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1、1 绪 论1.1 模具工业的重要性模具有“工业之母”之称，是工业生产的基础工艺装备，是国民经济的基础工业。模具工业是机械工业和高新技术产业的重要组成部分。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，是一般机械加工不可比拟的，越来越引起国家各产业部门的重视。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工皇帝”“进入富裕社会的原动力”，欧美等发达国家将模具工业誉为“磁力工业”。日、美等发达国家模具工业的产值早已超过了机床工业的产值。1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业的产值。目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一
2、，是十分重要的装备工业。模具工业直接为高新技术产业化服务，模具工业自身又大量采用高新技术，如CAD/CAE/CAM、新工艺、新材料、各类先进制造技术及装备等，模具工业已成为高新技术产业的重要组成部分。 1.2 各种模具的分类模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。1.3 我国模具工业的现状自20世纪80年代以来
3、，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。1.4 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，
4、将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）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汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技
5、术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。2 注塑件的设计2.1 功能设计随着人们生活水平的提高，人们对于日常用品的要求越来越高。不但要求产品功能齐全，同时要求产品造型新颖、美观大方、价格低廉。本题目首先要求学生进行调研及市场调查，了解塑料成型加工领域的新技术、新工艺，了解计算机辅助设计领域应用软件的新动态。应用
6、计算机软件（Pro/E或UG）设计一款造型新颖且功能适用的保温杯。在产品造型设计上尽量应用新型塑料注射成型工艺，使产品的外型设计美观新颖，结构工艺性合理，经济实用。2.2 材料选择通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是强硬度好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种强硬度性能较好材料的性能对比，如表2-1所示。表2-1 材料的特性塑料名称PE（HDPE） PC ABS密度g/cm30.940.97 1
7、.21.06比容cm3/g1.031.060.830.91吸水率%15和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。表2-2 材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点使用温度主要用途聚乙烯（PE）PE是一典型的结晶型高聚物。高压聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好成型过程中，料温和模温偏高一些为宜，注射压力在保证制件质量的前提下应尽量偏低，模具的冷却特别要求迅速均匀，产品脱模时较烫70-80包装胶袋、日用品、水桶、电线、玩具、建材
8、、容器等聚酰胺（PA）坚韧,耐磨,耐油,耐水,抗酶菌,但吸水大结晶料,熔点较高熔融温度范围窄。流动性好,易溢料。宜用自锁时喷嘴,并应加热。成型收缩范围及收缩率大,方向性明显,易发生缩孔、变形等。80-100适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,电器,仪表零件丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）强度高，热稳定性及化学稳定性，具有坚韧性，抗冲击特性，易加工高光洁度的特性。吸少量水分，生产时，需烘干，可用80-90温度烘干1-2h；同时，热稳定性差，比较易分解，收缩率为5 -2O+70主要用作工程材料，也可用于家庭生活用具。并具有可电镀性，镀上金属层后有光泽好、比重轻、价格低等优点，可
9、用来代替某些金属。 以上的性能分析对比中看出,在硬度方面三种材料相差不大，成型特性上以PE为好，但产品在强度上有一定的要求，如拉伸强度,断裂伸长率等都是重要的标准 ，最终选定ABS为塑件材料。2.3 结构设计 图2.1 产品图2.3.1 对塑件的说明塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品；另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。2.3.1 对塑件的说明 该产品是保温杯内芯，在结构
10、上需要一定的耐热要求，并需要有一定的韧性。采用HDPE料可以达到这方面的要求。 2.3.2 壁厚 各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是HDPE料的壁厚推荐值:最小壁厚0.8mm 小型件壁厚1.25mm 中型件壁厚1.6mm 大型件壁厚2.43.2mm 该塑件属于中小型件,塑件的壁总体来说并不是很厚,选取为1.6mm,整个塑件的壁厚是比较均匀的，并没有出现局部壁厚过大
11、或过小的现象。2.3.3 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度.以下是HDPE的脱模斜度推荐值: 凹模2045 凸模25-45塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。但此产品较小，结构不复杂，不必采用加强肋。2.3.4 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅
12、有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，在本设计中，由于塑件外型要求，底部应有R5圆角。这样有利于在受力时避免发生破裂。故该塑件需要用圆角过渡连接。 2.4 塑件的尺寸精度及表面质量2.4.1尺寸精度1、尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证与其
