方形扣盖塑料模具设计 毕业论文.doc

方形扣盖塑料模具设计 目 录 毕业设计（论文）开题报告 6 第 1 章 绪论 .11 1.1 模具行业发展的现状 .12 1.2 毕业设计选题的背景、目的和意义 .12 1.2.1 毕业设计选题的背景 12 1.4.2 毕业设计的目的和意义 13 第 2 章 塑件分析 .13 2.1 塑件形状与成分分析 .13 2.2 塑件的体积与质量的计算 .14 2.3 注射机的选择 .15 2.4 注射机的校核 .15 2.4.1 最大注射量的校核 .15 2.4.2 注射压力的校核 .16 2.4.3 锁模力的校核 .16 2.4.4 安装部分的校核 .17 2.4.4.1 喷嘴尺寸 .17 2.4.4.2 定位孔尺寸 .17 2.4.4.3 最大、最小模具厚度 .17 2.4.4.4 螺孔尺寸 .18 2.4.4.5 开模行程 .18 第 3 章 各项工艺参数的确定 .19 3.1 塑件收缩率的计算 .19 3.2 分型面的设计 .19 3.3 型腔数目的确定 .20 第 4 章 浇注系统设计 .21 4.1 主流道设计 .21 4.1.1 主流道尺寸 .21 4.1.2 主流道衬套的固定 .23 4.2 分流道设计 .23 4.2.1 分流道的截面形状选定 23 4.2.2 分流道的尺寸设计 .24 4.2.3 分流道和浇口的连接形式 .24 4.2.4 分流道的布置形式 .25 4.3 浇口设计 .25 4.3.1 浇口形式的选择 .25 4.3.2 浇口位置的选择 .26 4.3.3 冷料穴的设计 .27 第 5 章 成型零部件设计与加工 .27 5.1 成型零件的结构设计 .28 5.1.1 凹模结构设计 .28 5.1.2 凸模结构设计 .28 5.2 成型零部件的工作尺寸计算 .29 5.2.1 塑件尺寸精度的影响因素 .29 5.2.2 成型零部件的工作尺寸的计算 .30 5.2.2.1 型腔与型芯径向尺寸 .30 5.2.2.2 型腔深度与型腔高度尺寸 .31 5.3 成型型腔壁厚的计算 .31 5.3.1 型腔侧壁厚度的计算 .32 5.3.1.1 定模型腔壁厚计算 32 5.3.1.2 动模型腔壁厚计算 .33 5.3.2 型腔底板厚度的计算 .33 5.3.2.1 定模型腔底板厚度 .33 5.3.2.2 动模型腔底板计算 .33 5.3.3 凹模型腔的强度 .33 5.3.4 锁模力的计算 .34 5.3.4.1 注射基本压力 .34 5.3.4.2 锁模力 .34 5.3.5 排气结构设计 .34 第 6 章 导向及脱模机构设计 .35 6.1 导柱导向机构的设计 .35 6.1.1 导柱的设计 .35 6.1.2 导套的设计 .36 6.1.3 导柱的数量和分布 .37 6.2 脱模机构的设计 .38 6.2.1 脱模机构的分类及设计原则 .38 6.2.2 脱模力的计算及零件尺寸确定 .38 6.2.2.1 脱模力的计算 .38 6.2.2.2 推出零件尺寸的确定 .39 6.2.3 推出脱模机构 .40 6.2.3.1 推杆脱模机构的组成 40 6.2.3.2 推杆设计要点 40 6.2.4 浇注系统凝料的脱出和自动脱落机构 41 第 7 章 侧向分型与抽芯机构 .41 7.1 斜导柱侧向分型与抽芯机构的设计 .41 7.1.1 主要参数的确定 41 7.1.1.1 抽芯距 s 41 7.1.1.2 斜导柱的倾角 .41 7.1.1.3 斜导柱的直径计算 42 7.1.1.4 斜导柱的长度计算 43 7.1.2 斜导柱侧向分型抽芯机构设计要点 44 7.1.2.1 斜导柱 44 7.1.2.2 滑块 44 7.1.2.3 滑块的导滑槽 44 7.1.2.4 滑块定位装置 45 7.1.2.5 锁紧块 45 结论 .46 第 1 章 绪论 1.1 模具行业发展的现状 模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身 又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效 益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目 前，塑料模具在整个模具行业中约占 30%左右。二十一世纪世界制造加工业的 竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多 样性要求塑件设计的多品种、复杂化，市场的快速变化要求发展产品及模具的 快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品 质量，创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高 效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。 当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑 料模具。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、 洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台；到 2010 年,在建材行业,塑料门窗的普及率为 30,塑料管的普及率将达到 50。这 些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已 呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模 具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在 10 年内发展成为世界模 具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业 发展也非常快。