矩形開關(guān)外殼罩殼的注塑模具設(shè)計(jì)-抽芯塑料注射模含10張CAD圖,矩形,開關(guān),外殼,罩殼,注塑,模具設(shè)計(jì),塑料,注射,10,cad
矩形開關(guān)外殼注塑模具設(shè)計(jì)
【摘要】
本文以矩形罩殼為對(duì)象，詳細(xì)介紹其注射模設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用PRO/ENGINEER軟件，根據(jù)制件的零件圖進(jìn)行零件的三維造型，并在對(duì)該模型進(jìn)行成型性分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了必要的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用模具專家系統(tǒng)EMX，提高了設(shè)計(jì)效率。通過Autocad完成工程圖的制作，根據(jù)注塑的額定注塑量我們可以確定模具的型腔為一模2腔，排列方式為直線對(duì)稱排列，制件有側(cè)孔，無法直接脫模，所以我們需要設(shè)計(jì)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，利用斜導(dǎo)柱帶動(dòng)滑塊來完成側(cè)孔的橫向抽芯，最后當(dāng)主流道余料全部被拉出后，再利用推桿推出機(jī)構(gòu)完成塑件的推出。由于塑件比較大，所以需要設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)對(duì)制件進(jìn)行局部冷卻，防止制件發(fā)生翹曲變形設(shè)計(jì)中綜合考慮了各方面的因素并通過調(diào)研對(duì)模具進(jìn)行了估價(jià)。
關(guān)鍵詞：矩形罩殼；三維造型；注塑模；設(shè)計(jì)。
II
ABSTRACT
The graduation design topic is: rectangular casing of the plastic parts injection mould. Based on rectangular casing for object, detailed introduces the injection mould design process. The main design using PRO/e software, according to the product's part drawing for components of the three-dimensional modelling, and on the model based on the analysis of the formability, the necessary calculation and structural design. According to the rated the injection quantity and injection we can determine the mold cavity as a mold 2 cavity, the arrangement of linear symmetrical arrangement, parts with side holes, can not be directly release, so we need to design of side core pulling mechanism, lateral core pulling the slanted guide pillar drives the sliding block to complete the side hole, when more than the mainstream the material is pulled out, the rod with the agency to complete the introduction of plastic parts. Because the plastic is relatively large, so it is necessary to design the cooling system to prevent the local cooling parts, parts warpage.EMX adopted mould expert system and improve the design efficiency. Finally through the Autocad complete engineering drawing production, design of the comprehensive consideration of various factors and through the investigation to the mold for the valuation.
Keywords: Three dimensional modelling; Proe; EMX; Rectangular casing
目 錄
前 言 1
1.塑料制品工藝分析 4
2. 塑料的成型特性及工藝參數(shù) 6
3. 注塑設(shè)備的選擇 8
3.1 計(jì)算塑件的體積和重量 8
3.2 確定型腔數(shù)選擇注塑機(jī) 8
3.3注塑機(jī)基本參數(shù) 9
4. 塑料件的工藝尺寸的計(jì)算 11
5. 澆注系統(tǒng) 14
5.1 分型面的選擇 14
5.2 澆口套的選用 15
5.3 分流道的布置 15
5.4 澆口的設(shè)計(jì) 16
6. 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與合模導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
6.1脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
6.2合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
6.3側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
6.3.1抽拔距的計(jì)算 19
6.3.2斜導(dǎo)柱的尺寸與安裝形式 19
7. 溫度系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
7.1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
7.2 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
8. 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核 24
8.1注射量及鎖模力的校核 24
8.2注射機(jī)安裝模具部分的尺寸校核 25
