充電器上蓋成型工藝分析與注射模設計及及

1、充電器上蓋成型工藝分析與注射模設計學 生：* *指導老師：*(*大學工學院，* *)摘 要：隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料制品已深入到國民經濟的各個部門中，特別是在辦公用品、照相器材、汽車、儀器儀表、機械、航空、交通、通信、建材產品、日用品以及家用電器行業(yè)中的零件塑料化的趨勢不斷加強，并且陸續(xù)出現以塑代金屬的全塑產品。本設計介紹了充電器注射模的設計與制造方法，應用CAD/CAE/CAM技術，提高了模具的使用壽命和制造技術。根據產品零件圖，使用Pro/ENGINEER軟件進行零件的分析、分型面的選擇、成型零件的設計。關鍵詞：注塑成型；充電器上蓋；Pro/EAnalysis on Forming Pro

2、cess and Design of Injection Mold for the Upper Cover of Charger Student:*Tutor:*(College of Engineering, *, * *Abstract:With the development of plastic industry, plastic products has expanded in all sectors of the national economy, particularly in office supplies, photographic equipment, automobile

3、s, instrumentation, machinery, aviation, transportation, communication, building materials products, daily necessities and household appliances industries plastic parts of the growing trend, and come to shape metal behalf of the entire integrated products.This design introduced the design and the ma

4、nufacture method of injects mold for the upper cover of charger. Using the CAD/CAE/CAM technology, prove on the service life of the mould and manufacturing Pro/ENGINEER ,carried out the catity, to choice parting surf, design the shaped parts.Keyword: plastics shaping ; upper cover of charger ; Pro/E

5、1 前 言 塑料模的功能模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具，金屬沖壓模具，金屬壓鑄模具，橡膠模具，玻璃模具等。因人們日常生活所用的制品和各種機械零件，在成型中多數是通過模具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個大行業(yè)。在高分子材料加工領域中,用于塑料制品成形的模具,稱為塑料成形模具,簡稱塑料模.塑料模優(yōu)化設計,是當代高分子材料加工領域中的重大課題。塑料制品已在工業(yè)、農業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應用。為了生產這些塑料制品必須設計相應的塑料模具。在塑料材料、制品設計及加工工藝確定以后，塑料模具設計對制品質量與產量

6、，就決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內應力大小、表觀質量與內在質量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模結構的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對塑件成本也有相當大的影響，除簡易模外，一般來說制模費用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此?，F代塑料制品生產中，合理的加工工藝、高效的設備和先進的模具，被譽為塑料制品成型技術的“三大支柱”。尤其是加工工藝要求、塑件使用要求、塑件外觀要求，起著無可替代的作用。高效全自動化設備，也只有裝上能自

7、動化生產的模具，才能發(fā)揮其應有的效能。此外，塑件生產與更新均以模具制造和更新為前提。塑料摸是塑料制品生產的基礎之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當塑料制品及其成形設備被確定后，塑件質量的優(yōu)劣及生產效率的高低，模具因素約占80%。由此可知，推動模具技術的進步應是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設計與制造水平，常棵標志一個國家工業(yè)化的發(fā)展程度1。 我國塑料模現狀在模具方面，我國模具總量雖已位居世界第三，但設計制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標準化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的1/31/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨

8、勢進一步明朗化。我國塑料模的發(fā)展迅速。塑料模的設計、制造技術、CAD技術、CAPP技術，已有相當規(guī)模的確開發(fā)和應用。在設計技術和制造技術上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質量尚不穩(wěn)定。模具標準化程度不高，系列化商品化尚待規(guī)模化；CAD、CAE、Flow Cool軟件等應用比例不高；獨立的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此努力提高模具設計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。 塑料模發(fā)展趨勢（1）注射模CAD實用化；（2）擠塑模CAD的開發(fā)；（3）塑料專用鋼材系列化；（4）塑料模CAD/CAE/CAM集成

9、化；（5）塑料模標準化。2 產品分析 塑件分析2.1.1 本次設計任務所提供的零件為塑件實體，如下圖所示： 圖1 塑件草圖Fig 1 Plastic Plan 由零件實體模型及二維草圖可知，塑件側孔及凸臺較多，表面有二級管指示燈用孔和正常/快速充電選擇按鈕孔，側面有透明電池保護罩卡扣側孔，所有結構對稱布置。在模具設計時，表面小孔可采用鑲針成型，兩側孔必須設置側向分型抽芯機構。零件總體輪廓尺寸為101.7mm60.7mm24mm，總體看來，結構較簡單，故選一般精度等級：IT6級。2.1.2 該零件的重要尺寸精度為6級，其它尺寸精度為78級，屬于中等精度，對應的模具相關零件尺寸加工可以保證。2.1

10、.3 塑件的厚度檢測采用Pro/Engineer設計軟件的模型分析功能自動完成，如圖所示：圖2 厚度檢測Fig 2 Thickness detection從塑件的壁厚上來看，壁厚的最大處為3mm左右，最小處小于0.7mm，大多處在23mm的范圍之內，并綜合其材料性能，注意控制成型溫度及冷卻速度，零件的成型并不困難。2.1.4 工藝性為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，而澆口卻斜向開設在模具的隱蔽處。塑料熔體通過型腔的側面或推桿的端部注入型腔，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀效果。 塑件的原材料分析給定的塑件材

