机床手柄注塑模设计

1机床手柄注塑模设计机床手柄注塑模设计摘 要：本文首先对注射模具的现状及发展进行简单的概括。着重论述了弯头管件注射模具以下几方面的的设计内容：1.注塑机的选择；2.浇注系统的设计；3.合模导向机构的设计；4.推出机构的设计；5.冷却系统的设计。 在设计中，根据塑料的品种，塑件的结构和注射模的大小选择了 SZ1600/1400 型注塑机；浇注系统采用定位圈与注塑机连接，主流道衬套浇注，圆形分流道以及侧浇口的形式；导向机构选用导柱和直导套配合的形式；推出系统使用了多推杆推出和复位杆复位的形式；文中在定模板和动模板上分别设置了冷却水道。关键词：注射模；机床手柄；冷却系统；注射机；Design Of Injection Mould for Machine Tool HandleAbstract：This paper mainly introduces several designing content of oblique. three-limb tube as following:1.the choice of injection machine.2.the design of runner system.3.the design of guide mechanism. 4.the design of ejecting system.5.the design of cooling system.According to the kind of plastic, the construction of the plastic part and the size of the die sets, the injection machine of SZ has 2been chosen. The runner system is applying the form of connection of orientation cycle and injection machine, runner with the sprue bush, semicircle runner and the form of side gate. The guide mechanism is using the cooperation of guide pillars and guide bushes.The ejecting system is using pin to eject and using release pin to reposite. In this paper we locate the cooling channels both in the fixed die and the moving die. In the design of core system we use the form of hydraulic pressure to pull the core and use the wedge block to compact the mould. Hydraulic pressure to pull the core can be pumped to the larger and longer-core pulling the itinerary Key Words：injecting mold ；machine handle；cooling system；injection machine；1 前言1.1 塑料模具的基本概念日常生活中到处可见塑料制品。日用品如：塑料饭碗、脸盆、水桶、手机外壳等塑料制品；经常接触的家用电器如：电视机、收录机、电脑等产品外壳都是塑料制品。在工业设备中也经常看到塑料零件。这些塑料制品是怎样做成的呢？塑料是由从石油生产出来的合成树脂加入增塑剂、稳定剂、填料等物质而组成的，原料为小颗粒状或粉状。如果将这些小颗粒塑料加热熔化成液体，注入到一个具有所需产品形状的型腔中，待塑料冷却后取出来，就得到了与型腔形状一样的塑件，这个具有型腔的东西称为模具，因为它专门用于制作塑料件，所以通常称为塑料模具1。 1.2 模具工业现状 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3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2。在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展3。存在问题和主要差距:虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率有 50%左右。模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平。产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。开发能力较差，经济效益欠佳我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的高达 2530 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。4造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因：（1）对模具工业的政策支持力度还不够虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有 185 家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。 （2）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。