9. 零件材料的定制及模具的安裝試模 26
結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
附 錄 34
前 言
本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用PRO / ENGINEER軟件進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)、分析, 包括初期零件的三維造型以及以此模型為基礎(chǔ)進(jìn)行的厚度、質(zhì)量和投影面積的分析。其次根據(jù)三維模型進(jìn)行模具分型面的設(shè)計(jì)、確定型腔和型芯、模具結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、塑件充填過程分析、采用模具專家系統(tǒng)EMX進(jìn)行的模架設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。
需要分析的問題是：塑料在型腔內(nèi)的注射過程中流動(dòng)情況，溫度壓力變化情況、注塑件殘余應(yīng)力等, 根據(jù)分析檢查模具結(jié)構(gòu)、流動(dòng)狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量等問題。如是否存在澆注系統(tǒng)不合理, 流道和澆口位置尺寸是否不當(dāng), 型腔平衡以及產(chǎn)品的翹曲變形等。設(shè)計(jì)完成后，最后通過Autocad完成工程圖的制作。模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要裝備，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)備，是衡量一個(gè)國家和地區(qū)工業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用，是工業(yè)發(fā)展的基石，被人稱為“工業(yè)之母”和“磁力工業(yè)”。
模具是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是工業(yè)化國家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品研發(fā)所不可缺少的工具。用模具生產(chǎn)制品所表現(xiàn)出來的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高復(fù)雜程度是其他任何制造方法所不及的。換句話說，沒有高水平的模具就不會(huì)有高水平的工業(yè)產(chǎn)品。模具業(yè)是否強(qiáng)盛也反映出一個(gè)國家工業(yè)的強(qiáng)弱。
(1)塑料制品和注射成形在模具業(yè)的重要地位
塑料制品具有原料來源豐富,價(jià)格低廉,性能優(yōu)良等特點(diǎn)。它在電腦、手機(jī)、汽車、電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用，應(yīng)用極其廣泛。
注射成形是成形熱塑件的主要方法，因此應(yīng)用范圍很廣。注射成形是把塑料原料放入料筒中經(jīng)過加熱熔化，使之成為高黏度的流體，用柱塞或螺桿作為加壓工具，使熔體通過噴嘴以較高壓力注入模具的型腔中，經(jīng)過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
塑料注射成形工藝的最大特點(diǎn)是復(fù)制，能夠復(fù)制出所需任意數(shù)量的可直接使用或稍作處理即可使用的制品，是一種適宜大批量生產(chǎn)的工藝。雖然在設(shè)備上投入較大，但是可以生產(chǎn)制品的數(shù)量非常大，實(shí)屬一種經(jīng)濟(jì)快捷的生產(chǎn)方式，因此得到廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。
(2)模具在我國的發(fā)展歷程
過去在我國工業(yè)中，模具長期未受到重視。改革開放以來，塑料成形、家用電器、儀表、汽車等行業(yè)進(jìn)入大批量生產(chǎn)，模具工業(yè)有了一定的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，質(zhì)量要求也越來越高。當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，使原有的商品已經(jīng)不能滿足人們對(duì)物質(zhì)的需求，然而有些商品的制造必須依靠模具才能夠生產(chǎn)加工出來，因此，模具的發(fā)展與人們的生活關(guān)系越來越緊密，如我們使用的電腦、手機(jī)、汽車等產(chǎn)品都要依靠模具。在塑料制品的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設(shè)計(jì)、先進(jìn)的模具制造設(shè)備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成形設(shè)備等都是成形優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。
我國模具工業(yè)雖然有了長足的發(fā)展，取得了巨大進(jìn)步，但是我們也要清醒地看到，我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達(dá)國家要落后很多，這與我國制造業(yè)發(fā)展的要求相比差距還很大；我們的企業(yè)技術(shù)裝備還比較落后，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低；模具生產(chǎn)專業(yè)化、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化程度也不夠高；模具產(chǎn)品主要還是以中低檔為主，技術(shù)含量較低，高中檔模具多數(shù)要依靠進(jìn)口，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的任務(wù)很重；人才緊缺，管理滯后的狀況依然突出，等等。可見，我國模具工業(yè)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
(3)前景展望
