塑料下水管道接頭注塑模設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,塑料,下水,管道,接頭,注塑,設計,cad,圖紙,說明書,仿單
畢業(yè)設計（論文）報告用紙
編號：
畢業(yè)設計說明書
題 目： 下水管道接頭注塑模設計
學 院：
專 業(yè)：
學生姓名：
學 號：
指導教師：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
年 5 月 4 日
摘 要
塑料注射模具是成型塑料的一種重要工藝裝備，通過對液壓管路三通塑料模具設計,能夠全面的了解塑料模具設計的基本原則、方法.并能較為熟練的使用Proe4.0、AUTOCAD軟件進行塑料模具設計,提高自己的繪圖能力。為今后從事設計工作打下了堅實的基礎。
隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農業(yè)、日常生活和軍事等各個領域的應用范圍越來越廣，質量要求也越來越高，中國已經成為全球最大的塑料市場之一，塑料制品產量全球第二。為了做到高質、高效、低成本，從而提高市場占有率，注塑模具的開發(fā)、設計、加工與CAD/CAE/CAM技術相結合具有重大意義。
本次主要設計是對液壓管路三通注射模的設計, 重點對塑件的成型原理、原料選用和注射技術進行分析。通過根據形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，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(shù)目和排列、成型零件的結構、澆注系統(tǒng)等。
關鍵詞：注塑模；模具結構；側型芯；工藝方案
Abstract
Plastic injection mold is an important technological equipment of plastic forming, based on the hydraulic piping tee plastic mold design, can fully understand the basic principles, methods of plastic mold design. And can be used more skilled Proe4.0, AUTOCAD software for plastic mold design, improve their ability to draw. Engaged in the design for the future work laid a solid foundation.
With the needs of the development of modern industry, plastic products in industry, agriculture, military and other fields of daily life and the application scope is more and more wide, the quality requirements also more and more high, China has become one of the world's largest plastics market, plastic products production in the world's second. In order to achieve high quality, high efficiency, low cost, and improve the market share, injection mold development, design, processing combined with CAD/CAE/CAM technology is of great significance.
The main design is the design of injection mold hydraulic piping tee, focus on the forming principle of plastic parts, raw materials selection and injection technology were analyzed. By according to the shape, size, precision and surface quality requirement analysis, to determine the required molding solutions, products after processing, the choice of the parting surface, cavity number and arrangement, the structure of molding parts, pouring system, etc.
Key words: injection mold; The mold structure; The side core; The processing plan
目 錄
前言 1
1 研究概況 1
1.1國外研究現(xiàn)狀.........................................................................................................1
1.2國內研究現(xiàn)狀.........................................................................................................1
2 塑件制品分析 2
2.1 明確制品設計要求 2
2.2 明確制品批量 3
2.3 材料選擇及性能 3
2.3.1 材料選擇 3
2.4 成型設備 4
2.5 拔模斜度 4
2.6 計算制品的體積和質量 5
2.6.1表面質量的分析 5
2.6.2塑件的體積重量 5
3 注射機及成型方案的確定 6
3.1 注射機的確定 6
3.2 成型方案的確定 6
3.2.1 成型設備的選擇 6
3.2.2成型的特點 7
3.2.3成型的原理 7
3.2.4成型過程 7
4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇 9
