普通壁面内嵌式开关按钮注塑模具设计

大学本科生毕业设计（论文）目 录第一章 前言11.1 设计背景11.2设计意义21.3 设计内容2第二章 塑件成型工艺性分析32.1 塑件的测绘32.2塑件的成型工艺分析42.2.1 塑件的分析42.2.2 塑件所使用的材料及工艺特征52.2.3 ABS塑料的注射成型过程72.2.4 ABS塑料的注射成型工艺参数72.3溢边值的分析8第三章 注射机型号的确定93.1分型面的设计93.2 注射量的计算93.3塑件的流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力计算103.4 注射机型号的确定103.4.1注射机的两种类型的优缺点103.4.2注射机型号的确定103.5 注射机工艺参数的校核123.5.1注射量的校核123.5.2注射机压力的校核123.5.3锁模力的校核133.5.4注射机安装模具部分相关尺寸的校核13第四章 浇注系统的设计144.1浇注系统设计的原则144.2 主流道设计144.2.1主流道的设计要点154.2.2 主流道尺寸设计154.3分流道设计174.3.1 分流道的设计要点174.3.2分流道的布置形式184.3.3 分流道尺寸设计184.4浇口的设计194.4.1浇口的作用及设计原则194.4.2浇口的类型选择尺寸确定194.5 冷料穴的设计21第五章 成型零件的设计225.1成型零件的结构设计225.1.1凹模结构设计225.1.2型芯结构设计225.2成型零件的钢材选用235.3成型零件工作尺寸的计算235.3.1凹模尺寸计算245.3.2凹模深度尺寸的计算。245.3.3凸模外形尺寸计算。245.4模具型腔侧壁和底板厚度的计算255.5排气结构设计25第六章合模导向及模具顶出机构设计276.1 导柱导向机构276.2 导套设计286.3推出系统设计遵循原则296.4影响顶出的因素306.5 顶出系统的设计31第七章 侧向分型与脱模力的计算337.1斜推杆侧向抽芯机构337.2推杆的设计要点。337.3斜顶杆机构尺寸的确定337.4脱模机构的原则347.4.1脱模力的计算347.4.2 推出方式的确定35第八章 模架的确定368.1模架的选定368.2准模架的结构与形式368.2.1各模板尺寸的确定36第九章 温度调节系统的设计和计算389.1 冷却系统的设计389.2冷却介质选用389.3冷却回路计算38第十章 结论41参考文献42-39-第一章 前言本设计为一个普通壁面内嵌式开关按钮，塑件结构简单，塑件质量要求不允许有裂纹和变形缺陷；脱模斜度301；塑件材料为ABS，生产批量为大批量，模具公差按设计要求进行转换。1.1 设计背景由于塑料材料具有许多优点，目前正逐渐成为金属材料的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验，模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能，因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。注塑模具CADCAM技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CADCAM 软件，如ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。ProE、MoldFlow等软件在注塑模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。 虽然中国模具工业在过去十年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。经过近几年的发展，我国塑料模具已显示出以下的一些新的发展趋势：（1）大力提高注塑模开发能力；（2）注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术；（3）模具生产正在向信息化迅速发展；（4）注塑模向更广的范围发展。1.2设计意义每一个设计课题皆有其设计意义，同样我的壁面内嵌式开关按钮模具设计也具有以下三点意义。首先，这样一个塑件和广大普通家庭息息相关，它几乎是每个家庭必备都日常生活用品，因此对于该塑件有着广阔的市场；其次，塑件具有原材料便宜、生产效率高、生产批量大、所需加工设备简单等优点，因此对于该课题的研究具有很大的经济价值；最后，随着模具加工已经是成长为国家支柱产业，无论是在汽车、机电、仪表、航天航空等各个国家支柱产业及各个领域中得到了广泛的应用，而作为一名机械专业毕业生努力学习好模具设计和制造，把课堂所学应用于实践，为国家发展做出一份贡献，因此对于壁面内嵌式开关按钮这个课题的研究具又有深远的社会意义。1.3 设计内容（1）壁面内嵌式开关按钮结构特征及性能分析；（2）模具结构的总体方案设计；（3）相关计算注塑机的选型（4）模具结构设计、装配图的设计；（5）零件工作图的设计；（6）编写设计说明说。第二章 塑件成型工艺性分析2.1 塑件的测绘塑件制品名称为壁面内嵌式开关按钮，选用的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，也称ABS。在进行塑件成型工艺分析之前我们的清楚塑件的尺寸和结构。因此首先对塑件进行测绘。测绘所需工具注意事项：（1）测量所需工具有游标卡尺、直尺、圆规、三角板、量角器等；(2) 测量过程中，要做到塑件测绘水平台面的合理选择和正确的读数；（3）测量方法；采用多次（一般35次）测量并记录下结果，然后对测量结果取平均值方法；另外，我们通过对塑件尺寸测量分析主要是为了获得所需要加工得到制造该塑件的模具型腔和型芯尺寸。由于塑件制造加工误差和成型后外界对其产生的影响，塑件在出模后不可避免的会产生一定尺寸的变化，因此对该塑件的测量数值有时需要进行必要的分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。