我國進(jìn)入實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的第十一個(gè)五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。在這一時(shí)期，模具行業(yè)的主要任務(wù)是，在黨中央關(guān)于把我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進(jìn)一步推進(jìn)改革，調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場(chǎng)，苦練內(nèi)功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個(gè)新臺(tái)階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實(shí)現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè)強(qiáng)國的宏偉目標(biāo)而奮斗。
我國進(jìn)入實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的第十三個(gè)五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。在這一時(shí)期，模具行業(yè)的主要任務(wù)是，在黨中央關(guān)于把我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進(jìn)一步推進(jìn)改革，調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場(chǎng)，苦練內(nèi)功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個(gè)新臺(tái)階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實(shí)現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè)強(qiáng)國的宏偉目標(biāo)而奮斗。
1 塑料制品工藝分析
本次設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)為塑件的零件圖，如圖1.1產(chǎn)品零件圖所示：
圖1.1產(chǎn)品零件圖
從塑件厚來看，總的來講塑件壁厚變化比較均勻，有利于零件成型。當(dāng)塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯，若塑件外形較復(fù)雜時(shí)，塑件的多個(gè)面與型芯緊貼，從而脫模阻力較大。為防止脫模時(shí)塑件的表面被檫傷和推頂變形，需設(shè)脫模斜度。
一般來說，塑件高度在25mm以下者可不考慮脫模斜度。但是，如果塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使脫模高度僅幾毫米，也必須認(rèn)真設(shè)計(jì)脫模斜度。
（1）斜度作用：便于塑件脫模，防止脫模時(shí)擦傷塑件，須在塑件內(nèi)外表面脫模方向上留有足夠的斜度，在模具上稱為脫模斜度。
（2）脫模斜度選取:取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率，一般取30′～1°30′。
塑件脫模斜度的選取應(yīng)遵循以下原則：
①塑料的收縮率大，壁厚、斜度應(yīng)取偏大值，反之取偏小值。
②塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，脫模阻力就比較大，應(yīng)選用較大的脫模斜度。
③當(dāng)塑件高度不大（一般小于2mm）時(shí)，可以不設(shè)斜度；對(duì)型芯長或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常為了便于脫模，在滿足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可將斜度值取大些。
④一般情況下，塑件外表面的斜度取值可比內(nèi)表面的小些，有時(shí)也根據(jù)塑件的預(yù)留位置（留于凹模或凸模上）來確定制件內(nèi)外表面的斜度。
⑤熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些，故脫模斜度也相應(yīng)取小一些。
⑥一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。綜合以上的原則，由于塑件高度不是很大，收縮率一般，本設(shè)計(jì)中采用30′的脫模斜度。塑料制件的表面粗糙度，除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等癡點(diǎn)外，主要取決于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1～2級(jí)，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般為1.6～0.2um，在模具使用中，由于型腔磨損而使表面粗糙度值不斷加大，應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。非配合表面和隱蔽面可取較大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度與塑料的品種有關(guān)。一般，型腔表面粗糙度要求達(dá)到0.2～0.4mm。
2 塑料的成型特性及工藝參數(shù)
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）可認(rèn)為是改性聚苯乙烯。其性能：綜合性能較好、沖擊韌、力學(xué)強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電性能良好：易于成型和機(jī)械加工，與有機(jī)玻璃的熔接性良好，可作雙色成型塑件，且表面可鍍絡(luò)等裝飾性顏色。
用途：適于制作一般機(jī)械零件、各類殼體、汽車配件、日用品、管材及文具等。
ABS塑料主要的性能指標(biāo)（見表2.1）：
密度
(Kg.dm-3)
1.02～1.16
收縮率
%
0.4～0.7
熔 點(diǎn)
℃
130～160
熱變形溫度
℃
65～98
彎曲強(qiáng)度
Mpa
80
拉伸強(qiáng)度
Mpa
50
拉伸彈性模量
GPa
1.8×103
彎曲彈性模量
GPa
1.4
壓縮強(qiáng)度
Mpa
18～39
缺口沖擊強(qiáng)度
kJ/㎡
11～20
硬 度
HR
R62～86
體積電阻系數(shù)
Ωcm
1013
擊穿電壓
Kv.mm-1
15
介電常數(shù)
60Hz3.7
表2.1
ABS的注射成型工藝參數(shù)（見表2.2）:
注塑機(jī)類型
螺桿式
噴嘴形式
通用式
料筒一區(qū)
150—170
料筒二區(qū)
180—190
料筒三區(qū)
200—210
噴嘴溫度
180—190
模具溫度
50—70
保壓
40—60
