塑料件与模具设计论文 - 图文

沈阳化工大学

本科毕业设计

题 目: 塑料挂钩座注射模具设计 院 系: 科亚学院 专 业: 高分子材料与工程 班 级: 科材0702 学生姓名: 王 涌 超 指导教师:

论文提交日期: 2011年 6月10 日 论文答辩日期: 2011年 6月27 日

毕业设计（论文）设计任务书

科亚学院 科材料0702班 学生 王涌超

1.毕业设计（论文）题目： 塑料挂钩座注射模具设计 2．学生提交设计（论文）期限：自 3 月 1 日开始至 6 月 10 日完成 3．设计（论文）所用原始资等料： 1）产品实物测绘的工件图纸和技术要求； 2）现场资料； 3）《模具工业》、《模具技术》和《塑料模具设计手册》等参考文献和设计手册。 4.毕业设计（论文）内容： 1）该塑料件的工艺分析、所用材料的物理、化学、力学性能分析及其成型工艺性； 2）模具结构类型的选择与设计计算； 3）用Pro/E软件对该模具进行三维动态模拟设计、分析等。 5. 提交设计（论文）形式（设计说明书与图纸或论文等）及要求： 1）模具总装图1张； 2）绘制所有零件图（其中1张A1手工绘制图纸的量，其余图纸用计算机绘制）； 3）毕业答辩图纸总量不少于3.5张A0图纸； 4）设计说明书（打印）不少于50页。 指导教师： 签字 年 月 日 教研室主任： 签字 年 月 日 学 生： 签字 年 月 日

内容摘要

注塑模具在机械、电子、航天航空、生物领域及日用品的生产中得到广泛的应用。本次设计的是塑料挂钩座注射模具，设计内容主要包括模具总体结构和零部件设计，以及模具各部分的计算和校核，借助于软件PRO/ENGINEER对模具结构进行了合理性的分析，缩短了设计周期，以期设计出所要求的模具。

本设计为挂钩后座塑料部分的模具设计,塑料件部分多孔、多筋，要求表面光滑,对模具有较高的精度要求,特别是一模多腔,由于结构复杂,制作精度高,使用优质模具材料以及新型表面处理技术,借助CAD、PRO/ENGINEER技术,针对塑料件多腔注塑模具进行设计研制,采用一种新颖的脱内螺纹结构-收缩分瓣式型芯。

关键词： 塑料挂钩座；注塑模具；计算机辅助设计

目 录

第一章 产品分析 ....................................... 1 1.1塑件分析 .......................................... 1 1.1.1结构分析...................................... 1 1.1.2尺寸精度分析 ................................. 1 1.1.3塑料件壁厚度 ................................. 1 1.1.4表面质量分析 ................................. 2 1.2塑件的原材料分析 .................................. 2 1.2.1基本资料 ..................................... 2 1.2.2机械特性 ..................................... 2 第二章 塑件相关计算及注塑机的选择 ....................... 4 2.1塑件相关计算 ...................................... 4 2.1.1投影面积计算 ................................. 4 2.2注塑机选择及注射工艺参数确定 ...................... 5 2.2.1注射机的选择 ................................. 5 2.2.2注射工艺参数确定 ............................. 6 第三章 拟定型腔布局 .................................... 7 3.1型腔 .............................................. 7 3.2型腔数目的决定 .................................... 7 3.2.1塑件尺寸精度 ................................. 7 3.2.2模具制造成本 ................................. 7

3.2.3注塑成形的生产效益 ........................... 7 3.2.4制造难度 ..................................... 7 3.3型腔排布 .......................................... 8 第四章 分型面设计 ...................................... 9 4.1分型面设计原则 .................................... 9 4.2分型面设计 ........................................ 9 第五章 浇注系统设计 .................................... 10 5.1总体设计 ......................................... 10 5.2主流道设计 ....................................... 10 5.3分流道设计 ....................................... 11 5.4浇口的设计 ....................................... 12 5.5冷料井设计 ....................................... 13 5.6浇口套及定位圈的设计 ............................. 13 5.7塑件模流分析 ..................................... 14 5.7.1冲模时间分析 ................................ 14 5.7.2填充质量分析 ................................ 15 5.7.3成型压力分析 ................................ 15 5.7.4压力降分析 .................................. 16 5.7.5流动前沿温度分析 ............................ 16 5.7.6成型质量分析 ................................ 17 5.7.7熔接痕分析 .................................. 17 5.7.8气泡分析 .................................... 18

