毕业设计（论文）-塑料罩Ⅱ注塑模具设计.doc

jiujiang university 毕毕 业业 设设 计计 题 目 塑料罩注塑模具设计 英文题目 injection mold design of the plastic cover 院 系 机械与材料工程学院 专 业 金属材料工程 姓 名 年 级 2005（材 a0521） 指导教师 二 零 零 九 年 六 月 摘 要 论文对塑件的成型工艺进行了可行性分析，介绍了该罩类零件的模具设计 流程，给出了模具结构与设计要点，并对模具相关结构的重要参数以及注塑机 的各项参数进行严格校核。因塑件含有侧孔，需增设侧向抽芯机构，综合多方 面因素进行分析、比较，在多种可行性设计方案中选择最优设计方案，以实现 产品的顺利顶出，保证产品的自动化生产。 pro/e 软件贯穿了此次注塑模具的整个三维设计过程，文中也阐明了基于 pro/e 软件构建分型面的基本原理。 【关键词】注塑模具；抽芯机构；分型面 abstract the thesis mainly introduced the mold design process of the caver-parts, given the mold structure of the injection mold and the key points in the mold design process, as well as checked all of the important parameters of the injection machine and mold related structures strictly. due to the side-hole of the part, core-pulling mechanism agencies had to be added. taking all kinds of factors into consideration, then selected the most reasonable program among all the available programs at last, ensured that the plastic was ejected and was manufactured automatic. pro/e was wildly used throughout the process of 3d injection mould design, the basic principle of parting surface design based on pro/e was also stated in the paper. 【key words】injection mold; core-pulling mechanism; parting surface 目 录 前言前言.1 第一章第一章 概论概论.2 1.1 模具在工业生产中的地位.2 1.2 代模具制造中的新技术.2 1.3 我国的模具工业的现状.4 1.4 我国的模具行业的发展趋势5 第二章第二章 塑料罩的结构设计塑料罩的结构设计.6 2.1 设计要求.6 2.2 塑件成型工艺的可行性分析及修改说明.6 2.2.1 产品精度分析6 2.2.2 脱模斜度设计7 2.2.3 塑件壁厚分析7 2.2.4 圆角设计.10 2.3 修正后的产品图.10 第三章第三章 模具结构设计模具结构设计.11 3.1 分型面位置的确定11 3.2 型腔数量和排列方式的确定.11 3.2.1 型腔数量的确定11 3.2.2 产品布局11 3.3 脱模机构方案的确定12 3.3.1 脱模机构的设计原则12 3.3.2 脱模机构的可行方案设计12 3.4 侧型芯与滑块的设计15 3.4.1 侧型芯设计15 3.4.2 滑块设计15 第四章第四章 注塑机型号的选择注塑机型号的选择16 4.1 注塑成型工艺简介16 4.2 注塑成型工艺条件17 4.3 按预选型腔数选择注塑机18 4.3.1 注塑机的初步选择原则18 4.3.2 注塑机型号的选择20 4.3.3 注塑机参数校核21 第五章第五章 模具设计模具设计.23 5.1 模架的选择.23 5.1.2 模架尺寸的确定24 5.1.3 注塑机的再次校核与确定24 5.2 浇系统的设计.24 5.2.1 主流道设计25 5.2.2 分流道设计26 5.2.3 浇口设计28 5.2.4 冷料井设计29 5.3 脱模力计算.30 5.3.1 正压力计算30 5.3.2 包紧力计算30 5.3.3 脱模力计算31 5.4 推杆设计32 5.4.1 推杆尺寸计算32 5.4.2 推杆的固定形式32 5.5 支承板板厚设计.33 5.6 排气系统设计.33 5.7 冷却系统设计.34 5.7.1 温度调节对塑件质量的影响34 5.7.2 温度调节系统的要求34 5.7.3 冷却系统设计34 5.8 合模导向与定位机构的设计.38 5.8.1 导向机构的整体设计38 5.8.2 导柱、导套设计38 5.8.3 锥面定位机构的设计38 5.8.4 弹簧滑块复位时弹簧的设计38 5.9 成型零件尺寸计算38 5.9.1 成型零件尺寸计算39 5.9.2 成型零件尺寸校核41 第六章第六章 典型零件的制造工艺典型零件的制造工艺43 6.1 凸模制造工艺流程43 6.2 凹模制造工艺流程44 6.3 型腔的数控加工程序代码45 结论结论47 参考文献参考文献.48 谢辞谢辞49 1 前 言 塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，已广泛应用于国民经济的各 个领域，与钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱，有着以塑代钢、以塑 代木的发展趋势。