桌面笔筒注塑模具设计【一模两腔-滑块抽芯-带三维图】笔筒注塑模具设计说明书

目录摘要 1ABSTRACT 20引言 41绪论 61.1塑料成型的基本原理 61.1.1熔融塑化 61.1.2流动成型 81.1.3冷却固化 81.2典型塑料成型工艺 81.2.1注射成型工艺 81.2.2挤出成型工艺 91.2.3中空成型工艺 101.2.4压缩成型工艺 111.2.5真空成型工艺 111.3塑料成型模具发展趋势 111.4课题研究背景 132塑件工艺性分析以及塑件材料分析 132.1塑件工艺性分析的内容 132.1.1塑件的几何形状分析 142.1.2塑件的尺寸及公差分析 142.1.3塑件的表面分析 152.2塑件材料的性能与特点 152.3塑件体积及重量计算 162.4塑件结构分析 173成型方案确定以及注塑模设计 193.1注塑机的选择 193.1.1估算塑件体积、确定型腔数目 193.1.2初选注射机 193.1.3注射压力校核 203.1.4开模行程校核 213.1.5推顶装置校核 223.2成型方案确定 223.2.1分型面位置 223.2.2脱模方式 233.2.3浇注系统与排气形式 233.2.4冷却系统与加热系统 243.2.5确定成型零部件的结构形式 243.2.6确定模具总体结构 243.3浇注系统设计 253.3.1主流道尺寸 253.3.2浇口套设计 263.3.3分流道的设计 263.3.4浇口形式和尺寸 273.3.5冷料穴 293.4成型零件的工作尺寸计算 293.5导向机构的设计 313.5.1导向零件的作用 313.5.2导柱导向机构的设计 313.6脱模机构设计 323.6.1脱模机构设计原则 323.6.2脱模力的计算 333.6.3脱模机构的形式 343.7冷却系统的设计原则 353.7.1冷却时间计算 363.7.2冷却管道尺寸选择 373.8模架及零件设计图 384模具的三维造型以及模具动作过程 394.1模具的三维造型 394.2模具动作过程 405注塑工艺分析 416结论 49致谢 50参考文献 50摘要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类。因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。注塑模就是把热固性或热塑性的塑料制作成我们所需的零件的制造过程。原料通过被加热的塑件加入，混合并且通过压力注入模具填满模腔，然后在模具中冷却固化。本文通过对笔筒的设计介绍了注射成型的基本原理，对注塑产品提出了基本的设计原则，详细分析了注射模具分型面的选择，浇注系统、温度调节系统、导向机构和顶出机构的设计过程，并对模具强度要求做了说明。另外对设计进行验证，主要是对注射机的相关重要参数进行验证，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。关键词：塑料，注塑模，模具设计ThePlasticMoldingDesignOfRadioShellABSTRACTPlasticindustryisoneofthefastestgrowingindustrialcategoriesintheworldtoday,andinjectionmoldisoneofthefastestgrowingspecies.Sotheresearchofplasticinjectionmoldinunderstandingtheproductionprocessandimproveproductqualityhasagreatsignificance.Injectionmoldingisthemanufacturingprocessofmaking​​thermosetandthermoplasticplasticsintopartsthatourrequired.Materialisfedintoaheatedbarrel,mixed,andforcedintoamoldcavity.Finallycooledandcuredinamold.Thispaperbasedontheradioshelldesignintroducesthebasicprinciplesofinjectionmolding.Putforwardthebasicdesignprinciplesofinjectionmoldingproducts.Introducedtheinjectionmoldpartingsurfaceselectionandthedesignprocessofpouringsystem,temperatureregulatingsystem,steeringmechanismandejectiondevice.Andmade​​aexplainfortherequirementsofmoldstrength.Inadditiontoverifythisdesign,Mainlyontheimportantparametersoftheinjectionmachine.Includingthethicknessofthemoldclosed,themoldmountingdimensions,moldopeningscheduleandclampingforceofinjectionmoldingmachineandsoon.Keywords:Plastic，InjectionMold，Molddesign笔筒的注塑工艺及模具设计0引言模具行业是现代制造产业的基石。