1、 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 40 页1 引言全套图纸，加 1538937061.1 模具工业的现状及国内外发展趋势1.1.1 国外模具技术发展趋势及应用模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” 。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ；德国则认为是所有工业中的“关键工业” ；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密” ，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到13000 亿日元，远远超过日本
2、机床总产值 9000 亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。（1）CAD/CAM/CAE 技术的应用在欧美 CAD/CAM/CAE 已成为塑模企业普遍应用的技术。在 CAD 的应用方面已经超越了甩掉图板，二维绘图的初级阶段。目前 3D 设计已达到了70%、89%，Pro/E，UG，CI 以 TRON 等软件的应用很普遍。应用这些软件不仅可完成2D 设计，同时也获得 3D 模型，为 NC 编程和 CAD/CAM 的集成提供了保证。应用 3D 设计，还在设计时进行装配干涉的检查，以保证设计和工艺的合理性。在欧美的塑模本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2
3、页 共 40 页企业中，为了提高 CAD 技术的效率，塑模标准件的采用率一般在 80%以上 1。（2）激光技术的应用日益受到重视激光技术在模具制造中的应用主要是在快速成形与一些特殊模具的加工两个方面。快速成形是根据CAD 的数据,不借助任何机械加工工具,通过逐层增加材料的方法(如聚合、粘结、烧结等) 快速制造出零件原型或零件实物,故也称快速原形制造(缩写为PRM) 技术。快速成形技术主要有立体光固造型(SLA) ,选择性激光烧结(SLS) ,分层实体制造(LOM) 等。该技术将CAD 技术、激光技术、CNC 技术、材料加工和材料科学技术有机地结合起来,给模具制造业带来了根本性的变革 2。与传统
4、的模具设计制造相比,它能比数控加工更快、更方便地设计并制造出各种复杂的原型,使模具的制造成本和生产周期减少1/ 2 ,明显提高生产率。国内的一些大型企业集团,如海尔、春兰和科龙等公司已经应用激光快速成形于新产品开发等方面,并取得显著的经济效益。（3）先进的模具材料随着模具工作条件的日益苛刻，对模具的质量，特别是钢的纯净度、等向性的水平提出了更高的要求。 为达此目的$国外普遍采用电炉外精炼工艺生产纯净度高的模具钢， 对于大截面锻压模块和大型的钢材规定采用真空处理。对于纯净度要求更高的模具钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。 因此，模具钢的质量有了较大
5、提高。为了加强竞争力量，适应经济全球化的发展趋势，国外模具钢的生产从分散趋向于集中，并多家公司进行跨国合并，为了更好地进行竞争，这些公司都建成了完善的技术先进的模具钢生产线和模具钢科学研究基地，形成几个世界著名的工模具生产和科研中心，以满足迅速发展的模具工业。1.1.2 国内模具技术发展呈现五大特点2008 年，国民经济继续快速增长，装备制造业发展态势良好，国际模具市场大环境得到改善，有力地促进了中国塑料模具业发展。综合各方面情况，2008 年中国塑料模具业发展呈现五大特点。（1）技术水平明显提高 随着汽车业继续高速发展，2008 年进入汽车领域的模具企业及产品比上年大幅增加。同时，汽车对模具
6、不断提出更高的要求，促使模具技术水平不断提高。此外，出口大幅增长，也带动了国产模具技术水平不断提高，因为出口模具水平往往比内本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 40 页销产品要求更高。2008 年国产模具水平得到明显提高，主要表现在：级进模水平提高较快，大型级进模长度已超过 3 米，精密级进模已可与 2000 次/分高速冲床匹配；热流道模具和气辅模具方面，有的已达到国际水平；在 CAD/CAM 技术得到普及的同时，CAE 技术应用越来越广，CAD/CAE/CAM 一体化技术得到进一步发展，并取得较好成果；模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利
7、数量增多；一批比往年数量更多、水平更高的模具被中国模具工业协会技术委员会评审专家组推荐为国家级新产品等。 2（2）信息化管理富有成效 2008 年，信息化管理不但被许多模具企业提到议事日程，而且得到实施，已经有企业从中受益。在实施过程中，国内外有关软件同台竞技，二次开发富有成果，数据库日渐丰富。通过实施企业信息化管理，国产模具生产周期缩短了，生产效率提高了，企业效益增加了。（3）投资热情高涨，集群化初步显现 2008 年，市场产需两旺及良好的发展前景，使许多企业家和投资者纷纷投资模具业，其中外资和民资仍是主流，而且投资热情普遍高涨，较大的技改项目和新建项目在这一年不断出现。由于集群化生产具有方
8、便协作、降低成本、扩大市场、利于交流等特点，以及可享受较为优惠的政策，因此 2006 年这一生产方式得到进一步发展。现在已具有相当规模的模具城（或模具园区、集聚生产基地等）全国已有十来个，正在建设、筹建或规划建设的还有十多个。除集群化生产外，有些地方还在发展模具联合体及虚拟制造，这些也有类似于集群化生产的一些优点。（4）品牌建设得到重视 由于模具的从属性和对特殊用户的依赖性，品牌在模具特别是塑料模具业长期不被重视。但随着市场经济发展，模具业品牌建设在 2008 年受到越来越多企业的重视。据了解，全国已有 10 个左右的省市级驰名（著名）模具商标和品牌，个别模具企业已在申报全国著名商标，更多的企
9、业在 2008 年启动了品牌建设工作。除了品牌建设外，集体地标式品牌（例如余姚模具等）也在 2008 年显示出优越性。随着质量管理工作不断深入和环保日显重要，2006 年又有一大批模具企业通过了 ISO9000 国际质量体系认证及 ISO14000 环境管理体系认证。（5）人才培训力度加大 鉴于模具业普遍缺乏人才，特别是缺乏中高级人才，2008 年各地办学和培训工本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 40 页作备受重视，学校、培训点、企业三方力量都加大了培训力度。学校增设模具专业，并扩招；培训点明显增加，并尽量多招学员；企业自身或采取厂校结合方式加强对在职职工的培
