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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
前言
注塑成型是生產(chǎn)塑料制件最常用的制造方法之一，采用這種方法既可以生產(chǎn)小巧的電子器件和醫(yī)療用品，也可以生產(chǎn)大型的汽車配件或建筑構(gòu)件。鑒于塑料材料技術(shù)和注塑成型加工技術(shù)這兩方面的不斷進(jìn)步，塑料注塑加工行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展。塑料制件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)的具體要求來進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。
模具生產(chǎn)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品成本質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國塑模技術(shù)近幾年取得很大發(fā)展。大型塑料模已可生產(chǎn)34英寸大屏幕彩電塑殼模具，6千克容量洗衣機(jī)全套塑模及汽車保險杠。精密注射模方面，已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和600腔塑封模具。汽輔成型技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在日本有名模具生產(chǎn)企業(yè)，如東芝機(jī)械、富士TACHNICA，三精密、名古屋金型和三貴金型株式會社等及我國廣州，東莞，深圳等地已使用一些先進(jìn)模具生產(chǎn)與制造技術(shù)。如用PRO/E或UG進(jìn)行產(chǎn)品的3D造型和分模，使用MasterCAM或者CIMATRON來做刀路，用日本的FANUC系統(tǒng)或臺灣的加工中心進(jìn)行模具型腔和型芯的加工，用高速加工中心做銅電極，用三坐標(biāo)測量儀來檢驗。
（1）未來塑料模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⑹牵?
模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，模具基本上全部采用計算機(jī)輔助設(shè)計和制造。用戶設(shè)計的零件圖形從互聯(lián)網(wǎng)輸出，先進(jìn)行塑件分析，再進(jìn)行三維模具設(shè)計。設(shè)計時根據(jù)用戶的設(shè)備條件和成型工藝，協(xié)商討論確定模具方案。CAD結(jié)束之后，使用moldflow軟件進(jìn)行計算機(jī)模擬分析(CAE)，該軟件可以模擬注射過程，并在計算機(jī)顯示器上用不同的顏色顯示出注射時物料流動速度、溫度、壓力變化，由此判斷模具設(shè)計的合理性。由于采用CAE技術(shù)大大減少了制造過程中模具的修整和試模的工作量。設(shè)計的模具確定之后，使用CAM軟件為CNC機(jī)床或加工中心編制加工用的數(shù)控程序。數(shù)控程序編制好后，可先在計算機(jī)上模擬加工過程，以檢驗數(shù)控程序的正確性。在確認(rèn)數(shù)控程序沒有問題時，可通過與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接的直接數(shù)控(DNC)計算機(jī)將數(shù)控程序傳送至選定的CNC機(jī)床或加工中心，在毛坯準(zhǔn)備和裝卡完畢之后，便可以進(jìn)行加工。
因此模具企業(yè)應(yīng)大力普及、廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)，逐步走向模具軟件功能集成化，模具設(shè)計分析制造的三維化，模具軟件應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化，同時還應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。?
(2)發(fā)展中的模具先進(jìn)制造技術(shù)
塑料模具制造中對于一些復(fù)雜的型腔，需采用先進(jìn)的制造技術(shù)，如高速數(shù)控、加工三坐標(biāo)測量機(jī)、電火花、線切割等，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗和靈活生產(chǎn)。高速數(shù)控加工采用先進(jìn)的CAD/CAM集成設(shè)計和制造系統(tǒng)，進(jìn)行圖形交互的自動數(shù)控編程，這種方法速度快、精度高、直觀、使用簡便和便于檢查。一般高速數(shù)控切削的主軸轉(zhuǎn)速比普通數(shù)控切削轉(zhuǎn)速高1～10倍。高速數(shù)控切削的另一個內(nèi)涵是采用高的進(jìn)給速度。維持切削力不變，提高轉(zhuǎn)速就能夠提高切除率，減少切削時間；維持進(jìn)給速度在普通切削水平，提高轉(zhuǎn)速就能夠降低切削力，可以加工較細(xì)或較薄的模具零件。研制大功率高速主軸，功率≥100kW，轉(zhuǎn)速≥100000轉(zhuǎn)/min，是今后發(fā)展的方向。
(3)快速成型與制模技術(shù)最新發(fā)展
快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度與壽命又能滿足生產(chǎn)上的使用要求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的一類制造模具的技術(shù)，概括起來，有以下幾種類別快速原型制造技術(shù)簡稱RPM，是80年代后期發(fā)展起來的一種新型制造技術(shù)。美國、日本、英國、以色列、德國、中國都推出了自己的商業(yè)化產(chǎn)品，并逐漸形成了新型產(chǎn)業(yè)。
已經(jīng)商業(yè)化的幾種典型快速成型工藝包括：激光立體光刻技術(shù)(SLA)[13]、疊層輪廓制造技術(shù)(LOM)、熔融沉積成型技術(shù)(FDM)、三維印刷成型技術(shù)(3D-P)、電弧噴涂成型制模技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、型腔表面精細(xì)花紋成型的蝕刻技術(shù)。
(4)模具研磨拋光向自動化、智能化方面發(fā)展
由于拋光對模具制造的重要性，拋光技術(shù)發(fā)展很快，目前對先進(jìn)的自動化、智能化拋光技術(shù)研究已取得很大進(jìn)展，主要有：電火花成型加工后的電解質(zhì)拋光、超聲波研磨和拋光、仿形自動拋光、數(shù)控拋光。
(5)模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用廣泛
模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。我國模具商品化、標(biāo)準(zhǔn)化率均低于30%，而先進(jìn)國家均高于70%，每年我們要從國外進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的模具標(biāo)準(zhǔn)件，其費用約占年模具進(jìn)口額的3%～8%。因此，我國應(yīng)加快模具標(biāo)準(zhǔn)件的發(fā)展，以盡快滿足國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。
