同步輪塑件精密注塑模具設計【一模四腔】【側抽芯】【說明書+CAD+UG】

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The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTF80XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two- dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection. 3 1 前言 1.1 課題背景 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的基礎工藝裝備。在汽車、電機、儀表、電器、 電子、通信、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且隨著 近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越高，結構也越來越復雜。用模具 生產制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產效率和低耗率，是其 它加工制造方法所不能比擬的。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在 強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷地擴大，越來越普遍 地采用塑料成型。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制 品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模 具，在質量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產效率等方面水平高低，直 接影響產品的質量、產量、成本及產品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭 中的反映能力和速度。 注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很 多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射 機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射 機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注 射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、 加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。 由于模具的使用特點，決定了模具設計也區(qū)別與其他行業(yè)。模具設計要考慮的 要點如下: a塑件的物理力學性能，如強度、剛度、韌性、彈性、吸水性以及對應力的 敏感性，不同塑料品種其性能各有所長，在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點， 避免或補償其缺點。 4 b塑料的成型工藝性，如流動性、成型收縮率的各向差異等。塑件形狀應有 利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻冷卻或使 熱固性塑料制品均勻地固化。 c塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化，特別是避免側向分型抽芯機構和 簡化脫模結構。使模具零件符合制造工藝的要求。 對于特殊用途的制品，還要考慮其光學性能、熱學性能、電性能、耐腐蝕性能 等。 目前，我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大型、 精密、復雜、長壽命的模具。在塑料模具方面，能設計制造汽車保險杠及整體儀表 盤大型注射模。一些塑料模主要生產企業(yè)利用計算機輔助分析(CAE)技術對塑料注 塑過程進行流動分析、冷卻分析、應力分析等，合理選擇澆口位置、尺寸、注塑工 藝參數(shù)及冷卻系統(tǒng)的布置等，使模具設計方案進一步優(yōu)化，也縮短了模具設計和制 造周期采用模具先進加工技術及設備，使模具制造能力大為提高。采用 CAE 技術， 可以完全代替試模，CAE 技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案，在模具制 造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、 保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹 曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等 到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚 至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經濟意義。 某些國外電加工機床具有內容豐富、實用可靠的工藝數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，使模具的深 槽窄縫加工、微細加工、鏡面加工等效率和質量大大提高。新的模糊控制系統(tǒng)具有 加工反力的監(jiān)測和控制，提高了大面積加工的深度控制精度。電火花混粉加工技術 的應用有效地提高了模具表面質量。模具逆向工程技術、快速經濟模具制造技術、 三維掃描測量技術及數(shù)控模具雕刻機的發(fā)展與應用，對模具制造能力的提高也起到 了很大作用。我國經濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯， 這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內模具市場將繼 5 續(xù)高速發(fā)展；另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具 采購趨向也十分明顯。 隨著計算機技術的發(fā)展應用，模具設計與制造技術正朝著數(shù)字化方向發(fā)展。