4.1 型腔數(shù)的確定 9
4.2 分型面的選擇 10
4.2.1 分型面的主要選擇原則 10
4.3 確定型腔的排列方式 11
4.4 標準模架的選用 11
5 成型零部件的設計與計算 13
5.1 凸模設計 13
5.2 凹模的設計 13
5.3 成型零件工作尺寸的計算 14
5.3.1 模腔工作尺寸的計算 14
6 澆注系統(tǒng)的設計 13
6.1 主流道設計 16
6.2分主流道的設計 16
6.3 澆口的設計 17
6.4 平衡進料 17
6.5冷料穴設計 18
7 排氣與冷卻系統(tǒng)的設計 13
7.1 冷卻系統(tǒng)設計的原則 18
7.2 冷卻水路的計算 19
7.3 排氣系統(tǒng)的設計 20
8 頂出與抽芯機構的設計 20
8.1 推桿復位裝置 20
8.2 抽芯機構的選擇 21
8.3 抽芯距的計算 21
8.4斜導柱抽芯的設計 21
8.5滑塊的設計 23
8.5側向分型與抽芯機構三維效果圖如下所示： 23
9 導向機構的設計 24
9.1 導向、定位機構的主要功能 24
9.2導向機構的設計 24
9.2.1 導柱的設計 24
10 注塑機與模具各參數(shù)的校核 25
10.1 工藝參數(shù)的校核 25
10.2 模具安裝尺寸的校核 26
10.2.1 噴嘴的校核 26
10.2.2 定位圈尺寸的校核 26
10.2.3 模具外形尺寸的校核 26
10.2.4 模具厚度的校核 26
10.2.5 安裝參數(shù)的校核 26
10.3 開模行程的校核 27
11 模具安裝和試模 27
12 主要成型零件加工工藝 28
13 結論……………………………………………………………… 30
謝 辭 32
參考文獻 33
畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第7頁共33 頁
畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第34頁共33 頁
前言
注射成型也稱為注射或注塑，是熱塑性塑料的一種重要成型方法。到現(xiàn)在為止，有超過1/3的塑料原材料，是通過注射成型工業(yè)加工的，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用此成型方法。它的特點是生產周期短、生產效率高的、易自動化，因此廣泛應用于塑料制品的生產?，F(xiàn)在塑料成型生產中，塑料制件的質量與塑料成型模具、塑料成型設備和塑料成型工藝密切相關。在這三要素中，塑料成型模具的質量最為關鍵，他的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質量；冷卻并推出成型的塑件。模具是決定最終產品的性能、規(guī)格、形狀以及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使塑料成型生產過程順利進行、保證塑料成型質量不可缺少的工藝裝備，是體現(xiàn)塑料成型設備高效率、高性能和合理先進塑料成型工藝的具體實施者，也是新產品開發(fā)的決定環(huán)節(jié)。由此可見，周而復始地獲得符合技術經濟要求及質量穩(wěn)定的塑料制件，塑料成型模具的優(yōu)劣是關鍵，它最能反映出整個塑料成型生產過程的技術含量以及經濟效益。因此，注射成型的模具設計制造成為當今社會模具發(fā)展的熱點,己發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。
1 研究概況
1.1 國外研究現(xiàn)狀
在工業(yè)發(fā)達國家，據1991年統(tǒng)計，日本生產塑料模和生產沖壓模的企業(yè)各占40；韓國模具專業(yè)廠中，生產塑料模的占43.9，生產沖壓模的占44.8%;新加坡全國有460家模具企業(yè)，60%生產塑料模，35%生產沖模和夾具。
當今世界注射模具的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模具技術的領頭羊，占據了世界注射模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設計方法和先進的模具制造設備，特別是近幾年來這些國家把CAD/CAM/CAE系統(tǒng)作為模具工業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展的趨勢如日中天。在注塑模具設計工業(yè)中，國外先進國家（日本、德國、美國等）從20世紀80年代中期已廣泛使用計算機對塑料模進行輔助設計（CAD），輔助制造（CAM），并對模具設計的各個環(huán)節(jié)進行定量計算機和數(shù)值分析（CAE），已由經驗數(shù)據逐步過渡到計算機設計，對模具澆注系統(tǒng)和型腔的熔料流動行為以及溫度調節(jié)系統(tǒng)的熱量分布都采用了微機輔助設計。
1.2 國內研究現(xiàn)狀
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。
2 塑件制品分析
2.1 明確制品設計要求
下水管道接頭工件如圖所示，它是一種常見的塑料工件，廣泛應用與建筑行業(yè)，由于塑件材料為ABS，模具澆注系統(tǒng)應粗短，進料口截面宜大，溶料流程不易長，因此采用側澆口。根據該塑件的結構特點，模具設計為上下開模，三向側抽芯，由滑塊上的型芯成型。為了使模具與注射機相匹配以提高生產力和經濟性、保證塑件精度，并考慮模具設計時應合理確定型腔數(shù)目，該模具選擇一次開模及一模兩腔[1]。
圖2.1 塑料制品的三維立體圖
圖2.2塑件尺寸
2.2 明確制品批量
該產品生產量大，故設計的模具要求有較高的注塑效率，又考慮到模具的抽芯，結構復雜，因此模具采用一模二腔結構，澆口形式采用側澆口。
2.3 材料選擇及性能
2.3.1 材料選擇
液壓管路三通該塑件作為工業(yè)用品，要具備安全無毒，化學穩(wěn)定性高，不易分解等特點和價格低廉的要求；同時，作為承重物件在一定的高度掉下或過載時，不會出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，這就意味著塑件所使用的材料要有一定的機械強度。
2.3.2 材料品種
