第三章模具類型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(副本)

1、第三章 模具類型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三章 模具類型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 分型面及排氣形式的確定3.1.1 分型面的確定分型面是分開模具取出塑件的面，是模具動(dòng)、定模的分界面。分型面的位置應(yīng)位于塑件斷面輪廓最大處，同時(shí)還應(yīng)考虛以下因素：脫出塑件方便，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，型腔排氣順利，確保塑件質(zhì)量，無損塑件外觀，設(shè)備利用合理等。不論分型面如何選擇，實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)不外乎如下三種情況：（1） 型腔完全在動(dòng)模一側(cè)（2） 型腔完全在定模一側(cè)（3） 型腔各有一部分在動(dòng)、定模。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主分型面位置如圖3-1所示，即第三種模具結(jié)構(gòu)方案。圖3-1 分型面的位置3.1.2 排氣方式的確定在注射成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和

2、澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，這些氣體若不能被熔融塑料順利地排出型腔，則可能因填充時(shí)氣體被壓縮而產(chǎn)生高溫，引起塑件局部碳化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑料熔接不良而引起塑件強(qiáng)度降低，甚至阻礙塑料填充等。為了使這些氣體從型腔中及時(shí)排出，在設(shè)計(jì)模具時(shí)必須考慮排氣問題。排氣方式有開設(shè)排氣槽排氣和利用模具分型面或模具零件的配合間隙處自然排氣等。因利用模具分型面或配合間隙自然排氣不需開設(shè)專門的排氣槽，設(shè)計(jì)和加工都較為方便。由于本設(shè)計(jì)塑件較小，排氣量小，塑件最后充滿的位置位于分型面上，因此采用分型面和斜頂推桿與推孔間的間隙排氣。3.2 型腔數(shù)的確定與型腔的布置3.2.1

3、型腔數(shù)的確定注塑模具型腔數(shù)的確定，與現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件質(zhì)量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關(guān)。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，定貨量大時(shí)可選用大型機(jī)、多型腔模具，對(duì)于小型制件，型腔數(shù)量可由經(jīng)驗(yàn)決定。當(dāng)尺寸精度和重復(fù)性精度要求很高時(shí)，應(yīng)盡量減少型腔的數(shù)目，在滿足其它要求的前提下盡量采用單型腔模具。針對(duì)于本設(shè)計(jì)的塑件，由于尺寸精度和重復(fù)性精度要求高，因而采用一模一腔，同時(shí)考慮到塑件上有異形孔、左右兩側(cè)各要側(cè)抽，內(nèi)部有倒扣，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以采用一模一腔較為合適。3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與論證澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模設(shè)計(jì)中的重要問題之一。澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴流向型腔的通道，它向型腔中

4、的傳質(zhì)、傳壓、傳熱情況決定著塑件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，它的布置和安排影響著塑件成型的難易程度和模具的復(fù)雜程度。對(duì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求有：（1） 對(duì)模腔的填充迅速有序。（2） 可同時(shí)充滿各個(gè)型腔。（3） 對(duì)熱量和壓力損失較小。（4） 盡可能消耗較少的塑料。（5） 能夠使型腔順利排氣。（6） 澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離或切除。（7） 不會(huì)使冷料進(jìn)入型腔。（8） 澆口痕跡對(duì)塑件外觀影響很小。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井等四部分組成。3.3.1 主流道的設(shè)計(jì)根據(jù)該模具設(shè)計(jì)要求確定用臥式注塑機(jī)，因此主流道應(yīng)為錐形流道。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得XS-ZY-125型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：噴嘴前端孔徑：

5、d=4mm 噴嘴前端球面半徑：R1=10mm（1） 主流道是連接注射機(jī)噴嘴與分流道的塑料熔體通道。D: 主流道小端直徑D=d（噴嘴前端孔徑）+（0.51）mm。L：主流道長(zhǎng)度，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)確定，越短越好。R：球面半徑R2=R1（噴嘴前端球面半徑）+（12）mma:主流道錐度，一般為24；粘度大的可選36（但應(yīng)力求與鉸力的斜度一致，在選用標(biāo)準(zhǔn)澆口套時(shí)，主流道已一同選定。）取主流道球面半徑R2=12mm取主流道的小端直徑D=5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其斜度為36，經(jīng)換算得主流道大端直徑D1=10mm。為了使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=5mm的圓

