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衣架头注塑模的设计摘要：在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。以衣架头模具的设计为例，介绍了注塑模具的设计方法和流程。首先根据塑件材料及工艺特性对零件进行塑件分析，然后选择注塑机，接着确定成形方案：总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。关键词：衣架头；注塑模；设计1引言在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，因此模具工业是国民经济的基础工业，模具的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精”仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。本课题是《衣架头注塑模的设计》。通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适用的塑料注塑模具。2塑件分析2.1塑件的结构塑件衣架头的结构如图1所示。图1塑件衣架头的结构2.2塑件材料的选择本设计选用ABS塑料成型，ABS是一种具有良好综合性能的工程材料，它具有苯聚乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧性，聚丙烯晴的化学稳定性和表面硬度，其抗拉强度可达35～50Mpa，ABS粘度适中，流动性好。它的另一个优点是耐气候性，其制品的使用温度范围40℃～100℃。ABS的线膨胀系数小，制品具有良好的尺寸稳定性，且抗蠕变性好；拉伸强度、冲击强度、硬度值都较高；能耐水、无机酸、碱等.由于ABS中B组分的存在，耐候性差，易发生光氧化老化和热氧化老化，为了提高耐候性，可加入抗氧化剂和光稳定剂。综上所述，由于ABS具有良好的耐酸碱性、较强力学性能、使用温度范围较宽，相比之下ABS更加适合做衣架的成型材料。2.3塑料的结构工艺性分析2.3.1塑料的结构工艺性（1）塑件公差等级选用与塑料品种有关：模具塑件尺寸公差的代号为MT，公差等级分为7级,每一级可分为A、B两部分，其中A为不受模具活动影响尺寸的公差，B为受模具活动影响尺寸的公差。塑件尺寸精度确定应合理选择，尽可能选用低精度等级。常用材料模塑件公差等级选用。材料为ABS时，选取一般精度等级为MT3，未注公差尺寸公差等级为MT5。（2）塑件表面粗糙度，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比塑件的低1~2级，塑料制件表面粗糙度Ra值一般为3.2~0.2μm，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，应给以抛光复原。透明制件要求型腔和型芯表面粗糙度相同；而不透明制件则根据使用情况而定，非配合表面和隐藏面可取较大表面粗糙度值,除有特殊要求外，一般型腔表面粗糙度要低于型芯表面粗糙度。ABS塑料表面粗糙度取值范围为0.025μm～1.6μm。在本设计中表面粗糙度采用1.6μm。2.3.2工艺参数干燥处理：吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间预热干燥。模具温度：60~68℃喷嘴温度：180~190℃中段温度：210~230℃后段温度：180~200℃注射压力：70~90MPa塑化形式：螺杆式喷嘴形式：直通式注射时间：3~5s保压时间：15~30s冷却时间：15~30s成型周期：40~70s2.4脱模斜度的确定塑件高度在25mm以下时可不考虑脱模斜度。本产品的架身有个侧抽芯机构，必须考虑下脱模的斜度，取脱模斜度为0.5°。架头不采用侧抽芯机构，采取碰穿的形式，所以必须采用脱模斜度，也同样取0.5°。其他的因为制品截面比较简单，而且高度小于25mm，所以不考虑脱模斜度。3注塑机的选用采用一模四腔，总体积是7.993×103mm3×4=31.972㎝3要求注射成型时的总注射量应是注射机最大注射量的80%以下，由《模具设计与制造》的参考数据得Gmax=G/0.8=31.972/0.8=39.965mm3衣架头注塑机的选用如表1。表1衣架头注射机的主要参数为XS-ZY-125注射机型号XS-ZY-125理论容量/cm^3200螺杆直径/mm55注射压力/MPa109移模行程/mm740锁模力/KN2540最大注射面积/cm^2645模具最大厚度/mm406模具最小厚度/mm165模板最大距离mm260模板行程mm666喷嘴圆弧半径mm18喷嘴孔径mm4喷嘴移动距离mm310其他总力280KN开模力8T，顶杆最大距离190mm4模具结构设计4.1分型面的选择分型面的选择是注射模设计中的一个关键。它是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关。（1）分型面应先在塑件外形的最大轮廓处（2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量（4）分型面的选择应有利于模具的加工（5）分型面的选择要有利于排气4.2衣架头的型腔分布塑件的成型位置：衣架头采用一模四腔模具，采用塑件在动模中和定模中都有的分布衣架头的型腔分布如图2。图2衣架头的型腔分布图4.3脱模推出机构的结构形式（1）推出机构分类推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成，推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑料制件的质量。推出机构按基本传动形式可分为机动推出、液压推出和手动推出等三类。本设计采用液压推出，它是利用开模动作，由注射机上的液压缸推动模具上的推出机构，将塑件从动模部分推出。推出机构按推出元件的类别可分为推杆推出、推管推出、推件板推出等。