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塑料堵頭注塑成型工藝與模具設(shè)計(jì)
1 緒 論
1.1塑料模具概述
1.1.1塑料工業(yè)
塑料制品質(zhì)量輕、耐腐蝕、生產(chǎn)效率高、耗能比較低，所以在生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面得到了廣泛地應(yīng)用。甚至在某些領(lǐng)域，塑料可取代金屬，例如塑料齒輪、塑料管件等，在某些領(lǐng)域塑料制品起著不可代替的作用。
塑料的原材料只有加工成塑料制品才能實(shí)現(xiàn)其真正的價(jià)值。生產(chǎn)塑件的原因就是為了利用其性能和各種工藝加工方法來(lái)使其來(lái)成為一種既有一定的形狀又有一定的用途的實(shí)際產(chǎn)品。它的成型方法有很多種，例如，擠出、吹塑、注塑、壓鑄等。
其中，注塑成型一般過程是：原材料從注塑機(jī)料斗進(jìn)入加熱筒進(jìn)行加熱塑化，然后由注塑機(jī)的螺桿或柱塞推動(dòng)塑化的料，行程一定的注塑壓力，塑化后的料在壓力的作用下，進(jìn)入噴嘴，然后進(jìn)入流道、澆口、模具型腔，等到注塑完成后，就進(jìn)入了冷卻保壓階段，最后開模取出塑件。
1.1.2 塑料成型注塑模具
其實(shí)，對(duì)于單分型面的塑料成型注塑模具主要是由動(dòng)模和定模兩部分組成的，動(dòng)模裝在注射機(jī)移動(dòng)模板上，定模則安裝在注射機(jī)固定模板上。當(dāng)分型面閉合時(shí)，動(dòng)、定模板組成澆注系統(tǒng)和型腔，注入塑料熔體，經(jīng)冷卻保壓后，模具的動(dòng)定模板分離，這時(shí)就能取出塑件了。
注塑模具重要由以下部分組成：
（1）推出機(jī)構(gòu) 推桿、推出固定板、拉料板等，以保證塑件冷卻完成后迅速脫離成型零部件。
（2）導(dǎo)向部件 導(dǎo)套和導(dǎo)柱等，保證模具合模準(zhǔn)確。
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（3）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu) 斜導(dǎo)柱和側(cè)抽芯等等，控制零件側(cè)孔成型。
（4）澆注系統(tǒng) 主流道、分流道、冷料穴和澆口，其中澆注系統(tǒng)控制進(jìn)料方向，保證塑件的成型質(zhì)量。
（5）成型部件 型芯、凹模，其中，型芯成型內(nèi)表面，凹模成型外表面，保證塑件順利成型。
（6）溫控系統(tǒng) 主要是水路設(shè)計(jì)，需要控制模具溫度為一定值。
1.1.3 注塑模具發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展到了信息化的地步，各種數(shù)控加工設(shè)備的使用，已經(jīng)很是普遍了。注塑模具本身就是機(jī)械產(chǎn)品，毋庸置疑，其發(fā)展主要也是受模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平高低的制約。一方面，國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具采購(gòu)趨向也十分明顯。因此，放眼未來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前景看好，預(yù)計(jì)中國(guó)模具將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國(guó)不但會(huì)成為模具大國(guó)，而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國(guó)的行列邁進(jìn)?！笆晃濉逼陂g，中國(guó)模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高，而且行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會(huì)取得較大發(fā)展。
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2 產(chǎn)品材料的基本特性及工藝分析
2.1塑料的原材料分析
ABS是由丙烯晴,丁二烯,苯乙烯共聚而成的,是一種新型的工程材料。它具有三種成分的綜合性能,是一種具有堅(jiān)韌、質(zhì)硬和剛性的工程材料。ABS是非結(jié)晶聚合物,不透明、無(wú)毒、無(wú)味及微黃的熱塑性樹脂.有及好的抗沖擊強(qiáng)度,且在低溫下也不迅速下降.有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐油性，化學(xué)穩(wěn)定性和電器性能。ABS的主要成型特點(diǎn)：
(1)可用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等成型加工方法。
(2）收縮率小,可制得精密塑料。
(3)吸濕性較大,成型前應(yīng)干燥處理。
(4)流動(dòng)性中等,溢邊值0.04mm,溶體粘度強(qiáng)烈依賴于剪切速率,因此模具設(shè)計(jì)大都采用點(diǎn)澆口形式。
