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DVD遙控器外殼塑料模設(shè)計
模具設(shè)計與制造專業(yè) 作者：劉丹 指導(dǎo)老師：周立
摘要: 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展, 注塑成型在機械、電子、航空航天工業(yè)、生物領(lǐng)域及日用品生產(chǎn)中所占的比例越來越大。本次設(shè)計的是DVD遙控器外殼塑料模具，制件的結(jié)構(gòu)決定了該模具必須同時使用側(cè)抽芯。設(shè)計過程整體采用現(xiàn)代先進的模具加工制造方法和強大的Pro/Engineer Wildfire 2.0模具設(shè)計軟件相結(jié)合，在保證設(shè)計質(zhì)量的同時設(shè)計速度也有提高，設(shè)計思路及要求符合現(xiàn)代模具設(shè)計的潮流和未來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞: 注塑成型;塑料模具;遙控器;側(cè)抽芯；
Design of Injection Molding Die for
the Front Cover of
the very Remote Controler of DVD
Material Processing and Control Engineering Major
Author:
Supervise teacher:
Abstract: With the rapid development of industry, the mould plastics shapings covers more and more in mechanical industry, electronics industry, spaceflight industry,biological field and production of daily necessities. This remote controler front cover of DVD molding die must include special slide pull structure because the structure of the product. This design is the integration of modern advanced mould process manufacturing approach and powerfull Pro/Engineer Wildfire 2.0 mold design，not only the design quality is assured but also heightened the design speed. The thought and requirement of this design accord to the trend of contemporary mold design and its future of development direction.
Keywords: Mould plastics shaping;Injiectiong mold die;Remote controller;Slide pull structure;
目 錄
前言
1 塑件成型工藝分析
1.1 塑件分析 ………………………………………………………………………………………………1
1.2 注射模的組成簡介 ……………………………………………………………………………………2
1.3 注射成型性能分析 ……………………………………………………………………………………3
1.4 所選用的塑件材料種類 ………………………………………………………………………………5
1.5 PS塑料的注射成型工藝 ………………………………………………………………………………6
1.6 塑件可能產(chǎn)生的缺陷及相應(yīng)的消除措施 ……………………………………………………………7
2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式
2.1 確定型腔數(shù)量及排列方式 ……………………………………………………………………………8
2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 …………………………………………………………………………………8
3 注塑機型號的確定
3.1 塑件計算 ………………………………………………………………………………………………9
3.2 注射機型號的確定 ……………………………………………………………………………………9
3.3 注射機及型腔數(shù)量的校核 ……………………………………………………………………………9
4 塑件分型面位置的確定
4.1 分型面的形式…………………………………………………………………………………………12
4.2 分型面選取的原則……………………………………………………………………………………12
5 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計
5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則 …………………………………………………………………………………13
5.2 主流道的設(shè)計 ………………………………………………………………………………………13
5.3 主流道襯套設(shè)計 ……………………………………………………………………………………14
5.4 冷料井的設(shè)計 ………………………………………………………………………………………14
5.5 分流道的設(shè)計 ………………………………………………………………………………………15
5.6 澆口設(shè)計 ……………………………………………………………………………………………16
5.7 澆注系統(tǒng)的平衡 ……………………………………………………………………………………18
6 模架和標準件的選用
6.1 定模板（定模座板）（450355，厚32mm）……………………………………………………………20
6.2 定模固定板（355355，厚63mm）……………………………………………………………………20
6.3 動模固定板（355355，厚80mm）……………………………………………………………………20
6.4 墊塊（355125，厚63mm）……………………………………………………………………………20
6.5 動模座板（450355，厚32mm）………………………………………………………………………21
