机械专业毕业设计（论文）《一种灭火器喷嘴零件的注塑模具设计》

1、目录1. 前言- 3 -2. 塑件分析- 5 -2.1 塑件材料选择- 5 -2.2 塑件形状- 6 -2.3 制品质量- 6 -2.4 尺寸精度- 6 -2.5 表面粗糙度- 7 -2.5.1 制品表面粗糙度的选择- 7 -2.5.2 热塑性塑料产生的常见性表观质量缺陷及产生原因- 7 -3. 注塑成型工艺条件- 10 -3.1 注塑成型工艺简介- 10 -3.2 注塑成型工艺条件- 11 -4. 拟定模具结构形式- 12 -4.1 分型面位置的确定- 12 -4.2 型腔数量的确定- 12 -4.3 模架的选择- 13 -5. 注塑机的选择及校核- 14 -5.1 选择注塑机- 14 -5

2、.1.1 由公称注射量选定注射机- 14 -5.1.2 由锁模力选定注射机- 14 -5.2 注塑机的校核- 15 -5.2.1 最大注塑量的校核- 15 -5.2.2 锁模力的校核- 15 -5.2.3 塑化能力的校核- 15 -5.2.4 喷嘴尺寸校核- 16 -5.2.5 定位圈尺寸校核- 16 -5.2.6 模具外形尺寸校核- 16 -5.2.7 模具厚度校核- 17 -5.2.8 模具安装尺寸校核- 17 -5.2.9 开模行程校核- 17 -6. 浇注系统的设计- 18 -6.1 主流道- 18 -6.2浇口- 19 -6.3剪切速率的校核- 20 -6.3.1 主流道剪切速率校核

3、- 20 -6.3.2 浇口剪切速率的校核- 20 -7. 成型零件的工作尺寸计算- 21 -7.1成型零件工作尺寸的计算- 21 -7.1.1 凹模的工作尺寸计算- 21 -7.1.2 型芯的工作尺寸计算- 23 -7.2型腔壁厚、支撑板厚度的确定- 24 -8. 脱模推出机构的设计- 26 -8.1 在设计脱模推出机构是应遵循下列原则。- 26 -8.2 脱模力的计算- 26 -8.3 设计塑件的推出机构- 26 -9. 侧向分型与抽芯机构设计- 28 -9.1抽拔距- 28 -9.2 斜导柱倾角：- 28 -9.3斜导柱的工作长度- 28 -9.4斜导柱抽芯机构的设计- 28 -10.

4、排气系统设计- 31 -11. 温度调节系统设计- 32 -11.1对温度调节系统的要求- 32 -11.2冷却系统设计：- 32 -11.2.1 设计原则- 32 -11.2.2 冷却时间的确定- 32 -11.2.3 塑料熔体释放的热量- 33 -11.2.4 高温喷嘴向模具的接触传热- 33 -11.2.5 注射模通过自然冷却传导走的热量- 34 -11.2.6 冷却系统的计算- 35 -11.2.7 凹模冷却系统的计算- 35 -12. 导向与定位机构- 38 -12.1 导柱导向定位机构- 38 -12.2 限位板定位机构- 39 -13. 模具开合模动作过程- 40 -13.1 开

5、模过程- 40 -13.2 合模过程- 40 -14. 设计小结- 41 -致谢- 42 -主要参考文献- 43 -1. 前言1.1 模具工业在国民经济中的重要地位模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、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。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要

6、标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。从以下四个方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品的发展，没有精密模具也不行。不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。例如：形状误差小于0.10.3的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模

7、具的企业，已经被命名为“高新技术企业”。第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。cadcaecam技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。在1998年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。1998年11月召开的中央经济工作会议，首次明确提出了加大

8、装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年，我国每年要进口近10亿美元的模具。我国石化工业一年生产500多

9、万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。 1.2 我国模具工业的发展现状20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技

10、术的研究与开发。中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48in（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具cad/ cae/cam技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料1等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。1.3 我国模具技术发展的趋势随着电子、信息等高新技术的不断发展，我国模具技术的发展呈现以下

11、趋势。(1) 模具cad/cae/cam正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 (2) 模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展 (3) 快速经济制模技术得到应用 (4)特种加工技术有了进一步的发展 (5)模具自动加工系统的研制和发展 (6)模具材料及表面处理技术发展迅速 (7)模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现 了一些新的设计、生产、管理理念与模式。主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产模式；模

