11 緒論1.1 模具在加工工業(yè)中的地位模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。作為工業(yè)基礎，模具的質量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上稱為“工業(yè)之母” ，對國民經濟發(fā)展起著不容置疑的作用。對模具的全面要求是：能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉。塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎裝備。用塑料模具生產的主要優(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產率高、產品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產的機電產品，更能獲得價廉物美的經濟效果。塑料模具的現代設計與制造和現代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。目前，世界模具市場仍供不應求。因此研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有這特別重要的意義。模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。美國工業(yè)界認為“模具是美國工業(yè)的基石” ；日本稱模具工業(yè)為“進入富裕社會的原動力” ；在德國，被冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王”之稱號；而歐盟一些國家稱“模具就是黃金” ；新加坡政府則把模具工業(yè)作為“磁力工業(yè)” ；中國模具權威經理稱“模具是印鈔機” ?？梢娔＞吖I(yè)在世界各國經濟發(fā)展中具有重要的地位。1.2 塑料模具在模具行業(yè)中的重要性塑料模具是指用于成型塑件的模具，是型腔模的一種類型。隨著機械工業(yè)（尤其是汽車、摩托車工業(yè)） 、電子工業(yè)（尤其是家電工業(yè)） 、航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日常用品工業(yè)的成長，塑件的需求量越來越多，質量要求也越來越高，這就要求成型塑件的模具開發(fā)、設計與制造的程度也必需越來越高。因此，塑料模具設計程度的凹凸、制造能力的強弱以及質量的好壞，都直接影響著良多新產品的開發(fā)和老產品的更新換代，影響著各類產品的質量、經濟效益的增2長以及整個工業(yè)程度的提高。在儀器儀表、家用電器、交通、通信等行業(yè)中，有 70％以上的產品是用塑料模具來成型的。用模具出產的塑件所展現出來的高精度、高復雜程度、高一致性、橫跨產率和低耗損，是其他加工制造方式所不能相比較的。模具出產技術程度的凹凸，已成為衡量一個國家產品制造程度凹凸的重要標識，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。根據塑料成型工藝的不同，通常將塑料模具分為注射模具、壓縮模具、擠出模具、中空吹塑模具等。合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具，是實現現代塑料制品生產必不可少的三大重要因素。尤其是塑料模具對實現塑料成型工藝要求、保證塑件質量、降低生產成本起著重要的作用。一副質量優(yōu)良的塑料模具可成型幾十萬次，甚至上百萬次。這與模具設計、選材、制造、使用和維護有著很大關系。對塑料模具設計的基本要求是：能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能、力學性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質制件。1.3 注射模具簡介注塑模亦稱注射模。它是熱塑性塑料成型加工中常用的一種模具。注射模包括定模和動模兩部分，其成型原理是將塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔化呈流動狀態(tài)后，在柱塞和螺桿的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔之中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經冷卻固化后即可保持模具腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。這樣在操作上完成了一個周期的生產過程。通常，一個成型周期從幾秒鐘到幾分鐘不等，時間的長短取決于塑件的大小、形狀和厚度、模具的結構、注射機的類型及塑料的品種和成型工藝條件等因素。目前，注射成型工藝發(fā)展很快，除了熱塑性塑料注射成型以外，一些熱固性塑料也可以成功地用于注射成型，且具有效率高，產品質量穩(wěn)定的優(yōu)點；低發(fā)泡塑料注射成型提供了緩沖、隔音、隔熱等優(yōu)良性能的塑料制件；雙色和多色注射成型提供了多種顏色、美觀實用的塑料商品。1.4 本設計的目的和要求本設計為塑料紐扣。它來源于生活，具有很好的實用價值和推廣價值。在此次設計中，主要用到所學的注射模設計，以及機械設計等方面的知識。設計3時綜合考慮模具精度、質量與使用性能、模具生產周期、模具價格等。模具零件特別是型芯型腔在高壓、高溫、連續(xù)使用及大沖擊負載的條件下工作，為保證模具的使用壽命，要求模具零件在工作過程中的變形和磨損盡可能小。在編寫說明書過程中，參考了《簡明塑料模具設計手冊》 、 《模具設計大典》等有關教材。