（3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决4。（4）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 40左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。（5）模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。5世界上一些工业发达的国家，模具工业发展十分迅速。美国是世界超级的经济大国，也是世界模具制造业领先的国家。早在 20 世纪 80 年代末，美国模具行业就有一万两千多个企业，从业人员有十七万多人，模具总产值达 64.47 亿美元。日本模具发展得也非常迅速，这也是日本经济能飞速发展并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。由此可见，模具工业的潜力巨大，发展前景广阔5。我国模具业发展也很快。全国已经有模具厂及生产单位数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。多工位级进模具、长寿命硬质合金模具的生产和应用进一步扩大。为了适应生产对模具的要求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。数控铣床、加工中心等设备已在模具生产中被应用。电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。为了对硬质合金模具进行精密成型磨削，研制成功了单层电镀金刚石成形磨轮和电火花成形磨削专用机床，使用效果良好。在我国，模具的计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）也已进入了实用阶段。80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%，1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至2000 年我国模具总产值预计为 260-270 亿元，其中塑料模约占 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的 UG、美国Parametric Technology 公司的 Pro/Emgineer、美国 CV 公司的 CADS5、英国Deltacam 公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、美国 AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAM 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0 系统及 CAE 软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件6。 6近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SM 、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在 30%以下，和国外先进工业国家已达到 70%-80%相比，仍有很大差距7。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高8。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤 9出模具、PVC 塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。1.3 中国模具工业和技术的发展前景 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。1999 年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为 330 亿元，今后几年仍将以每年 10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年 10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999 年，国内汽车年产量为 183 万辆，。保有量为 1500 万辆，预计到 2005 年汽车年产量将达 300 万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，到 2005 年汽车行业将需要各种塑料件 36 万吨，而目前的生产能力仅为 20 多万吨，因此发展空间十分广阔。 家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过 3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了 1000 万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。 107其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。早在 1989 年，在国务院颂布的关于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997 年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从 1997 年开始对部分模具企业实行了增值税返还 70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持。 