矿大毕业设计-三通管接头注塑模具设计.pdf

1 摘 要 塑料注射模具是成型塑料的一种重要工艺装备，通过对三通塑料模具设计,能够全面的了解塑料模具设计的基本原则、方法.并能较为熟练的使用 Proe4.0、AUTOCAD 软件进行塑料模具设计,提高自己的绘图能力。为今后从事设计工作打下了坚实的基础。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业、日常生活和军事等各个领域的应用范围越来越广，质量要求也越来越高，中国已经成为全球最大的塑料市场之一，塑料制品产量全球第二。为了做到高质、高效、低成本，从而提高市场占有率，注塑模具的开发、设计、加工与 CAD/CAE/CAM 技术相结合具有重大意义。本次主要设计是对三通管接头注塑模具设计,重点对塑件的成型原理、原料选用和注射技术进行分析。通过根据形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。关键词：注塑模；模具结构；侧型芯；工艺方案 1 目 录 摘 要.1 目 录.1 1 研究概况.1 1.1 国外研究现状.1 1.2 国内研究现状.1 1.3 塑料成型技术.2 1.4 本文研究的主要内容、目标与方法.4 2 塑件制品分析.5 2.1 明确制品设计要求.5 2.2 明确制品批量.6 2.3 材料选择及性能.6 2.4 成型设备.7 2.5 拔模斜度.7 2.6 计算制品的体积和质量.7 3 注射机及成型方案的确定.9 3.1 注射机的确定.9 3.2 成型方案的确定.9 4 型腔数的确定及分型面的选择.12 4.1 型腔数的确定.12 4.2 分型面的选择.12 4.3 确定型腔的排列方式.13 4.4 标准模架的选用.14 5 成型零部件的设计与计算.15 5.1 凸模设计.15 5.2 凹模的设计.15 5.3 成型零件工作尺寸的计算.16 6 浇注系统的设计.18 6.1 主流道设计.18 6.2 分主流道的设计.19 6.3 浇口的设计.19 6.4 平衡进料.19 6.5 冷料穴设计.20 2 7 排气与冷却系统的设计.21 7.1 冷却系统设计的原则.21 7.2 冷却水路的计算.21 7.3 排气系统的设计.22 8 顶出与抽芯机构的设计.23 8.1 推杆复位装置.23 8.2 抽芯机构的选择.23 8.3 抽芯距的计算.24 8.4 斜导柱抽芯的设计.24 8.5 滑块的设计.25 8.5 侧向分型与抽芯机构三维效果图如下所示：.25 9 导向机构的设计.26 9.1 导向、定位机构的主要功能.26 9.2 导向机构的设计.26 10 注射机与模具各参数的校核.27 10.1 工艺参数的校核.27 10.2 模具安装尺寸的校核.27 10.3 开模行程的校核.28 11 模具安装和试模.29 12 主要成型零件加工工艺.30 结束语.32 参考文献.34 致 谢.35 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 1 1 研究概况 1.1 国外研究现状 改革开放 20 多年来，随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业及日常生活等各个领域的应用越来越广发，塑料是继钢铁、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类工业材料。目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢铁，成为当前人类使用的一大类材料。我国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门。塑料工程通常是指塑料制造和改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品与模具设计是塑料工程的中的重要组成部分，是塑料工业中不可少的环节。在工业发达国家，据 1991 年统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占 40；韩国模具专业厂中，生产塑料模的占 43.9，生产冲压模的占 44.8%;新加坡全国有 460 家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。当今世界注射模具的基本格局是以日、美及欧洲各工业化国家作为世界模具技术的领头羊，占据了世界注射模具市场的半壁江山，他们拥有现代的设计方法和先进的模具制造设备，特别是近几年来这些国家把 CAD/CAM/CAE 系统作为模具工业发展的臂翼，其发展的趋势如日中天。在注塑模具设计工业中，国外先进国家（日本、德国、美国等）从 20 世纪 80 年代中期已广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD），辅助制造（CAM），并对模具设计的各个环节进行定量计算机和数值分析（CAE），已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助设计。1.2 国内研究现状 20 世纪 80 年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以 15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48（约 122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 2 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。塑料材料的密度低，比强度高，又具有耐腐蚀和绝缘性能。在较多品种中，有的减摩或耐磨性能好，有的防震抗冲性能优异，有的耐疲劳性能突出。这使得塑料制品在国民经济的各个行业，无论是机械电子仪表或电子电器，还是建筑、包装和交通工具等，在人们的生活中，大量地使用塑料制品。塑料制品能得到广泛使用还由于它的可加工性，可以用注塑、挤塑、热成型和压延等方法高效地生产各种制品。它又可经纤维增强或改性，一定程度改善制品所需的某些性能。另外，塑料制品易着色，又可多样修饰，使它能经浓妆淡抹后走进千家万户。