(5)熔融溫度較低,熔融溫度范圍固定,宜采用高料溫、高模溫和高注射壓力,有利于成型。
(6)澆注系統(tǒng)流動(dòng)阻力小,注意澆口形式和位置應(yīng)合理,防止產(chǎn)生熔接痕或減小熔接痕數(shù)量。脫模斜度不宜過小。
2.2 ABS注射成型的主要工藝參數(shù)
樹脂名稱：ABS
注射機(jī)類型：螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速，(r/min)：30～60
形式：直通式
噴嘴溫度（℃）：180～190
前200～210
料筒溫度（℃）中210～230
后180～200
模具溫度（℃）：50～70
注射壓力（MPa）：70～90
保壓壓力（MPa）：50～70
注射時(shí)間（s）：3～5
保壓時(shí)間（s）：15～30
冷卻時(shí)間（s）：15～30
總周期（s）：40～70
密度（g/㎝）：1.01～1.08
2.3 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度
塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度，即所獲得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具的磨損程度，塑件收縮率的波動(dòng)及成型時(shí)工藝條件的變化，塑件成型后的時(shí)效變化和墨跡的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級(jí)。查閱《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》3表2-2-1及表2-2-3，該塑件精度等級(jí)為6級(jí)。
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2.4計(jì)算塑件的體積和重量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算塑件的體積：V=60303.7mm3
計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得ABS的密度為ρ=1.02-1.05g/cm3,故零件的質(zhì)量為：
M=ρV=60303.7mm3×1.05g/cm3=63g
2.5脫模斜度和壁厚圓角
脫模斜度大小與塑件的形狀、壁厚和收縮率有關(guān)，由表2-2-5可查得聚乙烯的脫模斜度
型腔25’-45’,型芯20’-45’
脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定；塑件內(nèi)孔，以型芯小端為準(zhǔn)，尺寸符號(hào)圖樣要求，斜度由擴(kuò)大方向取得；塑件外形，以型腔（凹模）大端為準(zhǔn)，尺寸符合圖樣要求，斜度由縮小方向取得。
一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。當(dāng)要求開模后塑件留在型腔內(nèi)時(shí)，塑件內(nèi)表面的脫模斜度應(yīng)大于塑件外表面的脫模斜度。
2.6模塑成型工藝
熱塑性材料的注射成形工藝過程如下：
（1）預(yù)烘干――裝入料斗——預(yù)塑化——注射裝置準(zhǔn)備注射——注射——保
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壓——冷卻——脫?！芗拖鹿ば?
（2）清 理 嵌 件、預(yù) 熱 ；清 理 模 具、涂 脫 模 劑——放 入 嵌 件——合 ?！?射
2.7機(jī)械性能分析
該零件屬于連接用排水管件，使用時(shí)無(wú)特殊受力要求，但是需要有較好的沖擊強(qiáng)度、耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。塑件選用ABS材料能很好的符合塑件機(jī)械性能的要求，成型塑件的性能可以實(shí)現(xiàn)。
通過綜合分析可以看出，注射成型時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
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3 確定注射成型機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
根據(jù)制品的生產(chǎn)批量（大批量生產(chǎn)）及尺寸精度的要求，確定型腔數(shù)為1，即一模一腔。型腔數(shù)目的確定型腔是指模具中成型塑件的空腔，而該空腔是塑件的復(fù)形，除去具體尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不過凸凹相反而已。注射成型是先閉合模具以形成空腔，然后進(jìn)料成型，因此必須由兩部分或（兩部分以上）形成這一空腔——型腔。其凹入的部分稱為凹模，凸出的部分稱為型芯。型腔數(shù)目的確定于下列條件有關(guān)：
1.塑件尺寸精度型腔數(shù)越多時(shí)，精度也相對(duì)地降低，1、2級(jí)超 精 密 注 塑 件，只能一模一腔，當(dāng)尺寸數(shù)目少時(shí)可以一摸兩腔；3、4級(jí)的精密塑件，最多一模四腔。