11、料選用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料。2.2.1 ABS的基本特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3種單體合成的，每種單體都具有不同性能。丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性，使ABS有良好的耐化學腐蝕性及表面硬度；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性，使ABS堅韌；苯乙烯具有易加工、高光潔度、高強度，使ABS有良好的加工和染色性能2。ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件有較好的光澤。有極好的沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS表面受冰醋酸、植物油

12、等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過調色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高。性能：綜合性能較好，沖擊韌度、力學性能較高，尺寸穩(wěn)定而化學性、電氣性能良好；易于成形和機械加工。用途：適于制作一般機械零件、減摩耐摩零件、傳動零件以及化工、電器、儀表等零件。2.2.2 成形特性（1）無定形塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也有差異，應按品種確定成形方法及成形條件。（2）吸濕性強，含水量應小于%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。（3）流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好）。（4

13、）比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫對物性影響較大，料溫過高易分解（分解溫度為250左右，比聚苯乙烯易分解），對要求精度較高塑件，模溫宜取5060，要求光澤及耐熱型料宜取6080。注射壓力應比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射機時料溫為180模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，分流道及澆口截面要大，選擇好進料口位置、形式，推出力過大機械加工時塑料件表面呈現“白色”痕跡，在成型時的脫模斜度2，收縮率取。（5）ABS的成型條件3（見表1）表1 ABS的成型條件Table 1 ABS molding conditions注射成型機類型螺桿式密度（）計算收縮率

14、預熱溫度()8085時間(S)23料筒溫度后段()150170中段()165180前段()180200170180噴嘴溫度()模具溫度()5080注射壓力(MPa)60100成型時間注射時間(s)2090高壓時間(s)05冷卻時間(s)20120總周期(s)50220螺桿轉速（r/min）30適用注射機類型螺桿式、柱塞式均可后處理方法紅外線燈、烘箱溫度（）70時間（h）24說明：該成形條件為加工通用級ABS料時所用，苯乙烯-丙烯腈共物（即AS）成形條件與上相似。3 擬定型腔布局 分型面位置的確定模具上用以取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面，分型面是決定模具結構形式的重要因素

15、，它與模具的整體結構和模具的制造工藝有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動充填性及制品的脫模，分型面的位置也影響著成型零部件的結構形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設密切相關。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵內容。分型面的選擇應注意以下幾點4：（1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；（2）當已經初步確定塑件的分型方向后分型面應選在塑件外形最大輪廓處；（3）保證制件的精度和外觀要求；（4）考慮滿足塑件的使用要求；（5）考慮注塑機的技術規(guī)格，使模板間距大小合適；（6）考慮鎖模力，盡量減小塑件在分型面的投影面積，確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模；（7）不妨礙制品脫模和抽芯；（8）有利于

16、澆注系統(tǒng)的合理處置。根據塑件結構形式，本設計分型面選在AA面（如圖3所示）。圖3 分型面Fig 3 Surface 型腔數目的確定型腔指模具中成形塑件的空腔，而該空腔是塑件的負形，除去具體尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不過凸凹相反而己。注射成形是先閉模以形成空腔，而后進料成形，因此必須由兩部分或（兩部分以上）形成這一空腔型腔。其凹入的部分稱為凹模，凸出的部分稱為型芯5。其數目的決定與下列條件有關：（1）塑件尺寸精度；（2）模具制造成本； （3）注塑成形的生產效益；（4）制造難度。塑料的成形收縮是受多方面影響的，如塑料品種，塑件尺寸大小，幾何形狀，熔體溫度，模具溫度，注射壓力，充模時

17、間，保壓時間等。影響最顯著的是塑件的壁厚和形狀的復雜程度。該塑件精度要求一般（MT5），又是大批量生產，可以采用一模多腔的形式?？紤]到模具制造費用低一點，設備運轉費用小一點，采用一模兩腔的模具形式。這樣比一模一腔模具的生產效率高，同時結構更為合理。 型腔的布局多型腔模具設計的重要問題之一就是澆注系統(tǒng)的布置方式，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關，因而型腔的排布在多型腔模具設計中應加以綜合考慮。型腔的排布應使每一個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中心中均等地分得所需的壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的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最短，同時采用平衡的流

18、道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差異、應力形成及脫模困難等問題。平衡式型腔布局的特點是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度、截面形狀及尺寸均對應相同，可以實現均衡進料和同時充滿型腔的目的；非平衡式型腔布局的特點是從主流道到各型腔澆口的分流道的長度不相等，因而不利于均衡進料，但可以縮短流道的總長度，為達到同時充滿型腔的目的，各澆口的截面尺寸制作得不相同6。本塑件在注射時采用了一模兩腔的形式，即模具需要兩個型腔?？紤]塑件帶側抽芯機構，現有兩種排列方式選擇： 圖4 型腔布局Fig 4 Cavity layout如圖4所示，這兩種排列方式都采用平面對成布置，但第一種布

