毕业设计（论文）三角衣架塑料模设计

毕 业 设 计如需图纸，联系QQ153893706三角衣架塑料模设计指导教师 学院名称工程学院 专业名称机械设计制造及其自动化论文提交日期2009年5月 论文答辩日期年 月 日答辩委员会主席 _评 阅 人 _摘 要注射成型是塑料成型的主要方法之一，其优点是可以一次成型形状复杂的塑件，生产效率高。Pro/E（Pro/engineer）软件是目前国内在产品造型设计和模具设计中应用广泛的软件之一，它有其专门的注塑模设计模块，通过利用其方便快捷的模架库外挂（EMX4.1），模具设计中的一些繁琐工作变得尤为简单。在本设计中，三角衣架作为大批量生产的日常用品适宜采用注射方法成型，通过对塑件进行结构和工艺性分析，设计出一套一模两腔的塑料注射模具，并合理编写出成型零件的制造工艺。在设计中，Pro/E软件的应用贯穿到了整个设计过程，首先利用Pro/E软件的零件模块进行三角衣架实体模型的创建，然后利用其制造模块对模型进行分模、型芯的设计、浇注系统的设计，最后利用其模具外挂生成标准模架，再进行顶杆、冷却系统、支撑柱等综合布置。在模具的设计过程中，一些重要的尺寸（如壁厚，顶杆直径，流道尺寸等）都经过了理论计算或取一个合理的经验数值，并进行了强度校核和流道剪切速率的校核。模具各部分结构设计好后，利用创建好的模型生成Pro/E工程图并将其导入autoCAD中做出符合国标的装配图及部分零件图，跳过了直接绘制工程图中大量繁琐的工作，降低了设计工作量。该设计充分体现了Pro/E软件在模具设计的优越性。关键词：三角衣架塑件 注射模 Pro/E EMX4.1目 录1 前言11.1设计的目的和意义11.2模具工业在国民经济中的地位11.3我国塑料模具行业的发展现状21.4 Pro/E软件的介绍32 塑件成型工艺分析42.1 塑件的使用要求42.2 塑件的材料分析42.3 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析52.3.1 塑件的尺寸精度分析52.3.2 塑件的表面质量分析52.3.3 塑件的结构工艺性分析63 成型设备的选择与模塑工艺参数的编制63.1 塑件的体积和质量73.2 型腔数量确定73.3 浇注系统凝料的估算73.4 注射机的选用及其技术参数73.5 成型工艺参数84 模具结构方案的确定94.1 分型面位置确定94.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式104.3 浇注系统的设计与计算114.3.1 主流道设计114.3.2 分流道的设计124.3.3 浇口的设计144.4 成型零件结构的确定154.4.1 凹模的结构设计154.4.2 凸模(型芯)的结构设计164.5 排气与引气系统机构的确定174.6 冷料穴与拉料杆设计174.7 侧凹部分的处理184.8 模具结构形式的确定185 主要零部件的设计计算185.1 成型零件工作尺寸计算185.2 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算215.2.1 凹模侧壁厚度计算215.2.2 凹模底部厚度计算225.2.3 动模垫板厚度计算225.3 标准模架的选择235.3.1 模架的确定235.3.2 各模板尺寸的确定235.3.3 导柱长度确定245.4 脱模机构的设计与计算245.4.1 推出方式的确定255.4.2 脱模力的计算255.4.3 推杆尺寸确定及校核265.5 模具冷却系统的计算285.5.1 冷却介质285.5.2 冷却系统计算285.5.3 水路的布置形式306 注射机有关参数的校核316.1 注射量的校核316.2 注射压力的校核316.3 合模力的校核316.4 安装部分相关尺寸的校核316.5 开模行程的校核327 模具的建模过程327.1 三角衣架模型创建327.2 衣架的分模步骤347.3 标准模架的导入378 成型零件的加工工艺设计408.1 动模大型芯加工工艺408.2 中部型芯加工工艺408.3 整体式凹模加工工艺418.4 定模小型芯加工工艺429 绘制模具装配图及相关零件图4210 结束语42致谢44参考文献45Abstract46附录471 前言1.1 设计的目的和意义模具在当今工业生产中的地位越来越重要，社会上需要大批的模具从业人员。为了提高模具设计的知识水平，进一步认识和掌握计算机辅助设计，增强自身竞争力，本次三角衣架塑料模设计将会以点带线，以线带面地将大学四年所学的知识贯穿起来，同时也可以了解到塑料模具设计的一般过程，为其它同类设计提供借鉴参考。本设计是用Pro/E软件进行的塑料模具设计，又是计算机辅助设计这一抽象概念的一个具体体现，在此，可以了解到利用Pro/E软件进行模具设计的具体操作步骤。