手機旅行充電器上夾板注塑模具設計
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手機旅行充電器上夾板注塑模具
目 錄
摘 要……………………………………………………………………1
ABSTRACT……………………………………………………………...2
第一章 緒論……………………………………………………………..3
第二章 擬定模具結構形式……………………………………………5
2.1確定型腔數量及排列方式 ………………………………………5
2.1.1 塑件成型工藝性分析 ………………………………………5
2.1.2 脫模斜度 ……………………………………………………6
2.1.3 型腔數目及排列方式 ……………………………………6
2.2 模具結構形式的確定…………………………………………….8
第三章 注射機型號的確定……………………………………………8
3.1 注射量的計算 …………………………………………………8
3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖摸力……8
3.3 注射機有關參數的校核 ………………………………………9
第四章 分型面位置的確定 …………………………………………10
第五章 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計…………………………………12
5.1 主流道設計……………………………………………………12
5.1.1 主流道尺寸…………………………………………………12
5.1.2 主流道襯套的形式…………………………………………13
5.1.3 主流道剪切速率校核………………………………………13
5.1.4 主流道襯套的固定…………………………………………14
5.2 分流道設計……………………………………………………14
5.2.1 分流道的布置形式…………………………………………14
5.2.2 分流道長度…………………………………………………15
5.2.3 分流道的形狀、截面尺寸以及凝料體積…………………15
5.3 澆口的設計……………………………………………………17
5.4 排氣槽的設計…………………………………………………18
第六章 模架的確定……………………………………………………19
第七章 成型零件的設計與計算………………………………………21
7.1 成型零件鋼材選用……………………………………………21
7.2 凹模的結構設計………………………………………………22
7.3 凸模的結構設計………………………………………………22
7.4 成型零件工作尺寸的計算……………………………………23
7.5 模具強度的校核………………………………………………30
7.5.1 整體式矩形型腔側壁厚度計算 …………………………30
7.5.2 整體式矩形型腔底板厚度計算……………………………32
第八章 導向機構的設計 ……………………………………………33
8.2 導柱導向機構…………………………………………………33
8.1.1 導柱…………………………………………………………33
8.1.2 導套 ………………………………………………………35
第九章 脫模機構、復位機構的設計…………………………………37
9.1 推出機構的組成 ………………………………………………37
9.2 本模具的推出機構 ……………………………………………39
9.3 脫模阻力的計算 ………………………………………………40
9.4 復位機構設計 …………………………………………………41
第十章 側向分型與抽芯機構的設計 ………………………………42
10.1 抽拔距與抽拔力及機構組成 ………………………………42
10.1.1 抽拔距 ……………………………………………………42
10.1.2 抽拔力 ……………………………………………………43
10.1.3 斜導柱驅動的結構組成 …………………………………44
10.2 斜導柱的長度和最小開模行程的計算 ……………………47
10.3 斜導柱的受力分析 …………………………………………48
第十一章 總結…………………………………………………………50
參考文獻………………………………………………………………..51
致謝……………………………………………………………………..53
附件
摘 要
通過對手機旅行充電器夾板工藝的正確分析，設計了一副一模四腔的塑料模具。在本套模具設計過程中詳細地敘述了模具成型零件包括定模板、前模仁、動模板、后模仁、鑲塊、導桿、斜導柱、滑塊等的設計過程，重要零件的工藝參數的選擇與計算，及推出機構、澆注系統(tǒng)以及側向分型、抽芯機構的設計過程，利用當今業(yè)界廣泛應用的繪圖軟件pro/E、AutoCAD分析了各方案可行性，并繪出了整套模具，并對成型零件進行了計算。分析并選擇了各個成型零件的材料，對其剛度，強度進行了校核，并對試模與產品缺陷作了介紹，最后進行了對模具工藝性與經濟性分析。
關鍵詞：側向分型；多型腔。
The plastic molds of The mobile travel battery charger clamping plank
Abstract
Through to the mobile travel battery charger clamping plank craft correct analysis, has designed mold four cavity plastic molds. (In this set of mold design process) narrated the mold to take shape in detail the components after to decide the template, the cover mold kernel, moves the template, the mold kernel, inlays the block, the guide rod, the slanting guide pillar, the slide and so on the design process, the important components craft parameter choice and the computation, and promoted the organization, pours systematic as well as the lateral minute, pulls out the core organization the design process, use field widespread application cartography software pro/E, AutoCAD have analyzed various plans feasibility now, and drew the entire wrap mold, and to took shape the components to carry on the computation. Analyzed and chooses has taken shape one by one the components material, to its rigidity, the intensity has carried on the examination, and has made the introduction to the experimental mold and the product flaw, finally has carried on to mold technology capability and efficient analysis.
