套筒的注塑模具設計-注射模含NX三維及9張CAD圖

套筒的注塑模具設計-注射模含NX三維及9張CAD圖,套筒,注塑,模具設計,注射,nx,三維,cad 1 XXXXXX XX 設計（XX）說明書 課題名稱： 套筒注塑模具畢業(yè)設計 學 院 XXXXX 專業(yè)班級 XXXXX 學生姓名 XXXXX 學生學號 XXXXX 指導教師 XXXXX 提交日期 20XX 年 5 月 12 日 2 摘 要 塑料注射模是成型塑料的一種重要工藝。通過對套筒注射模具設計,能夠基本地、 全面地了解注射模具設計的基本原則、方法。在模具結構設計過程中，我大膽嘗試提 出各種不一樣的成型的方案，并與老師探討對方案進行了比較。在比較的過程中，發(fā) 現大量的問題，也了解模具設計的要求和基本原則，最后在查閱大量書籍的幫助下完 成沒一個數據的選擇。對我們平常使用的家用電器的充電器的性能還有工藝都做了簡 介，另外對 PA1010 這種材料成型時候的特征也進行了闡述、成型過程、開模過程以及 成型后加工工藝。同時，分析了模具結構與計算，掌握如何設計一個完整的模具生產 結構。通過本次設計，能較為熟練的使用 Auto-CAD、UG 等軟件進行模具輔助設計,提 高自己的計算機繪圖能力。本次畢業(yè)設計充分地為今后從事模具設計行業(yè)打下了扎實 的基礎。 本次主要設計是對套筒注射模的設計, 重點對塑件的成型原理、材料的選用和注射 技術進行分析。通過前期指導老師安排的任務，我先對任務書進行了分析了解，并查 閱了大量的書籍、手冊和文獻，對模具有了一定的了解并且清楚自己的所要完成的任 務量。進過對 PA1010 充電器的了解，要滿足制品大批量生產、高精度、外形復雜等要 求，我首先主要把時間花費在確定所需的模塑成型方案、制品的后加工、分型面的選 擇、型腔的數目和排列、成型零件的結構等。既然以實際生產為目的，設計就要涵蓋 了注塑模具的主要系統(tǒng)包括有注射機、澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、 導向系統(tǒng)等。對于要實際生產的模具，我們考慮的東西還有很多，為此我積極詢問我 的指導老師關于現實工廠中模具的生產過程及可能遇到的問題。設計時，嘗試使用了 側向抽芯機構，增加模具的復雜性以及實用性。在進行設計的時候，對之前注射模具 怎么設計的經驗也進行了參考，還要注意加工產品有什么具體的要求，設計出來的產 品結構不能太復雜、優(yōu)化各個系統(tǒng)性能，盡最大限度讓產品看上去漂亮，用的時候性 價比很高，使用時間要長一些，但是在進行加工的時候時間不能長，產生的經濟效益 要好。 關 鍵 詞：塑料注射模；套筒；PA 塑料；計算機輔助設計：注射機： 3 ABStract Plastic injection molding is an important technology of plastic molding. Through the injection mold design of the sleeve, the basic principles and methods of injection mold design can be fully understood. In the process of die structure design, I try to put forward a variety of different form of the program, and compared with the teacher to explore the program. In the course of the comparison, found a lot of problems, but also to understand the requirements of the mold design and basic principles, and finally in the access to a large number of books to complete the selection of no data. We usually use the household appliances charger performance and process are introduced, also characteristics on the forming of PA1010 materials were also elaboration, molding process, molding process and molding processing technology. At the same time, analysis of the mold structure and calculation, master how to design a complete mold production structure. Through this design, can be more skilled use of UG, Auto-CAD and other software to carry out mold aided design, improve their computer graphics capabilities. The graduation design for the future to fully engaged in the mold design industry has laid a solid foundation. The main design is the design of injection mold for the sleeve, focusing on the forming principle of plastic parts, material selection and injection technology analysis. Through the preliminary guidance teacher arrangement task, I first of the task book were analysis to understand, and access to a large number of books, pamphlets and literature, the mold have certain understanding and are aware of their own to complete the task. In the understanding of PA1010 charger, to meet the requirements of product mass production, high precision, complex shape, such as, first of all, I put time spent in determine the molding scheme, product