12、具标准件的日渐广泛应用（模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本）；广泛采用标准件、通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。2. 塑件分析2.1 塑件材料选择灭火器在工作过程中，会有大量高压气体从喷嘴中喷出，这就要求喷嘴材料要有比较好的耐高冲击性能。并且灭火器的喷嘴还会经常经受高温和低温，因此对材料的热变形温度和脆化温度有一定要求。综合考虑使用性能、加工性能、经济条件和原料情况，选择材料pp1340。pp1340（嵌段共聚聚丙烯）在国内有大批量的生产，具有良好的成型性、力学性能、表面光泽度和低成本等优点，其性能如

13、下表：表1 pp1340性能项目质量指标试验方法断裂伸长率，%500astmd638拉伸强度，mpa23astmd638洛氏硬度，85astmd785密度，kg/m3910astmd1505热变形温度，105astmd648熔体流动速率，g/10min1.2astmd1238维卡软化点，150astmd1525悬臂梁冲击强度，j/m50astmd2562.2 塑件形状图1 塑件图该制件形状为旋转体，四面有四个通孔，形状较为简单：（如上图）2.3 制品质量根据m=v（v=1/4d）查表1可得pp1340的密度：=0.910g/cm3v=/4dh-/4dh=/4（98-90）74【9074-4（2

14、4+24/4）】/(9074)+/4（98-34）8+/4（50-10）8+/4（50-34）10148942mm149cm3故制品的质量m约为136g2.4 尺寸精度由于改制件未标注公差，查（塑料成型模具p7表2-1-1、2-1-2）取mt5，b类公差。2.5 表面粗糙度2.5.1 制品表面粗糙度的选择该制品为不透明制品，非配合表面和隐藏的面可取较大的表面粗糙度。同时可利用这种表面粗糙度的差异使塑件在开模时更加有力的包住型芯，而留在型芯上。制件各处具体的表面粗糙度在后文将陆续介绍。2.5.2 热塑性塑料产生的常见性表观质量缺陷及产生原因表2 热塑性塑料常见表观质量缺陷及产生原因制品表观缺陷产

15、生的原因塑件不完整注射量不够，加料量及素化能力不足；料桶、喷嘴及模具温度低；注射压力太低；注射速度太慢或太快；流道或浇口太小，浇口数目不够，位置不当；飞边溢料太多；塑件壁厚太薄，形状复杂且面积大；原料流动性太差，或含水分及挥发物多塑件四周飞边过大分型面贴和不严，有间隙，型腔和型芯部分滑动零件间隙过大；模具强度和刚性差；料桶、喷嘴及模具温度太高；注射压力太大、锁模力不足或锁模机构不良，注射机定、动模板不平行；原料流动性太大；加料量过多塑件有气泡塑料干燥不良，含水分或挥发物；料温高，加热时间长，塑料存在降解、分解；注射速度太快；注射压力太小；模温太低，易出真空泡；模具排气不良塑件凹陷加料量不足；料

16、温太高，模温也高，冷却时间短；塑件设计不合理，壁太厚或厚薄不均注射及保压时间太短；注射压力不足；注射速度太快；浇口位置不当，不利于供料；塑件尺寸不稳定注射机的电气，液压系统不稳定；加料量不稳定；塑料颗粒不均，收缩率不稳定；成型条件（温度、压力、时间）变化，成型周期不一致；浇口太小，多型腔时各进料口大小不一致，进料不平衡；模具精度不良，活动零件动作不稳定，定位不准确；塑件粘模注射压力太高，注射时间太长或太短；模具温度太高；浇口尺寸太大或位置不当；模腔表面粗糙度过大或有划痕；脱模斜度太小，不易脱模；推出位置结构不合理熔接痕 料温太低，塑料流动性太差注射压力太小，注射速度太低；浇口系统流程长，截面积

17、小，进料口尺寸及形状、位置不对，料流阻力大；塑件形状复杂，壁太薄；冷料穴设计不合理塑件表面出现波纹料温低，模温、喷嘴温度也低；注射压力太小，注射速度低；冷料穴设计不合理；塑料流动性差；模具冷却系统设计不合理；流道曲折、狭窄，表面粗糙塑件翘曲变形 具温度太高，冷却时间不够； 塑件形状设计不合理，薄厚不均，相差太大，强度不足； 嵌件分布不合理，预热不足；塑料分子取向作用太大；模具推出位置不当，受力不均；保压补缩不足，冷却不均，收缩不均；塑件分层脱皮不同塑料混杂；同种塑料不同级别相混；塑化不均匀； 原料污染或混入异物3. 注塑成型工艺条件3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是塑料先在注塑机的加热料筒中受

