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1、高压瓶盖注射成型工艺分析与模具设计1 前言塑料模具是模具行业中十分重要的行业。我国塑料模具行业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大的提高。注射成型是大量生产塑料制品的一种成型方法，二十多年来，国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。在经济全球化趋向日渐加速的情况下，塑料模具行业的发展水平对一个国家的制造业有着巨大的影响。做为二十一世纪的大学生，并且我们又学的是模具制造专业，因此，我们要抓住这次机会，尽可能多的了解和掌握塑料模具设计方面的知识，为中国塑料模具的发展贡献自己的力量。这次毕业设计是我们在修完所有的课程之后，走向社会之前的一次综合性设计。在此次设计中，主要会用到所
2、学的注射模设计，机械制图以及机械设计等方面的知识。通过本次毕业设计，使我对塑料模具有了更深层次的了解，能将自己在课堂上学到的知识运用到实际中。同时，通过这次设计，我也学到了查阅相关资料的方法和实际工作中遇到的问题的解决方法，这为我以后的工作打下了良好的基础。本次毕业设计，我也得到了老师和同学们的帮助，在此表示感谢！由于实践经验的缺乏和水平的限制，且时间仓促，在这次设计过程中出现了一些错误，恳请各位老师批评指正。在写毕业论文的过程中，我参考了塑料膜成型模具设计、中国模具设计大典、简明塑料成型工艺与模具设计手册等有关教材，引用了其中的公式及图表。由于我对塑料模具设计不是很了解，所以在论文中存在一些
3、缺点和错误，希望老师多加指正。2 选题背景2.1 课题来源课题来源于生产/社会实际。2.2 目的模具行业的发展日新月异，塑料模具行业的发展对我国制造业有着重要的影响。作为学习模具设计专业的大学生，为了将来能够更好的从事塑料模具设计这一行业，我们应当能够了解和掌握塑料模具的一般设计步骤。进行此课题，我能够初步地设计一副塑料模具。为了能够更好的掌握注塑模具设计方面的知识，高压瓶盖注射模具作为一个技术含量比较高的课题，值得我们去研究、设计。2.3 意义对本课题进行研究、设计，一方面能够使我们将自己在课堂上学到的知识加以运用，将知识掌握得更加牢靠；另一方面能够让我们对塑料模具有更多的了解。同时，我们还
4、能够从这次设计中学到在实际工作中解决困难的途径，为我们捡来的工作奠定了基础。2.4 国内的现状、存在的主要问题及发展趋势2.4.1 国内的现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右1。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已经能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及
5、汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具2；精密塑料模具方面，已经能生产相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具2。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大的进展；气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%80%相比，差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航
6、华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。为了提高模具企业的设计水平和加工能力，中国模具协会向全国模具行业推荐适合模具企业使用的CAD/CAE/CAM系统。对于国内一些大型模具企业，它们的CAD/CAM应用状况多停留在购买国外先进的CAD/CAM系统和设备上，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低。对于国内一些中小型模具企业，则很少应用CAD/CAM，有些仅停留在以计算机代替固板绘图。2.4.2 存在的主要问题（1）发展不平衡
7、，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。（2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。（3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，
8、同时也要重视产品的创新。（4）供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。（5）体制和人才问题的解决尚需时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。2.4.3 发展趋势在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落
