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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：加熱器底座塑料模具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年04月
塑料注塑模具設計——加熱器底座塑料模具設計
摘 要
模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的主要工藝裝備，它是當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向，許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。本論文主要介紹了加熱器底座塑料注塑模具的設計。
設計中首先通過分析塑件的形狀及工藝特性，選擇了合適的模具設計方案；其次是對注塑機的選擇，包括注射機的初選和注射機有關參數(shù)的校核，并確定了注射機；再次完成模具的結構設計，包括分型面的選擇和確定、型腔數(shù)目的確定及型腔的排列、澆注系統(tǒng)的設計、成型零件結構設計、抽芯機構設計、推出機構的選擇、冷卻系統(tǒng)的設計、標準模架的選擇。最后對成型零件尺寸進行計算，確定工藝參數(shù)。
采用此模具能夠保證塑件尺寸外形以及表面要求，而且成本低、結構簡單、開模容易、效率高，具有較強的實用性。
關鍵詞：塑料注塑模具；注塑機；結構設計
I
Plastic Injection Mold Design Heater Base Plastic Mold Design
Abstract
Mold is widely used in industrial production the main technological equipment, It is an important means of modern industrial production and process development direction ,Many modern industrial development and the improvement of the technical levels ,Largely depends on the development of die and mould industry level. This paper mainly introduced the plastic injection mold insurance seat of design.
First through analysis in the design of plastic parts, process characteristics and shape ,choose the proper mould design,Second is the choice of injection, mcluding injection machine of primaries and injection machine related parameter respectively ,To determine the injection machine；Complete the die structure design again ,Enclose the choice and determination parting ,Cavity number of determining and cavity arrangement ,The design of gating system ,Molding parts structure design ,Core-pulling mechanism design, selection of launch institutions, cooling system design, standard formwork choice ,Finally calculated for molding parts size, determine the process parameters.
Using this mold can guarantee plastics dimension appearance and surface requirements , And low cost, simple structure and easy to open mold, high efficiency, with strong practicability.
Keywords: Plastic injection mold; injection machine; Structure design
III
主要符號表
K 安全系數(shù) E 材料彈性模量
Smax 塑料的最大收縮率 P1 脫模阻力
Smin 塑料的最小收縮率 C 型芯成型部分斷面的平均
P0 單位面積的包緊力 h 型芯被塑料包緊部分的長度
Δs 塑件公差 P0 單位面積的包緊力
D腔 型腔內(nèi)形尺寸 Φ 安全系數(shù)
Qcp 塑料平均收縮率 S頂 頂出行程
ds 塑件外徑基本尺寸 1 富裕量
Ds 塑件內(nèi)形基本尺寸 2 頂出行程富裕量
h腔 凸模/型芯高度尺寸 α 傾斜角
Hs 塑件內(nèi)形深度基本尺寸 Q 抽拔阻力
P1 動模受的總壓力 P 斜導柱所受的彎曲力
F 塑件的投影面積 ε 塑件收縮率
P 型腔壓力 f 摩擦系數(shù)
K 修正系數(shù) μ 塑料泊桑比
B 動模墊板的寬度 L 支撐塊的跨距
目 錄
1 緒論 1
1.1塑料成型與注塑模具 1
1.2國內(nèi)外相關發(fā)展狀況 1
1.2.1國內(nèi)發(fā)展狀況 1
1.2.2國外發(fā)展狀況 2
1.2.3中國與國外先進技術的差距 2
1.3塑料模具發(fā)展走勢 2
2 塑件材料分析與方案論證 3
2.1塑件的工藝分析 3
2.1.1塑件的材料 3
2.1.2聚苯乙烯的基本特性 3
