水杯盖注射模设计-模具毕业论文

图书分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 水杯盖 注射模设计 Design of the Injection Mould for the Drinking Cup Lid 学生姓名 龚红霞 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 张万利 2008 年 6 月 1 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或 参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝， 允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 摘要 本论文主要是针对带螺纹的饮水杯杯盖的模具设计 ,通过对塑件进行工艺分析，最终设计出一副注射模。该论文从产品 结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、冷却系统、脱模机构、分型面的选择、导向机构做了详细的分析。根据题目设计的主要任务是水杯盖注射模具的设计，也就是设计一副注射模具来生产水杯盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对杯盖的实际情况，杯盖作为包装容器大批量生产，宜采用一模多腔，其优点在于大大降低了杯盖的生成成本。通过模具设计表明该模具能达到水杯盖的质量和加工工艺要求。 关键词 塑料注射模具；螺纹杯盖；螺纹型芯 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) III Abstract This paper mainly aimed at a injection mould design for the thread cup lid,through the analysis of the plastic product , the injection mould was designed. This paper from the technology capability of the product mix, the structure of the mould embarks, the pouring system, the cooling system,the ejection mechanism,the parting surfaces selection,the guding mechanism has made the detailed analysis.According to the subject, the primary mission of this subjection is the injection mould design for the drinking cup lid. That also means we must to design a injection mould to produce the drinking cup lid to realize the automation and increase the output.Aiming at the actual situation of the cup lid ( it used as packing vessel and mass production),the mould uses multi-cavities suitably . Its merit lies in reducing the production cost of the cup lid greatly . Through this paper we can know that this mould can achieve the quality and processing technology requirement of the drinking cup lid . Keywords plastic injection mould thread cup lid thread core 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1 绪论 . 1 1.1 塑料及塑料工业的发展状况 . 3 1.2 塑料模具 的类型 . 4 1.3 塑料模具中新技术的应用 . 5 1.4 我国塑料模具工业和今后的发展方向 . 6 2 塑件的工艺性分析及注射机的初步选定 . 7 2.1 塑件的功能设计 . 7 2.2 塑件材料的选择 . 7 2.2.1 材料的化学物理特性 . 9 2.2.2 制品的注射工艺条件参数 . 9 2.3 塑件的结构设计 . 9 2.3.1 塑件的结构 . 10 2.3.2 脱模斜度 . 11 2.3.3 螺纹设计 . 11 2.4 塑件的尺寸精度和表面质量 . 11 2.4.1 塑件的尺 寸精度 . 11 2.4.2 塑件的表面质量 . 12 2.4.3 塑件的尺寸 . 12 3 分型面的选择及型腔数目的确定 . 14 3.1 分型面的选择原则 . 14 3.2 分型面的确定 . 15 3.3 型腔数目的确定 . 15 3.4 型腔的布局 . 15 4 成型零件尺寸的确定 . 17 4.1 凹模工作尺寸的计算 . 17 4.2 凸模工作尺寸的计算 . 17 4.3 螺纹型芯工作尺寸的计算 . 18 4.4 型腔壁厚和底板厚度计算 . 19 5 浇注系统设计 . 21 5.1 浇注系统设计的基本原则 . 21 5.2 浇注系统设各部件设计 . 21 5.2.1 主流道的设计 . 21 5.2.2 主流道衬套（浇口套）的设计 . 22 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 5.2.3 分流道的设计 . 23 5.2.4 浇口的设计 . 23 5.2.5 冷料穴的设计 . 24 5.3 排气系统的设计 . 25 6 合模导向机构的设计 . 26 7 脱模机构的设计 . 27 7.1 脱模机构的分类及选用 . 27 7.2 脱模机构的设计原则 . 27 7.3 脱模力的计算 . 28 7.4 模具传动系统的设计 . 28 7.4.1 轴及齿轮参数的确定 . 28 7.4.2 电机转速及轴承的选择 . 29 8 注射机的校核 . 30 8.1 最大注射量的校核 . 30 8.2 注射压力的校核 . 30 8.3 锁模力的校核 . 30 8.4 开模行程的校核 . 30 9 模温冷却系统的设计 . 32 9.1 温度调节对塑件 质量的影响 . 32 9.2 冷却系统的设计原则 . 32 9.3 冷却系统的结构形式 . 33 9.4 冷却系统的计算 . 33 9.4.1 冷却时间的确定 . 33 9.4.2 模具热量的计算 . 33 10 模架的选择 . 37 10.1 模具的校核 . 37 10.1.1 模具外形尺寸的校核 . 37 10.1.2 模具厚度的校核 . 37 10.1.3 模具安装尺寸的校核 . 37 10.2 模具运动过程 . 38 结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 附录 . 错误 !未定义书签。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 1 绪论 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 1.1 塑料及塑料工业的发展状况 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物。塑料其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。 塑料制件在工业中应用 日趋普遍，这是由于它的一系列特殊的优点决定的。塑料密度小、质量轻，大多数塑料的密度都 1.0 1.4g/ 3之间，相当于钢材密度的 0.11 和铝材密度的 0.5 左右，所以有以 “ 塑代钢 ” 的优点。塑料比强度高；绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力；塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。 