CD外壳注塑模具设计.zip

1摘要：摘要：塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且坚固，耐化学腐蚀，电绝缘性好，价格便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、电器、家电和通讯产品制造中。注塑成形是成形塑件的主要方法之一，是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在 高压下注入到模具内经冷却固化获得产品的方法。注塑的优点是生产速度快，效 率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。本次课程设计的产品为 CD 外壳，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，易清洁等 特点，为大批量生产产品。本次设计在针对产品进行工艺性分析后，确定模具分 型面、型腔数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结构，以及它们的定位和紧固方式。此外还进行了脱模机构的设计，合模导向机构的设 计，冷却系统的设计等。最后绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图及编 制成型零部件的制造加工工艺过程卡片。实践证明：该模具结构合理、可靠,并 能保证产品质量,对此类注塑产品的模具设计有参考价值。关键词：塑料,注塑成形,模具设关键词：塑料,注塑成形,模具设2目录前言前言.2一、设计课题一、设计课题.3二、塑件成型工艺性分析二、塑件成型工艺性分析.42.1 塑件工艺分析.42.2 ABS 性能分析性能分析.52.2.1 一般性能.52.2.2 力学性能.52.2.3 热学性能.52.2.4 电学性能.52.2.6 使用性能.62.2.7 成型性能.62.3 ABS 塑料的成型加工塑料的成型加工.62.3.1 注射成型过程.72.3.2 注射工艺参数.7三、拟定模具的结构形式三、拟定模具的结构形式.83.1 分型面位置的确定分型面位置的确定.83.2 型腔数量和排列方式的确定型腔数量和排列方式的确定.83.2.1 型腔数量的确定.83.2.2 型腔排列形式的确定.83.2.3 模具结构形式的确定.93.3 注射机型号的确定注射机型号的确定.93.3.1 注射量的计算.93.3.2 浇注系统凝料的体积初步估算.103.3.3 选择注塑机.103.3.4 注射机的相关参数的校核.113.3.5 锁摸力校核.11四、浇注系统的设计四、浇注系统的设计.124.1 主流道的设计主流道的设计.124.1.1 主流道尺寸.124.1.2 主流道的凝料体积.124.1.3 主流道的当量半径.134.2 分流道的设计分流道的设计.134.3 浇口的设计浇口的设计.144.4 校核主流道的剪切速率校核主流道的剪切速率.15五、成型零件的结构设计和计算五、成型零件的结构设计和计算.165.1 零件的结构设计零件的结构设计.165.2 成型零件钢材的选用成型零件钢材的选用.175.4 成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算.20六、模架的确定六、模架的确定.21七、排气槽的设计七、排气槽的设计.22八、脱模推出机构的设计八、脱模推出机构的设计.228.1 推出方式的确定推出方式的确定.22九、冷却系统的设计九、冷却系统的设计.239.1 冷却介质冷却介质.239.2 冷却系统的简单计算冷却系统的简单计算.23十、导向与定位结构的设计十、导向与定位结构的设计.243十一、总装配图和零件图的绘制十一、总装配图和零件图的绘制.25十二、三维图十二、三维图.27结 论结 论.30参考文献参考文献.304前言前言所谓模具（Mold）是指，树脂材料射入金属模型后得到具有一定形状的制品的装置。虽然在图中没有标明，事实上为了控制模具的温度，在模具上还有使冷媒（温水或油）通过的冷却孔，加热器等装置。已成为熔体的材料进入主流道，经分流道，浇口射入模腔内。经过冷却阶段后打开模具，成型机上的顶出装置会把顶出杆顶出，将制品推出。成形品成形品是由使熔融树脂流入的主流道，引导熔融树脂进入模腔的分流道及制品所构成的。如果一次成型只可得到一个产品，生产效率不高。若我们利用分流道将多个模腔连结在一起的话，则可以同时成型出数个产品。此时，若分流道到各模腔的长度不相等的话，树脂就不能在同一时间内射入模腔，导致各制品的尺寸，外观，物性发生差异。因此，我们通常将分流道的长度设计为相等的。回料的使用成形品中的主流道和分流道并不是产品，有时会被丢弃或粉碎后作为成型材料再度使用。我们将它称之为回料。回料一般不作为成型材料被单独使用，通常是与新料混配后使用。这是因为经过一次成型后，树脂的机械性能，流动性，颜色等各种特性都会发生变化。新料与回料的混合比例一般控制在 30%以下，如果回料的使用比例过高，有可能使材料的固有特性下降，即使回料的使用量控制在 30%以下，我们也必须根据所求制品的品质要求，强度，成型模具构造，成型品的形状等，来决定回料的正确使用量。特别是填充等级的材料，尤其要注意这一点。注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求.与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。注塑模具在加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的 CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来 520年的模具生产技术的发展趋势。5一、设计课题一、设计课题CD 外壳，结构如图所示。大批量生产。材料 ABS。6二、塑件成型工艺性分析二、塑件成型工艺性分析2.1 塑件工艺分析塑件工艺分析外形尺寸 该塑件壁厚为 1.5mm,塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太大，适合与注塑成型。