外殼注塑模具設(shè)計(jì),外殼,注塑,模具設(shè)計(jì) 外殼注塑模具設(shè)計(jì) 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)殼類注射模的設(shè)計(jì)，提出了模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模具的整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)塑件分型面的位置，設(shè)計(jì)了推桿推出結(jié)構(gòu)，零件采用了單分型面的側(cè)澆口，提高了注射的質(zhì)量，以及自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)質(zhì)量。通過對(duì)塑件進(jìn)行工藝的分析及其結(jié)構(gòu)分析，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、注射機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)。該模具一模兩腔經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠。 關(guān)鍵詞：注射模；脫模機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) II 目 錄 1 緒論 1 2 塑件成型工藝的可行性分析 2 2.1 塑件分析 2 2.2 塑件的原材料分析 2 2.3 成型工藝分析如下 4 2.3.1 精度等級(jí) 4 2.3.2 脫模斜度 4 3 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定 5 3.1 注射成型機(jī)的選擇 5 3.1.1 估算零件體積和投影面積 5 3.1.2 鎖模力 5 3.2 注塑機(jī)的校核 6 3.3 成型腔數(shù)的確定 6 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 4.1 澆注系統(tǒng)的作用 8 4.2 澆注系統(tǒng)的組成 8 4.3 垂直式主流道設(shè)計(jì) 9 4.4 定位圈的設(shè)計(jì) 9 4.5 澆口設(shè)計(jì) 9 5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 5.1 分型面的設(shè)計(jì) 11 5.1.2 分型面的分類 11 5.1.3 分型面的分類及選擇原則 11 5.1.4 分型面的確定 11 5.2 型腔的分布 12 5.3 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 5.4 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 5.5 模具成型零件的工作尺寸計(jì)算 13 6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 6.1 排氣不良的危害 17 6.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 17 7 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則 18 7.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 18 7.1.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 18 7.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 18 7.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 18 7.2.2 導(dǎo)柱分布設(shè)計(jì) 19 7.2.3 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 20 7.3 頂出脫模機(jī)構(gòu)的確定 20 8 其它結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì) 22 8.1 模具安裝尺寸校核 22 8.2 開模行程的效核 22 9 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 9.1 模溫對(duì)塑件質(zhì)量的影響 24 9.2 模溫對(duì)生產(chǎn)效率的影響 25 9.3 加熱系統(tǒng) 25 9.4 冷卻系統(tǒng) 25 9.5 冷卻介質(zhì) 25 9.6 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式 26 11 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 27 參考文獻(xiàn) 29 III 1 緒論 隨著中國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的日趨好轉(zhuǎn)，在“實(shí)現(xiàn)中華民族的的中國(guó)夢(mèng)”口號(hào)以及工業(yè)4.0的倡引下，中國(guó)的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，模具工業(yè)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益，因而引起了各國(guó)的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽(yù)為“進(jìn)入富裕的原動(dòng)力”，德國(guó)則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要地位。近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動(dòng)化、大型、長(zhǎng)壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動(dòng)下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。 