2.1.3聚苯乙烯的成型特點 3
2.1.4聚苯乙烯的主要用途 3
2.1.5聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù) 4
2.2塑件的成型工藝 4
2.2.1注射成型的原理 4
2.2.2注射成型的工藝過程 4
2.2.3注射成型工藝參數(shù) 6
2.3注塑模的機構組成 6
2.4方案論證 6
3 注射成型機的選擇 8
3.1估算塑件體積 8
3.2估算塑件質量 8
3.3注塑機的注射容量 8
3.4鎖模 8
3.5選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù) 9
3.5.1注射機的選擇 9
3.6注塑機的校核 9
3.6.1最大注射量校核 9
3.6.2 鎖模力校核 9
3.6.3 模具厚度校核 10
3.6.4開模行程校核 10
IV
4 澆注系統(tǒng)設計 11
4.1澆注系統(tǒng)的功能 11
4.1.1澆注系統(tǒng)的組成 11
4.1.2澆注系統(tǒng)設計原則 11
4.1.3澆注系統(tǒng)布置 12
4.2流道系統(tǒng)設計 13
4.2.1主流道設計 13
4.2.2冷料井設計 14
4.2.3分流道設計 14
4.2.4澆口設計 15
5 成型零件工作尺寸的計算 17
5.1影響塑件尺寸精度的因素 17
5.2模具成型零件的工作尺寸計算 17
5.2.1成形收縮率 17
5.2.2模具成形零件的制造誤差 18
5.2.3零件的磨損 18
5.2.4模具的配合間隙的誤差 18
5.3型腔和型芯尺寸計算 18
5.3.1型腔徑向尺寸計算 18
5.3.2型腔的深度尺寸 18
5.3.3型芯的徑向尺寸 18
5.3.4型芯的高度尺寸 19
5.3.5中心距尺寸計算 19
5.4動模板的強度校核 19
6 導向機構的設計 22
6.1導向機構的作用 22
6.2導柱導向機構 22
6.2.1導向機構的總體設計 22
6.2.2導柱的設計 22
6.2.3導套的設計 23
6.3推板導套導柱的結構設計 23
7 脫模機構的設計 25
7.1基本考慮和要求 25
7.2推出機構的確定 25
7.3推件板脫模機構設計的特點和基本原則 25
7.4頂桿橫截面直徑校核 26
7.4.1脫模力的計算 26
7.4.2推桿直徑的校核 26
8 側向分型與抽芯機構的設計 28
8.1基本考慮和要求 28
8.1.1側向分型與抽芯機構應具備的基本功能 28
8.2抽芯機構的概述 28
8.3斜導柱抽芯機構設計原則與確定 28
8.4斜導柱抽芯機構的有關參數(shù)計算 29
8.4.1抽芯距 29
8.4.2斜導柱傾斜角的確定 29
8.4.3斜導柱直徑的確定 30
8.4.4斜導柱長度的計算 31
8.5滑塊的設計 32
8.6導滑槽的設計 32
8.7滑塊定位裝置 32
8.7.1滑塊的作用和結構形式 32
8.8鎖緊塊 32
8.8.1鎖緊塊的作用 32
8.8.2鎖緊塊的設計要點 33
8.8.3鎖緊塊的結構形式 33
9 模具的材料 34
9.1塑料模具用鋼的必要條件 34
9.2選擇鋼材的條件 34
9.3本模具材料的選擇 34
9.4模具的淬火硬度 35
9.5模具的表面粗糙度 35
9.6熱處理的選擇 35
10 模具的可行性分析 36
10.1其它結構零部件設計 36
10.2本模具的特點 36
10.3市場前景與經(jīng)濟效益分析 36
11 結論 37
參考文獻 38
致 謝 39
畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 40
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 41
VII
1 緒論
1 緒論
1.1塑料成型與注塑模具
塑料工業(yè)是由塑料原料和塑料制品生產(chǎn)兩大系統(tǒng)組成，二者相輔相成，缺一不可，而塑料制品生產(chǎn)是實現(xiàn)塑料原料自身價值的唯一手段。塑料制品生產(chǎn)主要由成型、機械加工、表面裝飾、裝配等環(huán)節(jié)組成，其重要一環(huán)就是塑料成型。
塑料成型就是將各種形態(tài)的塑料原料（粉料、粒料、溶液或分散體）制成所需形狀的制品或胚件的過程。塑料成型的方法很多，如注塑、吹塑、擠出等等。而注塑成型以其能成型高尺寸精度、高復雜性的制品和高效率占有重要一席。
塑料注塑成型過程是，塑料原料從注塑機的料斗進入加熱筒，經(jīng)塑化后由柱塞或螺桿的推動，在一定壓力下通過噴嘴進入模具型腔，經(jīng)冷卻固化后而開模獲得制品（塑件）。除少數(shù)幾種塑件外，幾乎所有的塑件都可以注塑成型。
塑模設計的傳統(tǒng)方法，是依靠設計人員的經(jīng)驗﹑技巧和現(xiàn)有的設計數(shù)據(jù)，從對塑件的工藝計算到塑模的設計制圖，全靠手工勞動。對塑模的制造就更需要專業(yè)人員付出大量的繁雜勞動。所以塑件的質量和數(shù)量都遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。隨著計算器技朮的廣泛應用，塑模設計和制造采用了CAD/CAM系統(tǒng)，從而大大提高了模具設計制造的效率。
塑模CAD/CAM的應用可以提高塑模的設計﹑制造質量和速度。采用了NC自動編程系統(tǒng)。采用NC機床可以提高制造精度，節(jié)省能耗和擴大制造功能。
塑料模具材料直接影響塑模的使用壽命﹑加工成本及產(chǎn)品的成型質量，因此設計時要正確地選擇模具材料。
1.2國內(nèi)外相關發(fā)展狀況
1.2.1國內(nèi)發(fā)展狀況
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎工業(yè)，也是一個國家加工工業(yè)發(fā)展的重要標志。近年來，我國模具工業(yè)的技術水平取得了長足的發(fā)展。
