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塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計(jì)
1 緒 論
1.1塑料模具概述
1.1.1塑料工業(yè)
塑料制品質(zhì)量輕、耐腐蝕、生產(chǎn)效率高、耗能比較低，所以在生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面得到了廣泛地應(yīng)用。甚至在某些領(lǐng)域，塑料可取代金屬，例如塑料齒輪、塑料管件等，在某些領(lǐng)域塑料制品起著不可代替的作用。
塑料的原材料只有加工成塑料制品才能實(shí)現(xiàn)其真正的價(jià)值。生產(chǎn)塑件的原因就是為了利用其性能和各種工藝加工方法來使其來成為一種既有一定的形狀又有一定的用途的實(shí)際產(chǎn)品。它的成型方法有很多種，例如，擠出、吹塑、注塑、壓鑄等。
其中，注塑成型一般過程是：原材料從注塑機(jī)料斗進(jìn)入加熱筒進(jìn)行加熱塑化，然后由注塑機(jī)的螺桿或柱塞推動(dòng)塑化的料，行程一定的注塑壓力，塑化后的料在壓力的作用下，進(jìn)入噴嘴，然后進(jìn)入流道、澆口、模具型腔，等到注塑完成后，就進(jìn)入了冷卻保壓階段，最后開模取出塑件。
1.1.2 塑料成型注塑模具
其實(shí)，對(duì)于單分型面的塑料成型注塑模具主要是由動(dòng)模和定模兩部分組成的，動(dòng)模裝在注射機(jī)移動(dòng)模板上，定模則安裝在注射機(jī)固定模板上。當(dāng)分型面閉合時(shí)，動(dòng)、定模板組成澆注系統(tǒng)和型腔，注入塑料熔體，經(jīng)冷卻保壓后，模具的動(dòng)定模板分離，這時(shí)就能取出塑件了。
注塑模具重要由以下部分組成：
（1）推出機(jī)構(gòu) 推桿、推出固定板、拉料板等，以保證塑件冷卻完成后迅速脫離成型零部件。
（2）導(dǎo)向部件 導(dǎo)套和導(dǎo)柱等，保證模具合模準(zhǔn)確。
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（3）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu) 斜導(dǎo)柱和側(cè)抽芯等等，控制零件側(cè)孔成型。
（4）澆注系統(tǒng) 主流道、分流道、冷料穴和澆口，其中澆注系統(tǒng)控制進(jìn)料方向，保證塑件的成型質(zhì)量。
（5）成型部件 型芯、凹模，其中，型芯成型內(nèi)表面，凹模成型外表面，保證塑件順利成型。
（6）溫控系統(tǒng) 主要是水路設(shè)計(jì)，需要控制模具溫度為一定值。
1.1.3 注塑模具發(fā)展趨勢
現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展到了信息化的地步，各種數(shù)控加工設(shè)備的使用，已經(jīng)很是普遍了。注塑模具本身就是機(jī)械產(chǎn)品，毋庸置疑，其發(fā)展主要也是受模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平高低的制約。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預(yù)計(jì)中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會(huì)成為模具大國，而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國的行列邁進(jìn)?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高，而且行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會(huì)取得較大發(fā)展。
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2 產(chǎn)品材料的基本特性及工藝分析
2.1塑料的原材料分析
ABS是由丙烯晴,丁二烯,苯乙烯共聚而成的,是一種新型的工程材料。它具有三種成分的綜合性能,是一種具有堅(jiān)韌、質(zhì)硬和剛性的工程材料。ABS是非結(jié)晶聚合物,不透明、無毒、無味及微黃的熱塑性樹脂.有及好的抗沖擊強(qiáng)度,且在低溫下也不迅速下降.有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐油性，化學(xué)穩(wěn)定性和電器性能。ABS的主要成型特點(diǎn)：
(1)可用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等成型加工方法。
(2）收縮率小,可制得精密塑料。
(3)吸濕性較大,成型前應(yīng)干燥處理。
(4)流動(dòng)性中等,溢邊值0.04mm,溶體粘度強(qiáng)烈依賴于剪切速率,因此模具設(shè)計(jì)大都采用點(diǎn)澆口形式。
(5)熔融溫度較低,熔融溫度范圍固定,宜采用高料溫、高模溫和高注射壓力,有利于成型。
