同步輪塑件精密注塑模具設計【一模四腔】【側抽芯】【說明書+CAD+UG】,一模四腔,側抽芯,說明書+CAD+UG,同步輪塑件精密注塑模具設計【一模四腔】【側抽芯】【說明書+CAD+UG】,同步,輪塑件,精密,注塑,模具設計,說明書,仿單,cad,ug 收稿日期： 79 2012-03-15 同步輪塑件精密注塑模具設計 Design on Precision Injection Mold for Synchronizing Wheel Plastic Parts Vol.40 No.7 (Sum.243) July 2012 蔡 華 1 ，曾 敏 1 ，高 峰 2 Cai Hua 1 , Zeng Min 1 , Gao Feng 2 - 1 南京化工職業(yè)技術學院機械系，江蘇 南京 210048 2 蘇州允冠精密塑膠有限公司，江蘇 蘇州 215168 - 1 Mechanical Technology Department, Nanjing College of Chemical Technology, Nanjing 210048, China 2 Suzhou Yunguan precision plastic Co.,Ltd., Suzhou 215168, China 摘要 : 通過對同步輪塑件的結構工藝分析，設計出精密注塑模具。塑件采用一模四腔、點澆口的成型方案，模具型腔 重要尺寸的計算需考慮模具制造誤差、磨損誤差，選擇合適的模具分型面以保證塑件的形位公差，采用楔面定 位結構來消除側抽芯滑塊配合間隙對側抽芯鑲塊定位精度和剛度的影響,增設支撐柱和精密定位鎖扣以加強 模具的總體剛度和合模精度。 Abstract : A precision injection mold was designed by analyzing the structural process of the synchronizing wheel plastic part. The plastic part was adopted with four-cavity and pin-point gate. In order to calculate the main dimensions of the mold cavity, mold manufacturing errors and wear errors should be concerned. Moreover, the proper parting surface was chosen to guarantee the geometric and position tolerance of the plastic product; and wedge positioning structure was adopted to eliminate the effect of positioning accuracy and stiffness of the side core pulling insert produced by fit clearance of the side core pulling slide; and the support columns and precision positioning lock catches can enhance the overall stiffness and improve the clamping accuracy of the mold. 關鍵詞 : 側向抽芯；精密注塑模；同步輪；尺寸精度 Key words : Side core pulling; Precision injection mold; Synchronization wheel; Dimensional accuracy 文章編號： 1005-3360（ 2012） 07-0079-05 隨著人們生活水平提高，計算機等便攜式電子 產(chǎn)品迅速普及，因此對尺寸小、尺寸精度和表面精度 要求高的塑料件的需求量激增 1-2 。注塑成型是精 密塑料件重要的成型方法，塑料件的質(zhì)量不僅與原 料性能、精密注塑成型工藝和注塑生產(chǎn)設備有關，還 與注塑模結構設計的合理性、模具制造的精度密切 相關。其中，精密注塑模具的設計是生產(chǎn)高精度、高 質(zhì)量塑件的重要環(huán)節(jié)之一 3 。本文以打印機中同步 輪塑件為例，介紹了精密注塑模具的設計方法。 1 塑件的結構工藝性分析 圖 1所示產(chǎn)品為打印機內(nèi)同步傳動結構件，材 料為 POM，收縮率 1.4%2.4%。該產(chǎn)品不屬于外觀 件，表面質(zhì)量要求較低，但對精度 (尤其是兩塑料傳 動輪的外形尺寸精度及相距尺寸精度 )有較高的要 求。成型過程中影響塑件尺寸公差的因素很多，主 要有塑件冷卻成型過程中收縮率波動所產(chǎn)生的誤 差 s ，模具制造所產(chǎn)生的誤差 z 以及成型過程中模 具磨損量 c 。為了保證產(chǎn)品具有一定的互換性，必 須確保所有零件的成型尺寸都在其公差范圍內(nèi)，也 就是說塑件的公差值必須大于各項因素所引起 的積累誤差之和，即： (1) 圖 1 產(chǎn)品結構示意圖 Fig.1 Schematic diagram of product structure 塑機與模具 文獻標識碼 : B中圖分類號 : 325.12 2012-07.indb 79 2012/7/10 6:50:46 80 2012年7月 第40卷 第7期 （總第243期） 同步輪塑件精密注塑模具設計 在同步輪塑件的成型過程中，由于模具逐漸被 塑件磨損，致使型腔內(nèi)徑尺寸越來越大。因此為減 輕磨損對塑件精度造成的影響，應在公差的允許范 圍內(nèi)盡可能將模具型腔內(nèi)徑尺寸加工得越小越好。 模具尺寸與塑件尺寸、收縮尺寸、磨損尺寸等 形成一個尺寸鏈，其中模具尺寸、模具磨損量為增 環(huán)，塑件尺寸、收縮尺寸為減環(huán) (模具尺寸為增環(huán)，表 示為 ，塑件尺寸為減環(huán)，表示為 )。注塑 時模具尺寸與磨損量之和等于塑件尺寸與收縮量 之和，由此推出以下公式 (各項值均取理論平均值 )： (2) 式中， L m 為模具型腔尺寸； L s 為塑件尺寸； z 為 模具加工過程中制造公差； c 為注塑成型中模具磨 損量；為塑件公差； S cp 為平均收縮率。 通常情況下，模具的磨損量為塑件公差的 1/31/6，模具的制造公差為塑件公差的 1/31/4 4 。 本設計中的模具材料選用預硬型塑料模具用鋼 718(SM3CrMnNiMo)，該鋼材具有較高的耐磨性，且 POM塑件具有一定的自潤滑性，故模具的磨損量選 擇下限 /6即可；由于該塑件精度要求較高，故將模 具制造公差定為 /4；另外通過計算得知， POM的 平均收縮率 S cp 為 1.9%。由公式 (2)推出： (3) 通過上述公式及參數(shù)，即可計算出塑件中重要 部分對應的模具尺寸，見表 1。 表 1 塑件尺寸與模具尺寸對應表 Tab.1 Dimensions of plastic parts and mold mapping table 編號 塑件尺寸 模具尺寸 1 # 23.5 0 -0.1 23.77 0 -0.03 2 # 13.5 0 +0.1 13.79 0 +0.03 3 # 13 0 -0.1 13.17 0 +0.03 2 模具結構設計要點 2.1 分型面與型腔數(shù)確定 分型面的設計應有利于模具結構的優(yōu)化和便 于塑件的脫模；分型面位置的選擇，不僅影響著模 具結構，還對塑件的精度有一定影響 5 。若分型面 設置在如圖 2(a)所示的位置，即采用一個水平分型 面，塑件將被分成上下兩半，分別在動定模中成型， 由于合模時存在定位誤差，對塑件傳動輪部分的 精度有較大的影響。另外還可采用如圖 2(b)所示 的分型面，即采用了雙向分型，包括一個垂直分型 面 (A-A分型面 )和一個水平分型面 (B-B分型面 )；在 A-A分型面處設計兩個滑塊，確保塑件中間的結構 能夠左右分模，并且將 B-B分型面設計在如圖所示 位置，以確保每個傳動輪都分別在一個零件中。對 比圖 2(a)與圖 2(b)兩種方案可知，后一種方案 (即采 用如圖 2(b)所示的分型面位置進行分型 )的模具需 要用到兩個側向分型滑塊，因而結構相對比較復 雜 ,但由于將塑件中重要的尺寸設計到同一個零件 中，保證了塑件的精度，故該方案相對更佳。 (a) 單一分型面位置選擇 (b) 雙向分型面位置選擇 圖 2 分型面的選擇 Fig.2 Parting surface selection 同步輪塑件主要用于各種打印機，生產(chǎn)批量 較大，因而為提高生產(chǎn)效率，常選擇一模多腔成型。 但在模具設計中，塑件精度隨著模具型腔數(shù)量的增 加而降低，每增加一個型腔，尺寸精度降低約 4% 6 。 綜合考慮各方面因素，本設計采用了一模四腔成 型。 2.2 模具澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是指注射機噴嘴和模具型腔之間的 進料通道，其設計是否合理直接影響到模具的結構 2012-07.indb 80 2012/7/10 6:50:47 81 2012年7月 第40卷 第7期 （總第243期） 同步輪塑件精密注塑模具設計 以及塑件的性能、尺寸、內(nèi)外部質(zhì)量等 7 。圖 1所示 塑件的結構為回轉體，若選擇側澆口，則模具結構 簡單、成本較低。但由于需從 B-B分型面進料，其澆 口處留下的殘料將會影響傳動輪的精度，故側澆口 方案不可行。若將澆口置于同步輪的上端面中心， 并采用點澆口方式進料，則有利于熔體填充，且易 排氣、澆口痕跡小、開模過程能實現(xiàn)澆注系統(tǒng)凝料 與塑件自動切斷、生產(chǎn)效率高 8 。