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西安工業(yè)大學北方信息工程學院 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：水龍頭手把的塑料 注射模具設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： B090201 學 生： 曹 磊 學 號： B09020101 指導教師： 王 蕊 2013年05月 　　　　　　　　　　　　　 本科畢業(yè)設計(論文) 題目：水龍頭手把的塑料 注射模具設計 系 別： 機電信息系 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 2013年05月 　　　　　　　　　　　　　 水龍頭手把的塑料注射模具設計 摘要 本文基于CAD技術對水龍頭手把注塑模具進行了設計。通過對塑件的結構分析，確定了可行的總體設計方案。運用Pro.E軟件對塑件進行建模，使用并且對模具進行了分析，優(yōu)化了澆口位置。根據塑件結構，采用側澆口的雙分型面結構，模具采用一模兩腔，且模具采用斜導柱抽芯機構以及推件板推出機構。同時，詳細地敘述了模具成型零件包括型芯、型腔的尺寸計算過程以及各重要機構的設計過程。設計方案在保證塑件質量與模具結構合理的前提下盡量做到模具的結構簡單、成本低、易加工、使用性好。 最后則是模具的裝配環(huán)節(jié)，包括制定裝配步驟、明確注意事項等。 通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理；通過對AutoCAD的學習，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。 關鍵詞:開關把手；注塑模；CAD；雙分型面 I Water cooler outlet handle plastic injection mold design Abstract This article is based on CAD technology for water dispenser outlet handle injection mold design. By analyzing the structure of plastic parts, the feasible overall design scheme is determined. . Using the Pro E software for modeling, plastic parts and the die are analyzed, and optimize the gate location. According to plastic parts structure, use the side gate double parting surface design of mould with one module and two cavities, and the mould adopts the inclined guide pillar core-pulling mechanism and push plate to launch. At the same time, the molding parts are described in detail including the size of the core and cavity calculation process and the design process of the important institutions. Design scheme in guarantee the quality of plastic parts and mould structure is reasonable under the premise of try to do the mould structure is simple, low cost, easy processing and good usability. Key words:Water dispenser switch handle; Injection mold; CAD; Double parting surface I 目 錄 1 緒論 1 2 產品工藝性分析 3 2.1 產品材料分析 3 2.2 塑件結構和尺寸精度分析 5 2.2.1 其塑件的產品結構圖如下： 5 2.2.2 產品形狀分析 6 3 模具結構設計 9 3.1 總體方案擬訂 9 3.1.1 型腔數目的確定 10 3.1.2 分型面的設計 10 3.2注射機的選擇 11 3.3型腔數目的校核 12 3.4澆注系統(tǒng)設計 12 3.4.1 主流道的設計 13 3.4.2 分流道的設置 14 3.4.3 澆口設計 14 3.4.4 冷料穴設計 15 3.5成型零件的結構設計 16 3.5.1定模板的結構形式 16 3.5.2 動模板的結構形式 17 3.5.3 型芯的結構形式如下： 17 3.6 模具溫度調節(jié)系統(tǒng) 20 3.6.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 20 3.6.2 溫度調節(jié)對生產力的影響 21 3.6.3 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算 21 3.7 頂出系統(tǒng)的設計 24 3.7.1 澆口凝料的頂出 24 3.7.2 塑料件的頂出 25 3.8導向機構的設計 26 3.8.1.