塑料挂钩座注射模具设计Word格式文档下载.docx
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3.8*10-5cm/cm*℃
热变形温度：
135℃
1.2.4成形加工性
射出成型温度：
230～310℃
射出成型压力：
1000～1400Kg/cm2
成形收缩率：
0.5%～0.7%
模具温度：
80～120℃
注射时间：
20～90
高压时间：
0～5
冷却时间：
总周期：
40～190
从以上资料分析可以得知，该塑料具较好的各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；
而由耐热性的观点来看，PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；
从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性一般，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。
因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。
第二章拟定型腔布局
2.1型腔
一般来说，精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。
型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。
型腔的排布及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。
以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。
型腔数量确定及型腔的排布
所谓型腔（cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。
注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔——型腔。
其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。
2.2型腔数目的决定
型腔数目的决定与下列条件有关。
a.塑件尺寸精度
型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。
3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。
b.模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。
从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。
c.注塑成形的生产效益
多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。
但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。
d.制造难度
多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。
本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下：
A=ty/3600+anc/m
（摘自《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰陈言秋编著化学工业出版社）
式中：
m：
制品的生产总量/个
A：
成型每个制品所需费用，元/个
n：
型腔数量，个
t：
成型周期，秒
y：
成型费用，元/时
c：
单个型腔模具制作费，元/个
a：
多个型腔模具制作费递减率，%
anc：
模具费用，元
然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。
由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。
虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。
综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。
2.3型腔排布
在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。
本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。
考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：
a.如图2－1所示，四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：
b.如图2－1所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。
综合以上两种方案考虑，故拟定第二种型腔布局方式，其尺寸计算将在后面的设计中完成。
第三章塑件相关计算及注塑机的选择
3.1塑件相关计算
3.1.1投影面积计算
塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER的分析模块直接得出,如图3－1所示：
由分析可得：
注塑件投影面积S=1008.76*4≈4035mm2
3.1.2体积及质量计算
体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由《塑料模设计手册》表1－4查得：
ρ=1.2g/cm3），如图3－2所示：
结果如下：
体积=4.9079263e+03毫米^3
曲面面积=5.2316449e+03毫米^2
密度=1.2000000e+00公吨/毫米^3
质量=5.8895115e+03公吨
故注塑件的体积为：
V≈4907.9×
4=19631.6mm3
质量为：
M≈19.63×
1.2＝23.56g
（注：
此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）
3.2注塑机选择及注射工艺参数确定
3.2.1注射机的选择
考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况，查《塑料模设计手册》附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：
结构类型：
卧式
理论注射量:
60cm3
注射压力：
12200N/cm3
锁模力:
500kN
最大注射面积:
130cm2
最大模具厚度：
200mm
最小模具厚度：
70mm
喷嘴球半径:
12mm
喷嘴孔直径：
4mm
3.2.2注射工艺参数确定
查《塑料设计手册》表1－4，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择：
成型温度/℃：
料桶温度：
后段：
210-240
中段：
230-280
前段：
240-285
喷嘴温度：
240-250
模具温度：
90-110
注射压力/MPa：
80-130
第四章分型面设计
4.1分型面设计原则
分开模具取出塑件的面称为分型面，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。
注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。
分型面的确定主要应考虑以下几点：
a.塑料在型腔中的方位
在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直的方向避侧凹或侧孔。
