塑料模具设计

...wd...摘要注射模设计质量对塑料制品成型的质量、生产效率、模具加工的难易程度、模具制造成本和制造周期等有着直接的影响。本课题主要是针对RICOHCORONA的注射模具的设计，通过对塑件进展工艺分析和对比，根据塑件的主要技术指标以及材料的性能，设计模具的浇注系统、型芯和型腔等成型零部件、导向机构、脱模机构、温度调节冷却系统、排气系统等主要模具设计内容，最终设计完成一副注射模具。本次产品使用的材料为ABS+PC,其综合了PC和ABS的优良性能，一方面可以提高ABS的耐热性、抗冲击和拉伸强度；另一方面可以降低PC成本和熔体粘度，提高流动性，改善加工性能，减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性，满足了塑件所需要的优良的抗冲击性和刚性。本设计说明书设计的这副注射模具为普通浇注系统模具，采用三板模的构造；塑料件采用一模两腔、点浇口的成型方案；模具的型芯由许多小镶块组成，改善了小尺寸高精度成型镶块的加工性；循环水路冷却系统的设计提高了成型区模具温度的均匀性和调控能力；在型芯型腔镶拼块、型芯型腔固定板和分流道末端上开设专门的排气槽的排气系统的设置保证模具型腔排气顺畅。通过这些模具构造的设计，满足塑件的质量要求、生产效率和模具的使用寿命等技术指标。关键词：塑料，ABS+PC，模具设计，注射模注射模设计XXxxxxxxxxx0引言塑料由于具有密度小、质量轻而强度高、刚度大、绝缘性着色性好、成型方便等优点，成为20世纪开展最快的行业之一，各色各样、形状颜色各异的塑料零件出现在我们的生产生活当中，以塑代钢、以塑代木已成为一种趋势。在塑料产品中，小型复杂零件占有相当的比例，其外形尺寸较小、形状较复杂、精度要求较高、模具设计制造困难，如果模具设计不合理注塑时成品率较低，其模具的设计开发在生产实际中占有重要的地位。且随着模具制造技术的日益提高，模具不再局限于简单的普通机床加工和烦琐的手工后续加工，取而代之的是先进的数控机床加工、电火花线切割加工和电极加工等特种加工方式。因为随着近代工业的飞速开展，塑料制品用途日益广泛，注塑模具工艺空前开展，在汽车、数码产品和电子产品的领域都出现了精细塑料模的产品，这些零件外表对比复杂，要求较高，常规加工难以到达设计要求。本次设计需要考虑三个方面。一是产品的尺寸精度较高。所以模具在设计过程中，除了要考虑模具构造合理性问题之外，还要考虑到塑件能否顺利顶出、顶出时是否会对产品的精度产生影响的问题；二是塑件形状对比复杂，存在较多的型芯和型腔镶块构造。这样不但要考虑尽可能的减少误差和保证精度，而且不能使模具的构造过于复杂，增加制造难度与成本；三是模具的寿命要求为大于100万件，在设计过程中需要在各方面考虑，提高模具寿命。1塑料模具的开展现状及趋势1.1塑料模具的开展现状近年来,塑料模具工业迅速开展,表达在模具产品向着大型、精细、复杂的方向开展,综合技术含量不断提高,模具制造周期不断缩短。但与国外塑料模具的先进水平相比,依然存在一定差距。模具行业是制造业的重要组成局部，具有广阔的市场前景。当前，我国模具行业的开展具有如下特征：大型、精细、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件开展速度快于行业总体开展水平；塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资〞企业及私营企业开展迅速;股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区开展快于中西部地区，南方的开展快于北方。目前开展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60%以上。我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等兴旺国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平[1]。塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成型。世界塑料模具市场中塑料成型模具产量中约半数是注塑模具[2]。注塑模具在量和质方面都有较快的开展，我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨，最精细的注塑模具精度己到达2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及到达高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以CAD/CAM/CAE一体化得到开展，模具新构造、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速开展，使得注塑模的开展迅猛。