10、训，都收到了良好效果。国家有关部门针对模具人才缺乏的现状，开始研究开展模具人才远程培训事宜，模具设计师成为国家认可的一个新工种。 3综合看，中国塑料模具业经过 2008 年高速运行，尽管生产总量和水平得到了较快提高，但仍旧满足不了市场需求。一方面高端产品仍大量进口，另一方面国内竞争加剧，国内模具业高端市场面临进口货和外资企业的强大压力，而中低端市场是民企之间的剧烈竞争，有的已变成互相压价的无序竞争。随着汽车、电子等模具使用大户高速发展，中国模具工业协会预测，2009 年中国塑料模具业仍将产销两旺，持续高速发展，模具产量、质量和技术水平将进一步提高。在这种情况下，企业如何提高自身产品的技术含量，
11、从而在竞争中赢得先机尤为重要。1.2 塑料注射模具的设计步骤1.2.1 塑料件的工艺性分析本课题是对竖笛头部的注射模设计。首先对竖笛头部进行观察并进行测绘，如图 1.1，尺寸大都是估算值，无特殊要求，尺寸公差按 IT8 级精度查取。看塑件的结构是否满足塑件结构的工艺性能。图 1.1 工件图三维图1.2.2 竖笛头部材料的选择塑料材料的相对密度在 0.83g/cm32.2 g/cm3范围内，在众多的材料中只有比本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 40 页木材的相当密度稍高。且在各种的材料中，塑料材料具有最高的比强度，甚至比特种合金铝还要高。塑料还具有很好的绝缘性、
12、防震、隔热、隔音性能 4。竖笛头部选择的材料为丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)。ABS 工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性。他密度小，耐热氧化性能好。ABS 成型工艺性好，生产效率高，且价格便宜。表 2.1 ABS 成型的条件预热和干燥 温度 t 80100时间 h 12料筒温度 t 后段 160180中段 180200前段 200220模具温度 8090注射压力 70100成型时间 注射时间 2060高压时间 03冷却时间 2090预热和干燥 总周期 501601.2.3 绘制模具装配草图模具装配图的设计应先从绘制装配图入手，根据塑件的具体情况，经过
13、认真考虑、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。（1）确定分型面和浇口位置及结构形式确定模具的分型面和浇口的位置是模具设计中的重要环节。选择分型面应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑。浇口位置则是在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。且易于清除浇注塑料。（2）确定成型零件的结构形式及安装方法成型结构简式注射成型的核心部位，它直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构现状形
14、式，就是能使成型结构简在现有设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。（3）选择成型设备本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 40 页模具与注射机必须配套使用，根据塑件的具体情况，选择注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量，另一个是在于注射方向相垂直的最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。在选用时，成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及他的投影面积，只有这样才能顺利成型 5。其次还应注意以下几点：测算核实模板所受注射压力应小于注射机的锁模力；模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小高度之
15、间；模体外形尺寸能从注射机的拉杆空间安装；应了解注射机的定位孔直径、喷嘴孔径及喷嘴球半径尺寸，使模具与之配套；模具采用的顶出方式应适应注射机的顶出方式和顶出距离，注射机的模板行程应满足在开模时能去除塑件时所需要的距离；（4）塑件侧壁凹凸槽结构的处置方法根据塑件侧壁凹凸槽选择合适的侧抽机构。（5）脱模机构的确定定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障碍，折实顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。（6)确定温度调节方式为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空
16、间。（7)确定主要结构件的尺寸通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等 5。1.2.4 对零件进行造型设计并绘制工程图装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的造型设计。工程图尽量按 1:1的比例画出，因为这样比较直观，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出。按制图规划，正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。主要零件绘制完成，本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页
17、共 40 页对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。13 课程任务要求本课题是竖笛头部注射模的设计。要求对塑件进行测绘，并完成其 CAD 三维造型设计。竖笛头部注射模要求一模两腔。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件 CAD 三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。2 方案分析与设计根据塑件的结构特点，成型模具可采用上下盖和哈夫两种成型结构，综合考虑后我采用哈夫成型结构。根据查找的各方面资料 5，初步确定可以通过斜导柱将哈夫块分开，再通过推板将零件推出。具体方案如图 2.
