卷尺盒盖注塑模具设计【塑料注射模】

00目录一 前言 .2二 卷尺盒盖设计要求及其成型工艺性分析 .32.1 产品基本要求 .32.2 塑件结构和形状的设计 .42.3 塑件材料选择 .42.4 成型方法及其工艺的选择 .4三 选择注塑机及相关参数的校核 .63.2 型腔数量和排位方式的确定 .73.3 注射机型号的确定 .8四 模具设计 .114.1 分型面位置和形式的确定 .124.2 浇注系统设计 .124.3 模具成型零、部件结构设计和计算 .214.6 脱模推出机构的设计 .274.7 排气系统的设计 .304.8 温度调节系统 .304.9 注射机安装尺寸的校核 .33五 模具材料的选用 .34六 模具工作过程 .35七 参考文献 .3611一 前言模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器” 。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，正因为模具的重要性及其在国民经济中重要地位，因此自 1998 年 3 月国务院颁布了当前产业政策要点的决定以来，模具工业一直被提到很高的位置，国家也给予了一些鼓励和扶持政策。在国家支持下，虽然我国模具产值已是世界第三，但总体水平仍要比工业发达国家落后许多，模具工业在我国仍旧还是幼稚工业，模具进出口逆差每年超过 10 亿美元，随着我国加入 WTO，模具出口前景越来越好，我国模具工业还需发展得更快一些，才能适应形势的发展。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量，精度，制造周期以及注塑成型过程中的生产率等方面水平的高低，直接影响产品的质量，产量，成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。虽然我国的注塑模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济飞速发展的需求，提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术；大力发展快速制造成型和快速制造模具技术；在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；发展优质模具材料和先进的表面处理技术；逐步推广高速铣削在模具加工中的应用；研究和应用模具的高速测量技术和逆向工程；开发新的成型工艺和模具。由于塑料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好以及良好的可塑性，并易于成型等许多优良的性能和特点，近年来塑料制具在各领域得到了越来越广泛的应用。作为塑料制造业的支柱产业塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展，特别是作为塑料必备成型工具的塑料注射模具，由于它成型效率高，易成型形状复杂的制品，并可实现自动化生产，得到迅速发展，在我国其发展速度之快，需求量之大是前所未有。计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）显著提高了塑料模的制造效率和质量，有效的缩短了模具设计制造周期，CAD、CAM 已在我国模具工业企业里普遍采用。22二 卷尺盒盖设计要求及其成型工艺性分析2.1 产品基本要求最大几何尺寸：59*55*14mm使用环境：室内，-1550电气性能：电绝缘性好。精度要求：一般（4 级） 。外观要求：外表蓝色且光泽性好，无成型缺陷。其它要求：具有一定的机械强度。根据上述要求可归纳产品设计要求塑件须具有良好的电绝缘性和一定机械强度，且还应有较好的流动性，以满足成型要求。2.2 塑件结构和形状的设计根据塑件产品图纸，用 Pro/E4.0 软件进行卷尺盒盖的三维建模。三维实体模型更加直观的产品造型，可以从各个角度对模型进行观察，软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用 Pro/E 的 CAE 分享模块 塑件顾问进行熔体的冲模仿真，可以验证模具结构的正确性，还可以进行拔模检测，塑件如图 1 所示。2.3 塑件材料选择此塑件用作卷尺盒盖，通过力学性能、热性能、电气性能、成型性能、化学性能和经济性能等多方面比较，选出最适合成型此卷尺盒盖的塑料。材料最终选定为 ABS，其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成型收缩率小，理论计算收缩率为 0.5%；溢料值为 0.04mm 左右；比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮。332.4 成型方法及其工艺的选择根据塑件所选用的材料为 ABS，根据塑件的外形特征和使用要求，选择最佳的方法就是注射成型。1）成型工艺分析（1） 外观要求 此塑件为薄壁塑件，外形为矩形，较规则。要求塑件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，防止产生熔接痕。（2） 精度要求 此塑件对精度要求不高，采用一般精度 4 级。（3） 脱模斜度 该塑件平均壁厚约为 1.5mm，七脱模斜度根据参考文献表 2-10 可知在 35 130 .ABS 的流动性为中等，为使注射充型流程，取其脱模斜度为 1。2）注射成型工艺过程级工艺参数：混料干燥螺杆塑化充模保压冷却脱模塑件后处理（1）ABS 塑料的干燥ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前应进行充分的干燥和预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS 原料需要控制水分在 0.3%以下。