054-焊机斗注塑模具设计【模具三维】,模具三维,054,焊机斗,注塑,模具设计,模具,三维
本科毕业设计（论文）
题目：焊剂斗模具设计
1 绪论
1.1注塑成型简介
若要将塑料成型为制品，那么就有很多的生产方法可以实现，而当前最常用的生产方法有注射、挤出、吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置、模板机架系统等组成。
注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，进而在经过一段保压冷却定型时间后，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品。
注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，而在注射成型过程中，它随注射机上的合模系统一起运动。注射成型时，动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统以及支承零部件组成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。
注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力和时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件并不是一件简单的事情，因为影响成型条件的因素有很多，如制品形状、注射装备、原材料、环境温度等。
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塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。通过运用CAE技术在计算机上对整个注射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，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。
1.2注塑行业存在的主要问题
（1）在我国的注塑行业中，相对专业化的生产企业大多是由轻工业部门管辖下的五、六十年代所建的塑料制品厂，其特点有：生产规模小、分散广、科技力量不强、资金缺乏等。而国内一些原料生产基地和大型家电集团、汽车制造厂、建材厂等自主投资搞注塑配件，他们的生产规模、科学技术水平和产品市场拥有率都大大超过原有企业水平，市场竞争能力较强。这种上游产品往下发展，而下游产品往上发展，使我国处于中间状态的注塑企业发展空间越来越小，注塑产品单一，企业生存和发展越来越难，濒临破产倒闭。
（2）我国注塑行业市场存在混乱状况。个别乡镇私人企业，由于其负担轻、税赋低、劳动成本低、偷工减料以低档次、低价格倾销产品冲击市场，阻碍我国注塑行业的健康有序发展。
（3）注塑行业重复建设、产能过剩、产品互相削价，致使经济效益大幅度滑坡。
（4）国内多数注塑产品企业整体技术、装备、水平与发达国家比还处于较落后状态、产品开发能力差，创新少、深度加工跟不上市场需求。
（5）注塑制品加工离不开注塑设备和模具，而目前国内能制造的最大注塑机锁模力只有3600吨左右，注塑量未超过5万克。同时全国模具厂缺乏龙头企业，模具开发能力尚不及先进发达国家。
（6）原材料供应方面。国内自己生产原料品种牌号少，选择余地小，不能满足加工厂需求，每年还需大量进口原材料。国内原材料供需矛盾突出。
1.3国内外模具的现状及发展趋势情况
我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展，虽然这在我国起步相对较晚，但发展却很快，尤其是在近几年中，无论是质量方面，还是技术和制造能力上都取得了较好的成绩。
现在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。
塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精”仍然是一个必然的发展趋势。从技术上来说CAD/CAM/CAE技术将全面推广，快速原型制造（RPM）及相关技术将得到更好的发展，高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术及高压注射成型将进一步发展。
近年来，随着科学技术的进步以及塑件质量的提高，塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展。具体表现在以下几个方面。
（1）塑料成型理论研究的发展
对塑料充模过程中的流变行为研究不断深入；对注射成型的流变理论有了更进一步探讨；对挤出成型已初步建立起数学模型。
（2）新的成型方法不断出现
在实验、研究的基础上，热流道浇注系统实际应用更为广泛；热固性塑料注射成型技术更为完善；气体辅助注射成型技术得到实际应用。
（3）塑件更趋向精密化、微型化以及大型化
据资料介绍，德国已研制出注射量只有0.1g的微型注射机，用于生产0.05g的塑件；我国也研制出0.5g的注射机，用于生产0.1g的手表轴塑件；另外，法国已拥有注射量达到170kg的超大型注射机。
（4）开发新的模具材料