塑料工业的发展阶段大致 分为一下及个阶段： 1.初创阶段 30 年代以前 ，科学家研制分醛、硝酸纤维和聚酰胺等热塑料， 他 们的工业化特征是采用间歇法、小批量生产。 2.发展阶段 30 年代，低密度聚乙烯 、 聚氯乙烯等塑料的工业化生产，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。 3.飞跃阶段 50 年代中期到 60 年代末，塑料的产量和数量不断增加，成型技术更趋于完善。 4. 稳定增长阶段 70 年代以来，通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和 发泡等方法来改进塑料性能，提高产 品质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。塑料工业向着自动化、连续化、产品系列化，以及不断拓宽功能性和塑料的新领域发展。 我国塑料工业经过 50 余年的发展，塑料制品的总产量已跃居世界第二，塑料用原、辅材料的生产、塑料加工装备与技术的整体水平、塑料制品的研制开发及应用的深度和广度，也都步入世界先进大国行列。 建国前夕，我国只有上海、广州、武汉、重庆等一些大城市有作坊式的塑料制品加工厂，生产酚醛和赛璐珞等塑料制品， 1949 年全国总产量仅为 200 余吨。 1958 年新中国第一套聚氯乙烯树脂生产装置在锦西化工厂建成 ，标志着我国塑料工业步入快速发展时期。1988 年国内塑料制品产量为 354 2 万吨， 1996 年达 1534 万吨， 2000 年 已接近 2000 万吨，在世界各国塑料制品产量排名中稳居第二位。 近几年来，我国塑料制品总产量始终保持在 1500 万吨以上，按 1997 年价格计算，其总产值为 1488 亿元，工业销售产值为 1405 亿元。 1997 年国内塑料制品加工企业（乡镇及乡镇以上独立核算企业）为 19427 个，其中薄膜制造企业 2108 个，板、管、棒等制品企业 2349 个，丝、绳及编织制品企业 2108 个，泡沫塑料及人造革、合成革制品制造企 业 1750个，包装箱及容器制品制造企业 1346 个，日用塑料制品制造企业 1570 个。 此外还有为数众多的私营和个体企业。全国上述企业的总加工能力已经超过 2000 万徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 吨。这说明无论从塑料制品总量上看，还是从行业规模上看，中国都已步入世界塑料制品生产大国的行列。 1.2 塑料模具的类型 塑料最常见的成型方法一般分为熔体成型和固相成型两大类：熔体成型是把塑料回热至熔点以上，使之处于熔融态进行成型加工的方式，属于此种成型方法的模塑工艺主要有注射成型、压塑（缩）成型、挤出成型等；固相成型是指塑料在熔融温度以下保持固态 下的一类成型方法，如一些塑料包装容器生产的真空成型，压缩空气成型和吹塑成型等。此外还有液态成型方式，如铸塑成型、搪塑和蘸浸成型法等。 按照上述成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。 1. 塑料注射（塑）模具 ：它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入 模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。 2. 塑料压塑模具：包括压缩成型和压注成型两种结构 模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在 103 108 ），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学 性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。 3. 塑料挤出模具 ： 是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。其制造材料主要 有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。 4. 塑料吹塑模具：是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称 “ 注拉吹 ” ），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机， 吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。 5. 塑料吸塑模具：是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。吸塑模具因成型时压力较低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造，结构较为简单。 6. 高发泡聚苯乙烯成型模具：是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状 料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料有铸铝、不锈钢、青铜等。 1.3 塑料模具中新技术的应用 在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。Pro/ENGINEER 的特点以及在注塑模具设计中的应用，为高质量模具的设计和制造提供了一条途径 。 Pro/ENGINEER是美国 PTC公司出品的 CAD/CAM软件，它以参数化设 计的观念闻名于世，为传统机械设计与制造带来了巨大的便利。 Pro/ENGINEER 提供的参数化设计具有 3D 实体造型、单一资料库以及以特征为设计单位等特点，因此通过使用它设计者可以随时计算出产品的体积、面积、质心、重量和惯性矩等数据，并且不论在 3D 或 2D 图形上作尺寸修改，其相关的 2D 或 3D 实体模型及装配、制造等也自动修改。由于 Pro/ENGINEER 在设计中导入了制造的概念，设计人员可随时对特征作合理、不违反几何的顺序调整、插入、删除和重新定义等修正操作。 将并行工程技术引入 Pro/ENGINEER 的模具设计中 ，可以由传统的模具设计与制造工艺路线（即模具结构设计 模具型腔、型芯二维设计 工艺准备 模具型腔、型芯三维造型 数控加工指令编程 数控加工），改变为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间 达 40%以 上。设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺和影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 辅助分析部门的多位工程师可同时进行模具结构设计、工程图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工 指令的编程等工作，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短了设计、数控编程的时间。 1.4 我国塑料模具工业和今后的发展方向 1. 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 2. 在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步 普及创造良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 3. 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生 产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 4. 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 5. 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模 具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 6. 应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 7. 