滑轮注塑模具的设计

黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 1 页1 绪 论1.1 塑料工业简介塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改进技术的进步、愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促进塑料工业的发展。模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工艺装备或工具，它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低，其模具的因素占 80%。然而模具的质量的好坏又直接与模具的设计与制造有很大关系。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求越来越大、产品更新换代周期越来越短、用户对塑件的质量要求也越高，因而模具制造与设计的周期和质量要求也相应提高，同时也正是这样促进了塑料模具设计于制造技术不断向前发展。就目前的形式看，可以说，模具技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命的模具技术，便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，就中国就有比较远大的市场，所以模具制造业已成为一个大行业。 在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模。塑料模具的设计是模具制造中的关键工作。通过合理设计制造出来的模具不仅能顺利地成型高质量的塑件，还能简化模具的加工过程和实施塑件的高效率生产，从而达到降低生产成本和提高附加价值的目的，塑料模的优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 2 页粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱” 。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程度。1.2 我国塑料模现状塑料模是现代塑料工业生产中的重要工艺装备，塑料模工业是国民经济的基础工业。用塑料模生产成型零件的主要优点是制造简、材料利用率高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/31/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。随着我国改革开放步伐的进一步加快，我国正逐步成为全球制造业的基地，特别是加入 WTO 后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。塑料模的设计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、 CAE、Flow Cool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此，我国要从一个制造业大国发展成为一个制造业强国，必须要振兴和发展我国的模具工业，努力提高模具工业黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 3 页的整体技术水平，提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力。1.3 塑料模发展趋势塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用。其中注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技术不段向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。由于计算技术和数控加工迅速发展，使得 CAD/CAM 逐渐取代了过去塑料模的设计与制造技术，使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。塑料模CAD/CAM 的发展不仅可以提高塑料模质量，减少塑料模的设计与制造工时，缩短塑料模生产周期，加快塑件生产和产品的更新换代，而且更主要的是能满足当前用户对塑料模行业提出的“质量高、交货快、价格低”的要求。塑料模以后的发展主要有以下几方面：1、注射模 CAD 实用化；2、挤塑模 CAD 的开发；3、压模 CAD 的开发；4、塑料专用钢材系列化。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 4 页2 制品的分析2.1 制品(滑轮) 的简介制品的分析是对所要成型的产品有个初步的了解，在接受设计任务书以后就要对塑料的品种、批量的大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件有个整体概念，以便在设计模具时优选各种方式来成型塑件。2.1.1 对制品的分析 1)、产品尺寸精度及其图纸尺寸的正确性；2)、脱模斜度是否合理；3)、塑件厚度及其均匀性；4)、塑件种类及其收缩率；5)、塑件表面颜色及表面质量要求。2.1.2 本设计中塑件各项要求 1)、塑料名称：聚甲醛（POM） ；2)、色调：白色粉末，一般不透明； 3)、生产纲领：大批大量。2.2 制品的工艺性及结构分析2.2.1 结构分析 该制品为一滑轮,表面有一阶梯,两外圆面分别在两个型腔成型,必须保证同轴度, 所以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证传动精度。有一个深圆形孔，也给脱模带来困难。