手机旅行充电器上夹板注塑模具设计【11张CAD图纸+毕业论文+开题报告+答辩稿】

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(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。 目 录 摘 要……………………………………………………………………1 ABSTRACT……………………………………………………………...2 第一章 绪论……………………………………………………………..3 第二章 拟定模具结构形式……………………………………………5 2.1确定型腔数量及排列方式 ………………………………………5 2.1.1 塑件成型工艺性分析 ………………………………………5 2.1.2 脱模斜度 ……………………………………………………6 2.1.3 型腔数目及排列方式 ……………………………………6 2.2 模具结构形式的确定…………………………………………….8 第三章 注射机型号的确定……………………………………………8 3.1 注射量的计算 …………………………………………………8 3.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力……8 3.3 注射机有关参数的校核 ………………………………………9 第四章 分型面位置的确定 …………………………………………10 第五章 浇注系统形式和浇口的设计…………………………………12 5.1 主流道设计……………………………………………………12 5.1.1 主流道尺寸…………………………………………………12 5.1.2 主流道衬套的形式…………………………………………13 5.1.3 主流道剪切速率校核………………………………………13 5.1.4 主流道衬套的固定…………………………………………14 5.2 分流道设计……………………………………………………14 5.2.1 分流道的布置形式…………………………………………14 5.2.2 分流道长度…………………………………………………15 5.2.3 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积…………………15 5.3 浇口的设计……………………………………………………17 5.4 排气槽的设计…………………………………………………18 第六章 模架的确定……………………………………………………19 第七章 成型零件的设计与计算………………………………………21 7.1 成型零件钢材选用……………………………………………21 7.2 凹模的结构设计………………………………………………22 7.3 凸模的结构设计………………………………………………22 7.4 成型零件工作尺寸的计算……………………………………23 7.5 模具强度的校核………………………………………………30 7.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算 …………………………30 7.5.2 整体式矩形型腔底板厚度计算……………………………32 第八章 导向机构的设计 ……………………………………………33 8.2 导柱导向机构…………………………………………………33 8.1.1 导柱…………………………………………………………33 8.1.2 导套 ………………………………………………………35 第九章 脱模机构、复位机构的设计…………………………………37 9.1 推出机构的组成 ………………………………………………37 9.2 本模具的推出机构 ……………………………………………39 9.3 脱模阻力的计算 ………………………………………………40 9.4 复位机构设计 …………………………………………………41 第十章 侧向分型与抽芯机构的设计 ………………………………42 10.1 抽拔距与抽拔力及机构组成 ………………………………42 10.1.1 抽拔距 ……………………………………………………42 10.1.2 抽拔力 ……………………………………………………43 10.1.3 斜导柱驱动的结构组成 …………………………………44 10.2 斜导柱的长度和最小开模行程的计算 ……………………47 10.3 斜导柱的受力分析 …………………………………………48 第十一章 总结…………………………………………………………50 参考文献………………………………………………………………..51 致谢……………………………………………………………………..53 第一章 绪论 模具被称为工业产品之母,所有工业产品莫不依赖模具才能得以规模生产,快速扩张.由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值,世界模具市场发展较快,当前全球模具工业的产值已经达到600亿-650亿美元,是机床工业产值的两倍.中国注塑模具行业也在快速发展,中国模具产品产值已从1993年的110亿元增长到1997年的200亿元,并超过了机床产品的产值,到2002年增长到360亿元,1996年-2002年间的年均增长速度达到14%以上,在某些行业年均增速更是高达100%.2003年模具产值已达450亿元,增长25%,出口3.368亿美元. 目前中国模具产品已经形成10大类46个小类,模具生产厂点两万多家,从业人员约50万人.在所有模具产品中,自产自用的比例占大部分,2003年实现了商品化流通的模具占45%左右.在10大类模具产品中,塑料模具的比例在2000年模具总量中已达到36%,2002年则接近40%,塑料模具在进出口中的比重更是高达50%-60%,并且随着中国机械,汽车,家电,电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展,这一比例还将继续提高. 近年来,中国塑料模具工业年均增长速度达到10以上,塑料制品年产量在世界位居第二,2001年达到2000万吨.