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湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
注射成型是塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，而且可以一次成型形狀復(fù)雜的精密塑件。本畢業(yè)設(shè)計將支撐座模具作為設(shè)計對象，將注射模具的相關(guān)知識作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設(shè)計過程。
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
本次設(shè)計錐形軸座，介紹了注射成型的基本原理，特別是側(cè)向分型面和型芯鑲件注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計過程，并對模具強度要求做了說明。
通過本設(shè)計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設(shè)計中的某些細節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對 UG的學(xué)習(xí)，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。
關(guān)鍵詞：錐形軸座；注射模；側(cè)向分型；型芯鑲件
Abstract
Injection molding is a kind of important method of plastic molding, it is mainly suitable for thermoplastic plastic molding, and can be a complicated shape of precision plastic forming parts.This graduation design will design the mould as design object, the injection mold of the related knowledge as the basis, elaborated the design of plastic injection mould process.
Plastic industry is in the world grows now one of quickest industry classes, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance.
This conical shaft seat design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the undercut moulding core inlays product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request.
Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work; Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus effective enhancement working efficiency.
Key word: conical shaft seat; injection monld; undercut moulding; core inlays
目 錄
前 言 1
第一章 塑件成型工藝性分析 2
1.1 功能設(shè)計 2
1.2 材料選擇 2
1.3零件圖 3
1.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量 4
1.4.1尺寸精度 4
1.4.2塑件的表面質(zhì)量 4
第二章 注塑成型的準備 5
2.1 注塑成型工藝簡介 5
2.2 注塑成型工藝條件 6
2.3注射機的選擇 7
2.3.1 注射機簡介 7
2.3.2 注射機基本參數(shù) 7
2.3.3選擇注射機 8
2.4 注射機的校核 9
2.4.1 最大注塑量的校核 9
2.4.2 鎖模力的校核 9
2.4.3 塑化能力的校核 10
2.4.4 噴嘴尺寸校核 10
2.4.5 定位圈尺寸校核 10
2.4.6 模具外形尺寸校核 11
2.4.7 模具厚度校核 11
2.4.8 模具安裝尺寸校核 11
2.4.9 開模行程校核 11
第三章 模具設(shè)計 12
3.1 分型面的確定 12
3.3．型腔數(shù)目的確定 12
3.4 澆口確定 12
3.5 模具材料的選擇 13
3.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計 13
3.6.1 主流道 13
3.6.2 分流道 14
3.6.3 冷料穴 14
3.6.4 澆口 14
3.6.5 剪切速率的校核 15
3.7 模架的確定 16
3.7.1 型腔壁厚和底板厚度計算 16
3.7.2 模架的選用 17
3.8 導(dǎo)向與定位機構(gòu) 19
3.9 頂出系統(tǒng)設(shè)計 19
3.9.1 脫模力的計算 19
3.9.2 推桿脫模機構(gòu) 21
3.9.4 推板厚度的計算 22
3.10 成型零件工作尺寸的計算 22
3.10.1 凹模工作尺寸的計算 23
3.10.2 凹模工作尺寸的計算 24
3.11.排氣設(shè)計 26
排氣設(shè)計原則： 26
3.12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 26
3.12.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 27
3.12.2 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 27
3.12.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計： 27
第四章 數(shù)控編程 33
4.1數(shù)控技術(shù)概述 33
4.2 數(shù)控機床程序編制的內(nèi)容與步驟 33
4.3 零件墊塊數(shù)控加工程序編制 33
第五章 總結(jié) 37
參考文獻 38
致 謝 39
III
前 言
