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Mp3充電器后蓋注射模具設計與制造
摘 要
本文主要介紹了Mp3充電器后蓋的“一模二腔”點澆口注塑模具設計的過程。包括塑件塑料的工藝分析、零件結構分析、模具結構分析及模具設計等內容。首先按照無紙化模具設計的一般流程，對所設計的模具進行工藝方案的分析與各數(shù)據(jù)的計算，并運用Pro/ENGINEER進行設計。計算MP3充電器外殼的體積、質量，根據(jù)體積或質量確定模具型腔數(shù)。通過應用Pro/ENGINEER軟件，進行零件繪制、組裝零件。并利用AutoCAD進行成品圖、結構圖以及組立圖的繪制，確定各種設計尺寸、公差，增強了設計能力，掌握各零部件的參數(shù)和設計技巧。
關鍵詞：Mp3充電器后蓋，一模兩腔，點澆口，注塑模設計，Pro/ENGINEER
Mp3 charger back cover shell mold design and make
Abstract
This paper introduces the charger back cover shell of "one mold with two cavities"pin-point gate the injection mold design process. Arts and analysis, including parts plastic parts structural analysis, the contents of the mold structure analysis and die design.First, in accordance with the general process of paperless mold design, mold design technology program analysis and calculation of data and the use of Pro / ENGINEER design. Calculation MP3 charger, case volume, mass, volume or mass to determine the number of the mold cavity. Through the application of Pro / ENGINEER software, drawing parts, assembly parts. The use of AutoCAD and the finished map, chart and map assembly drawing to determine the various design dimensions, tolerances, and enhance the design capability to master all parts of the parameters and design skills.
Key words: Mp3 charger back cover shell，one mold with two cavities，pin-point gate，the injection mold design，Pro/ENGINEER
目 錄
緒論...................................................................... 1
第1章 畢業(yè)設計總述....................................................... 3
1.1 設計要求.......................................................... 3
1.2 設計的背景及目的.................................................. 3
第2章 塑件的成型工藝參數(shù)..................................................5
2.1 ABS的材料特性分析................................................5
2.2 ABS的注射成型工藝參數(shù)............................................6
2.3 Mp3充電器后蓋成型工藝過程分析.................................... 7
2.4 塑件的質量和體積分析.............................................. 7
第3章 Mp3充電器后蓋結構形式的擬定...................................... 8
3.1 塑件的結構分析.................................................... 8
3.2 塑件在模具中的位置................................................ 8
3.3 塑件分型面的確定.................................................. 9
3.4 澆注系統(tǒng)的設計................................................... 10
3.4.1 主流道設計................................................. 11
3.4.2 分流道的設計............................................... 11
3.4.3 澆口的設計................................................. 13
3.4 冷料穴的設計..................................................... 15
3.5 排氣系統(tǒng)的設計................................................... 19