塑料制品在农业,塑料包装,塑料管材和异型材,汽车,家电,电子,交通,邮电等领域发展迅猛,掀起了一股国内外厂商投资的热潮. 虽然我国的塑料模具已经有了长足进步,但目前我国塑料模具在国际市场仍是低价取胜,高档塑料模具多数依赖近口,模具精度,行腔表面粗糙度,生产周期,寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及率不高,许多先进的模具技术应用还不够广泛. 在我国,塑料模具企业多数还使用传统生产方法,即在正式生产前,由设计人员凭经验与直觉将产品用二维平面图纸表达出来,模具装配后,还需反复试模,不仅增加了生产成本,还延长了产品开发周期,而且模具生产太依靠经验,使产品质量极不稳定.而新型的CAD集成技术,将塑料制品的造型设计,模具的结构设计及分析,模具的数控加工,抛光和配试模以及快速成型制造等模具制造的各个环节全部集中用计算机模拟显示,大大缩短了模具的设计制造周期,减少了模具设计风险,降低了劳动成本,使塑料模具的设计质量有所保证. 采用CAD技术设计塑料模具,设计者能够在电脑上直接建立产品的三维模型,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充,保压,冷却情况,以及制品中的应力分布,分子和纤维取向分布,制品的收缩和翘曲变形等情况,不仅能快速提高设计效果,还可动态仿真分析在注塑模腔内的注射过程流动情况,分析温度压力变化情况等,检查模具结构的合理性,流动状态的合理性,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,将错误消除在设计阶段,而不是等到试模以后再返修模具,从而提高一次试模成功率,避免模具返修报废,保证质量,降低成本.模具中许多标准件都可采用CAD造型设计方法进行设计,既可实现数据共享,又可满足用户的随时修改,使模具的设计分析快速,准确,高效.这是模具设计方法的突破,具有重大的技术经济意义. 近年来,为提升竞争力,我国许多塑模企业纷纷加大了对模具制造的投入,引入新技术,建立制造中心,但CAD技术使用仍不广泛,这使过内高档,精密,大型塑料模具生产严重不足,造成这些模具每年仍需大量进口,但技术含量不高的中低档塑料模具却供过于求. 纵观发达国家的塑模生产,早已实现了无图化,靠CAD/CAE/CAM等电脑设计方法,实现了精密快速的模具生产模式,CAD技术已经形成了巨大的生产力.改革传统的设计理念和运行模式,以先进的CAD/CAE/CAM技术改造传统技术,提高塑料模具设计制造水平,赢是我国塑料模具企业改变现行产品结构的必然趋势. 为了做好这次毕业设计,本人查阅了大量模具设计与制造方面的相关资料,再结合以前课堂上所学的知识,本人对模具的设计有了一定程度的了解. 第二章 拟定模具结构形式 2.1 确定型腔数量及排列方式 2.1.1 塑件成型工艺性分析 该塑件是一手机旅行充电器夹板，如右图所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为聚碳酸酯（PC，20%～30%短玻纤增强），在本设计中选用的收缩率为0.3％。成型工艺很好，可以注射成型。该产品主要用于手机旅行充电器上，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用潜伏式浇口。利用斜杆滑块机构来实现侧抽芯。如图2-1、图2-2、图2-3所示： 图2-1 　　　　　　　　　　　　　　 图2-2 　　　　　　　　　　　　　　　　 　图2-3 2.1.2 脱模斜度 由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凹模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。PC的脱模斜度取0.3°，本零件高度比较小，可以不采用脱模斜度。 2.1.3 型腔数目及排列方式　　 型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。 该塑件精度要求一般，精度等级为4，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。但是考虑到塑件有一抽芯，在脱模是需要侧抽芯因此我们设计的模具为多型腔的模具。选择合适的浇口位置十分重要，对此，我充分考虑力各种各式对浇口位置，最后选择了以起翘部分为浇口位置，这样对模具对　脱模，型腔的布置都十分有利，结合考虑模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示： 图2-4 2.2 模具结构形式的确定 由于塑件外观质量要求一般，尺寸精度要求一般，且装配精度要求一般，因此我们设计的模具采用多型腔单分型面。根据本塑件手机旅行充电器夹板的结构，模具将会采用单分模面、单分型面，也可以采用多分型面、单分模面的结构，模具设计中，要力求简单，尽量减少加工过程，达到最高效益。相对来说采用单分模面、单分型面结构为最佳选择。第4章将详细讲到如何为本塑件选择分型面。 第三章 注射机型号的确定 3.1 注射量的计算 通过计算或pro/E建模分析，塑件质量m1为8.92g，塑件体积V1为7.43cm3,流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为：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积及所需锁摸力计算 流道凝料（包括浇口）在分型面的A2，在模具设计前还是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以 A=nA1+A2=1.35nA1=16451.1mm2 式中 A1为塑件投影面积，根据计算： A1=3046.5mm2 F=AP=16451.1×30=493.53KN 式中 型腔压力P取30MPa 3.3 注射机有关参数的校核 1）由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数n N≤ ( kMt/3600-m2)/m1=[(0.8×7.3×3600×30)/3600-5.252]/8.92=19≥4 合格 式中 k—注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8; M—注射机的额定塑化量(7.3g/s); t—成型周期,取30s。 