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究 和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 2 塑件的工艺性分析及注射机的初步选定 2.1 塑件的功能设计 功能设计是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 。 该塑件是日用品 ,承受外力的几率不大 ,如冲击载荷 ,振动 ,摩擦等情况比较少 ； 塑件的工作温度是 热水的温度 ,这使得在材料选择时对热变形温度 ,脆化温度 ,分解温度 有一定的要求； 作为一种日用品 ,生产批量应该是大批大量生产 ,这样 ,就必须考虑生产成本和模具寿命 ,在材料的选择时要综合各种因素 ； 此外 ,塑料都会老化 ,还要考虑到材料的光氧化等 问题 。 2.2 塑件材料的选择 通常 ,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求 ,以及原材料厂家提供的材料性能数据 。 对于常温工作状态下的结构件来说 ,要考虑的主要是材料的力学性能 ,如屈服应力 ,弹性模量 ,弯曲强度 ,表面硬度等 。 模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是 两 种材料的性能和成型特性比较 ： 表 2-1 PA66的描述 表 2-2 PA66 的技术数据 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 续表 2-2 表 2-3 PP 的描述 表 2-4 PP 的技术数据 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 表 2 5 PA66 与 PP 的价格比 从上述资料显示，我们可以看出 PA66 不论是在性能还是在价格上都比 PP 合适，所以我选择 PA66。 2.2.1 材料的化学物理特性 PA66 在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体 -晶体材料。 PA66 在较高温度也能保持较强的强度和刚度。 PA66 在成型后仍然具有吸湿性，其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。为了提高 PA66的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入 合成橡胶，如 EPDM 和 SBR 等。 PA66 的粘性较低，因此流动性很好（但不如 PA6）。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。 PA66 的收缩率在 1%2%之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到 0.2% 1% 。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。 PA66 对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。 2.2.2 制品的注射工艺条件参数 干燥处理：如果加工前材料是密封的，那么就没有必要干燥。然而，如果储存容器被打开，那么建议在 85 的热空气中干燥处理。如果湿 度大于 0.2%，还需要进行 105 ，12小时的真空干燥。 熔化温度： 260 290 。对玻璃添加剂的产品为 275 280 。熔化温度应避免高于 300。 模具温度： 60 。模具温度将影响结晶度，而结晶度将影响产品的物理特性。对于薄壁塑件，如果使用低于 40 的模具温度，则塑件的结晶度将随着时间而变化，为了保持塑件的几何稳定性，需要进行退火处理。 注射压力： 100MPa. 注射时间： 1.5s . 注射速度：高速（对于增强型材料应稍低一些）。 保压力： 50MPa. 保压时间： 20s. 冷却时间： 20s. 成型周期： 50s. 流道和浇口 : 由于 PA66 的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5 t（这里 t 为塑件厚度）。如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是 0.75mm。 2.3 塑件的结构设计 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 塑件结构设计必须满足使用要求，并 有好的结构工艺性 塑件在满足使用要求的前提下，其结构应尽可能符合成形工艺要求，从而简化模具结构，降低生产成本。 在塑料生产过程中 ,一方面成型会对塑件的结构 ,形状 ,尺寸精度等诸方面提出要求 ,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度 ,保证生产出价廉物美的产品 ； 另一方面 ,者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析 ,弄清塑件生产的难点 ,为模具设计和制造提供依据 。 2.3.1 塑件的结构 图 2 1 塑件的二维图 图 2 2 塑件的三维实体图 上图 2 1， 2 2显示，杯盖主体呈梅花状，均布有 12 个防滑槽，最大外径为 64mm，厚 2.0mm（由表 2 4 选出），总高 20mm，盖内有螺牙为半圆形的螺纹，高 4mm，与杯子内径严密配合防止漏水。以下是塑件的各项数据： 体积 = 1.1289e+04 立方毫米 11.29 立方厘米 曲面面积 = 1.39940e+04 平方毫米 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 密度 = 1.3 克 / 立方厘米 质量 = 14.676 克 15 克 表 2-4 热塑性塑件的最小壁厚及常用壁厚推荐值 2.3.2 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩 ,使其紧箍在凸模或型芯上 ,为了便于脱模 ,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受 损 ,与脱模方向平行的塑件内 ,外表面都应具有合理的斜度 。脱模斜度的大小主要取决于塑件的收缩率 ,塑件的形状、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知 PA66 的脱模斜度：内表面为 25 40，外表面为 20 40。 脱模斜度的选择原则 : 1. 当塑件有特殊要求或精度要求较高时，应选取小的脱模斜度。 2. 高度不大的塑件也可以不要脱模斜度。 3. 收缩率大的塑件应取大的脱模斜度。 4. 塑件形状复杂、不易脱模的，应取大的脱模斜度。 5. 塑件上的凸起或加强筋单边应有 40 50的斜度。 6. 侧壁带皮革花纹的应有 40 60。 而该塑件不高且外壁精度要求高， 所以脱模斜度应选小斜度。 PA66 的流动性很好，又加了 10%玻璃纤维有利于脱模，所以综上所述，塑件不设脱模斜度，这样有利于尺寸精度的保证。 2.3.3 螺纹设计 螺纹成形方法有模具直接成形、机械加工成形。 塑料螺纹的设计原则：直径不宜太小，外径不小于 4mm，内径不小于 2mm；塑件螺纹与金属螺纹配合长度不超过螺纹直径的 1.5 2 倍；螺纹最外圈和最里圈留有台阶，防止螺纹崩裂变形。 该塑件的内径为 60mm，所以我们这设计成普通三角螺纹 60 4M 。 塑件上其它的特征还有如 孔， 加强肋 ，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍 。 2.4 塑件的尺寸精度和表面质量 2.4.1 塑件的尺寸精度 尺寸精度指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 度。在满足用要求的前提下，应尽可能设计得低一些。 塑件尺寸公差根据 GB/T14486工程塑料模塑塑料件尺寸公差标准确定，塑件尺寸公差的代号为 MT，公差等级分 7级。塑件上孔的公差采用单向正偏差，塑件上轴的公差采用单向负偏差，中心距及其他位置尺寸公差采用双向等值偏 差。 根据精度等级选用表， PA66的高精度为 4级，一般精度为 5 级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在 50 65 范围内，取 MT4级的公差数值为 0.20 mm， MT5级的公差数值为 0.30 mm。 