5.7.9分析报告 .................................... 18 5.7.10结论 ....................................... 19 第六章 模架的选用及注射参数校核 ........................ 20 6.1模架 ............................................. 20 6.1.1结构形式 .................................... 20 6.1.2模板及组合精度 .............................. 20 6.2开模行程校核 ..................................... 21 第七章 成型零件设计 ................................... 22 7.1成型零件的材料选择 ............................... 22 7.2成型零件结构设计 ................................. 22 7.2.1 PRO/E中的模具模块设计 ...................... 22 7.2.2凹模结构设计〃 .............................. 24 7.2.3凸模结构设计 ................................ 26 7.2.4型腔型芯尺寸计算： .......................... 27 第八章 注射模基本结构设计 ............................. 28 8.1侧向分型抽芯机构设计 ............................. 28 8.1.1侧向分型抽芯机构类型选择 .................... 28 8.1.2抽芯距确定与抽芯力计算 ...................... 28 8.1.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计 .............. 29 8.2合模导向机构设计 .............................. 33 8.3定位装臵 ...................................... 35 第九章 脱模机构设计 ................................... 37

9.1脱模装臵 ......................................... 37 9.1.1推出机构的设计设计原则 ...................... 37 9.1.2推杆的机构特点 .............................. 37 9.1.3脱模机构有关计算 ............................ 38 9.2推出机构设计 ..................................... 38 9.2.1推杆布臵 .................................... 39 9.2.2推杆结构及固定 .............................. 39 9.2.3推杆强度交核 ................................ 40 9.3拉料机构 ......................................... 40 第十章 冷却及排气系统设计 ............................. 42 10.1冷却系统 ........................................ 42 10.1.1冷却回路的布臵 ............................. 42 10.1.2冷却时间计算： ............................. 43 10.1.3成型周期计算 ............................... 43 10.2排气机构 ........................................ 44 第十一章 模具总体结构 ................................. 45 结束语 .................................................. 48 致 谢 .................................................. 49 参考文献 ................................................ 50 附录 .................................................... 51

沈阳化工大学学士学位论文 第一章 产品分析

第一章 产品分析

1.1塑件分析

1.1.1结构分析

本设计为塑料挂钩座，结构如下图所示：

【图1－1】塑件草图 由物件实体模型及二维草图可知，该零件二维俯视平面形状为近似于梯形，零件大端有两个伸出块及两个六角型通孔，小端有两个小孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有突出小块，加强筋等等，所有结构对称。

在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型芯对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角型通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件较复杂。 1.1.2尺寸精度分析

该制品的重要部分尺寸精度为6级，其它尺寸精度为7－8级，属于中等精度，对应的模具加工精度可以保证。 1.1.3塑料件壁厚度

从塑料件的壁厚，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，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。

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 产品分析

1.1.4表面质量分析

该塑料件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。

送上所述，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。

1.2塑件的原材料分析

塑料件材料采用 聚碳酸脂（PC），其性能参数如下： 1.2.1基本资料 英文全名：polycarbonate

化学名： 2,2＇-双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯 结 构： 【图1－3】聚碳酸脂

PC：耐冲击性相当高，属于工程塑料。

耐热性佳、低温安定性良好。

成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。 无毒性。 1.2.2机械特性 密度：1.20－1.22 g/cm 3

拉伸强度：630kg/cm2 硬度：70(Rockwell M) 吸水率：0.24% 1.2.3热物性质

线膨胀率 ：3.8×10-5 cm/cm℃ 热变形温度 ：135°C 低温：-45°C

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 产品分析

1.2.4成形加工性

射出成型温度：230～310℃ 射出成型压力：1000～1400Kg/cm 成形收缩率：0.5%～0.7% 模具温度：80～120℃ 注射时间：20～90 高压时间：0～5 冷却时间：20～90 总 周 期：40～190

