卷笔刀盒盖注塑模具设计

卷笔刀盒盖注塑模具设计,卷笔刀,盒盖,注塑,模具设计 69 1 塑件分析 1.1 明确塑件设计要求及选用的材料 1.1.1选用材料 如上图为铰笔刀外壳,该零件是削铅笔册的小零件外壳,因此选用的材料不宜太脆,本设计初步选用高冲击强度聚苯乙烯(HIPS).下表为聚苯乙烯的性能与用途。 聚乙烯的性能与用途, 塑料品种 性能特点 成型特点 模具设计的注意事项 使用温度 主要用途 聚乙烯 质软，机械性能差，表面硬度低，化学稳定性好，但不耐强氧化剂，耐水性好 成型前不要预热；收缩大，易变形；冷却时间长，成型效率不高，塑件有浅侧凹可强制脱模 浇注系统应尽快保证充型；需设冷却系统；采用螺杆注射机收缩率：料流方向2.75%；垂直料流方向2.0% ，注意防变形 <80℃ 薄膜﹑管﹑绳﹑容器﹑电器绝缘零件﹑日用品等 聚乙烯塑料注射成型的工艺参数 注射机类型：螺杆式 螺杆转速/ ： 喷嘴形式：直通式 喷嘴温度/℃： 机筒前段温度/℃： 机筒中段温度/℃： 机筒后段温度/℃： 模具温度/℃： 注射压力/： 保压压力/： 注射时间/： 保压时间/： 冷却时间/： 成型周期/： 聚苯乙烯的成形特性： （1） 无定型塑料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生应力开裂。 （2） 流动性好，溢边值0.03㎜左右。 （3） 塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件（如有应预热），缺口，尖角，各应圆滑连接。 （4） 可用螺杆或柱塞式注塑机加工，喷嘴可用直通式或自锁式。 （5） 宜用高料温，高模温，低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔，变形（尤其对厚壁件），但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性差。 （6） 可采用各种形式的进料口，进料口应与塑料圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度宜取2℃以上，推出均匀以防止脱模不良发生开裂、变形。可用热浇道系统。 1.1.2 塑件的形状 如图下图1-1所视，铰笔刀外壳侧面有一个圆孔，因此有侧向抽心机构。 图1-1 1.1.3 塑件的壁厚 制品的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂难以充满型腔制品的内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加生产成本。本设计的制品壁厚为1㎜，属于小型塑件壁厚。 1.1.4 塑件的圆角 塑件制品设计圆角，能使其成型时的流动性能好，成型顺利进行。因为当制品带有尖角时，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生破裂。本设计的制品均采用圆角半径为1 1.1.5 脱模斜度 制品冷却后会紧紧包在凸模上，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具有合理的脱模度。本设计采用的脱模度为1°。 1.1.6 制品的表面质量 制品的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等，制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外，主要取决于模具型腔表面的粗糙度。一般模具表面的 粗糙度要比制品的要求低1～2级。精度要求采用MT5。 1.2 明确塑件的生产批量 1.2.1 型腔数量的确定 该产品需大批生产，故本设计的模具需要有较高的注射效率，浇注系统要自动脱模，可采用侧浇口自动脱模结构。由于该制品较小，所以初步采用一模四腔结构，浇口形式可采用侧浇口。该塑件很小，壁不厚，因此只采用一个点进料，都可以满足充满型腔。 1.2.2 注射量的计算 产品的材料为高冲击强度聚苯乙烯（HIPS），查手册或产品说明得知高冲击强度聚苯乙烯的密度为0.98～1.10㎞.平均收缩率为0.45%。 使用UG或Pro/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可以根据塑件的形状手动几何计算得到实体的体积。 本设计采用了Pro/E软件画出塑件的实体图，然后通过分析可得到 塑件的体积 塑件的质量 流道凝料的质量还是个未知数，可按塑件质量的0.6 倍来计算，从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量. 1.2.3 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2—0.5倍。因此可用来进行估算，所以： 式中 行腔压力P取30 2 注射机的选用 2.1 注射机的两种类型的优缺点 采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上，工作位置低，操作方便，稳定性好，顶出后塑件可以自动脱落，是应用广泛的注射机，适用于大、中、小个各型注射机，但唯一的缺点是占地面积大。 采用立式注射机的优点是占地面积小，缺点是操作位置高，对于注射量大的注射机，势必使注射机高度增加，操作台升高，操作不方便，注射机的工作稳定性也减小。因此，立式注射机多限于小型注射机。 2.2 注射机的选用 本设计考虑到两种注射机的优、缺点，最终选用卧式注射机。 