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工 业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都 是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国 塑模市场的前景一片辉煌。 1.2 毕业设计选题的背景、目的和意义 1.2.1 毕业设计选题的背景 本次设计的方形扣盖是一商品，在日常生活中它有很多的应用。由于它的 生产批量大，精度要求高，且材料为塑料 abs，适合在塑料模具行业进行生产。 本设计中使用注射模具来生产该产品，其原理是将粒状塑料连续输入到成型机 的料筒中加热熔融，然后由注射杆推进，由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中， 然后保压冷却，使之固化成型。为了合理而快速的设计出模具，采用参数化设 计，保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。整个设计过程包括工艺条件的 分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。使用 proe 进行三维建模并进行参数化分析，通过 cad 绘制各种零件图和装配图， 最后整理设计说明书，完成整个设计。 1.4.2 毕业设计的目的和意义 通过本次毕业设计，拟达到以下成果： （1）通过本次设计的过程，了解塑料与成型加工有关的各种性质、塑料 制件的结构分析及其工艺性，为学习认识其性质和塑料的成型工艺性与模具的 设计打下基础。 （2）了解注射成型工艺及模具设计的过程，熟悉模具的结构及特点，熟 悉模具设计的基本方法和步骤，熟悉有关注射模具的相关设备，并能正确选用。 （3）熟练应用计算机绘图软件 auto cad、pro/e 以及专业模流分析软件 moldfolw 等进行设计工作，掌握相关资料、手册、标准的收集与整理，并熟悉 资料及数据的查询方法。 （4）通过设计过程，进一步巩固所学专业基础知识，并能够理论结合实 践，提高专业技术能力和水平，为以后踏上工作岗位积累经验和方法。 毕业设计是大学阶段最后一个教学环节，通过毕业设计既可以巩固我们在 本阶段学习的理论知识，培养我们运用所学知识分析和解决工程实际问题的综 合能力，又可以使我们初步掌握科学研究的基本方法和撰写符合规范要求的专 业技术文件的能力。 第 2 章 塑件分析 2.1 塑件形状与成分分析 图 1.1 零件所示为某生活用品中的塑料件。该塑料件是扣盖产品。整个塑 料件料厚 2.5mm，材料为 abs，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈。看上去该注塑件形状并 不太复杂，但其具有以下几点需着重考虑： (1)抽芯：从图 1 可以看出，方孔 6x8mm 需抽芯机构才能成型，这就需要 认真考虑选择斜导柱抽芯机构。既要达到抽芯目的，又要确保模具结构紧凑且 加工方便。 (2)该产品材料为 abs，吸湿性强，含水量应小于 0.3%，必须充分干燥， 要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干。 (3)加工时，宜取高料温、模温，料温对物性影响较大、料温过高易分解 (分解纬度为 250左右)，对要求精度较高的塑件模温宜取 50-60，要求光泽 图 .1产 品 图产 品 数 量 20件塑 料 表 面 光 亮 无 划 痕 ， 未 注 公 差 按 it14级3内 表 面 的 脱 模 度 为 及耐热料宜取 60-80。 (4)模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口边外观不良易发生熔 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“白色” 痕迹(在热水中加热可消失)，脱模斜度宜取 2以上。 2.2 塑件的体积与质量的计算 根据公式 (2.1)mv 式中 m塑件的质量，g； 塑料的密度， ，查 中表 1-4 得 =1.05g/ ；3/gm2文 献 3cm v塑件的体积， ，由 pro/e 体积填充得出 v=21 。 那么塑件的体积 g1.052. 2.3 注射机的选择 注射机为塑料注射成型的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式 三种。如果按照塑料在机筒中的塑化方式分，又可分为柱塞式注射机和螺杆式 注射机。注射成型时，注塑模具安装在注射机的动模板和定模板上，有锁模装 置和模柄锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型 腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。注射 机的主要技术参数包括注射、合模、综合性能等三个方面，如公称注射量、螺 杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开 模力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、空循环时间、 机器功率、体积和质量等。