9、后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，我国塑料模具工业和今后的主要发展方向为：（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。（2）在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。（4）开发新的成型工艺和快速经济模具，以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程
10、度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。2.5 国外的现状、存在的主要问题及发展趋势注塑成型是大量生产塑料制品的一种成型方法，二十多年来，国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。70年代已经开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分
11、析。80年代初，成功采用有限元法分析三维型腔的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量3。近十年来，注塑模CAD技术在不断进行理论和试验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些商品软件逐步推出，并在推广和实际应用中不断改进。国外塑料模具存在的主要问题是；相比较国内塑料模具的价格，国外塑料模具的价格要高上很多，因此生产成本也要高很多。3 注射成型工艺规程的编制3.1 塑件的工艺性分析3.1.1 塑件的原材料分析塑件的材料采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),属热塑性塑料。从使用性能上看，该塑料强度高，耐水、耐
12、油性好，介电性能与温度和频率无关，是理想的绝缘材料4；从成型性能上看，该塑料具有很好的加工性，成型容易，收缩率较小，制件尺寸容易控制，但是其吸水性较大，易使成型后制件上产生气泡，银丝、斑纹等缺陷，因此应注意注塑前对原料的干燥。另外，在成型时应采用较高的成型温度和注射压力，以提高熔料的流动性，减小收缩率。3.1.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析塑件图如图1所示：图1 塑件图（1）结构分析。从零件图上分析，该零件总体形状为圆锥形，在顶部两侧壁上有2个小孔，其为通孔。因此，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构。在其内壁上还有2个凸筋，其高度为2.5mm，长度为28.75mm。因此，用推杆或推板不
13、能直接推出塑件，可以采用斜滑块推出机构来推出塑件。该零件属于中等复杂程度零件。（2）尺寸精度分析。该零件各个尺寸均未注明公差，为了提高经济效益，则按未注明公差尺寸来处理，根据课本上的表2-1查得ABS材料的适用未注公差等级为MT5级，对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证。从塑件的壁厚上来看，两侧的壁厚为3.75mm，底部的壁厚为2.5mm，壁厚差为1.25mm，较均匀，有利于零件的成型。（3）表面质量分析。该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，因此表面要求比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。3
14、.2 计算塑件的体积和重量计算塑件的体积：用Proe软件绘制塑件的三维图形，计算出塑件的体积为126.46cm，浇注系统的体积为4.83cm。计算塑件的质量：根据设计手册可查得ABS的密度为1.02g/cm1.20g/cm,取其平均密度为1.11g/cm。故塑件的质量为：W=V =126.461.11 =140.37 g经计算塑件的体积和质量，根基手册，采用一模一件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需的压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机为XS-Z-250型。3.3 塑件注射工艺参数的确定查找相关文献资料，ABS塑料的成型工艺参数4可作如下选择。试模时，可根据实际情况作适当调整。注射温度
15、：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度t选用200；中段温度t选用220；前段温度t选用240；喷嘴温度：选用200；注射压力：选用100MPa（相当于注射机表压35kgf）；注射时间：选用15s；保压压力：选用72MPa（相当于注射机表压25kgf）；保压时间：选用10s；冷却时间：选用15s。3.4 塑料成型设备参数根据计算及原材料的注射成型参数确定注塑机为XS-Z-250型5，查资料得知其技术参数如下：螺杆直径： 50mm注射容量： 250cm注射压力： 147MPa锁 模 力： 1800KN注射速率： 114g/s塑化能力： 55kg/h模板行程： 500mm模具厚度： 2003