特 別是模具成型零件方面的軟件等，這些技術采用計算機輔助設計，進而將數(shù)據(jù)交換 到加工制造設備，實現(xiàn)計算機輔助制造，或將設計與制造連成一體實現(xiàn)設計制造一 體化。 1.2 課題分析 本課題內容是對同步輪進行測繪、模具設計、加工工藝分析?；谏a實踐之 上的對產品進行模具設計，模具設計主要內容有型腔布局、澆口形式與位置、模胚 選擇、分型面的確定、冷卻系統(tǒng)設置、推出機構設置、注塑機臺選擇及注塑工藝分 析等。 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術 要求，本模具采用一模四腔布局，點澆口進料，注射機采用 HTF80XB 型號，設置冷 卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意 圖和和計算分析，從而作出合理的模具設計。選擇合理的加工方法。模具方案確定 后進行工藝分析。根據(jù)此方案可以達到設計的預期效果，并且大大提高了注塑模的 質量。 6 2 塑件分析 2.1 產品分析及其技術條件 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。 課題目標產品是一個生活中常見的同步輪，其零件外形如圖所示。具體結構和 尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產量大，要求較低的模具成本，成型容易，精 度要求不高。 產品 3D 視圖 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加 工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得 低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公差等級確定精度 等級。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產品尺寸均采用 MT5 級精度，未注采用 MT8 級 精度。 7 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免 冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面 粗糙度一般為 Ra 0.02 1.25 之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的 1/2，即m Ra 0.010.63 。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所 以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高，為 Ra0.8 ，內部為 Ra1.2 。mm 2.2 塑件材料的確定 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動 性。可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀而 不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度 小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能 好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防 輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。 此產品壁厚均勻，POM 性能優(yōu)良，成本低廉，符合需求生產量大的要求，容易 成型，對于本課題零件相當適用，所以在這選擇其為產品的材料。 2.3 塑件材料的性能分析 2.3.1 基本特性 POM 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性， 使 POM 具有良好的綜合理學性能。丙烯腈使 POM 有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面 硬度，丁二烯使 POM 堅韌，苯乙烯使 POM 有良好的加工性和染色性能。POM 價格便 宜原料易得，是目前產量最大、應用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑 性塑料。 8 POM 無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤， 、不透明，密度為 1.02-1.05g/cm3。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水 性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對 POM 幾乎沒有影響， POM 不 溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴 中會溶解或形成乳濁液。POM 表面受冰醋酸，植物油等化學藥品的侵蝕時會引起應 力開裂， POM 有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高， 尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經過調色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高， 連續(xù)工作溫度為 70 左右，熱變形溫度約為 93 耐氣候性差，在紫外線作用下C C POM 易變硬發(fā)脆。 POM 的性能指標：密度 1.021.05（ ） ，收縮率 ，熔3dmKg%8.03 點 ，彎曲強度 80Mpa，拉伸強度 35 49Mpa，拉伸彈性模量 1.8Gpa，彎C1603 曲彈性模量 1.4Gpa，壓縮強度 18 39Mpa，缺口沖擊強度 11 20 ，硬度2mkJ 62 86HRR，體積電阻系數(shù) 。POM 的熱變形溫度為 93 118，制品經退火c130 處理后還可提高 10左右。POM 在-40時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在- 40 100的溫度范圍內使用。 2.3.2 成型性能 POM 易 吸 水 ， 使 成 型 塑 件 表 面 出 現(xiàn) 斑 痕 、 云 紋 等 缺 陷 。 