从以上资料分析可以得知，聚碳酸酯（PC）性能：冲击强度特别突出。在一般热塑性树脂中是较优良的。弹性模量较高，受温度影响极小，耐热温度为120℃。耐寒达－100℃采脆化。尺寸稳定性高。耐腐蚀，耐磨性均良好。但存在着高温下对水的敏感性。 用途：用来制造齿轮、蜗杆、齿条、凸轮、心轴、轴承、垫圈、铆钉、泵叶轮、汽车汽化器部件、车灯灯罩、闪光灯灯罩、节流阀、润滑油输油管，各种外壳、容器、冷冻和冷却装置零件，电器接线板、线圈骨架、酸性蓄电池槽及高温透镜等。

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 塑件相关计算及注塑机的选择

第二章 塑件相关计算及注塑机的选择

2.1塑件相关计算

2.1.1投影面积计算

塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出,如图2－1所示： 由分析可得：

【图2－1】 投影面积计算

注塑件投影面积S=1008.76*4≈4035mm 2.1.2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《塑料模设计手册》表1－4查得：ρ=1.2g/cm），如图2－2所示：

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 塑件相关计算及注塑机的选择

结果如下：

【图2－2】 体积及质量计算

体积 = 4.9079263e+03 mm 曲面面积 = 5.2316449e+03 mm 密度 = 1.2000000e+00 t / mm 质量 = 5.8895115e+03 t

故注塑件的体积为：V≈4907.9×4=19631.6mm 质量为： M≈19.63×1.2＝23.56g

（注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）

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2.2注塑机选择及注射工艺参数确定

2.2.1注射机的选择

由塑料件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它情况，查《塑料模设计手册》附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：

结构类型：卧式 理论注射量: 60cm 注射压力：12200N/cm锁模力: 500kN 最大注射面积:130cm 最大模具厚度：200mm

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 塑件相关计算及注塑机的选择

最小模具厚度：70mm 喷嘴球半径:12mm 喷嘴孔直径：4mm 2.2.2注射工艺参数确定

查《塑料设计手册》表1－4，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择： 成型温度/℃：

料桶温度：后段：210-240℃

中段：230-280℃ 前段：240-285℃ 喷嘴温度：240-250℃ 模具温度：90-110℃ 注射压力/MPa：80-130MPa

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 拟定型腔布局

第三章 拟定型腔布局

3.1型腔

一般来说，精度要求高的小型塑料件或大中型塑料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，并且形状简单又需要大批量生产的情况下，采用多型腔模具可提高生产率。

型腔的数量确定以后，进行型腔的排布设计。型腔的排布即模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡以及温度系统的设计。上述问题又与分型面及浇口口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到完善设计的目的。 2.1.1型腔数量确定及型腔的排布

所谓型腔（cavity）是指模具中成形塑件的空腔，空腔是塑料件的负形，除去具体尺寸比塑料略大、凹凸相反外，都和塑料件完全相同。

注射成形的步骤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）形成空腔（型腔）。其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。

3.2型腔数目的决定

型腔数目的决定与下列条件有关。 3.2.1塑件尺寸精度

型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。 3.2.2模具制造成本

多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。 3.2.3注塑成形的生产效益

多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 3.2.4制造难度

多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。

本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下： A=ty/3600+anc/m

（摘自《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰 陈言秋 编著 化学工业出版社） 式中：m：制品的生产总量/个

A：成型每个制品所需费用，元/个 n：型腔数量，个 t：成型周期，秒

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 拟定型腔布局

y：成型费用，元/时

c：单个型腔模具制作费，元/个 a：多个型腔模具制作费递减率，% anc：模具费用，元

然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。 由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。

综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。

3.3型腔排布

在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。

本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：

3.3.1如图3－1所示，四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：

【图3－1】 型腔布局

3.3.2如图3－1所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。

综合以上两种方案考虑，拟定第二种型腔布局方式。

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沈阳化工大学学士学位论文 第四章 分型面设计

第四章 分型面设计

4.1分型面设计原则

在注射模具中，用于取出塑料件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。常见的取出塑料件的主分型面，与开模方向垂直，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。

分型面的确定主要应遵循以下原则：

1.分型面影选择在塑料件的最大截面处。

2.尽可能的讲塑料件留在动模一侧。因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便 易行。

3.有利于保证塑料件的尺寸精度。 4.有利于保证塑料件的外观质量。 5.考虑满足塑料件的使用要求。

6.尽量减小塑料件在合模平面上的投影，以减小所需锁模力。 7.长型芯影至于开模方向。 8.有利于排气。

9.应有利于简化模具结构。

10.非平面分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便。

4.2分型面设计

根据本案塑料件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、外观质量等要求，主分型面的位置的选择如下图所示：

