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底座注射模設計
摘 要
對塑料底座注射模結構采用中心澆口進料，采用一模一腔的模具結構， 材料采用流動性能差的PC塑料，通過對塑件的分析，注射機的選定，澆注系統的設計，成型零件的設計計算，脫模推出機構的設計，以及冷卻系統的設計和導向地位機構的設計，給出了生產底座的一個實際參考設計生產流程。
通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及其工作原理；為以后從事本行業(yè)打下了良好的理論基礎。此次設計的過程中查閱了大量的模具設計資料，通過模具的設計與應用，同原有的設計方法相比，模具的應用提升了產品的質量，模具整體設計的思路和要求符合現代設計潮流和未來的發(fā)展方向。
關鍵詞: PC；一模一腔；中心澆口；模具設計
ABSTRACT
To plastics base injection mould structure adopts center gate; Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow not well PC plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency; PC Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastics base actual reference design of the production process.
The mould cognition having a first step by the fact that design, can produce plastic articles by injection moulding face to face , pay attention to knowing mould structure and their operating principle to some detail problem in designing that,; Be to be engaged in our industry hereafter having laid down fine rationale. I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the mold ,the processing technology ，compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future.
Keywords: pc; plastics base; center gate; mold design.
目 錄
1 塑件成型工藝性分析 1
1.1 塑件的分析 1
1.2 PC工程塑料的性能分析 1
1.2.1基本性能 1
1.2.2 PC的主要性能指標 2
1.3 PC的注射成型過程及其工藝參數 2
1.3.1注射成型過程 2
1.3.2 注射工藝參數 3
2 擬定模具的結構形式和初選注射機 4
2.1 分型面位置的確定 4
2.2 型腔數量和排列方式的確定 4
2.3 注射機型號的確定 4
2.3.1 注射量的計算 4
2.3.2 澆注系統凝料提及的初步估算 5
2.3.3 選擇注射機 5
2.3.4 注射機的相關參數的校核 6
3 澆注系統的設計 7
3.1澆注系統的設計原則 7
3.2主流道的設計 8
3.2.1主流道設計要點 8
3.2.2 主流道尺寸的確定 9
3.2.3 主流道的凝料體積 9
3.2.4 主流道當量半徑 9
3.2.5 主流道澆口套的形式 9
3.3 分流道的設計 10
3.3.1 分流道的布置形式 10
3.3.2 分流道的長度 10
3.3.3 分流道的當量直徑 10
3.3.4 分流道的截面形狀 10
3.3.5 分流道界面尺寸 10
3.3.6 凝料體積 11
3.3.7 校核剪切速率 11
3.3.8 分流道的表面粗糙度和脫模斜度 12
3.4. 澆口的設計 12
3.4.1輪輻式澆口尺寸的確定 12
3.4.2 輪輻式澆口剪切速率的校核 13
3.5 校核主流道的剪切速率 13
3.6 冷料穴的設計 13
4.成型零件的結構設計及計算 14
4.1.成型零件的結構設計 14
4.2.成型零件鋼材的選用 15
4.3 成型零件工作尺寸的計算 15
4.3.1 凹模徑向尺寸的計算 16