18、热熔融，而后由柱塞或往复式螺杆将熔体推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。它不仅可在高生产率下制得高精度，高质量的制品，而且可加工的塑料品种多和用途广，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。一般分为三个阶段的工作。图2 注塑成型压力时间曲线（1）物料准备：为了使注塑能顺利地进行并保证产品得到质量，在成型前有一系列的准备工作。包括对物料的颗粒情况、外观色泽，杂质含量等进行检验，并测试其流动性，热稳定性和收缩率等指标。对于吸湿性比较强的塑料，应进行适当的预热干燥，为了保证顺利脱模，部分塑料制品还需要选用脱模剂。（2）注塑过程：塑料在料筒内经过塑化达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒

19、流和冷却四个阶段，注塑过程可以用图2表示。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。（3）制件后

20、处理：注塑制品经脱模或机械加工后，常需要经过适当的后处理以改善制品的性能和提高尺寸稳定性；制品的后处理主要指退火和调湿处理。3.2 注塑成型工艺条件（1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。pp1340料温度的经验数据如下表所示。表3 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/热变形温度 /后段中段前段1.82mpa160-180180-200200-220200-28060-80102（2）压力；注射成型过程中需要控制的压力包括注射压力，保压力和背压力。根据经验值pp料的注塑压力为40-70mpa。（3）时间；完成一次注塑成型所需要的时间称为注塑周期或称总

21、周期。它由充模、保压时间、冷却和加料（包括预塑化）时间以及开模、辅助作业（如涂擦脱模剂、安装嵌件等）和闭模时间组成。其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3-5秒，保压时间一般为20-120秒，冷却时间一般为30-120秒。根据塑件的形状、壁厚、材料等因素，注塑周期初定为60秒，后处理温度110，保温时间2小时。 4. 拟定模具结构形式当塑件的结构和所用的材料满足成型工艺的要求后，就需要考虑塑件的分型面位置，确定采用单型模腔还是多型模腔来进行生产，这样就初步确定模具的结构形式，为后续的设计计算提供依据。4.1 分型面位置的确定模具上用来取出塑件和（或）浇注系统可分离和接

22、触的表面称为分型面。分型面的选择应注意以下几点：（1） 分型面应选在塑件的最大截面处；（2） 不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件；（3） 有利于保证塑件的精度要求；（4） 有利于模具加工，特别是型腔的加工；（5） 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置；（6） 便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；（7） 尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需锁模力；（8） 便于嵌件的安装；（9） 长型芯应置于开模方向。综合考虑以上几点，设置分型面位置如下图a。图3 分型面的位置4.2 型腔数量的确定考虑到塑件比较大，且四周又有四个比较复杂的通孔，因此型腔形似选择一模一腔。一模

23、一腔与多型腔相比，具有以下优点：(1) 塑件的形状和尺寸精度始终一致；(2) 工艺参数易于控制；(3) 模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。4.3 模架的选择 根据塑件的尺寸大小选择模架p4,模架形式如下：ab图4 模架5. 注塑机的选择及校核5.1 选择注塑机5.1.1 由公称注射量选定注射机塑件的体积:v=149cm3塑件的质量：m=136g流道凝料v=0.6v；实际注射量为:v实=1491.6=238.4 cm3；实际注射质量为：m实=1.6m=1361.6=217.6g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8v公 v实v公= v实/0.8=238.40.8=

24、298 cm；5.1.2 由锁模力选定注射机f锁f胀=a分p型 =p型=1/43.1411222510=246.18 （kn）式中 f锁:注射机的锁模力（n）； a分:塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；p型:型腔压力，取p型=25mp ； d取的是塑件的最大直径。结合上面两项的计算，初步确定注塑机为国产注射机sz-320/1250，其主要技术参数如下表所示。表4 国产注射机sz-320/1250技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)410410理论注射容积（cm）416移模行程(mm)360螺杆(柱塞)直径(mm)48锁模力(kn)1600注射压(mp)141螺杆转速(r