因 此 ， 成 型 加 工 前 應 進 行 干 燥 處 理 ； POM 在 升 溫 時 黏 度 增 高 ， 黏 度 對 剪 切 速 率 的 依 賴 性 很 強 ， 因 此 模 具 設 計 中 大 都 采 用 點 澆 口 形 式 ， 成 型 壓 力 較 高 ， 塑 件 上 的 脫 模 斜 度 宜 稍 大 ； 易 產 生 熔 接 痕 ， 模 具 設 計 時 應 該 注 意 盡 量 減 小 澆 注 系 統(tǒng) 對 料 流 的 阻 力 ； 在 正 常 的 成 型 條 件 下 ， 壁 厚 、 熔 料 溫 度 對 收 縮 率 影 響 及 小 。 要 求 塑 件 精 度 高 時 ， 模 具 溫 度 可 控 制 在 50 60 ， 要 求 塑 件 光 澤 和 耐 熱 時 ， 模 具 溫 度 應 控 制 在 60 80 。 POM 比 熱 容 低 ， 塑 化 效 率 高 ， 凝 固 也 快 ， 故 成 型 周 期 短 。 2.3.3 主要用途 9 POM 在機械工業(yè)上用來制造殼體蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄 電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用 POM 制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣 調節(jié)導管等，還可用 POM 夾層板制小轎車車身。POM 還可用來制造水表殼，紡織器 材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農藥噴霧器及家具等。 10 3 成型布局及注塑機選擇 3.1 進膠方式選擇 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。常向的澆 口形式有直接澆口，點澆口，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 由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用點澆口。點澆口在產品端面 處，成形后切除澆口, 零件組裝時澆口被遮擋起來。 3.2 型腔的布局及成型尺寸 11 因為本設計中采用點澆口，且塑件的尺寸小，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，采用一模四腔，進行加工生產。 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。 成型型腔尺寸依據(jù)塑件布局計算確定，需考量成形封閉結合面大小，太大造成 模具尺寸過大，成本浪費，太小易導致成型時溢料飛邊，甚至型腔變形。因模具是 一模四腔，考量排布可得型腔長為 300mm，寬為 250mm。塑件的高度為 31.4mm，塑 件的大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20- 40mm，因此得出成型型腔總體厚度為 50mm。型腔布局如圖。 12 型腔布局 3.3 估算塑件體積質量 本次設計中，塑件的質量和體積采用 3D 測量，在 UG 軟件中，使用塑模部件驗 證功能，可以測得塑件的體積為 0.944 ，POM 的密度為 1.03 ，即可以得3cm3/cmg 出該塑件制品的質量約為 0.97g。 3.4 注塑機的選擇和校核 3.4.1 注射膠量的計算 13 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(shù)量n -單個塑件的重量（g）1m -澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）2 本設計中：n=4 0.97 g =5 g 1m2 m（4x0.97+5）/0.8=11.1g 即 m11.11g 因而預選注塑機額定注塑量為 124g 上，所以滿足要求。 3.4.2 鎖模力的計算 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力，不然模具分型面要分開 而產生溢料。塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。 成型投影面積 =2An21 式中 n -型腔數(shù)目 -單個塑件在模具分型面上的投影面積1A -澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積2 14 n=4 =140 =300 1A2m2 本設計中 =4x140+300=86021n2 鎖模力和成型面積的關系根據(jù)依照以下計算公式確定： 10PA腔鎖 式中 鎖模力，kN；P鎖 型腔壓力，MPa ；腔 A 成型投影面積，mm 2； 一般熔料經噴嘴時其注射壓力達 6080MPa，經澆注系統(tǒng)入型腔時型腔壓力通 常為 20-40MPa，這里取 30MPa。 計算： A/1000=30860/1000=25.8 kN (取整 26 kN)P腔 得出預選注塑機額定注塑壓力為 800 kN 以上。 3.4.3 注塑機選擇確定 綜合考慮以上因素，選定注射機為 HTF80XB。其相關性能符合成型方案要求， 以下相關參數(shù)： 型號 參數(shù) 單位 80A 80B 80C 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 111 124 153 注射重量 PS g 101 113 139 注射壓力 Mpa 206 183 149 15 注射行程 mm 122 螺桿轉速 r/min 0220 料筒加熱功率 KW 5.7 鎖模力 KN 800 拉桿內間距(水平垂直) mm 365365 允許最大模具厚度 mm 360 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距(最大) mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動機功率 KW 11 油箱容積 l 200 機器尺寸(長寬高) m 4.31.251.8 機器重量 t 3.22 最小模具尺寸(長寬) mm 240240 表 注塑機參數(shù)(部分) 16 4 注塑模具設計 4.1 模架的選用 4.1.1 模架基本類型 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。 