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摘 要
本文主要介紹了手機面框的注射模設計，其材料為ABS。根據ABS塑料的工藝特性和產品的使用要求，分析了手機面框的結構特點和成型工藝。通過應用軟件對塑件進行模流分析的結果，可作為確定塑件的注射模結構以及工作過程的參考。采用pro/E軟件進行3D分模，對模具進行了成型零部件、澆注系統(tǒng)、側向抽芯機構、推出脫模機構及冷卻系統(tǒng)的設計分析, 并生成了爆炸圖。
關鍵詞：手機面框，注射模設計，模流分析
Abstract
This paper describes the injection mold design of the emergency light handle. The material of the emergency light handle is ABS. According to the processing property of ABS and the product’s operating requirement. The structure and manufacturability of the emergency light handle was analyzed. Through making use of MoldFlow software to flow simulate analyses an injection mould structure and its operating process was determined. Making use of UG system to set up 3D mold opening, designing the molding part, runner system cross range ejecting mechanism, reset mechanism and the cooling system, and generating the explosion map.
KEY WORDS: emergency light handle, design of injection mould, moldflow analysis
I
目錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1塑料模具技術的發(fā)展現狀和趨勢 1
1.2塑料制件的設計原則 2
1.3注射模設計要點 3
第二章 模具設計 4
2.1手機面板塑件成型工藝性分析 4
2.1.1塑件結構分析 4
2.1.2ABS塑料注射成型特性 4
2．2設備與模架的選用 6
2.2.1注塑機的確定 6
2.2.2注塑機參數的校核 8
2.3模具結構形式的擬定 10
2.3.1分型面位置的確定 10
2.3.2確定型腔數量及排列方式 11
2.3.3模具結構形式的確定 11
2.4澆注系統(tǒng)的設計 11
2.4.1主流道設計 11
2.4.2分流道設計 13
2.4.3澆口設計 14
2.4.4澆注系統(tǒng)的平衡 16
2.5成型零件的尺寸計算 17
2.5.1凹模的結構設計 17
2.5.2凸模的結構設計 20
2.6模架的選擇 29
2.6.1各模板尺寸的確定： 29
2.6.2模架各尺寸的校核 29
2.7側向抽芯與分型機構的設計 30
2.7.1斜導柱的設計 30
2.7.2滑塊的設計 31
2.7.3滑槽的設計 32
2.7.4楔緊塊的設計 32
2.7.5滑塊定位裝置的設計 32
2.8推出與復位機構的設計 32
2.8.1推出機構的設計 32
2.8.2復位機構的設計 34
2.9結構零部件的設計 35
2.9.1支承零部件的設計 35
2.9.2導柱導向機構的設計 36
2.10排氣與冷卻系統(tǒng)的設計 36
2.10.1排氣系統(tǒng)的設計 36
2.10.2冷卻系統(tǒng)的設計 37
第三章 模具的試模與修模 42
3.1注射機選定 42
3.2試模用注塑料 42
3.3試模工藝 42
3.4試模 42
3.5修模 43
致 謝 44
參 考 文 獻 45
附件一 英文文獻翻譯 46
附件二 加工程序 54
第一章 緒論
1.1塑料模具技術的發(fā)展現狀和趨勢
模具是工業(yè)產品生產用的重要工藝裝備，在現代工業(yè)中，60%～90%的工業(yè)產品需要使用模具來盛型。模具加工、模具工藝也是材料成型的重要方式之一，與機械加工相比，具有工序少、材料利用率高、耗能低、生產性能好、生產效益高等眾多優(yōu)點。模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎許多新產品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。
塑料模具在人們的日常生活用品的生產中起著越來越重要的作用，汽車生產，通訊電子產品，家用電器電工機械產品，航天器材，建材等等對塑料注射模具發(fā)展要求也日漸提高。并且，塑料工業(yè)又是一個飛速發(fā)展的工業(yè)領域，世界塑料工業(yè)從20世紀30年代前后開始研制，到目前塑料產品系列化、生產工藝自動化，連續(xù)化以及不斷開拓功能塑料新領域。
模具設計是隨工業(yè)產品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的，所以每副模具都必須進行創(chuàng)造性的設計。模具設計的內容包括產品零件成型工藝優(yōu)化設計與力學計算和尺寸與尺寸精度確定與設計等，因此模具設計常分為制件工藝分析與設計、模具總體方案設計、總體結構設計、施工圖設計四個階段。
