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通管零件注塑模設(shè)計
摘 要
介紹了一種管類零件采用斜銷側(cè)抽芯的注射模，一模兩件，側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對同類制品有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：管類零件；側(cè)澆口澆注系統(tǒng)；斜銷側(cè)抽芯
ABSTRACT
An injection mould for a tube part with angle pin side core pulling. Two parts in a mold. The structure of the side core pulling is complex. It can provide some reference values for the similar parts.
Key words: Tube parts; Edge gate runner system; Angle pin side core pulling
目 錄
1 引 言 1
2 制件工藝分析 2
3成型方式分析及成型工藝參數(shù)的確定 3
3.1方案分析比較及選擇 3
3.1.1采用壓制成形 3
3.1.2采用注射成形 3
3.2 成型工藝參數(shù)的確定 4
4 成型注射機(jī)的選擇 5
4.1 注塑體積與鎖模力的計算 5
4.1.1注射量 5
4.1.2 鎖模力 5
4.2注射機(jī)選擇 6
5 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7
5.1 分型面及型腔的確定 7
5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計 7
5.3溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 8
5.3.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用及分類 8
5.3.2模具溫度調(diào)節(jié)的基本原則 9
5.4成形零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
5.5導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計 10
5.6 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計 10
5.7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 11
5.7.1抽芯機(jī)構(gòu)分類： 11
5.7.2抽芯距和抽拔力的計算： 12
5.7.3 斜銷的設(shè)計 13
5.7.4滑塊的設(shè)計 14
5.7.5 滑塊的導(dǎo)槽 14
5.7.6滑塊的定位裝置 15
5.7.7鎖緊塊 15
5.8 模板的選擇 16
6 成型零件的尺寸計算和參數(shù)校核 17
6.1 成形零件的工作尺寸計算 17
6.2 剛度和強(qiáng)度的校核 19
7 注塑工藝參數(shù)及模具安裝尺寸的校核 20
7.1 注塑工藝參數(shù)的校核 20
7.1.1最大注塑量的校核 20
7.1.2注射壓力的校核 20
7.1.3鎖模力的校核 20
7.1.4開模行程的校核 21
7.3 模具安裝尺寸的校核 21
7.3.1噴嘴尺寸 21
7.3.2 定位圈尺寸校核 22
7.3.3模具外形尺寸校核 22
7.3.4模具厚度校核 22
8材料的選擇和加工 23
8.1 成型零件及模板材料的選擇 23
8.2 緊固零件的選擇 23
9 試 模 25
9.1模具安裝 25
9.2試模 25
9.3試模結(jié)論 26
參考文獻(xiàn) 27
結(jié)論 28
致 謝 29
1 引 言
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在1989年3月中國政府頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。
模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達(dá)到170種。一個型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價值上億元。為了適應(yīng)市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80％的模具需要更換。中國摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個型號的摩托車生產(chǎn)需1000副模具，總價值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。
目前世界模具市場供不應(yīng)求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術(shù)水平高，勞動成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。
2 制件工藝分析
制件為一塑料，材料為PE（聚乙烯）。PE為白色蠟狀半透明物，結(jié)晶形塑料，流動性極好溢流間隙相對較小，流動性對壓力敏感度高，韌性好很柔軟在模具中可以進(jìn)行強(qiáng)制脫模。
由于制品未注明公差，根據(jù)表2-2選取塑件公差等級為MT6級。根據(jù)表3-5-1取相應(yīng)的模具制造公差為IT11級。
制品壁厚均勻為1mm，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能經(jīng)受住脫模機(jī)構(gòu)的沖擊與震動，裝配時能承受緊固力，能充分滿足使用要求與成形要求。脫模時用頂桿頂出可以保證順利脫模。
3成型方式分析及成型工藝參數(shù)的確定
3.1方案分析比較及選擇
3.1.1采用壓制成形