4.1.2 模架的選擇 根據(jù)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 GAI 型的模架，其基本結構如圖所 示： 17 模架結構圖 GAI 型模具定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，又叫兩板模，簡化細水口 模架，適合點澆口的注射成形模具。 由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(jù)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，以此分析計算： 模架的長 L=型腔長度（170）+復位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?模板壁厚 300mm 模架的寬 W=型腔寬度（48）+導向桿的直徑+滑塊厚度+模板壁厚 250mm 根據(jù)成型型腔的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其他螺絲導柱等 零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。參考成型型腔厚度，考慮模板強度要 求，定模板厚度取 160mm，動模板厚度取 110mm?？紤]頂出行程要求，支撐板取 190mm 以滿足。 綜上所述所選擇的模架的型號為：GAI-2530-A50-B70-C80-L230。 4.1.3 導向與定位機構設計 導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向和位 置。導向零件承受一定的側向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件包括導柱 和導套等。 1. 導向結構的總體設計 （1） 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，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后 發(fā)生變形。 18 （2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要 2-4 個導柱。如果，模具的 凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導柱，或用兩個直 徑相同，但錯開位置的導柱。 （3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。 （4） 導柱和導套在分型面處應有承屑槽 （5） 導柱導套及導向孔的軸線應保證平行 （6） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成型零 件。 2. 導柱的設計 （1） 有單節(jié)與臺階式之分 （2） 導柱的長度必須高出公模端面 68mm （3） 導柱頭部應有圓錐或球形的引導部分 （4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定 （5） 其表面應熱處理，以保證耐磨。 3. 導套和導向孔 （1） 無導套的導向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導向孔必須做成盲 孔，側壁增加排氣孔。 （2） 導套有套筒式臺階式凸臺式 （3） 為了導柱順利進入導套孔，在導套前端應倒有圓角 r。 19 一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內零件的準確 對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內零件互相碰撞與干涉,起到合模導向 的作用. 4.2 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。 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 4.2.1 主流道設計 所選用 HTF80XB 型注射劑噴嘴有關尺寸如下： 噴嘴前段孔徑 d0=3mm 噴嘴圓弧半徑 R0=12mm 為了使凝料能夠順利拔出，主流道的小段直徑 d 應稍大于噴嘴直徑。 d=d0+（0.51）=3.5mm 主流道設計成圓錐形，其錐角通常為 24，過大的錐角會才產生湍流或渦流， 卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使沖模時熔體的流動阻力過大，此處 20 的錐角選用 2，主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大 12mm。這里取主流道球面半 徑 R16mm，經測量主流道長度 L 取 30mm。 4.2.2 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的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)。其作用是改變熔體流向，使其以平穩(wěn)的 流態(tài)均衡地分配到各個型腔，分流道的長度應該盡可能短，折彎少，盡量減少流動 過程中的熱量損失與壓力損失，節(jié)約塑料的原材料和降低能耗。由于分流道中與模 具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面 粗糙度值不要太低，一般取 Ra 為 1.6 m，本設計選擇梯形截面的分流道， ，采用流 道布局如圖所示： 流道布局 4.2.3 澆口的設計 點澆口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般開設在分型面上，一般塑料熔 體從外側充填模具型腔，其截面形狀多為矩形。點澆口的寬度和深度尺寸作如下取 21 值： 寬度 b=5 m 深度 t=3 mm 4.2.4 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(xiàn)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 5mm，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的倒扣形式 有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推桿配用，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，最后在推桿的作用下將 冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。