引用了有關手冊的公式及圖表。但由于我的水平有限，缺乏實際的模具設計經驗，設計中肯定會存在錯誤和不妥之處，希望各位老師批評指正，以達到本次設計的目的。42 塑件的工藝分析2.1 塑件圖圖2-1 塑件零件圖產品名稱：塑料紐扣產品材料：ABS產品數量：大批技術要求：未注公差 IT142.2 塑件的工藝分析2.2.1 塑件的尺寸精度分析尺寸精度是塑料件重要的制造和使用指標，塑料件同金屬件不同，尺寸精度受到塑料收縮特性、模具質量、設備精度、成型工藝和周圍環(huán)境等諸多因素的影響。塑料件精度要求要合理，以能很好的滿足設計和使用可靠性要求為主。精度過高會增加成本和制造難度，精度過低又滿足不了使用要求。一般在滿足使用要求的前提下，盡量降低尺寸精度。5塑件公差數值根據塑料制品的尺寸精度等級 SJ1372-78 標準確定。此零件是日常用品，對塑件的精度要求不高，本塑件所用材料為 ABS，根據塑料模具設計手冊及其用途，塑件精度選用一般精度等級 4 級較為經濟合理。2.2.2 塑件表面質量分析該塑件要求外形美觀，手感好，外表面無熔接痕，而塑料件內部沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現。經過以上分析可以看出，注射時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。2.2.3 脫模斜度分析該塑件采用的塑料是 ABS，它的成型收縮率較小（1.0％～2.5％） ，且塑件結構簡單，對型腔的包緊面積也不太大，所以應取較合適的脫模斜度。為保證壁厚的均勻一致，因此取塑料件的內外表面的脫模斜度一致，這里脫模斜度取 2o。2.2.4 計算塑件的體積和質量計算塑件的體積和質量是為了選取合適的注塑機，提高設備利用率，確定模具型腔數。經計算塑件體積、質量為：（ABS 的密度 ρ=1.02～1.05 g∕cm 3，根據平均值算法，取平均密度為 ρ=1.035g∕cm 3）體積 V=2147.76mm3質量 M=2.223g63 塑件的成型特性分析及成型工藝3.1 ABS 的結構性能及成型特性ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。 ABS 樹脂是目前產量最大，應用最廣泛的聚合物，兼具韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學性能。 ABS 工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現象。具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、耐油性、染色性、散熱性、成型加工和機械加工較好。 ABS 具有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工，經過調色后可配成任何顏色。ABS 的缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度 70oC 左右，熱變形溫度為93oC 左右，且耐氣候性差，在紫外線作用下易發(fā)脆。ABS 的塑料成型特性如下：（1）ABS 易吸水，成型加工前應進行干燥處理； （2）ABS 在升溫時粘度增高，所以成型壓力高，故塑件上的脫模斜度宜稍大；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極??；（3）ABS 易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量少澆注系統(tǒng)對料流阻力；（4）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；（5）流動性中等，溢邊值為 0.04mm，溶體粘度強烈依賴于剪切速率，因此模具設計大都采用點澆口形式；（6）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；（7）塑件精度高時，模具溫度可控制在 50～60oC，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在 60～80oC；比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短。7綜上所述，ABS 材料具有優(yōu)異的綜合力學性能，相比于其他的材料，ABS更適合于該塑件的加工。3.2 塑件成型方法分析及成型工藝過程 3.2.1 塑件成型方法分析（1）壓縮模塑又稱為模壓成型或壓制。主要用于熱固性塑料的成型，也可以用于熱塑性塑料的成型。壓縮模塑特點是塑料直接加入型腔，加料腔是型腔的延伸，沒有澆注系統(tǒng)；模具是在塑件最終成型時才完全閉合。壓力通過凸模直接傳給塑料有利于成型流動性較差的以纖維為填料的聚合物、不能壓制帶有精細、易斷嵌件及較多嵌件的塑件；不易獲得尺寸精度尤其是高精度的塑件；操作簡單，模具結構簡單；沒有澆注系統(tǒng)，料耗少；可壓制較大平面塑件或一次壓制多個塑件；塑件收縮小、變形小、各向性能均勻、強度高。（2）壓注模塑在壓縮成型基礎上發(fā)展起來的一種熱固性塑料的 成型方法，又稱傳遞成型、擠膠成型。模具閉合、熱固性塑料放入加料室、受熱熔融、塑料在壓力下經澆注系統(tǒng)充滿型腔、固化成型、開模取件模具閉合。 壓注成型的特點是加料前模具處于閉合狀態(tài)；塑件飛邊很薄，尺寸準確，性能均勻，質量較高；可以成型深孔、形狀復雜、帶有精細或易碎嵌件的塑件；模具結構相對復雜，制造成本較高成型壓力較大，操作復雜，耗料比壓縮模多；氣體難排除，一定要在模具上開設排氣槽。（3）注射模塑又稱注射成型法。熱塑性塑料主要加工成型方法之一。