注射前的干燥条件是：干冬季节在 7580以下，干燥 2h3h,夏季雨水天在 8090下，干燥 4h8h,，干燥达 8h16h 可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑。在此，由于制件属批量件，要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器，以免干燥好的 ABS 在料斗中再度吸潮。（2）注射成型时各段温度ABS 塑料非牛顿性较强，在熔化过程温度升高时，其黏度降低较大，但一旦达到成型温度（适宜加工的温度范围，如 200230） ，如果继续盲目加温，必将导致耐热性不太高的 ABS 的热降解反而使熔融黏度增大，注射更困难，塑件的机械性能也下降。ABS 温度相关工艺参数如表 1 所列。表 1 ABS 工艺参数表工艺参数 通用型 ABS 工艺参数 通用型 ABS料筒后段温度/ 160180 喷嘴温度/ 170180料筒中段温度/ 180200 模具温度/ 5080料筒前段温度/ 200220（3）注射压力44ABS 熔融的黏度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射时要采用较高的注射压力。但并非所有 ABS 制件都要施用高压，考虑到本塑件不大、结构不复杂、厚度适中，可以用较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩大，与行腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。对于螺杆式注射机一般取 70MPa100Mpa.(4)注射速度ABS 塑料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解出气化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但浅圆盒为薄壁制件，故又要保证有足够高的注射速度，否则塑料熔体难以充满型腔。（5）模具温度ABS 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗型树脂，料温更宜取高） ，料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250左右，与在料筒中停留的时间长短有关，比聚苯乙烯易分解） ，对要求精度较高塑料件模温宜取 5060，要求光泽及耐热型材料宜取 6080。浅圆盒属小型制件，形状比较规则，故不用考虑专门对模具加热。（6）料量控制注塑机注塑 ABS 塑料时，其每次注射量金达标准注射量的 80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的 50%为宜。通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内，并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程，这种生产条件范围愈大，生产过程愈稳定，使注塑产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低。55三 选择注塑机及相关参数的校核3.1 概述 在对卷尺盒盖进行材料选定、零件工艺分析、成型工艺分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式，根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。3.2 型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件尺寸不大，大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模四腔机构形式。型腔布置如图 2 所示。66（2）型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模四腔，流道采用 H形对称排列，使行腔进料平衡。（3）模具机构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模四腔，对称 H 排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。3.3 注射机型号的确定1）注射量的计算77图 3 塑件质量分析(1)塑件质量、体积计算通过 Pro/E 建模分析得塑件质量属性如图 3 所示，塑料体积 ，塑件312.8cmV质量 （取 ABS 的密度为 ） ，流道质量 还是个未知数，可gm52.81/05.1cmg2按塑件质量的 0.5 倍来估算。从上分析中确定为一模四腔，所以注射量为：n2.4.136805.cV(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算。流道凝料在分型面上的投影面积 ，在模具设计前是个未知值，根2A据多型腔模的统计分析， 是每个塑件在分型面上的投影面积 的 0.2 倍2 1A0.5 倍， 因此可用 ，来进行估算，所以：135.0nA212753.m式中 1 49LB212.035.n88模具所需锁模力 kNApFm305.61752型式中 型腔压力 取 35MPa(见参考书 2)型2）选择注射机根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选 SZ500/2000 卧式注塑机，其主要技术参数如表 2表 2 注射机主要技术参数理论注射容积/cm3500 锁模力/kN 2000螺杆直径/mm 55 注射压力 /MPa 150注射速率/（g/s ）173 塑化能力/(kg/h) 110螺杆转速/(r/min) 0180 拉杆内间距 /mm 570570移模行程/mm 500 最大模具厚度 /mm 500最小模具厚度/mm280 锁模形式 双曲肘模具定位孔直径/mm160 喷嘴球半径 /mm 20喷嘴口直径/mm 5 注塑机顶出/kN 703）型腔数量及注射机的相关参数的校核（1）由注塑机料筒塑化率校核模具的型腔数 n45.152.8.036/10.60/12 mKMtn69.814,故型腔数校核合格。