6.6 標準模架（355355）的基本結(jié)構(gòu)形式 ……………………………………………………………21
7 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
7.1 導(dǎo)向機構(gòu)的功用 …………………………………………………………………………………22
7.2 導(dǎo)向機構(gòu)的總體設(shè)計 ………………………………………………………………………………22
7.3 導(dǎo)柱和導(dǎo)套設(shè)計 ……………………………………………………………………………………22
7.4 導(dǎo)柱和導(dǎo)套材料的選擇 ……………………………………………………………………………24
8 推出機構(gòu)及脫模機構(gòu)的設(shè)計
8.1 推出脫模機構(gòu)的設(shè)計原則……………………………………………………………………………25
8.2 制品推出的基本方式 ………………………………………………………………………………25
8.3 該塑件的推出機構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………………………………25
8.4 推出機構(gòu)的布置 ……………………………………………………………………………………26
8.5 數(shù)控編程加工?4推桿孔……………………………………………………………………………26
9 側(cè)面分型與抽芯的設(shè)計計算
9.1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的分類 ………………………………………………………………………29
9.2 斜滑塊的導(dǎo)滑形式 …………………………………………………………………………………29
9.3 設(shè)計要點 ……………………………………………………………………………………………29
10 成型零件的設(shè)計計算
10．1 定模結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………………………………………30
10.2 動模結(jié)構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………………………………………………32
10.3 成型零件鋼材選用 …………………………………………………………………………………34
10.4 成型零件工作尺寸計算 …………………………………………………………………………35
10.5 側(cè)向抽芯零件工藝編程 …………………………………………………………………………37
11 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
11.1 排溢設(shè)計 ……………………………………………………………………………………………39
11.2 引氣設(shè)計 …………………………………………………………………………………………39
11.3 排氣系統(tǒng)設(shè)計 ………………………………………………………………………………………39
11.4 該套模具的排氣方式 ………………………………………………………………………………39
12 調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)計計算
12.1 冷卻系統(tǒng) ……………………………………………………………………………………………41
12.2 冷卻介質(zhì) ……………………………………………………………………………………………41
12.3 冷卻裝置的理論計算 ………………………………………………………………………………41
12.4 冷卻裝置的結(jié)構(gòu)形式 ………………………………………………………………………………43
13 模具工作過程
工作過程 ……………………………………………………………………………………………44
設(shè)計小結(jié)…………………………………………………………………………………………………45
參考文獻 ………………………………………………………………………………………………46
致謝 ……………………………………………………………………………………………………47
附錄 設(shè)計過程相關(guān)圖片 ……………………………………………………………………………………………48
1 塑件成型工藝分析
1.1 塑件（DVD遙控器外殼）分析
1.1.1 制件模型（平均壁厚1.5mm，尺寸數(shù)據(jù)詳見塑件零件圖）
圖 1-1
1.1.2 完成Pro/E 塑件3D建模塑件表面積及重心位置分析
體積 = 2.3934741e+04 毫米^3
曲面面積 = 4.6456421e+04 毫米^2
密度 = 1.0500000e-09 公噸 / 毫米^3
質(zhì)量 = 2.5134478e-05 公噸
根據(jù)_PRT0001坐標邊框確定重心:
X Y Z 9.3987867e+00 -4.9379076e-02 1.0703648e+00 毫米
相對于_PRT0001坐標系邊框之慣性. (公噸 * 毫米^2)
慣性張量
Ixx Ixy Ixz 9.4162170e+07 1.3327126e+04 -2.9276143e+05
Iyx Iyy Iyz 1.3327126e+04 8.6382232e+07 -3.9751835e+04
Izx Izy Izz -2.9276143e+05 -3.9751835e+04 1.2335565e+07
重心的慣性(相對_PRT0001 坐標系邊框) (公噸 * 毫米^2)
慣性張量
Ixx Ixy Ixz 9.4134449e+07 2.1215915e+03 -4.9864824e+04
Iyx Iyy Iyz 2.1215915e+03 8.4221715e+07 -4.1027958e+04
Izx Izy Izz -4.9864824e+04 -4.1027958e+04 1.0202650e+07
主慣性力矩 (公噸 * 毫米^2)
I1 I2 I3 1.0202598e+07 8.4221737e+07 9.4134479e+07
從_PRT0001 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣:
0.00059 -0.00022 -1.00000
0.00055 1.00000 -0.00022
1.00000 -0.00055 0.00059