注塑時(shí)間
2—5
注塑壓
60—100
保壓時(shí)間
5—10
冷卻時(shí)間
5—15
周期
15—30
后處理
紅外線烘箱
溫度
70
時(shí)間
0.3—1
表2.2
3 注塑設(shè)備的選擇
3.1 計(jì)算塑件的體積和重量
體積：通過PROE軟件的“質(zhì)量屬性”分析塑件，得到塑件的體積為
=41.732cm3。如圖3.1體積說明所示：
圖3.1 體積說明
質(zhì)量：材料ABS的密度取=1.06g/ cm3，則單個(gè)塑件的質(zhì)量m=v=44.23g。
3.2 確定型腔數(shù)選擇注塑機(jī)
根據(jù)以上所計(jì)算的結(jié)果，由于制件的大小和客戶要求采取一模兩腔，可決定設(shè)備型號(hào)、規(guī)格。注射機(jī)的額定注射量為V（額）每次的注射量不超過它的80%，澆注系統(tǒng)的體積可以估算大概：
V（澆）=15cm3,m=13.65g
V（注）=2*41.7+15≈98.4
0.8V（額）≥V（注）=98.4cm3
V（額）≥123cm3
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說法有:
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
3.3注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,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(shí)間等.這些參數(shù)是設(shè)計(jì),制造,購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)。
(1)公稱注塑量 指在對(duì)空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí),注射裝置所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)的加工能力。
(2)注射壓力 為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力,螺桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。
(3)注射速率 為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。常用的注射速率如表3.2注射量與注射時(shí)間的關(guān)系所示：
注射量/CM
125
250
500
1000
2000
4000
6000
10000
注射方向/CM/S
125
200
333
570
890
1330
1600
2000
注射時(shí)間/S
1
1.25
1.5
1.75
2.25
3
3.75
5
表3.2 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
(4)塑化能力 單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會(huì)加長成型周期。
(5)鎖模力 注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開。
(6)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(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍。
(7)開合模速度 為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模時(shí)由慢到快在到停。
(8)空循環(huán)時(shí)間 在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間。
根據(jù)以上計(jì)算以及模具總高度和《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)》表2-40選擇注射機(jī)XS-ZY-250螺桿式注射機(jī)，其參數(shù)如下表3.3：
額定注射量
250cm
螺桿直徑
50mm
注射壓力
130Mpa
鎖模力
1800KN
模板行程
500mm
模具最大厚度
350mm
模具最小厚度
200mm
模板尺寸
598×520mm
拉桿空間
448×370mm
定位孔直徑
100mm
合模方式
液壓—機(jī)械
表3.3
4 塑料件的工藝尺寸的計(jì)算
ABS的成型收縮率為0.4～0.7%,所以平均收縮率取S=0.5%
（1）型芯設(shè)計(jì)
型芯的尺寸計(jì)算
型芯的尺寸按以下公式計(jì)算：
D=｛（1+）d+xΔ｝
式中：
D1—型芯外徑尺寸
D1—塑件內(nèi)形尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
（2）型腔設(shè)計(jì)
①型腔徑向尺寸按以下公式計(jì)算
D2={(1+)d－xΔ}
式中：
D—型腔的內(nèi)形尺寸
D2—塑件外形基本尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
②型腔深度尺寸按以下公式計(jì)算
=
式中：
— 型腔深度
H — 塑件外形高度尺寸
Δ — 塑件公差
— 塑料平均收縮率
— 成形零件制造公差,取
（3）由于該產(chǎn)品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在機(jī)床上加工就可以直接投入使用，不需要經(jīng)過其它的特殊加工?？紤]模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內(nèi)，型芯尺寸盡量取大值。而型腔則取大值，型腔的表面粗糟將決定產(chǎn)品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求較高，一般取Ra0.8～0.4。在本次設(shè)計(jì)中，型腔取Ra0.8。
（4）X——綜合修正系數(shù)（考慮塑料收縮率的偏差和波動(dòng)，成型零件的磨損等因素），塑件精度低、批量較小時(shí)，X取1/2；塑件精度高、批量比較大，X取3/4，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取X為0.5。
（5）型腔、型芯工作尺寸的計(jì)算
要計(jì)算型芯、型腔的工作尺寸，必先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要求塑件精度取五級(jí)精度。根據(jù)塑料制件公差數(shù)值表（SJ1372—78）塑件在五級(jí)精度下，基本尺寸對(duì)應(yīng)的尺寸公差如下表4.1：
基本尺寸㎜
公差㎜
基本尺寸㎜
公差㎜
?。?