塑料模具是塑料成型加工中重要的装备之一，在塑料制品制 造过程中起着重要的作用，直接影响着塑料制品的质量、性能与生产周期。先 进的制造技术对注塑模具制造产生了重大的影响，利用先进的 cad/cam/cae 技术进行模具的设计与制造，不仅省时省力，实现了无图纸化加工，而且制品 的准确性，减少了试模的次数，缩短模具的设计及生产周期，反过来，注塑成 型技术的产生与发展也对制造技术不断提高提出了新的要求。将信息技术与现 代管理技术应用于制造全过程，为了注塑模具制造将是以计算机辅助技术为主 导技术，以信息流畅作为所要备件的有极强应变能力于竞争力的技术1。 2 第一章 概论 1.1 模具在工业生产中的地位 模具工业是国民经济的基础工业，是产业化经济不可或缺的战略性基础产 业，是整个工业链条中最基础的重要因素之一。模具生产技术水平的高低不仅 是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个 国家的产品质量、效益及新产品开发能力。 “模具是工业之母”也已经取得了共 识。工业强国一定是模具强国1。 自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到 45%， 制造业部门成为 gdp 增长的主要支撑力量。无论从制造业占国民生产总值和财 政收入的比重来讲，还是从扩大就业，保持社会稳定性来讲，可以说，至少在 21 世纪前 50 年制造业仍然是我国国民经济增长的主要源泉。“十五”期间， 我国模具工业以年均 20%的速度持续快速增长。2001 年全国模具工业总产值达 300 亿元人民币，我国模具年产值位居世界第四。至 2005 年，我国模具销售额 达 610 亿元，同比增长 25%，已跃居世界第三，仅次于日本和美国。2007 年， 我国模具销售额达 800 多亿元，直接带动实现工业产值 2.4 万亿元1。 模具主要类型有：冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、 橡胶模、陶瓷模等。在电子电器、五金工具、冶金加工等产品中， 80以上的 零部件都要依靠模具成形。用模具生产制造所具备的高精度、高复杂程度、高 一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是 “效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十 倍、上百倍。 现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，可以带动制 造业的蓬勃发展。对国民经济的发展有着辐射性的影响。 1.2 代模具制造中的新技术 随着计算机软件的发展和进步，cad/cae/cam 技术也日臻成熟，其现代 模具中的应用将越来越广泛。利用先进的 cad/cam/cae 技术进行模具的设计 与制造，不仅省时省力，实现了无图纸化加工，而且制品的准确性，减少了试 3 模的次数，缩短模具的设计及生产周期。模具制造技术将向集成化、智能化、 益人化、高效化方向发展。最为重要的是保证了模具使用寿命。 （1）cad/cae/cam 计算机辅助设计、模拟、制造一体化： cad/cae/cam 一体化集成技术是现代模具制造中最先进最合理的生产方式2。 使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该 零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程，该过程都是从 cad/cae/cam 系统内进行的，其加工程序直接由联机电缆输入加工机台，在 编制程序时可利用系统中的加工模拟功能，将零件刀具、刀柄、夹具，平台及 刀具移动速度、路径等显示出来，以检查程序编制的正确性。总之在 cad/cae/cam 系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现的问题，从而在 加工之前，将整套加工程序作好完善修改工作，这对于高效、准确的加工模具 零件有着相当重要的意义。 （2）先进设备在现代模具制造中的作用：现代模具制造的必然趋势,就是机 械加工尽可能地取代人工加工，尤其现在数控车床、多轴联动机床、数控模具 雕刻机、电火花加工机床、数控精密磨床、三坐标测量机、扫描仪等现代设备 在工厂中的广泛使用，而且这些设备大部分所用的程序基本上都是应用 cad/cae/cam 系统产生的，操作人员工作按照规定的程序装夹工件,配备刀具 和操作，机台就能自动地完成加工任务,并将理想的模具零件制造出来或为下一 加工工序完成规定的部分。 （3）模具材料及表面处理技术：因选材和用材不当，致使模具过早失效，大 约占失效模具的 45%以上。在整个模具价格构成中，材料所占比重不大,一般在 20%30%,因此，选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得 十分必要。对于模具钢来说,要采用电渣重熔工艺，如采用粉末冶金工艺制造的 粉末高速钢等。模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化，尽量缩短供货 时间亦是重要发展趋势。 