(6)澆注系統(tǒng)流動(dòng)阻力小,注意澆口形式和位置應(yīng)合理,防止產(chǎn)生熔接痕或減小熔接痕數(shù)量。脫模斜度不宜過小。
2.2 ABS注射成型的主要工藝參數(shù)
樹脂名稱：ABS
注射機(jī)類型：螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速，(r/min)：30～60
形式：直通式
噴嘴溫度（℃）：180～190
前200～210
料筒溫度（℃）中210～230
后180～200
模具溫度（℃）：50～70
注射壓力（MPa）：70～90
保壓壓力（MPa）：50～70
注射時(shí)間（s）：3～5
保壓時(shí)間（s）：15～30
冷卻時(shí)間（s）：15～30
總周期（s）：40～70
密度（g/㎝）：1.01～1.08
2.3 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度
塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度，即所獲得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動(dòng)及成型時(shí)工藝條件的變化，塑件成型后的時(shí)效變化和墨跡的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級(jí)。查閱《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)》3表2-2-1及表2-2-3，該塑件精度等級(jí)為6級(jí)。
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2.4計(jì)算塑件的體積和重量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算塑件的體積：V=60303.7mm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得ABS的密度為ρ=1.02-1.05g/cm3,故零件的質(zhì)量為：
M=ρV=60303.7mm3×1.05g/cm3=63g
2.5脫模斜度和壁厚圓角
脫模斜度大小與塑件的形狀、壁厚和收縮率有關(guān)，由表2-2-5可查得聚乙烯的脫模斜度
型腔25’-45’,型芯20’-45’
脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定；塑件內(nèi)孔，以型芯小端為準(zhǔn)，尺寸符號(hào)圖樣要求，斜度由擴(kuò)大方向取得；塑件外形，以型腔（凹模）大端為準(zhǔn)，尺寸符合圖樣要求，斜度由縮小方向取得。
一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。當(dāng)要求開模后塑件留在型腔內(nèi)時(shí)，塑件內(nèi)表面的脫模斜度應(yīng)大于塑件外表面的脫模斜度。
2.6模塑成型工藝
熱塑性材料的注射成形工藝過程如下：
（1）預(yù)烘干――裝入料斗——預(yù)塑化——注射裝置準(zhǔn)備注射——注射——保
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壓——冷卻——脫?！芗拖鹿ば?
（2）清 理 嵌 件、預(yù) 熱 ；清 理 模 具、涂 脫 模 劑——放 入 嵌 件——合 模——注 射
2.7機(jī)械性能分析
該零件屬于連接用排水管件，使用時(shí)無特殊受力要求，但是需要有較好的沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。塑件選用ABS材料能很好的符合塑件機(jī)械性能的要求，成型塑件的性能可以實(shí)現(xiàn)。
通過綜合分析可以看出，注射成型時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
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3 確定注射成型機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
根據(jù)制品的生產(chǎn)批量（大批量生產(chǎn)）及尺寸精度的要求，確定型腔數(shù)為1，即一模一腔。型腔數(shù)目的確定型腔是指模具中成型塑件的空腔，而該空腔是塑件的復(fù)形，除去具體尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不過凸凹相反而已。注射成型是先閉合模具以形成空腔，然后進(jìn)料成型，因此必須由兩部分或（兩部分以上）形成這一空腔——型腔。其凹入的部分稱為凹模，凸出的部分稱為型芯。型腔數(shù)目的確定于下列條件有關(guān)：
1.塑件尺寸精度型腔數(shù)越多時(shí)，精度也相對(duì)地降低，1、2級(jí)超 精 密 注 塑 件，只能一模一腔，當(dāng)尺寸數(shù)目少時(shí)可以一摸兩腔；3、4級(jí)的精密塑件，最多一模四腔。
2.模具的制造成本多腔模的制造成本高于單腔模，但不是簡單的倍數(shù)比，從塑件成本中所占的模具費(fèi)用比例看，多腔模比單腔模具低。
