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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：洗衣機(jī)排水管道某零件的注射模具設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年 5 月
洗衣機(jī)排水管道某零件的注射模具設(shè)計(jì)
摘要
本次設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了洗衣機(jī)排水管道某零件的注塑模具設(shè)計(jì)，主要包括塑件材料的分析與設(shè)計(jì)方案的論證；注塑機(jī)的選擇；成型零件的設(shè)計(jì)；側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及模具各部分的計(jì)算和校核等。本次設(shè)計(jì)的方案為一模兩腔，塑件材料選用了丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS），澆口形式選用了側(cè)澆口，模具結(jié)構(gòu)為直接分型——推桿推出機(jī)構(gòu)。同時(shí)運(yùn)用了PRO/ENGINEER軟件設(shè)計(jì)模具三維圖。
關(guān)鍵詞：注塑模具，塑料，模具設(shè)計(jì)，抽芯機(jī)構(gòu)
Design of the injection mould for a part of the washing machine drain pipe
Abstract
The detailed design of the injection mold design of a washing machine drainage pipe parts, mainly includes the analysis and design of the plastic injection machine choice demonstration;forming part design; design side parting and core pulling mechanism; design of steering mechanism; demoulding mechanism design; design of temperature control system the portion of the mold, and the calculation and verification. The design scheme for a mold two cavity, acrylonitrile - butadiene - styrene copolymer with plastic material (ABS), gate form the side gate, the die structure for the direct type -- push rod ejecting mechanism. At the same time using the PRO/ENGINEER software design of 3D graph.
Key Words: Injection mould, plastic, mold design, core-pulling mechanism
目 錄
1緒論 1
1.1題目背景 1
1.2塑料模具的發(fā)展概況 1
1.3塑料模具的發(fā)展前景和趨勢(shì) 2
2塑件分析 3
2.1塑件的結(jié)構(gòu)分析 3
2.1.1塑件三維圖 3
2.1.2塑件二維圖 3
2.1.3精度分析 3
2.2塑件的材料分析 4
2.2.1塑件材料 4
2.2.2材料的特性 4
2.2.3 ABS的工藝特性 4
2.2.4 ABS的成型工藝 4
2.3塑料的成型工藝 5
2.4注射成型的過程 5
2.4.1成型前的準(zhǔn)備 5
2.4.2注射成型過程 5
2.4.3制品的后處理 5
3方案論證 6
3.1方案論證 6
3.2采用方案 6
4注射機(jī)的選擇 7
4.1確定零件的體積 7
4.2注射機(jī)的選擇及參數(shù) 7
4.2.1注射機(jī)的類型 7
4.2.2注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 8
4.3注射機(jī)的校核 8
5分型面的選擇 10
5.1分型面選擇原則 10
5.2分型面設(shè)計(jì) 10
6澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
6.1澆注系統(tǒng)作用及要求 11
6.2澆注系統(tǒng)的布置 11
6.3主流道設(shè)計(jì) 11
6.3.1主流道設(shè)計(jì)要求 11
6.3.2主流道計(jì)算 11
6.4分流道設(shè)計(jì) 12
6.4.1分流道設(shè)計(jì)要求 12
6.5澆口設(shè)計(jì) 12
6.5.1澆口類型 12
6.5.2澆口的位置 13
6.5.3澆口的選擇 13
6.6冷料穴設(shè)計(jì) 13
6.7澆口套和定位圈設(shè)計(jì) 14
6.7.1澆口套的設(shè)計(jì) 14
6.7.2定位圈的設(shè)計(jì) 14
7成型零部件設(shè)計(jì) 15
7.1成型零部件材料選擇 15
7.2成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
7.2.1型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
7.2.2型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
7.3成型零件尺寸計(jì)算 16
7.3.1影響制品尺寸精度的因素 16
7.3.2成型零件工作尺寸計(jì)算 17
7.3.3成型型腔壁厚計(jì)算 19
8導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
8.1導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)要求 20
8.2導(dǎo)柱的選擇 20
8.3導(dǎo)套的設(shè)計(jì)和選擇 20
9側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
9.1抽芯機(jī)構(gòu)的類型 22
9.2抽芯距和抽芯力的計(jì)算 22
9.2.1抽芯距 22
9.2.2抽芯力 22
9.3斜導(dǎo)柱和斜滑塊設(shè)計(jì) 23
9.3.1斜導(dǎo)柱 23
9.3.2斜滑塊 23
9.3.3楔緊塊 24
10脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
10.1脫模裝置 25
10.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 25
10.2.1設(shè)計(jì)原則 25
10.2.2脫模力的計(jì)算 25
10.3頂桿頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26
10.3.1頂桿頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn) 26
10.3.2頂桿強(qiáng)度的計(jì)算 26
10.4復(fù)位裝置 27
11溫度調(diào)節(jié)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
11.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
11.1.1溫度調(diào)節(jié)對(duì)制品質(zhì)量的影響 28
11.1.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 28
11.1.3冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 28
11.2排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29
12模具總體設(shè)計(jì) 31
