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1、充电器上盖成型工艺分析与注射模设计学 生：* *指导老师：*(*大学工学院，* *)摘 要：随着塑料工业的发展，塑料制品已深入到国民经济的各个部门中，特别是在办公用品、照相器材、汽车、仪器仪表、机械、航空、交通、通信、建材产品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现以塑代金属的全塑产品。本设计介绍了充电器注射模的设计与制造方法，应用CAD/CAE/CAM技术，提高了模具的使用寿命和制造技术。根据产品零件图，使用Pro/ENGINEER软件进行零件的分析、分型面的选择、成型零件的设计。关键词：注塑成型；充电器上盖；Pro/EAnalysis on Forming Pro
2、cess and Design of Injection Mold for the Upper Cover of Charger Student:*Tutor:*(College of Engineering, *, * *, China)Abstract:With the development of plastic industry, plastic products has expanded in all sectors of the national economy, particularly in office supplies, photographic equipment, au
3、tomobiles, instrumentation, machinery, aviation, transportation, communication, building materials products, daily necessities and household appliances industries plastic parts of the growing trend, and come to shape metal behalf of the entire integrated products.This design introduced the design an
4、d the manufacture method of injects mold for the upper cover of charger. Using the CAD/CAE/CAM technology, prove on the service life of the mould and manufacturing technologies.With Pro/ENGINEER ,carried out the catity, to choice parting surf, design the shaped parts.Keyword: plastics shaping ; uppe
5、r cover of charger ; Pro/E1 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，成型方法不同，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
6、、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、进浇与排气位置选择、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
7、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。塑料摸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，常棵标志一个国家工业化的发展程度1。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，模具商品化和标准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
8、多，约为发达国家的1/31/5，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，已有相当规模的确开发和应用。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、Flow Cool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；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。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 塑料模发展趋势（1）注射模CAD实用化；（2）挤塑模CAD的
9、开发；（3）塑料专用钢材系列化；（4）塑料模CAD/CAE/CAM集成化；（5）塑料模标准化。2 产品分析2.1 塑件分析2.1.1 结构分析本次设计任务所提供的零件为塑件实体，如下图所示： 图1 塑件草图Fig 1 Plastic Plan 由零件实体模型及二维草图可知，塑件侧孔及凸台较多，表面有二级管指示灯用孔和正常/快速充电选择按钮孔，侧面有透明电池保护罩卡扣侧孔，所有结构对称布置。在模具设计时，表面小孔可采用镶针成型，两侧孔必须设置侧向分型抽芯机构。零件总体轮廓尺寸为101.7mm60.7mm24mm，总体看来，结构较简单，故选一般精度等级：IT6级。2.1.2 尺寸精度分析该零件的重
10、要尺寸精度为6级，其它尺寸精度为78级，属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。2.1.3 塑件厚度检测塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示：图2 厚度检测Fig 2 Thickness detection从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为3mm左右，最小处小于0.7mm，大多处在23mm的范围之内，并综合其材料性能，注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难。2.1.4 工艺性分析为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用潜伏式浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端