模具热处理的主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如 td 法）发展；由一般扩散向 cvd、pvd、pcvd、离子渗入、离子注入等方向发 展；另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀（刷镀）防腐强化等技 术也日益受到重视。 4 目前，世界上大型的 cad/cae/cam 软件系统有英国 delcam 公司的系列 化软件；以色列 cimatron 公司的 cimatron 系统；澳大利亚 modflow 公司的软 件 mpa、mpx、mpi；美国 ptc 公司 cad/cae/cam 集成软件系统 pro/e； 美国 eds 公司的 ug；美国 solidworks 公司的 solidworks 软件；c-mold 公司的 注塑模 cae 软件 c-mold；近年来，我国自主开发的有上海交大的冲裁模 cad/cam 系统；北京北航海尔软件有限公司的 caxa 系列软件；吉林金网格 模具工程研究中心的冲压 cad/cae/cam 系统；华中科技大学研制的软件 hsc3d4.5f；郑州工业大学 z-mold 软件等2。 1.3 我我国的模具工业的现状 我国的模具工业在改革开放以来获得了飞速的发展，设计制造加工能力和 水平都有了很大的提高。改革开放使中国成了世界加工厂，中国的制造业也突 飞猛进，尤其是珠三角和长三角地区，模具行业已经驶入发展快车道，广东、 重庆、浙江形成了国内模具行业的“三足鼎立”，是模具工业最为发达、科技 含量最高的区域。 截至 2007 年底已拥有 3 万多家模具生产企业2。目前，中 国制造业已跻身世界第四位，中国已成为制造业大国，但不是制造业强国。当 前，要从制造大国走向制造强国，必须优先发展先进制造业。这就要求，必须 大力发展以数控跻身为主的先进制造技术，提高模具设计制造水平，提升计算 机辅助设计与制造的技术水平。当前中国的模具工业面临着很多问题2： （1）对外资的依存还在逐年增大：虽然我国模具行业已经驶入发展快车道， 但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相 比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。我国目前的模具开 发制造水平比国际先进水平至少相差 10 年，特别是大型、精密、复杂、长寿命 模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。每年仍需 进口 10 多亿美元的各类大型、精密、复杂模具。我国加入世贸组织已过 7 年， 外贸高速发展，我国经济对外贸的依存度从 30%上升到 70%2。近年来，正是 外资大量进入我国的时期，随着对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国 模具行业的投资也越来越多，致使对外资的依存度也逐年增大。例如广东省是 我国模具第一大省，其产能约占全国的 40%左右。该省的模具产能中，外资企 业已占 60%左右，合资企业约占 10%左右。该省模具出口约占全国的 50%左右， 5 其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数。对外资和外贸依存度大， 必然会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。 （2） 企业组织结构，产品结构不合理：我国模具生产许多是在各主机厂的 模具分厂或车间内，其中一半以上是自产自用，模具商品化程度低，而国外 70%以 上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路。国内模具总量中，属大型， 精密，复杂，长寿命模具的比例只有 30%左右，模具发达国家在 60%以上。 （3）人才紧缺日益突出，技术结构不合理：虽然近年来我国模具行业职工 队伍发展迅速，估计目前已达近百万人，但仍然跟不上行业发展需求。一是总 量不足，二是素质不够，适应不了行业发展的需求。根据有关资料，全国模具 行业从业人员约缺口 30 万50 万人，其中工程技术人员约占 20%。欧美等国 的模具企业，大部分也是 3050 人小企业，但 cad/cam/cae 的应用水平高， 数控设备多，模具零部件的精度靠先进的加工设备保证，工人严格按工艺操作， 每个模具零件的加工都很到位，轴钳工的装修工作量很小，一个 50 人左右的模 具厂，装配工一般只有 23 人。目前中国模具行业尤其紧缺的是高素质和高水 平的模具企业管理人员和中高层技术人员及高级技术工人。 1.4 我国模具行业的发展趋势1 （1）模具趋向大型化，专业化，高精度，微型化发展 （2）模具的标准化 加速建立、完善模具标准体系，使标准件产品参数化， 规范标准件市场，规范标准件商品的精度、质量和价格，适应大规模成批生产 的需要，以提高模具的制造质量，缩短模具的制造周期。 （3）新材料，新技术，新工艺的研究和应用：随着模具行业的不断向前发 展，对钢材的性能要求越来越高。模具材料技术落后，模具材料性能，质量和 品种往往会影响模具质量，寿命及成本。研究开发模具新材料，进一步提高模 具钢材的耐磨，综合机械性能，加工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定 性和使用寿命的主要途径和发展趋向。 （4）注重新技术人才的培养：培养高素质和高水平的模具企业管理人员和 中高层技术人员及高级技术工人。 