本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)外殼的設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)一副注塑模具來生產(chǎn)外殼的塑件產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)量。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機(jī)的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)。通過模具設(shè)計(jì)表明該模具能達(dá)質(zhì)量和加工工藝要求。 外殼的具體結(jié)構(gòu)，通過此次設(shè)計(jì)，使我對(duì)模具的設(shè)計(jì)有了較深的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，通過查閱大量資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、期刊等，結(jié)合教材上的知識(shí)也對(duì)注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，拓寬了視野，豐富了知識(shí)，為將來獨(dú)立完成模具設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 30 2 塑件成型工藝的可行性分析 2.1 塑件分析 外殼工件如圖2-1所示，它是工業(yè)用品，要求大批量生產(chǎn)，對(duì)尺寸，外觀和光潔度無具體要求，根據(jù)該塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)采用脫模板頂出結(jié)構(gòu)，也是工廠里比較簡(jiǎn)單，實(shí)用，常見的頂出結(jié)構(gòu)。為了使模具與注射機(jī)相匹配以提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)性、保證塑件精度，并考慮模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定型腔數(shù)目，由于體積比較大，該模具選擇一模兩腔。 圖2-1 塑件尺寸 2.2 塑件的原材料分析 ABS大分子主鏈由三種結(jié)構(gòu)單元組成，不同結(jié)構(gòu)單元賦予其不同的性能：丙烯腈，耐化學(xué)腐蝕性好，表面硬度高；丁二烯，韌性好；苯乙烯，透明性、著色性、電絕緣性和加工性能好。因此ABS兼具韌、硬、剛性。 一般性能：ABS不透明，外觀除薄膜外都呈淺象牙色，制品易著色，并具有90％的高光澤度；易燃，離火可繼續(xù)燃燒，火焰呈黃色，并有黑煙；燃燒時(shí)塑料軟化、燒焦，但無熔融滴落，并發(fā)出特殊的肉桂氣味；與其它材料的結(jié)合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。 力學(xué)性能：ABS力學(xué)性能優(yōu)良，屬于硬而韌的材料，在拉伸過程中產(chǎn)生屈服點(diǎn)，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較高；沖擊強(qiáng)度極好，可在極低的溫度下使用；耐磨性優(yōu)良，抗蠕變性能較好；壓縮和彎曲強(qiáng)度屬于較差的。ABS力學(xué)性能受溫度影響較大。拉伸、壓縮和彎曲強(qiáng)度隨溫度升高而降低。 熱學(xué)性能：ABS的負(fù)荷變形溫度為93－118℃，制品經(jīng)退火處理后還可增加10℃；ABS在－40℃下仍能表現(xiàn)出一定的韌性；ABS的線膨脹系數(shù)為熱塑性塑料中較小的。 電學(xué)性能：ABS的電絕緣性較好，且不受溫度、濕度和頻率的影響。 環(huán)境性能：ABS聚合物幾乎不受水、酸，堿和無機(jī)鹽等的影響；不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但長(zhǎng)期與烴接觸會(huì)發(fā)生軟化溶脹；在醛、酮類及氯代烴中會(huì)溶解或形成乳濁液；ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會(huì)引起應(yīng)力開裂。 ABS耐候性不好，這是由于分子鏈中丁二烯的雙鍵在紫外光作用下易受氧化降解。可通過與PC,PVC,PU等共混或加入苯并三唑類紫外線吸收劑來改善其耐候性。 成型特性： （1）結(jié)晶料，吸濕小，不須充分干燥，流動(dòng)性極好流動(dòng)性對(duì)壓力敏感，成型時(shí)宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分，不宜用直接澆口，以防收縮不均， 內(nèi)應(yīng)力增大，注意選擇澆口位置，防止產(chǎn)生縮孔和變形。 （2）收縮范圍和收縮值大，方向性明顯,易變形翹曲，冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴，并有冷卻系統(tǒng)。 （3）加熱時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)發(fā)生分解，灼傷。 （4）軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí)，可強(qiáng)行脫模。 （5）可能發(fā)生融體破裂，不宜與有機(jī)溶劑接觸，以防開裂。 表2-1 ABS注射成形的工藝參數(shù) 注射機(jī)類型 螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min） 噴嘴 料筒溫度℃ 模具溫度 注射壓力/MABS 保壓壓力/MABS 注射時(shí)間/s 保壓時(shí)間/s 冷卻時(shí)間/s 成形周期/s 形式 溫度℃ 前段 中段 后段 螺桿式 30～60 直通式 170～190 180～200 200～220 160～170 40～80 70～120 50～60 0～5 20～60 15～50 40～120 柱塞式 － 直通式 170～190 180～200 190～220 150～170 50～70 70～100 40～50 0～5 15～60 15～50 40～120 2.3 成型工藝分析如下 2.3.1 精度等級(jí) 影響塑件精度的因素很多，塑料的收縮、注塑成型條件（時(shí)間、壓力、溫度）等，塑件形狀、模具結(jié)構(gòu)（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按GB/T14486-1993標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為5級(jí)，本塑件精度取MT5級(jí)。 