测量的塑件的主要尺寸如下图：图2.1（a） 塑件主视图图2.1（b） 塑件左视图 图2.1（c）塑件俯视图2.2塑件的成型工艺分析2.2.1 塑件的分析（1）外形尺寸。该塑件壁厚为1mm2mm，塑件的外型尺寸不大，塑料熔体流程也不长，塑件材料为热塑性塑料，流动性能好，很适合注射成型。（2）精度等级。塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。由于该塑件是为壁面内嵌式开关按钮，要求塑件外表面光滑，既不会在使用过程中给你柔和线条美感和良好的触感。综合各因素确定该塑件精度等级为5级。（3）脱模斜度。热塑性塑料在脱模时有较大的弹性，即使是较小的脱模斜度，也可以顺利脱模。但为了减小脱模阻力，一般在产品没有特殊要求的条件下，选用尽可能大的脱模斜度。较深的孔，其两端尺寸公差又较小时，可以用推板、推管等进行强制脱模。但型芯的表面必须做成镜面，而且要有不低于52HRC的硬度。塑料的性质不同（指硬度、表面摩擦系数、弹性等），所必须的脱模斜度也不同，一般规律为：a硬质塑料需比软质的脱模斜度大；b塑件的壁厚大时，成形收缩大，脱模斜度要大；c形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度；d型腔的深沟槽部分，如加强筋、突脐、需要较大脱模斜度。一般选取35。由于塑件冷却后产生收缩，会使塑件紧紧地包住模具型芯、型腔中突出的部分，为了使塑件易于从模具内脱出，在设计时必须保证塑件的内外壁具有足够的脱模斜度。确定脱模斜度有时候依据经验和根据塑剂的材料查表来确定。ABS的成型性能良好，查参考文献【1】表1-2可得ABS收缩率为0.0030.008，因此查参考文献【】表2-10，其凹模的脱模斜度35130，凸模型芯的脱模斜度为3040。塑件的内表面脱模斜度选35，外表面脱模斜度选40。2.2.2 塑件所使用的材料及工艺特征该塑件材料选用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。1.用途和物理特性：用于汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。密度:1.05克/立方厘米 燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用ABS为无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm。ABS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。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C左右，热变形温度为93C左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。2.ABS主要性能如下：（1）一般性能。ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低，其制品可着成各种颜色，并具有90%的光泽度。ABS的相对密度为1.05，ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%0.8%范围内。ABS熔体的流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似。ABS的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。（2）力学性能。ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。即使ABS制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。ABS的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。（3）热学性能。ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定性不好，耐热性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70107，制品经退火处理后还可提高10左右。对温度、剪切速率都比较敏感；ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40到80的温度范围内长期使用。(4)电学性能。ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环（5）环境性能。ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。3.ABS与其它塑剂的比较 ：（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。 (5)、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件. (6)、同PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。4.ABS塑剂成型特性： (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80-90度,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度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度. (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3-7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塑料的注射成型过程注射成型过程。