通過上述對比，本 設計采用了點澆口澆注系統(tǒng)。 圖 3 模具澆注系統(tǒng) Fig.3 Gating system of the mold 圖 3為本設計的澆注系統(tǒng)。由于塑件尺寸相 對較小，為了便于成型過程中的排氣，減輕塑件中 的氣痕和流痕等現(xiàn)象，本設計采用了末端可以儲存 冷料的 S型流道。單個塑件體積約為 1 020 mm 3 ，共 4個塑件，約為 4 g；澆注系統(tǒng)中塑料的質(zhì)量約為 4 g； 模具型腔中總塑料量約為 8 g。由于 POM注塑通常 需采用較大的注射壓力，因此該模具分流道尺寸略 小于普通注塑成型的流道尺寸，其形狀為 U型 ，寬 5 mm，深 3 mm。 2.3 側向抽芯機構的設計 塑件中間的 V形結構需采用側抽芯機構成型。 由于該模具結構為一模四腔，側滑塊結構較大，因 而每個滑塊設置兩個直徑為 12 mm的斜導柱，斜導 柱傾角 為 16 (側向抽芯機構的整體結構如圖 4所 示 )。為了能夠順利開模，采用兩個彈簧輔助開模， 其彈力約為滑塊自重的 2倍；在模具合模時，主要依 靠楔緊塊對滑塊的壓緊力使滑塊復位并精確定位， 楔緊塊斜面的角度比斜導柱角度略大 (18 )?；瑝K 材料為 718H，熱處理后硬度為 HRC4852；斜導柱材 料為 T10，表面滲碳處理。 1-動模板；2-滑塊限位螺釘；3-楔緊塊；4-滑塊分型彈簧；5-斜導柱； 6-滑塊；7-定模型芯；8-塑件；9-冷卻水道；10-動模型芯 圖 4 模具側向抽芯機構 Fig.4 Side core pulling mechanism of the mold 2.4 推出機構設計 對于精度要求較高的塑件常采用推件板和推 桿二元復合推出機構以實現(xiàn)塑件的脫模，而同步 輪塑件對型芯無包緊力，并且在推桿脫模之前側向 抽芯機構側滑，減小了塑件與模具之間的摩擦力 因而采用推桿推出機構即可滿足要求。對每個塑 件設一直徑為 1.6 mm的推桿。由于塑件斷面尺寸 較小，因此推桿采用臺階式結構，將后段直徑設為 3 mm，以增加其自身剛度 (推出結構見圖 5)。 2.5 模具整體結構 精密注塑模在塑件成型時，僅靠導柱導套的間 隙配合難以滿足合模精度要求。這就需要在動、定 模分型面上增設鎖扣等精密定位裝置，以提高合模 精度，減少動、定模鑲塊的合模誤差。為此在定模 板與動模板的側面安裝了兩組側裝式精密定位邊 鎖。另外為保證滑塊的復位精度，在兩個滑塊接觸 部位的兩端邊緣，將一個滑塊設計成梯形凹口，另 一個設計成梯形凸出，合模時兩滑塊的梯形結構能 夠相互嚙合，從而滿足滑塊的精確定位要求。 為增強模具整體剛度，提高精密注塑模分型面 的配合精度，確保模具在成型過程中不發(fā)生變形， 故在支承板下增設了兩根直徑為 40 mm的支撐柱， 以加強模板剛度。此外為提高推出機構的安全可 靠性，在推板上還增設了 4組導柱導套。該模具總 體尺寸為 300 mm 250 mm 300 mm(配套注射機 為海天 SA90)，其整體結構如圖 5所示。 2012-07.indb 81 2012/7/10 6:50:47 82 2012年7月 第40卷 第7期 （總第243期） 同步輪塑件精密注塑模具設計 3 結論 圖 6所示為最終加工出的模具及成型的同步輪 塑件產(chǎn)品。該產(chǎn)品的精密注塑模設計要點主要有 以下幾點： 圖 6 同步輪模具及產(chǎn)品 Fig.6 Mold and plastic product of the synchronization wheel (1) 模具型腔重要尺寸的確定，需要結合模具 制造公差、模具磨損、裝配等因素進行計算。 (2) 分型面位置選擇對塑件尺寸有直接影響。 對于塑件中精度要求較高的部分，盡可能設計到模 具的一個零件中，以減少裝配誤差及合模時的定位 誤差。 (3) 側抽型芯等滑動配合部件應增加楔面定位 配合結構以提高活動件的配合精度，而且還需增設 精密定位鎖扣以提高模具的合模精度。 (4) 應適當增設支撐柱以加強模具的總體剛 度，增加導柱導套以提高模具的可靠性。 1-滑塊壓板；2-限位螺釘；3-彈簧；4-動模座板；5-螺釘；6-墊塊；7-推板；8-推桿固定板； 9-支承板；10-動模板；11-滑塊；12-楔緊塊；13-定模板； 14-定模座板；15-斜導柱； 16-定位圈；17-澆口套；18-定模型芯墊板；19-復位彈簧；20-復位桿；21-定模型芯； 22-尼龍棒開閉器；23-精定位邊鎖； 24-流道凝料拉桿螺釘；25-型腔；26-動模型芯；27-推桿；28-支撐柱；29-推板導套；30-推板導柱；31-水嘴；32-凝料脫模U型板 圖 5 模具整體結構 Fig.5 Overall structure of the mold 2012-07.indb 82 2012/7/10 6:50:48 83 2012年7月 第40卷 第7期 （總第243期） 同步輪塑件精密注塑模具設計 巴斯夫新推水性黏合劑產(chǎn)品 “作為全球壓敏黏合劑市場領先廠商之一，巴斯夫 已經(jīng)開發(fā)出一系列新型水性壓敏膠，在黏合性能與涂布 效率之間達到了完美的平衡。新產(chǎn)品可幫助標簽生產(chǎn) 商提供符合客戶要求的、具有極佳性價比和質(zhì)量的產(chǎn) 品?！卑退狗騺喬珔^(qū)黏合劑原材料與纖維黏合部門高級 市場經(jīng)理 Joerg Leuninger 博士表示：“此外，中國和亞太 地區(qū)其他國家的巴斯夫客戶現(xiàn)在已經(jīng)可以向其客戶提 供更多可持續(xù)解決方案，盡管這些市場目前還是以溶劑 型壓敏膠為主導?！?巴斯夫在研發(fā)方面的投資與承諾換來的是黏合劑 技術方面的突破性進展，以及產(chǎn)品環(huán)保性及可持續(xù)性的 極大改善?？偛吭O在德國路德維希港的巴斯夫全球聚 合物研究中心與設在上海的亞太區(qū)研發(fā)中心通力合作， 針對本地市場的特殊要求研發(fā)出了多種新產(chǎn)品和新技 術。 其中之一就是巴斯夫最新的 AQAClear技術。該技 術專為超透明型標簽研發(fā)，可滿足亞太地區(qū)快速增長的 個人護理品、化妝品及飲料行業(yè)最嚴格的要求?；?AQAClear技術的巴斯夫水性壓敏膠的黏結性能不遜于 任何溶劑型黏合劑，可在滿足所有技術要求的同時改善 標簽生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)安全性與健康性。其他例子還包 括參加此次展覽的 AQAPeel技術。該技術專為紙質(zhì)可 移除標簽設計，采用這一先進技術后，標簽生產(chǎn)廠商就 可以生產(chǎn)出不含可塑劑的紙質(zhì)標簽。這一技術意義深 遠，特別對于那些直接與食品接觸的應用而言更是如 此。 巴斯夫黏合劑產(chǎn)品擁有著名品牌 Acronal。這些即 用型壓敏膠產(chǎn)品可以滿足標簽生產(chǎn)商對膠水的黏合性 能及在不同的涂裝機上涂布性能的要求。 巴斯夫大中華區(qū)業(yè)務管理執(zhí)行總監(jiān)閔立行博士表 示：“緊密聯(lián)結這一主題言簡意賅地體現(xiàn)了巴斯夫對 亞太地區(qū)黏合劑行業(yè)的承諾。在這一承諾的背后，是巴 斯夫的巨額研發(fā)投入，目的是為客戶創(chuàng)造環(huán)保型黏合劑 解決方案。我們的目標不僅在于持續(xù)提高產(chǎn)品性能，同 時也希望不斷鞏固與業(yè)務合作伙伴之間的關系?！?自流平噴涂聚脲材料開發(fā)成功 近日，濰坊德華高分子新材料有限公司在國內(nèi)率先 開發(fā)出自流平型噴涂聚脲材料。該材料不僅物理化學 性能優(yōu)異，克服了傳統(tǒng)噴涂聚脲地坪材料的不足，而且 性價比極高，產(chǎn)品一經(jīng)推出，便立即引起了用戶的廣泛 關注。 據(jù)介紹，濰坊德華開發(fā)的自流平型噴涂聚脲彈性 體美觀舒適，耐沖擊性和韌性好，并具有優(yōu)異的防腐、防 水、防塵性能，而且非常容易清掃。該材料體系無溶劑， 符合環(huán)保要求，且采用純聚脲配方，避免了出現(xiàn)鼓包、發(fā) 泡的風險，對環(huán)境濕度要求低。與傳統(tǒng)的噴涂聚脲地坪 材料相比，聚脲體系凝膠時間大大延長，可達十幾分鐘， 有充足的時間流平，最終形成一個像環(huán)氧地坪一樣連 續(xù)、致密、平整光亮的表面，同時具有極佳的耐磨性能， 耐磨性比傳統(tǒng)材料提高數(shù)倍，且使用壽命更長。根據(jù)用 戶需求，該材料可以做成抗靜電、防滑等具有特定功能 的材料。 地坪材料從以前的混凝土地面，發(fā)展到后來的地面 涂裝，再到應用近二十年的環(huán)氧地坪等，檔次越來越高。 噴涂聚脲這一新材料新技術由于施工非常便捷、環(huán)保、 材料綜合性能優(yōu)良等優(yōu)點，在各大行業(yè)均獲得了大量應 用。特別是應用在地坪領域時，獲得了廣大客商的一致 好評。但傳統(tǒng)的聚脲在應用中也存在著美中不足。由 于聚脲反應速度非?？?，通常凝膠時間只有 10 s，因 此 ， 噴成的最終地面無法形成平整、光亮的平面，表面有一 層小粒子，對于室內(nèi)地面等應用來說，不夠美觀而且難 以清掃。 自流平型噴涂聚脲材料用途廣泛，應用前景非常寬 廣。目前環(huán)氧地坪每年的用量有近百萬噸。而自流平 型噴涂聚脲材料可以完全取代環(huán)氧地坪，作為更加高檔 性能更優(yōu)的地坪材料，其性價比更高。還可取代價格昂 貴的木地板，不怕水泡，不含有甲醛之風險，更加舒適， 行走噪音更小，造價更加低廉。 行業(yè)動態(tài) 參考文獻： 1 李學峰. 