Key words: Petal mold modules； Excessive casements。
第一章 緒論
模具被稱為工業(yè)產品之母,所有工業(yè)產品莫不依賴模具才能得以規(guī)模生產,快速擴張.由于模具對社會生產和國民經濟的巨大推動作用和自身的高附加值,世界模具市場發(fā)展較快,當前全球模具工業(yè)的產值已經達到600億-650億美元,是機床工業(yè)產值的兩倍.中國注塑模具行業(yè)也在快速發(fā)展,中國模具產品產值已從1993年的110億元增長到1997年的200億元,并超過了機床產品的產值,到2002年增長到360億元,1996年-2002年間的年均增長速度達到14%以上,在某些行業(yè)年均增速更是高達100%.2003年模具產值已達450億元,增長25%,出口3.368億美元.
目前中國模具產品已經形成10大類46個小類,模具生產廠點兩萬多家,從業(yè)人員約50萬人.在所有模具產品中,自產自用的比例占大部分,2003年實現(xiàn)了商品化流通的模具占45%左右.在10大類模具產品中,塑料模具的比例在2000年模具總量中已達到36%,2002年則接近40%,塑料模具在進出口中的比重更是高達50%-60%,并且隨著中國機械,汽車,家電,電子信息和建筑建材等國民經濟支柱產業(yè)的快速發(fā)展,這一比例還將繼續(xù)提高.
近年來,中國塑料模具工業(yè)年均增長速度達到10以上,塑料制品年產量在世界位居第二,2001年達到2000萬噸.塑料制品在農業(yè),塑料包裝,塑料管材和異型材,汽車,家電,電子,交通,郵電等領域發(fā)展迅猛,掀起了一股國內外廠商投資的熱潮.
雖然我國的塑料模具已經有了長足進步,但目前我國塑料模具在國際市場仍是低價取勝,高檔塑料模具多數依賴近口,模具精度,行腔表面粗糙度,生產周期,壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距,精密加工設備在模具加工設備中的比重還比較低,CAD/CAE/CAM技術的普及率不高,許多先進的模具技術應用還不夠廣泛.
在我國,塑料模具企業(yè)多數還使用傳統(tǒng)生產方法,即在正式生產前,由設計人員憑經驗與直覺將產品用二維平面圖紙表達出來,模具裝配后,還需反復試模,不僅增加了生產成本,還延長了產品開發(fā)周期,而且模具生產太依靠經驗,使產品質量極不穩(wěn)定.而新型的CAD集成技術,將塑料制品的造型設計,模具的結構設計及分析,模具的數控加工,拋光和配試模以及快速成型制造等模具制造的各個環(huán)節(jié)全部集中用計算機模擬顯示,大大縮短了模具的設計制造周期,減少了模具設計風險,降低了勞動成本,使塑料模具的設計質量有所保證.
采用CAD技術設計塑料模具,設計者能夠在電腦上直接建立產品的三維模型,在計算機上對整個注塑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,不僅能快速提高設計效果,還可動態(tài)仿真分析在注塑模腔內的注射過程流動情況,分析溫度壓力變化情況等,檢查模具結構的合理性,流動狀態(tài)的合理性,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,將錯誤消除在設計階段,而不是等到試模以后再返修模具,從而提高一次試模成功率,避免模具返修報廢,保證質量,降低成本.模具中許多標準件都可采用CAD造型設計方法進行設計,既可實現(xiàn)數據共享,又可滿足用戶的隨時修改,使模具的設計分析快速,準確,高效.這是模具設計方法的突破,具有重大的技術經濟意義.
近年來,為提升競爭力,我國許多塑模企業(yè)紛紛加大了對模具制造的投入,引入新技術,建立制造中心,但CAD技術使用仍不廣泛,這使過內高檔,精密,大型塑料模具生產嚴重不足,造成這些模具每年仍需大量進口,但技術含量不高的中低檔塑料模具卻供過于求.
縱觀發(fā)達國家的塑模生產,早已實現(xiàn)了無圖化,靠CAD/CAE/CAM等電腦設計方法,實現(xiàn)了精密快速的模具生產模式,CAD技術已經形成了巨大的生產力.改革傳統(tǒng)的設計理念和運行模式,以先進的CAD/CAE/CAM技術改造傳統(tǒng)技術,提高塑料模具設計制造水平,贏是我國塑料模具企業(yè)改變現(xiàn)行產品結構的必然趨勢.
為了做好這次畢業(yè)設計,本人查閱了大量模具設計與制造方面的相關資料,再結合以前課堂上所學的知識,本人對模具的設計有了一定程度的了解.
