推杆固定板注射模具设计.docx
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推杆固定板注射模具设计
第一章塑料的工艺性设计
1.1塑件结构分析
塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷，脱模斜度5~8°，塑件材料PP，生产批量为大批量生产，塑件公差按模具设计要求进行转换。
塑件形状如图1.1所示：
图1.1塑料管道夹
1.2注塑模设计
干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理
熔化温度：
220~275℃，注意不要超过275℃
注射压力：
可大到120MPa
注射速度：
通常使用高速注射可以使内部压力减少到最少，如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：
对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm，建议使用通体为圆形的注入口和流道。
所有类型的浇口都可以使用。
典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。
对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。
成型时间：
注射时间20s~60s
高压时间0s~3s
冷却时间20s~90s
总周期50s~160s
1.3化学和物理特性分析
PP比PE要坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4％乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100％）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的软化温度为150℃。
由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%，并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料好的多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱性、抗溶解性。
然而，它对芳香烃（如苯、溶剂、氯化烃、四氯化碳、溶剂等）没有抵抗力。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧性。
1.4塑件的尺寸与公差
1.4.1塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
1）取决于用户的使用要求。
2）受制于塑件的流动性
3）受制于塑料熔体在流动冲天过程中所受到的结构阻力
1.4.2塑件尺寸公差标准
1）影响塑件尺寸精度的因素主要有：
塑料材料的收缩率及其波动。
2）塑料结构的复杂程度。
3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所带来的形位误差等）。
4）成型工艺因素（模具成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）
5）成型设备的控制精度等。
其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。
题中没有公差值，则我们按未标注公差的尺寸许偏差计算，查国标表取MT5。
1.4.3塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与塑模成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。
第二章注射成型机的选择
塑件质量：
m塑=22.02g（2-1）
PP的密度为：
ρ=0.91g/cm3（2-2）
塑件体积：
V公=24cm3（2-3）
一次注射所需塑件容积：
V总=V塑×（1+0.2）×2=57.6cm3（2-4）
公称体积：
V公=V总/0.8=72cm3（2-5）
注射机为上海橡塑机厂的XS-ZY-125卧式注塑机。
查表注射压力为150MPa，合模力为90X104N,注射方式为螺杆式，喷嘴球半径R=12mm，喷嘴口直径为4mm（一般工厂的塑胶部都有从小到大各种型号的注射机。
中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分，所以我们不必过多的考虑注射机型号。
具体到这套模具。
注射机的主要参数如下表2-1所示。
表2-1注射机主要技术参数
项目
型号
项目
型号
标准注射量/cm3
螺杆注射直径/mm
注射压力/MPa
注射行程/mm
注射时间/s
合模力/N
螺杆转速/（r/min、
104
38
150
160
1.8
9×105
10~140
移模行程/mm
最大模具厚度/mm
最小模具厚度/mm
锁模形式
定位孔直径/mm
喷球嘴半径/mm
喷球嘴孔径/mm
300
300
70
液压-机械
100
12
4
第三章型腔布局与分型面设计
3.1型腔数目的确定
腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、注射能力、交货长短、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即
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3.2型腔的布局
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图3-1所示：
图3-1型腔布局
3.3分型面的设计
塑料在模具型腔内凝固而形成塑件，为了塑件的脱模和安放嵌件的需要，模具型腔必须分成两部分或更多部分，模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面即为分型面。
模具设计中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构,直接影响模具使用、制造及质量。
应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。
分型面的选择原则为：
（1）分型面应选在塑外形最大轮廓处；
（2）分型面的选择应有利于塑件脱模；
（3）分型面的选择应保证塑件的精度要求；
（4）分型面的选择应使模具易于加工；
（5）分型面的选择对成型面积的影响；
（6）分型面的选择应有利于排气；
（7）分型面的选择应考虑模具的侧抽芯；
