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摘 要本论文介绍了壳体的注射模设计过程。主要研究带有侧凹或侧孔结构的塑料制件如何分型和脱模的，本塑件侧面带有三个小孔，直接开模无法实现分型，这就涉及到斜导柱和斜滑杆的设计以及他们的工作原理，利用注塑机开合模的作用力进行侧抽芯，一方面减少了一些零件的使用，降低成本；另一方面省去一些零件的安装工序，节约时间，缩短生产周期，提高经济效益。本文还介绍了型腔数量和布局的确定、注射机选择、浇注系统设计、模板及其标准件的选用、脱模及抽芯机构的设计、成型部件的设计等。关键词：注塑摸；斜滑杆；侧抽芯；壳体全套图纸，加153893706ABSTRACT This paper has introduced the design process of injection mould of the shell. The main research the plastic workpiece with side concave or side hole is how to divide structure and draw of patterns. Because the side of model has three eyelets, it is unable to realize by directly operating the mold, by designing the slanting leader pin and the lifter. We use the action of the injection molding machine to carry on core-pulling. The advantage of this design are reducing the use of some components, lowing the cost, omitting some component to install the working procedure, saving time, reducing the production cycle and enhancing the economic efficiency. This article also introduces die space quantity and the layout determination, the injection machine choice, the casting system design, the template and the standard part selection, the drawing of patterns and core-pulling organization design, the formation parts design etc.Key words:injection mould; lifter; core-pulling; shell 目 录1 前言12 绪论22.1概述22.2我国塑料模现状22.3 我国塑料模的发展趋势33 塑件成型工艺分析53.1 塑件图53.2 塑件工艺分析53.2.1 精度等级53.2.2 脱模斜度53.2.3 塑件圆角63.3 ABS塑料性能特性与工艺参数63.3.1 ABS化学与物理特性63.3.2 ABS塑料的成型条件74 拟定模具结构形式84.1 型腔数目的确定84.2 分型面的选择95注塑机型号的确定115.1 注塑容量的计算115.2锁模力的计算115.3 注塑机的选用125.4 有关参数的校核135.4.1由注塑机料筒速率校核模具的型腔数135.4.2 注射压力的校核135.4.3 锁模力的校核135.4.4 开模行程的校核146 浇注系统的设计146.1 主流道的设计156.2 分流道的设计176.3 冷料穴的设计196.4 浇口的设计206.4.1浇口类型的选择206.4.2 浇口尺寸的确定226.4.3 浇口剪切速率的校核236.5 排气系统的设计237 成型零件设计237.1 成型零件的结构设计247.2 成型零件钢材的选用257.3 成型零件工件尺寸的计算267.4 型腔壁厚和底板厚度的计算297.4.1 侧壁厚度计算297.4.2 底板厚度计算308 模架的确定329 导向机构的确定3210 脱模机构的设计3410.1 脱模力的计算3410.2 脱模机构的结构设计3511 侧向抽芯的设计3711.1 抽芯距与抽芯力的计算3711.2 斜导柱圆形截面直径的计算4011.3 斜导柱圆长度的计算4011.4 斜滑杆的设计4112 模温调节系统的设计4212.1 冷却系统的设计4213 数控程序的编制4714 设计小结49参考文献50致 谢51 1 前言模具是工业生产的基础工艺装备，被称为工业之母。75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。现代工业需要先进的模具设备和高技术人才。 目前国内模具技术人员短缺，要解决这样的问题，关键在于职业培训。我们作为踏入社会的当代学生，就应该掌握扎实的专业基础，现在学好理论基础。本设计是以适应企业技术的发展，能体现出在学校所学，能体现先进性和前瞻性，所涉及到的知识包括注塑成型基本原理、注塑工艺方案的确定、工艺规程编制、模具结构设计、模具材料的选择、压力机的选择、模具制造方法等。希望通过对这些知识的学习，能使自己掌握模具加工的核心技术，了解周边技术和跟踪前沿技术。希望能通过这次设计，能掌握模具设计的基本方法和基本理论。本次设计得到了张蓉副教授的指导，同时也非常感谢湖南工学院的各位老师的教诲。 由于学生的理论学习和实践经验有限，设计中存在的不足之处和错误还肯请各位教授、专家批评指正。谢谢！2 绪论模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。模具的类型很多，按照成形材料的不同可分为冲压模具、塑料模具、锻造模具、压铸模具、橡胶模具、粉末冶金模具、玻璃模具和陶瓷模具。