25、/min)10200注射速率(g/s)160锁模形式(mm)双曲肘塑化能力(g/s)22.2模具定位孔直径(mm)150最小模具厚度(mm)150喷嘴球半径(mm)18最大模具厚度（mm）550喷嘴口直径（mm）65.2 注塑机的校核5.2.1 最大注塑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50%80%。v =298 cm； v416 cm；298/416100%=71.6% 满足要求。5.2.2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后

26、，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：fk ap1.21/43.1411222510295.42kn因此锁模力满足要求。式中 :f注塑机额定锁模力：1600kn； k安全系数，取k=1.2； 5.2.3 塑化能力的校核 由初定的成型周期为60秒计算，实际要求的塑化能力=即：217.6/60=3.63（g/s），远小于注塑机的塑化能力22.2（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。5.2.4 喷嘴尺寸校核在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径r2取比注射机喷嘴球面半径r1大12 mm，主流道小端直径d取比注射机喷嘴直径d大0.51 mm，如图4所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，

27、所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。图5 喷嘴与浇口套尺寸关系由于本次选择的注塑机喷嘴球半径为18mm，喷嘴口直径6mm。选择浇口套时同时考虑到相关标准选择r2=20mm，d=8.5mm。5.2.5 定位圈尺寸校核模具安装在注塑机上必须使模具中心线与料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合（h8/e8）。定位圈的高度，对小型模具为8mm10mm，对大型模具为10mm15mm。此外，对中小型模具一般只在定位模板上设置定位圈，对大型模具可在动、定模板上同时设置定位圈。本次设计的模具只在定模板上设置定位圈，定位孔直径为150mm，定位圈的高度为8mm。定位圈

28、形式如下图所示：图6 定位圈5.2.6 模具外形尺寸校核注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。本书中拉杆内间距410410mm，模具外形尺寸设计为355450mm，满足要求。5.2.7 模具厚度校核模具厚度必须满足下式：h h h150mm436mm550mm式中：h所设计的模具厚度 436 mm； h注塑机所允许的最小模具厚度150 mm；h注塑机所允许的最大模具厚度550 mm；5.2.8 模具安装尺寸校核注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“t”形槽，用于

29、安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。该模具外形尺寸为355450属中，小型模具，所以采用压板固定法。5.2.9 开模行程校核所选注塑机为双曲肘锁模机构，最大开模行程不受模具厚度影响。模具有侧向抽芯，抽芯距离是s为4mm，所需开模行程h侧显然小于h1+h2。所以开模行程h=h1+h2+(510)mmh=100+148+（510）mm258mms式中s注塑机移模行程360m

30、m；h推出距离100mm；h流道凝料与塑件高度148mm。6. 浇注系统的设计浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处，以便获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑件。因此要求充模速度快而有序，压力损失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上留下浇口痕迹小。在设计浇注系统时，首先选择浇口的位置，流道及浇口位置的选择应遵循以下原则。（1）流道应尽量少弯折，表面粗糙度为r0.81.6。（2）应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。（3）单型腔模具投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，不然会照成注射时模具的受力不

31、均。（4）设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹。（5）一腔多模时，应防止将大小悬殊的塑件放在同一副模具内。（6）在设计浇口时避免塑料熔体直接冲击直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位。（7）在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可以缩短填充时间。（8）能顺利的引导塑件熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现，使型腔内的气体顺利排出模外。（9）在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期。（10）若是主流道型浇口，因主流到处有收缩现象，若塑件在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。（11）浇口的位

32、置应保证塑料熔体顺利地流入型腔，即对着型腔中宽畅、厚壁部位。（12）尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。 6.1 主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道（或浇口）的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。本次设计的主流道衬套如下图，其主要参数： 锥角=6；内表面粗糙度ra=0.63；小端直径d=d+(0.51)mm=8.5mm；主流道衬套始端的球面半径r=r+(12)mm=20mm；取主流道长度l=58mm；材料为碳素工具钢t8a。其中：d=6mm是注塑

33、机的喷嘴口直径，r=18mm是注塑机的喷嘴球半径。图7 主流道衬套6.2浇口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，本次设计的模具为单型腔模具，比较简单，采用无分流道和冷料穴的圆环形浇口，浇口形状为圆环形，如下图：图8 浇口形状和位置这种交口的特性: 它在单型腔模具中，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失少，进料速度快，成型比较容易，传递压力好

