多功能插座的注塑模具設(shè)計-斜頂抽芯塑料注射模含NX三維及10張CAD圖,多功能,插座,注塑,模具設(shè)計,斜頂抽芯,塑料,注射,nx,三維,10,cad
摘 要
塑料在工業(yè)快速發(fā)展，提出了質(zhì)量好，加工精度高，開發(fā)周期短等注塑模具的設(shè)計和生產(chǎn)的要求越來越高，能夠適應(yīng)這種需求已成為模具制造企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。
本次設(shè)計的是多功能插座的注塑模具。所用材料是當前應(yīng)用較為廣泛的材料ABS。在設(shè)計中，分析塑件的工藝性。模具結(jié)構(gòu)可采用一模兩腔，側(cè)澆口進料，注射機采用HTF 160X2A型號，并對其相關(guān)的數(shù)據(jù)進行校核。首先根據(jù)UG 軟件設(shè)計出分型面，進而設(shè)計出型腔、 型芯及斜頂抽芯機構(gòu)， 通過各種手冊選擇標準模架的繪制，并且進行澆注系統(tǒng)、脫模機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等模具重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計。最后對設(shè)計過程中的相關(guān)零部件進行了計算和校核，在無誤的基礎(chǔ)上進行了模具總裝，并利用 AUTOCAD 軟件繪制出總裝及各主要零件的二維工程圖，設(shè)計出一套塑料注塑模具
此次設(shè)計的過程中查閱了大量的模具設(shè)計資料，通過多功能插座塑料模具的設(shè)計與應(yīng)用，實現(xiàn)了多功能插座制作工藝上的突破，同原有的設(shè)計方法相比，模具的應(yīng)用不但提高了生產(chǎn)效率而且提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，模具整體設(shè)計的思路和要求符合現(xiàn)代設(shè)計潮流和未來的發(fā)展方向
關(guān)鍵詞：多功能插座；一模兩腔；側(cè)澆口；冷卻系統(tǒng)；注塑模具
Abstract
With the rapid development of plastics industry, the design and production requirements of injection moulds, such as good quality, high processing accuracy and short development cycle, are becoming higher and higher. It has become a key factor for the development of mould manufacturing enterprises to adapt to this demand.
This design is a multi-functional socket injection mold. The material used is ABS which is widely used at present. In the design, the technological properties of plastic parts are analyzed. The mold structure can be used with one mold and two cavities, the side gate feed, the injection machine adopts the HTF 160X2A model, and the relevant data are checked. Firstly, the parting surface is designed according to UG software, and then the cavity, core and inclined top core pulling mechanism are designed. The standard die base is drawn through various manuals, and the important die structures such as pouring system, demoulding mechanism and cooling system are designed. Finally, the relevant parts in the design process are calculated and checked, and the die assembly is carried out on the basis of correctness. The two-dimensional engineering drawings of the assembly and the main parts are drawn by AUTOCAD software, and a set of plastic injection mould is designed.