現(xiàn)在，我國模具生產(chǎn)廠點約有3萬多家，從業(yè)人數(shù)80多萬人?！笆濉逼陂g，模具年平均增長速度達到20％左右，2005年模具銷售額達650億元，同比增長25％；在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50％，塑料模具約占33％，壓鑄模具約占6％，其它各類模具約占11％。但是，由于創(chuàng)新能力弱，行業(yè)關鍵技術難以突破，使得我國模具行業(yè)長期以來面臨著“低端競爭、高端進口”的尷尬局面。
為了適應市場對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，模具越
43
來越向著大型化、高精度化、多功能復合模具化等方向發(fā)展。熱流道模具、氣輔模具等先進的模具加工技術也將在塑料模具中得到更廣泛的應用。標準件的廣泛應用，將極大的影響模具制造周期，提高模具的質量，并降低模具的制造成本。
1.2.2國外發(fā)展狀況
高新技術在歐美模具企業(yè)得到廣泛應用，歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術水平，在國際上是一流的。將高新技術應用于模具的設計與制造，已成為快速制造優(yōu)質模具的有力保證。
目前，國外注射成型技術的發(fā)展迅速，精密注射成型、注射成型中的計算機技術的廣泛應用，以及全電動注射劑、兩板式注射機、無拉桿注射機、電磁動態(tài)化注射機等技術的研發(fā)及應用，都大大提高了國外模具的生產(chǎn)和制造水平。
1.2.3中國與國外先進技術的差距
中國模具生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列幾方面。國內(nèi)自配率不足80％，其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。中國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），專業(yè)模具廠也大多數(shù)是“大而全”、“小而全”的組織形式。國外模具企業(yè)大多是“小而專”、“小而精”。模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術。
1.3塑料模具發(fā)展走勢
a. 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。
b. 在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。
c. 推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。
d. 新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
e. 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。
f. 應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。
g. 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。
2 塑件材料分析與方案論證
2 塑件材料分析與方案論證
2.1塑件的工藝分析
2.1.1塑件的材料
此塑件的材料為聚苯乙烯(PS)。
2.1.2聚苯乙烯的基本特性
聚苯乙烯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，密度為1.05g/cm3，無色、無味、無毒的透明剛性固體，可見光的透光率接近90％。成型零件可達到很好的尺寸精度并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸的穩(wěn)定性。成型收縮率恒為0.5％~0.6%。抗蠕變、耐磨、耐熱、耐寒。脆化溫度在低，長期工作溫度達120℃。聚苯乙烯吸水率較低，能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較好的電性能。聚苯乙烯熱導率較小，是良好的絕熱保溫材料。耐室溫下的水、稀酸、氧化劑、還原劑、鹽、油、脂肪烴，但不耐堿、胺、酮、脂、芳香烴，并有良好的耐氣候性。其最大的缺點是塑件易開裂，耐疲勞強度較差。用玻璃纖維增強聚碳酸酯，克服了上述缺點，使聚苯乙烯具有更好的力學性能，更好的尺寸穩(wěn)定性，更小的成型收縮率，并提高了耐熱性和耐藥性，降低了成本。[2]
2.1.3聚苯乙烯的成型特點
聚苯乙烯可以采用擠出、熱成型、旋轉模塑、吹塑、發(fā)泡等多種成型工藝，其中注塑、擠出、發(fā)泡是最常采用的工藝方法。聚苯乙烯吸水性很小，成型加工前一般都不需要專門的干燥工序。其流動性和成型性優(yōu)良，成品率高，但容易產(chǎn)生內(nèi)應力而出現(xiàn)裂紋，成型制品的脫模斜度不宜過小，頂出要均勻，而且由于熱膨脹系數(shù)高，制品中不宜有嵌件。宜用高料溫、低注射壓力成型并延長注射時間，以防止縮孔及變形，但料溫過高，容易出現(xiàn)銀絲。
2.1.4聚苯乙烯的主要用途
在機械上主要用作各種齒輪、渦輪、蝸桿、齒條、凸輪、心軸、軸承、滑輪、鉸鏈、螺母、墊圈、泵葉輪、燈罩、節(jié)流閥、潤滑油輸油管、各種外殼、蓋板、容器、冷凍和冷卻裝置零件等。在電氣方面，用作電機零件、電話交換器零件、信號用繼電器、風扇部件、撥號盤、儀表殼、接線板等。還可制作照明燈、高溫透鏡、視孔鏡、防護玻璃等光學零件。
2.1.5聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù)
密度（g/cm3）：1.04～1.06；
吸水率(%)(24h)：0.03～0.05；
收縮率（%）：0.5～0.6；
熱變性溫度/℃：1.85Mpa，100
拉伸強度(MPa)：35～63；
彎曲強度(MPa)：61～98；
彈性模量(MPa)：2.8～3.5；
沖擊強度：無缺口，不斷；
適用注塑機類型：螺桿式、柱塞式均可。
2.2塑件的成型工藝