12.1模具工作過程 31
12.2模具選用材料及熱處理 31
12.3環(huán)保和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 32
13結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 36
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 37
V
1 緒論
1緒論
1.1題目背景
塑料模具的設(shè)計(jì)和制造水平反映了機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的水平，模具的設(shè)計(jì)已應(yīng)用了當(dāng)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段。各行各業(yè)對(duì)模具需求量的增大，增加了大量的模具設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)人才。本課題為中等以上難度的塑料模具設(shè)計(jì)，從模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，材料的選擇與處理，零件的加工工藝方案的制訂，三維造型等均得到一定的鍛煉。
1.2塑料模具的發(fā)展概況
伴隨著改革開放所帶來的各式各樣的新技術(shù)和新思想，我國的制造業(yè)得到了的很大程度上的發(fā)展，并且擁有很廣闊的發(fā)展前景。模具是制造業(yè)不可或缺的一部分，它是目前大部分行業(yè)必需的，很多行業(yè)都離不開模具，它涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)制造、塑性加工、鍛造、金屬材料及其熱處理、高分子材料、金屬物理、粉末冶金、塑料、橡膠、玻璃等諸多學(xué)科、范疇和行業(yè)[1]。利用成型的模具制造出的產(chǎn)品所擁有的高生產(chǎn)率、高精度、高復(fù)雜性、高一致性和低消耗，這是其他的加工制造方法無法比擬的。目前我國的模具生產(chǎn)廠家有3萬多家，從事該行業(yè)的人數(shù)已達(dá)到100多萬人[2]，我國的模具行業(yè)的發(fā)展具有以下這些特點(diǎn)：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具以及模具標(biāo)準(zhǔn)件的發(fā)展速度快于行業(yè)的總體發(fā)展水平；塑料模和壓鑄模成比例增長；專業(yè)模具廠家數(shù)量及生產(chǎn)能力增加較快；隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，“三資”及民營企業(yè)的發(fā)展很快[3]。我國的模具生產(chǎn)主要集中在長江三角洲和珠江三角洲等地區(qū)，雖然在模具總量上我國位列前茅，但是設(shè)計(jì)和制造水平還是落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，標(biāo)準(zhǔn)化程度也低于國際水平。
同時(shí)我國的模具行業(yè)還存在著整體利潤較低、進(jìn)口多出口少的不利現(xiàn)狀。這說明我國的模具技術(shù)與國外技術(shù)還存在著不小的差距，仍然需要大力發(fā)展。與此同時(shí)，我國的模具發(fā)展也有著一些有利因素：國家對(duì)制造業(yè)的重視和大力支持；我國高速發(fā)展的機(jī)械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、家電及建筑業(yè)等給模具行業(yè)帶來巨大的前景和市場(chǎng)；國際先進(jìn)企業(yè)來華投資熱情增高帶來的機(jī)遇等[4]。
1
1.3塑料模具的發(fā)展前景和趨勢(shì)
經(jīng)過近些年的發(fā)展，塑料模具取得了很大的進(jìn)步和成果，同時(shí)也表現(xiàn)出了今后的發(fā)展趨勢(shì)的方向：
(1) 模具的精度越來越高。在10年前，精密模具的精度一般為5μm, 而現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到2--3μm,1μm精度的模具也將要出現(xiàn)。
(2) 模具越來越趨近大型化。
(3) 模具的技術(shù)含量越來越高。
(4) 塑料模具的比例將會(huì)進(jìn)一步增高。
(5) 新型多功能復(fù)合模具會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，并且得到更加廣泛的應(yīng)用。
(6) 標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用會(huì)更加的廣泛。因?yàn)槟＞邩?biāo)準(zhǔn)化以及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將可以減小模具制造周期, 同時(shí)還能提高模具的整體質(zhì)量和降低模具制造成本。
(7) 隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時(shí)對(duì)壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來越高的要求。
(8) 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。
(9) 隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。
(10) 節(jié)約資源、重復(fù)使用、利于環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展[7]。
2
2 塑件分析
2塑件分析
2.1塑件的結(jié)構(gòu)分析
2.1.1塑件三維圖
塑件的三維圖如下圖2.1所示，本設(shè)計(jì)塑件比較復(fù)雜，首先塑件上有與開模
方向垂直的側(cè)孔，需要設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)；同時(shí)由于塑件存在較深的型腔，所以開模時(shí)可以保證塑件留在動(dòng)模上。
圖2.1 塑件三維圖
2.1.2塑件二維圖
如下圖2.2可以看出該塑件有部分型腔，同時(shí)側(cè)壁上有側(cè)孔，需要側(cè)向抽芯。
圖2.2 塑件二維圖
2.1.3精度分析
本塑件材料為ABS，根據(jù)GB/T 14486-2008選取本塑件公差等級(jí)為MT4。表面粗糙度取Ra0.4。脫模斜度為40′~1°30′。
3
2.2 塑件的材料分析
2.2.1塑件材料
根據(jù)該塑件的用途是洗衣機(jī)內(nèi)部某零件，由于ABS為非結(jié)晶型塑料，綜合性能好，廣泛地用于制造汽車、飛機(jī)、家電等的零件[1]。所以本塑件材料選擇ABS。
2.2.2材料的特性
ABS性能指標(biāo)[8]如下表所示：
表2.1 ABS性能指標(biāo)
名稱
單位
數(shù)值
密度
(g/cm3)
1.04~1.06
熔 點(diǎn)
℃
130~160
熱變形溫度
45N/cm
65~98
彎曲強(qiáng)度
Mpa
80
拉伸強(qiáng)度
MPa
35~49
拉伸彈性模量
GPa
1.8
硬度
HR
R62~86
收縮率
%
0.4~0.8
缺口沖擊強(qiáng)度
kJ/m2
11~20
彎曲彈性模量
Gpa
1.4
壓縮強(qiáng)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)
60Hz
3.7
2.2.3 ABS的工藝特性
(1) ABS屬于無定形聚合物，無明顯熔點(diǎn)。成型過程中熱穩(wěn)定性較好，成型溫度可選擇的范圍也較大。
(2) 粘度適中。
(3) 流動(dòng)性對(duì)注射壓力的變化比對(duì)溫度的變化稍敏感。
(4) 在成型加工前，大都要作干燥處理。
2.2.4 ABS的成型工藝
4
(1) 注射溫度在160~220攝氏度之間
(2) 對(duì)于薄壁、長流程、小澆口制品注射壓力可達(dá)130~150MPa；對(duì)厚壁、大澆口制品只需70~100MPa。
(3) 為了獲得內(nèi)應(yīng)力較小的制品，保壓壓力不宜過高。以60~70MPa為宜。
