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1 緒論
塑料是樹脂為主要成分的高分子有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱高聚物。一般相對(duì)分子質(zhì)量都大于1萬，有的甚至可達(dá)百萬級(jí)。在一定溫度和壓力下具有可塑性，可以利用模具成型為一定幾何形狀和尺寸的塑料制件。塑料的其余成分包括增塑劑、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、固化劑、填料及其它配合劑。
在高分子材料加工過程中，用于塑料制品成型的模具，稱為塑料成型模具,簡(jiǎn)稱塑料模。塑料模的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)今高分子材料加工領(lǐng)域中的重大課題。
在塑料材料、制品設(shè)計(jì)及加工工藝確定發(fā)后，塑料模設(shè)計(jì)對(duì)制品質(zhì)量及產(chǎn)量，就具有決定性的影響。首先，模具形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進(jìn)澆與排氣位置選擇、脫模方式以及塑料定型方法的確定等，均對(duì)制品（或型材）尺寸精度或形狀精度以及塑件的物理力學(xué)性能、內(nèi)應(yīng)力大小、表面質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等，起著十分重要的影響。其次，塑料模對(duì)塑料成本也有相當(dāng)大的影響，除簡(jiǎn)易模具外，一般說來制模費(fèi)用是十分昂貴的，大型模具更是如此。
塑料模是塑料制品生產(chǎn)的基礎(chǔ)之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當(dāng)塑料制品及其成型設(shè)備被確定以后，塑料質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占80%。由此可知，推動(dòng)模具技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)是刻不容緩的策略。尤其大型塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)與制造水平，?？蓸?biāo)志一個(gè)國家的工業(yè)化發(fā)展程度。
我國塑料模的發(fā)展極其迅速。目前，塑料制品已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的每一個(gè)領(lǐng)域。我國現(xiàn)在塑料制品年產(chǎn)量已超過2000萬噸以上，其中注射成型產(chǎn)品占約30%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2001年全國塑料加工設(shè)備的總生產(chǎn)量約33000臺(tái)，其中注射成型設(shè)備約27600臺(tái)。近年來，我國各行各業(yè)對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展十分重視。1989年，國務(wù)院頒布了“當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定”，在重點(diǎn)支持技術(shù)改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中，把模具制造列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，也提出了振興模具工業(yè)的主要任務(wù)?？傊M快提高我國模具工業(yè)的整體技術(shù)水平并迎頭趕上發(fā)達(dá)國家的模具技術(shù)水平[1]。
目前，我國的塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù)，已有相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用。塑料制件應(yīng)用的日益廣泛和大型塑料制件的不斷開發(fā)，對(duì)塑料成型模具設(shè)計(jì)和制造提出的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品不斷開發(fā)和及時(shí)更新?lián)Q代與提高質(zhì)量的要求，為了適應(yīng)這些變化，先進(jìn)國家的CAD/CAM/CAPP技術(shù)在80年代中期已進(jìn)入實(shí)用階段，市場(chǎng)上已有商品化的系統(tǒng)軟件出售。
現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效率的設(shè)備和先進(jìn)和模具，被譽(yù)為塑料成型技術(shù)的“三大支柱”。尤其是塑料模對(duì)實(shí)現(xiàn)塑件加工工藝要求、塑件使用要求和塑件外觀造型要求，起著無可替代的作用。一副好的注射?？沙尚蜕习偃f次，一副好的壓縮模大約能成型25萬次，這與模具的設(shè)計(jì)、模具材料及塑料的制造有著很大的關(guān)系。高效全自動(dòng)化設(shè)備，也只有裝上能全自動(dòng)化生產(chǎn)的模具，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能。此外，塑料生產(chǎn)及產(chǎn)品更新均以模具制造和更新為前提。當(dāng)今世界注射成型設(shè)備向超精密化、高效方向發(fā)展，日本FANUC公司的超高速注射成型技術(shù)，已將螺桿推動(dòng)速度提高到2000mm/min。注射成型制品也向著超薄壁化、輕量化方向發(fā)展，已有國外公司能夠注射成型出小至0.1mm壁厚的制品，例如，0.75～0.3mm的高保真喇叭振動(dòng)板。隨著塑料成型技術(shù)的不斷發(fā)展，模具新材料、模具加工新技術(shù)和模具新工藝方面的開發(fā)已成為當(dāng)前模具工業(yè)生產(chǎn)和科研的主要任務(wù)之一。十多年來，國內(nèi)外塑料成型行業(yè)在改進(jìn)和提高模具設(shè)計(jì)與制造方面投入了大量的資金和研究力量，取得了許多成果。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為充電器外殼的注塑模設(shè)計(jì)，塑件的立體圖如下：
圖1.1 塑件的立體圖
注射成型工藝的特點(diǎn)是允許在一個(gè)單獨(dú)的加工過程中用一套集成的功能元件（例如，軸承、導(dǎo)柱、壓板、樞軸和彈簧）加工出非常復(fù)雜的成型制品，這一生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度非常高。用注射成型法加工的制品包括小到在高精密儀器上使用的只有幾毫克重的制品，大到50Kg以上的大型制品。機(jī)械制造商提供了系列的注射成型機(jī)供制品生產(chǎn)者使用，同樣，各種成型配件的選擇范圍也很寬，然而，對(duì)于每一種新制品而言，其注射模具必須被特制。
注射機(jī)由注射系統(tǒng)和合模系統(tǒng)組成，注射機(jī)至少具有一個(gè)加熱的機(jī)筒，機(jī)筒內(nèi)有一個(gè)塑化螺桿，螺桿可以轉(zhuǎn)動(dòng)并可以軸向運(yùn)動(dòng)。合模系統(tǒng)調(diào)節(jié)位于動(dòng)模板和定模板之間的模具。它提供開合模的動(dòng)作，在機(jī)器的注射過程中，保持模具閉合，以免注射過程是模具內(nèi)熔體產(chǎn)生的內(nèi)壓力頂開模具。
已成顆粒狀的混合物料經(jīng)過料斗進(jìn)入機(jī)筒，旋轉(zhuǎn)著的螺桿將顆粒狀的料向前輸送，由于機(jī)筒加熱和螺槽內(nèi)的捏合作用，粒料熔化并進(jìn)入到螺桿端部的熔體腔。與此同時(shí)，螺桿本身后退，直到下一個(gè)注射成型周期所需要物料量（注射量）被塑化好為止。在注射過程中，螺桿沿軸線向合模系統(tǒng)方向移動(dòng)，將塑化好的塑料快速地注入模具的模腔，同時(shí)合模系統(tǒng)使模具一直保持緊閉狀態(tài)（第一步注射）。由于模具的溫度低于模塑物料的軟化溫度，因此，物料接著會(huì)在模具內(nèi)固化。在冷卻階段，螺桿仍處于壓力下（保壓），繼續(xù)將模塑物料注入模具，以補(bǔ)償在冷卻過程中模塑物料體積的減少（第二步冷卻）。在保壓一段時(shí)間后，通往模腔流道內(nèi)的物料已經(jīng)凝固到不能再流動(dòng)的程度。