1.2塑料模具的开展趋势塑料制品在日常社会中得到了广泛的利用，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质和量都有了较快的开展。塑料制品在汽车、机电、仪表、航空航天等国家支柱产业与人民日常生活相关的各个领域得到了广泛的应用，塑料制品的成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成型，世界塑料模具市场中塑料成型模具产量中约半数是注塑模具[3]。塑料模具的开展史随着塑料工业的开展而开展的，在我国，起步较晚，但开展的很快，特别是近几年，无论是在质量、技术和制造能力上都有很大的开展，取得了很大成绩，具体表现在以下几方面：1.2.1CAD/CAM/CAE技术的应用在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是:CAD/CAM技术的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进展产品零件造型分析、模具主要构造及零件的设计、数控机床加工的编程等已成为精细、大型塑料模具设计生产的主要手段。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析技术对塑料注塑过程进展流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制造周期。1.2.2电子信息工程技术的应用应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。国内一些主要的塑料模生产企业已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上产品电子信息来进展预算、报价、设计审定、设计更改等，这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件。由于直接利用了用户提供的产品电子信息，大大缩短了:CAD/CAM的技术准备时间，也相应缩短了模具的设计和制造周期。1.2.3气体辅助注塑成型技术的使用更趋成熟几年前还是刚刚开场应用的气体辅助注射成型技术近年来开展很快，更趋成熟。目前，不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术，一些厂家还使用C-MOLD气辅软件，取得了良好效果。1.2.4热流道技术应用更加广泛近年来，热流道技术开展很快，热流道模具比例不断提高。虽然在全国范围来说，热流道模具比例仍旧不高，但也有些模具企业，热流道模具已占其模具生产总量的1/3左右。现在，一般内热式、外热式元件以及分流板多点热喷嘴的构造应用已对比普遍，具有先进水平的针阀式喷嘴和通断控制式喷嘴国内也能自行设计制造。与此相应，国产商品化热流道系统元件也已出现。1.2.5精细、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高目前，国内生产的小模数塑料齿轮等精细塑料模具已到达国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，到达了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、多注射头塑封模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模、洗衣机滚筒注塑模、塑料管路三通接头注塑模、汽车灯及汽车饰件注塑模、冰箱吸塑发泡模等一大批精细、复杂、大型模具的设计制造水平也已到达或接近国际水平。使塑件尺寸精度到达6～7级的塑料模具国内已可生产，其分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型面的外表粗糙度为Ra=0.05mm～0.025mm。使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、有些模具零件到达互换、抽芯脱模机构设计新颖等，对精细、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用.20吨以上的大型塑料模具的设计制造也已到达相当高的水平。34英寸彩电塑壳和48英寸背投电视机壳模具6.5kg洗衣机塑料模具、汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达50吨。1.2.6模具寿命不断提高通过采用优质模具钢、对模具工作零件进展相应的热处理、采用高质量模架再镶入淬火工具钢件等构造，近年来模具寿命不断提高，不少模具的寿命已能到达100万次以上。1.2.7模具效率不断提高挤出速度达2.5m/mim以上的高速塑料异型材挤出模国内已能商品化供给。双腔共挤、多腔注塑〔塑封膜已达600腔〕、采用热流道技术等使模具效率不断提高。