulties pointed out. This design describes in detail the design process of the housing injection mold. Including the analysis of the material, how to choose the parting surface and the design of the sub-surface, analysis of plastic material properties, including size, weight and other aspects of the calculation and analysis of plastic parts, according to the requirements of plastic parts selection parameters Reasonable injection machine, and the selection of the injection machine to check, pull the force, the calculation of the core distance, the design of the gate sets of mold parts and components of the design and selection, if necessary, the relevant aspects of the calculation. Use Pro / E software to draw the parts of the 3D map, and finally assembled and generate assembly drawings, reducing the drawing time, reducing the efficiency.Key words: Injection mold Side core-pulling CoverII目 录摘要 Abstract目录 图清单 表清单 1 绪论 11.1 模具和模具工业11.2 塑料成型的重要地位11.3 注射模具的发展及前景22 注射件的结构及工艺特性32.1 材料性能32.2 斜度42.3 壁厚42.4 圆角52.5 塑件的工艺特性53 分型面的选择与浇注系统的设计73.1 分型面的设计73.2 型腔数的确定83.3 模具浇注系统设计84 注射机的选择 124.1 塑件体积和质量的计算 124.2 选定注射机 124.3 注射量的校核 144.4 锁模力校核 144.5 开模行程校核 145 成型零部件设计 155.1 型芯级型腔的设计 155.2 工作尺寸计算 165.3 型腔零件刚度和强度校核计算 186 模具设计 216.1 导向机构的设计 216.2 脱模机构的设计 226.3 侧向抽芯机构的设计 246.4 冷却装置的设计 297 模具装配 337.1 模架的选取 337.2 塑料模具装配的技术要求 337.3 模具工作原理 348 结论 35参考文献 36致谢 38IV图清单图序号图名称页码图2-1塑件图6图3-1分型面的选取8图3-2外罩一模两腔9图3-3浇口套与主流道设计图10图3-4分流道横截面11图3-5冷料穴与拉料杆12图4-1质量分析13图4-2塑件3D图14图5-1型腔设计16图5-2型芯设计17图6-1导柱和导套22图6-2推杆与拉料杆24图6-3滑块26图6-4导滑槽27图6-5楔紧块27图6-6斜导柱及其倾斜角30图6-7型芯内冷却水道排列31图6-8型腔内冷却水道排列32图7-1模架示意图34表清单表序号表名称页码表2-1PC材料性能参数表4表2-2常用塑料的脱模斜度5表2-3塑料制品精度等级的选用7表4-1注射机XS-ZY-500的规格和性能14表6-1推杆尺寸23V1 绪论1.1 模具和模具工业这些年来模具行业在我国的发展十分快速，模具工业已经成为我国国民经济发展中非常重要的一部分，从开始一直到到2000年左右，我国所使用的大部分零件都是由模具的形式来完成的。使用模具的形式做出来的零件产品其具有精度高、效率高、节省材料等的特点，是其他制造工业无法相比的。