0.16
3～6
0.18
6～10
0.20
10～14
0.22
14～18
0.24
18～24
0.28
24～30
0.32
30～40
0.36
40～50
0.40
50～65
0.46
65～80
0.52
80～100
0.60
100～120
0.68
表4.1
①型腔：寬度方向d=120.4；取=0.5%（以下收縮率都取0.5%）
D=[（1+0.005）×120.4－0.5×0.60]=120.702
長度方向 d2’=80;
D2’=[（1+0.005）×80－0.5×0.68]=80.06
②型腔深度：H=40.1; X=0.4
H=[(1+0.005) ×40.1+0.4×0.18]=40.3725
③型芯：寬度方向d=76；取=0.5%（以下收縮率都取0.5%）
D=[（1+0.005）×76－0.5×0.60]=76.08
長度方向d=116.3；取=0.5%（以下收縮率都取0.5%）
D=[（1+0.005）×116.3－0.5×0.60]=116.58
④高度方向 d2’=38.1;
D2’=[（1+0.005）×38.1－0.5×0.68]=37.95
（6）型腔壁厚的確定
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問題，尤其對(duì)大型模具更為突出。目前常用的計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件計(jì)算和按剛度條件計(jì)算兩類，但塑料模具要求既不許因強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過大的情況，因此要求對(duì)強(qiáng)度和剛度加以考慮。對(duì)于型腔主要受到的力是塑件熔體的壓力，在塑件熔體的壓力作用下，型腔將發(fā)生內(nèi)應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和底壁厚度不夠。當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔發(fā)生強(qiáng)度破壞，與此同時(shí)，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質(zhì)量，所以模具對(duì)剛度和強(qiáng)度都有要求。但是，實(shí)踐證明，模具對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求并非同時(shí)兼顧，對(duì)大型腔，按剛度條件，對(duì)小型腔則按強(qiáng)度條件計(jì)算即可。（在本設(shè)計(jì)中按強(qiáng)度條件來計(jì)算）
5 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：澆口位置應(yīng)盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時(shí)澆口的清理；澆口位置距型腔各個(gè)部位的距離應(yīng)盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應(yīng)保證塑料流入型腔時(shí)，對(duì)著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入；避免塑料在流入型腔時(shí)直沖型腔壁；型芯或嵌件，使塑料能盡快的流入到型腔各部位，并避免型芯或嵌件變形；盡量避免使制件產(chǎn)生熔接痕，或使其熔接痕產(chǎn)生在之間不重要的位置；澆口位置及其塑料流入方向，應(yīng)使塑料在流入型腔時(shí)；能沿著型腔平行方向均勻的流入，并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
5.1 分型面的選擇
分型面的位置要有利于模具加工，排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質(zhì)量等。外表質(zhì)量：分型面最好不選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處，方便脫模，制件留在動(dòng)模邊：從制件的推出裝置設(shè)置方便考慮。包緊力大的，芯應(yīng)設(shè)在動(dòng)模邊而將凹模放在定模邊包緊力小且不能確切判斷留向的將型芯和凹模的主要部分都設(shè)在動(dòng)模邊對(duì)型芯無包緊力，對(duì)凹模粘附力較大的，將粘附力較大的設(shè)在動(dòng)模邊同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一側(cè)。當(dāng)分型面作為主要排氣面時(shí) 料流的末端應(yīng)在分型面上以利排氣。矩形罩殼模具設(shè)計(jì)的分型面設(shè)計(jì)如圖5.1所示：
5.1分型面