3.注塑成型的生產(chǎn)效益多腔模從表面上看，比單腔模經(jīng)濟(jì)效益高。但是多腔模所使用的注射機(jī)大，每一注射循環(huán)周期長而且維持費(fèi)較高，所以要從最經(jīng)濟(jì)的條件上考慮模具的腔數(shù)。
4.制造難度多腔模的制造難度不單腔模大，當(dāng)其中某一腔先損壞時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)維修，這樣就影響生產(chǎn)。塑料的成型收縮時(shí)受多方面影響的，如塑料品種，塑件尺寸、大小、形狀，熔體溫度，模具溫度，注射壓力，充模時(shí)間，保壓時(shí)間等。影響最顯著的是塑件的壁厚和幾何形狀的復(fù)雜程度。
3.1 注射機(jī)的選擇
選擇注射機(jī)時(shí)，必須保證制品的注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制品注射量一般不超過注射機(jī)最大注射量的80%。根據(jù)塑件形狀及尺寸采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，考慮外形尺寸、對(duì) 塑 件 原 析及注塑時(shí)所需要的壓力情況，參考模具設(shè)計(jì)手冊(cè)初選注射機(jī)類型XS-ZY-125型臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)
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額定注射量：125cm
鎖模力：900KN
螺桿直徑:42mm
拉桿內(nèi)間距：260×360mm
額定注射壓力：150MPa
最大開模行程：300mm
注射時(shí)間：1.8s
最大模具厚度：300mm
塑化能力：50kg/h
最小模具厚度：200mm
螺桿轉(zhuǎn)速:10～140r/min
定位孔直徑:100mm
噴嘴球半徑:SR12mm
噴嘴孔直徑:4mm
3.2塑料注射工藝參數(shù)的確定
ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。試模時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度：后段溫度t1，選用190℃；
中段溫度t2，選用220℃；
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前段溫度t3，選用210℃；
噴嘴溫度： 選用200℃；
模具溫度： 選用80℃；
注射壓力： 選用100MPa；
注射時(shí)間： 選用3秒；
保壓時(shí)間： 選用20秒；
冷卻時(shí)間： 選用30秒。
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4 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面的選擇、模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列方式、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模具工作零件的設(shè)計(jì)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
4.1 分型面的選擇
分型面是動(dòng)定模具的分界面，即打開模具取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成形零件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系。實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)有三種情況：型腔完全在動(dòng)模一側(cè)；型腔完全在定模一側(cè)；型腔各有一部分分別在動(dòng)定模中。分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模。
涉及到模具結(jié)構(gòu)與制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則是：保證塑件質(zhì)量，便于制品脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)。同時(shí)在選擇分型面時(shí)考慮以下因素：
（1）不影響塑件的尺寸精度和外觀；
（2）盡量簡單，避免復(fù)雜形狀，使模具制造容易；
（3）不妨礙脫模和抽芯；
（4）有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置；
（5）盡可能與料流的末端重合，有利于排氣。分型面的位置應(yīng)設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和工型腔，這是分型面選擇的首要原則。
該塑件為管接頭，外表面質(zhì)量要求不高。根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特征以及特點(diǎn)可選擇通過圓心的水平分型面，它的模具可參考模具總裝圖。