34、，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便。圆环形浇口中间的锥形型芯起分流作用，进料均匀，在整个圆周上取得大致相同的流速，空气也容易顺序排除，无熔接缝，尺寸可作为矩形浇口看待。其缺点是去除浇口比较困难。浇口尺寸的确定：环形浇口外径：d2= d+2ltan=8.5+258tan3=14.58mm环形浇口宽度:w= （d2- d1）/2=2.29mm主流道锥角：=3；主流道小端直径：d=8.5mm；主流道长度：l=58mm；环形浇口平均直径：d均;环形浇口内径：d1=10mm；环形浇口外径：d2；塑件厚度：t=8mm6.3剪切速率的校核生产实践表明，当注射模主流道和分流道的剪切速率r=51051

35、0s、浇口的剪切速率r=1010s时，所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料，将以上推荐的剪切速率值作为计算依据，可用以下经验公式表示：r= 式中 q体积流量（cm/s）；r浇注系统断面当量半径（cm）。6.3.1 主流道剪切速率校核q=0.8q/t =238.41.5=158.9 （cm/s） t注射时间：t=1.5（s）； r主流道的平均当量截面半径：r=0.478（cm） d 主流道小端直径 ， d=0.85 （cm）； d主流道大端直径，d=1.061（cm）r= 3.3158.9/(3.140.4783)=1.5310 s5101.5310510 (满足条件)6.3.2 浇口剪切速率

36、的校核r= =3.3158.9/(3.140.533)=1.12103 s其中：浇口面积s=/4(d22-d12),当量面积s=r 所以r=5.3mm。 单从计算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比较特殊，为一模一腔，无分流道，压力损失少，进料速度快，成型比较容易，传递压力好，所以浇口的剪切速率是合适的。从以上的计算结果看，流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内，证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。7. 成型零件的工作尺寸计算模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。成型零件包括凹模、型芯、镶块、成形杆和成型环等。成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用，料流的冲刷，脱模时与塑件间发

37、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，此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性，具有足够的强度、刚度和表面硬度。7.1成型零件工作尺寸的计算在计算型腔和型芯工作尺寸之前，对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进行转化，即塑件外形尺寸（名义尺寸）为最大尺寸，其公差为负值；塑件的内腔尺寸（名义尺寸）为最小值，其公差为正值；中心距尺寸为公称尺寸，其公差为正负/2。7.1.1 凹模的工作尺寸计算凹模的径向尺寸计算公式：l=ls(1+k)-x0+式中 ：ls塑件外型径向公称尺寸； k塑料的平均收缩率；塑件的尺寸公差；模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的

38、1/31/6。凹模的深度尺寸计算公式：h=hs(1+k)-x+0式中:hs塑件高度方向的公称尺寸。经查得pp的收缩率k=0.6%；塑件未注尺寸公差，所以按mt5b类公差选取，查模塑件尺寸公差表的其单项公差为1.34。塑件尺寸（需要精度计算的尺寸）如下图：图9 塑件图（1）型腔径向尺寸模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差z=/3，x取0.751）3434+0.76(ls)-z=（1+s）ls+x0-z =（1+0.6%）34+0.750.760-0.25 =34.770-0.252）5050-1.34(lm1)+z0=（1+s）ls1-x+z0 =（1+0.6%）50-0.750.8

39、4 +0.45 =49.67+0.4503）9898-1.34(lm2)+z0=(1+s)ls2-x+0 =（1+0.6%）98-0.751.20+0.450 =97.69+0.4504）102102-1.34(lm2)+z0=(1+s)ls2-x+0 =（1+0.6%）102-0.751.34+0.450 =101.61+0.450（2）型腔深度尺寸模具最大磨损量取塑件公差尺寸1/6；模具制造公差z=/3；取x=0.65,1）1010+10.760(hm1)0-=（1+s）hs+x0-z =(1+0.6%)10+0.650.480-0.25 =10.370-0.252）1818-1.34(h

40、m1)+z0=(1+0.6%)18-0.650.58+0.450 =17.73+0.4503）3939-1.34(hm2)+z0=(1+0.60%)39-0.650.76+0.450 =38.74+0.4504）8282-1.34(hm2)+z0=(1+0.60%)82-0.651.20+0.450 =81.71+0.4505）44-1.34(hm2)+z0=(1+0.60%)4-0.650.44+0.450 =3.74+0.4507.1.2 型芯的工作尺寸计算型芯的径向尺寸计算公式：l=ls(1+k)-x)0-式中： ls塑件内部径向公称尺寸 k塑料的平均收缩率 塑件的尺寸公差 模具制造公差

