吸尘器塑料拉手注塑模设计.doc

吸尘器注塑拉手注塑模设计机械设计制造及其自动化 机自 指导教师 摘 要拉手注塑模具设计说明书主要阐述了基于CAD技术的塑料拉手注塑模具的设计、制造、及其工艺方案的制定，并且着重介绍了注射加工方法、模具的结构及模具零件的设计制造，用Pro/E软件在对零件进行受力分析，以及运动分析、干涉检查。然后用Pro/E的ManufactureMold模块进行模具设计，包括流道及冷却水道设计，部分电极可以在装配块里设计。在此基础上可以很好地控制电极对应零件的位置关系，并利用软件的功能进行干涉检查，可以减少了设计上的失误。目前模具行业已比较成熟，很多零件日趋标准化，可以直接从市场上购买到，所以本次主要设计项目是零件型腔的设计、制造及其工艺，基于所设计制品结构较复杂，所以将模具设计为一模一腔。在本论文中还对生产工艺方案作了初步分析探讨。关键词： 注射 模具结构 制造工艺 生产方案The design of handgrip plastic mold basic on CADAbstractThe designs of handgrip plastic mold include the design, manufacture and process project of plastic handgrip injected plastic mould. We especially introduce the injecting technique and the design and manufacturing of mould configuration.We analyses the force of the work piece and its movement intervene suspect by Pro/E software. Then we contrive the die by the manufacture mold module of Pro/E, including the design of cold channel, and also some design of electrode. So we can control the poison relationship between electrode and its corresponding work piece, so that we could reduce the mistake in the design.Recently the mold industry is pretty advanced much accessory are becoming standard. They could be bought from market directly. So the major mission is to design the atrium of the work piece and manufacturing and process. As the production is really complex, we design the mould as one mould and one atrium. In this paper, we also discuss the manufacturing process.Keywords inject the configuration of mould manufacturing process produce projectII目录1绪论11.1课题的研究背景11.2课题的研究目的21.3课题研究的主要内容22注塑模具的简介33产品工艺性44工艺方案及设计方法64.1模具工艺方案64.2设计方法75模具设计方案85.1型腔布局以及分型面选择85.2排溢系统的设计85.3成型零件的设计95.3.1凹模的设计95.3.2型芯的设计95.3.3成型零件工作尺寸的计算95.3.4模具型腔侧璧和底板厚度计算105.3.5塑件的结构和斜度115.3.6成型零件的强度计算125.3.7定模的设计125.3.8型腔和型芯工作尺寸计算125.4浇注系统155.4.1注射机的选择155.4.2流道的设计175.4.3浇口的设计185.5合模导向机构的设计195.5.1导柱的设计205.5.2导套选择205.6侧向分型与抽芯机构设计205.6.1抽芯距确定与抽芯力计算215.6.2斜导柱的设计225.6.3斜导柱受力分析与强度计算235.6.4滑块结构设计245.6.5导滑槽设计255.6.6楔紧块设计255.6.7滑块定位装置设计265.7推出机构的设计275.7.1推出机构的设计计算285.8温度调节系统设计285.9弹簧的选定296冷却及加热机构307定模型腔（采用电火花加工）318模具的寿命329装配要点33总结34致谢35参考文献361 绪论1.1 课题的研究背景随着我国加入世贸组织，全球经济一体化的发展，必然会对我国传统工业的体制产生巨大的冲击。我们必须改革传统的运行模式，来适应市场。要参与国际竞争，就必须在信息交流的形式和手段与国际接轨，众所周知，电子商务是代表着未来贸易发展的方向，也是经济发展和进步的一个必然趋势。在市场竞争逐步深入的时期，企业创新能力越来越成为企业竞争力的重要组成部分，信息资源也越来越成为企业的战略资源。