不少企业在自动脱模〔脱流道〕方面精心设计，同时更加重视冷却系统的设计，使模具的效率大幅度提高，有的甚至能使注塑生产效率提高几倍。1.2.8采用模具先进加工技术及设备采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。高速铣削技术及高速铣削机床在模具加工中的使用，已使模具加工效率有了显著提高。目前，主轴转速到达25000r/min以上的高速铣床国内已引进多台，转速到达8000r/min以上的机床就更多了。使用高速铣床，采用高速铣削技术，不但能使模具精度和外表质量得到大幅度提高，而且模具制造周期大为缩短。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具外表质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的开展与应用，对模具制造能力的提高也起到了很大作用。2塑件工艺分析2.1塑件分析该塑件成型精度高，产品壁厚均匀，成型形状较规则。属于典型的精细塑料注射成型零件。侧面也有形状，需要侧抽芯机构。产品三维效果图见图2.1，2.2。图2.1塑件三维图一图2.2塑件三维图二塑件的外形尺寸如以以下列图2.3、图2.4和图2.5所示，成型零件单件的体积根据SPACE-E软件计算为2053.48mm3，最大壁厚为2.50mm，最小壁厚为1.45mm，塑件的壁厚较均匀。图2.3塑件外形尺寸图一图2.4塑件外形尺寸图二图2.5塑件外形尺寸图三此次设计要求模具寿命应大于100万件，为了增加模具的使用寿命，且获得较好的成型质量，针对该零件采用下面改良方案：1〕从原材料方面考虑：一般要选用工艺性能良好的塑料原材料来模塑成型制品。这样既有利于制品的成型又有利于模具寿命的提高。2〕型腔，型芯的构造形式：从模具使用寿命角度考虑，采用强度与刚度对比好同时又便于修复的构造形式可以延长模具寿命[4]。3〕导向装置的构造及精度：普通注塑模主要依靠导柱导向机构保证其对合精度，在精细注塑模中，为确保动模和定模的对合精度，可以设计锥面精定位机构或圆柱正销定位机构与导柱导向机构配用。4〕保持模具热平衡：通过浇注系统，温度调节系统及排气系统的合理设计，到达降低模具热裂倾向，提高模具寿命的目的。5〕热处理工艺：热处理工艺恰当与否，对模具使用寿命的影响是非常大的。影响热处理质量的因素主要有加热速度，淬火温度，淬火冷却速度和回火温度等。在模具制作过程中应合理安排热处理工艺过程，严格控制好热处理工艺条件。塑件的公差等级的选用：成型零件的构造较为复杂，且尺寸对比大，故对于精度控制相对较难。根据公司的实际生产制造，要求该成型零件的外表光洁，不允许出现缩痕、流痕等。结合成型材料的特点，根据指定的注塑材料及零件外形尺寸，选择精度为IT7，未注公差尺寸的精度为IT9；模具的设计理论上比零件的公差要求高，故模具的精度选择为IT6。2.2塑件的材料特性根据模具设计的技术要求，本次产品使用的材料为ABS+PC。PC+ABS，聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物，是由聚碳酸酯〔Polycarbonate〕和聚丙烯精〔ABS〕合金而成的热可塑性塑胶。PC与ABS共混物结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性、流动性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线〔UV〕等性质，可广泛使用在汽车内部零件、事务机器、通信器材、家电用品及照明设备上[5]。典型应用范围:1.汽车内外饰：仪表板，饰柱，仪表前盖，格栅，内外饰件；2.商务设备机壳和内置部件：笔记本/台式电脑，复印机，打印机，绘图仪，显示器；3.电信，移动外壳，附件以及智能卡〔SIM卡〕；4.电器产品，电子产品外壳，电表罩和壳体，家用开关，插头和插座，电缆电线管道；5.家用电器，如洗衣机，吹风机，微波炉内外部件；PC/ABS特点[6]：1〕综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好；2〕与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可外表镀铬,喷漆处理；3〕有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；4〕流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好；5〕机械性能的卓越平衡；6〕低温时也具备高冲击强度；7〕室内紫外线稳定性；8〕较高的热变形温度〔80～125℃〕；9〕耐燃性〔UL945VB〕；10〕色彩范围广泛；11〕易于注塑和挤塑，吹塑加工；12〕良好的电镀性；13〕一般密度在1.05-1.20g/cm3间。