2.3.2 脫模斜度 由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強(qiáng)行取出會(huì)導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度。制品設(shè)脫模斜度為0.5°。 3 注射成型機(jī)的選擇與成型腔數(shù)的確定 3.1 注射成型機(jī)的選擇 3.1.1 估算零件體積和投影面積 用三維建模分析知塑件體積為體積：V=105.6cm3，單側(cè)投影面積為：A=9476.3mm2，由于此模具澆注系統(tǒng)采用側(cè)澆口，其澆注系統(tǒng)凝料較小，估計(jì)澆注系統(tǒng)的體積為63.36cm3，由于采用的是一模二腔 V總=2×105.6+63.36=274.56cm3 （3-1） ABS的密度是1.05克/立方厘米。 所以總體質(zhì)量1.05×274.56=288.288g 3.1.2 鎖模力 計(jì)算其所需鎖模力為： F鎖 =A·P型=9476.3*2×30Mp=568..KN （3-2） 3.1.3 選擇注射機(jī)及注射機(jī)的主要參數(shù) 由此考慮塑件大批量生產(chǎn)，以及以上的從溫度、壓力、時(shí)間方面考慮，查表附錄 D（塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)）初步選用注射機(jī)HTF250。 表3-1 HTF250型注射機(jī)主要參數(shù) 名稱 大小 名稱 大小 注射量/cm3 470 最大開模行程/mm 540 螺桿直徑/mm 50 模具厚度/mm 最大 580 注射壓力/MABS 60～100 最小 220 注射行程/mm 130 噴嘴球徑/mm SR14 注射時(shí)間/s 20～90 噴嘴孔徑/mm Φ4 鎖模力/KN 2500 鎖模方式 螺桿式 3.2 注塑機(jī)的校核 （1）最大注塑量校核。材料的利用率為500/840=0.60，符合注塑機(jī)利用率在0.3～0.80的要求。 （2）注射壓力的校核。所選注塑機(jī)的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，ABS塑件的注塑壓力一般要求為30～100MABS，所以該注塑機(jī)的注塑壓力符合條件。 （3）鎖模力效核。高壓塑料熔體充滿型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機(jī)額定鎖模力。 型腔壓力Pc可按下式粗略計(jì)算： Pc=kP （3-3） 式中： Pc-為型腔壓力（MABS）； P-為注射壓力（MABS）； K-為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內(nèi)選取。 所以，Pc=KP=0.37×120=45MABS，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力： T>KPcA （3-4） 式中： T-為注塑機(jī)的額定鎖模力（KN）； A-為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積（mm2）； K-為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2； KpcA=1.2×30×9476.3*2=682.293KN （3-5） 所以T=2500KN >KPcA成立，即該注塑機(jī)的鎖模力符合要求。 3.3 成型腔數(shù)的確定 以機(jī)床的注射能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%計(jì)算： （3-6） =3.08 式中： N-型腔數(shù)； S-注射機(jī)的注射量（g）； W-澆注系統(tǒng)的重量（g）； W件-塑件重量（g）； 因?yàn)椋琋=3.08>2 所以，此模具型腔為一模兩腔結(jié)構(gòu)合理。 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 澆注系統(tǒng)的作用 澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機(jī)噴嘴通向模具型腔的流動(dòng)通道，因此它應(yīng)能夠順利的引導(dǎo)熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件。對(duì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求是： 對(duì)模腔的填充迅速有序； 可同時(shí)充滿各個(gè)型腔； 對(duì)熱量和壓力損失較?。? 盡可能消耗較少的塑料； 能夠使型腔順利排氣； 澆注道凝料容易與塑料分離或切除； 不會(huì)使冷料進(jìn)入型腔； 澆口痕跡對(duì)塑料外觀影響很小。 4.2 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)組成是：主流道、分流道、澆口、冷料井。 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題： （1）首先根據(jù)塑料制品的結(jié)構(gòu)分析其充填過程，以保證塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。這一點(diǎn)在大型塑料模具制品及其功能性塑料制品上尤為重要。 （2）在設(shè)計(jì)澆系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)非常注意澆注系統(tǒng)對(duì)制品外觀的影響。在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況，某一塑料制品的澆口影響制品外觀，只能將澆口該設(shè)在其他部位。若實(shí)在無法處理時(shí)，可通過改變制品的結(jié)構(gòu)來解決。上述問題，對(duì)有外觀質(zhì)量要求的塑料制品尤為重要。 （3）在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮到模具在注射時(shí)，是否能適應(yīng)全自動(dòng)操作。