完整版家用晾衣架上的活动圈注塑模具设计毕业设计.docx
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完整版家用晾衣架上的活动圈注塑模具设计毕业设计
摘要
塑料制品具有原料来源丰富，价格低廉，性能优良等特点。
它在电脑、手机、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。
注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。
注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。
本产品是日常应用的家用晾衣架上的活动圈注塑模具设计，实用性强。
该产品设计为中批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用侧浇口，因此选用单分型面注射模，侧浇口自动脱模结构。
模具的型腔选择一模两腔结构，浇注系统采用侧浇口成形，推出形式为推杆推出机构完成塑件的推出。
本次的设计查阅了大量的专业资料和书籍，丰富了设计过程。
关键词：
注射成型，单分型面，侧浇口，型芯
Abstract
Heretoentertheneedtoturnoverasourceofplasticmaterials,lowprice,qualityandperformancecharacteristics.Itisincomputersandmobilephones,carsandelectricalandelectronics,instruments,applianceandproductsmanufacturingisanalternativetotheroleofthemostwidelyused.Aninjectionisathermoplastic-concreteshapeofthemainmethod,thescopeofapplicationisverylarge.
Beenshapingtheplasticmaterialsinrollsofthematerialbeingmouldofform,afteracoolingandsolidify,andthendiefromtheadjustment,asofplastic.
Theproductisofdailyuseofplasticbottle,andwithformassproduction,thedesignmoldstoautomaticallyrelease,inadditiontoensurethequalityofthesurfaceformsasidegateandthereforeusesinglecentfortheinjection,thesidegateautomaticallyreleasethestructureofthetype.Themachinemoldisachoiceofamodulefourchambersstructure,thesystemusesthesidegatetopushoutofshape,formaboardwiththeagencytocompletetheformsofthelaunchoftheprocess.
Keywords:
Sidegate;Injection;Core.
第4章校核27
4.1注射机的相关参数校核27
CONTENTS
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阴力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80oC。
（1）ABS主要技术指标
查文献[6]表1.1-3可知ABS的主要技术指标如表2-1所示：
表2-1ABS的主要技术指标
比容
0.86~0.98cm3g
熔点
130~160oC
吸水性
0.2~0.4%（24h）
热变形温度
4.6×105Pa——90~108oC
屈服强度
50MPa
拉伸弹性模量
1.8GPa
抗弯强度
80MPa
收缩率
0.4%~0.7%
（2）ABS注射工艺参数
查文献[6]表1.3-3可知ABS的注射工艺参数如表2-2所示：
表2-2ABS的注射工艺参数
注射机类型
螺杆式
螺杆转速（rmin）
30~60
喷嘴形式（oC）
直通式
喷嘴温度（oC）
180~190
料筒温度（oC）
前200~210；中210~230；后180~200
注射压力（MPa）
70~90
保压力（MPa）
50~70
注射时间（s）
3~5
保压时间（s）
15~30
冷却时间（s）
15~30
成型周期（s）
40~70
2.1.3计算塑件的体积和质量
塑件的工作条件对精度要求较低，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为MT5级精度。
经计算得塑件的体积为：
体积=7583.2909mm³
塑件的质量为：
质量=0.05938kg
2.2分型面的选择
分开模具取出塑件的面称为分型面;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，但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工难，但型腔制造和制品脱模较易。
有合模对中锥面的分型面，分型面自然也是曲面。
