单轴支撑卡座注塑模具设计.doc

本科生毕业设计（论文）
第一章 前 言
注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎所有的塑料品种都可以采用注射成形。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30％，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50％。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70％被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中，80％以上都要采用注射成型的生产方法。
我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展，在我国，起步较晚，但发展很快，特别是近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大成绩。
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。
研究的目的与意义
1、检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。
2、掌握进行模具设计的方法、过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。
3、培养独立思考能力、动手能力、创新能力、运用机械行业相关软件UG、AUTOCAD的能力。
第二章 单轴卡座设计要求及其成型工艺分析
2.1 产品基本要求
最大几何尺寸：80×40×65mm。
使用环境：冲击较小的转轴，温度25℃-80℃。
工作性能：抗冲击，耐磨损，耐腐蚀。
精度要求：一般（4级）。
外观要求：外表黑色且光泽性好，无成型缺陷。
其它要求：具有一定的机械强度，散热性能好。
根据上述要求可归纳产品设计要求塑件需要有良好的耐磨性和一定的机械强度，具有良好的流动性，以满足成型要求。
2.2 塑件结构和形状的设计
根据塑件产品实物图，用Pro/E5.0软件进行产品的三维建模。三维实体模型更加直观的表现了产品造型，可以从各个角度对模型进行观察，软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用Pro/E的CAE分析模块—塑料顾问进行熔体的充模仿真，可以验证模具结构的正确性，还可以进行拔模检测。塑件如图2-1所示：

图2-1 塑件三维图
2.3 塑件材料选择
此塑件作为轴类零件的支座，必须有一定的机械强度，抗冲击性，耐磨损，由于轴类零件在工作中需要有润滑油的加入，故塑件还必须具有耐腐蚀性。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，选出最合适成型此单轴卡座的塑料。
材料最终选定为ABS，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，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。
2.4 成型方法及其工艺的选择
根据塑件所选用的材料为ABS，根据塑件的外形特征和使用要求，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 此塑件为带通孔的实体类塑件，外形不规则，大体由矩形和
长方形组成。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 由于此塑件沿脱模方向上本身就是倾斜的，且倾斜角度较大，故不需要采用脱模斜度。
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。
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。
注射前的干燥条件是：干冬季节在750C -800C以下，干燥2h-3h，夏季雨水天在800C -900C下，干燥4h-8h，干燥达8h-16h可避免因微量的在在导致制件表面雾斑。在此，由于此塑件属批量件，要求自动化程度实现连续化生产选用干料斗并装备热风料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮。
（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。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。

第三章 选择注射机及相关参数的校核
3.1 概述
在对单轴卡座用塑件进行材料选定、零件工艺分析、成型工艺过程分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可以确定型腔数量和排列方式，根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。
3.2 型腔数量及排列方式选择
此摄像头用塑件属中小型塑件，形状比较规则，精度要求为一般，且为批量生产，但塑件一侧有侧孔，需进行抽芯，同时还有内抽芯，且采用的是直接浇口，故采用一模一腔的结构形式，有利于简化模具结构，提高制件的精度。型腔的布置方式如图3-1所示。

图3-1 型腔布置
3.3 注射机选型
1）注射量计算
（1）塑件质量、体积计算
通过Pro/E建模分析，如图3-2所示，塑件体积V1=88.1cm3 ，塑件质量m1=92.505g（取ABS的密度为1.05g/ cm3 ），流道凝料的质量m2 还是个未知数，可按塑件质量的0.2倍来估算。
从上述分析中确定为一模一腔，所以注射量为。

图3-2 塑件质量分析图
m=1.2nm=1.2×2×92.505=222.012g

（2）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
流道凝料在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析， A2 是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍-0.5被，因此可用0.35nA1，来进行估算，所以：
A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=8640mm2
式中 A1=B×L=80×40=3200 mm2
A2=0.35nA1=0.35×2×3200=2240 mm2
模具所需锁模力
Fm=Ap型=8640×35=302.4KN
式中 型腔压力p型取35MPa（见参考文献1表2-2）。
2）选取注射机
根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选XZY-300卧式注射机，其主要技术参数如表3-1所示。