5.2 澆口套的選用
主流道是澆注系統(tǒng)中從注塑機(jī)噴嘴與模具的部位開始，到分流道為止的塑件熔體的流通通道。在注塑機(jī)上，主流道垂直分型面。為了使凝料從其中順利推出，需設(shè)計(jì)成圓錐形，錐角為20～60，表面粗糙度Ra<0.8μm,主流道部分在成型過程中，其小端入口處與注塑機(jī)及一定溫度、壓力的塑料熔體要冷熱交替反復(fù)接觸，屬易損件，對(duì)材料的要求較高，因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆。一般采用碳素工具鋼即T8A、T10A等。把它熱處理到53～57HRC。取主流道的球面半徑為16mm.澆口套大體結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.2澆口套所示：
圖5.2 澆口套
5.3 分流道的布置
分流道是指主流道末端與澆口之間的通道。此副模具采用圓形的截面形狀，對(duì)于壁厚小于3mm,質(zhì)量在200g以下的塑件，截面的直徑可采用如下的的經(jīng)驗(yàn)公式：
D=0.2654W1/2L1/4
=7mm
其中D是分流道的直徑，L是分流的長度，W是塑件的質(zhì)量，此副模具選分流道的截面積為D=7mm,由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料的熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra要求比較高，一般取1.6um左右。分流道在分型面上的布置的形式，它必須遵循以下兩方面的原則，即一方面排列緊湊，縮小模具板面的尺寸，一方面流程盡量短，鎖模力力求平衡，該模具采用平衡式的分流道。
5.4 澆口的設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵的部位，也是最薄點(diǎn)。其形狀、大小及位置應(yīng)根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚、成型材料及塑件技術(shù)要求等進(jìn)行而確定。澆口分限制性澆口和非限制性澆口，該塑件采用的是限制性澆口，它一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，有利于塑料進(jìn)入，使其充滿型腔。另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時(shí)充滿，可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量，，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分開的作用。
設(shè)計(jì)中，澆口的位置及尺寸的要求是比較嚴(yán)格的，初步試模，必要時(shí)還需要修改。因此澆口的位置的開設(shè)，對(duì)成型性能及成型質(zhì)量的影響是很大的。一般在選擇澆口位置時(shí)，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征，成型質(zhì)量和技術(shù)要求，綜合分析。一般要滿足以下原則：
(1)盡量縮短流動(dòng)距離。
(2)澆口應(yīng)開設(shè)在塑件的壁厚。
(3)必須盡量減少或避免產(chǎn)生熔接痕。
(4)應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。
(5)考慮分子定向的影響。
(6)避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。
(7)不在承受彎曲沖擊載荷的部位設(shè)置澆口。
(8)澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件的外觀質(zhì)量。
該模具設(shè)計(jì)中澆口的形式設(shè)計(jì)為矩形。
6 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與合模導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
塑件冷卻后由于有少量的收縮，塑件會(huì)緊抱在型芯上，所以在脫出產(chǎn)品時(shí)不像沖壓件那么可以自動(dòng)脫落。這樣，我們必須設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)將塑件頂出，推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們考慮的是要使塑件各部分受力均勻，在此設(shè)計(jì)中，由于采用了一模二腔的結(jié)構(gòu)，模具開模時(shí)，在注塑機(jī)的作用下，動(dòng)模部分向開模方向運(yùn)動(dòng) 滑塊在斜導(dǎo)柱的作用下向兩邊運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)到一定位置（側(cè)向抽芯完成），注塑機(jī)的頂出裝置作用在推桿固定板上，推桿固定板推動(dòng)推桿將產(chǎn)品頂出模外，推桿的設(shè)計(jì)如圖6.1推桿所示：