塑料的種類很多，其成型的方法也很多，有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、氣動與液壓成型、泡沫塑料的成型等。其中前四種方法最為常用。本塑件的成型采用注射成型。
2.2.1注射成型的原理
注射成型是原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射劑柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件，這樣就完成了一次工作循環(huán)。如圖2.1所示。[2]
圖 2.1注射成型工作循環(huán)
2.2.2注射成型的工藝過程
注射成型工藝過程包括：成型前的準備、注射成型過程以及塑件的后處理三個階段。
a. 成型前的準備
為確保注射過程順利進行和保證質量，應對所用設備和塑料進行一下準備工作：
(1) 成型前對原料的預處理：根據(jù)各種塑料的特性及供料狀況，一般在成型前對原料進行外觀和工藝性能檢驗。
(2) 料筒的清洗：在注射成型前，如果料筒內(nèi)殘余塑料與將要使用的塑料不一致以及需要調換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對料筒進行清洗或更換。
(3) 螺桿式注射機通常是直接換料清洗。
(4) 脫模劑的使用：脫模劑是使塑件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。
b. 注射成型過程
注射過程是塑料轉變?yōu)樗芗闹饕A段。它包括加料、塑化、加壓、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
(1) 加料：由注射劑料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。
(2) 塑化：塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達到熔融流動狀態(tài)，并具有良好的塑性的全過程。
(3) 加壓注射：注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經(jīng)過噴嘴、澆注系統(tǒng)直至注入模腔。
(4) 保壓：保壓是自注射結束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。
(5) 冷卻定型：當澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固，繼續(xù)保壓已不再需要，此時可退回柱塞或螺桿，同時通入冷卻水或空氣等冷卻介質，對模具進一步冷卻，這一階段稱冷卻定型。
(6) 脫模：塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。
c. 塑料的后處理
塑件經(jīng)注射成型后，除去澆口凝料，修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進行適當?shù)暮筇幚恚枰愿纳坪吞岣咚芗男阅?，塑件的后處理主要指退火和調濕處理。
(1) 退火處理：退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻的過程。
(2) 調制處理：將剛脫模的塑件放在熱水中進行處理，以隔絕空氣，防止塑件氧化而變色，同時，加快達到吸濕平衡的一種處理方法。
2.2.3注射成型工藝參數(shù)
在生產(chǎn)中，工藝條件的選擇及控制，就是保證成型順利進行和塑件質量的關鍵。注射成型最主要的工藝參數(shù)是塑化流動和冷卻的溫度、壓力，以及相應的各個作用時間。
a. 溫度：注射成型過程需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。
b. 壓力：注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力。它們關系到塑化和成型的質量。
2.3注塑模的機構組成
注射模具包括動模和定模兩部分，動模安裝在注射機的移動模板上，定模安裝在注射機的固定模板上。注射時動模與定模閉合，構成型腔和澆注系統(tǒng)，開模時動模與定模分離，以便取出塑料制品。
根據(jù)模具中各個部件所起的作用，可將模具分為以下幾個基本組成部分：
a. 成型零部件：主要用來決定制品的幾何形狀和尺寸。
b. 合模導向機構：主要用來保證動模和定模兩大部份或模具中其它零部件之間的準確對和，以保證制品形狀和尺寸的精確度，并避免模具中各種零件發(fā)生碰撞和干涉。
c. 澆注系統(tǒng)：是將注射機射出的塑料熔體引向閉合模腔的通道，對熔體充模時的流動特性以及注射成型質量都具有重要影響。
d. 推出機構：在開模過程中，需要有推出機構將塑料制品及其在流道內(nèi)的凝料推出或拉出。
e. 調溫系統(tǒng)：為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，需要有調溫系統(tǒng)對模具的溫度進行調節(jié)。
f. 排氣結構：注射模中設置排氣結構是為了在塑料熔體充模過程中排除模腔中的空氣和塑料本身揮發(fā)出的各種氣體，以避免他們造成缺陷。
g. 支承零部件：這類零部件在注射模中用來安裝固定或支承成型零部件等上述七種功能結構，將支承零部件組裝在一起，可以構成模具的基本骨架。
2.4方案論證
此次設計的塑料模具的塑件圖如圖2.2所示。
a加熱器底座二維圖 b加熱器底座三維圖
圖2.2加熱器底座
方案一：采用強制脫模，其澆口套和澆口設在定模固定板上。
采用直接澆口，這種澆口流動阻力小，進料快。
方案二：采用彈簧抽芯，型芯將一塊鑲塊組成，由鑲塊組成的型芯結構內(nèi)部是實心的，實心部分加一頂桿。在鎖模力解除后，頂桿抽出，在彈簧力的作用下，型芯鑲塊向下運動，從而實現(xiàn)脫模。
澆口采用側澆口，側澆口尺寸小，冷凝快，成型周期快。
方案三：采用一模兩腔結構，其澆口設在定模板上，用推板推動型芯底座實現(xiàn)脫模。