注射模的成型原理是將原料由注射機的加料漏斗加入壓筒，加熱使軟化或變成流體，用栓塞經噴嘴壓入模具，冷卻后脫模即得制品。完成一個成型周期，栓塞可往復動作，不斷的重復上述周期的生產過程。 優(yōu)點是成型周期短，能一次成型外形復雜，尺寸精度高，帶有金屬或非金屬嵌件的塑件，對各種塑料的適應性強，生產效率高，易于實現全自動化等。缺點是注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及小批量的塑件生產。綜上所述，該塑件形狀結構簡單，尺寸精度要求較低，未注尺寸精度為MT5。屬于大批量生產，通過對上述成型方法的工藝特點比較，綜合考慮該塑8件的成型方法選擇注射模塑成型。3.2.2 注射成型工藝過程（1）注射前準備：預熱、預壓→裝入料斗→預塑化和干燥。（2）注塑過程：加料→合?！⑸洹骸鋮s、預塑→開?！敵鏊芗⑺茏鶑臀?。（3）注射后處理：模具清理、塑件后處理。3.3 ABS 注塑成型工藝參數ABS 注射成型工藝參數如表 3-1 所示，試模時根據實際情況作適當的調整。表 3-1 ABS 注射成型工藝參數工藝參數 規(guī)格 工藝參數 規(guī)格樹脂名稱 ABS 形式 直通式注射機類型 柱塞式 密度（g/cm ）31.02～1.05注射時間/s 3～5 吸水率/％ 0.2～0.4噴嘴溫度/oC 180～190 模具溫度/oC 50～70溫度 t 80～85 注射 20～90預熱時間 h 2～3 保壓 0～5后段 150～170 冷卻 20～120中段 165～180成型時間/s周期 50～220料筒溫度/oC前段 180～200 螺桿轉速（r/min） 30～60注射壓力/MPa 119注射溫度/oC 200～270 方法紅外線烘箱壓縮比 1.8～2.0 溫度 oC 70保壓壓力/MPa 50～70后處理時間 h 0.3～194 注射機的選擇和注射有關參數的確定4.1 注射機概述注射機（又名注塑機） ，是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備。注塑機通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳達動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。注塑機的工作原理：與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內，經固化定型后取得制品的工藝過程。注射機是生產熱塑性塑料制件的主要設備，按其外形注射機可分為立式、臥式和角式三種，本模具采用的是臥式注射機。4.2 注射機的基本參數注射機的主要參數有公稱注射量、注射壓力、注射速率、塑化能力、鎖模力、合模裝置的基本尺寸、開合模速度、空循環(huán)時間等。這些參數是設計、制造、購置和使用注射成型機的依據。 （1）公稱注射量是指在對空注射的條件下，注射螺桿或柱塞作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。公稱注射量在一定程度上反映了注射機的加工能力，標志著能成型的最大塑料制品，因而經常被用來表征機器規(guī)格的參數。 （2）注射壓力是指注射螺桿或柱塞的端部作用在物料單位面積上的壓力。注射壓力是為了克服熔料流經噴嘴、澆道和型腔時的流動阻力，螺桿（或柱塞）對熔料必須施加足夠的壓力。注射壓力的大小與流動阻力、制品的形狀、塑料的性能、塑化方式、塑化溫度、模具溫度及對制品精度要求等因素有關。注射10壓力的大小要根據實際情況選用，如加工粘度低、流動性好的塑料，其注射壓力可選用 35～55MPa；加工中等粘度的塑料，形狀一般，但有一定的精度要求的制品，注射壓力可選 100～140MPa；對高粘度工程塑料的注射成型，其注射壓力大約選在 140～170MPa 范圍內。加工優(yōu)質精密微型制品時，注射壓力可用到 230～250MPa 以上。 （3）注射時間（注射速率、注射速度）是指注射螺桿或柱塞往模腔內注射最大容量的物料時所需要的最短時間。 （4）螺桿直徑和注射行程是指注射機的一次注射量由螺桿直徑 D 和注射行程 S 所決定，而 S 值與 D 值之間應保持一定比例。 （5）塑化能力是指單位時間內所能塑化的物料量。塑化能力應與注射機的整個成型周期配合協調，若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間太長，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力，反之，則會加長成型周期。（6）注射功及注射功率是指機器在實際使用過程中，能否將一定量的熔料注滿模腔，主要取決于注射壓力和注射速度，即決定于充模時機器作功能力的大小。注射功及其注射功率即作為表示機器注射能力大小的一項指標。（7）鎖模力（合模力）是指注射機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力。在此力的作用下，模具不應被熔融的塑料所頂開。鎖模力同公稱注射量一樣，也在一定程度上反映出機器所能塑制制品的大小，是一個重要參數，所以有的國家采用最大鎖模力作為注射機的規(guī)格標稱。 （8）合模裝置的基本尺寸包括模板尺寸、拉桿空間、模板間最大開距、動模板的行程、模具最大厚度與最小厚度等。這些參數規(guī)定了機器所加工制品使用的模具尺寸范圍，亦是衡量合模裝置好壞的參數。（9）開合模速度（動模板移動速度）是為使模具閉合時平穩(wěn)以及開模、頂出制品時不使制件損壞，要求模板慢行，但模板又不能在全行程中都慢速運行，這樣會降低生產率。因此，在每一個成型周期中，模板的運行速度是變化的：即在合模時從快到慢，開模時則由慢到快再慢。 （10）空循環(huán)時間是在沒有塑化、注射保壓、冷卻、取出制品等動作的情況下，完成一次動作循環(huán)所需要的時間（秒） 。它由合模、注射座前進和后退、開模以及動作間的切換時間所組成?？昭h(huán)時間是表征機器綜合性能的參數，11它反映了注射機機械結構的好壞、動作靈敏度、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)性能的優(yōu)劣（如靈敏度、重復性、穩(wěn)定性等） ，也是衡量注射機生產能力的指標之一。 綜上所述，在選擇注射機時應從注射機的基本參數上考慮。4.3 有關塑件的參數確定由 2.2.4 可知，塑件體積 V=2147.76mm3，塑件質量 M=2.223g。4.4 初選注射機型號根據塑件所用塑料的類型、體積和重量、塑件的生產批量及產品的特點和設計要求，初選注射機為 XS-Z-30 型注射機，其注塑機的相關參數如表 4-1 所示。表 4-1 XS-Z-30 型注射機主要技術參數名稱 大小 名稱 大小注射量/ cm3 30 模板最大行程/mm 160螺桿直徑/mm 28 最大 180注射壓力/MPa 119 模具厚度/mm 最小 60注射行程/mm 130 噴嘴球徑/mm SR12注射時間/s 0.7 噴嘴孔徑/mm Φ4鎖模力/KN 250 鎖模方式 液壓 -機械125 注射模具結構設計5.1 確定型腔數目一般來說精度要求高的小塑件和中大型塑件優(yōu)先采用一模一腔結構，對于精度要求不高的小塑件（沒有配合精度要求） ，形狀簡單又是大批量生產時，優(yōu)先采用一模兩腔結構。根據塑件精度及經驗得，在模具中每增加一個型腔，塑件的尺寸精度就要降低 4％。型腔數目的確定與注射機的公稱塑化量、注射機的最大注射量及注射機的鎖模力等參數有關，此外還應考慮技術、經濟、質量、設備及生產批量模型大小等因素的影響。而該塑件精度要求不高，為一般精度塑件，再依據塑件大小，采用一模八腔的模具結構。5.2 選擇分型面5.2.1 分型面及其基本形式分型面是為了塑件及澆注系統(tǒng)凝料的脫模和安放嵌件的需要，將模具型腔適當地分成兩個或更多部分，這些可以分離部分的接觸表面。分型面是決定模具結構形式的重要形式，它與模具的整體結構和模具的制造工藝有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動特性及塑料脫模。分型面可能是垂直于合模方向或傾斜于合模方向，也可能平行于合模方向。分型面的形狀有平面、斜面、階梯面和曲面。分型面應盡量選擇平面的，但為了適應塑件成型的需要和便于塑件脫模，與可采用后面三種分型面。后三種分型面雖然加工較困難，但型腔加工卻比較容易。分型面有單分型面和多分型面之分。方案一：雙分型面13選用雙分型面形式的優(yōu)點：模具進料均勻、平穩(wěn)，表面質量較好。選用雙分型面形式的缺點：增加模具的結構復雜性。方案二：單分型面選用單分型面的優(yōu)點：使模具的結構簡單化，減小模具的厚度，也節(jié)省了模具材料，且在脫模后塑料制件的外表面無澆口的痕跡。進料的距離也大大的縮短了。5.2.2 分型面的選擇原則（1）分型面應選擇在塑件外形的最大輪廓處；（2）滿足塑件外觀質量的要求及保證塑件的精度要求；（3）有利于塑件的留模方式，便于塑件的順利脫模；（4）分型面的選擇應有利于排氣； （5）便于模具的制造；（6）應盡量減少塑件在合模方向上的投影面積；5.2.3 確定分型面根據分型面選擇的原則，通過綜合分析 零件圖的特點，從以上的兩個方案進行比較，采用方案二（單分型面）比采用方案一（雙分型面）更符合要求。方案二符合了模具的加工經濟性，使模具的結構簡單化，減小模具的厚度，也節(jié)省了模具材料，且在脫模后塑料制件的外表面無澆口的痕跡。因此，本模具成型的零件雖然形狀復雜但是結構簡單宜采用單分型面。5.3 確定型腔的布置方案由于該塑件采用的是一模八件非平衡式型腔成型。如圖 5-1 所示。14圖 5-1 一模八件非平衡式型腔6 澆注系統(tǒng)的設計6.1 澆注系統(tǒng)設計的基本原則澆注系統(tǒng)是指模具中由注塑機噴嘴到型腔之間的進料通道。澆注系統(tǒng)設計是注射模設計的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響注射成型的效率和質量。設計時一般遵循以下基本原則：（1）塑料成型特性不同的塑料組成不同，有特殊要求的溫度及剪切速率，設計的澆注系統(tǒng)應適用所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。（2）塑件的大小及形狀根據塑件大小、形狀、壁厚、技術要求等因素，結合選擇分型面，同時考15慮設置澆注系統(tǒng)的形式、澆口數量及位置，保證正常成形，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯或型芯受力不勻，以及充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。（3）塑件外觀設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整澆口方便，同時不影響塑件的外表美觀。（4）模具成形塑件的型腔數設計澆注系統(tǒng)時還應該考慮到模具是一模一腔還是一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。（5）冷料在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施。（6）成形效率在大量生產時，設置澆注系統(tǒng)還應該考慮到在保證成形質量的前提下盡量縮短流程，減少斷面面積以縮短填充及冷卻時間，縮短成形周期，同時減少澆注系統(tǒng)損耗的塑料。