【图4－1】 分型面

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

第五章 浇注系统设计

浇注系统设计是注射模具设计中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注塑

机喷嘴到模具型腔位置的一种完整的输送通道，具有传质、传压、传热的功能，对塑料件质量具有决定性影响。浇注系统主要包括主流道、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。

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，以便得到最合适的进料口。最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又因为模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对称布置）：

【图5－1】浇注系统 5.2主流道设计

主流道为连接注塑机喷嘴与分流道的熔融塑料的流动通道，一般为圆锥形，锥度为α＝2°～ 6°，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，

此处的主流道锥角：α＝5°

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.5～1mm左右，通常取d=3～6mm，查《型腔模具设计与制造》表3－5，当材料为PC，注射机最大注射量为60g时，选取d=5mm，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5－2】主流道参数

5.3分流道设计

分流道是注射或传递模塑的多模腔或多浇口模具中，连接主流道末端和浇口之间的一段流道，在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔模具中，有的则可省去分流道。在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽量可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小流道的容积。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。

分流道截面形状和尺寸：

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，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；梯形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为梯形形式。

分流道直径的计算，可由以下经验公式计算：

《塑料制品与模具设计》P174 公式3.3-3） d?0.27m4L （

式中：d——圆分流道直径，或各种截面分流道的当量直径，mm； W——流经的塑料物料重量, g； L——改分流道的长度， mm。

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

经估算得第一级和第二级分流道的直径分别为D1≈5mm,D2≈4mm，故各级分流道的尺寸如下图所示：

【图5－3】分流道

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，以便于脱模，其尺寸如图5－4所示：

【图5－4】分流道

5.4浇口的设计

浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑料件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。 点浇口具有以下优点：

1. 可大大提高塑料熔体剪切速率，表观粘度降低明显，致使冲模容易。

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

2. 熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，粘度再次下降，致使流动性再

次提高。

3. 能正确控制补料时间，无倒流之虑；有利降低塑料件特别是浇口附近的残余应力，

提高了制品质量。

4. 能缩短成型周期，提高生产效率。

5. 有利于浇口与制品的自动分离，便于实现塑料件生产过程的自动化。 6. 浇口痕迹小，容易修整

7. 在多模行腔中，容易实现各型腔均衡进料，改善了塑料件质量。 8. 能较自由的选择浇口位置。

综上所述，在这里使用点浇口。 点进料口的直径通常以下式计算：

d?n?c?4A (《塑料制品与模具设计》P179 公式3.3-9)

式中：d——点浇口直径，mm；

A——型腔的表面积，即塑料件外表面面积，mm n——塑料件壁厚的函数值，其中PC对应为n＝0.7 c——塑料材料系数。 这里我们直接查《塑料模设计手册》表5－46，得 d＝1.0mm 此外，点进料口与分流道的连接需要通过一个储料井，其具体形式如图所示： 【图5－5】储料井

5.5冷料井设计

通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功能为“捕捉”和贮存融了前锋的冷料。冷料井也经常起拉钩流道凝料的作用。根据需要，冷料井影设置在熔料流动方向的转折位置，长度通常为浇道直径d的1.5～2倍。

5.6浇口套及定位圈的设计

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

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0.1～0.3毫米，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M6～M8的内六角螺钉，本设计采用四个M6螺钉固定。浇口套的材料为T10、硬度HRC45；定位圈的材料为45刚，硬度HRC50,其尺寸设计如下图所示： 【图5－7】浇口套与定位圈 5.7塑件模流分析 在PRO/ENGINEER软件模具模块中进行分模及浇注系统创建后，即可自动产生铸模件，也就是注射成型时包括浇注系统在内的注射件，为了能够更好的分析塑件的注射成型性能，我们还是使用MoldFlow分析软件对其进行模流分析。 本设计使用的是MoldFlow MPA模块，即Mold Plastic Adviser，使用MoldFlow MPA可对塑件进行简单的成型工艺分析，包括最佳浇口位置选择、流动分析，填充性能分析、成型质量预测、气泡与熔接痕分析，收缩痕分析等。使用MPA分析前需设定成型条件：

