活动圈注塑模具设计说明书

1、第1章 绪论作为工业生产行业中重要的组成部件，模具充当着工业体系中工艺配置重要的环节，其形状能够使原材料成型。由于模具成形具有质量好、产量高、节约成本等特点，现已在化工、轻工业产品等组成，并落实了工业化生产的广泛应用。有资料显示，我国目前以模具制作的电器配件、设备仪器、飞机元件等机电产品约为百分之七十范畴。1.1 塑料模具简介伴随社会经济体系的不断壮大，大众对工业生产领域的关注度日渐加深，经由工业产品推广、生产等方面带动下，工业产品从数目、类型、质量、款式方面都有所提升。为了达到大众需求，满足社会科研发展的水平，现阶段，全球范围内多个国家针对工业生产进行了规范化管理，其中之于模具技术的重视力度

2、得以体现，人们开始了解到，模具制作是工业领域发展的有利要素，同时如何提升模具制作工艺，以促进经济效益的提高，成为了当前企业乃至研发人员聚焦的热点。探索模具制作工艺，了解模具技术制造水平，是二十一世纪以来，工业化领域重大的开拓指标。举个例子，在日本，模具被作为推进社会经济效益的原动力，而德国地区，将模具作为加工业的地位提升至帝王层面。由此我们可以获悉到，工业水平的迅猛发展，模具工业的推动性因素不能忽视。1.2 塑料模具的行业现状在国外，一些技术领先的国家在模具制造业的发展形势开始往标准化、系列化、高效性、制造用时短及通用化方向推进。以计算机网络为设计构思的方式成为主要运营方式。为了满足模具制造领

3、域的基本需求，模具市场开始注重起模具原材料及设计样图的质量。对模具原材料的品种、精细化、制品化要求有所提升。伴随模具制造业条件日渐苛刻，针对模具成品质量的指标不断增高，从而要求模具行业的技术体制必须往高水平提高。为了满足这个目的，国外一些研究团队借助电炉与炉外工艺制纯技术来进行模具钢构，被广泛应用于制造环节，以调动模具成品的精纯度、致密性等，降低偏析。所以，模具钢的水平得以充分体现。全球化经济时代的到来，一方面给予大众发展的舞台，一方面也致使模具产业的生产模式趋向集中化，以多个企业为主体的跨度合作，跨国交流模式成为了社会运营趋势。为了更好的迎接市场竞争，带动企业发展，就必须形成高品质的制造工艺

4、与设计出合理性的科研方案。宏观立场上解析，国内在模具冲压领域的发展已经得到前所未有的发展。针对一些大型的冲压模具形势，其已经抬升至一定的高度，能够为一些小型轿车及配套零件提供良好的依托。在国家的正确引导下，通过漫长的一段探索时期，我国在模具系统中的成果已经获得了全面的提升，制造水平及设计能力得以深化。我国模具落后和差距主要表现在下列5方面：我国模具生产厂家多数由自配模具车间为主，自产自配的行业比例较高，约为市场份额的过半数目。现时我国自配率仅为百分之八十范畴，处于中低档水平，技术水平依然亟待提高，中档阶段的模具自配率在百分之四十范畴。我国在模具制造领域的技术水平相对落后，模具生产周期也相对过长

5、。能力较差，经济效益欠佳。随之而来的较大的经济压力，滞后了我国模具产业链的构筑，同时也造成一些企业面临亏损，缺乏后继动力。模具企业的管理体制不适用于新时期内部需要，技术水平过低，管理能力不到位也满足不了经营的需求。一些模具生产厂家过度追求传统管理模式，渐渐披露出了陈旧体制的弊端，不利于企业的发展。1.3 塑料模具的发展趋势在国外，一些技术领先的国家在模具制造业的发展形势开始往标准化、系列化、高效性、制造用时短及通用化方向推进。以计算机网络为设计构思的方式成为主要运营方式。为了满足模具制造领域的基本需求，模具市场开始注重起模具原材料及设计样图的质量。对模具原材料的品种、精细化、制品化要求有所提升