18、1 示。开模时，模具沿-面开始分型，哈夫块沿斜导柱向外移动，直至分开，动模上的推件杆推动推件板，使工件从型芯脱离，从而达到工件脱模的效果。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 40 页1-浇口套；3-锁紧块；4-型芯；5-动模推件板；9-斜导柱；10-顶杆；图 2.1 装配图 3 竖笛头部注射模具的详细设计31 塑料注射成型机的选择3.1.1 注射成型机的分类（1)注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种 13。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 40 页（a)立式注射机：它的注射装置与合模机构都在同一竖直线上。优点:占地少，
19、模具拆装方便，易于安放嵌件。缺点:重心高，加料困难;容积较小。（b)卧式注射机：目前使用最广泛的注射成型机械。它的注射装置与合模装置方向在同一水平线上横卧安装。优点:重心低，操作及维修方便，塑件可自行脱落，易实现自动化。缺点:模具安装麻烦，嵌件安放不稳，机器占地较大。（c)角式注射机：它的注射装置与合模装置方向呈垂直排列。优点、缺点介于立式注射机和卧式注射机之间。特别适用于成形中心不允许有浇口痕迹的平面塑件。（2)注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。（a)柱塞式注射机；注射柱塞直径为20mm100mm的金属圆杆，当其后退时物料自料斗定量地落入料筒内，柱塞前进，原料
20、通过料筒与分流梭的腔内，将塑料分成薄片，均匀加热，并在剪切作用下塑料进一步混合和塑化，并完成注射。多为立式注射机，注射量小于30g60g，不易成形流动性差、热敏性强的塑料。（b)螺杆式注射机：螺杆在料筒内旋转时，将料斗内的塑料卷人，逐渐压实、排气和塑化，将塑料熔体推向料筒的前端，积存在料筒顶部和喷嘴之间，螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退。当积存的熔体达到预定的注射量时，螺杆停止转动，在液压缸的推动下，将熔体注入模具。卧式注射机多为螺杆式。3.1.2 塑料注射机通用的主要装置组成：（1)注射装置：它的主要作用是使固态的塑料均匀的塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将融料注入模腔中。它的主要部件有：
21、料筒、料筒加热器、料斗、计量装置、螺杆、螺杆的驱动装置、喷嘴及其驱动装置。（2)合模机构：它的主要作用是保证成型模具有可靠的开合动作。因为在注射过程中进入模腔中的融料有较高的压力，这就要求合模装置给予模具足够的夹紧力、即锁模力，防止模具在融料高压力下推开。它的主要部件有：机架、定动模板、拉杆、合模油缸及肘节。（3)顶出装置：它的作用在开模到一定距离后，驱动模具的顶出装置，将部件从模具中顶出。（4) 机械和液压传动及电气控制系统：注射成型是塑料塑化、模具闭合、压力、温度调节、注射入模、保压、制品固化定型、开模、顶出塑件等多道工序连续准确本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10
22、 页 共 40 页的发生过程，这些连续动作都是由机械和液压传动及电气控制的。工作前，模具分别安装在动模及定模上，注射模的动模板、定模板应分别与注射机动模板、定模板上的螺孔相适应。模具在注射机上的安装方法通常有螺栓固定和压板固定两种。塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。开模距离一般可分为两种情况:一是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并不受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度无关；二是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并受模具厚度的影响即注射机最
23、大开模行程与模具厚度有关。 133.1.3 注射成型机的计算（1)注射容量国产标准注射机的标准规定，以注射机注射 ABS 时在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最大容量。由于 ABS 的密度为 1.03-1.07，即它的单位容量与单位质量向近，所以在目前实际中为便于计算，有时还沿用过去的习惯，通常也用其质量可作粗略计量。注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力，标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。确定了单个塑件的体积（质量）和模孔数量就可以大体上计算出多模塑件的总体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，即是一模塑料的总体积 V
24、m。Vm0.8Vz式中 Vm成型零件与浇注系统体积总和，cm 3 ；Vm注射机最大注射容量，cm 3 ；估算：Vm=3.14（1.5 2-0.92）12.1=54.71cm 3（2)最大成型面积最大注射面积是指塑料在模具在分型面上所允许成型的最大投影面积，也就是说在模具设计时，布局在模具分型面上的塑件及浇注系统的投影面积 S，只能小于这个数据时才能正常可靠的注射。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 40 页S=23.14（1.5 2-0.92）+ 33.34=42.38cm 2式中 S塑料在模具分型面上允许成型的投影面积；（3)模具的闭合高度注射机动压板的最大
