XXXX大学毕业设计（论文） 注射模设计 PAGE 39 PAGE PAGE 38 摘 要 注射模设计质量对塑料制品成型的质量、生产效率、模具加工的难易程度、模具制造成本和制造周期等有着直接的影响。本课题主要是针对RICOH CORONA的注射模具的设计，通过对塑件进行工艺分析和比较，根据塑件的主要技术指标以及材料的性能，设计模具的浇注系统、型芯和型腔等成型零部件、导向机构、脱模机构、温度调节冷却系统、排气系统等主要模具设计内容，最终设计完成一副注射模具。 本次产品使用的材料为ABS+PC,其综合了PC和ABS的优良性能，一方面能够提高ABS的耐热性、抗冲击和拉伸强度；另一方面能降低PC成本和熔体粘度，提高流动性，改善加工性能，减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性，满足了塑件所需要的优良的抗冲击性和刚性。 本设计说明书设计的这副注射模具为普通浇注系统模具，采用三板模的结构；塑料件采用一模两腔、点浇口的成型方案；模具的型芯由许多小镶块组成，改善了小尺寸高精度成型镶块的加工性；循环水路冷却系统的设计提高了成型区模具的温度的均匀性和调控能力；在型芯型腔镶拼块、型芯型腔固定板和分流道末端上开设专门的排气槽的排气系统的设置保证模具型腔排气顺畅。通过这一些模具结构的设计，满足塑件的质量发展要求、生产效率和模具的常规使用的寿命等技术指标。 关键词：塑料，ABS+PC，模具设计，注射模the core cavity mosaic pieces, opened a special exhaust system exhaust ducts settings to ensure smooth exhaust cavity mold cavity fixed on the core plate and the runner ends.Plastic parts meet quality requirements, production efficiency and service life of molds and other technical indicators, through the design of the mold structure. Key words: Plastic, ABS+PC,Molding design, Injection molding design 注射模设计 X X xxxxxxxxx 0 引言 塑料由于具有密度小、质量轻而强度高、刚度大、绝缘性着色性好、成型方便等优点，成为20世纪发展最快的行业之一，各色各样、形状颜色各异的塑料零件出现在我们的生产生活当中，以塑代钢、以塑代木已成为一种趋势。在塑料产品中，小型复杂零件占有相当的比例，其外观尺寸较小、形状较复杂、精度要求比较高、模具设计制造困难，如果模具设计不合理注塑时成品率较低，其模具的设计开发在生产实际中占有重要的地位。且随着模具制造技术的日益提高，模具不再局限于简单的普通机床加工和烦琐的手工后续加工，取而代之的是先进的数控机床加工、电火花线切割加工和电极加工等特种加工方式。因为随着近代工业的快速的提升，塑料制品用途日益广泛，注塑模具工艺空前发展，在汽车、数码产品和电子科技类产品的领域都出现了精密塑料模的产品，这些零件表面很复杂，要求比较高，常规加工难以达到设计的基本要求。 本次设计需要考虑三个方面。一是产品的尺寸精度较高。所以模具在设计过程中，除了要考虑模具结构合理性问题之外，还要考虑到塑件能否顺利顶出、顶出时是否会对产品的精度产生影响的问题；二是塑件形状很复杂，存在较多的型芯和型腔镶块结构。这样不但要考虑尽可能的减少误差和保证精度，并且不可以使模具的结构过于复杂，增加制造难度与成本；三是模具的寿命要求为大于100万件，在设计过程中需要在各方面考虑，提高模具寿命。 1 塑料模具的发展现状及趋势 1.1 塑料模具的发展现状 近年来,塑料模具工业快速地发展,体现在模具产品向着大型、精密、复杂的方向发展,综合技术上的含金量逐步的提升,模具制造周期不断缩短。但与国外塑料模具的领先水平相比,依然存在一定差距。模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的未来市场发展的潜力。当前，我国模具行业的发展具有如下特征：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营公司发展迅速;股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60%以上。我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平[1]。 塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业与人民日常生活相关的所有的领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成型。世界塑料模具市场中塑料成型模具产量中约半数是注塑模具[2]。 注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术获得普及的同时， CAE技术应用越来越广，以 CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业加快速度进行发展，使得注塑模的发展迅猛。 1.2 塑料模具的发展的新趋势 塑料制品在日常社会中得到了广泛的利用，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质和量都有了较快的发展。塑料制品在汽车、机电、仪表、航空航天等国家支柱产业与人民日常生活相关的所有的领域得到了广泛的应用，塑料制品的成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成型，世界塑料模具市场中塑料成型模具产量中约半数是注塑模具[3]。 