The design process consulted a large number of mold design information, through the design and application of multi-functional socket plastic mold, achieved a breakthrough in the manufacturing process of multi-functional socket. Compared with the original design method, the application of the mold not only improves the production efficiency but also improves the product quality. The idea and requirements of the overall design of the mold conform to the modern design trend and the future. development direction
Key words: multi-function socket; one mold two cavity; side gate; cooling system; injection mold
目錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1前言 1
1.2模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1
1.2.1國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨向 3
2 塑件結(jié)構(gòu)分析 4
2.1 塑件材料的選擇及成型性能分析 5
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度表面質(zhì)量分析 5
2.2.1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5
2.2.2 塑件尺寸及精度 6
2.2.3 塑件表面粗糙度 6
2.3 計算塑件的體積、質(zhì)量 6
3 塑件成型方案設(shè)計 8
3.1 分型面選擇 8
3.2 型腔數(shù)的確定 9
3.3 型腔布局 9
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇 9
3.5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.5.1型腔設(shè)計 10
3.5.2型芯設(shè)計 12
3.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 13
3.6.1 脫模機構(gòu)的選用原則： 13
3.6.2推桿和斜頂推出機構(gòu)設(shè)計 14
3.6.3 脫模力的計算 14
3.7 導(dǎo)向與定位機構(gòu)設(shè)計 16
3.8斜頂?shù)脑O(shè)計 17
3.9 排氣及引氣系統(tǒng)的設(shè)計 20
3.10模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 20
3.11模架選用 22
4 模具零件設(shè)計 25
4.1 模具成型零件尺寸計算 25
4.2模具強度與剛度校核 25
4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計 26
4.3.1 主流道的設(shè)計 26
4.3.2分主流道的設(shè)計 27
4.3.3澆口的設(shè)計 27
4.4模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 28
5 注射機的選用及相關(guān)參數(shù)的校核 29
5.1 相關(guān)參數(shù) 29
5.2最大注塑量校核 30
5.3 鎖模力校核 31
5.4 模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核 32
5.5 開模行程校核 32
第6章 模具材料的選用 33
6．1 成型零件材料選用 33
6．2 注射模用鋼種 33
總結(jié) 34
致謝 35
參考文獻 36
IV
1 緒論
1 緒論
1.1前言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。 在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。
模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各同向性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此常采用自動開合模自動頂出機構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。
現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進的模具是必不可少的三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計起著重要的作用。高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展。
1.2模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向
1.2.1國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來我國的模具技術(shù)有了很大的發(fā)展，在大型模具方面，已能生產(chǎn)大屏彩電注塑模具、大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。機密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。
在成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成行模、高效多色注塑模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新業(yè)取得了較大進展。氣體輔助注射成形技術(shù)的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有些單位還采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。
當前國內(nèi)外用于注塑模具方面的先進技術(shù)主要有以下幾種：
a. 熱流道技術(shù) 它是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)。由于在流道附近或中心設(shè)有加熱棒和加熱圈，從注塑機噴出口到澆口的整個流道都處于高溫狀態(tài)，使流道中的塑料成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計和保持熔融，停機后一般不需要打開流道取出凝料，再開機時只需加熱流道到所需溫度即可。這一技術(shù)在大批量生產(chǎn)塑件、原材料較貴和產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的情況下尤為適用。熱流道注塑成型技術(shù)應(yīng)用范圍很廣，基本上，適用于冷流道模具加工的塑料材料都可以使用熱流道模具加工，許多產(chǎn)品如手機殼、按鍵、面板、尺寸要求精密的機芯部件等都是采用熱流道技術(shù)成型。一個典型的熱流道系統(tǒng)一般由如下幾大部分組成：（1）熱流道板（MANIFOLD）；（2）噴嘴（NOZZLE）;（3）溫度控制器；（4）輔助零件。
b. 氣體輔助注射成形技術(shù) 它是向模腔中注入準確計量的塑料熔體，在通過特殊的噴嘴向熔體中注入壓縮氣體，氣體在熔體內(nèi)沿阻力最小的方向前進，推動熔體充滿型腔并對熔體進行保壓，當氣體的壓力、注射時間合適的時候，則塑料會被壓力氣體壓在型腔壁上，形成一個中空、完整的塑件，待塑料熔體冷卻凝固后排去熔體內(nèi)的氣體，開模退出制品。氣體輔助注射成形技術(shù)的關(guān)鍵就是怎么合理的把握注入熔融塑料的時間與充入氣體時間的配合。氣體輔助注射可以應(yīng)用在除特別柔軟的塑料以外的任何熱塑性塑料和部分熱固性塑料。應(yīng)用氣體輔助注塑成型技術(shù)，可以提高產(chǎn)品強度、剛度、精度，消除縮影，提高制品表面質(zhì)量；降低注射成型壓力以減小產(chǎn)品成型應(yīng)力和翹曲，解決大尺寸和壁厚差別較大產(chǎn)品的變形問題；簡化澆注系統(tǒng)和模具設(shè)計，減少模具的重量，減少塑件產(chǎn)品的重量，減少成型時間以降低成本和提高成型效率等。氣體輔助成形周期可分為如下六個階段：塑料熔體填充階段、切換延遲時間、氣體注射階段、保壓階段、氣體釋放階段、推出階段。