2.模具的制造成本多腔模的制造成本高于單腔模，但不是簡(jiǎn)單的倍數(shù)比，從塑件成本中所占的模具費(fèi)用比例看，多腔模比單腔模具低。
3.注塑成型的生產(chǎn)效益多腔模從表面上看，比單腔模經(jīng)濟(jì)效益高。但是多腔模所使用的注射機(jī)大，每一注射循環(huán)周期長(zhǎng)而且維持費(fèi)較高，所以要從最經(jīng)濟(jì)的條件上考慮模具的腔數(shù)。
4.制造難度多腔模的制造難度不單腔模大，當(dāng)其中某一腔先損壞時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)維修，這樣就影響生產(chǎn)。塑料的成型收縮時(shí)受多方面影響的，如塑料品種，塑件尺寸、大小、形狀，熔體溫度，模具溫度，注射壓力，充模時(shí)間，保壓時(shí)間等。影響最顯著的是塑件的壁厚和幾何形狀的復(fù)雜程度。
3.1 注射機(jī)的選擇
選擇注射機(jī)時(shí)，必須保證制品的注射量小于注射機(jī)允許的最大注射量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制品注射量一般不超過注射機(jī)最大注射量的80%。根據(jù)塑件形狀及尺寸采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，考慮外形尺寸、對(duì) 塑 件 原 析及注塑時(shí)所需要的壓力情況，參考模具設(shè)計(jì)手冊(cè)初選注射機(jī)類型XS-ZY-125型臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)
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額定注射量：125cm
鎖模力：900KN
螺桿直徑:42mm
拉桿內(nèi)間距：260×360mm
額定注射壓力：150MPa
最大開模行程：300mm
注射時(shí)間：1.8s
最大模具厚度：300mm
塑化能力：50kg/h
最小模具厚度：200mm
螺桿轉(zhuǎn)速:10～140r/min
定位孔直徑:100mm
噴嘴球半徑:SR12mm
噴嘴孔直徑:4mm
3.2塑料注射工藝參數(shù)的確定
ABS的成型工藝參數(shù)可作如下選擇。試模時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
注射溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。
料筒溫度：后段溫度t1，選用190℃；
中段溫度t2，選用220℃；
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前段溫度t3，選用210℃；
噴嘴溫度： 選用200℃；
模具溫度： 選用80℃；
注射壓力： 選用100MPa；
注射時(shí)間： 選用3秒；
保壓時(shí)間： 選用20秒；
冷卻時(shí)間： 選用30秒。
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4 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面的選擇、模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列方式、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模具工作零件的設(shè)計(jì)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
4.1 分型面的選擇
分型面是動(dòng)定模具的分界面，即打開模具取出澆注系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成形零件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系。實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)有三種情況：型腔完全在動(dòng)模一側(cè)；型腔完全在定模一側(cè)；型腔各有一部分分別在動(dòng)定模中。分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模。
涉及到模具結(jié)構(gòu)與制造成本。一般來(lái)說(shuō)，分型面的總體選擇原則是：保證塑件質(zhì)量，便于制品脫模和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。同時(shí)在選擇分型面時(shí)考慮以下因素：
（1）不影響塑件的尺寸精度和外觀；
（2）盡量簡(jiǎn)單，避免復(fù)雜形狀，使模具制造容易；
（3）不妨礙脫模和抽芯；
（4）有利于澆注系統(tǒng)的合理設(shè)置；
（5）盡可能與料流的末端重合，有利于排氣。分型面的位置應(yīng)設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和工型腔，這是分型面選擇的首要原則。