如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料。
（5）模具表面强化热处理新技术应用
近年来，我国研制的PMS镜面塑料模具以及美国的P 21以及日本的NAK 55钢，就是在低级材料中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度≤HRC，然后加工成型，再进行时效处理，使模具硬度上升到40～50HRC，大大提高了模具的使用寿命。
注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。注塑成型已经成功地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。
本次设计我的课题是焊剂斗注塑模具设计，经过阅读了大量相关书籍以及计算之后，我酝酿的设计思路是：首先要分析、消化原始资料，确定模具的结构方案，进行模具设计的相关计算，再绘制结构草图、绘制模具总装图和非标准零件工作图，最后编写设计说明书。
2 塑件的工艺性分析
2.1塑件的外形结构
图2.1 塑件三维图
该塑件为焊剂斗，内部结构简单，外部在焊剂斗底部有四个圆柱凸台，在其中两个圆柱凸台各有一个侧孔，无法直接成型，必须有借助斜抽芯抽出。考虑到它的用途，外表面质量要求一般，等级精度中等。
2.2塑件材料选择
此塑件作为呈东西的容器，必须有一定的机械强度，抗冲击性，耐磨损。因此，初选几种强度大，耐磨损的常用塑料，进行各方面性能的比较，即通过力学性能、热性能、机械性能、成型性能、化学性能和经济性能等多方面比较，选出最合适成型此鼠标底座。最终，材料选定为ABS，因为其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型，成型收缩率小，而理论计算收缩率为0.5%，溢料值为0.04mm左右，比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮。
2.3成型方法及其工艺的选择
根据塑件所选用的材料为ABS和塑件的外形特征以及使用要求，选择最佳的成型方法就是注射成型。
1）成型工艺分析
（1）外观要求 要求表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，防止产生熔接痕。
（2）精度等级 此塑件对精度要求不高，采用一般精度4级。
（3）脱模斜度 ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。
2）注射成型工艺过程及工艺参数
混料—干燥—螺杆塑化—充模—保压—冷却—脱模—塑件后处理
（1）ABS塑料的干燥性。
ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前应进行充分的干燥和预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。
（2）注射成型时各段温度
ABS塑料非牛顿性较强，在熔化过程温度升高时，其黏度降低较大，但一旦达到成型温度（适宜加工的温度范围，如2000C-3000C），如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融黏度增大，注射更困难，塑件的机械性能也下降。
ABS温度相关工艺参数如表2-1所示。
表2.1 ABS工艺参数表
工艺参数
通用型ABS
料筒后段温度/0C
160-180
料筒中段温度/0C
180-200
料筒前段温度/0C
200-220
喷嘴温度/0C
170-180
模具温度/0C
50-80
（3）注射压力
ABS熔融的黏度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射时要采用较高的注射压力。但并非所有ABS制件都要施用高压，考虑到本塑件不大、结构不算非常复杂、厚度适中，可以用较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度[8]。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，缺件表面容易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。对于螺杆式注射机一般取70MPa-100MPa。
（4）注射速度
ABS塑料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。此塑件为薄壁制件，且浇口类型为直接浇口，容易充型，只需保证一般的注射速度。
（5）模具温度
ABS比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 0C左右，与在料筒中停留时间长短有关，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑料件模温宜取500C-600C，要求光泽及耐热型料宜取600C-800C。摄像头用塑件属中小型制件，形状比较规则，故不用考虑专门对模具加热。
（6）料量控制
注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的80%。为了提高塑件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50%为宜。