表3-1 XZY-300注射机技术参数
项目
参数
理论注射容积/ cm3
320
螺杆直径/ cm3
60
注射压力/MPa
175
注射行程/mm
150
注射时间/s
2.5
塑化能力/(g/s)
19
注射方式
螺杆式
合模力/N
15×105
最大成型面积/ cm2
650
移模行程/mm
340
最大模具厚度/mm
355
最小模具厚度/mm
285
拉杆空间/mm
400×300
合模方式
液压—机械
推出形式/mm
中心及两侧推出
电动机功率/kW
17
喷嘴球半径/mm
18
喷嘴口直径/mm
5
定位孔直径/mm
150
3）型腔数量及注射机有关参数的校核
型腔数量校核
（1） 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n

5.3>2，故型腔数量校核合格。
式中 K—注射机最大注射量的利用系数，无定形塑料一般取0.8
M—注射机的额定塑化量，该注射机为100800g/h
t—成型周期，取50s
m1—单个塑件的质量或体积，m1=92.505g
m2—浇注系统所需塑料质量或体积，取0.2nm1
上表中注射速率、塑化能力是以PS为标准，而ABS的密度与PS相差不多，所以上述计算不需进行换算。
（2）按注射机的最大注射量校核型腔数量

3.92>2，故型腔数校核合格。
式中，mN为注射机允许的最大注射量，该注射机为500 cm3。其他符号意义同上。
（3）按注射机的额定锁模力校核型腔数量

13.3>2，故型腔数校核合格。
式中 F—注射机的额定锁模力（N），该注射机为3.5×106N
A1一个塑件在模具分型面上的投影面积，A1=3200 mm2
A2—浇注系统在模具分型面上的投影面积，A2=0.35A1=1120mm2
P型—塑料熔体对型腔的成型压力，该处取35Mpa。
4）注射机工艺参数的校核
（1）注射量校核。
注射量以容积表示，最大注射容积为

式中，—模具型腔和流道的在注射压力所能注射的最大容积
V—指定型号与规格的注射机注射量容积，该注射机取320cm3
—注射系数，取0.8。
倘若实际注射量过小，注射机制塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。所以最小注射量容积。故每次注射的实际注射量容积V应满足，而V=1.2nV1=1.2288.1=211.44 cm3 >,复合要求。
（2）锁模力校核。
在前面已进行，符合要求。
（3）最大注射压力校核。
注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力，应大于注射成型时所需调用的注射压力p0，即

故符合设计要求。
式中 —安全系数，常取=1.25-1.4，该处取1.3；
po—实际生产中，该塑件成型时所需注射压力为70Mpa-100Mpa。
其他安装尺寸及开模行程的校核待模具设计完成之后进行。

第四章 模具设计
通过理论设计、计算机分模和浇口位置计算机模拟相结合的方法，最终确定
成形零件工作尺寸和模具的结构形式。
4.1 分型面位置和形式的确定
（1）在塑件设计阶段，就应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，首先就要确定分型面的位置和浇口的形式，然后才能确定模具的结构。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的影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。
分型面的选择原则有以下几点：
a 分型面应选在塑件的最大截面处
b 不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响。
c 有利于保证塑件的精度要求。
d 有利于模具加工，特别是型腔的加工。
e 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。
f 便于塑件的脱模，尽量使塑件脱模时留在动模一边。
g 尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需要的锁模力。
h 便于嵌件的安装。
i 长型芯应置于开模方向。
（2）根据上述原则及该塑件的结构形式，该塑件的水平主分型面可以选如图 所示平直分型面。由于该塑件的侧抽芯机构为半合形式，所以在两型芯结合处也有一分型面。垂直方向上的分型面如图4-1所示。主分型面的位置及开模方向如图 所示（主分型面的位置位于该塑件的最大截面位置处），有利于充模时的排气，该塑件各处粗糙读都一样，精度要求都不高。由于侧抽芯机构的作用，使塑件留在动模一侧，则侧抽芯也必然在动模上进行，符合一般抽芯机构的设计位置，有利于侧向抽芯。