該塑件為管接頭，外表面質(zhì)量要求不高。根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特征以及特點(diǎn)可選擇通過圓心的水平分型面，它的模具可參考模具總裝圖。
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4.2確定型腔數(shù)目及配置
確定模具型腔的方法有以下幾種：根據(jù)塑件精度確定；根據(jù)經(jīng)濟(jì)確定；根據(jù)鎖模力確定以及根據(jù)最大注射量確定等還應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
根據(jù)最大注射量確定型腔數(shù)目的公式如下：
N≤（m I-m J）/m Z （4-1）
N—型腔數(shù)量；
K—注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
m I—注射機(jī)額定注射量；
m J—澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑膠質(zhì)量或體積；
m Z—單個(gè)塑件的質(zhì)量或體積。
這里主要以產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)合生產(chǎn)需求就定位一模一腔，上面公式（4-1）作為一個(gè)校核用。
由于ABS材料流動(dòng)性能差，所以分流道直徑選用9～13mm，澆口如4-2所示
圖4-2 澆口
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4.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)的噴嘴起到型腔入口為止的塑料融體的流動(dòng)通道。它的作用是將塑料融體順利的充滿型腔的各個(gè)部位，并在填充及保壓過程中，將注塑壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿型腔，不產(chǎn)生渦流，又有利于型腔內(nèi)氣體的排出。在保證成型和排氣良好的前提下，選取短流程，少折彎，以減小壓力損失，縮短填充時(shí)間。盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯位移或變形及金屬嵌件偏移。澆口料易清楚，整修方便，無(wú)損塑件的外觀和使用。澆注系統(tǒng)流程較長(zhǎng)或需要開設(shè)兩個(gè)以上澆口時(shí)，由于澆注系統(tǒng)的不均勻收縮導(dǎo)致塑件翹曲變形，應(yīng)設(shè)法予以防止。在一模多腔時(shí)，應(yīng)使各腔同步連續(xù)充澆，以保證各個(gè)塑件的一致性。合理設(shè)計(jì)冷料穴、溢料槽，使冷料不直接進(jìn)入型腔及減少毛邊的負(fù)作用。在保證塑件質(zhì)量良好的前提下，澆注系統(tǒng)的斷面和長(zhǎng)度應(yīng)盡量取小值，以減少對(duì)塑料的占用量，從而減少回收料。
4.3.1主流道設(shè)計(jì)
主流道與注射機(jī)噴嘴在同一軸線上。在臥式或立式注射機(jī)用模具中，主流道垂直于分型面。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查的XS-ZY-125 型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴前端孔徑：d2=?4㎜；
噴嘴前端球面半徑：R1=13mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴關(guān)系：
R=R1+（1～2）mm
d=d2+(0.3～1)mm
取主流道球面半徑：R=15mm;
取主流道的小端直徑d=?4.5mm；
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為了方便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計(jì)成正圓錐形，其斜度為2°～4°，這里取3°，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，查表得主流道大端直徑D=?8mm。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=1mm的圓弧過渡。主流道襯套設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意一下事項(xiàng)：對(duì)于小型注塑模，可將主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但在多數(shù)情況下均勻分開設(shè)計(jì)；主流道襯套應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A等），熱處理后硬度為53~57HRC；襯 套 的 長(zhǎng) 度 應(yīng) 與 定 模 配 合 部 分 的 厚 度 一 致，主 流 道 口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會(huì)造成溢料，而且會(huì)壓壞模具；襯套與定模之間的配合采用H7/m6。