通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内，并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程，这种生产条件范围愈大，生产过程愈稳定，使注射产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低。
2.4塑件的表面质量
塑件的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等。对于塑件外表面，在外观质量上要求从工艺上尽可能避免冷疤，云纹等疵点；在表面粗糙度上，表面粗糙度值为Ra0.8µm。
对于塑件内表面，表面粗糙度值为Ra1.6µm。
2.5塑件的壁厚
壁厚的大小主要与塑料品种、塑料制品大小及成型工艺条件等因素有关。塑件的壁厚一般在1～3mm范围内，最常用数值为2～3mm。若壁厚过小，成型时的流动阻力大，若因塑件结构所造成的壁厚差别过大，不但则浪费原料，增加塑件的成本，而且会增加成型时间和冷却时间，降低生产率，同时成型中各部分所需冷却时间不同，收缩率也不同，容易造成塑件的内应力和翘曲变形，还容易产生气泡，缩孔等缺陷。可将塑件过厚部分挖空使该塑件的壁厚均匀为2mm。基本满足要求。
3 选取注射机
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。
3.1初选注射机
3.1.1塑件体积和质量的计算
通过proe软件对该塑件进行计算和分析后，得出：
塑件体积：V塑=3.7 cm。
根据设计手册查得ABS的密度为1.05 g/cm3
塑件的质量：m=3.88g。
流通凝料的质量m2还是一个未知数，由于此模具结构、浇注系统简单，且为一模两腔。根据以往设计模具的经验，我们可以取塑件质量的0.4倍，故注射量为：
M= m（1+0.4）×2= 10.86g
3.1.2注射机选型
浇注系统凝料与塑件的总质量为M=10.86g，则总体积为V=M/1.05=10.34 cm。则有V/0.8=12.928 g/cm。根据以上计算，初步选定注射机型号为XS-ZY-60型注射机。其主要技术参数见下表3.1。
表3.1 XS－ZY－60型注射机参数
理论注射容积/cm3
60
螺杆直径/mm
-28
注射压力/MPa
122
注射行程/mm
170
注射时间/s
0.7
塑化能力/(g/s)
16.8
注射方式
柱塞式
合模力/N
25.4×105
最大成型面积/cm2
645
移模行程/mm
170
最大模具厚度/mm
200
最小模具厚度/mm
70
模板尺寸/mm
330×440
拉杆空间/mm
190×3008
合模方式
液压-机械
推出形式/mm
中心推出
电动机功率/kW
18.5
喷嘴球半径/mm
10
喷嘴口直径/mm
3
3.2 注射机有关工艺参数的校对
3.2.1 开模行程：
Mmax=115＜170
既注射机的最大浇注射程小于注射机所注射塑件所需行程，不符合要求。
3.2.2 锁模力：
A——浇注塑料和塑件的最大投影面积:
A=706.5×2
=1413mm２＜320cm2 符合要求;
根据公式P腔A≤P机
A=14.13cm2
P腔：F=2×14.13=28.26KN＜500KN。
既型腔投影面积所需锁模力小于注射机的额定锁模力p。
3.2.3 注射机压力的校核
塑料成型压力p成≤p机
p成=70~140MPa≤122Mpa
即：塑件的注射压力小于注射机额定压力。
3.2.4 最小模具厚度与最大模具厚度校核
安装模具的最大厚度和最小厚度均有限制，所设计的模具的总高度应在最大模厚与最小模厚之间，以外形设计尺寸须在注射机根（或二根拉杆之间），既：
70≤H模≤200
但此处H模=321，该注塑机型号不满足要求。
在这里我们选择更大一型号注塑XS－ZY－250,
参数如下:步选注射机型号为XS－ZY－250卧式注射机，其主要技术参数见表4.1：
表3.2 注射机主要技术参数
理论注射量
250
拉杆内向距
螺杆柱塞直径
50
移模行程
500
注射压力
130
最大模具厚度
350
注射速率
89
最小模具厚度
200
塑化能力
18.9
锁模形式
液压-机械
喷嘴口直径
4
模具定位孔直径
125
锁模力/kN
1800
喷嘴球半径
12
4 模具的结构形式设计
4.1分型面的确定
在塑件设计阶段，应该考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模具设计中的一个关键因素。
分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。同时在选择分型面时考虑以下因素：
（1）不应影响塑件的尺寸精度和外观，即分型面不破坏塑件光滑的外表面。
（2）尽量简单，避免复杂形状，使模具制造容易。
（3）不妨碍塑件脱模和抽芯，确保塑件开模后留在动模一侧。
（4）有利于浇注系统的合理设置，特别是浇口位置。
（5）尽可能与料流的末端重合，有利于排气。
综合以上分型面的选取原则，考虑塑件结构及表面质量要求，分型面形式为水平分型面。分型面的选择位置如图
分型面的选择
4.2型腔数量及排列方式选择