面对国外先进技术与高质量制品的挑战，中国模具企业不仅要加快产业集 群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设和产业链后 6 端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。 第二章 塑料罩的结构设计 2.1 设计要求 图 2-1 表 2-1 单位：mm 尺寸序号材 料 ddhh rlrz abs100956057.55445104 2.2 塑件成型工艺的可行性分析及修改说明 产品的可行性分析主要包括：产品尺寸精度分析；脱模斜度检测；塑件厚 度及其均匀性检测；圆角设计。 塑件的修正：对于塑件的精度、壁厚、拔模斜度、圆角等不合理之处加以 更正说明，在不影响使用的前提下提出合理可行性的更正措施，以利于工业生 产。 2.2.1 产品精度分析 7 注塑用材料为 abs，查主要技术指标知：abs 的收缩率为。 s 0.4 0.7 查表 2-1-33知：当时，塑件能得到的高精度为 mt2 级，一般精度为 s0 1 mt3 级，未注公差为 mt5 级。所给要求未标注公差等级，按 mt5 级计算，各 尺寸都符合要求。 2.2.2 脱模斜度设计 由于注塑件在开模冷却时会产生收缩，对型芯产生一个包紧力，所给标准 塑件没有设置脱模斜度，使得塑件脱模困难，过大的推出力推出时易拉坏插伤 塑件。在不影响塑件使用的前提下，为了便于塑件脱模，在塑件的内外表面沿 脱模方向设计一定的脱模斜度。 表 2-2 单边脱模斜度推荐值3 脱模高度mm183030505080 abs 1 45 130 115 塑件内外表面的脱模高度为 60mm，凸台的高度为 25mm，所以脱模斜度 分别取和。 115 1 45 在模具模型下进行拔模检测结果如图 2-2所示： 图 2-2 分析：内表面全为负角，外表面全为正角，可正常拔模。 2.2.3 塑件壁厚分析 塑件壁厚对质量的影响3： 壁厚过小：成型时流动阻力大，熔体难以充满型腔； 8 壁厚过大：易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷；增加冷却时间，降低生产效率。 表 2-3 abs 的建议壁厚值3 单位：mm 最大壁厚常用壁厚最小壁厚 3.182.30.76 厚度检测结果如图 2-3 至 图 2-8所示： 图 2-3 图 2-4 9 图 2-5 图 2-6 10 图 2-7 图 2-8 分析结果：只在凸台处出现厚度偏大，其余都满足厚度要求,所以塑件壁厚合理。 2.2.4 圆角设计 塑件除特殊要求的圆角之和塑件某些特殊部位如分型面、型芯和型腔配合 处不便作圆角，而只能采用尖角外，其余所以转角处均应尽采用圆角过度，因 为制件尖角处易产生应力集中，导致塑件制件破裂或失效；同时圆角过度使料 流平滑绕过，大大改善了塑料的冲模特性；塑件设计成圆角，尤其是外圆角， 使模具型腔对应部位也是圆角，增加了模具的坚固性。通常塑件理想的内圆角 半径应有壁厚的 1/4 以上3。这里因塑件外圆角半径为 4mm,塑件内圆角设为 11 2mm(外圆角半径减去壁厚 2mm),凸台圆角半径为 1mm。 2.3 修正后的产品图 第三章 模具结构设计 3.1 分型面位置的确定 分型面的选择原则1： （1）便于塑件脱模，尽量使塑件开模时留在动模一 侧。 （2）分型面应尽量选在塑件的最大截面处。 12 （3）有利于保证塑件的精度要求。 （4）有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置和模具型腔的加工。 （5）便于嵌件的安装。 确定结果：分型面选在塑件的投影面最大的部位，如 图 3-1。 图 3-1 3.2 型腔数量和排列方式的确定 3.2.1 型腔数量的确定 模具型腔数量的确定要综合考虑塑件的技术质量要求、产品的生产数量、 塑料的种类、塑件的形状、塑件的加工成本、注塑机的额定最设量和锁模力等 因素。 单腔模具、多腔模各自的缺点和使用范围：单型腔模具结构相对简单，设 计自由度较大，成型塑件的形状和尺寸的一致性好，塑件精度较高；多型腔模 具的结构复杂，生产效率高，分配到单个塑件上的成本低。单型腔模具宜用于 大型或精度要求较高的塑件的注塑成型， 多型腔模具特别使用于精度要求不是很高、 结构较易冲型的中小型塑件的大批生产。 型腔数量的确定：因本次设计的塑料 罩类零件的精度要求不高；注塑用塑料 abs 的成型性能良好；塑件属小型塑件。 综合塑件的尺寸，考虑到模具制造费用、 设备运转费用低一些，这里初步拟定采用 一模四腔的模具成型。 图 3-2 型腔排列方式 3.2.2 产品布局 型腔排列形式采用矩形对称布局，如 图 3-2所示。 3.3 脱模机构方案的确定 塑件结构分析：该塑件的侧壁带有对称布置的侧孔，需通过可侧向移动的 侧型芯来成型侧孔，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件。 3.3.1 脱模机构的设计原则4 （1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 13 （2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推 出力应施于塑件刚性和强度最大的部位以保证塑件不因推出而变形损坏。 （3）结构简单、动作合理可靠、合模时能正确复位，便于制造和维护。 常用的推出方式有推杆推出、推板推出、气压推出，其中推杆脱模机构最 为常用，采用推杆脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。 