注射成型的工艺过程包括：成型前的准备、注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段。成型前的准备。对ABS的色泽、细度和均匀度进行检验。由于ABS容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量小于0.3%。干燥条件：真空度为 MPa，烘烤箱温度为8090，料层厚度小于25mm，干燥时间2h。在此，由于洗衣机把手属批量件，要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮。注射过程。注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段。它包括加料、塑化、注射、保压、冷却定型和脱模等步骤。塑料在注射机料筒内经过加热、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，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。塑件的后处理。采用调湿处理。2.2.4 ABS塑料的注射成型工艺参数（1）注射机：采用螺杆式注射机。（2）螺杆转速为30 r/min。（3）料筒温度t/：前段180200，中段165180，后段150170。（4）喷嘴温度（t/）：170180。（5）模具温度（t/）：5080。（6）注射压力（p/MPa）：60100。（7）保压压力（p/MPa）：3045。（8）成型时间（s）：查参考文献【1】表4-34可得，注射时间为1.6s，保压时间为15s，冷却时间 25s， 总周期 41.6s。2.3溢边值的分析。由于设计或制造精度的不合理，高压塑料熔体注入模腔后可能出现溢料（毛边）。不同的熔体粘度不同，出现溢料所需的间隙不同，溢边值即是塑料可能出现溢料的最小间隙值，模具设计和制造及使用时，模腔及分型面等处间隙不得大于此值。ABS是中等粘度的树脂材料，溢边值=0.04mm左右。第三章 注射机型号的确定注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是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制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型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、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，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。3.1分型面的设计 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。在封闭模腔中成型塑件，为了减小模腔中脱出时的阻力，要求塑件应带有适当的脱模斜度，也要求模具两半部分的接触面（即分型面）应相对于所成型的塑件，安排适当的位置，这就要正确的选择分型面。分型面的选择原则是：（1）便于塑件脱模。在开模后尽量使塑件留在动模内；应有利于侧面分型和抽芯；应合理安排塑件在型腔中的方位；（2）考虑和保证塑件的外观不遭损坏（3）尽量保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）（4）有利于排气（5）尽量使模具加工方便分型面选取一般在塑件断面尺寸最大处，综上所述，确定分型面视图如下图3.1分型面示意图3.2 注射量的计算 由Pro/e塑件图测量出塑件的体积V=3.47，密度由表可查得60g由于注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足：GM/= 15.53g 其中注射系数 结晶型塑料取0.75，应该取FFm 根据以上分析，可采用一模两腔的模具结构。考虑塑件的结构、塑件的材料、塑件的注射成型工艺等，查找参考文献1附录F，可选用选用XS-Z-60型注射机以下为XS-Z-60主要技术参数：标准注射量/=60 表3-1 XS-Z-60型注射机参数项目XS-ZY-60型注射机参数螺杆直径/mm38注射压力/MPa122喷嘴移动距离/mm120定位圈尺寸/mm55机器外形尺寸/m3.61X0.85X1.55注射方式螺杆式合模力/KN500最大注射面积/cm130移模行程/mm180最大模具厚度/mm200最小模具厚度/mm70模板最大距离/mm380模板行程/mm180合模方式液压-机械推出形式/mm中心顶杆机械顶出电动机功率/kW11喷嘴球半径/mm12喷嘴口直径/mm4拉杆空间/mm1903003.5 注射机工艺参数的校核在模具设计之初和选择注射机之后，这种注射机是否合适，还要对该机型的其他技术参数进行校核。3.5.1注射量的校核为了保证正常的注射成型,模具每次需要的实际注射量应该小于或者等于某注射机的公称注射量的80%,即根据设计估计本模具高度在150200mm之间满足设计要求.第四章 浇注系统的设计浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处，以便获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑件。因此要求充模速度快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上留下浇口痕迹小。