（7）注射機安裝模板的大小在塑件投影面積比較大時，設置澆注系統(tǒng)時應考慮到注射機模板大小是否允許，并應防止模具偏單邊開設澆口，造成注射時受力不勻。因此，本模具的澆注系統(tǒng)設計遵循設計的基本原則，本模具設計符合要求。6.2 普通澆注系統(tǒng)的組成注射模的澆注系統(tǒng)均由主澆道、分澆道、澆口及冷料穴四個部分組成。（1）主澆道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分澆道支線為止的一段料流通道。主流道是熔體最先流經模具的部分，它起到將熔體從噴嘴引入模具的作用，其尺寸的大小直接影響熔體的流動速度和填充時間。（2）分澆道是主澆道與型腔進料口之間的一段流道，主要起分流和轉向作用，即將熔體由主澆道分流到各個型腔的過渡通道，也是澆注系統(tǒng)的斷面變化和熔體流動轉向的過渡通道。16（3）澆口是指料流進入型腔前最狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段，其尺寸狹小且短，目的是使料流進入型腔前加速，便于充滿型腔，且又利于封閉型腔口，防止熔體倒流。另外，也便于成型后冷料與塑件分離。（4）冷料穴是在每個注射成型周期開始時，最前端的料接觸低溫模具后會降溫、變硬，被稱之為冷料。冷料穴是為防止堵塞澆口或影響制件的質量而設置的料穴，作用就是儲藏冷料。冷料穴一般設在主澆道的末端，有時也增設在分澆道的末端。6.3 主澆道設計主流道是熔料注入模具最先經過的一段流道，直接影響到填充時間及流動速度。連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，主澆道軸線一般位于模具中心線上，與注射機噴嘴軸線重合，型腔也以此軸線為中心對稱布置。主流道太小，熔料流動過程中冷卻面積相對增大，注射壓力損失大，但主流道太大則會造成塑料損耗大，冷卻時間長，發(fā)生漩渦及紊流，要求機床可塑化能力增大。因此，必須選擇恰當尺寸的流道。主流道的小端直徑為 5mm，主流道的球面半徑取 14mm，球面的配合高度取 3mm，主流道的長度取 42mm。分流道長按具體情況決定，不宜過長或過短且不宜小于 8mm。主流道大端直徑取 6.06mm。澆口套尺寸取 45mm。澆口套常采用碳素工具鋼 T8、T10 制造，本套模具中澆口套與定位圈設計成整體形式，澆口套采用 T8。熱處理后硬度為 50HRC～55HRC，澆口套如圖6-1 所示。圖 6-1 澆口套簡圖6.4 分流道的設計分流道是主流道與澆口之間的進料通道。在分流道的設計過程中應該考慮盡可能減小在流道內的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮17減小流道的容積。根據型腔在分型面上的排布情況，分流道的長度要盡可能短，且彎折少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑件的原料和能耗，L 3=6～10，選取6mm；b=5～10,選取 b=8mm。常用的流道截面形狀有圓形、梯形、U 形和六角形等，如表 6-1 所示。本模具采用梯形截面的流道，如圖 6-3 所示。表 6-1 分流道截面的形狀特征截面形狀熱量損失 加工性能 流動阻力 效果 效率圓形 小 較難 小 最佳 0.250D梯形 較小 易 較小 良 0.195D單面圓形 較小 易 小 佳 0.153D矩形 大 易 大 不良 0.250D圖 6-3 梯形截面分流道根據成型條件不同 L=5～10，取 L=8mm。由公式 h=2/3b 得 h=5.3mm。6.5 澆口的設計澆口是流道與型腔之間最短的一段距離，其尺寸狹小。目的是使料流進入型腔前加速，便于充滿型腔，且又利于封閉型腔口，防止熔體倒流。另外，也便于成型后冷料與塑件分離。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好、高質量地注射成形。6.5.1 澆口的分類（1）非限制性澆口又稱直澆口，其形式是塑料通過主流到直接注射到塑件上，與限制性澆口相比有很多不利之處，但是因為他具有壓力損失小、節(jié)約塑18料、模具結構簡單等優(yōu)點，因此廣泛使用。（2）限制性澆口指流道與型腔之間采用一段距離很短、截面很小的澆口相連接，當熔融塑料通過狹窄的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。當充滿型腔后由于模具散發(fā)熱量，熔料逐漸冷卻，塑料由接觸模具部分開始逐漸向中心層固化，而澆口比型腔部分要薄，因此首先固化封閉，注射壓力就不能繼續(xù)傳遞到型腔里面去，型腔內的熔料即可在無應力狀態(tài)下自由收縮固化成形，因此塑件內殘余應力小，可減少弊病。其優(yōu)點：①成型周期短。②去除流道方便，在塑件上殘留的痕跡小。③型腔內實際壓力小，與使用非限制性澆口相比可成形較大投影面積的塑件。④由于澆口的摩擦作用，可提高料溫，減少流痕。另外料流流速高，有利于充滿型腔。⑤對多型腔模具，可調節(jié)澆口截面積，以保證各型腔同時充滿。⑥殘余應力小，可防止塑件破裂、翹曲、變形。本模具采用限制性澆口。6.5.2 澆口形式和尺寸澆口的類型有很多，有直接澆口、盤形澆口、側澆口、扇形澆口、點澆口、直接澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側澆口,側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內側或外側充填模具型腔，其截面形狀多為梯形（扁槽） ，是限制性澆口， （如圖 6-4 所示） ，其有以下特性:①可根據塑件的特點靈活地選擇塑件的某個邊緣進料，一般設在分型面上；②澆口的加工和去除均比較方便；③能方便地調整熔體充模時的剪切速率和澆口封閉時間；19圖 6-4 側澆口的形式表 6-2 列出了不同塑料按塑件平均壁厚確定的點澆口直徑尺寸，點澆口直徑也可查此表選擇。