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 5 页图 2.1 塑件零件图2.2.2 成型工艺分析 1、精度等级：采用一般精度 6 级2、脱模斜度：因本设计中采用的是瓣合模，所以不需要考虑脱模斜度，也就是说脱模斜度为零度。2.2.3 材料的性能分析聚甲醛（POM）白色粉末，一般不透明，着色性好，它的力学、机械性能与铜、锌极其相似，可以在-40100温度范围内长期使用，它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油、耐过氧化物性能，但是不耐酸、不耐强碱和不耐日光紫外线的辐射。2.3 注射成形过程对 POM 的色泽、细度和均匀度等进行检验。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。2.3.1 POM 的注射工艺参注射机：螺杆式喷嘴形式：直通式黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 6 页喷嘴温度:230 240预热：80100 料筒温度（ oC）： 前段 160170中段 170180 后段 180190模具温度（ o）：40120注射压力（ MPa）：80130保压压力（ ）：80100注射时间（ s ）：25 保压时间（ s ）：20 90冷却时间（ s ）：20 60成形周期 （ s ）： 50 160 2.3.2 POM 成型特点POM 熔体的流变性呈非牛顿型，其熔体的粘度对温度不敏感；对注塑而言，要增加流动性能，可以从增加注塑速率减小喷嘴尺寸等方面入手。 -POM 的结晶度大，熔程窄，成型收缩大（可达 3.5%） 。对注塑厚制品而言，要注意保压和补料，以免造成收缩孔太大而报废。 -POM 的热稳定性差，温度过高或时间过长，均会引起分解；特别是温度超过250，分解速度会加快，并溢出强烈刺激眼睛的甲醛气体，严重时制品会产生气泡或变色，严重者会引起爆炸。因此，必须严格控制温度和停留时间；另外，还需加入抗氧化剂和双氰胺甲醛吸收剂。 -POM 的冷凝速度快，制品易产生表面缺陷如折皱、斑纹及熔接痕等，为此应用提高注塑速度和提高模具温度等方法解决。 -POM 制品易产生内应力，后收缩也较大，应进行后处理。后处理的条件为：厚度 6mm 以下，温度 100，时间 0.251h；厚度 6mm 以上，温度 120130，时间46h。 -POM 的吸水率不高，但干燥处理可提高制品的表面光泽度。干燥条件为：温黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 7 页度 110120 ，时间 35h。2.3.3 POM 的主要性能指标表 2.1 POM 的主要性能指标密度 g/cm 1.41 弹性模量 MPa 2.510比容 cm/g 0.71 弯曲强度 MPa 104吸水率%（24h） 0.120.15 抗拉屈服强度 MPa 69收缩率% 1.53.0 熔点C 1802002.3.4 POM 主要用途POM 强度高，质轻，常用来代替铜、锌、锡、铅等有色金属，广泛用于工业机械、汽车、电子电器、日用品、管道及配件、精密仪器和建材等部门。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 8 页3 拟订模具的结构形式模具的结构形式，是指设计过程中的注射机的确定，浇注系统的形式和浇口位置的选择，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，侧向分型与抽芯机构的设计，合模导向机构的设计，温度调节系统的设计及各个零件的设计和装配图设计。3.1 确定型腔数量及排列方式当塑料制件的设计已经完成，并选定所用塑料后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。与多型腔模相比，单型腔模具有以下优点：1)、塑料制件的形状与尺寸精度始终一致；2)、工艺参数易于控制；3)、模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。一般来说，精度要求高的小型制品和中大型制品优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型制品（没有配合精度要求） ，形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。由以上分析初步定为一模两腔，如图 3.1 所示。图 3.1 型腔分布示意图黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 9 页3.2 模具结构形式的确定3.2.1 多型腔单分型面模具制品外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型制品，可采用此结构。 3.2.2 多型腔多分型面模具制品外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型制品，可采用此结构。该制品外观质量要求较高，分析该制品样品采用的浇口位置、分型面位置、推出机构的痕迹，可知浇口为一般侧浇口，并可初步拟定采用两型腔双分型面的模具结构形式，其中双分型面为：水平、垂直分型面。3.3 注塑机型号的确定注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。