过滤器壳体注塑模具设计.doc

北华大学学士学位论文目录第一章 绪论11.1 塑料模现状及发展趋势11.1.1 我国模具的发展现状11.1.2 塑料模的行业情况11.1.3 塑料模发展趋势21.2 塑件的结构设计31.2.1 功能结构设计31.2.2 工艺结构设计41.2.3 造型结构设计41.3 Pro/Engineer简单介绍5第二章 1441型过滤器下壳体的结构分析62.1 塑件分析62.2 塑件材料的选择62.2.1 ABS的性能和成型特点62.3 塑料制件的结构工艺性72.3.1 凸台的设计72.3.2 壁厚72.3.3 表面粗糙度72.3.4 尺寸公差和精度72.3.5 圆角82.3.6 孔的设计82.3.7 脱模斜度9第三章 1441型过滤器下壳体的模具设计103.1注射机的选择及型腔数目的确定103.2 塑件分析103.2.1 塑件的质量体积分析及ABS的注射工艺性103.2.2 型腔数目的确定113.2.3 注塑机的选择113.3 分型面的选择133.4 模具方案的确定133.5 浇注系统设计和排气系统的设计143.5.1 浇注系统143.5.2 冷料穴设计153.5.3 分流道设计163.5.4 浇口设计173.5.5 定位圈和浇口套的选择183.6 成型零部件设计193.6.1 成型零件工作尺寸的计算203.7 凹模型腔侧壁、底板厚度的计算213.7.1 凹模侧壁厚度的计算213.7.2 底板厚度的计算223.7.3 凸模结构设计233.8 模架的选取243.8.1 定位销的选择253.9 脱模机构的设计253.9.1 脱模方案的选择253.9.2 脱模力的计算和推杆数目的选择253.9.3 推杆的稳定性计算263.10 复位杆设计273.11 垫块的选择273.12 导柱与导套的选择273.13 推出机构的导向293.14 侧向分型与抽芯机构的设计303.14.1 侧向分型与抽芯机构的选定303.14.2 抽芯距的确定与抽芯力的计算303.14.3 斜导柱的设计313.14.4 侧滑块的设计323.14.5 导滑槽设计323.14.6 楔紧块设计333.15 吊环螺钉的设计333.16 温度调节系统的设计333.16.1 温度调节系统分析333.16.2 热平衡计算343.16.3 冷却面积计算353.16.4 冷却系统设计36第四章 模具调试374.1 模具调试374.1.1 注射机的选用374.1.2 模具的安装374.1.3 成型工艺条件的拟定38第五章 模具的经济技术分析395.1 影响模具价格的因素395.2 模具价格的计算39结论42致谢43参考文献4444北华大学学士学位论文第一章 绪论1.1 塑料模现状及发展趋势 1.1.1 我国模具的发展现状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。我国塑料模的发展极其迅速，30年已走过国外90年的历程，现已具相当规模。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP（Computer Aided Programed Procedure/Process Planning）技术已有相应的涉猎和开发应用，我国在塑料模设计技术和塑料模制造技术上与发达国家的地区的差距参见表1-1和表1-2。专用模具钢品种少、规格不全，质量不稳定，且供应渠道不畅。塑料模以45钢为主要材料的状况，短时间内难以改变。1.1.2 塑料模的行业情况我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm,表面粗糙度Ra0.2m,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达1030万次,淬火钢模达501000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的5080%相比,差距较大。 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。 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。 1.1.3 塑料模发展趋势在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，有两方面应予以重视： 一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。就中国实际情况看，应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。 二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。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）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。 （4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向及网络化方向发展。 （5）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。 （6）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。 （7）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。 （8）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。 （9）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会有所发展。 （10）模具标准化程度将不断提高。 （11）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。 “十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。1.2 塑件的结构设计1.2.1 功能结构设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的的之功能，并达到一定的技术性指标。例如，结构件是用来构造某一整机的；传动件是用来传递运动的；光学件事用于成像等。这些功能的考虑要与物质条件和使用环境结合起来。物质条件包括塑件的几何形状和结构、材质、成型方法和设备等。使用环境指使用状态下客观现场的情况，如力、热、化学物质等的影响。通常，塑件性能指标有以下三方面要求。 (1） 承受外力要求 它包括静态、动态、冲击载荷、震动、摩擦、磨损、剪切、弯曲等状态下的强度要求。 （2） 对工作环境的要求 这是由于塑料的热性能较差，塑件的工作温度不能过高，脆化温度，热变形温度，分解温度等都要认真掌握（分解温度为塑件成型时的极限温度）。此外，对耐化学药物和溶剂，对耐阳光和其他辐射，对环境气候的作用都提出要求。 （3） 其他的要求 例如成本发面，使用年限和电气性能方面的专门要求。 上述的各项性能指标均有各种国家、部门等指定的标准，并可以用专用仪器加以测定。这些标准在设计的过程中均应予以遵循和合理标注，并有利于制造和验收。此外，有时企业也可以自行制定技术标准。 1.2.2 工艺结构设计塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中，一方面成型会对塑件的结构、形状、尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的塑料制件；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。塑件工艺结构设计的主要内容如下：塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度，内外表面结合处，即角隅处，加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设计成圆角。塑件壁厚要均匀，加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计要保证其强度，利于其成型和脱模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求，与塑件连接牢固性要求，成型时便与在模具中装固，成型后容易从模具中脱出。塑件表面的花纹、图案、文字、符号等的设计要考虑成型与脱模、使用中的损伤、模具加工等问题。此外处于塑件外形轮廓最大部分得分型线痕迹，不影响其工作特性及表观质量。因此在塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能，又要熟悉材料的性能特点，成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计，才能保证塑件顺利成型、脱模，确保塑件质量，避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、银纹、疏松、污斑等一系列成型缺陷，增强塑件的使用中的可靠性及持久性。1.2.3 造型结构设计工业制品的结构设计，是一门技术与艺术相结合的多元交叉科学。塑件制品种类繁多，有像光盘、磁带、薄膜、人造革、电影胶片、地毯、地板等一类平面状制品；有像餐具、玩具、家用电器、仪表等立体状制品，还有塑料花、仿大理石、仿玉石制品，仿生制品等艺术品。对于这些制品，都要通过外部造型设计加以装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下，总是喜欢购置外形美观的制品。塑件造型设计系指按照美的法则，如对比与调合、概括与简单、对称与平衡，安定与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、色彩及其相互的结合进行设计，通过视觉给人以美的感觉。对于单独使用的塑件或壳体制品，一定要认真的进行造型设计，以满足其使用机能要求，是现代制品设计的根本目的，满足人的心理需要是制品使用功能设计的根本依据。“实用、经济、美观”是制品造型设计的基本原则。在造型设计中还要体现环境、时代的要求，正确地使用水平线、垂直线、弧线等所形成的几何构型、比例尺度、起伏、棱角、机理、色彩等，使人们在使用塑件时有一种美的享受，同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安全、可靠、舒适。1.3 Pro/Engineer简单介绍Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这些都是通过标准数据交换格式来实现的，用户更可以配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户的环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力（人工）和工程制图能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/Engineer功能如下： 1. 