塑料制品被大量用作结构件，如电子仪表、家电电器和通讯设备等的机壳、机架和机座，建筑上的塑料管道、板条和门窗。汽车上的前后保险杠、仪表板和内饰件。塑料件作为点绝缘零件，与金属件、半导体器件相辅相成。近年来，透明塑料制品，从镜片、光盘到照明工具，又拓展了新的应用环境。在许多特殊的应用场合非塑料件莫属，如输送腐蚀性能介质的管道、阀和泵。音响和办公设备中的无噪音的塑料齿轮，无法用油润滑的轴承和导轨，只能采用减摩和耐磨的自润滑的塑料。还有瞬时高温要求和高速飞行器上的特殊制件。塑料只有通过正确的制品设计，才能步入国民经济以致尖端技术的各个领域。在塑料制品生产中，工程技术人员必须熟悉制品设计和有关理论、方法，结构和造型。塑料制品设计又与成型模具的设计制造和应用密切相关。1.3 塑料成型技术 塑料制品不同于金属零件，很少采用刀具进行切削加工，也极少采用高聚合物的溶液状态来成型加工。绝大多数高聚物的加工成型都经过熔体的流动和变形，通过模具加工成型制品。塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备和成型机械的改革、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。塑料加工是将原材料转变为制品的关键环节。只有迅速得地发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济各领域充分地发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基本工业，被称之为“工业之母”。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 3 个国家产品制造业水平高低的重要标志。模具工业的重要性已引起国家的高度重视，在信息产业、机械工业、汽车工业、轻纺织业领域中，均把模具放在重要位置。模具的一般分类：可分为塑胶模具及非塑胶模具。塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为：A。注射成型模电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍）；B。吹气模饮料瓶；C。压缩成型模电木开关、科学瓷碗碟；D。转移成型模集成电路制品；E。挤压成型模胶水管、塑胶袋；F。热成型模透明成型包装外壳；G。旋转成型模软胶洋娃娃玩具。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性强、生产率高和消耗低等特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。但由于注塑制品和成型模具结构方案的千变万化，所以传统的注塑模具设计许多以人工经验为主。模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为：A 成型装置；B 定位装置；C 固定装置；D 冷却系统；E 恒温系统；F 流道系统；G 顶出系统。根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类：（1）大水口模具：流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。（2）细水口模具：流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 4 （3）热流道模具：此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。热流道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具。1.4 本文研究的主要内容、目标与方法 目前，塑料制品已经深入到我们生活当中，甚至代替了某些钢材。易加工，成本低，密度低等优点，使得塑料的使用越来越多。随着塑料制品的使用，我们必然面临着塑料的成型问题。塑料的成型方式主要有：注塑、压塑、挤塑等方式。本文将就注塑模具设计一套关于三通管的设计方案。本文要完成的是三通管的模具设计，根据所设计产品的实际需要，考虑产品的应用意义，完成了从塑件的成型工艺，材料选择，注塑机的选择再到注塑模的完整设计及注塑模的 CAM 仿真制造的整个过程，运用 UG 软件，流体分析软件及计算机辅助制造软件全面系统的完成三通管的设计。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 5 2 塑件制品分析 2.1 明确制品设计要求 三通管工件如图所示，它是一种常见的塑料工件，广泛应用与建筑行业，由于塑件材料为 ABS，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，溶料流程不易长，因此采用侧浇口。根据该塑件的结构特点，模具设计为上下开模，三向侧抽芯，由滑块上的型芯成型。为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，该模具选择一次开模及一模两腔 1。图 2.1 塑料制品的三维立体图 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 6 图 2.2 塑件尺寸 2.2 明确制品批量 该产品生产量大，故设计的模具要求有较高的注塑效率，又考虑到模具的抽芯，结构复杂，因此模具采用一模二腔结构，浇口形式采用侧浇口。2.3 材料选择及性能 2.3.1 材料选择 三通该塑件作为工业用品，要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；同时，作为承重物件在一定的高度掉下或过载时，不会出现裂纹甚至断裂，这就意味着塑件所使用的材料要有一定的机械强度。2.3.2 材料品种 根据 2.1 中对塑件的分析要求，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用应用广泛的 ABS 工程塑料。ABS 塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种原料为单体经过共聚而成的一种热塑性塑料（可以反复加热软化冷却成型的塑料），因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的性质。