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2 產品分析
本科畢業(yè)設計(論文)
題目：MP3電池充電器插座的塑料
注射模具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年05月
II
MP3電池充電器插座的塑料注射模具的設計
摘 要
本次設計主要是通過對塑件的形狀、尺寸及其精度的要求來進行注射成型工藝的可行性分析。塑件的成型工藝性主要包括塑件的壁厚，斜度和圓角以及是否有抽芯機構。通過以上的分析來確定模具分型面、型腔數目、澆口形式、位置大小；其中最重要的是確定型芯和型腔的結構，例如是采取整體式還是鑲拼式，以及它們的定位和固緊方式。此外還分析了模具受力，脫模機構的設計，合模導向機構的設計，冷卻系統(tǒng)的設計等，最后繪制完整的模具裝配總圖和主要的模具零件圖。
關鍵詞:注射成型；分型面；成型零件；抽芯機構
I
The Design of Plastic Injection Mold for MP3 Battery Charger Socket
Abstract
This design is mainly the feasibility analysis of plastic parts of the shape, size and accuracy requirements for injection molding process. Molding of plastic parts including plastic parts wall thickness, inclination and fillet and whether core-pulling mechanism. Through the above analysis to determine the mold parting surface, cavity number, gate the form, place the size; the most important is to determine the core and cavity structure, for example, is to take the whole the type of type still, and their fixed position and tight way. In addition, the force of the mold, demoulding mechanism design, mold design guide mechanism, cooling system design, the die assembly drawing and the main parts of the die drawing.
Key Words: Injection molding；parting surface；moulded parts；core pulling mechanism
目 錄
1 緒論 1
2 產品分析 32
2.1塑件分析 2
2.1.1結構分析 2
2.1.2尺寸精度分析 2
2.1.3塑件厚度檢測 3
2.2塑件的原材料分析 3
2.2.1 ABS的基本特性 3
2.2.2成形特性 4
2.3注射模方案的確定 5
3 塑件相關計算及注塑機的選擇 6
3.1投影面積計算 6
3.2體積及質量計算 6
3.3塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算 7
3.4注射工藝參數確定 8
3.5注塑機選擇及注射工藝參數確定 8
3.6型腔數量及注射機有關工藝參數的校核 9
3.6.1型腔數量的校核 9
3.6.2注射機工藝與安裝參數的校核 9
4 模具結構分析及設計 10
4.1擬定型腔布局 10
4.1.1分型面位置的確定 10
4.1.2型腔數目的確定 11
4.1.3型腔的布局 11
4.2澆注系統(tǒng)設計 13
4.2.1總體設計 13
4.2.2主流道設計 13
4.2.3分流道設計 14
4.2.4冷料穴設計 15
4.2.5進料口設計 15
4.2.6澆口套及定位圈的設計 16
4.3 模架的確定及標準件的選用 17
4.4成型零部件設計 18
4.4.1成型零件的材料選擇 18
4.4.2成型零件結構設計 18
4.4.3成型零部件的設計與計算 19
4.5側向分型抽芯機構設計 22
4.5.1側向分型抽芯機構類型選擇 22
4.5.2抽芯距確定與抽芯力的計算 22
4.5.3斜導柱分型與抽芯機構零部件設計 23
4.5.4楔緊塊的設計 24
4.5.5滑塊的精確導向 25
4.6合模導向機構設計 25
4.6.1導向機構 25
4.6.2導向零件的設計原則 25
4.6.3導套的設計 26
4.7脫模機構設計 27
4.7.1推出機構的設計原則 27
4.7.2頂桿的布置 27
4.7.3推桿布置 28
4.7.4推件力的計算 29
4.7.5推桿的設計 29
4.8冷卻及排氣系統(tǒng)設計 30
4.8.1冷卻回路的布置 30
4.8.2求冷卻水的體積流量V 31
4.8.3冷卻時間計算 31
4.8.4成型周期計算 32
4.8.5排氣機構 32
5 結論 32
參考文獻 32
致謝 32
畢業(yè)設計（論文)知識產權聲明 32
畢業(yè)設計（論文)獨創(chuàng)性聲明 32
附錄 32
IV
2 產品分析
1 緒論
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產業(yè)總產值保持13%的年增長率。
中國模具產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：目前，中國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產值已達245億元人民幣。工業(yè)總產值中企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