1 塑件工藝分析
1.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
該塑件采用推板，推管推出，分別有一個外側(cè)抽芯和兩個內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，開模時，動定模板分開塑件包緊在動模型芯上當(dāng)達(dá)到一定的開模行程時，動定模板不動，在注塑機(jī)的作用下推板開始向前運動，同時由于滑塊和斜頂桿，推塊的作用下，塑件被推出，由于自重掉落。利用斜頂桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)側(cè)抽芯?？紤]到該塑件注射時要有一定的流動性，以及抗沖擊性等因素所以選擇ABS。塑件如下圖所示：
塑件基本特性：
色調(diào)：不透明、灰色
材料：ABS
（ Acrylonitritle-Butadiene-Styrene copolymer 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）
厚度：約2mm（塑件不允許有裂紋和變形缺陷）
生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量
脫模斜度：0.5°
精度等級：MT3（一般精度，GB/T14486--1993標(biāo)準(zhǔn)）
1.2 材料成型工藝分析
（1）化學(xué)和物理性能：ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成。每種單體都有不同性能：丙烯腈具有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度、高強(qiáng)度的特性。ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，其收縮率為0.3~0.8%(在本設(shè)計中選用的收縮率為0.5％)。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶型材料。三種單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的組成比例及兩相中的分子結(jié)構(gòu)，因此市場上產(chǎn)生了不同品質(zhì)的ABS材料。不同品質(zhì)的材料提供不同的特性，如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲性能等。
（2）成型特點：流動性中等，有超強(qiáng)的易加工性、外觀特性、低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性及很高的沖擊強(qiáng)度。
（3）注塑工藝及模具條件：
干燥處理： ABS吸濕性很強(qiáng)，注塑成型之前要進(jìn)行充分干燥。 建議干燥條件：80-90℃下最少干燥2小時，且材料溫度波動應(yīng)保證小于0.1%。熔化溫度：210-280℃。建議溫度：245℃。模具溫度：25-70℃。（模具溫度將影響塑件光潔度，模具溫度較低則會導(dǎo)致成型制品的光潔度較低）注射壓力：50-100MPa。注射速度：中等高速。
（4）典型應(yīng)用范圍：汽車儀表板、電話機(jī)殼體、打字機(jī)鍵盤、電冰箱及日常生活用品。
（5）ABS主要技術(shù)指標(biāo)見下表1-1、1-2、1-3、1-4
表1-1 ABS的力學(xué)性能
材料性能
ABS
改性聚苯乙烯
屈服強(qiáng)度/MPa
50
33
抗拉強(qiáng)度/MPa
38
38
斷裂伸長率/%
35
30.8
彎曲強(qiáng)度/MPa
80
56
彎曲彈性模量/GPa
1.4
1.8
抗壓強(qiáng)度/ MPa
53
72
抗剪強(qiáng)度/ MPa
24
—
簡支梁沖擊強(qiáng)度(無缺口)/(kJ/m2)
261
89
簡支梁沖擊強(qiáng)度(缺口)/(kJ/m2)
11
14.4
布氏硬度HBS
9.7
9.8
表1-2 ABS的物理性能
材料性能
ABS
ABS玻璃纖維增強(qiáng)
密度/(g/㎝3)
1.02～1.16
1.20～1.38
比體積/(㎝2/g)
0.86～0.98
0.72～0.83
吸水性/%(24小時)
長時間
0.2～0.4
0.1～0.7
透明度或透光度
—
—
表1-3 ABS的熱性能
材料性能
ABS
ABS玻璃纖維增強(qiáng)
計算收縮率（%）
0.4～0.7
0.1～0.2
熔點(粘流溫度)/℃
130～160
—
熱變形溫度/℃ 45N/㎝2
180N/㎝2
90～108
83～103
116～121
112～116
線膨脹系數(shù)/(10-５/℃)
7.0
2.8
比熱容/[J/(㎏·K)]
1470
—
熱導(dǎo)率/[W/(m·K)]
0.263
0.263
燃燒性/(㎝/min)
慢
慢
表1-4 ABS塑料成形條件
材料性能
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）
密度（g/㎝3）
1.03～1.07
預(yù)熱
溫度（℃）
80～85
2～3
時間（h）
料筒
溫度
（℃）
后段
150～170
165～180
180～200
中段
前段
噴嘴溫度（℃）
170～180
模具溫度（℃）
50～80
注射壓力（MPa）
60～100
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
30
適用注射機(jī)類型
螺桿、柱塞均可
1.3 脫模斜度的確定
由于制品冷卻后產(chǎn)生收縮時會緊緊包在凸模上，或由于黏附作用而緊貼在型腔內(nèi)。為了便于脫模，防止制品表面在脫模時劃傷、擦毛等，在制品設(shè)計時應(yīng)考慮其表面在合理的脫模斜度。
實驗研究表明，型芯斜度的確可降低制件頂出力。
圖1-1總結(jié)了斜度對ABS塑模制件脫模力影響的實驗研究結(jié)果。
圖1－1
綜合各種因素，本設(shè)計ABS的脫模斜度取0.5°。
1.4 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式
1.4.1 型腔數(shù)量的確定
已知的體積V塑和質(zhì)量W塑 ，又因為此產(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)的塑件，精度要求比較高、且單件加工生產(chǎn)綜合考慮生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等各種因素，以及注射機(jī)的型號選擇，初步確定采用一模一腔排布。由塑件的外形尺寸和機(jī)械加工的因素，確定采用大水口單型腔生產(chǎn)。
1.4.2 分型面的選擇
分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。在封閉模腔中成型塑件，為了減小模腔中脫出時的阻力，要求塑件應(yīng)帶有適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍?，也要求模具兩半部分的接觸面（即分型面）應(yīng)相對于所成型的塑件，安排適當(dāng)?shù)奈恢茫@就要正確的選擇分型面。分型面的選擇原則是：
（一） 便于塑件脫模
（1）應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯；
（2）在開模時盡量使塑件留在動模內(nèi)；