式中 K注塑机最大注射模注射量的利用系数，无定形塑料一般取0.8；M注塑机的额定塑化量，该注塑机为 110000g/h；t成型周期，取 50s（参考书 2）单个塑件的质量或体积； =8.52g;1m1m浇注系统所需塑料质量或体积。 =0.5n2 21（2）按注塑机的最大注射量校核型腔数量9995.452.80.12 mKnN44.954，故型腔数校核合格。式中， 为注塑机允许最大注射量，其他符号意义同上。N（3）按注塑机的额定锁模力校核型腔数量21.603245106612 ApFn型 型16.214,故该注塑机符合设计要求。式中 F注塑机额定锁模力；一个塑件在模具分型面上的投影面积；1浇注系统在模具分型面上的投影面积；2A塑料熔体对型腔的成型压力，该处取 35MPa。型p3）注塑机工艺参数的校核（1） 注射量校核注射量以容积表示，最大注射容积为 3max4058.cmV式中 模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积；maxVV指定型号与规格的注塑机注射量容积；注射系数，取 0.750.85,无定形塑料可取 0.85，结晶型塑料可取 0.75，该处取 0.80.倘若实际注射量过小，注塑机塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注射量容积 。故每次3min 4058.0.cmV注射的实际注射了容积 V 应满足 ，而axi，符合要求。3172.485. cnV（2） 锁模力校核在前面已进行，符合要求。（3） 最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为注射机最高压力，应该大于注射成型时所需1010调用的注射压力 ，即0pMPaK14098)70(4.10max 故符合设计要求。式中 安全系数，常取 ，该处取 1.4； .25.实际生产中，该塑件成型时所需注射压力为 70MPa100MPa。0p其它安装尺寸及开模行程的校核待模具设计完成之后进行。1111四 模具设计通过理论设计、计算机分模和浇口位置计算机模拟相结合的方法，最终确定成型零件工作尺寸和模具的结构形式。4.1 分型面位置和形式的确定（1）在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，首先就要确定分型面的位置和浇口的形式，然后才能确定模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。分型面的选择原则有以下几点： 分型面应选在塑件的最大截面处。 不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响。 有利于保证塑件的精度要求。 有利于模具加工，特别是型腔的加工。 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。 便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外） 。 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。 便于嵌件的安装。 长型芯应置于开模方向。（2）根据上述原则及该塑件的结构形式，有利于冲模时的排气，并可利用该分型面两侧塑件表面粗糙度不同，精度要求较低的内壁面在冷却后产生的收缩对动模型芯有一定的包裹力，开模时有利于塑件保留在动模一侧方便脱出。4.2 浇注系统设计浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位。具有传质、传压和传热的功能，正确设计浇注系统对获得优质的塑件极为重要。注射成型的基本要求是在合适1212的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是浇注系统的设计。浇口形式的选择就决定了流道系统，而流道系统又决定了模具的结构形式。本设计若采用侧浇口或潜伏式浇口，就可以采用单分型面模来成型，模具结果比较简单。浇口开在塑件的侧面，对塑件外观有一定影响。若采用点浇口从塑件底部进料，点浇口被拉断之后痕迹很小，流程比较小，熔接痕较短，对塑件的外观和内在质量比较有利。因此本套模具采用一模四腔、点浇口的普通流道浇注系统，包括：主流道、分流道、冷料穴、点浇口。1）主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道和型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。其顶部设计成半球形凹坑，以便于喷嘴衔接，为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大 1mm2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出。由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，材料选用 45 钢，并经局部热处理球面硬度 38HRC45HRC，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径 0.5mm1mm 以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截现象。（1） 主流道尺寸：主流道的长度 一般由模具结构确定， 应尽量小于 60mm，本次设0L计中初取 进行计算。mL350主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=6mm。