塑料仪表盖注塑模具设计正文

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1、JIUJIANG UNIVERSITY毕毕 业业 设设 计计题 目 塑料仪表盖 I 注塑模具设计 英文题目 Injection Mold Design of the Plastic Meter CoverI 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化姓 名 夏茂龙 年 级 2007（机 A0732） 指导教师 满 达 虎 二 零 一一 年 六 月 摘 要论文对塑件的成型工艺进行了可行性分析，介绍了该仪表盖零件的模具设计流程，给出了模具结构与设计要点，同时对注塑机的各项参数进行严格校核以及模具相关结构的重要参数进行分析。综合多方面因素进行分析、比较，在多种可行性设计方案中选择最优

2、设计方案，以实现产品的顺利顶出，保证产品的自动化生产，节省材料，提高生产效率。【关键词】注塑模具；抽芯机构；分型面AbstractThe thesis mainly introduced the mold design process of the meter caver-parts, given the mold structure of the injection mold and the mold design essentials. Meanwhile to the injection parameters strict checking and mold structure corr

3、elative analysis of the important parameters. Comprehensive many sided element analysis and comparison, in a variety of feasibility design to choose the optimum design of products, in order to realize the smooth ejection, assure product automation production, saving material and improve production e

4、fficiency.【Key words】Injection mold; core-pulling mechanism; parting surface目 录前言前言.1第一章第一章 概论概论.21.1 模具在工业生产中的地位.21.2 代模具制造中的新技术.21.3 我国的模具工业的现状.41.4 我国的模具行业的发展趋势.5第二章第二章 塑料罩的结构设计塑料罩的结构设计.62.1 设计要求.62.2 塑件成型工艺的可行性分析及修改说明.62.2.1 产品精度分析.62.2.2 脱模斜度设计.72.2.3 塑件壁厚分析.72.2.4 圆角设计.102.3 修正后的产品图.10第三章第三章 模

5、具结构设计模具结构设计.113.1 分型面位置的确定.113.2 型腔数量和排列方式的确定.113.2.1 型腔数量的确定.113.2.2 产品布局.113.3 脱模机构方案的确定.123.3.1 脱模机构的设计原则.123.3.2 脱模机构的可行方案设计.123.4 侧型芯与滑块的设计.153.4.1 侧型芯设计.153.4.2 滑块设计.15第四章第四章 注塑机型号的选择注塑机型号的选择.164.1 注塑成型工艺简介.164.2 注塑成型工艺条件.174.3 按预选型腔数选择注塑机.184.3.1 注塑机的初步选择原则.184.3.2 注塑机型号的选择.204.3.3 注塑机参数校核.21

6、第五章第五章 模具设计模具设计.235.1 模架的选择.235.1.2 模架尺寸的确定.245.1.3 注塑机的再次校核与确定.245.2 浇系统的设计.245.2.1 主流道设计.255.2.2 分流道设计.265.2.3 浇口设计.285.2.4 冷料井设计.295.3 脱模力计算.305.3.1 正压力计算.305.3.2 包紧力计算.305.3.3 脱模力计算.315.4 推杆设计.325.4.1 推杆尺寸计算.325.4.2 推杆的固定形式.325.5 支承板板厚设计.335.6 排气系统设计.335.7 冷却系统设计.345.7.1 温度调节对塑件质量的影响.345.7.2 温度调

7、节系统的要求.345.7.3 冷却系统设计.345.8 合模导向与定位机构的设计.385.8.1 导向机构的整体设计.385.8.2 导柱、导套设计.385.8.3 锥面定位机构的设计.385.8.4 弹簧滑块复位时弹簧的设计.385.9 成型零件尺寸计算.385.9.1 成型零件尺寸计算.395.9.2 成型零件尺寸校核.41第六章第六章 典型零件的制造工艺典型零件的制造工艺.436.1 凸模制造工艺流程.436.2 凹模制造工艺流程.446.3 型腔的数控加工程序代码.45结论结论.47参考文献参考文献.48谢辞谢辞.491前 言 近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度

8、等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，已广泛应用于国民经济的各个领域，并且直接影响着塑料制品的质量、性能与生产周期。先进的制造技术（如 CAD/CAM/CAE 等）制造生产注塑模具，不仅省时省力，更是实现了无图纸化加工，增加了制品的准确性，缩短模具的设计及生产周期。注塑模成型与信息技术紧密相连。未来注塑模具制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为所要备件的

9、有极强应变能力于竞争力的技术。2第一章 概论1.1 模具在工业生产中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。于制造业中。 。自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到占到 45%45%，制造业部门成为，制

10、造业部门成为 GDPGDP 增长的主要支撑力量。增长的主要支撑力量。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业济型轿车和重型汽车

11、，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。政策中得到了明确。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具3加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经