6、。伴随模具制造业条件日渐苛刻，针对模具成品质量的指标不断增高，从而要求模具行业的技术体制必须往高水平提高。伴随社会经济体系的不断壮大，大众对工业生产领域的关注度日渐加深，经由工业产品推广、生产等方面带动下，工业产品从数目、类型、质量、款式方面都有所提升。为了达到大众需求，满足社会科研发展的水平，现阶段，全球范围内多个国家针对工业生产进行了规范化管理，其中之于模具技术的重视力度得以体现，人们开始了解到，模具制作是工业领域发展的有利要素，同时如何提升模具制作工艺，以促进经济效益的提高，成为了当前企业乃至研发人员聚焦的热点。探索模具制作工艺，了解模具技术制造水平，是二十一世纪以来，工业化领域重大的开

7、拓指标。第2章 产品工艺性能分析2.1 材料性能ABS是由丙稀腈、丁二烯、苯乙烯单体合成，不同的单体应当具有不同的属性，苯乙烯的加工较易，光泽度高，强度稳定，而丁二烯则有着抗冲击及坚韧性特征。此外，丙烯腈的热稳定性较高。ABS工程塑料不透明，浅象牙色、无毒、无味，具有韧、硬、刚的特点，从形态上看，ABS是非结晶型材料。ABS牌号的材料综合性能较好，实际生产中应用的范围非常广，具有很好的尺寸稳定性，而且其易加工成型，外观特性也超强，还有其低蠕变性。成型过程有以下特点：容易吸水，使用ABS材料前要使用干燥设备对其烘干，时间3小时，温度8090，如果产品表面要求光泽则干燥要求更高。 适合选用较高的模

8、具温度和塑料温度，其中塑料温度一般要小于270，太高塑料会被分解掉。对精度较高的塑件，温度选 50-60，对于高光泽度、耐热的模具，选60-80。（3）对于夹水纹须提高材料的流动性。解决方法多种多样，比较常用的是采取较高的模具温度和塑料温度，或是改变入水位置。（4）如成形耐热级或阻燃级材料，材料的成型周期通常在一周范畴左右，一些塑料分解物会留在表层，表层从而亮光，需进行清理，同时表面需有排气位置。2.2 塑件结构分析图2.1 活动圈三维图由图2.1可知，该产品大小一般，无复杂结构，需采用侧抽机构，厚度较均匀，平均厚度为3mm，经过测量得到其体积约为7.2cm。本次设计之中，会将同一塑件壁厚进行

9、协调，以满足冷却或固化速度，并不加外力压迫，避免塑件出现扭曲，缩小，裂纹等现象。2.3 塑件生产批量该产品生产批量大，应选择自动化生产，但由于产品结构较特殊，因此选择采用半自动化生产模式，利用侧浇口进胶方式，模具开模时将整个浇注系统顶出，后续由人工切断浇口来完成。设计成型方案及模具结构3.1 分型面的设计分型面的选择基本依循一个定理，就是保障塑件的整体质量，使模具结构简单的同时要有利于成型件脱出模仁；分型面受到塑件的成型影响，其从浇注过程到塑件架构阶段就长久存在于机构区间之内。为了确保分型准确性与精确度，就需要在模具制造过程中，选择适当的工艺进行，避免发生问题。宏观立场上，研发人员将模具中的浇

10、注系统的凝料和可以取出的塑件进行分离处理，并且基于这两种部件形成分型面顾虑到塑件外观质量问题，需要将分型面设置在合理截面处，产品活动圈，没有异形曲面，分型面设置在断面最大轮廓处。如图所示：图3.1 分型面位置图3.2 型腔数量及排布形式确定模具的型腔除却一些具体的尺寸之外，其他都和塑件完全吻合，仅仅将凹、凸模放在相反区间。出于注射机与模具生产力配套的需求，为了更好的提升生产效益与经济性，需要确保塑件的精确度，达到整体设计定型的目的。根据塑件的大小，本次模具设计能够应用一模两型的方式进行架构，一般这种型腔的排列方式具体如图3-2所示：采用两个塑件水平排布的方式。图3.2 型腔排列图3.3 浇注系