选择分型面时，应考虑的基本原则：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模。
（3）保证制件的精度和外观要求。
（4）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
（5）不妨碍制品脱模和抽芯。
（6）有利于浇注系统的合理处置。
（7）尽可能与料流的末端重合，以利于排气[6]。
不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。
该塑件为外壳，外形表面质量要求较高。
在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图2-2所示，图中指引处即为分型面处：
图2-2分型面处
2.3型腔数量及排列方式的确定
型腔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，凸出的部分称为型芯。
2.3.1型腔数量的确定
其数目的决定与下列条件有关：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。
影响最显著的是塑件的壁厚和同何形状的复杂程度。
本设计根据塑件结构的特点，考虑型腔布局方式，采用一模两腔的模具结构，这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。
2.3.2型腔的布局
多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。
型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时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最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。
合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。
平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；
非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。
要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用同一副多模腔模具生产。
在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。
本设计一模两腔，虽壁厚不均匀，但对称度高，故采用平衡式，布局如图2-3所示：
图2-3型腔的排列方式
2.3.3注射机的初步选择
（一）注射量的确定
注射量的多少是判定选用何种类型注射机的重要指标，根据塑件的体积大小和型腔的数量根据可得出注射量的多少，由下式得出：
=7.6×2=15.2cm³
（二）注射机的初步选择
注射成型系统由注射机与注射模一起构成。
目前，国产柱设计主要有三种类型，即立式、卧式、直角式。
注射机结构形式不同，故使用的模具结构也有所差异。
所以，在设计注射模时注射机的类型是非常重要的。
本次设计的塑件为中小型塑件且镶嵌件比较多，根据上面计算所得出的塑件的质量和体积，初步选择的注射为XS-ZY-125型注射机。
查文献[6]表1.3-24可知型号为XS-ZY-125的注射机主要技术参数如表2-3所示：
表2-3XS-ZY-125型注射机的主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
额定注射量（）
125
2
螺杆直径（）
42
3
注射压力（）
120
4
注射行程（）
115
5
注射时间（）
1.6
6
锁模力（）
900
7
最大成型面积（）
320
8
动、定模模板最大安装尺寸（）
428×458
9
最大模具厚度（）
300
10
最小模具厚度（）
200
11
最大开模行程（）
300
12
喷嘴球头半径（）
SR12
13
定位圈直径（）
100
第3章部件的设计与计算
3.1浇注系统的设计
浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。
它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部分，并在填充及保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑件。
它向型腔中的传质、传热、传压情况决定着塑件内在的和外表的质量，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，浇注系统设计的好坏是影响生产的一个关键问题，也是注塑模具设计中的主要内容之一。
由于塑料熔体在模具浇注系统中型腔的压力、温度和剪切速率都是随时随地变化的，在设计浇注系统中，应加以综合考虑，以期在充模阶段熔体以尽可能低的表现粘度和较快的速度充满整个型腔；在保压阶段，又能通过浇注系统是压力充分地传递到型腔的各个地方，同时通过浇口的适时凝固来控制补料时间，以获得外形清晰、尺寸稳定、内应力小而且无气泡、缩孔和凹陷的塑料制品[7]。
3.1.1普通流道浇注系统的组成及设计原则
普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