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具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。随着我国加入WTO，我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。我国模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有广泛的应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。2.1概述塑料是以树脂为主要成分，添加一定数量和一定类型的添加剂。然而，塑料制品生产是一个既复杂又繁重的过程，其生产系统主要由成型、机械加工、修饰及装配四个连续过程组成。其中，成型是将各种形态的塑料（粉、粒、溶液或分散体）制成所需形状的制品或毛坯的过程。注塑模是一种用来生产塑料零件的模具。它被安装在塑料注射机上，由塑料注射机将塑料颗粒融化成为热熔体，经过合模、高压注射、保压冷却定型、开模、推出制件等工序，获取所需的塑料零件。塑料模具影响着塑料制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面粗糙度、分型面、浇口、和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、内应力大小、外观质量，表面粗糙度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模和取件过程中的手工劳动。当批量不大时，模具费用在制件成本中所占的比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本。2.2我国塑料模现状 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快，有些已达到或接近国际水平，尤其是随着改革开放政策的不断深入，“三资”企业蓬勃发展，对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了非常大的作用。然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，因此从总体上来看，与国际先进水平以及国内市场需求相比，差距还很大。这主要表现在以下方面： 塑料模具产品水平不高，与国外先进水平相差甚远；我国塑料模制造企业设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率比国外低很多，且设备不配套、利用率低的现象十分严重；开发能力低，在市场上处于被动地位，创造的经济效益方面，国内大多数是微利甚至亏损；国内外模具企业管理上的差距十分明显；我国塑料模具市场总体上供不应求，特别是大型、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分明显。2.3 我国塑料模的发展趋势CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，取得了很大成绩。使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。目前我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高 技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展 有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的 发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景 好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可 能发展起来的产品。随着经济的发展，各行各业对各类模具的需求不断增加，所需品种也越来越细化. 据预测，国内模具发展的趋势： （1）模具日趋大型化；模具的精度将越来越高；多功能复合模具将进一步发展； （2）热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高； （3）随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展； （4）标准件的应用将日渐广泛； （5）快速经济模具的发展前景十分广阔； （6）以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大； （7）模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大。3 塑件成型工艺分析3.1 塑件图 塑件的视图如图1所示。 塑料件图13.2 塑件工艺分析该塑件为一塑料壳体，结构复杂，塑件壁厚不均，要求材料须有很好的流动性。合理确定塑件壁厚尺寸，如果壁厚值太小，会影响塑件的强度和刚度，并且导致塑料填充困难。壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡、缩孔等不良现象。要求壁厚尽可能均匀一致,否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形及开裂。生产批量大，材料为丙烯烃-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），成型工艺性很好，可以注塑成型。3.2.1 精度等级影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。按SJ13721978标准，塑料件尺寸精度分为8级，本塑件所用材料为丙烯烃-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用4级精度。