12、济展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。的发展有着特别重要的意义。现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展。对国民经济的发展有着辐射性的影响。可以带动制造业的蓬勃发展。对国民经济的发展有着辐射性的影响。1.2 代模具制造中的新技术随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。利用先进的 CAD/CAM/CAE 技术进行模具的设计与制造，不仅省时省力，实现了无图纸化加工，而且制品的准确性，减少了试模的次数，

13、缩短模具的设计及生产周期。模具制造技术将向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。最为重要的是保证了模具使用寿命。模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。模具网CEO、深圳市模具技术学会专家委员罗百辉表示，现代模具制造技术正朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。具体表现在模具的 CAD/CAM 技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的 CIMS 技术，已在开发的模具 DNM 技术以及数控技术等先进制造技术方面。 1、高速铣削：第三代制模技术

14、 高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量，而且与传统的切削加工相比具有温升低(加工工件只升高 3)，热变形小，因而适合于温度和热变形敏感材料(如镁合金等)加工；还由于切削力小，可适用于薄壁及刚性差的零件加工；合理选用刀具和切削用量，可实现硬材料(HRC60)加工等一系列优点。罗百辉表示，高速铣削加工技术仍是当前的热门话题，它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，成为第三代制模技术。 2、电火花铣削和“绿色”产品技术4 从国外的电加工机床来看，不论从性能、工艺指标、智能化、自动化程度都已达到了相当高的水平，目前国外的新动向是进行电火花铣削加工技术(电火花创成加工技术)的研

15、究开发，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。 最近，日本三菱公司推出了 EDSCAN8E 电火花创成加工机床又有新的进展。该机能进行电极损耗自动补偿，在 Windows95 上为该机开发的专用 CAM 系统，能与 AutoCAD 等通用的 CAD 联动，并可进行在线精度测量，以保证实现高精度加工。为了确认加工形状有无异常或残缺，CAM 系统还可实现仿真加工。在电火花加工技术进步的同时，电火花加工的安全和防护技术越来越受到人们的重视，许多电加工机床都

16、考虑了安全防护技术。目前欧共体已规定没有“CE”标志的机床不能进入欧共体市场，同时国际市场也越来越重视安全防护技术的要求。 目前，电火花加工机床的主要问题是辐射骚扰，因为它对安全、环保影响较大，在国际市场越来越重视“绿色”产品的情况下，作为模具加工的主导设备电火花加工机床的“绿色”产品技术，将是今后必须解决的难题。 3、新一代模具 CAD/CAM 软件技术 目前，英、美、德等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具有新一代模具 CAD/CAM 软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。罗百辉表示，新一代模具软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上。这些知识经过了系统化和科

17、学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能方便地被模具所调用。在智能化软件的支持下，模具 CAD 不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。 新一代模具软件以立体的思想、直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度并有较高集成化水平。衡量软件集成化程度的高低，不仅要看功能模块是否齐全，而且要看这些功能模块是否共用同一数据模型，是否以统一的方式形成

18、全局动态数据库，实现信息的综合管理与共享，以支持模具设计、制造、装配、检验、测试及投产的全过程。 模具可制造性评价功能在新一代模具软件中的作用十分重要，既要对多方案进行筛选，又要对模具设计过程中的合理性和经济性进行评估，并为模具设计者提供修改依据。 在新一代模具软件中，可制造性评价主要包括模具设计与制造费用的估算、模具可装配性评价、模具零件制造工艺性评价、模具结构及成形性能的评价等。新一代软件还应有面向装配的功能，因为模具的功能只有通过其装配结构才能5体现出来。采用面向装配的设计方法后，模具装配不再是逐个零件的简单拼装，其数据结构既能描述模具的功能，又可定义模具零部件之间相互关系的装配特征，实

19、现零部件的关联，因而能有效保证模具的质量。 4、先进的快速模具制造技术 （1）、激光快速成型技术(RPM)发展讯速，我国已达到国际水平，并逐步实现商品化。世界上已经商业化的快速成形工艺主要有 SLA(立体光刻)、LOM(分层分体制造)、SLS(选择性激光烧结)、3D-P(三维印刷)。清华大学最先引进了美国 3D 公司的 SLA250(立体光刻或称光敏树脂激光固化)设备与技术并进行开发研究，经几年努力，多次改进，完善、推出了“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”(拥有分层实体制造-SSM、熔融挤压成型-MEM)，这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种快速成形工艺的系统(国家专利)，具有较好的

20、性能价格比。（2）、无模多点成形技术是用高度可调的冲头群体代替传统模具进行板材曲面成形的又一先进制造技术，无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAT 技术为主要手段，快速经济地实现三维曲面的自动成形。吉林工大承担了有关无模成形的国家重点科技攻关项目，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备。我国这项技术与美国的麻省理工学院、日本东京大学、日本东京工业大学相比，在理论研究和实际应用方面均处领先地位，目前正向着推广应用方面发展。 （3）树脂冲压模具首次在国产轿车的试制中得到成功应用。一汽模具制造有限公司设计制造了 12 套树脂模具用于全新小红旗轿车的改型试制，这 12 套模具分别是行李