下一步，當(dāng)模具內(nèi)制品進(jìn)一步冷卻時(shí)，螺桿開始再次轉(zhuǎn)動(dòng)，塑化成型下一個(gè)制品所需要的塑料。作用在螺桿上的軸向力被縮小到只保持塑化所需要的“背壓”的水平。當(dāng)冷卻時(shí)間到達(dá)時(shí)，模具打開，模塑制品被移出或被“頂出”（第三步頂出）。當(dāng)模具再次閉合以后，下一個(gè)注射成型周期開始[2]。在注射充模過程中，模腔中的壓力通常有100Mpa或更高。這個(gè)壓力作用在模具壁上，形成一個(gè)使模具分離的力，這一分離力必須用機(jī)器的合模力來抵消。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件材料選擇
成型塑料選擇日常生活中常見的塑料ABS，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。ABS為熱塑性塑料，加熱時(shí)變軟以至流動(dòng)，冷卻時(shí)變硬，這種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。這種塑料的基本情況如下：
2.1.1 材料基本特性
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具有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件具有較好的光澤。密度為1.02～1.16g/cm3。ABS具有極好的抗沖擊強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機(jī)鹽、堿、酸類對(duì)ABS幾乎無影響,在酮、醛、酯、氯代烴中會(huì)溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但于烴長(zhǎng)期接觸會(huì)軟化溶脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會(huì)引起應(yīng)力開裂。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(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70oC左右，熱變形溫度約為93oC左右。耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。根據(jù)ABS中三種組成部分之間的比例不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。
2.1.2 ABS 材料主要用途
ABS在機(jī)械工業(yè)中用來制造齒輪、泵頁輪、軸承、把手、管道、電機(jī)外殼、儀表殼、水箱外殼、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等。汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可以用來制作水表外殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具、電子琴及收錄機(jī)殼體、食品包裝容器、農(nóng)藥噴霧器及家具等。
2.1.3 塑件材料成型特點(diǎn)
ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理，含水量應(yīng)應(yīng)小于0.3%，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥；流動(dòng)性中等，溢邊料0.04左右；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50～60oC，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在60～80oC。模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置、形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈“白色”痕跡。為了使塑件容易脫模，且保證塑件的表面質(zhì)量，脫模斜度宜取2o以上。
2.2 關(guān)于塑件材料的數(shù)據(jù)
ABS塑料的數(shù)據(jù)(物理、熱性能)：
密度：1.02～1.16g/cm3
質(zhì)量體積：0.86～0.98cm3/g
吸水率（24h長(zhǎng)時(shí)間）：0.2～0.4%
熔點(diǎn)（或黏流溫度）：130～160oC
熔融指數(shù)（MFI）：200oC、載荷50N、噴嘴直徑2.09時(shí)，0.41～0.82g/10min
維卡針入度：71～122oC
馬丁耐熱：63oC
熱變形溫度（0.45MPa）：90～108oC
熱變形溫度（1.8MPa）：83～103oC
線膨脹系數(shù)：7.0×10-5/oC
計(jì)算收縮率：0.4～0.7%
比熱容：1470J/(Kg·K)
熱導(dǎo)率：0.263W/(m·K)
燃燒性：慢
2.3 塑件成型工藝參數(shù)的確定
由文獻(xiàn)[3]可知ABS塑件的成型工藝參數(shù)如下：
注射機(jī)成型類型：螺桿式
密度：1.02～1.16g/cm3
計(jì)算收縮率：0.3～0.8%
預(yù)熱溫度：80～85oC
預(yù)熱時(shí)間：2～3h
料筒溫度（前端）：200～210oC
料筒溫度（中端）：210～230oC
料筒溫度（后端）：180～200oC
噴嘴溫度：170～180oC
模具溫度：50～80oC
注射壓力：60～100Mpa
成型時(shí)間（注射時(shí)間）：20～90s
成型時(shí)間（高壓時(shí)間）：0～5s
成型時(shí)間（冷卻時(shí)間）：20～120s
成型時(shí)間（總周期）：50～220s
螺桿轉(zhuǎn)速：30r/min
通用注射機(jī)類型：螺桿式、柱塞式均可
后處理方法：紅外線燈、烘箱
后處理溫度：70oC
后處理時(shí)間：2～4/h
2.4 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性
2.4.1 塑件的尺寸精度分析
該塑件的尺寸精度已給定，為4級(jí)精度，其主要尺寸公差要求見塑件的零件圖如下：
圖2.1 塑件零件圖
2.4.2 塑件表面質(zhì)量分析
該塑件表面沒有提出特殊要求，通常在一般情況下外表面要求光潔，表面粗糙度可以取到Ra=0.8um,沒有特殊要求時(shí)塑件內(nèi)部表面粗糙度可取Ra=3.2um。
2.4.3 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
塑件外表不能有缺陷，如：澆口痕跡，熔接縫，凹陷等。由于零件內(nèi)部有兩個(gè)孔，用于手機(jī)充電時(shí)放置電池的正負(fù)極觸片，充電器的另一端設(shè)計(jì)成對(duì)直接對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電的結(jié)構(gòu)，這樣在對(duì)進(jìn)行充電時(shí)，可以在直接對(duì)充電的同時(shí)又對(duì)另一塊手機(jī)電池進(jìn)行充電。由上述零件圖可以看出，這種結(jié)構(gòu)的充電器其放電池的部分（凹入部分）與上面面積大的那一部分互相垂直，但于零件的底面并不垂直，所以在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)有一定的難度。塑料制件內(nèi)向有兩個(gè)內(nèi)孔，所以必須用內(nèi)抽芯和斜滑塊。
3 注射機(jī)的選擇
注射模是安裝在注射機(jī)上進(jìn)行注射成型生產(chǎn)的，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)之前，我們應(yīng)該先對(duì)注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范和使用性能進(jìn)行了解。
設(shè)計(jì)注射模時(shí)，我們首先要確定模具的結(jié)構(gòu)、類型和一些基本尺寸，模具型腔數(shù)目、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面積、成型時(shí)需用的合模力、注射壓力、模具的厚度、安裝固定尺寸以及開模行程等。這些數(shù)據(jù)都與注射機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)密切相關(guān)，如果兩者不匹配，則模具無法使用。
