组合式排插外观结构创新与注塑模具设计

I摘 要在工业生产中，利用模具生产零件具有效率高，质量好，成本低的一系列优点，使得模具被越来越广泛地使用，特别是增长最快的注塑模具，已成为现代工业生产中工艺设备和发展一个重要的方向。本课题以排插为例介绍注射模具设计方法,主要研究内容如下:创新设计新型插座即立式可旋转插座组，既节省空间，又避免了实际使用中插头之间的干涉，提高了插口的有效使用率。应用 SolidWorks 软件完成了插座模块三维模型的设计。利用 CAXA软件来完成其装配图和零件图的绘制。在 IMOLD 插件下设计了模具的成型零部件、浇注系统、冷却系统、推出机构等。实践表明,将软件应用于塑料模具设计能够缩短开发周期,提高设计精度。本文根据实际成产要求设计出了一模两腔的结构模具，其结构紧凑,工作可靠、操作方便、运转平稳,并且冷却效果好、劳动强度低、生产效率高、生产的塑件精度高、生产成本低。关键词：插座；注塑模具；SolidWorks；IMOLD；IIAbstractIn industrial production, the mold parts with a series of advantages of high efficiency, good quality and low cost, makes the mold used more and more widely, especially the fastest growing injection mold, has become an important direction of the development of equipment and technology in modern industry.This thesis takes a socket as an example to introduce the method of injection mold design,and the main research content is as follow: Applying SolidWorks software completed the socket module design of 3D model. Using CAXA software to complete the assembly drawing and part drawing. Finished the injection mold design of a socket by using IMOLD plug-in. Designed injection mold components and parts, including filling system, cooling circuit, and ejecting mechanism with side action, it shows that applying IMOLD software to plastic mold design can shorten development period andimprove design accuracy. The mold has some of advantages .for example, The structure is compact, the operation is reliable and ease, The revolution is steady, the cooling performance is good, the labor intensity is low, the production efficiency is high, the precision is high, the precision is high,and the production cost is low.Key words：socket; injection mould; SolidWorks; IMOLD III目 录引言 .11 绪论 .21.1 注射成型加工原理.21.2 注射成型的基本要素.21.3 注射模的基本结构.21.4 模具设计制造中计算机技术的应用.21.5 国内外模具 CAD/CAM/CAE 技术的发展历程及现状 .31.6 毕设的主要工作.32 组合式排插设计 .42.1 排插外形设计分析.42.2 插座模块材料的确定.52.2.1 注塑材料分析.52.2.2 PC 材料的性能 .52.2.3 