一个国家的模具技术水平已成为衡量国家制造业水平的一个重要标志。随着我国模具制造水平大幅度提高和模具制造结构日趋成熟，中国将成为世界最大模具制造基地之一。纵观我国模具行业的发展，尤其以塑料模具的发展最为迅猛。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。在我国,塑料模具起步较晚，但发展很快,特别是最近几年,无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展,取得了很大成绩。按产值计算,目前我国塑料模具产值约占全部模具的1/3左右[1]。在整个塑料模具行业，注塑模具的应用范围尤其广泛。注塑成型是一种重要的塑料成型加工方法，能生产结构复杂、尺寸精确的制品，生产周期短，自动化程度高，易于与计算机技术结合。塑料注塑制品广泛应用于汽车、电子电器、建材、医疗器械等产业，推动了这些产业的发展[2]。注塑成型时，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、塑件的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、模腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。因此，针对形状复杂、质量和精度要求较高的塑件，特别是新产品试制，对于一个具有丰富经验的工艺和模具设计人员来讲，也很难保证第一次设计出来的模具就能生产出合格的产品。生产实际表明在试制过程中，常常需要经过反复调试和修改模具，有时甚至还需要在总结试验数据的基础上重新进行模具设计。这样势必会使新产品的试制费用加大，试制周期延长，增加产品成本，影响产品的更新换代。利用计算机模拟技术，进行工艺和模具的优化设计，从而节省试验费用，缩短工艺和模具设计周期。本次设计主要内容：（1）根据塑件设计原则，建立收音机的三维实体模型。（2）确定注射成型工艺方案，建立注塑模的三维实体模型。（3）完成整套模具的三维装配图和两维零件图。本次设计的流程：本次毕业设计的主要内容是通过收音机后盖进行分析来完成一副注塑模的结构设计。具体设计流程如图0.1所示：图0.1总体设计流程示意图本次设计是基于UG的基础上进行的模具设计。它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。UnigraphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。通过本次设计我们能够更好的掌握UG的使用，深入了解UG的操作，感受计算机辅助设计的优越性。1绪论1.1塑料成型的基本原理塑料的品种很多，成型加工的方法也很多，哪种塑料选用何种成型方法，需根据塑料的种类、制品的形状、经济上的合理等条件来决定。但其操作原理无非是熔融、流动、凝固这三个基本变化过程，即分为下述三个阶段：第1阶段：塑化阶段—熔融塑化；第2阶段：成型阶段—流动成型；第3阶段：冷却固化阶段—凝固阶段。1.1.1熔融塑化塑料在不同温度下其主要成份高分子合成树脂表现出三种力学聚集状态，在温度较低时，分子间的作用力很大，除少数分子链节有些活动外，长链分子的运动基本被冻结，整个聚集物处于一种刚性状态，形变也很小，这时表现为玻璃态。当温度上升，分子热运动增大，塑料体积膨胀，分子链段也开始活动，并能产生位移，这时塑料呈现柔软而富有弹性的物质则称高弹态。如果温度继续上升直到整个塑料大分子链都能移动而开始塑性流动，则称为粘流态，见图l.1[3]。从图1.1可知：玻璃态是在Tx（脆化温度）~Tg（玻璃态温度）温度范围，集聚物在这状态下很硬，但并不很脆，人们所生产的塑料制品就是呈现这种状态。每种塑料的使用温度范围就要看Tx~Tg范围大小，Tg越高，使用温度也就高，Tx越低，耐低温的性能越好，当温度低于Tx时，即使很小外力作用下，大分子链就会发生断裂，所以这一温度叫脆化温度，所以Tx温度以下，就没有使用价值。Tg~Tf（粘流态温度）温度范围是高弹态，就像人们了解的橡胶一样，人们也利用此种温度下塑料的高弹态而制得许多弹性塑料制品。Tf越高，粘流化温度就越高，Tf~Td（分解温度）温度范围就是塑料成型加工所需要的温度范围，在这温度范围内，塑料呈粘流态，高于Td温度，则高聚物分解，Tf~Td温度范围越宽，塑料加工越容易进行。图1.1高分子合成树脂温度变化曲线1.1.2流动成型塑料成型，就是在压力的作用下将粘流态的塑料在一定条件下的模具中流动成型，注射成型时塑料是在加热的料筒中使塑料成为粘流态，然后注入模具型腔，在压缩成型时，塑料是加入热模中受热软化成为粘流状态并同时加压流动成型。