主流道大端直径 D=d+2 主 tan（ ）=8.2 mm 式中 20L/2（ 为半锥角） 。主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=20+2=22mm。、 球面的配合高度 h=5mm。浇口套总长（2）浇口套的形式及其固定。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计可拆卸更换的主流道衬套形式及浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用 45 钢或合金钢等，热处理硬度为 5256HRC。本设计采用分体式结构，主流道比较长，凝料体积比较大，因此把衬套和定位圈做成一整体的延伸式浇口套，有利于缩短主流的长度。因流道长度与所选模架大小有关，所以在确定流到尺寸之前应根据型腔数量及布局1313估算动、定模板的平面尺寸，即粗定模架的型号和规格，这样才使理论计算有据可论。根据前述的布局及考虑到模仁壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置。2）分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，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。（1）分流道的布置形式。分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面的原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式采用平衡式，以使塑料熔体经分流道能均衡的分配到两个型腔和避免局部胀模力过大影响锁模。定模板及定模仁均开有分流道。该流道形式是由本模具结构形式所确定，图 是最佳分流道布置形式。（2）分流道的长度。长度应尽量短，且少弯折。该分流道的长度计算如下。1414梯形分流道单向长度。根据型腔布置，又通过 Pro/E 浇口位置的模拟，浇口选择在靠近型腔顶部带有通风槽一侧为最佳，可计算得分流道单向长度为mL41圆锥形分流道单向长度。根据所选模板厚度和模仁高度，圆锥形分流道单向长度为562分流道总长度为20L1）（总分流道单向长度为m21（3）分流道尺寸的形状及其尺寸。为了便于机械加工及凝料脱模，分流道设置在分型面。但本模具为两分型面模具，梯形分流道设在定模板上，圆锥形分流道设置在定模板和定模模仁中。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减少传热损失，但考虑到凝料拉断和容易脱模，因此，定模板上的水平分流道设计成梯形流动。而垂直分流道位于定模板及其模仁中，为方便脱模垂直分流道设计成圆锥形流道。梯形分流道设计，本塑件壁厚为 1.5mm 左右，质量为 8.52g，可采用分流道的直径：m51.264.0LD式中 D分流道直径（mm） ；1515m塑件质量（g） ；单向分流道的长度。L注：上式的适用范围，即塑件厚度在 3mm 以下，质量小于 200g，且D 的计算结果在 3.2mm9.5mm 范围内才合理，对 ABS 塑料在 4.8mm9.5mm，故合理。设梯形的上底高度为 B=6mm（为了便于选择刀具） ，底面圆角半径 R=1mm，梯形高度取 ，设下底宽度为 b，梯形面积应满足如下关系式 mBH5.432Db代值计算得 b=5.14mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减少及脱模斜度等因素，取 b=5mm。通过计算梯形斜度 （ 取 ） ，符合要求，如04.7015图所示。其当量半径 由公式得nRcmLAn269.03式中 A梯形的面积，计算得 ；2475.cL梯形的周长，计算得 L=2.006cm。圆锥形分流道设计，为方便凝料的脱出，推凝料板及定模板上的分流道1616设计成圆锥形的。其锥角 位于 之间，此处取 。由于上述计算的分流423道直径为 5.65mm，梯形流道的宽边为 6mm，所以圆锥形分流道的大端直径就取5.6mm，那么小端的直径估算为md45.1tan63.501（4）分流道的表面粗糙度。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度 并aR不要很低，一般 ，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的6.13.0外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处。mRn8.3）冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计。为了避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的对面设冷料穴，对于卧式注塑机冷料穴设在与主流道末端相对的动模上。由于本模具属两分型面模具，故主流道冷料穴设在脱凝料板上，且无需设置拉料杆。其形式采用半球形，如图所示。（2）分流道冷料穴的设计。当分流道较长时，可将分流道端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，以贮存前锋冷料。本模具在定模板上分流道端部加长 7mm（约 1.5 倍 H） ，如图所示。4）浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道。它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本设计浇口采用点浇口，浇1717口截面通常为分流道截面积的 0.07 倍0.09 倍，浇口长度约为 0.5mm0.75mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。