3.1 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
利用三維軟件直接求得制件的體積為14953.3mm3,在這里取塑件材料ABS的密度為1.07g/cm3，塑件的質(zhì)量為16g。塑件在分型面上的投影面積約為4800mm2。
3.2 注塑機(jī)的選用
由于該模具擬定采用一模二腔，根據(jù)制件的體積，為了充分發(fā)揮注塑機(jī)的能力又能保證制件的質(zhì)量，初定注塑機(jī)為SZ-100/800，其主要參數(shù)如下：
規(guī)格：SZ-100/800型國產(chǎn)注射機(jī)（臥式）
理論注射容積：106cm3
螺桿直徑：φ35mm
注射壓力：182Mpa
塑化能力：（PS）：11.1g/s
注射速率：80g/s
注射方式：螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速：30r/min
鎖模力：800kN
模板行程：270mm
模板最大開距：570mm
拉桿內(nèi)間距：329×294mm
模具最大厚度：300mm
模具最小厚度：170mm
噴嘴球頭半徑：SR10mm
模具定位孔直徑：φ120H7
料筒加熱功率：7.9kW
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：315×860×1720
重量（約）：2.8t
3.3 注塑機(jī)的校核
3.3.1 注射量的校核
為確保塑件的質(zhì)量及注塑機(jī)的充分利用，注塑模一次成型的塑件體積,不應(yīng)超過公稱注塑體積的80%。注塑機(jī)的理論注塑注塑量V1=106cm3，塑件的體積為V2=14.95cm3，2×V2=29.8<106×80%=84.8，所以滿足要求。
3.3.2 模具閉合高度的確定
組成模具閉合高度的的模板及其他零件的尺寸有:定模坐板H4=25MM；定模板A=63mm；型芯固定板B=50mm；支撐板H2=50mm；墊塊C=80mm；動(dòng)模座板H1=25mm。則該模具的閉合高度為：
H=H4+A+B+ H2+C+ H1 =25+63+50+50+80+25=293mm
3.3.3 模具閉合高度的校核
由于該注塑機(jī)所允許的模具最小厚度Hmin =70mm；模具最大厚度Hmax =300mm。因計(jì)算得模具的閉合高度H=293mm，所以模具的閉合高度滿足：Hmin ≦H≦Hmax。
3.3.4 模具合模行程的校核
該注塑機(jī)的最大合模行程Smax=270mm。為使塑件成型后順利脫模，確定該模具的合模行程應(yīng)滿足下式的要求：
Smax＞H1 + H2 +（5～10）mm=30+90+10=130mm
式中 H1—塑件所用的脫模距離（mm）；
H2—包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件的高度（mm）；
因Smax＝270mm＞130mm，故滿足要求。
4 型腔布置
注射模具每一次注射循環(huán)所能成型的塑件數(shù)量是由模具的型腔數(shù)目決定的。型腔數(shù)目及排列方式、分型面的位置確定了塑件在模具中的成型位置。
在給定了零件實(shí)物的情況下，零件的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，所選用的材料也已經(jīng)確定，就要考慮采用單型腔模具還是多型腔模具。雖然與多型腔模具相比，單型腔模具具有形狀和尺寸一致、工藝參數(shù)易于控制、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、設(shè)計(jì)自由度大、制造成本低周期短等優(yōu)點(diǎn)，但是，對(duì)于長(zhǎng)期大批量生產(chǎn)而言，多型腔模具是更為有益的方式。它可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)代注射成型生產(chǎn)中，大多數(shù)小型塑件的成型是多型腔的。所以，在這里采用多型腔設(shè)計(jì)。
4.1 型腔數(shù)目的確定
在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，有先確定注射機(jī)的型號(hào)，再根據(jù)所選用的注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范及塑件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，計(jì)算能夠選取的型腔的數(shù)目；也有要看經(jīng)驗(yàn)先確定型腔數(shù)目，然后根據(jù)生產(chǎn)條件，如注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范等進(jìn)行校核計(jì)算，看所選定的型腔數(shù)目是否滿足要求。一般來說，一模多腔時(shí)需要確定最經(jīng)濟(jì)的型腔數(shù)目N。影響N的因素有技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個(gè)方面。技術(shù)參數(shù)包括鎖模力、最小和最大注射量、塑化能力、模板尺寸、制品尺寸精度和流變參數(shù)等。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要是指N的多少對(duì)制品成本的影響。由于該塑質(zhì)量較小，為了保證塑件質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，綜合考慮采用一模兩腔，所以型腔的數(shù)目取2。
4.2 型腔的排列
一模多腔時(shí)，應(yīng)遵循下面的原則來安排型腔數(shù)目：
1）應(yīng)盡可能平衡式排列，以構(gòu)成平衡式澆注系統(tǒng)，來保證制品質(zhì)量的均一和穩(wěn)定。
2）型腔布置和澆口開設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
3）盡可能使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸。
4）型腔的圓形排列所占的模板尺寸大，雖有利于澆注系統(tǒng)的平衡，但加工困難。除圓形制品和一些高精度制品外，在一般情況下，常用直線形排列和H形排列。
在此，按照上述原則將該零件的型腔設(shè)計(jì)成平衡式排列，并且對(duì)稱布置。
5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原則
澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出之后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。澆注系統(tǒng)分為普通流道的澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模具中最重要的問題之一。澆注系統(tǒng)具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對(duì)制品的質(zhì)量影響很大。它的設(shè)計(jì)合理與否，直接影響著模具的整體結(jié)構(gòu)及其工藝操作的難易。本設(shè)計(jì)中采用普通流道的澆注系統(tǒng)。
5.1.1 普通流道的組成及作用
普通流道的澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
普通流道的澆注系統(tǒng)從總體來看，有如下作用：
1)將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時(shí)使型腔內(nèi)的氣體能及時(shí)順利排出。
2)在塑料熔體填充及凝固的過程中，將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得形狀完整、內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件。
5.1.2 普通流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理不僅對(duì)塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大，而且還與塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān)，因此，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循如下基本原則：