要達(dá)到全自動(dòng)操作，必須保證在開模時(shí)，制品與澆注系統(tǒng)能自動(dòng)脫落，澆口與制品亦要盡可能自動(dòng)分離。 （4）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須考慮到塑料制品的后續(xù)工序。如因后續(xù)工序在加工、裝配、管理上需要，往往須設(shè)置輔助流道，將多件制品聯(lián)成一體。 （5）在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)留有一定的余地，這樣在使用是即使有些不足，亦可以比較方便的解決。 （6）多觀察分析各類塑件制品的澆注系統(tǒng)和澆口位置的選擇，吸取其成功之處，提高澆注系統(tǒng)的可靠性。 （7）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，其主流道進(jìn)口應(yīng)盡量與模具中心重合。 4.3 垂直式主流道設(shè)計(jì) 下圖是主流道的形式及設(shè)計(jì)參數(shù)。 式中： D=注射機(jī)噴嘴的孔徑+（0.5～1）=3mm d-主流道小端直徑，既主流道與注射機(jī)噴嘴接觸處的直徑。 L-主流道長(zhǎng)度：根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)確定。 α-主流道的錐度：α一般在1到3度對(duì)粘度較大的塑料，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)度值，故取α=2°。 4.4 定位圈的設(shè)計(jì) 定位圈也是標(biāo)準(zhǔn)件，外徑為Φ150mm，內(nèi)徑Φ36mm。具體固定形式如下圖所示： 圖4-4 定位圈和澆口套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.5 澆口設(shè)計(jì) 澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直澆口等。 一般情況下，澆口采用長(zhǎng)度很短而截面很窄的小澆口。當(dāng)熔融塑料通過狹小的澆口時(shí)，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時(shí)，狹小的澆口適當(dāng)保壓補(bǔ)縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內(nèi)的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內(nèi)殘余應(yīng)力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補(bǔ)給困難，會(huì)造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會(huì)產(chǎn)生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象，使塑件表面出現(xiàn)凹凸不平。 此設(shè)計(jì)采用潛伏式澆口： （1）澆口截面較大，流程較短，流動(dòng)阻力小，適用于深腔，壁厚，材料流動(dòng)性差的殼類塑件。 （2）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，便于加工，流程短，壓力損失小。 （3）保壓補(bǔ)縮作用強(qiáng)，易于完全成型。 （4）有利于排氣及消除熔接痕。 根據(jù)前面模流分析采用側(cè)澆口形式進(jìn)膠，開設(shè)在分型面上，截面簡(jiǎn)單，易于加工。 側(cè)澆口深度尺寸： 其中n是塑料成型系數(shù)，查閱相關(guān)資料得ABS塑料系數(shù)n=0.7，對(duì)應(yīng)塑件厚度t=2mm。 側(cè)澆口的寬度： 側(cè)澆口的長(zhǎng)度：為去除澆口方便，2.26mm 如圖4-5： 圖4-5 澆口形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 分型面的設(shè)計(jì) 5.1.2 分型面的分類 實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況： （1）型腔完全在動(dòng)模一側(cè)； （2）型腔完全在定模一側(cè)； （3）型腔各有一部分在動(dòng)定、模中。 5.1.3 分型面的分類及選擇原則 分型面的選擇不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且設(shè)計(jì)末句結(jié)構(gòu)和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條： 脫出塑件方便； 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 型腔排氣順利； 確保塑件質(zhì)量； 無損塑件外觀； 合理利用設(shè)備。 5.1.4 分型面的確定 注塑體為圓柱形，而確定分型面時(shí)，由于塑件在型腔中的方位和形狀，谷采用單分型面。打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)的凝料的面，稱之為分型面。分型面的設(shè)計(jì)它受到塑件的形狀、壁厚、和外觀、尺寸精度、及模具型腔的數(shù)目等諸多因素的影響。 由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在設(shè)計(jì)中加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過澆注系統(tǒng)從壓力中等分所得的足夠壓力，以保證塑件熔體同時(shí)均勻地充滿每個(gè)型腔。 該模具采用的平衡式鑒于以上的要求，在該模具中分型面設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，如下圖位置。 圖5-1 分型面位置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 5.2 型腔的分布 模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對(duì)稱排列及復(fù)合排列等。