我國模具總量雖已位居世界第三，但設計制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標準化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的1/3～1/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化。
我國塑料模的發(fā)展迅速。塑料模的設計、制造技術、CAD技術、CAPP技術，已有相當規(guī)模的確開發(fā)和應用。在設計技術和制造技術上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質量尚不穩(wěn)定。模具標準化程度不高，系列化商品化尚待規(guī)?；籆AD、CAE、Flow Cool軟件等應用比例不高；獨立的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此努力提高模具設計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。
2 產品分析
2.1塑件分析
2.1.1結構分析
本次設計任務所提供的零件為塑件實體，如圖1所示：
圖1 塑件草圖
零件總體輪廓尺寸為71mm×36mm×20mm，總體看來，結構較簡單，故選一般精度等級：IT6級。
2.1.2尺寸精度分析
該零件的重要尺寸精度為6級，其它尺寸精度為7－8級，屬于中等精度，對應的模具相關零件尺寸加工可以保證。
39
畢業(yè)設計（論文）
2.1.3塑件厚度檢測
塑件的厚度檢測采用Pro/Engineer設計軟件的模型分析功能自動完成，如圖2所示：
圖2 厚度檢測
從塑件的壁厚上來看，壁厚的最大處為3mm左右，最小處小于0.7mm，大多處在2－3mm的范圍之內，并綜合其材料性能，注意控制成型溫度及冷卻速度，零件的成型并不困難。
2.2塑件的原材料分析
2.2.1 ABS的基本特性
ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件有較好的光澤。有極好的沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，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。ABS表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過調色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高。
性能：綜合性能較好，沖擊韌度、力學性能較高，尺寸穩(wěn)定而化學性、電氣性能良好；易于成形和機械加工。
用途：適于制作一般機械零件、減磨耐磨零件、傳動零件以及化工、電器、儀表等零件。
2.2.2成形特性
(1)無定形塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也有差異，應按品種確定成形方法及成形條件。
(2)吸濕性強，含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。
(3)流動性中等，溢邊料0.04mm左右(流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好)。
(4)比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫(對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高)。料溫對物性影響較大，料溫過高易分解（分解溫度為250℃左右，比聚苯乙烯易分解)，對要求精度較高塑件，模溫宜取50℃～60℃，要求光澤及耐熱型料宜取60℃～80℃。注射壓力應比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射機時料溫為180℃～230℃，注射壓力為100～140，螺桿式注射機則取160℃～230℃，70～100為宜。
模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，分流道及澆口截面要大，選擇好進料口位置、形式，推出力過大機械加工時塑料件表面呈現(xiàn)“白色”痕跡，在成型時的脫模斜度﹥2°，收縮率取﹥0.5°。
(5)ABS的成型條件[3](見表1)
表1 ABS的成型條件
注射成型機類型
螺桿式
密度()
1.03～1.07
計算收縮率
0.3～0.8
預熱
溫度(℃)
80～85
時間(S)
2～3
料筒溫度
后段(℃)
150～170
中段(℃)
165～180
前段(℃)
180～200
170～180
噴嘴溫度(℃)
模具溫度(℃)
50～80
注射壓力(MPa)
60～100
成型時間
注射時間(s)
20～90
高壓時間(s)
0～5
冷卻時間(s)
20～120
總周期(s)
50～220
螺桿轉速(r/min)
30
適用注射機類型
螺桿式、柱塞式均可
后處理
方法
紅外線燈、烘箱
溫度(℃)
70
時間(h)
2～4
說明：該成形條件為加工通用級ABS料時所用，苯乙烯-丙烯腈共物(即AS)成形條件與上相似。
2.3注射模方案的確定
此次注塑模具方案初步決定為一模一腔，分型面為最大投影面上，前端使用斜滑塊抽芯，選用潛伏式澆口進行澆注，使用頂管裝置將塑件頂出。
但這種方案產品生產批量小，不利于開模，結構設計復雜，經過上網查詢資料，已經向老師和同學的請教，所以本次注塑模具方案確定為一摸兩腔，使用側澆口，采用斜導柱進行側向抽芯，頂出裝置為頂桿頂出。
畢業(yè)設計（論文）
3 塑件相關計算及注塑機的選擇