在以往课本上学到的都是一些单纯的理论知识，如何将其应用到实践中呢？在这里，Pro/E软件的应用贯穿到整个设计过程中，无论是塑件的分模还是模具结构的设计，都实现了理论知识与实际操作的有机结合，这不仅有利于模具理论水平和软件的应用技能的提高，而且在老师指导下，通过独立查找资料，更培养了分析问题、解决问题等综合能力。1.2 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它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。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。单一个型号的汽车所需模具就达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车须要不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。1.3 我国塑料模具行业的发展现状20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。我国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了很大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。随着现代工业特别是汽车、家电等工业的快速发展，环咨分析认为，我国模具市场的总体趋热是平稳向上的,未来的模具市场中, 注塑模具的发展速度将高于其它模具,并且在模具行业中的比例将逐步提高。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。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。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4 Pro/E软件的介绍Pro/E是美国参数技术公司推出的一套CAD/CAE/CAM参数化软件系统，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、数控加工编程。经过多年的发展，随着版本的更新换代，功能也越来越完善，Pro/E目前共有8O多个模块，为用户提供全套解决方案。Pro/E软件系统提供了丰富而实用的实体造型和装配功能，通过可视化的三维设计，保证了产品设计的合理性、高效性。设计人员在较短时间内，将设计思维在计算机中以立体造型的形式转化出来，从而使设计人员能将注意力始终集中于创造性的设计活动中，提高设计质量和设计效率。Pro/E软件的参数化设计可使CAD系统不仅具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。Pro/E软件使用单一数据库设计，设计人员在设计过程中，任何时候所做的任何修改都会自动调整到整个设计过程中，如零件图中有改动其装配图也会自动发生更改，做到了所谓全相关，这对设计复杂的装备尤为重要。在模具设计方面，Pro/E软件也是其中一款在国内外应用广泛的三维软件，它有专门面向塑料模设计模块，通过利用其方便快捷的标准模架库外挂（EMX4.1），模具设计中的一些繁琐工作变得尤为简单，其智能式的设计可对零件实现自动装配，并能随心所欲地进行修改，直到得出满意的方案。这一强大而完善的功能无疑是模具设计的首选软件。2 塑件成型工艺分析2.1 塑件的使用要求该塑件（三角衣架）作为日常用品，要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；同时，作为承重物件在一定的高度掉下或过载时，不会出现裂纹甚至断裂，这就意味着塑件所使用的材料要有一定的机械强度。2.2 塑件的材料分析根据2.1中对塑件的分析要求，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用应用广泛的ABS工程塑料。ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种原料为单体经过共聚而成的一种热塑性塑料（可以反复加热软化冷却成型的塑料），因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的性质。ABS塑料无毒、无味，其特点如下：结构特点：线性结构非结晶型使用温度：小于70化学稳定性：比较稳定性能特点：有极好的抗冲击强度，有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性等，利用ABS成型的塑料件尺寸稳定和有较好的光泽。