19、局方式緊湊，模具設計較簡單。綜合以上兩種方案考慮，故擬定第一種型腔布局方式。4 塑件相關計算及注塑機的選擇 塑件相關計算4.1.1 投影面積計算圖5 投影面積計算Fig 5 Projection area塑件的投影面積可以通過PRO/ENGINEER 的分析模塊直接得出,如圖5所示：由分析可得：注塑件投影面積S= 211549mm2 。4.1.2 體積及質量的計算也利用PRO/ENGINEER的分析模塊自動計算獲得（塑件密度由塑料模具設計師指南7表2查得：ABS密度=1.1g/cm3），如圖6所示：圖6 體積及質量計算Fig 6 Calculation of volume and qualit

20、y結果如下：體積= +04曲面面積 = +04密度 = +00噸/質量 = +04噸故注塑件的體積為：V2=35170 質量為：流道凝料質量： 注射量： 注射容量： 4.1.3 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積在模具設計前是個未知數，根據多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上的投影面積的倍,因此可用來進行估算，所以，根據塑料模具設計師指南7表常用塑料模腔平均壓力可知一般制品平均壓力為40 MPa；所以，鎖模力。4.1查中國模具網出品的模具助手8版，ABS的成型工藝參數可作如下選擇：注射溫度():200260 注射壓力(兆帕):196模具溫度():4060 壁厚范圍(毫米):脫模斜

21、度(型腔):40120 脫模斜度(型芯):351 注塑機選擇及注射工藝參數確定根據每一生產周期的注射量和鎖模力的計算?？蛇x用XS-ZY-125型注射機，技術參數參照查塑料模具設計向導9表得表2表2 注射機主要技術參數Table 2 Injection machine main technical parameters理論注射容量（cm3）125螺桿直徑（mm）42注射壓力（MPa）150塑化能力（g/s）45螺桿轉速（r/min）10140噴嘴球半徑（mm）12鎖模方式雙曲軸鎖模力（kN）900拉桿內間距(mm)260360移模行程(mm)300最大模厚(mm)300最小模厚(mm)200模具

22、定位孔直徑(mm)100噴嘴孔直徑(mm)3 型腔數量及注射機有關工藝參數的校核4.3.1 型腔數量的校核由注射機料筒塑化速率校核模具的型腔數n： （合格）式中 k：注射機最大注射量的利用系數，一般取 M：注射機的額定塑化量（45g/s）4.3.2 注射機工藝與安裝參數的校核（1）注射量校核 。查塑料模具設計向導9表知，XS-ZY-125型注射機最大注射量160=140.8g，本模每次注射所需塑料的總質量約為61.9g（2）鎖模力校核 。查塑料模具設計向導9表知，XS-ZY-125型注射機最大鎖模力F=900kN，而，故能滿足。（3）最大注射壓力校核。查塑料模具設計向導9表知，XS-ZY-12

23、5型注射機額定注射壓力為150MPa，而ABS塑料成型時的注射壓力P成型=7090MPa，故能滿足成型的要求。（4）最大和最小模具厚度校核。查塑料模具設計向導9表知，XS-ZY-125型注射機所允許模具的最小閉合厚度為Hmin=200mm，最大閉合模厚為Hmax=300mm，而本設計的模具厚度為Hm=300（5）模具在注射機上的安裝尺寸。從標準模架外形尺寸400mm300mm300mm上看，小于XS-ZY-125型注射機拉桿內向距260mm（6）開模行程的校核。查塑料模具設計向導9表知，XS-ZY-1250型注射機的最大開模行程為S=300mm，能滿足模具推出制品所需開模距的要求。5 澆注系統(tǒng)

24、設計澆注系統(tǒng)是塑料熔體自注射機的噴嘴射出后，到進入模具型腔以前所流動的一段路徑的總稱，主要應包括主流道、分流道、進料口、冷料穴等幾部分。在設計澆注系統(tǒng)時，應考慮塑料成型特性、塑件大小及形狀、型腔數、注射機安裝板大小等因素。澆注系統(tǒng)的設計原則：澆口位置應盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時澆口的清理；澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應保證塑料流入型腔時，對著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產生熔接痕,或使其熔接痕產生在之間不重要的位置;

25、澆口位置及其塑料流入方向,應使塑料在流入型腔時,能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內氣體的排出。本設計中采用普通流道的澆注系統(tǒng)。對澆注系統(tǒng)進行總體設計時，一般應遵循如下基本原則10：（1）了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動特性；（2）采用盡量短的流程，以減少熱量與壓力損失； （3）澆注系統(tǒng)設計應有利于良好的排氣； （4）防止型芯變形和嵌件位移；（5）便于修整澆口以保證塑件外觀質量；（6）澆注系統(tǒng)應結合型腔布置綜合考慮 ； （7）盡量減少因開設澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量。 總體設計在澆注系統(tǒng)設計之前，我們首先要選定進料口位置，為選擇合適的進料口位置。分析塑件可知, 該塑件外表面很光潔,

26、為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，而澆口卻斜向開設在模具的隱蔽處。塑料熔體通過型腔的側面或推桿的端部注入型腔，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀效果。采用潛伏式澆口形式，又模具設計為一模兩腔，并且綜合型腔布局，擬定澆注系統(tǒng)總體結構如下圖所示（對成布置）： 圖7 澆注系統(tǒng)Fig 7 Gating system 主流道設計根據選用的XS-ZY-125型號注射機的相關尺寸得 噴嘴前端孔徑：； 噴嘴前端球面半徑：； 根據模具主流道與噴嘴的關系: 取主流道球面半徑：； 取主流道小端直徑：； 為了便于將凝料從主流道中取出