精度等级 所有尺寸无公差值，按照塑件材料 ABS 建议采用的精度等级，所有尺寸精度等级选一般精度等级 4 级。脱模斜度 ABS 属于无定型塑料，成型收缩率较小参考表 2-10（p36）选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为2.2 ABS 性能分析性能分析2.2.1 一般性能一般性能 ABS 的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有 90%的高光泽度。ABS 的相对密度为 1.05，ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS 的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。ABS 是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比 PA、PVC 高，尺寸稳定性好，收缩率在 0.4%0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到 0.2%0.4%，而且绝少 出 现 塑 后 收 缩。其 临 界 表 面 张 力 为3438mN/cm。ABS 熔体的流动性比 PVC 和 PC 好，但比 PE、PA 及 PS 差，与 POM 和HIPS 类似。ABS 的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。2.2.2 力学性能力学性能 ABS 有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。即使 ABS 制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。ABS 的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS 的蠕变性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 和 POM 小。ABS 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS 的力学性能受温度的影响较大。72.2.3 热学性能热学性能 ABS 属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为 70107（85 左右），制品经退火处理后还可提高 10左右。对温度，剪切速率都比较敏感；ABS 在40时仍能表现出一定的韧性，可在-40到 85的温度范围内长期使用。热分解温度 270 以上2.2.4 电学性能电学性能 ABS 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。2.2.5 环境性能 ABS 不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS 的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。2.2.6 使用性能使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。2.2.7 成型性能成型性能无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也可有差异，应按品种来确定成型方法及成成型条件。)吸湿性强。含水量应小于 3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件音应要求时间预热干燥。流动性中等。溢边料 0.04mm 左右。模具设计时要注意浇注系统选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。2.2.8 ABS 的主要性能指标 其性能指标见下表密度/g1.02 1.08比体积/0.860.98吸水率（%）0.20.4熔点/1301608计算收缩率（%）0.40.7比热容/J1470屈服强度/MPa50拉伸强度/MPa38拉伸弹性模量/MPa1400抗弯强度/MPa80抗压强度/MPa53弯曲弹性模量/MPa14002.3 ABS 塑料的成型加工塑料的成型加工ABS 同 PS 一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS 具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。ABS 的热稳定性好，不易出现热降解现象。ABS 的吸水性较高，吸水率:0.2%0.7%,加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为 80-85，24 小时；对特殊要求的制品（如电镀），则需 70-80，10-18小时(水分控制在 0.2%以下)。ABS 制品在加工中易产生内应力，如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体方法是制品置于 70-80的热风循环干燥箱内2-4 小时，再冷却到室温即可。ABS 可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型，并以注塑法最广，挤出法次之。2.3.1 注射成型过程注射成型过程成型前的准备。对 ABS 的色泽、粒度和均匀等进行检验，由于 ABS 吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。塑件的后期处理。处理的介质为空气和水，处理温度为 6075，处理时间9为 1620s。