（原創(chuàng)）塑料端蓋注塑模具設計

（原創(chuàng)）塑料端蓋注塑模具設計,原創(chuàng),塑料,注塑,模具設計 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 廣西工學院鹿山學院 課程設計說明書 課程名稱： 課題名稱： 塑料端蓋注塑模具設計 指導教師： 班 級： 姓 名： 學 號： 成績評定： 指導教師簽字： 年 月 日 目 錄 目 錄 II 1 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2塑料?，F(xiàn)狀 1 1.3 模具產品發(fā)展趨勢 2 1.4 本課題的設計步驟 4 2 塑件的工藝分析 5 2.1塑件的工藝性分析 5 2.1.1 塑件的原材料分析 5 2.1.2 POM的注塑工藝參數(shù) 6 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 8 2.2.1 結構分析 8 2.2.2 尺寸精度分析 8 2.2.3表面質量分析 8 2.3計算塑件的體積和質量 8 3 注塑模設計 9 3.1 注射模具分型面的選擇 9 3.1.1 分型面的基本形式 9 3.1.2 分型面選擇的基本原則 9 3.1.3 分型面的選擇 9 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 9 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 9 3.2.2 注射模具主流道的設計 10 3.2.3 分流道的設計 11 3.2.4 澆口的設計 12 3.2.5 冷料穴和鉤料脫模裝置 15 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 15 3.3.1 型腔數(shù)目的確定 15 3.3.2 型腔的排列 17 4 成型零件和模體的設計 18 4.1 模具型腔的結構設計 18 4.2 型芯的結構設計 19 4.3 成型零件的尺寸確定 19 5 頂出機構的設計 21 6 冷卻系統(tǒng)的設計 24 7 排氣系統(tǒng) 25 8 注射機有關參數(shù)校核 26 參考文獻 27 III 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 1 緒 論 1.1 概述 塑料模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具。塑料模具對塑料制品的質量和操作難易程度都有相當?shù)挠绊懸虼艘竽＞咴谏a度，外觀，物理性能等各方面都滿足使用要求并要求其效率高，操作簡便，結構合理，制造容易，成本低廉。現(xiàn)代塑料制品中合理的加工工藝，高效的設備，先進的模具是必不可少三項重要因素。尤其是塑料模具要實現(xiàn)塑料加工工藝要求，制件使用要求和造型設計起著十分重要的作用。因此，對塑料模具生產也提出了越來越高的要求。因此促使模具生產不斷向前發(fā)展。 模具工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎，它的技術水平很大程度上決定了產品的質量和市場的競爭能力。隨著我國加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”將對我國模具工業(yè)產生重大而深遠的影響，經濟全球化的趨勢日益明顯，同時世界眾多知名公司不斷進行構調整，國內市場的國際性進一步現(xiàn)，該行業(yè)將經受更大的沖擊，競爭也會更加激烈。在如此嚴峻的行業(yè)背景下，我國的技術人員經過不斷的改革和創(chuàng)新使得我國模具水平有了較大的提高，大型，復雜，精密，高效和長壽命模具有上了新的臺階。 塑料制品的成型是塑料成為具有實用價值制品的重要環(huán)節(jié)。塑料成型方法已達40多種。其中最重要的是注射，擠出，吹塑和壓制等。它們幾乎占了整個塑料成型的85%；其中注射尤為突出，占塑料成型的30%以上。注射模具成形是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，有些熱固性塑料也可以用注射模塑成型。 1.2塑料?，F(xiàn)狀 近年來我國塑料模具有了長足的進步，大型，復雜，高效和長壽命模具又上了新臺階，特別體現(xiàn)在高科技應用的深度和廣度上，表現(xiàn)在下列幾個方面： （1）廣泛應用CAD/CAM/CAE，特別是加工方面，計算機造型，編程并由數(shù)控機床加工已是主要手段，CAE軟件也已得到廣泛應用，提高了設計水平。 （2）熱流道技術的推廣應用更上一層樓，內熱式和外熱式流道裝置，自制熱噴咀和引進熱噴咀都得到了應用，有的已達到國際先進水平。 （3）氣體輔助注射技術已得到應用，不少廠家均采用了此技術，例如熊貓公司開發(fā)氣輔模具是時，采用了C -MOLD氣輔分析軟件使模具順利研制成功。 （4）應用優(yōu)質塑料模具鋼，現(xiàn)注射模較少采用45鋼，P20鋼得到廣泛應用，大大提高了使用壽命和表面光潔度。 （5）抽芯脫模機構的創(chuàng)新設計，很多廠家已設計出結構新穎，脫模容易，具有創(chuàng)新意識的脫模機構，并解決了很多以前脫模難的問題但與發(fā)達國家。 （6）精密，復雜，大型，高壽命模具的制造水平有了很大提高。那些尺寸精度高，模具零件要求互換，塑件形狀復雜的模具由于采用了CAD三維技術計算機模擬注射成型，氣輔技術等先進的方式，使模具達到了國外同類模具水平。模具的壽命也達到100萬次或更高。 我國的模具工業(yè)在“九五”期間雖有較快發(fā)展，但相比一些發(fā)展較快的國家，我國仍存在相當大的差距。據(jù)資料顯示，CAD，CAE的應用，發(fā)達國家遠高于中國，而中國大陸的應用程度有遠低于香港，臺灣。