塑料模具设计之挡圈.docx

第一部分 产品的说明

本塑件结构简单，壁厚均匀，模架结构较简单。中等精度要求，材料为ABS成型性能一般，其他并无特殊要求。

图一 零件图
（1） 尺寸公差：查文献【1】表2-4得：
质件外形：42的公差为A类 0.64；34的公差为A类 0.56；
7的公差为A类 0.28；11的公差为B类 0.52；
22的公差为A类 0.44
；
（2） 脱模斜度：塑件精度不是很高且为小型塑件，成型收缩率小，参考文献【1】表2-10选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。
注射成型过程：
（1） 干燥-螺杆塑化-充模-保压-冷却-脱模-塑件后处理。
（2） 注射工艺参数：
1） 注射成型时各段温度：
料筒后段温度：160-180；
料筒中段温度：180-200；
料筒前段温度：200-220；
2） 注射压力：
ABS熔融的粘度比聚苯乙烯高，在注射是采用较高的注射压力。但并非所有ABS制件都要施用高压，考虑到塑件不大，结构不算复杂，，厚度较小，可以用较低的注射压力。对于螺杆式注射机一般去70Mpa-100Mpa。
3） 注射速度；
ABS塑料采用中等注射速度较好。
4） 模具温度：
挡圈属于中小型制件，形状较规则，故不用考虑专门对模具加热。
5） 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，注射量选为标定注射量的50%为宜。

第二部分 塑件的分析

ABS塑料
化学名称：苯乙烯共聚物
比 重：1.02克/立方厘米 查表成型收缩率：0,3-0.8%。
材料分析：ABS无味无毒 呈微黄色 成型的塑件有较好的光泽 具有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性，化学稳定性和电器性能，密度为：1.02-1.16g/cmm3
ABS：有一定的硬度和尺寸稳定性，易于加工，经过配色可配成任何颜色。
成型特点：ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加压前应进行干燥处理，ABS易产节痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力，在正常的成型条件下的壁厚，熔料温度对收缩率影响极小，在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50-60摄氏度.而强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60-80摄氏度。

第三部分 注射机的型号和规格选择及校核

注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。
从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范，在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标注的技术规范。因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。
A、 注射机的选用
选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量和注射压力初选某一公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。
为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：
V实﹤V公
式子中，V实——实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（cm3）
综合以上考虑：通过三维软件PRO/E建模计算分析得；

　　　　塑件体积：V塑件＝10.196 cm
塑件质量：M塑件=P*V=1.10*10.196=11.22g
B、注射机的参数
注射机的主要参数为：额定注射量60cm、螺杆直径38mm、注射压力122MPa、锁模力500KN、最大注射面积130 cm、最大模具厚度250mm、 最小模具厚度70mm。

C、锁模力的校核
锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当
高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力，
1） 注射压力校核：
查参考文献【1】表4-1可知，ABS所需注射压力为80-110，这里Po取90Mpa,该注射机的公称压力为P公=122Mpa，注射压力安全系数K1=1.25-1.4，这里取K1=1.3，则：
K1*Po=1.3*90=117Mpa<P公，所以注射压力合格。
2） 锁模力校核：
1） 塑件在分型面上的投影面积A塑：
A塑=（422-342）*π /4=477.28MM
2)浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积，可以按照多型腔模具的统计分析来确定，A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2倍-0.5倍，这里去A浇=0.2A塑
3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，
A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2A塑)=1145.472MM；
4） 模具型腔的胀型力F胀，有：
F胀=A总*P模=1145.472*35=40.09KN，
式中P模是型腔的平均计算压力值，P模是模具型腔内的压力，通常为注射压力的20%-40%，大致范围为25Mpa-40Mpa,结合ABS的特性，取P模为35Mpa。注射机的公称锁模力F锁=500KN。
锁模力安全系数为K2=1.1-1.2，这里去K2=1.2，则取K2*F胀=1.2F胀=1.2*40.09=48.108<F锁。
对于其他安装尺寸的校核要等模架选定，结构尺寸确定后方可进行。

第四部分 分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。
A、 分型面的形式
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。
B、 分型面的选择原则
a) 便于塑件脱模：
Ⅰ、在开模时尽量使塑件留在动模内
Ⅱ、应有利于侧面分型和抽芯
Ⅲ、应合理安排塑件在型腔中的方位；
b)、考虑和保证塑件的外观不遭损坏
c)、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）
d)、有利于排气
e）、尽量使模具加工方便
根据零件大小及各方面的要求选择单分型面注射模。