ABS 塑料无毒、无味。表 2.1 ABS 塑料的部分技术指标 技术指标 值 密度(g/cm-3)1.021.16 收缩率(%)0.40.7 透明度 不透明 比热容/(Jkg-1k-1)1470 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 7 吸水性（24 小时）（%）0.20.4 屈服强度/MPa 50 拉伸弹性模量/GPa 1.8 抗压强度/MPa 53 弯曲弹性模量/GPa 1.4 熔点 130160 2.4 成型设备 注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手取产品后，也可实现全自动操作。卧式注塑机是注射柱塞或螺杆均沿水平装设，合模运动也在水平方向上。其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。经比较，成型设备采用卧式注射机较好，其优点是机体较低,容易操作和加料，塑件脱模后可以自动落下可实现自动化操作，注塑机的重心较低安装稳定，适合大中型注射机的设计制造。2.5 拔模斜度 由于塑件在冷却过程中产生收缩，因此在脱模前会紧紧地包住凸模（型芯）或模腔中的其他凸起部分。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，在设计时应考虑与脱模方向平行的塑件内表面应具有一定的脱模斜度。由于零件深度很小，所以拔模角度为一度。2.6 计算制品的体积和质量 2.6.1 表面质量的分析 该零件的表面质量要求很高各个成型面都得进行抛光处理。2.6.2 塑件的体积重量 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。通过 Proe 建模分析如下图所示。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 8 图 2.3 建模分析 计算得塑件的体积：V30.8cm3 计算塑件的质量：公式为vpw 根据设计手册查得 ABS 的密度为 1.05 g/cm3，故塑件的重量为：vpw=30.8*1.05=32.34g 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 9 3 注射机及成型方案的确定 3.1 注射机的确定 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况（主要考虑到模具的高度问题），查阅塑料成型工艺与模具设计初步选用注射机 XS-ZY-125。注射机 XS-ZY-125参数：额定注射量：125mm2 最大成型面积：320cm2 柱塞直径：42mm 注射压力：120Mpa 模板尺寸：428450（mmmm）柱杆空间：260290(mmmm)锁模力：900KN 喷嘴圆弧半径：12mm 喷嘴孔径：4mm 最大开模行程：450mm（可调整型）模具最大厚度：300mm 模具最少厚度：200mm 3.2 成型方案的确定 3.2.1 成型设备的选择 柱塞式成型机中，塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。在柱塞的平稳推动下，料流是一种平缓的滞流态势。料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速，结果靠料筒轴心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的温度分布也有差异，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的电热圈加热，所以温度高；而靠近轴心的料，因流动快，且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层，所以温度低。可见在柱塞式料筒内，塑料的塑化程度很不均匀。这种注射成型法虽然注射机本身结构简单，成本低，但是需要配置热炼机和炼胶工人，从而增加了设备成本和工人劳动强度，最重要的是这种注射成型方法生产效率低，塑化不均匀，从而影响到制品的质量。螺杆式注射成型机中，在螺杆的旋转作用下受到强烈的剪切，胶温很快升高。当胶料沿螺杆移动到螺杆的前端时，已得到充分而均匀的塑化。螺杆一边旋转一边向后移动，当螺杆前端积聚的胶料达到所需要的注射量时，轴向动力机构以强大的推力推动螺杆向前移动，从而将胶料注入模腔。这种往复式注射成型方法，胶料的塑化是通过机械剪切获得，因而胶料升温快，塑化均匀，这样一来生产效率和制品质量都得到提高。另外由于这种注射成型方法可以直接将冷胶料喂入注射机中，从而省去了热炼工序，减少了设备投资和设备占地面积，同时提高了生产效率，降低了劳动强度。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 10 因此，该三通选用螺杆式注塑机，型号为 XS-ZY-125。3.2.2 成型的特点 注射成型又称注射模塑,成型周期短,能一次成型外形复杂,尺寸精密,带有嵌件的塑料制件。制品无需修整或仅需少量修正,可得到较窄的公差,废料损耗最小,且生产效率高,易于实现自动化生产,适于多件批量较大的塑件生产等优点。但是,产品质量有时难短期稳定,模具的结构有时不宜高效成型等缺点。3.2.3 成型的原理 注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热到流动状态，在注射机的柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速，通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔，经过一定的时间的冷却定型，打开模具，从模内取出成型的塑件。3.2.4 成型过程 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为成型前的准备、注射成形过程以及塑件的后片理三个阶段。1）物料准备 为使成形工艺过程能顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系列必要的准备工作。