模具生產對工藝技術裝備要求非常嚴格，美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”。近年來我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當快，隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和普及，注塑模具CAD/CAE/CAM技術也隨之推廣。CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展和應用使模具設計、加工的成本大大降低，效率則成倍提高，該技術在現代模具制造中發(fā)揮越來越重要的作用。
塑料模具在塑料成型加工中占有非常重要的地位。模具生產技術也是衡量一個國家制造工藝水平的重要標志之一。
從總體上看，塑料注射模具的基本發(fā)展趨勢是朝高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展。為了提高塑料制品生產效率，在模具結構上將向多型腔、自動裝卸料、節(jié)能省料方向發(fā)展。為了充分發(fā)揮注塑機的潛力，發(fā)展了多層多腔模具，多工位多腔模具。
熱流道模具應用范圍正在逐漸擴大。已發(fā)展應用于微型注射件，熱敏性材料的注射成型等等，以及多層多腔注射模，熱流道裝置已成為專門的商業(yè)產品。
測溫控制系統(tǒng)的發(fā)展改善了注射件的尺寸精度和成型效率。冷卻系統(tǒng)不單對型腔進行冷卻，對滑塊、型芯都進行冷卻，從而構成空間的立體冷卻系統(tǒng)。這些技術的應用，解決了注射成型中模溫、模壓、溢料等問題，使產品的內應力分布趨于合理，減少了廢品率。
在設計方法上，用計算機模擬塑料成型時的料流速度，溫度控制，流動方式以及應力場的分布等，使模具達到最優(yōu)的參數和結構選擇，得到最佳的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，減少反復試模的工作量。
在加工技術上，機械與電子技術日益密切結合，更多地采用數控、數顯、計算機控制，如采用數控銑床、光學曲線磨床、高精度電火花加工機床和緊密鏜床、數控雕刻機等高精度、高效率的加工設備。這使模具精度越來越多地由設備來保證，減少了對人工技巧的依賴性。
新型電加工工藝已發(fā)展成為一種與其他工藝相結合的復合加工工藝。實現高層次的自動化是目前電火花加工的一個發(fā)展方向。噴霧電火花加工也是新近發(fā)展起來的電火花加工技術。這種新加工方法，對改變電火花加工后材料表面的金相屬性有重要意義，在實際應用中有較大的價值。
我國模具材料及應用技術較落后。塑料模具的設計、制造水平僅相當于先進工業(yè)國家70年代中期的水平；熱處理工藝還停留在采用普通熱處理方式，真空熱處理工藝尚不完善。為使我國模具工業(yè)有較大發(fā)展，除加強加工與檢測設備的研究外，對材料及其處理工藝的研究也應得到足夠的重視。
1.2塑料制件的設計原則
塑料制件主要是根據使用要求進行設計。要想獲得優(yōu)質的塑件，塑件本身必須有良好的結構工藝性，這樣不僅可使成型工藝得以順利進行，而且能得到最佳的經濟效益。塑件的設計視塑料成型方法和塑料品種性能不同而有所差異。
塑件的設計原則是在保證使用性能、物理性能、力學性能、電氣性能、耐化學腐蝕性能和耐熱性能等前提下，盡量選用價格低廉和成型性能較好的塑料。同時還應力求結構簡單、壁厚均勻、成型方便。在設計塑件時，還應考慮其模具的總體結構，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出機構簡單。塑件形狀有利于模具分型、排氣、補縮和冷卻。此外，在塑件成型后盡量不再進行機械加工。
在塑料制件時，應考慮以下幾點：
a) 為了便于塑件從成型零件上順利脫出，必須在塑件外表面沿脫模方向設計足夠的斜度。一般斜度取30′～1°30′。
b) 在滿足制件結構各使用要求的條件下，盡可能用較小的壁厚。并且同一塑件的壁厚應盡可能均勻一致，否則會因冷卻和固化速度不均產生附加應力。
c）加強肋的布置應考慮到其方向盡量與熔體充模流動方向一致，以避免熔體流動干擾、影響成型質量。
d)制件的兩相交平面之間盡可能以圓角過渡，避免因銳角而造成應力集中，同時采用圓角過渡可增加塑件的美觀程度和增加塑件的強度。
e)孔與孔的中心距應大于孔徑（兩者中的小孔）的2倍，孔中心至邊緣的距離為孔徑的3倍?？字苓叺谋诤褚哟?，其值比與之相裝配件的外徑大20%～40%，以壁免收縮應力所造成的不良影響。
f)為增加塑件螺紋的強度，防止最外圈螺紋可能產生的崩裂或變形，應使其始末端留出一定距離。當考慮螺紋螺距收縮率時，塑件與金屬螺紋的配合長度不能太長，一般不大于螺紋直徑的1.5倍（或7～8牙）。
g)塑件上標記的凸出高度不小于0.2mm，線條寬度一般不小于0.3mm，通常以0.8mm為宜。兩條線的間距不小于0.4mm，邊框可比字高出0.3mm以上。
h)鉸鏈部分厚度應減薄一般為0.2～0.4mm，且其厚度必須均勻一致，壁厚的減薄處應以圓弧過渡。
1.3注射模設計要點
a) 模具的結構和基本參數是否與注射機規(guī)格相匹配。
b) 模具是否具有合模導向機構，機構設計是否合理。
c) 分型面選擇是否合理，有無產生飛邊的可能，制品能否滯留在設有推出脫模機構的動模（或定模）一側。
d) 模腔的布置與澆注系統(tǒng)設計是否合理。澆口是否與塑料原料相適應，澆口位置是否恰當，澆口與流道的幾何形狀尺寸是否合適，流動比數值是否合理。
e) 成型零部件結構設計是否合理。
f) 推出脫模機構與側向分型或抽芯機構是否合理、安全和可靠。它們之間或它們與其它模具零部件之間有無干涉或碰撞的可能，脫模板（推板）是否會與型芯咬合。