11、统的设计合理的流道的浇注系统其目的就是在于可使从注塑机喷嘴射出来的塑料熔体既能够达到总体平稳性，进行压实、保压.通常情况下，人们在设计一个合理的流道浇注系统时需要考虑主流道、冷料井、多级分流道和流道浇口这几个关键部位。浇注系统的型腔规划需要按照设计方向，其关系到成型的塑件质量。浇注系统的大小对其内部质量等的妨碍性也相对之高，同时由于采用的塑料利用率和成型率等因素，导致塑件成型后还将受到各种因素的牵扯。浇注系统的设计一般需要综合下列几个要求进行：1. 分型面上进行分流道的设置，分流道的浇口可以和隧道的形态保持一致，潜伏于分型面下方的定模板上，同时也能够在分型面的动模板上潜伏，能够使熔体沿着斜面潜

12、入到型腔之中。2.浇口位置通常选在制件的侧面位置，能够避免塑件外观出现痕迹。3.进行设置时为了防止浇口出现痕迹，能够借助推杆安设二次浇口的形式，进行机体的维护，同时可以把二次浇口末端和塑件形成互通的内壁。4.浇口在模具开模期间，可以自动切断，同时无须进行浇口处理，不过需要塑件的侧面位置留下浇口痕迹。5.分流道和潜伏浇口的夹角需要维持在三十度至五十度范畴，通常借助圆形或者椭圆形进行截面。6.确保塑件外观及其质量，提供良好的修葺方式；7.应当结合型腔布局需求，进行适当的考量；8.要求热量及压力损失最小。图3.3 浇注系统图3.4 模具冷却系统注射模具冷却系统的设计原则有下列几条：1由于型芯的冷却状

13、况和凹模的状况有一定差别，所以采用这两种手法需要应用上不同的回路进行架设，并对接不同的冷却凹模和型芯。2模具冷却水的温度升幅会影响热传递，一般情况下，模具出水口温度和入水口温度相差不可以超出五摄氏度范围，冷却回路的长度应当维持在1.2-1.5米区间，并防止回路弯数超出五个。3借助又多又细的冷却管道进行架设时，更有利于进行模具调节。不过导管也不能过细，以防止堵塞现象出现，通常直径为8-25毫米。4当模具仅仅规划了单个的接水口和单个的出水口时，即需要将冷却管串联，当需要联结时，可以针对回路中的各处水量调整压力。经过对该活动圈分析设计如下图所式的冷却水路：图3.4 冷却水路图其中热量计算公式为： (

14、3-1)：冷却水体积流量计算公式为： (3-2)根据计算结果确定冷却水路孔直径为6mm。冷却水在圆管中的平均流速计算公式为： (3-3)。冷却管道孔壁与冷却水之间的热传导系数计算公式为： (3-4)冷却管道孔壁与冷却水之间的热传导系数计算公式为： (3-5)冷却系统总传热面积的计算公式为： (3-6)模具应开设的冷却管道的数目计算公式为： (3-7)，为了保证冷却效果，在前后模各设置2条冷却水路。3.5 成型零部件设计及工作尺寸计算成型零部件构筑形态需要按照塑件需求进行调动，并基于稳定的基础下，对后期使用进行检测、维护。观察分析可知，本次产品的核心部件有以下几个：主要是型腔及型芯。由于该产品的

15、高度落差不大总体尺寸也不大，所以模具的上下模仁采用整体结构而不采用分体式的结构，这样一个方面是为了保证成型零部件的精度和另一方面整体式的结构方便一次加工成型减少多次装夹加工以及装配带来的精度误差，加工完成后分别固定在定模板和动模板上。根据日常加工经验，我们需要在零件的尖锐位置做倒C2角处理。避免装配中对人员造成划伤，以及工件的锐边带来的毛刺拉伤型面，造成装配干涉等，更有利用模仁与型腔板等其他零件之间的装配。上图所示为组成模具成型零部件的重要部分，其成型过程由三维数控加工保证，加工成型之后，由螺钉固定在模具的定模板和动模板上。模具内部跟产品内外形状有关的尺寸被称为工作尺寸。结合该零件实际情况取M