（3）應(yīng)合理安排塑件在型腔中的方位；
（二）考慮和保證塑件的外觀不遭損壞。
（三） 盡量保證塑件尺寸的精度要求(如同心度等)。
（四） 有利于排氣。
（五） 盡量使模具加工方便。
分型面一般設(shè)在塑件斷面尺寸最大處，但在此設(shè)計中由于采用的是點澆口，需要三板模，存在二個分型面，把型芯設(shè)在動模一邊，型腔設(shè)在定模一邊，中間有可往復(fù)移動的中間板，開模后塑件留在動模，有利于塑件的脫模。即動模板和定模板兩接觸面為Ⅰ分型面。
塑件冷卻時會因為收縮作用而包覆在凸模上，故從塑件脫模的角度考慮，應(yīng)有利于塑件滯留在動模一側(cè)；有利于側(cè)面分型和抽芯；合理安排塑件在型腔中的方位，以便于脫模。而且不影響塑件的質(zhì)量和外觀形狀，以及尺寸精度。有利于排氣；使模具加工方便。
本產(chǎn)品分型面如下圖所示:
圖2-2 分型面
1.4.3 排氣槽的設(shè)計
在注塑成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑件受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，則可能因充填時氣體被壓縮而產(chǎn)生高溫，引起塑件局部炭化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而須進(jìn)行排氣設(shè)置。
（1）排溢設(shè)計 ： 排溢是指排出充模熔料中的前鋒冷料和模具內(nèi)的氣體等。
（2）引氣設(shè)計：對于一些大型腔殼形塑件，注射成型后，整個型腔由塑料填滿，型腔內(nèi)氣體被排出，此時塑件的包容面與型芯的被包容面基本上構(gòu)成真空，當(dāng)塑件脫模時，由于受到大氣壓的作用，造成脫模困難，如采用強(qiáng)行脫模，勢必使塑件發(fā)生變形或損壞，因此必須加引氣裝置。
（3）排氣系統(tǒng)有以下幾種方式：
利用排氣槽；利用型芯、鑲件、推桿等配合間隙；有時為了防止制品在頂出時造成真空而變形，必須設(shè)置進(jìn)氣裝置。
（4）該套模具的排氣方式有：
a.利用模具的分型面排氣；
b.對于組合式型芯可利用其拼和的縫隙、零件配合的間隙
1.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴起到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道。其作用是使塑料平穩(wěn)而有序地充填到型腔中，以獲得組織致密、外部輪廓清晰的塑件。澆注系統(tǒng)分為普通澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩大類。本設(shè)計采用普通的澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道和冷料井和澆口四部分組成。
1.5.1 流道設(shè)計
流道設(shè)計包括主流道、分流道和冷料井的設(shè)計。
1.5.2 主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具中心塑料熔體入口處，是連接注射機(jī)噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，端面為圓形，帶有一定的錐度，便于塑料熔體按序順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地被拔出。主流道的尺寸直接影響到塑件熔體的流動速度和充模時間，甚至塑件的質(zhì)量。設(shè)計如圖1－３所示：
圖1-3 主流道
主要設(shè)計參數(shù)如下：
(1)形狀：圓錐形；
(2)錐角：2°；
(3)內(nèi)壁的粗糙度為Ra=0.63μm，拋光時沿軸向進(jìn)行；
(4)主流道大端呈圓角，半徑r=2㎜。
(5)噴嘴球的半徑r=15㎜，則凹坑的球面半徑R=17㎜；
(6)噴嘴孔徑d=3㎜；小端直徑D=3.5㎜；大端直徑D=5.2㎜。
(7)主流道長度取25㎜。
由于采用的是點澆口進(jìn)料的三板式模具，要用推流道板使流道凝料自動墜落，故澆口套與推流道板的滑動配合部分設(shè)計有15°的錐度，以保證使用安全，動作可靠。
1.5.3 主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，由于采用的是三板模，且主流道長度一般不超過60㎜為好，因而模具流道部分設(shè)計成整體式主流道襯套形式。選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行加工和熱處理，一般采用碳素工具鋼，如：T8A、T10A等，熱處理硬度為53～57HRC。主流道襯套和定位圈設(shè)計成整體式，如圖1-4所示：
圖1－4
1.5.４ 分流道的設(shè)計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。在本設(shè)計中，因需減少流道的長度，所以必須設(shè)置分流道，在此采用U字形截面流道。要減少流道內(nèi)的壓力損失，則希望流道的截面積大、流道的表面積小，以減少傳熱損失。對于U形流道而言，其熱量損失僅大于圓形和正方形截面的分流道，但其加工容易，又比圓形和正方形截面的分流道容易脫模，U形截面分流道具有優(yōu)良的綜合性能。
(1) 分流道的布置形式
分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個型腔，分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種，此設(shè)計中采用的是平衡式布置，以使各型腔同時均衡的進(jìn)料，從而保證各型腔成型出來的塑件在強(qiáng)度、性能、重量上的一致性。其形狀如圖１-５所示：
圖１-５ 分流道示意圖
(2）分流道長度、截面尺寸
分流道的長度取決于模具型腔的總體布
置方案和澆口的位置，從輸送熔體時的減
少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料
的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。 圖１-６ 分流道截面形狀
對于壁厚小于3㎜（此塑模壁后為1mm），質(zhì)量在200g以下的塑件，可用公式
式中， W——流經(jīng)分流道的塑料量 （g）；
L——分流道長度 （㎜）；
D——分流道直徑（㎜）。
其中，
n——為型腔數(shù)目；
m——為塑件質(zhì)量 （g）
在本設(shè)計中結(jié)合實際情況，取 L=144.6mm W=35.62g
則，取5mm。
R=0.459D=2.295，取值為3mm： H=0.918D=4.59，取值為5mm （ 如圖1－６）
（3）分流道的表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分流道內(nèi)表面粗糙度并不要求很低，一般為0.63μm～1.6μm，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力，避免熔流表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處Ra＝0.8um。
此外，由于分流道較長，則將分流道的盡頭沿料流前進(jìn)方向延長作為分流道冷料井，以貯存前鋒冷料，其長度設(shè)計為分流道直徑的1.5～2倍。
1.5.5冷料井的設(shè)計
