手机后盖注塑成型工艺与模具设计说明书

毕业设计(论文）名称: 手机后盖注塑成型工艺与模具设计 专业： 模具设计与制造 手机后盖注塑成型工艺与模具设计摘要 介绍了在AUTOCAD、UG和CAE环境下，塑料外壳的注射模具设计与加工过程。着重分析了设计的整个流程，包括产品二维和三维造型及材料性能分析。运用Moldflow软件对塑件注射过程中流动填充进行了模拟，分析最佳浇注点的位置、熔接痕和气穴的分布，合理确定了浇注系统，冷却系统等，消除缺陷，创新了塑料模具设计方式，降低了制造成本。然后进行成型零件设计、侧向分型与抽芯机构设计等部分，以及注射成型设备的选用和成型工艺参数的确定，在此基础上对模具零部件进行细部设计修改。塑料外壳采用侧浇口，利用外侧抽芯，推杆顶料，推件板完成脱模，该模具结构紧凑，工作可靠，生产效率高。最后分析了模具的工作过程，对模具结构与注射机的匹配进行了校核。关键词：注射模具；结构设计；Injection molding process and mold design for mobile phone back coverabstract: In AUTOCAD, UG and CAE environment are introduced, the plastic cover parts injection mold design and processing process. Emphatically analyses the design of the whole process, including product 2D and 3D shape and material performance analysis. Using Moldflow software flow filling in the plastic injection process is simulated and analyzed the best gating point of fusion seam location, the distribution of the gas hole, reasonably determine the gating system, cooling system, etc., to eliminate defects, innovation the plastic mold design, reduces the manufacturing cost. Then to forming parts design, side parting and core-pulling mechanism design, and the choice of injection molding equipment and molding process parameters to determine, on the basis of detail design modification for the mould parts. The plastic cover parts by side gate, using the side core-pulling, push rod lifter, pushing a stripper plate is complete, the mould structure is compact, reliable work, high production efficiency. Finally the working process of the mould are analyzed, the mold structure and injection machine, the matching of main forming parts of process planning and nc machining. Keywords:Moldflow analysis, injection mould, Side core-pulling, Processing目 录前 言1第1章 绪 论21.1 塑料成型模具在加工工业中的地位21.2 中国塑料模具工业发展现状31.3 塑料成型模具发展趋势41.4 毕业设计的目的与内容51.4.1 毕业设计目的51.4.2 毕业设计内容5第2章 塑件的工艺性分析62.1 设计任务62.2 塑件的材料分析62.3 塑件的尺寸精度分析72.4 塑件的表面质量分析72.5 塑件的结构工艺性分析82.5.1 塑件壁厚分析8第3章 塑件成型方案的确定93.1 塑件成型方法的确定93.2 分型面及其选择93.3 型腔数目和排列方式的确定103.4 模具结构形式的初步确定113.5 初选注射机123.5.1 塑件体积的计算123.5.2 塑件质量的计算123.5.3 注射机的选择12第4章 浇注系统与排气系统的设计144.1 浇注系统的设计144.1.1 浇注系统的组成及设计原则144.1.2 主流道的设计154.1.3 分流道的设计164.1.4 浇口的设计174.1.5 冷料穴的设计194.2 排气系统的设计20第5章 成型零部件设计205.1 成型零件结构的设计205.2 成型零部件的工作尺寸计算22第6章 推出机构的设计246.1 推出机构设计的原则246.2 脱模力的计算246.3 脱模方式的确定256.4 推杆的设计25第7章 侧向分型与抽芯机构277.1 抽芯距的计算277.2 抽芯力的计算277.3 侧向分型与抽芯机构类型的确定277.4 斜导柱的计算287.4.1 斜导柱设计的形式287.4.2 