榨汁机内支架模具设计说明

.PAGE.天津工程师范学院2007届本科生毕业设计摘要模具行业是国民经济的一项重要行业。近年来,模具一直朝着高质量、高效率、低成本、短周期的方向发展。传统的模具设计中,模具设计者们是利用二维CAD软件来进行初步设计的。然而,现在,三维模具设计已经被广泛使用,它使设计过程接近标准化,使初步设计得以迅速实现。在本设计中,将对榨汁机内支架的模具通过Pro/ENGINEER软件进行三维设计,并对设计过程进行讲解。在本设计中,首先对塑件结构、材料特性、用途以及参数进行分析,确定模具采用一模两腔,并使用点浇口填充型腔的总体布局形式。在模具设计过程中,对侧向抽芯机构,分型面的设计,浇注系统、排气系统、冷却系统、脱模机构,进行了详细的介绍。最后通过对注塑机参数校核和生产验证,证明模具结构设计合理性。通过本次模具设计,可以看出,三维模具设计可以缩短设计周期,提高设计质量,大大的增加工作效率。关键字：榨汁机内支架；注塑模具；一模两腔；侧向抽芯机构..目录TOC\o"1-4"\u第1章绪论11.1我国模具发展的现状11.2主要发展方向1第2章材料与塑件分析32.1塑料及其工业32.2塑件分析32.3塑件材料的选择及材料的工艺特性42.4塑件体积和质量的计算6第3章模具设计73.1确定型腔数及其排列方式73.2分型面的设计73.3排气系统的设计83.4成型零件的结构形式及设计93.4.1凹模的结构设计93.4.2凸模的结构设计10第4章浇注系统的设计114.1主流道的设计114.1.1主流道衬套设计114.1.2定位圈设计124.2分流道设计134.3浇口的设计144.4冷料穴和拉料杆的设计154.4.1拉料杆的设计16第5章标准模架的选定175.1注射模的标准模架175.2支承零部件的设计175.2.1固定板、支承板175.2.2支承件185.2.3动定模座板195.3合模导向机构设计205.3.1导向机构的作用205.3.2导柱导向机构20第6章冷却系统的设计226.1模具温度与塑料成型的关系226．2冷却时间的确定236.3冷却参数计算23第7章推出机构设计277.1推出机构的结构组成与分类277.1.1推出机构的结构组成277.1.2推出机构的设计要求277.2推出机构28第8章侧向分型与抽芯机构设计298.1抽拔力与抽拔距的计298.2斜导柱分型抽芯机构的设计30第9章注塑机的选择329.1注射机的选择329.2注射机工艺参数的校核339.2.1最大注射量的校核339.2.2注射压力的校核339.2.3锁模力校核349.2.4开模行程较核349.2.5模具安装尺寸的校核34第10章模具设计总图36结论38参考文献39附录1.英文资料40附录2.中文翻译51致谢58三维图59..第1章绪论1.1我国模具发展的现状模具是制造业的重要工艺基础,在我国,模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具,但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期,中国模具工业才驶入发展的快车道。近年,不仅国有模具企业有了很大发展,三资企业、乡镇〔个体模具企业的发展也相当迅速。在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均13%,1999年我国模具工业产值为245亿,至20XX我国模具总产值约为360亿元,其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如XX海信模具、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。1.2主要发展方向1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。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。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。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。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。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。第2章材料与塑件分析2.1塑料及其工业塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物,树脂分为天然树脂和合成树脂两大类,塑料大多采用合成树脂。在一定温度和压力下,塑件具有可塑性,可以利用模具将其制成具有一定形状和尺寸精度的塑料制件。塑料按树脂的分子结构及其特性可以分成热塑性和热固性塑料两类。热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。热固性塑料为一次成型塑料,不能反复加热成型,废品不能回收利用。塑料制件在工业生产中已得到广泛应用,是由于它们具有一系列特殊的优点。塑料密度小,质量轻,大多数塑料的密度在1.0～1.4g/cm3。塑料的比强度高<按单位质量计算的强度称比强度>,绝缘性能好,介电损耗低。塑料的化学稳定性高,对酸、碱等化学药品都具有良好的耐腐蚀能力。此外,塑料的减振和隔音性能也好,因此,塑料已成为各行业不可缺少的重要材料。