冷料井一般位于主流道對面的動模板上，或處于分流道的末端。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成冷接縫；此外，在開模時又能夠?qū)⒅髁鞯乐心蠌亩０逯欣觥＠淞暇睆揭松源笥谥髁鞯来蠖酥睆?，長度約為主流道大端直徑。
本設(shè)計中對于冷料井的選擇是按照設(shè)計的目的來選擇的。設(shè)計的目的是要實現(xiàn)自動脫模。所以選擇如圖1－7的與推桿匹配的冷料井，它很容易將主流道凝料拉離定模，當(dāng)其被推出時又很容易脫落。
圖１-7 冷料井示意圖
此零件采用推板和推管、斜頂桿推出,需開設(shè)冷料穴，拉料桿采用Z形式。分流道采用半圓形截面，并且開設(shè)在凹模上，以便于脫模，加工也較容易，在定模固定板上采用澆口套。
1.5.6 澆口設(shè)計
澆口是連接分流道和型腔之間的一段細(xì)短的通道（除直接澆口以外），它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、位置和尺寸對塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限，然后在試模過程中逐步加以修正。一般澆口的截面積為分流道截面積的3%~9%，截面形狀為矩形或圓形，澆口長度為0.5~2mm，表面粗糙度Ra不低于0. 4μm。
澆口的主要作用是：
（1）型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結(jié)，防止其倒流；（2）易于切除澆口凝料。在本設(shè)計中，塑件表面要求不留下痕跡，不影響外觀，結(jié)合塑件為薄板狀結(jié)構(gòu)，為減少翹曲變形，故采用多點澆口（橄欖形或菱形澆口）具體表示形式見圖1-8：
圖1-8多點澆口
2 注射機(jī)型號的確定
2.1 注射量的計算
根據(jù)PRO/E建模得到塑件的質(zhì)量為m=35.62g，密度由表可查得ρ=1.03～1.07g/㎝3（在此設(shè)計中取1.05g/㎝3），所以塑件的體積為：
㎝3
而流道凝料的質(zhì)量未知，在此按m的0.6倍來計算。則總的注射量是：
2.2 塑件和流道凝料在分型面的投影面積及鎖模力計算
根據(jù)PRO/E建模，對塑件投影面積分析得=32113。流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積，在模具設(shè)計前是個未知數(shù)，根據(jù)腔模的統(tǒng)計分析，大致是塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍, 結(jié)合本設(shè)計的實際情況取0.3，則總的投影面積計算為：
所以：
從而得到
式中，——注射機(jī)的額定鎖模力（N）；
——模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa），一般為注射壓力的0.3～ 0.65倍，通常為20～40 MPa，在此設(shè)計中取35 MPa；
N，則1798.328KN 。
2.3 注射機(jī)型號的確定
注射模規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下進(jìn)行注射機(jī)相關(guān)參數(shù)的計算。在本設(shè)計中，根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計算值，初步選用由浙江塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的SZ-200/120臥式注射機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所列：
表2-1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射量/㎝3
200
螺桿（柱塞）直徑/㎜
42
注射壓力/MPa
250
注射速率/(g/s)
120
塑化能力/(g/s)
70
螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)
0～220
鎖模力/kN
2200
拉桿內(nèi)間距/㎜
355×385
移模行程/㎜
350
最大模具厚度/㎜
400
最小模具厚度/㎜
230
鎖模型式
雙曲肘
噴嘴口直徑/㎜
3㎜
定位孔直徑/㎜
φ125
噴嘴球半徑/㎜
SR15
2.4 注射機(jī)工藝參數(shù)的校核
2.4.1 鎖模力的校核
鎖模力為注射機(jī)鎖模裝置用于夾緊模具所施加的最大夾緊力。當(dāng)高壓的塑料熔體充填模腔時，會產(chǎn)生使模具沿分型面分開的脹模力。因此，所選注射機(jī)的鎖模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。
即：
式中，——注射機(jī)的額定鎖模力（N）；
——模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力（MPa）。
由于在選擇注射機(jī)的時候就已經(jīng)計算了鎖模力，因此所選注射機(jī)的鎖模力是符合要求的。
2.4.2 最大注射量的校核
為確保塑件質(zhì)量，注射模一次成形的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）應(yīng)該在公稱注射量的35%～75%范圍內(nèi)，最大可達(dá)80%，最低不應(yīng)小于10%。
而塑件和流道凝料重量之和M為54.8g，在上述范圍內(nèi)，故最大注射量符合要求。
2.4.3 開模行程的校核
開模行程是指從模具中取出塑件所需的最小開合距離，用H表示，它必須小于注射機(jī)移動模板的最大開模行程S。對于液壓-機(jī)械式鎖模機(jī)構(gòu)注塑機(jī)，其最大開模行程由注塑機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的最大沖程決定，與模具厚度無關(guān)。本設(shè)計采用雙型面注射模，其開模行程按下式校核：
a+(5～10) ㎜
式中，H1——塑件脫出距離 （也可作為凸模高度）（㎜）；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度（㎜）；
a——中間板與定模的分開距離（㎜）。
已知： H1=14㎜； H2=14㎜ a=65mm
所以： H1+H2+a+(5～10)=14+14+65+(5～10)=98～103（㎜）
又由于SZ-200/120臥式注射機(jī)的移模行程為350㎜
103㎜<160㎜
所以開模行程也符合要求。
3 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算
塑件在成型加工過程中，用來充填塑料熔體以成型制品的空間被稱為型腔。而構(gòu)成模具型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，通常包括凹模、凸模、型芯鑲塊、各種成形桿和成形環(huán)等。由于這些成型零件直接于高溫、高壓的塑件熔體接觸，并且在脫模時反復(fù)與塑件摩擦，它必須具有如下一些性能：
（1）具有足夠的強(qiáng)度、剛度，以承受塑料熔體的高壓。
（2）具有足夠的硬度、耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進(jìn)行熱處理，使其硬度達(dá)HRC40以上。
（3）對于成型會產(chǎn)生腐蝕性氣體的塑料（如PVC、POM、PF等），還應(yīng)選擇耐腐蝕的合金鋼。
（4）材料的拋光性能好，表面應(yīng)該光滑美觀。表面粗糙度要求應(yīng)在Ra=0.4μm以下。
