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底座注射模設(shè)計
摘 要
對塑料底座注射模結(jié)構(gòu)采用中心澆口進(jìn)料，采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)， 材料采用流動性能差的PC塑料，通過對塑件的分析，注射機(jī)的選定，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，成型零件的設(shè)計計算，脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計，以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和導(dǎo)向地位機(jī)構(gòu)的設(shè)計，給出了生產(chǎn)底座的一個實際參考設(shè)計生產(chǎn)流程。
通過本設(shè)計，可以對注塑模具有一個初步的認(rèn)識，注意到設(shè)計中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及其工作原理；為以后從事本行業(yè)打下了良好的理論基礎(chǔ)。此次設(shè)計的過程中查閱了大量的模具設(shè)計資料，通過模具的設(shè)計與應(yīng)用，同原有的設(shè)計方法相比，模具的應(yīng)用提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，模具整體設(shè)計的思路和要求符合現(xiàn)代設(shè)計潮流和未來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞: PC；一模一腔；中心澆口；模具設(shè)計
ABSTRACT
To plastics base injection mould structure adopts center gate; Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow not well PC plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency; PC Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastics base actual reference design of the production process.
The mould cognition having a first step by the fact that design, can produce plastic articles by injection moulding face to face , pay attention to knowing mould structure and their operating principle to some detail problem in designing that,; Be to be engaged in our industry hereafter having laid down fine rationale. I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the mold ,the processing technology ，compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future.
Keywords: pc; plastics base; center gate; mold design.
目 錄
1 塑件成型工藝性分析 1
1.1 塑件的分析 1
1.2 PC工程塑料的性能分析 1
1.2.1基本性能 1
1.2.2 PC的主要性能指標(biāo) 2
1.3 PC的注射成型過程及其工藝參數(shù) 2
1.3.1注射成型過程 2
1.3.2 注射工藝參數(shù) 3
2 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機(jī) 4
2.1 分型面位置的確定 4
2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定 4
2.3 注射機(jī)型號的確定 4
2.3.1 注射量的計算 4
2.3.2 澆注系統(tǒng)凝料提及的初步估算 5
2.3.3 選擇注射機(jī) 5
2.3.4 注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 6
3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 7
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則 7
3.2主流道的設(shè)計 8
3.2.1主流道設(shè)計要點 8
3.2.2 主流道尺寸的確定 9
3.2.3 主流道的凝料體積 9
3.2.4 主流道當(dāng)量半徑 9
3.2.5 主流道澆口套的形式 9
3.3 分流道的設(shè)計 10
3.3.1 分流道的布置形式 10
3.3.2 分流道的長度 10
3.3.3 分流道的當(dāng)量直徑 10
3.3.4 分流道的截面形狀 10
3.3.5 分流道界面尺寸 10
3.3.6 凝料體積 11
3.3.7 校核剪切速率 11
3.3.8 分流道的表面粗糙度和脫模斜度 12
3.4. 澆口的設(shè)計 12
3.4.1輪輻式澆口尺寸的確定 12
3.4.2 輪輻式澆口剪切速率的校核 13
3.5 校核主流道的剪切速率 13
3.6 冷料穴的設(shè)計 13
4.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 14