表 6-2 側澆口直徑尺寸 mm 壁厚塑料種類＜1.5 1.5～3 ＞3PS、PE 0.5～0.7 0.6～0.9 0.8～1.2PP 0.6～0.8 0.7～1.0 0.8～1.2HIPS、ABS 、 PMMA 0.8～1.0 0.9～1.8 1.0～2.0PC、POM、PPO 0.9～1.2 1.0～1.2 1.2～1.6PA 0.8～1.2 1.0～1.5 1.2～1.86.5.3 澆口位置選擇澆口的位置對塑件質量有直接影響，主要以塑件形狀和要求來確定，通常應考慮以下幾個問題：（1）塑料流動能量損失最小。①澆口的位置應是填充型腔各部位的流程最短，并保證充滿型腔。②澆口的位置應使料流變向越少越好。③澆口的位置設計應該能使最終壓力有效地傳遞到塑件較厚部位以減少縮孔，同時注意保證薄壁部分也能充滿。澆口位置應按塑件壁厚分布情況而定，一般應設置在塑件壁厚的部位上；如有幾個厚部位，則應布置在這些厚壁之間的一般壁厚上，使壓力能均勻傳遞到各部位；如當加強肋能造成縮孔時，澆口20應放置在加強肋上。（2）澆口的位置應減少或者避免塑件的熔接痕。（3）澆口的位置要避免造成收縮變形。（4）澆口的位置應使進入型腔的塑料能順利地排出模腔內的空氣，塑料進入型腔后不要立即封閉排氣系統(tǒng)。（5）澆口的位置及大小要考慮對型芯的影響。盡量避免進入的塑料正面沖擊型芯，尤其對于較小直徑型芯，否則使注射壓力耗損或者使型芯彎曲變形。（6）對有鑲件的模具，澆口位置不能使流動的塑料沖擊鑲件，但也不能離澆口太遠，否則塑料流到鑲件附近時變冷熔接不好。（7）外觀要求高的塑件則澆口不允許設置在表面上，同時要考慮清理方便，不損壞塑件。6.6 冷料穴的設計冷料穴的作用是收集每次注射成型時，流動熔體前端的冷料頭；避免這些冷料進入型腔影響塑件質量或堵塞澆口。此次設計采用臥式注射機，冷料穴設計在主澆道的末端。且開在主澆道對面的動模板上，直徑稍大于主澆道大端直徑，便于冷料的進入。冷料穴的形式不僅與主澆道的拉料桿有關還與主澆道中的凝料脫模形式有關。7 溫度調節(jié)系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)設計模具的溫度直接影響到塑件成型的質量和生產效率。由于各種塑料的性能21和成型工藝要求不同，模具的溫度要求也不同。普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度，為了縮短成型周期，還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內，可以提高成型效率。對于高熔點，流動性差的塑料，流動距離長的制件，為了防止填充不足，有時也在水管中通入溫水把模具加熱。7.1 模具溫度及其調節(jié)系統(tǒng)對塑件質量的影響（1）塑件的尺寸精度。模具的溫度穩(wěn)定、冷卻速度均勻可以減少塑料的成型收縮率的波動，是塑件減少變形、保證尺寸穩(wěn)定的根本條件。（2）塑件的力學性能。對于結晶型的塑料，結晶度越高，塑件的應力開裂傾向越大，從減少應力開裂的角度出發(fā)，降低模溫是有利的。 （3）塑件的表面質量。提高模具的溫度可以改善塑件的表面光潔，過低的模具溫度會使塑件的輪廓不清晰，并產生明顯的熔合紋。7.2 冷卻系統(tǒng)設計原則（1）冷卻水道可設計成單回路或多回路。（2）冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大。（3）冷卻水道與型腔表面之間的距離應盡量相等。（4）冷卻水的入口宜選在澆口附近。（5）冷卻水道的出、入口溫差應盡量小。（6）冷卻水道應沿著塑件收縮的方向設置。（7）冷卻水道應盡量避開塑件的熔接部分，以免產生熔接痕，而影響塑件的強度。（8）冷卻水道的大小要易于加工和清潔，一般孔徑為 8～10mm。7.3 排氣系統(tǒng)的排氣方式確定排氣系統(tǒng)對確保成型塑件的質量起著重要的作用，排氣方式一般有開設排氣槽和利用模具零件配合間隙排氣兩種。對于中小型模具,可利用模具分型面間隙、推桿和推桿孔的配合間隙及活動型芯孔的配合間隙自然排氣。本次設計利用模具分型面及成型零件配合間隙來排氣，間隙大小為0.03mm。8 成型零件的設計228.1 成型零件的結構設計模具中成型零件決定塑件的幾何形狀和尺寸，成型零件包括型芯、型腔、鑲塊、成形桿和成形環(huán)等。在進行成型零件的結構設計時，首先應根據塑件的性能和塑件的形狀、尺寸以及其他的使用要求。然后根據其塑件的形狀、尺寸和成型零件的加工及裝配工藝要求進行成型零件的結構設計和尺寸計算。（1）型腔 型腔也稱作凹模，是成型塑件外表面的主要零件（包括零件的內腔和實體兩部分） 。它的結構取決于塑件的成型需要和加工與裝配的工藝要求，通?？煞譃檎w式和組合式兩大類。本模具根據塑件的外形結構選擇整體式凹模，該結構形式的型腔強度高、牢固、成型的塑件無拼縫痕跡。（2）型芯型芯是注射模中成型塑件內表面的零件，它又稱主型芯，是成形塑件中較大的、主要內形的零件。型芯有整體式和組合式兩大類。該塑件采用整體式型芯。①整體式型芯整體式型芯將型芯與動模板做成一體，使其結構牢固，成型的塑件質量較好。但由于機械加工不便，鋼材消耗量大。故此型芯主要用于形狀簡單的小型芯模具。②組合式型芯組合式型芯又分為整體裝配式和鑲件組合式。整體裝配式型芯：它將凸?；蛐托炯庸ず笈c動模進行裝配而成。鑲件組合式型芯：對于形狀復雜的大型型芯，為了便于機械加工，可采用鑲件組合式。綜上所述，本模具采用組合式型芯中的整體裝配式型芯。8.2 成型零件工作尺寸計算成型零件中與塑料熔體接觸并決定制品幾何形狀的尺寸稱之為工作尺寸。塑料制品的幾何尺寸分別稱之為凹模尺寸、型芯尺寸和中心距尺寸。