模具的发展主要是靠模具技术的进步，模具作为衡量一个国家的国民经济基础，所以大多数国家在大力发展模具行业，无论是一些发达国家或者是发展中国家都积极使用更加先进的制作和设计技术。可以看出，在未来几年中，模具将会不断发展，在世界中的地位也会随之水涨船高，将会发挥着越来越重要的作用。使用塑料材质进行制造的模具就叫做塑料成型模，是模具的一种，其是伴随着石油行业发展而发展的一种新兴行业。目前，塑料产品造我们生活中已经随处可见，在我们生活中也占据了越来越重要的地位。在世界上，塑料行业从20世纪中前期开始被研发，经历了十年进入到了发展阶段，然后又花费了二十年左右的时间进入到了急速创新阶段，最后便到了我们现在所在的的稳定发展的时间段。而在我国，同样也经历了这些发展阶段。1.2 塑料成型的重要地位能够使用塑料熔体生产制造出塑件产品的模具叫成型模，它也属于型腔模，塑料模具属于新时代的工业，它伴随着石油的发展而产生。历经30多年，塑料制造出来的成品已经随处可见，在农业、工业、医疗、电器、教育等方面塑料制品占有率及其的大，可以说是我们生活中不可缺少的部分。20世纪30年代塑料产品开始制作，经过人们的不断改善，几个阶段的发展基础，如今还在稳定持续增长阶段，随着人们生活水平的提高，需求也会日益增加，这就需要模具行业的发展与创新。总之，模具的设计、制造水平不论是现在还是将来都会越来越高。人们生活水平的不断提高，对塑料制品的使用要求也会不断提升，这就需要在制作塑料制品时塑料制品的质量、寿命等一系列参数要求有更好的保证，这些方面就需要模具工作者对模具的进一步设计完善，提高产量的同时保证塑件的质量和使用寿命。人们的生活质量越来越好，将会带动模具工业技术的不断加强，来满足人们的需求，只有人们的生活水平提高，国民经济才会持续稳定增长。根据有关资料显示，在我国塑料模具占模具总量的43%左右，这么庞大的数字，可见模具在我国人民使用方面的数量之多、地位之大。随着我国国民经济的持续稳定发展，塑件制品的应用也会越加广阔，模具行业也会日益增多，塑料模具对我国国民经济的硬性也虎随之越来越明显。1.3 注射模具的发展及前景到现在为止，我国模具的发展已经有了很大的进步，但是与其他一些国家相比较还是有一定的差距，在模具精度、寿命方面的自主研发能力较差。需要在这些方面进行提高，就可以是整体的制造水平上升一个档次。一些2D、3D制图软件的推广和使用，使模具能够在设计制造中更加简单化。CAD技术是我国模具发展中的重要组成部分，它是我国模具行业的一次革命。CAD技术不但是各个中小型企业容易接受的软件，它还可以实现共享数据库，不论何时何地都可以实现共享数据库中的信息，同时，CAD的智能化程度也逐渐提升，降低了工人的工作时间，确保了产品的合理性。未来CAD技术还会持续提升。塑料制品必然会成为我们生活中的易耗品，产品数量、种类将会达到不可想象的地步。传统的制造方式已经不能满足于现状，目前为止塑料制件已经应用于航天、航空等部门，所以在未来塑料制件的发展前景相当广阔。在一些发达国家凭借着优秀的技术和实力，在模具行业方面具有一定的优势，随着各国的对外开放，我们国家的模具面对着巨大的挑战，如果不创新改革模具，那么我国的一些优势将会被取代。所以，我们必须要在人才和技术方面不断提高，积极学习引进外国先进的技术，提高我们的制造水平并且不断完善改进，这样，在国际市场中才有我们的一席之地。2 注射件的结构及工艺特性2.1 材料性能此塑件为PCPC俗称聚碳酸酯，由于它的性能优异，还有防弹胶的称号。 是一种热塑性材料（1）具高强度的抗冲击性；（2）透明度高； （3）吸水率低；（4）具有良好的耐磨性 ；（5）受温度影响范围小；（6）应用范围广。 表2-1 PC材料性能参数表基 本 资 料备 注代 号PC1. 高透明度（仅仅PMMA压克力），非结晶体，耐热性优异。2. 成型收缩率小（）高度的尺寸稳定性，胶件精度高。3. 抗冲击强度高居热塑料之冠，蠕变小，刚硬而有韧性。4. 非常好的热稳定性，光洁度，抑制细菌性，阻燃性和抗污染性。5. 耐疲劳强度差，耐磨性不好，对缺口敏感，而应力开裂性差。全 名聚碳酸酯收 缩 率比 重1.20熔融温度成型模温成型压力流 长 比结 晶 性非结晶性射 速高速注射本设计所使用材料PC,它有良好的透光性，其透光性与玻璃的透光性能不相上下；抗撞击能力强，在远距离运输过程中不容易损坏；重量轻，在运输、装卸货物时减轻了劳动力；最为主要的是PC属于环保材料，使用PC可减少对环境的污染。