第五部分 型腔数目的决定及排布

对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推件型腔数目不超过4个，塑件的精度为4级左右，以及模具制造成本、制造精度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为2腔，排布形式为矩形的平衡布局。如下图所示：

第六部分 浇注系统的设计

A、 主流道的设计
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计特点：
（1）ABS的流动性好，主流道的锥角为取，内壁粗糙度为0.4
（2）主流道的长度L，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计初取50mm计算。
（3）主流道小端直径：
d=注射机喷嘴直径+（0.5-1）mm=4.5mm.
（4） 主流道大端直径：
D=d+2L*tana,参考文献【1】。 a:圆锥角2度到4度，这里去a=2
代入数值有：
D=4.5+2*50*tan2=8mm;
(5)主流道球面半径：
SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2mm）=14mm.
(6)球面的配合高度取h=3mm.
(7)主流道凝料体积：
V主=L主（R主2+r 主2+R主*r主）*π /3
=50*（42+2.252+4*2.25）*3.14/3=1573.3mm 3=1.57cm3
(8)主流道当量半径：
Rn=(2.25+4)/2=3.125mm
结合上述尺寸绘制主流道的结构，如图所示：

主流道衬套
B、分流道设计
（1）分流道的截面形状根据零件和模具设计要求选择圆形截面，圆形截面效率最好，
（2）分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。我们选用平衡式的布置方法。
（3）分流道的当量直径：
因该塑件质量m塑=pV塑=11.22g<200g,又塑件壁厚大于3mm,在4，在4-5mm之间，由文献【2】图2-3得，D1=6.1，又由图2-5查修正系数Fl=1.08,则有D分=D1*Fl=7.0mm
(4)分流道截面形状：为便于加工和凝料的脱模，又分流道大多设计在分型面上，本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体 热量散失，流道阻力均不大。单边分流道长度L分取35mm.
（5）分流道截面尺寸：设梯形的下底宽度为x，圆角的半径R=1mm,并根据文献【1】表4-6设置梯形的高度h=5mm,则梯形的截面积为：
A分=（x+x+2*3.5*tan8）*5/2= D分/4
可得下底宽度为7mm，上底为8mm.
（6） 凝料体积：
1） 分流道的长度L分=35*2=70mm.
2） 分流道截面积：
A分={（8+7）/2}*5=37.5mm2
3） 凝料体积：
V分=L分*A分=70*37.5=2625mm3 =2.6cm3
4） 校核剪切速率：
1） 确定注射时间：t=1.2S ;
2） 计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=(2.6+10.196)/1.2=10.66cm3
3)由文献【1】式4-20可得剪切速率：
r分=3.3q分/R分3=0.261*103 ，
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道最佳剪切速率之间，符合要求。
（7） 分流道的表面粗糙度和脱模斜度：
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra 1.25-2.5um之间，此处取Ra1.6um，另外其脱模斜度一般在50 -10度之间，这里取脱模斜度为8度。

C、.浇口设计
（1）模具为一模两腔结构，需从制品的外侧边缘进料，所以选择侧浇口。
（2）计算侧浇口的深度h:
查文献【1】表4-10，得：
h=nt=0.7*4=2.8mm;
t: 塑件壁厚为4mm，
n: 塑料成型系数，对于ABS，其成型系数为0.7.
根据文献【1】表4-9中推荐的侧浇口厚度为1.2-1.4mm,故此处取浇口深度h为1.3mm；
⑶计算侧浇口的宽度：
据文献【1】表4-10得：
（mm）
=1.25cm,可取b=1.0cm。
式中；A为凹模型腔面积（），约为塑件的外表面。
⑷计算浇口长度：应小于浇口厚度h，对于一般的制品，取长度L=0.5mm~0.75mm则长度取L=0.7mm。
⑸侧浇口与制品连接处应做成R0.5圆角或倒角以防止分离浇注系统时拉裂制品。
（6） 侧浇口剪切速率的校核：
1） 计算浇口的当量半径：由面积相等可得:πR2流=bh,可得矩形浇口的当量半径R流=（bh/π）1/2=
2） 校核浇口的剪切速率：
确定注射时间t=1.2S;
计算浇口的体积流量：
q流=V塑/t=0.85*104mm3/s
计算浇口的剪切速率：r流=3.9*104s-1
该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率范围之内，符合要求。
3） 校核主流道的剪切速率：
计算主流道的体积流量：q主=（V主+V分+nV塑）/t=20.47cm3/s
计算主流道的剪切速率：
r主=3.3q主/πR主3=0.705*103S-1
主流道的熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率范围之内，符合要求。
D、.浇口位置的选择
根据浇口选择的原则确定浇口位于φ42的外侧边缘。
E、冷料穴的设计及计算：
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件