導向機構的功用 26 3.8.2、導向機構的設計 26 3.8.3 承受一定的側向壓力 27 3.9排氣系統(tǒng)的設計 28 3.10 斜導柱設計 28 3.10.1 斜導柱的形狀及技術要求 28 3.10.2 斜導柱的傾斜角 29 3.10.3斜導柱的長度 29 .3.11滑塊設計 30 .3.12.導滑槽設計 31 .3.13脫模機構設計 32 3.13.1 設計原則 32 3.13.2 頂出部件 32 4 注射機的校核 33 4.1 鎖模力的校核 33 4.2 開模行程的校核 33 5 模具材料的選擇 35 總結 36 參 考 文 獻 37 致 謝 38 環(huán)保和經濟技術型分析 39 三維裝配圖 42 I 畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 1.1我個塑料模具工業(yè)的發(fā)展現狀及特點 塑料是20世紀才發(fā)展起來的新材料，目前世界上塑料的體積產量已經趕上和超過了鋼材，成為當前人類使用的一大類材料。我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑料制品的應用已深入到國民經濟的各個部門。塑料工程通常是指塑料制造與改性，塑料成型與制品加工。塑料制品與模具設計是塑料工程中的重要部分，是塑料工業(yè)中不可少的環(huán)節(jié)。 采用模具生產制件具有生產效率高，質量好，切削少，節(jié)約能源和原材料，成本低等一系列優(yōu)點，模具成型已成為當代工業(yè)生產的重要手段，成為多種成型工藝中最具有潛力的發(fā)展方向。模具是機械，電子等行業(yè)的基礎工業(yè)，它對國民經濟和社會的發(fā)展起著越來越大的作用。 一個國家模具生產能力的強弱，水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產品開發(fā)和老產品更新換代，影響著產品質量和經濟效益的提高。我國為了優(yōu)先發(fā)展模具工業(yè)，制訂了一系列優(yōu)惠政策，并把它放在國民經濟發(fā)展十分重要的戰(zhàn)略地位。對塑料模具的全面要求就是能高效地生產出外觀和性能均符合使用要求的制品。 塑料成型模具是成型塑料制品的工具。塑料成型模具應能生產并滿足給定的形狀、尺寸、外觀和內在性能要求的制品。要求模具能被高效率的應用，且操作簡便，并達到自動化水平。要求模具有合理的結構，制造容易且成本低廉。也要求模具有足夠的使用壽命。 近年來塑料成型模具的產量和水平發(fā)展十分迅速，高效率，自動化，大型，精密，長壽命模具總產量中所占比例越來越大，在各種塑料模具中來看，注射模具在生產中占的比例是最大的，在生產中起著重要的作用。注射成型模具是塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔融后，在注射機的螺桿式活塞推動下，經噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，塑料在模具型腔內固化定型，這就是注塑成型的簡單過程。注塑成型所用的模具叫注塑模具。注塑模具主要用于熱塑性塑料制品的成型，但是近幾年來也越來越多的用于熱固性塑料成型。注塑成型在塑料制件成型中占有很大的比重，世界塑料成型模具產量中的約半數以上為注塑模具。 在這次設計中充分運用了所學的專業(yè)知識，將所學的知識運用到實踐中來，在設計的塑料件也是利用注射模具來成型的，本套設計說明書主要放在哈夫模具結構設計這一環(huán)節(jié)，如注射機的選擇和校核、分型面的選擇、模具的結構設計、分流道的設計、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計等方面。在設計過程中主要用到的設計軟件有Pro/ENGINEE和AutoCAD。首先用Pro/ENGINEE進行產品的結構設計，進行三維造型，然后根據三維造型通過Pro/ENGINEE來設計注射模具。 35 2 產品工藝性分析 2.1 產品材料分析 該塑件材料選用的是工程塑料ABS，ABS材料是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。這三種組分各自的特性，使ABS具有良好綜合力學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學腐蝕及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。 ABS屬于熱塑性塑料，外觀為粒狀或粉狀,呈微黃色,不透明但成型的塑件具有較好的光澤。ABS無毒，無味。密度1.02～1.05g/cm3成型溫度范圍（180℃--240℃）,成型時有較好的流動性。ABS材料具有較高的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降(抗寒性)；有良好的機械強度和一定的耐磨性，耐油性，化學穩(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，且易著色。ABS幾乎不受酸、堿、鹽、及水和無機鹽的影響，溶于酮、醛、酯、氯代烴中，不溶于大部份醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料表面不可接觸受冰醋酸，植物油等化學藥品，否則會引起應力開裂。 此外，ABS的缺點是耐熱性不高，低電解強度，低拉伸率，熱變形溫度為93℃，脆化溫度為-27℃,使用的溫度范圍為-40℃～100℃，而且ABS的耐氣候性也差，紫外線作用下容易氧化降解，從而會導致制件變硬發(fā)脆。 