2.3.2 注射工艺参数注射工艺参数1）注射机：螺杆式，螺杆转速为 30r/min2)料筒温度（）：后段 150170；中段 165180；前段 1802003）喷嘴温度（）：170180.4）模具温度（）：50805）注射压力（MPa）：60100.6)成型时间（s）：30（注射机取 1.6，冷却时间 20.4，辅助时间 8）。ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。三、拟定模具的结构形式三、拟定模具的结构形式3.1 分型面位置的确定分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模却取出塑件的底平面上。如图：3.2 型腔数量和排列方式的确定型腔数量和排列方式的确定3.2.1 型腔数量的确定型腔数量的确定 该塑件采用的精度为 3 级，且为大批量生产，可采用一摸多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸，模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定位一模 2 腔的结构形式。103.2.2 型腔排列形式的确定型腔排列形式的确定 多腔模式尽量采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的位置对称。由于该设计采用的是一模 2 腔，故采用直线对称排比。如下图：3.2.3 模具结构形式的确定 模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计属于一模 2 腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流到采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。由上综合分析可知，选用带脱模板的单分型面注射模。3.3 注射机型号的确定注射机型号的确定3.3.1 注射量的计算注射量的计算 设计分析计算得塑件体积：=31.5*2=63cm塑件质量：1.0263=64.26g式中 可取 1.02g/cm113.3.2 浇注系统凝料的体积初步估算浇注系统凝料的体积初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不确定值，但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21 倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.2 倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和两个塑件体积之和）为：=（1+0.2）2*31.5=75.6cm 3.3.3 选择注塑机选择注塑机 总质量 V 总=V 塑（1+0.2）x 31.5=75.6cm 并结合式子 则有：注射机的公称注射量=V 总/0.8=75.6/0.8=94.5 cm。.根据以上计算量，初步选定公称注射量 160 cm，注射机型号 SZ-160/100卧式注射机，详细参数下表：表 SZ-160/100 型注射机主要技术参数理论注射量/cm 160移模行程/mm325螺 杆 柱 塞 直 径/mm40最大模具厚度/mm 300V 注射压力/Mp150最小模具厚度/mm 200注射速率/g.s-1105锁模形式双曲肘塑化能力/g.s-145模具定位孔的直径/mm125螺杆转速/r.min-10200喷嘴球直径/mm12锁模力/km1000喷嘴口孔径/mm3拉杆内间距/mm3453453.3.4 注射机的相关参数的校核注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核 查表可知，ABS 所需要的注射压力为 80110MPa,这12里=100MPa,该注射机的公称注射压力=150Mpa,注射压力安全系数=1.251.4，这里取=1.3,则：=1.3100=130，所以，注射机注射压力合格3.3.5 锁摸力校核锁摸力校核塑件在分型面的投影面积 A 塑，则=17568mm浇注系统在分型面的投影面积，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积可以按照多型腔模的统计分析来确定。是每个塑件在分型面上的投影面积的 0.20.5 倍。由于本例流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可适当取小一点。取=0.2塑件和浇注系统在分型面的总投影面积，=n(+)=n(+0.2)=21.2=7234.56mm 模具型腔内的胀力，则=1.3*1756835=939KN式中，P 模是型腔的平均计算压力值。P 模是模具型腔的内压力，通常取注射压力的 20%40%，大致范围为 2540Mpa.ABS 属于中等粘度塑料，故取35Mpa.查表 4-45 可得该注射机的公称锁模力=1000KN，锁模力的安全系数=1.11.2，这里=1.2，则，=1.2=1.2253.1=303.72,所以注射机锁模力合格。13四、浇注系统的设计四、浇注系统的设计4.1 主流道的设计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，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，设计要点如下：为使凝料能从其中顺利拔出，主流道通常设计成圆锥形，其锥角=24，对于流动性较差的塑料可取=36。内壁表面粗糙度一般为 Ra=0.8m。在本设计中，考虑到所采用的材料 PC 加工性能较好，所以取=4。4.1.1 主流道尺寸主流道尺寸主流道长度：50mm.主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=3+0.5=3.5mm主流道大端直径：d=d+2tan（/2）7mm,式中=4主 流 道 球 面 半 径：S=注 射 机 的 喷 嘴 球 头 直 径+（12）mm=12+2mm=14mm球面的配合高度：h=3mm。