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线轮注塑模具设计说明书
成绩
线轮模具设计课程设计说明书
2013～2014学年第2学期
设计题目：
线轮模具设计
题目类别：
课程设计
指导教师：
专业班级：
姓名：
学号：
日期：
2014.06
摘要
摘要：
对线轮进行了工艺分析,并设计了注塑成形模具。
尺寸精度等技术要求，选择塑件制件尺寸。
本模具采用一模一件，点浇口进料，注射机采用海天160XB型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。
设计采用定距拉杆，配合尼龙销（开闭器），实现二次分型,避免了从二个方向抽芯脱模时型芯之间的动作干涉与开模顺序问题。
实际生产证明,该模具设计合理、动作可靠。
关键词：
线轮/抽芯机构/模具设计/注射模
Taketo
Abstract:
thejointofpipetechnologyisanalyzed,andthedesignofthemoldforinjectionmolding.Dimensionalaccuracyandothertechnicalrequirements,selectionofplasticpartssize.Themoldusingaonepiecemolded,pointgatefeeding,injectionmachineusestheHaitian160XBmodels,coolingsystem,CADandUGmappingof2Dassemblydrawingandpartsdrawing,moldreasonableprocessingmethod.Thedesignadoptsthefixeddistancepullrod,withnylonpin（switch）,therealizationoftwotype,avoidfromtwodirectioncore-pullingwhenthecoreactionbetweeninterferenceandmoldorderproblem.Theproductionpracticeshowsthat,themolddesignisreasonable,reliableaction.
Keywords:
pipejoint/core-pullingmechanismininjectionmould/molddesign
摘要1
第1章绪论5
1.1塑料简介5
1.2注塑成型及注塑模5
第2章塑料材料分析7
2．1塑料材料的基本特性7
2．2塑件材料成型性能7
2．3塑件材料主要用途7
第3章塑件的工艺分析9
3．1塑件的结构设计9
3．2塑件尺寸及精度10
3．3塑件的体积和质量10
第4章注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定11
4．1、注射成型工艺过程分析[5]11
4．2浇口种类的确定11
4．3型腔数目的确定11
4．4注射机的选择和校核11
4.4.1校核………………………………………………………………………12
4.4.2工艺参数的校核…………………………………………………………13
第5章注射模具结构设计15
5．1分型面的设计15
5．2型腔的布局15
5．3浇注系统的设计16
5．3．1浇注系统组成16
5．3．2确定浇注系统的原则…………………………………………………16
5．3．3主流道的设计…………………………………………………………16
5．3．4分流道截面形状…………………………………………………………17
5．3．5浇口的设计18
5．3．6冷料穴的设计19
5．4注射模成型零部件的设计19
5．4．1成型零部件结构设计19
5．4．2成型零部件工作尺寸的计算20
5．5排气结构设计22
5．6脱模机构的设计22
5．6．1脱模机构的选用原则22
5．6．2脱模机构类型的选择22
5．6．3推杆机构具体设计22
5．7注射模温度调节系统23
5．7．1温度调节对塑件质量的影响23
5.7.2冷却系统之设计规则……………………………………………………23
5．8模架及标准件的选用24
5.8.1模架的选用24
5.9侧向抽芯机构类型选择……………………………………………………………25
5.9.1斜导柱抽芯机构…………………………………………………………26
5.10两分型面的开模顺序与控制机构………………………………………………29
第6章模具材料的选用30
6．1成型零件材料选用30
6．2注射模用钢种30
总结31
参考文献32
第1章绪论
模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。
“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。
用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。
1.1塑料简介
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。
可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。
塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。
另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。
塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
1.2注塑成型及注塑模
将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。
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，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。
它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。
因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。
但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。
注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。
注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。
首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，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品。
注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。
注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。
定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。
注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。
一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2]。
注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。
注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。
注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。
注射成型有三大工艺条件，即：
温度、压力、时间。
在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。
塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。
这是发展的必然趋势。
注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。
传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。
目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。
其中MOLDFLOW软件包括三个部分：
MOLDFLOWPLASTICSADVISERS（产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT（注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOWPLASTICSXPERT（注射成型过程控制专家，简称MPX）。
采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。
这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。
第2章塑料材料分析
2．1塑料材料的基本特性
ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。
ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。
是一种良好的热塑性塑料。
ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02--1.05
。
既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响，ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70
左右，热变形温度约为93
耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。
ABS的性能指标：
密度1.02——1.05（
），收缩率
，熔点
，弯曲强度80Mpa，拉伸强度35
49Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18
39Mpa，缺口冲击强度11
20
，硬度62
86HRR，体积电阻系数
，收缩率
范围内。
ABS的热变形温度为93
118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40
100℃的温度范围内使用。
2．2塑件材料成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50
60
，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60
80
。
ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2．3塑件材料主要用途
ABS在机械工业上用来制造复印机、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。
第3章塑件的工艺分析