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； 2. 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 3. 通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计； 4. 支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列， Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）； 5. 贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方的变动），其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。第二章 1441型过滤器下壳体的结构分析2.1 塑件分析过滤器下壳体是要求有较高的冲击韧性和机械强度的仪器，结构上要求有一定的强度，产品外观要求光滑无缺陷，同时进行适当的修饰，要求一定的美观度。2.2 塑件材料的选择塑料的材料选择依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高 的抗冲击强度， 典型用途 汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱， 大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体， 打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。工业上应用广泛，所以选择ABS。2.2.1 ABS的性能和成型特点ABS是由丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特征，使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧。苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味，成微黄色，成型的塑料件有较好的光泽，密度为1.021.05 g/cm3，熔融温度为217237oC，热分解温度为250 oC以上，无毒、无味、不透明。ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。水、无机盐、酸、碱类对ABS几乎无影响，在酮、醛、脂、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化熔胀。主要用途：ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏柜和冰箱衬里等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。成型特性： ABS宜吸水，含水量小于0.3%，成型加工前应进行干燥处理，要求表面光泽的塑料应要求长时间预热干燥，需在7080 oC预热4小时以上；流动性中等，溢边料0.04mm左右，ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，应取2 oC以上，模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，已发生熔接痕，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现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗击型树脂，料温更易取高），料温对物性影响极大，料温过高宜分解（分解温度为250 oC左右）要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060 oC，要求塑件光泽和耐热时应控制在6080 oC。注射压力比聚苯乙烯高。一般用柱塞式注射机时料温为180230 oC左右，注射压力为100140Mpa，螺式注射机则取160220 oC，70100 MPa。2.3 塑料制件的结构工艺性2.3.1 凸台的设计凸台是塑件上用来增强孔或供装配附件用的凸起部分，本塑件上凸台用来装配部件，都为圆形。当凸台处于平面或远离壁面时，应用加强筋加强，以提高强度，并使塑件成形容易。加强筋的厚度意不超过其所在壁厚的80%为好。因为凸台高度都不大，所以不需要设置加强筋。设计凸台时，应尽量使凸台的尺寸小些。不要因为设置凸台而使塑件壁厚过分悬殊。2.3.2 壁厚塑件的壁厚是重要的结构要素，是设计时必须考虑的问题之一。塑件壁太薄，刚度差，在脱模、使用、装配中会发生变形，影响塑件的使用和装配的准确性，塑件壁太薄，还会造成模腔通道狭窄、流动阻力大。热塑性材料的壁厚一般取24mm，滴注仪下盖基本尺寸为28020028mm，属于中等件，可取其壁厚值为2.4mm。2.3.3 表面粗糙度塑件间的表面粗糙度一般取Ra0.80.2m之间，在设计时应考虑到下盖的美观性，同时兼顾经济性要求。为满足美观性要求，塑件的外表面要求比较光滑，取Ra0.4m；为了降低成本，内表面可以取稍大的表面粗糙值，取Ra0.6m。