6、弧過渡。（2） 澆口套設(shè)計(jì)：為標(biāo)準(zhǔn)件可選定。澆口套常用鋼材是T8A、T10A熱處理要求：（5055）HRC。 如圖3-3、3-4所示。 圖3-3主流道的設(shè)計(jì)圖3-4主流道襯套與定位環(huán)分開設(shè)計(jì)3.3.2 分流道的設(shè)計(jì)（1） 分流道設(shè)計(jì)的原則。1.盡量保證各型腔同時(shí)充滿，并均衡補(bǔ)料。2.各型腔之間距離恰當(dāng)，以保證排布冷卻水道、螺釘?shù)?，并有足?截面積受注塑壓力。3.盡量縮短流道長(zhǎng)度，降低澆注系統(tǒng)凝料重量。4.型腔和澆注系統(tǒng)投影面積的重心應(yīng)盡量接近注塑機(jī)鎖模力的中心。（2） 布置方式分流道的布置方式有兩種：平衡式與非平衡式。平衡式是指從主流道到各型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、斷面尺寸都對(duì)應(yīng)相等優(yōu)點(diǎn)為生

7、產(chǎn)的制品精度高，缺點(diǎn)是對(duì)應(yīng)部位尺寸精度要求高。非平衡式是指主流道到各型腔的分流道不完全相同，優(yōu)點(diǎn)是可減少回頭料的重量，缺點(diǎn)是澆口設(shè)計(jì)較難，生產(chǎn)制品的精度低。（針對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具采用一模兩腔平衡式布置）（3） 尺寸設(shè)計(jì)1、 長(zhǎng)度：分流道長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置。從輸送熔體以減少壓力和熱量損失的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮智分流道長(zhǎng)度；從結(jié)構(gòu)與冷卻考慮，分流道應(yīng)有一定的長(zhǎng)度。2、 斷面形狀與尺寸：實(shí)際設(shè)計(jì)中所采用的分流道斷面形狀有圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等。由于圓形分流道表面積最小，阻力亦小，澆口可開在流道中心線上，因而延長(zhǎng)了澆口凍結(jié)時(shí)間，對(duì)側(cè)向進(jìn)料的小澆口有利，雖制造比較困難

8、、費(fèi)用高，但對(duì)于表面有質(zhì)量要求的制件，采用圓形分流道的熱量損失較小，可更好地滿足表面質(zhì)量的要求，故采用半圓形分流道。 確定分流道斷面尺寸時(shí)，應(yīng)保證分流道內(nèi)的塑料在型腔內(nèi)充滿并補(bǔ)充因型腔內(nèi)塑料冷卻收縮所需的熔體后，方可進(jìn)行冷卻凝固。（按此要求及參考常用塑料的分流道直徑表得：ABS塑料分流道尺寸推薦范圍4.89.5，本設(shè)計(jì)取分流道的直徑為5mm。） 3.3.3 澆口的設(shè)計(jì)澆口是熔體進(jìn)入型腔的最后通路。它的位置、尺寸及形狀直接影響塑件的質(zhì)量，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易導(dǎo)致填充不好，產(chǎn)生熔接痕、氣泡、翹曲變形、密度不均以及內(nèi)應(yīng)力過大，甚至于不能充滿。圖3-5所示為利用模流分析軟件Moldflow所得最佳澆口位置

9、。圖3-5 澆口最佳位置 由圖可見，澆口最佳位置位于該塑件的側(cè)表面，由于塑件左右有兩處側(cè)向抽芯，所以本著簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的原則，設(shè)計(jì)采用側(cè)澆口（如圖3-2所示）。澆口截面尺寸的確定要點(diǎn) 澆口截面形狀和尺寸的確定要根據(jù)制品的尺寸大小、壁的厚?。ǔ叽绱蟮?、壁厚的，澆口尺寸要適當(dāng)放大些，反之則應(yīng)取小尺寸）、塑料的品種（流動(dòng)性好的，尺寸取值應(yīng)偏小，反之應(yīng)取大值尺寸）以及制品的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的澆口形式而定； 先取小值，試模后根據(jù)情況再修正。（小尺寸可以修大，太大了就無法修小了。）（1） 澆口位置確定的要點(diǎn) 澆口應(yīng)設(shè)計(jì)在制品壁厚最厚之處，并力求澆口至型腔各部分距離盡可能接近并利于補(bǔ)縮。 避免在澆口處產(chǎn)生噴射、在成