此焊剂斗塑件属小型塑件，形状比较规则，精度要求为一般，且为批量生产，但考虑到塑件外部形状，非常适合利用哈夫莫。开模是左右各一半分开直接成型。如果一模四腔的话，无法利用哈佛模。故采用一模二腔的结构形式，采用中心对称排列。型腔的布置方式如图4.1所示。
型腔排列方式
5 浇注系统的设计
浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部位。具有传质、传压和传热的功能，正确设计浇注系统对获得优质的塑件极为重要。注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，而影响顺利充模的关键之一就是浇注系统的设计。
浇口形式的选择就决定了流道系统，而流道系统又决定了模具的结构形式。本设计由于塑件是结构比较简单的实体类零件，在塑件底部边缘采用侧浇口是比较合理的形式，由于是实体类零件，同时塑件尺寸也不小，故不会影响塑料的流动，塑料能快速的充满型腔，且在塑件的外表面没有留下熔接痕，用于侧浇口的模架结构也比较简单。因此，本套模具采用一模两腔、侧浇口的普通流道浇注系统。
5.1主流道设计
在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。
主流道尺寸设计
（1）主流道小端直径
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=4+（0.5～1）mm=（4.5～5）mm ,d取4.5mm。
（2）主流道球面半径
R=注射机喷嘴球头半径+(1～2)mm=12+(1～2)mm=13mm～14mm, R取14mm。
（3）球面配合高度
h=3mm～5mm,取h=5mm。
（4）主流道长度
L=80mm。
（5）主流道大端直径
D=d+2Ltanα≈5+2×80×tan1.5°mm=8.7mm 。式中α=1°～2°，取1.5°。
主流道的凝料体积：V主=3.14×80×(4.35²+2.25²+4.35×2.25)/3=2827.8 mm³=2.83 cm³。
主流道当量半径：Rn=(4.35+2.25)/2=3.3mm。
5.2分流道设计
常用的分流道截面形状有全圆形、梯形、半圆形、矩形和U字型等。
分浇道各种形式示意图
ⅰ) 全圆形分流道的比表面积最小，故热量不易散失，流动阻力亦小。
ⅱ) 梯形分流道。由于这种形状的流道易于加工，热量损失和压力损失都不大，因此是最常用的形式。
ⅲ) U型分流道。其优缺点与梯形基本相同，常用于小型塑件及一模多腔的情况。
ⅳ) 半圆形分流道比表面积较大，热量损失多，故不常采用。
ⅴ) 矩形分流道比表面积较大，故不常采用。
该模具是一模两腔，所以要设计分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地充满型腔，从前两点出发，分流道应该短而粗，但是不能太粗，该模具采用圆形断面分流道，因为这样分流道易与机械加工，分流道尺寸视该塑件的大小和塑料品种，注射速率，以及分流道长度而定，对多数塑料，分流道直径为6mm，该模具分流道的布置采用平衡式分布。见图
分流道
5.3冷料穴的设计
模具设计只有主流道冷料穴的设计。为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的末端设有冷料井，对于卧式注塑机冷料穴设在与主流道末端相对的动模上。故主流道冷料穴设在动模板上，由于此次是采用哈夫莫，在开模的时候，哈夫模分别向两侧开，故此处不设置拉料杆。
冷料穴
5.4浇口设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细小短通道。它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本设计浇口采用侧浇口，浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍-0.09倍，浇口长度约为0.5mm-0.75mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
浇口的主要作用是：
（1）熔体充模后首先在浇口处凝固，当注射机的螺杆退回时，可防止熔体向流道回流。
（2）熔体在流经狭窄的浇口时，产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。
（3）易于切除浇口凝料，二次加工方便。
（4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料，对于多浇口单型腔模具，浇口能用来平衡进料。
浇口位置的选择原则：
（1）浇口选择有阻挡物最近的距离。
（2）浇口的尺寸及位置选择应避免产正喷射和蠕动。
（3）浇口应开设在塑件断面最厚处。
（4）浇口位置的选择应使塑料流程最短，料流变向最少。
（5）浇口位置选择应有利于型腔内气体的排出。
（6）浇口位置的选择应減少或避免塑件的熔接痕增加熔接牢度。
（7）浇口位置的选择应防止料流将型腔，型芯，嵌件挤压变形。
综合以上因素，本设计采用侧浇口。侧浇口位置如图5.2所示。
图5.2 侧浇口
浇口直径为1mm
浇口的剪切速率：r浇=3.3×8.85×1000/(3.14×1³)=9.3×10³。