g) 是否需要排氣結構，如果需要，其設置情況是合理
h) 是否需要溫度調節(jié)系統(tǒng)，如果需要，其熱源和冷卻方式是否合理。溫控元件是否足夠，精度等級如何，壽命長短如何，加熱和冷卻介質的循環(huán)回路是否合理。
i) 支承零部件裝配關系是否合理。
j) 外形尺寸能否保證安裝，緊固方式選擇得是否合理可靠，安裝用的螺栓孔是否與注射動、定模固定板上的螺孔位置一致，壓板槽附近的固定板上是否有緊固用的螺釘。
第二章 模具設計
2.1手機面板塑件成型工藝性分析
2.1.1塑件結構分析
手機面板屬于小型塑件，如圖2-1所示，其壁厚為1mm，其外形尺寸為 114mm×55 mm×5mm。要求塑件表面美觀、光潔、無明顯熔接痕、銀絲和流痕，同時不產生明顯的翹曲變形。塑件三側均帶有側孔，塑件的側孔都需采用側抽芯機構；可設置三個側型芯，利用滑塊和斜導柱驅動，塑件底部朝里的凸起采用斜頂抽芯，這樣便于分型。
圖2-1 手機面板
2.1.2ABS塑料注射成型特性
(1) ABS塑料特性
a) 物理性能：ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，其制品可著成五顏六色，并具有高光澤度。ABS相對密度為1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的結合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS的氧指數為18～20，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。
b) 力學性能：ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大。
c) 熱學性能：ABS的熱變形溫度為93~118℃，制品經退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內使用。
(2) ABS塑料成型性能
a) ABS的熔體流動性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，與POM和HIPS類似；ABS的流動特性屬非牛頓流體；其熔體粘度與加工溫度和剪切速率都有關系，但對剪切速率更為敏感。
b) ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現降解現象。
c) ABS的吸水率較高，加工前應進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度80~85℃，時間2~4h；對特殊要求的制品(如電鍍)的干燥條件為溫度70~80℃，時間18~18h。
d) ABS制品在加工中易產生內應力，內應力的大小可通過浸入冰乙酸中檢驗；如應力太大和制品對應力開裂絕對禁止，應進行退火處理，具體條件為放于70~80℃的熱風循環(huán)干燥箱內2~4h，再冷卻至室溫即可。
(3) ABS塑料注射成型工藝參數
ABS塑料注射成型工藝參數如表2-1所示。
表 2-1 ABS塑料注射成型工藝參數
項目
名稱
參數
工藝參數
溫度
壓力
時間
螺桿轉速(R/min)
收縮率(%)
后處理
備注
塑料名稱
注射機
料筒溫度/℃
噴嘴溫度/℃
模具溫度/℃
注射壓力/Mpa
注塑時間/s
保壓時間/s
冷卻時間/s
總周期/s
方法
溫度/℃
時間/S
ABS
螺桿式
150-210
180-190
50-70
60-100
2-5
5-10
5-15
15-30
30-60
0.5-0.8
紅外線烘箱
70
0.3-1
原料應預干燥0.5h以上
2．2設備與模架的選用
2.2.1注塑機的確定
對于模具設計，必須首先選則合適的注塑機型號，以確定額定注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具的安裝尺寸及開模行程等技術規(guī)范后，才能進行下面真正的模具設計。
根據塑件的形狀及尺寸，計算其在分型面上的投影面積和塑件以及澆注系統(tǒng)的質量，計算所需鎖模力、總注射物料量，然后初選設備。
由于制品的由許多曲面構成，形狀復雜，首先利用proe軟件的分析工具中的投影面積功能對制品在分型面上的投影面積進行計算與測量。在proe軟件里打開三維模型，利用分析測量功能對制品的表面積、體積、質量進行分析與計算。
根據軟件計算得出結果如下（參考文獻[1]）：
塑件在分型面上的投影面積：
塑件體積：
塑件密度：
所以有塑件的質量為： 式（2.1）
澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前是不能確定準確的數值，但是可以根據經驗按照塑件體積的倍來估算。由于本次設計采用的流道較為簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑料體積的倍來估算，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2個塑件體積之和）為：
根據計算得出的一次注入模具型腔的塑料總質量，有：
式（2.2）
再從生產批量上考慮，該塑件的年產量應為較大，以約每年30萬件，一周六個工作日來計算，一年的工作日約為365×6/7=312.9天。假設采用一模兩件生產方式，則每天需要完成的產量為：
（件）
若每天的生產時間為10小時，則產品所需要的成型周期為：
秒/件。
同時根據產品本身的結構，所以本設計采用一模二腔的模具，并考慮塑件的收縮率為0.6%，實際所需ABS材料體積為
加上澆注系統(tǒng)及冷凝料材料體積約為 式（2.3）