（1）点浇口尺寸的确定。由经验公式 mAnkd68.15432.074 式中 d点浇口直径；n系数，依塑胶种类来而已，此处取 0.7；k依塑件壁厚而异的系数；A型腔一侧表面积。浇口截面尺寸根据经验公式计算所得结果及点浇口推荐尺寸（参考书 2表 26） ，浇口先取 mm，在试模时根据填充情况在进行调整。2.1（2）浇口位置的确定。ABS 在熔融时显现比较明显的非牛顿性，其熔体表面黏度随剪切速率的升高而降低。如果采用尺寸较大的浇口，能够降低流动阻力，但熔体通过大浇口时比小浇口剪切速率低，导致熔体表面黏度升高，从而使流动速率降低，因此不能通过大浇口尺寸来提高非牛顿熔体流动速率。另外，注塑机注射时有一定的注射速率，浇口尺寸过大，浇口前后方的压力降p 减小，会导致得不到理想的冲模速率。剪切速率是影响 ABS 熔体黏度的最主要因素，而黏度又直接影响熔体在模腔内的流动速率。因此采用小浇口不但会大大提高熔体通过浇口时的剪切速率，而且产生的摩擦热也会降低熔体黏度，已达到顺利冲模的目的。综合以上分析和考虑到塑件和实际模具形状，采用点浇口进料，位置选在闹钟盖顶部，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单，提高了工作效率，也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。5）浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到两个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。6）浇注系统凝料井凝料体积计算（1）主流道与主流道冷料井凝料体积322m7.165.139685V）（ 冷锥主（2）分流道凝料体积1818梯形分流道凝料体积3m7920165.426）（梯V圆锥分流道凝料体积322 5.718.4.38）（）（锥 （3）浇口凝料体积浇口很小，可取为 0。（4）浇注系统凝料体积27.9650V浇圆 锥梯主总V该值小于前面对浇注系统凝料的估算（约为 ） ，所以前面有关浇4.3cm注系统的各项计算与校核符合要求，不需重新设计计算。7）浇注系统各截面流过熔体的体积计算（1）流过浇口的体积3c12.8塑GV（2）流过分流道的体积3R cm765.413.92.2V梯圆 锥塑（3）流过主流道的体积3RS c.865.17.4主V8）普通浇注系统截面尺寸的计算与校核（1）确定适当的剪切速率 。根据经验（ABS 塑料的流动性） ，浇注系统各阶段的 取以下值，所成型塑件质量较好。主流道、分流道 131205 sss点浇口的最大剪切速率（见参考书 2 表 28） 1405sG（2）确定体积流率 q（浇注系统中各段的 q 值是不相同的） 。主流道体积流率 q因塑件不大，且为一模四腔，所需注射塑料熔体的体积也因此不大，而主流道尺寸由于和注射机喷嘴孔直径相关联，其直径尺寸不小，因此主流道体1919积流率不大，取 ，带入得1302ss=sRq4 scm/24.7015. 333式中 主流道平均半径（ cm） 。S浇口体积流率 。G点浇口用适当的剪切速度 代入得：1405s=GRq4 scm/8.6. 33式中 点浇口半径（cm） 。G（3）注射时间（冲模时间）的计算：模具冲模时间sqVst213.4.7085式中 主流道体积流率；s模具成型时所需塑料熔体的体积；SV注射时间。st单个型腔冲模时间sqtG958.0412注射时间根据经验公式求得注射时间sttGS 043.1.3.3根据表 23 可知，t 注射机公称注射量以内的最短注射时间，所选时间合理。（4）校核各处剪切速率：浇口剪切速率合理141433 0598.06.148 ssRqG分流道剪切速率2020合理121333 0542.69.01482. ssRq式中 cmtV.75分流道截面积的当量直径（cm） 。nR主流道剪切速率合理121333 059.5.0147. ssRqSs式中 scmtVS 3.68.2分析：从上面计算结果得知，浇口处剪切速率基本上达到极限值，在试模时若有存在有成型问题可调整注射速率来达到要求。4.3 模具成型零、部件结构设计和计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑件接触，塑件的高压料流的冲刷，脱模时与塑件发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的硬度、刚度及较好的耐磨性和良好的抛光性能。1）成型零件的尺寸计算卷尺盒盖尺寸精度要求不太高，对塑件只有外形尺寸和内孔尺寸的要求，这就要考虑模具磨损和制造工差等，只需计算型腔型芯的几个主要尺寸就可以了。塑件精度等级按 GB/T14486-1993,ABS 一般精度取 MT3 级，计算中按相应公差来查取，采用平均法来计算。（1）型腔长度尺寸 mxLSzscpM 074.074.01 8596.59).( 式中 塑件平均收缩率 ；2083s塑件外形长边尺寸（为 66mm） ；six修正系数，见参考书 2 表 210；塑件公差值（参考书 1 中表 24） ；2121制造公差，见参考书 2 表 211z（2）型腔宽度尺寸 mxBSzscpM 074.074.011 6356.5).( 式中 塑件外形宽度尺寸（为 54mm） ；six修正系数，见参考书 2 表 210；塑件公差值（参考书 1 中表 24） ；制造公差，见参考书 2 表 211。z（3）型腔深度尺寸mxHSzscpM 043.043.011 957126.1)5.( 式中 塑件外形最大高度尺寸（为 32mm） ；six修正系数，见参考书 2 表 210；塑件公差值（参考书 1 中表 24） ；制造公差，见参考书 2 表 211.z2222其他尺寸计算依此类推，计算结果如下表所列 模具尺寸名称塑件尺寸零件精度等级塑件尺寸公差模具等级模具尺寸公差模具尺寸计算结果模具尺寸规范变化型腔长度 59 3 0.40 9 0.074 074.859158.04型腔宽度 55 3 0.40 9 0.074 074.63137.06型腔高度 14 3 0.2 9 0.043 043.95110.57型芯长度563 0.40 9 0.074 074.68068.