模具是工业生产中使用极为广泛的基础装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工等行业中，60%-80%的零件都要依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求越来越高，结构要求也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工方法所不能比拟的。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品的制造水平的重要标志。模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。在现代工业生产中，产品零件广泛采用冲压、锻压成形、压铸成形、挤压成形，塑料注射或其它成形加工方法，与成形模具相配套，是坯料成形加工成符合产品要求的零件，如汽车覆盖件、发动机曲轴、洗衣机内桶的制造，都离不开模具。模具已广泛应用于电机电器产品、电子和计算机产品、仪表、家用电器、汽车、军械、通用机械等产品的生产中。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、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。塑料工业是一门新兴的工业，它的发展大致经历了以下几个阶段1初创阶段,上世纪30年代以前，科学家研制成了酚醛，硝酸纤维素及醋酸纤维素等塑料，它们的工业化特征值是间歇性、小批量生产。2发展阶段,上世纪30年代至50年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。3. 飞跃发展阶段,上世纪50年代中期至60年代末，石油工业的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料。这一阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善。4. 上世纪70年代至今，由于石油危机和资本主义经济危机周期性的出现，原材料价格猛涨，塑料的增长速度显著下降。这一阶段塑料工业的特点是通过各种技术，如共聚、复合、增强和发泡等来改进塑料的性能，提高产品的质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。我国的塑料工业起步较晚，40年代才开始起步，50年代末的聚氯乙烯装置的投产和70年代初是由化工装置的建成投资，塑料工业有两次跃进，与此同时，塑料成型加工机械和工艺方法也得到迅速发展，各种加工工艺都已齐全。塑料作为一种新的工程材料，由于其不断开发与应用，加之成型工艺不断成熟与完善，极大地促进了塑料成型模具的开发与制造1.2 课题的研究目的近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。塑料模热流道技术更成熟，气体辅助注射技术已开始采用。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。模具标准件应 用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、 模具的使用寿命和制造周期等。国内外模具产品水平仍有很大差距。目前CAD/CAM系统及数控技术在模具加工领域起着不可缺少的重要作用。当今流行的三维造型软件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等，其中Pro/ENGINEER的功能强大应用范围广泛。原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的效果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。1.3 课题研究的主要内容我们对塑料模有了一个整体的认识与理解，并在设计过程中，对塑料模的性能，塑料结构的工艺性，以及注射模设计，塑料模制造工艺及装配，此外，由于近一二十年来电子技术和计算机科学的迅猛发展，促使模具制造业发生着深刻的变化。本课题模具所用软件是Pro/E,该模具的设计过程大致如下：首先用Pro/E进行零件的实体特征造型，特征是Pro/E软件的基本设计单元，用户可以每次创建一个特征的方式进行三维造型，并且零件的数据是关联的，其基础是Pro/E软件采用了单一数据库技术。用Pro/E软件在对零件进行分析检查。然后用Pro/E的ManufactureMold模块进行模具设计，包括流道及冷却水道设计，然后各部分电极可以在装配块里设计。在此基础上可以很好地控制电极对应零件的位置关系，并利用软件的功能进行干涉检查。2 注塑模具的简介模具是利用其特定的形状成型具有一定形状的制成品的工具。注射塑料模具的结构构成、包括：1.成型零件 2.浇注系统零件 3.脱模系统零件 4.冷却、加热机构 5.导向零件 6.分型抽芯机构 7.紧固零件模具一般为单件生产，制造技术要求较高。模具精度是影响塑料成型件的重要因素之一。