该塑件的生产在 xs-zy-125 注塑机上进行，其参数 如表 2.1 所示： 表 2.1 注塑机 xs-zy-125 参数表 螺杆直径/mm 42 模板行程/mm 300 注射容量( 或3cm g) 125 球半径 /mm 12 注射压力/ pa5101190 喷 嘴 孔直径 /mm 4 锁模力/10kn 90 定位孔直径/mm 0.541 最大注射面积/2cm320 中心孔径 /mm 最 大 300 孔 径/mm 22模具厚度 /mm 最 小 200 推 出 两 侧 孔 距/mm 230 (资料来源：塑料成型加工与模具2003 年 3 月第一版，附录 6) 2.4 注射机的校核 2.4.1 最大注射量的校核 在模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容 量或质量在注射机额定注射量的 80%以内。在一个注射成型周期内需注射的塑 料熔体的容量为塑件的容量和浇注系统容量的总和， njv=+ （2.2） 式中 一个成型周期内所需注射的塑料质量， ；v 3cm 型腔数目；n 单个塑件的质量， ；3cm 浇注系统凝料的质量， ；j 由计算得单个塑件重量为 21 ，浇注系统的质量约为 22.05 ，则3 3c 每次注射所需塑料质量为（按一模 2 腔计算） 1547v=+3cm 注射机的最大注射量为 125 3c 由此可知，该型号的注射机的一次注射量能满足要求。 2.4.2 注射压力的校核 注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力的能否满足制品成型的需要。 只有在注射机的额定注射压力范围内才能调整出某一制品所需的注射压力，因 此，注射机的最大注射压力要大于成型该制品所需的最大注射压力。 制品成型时所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种、注射机类型、 喷嘴形式、制品形状的复杂程度以及浇注系统等因素有关。在确定制品成型所 需的注射压力时可利用类比法或参考各种塑料的注射成型工艺参数等，一般制 品的成型注射压力在70mpa至150mpa的范围内。 p成 p 注 （2.3） 式中 p 成 为塑料成型时所需的注射压力，mpa； p注 为注射机的额定注射压力，mpa。 由前述可知 p 成 =60100mpa, p 注 =1190 mpa;显然有 p成 =60100mpap 注 =1190mpa 因此，该螺杆式注射机的注射压力满足要求。 2.4.3 锁模力的校核 当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力， 其大小等于制品与浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔 体的平均压力。该推力应小于注射机的额定锁模力t 合 ，否则在注射成型时会因 锁模不紧而发生溢边跑料现象。 型腔内塑料熔体的推力t 推 可按下式计算： t推 =ap平均 ap=akp 0 （2.4） 式中 t 推 型腔内塑料熔体沿注射机轴向推力，n； a 塑料与浇注系统在分型面上的投影面积，mm 2； p 平均 熔体内塑料熔体的平均压力，mpa; p型腔内塑料熔体压力，mpa; p0 注射压力，mpa； k压力损耗系数，随塑料品种、注射机形式、喷嘴阻力、流道阻力等 因素变化，可在 0.2 到 0.4 的范围内选取。 这里 a=3900mm2 ，我们取 p0 =100mpa，k=0.3，那么 t 推 =akp0=39000.3100=117kn900kn 可见，锁模力符合要求。 2.4.4 安装部分的校核 为了使注塑模能够顺利地安装在注射机上并生产出合格的产品，在设计模 具时必须校核注射机上与模具安装有关的尺寸，因为不同型号和规格的注射机， 其安装模具部分的形状和尺寸各不相同。一般情况下设计模具时应校核的部分 包括喷嘴尺寸、定位孔尺寸、最大模厚、最小模厚、模板上的螺孔尺寸等。 2.4.4.1 喷嘴尺寸 注射机喷嘴头部的球面半径r1应与模具的主流道始端的球面半径r2吻合， 以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。一般r2 应比r1大12mm，主流道小端直径 d取比注射机喷嘴直径d大0.51 mm，否则主流道内的塑料凝料将无法脱出。本 注射机喷嘴头部的球面半径为12mm,喷嘴直径d=3 mm,而模具的主流道始端的球 面半径为13mm，主流道小端直径d=4.5mm，所以喷嘴尺寸是合理的。 2.4.4.2 定位孔尺寸 本模具选用的浇口套与定位环是一体的。为了使主流道的中心线与注射机 喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位环应与注射机固定模板上的定 位孔呈松动的间隙配合。定位环直径d为与注射机定位孔配合直径，应按选用注 射机的定位孔直径确定，定位环与注射机定模固定板定位孔相配合，配合精度 为h11/b11，以便于装模。定位环用内六角螺钉固定在定模座上。 本注射机的模板定位孔径为100 ， 模具定模板上凸出的定位环直0.54+ 径为 ，因此，它们是间隙配合，符合要求。0.21- 主流道中心对称由压板和定模板的配合，因而喷嘴和浇口套的配合可以得 到保证。 2.4.4.3 最大、最小模具厚度 在模具设计时应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚与最小 模厚之间。同时应校核模具的外形尺寸，使得模具可从注射机的拉杆之间装入。 本设计所选用的注射机的最大模厚为 300mm,最小模厚为 200mm, 查文献 ，依6 据 gb/t12556.1-90塑料注射模中小型模架及技术条件 ，选择模架系列为 （bl）250mm315mm，闭合高度为 230mm，所以模具的外型尺寸满足要求。 