图4-1 分型方向
4.2 浇注系统设计
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，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。
1） 主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道和型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的游去和开模时主流道凝料的顺利拔出。其顶部设计成半球凹坑，以便与喷嘴衔接，为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1mm-2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出。由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，材料选用45钢，并经局部热处理球面硬度38HRC-45HRC，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径0.5mm-1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截现象，其关系如图4-2所示。

图4-2 喷嘴与浇口套尺寸关系
（1）主流道尺寸：
a 主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径do+（0.5-1）=5+0.5=5.5mm。
b 主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球半径SRo+(1-2)=20+2=22mm。
c 球面配合高度 h=3-5mm，取h=5mm。
d 主流道长度 尽量小于60mm，但由标准模架结合该模具的结构，取L=100mm。
e 主流道大端直径 D=d+Ltanα=11.2mm（锥角α为20-40，这里取α=30。
f 浇口套总长 L=Lo+h=100+5=105mm。
（2）浇口套的形式及其固定
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求严格，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即浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用45钢或合金钢等，热处理硬度为52-56HRC。本设计采用分体式结构，浇口套与定位圈不做成一个整体。因为流道长短与所选模架大小（模板厚度）有关，所以在确定流道尺寸之前应根据型腔数量及布局估算动、定模板的平面尺寸，即粗定模架的型号和规格，这样才使理论计算有据可依。根据前述的布局及考虑到型腔壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置等，选用侧浇口模架，规格大致为350×350。
为了缩短主流道长度，在结构设计时尺寸有一点调整，浇口套的固定形式
如图4-3所示：

图4-3 浇口套图
浇口套在模具中位置如图4-4所示：

图4-4 浇口套位置
2） 分流道的设计
此文档为不完全文件，我这有全套毕业设计压缩包，里面有说明书和CAD装配图和零件图图纸，翻译，开题报告，实习报告，你能用到的基本都有。若有你需要的材料可以联系我，qq号944439233或734570778，我这里还有其他题目的毕业设计全本，欢迎介绍朋友下载。注塑模具还可以定制哦！欢迎下次光临！

图4-5 流到布置图
1 主流到；2 分流道；3 侧浇口
（2）分流道的长度。长度应尽量短，且少弯折。该模具分流道的长度计算如下。
圆形分流道单向长度。根据型腔布置，又通过Pro/E浇口位置的模拟，浇口选择在塑件底部边缘一侧为最佳，如图8 所示，可计算得分流道单向长度为
L1=28mm
（3）分流道的形状及其尺寸。为了便于机械加工及零料脱模，分流道设置在分型面上。即开设在动模板与定模板之间，动模板与定模板上各有一半。
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，变面积小，以减小传热损失，但考虑到零料拉断和容易脱模，因此，采用圆形分流道。
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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，且无需设置拉料杆。其形状采用圆柱形，其形状如图4-6所示。

图4-6 冷料穴设计图
4）浇口的设计
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。
（1）侧浇口尺寸的确定。
在这里我们采用由经验值（0.5mm-2mm），这里取d=2mm。
（2）浇口位置的确定。
ABS在熔融时显现比较明显的非牛顿性，其熔体表面黏度随剪切速率的升高而降低。如采用尺寸较大的浇口，能够降低流动阻力，但熔体通过大浇口时比小浇口的剪切速率低，导致熔体表面黏度升高，浇口尺寸过大，浇口前后方的压力降Δp减小，会导致得不到理想的充模速率。单轴卡座塑件型腔空间较大，有利于塑料充满型腔，对成型有利。剪切速率是影响ABS塑料熔体黏度的最主要因素，而黏度又直接影响熔体在模具型腔内的流动速率。因此采用小浇口不但会大大提高熔体通过浇口时的剪切速率，而且产生的摩擦热也会降低熔体黏度，以达到顺利充满型腔的目的。
综合以上分析和考虑到塑件和实际模具形状，采用侧浇口进料，位置在塑件底部边缘处，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单，提高了工作效率，也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。
5） 浇注系统的平衡
对于该模具来说，从主流到到两个型腔的分流道长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然时平衡的。
6）浇注系统零料体积计算
（1）主流道与主流道冷料井凝料体积