10、型中產(chǎn)生蛇流。 應(yīng)設(shè)計(jì)在制品成型時(shí)的主要受力之處，因?yàn)榇颂幨撬芰先垠w流動(dòng)向上所承受的拉應(yīng)力和壓力的最大之處，特別是帶填料的增強(qiáng)塑料，更為明顯。 應(yīng)考慮并顧及到制品的尺寸和精度要求；因?yàn)樗芰狭鲃?dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向的收縮率不相同，所以應(yīng)考慮到的方向性和可能引起的變形。一般澆口的尺寸很難用理論公式計(jì)算，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，取其下限，然后在試模過程中逐步加以修改。一般澆口的截面面積約為分流道截面面積的3%-9%,截面形狀常為矩形或圓形，澆口長(zhǎng)度為0.5-2mm，表面粗糙度Ra值不低于0.4um。根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用側(cè)澆口較為理想。從塑件中心側(cè)面進(jìn)料，在模具結(jié)構(gòu)上采取鑲拼式型腔、型芯

11、，有利于填充、排氣。（本設(shè)計(jì)為倒圓角梯形的側(cè)澆口，寬度為8mm、深度為2mm、側(cè)角度為30°、拐角半徑為2mm，長(zhǎng)度為3mm,試模時(shí)修正。）圖3-6分流道與澆口3.3.3 帶鉤形拉料桿和冷料穴的設(shè)計(jì)該冷料穴底部有一根與冷料穴公稱直徑相同的鉤形（Z形）拉料桿，由于拉料頭部的側(cè)凹能將主流道凝料鉤住，開模時(shí)即可將凝料從主流道中拉出。同時(shí)，由于拉料桿的尾部固定在推桿固定板上，故在塑件推出時(shí)，凝料也一同推出。取出塑件時(shí)，用手工朝拉料鉤的側(cè)向稍許移動(dòng)，即可將塑件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。該冷料穴是一種常用用的形式，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-7所示。圖3-6帶鉤形拉料桿3.4 模具成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.

12、4.1 模具材料的選擇現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以在模具材料的選擇時(shí)主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件,如果選材不當(dāng)，則所有的精密加工所投入的工時(shí),設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。在選擇模具鋼時(shí),首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標(biāo)之一,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標(biāo),耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從ABS特性看,這三項(xiàng)指標(biāo)是必須要滿足的,此外還有紅硬性,抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。從工藝性能考慮:要熱加工工

13、藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經(jīng)濟(jì)考慮,要求材料來源廣,價(jià)格低。經(jīng)查（塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)(軟件版)）選擇模仁的材料是40Cr。40Cr屬于低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，一般調(diào)質(zhì)使用，比45#鋼要好點(diǎn)。該鋼機(jī)械加工性能較好,經(jīng)熱處理(淬火及回火)后,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強(qiáng)度和耐磨性,適于制造承受高負(fù)荷,高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.3.4.2 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凹模是成型制品外表面的成型零件，是制品外表面形狀、結(jié)構(gòu)的復(fù)制。凹模按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌入式、

14、組合式等。根據(jù)塑件的外形和結(jié)構(gòu)分析，選用整體嵌入式凹模。整體嵌入式凹模的優(yōu)點(diǎn)：可以選用優(yōu)質(zhì)鋼材加工而又用材不多，其結(jié)構(gòu)便于加工，也便于維修和更換。一致性較好，尤其是多型腔結(jié)構(gòu)的模具常采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)的凹模。圖3-7整體式凹模3.4.3 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凸模即成型塑料制品內(nèi)表面的大型芯，而成型制品上的孔是小型芯或稱為成型桿。凸模分為整體式型芯、整體嵌入式、組合式等。根據(jù)塑件的外形和結(jié)構(gòu)分析，選用組合式凸模。凸模與模板之間可直接用螺釘和銷釘固定。圖3-8-1組合式凸模1. 組合式凸模小型芯 2. 組合式凸模盲孔型芯 3. 組合式凸模型芯4. 組合式凸模異型孔型芯 5. 組合式凸模大型芯 6. 組合式凸模型芯板圖3-8-2組合式凸模各成型件3.4.4側(cè)向分型與抽芯的基本功能側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)具備以下基本功能：（1）能夠保證在不引起塑件變形的情況下準(zhǔn)確抽芯和分型。（2）運(yùn)動(dòng)靈活，動(dòng)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。以上幾點(diǎn)可以保證塑件必要的尺寸精度和模具具有較長(zhǎng)工作壽命。此外，側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮制造和裝配等方面的問題。3.4.5 側(cè)向分型與抽芯的結(jié)構(gòu)形式觀察塑件的結(jié)構(gòu)（如圖1-1）可以看出，塑件的成型難點(diǎn)在于塑件異形截面的凹孔和凸孔