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1、第一章 产品分析1.1塑件分析1.1.1结构分析本次设计任务所提供的资料为塑件实体，如下图所示：【图11】塑件草图由零件实体模型及二维草图可知，该零件总体形状为近似梯形，零件大端有两个伸出块及六角通孔，上方有两个小沉孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有诸多突出小块，加强筋等等，并且所有结构对称布置。在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型心对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件属于较复杂程度。1.1.2尺寸精度分析该零件的重要尺寸精度为6级，其它尺寸精度为78级，属于中等精度，对应的模具相关零件尺寸加工可以保证。1.1.3塑件厚度检
2、测塑件的厚度检测采用Pro/Engineer设计软件的模型分析功能自动完成，如图所示：【图12】厚度检测从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，但大多处在23mm的范围之内，并综合其材料性能，只要注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难（如果条件允许，也可考虑修改其结构形式使壁厚趋向均匀）。1.1.4表面质量分析 该零件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。综以上分析可知，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。1.2塑件的原材料分析 塑件的材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：【
3、图13】聚碳酸脂1.2.1基本资料英文全名：Polycarbonate结构：PC：耐冲击性相当高，属于工程塑料。 耐热性佳、低温安定性良好。 成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。 无毒性。1.2.2机械特性密度：1.2 g/cm3拉伸强度：630kg/cm2硬度：70(Rockwell M)吸水率：0.24%1.2.3热物性质线膨胀率 ：3.8*10-5 cm/cm*热变形温度 ：1351.2.4成形加工性射出成型温度：230310射出成型压力：10001400Kg/cm2成形收缩率：0.5%0.7%模具温度：80120注射时间：2090高压时间：05冷却时间：2090总 周 期：401
4、90从以上资料分析可以得知，该塑料具较好的各项性能指标，从使用性能上看，该塑料具有刚性好、耐水、耐热性强，是做为挂钩座较理想的材料；而由耐热性的观点来看，PC属于工程塑料，不仅在耐热上具有一定程度的能力，机械性质上也比一般的泛用塑料来的高；从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔料的流动性一般，成型较容易，但收缩率偏大，另外，该塑料成型时较易产生凹痕、变形等缺陷，成型温度过低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应缓慢散热，冷却速度也不宜过快。第二章 拟定型腔布局2.1型腔一般来说，精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不
5、高的小型塑件，形状简单，又大批量生产时，则采用多型腔模具可使生产率提高。型腔数量确定以后，便进行型腔的排布。型腔的排布 及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的设计的平衡以及温度系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。型腔数量确定及型腔的排布所谓型腔（cavity）指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯
6、（core）。2.2型腔数目的决定型腔数目的决定与下列条件有关。a.塑件尺寸精度型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。b.模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。c.注塑成形的生产效益多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。d.制造难度多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。本设计根据制品的生产总量
7、，确定一个经济的型腔数量，其计算如下： A=ty/3600+anc/m（摘自注塑模具设计要点与图列许鹤峰 陈言秋 编著 化学工业出版社）式中：m：制品的生产总量/个 A：成型每个制品所需费用，元/个 n：型腔数量，个 t：成型周期，秒 y：成型费用，元/时 c：单个型腔模具制作费，元/个 a：多个型腔模具制作费递减率，% anc：模具费用，元然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根
8、据情况确定。综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。2.3型腔排布在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：【图21】 型腔布局a.如图21所示，四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：b.如图21所示，这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。综