方案一采用強制脫模,雖然模具設計結構比較簡單，但是塑件容易產(chǎn)生變形或者破壞。同時采用直接澆口，需要專門去除澆注系統(tǒng)產(chǎn)生的凝料。方案二采用彈簧抽芯機構，由于彈簧存在一定的預緊力，使鑲塊中間的頂桿運動受阻。方案三采用一模兩腔結構，效率高。采用側澆口，模具結構采用單分型面。
經(jīng)過以上三種方案綜合比較，決定采用第方案三，其模具如圖2.3所示。
圖2.3加熱器底座的模具結構
3 注射成型機的選擇
3 注射成型機的選擇
3.1估算塑件體積
a. 用Pro/E軟件計算塑件體積為：
（3.1）
b. 估算總體積:
（3.2）
式中：n—模具中一次造出來的零件數(shù)
3.2估算塑件質量
此塑件材料為聚苯乙烯（PS），經(jīng)查表的其密度。其質量為：
（3.3）
3.3注塑機的注射容量
確定了單個塑件的體積和模腔數(shù)量就可以大體計算出多模塑件的總體積，再加上教主系統(tǒng)中主流到、分流到、澆口、冷料井的體積，即是一模的塑料的總體積，V塑在選擇注射機的注射容量V注時可用下式計算。
（3.4）
式中：V注—注射機最大注射容量，；
V塑—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和，；
0.8—最大注射容量的利用系數(shù)。
計算得：V注353.75
3.4鎖模
型腔總的投影面積為：A=2a.b=2×67×200=26800mm2；
計算其所需鎖模力F為：F=1.5×P×A=1809KN，
式中：P—型腔單位面積的注射壓力(MPa)，查手冊得P=45MP。
3.5選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù)
3.5.1注射機的選擇
綜合以上的分析，聯(lián)系實際情況，現(xiàn)初選G54-S-200/400型注射出成型機。3.5.2 G54-S-200/400型注塑機的主要參數(shù)
理論注射量： 200～400㎝3
螺桿直徑： 55 mm
注射壓力： 109 MPa
最大注射面積： 645
鎖模力： 2540KN
模板最大行程： 260 mm
模具最大厚度： 406 mm
模具最小厚度： 165 mm
拉桿空間（長×寬）： 290×368 mm
定位孔直徑： 125mm
噴嘴球半徑： 18mm
噴嘴孔徑： 4mm
注射方式： 螺桿式
螺桿轉速： 16，28，48r/min
3.6注塑機的校核
3.6.1最大注射量校核
最大注射量是指注射機一次注射塑料的最大容量，設計時應保證成型塑件所需的注射量小于所選注射機的最大注射量。
G54-S-200/400型注射出成型機的理論注射量400cm3357.5cm3200cm3，因此滿足要求。
3.6.2 鎖模力校核
當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機抽向的很大的推力，此推力的大小等于塑件加上澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和（即注射面積）乘以型腔內(nèi)的塑料壓力。此力可使模具沿分列面漲開。為了保持動、定模閉合緊密，保密塑件的尺寸精度并盡量減小溢邊厚度，同時也為了保障操作人員的人身安全，需要機床提供足夠大的鎖模力。因此，欲使模具從分型面漲開的必須小于注射機規(guī)定的鎖模力。即
（3.5）
式中：T—注射機的額定鎖模力，t；
F—塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，cm2；
q—熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力，kg/cm2；
K—安全系數(shù)，通常取1.1~1.2。
經(jīng)查表可得，q=300 kg/cm2；
即
所以該注塑機的鎖模力符合要求。
3.6.3 模具厚度校核
模具厚度必須滿足下式：
（3.6）
式中：H—模具閉合厚度，400mm；
Hmin—注塑機所允許的最小模具厚度，165mm；
Hmax—注塑機所允許的最大模具厚度，406mm；
根據(jù)結構草圖可知，初選的模具厚度為400mm，滿足要求。
3.6.4開模行程校核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于三分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核
+（5~10） mm （3.7）
式中：S—注塑機的最大行程，mm；
H1—為塑件內(nèi)抽心的脫模距離，此模具中為65mm；
H2—為塑件外抽心的脫模距離，此模具中為83mm；
H3—包括流道在內(nèi)的塑件高度，此模具中為60mm；
A—定模板與澆口板的分離距離，此模具中為10mm；
所以上式成立（400>218），即該注塑機的開模行程符合要求。
故可知該G54-S-200/400型注塑機符合要求。
4 澆注系統(tǒng)設計
4 澆注系統(tǒng)設計
澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔為止的一種完整的輸送管道。它具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量具有決定性影響。[1]
4.1澆注系統(tǒng)的功能
澆注系統(tǒng)的作用，是將塑料熔體順利地充滿到型腔深處，以獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質量優(yōu)良的塑料制件。因此要求充模過程快而有序，壓力損失小熱量散失少，排氣條件好，澆注系統(tǒng)凝料易于與制品分離或切除。
4.1.1澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)一般由四部分組成。
a. 它是塑料熔體首先經(jīng)過的通道，且與注塑機噴嘴在同一軸線。