特別是FLOW軟件和COOL軟件，發(fā)達國家已普及而中國大陸才剛剛起步。差距之大，使人感慨。在模具標準零件及標準模架方面，發(fā)達國家已普及，并實現(xiàn)了商品化，而中國大陸已有國家標準但尚未實現(xiàn)商品化。熱流道及熱管技術發(fā)達國家已大量使用，并形成了系列和標準。而我國大陸70年代開始研究迄今尚無標準。 在發(fā)達國家及發(fā)達地區(qū)塑料模具行業(yè)向小而專的方向發(fā)展；向技術密集方向發(fā)展；高技術與高技藝相結合；生產規(guī)模以小而專見長；專業(yè)化與柔性化相結合。而在中國大陸則恰恰相反。獨立的模具工廠難以生存；多屬于勞動密集型企業(yè)；有忽視高技藝的傾向；大而全居多；尚無專業(yè)化與柔性化相結合的規(guī)劃。而且大型，精密，復雜，長壽命模具產需矛盾仍然十分突出，高檔模具進口的比例達40%以上，而有些模具已出現(xiàn)過剩。 1.3 模具產品發(fā)展趨勢 模具工業(yè)是我國國民經濟的基礎工業(yè)，隨著全球經濟的發(fā)展，新的技命不斷取得新的進展和突破，市場經濟的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產品越來越向多品種，小批量，高質量，低成本的方向發(fā)展，于是對制造各種產品的關鍵工藝裝備-模具的要求越來越苛刻，模具必然會有如下發(fā)展趨勢： 1.模具CAD/CAM/CAE技術將日益深入人心并發(fā)揮越來越重要的作用?；诰W(wǎng)絡的一體化系統(tǒng)結構CAD/CAM/CAE將達到開放性，兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一。CAD/CAM軟件在智能化，面向對象，基于特征和面向制造方面將獲得長足的進步。模具3D分析的重要性更加明確。國產軟件CAXA系統(tǒng)，HSC系統(tǒng)和Z-MOLO等軟件的功能和水平將不斷提高和完善。 2. 模具的精度將越來越高，并日趨大型化，現(xiàn)在模具精度已達2—3毫米，不久1毫米精度的模具將上市。隨著零件微化及精度要求的不斷提高，這就要求發(fā)展超精加工。另一方面，由于用模具成型的零件日益大型化以及由于高效率要求而發(fā)展的一模多腔，勢必要求模具隨之大型化。 3.隨著熱流道技術的日益推廣應用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高，由于熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料，因此，熱流道技術的應用將會發(fā)展很快，比例也將逐漸提高。 4.隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。氣體輔助注射成型技術能改善塑件的內在和外觀質量。具有注射壓力低，制品變形小，節(jié)約原料，提高制件生產率，從而大幅度降低成本等優(yōu)點。而高壓注射成型可減小樹脂收縮率，增大塑件尺寸的穩(wěn)定性，提高其精度。 5.快速經濟制模技術的前景十分廣闊，突出的表現(xiàn)在快速成型（RP）快速模具制造（RT）上。21世紀，這種生產方式占工業(yè)生產的比例將達75%以上。模具的生產周期將越來越短，成本也將相應降低。精度和壽命又能滿足生產上的使用要求RP+RT的研究成為國內外RPM界十分關注并大力發(fā)生的領域之一，正大力向著快速模具制造（RTM）發(fā)展，一些新的快速成型方法相繼涌現(xiàn)，RPM是電腦，激光，光學掃描，先進的新型材料，計算機輔助設計（CAD），計算機輔助加工（CAM），數(shù)控（CNC）綜合應用的高進技術。利用它可以直接或間接的快速制模?？焖僦颇＜夹g為適應市場的需求，必然呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。 6.模具標準件的應用將日益廣泛。模具標準件不但能縮短模具制模周期，而且能提高模具質量和降低模具制造成本，因此模具標準件的應用必將日益廣泛，在今后的模具市場中必將成為一類。十分活躍而又高速發(fā)展的產品。 7.三維掃描儀的多樣化和高速化將會使模具的逆向工程獲得發(fā)展，逆向工程技術已成為模具制造，信息傳遞的簡便途徑，是模具CAD/CAM的關鍵技術之一。 8.高性能的模具鋼的用量也將以較快速度增長，由于對模具鋼的要求越來越高，迫切需要研制出高強度，高硬度，高耐磨性愜意加工，熱處理變形小，導熱性優(yōu)良的制模材料，并廣泛的投入應用。如各種導型材模具，PVC塑料等。 隨著以塑料鋼的進一步發(fā)展，塑料模的比例將不斷提高，發(fā)展速度也將高于沖模。對模具的要求也將越來月高，高檔模具在市場上的份額也將逐步擴大。 1.4 本課題的設計步驟 本設計要求使用CAD，PROE等軟件對機構進行零件圖紙繪制，設計成型注射模具。 帶聯(lián)合頂出機構對于注塑模的設計比較簡單，使用常規(guī)的設計方法就能夠設計出合理簡單有效的模具。 機構的材料：POM 根據(jù)選擇模具要一腔兩模，對于模具的基本方案是： （1）對于注塑機的選擇，由于機構的結構和產量以及所給的各項要求，進行綜合的考慮，采用臥式注塑機； （2）模具結構設計 （a）澆注系統(tǒng)設計 所給設計要求是一模兩腔，因此將型腔對稱放置，使用圓錐型主流道，使用球型頭的拉料桿的冷料井。將分流道對稱設置，分流道截面采用梯形截面，澆口采用潛伏式澆口，利用分型面或配合間隙排氣； （b）成型零件結構設計 陰模使用整體嵌入式，上下模板上均嵌入陰模。