13、它部分的配合，所以在配合部分应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，HDPE的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在60-70mm范围内，取MT2B级的差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。2、尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： =+ 式中 制件总的成型误差； 塑料收缩率波动所引起的误差；模具成型零件制造精度所引起的误差； 模具磨损后所引起的误差；模具安装，配合间隙引起的误差；影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。（1）模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。（2）
14、塑料材料 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。（3）成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。 3 注塑成型的准备3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。图3.1 注塑成型压力时间曲线物料准备:成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检
15、验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。注塑过程:塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温
16、度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。制件后处理:由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，
17、还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。3.2 注塑成型工艺条件温度:注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温
18、度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。ABS料与温度的经验数据如表3-1所示。表3-1 温度的经验数据温度 /喷嘴温度/热变形温度 /干燥熔胶模具1.82MPA0.45MPA65-75120-14040-701802206596压力:注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁
19、厚及材料有关。对于像ABS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4-27.5MPA。时间:完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实
20、际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。表3-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。表3-3 制品成型工艺参数如
21、下特性内容特性内容注塑机类型喷嘴形式喷嘴温度()中段温度()注射压力MPa注射时间s冷却时间s成型周期s干燥温度()螺杆式直通式200190901.520306080螺杆转速（r/min）模具温度后段温度()前段温度()保压力MPa保压时间 s其他时间s成型收缩(%)干燥时间() 48 651701908053213后处理温度70，保温时间2小时。3.3注塑机的选择3.3.1 注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之
22、一。注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。3.3.2 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.公称注射量:指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.注射压力:为了克服熔料流经喷嘴,浇道
23、和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.注射速率:为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表3-4所示。表3-4 注射量与注射时间的关系注射量/CM125250500100020004000600010000注射速率/CM/S125200333570890133016002000注射时间/S11.251.51.752.2533.755塑化能力:单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,
24、则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。锁模力:注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。合模装置的基本尺寸:包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。开合模速度:为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。空循环时间:在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。3.3.3选择注塑机由公称注射量选定注射机由注射量选定注射机.由UG建模分析得
25、（材料密度取）:总体积V=65.85cm； 总质量M=61.9g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V V V= V/0.8 =65.850.8=82.31 cm；由锁模力选定注射机结合上面两项的计算，初步确定注塑机为下表所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ-250/1250,主要技术参数如下。表3-5 国产注射机SZ-250/1250技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)415415理论注射容积（cm）270移模行程(mm)360螺杆(柱塞)直径(mm)45最大模具厚度(mm)550注射压(MP)160最小模具厚度(mm)150注射速率(g/s)11
26、0锁模形式(mm)双曲肘塑化能力(g/s)18.9模具定位孔直径(mm)160螺杆转速(r/min)10-200喷嘴球半径(mm)15锁模力(KN)1250喷嘴口直径-3.4 注射机的校核3.4.1 最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%-80%。 V =65.58 cm； V270 cm； 满足要求。3.4.2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：FK AP 1.223010 21.