1)了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動(dòng)特性。
2)采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失
澆注系統(tǒng)作為充填型腔的流動(dòng)通道，要求流經(jīng)其內(nèi)的塑料熔體熱量損失及壓力損失減小到最低程度，以保持較理想的流動(dòng)狀態(tài)及有效地傳遞最終壓力。為此，在保證塑件的成型質(zhì)量，滿足型腔良好的排氣效果的前提下，應(yīng)盡量縮短流程，同時(shí)還應(yīng)控制好流道的表面粗糙度，并送減少流道的彎折等，這樣就能夠縮短填充時(shí)間，克服塑料熔體因熱量損失和壓力損失過大所引起的成型缺陷，從而縮短成型周期，提高成型質(zhì)量，并可減少澆注系統(tǒng)的凝料量。
3)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于良好的排氣
澆注系統(tǒng)能夠順利地引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔的各個(gè)角落，使型腔及澆注系統(tǒng)中的氣體有序地排出，以保證填充過程中不產(chǎn)生紊流或渦流，也不會(huì)因氣體積存而引起凹陷、氣泡、燒焦等成型缺陷。因此，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意與模具的排氣方式相適應(yīng)，使塑件獲得良好的成型質(zhì)量。
4)防止型芯變形和嵌件位移
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免塑料熔體直沖細(xì)小型芯和嵌件，以防止熔體沖擊力使細(xì)小型芯變形或使嵌件位移。
5)便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。
6)澆注系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合型腔布置綜合考慮
澆注系統(tǒng)的分布形式與型腔的排布密切相關(guān)，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能保證在同一時(shí)間內(nèi)塑料熔體充滿各型腔，并且使型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積總重心與注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)的鎖模力作用中心相重合，這對(duì)于縮模的可靠性及縮模機(jī)構(gòu)受力的均勻性都是不利的。
7)盡量減少因開設(shè)澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。
8)澆注系統(tǒng)的模具工作表面應(yīng)達(dá)到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中澆口應(yīng)有IT8以上的精度要求。
9)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)存冷料的措施。
5.2 流道及澆口設(shè)計(jì)
5.2.1 主流道設(shè)計(jì)
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流道凝料順利拔出。
主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，所以在注射中主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下圖所示：
圖5.1 主流道示意圖
為了使凝料順利拔出，主流道的大端直徑D應(yīng)大于注射機(jī)的噴嘴直徑d，通常為：
D=d+（0.5～1）mm
=10+1
=11mm(注射機(jī)的噴嘴直徑d=10mm)
主流道入口的凹坑半徑R2也應(yīng)大于注射機(jī)球頭半徑R1，通常為：
R2= R1+（1～2）mm
=5+1
=6mm
主流道的半錐角α通常為1o～2o。過大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣。過小的錐角會(huì)使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)熔體的流動(dòng)阻力過大。所以，取中間值α=1.5o。
主流道內(nèi)壁的表面粗糙度取Ra0.8μm以下，拋光時(shí)沿軸向進(jìn)行。主流道的長(zhǎng)度L定為L(zhǎng)=78mm（根據(jù)模板厚度決定，模板將在以下章節(jié)給出）。因?yàn)槟０搴穸葹?3mm，主流道的長(zhǎng)度稍長(zhǎng)，所以在模板上挖出深凹坑，讓噴嘴伸入到模具內(nèi)。
主流道的出口端設(shè)計(jì)成較大圓角，其半徑為r=1/8D=0.125×11≈1.5mm。
澆口套的材料選為T8A工具鋼制作，經(jīng)淬火洛氏硬度為50～55HRC。
5.2.2冷料穴與拉料桿設(shè)計(jì)
冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或者處于分流道末端。其標(biāo)稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1～1.5倍。它的作用是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品質(zhì)量。冷料穴分兩種，一種專門用于收集、貯存冷料，另一種除貯存冷料外還兼有拉出流道凝料的作用。
這里冷料穴設(shè)計(jì)成兼有拉料作用的冷料穴，在圓管形的冷料穴底部裝有一根Z形頭的拉料桿，稱為鉤拉料桿，這種兼有拉料作用的冷料穴是最常用的一種。其結(jié)構(gòu)尺寸如下：
圖5.2 冷料穴設(shè)計(jì)
5.2.3 分流道截面設(shè)計(jì)
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(dòng)通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段，因此要求所設(shè)計(jì)的分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經(jīng)分流道充滿型腔，并且流動(dòng)過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。
為了便于機(jī)械加工及凝料脫模，將分流道設(shè)置在分型面上。常用的分流道截面形狀一般有圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等。圓形和正方形流道的效率最高，但是，正方形截面的流道不易于凝料的推出，圓形截面的流道不易加工，故在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常采用梯形截面的分流道。這是因?yàn)樘菪畏至鞯廊菀准庸?，且塑料熔體的熱量散失及流動(dòng)阻力均不大，這里采用梯形截面的分流道。
其側(cè)面斜角α取5o，對(duì)于ABS制品的充電器外殼，由其重量（16g）和壁厚（2mm）由經(jīng)驗(yàn)曲線查得分流道的直徑尺寸為D=3.6mm(《中國模具設(shè)計(jì)大典》第2卷P328)，其它尺寸見下圖：
圖5.3 分流道截面設(shè)計(jì)
5.3 澆口設(shè)計(jì)
澆口也稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面積最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對(duì)塑件的性能和質(zhì)量的影響很大。
澆口的主要作用如下：
1)熔體充模后，首先在澆口處凝固，當(dāng)注射機(jī)螺桿抽回時(shí)可防止熔體向流道回流。
2)熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模。
3)易于切除澆口尾料。
4)對(duì)于多型腔模具，澆口能用來平衡進(jìn)料。
澆口可分為限制性澆口和非限制性澆口兩種。非限制性澆口起著引料、進(jìn)料作用；限制性澆口一方面通過截面積突然變化使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動(dòng)狀態(tài)，迅速而均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔時(shí)的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時(shí)充滿，可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑料分離的作用。