1.1.3冷却固化热塑性塑料呈粘流态的情况下，注入模具型腔，然后进行充分的冷却使其由于温度的下降，恢复到玻璃态，这样才能从模具中取出制品，冷却的方式和时间的长短要根据塑料品种而异。结晶型塑料，冷却速度的快慢会影响结晶的状态，缓慢的冷却可充分的进行结晶，反之急速冷却就不能充分的进行结晶而固化。故晶粒小，结晶度低的塑料在加工过程中模具还要加热，防止急速冷却理由就在此。另外，制品的形状各异，制品各部位的壁厚也不一致，再加上塑料又不是热的良好导体，所以成型后的制品在模内冷却过程中。往往出现温度差，使成型收缩率、内应力的大小各不相同，从而产生变形。热固性塑料与热塑性塑料不同，在模具中不是单纯的物理变化、形态变化。其主要是化学变化，由线型分子交联变成体型大分子的变化，也就是说在粘流态的情况下流动成型的同时也在温度、压力、时间作用下交联固化[9]。1.2典型塑料成型工艺1.2.1注射成型工艺塑料的注射成型又称注塑成型。该方法采用注射成型机将粒状的塑料连续输入到注射成型机料筒中受热并逐渐熔融，使其成黏性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，固化成型，然后开启模具取出塑件。注塑成型主要用于热塑性塑料，现在也用于热固性塑料。注射成型的生产是周期性的。注射成型在塑料制件成型中占有很大的比例，世界上塑料成型模具产量中半数以上是注塑模具[3]。注射成型能一次成型外形复杂、尺寸精确高的塑料制品,且成型过程自动化程度高,在塑料成型加工中有着广泛的应用。但随着塑料制品的应用日益广泛,人们对塑料制品的精度、形状、功能、成本等提出了更高的要求,传统的注射成型工艺已难以适应这种要求,主要表现在：①生产大面积结构制件时,高的熔体粘度需要高的注塑压力,高的注塑压力要求大的锁模力,从而增加了机器和模具的费用②生产厚壁制件时,难以避免表面缩痕和内部缩孔,塑料件尺寸精度差③加工纤维增强复合材料时,缺乏对纤维取向的控制能力,基体中纤维分布随机,增强作用不能充分发挥。因而在传统注射成型技术的基础上,又发展了一些新的注射成型工艺,如气体辅助注射、剪切控制取向注射、层状注射、熔芯注射、低压注射等,以满足不同应用领域的需求[4]。1.2.2挤出成型工艺挤出成型,将物料加热熔融成粘流态,借助螺杆挤压作用,推动粘流态的物料,使其通过口模而成为截面与口模形状相仿的连续体的一种成型方法[6]。挤出成型的产品主要有板材、棒材、管体、薄膜及其他异型产品,和注射成型法一样是热塑性塑料主要成型方法之一。按挤出过程中成型物料塑化方式的不同,挤出工艺可分为干法挤出和湿法挤出两种。干法挤出是依靠电加热将固体物料转变成熔体,塑化和挤出可在同一设备上进行,挤出塑性连续体的定型处理仅为简单的冷却操作。湿法挤出需用有机溶剂将成型物料充分软化后再塑化,因此塑化和挤出必须在两个设备中各自独立完成,挤出物的定型处理则依靠脱除溶剂的操作来完成[5]。挤出成型的优点是可挤出各种形状的制品,生产效率高,可自动化、连续化生产;缺点是热固性塑料不能广泛采用此法加工,制品尺寸容易产生偏差。生产的产品有管、棒、丝、薄膜、板、电线电缆的包覆材、异型材、中空制品等。挤出成型法的发展趋势是加大螺杆直径和增加螺杆速度实现大型化和高速化。近代的大型螺杆设计已应用电子计算机技术[5]。1.2.3中空成型工艺中空成型又称中空吹塑或吹塑成型。吹塑是借助压缩空气的压力使闭合在模具中热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法,吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品两种方法。用吹塑法可生产薄膜制品、各种瓶、桶、壶类容器及儿童玩具等。吹塑用的模具只有阴模凹模,与注塑成型相比,设备造价较低,适应性较强,可成型性能好如低应力、可成型具有复杂起伏曲线形状的制品[8]。不同吹塑方法,由于原料、加工要求、产量及其成本的差异,在加工不同产品中具有不同的优势。吹塑成型过程可分为四个阶段：型坯形成阶段、型坯下料阶段、型坏预吹阶段、型坯高压吹阶段。中空制品的吹塑包括三个主要方法:=1\*GB3①挤出吹塑主要用于未被支撑的型坯加工。=2\*GB3②注射吹塑主要用于由金属型芯支撑的型坯加工。=3\*GB3③拉伸吹塑包括挤出-拉伸-吹塑、注射-拉伸-吹塑两种方法,可加工双轴取向的制品,极大地降低生产成本和改进制品性能[8]。1.2.4压缩成型工艺压缩成型又称压制成型。该法把由上、下模组成的模具安装在压力机的上下模板之间，将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料粒料（或粉料、预制坯料）在受热或受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化定型后得到的塑料制件。此法主要用于热固性塑料[3]。1.2.5真空成型工艺真空成型，是指依靠真空泵将模具与加热的热成型片（板）材之间抽成真空状态，造成片（板）材上下产生压差，从而使片材紧紧帖覆在模具表面成型的方法。真空成型可分为单阳模（凸模）单阴模（凹模），无模等几种形式。