由于結構的上下結構特征，在上下模板均設計了型芯； （c）合模導向和定位機構設計 使用導向柱四根，同時與導套配合，既能夠導向，又能夠定位； （d）脫模機構設計 使用推桿進行脫模，同時在噴霧器嘴的下側使用一推環(huán)，雖然塑件有四處筋板，可使用使用四處推桿，但使用一推環(huán)可防止在推模時對塑件造成破壞； （3）零件圖的繪制 在對模具的結構進行了基本的設計后，首先要進行三維圖以及零件圖的繪制，以為后一部的加工提供必要的尺寸及一些數(shù)據(jù)參數(shù)。 （4）對模具進行模具的CAD設計 在對模具進行基本設計之后，就要進行相關的設計計算，在得到正確的數(shù)據(jù)后，利用CAD進行相關的設計，通過進行人機交互，即可得到簡單又優(yōu)良的設計。在對模具進行設計完成之后，我們得到了模具的三維圖,并生成模具的裝配圖，同時生成我們所需要的所有零件的圖紙。 進行以上的工作之后，還要進行注射模具的制造工藝設計,在完成所有的設計之后完成設計說明書的撰寫。 29 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 2 塑件的工藝分析 該塑件是端蓋產品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用POM，生產類型為大批量生產。 圖2 端蓋圖 2.1塑件的工藝性分析 2.1.1 塑件的原材料分析 選擇材料：POM聚甲醛塑料是繼尼龍之后發(fā)展的又一優(yōu)良樹脂品種，具有優(yōu)良的綜合性能。 聚甲醛有著良好的耐溶劑、耐油類、耐弱酸、弱堿等性能。聚甲醛有著很高的硬度和鋼性，具有高度抗蠕變和應力松弛能力，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性，耐疲勞性 聚甲醛是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。聚甲醛的拉伸強度可達70MPa，可在104℃下長期使用，脆化溫度為-40℃，吸水性較小。但聚甲醛的熱穩(wěn)定性較差，耐候性較差，長期在大氣中曝曬會老化。 聚甲醛的力學性能相當好，它具有較高的強度的彈性模量，摩擦系數(shù)小，耐磨性能好。聚甲醛還具有高度抗蠕變和應力松弛的能力。 聚甲醛尺寸穩(wěn)定性好，吸水率很小，所以吸水率對其力學性能的影響可以不予考慮。聚甲醛有較好的介電性能，在很寬的頻率和溫度范圍內，它的介電常數(shù)和介質損耗角正切值變化很小。 聚甲醛的耐熱性較差，在成型溫度下易降解放出皿醛，一般在造粒時加入穩(wěn)定劑。若不受力，聚甲醛可在140℃下短期使用，其長期使用溫度為85℃。 聚甲醛耐氣候性較差，經大氣老化后，一般性能均有所下降。但它的化學穩(wěn)定性非常優(yōu)越，特別是對有機溶劑，其尺寸變化和力學性能的降低都很少。但對強酸和強氧化劑如硝酸、硫酸等耐蝕性很差。 聚甲醛的拉伸強度達70MPa，吸水性小，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，聚甲醛為高度結晶的樹脂，在熱塑性樹脂中是最堅韌的。具抗熱強度，彎曲強度，耐疲勞性強度均高，耐磨性和電性能優(yōu)良。 POM具有很低的摩擦系數(shù)和很好的幾何穩(wěn)定性，特別適合于制作齒輪和軸承。由于它還具有耐高溫特性，因此還用于管道器件（管道閥門、泵殼體），草坪設備等。 2.1.2 POM的注塑工藝參數(shù) POM物性表： 密度 g /cm3 1. 39 吸水率 % 1. 2 連續(xù)使用溫度 ℃ —50--110 屈服抗拉強度 MPa 63 屈服拉應變 % 10 極限抗拉強度 MPa 　　 極限拉應變 % 31 抗沖擊韌度 Kj/㎡ 　　 缺口沖擊韌度 Kj/㎡ 6 洛氏硬度 MPa 135 邵氏硬度 MPa 85 抗彎強度 MPa 　　 彈性模量 MPa 2600 軟化溫度 ℃ 150 熱變形溫度HDT ℃ 155 熱線膨脹系數(shù) 　　 1. 1 熱導率 W/(m×K) 031 摩擦系數(shù) 　　 1. 35 1、注塑機類型： 螺桿式 7、保壓力 50~70MP 2、噴嘴形式 直通式 8、注射時間 3~5s 3、螺桿轉速（r/min） 30~60 9、保壓時間 15~30s 4、噴嘴溫度 180~190C 10、模具溫度 50~70 5、成型溫度 C 料筒： 前200~210 中210~230 后180~200 11、冷卻時間 15~30s 6、注射壓力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s 2.2塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1 結構分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。在高度為中心凸臺上,一個帶有4×φ6mm的孔對稱分布,因此,模具設計,該零件屬于中等復雜程度. 2.2.2 尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為4mm,壁厚均勻,，在制件的轉角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內部不得有雜質外，沒有什么特別的表面質量要求，故比較容易實現(xiàn)。 綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 2.3計算塑件的體積和質量 計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=46.87cm 計算塑件的質量：根據(jù)設計手冊可查得POM的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質量：M=Vρ＝50g(通過3D軟件測量得到) 采用一模兩件的模具結構，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 3 注塑模設計 3.1 注射模具分型面的選擇 3.1.