其缺点是耐热性不高，原料吸湿性大，同时其耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。成型特性：流动性中等，溢边料0.04mm左右，吸湿性强，含水量应小于0.3，成型前原料必须充分干燥，该塑料的脱模性不良，塑件上的脱模斜度宜稍大，通常取2以上。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。结论：经以上分析，ABS塑料非常适合用作三角衣架的原材料，而且其成型性能良好，适宜采用注射成型方法生产，成型前原料要充分干燥。表1 ABS塑料的部分技术指标技术指标值密度(g / cm-3)1.021.16收缩率(%)0.40.7透明度不透明比热容/(Jkg-1k-1)1470续上表吸水性（24小时）（%）0.20.4屈服强度/MPa50拉伸弹性模量/GPa1.8抗压强度/MPa53弯曲弹性模量/GPa1.4熔点1301602.3 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析图1所示为三角衣架的零件图，其壁厚为2mm。图1 塑件零件图2.3.1 塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸要求并不严格，各尺寸均为自由尺寸，故选取低的精度等级就能满足日常的使用要求，根据GB/T 144861993，按MT5级塑料件精度来确定各尺寸的公差值。2.3.2 塑件的表面质量分析该塑件为用来晾晒衣物的衣架，要求表面光亮美观，塑件外表面应无尖锐的毛刺、斑点和明显的熔接痕。考虑到塑件表面质量高时，其模具的加工成本也会增高，根据塑件的使用要求和模具加工成本综合考虑，塑件外表面的粗糙度取Ra1.6，而塑件的内表面没有较高的粗糙度要求。相应地，用于成型塑件外表面的模具型腔表面粗糙度定为Ra=0.8，而成型其内表面的模具大型芯表面粗糙度定为Ra=3.2。2.3.3 塑件的结构工艺性分析从零件图（图1）可看出，该塑件为外形近似三角形的壳类零件，其外形结构简单、对称。腔体深10mm，除局部地方壁厚受结构影响外，总体壁厚均匀为2mm，属于厚壁塑件，这有利于减少塑料填充型腔时的阻力和收缩的均匀性。塑件的总体尺寸适中，成型性能良好。塑件中，环形分布着3处阵列型方孔，成型后要轮廓清晰，其长度方向的线性变化要均匀，倒圆角量很小，成型它的模具工作零件要用电火花成型加工。塑件中部固定挂钩处分布着三处侧凹结构的加强筋，通过分析，这儿须要强脱，所以模具结构设计中要设计成强脱形式，同时有必要对强脱进行校核。ABS的脱模性不良，脱模斜度通常取2以上。此塑件中，脱模表面的脱模斜度设计成3，塑件易于脱模避免顶坏。3 成型设备选择与模塑工艺参数的编制图2是根据塑件壁厚均匀要求，用Pro/E三维软件做的一个三角衣架模型，建模后除了能得到衣架体积，分型面面积等参数外，这个模型也是Pro/E分模时的参照模型。图2 塑件的Pro/E模型3.1 塑件的体积和重量三角衣架的模型建好后，可以利用Pro/E软件的分析模型质量属性功能，方便地查出单个塑件的体积。现查得： 取ABS材料的密度，于是可算得单个塑件质量为： 3.2 型腔数量确定考虑到该塑件为一般日常用品，需求量大，而且产品的形状简单，模腔布置方便，尺寸精度要求又低，因此确定为大批量生产，模具应采用一模多腔的结构，同时兼顾模具的制造成本，模具整体外形尺寸的大小关系（在满足要求的前提下，尽量减少外形尺寸），模具零件加工的难易程度，现决定选用一模两腔的模具结构形式。3.3 浇注系统凝料的估算浇注系统的凝料体积，可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。同时考虑到模具只有一模两腔，其流道会比较简单，长度也比较短，浇注系统中的凝料是很少的，现采用按塑件体积的0.2倍来进行浇注系统凝料体积的估算，所以对于确定的一模两腔，注塑机一次注入模具型腔的注射量为：3.4 注射机的选用及其技术参数根据上面3.3中估算出的一次注入模具型腔塑料总体积，再按照注射机的每次注射量应小于或等于其公称注射量的80%估算，于是有： 根据以上的计算结果，现选定公称注射量为，型号为XSZY125螺杆式注射机，其主要技术参数如下表2所示。