2.2 斜度注射完成后塑件要有一定的时间在型芯内进行冷却，冷却过程中由于其材料特性会使塑件产生一定的收缩，这个收缩过程会让塑件紧紧地包在型芯上。所以，为了能够让成型零件的顺利从型芯上取出，要在设计时顺着模具的开模方向在塑件的内表面加有一定的斜度，该斜度叫做脱模斜度。本设计采用的塑料是PC，而PC在注射成型之后有较小的收缩率，并且塑件结构形式简单，包裹型芯的面积小，所以，为了保证壁厚一致的同时还要顺利脱模，因此内外表面斜度一样就行，取脱模斜度为40。表2-2 常用塑料的脱模斜度塑料名称脱模斜度型腔型芯聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、软聚氯乙烯（SPVC）、聚酰胺（PA）、氯化聚醚（CPT）硬聚氯乙烯（HPVC）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSU）聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（PMMA）、ABS、聚甲醛（POM）热固性塑料2.3 壁厚塑件壁厚的设计与制造塑件时所使用的材料密切相关，如果壁厚太小，则在注射过程中出现较大的阻力，难以成型。如果选用较大的壁厚虽然减小了注射过程中的阻力，但会造成塑料熔体的浪费，冷却时间也会加长，还有可能产生真空包、凹陷的现象。所以在选择壁厚时，要满足塑件使用要求的情况下，尽量节约材料。本设计中所使用的塑件壁厚进本一致，在注射完成后等待冷却的那段时间不会出现真空包、开裂的现象，也不会出现冷却收缩不均匀的现象。该塑件在设计时内外表面均设计有圆弧，使零件的强度更高。如果壁厚不均均匀就可能造成以上几种现象。图2-1 塑件图2.4 圆角本设计中使用的塑件在满足使用要求的情况下，在其转角处设计成圆弧的形式。使用圆弧形式不仅可以提高塑件的美观程度，还提高了塑件的强度，不会使塑件在使用时出现容易开裂的现象，同时选用弧形设计在注射过程中不会使注射阻力过大，导致塑件填充不足。2.5 塑件的工艺特性2.5.1 尺寸精度（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是指注射完成后得到的塑件尺寸与实际要求的产品塑件尺寸的相符程度。影响塑件尺寸精度的原因有很多种，模具在注射完成后冷却的收缩率影响其尺寸精度，模具在使用过程中的磨损情况也会影响塑件的尺寸精度。所以，在选择时应该尽量选用较低的精度等级，选用较低的精度等级不仅可以降低加工难度，而且还减少了制作成本。塑料制品的等级选用见表2-3。表 2-3 塑料制品精度等级的选用类型塑料品种公差等级高精度一般精度未注公差1聚碳酸酯MT2MT3MT5根据上表可知，PC的精度范围。（2）影响塑料制品尺寸精度的原因有以下几个方面。模具 模具在制造过程中的精度直接影响成型塑件的尺寸精度。塑料材料 塑料在注射完成后的收缩情况将会影响塑件的尺寸精度。成型工艺 成型后要对塑件进行一系列的处理，在处理的过程中有可能会对成型后的塑件产生一定影响，影响最终的尺寸精度。2.5.2 塑件的表面粗糙度塑件表面的粗糙度除了在注射时产生的凹陷、冷疤之外，还会受到模具内零部件的表面粗糙度的影响，通常情况下，模具内零部件的表面粗糙度要比注射时使用的塑件的表面粗糙度低，在模具的反复注射过程中，会对模具造成磨损，磨损的部位就是使其表面粗擦度增大，应及时更换或者进行抛光。本设计中的塑件的内外表面要求没有任何缺陷和杂质，并且要求具有一定光滑性，所以塑件的表面粗糙度应低。3分型面的选择与浇注系统的设计3.1 分型面的设计打开模具后，取出塑件看到的面称为分型面，分型面的方向与合模是的方向一致。选择合理的分型面非常重要，一旦选择不合理，会影响塑件制品的质量，还会是模具变得更加复杂，严重影响了塑料制品的产量。所以模具的基本结构要根据分型面来设计。（1）选取分型面时应尽量留在动模部分，有利于开模；（2）选取分型面时应保证塑件的外观和尺寸不受影响；（3）选取分型面时应保证有利于塑件的加工制造；（4）选取分型面时应保证不影响侧向抽芯；（5）选取分型面时应尽量选在塑件的最大轮廓处，保证塑件的顺利脱模；（6）选取分型面时应保证在注射过程中有良好的排气条件；（7）选取分型面时应保证模具的结构简单，不会复杂化。