16、T5精度。其相关尺寸计算公式如下：3.5.1 型腔径向尺寸（A类尺寸）型腔径向尺寸计算公式为： （3-8）， 3.5.2 型腔深度尺寸（A类尺寸）型腔深度尺寸计算公式为： （3-9）。3.5.3 型芯径向尺寸（B类尺寸）型芯径向尺寸计算公式为： （3-10） 3.5.4 型芯高度尺寸（B类尺寸）型芯高度尺寸计算公式为： （3-11）3.5.5 型芯之间或成型孔之间等中心距尺寸（C类尺寸）依照参考文献1可知，型芯之间或成型孔之间等中心距尺寸计算公式为： （3-12）由于该模具结构简单，无C类尺寸。（式中，为塑件相关尺寸公差；是ABS的收缩率，取0.5%；是模具制造差，对于该电风扇筒产品取0；是修

17、正系数，取1/2。）3.6 导向与定位机构设计为确保动模与定模两个板块及模内其余零部件的准确对合，导向机构的存在十分有必要，其推动着机构的定位与导向发展。借助导柱与导向孔间的联系，导柱导向机构可以相互结合，有效落实模具的精度对准。根据之前确定的模具结构方案，决定采用导柱导向的方式。导柱导套的具体形式如下图所示： 图3.7 模具导柱 图3.8 模具导套可以看出该模具的导柱和导套都是采用的带肩类型。采用这样设计的原因是其具有导向作用，在模具生产加工中与导柱无阻滞、耐磨。从而有效提高了模具的使用寿命和更换零件的成本。导柱和导套的配合优先采用基孔制。由于产品没有特殊的精度要求，利用注塑机的定位系统及模

18、具的导柱导套辅助定位即可，所以不需单独设置定位机构。 3.7 推出机构的设计设计脱模机构时，需要依循一定的原理进行：（1）为了确保脱模机构在推出时能够具备稳定、简单、稳固的性能，在开模时，需要把塑件存留在动模当中，以备注射机在移动过程中或推杆操作中的使用需求。（2）确保塑件不会因外力发生变形或者损坏，这是最基本的脱模机构需求。（3）推出运动过程中需要具有灵动性、稳定性、精确性等特点，同时脱模机构本身具有适宜的刚度，有着较强的耐磨性。同时为了满足脱模目的，需要提供动力源，其中分化出机动脱模、气动脱模、液压脱模以及手动脱模这四种动力源。基于注射成型阶段后期塑件成型脱离模具的工艺要求，需要藉由相关的

19、推出零件与辅助零件构成脱模机构。根据该活动圈的大小、形状，选择采用圆顶针将成型的制件从模具中推出。其结构如下图：图3.9 圆顶针结构图综上，结合模具结构，组成模具推出结构，其推出机构图如下：图3.10 模具脱模推出机构图3.7.1 脱模力计算脱模力计算公式如下： （3-13）据脱模力计算公式，计算得出脱模力为2.35kN。3.7.2 推杆直径计算根据压杆稳定公式： （3-14）计算得出，推杆直径为2.1mm，根据实际情况，决定选用直径为4mm的顶针。3.7.3 推杆强度校核推杆强度校核公式如下： （3-15）根据所列出的公式计算，可以得到顶针受到186.5MPa的力，查询资料的到该顶针材料允许

20、受到的力是480MPa，由此可以校核出顶针是满足生产需求的。3.8 排气机构设计本次模具设计可以利用分型面和顶针与模板配合的间隙以及顶针与模仁的配合间隙排气即可，不需要设置单独的排气系统。如在后期试模过程中发现产品存有缺陷是因为排气质量不太优所影响，为了解决这一质量问题设计在模具的PL面用铣刀加工出一些排气槽，但需要注意的是，不能排气槽的深度不能大于ABS塑料最大的溢料间隙值0.04mm。3.9 型腔壁厚的计算与校核3.9.1 型腔侧壁厚度的计算与校核型腔侧壁厚度按照刚度的计算公式为： (3-16) 。，所以。型腔侧壁厚度按照强度的计算公式为： (3-17) 。，所以。3.9.2 型腔底板厚度

