喷油器塑料外壳注塑模具设计及加工工艺制定

1、温刑大學WENZHOU UNIVERSITY本科毕业设计（2014 届）题目喷油器塑料外壳注塑模具设计和.加工工艺制订学院:机电工程学院专业:机械工程及自动化班级:10机自本一姓名:徐石明学号:10113003336指导老师:孙树峰完成日期:2014年5月3日喷油器塑料外壳注塑模具设计和加工工艺制订摘 要：如今塑料在市场上的运用十分广泛，不仅价格低廉，绝 热性能好，而且能熔融塑料根据模具的形状形成各种形状的塑料制品。 注塑模具是经久不衰的产业，大部分的塑料制品都是由注塑模具完成 的。汽车喷油器是汽车发动机的关键部件，在汽车上广为运用。为了 给企业设计和制造汽车喷油器塑料外壳模具提供一些参考，本

2、毕业设 计将采用PRO/歆件，设计一款汽车喷油器的塑料外壳，并设计出该塑 料外壳零件的注塑模具，并对该模具零件进行加工工艺的制订，形成 工艺文件。在本文中，将围绕塑料外壳的设计，塑料模具设计及模具 加工三个方面，进行详细的说明。关键词：喷油器塑料外壳；注塑模具设计；PRO/E模具加工IFuel injector plastic shell injecti on mold desig n and process ing tech no logy to developAbstract: Nowadays, the use of plastic in the market is very wide,

3、 not only for its low price, but also insulation performanee is good, and can on the basis of the mold to form various shapes of plastic products. Most of the plastic products are made by injecti on mold, so we can say injecti on mold is en duri ng in dustry. As a key part of automobile engine, Fuel

4、 Injector is widely used in the car, in order to provide some referenee for companies about desig ning and manu facturi ng Fuel Injector plastic shell injectio n mold. PRO/E software is adopted in this graduation design, it is used to design a car Fuel Injector plastic shell, and also used to design

5、ed the injection mold, Through the injector plastic shell to formulate mold parts process ing tech no logy, fin ally forming process files. In this article, it will revolve around the design of the plastic shell, the plastic injector mold design and mold made processing three parts, for detailed in

6、structi ons.Keywords： Injector plastic shell; Injection mold design; PRO/E mold made摘要1.abstractIL.引言1.1概况2.1.1 喷油器概况2.1.2塑料外壳材料的选择2.1.3工艺流程3.1.4 注射成型的工艺参数 3.1.5 注射机有关参数的校核 5.2塑料外壳设计7.2.1 塑料外壳设计过程 7.2.2塑料外壳的排样1.02.3注塑塑料外壳时的定位 123注塑模具设计 .133.1 模具总体设计1.33.2分型面的选择1.43.3浇注系统的设计 主流道设计 分流道

7、设计浇口的设计冷料穴的设计183.4排气系统的设计1.83.5冷却系统的设计1.93.6推出系统的设计213.7侧向抽芯机构的设计234模具加工工艺制订264.1 加工中常用的加工设备说明 264.2零件加工工艺274.2.1下型腔板加工工艺274.2.2上型腔板加工工艺294.2.3侧滑块抽芯结构加工30致谢.3.1.参考文献32附录1附录.3.5.附录3引言塑料从它的诞生到现在，已经有一个多世纪了，目前市场上的各种塑料产品层出 不穷。塑料的主要是由树脂和添加剂组成，在价格上，也较为低廉。塑料因为有许多 的良好的特点，所以用处十分广泛。主要的特

8、性有：质量轻，化学稳定性比较好，不 会生锈，缓冲性好，有较好的透明性和耐磨耗性，绝缘性好，导热性低，着色性好， 加工成本低，容易燃烧、变形、老化。常用的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚 苯乙烯、ABS等普通塑料，还有聚碳酸酯、PA、POM、PSU等工程塑料，还有其他 的特种塑料如PPS等。喷油器的外部由一层塑料包裹，需要有注塑机将熔融的塑料注入模具中形成。作 为汽车发动机的关键部位，我国在该方面的生产水平还跟不上一些发达国家，目前汽 车喷油器主要由国外生产厂家（德国博世、美国德尔福、日本电装等）生产。本课题 将以设计一款新型喷油器的塑料外壳为目标，更进一步的去了解喷油器塑料带来的作 用，同时

9、设计出更为合适的喷油器塑料外壳。如果研究顺利，将为中国一些汽车喷油 器生产商带来一些参考，如果有更多有识之士参与进来，对中国的一些喷油器行业将 带来很大的推动作用。喷油器的塑料外壳在设计中存在着许多的难点， 在参阅了一些参考资料的情况下, 了解了喷油器的工作环境，安装情况，组成部分和使用情况等，这样才能对喷油器的 塑料外壳从材料选择，到外形设计上有更加明确的目标。在明白塑料材料的情况下， 更加确定塑料的收缩率和流动性，便对熔融塑料充入模具中时，对填充问题有了更加 明确的了解。在对国内外一些相关的技术文件还有一些专业的设计软件进行简单分析之后，本 文将会采用美国的CAD/CAE/CAM软件PRO