從_PRT0001 定位至主軸的旋轉(zhuǎn)角(度):
相對 x y z 的夾角：
0.000 -89.964 0.000
相對主軸R1 R2 R3的回旋半徑：
2.0556372e+01 5.9061325e+01 6.2440367e+01 毫米
1.2 注射模的組成簡介
注射模一般均可分為動模和定模兩大部分。注射充模時動模和定模閉合，構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)；開模時動模和動模分離，取出制件。
定模安裝在注射機的固定板上，動模則安裝在注射機的移動模板上。根據(jù)模具上各個零件的不同功能，可由以下多個系統(tǒng)或機構(gòu)組成。
1.2.1 成型零件
是指構(gòu)成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型桿、凹模、成型環(huán)、鑲件等零件。在動模和動模閉合后，成型零件確定了塑件的內(nèi)部和外部輪廓形狀和尺寸。
1.2.2 澆注系統(tǒng)
將塑料熔體由注射機噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。
1.2.3 導(dǎo)向與定位機構(gòu)
為確保動模與定模閉合時，能準確導(dǎo)向和定位對中，通常分別在動模和定模上設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套。深型腔注射模還須在主分型面上設(shè)置錐面定位。有時為保證脫模機構(gòu)的準確運動和復(fù)位，也設(shè)置導(dǎo)向零件。
1.2.4 脫模機構(gòu)
是指在開模過程的后期，將塑件從模具中脫出的機構(gòu)。
1.2.5 側(cè)向分型抽芯機構(gòu)
帶有側(cè)凹或側(cè)孔的塑件，在脫模之間，必須先進行側(cè)向分型或拔出側(cè)向凸?；虺槌鰝?cè)型芯，保證塑件側(cè)凹或側(cè)孔結(jié)構(gòu)不被損壞。
1.2.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
為了滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，模具應(yīng)設(shè)有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模具的冷卻，一般是在模板內(nèi)開設(shè)冷卻水道，加熱則是在模具內(nèi)或周邊安裝點加熱元件，有的注射模須配備模溫自動調(diào)節(jié)裝置。
1.2.7 排氣系統(tǒng)
為了在注射充模過程中將型腔內(nèi)原有氣體排出，通常在分型面處開設(shè)排氣槽。小型腔的排氣量不大，可直接利用分型面排氣，也可利用模具的頂桿或型芯與配合孔之間間隙排氣。大型注射模具還須預(yù)先設(shè)置專用排氣槽。
1.3 注射成型性能分析
1.3.1 注射成型可行性分析
塑料注射模塑能一次性地成型形狀復(fù)雜、尺寸精確或帶有嵌件的塑料制品。在注射模設(shè)計時必須充分注意以下三個特點：
a. 塑料熔體大多屬于假塑性流體，能剪切變稀。它的流動性依賴于物料品種、剪切速率、溫度和壓力。因此須按其流變特性來設(shè)計澆注系統(tǒng)，并校驗型腔壓力及鎖模力。
b. 視注射模為承受很高型腔壓力的耐壓容器。應(yīng)在正確估算模具型腔壓力的基礎(chǔ)上，進行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為保證模具的閉合、成型、開模、脫模和側(cè)抽芯的可靠進行，模具零件和塑件的剛度與強度等力學問題必須充分考慮。
c. 在整個成型周期中，塑件—模具—環(huán)境組成了一個動態(tài)的熱平衡系統(tǒng)。將塑件和金屬的傳熱學原理應(yīng)用于模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計，以確保制品質(zhì)量和最佳經(jīng)濟指標的實現(xiàn)。
1.3.2 注射成型工藝的可行性分析
（1） 塑件外觀
觀察該塑件，形狀復(fù)雜，壁厚不均，尺寸精度要求較高，而且有較高的表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性的要求，因此對模具和設(shè)備的要求也較高。而注射成型方法有如下幾個優(yōu)點：
a:形狀：幾乎沒有復(fù)雜性限制，容許模具內(nèi)有不同塑料的成型型腔；
b:尺寸：塑件可小到不足1克，大到幾十千克，沒有限制；
c:材料：在一定溫度范圍內(nèi)具有適宜流動性的熱塑性塑料；
d:精度：可注射高精度的塑件，有較好表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性；
e:生產(chǎn)率：中等，循環(huán)時間主要由塑件壁厚決定，最短可在十幾秒內(nèi)，可增加每模的型腔數(shù)來提高生產(chǎn)率。
由以上塑件的特點和注射成型工藝的優(yōu)點，分析可知：該塑件適合于采用注射成型方法。
（2） 表面粗糙度
由塑件外觀可知，塑件的外表面要求較高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm，而其內(nèi)表面由于是遙控器的內(nèi)部，為顧客視線所不及，故不影響其外觀視覺質(zhì)量，從簡化加工工藝和節(jié)約成本考慮，其內(nèi)表面選用的表面粗糙度為Ra0.8mm。一般情況下，模具粗糙度低于塑件1～2個等級，故取型腔表面粗糙度為Ra0.2um，而型芯表面粗糙度為Ra0.6um。
（3）尺寸精度
按GB/T14486—1993標準，模塑件尺寸精度分為7級。該塑件所用材料為聚苯乙烯（PS）,由此查塑料模具設(shè)計手冊可知，本塑件宜選用4級精度。零件具體尺寸及其公差值可詳見零件圖。塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相關(guān)，尤以小型精密塑件為甚。從模具制造精度對塑件精度的影響可知，模具制造允許誤差和塑件尺寸公差之間具有對應(yīng)的關(guān)系，由塑件零件圖可得，模具精度等級為IT8。
（4） 脫模斜度
該塑件采用的塑料是PS，而PS的成型收縮率較?。?.2-0.6%），而且塑件較復(fù)雜，對型芯的包緊面積也較大，所以應(yīng)取較大的脫模斜度。為保證壁厚的均勻一致，因此取塑料件的內(nèi)外表面的脫模斜度一致。再由零件設(shè)計圖紙要求可知α＝10。
（5） 壁厚