processing, sub surface selection, the number and arrangement of the cavity, forming part of the structure. Since taking the actual production as the goal, the design must cover the injection molds main system including the injection molding machine, the pouring system, the exhaust system, the cooling system, the ejection system, the guidance system and so on. 4 For the actual production of the mold, we have a lot of things to consider, for this reason I actively asked my teacher about the reality of the factory in the production process and the possible problems encountered. Design, try to use the side core pulling mechanism, increase the complexity of the mold and practical. At design time, prior to injection mold design experience was also a reference must pay attention to the processed products have any specific requirements, design of product structure is not too complicated, optimization performance of each system, do our utmost to make the product look beautiful, when the price is high, use time is longer, but the processing time is not long, produce the economic benefit is better. Key words: plastic injection mold; sleeve; PA plastic; computer aided design; injection machine: 1 目錄 摘 要 .2 ABSTRACT .3 引言 .8 第一章 模具概述及零件三維圖 .9 1.1 模具概述 .9 1.2 模具設計中面臨的難題與設計要求 .10 第二章 塑料制品分析 .11 2.1 明確制品設計要求 .11 2.2 確定下來加工產品需要的數量 .11 2.3 確定材料與材料的性能 .12 2.3.1 確定使用什么材料 .12 2.3.2 材料性能 .12 2.3.3 脫模斜度分析 .13 2.4 塑件尺寸及精度 .14 2.5 產品的體積與質量計算 .14 2.5.1 分析產品的表面質量 .14 2.5.2 零件的體積與質量計算 .14 第 4 章 注射成型工藝方案及模具結構分析和確定 .15 41、注射成型工藝過程分析5 .15 42 澆口種類的確定 .15 43 型腔數目的確定 .16 44 注射機的選擇和校核 .16 4.4.1 注射量的校核 .16 2 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 .16 443、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 .17 第 5 章 注射模具結構設計 .19 51 分型面的設計 .19 52 型腔的布局 .19 53 澆注系統(tǒng)的設計 .20 531 澆注系統(tǒng)組成 .20 532 確定澆注系統(tǒng)的原則 .20 533 主流道的設計 .20 534 分流道的設計 .21 535 澆口的設計 .22 536 冷料穴的設計 .22 54 注射模成型零部件的設計7 .23 541 成型零部件結構設計 .23 542 成型零部件工作尺寸的計算 .24 5.5.1 結構工藝分析 .25 5.5.2 裝夾方案分析 .25 56 排氣結構設計 .25 57 脫模機構的設計 .26 571 脫模機構的選用原則 .26 572 脫模機構類型的選擇 .26 573 推板機構具體設計 .26 591 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 .27 592 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 .28 59 模架及標準件的選用 .28 591 模架的選用 .28 第 6 章 模具材料的選用 .30 3 61 成型零件材料選用 .30 62 注射模用鋼種 .30 總結 .31 第六章 結論 .32 參考文獻 .33 4 引言 本次畢業(yè)設計的題目是套筒注射模具設計。對于模具，機制專業(yè)里方方面面 都與模具相掛鉤。模具設計是需要充分利用到大學 4年所學的知識來完成的。本次畢 業(yè)設計的要求是設計一個模具圖紙，要求該模具能投入實際生產套筒。在設計中設需 要充分考慮到模具結構、材料和工藝能保證塑件的可靠成型和脫模過程的穩(wěn)定性，性 能結構及尺寸精度達到圖紙要求，并且要求生產量大。設計時應該使用側向抽芯機構， 機構系統(tǒng)安排合理、有據可循。本設計中首先分析塑件結構體的零件結構，確定成型 和脫模設計方案，包括模具結構選擇、分型面的選擇、腔數的確定、澆注系統(tǒng)的設計、 加熱系統(tǒng)、成型收縮計算、模具校核計算、導向和定位機構、脫模機構、頂出機構、 模架的選擇、確定使用哪一種型號的注射機，校核有關數據，對總體進行設計的時候 方案一定要優(yōu)化等。在完成畢業(yè)論文的整個過程中用 AutoCAD進行塑件繪制，并使用 NX UG進行三維造型和結構設計等，結合指導老師建議和設計經驗再進一步修改，最 后用計算機進行模具總裝配圖和各零部件圖的設計，完成模具總裝配圖和零件圖的繪 制。 5 第一章 模具概述 1.1 模具概述 模具是工業(yè)生產中最基礎的工藝裝備，是一種高附加值得高精密集型產品也是高 新技術產業(yè)化的重要領域，模具這個行業(yè)現在就是國家國家制造行業(yè)水平高低的衡量 標準了。模具現在已經是一個國家制造行業(yè)的基礎了，在機械行業(yè)、電子通信行業(yè)、 交通汽車行業(yè)、甚至涉及到軍工行業(yè)等部門中，有 60%90%產品的加工都是需要 模具的，所以說模具的好壞也就決定了加工產品的好壞，在對模具進行設計的時候效 率的高低直接關系到產品的效率高低，所以說模具工業(yè)是國民經濟收入支撐的重要基 礎工業(yè)之一。 