3.3.2 脱模机构的可行方案设计 因本次设计的塑件有侧孔，需要增加滑块以完成侧向抽芯，设计了以下四 种可能的脱模机构，通过比较选择最优方案。 图 3-3（滑块外侧抽芯）脱模机构 1 方案 1：如 图 3-3 合模时弹簧处于锁紧状态，开模后动模往后退时，滑块在压 缩弹簧的作用下向外侧滑动完成侧抽芯，然后在顶杆的作用下将塑件顶出；合 模时，通过定模侧契紧块与滑块的斜面作用使滑块向内侧滑动直至合模完毕， 整个过程都能自动开合模，工人劳动强度小，且侧型芯伸入到凸模一段长度， 避免了横线飞边，减少了成型后的加工余量。 14 图 3-4 （斜销内抽芯）脱模机构 2 方案 2：该装置采用的是两段式斜销，如图 3-4 斜销在推杆的作用沿导滑槽斜向 上运动，完成内侧抽芯顶杆需向上运动的高度 h，其中 mm 6 h22 tan15o (侧抽芯距离为 4mm，再加上 2mm 的安全值，斜滑块运动方向与竖直方向所成 角度为)，然后用手工的方法将塑件取出，然后复位杆上的压缩弹簧将顶针15o 板往后复位，斜销拉杆和顶针板一同往后复位通过，斜销在拉杆的作用下往后 复位。这种脱模机构不能实现自动化操作，加大了工人的劳动强度。 15 图 3-5（滑块内抽芯）脱模机构 3 方案 3：如 图 3-5开模时，动模侧一齐向后退，开模到一定距离时，凸模继续 后退，滑块在压缩弹簧的作用下向内侧滑动，内侧抽芯完成，螺钉对滑块进行 限位以防滑动距离过大而导致复位困难，然后动模板起着脱模板的作用将塑件 脱出，合模时动模板起着复位杆的作用，滑块在凸模的作用下将滑块归位。整 个过程能够自动开合模，运动平稳，模具尺寸相对较小；但和其它脱模机构相 比多了两块板，所以模具高度增加，成型后塑件有不易修整的飞边，加工余量 相对加大。 经上述综合分析比较，方案 1 和 3 的脱模机构设计比较合理。机构 1 的模 具尺寸比机构稍大，但模具高度明显减小；避免了横向飞边，成型后塑件的加 工余量小。因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，推杆脱模机构是最简单、 最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点，推杆直接 与塑件接触，开模后将塑件推出，采用推杆脱模机构简化了模具结构，给制造 和维护带来方便。所以方案 1 是本次设计的最优方案。 16 3.4 侧型芯与滑块的设计 3.4.1 侧型芯设计 在上面的提出的三种设计方案中， 侧型芯的安装有图 3-6 两种形式。 （a）图形式：成型时孔的 a 端会产 生不易修整的飞边，孔深时型芯易弯 曲；(b)图形式：避免了横向飞边的产 生，减小成型后塑件的加工余量；提 图 3-6 高了型芯的强度和刚度。所以这里选择(b)图型芯结构更合理：设计时将型芯超 出端面（即 塑件内表面）3mm，因侧孔深度为 4mm,所以侧型芯长度为 7mm， 如图 3-7所示。 3.4.2 滑块设计 (1)抽芯距设计：因侧型芯长度为 7mm,理论上而言抽芯距只需要 7mm 即 可，为了安全起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔深度大 23mm,所以这里 将抽芯距设计成 9mm。 (2)滑块宽度设计：为了确保模具 在合模时契紧块能够将滑块正确归位， 将契紧块与滑块在抽芯方向的作用长度 设计成比抽芯距大 5mm6mm(即让契紧 块在合模过程中与滑块刚接触已经有 5mm6mm 的作用长度)，所以这里将作 用长度设计成 15mm，作用面与垂直方 向所成角度一般为，这里设计 o 15 20o 成，其结构如 图 3-7所示： 图 3-7 滑块结构示意图 o 18 17 第四章 注塑机型号的选择 4.1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成 型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔 体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射 进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以 从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图4-1 注塑成型压力时间曲线 （1）物料准备 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检 验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根 据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件 的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制 品还需要选用脱模剂，以利于脱模。 （2）注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动 可分为注射、保压、倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3-1所示。 图中t0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（t=t1）时，熔体 压力迅速上升，达到最大值p0。