由圖紙可知，該塑件有許多中不同的壁厚，如2mm、1.5mm、1mm、0.8mm等。壁厚不均勻，這就造成塑料熔體的充模速率和冷卻收縮不均勻，并由此產(chǎn)生許多質(zhì)量問題。如凹陷、真空包、翹曲、甚至開裂。為防止此類現(xiàn)象出現(xiàn)，這就要求防止出現(xiàn)突變與截面厚薄懸殊的設(shè)計，故在壁厚不同處采取過渡設(shè)計，例如：采用圓弧過渡等措施。
（6）加強筋
觀察塑件可知，該塑件內(nèi)側(cè)設(shè)計了很多加強筋，加強筋的尺寸為頂部0.5mm，根部為0.7mm。這對提高塑料件的抗彎強度，減小塑料件的翹曲變形，提高抗蠕變和抗沖擊性能有好處，同時，加強筋的設(shè)計改善了塑料熔體的充模流動、縮短了流程、增大了的截面積。
（7）圓角
從塑件可知，該塑件內(nèi)外表面的轉(zhuǎn)折處加強筋的根部等處都設(shè)計了圓角，不僅降低了應(yīng)力集中系數(shù)，提高了抗沖擊、抗疲勞能力，而且減少了流動阻力，改善了塑料熔體的充模性能。同時也降低了成型件的局部殘余應(yīng)力，可防止翹曲和開裂，也使塑料件外形美觀流暢。而且成型模具型腔也因此有了對應(yīng)的圓角，提高了成型零件的強度。
1.4 所選用的塑件材料種類 抗沖擊型聚苯乙烯（PS，英文名：Polystyrene）
1.4.1 塑料分子結(jié)構(gòu)式
比重：1.05克/立方厘米 成型收縮率：0.6-0.8% 成型溫度：170-250℃
1.4.2 主要技術(shù)指標
密度g/cm3
1.05
彈性模量MPa
2.8—3.5×103
比容cm3/g
0.94—0.96
抗彎強度MPa
61—98
吸水率%（24h）
0.03—0.05
硬度HB
M65—80
收縮率%
0.5—0.6
體積電阻率Ω.cm
>e+16
熔點℃
131—165
擊穿電壓Kv/mm
19.7—27.5
抗拉屈服強度MPa
35—63
沖擊強度kJ/m2
缺口 0.54—0.86
表 1-1
聚苯乙烯的分子鏈上有結(jié)構(gòu)龐大的苯環(huán)，故柔順性差，質(zhì)地脆硬，抗沖擊性能差，敲打時發(fā)出類似金屬的響聲。
聚苯乙烯屬于非結(jié)晶型聚合物，機械強度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，尤其是相對分子量較小的品種強度更差。
聚苯乙烯具有良好的可塑流動性和較小的成型收縮率，是成型工藝最好的塑料品種之一，容易制得形狀復(fù)雜的制品。
聚苯乙烯無色透明，透光性僅次于有機玻璃，容易著色，常用于制造要求透明或顏色鮮艷的制品。
聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮濕的環(huán)境中尺寸變化很小，適用于制造要求尺寸穩(wěn)定的制品，如儀表儀器殼體等。
聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，尤其是在高頻條件下的介電損耗仍然很小，是優(yōu)良的高頻絕緣材料。聚苯乙烯的主要缺點是脆性大，形狀復(fù)雜的制品成型后存在較大的內(nèi)應(yīng)力時，常會在使用中自行開裂。為改善聚苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明顯降低脆性，提高沖擊韌性，這種塑料即為抗沖擊型聚苯乙烯。
1.4.3 物料性能
電絕緣性能(尤其是高頻絕緣性能)優(yōu)良,無色透明,其透光率僅次于有機玻璃（PMMA）,著色性、耐水性、化學穩(wěn)定性良好,強度一般,但質(zhì)脆,易產(chǎn)生應(yīng)力脆裂,不耐苯、汽油等有機溶劑，適于制作絕緣透明件、裝飾件及化學儀器、光學儀器、電器、儀表殼等零件。
1.4.4 成型性能
（1）無定形料,吸濕小,成型前可無須干燥,不易分解,但熱膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、流動性較好,可用螺桿或柱塞式注射機成型。
（2）宜用高料溫,高模溫,低注射壓力,延長注射時間有利于降低內(nèi)應(yīng)力,防止縮孔、變形。
（3）可用各種形式澆口,澆口與塑件圓弧連接,以免去除澆口時損壞塑件。
（4）脫模斜度大,頂出均勻、塑件壁厚均勻,最好不帶鑲件,如有鑲件應(yīng)預(yù)熱。
1.4.5 注射成型的特點
ａ：無定形料，吸濕性小，不易分解，易脆裂，熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；
ｂ：流動性好，溢邊值0.03ｍｍ左右，應(yīng)防止飛邊；
ｃ：塑件壁厚應(yīng)均勻，不宜有嵌件，（如有嵌件應(yīng)先預(yù)熱），缺口，尖角應(yīng)圓弧連接；
ｄ：可用螺桿式或柱塞式注射機加工，噴嘴可以選用直通式或自鎖式；
ｅ：易采用高料溫，低模具溫度，低注射壓力延長注射時間有利于降低內(nèi)應(yīng)力，防止縮孔，變形（尤其對厚壁塑件），但料溫高易出銀絲，料溫低或脫模劑多則透明性較差；
ｆ：可以采用各種形式的澆口，澆口與塑件應(yīng)圓弧連接，防止去除澆口時損壞塑件，脫模斜度宜取2以上，塑件頂出均勻，以防止脫模不良而發(fā)生開裂。
1.5 PS的注射成型工藝
1.5.1 注射成型工藝過程
（1）預(yù)烘干—→裝入料斗—→預(yù)塑化—→注射裝置準備注射—→注射—→保壓—→冷卻—→脫模—→塑件送下工序
（2）清理模具—→涂脫模劑—→合?！⑸?
1.5.2 PS的注射成型工藝參數(shù)
（1）注射機：螺桿式
（2）螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）： 48
（3）預(yù)熱和干燥溫度（℃）： 60/75 時間（ h ） 2
（4）料筒溫度（℃）： 中段 170/190 后段 140/160
（5）模具溫度（℃）： 32/65
（6）注射壓力（MPa）： 60/110
（7）成型時間（ s ）： 注射 15/45 高壓 0/3
冷卻 15/60 成型周期 40/120
（8）后處理（成型后的制品應(yīng)置于紅外線燈下或鼓風烘箱內(nèi)）：
溫度（℃） 70 時間（ h ）2/4
1.6 塑件可能產(chǎn)生的缺陷及相應(yīng)的消除措施
缺料（注射量不足）、氣孔、溢料飛邊、熔接痕強度低、表面硬度、強度不足等等；
以上缺陷可以酌情采取加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴尺寸、增大注射壓力、提高模具溫度等措施予以消除。
2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式
2.1 確定型腔數(shù)量及排列方式
一般來說，精度要求高的小型塑件和大、中型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具，可以提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。設(shè)計時還應(yīng)注意以下幾點：
