牽引機殼蓋板注塑模具設計（全套含CAD圖紙和三維UG模型）,牽引,機殼,蓋板,注塑,模具設計,全套,CAD,圖紙,三維,UG,模型
課程設計（說明書）
注塑模具課程設計說明書
課題名稱
牽引機殼蓋板注塑模具課程設計說明書
學 院
機電工程學院
專業(yè)班級
XX
學 號
XX
姓 名
XX
指導教師
XXX
起訖日期
XX
2019年 06月01 日
牽引機殼蓋板注塑模具課程設計說明書
【摘要】塑料成型是塑料加工中最普遍的方法，作為塑料成型加工的工具之一的塑料注射模具，在質量、精度、制造周期，以及注射過程中的生產效率等方面影響著產品的質量、產量、成本。本文對塑件材料的性能進行分析，通過對鎖模力和注塑機的選擇與校核的計算確定了注塑機的選擇，并進一步確定模架。對導向結構和脫模機構進行總體設計。本模具采用一模四腔，側澆口進料，注射機采用HTF120J/TJX型號，通過對冷卻系統(tǒng)的設計與計算來設置冷卻系統(tǒng)，最后排氣結構的設計，最后通過開模行程和模具厚度的計算，確定了模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核。通過CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。塑料模設計制造的第一步是塑料產品設計,先在電腦上直接建立產品的三維模型，再根據產品的三維模型進行模具結構設計及優(yōu)化設計，從而作出合理的模具設計。
【關鍵詞】：機械設計，模具設計，CAD繪制二維圖
Design of Injection Molding Mold for Creative Rice Spoon
[Abstract]:Plastic moulding is the most common method in plastic processing. As one of the tools of plastic moulding, plastic injection mould affects the quality, output and cost of products in terms of quality, precision, manufacturing cycle and production efficiency in injection process. In this paper, the properties of plastic parts are analyzed. The selection of injection moulding machine is determined by the selection and checking of clamping force and injection moulding machine, and the mould frame is further determined. The overall design of the guiding structure and demoulding mechanism is carried out. This mold adopts a mold two cavity, the side gate feed, the injection machine adopts the HTF120J/TJX model. Through the design and calculation of the cooling system, the cooling system and the design of the final exhaust structure are set up. Finally, through the calculation of the mold opening stroke and the thickness of the die, the relevant dimensions of the mold and the injection molding machine installation die part are determined. The two-dimensional assembly drawing and part drawing are drawn by CAD and UG, and the reasonable processing method of the die is selected. The first step in the design and manufacture of plastic mould is the design of plastic product. First, the three-dimensional model of the product is established directly on the computer. Then, according to the three-dimensional model of the product, the design and optimization of the mould structure are carried out, so as to make a reasonable design of the mould.
Key words: Mechanical DesignMold，Design,CAD Drawing，Two-Dimensional Drawing.目錄
牽引機殼蓋板注塑模具課程設計說明書 1
DESIGN OF INJECTION MOLDING MOLD FOR CREATIVE RICE SPOON 2
1 緒論 5
1.1 課題背景 5
1.2 課題分析 7
2 塑件分析 8
2.1 產品分析及其技術條件 8
2.2 塑件材料的確定 9
2.3 塑件材料的性能分析 9
2.3.1基本特性 9
2.3.2成型性能 10
3 成型布局及注塑機選擇 11
3.1 進膠方式選擇 11
3.2 型腔的布局及成型尺寸 11
3.3 估算塑件體積質量 13
3.4 注塑機的選擇和校核 13
3.4.1注射膠量的計算 13
3.4.2鎖模力的計算 13
3.4.3 注塑機選擇確定 14
4 模具結構設計 16
4.1 模架的選用 16
4.1.1模架基本類型 16
4.1.2模架的選擇 16
4.1.3導向與定位機構設計 17
4.2 澆注系統(tǒng)的設計 18
4.2.1主流道設計 18
4.2.2分流道的設計 19
4.2.3澆口的設計 20
4.2.4冷料穴的設計 20
4.3 分型面的設計 21
4.4 成型零部件的設計 22
4.4.1成型零部件結構 22
4.4.2成型零部件工作尺寸的計算 24
4.5模具強度與剛度校核 26
4.6 脫模及推出機構 26
4.6.1脫模力 26
4.6.2推出機構 27
4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 28
4.7.1冷卻水道設計的要點 29
4.7.2冷卻水道在定模和動模中的位置 29
4.7.3冷卻水道的計算 30
4.8 排氣結構設計 31
4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 32
4.10 斜頂側向抽芯機構設計 33
圖6.2 模具側抽滑塊圖結論 33
致謝 35
參考文獻 36
3
1 緒論
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[1]。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[2]。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。
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[3]。
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[4]，合理選擇澆口位置、尺寸、注塑工藝參數及冷卻系統(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[5]，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、實用可靠的工藝數據和專家系統(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[6]。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[7]。
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，進而將數據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
1.塑件分析
2.注塑機的成型布局
3.注塑機的選擇
4.模架的選用
5.設計澆注系統(tǒng)
6.模具結構的設計
7.模具主要成型零件設計
8.模具其他尺寸設計
9.成本預算及環(huán)境管理
10.模具設計小結
綜合材料性能和特性等可選出較為合適的塑件材料，依據相關文獻和計算結果可得出基本的模具方案進行簡明的示意圖，從而作出合理的模具設計。運用CAD繪制二維總裝圖和零件圖，運用簡要的文字，選擇合理的加工方法。根據此方案可達到設計的預期效果，并且能提高注塑模的質量。
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牽引機殼蓋板，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。