2.2塑件分析图1.1为榨汁机内支架的三维立体图,该产品用于榨汁机上,对榨汁机起支撑作用,该产品形状比较复杂,精度较高,表面不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹,需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的脱模斜度,各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较小、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂,型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构要求选择点浇口,制品冷却必须均匀而充分,脱模力合理分布,要求顶出机构顶出均匀。图2.1塑件三维立体图榨汁机内支架工艺参数表材料脱模斜度〔°尺寸精度壁厚〔mm圆角〔mm收缩率〔﹪PVC1.5IT63.5R0.5~R30.5该产品结构复杂,有3处侧凹现象,需要设置抽心机构,另外考虑到制件的体积和形状,应采用一模两腔,三板式结构,塑料从4个点浇口进入行腔。2.3塑件材料的选择及材料的工艺特性塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产,本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料,热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型,而热塑性塑料还适合注塑成型,本次设计为注塑设计,所以采用热塑性塑料。通过对各种塑料的比较,选用聚氯乙烯〔PVC为塑件材料。下面将对聚氯乙烯〔PVC的特性、成型特点和成型条件进行详细的介绍。1基本特性：聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一,其价格便宜,应用广泛。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂,聚氯乙烯塑件可呈现出不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂,可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,加入增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.15～2.00g/cm3。硬聚氯乙烯的密度为1.38～1.42g/cm3,有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能,可单独用做结构材料,但软化点低。软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加,但脆性、硬度、拉伸强度回降低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能,可以用作低频绝缘材料,其化学稳定性也较好。聚氯乙烯的热稳定性和耐光性较差。它的软化温度接近分解温度,因此在加工时要加稳定剂和增塑剂。聚氯乙烯在70～80℃软化,150～170℃时呈熔融态,190℃以上分解并放出有毒的氯化氢。2主要用途：硬聚氯乙烯制品有有管及棒、板、焊条、离心泵、通风机、输油管、容器。软聚氯乙烯制品有贮槽、薄板、日用品、电线绝缘层、密封盖等。在日常生活中,聚氯乙烯还用于制造玩具、人造革、日用品、零件等。3成型特点：聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。因此,在成型时必须加入稳定剂和增塑剂,并严格控制温度及熔料的滞留时间。不能用一般的注塞式注射成型机成型聚氯乙烯塑料,因为聚氯乙烯耐热性和导热性不好,而用注塞式注射机需要将料筒内的物料温度加热到166～193℃,会引起聚氯乙烯分解。所以,应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型,模具浇注系统也应粗短,进料口截面宜大,模具应有冷却装置。表2.1聚氯乙烯〔PVC技术指标PVC技术指标密度〔g/cm31.15~2.00比容<cm3/g>0.86~0.98吸水率0.1~0.4%收缩率0.4~0.8%熔点150~170冲击强度120Mpa拉伸强度218Mpa马丁耐热50~60表2.2PVC注射工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速200~30r/min喷嘴形式直通式喷嘴喷嘴温度150~170模具温度30~60注射压力80~130Mpa保压压力40~60Mpa冷却时间15~40s周期40~90s后处理方法红外线烘箱温度70℃时间0.3~1h备注原材料应预干燥0.5h以上2.4塑件体积和质量的计算设计中,材料选用聚氯乙烯〔PVC,密度为1.15～2g/cm3,此处取1.5g/cm3。通过Pro/E软件的分析计算功能,分别计算出塑件、浇口的体积V和质量M。通过计算得:V件=18.06cm3；质量为M=18.06x1.5=27.1g。通过计算得:V浇=12.97cm3；质量为M=12.97x1.5=31.0g。第3章模具设计3.1确定型腔数及其排列方式根据塑件的三维结构形式,考虑了一模一腔和一模具两腔的两套方案。介绍如下：1．如果采用一模一腔,可以通过点浇口上端进料,容易保证零件的质量；同时,模具尺寸小,降低了模具成本,但塑件壁厚较厚,造成塑件充型不均匀,产品质量无法保证；充型时间常,不能适应大批量的生产要求,大大降低了生产效率。