2.4.4.4 螺孔尺寸 注射模具的动模和定模的固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定 模板上的螺孔尺寸相适应。模具在注射机上的安装方法有用螺栓固定和用压板 固定两种。当用螺栓直接固定的时候模具固定板与注射机模板上的螺孔要完全 吻合；而用压板固定的时候，只要在模具固定板需要安放压板的外侧附近有螺 孔就能固紧，因此压板方式有较大的灵活性。对于重量较大的大型模具，采用 螺栓直接固定较为安全。本模具属小型模具，但考虑到安装的灵活性，采用的 是压板固定方式，故在动、定模的固定板上无需设计螺孔。 2.4.4.5 开模行程 模具开模后为了便于取出塑件，要求有足够的开模距离，而注射机的开模 行程是有限的，因此必须进行注射机的开模行程校核。对于不同型式的锁模机 构的注射机，其最大开模行程与模具厚度有关，有的与模具厚度无关。该模具 中选择的注射机其最大行程与模具厚度无关，且模具为单分型面注射模。所以 注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件所需的开模距离，即满足下式： （2.5）max12(510)sh+: 式中 注射机最大开模行程，mm；maxs 塑料脱模所需要的顶出距离，mm；1h 塑件厚度（包括浇注系统凝料） ，mm；2 那么，由塑件的结构可知 =13mm，由塑件和浇注系统凝料结构可知1 =59mm。2 则 =300maxs12(50)h+: =22+70+10 =102mm 所以满足设计要求。 第 3 章 各项工艺参数的确定 3.1 塑件收缩率的计算 查 表 1-4，可知 abs 的计算收缩率为 0.3%-0.8%，塑件的厚度为2文 献 2.5mm，由于在实际成型时不仅不同品种的塑料其收缩率不同，而且不同批次的 同一种塑料或者同一制件的不同部位的收缩率也经常不同，所以对于收缩率范 围较小的塑料品种，可以取其平均收缩率，故最终确定注塑件的收缩率为 qp = 0.0055。 3.2 分型面的设计 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具 中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及 推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型 面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一 般应遵循以下几项原则： 1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3)保证塑件的精度要求。 4)满足塑件的外观质量要求。 5)便于模具加工制造。 6)对成型面积的影响。 7)对排气效果的影响。 8)对侧向抽芯的影响。 其中最重要的是第 2)和第 5)、第 8)点。为了便于模具加工制造，应尽是 选择平直分型面工易于加工的分型面。 分型面设计是确定动、定模的分界线。按图 3.1 所示塑料件的外形要求， 分型面选择在 b 处。如果分型面选择在 a 处，圆弧 r3 很难成型，并且扣盖表面 将有飞边，影响塑件的外观质量，所以不予取用。而采用在 b 处分型的方案， 确保开模时塑件留在动模，由推出机构推出，便于取件，塑件的尺寸、外观质 量也可以保证。这也是最佳的分型面设计方案，同时也为浇口设计提供了方便。 图 3.1 分型面示意图 3.3 型腔数目的确定 为了使模具与注射机相匹配以提高生产效率和经济效益，并保证塑件的精 度，首先必须确定模具型腔数目。由于注塑机的最大注塑量为 125 cm3，而塑件 体积为 21cm3，型腔数目可按 中公式(7-1) 计算1文 献 (3.1)0.8gjnv 其中 注射机最大注射量， ,查表 2.1 得 =125 ；g 3cmgv3cm 浇注系统凝料量， ，初步估算 =6 ；jv3cmjv3cm 单个塑件的容积， ， =21 ；n n3 而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的 20%，故型 腔数目 n=4，由于生产该塑件的模具要有侧向抽芯分型机构，4 腔程程田字型排 列会增加设计难度，而且本产品为中小批量生产，所以拟选定为“一出二”即 一模两腔。型腔排列示意图如图 3.2 所示。 图 3.2 型腔排布示意图 第 4 章 浇注系统设计 所谓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。 浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两类。普通流道浇注系统 由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。浇注系统的作用是使来自注射 模喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模、压实和保压。 4.1 主流道设计 4.1.1 主流道尺寸 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度 的流动通道。 主流道通常设计成圆锥形，其锥角 =2 4，本产品所用塑料为 abs，流动性中等，内壁表面粗糙度无特殊要求，一般 ra=0.63m。 为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处紧密对接，主流道对接处 制成半球形凹坑，其半径 ，其小端直径 。21()rm12(0.51)dm 凹坑深取 。在本次设计中， =12+1=13mm，35hm21rm =4+0.5=4.5mm，h=3mm。