16、50mm喷嘴球半径： 18mm喷嘴孔直径： 4mm定位孔直径： 100mm3.4.1 注射量的校核在一个生产周期内，注射机的最大注射量应大于制品的质量或体积（包括浇道及凝料和飞边），通常注射机的实际注射量最好是注射机最大注射量的80%，所以选用的注射机最大注射量应满足：式中 注射机的注射量（cm），取=250 cm； 塑件的体积（cm），取=126.83 cm； 浇注系统的体积（cm），取=4.83 cm。代入数据，计算得： cm cm200131.66所以注射量符合要求。3.4.2 注射压力的校核注射机的额定注射压力即为它的最高压力，应该大于注射机注射成型所需调用的注射压力,即注射机的额定注
17、射压力为147Mpa，ABS注射成型所需的注射压力为100 Mpa，所以注射压力符合要求。3.4.3 锁模力的校核在注射成型时，为了防止模具分型面被注射压力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象，因此注射机的额定锁模力必须大于注射压力，即：式中 注射机的额定锁模力（N），取=1800 N； 塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积（cm），取=13523.84mm； 模具型腔内塑料熔体的平均压力（MPa），取=50 Mpa； 安全系数，通常取1.1 1.2。代入数据，计算得： N=777.6210 N1800777.6210所以锁模力符合要求。4 注射模的结构设计注射模结构
18、设计主要包括：分型面的选择、模具型腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道的布局、浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。4.1 分型面的选择模具设计中，分型面的选择很关键，它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的关系，并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键。选择模具分型面时，首先应该选择塑件断面轮廓最大的地方做为分型面。此外，还应考虑以下几项基本原则6：（1）尽量使塑件在开模后留在动模；（2）应合理安排塑件在型腔中的方位；（3）应有利于侧面分型和抽芯；（4）尽
19、量保证塑件外观质量要求；（5）应确保塑件的位置及尺寸精度；（6）尽量使成型零件便于加工，且有利于模具制造；（7）应有利于防止溢料并考虑飞边在塑件上的部位；（8）应有利于排气；（9）考虑对塑件造成的脱模阻力大小；（10）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。该塑件为高压瓶盖，表面质量无特殊要求，其分型面选择如下图所示：图2 方案一如图2所示的方案一，取A-A为分型面，有利于塑件的脱模，由于塑件本身就有一定的斜度，所以脱模斜度对塑件没有影响，并且有利于侧面的分型和抽芯。图3 方案二如图3所示的方案二，取A-A为分型面，则塑件内壁处的凸筋无法抽芯，且浇口的位置很难确定，侧向抽芯机构很复杂，需要很大的抽芯距，
20、增加了模具设计的难度。从以上两个分型面的比较可以看出，方案一比较合理，有利于模具成型。4.2 确定型腔的数目及排列方式注射模的型腔数量与注射机的塑化能力、最大注射量及合模力等参数有关，还受塑件的精度和生产的经济性等因素的影响。由上述参数和因素，可按下列方法确定型腔的数量。4.2.1 按注射机的塑化能力确定型腔的数量 （1）式中 型腔的数量；注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；注射机的额定塑化量（g/h或cm/h）,取=5510g/h;成型周期（s）,取=40s；浇注系统和飞边所需的质量或体积（g或cm），取=5.36g单个塑件的质量或体积（g或cm），取=140.37g代入数据，计算得：
21、4.2.2 按注射机的最大注射量确定型腔的数量 （2）式中 型腔的数量； 注射机允许的最大注射量（g或cm），取=250cm；代入数据，计算得：根据以上两种计算方式，可以看出模具型腔的数量必须取，中的较小值，由于型腔的数目只能是整数，所以最终确定型腔的数目为一腔。由于型腔的数目为一腔，所以这里就不需要再确定型腔的排列方式了。4.3 浇注系统的设计普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。浇注系统是注塑模设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件的质量（如外观、物理性能、尺寸精度）都有着直接的影响，设计时必须按如下原则7：（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现