成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。另外当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。2）注塑成形过程 完整的注射成型过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱模等工序。但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为充模（图 3-1 中0-t1 时间段）、保压补缩（图 3-1 中 t1-t2 时间段）、倒流阶段（图 3-1 中 t2-t3 时间段）和浇口冻结后的冷却（图 3-1 中 t3-t4 时间段）冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示。图中 0 代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从时间 t1 到 t2，塑料仍处于螺杆的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段，p1 为浇口冻结时的压力。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到浇口处熔体冻结为止（时间从 t2-t3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。从浇口处塑料完全冻结起到中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 11 制件脱模取出时为止，倒流不再继续进行，模腔内的塑料塑料冷却并凝固定型。在冷却阶段中，随着温度的迅速下降中，模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。开模时，模腔内的压力不一定等于外界大气压。有可能有一个残余压力（即图3-1 中 p2）。当残余压力为下值时，脱模比较困难，塑件容易被刮伤甚至破裂；当残余压力为负值时，塑件表面出现凹陷或内部产生真空泡；当残余压力接近零时，塑件不仅脱模方便，而且质量较好。图 3.1 注射成形过程中塑料压力的变化 3）制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 10-20 度至热变形温度以下 10-20 度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为 121，加热温度为 100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29 小时。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 12 4 型腔数的确定及分型面的选择 4.1 型腔数的确定 以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的 80%计算：件浇WWS 8.0 34.325.101258.0X =2.76 式中：N-型腔数 S-注射机的注射量（g）W浇-浇注系统的重量（g）W件-塑件重量（g）因为，N=2.762 所以，此模具型腔为一模 2 腔结构合理。4.2 分型面的选择 4.2.1 分型面的主要选择原则 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关，一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。根据分型面的选择原则：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；（2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；（4）有利于排气和模具的加工方便；（5）有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯。该塑件对美观不太要求，无斑点和熔接痕，表面质量要求一般。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，所以，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，并不影响塑件的质量和尺寸精度，以及外观形状。综上所述，合理的分型面应选择在下部。如图所示：中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 13 图 4.1 分型面位置 4.3 确定型腔的排列方式 多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H 形、直线型及复合型等。在设计时有以下原则：（1）尽量采用对称式排布，确保制品质量的均一和稳定。（2）塑件结构简单，应尽量使型腔紧凑排列，而减小模具的外形尺寸。（3）分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短。（4）为了避免模具承受偏载而产生溢料现象，浇口开口部位与型腔布置应对称。因为该塑件属大批量生产的小型塑件，但对产品的精度、表面粗糙度还是有较高的要求，通过前面算出的单个产品的体积 V 和质量 W,综合考虑生产效率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的类型选择确定采用一模 2 腔对称排布。本塑件在注射时采用一模 2 件。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素采用如下图 4.2 的型腔排列方式。中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 14 4.2 模具型腔排列方式 4.4 标准模架的选用 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小及注射机型号的选用等因素。一般导向分为动、定模之间的导向，推板的导向，推件板的导向。一般导向装置由于受加工精度的限制或使用一段时间之后，其配合精度降低，会直接影响制品的精度，因此对精度要求较高的制品必须另行设计精密导向定位装置。