2.2 ABS工藝性能分析 塑料成型工藝特性是塑料在成型加工過程中所表現出來的特有性質，下面，對注塑材料ABS工藝特性進行分析： (1) 收縮性 塑料從溫度較高的模具中取出冷卻到室溫后，其尺寸或體積會發(fā)生收縮變化，這種性質稱為收縮性。收縮性的大小以單位長度塑件收縮量的百分數來表示，稱為收縮率。一般對于大型模具的收縮率計算，我們采用實際收縮率進行計算：SS=a-b/b×100% （SS:實際收縮率；a:模具或塑件在成型溫度時的尺寸；b：塑件在室溫時的尺寸；c：模具在室溫時的尺寸） 對我所設計的零件屬于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b×%（SJ：為計算收縮率） 由于本次畢業(yè)設計條件的原因，沒有辦法自己去測量出：c、b值。于是我們通過查找資料《塑料成型工藝與模具設計》附錄B常用塑料的收縮率，可得：ABS塑料成型收縮率為：0.003-0.008，由于塑件的結構，模具的結構，成型工藝條件等都會影響塑料的收縮率的變化。我們取一個相對平均值：0.55%。 (2) 流動性 塑料在一定的溫度、壓力作用充填模具開腔的能力，稱為塑料的流動性。塑料的流動性差，就不容易充滿開腔，易產生缺料或熔接痕等缺陷。但流動性太好，又會在成型時產生嚴重的飛邊。ABS材料屬于熱塑性塑料，分子成線型，具有良好的流動性。其次：料溫，壓力，模具結構都會影響塑料的流動及充模能力。 (3) 吸濕性 吸濕性是指塑料對水分的親疏程度。按吸濕或粘附水分能力的大小分類，ABS塑料屬于吸濕性塑料，吸水率為:0.05%-0.5%。在注塑成型過程中比較容易發(fā)生水降解，成型后塑件上出現氣泡，銀絲與斑紋等缺陷。因此，在成型前必須進行干燥處理。一般干燥溫度取80-90℃，干燥時間為兩小時。 (4)熱敏感性 塑料的化學性質對熱量的敏感程度稱為熱敏性。熱敏性塑料在成型過程中很容易在不太高的溫度下發(fā)生熱分解、熱降解，從而影響到塑件的性能，色澤和表面質量等，另處，塑料熔體發(fā)生熱分解或熱降解時，會釋放出一些揮發(fā)性氣體，這些氣體一般具有腐蝕性，或有毒，不管是對人，還是模具都會造成一定的影響。ABS塑料成型溫度為210℃-250℃，經查中國人力資源專家網提供的材料經驗值得，到達260℃變色，于料溫達到280℃時，塑料出現分解。于是注塑成型時，一般取210℃-250℃。 綜上所述：ABS收縮比較大，成型收縮后，對型芯具有比較大的包裹力。ABS溶融時具有良好的流動性；較低的熱敏性；屬于吸濕性塑料。于是在成型時需要控制好，成型溫度，壓力，注射前的干燥處理等。 表2.1 ABS材料性能、工藝參數表 密 度 1.05 拉伸強度 33～49 收縮率 0.003～0.008 拉伸彈性模量 1.8 熔 點 130～160 彎曲強度 80 熱變形 溫度（45N/cm2） 65～98℃ 彎曲彈性模量 1.4 壓縮強度 18～39 模具溫度 25～70℃ 缺口沖擊強度 11～20 噴嘴溫度 180～190℃ 硬 度 R62～86 中段溫度 210～230℃ 外 觀 微黃色或白色不透明 后段溫度 200～220℃ 吸水率 0.05～0.5 干燥溫度 80～90℃ 特 點 耐熱、表面硬度高，尺寸穩(wěn)定、耐化學、易成型加工，可渡鉻 注射壓力 70～100MPa 塑化形式 螺桿式柱塞式 干燥時間 2H 保壓壓力 30-80MPa 背壓壓力 3-20MPa 比 重 1.05 注塑時間 3-5s 保壓時間 10-30s 表2.1 ABS材料性能、工藝參數表 2.2 塑件結構和尺寸精度分析 塑件結構工藝性，直接關系到其成形模具結構、類型、生產周期與成本。只有符合模塑工藝要求塑件設計，才能順利成形，確保內在與外觀質量，達到高效率生產和低成本的目地。 2.2.1 其塑件的產品結構圖如下： 圖2.1 塑件結構圖 技術說明： (1) 材料為ABS (2) 按自由公差 (3) 表面不允許有流紋 2.2.2 產品形狀分析 (1) 形狀結構 從產品圖2-1可以看出，產品的內側有凹陷，外側有手柄，且為完全對稱。故在設計模具時必須給予充分的考慮和重視，針對本產品的凹陷與其的完全對稱，模具結構采用了哈夫塊機構，從而實現塑件的完整和功能要求。及內陷設置內抽芯機構，外部設置斜導柱分型。 (2) 脫模斜度 由于制品在冷卻后產生收縮，會緊緊包住型心或行腔突出的部分，為了使制件能夠順利從模具中取出或者脫模，必須對塑件的設計提出脫模斜度的要求，要求在塑件設計時或者在模具設計時給予充分的考慮，設計出脫模斜度。目前并沒有精確的計算公式，只能靠前人總結的經驗資料。塑件的脫模斜度與塑料的品種，制件形狀以及模具結構均有關，一般情況下取0.5度，最小為15分到20分。下表為常用的脫模斜度： 表2.2 幾種塑料的常用脫模斜度 制品斜度 聚酰胺 通用 聚酰胺 增強 聚乙稀 聚甲基丙稀酸甲脂 聚丙烯 聚碳酸脂 ABS塑料 脫模 斜度 型腔 20′-40′ 20′-50′ 20′-45′ 20′-40′ 25′-45′′ 35′-1o 35′-1o30′′ 型心 25′-40′ 20′-40′ 20′-45′ 30′-1o 20′-45′ 30′-50′ 35′-1o (3）塑件壁厚 塑料制品應該有一定的厚度，這不僅是為了塑料制品本身在使用中有足夠的強度和剛度，而且也是為了塑料在成型時有良好的流動狀態(tài)。 塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件幾何尺寸以及成型工藝等眾多因素的制約。根據成型成型工藝的要求，應盡量使制件各部分壁厚均勻，避免有的部位太厚或者太薄，否則成型后會因收縮不均勻而使制品變形或產生縮孔，凹陷燒傷或者填充不足等缺陷。