2.4.2 塑件的表面质量 （ 1）塑件表面粗糙度 塑件表面粗糙度参照 GB/T14234塑料件表面粗糙度标准 不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度选取，决定因素于模具成形零件的表面粗糙度，塑件的表面粗糙度一般为 1.6 0.2 m ，而模具的表面粗糙度数值要比塑件低 1 2 级。 该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得 PA66 抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02 m，垂直纹路方向的表面粗糙度为 0.26 m。 （ 2）塑件表观质量 塑件表观质量指塑件成形后的表观缺陷状态，如缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、 熔接痕、皱纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等。表观缺陷由塑件成形工艺条件、塑件成形原材料选择、模具总体设计等多种因素造成的。 2.4.3 塑件的尺寸 塑件尺寸如下： 0 0.3064D mm ， 0.30060d mm， 00.2420H mm， 0.24018h mm， 60 4SDM，高0.1802 1H mm，精度等级 5 级，周边圆弧半径 R= 0.5205 mm。 塑件的材料为 PA66，故查表可得最小收缩率为 0 0min 0.2S ，最大收缩率为 00max 1S ，平均收缩率为 000.6cpS 。 2.5 注射机的选择 注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。 选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。由 PRO/E 模分析得（材料密度取 =1.33cmg） ， m=35g，故345.5V cm实 ， 流道凝料 V=0.5V (流道凝料的体积 (质量 )是个未知数 ,根据手册取0.5V(0.5M)来估算 ,塑件越大则比例可以取的越小 )； 我们选择 HTF60W2-II 型（表 2 5）的注射成型机，此型号表示液压注射成型机，其公称注射量为 3113cm ,符合要求。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 表 2 5 注射机参数 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 14 3 分型面 的选择及型腔数目的确定 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向垂直。 3.1 分型面的选择原则 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： a)保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。 b)使型腔深度最浅 模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响： 1)目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。 2)模具型腔深度影响着模具的厚 度。型腔越深，动、定模越厚。一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。 3)型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大。若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。 c)使塑件外形美观，容易清理 。 尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑 表面上 。 d)尽量避免侧向抽芯 。 塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用 。 e)使分型面容易加工 。 分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 15 造成溢料飞边现象。 f)有利于排气 。 对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型 面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。 3.2 分型面的确定 该塑件的结构如图 2 1， 2 2 所示，在零件的外表面有梅花状的曲面，内表面有螺纹，如果采用中间分型的话，会在塑件的外表面留下飞边，影响塑件的美观。在保有塑件精度的情况下有两中方案： a.分型面为上表面，模具采用强制脱模机构； b.分型面为塑件的下面，模具采用自动脱螺纹机构。方案 a 采用强制脱模，模具结构简单经济，但是塑件内螺纹和塑件的质量会受到影响；方案 b采用自动脱螺纹机构可以 大批量生产，生产效率高，而且质量可以保证。现在是竞争社会，讲求效率和质量，方案 b更适合。 3.3 型腔数目的确定 为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种： a）根据经济性能确定型腔数目； b）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； c）根据注射机的最大注射量确定型腔数目； d）根据制品精度确定型腔数目。我们这里选用 c），其计算过程如下： n2=(G-C)/V 式（ 3.1） 式中： G 注射机的公称注射量（ cm3）； V 单个制品的体积（ cm3）； C 浇道和浇口的总体积（ cm3）； 生产中每次实际注射量应为公称注射量 G的（ 0.75 0.45）倍，现取 0.6G 进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（ 0.2 1）倍，现取 C 0.5V 进行计算。 n2= 0 . 6 8 8 0 . 5 1 1 . 3 4 . 1 71 1 . 3 大多数小型件常用多型腔注射模，而高精度塑件的型腔数原则上不超过 4 个，由于本次设计时间的紧张，为了方便 设计的计算，采用一模两腔。 3.4 型腔的布局 多型腔在模板上排列形式通常有圆形、 H 形、直线形及复合形等，在设计时应该注意以下几点： 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。 型腔布置与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。 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。 考虑到模具成型零件和型芯结构以及脱模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 16 示： 图 3 1 型腔的排列 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 17 4 成型零件尺寸的确定 成型零件的工作尺寸是指凹 模 和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。 4.1 凹模工作尺寸的计算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计 模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。 1凹模径向尺寸的计算： ZSLL SM 043)1( 式（ 4.1） =(64+64 0.006-0.75 0.30) 0.3040 = 64.12 0.080mm 式中， ML 型腔基本尺寸（ mm）； SL 塑件基本尺寸（ mm）； 塑件总公差 (mm)； Z 制造公差（ mm）；一般为34，这里取4，“”前的系数（此处为3/4）可随制品的精度和尺寸变化，一般在 0.5 0.8 之间，制品偏差大则取小值，偏差小则取大值。 2. 