3.3.1 注射机的选用原则1)、计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）的 0.8 倍；2)、模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；3)、模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；4)、模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间；5)、模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；6)、模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 10 页合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。3.3.2 有关制品的计算根据零件图提供的样品，便可以根据样品测绘得出制品体积，同时也可以借助计算机辅助软件( 如：Pro/E 软件等)建立制品模型（对于没有提供样品的设计，也可以由所提供的制品图样建立模型） ，这样既便于较精确的计算制品的各个参数，又更为直观、形象。因条件所限,本设计是由测绘所的体积：1）制品的体积为：V 1=2.535（cm）质量为： m=1.41g/cm2.535 cm=3.574g2）初步估计浇注系统的体积约为塑件的 0.7 倍：V2=3.574 0.7 =2.5018（cm）本设计中取 V2=2.5（cm） 3）该模具一次注射共需塑料的体积约为：V0=2V1+ V2 =7.57（cm）3.3.3 注射机型号的确定根据以上的计算初步选定型号为 XSZ60 的注射机。近年来我国引进注射机的机型很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的“注射机使用说明书”上标明的技术参数。根据以上的计算初步选定型号为 XSZ60 的注射机，其主要技术参数如表3.1。表 3.1 XSZ60 注射机主要技术参数额定注射量（cm） 60 螺杆(柱塞) 直径（mm） 38注射压力（MPa） 122 注射行程（mm） 170注射时间(s) 25 锁模力（kN） 500最大成型面积（cm） 130 最大开合模行程（mm） 180模具最大厚度（mm） 200 模具最小厚度（mm） 70合模方式 液压机械 喷嘴球头半径（mm） SR12黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 11 页顶杆中心距（mm） 中心推出 喷嘴孔径（mm） 43.3.4 注射机及各个参数的校核1)、注射压力的校核：该注射机的注射压力为 122MPa，由于塑件较简单，所以取 P=90Mpa。所以能够满足要求。2)、由注射机料筒塑化速率校核型腔数量 n：12360/MKTn上式右边=6.15 2 （符和要求） 式中 K注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8M注射机的额定塑化量（g/h 或 cm/h）T成形周期 M2浇注系统所需塑料质量和体积（ g 或 cm）M1单个制品的质量和体积（g 或 cm） 3)、按注射机的最大注射量校核型腔数量 n：12Knn=15.9515.952 （符合要求）式中 Mn注射机允许的最大注射量（ g 或 cm）4)、按注射机的锁模（合模）力的校核：注射模从分型胀开的力（锁模力）应小于注射机的额定锁模力，既FP（n A 1+ A2）式子的右面为 225792.8（符合要求）式中 F注射机的额定锁模力（N）A1单个制品在模具分型面上的投影面积（ mm）黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 12 页A2浇注系统在模具分型面上的投影面积（ mm）p塑料熔体在模腔内的平均压力（MPa） ，通常模腔内的压力为2040Mpa；成型一般制品为 2434Mpa；精密制品为 3944Mpa。本设计中取模腔内的平均压力为 40Mpa。n型腔个数5)、开模行程的校核：SmaxS=H1+H2+510上式右边 S=16+(6+46)+7=75mm而注射机的最大开模行程是 180mm，所以（符合要求）式中 Smax注射机最大开模行程（mm）H1推出距离（脱模距离） （mm）H2包括浇注系统在内的制品高度（ mm）3.4 分型面位置确定模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。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1)、分型面应选择在制品的最大截面处,无论塑件以何方位布置型腔,都应将此作为首要原则；2)、有利于保证制品的外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上产生飞边；3)、尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行；4)、有利于保证制品的尺寸精度；5)、尽可能满足制品的使用要求；6)、尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力；黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 13 页7)、长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需设置型心时,将较短的型心设置在 4 侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离；8)、有利于排气；9)、有利于简化模具结构,应尽量避免侧向分型或抽芯；10)、在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。对于该设计，在进行制品设计时已经充分考虑了上述原则，从所提供样品采用的分型面可知：第一分型面与开模方向垂直；进行模具设计时，在充分考虑上述原则的基础上，可得出：第二分型面与制品推出方向平行。3.5 浇注系统的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。