b.一般分型面与注射机开模方向垂直的平面，但也有将分型面作减倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工困难，但型腔制造和制品脱模较易。
有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。
c.分型面位置。
d.除了应开设在制件中断面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素：
A.因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。
B.从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚较大但内孔较小时，则对型芯的包紧力很小，常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。
这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。
4.2分型面设计
根据本塑件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、塑件的外观质量等要求，主分型面的位置选择如下图所示：
第五章浇注系统设计
浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动的一段路径的总称，主要应包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。
在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。
5.1总体设计
在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择合适的进料口位置，采用MoldFlowPlasticAdviser分析软件对塑料进行分析，以便得到最合适的进料口，分析结果如下图所示：
由MoldFlow分析结果不难看出，最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对成布置）：
【图5－2】浇注系统
5.2主流道设计
主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分，一般为圆锥形，锥度为α＝2°
～6°
，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，此处的主流道锥角：
α＝5°
主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。
但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.5～1mm左右，通常取d=3～6mm，查《型腔模具设计与制造》表3－5，当材料为PC，注射机最大注射量为60g时，选取d=5mm，故主流道各部分直径如下图所示（其中L需根据模板厚度确定）：
5.3分流道设计
分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。
分流道截面形状和尺寸：
常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等，其中：
圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；
梯形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。
综合各方面因素考虑，此处分流道截面为梯形形式。
分流道直径的计算，可由以下经验公式计算：
（《塑料模设计手册》公式5－57.P188）
D——各级分流道的直径（mm）；
W——流经该分流道的熔体重量（g）；
L——流过W熔体的分流道长度（mm）。
经估算得第一级和第二级分流道的直径分别为D1≈5mm,D2≈4mm，故各级分流道的尺寸如下图所示：
第三级分流道（即与进料口相连的那段分流道）设计为圆锥形，以便于脱模，其尺寸如图5－5所示：
5.4进料口设计
进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。
点进料口的直径通常以下式计算：
（《注塑模具设计》公式5－61.P195）
d——点进料口直径（mm）；
n——系数，依塑料种类而异，其中PC对应为n＝0.7
c——依塑件壁厚而异的系数。
这里我们直接查《塑料模设计手册》表5－46，得
d＝1.0mm
此外，点进料口与分流道的连接需要通过一个储料井，其具体形式如图所示：
5.5冷料的穴设计
冷料穴是为了防止冷料穴进入浇注系统的流道和型腔,从而影响注塑成型和塑料件质量而开设的容纳注射间隔所产生的冷料井穴,本设计中冷料穴开设在主流道的末端。
5.6浇口套及定位圈的设计
定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。
定位圈直经D为与注射机定位孔配合直经，应按选用注射机的定位孔直经确定。
直经D一般比注射机孔直经小0.1～0.3毫米，以便装模。
定位圈一般采用45号钢或Q275钢。
定位圈内六角螺钉固定在模板时，一般用两个以上的M6～M8的内六角螺钉，本设计采用四个M6螺钉固定。
浇口套的材料为T10、硬度HRC45；
定位圈的材料为45刚，硬度HRC50,其尺寸设计如下图所示：
【图5－7】浇口套与定位圈
5.7塑件模流分析
在PRO/ENGINEER软件模具模块中进行分模及浇注系统创建后，即可自动产生铸模件，也就是注射成型时包括浇注系统在内的注射件，为了能够更好的分析塑件的注射成型性能，我们还是使用MoldFlow分析软件对其进行模流分析。
本设计使用的是MoldFlowMPA模块，即MoldPlasticAdviser，使用MoldFlowMPA可对塑件进行简单的成型工艺分析，包括最佳浇口位置选择（前面已经使用）、流动分析，填充性能分析、成型质量预测、气泡与熔接痕分析，收缩痕分析等，如果要对塑件进行精确分析，还必须使用MoldFlow设计软件的MPI模块，这里只进行简单分析，故只需使用MPA即可，使用MPA分析前需设定成型条件，由前面的设计选择成型条件为：
预热温度：
115℃；
275℃，注射最大压力－130MPa；
0.5s
5.7.1冲模时间分析
【图5－8】冲模时间
5.7.2填充质量分析
【图5－9】填充质量
5.7.3成型压力分析
【图5－10】成型压力
5.7.4压力降分析
【图5－11】压力降
5.7.5流动前沿温度分析
【图5－12】流动前沿温度
5.7.6成型质量分析
【图5－13】成型质量
5.7.7熔接痕分析
【图5－14】熔接痕
5.7.8气泡分析
【图5－15】气泡
5.7.9分析报告
表5-1模流分析报告表
Moldability:
Yourpartcanbeeasilyfilledbutpartqualitymaybeunacceptable.
Confidence:
Medium
InjectionTime:
0.87sec
InjectionPressure:
56.07MPa
WeldLines:
Yes
AirTraps:
ShotVolume:
25.55cu.cm
FillingClampForce:
12.13tonne
PackingClampForceEstimate@20%:
（11.21）MPa4.73tonne
PackingClampForceEstimate@80%:
（44.86）MPa18.90tonne
PackingClampForceEstimate@120%:
（67.29）MPa28.36tonne
ClampForceArea:
40.82sq.cm
CycleTime:
28.50sec
5.7.10结论
由以上分析可知，塑件较容易充模，但塑件质量可能存在问题，塑件可能产生熔接痕及气泡等缺陷，但成型条件如压力，温度等均符合要求，而浇口位置已靠近最佳浇口，故缺陷产生条件应为塑件本身结构所致。
解决办法：
