塑料模具毕业设计说明书.pdf

1 毕业设计（论文） 课题：饮水机龙头一模两腔注射模具设计 系部：机械工程系 专业：模具设计与制造 班级：高模具 0604 班 姓名：刘兵 指导老师：谢冬和 企业指导老师：杨汉钦 株洲职业技术学院教务处 2 毕业设计（论文）评审表 学生姓名刘兵学号200604010104040所在系部机械工程系 所学专业模具设计与制造所在班级高模具 0604 毕业设计（论文）题目饮水机龙头一模两腔注射模具设计 指 导 教 师 审 查 意 见 指导教师签字： 年月日 评 阅 教 师 评 阅 意 见 评阅教师签字： 年月日 答 辩 毕业设计（论文）标题饮水机龙头一模两腔注射模具设计 答辩日期年月日答辩地点 3 记 录 答 辩 记 录 毕业设计（论文）标题饮水机龙头一模两腔注射模具设计 答辩日期年月日答辩地点 用简洁语言记录答辩过程，答辩委员会提出的问题和学生回答情况： 答辩委员会记录人（签字） ： 答 辩 委 员 会 评 语 与 成 绩 答辩委员会对毕业设计（论文）的学术评（论文选题意义，所用资料和数据的可靠性， 写作的规范化与逻辑性，实用性与创新性；主要不足之处，答辩情况及成绩） ： 答辩委员会主席（签字） ： 年月日 本毕业设计（论文）成绩 4 毕业设计（论文）开题报告 1课题的目的及意义(含国内外的研究现状分析) 近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是塑料模具提出了越 来越高的要求，2004 年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到 30%左 右，据有关专家预测，在未来几年中，中国塑料模具工业还将持续保持年均增 长速度达到 10%以上的较高速度的发展。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。通过本次毕业设计实践，采用 CAD/CAM(Master CAM、UG、Pro/E)技术可以使设计者从繁沉计算和绘图工件中 得到解脱。采用人机结合，各尽所长，充分发挥其人的创造思维能力，控制设 计过程，使模具设计趋于合理化。而计算机则发挥其计算分折和储存信息的能 力。两者结合，发挥各自的优势，有利于获得最优的设计成果，缩短开发周期 本次毕业设计实践，是对我们所学知识的一种检索，我相信它会使我们在各方 面都得到很大的提高。 2课题任务、设计内容、实现途径 课题任务：饮水机龙头 设计内容：pro/e 造型，模具成型零件设计，模架调用，工艺计算，注塑机选用， 充模分析，设计及制造说明，非标准件零件图，总装图。 实现途径：搜索资料（图书馆、网上）咨询指导老师分析零件，PROE 造型 分模及模架调用，了解其基本的形状，根据零件形状确定设计方案，工艺性能， 计算有关的尺寸，绘制模具总装图，确定加工方法等 报告人签名 年月日 3指导老师意见 指导老师签名 年月日 5 毕业设计（论文）任务书 学生姓名刘兵学号 20060401010404 0 所在系部机机械工程系 所学专业模具设计与制造所在班级高模具 0604 班 E-联系电毕业设计（论文）题目饮水机龙头一模两腔注射模具设计 指导教师 姓名 职 称工作单位及所从事专业联系方式 谢冬和讲师株洲职业技术学院 本设计选题根据（欲解决的问题及其实用价值） ： 随着社会的飞速发展，经济的日益增长，人民需求也随着增长，对于物质的需求 更是日益更新，饮水机是日常生活中必备的家具之一，人们对物质质量的要求的越来 越高，不光是实用、耐用还要求美观。饮水机的市场广泛有调查报告显示，1997 年 国内饮水机市场规模在 100 万台左右，2001 年整个市场规模已接近 1000 万台，呈现 出较快的增长趋势，其中家庭消费显示出巨大潜能。2001 年市场销售量达到了 384 万台，2002 年 14 月份市场销售量已达到 172.8 万台，家庭消费量占整个饮水机市 场规模的比重越来越大。专家预计在未来 2-3 年之内，家庭购买饮水机将超过商业用 户的市场规模，饮水机将逐渐成为家庭必备电器之一。 饮水机市场有着令人心动的诱人前景， 但饮水机市场存在的内忧外患成为其发展 的“瓶颈”。 内忧：饮水机自身存在着“二次污染”问题。即使完全合格的桶装水在饮水机上使 用时，细菌依然会进入饮水机内部并在贮水箱及冷水管道内壁滋生繁殖，而大部分饮 水机的贮水箱温度在 30 摄氏度左右， 是培养细菌的温床， 20 分钟左右就能繁殖一代。 其次是杂牌机扰乱市场，“杂牌”饮水机内部接触饮用水零件的抗菌性根本不合格，内 部接触饮用水零件的质量不过关会助长细菌滋生，直接损害消费者的身体健康。 外患：作为饮水机的连体兄弟桶装水问题。目前市场上桶装水质量良莠不 齐，所谓唇亡齿寒，即使饮水机再好，如果桶装水生产不达标，也一样会影响到饮水 机的声誉 此次设计最终目的是为了更好的巩固和掌握塑料模的相关知识及了解高分子材料 注成型模具的分类、注射机型号的确定、分型面的位置的确定以及注射模具各组成部 分的设计(浇注系统、成型零件、导向机构、推出机构、温度调节系统、侧向分型与 抽芯机构、排气系统、支承零部件等)了解塑料模具材料的性能。 饮水机作为生活中非常重要的用品，饮水机龙头的好坏自然决定饮水机的价值， 它要求材料无毒、稳定、耐高温。 专业方向、基本理论及设计内容（设计要求和设计步骤要求详细到章节） ： 一：专业方向：了解模具设计的基本原理、塑料模具设计的前景开发 二：基本理论： 总个设计过程包括三个环节： 成型前的准备； 注射过程； 6 塑件的后处理。 而成型前的准备就必须注意材料的性能和特点。 考虑材料是否符合制件的使用功 能以及材料的流动性，对制件进行工艺分析，进行预热处理和干燥处理等等。而注射 过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等阶段。模具标准件的选择、 脱模斜度的计算、装配。分型面的设计。 成型后的处理：当注射结束后进行退火和调湿处理，保证制件的强度和刚度。