熱塑性塑料的壁厚應該控制在1mm—4mm之間。太厚，會產生氣泡和缺陷，同時也不易冷卻。 由產品圖可知，其形狀較為規(guī)則，結構不太復雜：從產品的壁厚上來看，壁厚為2.0mm，壁厚較均勻，有利于零件的成型；為便于脫模，產品內表面設30′的脫模斜度，這里采用half模具，因此外表面不需設脫模斜度。 (4) 圓角 塑件的邊緣和邊角帶有圓角，可以增強塑件某部位或者整個塑件的機械強度從而改善成型時塑料在模腔內流動條件，也有利于塑件的頂出和脫模。因此塑件除了使用上的要求采用尖角或者不能出現圓角外，應該盡量采用圓角特征。塑件上采用還可以使模具成型零部件加強，排除成型零部件熱處理或使用時可能產生的應力集中問題。由塑件的產品圖可知：產品所有邊緣均帶有圓角特征，最大圓角特征R=1mm，最小圓角特征r=0.3mm (5) 尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指成型后所獲得的塑件產品尺寸和圖紙中尺寸的符合程度。一般而言，塑件尺寸精度是取決于塑料因材質和工藝條件引起的塑料收縮率范圍大小，模具制造精度、型腔型芯的磨損程度以及工藝控制因素。而模具的某些結構特點又在相當大程度的影響塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度應盡量選擇的低些。對于本產品，圖紙未注明尺寸精度，我們取IT10級精度。IT8=0.72mm. 此值由下表查知： 表2.3 精度等級選用推薦值 類別 塑料品種 建議采用的等級 高精度 一般精度 低精度 1 PS 3 4 5 ABS 聚甲苯丙烯酸甲脂 PC PSU 聚砜 PF 氨基塑料 30％玻璃纖維增強塑料 2 聚酰胺6.66 610 9.10 10 4 5 6 氯化聚乙醚 PVC硬 3 POM 5 6 7 PP PE低密度 4 PVC 6 7 8 PE高密度 表2-3 精度等級選用推薦值 由于沒有規(guī)定制品尺寸精度，查表2-3取4-5級精度。 (6)表面質量分析 該零件的表面除要求沒有流紋、缺陷、毛刺，沒有特別的表面質量要求，屬一般精度要求。而且有較好的光潔度；曲線光滑，必要圓角，避免尖角；塑件表面具有良好的耐磨性。 (7) 塑件的體積和質量 根據水龍頭把手的尺寸和技術要求，有工程圖繪制其三維實體模型。通過Pro/E實體分析。其體積為：V=4.95238095，ABS的密度為1.05；所以其質量為5.2g。 3 模具結構設計 3 模具結構設計 3.1 總體方案擬訂 對任何塑料件的模具設計都有一定的程序，首先要確定該塑件使用哪一種澆口形式，因為目前澆口的形式很多，并且用不同的澆口形式可以得到不同的塑件效果，得到的塑件表面質量也不同等，因此確定澆口形式也是至關重要的。本次設計選取的是側澆口。我設計了兩種方案如下； 表3-1 初級方案 圖3.1方案一 圖3.2方案二 方案一的弊端在于，當模具分型時，型芯的包緊力太大，有可能造成手柄被拉斷，以及模具壁的損壞，方案二因為分型時型芯小，包緊力也小，很容易脫出來，并且哈夫模容易分開，用頂板頂出。因此選方案二。 畢業(yè)設計（論文） 3.1.1 型腔數目的確定 對于一個塑件的模具設計的第一步驟就是型腔數目的確定。 單型腔模具的優(yōu)點是：塑件精度高；工藝參數易于控制；模具結構簡單；模具制造成本低，周期短。缺點是：塑件成型的生產率低、成本高。單型腔模具適用于塑件較大，精度要求較高或者小批量及試生產。 多型腔模具的優(yōu)點是：塑件成型的生產率高，成本低。缺點是：塑件精度低；工藝參數難以控制。模具結構復雜；模具制造成本高，周期長。多型腔模具適用于大批量、長期生產的小塑件。由于制品尺寸精度要求不高，且尺寸屬于小中型，產量為大批量，所以選擇采用一模兩腔。 3.1.2 分型面的設計 (1) 分型面設計原則 分開模具取出塑件的面稱為分型面，如何確定分型面位置，需要考慮的因素比較多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、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應綜合分析比較。注射模有一個分型面或多個分型面，分型面的位置，一般垂直于開模方向，分型面的形狀有平面和曲面等。 分型面的確定主要應考慮以下幾點： 1) 塑料在型腔中的方位 在安排制件在型腔中的方位時，要盡量避免與開模運動相垂直的方向避側凹或側孔。 2) 分型面與開模方向 一般分型面與注射機開模方向垂直的平面，但也有將分型面作減傾斜的平面或彎折面，或曲面，這樣的分型面雖加工困難，但型腔制造和制品脫模較易。有合模對中錐面的分型面，自然也是曲面。 3）分型面位置 4）除了應開設在制件中斷面輪廓 最大的地方才能使制件順利地從型腔中脫出外，還應考慮以下幾種因素： a. 因分型面 不可避免地要在制件中留下溢料痕跡或接合縫的痕跡，故分型面最好不要選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉角處。 b. 從制件的頂出考慮分型面 要盡可能地使制件留在動模邊，當制件的壁厚較大但內孔較小時，則對型芯的包緊力很小，常不能確切判斷制件中留在型芯上還是在凹模內。這時可將型芯和凹模的主要部分都設在動模邊，利用頂管脫模，當制件的孔內有管件（無螺紋連接）的金屬嵌中時，則不會對型芯產生包緊力。 根據本塑件的結構特點，為了方便塑件澆注后脫模、排氣、塑件的外觀質量等要求，此次設計我選擇了兩個分型面，分型面的位置選擇如下圖所示： 圖3.3分型面一 圖3.4分型面二 3.2注射機的選擇 注射機是注射成型熱塑性塑料的主要設備，注射成型時，注塑機塑化塑料，并將塑化好的塑料注入模具，并在成型結束時將模件推出，注塑機的類型很多，考慮到塑件的類型選擇螺桿型注塑機，此類注塑機，結構穩(wěn)，操作簡單，方便維修，便于現代化管理。