化学和物理特性:PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性。例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。收缩率在0.5%左右[7]。2.3塑件注射工艺参数确实定参考有关资料，ABS+PC的成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据实际情况作适当调整。注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度选用230～250℃；中段温度选用250～270℃；前段温度选用250～270℃；喷嘴温度：选用250～270℃；模具温度：选用70～90℃注射压力：选用26ton；注射时间：选用2s；保压：选用80～150Mpa；保压时间：选用5s；冷却时间：选用3s。枯燥处理：加工前的枯燥处理是必须的。湿度应小于0.04%，建议枯燥条件为90～110℃，2～4小时。2.4分型面的选择由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件构造工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则[8]：1〕分型面应选择在塑件外形最大轮廓处2〕分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模3〕分型面的选择应保证塑件的精度要求4〕分型面的选择应满足塑件的外观质量要求5〕分型面的选择要便于模具的加工制造6〕分型面的选择应有利于排气除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。综上所述：将分型面定在如图2.4所示面。图2.4分型面设计2.5型腔数目确实定型腔数目确实定主要参考以下几点来确定[9]：①根据经济性确定型腔数目和总成型加工费用最小的原则，并略准备时间试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。②根据注射机的额定锁模力确定型腔数目，当成型大型平板制件时常用这种方法。③根据注射机的最大注射量确定型腔数目，根据经历，每加一个型腔制品尺寸精度要降低4%，对于高精度制品，由于多型腔模具难以保证各型腔的成型条件一致，故推荐型腔数目不超过4个。由于制件较大且精度要求高，且该产品需求量为月产16000件，需求量较低，选用一模两腔既可降低模具制造成本，又可以保证产品精度，所以采用一模两腔模具。3塑件成型工艺和设备3.1成型方案确定在本次RICOHCORONA注射模设计中，根据要求，初步拟定三套方案：方案A：产品选用一模四腔对称布置；分型面开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在周边开侧浇口。方案B：一模两腔平衡布置，分型面同样开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在背部大平面处设一凹坑开点浇口。方案C：产品采用一模一腔加工生产，分型面还是开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在背部大平面处设一凹坑开点浇口。论证：在设计浇口时，根据制件的情况可以采用点浇口。经过考虑和论证，考虑到侧浇口有形状、浇口不能自行别离、浇口痕迹较明显等缺点[10]。点浇口可以在制品的内外外表很多地方开设；可以自动脱落且留下很小的浇口痕迹；可大大提高塑料熔体剪切速率；表观粘度降低明显致使充模容易；能正确控制补料时间，无倒流之虑；有利于降低塑料件特别是浇口附近的剩余应力，提高制品质量；能缩短成型周期，提高生产效率，降低成本以及加工简单的优点，故采用点浇口。根据生产经历，每增加一个型腔，塑件尺寸精度就要降低4%。设塑件的典型尺寸为L〔mm〕，塑件尺寸公差为±X，单型腔是塑件可能到达的尺寸公差±δ%，则有经历公式可得：型腔数n=(X-δL/100)/(δL/100*4%)+1=2500X/Δl-24。故高精度尤其是精细模具最多只采用一模四腔。由于该产品精度要求较高，故需采用一模两腔可保证产品精度以及产量。综上方案B可行。3.2成型设备的选择注射机规格型号确实定主要是根据塑件的大小、型腔数量和产品批量。在选择注塑机时主要考虑其塑化率、额定注射量、额定锁模力、安装模具的有效面积〔注塑机拉杆之间的距离〕、顶出行程等。注塑机可根据额定注射量、额定锁模力、柱设计安装局部的相关尺寸、开模行程等参数来进展选择[11]。