27、，將主流道設計成圓錐形，起斜度為，取其值為，經換算得主流道大端直徑為,故主流道各部分直徑如下圖所示（其中L需根據模板厚度確定）：圖8 主流道各部分尺寸Fig 8 Size of the various parts of the mainstream of Road5.2.1 冷料穴與拉料桿設計冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或者處于分流道末端。其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1倍。它的作用是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品質量。冷料穴分兩種，一種專門用于收集、貯存冷料，另一種除貯存冷料外還兼有拉出流道凝料的作用11。這里冷料穴設計成兼有拉料作用的冷料

28、穴，在圓管形的冷料穴試底部裝有一根Z形頭的拉料桿，這種兼有拉料作用的冷料穴是最常用的一種。其結構尺寸如下：圖9 冷料穴與拉料桿Fig 9 Cold material point shot and drawing materials 分流道設計分流道的設計原則即應使熔體較快地沖滿整個型腔，流動阻力小，熔體溫降小，并且能將熔體均衡地分配到各個型腔。常見的分流道截面形狀有圓形、半圓形、U形、梯形、矩形等，其中：圓形截面分流道比表面積最小，熱量不容易散失，流動阻力最小，單位填充時間最短。綜合各方面因素考慮，此處分流道截面為圓形形式。分流道直徑的計算，可由以下經驗公式計算： （塑料模設計手冊12公式5）

29、式中：D各級分流道的直徑（mm）； W流經該分流道的熔體重量（g）； L流過W熔體的分流道長度（mm）。經估算得第一級分流道的直徑分別為D1=6mm,故分流道的尺寸如下圖所示：圖10 分流道1Fig 10 Shunt 1流道表面粗糙度: 。查表塑料模設計手冊12表5-39與表5-40可知ABS允許的最小分流道尺寸為7.6mm,推薦值為,所以本設計符合要求。第三級分流道（即與進料口相連的那段分流道）設計為圓錐形，以便于脫模，其尺寸如圖11所示：圖11 分流道 2Fig 11 Shunt 2 進料口設計進料口也稱澆口，進料口的形式也有很多種，此處采用的是點進料口的形式。除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中

30、截面積最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質量的影響很大。澆口可分為限制性澆口和非限制性澆口兩種。非限制性澆口起著引料、進料作用；限制性澆口一方面通過截面積突然變化使分流道輸送來的塑料熔體的流速產生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速而均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑料分離的作用。潛伏式澆口也稱隧道澆口或剪切澆口。它是點澆口在特殊場合下的一種應用形式，具備點澆口的一切優(yōu)點，因而已獲廣泛應用。

31、潛伏式澆口潛入分型面一側，沿斜向進入型腔。這樣在開模時，不僅能自動剪斷澆口，而且其位置可設在制品側面，端面和背面等各隱蔽處，使制品外表面無澆口痕跡。采用潛伏式澆口的模具結構，可將三板式簡化成兩板式模具，它的澆口尺寸可按以下點澆口經驗公式確定13。點進料口的直徑通常以下式計算： (塑料模設計手冊12公式5式中：d點進料口直徑（mm）； n系數，依塑料種類而異，其中ABS對應為n； c依塑件壁厚而異的系數。這里直接查塑料模設計手冊12表546，得d1.0mm 冷料穴設計冷料穴是為了防止冷料穴進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔,從而影響注塑成型和塑料件質量而開設的容納注射間隔所產生的冷料井穴,本設計中冷料穴開

32、設在主流道的末端。 澆口套及定位圈的設計定位圈是使?jié)部谔缀妥⑸錂C噴嘴孔對準定位所用。定位圈直經D為與注射機定位孔配合直經，應按選用注射機的定位孔直經確定。直經D一般比注射機孔直經小，以便裝模。定位圈一般采用45號鋼或Q275鋼。定位圈內六角螺釘固定在模板時，一般用兩個以上的M6M8的內六角螺釘，本設計采用四個M6螺釘固定14。澆口套的材料為T10、硬度HRC45；定位圈的材料為45鋼，硬度HRC50,其尺寸如下圖所示：圖12 澆口套與定位圈Fig 12 Gate sets of circle and positioning6 模架的確定及標準件的選用 模架通過前面的設計及計算工作，便可以根據所

33、定內容確定模架。模架部分可以自己設計，也可以選用標準模架；在生產現場模具設計過程中，盡可能選用標準模架，確定出標準模架的形式，規(guī)格及標準代號，因為標準件有很大一部分已經標準化，隨時可在市場上買到，這對縮短制造周期，降低制造成本時極其有用的。而標準件則包括通用標準件及模具專用標準件兩大類。通用標準件如緊固件等。模具專用標準件如定位圈、澆口套、推桿、導柱、導套、模具專用彈簧、冷卻及加熱元件等15。此外，在模架尺寸確定之后，對模具有關零件進行必要的強度或剛度校核，看所選模架是否符合要求，尤其對大型模具，這一點尤為重要。 設計模具時，開始就要選定模架。當然選用模架時要考慮到塑件的成型、流道的分布形式以