22、象。（2）型腔和浇口的排列要尽可能的减少模具外形尺寸。（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）；尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。（4）分流道尽可能平衡布置，使塑料熔体能在同一时间内到达型腔的深处及角落。（5）在满足型腔能够充满的前提下，浇注系统的容积尽量小，以减少塑料的耗量。（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击型芯，防止型芯变形。浇口的残痕不应影响塑件的外观。4.3.1 主流道的设计主流道的形状如图4所示：图4 主流道XS-ZY-250型注射机喷嘴的有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：=4mm；喷嘴前端球面半径：=18mm；为便于将凝料
23、从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥角=24，对流动性较差的塑料可取=36，由于ABS塑料的流动性为中性，故取其锥度为=3，内壁表面的粗糙度为Ra=0.4m。为防止主流道与喷嘴处溢料。主流道与注射机喷嘴应紧密对接，主流道对接处应制成半球形的凹坑，则有：R=R+(12)mmD=d+(0.51)mm取主流道球面半径R=20mm；取主流道的小端直径d=5mm；凹坑的深度为h=5mm。为减小料流转向时的阻力，主流道呈圆角过渡，其圆角半径为r=3mm。在保证塑料良好成型的前提下，主流道长度L应尽量短，以减少凝料，降低压力损失。4.3.2 分流道的设计由于该模具为单腔模具，且塑件的投影面积较大，深度
24、较大，且外形基本上为圆形，熔料可以直接通过主流道进入型腔，不需要再设分流道。4.3.3 浇口的设计浇口又称进料口，是连接流道与型腔之间的一段细短通道（直接浇口除外），是浇注系统的关键部分，其主要作用为：（1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，可以防止熔体倒流。（2）易于在浇口处切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09，浇口的长度约为0.5mm2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，黏度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失大，凝料加快，补缩困
25、难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量7。浇口位置的选择应遵循下列原则：（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。（2）浇口设置应有利于排气和补缩。（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。（4）浇口位置的设计应减少或避免生成熔接痕。（5）浇口位置应避免侧面冲击细长型芯。浇口的形式和位置如下所示：图5 点浇口如图5所示为点浇口，采用点浇口的优点是：（1）因点浇口截面积小，熔料通过时有很高的剪切速率和摩擦，从而产生热量，提高熔料温度，同时降低了黏度，利于流动，使塑件外观清晰，表面光洁。（2）因点浇口在开模时即被拉断，浇口痕迹呈不明显圆点痕，故点浇口可开在塑件的任何位置而不影响外观。（3）点浇口一般开在塑件的顶
26、部，注射流程短，拐角小，排气好，易于成型。但是，采用点浇口时，为了能够取出浇注系统的冷凝料，模具必须使用双分型面的结构或单分型面热流道结构，费用较高，并且点浇口不适合用于厚壁或壁厚不均匀的塑件成型。由于该塑件的壁厚为3.75mm，采用双分型面结构加大了模具设计的困难，使得生产成本增高，所以该模具不适合采用点浇口。图6 轮辐式浇口如图6所示为轮辐式浇口，采用轮辐式浇口的优点是：（1）进料均匀，浇口小，易除去浇口凝料且减小了塑料用量。（2）消除了塑件在脱模时内部形成真空，脱模困难的问题。但是，采用轮辐式浇口时，增加了接缝线，会产生熔接痕，对塑件的强度有影响。所以该模具不适合采用轮辐式浇口。图7 直
27、接浇口如图7所示为直接浇口，采用直接浇口的优点是：（1）浇口截面较大，流程较短，流动阻力小，适用于深腔，壁厚，流动性差的壳类塑件。（2）模具结构简单紧凑，便于加工，流程短，压力损失小。（3）保压补缩作用强，易于完全成型。（4）有利于排气及消除熔接痕。由于该塑件的壁厚为3.75mm，并且该模具为单腔模具，所以采用直接浇口合适。4.3.4 冷料井和拉料杆的设计冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件的质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径稍大于主流道大端直径，长度一般取主流道直径的1.52倍8。基于本次设计的模具，