(4) 模具溫度在60攝氏度左右。
(5) 注射速度以中、低速為宜。
2.3塑料的成型工藝
塑料的成型方法有很多種，如注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、吹塑成型等。本塑件采用注射成型。
注射成型又稱注塑成型。該方法采用注射成型機(jī)將粒狀的塑料連續(xù)輸入道注射成型機(jī)料筒中并逐漸熔融，使其呈黏性流動(dòng)狀態(tài)，由料筒中的螺桿或柱塞推至料筒底部。通過料筒頂端的的噴嘴將熔體注入到閉合的模具型腔中，熔體充滿后經(jīng)過保壓和冷卻，使制品固化定型，然后開啟模具取出制品。注射成型主要用于熱塑性塑料，現(xiàn)在也可用于熱固性塑料。注射成型的生產(chǎn)是周期性的。根據(jù)產(chǎn)品的批量、結(jié)構(gòu)、尺寸與精度，可采用一模一腔，也可采用一模多腔。
2.4注射成型的過程
2.4.1成型前的準(zhǔn)備
(1) 原料的預(yù)處理。
(2) 料筒的清洗。
(3) ABS在成型前需要干燥處理。
2.4.2注射成型過程
包括加料、塑化、加壓、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
2.4.3制品的后處理
塑料制品脫模后，通常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚韥砀纳浦破返男阅芎吞岣咧破返某叽绶€(wěn)定性。制品的后處理主要指退火和調(diào)濕處理。同時(shí)需要除去澆口凝料，修飾澆口處余料及飛邊毛刺。
退火處理的方法是使制品在定溫的加熱液體或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時(shí)間。一般退火溫度應(yīng)控制在高于制品使用溫度10~20攝氏度或者低于塑料熱變形溫度10~20攝氏度為宜。
調(diào)濕處理就是使制品在一定的濕度環(huán)境下預(yù)先吸收一定的水分，使制品尺寸穩(wěn)定下來，以避免在使用過程中再發(fā)生更大的變化。
5
3 方案論證
3方案論證
3.1方案論證
方案一：采用一模兩腔結(jié)構(gòu)，對(duì)稱放置，選用側(cè)澆口，其澆口設(shè)置在動(dòng)模板上，用推桿實(shí)現(xiàn)脫模，且效率高，側(cè)向抽芯采用斜銷抽芯機(jī)構(gòu)。分型面選擇塑件最大輪廓處。
方案二：采用一模一腔結(jié)構(gòu)，澆口采用側(cè)澆口。
經(jīng)過研究和論證，由于方案二效率較低，澆注系統(tǒng)不能平衡布置。方案一合理，所以本設(shè)計(jì)采用方案一的設(shè)計(jì)。
3.2采用方案
本設(shè)計(jì)模具采用上下開模的方式，采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)，對(duì)稱放置，一次成型；澆口采用側(cè)澆口，同時(shí)澆注；由于該塑件上具有與開模方向不一致的孔，所以要設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，在開模的同時(shí)進(jìn)行側(cè)向抽芯；同時(shí)也需要脫模機(jī)構(gòu)，在開模后利用頂桿將塑件頂出；在定模和動(dòng)模之間要有導(dǎo)桿，保證動(dòng)模定模能夠正確的開合；采用Z型拉料桿將澆道中的凝料拉出；采用復(fù)位桿在開模頂出塑件后使推板復(fù)位。
6
4 注射機(jī)的選擇
4注射機(jī)的選擇
4.1確定零件的體積
(1) 零件的體積：由Pro/e軟件計(jì)算出塑件體積：=5.75 cm3
(2) 損失的體積：考慮澆口及流道損失，選取澆口及流道損失=0.6*5.75=3.45cm3，取=4 cm3
(3) 塑件的總體積：由于采用一模兩腔，=2*5.75+4=15.5cm3。在加工過程中考慮到塑料的利用率, 取利用系數(shù) K=0.8。故注射成型機(jī)最大注射量V0應(yīng)大于或等于/ K即V0≥/ K=15.5/0.8=19.375cm3
4.2注射機(jī)的選擇及參數(shù)
4.2.1注射機(jī)的類型
按注射機(jī)的注射方向和模具的開合方向，可分為三類。
(1) 臥式注射機(jī)
這種注射機(jī)成型物料的注射方向與合模機(jī)構(gòu)開合方向均沿水平方向。其特點(diǎn)是重心低、穩(wěn)定，加熱、操作及維修均很方便，塑件推出后可自行脫落，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是模具安裝較麻煩，嵌件放入模具有傾斜和脫落的可能，機(jī)床占地面積較大。目前，大、中型注射機(jī)一般采用這種形式。
(2) 立式注射機(jī)
成型物料的注射方向與合模機(jī)構(gòu)開合方向均垂直于地面。其主要有點(diǎn)是占地面積小，安裝和拆卸模具方便，安裝嵌件較容易。缺點(diǎn)是重心高、不穩(wěn)定，加料較困難，推出的塑件要人工取出，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。這種機(jī)型一般為小型的，最大注射量在60g以下。
(3) 角式注射機(jī)
成型物料的注射方向與合模機(jī)構(gòu)開合方向相互垂直，又成為直角式注射機(jī)。目前國內(nèi)使用最多的角式注射機(jī)采用沿水平方向開合模，沿垂直方向注射。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于自制。主要缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確可靠地控制注射壓力、保壓壓力和鎖模力，模具受沖擊和震動(dòng)較大。
按注射裝置分類，可分為三類。
(1) 螺桿式
以同一螺桿來實(shí)現(xiàn)成型物料的塑化和注射。它能使成型物料的混煉塑化均勻，無材料滯留，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但壓力損失較大，是當(dāng)前使用較廣泛的機(jī)型。
7
(2) 柱塞式
以加熱料筒、分流梳和柱塞來實(shí)現(xiàn)成型物料的塑化和注射。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，適合于小型塑件的成型，但材料滯留嚴(yán)重，壓力損失大。
綜上所述，根據(jù)注射量、注射壓力、鎖模力初選注射機(jī)為立式螺桿注射機(jī)，型號(hào)為XS-ZS-22。
4.2.2注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表4.1所示
表4.1 注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
工程注射量/ cm3
30
螺桿直徑 / mm
25
注射壓力/Mpa
117
鎖模力/kN
250
最大成型面積/
90
模板最大行程/
160
模具最大厚度/
180
模具最小厚度/
60
模板尺寸a×b/
250×280
拉桿空間a或a×b/
235
定位圈尺寸/
Ф115
頂出形式/
兩側(cè)頂出中心距70
生產(chǎn)廠家
上海塑機(jī)廠
噴嘴圓弧半徑/
12
噴嘴孔徑/
4
4.3注射機(jī)的校核
4.3.1最大注塑量效核
材料的利用率為19.375/30=0.65，符合注塑機(jī)利用率在0.3～0.8的要求。
4.3.2注射壓力的效核
所選注塑機(jī)的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，ABS塑件的注塑壓力一般要求為50～100MPa，所以該注塑機(jī)的注塑壓力符合條件。
4.3.3鎖模力效核
8
選用注射機(jī)的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要分開而會(huì)產(chǎn)生溢料。注射時(shí)產(chǎn)生的型腔壓力對(duì)柱塞式注射機(jī)因注射壓力損失較大，所以型腔壓力約為注射壓力的70%～40%；而有預(yù)塑裝置的注射機(jī)及螺桿式注射機(jī)壓力損失較小，所以型腔壓力較大。另外對(duì)不同流動(dòng)性的塑料，噴嘴和模具結(jié)構(gòu)形式。其壓力損失也不一樣。一般熔料經(jīng)噴嘴時(shí)其注射壓力達(dá)60～80/, 經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時(shí)則型腔壓力一般約為25～50/。
