打印机支架的注塑模具设计本科学位论文

广东揭阳学院本科生毕业设计PAGE1打印机支架的注塑模具设计1绪论1.1塑料的基本知识塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料，它大多采用合成树脂。在一定温度和压力下，塑料具有可塑性，可以利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。塑料密度小、质量轻、耐磨性好，此外，许多塑料还具有透光性能和绝热性能以及防水、防透气和防辐射等特殊性能，因此它能够在工业生产中得到广泛应用。塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟与发展，极大地促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。塑料目前尚无确切的分类，一般分为热固性塑料和热塑性塑料，其中热塑性塑料在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化，如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等。而热固性塑料的特点是能在受热或其他条件作用下固化成不溶性物料，如酚醛塑料、环氧塑料等[1]。1.2塑料工业的发展历史及现状早在19世纪以前，人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂。1868年将天然纤维素硝化，用樟脑作增塑剂制成了世界上第一个塑料品种，称为赛璐珞，从此开始了人类使用塑料的历史。1909年出现了第一种用人工合成的塑料-酚醛塑料。1920年又一种人工合成塑料-氨基塑料(苯胺甲醛塑料)诞生了。这两种塑料当时为推动电气工业和仪器制造工业的发展起了积极作用。到20世纪20、30年代，相继出现了醇酸树脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯类、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料。从40年代至今，随着科学技术和工业的发展，石油资源的广泛开发利用，塑料工业获得迅速发展。品种上又出现了聚乙烯、聚丙烯、不饱和聚酯、氟塑料、环氧树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺等等。目前塑料制件几乎已经进入一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。塑料工业又是一个飞速发展的工业领域，现已发展成为塑料产品系列化、生产工艺自动化、连续化以及不断开拓功能塑料新领域[2-3]。1.3塑料成型工业在生产中的重要地位模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一种类型。随着机械工业、电子工业、航空工业、仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计和制造的水平也必须越来越高。因此，模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着各种产品的质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高[4]。1.4塑料成型技术的发展趋势21世纪，塑料工业以前所未有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点，因此传统的模具设计方法已无法适应当今的要求，与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。利用CAE技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是发展的必然趋势[2]。1.5塑料模具的分类按照塑料制件的成型方法不同可以分为以下几类。(1)注射模注射模又称为注塑模。塑料注射成型是在金属压铸造成型原理的基础上发展起来的。首先将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热熔融成粘流态，然后在螺杆的推动下，熔融塑料以一定的流速通过料筒前端的喷嘴射入闭合的模具型腔中，经过一定的保压，塑料在模内冷却、硬化定型，接着打开模具，从模内脱出成型的塑件。(2)压注模又称传递模。压注模的加料室与型腔是通过浇注系统连接起来的，通过压柱将加料室内受热塑化熔融的热固塑料经浇注系统压入被回执的闭合型腔，最后固化定型。(3)挤出模又称为挤出机头。挤出成型是利用挤出机料筒内的螺杆旋转加压的方式，连续地将熔融状态的物料从料筒中挤出，通过特定截面形状的机头口成型并借助于牵扯引装置将挤出的塑料制件均匀拉出，同时冷却定型，获得截面形状一致的连续型材。(4)压缩模又称压塑模。压缩成型是塑件盛开方法中较早采用的一种方法。将预热过的塑料原料直接放在经过加热的模具型腔内，凸模向下运动，在热和压力的作用下塑料呈熔融状态并充满型腔，然后再固化成型。