斜导柱倾斜角的选择297.4.3 斜导柱直径的计算307.4.4 斜导柱长度的计算307.4.5 斜导柱与模具中其他零件的配合关系317.4.6 斜导柱的材料和热处理327.5 滑块的设计327.6 限位装置的设计347.7 楔紧块的设计34第8章 模具温度调节系统368.1 模具温度及塑料成型温度368.1.1 模具温度及调节的重要性368.1.2 模具温度与塑料成型温度的关系378.2 冷却系统设计计算388.3 冷却系统的设计39第9章 模具结构零部件的设计419.1 模架设计419.2 支承零部件设计429.3 合模导向机构设计43第10章 注射机的校核4410.1 最大注射量的校核4410.2 锁模力的校核4410.3 注射压力的校核4410.4 模具安装部分的校核4510.5 模具开模行程的校核4510.6 模具闭合高度的校核4510.7 顶出部分的校核45第11章 模具的工作原理4611.1 模具的结构组成4611.2 模具的工作原理47第12章 设计总结1参考文献2致 谢3前 言模具是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。美国工业界认为模具是美国工业的基石，日本工业界认为模具是促进社会繁荣的动力。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。现代模具行业是技术、资金密集型的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。由于模具生产要采用一系列高新技术，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技术、计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造技术、高速加工及超精加工技术等等，因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分，有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志1。毕业设计是总结专业知识，锻炼和开发自己的综合运用能力。塑件的制造是一项综合性技术，本课题围绕塑料外壳塑件成型生产将成型物料、成型设备、成型工艺、成型模具设计及模具制造等方面知识构成了塑件成型生产的完整系统。根据图纸及任务书要求，由于塑料外壳有一个侧孔，需要侧抽芯，为保证塑件的质量、尺寸精度等要求，将模具设计成一模两腔的外抽芯机构模具。通过此次毕业设计，对我们的知识能力进行一次全面的考核，同时也培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后工作打下良好的基础。由于时间仓促，加之自己水平有限，论文中难免出现不当和错误之处，敬请老师谅解，并真诚欢迎大家的批评指正。第1章 绪 论1.1 塑料成型模具在加工工业中的地位塑料成型所用的模具称为塑料成型模，是用于成型塑料制件的模具，它是型腔模中的一种类型。塑料成型工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的。塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。塑料工业又是一个飞速发展的工业领域，世界塑料工业从20世纪30年代前后开始研制到目前塑料产品系列化、生产工艺自动化、连续化以及不断开拓功能塑料新领域。塑料作为一种新的工程材料，其不断开发与应用，加之成型工艺的不断成熟、完善与发展，极大的促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求。这就要求塑料模具的开发、设计和制造的水平也必须越来越高。在现代工业生产中，成型模具由于具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到了广泛的应用，是重要的工艺装备之一。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占6070，在电视机、计算机等电子产品中占80以上；一个车型的轿车共需4000多套模具，价值23亿元。粗略统计，近年全世界的模具年产值保持在600660亿美元之间；而用这些模具生产的最终产品的价值，往往是模具价值的几十倍、上百倍。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。据新近有关资料表明，在国外外行业中，各类模具占模具总量的比例大致如下：冲压模、塑料模各占35%40%；压铸模10%15%；粉末冶金模、陶瓷模等其他模具占10%左右，因此，塑料成型模具的应用在各类模具的应用中占有与冲压模并驾齐驱的“老大”位置。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定发展，塑料制件的应用快速上升，塑料成型工艺在基础工业中的地位和对国名经济的影响日益重要。11.2 中国塑料模具工业发展现状塑料以其优异的加工性和品种功能的多样性，已成为当前人类使用的四大材料(木材、水泥、钢铁、塑料)中发展最快的一类。塑料工业包括原料(合成树脂和助剂)生产、塑料成型加工工艺、塑料成型设备及成型模具四部分。用模具生产的塑料制品(简称塑件)具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，因此广泛用于仪器仪表、家用电器、汽车飞机等行业。