3.2.2 脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模强度。只有塑件高度不大时才允许不设计斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。塑件脱模斜度为：40 130 一般型芯的脱模斜度要比型腔大，型芯长度及型腔深度越大，则斜度越小。在不影响外观的情况，脱模斜度尽量大一点，以便脱模。3.2.3 塑件圆角塑料制件除了使用上要求采用尖角之处外，其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡，因制件尖角处易产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程中即由于模塑内应力而开裂，一般是制件的内圆角。一般，即使采用R0.5毫米的圆角就能使塑件的强度大为增加。由图纸可知，该塑件有许多种不同的壁厚，如1mm、1.5mm、2mm、3mm等。壁厚不均匀，这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀，并由此产生许多质量问题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。为防止此类现象出现，这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设计，故我在壁厚不同处采取过渡设计，例如：采用圆弧过渡等措施。3.3 ABS塑料性能特性与工艺参数3.3.1 ABS化学与物理特性丙烯烃-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂成微黄色，外观是不透明粒状或粉状热塑性树脂，无毒、无味，其制品可着成五颜六色。是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性： 丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。 三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，ABS材料具有良好的抗冲击强度、表面硬度、表面光泽度、尺寸稳定性、耐化学药品性和电绝缘性，且耐磨性较好。它的不足在于热变形温度比较低，低温抗冲击性能不够好，耐候性较差。ABS塑料的使用范围为-40100。注塑模工艺条件 干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件 为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280；建议温度：245。 模具温度：2570（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）；注射速度：中高速度。ABS塑料的主要技术指标如下：密度（kg/dm）： 1.021.16比体积（dm/ kg）： 0.860.96吸水率（100）： 0.20.4收缩率(%)： 0.40.7熔点()： 130160热变形温度()： 90108(0.46 MPa) /83103(0.185MPa)抗拉屈服强度(MPa)： 50拉伸弹性模量(MPa)： 1.810抗弯强度(MPa)： 80冲击韧度( kJ/m)： 261(无缺口) /11(缺口)硬度(HB)： 9.7体积电阻系数(cm)： 6.9103.3.2 ABS塑料的成型条件成型条件的选择和控制直接影响塑料的塑化流动和冷却的温度、压力和相应的各个作用的时间,是生产的优质塑料的主要因素。(1) 温度，注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后者主要是影响塑料的流动和冷却。(2)压力，注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种，它们都直接影响塑料的塑化和塑件的质量。(3)时间（成型周期），一次注塑成型周期包括注射时间（充模时间和保压时间）、闭模冷却时间和其它时间（开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等时间）。ABS塑料的成型条件： 注塑成型机类型： 螺杆式 堆密度 (g/cm)： 1.031.07 计算收缩率(%)： 0.30.8 预热温度() ： 8085 预热时间（h）： 23 料筒温度() ： 150170(后段) 165180(中段) 180200(前段) 喷嘴温度()： 170180 成型温度()： 200260 模具温度()： 4060 脱模温度()： 60100 注射压力(MPa)： 100130 成型时间(s)(注射时间)： 2090 成型时间(s)(高压时间)： 05 成型时间(s)(冷却时间)： 20120 成型时间(s)(总周期)： 50220 螺杆转速(r/min)： 30 适用注塑机类型： 螺杆、柱塞均可 后处理方法： 红外线灯烘箱 后处理温度()： 70 后处理时间(h)： 244 拟定模具结构形式4.1 型腔数目的确定为了制模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。模具的型腔数可根据塑件的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用注塑机的最大注射量和锁模力大小等因素确定。小批量生产，采用单型腔模具；大批量生产，宜采用多型腔模具。但如果塑件尺寸较大时，型腔数将受所选用注塑机允许最大成型面积和注塑量的限制。由于多型腔模的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程难以取得一致，所以塑件精度较高时，一般采用单型腔模具。该塑件精度要求不高，又是大批量生产，可以一模多腔的形式。本塑件结构较为复杂，若抽芯过多，会提高模具加工难度，增加模具成本，故定为一模两腔的模具形式如图2所示。 