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4.2確定型腔數(shù)目及配置
確定模具型腔的方法有以下幾種：根據(jù)塑件精度確定；根據(jù)經(jīng)濟(jì)確定；根據(jù)鎖模力確定以及根據(jù)最大注射量確定等還應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
根據(jù)最大注射量確定型腔數(shù)目的公式如下：
N≤（m I-m J）/m Z （4-1）
N—型腔數(shù)量；
K—注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
m I—注射機(jī)額定注射量；
m J—澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑膠質(zhì)量或體積；
m Z—單個(gè)塑件的質(zhì)量或體積。
這里主要以產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)合生產(chǎn)需求就定位一模一腔，上面公式（4-1）作為一個(gè)校核用。
由于ABS材料流動(dòng)性能差，所以分流道直徑選用9～13mm，澆口如4-2所示
圖4-2 澆口
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4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)的噴嘴起到型腔入口為止的塑料融體的流動(dòng)通道。它的作用是將塑料融體順利的充滿型腔的各個(gè)部位，并在填充及保壓過程中，將注塑壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿型腔，不產(chǎn)生渦流，又有利于型腔內(nèi)氣體的排出。在保證成型和排氣良好的前提下，選取短流程，少折彎，以減小壓力損失，縮短填充時(shí)間。盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯位移或變形及金屬嵌件偏移。澆口料易清楚，整修方便，無損塑件的外觀和使用。澆注系統(tǒng)流程較長或需要開設(shè)兩個(gè)以上澆口時(shí)，由于澆注系統(tǒng)的不均勻收縮導(dǎo)致塑件翹曲變形，應(yīng)設(shè)法予以防止。在一模多腔時(shí)，應(yīng)使各腔同步連續(xù)充澆，以保證各個(gè)塑件的一致性。合理設(shè)計(jì)冷料穴、溢料槽，使冷料不直接進(jìn)入型腔及減少毛邊的負(fù)作用。在保證塑件質(zhì)量良好的前提下，澆注系統(tǒng)的斷面和長度應(yīng)盡量取小值，以減少對(duì)塑料的占用量，從而減少回收料。
4.3.1主流道設(shè)計(jì)
主流道與注射機(jī)噴嘴在同一軸線上。在臥式或立式注射機(jī)用模具中，主流道垂直于分型面。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查的XS-ZY-125 型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴前端孔徑：d2=?4㎜；
噴嘴前端球面半徑：R1=13mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴關(guān)系：
R=R1+（1～2）mm
d=d2+(0.3～1)mm
取主流道球面半徑：R=15mm;
取主流道的小端直徑d=?4.5mm；
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為了方便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計(jì)成正圓錐形，其斜度為2°～4°，這里取3°，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，查表得主流道大端直徑D=?8mm。為了使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=1mm的圓弧過渡。主流道襯套設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意一下事項(xiàng)：對(duì)于小型注塑模，可將主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但在多數(shù)情況下均勻分開設(shè)計(jì)；主流道襯套應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A等），熱處理后硬度為53~57HRC；襯 套 的 長 度 應(yīng) 與 定 模 配 合 部 分 的 厚 度 一 致，主 流 道 口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會(huì)造成溢料，而且會(huì)壓壞模具；襯套與定模之間的配合采用H7/m6。
圖4-3主流道形狀及其與注射機(jī)噴嘴的關(guān)系
為了減少熔體充模時(shí)的壓力損失和塑膠損耗，應(yīng)盡可能地縮小主流道的長度，這里L(fēng)應(yīng)取140mm。