表2 XSZY125注射机主要技术参数技术参数值标称注射量/125螺杆直径/mm42注射压力/MPa150注射行程/mm160螺杆转速/（r/min）10140注射时间/s1.8注射方式螺杆式合模力/N最大成型面积/360模板最大行程/mm300模板最大厚度/mm300模板最小厚度/mm200拉杆空间/mm260360合模方式液压机械推出形式中心推出电动机功率/kW11喷嘴球半径/mm12喷嘴孔直径/mm4定位圈尺寸/mm100机器外形尺寸/m3.340.751.553.5 成型工艺参数塑件注射成型工艺参数如下表所示，试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时原则上应按压力 时间 温度的顺序来调机，不应该同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱造成塑件质量不稳定。表3 ABS塑料的注射成型工艺参数工艺参数规格预热和干燥温度/8085预热和干燥时间/h23料筒温度（后段）/150170料筒温度（中段）/165180料筒温度（前段）/180200喷嘴温度/170180结构直通式注射压力/MPa60100螺杆转速r/min30模具温度/5080成型时间/s注射时间2090保压时间05冷却时间20120成型周期50220后处理方法（温度/，时间/ s）红外线灯、烘箱（70，24）4 模具结构方案的确定4.1 分型面位置确定为使产品顺利从模具中取出，模具必须分成公母两部分，此分界面被称为分型面，有分模及排气的作用，由于分型面受到塑件几何形状、尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等多种因素的影响，在选择分型面时需要注意： 分型面不能选择在影响产品外观的表面（或精度要求高的表面）。 分型后塑件应尽可能留在动模一侧，以便方便取出塑件。 分型面选择应有利于成型模具的加工制造。 对于同轴度要求高的产品或容易造成错位部分，要放置在分型面的同一侧。 分型面应选在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气。该塑件形状简单，原则上只需一个分型面就能顺利取出塑件，根据分型面的选择要求，现选取三角衣架的分型面位置如下图3中的AA处。这样有利于排气，塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工。图3 分型面位置4.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式综合所选注射机的各参数，考虑到模架尺寸也不宜太大以免造成装模困难，现最终确定型腔数量为一模两腔。在多型腔模具中型腔尽可能采用平衡式排列布置，且与浇口开设部位对称，并在满足刚度的条件下尽可能紧凑以减少模具外形尺寸。同时这也有利于缩短分流道的长度，这对塑件的成型是非常有利的。因现确定的型腔数目是一模两腔，故采用直线对称排列。参照经验数据，多腔模各型腔间距不小于25mm，同时模具结构中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即为整体式），这种形式，模具的刚度是很容易满足的，所以型腔的距离也可以适当取小些，以便使熔料能更快充满型腔，防止流道冷料。综合考虑，现确定两型腔距离为35mm。模腔的排布和间距如下图4所示。图4 型腔排布4.3 浇注系统的设计与计算4.3.1 主流道设计主流道是连接喷嘴与分流道入口处之间的一段通道。其尺寸大小与塑料流速和充模时间的长短密切相关，若太大，则造成回收冷料过多，冷却时间也会增长，而且容易产生涡流，使塑件质量下降；若流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难，而且塑件容易出现飞边。主流道设计有以下要点： 浇口套内孔锥度取值为26度，太大会造成压力减少，太小会使流速增大，造成成型困难；粗糙度在之间。 主流道大端与分流道交接处应该倒圆角R=13mm，以减小料流阻力。 主流道尽量短，小型模具应尽量小于60mm，以减少冷料回收，和热量损失。 主流道与喷嘴接触处通常设计成半球形凹坑，深度常取35mm。（1）主流道尺寸确定 主流道长度：根据主流道设计要点和对模具尺寸估算，现初取L=60mm进行设计。 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。 主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球半径+（12）mm=（12+1）=13mm。 主流道锥角：取。 主流道大端直径：。 半球形凹坑深度：取h=5mm。 主流道大端圆角：取R=2mm。（2） 主流道的凝料体积（3） 主流道当量半径 （4） 主流道浇口套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，极易磨损，对材料的要求比较高，故将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。