3.1投影面積計算
圖3 投影面積計算
塑件的投影面積可以通過PRO/ENGINEER 的分析模塊直接得出,如圖3所示：由分析可得：
注塑件投影面積S= 2394.32×2≈4789。
3.2體積及質量計算
體積及質量的計算也利用PRO/ENGINEER的分析模塊自動計算獲得(塑件密度由《塑料模具設計師指南》[7]表2.2－2查得：ABS密度ρ=1.1g/cm3)，如圖4所示：
圖4 體積及質量計算
結果如下：
體積= 8.2538305e+03
曲面面積 = 1.2326095e+04
密度 = 1.1000000e+00噸/
質量 = 9.0792136e+03噸
故注塑件的體積為：V≈8254.0×2=16508
質量為：≈16.51×1.1＝18.16g
流道凝料質量：
注射量：
注射容量：
3.3塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算
流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積在模具設計前是個未知數，根據多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍,因此可用來進行估算，所以，
=+=+0.35=1.35=1.35×2×2394.32=6464.644
根據《塑料模具設計師指南》[7]表15.2-1常用塑料模腔平均壓力可知一般制品平均壓力為40 ；
所以，鎖模力==6464.644××40×=258.587。
3.4注射工藝參數確定
查中國模具網出品的《模具助手》[8]1.01版，ABS的成型工藝參數可作如下選擇：
注射溫度(℃):200～260 注射壓力(兆帕):78.4～196
模具溫度(℃):40～60 壁厚范圍(毫米):1.5～5.0
脫模斜度(型腔):40`～1`20 脫模斜度(型芯):35`～1`
3.5注塑機選擇及注射工藝參數確定
根據每一生產周期的注射量和鎖模力的計算?？蛇x用XS-ZY-125型注射機，技術參數參照查《塑料模具設計向導》[9]表13.1得表2
表2 注射機主要技術參數
理論注射容量()
125
螺桿直徑(mm)
42
注射壓力()
150
塑化能力(g/s)
45
螺桿轉速(r/min)
10—140
噴嘴球半徑(mm)
12
鎖模方式
雙曲軸
鎖模力(kN)
900
拉桿內間距(mm)
260×360
移模行程(mm)
300
最大模厚(mm)
300
最小模厚(mm)
200
模具定位孔直徑(mm)
Φ100
噴嘴孔直徑(mm)
3
3.6型腔數量及注射機有關工藝參數的校核
3.6.1型腔數量的校核
由注射機料筒塑化速率校核模具的型腔數n：
(合格)
式中 ：注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8
：注射機的額定塑化量(45g/s)
3.6.2注射機工藝與安裝參數的校核
(1)注射量校核 。查《塑料模具設計向導》[9]表13.1知，XS-ZY-125型注射機最大注射量160×1.1×0.8=140.8g，本模每次注射所需塑料的總質量約為29.1g，能滿足要求。
(2)鎖模力校核 。查《塑料模具設計向導》[9]表13.1知，XS-ZY-125型注射機最大鎖模力F=900kN，而=258.587kN，故能滿足。
(3)最大注射壓力校核。查《塑料模具設計向導》[9]表13.1知，XS-ZY-125型注射機額定注射壓力為150MPa，而ABS塑料成型時的注射壓力P成型=70～90MPa，故能滿足成型的要求。
(4)最大和最小模具厚度校核。查《塑料模具設計向導》[9]表13.1知，XS-ZY-125型注射機所允許模具的最小閉合厚度為=200mm，最大閉合模厚為=300mm，而本設計的模具厚度為=300mm，即模具滿足≤≤的安裝要求。
(5) 模具在注射機上的安裝尺寸。從標準模架外形尺寸400mm×300mm×300mm上看，小于XS-ZY-125型注射機拉桿內向距260mm×360mm，能滿足模具安裝和拆卸要求。
(6)開模行程的校核。查《塑料模具設計向導》[9]表13.2知，XS-ZY-1250型注射機的最大開模行程為S=300mm，能滿足模具推出制品所需開模距=++（510)mm=110mm-115mm的要求。
4 模具結構分析及設計
4.1擬定型腔布局
4.1.1分型面位置的確定
模具上用以取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面，分型面是決定模具結構形式的重要因素，它與模具的整體結構和模具的制造工藝有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動充填性及制品的脫模，分型面的位置也影響著成型零部件的結構形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設密切相關。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵內容。分型面的選擇應注意以下幾點[4]：
(1)分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
(2)當已經初步確定塑件的分型方向后分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
(3)保證制件的精度和外觀要求；
(4)考慮滿足塑件的使用要求；
(5)考慮注塑機的技術規(guī)格，使模板間距大小合適；
(6)考慮鎖模力，盡量減小塑件在分型面的投影面積，確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模；
(7)不妨礙制品脫模和抽芯；
(8)有利于澆注系統(tǒng)的合理處置。
根據塑件結構形式，本設計分型面選在A—A面(如圖5所示)。
畢業(yè)設計（論文）