他的作用是将塑料熔体顺利地充满到模具行腔深处,以获得外形轮廓清晰,内在质量优良的塑料制件。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，其包括：主流道、分流道、冷料穴、浇口。3.5.1 浇注系统设计原则1)、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置；2)、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；3)、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；4)、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；5)、避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；6)、浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；7)、熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；8)、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；9)、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 14 页应有 IT8 以上的精度要求；10)、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；11)、尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。3.5.2 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，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。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。1、主流道尺寸 1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径+0.5 1=4+0.51 取 d =4.5（mm）这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料能顺利脱出2）主流道球面半径主流道入口的凹坑球面半径 R,应该大于注射机喷嘴球头半径的 23mm.反之,两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难.SR=注射机喷嘴球头半径+2 3 取 SR=12+2=14（mm ）3）主流道长度 L一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在 50 之内在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构取 L=42（mm）4）主流道大端直径D=d+2Ltg（锥角 为 2 6，取 =4）10 取 D=10（mm ） 2、主流道衬套的形式及尺寸黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 15 页图 3.2 浇口套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成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 T8A、T10A 等，热处理硬度为5055HRC。由于该模具主流道较长，设计成分体式较宜，如图 3.2 所示。3、定位圈的结构尺寸定位圈是对浇口套的固定和对注射方向的导正，如图 3.3 所示。图 3.3 定位圈4、主流道衬套的固定黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 16 页1、定位圈 2、内六角螺钉 3、定模座板 4、定模板 5、浇口套 6、浇注凝料图 3.4 主流道衬套的固定3.5.3 冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约 1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成形性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴（冷料井） 。冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。1、主流道冷料穴主流道冷料穴常设在主流道的末端，开模时应将主流道中的冷凝料拉出,所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径.由于该模具具有垂直分型面即侧向分型，冷料穴分别开在左右瓣合模上，开模时，将主流道中的凝料拉出来；侧向分型时，冷料穴中的凝料会制动脱落。其中 D 为主流道大端直径,该模具取 d=D=8 (mm), 其中 2 为主流道的冷料穴，这样设计的好处是不紧能容纳熔料的冷峰，同时还可以配合拉料杆巧妙的拉出凝料,如图 3.5 所示。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 17 页123451、浇注凝料 2、Z 形冷料穴 3、定模板 4、凹模滑块 5、拉料杆图 3.5 主流道冷料穴2、分流道冷料穴当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，以储存前锋冷料，其长度为分流道直径的 1.52 倍。