圖4-3主流道形狀及其與注射機(jī)噴嘴的關(guān)系
為了減少熔體充模時(shí)的壓力損失和塑膠損耗，應(yīng)盡可能地縮小主流道的長(zhǎng)度，這里L(fēng)應(yīng)取140mm。
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4.3.2冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴是用來(lái)儲(chǔ)藏注射間隔期間產(chǎn)生的冷料頭的，防止冷料進(jìn)入型腔而影響塑件的質(zhì)量，并使熔料能順利地充滿型腔。冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或者出于分流道的末端，其作用是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品質(zhì)量。冷料穴分兩種，一種專門用于收集、儲(chǔ)存冷料，另外一種除儲(chǔ)存冷料外還兼有拉出流道凝料的作用。常見的冷料穴有三種形式，“Z”字型拉料桿的冷料穴，“Z”字變異形式的冷料穴，這兩種形式其拉料桿固定住推桿固定板上。第三種是帶球形頭拉料桿的冷料穴，當(dāng)冷料進(jìn)入冷料穴后緊包在拉料桿的球形頭上，開模時(shí)將澆注系統(tǒng)凝料拉住，它一般用于推板推出機(jī)構(gòu)的注射模中，當(dāng)推板推出機(jī)構(gòu)相對(duì)于拉料桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，把澆注系統(tǒng)凝料從球形頭上刮下來(lái)。這種結(jié)構(gòu)形式也只適用于韌性好的塑料。其拉料桿固定在動(dòng)模板上。
由于聚乙烯韌性較好，因此采用帶球形頭拉料桿的冷料穴。
4.3.3澆口設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口或內(nèi)流道，它是分流道與塑件之間的狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短小的部分。它能使分流道輸送來(lái)的熔融塑料的流速產(chǎn)生加速度，形成理想的流態(tài)，順序、迅速地充滿型腔，同時(shí)還起著封閉型腔防止熔料倒流的作用，并在成型后便于使?jié)部谂c塑件分離。
澆口是指連接分流道和型腔的進(jìn)料通道，它是澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小且長(zhǎng)度最短的部分。澆口的作用表現(xiàn)為：塑料熔體通過澆口時(shí)剪切速率增高，粘度降低，有利于充型；同時(shí)熔體的內(nèi)摩擦加劇，使料流的溫度升高、粘度降低，從而提高了塑料的流動(dòng)性，有利于充型；另外在注射過程中，塑料充型后在澆口處及時(shí)凝固，防止熔體的倒流；成型后也便于塑件與整個(gè)澆注系統(tǒng)的分離。澆口的尺寸過小會(huì)使壓力損失增大，冷凝加快，補(bǔ)縮困難；澆口的尺寸過大，澆口周圍產(chǎn)生過剩的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)品變形或破裂，且澆口的去除困難等。澆口的形狀、尺寸和進(jìn)料位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。澆口的設(shè)計(jì)與塑料的品種、塑件形狀、塑件壁厚、模具結(jié)構(gòu)及注射成型工藝參數(shù)等有關(guān)。對(duì)澆口總的設(shè)計(jì)要求是：要使塑料熔體以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，同時(shí)在型腔充滿后適時(shí)冷卻封閉。一般要求澆口截面小、長(zhǎng)度短。實(shí)際使用時(shí)，澆口的尺寸常常需要通過試模，按成型
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情況酌情修正。澆口位置選擇的正確與否，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)使塑件產(chǎn)生變形、熔接痕、凹陷、裂紋等缺陷。一般來(lái)說(shuō)，澆口位置選擇要遵循以下原則：澆口位置的設(shè)置應(yīng)使塑料熔體填充型腔的流程最短、料流變向最少。校核流動(dòng)比。若流動(dòng)比小于允許值，則塑件大致上能夠成型；若流動(dòng)比超過允許值，會(huì)出現(xiàn)充型不足，這時(shí)應(yīng)調(diào)整澆口位置或增加澆口數(shù)量，增大流道直徑或厚度。澆口位置的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于排氣和補(bǔ)縮。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕、提高熔接痕的強(qiáng)度。
澆口位置的選擇要避免塑件變形。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)避免引起熔體破裂。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)防止型芯變形。