圖5 分型面
4.1.2型腔數目的確定
型腔指模具中成形塑件的空腔，而該空腔是塑件的負形，除去具體尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不過凸凹相反而己。注射成形是先閉模以形成空腔，而后進料成形，因此必須由兩部分或（兩部分以上)形成這一空腔——型腔。其凹入的部分稱為凹模，凸出的部分稱為型芯[5]。其數目的決定與下列條件有關：
(1)塑件尺寸精度；
(2)模具制造成本；
(3)注塑成形的生產效益；
(4)制造難度。
該塑件精度要求一般(MT5)，又是大批量生產，可以采用一模多腔的形式。考慮到模具制造費用低一點，設備運轉費用小一點，采用一模兩腔的模具形式。這樣比一模一腔模具的生產效率高，同時結構更為合理。
4.1.3型腔的布局
多型腔模具設計的重要問題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關，因而型腔的排布在多型腔模具設計中應加以綜合考慮。型腔的排布應使每一個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中心中均等地分得所需的壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，同時采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差異、應力形成及脫模困難等問題。
平衡式型腔布局的特點是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度、截面形狀及尺寸均對應相同，可以實現(xiàn)均衡進料和同時充滿型腔的目的；非平衡式型腔布局的特點是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度不相等，因而不利于均衡進料，但可以縮短流道的總長度，為達到同時充滿型腔的目的，各澆口的截面尺寸制作得不相同[6]。本塑件在注射時采用了一模兩腔的形式，即模具需要兩個型腔?？紤]塑件帶側抽芯機構，現(xiàn)有兩種排列方式選擇：
圖6 型腔布局
如圖6所示，這兩種排列方式都采用平面對成布置，但第一種布局方式緊湊，模具設計較簡單。綜合以上兩種方案考慮，故擬定第一種型腔布局方式。
4.2澆注系統(tǒng)設計
4.2.1總體設計
在澆注系統(tǒng)設計之前，我們首先要選定進料口位置，為選擇合適的進料口位置。分析塑件可知, 該塑件外表面很光潔,為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用側澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，塑料熔體通過型腔的側面注入型腔，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀效果。
采用側澆口形式，又模具設計為一模兩腔，并且綜合型腔布局，擬定澆注系統(tǒng)總體結構如圖7所示(對成布置)：
圖7 澆注系統(tǒng)
4.2.2主流道設計
主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的通道，其斷面為圓形，且?guī)в幸欢ǖ腻F度。為了使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使主流道與注射機噴嘴緊密對接，主流道對接處設計成半球形凹坑，根據選用的XS-ZY-125型號注射機的相關尺寸得：
噴嘴前端孔徑：；
噴嘴前端球面半徑：；
根據模具主流道與噴嘴的關系:
取主流道球面半徑：；
取主流道小端直徑：；
為了便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料及考慮塑料熔體的膨脹，將主流道設計成圓錐形，起斜度為，取其值為，內壁粗糙度為0.63。主流道大端呈圓角，其半徑取r=2mm,以減少料流轉向過渡時的阻力，故主流道各部分直徑如圖8所示(其中L需根據模板厚度確定)：
圖8 主流道各部分尺寸
4.2.3分流道設計
分流道的設計原則即應使熔體較快地沖滿整個型腔，流動阻力小，熔體溫降小，并且能將熔體均衡地分配到各個型腔。分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響，分流道的布置形式分為平衡式和非平衡式兩種，這里采用平衡式布置分流道。
常見的分流道截面形狀有圓形、半圓形、U形、梯形、矩形等，其中：圓形截面分流道比表面積最小，熱量不容易散失，流動阻力最小，單位填充時間最短。綜合各方面因素考慮，此處分流道截面為圓形形式。
分流道直徑的計算，可由以下經驗公式計算：
（《塑料模設計手冊》[12]公式5－57.P188) (4-1)
式中：D——各級分流道的直徑(mm)；
W——流經該分流道的熔體重量(g)；
L——流過W熔體的分流道長度(mm)。
經估算得分流道的直徑D=6mm,故分流道的尺寸如圖9所示：
圖9 分流道
流道表面粗糙度: 。
查表《塑料模設計手冊》[12]表5-39與表5-40可知ABS允許的最小分流道尺寸為7.6mm,推薦值為4.8～9.5mm,所以本設計符合要求。
4.2.4冷料穴設計
冷料穴一般位于主流道對面的動模板上，或處于分流道的末端。其作用是存放料流前端的“冷料”，防止冷料進入型腔形成冷接縫。開模時又能將主流道中的凝料拉出，采用與推桿匹配的冷料穴，冷料穴的形狀為Ｚ字形。
4.2.5進料口設計