第4章 脫模推出機構的設計................................................ 20
4.1 推出機構的設計 .................................................. 20
4.2 合模導向機構的設計 .............................................. 22
第5章 成型零件的設計與加工工藝.......................................... 23
5.1 成型零件的結構設計............................................... 23
5.2 凸凹模的機加工工藝............................................... 27
第6章 冷卻系統(tǒng)的設計.................................................... 29
6.1 水道直徑的設計................................................... 29
6.2 冷卻系統(tǒng)的方法................................................... 29
第7章 模架的選擇........................................................ 30
7.1 模架的選取....................................................... 30
7.2 模具標準零部件的設計............................................. 32
第8章 Mp3充電器后蓋成型設備的選擇......................................34
8.1 注射機型號的確定................................................. 34
8.2 注射機型腔數(shù)量確定與校核......................................... 34
8.3 注射機注射量的校核............................................... 35
8.4 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核............................. 36
8.5 最大注射壓力校核................................................. 36
8.6 模具與注射機安裝部份的校核....................................... 37
8.7 開模行程校核..................................................... 37
第9章 總裝圖的繪制...................................................... 38
9.1 模具總圖......................................................... 38
總結..................................................................... 42
致謝..................................................................... 43參考文獻................................................................. 44
緒論
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。同時，我國的模具產業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產業(yè)總產值保持13%的年增長率。
在我國，雖然模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術的普及率不高，許多先進的模具技術應用還不夠廣泛等等。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術上存在明顯差距，這些類型模具的生產能力也不能滿足國內需求，因而需要大量從國外進口。
模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60％~90％的產品的零件，組件和部件的生產加工。巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展。
作為機械工程師應能適應當今世界制造業(yè)全球化、信息化、綠色化、服務化的發(fā)展趨勢，掌握機械制造技術，懂得經(jīng)濟、管理知識以及有關國際通則。未來我國的模具將呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢：
1. 加深理論研究
在模具設計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經(jīng)有經(jīng)驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。
2. 高效率、自動化
大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。
3. 大型、超小型及高精度
由于產品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。
4. 革新模具制造工藝
在模具制造工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。