10、/E对喷油器的塑料外壳进行造型设计， 并且通过设计的塑料外壳进行注塑模具的设计，最后将模具的零件进行加工工艺的制 订。361概况1.1喷油器概况喷油器是发动机电控燃油喷射系统中的一个关键的执行器，在汽车发动机中起到 了举足轻重的作用，喷油器主要是考电磁阀控制的，所以全称为电磁喷油器，英文名 为Injector,简称INJ。按喷油嘴可将喷油器分为针轴式和孔轴式两种。按针轴式的喷油器来说主要有塑料外壳、滤网、插座、电磁线圈、衔铁、轴针、阀针、上下密封圈组 成。由于柴油机压缩比高，压缩终了时，气缸内的空气压力达到 3.5-4.5Mpa,温度可 以达到750-1000K,而汽油机的稍微低一点，压缩比为

11、0.6-1.2Mpa,温度达到600-700K 而对于喷油器来说，一般的工作温度为-30125C，储存温度为-4060C。1.2塑料外壳材料的选择表1.1常用工程塑料特性对比材料简称抗冲击性收缩率%耐酸碱性使用温度易燃性ABS强0.4-0.7好-40 100 C易PC强0.50.8耐弱酸，不耐强碱-60 120 C自熄性PVC差0.6-1.5耐盐酸、硫酸、中低浓度硝酸及20%下的烧碱下限温度-15 C30C阻燃PP差1.0-2.5耐强酸，耐强碱100度左右PMMA差0.5-0.7耐碱、稀酸、水溶性无机盐、烷烃和油脂-40 80 C易PS差0.6-0.8可以被多种有机溶剂溶 解，会被强酸强碱腐蚀

12、， 不抗油脂。长期使用温度070 C但 脆，低温易开裂。易PE1.5-3.6耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）最低使用温度可达-70-100 CPA强PA60.8-2.5%耐化学性好，耐溶剂型好， 耐油性好，但溶于强极性 的剂。-40 105 C不燃POM很强1.2-3.0不耐酸，不耐强碱-40 100°C易通过上面的表格可以看出PA材料抗冲击性强，而且耐化学性好，使用温度也适合，同样在高温的时候，不会因为高温而燃烧在工程上，喷油器的塑料外壳是选用添加了玻璃纤维的PA6，添加玻璃纤维对尼龙的影响很大，让PA6更能耐高温。同样添加了玻璃纤维，收缩率下降，强度和刚性 也会很大的提

13、高。1.3工艺流程本设计将参照以下流程图进行：1.4注射成型的工艺参数要取得良好的塑件，能够顺利充模、冷却和定型，从而成产出质量优良的塑料制 件，而影响最大的为温度、压力和时间三个要素。温度温度主要是三个部分，料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度 料筒温度主要是根据塑料的品种和特性进行选择。 料筒温度如果过高， 塑料容易产生低分子化合物和分解产生气体，产品的性能将急剧下降。温度如果过低，那么熔融的塑料流动性比较差，会产生熔接痕等。最适合的料筒温度应该在粘流温度 或熔点温度9 f和热分解温度9 d之间。喷嘴温度 喷嘴温度一般略低于料筒中最高的温度。如果喷嘴温度过高，则会产 生流涎现象，若温度过

14、低，那么塑料融化不够，形成硬块，从而堵住喷嘴。模具温度 模具温度对塑件的质量有直接影响，涉及到充模时间、成型的速度和 产品的质量。在模具里面，一般都会设计冷却水道，目的就是控制模具的温度。一般 模具的温度要低于玻璃化温度。一般要求是，在满足注射要求的温度下，尽量降低模 具温度。根据查阅资料，玻纤增强PA6选用螺杆式注射机，螺杆转速 2040r/mi n,直通式 喷嘴，喷嘴温度为250260C，料筒前段温度为260270C，中段为260290C，后段 温度230260C，模具温度为100120C。压力注塑机中，主要涉及的三个压力，分别是塑化压力、注射压力和保压压力。塑化压力 塑化压力是螺杆头部溶

15、料在螺杆转动时受到的压力。在其他条件不变 的情况下，塑化压力的增到，会提高溶料的温度，顺利将塑料中的空气排除，使得塑 料的综合性能会有所增加，但是过高的塑化压力会降低塑化的速率，使得成型的时间 加长。注射压力注射压力是指柱塞或螺杆轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的压 力。注射压力对塑料的流动性影响较大，较大的注射压力会溢料、溢边，易产生反应 力，塑件也比较容易变形。压力低的时候，塑件的流动性比较小，气泡堆积比较多， 产品的质量会严重受损。保压压力 型腔充满之后，继续对模内溶料施加压力称为保压压力。溶料在注塑 机里完成充型之后，温度降低会使得塑件的形状变小，在塑件成型之后，注塑机施加 保压压力，