所以初選設備為海天注塑機HTF110X/1（A）型 其主要技術規(guī)格如下表2-2所示（參考文獻[2]）。
表2-2 設備主要技術規(guī)格
名稱
參數
額定注射量
螺桿直徑/
注射壓力/
注塑速率/
鎖模力/
頂出行程/
移動模板行程/
噴嘴圓弧半徑/
模具最大厚度/
模具最小厚度/
頂出力/
拉桿空間/
噴嘴直徑/
147
34
206
81.2
1100
120
345
10
430
150
33
3
2.2.2注塑機參數的校核
(1) 注射量的校核
要求注射量不超過注射機的最大注射量，注塑生產中，注塑機每一個成型周期向模具腔內注入的塑料熔體體積或質量稱為塑件的注射量，其中包括澆注系統(tǒng)內所存留的塑料熔體體積，選擇注塑機時，必須保證塑件的注射量小于注塑機的最大注射量的80%，最小注射量不小于注塑機注射量的50%，根據式
式（2.4）
其中式中：
—— 注塑機最大注射量（cm3）；
——澆注系統(tǒng)凝料的質量或體積（cm3）
——單個制件質量或體積（cm3）；
——型腔數目（個）；
——注射機最大注射量利用系數，一般取0.8
與比較，明顯的注射機注射量滿足要求。
(2) 注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機類型、噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。注射壓力的校核是檢驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。
所選的塑料原料為ABS，制件結構合理，流體流動性能好，其注射壓力在之間，其值在所選的注射機成型范圍之內，滿足要求。這里取，該注塑機的公稱注射壓力,注射壓力安全系數，這里取，則：
，所以，注塑機注射壓力合格。
(3) 鎖模力的校核
注射時塑料熔體充滿型腔的時候，仍然存在較大的壓力，它會使模具從分型面漲開，該壓力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上不重合的投影面積之和乘以型腔的壓力，它應小于注射機的最大鎖模力，才能使注射時不發(fā)生溢料和漲?，F象。
塑件在分型面上的投影面積為：
式（2.5）
澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積數值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析確定。是每個塑件在分型面上的投影面積的倍。由于本設計的的流道較為簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以取小些。這里取。
塑件和澆注系統(tǒng)的在分型面上的總投影面積為：
式（2.6）
模具型腔的脹型力 式（2.7）
式中，是型腔的平均計算壓力值。是模具型腔內的壓力，通常取注射壓力的，大致范圍為。對于粘度較大的精度較高的塑料制品應取較大值。ABS屬于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故取。
根據表2-2可得該注塑機的公稱鎖模力,鎖模力安全系數為，這里取，則有：
，所以，注射機鎖模力合格。
2.3模具結構形式的擬定
2.3.1分型面位置的確定
(1) 分型面的選擇原則
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、鑲件位置形狀以及推出方式、模具制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在分型面的選擇時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時，應遵循以下幾項基本原則：
a）分型面應選在塑件外形最大輪廓處
塑件在動、定模的方位確定后，其分型面應選在塑件外形的最大輪廓處，否則塑件會無法從型腔中脫出，這是最基本的選擇原則。
b）分型機的選擇應有利于塑件順利脫模
由于注射機的頂出裝置在動模一側，所以分型號的選擇應盡可能使塑件在開模后留在動模一側，這樣有助于在動模部分設置的推出機構工作，若在定模內設置推出機構就會增加模具的復雜程度。
c）分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質量
同軸度要求較高的塑件，選擇分型面時最好把有同軸度要求的部分放置在模具的同一側。
d）分型面的選擇應有利于模具的加工
通常在模具設計中，選擇平直分型面居多。便于模具的制造，應根據模具的實際情況選擇合理的分型面。
e）分型面的選擇應有利于排氣
分型面的選擇與澆注系統(tǒng)的設計應同時考慮，分型面應盡量設置在塑料融體流動方向的末端。
(2) 手機面板分型面的確定
分型面選在手機面板外形最大輪廓處。如圖2-3所示。
圖2-3 手機面板A分型面
2.3.2確定型腔數量及排列方式
為了提高生產率和經濟性，平衡澆注系統(tǒng)并保證塑件的精度，設計時要合理確定型腔數目和排列方式。分析塑件的結構特點并考慮所選注射機的型號， 將模具設計為一模二腔。側孔向外排列以實現側抽芯順利進行，其型腔排列方式如圖2-4所示。
圖2-4 型腔排列方式
2.3.3模具結構形式的確定
根通過塑件分析得知其外觀質量要求不高，尺寸精度要求一般，結構不是太復雜。因此根據手機面板的結構，設計時采用單分型面模具即兩板模。一模二腔，型腔做成哈夫塊的形式，同時側抽成型兩個側孔，塑件底部用作滑腳的凸起采用斜頂成型。