11、部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。2.2 塑件的原材料分析给定的塑件材料选用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料。2.2.1 ABS的基本特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3种单体合成的，每种单体都具有不同性能。丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性，使ABS坚韧；苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度，使ABS有良好的加工和染色性能2。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮
12、、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高。性能：综合性能较好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工。用途：适于制作一般机械零件、减摩耐摩零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。2.2.2 成形特性（1）无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。（2）吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑
13、件应要求长时间预热干燥。（3）流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好）。（4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。注射压力应比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140MPa，螺杆式注射机则取160230，70100MPa为宜。模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力过大机械加工时
14、塑料件表面呈现“白色”痕迹，在成型时的脱模斜度2，收缩率取0.5。（5）ABS的成型条件3（见表1）表1 ABS的成型条件Table 1 ABS molding conditions注射成型机类型螺杆式密度（）1.031.07计算收缩率0.30.8预热温度()8085时间(S)23料筒温度后段()150170中段()165180前段()180200170180喷嘴温度()模具温度()5080注射压力(MPa)60100成型时间注射时间(s)2090高压时间(s)05冷却时间(s)20120总周期(s)50220螺杆转速（r/min）30适用注射机类型螺杆式、柱塞式均可后处理方法红外线灯、烘箱温
15、度（）70时间（h）24说明：该成形条件为加工通用级ABS料时所用，苯乙烯-丙烯腈共物（即AS）成形条件与上相似。3 拟定型腔布局3.1 分型面位置的确定模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也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。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。分型面的选择应注意以下几点4：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；（2）当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件
16、外形最大轮廓处；（3）保证制件的精度和外观要求；（4）考虑满足塑件的使用要求；（5）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适；（6）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积，确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模；（7）不妨碍制品脱模和抽芯；（8）有利于浇注系统的合理处置。根据塑件结构形式，本设计分型面选在AA面（如图3所示）。图3 分型面Fig 3 Surface3.2 型腔数目的确定型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。
17、其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯5。其数目的决定与下列条件有关：（1）塑件尺寸精度；（2）模具制造成本； （3）注塑成形的生产效益；（4）制造难度。塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和形状的复杂程度。该塑件精度要求一般（MT5），又是大批量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，采用一模两腔的模具形式。这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。3.3 型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系
18、统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为
19、达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同6。本塑件在注射时采用了一模两腔的形式，即模具需要两个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择： 图4 型腔布局Fig 4 Cavity layout如图4所示，这两种排列方式都采用平面对成布置，但第一种布局方式紧凑，模具设计较简单。综合以上两种方案考虑，故拟定第一种型腔布局方式。4 塑件相关计算及注塑机的选择4.1 塑件相关计算4.1.1 投影面积计算图5 投影面积计算Fig 5 Projection area塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出,如图5所示：由分析可得：注塑件投影面积S= 5774.4