据悉，2009年我国塑料工业的产品销售额为6000亿元人民币，按l：100的带动比例计算，应该有60亿元人民币模具的支撑。2010年中国汽车工业对塑料的需求量已经达100万吨。我国塑料模具工业虽然起步晚、底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但改革开放以来，在国家产业政策的支持和引导下，我国塑料模具技术和模具工业近年发展迅速。这主要得益于我国模具工业技术的进步和市场需求的扩大，其表现在以下几方面：（1）在模具技术的基本理论、模具设计、模具制造、模具材料以及模具加工设备等方面都取得了实用性成果。模具CAD/CAM，CAE等技术已得到了较广泛的应用，各院校、研究机构正在开展模具智能制造、虚拟制造、敏捷制造和快速制造等先进制造技术的研究和推广。（2）模具标准化工作是代表模具工业和模具技术发展的重要标志。到目前为止，我国已经制定了冲压模、塑料模、压铸模和模具基础技术等50多项国家标准、近300个标准号，基本满足了国外普通模具生产技术的发展需要。（3）模具加工设备由过去依靠进口到逐步实现自行设计制造。在第12届中国国际模具技术和设备展览会(上海)上，有不少国外企业研发的数控仿形铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成型加工机床、慢走丝精密电火花线切割机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测用设备。（4）研究开发了几十种模具新钢种及硬质合金等新材料，并采用了热处理新工艺。模具新材料的应用，以及热处理技术和表面处理技术的开发和应用，使模具寿命得到了大幅度的提高。（5）我国模具的品种、制造精度已达较高水平。从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命模具。在塑料模具方面，能设计和制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模，大型彩色电视机、洗衣机和电冰箱等多种精密、大型注射模。（6）我国模具的产业规模有了很大的发展。据统计，我国大陆地区现有模具生产企业3万余家，从业人员100多万人；全国已建成和初具规模的模具园区达到25个左右；2010年5月上海国际模展后，被授予“中国重点骨干模具企业”称号的重点骨干模具企业已达110家；我国制造业目前还处于全球产业链分工的中低端，大多数工业产品尚属中低档。尽管我国塑料模具丁业发展迅速，但在塑料模具制造周期、模具精度、寿命和生产能力等方面，与国际平均水平和发达国家仍有一定差距。1.3 塑料成型模具发展趋势为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广： （1） 超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 （2） 多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。 （3） 模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。 （4） 更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。 （5） 更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 （6） 各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 （7） 逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 （8） 热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。 （9）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。即今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 1.4 毕业设计的目的与内容1.4.1 毕业设计目的现代塑件可以采用各种方法成型，在多种成型方法中，塑料注射成型使用最为广泛，该类模具在塑料模具中也最复杂、最具代表性。“塑料模具设计及制造”是一门综合性专业课程，以塑料生产为主线，培养自己能够完成塑料模设计员和模具工艺员的工作任务为目的，集注射模成型工艺、注射模具设计、注射模具制造为一体，三者相互渗透，相互补充，有机联系。本毕业设计的目的是使我们掌握模具设计与制造专业必备的基础理论和专门知识，有创新意识，具备中等偏复杂塑料模具设计与制造的工作能力；具备较强的专业技能和工作能力；能使用计算机及CAD/CAM、CAE、UG等软件工具；运用模具技术和相关工程技术，从事塑料注射成型工艺与模具设计、模具制造与工艺编制、现代模具制造设备操作和模具项目生产组织与管理工作。通过“学中做”和“做中学”，培养自己应用知识来发现问题，分析问题和解决问题的能力。1.4.2 毕业设计内容（1）手机后盖的工艺性分析；（2）MOLDFLOW软件进行成型过程模拟分析。（3）手机后盖注射成型工艺的编制；（4）注射机的选用以及参数的校核；（5）注射模具的设计；第2章 塑件的工艺性分析2.1 设计任务（1）塑件名称：手机后盖；（2）塑件原料：ABS；（3）生产批量：大批量； （4）塑件表面不得有毛刺；（5）塑件图：图2.1所示；图2.1 外壳制件图2.2 塑件的材料分析本次设计所采用的材料为ABS，ABS树酯是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PB，PAN，PS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。