a. 盡可能采用平衡式排列，確保制品質(zhì)量的均衡和穩(wěn)定；
b. 型腔布置與澆口開設(shè)部位應(yīng)力求對稱，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；
c. 盡量使型腔排列得緊湊，以減小模具的外形尺寸。
2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
a.多型腔單分型面模具：塑件外觀質(zhì)量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結(jié)構(gòu)。
b.多型腔多分型面模具：塑件外觀質(zhì)量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結(jié)構(gòu)。
該塑件外觀質(zhì)量要求較高，并可以看出分型面的位置、塑件推出機構(gòu)的痕跡，澆口宜采用潛伏式澆口。
由以上分析初步擬定采用一模兩腔，排列方式如下圖：
圖 2-1
3 注塑機型號的確定
注射機規(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)型式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計人員應(yīng)對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注塑機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設(shè)計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶取得商量調(diào)整，避免出現(xiàn)質(zhì)量事故。
3.1 塑件計算（公式由文獻[9]）
(1)該塑件的體積為： V1=23.93（cm3）
質(zhì)量為： m1=25.13g
(2)流道凝料的體積約為： V 2=23.930.62 =28.7（cm3）
質(zhì)量為： m2=1.05g/cm328.7 cm3=29.5g
(3)該模具單次注射所需塑料PS的總體積約為： V0= V12+ V2 =76.56（cm3）
總質(zhì)量為： m0=m12+ m2=79.76 g
(4)注射機的公稱注射量約為：
V公≥ 0.8V0=94.45（cm3）
3.2 注射機型號的確定
根據(jù)以上分析計算以及文獻[10]中表9.9—3，可選用型號為 SZ—200/120的注射機，其技術(shù)規(guī)范及特性如下：
螺桿直徑(mm)： 40/42
最大理論注射容量(cm3)： 200
塑化能力：（g/s） 55/70
注射壓力(MPa)： 150/165
注射行程： 160
鎖模力(KN)： 1200
模具定位孔直徑(mm)： 125
最大模具厚度H(mm) 400
最小模具厚度H1(mm)： 230
移模行程： 350
噴嘴圓弧半徑R(mm)： SR15
噴嘴移動距離(mm)： 210
螺桿轉(zhuǎn)速： 0/220
3.3 注射機及型腔數(shù)量的校核(本節(jié)所用公式均出自文獻[10])
3.3.1 型腔數(shù)量的校核
a.由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量n：
上式右邊=5.802 （符合要求）
式中K——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
M——注射機的額定塑化能力（g/h）；
T——成型周期 ；
M2——澆注系統(tǒng)所需塑料相應(yīng)的質(zhì)量或體積（g或cm3）；
M1——單個塑件相應(yīng)的質(zhì)量或體積（g或cm3）。
b.按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量n：
上式右邊=5.22（符合要求）
式中，Mn——注射機允許的最大理論注射容量（g或cm3）
c.按注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)量n：
上式右邊=4.72（符合要求）
式中，F(xiàn)——注射機的額定鎖模力（N）
A1——單個塑件在模具分型面上的投影面積（mm2）
A2——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（mm2）
p——塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa），一般是注射壓力的80%
3.3.2 注射機的校核
a.注射壓力的校核：該注射機的注射壓力為150/165MPa，而PS的注射壓力為60/110MPa，所以能夠滿足要求。
b.注射量以及鎖模力在上面已經(jīng)校核，符合要求。
c.模具厚度的校核：模具厚度H必須滿足：Hmin≤Ｈ≤Ｈmax
該模具厚度為 H=32+63+81+120+32
=330mm（符合要求）
式中，Hmin——注射機允許的最小模厚，即動、定模板之間的最小開距
Hmax——注射機允許的最大模厚
d.開模行程的校核：SmaxS=H1+H2+5～10
上式右邊S=10+100+10 =120mm（符合要求）
式中， Smax——注射機最大開模行程（mm）
H1——推出距離（凸模高度）（mm）
H2——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度（mm）
4 塑件分型面位置的確定
分型面指的是打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的模具面，分型面的位置直接影響成型零部件的外觀和質(zhì)量，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)。一副完整的模具根據(jù)需要可以有一個或兩個以上的分型面，分型面可以與開模方向垂直，也可以與開模方向平行或傾斜。
4.1 分型面的形式 分型面的形式根據(jù)其位置或形狀有水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型面等等。
4.2 分型面選取的原則
（1） 不影響塑件外觀，尤其是對外觀有明確要求的制品；
（2） 有利于保證塑件的精度要求；
（3） 有利于模具加工，特別是型腔的加工；
（4） 有利于澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計；