壓制成型原理是將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入成型溫度下的模具加料室中，然后合模加壓，使其成型并固化，從而獲得所需塑件。
熱固性塑料和熱塑性塑料都可以用壓塑成形，但主要用于熱固性塑料。壓塑成形的主要優(yōu)點(diǎn)是使用的設(shè)備和模具比較簡單；適與成型較大平面的塑件和流動性較差的纖維為填料的塑件，且塑件收縮小、變形小，各向性能比較均勻。它的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長、效率低；勞動強(qiáng)度大，尤其是移動式模具；制品常有較厚的溢邊，不能模壓要求尺寸精度準(zhǔn)確性較高的制品。
3.1.2采用注射成形
注射成形是將粉狀或顆粒狀塑料從注射機(jī)料斗送入已加熱的料筒，經(jīng)加熱熔融、塑化，使之成為黏流熔體，在柱塞或螺桿的推動下，以合理的流速通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)冷卻保壓后開模分型，得到具有一定形狀和尺寸的塑件。幾乎所有的熱塑性塑料和部分熱固性塑料都可以用注射成形。
制品原料為PE，屬于熱塑性塑料。采用方案一成形制品時，由于熱塑性塑料模壓時模具需要交替加熱與冷卻，容易使得材料溫度過高從而分解。與前種成形方法相比，注射成形具有成形溫度穩(wěn)定，周期短，能一次成形外形復(fù)雜、尺寸精確的制品，生產(chǎn)效率高，易于自動化；注塑機(jī)為單機(jī)操作，更換原料及模具均很方便，是一種經(jīng)濟(jì)高效的成形方法。由此可見，方案二是成形制品的最好方案。
3.2 成型工藝參數(shù)的確定
注塑過程包括加料、塑化、注射、保壓冷卻和脫模等幾個步驟，其中最重要的是塑化、注射和模塑三個階段。塑料成型工藝參數(shù)的確定與注塑過程密切相關(guān)。PE塑料成型工藝參數(shù)如表1所示：
表1 PE塑料成型工藝參數(shù)
預(yù)熱和干燥 溫度/°C
70～80
時間/h
1～2
料筒溫度/°C
前段
140～160
中段
160～200
后段
170～200
成形時間/s
注射
0～3
保壓
15～50
冷卻
20～40
總周期
40～130
噴嘴溫度/°C
220～350
模具溫度/°C
60～70
保壓壓力/MPa
100～250
注射壓力/MPa
400～800
4 成型注射機(jī)的選擇
4.1 注塑體積與鎖模力的計算
4.1.1注射量
塑件可看作由五部分組成如下圖所示：
圖1 塑件圖
圓環(huán)1： V=π（10-9）×31=1849.46mm
梯形2： V=（3+10）×7×2÷2=91 mm
梯形3： V=（7+14）×14×2÷2=294 mm
圓環(huán)4： V=π×（3-2）×14=219.8 mm
圓5： V=π（10-2）×1=301.44 mm
總注射量為：V=（V+ V+ V+ V+ V）×2÷70%=（1849.46+91+294+219.8+301.44）×2÷70%=7873.43 mm
4.1.2 鎖模力
F鎖≥q A分
q取35MPa
A分=20×32+14×6+（3+10）×7÷2+（7+14）×14×2=1357.5mm
∴F鎖≥35×10×1357.5×10=47.513kN
式中 F鎖——注射機(jī)的額定鎖模力（N）；
q——模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa）；
A分——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積（mm）
4.2注射機(jī)選擇
經(jīng)測量計算，制品與澆注系統(tǒng)總體積約為7873 mm，綜合考慮制品的外形尺寸、注射時所需壓力等情況，可初步選用XS-Z-60型注射機(jī)。該型號注射機(jī)基本參數(shù)如表2
表2 注射機(jī)基本參數(shù)
結(jié)構(gòu)形式
臥式
理論注射容量/
60
最大注射面積/cm
130
螺桿直徑/mm
φ38
螺桿轉(zhuǎn)速/min
10～200
注射壓力/MPa
112
鎖模力/kN
500
最大模具厚度/mm
200
最小模具厚度/mm
70
噴嘴球直徑/mm
SR12
噴嘴孔半徑/mm
φ4
定位孔直徑/mm
Φ55
中心孔徑/mm
φ50
移模行程
180
5 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計
注射模由動模和定模兩部分組成。動模部分安裝在注射機(jī)的移動板上，定模部分安裝在注射機(jī)的固定板上。注射成型時，動模與定模經(jīng)導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合，塑料熔體從注射機(jī)噴嘴經(jīng)模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔，成型冷卻后開模，即動模和定模分開，一般情況下塑件留在動模上，模具推出機(jī)構(gòu)將塑件推出模外。
根據(jù)制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可初步確定，要設(shè)計的模具由七個部分組成：1、成型零部件；2、澆注系統(tǒng)；3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；4、推出機(jī)構(gòu)；5、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)；6、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。下面分別就上述部分進(jìn)行設(shè)計。
5.1 分型面及型腔的確定
分型面的選擇
選擇模具分型面時，首先應(yīng)該盡量考慮選擇在塑件斷面輪廓最大處；并使塑件留在動模一側(cè)以便于脫模；有利于側(cè)面分型和抽芯，盡量保證塑件外觀質(zhì)量要求等。通過綜合考慮，選擇制品的A-A面作為分型面。（圖2）
圖2 分型面的位置
5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計