34、及頂出機構的形式等因素。圖13 標準模架Fig 13 Standard Mold Base此模架為標準模架，規(guī)格GCI2540A70B90，其具體參數如上圖。7 成型零部件設計成型零件是指構成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型桿、成型塊等。設計時應首先根據塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結構、進料口、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據制件尺寸，計算成型零件的工作尺寸，從機加工工藝角度決定型腔各零件的結構和其他細節(jié)尺寸，以及機加工工藝要求等。在工作中，成型零件承受高溫高壓塑件熔體的沖擊和磨擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時需要克服塑件的粘著力。成型零

35、件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，它的強度和剛度必須在許可范圍內。成型零件的結構，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。 成型零件的材料選擇構成型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和側抽芯部件。由于型腔直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質量直接關系到制件質量，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨力以承受塑料的擠壓力和料流的磨擦力和足夠的精度和表面光潔度，以保證塑料制品表面光高美觀，容易脫模，一般來說成型零件都應進行熱處理，使其具有HRC40以上的硬度，如成型產生腐蝕性氣體的塑料如聚氯已烯等。還應選擇耐腐蝕的鋼材。 根據塑件表面質量要求，查塑性成

36、型工藝與模具設計16附錄G（常用模具材料與熱處理），本設計成型零件選用3Cr2Mo調質處理，硬度55HRC,耐磨性號好且處理過程變形小。還有較好的電加工及耐腐蝕性。 成型零件結構設計模具的大小主要取決與塑料制品的大小和結構，對于模具而言，在保證足夠強度的前提下，結構越緊湊越好。根據產品的外形尺寸（平面投影面積和高度），以及產品本身結構（側向分型滑塊等結構）可以確定鑲件的外形尺寸，確定好鑲件大小后，可大致確定模架的大小了。普通塑料制品模架與鑲件大小的選擇，可參考模具設計手冊中標準模架參數表，因此大致確定型芯鑲件尺寸：型腔：28016045；型芯：28016045。傳統(tǒng)的成型零件設計方法一般為根據

37、塑件結構及精度尺寸，并考慮塑料收縮率，計算出成型零件的工作尺寸，這種方法有以下幾個缺點：（1）自由曲面的設計比較難；（2）曲面的尺寸不易表達清楚；（3）計算量大，設計效率低。 為了克服以上缺點，本次設計中采用了目前在模具設計制造行業(yè)具有領先地位的PRO/ENGINEER設計軟件進行成型零部件的設計。7.2.1 利用PRO/ENGINEER內置的模具設計模塊進行設計一般有以下幾步：（1）在設計的塑件外層生成一個大小合理的胚料，胚料即以后生成的凹模凸模的大??；（2）輸入塑件材料的收縮率，為后面生成成型零件提供參數；（3）用cut命令設計澆注系統(tǒng)的主流道、分流道及澆口（也可在生成模具成型零件后再完成

38、澆注系統(tǒng)的設計）；（4）用parting surf命令設計出分模面（包括主分模面及側型芯分模面）；（5）采用split命令進行自動分模，生成成型零件，同時檢測分模面是否有問題；（6）用molding命令對模腔進行填充，生成澆注件。（7）用mold opening定義模具開模動作生成爆炸圖。以下對凹模、凸模的設計分述。分模面設計：由于塑件本身有諸多孔、缺口，以及側抽芯孔等等,故在分模設計時需要把這些孔全部補上，側抽芯也必須設計單獨的分模面，模具才能夠順利的進行開模，設計如下圖所示：圖14 分模面Fig 14 Sub-mode surface7.2.2 凸模結構設計凸模是成型塑件外表面的部件，凸模

39、按其結構不同可分為整體式和組合式兩大類，而組合式又可分為嵌入式組合、鑲拼式組合及瓣合式等。整體結構的成型零件一般都是在淬硬后在進行加工，所以整體結構的模具采用電火花成型加工為主、銑削加工、磨削加工、電火花線切割為輔的加工方法，并且在先進的型腔加工機床還未普遍應用之前，整體式型腔一般只用在形狀簡單的小形塑件的成型。組合式型腔的組合形式很多，常見的有嵌入式、鑲拼式及瓣合式幾種。對于小型塑件采用多型腔塑料模成型時，各單個型腔一般采用冷擠壓、電加工、電鑄等方法制成，然后整體嵌入模中。為了加工方便或由于型腔某一部位容易磨損，需要更換者采用局部鑲嵌的辦法，此部位的鑲件單獨制成，然后嵌入模體。由以上的比較容

40、易看出，當塑件較小，形狀較為復雜式，并且一模多腔成型時，采用嵌入式組合型腔是較為合理的選擇，故此例選用的凸模形式即為整體鑲嵌式，兩個型腔分為兩個鑲塊，四邊采用內六角圓柱螺釘固定17。其結構如圖所示：圖15 凸模與型腔鑲塊Fig 15 Punch insert and the cavity鑲針的設計。由于充電器的外殼除了采用倒扣連接外，還要通過螺釘連接。由于塑料件是非鋼性零件，所以在設計零件時，沒有螺紋的要求，而在成型后將螺釘強行擰入，塑件上就會自然留下螺紋的痕跡。結構裝配如圖16所示圖16 鑲針1Fig 16 Insert needle1凸模內塑件通孔也采用鑲針鑲嵌，結構裝配如圖：圖17 鑲針