凹模深度的计算： c p 02()3 ZMH H H S 式（ 4.2） = (20+20 0.006-0.67 0.24) 0.2440 =19.96 0.060mm 式中，MH 型腔深度（ mm）； H 塑件总高度（ mm）； 4.2 凸模工作尺寸的计算 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸摸的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 18 具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 1.凸模径向尺寸的计算： 03()4 ZM c pd d d S 式（ 4.3） = （ 60+60 0.006-0.75 0.30）00.304 = 60.1300.08mm 式中，Md 型芯尺寸（ mm）； d 塑件尺寸（ mm）； 2.凸模高度计算： 02()3 ZM c ph h h S 式（ 4.4） =（ 18+18C0.006+0.67 0.24）00.244 =18.2700.06mm 式中，Mh 型芯高度（ mm）； h 塑件内腔的高度（ mm）； 4.3 螺纹型芯工作尺寸的计算 1.螺纹大径的计算： 0()ZM S S c pd D D S b 式（ 4.5） = (60+60 0.006+0.20)00.06 = 60.5600.06mm 式中，Md 螺纹型芯大径（ mm）； SD 塑件内螺纹大径（ mm）； b 塑件内螺纹中径公差（ mm），查螺纹公差标准 GB197-81得 b =0.20mm； Z 查塑料模具设计得Z=0.06mm 2.螺纹中径的计算： 02 2 2 3()4 ZM S S c pd D D S b 式（ 4.6） = （ 57.402+57.402 0.006+0.75 0.20） 00.05 = 57.8900.05mm 式中，2Md 型芯中径（ mm）； 2SD 塑件内螺纹中径（ mm）； Z 查塑料模 具设计得Z=0.05mm； 3.螺纹小径的计算： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 19 01 1 1() ZM S S c pd D D S b 式（ 4.7） = （ 55.670+55.670 0.006+0.20） 00.05 = 56.2000.05mm 式中，1Md 型芯 小径（ mm）； 1SD 塑件内螺纹小径（ mm）； 4.螺纹高度的计算 : 02 2 2 2()3 ZM c ph h h S 式（ 4.8） =（ 10+10 0.006+0.67 0.18）00.184 =10.1800.045mm 式中，2Mh 型芯螺纹高度（ mm）； 2h 塑件内螺纹高度（ mm）； 5.螺距的计算： ()2ZM S S c pP P P S 式（ 4.9） = （ 4+4 0.006） 0.042 = 4.02 0.02mm 式中，MP 型芯螺距（ mm）； SP 塑件螺距（ mm）； Z 查塑料模具设计 得Z=0.04mm； 4.4 型腔壁厚和底板厚度计算 在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算 . 整体式矩形型腔形状如图 4-1所显： 图 4-1 整体式矩形型腔 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 20 （ 1） 整体式矩形型腔侧壁厚度的计算 。任一侧壁均可视为三边固定、一边自由的矩形板，其最大扰曲变形发生在自由边的中点。 114 33C a p C apsaEE 式（ 4.10） 34.5mm 35mm 式中， S 型腔侧壁厚度（ mm） ； a 型腔侧壁受压高度（ mm） ； L 型腔长边长度（ mm） ； P 型腔压力（ aMP）；取 30MPa E 模具材料弹性模量（ aMP）；查表取 0.85(GP)； 任一自由边中点的允许变形量，由塑件宽度公差根据经验公式决定为0.0961； 根据塑件尺寸和模架标准 取： L=250mm； a=30mm. (2)整体式矩形型腔底板厚度的计算。由两端平行支架支撑的整体式矩形型腔的底板，可视为受均匀载荷四周固定的矩形板，底板的长边喝短边分别用 L和 b,其最大挠曲变形发生在板的中心。 4 C P b C P bhb 式（ 4.11） 29.59 mm 30mm 式中， h 整体式矩形底板厚度； P 型腔压力（aMP） ； b 矩形板受力短边长度（ mm） ； L 矩形板受力长边长度（ mm） ； 允许变形量，塑件高度公差决定，根据经验式计算出； C 由 L/b 之值决定的常数，可由近似公式计算； 44 / / 3 2 / 1C L L b 0.0294 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 21 5 浇注系统设计 注射模的浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道。它的作用是将熔体平稳地引入型腔，并在填充和固化定型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密，外形清晰，表面光洁和尺寸稳定的塑件。因此，浇注系统设计的真确与否直接关系 到注射成型的效率和塑件质量。浇注系统一般可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类，我们在这里选用普通浇注系统，它由主流道、分流道、浇口及冷料穴四部分组成。 5.1 浇注系统设计的基本原则 浇注系统设计是注射模设计的一个重要环节，它直接影响注射成型的效率和质量。设计时一般遵循以下基本原则： 1.必须了解塑料的工艺特性 每一种塑料都有其适应的温度及剪切速率，设计时了解了便于考虑浇注系统尺寸对熔体流动的影响。一般情况都不希望浇注系统太长和太粗。 2.排气良好 浇注系统应能顺利地引导熔体充满型腔，料流快而不紊，并能 把型腔内的气体顺利排出。 3.防止型芯和塑件变形 高速熔融塑料进入型腔时，要尽量避免料流直接冲击型芯或嵌件，否则会使注射压力消耗大或使型芯或嵌件变形。 4.减少熔体流程及塑料耗量 在满足成型和排气良好的前提下，塑料熔体应以最短的流程充满型腔，这样可以缩短成型周期，提高成型效果，减少塑料用量。 5.修整方便，并保证塑件的外观质量 浇注系统的设计要综合考虑塑件大小、形状及技术要求等问题，做到去除修整浇口方便，同时不影响塑件的外观和使用。 6.要求热量及压力损失最小 熔融塑料进入浇注系统时，要求其热量及压力损失最 小，防止温度和压力降低过多而引起填充不满等缺陷。 5.2 浇注系统设各部件设计 5.2.1 主流道的设计 主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间。主流道的设计要点如下： （ 1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因 PA66 的流动性较好，故其锥度取 3 ，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为 R0.8 m 。 （ 2）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 22 （ 4）为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为 r2=r1+(1 2),其小端直径 D=d+(0.5 1),凹坑深度常取 3 4mm。在此模具中取 r2=11 12mm。 （ 5）由于主流道要与高温高压的塑 料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度 H=5 10mm。 根据网上厂家资料查得 HTF60W2-II 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径： d0= 3mm 喷嘴前端球面半径： R0 10mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射喷嘴直径 d。 D d+(0.5 1)mm= 3+1 4mm 主流道的半锥角通常为 10 20过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气， 过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用 1.50。