型芯宽度 52 3 0.40 9 0.074 074.52046.28型芯高度12.5 3 0.18 9 0.043 043.105.12小型芯 73 0.16 9 0.036 036.98038.2小型芯 2 3 0.12 9 0.025 025. 5.01小型芯 1.5 3 0.12 9 0.025 .7.54.4 模架的确定和标准件的选用注塑模模架国家标准 GB/T12555-2006,由于塑料模具的蓬勃发展，现在全国模具发达的地区参考龙记模架标准的前提下形成了自己的企业标准，但不管是国家标准还是企业标准都没有进入 Pro/E 的模架库。该设计采用 Pro/E 所提供的 Futaba_3P GC 模架组件（工字形标准筒化细水口模架） 。2323模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。动定模分型面之间应有分模间隙（单边0.5mm） ，以便模仁能完全贴合。动模（公模）板的四个角上设有开模隙（橇模沟 C405） ，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。各板的尺寸如下：1）定模座板 450mm350mm，厚 50mm定模座板通常就是模具与注射机连接处的板，材料为 45 钢（S55C） 。定位圈通过 4 个 M6 的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H7/k6 配合；与导柱采用 H7/k6 配合。2）脱凝料板 350mm350mm，厚 35mm3）定模板 350mm350mm，厚 70mm用于固定。采用 45 钢制成，最好调质为 230HB270HB。其上的导套孔与导套采用 H7/k6 配合定模板与定模仁为 H7/m6 配合。4）动模板 350mm350mm，厚 40mm动模板既有固定动模仁、导套的作用，又承受型腔、型芯或推杆的压力，因此他要具有较高的平行度和硬度。所以采用材料 45 钢较好，调质230HB270HB。其上的导套孔与导套采用 H7/k7 配合；其推杆孔与推杆单边间隙为0.5mm；其动模仁上的塑件推杆孔与塑件推杆采用 H7/e7 配合。5）支承板 350mm50mm，厚度 50mm支承板起到支撑动模板的作用，要承受一定的压力。所以用材料为 45 钢，调质 230HB270HB。6）垫块 63mm350mm，高度 100mm（1）主要作用，在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。（2）结构形式，可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。（3）垫块材料，垫块材料为 Q235A，也可用 HT200、球墨铸铁等。该模具采用 Q235A 制造。（4）垫块的高度 h 校核ms 108753205321 式中 顶出板限位钉的厚度，该模具设限位钉高度 5mm；推板的厚度，为 25mm；2h2424推杆固定板厚度，为 20mm；3hs推出行程，为 32mm；推出行程富余量，一般为 3mm6mm，取 5mm。7）动模座板 450350mm，厚 30mm材料为 45 钢（S55C） ，其上的推板导柱孔与推板导柱采用 H7/n6 配合。8）推板 220mm350mm，厚 25mm其上的推板导套孔与推板导套采用 H8/k6 配合，用 4 个 M12 的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。9）推杆固定板 220mm350mm，厚 20mm材料为 45 钢（S55C） 。其上的推板导套孔与推板导套采用 H7/k6 配合；复位杆孔与复位杆、推杆孔与推杆均采用单边间隙为 0.5mm 配合。4.5 合模导向机构的设计注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。该模具采用标准模架，模架本身带有导向装置（导柱导向机构）做模具的粗定位，本模具的型腔在动定模两方都有，为了使合模更准确，使塑件分型线处没有错模痕迹，需采用精密导向定位装置，因此选用锥面定位块做精定位。1）精定位块的选型和布置跟进参考书 2 表 741，选用锥面精定位块，型号为 JDK50，如图所示。在充分考虑到导柱、复位杆、限位拉杆等零件分型面布置后，准确地选择锥面定位块的位置。锥面精定位块2525定位块在分型面上的布置2）推板导柱与导套设计该模具采用推板导柱固定在动模座板上的形式，对于本套模具，导柱主要对推出系统起导向作用。该模具设置了 4 套推板导柱与导套，它们之间采用 H7/e7 配合，其形状与尺寸如图所示。4）支撑柱的设计支撑柱能起到减小模板厚度、改善模板受力状况、提高模板刚度的作用。用螺钉固定在动模座板上，材料为 45 钢。本模具设有 4 根支撑柱，直径为30mm，如图所示。26264.6 脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，浇注系统凝料、塑件必须准确无误地从模具的流道、凹模中或型芯上脱出，完成脱出凝料和塑件的装置为脱模机构，也常称为推出机构。本套模具的推出机构形势较为简单。浇注系统凝料采用凝料推板推出，塑件采用推杆推出。1）浇注系统凝料的脱出机构开模第一次分型时，由于圆形拉模扣（开闭器）的作用，主分型面不能打开，在压缩弹簧的作用下，位于定模的分型面打开，分流道凝料在拉料杆的作用下，拉断点浇口，从定模板中脱出；当定模板与推凝料板分开到一定距离时，由于定距拉杆及螺钉的作用，分型面打开，使凝料推板在开模方向上移动 10mm，从而使拉料杆的锥形段从分流道的凝料中脱出，脱出距离有保证。分型顺序.