16、能够实现对塑件的补缩，对部分进行塑件补充，从而生产出合格的塑件。 保压压力过大会产生飞边等，如果不足，则塑件成型不足。根据查阅资料，玻纤增强PA6塑料通常使用的注射压力为80130MPa,保压压力 为 4050MPa。时间时间指的是模具从开模到下一次开模所经历的时间，就是一个模具时间周期。主 要指的模具合模时间、喷嘴注射时间、塑料保压时间以及塑件在模内冷却时间，还有 其他时间。控制模具的各个运动的时间，能够有效的提高成产效率。玻纤增强PA6的注射时间35s，保压时间1949s冷却时间1939s,成型周期控制为49100s=1.5注射机有关参数的校核根据单个塑件的体积和排样方式可以确定，四个塑件

17、的体积和浇注系统凝料的体 积之和约为27.4cm3（其中单个塑件的体积约为5.496cm3,凝料的体积约为5.42cm3）,选 取XS-Z-60型塑料注射成型机。该成型机的技术参数如表1所示：表1.2 XS-Z-60 型塑料注射成型机参数表额定注射量/cm360螺杆直径/mm38注射压力/MPa122注射行程/mm170注射方式柱塞式锁模力/kN500最大成型面积/cm2130最大开（合）仃程/mm180模具最大厚度/mm200模具最小厚度/mm70喷嘴球头半径/mmSR12喷嘴孔直径/mm4顶出方式中心机械顶出动、定模固定板尺寸/mm330 >340拉杆空间/mm190 >300

18、合模方式液压-机械液压泵流量/L min70,12液压泵压力MPa6.5电机功率/kW11加热功率/kW2.7机器外形尺寸3160X850X15501）型腔数量的校核根据注塑机一定时间内的塑化量确定所需的型腔数量，如公式1-1 :（1-1）(1-2)叫+叫KMT/360U式中：n模具型腔数量；m 1-一单件塑件的质量或体积大小，g或 cm5；m 2-一流道上凝料的质量或体积大小，g 或 cm；K 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8左右;M 该类型注射机的塑化量的额定值，g/h 或 cni/h ；T成型周期s；根据以上公式，最大注射量计算如公式 1-2为:nm1 + mz<:KMT

19、/36000.8xx503600-S.42 /5期6二82）最大注射量的校核该注塑机在空注射情况下，注射螺杆或柱塞作一次最大行程的注射，所能流出最 大化的熔融塑料的量称为最大注射量。校核公式如1-3 :(1-3)式中：n型腔数量；m 单件塑件的质量或体积大小，g或cm；m j流道上凝料的质量或体积大小，g或cm；m该注射机所能达到的最大注射量，g或cm ；k注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8左右;60 X 0.8 一 5.42 75.4963）锁模力的校核在塑料熔体里所有的压力是通过锁模力进行控制的，同样锁模力还能有效的保证 塑料的质量。塑件在分型面上的投影面积之和（不和浇注系统重合的

20、面）乘以型腔内 塑料压力，即为涨模力。为了保证在注射的时候，不发生塑件产生飞边和涨模现象， 涨模力应小于注射机的额定锁模力 Fn （公式1-4 ）。(1-4)式中：n型腔数量;塑件在分型面上的投影面积之和2cm；浇注系统上的凝料在分型面上的投影面积之和2cm ；p型腔压力MPa型腔压力为注射压力的80流右;n<F n锁模力kN。500 .1202.766根据Pro/E计算得塑件在分型面上的投影面积为2.766cm2，凝料在分型面上的投影面积为11 cm2,模腔内压力取20MPa ,所取的型腔数量为4,所以该注塑机的锁模 力满足要求。4）开模行程校核开模行程主要是有塑件的高度和推出系统的行

21、程决定的，如1-5所示：式中:S>ff1+i+(5ft40)mm(1-5)'最大开模距离;=180mm_，推出距离；-=30mm产生的塑料总高度（包括浇注系统上的凝料）-=60mm由上式得：左边右边，所以该注塑机的开模行程满足要求。2塑料外壳设计2.1塑料外壳设计过程喷油器不是纯塑料制品，在设计塑料外壳的时候，必须的知道喷油器的金属外表 面的形状及需要进行包裹的部分。在本设计中，首先用PRO/E设计了一款喷油器，然后根据装配效果及喷油器的安装情况， 进行塑料外壳的设计。装配效果图如图2.1、图 2.2：图2.1.无塑料外壳喷油器装配图JlSM.FROXl-图22无塑料外壳、无密封