41、2Fig 17 Insert needle27.2.3 凹模結構設計凹模設計的方法與凸模設計方法基本一樣，由塑件的結構形式可知，凹模也采用局部鑲嵌形式，同樣采用內六角圓柱螺釘固定：圖18 凹模Fig 18 Die7.2.4 型腔型芯尺寸計算由于本設計采用PRO/ENGINEER設計軟件，所以型腔及型芯的各尺寸可在PRO/ENGINEER中設置塑性材料的收縮率后自動得到，故在此不做手工計算，型腔型芯尺寸參見零件圖-型芯鑲塊和型腔。8 側向分型抽芯機構設計當塑件側壁上帶有的與開模方向不同的內外側孔或側凹等阻礙塑件成型后直接脫模時，必須將成型側孔或側凹零件做成活動的，這種零件稱為側型芯（俗稱活動型芯

42、）。在塑件脫模前必須先抽除側型芯，然后再從模具中推出塑件，完成側型芯的抽出和復位的機構即叫做側向分型抽芯機構18。本設計中，塑件的兩端各有一個側孔，故必須設計側向分型抽芯機構，模具才能順利脫模。 側向分型抽芯機構類型選擇側向分型抽芯機構根據動力來源的不同，一般可將其分為機動、液壓或氣動以及手動等三大類型。機動抽芯按傳動方式又可分為斜導柱分型與抽芯機構、斜滑塊分型與抽芯機構、齒輪齒條抽芯機構和其它形式抽芯機構，本設計選用斜滑塊分型與抽芯機構。 抽芯距確定與抽芯力計算8.2.1 抽芯距側向型芯或側向成型模腔從成型位置導不妨礙塑件的脫模推出位置所移動的距離成為抽芯距，通常用s表示。由圖19可知，本塑

43、件的側孔即六角孔的深度為1.5mm圖19 抽芯距Fig 19 Core-pulling distance故抽芯距：s23（mm），取s58.2.2 抽芯力抽芯力的計算同脫模力的計算相同，對于側向凸起較少的塑件的抽芯力通常比較小，僅僅是克服塑件與側型腔的粘附力和側型腔滑塊移動時的摩擦阻力。對于側型芯的抽芯力，往往采用如下的公式進行估算： (塑料成型工藝與模具設計559) 16式中： 抽芯力(N） c側型芯成型部分的截面平均周長(m)； h側型芯成型部分的高度(m)； p塑件對側型芯的收縮應力（包緊力），其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成型工藝有關，一般情況下模內冷卻的塑件取107Pa，模外冷卻

44、的塑件取107Pa； 塑料在熱狀態(tài)時對剛的摩擦系數，一般??； 側型芯的脫模斜度或傾斜角()，這里0。故此塑件的側抽芯力應由兩部分組成：六角孔和孔外測壁部分，帶入數據計算可得： = 256(N) 斜滑塊分型與抽芯機構零部件設計8.3.1 設計要點（1）正確選擇主型芯位置。（2）開模時斜滑塊的止動。（3）斜滑塊的推出角和推出行程。由于斜滑塊的強度較高,斜滑塊的傾斜角可比斜導柱的傾斜角大一些,一般在30范圍內選取.該套模具斜滑塊的傾斜角選10。斜滑塊的推出行程l必須小于斜滑塊導滑總長L的2/3。該模具推出行程為25mm,為斜滑塊導滑長度40mm的5/8,合乎要求。（4）斜滑塊的裝配要求。為了保證斜滑

45、塊在合模時其拼合面密合,避免注射成型產生飛邊,模具閉合后斜滑塊底部與模板之間應有的間隙,同時斜滑塊還必須高出模套0.5mm.當斜滑塊與導滑槽之間有磨損之后,再通過磨削斜滑塊下端面.可繼續(xù)保持垂直分型面的密合性。（5）斜滑塊推桿位置選擇。8.3.2 斜導柱斜角的確定斜導柱的斜角是斜導柱抽芯機構的一個主要參數。它的大小涉及導開模力、斜導柱所受的彎曲力、滑塊實際抽芯力以及開模行程等的大小，其關系如下19：式中： 斜導柱所受的彎曲力； 斜導柱所用于滑塊的正壓力，它等于斜導柱所受的彎曲力； 抽拔出側型芯所需要的抽芯力； 抽出側型芯所需要的開模力； 斜導柱的斜角。由以上式子可知，當斜角增大時，要獲得相同的

46、抽芯力，則斜導柱所受的彎曲力要增大，同時所需要的開模力也增大。因此，從希望斜導柱受力較小的角度考慮，斜角越小越好；但當抽芯距為一定值時，斜角的減小，必然單質斜導柱工作部分長度的增加及開模行程的加大，而開模行程受到注射機開模行程的限制，而且斜導柱工作長度的加長會降低斜導柱的剛性，所以綜合考慮，在生產中斜角不超過25，此設計選取:108.3.3 導滑槽設計導滑槽采用T型槽的形式，具體結構如圖所示：圖20 T型槽Fig 20 T-slot采用T形導滑槽,加工方便且剛性好,上下與左右方向只能有一個動配合尺寸。構成導滑槽的導軌采用組合式,這樣便于用高硬度淬火剛。摩擦表面應有HRC40以上硬度,并讓易換零