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4.3.2冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴是用來儲(chǔ)藏注射間隔期間產(chǎn)生的冷料頭的，防止冷料進(jìn)入型腔而影響塑件的質(zhì)量，并使熔料能順利地充滿型腔。冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或者出于分流道的末端，其作用是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品質(zhì)量。冷料穴分兩種，一種專門用于收集、儲(chǔ)存冷料，另外一種除儲(chǔ)存冷料外還兼有拉出流道凝料的作用。常見的冷料穴有三種形式，“Z”字型拉料桿的冷料穴，“Z”字變異形式的冷料穴，這兩種形式其拉料桿固定住推桿固定板上。第三種是帶球形頭拉料桿的冷料穴，當(dāng)冷料進(jìn)入冷料穴后緊包在拉料桿的球形頭上，開模時(shí)將澆注系統(tǒng)凝料拉住，它一般用于推板推出機(jī)構(gòu)的注射模中，當(dāng)推板推出機(jī)構(gòu)相對(duì)于拉料桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，把澆注系統(tǒng)凝料從球形頭上刮下來。這種結(jié)構(gòu)形式也只適用于韌性好的塑料。其拉料桿固定在動(dòng)模板上。
由于聚乙烯韌性較好，因此采用帶球形頭拉料桿的冷料穴。
4.3.3澆口設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口或內(nèi)流道，它是分流道與塑件之間的狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短小的部分。它能使分流道輸送來的熔融塑料的流速產(chǎn)生加速度，形成理想的流態(tài)，順序、迅速地充滿型腔，同時(shí)還起著封閉型腔防止熔料倒流的作用，并在成型后便于使?jié)部谂c塑件分離。
澆口是指連接分流道和型腔的進(jìn)料通道，它是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小且長度最短的部分。澆口的作用表現(xiàn)為：塑料熔體通過澆口時(shí)剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；同時(shí)熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高、粘度降低，從而提高了塑料的流動(dòng)性，有利于充型；另外在注射過程中，塑料充型后在澆口處及時(shí)凝固，防止熔體的倒流；成型后也便于塑件與整個(gè)澆注系統(tǒng)的分離。澆口的尺寸過小會(huì)使壓力損失增大，冷凝加快，補(bǔ)縮困難；澆口的尺寸過大，澆口周圍產(chǎn)生過剩的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)品變形或破裂，且澆口的去除困難等。澆口的形狀、尺寸和進(jìn)料位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的設(shè)計(jì)與塑料的品種、塑件形狀、塑件壁厚、模具結(jié)構(gòu)及注射成型工藝參數(shù)等有關(guān)。對(duì)澆口總的設(shè)計(jì)要求是：要使塑料熔體以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，同時(shí)在型腔充滿后適時(shí)冷卻封閉。一般要求澆口截面小、長度短。實(shí)際使用時(shí)，澆口的尺寸常常需要通過試模，按成型
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情況酌情修正。澆口位置選擇的正確與否，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)使塑件產(chǎn)生變形、熔接痕、凹陷、裂紋等缺陷。一般來說，澆口位置選擇要遵循以下原則：澆口位置的設(shè)置應(yīng)使塑料熔體填充型腔的流程最短、料流變向最少。校核流動(dòng)比。若流動(dòng)比小于允許值，則塑件大致上能夠成型；若流動(dòng)比超過允許值，會(huì)出現(xiàn)充型不足，這時(shí)應(yīng)調(diào)整澆口位置或增加澆口數(shù)量，增大流道直徑或厚度。澆口位置的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于排氣和補(bǔ)縮。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕、提高熔接痕的強(qiáng)度。
澆口位置的選擇要避免塑件變形。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)避免引起熔體破裂。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)防止型芯變形。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)考慮塑件的外觀。