该模具的分流道冷料穴与流道的截面形状相同，直径逐渐缩小的半圆形,如图 3.6 所示。1、定模座板 2、分流道冷料穴 3、定模板图 3.6 分流道冷料穴3.5.4 分流道的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动通道，其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。分流道最理想的设计就是把流动树脂在流道中的压降降到最小。在多种常见截面当中，圆形截面的压降是最小的。1、分流道的形状及尺寸黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 18 页为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U 形、半圆形、矩形、六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，希望流道的截面积大、表面积小。因此可以用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。各种截面的效率见表 3.2。表 3.2 各种截面的效率表截面形状 圆形 方形 六边形 半圆形 梯形 矩形效率 0.25D 0.25D 0.217D 0.153D 0.195D 0.100D本设计在保证塑件质量的前提下，从经济和加工的角度分析，最终采用了半圆形截面。因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径，也常用塑料的分流道直径的推荐值，对于壁厚小于 3mm，质量在 200 克以下的塑件，可以用以下的经验公式确定分流道的直径： 4265.0LmB式中 B分流道直径（mm）m流经分流道的塑料量（g）L分流道的长度（mm）根据公式计算得 41095.27.0B=9.05（ mm）（故不在适用范围） 计算结果不在给定的推荐值内，在本设计中取 12mm.表 3.3 部分常用塑料常用分流道断面尺寸推荐范围塑料名称 分流道断面尺寸 mm 塑料名称 分流道断面尺寸 mmABS、AS 4.89.5 聚苯乙烯 3.510聚乙烯 1.69.5 软聚氯乙烯 3.510尼龙类 1.69.5 硬聚氯乙烯 6.516聚甲醛 3.510 聚氨酯 6.58.0黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 19 页聚丙烯 510 聚苯醚 6.510丙烯酸塑料 810 聚砜 6.510分流道长度 长度应尽量短，且少弯折，该模具分流道的长度为：57。2、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为理想因此分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 0.631.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处取 Ra=0.8m。3、分流道的布置形式分流道在分型面上的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分为平衡式与非平衡式两种。不管有多少种布置形式，总的来说应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式。 3.5.5 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，它的作用是增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实，确保制品质量。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。1、浇口的主要作用有如下几点 1）熔体充模后，首先在浇口处凝结，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流；2）熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；3）易于切除浇口尾料；4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口还能用以控制熔接痕的位置。2、浇口尺寸的确定浇口的截面积一般为分流道截面积的 3%9%，截面的形状多为矩形（宽度与厚度的比为 3：1）或圆形；浇口长度约为 0.52.0mm 左右。在设计的时候一般取小值，黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 20 页在以便在试模时修正。浇口最终的具体尺寸根据经验和零件的尺寸和形状的要求确定。3、浇口位置的选择浇口位置与数量对制品质量影响很大，选择浇口位置时应遵循如下原则：1）浇口应设在能使型腔的各部位、各角落同时充满的位置；2）浇口应开设在塑件较厚的部位，以使熔料从厚断面移入薄断面，以利于补料；3）浇口应设在有利于排除型腔中气体的部位；4）口应设在避免塑件表面产生熔合纹的部位；5）对于带有长型心的模具，浇口应设置在能使进料沿型心轴向均匀进行，以免型心被熔体冲击而变形；6）浇口的设置应避免熔体的断裂；7）浇口的设置应不影响塑件的外观；8）浇口不要设置在塑件使用中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位。4、浇口结构的形式注射模的浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况个不相同。