塑料模具設計與制造M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2010: 1-5. 2 付宏生. 塑料成型模具M. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005: 61-63. 3 范有發(fā),肖雪清,范新鳳. 薄壁殼形塑料件精密注射模設計J. 工 程塑料應用, 2011, 39(7): 67-71. 4 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計M. 北京: 高等教育出版社, 2011: 148-153. 5 馬文靜,葛正浩,張凱凱,等. 基于Pro/E和Moldflow的鍵盤框架熱 流道注射模具設計J. 塑料, 2011, 40(2): 118-121. 6 葉久新,王群. 塑料成型工藝與模具設計M. 機械工業(yè)出版社, 2007: 79-87. 7 F Shi, Z L Lou. An Improved Rough Set Approach to Design of Gating Scheme for Injection MoldingJ. Advanced Manufacturing Technology, 2003, 21: 662-668. 8 M Zhai, Y Xie. A study of gate location optimization of plastic injection molding using sequential linear programmingJ. Advanced Manufacturing Technology, 2010, 49: 97-103. 2012-07.indb 83 2012/7/10 6:50:48 1 XX 學院 畢業(yè)設計說明書 課題名稱： 同步輪注塑模具設計 學生姓名 學 號 所在學院 專 業(yè) 班 級 指導教師 起訖時間： 年 月 日 年 月 日 0 目 錄 目 錄 .0 摘 要 .1 POMTRACT.2 1 前言 .3 1.1 課題背景 .3 1.2 課題分析 .5 2 塑件分析 .6 2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件 .6 2.2 塑件材料的確定 .7 2.3 塑件材料的性能分析 .7 2.3.1 基本特性 .7 2.3.2 成型性能 .8 2.3.3 主要用途 .8 3 成型布局及注塑機選擇 .10 3.1 進膠方式選擇 .10 3.2 型腔的布局及成型尺寸 .10 3.3 估算塑件體積質(zhì)量 .12 3.4 注塑機的選擇和校核 .12 3.4.1 注射膠量的計算 .12 3.4.2 鎖模力的計算 .13 3.4.3 注塑機選擇確定 .14 表 注塑機參數(shù)(部分) .15 4 注塑模具設計 .16 4.1 模架的選用 .16 4.1.1 模架基本類型 .16 4.1.2 模架的選擇 .16 4.1.3 導向與定位機構設計 .17 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 .19 4.2.1 主流道設計 .19 4.2.2 分流道的設計 .20 4.2.3 澆口的設計 .20 4.2.4 冷料穴的設計 .21 4.3 分型面的設計 .21 4.4 成型零部件的設計 .23 4.4.1 成型零部件結構 .23 4.4.2 成型零部件工作尺寸的計算 .25 4.4.3 模具強度與剛度校核 .27 4.5 側向抽芯機構類型選擇與設計 .27 4.5.1 側向抽芯機構類型 .27 4.5.2 側向抽芯機構主要參數(shù)的確定 .29 4.6 脫模及推出機構 .32 4.6.1 脫模力 .32 4.6.2 推出機構 .33 4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 .36 4.7.1 冷卻水道設計的要點 .36 4.7.2 冷卻水道在定模和動模中的位置 .37 4.7.3 冷卻水道的計算 .38 4.8 排氣結構設計 .39 4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 .40 5 結語 .42 致謝 .43 附圖 .44 參考文獻 .45 1 摘 要 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術 要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模四腔，點澆口進料，注射機采用 HTF80XB 型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理 的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析 塑件，從而作出合理的模具設計。 關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD 繪制二維圖；UG 繪制 3D 圖。 2 POMtract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTF80XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two- dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection. 3 1 前言 1.1 課題背景 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎工藝裝備。在汽車、電機、儀表、電器、 電子、通信、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且隨著 近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越高，結構也越來越復雜。用模具 生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)效率和低耗率，是其 它加工制造方法所不能比擬的。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在 強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷地擴大，越來越普遍 地采用塑料成型。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制 品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模 具，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直 接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭 中的反映能力和速度。 注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很 多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射 機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射 機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注 射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、 加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。 由于模具的使用特點，決定了模具設計也區(qū)別與其他行業(yè)。模具設計要考慮的 要點如下: a塑件的物理力學性能，如強度、剛度、韌性、彈性、吸水性以及對應力的 敏感性，不同塑料品種其性能各有所長，在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點， 避免或補償其缺點。 4 b塑料的成型工藝性，如流動性、成型收縮率的各向差異等。塑件形狀應有 利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻冷卻或使 熱固性塑料制品均勻地固化。 c塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化，特別是避免側向分型抽芯機構和 簡化脫模結構。使模具零件符合制造工藝的要求。 對于特殊用途的制品，還要考慮其光學性能、熱學性能、電性能、耐腐蝕性能 等。 目前，我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大型、 精密、復雜、長壽命的模具。在塑料模具方面，能設計制造汽車保險杠及整體儀表 盤大型注射模。一些塑料模主要生產(chǎn)企業(yè)利用計算機輔助分析(CAE)技術對塑料注 塑過程進行流動分析、冷卻分析、應力分析等，合理選擇澆口位置、尺寸、注塑工 藝參數(shù)及冷卻系統(tǒng)的布置等，使模具設計方案進一步優(yōu)化，也縮短了模具設計和制 造周期采用模具先進加工技術及設備，使模具制造能力大為提高。