鎖模力和成形面積的關(guān)系有下式確定：P鎖≥P腔×A/1000
式中——鎖模力（kN）；
——型腔壓力，一般取40～50kN/mm2;
A ——澆道、進(jìn)料口和塑件的投影面積（cm2）。
取= 45kN/mm2
所以注塑機(jī)的鎖模力符合要求。
4.3.4模具厚度校核
初定模具厚度為176mm，在該注塑機(jī)要求的厚度范圍(60～180mm)之內(nèi)。
4.3.5模具安裝尺寸校核
模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時(shí)（大型模具多采用此法），模具動(dòng)定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機(jī)模板臺(tái)面上對(duì)應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時(shí)（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
(4.1)
4.3.6開模行程的效核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模行程。其開模行程按下式效核:
式中：S 為注塑機(jī)的最大行程，mm；
H1 為塑件的脫模距離, mm；取H1=25mm
H2 為包括流道在內(nèi)的塑件高度, mm；取H2=70mm
由公式3-2得 S= 25+70+(5~10)=100mm
所以上式成立，即該注塑機(jī)的開模行程符合要求。
綜上所述，由以上對(duì)各參數(shù)的校核可知該注塑機(jī)符合要求。
9
5 分型面的選擇
5分型面的選擇
5.1分型面選擇原則
模具上用以取出制品及澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面。在由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件工藝性、精度、推出方法、模具制造、排氣等因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較。分型面一般垂直于開模方向。因此，分型面的選擇有以下原則：
(1) 分型面必須開設(shè)在制品截面輪廓最大的部位才能使制品順利地脫模。
(2) 因?yàn)榉中兔娌豢杀苊獾囊谥破飞狭粝潞圹E，所以分型面最好不要選在制品光滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。
(3) 在注射成型時(shí)因推出機(jī)構(gòu)一般設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，故分型面應(yīng)盡量選在能使制品留在動(dòng)模內(nèi)的地方。
(4) 對(duì)于同軸度要求高的制品（如雙聯(lián)齒輪）等，在選擇分型面時(shí)，最好把要求同軸度的部分放在分型面同一側(cè)。
(5) 一般側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的側(cè)向抽拔距離都較小，故選擇分型面時(shí)應(yīng)將抽芯或分型距離較長的一邊放在動(dòng)、定模的方向上，而將短的一邊作為側(cè)向分型的抽芯。
(6) 因側(cè)向合模鎖模力較小，故歸于投影面積較大的大型制品，應(yīng)將投影面積大的分型面放在動(dòng)、定模主平面上，而將投影面積較小的分型面作為側(cè)向分型面。
(7) 當(dāng)分型面作為排氣面時(shí)，應(yīng)將分型面設(shè)計(jì)在料流的末端，以利于排氣。
(8) 不能有分型面與開模方向平行，應(yīng)當(dāng)盡量使分型面與開模方向垂直或有較大角度，這樣才能保證在導(dǎo)向間隙下動(dòng)模與定模正確接觸形成封閉型腔。
(9) 分型面應(yīng)避免使模具上產(chǎn)生尖角等強(qiáng)度薄弱的部位。
5.2分型面設(shè)計(jì)
根據(jù)分型面選擇原則及本塑件特點(diǎn)，選擇分型面如圖5.1所示
圖5.1 分型面
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6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.1澆注系統(tǒng)作用及要求
澆注系統(tǒng)是塑料熔體自注射機(jī)的噴嘴射出后，到進(jìn)入模具型腔以前所流動(dòng)的一段路徑的總稱，主要應(yīng)包括主流道、分流道、進(jìn)料口、冷料穴等幾部分，是注射模設(shè)計(jì)中的重要組成部分。
澆注系統(tǒng)的作用是使熔融塑料平穩(wěn)、有序地填充到型腔中去，且把壓力充分地傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得組織致密、外形清晰、美觀的塑件。對(duì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求是：對(duì)模腔的填充迅速有序；可同時(shí)充滿各個(gè)型腔；對(duì)熱量和壓力損失較??；盡可能消耗較少的塑料；能夠使型腔順利排氣；澆注道凝料容易與塑料分離或切除；不會(huì)使冷料進(jìn)入型腔；澆口痕跡對(duì)塑料外觀影響很小。
6.2澆注系統(tǒng)的的布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩種類型，一般以平衡式為宜。澆注系統(tǒng)無論是平衡或非平衡布置，型腔均應(yīng)與模板中心對(duì)稱。使型腔和流道的投影中心與注射機(jī)鎖模力中心重合，避免注射時(shí)產(chǎn)生附加的傾側(cè)力矩。
本設(shè)計(jì)采用一模兩腔，兩腔呈中心對(duì)稱。
6.3主流道設(shè)計(jì)
6.3.1主流道設(shè)計(jì)要求
(1) 主流道為直接與注射機(jī)的噴嘴連接的部分，一般為圓錐形，錐角一般為，流動(dòng)性差的可取，內(nèi)壁表面粗糙度，以便于澆注系統(tǒng)的凝料順利的拔出。
(2) 主流道與注射機(jī)的噴嘴接觸處應(yīng)做成半球形的凹坑，凹坑深度取，凹坑球半徑比噴嘴球頭半徑大1-2mm；主流道小端直徑應(yīng)比噴嘴孔直徑約大0.5-1mm，常取Ф3-6mm，視制品大小及補(bǔ)料要求決定。
(3) 為減少塑料熔體充模時(shí)的壓力損失和塑料損耗，應(yīng)盡量縮短主流道的長度，一般主流道的控制在60mm以內(nèi)。為減少料流轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力，主流道的出口應(yīng)做成圓角，圓角半徑r=。主流道的出口端面應(yīng)與定模分型面齊平，以免出現(xiàn)溢料。
6.3.2主流道的計(jì)算
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（6.1）
主流道經(jīng)驗(yàn)公式為：
式中 ——主流道大頭直徑，mm；
——流經(jīng)主流道的熔體體積（包括各個(gè)型腔、各級(jí)分流道、主流道以及冷料穴的容積），mm；
——因熔體材料而異的常數(shù)
由上可得，D=10mm
6.4分流道設(shè)計(jì)
6.4.1分流道設(shè)計(jì)要求
分流道是指主流道與澆口之間的通道。分流道的設(shè)計(jì)原則是應(yīng)使熔體較快地沖滿整個(gè)型腔，流動(dòng)阻力小，熔體溫降小，并且能將熔體均衡地分配到各個(gè)型腔，同時(shí)要滿足熔融料流壓力損失小，容積最小。
常見的分流道截面形狀有圓形、半圓形、U形、梯形、矩形等。為減小分流道內(nèi)的壓力損失，希望分流道截面面積要大，為減少傳熱損失，又希望分流道表面積要小。流道長度宜短，因?yàn)殚L的流道不但會(huì)造成壓力損失，不利于生產(chǎn)，同時(shí)也浪費(fèi)材料；但過短，產(chǎn)品的殘余應(yīng)力增大，并且容易產(chǎn)生飛邊。流道的截面積越大，壓力的損失越?。涣鞯赖谋砻娣e越小，熱量的損失越小。因此用流道的截面積與周長的比值來表示澆道的效率，效率越高，澆道的設(shè)計(jì)越合理
(6.2)