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。从注塑机喷嘴至模具型腔的熔融树脂流路称之为流道，其浇口套内树脂流路称之为主流道，其余部分称之为分流道。分流道末端通向型腔的节流孔称之为浇口，在不通向型腔的分流道末端设置冷料井。浇注系统分为两大类，制品与固化的浇注系统一同从模具中取出的浇注系统称之为冷流道浇注系统。通过加热装置保持流道中树脂为熔融状态的称之为热流道浇注系统。4.1浇注系统设计的原则（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；（2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短冲模时间：（3）选择浇口位置时应避免产生湍流和涡流及喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩；（4）避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移；（5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑料件分离、切除整修容易，且外观无损伤；（6）融合缝位置需合理安排，必要时配以冷料井或溢料槽；（7）尽量减少浇注系统的用料量；（8）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8级以上精度。4.2 主流道设计（1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm =4+（0.51）mm=（4.55）mm d取5mm。（2）主流道球面半径SR =注射机喷嘴球头半径+(12)mm =12+(12)mm=13mm14mm. SR取14mm。（3）球面配合高度 h=（1/32/5）SRmm,取h=4mm。（4）主流道长度 L=35.5mm（5）主流道大端直径 D=d+2Ltan5+247tan2mm=8.3mm 式中=26取2 圆角r=1/8D，取r=1mm（6）主流道的凝料体积V主=/3L（R +r +Rr）=3.14/328.5（5+0.8+50.8）=884.1mm=1.15cm（7）主流道当量半径 R=（1+5）/2=3mm（8）主流道浇口套形式 主流道衬套为保标准件可选购。主流到小端口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对于材料的要求严格，因为尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材来单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为5055HRC。其与定模板配合可采用H7/m6。 图4.1 浇口套2050 GB/T4169.192006 ，图4.2 浇口套定位圈 100 GB/T 4169.1820064.3分流道设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。4.3.1 分流道的设计要点（1）分流道对熔体的阻力要小 在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较小值，尤其对小型塑件更重要。分流道转折处应以圆弧过渡。（2）各型腔均衡进料 当塑件形状、大小相同时，各分流道的截面积与长度都要对应相等，各支分流道长度也应一致，并尽量取短。当一模同时成形几个不同形状及大小或不同重量的塑件时，各分流道的截面积及长度应该与塑件相适用。分流道较长时应在其末端开设冷料井。（3）分流道形状 分流道的形状应有利用塑料流动，且长度应尽可能的小，要便于加工及刀具选择。（4）分流道位置 可单独开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。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。（5）分流道与浇口 两者连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及填充。4.3.2分流道的布置形式常见的分流道的截面形状有圆形、半圆形、梯形和U型等。其中，圆形截面分流道的表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要开在动模和定模上，要保证两半圆完全吻合，制造困难；梯形截面分流道加工容易，热量散失和阻力也不大，是最常用的形式；U形截面分流道的优缺点与梯形截面基本相同。分流道的形状及尺寸，应根据塑料的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度因素来确定。另外，从传热面积考虑，热固性塑料的注射模宜用矩形截面分流道，而热塑性塑料宜用圆形截面分流道；从压力损失考虑，圆形分流道最好。故塑件对于ABS塑料采用圆截面型分流道，在设计时应考虑尽量流道内压力的损失和尽可能避免熔体内温度降低，同时要考虑减分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。4.3.3 分流道尺寸设计1.分流道的长度，根据型腔设计结构，分流道较短，故设计时适当小些，单边分流道长度取12mm2.分流道截面尺寸的确定主流道尺寸确定后，分流道尺寸可按：D=（0.80.9）D （4.1）D为主流道大端直径；D为一级分流道的当量直径；故分流道直径D=0.8D=0.86.64=5.3mm;分流道长度L=（12.5）D ,式中D为主流道大端直径 取L=1.5D=10mm,分流道打断宽度b=（0.51）D，取b=0.6D=4mm。3.凝料体积 分流道总长度=210=20mm 分流道截面积A分=21.2mm，分流道体积V分=424.5mm=0.424cm4.