（8）分型面的选择应考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响；
（9）分型面的选择要有利于防止溢料并考虑飞边在塑件上的部位。
以上原则可能发生矛盾，这时应根据实际情况，以满足塑件的主要要求为宜。
第四章浇注系统的设计
浇注系统是指从注射机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。
其作用是使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳顺利地充模、压实和保压。
浇注系统与塑件质量的关系极大，它的设计内容包括：
根据塑件大小和形状进行流道布置，决定流道断面尺寸，对浇口的数量、位置和形式进行优化等。
多型腔模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴几部分组成。
4.1主流道设计
图4-1主流道图
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看做是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与主流道相连的一段带有锥度的流动通道。
形状结构如图4-1所示，其设计要点如下：
（1）主流道设计成圆锥形，其锥角可取2°～6°,流道壁表面粗糙度Ra=0.63μm，且加工时应沿道轴向抛光。
（2）主流道一端凹坑球面半径R2比注射机的喷嘴球半径R1大1～2mm；球面凹坑深度3～5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5～1mm；一般d=2.5～5mm。
（3）主流道末端无需过渡，圆角半径r=1～3mm，取r=2mm。
（4）主流道长度L以小于60mm为最佳，最长不宜超过95mm。
选取主流道长度为50mm。
（5）主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度为53～57HRC。
4.1.1主流道尺寸的计算
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（4-4）
4.1.2主流道的凝料体积
通过计算可知：
V主=1.12cm3（4-5）
4.1.3主流道的当量直径
Rn=（1.75+3.5）/2=2.625mm（4-6）
4.1.4主流道剪切速率的校核
（1）主流道的体积流量（cm3/s）：
（4-7）
（2）主流道的剪切速率（
）：
（4-8）
该主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5
102~5
103
之间，所以，主流道熔体的剪切速率合格。
4.2主流道衬套与定位圈的配合
对小型模具可将主流道浇口套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道和定位圈设计成两个零件，然后固定在模板上，主流道浇口套与定模座板采用H7/f6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。
考虑配合精度，模具采用如图4-2所示的配合。
图4-2主流道浇口套与定位圈
4.3冷料穴的设计
冷料穴位置：
主流道的末端（主流道正对面的动模板上）或分流道的末端。
作用：
储存注射间歇期间喷嘴前端的冷料，以防其进入流道，阻塞或减缓料流或进入型腔，在塑件上形成冷疤或冷斑；将主流道凝料拉出。
尺寸：
直径大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。
构成：
根据冷料穴的不同，其构成主流道冷料穴底部的零件也不同，常有的有推料杆、推杆等，针对所设计的机构，采用Z型拉料杆，如下图4-3所示。
图4-3Z型拉料杆
4.4分流道设计
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4.4.1分流道的设计原则
1.截面积尽量小。
（1）过小会降低注射速度，延长填充时间还可出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等缺陷；
（2）过大会增大凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。
设计时应采用较小的截面积。
（3）一模多腔时分流道的截面积为各浇口截面积之和，分流道的截面积总和不大于主流道截面积。
2.分流道和型腔的分布应排列紧凑间距合理，以轴对称或中心对称而平衡，尽量缩小成型区域的总面积。
并使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心与锁模力的中心重合。
3.分流道的形状要考虑分流道的截面积与周长比最大为好，以减小熔料的散热面积和磨擦阻力，减少压力损失。
4.分流道长度应尽量短以减少压力损失；多腔模具各腔分流道长度尽量相等；分流道较长时应在其末端设冷料穴，防止空气和冷料进入模具型腔。
5.分流道上转向次数尽量小，转向处应圆角过渡，不能有尖角。
6.内表面不必很光滑。
Ra=1.6um即可。
目的是使流料外层在摩擦阻力作用下流动小些，形成冷却皮层，利于对熔融塑料的保温。
7.分流道在定模一侧或分流道延伸较长时，要设分流道拉料杆，以便开模时拉出分流道的凝料，并与塑件一起顶出。
4.4.2分流道的横截面尺寸形状的确定
由于浇道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。
单边分流道长度L分取30mm。
对于质量小于200g，壁厚在3mm以下的塑件，可采用经验公式确定分流道的当量直径。
（4-9）
D:
流道的当量直径（mm）；
m：
是流经分流道的速率熔体的质量（g）；
L:
分流道的长度（mm）
4.4.3分流道内塑料熔体流动剪切速率的校核
1）确定分流道体积流量
计算一次注射注入该模具中总得塑料熔体的体积
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2）分流道截面尺寸
设计梯形下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm。
根据下表设置梯形的高h=2.5mm，
（4-11）
再根据该面积与当量直径为3mm的圆面积相等，可得：
则梯形上底约3mm。
3）计算注射机的凝料体积（mm）
（1）分流道总长度L分=70mm。
（2）分流道截面积A分=
=8.75mm2.（4-12）
（3）凝料体积V分=L分A分=70
8.75=612.5mm2=0.6cm3（4-13）
4）校核剪切速率
（1）、计算分流道体积流量（cm3/s）
查表确定注射时间，取t=1.6s.