经换算得主流道大端直径 D 8mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径 5mm的圆弧过渡。主流道的长度 L一般控制在 60mm 之内，可取 L 30mm。 5.2.2 主流道衬套（浇口套）的设计 由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。 对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在 模板上。主流道衬套与定模座板采用 H7/m6 过渡配合，与定位圈的配合采用 99hH 间 隙配合。主流道 衬套一般选用 T8、 T10 制造，热处理强度为 52 56HRC。图 5-1 所示为一般主流道衬套的形式： 图 5-1 主流道衬套 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 23 表 5-1 浇口套的直径，配合公差 根据两型腔中心距和塑件壁厚我们选择 d= 26mm,D= 36mm,D1=D+8= 44mm. 5.2.3 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设计分流道 ，分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形。 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。 分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、 U 形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提 高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图 5-2。因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，固选它。 分流道的尺寸：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 PA66 分流道的直径在 1.6 9.5mm 取 D= 2mm。 图 5-2 分流道截 面 分流道的布置：分流道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平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。 分流道与浇口的连接：分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。 5.2.4 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇 口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 24 口，其有以下特性 : 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； 试模时如发现不当，容易及时修改； 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳 。 根据公式（ 5.1）、（ 5.2）可以计算出浇口宽度和浇口厚度： 30nAW 式（ 5.1） = 0.8 1399430 =3.15mm 式中， W 浇口宽度（ mm）； A 型腔表面积（ 2mm ）； n 材料常数，对于 PA66n =0.8； h nt 式（ 5.2） = 0.8 2 = 1.6mm 式中， h 浇口厚度（ mm）； t 零件壁厚 （ mm）； 浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意： 浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。 浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。 浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。 浇口应设在不影响制品外观的部位。 不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。 5.2.5 冷料穴的设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放 料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。并非所有的注射模都要开设冷料穴，有时由于塑料的性能和注射工艺的控制，很少有冷料的产生或塑件要求不高时可以不设冷料穴。我们这里考虑到塑料性能和注射工艺，选择无拉料杆的冷料穴。这种冷料穴在主浇道对面的模板上开一锥形凹坑。为了拉住主浇道的凝料，在锥形凹坑的侧壁 上钻一中心线与另一边平行、深度较浅的小孔。开模时靠小孔的作徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 25 用将主浇道凝料从主浇道中拉出来，推出时靠人工用拉钩拉出。 5.3 排气系统的设计 型腔内气体的来源，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体。塑料熔体向注射型腔填充过程中，尤其是高速注射成型和热固性塑料注射成型时，必须考虑把这些气体顺序排出，否则，不仅会引起物料注射压力过大，熔体填充型腔困难，造成冲不满腔，而且部分气体还会在压力作用下渗进塑料中，使塑件产生气泡，组织疏松，熔接不良。甚至还会由于气体受到压缩，温度急剧上升，进而 引起周围熔体烧灼，使塑件局部碳化和烧焦。因此在模具设计时，要充分考虑排气问题。 一般来说，对于结构复杂的模具，事先较难估计发生气阻的准确位置。所以往往需要通过试模来确定其位置，然后在开排气槽。排气槽一般开设在型腔最后被充满的地方。 排气的方式有开设排气槽和利用模具零件配合间隙排气。 1.排气槽排气 开设排气槽排气，通常遵循以下原则： 排气槽最好开设在分型面上，因为分型面上因排气而产生的飞边，易随塑件脱落。 排气槽的排气口不能正对操作人员，以防熔料喷出而发生工伤事故。 排气槽最好开设在靠近嵌件和塑件最薄 处，因为这样的部位最容易形成熔接痕，宜排出气体，并排出部分冷料。 排气槽的宽度可取 1.5 1.6mm，其深度以不大于所用塑料的溢边值为限，通常为0.02 0.04mm。 2.间隙排气 大多数情况下，可利用模具分型面或模具零件间的配合间隙自然地排气，可不另设排气槽。特别是对于中小型模具。间隙的大小和排气槽一样，通常为 0.020.04mm。 尺寸较深且细的型腔，气阻位置往往出现在型腔底部，这时，模具结构应采用镶拼方式，并在镶件上制作排气间隙。注意，无论是排气间隙还是排气槽均应与大气相通。 我们的模具是小型模 具，不是深且细的型腔，而且塑件要求不是很高，所以在这我采用利用分型面的配合间隙排气，间隙大小 0.02 0.04mm。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 26 6 合模导向机构的设计 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。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。 导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构。 我们在设计此机构的同时还应注意以下几点： 1) 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 2) 导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出 6 8mm，以免型芯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。 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，导套的前端也应该倒角。 5) 导柱的设置应根据需要而决定装配方式。 6) 一般导柱滑动部分的配合形式按 H8/f8，导柱和导套固定部分配合按 H7/k6，导套外径的配合按 H7/m6。 