1、前 言本次设计的目的是为了使设计者在全面掌握知识理论的基础上，通过一副或几副模具设计的整个过程，了解模具设计的一般步骤。并与书本知识相结合，设计出比较合理的塑料模具，并充分把实践与理论结合起来。本设计任务是针对排气扇面罩注塑成型的模具设计，并利用所学知识，参考有关模具设计资料完成本次任务。本次设计任务主要是按照设计流程对模具知识的进一步加深和巩固，首先将三维进行导二维，或利用 CAXA 电子图板进行排位。在学习过程中能熟练地运用CAD、CAXA 电子图板 Pro/E 的操作和运用。本说明书在编写过程在老师的指导下并和同学交流的过程中完成的，由于自身的经验和知识的缺陷出现的错误颇多，敬请谅解。1
2、目 录引言3任务书4第 1 章 塑件的成型工艺特点分析5塑件的选择及分析5第 2 章 模架的选择5草绘模具型腔布局6模架的选择与确定6第 3 章 注塑机的初步选选择7保压压力的控制8ABS 的注塑成型周期表8模具保压参数8ABS 模温的确定9最大注塑量的校核10最大注射压力的校核10锁模力的校核11注塑机的校核11开模行程的校核12第 4 章 模具的排位设计13排位设计基本原则132排位的基本原则13模仁的设计14模仁安全尺寸参考表14模仁厚度与模板厚度参考表15模仁的固定15第 5 章 分型面的设计16分型面选择的一般原则16第 6 章 成型零件的设计17ABS 注塑成型周期表18 ABS
3、保压参数表18型腔的结构设计19型腔尺寸的计算19型芯结构的设计20型芯尺寸的计算21 第 7 章 浇注系统的设计22主流道的设计22分流道的设计23冷料穴和拉料杆的设计23第 8 章 脱模机构的设计24脱模机构设计的总原则24推件板的脱模设计25避空的设计要求253定位环的设计26第 9 章 模具材料的选择27第 10 章 排气系统的设计28第 11 章 冷却系统的设计29附 录314引 言由于塑料材料具有许多优点，目前正逐渐成为金属材料的良好代用材料，在很多领域都出现了用塑料取而代替金属材料的趋势。作为注塑成型加工为主工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等
4、方面的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。所以塑料模具需要很大的改进，使其能为工业的大发展服务。本次设计任务主要针对的是排气扇面罩的设计，结合各个因素，这里将设计一模两腔的注塑模。5任 务 书1.零件外表面不允许有任何飞边、毛刺、缩水现象。2.生产批量为小批量。3.零件材料为 ABS。4.材料的缩水率为 1.005。5.本设计为一模两腔。6第一章 塑件的成型工艺特点分析如任务书中的图所示，塑件是普通的排气扇面罩，其外观和精度要求不是很高；模具设计时可以尽量兼顾一下模具的
5、外协件和模具本身制造的成本，塑件重要尺寸有150,120,33,等，其下偏差为 0，上偏差为 0.12，因为该塑件还得和其他塑件一起配合形成一个完整的装配体，因此其配合尺寸所涉及到的模具成型件精度是有要求的，在模具制造过程中要特别注重这一点。此外：塑件的表面粗糙度要求也不是很高，一般的模具加工手段是可以满足要求的，整体来讲：模具结构简单，加工水平要求一般。 塑料的选择及分析按照任务书中的要求，本塑件的材料选为 ABS；ABS 的成型性能较好。其流动性较好，成型收缩率小；ABS 塑料的比热容较低，在料筒中塑化效率高，在募集中凝固也快，模塑周期短。但 ABS 的吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要
6、求光泽的制品要进行较长时间的干燥。第二章 模架的选择模架的选择一般不外乎就是选择它的长度、宽度、厚度的型号与规格；大水口还是细水口，工字模还是直身模。7是否要推板、支撑板。定模板、定模座版、动模板的厚度要多少，长宽各要多少才能满足要求等。（1）草绘模具型腔布局本次模具设计中所设计的是按照任务书的要求设计一模两腔，这样布局的原因是本副模具生产批量为小批量，在考虑制造成本的前提下选择一模两腔。如图所示：（2）模架的选择一般定模板、动模板开框后其底部厚度不要小于 2530mm 或取模具长边的 1/10 左右，但也可以在定模板和动模板开通孔的，前提是要有面板作为支撑，其强度要达到工作要求。模架的宽度要