图2 模具型腔分布形式4.2 分型面的选择分型面是指分开模具能取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。合理地选择分型面对于塑件质量、模具制造、与使用性能都有着很大的影响，模具设计时应根据塑件的结构、尺寸精度、浇注系统形式、脱模方法、嵌件位置、排气条件及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择，是使塑件能完好的成形的先决条件。分型面的方向尽量采用与注射机开模垂直的方向，特殊情况下采用与注射机开模方向平行的方向。选择分型面的位置是应当注意：1） 塑件在型腔中的方位确定后，分型面必须设在塑件断面轮廓最大的地方，才能保证塑件顺利从模腔中脱出；2） 不要设在塑件要求光亮平滑的表面或带圆弧的转角处，以免意料飞边、拼合痕迹影响塑件外观；3） 开模时，尽量使塑件留在动模一边，一般在动模边设脱模机构较为方便；4） 尽力保证塑件尺寸的精度要求；5） 应有利于侧面分型和抽芯；6） 尽量使分型面位于料流末端，以利于排气；7） 尽量使模具加工方便。由于本塑件的结构形状较为特殊，根据选择分型面时，应遵守以上的原则。再综合我的塑件形状的考虑，以及模具整体设计、制造、加工的要求，我选择采用平面分型面如图3所示。图3 分型面这是PRO/E分模时作的单分型面，由于外表面要求较高，必须要求塑件留在动模一侧。这样的分型面设计有以下的特点：a.这样的设计保证了分模时塑件留在动模一侧；b.分型面的痕迹会在塑件内表面，保证不会影响外观质量；c.使利于塑件脱模。5注塑机型号的确定每副模具都只能安装在与其相适应的注塑机上方能生产。因此，模具设计时应了解模具和注塑机之间的关系，了解注塑机的技术规范，使模具和注塑机相互匹配。5.1 注塑容量的计算注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量(cm).模具安装后，对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量，然后确认总体积注射量。注射模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%-80%之间，既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在50%-80%之间为好。通过PRO/E建模分析，塑件质量为11.3g，塑件体积= = = 10.36cm流道凝料的质量m是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。此设计为一模两腔，所以注塑量为：m=1.6nm=1.6211.3=36.16g，n为型腔数。因此，注塑机额定注塑容量v = = = 41.5 cmn型腔数，故模具胀型力F = AP =3366.0935=117813N=117.813KN式中，型腔压力P取35 MPa5.2锁模力的计算锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注塑机的额定锁模力必须大于该胀型力，即： F F= AP 式中，F 注塑机的额定锁模力(N)；P 模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注塑压力的0.30.65倍，通常为2040 MPa，取P为35 MPa。A 塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm2）流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积A的0.2倍0.5倍，因此，可用0.35nA来进行估算，所以 A = nA+ A= nA+ 0.35nA=1.35nA=3366.09 mm2式中，由PRO/E模型分析，得模型的最大投影面积A= 1246.70 mm2n型腔数，故模具胀型力F = AP =3366.0935=117813N=117.813KN式中，型腔压力P取35 MPa5.3 注塑机的选用注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手去产品后，也可实现全自动操作。卧式注塑机是注射柱塞或螺杆与合模运动方向均沿水平装设，其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。通过分析，本塑件选用卧式注塑机比较理想。根据每一生产周期的注塑量和锁模力的计算值，查阅参考书，可选用SZ60卧式注塑机，其主要技术参数如下： 结构形式： 卧理论注射量（cm）： 78螺杆直径（mm）： 30注射压力（MPa）： 170注射速率(g/s) ： 60塑化能力(g/s)： 5.6螺杆转速（r/min）： 14200锁模力(kN)： 450拉杆内间距(mm)： 280250开模行程(mm)： 220最大模具厚度(mm)： 300最小模具厚度(mm)： 100锁模形式： 双曲肘定位孔直径(mm)： 55喷嘴球半径(mm)： SR20喷嘴球孔径(mm)： 3.55.4 有关参数的校核5.4.1由注塑机料筒速率校核模具的型腔数n =10.692 合格式中，注塑机最大注射量的利用系数，一般取0.8； 注塑机的额定塑化量（5.6g/s）；成型周期，取30s。5.4.2 注射压力的校核由上述可知所选的注塑机的公称压力P为170 MPa，ABS塑料的所需的注射压力P为100130 MPa。PP故可满足注塑压力的要求。5.4.3 锁模力的校核P=kP0式中 P型腔压力(MPa)；P0注射压力(MPa) ；K压力损耗系数 取压力损耗系数k为0.4，已知注射机使用的注射压力为P0=170 MPa，则型腔压力P=68MPa。 已知注射机最大锁模力为450 kN，而胀模力为塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积，即：F=124mm38mm68MPa =320.416kN 450 kN故锁模力满足要求。