這里采用側(cè)澆口（又稱邊緣澆口）。側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體于型腔的側(cè)面充模，其截面多為矩形狹縫（也有用半圓形的注入口），調(diào)整其截面的厚度和寬度可以調(diào)節(jié)熔體充模時(shí)的剪切速率及澆口封閉時(shí)間。這類澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且對(duì)各種塑料的成型適應(yīng)性均較強(qiáng)；但有澆口痕跡存在，會(huì)形成熔接痕、縮孔、氣孔等缺陷，且注射壓力大，對(duì)深型腔塑件不便。側(cè)澆口的設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖(示意圖)：
圖5.4 側(cè)澆口示意圖
在上述尺寸中，以澆口深度h最為重要。它控制著澆口內(nèi)熔體的補(bǔ)縮程度。澆口寬度W的大小對(duì)熔體的體積流量有直接影響。澆口長(zhǎng)度L在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的情況下以短為好[4,5]。側(cè)澆口對(duì)于中小型塑件一般深度為0.5~2.0mm，寬度為1.5~5.0mm,澆口的長(zhǎng)度為0.8~2.0mm。取h=1mm；w=2mm;L=1.5mm。
6 模架的確定及標(biāo)準(zhǔn)件的選用
以上內(nèi)容確定之后，便根據(jù)所定內(nèi)容設(shè)計(jì)模架。在學(xué)校設(shè)計(jì)時(shí)，模架部分可能要自己進(jìn)行設(shè)計(jì)；在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)中則應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)模架，確定出標(biāo)準(zhǔn)模架的形式，規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)。
標(biāo)準(zhǔn)件包括通用標(biāo)準(zhǔn)件及模具專用標(biāo)準(zhǔn)件兩大類。通用標(biāo)準(zhǔn)件如緊固件等。模具專用標(biāo)準(zhǔn)件如定位圈、澆口套、推桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、模具專用彈簧、冷卻及加熱元件等。
在設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)盡可能地選用標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)件，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)件有很大一部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，隨時(shí)可在市場(chǎng)上買到，這對(duì)縮短制造周期，降低制造成本時(shí)極其有用的。
模架尺寸確定之后，對(duì)模具有關(guān)零件進(jìn)行必要的強(qiáng)度或剛度校核，看所選模架是否可以，尤其對(duì)大型模具，這一點(diǎn)尤為重要。
設(shè)計(jì)模具時(shí)，開始就要選定模架。當(dāng)然選用模架時(shí)要考慮到塑件的成型、流道的分布形式以及頂出機(jī)構(gòu)的形式等因素。
綜合各種因素來考慮，本套模具選用標(biāo)準(zhǔn)模架，其規(guī)格如下：
A2-400450-26-Z3
解釋如下：A2—基本型
400450—模板周界尺寸400mm×450mm
26—規(guī)格編號(hào)
Z3—導(dǎo)柱正裝
國家標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T12556.1-90
7 分型面與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1 分型面的設(shè)計(jì)
將模具適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或幾個(gè)可以分離的主要部分，這些可分離部分的接觸表面分開時(shí)能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)的凝料，當(dāng)成型時(shí)又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為模具的分型面。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)充填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面位置，然后才能選擇分型面的結(jié)構(gòu)。
7.1.1 分型面的形式
注射模具有的只有一個(gè)分型面，有的有兩個(gè)多個(gè)分型面。但不管有幾個(gè)分型面，其形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以便于制品成型和模具制造。分型面的形狀可以是平面、階梯面或曲面。在一般情況下，只采用一個(gè)與開模方向相垂直的分型面，在特殊情況下才采用較多的分型面。
7.1.2 分型面的選擇
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。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)、塑件的結(jié)構(gòu)工、嵌件位置、形狀及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選取出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾項(xiàng)基本原則：
1）分型面應(yīng)選在塑件外形尺寸的最大輪廓處
這里分型面應(yīng)選在塑件截面積最大處，否則塑件無法從型腔中脫出。
2）確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模
通常分型面的選擇應(yīng)盡可能使塑件在開模后留在動(dòng)模一側(cè)，這樣有助于動(dòng)模內(nèi)設(shè)置推出機(jī)構(gòu)動(dòng)作，否則在定模內(nèi)設(shè)置推出機(jī)構(gòu)往往會(huì)增加模具整體的復(fù)雜性。
3）保證塑件的精度要求
與分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求較高，或同軸度要求較高的外形或內(nèi)孔，為保證其精度，應(yīng)盡可能設(shè)置在同一半模具型腔內(nèi)。如果塑件上精度要求較高的成型表面被分割，就有可能由于合模精度的影響引起形狀和尺寸上不允許的偏差，塑件達(dá)不到所需要的精度要求而成為廢品。
4）滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
選擇分型面時(shí)應(yīng)避免對(duì)塑件的外觀質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，同時(shí)考慮分型面處所產(chǎn)生的飛邊是否容易修整清除，當(dāng)然，在可能的情況下，應(yīng)避免分型面外產(chǎn)生飛邊。
5）便于模具加工制造
為了便于模具加工制造，應(yīng)盡量選擇平直分型面或易于加工的分型面。
6）對(duì)成型面積的影響
注射機(jī)一般都規(guī)定其相應(yīng)模具所允許使用的最大成型面積及額定鎖模力，注射成型過程中，當(dāng)塑件（包括澆注系統(tǒng)）在合模分型面上的投影面積超過允許的最大成型面積時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，這時(shí)注射成型所需的合模力也會(huì)超過額定鎖模力，因此，為了可靠地鎖模以避免漲模溢料現(xiàn)象的發(fā)生，選擇分型面時(shí)應(yīng)盡量減少塑件（型腔）在合模分型面的投影面積。
7）對(duì)排氣效果
分型面應(yīng)盡量與型腔充填時(shí)塑料熔體料流末端所在的型腔內(nèi)壁表面重合。