21、箱、发动机罩、前后左右翼子板等大型复杂内外覆盖件的拉延模具，其主要特点是模具型面以 CAD/CAM 加工的主模型为基准，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形，凸凹模间隙采用进口专用蜡片准确控制，模具的尺寸精度高，制造周期可缩短二分之一至三分之二，制造费用可节省 1000 万元左右(12 套模具)。为我国轿车试制和小批量生产开辟了一条新途径，属国内首创。瑞士汽巴精化有关专家认为可达 90 年代国际水平。（4）现场化的模具检测技术精密模具的发展对测量的要求越来越高。精密的三坐标测量机，长期以来受环境的限制，很少在生产现场使用。新一代三座标测量机基本上都具有温度补偿及采用抗振材料，改善防尘措施，提高

22、环境适应性和使用可靠性，使其能方便地安装在车间使用，以实现测量现场化的特点。1.3 我我国的模具工业的现状我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发迅速。据统计，我国（未包括香港、台湾、澳门）现有模具生产厂近 2 万6家，从业人员约 50 万人， “九五”期间的年增长率为 13%，2000 年总产值为 270亿元，占世界总量的 5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为 1/3 左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口

23、模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达 40%。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口量下降，模具技术和水平也有长足的进步。目前，我国的模具正处在告诉增长时期，尤其是塑料模具近年来发展相当快，2002 年已猛增到 140 亿元左右。当前国内塑料模具市场以塑料模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具，这是与工程塑料的快速发展分不开的。预测塑料建材件模具需求量将增长较快。 但是，我们国家的模具产业并不是完美的。虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国

24、家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面： (1) 总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50%左右。 (2) 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。2004 年，模具进出口之比为 3.71，进出口相抵后的净进口额达 13.2 亿美元，为世界

25、模具净进口量最大的国家。 (3) 模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。 (4) 开发能力较差，经济效益欠佳 我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是1520 万美元，有的高达 2530 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有

26、下列几个原因： 国家对模具工业的政策支持力度还不够 7 虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有 185 家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。 人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少 模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入

27、太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。 工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低 近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。 专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 40左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较

28、大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。 模具材料及模具相关技术落后 模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。1.4 我国模具行业的发展趋势1 1 模具日趋化。2 模具的精度将越来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现已达到 2-3微米。1 微米精度的模具也将上市。3 多功能复合模具将进一步发展。4 热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。5 随着塑料成型工艺的不段发展与改进，气辅模具及适应

29、高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。6 标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模8具制造周期，还能提高模具的质量和就降低模具制造成本。7 快速经济模具的前景十分广阔。8 随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。9 以塑代钢、以塑代木的进程一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。10 模具技术含量将不断提高。第二章 仪表盖的结构设计2.1 设计要求图 2-1表 2-1 单位：mm尺寸序号材料ABCDEFGHPOM110706575105

30、1310902.2 塑件成型工艺的可行性分析及修改说明产品的可行性分析主要包括：产品尺寸精度分析；脱模斜度检测；塑件厚度及其均匀性检测；圆角设计。塑件的修正：对于塑件的精度、壁厚、拔模斜度、圆角等不合理之处加以更正说明，在不影响使用的前提下提出合理可行性的更正措施，以利于工业生产。2.2.1 产品精度分析注塑用材料为 POM，查主要技术指标知：POM 的收缩率为。s0.4 0.7查表 2-1-33知：当时，塑件能得到的高精度为 MT2 级，一般精度为s0 1MT3 级，未注公差为 MT5 级。所给要求未标注公差等级，按 MT5 级计算，各尺寸都符合要求。2.2.2 脱模斜度设计9由于注塑件在开

31、模冷却时会产生收缩，对型芯产生一个包紧力，所给标准塑件没有设置脱模斜度，使得塑件脱模困难，过大的推出力推出时易拉坏插伤塑件。在不影响塑件使用的前提下，为了便于塑件脱模，在塑件的内外表面沿脱模方向设计一定的脱模斜度。 表 2-2 单边脱模斜度推荐值3脱模高度mm183030505080ABS1 45130115塑件内外表面的脱模高度为 60mm，凸台的高度为 25mm，所以脱模斜度分别取和。1151 45在模具模型下进行拔模检测结果如图 2-2所示：图 2-2分析：内表面全为负角，外表面全为正角，可正常拔模。2.2.3 塑件壁厚分析塑件壁厚对质量的影响3：壁厚过小：成型时流动阻力大，熔体难以充满