澆口位置的設(shè)置應(yīng)考慮塑件的外觀。
澆口與塑件連接處應(yīng)做成R0.5的圓角或0.5×45的倒角，并防止在分離澆注系統(tǒng)時(shí)把塑件剪裂。澆口與分流道的連接處一般做成30~45的斜角，并以R1~R2的圓角與分流道底面相交，以便熔體流動(dòng)并減小壓力損失。側(cè)澆口適用于各種形狀及一模多腔的塑件，它是最常用的一種形式。其優(yōu)點(diǎn)是：去澆口方便，殘留痕跡??；熔體流速高；翹曲變形比直接澆口??；宜成型薄壁、復(fù)雜形狀塑件。缺點(diǎn)是：注射壓力損失大；保壓補(bǔ)縮作用比直接澆口?。粚?duì)殼形塑件排氣不方便，易產(chǎn)生熔接痕。
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圖4-5澆口簡(jiǎn)圖
4.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于制件平均壁厚均為5mm，再者制件尺寸也不是很大。確定冷卻水孔直徑為10mm。
此模具在動(dòng)、定模鑲塊上均開有單層式冷卻回路形式，分別對(duì)動(dòng)、定模進(jìn)行水冷卻，冷卻水路布置如下圖4- 3所示
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4-3直流式冷卻水路的布置
4.5成型零部件的設(shè)計(jì)
注射模的成型零部件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括型腔（凹模）、型芯（ 凸 模 ），以及各種 成 型 桿 和 成 型 鑲 件（塊）。按 功 能 劃分，成 型 零 部 件 可 分 為安裝部分和工作部分。安裝部分起安裝和固定成型零件的作用；工作部分與塑料直接接觸，用來(lái)成型塑件。成型零部件工作部分的形狀和尺決定塑件的形狀和尺寸。
4.5.1型腔、型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式。由于ABS材料有腐蝕性，型腔采用整體鑲塊式結(jié)構(gòu)，材料易采用S136H。由 于 凹 、凸 模 件 具 有 足 夠 的 強(qiáng) 度、剛 度、硬 度、耐 磨 性 、耐 腐 蝕 性 以 及 足 夠低的表面粗糙度。如果凹凸模都采用整體式，優(yōu)點(diǎn)是加工成本低，但是常用模架的 模 板 材 料 為 中 碳 鋼 ，用 作 凹 、凸 模 ，使 用 命 短，若 選 用 好 材 料 的 模 板 制 作 整 體的凹凸模，則制造成本較高。綜合考慮以上因素，凹、凸模都采用整體嵌入式。這樣既保證了模具的使用壽命，又不浪費(fèi)價(jià)格昂貴的材料，并且損壞后，維修、更換方便。
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4.5.2型腔和型芯的工作尺寸計(jì)算
本例中成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)均采用平均尺寸、平均磨損量、平均制造公差和平均收縮率來(lái)計(jì)算。
型芯高度的尺寸計(jì)算公式： （4-2）
型芯徑向尺寸計(jì)算公式： （4-3）
型腔深度尺寸計(jì)算公式： （4-4）
型腔徑向尺寸計(jì)算公式： （4-5）
其中為模具型芯的高度尺寸；為模具型腔的徑向尺寸；為模具型腔的深度尺寸；為模具型腔的徑向尺寸。
經(jīng)過查表知ABS材料的收縮率為0.4％～0.6％，因此平均收縮率為0.5％，由于塑件尺寸較小，精度中等，所以模具制造公差取Δ/5，X取2/3。
4.5.3計(jì)算動(dòng)模墊板厚度
（4-6）
F=AP （4-7）
H—?jiǎng)幽|板厚（mm）；
K—修正系數(shù)，取0.6～0.7；
F—?jiǎng)幽|板受的總壓力（N);
L—支撐塊間距（mm）；
B—?jiǎng)幽|板寬度（mm）；
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A—塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（mm2）；
P—型腔壓力，一般取30～45MPa；
所以動(dòng)模墊板厚度h為30～40mm。
4.5.4計(jì)算型腔側(cè)壁和底板厚度
塑膠模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，所以應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，會(huì)因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑件變形甚至破壞；也可能會(huì)因?yàn)閯偠炔蛔愣a(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，不僅降低了尺寸精度，而且還影響了其順利脫模；所以，為了保證足夠的強(qiáng)度和剛度采用了動(dòng)模型腔版。
型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
根據(jù)型腔長(zhǎng)度L=40，型腔寬度B=40，型腔高度=45，