5.4.4 开模行程的校核由下述可知，斜导柱的长度为130mm，斜角为20，两块模板的厚度为40mm，所以完成侧向抽芯所需的开模距离 =cos-40 =130cos20-40 =122.2-40=82.2mm而推出塑间所需的推出距离为30mm ，显然 本设计所选择的是点浇口浇注所使用双分型面的三板结构模具，取出浇注系统凝料所需的行程为68mm，又由所选注塑机可知，最大开模行程距离为=220mm，故+（5+10）=82.2+68+10160 故开模行程能满足要求。6 浇注系统的设计浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。浇注系统的作用是将塑料熔体充满型腔，并将注射压力传递到模腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。而普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴等部分组成。6.1 主流道的设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道或型腔的流动通道，与注射机喷嘴一般在同一轴线上，断面形状一般为圆形。在卧式注塑机用的模具中，主流道一般垂直于分型面，其几何形状与尺寸如图4所示。 图4 主流衬套其设计要点：(1) 为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成锥形，其锥角=26。内壁表面粗糙度一般为Ra0.4. (2) 为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为R=R+(12)mm,凹入深度35mm。 (3) 为了物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径r=13mm。(4) 主流道长度L应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结构和模板厚度所确定，一般不大于60mm，取L=40mm。(5) 主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。(6) 因主流道与塑料熔体反复接触，进口处与喷嘴反复碰撞，因此，常将主流道设计成可拆卸的主流道衬套，用较好的钢材制造并进行热处理，一般选用T8、T10制造，热处理硬度为HRC5055。 由上述可知注塑机喷嘴球孔径d=3.5 mm，喷嘴球半径R=20 mm， 则主流道小端尺寸为：d= d+(0.51)=3.5+0.5=4mm主流道球面半径为：R= R+（12）=20+2=22 mm 主流道凝料体积为：q = L =40 =800.7785 mm=0.801cm主流道剪切速率校核： 由以下数据可知，=1.3756 cm ， 得= + + =0.801 + 1.3756 + 210.36=22.9 cm流道断面尺寸的当量半径为=2.525mm=0 .2525cm熔体体积流量为=14.3 由经验公式 = =9.3410S在510510S之间，剪切速率比较合理。6.2 分流道的设计分流道是连接主流道到和浇口的进料通道。在单腔膜中，常不开设分流道，而在多腔膜中，一般都设置有分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地充满型腔，流动中温度降低尽可能小，阻力尽可能低。同时，应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道如图5所示。分流道应短而粗。但为了减少浇注系统的回料量，分流道也不能过粗。过粗的分流道冷却缓慢，还会增长模塑周期。 图5 分流道分布形式（1）分流道截面形状和尺寸分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、U形等多种。在流过同等横截面积的条件下，横截面为正方形的流动阻力最大，传热最快，热量损失最大，因此对热塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圆形横截面流动阻力小，热量损失最小，熔体降温也最慢，但从加工来说，它需要同时在动模和定模上开设半截面，要使两者完全吻合，制造较困难。半圆形和矩形截面的分流道比表面积（即表面积/体积比）较大，较少采用。而梯形截面、U形截面的分流道，加工容易且热量散失和流动阻力也不大。为了便于机械加工及凝聊脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。一般采用下面经验公式来确定截面尺寸。查模具设计与制造手册表6-150，取B=6mm式中，流经分流道的塑料量（g）；分流道长度（mm）； 分流道上底宽度（mm）。H=0.83B=0.836=4.98mm,取H=5mm。分流道截面形状如图6所示。 图6 分流道截面形状（2）分流道凝料体积 第一分流道长度L=252=50mm, 第二分流道长度L=202=40 mm 由于第二分流道形状为圆锥形，上截面直径为3mm,下截面直径为1mm, 即圆锥直径取中间值为=2mm, 截面积为A=3.14 mm2 分流道截面积=5=25 mm2 凝料体积= L+ LA=5025+403.14=1375.6mm=1.3756 cm 故分流道平均截面面积为A=15.28 mm2 (3) 分流道剪切速率校核 把整个分流道近似看作是一个圆柱形根据经验公式 =6.3910S在510510S之间，故剪切速率比较合理。式中，熔体体积流量（）=6.475 =2.2 mm=0.22cm 塑件体积（10.36 cm）；t 注射时间(由课本塑料制品与模具设计中表4-4查得 t=1.6s )；A 平均截面面积（1.528）。（4） 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度并不要求很低，一般取0.8m1.6m即可。