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定后才可以进行。 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-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机双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 (5～10)　　 式中　S——注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，㎜ 　　　H1——塑件脱出距离，㎜ 　　　H2——包括流道凝料在内的塑件高度，㎜ 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卧式注塑机的移模行程为270㎜ 　　　　　79.6㎜<270㎜ 所以开模行程也符合要求 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 实际注射量：VS＝m/==47.56㎝3 最小注射量<实际注射量<最大注射量　　　　　　　　　　　合格 第四章 分型面位置的确定 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。 对工件的仔细观察，可以发现，本塑件采用一个分型面最好，工件的其他地方最好采用镶件方式进行设计型芯，型腔设计，如下图所示： A-A为分型面，此分型面包括BC曲面，CD曲面及AD平面，采用此方式有利于脱模，在B点处，可以做以台阶平面与平面AD共面，也可以不做，本设计中采用了做台阶平面以便可以放置潜伏式浇口，如果不做也行，但浇口只能用点浇口，对本塑件不适用。 分型面就以上确定的曲面AA，图5中可以显示AA面下的属于型腔，AA面上的属于型芯，对照图6可以确定为了保证脱模后塑件留在动模上，也即型腔上，除去F两孔，及G突台下面的盲孔属于型芯外，其他在AA面下的部分都属于型腔，也即动模。因为塑件表面有文字，刻度等，且低于DA平面0.2mm，如果一次成型，加工困难，所以采用一镶件可以减小加工难度，这样，型芯为局部镶嵌式。 塑件留在动模（此为型腔），通过脱模机构即可以把塑件脱出。 图4-1 图4-2 　　在考虑分型面的时候，必须考虑到包括产生飞边，排气，塑件表面质量等的影响，根据以上分析，所设计的分型面能很好的排气，能保证塑件表面质量，但可能会产生飞边，从整体上看选择ABCDA面作为分型面最好。 第五章 浇注系统形式和浇口的设计 5.1 主流道设计 5.1.1 主流道尺寸　　 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm 主流道球面半径： SR=喷嘴球面半径+（1～2）=15+2=17mm 5.1.2 主流道衬套的形式　　 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，本设计虽然是小型模具，但是为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40，约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图）。因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（称浇口套），衬套如图7所式，材料采用T10A刚，热处理淬火后表面硬度为53～57HRC。 图5-1 主流道凝料体积为： 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　　 由经验公式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，主要塑喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。 5.1.4 主流道衬套的固定　　 因为采用可以拆卸的主流道衬套，所以用定位圈固定在定模板上，　　　　　　　　　　　　　　　　　下为定位圈 　　　　　　　　　　　　 图　5-2 5.2 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 5.2.1 分流道的布置形式　　 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比较特殊，因此采用平衡式时如图4所示： 5.2.2 分流道长度　　 如图4所示： 第一级分流道L1=40mm 第二级分流道L2=12mm 5.2.3 分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积 （1） 形状及截面尺寸 为了便于加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面，梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，对于壁厚小于3㎜（此塑模壁厚为2mm），质量在200g以下的塑件可用公式来确定截面尺寸： B=0.2654=0.26544=2.9mm 根据《模具设计大典》取B=4mm H=2/3B=2/3*4=2.67 取H=3mm 式中 B―梯形大底边的宽度（mm） m―塑件的重量（g） L―分流道的长度（mm） H―梯形的高度（mm） 梯形的侧面斜角a 常取50－150，在应用式时应注意它的适用范围，即塑件厚度在2.2mm 以下，重量小于200g，且计算结果在2.2－7.5mm 范围内才合理。