将玻纤织物或毡贴在阳模上,再放上阴模闭合,抽真空排除玻纤的空气,真空管上有一个观察玻璃管及旋塞,成型时打开旋塞,树脂开始缓慢地进入模内,充分润湿玻纤,待树脂充满模腔后,关掉旋塞,任其在室温固化或加热固化,脱模后即得质地均匀致密,而表面光洁的制品。主要用于外表面要求光洁的大型复杂制品及有隔板和嵌件的部件,如直升飞机的叶片等[5]。真空成型法的主要优点是设备简单，生产效率高，能加工大尺寸的薄壁塑料制件。1.3塑料成型模具发展趋势随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速发展，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：=1\*GB3①高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期;各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构;热流道浇注系统注射出模具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大作用。=2\*GB3②大型、超小型及高精度由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变形小、导热性能优异的制模材料。=3\*GB3③标准化开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批生产塑料成型模具。=4\*GB3④智能化随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。构成该环节的CAD或CAM或CAE。塑件的设计包括塑件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。塑件设计方面的计算机辅助技术有:塑件CAD、塑料、辅料、辅件选择的专家系统。1.4课题研究背景高分子材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，因此从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的的成型加工技术有着重要的意义。高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，其中注射成型因可以生产和制造较为复杂的制品，在高分子材料的成型中一直占有极其重要的位置[6]。在经历了几十年的发展后的今天模具设计仍然充满着活力，这是因为在注塑生产过程中不断地有新的问题发现，有许多实际的问题有待我们进一步去解决。注塑模的设计过程是非常复杂的，每一个注塑件都有一套相应的注塑模具，设计结果也会因模具条件和设计者的经验而异。我相信随着科学技术的不断发展，注塑模在不久的将来一定会随着塑料的发展而在今后的生产中占到更大的比重[7]。现代的模具设计已不再像以前那样，只是通过单一的二维工程图纸来抽象的描述整副模具的装配情况和各个零部件的结构。CAD／CAE／CAM等先进技术也逐渐进入了模具行业并受到了广泛的应用。2塑件工艺性分析以及塑件材料分析2.1塑件工艺性分析的内容=1\*GB3①制品的几何形状=2\*GB3②制品的尺寸及公差=3\*GB3③制品的表面要求2.1.1塑件的几何形状分析该制件为笔筒，它的形状基本规则，属于不对称结构，结构复杂程度中等。收音机形状见图2.1。图2.1笔筒2.1.2塑件的尺寸及公差分析塑件的基本尺寸见图2.2。图2.2塑件图影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，主要有模具制造的精度、模制时由于工艺条件的变化引起成型收缩率的波动，同时由于磨损等因素会造成模具尺寸不断变化，活动配合间隙的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑料制件的精度。塑件精度的确定应该合理，在满足使用要求前提下尽可能选用低精度等级。本制件根据材料的特性及成型制件的要求，公差等级选用MT3,未注公差尺寸等级选用MT5。2.1.3塑件的表面分析塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷外，模具型腔的粗糙度起着决定性作用。模具使用中由于型腔磨损而使表面变粗糙，应随时予以维护。透明制品要求型腔和型芯的粗糙度相同。对于本设计中的制品，不透明制件应该根据情况分别考虑，非配合表面和隐蔽的面可取较大的表面粗糙度。2.2塑件材料的性能与特点本次设计的内容是笔筒注射模具。首先它属于壳类，经测量属于薄壁制件，整体结构比较规则，但是成型部分比较复杂，且是不对称结构，所以需要对很多尺寸逐一进行分析。笔筒除了保证美观，在使用性能上也有一定的要求。因此材料选用PP。PP聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小，是最轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。PP的熔体质量流动速率（MFR）通常在1~100。