進料口也稱澆口，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生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速而均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質量，同時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。側澆口又稱邊緣澆口。側澆口一般開在分型面上，從塑件邊緣進料，這種澆口結構簡單形式應用廣泛。其斷面形狀多為矩形，可以通過改變其厚度和寬度來調整沖模時的接剪切速率和澆口封閉時間。側澆口的三個尺寸中，以深度h最為重要。H控制了澆口暢通開放時間和補縮作用。澆口寬度W的大小控制了熔體充模流量。澆口長度L，只要結構強度允許，以短為好，一般選用L=0.5~1.5mm。澆口深度有經驗公式：
h=nt (4-2)
式中h——側澆口深度(mm)，中小型塑件常用h=0.52mm，大約為制品最大壁厚的1/32/3；
t——塑件壁厚(mm)；
n——塑料材料系數。
這里直接查《塑料模設計手冊》[12]表5－46，得h＝1.0mm
4.2.6澆口套及定位圈的設計
定位圈是使?jié)部谔缀妥⑸錂C噴嘴孔對準定位所用。定位圈直經D為與注射機定位孔配合直經，應按選用注射機的定位孔直經確定。直經D一般比注射機孔直經小0.1～0.3mm，以便裝模。定位圈一般采用45號鋼或Q275鋼。定位圈內六角螺釘固定在模板時，一般用兩個以上的M6～M8的內六角螺釘，本設計采用四個M6螺釘固定[14]。澆口套的材料為T10、硬度HRC45；定位圈的材料為45鋼，硬度HRC50,其尺寸如圖10所示：
圖10 澆口套與定位圈
4.3 模架的確定及標準件的選用
通過前面的設計及計算工作，便可以根據所定內容確定模架。模架部分可以自己設計，也可以選用標準模架；在生產現(xiàn)場模具設計過程中，盡可能選用標準模架，確定出標準模架的形式，規(guī)格及標準代號，因為標準件有很大一部分已經標準化，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用的。
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等因素。
圖11 標準模架
此模架為標準模架，規(guī)格GCI2540A70B90，其具體參數如圖11。
4.4成型零部件設計
4.4.1成型零件的材料選擇
構成型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和側抽芯部件。由于型腔直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質量直接關系到制件質量，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨力以承受塑料的擠壓力和料流的磨擦力和足夠的精度和表面光潔度，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進行熱處理，使其具有HRC40以上的硬度，如成型產生腐蝕性氣體的塑料如聚氯已烯等。還應選擇耐腐蝕的鋼材。
根據塑件表面質量要求，查《塑性成型工藝與模具設計》[16]附錄G（常用模具材料與熱處理)，本設計成型零件選用3Cr2Mo調質處理，硬度≥55HRC,耐磨性號好且處理過程變形小。還有較好的電加工及耐腐蝕性。
4.4.2成型零件結構設計
(1)凸模結構設計
凸模是成型塑件外表面的部件，凸模按其結構不同可分為整體式和組合式兩大類，而組合式又可分為嵌入式組合、鑲拼式組合及瓣合式等。整體結構的成型零件一般都是在淬硬后在進行加工，所以整體結構的模具采用電火花成型加工為主、銑削加工、磨削加工、電火花線切割為輔的加工方法，并且在先進的型腔加工機床還未普遍應用之前，整體式型腔一般只用在形狀簡單的小形塑件的成型。組合式型腔的組合形式很多，常見的有嵌入式、鑲拼式及瓣合式幾種。
對于小型塑件采用多型腔塑料模成型時，各單個型腔一般采用冷擠壓、電加工、電鑄等方法制成，然后整體嵌入模中。
為了加工方便或由于型腔某一部位容易磨損，需要更換者采用局部鑲嵌的辦法。
由以上的比較容易看出，當塑件較小，形狀較為復雜式，并且一模多腔成型時，采用嵌入式組合型腔是較為合理的選擇，故此例選用的凸模形式即為整體鑲嵌式，兩個型腔分為兩個鑲塊。
其結構如圖12所示：
圖12 凸模與型腔
(2) 凹模結構設計
凹模設計的方法與凸模設計方法基本一樣，由塑件的結構形式可知，凹模也采用局部鑲嵌形式。
其結構如圖13所示：
圖13 凹模與型芯
4.4.3成型零部件的設計與計算
成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構成塑件的尺寸,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＋任何塑料之間都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，則精度要求較高。在模具設計時，應根據塑件的尺寸精度等級確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級。
(1) 型腔徑向尺寸的計算：
=[（1+)-3/4Δ] (4-3)
——凹模徑向尺寸(mm)
——塑件徑向公稱尺寸(mm)
——塑料的平均收縮率(％)
Δ——塑件公差值(mm)
——凹模制造公差(mm)
查表，得：ABS的收縮率為0.4～0.7％，則塑料的平均收縮率 =0.5%，
由：=71 mm,=36 mm
又查表知 IT6 級精度時塑件公差值
Δ1= 0.76mm，Δ2=0.52mm，
實踐證明：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值時可取塑件公差的 1/3～1/4。為了保持較高精度選1/4。
由于： = 1/4Δ
得：=1/4×0.76=0.19 mm ,=1/4×0.30=0.13 mm
則： =[(1+)-3/4Δ]
=[(1+0.5%)×71-3/4×0.76]
=70.79 mm
=[(1+)-3/4Δ]
=[(1+0.5%)×36-3/4×0.52]
=35.79 mm?