21、的计算与校核型腔底板厚度按照强度的计算公式为： (3-18) 。，所以。型腔底板厚度依照刚度的计算公式为： (3-19) 计算得：。，所以的取值符合要求。其中，；，取MPa；，取0.05tmm；，取2545MPa。3.10 模架的选用模架标准化的意义在于缩短模具加工周期，且方便模具替换，方便行业统一，利于市场发展。我国制订出了与注塑模具相关的国家规范，见下表。表3.1 有关塑料模架的国家标准序号标准名称标准号1塑料注射模零件GB/T 4169-20062塑料注射模零件技术条件GB/T 4170-20063塑料成型模术语GB/T 8846-20054塑料注射模技术条件GB/T 12554-200

22、65塑料注射模模架GB/T 12555-20066塑料注射模模架技术条件GB/T 12556-2006根据塑件结构和模具结构特点，决定采纳规范GB/T 12555-2006中大水口CI型模架，如下图所示：图3.11 大水口CI型模架选择模架型号为大水口CI 3335-609090 GB/T 12555-2006，模具的尺寸最大为400350300（mm），A、B、C板厚度分别为60mm、90mm、90mm，模具顶出距离是40mm。3.11 模具钢材的选用模具材料的性能要求主要体现在硬度，强度，塑性和韧性上。表征钢的抗变形和接触应力的硬度，硬度和强度之间的关系以及钢的成分和组成之间的关系； 强度

23、是钢的使用过程中对塑性变形和断裂的抵抗力，并且对于模具而言，整个表面或部分钢在使用期间抗拉力和压缩力，弯曲力，扭力或综合力的能力；模具钢的可塑性差，尤其是冷冲压模具钢，很容易发生脆断，一般采用断后伸长率和端面收缩率两个指来衡量模具钢塑性好坏；韧性是模具钢的一种重要指标，韧性是指材料在冲压载荷作用下抵抗破坏的性能，韧性越高，材料脆断的概率越低，热疲劳度强度也越高。本次模具设计选用的部分模具材料如下表所示。表3.2 模具零件材料表序号名称材料1模坯452型芯P203型腔P204浇口套455定位环T8A6支撑柱457限位块458内六角螺钉35CrMo8垃圾钉459推杆SKH5110导柱GCr1511

24、导套GCr1512复位杆4Gr5MoSiV113O型圈橡胶14喉塞黄铜15快速水接头黄铜3.12 注塑机的选择3.12.1 选择合理的注塑机注塑机成型机是工业生产的一种工装设备，用于塑料注射成型。采取适当措施，获得良好的塑料熔体，作为注射成型工艺的关注重点，根据它的形状，它可分为立式注塑机、卧式注塑机和角式注射机。注射成型需要经过良好的冷却定型过程，为了满足定型需求，在塑料定型过程中，工艺条件通常需要选取质量较高的素材。此外温度的冷却时间、压力机运行区间等都是影响塑化成型的关键因素。为了提升对于各个参数的控制精度，本文选取卧式注射机采用液压传动和电器控制注射的方式。选用注射机时根据注射机公称注

25、射量GB选择注射机，初选SZ-150/40注塑机，其具体参数如下表所示：表3.3 注塑机参数表名称参数理论注射容量/cm150螺杆直径/mm40注射压力/MPa180锁模力/KN600拉杆内间距/mmmm350500移模行程/mm250最大模具厚度/mm420最小模具厚度/mm250喷嘴球头半径/mm16喷嘴孔直径/ mm33.12.2 注塑机最大注射量校核因为注塑成型机在注射成型制件时熔融塑胶会有一定损耗，所以，需要计算整个浇注系统的体积质量，结合一定的损耗比（一般为浇注系统的0.20.8）来选择符合要求的注塑成型设备。根据对产品的三维尺寸进行分析计算，得到单个产品的体积约为7.2cm，由此