在 总个过程要注意个标准件的配合精度和考虑可加工性能。 结构尽量简单， 考虑经济性。 三：设计内容： 一、确定制品的成型位置及分型面 二、确定模具的型腔数目 三、浇注系统的设计 四、工作零件的设计和计算 五、抽芯机构设计 六、加热、冷却装置的设计和计算 七、脱模机构的设计和计算 八、考虑排气和引气方式 九、上述设计步骤完成后，模具结构草图已基本完成，然后进行动作分析，分 析各机构之间工作的协调性以及有无干涉现象。 十、绘制模具总装图和主要零件的工作图。模具总装图的俯视图，一般去掉定 模部分，只画出动模部分。总装图应包含必要的尺寸、技术条件及明细表。 十一、审核、制造、调试。模具设计工作应在用户验收合格后才真正结束。 四：设计要求： 运用所学知识完成对隔弧板注射模的全部设计过程，熟练掌握绘图软件的应用， 精度要求较高，型腔局部设置固定的镶件。开模时，这些固定镶件不能简单地沿开模 方向与塑件分离，而是必须在塑件脱模时利用斜滑块连同塑件一起移出模外，然后通 过斜滑块角度将它与塑件分离，在下一次合模注射之前，再重新将其注入模内。 五：设计步骤 1、零件图样的分析 2、根据零件确定选材 3、零件的工艺分析、经济分析 4、各机构的设计和标准件的选择 5、相关工作零件的计算 6、零件组装图的设计 7、零件图的检测（是否合格） 8、工作原理图 7 主要参考文献、资料： 许发樾主编模具结构设计. 北京; 机械工业出版社,2003 贾润礼, 程志远主编. 实用注塑模设计手册. 北京: 中国轻工业出版社,2000 蒋继宏,王效岳编绘.注塑模具典型结构 100 例. 北京: 化学工业出版社,2000 屈华昌主编. 塑料成型工艺与模具设计, 北京: 机械工业出版社, 1998 陆宁编著.实用注塑料模具设计. 北京: 中国轻工业出版社, 1997 许鹤峰,陈言秋编著. 注塑模具设计要点与图例, 北京 :化学工业出版社,1999 付宏生, 刘京华编著. 注塑制品与注塑模具设计. 北京: 化学工业出版社, 2003 许发樾主编模具结构设计. 北京; 机械工业出版社,2003 许发樾主编.模具常用机构设计. 北京; 机械工业出版社 2003 陈志刚主编. 塑料模具设计, 北京; 机械工业出版社,2002 王鹏驹主编.塑料模具技术手册.北京:机械工业出版社,1997 李海梅,申长雨主编.注塑成型及模具设计实用技术. 北京: 化工业出版社,2002 教 研 室 审 批 意 见 专业教研室主任签字： （盖章） 系 部 审 批 意 见 系部主任签字： （盖章） 8 目录目录 第 一章工艺分析.11 11 塑料分析.11 常用塑料.11 12产品结构分析.13 13产品经济分析.13 第二章模具设计.14 21模具型腔数目的确定.14 22分型面的设计.14 23型腔布局 15 24模具材料的选用.16 25浇注系统的设计.17 主流道设计.17 分流道的设计.19 浇口的设计.20 推出力的计算.23 28侧向抽芯与分型机构设计 23 斜导柱侧向分型.24 斜导柱的设计.24 2.侧滑块设计25 弯销侧向抽芯机构的设计.26 A.弯销的设计.26 29冷却系统.27 210成型零件的设计.28 一、成型零件的结构设计.28 二、计算成型零件工作尺寸.29 211 模架的调用.32 一、模架尺寸的确定.32 二、导向机构.32 第三章注塑成型工艺简介.34 3.2 注塑成型工艺条件35 31注塑机的选择.37 1 注塑机简介.37 3选择注塑机.38 4 注射机有关参数的校核和最终选择 39 5 模具开模行程校核40 第四章模 具 的 装 配.41 1模具的装配顺序.41 2模具工作原理.42 结论.43 后记.45 9 绪论 近年来， 随着我国经济的腾飞， 塑料成型加工机械和成型模具发展十分迅速， 高效，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例 越来越大。我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，不少 种类模具已能替代进口模具，模具 CAD/CAM 技术得到了较快推广应用并取得 了良好效果，快速成形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶 段，高速铣等新一代制造技术已被人们重视并开始应用。从模具使用角度来说， 要求高效，自动化，作简便；从模具制造角度，要求结构合理，制造容易，低成 本。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可 少的三项重要因素。模具与其他机械产品比较，一个重要特点就是技术含量高、 净产值比重大。随着化工、轻工产业的快速发展，我国的模具工业近年来一直以 每年1315左右的增长速度高速发展， 而各行业对模具的要求也越来越高。 面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角。随着工业发展， 工业产品的品种、 数量越来越多； 对产品质量和外观的要求， 更是趋精美， 华气。 因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推 行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。 注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。 用此方法加工成型的塑料制 件， 其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。 起过程是借助与螺杆的推力， 将已塑化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。 因此，构成注塑成型的三个必要条件：一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是 塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落； 三是需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。 