本次设计是根据注射量选择注射机：〔各腔塑料塑件总重+浇注系统凝料〕≤注射机额定注射量×80%注射机的理论注射量是指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量，单位为cm3；根据塑料件的尺寸做近似的计算:通过三维制图SPACE-E软件测量得单件塑件体积V件=2053.48mm3，此次设计选用的塑料的密度为1.14g/cm，单件塑料件的质量:m=ρ×V…………〔3.1〕而次模具为一模两腔，所以总体积按公式〔3.2〕计算为：…………〔3.2〕故，mm3；则m=ρ×V=1.14×4106.96×10-3=4.68g浇注系统凝料的质量是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算，所以注射量按公式〔3.3〕计算为：m0=0.6m+m=1.6x4.68=7.49g……………………(3.3)因此，注塑机额定注塑容量按公式〔3.4〕计算为：v0===13.14cm3……………(3.4)故，根据《模具构造型式与应用手册》第85页所示，注射机的注射量应满足公式〔3.5〕：W机≥W塑/0.8=〔nV塑件+V浇〕2/0.8=m0/0.8………………(3.5)即：W机≥9.36g3.2.1选择注射机根据每次所需实际注射量为9.36g，选用住友注塑机SE30S，注塑机参数见表3.1。表3.1住友注塑机SE30参数主要参数SE30S最大锁模力30t导柱间隔〔横向×纵向〕280mm×280mm模板尺寸〔横向×纵向〕420mm×420mm开闭模行程230mm模具厚度(最小)160mm(最大)300mm顶针方式电动式(1点)顶出力7.8Mpa顶出行程51mm塑化装置C50S螺杆直径20mm最大射出压力2170pa最大保压压力2170pa理论射出体积23cm3射出质量〔GPPS〕22g螺杆行程73mm最大射出速度300g/s螺杆驱动方式电动式螺杆最高回转速度400rp.m定位环规格60mm射咀直径50mm射咀长度〔固定板平面突出为准〕30mm射嘴的R角和射嘴口径10mm-2.5mm3.2.2注射机参数校核1〕闭模高度校核：模具厚度H=30mm+15mm+25mm+35mm+40mm+45mm+25mm+5mm=220mm.注射机模具厚度范围。可安装的模具高度应满足Hmin≤Hm≤Hmax…………………(3.6)160mm<H<300mm。〔满足条件〕2〕模架的选择：注塑机除了对模具安装有最大最小厚度限制以外，还应考虑外形尺寸不能太大。根据以上分析、计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的构造形式和规格为220mm×250mm的模架。3〕注射量校核：塑料成型所需的注射总量应小于所选注射机的注射容量。注射容量以容积表示时，塑件体积应小于注射机的注射容量，其关系按下式校核V件≤V注×0.8…………………(3.7)浇注系统与塑料制件〔一模两腔〕总体积V件=2.05×2=4.1cm3。理论注射量V注=23cm3，满足条件。4〕锁模力校核：模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按下式校核：P锁≥P胀=P腔×A总………………(3.8)P腔--模内平均压力，取135MPa；P锁=30t，即30000×9.8N/kg=294000N=294kN；A总=474.60mm2P胀=474.60×10-3×135=64.07kN注射机锁模力P腔×A总=64.07KN≤P锁〔满足条件〕。5〕开模行程校核：对于单分型面模具，其最大开模行程按下式校核：Smax≥S=H1＋H2＋(5～10)………(3.9)其中H1—塑件脱模距离，H2—包括浇注系统凝料在内的塑件高度；开模行程S=5mm+75mm+125mm=205mm；最大开模行程Smax=230mm；满足Smax≥S。(满足条件)4浇注系统的设计4.1主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为：主流道圆锥角α=2°～6°，对流动性差的塑件可取3°～6°，内壁粗糙度为Ra0.63μm；主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力；在模具构造允许的情况下，主流道应尽可能短，过长则会影响熔体的顺利充型。对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。主流道设计如图4.1所示；图4.1直浇道设计图4.2分流道设计流道板的流道系统，由主流道喷嘴始，经各分流道，还包括喷嘴浇口。为保证各注射点的熔体充填型腔时的压力，整个系统的熔体流动状态的压力降应控制在30—35MPa.多型腔模具的流道平衡设计主要有两种：自然平衡的流道布置，从主流道喷嘴到各浇口喷嘴的流动距离相等。只要对称布置的对应分流道圆截面的半径一样，就可以实现各浇口喷嘴的平衡浇注。不平衡的流道布置，从主流道喷嘴到各浇口喷嘴的流动距离不一样。不同的流程压力会造成各注射点的熔体充模压力的差异。但经流变平衡计算，调节各分支流道的半径，也可以到达各浇口喷嘴的平衡浇注。由于流道的流程与塑料制品型腔可分开处理，这两种流道可以人工计算设计，也可以编制计算机程序计算设计。