050-钢卷尺注塑模具设计【模具三维】

050-钢卷尺注塑模具设计【模具三维】,模具三维,050,卷尺,注塑,模具设计,模具,三维 毕业设计(论文)中期报告 题目：钢卷尺上盖注塑模具设计 一.设计（论文）进展状况： 1.1 经过网上多次查找了外文文献并完成了外文翻译； 1.2方案的设计： 1.2.1注射模抽芯机构的设计： 由于卷尺上盖侧壁上存在与开模方向不一致的侧孔，如图所示，所以要设计抽芯机构让塑件在开模时顺利被推出，由于需要成型的结构在外部所以选择最常用的斜导柱加滑块侧抽芯机构。 1.2.2浇口的选择： 由于该塑件是上盖，外表面要求光滑，表面精度要求较高，再根据老师的要求，在这里采用点浇口。如图所示 1.2.3分型面的选择 以下原则进行分型面的选择原则：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。避免 模具结构复杂。（2）分型面应便于塑件的脱模。（3）分型面得选择应有利于侧向分型和抽芯。（4）分型面得选择应保证塑件的质量。（5）分型面得选择应有利于防止溢料。 (6）分型面的选择应该有利于排气。（7）分型面的选择应尽量使成型零件易于加工。 根据选择分型面位置的基本原则是应将分型面开设在塑件断面轮廓最大部位，以便顺利脱模。分析该塑件分型面，由于该塑件结构简单，外形轮廓很简单，所以很明显可以找出该塑件的分型面，就是该塑件的下表面。如图所示 1.2.4型腔数目的确定： 由于每个塑件有只有一个侧孔，对于初学者来说，在上述内容中已经采取点浇口，采用一模两腔即可。但是塑件形状决定，如果采用一模两腔，型芯型腔加工起来不太经济，最终决定采用点浇口常用的“X”布置形式，型腔分布如图所示 1.3 塑件材料的选择与分析： 1.3.1材料选择 塑件材料ABS，密度1.05G/CM3。 1.3.2基本性能： ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一，是一种良好的热塑性塑料。ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应进行干燥处理；要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060度，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080度。ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 1.4 注射模结构件的设计： 根据模架的分类，选择三板模模架，三板模模架由定模部分和动模部分组成，定模部分包括推料板和定模板；动模部分包括推板、动模板、托板、支撑件方铁、底板及推杆固定板和推杆底板等。 1.5 塑件体积和浇注系统凝料体积的初步估算 通过Pro/E建模设计分析计算得塑件体积： 浇注系统凝料体积在没有设计浇注系统的情况下是无法确定的，所以需借住经验公式来估算，在这里浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积： 1.6 选择注塑机 注射机的最大注射量应大于制品的重量或体积(包括流道及浇口凝料飞边)，通常注射机的实际注射量最好是注射机的最大注射量的80％，所以选用的注射机最大注射量应为，所以。根据以上的计算结果，查找国产注射成型机，初选注塑机型号HTF86/TJ卧室注塑机，其主要技术参数见下表 表1 注射机的主要技术参数 注射装置 数值 理论注射量： 131cm3 螺杆直径： 34mm 注射压力： 206MPa 合模力： 860KN 模板最大行程： 310mm 模具最大厚度： 400mm 模具最小厚度： 150mm 定位孔直径： 100mm 喷嘴球头半径： 12mm 注射方式： 螺杆式 拉杆内间距： 400mmx400mm 二．存在的问题及解决措施： 2.1存在的问题： 开模行程的计算，冷却系统的设计，斜推杆倾斜角的确定，排气系统的设计。 2.2解决措施： 查阅相关资料，向同学及老师请教。 三．后期工作安排： 3.1查阅模具设计相关资料并详细计算 3月16日-3月22日 3.2修改装配图 3月23日-3月29日 3.3完成零件图和三维模型 3月30日-4月19日 3.4优化模具设计和分析 4月20日-4月27日 3.5整理修改各图及编写论文 4月28日-5月5日 3.6毕业答辩 5月10日 指导教师签字： 年 月 日 5 本科毕业设计(论文) 题目:钢卷尺上盖注塑模具设计 II 主要符号表 T 成形周期 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（g/h或cm³/h） M 浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm³） M 单个制品的质量和体积（g或cm³） F 注射机的额定锁模力（N） A 单个制品在模具分型面上的投影面积（mm²） A 浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm²） P 塑料熔体在模腔内的平均压力（MPa），通常模腔内压力 S 注射机最大开模行程（mm） H 推出距离（脱模距离）（mm） H 包括浇注系统在内的制品高度（mm） Q 抽拔力（N） A 侧型芯被包紧的截面周长（cm） H 成型部分深度（cm） Q 单位面积积压力 μ 摩擦系数 A 脱模斜度 1 绪论 1.1 概述 塑料模具的设计和制造水平反映了机械设计和加工的水平，模具的设计已应用了当代先进的设计手段。