现材料选用T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。同时为了防止转，浇口套采用螺钉固定结构。与浇口套相配的定位圈直径取100mm。各形状如下图5示。图5 浇口套、定位圈形状4.3.2 分流道的设计分流道介于主流道和浇口之间，起着分流和转向作用。设计时基本原则为： 在条件允许下，分流道截面面积应尽量小，长度尽量短。 分流道表面不要求过分光滑，通常。 流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量。（1）分流道的布置形式本设计中，根据型腔的排列形式，只须要一级分流道就能满足要求。同时根据塑件形状，浇口要开设在定模一侧，所以为了加工方便分流道也设置在定模一侧。（2）分流道的长度根据上面4.2中型腔的布形式及型腔间的距离，可确定单边分流道长度为。（3）分流道的当量直径因为三角衣架塑件的壁厚为2mm3mm，且其质量也小于200g，因此分流道的当量直径可以用以下经验公式确定。现计算有： 同时，根据经验数据，ABS材料的圆形截面分流道直径为4.89.5mm。计算结果与经验值差距较大，所以综合理论计算和经验数据，现取。（4）分流道的截面形状为了方便加工和凝料脱模，分流道需设计在分型面上并在定模一侧。因分流道很短，热量散失是次要因素，为了便于加工，现选用加工性能比较好的半圆形流道，表面粗糙度取。（5）分流道的截面尺寸根据半圆形截面面积与当量直径为的圆面积的相等关系可得分流道直径，有： （6）分流道的凝料体积 （7）剪切速率校核 计算分流道体积流量：（注射时间为t，根据查表可确定t=1.6s，下同） 剪切速率：由计算知，该分流道的剪切速率都处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。4.3.3 浇口的设计浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对塑件质量影响很大。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔。它能很快适时冷却，封闭，防止型腔内塑料熔体倒流。该塑件外表面质量要求较高，为了不影响外观，现决定选用矩形侧浇口，而且塑件体积小，型腔容易充满，为避免产生更多熔接痕，浇口数目宜选一个，并开设在分型面上定模一侧。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，降低了模具制造成本。从型腔的边缘进料，去除浇口容易，浇口去除后不留明显痕迹，对产品外观影响很小。（1）浇口尺寸的确定估算侧浇口深度 通过查手册可以得到侧浇口的深度计算公式，再根据塑件厚度t=2mm，同时ABS材料的成型系数n=0.7。于是有： 查模具设计手册又知，对于壁厚为2mm的塑件，ABS材料对应的浇口深度为1.21.4mm之间，考虑到要预留一定的修模量（浇口深度常先取小值以便发现问题时修模），现取h=1.2mm。侧浇口宽度 由侧浇口的宽度计算公式可得： 式中，A为凹模的内表面积，由Pro/E软件方便地测出为。侧浇口长度 侧浇口长度一般在0.72mm之间，在这里取。（2）侧浇口剪切速率的校核浇口当量半径 根据截面面积相等有： ，即计算浇口的体积流量 剪切速率计算 由计算结果知，该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 之间，所以，浇口的剪切速率校核合格，浇口尺寸理论上符合要求。（3）主流道剪切速率校核通过上面已经确定了分流道尺寸，所以浇注系统的体积也已经确定，因而，主流道的剪切速率就可以校核了。 主流道的体积流量 主流道剪切速率 由结果知，求得的主流道熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率也符合要求，尺寸确定合理。 图6 浇注系统与塑件的三维模型4.4 成型零件结构的确定4.4.1 凹模的结构设计为了加工方便，简化加工工艺，和避免塑件上可能产生的拼接痕迹，型腔将直接在定模固定板上加工而成，即凹模做成整体式的结构，型腔周边妨碍加工部位另外做成定模小型芯，所以最终的整体式凹模的模腔周边会分布很多用于定模小型芯嵌入的孔，如图7所示。图7 整体式凹模4.4.2 凸模（型芯）的结构设计通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有两个：一个是成型零件内表面的动模大型芯，通过对其进行加工工艺分析，若大型芯做成整体式的话，加工起来是不方便的，所以现在考虑大型芯用组合、直通式外形结构，把其与中部突起的部分（命名中部型芯）分开加工，中部型芯非成型部分做成阶梯圆柱形式，方便固定；另一个是成型塑件周边挂钩的定模小型芯，它将作为嵌件嵌入定模中。