22、圈的喷油器装配图根据上图所示的装配图，对喷油器塑料外壳进行如下设计，如图2.3、图2.4所示（灰色部分为塑料外壳）。图2.3.喷油器外观图图2.4.喷油器外观图根据装配情况和安装的情况，塑件的设计尺寸图，如图2.52.9所示is. nsw.斛图2.5.主视图图26左视图图2.7.B向局部视图c图2.8.C向局部视图图2.9.A向局部视图2.2塑料外壳的排样根据在概述上的校核，型腔的数量可以选择4个，而且根据塑料外壳的尺寸和注射机的选择，塑料的排样方式有如下两个方式图2.10排样方式一该图中灰色的表示需要住注塑的塑件，塑件在 x向之间的距离为60mm，在y向 之间的距离为120m m。该排布在一

23、般的塑件中比较常见，优点有：节省空间，浇注系 统比较好设计，推出时，力比较均匀，能够顺利脱模。唯一的缺点就是抽芯是斜抽芯， 在加工和设计上加大难度，对斜导柱侧向抽芯还好，对于其他的抽芯方式比较困难。 装配模具图如图2.11。图2.11模具效果图图2.12排样方式图2.13模具装配效果图塑件的第二种排样方式如图2.12所示，图2.12的塑件排列主要是以DTM104、 DTM105为对称面。其中塑件中心轴和DTM104的夹角为42°,在y方向上，两个插 头面之间的距离为120mm，为流到预留了宽20mm的距离；在x方向上，两个插头之 间的距离为88mm,为流道留出了 38.6mm长。采用

24、该布局后，模具装配效果图如 2.13 所示，该布局抽芯在模具边缘，抽芯变得十分方便，同样因为布局比较匀称，在推出 的时候，也能比较容易顺利脱模。2.3注塑塑料外壳时的定位在本毕业设计中，塑料外壳是在喷油器外部的，在模具注塑前，就必须要将装配 的喷油器放入模具中，该喷油器放入在模具中，定位问题是一个很重要的问题。定位 是否到位，注塑出来的塑件是否和喷油器同心，很大程度上在注塑前，喷油器的定位 的问题。同样因为插头部分形状比较复杂，如果在合模之前，将带插头的部分定位准 确，保证不会因为合模受到影响而发生偏心。在合模前，将插头放入加工好的侧滑块，并将侧滑块定位。当合模之后，开始注 射，当成型之后，并

25、且保压之后，开模。侧滑块往外拉，推杆推出，这样塑件就能取 出来了。在每次合模之前，需要保证的就是侧滑块能够在原位，这样的话才能实现将 装配好的喷油器放入模具中，实现对塑料外壳的注射成型。在目前考虑中的主要有两个方向对侧滑块进行控制：第一个是采用气缸对侧滑块 进行抽芯，气缸来说相对简便，同时气缸也比较容易控制，这样的话就能对侧滑块进 行随时控制，但是气缸进行操作也有一些缺点，就是气缸控制抽芯没有机械控制抽芯 稳定，同时气缸抽芯可能会造成不同步的问题，在某些方面会增加成本，需要增设一 些气动装置还有电磁阀和接近开关等对于气缸的规格的选择，主要根据脱模力还有抽 芯的距离进行确定。第二种方法是，采用可

26、拆卸式的抽芯部分，能够和侧滑块进行分 开，刚开模的时候，侧滑块和抽芯部分组成一体，开模的同时，实现抽芯，当抽芯完 毕并将塑件推出之后，抽芯部分自动弹回到原位或者手工使其到原位，手工到原位的 由于耗时多，而且模具较热，不太方便。在本次设计中，将会从气缸抽芯和可拆卸抽 芯部分进行一个细致考虑，在接下来的模具设计中会涉及。塑料外壳在喷油器的进油端和插线部分的定位如图 2.14所示：图2.14装配定位图3注塑模具设计3.1模具总体设计本设计所用的注塑机为立式注塑机，立式注塑机方便嵌件的放置。标准模架选择 规格是296X 346,模架为推杆推出机构：定模两板、动模单板式（A1型）。模具的总体 布局如图3

27、.1所示。图3.1模架的布局在这个模架中，主要包括有，绝缘板、定模固定板、主流道衬套、定位环、定模 板、动模板、垫块、推杆固定杆、推板、动模座板、侧滑块、斜导柱、导杆、推杆和复位杆等结构。其中本次设计的模具中，采用了5根推杆和4根复位杆。各个模板的尺寸图如下图3.2所示。3.2分型面的选择分型面在模具的设计中至关重要，是决定模具结构的一个很重要的因素。在分型 面的设计中，首先应该知道模具型腔的数量和排布情况，在上一节概述中已经讲到， 本次模具型腔数量定为4个。在设计型腔数量及排布前，一般会考虑注塑机的参数， 适合一模几腔。分型面的选择有以下原则：1分型面应选在塑件外形最大处；2.分型面 能够让