由于具有三种组成，而赋予了其很好的性能；丙烯腈赋予ABS树脂的化学稳定性、耐油性、一定的刚度和硬度；丁二烯使其韧性、冲击性和耐寒性有所提高；苯乙烯使其具有良好的介电性能，并呈现良好的加工性。大部分ABS是无毒的，不透水，但略透水蒸气，吸水率低，室温浸水一年吸水率不超过1%而物理性能不起变化。ABS树脂制品表面可以抛光，能得到高度光泽的制品。ABS具有优良的综合物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能。尺寸稳定性。电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成品加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。ABS树脂热变形温度低可燃，耐候性较差。熔融温度在217237，热分解温度在250以上。如今的市场上改性ABS材料，很多都是掺杂了水口料、再生料。导致客户成型产品性能不一又不稳定。ABS材料的优点：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；5、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。2.3 塑件的尺寸精度分析塑件尺寸精度分析：塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度影响塑件精度（公差）的因素主要有：模具制造误差及磨损，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损；塑件收缩率的波动；成型工艺条件的变化；塑件的形状，飞边厚度波动；脱模斜度和成型后塑件尺寸变化等一般塑件的尺寸精度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特点，过高的精度要求是不恰当的按塑件的尺寸MT精度要求,未标注公差为自由公差，按材料模塑件公差等级（GB/T14486-2008）选取一般精度要求MT2。其主要尺寸公差如下（单位均为mm）型芯尺寸: 型腔尺寸: 2.4 塑件的表面质量分析塑件表面质量包括有无斑点，条纹，凹痕，起泡，变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度。表面缺陷必须避免；表面光泽性和表面粗糙度应根据塑件使用要求而定。除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要由模具成型零件的表面粗糙度决定。一般模具的表面粗糙度比塑件的表面粗糙度高。该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表没有斑点及溶接痕，粗糙度可取Ra0.8um，而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。2.5 塑件的结构工艺性分析2.5.1 塑件形状分析由图2.1所知塑件外形为140*70*5的长方形外壳类零件，塑件成型性能良好；塑件上要求成型后轮廓清晰；塑件两侧有方孔，需设计外抽芯机构。2.5.3 塑件壁厚分析热塑性塑件的壁厚一般在14mm，同一塑件的壁厚应尽可能一致，如果壁厚过大，会因冷却或固化速度不同产生应力，使塑件产生变形、缩孔及凹陷等缺陷，同时也不易冷却。该制件最小壁厚0.5mm，符合塑料成型工艺与模具设计中的要求，可注塑成型。 第3章 塑件成型方案的确定3.1 塑件成型方法的确定本塑件材料是ABS，属热塑性塑料，同时本塑件结够简单，根据前面的工艺分析，适宜用注射成型，另外本塑件又是大批量生产，为提高生产效率，故选用注射模具成型本塑件。3.2 分型面及其选择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与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模中的一个关键。分型面的形式如图3.1所示有平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、，曲面分型面和瓣合分型面。 图3.1 分型面的形式由于分型面受塑件在分型面中的成型位置、塑件的结构工艺性、浇注系统形式、推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应全面考虑并分析比较，选择合理的方案。在选择分型面时一般应遵循以下原则： （1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处；（2）分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；（4）分型面的选择应有利于模具的加工；（5）分型面的选择应有利于排气。此零件并不复杂，为普通方形外壳，考虑到塑件顺利脱模，选择平直分型面，其分型面如图3.2所示。图3.2 3.3 型腔数目和排列方式的确定1. 