4.1.2 主流道的凝料体积主流道的凝料体积=（+）=50(144.1.3 主流道的当量半径主流道的当量半径=mm=2.625mm在保证塑料良好成型的前提下，主流道 L 应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由模板厚度确定，本设计采用的是 L=50mm。主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中采用的衬套材料为 T8A 钢，淬火 5055HRC，4.2 分流道的设计分流道的设计4.2.1 分流道的布置形式 分流道的布置形式 在设计时应考虑尽力减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。4.2.2 分流道的长度 分流道的长度 由于分流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可尽量选小一点。单边分流道长度可取 35mm.4.2.3 分流道当量直径 分流道当量直径因为该塑件的质量 1.0235.6=42.33g200g，根据式 4-16，分流道的当量直径为=0.2654=0.2654 42.33=4.2mm4.2.4 分流道截面形状分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形，梯形，U 形等。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大。4.2.5 分流道的截面尺寸 分流道的截面尺寸 设梯形的下底宽度为 x 底面圆角半径为 R=1，设梯形的高位 h=3.5mm,则该梯形的截面积为A=(x+x+23.5tan8)h/2=(x+3.5tan8)3.5再根据该面积和当量直径 4.2mm 的面积相等，可得15(x+3.5tan8)3.5=D/4=(3.144.2)/4即可得：x3.5mm，则梯形的上底约为 4.5mm。4.2.6 凝料体积凝料体积分流道长度=352=70mm分流道截面积=4.53.5=15.75mm凝料体积=LA=7015.75=1102.5mm1.14.2.7 校核剪切速率校核剪切速率1）确定注射时间：查表 4-8(P95)，可取 t=1.6s2）计算分流道体积流量：=26.633）由式 4-20 可得剪切速率=3.02该 分 流 道 的 剪 切 速 率 处 于 浇 口 主 流 道 与 分 流 道 的 最 佳 剪 切 速 率 5之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。4.2.8 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 Ra1.252.5um 此处 Ra1.6.另外，其脱模斜度一般在 510之间，这里取脱模斜度为 8。4.3 浇口的设计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，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。塑件轮毂和外周有 4 条肋板相连，而浇口正对其中一块肋板，有利于向轮毂和顶部填充。4.3.1 侧浇口尺寸的确定侧浇口尺寸的确定1）计算侧浇口的深度。根据表 4-10，可得侧浇口的深度 h 计算公式为h=nt=0.7x4=2.8mm式中，t 是塑件的壁厚，这里 t=4mm;n 塑件成型系数，对于 ABS 其系数为n=0.7.工厂设计时，浇口深度常常先取小值，以便于在今后试模时发现问题进行修模处理，并根据表 4-9 推荐的 ABS 侧浇口的厚度为 1.21.4mm，故此处浇口深度 h 取 1.3mm.162)计算浇口宽度根据表 4-10，可得侧浇口的宽度 B 的计算公式为B=2cm3）计算侧浇口长度。根据表 4-10，可得侧浇口的长度 一般选用0.72.5mm 这里取0.7mm.4.3.2 侧浇口剪切速率的校核侧浇口剪切速率的校核1）计算浇口的当量半径。又面积相等可得,由此矩形浇口的当量半径.2)校核浇口的剪切速率确定注射时间：查表 4-8，可取 t=1.6s计算浇口的体积流量：/s=2.594/s.计算浇口的剪切速率：由式 4-20 可得：,则=3.62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 5之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。4.4 校核主流道的剪切速率校核主流道的剪切速率（1）计算主流道的体积流量53.3/s(2)计算主流道的剪切速率=3.10主流道内的熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5x105x10之间，所以，主流道的剪切速率校验合格。4.5 冷料穴的设计和计算冷料穴的设计和计算冷料穴位于主流道的正对面的动模板上，其作用就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质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于17该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。五、成型零件的结构设计和计算五、成型零件的结构设计和计算5.1 零件的结构设计零件的结构设计5.1.1 凹模的结构设计 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。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，本设计采用整体式凹模。5.1.2 凸模结构设计 凸模结构设计 凸模是成型塑件的内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种。