6.3 冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用，根据拉料的方式的不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种。本次设计中，采用与带球头形拉料杆匹配的冷料穴，开模时，由于球头将冷凝料钩住，使主流道凝料从主流道衬套中拔出。因拉料杆的另一端固定在推杆上，所以在塑件推出的同时将冷凝料从动模中推出。取出塑件时，利用挡板可以将凝料系统一起脱出，结构如图7所示。图7 冷料穴结构6.4 浇口的设计浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注射模具浇注系统的最后部分，熔融塑料经过浇口进入型腔。浇口的基本作用时是从分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔。一般浇口尺寸比型腔部分小的多，因此，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，能防止熔料倒流，而且也便于浇口凝料与塑件的分离。另外，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，熔体黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔，获得外形清晰的塑件。6.4.1浇口类型的选择浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑料件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况不同。常见的有直接浇口、点浇口、侧浇口、扇形浇口及潜伏式浇口等。（1）直接浇口 又叫中心浇口，无分流道，注射压力直压入型腔，所以产品较坚实，流量快且大，适合注射大型产品，但产品内应力大、易变形、注塑保压时间长、浇口去除困难、痕迹明显、影响外观。（2）点浇口 这是一种截面形状小如针点的浇口。其优点是去除浇口后，塑件上留下的痕迹不明显，开模后可自动拉断，成型时可减少熔接痕，但压力损失比较大，塑件收缩大，制造困难，而且模具必须设计成三板式模，以脱出流道凝料。（3）侧浇口 在分型面上，从塑料边缘进料，形状为长矩形或接近矩形，加工方便、简单，应用灵活，既可以从产品外侧，也可以从产品内侧进料。可以一模多腔，浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。但压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，壳形件排气不便，易产生熔接痕、缩孔及气孔等缺陷。（4）扇形浇口 扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式。适合于大面积薄壁塑件。（5）潜伏式浇口 潜伏式浇口是点浇口演变来的且吸收了点浇口的优点，也克服了由点浇口带给模具的复杂性。其进料部分一般选在制件较隐蔽处，使不致影响制品的美观。在顶出时流道和制件被自动切断。故顶出时必须有较强的冲击力。对于过于强韧的塑料，潜伏式浇口是不适宜的。加工比较困难，容易磨损。在本次设计中，塑件结构较为复杂的壳体，塑件内表面精度要求不高，但外表面精度要求相对比较高。材料为ABS塑料的流动性比较好，容易充型。通过分析，选择点浇口比较合适，可以设置两个点浇口同时进料，以便缩短流程，加快注塑速率，降低流动阻力，减少翘曲变形。它从分型面的一侧沿斜向进入型腔，这样在开模时，不仅能自动切断浇口。它的截面形状如下图8所示。 图8 点浇口形式6.4.2 浇口尺寸的确定浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常取其下限，然后在试模中逐渐加以修正。由经验公式,得出点浇口直径dd =0.206n=0.2060.6=1.68mm浇口截面形状如图5-6所示，浇口先取1.4mm，在试模时根据填充情况再进行调整。式中，塑件外表面积 ； 通过PRO/E建模分析，约为3800 mm2. ； n与塑件品种有关的系数，n=0.6； t塑件壁厚，（t=3mm）。6.4.3 浇口剪切速率的校核由经验公式： = = =31743.14 S=3.174310S在1010 S之间，浇口剪切速率合理。6.5 排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，型腔内气体将产生很大的压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能是塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。 注塑模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只在特殊情况下采用开设排气槽的排气方式。排气槽一般设在分型面上凹模一侧，以便于模具制造与清理。排气槽尺寸一般为宽1.56mm，深0.020.05mm，以塑料不从排气槽溢出为宜，即应小于塑料的溢料间隙。 本塑件为小型塑件，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可。7 成型零件设计塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称型腔。而构成这个型腔的零件为成型零件。在本设计中成型零件就是成形壳体外表面的凹模、成形内表面的凸模型芯和各种镶块。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，它的质量关系到制件的质量，因此要求它有足够的强度、硬度、耐磨性以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度及较低的表面粗糙度。一般来说，成型零件都应进行热处理。同时应考虑零件的加工性及模具的制造成本。