(2) 型腔深度尺寸的計算：
凹模深度尺寸同樣運用平均收縮率法：
=[(1+)-2/3Δ] (4-4)
——凹模深度尺寸(mm)
——凹模深度制造公差(mm)
其余符號同上
由：=17 mm
取 IT6 精度時Δ=0.40mm
由=1/4Δ得： =0.10 mm
則：=[(1+)-2/3Δ]
=[(1+0.5%)×17-2/3×0.40]
= mm
(3) 型芯徑向尺寸的計算
運用平均收縮率法：
=[(1+)+3/4Δ] (4-5)
——型芯徑向尺寸(mm)
——型芯徑向制造公差(mm)
其余符號同上
由：=71mm ,=34mm
取 IT6 精度時Δ1=0.76 mm Δ2=0.52 mm
由=1/4Δ得：=0.19 mm = 0.13 mm
則： =[(1+)+3/4Δ]
=[(1+0.5%)×71+3/4×0.76]
=71.93 mm
=[(1+)+3/4Δ]
=[(1+0.5%)×34+3/4×0.52]
=34.56 mm
(4) 型芯高度尺寸的計算
運用平均收縮率法：
=[(1+)+2/3Δ] (4-6)
——型芯高度尺寸(mm)
——型芯高度制造公差(mm)
其余符號同上
由：=20 mm,=19 mm,=2 mm,=17 mm
取 IT6 精度時 Δ1=0.44 mm,Δ2=0.44 mm,Δ3=0.24 mm,Δ4=0.40 mm
由=1/4Δ得：=0.11 mm,=0.11 mm,δz3=0.06 mm,δz4=0.10 mm
則：=[(1+)+2/3Δ]
=[(1+0.5%)×20+2/3×0.44]
=20.39 mm
=[(1+)+2/3Δ]
=[(1+0.5%)×19+2/3×0.44]
=19.39 mm
=[(1+)+2/3Δ]
=[(1+0.5%)×2+2/3×0.24]
=2.17 mm
=[(1+)+2/3Δ]
=[(1+0.5%)×17+2/3×0.40]
=17.35 mm
4.5側向分型抽芯機構設計
4.5.1側向分型抽芯機構類型選擇
側向分型抽芯機構根據動力來源的不同,一般可將其分為機動、液壓或氣動以及手動等三大類型。機動抽芯按傳動方式又可分為斜導柱分型與抽芯機構、斜滑塊分型與抽芯機構、齒輪齒條抽芯機構和其它形式抽芯機構,本設計選用斜導柱分型與抽芯機構。
4.5.2抽芯距確定與抽芯力的計算
(1)抽芯距的確定
為了安全起見，側向抽芯距離通常比塑件上的側孔的深度為2mm，即抽
芯距S=4mm。
(2)抽芯力的計算
抽芯力得計算同脫模力計算相同。對于側向凸起較小的塑件的抽芯力往
往是比較小的，僅僅是克服塑件與側型腔的粘附力和側型腔滑塊移動時的摩擦 力。對于側型芯的抽芯力，往往采用如下的公式進行估算：
=chp(Cos-Sin) (4-7)
式中——抽芯力(N)；
c——側型芯成型部分的截面平均周長(m)
h——側型芯成型部份的高度(m) ；
p——塑件對側型芯的收縮力(包緊力)，其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成型工藝有關，一般情況下模內冷卻的塑件，p=(0.8~1.2)Pa；
——塑件在熱狀態(tài)時對鋼的模擦系數，一般=0.15~0.20；
——側型芯的脫模斜度或傾斜角(o)。
將數據代入公式中得
=18.5x2x120x(0.2xCos200-Sin200)=0.68 KN
4.5.3斜導柱分型與抽芯機構零部件設計
(1)斜導柱的設計
取斜導柱的工作端部設計成錐臺形，錐臺的斜角為17o。斜導柱與其固定
的模板之間采用過渡配合H7/m6。由于斜導柱在工作過程中主要用來驅動側滑塊作往復運動，側滑塊運動的平穩(wěn)性由導滑槽與滑塊之間的配合精度保證，而核模時滑塊的最終準確位置由楔緊塊決定，因此，為了運動的靈活，滑塊上斜導孔與斜導柱之間可以采用較松的間隙配合H11/b11，或者兩者之間保留0.5~1mm的間隙。由于抽芯距較小，取斜導柱傾斜角取20o。
由此計算斜導柱下列尺寸：
(2) 斜導柱的工作長度
L=S/Sin
=4/Sin20o
=11.70mm
(3) 與抽芯距S對應的開模距
H=SCtg
=4Ctg20o
=10.99mm
(4) 斜導柱的長度計算
=L1+L2+L3+L4+L5
=d2/2tg+h/Cos+d/2tg+S/Sin+5~10mm
= 98mm
(5) 斜導柱的直徑
d=(/0.1[])
=11mm
考慮到滑塊的摩擦力且結構允許，取d=12mm
(6)斜滑塊與導滑槽的設計
圖14 T型槽
根據模具結構靈活性，且側型芯在摩損后可以更換的情況下，滑塊的結構形狀為組合式，滑塊與側型芯聯(lián)接方式為：小型芯在非成型端尺寸放大后用H7/m6的配合鑲入滑塊，然后用一個圓柱銷定位。
成型滑塊在側向分型抽芯和往復過程中，要求其必須沿一定的方向平移地
往復移動，這一過程在導滑槽內完成的。根據模具結構的具體要求，滑塊與導
滑槽的配合采用T形槽，T形槽采用壓嵌式式，即在中間板上制出T形臺肩的
導滑部分，如圖14。
4.5.4楔緊塊的設計
在注射成型過程中，側向成型零件受到熔融料很大的推力作用，這個力通
過滑塊傳給斜導柱，而一般的斜導柱為一細長桿件，受力后容易變形，導致滑
塊后移，因此必須設置楔緊塊，以便在合模后鎖住滑塊，承受熔融塑料給予側
向成型零件的推力。楔緊塊與模具的聯(lián)接方式是把楔緊塊用H7/n6配合整體鑲
入模板中鎖緊角為22o
4.5.5滑塊的精確導向