c. 共注射成形技術(shù) 它是使用兩個或者兩個以上注射系統(tǒng)的注塑機，將不同品種或者不同色澤的塑料同時或者先后注射進入同一模具內(nèi)的成形方法。國內(nèi)使用的多為雙色注塑機。采用共注射成形方法生產(chǎn)塑料制品時，最重要的工藝參數(shù)是注射量、注射速度和模具溫度[1]。
在制造方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用上了一個新臺階，一些企業(yè)引進CAD/CAM系統(tǒng)，并能支持CAE技術(shù)對成形過程進行分析。近年來我國自主開發(fā)的塑料膜CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，如北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等。
1.2.2國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展趨向
優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標準化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和縮短制造周期；研究、應(yīng)用針對各類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場多樣化和個性化，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成塑料注塑模，縮短新產(chǎn)品試制周期[21]。這些是未來5～20年注塑模具生產(chǎn)技術(shù)的總體發(fā)展趨勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
a. 提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計水平及比例。
b. 在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。
c. 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。
d. 開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。
e. 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。
f. 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
2 塑件結(jié)構(gòu)分析
在模具設(shè)計之前需要對塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)和模具精度。
本設(shè)計課題-多功能插座如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)較為簡單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求高。
多功能插座二維圖
多功能插座三維立體圖
2.1 塑件材料的選擇及成型性能分析
設(shè)計中選擇的多功能插座材料為ABS，ABS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1.05。ABS價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。
塑件材料成型性能如下：
ABS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(yīng)進行干燥處理；ABS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(shè)計中大都采用側(cè)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(shè)計時應(yīng)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5060，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在6080。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度表面質(zhì)量分析
2.2.1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）、脫模斜度
脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1。
（2）、塑件的壁厚
選擇壁厚時應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。本產(chǎn)品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為1-2左右。
（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。
（4）、孔
由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強度降低，故設(shè)計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。
2.2.2 塑件尺寸及精度
根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照塑件的尺寸與公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本產(chǎn)品采用MT6級精度。
2.2.3 塑件表面粗糙度
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(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。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(yīng)隨時給以拋光復(fù)原。本次產(chǎn)品表面粗糙度為外表面Ra0.2，內(nèi)表面Ra0.8~1.6。
2.3 計算塑件的體積、質(zhì)量
本次設(shè)計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在三維軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的體積11.7，因ABS的密度為1.05，即可以得出該塑件制品的質(zhì)量約為12。
實測塑件體積
3 塑件成型方案設(shè)計
3.1 分型面選擇
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(jié)構(gòu)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(yīng)從以下幾個方面考慮：
1）分型面應(yīng)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）使推桿和斜頂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，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側(cè)。
分型面的選擇
3.2 型腔數(shù)的確定
因為本設(shè)計多功能插座結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)量大，塑件的尺寸較大，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，采用一模二腔，進行加工生產(chǎn)。
3.3 型腔布局
型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關(guān),型腔的排布應(yīng)使型腔每個區(qū)域都通過澆注系統(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型腔,使塑件內(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，以求達到良好的澆注質(zhì)量。型腔布局由圖所示。
型腔布局方式
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇
本設(shè)計中采用普通側(cè)澆口澆注系統(tǒng)。正確設(shè)計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質(zhì)的塑料制品極為重要。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