注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方 面：其一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行， 模具可以始终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周 期； 其二是先锁紧模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对 模腔的磨损很小，因而可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清 晰和尺寸精度较高的制品；其三是成型过程的合模、加料、塑化、注塑、启模和 顶出制品等全部成型作均由注塑机自动完成， 从而使注塑工艺容易全自动化和实 10 现程序控制。但我们也要看到注塑成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难 用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机 和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投资较大，所以注塑技术不适合于小批 量制品的生产。 注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方 法。 除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑 件。注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。注塑成型已经成功 地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。 注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热 塑化成熔融状态， 由螺杆 （或柱塞） 施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、 闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型 塑件，在作上完成了一个周期。 注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。它具有 以下几方面的特点： 成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料 制件。 对成型各种塑料的适应性强。目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可 以用此方法成型，某些热固性塑料也可以采用注塑成型。 生产效率高，易于实现自动化生产。 注塑成型所需设备昂，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别适 合大批量生产。 11 第第 一章一章工艺分析工艺分析 11 塑料分析塑料分析 常用塑料常用塑料 塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。常用的塑料有聚乙烯（PE） 、聚 丙烯 （PP） 、 聚氯乙烯 （PVC） 、 聚苯乙烯 （PS） 、 丙烯睛丁二烯苯乙烯树脂(ABS)、 聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA） 、聚酰氨（PA） 、聚甲醛（POM） 、聚碳酸脂（PC） 、 聚对苯二甲酸乙二醇脂（PETP） 、聚四氟乙烯（PTFE） 、酚醛塑料（PF） 、氨基 塑料。 模具设计时要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标. 该塑件要求大批量生产、精度一般。根据其用途产品要求材料热稳定好，表面光 洁，无毒，ABS 材料完全满足这些要求，因此本产品采用 ABS 材料比较适合。 ABS 塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能，在电子工业、机械 工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要地位，特别是稍微大点 的箱体结构以及受力元件， 需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。 这里对 ABS 塑料注塑工艺分析如下： （1）ABS 塑料的干燥ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前 进行充分的干燥预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且 还有助于塑料的塑化，减少制件表面的色斑和云纹。ABS 原料要控制水分在 0.3%以下，注塑前的干燥条件是：干冬季节在 7580以下，干燥 23h， 夏季雨水天在 8090以下，干燥 48 小时如制件要达到特别良好的光泽或 制件本身复杂，干燥时间更长，达 816h。因微量水汽的存在导致制件表面雾 斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器，以免干 燥好的 ABS 在料斗中再度吸潮，但这种料斗要加强湿度监控，在生产偶然中断 时，防止料的过热。 （2）注射温度ABS 塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在 融化过程温度升高时，其熔融实际上降低很小，但一旦达到塑化温度.