压注模多用于热固性塑料制件的成型，但这种方法成型周期长、生产效率低。除了上述介绍的几类常用的塑料成型模具外，还有泡沫塑料成型模、气动成型模、浇铸成型模、滚塑成型模、压延成型模以及聚四氟乙烯冷压成型模等[5-6]。2塑件的分析2.1塑件的结构分析由图2-1可以看出，该塑件结构简单，在塑件上有几个孔，这部分由型腔与型芯镶件成型，其余部分由凹模与凸模直接成型。图2-1塑件图制品要求表面光洁度比较高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕，也正是由于对外表的严格要求，以及使产品容易脱模，降低制造时的废品率，因此设置了塑件的脱模斜度为1°。打印机支架的工艺参数如表2-1所示。表2-1打印机支架的工艺参数材料脱模斜度尺寸精度壁厚圆角(mm)收缩率PP1°IT68mmR0.5～R10.5%2.2塑件材料的选取及分析塑料成型原料的选取应该综合考虑多方面因素，应充分了解制品的用途、特性、设计参数及要求，在满足以上要求后，并考虑使用塑料的成本、成型加工的难易程度等要求。根据分析可知此塑件要求有较强的抗冲击强度、具有较强的抗湿性能，以及抗腐蚀性能。通过分析，比较可选用聚丙烯（PP）作为些制品的材料[9]。下面将对PP加以介绍[1-4]：1．基本特性聚丙烯无味，无毒，无色。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度为0.9～0.91g/㎝3。它不吸水，光泽好，易着色。聚丙烯的屈服强度，抗拉，抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链，其具有特别高的抗弯曲疲劳强度，如用聚丙烯注射成型的一体铰链，经过7×107次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯的熔点为164～170℃，其耐热性好，能在100℃以上的温度下进行消毒灭菌。聚丙烯耐低温的使用温度可达-15℃2．主要用途聚丙烯可用于制作各种机械零件如法兰、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。3．成型特点聚丙烯成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；聚丙烯成型的适宜模温为80℃左右，不可低于504．PP的注射工艺参数PP的注射工艺参数如表2-2所示。表2-2PP的注射工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速(r/min)30～60料筒温度/℃前段180～200喷嘴形式直通式中段200～220喷嘴温度/℃170～190后段160～170模具温度/℃40～80注射压力/MPa70～120保压力/MPa50～60注射时间/s0～5保压时间/s20～60冷却时间/s15～50成型时间/s40～1203模具的设计3.1确定型腔数及塑件排列方式为了使模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性、保证塑件精度，模具设计时应首先确定型腔数目。与多型腔模具相比较，单型腔模具具有塑料制件的形状和尺寸一致性好、成型的工艺条件容易控制、模具结构简单紧凑、模具制造成本低、制造周期短等特点。但在，在大批量生产的情况下，多型腔模具应是更为合适的形式，它可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。由于此塑件体积小，如果采用单型腔模具，虽然可以保证制品的质量，但不适合大批量生产[1]。综合以上因素，本制品采用一模两腔的多型腔模具。模具的型腔排列方式如图3-1所示：图3-1模具的型腔排列方式3.2分型面的设计为了便于将塑件从密闭的模腔内取出，也为了便于安放嵌件或取出浇注系统，必须将模具分成两个或几个部分，通常将分开模具能取出塑件的面称为分型面，另外，以分型面为界，模具又可分成两大部分即动模与定模部分，而其他的面则被称作分离面或分模面，注射模只有一个分型面。分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为它会受到塑件的几何形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置、脱模方法以及塑件在模具内的成型位置、顶出方式、浇注系统的设计、模具排气的方式等方面的影响。常见的分型面有水平分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面[2-3]。在本模具设计中。由于制品的结构比较特殊，分型面应选在制品的最大外形尺寸处，因为这样有利于排气，使注射出来的塑件不会产生气孔，并且要有利于型芯、型腔镶件的安装。综合以上各因素，得分型面如图3-2所示：图3-2分型面的设计示意图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气体顺利地排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、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，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。