47、件的硬度比耐磨零件低一些?；瑝K的導軌和導滑槽應有足夠的制造精度,保證滑塊在使用期限內運動平穩(wěn),無上下竄動和卡滯現象20。導滑槽采用整體式，導滑槽與滑塊導滑部分采用H8/f8間隙配合，表面粗糙度。8.3.4 側滑塊是斜導柱側向分型抽芯機構中的一個重要零部件，滑塊的結構可分為整體式和組合式兩種：在滑塊上直接制出側型芯或側向型腔的結構稱為整體式，這種結構僅適于形狀十分簡單的側向移動零件；在一般的設計中，把側向型芯或型塊和滑塊分開加工，然后再裝配在一起，這就式所謂的組合式結構，本設計采用組合式結構，滑塊與側型芯聯接方式如圖21所示。側向型芯是模具的成型零件，材料選擇為45鋼，熱處理要求硬度HRC55,

48、滑塊用T8制造，要求硬度HRC40。8.3.5 由以上事項最后制定的抽芯機構如下:圖21 斜滑塊分型與抽芯機構Fig 21 Inclined slider type and core-pulling mechanism圖22 斜滑塊固定及止動方式Fig 22 Inclined slider and stop means fixed斜滑塊形式為兩瓣形式。斜滑塊的導向傾斜角度=10,符合設計要求。9 合模導向機構設計 導向機構導向機構對于塑料模具是必不可少的部件，因為模具在閉合時有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構 導向機構的主要作用一般包括定位、導向、承受一定側壓等。在對導柱結構設計時，必須

49、考慮以下要求：（1）長度。導柱的長度必須比凸模端面要高出68毫米。以免導柱未導正方向而凸模先進入型腔與其相碰而損壞。（2）形狀 。導柱的端部做成錐形或球形的先導部分，使導柱能順利進入導柱孔。（3）材料 。導柱應具有硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內芯，因此，多采用低碳鋼經滲碳淬火處理?；蛱妓毓ぞ咪摚═8、T10）經淬火處理硬度HRC5055，導柱滑動部位按需要可設油槽。（4）配合精度。 （5）光潔度。配合部分光潔度要求7級，此外，導柱的選擇還應跟椐模架來確定。 導向零件的設計原則（1）導向機構類型的選用。本設計導向機構采用導柱導向。（2）導柱數量。塑料注射成型模具導柱數量一般需要24個。尺寸較

50、大的成型模具一般需要4個導柱，本設計中模具屬于中小型模具，采用4根導柱導向。（3）模具型腔及尺寸。導柱直徑應根據模具尺寸選用，必須保證有足夠的強度、剛度和足夠大的抗彎強度。（4）導柱在模具上的布置方式。（5）導柱零件的設置位置。導柱和導向孔的位置應避開型腔板在工作時應力最大的部位。導柱和導向孔中心至模板邊緣應具有足夠的距離，以保證模具強度和導向剛度。（6）導向裝置必須有良好的工藝性。如果固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑相等，便于加工，則有利于保證同軸度和尺寸精度。（7）導向裝置必須具有良好的導向性能。為了使導向裝置具有良好的導向性能，除了必須按上述原則設置導向裝置之外，還應注意導向零件的結構設計

51、及制造要求。導柱如圖所示：圖23 導柱Fig 23 Guides 導套的設計 （1）結構形式。采用帶頭導套（型），導套的固定孔與導柱的固定孔可以同時鉆，再分別擴孔。 （2）導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內剩余空氣。 （3）導套孔的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為m。導套外徑按H7/m6或H7/k6配合鑲入模板。 （4）導套材料可用淬火鋼或銅（青銅合金）等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱的硬度，這樣可以改善摩擦，以防止導柱或導套拉毛。 套如圖所示：圖24 動模板和動模板上的導套Fig 24 Dynamic templates and dynamic o

52、f the guide template sets 10 脫模機構設計 脫模裝置在注射成型 的每一循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中脫出，脫出塑件的機構稱為脫模機構或頂出機。脫模機構由頂桿、頂桿固定板、頂出板、回程桿、拉料桿、回程彈簧組成，其中，勾料桿的作用是使?jié)沧⑾到y(tǒng)自動脫離塑件，并從模具中順利脫落，頂桿用來頂制品，頂出固定板，用來固定頂桿，回程桿，利用回程彈簧起復位導向作用。10.1.1 推出機構的設計原則（1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具結構簡單。（2）防止塑件變形或損壞，正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在部位，有針對性地選擇合適的脫模裝置，使推

53、出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑料收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位，作用面積也應盡課能大一些，以防塑件變形或損壞。（3）力求良好的塑件外觀，在選擇頂出位置時，應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位。（4）結構合理可靠，脫模機構應工作可靠，運動靈活，制造方便，更換容易且具有足夠的剛度和強度。從塑件結構考慮，本設計采用的頂出機構是頂桿頂出機構。由于設置推桿位置的自由度較大因而推桿推出機構是最常用的推出機構，常被用來推出各種塑件。推桿推出機構的特點：推桿加工簡單，更換方便，脫模效果好。常用的推桿形式有圓形、矩形、D形。其中圓形結構簡單，