预热温度：115℃；料桶温度：275℃，注射最大压力－130MPa；高压时间：0.5s

5.7.1冲模时间分析

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

【图5－8】冲模时间

5.7.2填充质量分析

【图5－9】填充质量

5.7.3成型压力分析

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

【图5－10】成型压力

5.7.4压力降分析

【图5－11】压力降

5.7.5流动前沿温度分析

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

【图5－12】流动前沿温度

5.7.6成型质量分析

【图5－13】成型质量

5.7.7熔接痕分析

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

【图5－14】熔接痕

5.7.8气泡分析

【图5－15】气泡

5.7.9分析报告

表5-1 模流分析报告表

Your part can be easily filled but part quality may Moldability: be unacceptable. - 18 -

沈阳化工大学学士学位论文 第五章 浇注系统设计

Confidence: Injection Time: Injection Pressure: Weld Lines: Air Traps: Shot Volume : Filling Clamp Force: Packing Clamp Force Estimate @20%: Packing Clamp Force Estimate @80%: Packing Clamp Force Estimate @120%: Clamp Force Area: Cycle Time: Medium 0.87 sec 56.07 MPa Yes Yes 25.55 cu.cm 12.13 tonne ( 11.21 )MPa 4.73 tonne ( 44.86 )MPa 18.90 tonne ( 67.29 )MPa 28.36 tonne 40.82 sq.cm 28.50 sec

5.7.10结论

由上述数据可知，熔体较容易充模，但制品质量可能存在问题，塑件可能产生熔接痕、气泡等缺陷。

压力、温度等成型条件符合要求，浇口位置接近最佳位置，故缺陷产生原因应为PC材料特性所导致。

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沈阳化工大学学士学位论文 第七章 成型零件设计

第六章 模架的选用及注射参数校核

6.1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，这对缩短制造周期，降低制造成本有很大帮助。

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、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。

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。 模架选择： 6.1.1结构形式

这里我们选用的模架为国产标准模架，由于本模具采用的是点进料口自动脱浇道板设计，并且由于动模为嵌入式组合，故必须安装动模支撑板，查《实用模具技术手册》11.1.2－塑料注射模中小型模架（GB/T 12556.1-90），选取模架的基本形式为：点AY型，其结构如图6－1所示：

【图6－1】模架

6.1.2模板及组合精度

根据型腔尺寸及考虑侧向分型机构，选取模架尺寸为250mm×300mm，各板的厚度尺寸由《使用模具技术手册》表11－2，考虑型腔厚度，选择定模板厚25mm，动模板厚40mm，脱浇道板厚15，动模支撑板厚35mm，座板厚度25mm，垫块厚度63mm。

动定模板孔位精度及与基准面的位置精度需达到互换。动模板、定模板的垂直度、平行度、导柱孔距及至基准面边距的尺寸精度和模架组合技术要求如下：

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A.基准面垂直度误差⊥300：0.02；

B.模板厚度方向两平面平行度误差∥300：0.02； C.导柱导套孔距偏差??0.02mm； D.导柱孔至基准面边距偏差??0.02mm；

E.组合后定动模固定板上下平面平行度误差∥300：0.02； F.组合后分型面贴合间隙?0.03mm

6.2开模行程校核

选取标准模架及确定各模板尺寸后，我们就可以计算其开模行程并进行校核，以确定注射机的选择是否合理。

由于本设计采用的是点浇口形式，故为多分型面注射模，并且由于选用的注射机为XS-ZY-125型注射机，故最大开模行程smax与模具厚度无关，如图所示，开模距离按下式计算： 【图6－2】开模行程 s?H1?H2?H3?5~10mm

其中H1=60mm，H2=32mm，H3=10,故：

S?110mm?Smax

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第七章 成型零件设计

注射模具闭合时，成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凸模、凹模、型芯、镶拼件，各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑料件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑料件的粘着力。在上万次，甚至几十万次的注射周期，成型零件的尺寸和精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。成型零件在冲模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在允许值之内。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、耐磨力以承受塑料的挤压力，有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》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

成型零件的结构设计，是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型及模具制造成本。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。