5. 標準化
開展標準化工作，不僅大大提高了生產模具的效率，而且改善了質量，降低了成本。
第1章 畢業(yè)設計總述
1.1 設計要求
（1）制品名稱：Mp3充電器后蓋注塑模具設計與制造
（2）制品材料：ABS塑料
（3）生產綱領：年產10000件
塑件的外形尺寸如下圖：
圖 1.1 塑件的三維造型
圖 1.2 塑件的視圖
1.2 設計的背景及目的
（1）設計的背景
隨著科學技術的發(fā)展，電器產品逐漸成為人們日常生活必不可少的生活用品，人們對電器產品的要求從實用性、可靠性己經(jīng)提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)濟性等方面的要求，從而對電器產品也提出了許多新的要求。對電器產品的這種不斷提出的新要求，促使電器產品的外形不斷的改進，外形零件的生產技術也不斷得到新的發(fā)展，使電器產品外殼零件成形技術在成形領域中占有越來越重要的地位。目前，電器產品的外形設計及加工技術日益受到了國內外的高度重視，一些發(fā)達國家在這方面的研究已經(jīng)取得相當?shù)倪M展。他們的電器產品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設計高效快捷，產品更新?lián)Q代加快，能夠滿足人們的各種要求。
由于電器產品美觀性的要求，零件外形多為復雜曲面，傳統(tǒng)的設計方法在對零件成形過程分析以及對產品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產品成形過程數(shù)值模擬技術跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產品開發(fā)和生產的一個瓶頸。面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進水平，不斷提高電器產品外觀零件的質量，降低設計和生產成本，加快生產周期。因而，Mp3充電器后蓋注塑模成形技術的研究與開發(fā)具有相當重要的理論意義和實用價值。以此作為一個突破口，帶動和促進相關電器產品外觀零件注塑成形技術的發(fā)展和技術創(chuàng)新。
（2）設計的目的
通過本次設計使自己掌握注射模的模具結構的設計步驟，對CAD、PRO/E等一系列軟件的應用熟練，讓我們能更快適應生產工作。培養(yǎng)自己綜合運用自己綜合運用所學基礎和專業(yè)基本理論、基本方法分析和解決相關專業(yè)工程實際問題的能力，在獨立思考、獨立工作能力方面獲得培養(yǎng)和提高。加之通過畢業(yè)設計實習，完成該課題可對我們大學四年期間所學的知識進行一次較為全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學的知識去解決生產中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力，為我們以后走上工作崗位打下一個良好的基礎。
第2章 塑件的成型工藝參數(shù)
通常，塑件制品的材料有很多種，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù)。對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說,要考慮的主要是材料的力學性能，如屈服應力，彈性模量，彎曲強度，表面硬度等。該塑件對材料的要求首先必須是粗糙度和透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題。經(jīng)過多方面的考慮選用ABS。
2.1 ABS的材料特性分析
ABS 是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三種化學單體合成。其中 A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。
(1) ABS的使用特性
1）ABS是無毒、無味，易燃燒、無自熄性，密度為1.08～1.2g/cm3的塑料。
2）ABS具有較高的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。
3）有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。
4）尺寸穩(wěn)定，易于成型和機械加工，與372有機玻璃的熔接性良好，經(jīng)過調色可配成任何顏色，且可作雙色成型塑件，且表面可鍍鉻。
5）ABS幾乎不受酸、堿、鹽及水和無機物的影響。
(2) ABS的成型特性
1) ABS的熱穩(wěn)定性差，熱變形溫度為93℃，脆化溫度為-27℃，使用的溫度范圍為-40～100℃，而且ABS的耐火性也差，紫外線作用下容易氧化降解，從而會導致制件變硬變脆。
2) 吸濕性強，含水量應小于0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。
3) 流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯、PS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
4) 易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對斜流的阻力，模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。
5) ABS在升溫時粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取1 °以上。
6) 在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。
7) 無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。
(3) ABS主要技術指標：
表 2.1 ABS主要技術參數(shù)