澆口與塑件連接處應(yīng)做成R0.5的圓角或0.5×45的倒角，并防止在分離澆注系統(tǒng)時(shí)把塑件剪裂。澆口與分流道的連接處一般做成30~45的斜角，并以R1~R2的圓角與分流道底面相交，以便熔體流動(dòng)并減小壓力損失。側(cè)澆口適用于各種形狀及一模多腔的塑件，它是最常用的一種形式。其優(yōu)點(diǎn)是：去澆口方便，殘留痕跡??；熔體流速高；翹曲變形比直接澆口??；宜成型薄壁、復(fù)雜形狀塑件。缺點(diǎn)是：注射壓力損失大；保壓補(bǔ)縮作用比直接澆口??；對(duì)殼形塑件排氣不方便，易產(chǎn)生熔接痕。
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圖4-5澆口簡圖
4.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于制件平均壁厚均為5mm，再者制件尺寸也不是很大。確定冷卻水孔直徑為10mm。
此模具在動(dòng)、定模鑲塊上均開有單層式冷卻回路形式，分別對(duì)動(dòng)、定模進(jìn)行水冷卻，冷卻水路布置如下圖4- 3所示
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4-3直流式冷卻水路的布置
4.5成型零部件的設(shè)計(jì)
注射模的成型零部件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括型腔（凹模）、型芯（ 凸 模 ），以及各種 成 型 桿 和 成 型 鑲 件（塊）。按 功 能 劃分，成 型 零 部 件 可 分 為安裝部分和工作部分。安裝部分起安裝和固定成型零件的作用；工作部分與塑料直接接觸，用來成型塑件。成型零部件工作部分的形狀和尺決定塑件的形狀和尺寸。
4.5.1型腔、型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式。由于ABS材料有腐蝕性，型腔采用整體鑲塊式結(jié)構(gòu)，材料易采用S136H。由 于 凹 、凸 模 件 具 有 足 夠 的 強(qiáng) 度、剛 度、硬 度、耐 磨 性 、耐 腐 蝕 性 以 及 足 夠低的表面粗糙度。如果凹凸模都采用整體式，優(yōu)點(diǎn)是加工成本低，但是常用模架的 模 板 材 料 為 中 碳 鋼 ，用 作 凹 、凸 模 ，使 用 命 短，若 選 用 好 材 料 的 模 板 制 作 整 體的凹凸模，則制造成本較高。綜合考慮以上因素，凹、凸模都采用整體嵌入式。這樣既保證了模具的使用壽命，又不浪費(fèi)價(jià)格昂貴的材料，并且損壞后，維修、更換方便。
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4.5.2型腔和型芯的工作尺寸計(jì)算
本例中成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均尺寸、平均磨損量、平均制造公差和平均收縮率來計(jì)算。
型芯高度的尺寸計(jì)算公式： （4-2）
型芯徑向尺寸計(jì)算公式： （4-3）
型腔深度尺寸計(jì)算公式： （4-4）
型腔徑向尺寸計(jì)算公式： （4-5）
其中為模具型芯的高度尺寸；為模具型腔的徑向尺寸；為模具型腔的深度尺寸；為模具型腔的徑向尺寸。
經(jīng)過查表知ABS材料的收縮率為0.4％～0.6％，因此平均收縮率為0.5％，由于塑件尺寸較小，精度中等，所以模具制造公差取Δ/5，X取2/3。
4.5.3計(jì)算動(dòng)模墊板厚度
（4-6）
F=AP （4-7）
H—?jiǎng)幽|板厚（mm）；
K—修正系數(shù)，取0.6～0.7；
F—?jiǎng)幽|板受的總壓力（N);
L—支撐塊間距（mm）；
B—?jiǎng)幽|板寬度（mm）；
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A—塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（mm2）；
P—型腔壓力，一般取30～45MPa；
所以動(dòng)模墊板厚度h為30～40mm。
4.5.4計(jì)算型腔側(cè)壁和底板厚度
塑膠模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，所以應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，會(huì)因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑件變形甚至破壞；也可能會(huì)因?yàn)閯偠炔蛔愣a(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，不僅降低了尺寸精度，而且還影響了其順利脫模；所以，為了保證足夠的強(qiáng)度和剛度采用了動(dòng)模型腔版。
型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
根據(jù)型腔長度L=40，型腔寬度B=40，型腔高度=45，
（4-8）
