表盖注塑模具设计

PAGE 58 前言 1.1 塑料模的功能 模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模.塑料模优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。 塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、浇口与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模具更是如此。 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。 塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常可以标志一个国家工业化的发展程度。 1.2 我国塑料模现状 在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/3~1/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。 我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化、商品化尚待规模化；CAD、CAE软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。 1.3 塑料注射成型简介 将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射、挤出、压缩、压延和吹塑等，其中，注射成型方法在机电工业中应用最多。 注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从型腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。 注射成型也称为注塑成型，将它与挤出和压延成型方法相比，注射成型可以用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品，而挤出和压延则主要用来成型截面尺寸一定长度连续的二维塑料制品。将注射成型与压缩和压注成型相比，它又具有应用面大、成型周期短 、生产效率高、模具工作条件可以得到改善，以及制品精度高和生产条件比较好、生产操作容易实现机械化等多方面的优势。在中空吹塑成型中，注射成型还常常被用来生产吹塑所用的型坯。 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方法生产。 1.4 塑料模具技术的发展 模具是塑料成型生产必须的工艺装备，过去的模具设计工作主要依靠技术人员的经验，而模具的加工制造又在很大程度上依赖于工人的操作技能，因此模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短，新产品更新换代以及正常的成型生产经常会因为模具问题而受到干扰。随着塑料成型技术的不断进步，模具的重要性日益被人们所认识，甚至有人提出“没有模具就没有产品”的信条。近十年来，国内外塑料成型加工行业都在改进和提高模具设计和模具制造技术方面投入了大量的资金和研究力量。经过不懈努力，已经取得许多成果，归纳起来有一下几个主要方面。 (1) 模具加工技术的革新 为了提高模具的加工精度，缩短模具的加工周期，模具行业已经广泛应用了仿形加工、电加工、数控加工等先进技术，以及坐标镗、坐标铣、坐标磨和三坐标测量机等精密加工和测量设备。 (2) 各种模具新材料被广泛应用 在模具设计与制造过程中，模具材料的选用也是一个非常重要的问题，材料选择是否合理，将直接影响模具的加工成本、使用寿命以及塑料制品的成型质量等。为了解决这一问题，国内外都已经对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量研究工作，并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还具有加工型好、热处理变形小的新型塑料模具钢，如预硬钢、马氏体时效钢等，经过使用，均取得了良好的技术和经济效果。 (3) 模具零部件的标准化和专业化生产程度越来越高 模具加工具有典型的单件多品种生产方式，因此，模具零部件的标准化以及将零部件进行专业化生产是缩短加工制造周期、降低模具生产成本的重要方法之一。据国外统计，对模具标准件进行专业化生产之后，可使模具生产成本降低50％，因此各个工业国家都对模具零件标准化和专业化生产非常重视，目前，美国和日本的模具标准化程度已经达到70％，专业化程度分别为90％和74％。国内情况比较落后，模具标准化程度只有20％左右，专业化生产起步不太久，但有关部门正在加强这方面的工作。 (4) CAD/CAM技术应用日益普遍 计算机辅助设计和制造，即CAD/CAM是在人的参与下，由计算机自动完成设计工作和由计算机控制加工过程的现代化生产工程方法。这种方法不仅能大幅度地缩短生产周期，而且还能大量减少工程技术人员地重复劳动，所以他们对于提高模具设计与制造水平也就显得非常重要。目前，国内外都在广泛地进行塑料模具CAD/CAM技术研究，并且开发出地不少软件系统已经在挤出成形和注射成型生产中得到了应用。就注射模的CAD/CAM技术而言，利用CAD可以在人参与地情况下，由计算机自动完成塑料制品地工艺型分析，成型过程中塑料熔体的流动分析和热分析，以及有关注射模的各种计算、设计和绘图工作；利用CAM，计算机可以控制数控机床自动完成模具零件的加工任务；如果CAD和CAM实现一体化，则整个注射模的设计和加工制造工作都可以在人参与的情况下，由计算机自动控制完成。注射模CAD/CAM技术在工业发达国家应用已经比较普遍，市场上有商品化的系列软件出售，国内在这方面也进行了不少研究开发工作，但就推广应用来说，还有待进一步的改进和完善。至于一些引进系统的应用，已经初见成效，例如对于电视机机壳等比较复杂的塑料制品，一些工厂已经利用引进系统对他们的模具实现了CAD/CAM。 1.5 本设计的意义及目的 本次设计的目的就是设计以ABS为原料的注射模具设计,为以后在模具领域中继续深造打下基础。 1 塑件成型工艺分析 1.1 塑件（原子钟表外壳）分析 1. 塑件模型： 图1-1 塑件图 2. 塑料：ABS（又名丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，简写为ABS） 3. 化学和物理特性：ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性： 丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。 4. 注塑模工艺条件：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80~90°C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。熔化温度：210~280°C；建议温度：245°C。模具温度：25~70°C。（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。 5. 典型用途：汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 6. 工艺性与结构分析： (1) 精度等级：采用一般精度5级 脱模斜度：型腔25-40´，型芯20-40´(塑件内孔以型芯小端为准；塑件外形以型腔大端为准)一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。当要求开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应不大于塑件外表面的脱模斜度。 (2) 结构分析： 该塑件为面板装饰件，所以必须保证塑件的表面光洁度，以保证塑件的精度。 1.2 热塑性塑料（ABS）的注射成型工艺 1. 注射成型工艺过程 (1) 预烘干→装入料斗→预塑化→注射装置准备注射→注射→保压→冷却→脱模→塑件送下工序， (2)清理嵌件、预热、清理模具、涂脱模剂→放入嵌件→合模→注射。 2 . ABS的注射成型工艺参数 (1) 注射机：螺杆式， (2) 螺杆转速（r/min）：20—50， (3) 预热和干燥：温度（°C） 80—85 时间（ h ） 2—3, (4) 料筒温度（°C） 后段 150—170， 中段 165—180， 前段 180—200， (5) 喷嘴温度（°C） 170—180， (6) 模具温度（°C） 50—80， (7) 注射压力（MPa） 60—100， (8) 成型时间（s） 注射时间 20—90， 高压时间 0—5， 冷却时间 20—120， 总周期 50—160 ， (9) 后处理 ： 方法 红外线灯、烘箱， 温度（°C） 70， 时间（ h ） 2—4。 1.3 ABS的主要技术指标 密度g/cm³ 1.02—1.16 弹性模量MPa 1.8×10³ 比体积dm³/g 0.86—0.98 弯曲强度MPa 80 吸水率%（24h） 0.2—0.4 硬度HB 9.7 R121 收缩率% 0.4—0.7 体积电阻率Ωcm 6.9e+16 熔点°C 130—160 热变形温度°C 0.46MPa 90—108 0.185MPa 85—103 冲击强度kJ/m² 无缺口 49 缺口 6.5 抗拉屈服强度MPa 50e 1.4 ABS成型塑件的主要缺陷及其消除措施 成行前要干燥，容易产生熔接痕，浇口处不好看。 以上这些缺陷均可以采取以下措施消除： (1) 分流道及浇口截面要加大， (2) 注意浇口位置， (3) 防止熔接纹， (4) 在成型时的脱模斜度 2°， (5) 收缩率 0.5%。 