对于由于排气不畅而造成型腔局部充填表困难时，除了设计排气系统外，还可以考虑开设溢流槽，用于在容纳冷料的同时也容纳一部分气体有时采用这种措施是十分有效的。注射模通常以如下三种方式排气：(1)利用配合间隙排气对于简单型腔的小型模具，可以利用推杆、活动型芯、活动镶件以及双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气。这种类型的排气形式其配合间隙不能超过0.05mm，一般为0.03～0.05mm(2)在分型面上开设排气槽分型面上开设排气槽是注射模排气的主要形式。(3)利用排气塞排气如果型腔最后充填的部位不在分型面上，而其附近又没有活动型芯或推杆，可以在型腔深处镶入排气塞，排气塞可以用烧结金属块制成。排气系统的主要设计要点一般如下：(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。在本模具是设计中，并不需要另开设排气槽，利用分型面和型芯、型腔镶件分型面之间的间隙、以及顶杆与模板的配合间隙进行排气。由于这些间隙是客观存在的，并不需要加工的，故叫自然排气。由于它不用另设排气槽，因此结构比较简单，是注塑模中经常采用的一种排气形式[4,6]。3.4成型零部件的设计构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型零件不仅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，而且还要求有合理的结构，较高的强度，刚度以及较好的耐磨性。设计塑模的成型零件时，应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构，并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构。也就是说，根据塑件的尺寸，计算成型零件型腔的尺寸，确定型腔的组合方式，确定成型零件的加工、热处理、装配等要求，还要对关键的部位进行强度和刚度校核。成型零部件决定了塑件的几何形状和尺寸，通常包括：凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等[1]。3.4.1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，按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。整体式凹模结构整体式凹模结构是在整块金属模板上加工而成的，其特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但是由于整体式型腔加工困难热处理不方便，所以其常用于形状简单的中、小型模具上。组合式凹模结构是指型腔是由两个以上的零部件组合而成的。按组合方式不同，组合式凹模结模可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式[3,5]。以上几种凹模方式相比较而言，整体式凹模的特点是牢固、不宜变形、不会在塑件上产生接线痕迹。但加工整体式凹模相对困难，且热处理不方便。所以本设计采用整体嵌入式凹模，由于塑件表面有通孔形状，固需要在凹模上镶嵌镶件使其成型。在设计过程中可以用三维软件直接设计生成凹模，它的具体形状结构如图3-3所示。图3-3凹模设计示意图3.4.2成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，其主要有：主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆。如果按结构来分主型芯可以分为整体结构的凸模、整体镶入结构的凸模和镶拼组合结构的凸模。整体式结构的主型芯它有以下特点：结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验或小型模具上的形状简单的型芯。整体镶入结构的凸模，其结构节约优质钢材，便于制造加工。镶拼组合结构的凸模，多应用于复杂制品模具，其特点是易于加工，质量容易得到保证[6,9]。本次设计的塑件的结构并不是很复杂，所以选择整体镶入结构的凸模最为合适。应用Pro/Engineer软件设计的整体凸模如图3-4所示：图3-4凸模示意图镶件是成型制品表面孔的成型零件。此课题应用Pro/Engineer软件设计的镶件零件如图3-5与3-6所示。图3-5型腔镶件图3-6型型镶件3.4.3凹模的工作尺寸，由于塑件的尺寸不均匀，所以应该取最大的尺寸作为计算对象，我们取54.57-0.64来计算，根据公式[1]：L模具=[L塑件(1+K)-(3/4)Δ]+δ(3-1)其中L塑件——塑件外形最大尺寸；K——塑件的平均收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δ——模具的制造公差，取塑件尺寸公差的1/3—1/6。