對(duì)于壁厚小于3mm，重量在200g以下的塑料制品，可用下述經(jīng)驗(yàn)公式確定分流道的直徑（該式所計(jì)算的分流道直徑僅限于在3.2～9.5mm以內(nèi)）
式中 D——分流道的直徑，mm；
W——塑件的質(zhì)量，本零件為6g；
L——分流道的長度，約為90mm；
由上可得D≈3mm。
綜上所述決定本模具的分流道設(shè)在動(dòng)模型板上，采用半圓形流道。
6.5澆口設(shè)計(jì)
6.5.1澆口的類型
澆口的類型有直接澆口、側(cè)澆口、扇形澆口、膜狀澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口、
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護(hù)耳澆口等。
6.5.2澆口的位置
澆口開設(shè)的位置對(duì)制品的質(zhì)量影響很大，在確定澆口位置時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1) 澆口應(yīng)設(shè)置在能使行腔各個(gè)角落同時(shí)充滿的位置
(2) 澆口應(yīng)設(shè)置在制品壁厚較厚的部位，使熔體從厚界面流入薄截面，以利于補(bǔ)料。
(3) 澆口的位置應(yīng)選擇在有利于排除型腔中氣體的部位。
(4) 澆口的位置應(yīng)選擇在能避免制品表面產(chǎn)生熔合紋的部位。
(5) 對(duì)于帶有細(xì)長型芯的模具，澆口位置不當(dāng)會(huì)使型芯受到熔體的沖擊而產(chǎn)生變形。
(6) 澆口的設(shè)置應(yīng)避免產(chǎn)生噴射的現(xiàn)象。
(7) 澆口應(yīng)設(shè)置在不影響制品外觀的部位。
(8) 不要在制品中承受彎曲載荷或沖擊載荷的部位設(shè)置澆口，一般，制品澆口附近的殘余應(yīng)力較大而強(qiáng)度較差。
6.5.3澆口的選擇
考慮本塑件的形狀及材料表面的切料點(diǎn)，本設(shè)計(jì)澆口采用側(cè)澆口。優(yōu)點(diǎn)是澆口形狀簡(jiǎn)單且尺寸容易準(zhǔn)確控制， 缺點(diǎn)是產(chǎn)品表面有澆口瑕疵，須切斷澆道。
6.6冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴是為了防止冷料穴進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔,從而影響注塑成型和塑料件質(zhì)量而開設(shè)的容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料井穴。料穴在開模時(shí)能起到將主流道的冷凝料拉出的作用，冷料穴的直徑比應(yīng)比主流道的大端直徑稍微大一些。冷料穴的常用結(jié)構(gòu)有以下兩種：
(1) 帶Z形頭拉料桿的冷料穴。
(2) 帶球形頭拉料桿的冷料穴。
本設(shè)計(jì)采用帶Z形頭拉料桿的冷料穴，冷料穴冷料穴開設(shè)在主流道的末端。拉料桿二維圖如下圖所示：
圖6.1 拉料桿
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6.7澆口套和定位圈設(shè)計(jì)
6.7.1澆口套的設(shè)計(jì)
襯套一般選用碳素工具鋼，如T8A、T10A 等，熱處理要求。主流道襯套與定模板的配合可采用。
本設(shè)計(jì)的澆口套二維圖如下圖所示：
圖6.2 澆口套二維圖
6.7.2定位圈的設(shè)計(jì)
定位圈是使?jié)部谔缀妥⑸錂C(jī)噴嘴孔對(duì)準(zhǔn)定位所用。定位圈直經(jīng)D為與注射機(jī)定位孔配合直經(jīng)，應(yīng)按選用注射機(jī)的定位孔直經(jīng)確定。直經(jīng)D一般比注射機(jī)孔直經(jīng)小0.1～0.3毫米，以便裝模。定位圈一般采用45號(hào)鋼或Q275鋼。本設(shè)計(jì)的定位圈二維圖如下圖所示：
圖6.3 定位圈二維圖
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7 成型零部件設(shè)計(jì)
7成型零部件設(shè)計(jì)
成型零件是指注射模具閉合時(shí)構(gòu)成模具型腔的零件。通常包括了凸模、凹模、成型桿、成型塊等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結(jié)構(gòu)、進(jìn)料口、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計(jì)算成型零件的工作尺寸，從機(jī)加工工藝角度決定型腔各零件的結(jié)構(gòu)和其他細(xì)節(jié)尺寸，以及機(jī)加工工藝要求等。在工作中，成型零件承受高溫高壓塑件熔體的沖擊和磨擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時(shí)需要克服塑件的粘著力。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，它的強(qiáng)度和剛度必須在許可范圍內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
7.1成型零件的材料選擇
本例的模具成型零件包括凸模、凹模和側(cè)抽芯部件。由于型腔直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質(zhì)量直接關(guān)系到制件質(zhì)量，因此要求它有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨力以承受塑料的擠壓力和料流的磨擦力和足夠的精度和表面光潔度，以保證塑料制品表面光高美觀，容易脫模，一般來說成型零件都應(yīng)進(jìn)行熱處理，使其具有HRC40以上的硬度。
根據(jù)塑件表面質(zhì)量要求，查《塑料注射成型工藝及模具設(shè)計(jì)》附錄B 模具零件常用材料及熱處理，本設(shè)計(jì)成型零件材料選用T8A，淬火加低溫回火，硬度55HRC以上。
7.2成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.2.1凹模（型腔）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模又稱型腔，用以形成制品的外表面。凹模的類型分為以下幾種：
(1)整體式凹模
整體式凹模由整塊材料加工制成，特點(diǎn)是牢固，不會(huì)使制品產(chǎn)生拼接縫痕跡，常用語中、小型簡(jiǎn)單模具。但由于整體式凹模加工困難，熱處理不方便，因此不適宜用作復(fù)雜形狀制品的模具。
(2)整體嵌入式凹模
在多型腔的模具中，每個(gè)型腔的凹模常被單獨(dú)加工為相見，其外形多采用帶臺(tái)階的圓柱體或矩形鑲件，從下部嵌入到凹模固定板中。整體嵌入式凹模加工和安裝容易，熱處理變形小，便于凹模損壞時(shí)的更
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換和維修，成型后的塑件如有毛刺扥缺陷時(shí)，有利于脫模和后處理。
(3)局部鑲嵌式凹模
為了方便加工，或者因?yàn)榘寄５哪骋徊糠秩菀讚p壞，常采用局部鑲嵌式凹模。凹模鑲嵌的配合表面要磨平、拋光，以減少塑件成型時(shí)的表面毛刺，保證塑件表面質(zhì)量。
(4)大面積鑲嵌式凹模
對(duì)于形狀復(fù)雜的凹模，最常用的方法是將凹模做成通孔式的，再鑲以底板，或者將凹模壁做成鑲嵌塊。采用大面積鑲嵌式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)仔細(xì)將各個(gè)結(jié)合面磨平、拋光。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是便于加工和熱處理，但增加了工時(shí)。
(5)四壁拼合式凹模
對(duì)于大型和復(fù)雜的凹模，可將四壁和底板分別加工經(jīng)研磨后壓入模套中，側(cè)壁之間采用扣鎖連接以保證連接的準(zhǔn)確性。這種結(jié)構(gòu)牢固、受力大，因此常被采用。
本設(shè)計(jì)的模具有多個(gè)行腔，選擇整體嵌入式凹模