2 拟定模具结构形式 2.1 确定型腔数量及排列方式 为了使模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度模具设计时应确定型腔的数目。 常用的方法有四种： (1) 根据经济性确定型腔数目， (2) 根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目， (3) 根据注塑机的最大注塑量确定型腔数目， (4) 根据制品精度确定型腔数目。 一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。 高精度制品如本设计产品，由于多型腔模具难以使型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。 由以上分析初步拟定采用一模两腔，其排列方式如下： 图2-1 图2-1 型腔布局 2.2 模具结构形式的确定 1. 多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。 2. 多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。 3．分型面的选择原则： (1) 便于塑件脱模， ①在开模时尽量使塑件留在动模， ②应有利于侧面分型和抽心， ③应合理安排塑件在型腔中的位置， (2) 考虑和保证塑件的外观不遭破坏， (3) 尽力保证塑件的尺寸的精度要求（如同心度等）， (4) 有利于排气， (5) 尽量使模具加工方便。 本设计塑件外观质量要求较高，并可以看出：分型面的位置、塑件推出机构的痕迹、浇口为潜伏式浇口。可初步拟定两型腔双分型面的结构，其中双分型面为：水平、垂直分型面。 3 注塑机型号的确定 注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。 3.1 有关塑件的计算 1. 该塑件的体积为：V1=m/ =10/1.1=9.0909（cm³） 质量m1为：通过计算，Pro/E建模分析，m1=10g 2. 流道凝料的质量m2 还是个未知数，可按塑料质量的0.6倍来估算,从上述分析中决定的一模两腔，所以注塑量为： 质量m2=1.6n m1 =1.6×2×10=32g 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A2 ,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影面积A1的0.2-0.5倍，因此，可用0.35nA来进行估算，所以 A=nA1+A2= nA1+0.35 nA1=1.35 nA1=1.35×2×3882=10481.4 式中 A1=3882 Fm=A =10481.4×50=524070N=524.07KN 式中型腔压力 取50MPa 3.2 注射机型号的确定 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,初步选定型号为SZ-100/630（卧式）的注射机。SYS—30注射机的主要参数如下： 注射机主要技术参数 理论注射容量/ 75,105 螺杆直径/mm 30,35 注射压力 MPa 224 锁模方式 双曲轴 塑化能力(g/s) 7.3,11.8 螺杆转速(r/min) 14~200 喷嘴球半径mm 15 注射速率(g/s) 60，80 锁模力 /KN 630 拉杆内间距/mm 370×320 移模行程/mm 270 最大模厚/mm 300 最小模厚/mm 150 定位孔直径/mm φ125 喷嘴孔直径/mm φ4 3.3 注射机及型腔数量的校核 型腔数量的校核 由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n： 上式右边=28 2 （符和要求） 式中K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8 M——注射机的额定塑化量7.3（g/h或cm³/h） T——成型周期 50s M2——浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm³） M1——单个塑件的质量和体积（g或cm³） 4 分型面位置的确定 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： (1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处, (2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边, (3) 保证塑件的精度要求, (4) 满足塑件的外观质量要求, (5) 便于模具加工制造, (6) 对成型面积的影响, (7) 对排气效果的影响, (8) 对侧向抽芯的影响。 其中最重要的是第(5)和第(2)、第(8)点。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面使其易于加工的分型面。如下图所示，采用A－A 这样一个曲面的分型面，前模（即定模）做成平的就行了，胶位全部做在后模（即动模），大简化了前模的加工。A－A 分型面也是整个模具的主分模面。下图中虚线所示的B－B 和C－C 分型面是行位（即滑块）的分型面。这样选择行位分型面，有利于线切割，行位以及后模仁和后模镶件这些成型零件。分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在后模一边，这样有助于后模设置的推出机构动作，在下图中，从A－A 分型，了B－B 处的行位向左,右移开，C－C 处的行位向中间移开后，由于塑件收缩会包在后模仁和后模镶件上，依靠注射机的顶出装置和模具的推出机构推出塑件。 图4-1 塑件图分型面 图4-2 塑件分型面 5 浇注系统形式和浇口的设计 浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内流经的通道。它分为普通流道浇注系统和无流道凝料（热流道）浇注系统。 该模具采用普通流道浇注系统，其包括：主流道、分流道、冷料井、浇口。 5.1 浇注系统设计原则 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，以减少塑料耗量， 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。 5.2 浇注系统布置 在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。本次设计采用的是平衡式布置，充分利用了它质量好，一致性好等优点。 5.3 浇注系统设计 普通流道浇注系统，其包括：主流道、分流道、冷料井、浇口。 1．主流道设计 主流道尺寸 直浇口式主流道呈截锥体，主流道入口直径d应大于注射机喷嘴直径1mm左右。这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。所以： 主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+(0.5～1) =4+0.5～1取d =4.5（mm） 主流道入口的凹坑球面半径R，应该大于注射机喷嘴球头半径约1~2mm。反之，两者不能很好贴和，会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难。所以： 主流道球面半径SR=15+1～2 取SR=16（mm） 锥孔壁粗糙度Ra≤0.8μm。主流道的锥角α=2°～4°。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小锥角使凝料脱模困难，还会使充模时流动阻力大，比表面增大，热量损耗大。 主流道的出口端应该有较大圆角r≈ D/8。 其中， D可用经验公式求出： D= 其中， V----流经主流道的熔体体积（cm ）； k----因熔体材料而异的常数，取k=1.2； 所以， D= = ≈ 6mm 所以， r= = =0.75 mm 主流道的比表面S为： S= = =0.75 主流道的长度是L，一般按模板厚度确定。但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好。小模具控制在40mm之内。初步确定： L=83mm H= R= ×16=6.4mm 2．主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，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，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如：T8A、T10A等，热处理硬度为53～57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式，用于小型模具，中大型模具设计成分体式。但由于该模具主流道较长，设计成分体式较宜 图5-1 主流道衬套 符号 名称 尺寸 α 锥度 α＝３º d 主流道小端直径 d＋0.5＝4.5mm h 球面配合高度 3mm SR 主流道球面半径 r+1=15+1=16 mm L 主流道长度 83mm D 主流道大端直径 d＋2Ltg /2＝4.5＋2×83tg3/2=9 mm 主流道衬套的结构尺寸如下： 图5-3 主流道衬套尺寸图 (1) 主流道凝料体积为： 　　 (2) 主流道剪切速率校核 由经验公式 式中　 3. 主流道衬套的固定： 图5-4 主流道衬套的固定 5.4 分流道的设计 在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。分流道最理想的设计就是把流动树脂在流道中的压降降到最小，在多种常见截面当中，圆形截面的压降是最小的。