采用 CAE 技術， 可以完全代替試模，CAE 技術提供了從制品設計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制 造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、 保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹 曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等 到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚 至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義。 某些國外電加工機床具有內(nèi)容豐富、實用可靠的工藝數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，使模具的深 槽窄縫加工、微細加工、鏡面加工等效率和質(zhì)量大大提高。新的模糊控制系統(tǒng)具有 加工反力的監(jiān)測和控制，提高了大面積加工的深度控制精度。電火花混粉加工技術 的應用有效地提高了模具表面質(zhì)量。模具逆向工程技術、快速經(jīng)濟模具制造技術、 三維掃描測量技術及數(shù)控模具雕刻機的發(fā)展與應用，對模具制造能力的提高也起到 了很大作用。我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯， 這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼 5 續(xù)高速發(fā)展；另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具 采購趨向也十分明顯。 隨著計算機技術的發(fā)展應用，模具設計與制造技術正朝著數(shù)字化方向發(fā)展。特 別是模具成型零件方面的軟件等，這些技術采用計算機輔助設計，進而將數(shù)據(jù)交換 到加工制造設備，實現(xiàn)計算機輔助制造，或將設計與制造連成一體實現(xiàn)設計制造一 體化。 1.2 課題分析 本課題內(nèi)容是對同步輪進行測繪、模具設計、加工工藝分析?；谏a(chǎn)實踐之 上的對產(chǎn)品進行模具設計，模具設計主要內(nèi)容有型腔布局、澆口形式與位置、模胚 選擇、分型面的確定、冷卻系統(tǒng)設置、推出機構設置、注塑機臺選擇及注塑工藝分 析等。 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術 要求，本模具采用一模四腔布局，點澆口進料，注射機采用 HTF80XB 型號，設置冷 卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意 圖和和計算分析，從而作出合理的模具設計。選擇合理的加工方法。模具方案確定 后進行工藝分析。根據(jù)此方案可以達到設計的預期效果，并且大大提高了注塑模的 質(zhì)量。 6 2 塑件分析 2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面 質(zhì)量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模 具精度。 課題目標產(chǎn)品是一個生活中常見的同步輪，其零件外形如圖所示。具體結構和 尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精 度要求不高。 產(chǎn)品 3D 視圖 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加 工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得 低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公差等級確定精度 等級。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用 MT5 級精度，未注采用 MT8 級 精度。 7 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免 冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面 粗糙度一般為 Ra 0.02 1.25 之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的 1/2，即m Ra 0.010.63 。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所 以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高，為 Ra0.8 ，內(nèi)部為 Ra1.2 。mm 2.2 塑件材料的確定 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動 性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽纾⒃诔尚凸袒蟊３制浼鹊眯螤疃?不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度 小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能 好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防 輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。 此產(chǎn)品壁厚均勻，POM 性能優(yōu)良，成本低廉，符合需求生產(chǎn)量大的要求，容易 成型，對于本課題零件相當適用，所以在這選擇其為產(chǎn)品的材料。 2.3 塑件材料的性能分析 2.3.1 基本特性 POM 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性， 使 POM 具有良好的綜合理學性能。丙烯腈使 POM 有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面 硬度，丁二烯使 POM 堅韌，苯乙烯使 POM 有良好的加工性和染色性能。POM 價格便 宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑 性塑料。 8 POM 無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤， 、不透明，密度為 1.02-1.05g/cm3。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水 性，化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對 POM 幾乎沒有影響， POM 不 溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴 中會溶解或形成乳濁液。POM 表面受冰醋酸，植物油等化學藥品的侵蝕時會引起應 力開裂， POM 有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高， 尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高， 連續(xù)工作溫度為 70 左右，熱變形溫度約為 93 耐氣候性差，在紫外線作用下C C POM 易變硬發(fā)脆。 POM 的性能指標：密度 1.021.05（ ） ，收縮率 ，熔3dmKg%8.03 點 ，彎曲強度 80Mpa，拉伸強度 35 49Mpa，拉伸彈性模量 1.8Gpa，彎C1603 曲彈性模量 1.4Gpa，壓縮強度 18 39Mpa，缺口沖擊強度 11 20 ，硬度2mkJ 62 86HRR，體積電阻系數(shù) 。POM 的熱變形溫度為 93 118，制品經(jīng)退火c130 處理后還可提高 10左右。POM 在-40時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在- 40 100的溫度范圍內(nèi)使用。 2.3.2 成型性能 POM 易 吸 水 ， 使 成 型 塑 件 表 面 出 現(xiàn) 斑 痕 、 云 紋 等 缺 陷 。 因 此 ， 成 型 加 工 前 應 進 行 干 燥 處 理 ； POM 在 升 溫 時 黏 度 增 高 ， 黏 度 對 剪 切 速 率 的 依 賴 性 很 強 ， 因 此 模 具 設 計 中 大 都 采 用 點 澆 口 形 式 ， 成 型 壓 力 較 高 ， 塑 件 上 的 脫 模 斜 度 宜 稍 大 ； 易 產(chǎn) 生 熔 接 痕 ， 模 具 設 計 時 應 該 注 意 盡 量 減 小 澆 注 系 統(tǒng) 對 料 流 的 阻 力 ； 在 正 常 的 成 型 條 件 下 ， 壁 厚 、 熔 料 溫 度 對 收 縮 率 影 響 及 小 。 要 求 塑 件 精 度 高 時 ， 模 具 溫 度 可 控 制 在 50 60 ， 要 求 塑 件 光 澤 和 耐 熱 時 ， 模 具 溫 度 應 控 制 在 60 80 。 POM 比 熱 容 低 ， 塑 化 效 率 高 ， 凝 固 也 快 ， 故 成 型 周 期 短 。 