所以：L模具=[54.57×(1+0.5%)-(3/4)×0.64]+0.16=54.36+0.16对于塑件高度最大H=11.86-0.16尺寸的模具尺寸，因为H模具=[H塑料（1+k）-2/3Δ]+δ(3-2)公式中H塑料——塑件高度方向的最大尺寸。所以：H模具=[11.86×（1+0.5%）-2/3×0.64]+0.12=11.5+0.12凸模的工作尺寸，对于塑件48.2+0。64来计算，根据公式：l模具=[l塑件(1+K)+(3/4)Δ]+δ(3-3)所以有：l模具=[54.57×(1+0.5%)+(3/4)×0.64]+0.16=55.53+0.16对于塑件H=11.860.64尺寸，根据公式：h模具=[h塑料（1+k）+2/3Δ]+δ(3-4)所以：H模具=[11.86×（1+0.5%）+2/3×0.64]+0.12=12.4+0.12由于在此设计当中，塑件的其他尺寸并没有精度要求,则模具型腔可直接按制品有关尺寸加工制作。4浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。它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)对模腔的填充迅速有序;（2)可同时充满各个型腔;（3)对热量和压力损失较小;（4)尽可能消耗较少的塑料;（5)能够使型腔顺利排气:（6)浇注系统凝料容易与塑料分离或切除;（7)不会使冷料进入型腔;（8)浇口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[1-2,5-6]。4.1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机到喷嘴与模具接触处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[1]。主流道按照外观形状大体可以分为：垂直式主流道、倾斜式主流道和弧形主流道。本次设计采用的主流道形式为垂直式主流道。主流道的小端直径应比注射机喷嘴孔径大0.5～1mm，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帖合，本次设计的主流道小端直径为2.5mm。主流道的长度根据模具结构确定，越短越好。主流道锥度一般为2～4°，粘度大的可以选择3～6°，且流道的表面粗糙度不大于0.8μm。

由于主浇道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以，一般不将主浇道直接开在模板上，而是将它单独设在一个主浇道衬套中。这样即可以使易损坏的主浇道部分单独选用优质钢材，延长模具使用寿命和损坏后便于更换或修磨，也可以避免在模板上直接开主浇道且需穿过多个模板时，拼接缝处产生钻料，主浇道凝料无法拔出。通常，将淬火后的主浇道衬套嵌入模具中。浇口套一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等材料制造，热处理淬火硬度53～57HRC，设计浇口衬套如图4-1图4-1浇口衬套示意图4.2分流道的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。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失[1]。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。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种[6]：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。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。常用的分流道截面形式有以下几种：圆形截面圆形截面的比表面积最小，但需开设在分型面的两侧，在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合。梯形及U型截面它们的截面分流道加工较容易，且热量损失与压力损失均不大，为常用的形式。半圆截面半圆形截面分流道需用球头铣刀加工，其表面积比梯形和U形截面分流道略大，在设计中也有采用；矩形截面矩形截面分流道因其比表面积较大，且流动阻力也大，故在设计中不常采用。在本设计中，分流道采用平衡式布置，截面为圆形，且截面半径为2mm。设计的分流道如图4-2所示：图4-2分流道的设计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恰当与否,直接关系到塑件能否被完好地高质量地注射成型。浇口可分为成限制性浇口和非限制性浇口两类。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。对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的，提高塑件质量。