在设计中，分型面的选取在一定范围内决定了模具的结构形式，所以根据以上分型面的选择原则与本设计使用的零件结构来确定分型面。该制件为车窗外罩，表面无特殊要求，选取其底面为分型面，可以降低模具结构的复杂程度，同时降低模具的加工难度，还能节省加工成本，便于注射后的顺利脱模。图3-1 分型面的选取3.2 型腔数的确定使用一模两腔的形式可以提高该产品的生产效率，适用于批量生产。考虑到该塑件的形状结构，本设计将采用侧向抽芯的方式。如图4-2所示： 图3-2 外罩一模两腔3.3 模具浇注系统设计模具顶部到模具型腔之间有一通道，该通道就是在注射过程中所使用的的通道，称为浇注系统。在设计浇注系统使应考虑到以下几点：（1）首先要考虑到对塑件的成型后的质量是否有影响；（2）其次要考虑到塑料熔体的流动距离。3.3.1 主流道、分流道和浇口套设计（1）主流道设计塑料熔体进入模具后首先流经的通道，这一通道称为主流道。它的尺寸形状大小会影响塑料注射的时间。为了增大塑料溶体的流动速度和便于凝料时间的缩短，同时有利于模具的拆装，本设计中的主流道使用的形状为锥形，锥角 ，取其角度值为根据注射机注射时避免材料外溢，再根据本设计中所使用的材料性能，选取注射机的前部的喷嘴孔的直径为 主流道小端直径，这里取其值为0.5mm所以主流道进口端直径 D=3.5mm相关资料显示主流道的表面粗糙度R=0.8m主流道长度取值为L=91mm球面配合高度计算其平均值取4mm则浇口套总长度为mm（2）浇口套的设计在注射过程中注射机与小直径的主流道处会发生多次的接触与碰撞，使主流道损坏，所以在设计时不会直接对小直径的主流道进行注射。通常情况下会设计一个浇口套，浇口套用螺钉固定在定模座板上，将主流道放在浇口套内部，可以保护主流道不易损坏，也便于主流道的拆卸和更换。图3-3 浇口套与主流道设计图（3）分流道的设计分流道指的是主流道除了凝料部分的最末尾部分一直到浇口之间的那一段距离，分流道的作用是将注射机注射进来的塑料溶体分配到各个型腔内，使得各型腔的溶体一样多，能够注射出完整的塑件。本设计中型腔数目较少，溶体流动时其中热量和压力的损失较少。本设计中根据型腔数目的确定采用圆形分流道，位置设在分型面的两边，这种分流道在注射过程中热量损失较少分流道总长度为28mm，圆形分流道可直接测出其尺寸大小。根据材料PC的性能选用横截面直径为5mm的分流道。图3-4 分流道横截面（4） 浇口的设计浇口连接着分流道与型腔，关系着塑件是否能狗完全的注射成型。本次设计中采用的浇口类型是侧浇口，这种浇口是最为普遍的浇口，适用于两腔及其以上的模具中。这种浇口在注射成型后，容易去除塑件上的痕迹。3.3.2 浇注系统的平衡为了使塑件的成本降低，提高生产效率，一些塑件会采用一模两腔或者多腔的形式。这种多腔的形式，要使塑料熔体能同时达到各个型腔内且分布均匀，所以就要使有多个分流道的模具中，分流道形状大小相同，即要布局均匀，一些特殊塑件的成型不能保证分流道的均匀，就需要调节浇口的截面吃尊，这种调节方式叫做浇口的平衡。浇口的平衡是根据计算多个型腔的浇口的BGV值,各个型腔内BGV值相同时，就可以达到浇口的平衡浇口的BGV值为 （3-1）式中 Ag浇口的截面积mm2;Lg浇口的长度mm;Lr分流道的长度mm。在通常的两腔或者多腔的浇注系统内，大多数浇口的形状类型选用圆形或者矩形的形状。3.3.3 冷料穴及拉料杆 冷料穴也是构成浇注系统的重要组成部分之一。冷料穴的作用是避免注射机刚开始注射到模具达不到要求的塑料熔体进入型腔内部，影响注射的速度和塑件成型后的质量。本设计中冷料穴设计在分流道靠下方的地方，并且以主流道在同一轴线上，同时在此处设计有拉出凝料的拉料杆，是为了便于在注射结束冷却后，模具开模时将注射过程中的冷料拉出模具之外。如果使用的模具型腔数目较多，是分流道加长的话，还需在分流道的末尾部分设计冷料穴，否则将无法完成塑件的成型。本设计中拉料杆的形状使用Z字形的形状，这种形状的拉料杆结构简单，开模时可以顺便将冷料推出模外。图3-5 冷料穴和拉料杆3.3.4 排气方式为了能够使塑件能够顺利成型，必须要将型腔内空气或者塑料熔体散发出来的气体排出模具外部，如果内部气体不进行排出就会造成注射时的不完整，产生气泡、凹陷等现象，甚至出现模具胀开的情况。