7) 一般应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大小而决定，可参考准模架数据选取。 我们这里选用带头导柱， 根据模架的壁厚选导柱直径 d= 20f8mm， d1= 20k6mm， D= 2500.2mm， S=601.5mm， 1.01 2.039L mm， 01.577L mm，材料为 20 钢表面渗碳淬火，淬硬 56 60HRC。 相应的我们选用带头导套，根据所选导柱的直径，导套的参数为： d= 20H8mm， D=3200.20mm， S=601.5mm， R=1mm， 1.01 2.039L mm, 材料为 20 钢表面渗碳淬火，淬硬 56 60HRC。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 27 7 脱模机构的设计 在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构。 7.1 脱模机构的分类及选用 1按动力来源分 （ 1）手动推出机构 开模后，靠人工操纵推出机构来推出塑件。 （ 2）机动推出机构 利用注射机的开模动作驱动模具上的推出机 构，实现塑件的自动脱模。 （ 3）液压与气动推出机构 利用注射机上的专用液压和气动装置，将塑件推出或从模具中吹出。 2按模具结构分 （ 1）简单推出机构 （ 2）二级推出机构 （ 3）双向推出机构 （ 4）点浇口自动脱模机构 （ 5）带螺纹塑件的推出机构 3脱模机构的选用 从结构上来说，我们的塑件是带螺纹的，采用带螺纹塑件的推出机构比较合适；从生产产量上来说，我们不是小批量生产，采用手动不合适，结合带螺纹推出机构和生产工艺，我们这里选择利用塑件在脱螺纹时的摩擦力推出产品。 7.2 脱模机构的设计原则 设计脱模机 构时，应遵循以下原则： （ 1） 要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。 （ 2）正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。 （ 3）推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。 （ 4）推出机构应结构简单，动作可靠（即： 推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），远动灵活，制造及维修方便。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 28 7.3 脱模力的计算 壳体形塑件脱模阻力通常按薄壁与厚壁两种类型考虑。 薄壁壳体形塑件：是指塑件半径与壁厚的比大于 10 的塑件。 30 102r t 式（ 7.1） 所以本产品为薄壁零件。 式中， 比例因子； r 塑件半径（ mm）； t 塑件壁厚（ mm）； 塑件所需的脱模力： 2 0 . 11 f bE s th KQA 式（ 7.2） = 48 KN 式中， E 弹性模量，取 E = 322 1 0 N mm； h 塑件高度（ mm）； fK 脱模系数，取fK=0.4； 泊松比，取 =0.33； bA 塑件的投影面积（ 2mm ）； 此次设计没有设计脱模机构，利用塑件在脱螺纹时与模具型芯的摩擦力推出塑件，校核计算如下： tFF摩 式（ 7.3） 2TF D 压 所以 45 KN 21 KN 所以可以选用这种脱模方式。 式中， 摩擦系数，取 =0.4； T 轴的转矩， T= 56.6 10 N mm ； 7.4 模具 传动系统的设计 模具采用齿轮传动，结构简单，传动效率高，比较适合模具中的传动要求，而且市场上齿轮电机采购方便，不需要专门加工，所以采用了齿轮传动。 由于此次设计主要为模具设计，传动部分的计算过程就不详细列出。 7.4.1 轴及齿轮参数的确定 考虑模具型腔尺寸及结构设计尺寸的综合因素，型腔之间的 中心距应为 116mm 较为合理。两个螺纹型芯轴轴径为 64 mm，中间的传动轴轴径为 32 mm。轴采用 45 钢，调质处理，硬度 217 255HB。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 29 齿轮采用标准直齿圆柱齿轮， 3 个齿轮齿数、模数相同，由计算可得 m=2， Z=29，分度圆直径 d=58mm。齿轮采用 40Cr，调质处理，硬度 241 286HB。 7.4.2 电 机转速及轴承的选择 因塑件旋转 3圈即可将螺纹脱出，为保证模具的正常使用寿命，螺纹型芯的转速不宜太快，所以设计时按每 3s完成一次脱模计算，齿轮的转速应在 60r/min。齿轮的传动比为1，则传动轴的转速为 60r/min，故选用电机的转速应在 60r/min 左右。 由于此模具使用的轴承要起到要起到定心作用，又要承受径向载荷和轴向载荷，所以我们选圆锥滚子轴承以满足要求。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 30 8 注射机的校核 8.1 最大注射量的校核 为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料 质量）应在公称注塑量的 35% 75%范围内，最大可达 80%，最小不小于 10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在 40% 80%。 V实 =45.5 cm3 V公 113 cm3 45.5100%113=40.800 满足要求 。 8.2 注射压力的校核 该项工作是校核所选注射机的额定注射压力maxP能否满足塑件所成型时需要的注射压力 P0， P0其值一般为 40 200MPa 要求 maxP K P0 式（ 8.1） 式中：maxP 注射机的额定注射压力 (aMP) 177 P0 成型时所需的注射压力 (aMP) 100 K 安全系数，常取 K=1.25 1.4 取 1.3 则 K.P0=1.3 100=130 aMP Pmax177 aMP 所以符合要 求 8.3 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力： F 锁 1.2 A 分 P型 式（ 8.2） 6105 1.21.96105 所以符合要求 式中： F锁 注射机的额定锁模力 （ N） 6105 N； P 型 模具型腔内塑料熔体平均压力（ MPa）；一般为注射压力的 0.3 0.65倍，通常取 20 40MPa。我们这里选 P 型 =30MPa； A分 塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（ mm2）； 8.4 开模行程的校核 开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，用 H 表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程 S。由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按以下两种情况进行校核：一种是开模行程与模具厚度无关；二种是开模行程与模具厚度有关。我们这里选用的是开模行程与模具厚度无关，且是单分型面注射模具。 当开模行程与模具厚度无关时： 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 31 这种情况主要是指锁模机构为液压 -机械联合作用的注射机，其 模板行程是由连杆机构的做大冲程决定的，而与模厚度是无关的。 S H = H1 + H2 + （ 5 10） mm 式（ 8.3） 式中： H1 塑件推出距离（也可以作为凸模高度） （ mm）； H2 包括浇注系统在内的塑高度 （ mm）； S 注射机移动板最大行程 （ mm）； H 所需要开模行程 （ mm）。 而我们这里通过资料可得出： H = 100 + 20 + 5 = 125 （ mm） 所以 S H = H1 + H2 + （ 5 10） 270 125 满足要求。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 32 9 模温冷却系统的设计 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、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。 