PC 的成型工艺 .52.2.4 注塑材料成型过程.62.2.5 注塑材料成型条件.62.3 插座模块结构设计.72.3.1 壁厚设计.82.3.2 脱模角度设计.82.3.3 表面质量和尺寸精度.93 注射机及相关工艺参数 .9IV3.1 注射机的选择.93.1.1 注射机的结构和分类.93.1.2 塑件体积质量的计算.103.1.3 型腔数目的确定.103.1.4 注射机的选择.103.2 有关注射机工艺参数的校核.113.2.1 注射机注射量的校核.113.2.2 注射压力的校核.113.2.3 锁模力的校核.123.2.4 最大开模行程的校核.123.2.5 注射模具厚度的校核.134 成型塑件设计 .134.1 拔模分析.134.2 分型设计.144.2.1 创建分型面.144.2.2 创建型芯/型腔模块.144.2.3 凹模结构设计.154.3 布局设计.164.4 模架选用.174.5 浇注系统设计.184.5.1 添加浇口.184.5.2 添加流道.194.6 排气系统设计.214.7 冷却系统设计.21V4.8 推出机构设计.224.9 合模导向机构设计.245 结论 .25谢 辞 .27参考文献 .28 第 1 页 共 28 页引言随着经济的发展，科技的进步，塑料产业发展迅速，已经发展成为在国民经济中一个非常重要的产业之一。塑料以其独特的优势，已广泛应用于机械行业和人们的生活的方方面面，比如：塑料良好的电绝缘性被用于电子电器行业;机械性能、加工性能，以及高的强度被用于机械工业行业;耐蚀性被用在化学工业中;其优点，如重量轻，用于人们的生活消费中。目前，越来越多的产品是塑料而非金属制品，由于巨大的优势，今天的塑料制品渐渐地取代金属制品的趋势，正体现了塑料产品的优越性与发展潜力。中国的家电产业及其他工业机械产业的高速发展，在满足使用性能要求和外观形状要求的同时，也要求越来越高的工艺技术，以制造出越来越复杂的产品结构，这都离不开模具，同时以最低的成本和最快的速度制造生产出高质量的模具是当今对模具制造行业的要求。模具制造行业是当今制造业的基础产业之一，是转化科技成果的基础，而模具又是高新技术产业的一个重要领域。欧洲和其它工业化国家被称之为“点铁成金”的“磁力工业” 。美国业内人士认为“模具工业是美国工业的基石”;在德国模具行业中的“重点行业”;在日本，模具协会认为“工业发展在全国各地的秘密是模具”现在，模具行业已基本超过了新兴的电子产业。模具技术水平的高低，决定了产品质量的好坏和生产效率的高低，以及新产品开发能力的强弱。模具已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标的度量。今天，模具技术的发展在很大程度上取决于模具的标准化，高质量模具材料的研究，先进的设计和生产技术，特种加工机床及生产技术管理。塑料成型有许多方法：挤出成型，注射压缩成型，压缩成型，注射成型等，根据统计世界上 30%的塑料制品是通过注射成型制造。相比而言注塑生产更有效率，而且容易实现自动化，高精度的模制塑料件，质量稳定，成型周期短，且能一次成型复杂结构的塑料制品。塑料注射成型的这些优点在塑料加工行业具有非常重要的地位。在注塑过程中的塑性流动状态难以控制，受塑件、模具结构，原料特性的影响。在过去，人们根据其经验和非常有限的经验公式来尝试确定模具的结构，它也基于过去的经验设定的工艺参数。每个设计都将面临新的问题，经常出现的问题可以根据经验来解决，新的问题也只能通过尝试才能知道。制作所以这过去的模具设计模具大多需要通过反复的模具测试，修复，以满足要求。以前的模具设计和生产方法具有特性的：成本高，周期长，不能保证质量。随着经济的发展，模具设计方法也亟待更新，如何保证模具质量的前提下降低成本呢？人们不断地研究模具设计的新方法，终于找到了解决模具成本高，质量难以保证的有效途径，就是将计算机技术引入到模具设计中来。目前适用于计算机技术塑料成型领域有：机械计算机辅助工程（CAE）计算机辅助设计（CAD） ，计算机辅助制造技术（CAM） 。利用计算机技术来进行模具设计和制造模具，减少模具生产成本，缩短成型时间，更可以节省原料。 第 2 页 共 28 页 第 3 页 共 28 页1 绪论1.1 注射成型加工原理通过塑料注射成型装置，将塑料从固态加热至粘性流态，然后再变为固态的过程就是塑料的注塑成型过程。在这个过程中，注入料斗中的塑料和外部加热器的塑料，改变了原来的物理状态;注塑机外部有一个液压缸提供动力，将使塑料进入模具，最后热量由冷却介质带走，然后使塑料在模具中固化。