由于c由L/a決定，c=0.93；p取30～45MPa，這里取35MPa；彈性模量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6
所以代入上式得，S=14.9>8.65mm。
底板厚度的計(jì)算查表得:
（4-9）
因?yàn)長/b=60/60=1,查表知系數(shù)c′值，c′=0.0272；p取24～40MPa，取35MPa；彈性變量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6，代入公式得h=4.609>4.32mm。
4.6推出方式的設(shè)計(jì)
頂出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)因塑件的脫模要求的不同而不同，但是對(duì)頂出機(jī)構(gòu)所能達(dá)到
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的要求是一致的，也就是使塑件在頂出過程中不會(huì)損壞變形，保證塑件在開模的過程中留在設(shè)置有頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)模內(nèi)。其中，一次頂出機(jī)構(gòu)是最常用的頂出機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)只需一次動(dòng)作就能是塑件脫模。本模具選用推料板一次頂出機(jī)構(gòu)。
脫模力的計(jì)算
①計(jì)算正壓力
設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：E=2900N/㎝2;S=0.006；t=0.513㎝；α=2.5°；R=1.5㎝;m（帕松比）=0.38
P=EStcosα/R（1-m）=13.3MPa （4-10）
P—正壓力（MPa）；
E—塑件的彈性模量（N/㎝2）；
S—成型收縮率（mm/mm）；
t—塑件平均壁厚（㎝）；
α—脫模斜度（o）；
R—凸模半徑（㎝）；
m—塑膠的帕松比，約為0.38～0.39。
②初始脫模力的設(shè)計(jì)步驟:
參數(shù)：E=2900N/㎝2;S=0.006;t=0.713㎝；L=2.2㎝；f=0.3；m=0.38 Q=2πtESLF/(1-M)(1+F)=80.52N （4-11）
Q—脫模力（N）;
E—塑膠彈性模量（N/㎝2）;
S—塑膠平均收縮率（mm/mm）；
t—塑件壁厚（㎝）；
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L—包容凸模的長度（㎝）；
f—塑膠與鋼的摩擦系數(shù)；ππ?；
m—塑膠的帕松比。
③頂桿直徑的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：φ=0.5；L=14㎝；n=2；E=2900N/㎝2;Q=80.52N
d=（64φ2t2Q/nπ3E）≈0.5㎝ （4-12）
d—圓形頂桿直徑（㎝）；
Φ—頂桿長度系數(shù)（約為0.7）；
L—頂桿長度（㎝）；
Q—總脫模力（N）；
n—頂桿數(shù)量；
E—頂桿材料的彈性模量（N/㎝2）；
對(duì)鋼來說，E=2.1×10。
④頂桿的應(yīng)力校核的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：Q=80.52N;n=4；d=1.2154㎝；s=2900㎜/㎜2
б=4Q/nπd2≤б （4-13）
Q—總脫模力（N）;
n—頂桿數(shù)量；
d—圓形頂桿直徑（㎝）；
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б—頂桿應(yīng)力（N/㎝2）；
б—頂桿鋼材的屈服極限強(qiáng)度（N/㎝2）；
一般中碳鋼： б=32000N/㎝2
合金結(jié)構(gòu)鋼： б=42000N/㎝2
計(jì)算結(jié)果： б=13.75N/㎝2
⑤推件板厚度的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：y=0.01㎝；B=25㎝；L=4.6㎝；Q=80.52N;E=2900N/㎝2
H=0.54L(Q/EBy)=2.105㎝ （4-14）
L—頂桿間距（㎝）；
Q—總脫模力（N）；
E—鋼材的彈性模量（N/㎝2）；
一般中碳鋼 E=2.1×10；
B—頂板寬度（㎝）；
y—頂板允許最大變形量（㎝）。
頂桿應(yīng)布置在脫模力最大處，以保證塑件被推出時(shí)其受力是平衡的，并且推出平穩(wěn)、不變形。
4.7確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
為了便于設(shè)計(jì)制造以及維修方便，所以選導(dǎo)柱、導(dǎo)套作導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；為了使模
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具在開模時(shí)推桿能夠順利頂出制件，減少推桿與模板的碰撞與摩擦，提高模具壽命，所以用四根推桿導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向。為了安裝方便，采用等直徑對(duì)稱分布，模具外側(cè)作標(biāo)記形式。