4.3.2凹模深度尺寸的計算 16
4.3.3動模凸凹模尺寸的計算 17
4.3.4大型芯尺寸的計算 19
4.3.5 小型芯尺寸的計算 20
4.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 21
4.1.1凹模側壁厚度的計算 21
5.脫模推出機構的設計 22
5.1 脫模力的計算 22
5.2. 推出方式的確定 23
5.2.1 推桿材料 23
5.2.2 推桿的安裝 24
5.2.3 校核推出應力 24
6.模架的確定 25
6.1 各模板厚度尺寸的確定 25
6.2 計算并選擇模架型號 25
6.3 模架尺寸的校核 26
7.排氣槽的設計 27
8.冷卻系統的設計 28
8.1 冷卻介質 28
8.2 冷卻系統的計算 28
8.2.1 單位時間內注入模具中的塑料熔體的總質量W 28
8.2.2 確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量 28
8.2.3 計算冷卻水的體積流量 28
8.2.4 確定冷卻水路的直徑 29
8.2.5 冷卻水在管內的流速 29
8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉熱系數 29
8.2.7 計算冷卻水道的導熱總面積A 29
8.2.8 模具上應開設的冷卻水道的孔數n 29
8.2.9 冷卻水道的布置 30
9.導向與定位機構的設計 31
9.1 導柱導向機構 31
10.模具零件的選材 32
10.1.1 模具材料選用原則 32
10.1.2 模具材料選用要求 32
10.2 注塑模具常用材料 32
10.2.1 塑料模具成型零件的選材 32
10.2.3 推出機構零件的選材 33
10.2.4澆注系統零件 33
10.2.5 其它零件的選材 34
11零件的加工工藝過程 35
11.1小型芯制造工藝過程： 35
11.2型腔制造工藝過程 35
11.設計小結 38
參考文獻 39
1 塑件成型工藝性分析
1.1 塑件的分析
（1）外形尺寸 該塑件壁厚較厚，平均壁厚約為30mm，結構較簡單，對稱度好，只需做幾個型芯即可，塑件為熱塑性塑料，流動性差，適于螺桿式注射機注射成型。
(2) 精度等級 該塑件重要尺寸和次重要尺寸精度等級均為MT4，由以上分析可見該零件的尺寸精度中等，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。
(3) 脫模斜度 pc的成型性能良好，成型收縮率較小，其脫模斜度根據參考文獻[1]中表2-19可知型腔的脫模斜度在，型芯的在，pc的流動性差，為使注射充型流暢，選擇塑件上型芯和凹模的統一脫模斜度為。
1.2 PC工程塑料的性能分析
1.2.1基本性能
PC聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊阻燃，在普通使用溫度內都有良好的機械性能。沖擊強度高，尺寸穩(wěn)定性好，著色性好，電絕緣蝕性、耐腐性、耐磨性好，但自潤滑性差，有應力開裂傾向，高溫易水解，與其它樹脂相溶性差。適于制作儀表小零件、絕緣透明件和耐沖擊零件，阻燃，在普通使用溫度內都有良好的機械性能。
成形特性：
無定形料，熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，流動性差。吸濕小，但對水敏感，須經干燥處理，成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂和應力集中，故應嚴格控制成形條件，塑件須經退火處理。
1．熔融溫度高，粘度高，大于200g的塑件宜采用螺桿式注射機。
2流動性差，溢邊料0.06m左右。
3冷卻速度快，模具澆注系統以短、粗為原則，宜設冷料穴，澆口宜取大。
4．料濕過低會造成缺料，塑件無光澤，料溫過高易溢邊，塑件起泡。模溫低時收縮率、抗沖擊強度高，抗彎、抗壓強度低，模溫超過時塑件冷卻慢，易變形粘模。
圖1 塑件圖
1.2.2 PC的主要性能指標
表1 PC的主要技術指標
技術指標
PC
技術指標
PC
密度
比體積
吸水率
熔點
硬度
沖擊韌度
1.20g/cm3
0.83 cm3/g 0.09~0.15% (24h)
220~250℃
11.4HB
無缺口 不斷
有缺口 55.8~90 k / Jm2
熱變形溫度
抗拉屈服強度
拉伸強度模量
彎曲強度
擊穿電壓
體積電阻率
132~141℃(0.45MPa)
132~138℃（1.82MPa）
72MPa
1440MPa
113MPa
17~22KV/mm
3.06