根據2.1中對塑件的分析要求，同時考慮原材料價格要低廉，現(xiàn)決定選用應用廣泛的ABS工程塑料。ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種原料為單體經過共聚而成的一種熱塑性塑料（可以反復加熱軟化冷卻成型的塑料），因此兼有三種元素的共同性能，使其具有“堅韌、質硬、剛性”的性質。ABS塑料無毒、無味。
表2.1 ABS塑料的部分技術指標
技術指標
值
密度(g / cm^-3)
1.02～1.16
收縮率(%)
0.4～0.7
透明度
不透明
比熱容/(J·kg^-1·k^-1)
1470
吸水性（24小時）（%）
0.2～0.4
屈服強度/MPa
50
拉伸彈性模量/GPa
1.8
抗壓強度/MPa
53
彎曲彈性模量/GPa
1.4
熔點℃
130～160
2.4 成型設備
注塑成型機按結構形式可分為立式、臥式、和直角式三類。立式注塑機是注射柱塞（或螺桿）垂直裝設，鎖模裝置推動模板也沿垂直方向移動，主要優(yōu)點是占地面積小，安裝或拆卸小型模具很方便，容易在動模上（下模）安放嵌件，嵌件不易傾斜或墜落。其缺點是制品自模具中頂出后不能靠重力下落，需靠人工取出，這就有礙于全自動操作，但附加機械手取產品后，也可實現(xiàn)全自動操作。臥式注塑機是注射柱塞或螺桿均沿水平裝設，合模運動也在水平方向上。其優(yōu)點是機體較低容易操縱和加料，制件頂出后可自動墜落，故易實現(xiàn)全自動操作。直角式注塑機是注塑機柱塞或螺桿與合模運動方向相互垂直，這種注塑機的主要優(yōu)點是結構簡單，便于自制，適用于單件生產中心部位不允許留有澆口痕跡的平面制件，同時常利用開模時絲桿的轉動來拖動螺紋型芯或型環(huán)旋轉，以便脫下塑件?？紤]到生產成本和易于實現(xiàn)自動化，塑件還是靠自身重力下落比較合適，且重心較低安裝穩(wěn)妥。
經比較，成型設備采用臥式注射機較好，其優(yōu)點是機體較低,容易操作和加料，塑件脫模后可以自動落下可實現(xiàn)自動化操作，注塑機的重心較低安裝穩(wěn)定，適合大中型注射機的設計制造。
2.5 拔模斜度
由于塑件在冷卻過程中產生收縮，因此在脫模前會緊緊地包住凸模（型芯）或模腔中的其他凸起部分。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷、擦毛等，在設計時應考慮與脫模方向平行的塑件內表面應具有一定的脫模斜度。由于零件深度很小，所以拔模角度為一度。
2.6 計算制品的體積和質量
2.6.1表面質量的分析
該零件的表面質量要求很高各個成型面都得進行拋光處理。
2.6.2塑件的體積重量
計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。通過Proe建模分析如下圖所示。
圖2.3建模分析
計算得塑件的體積：V＝30.8cm3
計算塑件的質量：公式為 根據設計手冊查得ABS的密度為1.05 g/cm3，故塑件的重量為：
=30.8*1.05=32.34g
3 注射機及成型方案的確定
3.1 注射機的確定
根據注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況（主要考慮到模具的高度問題），查閱《塑料成型工藝與模具設計》初步選用注射機XS-ZY-125。
注射機XS-ZY-125參數(shù)：
額定注射量：125mm
最大成型面積：320cm
柱塞直徑：42mm
注射壓力：120Mpa
模板尺寸：428×450（mm×mm）
柱桿空間：260×290(mm×mm)
鎖模力：900KN
噴嘴圓弧半徑：12mm
噴嘴孔徑：4mm
最大開模行程：450mm（可調整型）
模具最大厚度：300mm
模具最少厚度：200mm
3.2 成型方案的確定
3.2.1成型設備的選擇
柱塞式成型機中，塑料熔化成黏流態(tài)的熱量主要由筒外部的加熱器提供。在柱塞的平穩(wěn)推動下，料流是一種平緩的滯流態(tài)勢。料筒內同一橫截面上不同徑距的質點有著梯度變化的流速，結果靠料筒軸心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的溫度分布也有差異，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的電熱圈加熱，所以溫度高；而靠近軸心的料，因流動快，且又與料筒加熱圈隔了一層熱阻很大的塑料層，所以溫度低?？梢娫谥搅贤矁?，塑料的塑化程度很不均勻。這種注射成型法雖然注射機本身結構簡單，成本低，但是需要配置熱煉機和煉膠工人，從而增加了設備成本和工人勞動強度，最重要的是這種注射成型方法生產效率低，塑化不均勻，從而影響到制品的質量。
螺桿式注射成型機中，在螺桿的旋轉作用下受到強烈的剪切，膠溫很快升高。當膠料沿螺桿移動到螺桿的前端時，已得到充分而均勻的塑化。螺桿一邊旋轉一邊向后移動，當螺桿前端積聚的膠料達到所需要的注射量時，軸向動力機構以強大的推力推動螺桿向前移動，從而將膠料注入模腔。這種往復式注射成型方法，膠料的塑化是通過機械剪切獲得，因而膠料升溫快，塑化均勻，這樣一來生產效率和制品質量都得到提高。另外由于這種注射成型方法可以直接將冷膠料喂入注射機中，從而省去了熱煉工序，減少了設備投資和設備占地面積，同時提高了生產效率，降低了勞動強度。
因此，該液壓管路三通選用螺桿式注塑機，型號為XS-ZY-125。
3.2.2成型的特點
注射成型又稱注射模塑,成型周期短,能一次成型外形復雜,尺寸精密,帶有嵌件的塑料制件。制品無需修整或僅需少量修正,可得到較窄的公差,廢料損耗最小,且生產效率高,易于實現(xiàn)自動化生產,適于多件批量較大的塑件生產等優(yōu)點。但是,產品質量有時難短期穩(wěn)定,模具的結構有時不宜高效成型等缺點。
3.2.3成型的原理
注射成型工藝是塑料成型的一種最常用的方法。它將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機的料筒中，經過加熱到流動狀態(tài)，在注射機的柱塞或螺桿的推動下，以一定的流速，通過噴嘴和閉合模具的澆注系統(tǒng)而充滿型腔，經過一定的時間的冷卻定型，打開模具，從模內取出成型的塑件。
3.2.4成型過程
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為成型前的準備、注射成形過程以及塑件的后片理三個階段。
1）物料準備