27、25KN 满足要求。 式中 F注塑机额定锁模力：160KN； K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2； 3.4.3 喷嘴尺寸校核在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大1-2 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5-1 mm，如图3.2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。图3.2 喷嘴与浇口套尺寸关系注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深
28、度。3.4.4模具外形尺寸校核注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。3.4.5 模具厚度校核模具厚度必须满足下式：H H H （3.4）150465550 满足要求。式中 H所设计的模具厚度 465 mm； H注塑机所允许的最小模具厚度150 mm；H注塑机所允许的最大模具厚度550mm；3.4.6 模具安装尺寸校核注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方
29、法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。该模具外形尺寸为350400属中、小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在500500内为中，小模具）。3.4.7 开模行程校核所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。SH+H+（510）mm （3.5） 360150+180+10 360340 满足要求。 式中 S注塑机移模行程360 mm；H推出距离150 mm；H流道凝料与塑
30、件高度180 mm。4 模具设计4.1 分型面的确定 分型面是模具上用于取出塑件和（或）浇注系统冷凝料的可分离的接触表面。选择设计分型面的基本原则是：分型面应选择在塑件截面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。同时在选择设计分型面时还应考虑以下因素：1分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构 2分型面的选择应考虑塑件的技术要求 3. 分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整 4. 分型面的选择应有利于排气5分型面的选择应便于模具零件加工。6分型面的选择应考虑注射机的技术参数 选择分型面应综合考虑各种因素的影响，权衡利弊，以取得最合适的效果。因此，对于本塑件，结合该产品的结
31、构,分型面确定在塑件的最大投影面积上，设置于帽檐。 图4.1确定分型面4.2型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：塑件的尺寸精度；模具制造成本；注塑成型的生产效益；模具制造难度。考虑到该塑件是一般机械零件,查手册得塑件的经济精度推荐4级 ,所以初定为一模两腔合理.但由于机构较为复杂。因此用一模一腔如下图所示。图4.2型腔布局4.3模具材料的选择现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当则所有的精密加工
32、所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从ABS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择型芯、型腔的材料为P20。P20塑料
33、模具钢在制造模具前需要进行淬火及回火预处理,使硬度达到2935HRC,要求同一截面的硬度差不大于3HRC.然而对于大型的模块难以制定合理的预硬化工艺来保证硬度均匀一致且无淬火裂纹.为了改进并优化预硬化工艺,对P20钢大模块淬火过程的瞬态温度场及组织场进行了耦合数值模拟.通过比较三种不同淬火工艺的模拟结果,为P20模具钢大模块设计了一种较佳的淬火工艺,即淬入水中之前先在空气中预冷,淬水之后将模块出水在空气中自回火。4.4浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和
34、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。4.4.1主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。主要参数： 锥角=2；内表面粗糙度Ra=0.63； 小端直径D=d+(0.51)mm；半径R=R+(12)mm；材料T10A；由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。4.4.2分流道 分流道是
35、主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。表4-1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0
36、6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。因为此模具可以用直接浇口，所以不需要用分流道。4.4.3冷料穴冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。本设计中在分流道及主流道的末端都设置了冷料穴。4.4.4浇口浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇
37、口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用直接浇口，其有以下特性:浇口由于尺寸大，流程短，流动阻力小，进料快，传递压力好，有利于补塑和排气。4.5模架的确定 4.5.1模架的选用注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL为（630mm630mm）
38、-（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用简化型细水口标准模架。型芯型腔尺寸的确定成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点随产品的结构和模具的加工方法而变化。本设计采用整体式凹模结构，采用H7/m6配合嵌入到凹模固定板中进行使用，除具有整体式凹模的特点外，还可以节约贵重模具材料和便
39、于热处理，主要用于生产批量较大的模具，可一模一腔或者一模多件。本设计中的凹模镶块上加有螺旋冷却水路，应该采用H7/m6配合嵌入，再加上防水胶圈。凸模和型芯都是用来成型塑件内表面的零部件，两者没有严格的区别。一般来讲，可以认为凸模是成型塑件内表面的模具零部件，而型芯则多是指成型塑件上某些局部特殊内型或局部孔槽等所用的模具零部件。本设计型芯上加有螺蚊套，型芯采用H7/m6配合嵌入到凸模固定板中，螺纹套以H7/f6的配合套入型芯处。动、定模尺寸的确定动、定模受力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度校核来确定。根据计算结果，只要凹模长边的宽度满足12 mm就可以达到刚度要求，理论上只要取大于12 mm的值
40、就满足设计要求，但考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度的削弱作用，实际生产中都取比理论值大得多的值，在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边的单边宽度为45 mm，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为49 mm模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：动模底板厚度和定模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若动模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以动模底板厚度尺寸需要校核才能确定。厚度满足46可满足要求，为了安全，取底板厚度为50 mm。定模的底板因为是与
41、注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以定模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取定模底板厚度为30 mm。完成了以上的工作，确定模具尺寸为350X400 mm，A板厚度164 mm，B板厚度100mm，。4.6导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度
42、校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有：合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。4.7顶出系统设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用滑块顶出，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具