9、合以上两种方案考虑，故拟定第二种型腔布局方式，其尺寸计算将在后面的设计中完成。第三章 塑件相关计算及注塑机的选择3.1塑件相关计算【图31】 投影面积计算3.1.1投影面积计算塑件的投影面积可以通过PRO/ENGINEER 的分析模块直接得出,如图31所示：由分析可得：注塑件投影面积S=1008.76*44035mm2 3.1.2体积及质量计算体积及质量的计算也利用PRO/ENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由塑料模设计手册表14查得：=1.2g/cm3），如图32所示： 【图32】 体积及质量计算结果如下：体积 = 4.9079263e+03 毫米3曲面面积 = 5.231644
10、9e+03 毫米2密度 = 1.2000000e+00 公吨 / 毫米3质量 = 5.8895115e+03 公吨故注塑件的体积为： V4907.94=19631.6mm3 质量为： M19.631.223.56g（注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）3.2注塑机选择及注射工艺参数确定3.2.1注射机的选择考虑塑件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它综合情况，查塑料模设计手册附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如下：结构类型：卧式 理论注射量: 60cm3注射压力：12200N/cm3锁模力: 500kN最大注射面积:130cm2 查塑料模设计手册（第三版）表5
11、9.P150，取拉料杆直径为10，得拉料钉尺寸选择如下：【图104】拉料钉尺寸第十一章 冷却及排气系统设计11.1冷却系统在注射成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型的性能和型工艺要求不同，模具的温度也要求不同。一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。温度降低是通入循环冷却剂，从而将热量带走，模具冷却剂常用水，此外还有压缩空气，冷冻水冷却，而水冷却最为普通，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温，水的热容量大，导热系数大，成本低。冷却水道的开设受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制，必须根据模具的特点，灵活地设置冷却装置，其设计要点如下：a、实验
12、表明冷却水孔的数量愈多，对制品的冷却也就愈均匀。b、水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，水孔边距型腔的距离常用1015MM。c、进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度.避免产生过大的压力降.冷却水道直径一般不小于9mm,常用9-12mm,但也必根据模具的具体大小和产品大小状况而定,本设计由于模具较小,产品也较小,据综合考虑,水管直径8mm.d、进出口冷却水温差不应过大,以免造成模具表面冷却不均.11.1.1冷却回路的布置缩短成型周期有各种方法,而最有效的是制造冷却效果良好的模具,如果不能实现均一的快速的冷却,则会使制品内部产生应力而造成制品变形成形或开裂,所以我们必须根据制品的形
13、状及壁厚设计,制造能实现均一的且高效的冷却回路.一般在冷却回路的布置上应遵循如下原则:1）模具上有数组冷却回路时，冷却水应首先接近主流道的部位；2）对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂，必须沿制品收缩大的方向设置冷却回路；3）水道之间的中心距离一般为水道直径的35倍，最小不得小于水道直径的1.7倍，水道的外周离模具型腔表面的距离一般为1015MM。本设计由于采用整体嵌入式型腔，且型腔外形为矩形，故水道布置在模板上，其具体结构如图所示：【图111】冷却水道注：冷却水孔打空后，应用堵头堵住不需要的通道。11.1.2冷却时间计算：由塑料模设计手册，冷却时间依塑件种类、塑件壁厚而异，一般用下式计算：式中：
14、 最低冷却时间（s）； 塑件平均壁厚（mm）； 塑件平均热扩撒率（mm2/s）； 模具平均温度（）； 熔体平均温度（）； 塑件脱模时平均温度（）。代入数据计算得：=8.26s，由塑料模设计手册表14，取20s。11.1.3成型周期计算注射成型周期一般用下式计算：式中： Ti冲模时间，由PROE计算总注塑质量（包括浇注系统）为30.9g，查塑料模设计手册表549，取Ti=0.5s； Tn保压时间，取20s； Tc冷却时间； Tr其余时间，包括脱模区间及开闭模时间，取Tr=40s。代入数据计算得：T=80.5s11.2排气机构当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有的气体，蒸汽不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、接缝、表面轮廓不能完全充分满型腔，同时还会因气体被压缩而产生焦痕，而且型腔内汽体被压缩产生的反气压会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量。排气机构的设置，一般有如下几种方法：a、利用分型面排气：在型腔周围设置排气槽，采用这种方法排气时，易在模具上的排气处残留树脂分解的物质，特别在浇口对侧的部位，必须及时将其清除，否则久而久之腐蚀模具的型腔表面。b、利用推杆排气：在推杆上设置排气槽，由于推杆是运动零件可达到自清效果，清理效果较好。c、利用镶件