力 學 性 能
屈服強度/Mpa
50
熱 性 能 及 電 性 能
玻璃化溫度/℃
-
拉伸強度/Mpa
38
熔點（粘流溫度）/℃
130-160
斷裂伸長率/%
35
熱變形溫度/℃
45N/cm3
180N/cm3
90-108
83-103
拉伸彈性模量/Gpa
1.8
線膨脹系數(shù)/（10-5/℃）
7.0
彎曲強度/Mpa
80
比熱容/＜J/(kg*K)＞
1470
彎曲弱性模理/Gpa
1.4
熱導率/＜W/(m*K)＞
0.263
塑件質量沖擊強度/kJ/m2
無缺口
缺口
261
燃燒性/(cm/min)
慢
11
體積電阻/Ω*cm
6.9*1016
布氏硬度/HBS
9.7R121
擊穿電壓/(kV/mm)
-
物理
性能
密度/（g/cm3）
1.02～1.16
吸水性/%（24h）
0.2～0.4
比體積/(cm2/g)
1.02～1.06
透明度或透光率
不透明
2.2 ABS的注射成型工藝參數(shù)
（1）注射機：螺桿式
（2）螺桿轉速（r/min）：30～60（選30）
（3）預熱和干燥：溫度（°C） 80～85
時間 (h) 2～3
（4）密度（g/ cm3）:1.02～1.16
（5）材料收縮率（℅）：0.3～0.8
（6）料筒溫度（°C）：后段 150～157
中段 165～180
前段 180～200
（7）噴嘴溫度（°C）：170～180
（8）模具溫度（°C）：50～80
（9）注射壓力（MPa）：20～70
（10）成形時間（S）：注射時間 20～90
高壓時間 0～5
冷卻時間 20～120
總周期 50～220
（11）適應注射機類型：螺桿、柱塞均可
（12）后處理：方法 紅外線燈、烘箱
溫度（°C） 70
時間（h） 2～4
2.3 Mp3充電器后蓋成型工藝過程分析
根據(jù)設計指導書的設計要求模具的類型是注塑模具，故Mp3充電器后蓋的成型工藝過程是注塑成型過程，即：
（1）ABS預烘干-→ABS裝入料斗-→預塑化-→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--→合模--→注射
2.4 塑件的質量和體積分析
經(jīng)Pro/E三維造型后測得單體實際體積約為11.03cm3,澆注系統(tǒng)體積約為2.77cm3；查參考文獻[1]《塑料成型工藝與模具設計》中附錄2的表2-2得知其密度為1.08～1.2g/cm3，收縮率為0.3%～0.8%，計算出其平均密度為1.14g/cm3，平均收縮率為0.55%。
塑件的質量M塑=ρV塑=1.14×11.03=12.57g
式中 ρ--塑料的密度，g/cm3
澆注系統(tǒng)的質量M澆=ρV澆=1.14×2.77=3.16g
故 V總=V塑+V澆=11.03+2.77=13.80 cm3
M總=M塑+M澆=12.57+3.16=15.73g
第3章 Mp3充電器后蓋結構形式的擬定
3.1 塑件的結構分析
(1) 塑件結構分析
從塑件的三維圖和主視圖可以看出結構比較簡單的零件。壁厚為2mm,且比較均勻。產品是所有邊緣均帶有圓角特征，圓角為8mm,該塑件的表面除要求沒有流紋、缺陷、毛刺，沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現(xiàn)。
(2) 塑件的尺寸公差和精度分析
該充電器后蓋長65mm、寬40mm、厚15mm，其粗糙度值為Ra0.06mm。影響塑件公差的主要因素是：模具制造誤差及磨損誤差，尤其是成型零件的制造和裝配誤差以及使用中的磨損、塑料收縮的波動、注射工藝條件的變化、塑件制品的形狀和飛邊厚度的波動、脫校斜度及成型后制品的尺寸變化。由于模具任務書沒要求精度等級，這里采用IT6級。
脫模斜度：產品的厚度適中，脫模斜度這里取1°。
3.2 塑件在模具中的位置
(1) 塑件的成型位置
這里選擇塑件全在定模中，其結構如下圖，圖中1 動模， 2 型芯 ，3 定模。
圖 3.1 成型位置
（2）確定型腔排列方式
可根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù)n為2。其型腔的排列方式如下圖：
圖 3.2 型腔排列方式
3.3 塑件分型面的確定
(1) 分型面的選擇
分型面是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝等有密切關系，并且直接影響著塑件結構的復雜程度及塑料的成型質量。
(2) 分型面的形式
由于塑件外觀質量要求不高，為尺寸精度要求一般的小型塑件，故可采用多型腔單分型面模具。并且從塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出機構的設置以及澆口的位置。因此，分型面可采用單分型面垂直分型。
(3) 分型面的設計原則
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的結構工藝性及精度、形狀以及摧出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析。
選擇分型面時一般應遵循以下幾項基本原則：
① 分型面應選在塑件外形最大輪廓處
② 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模
③ 保證塑件的精度
④ 滿足塑件的外觀質量要求
⑤ 便于模具制造加工
⑥ 注意對在型面積的影響
⑦ 對排氣效果
⑧ 對側抽芯的影響
在實際設計中，不可能全部滿足上述原則，一般應抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。
（4）分型面的確立
根據(jù)以上原則，分型面選擇在塑件下端的最大分型面上，這樣的選擇使塑件外表面可以在整體凹模型腔內成型，塑件外表面光滑，同時側向抽型容易，而且塑件脫模方便。如果分型面選擇在其他位置，會在分型面處留下痕跡，則會影響塑件表面的質量，同時 會使側向抽芯困難，可確定該模具的分型面如下圖：
圖 3.3 分型面
圖 3.4 分型圖