8）對(duì)側(cè)向抽芯的影響
當(dāng)塑件需要側(cè)向抽芯時(shí)，為保證側(cè)向型芯的放置及抽芯機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順利，在選定分型面時(shí)，應(yīng)以淺的側(cè)向凹孔或短的側(cè)向凸臺(tái)作為抽芯方向，將較深的凹孔或較高的凸臺(tái)放置在合模方向，并盡量把側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)放置在動(dòng)模一側(cè)[6]。
實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可能全部滿足上述原則。但根據(jù)以上原則，選擇傾斜分型面，其在塑件上的位置如下：
圖7.1 分型面示意圖
由充電器外殼的特點(diǎn)可以看出：
1）如果選水平分型面分型，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)與分型面成一定角度，要么不能順利地脫模，要么就要采用鑲嵌件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這兩種結(jié)果都不可取。前者是設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，而后者則小題大做，增加了模具的復(fù)雜性。
2）如果設(shè)計(jì)成斜分型面，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)與模具的開合模方向一致，這樣減少了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，是正確的。斜分型面的位置見裝配圖。
7.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料熔體填充型腔時(shí)，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的各種低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干凈，一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡，另一方面氣體受壓力，體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或（褐色斑紋），同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須考慮排氣問題。有時(shí)在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強(qiáng)度，還需在塑料最后充填到的部位開設(shè)溢流槽以容納余料，也可容納一定的氣體。
注射模成型時(shí)的排氣方式通常以如下四種方式進(jìn)行：
1）利用配合間隙排氣
2）在分型面上開設(shè)排氣槽排氣
3）利用排氣塞排氣
4）強(qiáng)制性排氣
通常在中小型模具中，可利用推桿、活動(dòng)型芯以及雙支點(diǎn)的固定型芯端部與模板的配合間隙進(jìn)行排氣，其間隙不能超過0.04mm。一般為0.03~0.04mm視成型塑料的流動(dòng)性好差而定。因?yàn)楸局破返某叽巛^少，這里采用模具分型面之間的間隙進(jìn)行自然排氣即可。排氣間隙可認(rèn)為取0.03～0.04mm。
8 成型零件的設(shè)計(jì)
型腔是模具中直接用以成型制品的部分。成型零件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型桿等。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)澆點(diǎn)、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)需要克服于塑件的粘著力。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。
8.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
構(gòu)成型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，它主要包括凹模，凸模、型芯、鑲塊各種成型桿，各種成型環(huán)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摩擦力和足夠的精度和表面粗糙度，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，如成型產(chǎn)生腐蝕性氣體的塑料如聚氯已烯等。還應(yīng)選擇耐腐蝕的鋼材。
8.1.1 凹模的設(shè)計(jì)
凹模是用來成型塑件的外表面的主要零件。按其結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種形式。
1）整體式凹模
整體式凹模由整塊材料加工而成。它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度高，不會(huì)使制品產(chǎn)生拼接縫痕跡。缺點(diǎn)是加工困難，需用電火花機(jī)床和立式銑床加工，熱處理也不方便，僅適合于形狀簡(jiǎn)單的中小型制品。
2）整體嵌入式凹模
整體嵌入式凹模適用于小型制品的多型腔模具。通常將多個(gè)整體凹模嵌入到凹模固定板中。整體凹模的外形多采用帶臺(tái)階的圓柱體，從下部嵌入到凹模固定板中。整體嵌入式凹模裝在凹模固定板中，需要用銷釘式螺釘定位帶臺(tái)階的嵌入式凹模能有效地防止脫出固定板，但需要墊板壓固，凹模和固定板之間采用過渡配合甚至過盈配合，以便使凹模固定牢靠。
3）組合式凹模
組合式凹模一般用于形狀復(fù)雜的凹模。它的強(qiáng)度和剛度較差。在高壓熔體作用下易造成墊板變形。
設(shè)計(jì)中采用整體式凹模，主要原因是型腔是不規(guī)則形狀，但是又類似矩形，若采用其它方式，固定時(shí)有一定的困難。型腔的結(jié)構(gòu)形狀也決定了它的加工方法必須用電火花加工，所以設(shè)計(jì)中采用整體式凹模。
8.1.2 凸模
凸模和型芯均是成型塑件內(nèi)表面的零件。凸模一般是指成型塑件中較大的、主要內(nèi)形的零件，又稱主型芯；型芯一般是指成型零件上較小孔槽的零件。
主型芯按結(jié)構(gòu)分可分為整體式和組合式兩種。由于手機(jī)充電器外殼的主型芯結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，故采用組合式型芯的形式，將主型芯做成三部分合為一體的形式。其具體的形式參見圖紙。
8.1.3 成型零件的鋼材選用
用作注射成型零件的鋼材，應(yīng)具備以下性能：
1）機(jī)械加工性能良好。
2）拋光性能優(yōu)良。
3）耐磨性和抗疲勞性能好。
4）具有耐腐蝕性能。
具備以上特點(diǎn)的注射模常用鋼種有以下幾種：
1）碳素鋼
2）合金鋼
小型腔芯和鑲件常以棒料的形式供應(yīng)，采用淬火變形小、淬透性好的高碳合金鋼，經(jīng)熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種。
3）塑料模具鋼
它包括了預(yù)硬鋼、耐腐蝕鋼、鏡面鋼等幾種。
在此凸模選用預(yù)硬鋼P(yáng)20，即3Cr2Mo來作為成型零件。這種鋼材是將模板預(yù)硬化后以硬度36~38HRC供應(yīng)，其抗拉強(qiáng)度為133Mpa。模具制造中不必?zé)崽幚?。能保證加工后獲得較高的形狀和尺寸精度，也易于拋光，適用于中小型注射模具的成型零件。
凹模采用鏡面鋼P(yáng)MS(10Ni3CuAlVS)，它的供貨硬度為30HRC，易于切削加工。而后在真空環(huán)境下經(jīng)500~550oC，以5~10h時(shí)效處理，鋼材彌散析出復(fù)合合金化合物，使鋼材具有40~45HRC的硬度，耐磨性好且變形小。
8.1.4 成型零件工件尺寸的計(jì)算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構(gòu)成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形零件的長(zhǎng)和寬），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等。任何塑料制件都有一定的幾何形狀和尺寸精度的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，則精度要求高。在模具設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸及精度等級(jí)確定模具成型零件的工作尺寸及精度要求。影響塑件尺寸精度的因素相當(dāng)復(fù)雜，這些影響因素應(yīng)作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。主要因素有以下方面：