120.d 主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。根据实验 结果，主流道剪切速率以 为宜。可按 中公式 (5-54)计算3150s : 2文 献 (4.1)3.nqr 式中 熔体流动时的剪切速率( )，根据经验 =5 ；: 1s:310s q熔体的体积流率( )；3/cm rn流道的称呼半径，即除去表面冷凝层后的有效半径(cm)。 上式中 q 之值为注射机对该种塑料的额定注射量 qn 的 60%80%除以注射 时间 t 之值，为实际的体积流率，可根据 中公式(5-55)计算：2文 献 （4.2） (0.68)nt t=1.6s，2表 5-38，注射机的额定注射量 qn=125 ，则3cm.1254.76q 那么 325nrm: 为减小料流转向过度时的阻力，主流道大端呈圆角过度，其圆角半径 ,本次设计中取 r=1mm。1r 在保证塑料良好成型的前提下，主流道 l 应尽量短，否则将增多流道 凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由 模板厚度确定，一般取 。60lm 模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式(俗称浇口套)， 以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件，只需去 买就行了。常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者，有托浇 口套用于配装定位圈。由于注射机的喷嘴半径为 r12，所以浇口套的为 r13。 具体形式如图 4.1 所示，具体尺寸如图 4.2 所示 主 流 道 大 端 圆 角 r1图 4.尺 寸 结 构 示 意 图 图 4.2 浇口套零件图 4.1.2 主流道衬套的固定 因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。具体形式 如图 4.3 所示： 图 4.3 定位圈零件图 0.630.8 扩 孔 4?18.5 4.2 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)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 料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡 段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在尽可 能减小流动过程中压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小流 道的容积，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 4.2.1 分流道的截面形状选定 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、u 形和六角形等。在流道设计中要 减少在流倒内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，又希望 流道的表面积小，因此可用流道的截面积和周长的比值来表示流道的效率，该 比值大则表示流道的效率高。圆形和正方形流道效率最高，但是正方形截面的 流道不易于凝料的顶出，根据经验，所以在此次设计中，选用梯形流道。 4.2.2 分流道的尺寸设计 因为各种塑料的流动性差异，abs 的分流道直径为 4.89.5mm，但是塑件 的壁厚是 2.5mm，小于 3mm，质量小于 200g，所以可按 中公式(6-1)计算1文 献 (4.3)40.265dml 式中 d分流道直径，mm； m制品质量，g； l分流道长度，mm。 根据经验，一般取梯形流道的深度为梯形截面上端宽度的 2/3，脱模斜度 取 510。本扣该的体积为 21 ，质量为 22.05g。分流道长度预计设计3cm 成 100mm，且有 2 个型腔，所以： =6.63mm 取 d=6.7mm40.652.0d h=2/3d4.5mm 那么分流道截面梯形上底为 6.7mm，高为 4.5mm，其侧边与分型面的垂直 方向成 10，如图 4.4 所示。 图 4.4 分流道截面示意图 4.2.3 分流道和浇口的连接形式 分流道和浇口通常采用斜面和圆弧连接，有利于塑料的流动和填充，防止 塑料流动时产生反压力，消耗动能。 4.2.4 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，如图 4.5 所示 图 4.5 分流道布置图 4.3 浇口设计 4.3.1 浇口形式的选择 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起 着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。浇口的形状、尺寸和进料 位置对塑件成型质量影响很大，塑件上的一些缺陷，如缩孔、缺料、白班、熔 接痕、质脆、分解和翘曲等往往是由于浇口设计不合理产生的，因此正确设计 浇口是提高塑件质量的重要环节。 在设计中，经过反复论证，采用点浇口。点浇口又称针点浇口，是一种在 塑件中央开设浇口时使用的圆形限制性浇口，常用于各种壳类、盒类塑件。采 用点浇口的优点是浇口位置能灵活的确定，浇口附近变形小，多型腔采用点浇 口容易平衡浇注系统，对于投影面积大的塑件，采用多个点浇口能够取得理想 效果；缺点是浇口截面积小，流动阻力大，需提高注射压力，宜用于成型流动 性好的热塑性塑件，采用点浇口时，为了能取出流道凝料，必须使用三板式双 分型面模具或二板式热流道模具。 