如圖： 澆注系統(tǒng)與拉料針 22 4.3 分型面的設計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€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）使推桿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(jù)本模具制件的外觀特點，采用平面分型面，并選擇 在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，如圖所示。 23 分型面的選擇 4.4 成型零部件的設計 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。一般包括型腔、型芯、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。 4.4.1 成型零部件結構 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。 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。 24 本設計中采用嵌入式型腔及型芯，如圖所示。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(shù)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(shù)控加工或電火花加工。 型腔 3D 圖 25 型芯 3D 圖 4.4.2 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(jù)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(jù)。 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 26 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 POM 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： A=B+0.005B 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 1.型腔和型芯徑向尺寸的計算 型腔徑向尺寸計算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差 Lm-模具型腔徑向基本尺寸 Ls-塑件外表面的徑向基本尺寸 S-塑料平均收縮率 X-修正系數(shù)（0.50.75） -塑件外表面徑向基本尺寸的公差 所以 = （1+0.005）23.5-0.75x0.26 =23.77(-0.03) 型芯徑向尺寸計算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯徑向基本尺寸 ls-塑件內表面的徑向基本尺寸 所以 = （1+0.005）13.5+0.75x0.26 27 =13.79 (+0.03) 2.型腔深度和型芯高度尺寸的計算 型腔深度：Hm=（1+s）Hs-X+制造公差 Hm-模具型腔深度基本尺寸 Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸 X-修正系數(shù)（0.50.75） =（1+0.005）13-0.75x0.26 =13.17（+0.03） 型芯高度：hm=（1+s）Hs-X+制造公差 hm-模具型芯高度基本尺寸 hs-塑件孔或凹槽深度尺寸 =（1+0.005）13+0.75*0.26 =13.17（+0.03） 4.4.3 模具強度與剛度校核 普通意義上的模具強度包括模具的強度、剛度。模具的各種成型零部件和結構 零部件均有強度、剛度的要求，足夠的強度才可以保證模具能正常工作。 由于模具形式較多，計算也不盡相同且較復雜，實際生產中，采用經驗設計和 強度校核相結合的方法，通過強度校核來調整設計，保證模具能正常工作。 28 模具強度計算較為復雜，一般采用簡化的計算方法,計算時采取保守的做法， 原則是：選取最不利的受力結構形式，選用較大的安全系數(shù)，然后再優(yōu)化模具結構， 充分提高模具強度。為保證模具能正常工作，不僅要校核模具的整體性強度，也要 校核模具局部結構的強度。 整體性強度主要針對型腔側壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的壓力等 幾個方面，實際選用尺寸應大于計算尺寸并取整。校核時應從強度與彎曲兩個方面 分別計算，選取較大的尺寸。 4.5 側向抽芯機構類型選擇與設計 4.5.1 側向抽芯機構類型 一 般 指 的 模 具 的 行 位 機 構 ， 即 凡 是 能 夠 獲 得 側 向 抽 芯 或 側 向 分 型 以 及 復 位 動 作 來 拖 出 產 品 倒 扣 ， 低 陷 等 位 置 的 機 構 。 下 圖 列 出 模 具 的 常 用 行 位 結 構 。 從 作 用 位 置 分 為 下 模 行 位 、 上 模 行 位 、 斜 行 位 （ 斜 頂 ） 從 動 力 來 分 ， 為 機 動 側 向 行 位 機 構 和 液 壓 （ 氣 壓 ） 側 向 行 位 機 構 29 側向抽芯機構類型 1.滑塊的設計 滑塊設計的要點在于滑塊與側向型芯連接以及注射成型時制品尺寸的準確性和移動 的可靠性，滑塊分為整體式和組合式兩種?；瑝K材料常用 45 鋼或 T8、T10 等制造， 要求硬度在 HRC40 以上。 2.導滑槽設計 導滑槽與滑塊導滑部分采用間隙配合，一般采用 H8/f8?；瑝K的滑動配合長度通常 要大于滑塊寬度的 1.5 倍，而保留在導滑槽內的長度不應小于導滑配合長度的 2/3，導滑槽材料通常用 45 鋼制造，調質至 HRC 28HRC32， 3.滑塊定位裝置設計 30 由于我們采用的是后模行位的形式，根據(jù)生產的實際情況，采用行位壓板的方式， 主要作用為固定與導向作用。 4.楔緊塊設計 楔緊角 應比斜導柱的傾斜角 大 23。 5.斜導柱抽芯機構的結構形式 斜導柱和滑塊在模具上因安裝位置不同，組成了抽芯機構的不同結構形式。 1）斜導柱在定模上、滑塊在動模上的結構 A、設計時必須注意，滑塊與推桿在合模復位過程中不能發(fā)生“干涉”現(xiàn)象。