7.2.2型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯用來形成制品的內(nèi)表面，由于型芯結(jié)構(gòu)與凹模結(jié)構(gòu)類似，所以本設(shè)計(jì)采用整體嵌入式型芯，從上部嵌入到型芯固定板中。
7.3成型零件的尺寸計(jì)算
成型零件的工作尺寸主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸和精度。同時(shí)需要考慮材料的成型收縮率等因素的影響。
7.3.1影響制品尺寸精度的因素
(1)模具成型部件的制造誤差
模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件的加工困難，制造成本和加工周期也會(huì)加大加長。實(shí)踐證明，如果模具成型零件的制造誤差在IT7～I(xiàn)T8級(jí)之間，成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
(2)模具成型零件的表面磨損
對(duì)于中小塑件，模具的成型零件最大磨損可取塑件公差的1/6，而大型塑件，模具的成型零件最大磨損應(yīng)取塑件公差的1/6以下。
(3)由塑料收縮率引起的塑料制品的尺寸誤差
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一般情況，由成型收縮率波動(dòng)而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
(4)模具活動(dòng)成型部件的配合間隙變化引起的誤差。
(5)模具成型部件的安裝誤差。
7.3.2成型零件工作尺寸的計(jì)算
(7.1)
塑件材料的的平均收縮率S計(jì)算公式[9]
公式中 ----塑料的最大收縮率；
----塑料的最小收縮率。
(1) 型腔徑向尺寸的計(jì)算公式
(7.2)
公式中 ----塑件的最大尺寸；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，
(7.3)
(2) 型腔深度尺寸的計(jì)算公式
公式中 ----塑件的最大高度；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，
型腔的徑向尺寸如下表7.1所示
表7.1 型腔的徑向尺寸 mm
塑件基本尺
塑件的公差
成型零件的上
型腔的工作尺
寸L
偏差
寸
19
0.32
0.107
28
0.36
0.12
78
0.64
0.213
45
0.48
0.16
27
0.36
0.12
17
2
0.16
0.053
10.5
0.24
0.08
5
0.18
0.06
1
0.16
0.053
型腔深度尺寸如下表7.2所示
mm
表7.2 型腔深度尺寸
塑件基本尺
塑件的公差
成型零件的上偏
型腔深度尺寸
寸L
差
5
0.18
0.06
7
0.20
0.067
8
0.20
0.067
表（5-2）
其中
通過所計(jì)算的型腔公差與國家標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)比較，型腔按IT10級(jí)制造。
(7.4)
(3) 型芯徑向尺寸的計(jì)算
其中,----塑件的最大尺寸；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，
(7.5)
(4) 型芯高度尺寸的計(jì)算
其中,----塑件的最大高度；
----塑件的平均收縮率；
----塑件的公差；
----型腔的上偏差，
型芯的工作尺寸如下表7.3所示
18
表7.3 型芯高度尺寸 mm
塑件基本尺寸L
塑件的公差
成型零件的下偏差
型腔的高度
9
0.20
0.067
13.5
0.24
0.08
16
0.28
0.093
22
0.32
0.107
25
0.36
0.12
表7.4 型芯的徑向尺寸 mm
塑件基本尺寸L
塑件的公差
成型零件的下偏差
型腔的工作尺寸
1
0.16
0.053
2.5
0.16
0.053
3
0.16
0.053
5
0.18
0.06
6
0.18
0.06
6.5
0.20
0.067
1.5
0.16
0.053
22
0.32
0.107
26
0.36
0.12
其中
通過所計(jì)算的型腔公差與國家標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)比較，型芯按IT10級(jí)制造。
7.3.3成型型腔壁厚的計(jì)算
本設(shè)計(jì)的凹模與底板不是一體的，因此按以下公式計(jì)算：
（7.6）
式中 P ——型腔壓力，一般取240～450公斤/厘米2；
L ——型腔長邊的邊長（厘米）；
a ——受壓力部分的高度（厘米）；
E ——彈性模數(shù)，鋼為2.1×106（公斤/厘米2）；
h——型腔高度（厘米）；
——允許變形量（厘米）。
綜上所述，壁厚滿足設(shè)計(jì)要求。
19
8 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
8導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了保證注射模準(zhǔn)確開模和合模。在注射模中必須設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要起定位、導(dǎo)向以及承受一定側(cè)壓力的作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式。注射模一般采用四個(gè)導(dǎo)柱和導(dǎo)套，導(dǎo)柱通常設(shè)置在主型芯的四周，起到保護(hù)型芯的作用。
本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。
8.1導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)要求
在進(jìn)行導(dǎo)柱設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮以下要求：
(1) 長度 導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面要高出6~8毫米。以免導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而凸模先進(jìn)入型腔與其相碰而損壞。
(2) 形狀 導(dǎo)柱的端部做成錐形或球形，使導(dǎo)柱能順利進(jìn)入導(dǎo)柱孔。
(3) 材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面、堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此，多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理?；蛱妓毓ぞ咪摚═8、T10）經(jīng)淬火處理硬度HRC50~55。
(4) 配合精度 導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔通常采用間隙配合H7/f6或H8/f8，導(dǎo)柱固定部分采用過渡配合H7/m6或H7/k6，配合部分表面粗糙度為Ra=0.8。
(5) 直徑 導(dǎo)柱尺寸按模具模板外形尺寸而定，模具尺寸越大，導(dǎo)柱間中心距應(yīng)越大，所選導(dǎo)柱直徑也越大，所選導(dǎo)套直徑也越大。
8.2導(dǎo)柱的選擇
本設(shè)計(jì)根據(jù)GB4169.4-84選用直徑為12mm長度為55mm的導(dǎo)柱，其示圖如下圖
圖8.1 導(dǎo)柱二維圖
8.3導(dǎo)套的設(shè)計(jì)和選擇
導(dǎo)套與導(dǎo)柱均采用T8制造，且導(dǎo)套硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱硬度，以減輕磨損，防止導(dǎo)柱或?qū)桌瑢?dǎo)套固定部分合導(dǎo)滑部分的表面粗糙度選取。
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本設(shè)計(jì)根據(jù)GB4169.3-84選用直徑為18mm的導(dǎo)套，其示意圖如下圖：
圖 8.2 導(dǎo)套二維圖
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9 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