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：

A.自由曲面的设计比较难； B.曲面的尺寸不易表达清楚； C.计算量大，设计效率低。

为了克服以上缺点，本次设计中采用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

利用PRO/ENGINEER内置的模具设计模块进行设计一般有以下几步：

a.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；

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b.输入塑件材料的收缩率，为后面生成成型零件提供参数；

c.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）；

d.用parting surf命令设计出分模面（包括主分模面及侧型芯分模面）； e.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； f.用molding命令对模腔进行填充，生成浇注件。

g.用mold opening定义模具开模动作生成爆炸图。以下对凹模、凸模的设计分述。 1.分模面设计

由于塑料件表面多孔并有缺口，以及有侧抽芯孔等,故在分模设计时需要把这些孔补全，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，通常把在PRO/E中进行补面的过程称为“靠破孔” ，设计如下图所示：

【图7－1】分模面

2.模具开模动作模拟及开模检测

在分模面设计完成之后，可由分模面和坯料自动生成模具体，并进一步生成模具模仁及浇注件。在此基础上，就可以对分模设计进行相应的检测，如倒勾检测、拔模斜度检测等等，并可简单的模拟模具开模动作。

开模图及各检测结果如下所示：

【图7－2】开模

除模拟开模动作之外,我们还可以利用PRO/ENGINEER模具分析中的拔模检测功能,检查模具的拔模斜度:

分别对定模和动模进行拔模检测,其检测结果如下:

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结论:综合以上分析，分模设计无倒勾存在，可顺利开模；而拔模检测图显示，模具的动定模两侧最小拔模斜度均为零度，不过考虑塑件的结构较小，并无大的拔模面存在，综合考虑，并不会对开模和塑件质量产生大的影响。 7.2.2凹模结构设计·

【图7－3】拔模检测

凹模是成型塑件外表面的成型零件，凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。采用镶拼结构的凹模，对于改善模具加工工艺性有明显好处。 7.2.2.1整体式凹模

在成型模具的凹模板上加工型腔，其特点是有较高的强度和刚度，但是加工困难。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。 整体结构的缺点如下： a.难以排气；

b.需要采用精密磨削加工；

c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形；

d.当塑料制品形状复杂是，其型腔的加工工艺性较差

一般此类成型零件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。 7.2.2.2组合式凹模

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无底型腔加工后装上底板，构成凹模整体型腔，称之为组合式凹模。它是一种大面积的镶嵌。组合式型腔是由两个以上零件组合而成的。这种型腔改善了加工工艺性，减少了热处理变形，节约了模具贵重材料，但结构较复杂，装配比较麻烦，塑件制品表面可能留有镶拼痕迹，组合后的型腔牢固性较差。因此，这种型腔主要用于形状复杂的塑料制品的成型。

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： 整体嵌入式凹模：

a. 整体嵌入式凹模。适用于小型塑料件采用多型腔塑料模成型，讲多个一致性好的整体凹模，嵌入到凹模固定板中。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。型腔镶件的外形通常是带台阶的圆柱形，先嵌入型腔固定板后，再用支撑板、螺钉将其固定；如要求严格定位时，可用销钉或平键定位防转。

此型腔形状及尺寸一致性较好，更换方便，可节约贵重金属，但模具体积较大，用特殊加工法。

b.局部镶嵌式凹模。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。

此外还有镶拼式、瓣合式等组合型腔形式，在此不做阐述。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，故此例选用的凹模形式即为整体镶嵌式，四个型腔分为四个镶块，固定方式采用支撑板固定，故不需要安装螺钉，其结构如图所示：

[图7－4】凹模

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【图7－5】型腔镶块

7.2.3凸模结构设计

凸模设计的方法与凹模设计方法基本一样，由塑件的结构形式可知，凸模也采用局部镶嵌形式，考虑定模部分无支撑板，故镶块的固定形式不同于凹模镶块，而采用内六角圆柱螺钉固定：

【图7－6】凸模

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【图7－7】型芯镶块

7.2.4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，型腔尺寸参见附图-型芯镶块。

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沈阳化工大学学士学位论文 第八章 注射模基本结构设计

第八章 注射模基本结构设计

8.1侧向分型抽芯机构设计

侧向分型与抽芯机构简称为侧抽机构，用来成型具有外侧凸起、凹槽和孔的塑件，成型壳体制品内侧的局部凸起、凹槽和盲孔。具有侧抽机构的注射模，起可动零件多，动作复杂。

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。本设计中，塑件的一端有两个侧孔，故必须设计侧向分型抽芯机构，模具才能顺利脱模。 8.1.1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，一般可将其分为机械力驱动、液压驱动或气动以及手动三大类型。