（5）切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好。同時，熔焊性要好，以便于修理。
3.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模又稱陰模，它是成型塑件外輪廓的零件。由于凹模結(jié)構(gòu)相對簡單，在本設(shè)計中采用整體鑲嵌入式凹模結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的凹模形狀、尺寸一致性好，更換方便。凹模的外形是帶臺階的圓柱形，由臺階定位，以H7/m6過渡配合嵌入定模板，然后用定模板將其固定。如圖3-1所示。
模腔鑲?cè)肽＜芑蚰Ｌ變?nèi)，模腔壁靠在周圍金屬上，模腔尺寸要小于整體式模腔，在這種情況下，模架承受了模腔內(nèi)的部分壓力。疲勞在這種結(jié)構(gòu)的模具中扮演重要的角色，必須考慮模架與模腔的應(yīng)力，避免模具在短期工作后即失效。為此，在模腔壓如模套內(nèi)后，二者應(yīng)該預(yù)壓。
3.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸模（即型芯）是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可分為整體式和組合式兩種內(nèi)型。在此采用組合式中的鑲件組合式凸模，型芯之間不可靠的太近。設(shè)計鑲嵌式和組合式凸模時，如圖3-1所示。應(yīng)盡可能滿足下列要求：
（1）將型腔的內(nèi)型加工變?yōu)殍偧徒M合件的外形加工；
（2）拼縫應(yīng)避開型腔的轉(zhuǎn)角或圓弧部分的外形加工；
（3）鑲件的數(shù)量力求減少，以減小對塑件外觀和尺寸精度的影響；
（4）易損壞部分應(yīng)設(shè)計獨立的鑲件，便于更換；
3.3 小型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計和定位
通常將成型塑件小孔或槽的小凸模稱為小型芯。一般是單獨制造，然后以嵌入的方法固定。本設(shè)計的成型四個固定螺桿孔的小型芯以凸臺定位，以定模板固定。如圖3-1所示。
圖3-1 凹凸模結(jié)構(gòu)示意圖
3.4 成型零件工作尺寸的計算
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的徑向尺寸（包括矩形的長和寬）、凹模和凸模的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。一般情況下，影響成型零件工作尺寸的主要因素是塑料的公差、模具制造公差、模具磨損量、塑件的收縮率S、模具在分型面上的合模間隙。
3.4.1按平均收縮率計算型腔尺寸
①收縮率S
ABS的收縮率一般為0.4%～0.7%,從而得出其的平均收縮率S=0.55%。
②徑向尺寸的計算
ABS的一般精度等級為MT3（一般精度，GB/T14486--1993標(biāo)準(zhǔn)），塑件的寬度尺寸為65㎜，查表得Δ=0.44mm
按照平均收縮率計算凹模徑向（寬度）尺寸公式
式中 LM——凹模的徑向尺寸，㎜
S——塑料的平均收縮率，[%]
Ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——凹模制造公差，㎜
已知 Ls=65㎜ S=0.55% Δ=0.44㎜；
對于中型塑件 δz=Δ/3=0.147㎜；
LM=[（1+0.55%）65-3/40.44] =65.028mm
同理，塑件的長度尺寸是126mm，查表得Δ=0.62mm，
所以， δz=Δ/3=0.207mm，
所以凹模徑向（長度）尺寸計算如下
LM = [（1+0.55%）126-3/40.62] =126.23mm
③高度尺寸的計算
塑件的一個高度尺寸Hs=29.5㎜，查表得Δ=0.20㎜，按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式
式中， HM——凹模的深度尺寸，㎜
S——塑料的平均收縮率，[%]
Hs——塑件高度公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——凹模深度制造公差，㎜
將 Hs=29.5㎜ S=0.0055 Δ=0.20㎜ 代入上式，
δz=Δ/3=0.067㎜
HM=[(1+0.0055)29.5-2/30.2] =29.53 mm
而另外一個深度尺寸為21.5mm，查表得Δ=0.18㎜，δz=Δ/3=0.06㎜
HM=[(1+0.0055)21.5-2/30.18] =21.49㎜
3.4.2按平均收縮率計算型芯尺寸
①徑向尺寸按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式為
式中?。簂M——組合型芯的徑向尺寸，㎜
S ——塑料的平均收縮率，[%]
ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——組合型芯制造公差，㎜
已知，塑件的壁厚設(shè)計為2㎜，S=0.55%，塑件徑向（寬度）公稱尺寸為61㎜，查表得，Δ=0.38㎜所以δz=Δ/3=0.127㎜
塑件徑向（長度）公稱尺寸為122㎜時，查表得Δ=0.62，δz=Δ/3=0.207mm依據(jù)上面的公式得出：
②型芯高度尺寸的計算
塑件的一個孔深度尺寸Hs=29.50-2.00=27.50㎜，所以查表得Δ=0.18㎜按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式
式中 ——組合型芯高度尺寸，㎜
S ——塑料的平均收縮率，[%]
——塑件孔深度公稱尺寸，㎜
Δ——塑件公差值，㎜
δz——組合型芯高度制造公差，㎜
將 =27.5㎜ S=0.0055 Δ=0.18㎜代入上式得，
δz=Δ/3=0.06㎜
同理，塑件的另一個孔深度為21.5-2=19.5㎜，查表得Δ=0.16，則δz=Δ/3=0.053㎜
3.5 型腔壁厚計算
在注射成型過程中，型腔承受塑料熔體的高壓作用，因此模具型腔應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。強(qiáng)度不足將導(dǎo)致塑性變形，甚至開裂。剛度不足將產(chǎn)生過大彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，產(chǎn)生溢料間隙。在本次設(shè)計中按整體式矩型型腔計算。
3.5.1按剛度計算側(cè)壁的厚度（s）：
矩型型腔受塑料熔體壓力時，四壁變形，兩長邊大于兩短邊，當(dāng)長、短邊側(cè)壁厚度相同時，長邊能滿足要求，短邊更無問題，因此，側(cè)壁厚度計算歸結(jié)為長邊厚度的計算。
（㎜）
式中 s——型腔側(cè)壁厚度（㎜）；
h——型腔側(cè)壁受壓高度（㎜）；
L——型腔長邊長度（㎜）；
E——模具材料的彈性模量（碳剛為2.1105MPa）；
p——型腔壓力（取35MPa）；
[δ]——任一自由邊中點的允許變形量，由塑料寬度公差，由經(jīng)驗式計算決定；
C——常數(shù)，由近似公式計算；
在本設(shè)計中，h=29.5㎜，L=126㎜
由SJ1372-78查表得，則[δ]=0.06
在本設(shè)計中S（長邊側(cè)壁）取值為30㎜，短邊側(cè)壁取值為35㎜，顯然符合要求；
3.5.2按剛度計算底板的厚度（）：
由兩端平行支架的整體式矩形型腔的底版，可視為受均布載荷四周固定的矩形板，底版的長邊和短邊分別為L和b，其最大擾曲變形發(fā)生在板的中心。
（㎜）
式中 ——整體式矩形底版厚度（㎜）；
P——型腔壓力（取35MPa）；