第七部分 成型零件的工作尺寸计算

该塑件的成型零件尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率，平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查手册得ABS的收缩率为S=0.3%~0.8%，故平均收缩率，这里取0.55%。
（1） 凹模的结构设计：
凹模是成型制品表面的成型零件，按凹模结构的不同可将其分为整体式，整体嵌入式，组合式，和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模。
（2） 凸模的结构设计：
凸模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类型。该塑件采用整体式型芯。因塑件的包紧力大，所以设在动模一侧。
A、凹模径向尺寸计算
模具型腔的制造公差取mm，则型腔直径为
L=[Ls+Ls×Scp-0.6×Δ] 式（3-6） [2]
42：△=0.64 δ=0.64/3=0.213
L=[42+42×0.0055－0.6×0.64] mm= 41.85 mm
B、计算凹模深度尺寸
模具型腔深度的制造公差取mm，则型腔深度为
H=[Hs+Hs×Scp-0.6△] 表4-15 [1 ]
22：△=0.44 δ=0.44/3=0.147
H=[22+22×0.0055－0.6×0.147] mm=22.11 mm
11：△=0.52 δ=0.52/3=0.173
H=[11+11×0.0055－0.6×0.173] mm= 10.96 mm
C． 型芯径向尺寸的计算：
Ls1=｛（1+Scp）*ls1+0.7*△｝ = 34.58 mm;
取mm=0.187 , 34: △=0.56
D:型芯高度尺寸计算；
塑件内腔高度，h=22., △=0.44, 取mm=0.147
hm={(1+Scp)*h+0.63* △} = 22.40 mm
E:成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
据【1】表4-19.又凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，这里凹模嵌件单边厚度选15mm，由于型腔采用直线，对称结构布置，故两个型腔之间满足结构设计。
F：动模垫板厚度计算：
因为模具较小，按标准厚度取20mm.

第八部分 侧抽芯的设计

在产品的侧面有直径为4mm的圆孔，所以必须设计一个侧抽芯机构，本设计采用斜导柱抽芯机构，斜导柱分型抽芯机构是应用最广的分型抽芯机构，它借助注塑机开模力或推出力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。侧型心装在T形导滑槽内，可沿抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的斜导柱与开模运动方向（或推出运动方向）成斜角安装，斜导柱与滑块上对应的孔呈松动配合，开模或推出时斜导柱和滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一个侧向分力，迫使滑块完成抽芯动作。其结构如CAD图所示。

式中 S——抽拔距离；
S1——塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度。
代入数据得：S=4.5+(1～2)=5.5mm～6.5mm, S取6mm。

式中 ——型芯的抽拔力（N）；
A——塑件包容型芯的表面积（㎜2 ）；
P——塑件对型芯的单位面积上的包紧力（Mpa），一般情况下，模外冷却的塑件：P=24~39Mpa；模内冷却的塑件P=8~12Mpa；
——塑料对钢的摩擦系数，约为0.1~0.3；
——型芯脱模斜度。
A=2600mm2,P取39Mpa,取0.3,取.0.3。代入数据得=3042N
斜导柱的材料选用T10A，淬火硬度HRC45~48，加工后的表面粗糙度值Ra为0.8。取斜导柱的倾斜角为15度。锁紧块的安装角度为15度。
斜导柱的工作长度，代入数据得，L=23.2m，取25mm。
开模行程H=，代入数据得，H=23mm。
=
=3042/cos15°=3149.3 N

=3042×tan10°=815 N
式中 ——侧抽芯时滑块受到斜导柱的作用力，N；
——滑块抽拔力，N；
——侧抽芯时模具的开模力。
初取斜导柱驱动部分直径d=12㎜，D=d+4=16㎜，模板A=25㎜，则斜导柱的总长度为：