塑料模具的发展史随着塑料工业的发展而发展的，在我国，起步较晚，但发展的很快，特别是近几年，无论是在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大成绩，具体表现在以下几方面： 1.2.1 CAD/CAM/CAE技术的应用 在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是:CAD/CAM 技术的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数字控制机床加工的编程等已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计的具体方案逐步优化，也缩短了模具设计和制造周期。 1.2.2 电子信息工程技术的应用 应用电子信息工程技术进一步提升了塑料模的设计制造水平。国内一些主要的塑料模生产企业已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上产品电子信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等，这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件。由于直接利用了用户更好的提供的产品电子信息，快速缩短了:CAD/CAM的技术准备时间，也相应缩短了模具的设计和制造周期。 1.2.3 气体辅助注塑成型技术的使用更趋成熟 几年前还是起步应用的气体辅助注射成型技术近年来发展非常迅速，更趋成熟。目前，不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术，一些厂家还使用C-MOLD气辅软件，取得了良好效果。 1.2.4 热流道技术应用更广泛 近年来，热流道技术发展很快，热流道模具比例逐步的提升。虽然在全国范围来说，热流道模具比例仍旧不高，但也有些模具企业，热流道模具已占其模具生产总量的1/3左右。现在，一般内热式、外热式元件以及分流板多点热喷嘴的结构应用已比较普遍，具有领先水平的针阀式喷嘴和通断控制式喷嘴国内也能自行设计制造。与此相应，国产商品化热流道系统元件也已出现。 1.2.5 精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高 目前，国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同种类型的产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、多注射头塑封模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模、洗衣机滚筒注塑模、塑料管路三通接头注塑模、汽车灯及汽车饰件注塑模、冰箱吸塑发泡模等一大批精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使塑件尺寸精度达到6～7级的塑料模具国内已可生产，其分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm ，型面的表面粗糙度为Ra=0.05mm～0.025mm。使用CAD 三维设计、计算机模拟注塑成形、有些模具零件达到互换、抽芯脱模机构设计新颖等，对精密、复杂模具的制造水平提升起到了非常大作用.20 吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平。34 英寸彩电塑壳和48 英寸背投电视机壳模具6.5kg洗衣机塑料模具、汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达50吨。 1.2.6 模具寿命逐步的提升 通过采用优质模具钢、对模具工作零件进行一定的热处理、采用高质量模架再镶入淬火工具钢件等结构，近年来模具寿命逐步的提升，不少模具的寿命已能达到100万次以上。 1.2.7 模具效率逐步的提升 挤出速度达2.5m/mim 以上的高速塑料异型材挤出模国内已能商品化供应。双腔共挤、多腔注塑（塑封膜已达600 腔）、采用热流道技术等使模具效率逐步的提升。不少企业在自动脱模（脱流道）方面精心设计，同时更加重视冷却系统的设计，使模具的效率大幅度提升，有些甚至能使注塑生产效率提高几倍。 1.2.8采用模具先进加工技术及设备 采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。高速铣削技术及高速铣削机床在模具加工中的使用，已使模具加工效率有了显著提高。目前，主轴转速达到25000r/min以上的高速铣床国内已引进多台，转速达到8000r/min 以上的机床就更多了。使用高速铣床，采用高速铣削技术，不但能使模具精度和表面上的质量得到大幅度提升，而且模具制造周期大为缩短。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大幅度的提升新的模糊控制管理系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面上的质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用，对模具制造能力的提高也起到了非常大作用。 2 塑件工艺分析 2.1 塑件分析 该塑件成型精度高，产品壁厚均匀，成型形状较规则。属于典型的精密塑料注射成型零件。侧面也有形状，需要侧抽芯机构。产品三维效果图见图2.1，2.2。 