其成型过程分为四个部分，由图 1.1所示。在整个成型过程中，正如水进入管道流动一样，通过注射机使塑料进入模具的性能即是所谓的流动性;通过热量来改变塑料的物理状态，通过压力以确保模具空腔填充塑料所需时间，即保证塑性流动行为;温度，压力和时间，这三要素是注射成型工艺需要控制的工艺参数，且这些参数控制着生产的塑料制品的质量。注塑成型原理就是研究塑料物理成型，化学变化和各种参数之间的关系。1.2 注射成型的基本要素塑料制品是通过塑料模具和成型设备成产出来的，所以为了得到合格的塑料制品，合格的模具和先进的成型设备是必备的;模具与塑料制品直接接触，它的好坏就决定了塑料制品质量的好坏，而决定模具质量的因素包括先进设计和精密制造。因此在注射成型过程的基本要素顺利包括：模具，设备及工艺。按照注塑成型模具部件的不同，一般有模架，浇注系统，推出结构和成型零部件组成。模具是塑料制品的质量好坏，精度水平，结构合理与否，材料选择是否得当，生产成本高低等的决定因素。提现企业在市场竞争中的响应能力，模具的质量起到决定性的作用。注塑模具被安装在注塑成型机上，模具设计师仅仅由塑料部件确定模具结构，注塑机参数也应考虑在内。一般来说，在市场上有各种各样规格和型号的注射机，但模具设计时应根据企业现有的条件下予以考虑。注塑模具与注塑机的关系，将第三章中进行说明。合理的成型工艺直接决定了是否能顺利充模，冷却定型，产品的质量。要确定一个最佳的成型条件是极为困难的：塑件结构，填料情况，环境温度的水平，树脂性能，现有注塑机的条件都会影响成型条件，这是不断变化的因素。要提高塑件的质量，确定一个合理的成型工艺也是一个重要途径。1.3 注射模的基本结构注塑模具可分为两部分定模与动模，注塑时两模闭合，构成浇注系统和型腔，当开模时，定模具与动模分离，即可取出零件。注射模具的基本结构分为：成型部分形成型腔，决定塑料的形状，尺寸和精度。浇注系统把从注射机喷嘴喷射的熔融塑料引入形腔。排气系统充模时用以排除过量的气体。温度控制系统控制模具的温度，熔融塑料在模腔中快速可靠地定型。脱模机构使定型后的塑料制件脱出模腔的机构。模架将模具各部位有效连接，导向，确定位置，并在使用时，由它与注射机相连。 第 4 页 共 28 页1.4 模具设计制造中计算机技术的应用60 年代中叶，英国，美国，加拿大的研究者在模腔内对塑料熔体的流动和冷却进行了基础研究。几何建模技术、塑性流变学、计算机技术和数控加工技术的发展，有力地推动了 CAE/CAD/CAM 的进一步研究，从最初的 CAD/CAM 技术通过技术图纸作为传递介质向 CAD / CAM 一体化发展。尤其是使用注塑成型 CAE 技术，是塑料成型及模具设计开发过程中的一个重要里程碑。为了预测在模具结构中的缺陷，我们可以通过计算机模拟模具设计方案，以便在投入生产前发现其中存在的问题。计算机辅助设计所使用方法：采用有限元分析成型中的数学模型;利用数值求解方法建立求解方法; 模拟成型中的塑料熔体;最后，用计算机图形图像，将其直观的展现出来。通过模拟，我们可以得到一个更合理的成型工艺条件，能够及时地反馈问题到模具设计之中，进行修改，并最终提高模具质量，降低模具成本。1.5 国内外模具 CAD/CAM/CAE技术的发展历程及现状20 世纪 60 年代，国外开始对模具工业的计算机应用技术进行研究，在 20 世纪 70年代，至今已成功推出各类模具的计算机软件，它使得模具设计与制造技术提高一个档次的水平，模具产业的发展上了新的台阶。近 20 年来，社会在飞速的进步，也是计算机技术的也在快速的发展，计算机硬件的快速更新，发达国家在工业化计算机技术中模具设计方面不断地发展，进一步改善。1979 年日本在冷冲模方面的弯曲模和冲孔模 CAD 系统研究成功;1985 年成功研发CAD/CAM/CAE 系统。在此之前，美国已成功开发了连续模系统。1976 年第一个出现流分析软件，有一半的模具产业在八十年代应用了计算机技术。目前的计算机技术，向应用程序发出的阶段国外模具行业研究。随着移动技术分析软件的进步是不断变化，从一维到二维流动和冷却分析的开始，然后到三维流动和冷却的分析，但其应用已经延伸到驻留分析和翘曲预测更多的领域。塑料注塑成型过程中，最广泛使用的商业软件开发的仿真软件。目前，国外模具技术已经相当成熟，并在模具行业得到了广泛应用，并取得了良好效果。著名的软件 ABAQUS ， COSMOS ， NASTRAN ， MARC ， ADINA ， ANSYS 等，使用这些软件之前，模具塑料成型过程模拟分析，分析过程可以在设计问题前被发现，然后在出现医疗事故反馈给模具设计师，模具减少了故障率。