代入数据得L=50.75+（5-10）mm。取60mm。

第九部分 导向装置的设计

导向机构的主要作用是
⑴、定位作用 ⑵、导向作用 ⑶、承受一定的侧向压力
注射模在工作中周期性地开模、合模。当动、定模完全分开时，可依靠注射成型机的拉杆导向，但仅靠注射成型机的拉杆导向并不能保证注射模具正常工作，注射模本身必须设置导向与定位机构。导向机构的作用是：
1．定位作用：为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失效；另外，导向机构在模具的装配过程中也起定位作用，方便模具的装配和调整；
2．导向作用：在动定合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件；
3．承受一定侧压力：塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力；
4．保持运动平稳作用：对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。
导柱导向机构
导柱典型结构及要求：
考虑到塑件的精度要求和生产批量大小，故导柱要有导套配合，导套的外径与导柱的相等，也就是导柱的固定孔与导套的固定孔同径，两孔可以一刀加工，以保证位置精度。导柱同导套的配合都是间隙配合H7/f7或H8/f8，间隙小于0.04mm，导柱装入模板多用过渡配合H7/m6或H7/k6。导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，使导柱能顺利进入导向孔。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50~55HRC[18]，以保证导柱具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯。
导向孔、导套的结构及要求
考虑到装配方便，把导套的前面倒一个圆角，内孔有一定锥度；为避免孔内空气无法排出而产生反压力，给导柱的进入造成阻力，合模时有较大噪声，设计时把导柱孔打通。该设计中，采用了有肩导柱和带头导套。导柱设在定模一边，便于塑件脱模。采用导柱的典型结构。其结构简单，加工方便，用于模具的大批量生产时，一般需要导套，导柱和导套配合加工。由于零件是简单型腔的小型模具，所以可以利用活动型芯、拉料杆、以及双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其配合间隙取0.03mm。
导柱布置
根据模具的大小，选用两根等直径导柱，它们合理均布在模具分型面上，导柱中心至模具外缘有足够的距离，以保证模具的强度。

第十部分 设计脱件机构

推出机构的设计要球：
⑴ 推出机构设计是应尽量使塑件留于动模一侧。
⑵ 塑件在推出过程中不发生变形和损坏。
⑶ 不损坏塑件的外观质量
⑷ 合模时应是推出机构正确复位。
⑸ 推出机构应动作可靠。
根据上述要求，零件壁厚较小。所以选择推件板推出机构。
第十一部分 模架的确定
根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸，初步确定选用W*L=160*250
（1） 各模板尺寸的的确定：
1） A板尺寸：A板是定模型腔板，塑件高度为23mm按标准可取40mm;
2） B板尺寸：B板是型芯固定板，按模架标注厚度取25mm.
3） C板（垫块）尺寸：垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10），按标准可选为63mm
(2)模架各尺寸的校核：
1）模具平面尺寸160*250<190*300,合格
2）模具高度尺寸 70<191<200,在模具的最大高度与最小高度之间，符合要求。
3）模具形成校核：
S=H1+H2+(5-10)mm
=(88-93)mm<180mm,符合要求。

第十二部分 冷却系统的设计
冷却系统的简单计算
（1） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量
1） 塑料制品的体积：
V=V主+V分+nV塑=24.562
2） 塑件制品的质量
M=Vp=24.562*1.10=27.02g=0.02702Kg
3） 塑件壁厚为4mm,可查表4-34得，t冷=38.0S，取注射时间t注=1.2S，脱模时间t脱=8S，可得注射周期T=47.2S
由此每小时注射次数为N=76次
4） 单位时间内注入模具中塑料熔体的总质量W=Nm=2.49Kg
(2)确定单位质量的塑件在凝固是放出的热量Q。查【1】表4-35可取ＡＢＳ的Q＝370KJ/Kg
(3)计算冷却水的体积流量q,设冷却水入水口的水温为Q2=22，出水口的水温为Q1=25，取水的密度为P=1000Kg/m3
水的比热容为C=4.187KJ/(Kg*C ),
可得q=WQs/60*p(Q1-Q2)=0.00122m3/min
(4) 确定冷却水路的直径d;
当q=0.00122m3/min，查【1】，无相应的冷却水孔的直径，暂时选为d=8mm.
(5)求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
因平均水温为23.5 C，查【1】表4-31可得f=0.672,
有h=4.187f(pv)0.8/d0.2=1.6*104KJ/(cm2*hC)
(6)计算冷却谁通道的导热总面积A；
A=WQs/h*△Q=0.00209m2
（7） 计算所需冷却水管的总长度L
L=A/πd=83.2mm
(8)冷却水路的根数，设每条水路的长度为l=200mm,则水路根数为
X=L/l=0.4根
由以上计算可以看出，此模具不需要加冷却系统，采用空气冷却即可。

第十四部分 参考文献

【1】 叶久新 王群.《塑料成型工艺及模具设计》【M】.北京：机械工业出版社，2007.11.
【2】 伍先明 张蓉 杨军 周志冰.《塑料模具设计指导》【M】.北京：国防工业出版社,2011.2.
【3】 黄义俊 彭力明 《住宿模具课程设计指导》【M】.武汉：华中科技大学出版社，2011.3.
【4】 彭建生.《模具设计与加工速查手册》【M】.北京：机械工业出版社，2005.6