2．如果采用一模两腔的布置,虽然模具的尺寸增大,制造成本有所提高,但是保证产品的精度,而且生产效率较高,适应大批量生产的要求。经过对以上两套方案进行比较,由于塑件本身的形状尺寸较小,而且本身结构特殊,考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计,所以采用一模两腔的形式。模具的型腔排列方式如下图所示：图3.1模具的型腔排列方式3.2分型面的设计为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要,将模具型腔适当地分为两个或者多个部分,这些可以分离部分的接触表面,即为分型面。分型面形式由塑件的具体情况而定,常见的有水平分型面、斜分型面、阶梯形分型面、曲面分型面及垂直分型面。分型面对制品的表面质量,尺寸精度,脱模,型腔型芯结构和排气以及进料浇口和模具制造都有直接影响。因此,在选择和确定分型面的时候,应该全面分析、比较和考虑,选择较为有利的方案。分型面确定的要点如下：1．应选在制品的最大外形尺寸之处,否则,制品无法脱模。同时还应选在使制品留在动模之处,有利于脱模。2．不能影响制品外观,尤其是对表面质量有要求的制品。3．便于浇口进料,利于成型,易于排气。4．利于型腔加工,从而使制品的精度易于得到保证。5．利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹型芯的安装。在本模具设计当中,分析塑件的结构特点,并根据浇口形式,采用双分型面,三板式注射模具。第一分型面分型取出浇注系统凝料,为辅助分型面；第二分型面为主分型面,分型后取出塑件。在一模两腔的模具布局形式下,首先以塑件的最大面,即中心面为第二分型面,这样分开上下型腔；在定模部分增加一块中间板为第一分型面,取出凝料；塑件外表有凸台和侧孔,增加两个侧抽机构,因为塑件有罗纹和凹槽,制作两个镶件。图3.2块的形状示意图3.3排气系统的设计当塑料熔体充填模具型腔时,必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模具外边。如果型腔内的气体不能被排出干净,塑件上就会形成气孔、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷,另外,气体的存在还会产生反压力而降低充模速度,影响产品质量,因此设计模具时必须考虑行腔的排气问题。注射模通常有三种排气方法,即在分型面上开设排气槽、利用配合间隙排气以及利用排气塞排气。排气系统的设计要点：1．保证迅速、有序、通畅,排气速度应与注射速度相适应。2．排气槽设在塑料流末端。3．应设在主分型面凹模一侧：①便于加工和修整；②若产生气体起边,容易脱模和去除。4．尽量设在塑件较厚的部位。5．设在便于清理的位置以免积存冷料6．排气方向应避开操作区,以防高温熔料溅出伤人。7．其深度与塑料流动性及注射压力、温度有关。在本模具设计中,并不需要另开设排气槽,而是利用分型面和侧向滑块的间隙、顶杆配合间隙进行排气。由于这些间隙是客观存在的,并不需要刻意加工,故叫自然排气。由于这种方式需另设排气装置,因此结构比较简单,也是注塑模中经常采用的一种排气形式。3.4成型零件的结构形式及设计成型零件是直接成型塑件的零件,在本设计中主要包括凹模、凸模、型芯、镶块等。成型零件形状复杂、精度高,表面粗糙度低。凹模的结构设计凹模亦称型腔,是成型塑件外表面的主要零件。它一般装在定模固定板上,根据塑件成型的需要和加工与装配的工艺要求,凹模有整体式和组合式两类。而且组合式凹模的组合方式也是多种多样的,常见的有组合方式有以下几种：1.整体嵌入式组合凹模2.局部镶嵌式凹模3.镶拼组合式凹模4.瓣合式凹模在本模具设计中因为是一模两腔,而且有镶件,所以使用的是组合式中的整体嵌入式凹模,凹模的三维图如下图片所示：图3.3凹模的设计示意图图3.4镶块的位置示意图凸模的结构设计凸模亦称型芯,是成型塑件外表面的成型零件。凸模同样分为整体式和组合式。跟凹模的设计一样,在本设计中使用的同样是组合式中的整体嵌入式凹模,凸模的三维设计如下图所示：图3.5凸模设计示意图图3.6镶块的形状示意图第4章浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴到型腔之间的的进料通道。浇注系统的作用：浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位,并在充填保压过程中,将注塑压力传递到型腔的各个部位,以获得外形清晰、内在质量优良的塑料制品。对浇注系统设计的具体要求是：1．腔的填充迅速有序:2．时充满各个型腔;3．量和压力损失较小;4．能消耗较少的塑料;5．使型腔顺利排气:6．系统凝料容易与塑料分离或切除;7．使冷料进入型腔;8．痕迹对塑件外观影响很小;浇注系统的基本组成是四部分：主流道,分流道,浇口,冷料穴。4.1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道,是熔体最先流经模具的部分,它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响,因此,必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道衬套设计在卧式或立式注射机上使用的模具中,主流道垂直于分型面。主流道通常设计在模具的浇口套中,如图。为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出,主流道设计成圆锥形,锥角a为1°～6°。