b. 分流道指主流道末端至澆口的整個通道。分流道的功能是使熔體過渡和轉向。單型腔模具中分流道是為了縮短流程。多型腔注射模中分流道中為了分配物料，通常由一級分流道和二級分流道，甚至多級分流道組成。
c. 澆口指分流道末端與模腔入口之間狹窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔體加快流速注入模腔內(nèi)，并有序的填滿型腔，且對補縮具有控制作用。
d. 冷料井通常設置在主流道和分流道轉彎處的末端。其功用為“捕捉”和貯存熔料前鋒的冷料。冷料井也經(jīng)常起拉勾凝料的作用。
4.1.2澆注系統(tǒng)設計原則
a. 澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上，應有壓降、流量和溫度分布的均衡布置；
b. 盡量縮短流程，以降低壓力損失，縮短充模時間；
c. 澆口位置的選擇，應避免產(chǎn)生湍流和渦流，及噴射和蛇形流動，并有利排氣和補縮；
d. 避免高壓熔體對型芯很讓和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移；
e. 澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷；
f. 熔合縫位置需合理安排，必要時配置冷料井或溢料槽；
g. 盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量；
h. 澆注系統(tǒng)應達到所需精度和粗糙度，其中澆口須有IT8以上精度。
4.1.3澆注系統(tǒng)布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類，一般以平衡式為宜。
a. 平衡式布置：從主流道末端到各型腔的分流，其長度、端面形狀和尺寸都對應相等。這種布置可使塑料熔體均衡地充滿各個型腔。一起出模的各塑件質量和尺寸精度的一致性好。但分流道較長，對熔體阻力大，澆注系統(tǒng)凝料多。如圖4.1所示，圓周均不，較適宜均衡充模，但流道較長。而H形排列，適宜于矩形塑件。
4.1澆注系統(tǒng)平衡式布置
(a)、(b)圓形排列；(c)、(d)H形排列
b. 非平衡式布置：見圖4.2，由于從主流道末端到各個型腔的分流道長度各不相等。為達到均衡充模，需將澆口尺寸按距主流道遠近，進行修正。此種布置，流程雖短但制件質量一致性很難保證。
圖4.2澆注系統(tǒng)非平衡式布置
澆注系統(tǒng)無論是平衡或非平衡布置，型腔均應與模板中心對稱。使型腔和流道的投影中心與注射機鎖模力中心重合，避免注射時產(chǎn)生附加的傾側力矩。
4.2流道系統(tǒng)設計
流道系統(tǒng)包括主流道、分流道和冷料井以及結構設計。
4.2.1主流道設計
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利進入，開模時又能使主流道的凝料順利拔出。熱塑性塑料的主流道一般由澆口套構成。主流道入口直徑d，應大于注塑機噴嘴直徑1mm左右。這樣便于兩者能同軸對準，也使得主流道凝料能順利脫出。主流道入口的凹坑球面半徑R，應該大于注塑機噴嘴頭半徑約2~3mm。反之，兩者不能很好粘合，會讓塑料熔體反噴，出現(xiàn)溢邊導致脫模困難。錐孔粗糙度Ra<0.8μm。主流道的錐角a=2°~4°。過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣。過小錐角使凝料脫模困難；還會使充模時流動阻力大，比表面增大，熱量損耗大。[2]
如主流道圖4.3所示。
a澆口套二維圖 b澆口套三維圖
圖4.3主流道的設計
圖中，d=噴嘴孔徑+1mm；R=噴嘴球面半徑+2~3mm；a=2°~4?；r=D/8；
H=（1/3~2/5）R。
主流道直徑的經(jīng)驗公式為：
（4.1）
式中:D—主流道大頭直徑，mm；
V—流經(jīng)主流道的熔體體積（包括各個型腔、各級分流道、主流道以及冷料穴的容積），mm；
K—因熔體材料而異的常數(shù)，查手冊[1]得PC的K=1.5。
取D=16.15mm，噴嘴孔徑為4mm，噴嘴球面半徑為18mm
則d=5mm，R=20mm，r=2mm，H=8mm。
4.2.2冷料井設計
冷料井的位置在正對主澆道的動模上，一般處于分流道的末端，它的作用是將物料前端的“冷料”收集起來，防止“冷料”進入型腔而影響塑件的質量。開模時冷料井能起到將主流道的冷凝料拉出的作用，冷料井的直徑比應比主流道的大端直徑稍微大一些。冷料井的形式有帶Z形拉料勾的冷料井；帶球頭形拉料的冷料井；倒錐形冷料井等。[4]
本方案采用的是帶Z形拉料勾的冷料井。
4.2.3分流道設計
主流道與澆口之間的通道稱為分流道。直澆道模具可以省去分澆道，但在多型腔模具中分澆道是必不可少的。
a. 分流道的設計要點
(1) 分流道要求熔體的流動阻力盡可能小。在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體順利充滿型腔的前提下，分流道的截面積與長度盡量取小值，尤其對于小型塑件更為重要。
(2) 分流道轉折處應以圓弧過度；分流道與澆口的連接處應加工成斜面，并用圓弧過度，利于塑料熔體的流動及充模。
(3) 各型腔要保持均衡進料。
(4) 表面粗糙度要求以Ra0.8為佳。
b. 分流道截面形狀
常用的分流道截面形狀有圓形、正方形、梯形、U形、半圓形和正六角等。表4.1所示為不同截面的分流道的效率。
表4.1分流道截面形狀與效率
各類截面中圓形、正方形的效率最高，但正方形流道的凝料脫模困難。實際使用的是具有5°~10°斜度的梯形流道。U字形是梯形流道的變異。六角形截面科士威兩個梯形的組合。淺矩形及半圓形截面流道，由于其效率低，通常不采用。當分型面為平面時，可采用圓形或六角形截面的分流道；當分型面不是平面時，長采用梯形或半圓形截面的流道。塑料熔體在流道中流動時，表層冷凝凍結，起絕緣作用，熔體僅在流道中心部分流動，因此分流道的理想狀態(tài)應是其中心與澆口中心一致，圓形截面流道可實現(xiàn)這一點，而梯形截面流道就難以實現(xiàn)。
經(jīng)過綜合考慮，本模具采用梯形截面分流道。