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，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用[1,6]。浇口设计要注意以下几个方面： 1.选择在不影响塑件外观的部位。2.浇口应不影响塑件的使用性能。3.应尽量避免产生喷射和蠕动现象。4.应开设在壁厚处以保证最终压力有效地传到塑件厚部，利于填充与补料。5.尽量缩短流程，减少变向，以降低压力损失。6.应利于型腔内气体的排出。7.尽量避免熔接痕。8.避免引起塑件变形9.尽量设在便于熔体流动的方向。10.应便于清除凝料，如盘形，轮辐或爪形，潜伏式。11.浇口与分流道的连接处应采用圆弧或斜面相连，平滑过渡。12.初始值应取较小，为试模时必要的修正留有余地。4.3.浇口的结构形式较多，按结构形式和特点、常用的浇口可分成以下几种形式[2]。1．直接浇口直接浇口又称主流道型浇口，它属于非限制性型浇口，这种形式的浇口截面大，去除浇口较困难，去除后会留有较大的浇口痕迹，影响塑件的外观。这类浇口大多用于注射成型大、中型长流和深型腔筒形塑件，尤其适合于如聚碳酸脂等高粘度塑料。另外，这种形式的浇口只适于单型腔模具。直接浇口的浇注系统有着良好的熔体流动状态，塑料熔体从型腔底面中心部位流向分型面，有利于消除深型腔处气体不易排出的缺点，使排气通畅。这样的浇口形式，使塑件和浇注力均匀。2．中心浇口当筒类或壳类塑件的底部中心或接近于中心的部位有通孔时内浇口就开设在该孔口处，同时中心设置分流锥，这种类型的浇口称中心浇口。中心浇口实际上是直接浇口的一种特殊形式，它具有直接浇口的一系列的优点，而克服了直接浇品易产生的缩孔等缺陷。中心浇口其实也是端面进料的环形浇口，在设计时，环形的厚度一般不小于0.05mm，当进料口环形的面积大于主流道小端面积时，浇口为非限制性型浇口；反之，则浇口为限制性型浇口。3．侧浇口侧浇口国外又称标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充满模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，而且不留明显痕迹。这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射压力损失较大，对深型腔塑件排气不利。侧浇口尺寸计算的经验公式如下：b=(0.6～0.9)/30(4-1)t=(0.6～0.9)δ(4-2)式中b为侧浇口的宽度，mm；A为塑件的外侧表面积，mm2；t为侧浇口的厚度，mm；δ为浇口处塑件的壁厚，mm。4．轮幅式浇口轮幅式浇口是在环形浇口的基础上改进而成，由原来的圆周进料改为数小段圆弧进料，浇口尺寸与侧浇口类似。这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多，且去除浇口容易。这类浇口在生产中比环形浇口应用广泛，多用于底部有大孔的圆筒形或壳形塑件。轮幅浇口的缺点是增加了熔接痕，这会影响塑件的强度。除了这些之处，还有环形浇口、爪牙浇口、点浇口、潜伏浇口等，不同的浇口形式对塑料熔体的充填特性、成型质量及塑件的性能会产生不同的影响，各种塑料因其性能的差异而对不同形式的浇口会有不同的适应性，设计模具时可参考表4-1所列部分塑料所适应的浇口形式[8]。表4-1部分塑料所适应的浇口形式浇口形式塑料种类直接浇口侧浇口平缝浇口点浇口潜伏浇口环形浇口硬聚氯乙烯（PVC）√√聚乙烯（PE）√√√聚丙烯(PP)√√√聚碳酸脂(PC)√√√聚苯乙烯(PS)√√√√橡胶改性苯乙烯√√聚酰胺(PA)√√√√聚四醛(POM)√√√√√√丙烯脯-苯乙烯√√√ABS√√√√√√丙烯酸酯√√综合对比以上几种浇口形式，并根据本次设计塑件选用的材料，及制品的使用环境与性能要求，本次设计采用侧浇口形式。且b=0.5mmt=0.1mm。4.3.2如前所述，浇口形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大。因此，合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。另外，浇口位置的不同还会影响模具的结构。选择浇口的位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模体内的流动状态、成型的工艺条件，综合进行考虑。设计时注意以下几个问题[2]：1．尽量缩短流动距离浇口位置的选择应保证迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体流动距离，这对大型塑件更为重要。2．避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷小的浇口如果正对着一个宽度和厚度较大的型腔，则熔体经过浇口时，由于受到很高的剪切应力，将产生喷射和蠕动等熔体断裂现象。3．浇口应开设在塑件壁厚处当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在壁薄处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，影响熔体的流动距离，难以充填满整个型腔。4．