1.3 PC的注射成型過程及其工藝參數
1.3.1注射成型過程
（1）成型前準備。對PC的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，成型前必須預干燥，水分含量應低于0.02%，微量水份在高溫下加工會使制品產生白濁色澤，銀絲和氣泡。常用方法是循環(huán)鼓風干燥，溫度控制是120℃，時間8~12h以上。
（2）注射過程。塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統進入模具的型腔成型，其過程分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。
（3）塑件的后處理（退火）。退火處理的方法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為100℃~130℃，處理時間為2h~8h。
1.3.2 注射工藝參數
（1）注射機：螺桿式，螺桿轉速為30r/min.。
（2）料筒溫度t/℃：前段210~240；
中段230~280；
后段240~285。
（3）模具溫度t/℃：90~110；
（4）注射壓力(p/Mpa)：80~130；
（5）成型時間（s）：高壓時間 0~5S
注射時間 20~90 S
冷卻時間 20~90 S
總周期 40~190 S
2 擬定模具的結構形式和初選注射機
2.1 分型面位置的確定
通過對塑件結構形式的分析，分型面應選在塑件截面積最大，且有利于開模，其位置如圖2所示。
圖2 分型面的選擇
2.2 型腔數量和排列方式的確定
（1）型腔數量的確定 由于該塑件精度要求中等，塑件尺寸較大，塑料流動性差，結構高度對稱，為了便于順利充型，初步選用一模一腔。
（2）模具結構形式的初步確定 由以上分析可知，本模具設計是一模一腔，，根據塑件結構形狀，推出機構初選推件板推出或是推出桿推出方式。澆注系統設計時，因為塑件中間帶有比主流道直徑大的孔，所以為了進料均勻，采用平衡式流道和輪輻式澆口。因此，定模部分不需要單獨開設分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板或推件板。由上綜合分析可確定采用大水口（或帶推件板）的單分型面注射模。
2.3 注射機型號的確定
2.3.1 注射量的計算
通過Pro/E建模分析得塑件質量屬性如圖4所示。
圖3 塑件質量屬性
塑件體積：
塑件質量：=1.2×1745.4=2094.4g …………（1）
式中，ρ可根據參考文獻[3]表9-6取為1.20。
2.3.2 澆注系統凝料提及的初步估算
由于澆注系統的凝料在設計之前不能確定準確的數值，但是可以根據經驗按照塑件提及的0.2倍~1倍來估算。由于本次設計采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統的凝料按塑件體積的0.3倍來估算。故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統的凝料和4個塑件體積之和）為：
=1.3×1×1745.4=2269 ……………（2）
2.3.3 選擇注射機
根據以上計算得出在一次注射過程中，注入模具型腔的塑料的總體積為=57.6，由參考文獻[2]式4-18，=/0.8=2269/0.8=2836。根據以上的計算，查參考文獻[3]中表13-1，初步選定公稱注射量為3000，注射機型號為XZY-3000的螺桿式注射機，其主要技術參數見表2。
表2注射機主要技術參數
技術指標
參數
技術指標
參數
理論注射量
螺桿柱塞直徑/mm
注射壓力
注射時間s
塑化能力
鎖模力/KN
噴嘴口直徑/mm
3000g/cm3
120
115
3.8
80
630
8
拉桿內向距/mm
移模行程/mm
最大模具厚度/mm
最小模具厚度/mm
鎖模形式
模具定位孔直徑/mm
噴嘴球半徑/mm
900×800
1120
680
400
充壓式
250
25
2.3.4 注射機的相關參數的校核
(1) 注射壓力校核 查參考文獻[4]可知，PC所需注射壓力為80MPa~130MPa，這里取=90MPa，該注射機的公稱注射壓力P公=130 MPa，注射壓力安全系數k1=1.25～1.4，這里取k1=1.3，則：
k1 P0=1.3×90=117 MPa
1.32m/s …………（44）
大于最低流速1.32m/s，達到湍流狀態(tài)，滿足冷卻要求。
8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉熱系數