为了便于加工，主副分流道都采用一样截面都流道，依据上述可以确定主副分流道截面尺寸，如下图所示： 图 5-3 (2)凝料体积 分流道长度： L=40+12×2+=64mm 分流道截面积：A=[(4+3)/2]×3=10.5mm2 凝料体积为： q分=64×10.5=672mm3=0.67cm3 (3)分流道剪切速率校核 采用经验公式 3=2.87×10-3s-1 在5×102～5×103之间，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 -- 注射时间 取1s A -- 梯形面积（0.105cm2） C -- 梯形周长（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，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。如图10所示。 5.3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的3%~9%，截面形状为矩形或圆形，浇口长度为0.5~2mm，表面粗糙度不低于0.4。 浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用潜伏式浇口，尺寸为：Ｌ＝1ｍｍ，，，ｄ＝0.5ｍｍ，具体的表示形式见图10： 图5-4 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峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝。本设计中对于冷料穴的选 择是按照设计的目的来选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴（与推杆相匹配的冷料穴）。这种冷料穴的底部有一根推杆，而推杆安装在推板上，与其它推杆或推管连用。该设计采用的是Z形头冷料穴，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。示意图如下： 图5-5 5.4 排气槽的设计 在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。 1）排溢设计 ： 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 3）排气系统有以下几种方式：利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。 4）该套模具的排气方式有 a.利用塑件推杆的配合间隙； b.在分型面开排气槽； 综合以上所述，结合到本模具，本模具采用分型面间隙排气，不用专门设计排气槽。 第六章 模架的确定 以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。根据《塑料模具设计手册》可以确定出标准模架的形式，规格及标准代号。在确定了标准模架尺寸以后就可以用pro/E、AutoCAD等绘图软件把模架调出来。 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。 在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有利的，提高公司在市场中的竞争力。 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。 考虑到设计要求我选择了400×L(1)模架中的A1型号，其中L＝350，由于本设计要求抽芯机构，采用了斜导柱分型的方式，根据结构的需要对垫块做了一定的修改，各部分的设计和尺寸如各零件图所示： 1）定模座板（400350，厚25mm） 　通过4个ø16的内六角螺钉与定模板连接； 2）定模板（400350，厚35mm） 　　 用以固定型芯，通过4个ø6的内六角螺钉与上模仁连接。 3）动模板（400350，厚35mm） 　　 用以固定型腔，通过4个ø6的内六角螺钉与下模仁连接。 4）动模座板（250250，厚25mm） 　其注射机顶杆孔为ø40mm； 　　 其上的推板导柱孔与导柱采用H7/f7配合。 5) 垫块（63350mm，厚90mm） 1.主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 2.结构型式：可以是平行垫块、也可以是拐角垫块。（该模具采用平行垫块） 3.垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。 4 .垫块的高度计算： h垫块=h限钉+h顶垫+h顶固+s顶+Δ = 0+31+20+35+4 =90（mm） 式中 Δ—顶出行程的富裕量，一般为3～6mm，以免顶出板顶到动模垫板 第七章 成型零件的设计与计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 本套模具的成型零件主要包括型芯，型腔，四个镶块，四个抽芯。以下对各成型零件进行分析计算。 7.1 成型零件钢材选用 根据塑件结构属于中等复杂的，成形压力较大，表面质量一般决定模具表面质量一般这一事实，故在设计成型零件(凹模)中选用了40Cr。40Cr的供货硬度不高，易于切削加工。而后再通过渗碳、淬火、回火等热处理，钢材硬化，具有HRC46.5～51.5，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。 7.2 凹模的结构设计 型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4µm以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。该设计采用整体式镶嵌式凹模，具体的形式见图7-1： 图7-1 7.3 凸模的结构设计 凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种内型。本零件表面十分复杂，尤其是板上刻度及上面文字，在此采用组合式中的镶件组合式凸模；因为对于形状复杂的凸模，为了加工方便，可采用此结构，但应注意型芯不要靠的太近。