2.3.4 尺寸公差和精度塑件的尺寸精度是指所获得的塑件与产品图纸中尺寸的符合程度。即所获得塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是模具的收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具结构形状等。因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。由塑料模设计手册可查得，ABS建议采用的精度为高精度3级，一般精度4级，低精度5级。考虑到滴注仪的使用对精度的要求不太高，所以各个地方均选择4级精度。公差值的选择见模具设计部分。2.3.5 圆角在塑件的角隅处，即内外表面的交接转接处，加强筋的顶端及根部等处都应设计成圆角。而且圆角的半径不应小于0.5mm。凡能设计成圆角的地方均设计成圆角。有一系列好处，在塑件成型时溶料流动阻力小，有利于改善流动充模特性。其结果可以防止因塑料收缩而导致的塑料变形，或者因钝角而引起的应力集中，使塑件的强度增大。模具使用寿命延长，塑件外形也因圆弧过渡而显得更为美观。同时，与塑料相对应的模具成型零件在热处理是不易裂口，强度大为增加。所以，滴注仪下盖中四条直边的圆角半径取20mm，底部边的圆角半径取5mm,其余尺寸较小的部位均不设圆角。2.3.6 孔的设计塑件上的孔有盲孔、光孔、螺纹孔，还有竖向的孔和侧向的孔。设计孔时应满足塑件的使用要求，使孔的形状、位置要有利于塑件成型，同时还要保证塑件有足够的使用强度。注射法成型塑件，孔的长度与孔直径的比值为：通孔到8为止，盲孔应在4以下为妥。能成型孔的深度、直径及最小孔边厚度见表2-2。成型盲孔的型芯是一端固定的，可按公式2-1计算。 （2-1）式中 h 孔深（mm）；d 孔直径（mm）； 型芯允许变形（mm）； Pc 注射压力（通常取40MPa）； E 弹性模量（钢材为2.1105 MPa）；对于直径为450mm的圆柱孔，计算其最大许可成型深度时，允许变量取=0.040.06mm。该公适用于圆柱型孔或锥度不大的孔。塑件上的通孔，其最大许可成型深度可由式2-2计算。 （2-2）设计孔时，应注意以下问题：（1）在一般情况下应把孔设置在塑件强度较大处。必要时可采取一些增厚措施。（2）为了确保塑件的使用强度，应使孔间、孔与边壁间、孔的端部至塑件表面要有足够的塑料层厚度。本设计中，大部分的孔是作为螺纹用孔，后加工工序还要有螺纹成型。经计算，塑件上所有的孔均满足要求。2.3.7 脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩。使其紧箍在凸模或成型芯上。为了便于脱模，防止在脱模过程中出现由于脱模阻力过大，使塑件表面受损，塑件废品率增加、质量下降的现象。与脱模方向平行的塑件内、外表面都应具有合理的斜度。制件精度越高，脱模斜度越小，制件尺寸越大，斜度应越小，若形状复杂应选较大的斜度。ABS塑件外表面的脱模斜度一般为401o 20，外表面为351o。所以，取内外表面的脱模斜度为1o。第三章 1441型过滤器下壳体的模具设计3.1注射机的选择及型腔数目的确定表3-1 SZ-500/2000的技术参数额定注射量(cm3)525最大成型面积(cm2)1000螺杆直径(mm)52最大开（合）模行程(mm)500注射压力(MPa)153模具最大厚度(mm)450注射行程(mm)200模具最小厚度(mm)300螺杆转数(r/min)20、25、32、38、42、50、63、80动定模固定板尺寸(mm)700850合模力(kN)2000拉杆空间(mm)540440喷嘴孔直径(mm) 15喷嘴圆弧半径(mm)18图 3-1 零件样品3.2 塑件分析 3.2.1 塑件的质量体积分析及ABS的注射工艺性 经Pro/E分析得塑件的体积为87262.211 mm3 ，ABS的密度为1.02g/mm3，所以质量为89007.455mg。料桶温度的正确选择关系到塑料的塑化质量，其原则是能保证顺利的注射成型而又不引起塑料的局部降解。塑料的加工温度有注射机料筒来控制的。料筒的末端最高温度应高于塑料的流动温度（或熔融温度），但低于塑料的分解温度。ABS流动性好，易于成型。熔融温度为217237oC，热分解温度为250oC以上。熔融温度与分解温度比较接近，选择料筒温度为200230oC，为了防止流涎现象，喷嘴温度稍低于料筒温度取180190oC。注射时，需在7080oC预干燥4小时以上，注射温度为170200 oC，注射成型过程中，冷却介质用水，模温越低，冷却速度太快，熔体温度降低越迅速，造成熔体粘度增大，注射压力损失，引起充模不足，反之，则有利于提高制品表面质量，但制品生产率大大降低，综合以上两点，取模具温度为6070oC。表3-2 ABS注射工艺参数注射机类型螺杆式模具温度（oC）6070螺杆转速（r/min）3060注射压力(MPa)7090喷嘴形式直通式保压力(MPa)5070喷嘴温度（oC）180190注射时间(s)35料桶前段温度（oC）200210保压时间(s)1530料桶中段温度（oC）210230冷却时间(s)1530料桶后段温度（oC）180200成型周期(s)40703.2.2 型腔数目的确定在设计实践中，有先确定注射机的型号，再根据所选用的注射机的技术规范及塑件的技术经济要求，计算能够选取的型腔数目，也有根据经验先确定型腔数目的，然后根据生产条件，如注射机的有关技术规范等进行校核计算，看所选得型腔数目是否满足要求。