澆注系統(tǒng)是指從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開始，到型腔入口為止的那一段流道。澆注系統(tǒng)的作用是使來自注射模噴嘴的塑料熔體平穩(wěn)順利地充模、壓實(shí)和保壓。
澆注系統(tǒng)與塑件質(zhì)量的關(guān)系極大。
本模具為一模兩件，其澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口冷料穴幾部分組成。主流道與注塑機(jī)噴嘴在同一軸線上，物料在主流道中不改變方向。由于采用的是臥式注塑機(jī)，因此主流道應(yīng)垂直于分型面。為了便于流道凝料的拔出，主流道設(shè)計成具有4°的錐角，內(nèi)壁的粗糙度Ra0.4m以下。主流道與噴嘴接觸處做成半球形的凹坑。為避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑R2比噴嘴球頭半徑R1大2mm，即
R2=R1+2=12+1=14mm
主流道小端直徑比注塑機(jī)噴嘴孔直徑大1mm，取5mm
因為主流道較長，為避免在模板間的拼縫處溢料，以致主流道凝料無法脫出，必須采用澆口套。定位圈即用澆口套的臺階來代替，用螺釘將澆口套和定模座板聯(lián)接，以防止?jié)部谔资艿剿芰先垠w的反壓力而脫出。
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，本模具的分流道的斷面形狀采用圓形，采用直徑φ3mm。且采用從主流道到各型腔的分流道和澆口的長度、形狀、斷面尺寸都相等的平衡式布置如下圖3所示：
圖3分流道的示意圖
澆口是指緊接分流道末端將塑料引入型腔的狹窄部分，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，起著調(diào)節(jié)控制料流速度、補(bǔ)料時間及防止倒流等作用。根據(jù)本制件材料特點(diǎn)及塑件的形狀，采用側(cè)澆口，如上圖3所示。
冷料穴的底部常做成曲折的鉤形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模時將主流道凝料從主流道襯套中拉出來和滯留在動模的一側(cè)的作用。本模具采用Z形冷料穴。
5.3溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
5.3.1溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用及分類
注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)可有效改善成型條件，穩(wěn)定塑件的尺寸精度，改善塑件機(jī)械、物理性能，提高塑件表面質(zhì)量。
注射模溫度調(diào)節(jié)采用加熱或冷卻方式來實(shí)現(xiàn)。模具加熱方法有熱水、蒸汽、熱油加熱及電加熱等，最常用的是電阻加熱法；冷卻方法主要采用常溫水冷卻、冷凍強(qiáng)力冷卻和空氣冷卻等，最常用的是常溫水冷卻法。
5.3.2模具溫度調(diào)節(jié)的基本原則
注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須有冷卻和加熱功能。確定冷卻或加熱措施的基本原則：
1、對于黏度低、流動性好的塑料，可采用常溫水進(jìn)行冷卻，并通過調(diào)節(jié)水的流量大小控制模具溫度。若塑件生產(chǎn)批量高，也可采用冷凍水控制模溫。
2、對于黏度高、流動性差的塑料，常需要對模具加熱。
3、對于黏流溫度或熔點(diǎn)不太高的塑料，一般采用常溫水或冷凍水對模具進(jìn)行冷卻。
4、受塑件幾何形狀影響，塑件在模具內(nèi)各處的溫度不一定相等，可對模具采用局部加熱或局部冷卻方法，一改善塑件溫度分布情況。
5、對于小型薄壁塑件，當(dāng)成型工藝要求的模溫不太高時，可依靠自然空氣冷卻。
根據(jù)以上原則及本模具結(jié)構(gòu)、塑件材料特點(diǎn)綜合考慮，由于模具型腔壁的溫度高低及其均勻性對成型速率和制品的質(zhì)量影響很大，為了調(diào)節(jié)型腔的溫度，需在模具內(nèi)開設(shè)冷卻系統(tǒng)，設(shè)置冷卻水通道。在動、定模和型腔的四周均勻地布置冷卻水道。采用并流冷卻，加強(qiáng)澆口處的冷卻。盡量降低入水與出水的溫度。
5.4成形零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
構(gòu)成型腔的模具零件叫成型零件，包型腔、型芯。通常包括凹模、型芯、鑲塊、各種成型桿和各種成型環(huán)。由于成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，受高速料流的沖刷，并在脫模時與塑件發(fā)生摩擦，因此要求它有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性能，達(dá)到足夠的精度和表面粗糙度。成型零部件機(jī)構(gòu)設(shè)計主要保證塑件質(zhì)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。
型腔用以形成制品的外表面，制品外形比較簡單，選用整體式型腔、型芯，雖然加工比較困難，需采用電火花加工，但是整體式型芯、型腔強(qiáng)度和剛度高，不會使制品產(chǎn)生拼接縫痕跡。型芯用以形成成品的內(nèi)表面，塑件采用從兩側(cè)側(cè)抽芯的方式，所以型芯單獨(dú)制造，再鑲嵌入滑塊及壓板中，并采用螺釘和銷釘固定。
5.5導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計