考虑分子定向的影响。5．减少熔接痕提高熔接强度。此外，浇口位置的选择还应注意到实际塑料型腔的排气问题、塑件外观的质量问题等。综合上述内容，本次设计的侧浇口其位置置于主型芯的正中侧壁上。如图4-3所示。图4-3浇口位置图4.4拉料管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[6]：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。在本模具设计中，选用了带钩形拉料杆，具体结构如图4-4所示：图4-4拉料管的示意图4.5定位圈的设计为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。在此次的模具设计中，定位圈的设计如图4-5所示[2]。图4-5定位圈的示意图5标准模架的选择模架是设计制造塑料注射模的基础部件，此设计中是以上海海华轮船公司龙记模架公司”提供的模架，型号为SC-Type，其结构、布局完全按照其当前标准为准则的。模架基本尺寸为150×180mm，A板的厚度为30mm，B板的厚度为50mm。模架钢材统一选用45号碳素钢。其具体结构如图5-1图5-1模架结构示意图6温度调节系统模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。模具温度是否合适、均一与稳定，对塑料熔全的充模流动、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。模具中设置温度调节系统的目的就是要通过控制模具的温度，使注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率[2]。6.1模具温度与塑料成型温度的关系注射入模具中的热塑性熔融树脂，必须在模具内冷却固化才能成为塑件，所以模具温度必须低于注射入模具型腔内的熔融树脂的温度，即达到玻璃化温度以下的某一温度范围。为了提高成型效率，一般通过缩短冷却时间的方法来缩短成型周期。由于树脂本身的性能特点不同，所以不同的塑料要求有不同的模具温度。部分塑料树脂与之相适应的模具温度可参见表6-1[8]。表6-1部分树脂及其相适应的模具温度树脂名称成型温度模具温度树脂名称成型温度模具温度LDPE190～24020～60PS170～28020～70HDPE210～27020～60AS220～28040～80PP200～27020～60ABS200～27040～80PA6230～29040～60PMMA170～27020～90PA66280～30040～80硬PVC190～21520～60PA610230～29036～60软PVC170～19020～40POM180～22060～120PC250～29090～110设置温度调节装置后，有时会给注射生产带来一些问题，例如，采用冷水调节模温时，大气中水分易凝聚在模具型腔的表壁，影响塑件表面质量，而采用回执措施后，模内一些间隙配合的零件可能由于膨胀而使间隙减小或消失，从而造成卡死或无法工作，这些问题在设计时应予以注意。6.2冷却时间计算塑料的热性能，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6-2可以确定冷却时间（表6-2见《塑料制品及其成型模具设计》231页表2.47）表6-2塑件壁厚与冷却时间的关系制件厚度（mm）冷却时间（s）ABSPAHDPELDPEPPPSPVC0.51.81.81.00.81.82.53.02.33.01.82.11.02.93.84.53.54.52.93.31.34.15.36.24.96.24.14.61.55.77.08.06.68.05.76.31.87.48.910.08.410.07.48.12.09.311.212.510.612.59.310.12.311.513.414.712.814.711.512.3根据上表可查的，本塑件材料为PP，壁厚为1.5mm，故冷却时间为8s。6.3冷却回路的设计要点设置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率最有效的方法。如果不能实现均一的快速冷却，则会使塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂，所以应根据塑件的形状、壁厚及塑料的品种，设计与制造出能实现均一、高效的冷却回路，设计的基本原则如下[2]：1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。2.冷却水道离模具型腔表面的距离当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相当，但当塑件壁厚不均匀时，厚处冷却水道到型腔表面的距离则应近一些，间距也可适当小些，一般水道孔边至型腔表面距离为10～15mm。3.水道出入口的布置水道出入口的布置应该注意两个问题，即浇口处加强冷却和冷却水道的出入口温差应尽量小。