由于小端的前面是球面,其深度为3～5mm,注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合,因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1～2mm。在本模具设计中,浇口套和定位圈设计成两个零件的形式,并以台阶的形式固定在定模板上。图4.1道形状及浇口套形状设计效果如下图所示：图4.2浇口套形状及主流道形状定位圈设计定位环主要是用来固定浇口套,并且是连接模架和注塑机的零部件。浇口套与定位圈采用H7/f9的配合。定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内,用于模具与注射机的安装定位。定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。在本模具设计中,定位环的设计效果如下图所示：图4.3定位形状圈示意图4.2分流道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。分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道开设在动定模分型面的两侧或任意一侧,其截面形状应尽量使其比表面积〔流道表面积与其体积之比小,在温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积,以减少热量损失。分流道的作用是改变熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。常见分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。其尺寸大小要根据浇口套和注塑机的尺寸进行确定。分流道的布置取决于型腔的布局,两者互相影响。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。1．平衡式布置平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道,其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等,达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的浇口尺寸可以相同,达到各个型腔同时均衡进料。2．非平衡式布置非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同。为了使各个型腔同时均衡进料,各个型腔的浇口尺寸必定不相同。在本模具设计当中,分流道采用U形平衡式布置,而且本模具的一次分流道长85mm,二次分流道长为28.7mm,一次和二次分流道的直径为7mm,其分流道的布置如下图所示：图4.4分流道的设计示意图4.3浇口的设计浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择的恰当与否,直接关系到塑件能否被完好地高质量的注射成型。也是注射模具浇注系统的最后部分,熔融的塑料经过浇口进入型腔。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位,通过截面积的突然变化,使分流道送来的塑料熔体产生突变的流速增加,提高剪切速率,降低粘度,使其成为理想的流动状态,从而迅速均衡地充满型腔。另外,限制性浇口还起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用。非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位,它主要是对大中型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。浇口的位置选择：如前所述,浇口开设的位置对塑件的成型性能和成型质量影响都很大,因此,合理选择浇口位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。选择时,需要根据塑件的结构与工艺特性和成型的质量要求,并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型的工艺条件,综合进行考虑。1．尽量缩短流动距离；2．避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷；3．浇口应开设在塑件壁厚处；4．减少熔接痕提高熔接强度；5．初始值应取较小,为试模时必要的修正留有余地。时必要的修正留有余地。浇口的结构形式较多。按照浇口形状、大小、位置的不同,浇口的形式是多种多样的,但通常的浇口,其种类大致分为以下几种：〔1直接浇口〔2盘形浇口〔3分流式浇口〔4轮辐式浇口〔5爪形浇口〔6点浇口〔7侧浇口〔8环形浇口〔9潜状式浇口在本模具设计当中,根据塑件的使用材料和形状尺寸以及厚度要求,采用点浇口。因为这种浇口由于前后两端存在较大的压力差,可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热,从而导致熔体的表观粘度下降,流动性增强,有利于型腔的充填。而且在制品成型后,在顶出时会与塑件自动拉断,易于实现生产的自动化。