由于塑件尺寸较大，单个塑件体积为87262.211 mm3，并且结构较复杂，还有一个侧抽芯机构，所以设计时，可以首先确定腔数为单型腔。3.2.3 注塑机的选择根据塑件体积为87262.211 mm3，并且塑件的大小为10014575mm，选择注射机为XS-ZY-500，为螺杆式。表3-3 XS-ZY-500的技术规范额定注射量(cm3)500最大成型面积(cm2)1000螺杆直径(mm)65最大开/合模行程(mm)500注射压力(MPa)145模具最大厚度(mm)450注射行程(mm)200模具最小厚度(mm)300螺杆转数(r/min)20、25、32、38、42、50、63、80动定模固定板尺寸(mm)700850合模力(kN)3500拉杆空间(mm)540440喷嘴孔直径(mm)5喷嘴圆弧半径(mm)18（1）锁模力的校核锁模力是指注射机合模机构在工作过程中对模具所能施加的最大夹紧力。在选用注射机时，要对其合模机构进行校核。通常可用下列公式进行： （3-1）式中 A1 单个塑件在模具分型面上的投影面积；A 2 浇注系统在模具分型面上的投影面积；n 型腔数量；p 塑料熔体对型腔的成型压力；F 锁模力。根据经验取模腔平均压力为P为40 Mpa，通过Pro/E分析，可知塑件在分型面上的投影面积为A=78529.623 mm2=78.529623cm2。粗略计算锁模力为F=pA=4010678.52962310-43500 KN，所以满足锁模力的要求。（2）注射容量校核模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内，根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的80，由此有： （3-2）塑件的体积为87.262211 cm3，加上浇注系统凝料的体积大约为120 cm3，远远小于注射机的额定注射量为500 cm3，满足需求。（3） 最大注射压力的校核注射压力是指在螺杆头部产生的熔体压强，注射压力过低会导致型腔压力不足，熔体不能顺利充满型腔；反之，注射压力过大，不仅会造成制品溢料，甚至系统过载。螺式注射机ABS注射压力一般是70100MPa，取80Mpa。注射机注射压力为145 MPa，满足要求。（4） 模具厚度的校核本注射机所允许的最小厚度和最大厚度分别为300和450mm，所选模架的闭合高度为448mm，满足要求。（5） 开模行程校核所选注射机的最大开模行程为500mm，模具结构为斜导柱侧抽芯的双分型面注射模，其开模距为： （3-3）式中 H 1 脱模距离（mm），为70mm； H 2 包括浇注系统在内的塑件高度（mm），为120mm； a取出浇注系统凝料所必需的长度（mm），为100mm；所以，开模行程大概为290mm500mm，满足要求。3.3 分型面的选择将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面成为模具的分型面，本例为点浇口，应该用三版式结构。选择双分型面。图 3-2 分型面的结构 B分型面的分型距离为118mm，A分型面的分型距离为40mm。3.4 模具方案的确定浇口方式的选择：选择一：采用侧浇口式侧浇口又称边缘浇口。侧浇口一般开设在分型面上，从塑件的侧面进料。侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便地调整时的剪切速率和浇口封闭时间，因此也称之为标准浇口。侧浇口的特点是浇口界面形状简单，加工方便；能对浇口尺寸进行紧密加工；浇口位置选择比较灵活，以便改善充模状况；去除浇口方便，痕迹小。侧浇口特别适用于两板式多型腔模具，但是塑件容易形成熔接痕、缩孔、凹陷等缺陷，注塑压力损失较大，对于壳体行塑件会排气不良。塑件的界面形状复杂不适合用侧浇口。选择二：采用直浇口式直接浇口又称主流到浇口，在单腔模中，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易，对各种塑料都能适用。它传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方面，但除去浇口困难，浇口痕迹明显，特别适用于大型、厚壁塑件和熔体粘度特别高的塑料品种的成型。ABS是流动性较强的材料，所以不适合用直接浇口。选择三：点浇口点浇口又称针点式浇口、橄榄型浇口或菱形浇口，其尺寸很小。点浇口适用于低粘度和粘度对剪切速率敏感的塑料，采用点浇口成型塑件，去除浇口后残留很极小，易取得浇注系统的平衡。也利于自动化操作。本设计可以在塑件的底面上采用点浇口，并且底面没有外观质量要求，即使有一定的浇口痕迹，对塑件的外观也不影响，所以可以采用点浇口。综合考虑到塑件的形状、外观和结构上的要求，采用点浇口比较合适，所以选择方案三。3.5 浇注系统设计和排气系统的设计排气系统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，行腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能是塑料烧焦。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，对注射模的排气系统要求就更加严格。本设计中塑件的边长较长，分型面与塑件结合的地方较多，因此，可以利用分型面的间隙配合进行排气。同时，在本结构中有15根推杆。也利用推杆与凸模之间的间隙进行排气，同时，侧抽芯机构也可以排气，所以可以不必要单独设计排气槽。