塑料模閉合時為保證型腔形狀和尺寸的正確性，應(yīng)按一定的方向和位置合模，所以必須設(shè)有導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)，即在模具型腔周圍設(shè)有四對配合的導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)向、定位和承受注塑時產(chǎn)生側(cè)壓力三個作用。采用帶頭導(dǎo)柱，直徑取16mm。導(dǎo)柱安裝段與模板間采用H7/m6配合，導(dǎo)套與導(dǎo)柱間采用動配合H7/h6。導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，選用45鋼滲碳處理HRC50～55。導(dǎo)柱與模板間用軸肩聯(lián)接。由于本制件對稱，故導(dǎo)柱位置的布置方式采用四根直徑相同的導(dǎo)柱不對稱布置。導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)柱之間為動配合H7/h6，外表面與模板孔采用H7/m6配合。導(dǎo)套材料采用45鋼熱處理HRC50～55。
為了便于模具在注射機(jī)安裝以及模具澆口套與注射機(jī)的噴嘴孔的精確定位，把澆口套做成臺階式的，并使其上表面高出定模定板8mm左右，用于與注射機(jī)定位孔匹配。采用H7/f8的配合。根據(jù)所選用的XS—Z-60型注塑機(jī)，本副模具采用的定位孔的直徑為55mm。
5.6 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計
成型結(jié)束后，模具打開，把塑件從型腔或型芯上推出的機(jī)構(gòu)，稱為模具的推出機(jī)構(gòu)。
推出機(jī)構(gòu)分類及設(shè)計原則：
推出機(jī)構(gòu)的分類：
推出機(jī)構(gòu)分類方法很多，按動力來源可分為：手動、機(jī)動、氣動推出機(jī)構(gòu)；
按模具機(jī)構(gòu)可分為：簡單推出機(jī)構(gòu)、雙推出機(jī)構(gòu)、二級推出機(jī)構(gòu)、帶螺紋塑件的推出機(jī)構(gòu)。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則：
1、選擇合適的脫模方式和恰當(dāng)?shù)耐瞥鑫恢?，使塑件平穩(wěn)脫出，保證塑件不變形，不影響塑件外觀。
2、開模時應(yīng)使塑件留于動模，以利用注射機(jī)移動部分的頂桿或液壓缸的活塞推出塑件。
3、推出機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和耐磨性，且運(yùn)動準(zhǔn)確、靈活、可靠。
根據(jù)塑件機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及成本考慮，本模具采用機(jī)動推出機(jī)構(gòu)及推桿推出機(jī)構(gòu)。
并采用復(fù)位桿使完成推出任務(wù)的推出零件回復(fù)到初始位置。
推桿的設(shè)計要點(diǎn)：
1、）推桿應(yīng)設(shè)置在脫模阻力大的地方，并使塑件推出時受力均勻，以防止變形。
2、）推桿端面應(yīng)和型腔在同一平面或比型腔的平面高出0.05 ～0.10mm。
3、）推桿應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度承受推出力。
推桿材料采用45鋼熱處理HRC50 ～55，由于塑件較小，所需的推出力也較小，故推桿做成階梯形。推桿位置設(shè)在脫模阻力大的地方，即在靠近筋板的地方。推桿采用直桿式圓柱形推桿。推桿的非工作段與孔有1mm的雙邊間隙，以減少摩擦。推桿與推桿孔的配合采用H7/f6，推桿與固定孔之間設(shè)計有1mm的間隙。復(fù)位桿是用來使脫模機(jī)構(gòu)復(fù)位的裝置，直徑取10mm，材料采用45鋼熱處理HRC45~50，與孔可留有1mm的雙邊間隙
綜合考慮以上條件，并結(jié)合塑件的特點(diǎn)，采用以下形狀的推桿，并在圖示位置設(shè)置推桿：
圖4 頂桿及頂桿的分布位置
5.7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計
5.7.1抽芯機(jī)構(gòu)分類：
1、手動抽芯：
手動抽芯是在推出塑件前或脫模后用手工方法將活動型芯取出，手動抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，但生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大、抽拔力有限
2、液壓或氣動抽芯：
液壓或氣動抽芯是指側(cè)向分型的活動型芯可由液壓傳動或氣壓傳動的機(jī)構(gòu)抽出液壓傳動比氣壓傳動平穩(wěn)，且可得到較大的抽拔力和較長的抽芯距離，但注射機(jī)一般沒有抽芯油缸或氣缸，需另行設(shè)計。
3、機(jī)動抽芯：
機(jī)動側(cè)向分型與抽芯是利用注射機(jī)的開模力，通過傳動機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動方向，將側(cè)向的活動型芯抽出。機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但抽芯不需人工操作、抽拔理較大，具有靈活、方便、生產(chǎn)效率高、容易實(shí)現(xiàn)全自動操作、無需另外添置設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。
本模具需在兩個方向側(cè)抽芯，故采用斜導(dǎo)柱機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)。
5.7.2抽芯距和抽拔力的計算：
1、抽拔力是指塑件處于脫模狀態(tài)，需要從與開模方向有一定夾角的方位抽出芯或分開凹模所需克服的阻力。
抽拔力Q=Ahq（μcosα-sinα）
所以大型芯端抽拔力: Q1=π×18×32×10×(0.2×1-0)=3617.28 N
小型芯端抽拔力: Q2=π×4×14×10×0.2=351.68 N
式中---
Q—脫模力,N;
A---活動型芯被塑件包緊的斷面形狀周長,mm;
h---成型部分深度,mm;
q---單位面積的擠壓力,一般取8～12MPa(此式中取12MPa);
μ—摩擦系數(shù)取0.1～0.2(此式中取0.2);
α--脫模斜度,本模具中因脫模方向水平,故α為0°.
2、抽芯距的計算:
型芯從成型位置抽到不妨礙塑件脫模的位置做移動的距離叫抽芯距。
S=S+（2～3）mm
式中 S——設(shè)計抽芯距（mm）；
S——臨界抽芯距（mm），即側(cè)抽芯或哈夫塊抽到恰好與塑件投影不重合時所移動的距離，一般為側(cè)孔或側(cè)凹的深度。
本模具中S=31mm，S=15mm取S為臨界抽芯距
所以抽芯距 S=31+2=33mm
5.7.3 斜銷的設(shè)計
斜銷側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便、動作可靠，適用于抽拔距和抽拔力不大的情況。本副模具采用斜銷側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由五個部分組成：斜銷、滑塊、導(dǎo)滑槽、楔緊塊、滑塊定位裝置。
1、斜銷設(shè)計
斜銷材料采用T10A，熱處理HRC55~58。斜角取20°，斜銷與固定板間用過渡配合H7/m6，滑塊與固定孔間留有0.5～1mm間隙。斜銷安裝在定模，滑塊在動模。
下面求斜銷的幾何尺寸和最小開模行程。
（1）斜銷的直徑必須根據(jù)抽芯力、斜銷的有效工作長度和斜銷的傾角來確定，其計算公式為：
d=
式中 d——斜銷直徑（mm）；
L——斜銷的彎曲力臂（mm），L=H/cosα；
[σ]——斜銷材料的彎曲許用應(yīng)力（MPa），對于碳鋼，[σ]=137.2MPa；
F——抽拔力（N）；
α——斜銷傾角（°）。
H=10mm，所以 L=10/cos20°=10.64mm
F=（3617.28 N+351.68 N）×2=7937.92N
代入得：
d= ≈18.7mm，取20mm。
同時按表3-69
取斜銷大端尺寸為25mm，大端長為15mm。
（2）斜銷的長度
L=L+L+L+L=++（5～10）mm
其中， L=稱斜銷有效長度，L為斜銷頭部長度，取6mm。
式中 d——固定軸肩直徑（mm）；
α——斜銷傾角（°）；
δ——斜銷固定板厚度（mm）；
S——抽芯距（mm）。
d=25mm， α=20°， δ=20mm， L取6mm， S=33mm
所以L=+++6≈131.6mm，取132mm。
從而得出斜銷的形狀、尺寸如下：
圖5 斜銷
5.7.4滑塊的設(shè)計
滑塊上裝有側(cè)型芯或成型鑲塊，在斜銷驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)側(cè)抽芯或側(cè)向分型，滑塊是斜銷抽芯機(jī)構(gòu)中的重要零部件?；瑝K與型芯有整體式和組合式兩種。整體式適于形狀簡單易于加工的場合；組合式的特點(diǎn)是加工、維修和更換方便，能節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。
本模具中由于側(cè)抽芯中，小型芯的尺寸遠(yuǎn)小于大型芯的尺寸，故采用壓板與滑塊結(jié)合來固定型芯。并用銷釘來固定大型芯，螺釘固定壓板與滑塊?；瑝K采用45淬硬至40～45HRC。
5.7.5 滑塊的導(dǎo)槽
導(dǎo)滑槽是維持滑塊運(yùn)動方向的支撐零件，因此要求滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)運(yùn)動平穩(wěn)，無上下竄動和卡緊。為便于加工，該副模具采用T形導(dǎo)滑槽?；瑝K與導(dǎo)滑槽上下、左右應(yīng)各有一對平面呈間隙配合，配合精度為H7/f6，其余各面留有0.5mm的間隙。導(dǎo)滑槽硬度達(dá)到HRC 52～56。由于該副模具的滑塊過大，故采用在滑塊兩側(cè)加蓋板的方式來固定并引導(dǎo)滑塊的運(yùn)動。蓋板用螺釘固定在動模板上。蓋板采用45鋼，熱處理至50～55HRC。
5.7.6滑塊的定位裝置
開模后，滑塊必須停留在一定的位置上，否則閉模時斜銷不能準(zhǔn)確的進(jìn)入
滑塊，為此必須設(shè)置滑塊定位裝置。本模具的滑塊很大，為此采用彈簧加螺釘?shù)姆绞絹硎够瑝K停靠在限位擋塊上定位。彈簧力為滑塊的自重的1.52倍。其中限位擋塊用螺栓固定在動模底板上。
5.7.7鎖緊塊
鎖緊塊用于模具閉合后鎖緊滑塊，承受成型時塑料熔體對滑塊的推力，避免
斜銷彎曲變形。開模時，要求鎖緊塊迅速讓開，以免阻礙斜銷驅(qū)動滑塊抽芯，因此，鎖緊塊的楔角應(yīng)大于斜銷的傾角α，一般?。?
=α+（2°+3°）
故得
鎖緊塊的楔角=20°+2°=22°
鎖緊塊分整體式與組合式，整體式結(jié)構(gòu)牢固可靠，可承受較大的側(cè)向力，但金屬材料消耗大；本模具采用組合式，且由于鎖緊塊承受的力較大，吐采用T形槽來把鎖緊塊整體嵌入定模定板來固定鎖緊塊。
5.8 模板的選擇
表3 模板尺寸及材料的選擇（單位mm）
定模底板
250×200×25
45鋼
定模板
200×180×32
CrWMn
動模板
200×180×20
CrWMn
動模墊板
200×180×32
45鋼
支架
40×180×50
45鋼
動模底板
250×200×25
45鋼
推桿固定板
114×180×12
45鋼
推板
114×180×16
45鋼
結(jié)合上述模板的尺寸及根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可選用A2型模架。如下圖所：
定模定板
定模板
動模板
動模墊板
支架
支架
推桿固定板
推板
動模定板
圖6 模架示意圖
6 成型零件的尺寸計算和參數(shù)校核
6.1 成形零件的工作尺寸計算
成型零件的工作尺寸是指成形零件中與塑料熔體接觸并決定制品幾何形狀的尺寸，凹、凸模的工作尺寸根據(jù)塑料的收縮率，凹、凸模零件的制造公差和磨損量三個因素確定。
凹模的工作尺寸 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過程中凹模的磨損會使包容尺寸逐漸的增大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。
凸模的工作尺寸 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過程中凸模的磨損會使被包容尺寸逐漸減小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
根據(jù)下表公式計算
表4 模具成形零件工作尺寸計算公式表
尺寸類型
計算公式
型芯徑向尺寸
l=[l（1+k）+0.75Δ]
型芯深度尺寸
h=[h（1+k）+Δ]
型腔徑向尺寸
L=[L（1+k）-0.75Δ]
型腔深度尺寸
H=[H（1+k）-Δ]
位置尺寸
C=C（1+k）±δ/2
表中 L—凹模徑向名義尺寸；
k——塑料的平均收縮率；
—塑件的尺寸公差；
δ—模具制造公差，取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3～1/6；
l—型芯徑向名義尺寸；
L—塑件的徑向名義尺寸；
H—型腔深度名義尺寸；
H—型芯高度名義尺寸；
H—塑件的高度名義尺寸；
C——模具中型芯的名義中心距尺寸；
C——塑件位置尺寸。
根據(jù)上述公式求成型零件工作尺寸。
模具制造公差為IT11級、制件公差為MT6級，塑件圖如下：
圖7 塑件的尺寸
1、直徑為18mm的側(cè)型芯的工作尺寸計算：
l=[18（1+0.02）+0.75×0.54]=18.765 mm
h=[31×1.02+×0.8]=32.15 mm
2、 直徑為4mm的側(cè)型芯的工作尺寸計算：
l=[4×（1+0.02）+0.75×0.32]=4.32mm
h=[15×（1+0.02）+×0.46] =15.61mm
3、直徑為20mm的型腔的工作尺寸計算：
L=[20×（1+0.02）-0.75×0.62]=19.935mm
H=[32×（1+0.02）-×0.8]=31.42mm
4、 直徑為4mm的型腔的工作尺寸計算：
L=[8×（1+0.02）-0.75×0.32]=5.88mm
H=[14×（1+0.02）-×0.46]=13.97mm
5、 兩側(cè)型芯的中心距：
C=50×（1+0.02）±0.094=51±0.094mm
6.2 剛度和強(qiáng)度的校核
模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度的計算是模具設(shè)計中經(jīng)常遇到的問題，尤其是對大型模具。目前常用的計算方法有按強(qiáng)度條件計算和按剛度條件計算兩大類，但實(shí)際的塑料模具卻要求既不允許因強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不允許因剛度不足而發(fā)生過大變形。因此對強(qiáng)度及剛度及剛度加以合理考慮。
在該成形零件中型腔和動模墊板是構(gòu)成型腔的主要受力構(gòu)件，強(qiáng)度不夠會使模具發(fā)生塑性變形甚至破裂，而剛度不足則會使模具過大的彈性變形，造成熔體溢料的弊病，因此需要對它們的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核。
由于該模具采用整體式型腔，且零件小，故強(qiáng)度和剛度足夠。
7 注塑工藝參數(shù)及模具安裝尺寸的校核
7.1 注塑工藝參數(shù)的校核
7.1.1最大注塑量的校核
為確保塑件質(zhì)量，注塑模一次成型的塑料質(zhì)量（塑件和流道凝料質(zhì)量之和）應(yīng)在公稱注塑量的10%～80%之間。由表一知注塑機(jī)的公稱注塑量為60cm，而塑件的體積約為8 cm，在其范圍之內(nèi)。
7.1.2注射壓力的校核
所選用注塑機(jī)的注射壓力須大于成型塑件所需的注射壓力。成型所需的注射壓力與塑料品種、塑件形狀及尺寸、注塑機(jī)類型、噴嘴及模具流道的阻力等因素有關(guān)。
注塑機(jī)的額定注射壓力即為它的最高壓力，應(yīng)該大于注塑機(jī)成型時所需要的的注射壓力，即
式中 —注塑機(jī)額定注射壓力（MPa），
K—安全系數(shù)，為1.3
—PE塑料的注射壓力（MPa），為60～100MPa
查表1可知，=112MPa，為60～100MPa MPa，，注塑機(jī)注射壓力能滿足制品成型的需要。
7.1.3鎖模力的校核
高壓塑料熔體在充滿型腔時會產(chǎn)生沿開模方向的漲模力。該漲模力等于制品和流道在分型面上的投影面積之和乘以型腔的平均計算壓力。模具鎖模力必須大于漲模力才能防止分型面上產(chǎn)生溢邊。