1.2 模具設計中面臨的難題和要求 模具的重要我們已經知道了，那么好的模具生產必須要有一套高標準的要求限制。 在當下設計模具的時候，總的要求就是通過模具加工的產品外形看上去漂亮，精確度 高，并且性能也好；從模具自身的角度來說，模具的工作效率要高，在使用的時候可 以自動化進行，并且操作的時候沒有那么復雜；從加工模具這個方面來講，模具自身 的結構一定要簡單，合理，并且加工起來不能復雜，價格要比較低，這樣產生的利潤 才能高。 模具質量的好壞，關系到加工產品質量的好壞。模具里面的型腔是什么樣的，大 小是多少，表面是不是光滑，分型面有幾個，排氣槽在什么方位，還有在脫模的時候 用什么樣的方法，等等，這些對于產品的質量，產品的大小，產品的精確度，還有產 品更方面的性能都有很大的影響，如果生產產品的數量不是很多的時候，模具整體的 造價在生產產品的成本這方面占的比重是比較多的，在這種狀況下使用的模具結構不 能復雜，這樣成本就可以降低了。 在工業(yè)行業(yè)里面，模具是最基礎，也是最終要的設備，關系到各行各業(yè)各種產品， 可以說是在機械、電子、輕工、通訊、交通、軍工、建材等部門沒有了模具就基本無 法生產和開發(fā)新的產品。在設計和生產模具時，如果模具的精確度要求沒有那么高， 那么產品的質量就不好，這樣一來模具使用時間也不久，必然就導致產品的造價高。 現代化的模具是技術和資金密集型的產業(yè)了，跟高科技是相互配合的，一邊它是實現 6 高科技不能缺少的設備，另一方面因為模具自身的技術非常先進，所以它也是高科技 的一種了。在模具加工零部件的時候，我們還要注意，要達到優(yōu)質、快速、低耗、環(huán) 保，以人為本兼顧環(huán)境發(fā)展，呼應我國的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略和科學發(fā)展觀。 7 第二章 塑料制品分析 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質 量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精 度。 套筒如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構中等復雜程度，生產量大， 要求較低的模具成本，成型容易。 圖（1）3D 視圖 2.1 明確制品設計要求 這個塑料產品的外形是一個管的形狀，這個產品的外形和構造都是比較簡單 的，并且對于表面粗糙度的要求也不高，是一種實用性的零部件，尺寸公差也沒有什 么要求。且本身塑件壁厚較小、均勻，可以用大批量的注塑模具加以生產，在管套的 中心是個 16mm的通孔. 2.2 確定下來加工產品需要的數量 因為這個零件需要的數量是很多的，所以我們在設計模具的時候，一定要注意讓 它在注塑時候效率要高，再加上因為模具要設計一個抽芯的裝置，所以這個模具的構 造還是比較復雜的，它的構造就是一個模具兩個強勢，使用的澆口是從側邊開的澆口。 8 2.3 確定材料與材料的性能 2.3.1 確定使用什么材料 管套的塑料殼是一種工業(yè)上使用的東西，所以它一定不能有毒，還要確保安全， 穩(wěn)定性要好，不能被分解，造價還不能高等等。還有，這個產品需要承受一定的載荷， 萬一從高的地方掉下來，不能有裂紋或者是損壞，換句話來說，這塑料產品的強度一 定要好。 2.3.2 材料性能 按照對零件的實際要求，再加上產品的成本不能過高，所以確定下來它使用的原 材料就是 PA1010。 PA1010塑膠原料熔程較窄，一般為 34。熔融流動性較好。適合注射成型、 擠出成型和吹塑成型。主要成型工藝如下。聚癸二酰癸二胺又名聚酰胺 1010，俗稱 尼龍 1010，簡稱 PA1010，工程塑料的一種。工程塑料聚酰胺 1010是我國獨創(chuàng)的工程 塑料聚酰胺品種，由上海賽璐珞廠在 1958年研制成功。由于工程塑料聚酰胺 1010具 有工藝簡單、設備無特殊要求、技術容易掌握、產品質量穩(wěn)定以及綜合性能優(yōu)良等特 點，因而發(fā)展迅速。工程塑料聚酰胺 1010是一種半透明白色或微黃色堅韌固體，具 有工程塑料聚酰胺的一般共性，對霉菌的作用非常穩(wěn)定，對光作用很穩(wěn)定。工程塑料 聚酰胺 1010是我國獨創(chuàng)的一種工程塑料，用蓖麻油做原料，提取癸二胺及癸二酸再 縮合而成的。成本低、經濟效果好、自潤滑性和耐磨性極好、耐油性好，脆性轉化溫 度低（約在-60） ，機械強度較高，廣泛用于機械零件和化工、電氣零件。工程塑料 聚酰胺 1010具有優(yōu)越的延展性，同時具有優(yōu)良的常溫和低溫沖擊性能。工程塑料聚 酰胺 1010在高于 100下，長期與氧接觸逐漸變黃，機械強度下降，特別是在熔融 狀態(tài)下極易熱氧化降解。 表 2.1 PA1010 塑料的部分技術指標 密度 g/cm 熔點 230 干燥時間約 45h 濕度 40% 料筒溫度: 后部 190210 中部 200220 9 前部 210230 噴嘴 200210 模具溫度 2040 注射壓力 6080MPa 注射周期 3050S， (3)擠出成型工藝 螺桿擠出溫度：250，260，270， 280 模頭溫度:200210 2.3.3 脫模斜度分析 由于注射制品在冷卻過程中產生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或 型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平 行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮 率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過 大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原 塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁 厚對于注射成型生產具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時 的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產效率和生產成本密切相 關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原 材料消耗增大，生產成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周 期延長，另外還容易產生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫 模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力 求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在 14 ，最常用的數值為 23 。