畢業(yè)設(shè)計是在修完所有課程之后，我們走向社會之前的一次綜合性設(shè)計。在此次設(shè)計中，主要用到所學(xué)的注射模設(shè)計，以及機械設(shè)計等方面的知識。著重說明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射機的選擇及相關(guān)參數(shù)校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、注射模具設(shè)計的有關(guān)計算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖的繪制、全面審核和投產(chǎn)制造等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計既是重點又是難點，主要包括成型位置的、分型面的選擇，模具型腔數(shù)的確定及型腔的排列、流道布局和澆口位置的選擇，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，側(cè)面分型及抽芯機構(gòu)的設(shè)計，脫模推出機構(gòu)的設(shè)計，排氣方式設(shè)計等。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我更加了解模具設(shè)計的含義，懂得了如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實際工作中遇到的實際問題，這為我們以后從事模具行業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。
本次畢業(yè)設(shè)計也得到了廣大老師和同學(xué)的幫助，在此一一表示感謝！由于實踐經(jīng)驗的缺乏，且水平有限、時間倉促，設(shè)計過程中難免有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師和同學(xué)批評指正。
在編寫說明書過程中，我參考了《塑料模成型工藝與模具設(shè)計》、《實用注塑模設(shè)計手冊》和《塑料模具設(shè)計指導(dǎo)》等有關(guān)教材。引用了有關(guān)手冊的公式及圖表。但由于本人水平的有限，本說明書存在的一些缺點和錯誤，希望老師多加指正，以達到本次設(shè)計的目的。
第一章 塑件成型工藝性分析
1.1 功能設(shè)計
塑件功能的設(shè)計是要求塑件要具有滿足使用一定使用功能,并且達到一定的技術(shù)指標(biāo).該塑件是一般日用品,承受外力幾率并不大,如大沖擊載荷、摩擦、振動等情況一般比較少;塑件工作溫度如是室溫,這讓我們在材料選擇時對熱變形溫度、分解溫度、脆化溫度的要求降低，作為日用品，生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批量生產(chǎn)，因此，就必須考慮模具壽命和生產(chǎn)成本，材料選擇時要綜合各種因素。
1.2 材料選擇
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度,丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.05g/cm3。ABS樹脂是良好的工程塑料，其突出的性能是具有高沖擊強度，能長期在-40～100℃環(huán)境下使用，同時具有質(zhì)硬、剛性等優(yōu)異力學(xué)性能，有良好的電絕緣性。ABS成型收縮率為0.4%～0.8%，可以制得尺寸精度較高的塑件，表面經(jīng)拋光后具有很好的光澤。因其具有如此良好的綜合性能，故廣泛用于生活用品的生產(chǎn)。但ABS的耐候性較差，在紫外線和熱、氧作用下易發(fā)生氧化降解，使塑件發(fā)硬發(fā)脆。
ABS有極好的抗沖壓強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為7℃左右，熱變形溫度為90℃左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆；
ABS的注射成型工藝參數(shù)
ABS密度（g/cm3）：1.02～1.05；
計算收縮率（%）：0.5；
模具溫度（℃）：50～60；
注射壓力（MPa）：60～100；
成型時間（s）：15～30；
注射時間15～60；
加壓時間0～3；
冷卻時間20～90；
總周期50～160。適應(yīng)注射機類型：柱塞式
1.3零件圖
成品零件圖如圖1.1所示。
零件圖如圖1.2所示，詳見附錄。
圖1.1 塑件立體圖
圖1.2 零件圖
1.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量
1.4.1尺寸精度
(1)尺寸精度的選擇:
影響塑件的精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨損程度、塑件收縮率的波動、成型工藝條件的變化、塑件的形狀、脫模斜度及成型后的尺寸變化等。在一般生產(chǎn)過程中，為了降低模具的加工難度和模具的生產(chǎn)成本，在滿足塑件使用要求的前提下將盡可能吧塑件的尺寸精度設(shè)計的低一些。我設(shè)計的心型臺燈塑料殼，塑料殼的內(nèi)表面是用戶所看不到的，對于該表面僅僅需要能夠保證方便脫模，不需要花太多時間拋光，所以可以把內(nèi)表面的精度設(shè)計的低一些。
（2）尺寸精度組成以及影響的因素；制品的尺寸誤差構(gòu)成為：
（1—1）
公式中 ——塑件總的成型誤差； ——收縮率的波動而產(chǎn)生的誤差；
——模具零件制造精度而產(chǎn)生的誤差； ——模具磨損而產(chǎn)生的誤差；
——模具的安裝與配合間隙產(chǎn)生的誤差；
影響塑件尺寸精度的因素主要是一下幾個方面：
（1）模具—— 模具的加工制造誤差以及模具的磨損、變形。
（2）塑件材料—— 收縮率的變化、流動性、結(jié)晶化程度的差別。
（3）成型工藝—— 成型的條件、操作方法。
1.4.2塑件的表面質(zhì)量
塑件的表面質(zhì)量包括表面粗糙度和外觀質(zhì)量。塑件的表面粗糙度的高低主要與模具型腔內(nèi)個成型表面的粗糙度有關(guān)。一般模具型腔表面粗糙度值要比塑件的要求低1~2級。一般來說，院材料的質(zhì)量、成型工藝和模具的表面粗糙度等都會影響到塑件的表面，尤其是型腔壁上的表面粗糙度影響最大。
第二章 注塑成型的準備
2.1 注塑成型工藝簡介
注塑成型是將顆粒狀或者粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射機柱塞或者螺桿的高壓推動下，以很大的流通速度通過噴嘴住熱模具型腔，經(jīng)過一定時間的保壓、冷卻定型后可保持模具型腔的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。一般分為三個階段的工作。
圖2-1 注塑成型壓力—時間曲線