8.2.1 影響塑件尺寸誤差的因素制品成型后所獲得的實際尺寸與名義尺寸之間的誤差成為制品的尺寸偏差。23引起制品產生尺寸誤差的原因橫多，但制品尺寸可能出現的誤差 δ 主要是以下五方面因素綜合作用的結果。（8-54321????1） 其中，δ-塑件的成形誤差；δ1-因采用的成形收縮率不準確引起的制品尺寸誤差；δ2-因塑料的成形收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差；δ3-模具成形零件的制造偏差；δ4-模具成形零件的最大磨損量；δ5-模具安裝配合間隙的變化而引起塑件的尺寸誤差；（1）塑料制品的成形收縮成形收縮引起制品產生尺寸誤差的原因有兩方面。一方面是設計時采用的成形收縮率與塑件生產時的實際收縮率之間的誤差（δ 1） ；另一方面是成形過程中，成形收縮率受到注射工藝的影響，可能在其最大值和最小值之間波動，而產生誤差（δ 2） 。（8-2）sLS)(minax2???其中，δ 2-塑料收縮率波動誤差（ mm） ；Smax-塑料的最大收縮率；Smin-塑料的最小收縮率；Ls-塑件的基本尺寸（mm） ；由于 Smax=0.008，S min=0.003，L s =30mm，代入公式（8-2）得： sLS)(minax2???＝（0.008-0.003）×30＝0.15mm實際收縮率與計算收縮率會有差異，按照一般的要求，塑件收縮率波動所引起的誤差應小于塑件公差的 1/3。（2）模具成形零件的制造誤差24模具成形零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。模具成形零件的制造精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般成形零件工作尺寸制造公差值 δ3取塑件公差值 Δ 的 1/3～1/4 或取 IT7～IT 8 級作為零件制造公差，組合式型腔或型芯的制造公差應根據尺寸鏈來確定。（3）模具成形零件的磨損模具在使用過程中，由于塑件熔體流動的沖刷、脫模時與塑件的摩擦、成形過程中可能產生的腐蝕性氣體的銹蝕以及由于以上原因造成的模具成形零件表面粗糙度值提高而要求從新拋光等，均造成模具成形零件尺寸的變化，型腔的尺寸會變大，型芯的尺寸會減小。這種由于磨損而造成的模具成形零件尺寸的變化值與塑件的產量、塑料原料等都有關系，在計算成形零件的工作尺寸時，對于批量小的塑件，且模具表面耐磨性好的，其磨損量應取小值；對于與脫模方向垂直的成形零件的表面，磨損量應取小值，甚至可以不考慮磨損量，而與脫模方向平行的成形零件的表面，應考慮磨損；對于中、小型塑件，模具的成形零件最大磨損可取塑件公差的 1/6，而大型塑件，模具的成形零件最大磨損量應取塑件公差的 1/6 以下。成形零件的最大磨損量用 δ4來表示，一般取 δ4=1/6Δ。（4）模具安裝配合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。例如型芯按間隙配合安裝在模具內，塑件孔的位置誤差要受到配合間隙值的影響；若采用過盈配合，則不存在此誤差。模具安裝配合間隙的變化而引起塑件的尺寸誤差用 δ5來表示。綜上所述，塑件在成形過程產生的最大尺寸誤差應該是上述各種誤差的總和。由于 δ2=0.15mm，δ 3=0.18mm，δ 4=0.09mm，δ 5=0.03mm，代入公式（8-1）得：5432????＝0.15+0.18+0.09+0.03＝0.45mm塑件的成形誤差應小于塑件的公差值，即式 8-3。25Δ≤Δ （8-3）8.2.2 成形零件工作尺寸的計算方法所謂工作尺寸是零件上直接用以成形塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形型芯的長和寬） 、型腔深度和型芯高度和尺寸，中心距等。成型零件工作尺寸的計算方法有以下兩種：一種是按平均縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量進行計算。該產品材料為 ABS，查書本得知其密度為 1.13～1.14g/cm 3，收縮率為 0.3～0.8％，計算其平均密度為 1.135g/cm3，平均收縮率為 0.15％，型芯型腔的計算結果見表 8-1。本次設計是按平均尺寸法進行計算。表 8-1 型芯型腔的計算結果尺寸類型 塑件尺寸 計算公式 工作尺寸024.3??08.173??徑向尺寸（L S） .0ZZxLSLM??001)(???????????????42.14.? 05.?型腔深度（H S） 02.ZZxHSM??00)(?????????????64.0徑向尺寸（ lm）14.0?01)( ZZllS??????????????????05.8??型芯高度（ hm）012.? 00)( ZZxhhSM???04.62?S-塑件的平均收縮率，mm；L S-塑件的外形最大尺寸，mm ；l S-塑件的內形最小尺寸， mm；HS-塑件的高度最大尺寸，mm；h S-塑件的內形深度的最小尺寸，mm；Δ-塑件尺寸的公差；x-系數，尺寸大，精度低的塑件，x=0.5；尺寸小，精度高的塑件，x=0.75。269 結構零件的設計9.1 脫模裝置設計9.1.1 脫模機構的設計原則脫模機構設計一般應遵循如下原則：（1）盡可能使制品滯留在動模一側，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。（2）力求良好的制品外觀，在選擇推出位置時，應盡量選擇制品的內部或對制品外觀影響不大的部位。（3）防止制品變形和損壞，正確分析制品對型腔的黏附力大小及其所在部位，有針對性地選擇合適的脫模機構，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于制品在收縮時包緊型芯，因此推出作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施于制品剛度和強度最大的部位，推頂面積也應盡可能大一些，否則會造成制品變形和損壞。