圖2-1 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。本次產品尺寸均采用MT5級精度，未注采用MT5級精度。
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[8]。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。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。
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?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，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[9]。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，PBT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
聚對苯二甲酸丁二醇酯（Polybutylene terephthalate），又名聚對苯二甲酸四次甲基酯。簡稱PBT。它是對苯二甲酸與1,4-丁二醇的縮聚物。PBT和PET一起被稱為熱塑性聚酯。
PBT注塑之前一定要在110～120℃的溫度下干燥3小時左右，成型加工溫度為250～270℃，模溫控制在50～75℃為宜。因該料從熔融狀態(tài)一經冷卻，則會立即凝固結晶，故其冷卻時間較短；若噴嘴溫度控制不當（偏低），流道（水口）易冷卻固化，會出現(xiàn)堵嘴現(xiàn)象。若料筒溫度超過275℃或熔料在料筒中停留時間超過30分鐘，易引起材料分解變脆。PBT注塑時需用較大水口進膠，不宜使用熱流道系統(tǒng)，模具排氣要良好，宜用“高速、中壓、中溫”的條件成型加工，防火料或加玻纖的PBT水口料不宜再回收利用，停機時需用PE或PP料及時清洗料管，以免碳化。
PBT是在其主鏈上具有酯鍵的直鏈型熱塑性飽和聚酯，其化學名為Polybutylene Terephthalte，簡稱PBT，是與PET樹脂同類別的高聚物。
由于它具有高的熔點和結晶度，吸水率和熱膨脹系數也都很低，因此具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。此外，還具有優(yōu)良的電絕緣性，由吸濕性引起的電性能的變化很小，絕緣電壓很高。
在PBT的聚集態(tài)結構中有結晶區(qū)和非晶區(qū)，因此，可以通過添加其它物質容易地對進行改性，賦予其各種功能。現(xiàn)有難燃型品級、高速成型型品級、高抗沖擊型品級等賦予了各種功能的各種各樣的品級。
連接器、小型開關、電容器殼等電子部件，OA機械的鍵盤及VTR、電話機等的功能機械部件，車用電子部件，車門外部把手等汽車部件。還有，醫(yī)療機械，建筑材料，精密機械等廣泛地應用在我們的日常中的很多用品用具上。
2.3.2成型性能
表2-1 塑件材料的成型性能
注射機類型螺桿式螺桿轉速
30 ~ 60r/min
噴嘴形式直通式噴嘴噴嘴溫度
180~190℃
模具溫度50 ~ 70℃注射壓力
60 ~100Mpa
模具溫度
50 ~ 70℃
注射壓力
60 ~100Mpa
保壓壓力
5 ~ 10Mpa
冷卻時間
5 ~ 15s
周期
15 ~ 30s
后處理方法紅外線烘箱溫度
70℃
后處理方法紅外線烘箱時間
0.3 ~ 1h
備注原材料應預干燥
0.5h以上
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[10]。常用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
由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。側澆口在產品端面處，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
因為本設計中采用側澆口，且塑件的尺寸較小，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，型腔布局如圖。
圖3-1 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CAD軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的體積為5.99，PBT的密度為1.3，即可以得出該塑件制品的質量約為7.79g。
3.4 注塑機的選擇和校核
3.4.1注射膠量的計算
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：
（3-1）
式中：--型腔數量
--單個塑件的重量（g）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）
本設計中：n=4
m≥（4x7.79+3.83）/0.8 即m≥45.12g
因而預選注塑機額定注塑量最少為45.12g以上
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[11]:
= （3-2）
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
n=4 =3332 =832
本設計中 =4x7622.26+405.1=14160
鎖模力和成型面積的關系根據依照以下計算公式確定：
(3-3)
式中 —鎖模力，kN；
—型腔壓力，MPa ；
A —成型投影面積，mm2；
一般熔料經噴嘴時其注射壓力達60～80MPa，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=30×14160/1000=424.8kN
得出預選注塑機額定注塑壓力為1200kN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HTF120J/TJX。其相關性能符合成型方案要求，以下相關參數：
表3-1 HTF120J/TJX注塑機參數
注射裝置
INJECTION UNIT
A
B
C
螺桿直徑
Screw Diameter
mm
36
40
45
螺桿長徑比
Screw L/D Ratio
L/D
23.3
20
18.7
理論容量
Shot Size(Theoretical)
cm3
173
214
270
注射重量
Injection Weight(PS)
g
157
195
246
注射壓力
Injection Pressure
Mpa
197
160
126
螺桿轉速
Screw Speed
rpm
0～195
合模裝置
CLAMPING UNIT
合模力
Clamp Tonnage
KN
1200
移模行程
Toggle Stroke
mm
350
拉桿內距
Space Between Tie Bars
mm
410x410
最大模厚
Max.Mold Height
mm
430
最小模厚
Min.Mold Height
mm
150
頂出行程
Ejector Stroke
mm
120
頂出力
Ejector Tonnage
KN
33
頂出桿根數
Ejector Number
Piece
5
其它
OTHERS
最大油泵壓力
Max.Pump Pressure
MPa
16
油泵馬達
Pump Motor Power
kw
11
電熱功率
Heater Power
kw
9.75
外形尺寸
Machine Dimension(LxWxH)
m
4.92x1.33x1.95
重量
Machine Weight
t
4.56
料斗容積
Hopper Capacity
kg
25
油箱容積
Oil Tank Capacity
L
240
4 模具結構設計
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[12]。
4.1.2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CI型的模架，其基本結構如圖所示：
圖4-1 模架結構圖
CI型模具定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，又叫兩板模，大水口模架，適合側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（180）+復位桿的直徑+螺釘的直徑+模板壁厚300mm
模架的寬W=型腔寬度（170）+導向桿的直徑+模板壁厚+滑塊厚度270mm
根據成型型腔的尺寸，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60mm，動模板厚度取60mm?？紤]頂出行程要求，支撐板取80mm以滿足。
綜上所述所選擇的模架的型號為：CI-2730-A60-B60-C80。
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[13]。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。
（2） 根據模具的形狀和大小，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6-8mm
（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。