28、可采用底部带有拉料杆的冷料井，其配合如图8所示。这类冷料井的底部有一个拉料杆，拉料杆装于推杆固定板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住井内的冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，将凝料与塑件一起推出动模。本次设计的拉料杆为球头型拉料杆。其形状如图9所示：图8 冷料井与拉料杆的配合图9 拉料杆4.4 排气系统的设计注射模的排气是设计中不可忽视的一个问题，特别是快速注射成型工艺对注射模排气的要求更加严格。注射模内的气体有以下几个来源：（1）进料系统和型腔中存有的空气；（2）塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气；（3）由于注射温度过高，塑料分解所产生的气体；（4）塑料中某些添加剂挥发或化学
29、反应所产生的气体。当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔中的气体。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填料等缺陷；另一方面气体受压，体积缩小而产生的高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计时必须考虑排气问题9。注射模成型时排气通常以如下几种方式进行：（1）利用配合间隙排气；（2）在分型面上开设排气槽排气；（3）利用排气塞排气；（4）强制排气。根据塑件的结构特点和型芯、型腔以及模具的结构，本副模具因为型芯和型腔均是采用镶嵌式结构，可以利用配合间隙排气。另外，由于该模具还设有拉料杆，气体也可以通过
30、拉料杆和型芯之间的间隙排出。同时，气体还可以通过分型面和侧型芯的间隙排出。所以该模具不需要再设排气槽，减少了模具设计的难度。4.5 成型零部件结构设计4.5.1 凹模结构设计本次模具设计中采用一模一腔的结构形式，考虑到塑件的结构特点，以及加工的难易程度和材料的利用价值等因素，凹模采用镶嵌式结构，其结构形式如图10所示：图10 凹模图中件2为左滑块，其上3用于安放左斜导柱，4用于安放左侧型芯。5用于安放上型芯，6用于安放下型芯。图中件9为右滑块，其上10用于安放右斜导柱，11用于安放右侧型芯。8为塑件把手处的型芯。4.5.2 型芯结构设计型芯主要是与凹模相结合构成模具的型腔。型芯的结构形式如图1
31、1所示：图11 型芯4.6 合模导向机构设计合模导向机构是塑料模具设计中必不可少的部分，导向机构是保证动模和定模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。导柱导向在注射模中应用最普遍，主要零件包括导柱和导套，分别安装在动、定模的两半部分。导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定的侧压力。定位作用：模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。承受一定的侧压力：塑料熔体在充型的过程中可能产生单向侧压力
32、，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位作用10。4.6.1 导柱设计导柱导向部分的长度应比型芯端面的高度高出8mm12mm，以免出现导柱未进入导套，而型芯先进入型腔的情况。导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利的进入导套。由于半球形加工困难，所以导柱前端采用锥台形的形式。导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此导柱采用T8A钢（经淬火处理），硬度为5055HRC。导柱固定部分的表面粗糙度值为Ra=0.8m，导向部分的表面粗糙度值为Ra=0.4m0.8m。导柱固定端与模板之间采用H7/k
33、6的过渡配合，导柱的导向部分采用H7/f7的间隙配合11。导柱的结构图如图12所示：图12 导柱4.6.2 导套设计为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔要做成通孔，以利于排出孔内的空气。导套的材料与导柱相同，也为T8A，但其硬度应略低于导柱硬度，这样可以减轻磨损，以防止导柱或导套拉毛。本副模具采用直导套，直导套用H7/r6过盈配合镶入模板。直导套的结构图如图13所示：图13 直导套4.7 推出机构设计成型结束后，模具打开，需要把塑件从型腔中推出，因此，推出机构是必不可少的。在设计推出机构时，须遵循以下原则12：（1）推出机构应尽量设计在动模的一侧；（2）推出机构的设计应保证塑件不应
34、推出而变形损坏；（3）推出机构简单，运动准确、灵活、可靠；（4）选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使塑件平稳脱出，保证塑件不变形，不影响塑件外观。（5）合模时能够准确复位。考虑到该塑件的内壁上有两个凸筋，仅靠推杆直接推是不可能把塑件推出去的，所以还必须加上其它的方式。本副模具采用推杆和斜滑块配合的方式推出塑件。4.7.1 脱模力的计算注射成型后，塑件在模具中冷却定型，由于体积收缩，会对型芯产生包紧力，塑件必须克服摩擦阻力和大气压力才能从模具中脱出。脱模力的计算公式如下： （3）式中 脱模力（N）； 垂直抽芯方向型芯的投影面积（mm），取=1633.78mm； 塑料的拉伸弹性模量（Mpa），取