滑塊的精確導向形式為：斜導柱與斜孔近側型芯一側的配合處一定要有0.5mm以上的孔隙，決不允許在模具閉合時斜導柱和滑塊之間有碰撞現(xiàn)象產生。
4.6合模導向機構設計
4.6.1導向機構
導向機構對于塑料模具是必不可少的部件，因為模具在閉合時有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構 導向機構的主要作用一般包括定位、導向、承受一定側壓等。
在對導柱結構設計時，必須考慮以下要求：
(1)長度。導柱的長度必須比凸模端面要高出6～8毫米。以免導柱未導正方向而凸模先進入型腔與其相碰而損壞。
(2)形狀。導柱的端部做成錐形或球形的先導部分，使導柱能順利進入導柱孔。
(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，多采用低碳鋼經滲碳淬火處理?；蛱妓毓ぞ咪?T8、T10)經淬火處理硬度HRC50～55，導柱滑動部位按需要可設油槽。
(4)配合精度。
(5)光潔度。配合部分光潔度要求7級，此外，導柱的選擇還應跟椐模架來確定。
4.6.2導向零件的設計原則
(1)導向機構類型的選用。本設計導向機構采用導柱導向。
(2)導柱數量。塑料注射成型模具導柱數量一般需要2～4個。尺寸較大的成型模具一般需要4個導柱，本設計中模具屬于中小型模具，采用4根導柱導向。
(3)模具型腔及尺寸。導柱直徑應根據模具尺寸選用，必須保證有足夠的強度、剛度和足夠大的抗彎強度。
(4)導柱在模具上的布置方式。
(5)導柱零件的設置位置。導柱和導向孔的位置應避開型腔板在工作時應力最大的部位。導柱和導向孔中心至模板邊緣應具有足夠的距離，以保證模具強度和導向剛度。
(6)導向裝置必須有良好的工藝性。如果固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑相等，便于加工，則有利于保證同軸度和尺寸精度。
(7)導向裝置必須具有良好的導向性能。為了使導向裝置具有良好的導向性能，除了必須按上述原則設置導向裝置之外，還應注意導向零件的結構設計及制造要求。
導柱如圖15所示：
圖15 導柱
4.6.3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。
導套如圖16所示：
圖16 定模板和動模板上的導套
4.7脫模機構設計
4.7.1推出機構的設計原則
(1)塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具結構簡單。
(2)防止塑件變形或損壞，正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在部位，有針對性地選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑料收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位，作用面積也應盡課能大一些，以防塑件變形或損壞。
(3)力求良好的塑件外觀，在選擇頂出位置時，應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位。
(4)結構合理可靠，脫模機構應工作可靠，運動靈活，制造方便，更換容易且具有足夠的剛度和強度。
從塑件結構考慮，本設計采用的頂出機構是頂桿頂出機構。由于設置推桿位置的自由度較大因而推桿推出機構是最常用的推出機構，常被用來推出各種塑件。推桿推出機構的特點：推桿加工簡單，更換方便，脫模效果好。
常用的推桿形式有圓形、矩形、D形。其中圓形結構簡單，應用最廣。
推桿直經d與形腔部分推桿孔一般為采用H7/e7～H8/f8的間隙配合，配合部分應保證D-d=4～6 毫米；軸肩厚約4～6毫米。
4.7.2頂桿的布置
頂桿加工簡單，更換方便，脫模效果好。根據塑件的形狀特點， 模具型腔在定模部分，型心在動模部分。其推出機構可采用推桿推出機構、推件板推出機構。由于分型面有臺階，為了便于加工，降低模具成本，我們采用推桿推出機構，推桿推出機構結構簡單，推出平穩(wěn)可靠，雖然推出時會在塑件上留下頂出痕跡，但塑件底部裝配后使用時不影響外觀，設立18個推桿平衡布置，既達到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。本設計采用推桿推出，推桿截面為圓形，推桿推出動作靈活可靠，推桿損壞后也便于更換。推桿的位置選擇在脫模阻力最大的地方，塑件各處的脫模阻力相同時需均勻布置，以保證塑件推出時受力均勻，塑件推出平穩(wěn)和不變形。根據推桿本身的剛度和強度要求，采用四根推桿推出。推桿裝入模具后，起端面還應與型腔底面平齊或高出型腔0.05～0.1cm。
4.7.3推桿布置
考慮塑件結構，本設計采用推桿推出機構，在每個塑件上布置直徑大小不等的9根推桿，具體結構如圖17、圖18所示：
圖17 推桿布置圖 圖18 推桿
4.7.4推件力的計算
對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力(Q) [12]：
(4-8)
式中 L——型芯或凸模被包緊部分的斷面周長(cm)；
h——被包緊部分的深度(cm)；
p——由塑件收縮率產生的單位面積上的正壓力，一般取；
f——磨擦系數，一般?。?