流道的平衡设计，是在一定的熔体温度下，以最正确的剪切速率和允许的压力损失的流动充模[12]。比照：自然平衡布置流道与流变平衡流道相比，前者的熔体流动距离长，流道的分叉转折多，流道板厚且构造复杂；后者构造简单，但流变平衡计算较为困难[15]。此外，对于不同制品的多型腔模具的流道设计，如塑料盒和盖，两者在一副注射模中成型，它要求熔体同时充满各个型腔。对于单个大型型腔，有多个注射喷嘴浇注，如轿车的保险杠。此种流道设计时，要考虑熔体料流前锋的运动状态，以保证熔合缝处于合理位置。这些制品型腔的平衡浇注，须将浇注系统与型腔一起，经计算机造型，由Moldflow等软件进展流动模拟分析，经反复修正到达流变平衡充模。遵循以上原则，流道的布置如图4.2所示。图4.2分流道设计4.3浇口的选择在注射模具设计中，浇口的选择与设计对塑件的质量和生产效率至关重要，这也是注射模具设计中的难点之一。4.3.1浇口类型的选择浇口类型的选定主要取决于塑件形状尺寸、塑料材料性能、制品质量要求以及模具构造特点等为缩小推理范围，提高推理效率，把浇口类型归纳为4大类：直接浇口、点状浇口、侧向浇口和辐环浇口[14]。各大类包括的具体浇口类型如下：(1)直接浇口：直浇口(直锥式、斜锥式、圆弧式)；(2)点状浇口：针点浇口、潜伏浇口；(3)侧向浇口：(标准)侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、护耳浇口；(4)辐环浇口：轮辐浇口、爪形浇口、圆环浇口、盘形浇口．注射模具的浇口形式有多种，其中点浇口的应用尤为广泛。这主要是由于点浇口尺寸小，冷凝快，在塑件上留下的痕迹小；另外，点浇口可以自动拉断、自动脱落，容易实现自动化生产，从而可提高生产效率和塑件的外表质量，减轻工人的劳动强度。此次毕业设计的产品选用的是潜伏式浇口，属于点浇口的一种。点浇口的采用必须根据塑料的种类及塑料件的构造形式合理选择。塑料在通过点浇口时，流速增加，浇口前后形成较大的压力差，这对那些表观粘度对剪切速度敏感的塑料来说，点浇口能明显降低其表观粘度，使流动性增加，提高充模速率，从而获得外形清晰的制品。点浇口的选用。从塑料材料方面考虑，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、AS、ABS等这些流动性好和表观粘度对剪切速度敏感的塑料，最适合采用点浇口，但对成型流动性差和热敏性的塑料则不利。从塑料的构造形式方面考虑，由于塑料熔体流经尺寸狭小的点浇口时，摩擦阻力使一局部能量转变为热能，使熔体温度升高，粘度下降，提高了流动性。另外，点浇口的位置选择对比自由，对于单腔、多腔模具以及一腔多点的大塑件都可以采用。所以最适合于成型薄壁的壳类、盒类塑件，以及带有精细花纹的塑件，对成型薄板状易变形和形状复杂的塑件则不适合[15]。4.3.2浇口位置的选择浇口的位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大，合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的构造。要使塑件具有良好的性能与外观，使塑件的成型在技术上合理，经济上可行．一定要考虑浇口位置的选择。在设计实践中，浇口位置的选择通常要遵循以下原则[16]：(1)浇口位置的安排应该保证塑料熔体迅速及均匀地充填型腔，并尽量缩短熔体的流动距离。(2)尽量防止或减少熔接痕迹，并要同时考虑熔接痕迹对塑件质量及强度的影响。浇口的位置一般应设在塑件壁的最厚处．以便于压力的传递及补射作用的进展。(4)必须便于型腔气体的排除，防止型腔气体的滞留。(5)防止注射时产生蛇形流动。(6)由于浇口位置附近强度较弱，一般不在承受冲击载荷或弯曲的部位设置浇口。(7)浇口的设置应该考虑塑件的外观质量，不在影响塑件质量及美观的部位设置浇口。此次的毕业设计为一模两腔，且形状较规则。遵循以上浇口位置的选择原则，浇口位置如图4.3所示。图4.3浇口位置设计4.4冷料井与拉料杆设计冷料井是为了除去料流中的前端冷料而设置的。在注射过程的循环中，由于喷嘴与低温模具接触，使喷嘴前端寸有一小段低温料，常称冷料。在注射入模时，冷料在料流最前端。如冷料进入型腔将造成制件的冷接缝，甚至在未进入型腔前冷料头就将浇口堵塞而不能进料。此一模两腔的设计可将冷料井设置在主流道末端。该处选用无拉料杆的冷料井，即在流道板上开一倒锥形的凹坑，为了便与拉出主流道凝料，开模将主流道凝料中拉出时，可一同将冷料井内的废料取出。5成型零部件设计5.1成型零部件的性能由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须以一些性能：1〕必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压；2〕有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。