28、塑件顺利完成脱模；3.分型面不会影响塑件的尺寸精度；4.分型面便于实现机械 加工；5.分型面能够顺利排气。喷油器的塑料外形还不算复杂，根据以上原则，设计 两个分型面就能完成对塑料的分型。喷油器塑料外壳的模具分型面的设计如图3.3所示。图3.3模具分型面该模具分型面有五个分型面，其中四个为侧向抽芯，一个为主要分型面3.3浇注系统的设计从浇口套的进料口到模具型腔之间的直接通道叫做浇注系统，在通到里形成的塑 料称作凝料。浇注系统主要有主流道、分流道、 浇口和冷料穴四个部分。在设计之前,我们必须要懂得塑料的成型性能，这样才能保证该浇注系统能够生产出合格的产品。 由于两个方向的溶料在交接的时候有一定的温

29、度差， 而且注射进去的料温度都比较低, 所以容易产生熔接痕，设计合理的流道能够减少或消除熔接痕。溶料在进入浇注系统 的时候，需能够顺利的排气。为了减少温差，产出合格的产品，在模具的浇注系统流 程应该尽量短。对于一些大型的或者壁比较薄的零件，在设计浇注系统的时候，需要 对流动距离比进行校核。331主流道设计主流道是指从喷嘴开始到分流道的这一段流道，主流道是主通道，形状和尺寸对 塑料的充模速度和充模压力有较大的影响。主流道一般都从浇口套开始，为了使塑件 顺利脱模，一般设计成圆锥形，锥角在 2° 6°之间，流道的表面粗糙度应该控制在 Raw 0.8卩m,浇口套的加工要求为使用碳素

30、工具钢制造，热处理淬火到5357HRC。浇口套的设计如图3.4和图3.5。图3.4浇口套三维图图3.5浇口套尺寸图在本设计中，浇口套选用的是标准件，在pro/e软件的模架选择中类型为Z51r。浇口套和模板之间通常采用 H7/m6的过渡配合，那么配合尺寸为18 H7/m6。浇口套 和定位圈则采用H9/f9的间隙配合，配合尺寸为 18 H9/f9。332分流道设计分流道是指从主流道末端到浇口部分的通道。分流道的作用主要是改变塑料的流 向，能将溶料平衡的分配到各个型腔。分流道的形状有很多种，主要有圆形、梯形、 U型、半圆形和矩形。其中圆形的比表面积比较小，损失小，梯形和U型比较容易加工，比较常用，矩

31、形用的比较少。在本毕业设计中，选用圆形的截面，根据经验所得， D=48mm为宜，这里我们取第一阶段的分流道截面直径为 5mm,在每一节流道比下 一节大10%20%的原则，可以确定第二节的流道可以取 44.5mm左右，这里我们取 第二节的分流道直径为4mm。根据浇口位置选择的原则，型腔呈现出矩形布局，那么 分流道采用“非”型布局。将分流道布局如图3.6。>.llI-MAII图3.6分流道分布示意图其中第一节分流道的长度为60mm，第二节分流道的长度为18.8m m。分流道和模 具接触的外层塑料迅速冷却，流动状态要理想，所以表面粗糙度设计在1.6卩m左右。3.3.3 浇口的设计浇口也就是通常

32、所说进料口，是从分流道到型腔之间的直接通道。浇口有两种类 型一种是限制性浇口；另一种是非限制性浇口。在浇注系统里面，限制性浇口的尺寸 是最小的，当截面突然变小时，熔体的压力和流速会突然增大，这样就能让熔体快速 的充入型腔，不会产生太大的充型不足的问题。而非限制性浇口相反，是截面最大的 部分，主要是起引料和进料后施压作用。按照结构特点，也可以细分为直接浇口、侧浇口、环形浇口、轮幅式浇口、点浇 口、潜伏式浇口和爪型浇口。查阅资料得到，对于塑料PA可以选择用直接浇口、侧浇口、点浇口和潜伏式浇口。对于喷油器的结构来说，不适合直接浇口，而喷油器塑 料外壳表面结构复杂，点浇口没有侧浇口的补缩好，最终决定使

33、用侧浇口。侧浇口形状一般都为矩形，宽度和深度的计算公式如公式3-1和公式3-2所示:0.60530(3-1)(3-2)式中：b 侧浇口的宽度，mm；A塑料外表面积， mm；T 侧浇口深度，mm；S侧浇口处塑料的壁厚，mm。对于中小型的塑件，一般壁厚取 0.52mm,这里取1.5mm。用PRO/E软件分析,塑件的表面积大约为4000mm2左右。所以二30这取 b=1.5mm。浇口长度I 一般为0.82.0mm左右，这里取浇口长度I为2mm浇口位置的选择对成型的塑件品质会有较大的影响，浇口位置选的不好，有些塑件将可能出现填充不满或者熔接痕明显等缺陷。浇口的设计有如下注意要点：1.流动距离尽量短；2