为了保证模具精度，制造时应达到如下技术要求：1）组成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。2）组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并且达到规定的平行度和垂直度要求。3）模具的功能必须达到设计要求。4）为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下或用试模机试模，并根据试模存在的问题进行修整，直至试出合格的零件为止。3 产品工艺性塑料的成型工艺主要有注射挤出压缩等。根据产品的材料精度要求和生产效率拟采用注射成型。注射成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注射模成型此法的特点。注射成型能够一次成型十分复杂的形状，满足尺寸精度的要求，能适应品种繁多的塑料材料，成型周期短，生产效率高，易实现全过程电脑控制。塑模注射过程有加料、塑化、充模、保压、冷却和脱模等几个步骤,但从塑料在注射过程中的状态变化来看,只有塑化和熔体模塑两个过程,下面就从这两个方面对注塑工艺过程作一个简要的介绍：1.塑化是熔料注入模腔前的准备工作。这一过程是指塑料粒加入注射机料斗,经已加热达到预定温度的料筒,在一定的预塑背压下,螺杆输送,融熔塑化定量的溶化均一的称料,其塑化质量和预塑化量由注射工艺参数所决定。2.熔体模塑过程是:充模,聚合物在模内压实聚合物从模内倒流,浇口处物料凝固,聚合物在模内冷却,制品脱模。拉手塑件的材料是聚氯乙烯。聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯塑件呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加人适量的增塑剂，就可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在1.152.00g/cm3范围内。硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，它的柔软性、断裂伸长率、耐寒性增加，但脆性、硬度、抗拉强度降低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料。其化学稳定性也较好。聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板、门窗结构、墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良而在电气、电子工业中，用于制造插座、插头、开关、电缆。在日常生活中，用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80，于130开始分解变色，并析出HCI。具有稳定的物理化学性质聚氯乙烯具有较高的机械强度，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，比热容较低，在模具中凝固较快模塑周期短。产品形状如图一所示，光滑没有棱角，塑件的两侧孔有一定的尺寸要求。为保证产品质量，塑件的制作拟采用注塑成型。图3-14 工艺方案及设计方法4.1 模具工艺方案根据产品的结构特点，模具设计时考虑如下：（1）模腔数目的确定，从生产率上考虑，模腔数应尽可能地多，在理论上对于相同的制品，模腔数多的模具能和模腔数少的模具动作的一样快。但事情并不总是如此的，模具周期往往会由于模腔数地增加而增加。考虑拉手塑件地结构形状，拟采用一模一腔。（2）分型面的选择，塑件外形较为复杂，且有孔、筋，塑件成型收缩后必然留在型芯上，模具分型面设在塑件截面轮廓最大部位，与开模方向垂直，开模后塑件留于动模一侧有利于脱模机构顶出塑件。此分型面不影响塑件外观以及配合面的质量，且分型面处产生的飞边易于修整加工。（3）浇注系统，针对该塑件的框结构特点，模具设计采用在框内侧的侧浇口。这种浇注系统塑料流程短、流动阻力小、流道存料少、进料快、动能损失小、传递压力好、保压补塑作用强，有利于排气及消除熔接痕，且模具结构简单制造方便。塑件成型后浇口痕迹留在再塑件的内侧，不影响制品的外观质量，在流道的末端开有冷料井，用来储藏注射间隔期间由于喷嘴端温度降低造成的冷料（4）型腔结构，对于拉手塑件模具的型腔结构有两种选择：整体式和瓣合式。整体式型腔是由整块钢材直接加工而成的，这种结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量好。瓣合式型腔是由两个以上零件组合而成的。这种结构改善了加工性，减少了热处理变形，节约了模具贵重钢材，但其结构复杂，装配调整比较麻烦，塑件表面可能留有镶拼痕迹，组合后的型腔牢固性差。对于拉手塑件模具整体考虑，型腔结构拟采用整体式（5）模具的结构为采用三个方向的滑快抽芯结构。（6）冷却系统的设计，注射模冷却系统的设计经常被认为是次要的问题，对于冷却系统的尺寸和结构设计都不予重视，冷却系统的设计不合理，对于小型的塑件会产生内应力，对于壁较薄的大型塑件会产生变形，甚至应力开裂。而且冷却不充分，会导致延长成型周期， 从而降低生产效率。拉手塑件是小制品，型芯的冷却系统使用喷流系统是有利的，在型芯中央开孔（盲孔），并插入一根外径比孔径小的管子，温度控制介质（水或油）通过管子通道型芯的顶部，在液体回流过程中控制型芯的温度。