4.1.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
4.2.成型零件鋼材的選用 15
4.3 成型零件工作尺寸的計算 15
4.3.1 凹模徑向尺寸的計算 16
4.3.2凹模深度尺寸的計算 16
4.3.3動模凸凹模尺寸的計算 17
4.3.4大型芯尺寸的計算 19
4.3.5 小型芯尺寸的計算 20
4.4 成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算 21
4.1.1凹模側(cè)壁厚度的計算 21
5.脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計 22
5.1 脫模力的計算 22
5.2. 推出方式的確定 23
5.2.1 推桿材料 23
5.2.2 推桿的安裝 24
5.2.3 校核推出應(yīng)力 24
6.模架的確定 25
6.1 各模板厚度尺寸的確定 25
6.2 計算并選擇模架型號 25
6.3 模架尺寸的校核 26
7.排氣槽的設(shè)計 27
8.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 28
8.1 冷卻介質(zhì) 28
8.2 冷卻系統(tǒng)的計算 28
8.2.1 單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W 28
8.2.2 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量 28
8.2.3 計算冷卻水的體積流量 28
8.2.4 確定冷卻水路的直徑 29
8.2.5 冷卻水在管內(nèi)的流速 29
8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉(zhuǎn)熱系數(shù) 29
8.2.7 計算冷卻水道的導(dǎo)熱總面積A 29
8.2.8 模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水道的孔數(shù)n 29
8.2.9 冷卻水道的布置 30
9.導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計 31
9.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 31
10.模具零件的選材 32
10.1.1 模具材料選用原則 32
10.1.2 模具材料選用要求 32
10.2 注塑模具常用材料 32
10.2.1 塑料模具成型零件的選材 32
10.2.3 推出機(jī)構(gòu)零件的選材 33
10.2.4澆注系統(tǒng)零件 33
10.2.5 其它零件的選材 34
11零件的加工工藝過程 35
11.1小型芯制造工藝過程： 35
11.2型腔制造工藝過程 35
11.設(shè)計小結(jié) 38
參考文獻(xiàn) 39
1 塑件成型工藝性分析
1.1 塑件的分析
（1）外形尺寸 該塑件壁厚較厚，平均壁厚約為30mm，結(jié)構(gòu)較簡單，對稱度好，只需做幾個型芯即可，塑件為熱塑性塑料，流動性差，適于螺桿式注射機(jī)注射成型。
(2) 精度等級 該塑件重要尺寸和次重要尺寸精度等級均為MT4，由以上分析可見該零件的尺寸精度中等，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。
(3) 脫模斜度 pc的成型性能良好，成型收縮率較小，其脫模斜度根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表2-19可知型腔的脫模斜度在，型芯的在，pc的流動性差，為使注射充型流暢，選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為。
1.2 PC工程塑料的性能分析
1.2.1基本性能
PC聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。沖擊強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好，著色性好，電絕緣蝕性、耐腐性、耐磨性好，但自潤滑性差，有應(yīng)力開裂傾向，高溫易水解，與其它樹脂相溶性差。適于制作儀表小零件、絕緣透明件和耐沖擊零件，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。
成形特性：
無定形料，熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，流動性差。吸濕小，但對水敏感，須經(jīng)干燥處理，成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂和應(yīng)力集中，故應(yīng)嚴(yán)格控制成形條件，塑件須經(jīng)退火處理。
1．熔融溫度高，粘度高，大于200g的塑件宜采用螺桿式注射機(jī)。
2流動性差，溢邊料0.06m左右。
3冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)以短、粗為原則，宜設(shè)冷料穴，澆口宜取大。
4．料濕過低會造成缺料，塑件無光澤，料溫過高易溢邊，塑件起泡。模溫低時收縮率、抗沖擊強(qiáng)度高，抗彎、抗壓強(qiáng)度低，模溫超過時塑件冷卻慢，易變形粘模。
圖1 塑件圖
1.2.2 PC的主要性能指標(biāo)
表1 PC的主要技術(shù)指標(biāo)
技術(shù)指標(biāo)
PC
技術(shù)指標(biāo)
PC
密度
比體積
吸水率
熔點
硬度
沖擊韌度
1.20g/cm3
0.83 cm3/g 0.09~0.15% (24h)
220~250℃
11.4HB
無缺口 不斷
有缺口 55.8~90 k / Jm2
熱變形溫度
抗拉屈服強(qiáng)度
拉伸強(qiáng)度模量
彎曲強(qiáng)度
擊穿電壓
體積電阻率
132~141℃(0.45MPa)