該模具、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，綜合考慮模具設(shè)計(jì)為一模兩腔，零件設(shè)計(jì)對(duì)稱設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 如圖所示5-2。 圖5-2 型腔的分布簡(jiǎn)圖 5.3 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型腔用于成型塑件的外表面，又稱為陰模、型腔。按其結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁鑲嵌式5種?？傮w上說，整體是強(qiáng)度、剛度好，但不適于復(fù)雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結(jié)構(gòu)，是復(fù)雜型腔加工相對(duì)容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易于在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 5.4 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模用于成型塑件的內(nèi)表面，又稱型芯、陽模。凸模按結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼組合式兩類。由于凸模的加工相對(duì)凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是整體式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一體。由于該模具簡(jiǎn)單。為了節(jié)約成本，利于頂出和排氣，凸模板采用鑲拼式如圖5-3。 圖5-3 型芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 5.5 模具成型零件的工作尺寸計(jì)算 工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：型腔、型芯的徑向尺寸（含長(zhǎng)、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級(jí)確定相應(yīng)的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個(gè)方面查閱參考文獻(xiàn)[7]： （1）成形收縮率：在實(shí)際工作中，成形收縮率的波動(dòng)很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為 δs=(Sma×-Smin)Ls （5-5） 式中： δs-為塑件收縮波動(dòng)而引起的塑件尺寸誤差（mm）； Smax-為塑料的最大收縮率（%）； Smin-為塑料的最小收縮率（%）； Ls-為塑件尺寸（mm）。 一般情況下，由收縮率波動(dòng)而引起的塑件寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。 （2）模具成形零件的制造誤差：實(shí)踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級(jí)之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。 （3）零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會(huì)對(duì)型腔和型芯造成磨損，對(duì)于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6，而大型零件，應(yīng)在1/6之下。 （4）模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會(huì)引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應(yīng)該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。 綜上所述，在模具型腔與型芯的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有效的補(bǔ)償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補(bǔ)償值應(yīng)在試模后進(jìn)行逐步修訂。 通常型芯、型腔組成的模腔工作尺寸簡(jiǎn)化后的計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計(jì)算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計(jì)算，查參考文獻(xiàn)[7]： 型腔的內(nèi)形尺寸： L=[L(1+k)-(3/4)Δ] （5-6） 式中： L-為型腔內(nèi)形尺寸(mm)； L-為塑件外徑基本尺寸(mm)，即塑件的實(shí)際外形尺寸； K為塑料平均收縮率(%)，此處取0.5%； Δs-塑件公差，查表知ABS塑件精度等級(jí)取5級(jí)；塑件基本尺寸在0~3mm范圍內(nèi)取0.2mm;塑件基本在3~6mm公差取0.24mm；塑件基本在6~10mm公差取0.28mm；塑件基本尺寸在18~24范圍內(nèi)其公差取0.44mm；塑件基本尺寸在24~30范圍內(nèi)其公差取0.52mm ；塑件基本尺寸在30~40范圍內(nèi)其公差取0.56mm； 所以型腔尺寸如下： L1=[120×(1+0.005)-(3/4)×0.56]=120.96 L2=[80×(1+0.005)-(3/4)×0.46]=80.66 型腔深度的尺寸計(jì)算： h=[h(1+k)-(3/4)Δ] （5-7） 式中： h-凸模/型芯高度尺寸(mm)； h-為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸； H1=[60×(1+0.005)-(3/4)×0.52]=60.52 型芯的外形尺寸計(jì)算： L=[L(1+k)+(3/4) Δ]-δ/3 （5-8） 式中： L-型芯外形尺寸(mm)； L-為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm)即塑件的實(shí)際內(nèi)形尺寸； 由于該塑料的收縮率不大為0.5%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。 