35、=1.94Mpa； 塑料的平均成型收缩率（%），取=0.5%； 塑件的壁厚（mm），取=3.75mm； 模具型芯的脱模斜度（），取=1； 塑料的泊松比，取=0.30； 塑件与型芯间的静摩擦因数，取=0.15； 塑件对型芯的包容长度（mm）,取=28.75mm。代入数据，计算得： N4.7.2 推杆尺寸的计算及机构设计为了能够更好的与斜滑块配合，方便塑件的整体脱模及不对塑件损坏，所以推杆的数量为4根，其在支撑板上的分布如图14所示：图14 推杆分布图（1）推杆受力的计算每一根推杆的平均受力，计算公式如下： （4）式中 脱模力（N）； 推杆的数目； 每根杆所受的力（N）。代入数据，计算得： N（2
36、）推杆的结构设计推杆的直径计算公式如下： （5）式中 推杆的直径（mm）； 推杆的长度（mm），取=100mm。代入数据，计算得： mm由于推杆是标准件，故其直径可取为8mm，推杆的材料为T8A（GB/T 1298-1986），推杆与推杆孔的配合一般为H8/f8或H9/f9。推杆的结构图如图15所示：图15 推杆4.7.3 复位机构设计本设计采用复位杆复位，用4根复位杆。复位杆的材料为T8A，直径为12mm，其结构图如图16所示：图16 复位杆4.8 侧抽芯机构设计该塑件侧壁上有两个小孔，把手处还有一个长孔，另外，塑件内壁上还有两个凸筋，它们阻碍成型后塑件从模具中脱出。因此，成型侧壁上的小孔、
37、把手处长孔的零件和内壁处的凸筋必须做成活动的型芯，在塑件推出前先将活动型芯抽出，然后再从模腔中脱出塑件。完成侧型芯抽出和复位动作的机构叫侧向抽芯机构。4.8.1 抽芯机构的选择侧向分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种13。（1）手动抽芯。手动抽芯是在推出塑件前或脱模后用手工方法将活动型芯取出。手动抽芯机构的模具结构简单，但生产效率低、劳动强度大、抽拔力有限，仅在特殊场合使用，因此本次设计中不采用。（2）液压或气动抽芯。液压或气动抽芯是指侧向分型的活动型芯可由液压传动或气压传动的机构抽出。由于一般注射机没有抽芯油缸或气缸，需另行设计液压或气动传动机构及抽芯系统，增大了模具设计
38、的困难，因此本次设计中也不采用。（3）机动抽芯。机动侧向分型与抽芯是利用注射机的开模力，通过传动机构改变运动方向，将侧向活动的型芯抽出。机动抽芯机构的结构比较复杂，但是抽芯不需要人工操作、抽拔力较大，具有灵活、方便、生产效率高、容易实现全自动操作、无需另外添置设备等优点，在生产中被广泛采用。因此本次设计将采用机动抽芯机构。4.8.2 塑件左侧小孔的抽芯侧壁上的小孔和长孔的抽芯设计采用斜导柱侧抽芯机构。斜导柱侧抽芯机构是应用最广的分型机构，它借助开模力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。左侧小孔的抽芯结构如图17所示：图17 左侧抽芯结构滑块装在导槽内，可沿着抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的
39、斜导柱与开模运动方向成斜角安装，斜导柱与定模板采用H7/m6的配合，与滑块上对应的孔采用留有一定间隙的配合。开模时，斜导柱与滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一侧向分力。迫使滑块完成抽芯机构。开模后，滑块必须停留在一定的位置上，否则闭模时斜导柱不能准确地进入滑块，为此必须设置滑块定位装置。图中的限位挡钉和弹簧的作用是完成抽拔动作后对滑块起定位作用，使它停留在与斜导柱脱离的位置上，以便合模时斜导柱能准确进入斜孔，驱动其复位。楔紧块的作用是在闭模时锁紧滑块，以免注塑时滑块因受到塑料的压力而产生位移。4.8.3 塑件右侧小孔的抽芯塑件右侧的小孔和把手处的长孔的抽芯机构如图18所示：图18 右侧抽芯机
40、构把手处地型芯通过螺钉与滑块连在一起，随着滑块一起运动。由于右侧的滑块运动距离比较大，所以右侧的定位装置与左侧的不同。该定位装置依靠螺钉和压紧弹簧使滑块退出后紧靠在限位挡板上定位。4.8.4 凸筋处的抽芯机构斜滑块抽芯机构适用于塑件侧孔或侧凹较浅，所需抽芯距不大但成型面积较大的场合，所以塑件内壁凸筋处的抽芯可以用斜滑块侧抽芯机构。斜滑块侧抽芯机构结构简单、制造方便、动作可靠，应用广泛14。本次设计采用滑块导滑斜滑块侧向抽芯机构，凸筋处的斜滑块侧抽芯机构如图19所示：图19 斜滑块侧抽芯机构开模时，推杆推动斜滑块，斜滑块在导滑块的导滑作用下，沿着型芯的斜面向上运动，从而完成对塑件内壁处凸筋的抽芯
41、，同时也推出了塑件。为了防止斜滑块沿着型芯的斜面运动距离过大，所以导滑槽的长度并没有到达型芯顶端处，而是有一定的长度限制。4.8.5 斜导柱的结构设计斜导柱的断面形状为圆柱形，斜导柱的端部做成锥形，锥体角应大于斜导柱的倾斜角，避免斜导柱有效工作长度部分脱离滑块斜孔之后，锥体仍有驱动作用。斜导柱采用T8A号钢，热处理硬度在55HRC以上，表面粗糙度Ra不大于0.8m。斜导柱与其固定板采用H7/m6的配合，与滑块斜孔之间留有0.5 1mm的间隙，此间隙使滑块运动滞后于开模运动，且使分型面处打开一缝隙，使塑件在活动型芯未抽出前获得松动，然后再驱动滑块抽芯。斜导柱的结构如图20所示：图20 斜导柱4.