通过分析知，该塑件有两个，一个是成型零件的内表面的大型芯，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分；另一个是成型零件的中心轴孔内表面的小型芯，设计时将其设在定模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。如图所示：大型芯模嵌件5.2 成型零件钢材的选用成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性、及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用 P20。对于成型塑件外圆筒的大型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢 Cr12MoV。而对于成型内部圆筒的型芯而言，型芯较小，但塑件中心轮毂包住型芯，型芯需散发的热量比较多，磨损也比较严重，因此也采用 Cr12MoV，型芯中心通冷却水冷却。5.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算(一)、型腔径向尺寸的计算：L+z=（1+Scp）LS-3/4+z18L凹模径向尺寸（mm）LS塑件径向公称尺寸（mm）Scp塑料的平均收缩率（）塑件公差值（mm）z 凹模制造公差（mm）由：LS1=144 mm Ls2=122 mm又查表知 4 级精度时塑件公差值 1=0.32mm 2=0.28mm 实践证明：成型零件的制造公差约占塑件总公差的 1/31/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差值时可取塑件公差的 1/31/4。为了保持较高精度选 1/4。由于：z=1/4 得：z1=1/40.32=0.08mm z2=1/40.28=0.07 mm 则：L1+z=（1+Scp）LS-3/4+z=（1+0.5%）144-3/40.32+0.08=144.85+0.08mm L2+z=（1+Scp）LS-3/4+z=（1+0.5%）122-3/40.28+0.07=122.25+0.07 mm(二)、型腔深度尺寸的计算：凹模深度尺寸同样运用平均收缩率法：H+z=（1+Scp）LS-2/3+zH凹模深度尺寸（mm）z凹模深度制造公差（mm）其余符号同上由：HS1=9mm 取 4 精度时1=0.24mm 由z=1/4得：z1=0.06 mm 则：H1+z=（1+Scp）LS-2/3+z=（1+0.5%）9-2/30.24+0.06=8.89+0.06 mm型芯凸模尺寸计算：(一)型芯径向尺寸的计算运用平均收缩率法：Lz=（1+Scp）LS+3/4 zL 型芯径向尺寸（mm）z 型芯径向制造公差（mm）其余符号同上由：LS1=119mm 取 4 精度时1=0.32 mm 2=0.28 mm 由z=1/4得：z1=0.08 mm z2=0.07 mm 则：L1z=（1+Scp）LS+3/4z=（1+0.5%）119+3/40.320.08=119.6350.08mm19(二)型芯高度尺寸的计算运用平均收缩率法：Hz=（1+Scp）LS+2/3zH型芯高度尺寸（mm）z型芯高度制造公差（mm）其余符号同上由：H1=23mm取 4 精度时 1=0.24 mm由z=1/4得：z1=0.06 mm 则：H1z=（1+Scp）LS+2/3z=（1+0.5%）23+2/30.240.06 =23.20.06 mm5.4 成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算5.4.1 凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布局，模架初选 200mmx355mm 的标准模架，其厚度根据表 4-19 的刚度公式计算。式中，p 是型腔压力（MPa）;E 是材料弹性模量（MPa）；h=W，W 是影响变形的最大尺寸，而 h=30mm;是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种。=25250.936=23.4um=0.024mm式中，=0.45+0.00133=0.936um凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，这里凹模嵌件单边厚选 15mm。由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了。型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模板平面尺寸选用 200mm355mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。5.4.2 动模垫板的厚度的计算 动模垫板的厚度的计算 模架选用 350mmx350mm 的范围内，垫板之间的跨度大约为 200-40-40=120mm。那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即20式 中，是 动 模 垫 板 刚 度 计 算 许 用 变 形 量，=25=25L 是两个垫板之间的距离，约120mm；是动模垫板长度，取 355mm；A 是两个型芯投影到动模垫板上的面积。单件型芯所受压力的面积为0.785两个型芯的面积 A=2=5652对于此动模垫板计算尺寸相对于小型模具来说还可以小一些，可以增加 2 根支柱来进行支撑，故可以近似得到动模垫板厚度 故动模垫板可按标准厚度取 32mm。六、模架的确定六、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可以算出凹模嵌件的平面尺寸为 190mmX390mm,又考虑凹模壁厚，导柱，导套的布置等，同时参考4.12.4 节中小型标准模架的选型经验公式和表 4-38，可确定选用模架序号为5 号（WL=400mm550mm）,模架结构为 A2。6.1 各模板尺寸的确定各模板尺寸的确定A 板尺寸。