根据每一生产周期的注射量的计算值，可初步选用SZ—60/40卧式注射机（上海第一塑料机械厂），如下表2-1所视 表2-1 注射机主要技术数参 理论注射容量/ 60 锁模力 400 螺杆直径/㎜ 30 拉杆内间距/㎜ 200ⅹ300 注射压力MPa 180 移模行程/㎜ 250 注射速率g/s 70 最大模厚/㎜ 250 塑化能力㎏/h 35 最小模厚/㎜ 150 螺杆转速r/min 0～200 定位孔直径/㎜ 80 喷嘴球半径/㎜ 10 喷嘴孔直径/㎜ 3.5 锁模方式 双曲轴 3 模具结构的设计 3.1 塑件成型位置及分型面的选择 分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。 分型面的选择应注意以下几点： Ø 不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品； Ø 有利于保证塑件的精度要求； Ø 有利于模具加工，特别是型腔的加工； Ø 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计; Ø 便于制件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边. Ø 分型面应有利于侧向抽心； Ø 分型面应取塑件尺寸最大处； Ø 拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位。 下图3-1为本设计分型面的选择 图3-1 分型面的位置 3.2 模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局 3.2.1型腔数量的确定 该制品精度要求不高，属于小零件，又要大量的生产，为了考虑生产效率和模具制造费用低点，给公司带来更多的效益，因此本设计初步拟定于一模八腔模具的形式生产。 根据注射机的最大注射量确定型腔数目，即只要满足下式，就符合要求 式中：—型腔数目 G—注射机的最大注射量，g； W1—单个制品的质量，g； W2—浇注系统的质量，g； ＞4，因此一模四腔符合要求。 3.2.2 型腔的排列形式及流道布局的确定 该塑件侧面有一个梯形的旋转孔，需要有侧向抽心，为了便于抽心及节省流道凝料，因此采用下列的型腔排列及流道布局。 图3-2型腔的排列及流道布局 3.3 浇注系统的设计 浇注系统是塑料容体由注射机的喷嘴向模具型腔的流动通道。因此它应该保证容体迅速顺利有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在优良的塑料件。对于浇注系统设计的具体要求有： ①　 重点考虑型腔布局。 ②　 热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低。 ③　 均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。 ④　 塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗. ⑤　 消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。 ⑥　 排气良好。 ⑦　 防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。 ⑧　 保证塑件外观质量。 ⑨　 较高的生产效率。 ⑩　 塑料熔体流动特性（充分利用热塑性塑料熔体的假塑性行为）。 浇注系统一般由四部分组成，即主流道、分流道、浇口冷料穴。 3.3.1 主流道的设计 主流道是塑料容体进入模具型腔时经过的部分，它将注射机的喷嘴注出的塑料容体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于容体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来。主流道的尺寸直接影响到塑料容体的流动速度和充填时间。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。 3.3.1.1 主流道的尺寸 ①半锥角一般在1°～3°内选取，主流道带锥度是为了在模具打开时使主流道凝料容易脱离定模。本设计选取锥度为3°。 ②主流道径向尺寸的小端（与喷嘴连接的一端）应大于喷嘴口孔径0.5～1.0㎜。当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。 D=d+（0.5～1）㎜ 式中：d—注射机喷嘴口直径 D—浇口套进料口直径 D=3+0.5 =3.5㎜ ③凹球面半径应比喷嘴球径大1～2㎜，可以；保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面之间产生间隙而使容体充入这间隙中，妨碍主流道凝料顺利从定模上拉出。 ④主流道内壁的表面粗糙度在0.8um以下，主流道的长度L一般根据模板的厚度而定，为了减少压力损失和物料损耗。应尽可能减少主流道的长度，一般控制在60mm以内。主流道出口处的圆角半径较小，一般取r=D r=3.5 =0.475㎜ ⑤主流道上开设浇口套。将主流道开设在一个专用零件主流道衬套上而不是直接加工在定模板上的方法较好，因为主流道的表面粗糙度和硬度要求一般都比定模板高，可以选用较好的钢材。损坏后也容易更换，一般选用T8或T10制作，淬火硬度为50～55HRC，浇口套的形式如下图 （a） （b） （c） （e） （f） （g） 图3-3 浇口套的形式 （a） 是浇口套和定位圈做成一体，仅适用于小型模具； （b） 采用螺钉将定位圈和定模座板连接，防止浇口套受容体的反压力而脱出，是常用结构； （c） 用定位圈的凸肩将其压在注射机的固定板下，当浇口套端面尺寸较小时，仅靠注射机喷嘴的推力就能将浇口套压紧，也是常用结构； （d） 通过浇口套上挖出凹坑来减少主流道的长度； （e） 直接在定模座板上开主流道，适用用于小型模具的小批生产，上述几种情况适用与注射机为球面的情况。 （f） 用于喷嘴头为平面的结构，优点是接触面积大，密封好容体不外溢，缺点是对注射机的精度要求很高； 本设计采用（b）图的结构 3.3.1.2 主流道剪切速率的校核 （1）主流道凝料的体积 =106.172 =1.06 （2）主流道剪切速率的校核 由经验公式 式中 = =7.3 其中 = = = ＜ 因此，主流道剪切速率偏小主要是注射量小、喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。 3.3.2分流道的设计 分流道是指主流道与模具型腔浇口之间的一段流道，用于一模多腔和一腔多浇口（用于较大或形状复杂的塑料件）的情况，将从主流道流来的容体分配至各个型腔或同一型腔各处，起着对容体的分流和转向作用。 3.3.2.1 分流道截面形状 分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形梯形和U形等，如下图所视，圆形和正方形截面流道的比表面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料容体的温度下少，阻力亦小，流道的效率最高。但加工较困难，而且正方形截面不易脱模，圆形分流道要求开设在分形面两侧，对称、分布加工难度大，所以实际生产中常用截面形状为梯形、半圆形及U形。 图3-3分流道截面形式 本设计选用分流道截面为梯形的截面形式。 3.3.2.2 分流道的尺寸 图3-4 分流道的形式 第一级分流道=20mm 第二极分流道=20mm 分流道的尺寸由塑料品种，塑件的大小和流道的长短确定。对于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用下面经验公式计算分流道的直径， D=0.2654 式中：D—分流道的直径，mm； W—塑件质量，g； L—分流道的长度，mm； 此式计算的分流道直径限于3.2mm～9.5mm。对于梯形分流道，H=2D/3；对于U形的分流道，H=1.25R，R=0.5D。D算出一般取整数。 由HIPS（高冲击强度聚苯乙烯）塑料分流道端面尺寸的推荐值3.5～10mm可取 3.3.2.3 分流道的布置 常用塑料的分流道直径列于下表，由表可见，对于流动性极好的塑料（如PE、PA等），当分流道很短时，其直径可小到2mm左右；对于流动性差的塑料（如PCHPVC及PMMA等），分流道直径可以大到13mm；大多塑料所用分流道的直径为6mm～10mm。 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式。平衡式布置是指分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相等的布置形式。它要求各对应部分的尺寸相等，这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，使成型的塑件力学性能基本一致。但是这种布置使分流道较长。 非平衡式布置是指分流道到各个型腔浇口的长度相等的布置。这种布置使塑料进入各个型腔有先后顺序，因此不利于均衡送料，但对型腔数量多的模具，为不使流道过长，也常采用。为了达到同时充满型腔的目的，各个浇口的断面尺寸要制作得不相同，在试模的时候要多修改才能实现。 （a） （b） 分流道的平衡布置示意图 分流道的非平衡布置示意图 本设计中为了成型的塑件力学性能基本一致，采用图（a）结构，分流道的平衡布置。 3.3.2.4 分流道设计要点 ①　 在保证足够的注射压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。 ②　 分流道较长时，在分馏大的末端应开设冷料穴。 ③　 分流道的位置可单独在定模板或动模板上，也可同时开设在动、定模板上，合模后形成分流道截面形状。 ④　 分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。 3.3.2.5 分流道剪切速率的校核 分流道长度L= 分流道截面积A= = 采用经验公式只要其值在之间，剪切速率校核合格。 式中= = 式中：t—注射时间， A—梯形面积，； C—梯形周长，； = 在之间，因此分流道的剪切速率符合要求。 3.4浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道（除了直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。 浇口的主要作用： Ø 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流； Ø 易于切除浇口尾料； Ø 对于多型腔模具，用以控制熔接痕的位置。 当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，黏度降低，提高流动性能，有利于充型，但是浇口尺寸过小会使压力增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。 3.4.1 浇口的形式 浇口的形式有很多，但是要根据具体情况来选择。 注射模常用浇口形式有以下几种： l `侧浇口 l 重叠式浇口 l 点浇口 l 潜伏式浇口 l 扇形浇口 l 平衡式浇口 l 盘形浇口 l 轮辐式浇口 l 爪形浇口 l 环形浇口 l 护耳形浇口 l 隙浇口 l 直接浇口 l 多重浇口 3.4.2 浇口类型的选择 侧浇口是典型的矩形截面浇口，有以下优点: ①　 浇口的位置一般都在分型面上，从塑件的外侧进料。 ②　 塑件容易形成熔接纹、缩孔，凹陷等缺陷，注射压力损失较大，对壳体件排气不良。 ③　 截面形状简单，加工方便。 ④　 位置选择灵活，去除浇口方便，痕迹小。 ⑤　 广泛用于两板式多型腔模具以及断面尺寸较小的塑件。 本设计采用侧浇口的结构形式。 4.3 浇口位置的选择 浇口的位置选择，应遵循如下原则： ①　 避免制件上产生喷射等缺陷（避免喷射有两种方法：a 加大浇口截面尺寸，降低熔体流速；b 采用冲击型浇口，改善塑料熔体流动状况。）该模具采用方法a； ②　 浇口应开设在塑件截面最厚处； ③　 有利于塑件熔体流动； ④　 有利于型腔排气； ⑤　 考虑塑件使用时的载荷状况； ⑥　 减少或避免塑件的熔接痕； ⑦　 考虑分子取向对塑件性能的影响； ⑧　 考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响； ⑨　 防止将型芯或嵌件挤歪变形。 下图为本设计塑所选的浇口位置 浇口位置 3.4.4浇口的尺寸的确定 浇口截面积通常为分流道截面积的0.07～0.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度约为0.5～2mm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。 3.4.4.1 侧浇口深度和宽度经验计算 经验公式为 h=nt=1mm, w===0.42 mm 式中 h—侧浇口深度(mm)； w —浇口宽度（mm）； A—塑件外表面积（约为445mm）； t—塑件厚度（平均厚度约为1mm）； n—塑件系数，由查表得n=0.6。 3.4.4.2 侧浇口的经验计算 由于侧浇口的种类较多，现将常用的经验数据列表如下表： 表6-6浇口的推荐尺寸 塑件壁厚(mm) 侧浇口尺寸/mm 浇口长度 (mm) 深度h 宽度w <0.8 0~0.5 0~1.0 1.0 0.8~2.4 0.5~1.5 0.8~2.4 2.4~3.2 1.5~2.2 2.4~3.3 3.2~6.4 2.2~2.4 3.3~6.4 注：源自参考文献[3]中的表6-5 综上得侧浇口尺寸：深度 h=1.0mm 宽度 w=1.5mm 长度 l=1.0mm 3.5 冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径应大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。 3.5.1主流道的冷料穴 常用冷料穴与拉料杆形式 1— 主流道；2—冷料穴；3—拉料杆；4—推杆；5—脱模板；6—推块 （a）Z形推料杆的冷料穴；（b）倒锥孔冷料穴；（c）圆环槽冷料穴； （d）圆头形冷料穴；（e）菌头形冷料穴；（f）圆锥头形冷料穴；（g）无拉料杆冷料穴 图（a）~（c）是底部带推杆的冷料穴；（d）~（f）是底部带拉料杆的冷料穴，由于本设计采用了脱模板，使主流道脱出，因此不用拉料杆。选用（g）形冷料穴。 3.5.2 分流道的冷料穴 本设计的分流道的冷料穴是在端部加长了3mm（约1. 5）而作为分流道的冷料穴。 3. 6 排气系统的设计 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型腔及流道原有的空气，除此之外，塑料熔体会产生微量的分解气体，这些气体必须及时排出，否则，被压缩的气体会产生高温，会引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起强度下降，甚至充填不满等。 一般有以下几种排气方式； l 排气槽排气 对于大中型塑件的模具，通常在分型面上的凹模一边开设排气槽，排气槽的位置以处于熔体流动末端好， l 分型面排气 对于小型模具可利用分型面间隙排气，但分型面必须位于熔体流动末端。 l 利用型心、顶杆、镶拼件等的间隙排气 3.7脱模机构的设计 注塑成型每一循环中，塑件必须从模具中凹、凸模上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。 3.7.1设计原则 脱模机构设计时必须遵循以下原则： l 因为塑料收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模； l 顶出力应作用在刚性和强度最大的部位，如加强肋、凸缘、厚壁等处，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏； l 为保证得到良好的塑件外观，顶出位置应尽量射在塑件的内部或对塑件外观影响不大的部位； l 若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件的尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。 3.7.2对脱模机构的基本要求 l 运动灵活顺畅，具有足够的强度、刚度。工作稳定可靠。容易制造和装配，更换方便。 l 接触塑料件的配合间隙无溢料现象。 l 对塑料件的顶推力分布均匀合理。对塑料件的外观无明显损坏，不会引起塑料件变形或使塑料件破裂。 l 有利于将塑料件和流道凝料带向动模一侧。 l 复位要可靠。 脱模机构的动力来源，对于简单模具，可以用人工完成，但它只用于形状简单、生产量很小的小型塑料件，或在没有脱模机构的定模一侧脱下塑料件。 最普遍采用的是机动脱模机构，即通过动、定模分开时动模的运动，借助注射机的顶出元件（机械推杆或顶出油缸），推出模具内设置的脱模机构使塑料件从型腔内或型芯上脱出。机动脱模机构设计是注塑模设计中主要任务之一。 3.7.3 脱模机构的选用 脱模机构的类型有很多，如简单的推出机构、二级脱模机构、定模脱模和双脱模机构、顺序脱模机构。由于本设计的塑料件壁薄而且表面积大，而脱模板脱模机构的特点是推出面积大、推力均匀，塑件不易变形，表面无推出痕迹，结构简单，模具无需设置复位杆，适用于大筒形塑件或薄壁容器以及各种罩壳型塑件。