9側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
9.1抽芯機(jī)構(gòu)的類型
當(dāng)塑件側(cè)壁上帶有的與開模方向不同的內(nèi)外側(cè)孔或側(cè)凹等阻礙塑件成型后直接脫模時(shí)，模具上該成型處的零件就必須制成可側(cè)向移動(dòng)的零件，稱為活動(dòng)型芯。
側(cè)向分型的抽芯機(jī)構(gòu)按動(dòng)力可分為手動(dòng)、液壓（氣動(dòng)）機(jī)動(dòng)和三大類型。
(1) 手動(dòng)抽芯 在推出制品前或脫模后用手工方法將活動(dòng)型芯取出的方法稱為手動(dòng)抽芯。手動(dòng)抽芯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，僅適用于小型制品的小批量生產(chǎn)。
(2) 液壓或氣動(dòng)抽芯 側(cè)向分型的型芯可以依靠液壓傳動(dòng)貨氣壓傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)抽出。特點(diǎn)是抽拔距離長，抽拔力大，動(dòng)作靈活，不受開模過程限制，常在大型注塑模中使用。
(3) 機(jī)動(dòng)抽芯 機(jī)動(dòng)抽芯是利用注射機(jī)的開模力，通過機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)方向，將側(cè)向的活動(dòng)型芯抽出。機(jī)動(dòng)抽芯結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但抽芯動(dòng)作可靠，不需人工操作，抽拔力較大，具有靈活、方便、生產(chǎn)效率高、容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作、無需另外添置設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中被廣泛采用。
綜上考慮，本設(shè)計(jì)采用機(jī)動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)。
9.2抽芯距與抽芯力的計(jì)算
9.2.1抽芯距
側(cè)向型芯或側(cè)向成型模腔從成型位置到塑件的脫模推出位置所移動(dòng)的距離成為抽芯距。
通常，抽芯距比側(cè)孔或側(cè)凹的深度大，本塑件側(cè)孔深度為2mm，因此本設(shè)計(jì)中抽芯距取S=5mm。本塑件側(cè)孔示意圖如下圖所示：
圖9.1 塑件側(cè)孔示意圖
9.2.2抽芯力
抽芯力的計(jì)算可用簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算：
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（N） (9.1)
式中：---活動(dòng)型芯被塑件包緊的斷面形狀周長（m）；
---成型部分的深度（m）;
---塑件對(duì)型芯單位面積的擠壓力。取;
---塑件與鋼的摩擦系數(shù)，常取0.21；
---側(cè)孔或側(cè)凹的脫模斜度，常取。
取=9.2mm,=2mm,=10MPa,=0.21,=1,計(jì)算得抽芯力為134N。
9.3斜導(dǎo)柱和斜滑塊設(shè)計(jì)
9.3.1斜導(dǎo)柱
斜導(dǎo)柱的總長度與抽芯距、斜導(dǎo)柱的直徑和傾斜角以及導(dǎo)柱固定板厚度等有關(guān)。斜導(dǎo)柱總長為：
式中： ——斜導(dǎo)柱總長度；
——斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑；
——斜導(dǎo)柱固定板厚度，此處即為定模板厚度10mm；
——斜導(dǎo)柱工作部分直徑；
——抽芯距。
由上邊的公式經(jīng)計(jì)算得到斜導(dǎo)柱總長度為：Lz=50mm
9.3.2斜滑塊
側(cè)滑塊是斜導(dǎo)柱側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)中的一個(gè)重要零部件，滑塊的結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩種。
經(jīng)過研究，決定本設(shè)計(jì)采用組合式?；瑝K材料選擇T8，要求硬度HRC≥40?；顒?dòng)型芯是模具的成型零件，材料選擇為45鋼，熱處理要求硬度HRC≥55。
滑塊的二維圖和滑塊與活動(dòng)型芯的連接方式示意圖如下圖所示：
圖9.2 滑塊二維圖 圖9.3 滑塊與活動(dòng)型芯的連接方式示意圖
滑塊的定位裝置采用彈簧拉桿擋塊式，示意圖如下圖：
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圖9.3 滑塊的定位裝置示意圖
9.3. 3楔緊塊
成型時(shí)側(cè)向型芯會(huì)受到塑料熔體很大的推力，該推力通過滑塊傳給斜導(dǎo)柱，而一般的斜導(dǎo)柱為細(xì)長桿件，受力后容易變形，因此在機(jī)構(gòu)中必須設(shè)置楔緊塊，一邊在合模時(shí)鎖緊滑塊，承受來自側(cè)向型芯的推力。楔緊塊的楔角是個(gè)重要的工作參數(shù)，楔緊塊楔角應(yīng)大于斜導(dǎo)柱傾斜角，這樣才能保證開模后楔緊塊脫開滑塊，否則斜導(dǎo)柱將無法帶動(dòng)滑塊作抽芯動(dòng)作。
圖9.4 楔緊塊
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10 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
10脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
10.1脫模裝置
在注射模具的每一次循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中脫出，脫出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。脫模機(jī)構(gòu)主要由頂桿、頂桿固定板、頂出板、復(fù)位桿、拉料桿等組成。頂桿用來頂出制品從模具中順利脫落，拉料桿的作用是使?jié)沧⑾到y(tǒng)自動(dòng)脫離塑件，頂出固定板用來固定頂桿，復(fù)位桿起復(fù)位導(dǎo)向作用。
脫模機(jī)構(gòu)可按動(dòng)力來源分類也可按模具結(jié)構(gòu)分類:
(1)按動(dòng)力來源分類
分為手動(dòng)脫模、機(jī)動(dòng)脫模、液壓脫模、氣動(dòng)脫模。
(2)按模具結(jié)構(gòu)分類
分為簡(jiǎn)單脫模機(jī)構(gòu)、雙脫模機(jī)構(gòu)、順序脫模機(jī)構(gòu)、二級(jí)脫模機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)脫模機(jī)構(gòu)等。
本設(shè)計(jì)采用機(jī)動(dòng)脫模。
10.2脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
10.2.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵守以下的原則：
(1)塑件滯留于動(dòng)模邊，以便借助于開模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作，致使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
(2)防止塑件變形或損壞，正確分析塑件對(duì)模腔的粘附力的大小及其所在部位，有針對(duì)性地選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。
(3)力求良好的塑件外觀，在選擇頂出位置時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位。在采用推桿脫模時(shí)尤其要注意這個(gè)問題。