c. 分流道的截面尺寸
應根據(jù)塑件的體積、形狀、壁厚、所用塑料的工藝性能、注射速率以及澆道的長度等因素來確定。[1]
對于壁厚小于3 mm，質量在200g一下的塑件可用一下經(jīng)驗公式確定分流道的直徑。
（4.2）
式中：D—分流道的直徑，mm；
W—流經(jīng)分流道的塑料量，g；
L—分流道長度，mm。
經(jīng)計算得，本模具分流道直徑D=5 mm。
d. 分流道的布置
分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。本模具采用平衡式布置形式。
4.2.4澆口設計
澆口是連接分流道和型腔的一段細短澆道，它的形狀、數(shù)量、尺寸和位置對塑件的質量影響很大。
a. 澆口的尺寸及類型
澆口的截面積一般取分流道截面積的3%~6%，澆口的長度約1~1.5mm，在設計時應取最小值，試模時逐步修正。澆口的形狀有矩形（厚度和寬度比為1：3）、圓形、梯形和U形。澆口的類型有直接口、側澆口、平縫式澆口、扇形澆口、點澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、潛伏式澆口和護耳澆口等。
本模具采用的側澆口，側澆口位置開設在模具的分型面上，從零件的邊緣進料。
優(yōu)點：截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正。
缺點：在制品的表面留有澆口痕跡。
澆口的大小由厚度、寬度和長度決定。厚度確定澆口的固化時間，在實踐中通常是在允許的范圍內(nèi)先將側交口的厚度加工的薄一些，試模式在進行修正。確定側澆口厚度h和寬度b的經(jīng)驗公式如下。
(4.3)
(4.4)
式中：t—塑料厚度（mm）；
n—系數(shù)與塑料品有關；
A—為塑件外表面面積（mm2）
圖4.4側澆口的機構形式
圖中主要尺寸為：L=2 mm；b=2.5 mm；h=1 mm。
b. 澆口的位置
澆口的位置對塑件的質量有極大的影響，澆口的位置選擇時應遵循如下原則：
(1) 澆口應開設在塑件較厚的部位，以利于熔體流動，型腔的排氣和塑料的補塑，避免塑件產(chǎn)生縮孔或表面凹陷；
(2) 澆口的設置應避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕，影響塑件的外觀；
(3) 澆口應設置在能使型腔的各個角落同時充滿的位置；
(4) 澆口應設置在有利于排出型腔中的氣體的位置；
5.成型零件的工作尺寸計算
5 成型零件工作尺寸的計算
設計模具時應該對成型零件的結構形式、計算尺寸、強度校核給以足夠的重視。
5.1影響塑件尺寸精度的因素
a. 模具成型零件尺寸精度的因素模具成型零件的加工精度直接影響塑件的尺寸精度。通常模具的制造精度等級為3～4級即可。
b. 模具成型零件的磨損量 模具在使用過程中，由于料流的流動，塑料塑件的脫模，都會使模具成型零件受到磨損。
c. 毛邊厚度對塑件尺寸精度的影響在敞開式和半閉合式壓模中，沿塑料塑件型腔周圍設有擠壓邊，把在該擠壓邊框上形成的塑料層叫毛邊。
d. 成型工藝條件的控制及操作技術對塑料塑件尺寸精度的影響 成型工藝條件包括料筒溫度、注射壓力、保壓時間、模具溫度、每次注射量、注射速度、冷卻時間、成型周期、原料的預熱及干燥等，對其進行正確的控制和管理，有利于獲得穩(wěn)定的尺寸，質量優(yōu)異的塑料塑件，并對經(jīng)濟價值也有大的影響。
5.2模具成型零件的工作尺寸計算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質量，模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型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，主要包括以下幾個方面：
5.2.1成形收縮率
在實際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為：
δs=(Smax-Smin)Ls （5.1）
式中： δs為件收縮波動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，由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差1/3以內(nèi)。
5.2.2模具成形零件的制造誤差
實踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7~IT8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
5.2.3零件的磨損
模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應取塑件公差的1/6。
5.2.4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，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。
通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。
5.3型腔和型芯尺寸計算
5.3.1型腔徑向尺寸計算
（5.2）
式中：Dm為型腔的最小基本尺寸；
D為塑件的最大基本尺寸；
Scp為注塑件塑料的平均收縮率；
Δ為塑件的尺寸公差；
x為系數(shù)，x=3/4；
ΔM為模具制造公差,按IT9級公差選取而精度要求不高的塑件按（1/3-1/6）Δ選取。因為該塑件精度要求不高，所以按（1/4）Δ選取。
5.3.2型腔的深度尺寸
（5.3）
式中：Hm為型腔深度的最小基本尺寸；
H為塑件的最大基本尺寸；
x為系數(shù)，x=2/3；
其余符號同上。
5.3.3型芯的徑向尺寸
（5.4）
式中：dm為型芯的最大基本尺寸；
D為塑件的最小基本尺寸；
x為系數(shù)，x=2/3；
其余符號同上。
5.3.4型芯的高度尺寸
（5.5）