（适宜加 12 工的温度范围）如果继续盲目升温必将导致耐热性不太高的 ABS 的热降解反应 而使熔融粘度增大，注塑更困难，塑件的机械性能也下降了。所以 ABS 的注塑 温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高，但不能像后者那样有较宽松的升温范围。 某些温控不良的注塑机，当生产 ABS 制件到一定数量时往往或多或少地在制件 上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒， 而且很难利用加新料对空注射等方法将其清除 排出。究其原因，是 ABS 塑料含有丁二烯成分，当某塑料颗粒在较高的温度下 牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上，受到长时间的高温作用时，将造成 降解和碳化。既然偏高温作对 ABS 可能带来问题，故有必要对料通各段炉温进 行限制。当然，不同类型和构成的 ABS 的适用炉温也不同。如柱塞式绩，炉温 维持在 180230；螺杆机，炉温维持在 160220。特别值得提出的是， 由于 ABS 的加工温度较高，对各种工艺因素的变化是敏感的。所以料筒前端和 喷嘴部分的温度控制十分重要。实践证明，这两部分的任何微笑变化都将在制件 上反映出来。温度变化越大将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺 陷。 （3）注射压力ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，所以注射时 采用较高的注射压力。当然并非所有的 ABS 制件都要施加高压，对小型、构造 简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内 的压力大小往往决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力锅小，塑料收 缩率大，与型腔表面脱离接触的机会较大，制件表面雾化。压力过大，塑料与型 腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。 （4）注射速度ABS 料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料 易燃焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发 红等缺陷。但在生产薄壁及复杂制件时，还是要保证有足够高的注射速度，否则 难以充满。 （5）模具温度ABS 的成型温度相对较高，模具温度也较高。一般调节模温为 7585，当生产具有较大投影面积制件时，定模温度要求 7080，动定 模温度要求 5060。在注射较大的、构型复杂的、薄壁的制件时，应考虑专 门对模具加热。为了缩短生产周期，维持模具温度的稳定，在制件取出后可采用 冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿原来在型腔内冷固定型的时间。 13 （6）料量控制一般注塑机注 ABS 塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的 75%，为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽，色调的均匀，要求注射量为 标定注射量的 50%为宜。 本设计综合 ABS 的性能和现状及将来的发展方向， 考虑到 ABS 的成型工艺 将通过查阅各方面资料设计出一套制造方便、结构合理的模具。 12产品结构分析产品结构分析 从图 1.1 可看出这个产品类似于三通管的形状，两处螺纹，中部 一处修饰花纹， 大多为圆弧过度，该产品最适合对半开的侧向分型 ， 这样大大简化了模具结构，另加侧向抽芯。产品结构相对简单，有几 处竖直边需设计脱模斜度， 一般脱模斜度取 1 。 。 图1.1 13产品经济分析产品经济分析 随着社会的污染越来越严重，人们对自来水的信用度大打折扣。大都 数人都对饮水机有很大的兴趣。因此饮水机在全球的市场非常大，而 且由于 ABS 材料的发展前景很好。该产品可以大量生产。 14 第二章第二章模具设计模具设计 21模具型腔数目的确定模具型腔数目的确定 注射模有一模一腔也有一模多腔。 其数目的确定要从以下几个方面考 虑： 产品的尺寸及结构的复杂性 塑件的尺寸精度型腔越多，精度也相对降低。这不仅由于型 腔加工精度产差，也由于熔体在模具内流动不均所致。 制造难度多腔模比单腔模的难度大。 制造成本多腔模高于单腔模，但不是简单的倍数关系。从塑 单件成本中所占的费用比例来看比单腔模低。 注塑成型的生产效益。从表面上看，多腔模比单腔模高的多， 单多腔模所使用的注射极大，每一注射循环期长而维持费用高 该产品由于需要侧向分型并且有侧抽，也就是三侧抽。这几个条件完 全约束了型腔的数目，该产品的模具最多只能设计成一模两腔，这样 就是天、地、左、右四个方向运动。 22分型面的设计分型面的设计 选择分型面的原则 1.应选在塑件外形最大轮廓处 2.应有利于塑件脱模 3.应保证塑件的质量 4.应有利于排气 5.应便于模具的加工制造 6.应有利于侧向分型和抽芯 7.应尽量减小脱模斜度给塑件大小端尺寸带来的差异 8.应考虑注射机的技术参数 15 对于高度较大的塑件， 为了取出塑件所需要的开模距离必须小于注射 机的最大开模距离。 在实际设计中， 对于某一塑件， 以上分型面原则有时可能发生矛盾同， 不能全部符合，应根据实际情况，以满足主要要求为宜。 此模具的分型面如图 2.1 图2.1 从图中可以看出该模具采用侧向分型和抽芯。 23型腔布局型腔布局 对于多型腔模具，由于型腔模具的排布与浇注系统密切相关，所以在模具设计时 应综合加以考虑。 