图2.1 塑件三维图一 图2.2 塑件三维图二 塑件的外观尺寸如下图2.3、图2.4和图2.5所示，成型零件单件的体积根据SPACE-E软件计算为2053.48mm3，最大壁厚为2.50mm，最小壁厚为1.45mm，塑件的壁厚较均匀。 图2.3 塑件外观尺寸图一 图2.4 塑件外观尺寸图二 图 2.5 塑件外观尺寸图三 此次设计的基本要求模具寿命应大于100万件，为增加模具的常规使用的寿命，且获得较好的成型质量，针对该零件采用下面改进方案： 1）从原材料方面考虑：一般要选用工艺性能好的塑料原材料来模塑成型制品。这样既有利于制品的成型又有利于模具寿命的提高。 2）型腔，型芯的结构及形式：从模具常规使用的寿命角度考虑，采用强度与刚度比较好同时又便于修复的结构及形式能延续模具寿命[4]。 3）导向装置的结构及精度：普通注塑模主要是依靠导柱导向机构保证其对合精度，在精密注塑模中，为确保动模和定模的对合精度，可以设计锥面精定位机构或圆柱正销定位机构与导柱导向机构配用。 4）保持模具热平衡：通过浇注系统，温度调节系统及排气系统的合理设计，达到降低模具热裂倾向，提高模具寿命的目的。 5）热处理工艺：热处理工艺恰当与否，对模具常规使用的寿命的影响是非常大的。影响热处理质量的因素主要有加热速度，淬火温度，淬火冷却速度和回火温度等。在模具制作的步骤中应合理的安排热处理工艺过程，严控好热处理工艺条件。 塑件的公差等级的选用：成型零件的结构较为复杂，且尺寸比较大，故对精度控制相对较难。依据公司的实际生产制造，要求该成型零件的表面光洁，不允许出现缩痕、流痕等。结合成型材料的特点，根据指定的注塑材料及零件外观尺寸，选择精度为IT7，未注公差尺寸的精度为IT9；模具的设计理论上比零件的公差要求高，故模具的精度选择为IT6。 2.2 塑件的材料特性 根据模具设计的技术方面的要求，本次产品使用的材料为ABS+PC。 PC+ABS，聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物，是由聚碳酸酯（Polycarbonate）和聚丙烯精（ABS）合金而成的热可塑性塑胶。PC与ABS共混物结合了两种材料的优异特性，ABS 材料的成型性、流动性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线（UV）等性质，可普遍的使用在汽车内部零件、事务机器、通信器材、家电用品及照明设备上[5]。 典型应用场景范围: 1.汽车内外饰：仪表板，饰柱，仪表前盖，格栅，内外饰件； 2.商务设备机壳和内置部件：笔记本/台式电脑，复印机，打印机，绘图仪，显示器； 3.电信，移动电话外壳，附件以及智能卡（SIM卡）； 4.电器产品，电子科技类产品外壳，电表罩和壳体，家用开关，插头和插座，电缆电线.家用电器，如洗衣机，吹风机，微波炉内外部件； PC/ABS特点[6]： 1）综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好； 2）与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理； 3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别； 4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好； 5）机械性能的卓越平衡； 6）低温时也具备高冲击强度； 7）室内紫外线VB）； 10）色彩范围广泛； 11）易于注塑和挤塑，吹塑加工； 12）良好的电镀性； 13）一般密度在1.05-1.20g/cm3间。 化学和物理特性: PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性。例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和耐热性。二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。收缩率在0.5%左右[7]。 2.3 塑件注射工艺参数的确定 参考有关联的资料，ABS+PC的成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据真实的情况作适当调整。 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：后段温度选用230～250℃； 中段温度选用250～270℃； 前段温度选用250～270℃； 喷嘴温度：选用250～270℃； 模具的温度：选用70～90℃ 注射压力：选用26ton； 注射时间：选用2s； 保压：选用80～150 Mpa； 保压时间：选用5s； 冷却时间：选用3s。 干燥处理：加工前的干燥处理是必须的。湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90～110℃，2～4小时。 2.4 分型面的选择 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则[8]： 1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处 2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 3）分型面的选择应保证塑件的精度要求 4）分型面的选择应满足塑件的外观品质要求 5）分型面的选择要便于模具的加工制造 6）分型面的选择应有利于排气 除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。 综上所述：将分型面定在如图2.4所示面。 