1、河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 1 页 共 34 页圆盖注塑模设计绪 论模具工业在工业发展中占有很重要的地位，各行各业均离不开模具，特别在汽车、摩托车、玩具、及家电等行业。其中塑料模具又是模具工业中重要的组成部分，彩电、电冰箱、洗衣机、空调机等产品，需要的塑料模具量很大，在建筑、建材方面，今后塑料门窗、塑料水管和装饰塑料制品将会有一个很大的发展。到2010年，塑料门窗的普及率和塑料管的普及率将达到30%-50%,对模具的需求会有很大增长。在工业发达国家，据1991年统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40 ;韩国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9 ，生产冲压模的占44.8%;新加
2、坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。中国模具工业一直以每年巧%左右的增长速度快速发展，2000年中国模具工业总产值己达280亿元人民币，在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%,塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占110。由以上事实可以看出塑料模具已处于同冲压模具并驾齐驱的地位。在塑料模具中注射模具是应用最广泛、类型最多、结构最复杂的一种。在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注塑模可成型上百万
3、次，一副优良的压铸模大约能成型 25 万次，这与模具的设计、模具材料及模具的制造有着很大的关系。河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 2 页 共 34 页第 1 章 注射模具的设计1.1 塑件分析与模具材料和注射机的选取1.1.1 塑件结构分析该圆盖材料为改性 PS，制品内孔中部有三处长 20mm 凸起结构，外观质量求较高。模具设计的关键在于如何实现顺利脱模。1.1.2 塑件零件图技术要求分析由塑件零件图中的技术要求可见，此零件材料为改性聚苯乙烯，批量生产，各配合尺寸精度要求一般，所以制造的模具精度取一般精度就已经满足要求。因为塑件是批量生产，所以型腔板和型芯的硬度、耐磨性能要求比较高。1.2
4、 塑料材料的成型特性与工艺参数由圆盖零件图中的技术要求可知，塑件材料为改性聚苯乙烯，其特点如下：1.2.1 基本特性：聚苯乙烯流动性好，加工性能好，易着色，尺寸稳定性好。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件。特别适用于注塑成型，注塑成型时物料一般可不经过干燥直接使用。但为了提高制品质量，可在 55-70 摄氏度鼓风箱内预干燥 1-2 小时。具体加工条件大致为：料筒温度 200 摄氏度左右，模具温度 60-80 摄氏度，注塑温度 170 至 220摄氏度，注塑压力比为 1.6-4.0。成型后的制品应在红外线或鼓风烘箱内，于 70摄氏度恒温处理 2
5、-4 小时。河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 3 页 共 34 页1.2.2 主要用途聚苯乙烯，可用于日用品、电气、仪表外壳、玩具、灯具、家用电器、文具、化妆品容器、室内外装饰品、果盘、光学零件（如三棱镜、透镜）透镜窗和模塑、车灯、电讯配件，电频电容器薄膜，高频绝缘材料、电视仙等集装箱、波导管，化工容器等。悬浮聚合树脂可制成不同密度的泡沫塑料，用作绝热、隔音、防震、漂浮、包装材料，软木代用品，预发泡体可作水过滤介质及制配轻质混凝土，低发泡塑料可制成合成木材做家具等。高冲击级聚苯乙聚（HIPS）可注塑或挤塑成各种制品，适合家电产品外壳，电器用品、仪表仪器配件、冰箱内衬、板材、电视机、收录机、
6、电话机壳体、文教用品、玩具、包装容器、日用品、家具、餐具、托盘、结构泡沫制品等。1.3 模具材料的选取及热处理由塑件技术要求分析可知，型腔板和型芯的硬度、耐磨性能要求比较高。所以在本设计中，型腔板和型芯的材料，本人选取 40Cr，调质处理。模架各板的材料和热处理参照模具设计与制造简明手册中表 2-177 选取。则模具中各板的材料和热处理如表 1.3.1 所示：表 1.3.1零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度定模板 45 调质 HB230270型腔板 40Cr 调质 HRC5458型芯 40Cr 调质 HRC5458型芯固定板 45 调质 HB230270支承板 45 淬火 HRC4348推板
7、 45 淬火 HRC4348推杆固定板 45模脚 451.4 注射机的选取塑件成形所需的注射总量应该小于所选注射机的注射量。注射容量以容积（ cm3）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系按模具设计与制造简明手册中式 2-54 校核：河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 4 页 共 34 页V 件 0.8V 注式中 V 件 塑件与浇注系统的体积（ cm3） ；取 V 件 =80cm3；V 注 注射机的注射容量（ cm3） ；0.8最大注射容量利用系数。则有： 1.2580=100 cm3V 注根据 V 注 100 cm3和模具设计与制造简明手册表 2-40 初步选取的注