型腔的排布应使每个型腔能通过浇注系统从总压力中均等地分 得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每一个型腔，从而使各个 型腔的塑件内在质量均一稳定。 型腔在模板上通常采用圆形排列、H 形排列、直线形排列以及复合排列等在 设计时应注意以下几点： 16 1、尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制件质量的均一和 稳定。 2、型腔的布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料 现象。 3、尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。 4、型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困 难。 在一般情况下，常用直线形排列和 H 或 O 形排列。 该产品的摆放如总装图所示， 制件的中心应相距 60MM， 因为制件的半为 10MM， 这样制件与制件之间就只有 40MM，这样司筒就不会与顶棍孔干涉， 而顶棍孔的 规格一般有两种 35 或 40。 24模具材料的选用模具材料的选用 塑料模具钢的具有以下特点。 1. 塑料模具用钢涵盖广泛，从普通钢材到专用刚才动有。这在塑料模 具初期更加明显，如今已日趋正规和高级。专门用钢已自成体系，模具用 钢的化学成分和合金工具钢的基本相同，但其冶金质量更高，加工精良， 对热处理有利。 2. 塑料模具钢性能要求严格，热处理难度大。 3. 为避免模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题，模具钢 以预硬化形式供应市场已较普遍。 4. 以石化产品为原料的塑料制品，某些度不同的腐蚀性，所以耐蚀钢 应用也较多。 5. 配合预硬化钢、非调质刚的应用，易切削性也是塑料模具钢的特点。 我国过去无专用的塑料模具钢，一般塑料模具用正火的45和40Cr 经调 质后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出来的塑 料产品外观质量较差，而且模具使用寿命低；精密塑料模具及硬度高塑料 模具采用 CrWMo、Cr12MoV 等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差， 而且难以加工复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。由此，国内对专 用塑料模具用钢进行了研制，并获得了一定的进展。我国已有了自己的专 用模具钢系列， 目前已纳入国家标准的有两种， 即3Cr2Mo 和3Cr2MnNiMo， 纳入行业标准的已有20多种，已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢， 17 初步形成了我国塑料模具用钢体系。 1.2. 近期塑料模具用钢开发应用的动向 1. 发展易加工、抛光性好的材料 随着光盘、磁盘、棱镜等精密件的生产，对易加工镜面钢的要求增加。 这种钢含非金属杂质少，金相组织细致均一，没有纤维方向性。它是塑料 模具钢材的主要发展方向。 2. 耐蚀钢 模具在长期运转和保持过程中，容易生锈受蚀，而且近来随着塑料成 型中添加各种成分，模具更容易受蚀。因此要求提高母材机体的耐腐蚀性 能，开发了一些耐蚀不锈钢材。 3. 马氏体时效合金钢 这种刚才具有足够的力学性能和突出的工艺性能，特别是有较高的强 度、韧度、耐磨性、低的热膨胀系数，是制造注塑模的好钢材，但是价格 贵。 4. 硬质合金 主要用于制作寿命要求很高，制件生产批量大的模具。 25浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指塑料溶体从注射喷嘴出来后，到达型腔之前在模具中所流经的通 道。其作用是将溶体从喷嘴平稳地引进型腔，并在溶体充模和固化定型过程中， 将注射压力和保压力充分传到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表 面光洁和尺寸精确的塑料制品。 浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料浇注 系统。 浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴4个部分组成。其设计原则1、适应塑 料的工艺性；2、排气良好；3、流程应尽量短；4、防止型芯变形和嵌件位移；5、 整修应尽量方便；6、防止塑件变形翘曲；7、浇注系统在分型面上的投影面积应 尽量小，容积也应尽量小；8、浇注系统的位置应尽量与模具的轴线对称，浇注 系统与型腔的布置应尽量减小模具的尺寸。 主流道设计主流道设计 主流道是指连接注塑机喷嘴与分流道的塑胶通道， 是溶料注入模具最先经过的一 18 段空间， 其形状、 大小会直接影响塑胶的流动速度和注塑时间。 主流道的形式有： 垂直式图2.2、倾斜式图2.3。 图2.2图2.3 这套模具没有特殊的要求所以选用了垂直式 SBB 类型的。 a主流道设计成圆锥形， 其锥角可取 16， 流道壁表面粗糙度取 Ra=0.63 m，且加工时应沿道轴向抛光。 b主流道如端凹坑球面半径 R2 比注射机的、喷嘴球半径 R1 大 12 mm；球 面凹坑深度 35mm； 主流道始端入口直径 d 比注射机的喷嘴孔直径大 0.51mm； 一般 d=2.55mm。 c主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径 r=13mm。 d主流道长度 L 以小于 60mm 为佳，最长不宜超过 95mm。 e主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用 T8A，热处理淬火 后硬度 5357HRC。 19 分流道的设计分流道的设计 在设计多型腔或者多浇口的单型腔的浇注系统时，应设置分流道。