為使成形工藝過程能順利進行并保證塑料制件的質量，在成形前應進行一系列必要的準備工作。 成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。另外當改變產品、更換原料及顏色時均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺桿式料筒可采用對空注射法清洗。
2）注塑成形過程
完整的注射成型過程包括加料、加熱塑化、加壓注射、保壓、冷卻定型、脫模等工序。但從實質上講主要是塑化、注射充模和冷卻定型等基本過程。
塑料在料筒內經過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內的流動可分為充模（圖3-1中0-t1時間段）、保壓補縮（圖3-1中t1-t2時間段）、倒流階段（圖3-1中t2-t3時間段）和澆口凍結后的冷卻（圖3-1中t3-t4時間段）冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示。圖中0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T= t1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間t1到t2，塑料仍處于螺桿的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而產生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段，p1為澆口凍結時的壓力。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到澆口處熔體凍結為止（時間從t2- t3），由于模腔內的壓力比流道內高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內的壓力迅速下降。其中，塑料凝結時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。從澆口處塑料完全凍結起到制件脫模取出時為止，倒流不再繼續(xù)進行，模腔內的塑料塑料冷卻并凝固定型。在冷卻階段中，隨著溫度的迅速下降中，模腔內的塑料體積收縮，壓力也逐漸下降。開模時，模腔內的壓力不一定等于外界大氣壓。有可能有一個殘余壓力（即圖3-1中p2）。當殘余壓力為下值時，脫模比較困難，塑件容易被刮傷甚至破裂；當殘余壓力為負值時，塑件表面出現(xiàn)凹陷或內部產生真空泡；當殘余壓力接近零時，塑件不僅脫模方便，而且質量較好。
圖3.1 注射成形過程中塑料壓力的變化
3）制件后處理
由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內經常出現(xiàn)不均勻的結晶、取向和收縮，導致制件內產生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調濕兩種。
退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10-20度至熱變形溫度以下10-20度之間；調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時間與制件厚度有關，通常取2～9小時。
4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇
4.1 型腔數(shù)的確定
以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%計算：
=2.76
式中： N----型腔數(shù)
S----注射機的注射量（g）
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因為，N=2.76>2
所以，此模具型腔為一模2 腔結構合理。
4.2 分型面的選擇
4.2.1分型面的主要選擇原則
分型面是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關，一副模具根據需要可能有一個或兩個以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以與合模方向平行或傾斜。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵。
根據分型面的選擇原則：
（1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
（2）在開模時盡量使塑件留在動模；
（3）分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質量；
（4）有利于排氣和模具的加工方便；
（5）有助于避免側抽芯或便于側抽芯。
該塑件對美觀不太要求，無斑點和熔接痕，表面質量要求一般。在選擇分型面時，根據分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質量以及成型后能順利取出塑件，屬于薄壁殼小型塑件，塑件冷卻時會因為收縮作用而包覆在凸模上，所以，應有利于塑件滯留在動模一側，以便于脫模，并不影響塑件的質量和尺寸精度，以及外觀形狀。
綜上所述，合理的分型面應選擇在下部。如圖所示：
圖4.1 分型面位置
4.3 確定型腔的排列方式
多型腔有模板上的排列形式通常有圓形、H形、直線型及復合型等。
在設計時有以下原則：
（1）盡量采用對稱式排布，確保制品質量的均一和穩(wěn)定。
（2）塑件結構簡單，應盡量使型腔緊湊排列，而減小模具的外形尺寸。
（3）分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短。
（4）為了避免模具承受偏載而產生溢料現(xiàn)象，澆口開口部位與型腔布置應對稱。
因為該塑件屬大批量生產的小型塑件，但對產品的精度、表面粗糙度還是有較高的要求，通過前面算出的單個產品的體積V和質量W, 綜合考慮生產效率和生產成本及產品質量等各種因素，以及注射機的類型選擇確定采用一模2腔對稱排布。
本塑件在注射時采用一模2件。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結構的復雜程度等因素采用如下圖4.2的型腔排列方式。
4.2 模具型腔排列方式
4.4 標準模架的選用