一般，点浇口的截面积与矩形侧浇口的截面积相等，设点浇口直径 d (mm)， 则可按 公式(5-61) 计算2文 献 (4.4)4dnca 式中 n与塑料品种有关的系数，取 n=0.6； c依塑件壁厚而异的系数，c=0.3，见 5-75；2图 a型腔表面积， 。2m 那么根据产品图纸说明，壁厚 t=2.5mm，塑件的外表面积 =4178.28225434a2m 所以 =1.492mm4d=0.63718. 取 d=1.5mm，浇口长度 l=2.0mm。点浇口与分流道连接处要通过一个储料 井，防止表面损伤，具体形式如图 4.6 所示。 图 4.6 浇口结构示意图 4.3.2 浇口位置的选择 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修 改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大， 因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还 影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位 置的选择，通常要考虑以下几项原则： r2.5 1) 尽量缩短流动距离； 2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处； 3) 必须尽量减少熔接痕； 4) 应有利于型腔中气体排出； 5) 考虑分子定向影响； 6) 避免产生喷射和蠕动； 7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷； 8) 注意对外观质量的影响； 根据本塑件的特征，并综合上述几项原则，浇口应开在塑件的上表面中央 处，具体形式如图 4.7 所示。 图 4.7 浇口位置示意图 4.3.3 冷料穴的设计 由于采用了脱料板脱料，所以只需要将冷料穴设计成圆台形， 截面是梯形，大径 =5mm，高取 h=3.5mm，脱模斜度为 10。具体如图 4.8 1d 所 示。 浇 口 位 置 图 4.8 冷料穴结构示意图 第 5 章 成型零部件设计与加工 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具中决定塑件 几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、 、凸模、型芯、型环和镶块等。 成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与 塑件间还发生摩擦。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，有较高的强度、刚度 及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔 的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据 成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件 的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 5.1 成型零件的结构设计 5.1.1 凹模结构设计 由于采用了如图 3.1 所示的 b 处分型，所以型腔在定模后模都有。b 处 以上分型的型腔留在了前模上，由于结构简单，所以采用整体式凹模。如图 5.1 所示结构。 图 5.1 整体式凹模结构示意图 在动模部分型腔，采用组合式凹模，具体结构如图 5.2 所示 图 5.2 组合式凹模结构示意图 设计成这种结构，拼接缝与塑件脱模方向一至，有利于脱模。 5.1.2 凸模结构设计 凸模是用于成型塑件内表面的零件，有时称型芯或者型杆。采用组合式凸 模，为了节省优质钢材，减少切学加工量，将凸模及固定板分别采用不同材料 制造和热处理，然后连接在一起。如图 5.3 所示 图 5.3 凸模结构示意图 5.2 成型零部件的工作尺寸计算 5.2.1 塑件尺寸精度的影响因素 在设计时必须要考虑塑件尺寸的精度，而塑件尺寸的影响因素有很多，主 要有： 成型零部件的制造误差 成型零部件的制造误差包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个 方面，设计时一般应将成型零件的制造公差控制在塑件相应公差的 1/3 左右， 通常取 it69 级。 成型零部件的磨损 造成零部件磨损的主要原因是塑料熔体在型腔中的流动及脱模时塑件与型 腔的摩擦。一般只考虑与塑件脱模方向平行的表面磨损，设计时应根据塑料材 料、成型零部件材料、热处理及型腔表面状态和模具要求的使用期限来确定最 大磨损量，对中、型塑件一般取 1/6 塑件公差。 塑件的成型收缩 生产中由于设计时选取的计算收缩率和时间收缩率的差异以及由于塑件成 型时工艺条件的波动、材料批号的变化而造成的塑件收缩率的波动，因此导致 塑件尺寸的变化值可按 中公式(7-5)计算1文 献 (5.1)maxin()sssl 式中 塑件最大的收缩率，查 中附录 2 得 =0.5%；1文 献 maxs 塑件最小的收缩率，查 中附录 2 得 =0.4%；in 1文 献 in 塑件的名义尺寸，mm， =60mm。slsl 那么 =(0.5%0.4%)60=0.06mms 配合间隙引起的误差 当凸模与凹模分别安装在动模和定模上时，和模导向机构中导柱和导套的 配合间隙，将引起塑件的厚度误差。 