第二章 擬定模具結構形式
2.1 確定型腔數量及排列方式
2.1.1 塑件成型工藝性分析
該塑件是一手機旅行充電器夾板，如右圖所示，塑件壁厚屬薄壁塑件，生產批量很大，材料為聚碳酸酯（PC，20%～30%短玻纖增強），在本設計中選用的收縮率為0.3％。成型工藝很好，可以注射成型。該產品主要用于手機旅行充電器上，要求表面光滑、無明顯的澆口痕跡，故采用潛伏式澆口。利用斜桿滑塊機構來實現(xiàn)側抽芯。如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示：
圖2-1
圖2-2
圖2-3
2.1.2 脫模斜度
由于制品冷卻后產生收縮時會緊緊包在凹模上，或由于黏附作用而緊貼在型腔內。為了便于脫模，防止制品表面在脫模時劃傷、擦毛等，在制品設計時應考慮其表面在合理的脫模斜度。PC的脫模斜度取0.3°，本零件高度比較小，可以不采用脫模斜度。
2.1.3 型腔數目及排列方式
型腔數量確定之后，便進行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、澆注系統(tǒng)的設計、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯機構的設計、鑲件及型芯的設計以及溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計。以上這些問題又與分型面及澆注口的位置選擇有關，所以在具體設計過程中，要進行必要的調整，以達到比較完善的設計。
該塑件精度要求一般，精度等級為4，生產批量比較大，可以采用一模多腔的形式。但是考慮到塑件有一抽芯，在脫模是需要側抽芯因此我們設計的模具為多型腔的模具。選擇合適的澆口位置十分重要，對此，我充分考慮力各種各式對澆口位置，最后選擇了以起翹部分為澆口位置，這樣對模具對 脫模，型腔的布置都十分有利，結合考慮模具成型零件和抽芯結構以及出模方式的設計，模具的型腔排列方式如下圖所示：
圖2-4
2.2 模具結構形式的確定
由于塑件外觀質量要求一般，尺寸精度要求一般，且裝配精度要求一般，因此我們設計的模具采用多型腔單分型面。根據本塑件手機旅行充電器夾板的結構，模具將會采用單分模面、單分型面，也可以采用多分型面、單分模面的結構，模具設計中，要力求簡單，盡量減少加工過程，達到最高效益。相對來說采用單分模面、單分型面結構為最佳選擇。第4章將詳細講到如何為本塑件選擇分型面。
第三章 注射機型號的確定
3.1 注射量的計算
通過計算或pro/E建模分析，塑件質量m1為8.92g，塑件體積V1為7.43cm3,流道凝料的質量m2還是個未知數，可按塑件質量的0.6倍來估算。從上述分析中確定為一模四腔，所以注射量為：m=1.6nm1=1.6×4×8.92=57.08g。
3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖摸力計算
流道凝料（包括澆口）在分型面的A2，在模具設計前還是個未知數，根據多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上投影面積A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1來進行估算，所以
A=nA1+A2=1.35nA1=16451.1mm2
式中 A1為塑件投影面積，根據計算：
A1=3046.5mm2
F=AP=16451.1×30=493.53KN
式中 型腔壓力P取30MPa
3.3 注射機有關參數的校核
1）由注塑機料筒塑化速率校核模具的型腔數n
N≤ ( kMt/3600-m2)/m1=[(0.8×7.3×3600×30)/3600-5.252]/8.92=19≥4 合格
式中 k—注射機最大注射量的利用系數,一般取0.8;
M—注射機的額定塑化量(7.3g/s);
t—成型周期,取30s。
其他安裝尺寸的校核要待模架選定，結構尺寸確定后才可以進行。
2）開模行程的校核
開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于液壓-機械式鎖模機構注塑機，其最大開模行程由注塑機雙曲肘機構的最大行程決定，與模具厚度無關。
單分型面注射模，其開模行程按下式校核
(5～10)
式中 S——注塑機的最大開模行程(移動模板臺面行程)，㎜
H1——塑件脫出距離，㎜
H2——包括流道凝料在內的塑件高度，㎜
已知 H1=13.6㎜； H2=56㎜
所以 H1+H2+(5～10)=13.6+56+(5～10)≤79.6㎜
又由于SZ-60/450臥式注塑機的移模行程為270㎜
79.6㎜<270㎜
所以開模行程也符合要求
3) 注射量校核
最大注射量：Vmax＝V×α＝75×0.75＝56.25Error! No bookmark name given. ㎝3
最小注射量：Vmin＝V×α＝125×0.25＝18.75㎝3
實際注射量：VS＝m/==47.56㎝3
最小注射量<實際注射量<最大注射量 合格
第四章 分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、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應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：