型腔壓力p可按下式粗略計算：
p=kp
式中 p——型腔壓力（MPa）；
p——注塑壓力（MPa）；
k——壓力損耗系數(shù)，隨塑料品種、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、尺寸、塑件形狀、成型工藝條件以及塑件復(fù)雜程度不同而異，通常在0.25～0.5之間選取。
p=0.3×112=33.6MPa
鎖模力的校核公式為
F
式中 F—注塑機(jī)的額定鎖模力（kN）
A—制品和流道在分型面上的投影面積之和（）
—平均計算壓力（MPa）
K—安全系數(shù)，取1.2
查相關(guān)數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)=500kN,=33.6MPa,A≈14, FKA
能滿足要求。
7.1.4開模行程的校核
注射機(jī)取出制件所需的開模距離必須小于注塑機(jī)的最大開模距離。模具屬于單分型面模具，因此開模行程可按下式校核，即
S≥++5～10（mm）
式中 —塑件脫模距離（mm）
—塑件脫模高度（mm），包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)
S—注塑機(jī)最大開模行程（mm）
查相關(guān)數(shù)據(jù)可知，S=180mm，=25mm，=64mm，S≥++5～10，注塑機(jī)的最大開模行程能夠滿足要求。
7.3 模具安裝尺寸的校核
7.3.1噴嘴尺寸
注射機(jī)噴嘴頭部的球面半徑應(yīng)比主流道始端的球面半徑大1～2mm，以利用同心和緊密接觸，否則主流道內(nèi)凝料無法脫出，即
R=R+2（mm）
式中 —噴嘴頭部的球面半徑（mm）
—主流道始端的球面半徑
由前述可知，=14mm，查有關(guān)數(shù)據(jù)可知，=12mm，R=R+2，所選用的注塑機(jī)能滿足使用要求。
7.3.2 定位圈尺寸校核
注塑機(jī)固定模板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱之為定位孔。注塑模端
面凸臺徑向尺寸須與定位孔成間隙配合，便于模具安裝，并使主流道的中心線與噴嘴的中心線相重合。模具端面凸臺高度應(yīng)小于定位孔深度。
7.3.3模具外形尺寸校核
注塑模外形尺寸應(yīng)小于注塑機(jī)工作臺面的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機(jī)拉桿間距想適應(yīng)，模具至少有一個方向的尺寸能穿過拉桿間的空間裝在注塑機(jī)工作臺面上。
注塑機(jī)模座尺寸為H×B=330mm×440mm，拉桿間距為H×B=190mm×300mm，注塑模具的最長邊應(yīng)小于min{H，B}，最短邊應(yīng)小于min{ H，B}。模具的最大板定模定板及動模定板為200mm×250mm，在范圍之內(nèi)。
7.3.4模具厚度校核
模具厚度（閉合高度）必須滿足下式
式中 —最小模厚（mm）
—模具實(shí)際厚度（mm）
—最大模厚（mm）
由前述可知道，模具厚度=190mm，又查相關(guān)數(shù)據(jù)可知，=200mm，=700mm，，能滿足使用要求。
8材料的選擇和加工
8.1 成型零件及模板材料的選擇
模具的使用壽命除取決于模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其使用與維護(hù)情況外，最根本的問題是制模材料的基本性能是否和模具的加工要求與使用條件想適應(yīng)。因此，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選擇塑料成型模具的材料，也是塑料成型模具設(shè)計和制造的關(guān)鍵問題。
模具選材，主要是對模具中的成型零、部件即型腔和型芯的選材，它們的材質(zhì)優(yōu)劣，是決定一副模具的質(zhì)量、壽命、加工和成本的決定性因素，也就直接決定了塑料制品的尺寸精度和表面粗糙度。用作注射成形零件的鋼材，應(yīng)具備考慮以下性能：機(jī)械加工性能；拋光性能；耐磨性和抗疲勞性能；耐腐蝕性。
綜合考慮上述性能要求和模具的經(jīng)濟(jì)性，由于定模板、動模板與熔體接觸并受流動摩擦故采用淬火變形小、淬透性好的CrWMn。為降低成本，模具中受力不大、形狀簡單的固定板、模板采用45鋼。模具中的導(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口套要求硬度高，耐磨性好，因此選用碳素工具鋼T10A。
定位圈、推桿、復(fù)位桿、支架采用45鋼
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一。模具精度與模具的加工方法密切相關(guān)。一般配合面要求達(dá)到Ra1.6m，各類板的上下表面由于平面易于加工，并為了保持平行度，一般采用Ra0.8m，模具型腔的形狀比較復(fù)雜，尺寸精度要求教高，表面粗糙度最少要求達(dá)到Ra0.8m，且因為采用的是整體式凹模，因此采用電火花加工的方法加工型腔。因為電火花加工后的型腔表面呈粒狀麻點(diǎn)，經(jīng)電火花加工后的型腔還要進(jìn)行拋光，以提高其表面粗糙度。
8.2 緊固零件的選擇
螺釘、銷釘在沖模中起緊固定位作用，設(shè)計時主要確定它們的規(guī)格和緊定位置。螺釘選用內(nèi)六角的，它緊固牢靠，釘頭不外露，模具外形美觀。
模具設(shè)計時，螺釘和銷釘?shù)倪x用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.同一組合中，螺釘?shù)臄?shù)量一般不少于3個（被聯(lián)接件為圓形時為3~6個，為矩形時4~8個），并盡量保證定位可靠。
2.螺釘和銷釘?shù)囊?guī)格應(yīng)根據(jù)所需緊固力大小和模板厚度等條件確定。螺釘規(guī)格可查表，銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格。螺釘?shù)男肷疃群弯N釘?shù)呐浜仙疃炔荒芴珳\，也不能太深，一般可取其公稱直徑的1.5~2倍。