2.4澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)的作用是，將來自注塑機噴嘴的熔融塑料輸送到各型腔中。澆注系統(tǒng)的形狀和尺寸將對熔融塑料的充填產生很大的影響。澆注系統(tǒng)設計得好，熔融塑料就能順利地充滿型腔；澆注系統(tǒng)設計不合理，則會出現型腔充填不滿或塑件外觀質量差、尺寸精度低等缺陷。澆注系統(tǒng)一般都由四部分組成：主流道、分流道、澆口、冷料穴。對澆注系統(tǒng)設計的具體要求是:
對模腔的填充迅速有序，可同時充滿各個型腔;對熱量和壓力損失較小，盡可能消耗較少的塑料;能夠使型腔順利排氣;澆注系統(tǒng)凝料容易與塑料分離或切除;不會使冷料進入型腔，澆口痕跡對塑件外觀影響很小。
2.4.1主流道設計
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具澆口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，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。
a) 主流道尺寸
主流道的長度：因為本設計中為一模兩腔，采用的模具相對較為大，故取約
根據所選注射機，則有：
主流道小端尺寸為：
式（2.8）
主流道球面半徑為：
式（2.9）
主流道錐角取為：
主流道大端尺寸為： 式（2.10）
球面配合高度：。
主流道的凝料體積
式（2.11）
主流道當量半徑：
式（2.12）
b) 主流道配合形式
主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設計成一體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理。設計中常采用碳素工具鋼（T8A或者T10A），熱處理淬火表面硬度為50~55HRC。
本設計的主流道襯套與定模板采用采用碳素工具鋼T8A，過渡配合,如圖2-5所示：
圖2-5主流道配合形式
圖2-6 主流道襯套
c) 澆口套形式
選用A型結構如圖2-6所示。
d) 澆口套球面尺寸
設計的模具時，澆口套內主流道始端的球面必須比注射機球面半徑略大一些,即R比r大1～2mm；主流道的小端直徑要比噴嘴直徑略大，即D比d大0.5～1mm。
設計中R取12mm（r=10mm），D取3.5mm(d=3mm)。
e) 定位環(huán)尺寸
為了使模具在注射機上安裝準確、可靠，定位環(huán)的設計非常關鍵。定位環(huán)的外徑尺寸必須與注射機的定位孔尺寸相匹配，為了使模具主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線重合，通常采用間隙配合。定位環(huán)的基本直徑為100mm，一部分用于壓緊主流道襯套，一部分與注射機上的定位孔配合，模具定模板上的定位環(huán)與注射機的定位環(huán)孔要有松動的間隙配合為H11/h11，定位圈裝配高度為7mm，總高為12mm。
2.4.2分流道設計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，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。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設計應滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。
(1) 分流道布置形式
分流道應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分流道均衡的分配到各個型腔，因此，采用平衡式分流道。
(2)分流道長度
(3)分流道形狀、截面尺寸及剪切速率校核
a）形狀及截面尺寸 本設計的分流道設置在分型面上定模一側，截面形狀采用加工工藝性比較好且熱量損失和阻力損失均不太大的半圓形截面。
b）分流道的當量直徑 因為該塑件的質量
，則有分流道的當量直徑為：
式（2.13）
c）分流道的截面尺寸
根據當量面積相等可得，故有
，在本設計中取為,即。
d）凝料體積
分流道的長度
分流道截面積。 式（2.14）
凝料體積。 式（2.15）
e）校核剪切速率
查表可得注射時間：。
流道體積流量： 式（2.16）
由公式可得剪切速率為：
式（2.17）
該分流道的剪切速率處于澆口主流道和分流道的最佳剪切速率，故該分流道內的熔體剪切速率是合格的。
(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，只有內部塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內表面粗糙度Ra不宜太小，以防將冷料帶入型腔，一般取1.6μm左右即可，這樣表面稍不光滑，可增大外層塑料熔體的流動阻力，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，減小流速，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。此外，為了有利于塑料的流動和填充，防止產生反壓力，消耗動能，分流道與澆口的連接處既在澆口進料口端導圓過渡。
2.4.3澆口設計
澆口是模具澆注流道的最后一部分，它一端與澆注流道中的其他流道相連接，熔融材料就是從這端流入澆口的；它的另外一端直接與模具型腔相連接，這一端非常重要，如果與模具的型腔接觸面積過大，將直接導致生成的零件與設計的零件條件不相符；但是如果與模具型腔接觸太小，可能導致熔融材料無法及時補充進入模具型腔，前面的已經冷卻凝固，而后面的熔融材料還沒有補充進來，造成產品充填不足，導致零件產品出現缺陷。
（1） 選擇澆口類型