圖6.1 推桿
6.2合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套，主要作用是在動(dòng)模與定模合模時(shí)保證型芯和型腔的精確定位。導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般采用2到4根導(dǎo)柱。在此設(shè)計(jì)中采用了4根導(dǎo)柱。加工個(gè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔時(shí)，應(yīng)將定模板、推件板、動(dòng)模板合在一起，一次性加工出來，以保證孔的同心度，然后再在定模板、動(dòng)模板上加工沉頭孔。導(dǎo)柱導(dǎo)套的具體結(jié)構(gòu)如圖6.2導(dǎo)柱，6.3導(dǎo)套所示：
圖6.2導(dǎo)柱
圖6.3 導(dǎo)套
6.3側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑件上具有與開模方向不同的內(nèi)外側(cè)孔時(shí)，塑件不能直接脫模，必須將成型側(cè)孔的零件做成可動(dòng)的，在塑件脫模前先將活動(dòng)型芯抽出，然后再自模中通過頂桿頂出塑件。而此次的設(shè)計(jì)完全符合以上要求，因此，也采用了側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。又，該塑制品是大批量的生產(chǎn)，故也使用了機(jī)動(dòng)側(cè)向分型抽芯。
6.3.1抽拔距的計(jì)算
因?yàn)槌榘尉嗟扔趥?cè)孔深加2～3mm的安全系數(shù)，而當(dāng)結(jié)構(gòu)比較特殊時(shí)，如成型圓形制件的設(shè)計(jì)時(shí) 抽拔距不能等于制件凹模深度S2，因?yàn)榛瑝K抽至S2時(shí)塑件的外徑仍不能脫出滑塊的內(nèi)徑，必須抽出S1的距離再加上(2～3)mm，塑件才能脫出。
故抽拔距為：S= S1+(2～3)=2+(2～3)mm≈4～5mm
式中：
S—抽拔距；
S1—抽拔的極根尺寸（此為塑件最大的外形尺寸）；
6.3.2斜導(dǎo)柱的尺寸與安裝形式
斜導(dǎo)柱的形狀與基本尺寸；
斜導(dǎo)柱的基本尺寸主要以長度尺寸為主，斜導(dǎo)柱的長度計(jì)算為如下式：
L =1/2Dtanα+h×1/cosα+1/2dtanα+S/sinα+(10～15)mm
≈80mm
式中 ：
L—斜導(dǎo)柱的長度；
D—斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑；
h—斜導(dǎo)柱固定板厚度；
斜導(dǎo)柱的形狀與尺寸如圖6.4斜導(dǎo)柱所示：
圖6.4 斜導(dǎo)柱
斜導(dǎo)柱的安裝固定形式：斜導(dǎo)柱的傾斜角a為15°，而一般來說鎖緊塊的角度a′=a+(2～3)mm,斜導(dǎo)柱與固定板之間用三級(jí)精度第三種過渡配合。由于斜導(dǎo)柱只起驅(qū)動(dòng)滑塊的作用，滑塊運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性由導(dǎo)滑槽與滑塊間的配合精度保證，滑塊的最終位置由鎖緊塊保證，因此為了運(yùn)動(dòng)靈活，斜導(dǎo)柱和滑塊間采用比較松的配合，斜導(dǎo)柱的尺寸為 Φ10-0.5 -1.0，頭部做成球形。那么固定形式如圖6.5斜導(dǎo)柱固定形式所示：
圖6.5 斜導(dǎo)柱固定形式
7 溫度系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
ABS料在熔化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣體，所以當(dāng)塑料在充滿型腔時(shí)及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣，如果在型腔中不及時(shí)排除干凈，可以會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面氣體的受壓產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，還可能造成塑件碳化或燒焦。注射成型時(shí)的排氣可采用如下四種方式排氣：
（1）利用配合間隙排氣；
（2）在分型面上開設(shè)排氣槽排氣；
（3）利用排氣守排氣；
（4）強(qiáng)制性排氣；
該模具是采用利用配合間隙排氣。其間隙值約為0.03~0.05mm.它常用于中小型的簡單模具。