型腔数目的确定模具按型腔数目可以分为单型腔模具和多型腔模具，一般可以按以下几点对型腔数目的确定：（1）按注射机的最大注射量确定型腔的数目； （2）按注射机的额定锁模力确定型腔数目；（3）按塑件的精度要求确定型腔数目；（4）按经济型确定型腔数目。此塑件的型腔数目按注射机的最大注射量来确定查参考文献1，按注射机的最大注射量校核型腔数量可用下式计算： 式（3.1）式中 Vg注射机最大注射量（cm3）；Vj浇注系统凝料量（cm3）； Vn单个塑件的容积（cm3）； 由表3-1所知Vg=200cm3，由图3.1和图3.2可知Vj=1.35 cm3；Vn=27.03cm3 式（3.2）由于仪表壳侧面有一个方孔，需要采用侧抽芯机构，所以数目n=2时，有利于手机后盖的成型。2. 塑件在模具中的位置侧方孔外壳采用的是一模两件成型，所以型腔布置在模具的中间如图3.3所示。这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。图3.3 塑件在模具中的位置3.4 模具结构形式的初步确定根据生产批量并考虑模具结构拟用一模两件型腔布局形式，此种布局方便设置侧向分型与抽芯机构，模具结构紧凑，模具大小适中，虽然料流长度较长，但塑件尺寸较小，不会对成型造成影响。浇注系统采用侧浇口和方形分流道，浇口小且易去除，采用推杆推出，模具结构简单，制造成本低，且能满足塑件精度要求，由上综合分析可确定采用大水口的单分型面注射模具。3.5 初选注射机3.5.1 塑件体积的计算根据零件的三维模型，利用NX-6三维软件直接可查询到塑件的体积如图3.4所示V1=55.17cm3；浇注系统的体积所示V2=24.48cm3。一次注射所需的塑料总体积为：V=2V1+V2=134.88cm3。图3.4 塑件查询结果3.5.2 塑件质量的计算由图3.4可得，密度=1.2g/cm3塑件的质量：M1=43.2 g浇注系统的质量：M2=V2=1.351.2=29.36 g塑件与浇注系统的总质量：M= 2M1M2=32.436*229.36=78.32 g3.5.3 注射机的选择对于侧抽芯注射模具来说，注射机选择方法所不同的是，在校核开模行程时需特别注意，注射机活动模板的行程除能满足取出塑件和浇注系统凝料外，还需满足侧向分型抽芯的要求。模具的侧向分型或抽芯利用注射机的开模动作，通过斜导柱或（齿轮齿条）分型抽芯机构来完成，所需的开模行程应根据侧向分型或抽芯的抽拔距离、塑件高度、推出距离、模具厚度等因素确定。如图3.3所示的斜导柱侧向抽芯机构，完成侧向抽芯距离S所需的开模行程为Hc+（510）（mm），则当Hc+（510）H1H2时，开模行程应按下式校核：SHc2 (510）mm若Hc+（510）H1H2，开模行程校核普通注射成型模具的校核。图3.5 有侧抽心时开模行程的校核根据塑件的形状，取一模两件的模具结构，初步选取螺杆式注射成型机：HS120AV，注射机有关参数见表3-1。表3-1 注射机有关参数公称注射量200cm3定位圈直径100mm最大开模行程S320mm喷嘴球头半径R15mm最大装模高度Hmax380mm喷嘴孔直径3mm最小装模高度Hmin152mm中心顶杆直径25mm模板最大安装尺寸390410mm顶出行程0120mm第4章 浇注系统与排气系统的设计4.1 浇注系统的设计4.1.1 浇注系统的组成及设计原则浇注系统指的是模具中从接触注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其作用是使塑料熔体平稳有序地填充到型腔，并在充填过程中传递压力和热量，以获得外观清晰、组织紧密的塑件。浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、外在质量、外在质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大的影响。一般对浇注系统进行设计时，一般应遵循以下基本原则：（1）了解塑料的成形性能； （2）尽量避免或减少产生熔接痕； （3）尽量采用较短的流程充满型腔；（4）防止型芯的变形和嵌件的位移；（5）有利于型腔中气体的排出； （6）流动距离比的校核。除了上述原则外，设计浇注系统时还应注意模腔的数量与布置、制品的外观和性能、制品形状与尺寸等问题对系统的制约，以及注射机上模具固定板对侧浇口位置的要求（防止浇口与固定板偏心）根据外壳塑件的结构和一模两件的特点，选用侧浇口，从塑件的边缘进料，如图4.1所示。 图4.1 浇注系统4.1.2 主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和冲模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度和压力损失最小。1、主流道设计的要点：（1）为了让主流道凝料能顺利从浇口套中脱出，主流道设计成方锥形，锥形角为26。（2）主流道的表面粗糙度Ra0.8m。（3）为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道与喷嘴接触处紧密对接，主流道对接处制成球形凹坑，其球面半径R=R012mm；主流道的进口直径应根据注射机的喷嘴孔半径确定，一般d=d0（0.51）mm。由表3-1注射机的有关参数可知，喷嘴方弧半径为R=15mm，喷嘴孔的直径d为3mm，如图4.2所示。