（7）标准化设计，模具设计一般不具有唯一性。对于同一产品零件，不同的设计人员设计的模具不尽相同，为了便于实现模具的CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先应该解决的问题便是标准化问题，其中包括数据准则的标准化，模具零件和模具结构的标准化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是极少数的工作零件。4.2 设计方法塑料制品的开发不仅需要对每个塑料制品进行设计，而且必须设计这些制品的模具产品，而模具制造一般价格高并且费时，一旦在加工完成后再进行修改，其代价是很大的。随着计算机软硬件技术的不断提高，在制品的设计分析模具的设计制造方面，应用计算机进行辅助设计分析加工（即模具CAD/CAE/CAM）已成为可能。模具CAD/CAE/CAM要达到的目的是从项目的初始方案到零件设计，直至最后投产，都使用同一数据库和一个不中断的数据流。这一过程从产品设计的实体几何模型开始，对制品进行结构和美学设计并给予评价，再对实体模型进行有限元网格划分，根据流变学原理，分析注射工艺中的充填冷却收缩变形过程。同时，根据制品的实体造型，设计型腔型芯及电极，需要时也可绘制出二维图样，再利用模架数据库，选配模架模板。最后由图形数控软件得到刀位文件，经后置处理后输出数控代码，就可以由数控机床进行加工了。Pro/ENGINEER功能非常强大，包含了零件造型产品装配NC加工模具开发钣金件设计外型设计逆向工程机构模拟应力分析等功能模块，因而广泛应用于机械汽车模具工业设计航天家电玩具等各行业，在国外尤其是制造业发达的地区有着庞大的用户群。因此在这次设计中我准备采用Pro/ENGINEER来做模具造型。5 模具设计方案5.1 型腔布局以及分型面选择本模具生产的拉手属于小批量生产，且产品精度不是太高，所以采用一模一腔模具结构形式。型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，型腔的的布置应使型腔通过浇注系统从总压力中得所需的足够压力，以保证塑料熔体均匀地充满型腔，使型腔的塑件在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。由于受到塑件结构的限制，所以模具采用一模一腔分布。分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。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。选择分型面是一般应遵循以下几项基本原则：1)分型面应选在塑件外形截面轮廓最大部位。2)确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。3)保证塑件的精度要求。4)满足塑件的外观质量要求。5)便于模具的加工制造。6)对成型面积的影响。7)对排气效果。8)对侧向抽芯的影响。综合考虑以上的几项基本原则，本模具分型面设在塑件截面轮廓最大部位，与开模方向垂直。5.2 排溢系统的设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排干净，一方面将会在塑件上产生气泡，接缝表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。由于本模具型腔较小且很简单，所以可以利用推板、活动型芯等活动配合间隙排气，排气间隙应小于聚氯乙烯的溢料间隙（0.04mm）。5.3 成型零件的设计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、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦。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。设计成型零件应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，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，计算成型零件的尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。5.3.1 凹模的设计因为塑件较小，而且采用一模一腔，使用凹模形式，采用整体嵌入式，因为采用这种形式各个凹模采用机械加工、冷挤压和电加工等方式加工制成，然后压入模板中，这种结构加工效率高，维护方便，可以保证型腔形状尺寸。它的特点是牢固，使用中不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。它的缺点是加工困难，热处理不方便。5.3.2 型芯的设计本模具设计的难度在于侧型芯的设计，由于小型芯结构复杂，如果用手工去设计，那难度是很大的，利用CAD三维软件Pro/ENGINEER去设计，用软件中的型腔设计可以很方便的抽取出小型芯。本方案中直径较小的型芯采用阶梯轴结构，单独制造，在嵌入模板中，用压板固定。型芯采用P20钢，热处理要求硬度HRC50。