b——矩形板受力短邊長度（㎜）；
L——矩形板受力長邊長度（㎜）；
E——模具材料的彈性模量（碳剛為2.1105MPa）；
[δ]——允許變形量，塑件高度公差決定；
——由之值決定的常數(shù)，查表可得=0.026
在本設(shè)計中，，
則㎜
實際設(shè)計中取值為26㎜，模體的總體尺寸為：175×200×80，符合要求。
4 模體（模架）的確定
模架也稱模體，是注射模的骨架和基體，模具的每一部分都寄生其中，通過它將模具的各個部分有機(jī)的聯(lián)系在一起。塑料注射?；拘湍＜芟盗杏赡０宓腂×L決定。除了動、定模板的厚度需由設(shè)計者從標(biāo)準(zhǔn)中選定外，模架的其它有關(guān)尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中都已規(guī)定。初步選定的模具的型號為：
編號數(shù)是 ：01—64 系列B×L為350㎜×400㎜，導(dǎo)柱 ：直徑32㎜模板A、B尺寸（厚度）：80㎜、70㎜；C墊塊高度：100㎜
根據(jù)所設(shè)計塑件的大小以及型腔的布局，結(jié)合中小型模架的尺寸組合系列，及生產(chǎn)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)模架的參數(shù)，最終確定模架型號、各板尺寸：
A板尺寸：A板是定模型腔板，塑件的高度14mm，在模板還要開設(shè)冷卻水管，冷卻水道離型腔有一定的距離，因此A板的厚度取80mm。
B板尺寸：B板是凸模（型芯）固定板，由于要設(shè)計水道，及其它結(jié)構(gòu)，在該設(shè)計中取板厚為70mm。
C墊塊尺寸：墊塊它是用來連接支承板與動模座板的零件。其作用有兩點：一是形成推出機(jī)構(gòu)的行程空間；二是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機(jī)的模具安裝厚度要求。墊塊的高度一般為：墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度＋（5~10）mm， 推出行程取稍大于塑件高度，取40㎜；因為推板的長和寬分別是：400mm、350mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件查得推板厚度取25㎜;推桿固定板厚度為20mm；從而得到墊塊的高度為：100㎜。 最終確定模架為普通型三板模模架DCI型，模架的定貨標(biāo)識為：
3540—DCI—80—70—250—I，結(jié)構(gòu)如圖所示。
圖4-1 模架結(jié)構(gòu)
5 合模導(dǎo)向及定位機(jī)構(gòu)設(shè)計
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對于塑料模具是不可少的部件，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，必須導(dǎo)向。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有定位、導(dǎo)向、承受一定側(cè)壓力三個作用。定位作用是為了避免模具裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確的形狀，不至于因為位置的偏移而引起塑件壁后不均，或者模塑失敗；導(dǎo)向作用是在動定模合模時，首先導(dǎo)向機(jī)構(gòu)接觸，引導(dǎo)動模、定模正確閉合，避免凸模或型芯撞擊型腔，損壞零件；承受一定側(cè)壓力指塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)壓力，或者由于注射機(jī)精度的限制，使導(dǎo)柱在工作中承受一定的側(cè)壓力。
5.1 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
導(dǎo)柱對合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在注塑模中應(yīng)用最普遍，包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套兩個零件，分別安裝在動模和定模的兩半部分。在設(shè)計導(dǎo)柱和導(dǎo)套時要注意以下幾點：
（1） 導(dǎo)柱應(yīng)合理地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（凸模）端面的高度高出6~8mm，以免型芯進(jìn)入凹模時與凸模相碰而損壞。
（3） 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的耐磨度和強(qiáng)度，常采用20號低碳鋼經(jīng)滲碳0.5~0.8mm，熱處理HRC 48~55，也可以采用T8A 炭素工具鋼，經(jīng)熱處理。
（4） 為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)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） 一般導(dǎo)柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6，導(dǎo)套外徑的配合按H7/k6。
（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板之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套，以保證推出機(jī)構(gòu)的正常運動。
（8） 導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小決定，可參考標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)選用。
5.2導(dǎo)柱設(shè)計
導(dǎo)柱可以安裝在動模一側(cè)，也可以安裝在定模一側(cè)，但更多的是安裝在動模一側(cè)。因為作為成型零件的主型芯多裝在動模一側(cè)，導(dǎo)柱與主型芯安裝在同一側(cè)，在合模時可以起保護(hù)作用。導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)有兩種：一種是除安裝部分的凸肩外，長度的其余部分直徑相同，稱為直導(dǎo)柱；另一種是除安裝部分的凸肩外，使安裝部分直徑比外伸的工作部分直徑大，稱為階梯形導(dǎo)柱。直形導(dǎo)柱和階梯形導(dǎo)柱的前端都設(shè)計為錐形，便于導(dǎo)向。兩種導(dǎo)柱都可以在工作部分帶有儲油槽，以延長潤滑時間。在該設(shè)計中采用直形導(dǎo)柱。如圖所示：
圖5-1 導(dǎo)柱，導(dǎo)套結(jié)構(gòu)
5.2.1.1導(dǎo)柱尺寸
導(dǎo)柱直徑尺寸隨模具分型面處模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，導(dǎo)柱間的中心距應(yīng)愈大，所以導(dǎo)柱所選的直徑也應(yīng)愈大。除了導(dǎo)柱長度按模具具體結(jié)構(gòu)確定外，導(dǎo)柱其余尺寸隨導(dǎo)柱直徑而定。根據(jù)表查得導(dǎo)柱的直徑是：30mm；導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面的高度要高出6—8㎜。
5.2.1.2導(dǎo)柱的布置