我国的模具行业的计算机技术研究比较晚，以至于现阶段我们的技术与国外水平还有一定的差距。中国在七十年代开始研究模具 CAD / CAM / CAE 技术，在政府的支持下，我们引进国外先进技术和人才，鼓励科研院所，学校根据中国模具工业的先赚开发适合的专业系统，有针对的对国外软件进行二次开发。到八十年代后期，中国已经进入了模具 CAD / CAM / CAE 技术的快速发展时期。经过努力，我们已经成功地开发了模具设计和分析软件，如模具技术，华中科技大学科学与技术国家重点实验室开发的基于特征的级进模系统 HMJC ，吉林大学依托一汽车身面板的覆盖件 CAD / CAM 系统的研究已经取得了显著成效。此外，弯曲级进模 CAD 系统，精密级进模冲压 CAD / CAM 系统也已出现。目前拥有自主版权的软件有：郑州大学研制的 Z- MOLD 分析软件;华中科技大学的注塑成型系统 HSC7.1 的等。在一些模具企业正在推广和使用该软件，并在试验中逐步完善。这些软件似乎可以改善塑料制品的质量，加快中国模具行业的 第 5 页 共 28 页发展。近年来，高校和企业也培养了大批的模具 CAD / CAM / CAE 软件开发人员和一批技术人才;由于计算机软件的应用出现了一批示范企业。新型应用型人才的培养在政府的支持下，模具 CAD / CAM / CAE 公司将进一步发展。但总的来说，无论从市场还是从产品开发的水平，我国目前的模具 CAD / CAM / CAE 软件的商品化程度，与发达国家相比还有一定的差距。1.6 毕设的主要工作(1)收集关于注塑模具设计及组合式排插的相关知识，了解现有组合式排插产品的结构；(2)熟悉注塑模具设计的原理及过程；(3)查阅相关资料，熟悉塑料产品设计、机械设计基础、注塑模具设计、塑料产品成型工艺、工程力学、工程制图等与本毕业设计课题相关的知识；(4)熟练掌握计算机辅助设计软件；(5)对设计方案进行详细规划及分析，反复对方案进行论证，逐步进行修改及优化；(6)利于相关专业软件完成组合式排插外观结构结构创新设计；(7)利于相关专业软件完成组合式排插注塑模具的设计；(8)利于相关专业软件完成模具加工工艺及注塑工艺相关项目的计算和分析；(9)利于相关专业软件完成产品零件、模具零件及装配 2D 工程图的绘制；(10)利于相关专业软件完成模具开、合模及零件拆、装过程视频动画的制作；2 组合式排插设计2.1 排插外形设计分析排插一般用于某处需集中使用好几个插座的情况，由于装修时已经布线，如果想集中使用多个插座而不再重新布线，直接使用排插接线，方便又快捷。随着连接的点去越来越多，需要尽可能多的设置插孔，现有的传统排插大多是直板的，插孔分布在同一个平面，由于长度有限，在排插上可以设置的插孔数极其有限的，如果设置过多的插头，将覆盖相邻的插孔，这将影响实际的使用。为了解决这个问题，现设计的新型排插如图 2.1 和图 2.2 所示，其名称为新型立式可旋转组合式插座组。该组合式插座底座采用橡胶底面（可安装吸盘） ，可有效的防止排插倾倒；立柱上每一个插座模块都按照 GB2099.3-2008 标准设计生产，并且可以360旋转，节约空间的同时有效解决由于插孔间距问题无法使用的问题；立柱的顶端 第 6 页 共 28 页是一个带电源灯的按键开关，用于控制整个排插的总电源。图 2.1 产品展示图图 2.2 产品展示图2.2 插座模块材料的确定2.2.1 注塑材料分析 第 7 页 共 28 页该插座为日常家用产品，要求在室内环境下能安全稳定使用，处于对外观的要求，产品的光泽度要好，原材料还要有一定的刚度强度以承受如常使用过程中的力，在现行的新国标 GB2099-2008 中规定，排插外壳只要在 1002的温度下，烘烤 1 小时，不变形就算合格。目前市场上排插常见的外壳材质有 PC、ABS、PVC 等，一般的 PVC 不耐高温且容易分解出有毒的 HCl 气体和 ABS 不耐热，阻燃性差容易发生过事故，相对安全的材质是 PC。2.2.2 PC材料的性能PC 是化学名为聚碳酸脂（Polycarbonate）的简称 Polycarbonate ,冲击强度高,尺寸稳定性好,无色透明,着色性好,电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好,适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件.