25、的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说，注射模的闭合高度必须符合下列的要求：H 小 HH 大式中 H 小 注射机允许的最小厚度，mm；H 小 注射机的实际闭合高度，mm；H 小 注射机允许的最大厚度，mm；H=15+45+115+20+30+35+160+20=440mm；（4) 模具的顶出注射机的顶出装置通常有中心顶杆顶出、两侧顶杆顶出以及液压顶出几种形式。应在动模座板与注射机顶出位置相对的位置上，设置稍大于注射机顶杆的通孔，以便于注射机顶杆通过。（5) 定位环和浇口套定位环是将定模部分装入注射机定压板的定位对中位置，应与注射机的
26、定位孔采取动配合的连接形式，以保证模具体对中。（6) 模具的截面尺寸可安装的注射模具外形最大尺寸取决于注射机的压板尺寸和拉杆的间距，因为此注射模的最长的边不应超过压板尺寸，而模具的最短边应小于拉杆间距，才能将注射模装入注射机，并应留有固定模体的压紧空间。同时，注射模动、定模上的紧固螺栓孔，也应与注射机压板上的标准螺孔一致。 14综合考虑上述条件，注射机选择 XS-ZY-1000 型号。表 3.1 注塑机的部分主要技术参数额定注射量/ 1000螺杆（柱塞）直径/mm 85本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 40 页注射压力/MPa 121注射行程/mm 260注
27、塑方式 螺杆式锁模力/kN 4500最大开合模行程/mm 700模具最大厚度/mm 750喷嘴圆弧半径/mm 18喷嘴直径/mm 7.5最小模具厚度/ 30032 力的计算与校核3.2.1 锁模力的校核锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即：(3.1)10APF式中 F锁模力，kNp型腔压力，MPaA塑件及流道系统在分型面上的投影面积，已知型腔压力为 145MPa；浇注系统的投影面积为 1 倍的塑件投影面积；塑件及流道系统在分型面上的投影面积为:(3.2)SrRnA
28、)(2式中 S流道系统在分型面上的投影面积，n模腔数则A=23.14（15 2-92）+ 3334=4238mm 2即 pA/1000=1454238/1000=614.5kN3500kN所以锁模力符合要求 3.2.2 开模行程的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 40 页式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。单分型面注射模，其开模行程按下式校核(510) (3.3)21HS式中 S注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，H 1塑件脱出距离，H
29、 2包括流道凝料在内的塑件高度，已知H 1=125； H 2=440所以H 1+H2+(510)=13+50+(510)570又由于 XS-ZY-1000 卧式注塑机的移模行程为 700570700所以开模行程也符合要求3.2.3 脱模阻力的计算因为塑件的壁厚为 6，型芯半径为 9，所以塑件的壁厚与型芯半径之比为9/6=1.5而 1.5 10所以可以看作是厚壁壳体形塑件，又由于塑件的断面为圆环形 (3.4)CosKrhEQcpf )(/2式中 E塑料的拉伸模量，MPa塑料成型平均收缩率，%t塑料的平均壁厚，h塑料包容型芯的长度，塑料的泊松比脱模斜度(塑料侧面与脱模方向之夹角)塑料与钢材之间的摩
30、擦因数B塑件再与开模方向垂直的平面上的投影面积()，当塑件底部有通孔时，B 项应为零。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 40 页由 和 决定的无因次数，可由下式计算fK(3.5) CosfSinifCosf 1/(3.6)s2/2已知 E=1.9101.980 10MPa =0.006 t=6 h=121 =0.3 =1 =0.4 B=O =0.4/(1+0)=0.4fK=6 (1+6 1.5)=1.35/5.12=12387N35.104.026943cQ3.2.4 脱模力的计算脱模力 由两部分组成，即e (3.7) ebCQ式中 制品对型芯包紧的脱模阻力
31、，N；CQ使得封闭壳体脱模克服的真空吸力，N 0.1A 这里 0.1 的单b bb位为 MPa，A 为型芯的横截面面积， mm2=12387+0.1 14930.4NeQ2903.2.5 抽拔力的计算对于截面为圆形或矩形的型芯，其抽拔力是由于塑件收缩包紧型芯造成的，抽拔力可应用计算脱模力的公式进行计算。设塑件各向收缩率均为 ，圆筒壁内应力为(3.8) 12E式中 E塑件弹性模量，MPa；平均收缩率；塑件泊松比。N1721本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 40 页总轴向力为(3.9)142dDEF式中 D，d塑件圆筒部分的外径与内径。F=1922N当滑块数为
32、2，每个滑块两端由轴向力产生的摩擦阻力为(3.10)1422dDfEFfQ式中 f塑料对钢的摩擦因素。Q=775N33 分型面的选择3.3.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面 15。3.3.2 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则：(1）尽量使塑件开模时留在动模一侧；(2)分型面应有利于排气；(3)保证塑件外观质量要求；(4）有利于塑件分型和抽芯动作；(5)有利于塑件脱模；(6)考虑侧向分型面与主分型面的协调；3.3.3 分型面的选择按塑件结构与哈夫分型结构得到分型面如下图：本 科 毕 业 设 计 说 明