（4-14）
（2）、计算剪切速率
（4-15）
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5
102~5
103s-1之间，所以，分流道熔体的剪切速率合格。
4.4.4分流道的表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra=1.25~2.5μm即可，此处取Ra=1.6μm。
另外，其脱模斜度一般5°~10°之间，这里取脱模斜度为5°。
4.4.5分流道的布局
分流道的布局取决于型腔的布局，考虑到采用一模两腔设计，采用平衡式分布利于保证塑件压力均衡，利于延续模具的使用寿命。
特点：
各分流道长度、断面尺寸及其形状完全相同，各型腔同时均衡进料，同时注射完毕。
考虑到模具带侧抽芯结构，故采用单排列式。
单排列式：
分流道设在定模一侧，便于流道凝料完整取出，和不妨碍侧分型的移动。
常用于多型腔模具中，或在开侧抽芯的多型腔模具中。
考虑到塑件平衡和受力情况宜采用单排列式。
4.5浇口设计
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4.5.1浇口的设计原则
1）避免引起熔体破裂现象
2）有利于塑件熔体补缩
3）有利于熔体流动
4）有利于型腔内气体的排出
5）减少塑件熔接痕增加熔接强度
6）防止料流将型芯或嵌件挤压变形
7）高分子取向对塑件性能的影响
8）保证流动比在允许范围内
4.5.2浇口的尺寸计算
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2）浇口横截面积
一般取分流道横截面的3%~5%，对于流动性差、壁厚较厚和尺寸较大的塑件，其浇口尺寸取较大值，反之取较小值。
当各型腔的二级分流道的长度和横截面积相同的情况下，可以借助经验公式：
（4-18）
3）侧浇口剪切速率的校核
浇口的体积流量（cm3/s）：
（4-19）
浇口的剪切速率
（4-20）
该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口浇口与分流道的最佳剪切速率5
103~5
104
之间，所以，浇口的剪切速率合格
第五章排气和引气系统设计
5.1型腔内气体的来源及危害
5.1.1型腔内气体的来源
（1）原有的空气
（2）树脂中释放的挥发性物质及水汽
5.1.2型腔内气体的危害
气体若不能顺利排出，可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦。
同时，这些高温高压的气体也可能挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不足的缺陷。
5.2排气方式
通常采用的排气方式为利用模具分型面或间隙自然排气、采用开设排气槽以及镶嵌烧结金属块排气等方式，常见的排气方式采用如下图5-1所示的利用模具分型面排气。
塑件粘附型腔的情况严重，开模时也应设置引气装置（尤其整体结构的深型腔、。
常采用的引气方式有镶拼式侧隙引气结构。
第六章成型零件的设计
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、镶块、螺纹型芯或成型环等。
成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，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。
设计成型零件时，应根据塑件的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
6.1成型零件的结构设计
6.1.1凹模结构设计
凹模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。
镶拼的组合方式的优点：
对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。
所以采用组合式的凹模结构。
同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。
对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。
组合式凹模简化了复杂凹模的精加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的维修，有利于采用镶拼间隙排气，可节省贵重模具材料。
其结构如下图6-2所示：
图6-2整体装配式凹模形式
6.1.2型芯结构设计
整体嵌入式型芯（即凸模），适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。
最常用嵌入方法是台肩垫板式，其装配方法有通孔螺钉连接式，沉孔螺钉连接式。
型芯布局如图6-3所示：
6-3型芯布局
6.2成型零件工作尺寸计算
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。
鉴于影响塑件精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：
塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“-Δ”,制品型腔尺寸公差取正值”+Δ”,若制品上原有公差的标注方法与以上不符，则应按以上规定进行转换。