设计中的结构如下图所示：图4.5浇口的设计示意图4.4冷料穴和拉料杆的设计当注射机未注射塑料之前,喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低,为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件的质量,在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴,这个洞穴就叫冷料穴。冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料,以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度,又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外,还有便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时,在拉料杆的作用下,主流道凝料从定模浇口套中被拉出,最后推出机构开始工作,将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。需要指出,点浇口形式浇注系统的三板式模具,在主流道末端是不允许设置拉料杆的,否则模具无法分型。三板式模具的拉料杆一般回设置在中间板上。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上,也就是塑料流动的转向处,其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的1－1.5倍,最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积,冷料穴有六种形式,常用的是端部为Z字形和拉料杆的形式相同,具体形式要根据塑料性能合理选用。本模具中的冷料穴的具体位置和形状如图中所示：图4.6冷料穴的设计示意图拉料杆的设计为了使主流道凝料能够顺利地从主流道衬套中脱出,往往使冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用,根据拉料的方式的不同,常见的冷料穴和拉料杆结构形式有下列几种：1．带钩形拉料杆的冷料穴2．带球形拉料杆的冷料穴3．无拉料杆的冷料穴由于本模具在设计中,采用的是点浇口形式浇注系统的三板式模具,因此在主流道末端是不能够设置拉料杆的,而将拉料杆设计在中间板上。拉料杆的形式如下图所示：图4.7拉料杆的设计示意图第5章标准模架的选定注射模具由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件主要包括注射模的标准模架、注射模的支承零部件和合模导向机构。支承零部件主要由固定板〔动、定模板、支承板、垫板和动、定座板组成。5.1注射模的标准模架模架是注射模的骨架和基体,其他部件的设计与制造均依赖于它,通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体。标准模架一般由定模座板、定模板、动模座板、动模板、动模支承板、垫块、推杆固定板、推板、导柱、导套以及复位杆等组成。选择模架要根据制品的尺寸及大小,同时考虑注射机的参数。本次设计参照生产实例,采用工厂中常用的上海龙记公司的模架。模架基本尺寸为400×330mm,定模固定板尺寸为400×400mm。模架钢材统一参照国标。其具体结构如下图所示：图5.1模架的结构示意图5.2支承零部件的设计模具的支承零部件主要指用来安装固定或支承成型零件及其他结构零件的零部件。支承零部件主要包括固定板、垫板、支承件及模座。固定板、支承板固定板〔动模板、定模板在模具中起安装和固定成型零件、合模导向机构以及推出脱模机构等零部件的作用。为了保证被固定零件的稳定性,固定板应具有一定的厚度和足够的刚度和强度,一般采用碳素结构刚制成,当对工作条件要求较严格或对模具寿命要求较长时,可采用合金结构刚制造。固定板的结构形式如下图所示：图5.2定模固定板图5.3动模固定板支承板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板,它的作用是防止固定板固定的零件脱出固定板,并承受固定部件传递的压力,因此它要具有较高的平行度、刚度和强度。一般用45刚制成,经热处理调质至28～32HRC〔230~270HBS。在固定方式不同或只需固定板的情况下,支承板可以省去。支承件常见的支承件有垫块和支承柱。1.垫块〔支承块垫块的作用主要是在动模支承板与动模座板之间形成推出机构所需的动作空间。另外,也起到调节模具总厚度,以适应注射机模具安装厚度要求的作用。常见的垫块结构形式如图所示。该结构为平行垫块,使用比较普遍,适用于大中型模具,在本模具设计中也是采用该形式。垫块一般用中碳钢制造,也可以用Q235钢制造,或用HT200等。在模具组装时,应注意所有垫块高度须一致,否则由于负荷不均匀会造成相关模板的损坏,垫块与动模支承板和动模板之间一般用螺栓连接,要求高时可用销钉定位。对于大型模具或垫块间跨距较大的情况,要保证动模支承板的刚度和强度,动模板厚度必将大大增加。这时,通常在动模支承板下面加设圆柱形的支柱〔空心或实心,以减小垫板的厚度,有时,支承柱还能起到对推出机构导向的作用。图5.4垫块示意图动定模座板与注射机的动定固定模板相连接的模具底版称为动定模座板,如图所示：图5.5动模座板图5.6定模座板设计或选用标准动定模座板时,必须要保证它们的轮廓形状和尺寸与注射机上的动定固定模板相匹配,另外,在动定模板上开设的安装结构〔如螺栓孔、压板台阶等也必须与注射机动定模固定板上安装螺孔的大小和位置相适应。