图2.4 分型面设计 2.5 型腔数目的确定 型腔数目的确定主要参考以下几点来确定[9]： ①根据经济性确定型腔数目和总成型加工费用最小的原则，并略准备时间试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。 ②根据注射机的额定锁模力确定型腔数目，当成型大型平板制件时常用这种方法。 ③根据注射机的最大注射量确定型腔数目，根据经验，每加一个型腔制品尺寸精度要降低4%，对于高精度制品，由于多型腔模具难以保证各型腔的成型条件一致，故推荐型腔数目不超过4个。 由于制件较大且精度要求高，且该产品需求量为月产16000件，需求量较低，选用一模两腔既可降低模具制造成本，又可以保证产品精度，所以采用一模两腔模具。 3 塑件成型工艺和设备 3.1 成型方案确定 在本次RICOH CORONA注射模设计中，根据要求，初步拟定三套方案： 方案A：产品选用一模四腔对称布置；分型面开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在周边开侧浇口。 方案B：一模两腔平衡布置，分型面同样开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在背部大平面处设一凹坑开点浇口。 方案C：产品采用一模一腔加工生产，分型面还是开在制品的最大轮廓处即取塑件投影面积最大的地方，在背部大平面处设一凹坑开点浇口。 论证：在设计浇口时，根据制件的情况可以采用点浇口。经过考虑和论证，考虑到侧浇口有形状、浇口不能自行分离、浇口痕迹较明显等缺 点[10]。点浇口可以在制品的内外表面很多地方开设；可以自动脱落且留下很小的浇口痕迹；可大大提高塑料熔体剪切速率；表观粘度降低明显致使充模容易；能正确控制补料时间，无倒流之虑；有利于降低塑料件特别是浇口附近的残余应力，提高制品质量；能缩短成型周期，提高生产效率，降低成本以及加工简单的优点，故采用点浇口。 根据生产经验，每增加一个型腔，塑件尺寸精度就要降低4%。设塑件的典型尺寸为L（mm），塑件尺寸公差为±X，单型腔是塑件可能达到的尺寸公差±δ%，则有经验公式可得：型腔数n=(X-δL/100)/(δL/100*4%)+1=2500X/Δl-24。故高精度尤其是精密模具最多只采用一模四腔。由于该产品精度要求较高，故需采用一模两腔可保证产品精度以及产量。 综上方案B可行。 3.2 成型设备的选择 注射机规格型号的确定主要是根据塑件的大小、型腔数量和产品批量。在选择注塑机时主要考虑其塑化率、额定注射量、额定锁模力、安装模具的有效面积（注塑机拉杆之间的距离）、顶出行程等。注塑机可根据额定注射量、额定锁模力、柱设计安装部分的相关尺寸、开模行程等参数来进行选择[11]。 本次设计是根据注射量选择注射机： （各腔塑料塑件总重+浇注系统凝料）≤注射机额定注射量×80% 注射机的理论注射量是指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量，单位为cm3； 根据塑料件的尺寸做近似的计算:通过三维制图SPACE-E软件测量得单件塑件体积V件=2053.48mm3，此次设计选用的塑料的密度为 1.14g/cm ，单件塑料件的质量: m=ρ×V …………………………………………………………………………（3.1） 而次模具为一模两腔，所以总体积按公式（3.2）计算为： …………………………………………………………………………（3.2） 故，mm3； 则m=ρ×V=1.14×4106.96×10-3=4.68g 浇注系统凝料的质量是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算，所以注射量按公式（3.3）计算为 ： m0=0.6m+m=1.6x4.68=7.49g ……………………………………………………(3.3) 因此，注塑机额定注塑容量按公式（3.4）计算为： v0===13.14 cm3 …………………………………………… (3.4) 故，根据《模具结构型式与应用手册》第85页所示，注射机的注射量应满足公式（3.5）： W机≥W塑/0.8=（n V塑件+V浇）2/0.8 =m0/0.8……………………………… (3.5) 即： W机≥9.36g 3.2.1 选择注射机 根据每次所需实际注射量为9.36g，选用住友注塑机SE30S，注塑机参数见表3.1。 表3.1 住友注塑机SE30参数 主要参数 SE30S 最大锁模力 30t 导柱间隔（横向×纵向） 280mm×280mm 模板尺寸（横向×纵向） 420mm×420mm 开闭模行程 230mm 模具厚度 (最小) 160mm (最大) 300mm 顶针方式 电动式(1点) 顶出力 7.8Mpa 顶出行程 51mm 塑化装置 C50S 螺杆直径 20mm 最大射出压力 2170pa 最大保压压力 2170pa 理论射出体积 23cm3 射出质量（GPPS） 22g 螺杆行程 73mm 最大射出速度 300g/s 螺杆驱动方式 电动式 螺杆最高回转速度 400rp.m 定位环规格 60mm 射咀直径 50mm 射咀长度（固定板平面突出为准） 30mm 射嘴的R角和射嘴口径 10mm-2.5mm 3.2.2 注射机参数校核 1）闭模高度校核： 模具厚度H=30mm+15mm+25mm+35mm+40mm+45mm+25mm+5mm=220mm.注射机模具厚度范围。可安装的模具高度应满足 Hmin≤Hm≤Hmax …………………………………………………………………(3.6) 160mmH300mm。（满足条件） 2）模架的选择： 注塑机除了对模具安装有最大最小厚度限制以外，还应考虑外形尺寸不能太大。根据以上分析、计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格为220mm×250mm的模架。 3）注射量校核： 塑料成型所需的注射总量应小于所选注射机的注射容量。