132~138℃（1.82MPa）
72MPa
1440MPa
113MPa
17~22KV/mm
3.06
1.3 PC的注射成型過程及其工藝參數(shù)
1.3.1注射成型過程
（1）成型前準(zhǔn)備。對PC的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗，成型前必須預(yù)干燥，水分含量應(yīng)低于0.02%，微量水份在高溫下加工會使制品產(chǎn)生白濁色澤，銀絲和氣泡。常用方法是循環(huán)鼓風(fēng)干燥，溫度控制是120℃，時間8~12h以上。
（2）注射過程。塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具的型腔成型，其過程分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。
（3）塑件的后處理（退火）。退火處理的方法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為100℃~130℃，處理時間為2h~8h。
1.3.2 注射工藝參數(shù)
（1）注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min.。
（2）料筒溫度t/℃：前段210~240；
中段230~280；
后段240~285。
（3）模具溫度t/℃：90~110；
（4）注射壓力(p/Mpa)：80~130；
（5）成型時間（s）：高壓時間 0~5S
注射時間 20~90 S
冷卻時間 20~90 S
總周期 40~190 S
2 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機(jī)
2.1 分型面位置的確定
通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在塑件截面積最大，且有利于開模，其位置如圖2所示。
圖2 分型面的選擇
2.2 型腔數(shù)量和排列方式的確定
（1）型腔數(shù)量的確定 由于該塑件精度要求中等，塑件尺寸較大，塑料流動性差，結(jié)構(gòu)高度對稱，為了便于順利充型，初步選用一模一腔。
（2）模具結(jié)構(gòu)形式的初步確定 由以上分析可知，本模具設(shè)計是一模一腔，，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)初選推件板推出或是推出桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，因為塑件中間帶有比主流道直徑大的孔，所以為了進(jìn)料均勻，采用平衡式流道和輪輻式澆口。因此，定模部分不需要單獨開設(shè)分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板或推件板。由上綜合分析可確定采用大水口（或帶推件板）的單分型面注射模。
2.3 注射機(jī)型號的確定
2.3.1 注射量的計算
通過Pro/E建模分析得塑件質(zhì)量屬性如圖4所示。
圖3 塑件質(zhì)量屬性
塑件體積：
塑件質(zhì)量：=1.2×1745.4=2094.4g …………（1）
式中，ρ可根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表9-6取為1.20。
2.3.2 澆注系統(tǒng)凝料提及的初步估算
由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件提及的0.2倍~1倍來估算。由于本次設(shè)計采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來估算。故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個塑件體積之和）為：
=1.3×1×1745.4=2269 ……………（2）
2.3.3 選擇注射機(jī)
根據(jù)以上計算得出在一次注射過程中，注入模具型腔的塑料的總體積為=57.6，由參考文獻(xiàn)[2]式4-18，=/0.8=2269/0.8=2836。根據(jù)以上的計算，查參考文獻(xiàn)[3]中表13-1，初步選定公稱注射量為3000，注射機(jī)型號為XZY-3000的螺桿式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。
表2注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)指標(biāo)
參數(shù)
技術(shù)指標(biāo)
參數(shù)
理論注射量
螺桿柱塞直徑/mm
注射壓力
注射時間s
塑化能力
鎖模力/KN
噴嘴口直徑/mm
3000g/cm3
120
115
3.8
80
630
8
拉桿內(nèi)向距/mm
移模行程/mm
最大模具厚度/mm
最小模具厚度/mm
鎖模形式
模具定位孔直徑/mm
噴嘴球半徑/mm
900×800
1120
680
400
充壓式
250
25
2.3.4 注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核
(1) 注射壓力校核 查參考文獻(xiàn)[4]可知，PC所需注射壓力為80MPa~130MPa，這里取=90MPa，該注射機(jī)的公稱注射壓力P公=130 MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.25～1.4，這里取k1=1.3，則：
k1 P0=1.3×90=117 MPa
1.32m/s …………（44）
大于最低流速1.32m/s，達(dá)到湍流狀態(tài)，滿足冷卻要求。
8.2.6 求冷卻管壁與水交界的膜轉(zhuǎn)熱系數(shù)
因為平均水溫為23.5℃，查參考文獻(xiàn)[2]表4-31可得，則有:
h=3.6f kJ/(m2h℃) ……（45）
8.2.7 計算冷卻水道的導(dǎo)熱總面積A