动定模座板在注射机成型过程中起着传递合模力并承受成型力,为保证动定模座板具有足够的刚度和强度,动定模座板也应具有一定的厚度,一般对于小型模具,其厚度不小于15mm,而一些大型模具的动定模座板,厚度可达75mm以上。动定模座板的材料多用碳素结构钢或合金结构钢,经调质达28~32HRC〔230~270HBS。对于生产批量小或锁模力和成型力不大的注射模,其动定模座板有时也可采用铸铁材料。5.3合模导向机构设计再模具进行装配或成型时,合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其它零件准确对合,以确保塑料制件的形状和尺寸精度,并避免模内各零件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。导向机构的作用1．定位作用模具装配或闭合过程中,避免模具动、定模的错位,模具闭合后保证型腔形状和尺寸的精度。2．导向作用动、定模合模时,首先导向零件相互接触,引导动定模正确闭合,避免成型零件先接触而可能造成成型零件的损坏。3．承受一定的侧向压力塑料熔体在注入型腔过程中可能产生单向侧向压力,或由于注射机精度的限制,会使导柱在工作中不可避免受到一定的侧向压力。当侧向压力很大时,不能仅靠导柱来承担,还需加设锥面定位装置。导柱导向机构导柱导向机构是比较常见的一种形式,其主要零件是导柱和导套。1．导柱〔1导柱的结构如下图所示：图5.7导柱示意图这种形式是有肩导柱形式,用于精度要求高、生产批量大的模具。导柱与导套相配合,导套的外径与导柱的固定轴肩直径相等,也即导柱的固定孔径与导套的固定孔一样大小,这样两孔可同时加工,以保证同轴度要求。导柱的导滑部分设计加工出导滑槽,以便润滑和集尘,提高使用寿命。〔2导柱的技术要求导柱的端面一般制成锥形或半球形的先导部分,以使导柱能顺利地进入导向孔。导柱的长度需比凸模端面高出6~8mm。以免导柱未导准方向而型芯先进入型腔与其可能相碰撞而损坏。导柱的表面应具有较好的耐默性,而芯部坚韧,不易折断。因此,多采用低碳钢〔20钢经渗碳淬火处理,或碳素工具钢〔T8、T10经淬火处理〔硬度为50~55HRC。导柱固定部分表面粗糙度Ra一般为0.8μm,导柱配合部分的表面粗糙度Ra一般为0.8~0.4μm。导柱固定部分与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过度配合。根据注射模具具体结构形状和尺寸,导柱一般可设置4个,小型模具可以设置2个,圆形模具可设置3个。导柱应合理均布在模具分型面的四周,导柱中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具强度。2．导套导套的结构形式如图所示：图5.8定模导套图5.9动模导套这种导套结构形式较复杂,用于精度要求高的场合,导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。为使导柱顺利进入导套,在导套的前端应倒圆角。导套孔最好作成通孔,否则会由于孔中的气体无法逸出而产生反压,造成导柱导向困难。导套一般采用淬火钢或青铜等耐磨材料制造,其硬度应比导柱低,以改善摩擦,防止导柱或导套拉毛。导套固定部分表面粗糙度Ra一般为0.8μm。导套与模板固定部分采用H7/m6或H7/k6的过度配合。导柱与导套的配合精度通常采用H7/f7或H8/f7。第6章冷却系统的设计6.1模具温度与塑料成型的关系一、模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。模具的温度是否合适、均一与稳定,对塑料熔体的冲模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。因此,通过控制模具的温度,能够使成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。1.对制品质量有很大影响模温不均匀及波动和模温的不合适都会使制品的质量下降。模温直接影响制品的成型收缩率。模温的波动会使批量生产的制品尺寸不稳定,从而降低了制品的尺寸精度。模具型腔温度分布不均匀,如模具型芯壁与型腔壁有明显的过大温差,会导致塑件厚壁的截面上残余应力分布不均匀,固化后会出现翘曲变形。塑件中局部范围残余应力过大会导致开裂。2.对生产效率的影响冷却时间占整个注塑周期的50%～80%的时间。在保证塑件质量的前提下限制和缩短冷却时间是提高生产效率的关键。而模具内熔体的散热量绝大部分都是由冷却水带走的。二、冷却系统的设计要点1.冷却水道与分型面各处距离相等,且其排列与成型面形状相符。2.冷却水道应使成型零件表面冷却均匀,模具的温差不大。3.水道直径取得要适当,太小不易加工,太大对冷却效果有不良的影响。4.水道与成型面的距离要适当,太远冷却效果差；太近则冷却不均且影响成型零件强度。5.水道应首先通过浇口部位并沿熔融料流方向流动。6.防漏水,特别不能渗透到成型区域,当水道必须通过镶件、模板缝必密封。7.动、定模分别单独设置冷却系统,特别是成型平板类塑件时,动、定模冷却需均衡。8.循环式的冷却水道中,冷却介质的冷却路线应相等。9.应避开塑件可能出现熔接痕的部位,以免该部位形成低温区,产生熔接痕。10.进出水口设在不影响操作的方位,通常设在注射机操作对面或模具下方。11.在模具总体设计过程中应给冷却水道留出足够的空间。12.本着节约用水原则,必要时应设冷却水的循环装置如冷却塔。6．2冷却时间的确定确定恰当的热交换〔冷却时间,是模具设计者的重要任务。为此,首先分析影响冷却时间的因素。1．模具材料本次设计选用的模具材料为钢材。