32、型腔；壁厚过大：易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷；增加冷却时间，降低生产效率。 表 2-3 ABS 的建议壁厚值3 单位：mm最大壁厚常用壁厚最小壁厚3.182.30.76厚度检测结果如图 2-3 至 图 2-8所示：10图 2-3图 2-411图 2-5图 2-6图 2-712图 2-8分析结果：只在凸台处出现厚度偏大，其余都满足厚度要求,所以塑件壁厚合理。2.2.4 圆角设计塑件除特殊要求的圆角之和塑件某些特殊部位如分型面、型芯和型腔配合处不便作圆角，而只能采用尖角外，其余所以转角处均应尽采用圆角过度，因为制件尖角处易产生应力集中，导致塑件制件破裂或失效；同时圆角过度使料流平滑绕过，大大改善了

33、塑料的冲模特性；塑件设计成圆角，尤其是外圆角，使模具型腔对应部位也是圆角，增加了模具的坚固性。通常塑件理想的内圆角半径应有壁厚的 1/4 以上3。这里因塑件外圆角半径为 4mm,塑件内圆角设为2mm(外圆角半径减去壁厚 2mm),凸台圆角半径为 1mm。2.3 修正后的产品图13第三章 模具结构设计3.1 分型面位置的确定分型面的选择原则1：（1）便于塑件脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。（2）分型面应尽量选在塑件的最大截面处。（3）有利于保证塑件的精度要求。 （4）有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置和模具型腔的加工。（5）便于嵌件的安装。确定结果：分型面选在塑件的投影面最大的部位，如

34、 图 3-1。 图 3-13.2 型腔数量和排列方式的确定3.2.1 型腔数量的确定模具型腔数量的确定要综合考虑塑件的技术质量要求、产品的生产数量、塑料的种类、塑件的形状、塑件的加工成本、注塑机的额定最设量和锁模力等因素。 14 单腔模具、多腔模各自的缺点和使用范围：单型腔模具结构相对简单，设计自由度较大，成型塑件的形状和尺寸的一致性好，塑件精度较高；多型腔模具的结构复杂，生产效率高，分配到单个塑件上的成本低。单型腔模具宜用于大型或精度要求较高的塑件的注塑成型，多型腔模具特别使用于精度要求不是很高、结构较易冲型的中小型塑件的大批生产。型腔数量的确定：因本次设计的塑料罩类零件的精度要求不高；注塑

35、用塑料ABS 的成型性能良好；塑件属小型塑件。综合塑件的尺寸，考虑到模具制造费用、设备运转费用低一些，这里初步拟定采用一模四腔的模具成型。 图 3-2 型腔排列方式3.2.2 产品布局 型腔排列形式采用矩形对称布局，如 图 3-2所示。3.3 脱模机构方案的确定塑件结构分析：该塑件的侧壁带有对称布置的侧孔，需通过可侧向移动的侧型芯来成型侧孔，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件。3.3.1 脱模机构的设计原则4（1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。（2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位以保证塑件不因推出而变

36、形损坏。（3）结构简单、动作合理可靠、合模时能正确复位，便于制造和维护。常用的推出方式有推杆推出、推板推出、气压推出，其中推杆脱模机构最为常用，采用推杆脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。3.3.2 脱模机构的可行方案设计因本次设计的塑件有侧孔，需要增加滑块以完成侧向抽芯，设计了以下四种可能的脱模机构，通过比较选择最优方案。15图 3-3（滑块外侧抽芯）脱模机构 1方案 1：如 图 3-3 合模时弹簧处于锁紧状态，开模后动模往后退时，滑块在压缩弹簧的作用下向外侧滑动完成侧抽芯，然后在顶杆的作用下将塑件顶出；合模时，通过定模侧契紧块与滑块的斜面作用使滑块向内侧滑动直至合模完毕，整个过

37、程都能自动开合模，工人劳动强度小，且侧型芯伸入到凸模一段长度，避免了横线飞边，减少了成型后的加工余量。16图 3-4 （斜销内抽芯）脱模机构 2方案 2：该装置采用的是两段式斜销，如图 3-4 斜销在推杆的作用沿导滑槽斜向上运动，完成内侧抽芯顶杆需向上运动的高度 h，其中 mm 6h22tan15o(侧抽芯距离为 4mm，再加上 2mm 的安全值，斜滑块运动方向与竖直方向所成角度为)，然后用手工的方法将塑件取出，然后复位杆上的压缩弹簧将顶针15o板往后复位，斜销拉杆和顶针板一同往后复位通过，斜销在拉杆的作用下往后复位。这种脱模机构不能实现自动化操作，加大了工人的劳动强度。17图 3-5（滑块内