1114 塑料模具技术发展趋势从塑料模具的设计，制造及材料选择等方面考虑，塑料模具技术发展趋势可归纳为以下几个方面：（1）塑料模具标准化：模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围，对于缩短模具制造周期，节省材料消耗，降低成本，适应大规模批量化生产具有重要意义。目前我国模具标准化程度只达到 20%。远不及工业发达国家模具制造的标准化程度。在个中塑料模具中，只有主色模具有关于模具零件，模具技术条件和标准模架等国家标准。具体包括：塑料注射模具零件 GB/T4169.1-4169.111984；塑料注射模大型模架 GB/T12555.1-12555.151990；塑料注射模中小型模架 GB/T12556.1-15556.21990；塑料注射模技术条件 GB/T125541990 等。一些模具制造企业根据企业模具生产类型和规模，为提高生产效率，降低成本，亦制定了企业标准或采用了相应的行业标准。 12目前，塑料模具标准化的研究方向是热流道标准元件和模具标准温控装置；精密标准模架，精密导向件系列，标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块。 13（2）CAD/CAM/CAE 技术的应用：由于现代工业产品的不断开发和塑料制件的应用与发展，对塑料成型模具设计和制造提出的要求越来越高。传统的模具设计和制造方法已很难适应塑料制件及时更新换代和不断提高的质量要求，为适应这些变化，先进国家的 CAD/CAM/CAE 技术在 20 世纪 80 年代中期已经进入实用阶段，市场上已有商品化的系列软件出售，利用计算机进行塑料模具设计，并初步实现了注射，挤出，中空吹塑等塑料成型工艺过程的计算机模拟分析，这方面软件技术研究的发展，已在工程应用中取得了显著效果。利用 CAD/CAM 技术显著提高了模具设计的效率，减少了模具8设计过程中的失误，提高了，模具和塑料制件的质量，缩短了生产周期，降低了模具和塑件制件的成本12。随着计算机辅助制造技术水平的提高，模具，CAD，CAEJ 技术向着一体化的方向发展。目前，美国，日本，德国等 CAD/CAM/CAE 技术应用普及率已很高，我国不少企业也引进 CAD/CAM 软件和 CAD/CAM/CAE 集成软件，这部分软件在生产中发挥着积极的作用.同时,我国絮聒高等院校和科研院所在这方面也开展了大量研究和开发工作,并取得了一定成果,但我国在该技术的应用和推广方面与外国相比还存在一定差距,有待进一不改进和提高. 13 (3)加强理论研究：随着塑料制件向大型化,复杂化和精密化发展,模具的制造成本也越来越高.如汽车保险杠,仪表板等塑料成型模具,重大几吨至几十吨,我国海尔公司生产的洗碗机模具重达 35 吨.这些模具如只凭经验来设计,往往会因为设计不当而造成模具的报废,将会损失数十万元的模具制造费用.所以,模具生产已由传统的经验设计向理论设计,数值模拟的方向发展。这些理论设计包括模板刚度，强度的计算，流变充型理论的研究和基于计算机应用的成型过程模拟分析等。到目前为止，有关挤出成型的流变理论和数学模型已建立，并且在生产实际中得到应用；有关注射成型的流变理论研究已取得阶段成果，注射成型时塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充模流动理论和数学模型已经建立，今后的工作是如何将理论与生产实际相结合，并进一步加强对塑料熔体在三维模腔中流动行为的研究。中空吹塑成型理论和数学模型也已基本建立，并在生产中取得应用。 14塑料成型理论研究的进展得益于计算机的应用，同时，也为进一步扩大计算机在塑料成型生产中的应用奠定了基础。（4）塑料模具专用材料的研究与开发：模具材料选用在模具设计与制造中占有重要的地位，直接影响模具成本，使用寿命及塑料制件的质量。针对各类塑料模具的工作条件和失效形式，为了跳高模具使用寿命，并获得良好的切削加工工艺性能，国内外模具材料工作者进行了大量的研究工作，已开发出较为完善的系列化塑料模具专用钢，具体可分为 5 种类型。 15基本型 如 55 钢，使用硬度小于 20HRC，切削加工性能好。但模腔表面粗糙度高，使用寿命低，现已被预硬型钢所代替。9预硬型 在中，低碳钢中加入适量合金元素的低合金钢。其淬透性高，加工性能好，调质后硬度为 25-35HRC，是目前应用较为广泛的通用塑料模具钢。其典型品种为 3Cr2Mo 或美国的 P20 钢。时效硬化型 在中，低碳钢中加入 Ni，Cr，等合金元素的合金钢，耐磨性和耐腐蚀性有于预硬型钢，经时效处理后，硬度可达 40-50HRC。其典型品种为 25Cr3MoAl或美国的 P20 钢，日本的 NAK55 钢等，多用于复杂，精密塑料模具，或大批量生产长寿命塑料模具。热处理硬化型 这类塑料模具钢经淬火和回火处理后，使用硬度可达 50-60HRC；模腔能达到很高的镜面程度，并可进行表面强化处理。其典型品种为 Cr12MoV或美国的 D2 钢等。马氏体时效钢和粉末冶金模具钢 适用于要求高耐磨性，高耐腐蚀性，高韧性和超镜面的塑料模具。如 06Ni6CrMoVTiAi 马氏体失效钢或美国的 PS，日本的 ASP等粉末冶金模具钢。（5）模具加工的新技术与发展 为了提高加工精度，缩短模具制造周期，塑料模成型零件的加工已广泛应用仿行加工，电加工，快速成形制造，数控加工及危急控制加工等先进技术，同时，也应用到坐标镗，坐标磨和三坐标测量仪等精密加工与测量设备。模具加工技术与设备的现代化发展，推进了模具行业企业向着技术密集，专业化与柔性化相结合，高技术与高技艺相结合的方向发展。 