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骨架模具的设计

摘要:注射成形是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。在综合分析塑件结构，使用要求，成型质量和模具制造成本的基础上，介绍结构简单，形状规则的塑件成型。设计成型零件部位时，应根据塑料的特性、塑件的结构和适用要求，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统、排溢系统等。然后根据加工工艺和装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计，计算成型零部件的工作尺寸，对关键的成型零部件进行强度和刚度校核，并采用侧向分抽芯机构，使塑件能一次成型。设计了相应的的侧向分型抽芯的注射模。最后介绍了模具的工作过程.

关键词：注射模 抽芯机构 模具设计

指导老师签名:

目 录
1 塑件的工艺分析
1.1 塑件原始资料分析…………………………………………(03)
1.2 明确塑件的生产批量………………………………………(04)
1.3 估算塑件的体积和重量……………………………………(04)
1.4 分析塑件的成型工艺参数…………………………………(05)
2 确定模具结构方案
2.1 脱模原理……………………………………………………(05)
2.2 确定型腔数量及布局形式…………………………………(06)
2.3 选择分型面…………………………………………………(07)
2.4 确定浇注系统与排气系统…………………………………(07)
2.4.1 浇注系统形成………………………………………………(07)
2.4.2 主流道的设计………………………………………………(08)
2.4.3 分流道的设计………………………………………………(08)
2.4.4 浇口的设计…………………………………………………(08)
2.4.5 排气系统……………………………………………………(09)
2.5 选择推出方式………………………………………………(09)
2.6 模具加热与冷却方式………………………………………(09)
3 模具设计的有关计算
3.1 型芯和型腔工作尺寸的计算………………………………(10)
3.1.1 型腔径向尺寸计算…………………………………………(10)
3.1.2 型蕊径向尺寸计算…………………………………………(10)
3.2 侧壁厚度与底板厚度的计算………………………………(10)
3.2.1 侧壁厚度……………………………………………………(10)
3.2.2 推板厚度……………………………………………………(11)
3.3 斜导柱等侧抽芯有关计算…………………………………(11)
3.3.1 斜导柱的设计………………………………………………(11)
3.3.2 斜导柱的计算………………………………………………(12)
3.3.3 斜滑块的计算………………………………………………(13)
3.3.4 契滑块的设计………………………………………………(13)
3.3.5 导滑条………………………………………………………(14)
3.4 冷却与加热系统……………………………………………(14)
4 选择模架
4.1 初选注射机…………………………………………………(15)
4.1.1 浇注系统的重量……………………………………………(15)
4.1.2 注射压力……………………………………………………(16)
4.2 选标准模架…………………………………………………(17)
5 校核注射机
5.1 注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核…………(18)
5.2 开模行程的校核……………………………………………(18)
5.3 模具在注射机上的安装……………………………………(19)
6 推出机构的设计
6.1 推件力的计算………………………………………………(19)
6.2 推杆的设计…………………………………………………(20)
6.2.1 推杆的强度计算……………………………………………(20)
6.2.2 推杆的压力校核……………………………………………(20)
6.3 推板强度计算………………………………………………(20)
7 连接件的选用
7.1 销钉的选用…………………………………………………(21)
7.2 螺钉的选择…………………………………………………(22)
8 模具的装配
8.1 模的装配……………………………………………………(22)
8.2 动模的装配…………………………………………………(22)
结 论 …………………………………………………………(23)
参考文献 …………………………………………………………(24)
致 谢 …………………………………………………………(25)
1 塑件的工艺分析
如图 1-01 所示塑料制件，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料） ，收缩率 0.3%~0.8% 。

图 1-01
1.1 塑件的原始材料分析
该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料），是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。从使用性能上看，该塑料具有极好的抗冲击强度，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。从成型性能上看，该塑料在升温时粘度增高，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减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。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~80℃。
1.2 明确塑件生产批量
该塑件要求大批量生产。
1.3 估算塑件的体积和重量
按照图 1-02 塑料件图示尺寸近似计算：
V总=3.14×192×17=19270.18 mm3
V1 =3.14×9.52×6=1700.31 mm3
V2 =3.14×(192-112)×6=4521.6 mm3
V3 =3.14×(192-9.5)2×8=6801.25 mm3
V4 =3.14×82×11=2210.56 mm3
所以塑件的体积为V=19270.18-1700.31-4521.6-6801.25-2210.56=4036.46mm3=4.04 cm3
塑件重量为Gs =ρ·V=1.06×4.04=4.2824 g
式中ρ为塑料密度(ABS的密度ρ=1.04~1.07g/cm3)