设计镶嵌式和组合式凸模时，应尽可能满足下列要求： （1）将型腔的内型加工变为镶件和组合件的外形加工； （2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分的外形加工； （3）镶件的数量力求减少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响； （4）易损坏部分应设计独立的镶件，便于更换； 该凸模图如图7-2： 图7-2 7.4 成型零件工作尺寸的计算 所谓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径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）、凹模的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。影响塑件精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。 为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 1.型芯，型腔工作尺寸计算 模腔工作尺寸包括凹模和型芯的径向尺寸，凹模深度及型芯高度尺寸、中心距次尺寸的计算。计算如下： （1）　平均收缩率计算型腔尺寸 聚碳酸酯的收缩率一般为0.05%～0.5%,因为是短玻纤化PC,从而得出聚碳酸酯的平均收缩率为2%。计算径向尺寸。 由《塑料模具技术手册》得出聚碳酸酯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的宽度尺寸为54.4㎜，所以查表得Δ=0.32 1）按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式 　　　　　　 式中　LM——凹模的径向尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收缩率，% Ls——塑件径向公称尺寸，㎜ 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 塑件的长度尺寸是81.47mm时，查表得Δ=0.44，δz——凹模制造公差，㎜ 取Δ/5（下面的计算都安此计算）。依据上面的公式得出： =[81.47×(1+0.02)-3/40.44]+0.088 =82.7694+0.088 以下为其他型腔工作径向尺寸的计算： 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《塑料模具技术手册》得出聚碳酸酯的一般精度等级为4级。同时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㎜ 　　按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式 　　　　　 　　式中　HM——凹模的深度尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收缩率，% Hs——塑件高度公称尺寸，㎜ 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 而另外一个高度尺寸为4mm，查表得Δ=0.14㎜，因为： 　　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 以下为其他型腔深度尺寸计算 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）　按平均收缩率计算型芯尺寸 1）径向尺寸 由《塑料模具技术手册》得出聚碳酸酯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的内径尺寸 型芯长为81.47mm 　　按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式 　　　　　 式中　LM——组合型芯的径向尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收缩率，% Ls——塑件径向公称尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——组合型芯制造公差，㎜ 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 型芯的径向尺寸是54.4㎜时，查表得Δ=0.32，δz——凹模制造公差（mm）, 取Δ/5=0.064。依据上面的公式得出： =[(1+0.02)×54.4+3/4×0.32]-0.064 =55.728-0.064 以下为其他型芯（包括镶件）径向尺寸： 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《塑料模具技术手册》得出聚碳酸酯的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 　　根据前面所设计凸模的高度为13.68mm 　　按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式 　　　　 　　式中　HM——组合型芯高度尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收缩率，% Hs——塑件孔深度公称尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——组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 以下为其他型芯高度尺寸 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 模具强度的校核 在注塑的过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。由于流道分布为平衡式，且型芯中有镶块，故采用整体式矩形型腔。 