（2）圆形分流道零料体积
V圆=2（）25mm3 2500mm3
（3）浇口零料体积
V浇很小，可取为0。
（4）浇注系统零料体积
V总= +V圆=4300mm3=4.3cm3
该值小于前面对浇注系统零料的估算，所以前面有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需要重新设计计算。
7）浇注系统各截面流过熔体的体积计算
（1）流过浇口的体积
VG=V塑=88.1cm3
（2）流过分流道的体积
VR=V塑+V圆/2=88.1+1.25=89.35 cm3
（3）流过主流道的体积
VS=2VR+V主=180.5 cm3
8）普通浇注系统截面尺寸的计算与校核
（1）确定适当的剪切速率γ。
根据经验（ABS塑料的流动性），浇注系统各段的γ取以下值，所成型塑件质量较好。
①主流道、分流道γs=500s-1-5000s-1
②侧浇口最大剪切速率γG=50000s-1
（2）确定体积流率q（浇注系统中各段的q值是不相同的）。
①主流道体积流率qs
因塑件并不是很大，且为一模两腔，所需注射塑料熔体的体积也因此不是很大，而主流道尺寸由于和注射机喷嘴孔直径相关联，其直径并不小，因此主流道体积流率并不大，取γs=2000 s-1 ，代入得
qs=γ=120cm3/s
式中 Rs为主流道平均半径，为0.425cm。
②浇口体积流率qG。
侧浇口用适当的剪切速率γG=50000s-1代入得
qG= =39.25cm3/s
式中，RG为侧浇口半径（cm）。
（3）注射时间（充模时间）的计算：
①模具充模时间

式中 —主流道体积流率；
Vs—模具成型时所需塑料熔体的体积；
ts—注射时间。
②单个型腔充模时间

③注射时间
根据经验公式求得注射时间
t=ts/3+2tG/3=2s
故t注射机公称注射量以内的最短注射时间，所选时间合理。
（4）校核各处剪切速率：
①浇口剪切速率

②分流道剪切速率

式中
③主流道剪切速率
合理。
分析：从上面计算结果得知，浇口处剪切速率基本达到极限值，在试模时若存在有成型问题，可调整注射速率（延长注射时间）来达到要求。
4.3 模具成型零、部件结构设计和计算
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。
1）成型零件的尺寸计算
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。
（1）型腔长度尺寸

式中 —塑件平均收缩率s=0.0055；
—塑件外形长边尺寸（为118）；
x—修正系数（取0.58）；
—塑件公差值（取0.58）；
δz—制造公差，取0.087。
（2）型腔宽度尺寸

式中相应尺寸同上。
（3）型腔深度尺寸（定模部分）

式中相应尺寸同上。
其他尺寸计算一次类推，计算结果如表4-1所列。
表4-1 塑件成型零件工作尺寸计算表 单位mm
模具尺寸
名称
塑件尺寸
塑件精度等级
塑件尺寸公差
模具等级GB/T1800
模具尺寸公差
模具尺寸计算结果
模具尺寸规范化
型腔长度
80
3
0.58
9
0.087

型腔宽度
40
3
0.52
9
0.087

型腔深度
65
3
0.52
9
0.087

型芯长度
153
3
0.58
9
0.087

型芯宽度
75
3
0.52
9
0.087

型芯高度
62
3
0.52
9
0.087

2）成型零件的创建
在分型面和浇口位置确定以后，采用Pro/E进行分模设计，然后创建模具体积块和切割侧型芯等。分模以后的型腔和型芯，通过有关软件可自动生成数控加工程序，从而可实现无图化生产，这样大大提高了工作效率和模具的制造精度。以下简介本模的分模过程。
（1）对塑件进行拔模处理，并进行拔模检测如图4-7 所示。

图4-7 拔模检测
（2）设置收缩率。单击收缩率，取ABS的平均收缩率为0.5%，如图4-8 所示

图4-8 收缩率
对塑件生产批量不是太大的模具，设置收缩率就可以了，而对于大批量生产塑件的模具还应该考虑型腔、型心的磨损以及今后多次修模应留的余量，本设计应按上述计算结果（见参考书表6-5）对应尺寸进行修改。
（3）建立中心坐标系。为塑件建立模具中心坐标系，用于确定塑件与模仁及模架的位置关系如图4-9所示。