注射容量以容积表示时，塑件体积应小于注射机的注射容量，其关系按下式校核 V件 ≤ V注×0.8 …………………………………………………………………(3.7) 浇注系统与塑料制件（一模两腔）总体积V件=2.05×2=4.1cm3。理论注射量V注=23cm3，满足条件。 4）锁模力校核： 模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按下式校核： P锁≥P胀=P腔×A总 ………………………………………………………………(3.8) P腔--模内平均压力，取135MPa； P锁=30t，即30000×9.8N/kg=294000N=294kN； A总=474.60mm2 P胀=474.60×10-3×135=64.07 kN 注射机锁模力P腔×A总=64.07 KN≤P锁（满足条件）。 5）开模行程校核： 对于单分型面模具，其最大开模行程按下式校核： Smax≥S=H1＋H2＋(5～10) ………………………………………………………(3.9)其中H1—塑件脱模距离，H2—包括浇注系统凝料在内的塑件高度； 开模行程S =5mm+75mm+125mm=205mm ； 最大开模行程Smax=230mm； 满足Smax≥S。(满足条件) 4 浇注系统的设计 4.1 主流道设计 主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为： 主流道圆锥角α=2°～ 6°，对流动性差的塑件可取3°～ 6°，内壁粗糙度为Ra0.63μm；主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力；在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，过长则会影响熔体的顺利充型。 对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。 主流道设计如图4.1所示； 图 4.1 直浇道设计图 4.2 分流道设计 流道板的流道系统，由主流道喷嘴始，经各分流道，还包括喷嘴浇口。为保证各注射点的熔体充填型腔时的压力，整个系统的熔体流动状态的压力降应控制在30—35MPa. 多型腔模具的流道平衡设计主要有两种： 自然平衡的流道布置，从主流道喷嘴到各浇口喷嘴的流动距离相等。只要对称布置的对应分流道圆截面的半径相同，就可以实现各浇口喷嘴的平衡浇注。 不平衡的流道布置，从主流道喷嘴到各浇口喷嘴的流动距离不相同。不同的流程压力会造成各注射点的熔体充模压力的差异。但经流变平衡计算，调节各分支流道的半径，也可以达到各浇口喷嘴的平衡浇注。由于流道的流程与塑料制品型腔可分开处理，这两种流道可以人工计算设计，也可以编制计算机程序计算设计。流道的平衡设计，是在一定的熔体温度下，以最佳的剪切速率和允许的压力损失的流动充模[12]。 对比：自然平衡布置流道与流变平衡流道相比，前者的熔体流动距离长， 流道的分叉转折多，流道板厚且结构复杂；后者结构简单，但流变平衡计算较为困难[15]。 此外，对于不同制品的多型腔模具的流道设计，如塑料盒和盖，两者在一副注射模中成型，它要求熔体同时充满各个型腔。对于单个大型型腔，有多个注射喷嘴浇注，如轿车的保险杠。此种流道设计时，要考虑熔体料流前锋的运动状态，以保证熔合缝处于合理位置。这些制品型腔的平衡浇注，须将浇注系统与型腔一起，经计算机造型，由Moldflow等软件进行流动模拟分析，经反复修正达到流变平衡充模。 遵循以上原则，流道的布置如图4.2所示。 图 4.2 分流道设计 4.3 浇口的选择 在注射模具设计中，浇口的选择与设计对塑件的质量和生产效率至关重要，这也是注射模具设计中的难点之一。 4.3.1 浇口类型的选择 浇口类型的选定主要取决于塑件形状尺寸、塑料材料性能、制品质量发展要求以及模具结构特点等为缩小推理范围，提高推理效率，把浇口类型归纳为4大类：直接浇口、点状浇口、侧向浇口和辐环浇口[14]。 各大类包括的具体浇口类型如下： (1)直接浇口：直浇口(直锥式、斜锥式、圆弧式)； (2)点状浇口：针点浇口、潜伏浇口； (3)侧向浇口：(标准)侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、护耳浇口； (4)辐环浇口：轮辐浇口、爪形浇口、圆环浇口、盘形浇口． 注射模具的浇口形式有多种，其中点浇口的应用尤为广泛。这主要是由于点浇口尺寸小，冷凝快，在塑件上留下的痕迹小；另外，点浇口可以自动拉断、自动脱落，容易实现自动化生产，从而可提高生产效率和塑件的表面质量，减轻工人的劳动强度。此次毕业设计的产品选用的是潜伏式浇口，属于点浇口的一种。 点浇口的采用必须根据塑料的种类及塑料件的结构形式合理选择。塑料在通过点浇口时，流速增加，浇口前后形成较大的压力差，这对那些表观粘度对剪切速度敏感的塑料来说，点浇口能明显降低其表观粘度，使流动性增加，提高充模速率，从而获得外形清晰的制品。点浇口的选用。从塑料材料方面考虑，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、AS、ABS等这些流动性好和表观粘度对剪切速度敏感的塑料，最适合采用点浇口，但对成型流动性差和热敏性的塑料则不利。从塑料的结构形式方面考虑，由于塑料熔体流经尺寸狭小的点浇口时，摩擦阻力使一部分能量转变为热能，使熔体温度升高，粘度下降，提高了流动性。另外，点浇口的位置选择比较自由，对于单腔、多腔模具以及一腔多点的大塑件都可以采用。所以最适合于成型薄壁的壳类、盒类塑件，以及带有精密花纹的塑件，对成型薄板状易变形和形状复杂的塑件则不适合[15]。 4.3.2 浇口位置的选择 浇口的位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大，合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的结构。