校核剪切速率 确定注射时间 查表4-8可取t=1.0s计算分流道体积和容量:q分=（V+V塑）/t （4.2）=（0.424+23.47）/1=7.364 cm/s由式子=3.3q分/（R ）=9.6710 s分流道剪切速率处于浇口主流到剪切速率和分流道最佳加你企鹅速率510 s510 s之间，所以分流道熔体剪切速率合格。4.4浇口的设计4.4.1浇口的作用及设计原则1.浇口的作用浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，其作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口部分的熔体能迅速的凝固而封闭浇口，防止型腔内的熔体倒流。浇口的形状、位置、和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的设计与塑料塑件的形状大小、模具结构、注射工艺参数（温度、压力和速度）及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小、长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭。便于与塑件分离或切除，且浇口的痕迹要不明显。注射成型时许多缺陷都是由于浇口设计不合理而造成的，所以要特别重视浇口的设计。2.浇口的设计原则对浇口的总的设计要求是：要使塑料熔融体以较快的速度进入并充满型腔，同时在型腔充满后适时冷却封闭。浇口位置选择要遵循以下原则：（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）保证流动比在允许范围内。（3）浇口位置的设置应有利于排气和补缩。（4）浇口位置的设置应减少或避免产生熔接痕、提高熔接痕的强度。（5）浇口位置的选择要避免塑件变形。（6）浇口位置的设置应避免引起熔体破裂。（7）浇口位置的设置应防止型芯变形。（8）浇口位置的设置应考虑塑件的外观。4.4.2浇口的类型选择尺寸确定浇口形式较多，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。潜伏式浇口除了具有点浇口有点外，还具有以下特点：（1）浇口的位置选择范围更广浇口横截面积娇小，不会损伤塑件的外表面。（2）开模时可实现自动切断浇口凝料；易实现自动化生产。（3）点交口模具需要另加一模板才能二次开模才能取出凝料，而潜伏式不需要，降低模具造价；（4）潜伏式浇口有专用工具，给加工带来方便。采用直采用推切式浇口。图4.3 潜伏式浇口A：最好取2.03.0mm ，最小不应小于1.5mm，最大不应该大于3.5mm，取1.9mm；B：最好取1015mm ，最小不应小于7mm，最大不应该大于18mm，取7.1mm；C：最好取1015mm ，最小不应小于8mm，最大不应该大于18mm，取10.4mm；E：最好取2.02.5mm ，最小不应小于1.5mm，取1.6mm；A：最好取1.82.2mm ，最小不应小于1.5mm，最大不应该大于2.5mm，取1.5mm；B：最好取0.351.0mm ，最小不应小于0.25mm，最大不应该大于1.2mm，取0.5mm；C：最好取0.20.4mm ，最小不应小于0.1mm，最大不应该大于0.5mm，取0.4mmR：最好取R1.5R3 ， 取R1.6；d：最好取0.8mm1.5mm，最小不应小于0.6mm，最大也不应大于2.0mm，取1.5mm；D：分流道直径通常取3.0mm6.0mm 取4mm；D1：最好取4.0mm6.0mm，取4.0mm； ：最好取3545，最小不应该小于30，最大不应该大于50，取45；：最好取1520，最小不应该小于10，最大不应该大于30，取20；：最好取515，取5；综合上述所有尺寸设计得出浇注系统图示如下：图4.4 浇注系统4.5 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，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。图4.5 拉料杆图示第五章 成型零件的设计5.1成型零件的结构设计模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件，成型零件包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型过程中成型零件受到熔体的高压作用，料流的冲刷，脱模时与塑件间发生摩擦。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，此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性，具有足够的强度，刚度和表面硬度。同时，还应该考虑零件的加工性及模具的制造成本。5.1.1凹模结构设计凹模也称为型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外形轮廓。按结构形式的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶拼式和四壁拼合式四种类型。（1）整体式凹模 凹模由整块材料制成，结构简单，成型塑件的质量较好，模具强度高，不易变形。但其加工工艺性差，热处理不方便，内尖角处易开裂，所以只适用于形状简单的塑件成型。（2）整体嵌入式凹模 对于多型腔模具，一般情况都是将每个型腔单独加工，然后压入模板中。凹模与模板采用小间隙配合或过渡配合。（3）局部镶拼式凹模 对于形状复杂易损坏的凹模，将难以加工或易损坏的部分设计成镶件形式，嵌入型腔主体上，以方便加工和更换。嵌入部分与凹模采用过渡配合H7/m6。（4）四壁拼合式凹模 对于大型的复杂凹模，可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中，然后再和底板组合的方式。