26、产品和浇注系统总体积约为17.93cm，由此可以看出该注塑机的注射量150cm3远大于成型产品所需要的注射量，完全符合要求。3.12.3 锁模力校核塑料制件在注射成型时，需要一定的压力来使熔融塑胶快速射入型腔之中，而且在注射完成之后还需要一定压力来保压以减小产品的翘曲变形。锁模力校核： （3-20）式中 Pm注射压力，取Pm=70MPa； As塑件处于分型面的投射数值，取As=4.368103mm； Aj浇注系统处于分型面上的投射数值，取Aj=54.86mm； n塑料材料系数，这里取n=0.7；计算得需要锁模力为391kN，而注塑机额定锁模力为600kN，由此可知锁模力符合要求。3.12.4

27、安装尺寸校核所选模架类型CI 3335-809090 GB/T 12555-2006，就是所谓的大水口两板模具。本次设计的模具尺寸是400350300（mm），可以根据选择的注塑机参数表得到该型号注塑机的模具容纳量是210420mm，可以满足要求。注塑机的拉杆之间的距离是350500mm，是能够安装该模具的；该模具开模（前后模分型）40mm，选择注塑机开模行程250mm，能够有效保证模具前后模分型；顶出行程经过比较模具与注塑机参数也看出符合生产要求。3.13 定位环及浇口套的选择根据所选注射机的规格，采用定位环定位环的直径为99.8mm。定位环的详细尺寸如下图所示：图3.12 定位环根据所选定

28、位环的尺寸，对应选用50mm的浇口套。浇口套具体尺寸如下图所示：图3.13 浇口套3.14 侧向分型与抽芯机构由于该活动圈的侧面具有凹槽，因此需要设计侧向分型机构来成型，本次设计采用的是斜导柱与滑块配合的方式来完成。其具体结构如下图所示： 图侧向分型结构图开模的过程中，带轮的公模会相对于母模向上运动，斜导柱挤压滑块向右运动，目的是方便将塑料制件顶出型腔外。模具完全打开之前，楔紧块2限制滑块不能上下运动。合模时斜导柱插入滑块的斜孔中挤压滑块像左运动，完成合模。滑块斜孔上表面的圆角能够使斜导柱更容易插入滑块中。抽芯距离实际上就是型芯从定型区间抽到不妨碍塑件脱落区间的距离。以字母表示距离。通常抽芯距

29、等同于侧面凹度，留的空间，。总结关于这次的对活动圈注塑模具的设计，让我理清了整个模具设计过程的思路，对于设计，必须按照一定的思维和顺序来进行，才能事半功倍，因为整个设计的所有环节都紧紧相扣的，如若不按照一定顺序来进行，那么在设计后期就会发现很多需要修改的结构或者参数等。而具体关于此套活动圈的模具设计，其整体设计过程为：首先需要对所给任务书进行分析，包括产品二维图形以及成型要求和材料性能等（收缩率、拔模角等），然后则是开始进行模具设计，模具设计的第一步则是选择分型面对产品进行分模，这是模具设计的基础；其次则是设计模具的各个机构以保证产品的成型和顶出，还要根据产品来选择注塑机，以及对模架和模具各零件材料的选用，为确保万无一失还应该对相应参数进行校核计算，最后才是绘制模具的相应图纸。参考文献1 吴梦陵,张珑. 材料成型CAE技术及应用M. 北京:电化学工业出版社,2005.2 杨占尧. 注塑模具典型结构图例M. 北京:机械工业出版社,2015.3 叶玉驹,焦永和,张彤. 机械制图手册(第4版)M. 北京:机械工业出版社,2008.4 齐晓杰. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京:机械工业出版社,2015.5 杨占尧. 塑料模具课程设计指导与范例M. 北京:化学工业出版社,2009.6 赵昌盛. 实用模具材料应用手册M. 北京: