掌上電腦后蓋塑料注塑模具設計-側抽芯注射模,掌上電腦,塑料,注塑,模具設計,側抽芯,注射
掌上電腦后蓋塑料注塑模具設計
摘 要
根據掌上電腦后蓋塑件的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術要求，考慮塑件制件尺寸。本模具采用一模兩腔，側澆口進料，注射機采用HTF300XB型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD和繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析塑件，從而作出合理的注塑模具設計。
關鍵詞：掌上電腦后蓋；一模兩腔；側澆口進料；注射機；冷卻系統(tǒng)；注塑模具
V
Abstract
According to the requirements of the plastic part of the back cover of the palmtop computer, the use of the plastic parts is understood. The technical requirements of the plastic parts and the dimensional accuracy are analyzed, and the size of the plastic parts is considered. This mold adopts the first mock exam two cavity, side gate, injection machine adopts HTF300XB model, set up the cooling system, and the CAD drawing two-dimensional assembly drawing and parts drawing, choose the reasonable processing method of mould. Attach a manual, systematically use simple text, concise schematic diagram and calculation to analyze the plastic parts, so as to make a reasonable injection mold design.
Key words: handheld computer cover; the first mock exam two cavity; side gate feeding; injection machine; cooling system; injection mold
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 塑料簡介 1
1.2 注塑成型及注塑模 1
2 塑件分析 4
2.1 塑件圖 4
2.2 塑件的材料分析 5
2.2.1基本特性 5
2.2.2成型性能 7
2.2.3主要用途 7
2.3 塑件的結構和尺寸精度表面質量分析 7
2.3.1 塑件的結構設計 7
2.3.2 塑件尺寸及精度 8
2.3.3 塑件表面粗糙度 9
2.4 計算塑件的體積、質量 9
3 塑件成型方案設計 10
3.1 分型面選擇 10
3.2 型腔數的確定 10
3.3 型腔布局 11
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇 11
3.4.1澆注系統(tǒng)組成 11
3.4.2 確定澆注系統(tǒng)的原則 12
3.5 成型零件結構設計 12
3.5.1型腔設計 12
3.5.2型芯設計 13
3.6 脫模機構的設計 14
3.6.1 脫模機構的選擇 14
3.6.2推板推出機構設計 15
3.6.3 脫模力的計算 15
3.7 導向與定位機構設計 17
3.8 排氣及引氣系統(tǒng)的設計 18
3.9模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計 19
3.10模架選用 21
3.10.1確定模具的基本類型 21
3.10.2模架的選擇 21
4 模具零件設計 23
4.1 模具成型零件尺寸計算 23
4.2模具強度與剛度校核 24
4.3脫模力的計算 24
4.4澆注系統(tǒng)的設計 25
4.4.1 主流道的設計 25
4.4.2分主流道的設計 26
4.4.3澆口的設計 27
4.5模具冷卻系統(tǒng)的設計 28
4.6 Moldflow 的分析 29
5 注射機的選用及相關參數的校核 32
5.1 相關參數 34
5.2最大注塑量校核 34
5.3 鎖模力校核 35
5.4 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核 36
5.5 開模行程校核 36
6 模具結構總圖 37
總結 38
致謝 39
參考文獻 40
1 緒論
模具制造是國家經濟建設中的一項重要產業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)。日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產的基礎工藝裝備”也已經成為廣大業(yè)內人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中。60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產制件所具備的高精度。高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗。是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”。用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業(yè)的重要領域。
1.1 塑料簡介
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學材料，在國民經濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
1.2 注塑成型及注塑模
將塑料成型為制品的生產方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產中，其產口占目前塑料制件生產的30%左右。但注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設備，依靠該設備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。
注射成型生產中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產的工藝裝備。
注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達到所要求的質量。注射機和模具結構確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質量的主要因素。
注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結構、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。
塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術。
目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XABSRT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。
采用CAE技術，可以完全代替試模，CAE技術提供了從制品設計到生產的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題。都有著重大的技術經濟意義[3]。
2 塑件分析
2.1 塑件圖
在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。
本設計課題-掌上電腦后蓋如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構較為簡單，生產量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
掌上電腦后蓋三維立體圖
掌上電腦后蓋二維圖
2.2 塑件的材料分析
2.2.1基本特性
丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（簡稱：ABS）是日常生活中最常用的高分子材料之一，丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物抗多種有機溶劑，抗多種酸堿腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性環(huán)境中丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物會被氧化。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物在薄膜狀態(tài)下可以被認為是透明的，但是在塊狀存在的時候由于其內部存在大量的晶體，會發(fā)生強烈的光散射而不透明。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響，枝鏈越多，越難以結晶。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的晶體融化溫度也受到枝鏈個數的影響，分布于從90攝氏度到130攝氏度的范圍，枝鏈越多融化溫度越低。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物單晶通?？梢酝ㄟ^把高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物在130攝氏度以上的環(huán)境中溶于二甲苯中制備。
丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物有:
高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS, High Density Polyethylene）又稱低壓丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，因為在低壓下生產，含有較多長鏈，因此密度高。主要用于制造各種注塑、吹塑和擠出成型制品。
中密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MDABS, Medium Density Polyethylene）
低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LDABS, Low Density Polyethylene)用高壓法（147.17—196.2MPa）生產，支鏈較多，強度低，多用來生產薄膜制品。
線性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LLDABS, Linear Low Density Polyethylene）等多種產品。
高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用Ziegler-Natta（齊格勒-納塔催化劑）聚合法制造，其特點是分子鏈上沒有支鏈，因此分子鏈排布規(guī)整，具有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料，用氧或有機過氧化物為引發(fā)劑引發(fā)聚合反應。高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物屬環(huán)保材質，加熱達到熔點，即可回收再利用。須知塑膠原料可大分為兩大類：“熱塑性塑膠”（Thermoplastic）及“熱固性塑膠”（Thermosetting），“熱固性塑膠”是加熱到一定溫度后變成固化狀態(tài)，即使繼續(xù)加熱也無法改變其狀態(tài)，因此，有環(huán)保問題的產品是“熱固性塑膠”的產品（如輪胎），并非是“熱塑性塑膠”的產品（如：夾板），所以并非所有“塑膠”皆不環(huán)保。
低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用高溫高壓下的自由基聚合生成，由于在反應過程中的鏈轉移反應，在分子鏈上生出許多支鏈。這些支鏈妨礙了分子鏈的整齊排布，因此密度較低。
線性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物是通過在丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的主鏈上共聚一些具有短支鏈的共聚物生成的。
2.2.2成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應進行干燥處理；ABS在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用側澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產生熔接痕，模具設計時應該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060℃，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在6080℃。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2.2.3主要用途
ABS料在機械工業(yè)上用來制造高溫電氣制品、風筒殼、火牛殼、電工用具、電機殼、工具箱、奶瓶、冷飲機殼、照相機零件、安全帽、齒輪、食品盤子、醫(yī)療器材、導管、發(fā)夾、吹風筒、理發(fā)用品、鞋跟、纖維增強后可作結構更強的工程零件、CD碟。
2.3 塑件的結構和尺寸精度表面質量分析
2.3.1 塑件的結構設計
（1）、脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中產生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內外表面應具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1。
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的結構要素，是設計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質量、塑件的原材料以及生產效率和生產成本密切相關。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數值為2～3。本產品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為1-3左右。
（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內圓角半徑應是壁厚的0.5倍。
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。
2.3.2 塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照塑件的尺寸與公差數值標準來確定。根據任務書和圖紙要求，本產品采用MT6級精度。
2.3.3 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。本次產品表面粗糙度為外表面Ra0.2，內表面Ra0.8~1.6。
2.4 計算塑件的體積、質量
本次設計中，塑件的質量和體積采用3D測量，在proe軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的體積91.6，因ABS的密度為1.05，即可以得出該塑件制品的質量約為96.2。
3 塑件成型方案設計
3.1 分型面選擇
將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。
選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮：
1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
2）使塑件在開模后留在動模上；
3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀；
4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排；
5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上；
6）使塑件易于脫模。
綜合考慮各種因素，并根據本模具制件的外觀特點，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側。
分型面的選擇
3.2 型腔數的確定
因為本設計掌上電腦后蓋結構簡單，生產量大，塑件的尺寸較大，為提高塑件成功概率，并從經濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模兩腔，進行加工生產。
3.3 型腔布局
型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使型腔每個區(qū)域都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿型腔,使塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道，以求達到良好的澆注質量。型腔布局由圖所示。
型腔布局方式
3.4 澆注系統(tǒng)的類型和位置的選擇
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通側澆口澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。
3.4.1澆注系統(tǒng)組成
普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分：
1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道
5－澆口 6－型腔 7－冷料穴
3.4.2 確定澆注系統(tǒng)的原則
在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素：
a)、塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。
b)、模具成型塑件的型腔數：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模兩腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。
c)、塑件大小及形狀：根據塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。
d)、塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。
e)、冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施[6]。
3.5 成型零件結構設計
模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括型腔、型芯、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型過程中需要經常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質量。
成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。
3.5.1型腔設計
型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
本設計中采用整體式型腔，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到數控加工或電火花加工。
型腔
3.5.2型芯設計
本設計中零件結構較為簡單，深度不大，經過對塑件實體的研究，采用嵌入式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護型芯與動模板的配合可采用。
型芯
3.6 脫模機構的設計
塑件從模具上取下以前還有一個從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機構稱為脫模機構。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機構的導向和復位部件等組成。
3.6.1 脫模機構的選擇
脫模機構按其推出動作的動力來源分為手動推出機構，機動推出機構，液壓和氣動推出機構。根據推出零件的類別還可分為推桿推出機構、套管推出機構、推板推出機構、推塊推出機構、利用成型零部件推出和斜滑桿側抽芯機構等。
脫模機構的選用原則：
（1）使塑件脫模時不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）；
（2）推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排；
（3）推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產生隙裂；
（4）推桿的強度及剛性應足夠，在推出動作時不產生彈性變形；
（5）推桿位置痕跡須不影響塑件外觀；
本設計中采用推板推出機構使塑料制件順利脫模。
3.6.2推板推出機構設計
本設計中采用臺肩形式的圓形截面推桿機構，設計時推桿與回針鎖定，回針運動時帶動推桿運動?；蒯樁似矫娌粦休S向竄動。定模板與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產生飛邊，ABS塑料的溢料間隙為。
3.6.3 脫模力的計算
脫模力是從動模一側的主型芯上脫出塑件所需施加的外力，需克服塑件對型芯包緊力、真空吸力、粘附力和脫模機構本身的運動阻力。本設計主要計算由型芯包緊力形成的脫模阻力。
當開始脫模時，模具所受的阻力最大，推桿剛度及強度應按此時計算，亦即無視脫模斜度（a=0）
由于制品是薄壁矩形件
Q=8t·E·S·l·f/(1-m)(1+f) （kN）
式中，Q—脫模最大阻力（kN）
t—塑件的平均壁厚（cm）
E—塑料的彈性模量（N/）
S—塑料毛坯成型收縮率（mm/mm）
l—包容凸模長度（cm）
f—塑料與鋼之間的摩擦系數
m—泊松比，一般取0.38~0.49
查表得，S=0.005，E=1.8×10N/cm
已知，t0.12cm，l=4.5cm，f=0.28
Q=8×0.12×1.8×10×0.005×4.0×0.28/(1-0.43)(1+0.28)
=1.32kN
---摩擦阻力（N）
---摩擦系數，一般取0.15～1.0，本設計取0.5
---因塑件收縮對型芯產生的正壓力（N）
---塑件對型芯產生的單位正壓力，一般取8～12MPa,本設計取10MPa
---塑件包緊型芯的側面積（㎜2）
推桿、推出機構
3.7 導向與定位機構設計
導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向和位置。導向零件承受一定的側向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件包括導柱和導套等。
1. 導向結構的總體設計
（1） 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。
（2） 根據模具的形狀和大小，一副模具一般需要2-4個導柱。如果，模具的凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導柱，或用兩個直徑相同，但錯開位置的導柱。
（3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。
（4） 導柱和導套在分型面處應有承屑槽
（5） 導柱`導套及導向孔的軸線應保證平行
（6） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成型零件。
2. 導柱的設計
（1） 有單節(jié)與臺階式之分
（2） 導柱的長度必須高出公模端面6…8mm
（3） 導柱頭部應有圓錐或球形的引導部分
（4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定
（5） 其表面應熱處理，以保證耐磨。
3. 導套和導向孔
（1） 無導套的導向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導向孔必須做成盲孔，側壁增加排氣孔。
（2） 導套有套筒式`臺階式`凸臺式
（3） 為了導柱順利進入導套孔，在導套前端應倒有圓角r。
一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內零件的準確對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內零件互相碰撞與干涉,起到合模導向的作用.
3.8 排氣及引氣系統(tǒng)的設計
排氣是注射模設計中不可忽視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓縮將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓縮所產生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴格。
在塑料熔體充模過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學反應所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽排氣，利用推桿運動間隙排氣等。
由于本次設計中模具尺寸不大，本設計中采用間隙排氣的方式，而不另設排氣槽，利用間隙排氣，以不產生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關。
3.9模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的ABS，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
溫度調節(jié)對塑件質量的影響
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。
模具冷卻水路圖
冷卻計算：單位時間內進入模具應除去的總熱量Q，可以用參考文獻中的公式計算：
Q=W1 × a
式中 W1—單位時間內進入模具的塑料的重量g
a—克塑料的熱容量(J/g)
經計算：Q=225×1．1÷1．6×130≈20109J
則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計算：
式中 W—通過模具冷卻水的重量(g/h)
T3—出水溫度℃
T4—入水溫度℃
K—熱傳導系數；
經計算 W≈378．997 g/h
由下式可以計算出冷卻水道的直徑：
式中 —冷卻液容重kg/cm3 =0．001 kg/cm3，
L —冷卻水道長度cm L=380cm
d—冷卻水道直徑cm
經計算d≈11．628 cm，取12mm
3.10模架選用
3.10.1確定模具的基本類型
注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、熱流道注射模。
3.10.2模架的選擇
根據對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可選擇CI型的模架，其基本結構如下：
CI型模架圖
CI型模具定模采用一塊模板，動模采用動模板、墊板，又叫兩板模，大水口模架，適合側澆口，側入式澆口，采用斜導柱側抽芯的注射成形模具。
由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經過考慮分析，導柱導套選擇選正裝。根據所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及模具的外輪廓尺寸。
把型腔排列成一模兩腔可得長為420mm，寬為340mm，
模架的長L=420+復位桿的直徑+螺釘的直徑+模板壁厚550mm
模架的寬W=340+復位桿的直徑+型腔壁厚550mm
根據制品的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其它螺絲導柱等零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。在設計中，如果有斜滑塊側抽芯機構，還需要考慮側抽芯對模具設計中模架外形尺寸的影響。
綜合考慮本設計選用WL=550x550的模架。塑件的高度為26mm，塑件的大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加20-40mm。
綜合考慮強度要求，定模板厚度取100mm, 動模板的厚度取100mm?？紤]推桿的頂出行程要求，支撐板取120mm以滿足頂出要求。
綜上所述所選擇的模架的型號為：CI-5555-A100-B100-C120。
4 模具零件設計
4.1 模具成型零件尺寸計算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具設計時要根據塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據。
由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑經驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。
塑件經成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定ABS材料的平均收縮率為0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為：
式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸
B — 塑件在常溫下實際尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級作為模具制造公差。在此取IT8級，型芯工作尺寸公差取IT7級。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負值，中心距偏差為雙向對稱分布。各成型零部件工作尺寸的具體數值見圖紙。
本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這ABS的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取δz =Δ/3。因本設計塑件的尺寸精度為MT3，即 =0.6 mm。
如表4-2
表4-2 型腔型芯工作尺寸的計算
類別
塑件基本尺寸
計算公式
模具尺寸
型腔尺寸計算
Hm
Hs =14
Hm=(Hs+Hs. -2/3Δ)0+δz
14.07
Lm
Ls =144
Lm=(Ls+Ls. -3/4Δ)0+δz
144.72
型芯尺寸
Lm
Ls =140
Lm=(Ls+Ls. +3/4Δ)0-δz
140.7
4.2模具強度與剛度校核
普通意義上的模具強度包括模具的強度、剛度。模具的各種成型零部件和結構零部件均有強度、剛度的要求，足夠的強度才可以保證模具能正常工作。
由于模具形式較多，計算也不盡相同且較復雜，實際生產中，采用經驗設計和強度校核相結合的方法，通過強度校核來調整設計，保證模具能正常工作。
模具強度計算較為復雜，一般采用簡化的計算方法,計算時采取保守的做法，原則是：選取最不利的受力結構形式，選用較大的安全系數，然后再優(yōu)化模具結構，充分提高模具強度。為保證模具能正常工作，不僅要校核模具的整體性強度，也要校核模具局部結構的強度。
整體性強度主要針對型腔側壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的壓力等幾個方面，實際選用尺寸應大于計算尺寸并取整。校核時應從強度與彎曲兩個方面分別計算，選取較大的尺寸。
4.3脫模力的計算
脫模力的產生范圍：
①（脫模）塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，產生包緊力。
②不帶通孔殼體類塑件，脫模時要克服大氣壓力 。
③機構本身運動的磨擦阻力。
④塑件與模具之間的粘附力。
初始脫模力，開始脫模進的瞬間防要克服的阻力。
相繼脫模力，后面防需的脫模力，比初始脫模力小，防止計算脫模力時，一般計算初始脫模力。
脫模力的影響因素：
a． 脫模力與塑件壁厚，型芯長度，垂直于脫模方向塑件的投影面積有關，各項值越大，則脫模力越大。
b． 塑件收縮率，彈性模量E越大，脫模力越大。
c． 塑件與芯子磨擦力俞大，則脫模阻力俞大。
d． 排除大氣壓力和塑件對型芯的粘附等因素，則型芯斜角大到，塑件則自動脫落。
4.4澆注系統(tǒng)的設計
4.4.1 主流道的設計
流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。
（1）、主流道的尺寸
設計中選用的注射機為HTF300XB，其噴嘴直徑為3.2，噴嘴球面半徑為11，依此主流道各具體尺寸設計如下：
主流道與澆口套
（2）、主流道襯套的形式
選用如下圖所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。將主流道襯套和定位環(huán)設計成兩個零件，然后配合固定在模板上，襯套與定模板的配合采用。
（3）、定位環(huán)的固定
定位環(huán)采用2個M6的螺絲直接鎖附固定。
澆口襯套固定形式
4.4.2分主流道的設計
分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道，分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設計中塑件為一模兩腔,且采用側澆口，流道布局如下圖。
流道布局
4.4.3澆口的設計
澆口又叫進料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個功能：一是對塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個是當注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會倒流。常向的澆口形式有側澆口，側澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。
澆口的位置選擇原則：
澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾點：
1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使
1)流程(包括分支流程)為最短；
2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端；
3)應先從壁厚較厚的部位進料；
4)考慮各股分流的轉向越小越好。
2. 有效地排出型腔內的氣體。
由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。澆口于端面底位置，成型后將其切除，位置隱蔽而不影響外觀。
4.5模具冷卻系統(tǒng)的設計
設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。
冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在型芯塊與型腔塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取12mm。
4.6 Moldflow 的分析
隨著計算機技術及CAE技術的迅速發(fā)展,特別是Moldflow 軟件的推出與應用,可以在模具加工前,通過計算機對整個注塑成形過程進行模擬分析,準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況。
1）填充時間：