2.3.3 主要用途 9 POM 在機械工業(yè)上用來制造殼體蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄 電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用 POM 制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣 調(diào)節(jié)導管等，還可用 POM 夾層板制小轎車車身。POM 還可用來制造水表殼，紡織器 材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。 10 3 成型布局及注塑機選擇 3.1 進膠方式選擇 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。 其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞 對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴 組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。常向的澆 口形式有直接澆口，點澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質(zhì)量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點： 1. 熔體在型腔內(nèi)流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體 由于本設計中塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用點澆口。點澆口在產(chǎn)品端面 處，成形后切除澆口, 零件組裝時澆口被遮擋起來。 3.2 型腔的布局及成型尺寸 11 因為本設計中采用點澆口，且塑件的尺寸小，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟 型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模四腔，進行加工生產(chǎn)。 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過澆注 系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個型腔,使各 型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時 采用平衡流道。 成型型腔尺寸依據(jù)塑件布局計算確定，需考量成形封閉結合面大小，太大造成 模具尺寸過大，成本浪費，太小易導致成型時溢料飛邊，甚至型腔變形。因模具是 一模四腔，考量排布可得型腔長為 300mm，寬為 250mm。塑件的高度為 31.4mm，塑 件的大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20- 40mm，因此得出成型型腔總體厚度為 50mm。型腔布局如圖。 12 型腔布局 3.3 估算塑件體積質(zhì)量 本次設計中，塑件的質(zhì)量和體積采用 3D 測量，在 UG 軟件中，使用塑模部件驗 證功能，可以測得塑件的體積為 0.944 ，POM 的密度為 1.03 ，即可以得3cm3/cmg 出該塑件制品的質(zhì)量約為 0.97g。 3.4 注塑機的選擇和校核 3.4.1 注射膠量的計算 13 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定 注射量的 80%以內(nèi)。校核公式為： mn%8021 式中： -型腔數(shù)量n -單個塑件的重量（g）1m -澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）2 本設計中：n=4 0.97 g =5 g 1m2 m（4x0.97+5）/0.8=11.1g 即 m11.11g 因而預選注塑機額定注塑量為 124g 上，所以滿足要求。 3.4.2 鎖模力的計算 選用注射機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 而產(chǎn)生溢料。塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。 成型投影面積 =2An21 式中 n -型腔數(shù)目 -單個塑件在模具分型面上的投影面積1A -澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積2 14 n=4 =140 =300 1A2m2 本設計中 =4x140+300=86021n2 鎖模力和成型面積的關系根據(jù)依照以下計算公式確定： 10PA腔鎖 式中 鎖模力，kN；P鎖 型腔壓力，MPa ；腔 A 成型投影面積，mm 2； 一般熔料經(jīng)噴嘴時其注射壓力達 6080MPa，經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時型腔壓力通 常為 20-40MPa，這里取 30MPa。 計算： A/1000=30860/1000=25.8 kN (取整 26 kN)P腔 得出預選注塑機額定注塑壓力為 800 kN 以上。 3.4.3 注塑機選擇確定 綜合考慮以上因素，選定注射機為 HTF80XB。其相關性能符合成型方案要求， 以下相關參數(shù)： 型號 參數(shù) 單位 80A 80B 80C 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 111 124 153 注射重量 PS g 101 113 139 注射壓力 Mpa 206 183 149 15 注射行程 mm 122 螺桿轉速 r/min 0220 料筒加熱功率 KW 5.7 鎖模力 KN 800 拉桿內(nèi)間距(水平垂直) mm 365365 允許最大模具厚度 mm 360 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距(最大) mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動機功率 KW 11 油箱容積 l 200 機器尺寸(長寬高) m 4.31.251.8 機器重量 t 3.22 最小模具尺寸(長寬) mm 240240 表 注塑機參數(shù)(部分) 16 4 注塑模具設計 4.1 模架的選用 4.1.1 模架基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分的典 型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、側向 分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱流道注射 模。 4.1.2 模架的選擇 根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由 GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可選擇 GAI 型的模架，其基本結構如圖所 示： 17 模架結構圖 GAI 型模具定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，又叫兩板模，簡化細水口 模架，適合點澆口的注射成形模具。 由分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經(jīng)過考慮分析，導柱導套 選擇選正裝。根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及模具的外 輪廓尺寸，以此分析計算： 模架的長 L=型腔長度（170）+復位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?模板壁厚 300mm 模架的寬 W=型腔寬度（48）+導向桿的直徑+滑塊厚度+模板壁厚 250mm 根據(jù)成型型腔的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其他螺絲導柱等 零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。參考成型型腔厚度，考慮模板強度要 求，定模板厚度取 160mm，動模板厚度取 110mm。考慮頂出行程要求，支撐板取 190mm 以滿足。 綜上所述所選擇的模架的型號為：GAI-2530-A50-B70-C80-L230。 4.1.3 導向與定位機構設計 導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向和位 置。導向零件承受一定的側向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件包括導柱 和導套等。 1. 導向結構的總體設計 （1） 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至 模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后 發(fā)生變形。 18 （2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要 2-4 個導柱。