另外从大型芯中分出的中部型芯需要防止转，因为其成型轮廓有对应的位置，现决定用圆柱销止转。各型芯形状如下图8示。图8 大型芯、中部型芯、小型芯4.5 排气与引气系统结构的确定当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，还会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。本设计中，塑件简单，体积很小，所以模具成型空腔中的气体是很少的，根据塑件形状分析，其最后填充部位在分型面上，因此可利用分型面、推杆活动间隙、型芯嵌件间隙进行排气，就可保证塑件的质量，同时也有利于减少加工成本和不必要的工时，提高了工作效率。4.6 冷料穴与拉料杆设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕足料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；通过在冷料穴末端设置拉料杆，主流道冷料穴在开模时又能起到把主流道的凝料拉出的作用。根据ABS材料的性质和加工方便为原则，主流道冷料穴决定选用Z形冷料穴，其圆柱体直径通常取主流道的大端直径或者比主流道大端直径大12mm，在本设计中，冷料穴直径取D=9mm。冷料穴尺寸确定及与拉料杆、模板之间配合关系如下图9反映。而在本设计中，分流道设计得比较短，不容易积存冷料，因此无须设置分流道冷料穴。图9 “Z”型拉料杆及其配合4.7 侧凹部分的处理塑件中部固定挂钩处分布着三处侧凹结构的加强筋，如图10，因此结构处于塑件的内表面，而且空间很小，侧抽芯，斜顶等脱模结构是不可行的。所以该处只能强脱模。在前面已经通过Pro/E软件对三角衣架建了模，现就对强脱结构处的尺寸进行校核检验，看是否满足强脱的要求。图10 侧凹结构尺寸根据设计的尺寸及可强脱条件有： 显然，侧凹尺寸合理，该位置作强脱处理可行。4.8模具结构形式的确定通过上面的分析可知，塑件选用侧浇口，而且塑件只有一个分型面，塑件体积很小，这就决定了模架应选用中小型两板模的大水口模架，同时因为成型塑件的动模大型芯采用的是直通式结构，所以模架中还要增加一块垫板来做支承，而且通过垫板在背面用内六角螺钉拉紧。考虑塑件的形状、高度、壁厚等，决定选用推杆推出方式实现塑件脱模。5 主要零部件的设计计算5.1 成型零件工作尺寸计算该塑件的尺寸精度要求比较低，又没有什么配合要求，所以各尺寸均未标注公差。在实际生产中，为了简化计算，对于这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。现对该塑件的成型零件尺寸计算也按这样的方式处理，公差按经济制造精度IT7级取得，而有配合要求的成型尺寸按配合精度（IT6级）取得。表4 型腔成型尺寸类型塑件上的尺寸（mm）计算公式制造公差收缩率Scp%计算结果（mm）型腔径向尺寸104：IT7级精度Scp%=0.55%186.17SR8.545其它R25：IT7级精度Scp%=0.55%R85324.28.518R0.5R1高度尺寸12：IT7级精度Scp%=0.55%型腔凸块尺寸5：IT7级精度Scp%=0.55%6表5 各型芯成型尺寸类型塑件上的尺寸（mm）计算公式制造公差收缩率Scp%计算结果（mm）型芯径向尺寸1.5：IT7级精度Scp%=0.55%4SR3.7SR36.5104：IT6级精度Scp%=0.55%18R4.97894.2516.2：IT7级精度Scp%=0.55%14.16SR6.545R5.255续上表型芯高度尺寸1：IT7级精度Scp%=0.55%2其它R23：IT6级精度Scp%=0.55%R6：IT7级精度Scp%=0.55%5385.2 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底部的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，不能仅凭经验确定。5.2.1 凹模侧壁厚度计算根据塑件的外形尺寸，型腔侧壁厚度按刚度计算比较合理。由公式有： 各参数取值如下分析：型腔的尺寸大概为： （长），（宽），（深度）。因为，所以=0.6；E为模具材料的弹性模量，为；为许用变形量，；P为型腔熔体最大压力，通常取注射压力的20%40%，大致为2540MPa，塑件材料为ABS，其粘度中等，而且塑件要求精度不高，现取P=30MPa。在实际模具的结构设计中，凹模是做成整体式的，所以型腔的侧壁厚度要保证,这是很容易满足要求。5.2.2 凹模底部厚度计算根据刚度公式有：式中，其它数值与5.2.1中相同。因此，实际设计中也要保证。