因此在设计时要有排气系统，在设计排气系统时，还应该考虑到注射过程中塑料熔体不外溢。本设计中使用的塑件属于小型制件，可以利用模具之间的间隙进行排气。不设计专门的排气系统，这样不仅可以使模具的结构形式简单，还节省制作是的材料。需要注意的是各个配合之间的间隙不得超过0.04mm4 注射机的选择4.1 塑件体积和质量的计算该塑件的材料为PC，该材料的密度为，取其平均值为1.21 ，收缩率为，取其平均值为。使用Pro/E软件对塑件的三维模型进行分析可得：塑件体积为V=7.7密度=1.21 g/cm3该塑件质量为：由公式浇注系统的体积为V=12图4-1 质量分析4.2 选定注射机由于本设计采用一模两腔的形式，所以，根据以上计算得到塑件的总质量=18.8g，体积=1.54104 mm 3图4-2 塑件3D图根据以上数据选用卧式注射机，其规格和性能见表3-1表4-1 注射机XS-ZY-500的规格和性能机器外形尺寸/mm额定注射量/螺杆直径/mm注射压力/MPA注射行程/mm注射方式锁模力/kN65001300200050065145200螺杆式3500最大成型面积/最大开合模行程/mm模具最大厚度/mm模具最小厚度/mm喷嘴圆弧半径/mm喷嘴孔直径/mm顶出形式1000500450300183、5、6、8中心液压顶出，两侧顶杆机械顶出动定模固定板尺寸/mm拉杆空间/mm合模方式液压泵电动机功率/kW螺杆驱动功率/kW加热功率/kW流量压力700850540440两次动作液压式200,256.5227.5144.3 注射量的校核注射机的注射量是指注射机在不装配模具的情况下对空注射，柱塞到达最大行程时所注射的塑料熔体的体积。在注射时应注意要注射的塑件熔体不能大于注射机的额定注射量，即 （4-1）式中 n型腔数目； m塑件的体积； 系统的凝量； 注射机的注射量； K注射量利用系数，取0.8。 根据计算符合要求。4.4 锁模力校核在注射过程中，模具内部会出现一定的压力，当这个压力较大时会使模具胀开，称为胀模力。因此，注射机必须要有一定的锁模力，是为了在注射的时候将模具锁紧，能够保避免注射过程中塑料外溢，保证塑料的质量。只有注射机的锁模力不小于胀模力，这样在注射时就不会出现塑料外溢，甚至出现模具胀开等现象。 则 （4-2） 116（2550075）=12847003500000N 式中， 锁模力； 塑件投影面积之和； P注射机压力的80%；4.5 开模行程校核为了能够使塑件在注射成型后从模具中顺利脱离出来，塑件的脱模距离要尽量大，但是不得大于注射机的开模距离。 （4-3） 200115+40+10 200165 满足要求。 式中 S注射机移模行程200mm；H推出距离40mm； H流道凝料与塑件高度115mm。5 成型零部件设计成型零件是组成模具内型腔所有零部件的总称，这种零部件的形状尺寸决定了注射完成后塑料制件的形状尺寸。它的作用是用来确定注射完成后塑料制件的形状尺寸，当模具在使用时，由于成型零件需要与从注射机进入的塑料熔体直接接触，还要接触塑料熔体的高温环境，同时还有注射过程中的压力，在脱模时与塑料制件的摩擦，合模时与其模具自身零部件的摩擦。因此，成型零部件在设计时需要有固定的几何形状，尺寸精度要求不仅要高，而且表面粗糙度也要低，除此之外，成型零部件还要具有高强度，良好的耐磨性。在设计成型零件时，要结合塑料制件跟方面的性能，还要根据分型面和浇口的位置等各方面因素来判断其总体结构。成型零件的尺寸指的是用来直接确定塑料制件的形状大小和尺寸大小，其中包括模具内型腔、型芯等的各零部件尺寸。5.1 型腔及型芯的设计（1）型腔的设计型腔又可以称为凹模。为了节省制作过程的材料，不使用价格过高的材料，本设计使用整体嵌入式的形式，这样，不仅保证了材料的成本，还有利于模具的拆装、维护、更换等更加方便。同时也能提高型腔的使用寿命。图5-1 型腔设计(2）型芯的设计根据型腔的设计，型芯与型腔要匹配，所以型芯设结构形式与型腔相同，都选用给整体嵌入式。图5-2 型芯设计5.2 工作尺寸计算(1)型腔工作尺寸的计算其工作尺寸属于包容尺寸，尽量取最小尺寸，尺寸公差取正偏差。