机械力驱动侧向分型与抽芯机构是利用注射机开模力作为动力，通过传动零件使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑料制品中抽出，合模时使侧向成型零件复位。这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯过程无需手工操作，生产率较高，且机动抽芯抽芯力、抽芯距较大，故在生产中广泛采用，故本设计采用机械力驱动侧向分型抽芯机构。

机械力驱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，本设计选用斜导柱分型与抽芯机构。 8.1.2抽芯距确定与抽芯力计算 8.1.2.1抽芯距

抽芯距是指侧型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置时所移动的距离，通常用s表示。此外，为安全起见，侧向抽芯距通常比壁塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大2～3mm。

由图8－1可知，本塑料件的侧孔即六角孔的深度为3.5mm，故抽芯距：

【图8－1】抽芯距

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s＝3.5＋2～3（mm），取s＝6mm

8.1.2.2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。对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下的公式进行估算：

FC?c?h?p?(?cos??sin?) (《塑料成型工艺与模具设计》5－59)

式中： FC——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（抱紧力），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(0.8～1.2)×10Pa，模外冷却的塑件取(2.4～3.9)×10Pa；

?——塑料在热状态时对刚的摩擦系数，一般取0.15～0.2； ?——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：

7

7

FC={[(0.002×6)×0.004-(0.0028×2)×0.0015]×1×107×cos0}×4

= 256(N)

8.1.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计

8.1.3.1斜导柱的设计

斜导柱时分型抽芯机构的关键零件。它决定了抽芯力与抽芯距的大小，其设计主要包括斜导柱形状、尺寸及倾角大小。 1）斜导柱截面形状：

常见的斜导柱进面形状有圆形和矩形，圆形截面加工方便，装配容易，应用较广；矩形截面在相同截面条件下，具有较大的断面系数，能承受较大的弯矩，虽然加工较难，装配不便，但在实际生产中仍有使用，此设计选择圆柱形截面。 2）斜导柱斜角的确定：

斜导柱的斜角α是斜导柱抽芯机构的一个主要参数。它的大小涉及导开模力、斜导柱所受的弯曲力、滑块实际抽芯力以及开模行程等的小，其关系如下：

F正=F弯=F抽/cos?

F开=F弯?sin?=F抽?tg?

式中： F弯——斜导柱所受的弯曲力；

F正——斜导柱所用于滑块的正压力，它等于斜导柱所受的弯曲力； F抽——抽拔出侧型芯所需要的抽芯力；

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F开——抽出侧型芯所需要的开模力；

?——斜导柱的斜角。

由以上式子可知，当斜角增大时，要获得相同的抽芯力，则斜导柱所受的弯曲力要增大，同时所需要的开模力也增大。因此，从希望斜导柱受力较小的角度考虑，斜角越小越好；但当抽芯距为一定值时，斜角的减小，必然单质斜导柱工作部分长度的增加及开模行程的加大，而开模行程受到注射机开模行程的限制，而且斜导柱工作长度的加长会降低斜导柱的刚性，所以综合考虑，在生产中斜角一般采用15°～20°，最大不超过25°，此设计选取:

?＝18°

3）斜导柱尺寸计算： 直径：

斜导柱直径主要受弯曲力的影响，由《塑料成型工艺与模具设计》P194.斜导柱的直径计算，可用查表方法确定斜导柱的直径，由抽芯力和斜角查《塑料成型工艺与模具设计》表5－20得最大弯曲力F?为3kN，再由F?和H?（侧型芯滑块受得脱模力作用线与斜导柱中心线得交点导斜导柱固定板的距离）查表5－21得斜导柱直径为15mm，但考虑侧滑块宽度较大，因此将在每个侧滑块上安装两个斜导柱，故取斜导柱直径为：

d＝10mm

长度：

斜导柱的长度图见图8－2，其工作长度与抽芯距有关： 【图8－2】斜导柱 L?s/sin??6?sin18? ?19.4mm- 30 -

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斜导柱的总长度与抽芯距、斜导柱的直径和倾斜角以及导柱固定板厚度等有关。斜导柱总长为：