5.2.3 动模垫板厚度计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，通过下面5.3节中选定的FUTABA标准模架是300mm450mm，其对应的垫块宽度是58mm，所以两垫块的跨度为：L=300mm582mm=184mm。模具型腔内的压力在上面的计算中已取为30MPa。现结合型腔的布置，通过公式计算，便可得到动模垫板的厚度，有：式中：是动模垫板刚度计算许用变形量，；动模垫板长度；A 为两个型芯投影到动模垫板上的面积，通过Pro/E软件可以快速测得单个型芯的投影面积为： 两个型芯的面积就为：根据计算结果分析，计算出动模垫板厚度过厚，这会使设计的模具过于笨重，为了减少模具重量和模架高度方向的尺寸，现考虑通过增加2根支承柱来对动模垫板底部进行支撑，支承柱的直径取25mm，长度由垫块高度决定为70mm，初定两支承柱与模具中心对称布置，布置距离为230mm。这样，动模垫板厚度可减少为： 最后，考虑到2支承柱的布置位置还会受到模具结构影响，其作用位置不一定就是动模垫板变形最大处。因此，为确保垫板强度，现取垫板厚度为：。5.3 标准模架的选择因为FUTABA（福踏板）模架库比较丰富，而且被广泛使用，所以本设计中，标准模架的选择以现在比较流行的FUTABA_2P为标准。图11为该类型模架的示意简图。5.3.1 模架的确定在此之前已经确定型腔数目为两腔和布置形式为直线型，再根据上面计算出的型腔侧壁厚度便可确定塑件在分型面上所占的宽和长（）大约为154mm315mm。 模架的选择采用经验公式估算：推板宽度满足：，查FUTABA_2P标准可取得，对应标注模架宽度W=300mm。复位杆的直径d=25mm。图11 模架简图复位杆在长度方向的间距须满足：，查FUTABA_2P标准可得，对应的标准模架的长度L=450mm。故现决定采用FUTABA_2P标准中型号为SA型标准模架，规格为WL=300450mm。5.3.2 各模板尺寸的确定A板尺寸。 A板为定模固定板，由上面的理论计算求得型腔底部厚度为31mm，而凹模的深度是12mm，考虑到该处的强度和在模板上还要开设冷却水道，故根据标准值取A板厚度为50mm。B板尺寸。 B板为动模固定板，根据标准值取为35mm。C板尺寸。 C板高度尺寸可按：垫块=推出行程+推杆固定板厚度+推板厚度+（5-10）mm=16+20+25+（5-10）mm=(66-71)mm,初步选定C为70mm。（注：虽然塑件的总高度为28mm，但黏结在型芯上的尺寸也只有16mm左右，因此，当推出行程取16mm就能使塑件顺利与型芯分离。）而 C板的厚度可按照单边与推板间距为2mm确定，所以可得58mm。各板尺寸如下图所示。图12 模板各尺寸5.3.3 导柱长度确定根据导柱工作部分长度至少应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。该设计中，型芯高度为28mm，为满足导向要求，导柱总长应满足。所以，根据标准值，现确定导柱长度为72mm。5.4 脱模机构的设计与计算注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：塑件滞留于动模侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度部位。 结构合理可靠，便于制造和维护和能获得良好的塑件外观。5.4.1 推出方式的确定推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。本设计采用推杆推出机构实现塑件脱模。因为该塑件的分型面简单，有一定壁厚，结构也不复杂，采用推杆推出的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。5.4.2 脱模力的计算塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，若制件不带通孔，脱模时还要克服大气压力。（1）动模大型芯脱模力计算由于塑件是三角形，所以大型芯的截面形状也是三角形，但现有的脱模力计算公式是针对圆形或长方形的，所以必须实行必要的转换。因三角形转换成矩形较合理，现按照面积的等效转换将三角形转换成矩形。设等效矩形的一边长为，通过Pro/E绘图软件测得三角形型芯最大截面处的面积为，于是根据面积相等关系有。所以等效矩形的另一边长为已知量求出后，现在就可以用公式进一步估算脱模力了。根据，于是塑件可视为薄壁塑件，根据公式可计算该部分的脱模力，有：其中，E是材料弹性模量（MPa），查表确定值为；S是塑料平均收缩率，;L是被包型芯的长度（mm），为；是脱模斜度，此处；是ABS材料与钢材的摩擦系数，；是塑料泊松比，；一个无因次数，。注意：因为该型芯对应三角衣架的部位有通孔，不存在大气压的影响，所以面积A=0。