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.6~2.0%。2.3塑件体积及重量计算根据热塑性塑料成型条件，PP的密度为0.90--"0.91g/cm3，。对塑件体积估算。数据如下：塑件平均壁厚：t=2mm塑件的体积：V=94cm3塑件重量：m=ρv=0.9×94=84.6g2.4塑件结构分析基于上述塑件的性能材料以及体积和重量的计算，笔筒的几何形状尺寸根据塑件设计原则满足使用要求和外观要求。针对不同物理性能扬长避短。便于成型加工。尽量简化模具结构。尺寸：工件长85mm，宽85mm，高125mm，可采用注塑工艺进行成型。精度：根据生产要求，外壳采用一般精度，一般精度下PP精度等级为MT3。脱模斜度：PP脱模斜度如表2.2所示。表2.2PP脱模斜度[27]材料名称型腔型芯PP40′～1°20′35′～1°考虑到零件形状的复杂性，型腔采用1°脱模斜度，型芯采用50′脱模斜度。校核壁厚以及其工艺合理性，具体的参数可参考塑件图。最终的收音机外侧三维造型如图2.3所示，其内侧三维造型如图2.4所示。图2.3笔筒外侧三维造型图图2.4笔筒内侧三维造型图3成型方案确定以及注塑模设计3.1注塑机的选择3.1.1估算塑件体积、确定型腔数目=1\*GB3①塑件体积Vz=94mm3=2\*GB3②确定型腔数目型腔数量的确定一般要考虑技术，生产管理等多方面的因素，一般从经济的角度出发，订货量大时可选用大型机，多型腔模具。当尺寸精度和重复性精度要求很高时，应尽量减少型腔的数目。多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。因此，从塑件成本中所占的模具费比例来看，多腔模比单腔模要低。制造难度上，多型腔模的制造难度比单腔模大，当其中一个腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。本次设计考虑制件的外形结构与配合要求初选为一模两腔。3.1.2初选注射机V=nVz+Vj≤80%Vg…………………(3.1)估算浇注系统凝料Vj≈Vz=94cm³Vz—单个注塑模成型件体积(cm3)Vj—单个浇注系统体积(cm3)通常情况，Vj=(0.8~1.2)×VzVg—注塑模成型件所需最大注射容量(cm³)V—注塑系统总体积(cm³)n—型腔数目Vg≥（nVz+V）/0.8=（2×94+6）/0.8=242.5cm³初选注射机型号为XS-ZY-125。注塑机相关参数见表3.1。表3.1XS-ZY-125注射机参数[27]参数名称数值螺杆直径（mm）Φ42注射容量（cm3）525注射压力（MPa）319锁模力（KN）最大注射面积（cm2）1250320模具最大厚度（mm）600模具最小厚度（mm）200模板行程（mm）800喷嘴球半径（mm）15喷嘴孔直径（mm）43.1.3注射压力校核第一项任务是校核所选注射机的公称压力P能否满足塑件成型时所需的注射压力。根据文献[24]得注射压力按公式（3.2）校核:………………………（3.2）查阅热塑性塑料成型条件，得PP的注射压力为80~110MPa。根据所选注塑机型号的参数，注射机的注射压力为119MPa。所以119MPa70~100MPa；故注塑机注射压力符合所需注射压力。3.1.4开模行程校核开模行程的校核对于带有液压—机械式合模系统的注塑机，它们的开模行程均由连杆机构的冲程或其他机构的冲程确定，其最大值仅与冲程的调节量有关，不受模具厚度影响。在注塑机上使用单分型面注塑模，可用下面的方法校核模具所需的开模距离是否与注塑机的最大开模行程互相适应，开模行程校核示意图如图4.1所示。图3.1开模行程校核示意图对于单分型面注射模，查阅文献[24]，根据公式（3.3）进行开模行程的校核：Smax≥H1+H2+（5~10）mm………………（3.3）H1—制品所用的脱模距离；H2—制品高度（包括与制品相连的浇注系统凝料）。S—注射机移动板最大行程，mm；H—所需要开模行程，mm；通过对于模具结构的分析和公式的计算可以得出：H=18+50+（5～10）=73～78mm；所以：300mm=SH=73～78mm；故注塑机开模行程符合所需开模行程。3.1.5推顶装置校核设计模具时必须注意模内的顶出脱模机构与合模系统的推顶装置相匹配。通常是根据合模系统推顶装置的顶出形式、顶杆直径、顶杆间距和顶出距离等，校核模具内的顶杆或推杆配置位置是否合理，其长度是否能达到使制品脱模的效果来确定[26]。本设计方案采用顶杆和推板顶出塑件，确保塑件不会因为包紧力过大，各部分顶出力不均匀而产生翘曲。具体方案与顶杆布置可参考模具总装图和顶杆固定板图。3.2成型方案确定3.2.1分型面位置模具上用于取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面通称为分型面。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：=1\*GB3①便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。=2\*GB3②保证塑件的精度要求。