（4-8）
由于c由L/a決定，c=0.93；p取30～45MPa，這里取35MPa；彈性模量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6
所以代入上式得，S=14.9>8.65mm。
底板厚度的計(jì)算查表得:
（4-9）
因?yàn)長(zhǎng)/b=60/60=1,查表知系數(shù)c′值，c′=0.0272；p取24～40MPa，取35MPa；彈性變量E=2.1×MPa；允許變形量取0.6，代入公式得h=4.609>4.32mm。
4.6推出方式的設(shè)計(jì)
頂出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)因塑件的脫模要求的不同而不同，但是對(duì)頂出機(jī)構(gòu)所能達(dá)到
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的要求是一致的，也就是使塑件在頂出過程中不會(huì)損壞變形，保證塑件在開模的過程中留在設(shè)置有頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)模內(nèi)。其中，一次頂出機(jī)構(gòu)是最常用的頂出機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)只需一次動(dòng)作就能是塑件脫模。本模具選用推料板一次頂出機(jī)構(gòu)。
脫模力的計(jì)算
①計(jì)算正壓力
設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：E=2900N/㎝2;S=0.006；t=0.513㎝；α=2.5°；R=1.5㎝;m（帕松比）=0.38
P=EStcosα/R（1-m）=13.3MPa （4-10）
P—正壓力（MPa）；
E—塑件的彈性模量（N/㎝2）；
S—成型收縮率（mm/mm）；
t—塑件平均壁厚（㎝）；
α—脫模斜度（o）；
R—凸模半徑（㎝）；
m—塑膠的帕松比，約為0.38～0.39。
②初始脫模力的設(shè)計(jì)步驟:
參數(shù)：E=2900N/㎝2;S=0.006;t=0.713㎝；L=2.2㎝；f=0.3；m=0.38 Q=2πtESLF/(1-M)(1+F)=80.52N （4-11）
Q—脫模力（N）;
E—塑膠彈性模量（N/㎝2）;
S—塑膠平均收縮率（mm/mm）；
t—塑件壁厚（㎝）；
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L—包容凸模的長(zhǎng)度（㎝）；
f—塑膠與鋼的摩擦系數(shù)；ππ?；
m—塑膠的帕松比。
③頂桿直徑的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：φ=0.5；L=14㎝；n=2；E=2900N/㎝2;Q=80.52N
d=（64φ2t2Q/nπ3E）≈0.5㎝ （4-12）
d—圓形頂桿直徑（㎝）；
Φ—頂桿長(zhǎng)度系數(shù)（約為0.7）；
L—頂桿長(zhǎng)度（㎝）；
Q—總脫模力（N）；
n—頂桿數(shù)量；
E—頂桿材料的彈性模量（N/㎝2）；
對(duì)鋼來(lái)說(shuō)，E=2.1×10。
④頂桿的應(yīng)力校核的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：Q=80.52N;n=4；d=1.2154㎝；s=2900㎜/㎜2
б=4Q/nπd2≤б （4-13）
Q—總脫模力（N）;
n—頂桿數(shù)量；
d—圓形頂桿直徑（㎝）；
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б—頂桿應(yīng)力（N/㎝2）；
б—頂桿鋼材的屈服極限強(qiáng)度（N/㎝2）；
一般中碳鋼： б=32000N/㎝2
合金結(jié)構(gòu)鋼： б=42000N/㎝2
計(jì)算結(jié)果： б=13.75N/㎝2
⑤推件板厚度的設(shè)計(jì)步驟：
參數(shù)：y=0.01㎝；B=25㎝；L=4.6㎝；Q=80.52N;E=2900N/㎝2
H=0.54L(Q/EBy)=2.105㎝ （4-14）
L—頂桿間距（㎝）；
Q—總脫模力（N）；
E—鋼材的彈性模量（N/㎝2）；
一般中碳鋼 E=2.1×10；
B—頂板寬度（㎝）；
y—頂板允許最大變形量（㎝）。
頂桿應(yīng)布置在脫模力最大處，以保證塑件被推出時(shí)其受力是平衡的，并且推出平穩(wěn)、不變形。
4.7確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
為了便于設(shè)計(jì)制造以及維修方便，所以選導(dǎo)柱、導(dǎo)套作導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；為了使模
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具在開模時(shí)推桿能夠順利頂出制件，減少推桿與模板的碰撞與摩擦，提高模具壽命，所以用四根推桿導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向。為了安裝方便，采用等直徑對(duì)稱分布，模具外側(cè)作標(biāo)記形式。