定居拉杆及定距螺钉2）塑件的推出机构（1）该模具全部采用圆形推杆，根据推杆布置原则、型芯大小和可供布置推杆的空间，初步设置有 三种不同直径的规格，其中m654、（2）推杆直径与模板上的推杆孔采用 H7/f8 间隙配合。（3）通常推杆装入模具后，其端面应与型芯上表面平齐，或高出型芯上表面 0.05mm0.10mm。2727（4）推杆与推杆固定板，通常采用径向单边 0.5mm 的间隙，推杆抬肩与沉孔轴向间隙 0.03mm0.05mm。这样能在多推杆的情况下，不应各板上推杆孔间隙加工误差而引起的轴线不一致而发生卡死现象。（5）推杆的材料常用 4CrMoSiV1、3Cr2W8V，热处理要求硬度45HRC50HRC，工作端配合部分的表面粗糙度为 Ra0.8 .m3）脱模力的计算脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，它包括包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力是注射脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量十分复杂。其计算方法有简单估算法和分析计算法。下面应用简单估算法对该模具的脱模力进行计算。脱模力 有两部分组成，有参考书 2 公式中（2 42） ，即总 脱Fbce式中 塑件对型芯包紧的脱模力；c使封闭壳克服的真空吸力。bF（1）第一、二分型时脱模力主要由浇注系统凝料产生。当塑料熔体冷却时，会产生收缩，分流道是依靠拉料杆把点浇口拉断并从分流道拉出而主流道凝料是依靠推凝料板把拉料杆强制从分流道凝料中拔出及主流道从衬套中脱出。开模力大，因此脱模力也大，所以浇注系统凝料的脱模可不进行脱模力的核算。（2）第三次分型时的脱模力当一、二分型结束后，定模座板与定模板分开一定的距离，由于定距拉杆的作用会使定模板停止运动，从而使圆形拉模扣脱开，进行第三次分型时，定模板与动模板分开，即主分型面打开。这时脱模阻力主要由位于定模仁上的塑件部分对其产生脱模阻力即位于动模仁上的塑件部分对其产生的脱模阻力两者所组成。分析或计算动、定模脱模阻力的目的是确定主分型面打开后是留在动模还是定模。定、动模脱模力的分析，定模仁上有三个型芯，计算复杂，也不可能精确，从分型面的位置可知，塑件大部分都在动模部分，开模后塑件不可能留在定模，定模也无需设置推出机构。动模仁上脱模阻力的计算，将包裹在动模型芯上的塑件部分处理为矩形框，而其台阶忽略不计。2828由于 ，而 ，故视057.426.08.5bldK 1047.tdK为薄壁塑件，应用公式得 NthTEfQjfc9.80 5.2.893.1)(12 35式中 脱模系数，ABS 取 0.45；cf塑料的线膨胀系数 ；150.8CE在脱模温度下，ABS 的抗拉弹性模量，取 ；MPa3102.塑料软化温度，取 ；fT1脱模时塑件温度，取 ；j C60t壁厚，取 1.5mm；h型芯脱模方向高度；30.5mm在脱模方向下塑料的泊松比，为 0.35.以上系数全部见参考书 2 表 212.其中 9536.0)1cosin45.01(.)cosin1( cfK式中 脱模斜度。由于塑件顶部存在通气孔及推杆与空也存在气息，包裹在动模仁型芯上的塑件会与外界相通，故不存在真空吸力。顶部透气槽产生的脱模力计算因为 ，故属于厚壁10537.tblNdtATEKfFkkcjfcc 3.5.014)3(85.)2()(.1222 式中 148kd2.5.mAc其余符号意义同上。NF64.83.722929根据上述计算可得动模部分总的脱模力为：N84.206.8.172FQ1 动 模4）脱模力的校核当进行塑件退出时，由于注射机的顶出力（70KN）大于动模部分的脱模力，因此塑件可顺利脱出。5）推杆接触应力的校核推杆接触面积（单腔面积）：mA84.17542总 推接触应力：MPaPa7.163.0F式中 ABS 塑料在脱模温度下的许用接触应力，见参考书 2 表 212 取 。MPa7.1因此，本模具推杆的推出面积是可满足要求的，塑件不会产生顶白现象。4.7 排气系统的设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸气，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂会发所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等，这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆等的间隙排气。有时为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，必须设置排气装置。如果情况特殊必须开设排气槽。该模具的排气系统设计为：在该套模具的分型面处设置好了 8 条排气槽。4.8 温度调节系统注射模具设计温度调节系统的目的，就是通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的效率。30301）加热系统。由于该模具的模温要求在 以下，又是中小型模具，所以C50无需设置加热系统。2）冷却系统和冷却介质。一般注射到模具内的塑料温度为 左右，而C20塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在 以下。热塑性塑料在注射成型后，60必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。对于黏度低、流动性好的塑料，因为成型工艺要求模具温度都不太高，所以用常温水对模具进行冷却，由于 ABS 的流动性为中等，且水的热容量大，成本低，传热系数大，故该模具亦采用常温水冷却。3）冷却系统的简略计算。如果忽略模具因空气对流，热辐射以及注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的简略计算。