1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。
2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。
3) 保證塑件的精度要求。
4) 滿足塑件的外觀質量要求。
5) 便于模具加工制造。
6) 對成型面積的影響。
7) 對排氣效果的影響。
8) 對側向抽芯的影響。
對工件的仔細觀察，可以發(fā)現(xiàn)，本塑件采用一個分型面最好，工件的其他地方最好采用鑲件方式進行設計型芯，型腔設計，如下圖所示： A-A為分型面，此分型面包括BC曲面，CD曲面及AD平面，采用此方式有利于脫模，在B點處，可以做以臺階平面與平面AD共面，也可以不做，本設計中采用了做臺階平面以便可以放置潛伏式澆口，如果不做也行，但澆口只能用點澆口，對本塑件不適用。
分型面就以上確定的曲面AA，圖5中可以顯示AA面下的屬于型腔，AA面上的屬于型芯，對照圖6可以確定為了保證脫模后塑件留在動模上，也即型腔上，除去F兩孔，及G突臺下面的盲孔屬于型芯外，其他在AA面下的部分都屬于型腔，也即動模。因為塑件表面有文字，刻度等，且低于DA平面0.2mm，如果一次成型，加工困難，所以采用一鑲件可以減小加工難度，這樣，型芯為局部鑲嵌式。
塑件留在動模（此為型腔），通過脫模機構即可以把塑件脫出。
圖4-1
圖4-2
在考慮分型面的時候，必須考慮到包括產生飛邊，排氣，塑件表面質量等的影響，根據以上分析，所設計的分型面能很好的排氣，能保證塑件表面質量，但可能會產生飛邊，從整體上看選擇ABCDA面作為分型面最好。
第五章 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設計
5.1 主流道設計
5.1.1 主流道尺寸
主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。根據所選注塑機，則主流道小端尺寸為：
d=注射機噴嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm
主流道球面半徑：
SR=噴嘴球面半徑+（1～2）=15+2=17mm
5.1.2 主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，本設計雖然是小型模具，但是為了便于加工和縮短主流道長度，襯套和定位圈還是設計成分體式，主流道長度取40，約等于定模板的厚度（見模架的確定和裝配圖）。因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式（稱澆口套），襯套如圖7所式，材料采用T10A剛，熱處理淬火后表面硬度為53～57HRC。
圖5-1
主流道凝料體積為：
Q主=π/4·dn2·L=π/4×[(4.5+6.41)/2]2×40=932.1262mm3=0.93cm3
5.1.3主流道剪切速率校核
由經驗公式γ＝3.3q/π·Rn3=0.948×103=948s-1﹤5×103s-1
式中 q=q主 + q分 + q塑件=0.93+0.67×2+7.43×2=18.3cm3
Rn=(4.5+6.41)/4=2.7275mm
主流道剪切速率尺寸偏小，主要塑噴嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。
5.1.4 主流道襯套的固定
因為采用可以拆卸的主流道襯套，所以用定位圈固定在定模板上， 下為定位圈
圖 5-2
5.2 分流道設計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，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。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。因此分流道設計應滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動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型腔。
5.2.1 分流道的布置形式
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)，使塑件熔體盡快地經分流道均衡的分配到各個型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比較特殊，因此采用平衡式時如圖4所示：
5.2.2 分流道長度
如圖4所示：
第一級分流道L1=40mm
第二級分流道L2=12mm
5.2.3 分流道的形狀、截面尺寸以及凝料體積
（1） 形狀及截面尺寸
為了便于加工及凝料脫模，本設計的分流道設置在分型面上，截面形狀采用加工工藝性比較好的梯形截面，梯形截面對塑料熔體及流動阻力均不大，對于壁厚小于3㎜（此塑模壁厚為2mm），質量在200g以下的塑件可用公式來確定截面尺寸：
B=0.2654=0.26544=2.9mm
根據《模具設計大典》取B=4mm
H=2/3B=2/3*4=2.67 取H=3mm
式中 B―梯形大底邊的寬度（mm）
m―塑件的重量（g）
L―分流道的長度（mm）
H―梯形的高度（mm）