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[14]，本設計中采用普通側澆口澆注系統(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HTF120J/TJX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+（0.5~1）=3.5mm
主流道設計成圓錐形，其錐角ɑ通常為2~4°，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，此處的錐角選用1°，主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1~2mm。這里取主流道球面半徑R16mm，經測量主流道長度L取100mm。
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[15]，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取Ra為1.6m，本設計選擇圓形截面的分流道，d=3mm，采用流道布局如圖所示：
圖4-2 流道布局
4.2.3澆口的設計
側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。
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，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Z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：
圖4-3 拉料針
4.3 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。
圖4-4 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[16]，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[17]。
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。
圖4-5 型腔3D圖
圖4-6 型芯3D圖
4.4.2成型零部件工作尺寸的計算
在模具中，決定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。成型零件包含凹模、型芯、成形螺桿等零部件。
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塑件的尺寸與精度等級確定相應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，主要包括以下幾個方面：
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：
=(Smax-Smin)Ls （4-1）
式中：為塑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（%）；
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的1/4以內。
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1/4。
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，而大型零件，應在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[18]。
綜上所述，在模具型腔與型芯的設計中，應綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設計時進行有效的補償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補償值應在試模后進行逐步修訂。
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。其中平均收縮率法以平均概念進行計算，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算，公式如以下：
1. 凹模的內形尺寸：
（4-2）
式中：為型腔內形尺寸(mm)；
為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取1.6%；
Δs為塑件公差，查表知HDPE塑件精度等級取5級；
所以凹模尺寸如下：
凹模深度的尺寸計算：
（4-3）
式中：凸模/型芯高度尺寸(mm)；
為塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內形深度尺寸；
Δs 、K 含義如（4-2）式中。
H=
2. 凸模的外形尺寸計算：
式中：凸模/型芯外形尺寸(mm)；
為塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的實際內形尺寸；
Δs 、k含義如（4-2）式中。
所以型芯的尺寸如下：
型芯的深度尺寸計算：
（4-4）
式中：為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
為塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內形深度尺寸；
Δs 、k含義如（4-2）式中。凸模的高度為：
。
4.5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。
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，然后再優(yōu)化模具結構，充分提高模具強度[19]。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。
4.6 脫模及推出機構
4.6.1脫模力
脫模力的產生范圍：
①（脫模）塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產生包緊力。
②不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。
③機構本身運動的磨擦阻力。
④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；
（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。
該塑件采用了推塊，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，PBT塑料的溢料間隙為。
圖4-7 推桿布局
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)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。
4.7.1冷卻水道設計的要點
a．冷卻水孔的數量越多，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，可以適當地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，根據冷卻系統(tǒng)的設計原則，冷卻水道應圍繞模具所成型的制品，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?。瑢τ谶@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：
圖4-8 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：
Q=W1 × a （4-5）
式中 W1—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=5.488×1．1÷1．6×130≈490.49J
則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計算：
（4-6）
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；
經計算 W≈378．997 g/h
由下式可以計算出冷卻水道的直徑：
（4-7）
式中 —冷卻液容重kg/cm3 =0.001 kg/cm3，
L —冷卻水道長度cm L=16.4cm
d—冷卻水道直徑cm
經計算d≈5.628 cm，取6mm
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?？焖俪淠?，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,本設計選用機臺拉桿間距為455×455,模具長寬為450x450，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
（4-8）
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設計中模具厚度為250mm 150
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