設計模具時，開始就要選定模架。當然選用模架時要考慮到塑件的成型、流道的分布形式以及頂出機構的形式，有抽芯的還要考慮滑塊的大小及注射機型號的選用等因素。一般導向分為動、定模之間的導向，推板的導向，推件板的導向。一般導向裝置由于受加工精度的限制或使用一段時間之后，其配合精度降低，會直接影響制品的精度，因此對精度要求較高的制品必須另行設計精密導向定位裝置。當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設計人員只要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置，則須由設計人員根據模具結構進行具體設計。選用標準模架的程序和要點有如下幾個方面[1]：
（1）模架厚度H和注射機的閉合距離L 對于不同型號的注射機，不同結構形式的鎖模機構具有不同的閉合距離。模架厚度和閉合距離的關系為：
Lmin≦H≦Lmax
（2）開模行程與定、動模分開的間距與退出塑件所需行程之間的尺寸關系 設計時須計算確定，在取出塑件時的注射機開模行程應大于取出塑件所需的定、動模分開的間距，而模具頂出塑件距離須小于頂出液壓缸的額定頂出行程。
（3）選用的模架在注射機上的安裝 安裝時需注意：模架外形尺寸不應受注射機拉桿的間距影響；定位孔徑與定位環(huán)尺寸需配合良好；注射機頂出桿孔的位置和頂出行程是否合適；噴嘴孔徑和球面半徑是否與模具的澆口套孔徑和凹球面尺寸相配合；模架安裝孔的位置和孔徑與注射機的移動模板及固定模板上的相應螺孔相配。
（4）選用模架應符合塑件及其成型工藝的技術要求 為保證塑件質量和模具的使用性能及可靠性，需對模架組合零件的力學性能，特別是它們的強度和剛度進行準確地校核及計算，以確定動、定模板及支承板的長、寬、厚度尺寸，從而正確地選定模架的規(guī)格。
4.3 模架裝配圖
5成型零部件的設計與計算
5.1 凸模設計
凸模用于成型塑料的內表面，又稱型芯、陽?；虺尚蜅U。結構分整體式和組合式兩種。為了便于加工和有利于排氣，運用整體式的型芯結構。如圖5.1所示
圖5.1凸模設計
5.2 凹模的設計
凹模用于成型塑件的外表面，又稱陰模、型腔。按照結構的不同可以分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式和四壁鑲嵌式五種。該設計采用整體嵌入式結構，由整塊金屬材料直接加工成母模仁。如圖5.2所示
圖5.2凹模設計
5.3 成型零件工作尺寸的計算
本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這 ABS的成型收縮率為0.003，模具的制造公差取z=Δ/3。
5.3.1 模腔工作尺寸的計算
1）凹模的內形尺寸：
式中：L凹為型腔內形尺寸(mm)；
L塑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0.3%
Δs為塑件公差，查表知ABS塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在3~6mm范圍內取0.24mm;18~24mm范圍內取0.24mm;80~100mm范圍內取1.00mm;在100~120mm公差取1.14mm；在140~160mm公差取1.44mm;在200~225mm公差取1.92mm;在280~350mm公差取2.5mm;在315~355mm公差取2.8mm
所以型腔尺寸如下：
L1=[50×(1+0.003)-(3/4)×0.74]=49.59
L2=[70×(1+0.003)-(3/4)×0.86]=59.56
型腔深度的尺寸計算：
h=[h(1+k)-(3/4)Δ] （5-7）
式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h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（1）式中。
H1=[13×(1+0.003)-(3/4)×0.32]=12.8
2）凸模的外形尺寸計算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ] （5-8）
式中： L凸模/型芯外形尺寸(mm)；
L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（1）式中。
由于該塑料的收縮率不大為0.3%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[50×（1+0.003）+（3/4）×0.74]=50.70
L2=[70×（1+0.003）+（3/4）×0.74]=70.85
L3=[35×（1+0.003）+（3/4）×0.56]=35.52
型芯的深度尺寸計算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ] （5-10）
式中： h為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h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（1）式中。型芯的高度為：
H=[13×（1+0.003）+（2/3）×0.36]=13.28
6 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動通道。引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳料、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。
對澆注系統(tǒng)設計時，應遵循以下幾個基本原則[1]：
（1）分析塑料的成型性能；
（2）盡量避免產生熔接痕；
（3）有利于型腔中氣體的排出；
（4）防止型芯的變形和嵌件的位移；
（5）盡量采用較短的流程充滿型腔；
（6）要注意對流動距離比和流動面積比的校核；
6.1 主流道設計
主流道設計一般有以下幾個要點：
（1）為便于將凝料從主流道中拉出，主流道通常設計成錐形，其錐角α=2°～6°。內壁表面粗糙度一般為Ra=0.8um。
（2）為防止主流道與噴嘴處溢料及便于將主流道凝料拉出，主流道與噴嘴應緊密對接，主流道進口處應制成球面凹坑，其球面半徑為R2=R1+(1～2)mm，凹入深度3～5mm。