澆口的形式有很多種，直澆口、側澆口、扇形澆口、點澆口等，每種澆口都有其自己實用的情況。綜合分析,本設計采用側澆口,與其它澆口相比，它有許多優(yōu)點，如便于機械加工，易保證加工精度，而且試模時澆口的尺寸容易修整，適于各種塑料品種，容易調整到最佳的工藝狀態(tài)。
（2） 澆口的位置
澆口的位置選擇是非常重要的，最好能夠保證材料能夠同時均勻的填滿整個模具型腔，澆口與模具型腔的接觸位置也需要注意，最好是平面接觸。初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
a）盡量縮短流動距離；
b）澆口應開設在塑件壁厚最大處；
c）必須盡量減少熔接痕；
d）應有利于型腔中氣體排出；
e）考慮分子定向影響；
f）避免產生噴射和蠕動；
g）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷；
h）對外觀質量的影響;
(3) 澆口結構結構尺寸的確定
根據參考文獻[1]及參考文獻[7]取得側澆口尺寸：
計算側澆口的深度：
式中，是塑件壁厚，這里；是塑料成型系數，對于ABS，其成型系數。
在工廠進行設計時，澆口深度常常先取小值，以便在今后試模時發(fā)現問題進行修模處理，故此處澆口的深度取，即。
計算側澆口的寬度： 式（2.19）
式中，是塑料成型系數，對于ABS其；是凹模的內表面積（約等于塑件的外表面面積）。
計算側澆口的長度：側澆口的長度一般選用，這里取。
（4）側澆口的剪切速率校核
計算澆口的當量半徑。由面積相等可得，由此矩形澆口的當量半徑。
確定注射時間：查表可取t=1.6s；
計算澆口的體積流量： 式（2.20）
計算澆口的剪切速率： 式（2.21）
該側澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率之間，所以，澆口的剪切速率校核合格。
(5) 冷料穴的設計
冷料穴主要是用來儲藏在注射間隔時期內由于噴嘴端部溫度低而構成的所謂冷料渣，以及用它來拉出凝固在澆口的塑料。
前鋒冷料接觸冷模而使料溫下降，如果讓這部分溫度已經下降的塑料流入型腔，則無論從物理性能或外觀質量來看均不甚好，所以需要設置一個冷料穴。
冷料穴應設置在澆道中塑料流動方向的轉折處，以便將冷料導入穴中存留起來。通常可按裝配圖中實線所示的形式在塑料前進的方向延長線處設置冷料穴。如果按虛線所示的方向設置冷料穴，則起不到存留冷料的作用。
冷料穴的長度通常是澆道直徑的1.5～2倍。如果冷料穴長度過短，則部分冷料將流入到型腔，會在成型件上出現冷料斑或其它表面缺陷。對進料口也一樣要在進料口或直澆口的延長線處設置冷料穴，讓冷料留入穴中。
分析了主流道、分流道形狀尺寸位置以及分型面的形式，現采用以下冷料穴和拉料桿形式，尺寸部分詳細見裝配圖和零件圖。
2.4.4澆注系統(tǒng)的平衡
對于一模多腔的中小型塑件的注射模具，設計時應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構允許的情況下，應力求主流道到各個型腔的分流道設計成長度相等、形狀及截面尺寸相同，否則需要通過調節(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。本套模具采用平衡式澆注系統(tǒng)，即從主流道到各個型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸都相同。
2.5成型零件的尺寸計算
模具的成型零件是塑料模具設計的核心部分，由型腔、型芯、成型滑塊、螺紋型芯、型環(huán)、成型頂桿以及可以活動的型芯鑲件滑塊等組成。模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。此外，設計時成型零件還要求結構合理，制造簡單、易于保證精度、模具制造成本低。
設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
2.5.1凹模的結構設計
（1）凹模徑向尺寸的計算
1）
因為在的范圍內，所以有
式（2.22）
2）
因為在的范圍內，所以有
式（2.23）
3）
因為在的范圍內，所以有
式（2.24）
4）
因為在的范圍內，所以有
式（2.25）
5）
因為在的范圍內，所以有
式（2.26）
6）
因為在的范圍內，所以有
式（2.27）
7）
因為在的范圍內，所以有
式（2.28）
8）
因為在的范圍內，所以有
式（2.29）
9）
因為在的范圍內，所以有
式（2.30）
10）
因為在的范圍內，所以有
式（2.32）
11）
因為在的范圍內，所以有
式（2.33）
12）
因為在的范圍內，所以有
式（2.34）
13）
因為在的范圍內，所以有
式（2.35）
（2）凹模深度尺寸的計算
1)
因為在的范圍內，所以有
式（2.36）
2)
因為在的范圍內，所以有
式（2.37）
2.5.2凸模的結構設計
（1）凸模徑向尺寸的計
1）
因為在的范圍內，所以有
式（2.40）
2）
因為在的范圍內，所以有
式（2.41）
3）
因為在的范圍內，所以有
式（2.42）
4）
因為在的范圍內，所以有
式（2.43）
5）
因為在的范圍內，所以有
式（2.44）
6）
因為在的范圍內，所以有
式（2.45）
7）
因為在的范圍內，所以有
式（2.46）
8）
因為在的范圍內，所以有
式（2.47）
9）
因為在的范圍內，所以有
式 （2.48）
10）
因為在的范圍內，所以有
式（2.49）
11）
因為在的范圍內，所以有
式（2.50）
12）
因為在的范圍內，所以有
式（2.51）
13）
因為在的范圍內，所以有
式（2.52）
14）
因為在的范圍內，所以有
式（2.53）
15）
因為在的范圍內，所以有
式（2.54）
16）
因為在的范圍內，所以有
式（2.55）