所以型芯的尺寸如下： L1=[114×（1+0.005）+（3/4）×0.74]=114.86 L2=[74×（1+0.005）+（3/4）×034]=74.46 型芯的深度尺寸計(jì)算： h=[h(1+k)+ (2/3)Δ]-δ/3 （5-9） 式中： h-為凸模/型芯高度尺寸(mm)； h-為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實(shí)際內(nèi)形深度尺寸； 型芯的高度分別為： H1=[57×（1+0.005）+（2/3）×0.38]=57.63 6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時(shí)，必須置換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體查閱參考文獻(xiàn)[7]。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。 6.1 排氣不良的危害 （1）增加熔體充模流動(dòng)的阻力，是型腔充不滿。 （2）在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學(xué)性能降低。 （3）滯留氣體時(shí)塑件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。 （4）型腔內(nèi)氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時(shí)局部高溫，使塑料熔體分解。 （5）由于排氣不良，降低了充模速度。 6.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 （1）利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān)。 （2）對(duì)于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣。 （3）利用頂桿與孔的配合間隙排氣。 （4）利用球狀合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣。 （5）在熔合縫位置開設(shè)冷料穴。 本模具可以利用配合間隙排氣，通常中小型模具的簡(jiǎn)單型腔，可利用推桿、活動(dòng)型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，這里不再單獨(dú)設(shè)計(jì)排氣槽。 7 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和設(shè)計(jì)原則 7.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動(dòng)模與定模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，主要零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。其具體作用有： （1）定位作用； （2）導(dǎo)向作用； （3）承載作用； （4）保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)作用； （5）錐面定位機(jī)構(gòu)作用。 7.1.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）應(yīng)對(duì)稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和防止模板發(fā)生變形。 導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸選定，并應(yīng)保證有足夠的抗彎強(qiáng)度。 導(dǎo)柱固定端的直徑和導(dǎo)套的外徑應(yīng)盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求。 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨性。 為了便于塑料制品脫模，導(dǎo)柱最好裝在定模板上，但有時(shí)也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定。 7.2 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 7.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)于塑料模具來說是必不可少的部件，因?yàn)樵谀＞叩拈]合時(shí)要求有一定的方向和位置，所以必須有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有定位，導(dǎo)向，受一定的側(cè)壓力，一般的導(dǎo)柱所露出在分型面上的長(zhǎng)度要比型芯高6-8毫米，以避免導(dǎo)柱型芯先進(jìn)入型腔與其碰撞而損壞型腔和型芯。至于配合精度問題一般采用過度配合，導(dǎo)柱裝入模板多用二級(jí)精度第二種過渡配合，硬度調(diào)節(jié)到HRC50-55，導(dǎo)柱如圖7-1所示： 圖7-1 導(dǎo)柱零件簡(jiǎn)圖 7.2.2 導(dǎo)柱分布設(shè)計(jì) 為了使導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套比較順利，在導(dǎo)套的前端倒一圓角，且導(dǎo)柱孔為通孔，這樣容易排氣，材料用20鋼滲碳處理，使其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱硬度，這樣就可以減少摩擦，以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?。?dǎo)套的精度與配合，是采用二級(jí)精度過渡配合壓入定模模板。導(dǎo)柱布置如圖7-2： 圖7-2 導(dǎo)柱布置簡(jiǎn)圖 按推出零件的類別分類： （1）推桿推出脫模； （2）推管推出脫模； （3）推件板推出脫模； （4）復(fù)合推出脫模。 