8、射机型号为 XSZY500。其主要参数如下：螺杆直径（mm）：65；注射容量（ cm3）：500；注射压力（MPa）：104；锁模力（kN）： 3500；最大注射面积（ cm2）：1000；模具厚度（mm）：最大 450mm，最小 300mm；模板行程（mm）：700；喷嘴：球半径（mm）：18；孔直径（mm）：7.5；定位孔直径（mm）： ；06.15顶出：中心孔径（mm）：150；两侧孔径：24.5；孔距：530。河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 5 页 共 34 页第 2 章 确定模具的结构方案2.1 确定塑件在模具中的位置和分型面位置如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型
9、面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。（3）保证塑件的精度要求。（4）满足塑件的外观质量要求。（5）便于模具加工制造。（6）对成型面积的影响。（7）对排气效果的影响。（8）对侧向抽芯的影响。其中最重要的是第 5）和第 2） 、第 8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。2.
10、1.1 型腔数目的确定在设计实践中，型腔数目的确定，一般考虑的要点有：1、料制件的批量和交货周期；2、量控制要求；3、成型的塑料品种与塑件的形状及尺寸；4、塑料制件的成本；5、所选用的注射机的技术规范。河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 6 页 共 34 页根据上述要点所确定的型腔数目，既要保证最佳的生产经济性，技术上又要充分保证产品的质量，也就是应保证塑料制件最佳的技术经济性。因此根据本塑件的形状及尺寸，确定型腔的数目为一模一腔。2.1.2 塑件在模具中的位置和分型面的方案确定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
11、特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。在选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1：塑件脱摸方便 2：模具结构简单 3：型腔排气顺利 4：确保塑件质量 5：无损塑件外观 6：设备利用合理对于圆盖塑件，分型方案如下：圆盖的外观质量要示较高，应将分型面定在圆盖底部，表面不允许有浇口痕迹，故采用点浇口浇注。制品内孔中有三处长 2
12、0mm 的凸起结构，必须进行侧向抽芯。根据塑件结构，设计的模具为，塑件全部在上模型腔中，设计定模抽芯方式对其进行侧抽芯，因抽芯行程较短，采用斜滑块抽芯机构，并将三个斜块做成一个整体。顶出机构采用动模后退，点浇口拉断后，斜滑块沿主型芯 T 型导轨向内移动与制品脱离。2.2 选择浇注系统与排气系统的方式2.2.1 浇注系统的设计和浇口的选择浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用的利用率、成型生产效率等相关，因此浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本规则：（1）排气良好 能顺利的引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，
13、不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利排出；（2）流程短 在满足成型和排气良好的情况下，要选取短的流程来充满型腔，且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间；河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 7 页 共 34 页（3）防止型芯和嵌件变形 应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位；（4）整修方便 浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用；（5）防止塑件翘曲变形； （6）合理设计冷料穴和溢料槽；（7）浇注系统的断面积和长度。除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量取最小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。
14、因为本塑件不是大型或薄壁塑料制件，所以无需进行流动距离比和流动面积比的校核。1.主流道设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动距离。主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替地反复接触，属于移损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（也称浇口套） ，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢如T8A、 T10A 等，热处理要求淬火 5357HRC。主流道衬套应设置在模具的对称中芯位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴为同一轴芯线。主流道衬套形式如图
15、221 所示，图 221 a 为主流道与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；图 221 b 和图 221 c 所示为将主流道衬套和定位圈设计成a) b) c) 图 221两个零件，然后配合固定在模板上。在本设计中，为了安装与拆卸方便，所以采用图 221 b 的形式。2.浇注口位置的选择模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模之后有时还需修改浇口尺寸。无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 8 页 共 34 页量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。一般在选择浇口位置时