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.1.2 分型面選擇的基本原則 選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀整潔；（2）分型面應有利于排氣；（3）應考慮開模是塑料留在動模一側；（4）應容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應力求簡單適用并易于加工；（6）考慮側向分型面與主分型面的協(xié)調；（7）分型面應與注射機的參數(shù)相適應；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。 3.1.3 分型面的選擇 根據(jù)對工件模型的觀察和分型面選擇的基本原則。現(xiàn)選擇A-A′為分型面。如圖3.1。 圖3.1 分型面 3.2 澆注系統(tǒng)的設計 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從注射機噴嘴進入模具型腔所經的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設計注射模具的澆注系統(tǒng)應注意以下幾項原則[12]。 （1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設計合理的澆注系統(tǒng)布局。 （2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。 （3）應盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。 （4）應根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。 3.2.2 注射模具主流道的設計 主流道是熔融塑料由注射機噴嘴先經過的部位，它與注射機噴嘴在同一軸心線上。由于主流道與熔融注射機噴嘴反復接觸、碰撞，一般澆口不直接開設在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。 （1）主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 （2）主流道尺寸 在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比注射機噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。 （3）主流道澆口套 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。 澆口套的材料應選用優(yōu)質鋼T8A，并應進行淬火處理，為了防止注射機噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應低于注射機噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對流動性較差的塑料也可取得稍大一些，但過于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。 澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時，其出料端端面直徑應盡量選得小些。澆口套于注射機的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于注射機噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，應使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內孔直徑，球面與主流道孔應以清角連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。 定位環(huán)是模體與注射機的定位裝置，它保證澆口套與注射機的噴嘴對中定位，定位環(huán)的外徑應與注射機的定位孔間隙配合。澆口套端面應與定模相配合部分的平面高度一致。 注射機XS-Z-30的噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應大于噴嘴口內徑，取3 mm，如圖3.2。 圖3.2 澆口套 3.2.3 分流道的設計 分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進入單腔中的進料澆口或主流道進入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉換方向的作用，通常分流道設置在分型面的成型區(qū)域內。 在注射過程中，熔融的塑料在流經分流道時，應是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產生的凝料最少為原則，分流道的設計要點總體歸納如下： 分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。 在可能情況下，分流道的長度應盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長度盡量相等，以達到注射大時壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時均勻的充滿各個型腔。在有些情況下分流道長度不能相等時，則應在澆口處作必要的補救措施，如果分流道較長時，應在其末端設置冷料穴，放置冷料和空氣進入模腔[15]。 