CAD、CAM、CAE的逐渐广泛应用，使模具的设计效率大大提高，快速成型技术的应用以及现代加工技术的使用如高精度加工中心、特种加工技术的大量使用是模具的制造精度越来越高，加工周期越来越短。各行各业对模具的需求量与日俱增，我国的模具行业蒸蒸日上，正需要大量的模具设计与制造的技术人才。本课题为中等以上难度的塑料模具设计，从模具的结构设计，各种参数的设计与计算，材料的选择与处理，零件的加工工艺方案的制定，三维造型等均得到锻炼。 1.2 国内、外塑料模具发展现状 近年来我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐渐提高，且发展速度将高于其他模具。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚 41 壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 1.3 塑料模具发展走势 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM/CAE技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM/CAE技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度； CAD/CAM/CAE软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。在将来模具标准件将成为共享资源。 2 塑件的工艺性分析 塑件 钢卷尺上盖，三维图如图2.1所示：生产批量:中小批量 ；材料:ABS；未注公差按MT5级精度 。 图2.1 塑件三维图 塑件的工艺性分析包括:塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑件的工艺性分析，其具体分析如下: 2.1 塑件的原材料分析 该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。 ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度.02~1.05g/cm³。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。 2.2 塑件的结构工艺性分析 1) 从图纸上分析，该塑件的外形为由上盖和下盖组合，壁厚比较均匀，平均壁厚为2mm，且符合最小壁厚要求。 2) 塑件型腔较大，只有一个孔Ф7㎜，孔均符合最小孔径要求。 3) 在上盖内侧壁有一条凸槽起扣紧下盖的作用，因此成型后塑件不易取出，需要考虑内侧抽装置。 2.3 塑件的尺寸精度分析 该塑件的未注公差按MT5级公差要求。 2.4 塑件表面质量分析 该塑件为钢卷尺上盖，对其表面质量没有什么高的要求，粗糙度可取Ra3.2um, 塑件内部也不需要较高的表面粗糙度要求，所以内外表面的粗糙度都取Ra3.2um。 结论:该塑件可采用注射成型加工，且加工性能较好，但成型以后需要设置内侧抽芯机构才能将塑件顺利脱出。 3 注射机的选择 3.1塑件体积及质量估算 通过Pro/E建模设计分析计算得塑件体积： 因为ABS的平均密度为p=1.05g/cm³，故： M=PV M=11×1.05=12.1g 浇注系统凝料体积在没有设计浇注系统的情况下是无法确定的，所以需借住经验公式来估算，在这里浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，在中期报告中已经确定本次设计采用一模四腔，具体原因会在下面中叙述，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积： 3.2 选择注塑机型号 注射机的最大注射量应大于制品的重量或体积(包括流道及浇口凝料飞边)，通常注射机的实际注射量最好是注射机的最大注射量的80％，所以选用的注射机最大注射量应为，所以。根据以上的计算结果，查找国产注射成型机，初选注塑机型号HTF86/TJ卧室注塑机，其主要技术参数见下表 表1 注射机的主要技术参数 注射装置 数值 理论射量： 131cm3 螺杆直径： 34mm 注射压力： 206MPa 合模力： 860KN 模板最大行程： 310mm 模具最大厚度： 400mm 模具最小厚度： 150mm 定位孔直径： 100mm 喷嘴球头半径： 12mm 注射方式： 螺杆式 拉杆内间距： 400mmx400mm 4 注射模的结构设计 注射模结构设计主要包括: 分型面的选择、模具型腔数目的确定及型腔的排列、浇注系统设计、型芯、型腔结构的确定、推件方式、侧抽芯机构的设计、模具结构零件设计等内容。 