34、.浇口位置应在壁较厚的地方；3.减少熔接痕；4.考虑分子定向的影响； 5避免熔体破裂现象。对于型腔浇口的BGV值计算，四个型腔的排列均为矩形均布排 列，而且主流道到各个浇口的距离都是相等的，所以 BGV肯定是平衡的。由于浇口的位置尽量放在壁厚处，且在选的该浇口位置填充较为困难，需要保压补缩对塑件的品质保证会高一点。浇口位置的选择如图3.7所示图3.7浇口的位置选择334冷料穴的设计当模具合模后，模具的温度比较低，所以刚从喷嘴流过来的溶料温度会比较低， 塑料的性能会受到影响，设计一个合理的冷料穴，对刚从喷嘴过来的冷料在冷料穴进 行堆积，这样头料就不会填充到型腔里，不会影响塑件的品质。如图3.8所

35、示，为设计的冷料穴。图3.8冷料穴的设计图3.9分流道上的冷料穴由于分流道较长，所以在分流道上，溶料降温也会比较大，所以在第一节和第 节分流道之间增设一个冷料穴。如图 3.9所示。3.4排气系统的设计为了让注射的溶料顺利充模，必须能使流道和型腔中的气体有序排出。在充型的 时候，如果气体没有顺利排出，很容易在塑件里面产生气泡等缺陷，从而影响塑件的 品质。排气系统的设计有三个种方式：1.利用模具零件之间的配合间隙进行排气，其配合 间隙不能超过0.04mm； 2.分型面上设计排气槽，部分塑料的排气槽高度设计在表3.1上有所列举；3.在型腔里面安放排气塞进行排气。表3.1塑料的排气槽深度设计塑料品种深

36、度h塑料品种深度h聚乙烯0.02聚酰胺0.01聚丙烯0.010.02聚碳酸酯0.010.03聚苯乙烯0.2聚甲醛0.010.03ABS0.03丙烯酸共聚物0.03图3.10禾U用抽芯和模具的配合间隙进行排气图3.11利用顶杆和模具的配合间隙进行排气在模具的排气系统设计中，主要是采用各个零件之间的配合间隙进行排气，如图 3.10就是利用抽芯部分和动模之间的配合间隙，将型腔的气体排出。除了采用配合间 隙排气外，一般也会设置排气槽进行排气。在本模具中，每个型腔中均设置了一个顶 杆，每个顶杆和模具配合间隙都控制在 0.03mm0.04mm之间，这样也能将型腔里的 气体顺利排出，如图3.11所示。3.5

37、冷却系统的设计模具温度及其波动对塑件的收缩率、尺寸稳定性、力学性能、和表面质量都有影 响。为了降低模具温度，便于塑件成型、定型，通常的方法都是在模具里增设冷却系 统，冷却用的物质大部分都是使用水，而在模具的里面增设冷却水道。为了更好的用 冷却系统控制模具温度，通常对冷却回路的表面积进行计算，如公式 3-3:MqA =36000(6 - 9 ).(3-3)式中A冷却水道的总的表面积，m2;M模具在一定时间内注入的塑料量，kg/h;q单位质量树脂在模具内释放的质量，J/KG，其中PA6的为5.6;a冷却水的表面传热系数， W/(m2 K);模具成型表面的温度，C；冷却水的平均温度，c；其中传热系数

38、一式中在该温度下冷却水的温度，kg/m3；V 冷却水的流速，m/s； d冷却水孔直径，m ；()与冷却水温度有关的物理系数，查表3.2可得表3.2水的值与其温度的关系平均水温510152025303540455067.57.958.48.849.289.6610.05冷却水道的总长度如公式3-4:(3-4)式中L冷却水道回路总长，m；2 A冷却回路总表面积，m ;d冷却水孔直径，m。按照要求，模具冷却水孔的直径不得大于14mm,平均壁厚2mm,水孔直径可取810mm,这我们取冷却水道的直径为 8mm。如图3.12所示，为冷却水道回路设计。图3.12冷却水道设计回路设计原则：

39、1.冷却水道数量尽量多，孔径尽量大；2.冷却水道至型腔表面距离 尽量相等；3冷却水在进出水口的温差应该尽量小；4.在浇口位置加强冷却；5.冷却水 道避开易产生熔接痕的地方。图3.13冷却水道效果图3.6推出系统的设计推出机构一般由推出、复位和导向三个部分组成。推出部分主要是推杆推出，推杆固定在推杆固定板上，另外边和塑件相连。在本设计中，由于塑件的尺寸较小，推杆也设计的较小，其中4支顶出塑件的推杆外径为3mm，顶出凝料的为外径6mm，推出行程设置为30mm,零件效果如图所示。图3.14推杆的设计图导向部分主要是有导柱和导套组成，导柱的加工精度对模具合模的重合度影响较 大，如果模具合模重合度不好，