在此次设计中，由于采用了斜推杆侧向抽芯机构，在此，采用整体式凹模，考虑到塑件的精度。5.1.2型芯结构设计凸模是主要的成型零件，因此又称主型芯。凸模的作用是将压机的压力传递到塑件制品上，并压制塑料的内表面及端面。凸模由两部分组成：上端与加料室有配合关系，以防止熔料溢出并有导向作用；下端为成型部分并设有脱模斜度。凸模结构有整体式及组合式两种类型。（1）主型芯的结构 主型芯按结构可分为整体式和组合式两种，整体式主要用于小型模具上的简单型芯。一般模具的型芯都采用单独加工，然后镶入模板中。采用一定结构或方式对型芯进行周向或轴向定位。为了方便加工，形状复杂的型芯大多采用镶拼式组合结构。（2）小型芯的结构 小型芯成型塑件上的小孔或槽。小型芯单独制造，然后嵌入模板中。对于异型芯，为了方便加工，常将型芯设计成两段，联接和固定段制成圆形，并用凸肩和模板连接。型芯可以节约贵重的模具材料，便于加工，尺寸精度容易保证。在此设计中，采用组合式凸模，将模具型芯和动模座板采用阶梯连接，型芯的侧面和动模垫板与型芯固定板之间的销钉共同定位，采用螺钉连接型芯固定板。固定板压住型芯的台阶方式进行连接。5.2成型零件的钢材选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要求足够的刚度、强度和耐磨性及良好的抗疲劳性能，童年故事考虑它的机械加工性能和抛光性能，有因为改塑件用于大批量生产，主要成型塑件的大型心选用高合金工具钢P20。5.3成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸是指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（包括矩形和异形零件的长和宽），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何塑件都有一定的几何形状和尺寸精度的要求，如有配合要求的尺寸，则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，这些因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。影响塑件尺寸精度的主要因素有：（1）塑件收缩率波动所引起的尺寸误差 （2）模具成型零件的制造误差 成型零件加工精度越低，成型塑件的尺寸精度也越低。（3）模具成型零件的磨损误差 （4）模具安装配合的误差 一般情况下，收缩率的波动、模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要原因。而收缩率的波动引起的塑件尺寸误差随塑件的尺寸的增大而增大。因此生产大型塑件时，若单靠提高模具制造精度等级来提高塑件精度是比较困难和不经济的，应稳定成型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料。生产小型塑件时，模具制造公差和成型零件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，因提高模具精度等级和减少磨损。5.3.1凹模尺寸计算塑件外部尺寸的转换：l=52mm=52.47mm，相应的塑件制造公差=0.94mml=30mm=30.35mm，相应的塑件制造公差=0.70mml=(1+S)l-x=(1+0.0055)52.47-0.560.94=52.232=52.3mml=(1+S)l- x=(1+0.0055)30.35-0.580.70=30.111=30.2式中：x 、x为系数，查参考文献2表2-10可知x =0.56，x=0.58.缩率S=0.0055；x、x为系数，参考文献2表2-10可知x=0.54，x=056；、分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；、是塑件上相应尺寸制造公差，对于小型塑件取=/6(下同)。5.3.2凹模深度尺寸的计算。塑件高度尺寸的换算：H=9=9.24mm相应的=0.48mm；H=(1+S)H-x=(1+0.0055)9.24-0.560.48=9.022=9.1mm。式中：x 为系数，查参考文献2表2-10可知x =0.56。（3）滑块的设计：在此次设计中，由于采用了侧向抽芯机构，滑块的型腔充当凹模结构，它的结构决定于塑件制品的成型需要和加工与装配的工艺要求，其结构图如下：注：考虑到塑件的精度，本塑件滑块采用整体的加工，然后在进行切断5.3.3凸模外形尺寸计算。塑件内部尺寸的转换L=48mm=47.68mm，相应的塑件制造公差=0.64mmL=28mm=27.65mm，相应的塑件制造公差=0.70mml=(1+S)l+x=(1+0.0055)47.68+0.580.64=48.313=48.3mml=(1+S)l+x=(1+0.0055)27.65+0.580.70=28.208=28.2mm式中：x 、x为系数，查参考文献2表2-10可知x =0.58，x=0.58式中：S为塑件的平均收缩率，ABS的收缩率为0.4%0.7%，所以其平均收5.3.4型芯高度尺寸计算。塑件内腔高度尺寸转换：h=8mm=8.14mm, 相应的塑件制造公差=0.28h=(1+S)h-x=(1+0.0055)8.14-0.600.28=8.017=8mm5.4模具型腔侧壁和底板厚度的计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔融体得高压作用，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和支承板的厚度。模具型腔壁厚的计算，应以型腔最大压力为准。