此模具 采用的是潜伏的侧浇口那分流道应设计成如图2.4 图 2.4 分流道的截面形式有很多圆形、梯形、U 形、半圆形。这些流道都各有优缺点。 1设计要点 a分流道长度应保证形腔合理布局，并有足够强度，在去除流道凝料方便的 前提下尽量取短， 流道过长则使塑料流动阻力大， 压力损失大， 塑料易过早硬化， 并使模具外行及料把增大，不利于填充型腔。一般分流道的长度为主浇口大端直 径的 12.5 倍。 b多型腔时，各型腔的分流道距离应尽量一致，分流道截面应等于或大于各 浇口截面之和。 c分流道应平直。尽量避免弯曲拐角，转动方向处应圆滑平稳。 d分流道的断面形状及尺寸的大小，应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑 件形状、所用塑料工艺特性、注塑速率、分流道长度等因素确定。断面过小，会 降低单位时间内输送的塑料量，并使填充时间延长，塑件常出现缺料、波纹等缺 陷；断面过大，不仅积存空气增多，塑件容易产生气泡，而且增大塑料耗量，延 长冷却时间。总之，要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保证合理的 20 填充时间。我所设计的是原形分流道，它一般断面的直径 D 一般在 212mm 的范 围内变动。 2分流道表面粗糙度 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，因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 1.6 m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而 与中心部位的熔体之间产生一定的速度差， 以保证熔体流动时具有适宜的剪切速 率和剪切热。 3在设计时考虑到以上的原则有两种设计形式： 圆形截面分流道和梯形截面分 流道。下面是这两种形式的比较： 圆形截面分流道：在相同截面积的情况下，其比面积最小，它的流动性和传 热性都好。 梯形截面分流道：在相同截面积的情况下，其比面积大，塑料熔体热量散失 及流动阻力均不大。 比较以上的两种形式，再考虑加工的经济性，采用圆形截面分流道更符合设 计的要求，故本模具的分流道设计形式采用了圆形截面分流道的形式。 浇口的设计浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系 统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对 塑件性能和质量的影响很大。 1浇口的选用 它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用侧浇口：它能方便地调整冲 模时的剪切速率和浇口封闭时间。浇口之压力损失大，必须高之射出压力。侧浇 口适用一模多腔，能大大提高生产率，减少浇注系统而且去除浇口方便。 2浇口位置的选用 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 21 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。 由于产品外观的要求这里采用潜伏式点浇口， 既适合于两板模也符合产品的要求 图 2.5 图2.5 浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式， 设计应尽量保证所 有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件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的流量及成型 工艺条件达到一致， 这就是浇注系统的平衡。 显然， 我们设计的模具是平衡式的， 即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。 26排气的设计排气的设计 排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二 是排除物料在加热过程中产生的各种气体。 越是薄壁制品， 越是远离浇口的部位， 排气槽的开设就显得尤为重要。 另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开 设， 因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺 22 陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高 的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分 的。适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模 压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机 器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模 我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。 27推出机构推出机构的设计的设计 注射成型后的塑件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为 推出机构。 推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压完 成。 (1) 设计推出机构时应尽量使塑件留与动模一侧由于推出机构的动作是通过 注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的，所以，在一般情况下，模具的推出 机构设在动模一侧。 (2) 塑件在推出过程中不发生变形和损坏为了使塑件在推出过程中不发生变 形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力大小的分析与计 算，合理地选择推出的方式、推出的位置、推出零件的数量和推出面积等。 (3) 不损坏塑件的外观质量对于外观质量要求较高的塑件， 塑料的外部表面尽 量不选择推出位置，即推出塑件的位置尽量设在塑件内部。对于塑件内外表面均 不允许存在推出痕迹时， 应改变推出机构的形式或设置专为推出使用的工艺塑料 块，在推出后再将工艺塑料块与塑件分离。 (4) 合模时应使推出机构正确复位实际推出机构时， 应考虑合模时推出机构的 复位斜导杆和斜导柱侧向抽芯及其他的特殊的情况下， 应考虑推出机构的先抚慰 问题等。 (5) 推出机构应动作可靠推出机构在推出与复位的过程中，结构应尽量简单， 动作可靠、灵活，知道容易。 由 于 产 品 是 圆 筒 形 壮 所 以 设 计 司 筒 推 出 为 最 合 理 的 推 出 方 式 图 2.6 23 图2.6 推出力的计算推出力的计算 注射成型以后， 塑件在模具中冷却定型， 由于体积收缩， 对型腔产生包紧力， 塑件必须克服磨擦阻力才能从模腔中脱出。 按力的平衡原理，列出平衡方程式： Ft=AP(cos-sin) 在式中塑料对钢的摩擦系数，约为 0.10.3； A塑件包络型芯的面积； P塑件对型芯的单位面积上的包紧力,模外冷却一般取 （2.4 3.9）10 7；模内冷却的塑件，取 0.8X1071.2X107。在此取中间值 1.0 10 7。 Ft脱模力（推出力） ； 型芯的脱模斜度，在本模具中为 1 0。 塑件与钢的摩擦系数，为 0.10.3。 A=282.6*2=565.2mm 2 Ft=Ap(cos-sin) =565.2（0.2cos1 0-sin10）=548.244KN 28侧向抽芯与分型机构侧向抽芯与分型机构设计设计 当注射模成型的塑件上内侧或外侧具有孔、凹坑或凸台，妨碍制件直接脱模 时， 模具上成型该处的零件必须制成侧向移动的结构，在塑件推出之前必须先将 侧向成型零件抽出，然后再从模具中推也塑件。 从图中可以看出该模具需要采用侧向分型与抽芯机构， 模具分型面是从产品 24 的中间对半开，并且侧壁有一个管位。 斜导柱侧向分型斜导柱侧向分型 斜导柱式侧向分型利用斜导柱等传动零件，把垂直的开模运动传递给侧向瓣 合模块， 使之产生侧向运动并完成分型动作。 这类机构结构紧凑， 动作安全可靠， 加工制造方便，是当前最常用的侧向分型机构。 斜导柱的设计斜导柱的设计 A. 斜导柱形壮的设计 斜导柱的形壮如图 2.7 所示。工作端可以是锥台也可以是圆形。 图 2.7 斜导柱的材料多为 T8、T19 等碳素工具钢，也可用 20 钢渗碳处理，热处理要求 硬度 HRC=55.表面粗糙度 Ra=0.8 m 。斜导柱固定端与模板之间可采用 H7/m6 过渡配合。 斜导柱工作部分与滑块上斜导柱孔之间采用 H11/b11 或两者之间采用 0.40.5 的大间隙配合。当然在有要求做延时分型的时候斜导柱与斜导柱孔的 间隙可放大到 23 mm 。 B. 斜导柱的倾斜角度计算 斜导柱侧向分型与抽芯机构中斜导柱与开合模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角 a，通过受力分析与理论计算可知，斜导柱的倾斜角 a 取 22 度 33 分比较理想， 一般在设计时取 a=25 度，最常用的是 12 0=a=220。 （斜导柱的倾斜角度越大可 以在开模距离较短的情况下得到较大的滑块行程，但是锁模力也会越大，斜导柱 的最佳倾斜角度必须在 15 度到 25 度之间） 。 b.滑块锁紧倾斜角度（b=a+23 度，防止合模产生干涉，及开模时减少摩擦） 。 25 滑块移动距离等于侧孔深度再加上 3mm 的安全距离，该模具的抽出距离为 10mm， 那么抽出的距离为 13mm 或大于 13mm。 c.斜导柱的作用长度为 65mm， 倾斜角度假设为 11 度。 那么抽出距离可达到 12mm， 所以可以达到要求。 C.抽芯力的计算由于塑件包紧在侧向型芯或粘附在侧向型腔上， 因此在各种类型 的侧向分型与抽芯机构中，侧向分型与抽型必然会遇到抽拔的阻力，侧向分型与 抽芯的力（或称为抽拔力）一定要大于抽拔阻力。侧向抽拔力可按公式计算，即 Ft=AP(cosa-sina). 2.侧滑块设计侧滑块设计 A.A.侧滑块的连接侧滑块的连接 侧滑块的斜导柱侧向分型与抽芯机构中的一个重要零部件，它上面安装有侧 向型芯或成型镶块，注射成型和抽芯的可靠性都需要它的运动精度保证。侧滑块 的结构形壮可以根据具体塑件和模具结构灵活设计，既可以与型芯做成一个整 体， 也可采用组合装配结构。这套模具因为是侧向分型结构斜滑块直接与模仁用 螺钉连接固定。 B B 导滑槽的设计导滑槽的设计 斜导柱的侧向分型机构工作时，侧滑块在一定精度要求的导滑槽内侧一定的 方向做往复运动。该模具由于位置限制导滑槽将设计成 T 型如图 2.8，T 型导滑 装在滑块的内部同，优点就是占用空间小。 26 图 2.8 C.C. 楔紧块的设计楔紧块的设计 楔紧块的作用是保证成型过程中将滑块楔紧在成型位置，防止模腔内的溶体 压力使滑块后退。 楔紧块与定模座板做成整体， 特点是牢固、 刚性好、 楔紧力大， 但加工不便，磨损后修复困难；楔紧块的楔角 a 应略大于斜导柱的斜角 a1，一 般为 a1=a+23 度。 弯销侧向抽芯机构的设计弯销侧向抽芯机构的设计 A.弯销的设计弯销的设计 弯销式侧向抽芯机构的工作原理与斜导柱式相同， 不同之处仅在于结构上使 用了非圆截面的弯销代替斜导柱。通常，弯销及其导滑孔的制造困难一些，但是 弯销也有一些斜导柱所不及的优点。 弯销的特点 1 强度高，可采用较大的倾角。弯销一般采用矩形截面，抗弯截面系数比斜 导柱大，因此抗弯强度较高，可以采用较大的倾角 a，所以在开模距相同的条件 下，使用弯销可比斜导柱获得较大的抽拔距。 2 可以延时抽芯，弯销与侧滑块之间的间隙可以根据延时抽芯的需要而设 计，开模时，空驶一段距离后弯销才开始侧抽芯，这样延时抽芯后，塑件在侧抽 芯之前，在侧滑块的限制下已基本脱开主型芯。 