3.4 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是指凝料熔體從注射機噴嘴射出后到達型腔之前在模具內流經(jīng)的通道。澆注系統(tǒng)分為普通流道的澆注系統(tǒng)和熱流道的澆注系統(tǒng)兩大類。在設計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，才可以用一模兩腔，澆注系統(tǒng)的設計是注射模具設計的一個很重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時必須按如下原則：
（1）型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象。
（2）型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。
（3）盡量采用較短的流程充滿型腔。
（4）防止型芯的變形和嵌件的位移。
（5）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。
（6）澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應影響塑件的外觀。
綜合以上分析，該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。
3.4.1 主流道設計
主流道是指澆注系統(tǒng)中注射機噴嘴與模具澆口從套接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流進模具的部分。其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設計成錐形。其設計要點如下：
(1) 主流道的尺寸
1）主流道小端直徑
主流道小端直徑 d = 注射機噴嘴直徑 + 2 ～ 3
= 3 + 2 ～ 3 取 d = 4.5（mm）。
2）主流道的球半徑
主流道的球半徑 SR = 10 + 1 ～ 2 取 SR = 12（mm）。
3）球面配合高度
球面配合高度為 3 ～ 5 取 3（mm）。
4）主流道長度
主流道長度L，應盡量小于60mm，，上標準模架及該模具結構，取
L = 33（mm）
5）主流道錐度
主流道錐角一般應在2°～ 6°，取α = 3°，所以流道錐度為α/2=1.5°。
6）主流道大端直徑
主流道大端直徑 D = d+2Ltan（α/２）（α=3°）
≈ 6（mm）
7）主流道大端倒圓角
倒角 D/8 ≈ 0.6（mm）
根據(jù)以上數(shù)據(jù)和注射機的有關參數(shù)，設計出主流道如下圖：
圖 3.5 主流道形式
(2) 主流道襯套的形式
由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質鋼材單獨加工和熱處理，一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等，熱處理要求淬火53 ～ 57 HRC。其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度H=5～10mm。同時因該Mp3充電器后蓋采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。主流道襯套應設置在模具對稱中心位置上，并盡可能保證與相聯(lián)接的注射機噴嘴同一軸心線。其襯套結構如下圖：
圖 3.6 襯套的固定形式
3.4.2 分流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。由于模具為一模兩腔的結構，應設置分流道。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，設計時考慮到要減少流道內的壓力損失，流道的截面積大，流道的表面積小，傳熱損失小等因素，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），流道的效率最高。但是正方形截面不易脫模，淺矩形及半圓形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，當分型面為平面時，可采用梯形或U字型截面的分流道。
綜合以上分析，在實際生產中模具分流道截面采用圓型截面。其設計要點如下：
1）在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉折處應以圓弧過度。
2）分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。對于此模來說在分流道上不須開設冷料井。
3）分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
4）分流道與澆口連接處應加工成斜面，并用圓弧過度。
(1) 分流道的長度
分流道的長度應盡量短，且少彎折。
L = (50 + 15)×2 = 110（mm）
(2) 分流道的斷面
分流道的斷面尺寸應根據(jù)塑件的成形的體積，塑件的壁厚，塑件的形狀和所用塑料的工藝性能，注射速率和分流道長度等因素來確定。根據(jù)分流道截面形狀與流動理論長度的關系和參考文獻[1]的表格，再考慮到ABS的成型工藝性能，可確定分流道直徑為6mm.其分流道截面如下圖：
圖 3.7 分流道截面
(3) 分流道的布局
分流道常用的布置形式有平衡和非平衡式兩種，其布置取決于型腔的布局，兩者相互影響，該模具為一模兩腔，采用平衡式布置。也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應部位的尺寸相等，以達到各個型腔均衡地進料。
該模具分流道為圓形截面，在定模座板和定模板上都開有分流道。
(4) 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，因此分流道的內表面粗糙度Ra并不要求很低，一般Ra取1.6μm左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。