要使塑件具有良好的性能与外观，使塑件的成型在技术上合理，经济上可行．一定要考虑浇口位置的选择。 在设计实践中，浇口位置的选择通常要遵循以下原则[16]： (1)浇口位置的安排应该保证塑料熔体迅速及均匀地充填型腔，并尽量缩短熔体的流动距离。 (2)尽量避免或减少熔接痕迹，并要同时考虑熔接痕迹对塑件质量及强度的影响。 浇口的位置一般应设在塑件壁的最厚处．以便于压力的传递及补射作用的进行。 (4)必须便于型腔气体的排除，避免型腔气体的滞留。 (5)避免注射时产生蛇形流动。 (6)由于浇口位置附近强度较弱，一般不在承受冲击载荷或弯曲的部位设置浇口。 (7)浇口的设置应该考虑塑件的外观质量，不在影响塑件质量及美观的部位设置浇口。 此次的毕业设计为一模两腔，且形状较规则。遵循以上浇口位置的选择原则，浇口位置如图4.3所示。 图 4.3 浇口位置设计 4.4 冷料井与拉料杆设计 冷料井是为了除去料流中的前端冷料而设置的。在注射过程的循环中，由于喷嘴与低温模具接触，使喷嘴前端寸有一小段低温料，常称冷料。在注射入模时，冷料在料流最前端。如冷料进入型腔将造成制件的冷接缝，甚至在未进入型腔前冷料头就将浇口堵塞而不能进料。此一模两腔的设计可将冷料井设置在主流道末端。该处选用无拉料杆的冷料井，即在流道板上开一倒锥形的凹坑，为了便与拉出主流道凝料，开模将主流道凝料中拉出时，可一同将冷料井内的废料取出。 5 成型零部件设计 5.1 成型零部件的性能 由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须以一些性能： 1）必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压； 2）有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。通常进行热处理，使其硬度达到HRC40以上； 3）对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢理； 4）材料的抛光性能好，表面应该光滑美观。表面粗造度应在Ra0.4以下； 5）切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好； 6）熔焊性能要好，以便修理； 7）成型部位应须有足够的尺寸精度。孔类零件为H8～H10，轴类零件为h7～h10。 5.2 成型零部件的工作尺寸 塑件的工作尺寸和精度主要取决于成型零件的工作尺寸和精度；而成型零件的工作尺寸和公差必须以塑件的工作尺寸和精度及塑料的收缩率为依据。塑件的成型收缩δs, 成型零件的制造误差δz, 模具制造公差占塑件总公差的三分之一左右：δz=Δ/3, 成型零件的磨损δc, 中小型塑件模具：δc=Δ/6, 大型塑件模具：δcΔ/6, 成型零件的磨损δc, 小批量生产时，δc取小值，甚至可以不考虑。成型零件尺寸的计算方法有：平均值法和极限值法[17]。 计算模具成型零件最基本的公式（5.1）； ……………………………………………………………… (5.1) 塑料的平均收缩率的计算公式（5.2）； …………………………………………………………(5.2) 已知ABS+PC的收缩率在4.7% ~5.3%之间，所以平均收缩率为: 5.2.1 型腔工作尺寸计算 已知，塑件工作尺寸 ，模具磨损量δc= Δ/6，平均收缩率Scp ,模具制造公差 δz= Δ/3； 型腔径向工作尺寸计算； 按平均值计算方法，由公式（5.3）可得： …………………………………(5.3) 整理得： ……………………………………………………(5.4) 标注制造公差后得： ……………………………………………… (5.5) 代入数值得： mm ； 型腔深度工作尺寸计算； 已知塑件工作尺寸 ，按平均值法,由下式（5.6）计算可得： ……………………………………… (5.6) 整理得： ………………………………………………… (5.7) 标注制造公差后得： …………………………………………… (5.8) 代入数值得：mm ； 中心距工作尺寸计算公式（5.9）： ………………………………………………… (5.9) 代入数值得：mm ； 5.2.2 型芯工作尺寸计算 在条件相同的情况下，型芯的计算同样按平均值法计算。 型芯径向工作尺寸计算； 标注制造公差后计算公式（5.10）： ………………………………………………… (5.10) 式中△前的系数可取1/2～3/4之间。 代入数值得：mm ； 型芯高度工作尺寸的计算； 标注制造公差后计算公式（5.11）： ……………………………………………… (5.11) 代入数值得：mm ； 型芯中心距工作尺寸计算公式（5.12）： …………………………………………………(5.12) 代入数值得：mm ； 6 导柱导向机构的设计 为了能够更好的保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力[18]。 导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，这里选取导柱导向机构，其结构如图6.1所示。 图6.1 模具导向机构结构图 在设计此机构的同时还应注意以下几点： 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。 为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。 导柱的设置应根据需要而决定装配方式。 一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。 