5.3.3 成型零件工作尺寸的计算1 分型面的确定：塑件分型面决定了模具的基本结构和飞边产生的位置，根据该塑料拉手的形状要求，外表面要求精美、无明显的毛刺2 型腔数的确定3 成型零件包括定模板、动模板和型芯等零件。在注射时，这类零件直接接触塑料，以成形制品；其精度要求较高，是注射模的核心零件。动、定模板：主要成形塑料件的外部形状。这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型的塑料件质量较好。由于，零件技术要求中要求塑件的外观精美无明显的毛刺。型芯：又称凸模，主要成形塑料件的内部形状。成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸。任何塑件制作都有一定的几何形状和尺寸的要求，在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求较高。因此在模具设计时应根据塑件的尺寸精度等级来确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因数很多。主要有：塑件收缩率的影响1)拉手塑件的材料是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有较高的机械强度，流动性好，易于成型，成型收缩率小，理论计算收缩率为0.5% 2)模具成件型零件的制造误差3)模具成型零件的磨损4)模具的安装配合的误差5.3.4 模具型腔侧璧和底板厚度计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用,应具有足够的强度和刚度,如果型腔侧壁和底板厚度过小,可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏;也可能因刚度不足而产生绕曲变形,导致溢料或出现飞边,降低塑件尺寸精度，并影响到脱模的顺利进行.因此,应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚,尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔,更不能单纯凭经验来确定型腔侧壁和底板厚度.模具型腔壁厚的计算,应以最大压力为准.而最大压力是在注射时,熔体充满型腔的瞬间产生的,随着塑料的冷却和浇口的冻结,型腔内的压力逐渐降低,在开模时接近常压.理论分析和生产实践表明,大尺寸的模具型腔,刚度不足是主要矛盾,型腔壁厚应以满足刚度条件为准;而对于小尺寸的模具型腔,在发生大的弹性变形前,其内应力往往超过了模具材料的许用应力,因此强度不够是主要矛盾,设计型腔壁厚应以强度条件为准.型腔壁厚的强度计算条件是型腔在各种应力形式下的应力值不得超过模具材料的许用应力;而刚度计算条件由于模具的特殊性,应从以下三方面来考虑:1)模具成型过程中不发生溢料；2)保证塑件尺寸精度；3)保证塑件顺利脱模；型腔结构尺寸计算1 型腔侧壁厚度计算在熔体压力作用下,侧壁向外膨胀产生弯曲变形,使侧壁与底板间出现间隙,间隙过大将发生溢料或影响塑件尺寸精度.将侧壁每一边都看成是受均匀载荷的端部固定梁,设允许最大变形量为,其壁厚按刚度条件计算式为:s=式中s-型腔侧壁厚度(mm);p-型腔内熔体的压力(Mpa);-承受熔体压力的侧壁高度(mm);l-型腔侧壁长边长(mm);E-钢的弹性模量;H-型腔侧壁总高度(mm);- 允许变形量(mm)；型腔侧壁厚度计算取：20mm2 底板厚度计算组合式型腔底板厚度实际上是支承板厚度.底板厚度的计算因其支撑形式不同有很大差异,对于常见的动模边为双支脚的底板,为简化计算,假定型腔长边l和支脚间距L相等,底板可作为受均匀载荷的简支梁,其最大变形出现在板的中间,按刚度条件计算底板的厚度为:h=式中 c-由型腔边长比l/b决定的系数经计算取50mm。3 动模支撑板厚度动模支撑板又称作型芯支撑板，一般都是两端用垫块支撑的。其厚度的选用按照经验来选用，根据表（动模垫板厚度）取30mm。5.3.5 塑件的结构和斜度设计塑件结构时,首先要考虑塑件壁厚均匀,以产生缩孔,气孔,变形,开裂等缺陷,塑件强度较低处可设置加强筋等.塑件两壁相交处必须用圆弧过渡,为了便于塑件从模具中脱出,防止脱模时拉伤塑件,设计时,塑件内外表面沿脱模方向应留有足够的斜度,即脱模斜度,脱模斜度的取向应根据塑件的内,外尺寸而定.在塑件图上标注时,内孔以小端尺寸为准,塑件外形以大端尺寸为准,尺寸符合图样要求,且由于斜度而导致的尺寸变化应满足塑件的公差要求。5.3.6 成型零件的强度计算塑料塑件在模腔中成形以后,便可以从模具中取下,但塑件从模具中取下之前,制件在成形过程中，模具型腔受到熔体高温高压的作用,所以模具型腔侧壁和底板必须有足够的厚度,以满足强度和刚度的要求.刚度不足,模具会产生弹性形变,强度不够,模具会产生塑性变形或破裂。1.满足强度要求各种情况下所受的应力必须小于材料的许用应力.如拉伸时:拉伸应力拉伸许用应力.型芯受弯时:弯曲应力弯曲许用应力.理论分析和大量的生产实践表明,对于小尺寸的型腔,强度不足是主要矛盾.2.满足刚度要求需要型腔不产生溢料,保证塑件尺寸精度并能顺利脱模.1）模具型腔不产生溢料 型腔在高压作用下会产生弹性形变,使一些配合面形成间隙,间隙超过一定值,将出现溢料.