式中：hm為型芯高度的最大尺寸；
H為塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
x為系數(shù),x=2/3；
其余符號同上。
5.3.5中心距尺寸計算
（5.6）
式中：Lm為模具的中心距基本尺寸；
L為塑件中心距的基本尺寸；
其余符號同上。
5.4動模板的強度校核
動模墊板由于受到成型壓力的作用而發(fā)生變形，若此變形過大，就會導致塑件的壁厚發(fā)生變化，還會發(fā)生溢料現(xiàn)象，因此必須將其最大變形量限制到0.1~0.2mm以下。計算公式如下：
p=K2·P1Bh2，P1=F×P （5.7）
式中：P1為動模受的總壓力，MPa；
F為塑件及澆注系統(tǒng)在動模上的投影面積，cm2；
P為型腔壓力一般取25~45MPa；
K為修正系數(shù)，取0.6~0.75，此處取為0.7；
B為動模墊板的寬度，mm；
L為支撐塊的跨距，mm。
計算得，在動模上的總投影面積約為13400cm2，則兩個型腔所受的壓力為3400MPa，動模墊板所受應力為13.62MPa，小于材料的許用應力[p]=1250MPa。
表5.1成型零件工作尺寸的計算
塑件
尺寸
塑件尺寸公差
△
塑件
等級
模具尺寸公差
（1/4）Δ
公式
系數(shù)
x
模具尺寸計算結果
200
0.38
4
0.063
（5.2）
0.75
67
0.26
4
0.065
（5.2）
0.75
83
0.32
4
0.080
（5.2）
0.75
25
0.24
4
0.060
（5.2）
0.75
15
0.32
4
0.080
（5.2）
0.75
65
0.26
4
0.065
（5.2）
0.75
2
0.12
4
0.030
（5.3）
0.67
20
0.18
4
0.045
（5.3）
0.67
32
0.16
4
0.040
（5.3）
0.67
20
0.14
4
0.035
（5.4）
0.67
6
0.14
4
0.035
（5.4）
0.67
3
0.14
4
0.035
（3）
0.67
如圖5.1和5.2所示分別是型腔和型芯的結構圖示意。
圖5.1動模板
圖5.2定模板
6.導向機構的設計
6 導向機構的設計
注射模的導向機構主要有導柱導套導向和錐面定位兩種類型。導柱導套導向機構用于動模和定模的開合模導向以及脫模機構的運動導向。[13]
6.1導向機構的作用
在注射模中，指引動模與定模之間按一定的方向閉合和定位的裝置，稱之為合模導向機構。導向機構的功能有：
a. 定位作用：為避免模具在裝配時，因方向搞錯而損壞成型零件，并在模具閉合后，使型腔在工作過程中能保持正確形狀和位置；確保塑件壁厚的均勻性。
b. 導向作用：在動模向定模閉合行進中，導向機構應首先接觸，引導動、定模沿準確方向和位置閉合，避免凸模首先進入型腔而發(fā)生損傷事故。為此，導柱必須比凸模端面高出6~8mm。
c. 承受一定側壓力：高壓塑料熔體注入型腔時，會產(chǎn)生單向側壓力。
d. 支撐定模型腔板或動模推件板：對于雙分型面注射模，導柱還需支撐定模型腔板的重力，也對此板導向和定位。對于脫模機構中設置的導柱，也有此種功能。
6.2導柱導向機構
導柱導向機構，包括導柱和導套兩個主要零件，分別安裝在動、定模兩邊。
6.2.1導向機構的總體設計
a. 導柱的設計要點：導柱的直徑是模具大小而定，但必須具有足夠的抗彎強度，且表面要耐磨，芯部要堅韌，因此導柱的材料多半采用低碳鋼(20)滲碳淬火處理，硬度為50~55HRC。也可直接采用T8A碳素工具鋼，再經(jīng)淬火處理。
b. 導柱的長度通常應高出凸模端面6~8mm，以免在導柱未導正時凸模先進入型腔與其碰撞而損壞。
c. 導柱的端部常設計成錐形或半球形，便于導柱順利地進入導向孔。
d. 導柱的配合精度。導柱與導向孔通常采用間隙配合H7/f6或H8/f8，而安裝孔則采用過渡配合H7/m6或H7/k6，配合部分表面粗糙度為Ra=0.8μm。
6.2.2導柱的設計
本模具采用不加油槽的帶頭導柱，根據(jù)GB4169.4-84選用直徑為20mm長度為125mm的導柱。其示意圖6.1如下：
a導柱二維圖 b導柱三維圖
圖6.1導柱
6.2.3導套的設計
a. 導套形狀：為了使導柱進入導套比較順利，在導套的前段倒一圓角R。導柱孔最好打通，否則導柱進入未打通的導柱孔（不通孔）時，孔內(nèi)空氣無法逸出，而產(chǎn)生發(fā)反壓力，給導柱的進入造成阻力。
b. 導套材料：可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱硬度，這樣可以改善摩擦，以防止導柱或導套拉毛。
本模具根據(jù)GB4169.3-84選用直徑為20mm的導套。其示意圖6.2和6.3如下：
圖6.2 導套一的二維圖
a導套二的二維圖 b導套二的三維圖
圖6.3導套二
6.3推板導套導柱的結構設計
對于含有數(shù)量較多并且頂桿較細小的頂桿頂出機構，以及大面積的推板頂出機構來講，防止頂出機構的歪斜和扭曲是非常重要的，不然會造成細小頂桿的變形甚至折斷，推板與型芯間的磨損研傷，為了避免以上現(xiàn)象的發(fā)生，要求在脫模機構中加設導向裝置，有的導柱在給脫模機構導向的同時還起到支撐中間墊板的作用，防止中間墊板的彎曲。對于生產(chǎn)批量小、頂出桿數(shù)小的模具，頂出導向系統(tǒng)可不用導向套。
本模具采用推板導柱導套結構形式如下圖6.4和圖6.5所示。
a推板導柱二維圖 b推板導柱三維圖
圖6.4推板導柱
a推板導套二維圖 b推板導套三維圖
圖6.5推板導套
7 脫模機構的設計
7 脫模機構的設計
7.1基本考慮和要求
對脫模機構的基本要求是：
a. 運動靈活順暢，無卡剎和過分磨損現(xiàn)象；
b. 接觸塑件的配合間隙無溢料現(xiàn)象；
c. 具有足夠的強度、剛度，工作穩(wěn)定可靠；
d. 對塑件頂推力分布均勻合理，不會引起塑件變形或將塑件頂裂；
e. 對塑件外觀無明顯損害；
f. 有利于將塑件和澆注道凝料帶向動模部分；
g. 容易制造和裝配。
7.2推出機構的確定
本模具采用的為一次頂出脫模機構，它包括常見的推桿