又為了便于加工導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝孔，和獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合塑件的尺寸，為了保護(hù)型芯不受損壞，因此導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)，也就是常說(shuō)的正裝。
導(dǎo)柱和導(dǎo)套的分布見模具總裝圖，導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合精度為H5/h6的間隙配合，導(dǎo)套和模板配合精度為H5/n6。
4.8側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于零件是中空的，所以采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其制件的成型。又由于其抽芯行程比較大，為110，因此采用液壓油缸抽芯機(jī)構(gòu)，它也是應(yīng)用最廣泛的抽芯機(jī)構(gòu)，動(dòng)作可靠，制造方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在這里，油缸的自身行程應(yīng)大于115。
4.9.相關(guān)計(jì)算
（1）、抽芯距的計(jì)算 S抽=sc+3=15 sc=12
（2）、抽芯力的計(jì)算 抽芯力的計(jì)算跟脫模力的計(jì)算方法一樣。
型芯脫模力F1，參考《塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 式9-1得F=AP(μcosθ-sinθ)所以
F1=AP(μcosθ-sinθ)= 4452.83×10-6×107 /（0.1cos1°-sin1°)=2895.66N
A=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7=4452.83 mm2
A1=π×31 ×2=194.68
A2=(π15-π14)×4=1356.48
A3=π×23 ×5=361.1
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A4=A2=1356.48
A5=π×31 ×5=486.7
A6=π×40 ×2.5=314
A7=π×35 ×3.5=384.65
A---塑件包裹型芯的面積，mm2
P---塑件對(duì)型芯單位面積上的包緊力；模內(nèi)冷卻的塑件，p取0.8×107Mpa -1.2×107Mpa
μ---塑件對(duì)鋼的摩擦系數(shù)，為0.1-0.3
θ---脫模斜度
4.10斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
（1）、參考文獻(xiàn)附錄F，選取斜導(dǎo)柱為?12mm
由于抽拔方向與開模方向垂直，斜導(dǎo)柱所需有效長(zhǎng)度45mm，總長(zhǎng)計(jì)算得98mm。
（2）、斜導(dǎo)柱彎曲力計(jì)算
抽拔方向與開模方向垂直，斜導(dǎo)柱彎曲力
N=F/[cosθ(1-2ftanθ-f2)=2895/[cos20°(1-2×0.5×tan20°-0.52)=1253 N＜1500N 校核合格
（3）、哈夫塊、壓塊、楔緊塊及定位裝置的設(shè)計(jì). 哈夫塊由壓塊導(dǎo)向
運(yùn)動(dòng)，楔緊塊壓緊。見裝配圖。
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5 型芯、型腔的加工工藝分析
如下圖5-1所示
圖5-1 型芯
型芯加工工藝分析，由于型芯用車床直接粗車、精車到圖示尺寸，R62.20彎處及端部定位處，車床是不好加工的，所以選擇數(shù)控加工。
型腔加工工藝分析，型腔鑲塊先用數(shù)控加工中心加工好產(chǎn)品的六個(gè)成形面，產(chǎn)品成形面的中間拐彎處直接加工直到滿足模具尺寸要求，兩端承口及關(guān)料口部分應(yīng)該留有車床精加工余量，因?yàn)楫a(chǎn)品圓度要求比較高。其他定位孔及頂針孔，都應(yīng)該在加工中心一次性加工出來(lái)。
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6 注射機(jī)校核
6.1注射壓力的校核
注射壓力的額定壓力Pe=172MPa，塑膠成型時(shí)所需要的壓力Po=100MPa，Pe≥kPo=125MPa，滿足要求。
6.2鎖模力的校核
鎖模力需滿足F≥Ko×A×P
A—塑件和流道凝料在分型面的射影面積（㎝2）；
F—注射機(jī)額定鎖模力，XS-ZY-60型，鎖模力為300Kn；
Ko—鎖模力安全系數(shù)，這里取1.1；
A—單個(gè)塑件在分型面上的投影面積；
N—型腔數(shù)；
A=302π-152π=2119.6㎜2≈21.2㎝2
A=1.35×21.2×2=57.24㎝2
6.3模具厚度H與注射機(jī)閉合高度的校核
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