图4-9 中心坐标系
（4）创建毛坯。调入所创建的塑件模型，创建毛坯，如图4-10所示。

图4-10 毛坯
（5）创建分型面。先通过单击分型面命令，再通过延伸命令创建分型面，如图4-11所示。

图4-11 分型面示意图
3）成型零件的结构设计
由于本模具设计中型芯尺寸很大，故采用整体模板的形式结构。主体型腔设计在定模板上，塑件底部的矩形孔与圆形孔成型部分设计在动模板上。如图4-12所示。

图4-12 动模定模成型部件图
侧抽芯滑块的结构设计。如图4-13 所示，本模具设计中型芯与滑块做成一个整体。

图4-13 型芯滑块图
4.4 模架的确定和标准件的选用
注塑模模架国家标准GB/T12555—2006，由于塑料模具的蓬勃发展，现在全国模具发达的地区在参考龙记模架标准的前提下形成了自己的企业标准，但不管是国家标准还是企业标准都没有进入Pro/E的模架库。该设计仍采用Pro/E所提供的Futaba_3P GC模架组件（工字形标准简化细水口模架）。调用过程略。
模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加凃防锈油。动定模分型面（公母模板）之间应有分模间隙（单边为0.5mm），以便模仁能完全贴合。动模（公模）板的四个角上设有开模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。各板的尺寸如下：
1）定模座板 （H4—上固定板），厚为35mm
定模座板通常就是模具与注射机连接处的板，材料为45钢（S55C）。
定位圈通过4个M16的内六角螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H7/k6配合；与导柱采用H7/k6配合。
2）定模板 （A板—母模板）350mm×350mm，厚为100mm。
用于固定定模仁、导套、导柱。用45钢制成，最好调质230HB-270HB。
其上的导套孔与导套采用H7/k6配合；定模板与定模仁为H7/m6配合。
3）动模板 （B板—公模板）350mm×350mm，厚为60mm。
动模板既有固定导套的作用，又承受型腔、推杆等的压力，因此它要具有较高的平行度和硬度。所以用45钢较好，调质230HB-270HB。
其上的导套孔与导套采用H7/h7配合；其推杆孔与推杆单边间隙为0.5mm；其动模仁上的塑件推杆孔与塑件推杆采用H7/e7配合。
4）垫块 （C—模脚）63mm×350mm，高度为100mm。
a．主要作用，在动模座板与支撑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；
b． 结构型式，可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块；
c． 垫块材料，垫块材料为Q235A也可用HT200、球墨铸铁等。该模具垫块采用Q235A制造。
d． 垫块的高度h校核
，符合要求。
上式中： ——顶出板限位钉的厚度，该模具设限位钉高度5mm；
——推板厚度，为30mm；
——推杆固定板厚度，为25mm；
—— 推出行程，为40mm；
——推出行程富余量，一般为3mm-5mm,取5mm。
5）动模座板（——下固定板）4000mm×350mm，厚为35mm。
材料为45钢（S55C)，其上的注射机顶孔为Φ65.其上的推板导柱孔与推板导柱采用H7/n6配合。
6)推板（——下顶出板）220mm×350mm，厚为30mm，采用为45钢（S55C)。其上的推板导柱孔与推板导套采用H8/f9配合，用6个M16的内六角圆柱螺钉与推板固定板固定。
7)推杆固定板（——回针板）220mm×350mm，厚为25mm，采用为45钢（S55C)。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合；复位杆孔与复位杆推杆孔与推杆均采用单边间隙为0.5mm配合。
4.5 合模导向机构的设计
注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。该模具采用标准模架，模架本身带有导向装置（导柱导向机构）作模具的粗定位，本模具的型腔在动定模两方都有，为了使合模更准确，使塑件分型线处没有错模痕迹，需采用精密导向定位装置，因此选用锥面定位块做精定位。
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图4-15 定位元件布局
2）推板导柱与导套设计
该套模具采用推板导柱固定在动模板上的形式。对于本套模具，导柱主要对推出系统起导向作用。该模具设置了4套推板导柱与导套，它们之间采用H8/e7，其形状与尺寸配合如图4-16所示。