径向尺寸计算公式： （5-1）深度尺寸计算公式： （5-2）式中型腔最大尺寸mm；塑件外形最大尺寸mm；塑件收缩率0.005；塑件的尺寸公差mm；模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/3-1/4；塑件高度方向的最大尺寸mm；型腔高度方向的最大尺寸mm。型腔长度尺寸计算为： 型腔深度尺寸计算为： 型腔宽度尺寸计算为： （2）型芯的工作尺寸计算其工作尺寸属于被包容尺寸，尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。径向尺寸计算公式： （5-3）高度尺寸计算公式： （5-4）式中型芯最大尺寸mm；塑件内表面最大尺寸mm；塑件的尺寸公差mm；塑件高度方向最大尺寸mm；型芯高度方向最大尺寸mm。型芯长度尺寸计算为： 型芯宽度尺寸计算为： 型芯高度尺寸计算为： （3）中心距尺寸的计算在塑件上，在凹槽与凸台之间会有一条中心线，这条中心线叫做中心距。中心距的公差均为双向的并且是等值的，在计算时不考虑其磨损的情况，因此，在计算时均取其平均值。（5-5)对该公式标注公差后，可得:(5-6)式中 模具中心距尺寸mm；塑件中心距尺寸mm。所以 5.3 型腔零件刚度和强度校核计算 1、型腔侧壁和底板厚度计算(1矩形型腔侧壁厚度计算按刚度条件计算。在注射过程中，塑料熔体会对模具内部产生压力，使模具的侧壁受力变形，侧壁变形之后会与底面出现缝隙，缝隙如果过于大，将会有塑料熔体外溢的现象，严重的影响了塑件的外形和尺寸精度。假设模具的侧壁的各边是受力均匀的，那么其侧壁的中心为受力的最大地方，其值为： （5-7）设允许的最大变形量为，其厚壁按刚度可按以下公式计算： （5-8）式中：s矩形型腔侧壁厚度； p型腔内熔体的压力； 承受熔体压力的侧高度； l型腔侧壁长边长； E； H型腔侧壁总高度； 允许变形量；按强度计算。假设矩形型腔侧壁的各边受力都相同，都回受到拉应力与弯曲应力的联合作用。弯曲应力的最大值（5-9）则相应的拉应力为（5-10） 式中 b型腔侧壁短边长；总应力应小于模具材料许用应力，即（5-11）其中的值比较小，可以忽略不计，这样就是刚度计算公式更加简单。所以其按强度的计算公式为（5-12） 当p=50MPa时，,mm，MPa时，侧壁边长l刚度计算与强度计算尺寸分界为55.2mm。即当mm时， 侧壁厚度为所以侧壁厚度需大于38.56mm。（2）型腔底板厚度计算按刚度条件计算：为了便于计算，假定型腔边长l和支脚间距L相等，底板看做受力均匀的支梁，其最大受力出在底板中心，则此处发生的形变最大。按刚度计算（5-13）式中 h底板厚度mm； B底板总宽mm； L双支脚间距mm；应使，按刚度条件计算，底板厚度为 （5-14）按刚度条件计算：假设简支梁受力最大处也在板中间，按强度条件计算，底板厚度为（5-15）当p=50MPa，b/B=3/25，mm，时，强度与刚度计算的尺寸分界尺寸L=184mm，即当时，底板厚度 所以，底板厚度必须大于19.48mm。6模具设计6.1 导向机构的设计导向机构由导柱、导套以及导向孔组成。在设计导向机构时要均匀分布在模具周围，导向机构主要是用来准确对合定模部分与动模部分，防止模具内部零部件不能准确对合，发生碰撞摩擦等现象，影响各零部件的使用寿命，影响塑件成型的形状。本设计中使用四个导向机构，结构样式相同，便于生产制造和安装，分布在模具四周。导向机构具有定位的作用，防止在合模时造成动模板、定模板错位，影响型腔内部结构，这就保障了在合模之后型腔的精度。导向机构具有导向的作用，在合模过程中，用来引导动模部分与定模部分的正确闭合，防止内部零件先接触，从而损坏模具。导向机构能够承受一定的侧向压力，注射过程中塑料熔体会对型腔侧壁造成压力，在压力过大时需要导柱来承受一部分压力。本设计中导套选用直导套，导套与导柱之间采用过渡配合，与模板之间也采用过渡配合。导套的表面粗糙度一般为Ra0.8m。导柱采用台阶式导柱，气目的是为了润滑过程中加油，还有集尘的作用，提高了到住的使用寿命。导柱、导套如图6-1所示：图6-1 导柱和导套图6.2 脱模机构的设计6.2.1 顶出机构的设计原则将塑件顶出的机构成为顶出机构，属于在完成注射后开模的一个环节，顶出机构将决定着取出塑件后塑件形状与实际要求的形状的差异，所以说，推出机构十分重要，应遵循以下几点：（1）顶出机构的动作要准确可靠，结构形式简单。