（3）為了減小物料的流動阻力，主流道末端與分流道連接處呈圓角過渡，其圓角半徑r=1～3mm。
（4）在模具結構允許的情況下，主流道應盡可能短，一般小于60mm，過長則會影響熔體的順利充型。
（5）對于小型模具可將主流道澆口套與定位圈設計成整體式，但在大數(shù)情況下是將主流道與定模座采用H 7/m6過渡配合，與定位圈的配合采用H9/f9間隙配合。
（6）因主流道與塑料熔體反復接觸，進口處與噴嘴反復碰撞，因此，常將主流道設計成可拆卸的主流道襯套，用較好的鋼材制造并熱處理，一般選用T8、T10，熱處理硬度要達到HRC50～55。
設計手根據冊查得XS-ZY-125型注射機噴嘴有關尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝12mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D應稍大于注射噴嘴直徑d。
D＝d+(0.5－1)mm=φ3+0.5＝φ3.5mm
主流道的半錐角α通常為1°－2°過大的錐角會產生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大，此處的錐角選用1°。經換算得主流道大端直徑D＝φ7.74mm,為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑ｒ＝1mm的圓弧過渡。主流道的長度L取73
6.2分主流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U型等圓形和正方形截面流道的表面積與體積之比最小，塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高，但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
在分流道的設計時，應考慮盡量減小在流道內的壓力損失，盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。在此，選擇半圓形，取半圓直徑6mm. 參見《塑料制品成型及模具設計》。
6.3 澆口的設計
澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的熔體通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。
其主要作用是：
（1）熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止其倒流；
（2）熔體在流經狹窄的澆口時產生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模；
（3）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積的0.03-0.09，澆口的長度約為0.5mm-2mm,澆口的具體尺寸一般根據經驗確定，取其下限值。
當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內摩擦加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。
根據澆口的成型要求及型腔的排列方式，選用側澆口較為合適。
6.4 平衡進料
作為一模2腔的多腔模具，其澆注系統(tǒng)的平衡進料很重要，一模多腔澆注系統(tǒng)的平衡。
圖6.1 平衡式澆注系統(tǒng)
6.5冷料穴設計
常用的冷料穴有Z形拉料桿的冷料穴、倒錐孔冷料穴、圓環(huán)槽冷料穴、圓頭形冷料穴、菌頭形冷料穴、圓錐頭形冷料穴。本設計采用帶Z型拉料桿。由于拉料桿頭部的側凹將主流道凝料鉤住，分模是即可將凝料從主流道中拉出。拉料桿的根部固定在推出板上，在推出塑件時，冷料也一同被推出，取產品時向拉料鉤的側向稍微許動，即可脫鉤將塑件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。
圖6.2 冷料穴示意圖
7 排氣與冷卻系統(tǒng)的設計
塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響塑料的充模、定型、成型周期和塑件質量。所以，我們在模具上需要設置溫度調節(jié)系統(tǒng)以到達理想的溫度要求。
一般注射模內的塑料熔體溫度為200℃左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效地冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質量和生產效率。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機玻璃等等，當塑件是小型薄壁時，如我們的塑件，則模具課簡單地進行冷卻或利用自然冷卻不設定冷卻系統(tǒng)：當塑件是大型的制品時，則需要對模具進行人工冷卻。
通過比較最終確定本次設計的冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻方法。
7.1 冷卻系統(tǒng)設計的原則
（1）冷卻水孔數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大。
（2）冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同間距，一般水孔邊離型腔的距離大于10mm，常用12～15mm。
（3）降低入水與出水的溫度差，防止制品變形。
（4）水道的開設便于加工和清理，一般孔徑為6～10mm。
（5）采用并流流向，加強澆口處的冷卻。
7.2 冷卻水路的計算
在注射過程中，塑件的冷卻時間是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時為止的這段時間。這一時間標準常以制品已充分固化定型而且具有一定的強度和剛度為準，確定生產周期：
式中t為生產周期（s）,t注為注射時間，t冷為冷卻時間，t澆為脫模時間,由《塑料制品成型及模具設計》 第237頁附錄D可查得t注15-60s,t冷15-60s，總周期t為40-140s;
ABS的單位熱流量： ABS的單位熱流量Qs為590-690 kJ/kg
每小時需要注射的次數(shù)N=3600/t;
取t=120s，可求得N=30次.