不同塑料其最大的不溢料间隙也不同.设计时需使模具型腔在高压作用下产生的弹性形变的变形量小于所允许的最大变形量.2）保证塑件尺寸精度 如果型腔变形量较大,还会影响塑件的尺寸精度,所以通常使型腔变形量为塑件公差的1/5.3）保证塑件顺利脱模 若塑料熔体的压力产生过大的弹性形变,其型腔变形量大于塑件收缩量时,塑件的周边被型腔包住,这样塑件脱模时必须强制脱模,从而使塑件划伤,划裂,因此型腔变形量应小于塑件收缩量.5.3.7 定模的设计因为塑件尺寸不是很大，而且采用一模一腔，使用定模形式，采用整体嵌入式，因为采用这种形式各个定模采用机械加工、冷挤压和电加工等方式加工制成，然后压入模板中，这种结构加工效率高，维护方便，可以保证各个型腔形状尺寸一致。5.3.8 型腔和型芯工作尺寸计算1.型腔和型芯的径向尺寸（1）型腔径向尺寸 如前所述，塑件的基本尺寸Ls是最大尺寸，其公差为负偏差，如果塑件上原有的公差标注与此不符，应按此规定转换为单向负偏差。因此塑件的平均径向尺寸为Ls-/2。模具型腔的基本尺寸Lm是最小 尺寸，其公差为正偏差，型腔的平均尺寸为Ls+/2。型腔的平均磨损量为/2，考虑平均收缩率后，则可列出下列等式：略去比其它各项小得多的/2*S后则型腔径向尺寸为与是和有关的量，因此公式后半部分可用x表示。标注上制造公差后得：由于，与的关系随塑件的精度等级和尺寸的不同而变化，因此式中前的系数x在塑件的尺寸较大，精度较低时，和可以忽略，则x=0.5；塑件的尺寸较小，精度较高时，可取/3，可取/6，此时X=0.75，则：经计算得型腔径向尺寸为：，（2）型芯的径向尺寸 塑件孔的径向尺寸ls是最大尺寸，其公差为正偏差，模具型芯的基本尺寸lm是最大 尺寸，其公差为负偏差，经过与上面类似的推导，可得：经计算得型腔芯向尺寸为：，带有嵌件的塑件，收缩率较实体收缩率小，在计算收缩值时，应将上式中含有收缩值的这一项的塑件尺寸改为塑件外形尺寸减去嵌件部分尺寸。为了塑件脱模的方便，型腔和型芯的侧壁都应设计有脱模斜度，当脱模斜度值不包括在塑件 公差范围内时，塑件的外形的尺寸只保证大端塑件内腔的尺寸只保证小端。这时计算型腔尺寸以大端尺寸为基准，另一端按脱模斜度相应减小；计算型芯尺寸以小端尺寸为基准，另一端按脱模斜度相应增大，以便于修模时有余量。如果塑件 的使用要求正好相反，则应在图纸上注明。2.型腔深度尺寸和型芯高度尺寸在型腔深度尺寸和型芯高度尺寸计算中，由于型腔的底面或型芯的端面磨损很小，所以可以不考虑磨损量，由此可以推出：经计算得型腔深度尺寸和型芯高度尺寸分别为： 上两式中修正系数x=1/22/3，当塑件尺寸大精度要求低是取小值，反之取大值。3.中心距尺寸塑件上凸台之间，凹槽之间或凸台到凹槽的中心线之间的距离称为中心距，这类尺寸属于定位尺寸。由于模具上中心距尺寸和塑件中心距公差都是双向等值公差，同时磨损结果不会使中心距尺寸发生变化，在计算中心距尺寸时不必考虑磨损量。因此，塑件中心距基本尺寸C和模具上成型零件中心距的基本尺寸Cm均为平均尺寸，于是：标注上制造公差后得：模具中心距是由成型孔的中心距决定的。用坐标樘床加工孔时，孔轴线位置尺寸偏差取决于机床的精度，一般不会超过0.015-0.02mm；用普通方法加工孔时，孔间距大，则加工误差大。如果活动型芯与模版孔为间隙配合，配合间隙会使型芯中心距尺寸产生波动而影响塑件的中心距尺寸，塑件中心距的误差最大值为，对于一个型芯，中心距的偏差最大值为0.5。这时应使和的累积误差小于塑件中心距所要求的公差范围。按平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量计算型腔型芯的尺寸有一定的误差，这是因为在上述公式中，和前的系数的取值凭经验决定，为保证塑件的实际尺寸在规定的公差范围内，尤其对于尺寸较大和收缩率波动范围较大的塑件，需要对成型尺寸进行校核，校核的条件是，塑件的成型公差应小于塑件的尺寸公差。型腔或型芯的径向尺寸：型腔深度或型芯高度尺寸：塑件的中心距尺寸：式中的符号意义同前。校核后左边的值与右边的值相比较小，所设计的成型零件尺寸越可靠。否则应提高模具制造精度，降低许用磨损量，特别是选用收缩率波动较小的塑料来满足塑件尺寸精度要求。5.4 浇注系统5.4.1 注射机的选择从模具设计的角度出发，应了解的注射机的技术规范有：注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等。（1）注射量注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量，一般，注射机注射量的利用率为80%-85%。所以，选择的注射机，其注射量应满足下式要求，即/0.8=（n+）/0.8=s=注射机注射塑料的最大质量，单位为 g；塑件质量（包括浇注系统），单位为 g；n型腔数（每模塑件数）；每个塑件体积，单位为;浇注系统体积，单位为 注射机公称容量，单位为 ;标定注射机塑料的密度，单位为 g/;塑件所成型塑料的密度，单位为 g/;D螺杆式注射机的螺杆或柱塞式注射机柱塞的直径，单位为 cm;S螺杆或柱塞的注射行程，单位为 cm；注射机实际注射塑件时所需的质量，单位为 g(2)注射压力与所模力当高压的熔料进入并充满型腔时，将产生一个很大的力，迫使模具分开，所以必须在模具上加一个锁模力。