则该浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10³～5×之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。
6 成型零件的设计
6.1成型零件的结构设计
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和良好的抛光性能。
6.1.1凹模结构设计
凹模也称为型腔，用以形成塑件的外形轮廓。根据塑件的外形分析及结构，本塑件的外表面适合哈夫模成型。哈夫是英文“ half ”的译音，就是一半的意思，就是指模具分成两半拼合的。成型模具外表面的零件分别叫做公、母模。在开模的时候，动模在运动过程中，公母模在斜导柱的作用下，分别向左右两侧分开，只止完全与塑件脱离，成型 塑件外表面。
哈弗模
6.1.2型芯结构设计
型芯是主要的成型零件，因此又称凸模。型芯的作用是将压机的压力传递到塑件制品上，并压制塑料的内表面及端面。凸模由两部分组成：上端与加料室有配合关系，以防止熔料溢出并有导向作用；下端为成型部分并设有脱模斜度。凸模结构有整体式及组合式两种类型。本设计中零件结构较为简单，深度不大，经过对塑件实体的研究，塑件采用嵌入式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护型芯与动模板的配合可采用。
型芯
6.2成型零件工作尺寸的计算
此塑件尺寸精度要求不高，只需计算型腔、型芯的几个主要尺寸就可以了。塑件精度等级按GB/T14486—1993，ABS一般精度取MT3级，计算中按相应公差来查取，采用平均值法来计算。影响塑件尺寸精度的主要因素有：
（1）塑件收缩率波动所引起的尺寸误差。
（2）模具成型零件的制造误差成型零件加工精度越低，成型塑件的尺寸精度也越低。
（3）模具成型零件的磨损误差。
（4）模具安装配合的误差。
一般情况下，收缩率的波动、模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要原因。而收缩率的波动引起的塑件尺寸误差随塑件的尺寸的增大而增大。因此生产大型塑件时，若单靠提高模具制造精度等级来提高塑件精度是比较困难和不经济的，应稳定成型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料。生产小型塑件时，模具制造公差和成型零件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，因提高模具精度等级和减少磨损。
6.2.1凹模尺寸计算
（1）凹模的径向尺寸：
计算公式为： （6.1）
式中：——塑件的平均收缩率（%）。
ABS的收缩率为0.4%～0.7%，所以 。是模具制造公差， ；其中=0.5mm。x是系数，一般在0.5～0.8之间，取x=0.6。
（2）凹模的深度尺寸：HM ( HS1 =21mm ，HS2 =23mm )
计算公式为： （6.2)
查得塑件的制造公差分别为：；系数。
6.2.2型芯尺寸计算
（1）型芯径向尺寸：lM ( ls1=28mm )
计算公式为： (6.3)
查得塑件的制造公差分别为：，系数x=0.6。
（2）型芯高度尺寸：hM ( hs1 =40mm，hs2 =20mm )
计算公式为： (6.4)
查得塑件的制造公差分别为：，；系数。
6.3模具型腔侧壁厚度的计算
料熔体的压力，因此模具型腔应当具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的、精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定型腔壁厚和底板厚度[10]。
模具型腔壁厚的计算，应以型腔最大压力为准。理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应以强度条件为准。以强度计算所需要的壁厚和以刚度计算所需要的壁厚相等时的型腔内即为强度计算和刚度计算的分界值。在分界值不知道的情况下，应分别按强度条件和刚度条件算出壁厚，取其中较大值作为模具型腔的壁厚。本设计为整体嵌入式矩形凹模，按刚度计算，侧壁壁厚的计算公式为：
（6.5）
式中：h——凹模深度（mm）；
C——参数，C=1.3；
P——模具型腔内最大的熔体压力（MPa）；
——型腔长宽比例参数；
E——模具材料的弹性模量（MPa）；
——模具刚性计算许用变形量（mm）。
6.4排气系统的设计
在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸气，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排除模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔；同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。
模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。有时为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。如果情况特殊则必须开设排气槽。