如只考虑材料的冷却效果时,则热率越高,从熔融塑料吸收热量越迅速,冷却得越快。2．冷却介质温度及流动状态本塑件采用冷却水做冷却介质。我们知道水的比热大,以冷却水出、入水嘴处温差小为好,一般控制在5以内。冷却水在通道中的流速,以尽可能高为好,其流动状态以湍流为佳,即雷诺准数Re>104为宜。3．模塑材料〔塑料塑料的热性能,对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低,但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。根据表6-1确定冷却时间〔表6-1见《塑料模具技术手册》221页表3-42表6-1塑件壁厚与冷却时间的关系制件厚度〔mm冷却时间〔sABSPAHDPELDPEPPPSPVC0.51.81.81.00.81.82.53.02.33.01.82.11.02.93.84.53.54.52.93.31.34.15.36.24.96.24.14.61.55.77.08.06.68.05.76.31.87.48.910.08.410.07.48.12.09.311.212.510.612.59.310.12.11.513.414.712.814.711.512.32.513.715.917.515.217.513.714.73.520.523.425.522.525.520.521.7根据上表,本塑件材料为PVC,壁厚为3.5mm,故冷却时间为21.7s。6.3冷却参数计算1.计算所需冷却水体积流量：应用公式：=〔6-1式中：—冷却水的体积流量<m3/min>——单位时间内注入模具的塑料质量〔kg/h——塑料成型时在模内释放的热量〔J/kg——冷却水的比热容<J/kg·K>——冷却水的密度〔kg/m3——冷却水的出口温度〔℃——冷却水的进口温度〔℃塑件质量M塑=11.004g,用Pro/E作出浇注系统的三维图,计算出浇注系统的总质量为7.287g,每小时注射240次,=〔54.2+31.0240/1000=20.4Kg；计算得==20.4×3×105/60/103/4200/〔25-20=4.910-3<m3/min>参考《塑料模具技术手册》,选定冷却水道直径为8mm。2.求冷却水在水孔内的传热速度==4×4.9X0-3/3.14/<4/1000>2/60=6.5<m/s>3.求冷却水孔与冷却水间的传热系数==8.4×<996×6.5>0.8/0.0080.2=2.47×104〔W/m2·K<=8.4>4.传热水孔总传热面积的计算：公式A=〔6-2式中：A——冷却水孔总传热面积<m2>G——单位时间内注入模具的塑料质量〔kg/h——冷却水的传热系数〔W/m2·KC——冷却水的比热容<J/kg·K>——冷却水的密度〔kg/m3TW——模具温度〔℃——冷却水的平均温度〔℃计算得：A==20.4×3×105/3600/2.47/104/「40-〔25-20/2」=0.0039〔m2则传热水孔总传热面积应为0.0039m25.冷却水孔总长度计算公式L=〔6-3式中L——冷却水孔总长度<m>L==0.95m则冷却水孔总长度应为0.95m。在本模具设计当中,水道的喷嘴即水道进水口设置在A板和B板上,结构如下图所示：图6.1水道入口的结构示意图同时,把水道设计在凸模和凹模上,其回路分布如下图所示：图6.2水道的布局示意图第7章推出机构设计每次注射模在注射机上合模注射结束后,都必须将模具打开,然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出,完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸来完成的。7.1推出机构的结构组成与分类推出机构的结构组成推出机构一般由推出元件、复位元件和导向元件组成。现以设计中的推出机构具体说明推出机构的组成与作用。凡与塑件直接接触并将塑件从模具型腔中或型芯上推出脱下的元件,成为推出元件,如推杆,它们固定在推杆固定板上。为了推出时推杆有效工作,在推杆固定板后设置推板,两者之间用螺钉连接。推出机构进行推出动作后,在下次注射前必须复位,复位元件是为了使推出机构能回复到塑件被推出时的位置而设置的,。在模具中还设有支承钉,支承钉使推板与动模座板间形成间隙,易保证平面度,并有利于废料、杂物的去除,此外还可以减少动模座板的机加工工作量和通过支承钉厚度的调节来调整推杆工作端的装配位置等。7.1推板7.2推杆固定板推出机构的设计要求1．推出机构设计时应尽量使塑件留在动模一侧由于推出机构的动作是通过注射机动模一侧的顶杆来驱动的,所以一般情况下模具的推出机构设置在动模一侧。正是由于这种原因,在考虑塑件在模具中的位置时,应尽量使是模具分型后塑件留在动模一侧。2．塑件在推出过程中不发生变形和损坏为使塑件不发生变形和损坏,设计时应仔细进行考虑,合理选择推出方式。3．合模时应使推出机构正确复位设计推出机构时,应考虑合模时推出机构的复位,在斜导柱侧向抽芯及带有镶件的模具设计时,还应考虑推出机构的预先复位问题。4．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,容易制造。7.2推出机构1．推杆推出机构在注射模设计和注射生产中,最简单、使用最为广泛的是推杆推出机构。在本模具设计当中,通过具体分析后,采用了顶杆推出机构脱模,因为推杆制造简单,更换方便,滑动阻力小,脱模效果好,设置的位置自由度大,且容易实现标准化。整个脱模过程包括开模具、推出、取件、闭模、推出机构复位等过程。