通常进展热处理，使其硬度到达HRC40以上；3〕对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢理；4〕材料的抛光性能好，外表应该光滑美观。外表粗造度应在Ra0.4以下；5〕切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好；6〕熔焊性能要好，以便修理；7〕成型部位应须有足够的尺寸精度。孔类零件为H8～H10，轴类零件为h7～h10。5.2成型零部件的工作尺寸塑件的工作尺寸和精度主要取决于成型零件的工作尺寸和精度；而成型零件的工作尺寸和公差必须以塑件的工作尺寸和精度及塑料的收缩率为依据。塑件的成型收缩δs,成型零件的制造误差δz,模具制造公差占塑件总公差的三分之一左右：δz=Δ/3,成型零件的磨损δc,中小型塑件模具：δc=Δ/6,大型塑件模具：δc<Δ/6,成型零件的磨损δc,小批量生产时，δc取小值，甚至可以不考虑。成型零件尺寸的计算方法有：平均值法和极限值法[17]。计算模具成型零件最基本的公式〔5.1〕；………………(5.1)塑料的平均收缩率的计算公式〔5.2〕；…………(5.2)ABS+PC的收缩率在4.7%~5.3%之间，所以平均收缩率为:5.2.1型腔工作尺寸计算，塑件工作尺寸，模具磨损量δc=Δ/6，平均收缩率Scp,模具制造公差δz=Δ/3；型腔径向工作尺寸计算；按平均值计算方法，由公式〔5.3〕可得：…………………(5.3)整理得：……………………(5.4)标注制造公差后得：………………(5.5)代入数值得：mm；型腔深度工作尺寸计算；塑件工作尺寸，按平均值法,由下式〔5.6〕计算可得：………(5.6)整理得：…………………(5.7)标注制造公差后得：……………(5.8)代入数值得：mm；中心距工作尺寸计算公式〔5.9〕：…………………(5.9)代入数值得：mm；5.2.2型芯工作尺寸计算在条件一样的情况下，型芯的计算同样按平均值法计算。型芯径向工作尺寸计算；标注制造公差后计算公式〔5.10〕：…………………(5.10)式中△前的系数可取1/2～3/4之间。代入数值得：mm；型芯高度工作尺寸的计算；标注制造公差后计算公式〔5.11〕：………………(5.11)代入数值得：mm；型芯中心距工作尺寸计算公式〔5.12〕：…………………(5.12)代入数值得：mm；6导柱导向机构的设计为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力[18]。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，这里选取导柱导向机构，其构造如图6.1所示。图6.1模具导向机构构造图在设计此机构的同时还应注意以下几点：导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。导柱的长度应比型芯〔凸模〕端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。导柱的设置应根据需要而决定装配方式。一般导柱滑动局部的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定局部配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。6.1导柱的选取在设计该模具时，根据所选的标准模架，导柱有4根。导柱的工作局部配合精度采用H7/f7；导柱固定局部的配合精度采用H7/k6。导套与安装孔之间采用H7/m6的过渡配合。根据克模塑胶上海设计标准指导，选取的导柱如图6.2所示。图6.2导柱该导柱型号为：GGPJL20-110-N54，即：L=110mm；T=30mm。6.2导套的选取导套与安装孔之间采用H7/m6的过渡配合，导柱导套及导向孔的轴线应保证平行。合模时，应保证导向零件首先接触，防止公模先进入模腔，损坏成型零件。根据克模塑胶上海设计标准指导，选取的导套如图6.3所示。图6.2导套7脱模机构的设计7.1脱模机构选用原则在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。脱模机构的分类很多，这里采用的组合式二级侧抽芯机构设计。设计脱模机构时，应遵循以下原则：(1)使塑件脱模时不发生变形；(2)推力分布依脱模阻力的大小要合理安排；(3)推杆的受力不可太大，以免造成塑件局部产生隙裂；(4)推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；(5)推杆位置痕迹须不影响塑件外观；脱模机构的运动应保证灵活、可靠、不发生误操作7.2侧向抽芯构造7.2.1侧抽构造的本卷须知斜导柱的倾斜角：角度太大时，滑块的行程变长，对斜导柱的负载也相应加大，容易发生折损或卡伤，所以一般倾斜角设置为30°以下[19]。