由于本课题设计的是塑件端盖的模具，有一个分型面，而且选择的是ABS材料，该材料具有较好的流动性，因此，型腔内的气体完全可以由分型面和型芯与动模之间的轴向间隙进行排出。同时，该塑件的厚度也较小，所以该模具适合利益配合间隙直接进行排气，不需要开排气槽。
7 脱模推出机构的设计
7.1推出机构设计原则
在设计脱模推出机构时应遵循下列原则：
（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动，所以一般情况下，推出机构设置在动模的一侧，。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏。为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和黏附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在塑件刚性好的部位，如肋部、凸缘、壳体形塑件的壁缘处，尽量避免推力点作用在塑件的薄平面上，防止塑件破裂、穿孔，如壳体形塑件级筒形塑件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。用推杆推出时，推杆作用在塑件表面的面积要进行计算，以防推出过大而使塑件发白或使塑件变形报废。
（3）机构简单、动作可靠。推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。
（4）良好的塑件外观。推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其注意顶出位置和顶出形式的选择，以避免推出痕迹影响塑件的外观质量。
（5）合模时的正确复位。设计推出机构时，还必须考虑合模时推出机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。
7.2推出方式的确定
本塑件采用推杆推出方式。推杆与推杆孔有一段配合长度为推杆直径的3～5倍的间隙配合（H8/f8）,防止塑料熔体溢出，其余部分为扩孔。扩孔的直径比推杆大0.5mm（即d1=d2=d+0.5mm）。推杆穿过的孔要保证垂直度，保证推杆能顺畅的推出和返回。
7.3脱模力的计算
塑件为薄壁塑件，塑件的横截面形状为矩形，其脱模力的计算公为：
（7.1）
式中：F——脱模力（N）；
E——塑料的弹性模量（MPa）；
S——塑料成型的平均收缩率（%）；
t——塑件的壁厚（mm）；
L——被包型芯的长度（mm）；
μ——塑料的泊松比；
——脱模斜度（°）；
f——塑料与钢材之间的摩擦系数；
A——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（㎜²）；
K2——由f和决定的无因次数，K2=1+fsincos。
（7.2）
7.4确定推杆的数量和尺寸
虽然推杆数目越多，推出效果越好，制品越平整。但是，如果采用过多的推杆会增加不必要的制造成本，另外还会影响到型芯和冷却管道的布置。因此，在首先保证推出稳定、可靠的情况下，应该尽可能的减少推杆数目。确定推杆数目为8。
圆形推杆的直径计算公式：
（7.3）
式中：d——推杆直径（mm）；
L——推杆长度（mm）；
F——脱塑件的脱模力（N）；
E——推杆材料的弹性模量（MPa）；
n——推杆数目；
k——安全系数，取1.5。
，取d=2mm。
由于直径小于3mm，所以本模具推杆为台阶式推杆
推杆的尺寸
7.4推杆的分布位置
推杆位置分布在合适的位置，才会退出完美的制件，所以顶杆的分布位置很重要，综合考虑推杆的分布如图所示。
推杆的分布位置
8侧抽芯机构
塑件处在与开模分型不同的方向时，在其内侧和外侧上带有孔、凹槽或凸起时，为了能对所成型的塑件进行脱模，必须将成型侧孔、侧凹或侧凸的部位做成活动零件，即侧型芯或侧型腔，然后在模具开模前（或模具开模后）将其抽出。完成侧型芯或侧型腔抽出和复位动作的机构称为侧向分型抽芯机构。
8.1抽芯机构的分类
根据驱动方式的不同，侧向分型抽芯机构可分为手动、机动、液压（或气动）、联合作用4种类型，其中以机动侧向分型抽芯机构最为常用。
8.1.1手动分型抽芯机构
手动分型抽芯机构采用手工方法或手工工具将侧型芯或侧型腔从塑件内取出，多用于试制和小批量生产塑件的模具，可分为手动模内抽芯和手动模外抽芯两种类型[13]。
(1) 手动模内抽芯 它是指开模前依靠人工直接抽拔，或通过简单传动装置抽出侧型芯或分离侧型腔。
(2) 手动模外抽芯 手动模外抽芯是指开模后将侧型芯或侧型腔连同塑件一起脱出，在模外手工扳动侧向抽芯机构，将侧型芯或侧型腔从塑件中抽出。
8.1.2机动式分型抽芯机构
机动式分型抽芯机构是指利用注射机的开模运动和动力，通过传动零件完成模具的侧向分型、抽芯及其复位动作的机构。这类机构结构比较复杂，但是具有较大的抽芯力和抽芯距，且动作可靠，操作简单，生产效率高，因此广泛应用于生产实践中。
8.2抽芯结构的设计
本次设计的模具共有单个塑件上有两处需要抽芯机构，哈夫模是一般的侧抽结构，能够直接成型底角圆柱凸台上侧凹，本模具设计思路见最后一章模具工作原理，以下就哈夫模结构做下介绍。
8.3抽芯力与抽芯距的计算
(1) 抽芯力的计算与脱模力的计算相同，可按下面的简化公式进行计算，即
式中：——抽芯力，N；