38、抽芯）脱模机构 3方案 3：如 图 3-5开模时，动模侧一齐向后退，开模到一定距离时，凸模继续后退，滑块在压缩弹簧的作用下向内侧滑动，内侧抽芯完成，螺钉对滑块进行限位以防滑动距离过大而导致复位困难，然后动模板起着脱模板的作用将塑件脱出，合模时动模板起着复位杆的作用，滑块在凸模的作用下将滑块归位。整个过程能够自动开合模，运动平稳，模具尺寸相对较小；但和其它脱模机构相比多了两块板，所以模具高度增加，成型后塑件有不易修整的飞边，加工余量相对加大。经上述综合分析比较，方案 1 和 3 的脱模机构设计比较合理。机构 1 的模具尺寸比机构稍大，但模具高度明显减小；避免了横向飞边，成型后塑件的加工余量小。因

39、为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点，推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出，采用推杆脱模机构简化了模具结构，给制造18和维护带来方便。所以方案 1 是本次设计的最优方案。3.4 侧型芯与滑块的设计3.4.1 侧型芯设计在上面的提出的三种设计方案中，侧型芯的安装有图 3-6 两种形式。（a）图形式：成型时孔的 A 端会产生不易修整的飞边，孔深时型芯易弯曲；(b)图形式：避免了横向飞边的产生，减小成型后塑件的加工余量；提 图 3-6 高了型芯的强度和刚度。所以这里选择(b)图型芯结构更合理：设计时将型芯超出端面（即 塑

40、件内表面）3mm，因侧孔深度为 4mm,所以侧型芯长度为 7mm，如图 3-7所示。3.4.2 滑块设计(1)抽芯距设计：因侧型芯长度为 7mm,理论上而言抽芯距只需要 7mm 即可，为了安全起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔深度大 23mm,所以这里将抽芯距设计成 9mm。(2)滑块宽度设计：为了确保模具在合模时契紧块能够将滑块正确归位，将契紧块与滑块在抽芯方向的作用长度设计成比抽芯距大 5mm6mm(即让契紧块在合模过程中与滑块刚接触已经有5mm6mm 的作用长度)，所以这里将作用长度设计成 15mm，作用面与垂直方向所成角度一般为，这里设计o15 20o成，其结构如 图 3-7所示：

41、图 3-7 滑块结构示意图 o1819第四章 注塑机型号的选择4.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。图4-1 注塑成型压力时间曲线（1）物料准备 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况、有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺

42、允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。（2）注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射、保压、倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3-1所示。20图中t0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（t=t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列

43、）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从t2到t3） ，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。（3）制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有

44、的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121） ，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。4.2 注塑成型工艺条件 ABS 的注射工艺参数 注射机类型：螺杆式。 螺杆转速（r/min）：30。 预热和干燥：温度（t/）8085； 时间（

45、/h）23。 料筒温度（t/）；后段 150170； 中段 165180；21 前段 180200。 喷嘴温度（t/）：170180。 模具温度（t/）： 5080。 注射压力（MPa）：60100。 保压压力（MPa）：40 50。 成型时间（/s）：注射 2090；高压 05；成型周期 50220；冷却 20120。注：螺杆带止回环。后处理：方法红外线灯、烘箱； 温度（t/）70； 时间（/h）24。表 4-1 ABS 的主要技术指标4密度 /(g/ cm)1.021.16拉伸弹性模量 E/ GPa1.810比体积 /（dm/kg-1）0.860.98抗弯强度 / MPa80吸水率 24h

46、/100p c0.20.4冲击韧度2/()nKJ m261收缩率 s0.40.7硬度 HB9.7熔点 t/130160体积电阻系数/()Vcm166.9 10抗拉屈服强度 / MPa50热变形温度 t/831034.3 按预选型腔数选择注塑机4.3.1 注塑机的初步选择原则1）0smm2）mFF式中 最大注塑量 ()0sm3cgm或 注塑机的额定锁模力(N)F注塑所需的锁模力（N）mF22一次注塑所需塑料量()m3cgm或（1）注塑量的计算 0smm （4-1）11.6mnm其中 成型单个塑件所需的塑料量()1m3cgm或型腔个数n1.6折算系数（将浇注系统的塑料量折算成）10.6nm在零件模

47、块下对单个塑件的进行模型质量属性分析，信息如图 4-2： 图 4-2塑件体积 3143.72Vcm塑件质量 145.91mg由于尺寸此次设计的模具采用的是一模四腔，所以塑件的总体积和总质量分别为 3144 43.72174.88VVcm144 45.91183.64mmg23所以 031.6 174.88279.8sVVcm 01.6 183.64293.8smmg（2）锁模力计算 mFF （4-2）11.35mFnA p型式中 单个塑件在分型面上的投影面积()1A2mm n型腔个数 1.35将浇注系统在分型面上的投影面积折算成10.35nA塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）p型在模具模型中对