2〕斜导柱直径D与侧抽芯滑块的孔径D1关系通过设置D1=D+〔0.5～1〕的间隙，可实现以下成效：①可补偿一些孔加工的精度不良〔角度、位置偏差等〕，到达防止卡伤的效果；②模具即使已翻开δ尺寸，侧抽芯滑块也暂不会移动。开模时成形产品一般会留在动模侧，即使因定模侧的形状凹凸不平导致成形品可能留在定模侧时，通过该滞后效应也会让成形产品仍能留在动模侧。δ=[(D1-D)/2]/sinA，凸起尺寸S和侧抽芯滑块行程ST的关系，ST>S+α〔α：指滑块行程的安全余量，统称根据成形产品的大小或形状进展选择，但有时因孔加工精度发生不同而发生变化；楔紧块角度θ：因斜导柱和侧抽芯滑块的孔之间有缝隙，A和θ无角度差时，合模时侧抽芯滑块和楔紧块的边角部位将接触，导致破损，故建议θ=A+(2～5°)，另外假设对边角处进展倒角处理效果更佳[20]。③孔加工精度：如果斜导柱安装孔和侧抽芯滑块的孔加工精度不良时，会出现行程过量或缺乏，造成滑动不稳定，导致出现卡伤或斜导柱折损。7.2.2斜导柱的选择1〕斜导柱的倾斜角：角度太大时，滑块的行程变长斜导柱：在注塑成型的过程中，假设成形产品侧外表有凹凸形状或侧孔，开模时固化后的塑料产品就会因型芯的干预而无法正常脱模，此时需采用侧向分型或抽芯机构[16]。塑件产品的凹凸形状主要分为外侧凹凸和内侧凹凸两类[21]。斜导柱主要适用于外侧面抽芯场合。本次毕业设计的塑料产品侧面有凹凸形状，为了能在保证制件形状的情况下正常脱模，选用斜导柱侧抽机构，且选择双侧侧抽机构。斜导柱的选择标准见表7.1。表7.1克模塑胶上海设计标准指导2011[22]Slidemainbody&slidecore直径(mm)<500gΦ8≥500gΦ10≥1500gΦ12以上≥3500gΦ16以上≥7000gΦ20以上根据克模塑胶上海设计标准指导2011，根据计算的侧型芯与侧型芯滑块的重量为621g,选用的滑块主体重量≥500g，故斜导柱的直径选取10mm。7.2.3推杆的选择推杆位置应设在不影响制品外观并且最有利于制品脱模即脱模力最大的地方，同时尽量落在较平的地方，如果分型面斜度较大时，推杆应磨成阶梯状，以增大顶出力。一般来讲，带有柱子、深腔的筋条脱模对比困难，容易顶白或拉伤，要在其底下设置推杆；当确实不能设置时，也要尽量靠近。螺丝柱、定位柱等深孔部位一般要布置推管或在柱两侧排2根推杆。实心柱底部要排推杆，利于排气；推杆边离制品一般应有1～2mm的距离，当推杆顶端低于周边的模具材料时，顶针边离制品边可以小到0.5mm的距离。推杆大小能大尽量大，在不影响功能的前提下，一般以4～6mm为常用，制品特别大时可选用12mm或更大的推杆。8冷却系统的设计8.1冷却系统的设计准则塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进展有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性对比好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，则模具可简单进展冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进展人工冷却。定模冷却水孔尽量靠近胶位，动模冷水孔尽量走外圈，一般走U形、C形或“一〞字形，较深时要走隔水片。冷却系统首先要保证冷却均匀，一般水孔直径为6、8、10mm，与顶针、镶针或者镶件间的距离应有5mm以上，水孔到制品的距离保持15mm较为适宜，特殊制品如聚乙烯(PE)时，水孔不宜顺着收缩方向设置，以防制品有较大的变形。8.2冷却水管的排布水管排布采用外接直通式，是从模具外用管接头和水管连接，加工维修方便。但由于流程长使冷却水的压力降和进出温差大，需控制好各路的流量和水温的一致性。管道直径经湍流计算确定，取d=8mm。管道假设是过细，加工和清理会很困难，致使水垢和铁锈使冷却效果变坏一个数量级，因此水管需定期清理，或用软水也可对孔壁作磷化处理。假设是管道过细，则会对清理工作造成不便，假设是管道太粗，浪费材料且所需模具的板厚会很大，对于模具的设计以及加工造成不便。水管接头孔径和应与管道孔径一致，进水和出水接头设在模具两一侧，可使水进展循环冷却，并置于不阻碍注射模操作的方向。图8.1冷却水管的排布9排气系统的设置9.1注塑模中气体的来源1〕浇注系统和模具型腔中存有的空气。2〕有些原料含有未被枯燥排除的水分，它们在高温下气化成水蒸气。3〕由于注塑时温度过高，某些性质不稳定的塑料发生分解所产生的气体。4〕塑料原料中的某些添加剂挥发或相互化学反响生成的气体[19]。9.2排气的方式当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体[23]。排气系统对确保制品质成型质量起着至关重要的作用，其排气方式有以下几种：〔1〕利用排气槽；排气槽一般设在型腔最后被充满的部位。排气槽的深度因塑料不同而异，基本上是以塑料不产生飞边