（5） 便于制件的脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。
由以上分析，對于該模具選擇主分型面如下圖所示：
1．斜推桿 2．定模鑲件 3．動模鑲件2
圖 4-1
5 澆注系統(tǒng)設(shè)計
澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注射機噴嘴射出后達到型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道，其作用是使塑料熔體平穩(wěn)而有序地充填到型腔當中，以獲得組織致密、外形輪廓清晰的塑件。因此，澆注系統(tǒng)顯得相當重要。
一般澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料（熱流道）澆注系統(tǒng)。本次設(shè)計的模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括：主流道、分流道、冷料井、澆口。
5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則
1.考慮型腔布局。
2.熱量及壓力損失要小，為此澆注系統(tǒng)流程應(yīng)盡可能短，截面尺寸應(yīng)盡可能大，彎折盡量小、少，表面粗糙度要低。
3.均衡進料，即分流道盡可能采用平衡式布置。
4.塑料耗量要少，滿足各型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料耗量。
5.消除冷料，澆注系統(tǒng)應(yīng)能收集溫度較低的“冷料”。
6.排氣良好。
7.防止塑件出現(xiàn)缺陷，避免熔體出現(xiàn)充填不足或塑件出現(xiàn)氣孔、縮孔、殘余應(yīng)力。
8.保證塑件外觀質(zhì)量。
9.較高的生產(chǎn)效率。
10.塑料熔體流動特性（充分利用熱塑性塑料熔體的假塑性行為）。
5.2 主流道的設(shè)計
主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動流道。
5.2.1 設(shè)計要點
(1) 主流道圓錐角α=2°～6°，對流動行差的塑料可取3°～6°，內(nèi)壁粗糙度為Ra 0.63μm。
(2) 主流道大端呈圓角，半徑r=1～3㎜，以減少料流轉(zhuǎn)向過度時的阻力。
(3) 在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，主流道應(yīng)盡可能短，一般小于60㎜，過長則會影響容體的順利充型。
(4) 對于小型模具可將主流襯套與定位圈設(shè)計成整體式，但在大多數(shù)情況下是將主流襯套和定位圈設(shè)計成兩個零件，然后配合固定在模板上。主流道襯套與定模座板采用H7/m6過盈配合，與定位圈的采用H9/f9的間隙配合。
(5) 主流道襯套一般選用T8、T10制造，熱處理后硬度52～56HRC。
5.2.2 基本設(shè)計計算（公式由文獻[9]）
（1）主流道小端直徑d=(注射機噴嘴直徑)+0.5～1
=3.5+0.5～1 取d =5（mm）
（2）主流道球面半徑SR=12+2～3 取SR=15（mm）
（3）球面配合高度 h=3～5 取h=4（mm）
（4）主流道長度L，由標準模架及該模具的結(jié)構(gòu)，
取L=28+35+h1 =72（mm）
（5）主流道大端直徑 D=d+2Ltg（α/２）（取α=3°）
≈7.04 取D=7（mm）
得： L公≈72+h+3 取L總=80（mm）
5.3 主流道襯套設(shè)計
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材質(zhì)性能要求較嚴，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理，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，用于小型模具，中大型模具設(shè)計成分體式。但由于該模具流道較長，設(shè)計成分體式較宜。
其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
1.定位圈 2.澆口套 3.定模座
4.定模板 5.定模鑲件 6.動模鑲件2
7.動模鑲件1
圖 5-1
5.4 冷料井的設(shè)計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一段熔體因輻射散熱而可能低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內(nèi)約10～25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里相對較低的冷料進入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料井（冷料穴）。
5.4.1 主流道冷料井
開模時應(yīng)將主流道中的冷凝料拉出來，冷料井的深度約為直徑的1～1.5倍。
該模具冷料井結(jié)構(gòu)如下：
1.主流道凝料 2. 澆口套 3.分流道凝料
4. 動模鑲件1 5. 拉料桿
圖 5-2
5.4.2 分流道冷料井
當分流道較長時，可將分流道的端部沿料流前進方向延長作為分流道冷料井，以儲存冷料前鋒，其長度為分流道直徑的1.5～2倍。
5.5分流道的設(shè)計
在多型腔或單型腔多澆口時應(yīng)設(shè)置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設(shè)置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等。
分流道最理想的設(shè)計就是把流動的熔融塑料在流道中的壓降降到最小，在多種常見截面當中，圓形截面的壓降是最小的，但加工相對不便。
5.5.1 分流道的形狀及尺寸（公式由文獻[10]）
（1）分流道的截面形狀有圓形、半圓形、矩形、梯形、V形等多種。顯然圓形截面最理想，實際生產(chǎn)當中使用也越來越多。
本次設(shè)計采用單面圓形截面，形狀如下圖所示：
圖 5-3
分流道的尺寸由經(jīng)驗得知。
（2）流道剪切速率的校核：
=
由《塑料制品與模具設(shè)計》中表3.3-5可知，注射時間為：
t=2.0s
故：
Q===20.4㎝3/s
==≈1275
=12.75x10e+2＞5×102se-1
符合要求。
5.5.2 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)較為理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，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，使中心層獲得較高的剪切速率。