42、8.6 滑块滑块上装有侧型芯，在斜导柱的驱动下，实现侧抽芯，滑块是斜导柱抽芯机构中的重要零部件。滑块与型芯有整体式和组合式两种。整体式适于形状简单易于加工的场合；组合式的特点是加工、维修和更换方便，能节省优质钢材，故被广泛采用。本次设计采用的是组合式滑块，滑块与侧型芯用销钉连接，如图21所示：图21 滑块滑块采用45号钢，淬硬度在40HRC以上，成型部位采用局部热处理达到硬度要求。侧型芯采用Cr12钢制造，硬度在50HRC以上。4.8.7 滑块的导槽滑块的导槽与滑块的配合要求运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，两者之间上下、左右各有一对平面配合，配合取H7/f7，其余各面留有间隙。滑块的导槽部
43、分应有足够的长度，避免运动中产生歪斜，一般导槽部分长度应大于滑块宽度的2/3。导滑槽应有足够的耐磨性，由T8A钢制造，硬度在50HRC以上。滑块的导滑槽结构如图22所示：图22 导滑槽4.9 温度调节系统的设计在塑件成型过程中，模具的温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件的质量，而模具的温度高低又取决于塑料的结晶性、塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度、注射压力）等15。模具温度调节的基本原则如下：（1）对于黏度低、流动性好的塑料，可采用常温水进行冷却，并通过调节水的流量大小控制模具温度。（2）对于粘度高、流动性差的塑料，常需要对模具加热。（3）对于黏流
44、温度或熔点不太高的塑料，一般采用常温水或冷冻水对模具进行冷却。有时也采用加热措施对模具的温度进行控制。（4）对于黏流温度或熔点高的塑料，可采用温水控制温度。（5）对于流程很长、壁厚又较厚的塑件，或者是黏流温度或熔点虽然不高、但成型面积很大的塑件，可对模具采取适当的加热措施。（6）对于小型薄壁零件，当成型工艺要求的模温不太高时，可依靠自然空气冷却。4.9.1 加热系统的设计由于该塑件的材料是ABS，且ABS要求的模温较低，所以本模具不需要设置加热系统，只设置冷却系统即可。4.9.2 冷却系统的设计ABS塑料的模温要求较低，由于模具不断地被注入的熔融塑料加热，模温升高，单靠模具本身自然散热不能使模
45、具保持较低的温度，因此，必须加设冷却装置16。模具冷却系统的设计原则如下：（1）在保证模具材料有足够机械强度的前提下，冷却水道尽可能开设在靠近型腔或型芯表面的位置。（2）冷却水道的直径优先采用8mm以上的，且各个水道的直径应尽量相同，避免因水道直径不同造成冷却液流速不均。（3）防漏水，特别不能渗透到成型区域，当水道必须通过镶件、模板接缝时，必须密封。（4）进出水口应设在不影响操作的方位，通常设在注射机操作位置的对面或模具下方。（5）在模具总体设计过程中应给冷却水道留出足够的空间。而且在冷却系统内，各处连接处应保持密封，防止冷却水外泄。5 模具零件的计算本次设计计算模具成型零件的工作尺寸时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查资料得ABS材料的收缩率为0.3%0.7%，故平均收缩率