（1）求塑件在固化时每分钟释放的热量 Q塑料制品的体积 663cm71.42863.51nV塑分主塑料制品的质量g90.47.2m塑件壁厚为 1.5mm，差参考书 1 表 434 得冷却时间 。取注射时st7.5冷间 ，脱模时间 ，则注射周期：s5.2注t s8.脱t6脱冷注t由此得每小时注射次数为 225 次。单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量：hkgNmW/10.49.25JQ631式中 ABS 单位质量放出的热量，差参考书 1 中表 435，为，取 。hkJ4031hkJ50（2）求冷却水的体积流量3131min/1082.5187.40630 321cWQqv 式中 冷却水的密度，为 ；3mkg冷却水的比热容，为 ；1c )(.CJ冷却水出口温度，取 ；25冷却水进口温度，取 。2 0（3）求冷却管道直径 d 查参考书 1 表中 430，为使冷却水处于湍流状态，取 d=8mm。（4）求冷却水在管道内的流速 vsmsdqvv /6.1/42.08.14369504232 小于最低流速 1.66 ，达不到湍流状态，但是与最低流速相差很小，所sm以基本上能达到湍流状态，满足冷却要求。（5）求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 h因为平均水温为 22.5，查参考文献 1 表 4-31 可得 ，则有：65.fkJ（m 2h）79108.64.6517.4187.42.8.02.08. dvfh（6）求冷却管道总传热面积 A23106.52652791.hWQAs 式中 模具温度与冷却水温度之间的平均温差。（7）求模具上应开设的冷却管道的孔数 n61.035.184.365dBAn4）冷却装置的布置。虽然经上述理论计算，所需冷却水路仅 1 条，但在实际生产过程中是不够的，将不能获得很好的冷却效果。实际设置如下：定模部分由于有流道的通过，成型塑件的肋板固定在定模仁上，故应加强3232冷却，在定模仁上分别单独设置一根串联式 S 形冷却水道。对于动模部分的冷却水路，动模仁布置两条纵向水道，动模型芯部分推杆布置较多且较密为了防止与之产生干涉，采用两路隔板式水道。4.9 注射机安装尺寸的校核（1）最大与最小模具厚度校核模具厚度应满足 maxminH式中 ，H280min50ax而该套模具整个厚度5.37413 )(42分 型 面 间 隙ABC符合要求，模板各符号意义见模架选型。（2）开模行程校核 对双分型面注射模而言，其开模行程 H 为SmaH)105(21式中 S注射机移动模板的最大行程（mm） ，取 500mm；塑件推出距离，取 32mm；1塑件推出高度，取 16mm；2a取出浇注系统凝料必需的长度，取 120mm。带值计算为 符合要求。mH501783)05(1263（3）推出机构校核 本塑件高度不大，股推出距离不长，符合要求。（4）模具尺寸与注射机杆内间距校核注射模外形尺寸应小于注射机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具宽度或高度至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间距的空间装在注射机的工作台面上。选定的模架为 400mm4000mm，但外形尺寸为 550mm400mm，外形尺寸符合要求。工程实际中也可在安装前把螺钉、弹簧卸下，安装后再装上模具。3333五 模具材料的选用本套模具的选材可参考表零件名称 材料牌号 热处理 硬度动模仁 P20 渗氮 58HRC62HRC动、定模板，动、定模座板，脱凝料板45 调质 230HRC270HRC推杆 T8A 淬火 54HRC58HRC垫块 Q235A推板、复位杆 45 淬火 43HRC48HRC推杆固定板 45主流道衬套 T8A 淬火 50HRC55HRC支承柱 45 淬火 43HRC48HRC定位圈 45定距螺钉 45 淬火 43HRC48HRC导柱、导套 T8A 淬火 50HRC55HRC3434六 模具工作过程模具装配试模完毕之后（见总装配图） ，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下：（1） 对塑料 ABS 进行烘干，并装入料斗；（2） 清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热；（3） 合模、锁紧模具；（4） 对塑料进行预塑化，注射装置准备注射；（5） 注射，其过程包括冲模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模；（6） 脱模过程：3535七 参考文献1叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计M.北京：机械工业出版社.2007.2伍先明，张蓉，杨军，周志冰.塑料模具设计指导M.北京：国防工业出版社.2006.3洪慎章.使用注塑模具结构图集.化学工业出版社.4李德群，唐志玉.中国模具大典（第 3 卷 塑料与橡胶模具设计）.电子工业出版社.5贾润礼，程志远编著. 实用注塑模设计手册. 北京：中国轻工业出版社，20006王鹏驹主编， 唐志玉副主编.塑料模具技术手册 . 北京：机械工业出版社， 19977模具制造手册编写组编著.模具制造手册. 北京： 机械工业出版社，19968冯炳尧，韩泰荣，蒋文生编著.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社，19989许鹤峰 ,陈言秋编著. 注塑模具设计要点与图例.北京：化学工业出版社，199010陈志刚， 朱自成编著.塑料模具设计. 北京：机械工业出版社，2002. 170-17811加 H.瑞斯 著 朱元吉 翻译模具工程 （第二版）化学工业出版社12Timings R L.Engineering Materials Volume