图4.2 主流道及尺寸模具浇口套主流道球面半径R与注射机喷嘴球面半径R0的关系为：R=R012=1512=（1617）mm取R=16mm模具浇口套主流道小端直径d与注射机喷嘴d0的关系d=d0（0.51）=3（0.51）=（3.54）mm取d=3.5mm主流道呈方锥形，其斜度取22、主流道的结构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，所以主流道宜设计成可拆卸更换的衬套，称为浇口套，选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套一般采用碳素工具钢（如T8A、T10A等）材料制造，热处理淬火硬度5357HRC（低于注射机喷嘴的硬度）。浇口套选择的类型如图4.3所示，为了防止浇口套在塑料熔体反压力作用下退出定模板而设计的，使用时用固定在定模上的定位圈压住浇口套台阶端面即可。浇口套与定模座板的配合采用H7m6过渡配合。浇口套与定位圈采用H9f9的间隙配合。图4.3 浇口套配合4.1.3 分流道的设计分流道为主流道和浇口之间的流动通道。一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用的分流道截面有方形、半方形、矩形、梯形、U形等，如图4.4所示。方形和正方形流道截面的表面积（流道表面积与体积之比）最小，热量损失小，流道效率最高，到加工困难且正方形、矩形截面流道不易脱模，所以在实际生产中常用梯形、U形及半方形截面。 图4.4 分流道截面形状分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积，壁厚和形状的复杂程度来确定分流道的长度的。由于塑件的形状比较简单，HIPS的流动性好，充模能力比较好，因此可将分流道计成方方形，开设在分型面上D=4mm，便于加工。4.1.4 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间以及防止倒流等作用。注射模具浇口的结构形式很多，按浇口的截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。一般常见的有直接浇口、点浇口、侧浇口、潜伏式浇口、环形浇口、轮辐式浇口、爪形浇口等多种，根据其特性不同使用在不同场合。常见的浇口形式及其特点，适用范围见表4-1表4-1 浇口形式及其特点适用范围浇口类型特点及应用范围直接浇口 特点：由主入口直接进料。应用范围：适合各种塑料成型，尤其适于加工热敏性及高黏度材料，可成型高质量的大型或深腔壳、箱形塑件。侧浇口 特点：一般设在分型面上，从塑件侧边缘进料的一种浇口形式，能方便的调整浇口尺寸，控制剪切速率和浇口封闭时间。应用范围：广泛应用于多型腔模中，可制造截面尺寸较小的塑件。扇形浇口 特点：侧浇口变异形式之一，是一种逐渐展开的浇口。当使用侧浇口成型大型平板状塑件浇口宽度太小时，则可使用扇形浇口。应用范围：多型腔模；进料边宽度较大的薄片状塑件平缝浇口 特点：侧浇口的变异形式之一。薄片式浇口的浇道与塑件平行，其长度大于塑件的宽度。通常浇口的长度与塑件的宽度相等也可，如果短些也能满足要求。应用范围：大面积扁平塑件环形浇口 特点：进料均匀，方周上各处流速大致相等，熔体流动性状态好，型腔中的空气容易排出，熔接痕接本避免。应用范围：方筒形无底塑件轮辐式浇口 特点：是在环形浇口基础上改进而成的，耗料比环形浇口少，且去除浇口容易。但增加了熔接痕，影响塑件的强度。应用范围：底部有大孔的方筒形或壳型塑件。点交口 特点：前后两端存在较大的压力差，能较大的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热应用范围：批量不大的塑件成型和流动性好的塑料潜伏式浇口 特点：从浇道处以方锥形通道或直接以隧道式浇道进入型腔。应用范围：多型腔模。在塑件外观要求较高时采用浇口位置的选择将影响塑料件的填充行为、制品的最终尺寸（公差）、收缩行为、翘曲和机械性能水平、表面质量（外观）。在设计浇口时需要遵循以下基本设计原则： （1）浇口的位置选择应避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷。（2）浇口的位置应有利于排气以避免气泡。 （3）浇口位置应尽量缩短流动距离。（4）浇口位置应有利于减少熔接痕和提高熔接强度。（5）浇口的位置应考虑分子定向的影响。（6）浇口的位置应尽量开设在塑件壁厚处。本塑件的浇口设计为侧浇口，这里浇口的的断面形状设计为矩形。由于塑件结构简单，厚度较小，所以其截面厚度h通常取浇口处壁厚的1/32/3，这里取h=1mm；其截面宽度b取2h，b=2mm；浇口长度取L=2mm。图4.5 浇注系统尺寸4.1.5 冷料穴的设计冷料穴的作用：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，既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，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。主流道拉料杆有两种形式，一种是推杆形式的拉料杆，固定在推杆固定板上；另一种是仅适用于推件板脱模的拉料杆，固定在动模板上。本设计采用的是Z形拉料杆，如图4.6所示：图4.6 主流道凝料穴和拉料杆的形式4.2 排气系统的设计排气系统的作用是在注射过程中，将型腔中的气体有序而顺利的排出，以免塑料件产生气泡，疏松等缺陷。一般注射模有以下三种排气方式：（1）利用配合间隙排气；（2）在分型面上开设排气槽；（3）利用排气塞排气。外壳属于简单的小型模具，所以利用配合间隙排气。第5章 成型零部件设计5.1 成型零件结构的设计凹模的结构形式:1、整体式 它是由一整块金属材料（定模板或凹模板）直接加工而成，其特点是为非穿通式模体，强度好，不易变形。