48、塑件进行投影分析检测，信息如图 4-3所示： 图 4-3投影面积 217910.64mmA 根据查参考文献2表 2-2 取=35 MPap型所以 661.35 4 7910.64 1035 1014951111495mFNKN 由 3279.8smcm 1495FKN244.3.2 注塑机型号的选择由上面计算得到的 m 和值来选择注塑机，注塑机的最大注射量（额定mF注射量 G）和额定锁模力 F 应满足 3279.83500.8mGcm式中注塑机最大注射量的利用系数一般取 0.8 1495mFFKN初步选择 SZ-400/1600 型注塑机表 4-2 SZ400/1600 型（卧式）注塑机主要参

49、数4理论注射容量/cm416拉杆内间距/mm410410螺杆直径/mm48移模行程/mm360注射压力/ MPa141最大模具厚度/mm注射速率/(g/s)160最小模具厚度/mm150塑化能力/(g/s)22.2推出行程/mm65螺杆转速/(r/min)10200锁模形式双曲肘锁模力/kN1600球半径 SR/mm18定位孔直径/mm150喷嘴孔直径/mm4.3.3 注塑机参数校核(1)塑化能力( )校核 M/g s 塑化能力必需满足141 （4-01.3 117152ePkPMPaMPa4） 注塑机的额定注塑压力（MPa）eP 塑件成型时所需要的注射力 (MPa) 0P25 注塑压力安全系

50、数，一般取=1.251.4 kk因成型时塑料熔体对型腔的平均压力一般是注射压力的 30%65%,P型0P, 取 03554a 117a0.3 0.650.3 0.65PPMPMP型0117PMPa校核结果：注塑机的注射压力不满足要求(3)锁模力校核 1600 （4-0F1.2 14951794mk FKNKN5）式中锁模力安全系数，一般取0k01.11.2k 校核结果：注塑机的锁模力不满足要求其它安装尺寸的校核需待模架选定，结构尺寸确定后才可进行。通过校核可知，所选注塑机的注塑压力和锁模力偏小，为了安全起见，将注塑机初步更选为 SZ-500/2000 型表 4-3 SZ500/2000 型（卧

51、式）注塑机主要参数4理论注射容量/cm525拉杆内间距/mm460460螺杆直径/mm52移模行程/mm450注射压力/ MPa153最大模具厚度/mm注射速率/(g/s)200最小模具厚度/mm280塑化能力/(g/s)28推出行程/mm65螺杆转速/(r/min)10160锁模形式双曲肘锁模力/kN2000球半径 SR/mm15定位孔直径/mm160喷嘴孔直径/mm26第五章 模具设计5.1 模架的选择模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。为节约模具钢材和便于热处理，根据产品的外形尺寸，可以确定镶件（模仁）的外形尺寸，确定镶件的尺

52、寸后，就可以大致确定模架的大小。5.1.1 模仁尺寸的确定单个塑件在分型面上的投影面积为 ，各参数取值依表 5-127910.64mm 表 5-14 产品投影面积/mm2ABCHDE64001440050-5530-3650-6550-6528-3230-36模仁宽度 232 1003 30290byDmm 模仁长度 232 1033 30296mmlxD 模仁高度 Z =H+E+B=60+35+35=130mmZ27 35Z式中 x塑件长度 y塑件宽度 D型腔间距 图 5-1 分型面上、下的模仁ZZ（工件）厚度 因塑件有侧孔，需增加斜滑块侧向分型抽芯机构，如 图 5-2所示，完成抽芯所需的宽

53、度 f 约为 40mm,中间两滑块完成侧抽芯所需的宽度为 70mm.所以模仁的长度 图 5-222702 1032 4070356lxfmm 模仁外形尺寸 290 356 165宽长高5.1.2 模架尺寸的确定选择 A 型结构模架查得 A=5055,取 A=55模架宽度为：2356 110466BbAmm模架长度为：2290 110400LlAmm 上述尺寸确定后，就可以确定模架的板面尺寸为 ，类 图 5-3 模架类型400 500型为 Futaba_2P SA-Type 的标准模架。模架外形尺寸 宽长高=400 500 4105.1.3 注塑机的再次校核与确定（1）注塑机安装尺寸的校核拉杆间

54、距校核：模架的板面尺寸，所选注塑机的拉杆间距为，400 500460 460拉杆宽度模具宽度，拉杆间距合格；28模具高度校核：模具高度 410 最小模具厚度 280，校核合格；开模行程校核：开模行程 H 是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，它必须小于注塑机的动模板的最大行程 S。因选择注塑机是双曲肘结构（即开模行程与模具厚度无关）且是单分型面注射模，所以模具开模行程 H=57.5（型芯高度）+60（塑件高度）+139.5（浇注系统凝料高度）+（810）=265267450 (注塑机移模行程 S) 合格。综合以上各项校核可知 SZ-500/2000 型（卧式）注塑机的各项参数均合格。结论：通