故此设计中采用压降比最小且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大的圆形截面。 本模具采用圆形分流道。 (1) 分流道的形状及尺寸 为了便于加工以及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。 工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： 式中 B―梯形大底边的宽度（mm） m―塑件的重量（g） L―分流道的长度（mm） H－梯形的高度（mm） 注意：上式的适用范围：即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且计算结果在3.2～9.5mm范围内才合理。 由于 =2.825（mm）（故不在适用范围） ABS断面尺寸推荐范围4.8~9.5 取得 B=6（mm） =4（mm） 梯形斜角通常取5°～10°，此处取8° 底部圆角r=1～3（mm），取r=1（mm） 其截面形状及尺寸如下： 图5-5 分流道截面 (2) 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。 (3) 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。 本次设计分流道的布置采取的是平衡式布置，从主流道末端到各型腔分流，其长度、断面形状和尺寸都对应相等，各型腔受力相同，不需采取平衡计算。 (4) 分流道向浇口过渡部分的结构见下图： 梯形分流道与矩形浇口的连接形式 图5-6 分流道、浇口过渡 5.5 浇口的作用 浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注射模具浇注系统的最后部分，通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的热料回流。 浇口设计与塑料制品形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数（压力等）及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭，便于使塑料制品分离，塑料制品的浇口痕迹亦不明显。 塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等，往往都是由于浇口设计不合理而造成的。 5.6 浇口设计的基本要点 尽量缩短流动距离 浇口位置的安排应保证塑料熔体迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体，这对大型塑件更为重要。 浇口应设在塑件制品断面较厚的部位 当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在塑件的薄壁处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，以致影响了熔体的流动距离，难以保证其充满整个型腔。另外从补缩的角度考虑，塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最晚固化的地方，若浇口开设在薄壁处，则厚壁处极易因液态体积收缩得不到收缩而形成表面凹陷或真空泡。因此为保证塑料熔体的充分流动性，也为了有利于压力有效地传递和比较容易进行因液态体积收缩时所需的补料，一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处。 必须尽量减少或避免熔接痕 由于成型零件或浇口位置的原因，有时塑料充填型腔时造成两股或多股熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤为严重。有时为了增加熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤其严重。一般采用直接浇口、点浇口、环形浇口等可以避免熔接痕的产生，有时为了增加熔体汇合处的熔接牢度，可以在熔接处外侧设一冷料穴，使前锋冷料引入其内，以提高熔接强度。在选择浇口位置时，还应考虑熔接的方位，对塑件质量及强度的不同影响。 应有利于型腔中气体的排除 要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口。如果这一要求不能充分满足，在塑件上不是出现缺料、气泡就是出现焦斑。同时熔体充填时也不顺畅，虽然有时可用排气系统来解决，但在选择浇口位置时应先行加以考虑。 考虑分子定向影响 充填模具型腔期间，热塑性塑料会在流动方向上呈现一定的分子取向，这将影响塑件的性能。对某一塑件而言，垂直流向和平行于流向的强度、应力开裂倾向等都是有差别的，一般在垂直于流向的方位上强度降低，容易产生应力开裂。 避免产生喷射和蠕动（蛇形流） 塑料熔体的流动主要受塑件的形状和尺寸以及浇口的位置和尺寸的支配，良好的流动将保证模具型腔的均匀充填并防止分层。塑料溅射进入型腔可能增加表面缺陷、流线、熔体破裂及气，如果通过一个狭窄的浇口充填一个相对较大的型腔，这种流动影响便可能出现。特别是在使用低粘度塑料熔体时更应注意。通过扩大尺寸或采用冲击型浇口（使料流直接流向型腔壁或粗大型芯），可以防止喷射和蠕动。 浇口与塑件连接得部位应成R0.5的圆角或0.5×45°的倒角；浇口和流道连接的部位一般斜度为30°～45°，并以R1～R2的圆弧和流道底面相连接。 5.7 浇口的类型 浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下11种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。 直接浇口虽然有如以等流程充模、浇注系统流程短、压力损失和热烈散失小，且有利于补缩和排气等优点，但是，塑件上残留痕迹较大，切除困难。 重叠式浇口多用于大型腔。 扇形浇口适合于大面积薄壁塑件。 点浇口必须采用双分型面的模具结构；浇口位置可以自由选择，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大；浇口必须用三板模切断； 潜伏式浇口是点浇口在特殊场合下的一种应用形式。但可以在脱模时自动拖断；它可以隐藏在外表不露出的部位，使浇口痕迹不外漏。但加工比较空难，容易磨损。 侧浇口也称为边缘浇口，由于它开设在主分型面上，截面形状易于加工和调整。多型腔模具常采用侧浇口，可设计成两板模。 综合我的塑件，是比较容易流动的ABS，而且零件外表面要求较高；侧浇口又称边缘浇口，一边开在分型面上，从塑件的外侧进料它从分型面的一侧沿斜向进入行腔。侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便的调整冲模时的剪切速率和封闭时间，故也称标准浇口。它的截面形状简单，加工方便；浇口位置选择灵活，去除浇口方便，痕迹小。 浇口结构尺寸的经验数据计算： 浇口深度：h=nt；浇口宽度： ； 式中 A—塑件外侧表面积； t —塑件厚度； 结合经验数据得： 侧浇口尺寸： 深度 h=1.0（mm） 宽度w=1.5（mm） 长度 l =1.0（mm） 注：其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。 5.8 浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。 (1) 分流道平衡 对于多型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道的长度及截面面积，改变熔融树脂在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。计算公式如下： 式中 Q1，Q2——熔融树脂分别在流道1和流道2中的流量，cm3/s； d1,d2——分流道1和分流道2的直径，cm； L1，L2——分流道1和分流道2的长度，cm。 (2) 浇口平衡 在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融树脂同时充满各型腔。 浇口平衡简称为BGV（balanced gate value）,只要做到各型腔BGV值相同，基本上能达到平衡填充。 对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下： BGV= 式中 Sg——浇口的截面积，mm2; Lg——浇口的长度，mm; Lr——分流道的长度，mm。 浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截面积之比SG/SZ取0.07~0.09，矩形浇口的宽度与厚度之比取3：1。 该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，显然是平衡式的。 5.9 冷料井及拉料杆 在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井（冷料穴）。 冷料井有两种，一种是纯为“捕捉”或贮存冷料之用；另一种是还兼有拉或顶出凝料功用。 采用半球形形式，并采用球形头拉料杆，该拉料杆固定在动模固定板上，开模时利用凝料对球头的包紧力，使主流道凝料从主流道衬套中脱出。如下图： 图5-8 冷料井及推杆 6 排气系统的设计 在注塑成型过程中，模具内除了行腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑料局部炭化，或是塑件产生气泡，或是塑件熔接不良而引起缺陷。 注塑模的排气方式，大多数情况下是利用模具的分型面或配合间隙自然排气，只是特殊情况下采用开设排气槽的排气方式，如下图。排气槽应该开设在型腔最后填充的部位，且最好开设在凹模一侧，以便所产生的飞边随塑件脱出。 