梯形的側面斜角a 常取50－150，在應用式時應注意它的適用范圍，即塑件厚度在2.2mm 以下，重量小于200g，且計算結果在2.2－7.5mm 范圍內才合理。為了便于加工，主副分流道都采用一樣截面都流道，依據上述可以確定主副分流道截面尺寸，如下圖所示：
圖 5-3
(2)凝料體積
分流道長度： L=40+12×2+=64mm
分流道截面積：A=[(4+3)/2]×3=10.5mm2
凝料體積為： q分=64×10.5=672mm3=0.67cm3
(3)分流道剪切速率校核
采用經驗公式 3=2.87×10-3s-1
在5×102～5×103之間，剪切速率校核合理
式中 q=v/t=2×v1/1=2×7.43=14.86cm3
Rn=3=0.1773
t -- 注射時間 取1s
A -- 梯形面積（0.105cm2）
C -- 梯形周長（1.3cm）
(4) 分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8m～1.6m即可，在此取1.6m，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。如圖10所示。
5.3 澆口的設計
澆口亦稱進料口，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)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據經驗確定，取其下限，然后加以修正。
一般澆口的截面積為分流道截面積的3%~9%，截面形狀為矩形或圓形，澆口長度為0.5~2mm，表面粗糙度不低于0.4。
澆口的主要作用有兩個：一是塑料熔體流經的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。在本次設計中為了滿足塑件的要求不在表面留下痕跡，不影響塑件的外觀，采用潛伏式澆口，尺寸為：Ｌ＝1ｍｍ，，，ｄ＝0.5ｍｍ，具體的表示形式見圖10：
圖5-4
冷料穴一般位于主流道對面的動模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而形成冷接縫。本設計中對于冷料穴的選 擇是按照設計的目的來選擇的。由于此設計的目的是要實現(xiàn)自動脫模。所以選擇如下圖的冷料穴（與推桿相匹配的冷料穴）。這種冷料穴的底部有一根推桿，而推桿安裝在推板上，與其它推桿或推管連用。該設計采用的是Z形頭冷料穴，它很容易將主流道凝料拉離定模，當其被推出時又很容易脫落。示意圖如下：
圖5-5
5.4 排氣槽的設計
在注塑成型過程中，模具內除了型腔和澆注系統(tǒng)中有的氣體外，還有塑件受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，則可能因充填時氣體被壓縮而產生高溫，引起塑件局部炭化燒焦，使塑件產生氣泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而須進行排氣設置。
1）排溢設計 ： 排溢是指排出充模熔料中的前鋒冷料和模具內的氣體等。
2）引氣設計：對于一些大型腔殼形塑件，注射成型后，整個型腔由塑料填滿，型腔內氣體被排出，此時塑件的包容面與型芯的被包容面基本上構成真空，當塑件脫模時，由于受到大氣壓的作用，造成脫模困難，如采用強行脫模，勢必使塑件發(fā)生變形或損壞，因此必須加引氣裝置。
3）排氣系統(tǒng)有以下幾種方式：利用排氣槽；利用型芯、鑲件、推桿等配合間隙；有時為了防止制品在頂出時造成真空而變形，必須設置進氣裝置。
4）該套模具的排氣方式有
a.利用塑件推桿的配合間隙；
b.在分型面開排氣槽；
綜合以上所述，結合到本模具，本模具采用分型面間隙排氣，不用專門設計排氣槽。
第六章 模架的確定
以上內容確定之后，便根據所定內容設計模架。根據《塑料模具設計手冊》可以確定出標準模架的形式，規(guī)格及標準代號。在確定了標準模架尺寸以后就可以用pro/E、AutoCAD等繪圖軟件把模架調出來。
標準件包括通用標準件及模具專用標準件兩大類。通用標準件如緊固件等。模具專用標準件如定位圈、澆口套、推桿、推管、導柱、導套、模具專用彈簧、冷卻及加熱元件，順序分型機構及精密定位用標準組件等。
在設計模具時，應盡可能地選用標準模架和標準件，因為標準件有很大一部分已經商品化，隨時可在市場上買到，這對縮短制造周期，降低制造成本時極其有利的，提高公司在市場中的競爭力。
設計模具時，開始就要選定模架。當然選用模架時要考慮到塑件的成型、流道的分布形式以及頂出機構的形式，有抽芯的還要考慮滑塊的大小等等因素。
考慮到設計要求我選擇了400×L(1)模架中的A1型號，其中L＝350，由于本設計要求抽芯機構，采用了斜導柱分型的方式，根據結構的需要對墊塊做了一定的修改，各部分的設計和尺寸如各零件圖所示：
1）定模座板（400350，厚25mm）
通過4個?16的內六角螺釘與定模板連接；
2）定模板（400350，厚35mm）
用以固定型芯，通過4個?6的內六角螺釘與上模仁連接。
3）動模板（400350，厚35mm）
用以固定型腔，通過4個?6的內六角螺釘與下模仁連接。
4）動模座板（250250，厚25mm）
其注射機頂桿孔為?40mm；
其上的推板導柱孔與導柱采用H7/f7配合。
5) 墊塊（63350mm，厚90mm）
1.主要作用：在動模座板與動模墊板之間形成推出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。