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為 3mm 左右。 （3） 、塑件的圓角 為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位 置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯接處采用圓角過度。在無特 殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于 0.51 的圓角。一般外圓弧半徑大m 于壁厚的 0.5 倍，內圓角半徑應是壁厚的 0.5 倍。 該塑料件表面圓角半徑和內部轉彎處圓角為 1 。 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。 10 但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產成本提高，困此在塑 件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時 周圍易產生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距 離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。 2.4 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的 設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸 就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將 制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸精度。 2.5 產品的體積與質量計算 2.5.1 分析產品的表面質量 因為這個產品對于表面質量的要求時很高的，所以每一個面在進行處理的時候都 要進行拋光。 2.5.2 零件的體積與質量計算 將零件的質量算出來，才能確定注射機的型號，確定模具里面型腔有多少個。 算出來這個零件的體積是： V3.44cm3 算出來這個零件的質量，按照下面的公式來進行計算 WV （2-1） 查閱有關資料可以知道 PA1010密度的數值就是 1.05 g/cm3，代到公式里面將零 件的質量算出來： WV=3.44*1.05=3.612g 11 第 4 章 注射成型工藝方案及模具結構分析和確定 41、注射成型工藝過程分析 5 根據塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準 備工作。 （1） 、成型前對原材料的預處理 根據注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試 其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當的預熱干燥，ABS 材料吸水 率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在 70 80 下干燥 24 h。 （2） 、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、 調換顏色或發(fā)現塑料中有分解現象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆 換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量 較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接 換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （3） 、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一 般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產上為了順 利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油） ，硅油，對 ABS材料，可選 用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個 步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經脫?；驒C械加工后，常需要進行適當的后處理，目的是為了消除存在 的內應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調濕 處理。該塑料制件材料為 ABS，就采用退火處理 13 小時。 42 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其 作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑 件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。 其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。 12 由于本設計套筒塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。側澆口直接在中間 的圓端面處進，空調渦輪組裝后，澆口被遮擋起來。 側澆口主流道需要設置鉤針，分流道與產品相連，頂出產品包含流道連接在一起。 43 型腔數目的確定 因為本設計中采用側澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經 濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模二腔，進行加工生產。 44 注射機的選擇和校核 由于采用一模二腔，需要至少注射量為 2x3.612=7.224g，流道水口廢料 3.5g， 總注塑量達到 10.724g，再根據工藝參數（主要是注射壓力） ，綜合考慮各種因素， 選定注射機為海天 SX-Z-30。注射方式為螺桿式，其有關性能參數為： 注射機型號 SX-Z-10 SX-Z-30 理論注射量cm 10 30 選用模內壓力/MPa 33.3 27.7 最大注射面積/cm 45 90 鎖模力/KN 150 250 最大模具厚度/mm 180 180 最小模具厚度/mm 100 60 模板行程/mm 120 160 拉桿空間(長寬)/mm 214 235 定位孔直徑/mm 55 63.6 噴嘴球半徑/mm 12 12 噴嘴空徑/mm 2.5 2 孔徑/mm 30 30頂 出 孔距/mm 120 170 4.4.1 注射量的校核 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注 射量的 80%以內。