7.2 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在注射成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求也不同。一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度在60度以下。溫度降低是通入循環(huán)冷卻劑，從而將熱量帶走，模具冷卻劑常用水，此外還有壓縮空氣，冷凍水冷卻，而水冷卻最為普通，使水在其中循環(huán)，帶走熱量，維持所需的模溫，水的熱容量大，導(dǎo)熱系數(shù)大，成本低。
冷卻水道的開設(shè)受模具上鑲塊和頂出桿等零件幾何形狀的限制，必須根據(jù)模具的特點(diǎn)，靈活地設(shè)置冷卻裝置，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
（1）實(shí)驗(yàn)表明冷卻水孔的數(shù)量愈多，對(duì)制品的冷卻也就愈均勻。
（2）水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，水孔邊距型腔的距離常用10-15mm。
（3）進(jìn)水管直徑的選擇應(yīng)使水流速度不超過冷卻水道的水流速度。避免產(chǎn)生過大的壓力降。冷卻水道直徑一般不小于9mm，常用9-12mm，但也必根據(jù)模具的具體大小和產(chǎn)品大小狀況而定，本設(shè)計(jì)由于模具較小，產(chǎn)品也較小，綜合考慮取水管直徑8mm。
（4）進(jìn)出口冷卻水溫差不應(yīng)過大，以免造成模具表面冷卻不均。
冷卻回路的布置縮短成型周期有各種方法，而最有效的是制造冷卻效果良好的模具，如果不能實(shí)現(xiàn)均一的快速的冷卻，則會(huì)使制品內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而造成制品變形成形或開裂，所以我們必須根據(jù)制品的形狀及壁厚設(shè)計(jì)，制造能實(shí)現(xiàn)均一的且高效的冷卻回路。
一般在冷卻回路的布置上應(yīng)遵循如下原則：
①模具上有數(shù)組冷卻回路時(shí)，冷卻水應(yīng)首先接近主流道的部位；
②對(duì)于聚乙稀等收縮率較大的成型樹脂，必須沿制品收縮大的方向設(shè)置冷卻回路；
③水道之間的中心距離一般為水道直徑的3-5倍，最小不得小于水道直徑的1.7倍，水道的外周離模具型腔表面的距離一般為10-15mm。
本設(shè)計(jì)由于采用整體式型腔，水道布置具體結(jié)構(gòu)如圖7.1水道分布圖所示：
圖7.1 水道分布圖
8 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
每副模具都只能安裝在與其相適應(yīng)的注塑機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)，因此模具設(shè)計(jì)與所用的注塑機(jī)關(guān)系十分密切。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)校核注塑機(jī)的一些技術(shù)參數(shù)
8.1注射量及鎖模力的校核
（1）注射量的校核
根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊(cè)》可知：塑件的體積應(yīng)小于注射機(jī)的注射容量，其公式按下式校核：
0.8=0.8250=200
式中：
—塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和
—注射機(jī)的注射量（）
0.8—最大注射量的利用系數(shù)
經(jīng)估計(jì)算得：41.732*2+15
所以=98.464<200
故合格
（2）鎖模力的校核
由
查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表6-5 ABS塑料成型時(shí)的注射壓力
=70～90Mp
式中：
p—塑料成型時(shí)型腔壓力，abs塑料的型腔壓力p=90Mpa
F—澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積
F=（120.480.22）=19312
=9019312=1738KN
因?yàn)?1800KN>Pf=1738KN
故合格。
8.2注射機(jī)安裝模具部分的尺寸校核
噴嘴尺寸：噴嘴尺寸與澆口套相適應(yīng)，澆口套是根據(jù)噴嘴尺寸來設(shè)計(jì)的；
定位環(huán)尺寸：定位環(huán)高度10mm，直徑100mm（與定位孔相配合）；
模具厚度：Hmin=200mm
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