4.1分型面的选择 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则： 1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处 2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模 3）分型面的选择应保证塑件的精度要求 4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 5）分型面的选择要便于模具的加工制造 6）分型面的选择应有利于排气 除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。 综合考虑以上的设计原则并结合该塑件的结构特点和质量要求，应采用塑件外形最大轮廓处作为分形面。所选分型面如图4.1所示； 图4.1 分型面的选择 4.2 型腔数目的确定及型腔的排列 由于该塑件内部结构结构复杂，但是每个塑件仅有一处侧抽芯，之前选用的侧浇口但是被老师否决了，老师要求采用点交口，决定采用点交口常见的“X”形布置形式，采用一模四腔成型，这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。 型腔布局形式 4.3 浇注系统的设计 浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送管道。它具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量具有决定性影响。浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利地充满到型腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。浇注系统一般由四部分组成。 (1)主流道 指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道。它是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。 (2)分流道 指主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向。单型腔模具中分流道是为了缩短流程。多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。 (3)浇口 指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序的填满型腔，且对补缩具有控制作用。 (4)冷料井 通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料。冷料井也经常起拉勾凝料的作用。 浇注系统设计原则： (1)浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置； (2)尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间； (3)浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利排气和补缩； (4)避免高压熔体对型芯很让和嵌件产生冲击，防止变形和位移； (5)浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤； (6)熔合缝位置需合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽； (7)尽量减少浇注系统的用料量； (8)浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上精度。 4.3.1主流道设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。根据模具手册查得HTF86/TJ卧室注塑机喷嘴的有关尺寸：喷嘴球半径:R =12mm，喷嘴孔直径:d =3.5mm。 a. 主流道尺寸 主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角a为2~6°小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5～1mm。现取锥角a=60，小端直径比喷嘴直径大1㎜。浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度50～55HRC。由于小端的前面是球面，其深度为3~5mm(现取为3mm)，注射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1~2mm。浇口套与模板间配合采用H7/m6的过渡配合。 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。主流道小端尺寸为Ф5mm。 b. 主流道浇口套的形式 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，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道浇口套形式，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。常用浇口套分为浇口套、定位圈整体式和浇口套与定位圈单独分开两种，本设计采用浇口套与定位圈单独分开，浇口套如4.2所示，定位圈如图4.3所示： 图4.2 浇口套 图4.3 定位圈 c. 