根據(jù)模具的形狀和大小，在模具的空余位置設(shè)導(dǎo)柱和導(dǎo)套孔。導(dǎo)柱用兩根至四根不等，其布置原則是必須保證動定模只能按一個方向合模。在標(biāo)準(zhǔn)模架上，一般用圖5-2所示的對稱形式。
圖5-2 導(dǎo)柱位置
5.3 導(dǎo)套設(shè)計
導(dǎo)向孔可帶有導(dǎo)套，也可以不帶導(dǎo)套；但都不能設(shè)計為盲孔，因為盲孔會增加模具閉合時克服空氣的阻力，并使模具不能緊密閉合。在該設(shè)計中采用的 帶頭導(dǎo)套的外直徑為42mm，見圖5－3，此外還有推板帶導(dǎo)套。
圖5-3導(dǎo)套結(jié)構(gòu)
5.4斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計
斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)是最常用的一種側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、安全可靠等特點。本設(shè)計的工作過程是：開模時斜導(dǎo)柱作用于滑塊，迫使滑塊（帶側(cè)型芯）在動模板的導(dǎo)槽向左移動，完成側(cè)抽芯動作，塑件由推管推出型腔。定位銷、彈簧及定位槽使滑塊保持抽芯后最終位置，以保證合模時斜導(dǎo)柱能準(zhǔn)確地進(jìn)入滑塊的斜孔，使滑塊回到成型位置。在成型時，由于側(cè)型芯受到成型壓力的作用而使滑塊產(chǎn)生位移，為此用楔緊塊來保證滑塊的成型位置。如圖5-1所示：
圖 5-1 斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)
5.4.1 斜導(dǎo)柱尺寸
導(dǎo)柱直徑尺寸隨模具分型面處模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，導(dǎo)柱間的中心距應(yīng)愈大，所以導(dǎo)柱所選的直徑也應(yīng)愈大。除了導(dǎo)柱長度按模具具體結(jié)構(gòu)確定外，導(dǎo)柱其余尺寸隨導(dǎo)柱直徑而定。根據(jù)表查得導(dǎo)柱的直徑是：R=10mm；導(dǎo)柱的長度必須比凸模端面的高度要高出6—8㎜，如圖5-1所示：
1. 確定抽芯距離：塑件孔壁厚為2mm所以S=2+（2~3）mm 取5mm
2. 由于塑件壁厚較小抽芯滑塊移動距離小，所以設(shè)計斜導(dǎo)柱設(shè)計為15°長度得保證滑快不脫離導(dǎo)柱，也不能高于定模座板，影響注射機(jī)安裝。
3. 長度設(shè)計：由公式計算的L=L1+L2+L3+L4+L5=d2/2*tga+h/cosa+d/2*tga+s/sina+5~10mm=280.96mm
4. 滑塊和導(dǎo)槽的設(shè)計；有模具的結(jié)構(gòu)圖可一看出滑塊和側(cè)抽芯是作成一塊的組合式這樣兩者的配合出用用圓柱銷連成一體，這樣 側(cè)抽芯可有線切割加工外型，車床加工圓形。制造精度高?；瑝K和導(dǎo)槽采用組合式在圖中可表示清楚，方便裝配配研。由于抽芯距離較短所以長度只要符合滑塊在開模的定位即可。
5.4.2 斜導(dǎo)柱的布置
根據(jù)模具的形狀和大小，在模具的空余位置設(shè)導(dǎo)柱和導(dǎo)套孔。導(dǎo)柱用兩根至四根不等，其布置原則是必須保證動定模只能按一個方向合模。在標(biāo)準(zhǔn)模架上，一般用圖5-2所示的對稱形式。
圖5-2 導(dǎo)柱位置
6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機(jī)構(gòu)，也稱頂出機(jī)構(gòu)或脫模裝置。脫模結(jié)構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個動作，即首先將澆注系統(tǒng)凝料和塑件等與模具松動分離，稱為脫出，然后將澆注系統(tǒng)凝料和塑件等從模內(nèi)取出，有時候脫出、取出兩個動作之間無明顯的間隔。
6.1 設(shè)計原則及分類
6.1.1 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則
制件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定制品的質(zhì)量，因此，制品的推出是不可忽視的。在設(shè)計推出脫模機(jī)構(gòu)時應(yīng)遵循下列原則：
（1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具結(jié)構(gòu)簡單；
（2）機(jī)構(gòu)的運動準(zhǔn)確、可靠、靈活，并具有足夠強(qiáng)度、剛度克服脫模力；
（3）選擇頂出位置時，力求保證良好的塑件外觀，頂出位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位。另外，與塑件直接接觸的脫模零件的配合間隙要保證不溢料，以避免在塑件上留下飛邊痕跡；
（4）保證塑件不變形或不損壞，正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在部位，有針對性的選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應(yīng)盡量靠近型芯，同時推出力應(yīng)施與塑件剛度和強(qiáng)度最大的部位，作用面積也應(yīng)該盡可能大一些；
（5）運動靈活順暢，無卡剎和過分磨損現(xiàn)象容易制造和裝配；
6.1.2 脫模機(jī)構(gòu)的分類
脫模機(jī)構(gòu)可以按動力源分類，按脫模機(jī)構(gòu)的動作分類也可以按模具中的推出零件分類。
一，按動力源分類
（1）手動脫模 當(dāng)模具分模后，用人工操作脫模機(jī)構(gòu)，脫出塑件，多用于注塑機(jī)不設(shè)脫模裝置的定模一方。
（2）機(jī)動脫模 靠注塑機(jī)的開模動作脫出塑件。
（3）液壓脫模 注塑機(jī)上設(shè)有專用的頂出液壓缸，當(dāng)開模到一定距離后，活塞動作，實現(xiàn)脫模。
（4）氣動脫模 利用壓縮空氣將塑件由型腔中吹出。
二，按脫模機(jī)構(gòu)的動作分類
（1） 一次推出機(jī)構(gòu)：最常見的脫模方式，塑件只經(jīng)過推出機(jī)構(gòu)的一次動作就能脫模，故又稱簡單脫模機(jī)構(gòu)。
（2） 二次推出機(jī)構(gòu)：塑件經(jīng)過兩次不同的動作才能脫模。
（3） 延遲動作推出機(jī)構(gòu)：在某些情況下當(dāng)塑件被推出后還需延遲動作再推出澆注系凝料等，尤其適用于潛伏式澆注系統(tǒng)注射模具。
三，按模具中的推出零件分類
（1） 推桿式脫模：應(yīng)用廣泛，常用圓形截面推桿。
（2） 推管式脫模：適用于薄壁圓桶形塑件。
（3） 脫模板式：運用于薄壁容器、殼體以及不允許存在推出痕跡的塑件。
（4） 推塊式脫模：適用于齒輪類或一些帶有凸緣的制品，可防止塑件變形。
（5） 利用成型零件推出制品的脫模：適用于螺紋型環(huán)一類的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件。
（6） 多元聯(lián)合式脫模：對于某些深腔殼體、薄壁制品以及帶有環(huán)狀凸起、凸肋或金屬嵌件的復(fù)雜制品，為防止其出現(xiàn)缺陷，常采用兩種或兩種以上的推出機(jī)構(gòu)聯(lián)合動作以完成脫模過程。
6.2 脫模阻力的計算