（1）物料準備；為了使注射成型順利進行，保證塑件的的質(zhì)量，一般在注塑之前要進行原料預(yù)處理、清洗料筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑。原料的預(yù)處理包括原料的檢驗、著色和預(yù)熱干燥等過程；生產(chǎn)中如需要改變塑料的品種、更換物料、調(diào)換顏色，或者發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)熱分解貨降解反應(yīng)，均需要對注塑機的料筒進行清洗；由于金屬與塑件的膨脹與收縮率相差比較大，所以要對嵌件進行預(yù)熱；為了便于脫模，生產(chǎn)中往往需要使用脫模劑。
（2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)通過加熱達到需要流動狀態(tài)，進入模腔中的流動包括注射、保壓、倒流和冷卻四個階段，注塑的過程可以用圖2-1所表示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當(dāng)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（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)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(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
（3）制件后處理；塑件在成型過程中，由于塑化不均勻，或者由于塑料在型腔中結(jié)晶、定向以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或者因其他原因使塑件內(nèi)部不可避免的存在一些內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致在使用過程中變形或者開裂，因此應(yīng)該設(shè)法消除掉。消除內(nèi)應(yīng)力的方法有退貨處理和調(diào)制處理。
2.2 注塑成型工藝條件
（1）溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。
（2）壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像PS流動性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，背壓的使用范圍約為3.4~27.5MPA。
（3）時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產(chǎn)中注射時間一般為3~5秒，保壓時間一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120秒（這三個時間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗數(shù)值如表2-1所示。
表2-1 成型周期與壁厚關(guān)系
制件壁厚 /mm
成型周期 / s
制件壁厚 / mm
成型周期 / s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
經(jīng)過上面的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表2-2所示
表2-2 制品成型工藝參數(shù)初步確定
特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容
注塑機類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48
噴嘴形式 直通式 模具溫度 50
噴嘴溫度(℃) 230 后段溫度(℃) 150~210
中段溫度(℃) 170~230 前段溫度(℃) 190~250
注射壓力MPa 90 保壓力MPa 80
注射時間s 1.5 保壓時間 s 5
冷卻時間s 20 其他時間s 3
成型周期s 30 成型收縮(%) 0.6
干燥溫度(℃) 60~80 干燥時間(℃) 1~3
2.3注射機的選擇
2.3.1 注射機簡介
1956年制造出世界上第一臺往復(fù)螺桿式注射機,這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注射機的產(chǎn)量占整個塑料機械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長最快,產(chǎn)量最多的機種之一.
注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準的分類方法.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；
（2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。
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。
2.3.2 注射機基本參數(shù)
注射機的主要參數(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)時間等.這些參數(shù)是設(shè)計,制造,購買和使用注射機的主要依據(jù).
(1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力.
(2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對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速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度.
常用的注射速率如表2-3所示。
表2-3 注射量與注射時間的關(guān)系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
(4)塑化能力；單位時間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期.
(5)鎖模力；注塑機的合模機構(gòu)對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；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停.
(8)空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間.
2.3.3選擇注射機
（1）由公稱注射量選定注射機
由注射量選定注射機.由PRO/E建模分析得（材料密度?。?