3.4.3 澆口的設計
澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的熔體通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。其主要作用是：
1）型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流。
2）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積約為分流道截面積的0.03～0.09，澆口的長度約為0.5mm～2mm，澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步糾正。
(1) 澆口的選擇
最常用的澆口形式有點澆口，側澆口，直澆口。
點澆口又稱點水口，由于前后兩段存在較大的壓力差，能增大熔體的剪切速率并產生較高的剪切熱，從而導致熔體表面粘度下降，流動性增加，有利于充型。澆口在生產過程中自動拉斷，適合自動化注射生產。能使用在一模一腔或一模多腔模具中，即可以注射小產品也可以注射大型產品，特別是有花紋的塑件也不影響塑外觀。
側澆口又稱側水口，一般開設在分型面上，在制造上加工比較方便，但不得因素是澆道流程長，熱量損耗大，因此容易產生明顯的拼料痕跡。如果要得到改善，則需加大澆道尺寸，但隨之澆道部份的回料增多。其次塑料的進料口部分需去毛刺，這樣既增加了去毛刺的工時，又損壞了周圍的美觀。
直澆口又稱大水口，無分流道，塑料通過主流道直接進入型腔，故有塑料流程短，流動阻力小，進料塊，動能損失小，傳遞壓力好等優(yōu)點。但冷卻除澆口比較困難，塑件有明顯的澆口痕跡，因澆口附近熱量比較集中，故在該處冷卻較遲，產生的內應力較大，易在該處產生汽泡、縮孔等缺陷。
綜上所述，澆口選用點澆口最佳。結構如下圖：
圖3.8 點澆口結構
通常d=0.5～1.5mm，l=1.0～1.5mm,α=6°～15°
(2) 澆口位置的選擇
澆口位置的選擇對塑件質量的影響極大。選擇澆口位置時應遵循如下原則：
1）澆口位置應使填充型腔的流程最短。
2）澆口應開設在塑件截面最厚處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產生；
3）有利于塑料熔體的流動、型腔的排氣、補塑；
4）考慮塑件受力情況，避免塑件變形
5）澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕；
6）考慮流動方向，澆口位置和數(shù)目，對塑件性能的影響；
7）澆口位置應避免側面沖擊細長型心或鑲件并校核流動比，防止型芯或嵌件擠壓位移或變形。
此外，在選擇澆口位置時應注意到實際塑料型腔的排氣問題和塑件外觀的質量題，還應考慮到澆口容易切除，痕跡不明顯，流動凝料少等因素。根據(jù)任務書和制件的實際要求，綜合考慮以上因素，點澆口選在中心點處進澆比較好。其實體設計如下圖：
圖 3.9 澆口位置
(3) 澆口套的結構形式
分流道與澆口的連接時，由于Mp3充電器后蓋的側內壁與芯存在一定的空隙，所以即使是在脫模的時候留有一定的澆口痕也不會影響裝配，其澆口套的主要結構形式有兩種，一種是整體式，即定位圈與澆口套為一體，并壓配于定模板內，一般用于小型模具;另一種為將澆套和定位圈設計成兩個零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。本設計的模具為一副中型型模具，故采用后一種結構形式。
根據(jù)實際情況，綜合考慮經(jīng)濟，節(jié)省材料等因素，選用碳素工具鋼T8A,淬火硬度為53～57 HRC。
(4) 定位圈的設計
定位圈為模具的標準零件，查《中國模具設計大典》參考文獻[13]，設計如下圖：
圖 3.10 定位圈
（5）冷料穴設計
當注射機未注射塑料之前，噴嘴最前端的熔融塑料的溫度較低，形成冷料渣，為了集存這部分冷料渣，在進料日的末端的動模板上開設一個洞穴或者在流道的末端開設洞穴，這個洞穴就是冷料穴。
根據(jù)需要，不但在主流道的末端，而目可在各分流道轉向的位置，甚至在型腔的末端開設冷料穴。冷料穴應設置在熔體流動方向的轉折位置，并迎著上游的熔體流向，冷料穴的長度通常為流道直徑的1.5～2倍。常用的是端部為Z字形的拉料桿形式，該冷料穴兼有拉料的作用。具體要根據(jù)塑料性能合理選用。本模具中的冷料穴的具體位置和形狀如下圖中所示設計在分流道末端。
圖 3.11 分流道末端的冷料穴
3.5 排氣系統(tǒng)的設計
為了使塑料熔體順利填充模具型腔，必須將澆注系統(tǒng)和型腔內的空氣以及塑料在成型過程中產生的低分子揮發(fā)氣體順利地排出模外。否則，在塑件上形成氣泡、凹陷、熔接不牢、表面輪廓不清晰等缺陷，甚至產生反壓力降低充模速度。
常見的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設排氣槽，利用排氣塞排氣。由于制件型腔對稱,且型腔最后填充部位在分型面上，配合間隙大于0.04mm,綜合考慮各種因素，選擇在分型面上開設排氣槽。其中h=0.03mm,方式如下圖：
圖 3.12 排氣槽形式
第4章 脫模推出機構的設計
4.1 推出機構的設計
使塑件從模具上脫出來的機構稱為推出出機構。推出機構的動作方向與模具開模的方向一致的。良好的推出機構要求脫模時塑件不變形和不損壞，而且推出機構的位置位于制件不明顯處。常見的脫模推出機構有推桿推出機構、推管推出機構和推件板推出機構。
推桿的設置位置采取以下原則：
1）推桿設在脫模阻力大的地方。如加強筋，壁厚等處。作用面積盡可能大一些，以防止塑件變形和損壞。
2）因為塑料收縮是抱緊凸模，所以推出力的作用點應盡量靠近凸模。因為塑件的壁厚的關系我們可以利用推板。
3）為了保證良好的塑件外觀，推出位置應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位。將推桿設計在塑件的內部型腔。
4）若推出部位需設在塑件使用或裝配的基準面上時，對不影響塑件尺寸和使用，一般推桿與塑件接觸處凹進塑件0.1mm；否則塑件會出現(xiàn)凸起，影響基面的平整。