每小時的注射量：
從型腔內發(fā)出的總熱量
Qs取650kJ/kg,代入式中得
根據塑件產品在模具中的位置和模板的布置，確定水路圖如圖7.1所示
圖7.1 水路圖
7.3 排氣系統(tǒng)的設計
如果型腔內因各種原因產生的氣體不能被排除干凈，塑件上就會形成氣泡、產生熔接不牢、表面輪廓不清及充填不滿等成型缺陷，另外氣體的存在還會產生反壓力而降低充模速度，因此設計模具時必須考慮型腔的排氣問題。
注射模通常以如下三種方式排氣
(1）利用配合間隙排氣
(2）在分型面上開設排氣槽
(3）利用排氣塞排氣
對于簡單型腔的小型模具，可以利用推桿、活動型芯、活動鑲件以及雙支點鼓固定的型芯端部與模板的配合間隙進行排氣。其配合間隙不能超過0.5 mm ,一般為 0.03-0.05 mm。本設計采用利用配合間隙排氣的方式排氣。
8 頂出與抽芯機構的設計
在注射成型的每一循環(huán)中，都必須便塑件從模具型腔中型芯上脫出,模具中這種脫出機構稱為脫模機構（或推出機構、頂出機構）。脫模機構的作用包括脫出、取出兩個動作，即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內取出。
(1)推出機構應盡量設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)保證塑件不因推出而變形損壞,外形良好；
(3)結構簡單可靠:機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度；
用推件板推出機構中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。
8.1 推桿復位裝置
本模具采用的為一次頂出脫模機構，它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動鑲塊等脫模機構。該機構是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機構的作用下，通過一次動作即可頂出?；谝陨显瓌t，該模具的脫模零部件設在動模上，選擇推桿頂出形式[9]。
圖8.1 推桿
8.2 抽芯機構的選擇
根據動力來源的不同，側向分型與抽芯機構一般可分為手動，機動和氣動（液壓）三大類。
（1）手動側向分型與抽芯機構：手動側向分型與抽芯機構是由人工將側型芯或鑲塊連同塑件一起取出，在模外使塑件與型芯分離。
（2）機動側向分型與抽芯機構：機動側向分型與抽芯機構是利用注射機的開模力，通過傳動件使模具中的側向成型零件移動一定距離而完成側向分型與抽芯動作。這類機構經濟性好，效率高，動作可靠，實用性強。其主要形式有斜導柱分型與抽芯機構。
（3）液壓或氣動側向分型與抽芯機構：液壓或氣動側向分型與抽芯機構是以液壓力或壓縮空氣作為側向分型與抽芯的動力。
8.3 抽芯距的計算
抽芯距是指將側型芯抽至不妨礙塑件脫模位置的距離。一般抽芯距等于成型塑件的孔深或凸臺高度再加2～3 mm的安全系數(shù)。即
S＝h+(2～3)mm＝3.5＋3＝6.5 mm
式中， S——抽芯距 （mm）
h——塑件的側孔深度或側凸高度
8.4斜導柱抽芯的設計
斜導柱分型與抽芯機構是生產中最常見得一種，它是利用斜導柱等零件把開模力傳遞給側型芯，使之產生側向移動來完成抽芯動作的。斜導柱抽芯設計示意如圖8.2。
結構原理：斜導柱抽芯機構由與模具開模方向成一定角度的斜導柱和滑塊組成，并有保證抽芯動作穩(wěn)妥可行的滑板定位裝置，起到固定作用的側向固定板和提供鎖緊力的鎖緊裝置。斜導柱如圖8.3所示。
圖8.2 斜導柱抽芯設計示意
圖8.3 斜導柱示意圖
8.5滑塊的設計
滑塊是斜導柱側向分型抽芯機構中的一個重要零部件，注射成型時塑件尺寸的準確性和移動的可靠性都需要它來保證。
經驗所得，滑塊長度（運動方向）應為寬度的1.5倍，滑塊在側向分型抽芯機構和復位過程中，要沿一定的方向平穩(wěn)往復運動。為了保證滑塊運動平穩(wěn)，抽芯及復位可靠，無上下竄動和卡緊現(xiàn)象，滑塊在導滑槽內必須很好地導滑。（如圖8.4)
圖8.4 滑塊設計示意
8.5側向分型與抽芯機構三維效果圖如下所示：
圖8.5側向分型與抽芯機構三維效果圖
9 導向機構的設計
9.1 導向、定位機構的主要功能
（1）定位作用 導向裝置直接保證動模、定模位置的正確性，保證模具型腔的形狀和尺寸的精確性，從而保證塑料制品的精度。同時，在模具裝配的過程中便于裝配和調整。
（2）導向作用 合模時引導動模按序正確閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側壓力。