在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應盡量的小，但分流道的截面積過小會降低注射速度，使填充時間延長，同時可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過大則增大冷卻時間應比型腔中塑件的冷卻時間要短，才不影響注射時的效率。因此在設計時應采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。 分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應采用軸對稱或中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。 在分流道上的轉向次數(shù)盡量少，在轉向處應圓滑過渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動。 當分流道設在定模一側或分流道延伸較長時，應在澆口附近或分流道的交叉處設置鉤料桿，以便于在開模時在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。 分流道的內表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。 在總體分布中，應綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。 端蓋注射模要求一模兩腔，在布局上選擇平衡式分流道。平衡式分流道的特點是：從主流道到各個型腔的分流道，其長度、截面尺寸及其形狀完全相同，以保證各個型腔同時均勻進料，同時注射完畢。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡單。 3.2.4 澆口的設計 （1）澆口的概念 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好、高質量地注射成形。 （2）澆口的作用 澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其作用如下： 澆口通過截面積突然變化，使塑料熔體通過撓口的流速有突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的。澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離[16]。 （3）注射模澆口的類型 單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。 （a）直接澆口 直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具。 特點是：流動阻力小，流動路程短及補縮時間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結構緊湊，注射機受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。 （b）中心澆口 當筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時，內澆口開設在該孔處，同時在中心處設置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式。它具有直接澆口的優(yōu)點，而克服了直接澆口易產生的縮孔、變形等缺陷。 （c）側澆口 側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內側或外側充填模具型腔，其截面形狀多為(扁槽)，是限制性澆口。側澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上。 特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。 側澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。 扇形澆口是一種沿澆口方向寬度逐漸增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。 （d）環(huán)形澆口 對型腔填充采用圓環(huán)形進料形式的澆口稱環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點是進料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。 （e）輪輻式澆口 輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎上改進而成。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多。這類澆口在生產中比環(huán)形澆口應用廣泛。多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點是增加了熔接痕，會影響塑件的強度。 （f）爪形澆口 爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內孔較小且同軸度要求較高的細長管狀塑件。 澆口位置的選擇原則：盡量縮短流動距離；避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；澆口應開設在塑件厚壁處；考慮分子定向的影響；減少熔接痕。 （4）澆注系統(tǒng)平衡設計 （a）澆注系統(tǒng)的平衡概念 為了提高生產效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采取一模多腔的結構豫應盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據(jù)某種需要澆注系統(tǒng)被設計成型腔非平衡式布置形式，則需要通過調節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。 （b）澆注系統(tǒng)的平衡計算方法 澆注平衡計算的思路是通過計算多型腔模具各個澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來判斷或計算。澆口平衡時，BGV值應符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。 （5）澆口的選擇 本模具為一模兩腔，選擇側澆口。側澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設置在塑件表面，澆口截面形狀簡單，容易加工，且注射效率高。 3.2.5 冷料穴和鉤料脫模裝置 冷料穴設置在主流道的末端，即主流道正對面的動模板上。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產生的冷料。在注射時，如果它們進入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。球形拉料裝置由冷料穴、拉料桿組成，拉料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。 3.3 型腔數(shù)目的確定及型腔的排列 3.3.1 型腔數(shù)目的確定 根據(jù)塑件生產批量及經濟性，通過注射量及鎖模力計算，可確定盡可能多的型腔數(shù)，以提高生產率。其型腔在一模中的數(shù)目確定方法見表三： 序號 確定依據(jù) 確定方法 說明 1 按塑件的經濟性確定型腔數(shù) 按總成型加工費用最小的原則，并忽略準備時間和試生產時的原材料費用，僅考慮模具費和成型加工費。其型腔數(shù)量，可用下式計算： N= 式中 N——每副模具型腔數(shù)； P——計劃生產總件數(shù)； Y——單位小時模具加工費用（元／h）； T——成型周期（min）； c——每個型腔模具加工費用（元）； 單型腔模具比多型腔模具制造成本低、周期短，所以批量較少的塑件，不宜采用多型腔特別是形狀復雜、尺寸較大的、精度要求較高、小批量試生產的塑件應選用單型腔模具比較經濟。 2 按注射機的最大注射量確定型腔數(shù) 塑件的每次注射量總和不能超過注射機最大額定注射量的80％，其計算方法是： N≤ 式中 N——每臺模具允許型腔數(shù)； V——注射機最大注射量； Vj——澆注系統(tǒng)凝料量； Vs——單個塑件的容積；或質量（cm 3或g） 若每次注射量總和大于注射機額定注射量，則型腔數(shù)應減小或采用單型腔； 3 按注射機額定鎖模力確定型腔數(shù) 按注射機額定鎖模力確定所需設型腔數(shù)，可以按下式核算： N≤ 式中 F——注射機額定鎖模力（KN）； P——塑料對型腔平均壓力（MPa）； A——澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）； AZ——單個塑件在分型面上的投影面積（cm2）； 所確定的型腔個數(shù)總鎖模力不應超過注射機額定鎖模力，否則合模時，模具難以合嚴，有溢料產生，應減小型腔個數(shù)。 4 按制品精度要求確定型腔數(shù) 型腔數(shù)越多精度越低，從滿足精度要求出發(fā)型腔數(shù)可按下式確定： N≤2500-24 式中 L——塑件基本尺寸（mm）； δ——塑件尺寸公差（mm）； Δ——單腔時，塑件可能達到尺寸公差（mm），其中聚甲醛為±0.2％、PE、PP、PC、PVC為±0.05％ ； 1.根據(jù)經驗，每增加一個型腔，其尺寸精度可降低4％。 2.一模一腔時，塑料公差聚甲醛為0.2％，尼龍66為0。3％，聚碳酸酯POM，聚乙烯為0.05％。 3.對于高精度塑件，一模不能超過四腔。 表三 此塑件采用第二種方法確定型腔數(shù)目；按注射機的最大注射量確定型腔數(shù)；根據(jù)公式： N≤ N≤≤5（取整） 最終確定采用一模二腔的結構形式； 3.3.2 型腔的排列 型腔的布置采用對稱分布，以防模具承受偏載而產生溢料。平衡性好，加工容易，使用比較廣泛。 4 成型零件和模體的設計 4.1 模具型腔的結構設計 型腔大體有以下幾種結構形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進行處理等。 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。這里選擇整體式型腔。 在塑料注射模具的注射過程中，型腔從合模到注射保證過程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應該有足夠的硬度和剛度，總的來說，型腔所承受的力大體有合模時的壓應力、注射過程中塑料流動的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開模時的壓應力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過程中總是在變化。在這些壓力作用下，當型腔的剛度不足時，往往會產生彈性變形，導致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質量和尺寸精度。所以在模具設計時要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強度和剛度，以保證型腔在注射過程中產生超過規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計算和選擇是十分重要的。 （1）型腔側壁厚度的計算 按強度計算 其壁厚S按下列公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：S=4mm （2）底板厚度的計算 按強度計算 其壁厚H按下面公式計算 式中 [σ]— 型腔材料的許用應力，[σ]=156.8MPa p—型腔內單位平均壓力，P=38.4MPa r—型腔內半徑，r=10mm 代入公式得：H=5.5mm 4.2 型芯的結構設計 型芯的結構形式大體有：整體式、整體復合式、局部組合式、完全組合式。 4.3 成型零件的尺寸確定 （1）型腔尺寸計算 型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應選擇塑件公差△的1/2，取負偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計算尺寸的表述如下。 （a）型腔的徑向尺寸的計算式： 式中 D0—型芯的最小基本尺寸； —塑件的最大基本尺寸； S—塑件的平均收縮率，S=0.02； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選取； 根據(jù)公式計算得型腔的徑向尺寸： （b）型腔的深度根據(jù)尺寸的計算公式 式中 —型腔深度的最小尺寸； —塑件的最大基本小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計算得型腔的深度尺寸： （2）型芯尺寸的計算 型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計算尺寸表達如下。 （a）型芯的徑向尺寸的計算式： 式中 —型芯的最大基本尺寸； —塑件的最小基本尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選?。? 根據(jù)公式計算得型芯的徑向尺寸： （b）型芯的高度尺寸的計算： 式中 —型芯高度的最大尺寸； —塑件內形深度的最小尺寸； S—塑件的平均收縮率； △—塑件的公差，取八級精度； δ—模具制造公差，按1/4△選取； 根據(jù)公式計算得型芯的高度尺寸： 5 頂出機構的設計 頂出機構的分類：按驅動方式分類可分為：手動頂出、機動頂出、啟動頂出。 按模具結構分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。 （1）推出機構的結構組成 在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構稱為推出機構，也叫頂出機構或脫模機構。推出機構的動作通常是由安裝在注射機上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。 結構組成：由推出、復位和導向零件組成。 （2）結構分類 手動推出、機動推出、液壓或氣動推出。 （3）結構設計要求 塑件留在動模,塑件在推出過程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀質量,合模時應使推出機構正確復位,動作可靠。 （4）結構設計 （a）推桿推出機構 推桿推出機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，因此在生產中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 （b）推管推出機構 推管推出機構是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結構形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。 （c）推件板的推出機構 凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構義稱頂板頂出機構，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。 特點：推件板推出的特點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。 （d）活動嵌件及凹模推出機構 有一些塑件由于結構形狀和所用材料的關系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 （5）頂出機構的設計原則： 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 注射設備的頂出裝置都設計在動模一側，因此，在一般情況下開模時，盡量設計使塑件留在動模一側，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時就應充分考慮。 在實踐中如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動模側的情況時，可設法增加動默一側的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側面人為的開設橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時可采用定模頂出機構。 塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時必須考慮到的問題。一般頂出機構應設在塑件的內表面以及不顯眼的位置。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。 