40、生产出来的塑件圆度等将会很低，所以导柱和导套的 设计也很重要。复位部分主要是采用复位杆和定模接触，动模向定模靠近，复位杆受到定模的力 从而让推板背向动模做复位运动，复位杆有效的保护了推杆，而且复位杆使得推板复 位到原位，从而进行下一步操作。图3.17复位杆效果图1R0，8 X®I2T107 1 *图3.18复位杆尺寸图3.7侧向抽芯机构的设计侧向抽芯机构的设计，在上一节中已经介绍到了侧向抽芯在选择上有气动抽芯和 侧滑块抽芯两种，在本设计中，对比了两种测向抽芯的优缺点，气动液压抽芯相对简 单，但是需要增加设备，机械抽芯不需要增加其他设备，但是结构比较复杂，将来的 维修方面会比较困难，对

41、比之下感觉使用气压缸会比机械抽芯好一些。侧向抽芯脱模力的计算，用 PRO/E软件对抽芯包络面进行分析，包络面积为260mm2，底面相对面积为77.72mm2,计算公式如3-5:FtzAp(icosa-since)+ Fa(3-5)=260 X 10'6 X OS X W7 X 02 +1.01 X 10s X 7.772 X 10's = 216N式中：A抽芯中塑料包络的面积；Fn侧向抽芯力；Fo抽芯时底面克服的大气压力；P塑件对抽芯的型芯单位包紧力，模外冷却取p为(2.43.9) X107MPa, 模内冷却取 p 为(0.81.2)x 107MPa，这里取 0.8X 107M

42、Pa；a 脱模斜度；卩一一塑料相对钢的摩擦系数，取 0.10.3之间，这里取0.1。抽芯距的确定主要是看侧凹、侧孔或侧向凸台的高度，一般要比侧凹、侧孔或侧 向凸台高出23mm，用公式3-6表示：s=s' +(23)(3-6)式中：s抽芯距离，mm；s'塑件上侧凹、侧孔或凸台的高度，mm。由式 3-6 可以得出，s= 9.6+3=12.6mm。综上可以得到，气压缸抽芯力要满足 700N左右，而抽芯距离必须大于20mm, 根据以上的条件，对气压缸进行选型。气压缸的工作气压一般会小于1MP大于0.2MP, 对于一般气缸的充气压力为 0.30.4MPa左右，假设有一个缸径为d的气压缸，

43、工作压 力为0.3MPa，则有：ird23.14 Xd2F = TXp = x0'3x10 =216N所以d=30根据SMC气缸选型手册查询可得，适合的气缸有C95系列的缸径为32的标准气 缸，选择行程范围为50mm。关于该气缸的参数如下表3.3所示：表3.3气缸参数缸径动作方式最高压力最低压力使用环境和流体温度缓冲接管口径32mm双作用1.0MPa0.05MPa磁性-1060 C无磁性-1070 C气缓冲G1/8对于气压缸的外观尺寸，如下图 3.19所示，型号的选择为 C95SB32-50W-XB6。这里的S表示标准型气缸，B为基本型，32为缸径的大小，50为行程，W为双杆，XB6表

44、 示耐热型工作温度可以在150C。本设计中，采用一个抽芯一个气缸的方式，在模具上 采用对称排列。如图3.20所示，为PRO/E效果下的三维图。该结构由气缸和一个 L型 支架组成。图3.19气缸尺寸图图3.20气缸的外观图对于L型支架也可以一起订购，L型支架有标准的规格参数。该 L型支架的二维图如图3.21所示：32.5图3.21 L型支架尺寸图图3.22气缸装配示意图M10 X 1.25如图3.22所示，为气缸的装配示意图。气缸的轴心和侧滑块是通过螺纹进行连接，侧滑块上再加 M3 X5紧定螺钉进行稳固4模具加工工艺制订模具的加工并非是单车床铣床等普通机床能够完成的，在模具的加工中，需要用 到许

45、多特种加工方式，制订一个规范的加工流程，使得模具在高效率高质量的保证下 完成加工。模具很多零件都是板料结构，在铣床上加工多一点，同样由于型腔等形状比较复 杂，成型机和线切割等特种加工也会涉及。在本章中，将会从型腔的加工、侧向抽芯 用的侧滑块的加工、浇注流道的加工、冷却水道的加工和推杆的加工做一个分析。4.1加工中常用的加工设备说明在本次加工中，主要采用数控铣床对模具的型腔进行加工，由于加工的形状比较复杂，在铣模具的型腔的时候，最好选用模具专用铣刀。在表4.1表4.6中为一些设备的参数。表4.1车床设备参数机床最大加工 直径X加 工长度主轴转速(r/mi n)加工质量主电机功率不圆柱度锥度不平度

46、粗糙度C6132320X8004012000.010.010.015/1801.64CA6140400X6501018000.010.01/1000.015/2001.67.5CM6140400X9001014000.0050.01/1500.01/2000.87.5表4.2钻床设备参数机床最大钻孔直径主轴行程主轴转速级数主轴转速主电机功率立式Z51818150631029751Z5252517599717602.8摇臂Z3550350183417005.5Z37754502211.214007.5表4.3磨床设备参数机床磨削规格磨削长度加工质量不圆柱度端面不平度粗糙度外圆磨床M161直径83