初選型號為XS-ZY-500，其主要參數如下： 額定注射量500 噴嘴圓弧半徑18mm 螺桿（柱塞）直徑65mm 噴嘴孔直徑7.5mm 注射壓力145MPa 頂出形式中心液壓頂出，中心距100mm 注射行程/mm 200 動、定模固定板尺寸/mm×mm 700×850 注射方式 螺桿式 拉桿空間/mm 540×440 鎖模力/KN 3500 合模方式 液壓-機械 最大成型面積1000液壓泵流量200(L/min) 模板最大行程700mm 液壓泵壓力6.5Mpa 模具最大厚度450mm 電動機功率22Km 模具最小厚度300mm 機器外形尺寸/mm×mm×mm 6500×1300×2000 3.3型腔數目的校核 根據公式：n≤（kMn-M2）/m 見《塑料成型工藝與模具設計》 k——注射機最大注射量利用的系數 Mn——注射機允許最大的注射量 M2——澆注系統(tǒng)所需的體積 M1——單個塑件的體積 所以有n≤（0.8×500-4.2）/5.2 ≈76.1 取整數76 由此可知n=2符合要求。 3.4澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是塑料熔體自注射機的噴嘴射出后，到進入模具型腔以前所流動的一段路徑的總稱，主要應包括主流道、分流道、進料口、冷料穴等幾部分。在設計澆注系統(tǒng)時，應考慮塑料成型特性、塑件大小及形狀、型腔數、注射機安裝板大小等因素。 3.4.1 主流道的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體入口處，它將注射機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射要機噴嘴反復接觸，所以在注射模中主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套。根據注射機噴嘴的尺寸，選擇澆口套如下圖： 圖3.5澆口套 為了使塑料熔體按順序的向前流動，開模時塑料凝料能從主流道中順利的拔出，需將主流道設計成圓錐形，具有2°～6°的錐角，內壁有Ra=0.8μm以下的表面粗糙度，拋光時應沿軸向進行。若沿圓周進行拋光，產生側相凹凸面，使主流道凝料難以拔出。 熱塑性塑料的主流道襯套與注射機噴嘴的尺寸：主流道始端直徑D=d+（0.5～1）mm，球面凹坑半徑+（0.5～1）mm，半錐角a為1°～2°，盡可能縮短長度L（小于60mm為佳）。 本套模具主流道設計要點是： (1) 為便于凝料從主流道中拉出，主流道設計成圓錐形，其錐角=3° ，內壁粗糙度為Ra=6.3um，整個主流道都在襯套中，并未采取分段組合形式。 (2) 主流道大端處呈圓角，其半徑R=1mm，以減小料流在轉向時過渡的阻力。 (3) 為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使主流道和注射機的噴嘴緊密接觸，主流道對接處設計成半球形凹坑，其半徑+(1～2 )mm，取主流道球面半徑 =20mm。其小端直徑 +( 0.5～1 ) mm,取=8mm。凹坑深取h=3.7 mm。 圖3.6主流道 3.4.2 分流道的設置 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計采用一出二側入式澆口。分流道布局如圖所示： 圖3.7分流道 3.4.3 澆口設計 澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，起著調節(jié)控制料流速度，補料時間及防止倒流等作用。澆口的形狀，尺寸和進料位置等對塑件成型質量影響很大，塑件上的一些質量缺陷，如縮孔，缺料，白斑，拼接縫，質脆和翹曲等往往是由于澆口設計不合理而產生的，因此正確設計澆口是提高塑料件質量的重要環(huán)節(jié)。 澆口設計與塑料性能，塑件形狀，截面尺寸，模具結構及注射工藝參數等因素有關?？偟囊笫鞘谷哿弦暂^快的速度進入并充滿型腔，同時在充滿后能適時冷卻封閉，因此澆口的截面要小，長度要短，這樣可增大料流速度，快速冷卻封閉，且便于塑件與澆口凝料分離，不留明顯的澆口痕跡，保證塑件外觀質量。澆口的截面積通常為分流道的截面面積的0.03～0.09。澆口截面積通常有矩形和圓形兩種。澆口長度約為0.5～2mm左右。澆口具體尺寸一般根據經驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步修正。 在注塑模具中常用的澆口形式有如下幾種：直接澆口、點澆口、潛伏式澆口、側澆口、重迭式澆口、扇形澆口、平縫式澆口、盤形澆口、圓環(huán)形澆口、輪輻式澆口與爪形澆口、護耳澆口。澆口的開設的位置對制品的質量影響很大，在確定澆口的位置時應注意以下幾點： (1) 澆口應設在能使型腔的各個角落都可以同時填滿的位置。 (2）澆口應設置在制品壁厚較厚的部位，使熔體從厚斷面流向薄斷面，以利于補料。 (3）澆口的部位應選在易于排除型腔內空氣的位置。 (4）澆口的位置應選在能避免制品表面產生熔合紋的部位。當無法避免產生熔合紋的產生時，澆口的位置的選擇應考慮到熔合紋產生的部位是否合適。 (5）澆口的設置應避免引起熔體斷裂的現象。 (6）澆口應設置在不影響制品外觀的部位。 (7）不要在制品中承受彎曲載荷或沖擊載荷的部位設置澆口，一般制品澆口附近的強度較差。 由于設計零件是深腔無底的圓形結構，又是一模兩腔為保證塑件表面質量及美觀效果，本設計采用側入式澆口。 3.4.4 冷料穴設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現固化的冷料。