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
线轮如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求一般。
图3-13D视图
3．1塑件的结构设计
（1）、脱模斜度
由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。
为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。
脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。
斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。
通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5
，根据文献[1]，塑件材料的型腔脱模斜度为0.35
～1
30/
，型芯脱模斜度为30/～1
。
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。
塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。
一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。
因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。
但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。
选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。
塑件壁厚一般在1～3
，最常用的数值为2～3
。
该线轮壁厚均匀，因线轮要在工作时受到极大的压力.所以产品取周边和底部壁厚均为3
左右。
（其他地方可修改）
（3）、塑件的圆角
为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。
在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1
的圆角。
一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。
该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为2
。
3．2塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。
从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。
该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。
为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。
由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。
根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[2]表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。
根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT5级精度。
3．3塑件的体积和质量
本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量（ABS的密度为1.05
），即可以得出该塑件制品的体积为192
，质量为201.6g。
第4章注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定
4．1、注射成型工艺过程分析[5]
根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：
第一步：
为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。
（1）、成型前对原材料的预处理
根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，PP材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。
如有需要，可在70～80℃下干燥2～4h。
（2）、料筒的清洗
在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。
柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。
对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。
（3）、脱模剂的选用
脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。
一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。
在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：
硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对PP材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
4．2浇口种类的确定
注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。
其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。
浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。
它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。
其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。
由于本设计中线轮外表面质量要求一般，顶面没有外观要求所以选用点浇口。
点浇口直接在端面处进。
点浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。
4．3型腔数目的确定
因为本设计中采用点浇口，塑件的尺寸较小，但需要做哈弗结构.为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模二腔，进行加工生产。
4．4注射机的选择和校核
由于采用一模一腔，需要至少注射量为201.6g，流道水口废料9.2g，总注塑量达到210.8g，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，表4-1注射机主要技术参数
项目
参数
理论注射容积/cm3
500
螺杆直径/mm
60
注射压力/MPa
140
锁模力/KN
2000
拉杆内间距/mm
435X435
移模行程/mm
380
最大模具厚度/mm
450
最小模具厚度/mm
200
喷嘴球半径/mm
SR20
4.4.1校核
1）按最大注射量校核，即
公式中，n为型腔数；
为注射机的最大注射量；
同上公式中注释。
根据计算结构可以看出，符合要求。
2）按额定锁模力校核，即
其中公式中：
F为注射机的额定锁模力；
为塑料熔体对型腔的平均压力（MPa），一般为注射压力30%~65%,这里取40%。
为浇注系统在制品分型面上的投影面积，一般取
；
为单个制品在分型面上的投影面积，这里
mm3
4.4.2工艺参数的校核
1.注射量校核
实际注射量与模具型腔和流道最大容积比较，即
实际注射量
：
192+115.2=307.2cm3
模具型腔和流道最大容积
：
cm3
公式中，
为注射系数，数值取0.75～0.85，结晶形塑料可取0.75，无定形塑料可取0.85，该塑件取0.85。
V为指定规格与型号注射机的注射量容积，该设计中注射机的注射量为500cm3。
由计算结果看出，
<
，故符合要求。
2.最大注射压力校核
注射机压力要大于塑件成型所需要的压力。
如表4—2所示，查得塑件材料ABS的注射压力为70~90MPa。
表4-2ABS的注塑参数
塑料
注射成型机类型
密度
/g.cm3
料筒温度/ºc
模具温度/ºc
注射压力/MPa
成型时间/s
后段
中段
前段
注射时间
保压时间
冷却时间
成型时间
ABS
螺杆式
1040
180～200
210～230
200～210
50～70
70～90
3～30
15～30
15～30
40～70
所选择的压力机的最大注射压力为Pmax=140MPa。
经过比较，显然比ABS的注射压力大，故满足要求。
3.锁模力的校核
所以模具的锁模力必须要比型腔内压力大。
型腔压力去30MPa，锁模力外F，即
公式中，F为
KN；
k为
所选注射机的锁模力为2000KN远大于F，故符合要求。
第5章注射模具结构设计
5．1分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
选择分型面时，应从以下几个方面考虑：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
2）使塑件在开模后留在动模上；
3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；
4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；
5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；
6）使塑件易于脱模。
综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，
图5-1分型面的选择
5．2型腔的布局
型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。
这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。
型腔布局由图所示。
由于本设计中塑件是上下两部分配合装配使用，需要相同的注射工艺参数，以达到高的成功率，模具采用点浇口，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量。
图5-2型腔布局方式
5．3浇注系统的设计
浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通点浇口浇注系统。
正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。
5．3．1浇注系统组成
普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。
1－主浇道2－第一分浇道3－第二分浇道4－第三分浇道5－浇口6－型腔7－冷料穴
5．3．2确定浇注系统的
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