塑件在模具冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模包緊，在塑件脫模時必須克服這一包緊力。對于不帶通孔的殼體體內(nèi)塑件，脫模時還要克服大氣壓力。此外，尚須克服機(jī)構(gòu)本身運動的摩擦阻力及塑件和鋼材之間的粘附力。
薄壁殼體形塑件，指塑件壁厚與其內(nèi)孔直徑之比小于1/20的塑件。本設(shè)計中塑件的壁厚為2㎜，內(nèi)孔長邊為146㎜，所以塑件的壁厚與長邊徑之比為：2/146=0.014，而1/20=0.05＞0.014
，所以可以看作是薄壁殼體形塑件，又由于塑件的斷面為矩形，則其脫模力計算公式為
式中 E——塑料的拉伸模量，MPa；
ε——塑料成型平均收縮率，%；
t——塑料的平均壁厚，㎜；
L——塑料對型芯的包緊長度，㎜；
μ——塑料的泊松比；
——脫模斜度；
f——塑件與鋼材之間摩擦系數(shù)；
B——塑件在開模方向垂直的平面上的投影面積（）當(dāng)塑件底部上有通孔時，10B項記為0；
——由和f決定的無因次數(shù)；
查表得，E=（1.91～1.98）103MPa ε=（0.4～0.7）% t=2㎜ μ=0 f=0.2～0.25 =0.5°，＝1
代入有關(guān)的數(shù)據(jù)得到：
6.3 脫模機(jī)構(gòu)的選用
6.3.1 制品推出的基本方式
1. 推桿推出：推桿推出是一種基本的也是一種常用的制品推出方式。常用的推桿形式有圓形、矩形、“D”形。
2. 推件板推出：對于輪廓封閉且周長較長的制品，采用推件板推出結(jié)構(gòu)。推件板推出部分的形狀根據(jù)制品形狀而定。
3. 氣壓推出：對于大型深型腔制品，經(jīng)常采用或輔助采用氣壓推出方式。
6.3.2 塑件的推出機(jī)構(gòu)
由于本設(shè)計中塑件機(jī)構(gòu)相對簡單，屬板狀殼體，且存在著四個圓柱形連接孔，所以該塑件的頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計如下：
1.采用帶肩推桿，每個塑件由3根推桿、4根推管頂出。
2.推桿設(shè)在脫模阻力大的地方且均勻布置；
3.推桿應(yīng)設(shè)在塑件強(qiáng)度、剛度較大處；
4.推桿直徑與模板上的推桿孔采用H8/f7或H8/f8的間隙配合；
5.通常推桿裝入模具后，其端面應(yīng)與型腔底面平齊，或高出型腔底面0.05～0.10mm；
8.推桿與推桿固定板，通常采用單邊0.5mm的間隙，這樣可以降低加工要求，又能在多推桿的情況下，不因由于各板上的推桿孔加工誤差引起的軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn)象；
9.推桿、推管材料一樣，常用T8、T10碳素工具鋼，端部要淬火，熱處理要求硬度HRC50，工作端配合部分的表面粗糙度為Ra0.8。
圖6-1 推管尺寸形狀
10．推管內(nèi)徑大于塑件內(nèi)徑，與型芯配合，配合長度為推出行程加3～5㎜；推管外徑小于塑件外徑，與模板配合，配合長度一般為（0.8～2）倍直徑。
6.3.3脫模板脫模機(jī)構(gòu)
脫模板又稱卸料板或刮板。其特點是推出面積大、推力均勻，塑件不易變形，表面無推出痕跡，結(jié)構(gòu)簡單，模具無需設(shè)置復(fù)位桿，適用于大筒形塑件或薄壁容器及各種罩殼形
圖6-1 推板尺寸形狀
7 內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計
當(dāng)塑件上具有與開模方向不一致的孔或側(cè)壁有凹凸形狀時，除極少數(shù)情況可以強(qiáng)制脫模外，一般都必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹做成可活動的結(jié)構(gòu)，在塑件脫模前，先將其抽出，然后才能將整個塑件從模具中脫出。完成側(cè)向活動型芯的抽出和復(fù)位的這種機(jī)構(gòu)叫做抽芯機(jī)構(gòu)。它應(yīng)具備以下基本功能：
（1）能夠保證不引起塑件間變形的情況下準(zhǔn)確地抽芯；
（2）運動靈活動作可靠，無過分磨損現(xiàn)象；
（3）具有必要的強(qiáng)度和剛度；
（4）配合間隙和拼縫線不溢料。
在本設(shè)計中，由于塑件有兩個勾抓結(jié)構(gòu)，開模時是側(cè)向抽芯或分型（斜頂機(jī)構(gòu)）與塑件的推出同步進(jìn)行。當(dāng)動模底板在牽引力作用下向下運動，使兩斜頂桿向內(nèi)縮，相對于動模板向上運動。在用推板把塑件推出。如圖7-1所示：
7.1 內(nèi)抽芯距的計算
抽芯距是將側(cè)型芯從成型位置抽拔至不妨礙塑件脫模位置的距離。一般抽拔距取側(cè)孔深度加2～3㎜，其公式如下：
式中： S—設(shè)計抽芯距(mm)； —抽拔的極限尺寸(mm)；
代入相關(guān)數(shù)據(jù)，由于塑件中側(cè)凹只有0.5㎜，抽拔力很小，取安全值為：S=2.5mm
8 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計和計算
8.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
注塑成型時，模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也影響到注塑周期。因此在使用模具時必須對模具進(jìn)行有效的冷卻，添加溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達(dá)到理想的溫度要求。熱塑性塑料在注射成型后，要使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具，必須做好冷卻通道的設(shè)計工作，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
模具的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻。因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，且低于室溫的水容易取得，所以冷卻水普遍使用。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，利用循環(huán)水將熱量帶走。下表8-1是由于不正常模溫而造成的塑件的各種缺陷。
表8-1 塑件各種缺陷
缺陷
模溫過低
模溫過高
模溫不均
塑件不足
√
尺寸不穩(wěn)定
√
表面波紋
√
扭曲變形
√
√
裂紋
√
√
表面不光潔
√
√
膠件粘模
√
膠件脆弱
√
膠件透明度低
√
脫模不良
√
上表欄中有“√”表示此項不正常模溫可能造成的塑件的各種缺陷。
8.2 冷卻裝置的設(shè)計要點：
（1） 保證塑件收縮均勻，維持模具熱平衡。
（2） 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，對塑件冷卻也就越均勻。根據(jù)經(jīng)驗，一般冷卻水中心線與型腔壁的距離應(yīng)為冷卻水孔直徑的1~2倍（常為12~15mm），冷卻水孔中心距約為水孔直徑的3~5倍，水孔直徑一般為8~12mm。
（3） 盡可能使冷卻水孔至型腔表面各處有相同的距離，即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。當(dāng)塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面的距離應(yīng)處處相等。當(dāng)塑件壁厚不均勻時，壁厚處應(yīng)強(qiáng)化冷卻、水孔應(yīng)靠近型腔、距離要小，但也