總體積V=52.6cm；
總質(zhì)量M=56.5g；
流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個未知數(shù),根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算,塑件越大則比例可以取的越小)；
實際注射量為: V=52.6×1.5=73.95 cm；
實際注射質(zhì)量為=1.5M=56.5×1.5=84.75g；
根據(jù)實際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
（2—1）
=79.35÷0.8
=92.44 cm；
（2）由鎖模力選定注射機
FF=A·P （2—2）
=2·P
=2××30×10
=569.91 （KN）
式中 ：注射機的鎖模力（N）； 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；
型腔壓力，取=30Mpa ；D取的是塑件的平均直徑， D110mm ；
結(jié)合上面兩項的計算，初步確定注塑機為表2-4所示，查國產(chǎn)注射機主要技術(shù)參數(shù)表取SZ-160/1000,主要技術(shù)參數(shù)如下。
表2-4 國產(chǎn)注射機SZ-160/1000技術(shù)參數(shù)表
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
結(jié)構(gòu)類型
臥
拉桿內(nèi)間距(mm)
360×260
理論注射容積（cm）
179
移模行程(mm)
280
螺桿(柱塞)直徑(mm)
44
最大模具厚度(mm)
360
注射壓(MP)
132
最小模具厚度(mm)
170
注射速率(g/s)
110
鎖模形式(mm)
液壓
塑化能力(g/s)
10.5
模具定位孔直徑(mm)
120
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
10~150
噴嘴球半徑(mm)
10
鎖模力(KN)
1000
噴嘴口直徑
----
2.4 注射機的校核
2.4.1 最大注塑量的校核
為了保證正常的注射成型，模具每次需要的試劑注射量應(yīng)該小于或者等于某注射機的公稱注射量的80%。
V =73.95 cm； V＝179 cm；
=41.3% 滿足要求。
2.4.2 鎖模力的校核
鎖模力是指注射機的鎖模機構(gòu)對模具所施加的最大夾緊力。當(dāng)高壓的塑料熔體填充型腔是，沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。注射機的額定索姆里必須大于改脹型力，否則容易產(chǎn)生鎖模不緊而發(fā)生溢料的現(xiàn)象。即：
(2—3）
>1.2×2××30×10
> 683.892 KN 滿足要求。
式中: F注塑機額定鎖模力：1000KN； K安全系數(shù)，通常取1.1~1.2，取K=1.2；
2.4.3 塑化能力的校核
由2.2.3初定的成型周期為30秒計算，實際要求的塑化能力為即：=2.465（g/s），小于注塑機的塑化能力10.5（g/s），說明注射機能完全滿足塑化要求。
圖2-2
2.4.4 噴嘴尺寸校核
在實際生產(chǎn)過程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑R2取比注射機噴嘴球面半徑R1大1~2 mm，主流道小端直徑D取比注射機噴嘴直徑d大0.5~1 mm，如圖2-2所示，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模，所以，注射機噴嘴尺寸是標(biāo)準，模具的制造以它為準則。圖2-2 噴嘴與澆口套尺寸關(guān)系
2.4.5 定位圈尺寸校核
注塑機固定模板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱之為定位孔。注塑模端面凸臺徑向尺寸須與定位孔成間隙配合，便于模具安裝，并使主流道的中心線與噴嘴的中心線相重合。模具端面凸臺高度應(yīng)小于定位孔深度。
2.4.6 模具外形尺寸校核
注塑模外形尺寸應(yīng)小于注塑機工作臺面的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機拉桿間距相適應(yīng)，模具至少有一個方向的尺寸能穿過拉桿間的空間裝在注塑機的工作臺面上。
2.4.7 模具厚度校核
模具厚度必須滿足下式：
（2—4）
170301360 滿足要求。
式中: ——所設(shè)計的模具厚度 301 mm； ——注塑機所允許的最小模具厚度170 mm；
——注塑機所允許的最大模具厚度360 mm；
2.4.8 模具安裝尺寸校核
注塑機的動模板，定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或T形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具常用這種方法），模具動，定模板上的螺孔及其間距，必須與注塑機模板臺面上對應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時（中，小模具多用這種方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。
該模具外形尺寸為300×400屬中，小型模具，所以采用壓板固定法（一般認為當(dāng)尺寸在500×500內(nèi)為中，小模具）。