41、，取塑件相应尺寸公差的1/31/6。凹模的深度尺寸计算公式：h=hs(1+k)-x-0式中：hs塑件高度方向的公称尺寸。经查得pp的收缩率约为0.6%塑件未注公差按mt5b类公差选取，查模塑件尺寸公差表的其单项公差为1.20。（1）型芯的径向尺寸：模具最大磨损量取塑件的1/6；模具的制造公差z=/3；取x=0.75。1）1010+1.20(ls1)-z=（1+s）ls+x0-z =（1+0.6%）10+0.750.480-0.40 =10.420-0.402）3434+1.20(ls2)-z=(1+s)ls+x0-z =(1+0.6%)34+0.750.760-0.40 =34.770-0.4

42、03）9090+1.20(ls3)-z=(1+s)ls+x0-z =(1+0.6%)90+0.751.200-0.40 =91.440-0.40（2）型芯高度尺寸：模具最大磨损量取塑件公差的1/6，制造公差=/3；取x=0.651)88+1.200(hm1)0-=（1+s）hs+x0-z =(1+0.6%)8+0.650.480-0.40 =8.360-0.402)8282+1.200(hm2)0-z=（1+s）hs2+x0-z =(1+0.6%)82+0.651.200-0.40=83.270-0.407.2型腔壁厚、支撑板厚度的确定塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够

43、的强度和刚度，如果型腔和侧壁厚度过薄可能因强度不够而产生塑料变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。型腔壁厚、支撑板厚度的确定从理论上讲是通过力学的强度及刚度公式进行计算的。由于注塑成型受温度、压力、塑料特性及塑件复杂程度的影响，所以理论计算并不能完全真实的反映结果。通常在模具设计中，型腔及支撑板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。经验数据表如下：表5 壁厚s的经验数据型腔压力/mpa型腔侧壁厚度s/mm29(压塑)014l+1249（压塑）016l+1549（注塑）020l+17表6 支撑板h厚度的经验数据b/mmb=l/mb=1.5l/m

44、mb=2l/mm102(0.12-0.13)b(0.10-0.11)b0.08b102-300(0.13-0.15)b(0.11-0.12)b(0.08-0.09)b 模具设计时上表查到得数据只是作为验证性的数据。选择标准模架后，需要结合塑件具体尺寸来验证型腔壁厚和支撑板厚度的合理性。8. 脱模推出机构的设计在注塑成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具上这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出、顶出机构）。8.1 在设计脱模推出机构是应遵循下列原则。(1) 推出机构应尽量设置在动模一侧。(2) 保证塑件不因推出而变形损坏。(3) 机构简单、动作可靠。(4) 推出塑件的位

45、置应尽量设在塑件内部或隐形面和非装饰面上。(5) 合模时能正确复位。8.2 脱模力的计算脱模力计算公式fc=10fce（tf-tj）th式中 ：fc脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受塑件熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响；塑料的现行膨胀系数（1/）;e在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量（mpa）；tf塑料的软化温度（）；tj脱模时塑件温度（）；t塑件的厚度（mm）；h型芯脱模方向的高度（mm）。 脱模力计算中物理参量的准确确定是困难的，各参数随着温度而变化，脱模力的准确计算式很困难的它与塑料的拉伸弹性模量、热膨胀系数、模具温度、保压压力、冷却时间、开模时型腔压力以及推杆

46、速度等工艺条件有关。8.3 设计塑件的推出机构本次设计的塑件轴向尺寸较大，包住型芯的轴向尺寸达90多毫米，脱模力显然会很大，不宜设置推杆顶出机构。但本塑件有一个特点底部壁厚有个凸起。如果在底部设置推板推出机构的话，此凸起可大大增加了推板与塑件的接触面积，也增加了推出位置的刚性，保证塑件不被损坏。因此推出机构设置为推板推出机构，推板位置如下图。图10 推板位置 推板的形状和结构则根据选择的模架具体决定。推板有四个推杆推动，推杆选择直径为20mm的标准推杆，其尺寸如下图：图11 标准推杆9. 侧向分型与抽芯机构设计在塑件上凡是脱出方向与开模方向不相同的侧孔或侧凹除少数浅侧凹可以强制拖出外，都需要进