7.5.1 整体式矩形型腔侧壁厚度计算 图7-3 整体式矩形型腔 〔1〕利用刚度公式计算 （mm） 式中 S—矩形型腔的侧壁厚度，mm； a—型腔侧壁受压高度，20 mm； p—型腔压力，30MPa； E—模具材料的弹性模量，碳钢为2.1×105MPa； [δ]—刚度条件允许变形量，0.05mm； L—型腔长边长度 220 mm； 　　　C—常数，由Ｌ/ａ之值决定，可查工具书，也可用以下公式计算： 　　　　　　 查得为　0.930 35.5　ｍｍ 〔2〕利用强度公式计算 式中 S—矩形型腔的侧壁厚度，mm； —短边/长边之比值，即b/L=8/11≈0.73； W—系数，查表得：0.176 [σ]—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用≧35.2mm这个尺寸。 7.5.2 整体式型腔底板厚度计算 图7-4 〔1〕利用刚度公式计算 式中 h—型腔底板厚度，mm； P—型腔压力，30MPa； b—矩形板受力短边长度，160mm； L—矩形板受力长边长度，220 mm； E—模具材料的弹性模量，2.1×105MPa； [δ]—刚度条件允许变形量，0.05mm。 C|—由L/b之值决定的常数，查表得：0.0209 〔2〕利用强度公式计算 式中 h—型腔底板厚度，mm； P—型腔内压力，30MPa； —短边/长边之比值，即b/L=8/11≈0.73； [σ]—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用≧7.3mm这个尺寸。 第八章 导向机构的设计 8.1 导柱导向机构 8.1.1 导柱 （1）导柱的设计 1.该模具采用带头导柱，且不加油槽。 2.导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm。 3.为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。 4.导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为ø30。 5.导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。 6.导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm。 7.导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。 （2）导柱的结构形式 导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置保证模具运动导向精度的圆柱形零件。 导柱的基本机构形式有两种形式。一种是带有轴向定位台阶，固定段与导向段具有同一公称尺寸、不同公差带的导柱，称为带头导柱。另一种是轴向定位台阶，固定段尺寸大于导向段导柱的导柱，称为带肩带油槽导柱。该夹板模具导柱的结构如图8-1所示： 图 8-1 采用带头导柱，其结构较为简单，导柱与导套相配合，导套固定孔直径与导柱固定孔直径相等，两孔可同时加工，确保同轴度的要求。 （3）导柱的结构和技术要求 1）长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8~12mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯进入型腔。 2）形状 导柱前端应做成锥台状或半球形，以使导柱顺利进入导向孔。 3）材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢经渗碳淬火处理或T8、T10钢经淬火处理，硬度为50~55HRC。导柱固定部分表面Ra为0.8m，导向部分表面粗糙度Ra为0.8-0.4 m。 （4）数量及布置 导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1-1.5倍），为确保合模时时只按一个方向合模，导柱的布置可采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱对称布置，本设计中采用不对称分布，如图8-2所示： 图8-2 导柱分布图 5）配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合;导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。 8.1.2 导套 导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动蹈乡精度的圆套形零件。 （1）导套的设计 1.结构形式：采用带头导套（Ⅰ型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔。 2.导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。 3.导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板。 4.导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 （2）导套的结构形式 导套常用的结构形式有两种，一种是不带轴向定位台阶的导套，称为直导套。另一种是带轴向定位台阶的导套，称为带头导套。直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板应采用带头导套。 由于本设计中导套经过的定模板较厚，采用的是带头导套。 此模具导套的结构如图8-3所示： 图8-3 （3）导套结构和技术要求 1） 形状 为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。导柱孔最好做成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。 2） 材料 导套用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8m。 3） 固定形式及配合精度 该封头模具采用H7/r6配合镶入模