33、书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 40 页图 3.1 分型面(I-I）34 浇注系统的设计3.4.1 注射模具浇注系统的组成模具的浇注系统包括主流道、分流道、浇口及冷料穴，它是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以采用一模多腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：(1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象；(2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸；(3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热
34、量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小；(4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置；(5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量；(6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观；(7）合理设计冷却穴；本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 40 页图 3.2 浇注系统3.4.2 注射模具主流道的设计(1）主流道的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔
35、，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为 2 4，内表面的粗糙度为 Ra0.8 微米。16主流道的设计遵循以下几点原则：(a)为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成
36、圆锥形，锥度取 2 4，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R0.8um；(b)主流道出口端呈过渡圆弧，其半径取 r=1mm3mm,以减少流速转向过渡的阻力；本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 40 页(c)在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形；(d)为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑通常主流道进口端凹坑的球面半径 Sr 要比喷嘴球面半径 Sr 大 1 mm 2 mm,凹入深度约 5 mm，为了补偿主流道与
37、喷嘴的对中误差，主流道进口端的直径 D 应比喷嘴出口直径 d 大 0.5 mm 1 mm；(e)由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度一般定为 5mm10mm，大型模具时为 15mm 左右。主流道主要参数如下：主流道圆锥角 5内壁粗糙度 mRa63.0主流道大端半径 7主流道长度 L主流道衬套材料 10T(2)浇口套的设计主流道浇口套一般采用碳素工具钢如 T8A、T10A 等材料制造，热处理淬火硬度 53HRC57HRC。注射机的 XS-ZY-1000 喷嘴球半径
38、为 18 mm，喷嘴孔径为 7.5 mm。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取 19 mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取 8 mm，如图 3.3。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 40 页图 3.3 浇口套3.4.3 注射模具分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积） ，塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易
39、脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形。(1）分流道的设计要点总体归纳如下：(a)分流道的设计时应采用较小的截面积，以便在试模时为必要的修正留有余地；(b)在可能的情况下，分流道的长度应尽量的短，以减少压力损失；(c)保证熔体迅速和均匀地充满型腔；(d)分流道和型腔的分布原则是排列紧凑，间距合理；(e)在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却水路的空间。(2）分流道的长度分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 40 页少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求
40、出发，应力求缩短。(3）分流道的布局综上所述，根据竖笛头部注射模要求一模两腔的要求，本设计采用平衡式布置，通常四个型腔以下的 H 形和圆形排列能达到最佳的热平衡和塑料和流动平衡。这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。3.4.4 注射模具浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择直接影响到塑件能否完好的、高质量的注射成形。浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两类。非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。限制性浇口是整个浇