2.4.9 開模行程校核
所選注塑機為全液壓式鎖模機構(gòu)，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。
（2—5）
280 ≧15+67+10
280≧92 滿足要求。
式中 ——注塑機移模行程280 mm； ——推出距離15 mm；
——流道凝料與塑件高度67 mm。
第三章 模具設(shè)計
3.1 分型面的確定
根據(jù)分型面的選擇原則：
（1）便于塑件順利脫模；
（2）確保塑件留在動模一側(cè)；
（3）分型線不影響塑件外觀；
（4）有利于模具的加工。
結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),分型面確定在塑件的最大投影面積上.如圖3-1所示。
3.3．型腔數(shù)目的確定
確定型腔數(shù)目的常用方法有兩大類：按技術(shù)參數(shù)確定型腔數(shù)目；按經(jīng)濟性確定型腔數(shù)目。影響因素主要有:
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生產(chǎn)效益；
（4）模具制造難度。
考慮到該塑件是一般日用品,查手冊得塑件的經(jīng)濟精度推薦7級,這個產(chǎn)品是兩個殼件的組合,所以初定為一模兩腔最合理.排列形式如圖3-2所示。
圖3-1 分型面的位置 圖 3-2 型腔的排布形式
3.4 澆口確定
ABS料的流動性好,可適用于各種澆口,為了不影響外觀,簡化模局結(jié)構(gòu),確定使用側(cè)澆口。
3.5 模具材料的選擇
模具材料的選擇，一般零件可選用45鋼，對于導(dǎo)向零件可選用T10A碳素工具鋼，或者用20Cr鋼進行滲碳淬火，重要的長壽模具要選用滾珠軸承鋼。模具成型零件的選用主要根據(jù)塑件的批量、塑料的類別來確定。目前如P20、718H、NAK80、H13、SKD11等材料為常用。對于高光澤或透明的塑件，主要選用鏡面鋼PMS、SM2等時效硬化鋼，或者X13T6W、STAVAX136；對含有玻璃纖維增強的塑料塑件，應(yīng)選用X13T6W、ELMAX等類型的具有高耐磨性的淬火鋼或者可氮化高強度鋼；當(dāng)塑件為聚氯乙烯、聚甲醛或者還有阻燃劑時，必須選用耐腐蝕不銹鋼PCR或者X13T6、STAVAX136、420、X210Cr12等耐腐蝕剛。塑件為一般的材料，比量不大通常用調(diào)制剛，若塑件批量大，則應(yīng)選用氮化鋼。
查手冊選擇模仁的材料是SM2(20Cr)屬馬氏體類型不銹鋼,具有良好的塑性，焊接性和切削性，滲碳淬火后有高的硬度和耐磨性。適用于制造需承受較高負荷,高的耐磨以及在腐蝕介質(zhì)的作用下的塑料模具,透明的塑料制品模具等.相關(guān)的參數(shù)如下:
臨界溫度（℃）AC1：820 ； AC3： 1100；
線膨脹系數(shù)：10.5(在20~100℃)
熱導(dǎo)率：27.6W.(M.K)-1 (常溫)
彈性模量（MPa）210000~223500 (常溫)
3.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計
注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計中的主要內(nèi)容之一。
3.6.1 主流道
主流道是連接注塑機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機噴嘴在同一軸線上，橫截面為圓形，帶有一定的錐度。
主要參數(shù)： 錐角=2°；
內(nèi)表面粗糙度Ra=0.32 ；
小端直徑 D=d+(0.5~1)mm；
半徑= +(1~2)mm ；
材料T8A；
由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨加工和熱處理。
3.6.2 分流道
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，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(shè)計應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表3-1所示。
表3-1流道斷面尺寸推薦值
塑料名稱
分流道斷面直徑mm
塑料名稱
分流道斷面直徑 mm
ABS，AS
聚乙烯
尼龍類
聚甲醛
丙烯酸
抗沖擊丙烯酸
醋酸纖維素
聚丙烯
異質(zhì)同晶體
4.8~9.5
1.6~9.5
1.6~9.5
3.5~10
8~10
8~12.5
5~10
5~10
8~10
聚苯乙烯
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
熱塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
離子聚合物
聚苯硫醚
3.5~10
3.5~10
6.5~16
6.5~8.0
3.5~8.0
6.5~10
6.5~10
2.4~10
6.5~13
分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為6mm。
3.6.3 冷料穴
冷料穴一般位于主流道對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進入型腔而形成冷接縫，此外，開模時又能將主流道凝料從定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端直徑.