（2）确保在动作过程中塑件不变形，所以，顶出机构应设在塑件壁较为厚的地方，防止塑件变形。（3）最为主要的顶出机构要设计合理，在完成动作后，合模过程能够正确复位。（4）顶出机构要设计在定模部分，如果在冻膜部分，在使用时不方便，而且还要将模具复杂化。6.2.2 脱模机构（1）推杆的选取查GB/T 4169塑料注射模零件中第 1 部分：推杆，可知推杆不允许有中心孔。推杆选择位置时还得考虑推杆本身材质，避免推杆弯曲。推杆的材料使用T8A，热处理硬度在50HRC左右/，工作端配合处表面的粗糙度u=0.4um。推杆推出时要注意塑件受力平衡。推杆选择数量时还要注意本身的硬度。根据推杆尺寸表6-1表6-1 推杆尺寸 选取L=200mm.D=5mm，=10mm的推杆。标记为：5200 GB/T 4169.1200采用推杆脱模是一种常见的脱模机构，这种脱模机构它的结构形式简单，制造方式方便，便于安装，制作成本不高。本设计中，采用数量为5圆形推杆，直径为5mm，并且这5根推杆的顶端部分与塑件内表面的弧度相符合，为了避免在推出过程中，划伤塑件内表面，使塑件不美观。推杆与拉料杆分布如图6-2所示：图6-2 推杆与拉料杆（2）顶出力的计算塑件成型后的一段时间，会在型腔内进行冷缺，冷却过程中会出现收缩的现象，对型芯产生包紧力，推出机构推出的过程中要克服这个包紧力对型芯产生的摩擦力。所以在设计时要有一定的脱模斜度，可以减小包紧力。塑件在刚开始脱模时所受到的脱模力是最大的，随后，只有模具对其的摩擦力。计算公式为： （6-1）式中 A塑件包络型芯的面积； p塑件对型芯单位面积上的包紧力，此次塑件为模内冷却，p取MPa； 塑件对型芯的包紧力； 脱模斜度； 塑件对钢的摩擦系数，取0.2；由于该塑件为齿轮，不需要考虑大气压力的作用。通过ProE软件分析，得知塑件包络型芯的面积为7036，所以包紧力为 推杆直径计算公式为 （6-2） 式中 d推杆直径mm； 推杆长度系数，取0.7； l推杆长度； n推杆数量； E推杆材料弹性模量（钢）； Q总推模力； 所以推杆直径取5mm。 （3）脱模力的计算计算公式为： （6-3）式中 K查塑料成型加工与模具表8-3得1.0035；矩形制件的平均厚度3mm；E塑料的弹性模量1800；S塑料收缩率0.005；L塑件对型芯的包容深度27mm；模具型芯的脱模斜度1；塑件与型芯的摩擦因数0.21；塑料的泊松比0.4。 =1122.75N 顶出力满足要求。6.3 侧向抽芯机构的设计6.3.1 滑块的设计设计滑块时应尽量避免滑块夹线，如果不能避免，夹线位置应该应该在胶件不明显的位置，并且夹线长度要尽量短。在大量生产的前提下，应该保证滑块不与模具磨损是起披锋。 图6-3 滑块本设计中滑块采用45钢，硬度要求40HRC。6.3.2 导滑槽的设计斜导柱在做侧向抽芯运动时，侧滑块在导滑槽内按照一定的方向往复运动。导滑槽与滑块间采用间隙配合， 配合精度为H8/f8。导滑槽的导滑部分应当十分耐磨，需要用耐磨材料制造，同时为了减少磨损，可在导滑平面上加工出带油槽的滑动面，而减少摩擦力， 降低损耗。导滑槽是为滑块导向的机构，滑块做完抽芯动作后，应继续留在导滑槽内。图6-4 导滑槽6.3.3 楔紧块的设计开模后，滑块必须要停留在刚离开斜导柱时的那个位置，是为了再次合模是斜导柱准确回到原来的位置。所以，必须有滑块的定位装置，以保证开模、合模时的准确性，这个定位装置叫做楔紧块。在本设计采用楔紧块定于模板内的形式，制造装配简洁，同时提高了楔紧的强度。楔紧块的升角选取8，其厚度应大于5mm，便于热处理时不发生形变。材料采用45钢。图6-5 楔紧块6.3.4 抽芯力的确定由于塑件注射完成后会包紧在型芯上，也会由于塑料熔体具有粘附性，粘附在型腔的侧壁上，因此在开模过程中必然会收到相应的阻力，这个阻力叫做抽心力。对抽芯力的影响有诸多因素，大致有以下几个方面：(1) 塑料熔体进入型腔内，对其侧壁的接触面积越大，则开模时抽芯力越大。(2) 塑件壁厚越厚，在收缩时产生的收缩率越大，这样，对型芯的包紧力也就越大，抽芯力也就越大。(3) 减小表面粗糙度，增大脱模斜度，在一定程度上可以减小抽芯力。(4) 由于塑料种类的不同，其收缩率也不同，对抽芯力也有影响。(5) 不同粘性的塑料，注射完成后对型芯的包紧力也不同，粘性越大的塑料对开模时的抽芯力影响越大。