（3）承載作用 塑料熔體在充模過程中，或由于成型設備精度低的影響，可能產生單向的側壓力，故需導向裝置能產生一定的單向側壓力，以保證模具的正常工作。
9.2導向機構的設計
9.2.1 導柱的設計
（1）導柱應合理地均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具的強度。
（2）導柱的長度應比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。
（3）導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度。
（4）為了使導柱能順利的進入導套、導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角.
（5）導柱設在動模一側可以保護型芯不愛損傷，而設在定模一側則便于順利脫模取出塑件，因此可根據需要而決定裝配方式。
（6）般導柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導柱和導套固定部分配合按H7/k6，導套外徑的配合按H6/k6;
（7）除了動模、定模之間設導柱、導套外、，一般還在動模座板與推板之間設置導柱和導套，以保證推出機構的正常運動。
（8）導柱的直徑應根據模具大小而決定，可參考標準框架數(shù)據選取。
9.2.2 導套的設計
（1）該模具采用帶頭導柱，且加油槽；
（2）導柱的長度必須比凸模端面高度高出6～8mm；
（3）為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分；
（4）導柱的直徑應根據模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架
（5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/m6配合。導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的
（6）導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm；
（7）導柱滑動部分按H8/h8間隙配合，固定部分按H7/m6過渡配合
10 注射機與模具各參數(shù)的校核
10.1 工藝參數(shù)的校核
1）注射量的校核（按體積）
注射機的最大注塑量應大于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好是注塑機的最大注塑量的80%。所以，選用的注塑機的最大注塑量應滿足：0.8V機≥V塑+V澆
式中V機——注塑機的最大注塑量，125cm3
V塑——塑件的體積，該產品V塑=30.8 cm3
V澆——澆注系統(tǒng)體積，該產品V澆=10 cm3
故V機≥2XV塑+V澆/0.8=89.5 cm3 而所選定的注塑機為125cm3，以符合要求。
2）鎖模力的校核
公式：F≥KAPm
式中：F——注射機的額定鎖模力(kN)
A——制品和流道在分型面上的投影和(cm2)
Pm——型腔的平均計算壓力(MPa) 由表9.9-4 取30
K——安全系數(shù)，通常取K＝1.1－1.2
則：KAPm＝1.2×19829×30=713.8kN＜900kN，所以符合要求。
3）最大注射壓力的校核
Pmax≥K’P0
式中：Pmax——注射機的額定注射壓力(MPa) 150
P0——成型時所需的注射壓力(MPa) 取45
K’ ——安全系數(shù)，常取K=1.25－1.4 取1.3
則K’P0=1.3×45=58.5MPa＜Pmax150，所以符合要求。
10.2 模具安裝尺寸的校核
10.2.1 噴嘴的校核
注塑模具主流道襯套始端凹坑的球面半徑應大于注射機噴嘴球頭半徑，以利于塑料熔體的流動，防止流涎。
10.2.2 定位圈尺寸的校核
注塑機固定板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱為定位孔。注塑模端面凸臺的徑向尺寸需與定位孔成間隙配合，便于模具的安裝，并使主流道的中心線與噴嘴的中心線重合，模具端面的凸臺高度應小于定位孔的深度。
10.2.3 模具外形尺寸的校核
注塑模外形尺寸應小于注塑機的工作臺面的有效尺寸。模具長寬反響的尺寸要與注塑機拉桿的間距相適應，模具至少由一個方向的尺寸穿過拉桿件的空間裝在注射機的工作臺面上。
10.2.4 模具厚度的校核
模具的厚度（閉合高度）必須滿足下式：
Hmin
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