如结构允许，可考虑更改塑件结构，如使塑件壁厚趋向均匀等。
第六章模架选用及注射参数校核
6.1模架
通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。
模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；
在生产现场模具设计过程中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有用的。
而标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。
通用标准件如紧固件等。
模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。
此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否符合要求，尤其对大型模具，这一点尤为重要。
模架选择：
6.1.1结构形式
这里我们选用的模架为国产标准模架，由于本模具采用的是点进料口自动脱浇道板设计，并且由于动模为嵌入式组合，故必须安装动模支撑板，查《实用模具技术手册》11.1.2－塑料注射模中小型模架（GB/T12556.1-90），选取模架的基本形式为：
点AY型，其结构如图6－1所示：
【图6－1】模架
6.1.2模板及组合精度
根据型腔尺寸及考虑侧向分型机构，选取模架尺寸为250mm×
300mm，各板的厚度尺寸由《使用模具技术手册》表11－2，考虑型腔厚度，选择定模板厚25mm，动模板厚40mm，脱浇道板厚15，动模支撑板厚35mm，座板厚度25mm，垫块厚度63mm。
动定模板孔位精度及与基准面的位置精度需达到互换。
动模板、定模板的垂直度、平行度、导柱孔距及至基准面边距的尺寸精度和模架组合技术要求如下：
A.基准面垂直度误差⊥300：
0.02；
B.模板厚度方向两平面平行度误差∥300：
C.导柱导套孔距偏差
；
D.导柱孔至基准面边距偏差
E.组合后定动模固定板上下平面平行度误差∥300：
F.组合后分型面贴合间隙
6.2开模行程校核
选取标准模架及确定各模板尺寸后，我们就可以计算其开模行程并进行校核，以确定注射机的选择是否合理。
由于本设计采用的是点浇口形式，故为多分型面注射模，并且由于选用的注射机为XS-ZY-125型注射机，故最大开模行程
与模具厚度无关，如图所示，开模距离按下式计算：
【图6－2】开模行程
其中H1=60mm，H2=32mm，H3=10,故：
s≈110mm<
第七章成型零部件设计
成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆、成型块等。
设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进料口、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等
在工作中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和磨擦。
在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。
在开模和脱模时需要克服塑件的粘着力。
成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，它的强度和刚度必须在许可范围内。
成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。
7.1成型零件的材料选择
构成型腔的零件统称为成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和侧抽芯部件。
由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨力以承受塑料的挤压力和料流的磨擦力和足够的精度和表面光洁度，以保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度，如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等。
还应选择耐腐蚀的钢材。
根据塑件表面质量要求，查《塑性成型工艺与模具设计》附录G（常用模具材料与热处理），本设计成型零件选用3Cr2Mo调质处理，硬度≥55HRC,耐磨性号好且处理过程变形小。
还有较好的电加工及耐腐蚀性。
7.2成型零件结构设计
传统的成型零件设计方法一般为根据塑件结构及精度尺寸，并考虑塑料收缩率，计算出成型零件的工作尺寸，这种方法有以下几个缺点：
A.自由曲面的设计比较难；
B.曲面的尺寸不易表达清楚；
C.计算量大，设计效率低。
为了克服以上缺点，本次设计中采用了目前在模具设计制造行业具有领先地位的PRO/ENGINEER设计软件进行成型零部件的设计。
7.2.1PRO/E中的模具模块设计
利用PRO/ENGINEER内置的模具设计模块进行设计一般有以下几步：
a.在设计的塑件外层生成一个大小合理的胚料，胚料即以后生成的凹模凸模的大小；
b.输入塑件材料的收缩率，为后面生成成型零件提供参数；
c.用cut命令设计浇注系统的主流道、分流道及浇口（也可在生成模具成型零件后再完成浇注系统的设计）；
d.用partingsurf命令设计出分模面（包括主分模面及侧型芯分模面）；
e.采用split命令进行自动分模，生成成型零件，同时检测分模面是否有问题；
f.用molding命令对模腔进行填充，生成浇注件。
g.用moldopening定义模具开模动作生成爆炸图。
以下对凹模、凸模的设计分述。
1.分模面设计
由于塑件本身有诸多孔、缺口，以及侧抽芯孔等等,故在分模设计时需要把这些孔全部补上，侧抽芯也必须设计单独的分模面，模具才能够顺利的进行开模，通常把在PRO/E中进行补面的过程称为“靠破孔”，设计如下图所示：
2.模具开模动作模拟及开模检测
在分模面设计完成之后，可由分模面和坯料自动生成模具体积快和型腔，并进一步生成模具模仁及浇注件。
在此基础上，就可以对分模设计进行相应的检测，如倒勾检测、拔模斜度检测等等，并可简单的模拟模具开模动作。
此外，由于暂时只对模具进行了公母模及侧滑块的简单划分，并没对其做具体的结构设计，所以此处的开模动作模拟也只是为了进行模具的倒勾检测及拔模检测。
开模图及各检测结果如下所示：
【图7－2】开模
除模拟开模动作之外,我们还可以利用PRO/ENGINEER模具分析中的拔模检测功能,检查模具的拔模斜度:
分别对定模和动模进行拔模检测,其检测结果如下:
结论:
综合以上分析可知，分模设计无倒勾存在，可顺利开模；
而拔模检测图显示，模具的动定模两侧最小拔模斜度均为零度，不过考虑塑件的结构较小，并无大的拔模面存在，并且拔模距离均只有几个毫米，综合考虑，并不会对开模和塑件质量产生大的影响。
7.2.2凹模结构设计
凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式和组合式两大类，而组合式又可分为嵌入式组合、镶拼式组合及瓣合式等。
1.整体式凹模
由一整块金属加工而成，其特点是牢固，不易变形，因此对于形状简单，容易制造或形状虽然比较复杂，但保可以采用仿形机等殊须加工方法加工的场合是适宜的。
整体结构有如下优点：
a.成型零件的刚性好；
b.模具分解组合容易；
c.零件数量少；
d.制品表面分型痕迹少；
e.模具外形尺寸可以减少。
整体结构的缺点如下：
a.难以排气；
b.需要采用精密磨削加工；
c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形；
d.当塑料制品形状复杂是，其型腔的加工工艺性较差
一般此类成型零件都是在淬硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火
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