——塑料与钢的摩擦系数，聚碳酸酯、聚甲醛取0.1~0.2，其余取0.2~0.3；
p——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般取8~12MPa；
A——塑件包容侧型芯的面积，；
——脱模斜度，（°）。
(2) 圆形塑件的抽芯距的计算公式如下：
=16mm
式中：——抽芯距，mm；
S——抽芯极限尺寸，mm；
R——塑件最大外形半径，mm；
r——阻碍塑件脱落的最小外形半径（侧凹处），mm。
8.4哈夫模斜导柱的设计
在确定斜滑块结构尺寸之前，应了解其设计要点：① 斜滑块的导向斜角一般取18 o，斜滑块的推出高度必须小于导滑槽总长的2/3。② 斜滑块在导滑槽内的活动必须顺利。③ 内抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面，而应在零件允许的情况下低于型芯端面0.05～0.10㎜。
斜导柱的形状如图所示:其工作端的端部设计成半球形。
斜导柱三维图
其材料选用20号钢,表面渗碳，经过淬火热处理达到硬度要求。热处理要求硬度HRC55,表面粗糙度为Ra0.8nm,斜导柱与固定板之间采用过渡配合H7/m6,滑块上斜导柱之间采用间隙配合H11/b11,或在两者之间保留0.5mm间隙。
9.4.1斜导柱倾斜角度的确定
a为倾斜角L=s/sin（a）经查资料得 a取18o比较理想[6]。
9.4.2斜导柱的长度计算
其工作长度Lz=s×cos（）/sin（a），
为滑动定向模一侧的倾角因=0o所以L=s/sin（a）=6.5/sin（18 o）=21mm
Lz 斜导柱的总长度（mm）；d1 斜导柱固定部分大端直径（17mm）；h 斜导柱固定板厚度（40mm）；d 斜导柱工作部分直径（12mm）；S 抽芯距（16mm）。
=30/2×tan(18o)+20/cos(0o)+30/sin(18o) 135mm
斜导柱安装固定部分长度斜导柱固定部分的直径（40mm）斜导柱固定部板的厚度（20mm）a 斜导柱的倾角
斜导柱受力分析与强度计算受力分析如下图所示：
斜导柱受力分析
在图中Ft是抽芯力FC的反作用力.其大小与FC相等,方向相反,方向相反，Fk是开模力，它通过导滑槽施加于滑块F是斜导柱通过斜导柱孔施加于滑块正压力，其大小与斜导柱受的弯曲力Fw相等，F1是斜导柱与滑块间的摩擦力，F2是滑块与导滑槽间的摩擦力．另外斜导柱与滑块，滑块与导滑模之间的摩擦系数为0.5
侧(4-11)
侧(4-12)
式中F1=F2=
因摩擦力太小所以可以省略既（=0）
所以F=Ft/cos(a)=31.7×105/cos(18.)=33.43×105N
Fw=Fc/tan(a)=31.7×105/tan(18)=9×105N
由Fc斜导柱的倾斜角在有关资料中可查到最大弯曲力Fw=1000KN 然后根据Fw和Hw=20mm以及可以查出斜导柱直径d=12mm。得出本次模具设计抽芯机构如图所示
侧抽芯机构
9 温度调节系统的设计
注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。由于本塑件采用的是ABS材料，其黏度中等、流动性较好，对模具温度的要求不高，因此只要设计冷却系统即可。
9.1冷却系统的设计依据
（1）冷却系统和冷却介质。一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。
对于黏度低、流动性好的塑料（如PE、PP、PS、PA66等），因为成型工艺要求模温都不太高，所以用常温水对模具进行冷却。由于ABS的流动性为中等，且水的热容量大，成本低，传热系数大，故该套模具亦采用常温水进行冷却。
（2）冷却系统的简略计算。如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略的计算。
9.2冷却介质的选择
冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大、传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。由于ABS的黏度中等、流动性好，成型工艺要求模具温度都不太高，所以常采用水对模具冷却。
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W（kg/h）
①计算每次需要的注射量（kg）
m=nm件+m浇=10.86g
式中：n ——型腔数目；
m件——单个塑件质量（g）；
m浇——浇注系统质量（g）。
②确定生产周期（s）
t=t注+t冷+t脱=1.8+9.3+8=19.1s
式中：t ——生产周期（s）
t注——注射时间（s）；
t冷——冷却时间（s）；
t脱——脱模时间（s）。
③求每小时可以注射的次数
N=3600/t=188.5
④求每小时的注射量（kg/h）
W=Nm=10kg/h
（2）确定单位质量的塑件在固化时所释放的热量Qs(kJ/kg)
查表得，ABS塑料熔体的单位热流量为。
（3）求冷却水的体积流量。
式中：——冷却水的密度（kg/）；——冷却水的比热容（kJ/kg·℃）；
——冷却水的出口温度（℃）；——冷却水的入口温度（℃）。
9.3冷却水路的布置
考虑到塑件的特点，根据书上的案例本次模具的冷却水路以下图方式布局，水路管直径为6mm.