1)型腔内熔料的压力p=80%式中-可从表中查得。（查得数值为80130Mpa,取120MPa）2)型腔内的作用力F=pA式中F-作用力；A-塑件、浇注系统在分型面上的投影面积。所以F=pA=80%AF=0.8A3)锁模力F0.8A所以A工件有关尺寸如下质量 m=18.2 g密度 =1.4g/c体积 13 聚氯乙烯收缩率为0.3%0.8%取0.5%，最大不溢料间隙0.04 mm代入数据计算得注射机的最大注射量必须大于m/0.8既22.75g型腔内熔料的压力p=64 Mpa型腔内的作用力F=80.352 KN所以注射机型号选择为: 卧式XS-ZY-125(3)注射机与模具有关尺寸的关系1）喷嘴尺寸 注射机的喷嘴头部一般为球面。模具主流道端部的凹球面半径应大于注射机头部的球面半径，主流道口径应大于喷嘴口径。2）定位圈尺寸 为了保证模具主流道与喷嘴对准，注射机定模板上设有一个定位孔，模具上定位圈的外径D与注射机定模板上定位孔内径D1相配合，D=D1，常采用间隙配合。3）模具厚度 模具厚度又称模具闭合高度，为了使模具能够安装在注射机，并顺利的使用，必须使注射机允许的模具最小厚度 模具闭合高度 注射机允许的模具最大厚度，并且模具的外行应能够顺利地从注射机拉杆之间通过。4）安装螺孔尺寸 动、定模在注射机上的安装方法有以下两种：(1）直接用螺钉固定 模脚上的钻孔位置尺寸与注射机模板上螺孔位置尺寸一致。(2）用压板固定 只要模脚周围有螺孔即可，灵活性大。5）推出装置 设计模具的推出机构时必须根据注射机顶出装置的形式、顶杆直径、顶杆间距及顶出距离等来设计。5.4.2 流道的设计浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道，浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道浇系统两大类，浇注系统的设计是注射模具设计的一个重要环节，它对获得优良性能及理想外观的塑料制件，以及获得最佳成型效果有着直接影响。普通流道浇注系统一般由主流道，分流道，浇口和冷料井等四部分组成，普通浇注系统主要是将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。同时应把浇注系统和型腔布局结合起来考虑。浇注系统的分布形式与型腔的排布密切相关，应在设计时尽可能保证在同一时间内塑料熔体充满各型腔，并且使型腔及浇注系统在分型面上的投影面积总重心与注射机锁模机构的锁模力作用中心相重合，这对于锁模的可靠及锁模机构受力的均匀性都是有利的。主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度，因此它的进口形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最远位置的能力。在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为26，表面粗糙度Ra0.8m;在直角式注射机上使用的模具中，主流道开设在分型面上，因其不需沿轴线上拔出凝料，设计成圆柱形，其中心轴线就在动定模的合模面上。综合考虑这些因素，注流道开在型腔板中，直接与浇口衬套相连接。由于本模具为一模一腔，所认还需开设分流道。5.4.3 浇口的设计本模具采用点浇口设计，点浇口又称针点式浇口、橄榄形浇口或菱形浇口，其尺寸很小。这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，截面形状小如针点的浇口,塑件浇口痕迹小,能有效地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增加，利于填充，因而对于薄壁塑件以及诸如聚乙烯、聚甲醛、聚苯乙烯等表观粘度随剪切速率变化而敏感改变的塑料成型有利，但不利于成型流动性差及热敏性塑料，也不利于成型平薄易变形及形状复杂的塑件。用于粘度对剪切速率和温度敏感及粘度低的塑料,但不利于成形流动性差(如PC,PVC,PSF)的及热敏性塑料.适用材料:PP,PE,PS,POM,PA,ABS.根据塑件尺寸,取半径为1mm的圆形浇口.（1）浇口套的结构设计图5-1浇口套结构形式上如图所示,根据注射机结构形式确定其尺寸为:公称尺寸为22,其长度L=50mm;5.5 合模导向机构的设计导向机构的作用主要有：（1）定位作用 模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配过程中起了定位作用，便于装配和调整。（2）导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。（3）承受一定的侧向压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。5.5.1 导柱的设计导柱结构拟采用如图5-1所示结构：图5-2为带头导柱，结构简单，加工方便，用于简单模具。模板中设置导套，导向孔磨损后，只要更换导套即可。根据所选模具板厚度及其重量,采用导柱直径为25，其总长为124mm，其材料为T8A，T10钢经淬火处理，硬度为HRC5256。导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m，导向部分表面粗糙度Ra为0.80.4m。