图6-1 开设排气槽的方式 当型腔最后填充的部位不再分型面上，其附近又无可供排气的推杆或型芯时，可在型腔相应部位镶嵌经烧结的金属块（多孔性合金块）以供排气，但应当注意的是金属块底下的通气孔直径不宜过大，以免金属块受力后变形，如下图。 图6-2 用烧结金属块排气 排气系统的设计方法： (1) 利用分型面排气是最简单的方法，排气效果与分型面的接触精度有关。 (2) 利用顶杆与孔的间隙排气，必要时可对顶杆作些排气的结构措施； (3) 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气，烧结块应有足够的承压能力，设置在塑件隐蔽处，并需要开设排气通道； (4) 在熔合缝位置开设冷料井，在储存冷料前也滞留了不少气体； (5) 可靠有效的方法是在分型面上开设专用的排气槽，尤其上大型注塑模具必须如此。 对于大型的模具，也可以利用镶拼的成型零件的缝隙排气。 由于我的设计将采用模仁以保证模具具有良好的加工、维修性能；采用了顶针以实现模具对塑件的均匀顶出，使得塑件不会因为应力不均匀而断裂或留下痕迹；采用了斜滑顶杆和侧抽芯滑块来实现塑件的抽芯。这些结构都的存在着间隙，可以利用这些间隙实现排气的功能，而不用设计另外的排气结构。 7 成型零件的设计 塑料在成型加工过程中，用来填充塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。而构成这个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模、小型芯、螺纹型芯或型环。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此要求它有足够的强度、刚度、耐磨性和较低的表面粗糙度。同时还应该考虑到零件的加工性及模具的制造成本。一般来说成型零件都应进行热处理，如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等，还应选择耐腐蚀的钢材。 7.1 凸、凹模的结构设计 凸、凹模是成型塑件内、外表面的部件，凸、凹模按其结构不同可分为整体式，整体嵌入式，局部镶嵌式，大面积镶嵌组合式等。 1. 整体式凸、凹模 它是由一整块金属加工而成，其特点是牢固，不易变形，因此对于形状简单，容易制造或形状虽然比较复杂，但保可以采用仿形机等殊须加工方法加工的场合是适宜的。 整体结构有如下优点： a. 成型零件的刚性好， b. 模具分解组合容易， c. 零件数量少， d. 制品表面分型痕迹少， e. 模具外形尺寸可以减少。 精密成型模具若采用拼镶结构，相对整体结构而言则有如下缺点： a. 精度相对下降， b. 因采用磨削加工为主制作拼镶件组合后难以达到零精度， c. 拼镶件的加工精度要求高于整体结构的加工精度要求，制品的棱边拐角难以设置过渡圆弧。 整体结构的缺点如下： a. 难以排气， b. 需要采用精密磨加工， c. 制品的棱边，拐角处难以加工成角形。 一般此类成型零件都是在硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火花成型加工为主、铣削加工、磨削加工、电火花线切割为辅的加工方法。 2. 整体嵌入式凸、凹模 在多型腔的模具中，型腔数量多而制件尺寸不大时，采用冷挤压比切削加工效率高，并可保证各型腔的尺寸、形状的一致性，凹模镶块的外形常用轴肩的圆柱形，然后分别从下面嵌入凹模固定板中，用垫板螺钉将其固定，它适用于经常拆卸的地方，修补也较方便，产品结构较复杂。采用此结构时，首先应考虑制品的形状，尺寸及功能，然后考虑其刚性，同时也必须考虑加工方法和装配措施。其缺点： a. 零件数量增加， b. 分割的拼镶件趋多制造成本越高， c. 各拼镶件的加工精度必须匹配，即必须提高各个镶件的平均加工精度， d. 维修作业也较困难。 综合我的设计，模具的成型零件采用整体嵌入式，模仁分开加工，以保证精度。 7.2 成型零件的设计 成型零件的结构设计，当然以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。 (1) 定模仁的设计 整体式嵌入模具虽然具有强度和刚度较差，制造成本高的问题，但是由于它具有良好的互换性，型腔成型部分容易损坏，可以在损坏时进行互换，简化了模具的维修过程，同样节省了成本；而且它可以合理的运用材料，定模板由于不参与零件成型，可以采用一般的材料，而镶块参与零件成型，属于重要零件必须用要求比较高的材料，比如镜面钢（PMS），节约了优质的模具钢，在某种程度上也是节省成本。 整体式凹模镶块的加工一般是采用线切割、电火花、数控铣床等现代化加工手段来保证加工的精确性和良好的表面光洁度。 我所设计的定模仁如下图所示： 图7-1 定模仁 (2) 动模仁结构的设计 动模和和动模型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。动模仁也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆，用来成型塑件的局部孔或槽。与定模部分不同，它与注塑机后半部分相连它参于塑件的顶出，一般的模具设计都要求塑件留在动模部分，好容易脱模。因而动模仁一般比定模仁复杂。 我的塑件由于外表面向上，要求较高，而内表面装配在原子表里面，对于外观并没有太高的要求，所以只要保证尺寸的精确就可以了。经过查资料和考证，我决定采用与定模仁部分一样的结构，整体嵌入式组合凸模。 我所设计的动模仁如下图所示 图7-2 动模仁 由于每个塑件有两个侧向抽芯模具又是一模两腔所以将外侧的四个抽芯做成斜滑块，而里面的四个做成斜滑顶杆。图中圆圈表示的均为抽芯槽。 7.3 成型零件工作尺寸计算 注塑模成型零件工作尺寸，是指这些零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件在高压和熔融温度下充模成型，并在模具温度下冷却固化，最终在室温下进行尺寸检测和使用。因此，塑料制品的形状和尺寸精度的获得，必须考虑物料的成型收缩率等众多因素的影响。由于塑件尺寸类型的多样性，及其成型收缩率的方向性和收缩率的不稳定性，以及塑件和金属模的制造公差，因此成型零件工作尺寸的计算，一直是注塑加工中的重大课题。 成型零件的每个工作尺寸，都要根据塑件尺寸和精度要求逐一计算。对塑件和模具成型零件，掌握它们的尺寸和公差确定的公式与规则，及其影响因素，是十分必要的。 模具成型零件工作尺寸，应按照国家GB1800-79标准公差数值，用公差等级IT6~IT10确定偏差，并作相应规定： (1) 包容和被包容尺寸采用单向偏差制； (2) 模具上包容尺寸均采取正偏差，既作为基孔制的孔；被包容尺寸均标注负偏差，即作为基轴制的轴。 (3) 对中心距和单向位置尺寸，均取双向等值偏差。 按照以上规定，现根据塑料件的尺寸按平均收缩率Scp对模具尺寸进行计算。 其中，我们由第一章可知，Scp=0.55％。 本节所采用的主要代号及其含义如下： Dm、dm------模具的包容、被包容尺寸，mm； Hm、hm------模具的包容、被包容深度、高度尺寸，mm； Lm、lm------模具的中心距、单边位置尺寸，mm； -------塑料件尺寸公差,按SJ1372-78选定，mm； m-------模具成型零件的制造公差，按GB/T1800-1998确定，mm； Scp-------注射塑料物料的平均成型收缩率； D、d-------塑料件包容、被包容径向尺寸，mm； H、h-------塑料件的包容、被包容的深度、高度尺寸，mm； L、l-------塑料件的中心距与单边位置尺寸，mm； 1. 凹模和镶件尺寸计算 原子钟外壳的尺寸详见零件图，所用的计算公式如下： 型腔径向尺寸： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 （1）； 型芯径向尺寸： （2）； 型腔深度尺寸： （3）； 型芯高度尺寸： （4）； 其中： ：注射塑料物料的平均成型收缩率， ＝0.0055； ：模具成型零件的制造公差，取 /5； ：塑料件尺寸公差； a：型腔的径向尺寸计算： 由公式（1）： ； ； b：型腔深度尺寸： 由公式（3）： c：型芯的径向尺寸计算： 由公式（2）: d =[(1+0.0055) 87.7+0.56 0.88] =88.67515 =88.68 ； d =[(1+0.0055) 63.7+0.56 0.64] =64.40875 =64.4 ; d：型芯的高度尺寸： 由公式（4）： h=[(1+0.0055) 22.6+0.56 0.48] =22.9931 =23.0 ; 注：标准中规定的数值以塑件成型后或经必要的处理后，在相对湿度为65%，温度为20 C的环境下放置20h后，其塑件和量具为20 C是为准。 7.4 型腔零件强度、刚度的校核 型腔是模具中直接用以成形制品的部分。成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、凸模、成型杆、成型环等。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机械加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。 模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应以强度条件为准。以强度计算和以刚度计算所需的壁厚相等时的型腔内尺寸即为强度计算和刚度计算的分界值。在分界值不知道的情况下，应分别按强度条件和刚度条件算出壁厚，取其中较大值作为型腔壁厚。 对于该套模具，由于采用的是整体矩形的结构形式，型腔为2个一体，只有塑件型腔需要刚度、强度校核。 塑件型腔的强度、刚度校核如下： 1. 