无定形料,热稳定性好,成型温度范围宽,吸湿小,对水敏感,须经干燥处理.成型收缩率小,塑件须经退火处理。 其具有以下性能：(1)外观透明,刚硬带韧性.燃烧慢,离火后慢熄.(2) PC 料耐冲击性是塑料中最好的.(3) 成型收缩率小(0.5-0.7%),成品精度高,尺寸稳定性高.(4) 化学稳定性较好,但不耐碱,酮,芳香烃等有机溶剂.(5) 耐疲劳强度差,对缺口敏感,耐应力开裂性显著2.2.3 PC的成型工艺PC 材料主要有一下成型工艺：(1)PC 在高温下即使对微量水份亦很敏感,故成型前应充分干燥,使含水率降到0.015-0.02%以下. 干燥条件:温度 110-120,时间 8-12 小时.(2)流动性差,须用高压注塑,但注塑压力过高会使产品残留内应力而易开裂.(3)PC 料粘度对温度很敏感,提高温度时,粘度有明显下降. 啤塑温度参数:前料管240-260,中 260-280,后 220-230. 料管温度勿超过 310,PC 料成型提高后料管温度对塑化有利,而一般塑料加工,料管温度控制都是前高后低的原则.(4)模具的设计要求较高:模具的设计尽可能使流道粗而短,弯曲部位少,用圆形截面分流道;仔细研磨抛光流道等,总之是减小流动阻力以适合其高粘度塑料的填充.另外,熔料硬易损伤模具,型腔和型芯应经热处理淬火或经镀硬铬.(5)注射速度太快,易出现熔体破裂现象,在浇口周围会有糊斑,产品表面毛糙等缺陷或因排气不良(困气)而使产品烧焦.(6)模温以控制在 80-100为宜,控制模温目的是减小模温及料温的差异,降低内应力. 3 第 8 页 共 28 页(7)成型后为减小内应力,可采用退火处理,退火温度: 125-135,退火时间 2 小时,自然冷却到室温.2.2.4 注塑材料成型过程注塑成型过程的四个阶段为塑化、填充、保压和冷却。 塑化是由固体状态的 PC 和 ABS 加热后变化成为具有流动性能的过程。 填充是将塑化材料充实到模型腔内进行填满的过程。 保压阶段时塑料熔体因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍处于柱塞或螺杆稳定压力下料筒内的熔料会被继续注入模腔内以补充因收缩而留出空隙。如果柱塞或螺杆停在原址不动，压力曲线略有衰减。如果柱塞压力保持不变，也就是随着熔料入模同时向前作少许移动，则在此阶段中模具压力保持不变。 冷却的重要工艺参数是冷却时间。在保证冷却均匀前提下，冷却时间越短越好，这也就是我们要进行冷却优化的目的。2.2.5 注塑材料成型条件温度控制、压力的控制和时间为注塑材料成型工艺条件，其对塑料制品质量具有非常重要影响。降低温度时，需要提高压力以保证塑料进入型腔，温度过低熔料难以注满型腔；温度过高塑料易于降解；注射压力过高产品易产生飞边，压力过低注塑易出现短射，设计过程中必须结合实际特点来确定三者之间关系。完成一次注射成型周期过程中在保证质量的前提下，尽量缩短成型周期的时间，其中以注射时间和冷却时间最为重要，它们对制品质量有很大的直接作用。注射时间中的保压时间就是对型腔中材料的压力时间，在整个注塑时间占有较大的比例，保压时间的大小对制品的尺寸精度具有决定性影响。通常依赖浇口和流道的结构形式以及模温和料温的因素。冷却时间主要决定于之间的厚度和塑料的性能等因素。冷却时间的终点以模件脱模时不引起变动为宜。反映压力、温度、时间三者关系如图 2.3 所示。图 2.3 压力、温度、时间三者间的关系2.3 插座模块结构设计插座模块由上盖和下盖组成，上盖带有插孔，有一定的精度要求，其外表面要求平整度较高，有一定的抗跌落能力，上盖与下盖以三个螺钉连接，如图 2.4 所示。 第 9 页 共 28 页 第 10 页 共 28 页图 2.4 插座模块及零件图 第 11 页 共 28 页2.3.1 壁厚设计为满足实际使用需求，插座模块的上下盖应有合适的厚度：若壁厚较厚，则浪费材料，延长制作周期，且还会使塑料制品出现凹陷、空心等质量问题；而如果壁厚较薄，则难以满足产品实际使用环境下对刚度和强度的要求，一样会出现质量问题。因此，选择壁厚的原则：在满足使用条件 的前提下不能太厚，竟可能的使壁厚均匀一致。根据实际情况，该产品的厚度取 2.3mm。