因為最先流入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會影響制品的質量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，這里取為12mm，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的z形式有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推桿配用，開模時倒錐形的冷料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。 3.5成型零件的結構設計 成型零件是構成模具型腔的零件，通常包括定模板、動模、哈夫塊、型芯等。由于哈夫塊直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質量直接關系到塑件的質量，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度和耐磨性，以承受塑料的積壓力和料流的摩擦力，達到足夠的精度和表面粗糙度。 3.5.1定模板的結構形式 圖3.8定模板 3.5.2 動模板的結構形式 圖3.9動模板 型芯是成型塑件內表面的成型零件。根據型芯所成型零件內表面大小不同，通常又有型芯和成型桿之分。型芯一般是指成型塑件中較大的主要內型的成型零件，又稱主型芯，成型桿一般是指成型塑件上較小的成型零件，又稱小型芯。 3.5.3 型芯的結構形式如下： 圖3.10型芯1 圖3.11型芯2 a b 圖3.13三維圖 型腔和型芯尺寸的計算 a. 型腔徑向尺寸的計算 Lm — 型腔的最小基本尺寸（mm） Ls — 塑件的最大基本尺寸（mm） Δ— 塑件公差 S — 塑件平均收縮率（%） x — 綜合修正系數取x=3/4。 δz — 模具制造公差，一般為（1/3~1/6），取1/3Δ。 （3.1） （3.2） 型芯2處 型腔底 Lm=(32+320.55%-3/40.5) =31.803 型芯底部 Lm=(32+320.55%+3/40.5) =32.551 型腔上部 Lm=(14+140.55%-3/40.5) =13.703 型芯上 Lm=(14+140.55%+3/40.5) =14.452 型芯1 型腔上部 Lm=(12.4+12.40.55%-3/40.5) =12.093 型芯上部 Lm=(12.4+12.40.55%+3/40.5) =12.843 型腔底部 Lm=(5.2+5.20.55%-3/40.5) =4.854 型芯底部 Lm=(5.2+5.20.55%+3/40.5) =5.6036 B．型腔高度尺寸的計算 (3.3) (3.4) 式中 Hm — 型腔的高度最小基本尺寸（mm） Hs — 塑件的高度最大基本尺寸（mm） Δ— 塑件公差 S — 塑件平均收縮率（%） x — 綜合修正系數取x=2/3。 δz — 模具制造公差，一般為（1/3~1/6），取1/3Δ 型芯2處 型腔 (3.5) =（34+340.55%-2/30.5） =33.854 型芯 (3.6) =（34+340.55%+2/30.5） =34.520 型芯1 型腔上部 =（0.5+0.50.55%-2/30.5） =0.169 型芯上部 =（0.5+0.50.55%+2/30.5） =0.836 型腔底 =（2+20.55%-2/30.5） =1.677 型芯底 =（2+20.55%+2/30.5） =2.344 3.6 模具溫度調節(jié)系統(tǒng) 塑料模具的溫度直接影響塑件的成型質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝不同，模具溫度也要求不同。因此在設計注射模具時必須考慮用加熱或冷卻裝置來調節(jié)模具的溫度。對于一般的熱塑性塑料注射成型時只需考慮冷卻裝置。 3.6.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 主要有以下幾個方面 (1) 尺寸精度 利用溫度調節(jié)系統(tǒng)來保持模具溫度的恒定或采取較低的模溫，可減少塑件成型收縮率的波動，提高塑件精度。 (2) 形狀精度 模具型芯與型腔各部分溫差過大，會使塑件收縮不均勻而導致翹曲變形，影響塑件的美觀和使用。特別對于壁厚不一致和形狀復雜的塑件，經常會出現因收縮不均勻而變形的情況，必須采用合適的冷卻回路，使模具型腔各個部位的溫度基本上均勻。 (3) 表面粗糙度 模溫過低會使塑件輪廓不清晰，產生明顯的熔合紋，提高模溫可改善塑件的表面狀態(tài)，使塑件的表面粗糙度降低。 (4) 塑件的力學性能 3.6.2 溫度調節(jié)對生產力的影響 溫度調節(jié)系統(tǒng)對生產力的影響主要由冷卻時間來體現。通常注射到型腔內的塑料熔體的溫度為200℃左右，塑件從型腔中取出的溫度在60℃以下。熔體在成型時釋放的熱量中約有5%以輻射、對流的形式散發(fā)到大氣中，其余95%需冷卻水帶走，否則由于塑料熔體的反復注入將使模溫升高。為了保持模溫的恒定，在每一循環(huán)中，必須由冷卻系統(tǒng)把塑料熔體的熱量帶走。因此模具的冷卻時間主要取決于冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。一般的模具的冷卻時間占整個注射循環(huán)周期的2/3，因此縮短成型周期中的冷卻時間是提高生產率的關鍵。 