普通流道浇注系统设计原则：
（1）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性。
（2）采用尽量短的流程，以减小热量和压力的损失。
（3）应有利于良好的排气。
（4）防止型芯变形和嵌件位移。
（5）便于修正浇口以保证塑件的外观。
（6）浇注系统应结合型腔的布局同时考虑。
（7）流动距离和流动面积比的校核。
3.1.2主流道的设计
注射机喷嘴到型腔（或分流道）的进料通道，是塑料熔体进入模具最先经过的部位，其形状、大小直接影响塑料的流动速度和填充时间，它通常由浇口套和定位圈组成。
（1）浇口套
由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以只有在小批量的注射生产中，注射模的主流道在注射模的定模板上加工，大部分注射模中主流道部分常设计成可拆卸、可更换的浇口套，浇口套属于注射模的通用件。
本次设计浇口套的结构与尺寸如图3-1所示：
图3-1浇口套
（2）定位圈
定位圈要与所选注射机的喷嘴和定位孔一致。
定位圈为标准件，所选择的定位圈的结构与尺寸如图3-2所示：
图3-2定位圈
3.1.3分流道的设计
分流道是连接主流道和浇口的进料通道，其作用通过流道截面及方向变化，使熔体平衡地转换流向，进入模具型腔。
分流道的截面应尽量比表面积小，热量损失小，摩擦损失小，摩擦阻力小。
分流道在多型腔的模具中必不可少，而在单型腔模具中，有事可以省去。
本次设计选用梯形分流道的结构与尺寸如图3-3所示：
图3-3分流道
3.1.4浇口设计
（1）浇口的形式选择
浇口是连接分流道与型腔的进料通道，是浇注系统中截面最小的部分。
其作用：
是熔料通过浇口时产生加速度，从而迅速充满型腔；接着浇口处塑料首先冷凝，封闭型腔，防止熔料倒流；成型后浇口处凝料最薄，利于与塑件分离。
本次设计采用的是侧浇口的浇口设计，侧浇口也叫边缘浇口，设置在模具的分型面处，截面通常为矩形。
（2）浇口的位置选择
浇口位置需根据塑件的几何形状、结构特征、技术和质量要求及塑料的流动性能等因素综合加以考虑。
该塑件壁厚不均匀，但很对称，根据条件确定浇口位置，选择的侧浇口的结构与尺寸如图3-4所示：
图3-4侧浇口
3.1.5冷料穴与拉料杆
（1）冷料穴
冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及溶体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔，影响塑件的质量。
冷料穴常常设计在主流道的末端，当分流道较长时。
在分流道的末端有时也开设冷料穴。
卧式或立式注射机使用的模具的冷料穴设置在主流道正对面的动模上，直径稍大于主流道的大端直径，以利于冷料流入。
执教时注射剂使用的模具的冷料穴即为主流道的延长部分。
（2）拉料杆
头部有各种形状的拉料杆起到在模具开模时，将凝料从定模部分脱出和将塑件留到动模的作用，拉料杆为模具常用件。
冷料穴和拉料杆的结构如图3-5所示：
1——冷料穴2——拉料杆
图3-5冷料穴和拉料杆的结构
浇注系统的装配图如图3-6所示：
图3-6浇注系统
3.2成型零部件的设计与计算
构成模具型腔的零部件称成型零部件，如凹模、凸模（型芯）、型环和镶件等。
成型零件直接决定着塑件的形状和精度，选择结构形式时，首先考虑保证塑件质量。
同时还要考虑便于制造和使用等。
3.2.1成型零部件结构设计
（一）凹模结构设计
凹模和凸模的结构形式氛围整体适合镶拼组合式两类。
整体式适用于形状简单的塑件，镶拼组合式适用于形状复杂的塑件或加工不便的型腔。
（1）型芯
型芯又称凸模，是成型塑件内表面的零件。
成型塑件中较大的、主要内型的零成为主型芯，成形塑件较小的孔、槽的零件成为小型芯。
本塑件中有内表面的成型，且成型孔较小，因此选择小型新的成型机构。
小型芯单独制造，再嵌入模板中，利用台肩固定[12]。
该设计采用镶拼组合式，型芯如图3-7所示：
图3-7型芯结构与尺寸
（2）凹模
凹模也叫型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。
本塑件有侧凹，故凹模采用镶拼组合式中的瓣合式，由两块斜滑块组成的瓣合式凹模，有利于侧向分型。
分流道、浇口都设计在斜滑块上。
斜滑块采用角度为15°，抽芯距离为4mm，根据计算斜滑块顶出高度至少为14mm，取顶出高度为15mm。
其顶出高度取23（为顶出高度，为斜滑块高度），导滑结构选择导滑槽导滑。
其工作原理是，开模后，推杆推动斜滑块沿导向块运动，同时向两侧分开，实现抽芯和推件动作，导向块起导向和限位作用[14]。
其斜滑块三维图如图3-8所示：
图3-8斜滑块
3.2.2成型零部件尺寸计算
构成模具型腔的零部件称成型零部件。
成型零部件中，直接决定塑件形状的有关尺寸称工作尺寸，它包括型腔和型芯的径向尺寸（汉长度和宽度）、高度尺寸和中心距尺寸等。
（一）凹模与凸模工作尺寸计算
所谓工作尺寸是指成型零件上直接用于成型塑件部分的尺寸，如凹模与凸模的径向尺寸、型腔深度或型芯高度等，确定工作尺寸除根据塑件尺寸及精度要求外，还必须考虑塑件尺寸精度的主要因素：
（1）成型零部件的制造公差
成型零件的制造公差直接影响着塑件的尺寸公差，成型零件的公差等级越低，塑件的公差等级也越低。
一般取公差的13~16，对中小型塑件模具取=13。
该塑件为中小型塑件，所以取制造公差=13。
（2）成型零件的磨损量
成型零件的磨损结果使型腔尺寸变大，型芯尺寸变小，中心距基本保持不变。