在設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮下列有關(guān)因素：
a)、塑料成型特性：設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質(zhì)量。
b)、模具成型塑件的型腔數(shù)：設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到模具是一模二腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設(shè)計。
c)、塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術(shù)要求等因素，結(jié)合選擇分型面同時考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應(yīng)注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應(yīng)充分估計可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問題，從而采取相應(yīng)的措施或留有修整的余地。
d)、塑件外觀：設(shè)置澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。
e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質(zhì)量，故設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮儲存冷料的措施[6]。
3.5 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計
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(shè)計是注射模具的重要部分。
3.5.1型腔設(shè)計
型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結(jié)構(gòu)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(guān)，本設(shè)計中采用整體式型腔，其特點是結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。
型腔三維零件圖
型腔二維零件圖
3.5.2型芯設(shè)計
本設(shè)計中零件結(jié)構(gòu)較為簡單，深度不大，經(jīng)過對塑件實體的研究，采用嵌入式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護型芯與動模板的配合可采用。
型芯三維零件圖
型芯二維零件圖
3.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計
塑件從模具上取下以前還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(gòu)稱為脫模機構(gòu)。主要由推出零件，推出零件固定板和推桿和斜頂，推出機構(gòu)的導(dǎo)向和復(fù)位部件等組成。
3.6.1 脫模機構(gòu)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）推桿和斜頂?shù)氖芰Σ豢商螅悦庠斐伤芗谋煌凭植慨a(chǎn)生隙裂；
（4）推桿和斜頂?shù)膹姸燃皠傂詰?yīng)足夠，在推出動作時不產(chǎn)生彈性變形；
（5）推桿和斜頂位置痕跡須不影響塑件外觀；
本設(shè)計中采用推桿和斜頂推出機構(gòu)使塑料制件順利脫模。
3.6.2推桿和斜頂推出機構(gòu)設(shè)計
本設(shè)計中采用臺肩形式的圓形截面推桿和斜頂機構(gòu)，設(shè)計時推桿和斜頂與回針鎖定，回針運動時帶動推桿和斜頂運動?；蒯樁似矫娌粦?yīng)有軸向竄動。定模板與推桿和斜頂孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，ABS塑料的溢料間隙為。
推桿和斜頂推出機構(gòu)
3.6.3 脫模力的計算
脫模力的產(chǎn)生范圍：
①（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。
②不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。
③機構(gòu)本身運動的磨擦阻力。
④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(guān)，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。
本設(shè)計主要計算由型芯包緊力形成的脫模阻力。當開始脫模時，模具所受的阻力最大，推桿和斜頂剛度及強度應(yīng)按此時計算，亦即無視脫模斜度（a=0）
Q=8t·E·S·l·f/(1-m)(1+f) （kN）
式中，Q—脫模最大阻力（kN）
t—塑件的平均壁厚（cm）
E—塑料的彈性模量（N/）
S—塑料毛坯成型收縮率（mm/mm）
l—包容凸模長度（cm）
f—塑料與鋼之間的摩擦系數(shù)
m—泊松比，一般取0.38~0.49
查表得，S=0.005，E=1.8×10N/cm
已知，t0.12cm，l=4.5cm，f=0.28
Q=8×0.12×1.8×10×0.005×4.0×0.28/(1-0.43)(1+0.28)
=1.32kN
---摩擦阻力（N）
---摩擦系數(shù)，一般取0.15～1.0，本設(shè)計取0.5
---因塑件收縮對型芯產(chǎn)生的正壓力（N）
---塑件對型芯產(chǎn)生的單位正壓力，一般取8～12MPa,本設(shè)計取10MPa
---塑件包緊型芯的側(cè)面積（㎜2）
3.7 導(dǎo)向與定位機構(gòu)設(shè)計
導(dǎo)向機構(gòu)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(dǎo)向零件承受一定的側(cè)向力，起了導(dǎo)向和定位的作用,導(dǎo)向機構(gòu)零件包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套等。
1. 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計
（1） 導(dǎo)向零件應(yīng)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(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。
（2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要2-4個導(dǎo)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(dǎo)柱，或用兩個直徑相同，但錯開位置的導(dǎo)柱。
（3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導(dǎo)柱通常安裝在母模。
（4） 導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)有承屑槽
（5） 導(dǎo)柱`導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行
（6） 合模時，應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成型零件。
2. 導(dǎo)柱的設(shè)計
（1） 有單節(jié)與臺階式之分
（2） 導(dǎo)柱的長度必須高出公模端面6…8mm
（3） 導(dǎo)柱頭部應(yīng)有圓錐或球形的引導(dǎo)部分
（4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定
（5） 其表面應(yīng)熱處理，以保證耐磨。
3. 導(dǎo)套和導(dǎo)向孔
（1） 無導(dǎo)套的導(dǎo)向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導(dǎo)向孔必須做成盲孔，側(cè)壁增加排氣孔。
（2） 導(dǎo)套有套筒式`臺階式`凸臺式
（3） 為了導(dǎo)柱順利進入導(dǎo)套孔，在導(dǎo)套前端應(yīng)倒有圓角r。
一般情況下,導(dǎo)柱與導(dǎo)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(dǎo)向的作用.