2.結構型式：可以是平行墊塊、也可以是拐角墊塊。（該模具采用平行墊塊）
3.墊塊一般用中碳鋼制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨鑄鐵等。
4 .墊塊的高度計算：
h墊塊=h限釘+h頂墊+h頂固+s頂+Δ
= 0+31+20+35+4 =90（mm）
式中 Δ—頂出行程的富裕量，一般為3～6mm，以免頂出板頂到動模墊板
第七章 成型零件的設計與計算
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
本套模具的成型零件主要包括型芯，型腔，四個鑲塊，四個抽芯。以下對各成型零件進行分析計算。
7.1 成型零件鋼材選用
根據塑件結構屬于中等復雜的，成形壓力較大，表面質量一般決定模具表面質量一般這一事實，故在設計成型零件(凹模)中選用了40Cr。40Cr的供貨硬度不高，易于切削加工。而后再通過滲碳、淬火、回火等熱處理，鋼材硬化，具有HRC46.5～51.5，耐磨性好且處理過程變形小。由于材質純凈，可作鏡面拋光，還有較好的電加工及抗銹蝕性能。
7.2 凹模的結構設計
型腔是直接和高溫高壓的塑件相接觸，它的質量直接關系到制件質量，要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑件的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和適當的表面粗糙度（一般Ra0.4μm以下），保證塑件制品表面的光潔美觀和容易脫模。該設計采用整體式鑲嵌式凹模，具體的形式見圖7-1：
圖7-1
7.3 凸模的結構設計
凸模（即型芯）是成型塑件內表面的成型零件，通?？煞譃檎w式和組合式兩種內型。本零件表面十分復雜，尤其是板上刻度及上面文字，在此采用組合式中的鑲件組合式凸模；因為對于形狀復雜的凸模，為了加工方便，可采用此結構，但應注意型芯不要靠的太近。設計鑲嵌式和組合式凸模時，應盡可能滿足下列要求：
（1）將型腔的內型加工變?yōu)殍偧徒M合件的外形加工；
（2）拼縫應避開型腔的轉角或圓弧部分的外形加工；
（3）鑲件的數量力求減少，以減小對塑件外觀和尺寸精度的影響；
（4）易損壞部分應設計獨立的鑲件，便于更換；
該凸模圖如圖7-2：
圖7-2
7.4 成型零件工作尺寸的計算
所謂工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、凹模的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸計算受塑件尺寸精度的制約。影響塑件精度的因素甚多，且十分復雜，因此塑件尺寸難以達到高精度。
為計算簡便起見，規(guī)定凡是孔類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡是軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負。
1.型芯，型腔工作尺寸計算
模腔工作尺寸包括凹模和型芯的徑向尺寸，凹模深度及型芯高度尺寸、中心距次尺寸的計算。計算如下：
（1） 平均收縮率計算型腔尺寸
聚碳酸酯的收縮率一般為0.05%～0.5%,因為是短玻纖化PC,從而得出聚碳酸酯的平均收縮率為2%。計算徑向尺寸。
由《塑料模具技術手冊》得出聚碳酸酯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的寬度尺寸為54.4㎜，所以查表得Δ=0.32
1）按照平均收縮率計算凹模徑向尺寸公式
式中 LM——凹模的徑向尺寸，㎜
Scp——塑料的平均收縮率，%
Ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——凹模制造公差，㎜
已知 Ls=54.4㎜ Scp=0.02 Δ=0.32㎜
所以 δz=Δ/5=0.064㎜
LM=[54.4×(1+0.02)-3/40.32]+0.064
=55.248+0.064
塑件的長度尺寸是81.47mm時，查表得Δ=0.44，δz——凹模制造公差，㎜
取Δ/5（下面的計算都安此計算）。依據上面的公式得出：
=[81.47×(1+0.02)-3/40.44]+0.088
=82.7694+0.088
以下為其他型腔工作徑向尺寸的計算：
δz＝Δ/5 Δ＝0.26
δz＝0.0414
＝[37.4×(1+0.02)-3/40.26]+0.0414
＝37.953+0.0414
δz＝Δ/5 Δ＝0.20
δz＝0.04
＝[16.7×(1+0.02)-3/40.20]+0.04
＝16.88+0.04
2） 凹模深度尺寸
由《塑料模具技術手冊》得出聚碳酸酯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的深度尺寸Hs=13.63㎜，所以查表得Δ=0.18㎜
按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式
式中 HM——凹模的深度尺寸，㎜
Scp——塑料的平均收縮率，%
Hs——塑件高度公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——凹模深度制造公差，㎜
已知 Hs=13.63㎜ Scp=0.02 Δ=0.18㎜
所以 δz=Δ/5=0.036㎜