7、保证模仁的宽度和推板的宽度大致相等。塑件的长为 150 ，宽维 120，总高为 33，除定模座板和动模座板长 380，宽 250 外，其余模板长为 350，宽250，厚度结合实际情况而定。结合各种因素选择的模架为工字模。如下图所示：8第三章 注塑机的初步选择ABS 熔体的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，所以在注塑时采用较高的注塑压力。当然并非所有 ABS 制件都要施用压力，对小型构造简单，厚度大的制件可以用较低的注塑压力，可在 70100MPa 范围内选择；而复杂、薄壁、长流程、小浇口制品，注射压力可提高到 100140MPa。在浇注制品的过程中，浇口闭合瞬间模腔内的压力大小往往9决定了制品的
8、表面质量及发生银丝状缺陷的程度。压力过小塑件收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制品表面易雾化。压力过大，塑件与模具型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模和划伤。而且，压力太高，容易造成制品内应力过大。所以，注射制品一般都存在两向异性，即流动方向与垂直流动方向性能不一，这是由于注塑过程中产生取向造成的。注射压力太高，必然导致两向性能差异的加大。（1）保压压力的控制保压压力控制在 6070MPa，就可以满足制品和成型的要求了。（2）ABS 注塑成型周期表总周期/S 注射周期/S 高压时间/S 冷却时间/S40120 530 05 2060（3）模具保压参数此参数表只针对 ABS 此内材料压力 速度
9、时间/S 60 15 170 15 275 15 3由于 ABS 中有丁二烯成分，使其耐热性不高，注塑机10料筒温度不宜太高，加热时间也不宜太长，否则 ABS 易变色。因此，通常情况其料温和喷嘴温度能满足流动性要求的情况下，尽可能设定较低，其设定温度入下表：不同阶段 机筒温度 /C后 中 前喷嘴温度/C温 度/C 150170 165180 180220 200模具温度对提高 ABS 制品表面的质量减小内应力有着重要的作用。但是提高模温、制品收缩率会增大成型周期的延长。（4）ABS 模温的校定ABS 的模温一般设定在 7585C。定模温度设置为7080C，动模温度设置为 5060C，这是为了防
10、止粘定模，此外，定模模温高使得 ABS 在浇注系统的流动性好，有利于充型；而动模模温低，有利于缩短冷却时间，而提高生产效率。（5）模具保压参数此参数表只针对 ABS 此内材料压力 速度 时间/S 60 15 170 15 275 15 311（6）最大注射量的校核：最大注射量指的是注塑机在工作一次时所注射塑料的最大容量和流道中的凝料。在设计时塑件和浇注系统凝料所用的塑料量不能超过注塑机公称注射量的 80%.注射量以容积表示：V0.8V 机 ，V 塑料 K 压 V式中 V塑件的总体积（塑件+浇注系统 cm);V 机 注塑机的最大注塑量（cm);V 塑料 成型塑件所需塑料的体积（cm） ；K 压
11、压缩比。（7）最大注射压力的校核注塑机在工作的过程中螺杆施加给熔融塑料单位面积上的压力称为注射压力。在设计选用注塑机时，成型塑料制品所需的注射压力应小于注塑机所标定的公称注射压力。P 注 P 公式中：P 注 塑料成型时所需的注射压力（MPa);P 公 注塑机公称注射压力（MPa)；P 注 受浇注系统，型腔内阻力，模具温度等12因素的影响。当 P 注 太大时，塑件的毛边大，脱模困难，表面质量差，内应力大。当 P 注 太小时，塑料不能充满型腔，无法成型。（8）锁模力的校核注塑机的合模装置对模具所施加的最大加紧力称为锁模力。在注射压力作用下，高压的塑料熔体充满模具型腔前，经过注塑机喷嘴和模具浇注系统
12、时虽有压力损失，但进入型腔时任然具有很高的压力，从而产生一个眼注塑机轴向，即沿模具开模方向很高的压力，为了保持动、定模紧密闭合，保证塑件精度、防止出现溢料，注塑机需要足够大的锁模力。故模具从分型面涨开的力必须小于注塑机规定的锁模力。即：FKPA式中 F注塑机的额定锁模力（t)；A塑件与浇注系统在分型面上的投影面积（cm)P熔融塑件在型腔内的压力（kg/cm)K安全系数，长取 1.11.2。（9）注塑机的校核根据塑件的质量（cm)或体积（cm)和模具的张开力来选择注塑机。将本塑件化为若干个体积块进行计算：V=S 塑底面积 H 厚13V塑件的总体积（cm),S 面积 塑件每个面的底面积（cm),H