圖示為塑料填充模具時間的先后，藍色表示剛開始填充，當整個模具為紅色時表示填充完畢，紅色表示還未填充或最后填充。如圖4.6所示
填充時間
2）注射壓力：
注射壓力是在注射期間噴嘴施加的壓力，下圖所示的顏色表示各部位的壓力狀態(tài)，由圖示可看出不同顏色所表示壓力的大小，紅色最高，藍色最低。在一模多腔的模具設計中，隨澆口數量變多，料流行程變短，致使所造成的壓力變小，此外，為避免因局部保壓造成翹曲，因使物料平衡流動。如圖3.7所示是注射壓力分布圖。
圖4.7 注射壓力
3）波前溫度：
波前溫度使用藍色表示最低溫區(qū)域，使用紅色表示最高區(qū)域。如圖3.8所示是波前溫度分布圖。
波前溫度
4）壓力：
壓降的結果是使用紅色代表最高壓降區(qū)域，藍色表示最低的壓降區(qū)域，如圖3.9所示是壓降分布圖。
壓力
5）溶解痕
從軟件中可以清楚的看到零件的溶解痕，紅色代表最高區(qū)域，藍色表示最低的區(qū)域
溶解痕
5 注射機的選用及相關參數的校核
注射成型工藝過程分析
如圖所示從料頭把樹脂擠入料筒中，通過螺桿的轉動將熔體輸送至機筒的前端。在那個過程中，在加熱器的作用下加熱使機筒內的樹脂材料受熱，在螺桿的剪切應力作用下使樹脂成為熔融狀態(tài)，將相當于成型品及主流道，分流道的熔融樹脂滯留于機筒的前端（稱之為計量），螺桿的不斷向前將材料射入模腔。當熔融樹脂在模具內流動時，須控制螺桿的移動速度（射出速度），并在樹脂充滿模腔后用壓力（保壓力）進行控制。當螺桿位置，注射壓力達到一定值時可以將速度控制切換成壓力控制。
根據塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作：
（1）、成型前對原材料的預處理
根據注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當的預熱干燥，ABS材料吸濕性良好，如儲存得當，成型一般不需進行干燥處理。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。
柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經脫模或機械加工后，常需要進行適當的后處理，目的是為了消除存在的內應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。
要架一套模具,首先要考慮模具尺寸是否符合機臺大小的頓數.注射量是否滿足要求,機臺的射出投影面積是否適合模具生產,大頓數機臺生產小模具,計量不容易控制,再者若用太大鎖模力,對模具也有一定損傷,鎖模力不夠導致產品毛邊過大,太大模具超過機臺的負荷對合模系統(tǒng)也會有一定之損傷.
5.1 相關參數
由于采用一模兩腔，需要至少注射量為25.5x2g，流道水口廢料2g，總注塑量53g，再根據工藝參數（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為HTF300XB。注射方式為螺桿式，其有關性能參數為：
型號
單位
300×A
300×B
300×C
參數
螺桿直徑
mm
60
65
70
理論注射容量
cm3
727
853
989
注射重量PS
g
662
776
900
注射壓力
Mpa
213
182
157
注射行程
mm
257
螺桿轉速
r/min
0~160
料筒加熱功率
KW
17.25
鎖模力
KN
3000
拉桿內間距(水平×垂直)
mm
660×660
允許最大模具厚度
mm
660
允許最小模具厚度
mm
250
移模行程
mm
660
移模開距(最大)
mm
1260
液壓頂出行程
mm
160
液壓頂出力
KN
62
液壓頂出桿數量
PC
13
油泵電動機功率
KW
30
油箱容積
l
580
機器尺寸(長×寬×高)
m
6.9×2.0×2.4
機器重量
t
11.5
最小模具尺寸(長×寬)
mm
460×460
表<1> HTF300XB注塑機參數
5.2最大注塑量校核
模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內。校核公式為：
式中 --型腔數量
--單個塑件的重量
--澆注系統(tǒng)所需塑料的重量
本設計中：n=2 96.2g =5 g
M=2x96.2+5=197.4 g
注塑機額定注塑量為m=776g，776x80%>197.4,
注射量符合要求。
5.3 鎖模力校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。
式中 n --型腔數目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 = 32689.79 = 200
=2x32689.79+200=65579.58
注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據工具書查得，型腔內通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=65579.58x30x1.1x0.001=2164.12614KN<3000KN
鎖模力符合要求
5.4 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核
（1）、模具長寬尺寸
模具長寬尺度必須小于注塑機拉桿間距,本設計選用機臺拉桿間距為660x660模具長寬為550x550，經核算機臺選用合適。
（2）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設計中模具厚度為391mm 250
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