但由于成型后热处理变形大，浪费贵重材料，故只适用于小型且形状简单的塑件成型。2、整体嵌入式 对于小件一模多腔式模具，一般是将每个凹模单独加工后压入定模板中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。3、组合式 这种结构形式广泛用于大型模具上。对于形状较复杂的凹模或尺寸较大时，可把凹模做成通孔的，然后再装上底板，底板面积大于凹模的底面。组合式凹模的强度和刚度较差，在高压熔体作用下，容易在塑件上造成飞边，造成脱模困难并损伤棱边。本次设计所采用的是整体嵌入式5.2 成型零部件的工作尺寸计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸及高度尺寸，该塑件的成型零件尺寸均按平均值计算。查有关手册得HIPS的收缩率为Q=0.2%0.8%，故平均收缩率为Scp=（0.2+0.8）%/20.5%。该塑件一类标注有公差的尺寸，也就是说是塑件上精度相对比较高，有配合要求的尺寸。在进行这一类尺寸计算时，既要考虑收缩量，又要考率模具的磨损，按照平均值计算方法计算出这一类成型零件的工作尺寸也可以有效的保证整个模具寿命周期外产品的尺寸精度。这一类尺寸的计算见表5-1表5-1 塑件上有公差要求的成型零件工作尺寸计算类型塑件上的尺寸计算公式制造公差及收缩率Scp%计算结果型芯径向尺寸116LMLSLSSCP%0.75）=(116+1160.005+0.750.5) ：IT6级精度SCP%=0.5%116.7574LMLSLSSCP%0.75）=(74+74.005+0.750.3) 74.5注：1.为塑件的公差，塑件上未标注公差可按MT5级精度取得。2.模具制造公差一般取（1/31/4），考虑到模具的经济加工精度，在此，取IT6和IT7级精度公差值。3.当取经济加工精度，其公差值反而大于（1/31/4）时，取（1/31/4）。另一类尺寸是没有标注公差的，它是塑件上次要的、要求比较低的尺寸，在实际生产过程中，为了简化计算，这一类尺寸在计算时往往只加上它的收缩量，公差则按模具的经济制造精度取得。这一类尺寸的计算见表5-2表5-2 塑件上无公差要求的成型零件工作尺寸计算类型塑件上的尺寸计算公式制造公差计算结果型芯尺寸4LMLSLSSCP%）:IT7级精度SCP%=0.5%4.020.006型腔尺寸71LMLSLSSCP%）:IT7级精度SCP%=0.5%164第6章 推出机构的设计带有侧抽芯机构的模具在设计推出机构时，除了需要考虑设计普通模具推出机构时的问题，还必须考虑干涉现象。6.1 推出机构设计的原则（1）推出机构设计的时候尽量使塑件留于动模一侧；（2）塑件在推出过程中不发生变形和损坏；（3）不损坏塑件和外观质量；（4）合模时应使用推出机构正确复位；（5）推出机构应动作可靠。6.2 脱模力的计算脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需要克服的阻力，它是设计推出机构的主要依据之一。开始脱模的瞬间所需要克服的阻力最大，称为初始脱模力，以后脱模所需的力称为相继脱模力，后者要比前者小，计算脱模力时，总是计算初始脱模力。由于t/d=3/75=0.04，故零件属于薄壁制件，所需脱模力可按下式计算： 式（6.1）式中 Q脱模力（N）； E塑料弹性模量（N/cm2）；S塑料平均成形收缩率（mm/mm）；t塑件壁厚（cm）；L包容凸模的长度（cm）；f塑料与钢的摩擦系数；m塑料的柏松比。参考资料15可得：HIPS的拉伸弹性模量E=2.2MPa；成形收缩率S%=0.5%；塑件平均壁厚t=3mm；包容凸模的长度L=17mm；塑料与钢的摩擦系数f=0.3；塑料的帕松比m=0.41；代入上式得脱模力Q=296664.4N。6.3 脱模方式的确定从塑件的整体结构分析和参考资料5分析，用推杆形式，推出较为方便，利于排气，由于塑件有侧孔需用斜销脱出，采用斜导柱与滑块进行脱模，如图6.1所示：图6.1模具脱模形式6.4 推杆的设计推杆的形状有多种形式，常用的推杆有图6.2（a）：直通式推杆，尾部采用台肩固定，通常在d3mm时采用，是最常用的形式；所以本设计采用的是直通式推杆。图6.2（b）：阶梯式推杆，由于工作部分比较细，故在其后部加粗以提高刚性，一般直径小于2.53mm时采用；图6.2（c）：顶盘式推杆，亦称锥面推杆，它加工比较困难，装配时与其他推杆不同，从动模型腔插入，端部用螺钉固定在推杆固定上，它的推出面积比较大，适合于深筒形塑件的推出。图6.2 推杆的形式推杆脱模机构的设计有以下几个设计要点：（1）推杆的顶出位置应该设在脱模阻力大的部位；（2）推杆位置选择应保证塑件推出时受力均匀；（3）推杆位置选择时应注意塑件的强度和刚度；（4）推杆位置的选择还应考虑推杆本身的刚性。此塑件的主体型芯位于动模一侧，开模后，塑件包紧型芯留在动模一侧，所以只在动模部分设计推出机构即可。且塑件为外壳零件，表面不允许有推出痕迹，所以采用推杆板推出方式。既然使用推杆板推出，就不存在干涉现象，也就不必设计先行复位机构了。第7章 侧向分型与抽芯机构7.1 抽芯距的计算抽芯距是指将侧抽芯从成型位置推至不妨碍塑件推出时的位置所需的距离。抽芯距一般等于塑件侧孔深度或凸台高度另加23mm安全距离，即： 式（7.1）式中： S抽抽芯距（mm） h塑件侧孔深度或凸台高度（mm）mm，取S抽=4mm7.2 抽芯力的计算抽芯力是将侧型芯从塑件中抽出所需的力。设计计算时以初始抽拔力为准，根据抽芯力的计算同脱模力计算相同。