1)塑件收縮率的影響
塑件成型后的收縮率與塑料的品種，塑件的形狀、尺寸、壁厚、模具的結(jié)構(gòu)，成型的工藝條件等因素有關(guān)。
2)成型零件的制造誤差
實(shí)踐表明，成型零件的制造公差約占塑件總公差的1/3~1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差時(shí)可取塑件公差的1/3~1/4。
ABS成型的充電器外殼制品精度為IT4級(jí),取IT9級(jí)作為模具的制造公差。
在一般情況下，收縮率的波動(dòng)、模具制造公差和成型零件的磨損是影響塑件尺寸精度的主要原因。而且并不是塑件的任何尺寸都與以上因素有關(guān)。
以下計(jì)算中，塑料的收縮率均為平均收縮率。并規(guī)定：塑件外形最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值，與之相對(duì)應(yīng)的模具型腔的最小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；塑件內(nèi)形最小尺寸為基本尺寸，偏差為正值，與之相對(duì)應(yīng)的模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值；中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。由文獻(xiàn)[3]可知
1)型腔徑向尺寸
=
=
其中： --型腔的徑向尺寸
--塑件的外形尺寸（）
--塑件的平均收縮率（0.55% Smax=0.8%；Smin =0.3%）
--塑件外表面徑向基本尺寸的公差（mm）；
δZ----模具制造公差（mm）；
x--零件工作尺寸的修正系數(shù)，取值范圍在0.5～0.75，由于塑件的尺寸較小，取x=0.75；則取δZ為 /3。
2)型腔深度尺寸
=
=
式中：--型腔深度尺寸；
--塑件深度尺寸（25.240-0.48）；
3)型芯的徑向尺寸
在型芯高度尺寸計(jì)算中，由于型芯的端面磨損很小，所以可不考慮磨損量，由此可以推出：
=
=
式中：--型芯徑向尺寸
--塑件內(nèi)表面的徑向尺寸（）；
4）型芯的的高度尺寸
=
=
式中： --型芯的高度尺寸；
--塑件的孔或凹槽深度尺寸（）；
5）中心距尺寸
該塑件的兩個(gè)電池觸片孔為方形孔，需要保證一定的中心距尺寸精度。塑件中心距的基本尺寸和模具上成型零件中心距的基本尺寸均為平均尺寸，于是：
標(biāo)注上制造公差后得：
計(jì)算如下：
=
=8.54±0.08mm
8.2 模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計(jì)算
塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響脫模。因此，應(yīng)通過強(qiáng)度和剛度計(jì)算來確定型腔壁厚。
模具型腔厚度的計(jì)算，應(yīng)以最大壓力為準(zhǔn)。而最大壓力是在注射時(shí)，熔體充滿整個(gè)型腔的瞬間產(chǎn)生的，隨著塑料的冷卻和澆口的凍結(jié)，型腔內(nèi)的壓力逐漸降低，在開模時(shí)接近常壓。理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐表明，大尺寸的模具型腔，剛度不足是主要矛盾，型腔壁厚應(yīng)以滿足剛度條件為準(zhǔn)；而對(duì)于小尺寸的模具型腔，在發(fā)生大的彈性變形前，其內(nèi)應(yīng)力往往超過了模具的許用應(yīng)力，因此強(qiáng)度不足是主要矛盾，設(shè)計(jì)型腔壁厚時(shí)應(yīng)以強(qiáng)度條件為準(zhǔn)。
8.2.1 強(qiáng)度條件計(jì)算式
根據(jù)文獻(xiàn)[3]整體式矩形凹模側(cè)壁厚度可由下列公式得出。
1)整體式矩形型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算公式如下：
若h/l0.41
則：S≧()1/2
=0.71l（）1/2
若h/l0.41
則：S≧（）1/2
=1.73h（）1/2
式中：h---型腔深度；l---為型腔的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度
塑件的型腔深度為25mm，長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為84mm
h/l=25/84<41
則：S≧（）1/2
=1.7325()1/2
=18.7mm
2)整體式矩形型腔底板厚度
T=()1/2
=0.71b()1/2
=0.7164(50/160)1/2
=24.376mm 取25mm。
式中b---短邊的長(zhǎng)度為64mm。
8.2.2 剛度的校核
1）整體式矩形型腔側(cè)壁厚度
S≧()1/3
=h ()1/3
其中：C—是由h/l決定的系數(shù)，查文獻(xiàn)[3]中的表取C =0.07
模具鋼的彈性模量E=2.1105MP；
模具強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力為[σ]=160Mpa；
型腔壓力p取30MPa，代入計(jì)算時(shí)深度尺寸為25mm.
則：
=
=10.69mm
所以整體式矩形型腔的壁厚至少為10.69mm，18.7>10.69所以滿足剛度條件。
2）整體式矩形型腔底板厚度的核算
T≧
=b()1/3
式中C′是由型腔邊長(zhǎng)比l/b決定的，這里C′取0.02。
T≧40()1/3
=18.13mm
因?yàn)?5>18.13，所以滿足剛度條件。
所以，底板厚度至少18.13mm，取25mm。
9 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
9.1 導(dǎo)向零件的作用
導(dǎo)向零件是保證動(dòng)模與定?；蛏夏Ｅc下模合模時(shí)正確定位和導(dǎo)向的重要零件。導(dǎo)向零件主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位。導(dǎo)柱導(dǎo)向的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)向零件主要有以下作用：導(dǎo)向作用、定位作用并且能夠承受一定期側(cè)向壓力。
9.2 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)原則
1）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)類型的選用
本設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。
2）導(dǎo)柱數(shù)量
塑料注射成型模具導(dǎo)柱數(shù)量一般需要2~4個(gè)。尺寸較大的成型模具一般需要4個(gè)導(dǎo)柱，本設(shè)計(jì)中模具屬于中小型模具，采用2根導(dǎo)柱導(dǎo)向。
3）模具型腔及尺寸
導(dǎo)柱直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸選用，必須保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和足夠大的抗彎強(qiáng)度。
4）導(dǎo)柱零件的設(shè)置位置
導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔的位置應(yīng)避開型腔板在工作時(shí)應(yīng)力最大的部位。導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔中心至模板邊緣應(yīng)具有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度和導(dǎo)向剛度。
5）導(dǎo)向裝置必須有良好的工藝性
如果固定導(dǎo)柱的孔徑與固定導(dǎo)套的孔徑相等，便于加工，則有利于保證同軸度和尺寸精度。
6）導(dǎo)向裝置必須具有良好的導(dǎo)向性能