表 2.1 常用热塑性塑料的最小壁厚和常用的壁厚推荐值常用壁厚/mm塑料名称 最小壁厚/mm小型制品 中型制品 大型制品尼龙 0.45 0.76 1.50 2.43.2聚乙烯 0.60 1.25 1.60 2.43.2聚苯乙烯 0.75 1.25 1.60 2.43.2改性聚苯乙烯 0.75 1.25 1.60 2.43.2有机玻璃 0.80 1.50 2.20 2.43.2硬聚氯乙烯 1.20 1.60 1.80 2.43.2聚丙烯 0.85 1.45 1.75 2.43.2聚碳酸酯 0.95 1.80 2.30 2.43.2醋酸纤维素 0.70 1.25 1.90 2.43.2聚甲醛 0.80 1.40 1.60 2.43.22.3.2 脱模角度设计塑料成型工艺，由于冷却保压会使塑件收缩，为使塑料部件在开模时拆下便利，并防止脱模时损坏其表面或将其拉坏，一般是在塑料与脱模方向平行的内外表面设置一个合理的坡度。对于 PC 材料，一般光滑的表面 0.5至 1已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，以每深 0.25mm（0.001 in）增加 1脱模角。设计塑件的脱模斜度时，应遵循以下原则：在保证产品使用性能的条件下应尽量 第 12 页 共 28 页选择较大的脱模斜度，使制品容易脱出。如果塑件的收缩率较大，成型后塑件对型芯的包紧力也会较大，为使塑件顺利脱模，脱模斜度应设计大些。如果制品的壁较厚，那么制件成型后的收缩量会比较大，此时，应设计较大的脱模斜度。高大的塑料制品，应尽量选用较小的脱模斜度。如果要求塑料制品在脱模后留在型芯一侧时，则内表面的脱模斜度应比外表面的脱模斜度小。PC 材料脱模角度如表 2.2 所示。表 2.2 PC 材料脱模角度 第 13 页 共 28 页2.3.3 表面质量和尺寸精度表面质量，包括物理和机械性能及两者微观的几何体两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度的问题。塑料件的外观缺陷是其特有的质量指标，包括缩痕，凹陷，气孔，缺料，变形，飞边和溢料等。模具型腔内壁表面粗糙的含量决定了塑料表面粗糙度，通常模具应比塑料件高出一个级别。成型出来的塑件与产品尺寸图中储存的符合程度即塑件的尺寸精度。有更高的精度就有更好的产品质量，但同时也要求有高精密模具，加大了加工难度。生产厂家为了降低塑料制品的成本，会尽力降低塑件的精度。塑件精度需根据具体产品和用户的要求，以及人们的消费能力及其他因素确定。插座模块作为家庭用产品的外观件与使用件，要求一般精度即可。塑件尺寸精度受到诸多方面的影响，可由下式表示=+其中 制件总的误差因塑料收缩率波动所产生的误差因模具成型零件制造精度产生的误差z因模具磨损产生的误差c因模具安装及配合间隙产生的误差a由于影响塑料的尺寸精度的因素是比较复杂的，总结有如下三个方面：(1)模具制件的尺寸精度受到模具各部分的制造精度的影响；(2)成型工艺通过影响材料的收缩率而影响尺寸精度；(3)塑料原材料收缩率大则产生的误差就大此塑件上的尺寸都没有特别的精度要求，可按 IT14 级精度来进行尺寸的计算。3 注射机及相关工艺参数3.1 注射机的选择3.1.1 注射机的结构和分类注射成型机（简称注射机或注塑机）在注射成型的一个工作循环中，需完成塑化、注射和成型三项基本工作。因此，一台普通型的注射机由注射装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统等组成。如图 3.1 所示为最常用的卧式注射机外形图。 第 14 页 共 28 页图 3.1 注射机示意图通过对注塑装置和合模装置的相对位置进行分类，分为卧式、立式机、角式三类。(1)卧式注射机:是最为常见注射机。其合模装置和注塑装置的轴线呈水平一线排列，具有机身低、易维修、操作方便自动化程度高、产品可自动落下、不需使用机械手也可实现自动成型、安装水平稳等特点、但模具需通过吊车安装。适合大型工件加工。(2)立式注射机:合模装置和注塑装置轴线呈一线排列，通过简单的机械手可取出各个塑件型腔，有利于精密成型，一般锁模装置周围为开放式，容易配置各类自动化装置，特别是容易保证模具内树脂流动性及模具温度分布的一致性。适合于复杂、精巧的小型工件产品加工。(3)角式注射机: 它的特点是合模装置和注塑装置的轴线垂直排列，其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。3.1.2 塑件体积质量的计算为了选用注射机及确定型腔数，经造型可以计算出排插模块上盖的体积为V=26232.41 立方毫米；塑件材料的密度 =1.2，因此整个排插模块上盖的质量是M=v=31.48g3.1.3 型腔数目的确定 第 15 页 共 28 页一次注射只能生产一件塑件的模具称为单型腔模具；一次注射能生产两件或两件以上塑件的模具称为多型腔模具。