Lz?L1?L2?L3?L4?L5 d2hds?tg???tg???5~10mm2cos?2sin?式中： Lz——斜导柱总长度；

d2——斜导柱固定部分大端直径；

h——斜导柱固定板厚度，此处即为定模板厚度-10mm；

d——斜导柱工作部分直径；

s——抽芯距。

经计算得到斜导柱总长度为：

Lz?19.4?17.9?5?10

取Lz?45mm

8.1.3.2侧滑块设计

侧滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零部件，滑块的结构可分为整体式和组合式两种：在滑块上直接制出侧型芯或侧向型腔的结构称为整体式，这种结构仅适于形状十分简单的侧向移动零件；在一般的设计中，把侧向型芯或型块和滑块分开加工，然后再装配再一起，这就式所谓的组合式结构，本设计采用组合式结构，滑块与侧型芯联接方式如下图所示：

【图8－3】侧型芯与滑块的联接

侧向型芯是模具的成型零件，材料选择为45刚，热处理要求硬度HRC≥55,滑块用T8制造，要求硬度HRC≥40。 8.1.3.3导滑槽设计

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导滑槽采用T型槽的形式，具体结构如图所示：

【图8－4】导滑槽结构

导滑槽采用整体式，导滑槽与滑块导滑部分采用H8/f8间隙配合，表面粗糙度

Ra?0.8?m。

8.1.3.4楔紧块设计

楔紧块形式采用如图8－2中所示的销钉定位、螺钉紧固的形式，其缩紧角?'为保证斜面能在合模是压紧滑块，而在开模时又能迅速脱离滑块，以避免楔紧块影响斜导柱对滑块的驱动，一般都应壁斜导柱倾斜角大以斜，即?'???2?~3??18??2?~3?取：

?'?20?

8.1.3.5滑块定位装置设计

滑块定位采用弹簧拉杆挡块式，如下图所示：

【图8－5】滑块定位装置

其中压缩弹簧的重量为滑块的2倍左右，压缩长度取抽型距的1.3倍，拉杆长度计算公式如下：

Ll?2d?s?t?0.8Ld?4d （《塑料成型工艺与模具设计》公式5－75.P199）

式中： Ll——拉杆的长度；

d——拉杆的直径；

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s——抽芯距；

t——挡块的厚度；

Ld——弹簧的自由长度； 2d——拉杆旋入滑块中的长度；

4d——拉杆端部拧入垫圈及六角螺母的长度。

取d=6mm,t=5mm,Ld=15mm,又s＝3.5mm,故拉杆总长度为：

Ll?2?6?6?5?0.8?15?4?6

?59mm8.2合模导向机构设计 8.2.1导向机构

模具闭合是要求有准确的方向和位置。具有一定精度的合模导向机构，是注射模具设计不可缺少的组成部分。模具在闭合时有一定的方向和位置，导向机构的主要作用一般包括定位、导向、承受一定侧压力。支撑定型模腔板或动模推件板。

在对导柱结构设计时，必须考虑以下要求：

a.长度 导柱的长度必须比凸模端面要高出6~8毫米。以免导柱未导正方向而

凸模先进入型腔与其相碰而损坏。

b.形状 导柱的端部做成锥形或球形的先导部分，使导柱能顺利进入导柱孔。 c.材料 导柱应具有硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯，因此，多采用

低碳钢经渗碳淬火处理。或碳素工具钢（T8、T10）经淬火处理硬度HRC50~55，导柱滑动部位按需要可设油槽。

e.配合精度 导柱装入模板多用七级精度过渡配合。

f.光洁度 配合部分光洁度要求7级，此外，导柱的选择还应跟椐模架来确定。 1）导柱设计

本设计所选用的模座为[点 AY 2530 A25 B40 SB63] (注点表示点浇口模座，AY表示模座系例 2530 表示模座的宽度及长度尺寸,A25表示上模板高度即母模板厚度 B40 表示下模板及公模板厚度 SB63表示垫脚高度 ) ，查《使用模具技术手册》，得导柱直径为Φ25mm，结构选取带台肩导柱形式，导柱安装在定模座板，考虑其它模板厚度，确定其结构如图所示：

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