(6) 为了减小抽芯力，可以在模具表面涂刷材料，减小塑料制件与模具的粘附性。还可以适当的给模具进行加温处理，使塑料制件保持在一定的收缩率范围之内。(7) 在注射过程中，由于塑料熔体温度过高，会在一定程度上影响模具型腔内的零件，使模具内零部件发生热胀冷缩现象，也会影响抽芯力的大小。6.3.5 抽芯距的确定在开模过程中，能够咱塑件成型后顺利取出并且不会影响脱模情况下，滑块所移动的距离称为抽芯距。抽芯距要比塑件侧壁上的凸台大，这里为了能够使塑件顺利脱模，取3mm。用公式表示为： （6-4）式中 侧向凸台高度mm；S 抽芯距mm。=40mm6.3.6 斜导柱的设计斜导柱与模具的开模方向有一夹角，这个夹角就称为斜导柱的倾斜角，斜导柱的倾斜角影响着斜导柱在抽芯过程中的工作效率。斜导柱倾斜角的大小对斜导柱的实际工作中的有效长度，抽芯距等会有直接影响，斜导柱的倾斜角还会影响它自身的受力状况。在设计斜导柱时，要根据抽芯距来设计，当抽芯距大时，斜导柱的倾斜角要尽量小，当抽芯距小时，斜导柱的倾斜角要尽量大，从斜导柱本身的受力情况来分析，要尽量取小一点的倾斜角。斜导柱的倾斜角指的是斜导柱与开合模方向的夹角，它的取值非常重要，倾斜角的大小决定着斜导柱的工作长度、抽芯距，同时也可以决定斜导柱的受力大小。本次设计中的侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直，斜导柱的倾斜角最常用的是，本设计取15。6.3.7斜导柱直径的计算（1） 斜导柱受力分析设计斜导柱侧向抽芯机构时，要合理选择斜导柱的直径，选择时先要对斜导柱直径的大小进行计算，还要对计算得到的斜导柱直径进行刚度校核。用以下公式计算斜导柱的弯曲力： （6-5） 式中 斜导柱的倾角，取15；斜导柱所受弯曲力。带入数据得， =1329.29N （2） 斜导柱直径计算斜导柱的直径计算公式为： （6-6）式中 斜导柱的许用弯曲应力。 侧型芯滑块受到脱模力的作用线与斜导柱中心线交点到 斜导柱固定板的距离，它的大小视模具设计而定，并不等于滑块高度的一半。带入数据得，（3）斜导柱长度计算因为本次设计中采用的是侧型芯滑块与开合模方向垂直的情况，所以计算斜导柱长度可按下式计算： （6-7） 式中 侧向抽芯距； 带入数据得， =154.55图6-6 斜导柱及其倾斜角6.4 冷却装置的设计6.4.1 温度调节的重要性模具的温度一般是指模具内型芯、型腔接触塑料的表面的温度。模具的温度对塑件的注射有一定的影响，为了使塑件成型后有良好的质量，也为了提高生产力，所以要控制模具的温度。模具温度对塑件的影响主要表现在以下几个方面：（1） 模具温度过低时，会阻碍塑料熔体的流动性，使塑料熔体还未充满型腔是就出现冷料现象，使塑料制件不完整。（2） 模具温度过高时，虽然在注射过程中可以很好的使塑料熔体充满型腔，但是塑件可能不能冷却到理想形态，在脱模时或者在脱模后引起塑件变形。（3） 模具温度过高时，还会使塑料熔体的粘性变大，不利于脱模。（4） 根据塑件的材料特性，控制模具内型芯、型腔的温度，可以在一定范围内控制塑件成型后的收缩率波动，提高塑件的尺寸精度。控制模具的温度，其目的是为了能够让塑件有良好的质量保证和尺寸精度理想，提高塑件的生产效率。在特定情况下，不仅要对模具进行加热，还要对其进行冷却，用来达到生产塑件的目的。6.4.2 冷却系统的设计冷却系统在塑件注射时也起着很大的作用，如果不能将注射过程中产生的热量带走，就不能使塑件稳定成型。冷却系统可以很好的维持模具内的热平衡，不至于塑件内部应没有冷却系统而产生的应力使塑件裂开。为了使冷却系统可以达到良好的效果，在设计冷却系统时应注意：（1） 应设计尽量多的冷却水道，冷却水道的数量越多模具内型腔表面温度分布越均匀，可以防止塑件收缩不均匀而产生应力。（2） 冷却水道主要是控制模具内型芯型腔的温度，因此，在设计冷却水道时，要尽量靠近型芯型腔。（3） 冷却水道进水口与出水口的温度不能相差过高，随着冷却水的流过，水温也会逐渐变高。温度相差过大就会使模具内温度不平衡。这就需要减小冷却水道的长度，或者是改变其排列的方式。（4） 在注射是过程中，塑料熔体刚进入主流道的温度是最高的，随着与主流道的流经，温度越来越低。所以在布置冷却水道时应加强对浇口处的冷却。（5） 在布置冷却水道时