推桿多用T8、T10材料，頭部淬火硬度達50HRC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8μm，和推桿孔呈H8/f8配合。
(1) 確定推出方式
由于該塑件形狀為方殼型零件并且脫模阻力不大，而推桿又加工簡單、更換方便、脫模效果好，因此采用圓形推桿脫模機構，所以可以使用推桿推出機構完成塑件的推出，這種方法結構簡單、推出力均勻，塑件在推出時變形小，推出可靠。普通的圓形推桿按 GB4169.1—1984選用，可滿足推桿剛度要求。根據(jù)推桿本身的結構及考慮經(jīng)濟和適用性，選用直徑為φ5×125型號的12根圓形推桿。其基本形式如下圖：
圖 4.1 推桿形式
材料：T8A 熱處理50～54HRC
2R=11mm ，d=5mm， L=125mm ，表面粗糙度Ra0.8μm
(2) 推出的位置
推桿的位置應選擇在脫模阻力最大的地方。因塑件的包緊力在四周最大，所以在塑件內側附近設置推桿。因考慮到塑件本身的強度和剛度及推桿本身的特性，推桿排列方式均勻分布在四角。
(3) 脫模力計算
當開始脫模時，模具所受的阻力最大，推桿剛度及強度應按此時計算
Ft=Ap(μcosα-sinα)+qA1
式中 A—塑件包絡型芯的面積（mm2）；
p—塑件對型芯面積上的包緊力，取0.8×107 ～1.2× 107Pa；
α—脫模斜度；
q—大氣壓力0.09Mpa；
μ—塑件對剛的摩擦系數(shù)μ，約為0.1～0.3；
A1—制件垂直于脫模方向的投影面積（mm2）
A≈（66×8.5×2＋36×8.5×2）mm2 =1666 mm2
Ft=[1666×1.2×107 ×（0.3cos 40′-sin40′）/ 106＋0.09×62×36]N
=(5997.6+200.88)N =6198.48N
(4) 確定側向抽芯機構
塑件的側面無小孔，凸臺等特殊要求，因此模具應不用置設置側向抽芯機構。本注塑模采用三板式注射模，開模時，活動板與定模板之間在彈簧的作用下使C面分型，將主澆道的凝料從澆口套中脫出。待動模繼續(xù)后退時，直到定距拉板拉到固定在活動板上的限位釘時，D面又被分開，即將塑件與澆口拉開，使塑件與型芯一起后退，而凝料在分型面取出。當動模繼續(xù)后退，注射的推桿接觸推板時，推件板在推桿的推動下，將塑件推出。
4.2 合模導向機構的設計
導向合模機構對于塑料模具是必不可少的部分，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。導向機構的主要作用有以下三點：
(l)定位作用 合模時保證動、定模正確的位置，以便合模后保持模具型腔的
正確形狀。
(2)導向作用 合模時引導動模按序正確閉合，防止損壞凹凸模。
(3)導柱在工作中承受一定的側向壓力。
導柱導向機構是比較常見的形式，查GB 4169.4-1984，其結構簡單，加工方便，在導柱的末端以導向套給以配合，導柱倒裝。一般精度為Ra0.8μm，其結構如下圖：
圖 4.2 導柱結構
導柱導向機構主要有導柱和導套組成。導柱與導套配合精度通常采用H7/f7或H8/f7，其形式如下圖所示：
圖 4.3 導柱與導套的配合
第5章 成型零件的設計與加工工藝
5.1 成型零件的結構設計
成型零部件是決定塑件幾何形狀和尺寸的零件。它是模具的主要部分，包括凹模、凸模、型腔、型芯、成型環(huán)等。設計時應首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結構、進澆點、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計算成型零件的工作尺寸，從機加工工藝角度決定型腔各零件的結構和其他細節(jié)尺寸，以及機加工工藝要求等。此外由于塑件溶體有很高的壓力，因此還應該對關鍵成型零件進行強度和剛度的校核。
按其結構不同可分為整體式和組合式兩類。
a.整體式凹模 整體凹模由整塊材料加工而成，它的特點是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會使塑件產生拼接線痕跡，但由于加工困難，熱處理不方便，故常用在形狀簡單的中、小型模具上。
b.組合式凹模 組合式凹模是指凹模有兩個以上零件組合而成，按組合方式的不同，可分為整體嵌入式、局部鑲嵌式、底部鑲拼式、側壁鑲拼式和凹壁拼合式等形式。由零件的特點選擇整體嵌入式凹模。采用此組合式凹模，簡化了復雜凹模的加工工藝，減少了熱處理變形，拼合處有間隙利于排氣，便與模具維修，節(jié)省了貴重的模具鋼。為了保證組合式型腔尺寸精度和裝配的牢固，減少塑件上的鑲拼痕跡，對于鑲塊的尺寸，形狀位置公差要求較高，組合必須牢靠，鑲塊的機械加工工藝性要好。
(1) 成型零件的選材
對于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點要求：
1）機械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。
2）拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達到鏡面，Ra≤0.05μm。要求鋼材硬度在HRC35～40為宜。過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應均勻致密，極少雜質，無疵斑和針點。
3）耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長期保持型腔的尺寸精度，達到所計劃批量生產的使用壽命期限。
4）具有耐腐蝕性。對有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。
根據(jù)塑件表面質量比較高決定模具表面質量更高這一事實，再依照上述標準，綜合分析在設計成型零件(凹模)中選用了SM45鋼。
(2) 凹、凸模的配合