55、过各项校核，确定选择 SZ-500/2000 型（卧式）注塑机。5.2 浇系统的设计浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为此的那一段流道，对于多型腔模具，浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料井。5.2.1 主流道设计 紧接注塑机喷嘴，与注塑机喷嘴在同一直线上，主流道形状一般为圆形和圆锥形，为便于冷料流道凝料的拔出，设计成具有24 度的圆锥形。(1)主流道尺寸为避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径SR2 应比喷嘴球半径 SR1 大 12mm,主流道小端直径 d2 比喷嘴孔直径 d1 大 0.51mm,如图 5

56、-5 示：根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： 图 5-4 喷嘴与主流道衬套连接关系d=注塑机喷嘴尺寸 +（0.51）=5.5+（0.51）=6.5mm主流道球面半径 SR=喷嘴球半径+（12）=15+（12）=16mm(2)主流道衬套形式为了便于加工和缩短主流道29尺寸，衬套和定位环设计成分体式，长 139.5mm,材料采用 T10 钢，热处理淬火后表面硬度为 53HRC57HRC(3) 主流道剪切速率 图 5-5 主流道衬套结构主 （5-1333.33.3 24843080.3925VqsR主1） 主流道剪切速率校核符合要求211315 104308s5 10ss 式中 体积流量 （5-V

57、q3(/ )cms3191248/0.77VVqcmst2） t注射时间（s） 200.50.77260mtsv 所选注塑机的注射速率（260）v/g s R主流道平均半径() cm0.3250.460.39252Rcm一次成型所需的塑料总体积3200.51911.05mVcm一次成型所需的总塑料量 7.29.7 183.6200.5mmmmg分主塑件 （5-22112222m= V=()123.14 13.95 = 1.05(0.650.65 0.920.92 )7.212hddddg主3） 1.05 (4 5.5) 0.429.7mLAg分 144 45.91183.6mmg塑件分流道长度

58、总 （为单个流道的长度，5.5）1L=44 5.522Lcm1Lcm分流道截面积20.80.7230.550.422Acm5.2.2 分流道设计（1）分流道断面形状的选择分流道的断面形状有圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U 形等。断面的比表面积直接关系到熔体的热量损失和流动阻力，在其它条件相同时，比表30面积越大则热量损失和流动阻力也越大；反之亦然。 表 5-33 断面形状优缺点及适用范围圆形比表面积最小，浇口可开设在流道中心线上，延长了浇口冻结时间，但需要同时在定模和动模上切削加工且必须保证吻合度，制造困难，成本高正六边形优点与圆形断面相似，比表面积稍大，但加工稍易，常用于小断面尺寸（约3

59、mm）流道梯形只需在一侧模板上加工，节省了加工费用，且热量损失和阻力损失均不太大，最为常用半圆形比表面积较大，不常采用矩形比表面积大，脱模斜度小，不常采用U 形优缺点和梯形断面基本相同，较为常用综合工艺和加工成本等多角度考虑，梯形断面流道最为合理，所以这里选择梯形流道，如图 5-6所示。 表 5-53 表 5-4 部分塑料分流道尺寸推荐值3 塑料名称推荐直径/mmABS、AS4.8-9.5 图 5-6 分流道截面（2）分流道的布置 分流道的设计原则：在熔体不产生喷射的前提下，流道越短越好，以减小压力损失，提高充型压力。31由前面的镶件设计部分可知，两型腔在长度方 图 5-7向的中心距为 173

60、mm,在宽度方向的中心距为 130mm。通过计算可知，当流道与长度方向所成角度约为时，流道最短，如图 5-7 所示。o35（3）分流道剪切速率计算分1333.33.3 6016030.35VnqsR分分流道的合理剪切速率范围为，根据前面的设计的尺寸校21315 10 5 10ss核可知：剪切速率在范围内，分流道尺寸设计校核合格。式中 分流道体积流量（ ） Vq3/cms311(183.69.7)/1.054460/0.77Vmmqcmst分塑件（）/ 分流道截面的当量半径（） nRcm （5-223322 0.420.353.14 2.5nARcmL4） 分流道截面面积，截面周长。20.42A

61、cm2.5Lcm5.2.3 浇口设计浇口作用：浇口对充模流动和补料时间起着控制性作用。浇口断面面积约为分流道断面面积的 3%9%，浇口越小，即比表面积越大大，熔体流经浇口时的热量损越大，浇口处的流动阻力也越大，但由于浇口尺寸很小，导致熔体流经浇口时剪切速率明显升高，这使得熔体表观粘度降低，从而又使流体流动变得容易，一定程度上抵消了因浇口尺寸变小而增加的流动阻力，另外因熔体通过浇口时有明显的粘性发热现象，使进入型腔的熔体温度升高，反而使充模更容易，充模效果优于大浇口。（1）常见的浇口形式及各自优缺点3 1) 侧浇口（又名标准浇口、边缘浇口）：属小浇口的一种，断面接近矩形，便于机械加工且易保证精度