3 可以变角度侧抽芯。 由于侧向抽芯的距离比较大如果设计成斜导柱那么倾斜角度会非常大甚至 装不下，所以将弯销装在模具的外侧。 B B 侧向抽芯滑块设计侧向抽芯滑块设计 滑块在运动的时候必须顺利、 平稳才能保证滑块在模具生产中不发生卡滞或 跳动等现象，否则会影响制品的质量、模具寿命等。采用整体式的。导滑槽直接 开在模板上。 27 C C 楔紧装置楔紧装置 图图 2.92.9 如图 2.9利用销将滑块压紧。 因为利用弯销与圆销的配合抽芯在滑块的 外侧没有空间设置楔紧装置。 29冷却系统冷却系统 将熔融的高温塑胶注入模具的型腔后，需将高温的塑胶通过冷却系统加速冷却， 以提高生产的效率及零件的质量。 注塑成形时， 模具的温度直接影响塑胶的填充和零件的质量， 也影响到注塑周期。 因此在模具注塑生产零件时，必须对模具进行有效的冷却，使模具温度保持在一 定的范围内。 冷却系统是一种在保证材料填充和零件质量的条件下， 以利用热能传递的原 理，将模具中的高温随着冷却液的不断循环流通，实现温度的降低，以达到提高 生产效率的系统。 模具冷却介质通常有水，空气，油，但常用的是水。水的热容量大，成本低， 且低于室温的水也容易获得。 用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水道，利用循环水将热量带 走，维持恒温。如果模具温度没有控制在一定的温度范围内，不正常的模温可能 28 造成的各种缺陷有：1、当模温过低时：塑件不足、表面波纹、裂纹、表面不光 洁、胶件脆弱、胶件透明度低等。2、模温过高：扭曲变形、表面不光洁、胶件 粘模等。3、模温不均：尺寸不稳定、扭曲变形、裂纹、脱模不良等。 一般注射到模具型腔内的塑料温度为 200 摄氏度左右，塑料处在熔融状态， 而塑件固化后从模具型腔中取出时的温度在 60 摄氏度以下。热塑性塑料在注射 成型后，必需对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快传给模具，以便使 塑件可靠冷却定型并可迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。 根据经验，冷却水道直径有 6mm、8mm、10mm、12mm、14mm 这 5 种形式，冷 却水道直径选择需根据零件结构的大小、冷却面积及模仁的大小来选择。水道距 离模仁型腔在 1018mm 之间，最小值为 10mm，水道距离型芯及螺钉最小的距离 须保证 3.5mm，水道间的中心距为 3D5D，该模具的水路设计如图 3.0 所示。 图3.0 210成型零件的设计成型零件的设计 一、成型零件的结构设计一、成型零件的结构设计 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，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 29 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。 由于该模具采用哈佛形式的那模仁为对半开的形式如图 3.1 所示 （型芯）如 图 3.2 所示（型腔） 图 3.1 图3.2 二、二、计算成型零件工作尺寸计算成型零件工作尺寸 查阅相关资料，查得 ABS 收缩率为 0.40.7，取 ABS 的平均成形收缩 为 055%，塑件未注公差按照 SJ1372-78 中 4 级精度公差值选取。 型腔径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1/6，模具制造公差z=/4；取 X=0.75. 30 200-0.22 （Lm）0+ z=（1+Scp）Ls-0.75 0+ z =（1+0.0055）20-0.750.220+022 0.25 =19.90+0.055 16.50-0.28 （Lm）0+ z=（1+s）Ls-0.28 0+ z =（1+0.0055）16.5-0.750.280+0.28 0.25 =16.10+0.07 50-0.14 (Lm）0+ z=（1+s）Ls-0.14 0+ z =（1+0.0055）5-0.140.750+0.14 0.25 =4.90+0.035 100-0.16 (Lm）0+ z=（1+s）Ls-0.16 0+ z =（1+0.0055）10-0.160.750+0.16 0.25 =9.90+0.04 80-0.16 (Lm）0+ z=（1+s）Ls-0.16 0+ z =（1+0.0055）8-0.160.750+0.16 0.25 =7.90+0.04 型腔深度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1/6；模具制造公差z=/4 取 X=0.67。 430-0.12 （Hm）0+ z=（1+s）Hs-0.67 0+ z =（1+0.0055）43-0.670.120+0.12 0.25 =43.60+0.03 310-0.28 （Hm）0+ z=（1+s）Hs-0.67 0+ z 31 =（1+0.0055）31-0.670.280+0.28 0.25 =31.150+0.07 型芯径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的 1/6；模具制造公差z=/4；取 X=0.75. 130+0.18 （Lm）0-z= （1+s）Ls+0.75 0- z =（1+0.0055）13+0.750.18 0-0.18 0.25 =13.2 0-0.045 50+0.14 （Lm）0-z=（1+s）Ls+0.75 0- z =（1+0.0055）5+0.750.14 0-0.14 0.25 =5.14 0-0.035 3.50+0.16 （Lm）0-z=（1+s）Ls+0.75 0- z =（1+0.0055）3.5+0.750.16 0-