7.2.3 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 導(dǎo)套與安裝在另外一半模上的導(dǎo)柱相配合，用以確定動(dòng)、定模的相對(duì)位置，以保證模具運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的圓套形零件。導(dǎo)套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種：直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套。 （1）采用帶頭導(dǎo)套 （2）導(dǎo)套的端面應(yīng)倒圓角，導(dǎo)柱孔最好做成通孔，利于排出孔內(nèi)剩余空氣。 （3）導(dǎo)套孔的的滑動(dòng)部分按H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為0.4um。 （4）導(dǎo)套外徑與模板一端采用H7/k6配合；另外一端采用H7/f7配合鑲?cè)肽０濉? （5）導(dǎo)套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用20鋼。 導(dǎo)套如圖7-3： 圖7-3 導(dǎo)套示意圖 7.3 頂出脫模機(jī)構(gòu)的確定 它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動(dòng)鑲塊等脫模機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機(jī)構(gòu)的作用下，通過一次動(dòng)作即可頂出?；谝陨显瓌t，該模具的脫模零部件設(shè)在動(dòng)模上，選擇脫料板頂出。 如圖7-4，在注射機(jī)中心油缸的推動(dòng)力下推板推動(dòng)復(fù)位桿，復(fù)位桿推動(dòng)脫料板。產(chǎn)品推出后，由于彈簧的作用力下，模具進(jìn)行復(fù)位。 圖7-4 頂出脫模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 8 其它結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì) 塑料模的支承零件包括定模（或上模）座板、定模（上模）板、型腔固定板、支承板、支架、動(dòng)模（或下模）座板等。注射模的支承零件的典型組合如圖8-1所示。 圖8-1支承零件的典型組合 8.1 模具安裝尺寸校核 模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時(shí)（大型模具多采用此法），模具動(dòng)定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機(jī)模板臺(tái)面上對(duì)應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時(shí)（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。 8.2 開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模行程。對(duì)于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核查參考文獻(xiàn)[15]： S≥H1+H2+(5-10) （8-1） 式中： S-為注塑機(jī)的最大行程（此模具中為300）mm； H1-為塑件的脫模距離（此模具中為60）mm； H2-為包括流道在內(nèi)的塑件高度（此模具中為90）mm； 所以上式成立（110>300），即該注塑機(jī)的開模行程符合要求。由以上對(duì)各參數(shù)的效核可知該注塑機(jī)符合要求。 9 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 無論何種塑料進(jìn)行注塑成型，均會(huì)有一個(gè)比較合適的溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，塑料熔體的流動(dòng)性好，容易充滿型腔，塑料脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學(xué)性能以及表面質(zhì)量也比較高。為了使模溫能控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，必須設(shè)計(jì)模具溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因?yàn)樗芰献⑸淠卣{(diào)節(jié)能力，不僅影響到塑件質(zhì)量，而且也決定著生產(chǎn)效率。實(shí)際上模溫設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到生產(chǎn)成本與經(jīng)濟(jì)效益。 9.1 模溫對(duì)塑件質(zhì)量的影響 （1）改善成形性每一種塑料都有其濕度的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應(yīng)的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會(huì)降低塑件熔體流動(dòng)性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會(huì)使塑件脫模時(shí)和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。 （2）成形收縮率利用模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成型收縮的波動(dòng)，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。 （3）塑件變形模具型芯與型腔溫差過大，會(huì)使塑件收縮不均勻，導(dǎo)致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復(fù)雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。 （4）尺寸穩(wěn)定性對(duì)于結(jié)晶性塑料，使用高模溫有利于結(jié)晶過程的進(jìn)行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形；對(duì)于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定。 （5）力學(xué)性能適當(dāng)?shù)哪?，可使塑件力學(xué)性能大為改善。例如，過低模溫，會(huì)使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對(duì)于粘性大的剛性塑料，使用高模溫，可使其應(yīng)力開裂大大的降低。 （6）外觀質(zhì)量適當(dāng)提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質(zhì)量。過低模溫會(huì)使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無光澤或粗糙度增加等。 9.2 模溫對(duì)生產(chǎn)效率的影響 就注射成形過程講，可把模具看成為熱交換器。塑料熔體凝固時(shí)釋放出的熱量中約有5%以輻射、對(duì)流的方式散發(fā)到大氣中，其余95%由模具的冷卻介質(zhì)（一般是水）帶走。因此模具的生產(chǎn)效率主要取決于冷卻介質(zhì)的熱交換效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)注射成形周期的2/3至4/5，因此縮短注射成形周期內(nèi)的冷卻時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。故在設(shè)計(jì)過程中冷卻時(shí)間應(yīng)適當(dāng)控制。 模具溫度是否合適、均一與穩(wěn)定對(duì)塑料熔體的充模流動(dòng)、固化定型、生產(chǎn)效率及塑件的形狀、外觀、尺寸精度都有重要的影響。 注射模設(shè)計(jì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。 9.3 加熱系統(tǒng) 由于該套模具的模溫要求在50～80oC，無需設(shè)置加熱裝置。 9.4 冷卻系統(tǒng) 一般注射到模具內(nèi)塑料溫度為200oC左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60oC左右。熱塑性塑料在注射成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。 對(duì)于粘度低、流動(dòng)性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍66等），因?yàn)槌尚凸に囈竽囟疾惶撸猿Ｓ贸厮畬?duì)模具進(jìn)行冷卻。 ABS的成型溫度和模具溫度分別為190～200oC、50～80oC。 9.5 冷卻介質(zhì) 有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因?yàn)樗臒崛萘看螅瑐鳠嵯禂?shù)大，成本低。用水冷卻，即在模具型腔周圍或內(nèi)部開設(shè)冷卻水道。 9.6 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式 簡(jiǎn)單流道式：取水道直徑為8mm，距型腔約為40mm，在定模布置4根，左右對(duì)稱布置。 綜上，該模具塑料釋放的總熱量不大，只在模具型腔周圍開設(shè)冷卻水道即可，均采用簡(jiǎn)單流道式。 示圖如下： 圖9-1 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖 11 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用結(jié)構(gòu)形式為CI-4045-A100-B110-C140。即采用數(shù)量為1的標(biāo)準(zhǔn)模架。模具總裝圖如圖11-1所示 圖11-1 模具總裝圖 （1）定模座板 定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板，材料為45鋼。 通過6個(gè)M14的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過2個(gè)M6的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H8/f8配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。 （2）型腔板板用于固定型芯、導(dǎo)套。固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠強(qiáng)度，一般用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)到230HB～270HB。其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)套一端采用H7/k6配合，另外一段采用H7/f7配合；定模板與澆口套采用H7/m6配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。 （3）動(dòng)模座板 材料為45鋼，其上的注射機(jī)頂孔為。 （4）動(dòng)模板行位滑塊通過矩形導(dǎo)滑槽在模套中滑動(dòng)，以完成側(cè)向分型和合模復(fù)位，材料為45鋼。其上的導(dǎo)柱和導(dǎo)柱孔為H7/k6配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。 （5）墊塊4 在動(dòng)模座板與支撐板之間形成推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機(jī)的模具安裝厚度要求。材料為45鋼。 （7）推板材料為45鋼，其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用H7/k6配合。用M8的內(nèi)六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。 （8）推桿固定板材料為45鋼，其上的推板導(dǎo)套孔與推板導(dǎo)套采用H7/f9配合查閱參考文獻(xiàn)[7]。 參考文獻(xiàn) [1] 申開智主編.塑料成型模具.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社.2012 [2] 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