按浇口的特征可分为限制浇口（既封闭式浇口，在分流道与型腔之间有突然缩小的阻尼式浇口）和非限制浇口（既开放式浇口，又称直接浇口或主流道式浇口） ；按浇口形状可分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环行浇口及薄片式浇口；按浇口的特征性质可分为潜伏式浇口、护耳浇口；按浇口所在的塑件的位置可分为中心浇口和侧浇口等。对于该模具，是中小型制品的多型腔模具，同时从塑件的形状等各方面分析知采用的是点浇口。点浇口又称橄榄形浇口或菱形浇口，是种截面尺寸特小的圆形浇口。点浇口一般设在型腔底部，排气畅通，成型良好，塑件无不良痕迹。有利于实现制动化操作，常用于成型如壳盒形等中、小型塑件的一模多腔模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件，能制动切断浇口凝料，如图 3.7 所示。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 21 页图 3.7 点浇口的结构尺寸5、浇口结构尺寸的经验计算根据模具的实际情况，再结合所提供经验值得，点浇口的直径为 1，长度为 1。表 3.4 侧浇口和点浇口的推荐尺寸侧浇口尺寸/mm制品壁厚/mm深度 h 宽度 w点浇口的直径 d（mm） 浇口长度/mm0.8 00.5 01.00.82.4 0.51.5 0.82.42.43.2 1.52.2 2.43.3 0.81.33.26.4 .22.4 3.36.4 1.03.01.03.5.6 浇注系统凝料的脱出机构1、普通浇注系统的凝料的脱出通常采用侧浇口、直接浇口及盘形环浇口类型的模具，其浇注系统凝料一般与塑件连在一起。塑件脱出时，先用拉料杆拉住冷料穴，使浇注浇注系统留在动模一侧，然后用推杆或拉料杆推出，靠其自重而脱落。2、点浇口式浇注系统凝料的脱出点浇口浇注系统凝料，一般用人工、机械手取出，但生产效率低，为适应自动化生产的需要，可采取以下方式脱出凝料：利用推杆拉断点浇口凝料、利用侧凹拉断点浇口凝料、利用拉料杆拉断点浇口凝料、利用定模推板拉断点浇口凝料等。综合对比各个方式，本设计中的点浇口的拉断利用的是侧凹：是在接近分流道的末端钻一斜孔，开模时保证先从此分型面分开，点浇口被拉断，流道凝料被中心拉料杆拉向型腔板一侧。拉断点浇口凝料的侧凹，如图 3.8 所示。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 22 页1、浇口套 2、定模板 3、拉断点浇口的侧凹 4、定模板 5、Z 形拉料杆图 3.8 侧凹拉断点浇口的系统3.5.7 浇注系统的平衡对于中小型制品的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计时应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成形。一般在制品形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口流量及成形工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。1、分流道平衡对于多型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道的长度及截面面积，改变熔料在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。计算公式如下：21QdL式中 Q1，Q 2熔料分别在流道 1 和流道 2 中的流量，cm 3/s；d1,d2分流道 1 和分流道 2 的直径， cm;L1，L 2分流道 1 和分流道 2 的长度，cm。2、浇口平衡在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔料同时充满各型腔。浇口平衡简称为 BGV（balanced gate value）,只要做到各型腔 BGV 值相同，基本上能达到平衡填充。对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下：黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 23 页BGV= LgrS式中 Sg浇口的截面积， mm2;Lg浇口的长度，mm;Lr分流道的长度，mm。该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，显然是平衡式的。3.6 脱模推出机构的确定注射成形每一循环中，塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构，称为脱模机构，也常称为推出机构。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作。既首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。 3.6.1 脱模推出机构的设计原则制品推出（顶出）是注射成形过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：1)、结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度，且推出机构应尽量设置在动模一侧；2)、保证制品不因推出而变形损坏； 3)、机构简单动作可靠； 4)、保证良好的制品外观； 5)、尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。3.6.2 制品推出的基本方式按模具中的推出零件分1)、推杆推出：推杆推出是一种基本的也是一种常用的制品推出方式，常用的推黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 24 页杆形式有圆形、矩形、 “D”形。2)、推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据制品形状而定。