62、；可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。322) 扇形浇口和平缝式浇口：能使物料在横向得到均匀分配，降低了塑件的内应力，特别是减少应取向而产生的翘曲，常用于成型宽度较大的薄片状制品，但成型后去除浇口的后加工量大。3) 点浇口：浇口尺寸很小，开模时容易自动切断，熔接痕小。点浇口适用于表观粘度对剪切速率敏感的塑料熔体和粘度较低的塑料熔体。4) 护耳浇口：适用于用小尺寸浇口会产生喷射场合，但成型后加工余量大。5) 直浇口：注塑压力和热量损失最小，固化时间长，延长了补料时间，补缩效果好。但浇口附近容易产生残留内应力，浇口处易产生缩孔。浇口的选择分析：因模具布局为一模四腔且分流道设在主分型面上，故

63、不能采用直浇口的形式；由于塑件中心有一个大的型芯（即凸模） ，塑料熔体冲击在大型芯上，降低了流速、改变了流向，即使采用小浇口进料也不会产生喷射，又因为是从侧面进料，所以不宜采用点浇口；而采用侧浇口进料能够保证顺利充模，且浇口的加工工艺性好，成型后的加工余量相对较小。所以此套模具的浇口形式选定为侧浇口。 （2）矩形浇口尺寸计算由经验公式知：浇口深度为： （5-5）h0.721.4mmk浇口宽度为： （5-0.7266903.83030kAmm6）式中 制品厚度，mm A塑件的外表面积，2mm 材料系数（）,取=0.7k0.6 0.9k对于中小塑件矩形浇口的台阶长度 l 为，这里取 l=1.2mm

64、0.5 2.0mm(3)矩形浇口剪切速率计算浇4133r3.33.3 56.83.45 10R0.12vqs浇33浇口剪切速率的合理范围是，所有剪切速率校核合格。41511010ss式中 浇口处的体积流量（） vq3/cms345.91/1.0556.8/0.77Vmqcmst1/浇口截面当量半径（） rRcm （5-223322 0.05320.121.04rARcmL7）5.2.4 冷料井设计(1)冷料井的作用：储存喷嘴前端的冷料，使冷料不进入型腔；在开模时将主流道凝料拉向动模侧。(2)冷料井类型的选择：常见的有 Z 型头拉料钩冷料井、球头拉杆冷料井、倒锥形拉杆冷料井和圆环槽型冷料井，其原

65、理都是通过拉料杆头部侧凹将主流道凝料拉住，开模时从主流道中拉出。当脱模时由于塑件形状限定而无法左右移动时不宜采用 Z 型头拉料杆；成型用塑料的弹性较差时不宜用倒锥形、圆环槽型拉料杆。由于 ABS 塑料的机械强度较大、弹性性能较差，在强行脱出凝料时所需 图 5-8 Z 型头拉料杆冷料井的力较大。经分析比较可知，采用 Z 型头拉料杆冷料井（如图 5-8）最为合适。(3)尺寸结构：冷流井直径与主流道大端直径相同或略大一些，其深度为直径的 1 倍1.5 倍。主流道大端直径为 10mm,取冷料井直径为 12mm,深度为15mm。如 图 5-8所示：5.3 脱模力计算本次设计使用是是推杆脱模机构，在对脱模

66、机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需的外力，需克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力、粘附力及脱模机构本身的运动阻力。345.3.1 正压力计算要确定将塑件从圆锥型芯上脱下的摩擦阻力，应先计算塑件收缩时对型芯的正压力。因塑件壁厚与直径之比，可近似用型芯半径 r 代替1.5110020cptrd塑件的平均半径，得出塑件由于收缩而产生的对型芯的正压力 Pcpr （5-2coscos(1)tE tprr8）其中 EABS 的拉伸弹性模量塑料的收缩率（m/m） 塑料的泊松比 塑件的拔模斜度角（1.25） t塑件的壁厚 mm5.3.2 包紧力计算全面积所受的总压力为，模被制件包紧部pF分的长度为 l, 取高度为 dl 的一圈作微分单元，半径为 r，其表面积为 2cosdldAr该段所受的包紧力为 图 5-9 cos22cos(1)1pdlE tE tdFdlr 薄壁塑件收缩使型芯全面积所受的总压力为 （5-021211lPE tFdlE tl 9）同理，侧型芯所受的包紧力为1PF11 1121PFE t l 35其中 侧孔周围的壁厚，取近似值 10mm1