m2 …………（46）
為模具溫度與冷卻管道之間的平均溫度，模具溫度為100℃。
8.2.8 模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水道的孔數(shù)n
n= …………（47）
式中：
B——模仁長度，為270mm，但冷卻水孔的長度達(dá)不到270mm，實際只有240mm
8.2.9 冷卻水道的布置
圖14動模仁冷卻水路示意圖 圖15定模仁冷卻水路示意圖
9.導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計
注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動模、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運動導(dǎo)向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈與注射機(jī)相配合，是模具的澆口套能與注射機(jī)噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機(jī)構(gòu)則通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用木架本身所自帶的定位機(jī)構(gòu)。
9.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
模具導(dǎo)柱導(dǎo)向的導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，適用于精度要求高、生產(chǎn)批量大的模具。同時在設(shè)計導(dǎo)柱和導(dǎo)套時還應(yīng)注意以下幾點：
(1) 導(dǎo)柱應(yīng)合理的均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度。
(2) 導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯端面高出6～8mm，以免型芯進(jìn)入凹模時與凹模相碰而損壞。
(3) 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度，導(dǎo)柱常采用20#低碳鋼經(jīng)滲碳0.5～0.8 mm,淬火48～55HRC,也可用T8A、T10A碳素工具鋼,經(jīng)淬火處理，硬度達(dá)到50~55HRC。導(dǎo)套一般采用T10A或者經(jīng)過滲碳處理20鋼，熱處理50~55HRC，公差采用6級。
(4) 為了使導(dǎo)柱能順利地入導(dǎo)套、導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導(dǎo)套的前端也應(yīng)倒角。
(5) 導(dǎo)柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護(hù)型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
(6) 導(dǎo)柱配合部分采用H7/f7，固定配合部分采用H7/k6；導(dǎo)套固定配合采用H7/k6，配合長度為配合直徑的1.5-2倍。其余部分可擴(kuò)孔，減小摩擦或降低加工難度。
(7) 除了動模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外，一般還在動模座板與推反之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套，以保證推出機(jī)構(gòu)的下常運動。
(8) 導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)選取。
10.模具零件的選材
10.1.1 模具材料選用原則
用于注塑模具的鋼材，大致應(yīng)滿足如下要求：
（1）機(jī)械加工性能優(yōu)良：易切削，適于深孔、深溝槽、窄縫等難加工部位的加工和三維復(fù)雜形面的雕刻加工；
（2）拋旋旋旋光性能優(yōu)良：沒有氣孔等內(nèi)部缺陷，顯微組織均勻，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；
（3）良好的表面腐蝕加工性：要求鋼材質(zhì)地細(xì)而均勻，適于花紋腐蝕加工；
（4）耐磨損，有韌性：可以在熱交變負(fù)荷的作用下長期工作，耐摩擦；
（5）熱處理性能好：具有良好的淬透性和很小的變形，易于滲氮等表面處理；
（6）焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不發(fā)生變化，且不開裂、變形等；
（7）熱膨脹系數(shù)小，熱傳導(dǎo)效率高：防止變形，提高冷卻效果；
（8）性能價格比合理，市場上容易買到，供貨期短。
10.1.2 模具材料選用要求
在選擇注射模具鋼材時，要綜合考慮塑件的生產(chǎn)批量、尺寸精度、復(fù)雜程度、體積大小和外觀要求等因素。對于塑件生產(chǎn)批量大、尺寸精度要求高的場合，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)模具鋼。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或體積比較大的塑件應(yīng)選用易切削鋼。外觀要求高的塑件可以選用鏡面鋼材。
10.2 注塑模具常用材料
10.2.1 塑料模具成型零件的選材
1）定模：定模成型的是塑件外表面，因而應(yīng)根據(jù)塑件外表面的質(zhì)量要求，來選擇不同拋旋旋旋光性能的模具材料，選用45鋼，它具有高的淬透性、耐磨性，熱處理變形小，強(qiáng)度和韌性都比較好，適合于制造形狀復(fù)雜的各種模具型腔。
2) 動模凸凹模：型芯在成型過程中容易磨損，同時，該動模凸凹模形狀比較復(fù)雜，故要求所選材料的加工性能要好。所