=3\*GB3③满足塑件的外观质量要求。=4\*GB3④便于模具加工制造。=5\*GB3⑤对成型面积的影响。=6\*GB3⑥对排气效果的影响。=7\*GB3⑦对侧向抽芯的影响。=8\*GB3⑧分型面应选在塑件外形最大轮廓处。出于便于塑件脱模和简化模具结构的考虑，分型面形式选取示意图如图3.2所示。图3.2分型面形式选取示意图3.2.2脱模方式塑件总体来说依然是一件薄壁件，本设计方案采用推杆和推板顶出塑件，确保塑件不会因为包紧力过大，各部分顶出力不均匀而产生翘曲。3.2.3浇注系统与排气形式模具采用一模二腔形式，使侧浇口浇口在零件内表面进料，型腔气体的排除，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面，排气槽也都设在分型面上。对于组合式的型腔或型芯可利用其拼合的缝隙排气，其排气形式，如图3.3所示。图3.3排气形式示意图3.2.4冷却系统与加热系统为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节，对于热塑性塑料的注塑模，就是设计冷却系统使模具冷却，本次设计模具采用常用的设计方法，在模具内开设冷却水通道，利用循环系统的冷却水带走模具的热量，另外模具的加热系统则是利用冷却系统的冷却水通道，调节水温达到模具加热的目的[27]。3.2.5确定成型零部件的结构形式主要成型零件常用的结构有以下几种：整体式，整体嵌入式以及镶拼组合式。整体式的优点是极少的累积组装误差导致的高精度；镶拼组合式的优点在于加工要求低，便于更换损坏的零件。为了模具的制造与修模方便，本设计采取凹模嵌入定模版，凸模嵌入动模板的安装形式，既整体嵌入式。3.2.6确定模具总体结构笔筒的结构中等复杂，但总体来说依然是一件薄壁件，所以所设计的模具结构为单分型面的两板式模具，并且动模与定模采用的是整体嵌入式的结构。具体结构详见装配图的图纸页。3.3浇注系统设计3.3.1主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。在本次设计中，设计主流道位置垂直于分型面，为了便于流道凝料的脱出设计成具有2°～4°锥角的圆锥面内壁有Ra=0.4μm以下的粗糙度，在内壁研磨和抛光时应注意抛光方向，不形成垂直于脱模方向的划痕，否则会发生脱出困难而造成成型中断。主流道与喷嘴接触处多做成半球形凹坑，二者紧密配合，避免高压塑料融体溢出。凹坑球半径R2应比喷嘴球头半径R1大1～2mm，主流道小端直径d2应比注塑机喷嘴口直径d1约大0.5～1mm，常取φ4～8mm，其锥角不宜太大，一般取2°～6°。主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=1～3mm。喷嘴与主流道衬套接触面尺寸关系见图3.4。图3.4喷嘴与主流道衬套接触面尺寸关系示意图(1)R2=R1+(1～2)=12+(1～2)=13～14mm(2)d2=d1+(0.5～1)=4+(0.5～1)=4.5～5mm(3)h=3～5mm，取5mm(4)α=2°～4°,取α=3°(5)r=1～3mm,取r=2mm3.3.2浇口套设计由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套。选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。当主流道贯穿几块模板时，必须采用主流道衬套，以避免在模板间的拼缝处溢料，以致主流道凝料无法脱出。本次设计将主流道衬套的大圆盘设计成模具定位圈，在安装模具时起定位作用。衬套用T8或T10钢。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套尺寸取d=20mm。3.3.3分流道的设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）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流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。截面形状从压力传递角度考虑，要求有大的流道截面积。从散热少考虑应有小的表面积S。选择圆形断面分流道。（2）分流道的表面粗糙度分流道表面粗糙度，常取Ra＞0.63～1.6μm。以增大外层流动阻力，避免熔体表面滑移，使中心层具有较高剪切速率。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。实际加工时，用铣床铣出流道后，稍微省一下模，省掉加工纹理就行了。（省模：制造模具的一道很重要的工序，一般配备了专业的省模工人，即用打磨机，沙纸，油石等打磨工具将模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。）3.3.4浇口形式和尺寸浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：=1\*GB3①尽量缩短流动距离。=2\*GB3②浇口应开设在塑件壁厚最大处。