162 机床手柄注塑模具的设计要求2.1 塑件名称 10：30图 1 机床手柄Fig 1 machine tool handle2.2 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率较大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较多;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。2.3塑件材料的性能ABS 外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为 1.05 左右，吸水率低。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 的氧指数为 1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。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；ABS 的耐磨性优良，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。ABS11的耐蠕变性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 及 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。热学性能 ABS 的热变形温度为 93118，制品经退火处理后还可提高 10左右。ABS 在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。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，可在大多数环境下使用。环境性能 ABS 不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS 的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。ABS 材料在成型过程中应该注意以下几点：（1）因 ABS 原料粒撩极易吸潮，导致制品出现斑痕、云纹等缺陷，因此成型前需充分干燥，含水率控制在 0.1%以下。（2）ABS 流动性较好,流动距离比,即流动长度 L 与该处制品壁厚 T 之比 L/T 达190,因而不易出现飞边。熔融温度低而宽，有利于成型，但含橡胶组分多的 ABS 流动性较差。（3）耐热级和电镀级 ABS 的料筒温度要稍高，而阻燃级和抗冲击级稍低。在其相应的模具设计要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，应注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹，脱模斜度宜取 2 度以上。2.4 表面要求：光滑，无毛刺。2.5 尺寸要求：具体见图 1。2.6 要求：模局的设计要求是一模两腔，即一次成型两个件。2.7 设计重点：一个是顶出机构的设计，另一个是冷却系统的设计。3 总体方案设计本节方案设计部分主要包括以下一些组成结构的基本设计。12（1）分型面位置确定（2）型腔排列方式、模具结构形式的确定（3）注塑机型号的选择（4）浇注系统的设计（5）合模导向机构的设计（6）顶出机构的设计（7）冷却系统的设计3.1 分型面的选择为了将塑件和浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放嵌件，将模具适当地分成两个或若干个主要部分，这些可以分离的接触表面，统称为分型面。分型面的选择通常应考虑以下基本原则：分型面应选在塑件的最大截面处，只有这样才能使塑件从模具中顺利地脱模，这是最基本的原则。（1） 分型面的选择应考虑有利于塑件的脱模，一般模具的脱模机构通常设置在动模一侧，模具开模后塑件应停留在动模一边，以便塑件顺利脱模。（2） 分型面的选择要保证塑件的精度要求，塑件光滑的表面不应设计成分型面，以避免影响外观质量；塑件中要求同轴度的部分放到分型面的同一侧，以保证塑件同轴度的要求。（3） 分型面的选择还应考虑模具的侧向抽拔距，由于模具侧向分型是由机械式分型机构来完成的，所以抽拔距都比较小，分型面的选择应将抽芯或分型距离长的方向置于开合模的方向，将小抽拔距作为侧向分型或抽芯。（4） 分型面作为主要的排气通道，应将分型面设计在熔融塑料的流动末端，以利于模具型腔内气体的排出。（5） 选择分型面时应使模具零件易于加工，特别是型腔的加工，要使模具加工工艺最简单。（6） 分型面的选择要有利于浇注系统和冷却系统的设置。（7） 分型面的选择应尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。（8） 在选择分型面时还应考虑便于嵌件的安装。13综合以上各点因素主要基于分型面应选在塑件的最大截面处原则初步把塑件的分型面选在如下图 2 所示处。图 2 塑件的分型面Fig 2 plastic parts of the parting surface3.2 型腔布置方案本模具设计采用一模两腔。现代注塑机的料筒通常置于定模板中心轴上，型腔的安排必须考虑主流道，只有这样才能满足下面的条件：各型腔应在相同温度下同时充填，即分流道长度均等；熔料到各型腔流程短，以降低废料率；各型腔间的距离应尽可能大，以便于有足够的空间来设置冷却水道、推出杆，并具有足够的截面积，以承受注射压力；总的反作用力应作用于注射机模板中心。根据以上的要求，一模两腔的模具要符合对称的布局很简单地就可以得到型腔对称于模板中心轴线的两侧。