47、1510000.0030.0060.2内圆磨床M2120直径 5002001201600.0060.005/2000.4平面磨床长X宽1000 X不平面度0.8M7730K3000.015/1000无心磨床直径240磨削宽度140椭圆度0.002不圆柱度0.0040.2M1040表4.4铳床设备参数机床工作台工作面长X宽工作台最大行程纵向X横向X垂直主轴转速（r/min）主电机功率（KW ）卧式铳床X60800X 200500 X 160 X 3005022403卧式铳床X621250X 320700 X 255 X 3603015007.5立式铳床X52K1250X 320700 X 255

48、 X 3703015007.5万能铳床X62W1250X 320700 X 255 X 3703015007.5电火花加工设备主要分为慢走丝、快走丝和立式自旋转电火花切割机。主要的原 理是电火花放电进行腐蚀加工，能够加工各种形状的平面图形。电火花成型机设备和电火花线切割的工作原理是一样，主要是通过先加工一个复 杂形状的电极，然后用电极接电，和工件表面发生放电进行腐蚀加工。4.2零件加工工艺4.2.1下型腔板加工工艺下型腔板上的形状比较复杂，主要有分流道、浇口和型腔，对与这种复杂的形状 表面，需要用三维软件进行造型，然后通过毛坯选择、刀具选择、刀路轨迹的形成、 模拟仿真，最后进行模具加工的程序输

49、出。图4.1下模具型腔TTflimm lieUD测;I帯ajjjL la图4.2下型腔板根据实际情况，下型腔板的规格为 200*180*50mm，下205*185*55mm的块料，材料为Cr12合金钢，去除毛坯外表面氧化皮。使用平面铣刀铣六面体，型腔面留0.5余量，用磨床精磨。型腔用 CNC机床铣刀开粗，再用成型机粗加工。粗加工完毕后 将其放入炉升温至600-650E并保温0.52h,温度升高到800-850C，保温0.52h,接 着温度升至950-980E，保温0.52h,取出放入油中淬透。最后在 CNC机床精铣，成 型机电火花精加工。型腔加工步序如表4.5:表4.5下型腔板加工工序加工步序

50、刀具类型刀具尺寸加工类型加工部分1球头铳刀2粗加工22平面铳刀2粗加工编号以外部分3平面铳刀4粗加工14球头铳刀0.5精加工25平面铳刀0.5精加工编号以外部分6/成型机精加工17/成型机粗精加工38球头铳刀4粗精加工第二节分流道9球头铳刀5粗精加工第一节分流道10平面铳刀2粗精加工浇口位置422上型腔板加工工艺上型腔板的加工和上型腔板的加工类似，不同的是上型腔板不用加工浇口，而需 要加工冷却水道。毛坯料的选择和下型腔板的选择一样，采用205*185*55mm规格的Cr12合金钢。加工步序如下表4.6：表4.6上型腔板加工工序表加工步序刀具类型刀具尺寸加工类型加工部分1立铳刀5粗加工冷却水道2

51、立铳刀8精加工冷却水道3球头铳刀2粗加工24平面铳刀2粗加工编号以外部分5平面铳刀4粗加工16球头铳刀0.5精加工27平面铳刀0.5精加工编号以外部分8/成型机精加工19/成型机粗精加工310球头铳刀4粗精加工第二节分流道11球头铳刀5粗精加工第一节分流道图4.3上模具型腔423侧滑块抽芯结构加工侧向抽芯的侧滑块加工相对简单，主要是加工里面的插线孔，孔型也相对简单， 所以在加工孔的时候，可以选择用成型机进行电火花加工，而对于外面部分的则可以 米用铣刀进行加工85加工步序刀具类型刀具尺寸加工类型加工部分1平面铣刀5粗精加工毛坯件外部1平面铣刀5粗加工插孔外部2平面铣刀5精加工插孔外部3/成型机粗

52、加工插孔及上部分7/成型机精加工插孔及上部分侧滑块零件图致谢毕业设计现在也在接近尾声了，从刚接到任务到现在毕业论文的接近完成，期间 有经历多少困难，就有老师的多少次孙老师的悉心指导，从一开始对模具设计的一窍 不通，到现在的不断学习，了解，各种方法的努力尝试，在此非常感谢尊敬的孙树峰 老师。在毕业设计期间，孙老师多次询问毕业设计的情况，以及多次指导在毕业设计 过程中存在的难点问题，在解决难点问题上提供了很多解决方案。最后感谢那些在毕 业设计过程中，批评、指导的老师和同学们，谢谢。参考文献1 徐建平，朱萍Pro/E产品设计案例教程(野火版3.0 ) M.北京：航空工业出版社，2010.2 周乐来.Pro/ENGIEER Wildfire 4.0 产品造型设计与范例精解 M.北京：机械工业出版 社,2009 .3 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京：高等