为保证塑件精度必须使上述各因素造成的误差的总和小于塑件的公差值， 即 (5.2)zcsj 式中 成型零部件制造误差， =0.13mm；z z 成型零部件的磨损量， =0.067mm；c c 塑件的收缩率引起的塑件尺寸变化植， =0.06mm；s s 由于配合间隙引起塑件尺寸误差；j 塑件的公差 ,查 中表 3-2 得 =0.32mm。1文 献 那么 =0.13mm， =0.067mm， =0.06mm，所以 。zcs0.143j 5.2.2 成型零部件的工作尺寸的计算 由于塑件形状比较简单，所以我们采用平均值法计算成型零部件的工作尺 寸。对塑件尺寸和成型零部件的尺寸偏差统一规定按“入体”原则标注，即对 包容面(型腔和塑件内表面)尺寸采用单向正偏差标注，基本尺寸最小，则塑件 内径为 ，型腔尺寸为 。而对被包容面(型心和塑件外表面)尺寸采用单0sl0zml 向负偏差标注，基本尺寸为最大，那么型芯尺寸为 ，塑件外型尺寸为 。0zml0sl 而对中心距尺寸则采用双向对称偏差标注，塑件间中心距为 ，而型芯2c 间的中心距 。当塑件原有偏差的标注方法与此不符合时，应按规定换2zc 算。 5.2.2.1 型腔与型芯径向尺寸 1、型腔的径向尺寸 设塑料的平均收缩率为 ；塑件外型尺寸为 ，其公差值为 ；型腔基cpssl 本尺寸为 ，其制造公差为 ，那么可按 中公式 (7-6)计算mlz1文 献 (5.3)0scpx 式中 x修正系数。 对于中、小型塑件， ， ，则按 中公式(7-7)计算3z6c1文 献 (5.4)04mscpls 那么，在定模上的型腔径向尺寸 ，0.130.283416.5%597ml 在动模上的型腔径向尺寸 0.130.283420. 2、型芯的径向尺寸 设塑件内形尺寸为 ，其公差值为 ；型芯基本尺寸为 ，制造公差为 ，slmlz 则可按 中公式(7-8) 计算1文 献 (5.5)0zmscpllsx 式中 系数 。3124 对于中小型塑件可按 中公式(7-9) 计算1文 献 (5.6)034zmscpll 由于塑件内形尺寸公差为标注，则按 sj/t10628-1995 中 4 级精度选择， 取 =0.32，那么型芯的径向尺寸 对于尺寸 45，有 0034.13.28540.%25ml 5.2.2.2 型腔深度与型腔高度尺寸 按照“入体”标注原则，塑件的高度尺寸为 ，型腔深度尺寸为 。0sh0zmh 型腔底面和型芯端面均与塑件脱模方向垂直，磨损很小，因此计算时磨损量 可以忽略不计，则可按 中公式(7-10) 计算c1文 献 (5.7)0zmscphsx 对于中、小型塑件， ，那么13 (5.8)230zscp 那么在定模上的型腔深度 对于尺寸 3，有 0.130.1323.45%8m 在动模上的型腔深度 对于尺寸 22，有 0.130.22320.45%86mh 型芯高度可按 中公式(7-12) 计算1文 献 (5.9)0zmscphsx 对中、小型塑件可按 公式(7-13) 计算1资 料 (5.10)023zscp 那么，型芯的高度为 0023.13.220.45mh 5.3 成型型腔壁厚的计算 注射成型时，为了承受型腔高压熔体的作用，型腔侧壁与底板应该具有足 够的强度和刚度。成型型腔壁厚刚度的计算条件有 3 个： 型腔不发生溢料 在高温塑料熔体的作用下，模具型腔过大的塑性变 形将导致某些结合面出现溢料间隙，从而产生飞边。本次设计中塑件的材料为 abs，其许用溢料间隙为 0.4.6m 保证塑件精度 当塑件某些工作尺寸精度要求较高时，成型零件的弹 性变形将影响塑件精度，因此应使型腔压力为最大时，该型腔壁的最大弹性变 形量小于塑件公差的 1/5。 保证塑件顺利脱模 若型腔壁的最大变形量大于塑件的成型收缩值， 则开模后，型腔侧壁的弹性恢复将使其紧紧包住塑件，使塑件脱模困难或在脱 模过程中被划伤甚至破裂，因此型腔壁的最大弹性变形量应小于塑件的收缩成 型值。 5.3.1 型腔侧壁厚度的计算 5.3.1.1 定模型腔壁厚计算 由于在定模上的型腔为整体式有圆角矩形型腔，整体式矩形型腔任一侧壁 均可简化为三边固定，一边自由的矩形板，在塑料熔体压力下，其最大变形发 生在自由边的中点，变形量可按 中公式(7-51)计算1文 献 (5.11)43cphes 式中 c常数，随 而变化，可按近似公式计算/lh p型腔内压力，mpa，一般取 2050mpa； h型腔深度，mm，h=22mm； e弹性模量，mpa，取预硬化塑料模具钢 e= ；52.10mpa s型腔侧壁厚， mm。 c 可按 中公式(7-52) 计算1文 献 (5.12)443/2/96lhlc 式中 型腔宽度，mm ， =60mm；l h型腔深度，mm，h=3mm。 那么可以得出 44360/2/3961.5c 按刚度条件，侧壁厚度可按 中公式(7-53) 计算1文 献 (5.13)43cphes 在本次设计中，c=1.5，p=50mpa，h=3mm ， =0.05，那么 mm451.5032.10.8s 取 s=4mm 5.3.1.2 动模型腔壁厚计算 在动模上的型腔采用整体式矩形凹模，那么，可按照 中公式(7-49)1文 献 计算，则， (5.14)4132phlehs 式中 h型腔内壁部分受压的高度，mm，h=22mm； h型腔外壁高度，mm， =50mm；1l 型腔内壁长度，mm，h=27mm。1l 那么 4550233.2107.89sm 5.3.2 型腔底板厚度的计算 5.3.2.1 定模型腔底板厚度 定模型腔为整体试型腔，可视为周边受均布载荷的矩形板，在塑料熔体压 力 p 的作用下，底板厚度可按照 中公式(7-60)计算1文 献 (5.15)43cpbet 其中 可按照 中公式 (7-59)计算 1文 献 (5.16)44/32(/)lbl 那么 4460/32(/601).c5.15398t m 5.3.2.2 动模型腔底板计算 整体式矩形型腔的底板厚度可按照上述公式(5.15)计算： mm44530.16532.10.7cpbet 5.3.3 凹模型腔的强度 由于注射压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。