54、應用最廣。推桿直經d與形腔部分推桿孔一般為采用H7/e7H8/f8的間隙配合，配合部分應保證D-d=46 毫米；軸肩厚約46毫米。10.1.2 頂桿的布置頂桿加工簡單，更換方便，脫模效果好。根據塑件的形狀特點， 模具型腔在定模部分，型心在動模部分。其推出機構可采用推桿推出機構、推件板推出機構。由于分型面有臺階，為了便于加工，降低模具成本，我們采用推桿推出機構，推桿推出機構結構簡單，推出平穩(wěn)可靠，雖然推出時會在塑件上留下頂出痕跡，但塑件底部裝配后使用時不影響外觀，設立18個推桿平衡布置，既達到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。本設計采用推桿推出，推桿截面為圓形，推桿推出動作靈活可靠，推桿損壞后

55、也便于更換。推桿的位置選擇在脫模阻力最大的地方，塑件各處的脫模阻力相同時需均勻布置，以保證塑件推出時受力均勻，塑件推出平穩(wěn)和不變形。根據推桿本身的剛度和強度要求，采用四根推桿推出。推桿裝入模具后，起端面還應與型腔底面平齊或高出型腔。10.1.3 推桿布置考慮塑件結構，本設計采用推桿推出機構，在每個塑件上布置直徑大小不等的9根推桿，具體結構如圖所示：圖25 推桿布置Fig 25 Putt layout 圖26 進料推桿Fig 26 Putt feed其中直徑3mm的推桿為潛伏式進料桿。10.1.4 推件力的計算對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力（Q）21： (10-1) 式中

56、 L-型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）； h-被包緊部分的深度（cm）； p-由塑件收縮率產生的單位面積上的正壓力，一般取； f-磨擦系數，一般??； -脫模斜度；所以L=2=；H= Q=10 =(kN)10.1 (1)推桿的強度計算 查塑料模設計手冊12由式5-97得 (10-2) d圓形推桿直徑cm推桿長度系數l推桿長度cmn推桿數量 E推桿材料的彈性模量 (鋼的彈性模量E=107) Q總脫模力所以取D=4mm。(2)推桿壓力校核 查塑料模設計手冊12式5-98 (10-3) 其中取320N/mm； ，所以推桿應力合格，硬度HRC5065。11 冷卻及排氣系統(tǒng)設計 冷卻系統(tǒng)在注射成型過

57、程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型的性能和型工藝要求不同，模具的溫度也要求不同。一般注射到模具內的塑料溫度在60度以下。溫度降低是通入循環(huán)冷卻劑，從而將熱量帶走，模具冷卻劑常用水，此外還有壓縮空氣，冷凍水冷卻，而水冷卻最為普通，使水在其中循環(huán)，帶走熱量，維持所需的模溫，水的熱容量大，導熱系數大，成本低。11.1.1 冷卻回路的布置縮短成型周期有各種方法,而最有效的是制造冷卻效果良好的模具,如果不能實現均一的快速的冷卻,則會使制品內部產生應力而造成制品變形成形或開裂,所以我們必須根據制品的形狀及壁厚設計,制造能實現均一的且高效的冷卻回路。本設計由于采用整

58、體嵌入式型腔，且型腔外形為矩形，故水道布置在模板上，其具體結構如圖所示：圖27 冷卻水道Fig 27 Cooling channels 本塑件在注射成型機時不要求有太高的模溫因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計計算：設定模具平均工作溫度為，用常溫的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為。查表3-26得ABS的單位流量為；得 11.1.2由 (11-1) 查表3-27可知所需的冷卻水管直徑較小。由上述可知，設計冷卻水道直徑為8mm符合要求。11.1.3 由塑料模設計手冊12，冷卻時間依塑件種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算：式中： 最低冷卻時間（s）； 塑件平均壁厚（mm）； 塑件

59、平均熱擴撒率（mm2/s）； 模具平均溫度（）； 熔體平均溫度（）； 塑件脫模時平均溫度（）。代入數據計算得：=。由塑料模設計手冊12表14，取20s。11.1.4 注射成型周期一般用下式計算： (11-2)式中 沖模時間，由PROE計算總注塑質量（包括澆注系統(tǒng)）為61.9g，查塑料模設計手冊12表549，取=；保壓時間，取20s； 冷卻時間； 其余時間，包括脫模區(qū)間及開閉模時間，取Tr=40s。代入數據計算得：T=。 排氣機構當塑料熔體注入型腔時，如果型腔內原有的氣體，蒸汽不能順利地排出，將在制品上形成氣孔、接縫、表面輪廓不能完全充分滿型腔，同時還會因氣體被壓縮而產生焦痕，而且型腔內汽體被壓

60、縮產生的反氣壓會降低充模速度，影響注塑周期和產品質量22。排氣機構的設置，一般有如下幾種方法：(1) 用分型面排氣；(2) 利用推桿排氣；(3) 利用鑲件排氣；(4) 利用燒結合金排氣。本方案設計在分型面之間、推桿預模板之間及活動型芯與模板之間的配合間隙進行排氣，間隙值取。12 注射模具選材 塑料模具成型零件（型腔、型芯）的選材 表3 模具材料特性Table 3 Material properties of mold零件名稱材料牌號熱處理方法硬度說明型腔型芯45調質216260HB用于形狀簡單、要求不高的型腔、型芯淬火4348HRCT8A、T10A淬火5458HRC形狀簡單的小型腔、型芯CrW