如果，模具的 凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導柱，或用兩個直 徑相同，但錯開位置的導柱。 （3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。 （4） 導柱和導套在分型面處應有承屑槽 （5） 導柱導套及導向孔的軸線應保證平行 （6） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成型零 件。 2. 導柱的設計 （1） 有單節(jié)與臺階式之分 （2） 導柱的長度必須高出公模端面 68mm （3） 導柱頭部應有圓錐或球形的引導部分 （4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定 （5） 其表面應熱處理，以保證耐磨。 3. 導套和導向孔 （1） 無導套的導向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導向孔必須做成盲 孔，側壁增加排氣孔。 （2） 導套有套筒式臺階式凸臺式 （3） 為了導柱順利進入導套孔，在導套前端應倒有圓角 r。 19 一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內(nèi)零件的準確 對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內(nèi)零件互相碰撞與干涉,起到合模導向 的作用. 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可 分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通點澆口澆注 系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質(zhì)的塑料制品極為重要。 澆注系統(tǒng)組成： 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。 1主澆道 2第一分澆道 3第二分澆道 4第三分澆道 5澆口 6型腔 7冷料穴 4.2.1 主流道設計 所選用 HTF80XB 型注射劑噴嘴有關尺寸如下： 噴嘴前段孔徑 d0=3mm 噴嘴圓弧半徑 R0=12mm 為了使凝料能夠順利拔出，主流道的小段直徑 d 應稍大于噴嘴直徑。 d=d0+（0.51）=3.5mm 主流道設計成圓錐形，其錐角通常為 24，過大的錐角會才產(chǎn)生湍流或渦流， 卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使沖模時熔體的流動阻力過大，此處 20 的錐角選用 2，主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大 12mm。這里取主流道球面半 徑 R16mm，經(jīng)測量主流道長度 L 取 30mm。 4.2.2 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的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)。其作用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的 流態(tài)均衡地分配到各個型腔，分流道的長度應該盡可能短，折彎少，盡量減少流動 過程中的熱量損失與壓力損失，節(jié)約塑料的原材料和降低能耗。由于分流道中與模 具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面 粗糙度值不要太低，一般取 Ra 為 1.6 m，本設計選擇梯形截面的分流道， ，采用流 道布局如圖所示： 流道布局 4.2.3 澆口的設計 點澆口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般開設在分型面上，一般塑料熔 體從外側充填模具型腔，其截面形狀多為矩形。點澆口的寬度和深度尺寸作如下取 21 值： 寬度 b=5 m 深度 t=3 mm 4.2.4 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)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(zhì)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 5mm，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的倒扣形式 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(nèi)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。如圖： 澆注系統(tǒng)與拉料針 22 4.3 分型面的設計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能 夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型 面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能 有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點，采用平面分型面，并選擇 在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，如圖所示。 23 分型面的選擇 4.4 成型零部件的設計 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱 成型零部件。一般包括型腔、型芯、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸， 成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零 部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊 和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式， 準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質(zhì)量。 4.4.1 成型零部件結構 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、 使用、維修等角度加以考慮。 型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用 要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲 拼組合式和瓣合式四種類型。 24 本設計中采用嵌入式型腔及型芯，如圖所示。其特點是結構簡單，牢固可靠， 不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射 模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具加工起來比較 困難，要用到數(shù)控加工或電火花加工。 型腔 3D 圖 25 型芯 3D 圖 4.4.2 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有 型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位 置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度 等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差， 模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成 型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的 誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經(jīng)驗決定） ，這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸 26 減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定 POM 材料的平均 收縮率為 0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： A=B+0.005B 式中 A 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B 塑件在常溫下實際尺寸 1.型腔和型芯徑向尺寸的計算 型腔徑向尺寸計算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差 Lm-模具型腔徑向基本尺寸 Ls-塑件外表面的徑向基本尺寸 S-塑料平均收縮率 X-修正系數(shù)（0.50.75） -塑件外表面徑向基本尺寸的公差 所以 = （1+0.005）23.5-0.75x0.26 =23.77(-0.03) 型芯徑向尺寸計算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯徑向基本尺寸 ls-塑件內(nèi)表面的徑向基本尺寸 所以 = （1+0.005）13.5+0.75x0.26 27 =13.79 (+0.03) 2.