主流道浇口套的固定 因为采用的为分开式，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈的外径为Φ100mm，内径Φ35mm。具体固定形式采用2颗M5×20L螺钉固定。 4.3.2分流道的设计 主流道与浇口之间的通道称为分流道。直浇道模具可以省去分浇道，但在多型腔模具中分浇道是必不可少的。 a.分流道的布置形式 为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同事还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道[15]。如图所示。 b.流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、正方形、梯形、U形、半圆形和正六角等。浇道的截面积越大，压力的损失越小；浇道的表面积越小，热量的损失越小。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。 图4.4 不同截面的分流道的效率 c. 分流道截面形状与尺寸 由于本模具选择梯形截面，所以本模具梯形截面上底宽度D＝6mm，这也符合加工刀具选择，选择圆角半径R =1mm[16]，由表4.1知梯形高度H＝2D/3＝4mm，梯形斜边与竖直方向夹角在5~10°，即可确定下底边宽度为d＝4.5mm。分流道截面如图4.5。 4.3.4浇口设计 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。 浇口是连接分流道和型腔的一段细短浇道，它的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。 (1) 浇口的尺寸及类型 浇口的截面积一般取分流道截面积的3%～6%，浇口的长度约1～1.5mm，在设计时应取最小值，试模时逐步修正。浇口的形状有矩形（厚度和宽度比为1：3）、圆形、梯形和U形。浇口的类型有直接口、侧浇口、平缝式浇口、扇形浇口、点浇口、环形浇口、轮辐式浇口、爪形浇口、潜伏式浇口和护耳浇口等。 本模具采用的点浇口，点浇口全称针点式浇口，是典型的限制型浇口。具有如下优点： ①可大大提高塑料熔体剪切速率，表现粘度江都明显，致使充模容易。 ②熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，致使流动性再次提高。 ③能正确控制补料时间，无倒流之虑；有效降低塑件特别是浇口附件的残余应力，提高了制品质量。 ④能缩短成型周期，提高生产效率。 ⑤有利浇口与制品的自动分离，便于实现塑件生产过程的自动化。 ⑥浇口痕迹小，容易修整。 ⑦在多型腔模中，容易实现各型腔均衡进料，改善了塑件质量。 ⑧能较自由地选择浇口位置。 点浇口的缺点有： 必须采用双分型面的模具结构； 不适合高粘度和对剪切速率不敏感的塑料熔体； 不适合厚壁塑料成型； 本次设计点浇口的结构如图4.5所示。 图4.5 点浇口的结构形式 图中主要尺寸为：浇口直径d=0.5～1.5mm，l=0.5～2mm， H=3， ，R=1.5～3，r=0.2～0.5。 (2) 浇口的位置 浇口的位置对塑件的质量有极大的影响，浇口的位置选择时应遵循如下原则： ①浇口应开设在塑件较厚的部位，以利于熔体流动，型腔的排气和塑料的补塑，避免塑件产生缩孔或表面凹陷； ②浇口的设置应避免塑件表面产生熔接痕，影响塑件的外观； ③浇口应设置在能使型腔的各个角落同时充满的位置； ④浇口应设置在有利于排出型腔中的气体的位置； ⑤浇口应设计在能避免塑件表面产生熔接痕的部位； ⑥模具的型芯细小时，浇口设计应注意不能使熔融塑料直接冲击型芯，以免型芯被冲击变形。 ⑦浇口不要设置在塑件使用中的承受弯曲载荷和冲击载荷的部位。 根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，进浇点如图4.6所示。 图4.6 浇口在塑件上的位置 4.4 型芯、型腔结构的设计及尺寸 型芯、型腔采用整体式或整体嵌入式结构。 整体式型腔是直接在一整块材料上加工而成的凹模即为整体式凹模，其特点是牢固，不易变形，有较高的强度和刚度，成型的塑件表面不会有模具接缝痕迹。当塑件结构简单时，制作整体式凹模比较容易，塑件形状复杂时，整体式凹模的加工工艺性较差，需要采用电火花、电铸等特殊加工手段，制作周期较长且费用较高，零件尺寸较大时加工和热处理都较困难，消耗贵重模具钢多。整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。 整体嵌入式型腔是将凹模做为整体式，再嵌入模具的模板内，它在单腔和多腔模具中均可应用。这种凹模结构的好处是: a. 加工单个型腔的凹模方便，同时零件的热处理变形比在一块材料上制作多个型腔的小。 b. 节省贵重钢材。根据工作性质，凹模和固定板分别采用不同的材料制作。 c. 易于维修更换。采取镶嵌式安装形式便于更换失效了的凹模，儿不影响生产进。 d. 各型腔凹模单独加工利于缩短制模周期。 4.4.1 型腔结构设计 型腔是成型塑件外表面的成型零件。分析产品，其外部结构简单，考虑各方面因素，采用整体嵌入式型腔，它能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够的强度与刚度，使用可靠且置换方便。