查参考资料5可得，抽芯力的计算可按下式计算 式（7.2）式中 Fc抽芯力（N）；P塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般取812（MPa）；A塑件包容侧型芯的面积（mm）；塑料与钢的摩擦系数，聚碳酸酯，聚甲醛取0.10.2；其余其0.20.3；脱模斜度（）。根据已知条件计算得：A=9.432mm，P=10，=0.25，=1代入公式得：N7.3 侧向分型与抽芯机构类型的确定总体来说，塑件侧孔形状简单，所以直接选用最常用的斜导柱侧抽芯机构且选用斜导柱在定模、滑块在动模的形式来成型侧孔，侧抽芯机构的总体结构形式如图7.1所示。下面一一阐述本斜导柱侧抽芯机构的设计过程。图7.1 塑料外壳侧抽芯模具图7.4 斜导柱的计算7.4.1 斜导柱设计的形式斜导柱其实就是一根在模具中倾斜的导柱，其整体结构特征和普通导柱的结构特征一样，如图7.2所示。为便于斜销导入滑块，斜销头部做成方锥形。 图7.2 斜导柱的结构形式7.4.2 斜导柱倾斜角的选择在斜导柱侧向分型与抽芯机构中，斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角，的大小对斜导柱的有效工作长度、抽芯距和受力状况等起着决定性的影响。通过受力分析与理论计算可知，斜导柱的倾斜角取15 比较理想，一般在设计时取25 ，最常用的是12 22 ，由上可知，模具所需抽芯距不大，所以斜导柱的斜角设计为18，如图7.3所示。图7.3 斜导柱角度、长度尺寸7.4.3 斜导柱直径的计算斜导柱的直径取决于它所承受的最大弯曲力，而弯曲力又与抽拔力及位置、斜角等有关。因侧方孔形状较小，深度不深，形状简单，斜导柱直接按经验取值，查阅参考文献2，先按求的的抽芯力Fc和选定的斜导柱倾斜角在表10.1中查出最大弯曲力Fw=1，然后根据Fw和Hw以及斜导柱倾斜角的值在表10.2中查出斜导柱直径d=8m。7.4.4 斜导柱长度的计算（1）有效长度L根据方形塑料壳体侧抽芯机构的运动原理，侧型芯滑块抽芯方向与开模方向垂直，斜导柱的有效长度和斜角符合以下关系： mm 式（7.3）斜导柱的长度根据抽芯距、固定端模板的厚度、斜销的直径及斜度大小确定，如图7.3所示查询参考文献2，可得公式： 式（7.4）式中 Lz斜导柱总长度（mm）；d2斜导柱固定部分大端直径（mm）；h斜导柱固定板厚度（mm）；d斜导柱工作部分直径（mm）；s侧向抽芯距（mm）。斜导柱的参数为：斜导柱固定部分大端直径d2=9mm;；斜导柱固定板厚度h=63mm；斜导柱工作部分直径d=6mm；侧向抽芯距S=3。代入公式得由于方形塑料壳体的抽芯距很短，所以所需的斜导柱长度不长，故斜导柱的总长度LZ=82.5mm7.4.5 斜导柱与模具中其他零件的配合关系斜导柱安装如图7.4所示，因为方形塑料壳体的抽芯距很短，所以所需的斜导柱长度不长，自然斜导柱固定部分的长度也不需很长，可将斜导柱斜导柱固定在定模板上。其安装部分与模板间采用H7m6或H7n6的过渡配合。因滑块运动的平稳性是由滑块与导滑槽之间的配合精度保证，合模时滑块的最终位置又是由楔紧块保证，斜销只起驱动滑块的作用。故为了运动灵活，斜导柱与滑块间可采用轻松的间隙配合H11h11或保持0.51mm的间隙。图7.4 斜导柱的安装形式7.4.6 斜导柱的材料和热处理斜导柱的材料一般用T8A、T10A或20钢渗碳处理，淬火硬度应在55HRC以上，工作表面经磨削后保持有Ra0.8的表面粗糙度。7.5 滑块的设计滑块在斜导柱分型抽芯机构中是运动零件，在工作时由斜导柱将它驱动并沿着导滑槽运动，实现对侧抽芯等的抽出与复位。一般滑块分为整体式和组合式两种，因侧孔形状简单、深度较浅，所以将滑块和侧型芯设计成整体式结构。（1）滑块的基本结构滑块的结构形式及尺寸如图7.5所示，其基本结构特征一般包括侧型芯、导滑台阶、斜孔和楔紧斜面。 图7.5 滑块的基本结构（2）滑块的尺寸设计滑块滑动部分要有足够的长度，一般为滑块宽度的1.5倍以上，以免滑块在滑动过程中发生偏移，如图7.6所示。图7.6 滑块尺寸（3）与导滑槽之间的配合关系滑块与导滑槽是一对密不可分的零件，两者组合使用才能完成侧向分型与抽芯结构。为了确保侧型芯可靠地抽出与复位，保证滑块在移动的过程中平稳、无上下窜动和卡死现象，滑块在导滑槽外必须很好的配合和导滑。滑块与导滑槽之间的配合部分一般按H7/f7或H8/f8间隙配合，非配合部分有0.51mm的间隙，如图7.7所示。图7.7 导滑槽与滑块的配合形式（4）材料及热处理滑块和导滑槽一般采用45钢、40Gr、42GrMn等材料，淬火硬度在40HRC以上。7.6 限位装置的设计为了保证合模时斜销能准确可靠地进入滑块的斜孔，滑块在完成抽芯动作后必须停留在所要求的位置上，不可任意滑动。为此，滑块需要有灵活、可靠、安全的定位装置。图7.8所示的是利用弹簧与钢球定位，在滑块的相应部位模外，其结构紧凑。图7.8 滑块的定位方式7.7 楔紧块的设计在注射成型过程中，侧型芯在抽芯方向往往受到型腔外塑料熔体的强大压力，这种压力通过滑块传递给斜销，会使斜销发生弯曲，所以一般都另加锁紧装置来承受这种压力。楔紧块的设置就是为了解决这个问题。另外，由于斜销与滑块的配合间隙较大，合模后也要由楔紧块来保证侧型芯等的正确位置。（1）楔紧块的形式图7.9所示是整体嵌入式可用台肩式螺钉固定，刚性较好，修配较方面。图7.9 楔紧块形式（2）楔紧块的设计如图7.10所示。图7.10 楔紧块尺寸楔紧块的楔角应略大于斜导柱的斜角1。因为这样才能保证在模具开模过程中楔紧块始终能先一步避开滑块的后退动作，否则斜导柱将无法带动滑块。因此该设计中楔紧块与滑块配合的