3.螺釘之間、螺釘與銷釘之間，螺釘、銷釘距模板外邊緣的距離，均不應(yīng)過小，以防降低模板強(qiáng)度，其最小距離可查表。
4.各被聯(lián)接件的銷孔應(yīng)配合加工，以保證位置精度。銷釘與銷釘之間采用H7/n6或H7/m6配合,查表可選用螺釘規(guī)格為M5、M6、M8或M10、M12。
9 試 模
試模是根據(jù)塑料制品設(shè)計制造的模具在相應(yīng)的注塑機(jī)上實(shí)際注塑檢驗的過程。它是模具制造過程中必不可少的一道重要工序。通過試模要達(dá)到三個目的： 1、驗證模具所提供的制品能否達(dá)到設(shè)計質(zhì)量要求，檢驗?zāi)＞叩纳a(chǎn)實(shí)用性；
2、找出模具自身仍存在的問題并予以修正，使模具得以進(jìn)一步完善；
3、尋求模具投入正常生產(chǎn)的最佳工藝參數(shù)。試模為模具最終驗收提供了最重要的依據(jù)。
試模過程主要包括三個方面。
9.1模具安裝
模具安裝主要遵循兩個原則：第一要注意操作者的安全；第二要確保模具和設(shè)備在調(diào)試中不受損壞。模具安裝包括預(yù)檢、裝模、緊固、校正頂桿頂出距離，調(diào)節(jié)閉模松緊度和接通冷卻水管等。
1.預(yù)檢 在模具裝上注射機(jī)以前，根據(jù)圖紙對其進(jìn)行全面仔細(xì)檢查。
2.裝模 模具吊裝時注意安全。
3.緊固 當(dāng)模具定位圈壓入注射機(jī)上固定模板的定位圈孔后，用極慢的速度閉模，然后上緊壓板。每邊壓板為塊。
4.調(diào)整頂桿頂出距離 模具壓穩(wěn)后，慢慢開模，直到動模停止后退，然后調(diào)整頂桿位置。
5.閉模松緊度的調(diào)整 為了防止塑件溢邊，又保證型腔適當(dāng)排氣，裝模時閉模松緊度調(diào)節(jié)很重要。
6.接通冷卻水管
9.2試模
1.試模前，對設(shè)備的油路、水路以及電路等進(jìn)行檢查，并規(guī)定保養(yǎng)設(shè)備，作好開機(jī)準(zhǔn)備。
2.根據(jù)試模用原材料盡量與制品一致的原則，試模材料用PE塑料。
3．在開始試模時選擇低壓、低溫、中速成型。然后按壓力、速率、溫度這樣的先后順序變動。
9.3試模結(jié)論
通過試模不僅要找出模具中存在的不合理問題，并予以修正使模具得意完善、而且要探索出最合理的工藝參數(shù)，為日后正常生產(chǎn)提供條件。因此，要對試模過程中的每一步內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便在試模結(jié)束后，得出總體結(jié)論，為下一步模具驗收提供依據(jù)。
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結(jié)論
通過這次系統(tǒng)的注射模的設(shè)計，我更進(jìn)一步的了解了注射模的結(jié)構(gòu)及各工作零部件的設(shè)計原則和設(shè)計要點(diǎn)，了解了注射模具設(shè)計的一般程序。
進(jìn)行塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計首先要對成型制品進(jìn)行分析，再考慮澆注系統(tǒng)、型腔的分布、導(dǎo)向推出機(jī)構(gòu)等后續(xù)工作。通過制品的零件圖就可以了解制品的設(shè)計要求。對形態(tài)復(fù)雜和精度要求較高的制品，有必要了解制品的使用目的、外觀及裝配要求，以便從塑料品種的流動性、收縮率，透明性和制品的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考慮注射成型工藝的可行性和經(jīng)濟(jì)性。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求經(jīng)濟(jì)合理，認(rèn)真掌握各種注射模具的設(shè)計的普遍的規(guī)律，可以縮短模具設(shè)計周期，提高模具設(shè)計的水平。
致 謝
此次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，得益于老師們的熱心指導(dǎo)和同學(xué)間的無私幫助和鼎力支持，特在此表示衷心感謝！
我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師何鶴林紅老師為了我們能盡早盡好地順利完成設(shè)計任務(wù)，給了我們這一小組以極大的關(guān)注，經(jīng)常熱心地幫我們解決設(shè)計過程中遇到的各種疑難問題，關(guān)注著我們設(shè)計過程的每一步。何鶴林認(rèn)真地檢查了我每一張圖紙，耐心地指出圖紙中存在的一些錯誤，使我的設(shè)計工作能夠順利及時的完成。肖老師也以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。
設(shè)計過程中，蔣冬青老師、張蓉老師和李理老師也一直都在關(guān)注我們的進(jìn)展情況，他們講授的多種課程對我們的畢業(yè)設(shè)計有很大幫助。同時他們還經(jīng)常在設(shè)計過程中給予鼓勵和支持，并多次于百忙中解答設(shè)計中碰到的各種疑惑。
在她們的幫助下，繪圖材料、查閱資料等多方面的問題迎刃而解，尤其是通過張蓉老師在實(shí)驗室現(xiàn)場對模具各部分作用及設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題的講解，使本人對模具設(shè)計及制造有了更加深刻的理解。
能在本次畢業(yè)設(shè)計中得到大家如此多的幫助，是設(shè)計工作能順利完成的重要原因，在此再次對大家的熱心支持表示衷心的感謝。
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