——脫模斜度；
所以L=188.43×2=376.86mm；H=19mm
Q=376.86×19×10×(0.1×cos0.5-sin0.5)=6.535(kN)
4.7.5推桿的設計
(1)推桿的強度計算
查《塑料模設計手冊》[12]由式5-97得
(4-9)
d——圓形推桿直徑cm
——推桿長度系數≈0.7
L——推桿長度cm
n——推桿數量
E——推桿材料的彈性模量(鋼的彈性模量E=2.1×107)
Q——總脫模力
代入數據，得d=2.4mm。
(2)推桿壓力校核
查《塑料模設計手冊》[12]式5-98
(4-10)
其中取320N/mm2；，所以推桿應力合格，硬度HRC50～65。
4.8冷卻及排氣系統(tǒng)設計
4.8.1冷卻回路的布置
縮短成型周期有各種方法,而最有效的是制造冷卻效果良好的模具,如果不能實現(xiàn)均一的快速的冷卻,則會使制品內部產生應力而造成制品變形成形或開裂,所以我們必須根據制品的形狀及壁厚設計,制造能實現(xiàn)均一的且高效的冷卻回路。
本設計由于采用整體嵌入式型腔，故水道布置在模板上，其具體結構如圖19所示：
圖19 冷卻水道
本塑件在注射成型機時不要求有太高的模溫因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計計算：
設定模具平均工作溫度為，用常溫的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為。
查表3-26得ABS的單位流量為；
得
4.8.2求冷卻水的體積流量V
由 (4-11)
查表3-27可知所需的冷卻水管直徑較小。
由上述可知，設計冷卻水道直徑為8mm符合要求。
4.8.3冷卻時間計算
由《塑料模設計手冊》[12]，冷卻時間依塑件種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算：
(4-12)
式中： ——最低冷卻時間(s)；
——塑件平均壁厚(mm)；
——塑件平均熱擴撒率(mm2/s)；
——模具平均溫度(℃)；
——熔體平均溫度(℃)；
——塑件脫模時平均溫度(℃)。
代入數據計算得：=8.26s。
由《塑料模設計手冊》[12]表1－4，取＝20s。
4.8.4成型周期計算
注射成型周期一般用下式計算：
(4-13)
式中： ——沖模時間，由PROE計算總注塑質量(包括澆注系統(tǒng))為61.9g，
查《塑料模設計手冊》[12]表5－49，取=0.5s；
——保壓時間，取20s；
——冷卻時間；
——其余時間，包括脫模區(qū)間及開閉模時間，取Tr=40s。
代入數據計算得：T=80.5s。
4.8.5排氣機構
當塑料熔體注入型腔時，如果型腔內原有的氣體，蒸汽不能順利地排出，將在制品上形成氣孔、接縫、表面輪廓不能完全充分滿型腔，同時還會因氣體被壓縮而產生焦痕，而且型腔內汽體被壓縮產生的反氣壓會降低充模速度，影響注塑周期和產品質量[22]。
排氣機構的設置，一般有如下幾種方法：
(1) 用分型面排氣；
(2) 利用推桿排氣；
(3) 利用鑲件排氣；
(4) 利用燒結合金排氣。
本方案設計在分型面之間、推桿預模板之間及活動型芯與模板之間的配合間隙進行排氣，間隙值取0.04mm。
5 結論
在這次的畢業(yè)設計中，通過查閱資料和在老師的指導下完成的MP3電池充電器插座的注射模具設計后，自己了解了模具的設計過程大體是：需要了解塑件的工藝結構和特點；熟悉塑件，包括其幾何形狀；塑件的使用要求；塑件的原料；檢查塑件的成型工藝性；明確注射機的型號和規(guī)格；注射模具結構設計等等的步驟。利用Pro/E5.0軟件完成了塑件的造型和對其的模具設計。
在此次的畢業(yè)設計中是我對以前所學的知識有了進一步的了解，并且知道了模具的設計流程和上網查找資料了解了模具的制造流程，對所學專業(yè)知識掌握得更加牢固，這使我的學識得到了質的飛躍。
通過對MP3電池充電器插座的模具設計了解了模具從設計到制造的完成過程，現(xiàn)代化的模具設計到制造都是沿著自動化，高效率的生產的方式進行的，這些都能提高模具的制造效率，還能節(jié)約模具成本，我們還需要更多更全面的了解模具的設計到制造，這樣我們才能更好的去適應現(xiàn)代模具的發(fā)展。
通過這次的畢業(yè)設計，找出了自己的不足之處，也有許多的地方要在今后實踐工作中去補充。當然，經過這段時間在老師的指導下完成的畢業(yè)設計，我相信大學這段時間所學到的知識也能將其畫上一個完美的句話。
致 謝
參考文獻
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