因此本塑件选用脱模板脱模机构。下图为本塑件的脱模板推出形式： 本设计所采用的脱模板形式 3.7.4 推杆的选用 推杆的机构形式也有很多，有普通推杆、锥面推杆、盘状推杆。下图为普通推杆的两种形式。 图（a）的结构为圆柱头推杆，应用最广，是最普通的形式，用在对推杆无特殊要求的场合，这种推杆一般直径为6~32，长度为100~630。 图（b）的形式是带肩推杆，推杆靠近安装凸肩一端的直径较大，而顶推塑料件一端工作段直径较小，当模具结构允许的推杆顶推面很有限，又必须使推杆较长时，为了增加推杆工作时的稳定性，将推杆靠近安装一端直径增大。有时推杆靠近安装凸肩一端直径较小，而顶推塑料件一端的工作段直径增大，这种推杆用在要求增加顶推面的场合，例如壁较薄的塑料件，特别是脆性塑料件，增加顶推面可减小塑料件单位面积承受的顶推力，防止变形和推裂。 本设计的塑料件采用的是脱模板脱模因此采用图（a）的形式推杆。 3.7.3.1推杆的设计要求 l 在保证顺利脱模的前提下，力求减少推杆的数量，以保证推件时的协调，以减小塑料件表面的影响。 l 布置推杆时，要考虑脱模阻力的平衡，保证制品在推出时受力均匀，推出平稳，不变形。 l 推杆固定端与推杆固定板径向应留的间隙，避免在多推杆的情况下，由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。 3.7.3.2 推杆的安装方法； 推杆在固定板上的固定方法有很多，本设计采用的是最常采用的形式，即将推杆凸肩压在固定板的沉孔和推板之间，用螺钉紧固，凸肩高度与对应沉孔的深度留有余量，在装配后将它们与固定板一起磨去余量，来保证高度一致，避免在高度方向来回窜动。 3.7.3.3 推杆的材料 推杆的常用材料有钢、或碳素工具钢，推杆头部需淬火处理，硬度在50HRC以上，表面粗糙度在。 3.7.4 侧向抽心机构的设计 由于本设计的塑件，侧面有一个圆孔，为了顺利脱模不影响塑件的外形，必须采用侧面成型，芯才能满足塑件成型上的要求。 侧向抽的芯机构有： l 手动抽芯 l 液压或气动抽芯 l 机动抽芯 l 弹簧驱动侧抽芯 本设计采用的是机动抽，芯利用注射机的开模力，通过传动零件，将活动型抽芯出，如斜导柱。 3.8斜导柱抽芯机构的设计 斜导柱抽机芯构由与模具开模方向成一定角度的斜导柱和滑块组成，并有保证抽动芯作稳妥可靠的滑块定位装置和锁紧装置。 3.8.1 斜导柱的设计注意事项 l 型心尽可能的设计在与分型面相垂直的动或定模内，利用开模或推出动作抽出侧型芯； l 尽可能采用斜导柱在定模，滑块在动模的抽机芯构； l 锁紧楔的楔角应大于斜导柱倾角，通常大，否则，斜导柱无法带动滑块； l 滑块完成抽芯动作后，留在滑槽内的滑块长度不应小于滑块全长的； l 尽可能不使顶杆和活动型芯在分型面上的投影重合，防止滑块和顶出机构复位时的互相干涉； l 滑块设在定模的情况下，为保证塑件留在动模上，开设前必须先抽出侧向型芯，因此。用定距拉紧装置。 3.8.2 斜导柱的倾斜角的确定 倾斜角的大小关系到斜导住所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜导住的工作长度、抽心距和开模行程。为保证一定的抽拔力及斜导住的强度，取小于，一般在之间取，本设计的斜导住倾角选了。 3.8.3 侧向抽心力的计算 塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，而将型芯或凸模包紧，塑件在脱模时，必须克服这一包紧力及抽芯机构所产生的摩擦力才能抽出活动型芯。 抽心力可按下列公式进行计算 式中：—抽心力，N； E—塑料的拉伸弹性模量，为； —塑料的平均成型收缩率，本设计为0.0045； —塑料的泊松比，为0.48； —型心的脱模斜度，本设计的为； —型心脱模方向高度，本设计塑件的为15； —脱模斜度修正系数； —制品与钢材表面之间的静摩擦系数，经查表可得； —厚壁制品的计算系数； <，因此属于厚壁制品。 =0.3699 斜导柱的弯曲力的计算 式中：—钢材零件之间的摩擦系数，取； —斜导柱的倾斜角，本设计。 3.8.4 斜导柱直径的计算 将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，型芯或滑块所移动的距离称为抽芯距。一般来说。抽芯距等于侧孔深度加的安全距离。 斜导柱的有效长度 式中：—抽心距，； —斜导柱的倾斜角，； 斜导柱的直径为： 式中：N—弯曲力，N； L—抽心距，； —许用弯曲应力，斜导柱用T8A制造，=140； 取斜导柱的直径为。 3.8.5 斜导柱的长度计算 斜导柱的有效长度L与抽距芯S、斜导柱的倾斜角及滑块与分型面倾角有关。斜导柱的总长度还与导柱的直径、固定板厚度有关， 取固定斜导柱的，取D。装斜导柱的定模板板厚。 取斜导柱的长度L=90。 3.8.6 锁紧楔的设计 在塑料注射过程中。活动型在芯抽芯方向会受到塑料较大的推力作用，必须设计锁紧楔，使滑块不至于产生移动，一般，当滑块倾角角度时，可以不考虑角度的影响。 本设计的。 3.8.7 滑块的定位 滑块的定位是用于保证开模后的滑块停留在刚刚脱离斜导柱的位置上，使合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜导孔内，不至于损坏模具。本设计采用的是弹簧、螺塞和圆头销来进行定位。 3.8.8 滑块的形式及导滑形式 滑块有整体式和组合式两种。组合式是将型芯安装在滑块上，这样可以节省钢材，且加工方便。由于本设计的侧抽芯抽芯距也很小，滑块也很小，加工也不是很难，因此采用整体式。 滑块的的导滑形式采用的是整体T形槽的形式。形状如下： 滑块的导槽形式 3.8.9 滑块顶出行程和斜度 滑块的倾斜角度 抽芯距 滑块的全长L=55 滑块完成抽芯动作后，应继续留在导滑槽，并保证在导滑槽内的长度l不小于滑块全长L的2/3， l>2/3L=36.67 4 成型零件的设计 直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑料外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为凸模（或型芯）。由于凹、凸模件直接与高温，高压的塑料接触，并且在脱模时反复与塑料摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。 4.1 成型零件的结构设计 4.1.1 凹模的结构 （1）整体式凹模 直接在模架板上开挖型腔。其优点是加工成本低。但是，通常模架的模板材料为普通的中碳钢，用做凹模，使用寿命短，若采用好的材料模板制作整体凹模，则制作成本高。 通常，对于成型1万次以下塑件的模或塑件精度要求低，形状简单的模具可采用整体式凹模结构。 （2）整体嵌入式凹模 将稍大于塑件外形（大一个足够强度的闭厚）的较好材料（高碳钢或合金工具钢）制作成凹模，再将此凹模嵌入模板中固定。 其优点是“好钢用在刀刃上”。既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凹模损坏后，维修、更换方便。 （3）局部镶拼式凹模 对于形状复杂或某局部易损坏的凹模，将难于加工或易损坏的部分设计成镶拼形式，嵌入型腔主体上。既节省了工具钢，又易于更换损坏的凹模。 （4）四壁拼合式凹模 对于大型的复杂的凹模，可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中，然后再和底板组合。这样既易于加工又省料。 4.1.2凸模结构 （1）整体式凸模 这是形状最简单的型芯，用一块材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅适用于塑料件内表面形状简单的情况。 （2）嵌入式凸模 主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板和固定板连接。 （3）异形凸模结构形式 对于形状特殊或结构复杂的凸模，需要采用组合式结构或特殊固定形式，但应视具体形状而定。 （4）小型芯安装固定形式 直径较小的型芯，如果数量较多，采用凸肩垫板安装方法较好。若各型芯之间距离较近，可以在固定板上加工出一个大的公用沉孔。因为对每个型芯分别加工出单独的沉孔，孔间距较薄，热处理时易出现裂纹。各型芯的凸肩如果重叠干涉，可将相干涉的一面削掉一部分。 对于单个小型芯，既可以采用凸肩垫板固定方法，也可以采用省去垫板的固定方法。凸肩垫板固定方法，为了安装方便，将固定部分仅留配合段防止塑料进入，固定孔长度的其余部分扩大。 整体式凸模结构浪费材料太大且切削加工量大，在当今的模具结构中几乎没有这种结构，主要是嵌入式凸模和镶拼组合式凸模。 本设计的的动模板上凹模设计成整体嵌入式，这样既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凹模损坏后，维修、更换方便。 （5）注射模导向机构的设计 导向机构的功能是保证动、定模能够对准，使动模和定模上的成型表面在模具闭合后形成形状和尺寸准确的腔体。从而保证塑料件形状、壁厚和尺寸。导向机构除了导向和定位作用外，还可以增加承受侧压力的能力，保证模具运动平稳。 4.2导柱、导套的导向机构 设计导柱、导套时的注意事项如下： l 尽量选用（或参考）标准模架，因为标准模架导柱、导套的设计与制作的有依据的，并经过实践考验过的 l 合理布置导柱的位置，一副模具中最少用2根导柱，模板外形尺寸大的模具，最多可用4根导柱。为了使模具在使用、维修时拆装过程不会发生动、定模错方向，导柱的布置可采取等直径不对称布置或采取不等直径对称布置。 l 导柱长度尺寸应能保证位于动、定模两侧的型腔和型芯开始闭合前导柱已经进入导孔的长度不小于导柱的直径。 l 导柱配合部分采用H7/f7，固定配合部分采用H7/k6；导套固定配合采用H6/k6，配合长度为配合直径的1.5~2倍。其余部分可扩孔，减小摩擦或降低加工难度。 4.2.1 导柱的设计 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧。但更多的是安装在动模一侧，因为作为成型零件的主型芯一般都安装在动模一侧。导柱和主型芯安装在同一侧，在合模时起到保护作用。 ①导柱的布置方式 导柱应均匀分布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，常取导柱中心到模具边缘距离为导柱直径的1~1.5倍，以保证模具强度。 ②导柱的尺寸长度 导柱的长度应比型芯端面的高度高出8~12，以免出现导柱未导正方向而型腔进入凹模时与凹模相碰撞而损坏。 ③导柱材料的选用 导柱应具有足够的耐用磨度和强度，常采用钢经渗碳淬火处理或、钢经淬火处理，硬度为，导柱和导套配合部分表面粗糙度为，固定部分的表面粗糙度为 ④导柱的形状 为了使导柱能顺利进入导套，导柱端部应作成锥台形或半球形。导柱的基本结构形式有两种，一种是除了安装部分的凸肩外其余部分直径相同，称为带头导柱。另一种是除安装部分的凸肩外安装用的配合部分直径比外伸工作部分直径大，称为带肩导柱。 4.2.2 导套的设计 导向孔可带导套，也可以不带导套，带导套的导向孔用于生产批量大或导向精度高的模具。无论是带导套还是不带导套的导向孔，都不应设计为盲孔（盲孔会增加模具闭合时的阻力，并使模具不能紧密闭合）带导套的模具应采用阶带肩导柱。 ①导套的形状 导套的结构形式也有两种，一种是带有轴向定位台阶，称为带头导套；另一种是不带轴向定位台阶，称为直导套。本设计采用的是带头导套。 ②导套的尺寸 导套的壁厚一般为，由内孔大小来决定，导套孔工作部分的长度取决于含导套的模板厚度，一般是孔径的倍。导套的前端应倒角，倒角半径为。 ③导套的安装方法 带头导套安装需要垫板，装入模板后加盖垫板即可。直导套用于模板后面不带垫板的结构，为防止在使用时被拔出，可采用如下几种方法固定： a) 导套外圆柱加工出凹槽，用螺钉固定； b) 导套外圆柱面局部磨出一小平面，用螺钉固定； c) 导套侧向开一小孔，用螺钉固定； d) 采用铆接的方法。 5 模具设计的相关计算 式中： —单位质量的塑件制品在凝固时所放出的热量，HIPS为； —单位时间（每分钟）内注入模具中的塑件质量（）按每分钟注2次 —冷却水的密度（1000） —冷却的比热容（℃） —冷却水出口温度（取26℃） —冷却水进口温度（取室温的温度25℃） 5.1.4 定冷却水管的直径d 为使冷却水处于湍流状态，取冷却水孔的直径d=8 5.1.5 确定冷却水在管道的流速 >最低流速，达到湍流的状态，所选管道直径合格。 5.1.6 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 式中：—冷却介质温度有关的物理系数，可查表取（水温为25℃）； —冷却介质在一定温度下的密度（1000）； —冷却介质在流道中的流速，； —冷却水管的直径，； 5.1.7 求冷却管道的总传热面积 5.1.8 模具上应开设的冷却水孔数 式中：L—冷却水管的总长度，； 从计算结果看，因塑件小，单位时间注射量下，所以需冷却水道也比较小，但一条冷却水道对模具来说是不可取的。因为冷却不均匀，会使塑件产生很多缺陷。 根据注射厂的生产现场经验，本设计在定模以及动模上共采用2条水道，从而，定模部分的凝料也得到冷却作用，水道流量的大小可根据注射时具体工艺情况进行调整，水孔的开设详细情况见装配图。 5.2 成型零件工作尺寸的的计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成的塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响着塑件的精度。 5.2.1 影响工作尺寸的因素 （1）塑件收缩率的影响 由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。 （2）凸、凹模工作尺寸的制造公差 它直接影响塑件的尺寸公差。通常凹、凸模的尺寸公差取塑件公差的，表面粗糙度取值为。 （3）凸、凹模使用过程中的磨损量 生产过程中的磨损以及修复会使凸模尺寸变小，凹模的尺寸变大。 （4）模具在分型面的合模间隙 由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。一般当模具分型面的平面度较高，表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也较小。飞边的厚度一般为。 因此，成型大型塑件时，收缩率对塑件的尺寸影响较大；而成型小型塑件时，制造公差与磨损量对塑件的尺寸的影响较大。常用塑件的收缩率通常在白分之几到千分之几之间。具体塑料的收缩率可查找相关手册或某种塑料说明书。 5.2.2 凹、凸模工作尺寸的计算 通常，凹、凸模的工作尺寸根据塑料的收缩率，凹、凸模零件的制造公差以及磨损量三个因素确定。 （1） 定模型芯的工作尺寸的计算 塑件内的型腔尺寸公差为正值“+”，制造公差为负值“”。根据推导： 型芯的径向尺寸计算公式如下： 式中：—型芯的径向尺寸，； —塑件的平均收缩率； —塑件的外径尺寸，； —修正系数，（），取； —塑件的公差值，因尺寸的大小而变。 —制造公差，取。 型芯的高度尺寸计算公式如下 式中：—型芯的高度尺寸，； —塑件的平均收缩率； —塑件的外径尺寸，； —修正系数，（），同样取； —塑件的公差值，因尺寸的大小而变。 —制造公差，取。 （2） 动模型芯的工作尺寸的计算 塑件内的型腔尺寸公差为正值“+”，制造公差为负值“”。根据推导： 型芯的径向尺寸计算公式如下： 式中：—型芯的径向尺寸，； —塑件的平均收缩率； —塑件的外径尺寸，； —修正系数，（），取； —塑件的公差值，因尺寸的大小而变。 —制造公差，取。 动模型芯的高度尺寸计算公式如下 式中：—型芯的高度尺寸，； —塑件的平均收缩率； —塑件的外径尺寸，； —修正系数，（），同样取； —塑件的公差值，因尺寸的大小而变。 —制造公差，取。 （3） 侧型芯的工作尺寸的计算 （4） 型腔的工作尺寸的计算 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取下偏差。 凹模的径向尺寸计算公式如下： 式中：—型腔的径向尺寸，； —塑件的平均收缩率； —塑件的外径尺寸，； —修正系数，（），取； —塑件的公差值，因尺寸的大小而变。 —制造公差，取。 5.2.3 侧壁的厚度及底板厚度的计算 5.2.3.1 侧壁的厚度（按整体式矩形型腔计算） 式中；—模具材料的弹性模量（），碳钢为； —与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比有关的系数，查表得0.13 —型腔压力，一般取25~30，取35 —型腔深度，mm —刚度条件，即允许变形量（mm），可查表得0.025 侧壁的厚度s取5mm。 5.2.3.2 .型腔底板的厚度 式中；—模具材料的弹性模量（），碳钢为； —由板短边与长边边长之比决定的系数，可查表得0.0226 —型腔压力，一般取25~30，取35 —底板短边的长度，（mm） —刚度条件，即允许变形量（mm），可查表得0.025 6 模具总体尺寸的确定，选购模架 根据型腔的布局以及型腔侧壁最小厚度为，再考虑导柱，导套及连接螺钉布置应占的位置和推件板等各方面的问题，再加上本设计采用的是点浇口形式，点浇口采用自动脱落浇注系统结构，顶出机构采用顶杆式， 因此确定采用P9的模架结构，型号为，具体结构如下图； 各模板尺寸的确定； （1）A板尺寸 A板也就是定模型腔板，由于本设计的塑件在定模部分，因此A板的厚度取mm。 （2）B板的尺寸 B板也就是动模固定板，因此动模固定板的尺寸按标准取。 （3）座板的尺寸 动模座板厚度和定模座板厚度均按标准取。 （4）脱模板的尺寸 脱模板的厚度取。 （5）动模支承板的尺寸 动模支承板的厚度取。 （6）垫块的尺寸 垫块的高度取mm，厚度为。 （7）推板及推板固定板的尺寸 推板的厚度取。推板固定板的厚度取。 （8）定模支承板的尺寸 定模支承板的厚度取。 7 注射机参数的校核 在注射生产中，注射机在每一个成型周期内向模内注入熔融塑料的体积或质量称为塑件的注塑量M，塑件的注塑量M必须小于或等于注射机的实际注塑量。 7.1 最大注塑量的校核 最大注射量是指注射机螺栓式柱塞以最大注射行程注塑时，一次所能达到的塑料注射量。理论注塑量一般有两种表示： 一种规定以注塑高冲击强度聚苯乙烯(HIPS)（密度约为）的最大克数（g）为标准。而另一种为规定以注塑塑料的最大容积（）为标准。 式中：—模具型腔和流道的最大容积（）。 —指定型号与规格的注射机注射量容积（），该注射机为60。 —注射系数，取0.75。 所设计的注射模，塑料件加浇注系统凝料所用的塑料量，不应超过最大注塑量，对于正常的批量生产，应满足下面的式子： 式中：—成型零件所需求的注塑量（塑件加上浇注系统凝料所用注塑量） 由定义可知即上节所讲的，因此 == 因此符合要求。 7.2 注塑压力的校核 注塑时，螺杆作用于塑料熔体的压力，在熔体流经机筒，喷嘴，模具的浇注系统以后，在型腔中余于的模腔压力P，该压力在型腔中产生一个使模具沿分型面胀开的胀模力，该力的大小为 式中：—熔融塑料在型腔内的压力，，取； —塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和，； —塑件在分型面上的投影面积，； —塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积，； —型腔数 流道凝料（包括浇口）在模具分型面上的投影面积，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模具的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的倍，因此；可采用0.35倍的塑件在分型面上的投影面积来计算。 通过计算可得 由于<，故再上选的注射机的锁模力为，满足要求。 7.3模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 7.3.1 模具闭和高度长宽尺寸与注射机模板尺寸和拉杆间距相适应 模具的安装有两种方式，一是从注射机这方直接吊装入机内进行安装，二是先吊到侧面再由侧面进入到机内安装。一般模具的外形尺寸受到拉杆间距的限制，应于重视。 模具的长宽<拉杆面积 本设计的模具的长宽为 < 注射机拉杆间距为，故满足要求 7.3.2 模具闭合高度校合 模具总厚度与注射机模板闭合厚度的关系：两者之关系应满足： 而 式中，—模具闭合后的总厚度，； —注射机允许的最小模具厚度，； —注射机允许的最大模具厚度，； —注射机移动板的最小开合距离，； 当<时，可以增加模具垫块高度，但>时，则模具无法闭合，尤其是机械—液压式锁模的注射机，因其肘杆无法撑直。 模具的实际厚度为， <<，因此符合要求。 7.4 开模行程的校合 开模行程是指从模具中取出塑件所需的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大距离S，由于注射机的锁模机构不同，开模行程可按两种情况进行较核。 l 开模行程与模具厚度无关 这种情况主要是指锁模机构为液压—机械联合作用的注射机，其模板行程是由连杆机构的最 大冲程决定的，而与模具的厚度无关。 l 开模行程与模具厚度有关。 这种情况主要是指全液压式锁模的注射机（如XS-ZY-250）和机械锁模机构的直角式注射机（如SYS-45，STS-60）。其开模行程H应小于动模移动板与定模固定板之间的最大距离减去模具厚度，即，。 式中 —注射机动模板的开模行程（mm），取250mm —塑件推出行程（mm），取10mm —包括流道凝料在内的塑件的高度（mm），其值为 ，可见开模形成符合要求。 8 模具材料的选用 8.1 模具材料选用原则 用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求： 1） 机械加工性能优良：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工； 2） 抛光性能优良：没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC以上）； 3） 良好的表面腐蚀加工性：要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；但对一些特殊 塑料； 4） 耐磨损，有韧性：可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦； 5） 热处理性能好：具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理； 6） 焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等； 7） 热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高