3.6.4 澆口
澆口是連接分流道與型腔之間一段細短的通道，其作用是使從分流道流過來的塑料熔體以較快的速度進入并填滿型腔，填滿型腔后澆口部分的熔體能迅速的凝固而封閉澆口，防止型腔內(nèi)的熔體倒流。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性:
①形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證；
②試模時如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時修改；
③能相對獨立地控制填充速度及封閉時間；
④對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。
(1) 側(cè)澆口深度尺寸H的確定
H=nt =0.6×1.6 = 0.96mm
n塑料系數(shù)ABS料取0.6； t塑件在澆口位置處的壁厚，該設(shè)計取殼體中間壁厚t=1.6 mm。
(2) 側(cè)澆口寬度尺寸W的確定
（3-1）
A型腔一側(cè)的表面積: A=V/t ；
V澆注體積 ：V=53.9×10mm； t取平均 壁厚=3.3mm 取3.5mm。 W===3.68 取4mm
如圖3-3所示： 圖3-3 澆口
3.6.5 剪切速率的校核
生產(chǎn)實踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道的剪切速率R=5×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質(zhì)量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗公式表示：
R= (3-2）
式中 ——體積流量（CM/S）；——澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑（CM）。
（1）主流道剪切速率校核
Q=0.8Q/T=73.95÷1.5=49.3 （CM/S）
T注射時間， T=1.5（S）；
R==0.27（CM）
R主流道的平均當(dāng)量截面半徑；
主流道小端直徑 ， =0.4 （CM）； 主流道大端直徑，=0.68（CM）
R== =2.63×10 S
（2）分流道剪切速率的校核
第一級分流道： Q= = =27（CM/S）
R=0.3（CM）
R= = =1.05×10 S
第二級分流道： Q=（CM/S）
因為當(dāng)量半徑和第一級，相同所以， =/2 5×10 S
（3）澆口剪切速率的校核
==1.42×10 S
=13.5（cm/s）； 澆口面積S=1×3=3mm,當(dāng)量面積S= 取=1mm。
從以上的計算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。
3.7 模架的確定
3.7.1 型腔壁厚和底板厚度計算
在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型腔材料本身的許用應(yīng)力[]時，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導(dǎo)致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進 形式行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗確定。根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計，按強度校核；小型模具按強度條件設(shè)計，按剛度校核原則：
側(cè)壁厚度計算公式：
S≧() （3-3）
=()
=20.91 mm
式中 C—與型腔深度對型腔側(cè)壁長邊邊長之比h/L有關(guān)的系數(shù)；查表C=1；
P——型腔壓力，P取30Mpa；
h——型腔深度，h=40；
E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10；
[]——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04;
底板厚度計算公式：
≧（） （3-4）
=（）
=46.02 mm
——由底板短邊與長邊邊長之比決定的系數(shù)；查表=0.026；
P——型腔壓力，p取30Mpa；
——底版短邊長度(mm)， =180；
E——模具材料的彈性模量（Mpa），E取2.1×10；
[]——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04;
3.7.2 模架的選用
注塑模模架國家標(biāo)準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術(shù)條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者適用于模板尺寸為B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標(biāo)準，該設(shè)計采用龍記標(biāo)準模架。