理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔 壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应以强度条件为准。以强度计算所需要的壁厚和以刚度计算所需要的壁厚相等时的型腔内即为强度计算和刚度计算的分界值。在分界值不知道的情况下，应分别按强度条件和刚度条件算出壁厚，取其中较大值作为模具型腔的壁厚。型腔壁厚和底板的计算比较复杂且繁琐，为了简化模具设计，我选择经验数据：5.5排气结构设计排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑料过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气要求就更严格。模具型腔和浇注系统积存空气所产生的气泡，常分布在与浇口相对的部位上，塑料内含有的水分蒸发产生的气泡呈不规则分布在整个塑料制件上，分解气体产生的气泡则沿塑料制件的厚度分布。从塑料制件上气泡的分布状况，可以判断气体的来源，从而选择合理的排气部分。常见的注射模排气方式：（1）用分型面排气（2）用型芯与模板配合间隙排气（3）利用顶杆配合间隙排气（4）用侧抽芯运动间隙排气（5）开设排气槽由于本塑件结构简单，模板尺寸较小，而却是组合式型芯和型腔，所以没有必要专门设置排气槽，利用模板间间隙和分型面排气就可以达到排气目的。第六章 合模导向及模具顶出机构设计合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，必须导向。导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用。定位作用是为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁后不均，或者模塑失败；导向作用是在动定模合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；承受一定侧压力指塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或者由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。6.1 导柱导向机构 导柱对合导向机构在注塑模中应用最普遍，包括导柱和导套两个零件，分别安装在动模和定模的两半部分。 1.导柱设计 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧，但更多的是安装在动模一侧。因为作为成型零件的主型芯多装在动模一侧，导柱与主型芯安装在同一侧，在合模时可以起保护作用。导柱的结构有两种：一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称为直导柱；另一种是除安装部分的凸肩外，使安装部分直径比外伸的工作部分直径大，称为阶梯形导柱。直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形，便于导向。两种导柱都可以在工作部分带有储油槽，以延长润滑时间。在该设计中采用直形导柱。2.导柱尺寸导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所以导柱所选的直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。根据查表得导柱的直径是：12mm；导柱的长度必须比凸模端面的高度要高出812 . 以免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔的情况3.导柱的材料导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内因此多采用20钢(经表面淬火处理)或者T10A (经淬火处理),硬度为5055HRC.导柱固定部分的表面粗糙度为Ra0.8m,导向部分的表面粗糙度为Ra0.80.4 m。4.导柱的数量及布置导柱应合理均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具强度(导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的11.5倍).为确保合模时只能按一个方向合模,导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置的形式. 图6.1导柱的布置图导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合，导柱的导向部分通常采用H7/f6或H8/f6间隙配合.此次设计前者选用H7/k6的过渡配合，后者选用H7/f6的间隙配合导柱简图如下： 图 6.2 导柱零件图因此，本模具所选导柱规格按标准GB/T4169.5-2006选取：材料：T10A 热处理：HRC5560HRC；6.2 导套设计 导向孔可带有导套，也可以不带导套；但无论那种形式，都不能设计为盲孔，因为盲孔会增加模具闭合时克服空气的阻力，并使模具不能紧密闭合。本设计中将综合以下几方面选取导套：1.形状为使导柱顺利进入导套,导套的前端应倒圆角.导向孔最好做成通孔,以利于排出孔内的空气.2.材料 可用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造导套,但其硬度应略低于导柱的硬度,这样可以减轻磨损,以防止导柱或导套拉毛.3.固定形式及配合精度直导套用H7/m6过盈配合镶入模板,为了增加镶入的牢固性,防止开模时导套被拉出,可以用止动螺钉紧固.4.导柱与导套的配用由于模具的结构不同,选用的导柱和导套的结构也不同.导柱与导套的配合形式要根据模具的结构及生产要求而定.