用4颗M6螺钉固定于定模板，如图4.7所示： 图4.7 型腔 4.4.2 型芯结构设计 型芯和镶件都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。分析产品，其内部结构复杂，其中中间的一处结构需要，如图箭头所指方向，由于凹处成型较深无法通过整体式型芯直接成型，采用镶拼式型腔，用4颗M6螺钉将型芯固定于动模板上，如图4.8所示： 图4.8 型芯 型芯镶件 4.4.3型腔和型芯工作尺寸计算 成型零部件工作尺寸计算方法有平均值法和公差带法两种。对于塑件尺寸和成零部件的尺寸偏差统一按入体原则标注，对于中心距尺寸则采用双向对称偏差标注. 分清了各部分尺寸的分类后，即可在趋于增的尺寸上减小一个1/2Δ，而在趋于缩小的尺寸上加上一个1/2Δ，其中Δ为塑件公差。但是由于成型零件脱模过程中与塑件的移动摩擦而产生磨损，弥补又因为成型零件部位的不同，受磨损的程度也不同，所以成型零件的径向尺寸，受磨损较大取最大值，即1/4Δ；而成型零件的高度尺寸相对磨损较小取最小值，即1/6Δ。 该塑件的成型尺寸计算均按平均值法技术。查有关手册得ABS的收缩率为S=0.5%.塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，计算模具成型零部件工作尺寸的公式为： 式中 A — 模具成型零部件在常温下的尺寸 B — 塑件在常温下实际尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。 型腔径向尺寸 已知在规定条件下的平均收缩率S，塑件的基本尺寸 D0是最大的尺寸，其公差△为负偏差，因此塑件平均尺寸为D0-△，模具型腔的基本尺寸D是最小尺寸，公差为正偏差，型腔的平均尺寸为D+δz/2。型腔的平均磨损量为δc/2，如以D +Z表示型腔尺寸, ABS平均收缩率S=0.5%. D+δz/2+δc/2=( D0-△/2)+( D0-△/2)S 经整理最终公式为：D+δz=[(1+S) D0-(0.5～0.75)△]0+δz (5.1) a.型腔计算 （1） 型腔的径向尺寸    式中D—型腔的最小基本尺寸； D0—塑件的最大基本尺寸； =2.2mm =3.81mm =7.83mm =4.818mm =11.35mm =22.9mm =29.94mm (2)型腔深度计算 式中H m — 型腔深度的最小基本尺寸； Hs— 塑件的最大基本尺寸。 =70.25mm =4.42mm =7.43mm =9.45mm =34.57mm b.型芯计算 (1) 型芯的径向尺寸  式中  d—型芯的最大基本尺寸； d0—塑件的最小基本尺寸。 =3.63mm =7.15mm =1.117mm =5.14mm =18.2mm =24.23mm (2)型芯高度计算 式中  h—型芯高度的最大尺寸；   h0—塑件内形深度的最小尺寸。  =4.63mm =3.13mm =14.17mm =47.33mm 4.5 脱模机构的设计 在注射成型的每一循环中，塑件必须从模具的型腔及型芯中被脱出，这一完成塑件脱出的机构成为脱模机构。 脱模机构的设计原则： (1)塑件滞留于动模，模具开启后应以使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便模具脱模装置在注射机顶杆的驱动下完成脱模动作。 (2)保证塑件不变形损坏，这是脱模机构应达到的基本要求。首先要正确分析塑件对型腔或型芯的附着力的大小以及所在的部位，有针对性地选择何时的脱模方法和脱模位置，使顶出中心和脱模阻力中心相重合。型芯由于塑件收缩时对其包紧力最大，因此顶出的作用应该竟可能地靠近型芯，顶出力应该作用于塑件刚度、强度最大的部位，作用面尽可能大一些。影响脱模力大小的因素很多，当材料的收缩率大，塑件壁厚大，模具的型芯形状复杂，脱模斜度小以及型腔（型芯）粗糙度高时，脱模阻力就会增大，反之则小。 (3)力求良好的塑件外观，顶出塑件的位置应该尽量设在塑件内部或对外观影响不大的部位，在采用顶杆脱模时尤其要注意这个问题。 脱模机构由以下几个零件组成，顶杆直接作用于塑料，将塑料从型腔或型芯上脱出，顶杆需要固定，因此设在固定板上，通过顶出板与固定板联接，将顶杆平稳固定，注射机的液压顶出或机械顶出杆作用于顶出板上，使顶杆完成顶出动作。当顶杆细小或顶出距离过长时要使顶出过程平稳，就要在顶出系统中增加导柱和导套，顶出后顶杆应先于型腔或型芯复位，通过复位杆时下。在顶出系统中有一拉料杆，其作用是将浇注系统的冷料拉至动模上并在卸料过程中随塑件同时被顶出。挡销的作用是在顶出板与动模板之间留有间隙，防止肥料及杂物落入，影响了顶出系统回程，同时可调节顶杆的位置及顶出距离。 顶杆脱模机构的设计要点： (1)顶出的顶出位置应该设在脱模阻力大的部位。盖、箱类塑件阻力最大的地方是侧面，在端面均匀设置顶杆是最理想的。 (2)顶杆不设置在塑件薄壁处，一面塑件变形破损，当结构特殊需要时，应该增大顶出面积使塑件受力得以改善，可采用顶出盘顶出。 (3)顶杆直径不宜过小，有足够的刚度，而且应以尽可能大的面积与塑件接触，当直径小于3时应该采用阶梯顶杆，以加大顶杆的刚度。 (4)顶杆与型芯或型腔板顶杆孔的配合一般为H8/h7或H7/h7，配合间隙可参考塑料不溢料间隙值，配合长度一般为顶杆直径的（1.5～2）倍，但至少不小于15mm。 (5)若塑件上不允许有顶出痕迹，可在模具型腔外增设辅助顶出用顶出耳顶出。 (6)顶杆材料多用45钢或T8、T10等碳素工具钢制造，采用头部局部淬火，淬火硬度在50HRC以上，局部淬火长度为1.5倍推出行程与配合长度之和，表面粗糙度在。 本模具采用的为推件板顶出脱模机构。该机构是最常用的顶出方式。即塑件在顶出机构的作用下，通过一次动作即可顶出。考虑到塑件结构外形，如图所示，所以本模具选择推杆加推筒脱模机构。 塑件中推筒推出的结构 图 推筒二维图 图 推筒三维图 根据以上原则，推杆的形式采用等圆截面推杆，其尾部采用轴肩形式，推杆材料为T8A，头部要淬火，硬度应达到40HRC以上，滑动配合部分表面粗糙度达到Ra0.63～1.25,顶杆的位置高在阻力大的地方。推杆与推杆孔部为滑动配合，选H7/f6，其配合间隙兼有排气作用，但不应大于所用塑料的排气间隙，以防漏料。配合长度一般与顶杆直径的2～3倍，推杆端面构成型腔的一部分，应精细抛光。采用推杆比较容易使单边间隙达到0.01—0.02mm的要求。推杆选用d=4mm，顶杆如图4.9，顶杆分布位置4.10。 图4.9 顶杆 图4.10 顶杆分布位置 4.5.1复位装置设计 脱模机构将塑件脱模后，在进行下一次成型前，除推板脱模机构以外，必须先行回到初始位置，尤其是有侧向分型的模具，顶杆与侧向抽出型芯之间会相互干扰，这就更要求顶出机构必须在闭模前回到初始状态。常用的复位形式有：复位杆复位，顶出杆兼复位杆复位，弹簧复位。 本模具采用复位杆复位，复位杆的工作端面顶在动模的固定板上，由于动模固定板没有热处理，为防止在模具工作中复位杆将动模固定板顶出凹坑，复位杆高于动模板1mm，复位杆的另一工作面与固定顶杆的顶出固定板相连，在模具闭模时，由复位杆忧郁弹簧作用推动顶杆固定板，带动顶杆回程。 4.6侧向抽芯机构的设计 在一定时间内使侧凸、凹成型件能准确地进行脱模，并保证成型件的壁厚和变形符合要求。当前最常用的是斜导柱侧向分型与抽芯机构，其工作原理是利用斜导柱等传动零件，把垂直的开模运动传递给侧向型芯，使之产生侧向运动而完成分型或抽芯动作。 4.6.1抽芯距的计算 对于有侧凸凹的塑件，常用斜导柱及斜滑块侧向分型与抽芯机构，在进行设计时，需作以下计算： 如图所示抽芯距指将侧向型芯从成型位置抽到不妨碍塑件取出的位置所需的空间距离，即型芯移动的最小距离。一般抽芯距等于型孔深度再加2～3mm，即： （mm） 式中，S－抽芯距 S1－型孔深度 =2+3 =5mm 4.6.2拔模力的计算 抽拔力是指制品处于脱模状态，需要从与开模方向有一交角的方位抽出型芯所需克服的阻力。这个力的大小随制品结构、几何尺寸、塑料原料的物理性能及模具结构而异。当原材料确定时，抽拔力与模具结构和制品形状密切相关，因此计算抽拔力的方法与计算脱模力的方法近似。但有些情况，需对脱模力计算公式做适当地修正和改进，方可用于抽拔力的计算。 抽拔力的计算公式： Fc=Ap(μcosa-sina) （3-5） 式中：Fc——抽拔力； A——制品包络型芯的面积约为5250mm2； P——制品对侧型芯的收缩力（包紧力），其值与制品的集合形状及制品的品种、成型工艺有关，一般取p=1X310Pa； μ——制品在热状态时对钢的摩擦系数，取μ=0.2； a——侧型芯的脱模斜度，取a=17°。 Fc=Ap(μcosa-sina)=5250×310×（0.951×2-0.309）≈19.3KN 4.6.3斜导柱侧向分型与抽芯机构 斜导柱分型抽芯机构由斜导柱、侧滑块、锁紧楔及滑块定位装置所组成。如图所示。 (1) 斜导柱 斜导柱主要用作驱动侧滑块的开闭运动。 斜导柱的结构 斜导柱头部可做成半球或锥台形，斜导柱的表面粗糙度Ra小于0.63～1.25μm。斜导柱与其固定板采用过渡配合H7/m6联接。斜导柱与滑块斜孔之间可采用较松间隙配合(如H11/b11)，或在二者之间保留0.5～1mm以上的间隙，甚至当分型抽芯有延时要求时，可以放大到1mm以上。 4.6.4导滑槽的设计 斜导柱驱动滑块是沿着导滑槽移动的，故对导滑槽提出如下要求： a. 滑块在导滑槽内运动要平稳； b. 为了不使滑块在运动中产生偏斜，其滑动部分要有足够的长度，一般为滑块宽度的一倍以上； c. 滑块在完成抽拔动作后，仍留在导滑槽内，其留下部分的长度不应小于滑块长度的2/3，否则，滑块在开始复位时容易发生偏斜，甚至损坏模具； d. 滑块与导滑槽间应上、下与左、右各有一对平面呈动配合，配合精度可选H7/g6或H7/h7，其余各面均应留有间隙； 基于以上要求，为了节约成本，便于加工该模具才型芯固定板上直接开滑槽，用耐磨块加以固定其结构及与滑块的配合如图所示： 故斜导柱驱动滑块是沿着导滑槽移动。 导滑槽与斜滑块配合示意图 5 冷却系统的设计 塑料注射模温度调节能力的好坏，直接影响到塑件的质量，而且也决定着生产效率的高低，塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速，以减少塑件的内应力，使塑件的生产做到优质高效率。 5.1温度调节系统的作用 温度调节系统在模具中的作用是至关重要的，尤其对厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件来讲更为重要。 5.1.1温度调节系统的要求 质量优良的塑件应满足一下六方面的要求，即收缩率小，变形小，尺寸稳定，冲击强度高，耐应力开裂性好和表面粗糙度低。 