頂出零件應有足夠的機械強度和耐磨性能，使其在相當長的運作周期內平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。 6 冷卻系統(tǒng)的設計 塑料在生產過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設計可按下式進行計算： 設該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質，其出口溫度為30°，產量為（1分鐘2模）1000g/h。 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3，查有關文獻得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J 求冷卻水的體積流量V V=WQ1/Pc1(T1－T2) =140cm3 溫度調節(jié)對塑件的質量影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：變形尺寸精度 力學性能 表面質量 在選擇模具溫度時，應根據(jù)使用情況著重滿足制件的質量要求。 在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質帶走，因此注射模的冷卻時間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時間約占整個循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時間是提高是提高生產效率的關鍵。在冷卻水冷卻過程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在此我選擇湍流。 如表五： 冷卻水道直徑 d/（mm） 最低流量v /（m/s） 流量 qv/（m/min） 12 1.10 7.4×10 表五 7 排氣系統(tǒng) 在注塑模具的設計過程中，必須考慮排氣結構的設計，否則，熔融的塑料流體進入模具型腔內，在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，氣體如不能及時排出會使制件的內部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿甚至會產生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。 排氣方式有兩種：開排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。 由于端蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進行排氣，而不需在模具上開設排氣槽。 8 注射機有關參數(shù)校核 1、模具閉合高度的確定 根據(jù)支承與固定零件中提供的數(shù)據(jù)確定：定模座板H1=25mm ，上固定板H2=20mm 下固定板H3=25mm支承板H4=32mm動模座板H5=25mm，墊塊H6=50mm H=H1+H2+H3H+H4+H5+H6+H7 =25+20+25+32+25+50=177mm 2、 注射機有關參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為340㎜×255㎜，XS—Z—125型注射機模板最大安裝尺寸為500㎜×500㎜；故能滿足模具的安裝要求。 經驗證，XS—Z—250型注射機能夠滿足使用要求，故可以采用 廣西科技大學鹿山學院塑料模具設計課程設計說明書 參考文獻 [1] 申長雨，陳靜波等. 塑料型材擠初模具 CAE 技術[M]. 模具工業(yè)出版社，2001(7). [2] 易際明，彭浩哥，吳莉華. Pro/ENGINEER Wildfire 模具設計與數(shù)控加工[M]. 北京：清華大學出版社，2004.3. [3] 李迎春，杜栓麗，申開智. 聚丙烯(PP)塑料注塑模具點澆口大小的研究[J]. 華北工學院學報，1998 年第 19 卷第 1 期(總第 61 期)：30～34. [4] 付永剛. 注塑模 CAD 系統(tǒng)開發(fā)的理論研究及應用[J]. 西安理工大學碩士論文，2000.3. [5] 陳志剛. 塑料模具設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.1. [6] 劉法謙，燕立唐，胡海青，等. CAE 在彩電后殼澆注系統(tǒng)中的應用，現(xiàn)代塑料加工應用[J]，2002.6，第 14 卷第 3 期：19～22. [7] 李德群，肖祥芷. 模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢[J]. 模具工業(yè)，2005（07). [8] 張祥杰. Pro/ENGINEER Wildfire模具設計[M]. 中國鐵道出版社，2004：35～188. [9] 田福祥. 現(xiàn)代模具技術的特點及其發(fā)展趨勢[J]．熱加工工藝，2004（08）． [10] 王文廣等.塑料注射模具設計技巧與實力[M].北京:化工工業(yè)出版社,2003. [11] [日]村上宗雄.最新塑料模具手冊[M].上海:上?？茖W文獻出版社,1985. [13] 王廣文.塑料材料的選用[M].北京:化工工業(yè)出版社,2001. [14] 成都科技大學.塑料成型工藝[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1993. [15] 歐陽國思.實用塑料材料學[M].長沙:國防科技出版社,1991. [16] 唐志玉.大型注塑模設計基礎[M].成都:成都科技大學出版社,1987. [17] 馬金俊.塑料模具設計[M].北京:中國科學科技出版社,1994.