塑料熔体充填表型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远，温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，其办法就是冷却水道的入口处要设置在浇口附近。4.冷却水道应沿着塑料收缩方向设置对于收缩率大的塑料，冷却水道应尽量沿着塑料收缩的方向设置。5.冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位，塑件易产生熔接痕的地方，本身的温度就比较低，如果在该处再设置冷却水道，就会更加促使熔接痕的产生。在本设计中，在动模与定模板上都设有水道，布置如图6-1所示：图6-1水道布置图7推出机构的设计注射成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上顶杆或液压缸完成的。7.1推出机构的组成与分类推出机构一般由推出、复位和导向三大部件组成，按其推出动作的动力来源可分为手动推出机构、机动推出机构和液压与气动推出机械等。手动推出机构是指模具开模后，由人工操作的推出机构推出塑件，它可分为模内手工推出和模外手工推出两种。模内手工推出机构常用于塑件滞留在定模一侧的情况；机动推出机构是依靠注射机的开模动作驱动动模具上的推出机构，实现塑件自动脱模；液压和气动推出机构是指设置在注射机上的专用液压或气动装置，将塑件通过模具上的推出机构推出模外或将塑件吹出模外。推出机构按照模具的结构特征可分为一次推出机构、定模推出机构、二次推出机构、浇注系统推出机构、带螺纹的推出机构等等[2]。7.2推出机构的设计要求设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧，由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的，所以在一般情况下，模具的推出机构设在动模一侧。正是由于这种原因，在考虑塑件在模具中的位置和分型面的选择时，应尽量能使模具分型后塑件留在动模一侧，这就要求动模部分所设置的型芯被塑件包络的侧面积之和要比定模部分的多。1.塑件在推出过程中不发生变形和损坏为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力大小的分析与计算，合理地选择推出的方式、推出的位置、推出零件的数量和推出面积等。2.不损坏塑件的外观质量对于外观质量要求较高的塑件，塑件的外部表面尽量不选作推出位置，即推出塑件的位置尽量设在塑件内部。对于塑件内外表面均不允许存在推出痕迹时，应改变推出机构的形式或设置专为推出使用的工艺塑料块，在推出后再将工艺塑料块与塑件分离。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，在斜导柱和斜导柱侧向抽芯及其他特殊情况下，还应考虑推出机构的先复位问题等。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、制造容易。5.推杆的位置应选择在模阻力最大的地方。有些塑件在型芯或型腔内有较深且脱模斜度较小的凸起，因收缩应力的原因会产生较大的脱模阻力，在该处就必须设置推杆。6.推杆位置选择应注意，当塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。7.推杆位置选择时应注意塑件本身的强度和刚度，尤其是薄壁塑件，应尽量可能地选择在壁厚和凸缘等处，否则很容易使塑件变形甚至损坏。8.推杆位置的选择还应考虑推杆本身的刚性。当细长推杆受到较大的脱模力时，推杆就会失稳变形。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。在此模具设计中,顶杆的形状和位置如下图7-1所示:图7-1顶杆的形状位置图7.3推出机构的复位推出机构在注射模工作时，每开合模一次，就往复运动一次，除了推杆和复位杆与模板的滑动配合以外，其余部分均处于浮动状态。推出机构在开模推出塑件后，为了下一次的注射成型，还必须使推出机构复位。使推出机构复位最简单最常用的方法是在推杆固定板上同时安装上复位杆，复位杆为圆形截面，每副模具一般设置四根复位杆，其位置应对称设在推杆固定板的四周，以便推出机构在合模时能平衡复位。另一种推出机构复位装置为弹簧复位。弹簧复位是利用压缩弹簧的回复力使推出机构复位，其复位先于合模动作完成。在活动镶件后端设置推杆时，为了在合模前安放活动镶件，常采用弹簧先复位。弹簧设置在推杆固定板与支承板之间，设计时应防止推出后推杆固定板把弹簧压死，或者弹簧已被压死而推出还未到位。设计时还应注意，弹簧应对称安装在推杆固定板的四周，一般为四个，常常安装在复位杆上，也可将簧柱对称地设置在推杆固定板上，此外，还可设置在推板导柱上[6]。在此模具设计中，采用了弹簧推出机构复位。弹簧复位方式结构简单，但是必须注意弹力要足够，一旦弹簧失效，要及时更换。其设在本模具设计当中，采用了弹簧复位机构，将弹簧直接套在复位杆上，利用弹簧力使推杆复位,设计效果如图7-2所示。图7-2复位结构示意图8注射机的选择8.1注射机的选择注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备，近年来在成型热固性塑料塑件中也得到应用。