凹模亦稱型腔，是成型塑件外表面的主要零件。凹模結構有整體式凹模、整體嵌入式凹模、局部鑲拼式凹模、四壁拼合式凹模、螺紋型環(huán)。凹、凸模按結構不同主要分為整體式和組合式兩種結構形式。這里凹模采用整體式結構，這樣的結構可以保證塑件的外表面的質量，延長凹模使用壽命，又不浪費價格昂貴的材料，并且凹模損壞后，維修、更換方便，還有利于塑件的拋光，且位于定模板上，因為模具為一模兩腔的結構，所以需要采用兩個型腔。型芯的結構是組合式結構，這樣有利于加工的方便，并保證配合精密，防止塑件產生飛邊。其結構設計步驟如下圖:
圖 5.1 凹模（型腔）
凸模（型芯）結構有整體式型芯、組合式型芯。本塑件采用整體式型芯。
圖 5.2 凸模（型芯）
(3) 凹、凸模的精度
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。凹凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。影響工作尺寸的因素如下：
1) 塑件收縮率的影響
由于塑料熱脹冷縮的原因，成型冷卻后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。
2) 凹凸模工作尺寸的制造公差
它直接影響塑件的尺寸公差，通常凹、凸模的制造公差取塑件公差的1/3～1/6，表面粗糙度取Ra值為0.8～0.4μm。
3) 凹凸模使用過程中的磨損量及其他因素的影響
通常凹、凸模的工作尺寸根據(jù)塑料的收縮率，凹、凸模零件的制造公差以磨損量3個因素確定。
(4) 凹、凸模的尺寸計算
凹凸模的工作尺寸計算依據(jù)以上的三種因素來確定，依次計算凹凸模的工作尺寸。
1) 凹模的工作尺寸計算
凹模是成型塑件的外形的模型零件，其工作尺寸屬于包容尺寸，在使用過程中會使包容尺寸逐漸增大。所以，為了使得模具的磨損留有修模的余地以及裝配的需要，在設計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸。尺寸公差取上偏差。
凹模的徑向尺寸計算公式：
Lm=(Ls+LsScp-3/4Δ)+δZ
凹模的深度尺寸計算公式：
Hm=(Hs+HsScp-2/3△)+δZ
式中：
Ls——塑件外形公稱尺寸
Hs——塑料高度方向的公稱尺寸
Scp——塑料的平均收縮率，取K =0.55%
△——塑件的尺寸公差
δ——模具制造公差，一般去塑件相應尺寸公差的1/3～1/6
因此：Lm1 =[65（1+0.0055）‐（3/4）×0.46]
=65.01 （塑件外形的長）
Lm2 =[40（1+0.0055）‐（3/4）×0.36]
=39.95 （塑件外形的寬）
H =[15 (1+0.0055) ‐ (2/3) ×0.20]
=14.95 （塑件外形的厚度）
2) 凸模的工作尺寸計算
凸模是成型塑件內形的，其工作尺寸屬于被包容尺寸，在使用過程中凸模的磨損會使被包容尺寸逐漸的減小。所以為了使得模具的磨損留有修模的余地以及裝配需要，在設計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
凸模的徑向尺寸計算公式：
Lm=(Ls+LsScp+3/4△)‐δZ
凸模的高度尺寸計算公式：
Hm=(Hs+HsScp+△2/3)‐δZ
因此：Lm3 =[62（1+0.0055）+（3/4）×0.46]
=62.69 （塑件內形的長）
Lm4 =[37（1+0.0055）+（3/4）×0.36]
=37.47 （塑件內形的寬）
5.2 型腔和型芯機加工工藝
表 5.3 型腔的機加工工藝
序號
工序名稱
加工內容及要求
設備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
—
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長315、寬200、厚25mm
—
3
劃線
劃線、打樣沖4個沉頭孔的中心
鉗工臺
4
鉆孔
鉆四個Φ16的孔
鉆床
5
銑削
以孔定位銑出型腔的外形
銑床
6
刨削
精刨上下面使厚度為26mm
刨床
7
鉆孔
鉆兩型腔中間Φ6的孔
鉆床
8
鉆孔
鉆旁邊側抽芯孔到規(guī)定位尺寸
鉆床
9
熱處理
淬火，表面硬度達54～58HRC
—
10
磨削
粗磨底面，使厚為25.5mm
平面磨床
11
磨削
精磨上表面，使厚度達圖紙要求
平面磨床
表 5.4 型芯的機加工工藝
序號
工序名稱
加工內容及要求
設備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
—
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長75、寬52、厚70mm
—
3
熱處理
退火
—
4
車
車型腔孔，并按圖紙要求加工Φ2×2mm，留0.05mm的磨量
車床
續(xù)表 5.4
5
鉗工
畫個裝配孔中心線
—
6
鉆
鉆四個Φ16的孔
鉆床
7
熱處理
淬火、回火，表面硬度達30～35HRC
—
8
磨削
粗磨底面，使厚為32.5mm，Ra=0.2μm表面，留鉗工研磨余量0.02mm
平面磨床
9
鉗
研磨上表面，使厚度達圖紙要求
—
10
化學熱處理
鍍鉻拋光
—
第6 章冷卻系統(tǒng)的設計
對于大多數(shù)熱塑性塑料，模具上不需設置加熱裝置。設置冷卻效果良好的冷卻水回路的模具是縮短成形周期、提高生產效率最有效的方法。塑料模具可以看成是一種熱交換器，如果不能實現(xiàn)均勻的快速冷卻，則會使塑件內部產生應力而異致產品變形或開裂，所以應根據(jù)塑件的形狀、壁厚及塑件的品種，設計與制造出能實現(xiàn)均一、高效冷卻回路。
6.1 水道直徑的設計
冷卻系統(tǒng)的確定原則:
1）水孔直徑不能大于14mm,否則冷卻難以湍流狀態(tài)，以致降低熱交換；
2）平均壁厚為2mm時水孔直徑可取5～10mm平均壁厚為2～4mm時水孔直徑可取6～12mm,因此該塑件的水孔直徑確定為6mm。
6.2 冷卻系統(tǒng)的方法
設置冷卻效果良好的冷卻水回路的模具是縮短成型周期、提高生產效率最有效的方法。如果不能實現(xiàn)均一的快速冷卻，剛會使塑件內部產生應力而一學致產品變形或開裂，所以應根據(jù)塑件的形狀、壁厚及塑件的品種，設計與制造出能實現(xiàn)均一、高效的冷卻回路。所以水道布置圖如圖所示。
圖 6.1 水道布置
第7章