(4)結(jié)構(gòu)合理可靠，脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)工作可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，制造方便，更換容易且具有足夠的剛度和強(qiáng)度。
考慮本塑件的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)選擇頂桿頂出機(jī)構(gòu)。
10.2.2脫模力的計(jì)算
塑料經(jīng)過注射機(jī)高壓注射到模具內(nèi)部并且冷卻定型，之后塑料收縮將型芯包緊，包緊力是開模后塑件脫出時(shí)所必須克服的，同時(shí)還有不通孔帶來的大氣壓力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及機(jī)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力。開始脫模時(shí)
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（10.1）
的瞬時(shí)阻力最大，稱為初始脫模力。脫模力的計(jì)算一般總是計(jì)算初始脫模力。塑件的脫模力計(jì)算公式如下所示
式中 ——脫模力，N；
——單位面積塑件對(duì)型芯的正力，Pa，一般取=（4.48～11.76）MPa；
——塑件包緊型芯的側(cè)面積，；
——塑件與模具鋼材的摩擦系數(shù)，一般取=0.1～0.3；
——脫模斜度，(1°)
由上計(jì)算出脫模力F=11172N
10.3頂桿頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
10.3.1頂桿頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)
(1) 頂桿的頂出位置應(yīng)設(shè)置在脫模阻力大的地方，頂桿不宜設(shè)在塑作最薄的處，以免塑件變形或損壞，通常在端面均勻設(shè)置頂桿。
(2) 頂桿直徑不宜過細(xì)，應(yīng)有足夠的剛度承受頂出力，當(dāng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制而導(dǎo)致頂出面積較小時(shí)，為了避免細(xì)長桿變形，可設(shè)計(jì)成階梯形頂桿。
(3) 頂桿的材料選擇T8A，淬火硬度在50HRC以上，表面粗糙度為。
(4) 頂桿與頂桿孔的配合一般為H8/h7或H7/h7，配合間隙選擇塑料不溢料間隙值，配合長度一般為頂桿直徑的（1.5～2）倍，至少不小于15mm。
10.3.2頂桿強(qiáng)度的計(jì)算
圓形推件桿的強(qiáng)度計(jì)算如下：
（10.1）
式中 ——圓形推桿直徑，cm；
-——推桿長度系數(shù)0.7；
——推桿長度，cm；取
——推桿數(shù)量；
——推桿材料的彈性模量，，鋼；
——總脫模力，N；
由上式計(jì)算得d=3mm
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頂桿二維圖如下圖10.1所示：
圖10.1 頂桿二維圖
10.4復(fù)位裝置
脫模機(jī)構(gòu)在脫模之后，在下一次注塑前需要回到初始位置，常用復(fù)位桿進(jìn)行復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用復(fù)位桿復(fù)位。復(fù)位桿二維圖如下圖所示：
圖10.1 復(fù)位桿二維圖
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11 溫度調(diào)節(jié)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
11溫度調(diào)節(jié)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在塑料注射成型過程中，模具型腔級(jí)熔體溫度場(chǎng)的變化直接影響生產(chǎn)效率和制品的質(zhì)量，成型溫度與制品的應(yīng)力、應(yīng)變及翹曲有著直接的關(guān)系。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對(duì)模具溫度的要求也不同。一般注射到模具中的塑料熔體文圖為200攝氏度左右，熔體固化成制品后，從60攝氏度左右的模具中脫模。溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水將熱量帶走。對(duì)于要求較低模具溫度的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等，僅需要設(shè)置冷卻系統(tǒng)即可，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。對(duì)于要求較高模具溫度的塑料，如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等，若模具較大，則模具散熱面積大，有時(shí)單靠注入高溫塑料來加熱模具是不夠的，此時(shí)還需要設(shè)置加熱裝置。模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式；模具的加熱有通入熱水、蒸汽、熱油和電阻絲加熱等。
11.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
11.1.1溫度調(diào)節(jié)對(duì)制品質(zhì)量的影響
溫度調(diào)節(jié)對(duì)制品質(zhì)量的影響表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
(1) 變形 模具溫度穩(wěn)定、冷卻速度均衡可以減小制品的變形。對(duì)于壁厚不一致的形狀復(fù)雜的制品，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因收縮率不均勻而產(chǎn)生翹曲變形的現(xiàn)象，因此必須采用合適的冷卻系統(tǒng)，使模具凹模與型芯的各個(gè)部位的溫度基本上保持均勻，以便型腔里的塑料熔體能同時(shí)凝固。
(2) 尺寸精度 利用溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模具溫度的恒定，能減小制品成型收縮率的波動(dòng)，提高制品尺寸精度的穩(wěn)定性。對(duì)于結(jié)晶型塑料，因?yàn)槟＞邷囟容^低，制品的結(jié)晶度低，較低的結(jié)晶度可以降低收縮率。但是結(jié)晶度低不利于制品尺寸的穩(wěn)定性，從尺寸的穩(wěn)定性出發(fā)，又需要適當(dāng)提高模具溫度，使制品結(jié)晶均勻，所以具體情況需要具體分析。
(3) 力學(xué)性能 對(duì)于結(jié)晶型塑料，結(jié)晶度越高，制品的應(yīng)力開裂傾向越大，故從減小應(yīng)力開裂的角度出發(fā)，降低模具溫度是有利的。但對(duì)于聚碳酸酯一類高粘度無定形塑料，其應(yīng)力開裂傾向與制品中的內(nèi)應(yīng)力大小有關(guān)，提高模具溫度有助于減小制品中的內(nèi)應(yīng)力，也就減小了其應(yīng)力開裂傾向。
(4) 表面質(zhì)量 提高模具溫度能改善制品表面質(zhì)量，過低的模具溫度會(huì)使制品輪廓不清晰并產(chǎn)生明顯的熔合紋，導(dǎo)致制品表面粗糙度值提高。
11.1.2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
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(1) 冷卻水孔的數(shù)量愈多，對(duì)制品的冷卻也就愈均勻。因此冷卻水孔的數(shù)量盡可能多，尺寸盡可能的大，開設(shè)較多的冷卻孔，通入恒定溫度的水，其溫度分布均勻，使型腔表面溫度變化不大。
(2) 水孔與型腔表面各處應(yīng)該盡量有相同的距離，水孔邊距型腔的距離常用10~15mm。當(dāng)塑件壁厚均勻時(shí)，冷卻水孔與型腔表面各處最好有相等的距離，當(dāng)塑件壁厚不均勻時(shí)，厚壁處冷卻水道要靠近型腔，間距要小。
(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