根据整体矩形型腔边沿的距离校核（实际为25.11mm） (1) 按刚度校核 由公式 =10.37 25.11mm （符合要求） 式中 s——凹模侧壁厚度（mm） p——型腔压力（MPa）, 一般为25～45MPa [ ]——刚度条件，即允许变形量（mm）,取0.05 E——弹性模量，钢取 h——型腔深度， c——型腔长度与型腔深度之比，c=0.93， (2) 按强度校核 由公式 =11.1mm （符合要求） 式中h—型腔高度， p—型腔压力，一般为25～45MPa [ ]—材料的许用应力 ，取200MPa, E—弹性模量，钢取 —底板短边与长边长度的比，取0.8084， 2. 腔底板厚度的校核（实际为28mm） (1) 按刚度校核 由公式 =13.4mm 28mm （符合要求） 式中 h —型腔底板厚度， C —系数，长边与短边之比，取0.0188， p—型腔压力，一般为25～45MPa E—弹性模量，钢取 [ ]—刚度条件，即允许变形量（mm）,取0.05 （2）按强度校核 由公式 =15mm 28mm （符合要求） 式中 p—型腔压力，一般为25～45MPa [ ]—材料的许用应力 ，取200MPa, —由底板短边与长边之比决定的系数，取1.64 8 模架的确定和标准件的选用 以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。在学校课程设计时，模架部分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。 模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其是对大型模具，这一点尤为重要。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准模架315×L，其中L取400mm，可符合要求。 模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫块不需要与动模固定板用销钉精确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。 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，加涂防锈油。 两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。分模隙常见形式如下： 图8-1 分模空隙形式 1. 定模座板（400 400，厚25mm） 通过4个ø16的内六角螺钉与定模板连接； 2. 定模板（315 400，厚63mm） 用于固定型芯（凸模）、导套。为了保证凸模或其它零件固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230～270HB； 导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配和； 主流道称套固定孔与其为H7/m6过渡配合； 型芯孔与其为H7/m6过渡配合。 3. 动模板（315 400，厚80mm） 上面的型腔为整体式； 其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合； 其凸模推杆孔与推杆为单边间隙0.5mm。 4. 垫块（56 400，厚80mm） (1) 主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，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。 (2) 结构型式：可为平行垫块、拐角垫块。（该模具采用平行垫块） (3) 垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。 (4) 模具组装时，应注意左右两垫块高度一致，否则由于负荷不均匀会造成动模板损坏。 5. 推杆固定板（199 400，厚20mm） 6. 推板（199 400，厚25mm） 7. 动模座板（400 400，厚25mm） 其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。 9 侧向分型与抽芯机构的设计 当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凸凹形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成型孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中托出。完成侧向活动型芯的抽出和复位这种机构叫做侧向抽芯机构。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧向抽芯与塑件的推出同步进行。 侧向抽芯机构按其动力来源可分为手动、机动、气动或液压三类。 (1) 手动侧抽芯：这种模具结构简单、生产效率低、劳动强度大、抽拔力有一定的限制，故只在特殊场合下应用，如试制新产品或小批量成产等。 (2) 机动侧抽芯：开模时，依靠注塑机的开模动力，通过侧向抽芯机构改变运动方向，将活动零件抽出。机动侧抽芯操作方便、生产效率高、便于实现生产自动化，但模具结构复杂。机动侧抽芯结构形式主要有：斜导柱侧抽芯、斜弯销侧抽芯、斜滑块侧抽芯、齿轮齿条侧抽芯以及弹簧侧抽芯等。 (3) 液压或气动侧抽芯：在模具上配置专门的油缸或气缸，通过活塞的往复运动来进行侧向抽芯。这类机构的特点是抽拔力大、抽芯距离长、动作灵活且不受开模过程限制，常在大型注塑模中使用。 9.1 斜滑块的各种对比 图9-1 弯销形式 图9-2 圆斜销形式 图9-1表示直接利用斜销来抵挡射出压力，适用于滑块面积较小时。 因为要制作时要做到精度能配合较为困难，现今大部分改为方形斜销。但是本设计的侧抽芯较大，为了保证塑件的表面精度，本模具选择图9-2的类型。适宜用在模板较薄且上固定板与母模板不分开的情况下配合面较长，稳定较好。 下图是我设计的抽芯滑块： 图9-3 抽芯滑块 9.2 滑块头部的连接方式 滑块头部的连接方式由成品决定，不同的成品对滑块的连接方式可能不同， 根据我的设计，由于塑件的抽拔力大，所以我选用的是整体式结构，整体式结构适用于型芯较大，强度较好的场合。 斜导柱的设计要点： (1) 斜导柱与滑块的配合应有0.5～1mm的间隙，以保证开模瞬间使塑件，并使锁紧楔先脱离滑块，避免干涉动作。 (2) 斜导柱的倾斜角 ，一般取15°～25°而锁紧楔的楔角 ’,一般 ’= +（2～3）°。 (3) 活动型芯可以与滑块作成一体，也可以将活动型芯安装于滑块上成组合式，其连接必须牢靠。滑块在导滑槽中活动必须平滑顺利，不得发生卡滞或跳动等现象。滑块长度应大于滑块宽度的1.5倍，抽芯完毕，留在导滑槽内的长度l> L。 9.3 斜导柱长度的计算 斜导柱的长度主要根据抽芯距离、斜导柱直径及倾斜角的大小而决定。 其长度计算公式为： L=L +L +L +L + L = =145mm, 式中：L—斜导柱总长度（mm）; D—斜导柱固定部分大端直径（mm）； h—斜导柱固定板厚度（mm）； d—斜导柱直径（mm）； —斜导柱的倾角（°）； 其中，L =S/sin 称斜导柱的有效长度；L +L 称斜导柱的伸出长度；L 称斜导柱头部长度，常用 mm。 9.4 滑块的定位方式 滑块在开模过程中要运动一定距离,因此,要使滑块能够安全回位,必须给滑块安装定位装置,且定位装置必须灵活可靠,保证滑块在原位不动,但特殊情况下可不采用定位装置,如左右侧跑滑块,但为了安全起见,仍然要装定位装置。 9.5 滑块的锁紧及定位方式 由于制品在成型机注射时产生很大的压力,为防止滑块与活动芯在受到压力而位移,从而会影响成品的尺寸及外观(如跑毛边),因此滑块应采用锁紧定位，通常称此机构为止动块或后跟块。 10 合模导向机构的设计 导向零件的作用：模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置，导向零件要承受一定的侧向力，起导向和定位作用。 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。 10.1 导向结构的总体设计 1. 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。 2. 该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。 3. 该模具导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上。 4. 为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角。 5. 各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行。 6. 在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。 7. 当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 10.2 导柱的设计 1. 该模具采用带头导柱，且加油槽。 2. 导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm。 3. 为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。 4. 导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度 5. 导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。 6. 导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm。 7. 导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。