3)、推管推出：适用于薄壁圆桶形塑件。4)、推块式脱模：适用于齿轮类或一些带有凸缘的制品，可防止塑件变形。5)、利用成型零件推出制品的脱模：使用于螺纹型环一类的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件6)、多元联合式脱模：对于某些深腔壳体、薄壁制品以及带有环状凸起、凸肋或金属嵌件的复杂制品，为防止其出现缺陷，常采用两种或两种以上的推出机构联合动作以完成脱模过程。本套模具的设计中，的推出机构形式不算太复杂，全部采用推件板推出。每个塑件采用 4 根推杆推推板推出，推杆与推板采用螺栓连接。推杆与推杆固定板，通常采用单边 0.5mm 的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。此推杆与模板上的推杆孔采用 H8/f7 或 H8/f8 的间隙配合；推杆与推杆固定板，通常采用单边 0.5mm 的间隙；工作端配合部分的表面粗糙度为 Ra0.8，推杆的材料常用 T8、T10 碳素工具钢，热处理要求硬度 HRC50， 3.6.3 脱模斜度的确定在注射模一般的设计中，为了使塑件成型后易于从模具型腔内脱模，在垂直分型面的定模与动模型腔和型心工作面上，必须设计出脱模斜度。而本设计因为塑件的形状尺寸特殊，采用的是瓣合模成型，所以在设计的过程中就不需要再考虑脱模斜度的问题。3.7 侧向分型与抽芯机构的设计当塑件上具有于开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都需要将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中取出，完成侧向活动型心的抽出和复位的这种机构就叫做抽芯机构。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 25 页一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧想抽芯分型与塑件的推出同步进行。3.7.1 侧向抽芯机构的分类及特点侧向抽芯机构按其动力来源可分手动、机动、气动或液压三大类。1)、手动侧抽芯：这种模具结构简单、生产效率低、劳动强度大、抽拔力有一定限制，故只在特殊场合下应用，如试制新产品或小批量生产。2)、机动侧抽芯：开模时，依靠注射机的开模动力，通过侧向抽芯机构改变运动方向，将活动零件抽出。机动侧抽芯操作方便、生产效率高、便于实现生产制动化，但模具结构复杂。机动侧抽芯机构形式主要有：斜导柱侧抽芯、斜弯销侧抽芯、斜滑块侧抽芯、齿轮齿条侧抽芯以及弹簧侧抽芯。3)、液压或气动抽芯：在模具上配置专门的油缸或气缸，通过活塞的往复运动来进行侧向抽芯。这类机构的特点是抽拔力大、抽芯距离长、动作灵活且不受开模过程限制，常在大型注射机中使用。 3.7.2 脱模阻力的计算脱模力是指将塑件从型心上脱出时所需克服的阻力。它是设计脱模机构的重要依据之一。脱模阻力的计算式与抽拔力相同，由于影响脱模力的因素很多，例如塑件的壁厚、塑件包容截面形状的大小、塑件的性能、成型的工艺参数等，如要全面考虑这些因素较困难，在生产过程中只要考虑主要因素，因此可按简化公式计算：Q=Ahq（cosa-sina）=105.600（KN）式中 Q抽拔力（N）A侧型心被包紧的截面周长（cm） ；h成型部分深度（cm） ；q单位面积积压力，一般取 8001200（N/ mm ） ；摩擦系数，取 0.10.2；a脱模斜度。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 26 页因为本设计中采用的是瓣合模，所以脱模斜度是零度。3.7.3 抽拔距的计算抽拔距：型心从成形位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离称为抽拔距。当原材料确定时，抽拔力的大小与模具的结构和塑件的形状有密切的关系。一般抽拔距等于成形侧孔或侧凹的深度加上 23mm。在结构比较特殊时，当成形的塑件是圆形的线圈骨架时，其抽拔距按以下公式计算： 22(/)(/)(3)760sDd取 S=18根据计算结果和塑件的形状分析本设计中采用弯销侧抽芯机构3.7.4 弯销侧抽芯机构弯销侧抽芯机构是最常用的一种侧抽芯机构，它具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点，斜导柱侧抽芯结构的常见的几种形式：弯销在模外延时侧向抽芯机构；弯销在模内侧向抽芯机构；弯销在模内延时侧向抽芯机构；弯销滑块的内侧向抽芯机构；本设计中采用的是弯销在模内侧向抽芯机构的那种。1、弯销抽芯机构的设计要点斜导柱和滑块孔的配合间隙应有 0.51mm 的间隙，以保证开模瞬间使塑件松动，并使锁紧楔先脱离滑块，避免干涉抽芯动作。弯销的倾角 a 最大可达 30，而锁紧楔的楔角应大于 a，一般为 a+（23 ）。活动型心可以与滑块做成一体，也可以将活动型心安装在滑块上成组合式，其连接必须牢固可靠。滑块在导滑槽中活动必须平稳顺利，不得发生卡死或跳动现象。为防止滑块在成性过程中受力而移动，需用锁紧楔锁紧。为使滑块在抽芯完毕，停留在规定位置上，必须用定位装置。2、开模行程及斜导柱的长度的计算1）开模行程的计算黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 27 页开模行程是指从模具中取出塑件所需要的最小开合距离，它必须小于注射机移动模板的最大行程，由于注射机的锁模机构不同，开模行程有不同的计算方式：对单分型面注射模，所需开模行程 H 为：SH=H1+H2+（510 ）mm式中， H1塑件推出距离（也可以作凸模高度） （mm ） ；H2包括浇注系统在内的塑件高度（mm） ；S注射机移动板最大行程（mm） ；H所需开模行程（mm） 。对双分型面注射模，开模行程为：SH=H1+H2+a+（510 ）mm式中，a 中间板与定模的分开距离（ mm） 。