本设计采用推杆推出机构，它是推出机构中最简单、动作最可靠、最常见的结构形式，因为设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造、修配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。（2）推杆的形状本设计中推杆的形状采用圆柱头直通式推杆，尾部采用台肩固定，这种形式通常在d3mm时采用，是最常用的形式。本设计中衣架头的推杆直径d都取4mm。推杆尺寸。（3）推杆的固定与配合在推杆固定板上制有台阶孔，将推杆装入其中。这种形式强度高，不易变形，但在推杆很多的情况下，台阶孔深度的一致性很难保证，本设计a）衣架身所使用的推杆数为4，不是很多，可采用此种形式。b）衣架头所使用的推杆数为8。推杆固定板上的孔为d+1mm，即5mm；推杆台阶部分的直径为8mm，推杆固定板上的台阶孔为9mm。推杆工作部分与模板或型芯上推杆孔的配合常采用H8/f7~H8/f8的间隙配合，视推杆直径的大小与塑料品种的不同而定。推杆直径大、塑料流动性差可以取H8/f8，反之采用H8/f7。本设计采用的推杆直径较小，且ABS塑料的流动性好，据此取H8/f7。推杆与推杆孔的配合长度视推杆直径的大小而定，L=1.5~3d，本设计取配合长度为3d即12mm。推杆工作端配合部分的粗糙度Ra一般取0.8μm。（4）推杆的材料与热处理要求。材料为T8A钢，端部淬火到50~55HRC。推杆的工作端面在合模注射时是型腔底面的一部分，推杆的端面如果低于或高于该处型腔底面，在塑件就会出现凸台或凹痕，影响塑件的使用或美观。因此，通常推杆装入模具后，其端面应与相应处型腔底面平齐。本设计中推杆的端面与相应处型腔底面平齐。4.4浇注系统的结构4.4.1主流道的设计浇注系统的结构：浇注系统指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。主流道的设计原则：1.要能保证塑件的质量。2.尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度。3.尽可能做到同步填充。主流道为直接与注射几的喷嘴连接的部分。主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触，容易损坏，为便于更换，常设计成可拆卸的主流道衬套结构。主流道衬套的进口端在注射时承受很大的喷嘴压力，同时，其出口端与分流道、浇口也承受型腔的反压力，因此，主流道衬套应代凸缘，使之固定在定模上。主流道为一圆锥孔，其小头正对注射机的喷嘴，因喷嘴外形为球面，所以主浇道小头孔端的外形应为一凹球面，凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大2～3mm。主流道的个部分尺寸如图3。图3浇道的形式衣架模具主流道的尺寸：d=喷嘴孔径＋1（mm）=4＋1=5mmR=喷嘴球面径＋（2～3）（mm）=18＋（2～3）=20～21mm=2°～4°本设计中取2°r=1～3（mm）取2mmH=（1/3～1/5）R=6.66mm～7mmD=10mm技术参数：浇口套材料选用T8A，热处理后达到50～55HRC。粗糙度为Ra（0.4～0.8）vmm。4.4.2分流道设计分流道的设计原则：1.保证熔体迅速而均匀地充满型腔。2.分流道的尺寸尽可能短，容易尽可能小。3.要便于加工及刀具的选择。分流道是指主流道与浇口的通道，其作用是使熔融塑料过度和转向。本设计采用半圆形截面如图4。图4分浇道的截面示意图本设计当中衣架头的分流道d取6mm。在一模多腔时，主流道截面面积应不小于分流道面积的总和，分流道的表面粗糙度应高于主流道表面的粗糙度，从增大外层料流的阻力，降低流速以获得中心料流有相对速度差，有利于熔融塑料冷皮层固定，起到保温作用。4.5侧抽芯的设计在衣架身的塑件有个长为12.3mm的侧孔，所以必须设计一个侧抽芯机构，本设计采用斜导柱抽芯机构，斜导柱分型抽芯机构是应用最广的分型抽芯机构，它借助注塑机开模力或推出力完成侧向抽芯，结构简单，制造方便，动作可靠。侧型心装在T形导滑槽内，可沿抽拔方向平稳滑移，驱动滑块的斜导柱与开模运动方向成斜角安装，斜导柱与滑块上对应的孔呈松动配合，开模或推出时斜导柱和滑块发生相对运动，斜导柱对滑块产生一个侧向分力，迫使滑块完成抽芯动作。侧抽芯结构如图5。图5侧抽芯结构示意图1—锁紧块2—滑块3—斜导柱4—导滑槽5—限位销6—侧型芯7—圆头销4.6冷却方式与装置的选择假设由熔融塑料放出的热量全部传给模具，其热量为Q1=nmC(T1-T2)(J/h)式中n—每小时注射次数（次/小时）；m—每次注射的塑料质量（千克/次）；C—塑料的比热容（J/kg.℃）；T1—熔融塑料进入模腔的温度（℃）；T2—制品脱模温度（℃）取T1=200℃，T2=50℃，m=48.9g，C=1047J/kg.℃。成型周期为60秒。代入数据得Q=460784.7（J/h）冷却时所需要的冷却水量式中M1—通过模具的冷却水质量（kg）；T3—出水温度（℃）；T4—进水温度（℃）；取5℃。=1055代入数据得，M1=87.3Kg。根据冷却水处于湍流状态下流速与水道直径d的关系，确定模具冷却水管道直径d。式中M1—冷却水的质量（kg）；—管道内冷却水的流速成，一般取0.8～2.5m/s；—水的密度（kg/m3）。代入数据得：d=7.45mm。d取8mm。冷却管道总传热面积计算式为式中R—冷却管道壁与冷却介质间的传热系数式中—水的密度（kg/m3）；f—与冷却介质有关的物理系数。—模温与冷却介质之间的平均温差（℃）。代入数据得：R=13220995.43（J/m2·℃）A=0.33×10-6（m2）通过上面的计算，可以得出需要的冷却面积太小，考虑到加工的费用，而且制品的覆盖面比较广，故无须设冷却水道，以节省模具的成本。4.7排气系统的结构常在主流道或一级分流道的转弯的末端设置冷料井。冷料井的直径稍大于主流道大端直径d2，冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。本设计采用倒锥形拉料杆冷料井，这种结构形式有足够大的冷料井，在成型韧性好的塑料制品时，应用比较广泛。在取出主流道凝料时无需作侧向移动，易于实现自动化操作