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55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。 10.3 导套的设计 1. 结构形式：采用带头导套，导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔。 2. 导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。 3. 导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板。 4. 导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 本次设计选用的导柱和导套，是导向模具动模板与定模板，使之能精确定位的导柱导套，是标准件，其形状和尺寸如下图所示。 图10-1 导柱、导套形式 10.4 导柱和导套材料的选择 模具中导向副的作用是保证上模相对于下模有一精确的位置关系。在中小型模具中应用最广的滑动导向副结构，对于要求精度高、寿命长的模具，导柱导套不但要求具有较高的刚度和强度来承受大的冲击、支撑模具的部分板件，而且要求要有良好的耐磨性，保证在使用期间能起到其应有的作用。 综上所述，我的导柱选择了20号钢，该钢属于低碳碳素钢，强度不高，但韧性，塑性和焊接性能均好，经过渗碳淬火、回火处理，可获得外表较高的硬度，外表面又比较耐磨，而心部又具有比较好的韧性，所谓外硬心韧，是优良的导柱材料。 20号钢的热处理工序安排： 锻造(正火(粗加工(机加工成型(渗碳或碳氮共渗(淬火及回火(嵌修抛光(镀烙。 导套采用黄铜，因为导柱和导套在导向中总有一方会因为空气中的杂质产生磨损，而铜的质地柔软，这样就保护了导柱，从而使得导向机构可以长时间的使用。同时铜也是自然界最耐磨的金属材料之一，它还有一定的自润滑性能。 11脱模推出机构的设计 可靠地脱模，让固化的成型塑件完好地从模具中顶出，取决于脱模机构合理设计。脱模在开模的后期，常见脱模过程是塑件滞留在动模边，通过脱模机构的顶出动作，将塑件从主型芯上脱出。 11.1 脱模推出机构的设计原则 制件推出（顶出）是注射成型过程中的一个重要环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则： 1. 推出机构应尽量设置在动模一侧， 2. 保证塑件不因推出而变形损坏， 3. 机构简单动作可靠， 4. 良好的塑件外观， 5. 合模时的真确复位， 6. 突出结构与注塑机的机构及附属的制品取除经济够如机械手的动作要匹配。 11.2 制品推出的基本方式 1. 推杆推出：推杆推出时一种基本的也是一种常用的制品推出方式。常用的推杆形式有圆形、矩形、“D”形。 2. 推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据制品形状而定。 3. 气压推出：对于大型深型腔制品，经常采用或辅助采用气压推出方式。 本套模具的推出机构形式较为复杂，全部采用推杆推出。每个塑件由5个推杆推出。 11.3 塑件的推出机构 1. 采用推杆，每个塑件由5个推杆，共为10个； 2. 推杆应设在脱模阻力大的地方； 3. 推杆应均匀布置； 4. 推杆应设在塑件强度、刚度较大处； 5. 该推杆的形式（普通推杆）； 6. 推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合； 7. 通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.05～0.10mm； 8. 推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因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； 9. 推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度HRC 50，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra 0.8。 顶杆分布图如下图所示： 图11-1 顶杆分布 图中为不同直径的推杆。以保证塑件不会因为应力过大而产生变形。 11.4 脱模阻力的计算 （N） =1.1 10 N 式中Q—脱模力（N）; t—塑件平均壁厚（cm），0.2; E—塑料弹性模量(N/cm)，200000; S—塑料平均成型收缩率(mm/mm)0.006; L—包容凸模的长度(cm)，17.6; f—塑料与钢的摩擦系数，0.3； m—塑料的泊松比，0.3； 12 冷却系统设计 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充型、定型、成型周期和质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和粘模。模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清楚，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。当模具的温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形会影响塑件的形状和尺寸。 注射模的温度对塑料熔体的冲模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。 12.1 模具温度调节的重要性 1．模具温度及其调节系统对塑件质量的影响 无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑料脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量也比较高，为了使模温能控制在一个合理的范围内，必须设计模具温度的调节系统。 模具温度的调节是指对模具进行冷却或加热，必要时两者兼有，从而达到控制模温的目的。对模具进行冷却还是加热，与塑料品种、塑料的形状与尺寸、生产效率及成型工艺对模温的要求有关。 对于粘度低、流动性好的塑料（例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等），因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温对模具进行冷却，有时为了进一步缩短在模具内的冷却时间，亦可用冷水控制模温，对于粘度高、流动性差的塑料（例如聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、聚苯醚、和氟塑料等），为了提高充型性能，成型工艺要求有较高的模温，因此经常需要对模具加热。对于粘流温度或熔点较低的塑料，一般需用常温或冷水对模具冷却；而对于高粘流温度或高熔点的塑料，可用温水控制模温。对于热固性塑料，模温要求在150～200℃，必须对模具即热。流程长、壁厚较大的塑件，或者粘流温度或熔点虽不高，但成型面积很大时，为了保证塑料熔体在冲模过程中不致温降太大而影响充型，可对模具采取适当的加热措施。对于大型模具，为了保证生产之前用较短时间达到工艺所要求的模温，可设置加热装置对模具进行预热。对于小型薄壁塑件，且成型工艺要求模温不太高时，可以不设置冷却装置而依靠自然冷却。 设置温度调节装置后，有时会给注射生产带来一些问题，例如，采用冷水调节模具时，大气中水分容易凝聚在模型表壁，影响塑件表面质量。而采用加热措施后，模内一些间隙配合的零件可能由于膨胀而使间隙减小或消失，从而造成卡死或无法工作，设计时应予以注意。 2. 模具温度与生产效率的关系 模具温度与生产效率的关系主要是由冷却时间来体现的，塑件在模内停留冷却的时间与其传给模具的热量有如下关系： 式中Q——塑料传给模具的热量（J）； h1——模腔的表面积（m2）； ——模腔内塑料与模腔表壁的温差（℃）； t2——塑料在模腔内停留冷却的时间（s）； 如果塑料的品种、模具设计和成型工艺以定，那么h1、A1及Q也就基本确定，则 上式说明，塑料在模具内停留冷却的时间t2与温差 成反比关系，若要缩短塑件在模内的停留冷却时间以提高生产效率，就必须在工艺条件允许的情况下尽量增大塑料与模腔的温差。但是，如果模具没有温度调节系统，模内的热量就会随着注射次数的增加而逐渐积累，使模温逐渐升高，导致 减小，从而生产效率随着塑件在模内停留时间和成型周期的延长而下降，因此，模具内设置温度调节系统是非常必要的。 12.2 冷却系统设计 设计准则： (1) 要优先考虑冷却管道的位置，而后综合处理脱模机构需零件布置和镶块结构。 (2) 要保证实现管道冷却水湍流状态的流速和流量，还要保证足够的水压。 (3) 管道直径经湍流计算确定，一般取d=8～25mm。 (4) 冷却管道布置应以均匀为前提。 (5) 注塑模的浇注系统，如主流道的末端等处需加强冷却，可利用较冷的进水，塑料制品局部的厚壁及转角等处，需减少间距h和b，强化冷却。 (6) 从冷却效果来选取模具材料。 我所设计的模具的动模和定模都采用如图12-1所示的冷却系统： 图12-1 冷却水道形式 管道的直径为Ф8，属于小管道，其原因有如下几点： (1) ABS的注射成型特性是低料温，高压力注射。 (2) 模具型腔复杂，实在不易采用较大的管道直径，以免影响到斜滑顶杆、推杆推出塑件。 (3) 经过计算模具的热平衡，Ф8的管道已经能够保证注塑过程中的能量转换。 13 数控编程 这次设计只对拉料杆进行G代码语言程序的编制，零件的工程图如下所示： 图13-1 拉料杆图样 1. 根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线 (1) 对轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持外圆，使工件伸出卡盘100㎜， 一 次装夹完成粗精加工。 (2) 工步顺序 ① 粗车端面及外圆，留2㎜精车余量。 ② 精车外圆到尺寸。 2．选择机床设备 　　根据零件图样要求，选用经济型数控车床即可达到要求。故选用C6136型数控卧式车床。 3．选择刀具 　　根据加工要求，选用两把刀具，T01为90°粗车刀，T02为90°精车刀。同时把两把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。 4．确定切削用量 　　切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的并结合实际经验确定，详见加工程序。 5．确定工件坐标系、对刀点和换刀点 　　确定以工件左端面与轴心线的交点O为工件原点，建立XOZ工件坐标系，如图11-1所示。 数控程序： N0010 G00 G90 G42 X10 Z200 N0020 G00 G90 G42 X10 Z141.5 M03 S50 T01 D01 N0030 G02 X2 Z139.5 R2 F100 M08 N0040 G03 X3 Z137 R1.25 N0050 M01 X3 Z18 T02 N0060 G01 X2 Z15 D02 N0070 G01 GOO X5 Z15 N0080 G01 X5 Z10 N0090 M05 N0010 M02 6．加工工艺 表13-1 工艺流程表 序号 工序名称 加工内容及要求 设备 1 下料 圆钢ø8x140mm作坯料 2 车削 车外圆端R=2mm 车床C6136 3 车削 车内圆 R=1.25mm 车床C6136 4 车削 精车拉料杆杆身 车床C6136 5 车削 车拉料杆凹陷处 车床C6136 6 车削 车端面 车床C6136 7 热处理 淬火、表面硬度为54～58HRC 8 钳工 研磨型芯各表面，达到 表面粗糙度要求 14 选材 14.1 塑料成型模具用材料的选择 随着塑料制品的迅速推广应用,塑料模具的生产和技术在进30年来取得了迅速的进展,塑料的品种很多,总的可以分为热固性塑料、热塑性塑料两大类。其中热固性塑料又包括酚醛、密胺、聚脂等品种，及这些在塑料中加入强化剂（如玻璃纤维、金属粉）改性成的增强塑料。热塑性塑料的品种发展更快，包括用途很广的通用塑料（包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS等），工程塑料（尼龙、聚碳酸脂等），各种增强塑料、及阻燃塑料、氟化塑料、磁性塑料等。 由于上述的各种塑料的品种不同，性能各异，而各种类型塑料制品的尺寸、形状、复杂程度、尺寸精度、表面粗糙度和生产批量等各方面的要求不同，对塑件成形用模具及制造模具的材料提出了各种不同的要求。 塑料作为一种工业材料，是发展较晚的，因之塑料模具用钢开始是引用一些当时已经成熟的钢种，如碳素结构钢、合金工具钢、渗碳合金钢等，以后随着塑料品种的发展，又增加了一些不锈刚作为耐腐蚀塑料模具钢。随着新塑料和制品的发展，塑料成形模具的需要量迅速增加，新的要求不断出现，促使国内外不少单位一方面对用于制造塑料模具的上述钢种，提出了一些特殊的要求，以适应模具制造的要求。另外，研制、开发了一系列专用的适应某种类型塑料模具的专用的塑料成形模具用钢，这种钢种和上述的一些老的钢种组合起来，形成了塑料模具用钢系列，可以适应制造各种类型不同要求的塑料模具的需要。目前常用的塑料模具用钢，大致可以划分为以下几类： (1) 非合金塑料模具用材料的选择 对于生产批量不大，没有特殊要求的小型塑料成形模具，可采用价格便宜，加工性能好，来源方便的碳素结构钢、（如45、50、55钢和20、15钢）碳素工具钢（如T8、T10钢）制造。为了保证子塑料模具具有较低的表面粗糙度，有时对制造模具的碳素结构钢和碳素工具钢的冶金质量提出一些特殊要求，有时对钢材的有害杂质含量、低倍组织等提出了较为严格的要求。 其中碳素钢淬回火硬度高、耐磨性好，中心部分仍具有良好的韧性。也多用度较低，具有良好的韧性。工具钢主要用于制造要求耐磨性较的小型热固性塑料成形模具，由于碳素工具钢的淬透性低，淬回火以后，模具表面硬度很高、具有良好的耐磨性、而中心区域碳素结构钢中的低钢，则经过渗碳淬火回火后使用，表面渗碳层于制造热固性塑料成形用的小型模具。 其中碳素结构钢，多在锻扎退火状态下使用，用于制造小型的要求耐磨性和耐蚀性不高、生产批量不大的通用型热塑性塑料工件的成形模具。 (2) 渗碳型塑料模具用材料的选择 渗碳型模具用钢的碳含量一般为0.1%~0.2%左右，硬度低，切削加工性好、塑性好，可以采用冷挤压方法用淬硬的凸模在渗碳模具钢制品上直接压制出型腔来，省去型腔的切削加工， 这对于成批生产一种模具是十分经济的工艺方法。模具加工后经过渗碳、淬火、低温回火后，具有高硬度，高耐磨性的表面和韧性良好的心部组织，可用于制造各种要求耐磨性良好的模具。 但是上述热处理工艺比较复杂，有可能产生较大的热处理变形，所以用于制造小型的、形状比较简单模具。 这类钢、常用的有15、20钢。但由于其淬透性低、心部的强度低，不得不采用水等，冷却能力很强的淬火介质淬火，容易产生严重的热变形等缺陷。为了解决这一问题，采用各种合金渗碳钢，如20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20CrNi4、20CrMnTi等钢种，渗碳后可以采用油淬火，避免严重的淬火变形，热处理后模具的心部也具有较高的硬度和强度。可以用于制造形状复杂的、承受载荷较高的塑料件成形模具。 (3) 预硬型塑料模具材料的选择 预硬型塑料模具钢是由冶金厂在供货时，即将模具钢材或模块预先进行调质处理，得到模具要求的硬度和性能。用户得到材料后，直接加工成模具，不再进行回火处理就可以直接使用。可以避免模具加工以后再进行淬火、回火处理造成的变形、开裂、脱碳等缺陷。这类钢适宜制造形状复杂的大、中型精密塑料制品成型模具。 预硬型模具钢的使用硬度一般在30～40HRC范围内，过高的硬度，将使预硬钢的可加工性变坏。 常用的预硬型热作模具钢可以分为两大类：一类是借用合金结构钢和一些低合金热作模具钢的成熟钢号，如35CrMo、45CrMo、5CrNiMo、5CrMnMo等钢种，另一类是结合塑料模具用钢单独开发的钢种常用的如3Cr2Mo（P20）、3CrNiMnMo、5CrNiMnMoVSCa、8Cr2MnWMoVS等钢种，当预硬的硬度较高时，为了改善其切削性，往往在这类钢中加入易切削元素如S、Pb、Ca等，可以使钢在高硬度下的可加工性得到显著的改善。 预硬化型塑料成型模具钢主要用于制造长寿命的，形状复杂要求尺寸精度高的大、中型热塑性塑料制品成形用模具。 (4) 时效硬化型模具用材料的选择 对于复杂、精密、长寿命的塑料模具，为了避免其在淬火热处理中产生的变形，发展了一系列的时效硬化钢。 这类钢在固溶处理后硬度很低（一般<30HRC），可以很容易地进行切削加工，待加工完成后再进行较低温度的时效处理，获得要求的综合力学性能和耐磨性。由于时效处理的边形量很小，而且有规律性，时效处理后不需要再进行加工，即可得到精度很高的模具成品。 这类主要靠在时效处理过程中析出的金属间化合物进行强化，所以碳含量较低，一般焊接性能良好，可采用堆焊工艺对时效的模具进行修复。 为了进一步提高模具的耐磨性，还可以对这类钢制成的模具进行渗氮处理。 这类钢又可分为两种类型，一种是低合金时效硬化模具钢，代表性的钢号如我国自行开发的25CrNi3MoAl钢，美国P21钢（20CrNi4AlV），日本大同特殊钢公司的NAK55（15NiMnMoAlGuS）等，这类钢固溶处理后，硬度为30HRC左右，时效处理后，由于金属间Ni3Al脱溶析出而强化，硬度可以上升到38~42HRC。如进行渗碳处理可以使表面硬度达到100HB左右。 这类钢主要用于制造精密复杂的热塑性塑料制品用的模具。 另一种类型为合金含量较高的马氏体时效钢，是借用一些超高强度马氏体时效钢，最典型的如18Ni钢，主要用于制造使用寿命要求很长的高精度、高表面质量的中、小型形状复杂的塑料成形用的模具。尽管材料费用比一般模具钢高几倍，但是由于寿命长，压制的塑料制品，表面粗糙度低，仍在一定的范围内得到应用。 典型的高合金马氏体时效钢有18Ni(250)（00NiCo8MoTiAl）、18Ni(350)(00Ni18Co13Mo4TiAl)等，固溶以后形成超低碳马氏体，硬度为30-32HRC,时效处理后，由于各种类型的金属间化合物的脱溶析出得到时效硬化，硬度可上升到50HRC以上，这类钢在高强度，高韧性的条件下仍具有良好的塑性、韧性和高的断裂韧性。 为了降低材料费用，近年来开发了一些低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，其中专门设计用于制造塑料模具的钢种是06Ni6MoVTiAl钢，这种钢含镍量大幅度下降，固溶处理后硬度为25-28HRC，时效处理后硬度可上升到45HRC左右。由于时效时析出相的数量较高合金马氏体时效钢少，所以时效时尺寸变形也较小（一般为 0.02%）这对于控制模具的变形是有利的。 这种贵重元素含量较低 ，价格较低的马氏体时效塑料模具钢，既具有一般高合金马氏体时效钢的特性，可以适应高精度、复杂、高寿命塑料模具的要求，又有较低的价格，是一种有发展的模具钢。 (5) 耐腐蚀型塑料模具用材料的选择 生产过程中产生化学腐蚀介质的塑料制品（如聚氯乙烯、含氟塑料、阻燃塑料等）时，模具材料必须具有较好的抗蚀性能。当塑料制品的产量不大，要求不高时，可以采用对模具工作表面镀铬防护的方法，大部分情况下就采用相应地耐腐蚀钢制造模具。由于模具材料要求有较高的强度、硬度和耐磨性，所以一般采用中碳或高碳的高铬马氏体不锈钢制造，如3Cr13、4Cr13、4Cr13MO、9Cr18、Cr18MOV等钢种。 为了得到满意的综合力学性能要求和较好的抗蚀性能、耐磨性能、对这些钢制成的模具都要经过适宜的淬火回火处理。其中对高碳高铬耐蚀模具钢如9Cr18钢，一般采用在200oC左右的低温回火处理，以防回火温度过高，形成过多的铬碳化物，降低基本组织中的铬含量，影响其抗腐蚀性能。 