图 1-02
1.4 分析塑件的成型工艺参数
干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80~90C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。
熔化温度：210~280C；建议温度：245C。
模具温度：25~70C。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。
注射压力：500~1000bar。 注射速度：中高速度。
2 确定模具结构方案
2.1脱模原理
制品为骨架。该模具采用斜导柱抽心机构来实现垂直分型动作。锁紧锲与定模板做成整体，确保凹模滑块4的定位锁紧。定模板和滑块上都开设了冷却水道，模具冷却比较均匀，缩短了生产周期。
工作原理：模具分流道与侧浇口开设在垂直分型面II—II上，并由骨架凸翼腔底进料。开模时，I—I分型面分型，斜导柱5带动凹模滑块4做II—II垂直分型面分型。最后，由推板10推出塑件制品。

2.2 确定型腔数量及布局形式
该塑件在注射时采用一模二件，即模具需要二个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟采取图图1-03所示的型腔排列方式。

图1-03
2.3 选择分型面
确定分型面位置如图1-04

图1-04
2.4确定浇注系统与排气系统
2.4.1 浇注系统形式

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩
2.4.3 分流道设计
a．分流道的形状和尺寸
分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因数来确定。本塑件的形状不复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查表5-40(塑料模具设计手册)得R=2.5 mm
B．分流道的表面粗糙度
由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。
2.4.4 浇口的设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口较为理想，如图 1-05。
设计时在模具结构上采取瓣合式型腔，潜伏式浇口的锥角取10˚～20˚

图 1-05
查表5-45(塑料模具设计手册)选尺寸为直径φ1 mm,试模时修正。
2.4.5 排气系统：
该模具为小型模具，可利用分型面间隙排气，该分型面位于熔体流动的末端。
2.5 选择推出方式
选择推出机构：
该塑件为簿壁塑件，综合各个因素，选定为推板推出机构。为了防止推板刮伤凸模，推板内孔应比凸模成型部分大0.20 mm－ 0.25 mm，外，将凸模和推板的配合做成锥面，以防止因推板偏心而出现飞边，其单边斜度10°左右为易。
2.6模具加热与冷却方式
该模具采用电热丝加热，用水冷。
3 模具设计的有关计算
3.1型芯和型腔工作尺寸的计算
查表《塑料模设计手册》表 1-4 塑料ABS收缩率：0.3%~0.8%。
平均收缩率： S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%
3.1.1 型腔径向尺寸的计算：
φ38：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×38-0.26×3/4]+00.26/3=38.01+00.087
φ22：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×22-0.22×3/4]+00.22/3=21.96+00.073
φ19：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×19-0.22×3/4]+00.22/3=18.94 +00.073
1.5Lm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×3/4]+00.12/3=1.42 +00.04
型腔深度的计算：
8 ：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×8-0.16×2/3]+00.16/3=7.94+00.053
6 ：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×6-0.14×2/3]+00.14/3=5.94+00.047
1.5：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×2/3]+00.12/3=1.43+00.04
3.1.2 型芯径向尺寸的计算：
φ16：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×16+0.20×3/4] -0020/3=16.24-00.067
φ19：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×19+0.22×3/4] -00.22/3=19.27-00.073
1.5：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×1.5+0.12×3/4] -00.12/3=1.6-00.04
型芯高度公式：
6 ：（hm）+0δz=[（1+0.0055）×6+0.14×2/3] -00.14/3=6.13-00.047
11：（hm）-0δz =[（1+0.0055）×11+0.18×2/3] -00.18/3=11.18-00.06
3.2 侧壁厚度与底板厚度的计算
3.2.1 侧壁厚度：

该型腔为整体式。因此，型腔的强度和刚度按整体式进行计算。由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可以参考经验推荐数据。查《塑料成型工艺与模具设计》表6.10 型腔侧壁厚取δ=20 mm
3.2.2 推板厚度：
H=0.74 pr4/E[δ]) 1/3
其中查，E=2.1×105MPa，[δ]可取制品轴向尺寸公差的1/10，取[δ]=0.03 mm，p由表4.1取30Mpa。
H=(0.74×30×0.84 /2.1×105×0.00003) 1/3
=1.13 cm≈ 16mm
3.3 斜导柱等侧抽芯有关计算
3.3.1 斜导柱的设计
斜导柱的倾斜角α取225°。
Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)]
Ft——脱模力（推出力）（N）
E——塑料弹性模量（N/cm2，ABS塑料为1.8～2.9×105N/cm2之间，取2.0×105 N/cm2）
S塑料的平均成型收缩率（mm/mm）
L包容凸模的长度（cm）
f塑料与刚的摩擦系数（ABS塑料取0.2）
m塑料的帕松比（取0.3）
k=2r2/(t2+2tr)
（t为塑料平均壁厚）
t=塑料平均壁厚(cm)
r圆柱半径(cm)
2Ft=2×2π×1.9×200000×0.0055×17×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =1393.97（N）
查《塑料成型工艺与模具设计》表9.1 取Fw=10KN
再查表9.2 得d=16mm
3.3.2 斜导柱的计算
在斜导柱的设计中斜导柱采用了理论上最佳的斜角：22.5°，直径取16 mm。
先计算抽心距：
S抽=(R2-r2) 1/2+(2~3) mm
其中：R—塑件的大圆盘半径
r—塑件的最小的腰部外圆半径
S抽=(192-9.52) 1/2+(2~3)
≈16.45+(2~3)
=19 mm
然后在CAD里根据抽心距算出其长度，如图1-06