因為平均水溫為23.5℃，查參考文獻[2]表4-31可得，則有:
h=3.6f kJ/(m2h℃) ……（45）
8.2.7 計算冷卻水道的導熱總面積A
m2 …………（46）
為模具溫度與冷卻管道之間的平均溫度，模具溫度為100℃。
8.2.8 模具上應開設的冷卻水道的孔數n
n= …………（47）
式中：
B——模仁長度，為270mm，但冷卻水孔的長度達不到270mm，實際只有240mm
8.2.9 冷卻水道的布置
圖14動模仁冷卻水路示意圖 圖15定模仁冷卻水路示意圖
9.導向與定位機構的設計
注射模的導向機構用于動模、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。按作用分為模外定位和模內定位。模外定位是通過定位圈與注射機相配合，是模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位；而模內定位機構則通過導柱導套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用木架本身所自帶的定位機構。
9.1 導柱導向機構
模具導柱導向的導柱、導套結構，適用于精度要求高、生產批量大的模具。同時在設計導柱和導套時還應注意以下幾點：
(1) 導柱應合理的均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具的強度。
(2) 導柱的長度應比型芯端面高出6～8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。
(3) 導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度，導柱常采用20#低碳鋼經滲碳0.5～0.8 mm,淬火48～55HRC,也可用T8A、T10A碳素工具鋼,經淬火處理，硬度達到50~55HRC。導套一般采用T10A或者經過滲碳處理20鋼，熱處理50~55HRC，公差采用6級。
(4) 為了使導柱能順利地入導套、導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角。
(5) 導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷，而設在定模一側則便于順利脫模取出塑件，因此可根據需要而決定裝配方式。
(6) 導柱配合部分采用H7/f7，固定配合部分采用H7/k6；導套固定配合采用H7/k6，配合長度為配合直徑的1.5-2倍。其余部分可擴孔，減小摩擦或降低加工難度。
(7) 除了動模、定模之間設導柱、導套外，一般還在動模座板與推反之間設置導柱和導套，以保證推出機構的下常運動。
(8) 導柱的直徑應根據模具大小而決定，可參考標準模架數據選取。
10.模具零件的選材
10.1.1 模具材料選用原則
用于注塑模具的鋼材，大致應滿足如下要求：
（1）機械加工性能優(yōu)良：易切削，適于深孔、深溝槽、窄縫等難加工部位的加工和三維復雜形面的雕刻加工；
（2）拋旋旋旋光性能優(yōu)良：沒有氣孔等內部缺陷，顯微組織均勻，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；
（3）良好的表面腐蝕加工性：要求鋼材質地細而均勻，適于花紋腐蝕加工；
（4）耐磨損，有韌性：可以在熱交變負荷的作用下長期工作，耐摩擦；
（5）熱處理性能好：具有良好的淬透性和很小的變形，易于滲氮等表面處理；
（6）焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不發(fā)生變化，且不開裂、變形等；
（7）熱膨脹系數小，熱傳導效率高：防止變形，提高冷卻效果；
（8）性能價格比合理，市場上容易買到，供貨期短。
10.1.2 模具材料選用要求
在選擇注射模具鋼材時，要綜合考慮塑件的生產批量、尺寸精度、復雜程度、體積大小和外觀要求等因素。對于塑件生產批量大、尺寸精度要求高的場合，應選用優(yōu)質模具鋼。對于結構復雜或體積比較大的塑件應選用易切削鋼。外觀要求高的塑件可以選用鏡面鋼材。
10.2 注塑模具常用材料
10.2.1 塑料模具成型零件的選材
1）定模：定模成型的是塑件外表面，因而應根據塑件外表面的質量要求，來選擇不同拋旋旋旋光性能的模具材料，選用45鋼，它具有高的淬透性、耐磨性，熱處理變形小，強度和韌性都比較好，適合于制造形狀復雜的各種模具型腔。
2) 動模凸凹模：型芯在成型過程中容易磨損，同時，該動模凸凹模形狀比較復雜，故要求所選材料的加工性能要好。所以這里選用4