HM=[(1+0.02)13.63－2/30.18]+0.036
=13.7826+0.036
而另外一個高度尺寸為4mm，查表得Δ=0.14㎜，因為：
Scp=0.02 Δ=0.14㎜
所以 δz=Δ/5=0.028㎜
HM=[(1+0.02)4-2/30.14]+0.028
=3.987+0.028
以下為其他型腔深度尺寸計算
δz＝Δ/5 Δ＝0.14
＝0.14/5＝0.028
=[(1+0.02)5.86-2/30.14]+0.028
=5.8832+0.028
δz＝Δ/5 Δ＝0.16
＝0.16/5＝0.032
=[(1+0.02)7-2/30.16]+0.032
=7.034+0.032
δz＝Δ/5 Δ＝0.14
＝0.14/5＝0.028
=[(1+0.02)5-2/30.14]+0.028
=5.006+0.028
（2） 按平均收縮率計算型芯尺寸
1）徑向尺寸
由《塑料模具技術手冊》得出聚碳酸酯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
又由于塑件的內徑尺寸
型芯長為81.47mm
按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式
式中 LM——組合型芯的徑向尺寸，㎜
Scp——塑料的平均收縮率，%
Ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——組合型芯制造公差，㎜
已知 Ls=81.47㎜ Scp=0.02 Δ=0.44㎜
所以 δz=Δ/5=0.088㎜
=[(1+0.02)×81.47+3/40.44]-0.088
=83.4294-0.088
型芯的徑向尺寸是54.4㎜時，查表得Δ=0.32，δz——凹模制造公差（mm）,
取Δ/5=0.064。依據上面的公式得出：
=[(1+0.02)×54.4+3/4×0.32]-0.064
=55.728-0.064
以下為其他型芯（包括鑲件）徑向尺寸：
δz＝Δ/5 Δ＝0.26
δz＝0.26/5＝0.0414
＝[（1+0.02）×37.4+0.75×0.26]-0.0414
＝38.343-0.0414
δz＝Δ/5 Δ＝0.20
δz＝0.20/5＝0.04
＝[（1+0.02）×16.74+0.75×0.20]-0.04
＝17.2248-0.04
δz＝Δ/5 Δ＝0.22
δz＝0.22/5＝0.044
＝[（1+0.02）×20+0.75×0.22]-0.044
＝20.565-0.044
δz＝Δ/5 Δ＝0.12
δz＝0.12/5＝0.024
＝[（1+0.02）×1.34+0.75×0.12]-0.024
＝1.4568-0.024
δz＝Δ/5 Δ＝0.20
δz＝0.20/5＝0.04
＝[（1+0.02）×17.15+0.75×0.20]-0.024
＝17.634-0.04
δz＝Δ/5 Δ＝0.28
δz＝0.28/5＝0.0416
＝[（1+0.02）×43.08+0.75×0.28]-0.0416
＝44.1516-0.0416
δz＝Δ/5 Δ＝0.26
δz＝0.26/5＝0.0412
＝[（1+0.02）×32.5+0.75×0.26]-0.0412
＝33.345-0.0412
2）型芯高度尺寸
由《塑料模具技術手冊》得出聚碳酸酯的一般精度等級為4級。同時得出塑料制件的尺寸公差。
根據前面所設計凸模的高度為13.68mm
按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式
式中 HM——組合型芯高度尺寸，㎜
Scp——塑料的平均收縮率，%
Hs——塑件孔深度公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——組合型芯高度制造公差，㎜
已知 Hs=12.20㎜ Scp=0.02 Δ=0.18㎜
所以 δz=Δ/3=0.06㎜
=[(1+0.02)×13.68+2/3×0.18]-0.06
=14.0736-0.06
以下為其他型芯高度尺寸
δz=Δ/3 Δ＝0.16
δz=Δ/3＝0.053
＝[（1+0.02）×8.14+2/3×0.16]-0.053
＝8.4088-0.053
δz=Δ/3 Δ＝0.16
δz=Δ/3＝0.053
＝[（1+0.02）×6+2/3×0.16]-0.053
＝6.126-0.053
δz=Δ/3 Δ＝0.14
δz=Δ/3＝0.047
＝[（1+0.02）×5.5+2/3×0.14]-0.047
＝5.713-0.047
7.5 模具強度的校核
在注塑的過程中，模具的型腔將受到高壓的作用，因此模具型腔應該具有足夠的剛度和強度。強度不足將導致塑性變形，甚至開裂。剛度不足將導致彈性變形，導致型腔向外膨脹，產生溢料間隙。由于流道分布為平衡式，且型芯中有鑲塊，故采用整體式矩形型腔。
7.5.1 整體式矩形型腔側壁厚度計算
圖7-3 整體式矩形型腔
〔1〕利用剛度公式計算
（mm）
式中 S—矩形型腔的側壁厚度，mm；
a—型腔側壁受壓高度，20 mm；
p—型腔壓力，30MPa；
E—模具材料的彈性模量，碳鋼為2.1×105MPa；
[δ]—剛度條件允許變形量，0.05mm；
L—型腔長邊長度 220 mm；
C—常數，由Ｌ/ａ之值決定，可查工具書，也可用以下公式計算：
查得為 0.930
35.5?。恚?