而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取±
Δ。
1模具制造公差
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2模具的磨损量
实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的
，对于大型塑件取
以下。
另外对于型腔底面，因为脱模方向垂直，故磨损量δc=0。
3塑件的收缩率
塑件的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。
4模具在分型面上的合模间隙
由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。
一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。
边厚度一般应小于0.02~0.1。
6.2.1凹模径向尺寸的计算（mm）
塑件外部径向尺寸的转换:
（6-1）
相应的塑件制造公差
（6-2）
根据公式：
x1=0.7δz1=0.125；
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6.2.2凹模深度尺寸的计算
塑件高度的最大尺寸：
Hs1
，（6-4）
相应的Δs1=0.2mm（6-5）
根据公式：
（6-6）
式中，x是系数，查表知一般在0.5~0.7之间，此处取x=0.6
6.2.3型芯径向尺寸的计算
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（6-10）
6.2.4型芯高度尺寸计算
（6-11）
（6-12）
6.3成型零件的工艺性要求：
1）避免产生尖角、薄钢现象
2）保证成型零件的强度和刚度
3）易于加工
4）易于休整尺寸、维修及装配
5）不影响外观
6.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
6.4.1凹模侧壁厚度的计算
凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选250mm×250mm的标准模架，其厚度根据刚度公式可计算得：
（6-13）
式中，Ep是型腔压力（MPa）；E是材料弹性模量（MPa）；h=30mm。
凹模侧壁是采用嵌件，为结构紧凑，凹模嵌件单边厚选15mm。
由于型腔采用直线，对称结构布置，两型腔之间的壁厚满足结构设计就可以。
型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模板平面尺寸选用200mm×250mm，比型腔布置的尺寸大，完全满足强度和刚度要求
6.4.2动模垫板厚度的计算
动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在200mm×250mm之内，垫块之间的跨度大约200mm-40mm-40mm=120mm。
根据型腔布局及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，可计算得T=30mm。
6.5模架的确定
6.5.1各模板尺寸的确定
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6.5.2模板各尺寸的校核
1、模板平面尺寸250mm×250mm﹤250mm×315mm，校核合格
2、模具高度尺寸220mm，200mm<220mm<300mm,校核合格。
3、模具的开模行程S=H1+H2+（5~10、mm=85~90mm<325mm（开模行程），校核合格
第七章注塑模具导向机构设计
导柱导向机构设计要点：
小型模具一般只设置两根导柱，当其无合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应采用等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。
大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置或不等径对称布置。
直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具：
Ⅰ型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动模导向中；Ⅱ型导套主要应用与推出机构的导向中。
导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边缘的距离δ一般取导柱固定端的直径的1~1.5倍；其设置位置可参见标准模具系列。
导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高6~8mm，以确保其导向作用。
导柱工作部分的配合精度采用
；导柱固定部分的配合精度采用
。
导套与安装之间一般用
的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。
对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。
通常导向孔应做成通孔；如果型腔板特厚，导向孔加
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