（2）中部小型芯脱模力计算中部小型芯大端脱模处的直径为14mm，因为，此处视为圆形厚壁塑件。应用公式有：式中：，此处中L=16.3mm。注意：因为此处型芯对应的塑件部位也有通孔，所以A=0。（3）单个塑件的总脱模力 5.4.3 推杆尺寸确定及校核本推出机构选用的是圆形推杆，为了使塑件推出稳定、可靠、受力均匀，每个模腔布置推杆的数目为9条，同时推杆的增多也更有利于排气。圆形推杆直径的估算 由公式得：其中，安全系数； 推杆长度（初步估算值）； F为单模腔总脱模力，为2795N； 推杆数量n=9； 推杆材料的弹性模量。在实际模具设计中，为了确保推杆的稳定性，推杆直径要比计算结果大，根据推杆的标准尺寸，现取为。显然这是满足要求的。但为了安全起见，还应该对推杆进行强度校核。若推杆材料选T8A，于是根据强度条件有：所以能满足要求。推杆固定及与模体的配合推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。本设计采用推杆固定板固定，同时，因为顶杆与塑件接触处均为平面，并无特定的方向，所以推杆无须设置止转结构。推杆和模体的配合一般为H8/f8或H9/f9，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的35倍，推杆端面应和塑件成型面在同一平面或比塑件成型表面高出0.050.10mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，其相对于固定板是浮动的，各尺寸关系的确定如图13所示。图13 推杆及其配合推杆的布置根据塑件推出的平稳性等要求，现推杆在塑件上的布置如下图14所示。图14 推杆的布置5.5 模具冷却系统的计算5.5.1 冷却介质ABS属于中等黏度材料，其成型工艺要求的模温不太高，为200，模具温度为5080。现模具温度初步选定为50，同时由于水的比热容大、传热系数高、成本低，所以决定选用常温水对模具进行冷却。5.5.2 冷却系统计算1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W塑料制品的体积 塑料制品的质量 塑件的壁厚为2mm，查表可以确定其冷却时间，通过所选注射机注射量查表确定注射时间，取脱模时间。因此，注射周期。由此得每小时注射的次数：N=(3600/20)次=180次。单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量查表知ABS的单位热流量的值的范围在，故取。3）计算冷却水的体积流量设冷却水道入水温度为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：4）确定冷水路的直径d根据，通过查表可确定模具冷去水孔直径为10mm。5）冷却水在管内的流速6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为23.5,查表可得（按插值法确定）,则有：7）)计算冷却水通道的导热总面积A8）计算模具所需冷却水管的总长度L9）冷却水路的根数 设每条水路的长度为300mm，则冷却水路的根数为：分析可知，计算结果显然不符合实际，实际当中，水路的布置往往受模具结构和塑件形状的影响。为使凹模和型芯能得到充分冷却，需要根据两模腔的实际布置情况来加以修改。所以调整之后，冷却水路的直径也可适当取小些，现确定取较为常用的值：d=8mm。5.5.3 水路的布置形式下面两幅附图（15、16）分别为模具上定模和动模的水路布置示意图。图15 定模水路布置图16 动模水路布置为了防止漏水，水路在穿过两模板之间应该要可靠密封，根据水路直径为8mm，按装配技术要求选取标准规格为D=16，d=2.5的“O”型密封圈进行密封。水路端部密封处用带螺纹的管塞进行可靠密封。6 注射机有关参数的校核6.1 注射量的校核通过上面的计算，浇注系统的尺寸已经确定，现在就可以对注射量进行校核了。塑件连同浇注系统的实际总体积。显然。校核合格。6.2 注射压力的校核查有关模具设计手册可知，ABS成型厚壁塑件时所需的注射压力为80110MPa，这里取所选的注射机的公称注射压力为150MPa，注射压力安全系数k=1.251.4，现取k=1.3，所以有：，故注射机压力满足要求。6.3 合模力校核单个塑件在分型面的投影面积可通过proe三维软件测出，为。单边流道凝料在分型面上的的投影面积。根据流道定出的尺寸有。塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积，有：模具型腔内的胀型力该注射机的公称锁模力为,锁模力安全系数为，这里取，则有：。所以，注射机锁模力合格。6.4安装部分相关尺寸的校核模具平面尺寸 模具长宽尺寸应与注射机的拉