型腔深度和型芯高度尺寸的計算 型腔深度：Hm=（1+s）Hs-X+制造公差 Hm-模具型腔深度基本尺寸 Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸 X-修正系數(shù)（0.50.75） =（1+0.005）13-0.75x0.26 =13.17（+0.03） 型芯高度：hm=（1+s）Hs-X+制造公差 hm-模具型芯高度基本尺寸 hs-塑件孔或凹槽深度尺寸 =（1+0.005）13+0.75*0.26 =13.17（+0.03） 4.4.3 模具強度與剛度校核 普通意義上的模具強度包括模具的強度、剛度。模具的各種成型零部件和結構 零部件均有強度、剛度的要求，足夠的強度才可以保證模具能正常工作。 由于模具形式較多，計算也不盡相同且較復雜，實際生產(chǎn)中，采用經(jīng)驗設計和 強度校核相結合的方法，通過強度校核來調(diào)整設計，保證模具能正常工作。 28 模具強度計算較為復雜，一般采用簡化的計算方法,計算時采取保守的做法， 原則是：選取最不利的受力結構形式，選用較大的安全系數(shù)，然后再優(yōu)化模具結構， 充分提高模具強度。為保證模具能正常工作，不僅要校核模具的整體性強度，也要 校核模具局部結構的強度。 整體性強度主要針對型腔側壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的壓力等 幾個方面，實際選用尺寸應大于計算尺寸并取整。校核時應從強度與彎曲兩個方面 分別計算，選取較大的尺寸。 4.5 側向抽芯機構類型選擇與設計 4.5.1 側向抽芯機構類型 一 般 指 的 模 具 的 行 位 機 構 ， 即 凡 是 能 夠 獲 得 側 向 抽 芯 或 側 向 分 型 以 及 復 位 動 作 來 拖 出 產(chǎn) 品 倒 扣 ， 低 陷 等 位 置 的 機 構 。 下 圖 列 出 模 具 的 常 用 行 位 結 構 。 從 作 用 位 置 分 為 下 模 行 位 、 上 模 行 位 、 斜 行 位 （ 斜 頂 ） 從 動 力 來 分 ， 為 機 動 側 向 行 位 機 構 和 液 壓 （ 氣 壓 ） 側 向 行 位 機 構 29 側向抽芯機構類型 1.滑塊的設計 滑塊設計的要點在于滑塊與側向型芯連接以及注射成型時制品尺寸的準確性和移動 的可靠性，滑塊分為整體式和組合式兩種?；瑝K材料常用 45 鋼或 T8、T10 等制造， 要求硬度在 HRC40 以上。 2.導滑槽設計 導滑槽與滑塊導滑部分采用間隙配合，一般采用 H8/f8?；瑝K的滑動配合長度通常 要大于滑塊寬度的 1.5 倍，而保留在導滑槽內(nèi)的長度不應小于導滑配合長度的 2/3，導滑槽材料通常用 45 鋼制造，調(diào)質(zhì)至 HRC 28HRC32， 3.滑塊定位裝置設計 30 由于我們采用的是后模行位的形式，根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，采用行位壓板的方式， 主要作用為固定與導向作用。 4.楔緊塊設計 楔緊角 應比斜導柱的傾斜角 大 23。 5.斜導柱抽芯機構的結構形式 斜導柱和滑塊在模具上因安裝位置不同，組成了抽芯機構的不同結構形式。 1）斜導柱在定模上、滑塊在動模上的結構 A、設計時必須注意，滑塊與推桿在合模復位過程中不能發(fā)生“干涉”現(xiàn)象。所謂 干涉現(xiàn)象是指滑塊的復位先于推桿的復位致使活動側向型芯與推桿相碰撞，造成活 動側向型芯或推桿損壞。 B、如果發(fā)生干涉，常用的先復位附加裝置有彈簧先復位、楔形滑塊先復位、擺桿 先復位等多種形式。 2）斜導柱在動模上、滑塊在定模上的結構 3）斜導柱和滑塊同在定模上 4）斜導柱和滑塊同在動模上 4.5.2 側向抽芯機構主要參數(shù)的確定 1.抽芯距 S 型芯從成型位置到不妨礙塑件的脫模推出位置所移動的距離叫理論抽芯距，用 S表示。為了安全起見，實際抽芯距離 S 通常比理論抽芯距離 S大 23mm，即 S = S+（23）mm 本次設計中 S=6.65mm，所以 S=6.65+310mm。 2.斜導柱傾斜角 31 導柱傾斜角 是決定斜導柱抽芯機構工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了 開模行程和斜導柱長度，而且對斜導柱的受力狀況有著重要影響。決定傾斜角大小 時，應從抽芯距、開模行程和斜導柱受力幾個方面綜合考慮。實際生產(chǎn)中，一般取 =1225。 本次設計取 =23。 3.斜導柱直徑 d 斜導柱直徑計算公式為 3210costwFHd 式中： 斜導柱直徑，mm；d 脫模力，N；tF 側型芯滑塊受的脫模力作業(yè)線與斜導柱中心線的交點到斜wH 導柱固定板的距離，mm； 斜導柱所用材料的許用彎曲應力，MPa；w 斜導柱傾斜角。 本次模具設計中，計算如下： =11.53mm3210costwFHd 取 d 為 12mm。 32 4.斜導柱的總長度 zL 斜導柱總長度計算公式為 （510）mm2tantancos2sizdhdSL 式中： 斜導柱總長度，mm；zL 斜導柱固定部分大端直徑，mm；2d 斜導柱傾斜角； 斜導柱固定板厚度，mm；h 斜導柱工作部分直徑，mm；d 抽芯距，mm。S 本次模具設計中，計算如下： （510）mm=72mm2tantancos2sizdhdSL 33 側向抽芯機構 4.6 脫模及推出機構 4.6.1 脫模力 脫模力的產(chǎn)生范圍： （脫模）塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產(chǎn)生包緊力。 不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。 機構本身運動的磨擦阻力。 塑件與模具之間的粘附力。 初始脫模力，開始脫模進的瞬間防要克服的阻力。 相繼脫模力，后面防需的脫模力，比初始脫模力小，防止計算脫模力時，一般 34 計算初始脫模力。 脫模力的影響因素： a 脫模力與塑件壁厚，型芯長度，垂直于脫模方向塑件的投影面積有關，各 項值越大，則脫模力越大。 b 塑件收縮率，彈性模量 E 越大，脫模力越大。 c 塑件與芯子磨擦力俞大，則脫模阻力俞大。 d 排除大氣壓力和塑件對型芯的粘附等因素，則型芯斜角大到，塑件則自動 脫落。 4.6.2 推出機構 塑件從模具上取下以前有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成 型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板， 推出機構的導向和復位部件等組成。 脫模機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和 氣動推出機構。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機構、推管推出機構、推板 推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和斜滑桿側抽芯機構等。 脫模機構的選用原則： （1）使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不 能形成永久變形） ； （2）推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； （3）推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂； 35 （4）推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形； （5）推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 考慮到塑件的特征等要求不高，決定選用簡單推出機構中最簡單、使用最廣泛 的推桿推出機構。推桿將塑件從動模的型芯推出脫模，由于設置推桿的自由度較大， 而且設計推桿截面為圓形，這樣制造、修配方便，容易達到推桿與模板或型芯上推 桿孔的配合精度，推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，推桿損壞后也便更 換，因此選擇推桿機構推出是最合理的。 該塑件采用了 3mm 推桿，其分布情況如圖所示，這些推桿的作用，使制品受推 出力從而脫模。采用臺肩形式的圓形截面推桿，設計時推桿的直徑根據(jù)不同的設置 部位選用不同的直徑。推桿端平面不應有軸向竄動。推桿與推桿孔配合一般為 ，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，POM 塑料的溢9/8/fHf或 料間隙為 。m06.4. 推桿布局 36 推出機構 4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀 和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高 的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模 溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應力和明顯的熔接痕等缺陷。 