图4-16 推板导柱、导套
4.6 脱模推出机构的设计
注射成型每一循环中，浇注系统零料、塑件必须准确无误地从模具的流道、凹模中或型芯上脱出，完成脱出零料和塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。本套模具的推出机构形式比较简单，采用推杆推出。
1）推杆设计如下
（1）该模具采用带肩圆形推杆，根据推杆布置原则、型芯大小和可供布置推杆的空间，设置三根推杆，直径为φ6mm。此外，作为内抽芯的斜滑块，除了用于抽芯之外，还起到推出塑件的作用，其工作过程为：斜滑块固定在推杆固定板上，当注射机顶杆推动推板顶出塑件时，斜滑块跟着推板一起运动，和推杆一起把塑件推出的同时，斜滑块沿着导滑槽往里缩，起到抽芯的作用。由于有斜滑块的参与，塑件的外形尺寸不大，本设计设置了三根推杆。
（2）推杆直径与模板上的推杆采用H7/f8间隙配合。
（3）通常推杆装入模具后，其端面应与型芯上表面平齐，或高出型芯上表面0.05mm-0.1mm。
（4）推杆与推杆固定板，通常采用径向单边0.5mm的间隙，推杆台肩与沉孔轴向间隙0.03mm-0.05mm。这样能在多推杆的情况下，不因各板上推杆孔间距的加工误差而引起的轴线不一致而发生卡死现象。
（5）推杆的材料常用45钢。热处理要求硬度28HRC-35HRC，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra0.8μm。
推杆形式如图4-17所示。

图4-17 推杆形式

2）脱模力的计算
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由于，而dk/t=88/2=44>20，故视为薄壁矩形塑件，应用公式得：

式中 —脱模系数，ABS取0.45；
α—塑料的线膨胀系数
E—在脱模温度下，ABS的抗拉弹性模量，取2.2×103MPa
—塑料软化温度，取
—脱模时塑件温度，取
t—壁厚，取2mm
h—型芯脱模方向高度，为5mm
其中

式中 β—脱模斜度，取3o
由于塑件顶部存在通气孔及推杆与孔也存在有气隙，包裹在动模仁型芯上的塑件会与外界相通，故不存在真空吸力。
（3）顶部透气槽产生的脱模力计算，该塑件有7条长透气槽，用公式计算为：

式中 （而dk/t=8.5/2=4.25<20，故属厚壁）
Ac=lh=34×2.5=85mm2
其余符号意义同上

根据上述计算可得动模部分总的脱模力为：

4）脱模力的校核
当进行塑件的推出时，由于注射机的顶出力（70KN）大于动模部分的脱模力（7218N），因此塑件可顺利脱出。
5）推杆接触应力的校核
推杆与斜滑块接触面总面积：

接触应力：

式中 —ABS塑料在脱模温度下的许应接触应力，取
因此，本模具推杆的推出面积是可满足要求的，塑件不会产生顶白现象。
4.7 型腔零件强度、刚度的校核
在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的和刚度。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，将导致型腔塑性变形，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的间隙。因此，必须对型腔进行强度和刚度的计算。
本模具采用模仁结构，模仁的力学计算按组合式矩形凹模来计算。具属中小型模具，故按强度条件来设计，然后按刚度条件来校核。
1）组合凹模侧壁长边刚度校核

式中
E—模具钢弹性模量，对预硬化
而=60mm，所以本模刚度能够满足要求。
3）底板厚度计算

式中 —两垫块之间的距离，为224mm；
—模具长度，为3500mm
P—型腔压力，取35MPa
A—塑件在分型面上投影面积，为6400mm2。
对于A板，由于在注射过程中与凝料推板、定模座板在合模力作用下相互压紧，背靠注射机固定模板，故不会出现刚度不足。对于B板，根据核算所需B板厚度为43.3mm，实际采用的B板厚度为60mm，厚