=3\*GB3③必须尽量减少熔接痕。=4\*GB3④应有利于型腔中气体排出。=5\*GB3⑤考虑分子定向影响。=6\*GB3⑥避免产生喷射和蠕动。=7\*GB3⑦浇口处避免弯曲和受冲击载荷。=8\*GB3⑧注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，运用Moldflow软件进行CAE分析。设置工艺参数如表3.2所示，分析结果如图3.5所示。表3.2工艺参数模具温度熔体温度注射压力保压压力80℃230℃80MPa60MPa图3.5浇口位置分析图由分析结果可知，浇口的最合适位置在塑件中心部位，为了不影响塑件的减少压力，采用侧浇口浇口。侧浇口浇口与分流道中心线的夹角一般在30°～55°左右，常采用圆形截面。3.3.5冷料穴在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。根据需要，不但在主流道末端，也可在各分流道转向位置，甚至在塑件型腔末端设置冷料穴。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），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1.5～2倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。本模具中主流道和分流道是在一个竖直面上，因此将冷料穴的位置设在主流道末端延长处。3.4成型零件的工作尺寸计算本次设计，采用公差带法计算型芯型腔的尺寸。按公差带方法计算模具成型零件尺寸，是用最大和最小成型收缩率Smax和Smin计算。其理论推导的过程较严密，计算中可保证塑件尺寸不超过公差。也给新模具的成型尺寸留有充分的修磨余地，便于修模并延长了模具的使用寿命。而且，公差带法中的校验原理同样适用于平均收缩率的计算过程，是防止塑件尺寸超出公差的手段。塑件的材料为PP，其收缩率为0.4～0.7%。所以塑件的最大收缩率Smax=0.7%；塑料的最小收缩率Smin=0.4%；塑件的平均收缩率Scp==（0.7+0.7）/2=0.55%塑件采用MT3级精度（一般精度）型腔的径向尺寸:LM=[LS(1+Scp)-3/4Δ]0+δz型腔高度尺寸:型芯径向尺寸:型芯高度尺寸hm=[hs(1+Scp)+Δ]计算结果见表3.3。表3.3计算数据塑件尺寸（mm）模具尺寸（mm）120120.08+0.1957574.92+0.1651615.77+0.1051817.78+0.105115115.92-0.1457070.62-0.11515.515.68-0.05513.513.66-0.053.5导向机构的设计塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸精度的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，常见的导向定位机构是在模具型腔四周设2～4对互相配合的导柱和导套。3.5.1导向零件的作用（1）定位作用。为避免模具在装配时因方向搞错而损坏成型零件，并在合模后使型腔在工作过程中能保持正确形状和位置，确保塑件壁厚的均匀性。（2）导向作用。在动模向定模闭合行进中，导向机构应首先接触，引导动、定模沿准确方向和位置闭合，避免凸模首先进入型腔而发生损伤。为此，导柱必须比凸模端面高出6～8mm。（3）承受侧压的作用。高压塑料熔体注入型腔时，会产生单向侧压力。由于型腔侧面不对称或由于模具中心与分型面上成型压力中心不一致，会产生较大的侧压力，均须由合模导向机构来承担。但当单向侧压力过大时，须增设锥面定位机构来承担。（4）支撑型腔板或动模推件板。3.5.2导柱导向机构的设计=1\*GB2⑴导柱要求：①由导柱导套或导向孔结构组成。②要求导柱比凸模高出6～8cm。③导柱端面成锥形或半球形。④导柱表面具有较好的耐磨性，芯部坚韧而不易折断。⑤与模板装配过渡配合。⑥导柱与模板的连接方式。=2\*GB2⑵导套：直导套主要使用于厚模板中，可缩短模板的镗孔深度，在浮动模板中使用较多带头导套Ⅰ型是国外常用型式，可用在各种场合；Ⅰ型的作用与有肩导柱相同，其定位肩可对安装在导套后面的模板进行定位。#型还可用作推板导套与推板导柱相配合。导套要求：①导套前端有一定圆角。②导套硬度比导柱低。③导套与模板配合面的粗糙度合理。④导套与模板的连接固定方式合理。3.6脱模机构设计3.6.1脱模机构设计原则推出机构或称顶出、脱模机构，作用是使塑件从模具上脱出。常用的有推杆、推管、推件板三种结构形式。脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。推出机构总的设计要求为：（1）推出机构应尽可能设置在动模上，以便利用注射机驱动推出机构，当塑件因形状等关系不能保证留在动模端时，则须采用强留措施，或在定模上设置推出机构。（2）推出机构须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易。