从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压 18 力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在 流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端 沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。 这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从 t2到t3） ，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压 力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压 力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。 （3）制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常 复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不 均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱 模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏， 严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿 两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件 进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后 处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿 处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为 100121） ，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。 4.2 注塑成型工艺条件 abs 的注射工艺参数 注射机类型：螺杆式。 螺杆转速（r/min）：30。 预热和干燥：温度（t/）8085； 时间（/h）23。 料筒温度（t/）；后段 150170； 中段 165180； 前段 180200。 喷嘴温度（t/）：170180。 19 模具温度（t/）： 5080。 注射压力（mpa）：60100。 保压压力（mpa）：40 50。 成型时间（/s）：注射 2090；高压 05； 成型周期 50220；冷却 20120。 注：螺杆带止回环。 后处理：方法红外线灯、烘箱； 温度（t/）70； 时间（/h）24。 表 4-1 abs 的主要技术指标4 密度 /(g/ cm)1.021.16拉伸弹性模量 e/ gpa 1.810 比体积 /（dm/kg- 1） 0.860.98抗弯强度 / mpa 80 吸水率 24h/100 gp c 0.20.4冲击韧度 2 /() n kj m 261 收缩率 s0.40.7硬度 hb9.7 熔点 t/130160体积电阻系数/() v cm 16 6.9 10 抗拉屈服强度 / mpa50热变形温度 t/83103 4.3 按预选型腔数选择注塑机 4.3.1 注塑机的初步选择原则 1） 0 s mm 2） m ff 式中 最大注塑量 () 0 s m 3 cgm或 注塑机的额定锁模力(n)f 注塑所需的锁模力（n） m f 一次注塑所需塑料量()m 3 cgm或 （1）注塑量的计算 20 0 s mm （4-1） 1 1.6mnm 其中 成型单个塑件所需的塑料量() 1 m 3 cgm或 型腔个数n 1.6折算系数（将浇注系统的塑料量折算成） 1 0.6nm 在零件模块下对单个塑件的进行模型质量属性分析，信息如图 4-2： 图 4-2 塑件体积 3 1 43.72vcm 塑件质量 1 45.91mg 由于尺寸此次设计的模具采用的是一模四腔，所以塑件的总体积和总质量分别 为 3 1 44 43.72174.88vvcm 1 44 45.91183.64mmg 所以 0 3 1.6 174.88279.8 s vvcm 0 1.6 183.64293.8 s mmg 21 （2）锁模力计算 m ff （4-2） 1 1.35 m fna p 型 式中 单个塑件在分型面上的投影面积() 1 a 2 mm n型腔个数 1.35将浇注系统在分型面上的投影面积折算成 1 0.35na 塑料熔体对型腔的平均压力（mpa）p型 在模具模型中对塑件进行投影分析检测，信息如图 4-3所示： 图 4-3 投影面积 2 1 7910.64mma 根据查参考文献2表 2-2 取=35 mpap型 所以 66 1.35 4 7910.64 1035 1014951111495 m fnkn 由 3 279.8 s mcm 1495fkn 4.3.2 注塑机型号的选择 由上面计算得到的 m 和值来选择注塑机，注塑机的最大注射量（额定 m f 22 注射量 g）和额定锁模力 f 应满足 3 279.8 350 0.8 m gcm 式中注塑机最大注射量的利用系数一般取 0.8 1495 m ffkn 初步选择 sz-400/1600 