3.6.3 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計算 本塑件在注射成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計計算。 (1) 由于制品為空心，按平板類計算其冷卻時間 (3.7) —冷卻所需的時間s t—塑件厚度2mm Tm—塑料熔體注塑溫度查表取170-180℃ Tw—模具溫度查表取50-80℃ Ts—塑料熱變形溫度查表取83-103℃ —塑料的熱擴散率9.6×10-4m2/h → 0.267mm2/s =6.79s (2）冷卻介質體積流量計算 (3.8) —冷卻介質的體積流量m3/h —單位時間內注入模具的塑料質量kg/h —塑料成型凝固時釋放的熱量40×104J/kg —冷卻介質的比熱容J/kg·℃ —介質的密度1.05g/mm3 —冷卻介質的出口溫度30℃ —冷卻介質的進口溫度20℃ 設定模具平均工作溫度為40oC，用常溫20oC的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為30oC，產量為（初算0.5套/min）0.657kg/h.塑件在硬化時每小時釋放的熱量,查表2-1得ABS的單位熱流量為33x104J/kg,即 = 0.657x33x104=21.68X104(J/kg) 冷卻水的體積流量V (3.9) = () 冷卻水的平均流速 (3.10) = =14.53 m/min =0.24 m/s 式中 q—凹模的冷卻水體積流量，q= 0.73×10 m/min D—冷卻水管直徑，取d=8 mm (3) 從表查得的資料表明 管徑為8的冷卻水管所對應的最低流速為1.66 m/s時才能達到湍流狀態(tài)，但是由于體積流量q沒有在表的取值范圍內，所以造成了V偏小，如果要達到湍流狀態(tài)，可以增大體積流量和減小冷卻水管直徑，但是，冷卻的目的就是為了讓制品快速冷卻，提高生產率，同時改變制品的力學性能，為了達到湍流而增大體積流量是沒有意義的，因為在V較小，既層流時就可以達到冷卻效果。 (4) 冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數 = (3.11) = =1601 (w/mk) 式中 與冷卻介質溫度有關的物理系數，取7.6。 (5）冷卻管的傳熱面積 A= (3.12) = =0.0139m 式中 T—模具與冷卻介質平均溫度， T=27.5℃。 [ T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃ ] (3.13) (6) 冷卻水孔總長L L= (3.14) L= =0.55 m (7) 模具上應開設的冷卻水孔數 n=L/B =0.55÷0.35 =1.57 (根) 取2根 式中 哈夫模模具厚度，B=0.34m。 (8）冷卻水流動狀態(tài)校核 (3.15) = =1920< 式中 R—雷諾數； —水的運動粘度，=1×10（m/s）； (9）進出口溫差校核 T－T= (3.16) = =12.44 ℃ 校核的結果與預期的相差不大，說明實際應用正確。 3.7 頂出系統(tǒng)的設計 3.7.1 澆口凝料的頂出 由于本套模具采用盤形澆口澆注，為了確保分流道的脫落，還應注意脫澆口裝置的設計。 對于澆口凝料進行受力分析可知，脫澆口必須克服拉斷澆口及凝料對型腔的包緊力，考慮采用拉桿脫料裝置。 工作過程為：開模時，拉料桿隨著動模的下行將澆口凝料拉出，與定模貼和靜止不動。當第二次分型開始后，隨動模一起運動流道凝料與制件一起被推出，從而使凝料從主流道及拉料桿上脫落，完成脫料動作。 主要尺寸的計算： 圖3.14 拉料桿 拉料桿拉料端采用Z形結構（如上圖所示），拉料桿直徑為12mm。 3.7.2 塑料件的頂出 對制件進行受力分析塑料件對凸模的包緊力主要集中在中間型環(huán)對型芯的包緊力。 鑒于制件為空心無底的圓環(huán)形，所以采用推板推出。 為防止推板在頂出過程中脫落，本設計采用頂出版和推桿墊板的方法，具體的方法是在頂桿的頭部加螺紋，并在推板相應的位置加螺紋孔。頂桿的固定宜采用頂桿軸肩固定在推桿墊板的方式。 主要參數計算： 經CAD分析可知：塑料件在脫模方向的投影最大距離為83.25mm，因此開模距離為L=83.25+34+(5～10)mm。 取L=125mm 因為推桿要支撐推板 故直徑取的較大 推桿桿直徑為d=14mm,推桿間隙為0.05mm. 推板及壓板按標準選取規(guī)格： 推板的厚度為40mm。 壓板的厚度為20mm。 3.8導向機構的設計 3.8.1.導向機構的功用 任何一副模具在定動模之間都設置有導向機構。其作用有： 1） 定位作用：合模時維持動定模之間的一定方位，合模后保持模腔的正確形狀。 2） 導向作用：合模時引導動默按序閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側向力。 3） 承載作用：采用推件板脫模或三板式模具結構，導柱有承受推件板和定模型腔板的重載荷作用。 4） 保持運動平穩(wěn)作用，對于大中型模具的脫模結構，有保持機構運動靈活平穩(wěn)的作用。 3.8.2、導向機構的設計 (1) 導柱 國家標準規(guī)定了兩種結構形式，帶頭導柱和有肩導柱。有的導柱開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦，小型模具和生產批量小的模具主要采用帶頭導柱，大型模具和生產批量大的模具多采用有肩導柱。本次設計選擇的是有肩導柱，如圖所示 圖3.15 導柱 (2)導套 直導套多用于較薄的模板，比較厚的模板須采用帶頭導套，導套壁厚通常在3-10mm ，視內孔大小而定，大者取大值，帶頭導套軸向固定容易，此次設計選擇的是帶頭導套，如圖所示。 