根据以上情况和对塑件的分析得：SH=H1+H2+（510 ） mm=14+15+（510）mm取开模行程为 35mm3、弯销长度的计算根据以上的要求，取弯销的倾角为 30，故弯销用于抽芯的有效长度为L=12/sina约为 24,其中 18 是瓣合模的厚度综合以后的考虑初步确定其总长为 54mm，如图 3.9 所示。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 28 页图 3.9 弯销的设计3.8 合模导向机构的设计一般导向分为动、定模之间的导向，推板的导向，推件板的导向，其中动、定模之间的导向尤为重要。一般导向装置由于受加工精度的限制或使用一段时间后，其配合精度降低，会直接影响塑件的精度，因此对精度要求较高的塑件必须另行设计精密导向定位装置。为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向零件的作用：模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置，导向零件要承受一定的侧向力，起导向和定位作用。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。3.8.1 导向机构的分类导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种。3.8.2 导柱导向机构设计要点导柱导向机构适用于精度要求高，生产批量大的模具。当对于小批生产的简单模具，可不采用导套，直接与模体间隙配合。同时在设计导柱和导套时和应注意以下几点：1)、导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。2)、导柱的长度比型心端面的高度高出 68mm，以免型心进入凹模时与凹模相碰而损坏；3)、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，长采用 20 号低碳钢经渗碳0.50.8mm，淬火 4855HRC，也可采用 T8A 碳素工具钢，经淬火处理，导柱工作部分的表面粗糙度为 Ra0.4m。4)、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 29 页5)、导柱设在动模一侧，可以保护型心不受损坏，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配形式。6)、一般导柱的滑动部分的配合形式按 H8/f8，导柱和导套固定部分的配合按H7/k6，导套外径的配合按 H7/k6。7)、除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。8)、导柱的直径应根据模具的大小而决定，也可参考标准模架的数据。3.8.3 导柱的设计对以上各个条件的综合考虑，本设计中采用了四根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。该模具导柱安装在定模固定板上，采用的是瓣合模所以不能将导柱装在动模上，那样将不能开模。因塑件的尺寸不大所以就没有设置导套，这无论是从加工的角度，还是从经济的角度都是比较合理的。一个合理的导柱应该使整套模具在合模时，保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏.当动定模板采用合并加工时，也可确保同轴度要求。因为导柱要固定在定模座板上，导柱与定模座板采用H7/m6 的过盈配合。又起导向作用，所以导柱与其他的板之间采用的是 H7/f6 的间隙配合，如图 3.10 所示。图 3.10 导柱3.9 排气系统的设计3.9.1 排溢设计 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 第 30 页3.9.2 引气设计对于一些大型深腔壳形制品，注射成形后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时制品的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当制品脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使制品发生变形或损坏，因此必须加引气装置。3.9.3 排气系统排气系统对确保塑件成型质量起着重要的作用，排气方式有以下几种：1)、利用排气槽；2)、利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；3)、对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。3.9.4 开设排气槽应注意以下几点1)、根据进料口的位置，排气槽应开设在型腔最后充满的地方；2)、尽量把排气槽开设在模具的分型面上；3)、对于流速较小的塑件，可利用模具的分型面及零件配合的间隙进行排气；4)、排气槽的尺寸要视塑料种类而定，通常为 0.010.03，一般情况下，ABS、 HIPS、 PC、PMMA 、SAN 为 0.015；而高流动性的塑料如 PP、PE、PA，若没有加填充剂则为 0.01；5)、当型腔最后充填部位不在分型面上，其附近又无可供派气的推杆或可活动的型芯时，可在型腔相应 部位镶嵌经烧结的金属块（多孔合金块）以供排气。3.10 温度调节系统设计塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑料质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模。模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。