（4）結構合理可靠，運動靈活，制造方便，更換容易，推桿應具有足夠的剛度和強度。本模具的脫模裝置設計應遵循以上原則。9.1.2 脫模力的計算（9-(cosin)tFAp????1）其中，F t-脫模力（N） ；A-塑件包絡型芯的面積（m 2） ；p-塑件對型芯單位面積上的包緊力一般情況下，模外冷卻的塑件 p取 2.4×107～3.9×10 7Pa；模內冷卻的塑件，p 取 0.8×107～1.2×10 7Pa； 27α-脫模斜度忽略為 2o；μ-塑件對鋼的摩擦系數，查資料得 μ=0.2；由于 A=0.2 m2，p= 0.9×107，α=2o，μ=0.2，代入公式（9-1）得：(cosin)tFAp????=0.2×0.9×107（0.2cos2-sin2）=3060×102（N）9.1.3 推出機構的設計（1）推出機構的工作原理及組成工作原理：推出機構是把塑件及澆注系統(tǒng)從型腔中或型芯上脫出來的機構。推出機構組成：推出部件（推桿、拉料桿、復位桿、推桿固定板、推桿墊板、限位釘） 、推出導向部件（推桿導柱、推桿導套） 、復位部件（復位桿） 。（2）推出機構的設計原則①結構可靠；②推出位置盡量選在塑件內側，保證塑件的外觀良好；③保證塑件推出是不變形不損壞；④脫模力作用位置靠近型芯；⑤脫模力應作用于塑件剛度和強度最大的部位；⑥作用力面積盡可能大；⑦圓推桿的頂部不是平面時要防轉；⑧把塑件推出模具 10mm 左右，如果脫模斜度較大時，可以頂出塑件深度的 2/3 左右。9.1.4 拉料桿的設計拉料桿的作用是模具開模時，主流道凝料在拉料桿的作用下，從定模澆口套中被拉出，隨后推出機構將塑件和凝料一起推出模外。本模具的拉料桿設計如圖 9-1 所示。28圖 9-1 拉料桿示意圖對本拉料桿的分析：這是 Z 字形的拉料桿是最常用的一種形式，工作時依靠 Z 字形鉤將主流道凝料拉出澆口套；長 80mm，表面粗糙度為 0.8μm 等，這些保證了將塑件成功拉出澆口套。9.1.5 推桿的設計推桿是推出機構中最簡單最常見的一種基本形式。由于推桿加工簡單、安裝方便、維修容易、使用壽命長、脫模效果好，設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度，推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此本模具采用推桿推出方式。（1）推桿設計的注意事項①推桿位置應選在脫模阻力大的地方及設在塑件強度剛度較大處，以免塑件變形損壞。②推桿端面一般應高出型芯或型腔表面 0.05～0.1mm，這樣不會影響塑件以后的使用。③推桿與其配合孔一般采用 H8/f7 的配合，配合長度取直徑的 1.5～2 倍，通常不小于 10mm。④在保證塑件質量和順利脫模的前提下，推桿數量不宜過多，以簡化模具和減小對塑件的影響。（2）推桿的形狀尺寸本模具采用的推桿是最常見的直桿式圓柱形推桿，如圖 9-2 所示。29圖 9-2 推桿示意圖對本推桿的分析：本零件采用的 T10A 材料加工出長 100mm，直徑 6mm的推桿，熱處理硬度為 50～54HRC，推桿工作端配合部分的粗糙度值Ra0.8μm。這些保證了配合的精度。9.2 合模導向裝置的設計合模導向裝置是保證動模與定?；蛏夏Ｅc下模合模時正確定位和導向的裝置。合模導向裝置主要有：導柱導向和錐面定位。本次設計的和模導向裝置采用導柱導向，導柱導向裝置的主要零件是導柱和導套。9.2.1 導向裝置的作用（1）導向作用動定模合模時按導向機構的引導，使定模按正確方位閉合，避免型芯進入型腔時因方位搞錯而損壞模具或因定位不準而互相碰傷，因此設在型芯周圍的導柱應比主型芯高出至少 6mm。（2）定位作用在模具閉合后使型腔保持正確的形狀和所有由動定模合模構成的尺寸的精度。對于垂直分型的兩瓣對拼凹模，合模銷可以保證在合模時定位準確。（3）承受一定的側向壓力塑料注入型腔過程中會產生單向側面壓力，或由于成型設備精度的限制，使導柱在工作中承受一定的側壓力。但側壓力很大時，則不能完全由導柱來承擔，需要增設錐面定位裝置。309.2.2 導向零件的設計原則（1）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣部分，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套時發(fā)生變形。（2）根據模具形狀和大小，一副模具一般需要 2～4 個導柱。對于小型模具，無論圓形或矩形的，通常只有兩個直徑相同且對稱分布的導柱（圖 9-3a） ；如果模具的凸模與凹模合模時有方位要求，則用兩個直徑不同的導柱（圖 9-3b） ，或用兩個直徑相同，但錯開位置的導柱（圖 9-3c） ；對于大中型模具，為了簡化加工工藝，可采用三個或四個直徑相同的導柱，但數量分布不對稱（圖9-3d） ，或導柱位置對稱，但中心距不同（圖 9-3e） 。對于該塑件的模具采用兩個直徑相同且對稱分布的導柱 2 個。（a） (b) (c) (d) (e)圖 9-3 導柱的分布形式（3）有足夠的耐磨性：導柱：20 滲碳淬火或 T10，50～55HRC；導套：20 滲碳淬火或 T10，50～55HRC。（4）便于導向：導柱先導部分做成球狀或錐狀，導套導入部分要做導角。（5）導柱工作部分的配合精度采用 H7/f7；導柱固定部分的配合精度采用H7/k6。導套與安裝孔之間采用 H7/m6 的過渡配合，再用側向螺釘防止其被拔出。（6）對于生產批量小、精度要求不高的模具，導柱可直接與模板上加工的導向孔配合。導向孔的導滑面的長度與表面粗糙度可根據同等規(guī)格的導套尺寸來取，長度超出部分應擴徑以縮短滑配面。