20、1211549mm2 。4.1.2 体积及质量计算体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由塑料模具设计师指南7表2.22查得：ABS密度=1.1g/cm3），如图6所示：图6 体积及质量计算Fig 6 Calculation of volume and quality结果如下：体积= 1.7584978e+04曲面面积 = 2.4696511e+04密度 = 1.1000000e+00吨/质量 = 1.9343476e+04吨故注塑件的体积为：V17585.02=35170 质量为：35.171.138.69g流道凝料质量： 注射量： 注射容量： 4.1
21、.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）在分型面上的投影面积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投影面积的0.20.5倍,因此可用来进行估算，所以，根据塑料模具设计师指南7表15.2-1常用塑料模腔平均压力可知一般制品平均压力为40 MPa；所以，锁模力。4.1.4 注射工艺参数确定查中国模具网出品的模具助手81.01版，ABS的成型工艺参数可作如下选择：注射温度():200260 注射压力(兆帕):78.4196模具温度():4060 壁厚范围(毫米):1.55.0脱模斜度(型腔):40120 脱模斜度(型芯):35
22、14.2 注塑机选择及注射工艺参数确定根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算。可选用XS-ZY-125型注射机，技术参数参照查塑料模具设计向导9表13.1得表2表2 注射机主要技术参数Table 2 Injection machine main technical parameters理论注射容量（cm3）125螺杆直径（mm）42注射压力（MPa）150塑化能力（g/s）45螺杆转速（r/min）10140喷嘴球半径（mm）12锁模方式双曲轴锁模力（kN）900拉杆内间距(mm)260360移模行程(mm)300最大模厚(mm)300最小模厚(mm)200模具定位孔直径(mm)100喷嘴孔直
23、径(mm)34.3 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核4.3.1 型腔数量的校核由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n： （合格）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（45g/s）4.3.2 注射机工艺与安装参数的校核（1）注射量校核 。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机最大注射量1601.10.8=140.8g，本模每次注射所需塑料的总质量约为61.9g，能满足要求。（2）锁模力校核 。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机最大锁模力F=900kN，而，故能满足。（3）最大注射压力校核。查塑料模具设计向导9
24、表13.1知，XS-ZY-125型注射机额定注射压力为150MPa，而ABS塑料成型时的注射压力P成型=7090MPa，故能满足成型的要求。（4）最大和最小模具厚度校核。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机所允许模具的最小闭合厚度为Hmin=200mm，最大闭合模厚为Hmax=300mm，而本设计的模具厚度为Hm=300mm，即模具满足HminHmHmax的安装要求。（5）模具在注射机上的安装尺寸。从标准模架外形尺寸400mm300mm300mm上看，小于XS-ZY-125型注射机拉杆内向距260mm360mm，能满足模具安装和拆卸要求。（6）开模行程的校核。查塑料模具
25、设计向导9表13.2知，XS-ZY-1250型注射机的最大开模行程为S=300mm，能满足模具推出制品所需开模距的要求。5 浇注系统设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔
26、壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。本设计中采用普通流道的浇注系统。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则10：（1）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性；（2）采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失； （3）浇注系统设计应有利于良好的排气； （4）防止型芯变形和嵌件位移；（5）便于修整浇口以保证塑件外观质量；（6）浇注系统应结合型腔布置综合考虑 ； （7）尽量减少因开设浇注系统而造成
27、的塑料凝料用量。5.1 总体设计在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择合适的进料口位置。分析塑件可知, 该塑件外表面很光洁,为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用潜伏式浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。采用潜伏式浇口形式，又模具设计为一模两腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对成布置）： 图7 浇注系统Fig 7 Gating system5.2 主流道设计根据选用的XS-ZY-125型号注射机的相关尺寸得
28、 喷嘴前端孔径：； 喷嘴前端球面半径：； 根据模具主流道与喷嘴的关系: 取主流道球面半径：； 取主流道小端直径：； 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为，取其值为，经换算得主流道大端直径为,故主流道各部分直径如下图所示（其中L需根据模板厚度确定）：图8 主流道各部分尺寸Fig 8 Size of the various parts of the mainstream of Road5.2.1 冷料穴与拉料杆设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或者处于分流道末端。其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的11.5倍。它的作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进