模温对以上各点的影响分述如下： (1)采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率。模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小塑件的变形，其中均匀一直的模温尤为重要，但是由于塑件形状复杂，壁厚不一样，充模顺序先后不同，常出现冷却不均匀的情况。为了改善这一情况，可将冷却水先通入模温最高的地方，在冷得快的地方通温水，慢的地方通冷水，使模温均匀，塑件各部分能同时凝固，这不仅提高制品质量，也缩短了成型周期，但由于模具结构复杂，要完全达到理想的调温往往是困难的。 (2)对于结晶型塑料，为了使塑料尺寸稳定，应该提高模温，使结晶在模具内尽可能的达到平衡，否则塑件在存放和使用过程中由于后结晶会造成尺寸和力学性能的变化（特别是玻璃化温度低于室温的聚烯烃类塑件），但模温过高对制品性能也会产生不好的影响。 (3)结晶型塑料的结晶度还影响塑件在溶剂中的耐应力开裂能力，结晶度越高该能力越低，故降低模温是有利的。但是对于聚碳酸酯一类的高粘度非结晶型塑料，耐应力开裂能力和塑件的内应力关系很大，故提高充模速度，减小补料时间并采用高模温是有利的。 5.1.2温度调节系统对塑件质量的影响 热塑性塑料熔体注入型腔后，释放大量热量而凝固。不同的塑料品种，需要模腔维持在某一适应温度。模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面。 (1)改善成形性 每一种塑料都有其适宜的成型模温，在生产过程中若能始 终维持相适宜的模温，则其成形性可得到改善，若模温过低，会降低塑料熔体流动性，使塑件轮廓不清，甚至充模不满；模温过高，会使塑件脱模时和脱模后发生变形，使其形状和尺寸精度降低。 (2)成型收缩率 利用模温调节系统保持模温恒定，能有效减少塑料成型收缩的波动，提高塑件的合格率。采用允许的低模温，有利于减小塑料的成型收缩率，从而提高塑件的尺寸精度，并可缩短成型周期，提高生产率。 (3)塑件变形 模具型芯与型腔温差过大，会使塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形。尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。需采用何时的冷却回路，确保模温均匀，消除塑件翘曲变形。 (4)尺寸稳定性 对于结晶性塑料，使用高模温有利于结晶过程的进行，避免在存放和使用过程中尺寸发生变化；对于柔性塑料（聚烯烃等）采用低模温有利于塑件尺寸稳定。 (5)力学性能 适当的模温，可使塑件力学性能大为改善。例如，过低模温，会使塑件内应力增大，或产生明显的熔接痕。对于粘性大的刚性塑料，使用高模温，可使其应力开裂大大降低。 (6)外观质量 适当提高模具温度能有效地改善塑料外观质量。过低的模温会使塑件轮廓不清，产生明显的银丝、云纹等缺陷，表面无光泽或粗糙度增加等。 5.2冷却系统的机构 5.2.1模具冷却系统的设计原则 (1)冷却水孔数量尽可能多，尺寸尽可能的大，开设较多的小孔，通入恒定温度的水，其温度分布均匀，其型腔表面温度变化不大；同样的型腔由于水道数量减少，尺寸减少，是型腔表面的冷却温度出现梯度，使冷却不均匀。 (2)冷却水孔至型腔表面为等距离，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面各处最好有相等的距离，当塑件壁厚不均匀时，厚壁处冷却水道要靠近型腔，间距要小。一般水孔边离型腔的距离大于10mm，常用12～15mm。 (3)浇口处加强冷却，普通熔融的塑料充填型腔的时候，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此浇口附近要加强冷却，通入冷水，而在温度低的外侧使经过热交换了的温水通过即可， (4)降低入水与出水的温度差，如果入水温度和出水温度差别太大时，使模具的温度分布不均，如果制品冷却速度不一样，就容易造成制品变形，特别是对流动距离很长的大型制品，塑温越流越低。 (5)深型腔塑件的冷却，对于深型腔塑件，其型腔的冷却可采用在型腔板上开设水道的方法。 (6)水道的开设应便于加工和清理，冷却水道要易于机械加工，便于清理。一般孔径设计为8～12mm。 5.2.2模具冷却系统的结构 (1)冷却水道形式大体分为，沟道式冷却、管道式冷却和导热杆式冷却。本模具采用的是沟道式冷却。 (2)冷却水道的连通方式有串联和并联两种。 (3)型腔的冷却 本模具采用的是沿型腔边缘设置若干并联或串联的循环水路。 由于该塑件体积比较大，所以水道采用直水道直径为6mm，根据以上设计原则冷却系统其分布如图5.1所示： 图5.1 冷却水道的布置 6 合模导向机构的设计 导柱导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。 6.1 导柱导向机构的作用 1、定位件用：模具闭合后。 2、保证动定模和推板或上下模位置正确。 3、保证型腔的形状和尺寸精确。 4、在模具的装配过程中也起定位作用。 5、便于装配和调整。 6、导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。 7、承受一定的侧向压力。 6.2 导柱导套的选择 图6.1 导柱导套结构形式 其材料采用T8A0经渗碳淬火处理，硬度为50~55HRC。