5.6 澆口設(shè)計
澆口是塑料熔體進入型腔的閥門，對塑料件質(zhì)量具有決定性的影響，因而澆口類型與尺寸、澆口位置與數(shù)量便成為澆注系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵。澆口有多種類型，如直澆口、側(cè)澆口、點澆口、重疊式澆口、扇形澆口、潛伏式澆口等。
5.6.1 各類澆口的特點
（1）直接澆口：直接澆口雖然有如以等流程充模、澆注系統(tǒng)流程短、壓力損失和熱烈散失小，且有利于補縮和排氣等優(yōu)點，但是，塑件上殘留痕跡較大，切除困難。
（2）重疊式澆口:重疊式澆口多用于大型腔。
（3）扇形澆口: 扇形澆口適合于大面積薄壁塑件。
（4）點澆口: 點澆口必須采用雙分型面的模具結(jié)構(gòu)；澆口位置可以自由選擇，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大；澆口必須用三板模切斷；
（5）潛伏式澆口: 潛伏式澆口是點澆口在特殊場合下的一種應(yīng)用形式。但可以在脫模時自動拖斷；它可以隱藏在外表不露出的部位，使?jié)部诤圹E不外漏。但加工比較空難，容易磨損。
（6）側(cè)澆口: 側(cè)澆口也稱為邊緣澆口，由于它開設(shè)在主分型面上，截面形狀易于加工和調(diào)整。多型腔模具常采用側(cè)澆口，可設(shè)計成兩板模。
綜合本塑件考慮，由于采用的是流動性比較好的聚苯乙烯，而且零件外表面要求較高，故采用潛伏式澆口（也稱為隧道澆口或剪切澆口），它從分型面的一側(cè)沿斜向進入型腔。在開模時，不僅能自動切斷澆口，其位置也可以設(shè)置在制品的側(cè)面、端面和背面等各個隱蔽處，使制件外表無澆口的痕跡，保證了外觀。
5.6.2 澆口尺寸計算
潛伏式澆口的幾個尺寸中，以深度h最為重要。h控制了澆口暢通開放時間和塑料熔體補縮作用。澆口寬度W的大小控制了熔體充模流量。澆口長度L，只要結(jié)構(gòu)強度允許，以短為好，一般選用L=0.7~1.3mm。澆口深度有經(jīng)驗公式：
h=nt
式中， h—潛伏式澆口寬度(mm)，中小型塑件通常用h=0.5~2mm，大約為制品最大壁厚的～；
t—塑件壁厚(㎜)；
n—塑件材料系數(shù)，取n=0.6。
故由澆口的經(jīng)驗公式：
W=
式中， d—澆口直徑；
A—型腔表面積(mm2)；
n—塑料材料系數(shù)；取n=0.6。
A≈πD2+4×(15×18)+2×(2π×5×13)
=×3.14×632+4×(15×18)+2×(2×3.14×5×13)
=3115.665+1080+816.4≈5012mm2
所以： W==≈1.4mm
最后，須用流經(jīng)側(cè)澆口熔體剪切速率=≥104s-1進行校核。
又知充模注射時間為t=1.6s，
故： Q===25.5cm3/s
===33730
=3.373×104＞104s-1
符合要求。
5.6.3 潛伏式澆口的設(shè)計
本次設(shè)計所采用的潛伏式澆口的形式如下圖所示：
1.澆口套 2.定模鑲件 3.流道推桿
4.動模鑲件2 5.動模鑲件1
圖 5-4
5.7 澆注系統(tǒng)的平衡
對于中小型塑件的注射模具己廣泛使用一模多腔的形式，設(shè)計時應(yīng)盡量保證所有的型腔同時得到均一的充填和成型。一般在塑件形狀及模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)將從主流道到各個型腔的分流道設(shè)計成長度相等、形狀及截面尺寸相同（型腔布局為平衡式）的形式，否則就需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸使各澆口的流量及成型工藝條件達到一致，這就是澆注系統(tǒng)的平衡。
5.7.1 分流道平衡
對于多型腔模具，為了達到各型腔同時充滿的目的，可通過調(diào)整分流道的長度及截面面積，改變?nèi)廴跇渲诟鞣至鞯乐械牧髁?，達到澆注平衡的目的。計算公式如下：
式中 Q1，Q2——熔融樹脂分別在流道1和流道2中的流量，cm3/s；
d1,d2——分流道1和分流道2的直徑， cm;
L1，L2——分流道1和分流道2的長度，cm。
5.7.2 澆口平衡
在多型腔非平衡分流道布置時，由于主流道到各型腔的分流道長度或各型腔所需填充流量不同，也可采用調(diào)整各澆口截面尺寸的方法，使熔融樹脂同時充滿各型腔。
澆口平衡簡稱為BGV（balanced gate value）,只要做到各型腔BGV值相同，基本上能達到平衡填充。
對于多型腔相同制品的模具，其澆口平衡計算公式如下：
BGV=（文獻[4]）
式中 Sg——澆口的截面積，mm2;
Lg——澆口的長度，mm;
Lr——分流道的長度，mm。
澆注系統(tǒng)設(shè)計時一般澆口的截面積與分流道的截面積之比SG/SZ取0.07~0.09，矩形澆口的寬度與厚度之比取3：1。
對該模具而言，從主流道到各個型腔的分流道的長度相等，各個澆口的形狀及截面尺寸都相同，顯然是平衡式布置的。
6 模架和標準件的選用
確定以上內(nèi)容之后，現(xiàn)在便可根據(jù)所定內(nèi)容設(shè)計模架。模架是注塑機的骨架和機體，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的聯(lián)系在一起。國內(nèi)市場上銷售的模架一般由定模座板（或定模底板）、定模固定板（或叫定模板）、動模定板（或稱型芯固定板）、支撐板（或稱動模墊板）、墊塊（或稱模腳）、動模座板（或稱動模底板）、推板（或稱推出底板）、推桿固定板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿等組成。根據(jù)需要，還可以有特殊的模架，如點澆口模架等。在學校進行畢業(yè)設(shè)計時，一般應(yīng)選用標準模架；在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)計中，可能要自行設(shè)計，但應(yīng)盡可能選用標準模架，確定模架的形式，規(guī)格及標準代號。
模架尺寸確定之后，對模具有關(guān)零件要進行必要的強度或剛度計算，以校核所選模架是否適當，尤其是對大型模具，這一點尤為重要。
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再結(jié)合標準模架，可選用標準模架355×L， L取355mm，可滿足要求。