当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。选用标准模架的程序和要点有如下几个方面1：（1）模架厚度 H 和注射机的闭合距离 L 对于不同型号的注射机，不同结构形式的锁模机构具有不同的闭合距离。模架厚度和闭合距离的关系为：LminHLmax（2）开模行程与定、动模分开的间距与退出塑件所需行程之间的尺寸关系 设计时须计算确定，在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的定、动模分开的间距，而模具顶出塑件距离须小于顶出液压缸的额定顶出行程。（3）选用的模架在注射机上的安装 安装时需注意：模架外形尺寸不应受注射机拉杆的间距影响；定位孔径与定位环尺寸需配合良好；注射机顶出杆孔的位置和顶出行程是否合适；喷嘴孔径和球面半径是否与模具的浇口套孔径和凹球面尺寸相配合；模架安装孔的位置和孔径与注射机的移动模板及固定模板上的相应螺孔相配。（4）选用模架应符合塑件及其成型工艺的技术要求 为保证塑件质量和模具的使用性能及可靠性，需对模架组合零件的力学性能，特别是它们的强度和刚度进行准确地校核及计算，以确定动、定模板及支承板的长、宽、厚度尺寸，从而正确地选定模架的规格。4.3 模架装配图 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 15 5 成型零部件的设计与计算 5.1 凸模设计 凸模用于成型塑料的内表面，又称型芯、阳模或成型杆。结构分整体式和组合式两种。为了便于加工和有利于排气，运用整体式的型芯结构。如图 5.1 所示 图 5.1 凸模设计 5.2 凹模的设计 凹模用于成型塑件的外表面，又称阴模、型腔。按照结构的不同可以分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌式和四壁镶嵌式五种。该设计采用整体嵌入式结构，由整块金属材料直接加工成母模仁。如图 5.2 所示 图 5.2 凹模设计 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 16 5.3 成型零件工作尺寸的计算 本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这 ABS 的成型收缩率为 0.003，模具的制造公差取 z=/3。5.3.1 模腔工作尺寸的计算 1）凹模的內形尺寸：313/4LLk凹 式中：L 凹为型腔內形尺寸(mm)；L 塑为塑件外径基本尺寸(mm),即塑件的实际外形尺寸；K 为塑料平均收缩率(%)，此处取 0.3%s 为塑件公差，查表知 ABS 塑件精度等级取 5 级；塑件基本尺寸在 36mm 范围内取 0.24mm;1824mm 范围内取 0.24mm;80100mm 范围内取 1.00mm;在 100120mm 公差取 1.14mm；在 140160mm 公差取 1.44mm;在 200225mm 公差取 1.92mm;在280350mm 公差取 2.5mm;在 315355mm 公差取 2.8mm 所以型腔尺寸如下：L1=50(1+0.003)-(3/4)0.74374.0=49.5924.00 L2=70(1+0.003)-(3/4)0.86386.0=59.5629.00 型腔深度的尺寸计算：h凹=h塑(1+k)-(3/4)3 （5-7）式中：h凹凸模/型芯高度尺寸(mm)；h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；s、K 含义如（1）式中。H1=13(1+0.003)-(3/4)0.32332.0=12.8107.00 2）凸模的外形尺寸计算：L凹=L塑(1+k)+(3/4)3 （5-8）式中：L凹凸模/型芯外形尺寸(mm)；L塑为塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的实际內形尺寸；s、k 含义如（1）式中。由于该塑料的收缩率不大为 0.3%，故只需在型腔尺寸比较大的考虑其收缩率，在尺寸小的地方不用考虑由收缩率引起的尺寸偏差。所以型芯的尺寸如下：L1=50（1+0.003）+（3/4）0.74374.0=50.70024.0 L2=70（1+0.003）+（3/4）0.74386.0=70.85029.0 L3=35（1+0.003）+（3/4）0.56356.0=35.52019.0 型芯的深度尺寸计算：h凹=h塑(1+k)+(2/3)3 （5-10）式中：h凹为凸模/型芯高度尺寸(mm)；中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 17 h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；s、k 含义如（1）式中。型芯的高度为：H=13（1+0.003）+（2/3）0.36336.0=13.28012.0 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 18 6 浇注系统的设计 浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传料、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。对浇注系统设计时，应遵循以下几个基本原则1：（1）分析塑料的成型性能；（2）尽量避免产生熔接痕；（3）有利于型腔中气体的排出；（4）防止型芯的变形和嵌件的位移；（5）尽量采用较短的流程充满型腔；（6）要注意对流动距离比和流动面积比的校核；6.1 主流道设计 主流道设计一般有以下几个要点：（1）为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成锥形，其锥角=26。内壁表面粗糙度一般为 Ra=0.8um。（2）为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为 R2=R1+(12)mm，凹入深度 35mm。（3）为了减小物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径 r=13mm。