校核公式為： mn%8021 式中 -型腔數量 -單個塑件的質量 -澆注系統(tǒng)所需塑料的質量2 本設計中：n=2 3.44 =3.33 13c23c M=2X3.44+3.33X1.05=10.725g 注塑機額定注塑量為 30g 13 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一 數值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現漲模溢料現象，必須 滿足以下關系。 An21 式中 n -型腔數目 -單個塑件在模具分型面上的投影面積 -澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積2 n=2 =505.62 =365 1Am22 =505.62x2+365=1376.242n 注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng) 在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即： （ ）P F21n 式中： P塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據教科書表 5-1，型腔內通常為 20-40MPa，一般制品為 24-34MPa，精密制品 為 39-44MP （ ）P=（1376.24 ）x1.1x30 x0.001=45KN 300KN21An 鎖模力符合要求 443、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 （1） 、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 maxminH 式中 -注射機允許的最大模厚 -注射機允許的最小模厚ax 本設計中模具厚度為 85mm 60H180， 符合要求 （2） 、開模行程（S）的校核 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具 開合過程中動模固定板的移動距離。 注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便與 模具的開模距離相適應。對于臥式注射機，其開模行程與模具厚度有關，對于多分型 面注射模應有： mHS10521max 式中 -推出距離1 -包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度2 14 =（水口料的長度+2030）2H 本設計中 =160 =51 mm =0+30 mmmaxS12H 總的開模距離需要 H=81mm以上 經計算，符合要要求。 （3） 、頂出裝置的校核 在設計模具推出機構時，需校核注射機頂出的頂出形式，要注意在兩側頂 出時模具推板的面積應能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑 件從模具中脫出。 SX-Z-30 型注射機為兩側推出機構。經檢查能滿足將模具脫出的要求。 15 第 5 章 注射模具結構設計 51 分型面的設計 將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠 取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面， 它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種 選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推板痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選 擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側， 分型面的選擇 16 52 型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系 統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔 的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平 衡流道。型腔布局由圖所示。由于本設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要相 同的注射工藝參數，以達到高的成功率，模具采用側澆口，并采用對稱式布局，以求 達到良好的澆注質量。 圖（4）型腔布局方式 53 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng) 可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通點澆口澆注 系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。 531 澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。 1主澆道 2第一分澆道 3第二分澆道 4第三分澆道 5澆口 6型腔 7冷料穴 532 確定澆注系統(tǒng)的原則 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素： a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑 件質量。 b)、模具成型塑件的型腔數：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模二腔或一模多 腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。 c)、塑件大小及形狀：根據塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分 型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數量及位置，保證正常成型，還應注意防 止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位 17 等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。 d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑 件的外表美觀。 