一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。 导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。 6.1 导柱的选取 在设计该模具时，根据所选的标准模架，导柱有4根。导柱的工作部分配合精度采用H7/f7；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6。导套与安装孔之间采用H7/m6的过渡配合。根据克模塑胶上海有限公司设计标准指导，选取的导柱如图6.2所示。 图6.2 导柱 该导柱型号为：GGPJL20-110-N54，即：L=110mm；T=30mm。 6.2 导套的选取 导套与安装孔之间采用H7/m6的过渡配合，导柱导套及导向孔的轴线应保证平行。合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。 根据克模塑胶上海有限公司设计标准指导，选取的导套如图6.3所示。 图6.2 导套 7 脱模机构的设计 7.1 脱模机构选用原则 在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。脱模机构的分类很多，这里采用的组合式二级侧抽芯机构设计。 设计脱模机构时，应遵循以下原则： (1)使塑件脱模时不发生变形； (2)推力分布依脱模阻力的大小要合理安排； (3)推杆的受力不可太大，以免造成塑件局部产生隙裂； (4)推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； (5)推杆位置痕迹须不影响塑件外观； 脱模机构的运动应保证灵活、可靠、不发生误操作 7.2 侧向抽芯结构 7.2.1 侧抽结构的注意事项 斜导柱的倾斜角：角度太大时，滑块的行程变长，对斜导柱的负载也相应加大，容易发生折损或卡伤，所以一般倾斜角设置为30°以 下[19]。 2）斜导柱直径D与侧抽芯滑块的孔径D1关系通过设置D1=D+（0.5～1）的间隙，可实现以下功效： ①可补偿一些孔加工的精度不良（角度、位置偏差等），达到防止卡伤的效果； ②模具即使已打开δ尺寸，侧抽芯滑块也暂不会移动。开模时成形产品一般会留在动模侧，即使因定模侧的形状凹凸不平导致成形品可能留在定模侧时，通过该滞后效应也会让成形产品仍能留在动模侧。 δ=[(D1-D)/2]/sinA，凸起尺寸S和侧抽芯滑块行程ST的关系， STS+α（α：指滑块行程的安全余量，统称根据成形产品的大小或形状做出合理的选择，但有时因孔加工精度发生不同而发生变化；楔紧块角度θ：因斜导柱和侧抽芯滑块的孔之间有缝隙，A和θ无角度差时，合模时侧抽芯滑块和楔紧块的边角部位将接触，导致破损，故建议θ=A+(2～5°)，另外若对边角处进行倒角处理效果更佳[20]。 ③孔加工精度：如果斜导柱安装孔和侧抽芯滑块的孔加工精度不良时，会出现行程过量或不足，造成滑动不稳定，导致出现卡伤或斜导柱折损。 7.2.2 斜导柱的选择 1）斜导柱的倾斜角：角度太大时，滑块的行程变长 斜导柱：在注塑成型的过程中，若成形产品侧表面有凹凸形状或侧孔，开模时固化后的塑料产品就会因型芯的干涉而无法正常脱模，此时需采用侧向分型或抽芯机构[16]。 塑件产品的凹凸形状大致上可以分为外侧凹凸和内侧凹凸两类[21]。斜导柱一般适用于外侧面抽芯场合。 本次毕业设计的塑料产品侧面有凹凸形状，为了能在保证制件形状的情况下正常脱模，选用斜导柱侧抽机构，且选择双侧侧抽机构。斜导柱的选择标准见表7.1。 表7.1 克模塑胶上海有限公司设计标准指导 2011[22] Slide main body &slide core 直径(mm) 500g Φ8 ≥500g Φ10 ≥1500g Φ12以上 ≥3500g Φ16以上 ≥7000g Φ20以上 根据克模塑胶上海有限公司设计标准指导2011，根据计算的侧型芯与侧型芯滑块的重量为621g,选用的滑块主体重量≥500g，故斜导柱的直径选取10 mm。 7.2.3 推杆的选择 推杆位置应设在不影响制品外观并且最有利于制品脱模即脱模力最大的地方，同时尽量落在较平的地方，如果分型面斜度较大时，推杆应磨成阶梯状，以增大顶出力。通常来说，带有柱子、深腔的筋条脱模很难，容易顶白或拉伤，要在其底下设置推杆；当确实不能设置时，也要尽量靠近。螺丝柱、定位柱等深孔部位一般要布置推管或在柱两侧排2根推杆。实心柱底部要排推杆，利于排气；推杆边离制品一般应有1～2 mm的距离，当推杆顶端低于周边的模具材料时，顶针边离制品边可以小到0.5mm的距离。 推杆大小能大尽量大，在不影响功能的前提下，一般以4～6mm为常用，制品特别大时可选用12mm或更大的推杆。 8 冷却系统的设计 8.1 冷却系统的设计准则 塑料在成型的过程中，模具的温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，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，必须对模具进行相对有效的冷却，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，则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。 定模冷却水孔尽量靠近胶位，动模冷水孔尽量走外圈，一般走U形、C形或“一”字形，较深时要走隔水片。冷却系统首先要保证冷却均匀，一般水孔直径为6、8、10mm，与顶针、镶针或者镶件间的距离应有5 mm以上，水孔到制品的距离保持15mm较为合适，特殊制品如聚乙烯(PE)时，水孔不宜顺着收缩方向设置，以防制品有较大的变形。 8.2 冷却水管的排布 水管排布采用外接直通式，是从模具外用管接头和水管连接，加工维修方便。但由于流程长使冷却水的压力降和进出温差大，需控制好各路的流量和水温的一致性。 