5.5.2 导套选择导套为与之相配的即可，长度为60mm.5.6 侧向分型与抽芯机构设计当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成可移动的零件，以便在脱模之前先抽出侧向成型零件，否则就无法脱模。带动侧向成型零件作移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。根据动力来源的不同，侧向分型与抽型机构一般可分为机动、液压或气动以及手动等三大类型。根据产品结构特点及生产要求采用机动侧向分型与抽芯机构。5.6.1抽芯距确定与抽芯力计算注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力。对于带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力，一般塑料制件刚开始脱模时所需确阻力最大即所需的脱模力最大，如图为塑模时型芯的受力分析。图5-3侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离称为抽芯距，用S表示。根据制件要求取43mm.抽芯力的计算同脱模力计算相同。可以使用以下公式进行计算：Fc=chp(cos-sin)式中Fc抽芯力(N)；c侧型芯成型部分的截面平均周长(m)h侧型芯成型部分的高度(m)p塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成型工艺有关（Pa）塑件在热状态时对钢的摩檫系数，一般=0.150.20；侧型芯的脱模斜度或倾斜角；5.6.2 斜导柱的设计斜导柱倾角确定：斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角,它是决定斜导柱抽芯机构工作效果的重要参数，的大小对斜导柱的有效工作长度，抽芯距和各受力状况等起着决定性的影响。增大，L和H减小，有利于减小模具尺寸，但Fw和Fk增大，影响导柱和模具的强度和刚度。反之减小，斜导柱和模具受力减小，但要获得相同的抽芯距，斜导柱的长度就要增长，开模距就要变大，因此模具尺寸会增大，综合两方面，取分别取20、15比较理想。斜导柱的材料多为T8、T10等碳素钢，也可以用20钢渗碳处理。由于斜导柱与滑块摩檫，热处理要求硬度HRC55，表面粗糙度Ra0.8m.1)斜导柱的长度计算斜导柱的长度计算公式如下:=+=tag+tag+（510）斜导柱总长度；斜导柱固定部分大端直径；h斜导柱固定板厚度；d斜导柱工作部分直径；s抽芯距；带入数据计算：斜导柱1长度取117.75mm；斜导柱2长度取100mm；2)斜导柱的直径计算斜导柱的直径主要受弯曲应力的影响，斜导柱所受的弯矩为：=式中斜导柱所受弯矩；斜导柱弯曲力臂；由材料力学可知：=W式中斜导柱所用材料的许用弯曲应力；W抗弯截面系数。斜导柱的截面一般为圆形，其抗弯截面系数为：W=0.1所以斜导柱的直径为：式中侧型芯滑块 受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板的距离，它并不等于滑块高的一半。经计算查表取：斜导柱1直径为15mm；斜导柱2直径为15mm；5.6.3 斜导柱受力分析与强度计算斜导柱受力析：斜导柱在抽芯过程中受到弯曲力Fw的作用。图5-4Fw=Fk=式中Fw侧抽芯时斜导柱所多弯曲力Ft侧抽芯时的脱模力，其大小等于抽芯力FcFk侧抽芯时所受开模力5.6.4 滑块结构设计分析滑块受力情况图5-5图中 Ft是抽芯力压的反作用力，大小与Fc相等，方向相反Fk是开模力，它通过导滑模施加于滑动F是斜导柱通过斜导孔施加于滑块的正压力，其大小与斜导柱所受的弯曲力Fw相等F1是斜导柱与滑块间的磨擦力F2是滑块与滑模间的磨擦力则则式中（3）由上得由于磨擦力和其它力相比较一般很小，可以忽略，（即=0）上式F=Fw=5.6.5 导滑槽设计成型滑块在侧向分型抽芯和复位过程中，要求其必须沿一定的方向平稳地往复移动，这一过程是在滑块和导滑槽的配合形式也不同，一般采用T形槽或燕尾槽导滑。T形槽导滑结构紧凑，多用于小型模具的抽芯机构，由于塑件尺寸较小，抽芯距不大所以本模具采用组合式T形槽导滑，材料45钢。为了便于加工和防止热处理变形，常常调质铣销成形。盖板材料用45钢，要求硬度42HRC.导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H8/F8在配合面上成型时与熔融塑料接触，为防止配合部分漏料，应适当提高精度，采用H8/f7或H8/g7,其它各处留有0.5mm左右间隙，配合部分表面要求较高表面粗糙度Ra0.8wm。5.6.6 楔紧块设计在注射成型过程中，侧向成型零件受到熔融塑料很大的推力作用，这个力通过滑块传给斜导柱，而一般的斜导柱为一细长杆件，受力后容易变形，导致滑块后移，因此必须设置楔紧块，以便在合模后锁住滑块，承受熔融塑料给予侧向成型零件的推力楔紧块的工作部分是斜面，为了保证斜面能在合模时压紧滑块，而在开模时又能迅速脱离滑块，以避免楔紧块影响斜导柱对滑块的驱动，锁紧角一般都应比斜导柱倾斜解大一些=+（23）。楔紧块是防止注射时熔体压力使测型芯滑块产生位移而设置的，为