（3）根据塑件的尺寸、形状及塑件材料等选用推杆的位置及数量，以保证塑件不发生变形、破裂、擦伤，以及外观、精度等质量要求。因此，推杆应设置在塑件承力较大的位置，如肋部、凸缘、壳体壁等处。（4）对塑件推出阻力较大的部位，须有足够的推出力，以保证塑件各部位均匀推出。（5）推杆孔须与推板运动方向平行，其与推杆的配合不能过紧或过松，避免推杆折损或产生毛边，造成不易推出，标准规定采用H7/f6配合。3.6.2脱模力的计算塑件在冷却时，将包紧型芯或凸模，产生包紧力。包紧力的大小，与塑件的收缩率、塑件的壁厚和形状及大小所形成的塑件刚度，塑件对型芯和型腔表面的粗糙度及加工纹向等都因素所形成的摩擦阻力、塑件材料及其对型芯及型腔的粘附力、以及注射压力、开模时间、脱模斜度等都有关系。对于不通孔壳形塑件脱模时，还须克服大气压力。但在计算和确定脱模力时，一般只考虑主要因素，进行近似计算，并使确定的脱模力大于上述诸因素所形成的阻力。此阻力在开模的瞬间最大，所以计算的脱模力为初始脱模力。当脱模开始时，阻力最大。脱模力中包括四个内容：即塑件从模具上脱出的摩擦阻力、大气压力、塑件对钢材的粘附力、脱模机构的运动阻力。根据t/d=2.5/120=0.021<0.05，所以该制件属于薄壁矩形件。对于薄壁矩形件F=8δ2ESLcosφ式中：F—脱模力，N；δ2—塑件平均壁厚，cmE—塑件弹性模量，N/cm2；S—塑件平均成型收缩率；L—包容凸模的长度，cm；ƒ—塑件与钢的摩擦系数；μ—塑件的泊松比；k2—无量纲系数；φ—型芯的脱模斜度；A—型腔投影面积，cm2。查表得塑件脱模力计算参数：δ2=2.5；S=0.55%；L=15.5；φƒ=0.21；E=2900；μ=0.394；k2=1.0035.代入得：F=2198N3.6.3脱模机构的形式本塑件采用推板推出机构。推板脱模机构的优点是不会在塑件表面留下痕迹，另外塑件受力均匀，推出平稳，且推出力大，结构比较简单，适用于壳形塑件及表面要求高的塑件。推板厚度计算公式：t=0.54L03FEB[δ]式中L0——推件板长度上两推杆的最大距离；B——推件板宽度；t——推件板厚度；E——弹性模量；F——脱模力；[δ]——推件板中心的许用变形量。查表得：L0=340mm，B=290mm，E=2.1×105Mpa，[δ]=0.022～0.044,F=2198N。计算得：t=17.19mm3.7冷却系统的设计原则注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品质量的影响很大。一般来说，在整个成型周期中模内冷却时间约占75%，因此提高冷却效率、缩短冷却时间是提高生产率的关键。设计冷却系统是要从这几方面入手：=1\*GB3①要优先考虑冷却管道的位置，然后综合处理脱模机构零件布置和镶块结构并保证型芯首先冷却；=2\*GB3②要保证实现管道冷却水的流速和流量，还要保证足够的水压；=3\*GB3③管道直径一般取d=8～25mm;=4\*GB3④冷却管道布置应以均匀为前提，孔壁与型腔壁的间距h=(1.5～3)d、孔壁之间间距b=(2.5～4)d;=5\*GB3⑤注塑模的浇注系统，若需加强冷却，可利用较冷的进水。=6\*GB3⑥温度调节系统要尽量做到结构简单、加工容易、成本低廉。本设计根据塑件的结构特点，定模部分设计了1条U形水道，动模部分设计了1条环U形水道，共2条水道。水道如图3.6所示。图3.6冷却水道示意图3.7.1冷却时间计算在注射过程中，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，故查阅文献，按公式（3.6）进行计算：………………（3.6）—塑料热扩散系数，mm2/s；PP的热扩散系数为0.0652mm2/s；—制品壁厚，mm；根据塑件尺寸，取平均壁厚为2.5mm；—塑料注射温度，℃；PP材料的注射温度定为230℃；Te—塑料的热变形温度，℃；查PP材料的性能表得热变形温度为90℃Tm—模具温度，℃；根据PP材料的特性，模具温度定为80℃计算过程：………………（3.6）3.7.2冷却管道尺寸选择塑件的内部形状比较复杂，但仍属薄壁塑件，总体是一个包紧型芯侧的塑件。综合上述因素，为了能使塑件实现良好的冷却效果，流道的直径设计为8mm，入水孔或出水孔均为直径10mm的标准流道口设计。3.8模架及零件设计图(1)型腔型腔采用整体嵌入式的结构。该结构便于加工，且可节省优质钢材。常用于多腔模的塑件。型腔形状，如图3.7所示。图3.7笔筒型腔(2)型芯为了节省优质钢材、减少切削加工量，型芯采用组合式结构，将型腔及固定板分别采用不同材料制造和热处理，然后采用轴肩固定。型芯形状如图3.8所示。图3.8笔筒型芯4模具的三维造型以及模具动作过程模具二维图纸设计以及绘制完成之后，为了生产模具，必须建立模具的三维造型，然后通过CAE技术安排合适的工序，将三维图传输到加工机床处，钳工以及技工以二维图作为参考，以三维图作为准则，进行模具零部件的加工。4.1模具的三维造型运用三维软件UG，对所设计的注塑模进行三维建模，模具设计如图4.1所示。图4.1模具设计示意图4.2模具动作过程如图4.2所示为模具动作过程：图4.2模具动作过程整副模具工作时的动作过程如下：首先注塑机驱动动模部分，