一般注射模内的塑料熔体温度为 200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60以下。所以热塑性塑料在 注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等。当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。 由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如 PC， POM 等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温 的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。 PA66 推荐的成型温度为 280300，模具温度为 40 80 。 9.1 温度调节对塑件质量的影响 1.采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率； 2.模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形 3.对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大 改善塑件的表面状态； 温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。 9.2 冷却系统的设计原则 1.尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡； 2.冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好； 3.尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距 B 大约为 2.5 3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为 0.8 1.5B。最小不要小于 10。 4.浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳； 5.应降低进水和出水的温差，进出水温 差一般不超过 5 6.冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。 7.合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 33 9.3 冷却系统的结构形式 根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。其基本形式有六种，我们这里选用的是间歇循环式如图 9-1所示。 图 9-1 1 进水口 2 出水口 9.4 冷却系统的计算 9.4.1 冷却时间的确定 在注射过 程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的 80%。因为我们所需要的塑件比较薄，故用此公式： 224l n s T s T mt T e T m 式（ 9.1） = 222 4 2 9 0 6 0ln0 . 0 9 5 1 0 0 6 0 =14.04s 式中， S 塑件平均壁厚， S 取 2.0mm； 塑料热扩散系数 (mm2 /s) =0.095； Ts 成型温度 280 300 Ts 取 290 ； Te 脱模温度 60 100 Te 取 100 ； Tm 模具温度 40 80 Tm 取 60 。 由计算结果得冷却时间需要 14.04 S，但计算并不能精确的确定实际冷却时间的多少，参照经验推荐值， 制件平均壁厚取 2.0mm， 对应经验冷却时间 t=20 S，取 t冷=20S。 为什么最终的 冷却时间 取 20 而不是 14.04，那是因为在实际注塑过程中， Ts ， Te ， Tm 等因素不可能像我们所设计的那么理想，所以，从实际出发，取经验值会更好些。 9.4.2 模具热量的计算 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 34 1.单位时间内进入模具的总热量 Q1 =nG CS(Ts Te ) 式 （ 9.2） =722.527（ 290 100） =12700.8 KJ 式中， n 每小时的注射次数， n=72； G 每小时的注射量（ kg）， G=2.52kg； CS 单位质量材料释放的热量（ KJ/kg）， S C =7 KJ/kg； 2高温喷嘴对模具的接触传热 2 1 23 . 6 ( )ZQ A T T 式（ 9.3） =3.6 4 122 10 6 140 （ 290 100） =173.20 KJ 式中 ， AZ 注塑机的喷嘴头与模具的接触面积 （ m2 ） ； 金属传热系数 ， =140（ KJ/ m2 ) ； 2T 模具平均温度 ， 2T=100 ； 1T 熔融塑料进入型腔的温度 ， 1T=290 ； 3 注射模通过自然冷却传导走的热量 （ 1）对流传热 Q对=h1 Am( t2 t3)43 式（ 9.4） = 5.35 0.28151 （ 100 20） 43 = 448.605 KJ/h 式中 ， h1 传热系数（ KJ/ m2 h ）， h1=5.35； Am 两个分型面和四个侧面的面积（ m2 ）， Am=0.26435 m2 ； t2 模具平均温度 ， t2=100 ； t3 室温 ， t3=20 。 h1=4.187(0.25+2360300t )= 4.187 （ 0.25+ 36050 300 ） = 5.35 Am=（ A1m） + (A2m) nk = 0.2+0.1430. 57 = 0.28151 A1m=2BL=2 25040010 6 =0.2m2 ； A2m=4BH =4 250 14310 6 =0.143m2 ； B 模具宽度 mm， B=250； L 模具长度 mm， L=400 开模率 nk= (t t tt注 冷 ） = 5 0 1 .5 2 050（ ）=0.57 （ 2）辐射散发的热量 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 35 Q辐=20.8 A2m (2273100t)4 (3273100t)4 式（ 9.5） =20.80.1 430.8 （ 273 100100） 4 （ 273 20100） 4 =83.655 KJ/h 式中 ， 辐射率，一般表面 =0.8-0.9； （ 3）工作台散发的热量 Q台=h2 A接( t2 t3) 式（ 9.6） = 5020.1 （ 100 20） = 4016 KJ/h 式中 ， h2 传热系数 ， h2=502KJ/(m2 h ) ； A接 模具与工作台的接触面积 m2 ， A接=0.1； A接=bl = 250 40010 6 =0.1 ； 4 凹模冷却系统的计算 （ 1） 型腔内发出的总热量 ： Q总= n G Qs 式（ 9.7） =72 2.52300 =54432 KJ 式 中，SQ 塑料单位热流量（ KJ/h） ， Qs=280 350,取SQ=300 KJ/h； （ 2） 冷却水体积流量的计算： qv= 0 014 0 Q ( 6 0C T T 总出 进 ） 式（ 9.8） = 0.23510 3 m3 /min 式中 ， 水的密度 103 KG/m3 ； C1 水的比热容 4.18710 3 J/KG ； （ 3） 冷却水管壁与水交界面的传热膜系数 ： =2.08.0(dV ）平均 式（ 9.9） =2.08.0008.0 )24.01000(6.7 =919.47 (w/m2 k) 式中， 与冷却介质温度有关的物理系数， 取 7.6。 （ 4） 凹模冷却管的传热面积 ： A= 0 0403 6 0 0 ( )MQTT 总 式（ 9.10） =0.393 m2 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 36 式中 T 模具与冷却介质平均温度， T=37.5 。 T= TM（ T出+T进） /2 =60（ 20+25） /2 =37.5 （ 5） 冷却水孔总长 L： L= 000 . 8403 6 0 0 ) ( )MQV d T T 总平 均（ 式（ 9.11） = 3(m) （ 6） 模具温度的更正： Q冷