如图 3 所示。14 图 3 型腔的布置Fig 3 cavity arrangement3.3 注塑机的选择3.3.1 注塑机简介1956 年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的 30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。3.3.2 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.15(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表 1 所示。表 1 注射量与注射时间的关系Table 1 injection rate and injection time relationship注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 100003注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.(8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.3.3.3 选择注塑机注射机的选择包括两个方面的内容：一是确定注射机的型号，使塑料，塑件，注射模及注射工艺等所要求的注射机的规格参数在所选注射机的规格参数可调的范围内；二是调整注射机的技术参数至所需要的参数。 17根据塑料的品种，塑件的结构和注射模的大小，成型方法，生产批量以及现有设备的注射工艺进行注射机的选择。注射机规格的初选是根据以往的经验和注射模的大小。先预选注射机的型号，之后要进行校核。16注射机的初选：（1）模具所需塑料熔体注塑量 ： （1）12vnvv式中 一副模具所需塑料的体积；v 型腔数目；n 单个塑件的体积；1v 浇注系统的体积。2v首先是个未知值，在我们学校里做的设计时以来估算，即：2v10.6nm 11.6vnv而根据塑件图可以算出个大概值。1v 22221*24 *54.5*13 *30*10 *36.5*6 *37.5v 98789.83mm所以 =3.2*98789.8=316127.3611.6vnv3mm3mm 3316cm（2）塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面的投影面积及所需锁模力 （2）12AnAA （3）12()mFnAA P型式中 A塑件及流道凝料在分型面上的投影面积； 单个塑件在分型面上的投影面积；1A 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积；2A 模具所需锁模力；mF 塑料熔体对型腔的平均压力。P型17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值。根据2A多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面的 0.2 到 0.5 倍，可选1A来估算。而 ABS 塑件作为中等黏度塑件其对型腔的平均压力为 35。10.35nAP型MPa所以 =12AnAA11.35nA21.35*2*24 =4883.332mm =4883.33*35*12()mFnAA P型6103m610Pa 170.916KN（3）选择注塑机型号根据注射机的最大注射量（额定注射量 G）和额定锁模力 F 来选择，它们应该满足 /Gm式中 注射系数，无定型塑料取。0.85所以 =371.76。G 2316/0.85cmmFF所以注塑机的选择为 XSZY500 型号的注射机其中 S：塑料机械 Z：注射机 X：成型 Y：螺杆式 500： 最大注射量为3500cm （此注射机配套的定位圈的直径为）cm1003.4 浇注系统的设计3.4.1 浇注系统的设计原则注射模具的浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴出来后，到达型腔之前在模具中所流经的通道，其作用是将熔融状态的塑料从喷嘴处平稳地引入模具型腔，并在熔体充填和固化定型的过程中将注射压力和保压力传递到塑料制品各个部位，以获得组织18致密，外形清晰，表面光洁和尺寸精确的塑料制品。因此，浇注系统设计的正确与否直接关系到注射成型的效率和制件质量。 18浇注系统的设计包括流道截面形状，流道和浇口尺寸及流道的布置。要保证熔融塑料在填充过程中压力损失小，温度降低幅度小，到达模具型腔时压力均衡。 19浇注系统的设计原则包括以下方面：塑料成型特性。设计的浇注系统应满足所用塑料成型特性要求，以保证制品质量。制品大小及形状。根据制品大小、形状、壁厚、技术要求等因数，结合所选分型面，同时考虑浇注系统的形式、进料口数量，为保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件和细弱型芯或型芯受力不均，还应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采用相应的措施或留有休整的余地。模具成型制品的型腔数。设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。制品外观。设置浇注系统时应考虑去除、休整进料口是否方便，同时不影响制品的外表美观。注射机安装模板的大小。在制品投影面积比较大时，设置浇注系统应考虑注射机模板大小是否允许，并防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不均。成型效率。