型注塑机 表 4-2 sz400/1600 型（卧式）注塑机主要参数4 理论注射容量/cm416拉杆内间距/mm410410 螺杆直径/mm48移模行程/mm360 注射压力/ mpa141最大模具厚度/mm 注射速率/(g/s)160最小模具厚度/mm150 塑化能力/(g/s)22.2推出行程/mm65 螺杆转速/(r/min)10200锁模形式双曲肘 锁模力/kn1600球半径 sr/mm18 定位孔直径/mm150 喷嘴 孔直径/mm 4.3.3 注塑机参数校核 (1)塑化能力( )校核 m/g s 塑化能力必需满足141 （4- 0 1.3 117152 e pkpmpampa 4） 注塑机的额定注塑压力（mpa） e p 塑件成型时所需要的注射力 (mpa) 0 p 注塑压力安全系数，一般取=1.251.4 kk 因成型时塑料熔体对型腔的平均压力一般是注射压力的 30%65%,p 型0 p 23 , 取 0 35 54a 117a 0.3 0.650.3 0.65 p pmpmp 型 0 117pmpa 校核结果：注塑机的注射压力不满足要求 (3)锁模力校核 1600 （4- 0 f1.2 14951794 m k fknkn 5） 式中锁模力安全系数，一般取 0 k 0 1.11.2k 校核结果：注塑机的锁模力不满足要求 其它安装尺寸的校核需待模架选定，结构尺寸确定后才可进行。 通过校核可知，所选注塑机的注塑压力和锁模力偏小，为了安全起见，将注塑 机初步更选为 sz-500/2000 型 表 4-3 sz500/2000 型（卧式）注塑机主要参数4 理论注射容量/cm525拉杆内间距/mm460460 螺杆直径/mm52移模行程/mm450 注射压力/ mpa153最大模具厚度/mm 注射速率/(g/s)200最小模具厚度/mm280 塑化能力/(g/s)28推出行程/mm65 螺杆转速/(r/min)10160锁模形式双曲肘 锁模力/kn2000球半径 sr/mm15 定位孔直径/mm160 喷嘴 孔直径/mm 24 第五章 模具设计 5.1 模架的选择 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强 度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。为节约模具钢材和便于热处理，根据产 品的外形尺寸，可以确定镶件（模仁）的外形尺寸，确定镶件的尺寸后，就可 以大致确定模架的大小。 5.1.1 模仁尺寸的确定 单个塑件在分型面上的投影面积为 ，各参数取值依表 5-1 2 7910.64mm 表 5-14 产品投影面积/mm2 abchde 64001440050-5530-3650-6550-6528-3230-36 模仁宽度 232 1003 30290bydmm 模仁长度 232 1033 30296mmlxd 模仁高度 z =h+e+b=60+35+35=130mmz 35z 式中 x塑件长度 y塑件宽度 25 d型腔间距 图 5-1 分型面上、下的模仁z z （工件）厚度 因塑件有侧孔，需增加斜滑块侧向分型 抽芯机构，如 图 5-2所示，完成抽芯所需的 宽度 f 约为 40mm,中间两滑块完成侧抽芯所 需的宽度为 70mm.所以模仁的长度 图 5-222702 1032 4070356lxfmm 模仁外形尺寸 290 356 165宽长高 5.1.2 模架尺寸的确定 选择 a 型结构模架 查得 a=5055,取 a=55 模架宽度为： 2356 110466bbamm 模架长度为： 2290 110400llamm 上述尺寸确定后，就可以确定 模架的板面尺寸为 ，类 图 5-3 模架类型400 500 型为 futaba_2p sa-type 的标准模架。 模架外形尺寸 宽长高=400 500 410 5.1.3 注塑机的再次校核与确定 （1）注塑机安装尺寸的校核 拉杆间距校核：模架的板面尺寸，所选注塑机的拉杆间距为，400 500460 460 拉杆宽度模具宽度，拉杆间距合格； 模具高度校核：模具高度 410 最小模具厚度 280，校核合格； 开模行程校核：开模行程 h 是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，它必 须小于注塑机的动模板的最大行程 s。 26 因选择注塑机是双曲肘结构（即开模行程与模具厚度无关）且是单分型面 注射模，所以模具开模行程 h=57.5（型芯高度）+60（塑件高度）+139.5（浇 注系统凝料高度）+（810）=265267450 (注塑机移模行程 s) 合格。 综合以上各项校核可知 sz-500/2000 型（卧式）注塑机的各项参数均合格。 结论：通过各项校核，确定选择 sz-500/2000 型（卧式）注塑机。 5.2 浇系统的设计 浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件 质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为此的 那一段流道，对于多型腔模具，浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料井。 5.2.1 主流道设计 紧接注塑机喷嘴，与注塑机喷嘴在同一 直线上，主流道形状一般为圆形和圆锥形， 为便于冷料流道凝料的拔出，设计成具有 24 度的圆锥形。 (1)主流道尺寸 为避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径 sr2 应比喷嘴球半径 sr1 大 12mm,主流道 小端直径 d2 比喷嘴孔直径 d1 大 0.51mm, 如图 5-5 示： 根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： 图 5-4 喷嘴与主流道衬套连接关系 d=注塑机喷嘴尺寸 +（0.51）=5.5+（0.51）=6.5mm 主流道球面半径 sr=喷嘴球半径+（12）=15+（12）=16mm (2)主流道衬套形式 为了便于加工和缩短主流道 尺寸，衬套和定位环设计成分体 式，长 139.5mm,材料采用 t10 钢， 热处理淬火后表面硬度为 27 53hrc57hrc (3) 主流道剪切速率 图 5-5 主流道衬套结构主 （5- 1 33 3.33.3 248 4308 0.3925 v q s r 主 1） 主流道剪切速率校核符合要求 21131 5 104308s5 10ss 式中 体积流量 （5- v q 3 (/ )cms 3 191 248/ 0.77 v v qcms t 2） t注射时间（s） 200.5 0.77 260 m ts v 所选注塑机的注射速率（260）v/g s r主流道平均半径() cm 0.3250.46 0.3925 2 rcm 一次成型所需的塑料总体积 3 200.5 191 1.05 m vcm 一次成型所需的总塑料量 7.29.7 183.6200.5mmmmg 分主塑件 （5- 22 1122 22 m= v=() 12 3.14 13.95 = 1.05(0.650.65 0.920.92 )7.2 12 h dddd g 主 3） 1.05 (4 5.5) 0.429.7mlag 分 1 44 45.91183.6mmg 塑件 分流道长度总 （为单个流道的长度，5.5） 1 l=44 5.522lcm 1 lcm 分流道截面积 2 0.80.723 0.550.42 2 acm 5.2.2 分流道设计 （1）分流道断面形状的选择 分流道的断面形状有圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、u 形等。断面 的比表面积直接关系到熔体的热量损失和流动阻力，在其它条件相同时，比表 面积越大则热量损失和流动阻力也越大；反之亦然。 28 表 5-33 断面形状优缺点及适用范围 圆形比表面积最小，浇口可开设在流道中心线上，延长了浇口冻结时间，但需要 同时在定模和动模上切削加工且必须保证吻合度，制造困难，成本高 正六边形优点与圆形断面相似，比表面积稍大，但加工稍易，常用于小断面尺寸（约 3mm）流道 梯形只需在一侧模板上加工，节省了加工费用，且热量损失和阻力损失 均不太大，最为常用 半圆形比表面积较大，不常采用 矩形比表面积大，脱模斜度小，不常采用 u 形优缺点和梯形断面基本相同，较为常用 综合工艺和加工成本等多角度考虑，梯形断面流道最为合理，所以这里选择梯 形流道，如图 5-6所示。 表 5-53 表 5-4 部分塑料分流道尺寸推荐值3 塑料名称推荐直径/mm abs、as4.8-9.5 图 5-6 分流道截面 （2）分流道的布置 分流道的设计原则：在熔体不产生喷射 的前提下，流道越短越好，以减小压力损失， 提高充型压力。 由前面的镶件设计部分可知，两型腔在长度方 图 5-7 向的中心距为 173mm,在宽度方向的中心距为 130mm。通过计算可知，当流道 29 与长度方向所成角度约为时，流道最短，如图 5-7 所示。 o 35 （3）分流道剪切速率计算分 1 33 3.33.3 60 1603 0.35 v n q s r 分 分流道的合理剪切速率范围为，根据前面的设计的尺寸校 2131 5 10 5 10ss 核可知：剪切速率在范围内，分流道尺寸设计校核合格。 式中 分流道体积流量（ ） v q 3 /cms 3 11 (183.69.7)/1.05 44 60/ 0.77 v mm qcms t 分塑件 （）/ 分流道截面的当量半径（） n rcm （5- 22 33 22 0.42 0.35 3.14 2.5 n a rcm l 4） 分流道截面面积，截面周长。 2 0.42acm2.5lcm 5.2.3 浇口设计 浇口作用：浇口对充模流动和补料时间起着控制性作用。 浇口断面面积约为分流道断面面积的 3%9%，浇口越小，即比表面积越大 大，熔体流经浇口时的热量损越大，浇口处的流动阻力也越大，但由于浇口尺 寸很小，导致熔体流经浇口时剪切速率明显升高，这使得熔体表观粘度降低， 从而又使流体流动变得容易，一定程度上抵消了因浇口尺寸变小而增加的流动 阻力，另外因熔体通过浇口时有明显的粘性发热现象，使进入型腔的熔体温度 升高，反而使充模更容易，充模效果优于大浇口。 （1）常见的浇口形式及各自优缺点3 1) 侧浇口（又名标准浇口、边缘浇口）：属小浇口的一种，断面接近矩形， 便于机械加工且易保证精度；可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。 2) 扇形浇口和平缝式浇口：能使物料在横向得到均匀分配，降低了塑件的 30 内应力，特别是减少应取向而产生的翘曲，常用于成型宽度较大的薄片状制品， 但成型后去除浇口的后加工量大。 3) 点浇口：浇口尺寸很小，开模时容易自动切断，熔接痕小。点浇口适用 于表观粘度对剪切速率敏感的塑料熔体和粘度较低的塑料熔体。 4) 护耳浇口：适用于用小尺寸浇口会产生喷射场合，但成型后加工余量大。 5) 直浇口：注塑压力和热