13、 厚 塑件的厚度（mm)，V=2（150120）2+2（12030）2+1501202=70000070cm由于塑件是一模二腔，所以总体积大约是 170cm，加上流道凝料，选择的注塑机型号为：G54S200/400。熔体充满模具型腔时，会产生模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的锁模力才能保证注射机不发生溢料现象。在上面已经算出一模二腔塑件的体积大约为 170cm，加上流道凝料，选择的机型为 G54S200/400，锁模力为 2540KN。（10）开模行程的校核注射机开模行程的校核，一般是能满足要确的，只有在做相对很高的塑件要
14、特别考虑。本注射机的开模行程：SH 1+H2+（510）mmS40+70+10=120式中 S注射机的最大开模行程 mm；14H1推出距离 mm；H2包括浇注系统在内的塑件高度 mm；本副模具的开模行程约为 120mm，在这里所选择的注射机型号为 G54S200/400，其最大开模行程为 160m；160满足要求。第四章 模具的排位设计（1）排位的设计基本原则模具的排位设计在整个模具设计过程中是很重要的一个部分，它是为了表达模具具体结构和装配关系而做的，简单的说，模具的排位就是塑件产品在模具上的摆放位置怎样；模具每工作一次出多少件塑件产品；每件产品怎样进料，从哪里进料，相互之间的距离是多大，到
15、模具边缘的距离是多大，冷却水道怎样排，怎样走；排气槽开在哪里合适等都需要进行精密的设计计算。排位设计的合理与否关系到模具的大小和模具的制造，产品的生产效率也会影响产品的质量。在安排排位时，不但要考虑产品的数量还要注意产品在模具这样排位是否有利于塑件产品的成型，保证产品的质量品质。在设计一套模具时，其可能会有多种排位方法，首先要选择能确保产品质量的方案进行排位。在考虑产品的数量（即一模几腔）与模具制造的经济价值。一般在设计排位的同时就要确定模仁的平面尺寸，确定进料位置。15（2）排位的基本原则A.同一塑料的产品应该安排在同一套模具上，而不同塑料的模具绝对不能安排在同一套模具上。B.尽量缩短塑胶在
16、模具内的流程，以便减少压力、温度、材料的消耗。在保证合理的边距的前提下，产品相互之间的距离尽量小。C.保证产品的质量、外观、还要便于修剪水口。D.保证每个型腔基本能同时充满塑胶。（3）模仁的设计模仁厚度的确定：模仁的厚度的决定需要考虑加上冷却水道的基本厚度，还要保持模仁强度的厚度，模仁强度主要考虑的是能承受注射压力，不会因注射压力而导致模板变形，进而使产品产生飞边。模仁强度设计考虑到射出压力、产品投影面积、产品总高度、产品厚度、产品外形等。模仁安全尺寸的设定：进行模具设计时，先要计算模仁的尺寸，在计算模座模架的尺寸，计算尺寸的重点是在如何设计安全距离，和安全距离的选择，对模具成本的影响。产品的
17、大小特征及产品的配制确定模仁大小、厚度。按模仁宽度必须放置两个模脚之间，模仁长度变量不超过回位杆的距离来确定模座的大小。16（4）模仁安全尺寸参考表：产品（制件尺寸）(mm) 安全距离(mm)20 252060 306080 3580300 40300600 45（5）模仁厚度与模板厚度参考表：模仁宽mm模仁长mm定模仁厚mm定模板厚mm 比例动模仁厚mm动模板厚mm110 受 285 60 1.3 50 1.6150 375 70 1.7 70 1.7260 615 90 1.65 85 1.75340 700 120 1.68 110 1.8490 850 150 1.86 140 1.8
18、550 875 175 1.7 150 2（6）模仁的固定：在设计过程中应考虑模仁的固定是否有利于其能正常17工作，并保证定模仁在开模后能固定在定模上面，动模仁在开模后会随动模移动。在本设计说明中已经知道定动模仁为镶嵌式，分别嵌在定模板和动模板之中，定模仁用 M10的内六角圆头螺钉与定模板锁紧固定，动模仁则用用过度配合镶嵌在动模板上，并在支撑板与动模板之间用 M20 的内六角圆头螺钉锁紧将动模仁固定。第五章 分型面的选择设计为了安装嵌件和顺利取出已成型的塑件即浇注系统的凝料，必须设计分型面，根据分型面的形状可分为平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面、瓣和分型面等。在模具装配图中，分型
19、面的方向为箭头的指向方向，而另一方向则不动。 （1）分型面选择的一般原则：分型面的选择是设计的重要环节，要根据塑件的形状特点，精度要求，嵌件的安放，模具的推出方式，充形排气等诸多因素考虑，现将分型面的原则介绍如下：A.分型面应选择在塑件外形最大轮廓处，即选在塑件的截面积最大处，否则，塑件不能从型腔中取出来。B.分型面的选在应尽可能使型件在开模后留下推出机18构一侧，便于塑件顺利脱落，推出机构一般设在动模一侧这样才为合理。C.保证塑件精度要求，如果是双联塑件，还要考虑同轴度的要求，否则动定模合模可能会造成错移，影响精度。D.应考虑外观要求。不要在塑件的重要表面开设分型面，还应考虑在分型面处所产生