在大量生产时，设置浇注系统还应该考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。冷料。在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件制品质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。3.4.2 浇注系统的设计一般浇注系统包括四个基本部分：主流道；分流道；浇口和冷料穴。1.主流道的设计主流道是指从注射机喷嘴与模具接触处起到分流道为止的一段料流通道，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具。当模距闭合后注射机喷嘴压紧模具主流道衬套，并封紧注射机与模具之间的间隙，熔体材料直接从料筒流入主流道。2019主流道通常位于模具的中心，是塑料熔体的入口，其形状为圆锥形，以便于熔融塑料的顺利流入，开模时又能使主浇道的凝料顺利拔出。主流道的锥角 20-40，对于流动性差的塑料可取 60-100，内壁表面粗糙度a 小于 0. 63 -1.25 。通常m主流道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定。设计主流道截面直径时，应该注意喷嘴和主流道的对中。为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径应比喷嘴直径大 0.5-1mm。在保证制品成型的条件下，主流道的长度尽可能短，以减L少压力损失及废料，一般可小于或等于。主浇道进口端与喷嘴头部接触的形式60mm一种是平面，一种是弧面。由于平面连接在密封时需要有很高的压力，实际中很少使用。一般情况下，均是采用弧面接触定位，其方法是，在主流道衬套上连出一浅的球形定位槽，将喷嘴的球形头压在主流道衬套凹内。通常主浇道进口端凹下的球面半径比喷嘴球面半径大，凹下深度约为 3-0.5mm。2R1R1 2mm根据所选的注射机(SX-ZY-500)型号选择喷嘴的直径为=6，则主流道进R喷嘴mm口端直径=6+1=7。喷嘴球面半径=18，则主流道进口端凹下的球面半径R进mm1Rmm=20，凹下深度为 4，则主流道大端直径=。主流道2Rmmmm3D22DLtg进衬套图如图 4 所示。图 4 主流道衬套Fig 4 the sprue bush2分流道的设计20分流道是主流道与浇口之间的料流通道，是塑料熔体由主流道流入型腔的过渡段，负责将熔体的流向进行平稳转换，在多型腔模中起着将熔体向各个型腔分配的作用。在设计分流道时应注意：以最短的路程、最小的热量压力损失，将熔体快速顺利地输入型腔；材料必须能在相同的温度、压力条件下，从各个浇口同时地向型腔进料；从节省塑料材料的角度考虑，流道横截面积应尽可能小；考虑到节省材料与冷却条件，分流道的表面积/体积比应尽可能小。（1）分流道截面形状，分流道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、壁厚、形状，以及所加工塑料的种类、流程长度和模具结构等。分流道断面积过小，会降低单位时间内输送的塑料量，并使填充时间延长，塑料常出现缺料、波纹等缺陷。分流道断面积过大，不仅积存空气增多，塑件容易产生气泡，而且增大塑料耗量，延长冷却时间。常用的分流道截面形状有圆形，梯形，U 形，矩形和半圆形等1）从流道效率来考虑，流道截面周长越大，则熔料和模具接触面积越大，热量的散失也就越大；另一方面，流道截面积越大，则压力下降越小。可以用流道的截面面积和其周长来衡量其截面形状的优异，圆形截面的效率最高，虽然正方形截面效率也最高，其次是梯形截面。2）从经济性考虑，圆形截面要以分型面为界分成两半进行加工才利于凝料脱出，这种加工的工艺性不佳，且模具闭合后难以精确保证两半圆对准，尤其不适合于一模多腔的模具中。而 U 形截面的分流道，其流道效率虽低于圆形截面的分流道的效率，但它易于加工，经济性较好，且塑料熔体的热量散失及流动阻力不大。因此本模具分流道的截面形状选择 U 形截面。表 2分流道截面形状及特点Table 2 runner cross section shape and characteristics流道截面形状流道效率流动阻力脱模加工条件分流道特点选用情况21max1.5DSmm0.25D小好不易对中圆形流道的加工成本比较高，常用于热流道模具，因为在两块模板上开槽而比较麻烦，同时也不适用于各种模具。常用B00510B=1.25Dmax1.5DSmm0.195D较小好好形状最接近圆形断面，在模具单侧加工，由于推出需要，经常加工在动模一侧。但与圆形断面相比，压力损失大。最常用B=1.25D0.195D较小好好梯形界面除效率高外，另一个优点就是只在模具的一块板上加工，而且如果尺寸设计巧妙，能过达到圆流道同样效果。较常用 续表 2流道截面形状流道效率流动阻力脱模加工条件分流道特点选用情况220.153D较大好好半圆形界面虽然效率较低，但其加工简单，在流道长度不太长的情况下使用更为有利。较常用0.25D大不好好效率最高，但是在加工和脱模时则不方便。不用（2）流道截面尺寸：分流道截面尺寸应根据素件的成型体积、壁厚、形状，所用塑料的工艺性能，注塑速度以及分流道的长度等因素来确定。根据经验对 ABS 分流道的推荐值为 4.8-9.5，本模具选择分流道的尺寸为 8。mmmm（3）分流道表面粗糙度：分流道的表面粗糙度不宜太小，以防将冷料带入型腔，一般要求值为即可。这样可增大对外层塑料熔体的流动阻力，减少流速，并aR1.6 m于中心熔体之间有一定的速度差，以保证熔体流动时具有合适的切变速率和剪切热。