影响成型零件磨损的因素有脱模过程中塑件与成型零件表面的相对摩擦、熔体在充模过程中的冲刷、成型过程可能产生的腐蚀性气体的锈蚀作用，以及由于上述原因造成表面粗糙度值变大而采取打磨抛光导致零件实体尺寸的减少。
计算成型零件的尺寸时，磨损量应根据塑件的产量，结合影响磨损的因素来确定。
对于中小心塑件来讲，成型零件的最大磨损量取=。
（3）成型收缩率S
成型收缩率随塑件结构与形状，如塑件壁厚、有无嵌件等的影响变化，造成实际收缩率与计算收缩率的差异，材料批号的不同和工艺条件（如成型压力与温度等）的波动都将引起收缩率的波动，从而造成尺寸的误差，设计是必须根据实际情况选择合理的收缩率。
一般取收缩率去收缩范围的平均值，即：
根据所提供的公式和塑件数据所得，=0.55%[15]。
型芯和型腔的各项数据计算如3-1表所示：
表3-1型芯与型腔的各项尺寸
类别
名称
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型腔计算
型腔径向尺寸
型腔的深度尺寸
表3-1型芯与型腔的各项尺寸（续）
型芯计算
型芯径向尺寸
型芯高度尺寸
式中：
Scp——塑料平均收缩率；
——塑件公差（mm）；
——成型零件制造公差（mm）；
——修正系数，取=34；
——修正系数，取=23；
——型腔径向尺寸（mm）；
——型腔深度（mm）；
——塑件外形基本尺寸（mm）；
——塑件高度基本尺寸（mm）；
——型芯径向尺寸（mm）；
——塑件内形基本尺寸（mm）
——型芯高度（mm）
——塑件孔深基本尺寸（mm）
（二）脱模斜度的确定
为了便于塑件脱模，型芯和型腔沿脱模方向应有斜度，其大小按塑件精度和脱模难易程度而定。
当塑件精度较低时，模具的脱模斜度可选~；当塑件为中等精度时，脱模斜度可选，且在23配合面的长度内满足公差要求；对于精密塑件，脱模斜度必须满足塑件尺寸公差要求，可通过计算确定。
该塑件为中等精度，所以脱模斜度选择。
3.2.3成型零部件强度计算
确定塑料模型腔壁厚时，应考虑使其在高压熔体作用下具有足够的强度和刚度，又不使模具过于笨重。
计算型腔壁厚以最大型腔压力为准。
确定型腔壁厚的方法有计算法和以经验数据为基准的查表法。
为保证计算准确和数据合理，本次设计采用计算法为主，计算校核和查数据校核为辅，保证型腔的合理性。
该模具采用整体式的矩形型腔，通过型腔的强度和刚度计算公式计算出型腔的侧壁及底部的最小值。
侧壁和底部按强度和刚度计算公式如表3-2所示：
表3-2型腔壁厚的强度和刚度计算公式
部位
强度计算公式
刚度计算公式
侧壁
底部
式中：
——凹模侧壁厚度（mm）
——凹模底板厚度（mm）
——型腔深度（mm），=35mm
——模腔压力（MPa），=120MPa
——材料的许用应力（MPa），=235MPa。
——弹性模量（MPa），=1.4GPa。
——成型零件的许用变形量（mm），=0.3mm。
——凹模内壁短边长度（mm），取=120mm。
系数的取值是根据的比值来确定的，其中mm，mm，故=3.543，所以取。
系数的取值是根据的比值来确定的，其中mm，mm，故，所以取。
根据上诉公式，带入数据计算可得：
≥36.75mm，≥14.7mm
取=40mm，=25mm。
根据查文献[6]图2.2-11和图2.2-12也可以得出计算所得数据符合文献图中所述。
3.2.4抽芯机构的设计
因本塑件有侧凹，所以模具必须带有侧向分型或侧抽芯机构。
本模具设计采用斜滑块抽芯机构。
因为塑件内部有16个方槽，其包紧力较大，为让塑件留于动模型芯，须设止动装置，也为防止斜滑块顶出时滑出导滑槽，所以本次设计采用导滑块限位的方式。
斜滑块装配时，为使滑块在合模时拼合紧密，成型时不发生溢料，滑块底部与模套留0.3mm的间隙，同时其顶面需高出模套0.3mm，以便于磨损后修磨。
为使滑块可以沿固定方向运动，所以采用导滑槽导滑的方式，导滑块的结构与尺寸如图3-9所示：
图3-9导滑块
3.3脱模机构的设计
在注射成型的每一个循环过程中，使塑件从模腔中脱出机构称为脱模机构。
一般注射模在开模时让塑件留在动模边，利用注射机的开模动作使塑件脱模。
3.3.1脱模机构的设计原则及脱模力计算
（一）脱模机构的设计原则
（1）尽可能使塑件留于动模一侧，以利用注射机顶出装置推出塑件。
（2）应选择合适的脱模方式和推出位置，脱模力应分布均匀合理。
（3）脱模机构应运动灵活，工作可靠，制造和修配方便。
（4）脱模零件应有足够的强度和刚度，其配合间隙应合适，无溢料现象。
（二）脱模力的计算
将塑件从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称脱模力，计算脱模力时应考虑克服以下几种阻力：
（1）由收缩包紧力造成塑件与型芯的摩擦阻力，该值由试验确定。
（2）由大气压力造成的阻力（对于带不通孔的壳累塑件而言）。
（3）由塑件与钢材之间的粘附力造成的脱模阻力。
（4）推出机构运动摩擦阻力。
上述各项脱模阻力中，
（1）与
（2）两项起决定作用，（3）与（4）两项可用于修正系数的形式包括在脱模力计算公式之中。
此外，理论分析和实验证明，脱模力的大小还与塑件的几何形状及厚薄有关，因此将塑件所需脱模力按厚薄两类区别，每类又按圆形和矩形分别进行计算。
该塑件为厚壁圆形塑件。
故在注射模设计时，查文献[6]可知用公式（3-1）对该塑件进行脱模力的计算：
（3-1）
（3-2）
（3-3）
式中：
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