20、的飞边是否易清除。E.有利于模具的制造，在设计分型面时要考虑是否有利于模具的制造。F.有利于排气，分型面应尽量使塑料熔体的料流末端重和，从而有利于气体排出，因料流末端直接与分型面重合。G.应考虑成型面的影响。塑件在分型面上投影面积越大，所需的锁模力越大，设备也越大。所以，应尽量缩小塑件在合模分型面上的投影面积。对于某一塑料制品，以上分型面选择原则可能会发生矛盾，不能全部符合上述原则，这时应根据实际情况满足塑件制品要求为主。这里选用的是平直分型面。如图：19第 6 章 成型塑件的设计塑件材料名称:ABS；收缩率：0.30.8（%） ；每模生产塑件个数：一模二件；注射机输料筒温度：/C后部 150
21、170；中部 165180；前部 180220。(1)ABS 注塑成型周期表20总周期/S 注射周期/S 高压时间/S 冷却时间/S40120 530 05 2060(2)ABS 保压参数表压力 速度 时间/S 60 15 170 15 275 15 3（3）型腔的结构设计型腔是成型塑件外表面的成型零件，型腔的基本结构可分为整体式、嵌入式和组合式；在这里用嵌入式的型腔，有利于模具的加工和成本的降低。采用嵌入式的型腔有以下几个好处A.简化模具型腔的加工，将复杂的加工变成简单，还降低难度。B.一般嵌入式的型腔都采用性能好的材料，这样就提高了它的精度和耐磨性。C.节约材料，尤其是大型模具，降低成本。
22、D.有利于排气系统和冷却系统的设计和加工。21但要注意以下几点:A.型腔的强度和刚度会消弱，故框板要有足够的强度和刚度。B.镶件一定要锁紧，以减小整体型腔在高压下变形和移（4)型腔尺寸的计算：型腔径向尺寸的计算。塑件的基本尺寸为（L S） _ ，损量为 c则塑件的平均尺寸 LS-/2，模具型腔的基本尺寸为（L M） +Z ，则型腔的平均尺寸为 LM+ Z/2。当型腔的平均磨损量为 C/2 时，平均收缩率 SCP，则有等式LM+ Z/2+ C/2=(LS/2)+(L S/2)S CP 对于中小型塑料制品，令 SZ=/3，S C=/6，并将比其他各项小得多的（/2)S CP略去 ，则有：LM=LS
23、+LSSCP-3/4标注制造公差后得到模具型腔的径向尺寸为：LM=（L S+LSSCP_3/4)+ Z已知塑件制品的材料为 ABS，最小收缩率为 0.3%，最大收缩率为 0.8%，平均收缩率为 0.55%。总长为 150，总宽为 120，总高为 33，塑件厚 2。则计算公式为：塑件尺寸 :1500-062 , 1200-050 , 计算公式： L m=(Ls+Ls.Scp%-3/4) 0+z22计算值： 150.28 0+0.31 120.220+0.17塑件尺寸： 33 0-0.26 , 300-0.24 , 计算公式 ： H m=(Hs+Hs.Scp%-2/3) 0+z计算值： 32.99
24、 0+0.09 ， 29.890+0.08 ，塑件尺寸：3 0-0.12计算公式 ：H m=(Hs+Hs.Scp%-2/3) 0+z计算值： 2.94 0+0.04（5）型芯的结构设计型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件，型芯也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。在这里设计的型芯采用反嵌法将其嵌在动模板之中；过度配合，这样既为型芯的加工提供了简便，也节约了材料的成本，型芯嵌入后在动模板和支撑板之间加螺钉紧锁防止活动和移位。如图所示：23（6）型芯的尺寸计算型芯径向尺寸的计算。基本尺寸为： 144 0+0.62 1140+0.50 计算公式： L m=(Ls+Ls.Scp%+3/4) 0-
25、z计算值： 144.25 0-021 114.950-0.17 基本尺寸为： 300+0.24 270+0.24 30+0.12计算公式： H m=(Hs+Hs.Scp%+2/3) 0-z计算值：30.23 0-0.08 27.300-0.08 3.10 0-0.04基本尺寸为： 94 0+0.44 840+0.44计算公式： L m=(Ls+Ls.Scp%-3/4) 0+z 计算值：94. 14 0-0.15 84 .090-0.15基本尺寸为： 3 0+0.12计算公式： H m=(Hs+Hs.Scp%+2/3) 0-z计算值： 3.10 0-0.04长轴 D 基本尺寸：D36 0+0.2