3浇口的设计（1）浇口的作用：浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外它是浇注系统中截面尺寸最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口的作用是使从分流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料以后，浇口应按要求迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的熔体回（2）影响浇口设计的因素：浇口设计包括浇口截面形状及浇口截面尺寸的确定，浇口位置的选择。影响浇口截面形状及其尺寸的因素，就塑件而言，包括塑件的形状、大小、壁厚、尺寸精度、外观质量及力学性能等。塑件所用塑料特性对浇口设计的影响因素是塑料成型温度、流动性、收缩率及有无填充物等。此外，在进行浇口设计时还应考虑浇口的加工、脱模及清除浇口的难易程度。（3）浇口截面尺寸的大小：浇口截面尺寸通常为分流道截面积的 0.03-0.09 倍。浇口截面形状多为矩形和圆形两种，浇口长度约为 0.5-2mm 左右。浇口具体尺寸一般23根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。（4）浇口形式与塑料品种的相互适应性：查表可知 ABS 塑料适应的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、护耳浇口、薄片式浇口环形浇口、圆盘浇口、点浇口、潜伏式浇口。（5）浇口形式1）直接浇口：适合各种塑料成型，尤其加工热敏性及高黏度材料，成型高质量的大型或深腔壳体、箱型塑件。只适用于单型腔模具，去除浇口较困难。2）侧浇口： 侧浇口又称边缘浇口，广泛用于两板式多型腔模具以及断面尺寸较小的塑件，它一般开设在分型面上，从型腔外侧面进料。3）点浇口：点浇口又称橄榄浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸特小的圆形浇口。常用于中小型塑件的一模多腔模具，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。4）潜伏式浇口：又称隧道式浇口、剪切浇口，其形式是由点浇口演变而来。经过对各种浇口的对比，本模具选用点浇口。如图 5 所示。 图 5 点浇口Fig 5 point gate（6）浇口位置的选择由于塑件是一对称的回转体，从顶端中心进料可使熔体由厚断面流入薄断面，能保持浇口至型腔的流程一致，有利于排除型腔中的空气，且能避免引起熔体断裂的现象。4冷料穴的设计24冷料穴一般位于主流道末端分型面的动模一侧，熔体流程较长的多级分流道多腔模具，各级分流道末端都应设置冷料井。冷料穴的作用是补给熔体流动的前锋冷料，避免冷料进入型腔对塑件造成不利影响。有时，对于型腔最后充满处，为避免形成强度不良的熔接缝，也在型腔之外相应处设置冷料井，使熔接缝产生在塑件之外。它一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 1-1.5 倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。本模具出于 3 板式点浇口考虑在主流道和分流道都设有冷料穴。如图 6 所示。图 6 冷料穴Fig 6 the cold slug well3.5 合模导向机构的设计注射模导向与定位机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。本模具一共使用了 3 个导向机构，导向机构一使用了 4 个安装在定模固定板上的带头导柱来导向定位定模固定板和定模板，以保证定模固定板和定模板的准确配合和可靠分开，从而取出其中的凝料。带头导柱采用硬度 HRC50 的 T8 淬火钢，表面粗糙度为：Re0.8。压簧使用 45 钢。导向机构二使用 4 个安装在动模板上的带头导柱来导向定位定模板和动模板。它也是使用硬度 HRC50 的 T8 淬火钢，表面粗糙度在。如图 7 所示。0.8aRm图 7 导向机构二25Fig 7 guide mechanism two导向机构三使用 4 个安装在推板上的有肩导柱和导套来导向定位推板和推管固定板。导柱导套均使用硬度 HRC50 的 T8 淬火钢，表面粗糙度在。0.8aRm如图 8 所示。图 8 导向机构三（推板导柱、导套）Fig 8 guide mechanism three ( push plate, a guide sleeve )3.6 推出机构的设计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推出机构。3.6.1 推出机构的设计原则1由于顶出机构的动作是通过安装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，一般情景下，顶出机构应设置在动模一侧。2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粘附力的大小，合理地选出推出方式及推出位置。推力点应作用在塑件刚性好的部位，尽量避免推力点作用在塑件的薄平面上，防止破裂、穿孔。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。3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，以承受推出过程中各种力的作用，保证塑件顺利脱模。4推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐蔽面或飞装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。5设计推出机构时还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。