与多型腔模具相比较，单型腔模具具有塑件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点。但是，在大批量生产的情况下，多型腔模具应是更为合适的形式，它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。由于排插要求的精度并不高，但有一定的配合要求，为了同时兼顾生产效率和成本，根据塑件图样及产量等要求确定型腔数目为一模多腔. 3.1.4 注射机的选择通过查资料，可初选注射机型号为：XS-Z-125/90。其主要的技术规格如下表3.1表 3.1 注射机技术规格 第 16 页 共 28 页3.2 有关注射机工艺参数的校核3.2.1 注射机注射量的校核最大注射量与产品体积及质量之间有直接关系体积，必须互相适应，否则将影响产品的质量和产量，如果最大注射量小于产品一次注射所需的最小量时时，会引起内部组织或松散物品形状不完整，导致产品强度下降的缺陷;若注射量过大，使得同时注入过多，降低了喷射效率，浪费能量，还可能导致塑料分解。因此，最大注射体积应比制件一次成型多需的最小注射量大，以确保在注塑过程的顺利进行。设备铭牌上标记的是在理想条件下参数，但实际的量优选为注射机最大注射量的 80%以内。有下式：1zKV其中 设备最大注射量的利用系数设备最大注射量，以 为单位z 3cm制件所需原料的容积，以 为单位1V塑料体积的计算：1smK其中 塑料原料的压缩率，取 =1.6sK制件的体积，以 为单位V3cm则 1sm=226232.41+0.626232.41=68204.266 m=V=1.268.2042681.845g81.845114所以注射机注射容量满足要求。3.2.2 注射压力的校核为了校验注射机的最大注射压力是否达到塑料制品成型的要求，需要对注射压力进行校核，使得成型所需的注射压力小于注射机最大注射压力，即：PJP Z其中 Pj设备最大注塑压力PZ制件成型所需的注射压力，见表 3.2表 3.2 注射压力的对比 第 17 页 共 28 页一般取 70100MPa，这里由于该产品要求一般精度，且 PC 原料的流动性比较好，根据表 3.2 设计时选择 PZ =80MPaPj=116MPaPZ =80MPaPJP Z，注射压力满足要求。3.2.3 锁模力的校核成型时锁紧模具的最大力称为锁模力。锁模力实现定模与动模合模锁紧，能保证制件尺寸，减少毛边和溢料，保证操作者安全。锁模力应大于分型面上高压溶融塑料显现的涨力。10ckpAF其中 F设备的额定锁模力A塑料制品在分型面上的投影总面积，以 为单位，这里约为 0.006 2cm 第 18 页 共 28 页k安全系数，一般取 k=1.11.2熔融塑料在型腔内的平均压力，见表cp表 3.3 常见材料型腔压力取 Pc=20Mpa10kpAF=144kN注射时的锁模力满足要求。3.2.4 最大开模行程的校核塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程，表示为：12(510)LHm:H1脱模距离，以 mm 为单位；H2塑件高度（包括浇注系统） ，以 mm 为单位；L注射机最大开模行程，以 mm 为单位。已知 H1=65，H2 =32，则 H1+H2+8=105mm，故注射机满足要求。3.2.5 注射模具厚度的校核模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按下式校核：minmaxH 第 19 页 共 28 页其中 Hm模具闭合厚度，以 mm 为单位；Hmin注射机所允许的最小模具厚度，以 mm 为单位；Hmax注射机所允许的最大模具厚度，以 mm 为单位。Hm=331mm4 成型塑件设计4.1 拔模分析拔模分析工具来检查其零件面上拔模的使用是否正确。使用拔模分析，可以确认拔模角度、检查面上角度的变更，以及找出零键的分模线、顶入曲面和顶出曲面。通过 IMOLD 进行的拔模分析，可以得到 13 个型腔面，40 个型芯面。结果如图 4.1 所示图 4.1 拔模分析 第 20 页 共 28 页4.2 分型设计4.2.1 创建分型面分型面应选在塑件的最大截面处：这样的设计不影响注塑件外观质量和美观。尤其是对外观有明确要求的塑件，更要注意分型面对外观的影响。