26、6短轴 d 基本尺寸：d17 0+0.20计算公式：L m=(Ls+Ls.Scp%-3/4) 0+z计算值：D35.99 0-0.09 d16.93 0-0.07第七章 浇注系统的设计24（1）主流道的设计在卧式或立式注塑机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。主流道通常设计在模具的浇口套中，为了能让主力道中的凝料能顺利从浇口套中拔出，故设计主流道时要求为：A.将主流道设计成有锥角 26 的圆锥形；B.小端直径比注塑机喷嘴直径大 0.51mm，一般小端为 36mm，小端为凹球面，深度为 35mm，注塑机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm,主流道
27、的长度应尽量短，以减少压力损失。C.主流道的内表面粗超度 Ra0.8m；D.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 5357HRC。如图所示：（2）分流道的设计根据型腔在分型面上的情况，分流道可分为一次分流道、二次分流道或三次分流道。其长度尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热力损失，节约原材料和能耗。流动过程中的热量损失与压力损失。如图所示：25（3）冷料穴和拉料杆的设计冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料它主要是容纳浇注系统流道中的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。冷料既影响溶体充填的速度，又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴还便于在该处设置水口拉料杆
28、。注射结束模具分型时，在水口拉料杆的作用下，主流凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。此次模具设计中选用“Z 型”的水口拉料杆。这根拉料杆可以买一根顶针回来改装加工，方便快捷。如图所示：26第八章 脱模机构的设计（1）脱模机构设计的总体原则A.要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。B.正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些
29、，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。C.推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。27D.推出机构应结构简单，动作可靠，远动灵活，制造及维修方便。（2）推件板的脱模设计结合本设计的各种因素，决定在这副模具上采用推件板脱料的方法脱料。在推件板脱料中，由定位销和定位导柱对其进行定位，以防止推件板孔与型芯之间的过度磨损和偏移。如图所示：(3)避空的设计要求推件板和型芯之间要有很高的间隙精度，均匀的配合。想要使推件板灵活的脱模和复位，又不能有溢料熔体溢料，最大单项控制在 2 丝左右，因为 ABS 的粘度比较高。为了防止工作过度磨损和咬合发生变形，推件板和型芯应做淬
30、火处理。还有，在推件板与型芯之间留有单边 0.2 左右的间距来避免两者之间的接触。又有锥度配合面其辅助定位作用，可防止推件板孔偏心而引起溢料，其斜度 510.28这里取 5。如图所示：（3）定位环的设计 本设计中选择的浇口套和定位环是按分开的形式设的，考虑定位环外径比较大，则采用重叠定位环的方式对浇口套在定模座板上进行加固、定位。定位环也有标准件，这里有注塑机的型号选择，但是还需要加工才能使用，将在上面按尺寸钻两个螺纹孔（按需要进行钻）就可以，如图所示：29第九章 模具材料的选择随着塑料产量的提高和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展。目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料迅速发展。我国目前用于塑料模具的钢种，可按钢材特性和使用时的热处理状态分类，如下表：塑料模具材料用钢分类表类别 钢种 类别 钢种