29、入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、贮存冷料，另一种除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的作用11。这里冷料穴设计成兼有拉料作用的冷料穴，在圆管形的冷料穴试底部装有一根Z形头的拉料杆，这种兼有拉料作用的冷料穴是最常用的一种。其结构尺寸如下：图9 冷料穴与拉料杆Fig 9 Cold material point shot and drawing materials5.3 分流道设计分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不容
30、易散失，流动阻力最小，单位填充时间最短。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为圆形形式。分流道直径的计算，可由以下经验公式计算： （塑料模设计手册12公式557.P188）式中：D各级分流道的直径（mm）； W流经该分流道的熔体重量（g）； L流过W熔体的分流道长度（mm）。经估算得第一级分流道的直径分别为D1=6mm,故分流道的尺寸如下图所示：图10 分流道1Fig 10 Shunt 1流道表面粗糙度: 。查表塑料模设计手册12表5-39与表5-40可知ABS允许的最小分流道尺寸为7.6mm,推荐值为4.89.5mm,所以本设计符合要求。第三级分流道（即与进料口相连的那段分流道）设计为圆锥形，
31、以便于脱模，其尺寸如图11所示：图11 分流道 2Fig 11 Shunt 25.4 进料口设计进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两种。非限制性浇口起着引料、进料作用；限制性浇口一方面通过截面积突然变化使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速而均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑
32、件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑料分离的作用。潜伏式浇口也称隧道浇口或剪切浇口。它是点浇口在特殊场合下的一种应用形式，具备点浇口的一切优点，因而已获广泛应用。潜伏式浇口潜入分型面一侧，沿斜向进入型腔。这样在开模时，不仅能自动剪断浇口，而且其位置可设在制品侧面，端面和背面等各隐蔽处，使制品外表面无浇口痕迹。采用潜伏式浇口的模具结构，可将三板式简化成两板式模具，它的浇口尺寸可按以下点浇口经验公式确定13。点进料口的直径通常以下式计算： (塑料模设计手册12公式563.P214)式中：d点进料口直径（mm）； n系数，依塑料种类而异，其中ABS对应为n0.7； c依
33、塑件壁厚而异的系数。这里直接查塑料模设计手册12表546，得d1.0mm5.5 冷料穴设计冷料穴是为了防止冷料穴进入浇注系统的流道和型腔,从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴,本设计中冷料穴开设在主流道的末端。5.6 浇口套及定位圈的设计定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。直经D一般比注射机孔直经小0.10.3mm，以便装模。定位圈一般采用45号钢或Q275钢。定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6M8的内六角螺钉，本设计采用四个M6螺钉固定14。浇口套的材料为T10、硬度HR
34、C45；定位圈的材料为45钢，硬度HRC50,其尺寸如下图所示：图12 浇口套与定位圈Fig 12 Gate sets of circle and positioning6 模架的确定及标准件的选用6.1 模架通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，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，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有用的。而标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱
35、、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等15。此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否符合要求，尤其对大型模具，这一点尤为重要。 设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式等因素。图13 标准模架Fig 13 Standard Mold Base此模架为标准模架，规格GCI2540A70B90，其具体参数如上图。7 成型零部件设计成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆、成型块等。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、进料口、分型面、排气部位、脱模方式等，然后
36、根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机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。在工作中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和磨擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服塑件的粘着力。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，它的强度和刚度必须在许可范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。7.1 成型零件的材料选择构成型腔的零件统称为成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和侧抽芯部件。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨
37、力以承受塑料的挤压力和料流的磨擦力和足够的精度和表面光洁度，以保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度，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。 根据塑件表面质量要求，查塑性成型工艺与模具设计16附录G（常用模具材料与热处理），本设计成型零件选用3Cr2Mo调质处理，硬度55HRC,耐磨性号好且处理过程变形小。还有较好的电加工及耐腐蚀性。7.2 成型零件结构设计模具的大小主要取决与塑料制品的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。根据产品的外形尺寸（平面投影面积和高度），以及产品本身结构（侧
38、向分型滑块等结构）可以确定镶件的外形尺寸，确定好镶件大小后，可大致确定模架的大小了。普通塑料制品模架与镶件大小的选择，可参考模具设计手册中标准模架参数表，因此大致确定型芯镶件尺寸：型腔：28016045；型芯：28016045。传统的成型零件设计方法一般为根据塑件结构及精度尺寸，并考虑塑料收缩率，计算出成型零件的工作尺寸，这种方法有以下几个缺点：（1）自由曲面的设计比较难；（2）曲面的尺寸不易表达清楚；（3）计算量大，设计效率低。 为了克服以上缺点，本次设计中采用了目前在模具设计制造行业具有领先地位的PRO/ENGINEER设计软件进行成型零部件的设计。7.2.1 PRO/E中的模具模块设计利
39、用PRO/ENGINEER内置的模具设计模块进行设计一般有以下几步：（1）在设计的塑件外层生成一个大小合理的胚料，胚料即以后生成的凹模凸模的大小；（2）输入塑件材料的收缩率，为后面生成成型零件提供参数；（3）用cut命令设计浇注系统的主流道、分流道及浇口（也可在生成模具成型零件后再完成浇注系统的设计）；（4）用parting surf命令设计出分模面（包括主分模面及侧型芯分模面）；（5）采用split命令进行自动分模，生成成型零件，同时检测分模面是否有问题；（6）用molding命令对模腔进行填充，生成浇注件。（7）用mold opening定义模具开模动作生成爆炸图。以下对凹模、凸模的设计分
40、述。分模面设计：由于塑件本身有诸多孔、缺口，以及侧抽芯孔等等,故在分模设计时需要把这些孔全部补上，侧抽芯也必须设计单独的分模面，模具才能够顺利的进行开模，设计如下图所示：图14 分模面Fig 14 Sub-mode surface7.2.2 凸模结构设计凸模是成型塑件外表面的部件，凸模按其结构不同可分为整体式和组合式两大类，而组合式又可分为嵌入式组合、镶拼式组合及瓣合式等。整体结构的成型零件一般都是在淬硬后在进行加工，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，并且在先进的型腔加工机床还未普遍应用之前，整体式型腔一般只用在形状简单的小形塑件的成型。
41、组合式型腔的组合形式很多，常见的有嵌入式、镶拼式及瓣合式几种。对于小型塑件采用多型腔塑料模成型时，各单个型腔一般采用冷挤压、电加工、电铸等方法制成，然后整体嵌入模中。为了加工方便或由于型腔某一部位容易磨损，需要更换者采用局部镶嵌的办法，此部位的镶件单独制成，然后嵌入模体。由以上的比较容易看出，当塑件较小，形状较为复杂式，并且一模多腔成型时，采用嵌入式组合型腔是较为合理的选择，故此例选用的凸模形式即为整体镶嵌式，两个型腔分为两个镶块，四边采用内六角圆柱螺钉固定17。其结构如图所示：图15 凸模与型腔镶块Fig 15 Punch insert and the cavity镶针的设计。由于充电器的外
42、壳除了采用倒扣连接外，还要通过螺钉连接。由于塑料件是非钢性零件，所以在设计零件时，没有螺纹的要求，而在成型后将螺钉强行拧入，塑件上就会自然留下螺纹的痕迹。结构装配如图16所示图16 镶针1Fig 16 Insert needle1凸模内塑件通孔也采用镶针镶嵌，结构装配如图：图17 镶针2Fig 17 Insert needle27.2.3 凹模结构设计凹模设计的方法与凸模设计方法基本一样，由塑件的结构形式可知，凹模也采用局部镶嵌形式，同样采用内六角圆柱螺钉固定：图18 凹模Fig 18 Die7.2.4 型腔型芯尺寸计算由于本设计采用PRO/ENGINEER设计软件，所以型腔及型芯的各尺寸可在
43、PRO/ENGINEER中设置塑性材料的收缩率后自动得到，故在此不做手工计算，型腔型芯尺寸参见零件图-型芯镶块和型腔。8 侧向分型抽芯机构设计当塑件侧壁上带有的与开模方向不同的内外侧孔或侧凹等阻碍塑件成型后直接脱模时，必须将成型侧孔或侧凹零件做成活动的，这种零件称为侧型芯（俗称活动型芯）。在塑件脱模前必须先抽除侧型芯，然后再从模具中推出塑件，完成侧型芯的抽出和复位的机构即叫做侧向分型抽芯机构18。本设计中，塑件的两端各有一个侧孔，故必须设计侧向分型抽芯机构，模具才能顺利脱模。8.1 侧向分型抽芯机构类型选择侧向分型抽芯机构根据动力来源的不同，一般可将其分为机动、液压或气动以及手动等三大类型。机
44、动抽芯按传动方式又可分为斜导柱分型与抽芯机构、斜滑块分型与抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构和其它形式抽芯机构，本设计选用斜滑块分型与抽芯机构。8.2 抽芯距确定与抽芯力计算8.2.1 抽芯距侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置导不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离成为抽芯距，通常用s表示。由图19可知，本塑件的侧孔即六角孔的深度为1.5mm，图19 抽芯距Fig 19 Core-pulling distance故抽芯距：s1.523（mm），取s5mm8.2.2 抽芯力抽芯力的计算同脱模力的计算相同，对于侧向凸起较少的塑件的抽芯力通常比较小，仅仅是克服塑件与侧型腔的粘附力和侧型腔滑块移动时的摩擦阻力。对
45、于侧型芯的抽芯力，往往采用如下的公式进行估算： (塑料成型工艺与模具设计559) 16式中： 抽芯力(N） c侧型芯成型部分的截面平均周长(m)； h侧型芯成型部分的高度(m)； p塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件取(0.81.2)107Pa，模外冷却的塑件取(2.43.9)107Pa； 塑料在热状态时对刚的摩擦系数，一般取0.150.2； 侧型芯的脱模斜度或倾斜角()，这里0。故此塑件的侧抽芯力应由两部分组成：六角孔和孔外测壁部分，带入数据计算可得： = 256(N)8.3 斜滑块分型与抽芯机构零部件设计8.3.1 设计要点（1）正确选择主型芯位置。（2）开模时斜滑块的止动。（3）斜滑块的推出角和推出行程。由于斜滑块的强度较高,斜滑块的倾斜角可比斜导柱的倾斜角大一些,一般在30范围内选取.该套模具斜滑块的倾斜角选10。斜滑块的推出行程l必须小于斜滑块导滑总长L的2/3。该模具推出行程为25mm,为斜滑块导滑长度40mm的5/8,合乎要求。（4）斜滑块的装配要求。为了保证斜滑块在合模时其拼合面密合,避免注
