第8章 模具设计举例
8.1 产品结构分析及材料选择
max.book118.com 样件分析
在模具设计过程中，一般是先根据制品的结构零件图或样件进行产品的结构分析，以如图8-1所示的过滤器罩为例，该制品三维投影尺寸长宽高为137mm×112mm×45mm，壁厚2.5mm；外部圆角半径3mm，内部圆角半径2.5mm，拔模角25°；内有肋板，肋板高28mm厚2.7mm，拔模角2°。
该制品精度等级一般，尺寸偏差±0.5，为降低成型费用，采用一模多腔，并不对制品进行后序加工。
图8-1 过滤器罩
max.book118.com 材料选择
由于塑料特殊的理化和机械性能，塑料模具设计过程中一个很重要的步骤是选择材料，这样才可以在模具设计过程中确定收缩比等参数，这里选择ABS（三种聚合物的共聚物）工程塑料，该材质的性质数据如下：
典型应用范围汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘及喷气式雪撬车等。
注塑模工艺条件ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理建议干燥条件为80～90下最少干燥2小时材料度应保证小于0.1%熔化温度210～280建议温度245模具温度25～70模具温度将影响制品光洁度，温度较低则导致光洁度较低注射压力500～1000bar注射速度中高速度。化学和物理特性ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。(mm)，制品尺寸偏差为，单型腔时制品可能到的尺寸偏差百分数为(ABS等非结晶塑料为)，则有：
     　 	(8.1)   
本制品基本尺寸112，尺寸偏差，由上式验算可知增加型腔对本制品的尺寸精度影响不大。同时考虑模具设计加工成本以及生产成本，最终确定为一模两腔。
max.book118.com射机型号
为了设计计算，需要对注射机初处步选型，以便作为相关设计参数的参考，完成初步设计以后再对注射机进行校核。
注射机的选用因考虑以下内容：确定注射机的型号，使塑料、制品、注射模、注射工艺等所要求的注射机参数点在所选注射机的规格参数可调范围之内。
如图8-2所示，用CATIA对制品三维模型进行测量得出单件制品体积：
用最大注射量初步选定注射机：
	 (8.2)
式中	——注射机的最大注射量()；
		——制品的总质量()；
		——浇注系统凝料质量()；
		——单个制品的质量()；
		——型腔数；
查表得ABS密度为(注射密度为)，单件制品重量为：
浇注系统的质量预先估算约为10。
图8-2 测量体积
由式(8.2)计算得：
一般的塑胶工厂都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。具体到这套模具，初选注射机型号为：SZ—250/1250。
规格以及各参数如下：
注射量()：250；
注射压力()：160；
锁模力()：1250；
拉杆内间距()：600×600；
最大模具厚度()：550；
最小模具厚度()：150；
喷嘴口孔径()：；
喷嘴球半径()：SR15。
max.book118.com型面
由于分型面受到制品在模具中的成型位置、浇注系统设计、制品的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
保证塑料制品能够顺利脱模：这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上。分型面的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。
尽量使制品开模时留在动模一侧：模具开模时制品一般不会自行脱出，需用顶出机构顶出，注射机上都有顶出装置，且设在动模一侧，因此设计模具分型面时应使开模后制品能留在动模内，以便直接利用注射机的顶出机构顶出制品。
增强排气效果：对中、小型制品因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。
使型腔内总压力较大的方向与分型面垂直：制品注射时型腔内各方向的压强相同，当某方向的投影面积越大，则该方向总压力越大，选择总压力较大的方向与分型面垂直，利用注射机的锁模力来承受较大的注射压力，因此模具结构简单。否则需另外设计锁紧机构，模具结构复杂，成本增加，加工周期延长。
使型腔深度最浅：型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本，且会使动、定模越厚，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大。
综合考虑以上几项原则，将分型面选在轮廓最大处，即有利于开模，且侧向抽芯的行程最短，又不影响制品外观质量，还便于加工。本例中的过滤器罩分型面如图8-3所示。
图8-3分型面示意图
max.book118.com腔的布置方案
确定型腔布置方案的基本原则：
型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，以防模具承受偏载而产生溢料现象；
型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻模具的重量；
直线形排列加工容易，且平衡性好，加工性尚可，使用广泛。
考虑到模具成型零件出模方式和模具架的尺寸设计，选择如图8-4所示的模具型腔排列方式。
图8-4 型腔布置
max.book118.com 浇注系统的设计
浇注系统的作用是将熔融状态的塑料平稳而顺利地充满型腔，使型腔内的气体能顺利地排出，并在填充及凝固的过程中，能将压力传递到塑料的各个部位，以获得组织紧密的制品。浇注系统的设计原则：
（1）排气良好：能顺利地引导熔融状态塑料填充到模腔的各个深处，不产生涡流或紊流，使模型内的气体顺利排出；
（2）防止型芯变形：尽量避免熔融塑料正面冲击较小的型芯，防止型芯弯曲变形；
（3）热量压力损耗小：熔融状塑料在通过浇注系统时要求其热量、压力损耗最小；
（4）制品外观：设置浇注系统应考虑到方便去除、修整进料口，同时不影响制品的外表美观；
（5）浇注系统的容积：在保证达到以上各原则的前提下，应取最小值，减少浇口余料。
浇注系统的设计对注射成型效率和制品的质量有直接的影响，是注射模具设计很重要的环节。
max.book118.com.1 主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道，是塑料溶料注入模具时最先流经的一段通道，它的大小和形状直接影响熔料的流动速度和注射时间，其设计要点如下：
（1）为了便于从主流道拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，其锥角为2°～4°，对流动性差的塑料，也可取
模具设计举例Microsoft Word 文档(2006-8-8).doc