為了使導(dǎo)向裝置具有良好的導(dǎo)向性能，除了必須按上述原則設(shè)置導(dǎo)向裝置之外，還應(yīng)注意導(dǎo)向零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臟及制造要求。
9.3 導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及選用
常用的導(dǎo)柱有帶頭導(dǎo)柱、帶肩導(dǎo)柱、推板導(dǎo)柱、斜導(dǎo)柱及合模銷等。
本設(shè)計(jì)中采用帶肩導(dǎo)柱，材料選為20鋼。20鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度達(dá)到HRC56~60。選用的導(dǎo)柱的零件圖如下：
圖9.1 導(dǎo)柱示意圖
9.4 導(dǎo)套和導(dǎo)向孔的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及用途
導(dǎo)套的主要結(jié)構(gòu)形式有直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套。為了使導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套順利，在導(dǎo)套的前一端倒一圓角。
這里選用帶頭導(dǎo)套。其材料為T8A淬硬至56~60HRC。導(dǎo)套與導(dǎo)柱的配合為：固定部分采用H7/m6的過渡配合，滑動(dòng)部分采用H7/f6的間隙配合。導(dǎo)柱和導(dǎo)套孔的表面粗糙度取為Ra1.6μm以下。
零件圖如下：
圖9.2 導(dǎo)套示意圖
10 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
塑件在從模具上取下以前，還有一個(gè)從模具的成型零件上脫出的過程，使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是通過裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿或液壓缸來完成的。
10.1 推桿的基本概況
用推桿推頂塑料制件是最簡(jiǎn)單，也是應(yīng)用最廣的脫模機(jī)構(gòu)。由于推桿位置設(shè)置有較大的自由度，因而用于推頂箱體等異型制品，以及塑料件局部需要教大脫模力的場(chǎng)合，常用推桿為圓形截面，也有矩形和半圓形等。圓柱推桿和其箱配的孔，容易加工到較高的精度。且圓柱推桿已有國家標(biāo)準(zhǔn)。更換方便，但是推桿作用面積小塑件表面有凹痕，使用不當(dāng)，會(huì)引起推頂發(fā)白和裂紋等缺陷，推桿和孔長(zhǎng)期配合過度磨損會(huì)造成溢料。
推桿主要有以下幾種形式：
單節(jié)式推桿，除頭部帶凸肩供安裝外，一般直徑為6~32mm，長(zhǎng)度為100~630mm。
臺(tái)肩式推桿，推桿切削加工成臺(tái)階，改善了穩(wěn)定性，最細(xì)的工作段長(zhǎng)度應(yīng)等于配合長(zhǎng)度與脫模行程之和再附加5~6mm。
嵌入式臺(tái)階推桿，推桿工作段細(xì)長(zhǎng)，插入在焊接連接，插入部分長(zhǎng)為6~15mm或4~5d。
異形推桿，推桿的工作端面是非圓形的，但安裝支撐部分還是圓形的。
錐形推桿，也稱閥式推桿，推桿的工作部分是倒錐形的。它與型芯或模板的錐孔相配合，無間隙地貼合，推桿無摩擦卡滯，并有引錐作用，可降低脫模力。
推桿用T8或T10A，也有65Mn和中炭鋼制造；整體淬火，或工作段局部淬火HRC50~55，淬火長(zhǎng)度應(yīng)是配合長(zhǎng)度加1.5倍脫模行程，以防止與孔咬合。
為防止塑料熔體的滲漏，頂桿工作段有配合要求，常用H7/f7,對(duì)于低黏度熔體和直徑較大的頂桿采用H7/g6，工作段長(zhǎng)度不少于12mm，或?yàn)?.5~2d，對(duì)于非圓頂桿則需要大于或等于20mm。
頂桿的工作端面離塑件的表面的齊平是難以達(dá)到的，允許頂桿進(jìn)入塑件表面不超過0.1mm。一般不允許頂桿端面低于塑料件成型表面。
推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守以下原則：
1）考慮脫模力的平衡，盡量避免附加傾側(cè)力矩，在筋，凸臺(tái)處多設(shè)推桿。
2）不要讓澆口對(duì)準(zhǔn)推桿端面，因?yàn)檫^高的壓力會(huì)損傷推桿。
3）推桿應(yīng)設(shè)在排氣困難的地方。
4）推桿應(yīng)設(shè)置在塑件強(qiáng)度較大處。
5）只要不損傷塑件的表面外觀，應(yīng)盡可能地多高推桿。
充電器外殼的塑料模設(shè)計(jì)中，共采用20根推桿。材料選用T8A，熱處理后要求硬度達(dá)到HRC50以上。工作端配合部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm。
其技術(shù)條件為：將推桿裝入模具中后，其端面應(yīng)與型腔底面平齊，或高出型腔底面0.05~0.1mm。推桿固定端與推桿固定板通常采用單邊0.5mm的間隙。
10.2 脫模力及推桿的尺寸計(jì)算及校核
10.2.1 脫模力的計(jì)算
脫模力是指從動(dòng)模一側(cè)的主型芯上脫出制品所需施加的外力。脫模力是注射模脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。
由文獻(xiàn)[4]得脫模力由兩部分組成，即：
式中：--制品對(duì)型芯包緊的脫模阻力（N）；
--使封閉殼體脫模需克服的真空吸引力（N）， ，這里0.1的單位為Mpa；
--型芯的橫截面面積（mm2）。
在脫模力的計(jì)算中，將的制品視為薄壁制品。反之，視為厚壁制品。手機(jī)充電器外殼的，所以為薄壁制品，除此之外，該零件還可視為薄壁矩形制品。
上式中 ---制品壁厚（mm），
---型芯的平均半徑（mm）取60。
薄壁矩形制品對(duì)型芯等的脫模阻力計(jì)算式如下：
式中 --塑料的拉伸彈性模量（MPa）取6×103；
--塑料的平均成型收縮率；
--塑料的泊松比取0.3；
--型芯脫模方向高度；
--脫模斜度修正系數(shù)； 其計(jì)算式為：
?為制品與鋼材表面之間的靜摩擦系數(shù)在這里為0.45，為型芯的脫模斜度；
由上式得：（此處近似取0）
脫模阻力及需克服的真空吸力計(jì)算如下：
=
=12497N
N
所以，脫模力的計(jì)算如下：
N
10.2.2 推出零件的校核
推出零件在推出制品時(shí)要承受脫模阻力，因此其尺寸應(yīng)進(jìn)行校核。
1）推桿直徑的確定
推桿推出制品或推頂推件板時(shí)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，其受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型。根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式推導(dǎo)，推桿直徑的計(jì)算式為：
=4.92mm
取國家標(biāo)準(zhǔn)
式中： k--安全系數(shù)，k=1.5~2；
l--推桿的長(zhǎng)度取160mm；
--脫模力；
E--推桿材料的彈性模量；
n--推桿根數(shù)；
2)推桿直徑的校核
推桿直徑確定后，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。
式中：--推桿所受的壓應(yīng)力；
--推桿材料的屈服點(diǎn)（）；
所以，
所以，d=5mm符合要求[7,8,10]。
11 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
11.1 工藝分析
如前所述，當(dāng)成型側(cè)壁帶有孔、凹穴、凸臺(tái)等的塑料件時(shí)，模具上成型該處的零件就必須制成可側(cè)向移動(dòng)的零件，以便在脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件，否則就無法脫模。
由手機(jī)充電器外殼的零件圖分析可知，該塑件的電池觸片處兩個(gè)方孔需要由抽芯機(jī)構(gòu)來完成。具體來說應(yīng)采用內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。這是因?yàn)檫@兩個(gè)內(nèi)側(cè)的孔在零件的內(nèi)側(cè)且其脫模方向與分型方向相反。
設(shè)計(jì)時(shí)采用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)內(nèi)側(cè)抽芯。
11.2 斜導(dǎo)柱分型與抽芯機(jī)構(gòu)的