e)、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。 533 主流道的設計 流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料 熔體的流動通道。 （1） 、主流道的尺寸 設計中選用的注射機為 SX-Z-30，其噴嘴直徑為 3 ，噴嘴球面半徑為m 15 ，根據圖（6） ，主流道各具體尺寸如下：m 3mR165 HL02tan5.1LdD1. 澆注系統(tǒng)與定位環(huán)、澆口套 （2） 、主流道襯套的形式 選用如圖所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。 將主流道襯套和定位球設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，采用兩個 M4的螺 絲固定位置。 18 圖（7）主流道襯套及其固定形式 （3） 、主流道襯套的固定 主流道襯套的固定，采用 2個 M5X20的螺絲直接鎖附固定。 534 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足 良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計中由于塑件排布比較緊湊,且采用側 澆口。如圖所示。 19 主流道和澆口的位置 535 澆口的設計 澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體 流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的 塑料不會倒流。常向的澆口形式有直接澆口，側澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式 澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點： 1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內的氣體。 根據澆口選用原則和為保證塑件表面質量及美觀效果，采用側澆口。 澆口一般尺寸如 CAD圖所示，根據此圖結合實際選用適當值。 536 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現固化的冷料。因為最先流入的塑 料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響 制品的質量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將 這部分冷料存留起來。 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大 一些，這里取為 6mm，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的 z形式有多種， 這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推板配用，開模時倒錐形的冷 料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推板的作用下將冷料和和主流 道凝料隨制品一起被頂出動模。如上圖（8）所示。 54 注射模成型零部件的設計7 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成 型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型 塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的 設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和 摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準 確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質量。 541 成型零部件結構設計 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、 使用、維修等角度加以考慮。 1） 、凹模的設計 20 凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形 狀、尺寸、使用要求、生產批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、 嵌入式、 鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設計中采用整體式凹模，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出 來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數量， 并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到數控加工或電 火花加工。 型腔 3D圖 2） 、凸模的設計 本設計中零件結構較為簡單，深度不大，但經過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現， 塑件采用的是整體式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護，型芯與動模板的 配合可采用 。6/7PH 型芯 3D圖 21 542 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件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，主要有型 腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺 寸，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等 級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模 具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零 部件工作尺寸的依據。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤 差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經驗決定） ， 這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減 小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定 ABS材料的平均收縮 率為 0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： BA05. 