17）
因為在的范圍內，所以有
式（2.56）
18）
因為在的范圍內，所以有
式（2.57）
19）
因為在的范圍內，所以有
式（2.58）
20）
因為在的范圍內，所以有
式（2.59）
21）
因為在的范圍內，所以有
式（2.60）
22）
因為在的范圍內，所以有
式（2.61）
23）
因為在的范圍內，所以有
式（2.62）
24）
因為在的范圍內，所以有
式（2.63）
25）
因為在的范圍內，所以有
式（2.64）
26）
因為在的范圍內，所以有
式（2.65）
27）
因為在的范圍內，所以有
式（2.66）
28）
因為在的范圍內，所以有
式（2.67）
29）
因為在的范圍內，所以有
式（2.68）
30）
因為在的范圍內，所以有
式（2.69）
31）
因為在的范圍內，所以有
式（2.70）
（2）凸模深度尺寸的計算
(1)
因為是在的范圍內，所以有
式（2.71）
(2)
因為是在的范圍內，所以有
式（2.72）
(3)
因為是在的范圍內，所以有
式（2.73）
(4)
因為是在的范圍內，所以有
式（2.74）
(5)
因為是在的范圍內，所以有
式（2.75）
（6）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.76）
（7）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.77）
（8）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.78）
（9）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.79）
（10）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.80）
（11）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.81）
（12）
因為是在的范圍內，所以有
式（2.82）
2.6模架的選擇
根據型腔的布局可看出，型腔嵌件分布尺寸為270×180×65，又根據型腔側壁最小厚度，再考慮到導柱、導套及連接螺釘布置應占的位置和采用推桿推出等各方面問題，確定選用模架為龍記模胚序號為3040，模架結構為AI的形式，如圖2-7所示（參考文獻[3]）。
圖2-7
2.6.1各模板尺寸的確定：
1） A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度為,考慮到要在模板上還要開設冷卻水道，還需要留出足夠的距離，故A板厚度取。
2） B板尺寸。B板是型芯固定板，初步取其尺寸為。
3） C板尺寸。墊塊=推出行程+
2.6.2模架各尺寸的校核
根據所選注射機來校核模具設計的尺寸。
1） 模具平面尺寸（拉桿間距），校核合格。
2） 模具高度尺寸，（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。
3） 模具開模行程。注射機的開模行程是受合模機構限制的，注射機的最大開模行程必須大于脫模距離，否則塑件無法從模具中取出。對于單分型面注射模具，校核公式為：
注塑機開模行程與模厚無關時的校核：
式（2.83）
——注射機最大開模行程（）；
——推出距離()；
——塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內()；
注射機最大開合模行程為，實際合模行程為，所以模具所需要的開模距離與注射機的最大開合模行程相適應。
綜上分析，本副模具與所選的注射機完全相互適應，模具的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具安裝尺寸及開模行程都在所選的注射機技術規(guī)格之內。
因此，所選的海天注塑機完全能夠符合本次模具設計要求。
2.7側向抽芯與分型機構的設計
當在注射成型的塑件上與開合模的方向不同的內側或外側具有孔、凹穴或凸臺時，塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽出，然后再把塑件從模內推出，否則就無法脫模。根據本塑件的結構，塑件側孔的成型采用滑塊抽芯機構需要利用斜導柱提供側抽力該結構多用于有局部側孔或側凹不能直接隨主分型面脫模成型的部位。
2.7.1斜導柱的設計
（1）斜導柱的結構形式
斜導柱的結構形式如圖2-13所示。斜導柱末端做成凸肩形，固定于楔緊塊內，與楔緊塊內的安裝孔采取H7/k7的過盈配合，右邊為完成抽芯所需工作部分長度，斜導柱的傾斜角為15°，滑塊與斜導柱工作部分采用H8/f7動配合。
（2）斜導柱長度計算
a) 抽芯距的確定
根據塑件上的側孔的深度為
則抽芯距
，實際取 。
b) 斜導柱直徑的確定
根據抽芯力
式（2.84）
式中
——脫模斜度（度）；
——摩擦系數；
——塑件單位面積上對型芯的包緊力（N）；
——單個塑件包絡型芯的面積（mm2）；
則有抽芯力為：
兩個側型芯的抽芯力
根據參考文獻【2】得最大彎曲力是，斜導柱的直徑為，實際取斜導柱直徑 。
斜導柱固定部分大端直徑 。
c）斜導柱長度的確定
斜導柱的總長為
式(2.85)
式中
——斜導柱長度（）；
——斜導柱固定部分大端直徑（）；
——斜導柱固定板厚度（）；
——斜導柱工作部分的直徑（）；
——側向抽芯距（）；
代入數據計算得：
實際取
圖2-8 斜導柱
d）斜頂板的確定
類似于斜導柱的分析方法，在此不再贅述，取斜角為，總長為。
2.7.2滑塊的設計
滑塊是斜導柱側向分型與抽芯機構中的一重要零部件，一般情況下，它與側向型芯組合成滑塊型芯；本設計采用整體式滑塊。在側向分型與抽芯過程中，塑件的尺寸精度和滑塊移動的可靠性都要靠其運動的精度來保證。滑塊的底部T形來定位，與導滑槽的配合為H8/f7，這樣側型芯的中心與T形導滑面較近，抽芯時滑塊穩(wěn)定性較好。