（1）模仁尺寸的確定
因為采用的是整體式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經(jīng)過模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間，該設(shè)計取模仁的大小為100×280mm。
（2）凸、凹模尺寸的確定
凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進行強度或剛度校核來確定。根據(jù)3.3.3的計算結(jié)果，只要凹模長邊的寬度滿足12 mm就可以達到剛度要求，理論上只要取大于12 mm的值就滿足設(shè)計要求，但考慮到導(dǎo)柱和導(dǎo)套、螺釘、冷卻水孔等對模架強度、剛度的削弱作用，實際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設(shè)計中，在長度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為45 mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為49 mm（實際生產(chǎn)中寬度方向的邊值一般比長度方向的邊值大）。所以凸、凹模尺寸為300×400 mm。
（3）模具高度尺寸的確定
各塊板的厚度已經(jīng)標(biāo)準化，所需要的只是選擇，如何設(shè)計合理的模板厚度，有兩個重要的尺寸我們需要注意：
①凸模底板的厚度與凹模底板的厚度；注射成型過程時型腔中會有較大的成型壓力，當(dāng)塑件與凝料在分型面上投影面積較大時，若凸模底板的厚度不夠，則很有可能會讓模架發(fā)生一定變形甚至破壞，所以凸模底板的厚度尺寸我們需校核才可以確定，根據(jù)3.7.1知道，厚度滿足46mm可滿足要求，為了安全，取底板厚度為50 mm，。凹模的底板因為是與注塑機的工作臺接觸的，所受的力傳遞到工作臺上，所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以，該設(shè)計我們?nèi)“寄５装宓暮穸葹?0 mm。
②推板推出距離；在分模的時候塑件一般都會黏在型芯上，需推桿或者推板推出來一定距離才會脫離型芯，該塑件的總高度為65 mm，黏在型芯上尺寸大概55 mm左右，所以當(dāng)推桿推出距離有55 mm時就會讓塑件跟型芯分離。如果C板（即模腳）的總高度太小，則推出距離不夠而使塑件不能正常脫離型芯，如圖3-4所示：
需要滿足關(guān)系：
H－h(huán)1－h(huán)2－h(huán)3－h(huán)＞0
H——C板高； 圖3-4 推出距離關(guān)系
h1——擋銷高度；
h2——推板厚度；
h3推桿固定板厚度；
h——推出距離；
完成了以上的工作，確定模具尺寸為270×400 mm，A板厚度70 mm，B板厚度80 mm，C板厚度100mm，為了保證凸、凹模不碰傷，A板和B板之間取1 mm間隙。
為了起吊模具，模具上都設(shè)有吊環(huán)。
3.8 導(dǎo)向與定位機構(gòu)
每套模具都設(shè)有導(dǎo)向機構(gòu)，模具工作時，導(dǎo)向機構(gòu)可以維持動模與定模的正確合模，合模保持正確的型腔形狀。在模具設(shè)計中不僅要設(shè)計導(dǎo)向，還需在動模與定模之間設(shè)置錐面定位機構(gòu)來滿足模具的精度要求。
導(dǎo)柱：導(dǎo)柱主要有兩種形式，一種是帶頭直通式導(dǎo)柱，一般用于簡單模具，列一種是有肩導(dǎo)柱，用于大型模具。所有導(dǎo)柱必須有足夠的抗彎強度，且表面要耐磨，導(dǎo)柱的頂端常設(shè)置成錐形或者半球形，便于導(dǎo)柱順利進入導(dǎo)套。
導(dǎo)套：導(dǎo)套有直接導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套兩種結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)向孔最好打通，利于通氣，否則孔內(nèi)氣體無法逸出，產(chǎn)生反壓力。
3.9 頂出系統(tǒng)設(shè)計
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮觯瓿擅摮鏊芗难b置稱為脫模機構(gòu)，也稱頂出機構(gòu)。
脫模機構(gòu)的設(shè)計一般遵循以下原則：
1）塑件滯留于動模，以便脫模裝置在注射機推桿的驅(qū)動下完成脫模動作。
2）保證塑件不變形損壞，有針對性的選擇合適的脫模方法和脫模位置，使推出重心與脫模阻力中心重合。
3）力求良好的塑件外觀，推出塑件的位置應(yīng)該在塑件內(nèi)部或者對外觀影響不大的部位。
本設(shè)計使用簡單的推桿和推管脫模機構(gòu)，因為該塑件的分型面比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，采用推簡單的脫模機構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護帶來方便。在對脫模機構(gòu)做說明之前，需要對脫模力做個簡單的計算。