又為了便于加工導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝孔，和獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合塑件的尺寸，為了保護(hù)型芯不受損壞，因此導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)，也就是常說的正裝。
導(dǎo)柱和導(dǎo)套的分布見模具總裝圖，導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合精度為H5/h6的間隙配合，導(dǎo)套和模板配合精度為H5/n6。
4.8側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于零件是中空的，所以采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其制件的成型。又由于其抽芯行程比較大，為110，因此采用液壓油缸抽芯機(jī)構(gòu)，它也是應(yīng)用最廣泛的抽芯機(jī)構(gòu)，動(dòng)作可靠，制造方便，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在這里，油缸的自身行程應(yīng)大于115。
4.9.相關(guān)計(jì)算
（1）、抽芯距的計(jì)算 S抽=sc+3=15 sc=12
（2）、抽芯力的計(jì)算 抽芯力的計(jì)算跟脫模力的計(jì)算方法一樣。
型芯脫模力F1，參考《塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 式9-1得F=AP(μcosθ-sinθ)所以
F1=AP(μcosθ-sinθ)= 4452.83×10-6×107 /（0.1cos1°-sin1°)=2895.66N
A=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7=4452.83 mm2
A1=π×31 ×2=194.68
A2=(π15-π14)×4=1356.48
A3=π×23 ×5=361.1
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A4=A2=1356.48
A5=π×31 ×5=486.7
A6=π×40 ×2.5=314
A7=π×35 ×3.5=384.65
A---塑件包裹型芯的面積，mm2
P---塑件對(duì)型芯單位面積上的包緊力；模內(nèi)冷卻的塑件，p取0.8×107Mpa -1.2×107Mpa
μ---塑件對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，為0.1-0.3
θ---脫模斜度
4.10斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
（1）、參考文獻(xiàn)附錄F，選取斜導(dǎo)柱為?12mm
由于抽拔方向與開模方向垂直，斜導(dǎo)柱所需有效長度45mm，總長計(jì)算得98mm。
（2）、斜導(dǎo)柱彎曲力計(jì)算
抽拔方向與開模方向垂直，斜導(dǎo)柱彎曲力
N=F/[cosθ(1-2ftanθ-f2)=2895/[cos20°(1-2×0.5×tan20°-0.52)=1253 N＜1500N 校核合格
（3）、哈夫塊、壓塊、楔緊塊及定位裝置的設(shè)計(jì). 哈夫塊由壓塊導(dǎo)向
運(yùn)動(dòng)，楔緊塊壓緊。見裝配圖。
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5 型芯、型腔的加工工藝分析
如下圖5-1所示
圖5-1 型芯
型芯加工工藝分析，由于型芯用車床直接粗車、精車到圖示尺寸，R62.20彎處及端部定位處，車床是不好加工的，所以選擇數(shù)控加工。
型腔加工工藝分析，型腔鑲塊先用數(shù)控加工中心加工好產(chǎn)品的六個(gè)成形面，產(chǎn)品成形面的中間拐彎處直接加工直到滿足模具尺寸要求，兩端承口及關(guān)料口部分應(yīng)該留有車床精加工余量，因?yàn)楫a(chǎn)品圓度要求比較高。其他定位孔及頂針孔，都應(yīng)該在加工中心一次性加工出來。
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6 注射機(jī)校核
6.1注射壓力的校核
注射壓力的額定壓力Pe=172MPa，塑膠成型時(shí)所需要的壓力Po=100MPa，Pe≥kPo=125MPa，滿足要求。
6.2鎖模力的校核
鎖模力需滿足F≥Ko×A×P
A—塑件和流道凝料在分型面的射影面積（㎝2）；
F—注射機(jī)額定鎖模力，XS-ZY-60型，鎖模力為300Kn；
Ko—鎖模力安全系數(shù)，這里取1.1；
A—單個(gè)塑件在分型面上的投影面積；
N—型腔數(shù)；
A=302π-152π=2119.6㎜2≈21.2㎝2
A=1.35×21.2×2=57.24㎝2
6.3模具厚度H與注射機(jī)閉合高度的校核
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