所謂 干涉現(xiàn)象是指滑塊的復位先于推桿的復位致使活動側向型芯與推桿相碰撞，造成活 動側向型芯或推桿損壞。 B、如果發(fā)生干涉，常用的先復位附加裝置有彈簧先復位、楔形滑塊先復位、擺桿 先復位等多種形式。 2）斜導柱在動模上、滑塊在定模上的結構 3）斜導柱和滑塊同在定模上 4）斜導柱和滑塊同在動模上 4.5.2 側向抽芯機構主要參數(shù)的確定 1.抽芯距 S 型芯從成型位置到不妨礙塑件的脫模推出位置所移動的距離叫理論抽芯距，用 S表示。為了安全起見，實際抽芯距離 S 通常比理論抽芯距離 S大 23mm，即 S = S+（23）mm 本次設計中 S=6.65mm，所以 S=6.65+310mm。 2.斜導柱傾斜角 31 導柱傾斜角 是決定斜導柱抽芯機構工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了 開模行程和斜導柱長度，而且對斜導柱的受力狀況有著重要影響。決定傾斜角大小 時，應從抽芯距、開模行程和斜導柱受力幾個方面綜合考慮。實際生產中，一般取 =1225。 本次設計取 =23。 3.斜導柱直徑 d 斜導柱直徑計算公式為 3210costwFHd 式中： 斜導柱直徑，mm；d 脫模力，N；tF 側型芯滑塊受的脫模力作業(yè)線與斜導柱中心線的交點到斜wH 導柱固定板的距離，mm； 斜導柱所用材料的許用彎曲應力，MPa；w 斜導柱傾斜角。 本次模具設計中，計算如下： =11.53mm3210costwFHd 取 d 為 12mm。 32 4.斜導柱的總長度 zL 斜導柱總長度計算公式為 （510）mm2tantancos2sizdhdSL 式中： 斜導柱總長度，mm；zL 斜導柱固定部分大端直徑，mm；2d 斜導柱傾斜角； 斜導柱固定板厚度，mm；h 斜導柱工作部分直徑，mm；d 抽芯距，mm。S 本次模具設計中，計算如下： （510）mm=72mm2tantancos2sizdhdSL 33 側向抽芯機構 4.6 脫模及推出機構 4.6.1 脫模力 脫模力的產生范圍： （脫模）塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產生包緊力。 不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。 機構本身運動的磨擦阻力。 塑件與模具之間的粘附力。 初始脫模力，開始脫模進的瞬間防要克服的阻力。 相繼脫模力，后面防需的脫模力，比初始脫模力小，防止計算脫模力時，一般 34 計算初始脫模力。 脫模力的影響因素： a 脫模力與塑件壁厚，型芯長度，垂直于脫模方向塑件的投影面積有關，各 項值越大，則脫模力越大。 b 塑件收縮率，彈性模量 E 越大，脫模力越大。 c 塑件與芯子磨擦力俞大，則脫模阻力俞大。 d 排除大氣壓力和塑件對型芯的粘附等因素，則型芯斜角大到，塑件則自動 脫落。 4.6.2 推出機構 塑件從模具上取下以前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。 脫模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(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機構、推管推出機構、推板 推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和斜滑桿側抽芯機構等。 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）推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產生隙裂； 35 （4）推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產生彈性變形； （5）推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 考慮到塑件的特征等要求不高，決定選用簡單推出機構中最簡單、使用最廣泛 的推桿推出機構。推桿將塑件從動模的型芯推出脫模，由于設置推桿的自由度較大， 而且設計推桿截面為圓形，這樣制造、修配方便，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，推桿損壞后也便更 換，因此選擇推桿機構推出是最合理的。 該塑件采用了 3mm 推桿，其分布情況如圖所示，這些推桿的作用，使制品受推 出力從而脫模。采用臺肩形式的圓形截面推桿，設計時推桿的直徑根據(jù)不同的設置 部位選用不同的直徑。推桿端平面不應有軸向竄動。推桿與推桿孔配合一般為 ，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產生飛邊，POM 塑料的溢9/8/fHf或 料間隙為 。m06.4. 推桿布局 36 推出機構 4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 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。 由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射 到模具內的塑料粉體的溫度為 左右，熔體固化成為塑件后，從 左右的C20 C60 模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低 模溫（一般小于 ）的塑料，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的80 流量就可以調節(jié)模具的溫度。 37 4.7.1 冷卻水道設計的要點 a冷卻水孔的數(shù)量越多，對塑件冷卻也就越均勻。 b冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔的形狀 一致。 c塑件局部壁厚處，應加設冷卻裝置。當設計冷卻孔直徑為 D 時，它的孔距 最好為 5D，孔與型腔的距離為 3D。 d當大型塑件或薄壁零件成型時，料流較長，而料溫越流越低，可以適當?shù)?改變冷卻水道的排列密度。 e冷卻水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低強度。 f冷卻水道不應穿過接縫部分，以防漏水。 g冷卻水道內不應有存水或產生回流的部分。 h澆口部分由于經常接觸注塑機噴嘴，是模具上最熱的部分，應加強冷卻， 有時應考慮進料嘴單獨冷卻。 