47、行侧向抽芯或侧向分型方能将塑件顺利脱出。本次设计的塑件四周有侧孔，必须采用侧向抽芯机构，用侧向抽芯机构抽出侧型芯。设计侧向抽芯机构应注意以下几点：（1） 锁紧楔的斜角大于导柱倾斜角，通常大23。，否则无法带动滑块；（2） 滑块在完成抽芯动作后，留在滑槽内的滑块长度不小于全长的2/3；（3） 不能使顶杆和活动型芯在分型面上的投影重合，防止滑块和顶出机构复位时互相干涉；（4） 为保证塑件留在动模上，开模前必须抽出测向型芯，因此要采用定距拉紧结构。9.1抽拔距为顺利的脱出塑件、侧型芯或滑块从成型位置外移到不妨碍制品平行推出的位置，此移动的距离称为计算抽拔距。在设计时还应加上25mm的安全距离作为实际

48、抽拔距。本塑件抽拔距计算公式为： s=4mm+25mm9.2 斜导柱倾角：倾斜角的大小关系到导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜导柱的工作长度、抽芯距和开模行程。本设计塑件侧壁较薄，需要的抽拔力不大；从尺寸上考虑，侧孔高度48mm，侧孔深度为4mm，考虑安全距离后实际抽拔距仅为为69mm。故选择斜导柱倾角为7。9.3斜导柱的工作长度斜导柱的有效工作长度l主要与抽芯距s、斜导柱倾斜角有关。其计算公式为：l=s/cos =49/cos7=49.4mm式中：取抽芯距s=49mm。通常斜导柱的有关参数计算主要是掌握倾斜角、抽芯距、斜导柱工作长度及开模行程的关系计算。其他一般凭经验确定9.4

49、斜导柱抽芯机构的设计（1）斜导柱 斜导柱的材料采用45刚，淬火后硬度为35hrc。斜导柱与固定板用h7/m6 配合。由于斜导柱主要起驱动滑块作用，滑块的平稳性由导滑槽与滑块间的精度保证，因此滑块与斜导柱间可采用间隙配合h11/h11 或留0.51mm 的间隙。由于制品圆周侧壁上的四孔均为通孔，注塑压力对其影响较小，故弯导柱实为圆柱形导柱上改制，起楔紧和拔块两个作用，方便了机械加工。弯导柱形式如下图：图12 弯导柱形式（2）滑块 本书中滑块与型腔采用整体式结构，形状结构如下图：图13 滑块（3）导滑槽 对导滑槽与滑块的配合要求是运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，燕尾槽精度较高，但制造比较困难，

50、本塑件采用t型导滑槽（如上图所示）。（4）滑块定位装置 分型抽芯结束后，当滑块与斜销相互离开时，滑块必须停留在刚分离开的位置上，以便合模时斜销能顺利进入滑块斜孔，为此必须设滑块定位装置。本模具采用弹簧钢球定位（如下图），到位后钢球落入凹槽内，弹簧钢丝直径可取11.5mm，以钢球代替止动销，不但结构简单，且将滑动摩擦变成滚动摩擦，寿命较长。图14 滑块定位装置10. 排气系统设计塑料注塑模具的型腔，在熔融塑料填充过程中，除了模具型腔内有空气外，还有因塑料受热而产生的气体，尤其在高速注射成型产生的气体更多，排气系统对确保塑件成型质量起着重要的作用，排气方式有以下几种。(1) 利用排气槽。(2) 利

51、用型芯、镶件、推甘等的配合间隙；利用分型面上的间隙。(3) 对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，需设进气装置。本书设计的模具不是大型模具，并且分型面位于熔体流动末端（如下图），可直接利用分型面间隙排气，不必专门设置排气槽和进气槽。图15 排气位置（分型面）11. 温度调节系统设计模具成型过程中，模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形大，并且还容易造成溢料和粘膜；模具温度过低，则熔体流动性差，塑料轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；当模具温度不均匀时，型芯和型腔温差过大，塑料收缩不均匀，导致塑料翘曲变

52、形，会影响塑件的形状和尺寸精度。综上所述，模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。pp推荐的成型温度为160-220，模具温度为4080 。11.1对温度调节系统的要求（1） 根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；（2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量；（3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好；(4)温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉；(5)从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。11.2冷却系统设计：11.2.1 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，