当变形量大与塑 件壁厚成型收缩量时，会造成脱模困难。严重时还会不能开模。另外，也由于 成形过程中各种工艺因素的影响，行腔内的实际受力情况往往非常复杂，不可 能为一种简单模式。因此在计算上采取比较宽容的做法，原则是：宁可有余而 不可不足。即安全系数较大。 由于前模型腔深度小，h=3mm，宽度 =60mm，且选用标准模架为1l 250mm315mm，只要模板的型腔长宽尺寸不超过其长度和宽度的 60%，深度不 超过其长度的 10%，可以不必要通过计算，那么可做成 150mm180mm20mm 的 型腔，所以凹模型腔的强度可以保证。 5.3.4 锁模力的计算 5.3.4.1 注射基本压力 依塑件壁厚及流程比而异，可按照 中公式(5-23)计算2文 献 (5.17)bcspk 式中 p型腔内注射压力强度 (mpa)； 基本压力 (mpa)，见 中图 5-49；2文 献 依材料种类的系数，取 =1.15 ，见 中表 5-25；c ck2文 献 依塑件几何形状而异的系数，取 =1.1；s s l/t=50/2.5=20，所以， 18mpa，bp18.52.8mpa 5.3.4.2 锁模力 锁模力不小于总注射压强的 1.5 倍，可按照 中公式(5-24)2文 献 (5.18)1.50.fpa 式中 f所需锁模力 (kn)； p型腔单位面积的注射压力 (mpa)，p=119mpa； a型腔(包括浇注系统)投影面积 ( )。2cm 型腔的投影面积 ，所以2250 =171kn1.590.1f 5.3.5 排气结构设计 排气结构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 气不良时，型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，同时气体压缩产生的热量可能是塑料燃烧。在充模速度大、温度高、物料 黏度低、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。 模具型腔和浇注系统积存空气所产生的气泡，常分布在与交口相对的部位 上；塑料内含有水分蒸发产生的气泡不规则分布在整个塑件上；分解气体所产 生的气泡则沿塑件的厚度方向分布。根据本次设计的具体情况，严格控制了塑 料内所含水分，并且本次设计所采用的材料为 abs，不易产生分解气泡，所以 采用的排气方式是分型面排气。 第 6 章 导向及脱模机构设计 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对 合，起定位和定向作用。绝大多数导向机构由导柱和导套组成，设计的基本要 求是导向精确、定位准确、并具有足够的强度、刚度和耐磨性。 6.1 导柱导向机构的设计 导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。导 柱导向机构设计内容包括：导柱和导套的典型结构；导柱和导向孔的配合以及 导柱的数量和布置等。 6.1.1 导柱的设计 本次设计中，采用如图 14 所示结构，适用于塑件精度较高及生产批量大 的模具，通常与导套配用，以便在磨损后，通过更换导套保证导向精度。装在 模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一尺寸加工而成，保证了同 轴度。那么其主要设计要点有： 1) 导柱的大小视模具大小而定，但必须有足够的抗弯强度，而且表面耐 磨，芯部要坚韧，因此导柱的材料多采用低碳钢(20)渗碳淬火，或采用碳素工 具钢(t8、t10)淬火处理，硬度为 5258hrc。 2) 导柱的长度通常应高出凸模端面 68cm，以免在导柱未导正时凸模先 进入型腔与其碰撞而损坏。 3) 导柱的端面通常设计成锥形或半球形，便于导柱顺利的进入导向孔。 4) 导柱的配合精度。导柱与导向孔通常采用间隙配合 h7/f6 或 h8/f8， 而与安装孔采用过度配合 h7/m6 或 h7/k6，配合部分表面粗糙度为 ra=0.8m。 同时需注意，要采用适当的固定方法防止导柱从安装孔中脱出。 5) 导柱直径尺寸按模具模板的外形尺寸而定。本次设计采用 250mm315mm 的标准模板，查 中表 8-1 可知，导柱的直径 d=20mm。1文 献 具体形式如图 6.1 所示 6.1.2 导套的设计 最简单的导向孔是直接在模板上开孔，加工简单，但是不适用于产品精度 要求高而且大批量生产的模具，所以为了满足生产要求，而且保证导向精度和 检修方便，导向孔通常镶入导套的形式，采用台阶导套。其主要设计要点如下： 16h7/k247/k616h/f/f28h7/f28h7/k6 28h7/k6287/k6h0h6 图 6.1 导套导柱结构示意图 1) 导向孔最好为通孔，否则导柱进入未开通的导向孔(盲孔)时，孔内空 气无法逸出，产生反压力，给导柱运动造成阻力。若受模具结构限制时，导向 孔必须做成盲孔时，应在盲孔侧壁增设透气孔或透气槽。 2) 为使导柱比较顺利的进入导套，在导套前端应倒有圆角。通常导套采 用淬火钢或铜等耐磨材料制造，但硬度应低于导柱的硬度，以改善摩擦防止导 柱或导套拉毛。 3) 导套孔的滑动部分按 h7/h6 配合，导套外径按 h7/k6 配合。 4) 导套的安装固定方式如图 6.2 所示，采用台阶式导柱，利用轴肩防止 开模时拔出导套。 图 6.2 导套导柱安装方式示意图 6.1.3 导柱的数量和分布 注射模的导柱一般取 24，其数量和布置形式根据模具的结构形式和尺 寸确定，为提高导向精度，采用 4 根导柱对称布置，如图 6.3 所示 图 6.3 导柱排布示意图 6.