41、注系统中截面尺寸最小的部位。(1)浇口的选择浇口位置的选择原则：(a)尽量缩短流动距离；(b)避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷；(c)浇口应开设在塑件厚壁处；(d)考虑分子定向的影响；(e)减少熔接痕，提高熔接强度。根据以上几点原则加上模具一模两腔的要求，我选择点浇口。点浇口截面为圆形，留痕迹小，易取得浇注系统的平衡，也利于自动化操作。浇口尺寸如图 3.4 所示：本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 40 页图 3.4 浇口3.4.5 冷料穴和钩料脱模装置冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前锋的“冷料” ，防止“冷料” ，进入型腔而形成冷接缝；
42、此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的半径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有以下三种：与推杆匹配的冷料穴；与拉料杆匹配的冷料穴；无拉料杆的冷料穴。本设计采用与推杆匹配的冷料穴。其形状如下图：1定模座板 冷料穴 动模座板 推杆本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 40 页图 3.5 冷料穴冷料穴主要技术参数：冷料穴直径： md5.7冷料穴长度： L6935 成型零件的模体的设计3.5.1 注射模具型腔的结构设计型腔的结构形式大致可以分为以下几种：(1）整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相
43、对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。(2)整体组合式型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件进行处理等。(3)局部组合式型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。(4)完全组合式完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。竖笛头
44、部注射模的型腔部分不是很复杂，可利用电火花进行。这里选择整体式型腔。在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度，总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种：合模时的压应力；注射过程中塑料流动的注射压力；浇口封闭前一瞬间的保证压力；开模时的拉应力；但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 23 页 共 40 页导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，型腔将会弹性恢复，当型腔的弹性变形恢复量大
45、于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不够时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。此模具是圆形型腔，圆形型腔是指内外壁横断面都是圆形。圆形型腔的侧壁受到冲击压力。竖笛头部圆形型腔侧壁厚度的计算，下面对刚度和强度分别计算。(1) 型腔侧壁厚度的计算(a）按刚度计算其壁厚 S 按下面公式计算：S R-r r (3.11) pE1式中 S型腔侧壁厚度，
46、mmR型腔外半径，mmr型腔内半径，r=9mmE型腔材料的弹性模量，MPa，E=2.010 5MPa型腔许用变形量， =0.05mmp型腔内单位平均压力，p=120MPa泊松比，=0.3代入公式中得：S mm3.5(b) 按强度计算其壁厚 S 按下面公式计算S r (3.12)12p式中 型腔材料的许用应力， =156.8MPa其余符号见公式 (3.12)。代入公式中得：S 4.87mm本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 24 页 共 40 页所以取 S=6mm 合理3.5.2 注射模具型芯的结构设计型芯的结构形式大体有：(a) 整体式；(b) 整体组合式；(c) 局部组合
47、式；(d)完全组合式；本模具选择的是整体组合式。 整体组合式就是将主体型芯镶嵌在模板上固定而成。它加工简单，易修复更换，也有很高的强度和刚度。3.5.3 注射模具成型零件的尺寸确定 16(1) 型腔尺寸计算型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此应选择塑件公差的 1/2，取负偏差，再加上-1/4的磨损量，而型芯深度则再加上-1/6的磨损量，这样的型腔的计算尺寸的表述如下。(a）型腔的径向尺寸的计算式：（3.13）00431SD式中 型腔的最小基本尺寸；0D塑件的最大基本尺寸；S塑件的平均收缩率，S=2；塑件的公差，取 8 级精度；模具制造公差，按 1/4选取； 16.0348.00 91%2
48、19）（D(b）型腔的深度尺寸的计算公式00431SH（3.14）式中 型腔深度的最小尺寸；0H塑件的最大基本尺寸；其余符号与（3.13）相同。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 25 页 共 40 页2.0360.14%21）（MH(2)型芯尺寸的计算型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸，因此应选择塑件公差的 1/2，取正偏差，再加上+1/4 的磨损量，而型芯高度则加上+1/6 的磨损量。型芯的计算尺寸表达如下。(a)型芯的径向尺寸的计算式：（3.15）00431Sd式中 型芯的最大基本尺寸；0d塑件的最小基本尺寸；其余符号与（3.13）相同。根据（3.15）式计算得型芯的各径向尺寸：01.03.0 94%219）（d(b）型芯的高度尺寸的计算式：00431