图 1-06
其强度校核：
F弯=F抽/cosα
其中：
F弯—斜导柱所受的弯曲力（N）
F抽—抽拔力（N）
α —斜导柱的斜角
F弯=F抽/cosα=1393.97/cos22.5°=1508.8N
F弯抽拔动作后，留在导滑条中的长度不小于有效长度的2/3，经计算，该滑块在完成抽拔动作后留在导滑条中的长度为47.5mm，总的有效长度为65.5mm，所以导滑条的长度足够。
3.4 冷却与加热系统
该模具采用电热丝加热，冷却方式为风扇冷却。
4 选择模架
为了方便加工热处理，其型腔镶块可分为两部分。如图1-10

图1-10
4.1 初选注射机
4.1.1 浇注系统重量：
单件塑件重量 Ms=4.2824 g
注射机额定注射量Gb，每次注射量不超过最大注射量的80%
即 n=(0.8Gb－Gj)/Gs
式中n－型腔数
Gj－浇注系统重量(g)
Gs－塑件重量(g)
Gb－注射机额定注射量(g)
浇注系统估算结果：
V1=1/3π(42-1.52）×40=575.7mm3
V2=π×42×10=602.88 mm3
2V3=2×π×32×15=847.8mm3
Vj=575.7+602.88+847.8=2026 mm3=2.026 cm3
浇注系统重量Gj=2.026×1.18=2.39 g
设n=2 则得：
Gb=（n Gs+ Gj）/0.8
=（2×4.2824+2.39）/0.8g=14 g
总质量： M=14g
满足注射量：　 V机≥ V塑件/0.80
式中
V机——额定注射(cm3)
V塑件--塑件与浇注系统凝料体积和（ cm3）
V机=V塑件/0.8=10.106/0.8 cm3=12.6325 cm3
或满足注射量 M机≥ M塑件/0.8
M机=M塑件/0.8=14/0.8=17.5g
4.1.2 注射压力：
P注≥ P成型
查《塑料模具设计手则》表 1-8 ABS塑料成型时的注射压力 P 成型=106～281Mpa.
锁模力： P锁≥ pF
式中
p—塑料成型时型腔压力ABS塑料的型腔压力，取 p=30 Mpa
F —浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和分型腔及浇住引流及型腔在分型面上的投影面积
F=(2850×2+210×2+387.22)mm2=1874.36mm2
pF=30×1874.36=56230.8N≈ 56.23KN
根据以上分析与计算,根据塑料注射机技术规格表4.2《塑料成型工艺与模具设计》选用XS－Z－60型注射机。
注射机XS－Z－60有关技术参数如下:
模板最大开合模行程 180mm
模具最大厚度 200mm
模具最小厚度 70mm
喷嘴圆弧半径 12mm
喷嘴孔直径 4mm
动、定模板尺寸 330mm×440mm
拉杆空间 300mm
4.2 选标准模架
根据以上分析计算型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和格。
查《塑料成型工艺与模具设计》表 7-4 选用：
A4型(GB/T12556-90)
定模底板厚： 20 mm
定模板厚： A=32 mm
滑块厚度： 17 mm
推板厚度: 16 mm
动模板厚: B=25 mm
动模垫板厚： 32 mm
垫块厚度: C=50 mm
下模座厚： 20 mm
模具厚度：H模=A+B+C+20+16+32+20195mm
模具外形尺寸： 160×200×195mm
5 校核注射机
5.1 注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核
由于在初选注射机和标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度不必 进行校核，已符合所选注射机要求。
5.2 开模行程的校核
注射机最大行程S
S2h件+h浇+(5～10)
式中
h件——塑料制品高度(mm)；
h浇——浇注系统高度(mm)。
2h件+h浇+(5～10)=2×17+40+10=84 mm
故满足要求。
5.3 模具在注射机上的安装
从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采用压板固定模具，所以选注射机规格满足要求。
6 推出机构的设计
6.1推件力的计算
Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)]
Ft——脱模力（推出力）（N）
E——塑料弹性模量（N/cm2，ABS塑料为1.8～2.9×105N/cm2之间，取2.0×105 N/cm2）
S塑料的平均成型收缩率（mm/mm）
L包容凸模的长度（cm）
f塑料与刚的摩擦系数（ABS塑料取0.2）
m塑料的帕松比（取0.3）
k=2r2/(t2+2tr) （t为塑料平均壁厚）
t=塑料平均壁厚(cm)
r圆柱半径(cm)
2Ft=2×2π×1.9×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =1393.97（N）
6.2 推杆的设计
6.2.1 推杆的强度计算
查《塑料模设计手册之二》由式5-97得
d=（）
d——圆形推杆直径cm
——推杆长度系数≈0.7
l——推杆长度cm
n——推杆数量
E——推杆材料的弹性模量N/(钢的弹性模量E=2.1107N/)
Q——总脱模力
d=（）= 0.193 cm=1.93mm 取6mm。
6.2.2 推杆压力校核
查《塑料模设计手册》式5-98
=
取320N/mm²