本套模具采用注射模型导套如下图所示： 图6.3 导套图导套具体参数如下：材料：T10A热处理：调质处理，HRC5255HRC；6.3推出系统设计遵循原则在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出、顶出机构）。推出是注射成型过程中最后一个环节，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。在设计脱模推出机构时应遵循下列原则：（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动，所以一般情况下，推出机构设置在动模的一侧，。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏。为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和黏附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在塑件刚性好的部位，如肋部、凸缘、壳体形塑件的壁缘处，尽量避免推力点作用在塑件的薄平面上，防止塑件破裂、穿孔，如壳体形塑件级筒形塑件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。用推杆推出时，推杆作用在塑件表面的面积要进行计算，以防推出过大而使塑件发白或使塑件变形报废。（3）机构简单、动作可靠。推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。（4）良好的塑件外观。推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其注意顶出位置和顶出形式的选择，以避免推出痕迹影响塑件的外观质量。（5）合模时的正确复位。设计推出机构时，还必须考虑合模时推出机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。分析塑件的浇口位置， 可以采用如下图的推出装置，浇道推杆与塑件推杆分别推动浇口和制品，并使其分离。最后，浇注系统凝料和塑件分别被推出。6.4影响顶出的因素（1）产品从熔融状态到凝结再到冷却，经过热胀冷缩的物理过程，由于冷缩产生抱紧力，再由抱紧力而产生很大摩擦。（2）模具上所有与塑料有接触的面的表面粗糙度大小直接决定定出阻力的大小，模具表面粗糙度越大，粘模力越大。（3）产品脱模亵渎直接决定，粘模力的大小，摩擦力的大小，脱模斜度大，粘模力越小。（4）产品的深浅、骨位的深浅也直接影响粘模力的大小，产品越深、骨位越深，粘模力越大。（5）顶出件的方式、安装的位置，也会直接影响顶出力。（6）注塑压力大小直接影响粘模力的大小，通常注塑压力越大，塑料成型越扎实，粘模力越大，它可以通过改变入水方式、入水口大小、流道大小、排气大小、胶位厚薄来改善。（7）模具加工方法、所用加工设备、加工所设定的参数等也直接影响粘模力的大小。（8）真空对脱模的影响通常都采用排气来消除6.5 顶出系统的设计1.顶针顶出机构组成一般 顶针顶出机构由顶针、顶针面板、顶针底板、回程杆和复位弹簧组成。2.顶针系统各部件关系如下图图6.4 顶出系统（1） 前模版与面板之间用螺钉紧锁，前模镶件固定在前模板上，所以可以把前模板、前模镶件、面板看成一个整体。（2） 后模镶件固定在后模板上，所以可以把后模板、后模镶件、导向件看成一个整体。（3） 直顶固定在顶针面板上，顶针底板和顶针面板之间用螺钉紧锁，司筒固定在顶针面板上，有托顶针固定在顶针面板上，顶针固定在顶针面板上，协定通过轴销连接在顶针面板上，回程杆固定在顶针面板上，所以可以把顶针底板、顶针面板、直顶、司筒、有托顶针、顶针、斜顶机构、回程杆看成一整体。（4）司筒针固定在底板上，所以可以把底板、司筒针看成一个整体。3.顶针顶出过程说明顶出动作动作过程 ： 前、后模板开模 顶棍顶住顶针板 顶针板带动顶出件定出产品 取下产品 顶针板后退 合模完成 注塑，完成了顶出全过程第七章 侧向分型与脱模力的计算当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的机构，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件否则无法脱模。带动侧向成型零件做侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。由于塑件内部存在有卡子，必须采用斜推杆侧向抽芯机构才能完成脱模。7.1斜推杆侧向抽芯机构这类机构也可分为外侧抽芯和内侧抽芯两种形式。（1）斜推杆导滑的外侧抽芯机构，开模时塑件留在动模，推出时，推杆固定板推动滑轮，迫使斜推杆沿动模板的斜方孔运动，与推杆共同推出塑件的同时，完成侧向抽芯（2） 斜推杆导滑的内侧向抽芯机构，它是斜推杆导滑的另一种机构形式，在推出塑件的同时也可完成内侧抽芯动作。由于塑件属于内侧抽芯，通过斜顶杆绕滑动座的转动来使顶杆与塑件的分离，从而达到内侧抽芯目的。7.2推杆的设计要点。（1）斜顶杆组成机构此机构通常由以下几个部分组成斜顶杆主体，斜顶杆垂直定位，斜顶杆水平定位，斜顶杆导向件，斜顶轴销或连接机构，斜顶滑动座、滑槽，斜顶变通设计的辅助部件，斜顶头部封胶的变通设计（4）在机构许可的情况下，尽量加大斜推杆的横截面积，当斜推杆较长且单薄，或斜度角较大的情况下，通常采用一些措施来缩短斜推杆，增加斜推杆的刚度以提高寿命，由于塑件尺寸比较小，所脱模力不大，只要满足设计要求即可。7.3斜顶杆机构尺寸的确定查阅参考资料会出以下图示。其中A为垂直定位，常取810mm，12mm为好，最小不应该小于5mm。取6mm；B为斜顶导向长度，常取2025mm，最小不应该小于16mm。取16mm；C为水平定位，常取23mm，最小不应该小于1mm。取1.4mm；E为斜顶厚度，常取810mm，最小不应该小于6mm。取6mm；F导向建厚度，常取1215m