A 板式定模型腔板，塑件高度为 90mm，凹模嵌件深度为 25mm，又考虑在模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故 A 板厚度取50mm。B 板尺寸。B 板式型芯固定板，按模架标准板厚取 60mm。C 板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板+厚度+推杆固定板厚度+（510mm）=（33+20+15+510）mm=7378mm，初步选定 C 为 80mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号为 5 号，板面为196mm346mm，模架结构形式为 A2 型的标准模架。其外形尺寸：宽长高=400mm550mm271mm。如下图所示。6.2 模架各尺寸的校核模架各尺寸的校核1）模具平面尺寸 400mm550mm445mm645mm（拉杆间距），校核合格。2）模具高度尺寸 271mm,200mm297mm300mm(模具的最大厚度和最小厚度)，校核合格。3）模具的开模行程 S=H1+H2+(510)mm=8590mm325mm(开模行程)校验合格。七、排气槽的设计七、排气槽的设计21该塑件由于采用侧浇口进料，熔体经过塑件下方的台阶及中间的肋板充满型腔，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气的现象。同时，底面的气体会产生推杆的配合间隙、分型面和型芯与动模板之间的间隙向外排出！八、脱模推出机构的设计八、脱模推出机构的设计8.1 推出方式的确定推出方式的确定本塑件圆周采用动模板、中心采用推杆的综合推出方式。动模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用动模板与型芯之间留出 0.2mm 的间隙，并采用锥面配合，如图所示，可以预防动模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。脱模力的计算圆柱大型芯脱模力因为,所以，此处视为薄壁圆筒塑件，根据式（4-24）脱模力为8.2 成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算因为10，所以，此处视为厚壁圆筒塑件，同时由于该塑件的内孔是通孔，所以，脱模时不存在真空压力，参考式（4-24）可得脱模力为为=8537.3N对于塑件的四个肋板，由于是径向布置，冷却收缩时径向收缩，所以对型芯22的箍紧力不是太大，主要是粘模力，可以按计算脱模力乘以一个不太大的系数，此处考虑为 1.2。校核推出机构作用在塑件上的单位压应力推出面积九、冷却系统的设计九、冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦，在此进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量。9.1 冷却介质冷却介质ABS 属于中等粘度材料，其成型温度和模具温度分别为 200和 5080。所以，模具温度初步选定为 50，用常温水来进行冷却。9.2 冷却系统的简单计算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 W1）塑料制品的体积 V=1.1+241.5)=85.222)塑料制品的质量 3）塑件壁厚为 4mm,查表 4-34 得=32s。取注射时间=1.6s，脱模时间则注射周期:t=+=(1.6+30.4+8)s=40s.由此得每小时注射次数：N=（3600/40）次=90 次单 位 时 间 内 注 入 模 具 中 的 塑 料 熔 体 的 总 质 量：W=Nm=900.0869kg/h=7.82kg/h(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 查表 4-35 直接可知 ABS 的单位热流量的23动定模水道布置十、导向与定位结构的设计十、导向与定位结构的设计注射模的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。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位结构。24十一、总装配图和零件图的绘制十一、总装配图和零件图的绘制经过上述一系列的计算和绘制，把设计结果用总装配图来表示模具的结构，图详见装配图和零件图。装配总图25结 论结 论本模具结构方案解决了成型零件、合模导向机构、推出机构、排气系统、冷却系统等的设计，满足了生产该产品的质量要求和工艺要求。本模具设计从经济、效率综合进行考虑，其结构设计简单，采用了标准模架，降低了成本，缩短模具生产制造周期，节省了产品推向市场的时间，提高了经济效益。但在设计过程中，对浇注系统和模温控制还是主要依据经验分析。参考文献参考文献1邹继强.塑料制品及其成型模具设计C.北京:清华大学出版社,200522伍先明,王群,庞佑霞,张厚安等.塑料模具设计指导C.北京:国防工业出版社，2006.5.3中国机械工程学会,中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典R.南昌:江西科学技术出版社.2003.4塑料模具设计手册 编委会.模具设计手册D.北京:机械工业出版社.2002.5陈万林.实用塑料注射模具设计与制造S.北京:机械工业出版社。2002.6贾润礼,程志远等.实用注射模设计手册.北京:中国轻工业出版社,2000.7 Mathworks.Data Accquisition Toolbox Users Guide,20038 N.Tractinsky,A.S.Kattz,D.Ikar.What Is Beautiful Is Useable.Interacting with Computers 13,2000,9 Chris Mcmahon,Jim Browne.CAD/CAM from principles to practice.Addison-Wesley pub Co.，c2003.2626