3.9.1 脫模力的計算
首先需要對塑件進行理想模型建模。
取平均值為脫模斜度 ==19
對建模進行受力分析，如圖3-5所示
F——制件對型芯的包緊力（N）；
F、F——F的垂直和水平分量（N）；
F′——F的反作用力（N）；
F——沿凸模表面的脫模力（N）； 圖 3-5
F——沿制件出模方向所需的脫模力（N）；
——脫模斜度；
F= F×cos;
F= F′= F×sin;
F= F= F×cos;
F=( F－F′) cos
=( F×cos－F×sin) cos
= F×cos( cos－sin)
所以，脫模力的計算公式為：
F= F×cos( cos－sin) （3-5）
又 F＝ Lh （3-6）
式中: L－凸模成型型部分的截面周長；
h模被制件包緊部分的高度；
－制件對凸模的單位包緊力，其數(shù)值與制件的幾何特點及塑料的性質(zhì)有關(guān)，一般可取8~12MPa;
A段：
F＝Lh
=
=3.14×110×10×5×10×9×10
＝15543(N)
式中 D取的是塑件的平均直徑，D==110.5，取D=110mm。
B段：
F＝ Lh
＝D h
＝3.14×55×10×10×10×9×10=15543(N)
B段兩端截面周長不等，取等效截面周長在中間D=D/2。
所以脫模力為： F＝ F+ F
＝F+ F cos(cos－sin)
＝15543+15543×0.90×（0.4×0.9-0.44）=16662（N）
注：A段脫模斜度為0°，所以A段F= F；B段脫模斜度為19°，需要按前面的分析求解。因為制件對型芯的力總是阻礙脫模，所以，在(cos－sin)為負時我們?nèi)∑浣^對值。由于以上所計算得的只是一腔的脫模力，所以總的脫模力為：
F=2 F=2×16662=33324（N）；
3.9.2 推桿脫模機構(gòu)
推桿脫模機構(gòu)是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸，開模后將塑件推出。
推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。
1）推桿尺寸計算：本設(shè)計采用的是推桿推出，由公式：
d=k() (3-7）
=1.5×() =10.8 mm
d—推桿直徑；； n—推桿數(shù)量，n取4
L—推桿的長度（參考模架尺寸，估取L=220）；E—推桿材料彈性模量，取E=2.1×10Mpa
k—安全系數(shù)，取k=1.5； F—總的脫模力，F(xiàn)=33324（N）；
實際推桿尺寸直徑為12mm，可見是符合要求的。但為了安全起見，再對其進行強度校核，強度校核公式為：
d≥ （3-8）
＝＝10.2mm 滿足強度要求。
[]—推桿材料的許用壓應(yīng)力, []=150Mpa。
2）推桿的固定形式：推桿固定形式有推桿固定板中、采用墊塊或者墊圈代替固定板上的深孔、螺釘頂緊推桿等形式，推桿固定定板中是常用形式。
3）推出機構(gòu)的導(dǎo)向：當(dāng)推桿較細或推桿數(shù)量較多時，為了防止因塑件反阻力不均勻而導(dǎo)致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運動卡滯現(xiàn)象，常在推出機構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向零件，包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。。
4）推出機構(gòu)的復(fù)位：脫模機構(gòu)完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復(fù)到初始位置，目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。本設(shè)計采用彈簧復(fù)位機構(gòu)，彈簧復(fù)位機構(gòu)是一種最簡單的復(fù)位方式。推出時彈簧被壓縮，而合模時彈簧的回力就將推出機構(gòu)復(fù)位。
5）推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質(zhì)一般為H8/f7或H7/f7，配合間隙值以熔料不溢料為標(biāo)準。配合長度一般為直徑的1.5~2倍，至少大于15mm，推桿與推桿固定板的孔之間留有足夠的間隙，推桿相對于固定板是浮動的，如圖3-6所示。
圖3-6 推桿的安裝圖
3.9.4 推板厚度的計算
H0.54L（） （3-9）
＝0.54×80×（）＝10.71 mm
式中: L—推桿對推板的作用間距，參考模架取L取80 mm ；
B—推板寬度，B=180mm；
[]模板中心允許的最大變形量，[]=0.065 mm，[]取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差=0.52 mm。
模具推板的厚度為25mm，從計算結(jié)果看，滿足強度要求。
3.10 成型