按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机。各种注射机尽管外形不同，但基本上都是由合模锁模系统与注射系统组成。在工作时，模具安装在移动模板及固定模板上，由合模系统合模并将模具锁紧，注射系统将塑料原料送到料筒中加热到塑化温度，将熔融的塑料注入模具。注射机充有电加热和水冷却系统以调节模具温度。塑料在模具中成型后冷却到一定温度时开模，并由推出机构将塑件推出。较先进的注射机用计算机控制，实现自动化操作。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。设计注射模时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[2,9]。用Pro/Engineer软件计算出塑件的体积为1.64×mm3。质量为147.9g。根据塑件的体积与质量，查《注塑模设计与和产应用》一书中附录E部分国产注射机技术规格，最终选定注射机型号为：SZ-100/80，是浙江塑料机械厂生产的产品。其参数如表8.1所示：表8.1SZ-100/80的参数项目项目结构形式卧理论注射容量100㎝螺杆直径35注射压力170MPa注射速率95g喷嘴口孔径2mm螺杆转速0～200r/min锁模力800KN拉杆内间距320×320移模行程305最大模具厚度300最小模具厚度170锁模形式喷嘴球半径SR108.2注射机的校核因为所选的注射机必须能够正常工作，且符合所设计的模具的要求，因此必须校核此注射机的各项参数。如果所选的注射机不符合，则需要重新选择。因此对于注射机的容量等需要校核[2]。8.2.1注射最大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相适应。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:0.8V≥V+V（8-1）式中：V机—注塑机的最大注塑量V塑件—塑件的体积，V浇—浇注系统体积，本次设计采用Pro/Engineer软件辅助设计，塑件经由该软件分析，得出体积为1.64×103mm3，浇注系统的体积为6.3×10代入式(8-1)可得：V≥（V+V）/0.8=(2×1.64＋0.63)/0.8=4.89cm3故0.8V机≥V塑件+V浇因此注射机的最大注射量满足要求。8.2.２塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状和浇注系统的压力损失等因此决定的。对于粘度较大的塑料以及形状细薄、流程长的塑件，注射压力应取大些。由于柱塞式注射机的压力损失比螺杆式大，所以注射压力也应取大些。注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力，其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。即需满足：（0.75~0.9）p>(8-2)式中—注射机额定最大注射压力Mpa—模具成型时所需的注射压力Mpa根据《塑料模具技术手册》提供的经验数据，PP熔体需注射压力在70～120Mpa范围内。代入式(8－2)计算得：（0.75~0.9）×180=127.5>120Mpa因此符合标准。8.2.３开模行程的校核所选注射机的最大开模行程与模具厚度有关，注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。因此注塑机的开模行程应满足下式：S＞H＋H＋Hm＋(5～10)mm(8-3)式中：H——推出距离mm；Hm——模具实际厚度mm；H——包括浇注系统在内的塑件高度mm；S——注塑机最大开模行程mm。其中H=12mmH=52mmHm=185mm代入上式得H＋H＋Hm＋(5～10)=12＋52＋185＋10＝259＜S＝305mm因此符合要求。8.2.４锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力Fp，才能保证注射时不发生溢料现象，即：Fz＝P×(n×A＋A1)＜Fp(8-4)式中Fz——熔融塑料在分型面上的涨开力，N；n——型腔数量；A——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；A1——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；P——塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的80%。由软件测得浇注系统在分型面上的投影面积为:137mm2,单个塑件在模具分型面上的投影面积为:515.38mm2。由于PP的注射压力为70～120MPa，在这里取最大值120MPaP=120×0.8＝96MPaFz＝P×(n×A＋A1)＝96×(2×515.38＋137)＝112.1KN＜Fp=800KN因此符合标准。8.2.51．模具闭合高度尺寸要与注射机的模板尺寸可拉杆间距相适合，须满足下式：模具长×模具宽<拉杆面积所选模架的模具宽为180mm，模具长为200mm，拉杆面积为320×