3.6.2 推出机构的分类一按模具结构中的推出零件的类别分：（1）顶杆顶出脱模机构：顶杆的形式很多，最常用的是圆形截面顶杆。（2）顶管顶出脱模机构：适于薄壁圆筒形或局部为圆筒形的制件。26（3）推板顶出脱模机构：适于薄壁容器、壳体以及表面不允许带有顶出痕迹的制件。（4）推块顶出脱模机构：适于齿轮类或一些带有凸缘的制品，可防止制品变形、粘附模具。（5）利用成型零件顶出制品的脱模机构：对于如螺纹型环一类的制品，利用模具中的某些成型零件顶出制品。（6）多元件顶出脱模机构：对于深腔壳体、薄壁制品以及带有局部环状凸起、凸肋或金属嵌块的复杂制品，在脱模中采用两种或两种以上的顶出零件，以防止制品的缺陷。二 按推出动作的动力来源分：（1）手动脱模：制件成型后，用人工操作顶出机构取出制品。（2）机动脱模：制件成型后，利用注塑机的开模动作使制件脱离模腔。（3）液压脱模：注塑机上设有专用的液压顶出装置，当制件成型后，模具开模到一定距离，液压顶出装置动作实现脱模。（4）气动脱模：利用压缩空气，通过型腔里微笑的顶出气孔或受气阀将塑件吹出。三按机构的推出脱模动作特点分：（1）一次顶出脱模：是最常用的顶出方式，制件只经过顶出机构的一次动作就能脱模，又称为简单顶出机构。（2）二次顶出脱模：制件经过两次不同的动作才脱模。（3）延迟动作顶出机构脱模：在一些注射模具中，需要制件顶出后再顶出浇注系统凝料等，要求采用延迟动作顶出方式，特别是在潜伏式注射模机构中。3.6.3 一次推出脱模机构一次推出脱模机构是在开模后塑件在推出零件作用下，通过一次推出动作将制品脱卸出模具的机构。它一般包括推杆推出脱模机构、推管推出脱模机构、推板推出脱模机构、推块推出脱模机构、利用成型零件推出脱模机构、多元件联合退出脱模机构、压缩空气推出脱模机构等等，这类推出机构最常见，应用也最广泛。本模具经过分析决定选用推管推出脱模机构，它的优点是推出受力均匀，脱模可靠，但过薄的推管容易损坏。27（1）推管的形状 ：推管是一种空心推杆，它的形状有直通式和阶梯形两种，前者适用于短推管，后者可增大推管的刚度，适用于长推管。本模具选用结构简单的直通式推管。 （2）推管的尺寸和固定形式：推管的尺寸是根据塑件被推管推出部分形状大小来确定的，为了便于制造，推管壁厚一般不小于。1.5mm 推管的固定形式如图 9 所示，为最常用的推管固定形式，可用于各种带台肩形式的推管。图 9 推管的固定形式Fig 9 the push tube fixed form（3）设计推管脱模的注意事项：1）推出制品的厚度（推管厚度），一般不小于。1.5mm2）推出材料多用 T8、T10 等碳素工具钢制造，采用淬火，淬火硬度在 50-55HRC以上，最小淬硬长度要大于与型腔配合长度加上推出距离。3）当脱模快时，制品易被挤缩，其高度尺寸难以保证。4）推管的内径与型芯配合，一般取间隙配合，大直径推管取设计，小直8/ 7Fh径推管取设计。推管外径与凹模孔间隙配合。直径大时取设计，小时7/ 6Fh8/8Hf取设计。推管与型芯的配合长度为推出行程加 3-5mm，推管与模板的配合长度8/7Hf为推管外径的 0.8-2 倍，非配合部分的孔径均要比配合处增大 0.5-1mm，配合处的表面粗糙度在以下。0.8aRm283.6.4 推出机构的导向推管一般安装在推板与推板固定板之间。脱模机构工作时，由推板将注射机的顶出力传递给推管，为保证传力平稳，防止推管变形或折断，推板应处于被导向状态。推板的导向通常利用推板导柱、导套实现，如图 8 所示。图中导柱不仅取导向作用还兼起支撑作用，以减少中间垫块的弯曲变形。3.6.5 推出机构的复位为了进行下一循环的成型，推出脱模机构在完成塑件的推出动作后必须回到初始位置。常用的复位机构有弹簧复位和复位杆复位两种。弹簧复位不可靠，不及复位杆复位效果好，本模具选用复位杆复位，复位杆一般为 4 根，对称布置在推出板的四周，复位杆的材料、热处理条件及表面粗糙度与推管相同。3.7 冷却系统的设计模具成型过程中模具温度会直接影响到塑料熔体的冲模、定型、成型周期和塑件质量。当模具温度不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。而设置冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模时发生变形，缩短成型周期及提高塑件质量。冷却水路通过调节冷却水流量和流速来控制模温。3.7.1 模具冷却系统的设计原则（1）冷却系统的布置应先于脱模机构，这是为了保证足够的空间来布置冷却回路。（2）浇口处加强冷却，普通熔融的塑料充填型腔的时候，浇口附近温度最高，距离浇口越远温度越低，因此浇口附近加强冷却，通入冷水，而在温度低的外侧使经过了热交换的温水同过即可。（3）冷却水孔至型腔表面为等距离，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离。（4）降低入水与出水的温度差，如果入水温度和出水温度差别太大时，使模具的温度分布均匀，如果制品冷却速度不一样，就容易造成制品变形，特别是对流动距离很长的大型制品，塑料越流越低。29（5）冷却水孔的排列方式，对于收缩率达的非金属材料，应沿其收缩方向设置冷却水道，这样既可使制品冷却又可抑制塑料收缩，防止塑料变形，对于薄壁或扁平塑件，水道应在制品的上下两侧，等距离，等数量开放，一定要使塑料冷却均匀。（6）水孔管路应畅通无阻。（7）水管接头的位置应尽可能放置在不影响操作的一侧。（8）水道的开设应该便于加工和清理，冷却水道要易于机械加工，便于清理。3.7.2 型腔的冷却形式型腔的冷却形式有直流式、直流循环式、循环式、喷流式、用导热性好的合金间接冷却、喷流循环式、压缩空气冷却和用导热性好的合金直接冷却等。型腔采用往复式冷