管道直径经湍流计算确定，取d=8mm。管道若是过细，加工和清理会很困难，致使水垢和铁锈使冷却效果变坏一个数量级，因此水管需定期清理，或用软水也可对孔壁作磷化处理。若是管道过细，则会对清理工作造成不便，若是管道太粗，浪费材料且所需模具的板厚会很大，对于模具的设计以及加工造成不便。水管接头孔径和应与管道孔径一致，进水和出水接头设在模具两一侧，可使水进行循环冷却，并置于不妨碍注射模操作的方向。 图8.1 冷却水管的排布 9 排气系统的设置 9.1 注塑模中气体的来源 1）浇注系统和模具型腔中存有的空气。 2）有些原料含有未燥排除的水分，它们在高温下气化成水蒸气。 3）由于注塑时温度过高，某些性质不稳定的塑料发生分解所产生的气体。 4）塑料原料中的某些添加剂挥发或相互化学反应生成的气体[19]。 9.2 排气的方式 当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体[23]。排气系统对确保制品质成型质量起着至关重要的作用，其排气方式有以下几种： （1）利用排气槽；排气槽一般设在型腔最后被充满的部位。排气槽的深度因塑料不同而异，基本上是以塑料不产生飞边时所允许的最大间隙来确定； （2）利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙或专用排气塞排气； （3）有时为防止制品在顶出时造成真空变形，必须设计进气销； （4） 有时为避免制品与模具的真空吸附，而设计防真空吸附元件。 此次设计的模具较为精密，故如果型腔内因型芯型腔及浇注系统内本身留有的的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体不被排除干净的话，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，从而最终影响塑件质量。因此设计型腔时一定要考虑排气问题，排气系统的设计就为了解决此类问题[24]。 此次设计的模具排气系统就是分别在型芯型腔镶拼块、型芯型腔固定板和分流道末端上开设专门的排气槽用以排气。 9.3 型芯型腔与型芯型腔固定板的排气 以可动侧一型芯型腔镶拼块举例而言。产品下的部分为可动侧型芯型腔镶拼块，在产品外缘与上方固定侧型芯型腔配合的地方本是两个平面，在最贴近产品的外侧研磨深0.008～1mm，宽0.5mm的排气槽。该处0.008～0.01mm的深度为ABS+PC可能会产生溢料的最小间隙。而后铣深0.3mm，宽度与铣刀头直径相似的排气槽。这样溢过深0.01mm的第一道排气槽的气体可迅速集中到0.3mm深度的第二道排气槽中一同快速排出。 各块型芯型腔镶拼块都以此方式排出气体，集中后的气体最终到达型芯型腔镶拼块与型芯型腔固定板的配合面，在型芯型腔固定板上开排气槽至板外即可排除气体。 10 注射模具结构设计 10.1 模架结构设计 依据茶农的要求，设计的模具结构为单分型面的三板模，并且动模与定模采用镶拼结构，在动模部分添加支撑板。具体结构如图10.1所示。 图10.1 模具总体结构图 10.2 模具各块板尺寸设计 定模座板：250×270×30 流道推板：250×220×15 定模模板：250×220×25 动模模板：250×220×35 支承板：250×63×45 推板固定板：250×90×15 推板：250×90×15 动模座板：300×220×25 11 模具其余零件设计 11.1 锁模块的设计 在模具运输的过程中，即使模具处于闭合状态，但运输中的颠簸也会使定模与动模产生偏移，导致型芯型腔配合面相互碰撞造成不必要的损 失[25]。故设计一块锁所模块，分别在动模型芯型腔固定板与定模型芯型腔固定板上钻螺纹孔，安装方法如图10.2所示。 图10.2 锁模块 在卧式注塑机中，锁模块一定要安装在工人操作注塑机的一侧，切忌安装在模具底面。这样，工人在开动注塑机之前就可以观察模具是不是已经打开，避免强行拉开损坏模具及注塑机。 11.2 精定位销组件 因导柱导套之间有间隙，所以要使用更高精度的定位零件来确保准确合模。如若型腔（定模镶件）和型芯（动模镶件）的对应位置没有完全吻合，型芯镶件和侧抽芯滑块等零件会发生碰撞导致破损或引起异常磨损，有时还会造成成形产品尺寸差异及产生毛刺[26]。激光读取设备支架是精密的制件，故需要精定位。精定位组件安装在定模型腔四周，用于合模时定位。因为是圆形结构，故安装部分较容易加工。 12 结论 影响注塑模具寿命的因素是多方面的，提高注塑模具使用寿命要采取综合措施。在注塑模具设计、制造和使用过程中，选用恰当的塑料原材料，合理设计模具结构，选择合适的模具材料和合理的热处理工艺及模具加工方法，正确使用与维护模具都将有利于提高注塑模具的质量和使用寿命。 由于制件形状复杂，且侧面有需成型形状，采用斜导柱侧抽机构。在注塑成型的过程中，若成形产品侧表面有凹凸形状或侧孔，开模时固化后的塑料产品就会因型芯的干涉而无法正常脱模，此时需采用侧向分型或抽芯机构。塑件产品的凹凸形状主要分为外侧凹凸和内侧凹凸两类。斜导柱主要适用于外侧面抽芯场合。在设计时需注意斜导柱不能与其它零件干涉。 制件精密性很高，需采取精定位，除了导柱导套选用了精密模架外，还设置了精定位销组件，因导柱导套之间存在间隙，所以需要用更高精度的定位零件来确保准确合模。如若型腔（定模镶件）和型芯（动模镶件）的对应位置没有完全吻合，型芯镶件和侧抽芯滑块等零件会发生碰撞导致破损或引起异常磨损，有时还会造成成形产品尺寸差异及产生毛刺。此次涉及的注塑件是精密的制件，故需要精定位。精定位组件安装在定模型腔四周，用于合模时定位。 13 致谢 毕业设计是每一个大四毕业生毕业前所都必须要经历过程，毕业设计可谓是结合了我们大学四年所学到的各项专
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