模架上要有統(tǒng)一的基準，所有零件的基準應(yīng)從這個基準推出，并在模具上打出相應(yīng)的基準標記。一般定模座板與定模固定板要用銷釘定位；動、定模固定板之間通過導(dǎo)向零件定位；脫出固定板通過導(dǎo)向零件與動?；蚨９潭ò宥ㄎ?；模具通過澆道套定位圈與注射機的中心定位孔定位；動模墊板與動模固定板需要銷釘精確定位；墊塊與動模固定板需要用銷釘精確定位。
模具上所有的螺釘應(yīng)盡量采用內(nèi)六角螺釘，以便于裝配；模具外表面盡量不要有突出部分；模具外表面應(yīng)光潔并加涂防銹油漆。
6.1 定模板（定模座板）（450355，厚32mm）
通過8個M845的內(nèi)六角螺釘與定模固定板連接；
定模墊板通常就是模具與注射機連接處的定模板。
6.2 定模固定板（355355，厚63mm）
用于固定型芯（凸模）、導(dǎo)套。為了保證凸模或其它零件固定穩(wěn)固，定模固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用45鋼或Q235A制成，最好調(diào)質(zhì)230～270HB；
導(dǎo)套孔與導(dǎo)套為H7/m6或H7/k6配合；
主流道襯套與固定孔為H7/m6過渡配合；
型芯與其孔為H7/m6過渡配合。
6.3 動模固定板（355355，厚80mm）
其上的型腔采用鑲拼式；
型芯與動模固定板用楔緊塊緊固；
其導(dǎo)柱固定孔與導(dǎo)柱為H7/m6過盈配合；
6.4 墊塊（355125，厚63mm）
（1）主要作用：在動模座板與動模墊板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機的模具安裝厚度要求。
（2）結(jié)構(gòu)型式：可以是平行墊塊，也可以是拐角墊塊（該模具采用平行墊塊）。
（3）墊塊一般用中碳鋼制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨鑄鐵等。
（4）模具組裝時，應(yīng)注意左右兩墊塊高度一致，否則會由于負荷不均勻造成動模損壞。
6.5 動模座板（450355，厚32mm）
其注射機頂桿孔為?40mm。
6.6 標準模架（355355兩板模）的基本結(jié)構(gòu)形式如圖6-1所示（根據(jù)文獻[10]）：
圖 6-1
具體結(jié)構(gòu)形式以零件圖與裝配圖為準。
7 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
模具閉合時要求有準確的方向和位置，故具有一定精度的合模導(dǎo)向機構(gòu)是注射模不可缺少的組成部分。
導(dǎo)向零件的作用：模具在進行裝配和調(diào)模試機時，保證動、定模之間一定的方向和位置，導(dǎo)向零件要承受一定的側(cè)向力，起導(dǎo)向和定位作用。
當采用標準模架時，因模架本身帶有導(dǎo)向裝置，一般情況下，設(shè)計人員只要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導(dǎo)向定位裝置，則須由設(shè)計人員根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行具體設(shè)計。
7.1 導(dǎo)向機構(gòu)的功用
在注射模中，指引動模與定模之間按一定的方向閉合定位的裝置，稱之為合模導(dǎo)向機構(gòu)。此外，在臥式注塑機上的注塑模，其脫模機構(gòu)也需設(shè)置導(dǎo)向機構(gòu)。導(dǎo)向機構(gòu)的功能有：
（1） 定位作用；
（2） 導(dǎo)向作用；
（3） 承受一定側(cè)壓力；
（4） 支承定模型腔板或動模推件板。
本次設(shè)計中選用導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)。
7.2 導(dǎo)向機構(gòu)的總體設(shè)計
（1）導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后變形。
（2）該模具采用4根導(dǎo)柱對稱布置。
（3）該模具導(dǎo)柱安裝在動模固定板上，導(dǎo)套安裝在定模固定板上。
（4）為了保證分型面很好的接觸，導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)制有承屑板，即可削去一個面或在導(dǎo)套的孔口倒角。
（5）各導(dǎo)柱、導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行。
（6）在合模時，應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導(dǎo)致模具損壞。
（7）當動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。
7.3 導(dǎo)柱和導(dǎo)套設(shè)計
導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)，包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套兩個主要零件，分別安裝在動、定模兩邊。
導(dǎo)柱的基本機構(gòu)形式有兩種。一種是除安裝部分的凸肩外，長度的其余部分直徑相同，稱為帶頭導(dǎo)柱，見GB4169.4—84，另一種是除安裝部分的凸肩外，使安裝的配合部分直徑比外伸的工作部分直徑大，稱有肩導(dǎo)柱，GB4169.5—84。帶頭導(dǎo)柱用于生產(chǎn)批量不大的模具，可以不用導(dǎo)套。有肩導(dǎo)柱用于采用導(dǎo)套的大批量生產(chǎn)并高精度導(dǎo)向的模具。裝在模具另一邊的導(dǎo)套安裝孔，可以和導(dǎo)柱安裝孔以同一尺寸一次加工而成，保證了同軸度。導(dǎo)柱前端均須有錐形引導(dǎo)部分，并可割有儲油槽。導(dǎo)柱直徑尺寸隨模具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大，導(dǎo)柱間的中心距應(yīng)愈大，所選導(dǎo)柱直徑也應(yīng)愈大。
根據(jù)前面的計算可知，我們可根據(jù)模板外形尺寸可選擇導(dǎo)柱直徑d=32mm的帶肩導(dǎo)柱 。
無論帶導(dǎo)套或不帶導(dǎo)套的導(dǎo)向孔，都應(yīng)設(shè)計為通孔，或?qū)ｉT設(shè)計排氣槽，以避免模具閉合時的空氣阻力，我在定模板開了一個凹槽，用以排氣。導(dǎo)套常用的結(jié)構(gòu)形式也有兩種，一種是直導(dǎo)套，見GB4169.2—84。直導(dǎo)套常用于厚模板的導(dǎo)向，需與模板上導(dǎo)向空有較緊配合，防止