由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射 到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為 左右，熔體固化成為塑件后，從 左右的C20 C60 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。對于要求較低 模溫（一般小于 ）的塑料，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的80 流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。 37 4.7.1 冷卻水道設計的要點 a冷卻水孔的數(shù)量越多，對塑件冷卻也就越均勻。 b冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔的形狀 一致。 c塑件局部壁厚處，應加設冷卻裝置。當設計冷卻孔直徑為 D 時，它的孔距 最好為 5D，孔與型腔的距離為 3D。 d當大型塑件或薄壁零件成型時，料流較長，而料溫越流越低，可以適當?shù)?改變冷卻水道的排列密度。 e冷卻水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低強度。 f冷卻水道不應穿過接縫部分，以防漏水。 g冷卻水道內(nèi)不應有存水或產(chǎn)生回流的部分。 h澆口部分由于經(jīng)常接觸注塑機噴嘴，是模具上最熱的部分，應加強冷卻， 有時應考慮進料嘴單獨冷卻。 i進出水水嘴接頭，應設在不影響操作的方向，盡可能設在模具的同一側， 通常在注塑機操作的對面。 j如果型芯太長，冷卻水道無法開設，則可以選用熱導系數(shù)較大的材料，在 型芯下部采用噴水法進行冷卻。 4.7.2 冷卻水道在定模和動模中的位置 冷卻水道的位置取決于制品的形狀和定、動模板的厚度，原則上冷卻水道應設 置在塑料向模具熱傳導困難的地方，根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則，冷卻水道應圍繞模 38 具所成型的制品，且盡量排列均勻一致。不少小型模具的型腔時直接在模板上加工 而成的（也可以采用拼鑲結構，但是由于模具尺寸較小，所以型腔與型芯的鑲件尺 寸更?。?，對于這類模具，可以直接在模板上設置冷卻水道。 在模板上直接設置冷卻水道，同樣應遵循冷卻系統(tǒng)的設計原則，使冷卻水道盡 量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過程中冷卻均勻。 本設計中型芯型腔各一組冷卻水回路, 此方式冷卻快速, 塑件冷卻均勻, 確保 尺寸變形一致。冷卻水路排布如圖所示： 模具冷卻水路圖 4.7.3 冷卻水道的計算 冷卻計算：單位時間內(nèi)進入模具應除去的總熱量 Q，可以用參考文獻中的公式 計算 ：5 Q=W1 a 39 式中 W 1單位時間內(nèi)進入模具的塑料的重量 g a克塑料的熱容量(J/g) 經(jīng)計算：Q=6182651116130552574J 則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計算： 134()WaKT 式中 W通過模具冷卻水的重量(g/h) T3出水溫度 T4入水溫度 K熱傳導系數(shù)； 經(jīng)計算 W378997 g/h 由下式可以計算出冷卻水道的直徑： WdL 式中 冷卻液容重 kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷卻水道長度 cm L=400mm d冷卻水道直徑 cm 經(jīng)計算 d9.428 cm，取 10mm 40 4.8 排氣結構設計 排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良， 型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓 縮所產(chǎn)生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑 件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內(nèi)部，造成氣孔、組織 疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴 格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注 射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中 某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣， 在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。 由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽， 利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜。 4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 1.模具長寬尺寸 模具長寬尺度必須小于注塑機拉桿間距,經(jīng)核算機臺選用合適。 2.模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 maxminH 式中 -注射機允許的最大模厚in 41 -注射機允許的最小模厚maxH 本設計中模具厚度為 300mm 150H360， 符合要求 3.開模行程（S） 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模 具開合過程中動模固定板的移動距離。 注塑機的開模行程是有限的，設計模具必須校核所選注射機的開模行程，以便 與模具的開模距離相適應。對于臥式注射機，其開模行程與模具厚度有關，對于單 分型面注射模應有： Smax S= H1 + H2 + H3 + C 式中 H1-模具厚度 H2-頂出行程 H3 -包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度 C 安全距離 本設計中 =670 =300 mm =35mm H3 =60mm C 取 100mmmaxS12 總的開模距離需要 S=495mm 以上. 經(jīng)計算，符合要求。 42 5 結語 本次模具設計課題，通過對塑件的工藝分析，確定模具的總體設計，并進行各 個子系統(tǒng)的設計。所設計的模具能滿足其工作狀態(tài)的質(zhì)量要求，使用時安全可靠， 易于維修，在注塑成型時有較短的成型周期，成型后有較長的使用壽命，具有合理 的模具制造工藝性。 通過以上工作，我對一套模具從設計到加工的全過程有了清醒而直觀的認識， 了解了注塑模的工作原理，對模具中型腔等主要零件的設計及精度的確定具備了一 定的經(jīng)驗知識，能夠對模具設計中常出現(xiàn)的問題提出了合理的解決方法，能夠正確 地選取注塑機、確定模架的結構及尺寸、確定型腔數(shù)、選擇分型面、設計澆注系統(tǒng)、 抽芯機構等。由于知識及實踐經(jīng)驗的缺乏，在設計過程中，零件加工精度的確定尚 存在許多不足之處，在以后的工作、學習中還有待改進。 43 致謝 在為期三個月的畢業(yè)設計過程中，我深深地感覺到基礎知識的重要，通過這次 設計我又重新溫故，受益非淺。在設計中對 Auto CAD、UG 等繪圖軟件的應用更加 熟悉，但是對于某些方面還是運用不夠靈活。在模具設計中，參照模具設計手冊， 設計出了較為合理的模具，但在一些細節(jié)問題的處理上仍欠缺考慮，掌握了簡單零 件的分型，對于比較復雜的平面的模具設計仍需要繼續(xù)學習。整個畢業(yè)設計過程中， 我學到了很多東西，對待設計的嚴謹，工作態(tài)度的嚴肅認真。 設計中承蒙 XXX 老師的悉心指導和幫助，在畢業(yè)設計過程中提供了很多寶貴的 資料、設計和方向、設計思路，以及模具結構原理方面的知識，在此向他表示衷心 的感謝。因本人工程實踐經(jīng)驗與理論水平有限，時間較短，設計過程中難免存在錯 誤，懇請廣大老師不吝批評指正。 44 附圖 45 參考文獻 1陳孝康，周興隆實用模具技術手冊M北京：中國輕工業(yè)出版社，2001 2彭建生模具設計與加工速查手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2005 3申開智塑料成型模具M北京：中國輕工業(yè)出版社，2002 4劉守勇機械制造工藝與機床夾具M北京：機械工業(yè)出版社，2000 5張錚模具制造技術M 北京：電子工業(yè)出版社，2002 6丁聞實用塑料成型模具設計手冊M西安：西安交通大學出版社，1993 7李志剛，夏巨諶中國模具設計大典M中國機械工程學會，2003 8潘寶權模具制造工藝M北京：機械工業(yè)出版社，2004 9王伯平互換性與測量技術M北京：機械工業(yè)出版社，2002 10李益民機械制造工藝設計簡明手冊M北京：機械工業(yè)出版社，1993 11李云程模具制造技術M北京：機械工業(yè)出版社，2002 12黃誠駒，李鄂琴逆向工程項目實訓教程M北京：電子工業(yè)出版社， 2004 13劉彥國，嚴慧萍注塑成型模腔數(shù)量的擇優(yōu)確定 J電加工與模，2006