（4）在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于 60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。（5）对于小型模具可将主流道浇口套与定位圈设计成整体式，但在大数情况下是将主流道与定模座采用 H 7/m6 过渡配合，与定位圈的配合采用 H9/f9 间隙配合。（6）因主流道与塑料熔体反复接触，进口处与喷嘴反复碰撞，因此，常将主流道设计成可拆卸的主流道衬套，用较好的钢材制造并热处理，一般选用 T8、T10，热处理硬度要达到 HRC5055。设计手根据册查得 XS-ZY-125 型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=3mm 喷嘴前端球面半径：R012mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射喷嘴直径 d。Dd+(0.51)mm=3+0.53.5mm 主流道的半锥角 通常为 12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用 1。经换算得主流道大端直径 D7.74mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径1mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L 取 73 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 19 6.2 分主流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 型等圆形和正方形截面流道的表面积与体积之比最小，塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高，但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形。在分流道的设计时，应考虑尽量减小在流道内的压力损失，尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。在此，选择半圆形，取半圆直径 6mm.参见塑料制品成型及模具设计。6.3 浇口的设计 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的熔体通道，它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：（1）熔体充模后，浇口处首先凝固，可防止其倒流；（2）熔体在流经狭窄的浇口时产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；（3）易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积的 0.03-0.09，浇口的长度约为0.5mm-2mm,浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。6.4 平衡进料 作为一模 2 腔的多腔模具，其浇注系统的平衡进料很重要，一模多腔浇注系统的平衡。图 6.1 平衡式浇注系统 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 20 6.5 冷料穴设计 常用的冷料穴有 Z 形拉料杆的冷料穴、倒锥孔冷料穴、圆环槽冷料穴、圆头形冷料穴、菌头形冷料穴、圆锥头形冷料穴。本设计采用带 Z 型拉料杆。由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住，分模是即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出塑件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍微许动，即可脱钩将塑件连同浇注系统凝料一道取下。图 6.2 冷料穴示意图 中国矿业大学成人教育学院 2014届毕业设计 21 7 排气与冷却系统的设计 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。一般注射模内的塑料熔体温度为 200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效地冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具课简单地进行冷却或利用自然冷却不设定冷却系统：当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。通过比较最终确定本次设计的冷却系统采用循环水冷却方法。7.1 冷却系统设计的原则（1）冷却水孔数量尽可能多，尺寸尽可能的大。（2）冷却水孔与型腔表面各处最好有相同间距，一般水孔边离型腔的距离大于10mm，常用1215mm。（3）降低入水与出水的温度差，防止制品变形。（4）水道的开设便于加工和清理，一般孔径为 610mm。（5）采用并流流向，加强浇口处的冷却。7.2 冷却水路的计算 在注射过程中，塑件的冷却时间是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时为止的这段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，确定生产周期：脱冷注tttt 式中 t 为生产周期（s）,t 注为注射时间，t 冷为冷却时间，t 浇为脱模时间,由塑料制品成型及模具设计 第237 页附录 D可查得 t注15-60s,t 冷15-60s，总周期t为40-140s;ABS 的单位热流量：ABS 的单位热流量 Qs 为 590-690 kJ/kg 每小时需要注射的次数 N=3600/t;取 t=120s，可求得 N=30 次.每小时的注射量：hkgGNW/72.02430 从型腔内发出的总热量sQWQ总 Qs 取 650kJ/kg,代入式中得 hkJkgkJhkgQ/468/650/72.0总 根据塑件产品在模具中的位