〔2〕利用強度公式計算
式中 S—矩形型腔的側壁厚度，mm；
—短邊/長邊之比值，即b/L=8/11≈0.73；
W—系數，查表得：0.176
[σ]—模具材料的許用應力，碳鋼為200MPa。
根據大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，剛度條件校核原則，本模具為小型模具，所以采用≧35.2mm這個尺寸。
7.5.2 整體式型腔底板厚度計算
圖7-4
〔1〕利用剛度公式計算
式中 h—型腔底板厚度，mm；
P—型腔壓力，30MPa；
b—矩形板受力短邊長度，160mm；
L—矩形板受力長邊長度，220 mm；
E—模具材料的彈性模量，2.1×105MPa；
[δ]—剛度條件允許變形量，0.05mm。
C|—由L/b之值決定的常數，查表得：0.0209
〔2〕利用強度公式計算
式中 h—型腔底板厚度，mm；
P—型腔內壓力，30MPa；
—短邊/長邊之比值，即b/L=8/11≈0.73；
[σ]—模具材料的許用應力，碳鋼為200MPa。
根據大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，剛度條件校核原則，本模具為小型模具，所以采用≧7.3mm這個尺寸。
第八章 導向機構的設計
8.1 導柱導向機構
8.1.1 導柱
（1）導柱的設計
1.該模具采用帶頭導柱，且不加油槽。
2.導柱的長度必須比凸模端面高度高出6～8mm。
3.為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分。
4.導柱的直徑應根據模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架知為?30。
5.導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/m6配合。導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的間隙配合。
6.導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm。
7.導柱應具有堅硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯。多采用低碳鋼經滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經淬火處理，硬度為55HRC以上或45#鋼經調質、表面淬火、低溫回火，硬度55HRC以上。
（2）導柱的結構形式
導柱是與安裝在另一半模上的導套相配合，用以確定動、定模的相對位置保證模具運動導向精度的圓柱形零件。
導柱的基本機構形式有兩種形式。一種是帶有軸向定位臺階，固定段與導向段具有同一公稱尺寸、不同公差帶的導柱，稱為帶頭導柱。另一種是軸向定位臺階，固定段尺寸大于導向段導柱的導柱，稱為帶肩帶油槽導柱。該夾板模具導柱的結構如圖8-1所示：
圖 8-1
采用帶頭導柱，其結構較為簡單，導柱與導套相配合，導套固定孔直徑與導柱固定孔直徑相等，兩孔可同時加工，確保同軸度的要求。
（3）導柱的結構和技術要求
1）長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8~12mm，以避免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯進入型腔。
2）形狀 導柱前端應做成錐臺狀或半球形，以使導柱順利進入導向孔。
3）材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼經滲碳淬火處理或T8、T10鋼經淬火處理，硬度為50~55HRC。導柱固定部分表面Ra為0.8m，導向部分表面粗糙度Ra為0.8-0.4 m。
（4）數量及布置 導柱應合理均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度（導柱中心到模具邊緣距離通常為導柱直徑的1-1.5倍），為確保合模時時只按一個方向合模，導柱的布置可采用等直徑導柱不對稱布置或不等直徑導柱對稱布置，本設計中采用不對稱分布，如圖8-2所示：
圖8-2 導柱分布圖
5）配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6的過渡配合;導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
8.1.2 導套
導套是與安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動蹈鄉(xiāng)精度的圓套形零件。
（1）導套的設計
1.結構形式：采用帶頭導套（Ⅰ型），導套的固定孔與導柱的固定孔可以同時鉆，再分別擴孔。
2.導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內剩余空氣。
3.導套孔的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為Ra0.4μm。導套外徑按H7/m6或H7/k6配合鑲入模板。
4.導套材料可用淬火鋼或銅（青銅合金）等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱的硬度，這樣可以改善摩擦，以防止導柱或導套拉毛。
（2）導套的結構形式
導套常用的結構形式有兩種，一種是不帶軸向定位臺階的導套，稱為直導套。另一種是帶軸向定位臺階的導套，稱為帶頭導套。直導套多用于較薄的模板，比較厚的模板應采用帶頭導套。
由于本設計中導套經過的定模板較厚，采用的是帶頭導套。
此模具導套的結構如圖8-3所示：
圖8-3
（3）導套結構和技術要求
1） 形狀 為使導柱順利進入導套，在導套的前端應倒圓角。導柱孔最好做成通孔，以利于排出孔內空氣及殘渣廢料。
2） 材料 導套用與導柱相同的材料或銅合金等耐磨材料制造，其硬度一般應低于導柱硬度，以減輕磨損，防止導柱或導套拉毛。導套固定部分和導滑部分的表面粗糙度一般為Ra0.8m。
3） 固定形式及配合精度 該封頭模具采用H7/r6配合鑲入模板，并在
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