2.7.3滑槽的設計
對導滑槽與滑塊的配合要求是運動平穩(wěn)，不宜過分松動，亦不宜過緊。采用T型導滑槽，做成整體式直接在動模板上銑T型槽。導滑槽與滑塊的配合為動配合H8/f7。導滑表面應有足夠的硬度(HRC52-56)。
2.7.4楔緊塊的設計
注射成型時，型腔內的熔融塑料以很高的壓力作用在側型芯上，從而使滑塊后退產生位移，滑塊的后移將作用到斜導柱上，導致斜導柱產生彎曲變形；另一方面，由于斜導柱與滑塊上的斜導孔用較大的間隙配合，滑塊的后移也會影響塑件的尺寸精度，所以，合模注射時，必須要設置鎖緊裝置鎖緊滑塊，常用的鎖緊裝置為楔緊塊。楔緊塊的斜角為18°，楔緊塊用銷釘定位，用螺釘固定于模板的外側面上的形式，制造裝配簡單。
2.7.5滑塊定位裝置的設計
滑塊與斜導柱的分別工作在模具動、定模兩側的側抽芯機構開模后，滑塊必須停留在剛脫離的斜導柱的位置上，以便合模時斜導柱準確插入滑塊的斜導孔中，因此，必須設計滑塊的定位裝置，以保證滑塊脫離斜銷后，可靠地停留在正確的位置上。因為本模具不大，為了使結構比較緊湊，采用彈簧鋼球定位，如圖2-15。
圖2-15 滑塊定位裝置結構
2.8推出與復位機構的設計
2.8.1推出機構的設計
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的型腔或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構。推出機構設計的合理性與可可靠性直接影響到塑料制件的質量，因此，推出機構的設計是注射模設計的一個十分重要的環(huán)節(jié)。
(1) 推出脫模機構的設計原則
塑件推出是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，根據制品的形狀，復雜程度和注射機推出結構形式設計合適的推出機構，其選用原則如下：
a）塑件滯留于動模 模具開啟后應使塑件及澆口凝料滯留于帶有脫模裝置的動模上，以便脫模裝置在注塑機推桿的驅動下完成脫模動作。
b）保證塑件不變形損壞 這是脫模機構應達到的基本要求。首先要正確分析塑件對凹?；蛘咝托镜母街Φ拇笮∫约八诘牟课唬嗅槍π缘剡x擇合適的脫模方法和脫模位置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。型芯由于塑件收縮時對其包緊力最大，因此推出的作用點應該盡可能地靠近型芯，推出力應該作用于塑件剛度、強度最大的部位，作用面應盡可能大一些。影響脫模力大小的因素很多，當材料的收縮率大，塑件壁厚大，模具的型芯形狀復雜，脫模斜度小以及凹模（型芯）表面粗糙度值高時，脫模阻力就會增大，反之則小。
c）機構簡單、動作可靠。
d）力求良好的塑件外觀 推出塑件的位置應該盡量設在塑件內部或對外觀影響不大的部位，在采用推桿脫模時尤其要注意這個問題。
e）合模時的準確復位。
(2) 塑件推出的基本方式
a）推桿推出
推桿推出是一種基本的、也是一常用的塑件推出方式。常用的推桿形式有圓形、矩形、階梯形。
b）推件板推出
對于輪廓封閉且周長較長的塑件，采用推件板推出機構。推件板推出部分的形狀根據塑件形狀而定。
c）氣壓推出
對于大型深型腔塑件，經常采用或輔助采用氣壓推出方式。
本套模具的推出機構形式較為復雜，除了采用推桿推出外，還有斜頂板。在分型時，斜導柱與滑塊一起完成側向抽芯與分型之后，受到注射機頂桿的作用，使得推板帶動推件桿向前運動推出塑件使塑件脫離型芯。
(3) 塑件的推出機構
a）帶肩的直通式推桿，如圖2-9所示。每個塑件由1根推桿推出，共有2根。
b）推桿直徑與模板上的推桿孔采用間隙配合。
c）通常推桿裝入模具后，其端面應與型腔底面平齊或高出開腔底面。
d）推桿與推桿固定板，通常采用單邊的間隙，這樣可以降低加工要求，又能在多推桿的的情況下，不因各板上的推桿孔加工誤差引起的軸線不一致而發(fā)生卡死現象。
e）推桿直徑為，材料選用T8A，推桿頭部需進行淬火處理，硬度在，表面粗糙度在以下。
圖2-9 推桿
（4）脫模力的計算
本次設計的塑件為類矩形形塑件，其尺寸約為：
，
根據薄壁塑件脫模力的計算方法，，所以一此處可視為薄壁塑件。
根據矩形塑件的脫模力計算公式：
式(2.86)
式中，F是脫模力（N）；是塑料的彈性模量（MPa）；S是塑料成型的平均收縮率（%）；t是塑件的壁厚（mm）；L是塑料與鋼材之間的摩擦因數；r是型芯的平均半徑；a是矩形型芯短邊長度（mm）；b是矩形型芯邊長度（mm）；b是矩形型芯長邊長度（mm）；A是塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積，當塑件底部有通孔時，A項視為零；是由和決定的無因次數，，其中的值與塑件的橫截面積形狀和相關尺寸有關；是由和決定的無因次數，。
其中，。 式（2.87）
可得， 式（2.88）
故可得在本設計中，該塑件的脫模力。
2.8.2復位機構的設計
復位機構就是在模具閉合時頂出系統(tǒng)的各頂出元件恢復到原來設定的位置，如頂桿、頂管頂塊等。他們的端部一般并不直接接觸到定模的分型面上，所以模具閉合時并不能驅動他們復位必須靠復位機構使其復位。
(1) 復位機構基本形式
a) 復位桿復位
復位桿復位最常用， 制造簡單，易于安裝和調節(jié)，復位動作穩(wěn)定可靠，得到了廣泛應用。與頂出元件可同時安裝在固定板上，合模時定模分型面推動復位桿并帶動頂出系統(tǒng)同時復位。
b) 復位桿與彈簧同時復位
在推桿多并且復位力要求大時，彈簧常與復位桿配合使用，以防止復位過程中發(fā)生卡滯或推出機構不能準確復位的情況。
本套模