冷却水路
10 模具及注射机校核部分
10.1注射量的校核
要求注射量不超过注射机的最大注射量，在注塑生产中，注塑机每一个成型周期向模具腔内注入的塑料熔体体积或质量称为塑件的注射量，其中包括浇注系统内所存留的塑料熔体体积，选择注塑机时，必须保证塑件的注射量小于注塑机的最大注射量的（80～85）%，最小注射量不小于注塑机注射量的20%，根据式
kMmaxM，M=Mi+m 式中
Mmax-----注塑机最大注射量/ cm3
Mi-----浇注系统凝料的质量或体积/ cm3；
m-----单个制件质量或体积/ cm3；
n-----型腔数目/个；
k-----注射机最大注射量利用系数，一般取0.8。
0.8×25010.36cm3。
故：注射机注射量满足要求。
10.2锁模力的校核
当塑料熔体充满模具型腔时，会产生一个很大的推力，此推力的大小等于塑件加上浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和（即注射面积）乘以型腔内的塑料压力。为了保障操作人员的人身安全，需要机床提供足够大的锁模力。因此，欲使模具从分型面涨开的必须小于注射机规定的锁模力[9]。即T≥k2Fq/1000
式中T—注射机的额定锁模力，t；
F—塑件与浇注系统在分型面上的总投影面积，cm2；
q—熔融塑料在模腔内的压力，MPa；
k2—安全系数，通常取1.1～1.2，这里取1.1。
经查表可得，PS大致范围为25MPa~40MPa这里取= 30MPa；
为了保证注射成型过程当中型腔能够可靠的锁闭，必须满足（nA1+Aj）pFn
塑件在分型面上的投影面积A=2×706.5=1413mm2，浇注系统在分型面上的投影面积，忽略不计。锁模力的安全系数k=1.2，kF胀=1.2X240=28.27<900kN, 即该注塑机的锁模力大于张力， 所以注射机锁模力满足要求。
10.3模具最大开模行程的校核
注射机开模行程是有限的，开模行程应该满足分开模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型机的最大开模距离必须大于取出塑件所需的开幕距离。了保证开模后既能取出塑件又能取出流道内的凝料，对于双分型面注射模具，需要满足下式：
（4-3）
式中—模具开模行程；
—推出距离
—塑件高度；
—定模板与中间板之间的分开距离。
则<500mm
即，开模行程要求： S135.5+(5～10)mm=(140.5~145.5)mm
注射机最大开合模行程为500mm，所以模具所需要的开模距离与注射机的最大开合模行程相适应。
10.4模具注射压力校核
塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力能否满足制品的成型要求。所选的塑料原料为ABS，制件结构合理，流体流动性能好，其注射压力在（100～140）Mpa之间，其值在所选的注射机成型范围之内，故能满足要求。
10.5模具的长度和宽度和厚度校核
本副模具采用压板紧固的方式，将模具的固定板安放在压板外侧附近模具为工型模架，大小为400×350㎜，满足要求，模具厚度必须满足下式：
Hmin≤H≤Hmax式中
H—模具闭合厚度，mm；
—注塑机所允许的最小模具厚度，200mm；
—注塑机所允许的最大模具厚度，350mm；
由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都有一定的调节量H，因此，对安装使用的模具厚度有一定的限制，一般情况下，模具的实际厚度H必须在注射机允许安装的最大模具厚度和最小模具厚度之间。
所设计的模具总厚度H为321mm，所以满足关系Hmin
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