其中高碳高铬属于莱氏体，在铸态组织中常存在着分布不均匀的粗大的一次和二次合金碳化合物，必须通过锻轧将其破碎，使其均匀分布，应须严格地控制终锻和终轧温度，避免钢中沿晶界析出链状碳化物，影响钢的韧性和塑性。 (6) 整体淬硬型模具钢的选择 用于压制热固性塑料，特别是一些增强塑料（如添加玻璃纤维、金属粉、云母等的增强塑料）的模具，以及生产批量很大，要求使用寿命很长的模具，一般采用对模具进行整体淬硬，在高硬度下使用。模具材料一般选用高淬透性的冷作模具钢或热作模具钢。制造这类模具常用的模具钢有冷作模具钢9CrWMn、CrWMn 、Cr12、Cr12MoV、CrMo1V、Cr12Mo1V1等。热作模具钢则选用5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等。 (7) 塑料成形用非调质模具钢的选择 原来的预硬型塑料模具钢都要求在热加工以后进行调质处理，而淬火和高温回火工艺复杂、耗能，可能引起钢材的脱碳、氧化、变形等缺陷。随着结构钢中非调质钢的发展，近年来国内研制了一系列的非调质 模具钢，通过化学成分的调整，控制扎制、控制冷却等技术的应用，使一定截面范围的钢材，在热加工以后不需要再淬、回火处理，直接得到要求的预硬化性能。可以简化生产工艺，节约能源，减低材料的生产成本。 (8) 易切削模具钢的选择 在形状复杂的中小型塑料模具生产中，模具的加工费用往往占模具生产成本的60%-70%，因此提高模具的切削加工效率，成为减低模具生产成本的主要因素之一，相应地发展了一系列的易切削型塑料模具钢。 易切削模具钢主要是结合预硬型塑料模具钢和一些马氏体时效钢发展起来的，由于这类钢加工时硬度较高，切削加工性差，加入S、Ca等易切削元素，可以有效地改善切削加工性，如3Cr2MnMoVS非调质型易切削塑料模具钢，在硬度达40HRC的情况下，仍可以顺利地用一般高速钢刀具进行切削加工。日本大同特殊钢介绍，其易切削型时效硬化型不锈钢NAK55，在硬度高达40HRC左右时，其切削性可以与S53C硬度为18HRC时的可加工性相当。 易切削元素（如硫）加入后，为了一直其对力学性能的不利影响，往往采用加入变性剂（如Ca、RE等），使钢中的硫夹杂物变成球状或纺锤状的富钙硫化物或稀土硫化物，通过变性处理，可以充分发挥硫对可切削性的有利作用，而抑制其对力学性能和热加工性能的不利影响，如我国研制的5NiCaS钢等。 为了适应塑料模具钢对模具工艺性能的需要还对模具钢的质量和生产工艺、化学成分进行了一些调整。如：为了适应一些光学仪器透明塑料制品及装饰性塑料制品对抛光后具有高镜面的要求，在钢种选择和生产工艺上相应地采取一系列的措施，为了压制这些制品，要求模具必须具有镜面抛光性能，在冶金质量上必须保证模具钢的高纯净度，尽可能低地降低钢中的非金属夹杂物，特别是氧化物夹杂物的数量，并且要求模具钢具有良好的低倍组织和致密度、均匀性。为了达到这些要求，最好采用电渣重熔的模具钢。另一方面，模具钢的热处理硬度要高一些，使模具易于抛光。很多塑料模具在失效以后，希望通过堆焊的工艺进行返修，近来相应的发展了一些焊接性能良好的塑料模具钢，可以避免或简化焊前预热和焊后处理工艺，使模具的返修工艺简化，并且改善了焊接的劳动条件。 随着塑料制品生产工艺和生产装备的发展，要求提高生产效率，缩短生产节拍，要求制品在压制时脱模时间要缩短，希望塑料制品加速固化脱模，要求模具材料的导热性能要好，能尽快将塑料制品的热量通过模具传导出去，使制品尽快冷却固化脱模。 为了适应这一需要，对有些塑料制品成型模具改用高强度铜合金或铝合金制造，如铍含量为2%左右的铍青铜，和一些高强度的铝合金等。 选用要求： (1) 机械加工性能良好。 (2) 抛光性能优良。 (3) 耐磨性和抗疲劳性能好。 (4) 具有耐腐性能。 14.2 设计选用的钢材 由于我的设计采用整体镶拼式模具所以可以在符合模具强度，刚度以及光洁度的前提下合理的选用钢材。 定模板： 定模板由于没有参与塑件的成型，所以对表面光洁度要求不高，因而我采用了5CrMnMo。5CrMnMo属于通用塑料模具钢材，用于调质后精加工大型热塑塑性塑料注射模具，淬透性差，淬火变形小，较高温度下时，热疲劳性不高，抛光性能差。此种钢材适用于制造要求具有较高强度和高耐磨性的各种模具。 定模仁：定模仁是零件外表面的成型面，由于零件的外表面要求比较高，所以定模仁要求能够抛光到镜面要求。所以我选择了镜面钢PMS。在镜面钢中，我选择了10CrNi3MnCuAl。它是一种高级镜面Ni-Cu-Al析出硬化型塑料模具钢，采用电弧炉加电渣重溶法制刚，钢材纯净，有高的抛光性能，抛光后表面粗糙度可达到Ra0.05~0.12μm，并具有很好的花纹图案蚀刻性能，时效后硬度可以达到HRC38~45，变形率在0.05%以下，是热塑性塑料透明件和各种光亮要求的塑料制品成型模具专用钢。 动模仁：动模仁成型塑件的下表面，由于它于原子钟下半部分配合，装在里面，所以要求只要达到一定的光洁度就可以了。我选择了3Cr2Mo，该钢是由美国AISI的P20转化过来的预硬性塑料模具钢，并已经纳入国标（GB1299-1985）可在29.5~35HRC硬度条件下供应，有良好的机加工性能，极好的抛光性能，是各国应用比较广泛的塑料模具钢材。 动模板：动模板同样采用5CrMnMo，理由与定模板相同。 15 模具的使用、维护和维修 1. 模具使用安全 模具一旦制造成以后在安全状态下正常使用才能达到应有的寿命。做到模具使用安全，实际上就是做到操作者的人身安全和模具设备安全这两个大问题的有机结合。具体地说：首先模具本身从结构到制造质量符合并达到模具的有关标准，即模具质量上是可靠的；其次模具所用的压力机能满足工艺上的要求；第三操作方法是合理的，这样使用的模具就是安全保证。 2. 模具的维护 模具使用后到下一次再用，中间往往要间隔一段比较长的日子，因此必须保管好，使用寿命不因为保管不好而受到影响。防锈方法有多种，最常用的一种是采用防锈剂防锈，即用防锈油或防锈脂涂在零件表面，这种方法比较适用、简便。 模具在再次使用时，应将模具上的油除去，擦干净后才可以使用。对于注塑模如果去除不净，进入模具型腔壁表面、拼嵌部位及推杆间隙等部分的油，往往会在成型时渗出而使制品出现缺陷。 3. 模具的保养和维修 保护型腔表面，滑块部位适时适量的加注润滑油脂。型腔表面要定期进行清洗。型腔表面要按时进行防锈处理。易损件应适时更换。型腔表面的局部损伤要及时修复。注意模具的疲劳损伤。模具表面粗糙度的修复。 模具修理的几种常用方法：堆焊修理、嵌件修理、扩孔修理、增生修理、电镀修理。 参考文献 [1] 许发樾主编.实用模具设计与制造手册[M].北京：机械工业出版社，2001.2：10-50. 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[17] 阳湘安. 注射模冷却系统的设计及分析[J].模具制造.2004.8. 致 谢 本模具的设计是在导师尹何迟老师的悉心指导下完成的。在模具设计和写作期间尹老师言传身教，以身垂范，令学生从中学到了许多有益的东西。伍老师学识渊博，经验丰富，思维开阔，态度严谨，使学生受益非浅；伍老师开阔的胸怀，正直的品格，乐观的精神，令学生感受到德行的力量。在跟随导师学习、生活中，得到了导师无微不致的关怀、帮助和教诲，给我诸多启示，解答了许多难题，使本文得以顺利完成。藉此论文完成之际，谨对尹老师致以最衷心的谢意！ 在设计的完成过程中，我还得到了文泽军老师、刘平老师、颜建辉老师的大力支持和热情帮助，在此表示衷心的感谢！ 最后，我要对在本次设计完成过程中，对给与我热心帮助的同学陈锡均、张界、荣瑞宁、蒋细均、赖国荣等人表示衷心的感谢！ 1前言……………………………………………………………………………………………………... 11.1 塑料模的功能 11.2 我国塑料模现状 21.3 塑料注射成型简介 21.4 塑料模具技术的发展 31.5 本设计的意义及目的 41 塑件成型工艺分析 41.1 塑件（原子钟表外壳）分析 51.2 热塑性塑料（ABS）的注射成型工艺 51.3 ABS的主要技术指标 61.4 ABS成型塑件的主要缺陷及其消除措施 72 拟定模具结构形式 72.1 确定型腔数量及排列方式 72.2 模具结构形式的确定 93 注塑机型号的确定 93.1 有关塑件的计算 93.2 注射机型号的确定 103.3 注射机及型腔数量的校核 114 分型面位置的确定 135 浇注系统形式和浇口的设计 135.1 浇注系统设计原则 135.2 浇注系统布置 135.3 浇注系统设计 165.4 分流道的设计 185.5 浇口的作用 195.6 浇口设计的基本要点 195.7 浇口的类型 205.8 浇注系统的平衡 215.9 冷料井及拉料杆 236 排气系统的设计 257 成型零件的设计 257.1 凸、凹模的结构设计 267.2 成型零件的设计 277.3 成型零件工作尺寸计算 307.4 型腔零件强度、刚度的校核 328 模架的确定和标准件的选用 349 侧向分型与抽芯机构的设计 349.1 斜滑块的各种方案对比 369.2 滑块头部的连接方式 369.3 斜导柱长度的计算 379.4 滑块的定位方式 379.5 滑块的锁紧及定位方式 3810 合模导向机构的设计 3810.1 导向结构的总体设计 3810.2 导柱的设计 3810.3 导套的设计 3910.4 导柱和导套材料的选择 4111脱模推出机构的设计 4111.1 脱模推出机构的设计原则 4111.2 制品推出的基本方式 4111.3 塑件的推出机构 4211.4 脱模阻力的计算 4312 冷却系统设计 4312.1 模具温度调节的重要性 4412.2 冷却系统设计 4613 数控编程 4814 选材 4814.1 塑料成型模具用材料的选择 5214.2 设计选用的钢材 5415 模具的使用、维护和维修 55参考文献 56致 谢 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈 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