7.1 成型零件的结构设计（1） 凹模是成型塑件外表面的部件，按其结构形式可分为整体式和组合式。整体式凹模是由一整块金属材料直接加工而成。其特点是为强度好，不易变形，塑件表面光滑平整，没有镶拼的痕迹。用于小型且形状简单的塑件成型。本塑件分型面设置于内部顶面，凹模深度比较浅且形状简单，易加工，故可采用整体凹模结构如图9所示。 图9 凹模立体图（2）本塑件属于小型壳体，成型为塑件内表面的型芯结构复杂，都是由不规则的面构成。加工难度大，延长制造时间，故型芯采用镶拼组合式凸模，如图10所示。 图10 镶块（3）塑件的侧面有三个小孔，分模时无法脱出，需要侧抽芯采用能顺利脱模。侧面型芯做成镶块，一般单独制造，这样将易于加工成形，如图11所示。图11 活动型芯7.2 成型零件钢材的选用塑料模具结构较为复杂，就算是简单的注塑模至少也有好多零件组成。这些零件由于工作时所处的状况不同，作用不同，因此，对材料的要求也不同。此外，由于塑料制品的形状、大小、精度各不相同，制品的批量和塑料品种也不一样，因此，应考虑各种具体情况，对塑料模零件的材料进行选择。塑料模刚材的性能要求：（1） 机械加工性能良好（2） 抛光性能优良（3） 耐磨性和抗疲劳性能好（4） 芯部强度高（5） 具有耐腐性能（6） 有一定的热硬性 本设计凹模选择整体式结构，凸模采用整体镶拼式结构，模具应在符合模具强度，刚度以及光洁度的前提下合理的选用钢材。凹模板是外表面顶面的成型面，由于零件的外表面要求比较高，因此，材料选用为CrWMn，硬度可达5356 HRC。热变形极小，这种材料适用于要求长寿命而精度高的中小模具。而侧型芯由于频繁推进抽出，摩擦比较大，因此，所选用的钢材耐磨性和疲劳性能应该良好，作为塑件侧面的成型面，也要求机械加工性能和抛光性能也应良好。故钢材选用高级优质工具钢T8A。小型芯脱出塑件时与塑件摩擦较大，磨损比较严重，采用硬度比较高的模具钢Cr12MoV，淬火后表面硬度为5862HRC。7.3 成型零件工件尺寸的计算工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约，影响塑件尺寸精度的因素甚多，主要有模具制造公差、模具的磨损量和塑件收缩率等因素，因此，计算工作零件尺寸时应根据上述三个因素进行计算。 本设计采用平均收缩率法计算模腔各工作尺寸。在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑料制品和成型零件尺寸均按单向极限制，即凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，公差为负；而孔心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。查阅课本塑料成型及模具设计，所用的公式如下：型腔径向尺寸： （7-1）型芯的径向尺寸： （7-2）型腔的深度尺寸： （7-3）型芯的高度尺寸： （7-4） 成型孔之间间距尺寸：=（1+） （7-5）以上式中，型腔径向尺寸（mm）；、塑件径向公称尺寸(mm)；型芯径向尺寸(mm)；型腔深度尺寸(mm)；塑件高度公称尺寸(mm)；型芯高度尺寸(mm)；塑件深度公称尺寸(mm)；模具孔间距的名义尺寸；塑件孔间距的名义尺寸；塑料的平均收缩率(%)（=0.55%）；塑件公差值(mm)（实用模具设计与制造手册查表6-45）；模具制造公差(mm) （一般取=）。对于型腔径向尺寸来说，已知=47.00,=0.28,=0.09=28.00, =0.24, =0.08 将以上数据代入式（7-1），可得=（1+0.55%）470.28 =47.05= （1+0.55%）280.24=27.97对于型腔深度尺寸来说，已知=30mm, =0.24, =0.08 将以上数据代入式（7-3），可得=（1+0.55%）300.24 =30.0005对于型芯径向尺寸来说，已知=25,=0.24,=0.08 =41, =0.28,=0.09 将以上数据代入式（7-2），可得=（1+0.55%）25+0.24 =25.32=（1+0.55%）41+0.28 =41.44对于型芯高度尺寸来说，已知=27.00mm, =0.24, =0.08 将以上数据代入式（7-4），可得=（1+0.55%）27+0.24 =27.31对成型孔之间间距尺寸来说，已知 =16，=0.20, =0.07=4，=0.14, =0.05 将以上数据代入式（7-5），可得=（1+0.55%）16=16.09=（1+0.55%）4 =4.027.4 型腔壁厚和底板厚度的计算凹模和底板均应有足够的厚度，厚度过薄将会导致模具结构的刚度不足或强度不够，一般情况下，对于大、中型模具，刚度不足是主要矛盾，对于小型模具，强度问题更为重要。强度不够会使模具发生塑性变形甚至破裂。而刚度不足将使模具产生过大的弹性变形，导致凹模尺寸扩大并产生溢料的间隙。本塑件型腔设计为整体矩形型腔。7.4.1 侧壁厚度计算由课本塑料模具及模具设计表4-12查出以下公式，其它塑件尺寸见零件图示： 按刚度条件计算有s()按强度条件计算有s式中， 模具材料的弹性模量（Mpa），合金钢为2.1105Mpa；型腔压力（Mpa）；刚度条件，即允许变形量（mm）；模具材料的许用应力(Mpa)(表4-13查出)；型腔深度（mm）；与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L有关的系数；与比值h/L有关的系数； 底板短边与长边长度之比。已知：= 245MPa, =2.1105MPa,=30MPa,=0.04,由/L=0.7,由表4-15查出：=0.117, =0.176,= L/L=25.5/41=0.6, =27按刚度条件计算有s ()=() =6.056mm按强度条件计算有s = =10.667mm 所以取s的值必须大于10.667mm。7.4.2 底板厚度计算按刚度条件计算有 () 按强度条件计算有式中，
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