< 推杆应力合格，硬度HRC50～65
6.3 推板强度计算
推板选用45钢，允许变形0.3mm。
查《塑料模设计手册》由式5-103得：
H=0.54L()
H——推板厚度cm
L——推杆间距cm
Q——总脱模力
B——推板宽度cm
E——钢材的弹性模量N/ (钢的弹性模量E=N/)
y——推板允许最大变形量cm
H=0.546.4×()=3.95 mm <16 mm

所以推板强度合格。
7 连接件的选用
7.1 销钉的选用:
由于连接的各种板料比较大所以销钉选用35号钢,热处理硬度28-38HRC销 GB/T 117 16 x 50 :参考<机械零件手册>圆柱销系列.
7.2 螺钉的选择:
(1). 定模紧固螺铨的选用;
定模底板的厚度和定模板的总长为60mm.
所以选用的螺铨型号为: GB/T 5782 M20 X 40 .
(2). 动模紧固螺铨的选用：
动模底板,垫块,动模支撑板和动模板的总长度为185mm.
所以选用螺铨的型号为:GB/T 5782 M X 140.
(3).连接滑块螺钉的选用:
根据所有连接的定位块和倒滑槽的长度这里选用:
GB/T 5782 M12 X 60.
8 模具的装配
8.1 模的装配：
将定模板平放在平台上，先将型腔放进去，再把四根斜倒柱，四个锲紧块和八个型腔拼块敲入指定的位置，把上模板放上去，对准好倒套孔和浇口套孔，把倒套和浇口套敲进去，订上销钉，最后将浇口套螺钉，定模螺钉旋上紧固，完成装配。
8.2 动模的装配：
把动模板倒放在平台上，先将四个侧滑块放进倒滑槽，把定位块拧好，装上弹簧螺钉将滑块固定好，在型芯放进去，再放入型芯拼块和四个倒柱。放上动模板，对准好各种孔位后放上推杆定位板后把拉料杆，推件杆放到其位置，再将垫块对准各种孔位放上去，再将下模板放上把螺钉旋上即可，然后把动模翻过来，把定模倒套对准倒柱放进去。整套模具装配完成。最后检验，试模。
结 论
在此次设计中，主要用到所学的注射模设计，以及机械设计等方面的知识。着重说明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数的校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。其中模具结构的设计既是重点又是难点，主要包括成型位置的及分型面的选择，模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择，模具工作零件的结构设计，侧面分型及抽芯机构的设计，推出机构的设计，拉料杆的形式选择，排气方式设计等。通过本次毕业设计，使我更加了解模具设计的含义，以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我们以后从事模具职业打下了良好的基础。
本次毕业设计也得到了广大老师和同学的帮助，在此一一表示感谢！由于实践经验的缺乏，且水平有限，时间仓促。设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学批评指正。

参考文献

1.屈华昌主编.《塑料成型工艺与模具设计》.北京: 机械工业出版社1996.
2.李澄.吴天生.闻百桥主编.《机械制图》.北京: 机械工业出版社1996.
3.李云程主编 《模具制造工艺学》 北京： 机械工业出版社 2001.
4.周开勤主编 《机械零件手册》 北京：高等教育出版社 2001.
5.范有发主编 《冲压与塑料成型设备》 北京：机械工业出版2001.
6.许德珠主编 《机械工程材料》 北京：高等教育出版社1991.

致 谢

通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握了模具设计的方法和步骤，掌握了模具设计的基本的模具技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢作指导老师，老师一丝不苟的风，将是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导，帮助我很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我真诚接受您的批评与指正，本人将万分感谢。