3.8斜頂?shù)脑O(shè)計
斜頂是常見的直向抽芯機構(gòu)之一，它常用于制品內(nèi)直面存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)，強行推出會損壞制品的場合。它是將直向凹凸部位的成型鑲件固定在推桿板上，在推出的過程中，此鑲件作斜向運動，斜向運動分解成一個垂直運動和一個直向運動，其中的直向運動即實現(xiàn)直向抽芯。
斜頂有整體式和二段式，二段式主要用于長而細的斜頂，此時采用二段式的斜頂。
圖1 斜頂抽芯機構(gòu)[1]
1）. 斜頂?shù)脑O(shè)計要點
（1）要保證復(fù)位可靠。
（2）在斜頂近型腔一端，須做6~10mm的直身位，并做一2~3mm的掛臺起定位作用，以避免注塑時斜頂受壓而移動。設(shè)計掛臺亦方便加工、裝配及保證內(nèi)直凹凸結(jié)構(gòu)的精度。
（3）斜頂上端面應(yīng)比動模鑲件底0.05～0.1mm，以保證推出時不損壞制品。
（4）斜頂上端面直向移動時，不能與制品內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)（入圓柱、加強筋或型芯等）發(fā)生干涉；
（5）沿抽芯方向制品內(nèi)表面有下降弧度時，斜頂直移時會損壞制品。解決方案有：a.制品減料做平，但須征得客戶同意；b.斜頂?shù)撞繉?dǎo)軌做斜度α，使斜頂延遲推出。
（6）當斜頂上端面和鑲件接觸時，推出時不應(yīng)碰到另一直制品。
（7）當斜頂較長或較細時，在動模板上加導(dǎo)向塊，幫助頂出及回位時的穩(wěn)定性。加裝導(dǎo)向塊時其動模必須和內(nèi)模鑲件組合一起切割。
（8）斜頂與內(nèi)模的配合公差取H7/f6，斜頂與模架接觸處避空。
2.斜頂傾斜角的確定
斜頂?shù)膬A斜角度取決于直向抽芯距離和推桿板推出的距離H。
它們的關(guān)系見圖2
計算公式如下：
tanα=S/H 圖2 幾何關(guān)系
其中：S=直向凹凸深度S1+(2～3)mm 斜頂?shù)膬A斜角度不能太大，否則，在推出過程中斜頂會受到很大的扭矩的作用，從而導(dǎo)致斜頂磨損，甚至卡死或斷裂。
斜頂?shù)男苯且话銥?°～15°,常用5°～10°。在設(shè)計過程中，這一角度能小不大。
3.斜頂機構(gòu)類型選擇與設(shè)計
用途：用于塑件向內(nèi)倒扣位置
規(guī)格：
a.斜頂與內(nèi)模所用的鋼材不可使用相同材質(zhì)，若是相同材質(zhì)應(yīng)選用不同的硬度，避免磨擦而被燒壞；
b. 斜頂?shù)?，斜頂與斜頂孔之間應(yīng)留有適當?shù)奶撐?，斜頂?shù)膭偛庞捕燃笆欠裥枰?，可依照標題欄的指示
c.導(dǎo)向銅塊—裝配于B板底部，用于防止較長的斜頂在頂出時中間段落彎曲及穩(wěn)定其動作
d.管位—斜頂在伸出后，在內(nèi)模的管位高度最少要有伸出高度的2倍
本次設(shè)計中斜頂位置如下圖所示。斜頂分為兩個部分，斜頂桿與斜頂頭，這兩個配合在一起就是一支斜頂，通過螺絲連接，防止斜頂頭轉(zhuǎn)動。斜頂?shù)墓ぷ髟硎?，模具開模時，靠頂棍頂起頂針底板，由固定在底板上的斜頂座一同往上移動，通過底座與型芯的限位，做斜向上運動，頂著產(chǎn)品脫離產(chǎn)品的。如圖所示，頂針面板運動時，帶動斜頂向上運動，同時斜頂頭靠固定螺釘連接在型芯面板上（這里裝配時是先裝固定螺釘和型芯面板再裝斜頂），固定螺釘配合在斜頂頂面的斜槽里。
斜頂頂出距離：
式中：
S=斜頂頂出距離
y=斜頂脫離倒扣需要的頂出距離
d=安全距離，一般取2~3mm
斜頂?shù)拿撃＞嚯x是5mm。斜頂桿的斜度為4°
斜頂位置圖
3.9 排氣及引氣系統(tǒng)的設(shè)計
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(xué)反應(yīng)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(shè)排氣槽排氣，利用推桿和斜頂運動間隙排氣等。
由于本次設(shè)計中模具尺寸不大，本設(shè)計中采用間隙排氣的方式，而不另設(shè)排氣槽，利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關(guān)。
3.10模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設(shè)計中的ABS，僅需要設(shè)置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響如下：
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(yīng)力和明顯的熔接痕等缺陷。
模具冷卻水路圖
冷卻計算：單位時間內(nèi)進入模具應(yīng)除去的總熱量Q，可以用參考文獻中的公式計算：
Q=W1 × a
式中 W1—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=225×1．1÷1．6×130≈20109J
則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計算：
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(dǎo)系數(shù)；
經(jīng)計算 W≈378．997 g/h
由下式可以計算出冷卻水道的直徑：
式中 —冷卻液容重kg/cm3 =0．001 kg/cm3，
L —冷卻水道長度cm L=1080cm
d—冷卻水道直徑cm