考虑方面主要是有利于保证塑件精度要求、有利于模具加工要求(特别是型腔加工)、有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置要求。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、以减小所需锁模力的要求。能便于注塑件中的嵌件安装、长型芯应置于开模方向要求。遵循以下原则：（1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出；（2） 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于动模内设置的推出机构动作，否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性；（3） 保证塑件的精度要求。与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具型腔内。如果塑件上精度要求较高的成型表而被分型面分割，就有可能由于合模精度的影响引起形状和尺寸上不允许的偏差，塑件因达不到所需的精度要求而造成废品；（4） 满足塑件的外观质量要求。选择分型面时应避免对塑件的外观质量产生不利的影响，同时需考虑分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面处产生飞边；（5）便于模具加工制造。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面；（6）对成型面积的影响。注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件(包括浇注系统)在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件(型腔)在合模分型面上的投影面积；（7）对排气效果。分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内壁表面重合；（8）对侧向抽芯的影响。当塑件需侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向，并尽量把侧向拍芯机构设置在动模一 第 21 页 共 28 页侧。利用 IMOLD 补面功能，将工件开环结构进行修补，修补后在平直面内画出分型线，系统默认的分型线就是插孔表面的轮廓线，其与之前建立分型面进行修剪和缝合，最终得到所需要的分型面4.2.2 创建型芯/型腔模块分型面设置好后就利用 SolidWorks 的模具分型工具对模具型腔进行分型。结果如图 4.1 所示。 第 22 页 共 28 页图 4.1 型芯4.2.3 凹模结构设计凹模是成型产品外形的主要部件，其结构特点是随产品的结构和模具的加工方法而变化。组合镶拼方式的优点：对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。本设计凹模结构如图 第 23 页 共 28 页图 4.2 凹模 第 24 页 共 28 页4.3 布局设计型腔数量的确定：型腔数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状(有无抽芯)、塑件精度、批量大小以及经济效益来确定。这些条件相互制约的，在确定设计方案时须进行协调，以保证满足其主要条件的要求。确定型腔数目的方法：(1)根据经济性：n=NYt/(60C1)1/2其中 n-每副模具中型腔的数目N-计划生产塑件的总量Y-单位小时模具加工的费用t-成型周期（min）C1-每个型腔的模具加工费用（元）(2)根据锁模力：n=(Q/p)-A 2/A1其中 Q-注射机锁模力） （kN）p-型腔内熔体的平均压力（MPa）A2-浇注系统在分型面上的投影面积A1-每一个塑件在分型面上的投影面积(3)根据塑件的精度：根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低 4%，由于水龙头壳体是人们生活中的人体中的手经常触摸的日常生活消费品，精度自然要求高一点，所以采用一模一腔。(4)根基注射量：n=（0.8G-m 2）/mL其中 G-注射机的最大注射量（g）m1-单个塑件的重量（g）m2-浇注系统的重量（g）本次设计将采用一模两腔，如图 4.3 所示布局。 第 25 页 共 28 页图 4.3 布局设计各型腔与主流道之间的距离不能太长，否则分流道就会过长，从而导致流道内