圖3.16導套 3.8.3 承受一定的側向壓力 塑料熔體是以一定的注射壓力注入型腔的，型腔的各個方向都承受壓力，如果塑件是非對稱結構或模具設計成非平衡進料形式，就會產生單邊的側向壓力，設置導向機構可以承受一定的側向壓力。 設計導向機構時應注意：導柱應合理均勻分布在模具分型面的四角，導柱至模具的邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度；導柱的高度應比型芯端面的高度高出6-8mm，以免在錯誤定位時，型芯進入凹模型腔相碰而損壞。 3.9排氣系統(tǒng)的設計 模具型腔在塑料的填充過程中，除了型腔內原有的空氣外，還有因塑料受熱或凝固而產生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時，考慮排氣是很必要的。一般是在塑料填充同時，必須將氣體排出模外。否則，被壓縮的氣體產生的高溫會引起塑件局部碳化燒焦，或使塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至阻礙塑件填充等。為了使這些氣體能從型腔中及時排出，可采用排氣槽等方法。當塑件熔體充填型腔時，必須順序的排出型腔以及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑件受熱而產生的氣體。如果氣體不能被順序的排出，塑件由于填充不足而出現氣泡，接縫或表面輪廓不清等缺陷；甚至因氣體受壓而產生高溫，使塑件焦化。 考慮該塑件尺寸，屬于中小型簡單型腔模具，故可以利用推出機構與模板之間的配合間隙進行排氣，間隙值為0.03mm。 3.10 斜導柱設計 3.10.1 斜導柱的形狀及技術要求 斜導柱的形狀如圖9.21所示(SJ/T 10519.16—1994)： (a) (b) 圖3.17 斜導柱的結構形式 斜導柱的工作端可以是半球形也可以是錐臺形，由于車削半球形一般較困難，所以絕大部分的斜導柱都是設計成錐臺形。 設計為錐臺形時，錐臺的斜角應大于斜導柱的傾斜角，一般θ=α++2~3，這樣設計的目的是保證斜導柱工作的可靠性，避免斜導柱錐臺部分參與側抽芯，以致于側滑塊停留位置不符合設計要求。斜導柱的固定端可以設計成圖9.21(a)或9.21(b)的形式。其固定端與模板之間的配合可以采用H7/m6過渡配合；其工作端與滑塊斜導孔之間采用H11/b11配合[2]（或者兩者之間采用0.4~0.5mm的大間隙配合）。 斜導柱的材料通常為T8、T10等碳素工具鋼，亦可以采用20鋼滲碳處理(SJ/T 10519.16—1994)。其熱處理要求一般桿部硬度HRC56~60，大頭部分HRC，表面粗糙度。 本次設計中采用圖9.21的斜導柱結構，θ=23?，斜導柱的工作部分與斜導孔配合為H11/b11，固定端與模板配合為H7/m6，材料為T10A，硬度。 3.10.2 斜導柱的傾斜角 在斜導柱側向分型與抽芯機構中，傾斜角是決定斜導柱側向分型機構工作效果的重要的參數，傾斜角的大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等有直接重要影響。選取什么樣的斜導柱結構主要看塑件側孔的方向，從分析RJ45接線座塑件結構特點出發(fā)，其成型側孔的型芯抽出方向與開合模方向垂直，所以其所用機構為類型1。由受力分析及理論計算，斜導柱的傾斜角取20?比較理想，在一般的設計過程中取，最常用的是。楔緊塊的楔緊角。通常情況是：如果抽芯距長時可取大些，抽芯距短時可取小些；抽芯力大時可取小些，抽芯力小時可取大些。 在本次設計中，斜導柱的傾斜角=20?，楔緊塊的楔緊角θ=23?。 3.10.3斜導柱的長度 當側型芯滑塊的抽芯方向與開合模方向垂直時，斜導柱的工作長度L與抽芯距S以及傾斜角的關系如下式所示： (3.17) 由前知，S=20mm，=20?，則斜導柱的工作長度L=20/sin20?=58.58 如圖10.22所示，斜導柱的總長度[為： (3.18) =14tan20?/2+14tan20?/2+30/cos20?+58.58+(5~10) =102mm 式中 圖3.18 斜導柱長度示意圖 .3.11滑塊設計 滑塊是斜導柱側向分型機構中的一個重要零部件，滑塊的結構可分為整體式和組合式兩種：在滑塊上直接制出側型芯或側向型腔的結構稱為整體式，這種結構僅適于形狀十分簡單的側向移動零件；在一般的設計中，把側向型芯或型塊和滑塊分開加工，然后再裝配再一起，這就式所謂的組合式結構。，因為此次滑塊運動方式為單一的，所以本次設計采用整體式結構，具體如下圖所示： 圖3.19滑塊 滑塊用40CrMnMo制造，要求硬度HRC54~58。 .3.12.導滑槽設計 導滑槽采用T型槽的形式，具體結構如圖所示： 圖3.20導滑槽結構 導滑槽采用整體式，導滑槽與滑塊導滑部分采用H8/f8間隙配合，表面粗糙度。 3.13脫模機構設計 3.13.1 設計原則 (1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具結構簡單。 (2）正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在部位，有針對性的選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑料收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施與塑件剛性和強度最大的部位，作用面積也應盡可能大一些，以防塑件變形或損壞。 (3）保證良好的外觀。在選擇頂出位置時，應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的