16、，需要根据塑件的结构工艺特征、成型质量和技术要求，并综合分析塑料熔体在模内的流动特性、成型条件因素。以下几项原则可以参考：（1）尽量缩短流动距离；（2）浇口应开设在塑件最大壁厚处；（3）必须尽量减少或避免熔接痕；（4）应有利于型腔中气体的排除（5）考虑分子定向的影响；（6）避免产生喷射和蠕动（蛇形流） ；（7）不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口；（8）浇口位置的选择应注意塑件外观质量。预先拟订浇注口位置的设计方案有两种，分别为在I处和II处。根据上面的几项原则来分析：如果开在I处，那就产生浇注口不平衡，而且会影响塑件外观质量，而在II 处开浇注口是非常平衡的，也尽量缩短了塑料的流动距离，不影
17、响塑件的外观质量，浇口凝料也易于去除，还能够同时填充满型腔，所以我选择在II处开浇注口。3.浇口的选择浇口亦称进料口，连接分流道与型腔的通道。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。根据所采取浇口的位置，拟订采用浇口的形式如下：（1）环形浇口 环形浇口主要用来成型圆筒形塑件，它开设在塑件的外侧，采用这类浇口，塑料熔体在充模时进料均匀，各处料流速度大致相同，模腔内气体易排出，避免了使用侧浇口时容易在塑件上产生的熔接痕，但浇口去除较难，浇口痕迹明显。（2）轮辐浇口 轮辐浇口是在内侧开设的环形浇口的基础上加以改进，由
18、四周进料改为几段小圆弧进料，浇口尺寸与侧浇口类似。这样浇口凝料易于去除且用料也有减少，这类浇口在生产中比环形浇口应用广泛，但塑件易产生多条熔接痕从而影响了塑件的强度。（3）潜伏浇口 潜伏浇口又称剪切浇口，由点浇口演变而来。这类浇口的分流道位于分型面上，而浇口本身设在模具内的隐蔽处，塑料熔体通过型腔侧面斜向注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致于因浇口痕迹而影响塑件的表面质量及美观效果。三种浇口的优缺点经比较易见，环形浇口凝料去除比较难，增加了工人的劳动强河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 9 页 共 34 页度，所以不采用环形浇口。潜伏浇口的优点比较多，但因为本塑件是摩托车灯罩的内部零件，对
19、塑件的外表面质量及美观效果要求不是很高，只须能保证其一般的尺寸精度就可以了，而轮辐浇口已经满足其设计要求。为了加工的方便性，所以决定采用轮辐浇口。4.冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔，考察注射机喷嘴和主流道入口小端间的温度状况时，发现喷嘴端部的底于所要求的塑料熔体温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷
20、料穴。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为11.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。.冷料穴的各种形式如图所示。图222 ac 是底部带推杆的冷料穴形式，图222 a 是端部部为 Z 字形拉料杆形式冷料穴，是最常用的一种形式，开模时主流道凝料被拉料杆拉出，a) b) c) 河南机电高等专科学校毕业设计说明书第 10 页 共 34 页d) e) 图 2.2.2推出后常常需用人工取出而不能自动脱落；图 222 b 是靠带倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式；图 222 c 是环形槽代替了倒锥形用来拉主流道凝料的形式，b 图和 c 图适用于弹
21、性较好的软质塑料，能实现自动化脱模。图222 d 和图 222e 是适用于推件板脱模的拉料杆形式冷料穴。在比较了这几种冷料穴的特点后，和经过对塑件的结构分析，可能将采用推杆将塑件推出，所以在这里预先选用图 222 b 形式的冷料穴。2.2.2 排气系统的设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体，不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部炭化或烧焦（褐色斑纹） ，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型
22、腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保证型腔充填的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可以容纳一定量的气体。注射模具成型时的排气通常以如下四种方式进行：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、强制性排气。在本设计中，利用配合间隙就足以满足排气的需要，所以就无须再设计其它方式排气。2.3 成型零件的结构设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶件、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲杀刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