經(jīng)計算d≈7.88 cm，取8mm
3.11模架選用
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CI型的模架，其基本結(jié)構(gòu)如下：
CI型模架圖
CI型模具定模采用兩塊模板，動模采用動模板、墊板，又叫兩板模，大水口模架，適合側(cè)澆口，采用斜頂抽芯的注射成形模具。
由分型面分型面的選擇而選擇模具的導(dǎo)柱導(dǎo)套的安裝方式，經(jīng)過考慮分析，導(dǎo)柱導(dǎo)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(yīng)的模板的厚度以及模具的外輪廓尺寸。
把型腔排列成一模二腔可得長為180mm，寬為150mm，
模架的長L=180+復(fù)位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?模板壁厚270mm
模架的寬W=150+復(fù)位桿的直徑+型腔壁厚250mm
根據(jù)制品的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其它螺絲導(dǎo)柱等零件對模架尺寸的影響，在設(shè)計中避免干涉。
綜合考慮本設(shè)計選用WL=250x270的模架。塑件的高度為15mm，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。
綜合考慮強度要求，定模板厚度取70mm, 動模板的厚度取80mm?？紤]推桿和斜頂?shù)捻敵鲂谐桃?，支撐板?0mm以滿足頂出要求。
綜上所述所選擇的模架的型號為：CI-2527-A70-B80-C90。
3.12 注塑模具的工作原理
工作原理：
當模具型腔填充完后，動模部分在注塑機動模鎖模板的帶動下向后移動，從而模具從分型面Ⅰ打開，當注塑機動模移動到一定位置時停止移動，注塑機頂棍通過下模板頂棍孔，推動頂針板，帶動頂針和斜頂，從而將產(chǎn)品從型芯上推出，產(chǎn)品脫離模具后，在重力作用下產(chǎn)品掉落出來后，動模鎖模板帶動動模部分向前移動，讓動模與定模又配合在一起進行下一次填充
注塑模裝配二維圖
4 模具零件設(shè)計
4.1 模具成型零件尺寸計算
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ABS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：
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
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。
本設(shè)計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這ABS的成型收縮率為1.005，模具的制造公差取δz =Δ/3。因本設(shè)計塑件的尺寸精度為MT3，即 =0.6 mm。
如表4-2
表4-2 型腔型芯工作尺寸的計算
類別
塑件基本尺寸
計算公式
模具尺寸
型腔尺寸計算
Hm
Hs =14
Hm=(Hs+Hs. -2/3Δ)0+δz
Lm
Ls =80
Lm=(Ls+Ls. -3/4Δ)0+δz
型芯尺寸
Lm
Ls =76
Lm=(Ls+Ls. +3/4Δ)0-δz
4.2模具強度與剛度校核
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(jié)構(gòu)的強度。
整體性強度主要針對型腔側(cè)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(yīng)大于計算尺寸并取整。校核時應(yīng)從強度與彎曲兩個方面分別計算，選取較大的尺寸。
4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計
4.3.1 主流道的設(shè)計
流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。
（1）、主流道的尺寸
設(shè)計中選用的注射機為HTF 160X2A，其噴嘴直徑為3.5，噴嘴球面半徑為11，依此主流道各具體尺寸設(shè)計如下：
主流道與澆口套
（2）、主流道襯套的形式
選用如下圖所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。將主流道襯套和定位環(huán)設(shè)計成兩個零件，然后配合固定在模板上，襯套與定模板的配合采用。
（3）、定位環(huán)的固定采用2個M6的螺絲直接鎖附固定。
澆口襯套固定形式
4.3.2分主流道的設(shè)計
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(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設(shè)計中塑件為一模二腔,且采用側(cè)澆口，流道布局如下圖。
流道布局
4.3.3澆口的設(shè)計
澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。本次設(shè)計澆口形式選擇為：側(cè)澆口。
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(yīng)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(yīng)先從壁厚較厚的部位進料；
4)考慮各股分流的轉(zhuǎn)向越小越好。
2. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體。
由于本設(shè)計中塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。澆口于端面底位置，成型后將其切除，位置隱蔽而不影響外觀。
4.4模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
設(shè)計冷卻系統(tǒng)時，模具設(shè)計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設(shè)計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質(zhì)。
冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應(yīng)該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設(shè)置是在型芯塊與型腔塊內(nèi)，設(shè)在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應(yīng)維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應(yīng)維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取8mm。
5 注射機的選用及相關(guān)參數(shù)的校核
注射成型工藝過程分析
如圖所示從料頭把樹脂擠入料筒中，通過螺桿的轉(zhuǎn)動將熔體輸送至機筒的前端。在那個過程中，在加熱器的作用下加熱使機筒內(nèi)的樹脂材料受熱，在螺桿的剪切應(yīng)力作用下使樹脂成為熔融狀態(tài)，將相當于成型品及主流道，分流道的熔融樹脂滯留于機筒的前端（稱之為計量），螺桿的不斷向前將材料射入模腔。當熔融樹脂在模具內(nèi)流動時，須控制螺桿的移動速度（射出速度），并在樹脂充滿模腔后用壓力（保壓力）進行控制。當螺桿位置，注射壓力達到一定值時可以將速度控制切換成壓力控制。
5.1 相關(guān)參數(shù)
由于采用一模二腔，需要至少注射量為14g，流道水口廢料2g，總注塑量16g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為HTF 160X2A。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為：
型號
單位
160×2A
160×2B
160×2C
參數(shù)
螺桿直徑
mm
40
45
48
理論注射容量
cm3
253
320
364
注射重量PS
g
230
291
331
注射壓力
Mpa
202
159
140
注射行程
mm
201
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~230
料筒加熱功率
KW
9.3
鎖模力
KN
1600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
455×455
允許最大模具厚度
mm
500
允許最小模具厚度
mm
180
移模行程
mm
420
移模開距(最大)
mm
920
液壓頂出行程
mm
140
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
18.5
油箱容積
l
240
機器尺寸(長×寬×高)
m
5.4×1.45×2.05
機器重量
t
5
最小模具尺寸(長×寬)
mm
320×320
表<1> HTF 160X2A注塑機參數(shù)
5.2最大注塑量校核
模具設(shè)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：
式中 --型腔數(shù)量
--單個塑件的重量
--澆注系統(tǒng)所需塑料的重量
本設(shè)計中：n=2 12g =3 g
M=2X12+3=27 g
注塑機額定注塑量為m=230g， 230x80%>27,
注射量符合要求。
5.3 鎖模力校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。
式中 n --型腔數(shù)目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 =3099.81 = 200
=3099.81 X2 +200=6399.62
注射成型時為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)工具書查得，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=6399.62x30x1.1x0.001=211.18746 KN<1600KN
鎖模力符合要求
5.4 模具與注塑機安裝部分相關(guān)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,本設(shè)計選用機臺拉桿間距為455x455模具長寬為300x270，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
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設(shè)計中模具厚度為291mm 180
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