i進出水水嘴接頭，應設在不影響操作的方向，盡可能設在模具的同一側， 通常在注塑機操作的對面。 j如果型芯太長，冷卻水道無法開設，則可以選用熱導系數(shù)較大的材料，在 型芯下部采用噴水法進行冷卻。 4.7.2 冷卻水道在定模和動模中的位置 冷卻水道的位置取決于制品的形狀和定、動模板的厚度，原則上冷卻水道應設 置在塑料向模具熱傳導困難的地方，根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則，冷卻水道應圍繞模 38 具所成型的制品，且盡量排列均勻一致。不少小型模具的型腔時直接在模板上加工 而成的（也可以采用拼鑲結構，但是由于模具尺寸較小，所以型腔與型芯的鑲件尺 寸更小） ，對于這類模具，可以直接在模板上設置冷卻水道。 在模板上直接設置冷卻水道，同樣應遵循冷卻系統(tǒng)的設計原則，使冷卻水道盡 量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過程中冷卻均勻。 本設計中型芯型腔各一組冷卻水回路, 此方式冷卻快速, 塑件冷卻均勻, 確保 尺寸變形一致。冷卻水路排布如圖所示： 模具冷卻水路圖 4.7.3 冷卻水道的計算 冷卻計算：單位時間內進入模具應除去的總熱量 Q，可以用參考文獻中的公式 計算 ：5 Q=W1 a 39 式中 W 1單位時間內進入模具的塑料的重量 g a克塑料的熱容量(J/g) 經計算：Q=6182651116130552574J 則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計算： 134()WaKT 式中 W通過模具冷卻水的重量(g/h) T3出水溫度 T4入水溫度 K熱傳導系數(shù)； 經計算 W378997 g/h 由下式可以計算出冷卻水道的直徑： WdL 式中 冷卻液容重 kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷卻水道長度 cm L=400mm d冷卻水道直徑 cm 經計算 d9.428 cm，取 10mm 40 4.8 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，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓 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，利用推桿運動間隙排氣等。 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。 4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 1.模具長寬尺寸 模具長寬尺度必須小于注塑機拉桿間距,經核算機臺選用合適。 2.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in 41 -注射機允許的最小模厚maxH 本設計中模具厚度為 300mm 150H360， 符合要求 3.開模行程（S） 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，對于單 分型面注射模應有： Smax S= H1 + H2 + H3 + C 式中 H1-模具厚度 H2-頂出行程 H3 -包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 C 安全距離 本設計中 =670 =300 mm =35mm H3 =60mm C 取 100mmmaxS12 總的開模距離需要 S=495mm 以上. 經計算，符合要求。 42 5 結語 本次模具設計課題，通過對塑件的工藝分析，確定模具的總體設計，并進行各 個子系統(tǒng)的設計。所設計的模具能滿足其工作狀態(tài)的質量要求，使用時安全可靠， 易于維修，在注塑成型時有較短的成型周期，成型后有較長的使用壽命，具有合理 的模具制造工藝性。 通過以上工作，我對一套模具從設計到加工的全過程有了清醒而直觀的認識， 了解了注塑模的工作原理，對模具中型腔等主要零件的設計及精度的確定具備了一 定的經驗知識，能夠對模具設計中常出現(xiàn)的問題提出了合理的解決方法，能夠正確 地選取注塑機、確定模架的結構及尺寸、確定型腔數(shù)、選擇分型面、設計澆注系統(tǒng)、 抽芯機構等。由于知識及實踐經驗的缺乏，在設計過程中，零件加工精度的確定尚 存在許多不足之處，在以后的工作、學習中還有待改進。 43 致謝 在為期三個月的畢業(yè)設計過程中，我深深地感覺到基礎知識的重要，通過這次 設計我又重新溫故，受益非淺。在設計中對 Auto CAD、UG 等繪圖軟件的應用更加 熟悉，但是對于某些方面還是運用不夠靈活。在模具設計中，參照模具設計手冊， 設計出了較為合理的模具，但在一些細節(jié)問題的處理上仍欠缺考慮，掌握了簡單零 件的分型，對于比較復雜的平面的模具設計仍需要繼續(xù)學習。整個畢業(yè)設計過程中， 我學到了很多東西，對待設計的嚴謹，工作態(tài)度的嚴肅認真。 設計中承蒙 XXX 老師的悉心指導和幫助，在畢業(yè)設計過程中提供了很多寶貴的 資料、設計和方向、設計思路，以及模具結構原理方面的知識，在此向他表示衷心 的感謝。因本人工程實踐經驗與理論水平有限，時間較短，設計過程中難免存在錯 誤，懇請廣大老師不吝批評指正。 44 附圖 45 參考文獻 1陳孝康，周興隆實用模具技術手冊M北京：中國輕工業(yè)出版社，2001 2彭建生模具設計與加工速查手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2005 3申開智塑料成型模具M北京：中國輕工業(yè)出版社，2002 4劉守勇機械制造工藝與機床夾具M北京：機械工業(yè)出版社，2000 5張錚模具制造技術M 北京：電子工業(yè)出版社，2002 6丁聞實用塑料成型模具設計手冊M西安：西安交通大學出版社，1993 7李志剛，夏巨諶中國模具設計大典M中國機械工程學會，2003 8潘寶權模具制造工藝M北京：機械工業(yè)出版社，2004 9王伯平互換性與測量技術M北京：機械工業(yè)出版社，2002 10李益民機械制造工藝設計簡明手冊M北京：機械工業(yè)出版社，1993 11李云程模具制造技術M北京：機械工業(yè)出版社，2002 12黃誠駒，李鄂琴逆向工程項目實訓教程M北京：電子工業(yè)出版社， 2004 13劉彥國，嚴慧萍注塑成型模腔數(shù)量的擇優(yōu)確定 J電加工與模，2006