式中 A 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B 塑件在常溫下實際尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的 1/31/4，或取 IT78 級作為模 具制造公差。在此取 IT8級，型芯工作尺寸公差取 IT7級。模具型腔的小尺寸為基本 尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙 向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數值見圖紙。 5.5.1 結構工藝分析 注射模成型零件通常由型心和型腔兩部分組成，型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密 切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力, 以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求 型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。型腔布局由圖所示。由于本 設計中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要相同的注射工藝參數，以達到高的成功 率，模具采用側澆口，并采用對稱式布局，以求達到良好的澆注質量。 5.5.2 裝夾方案分析 在確定裝夾方案時，只需根據已選定的加工表面和定位基準確定工件的定位夾緊 方式，并選擇合適的夾具。 選擇裝夾方法的要點： （1）盡可能的選擇箱體的設計基準為精基準；粗基準的選擇要保證重要表面的 加工余量均勻，使不加工表面的尺寸、位置符合圖紙的要求，且便于裝夾； （2）機床高速強力切削時，定位基準要有足夠的接觸面積和分布面積，以承受 22 大的切削力且定位移動可靠； （3）夾具本身要以機床工作臺上的基準槽或基準孔來定位并安裝到機床上，這 可確保零件的工件坐標系與機床坐標系固定的尺寸關系，這是和普通機床的一個重要 區(qū)別。 經綜合分析：根據前面定位基準的選擇，決定使用工藝夾具。其特點是，利于分 中打表及校準，一次性裝夾提高加工的精度。 考慮到注射模成型零件為中心對稱零件，注射模成型零件加工時要準確定位。選 擇定位基準為：孔+面，用槳背面的那一側的槳轂端面作為軸向定位基準，用槳轂端 面中心孔作為軸向定位基準。注射模成型零件加工時，把注射模成型零件毛坯安裝在 夾具的心軸上，然后在上端壓緊。 56 排氣結構設計 排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型 腔內的氣體受壓縮將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正?？焖俪淠＃瑫r氣體壓縮所 產生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚 的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、組織疏松等缺 陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射 溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些 添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型 面上開設排氣槽排氣，利用推板運動間隙排氣等。 由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽， 利用間隙排氣，以不產生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。 57 脫模機構的設計 塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成 型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推 出機構的導向和復位部件等組成。 23 571 脫模機構的選用原則 （1） 使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能 形成永久變形） ； （2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； （3） 推板的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產生隙裂； （4） 推板的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產生彈性變形； （5） 推板位置痕跡須不影響塑件外觀； 572 脫模機構類型的選擇 推出機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣 動推出機構。根據推出零件的類別還可分為推板推出機構、套管推出機構、推板推出 機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機構等。 本設計中采用推板推出機構使塑料制件順利脫模。 573 推板機構具體設計 （1） 、推板布置 本個塑件采用了推板推出，其分布情況如圖（10）所示，這些推板均勻的分布在 產品底面邊緣處，使制品所受的推出力均衡。 圖（10）推板布置 （2） 、推板的設計 7 本設計中采用臺平面推板，設計時推板的直徑根據不同的設置部位選用不同的直 徑， 。見圖（0） 。推板端平面不應有軸向竄動。推板與型心孔配合一般為 ，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產生飛邊，PA 塑料的溢料9/8/fHf或 間隙為 。 m6.4. 24 591 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和 尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模 溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降 低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。 模具冷卻水路圖 592 冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺 寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決 定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置 與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。 (1) 冷卻管路的位置與尺寸 塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內， 設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直 徑的 12 倍，冷卻孔道之間的間距應維持 35 倍直徑。冷卻孔道直徑通常為 612 mm（7/169/16 英吋） ，在此取 6mm。 （2）單位時間型腔內的總熱量 Q（kJ/h） （4.12）1NGQ 式中 每小時注射次數； 每次塑料的注射量，kg； 單位熱流量， 。1 kgJ/ 25 本設計中成型周期為 20s， =3600/20=180次；N 每次塑料的注射量包括塑件的質量和澆注系統(tǒng)的質量，本設計中塑件的質量為 10.724g 由對流所散發(fā)的熱量 Qd（kJ/h） (4.13) 3 422)3065.0(1874eMMd A 式中 模具平均溫度，本設計中為 30 ；M2 C 室溫，一般取 20 ；eQC 模具表面積， ；MA2m 21M =526820 =0.52682 ；1032514352m2 模具的兩個分型面表面積，為模板面積與塑件側面積之和的兩倍，2MA 即 =332050 =0.33205 ；022 開模率； (4.15) t21 式中 注射成型周期，20s； 注射時間，2s；1t 制品冷卻時間，9.3s 。2 故 =0.435， =0.671 ,03.9 3205.4.5268.0MA2m =81.16371)625.(187.4dQ hkJ/ 式中 模具的四個側表面積，0.52682 ；1MA2m 輻射率，本設計取 0.80；（資料 1P223） 26 模具平均溫度，本設計中為 30 ；M2 C （3） 計算冷卻回路形狀 27 4.7.2.4.1 凹模所需冷卻水管參數 (4.18) inoutGVcQq12 式中 冷卻水入口溫度，設定 20 ；in C 冷卻水出口溫度，本設計要求精度較高，設定出口溫度為out 21 （精度為 3級時進出口溫差應小于 2 ） ；C 冷卻水平均溫度時水的密度，998.2 ； 3/mkg 冷卻水平均溫度時水的比熱容，4.187 ；1c CJ 所需冷卻水的體積流量，Vqh/3 = 2.43201.9817.466310min/ 則冷卻水的平均流速 = =1.61215dqvV2 308.14s/ 將冷卻管道設計成螺旋形半圓水道，直徑 設為 0.008 ，則冷卻水流速dm 應是計算的一倍，即 3.22 。sm/ 凹模冷卻水道長度: 模具熱阻按以下公式計算 (4.19)GplAQt2 式中 模具的熱傳導阻力，表現為溫差， ；C 進入模具的熔體的總熱含量，922.1W；pl 水孔中心至型腔的距離，取 9 ；m 型腔表面積，122783 ；GA2 模具材料的傳熱系數， ，一般鋼材取 ； )/(1054KmW 28 = K410527839.t 73. 可見，冷卻水管壁與型腔壁溫差幾乎為零，即整個型腔溫度可視為相等。 則型腔散熱面積 （4） 計算冷卻回路形狀 (4.20)vQMGG )(015.(13652 式中 型腔的散熱面積， ；m 冷卻水平均溫度，20.5 ；M5C =0.0037 ，制件與型腔的接觸面)5.203)(.015.(136G 2 積為 0.047 ，與計算的散熱面積比較接近。2m 則型芯冷卻水管長度 = =179.96dLG)15.0(8)14.350(7m 凹模冷卻水道參數校核 冷卻水流動狀態(tài)的校核 校核公式為 106Revd 式中 水的運動黏度， ，取 =sm/10.25 則 6257010.83e6 故水的流動屬于穩(wěn)定湍流，有良好的冷卻效果。 冷卻回路壓降計算 (4.22) 2)(3dLpe 式中 水在 時的密度，993.2 ；M53/mkg 冷卻回路因孔行變化或改變方向引起的局部阻力的當量長度，型腔eL 中有一次 90轉彎，得 = = =0.24eLd30108. 29 =671.6Pa2 608. )24.01.(3910.32p 該壓力遠小于一般自來水的壓力，故該方案可靠。 59 模架及標準件的選用 591 模架的選用 1、確定模具的基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、 側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱 流道注射模。 2、模架的選擇 根據對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可選擇非標準型模架，其基本結構如 下： 非標型模具定模采用兩塊模板定模和動模各采用一塊模板（兼作型腔、型 心板使用） ，中間一塊推板模架，適合側澆口，潛伏式澆口，比較簡單的模具作 用，采用的注射成形模具。 由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經過考慮分析， 導柱導套選擇選正裝。 根據所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及模具的外輪廓 尺寸， 經過計算可以知道該模具是一模二腔的模具，而型腔之間的距離在20-30mm 之間 30 把型腔排列成一模二腔可側得長為120mm，寬為90mm。 第 6 章 模具材料的選用 正確選用模具各部分零件的材料，是注射模具設計過程中的一項重要工作， 它直接影響模具的使用壽命，加工成本以及制品的成型質量。選擇模具材料時， 需要根據模具工作條件，從使用性能和加工性能兩方面對材料提高要求。 61 成型零件材料選用 要求 成型零件材料選用的要求如下： （1） 、機械加工性能良好 （2） 、拋光性能良好 注射成型零件工作表面，多需拋光達到鏡面， ，要求鋼材mRa05. 硬度 3540HRC 為宜，過硬表面會使拋光困難。 （3） 、耐磨性和抗疲勞性能好 （4） 、具有耐腐蝕性能 經上述要求分析，本設計模具使用了 3Cr2Mo模具鋼。 62 注射模用鋼種 熱塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供應，本設計 中，采用 3Cr2Mo的預硬模具鋼，這個不做鋼材的分析與選擇，只對 3Cr2Mo鋼 材進行分析。 定模板和推板， 、型心由于采用了該預硬型塑料模具鋼，套筒廉價大量產品， 表面有一定光潔度要求，所以模仁料無需淬火,需要長壽命，選擇 718H，預硬 型拋光塑料模具鋼，預硬硬度達到 48-52HRC 3Cr2NiMo 成份 元 素 C Si Mn Cr MO Ni 含量(%) 0.33 0.3 1.4 2.0 0.2 0.9 31 總結 本次塑料模具設計，全面考慮了塑料成型性