导柱、导套固定部分表面粗糙度Ra为08μm，导向部分表面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。具体尺寸如上图所示。导柱、导套用H7/r6配合镶入模板。 6.3 导柱导套的排布 为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒一圆角，且导柱孔为通孔，这样容易排气，材料用T8A，使其硬度应低于导柱硬度，这样就可以减少摩擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的精度与配合，是采用二级精度过渡配合压入定模模板。导柱布置见图7.2： 图6.2 导柱布置 7 注射机有关参数的校核 7.1最大注射量校核 最大注射量指注射机一次注射塑料的最大容量，设计时应保证成型塑件所需的注射量小于所选注射机的最大注射量[6]。 HTF86/TJ型注射出成型机的理论注射量为131cm366cm3，因此满足要求。 7.2注射压力校核 根据ABS材料所需注射压力为30MPa~110MPa，取P0＝30MPa，该注射机的公称注射压力P公＝206MPa，注射压力安全系数k1＝1.25~1.4，取k1＝1.3，则 k1P0＝1.3×80＝104MPa＜P公，所以，注射机注射压力合格。 7.3锁模力校核 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[15]。即 T ≥ k2Fq/1000 (3.3) 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，ABS大致范围为25MPa~40MPa这里取= 30MPa； k2Fq/1000＝1.1×16425×30/1000＝542kN＜F锁＝1200kN 即该注塑机的锁模力符合要求。 7.4模具厚度校核 模具厚度必须满足下式： Hmin ≤ H ≤ Hmax (3.4) 式中 H—模具闭合厚度，mm； —注塑机所允许的最小模具厚度，150mm； —注塑机所允许的最大模具厚度，400mm； 根据结构草图，初选的模具厚度为280mm。则满足要求。 7.5开模行程校核 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。对于双分形面的注塑模具，其开模行程按下式效核[15]： S ≥ H1 + H2 + H3 + A +(5~10)mm (7.5) 式中 S—注塑机的最大行程，mm； H1—为浇口套凝料脱模距离，此模具中为45mm； H1—为塑件离开型腔的脱模距离，此模具中为30mm； H1—点浇口脱模距离，此模具中为30mm； A— 定模板与浇口板的分离距离，此模具中为10mm。 S＝45 + 30 + 30 + 10 + 10＝125mm 所以上式成立(350>135)，即该注塑机的开模行程符合要求。 由以上对各参数的效核可知该HTF86/TJ型注塑机符合要求。 8 确定装配图 根据以上方案确定装配图如下图8.1 ： 图8.1 模具装配图 9 结 论 本次设计介绍了钢卷尺上盖注塑模具的设计过程。该设计是按照注塑模设计的一般步骤进行的，步骤包括：原始资料的分析、确定模具结构方案、抽芯机构设计、导滑槽和滑块的设计、成型零件结构设计、底板厚度的计算、加热和冷却系统计算、模架的设计、注塑机参数校核等。 注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有着广泛的应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点。在模具制造业竞争激烈的今天，对设计人员来说，关键问题是如何提高模具设计质量，缩短模具设计周期，降低设计和制造的成本。熟练地操作Pro/E和CAD等电子绘图软件是必要的技能。以便缩短设计周期，提高了设计质量。 通过本次毕业设计给我的煅炼，我相信我会获益终生的。在设计中我充分发挥了我的创造能力。并且这样能力在不断的煅炼中得到了加强，当然我也遇到了些新问题，能力与知识就是在这样波浪式的前进、螺旋形的上升中长进的。我更多地锻炼了自己的自学能力，分析问题和解决问题的经验使我受用终生。 此外，由于缺乏实践经验，加之时间仓促，设计当中错误和缺点在所难免，还肯请批评指正。 致 谢 在本次毕业设计中，我从指导老师王蕊老师身上学到了很多东西。王蕊老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高。强怀博老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师王蕊老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。 在这，也非常感谢学校能给我这次机会来进行我的毕业设计，让我把书本上的知识运用的实践中去，让我深刻的体会到了“学以致用”的道理。 另外，还有同组同学的互相帮助，深深地感谢他们对我的支持、理解和关心，所以在这里我一并表示感谢。 最后，再次对他们的无私帮助，我表示诚挚的感谢！ 参考文献 [1] 常芳娥，坚增运.注压成型模具设计.西北工业大学出版社. 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