在本模具设计中推杆杆的结构和位置如下图所示：图7.3顶杆的结构示意图图7.4顶杆固定板的结构示意图这种推杆为直痛式推杆,尾部采用台肩固定,通常在d>3mm时采用,是最常用的形式。推杆工作部分与模板或型芯上推杆孔的配合常采用H8/f7～H8/f8的间隙配合,视推杆直径的大小与塑料品种的不同而定。2.推杆位置的选择：〔1推杆的位置应选在脱模阻力最大的地方〔2推杆的位置选择应保证塑件推出时受力均匀〔3推杆的位置选择应注意塑件的强度和刚度〔4推杆的位置选择还应考虑推杆本身的刚性推杆的工作端面在合模注射时是型腔底面的一部分,推杆的端面如果低于或高于该处型腔底面,在塑件上就会出现痕迹,影响塑件的使用和美观。因此,通常推杆装入模具后,其端面应与相应处型腔底面平齐或高出型腔0.05~0.1mm。第8章侧向分型与抽芯机构设计当在注射成型的塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧具有孔、凹槽或凸台时,塑件就不能直接由推杆等推出机构推出脱模,此时,模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的活动型芯,以便在塑件脱模推出之前,先将侧向成型零件抽出,然后再把塑件从模内推出,否则就无法脱模。带动侧向成型零件作侧向分型抽芯和复位的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。在本模具设计当中,有三处侧凹现象,需要设置抽芯机构。此侧抽机构当中采用斜导柱分型抽芯机构。它具有结构简单,制造方便,安全可靠的特点。8.1抽拔力与抽拔距的计一．抽拔力抽出侧向型芯或分离侧向凹模所需的力称为抽拔力。抽拔力的计算用以下公式：F=PAcosα<f–tgα>/〔1+fsinβcosβ〔8-1式中:P—塑件的收缩应力<Pa>。A—塑件包围型芯的侧面积<>；f—摩擦系数,α—斜导柱的倾斜角,β—脱模斜度；F—抽拔力<N>；计算的F=16800.012cos15º0.0011/〔1+0.007=851N二．抽拔距将侧向型芯或拼合凹模〔滑块从成型位置抽拔或分开至不妨碍塑件脱模位置的距离称为抽拔距。一般抽拔距取侧孔深度加2～3mm。本塑件侧孔深为25mm,所以S=27mm.完成抽芯距S所需的最小开模行程H由下式计算：H=S·ctgα<mm>〔8-2式中：S—抽心距；H—斜导柱完成抽芯距所需的开模行程；α—斜导柱倾斜角；将各数值带入计算如下：最小开模行程H=27ctg15º=100.77mmL4=S/sinα=27/sin15º=104.32mm8.2斜导柱分型抽芯机构的设计整体设计图如下图片所示：图8.1侧抽的三维示意图图8.2侧抽的结构示意图斜导柱的设计：图8.3斜导柱的设计示意图第9章注塑机的选择注射机的全称应为塑料成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。通过计算得:V件=18.06cm3；质量为M=18.06*1.5=27.1g。通过计算得:V浇=12.97cm3；质量为M=12.97*1.5=31.0g。9.1注射机的选择注射模具是安装在注射机上使用的工艺设备,因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范,方能设计出符合要求的模具。根据设计的要求,查《塑料制品及其成型模具设计》[1],可以初步选定注塑机型号为：SZ-60/450。注塑机的参数如下所示：表9.1注塑机的参数参数结构类型卧理论注射容积/cm378螺杆直径/cm30注射压力/Mpa100注射速率/〔g/s60塑化能力/<g/s>5.6螺杆转速/<r/min>14～200锁模力/KN450拉杆内间距/mm280X250移模行程/mm220最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm100锁模形式双曲轴模具定位孔直径/mm100喷嘴球半径/mm13根据塑件的成型特点和要求,以及设计的模具的要求,所以初步选用注塑机型号为：SZ-60/450。9.2注射机工艺参数的校核最大注射量的校核塑件的质量或者体积必须与所选择的注射成型机的最大注射量想适应。不然会影响塑件的产量和质量。若注射量过大,注射机利用率降低,浪费电能,而且可能导致塑件分解。而最大注射量小于塑件的质量,就会造成塑件的形状不完整或者内部组织疏松,塑件强度下降等缺陷。为了保证正常的注射成型,注射机的最大注射量应稍大于塑件的质量或者体积。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。因此,当塑料注射成型机最大注射量以最大注射容积标定时,按下式校核：8V机≥V塑件+V浇〔9-1式中：V机—注塑机的最大注塑量V塑件—塑件的体积,该产品V塑件=18.06X2=36.12cmV浇—浇注系统体积,该产品V浇=12.97cm〔V塑件+V浇/0.8=〔36.12+12.97/0.8=61.4cm3V机=78cm3故0.8V机≥V塑件+V浇因此,通过上面的计算和校核,可以知道注射机的最大注射量满足要求。注射压力的校核注射压力校核的目的是校核注射机的最大注射压力能否满足塑件成型的需要。注射机最大注射压力应该稍微大于塑件成型所需要的注射压力。即P塑机≥P塑件〔9-3式中：P塑机—注塑机最大注塑压力；P塑件—塑件成型所需的注射压力；由于该产品的材料是聚氯乙烯,查表得出：其成型所需得注射压力为80～130MPa；注塑机的最大注塑压力为170MPa；P塑机＞P塑件因此,通过上面的计算和校核,可以知道注射机的最大注射压力满足要求。锁模力校核锁模力又称合模力,