3.5.1 浇注系统主流道部分设计：主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度，因此它的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使塑料熔体的温度降和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。主流道垂直于分型面。主流道长度一般按模板厚度确定，但为减小充模时的压力降和减小物料损耗，以短为好，中小模具控制在50mm以内，在出现过长主流道时，可将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴深入模具。本题取L为50mm。由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设成可拆卸更换的主流道衬套。为了拆卸更换方便，模具的定位圈常与主流道衬套分开设计，主流道衬套如图3-3所示：图 3-3 主流道结构各部分尺寸如下：G54-S200/400注射机喷嘴孔直径为4mm，喷嘴圆弧半径为18mm。d 主流道小短直径d =5+1=6mm ；R 主流道球面半径R =18/2+2=11mm ；R a表面粗糙度R a0.8m ；a 主流道锥角a =5o ；L 主流道长度L=36mm ；r 主流道出口端圆角r =D/8=0.95mm ；h 球面配合高度h =3mm；D主流道大端直径D=d +2Ltg(a/2)=8.3mm ；3.5.2 冷料穴设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；开模时又能将主流道中的凝料拉出。冷凝料的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径，本设计中，冷料穴和分流道均开设在中间板上，主流道的大端直径D为7.53mm，所以冷料穴的直径可以取8mm，深度可以取10mm。同时在分流道的末端也应设置冷料穴，冷料穴的截面形状和分流道的形状相吻合，为梯形截面，长度为8mm。图 3-4 冷料穴结构3.5.3 分流道设计在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道。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有主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换一伙的平稳流态的过渡段。因此要求所设计的分流道能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失和热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。mm （3- 4） mm （3-5） 式中B 梯形的大底边宽度（mm），B取5.21mm； M流经分流道的塑件的质量（g），型腔内塑件加流道内熔体的质量为200克，流经分流道塑件质量为200/2=100克； L该分流道的长度（mm），L70； H 梯形的高度（mm），H取7.81mm； a侧边与垂直分型面的夹角，取5o15o，此处取12o。分流道的形状设计成梯形截面，如图3-5：图 3-5 分流道结构3.5.4 浇口设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中介面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。通常浇口可分为大浇口和小浇口两类，前者也称非限制性浇口，系指直接浇口；后者也称限制性浇口和内浇，常用的有侧浇口，点浇口等。小浇口最适合于填充薄壁和壁厚均匀的型腔，它能有效的防止制品发生变形、翘曲和裂纹等弊病，而大浇口对补缩有利，它能提高制品的尺寸精度，因此当制品的壁厚不均匀时，应适当增大浇口的尺寸。本设计浇口采取点浇口，共取2个点浇口，模具结构采用双分型面。点浇口又称针点式浇口、橄榄型浇口或菱形浇口，其尺寸很小。采用点浇口成型塑件，去除浇口后残留很极小。易取得浇注系统的平衡。也利于自动化操作，但压力损失大，收缩大，易变形。同时在定模部分须加一个分型面，以便浇口凝料脱模。点浇口的截面为圆形。直径d一般在0.82.0mm范围内选取，常用的直径是0.81.5mm。根据模具设计手册第二版，为ABS推荐的点浇口尺寸，在壁厚为1.53mm之间直径为0.91.8mm，此处取1.6mm。图 3-6 点浇口结构图中 d =1.6mm； L=0.5mm； a =90o； L 0 =0.75mm； R =1.5mm； a 1 =20o。3.5.5 定位圈和浇口套的选择浇口套与定位圈配合使用，其中浇口套是树脂注入模具的入口，尺寸与注塑机的尺寸有关。标准浇口套分为A型和B型，B型是为了防止注射时在浇口后退而由定位圈压住的类型，本设计选用B型。其尺寸规格如图示，d为25，L、N、M根据实际使用情况而定，取L =5, N =6, M =29。图 3-7 浇口套结构定位圈的作用是使注塑机的喷嘴与模具浇口的浇口套定位，定位圈分为标准型及特殊型两种，根据要求分别选用。根据JIS标准中规定的特殊型定位圈。尺寸规格如下：取P为90，D为120mm。图 3-8 定位圈结构3.6 成型零部件设计表3-4 按平均收缩率计算模具成型零件工作尺寸的实用公式尺寸类型实用计算公式x值型腔径向尺寸 0.50.75型芯径向尺寸 0.50.75型腔深度尺寸 1/22/3型芯深度尺寸 1/22/3中心距 Scp注塑件塑料的平均收缩率； 塑件的尺寸公差，按SJ1374-78或国标选定（mm）； 系数；D/d塑件的包容，被包容径向尺寸（mm）；H/h塑件的包容，被包容深度，高度尺寸（mm）；L/l塑件的中心距与单边位置尺寸（mm）；D m/d m模具的包容，被包容径向尺寸（mm）；H m/h m模具的包容，被包容深度，高度尺寸（mm）；L m/l m塑件的中心距与单边位置尺寸（mm）；m模具或成型零件的制造公差。在型腔和型芯的径向尺寸计算时，=0.50.75，在型腔和型芯的高度尺寸计算时，=1/21/3。3.6.1 成型零件工作尺寸的计算表3-5 成型零件的尺寸计算塑件尺寸塑件尺寸规范化塑件尺寸公差塑件等级模具等级模具尺寸公差m公式系数x模具尺寸计算结果模具尺寸规范化0.14490.0300.630.12490.0250.6319.80.1119.80.110.22490.05219.9090.02619.910.0260.16490.0360.635.50.075.50.070.14490.0305.5300.0155.530.0150.12490.0250.630.26490.0620.700.18490.0430.630.18490.0430.750.24490.0520.6067.50.1967.50.190.38490.07467.8710.03767.870.0377.50.087.50.080.16490.0367.5410.0187.540.0180.14490.0300.750.12490.0250.75300.13300.130.26490.06230.1650.03130.170.031460.14460.140.28490.06246.2530.03146.250.031560.16560.160.32490.07456.3080.03756.310.037250.12250.120.24490.05225.1380.02625.140.026500.16500.160.32490.07450.2750.03750.280.037750.19750.190.38490.07475.4130.03775.410.03714.80.1014.80.100.20490.04314.8810.02514.880.02122.50.1122.50.110.22490.05222.6240.02622.620.0263.450.073.450.070.14490.0303.4690.0153.470.01575.950.1975.950.190.38490.07476.3680.03776.370.03782.50.2282.50.220.44490.08782.9540.04582.950.0441200.281200.280.56490.100120.660.050120.660.050.20490.0430.631.00490.1300.561.00490.1300.561.10490.1300.540.82490.1150.560.74490.1150.560.74490.1150.56780.19780.190.38490.07478.4290.03778.430.0371100.251100.250.50490.087110.6050.044110.610.0440.16490.0360.750.16490.0360.750.16490.0360.630.12490.0250.630.20490.0430.630.16490.0360.750.12490.0250.630.20490.0430.630.12490.0250.750.16490.0360.750.12490.0250.630.22490.0520.700.20490.0520.750.20490.0430.753.7 凹模型腔侧壁、底板厚度的计算3.7.1 凹模侧壁厚度的计算凹模结构凹模也可以称为行腔、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、镶拼组合式和瓣合式四种类型。本设计选用的为整体式矩形型腔，根据塑料模具设计师指南其侧壁的厚度按刚度条件为： （3- 6）式中 ，为1.493，1为0.6； P 凹模型腔内塑料熔体的最大压力（MPa），为40 Mpa； l 矩形型腔的长边长度（mm），为280mm； h 塑件的高度（mm），为75mm； 凹模的允许变形量（mm），由塑料模具设计师指南表4.4-13得，为0.042mm； E 钢的弹性模量，取2.10105 N/mm2。所以 经计算s为19.07mm。h/l=0.10.41，按强度计算为： （3-7）式中 模具强度计算的许用应力N/mm2，一般中碳钢160 N/mm2。经计算为s为24.22mm。取最大值为24.22。取整25mm。3.7.2 底板厚度的计算按刚度条件计算底板厚度为 （3-8）式中 ，为0.0248； b 为矩形型腔短边长度。经计算T为28.6537mm。按强度计算底板厚度为 （3-9）计算结果为35mm，取大值为35mm。图3-9 凹模三维实体造型3.7.3 凸模结构设计凸模设计凸模和型芯都是用来成型塑件内表面的零部件，两者没有严格的区别。一般来讲，可以认为凸模是成型塑件整体内表面的模具零部件，而型芯则多指成型塑件上某些局部特殊内形或局部孔、槽等所用的零部件，有时也可以称型芯为成型杆。与凸模相似，凸模和型芯的结构形式可分为整体式、整体嵌入式、镶拼组合式及活动式等不同类型。根据塑件结构选择整体嵌入式。对于凸模成型薄壁的部分难于加工的，分割成嵌入式型芯，嵌入凸模。经Pro/E分模得凸模的三维结构，如下图：