帝王野心2.2塑件使用材料的分析
通过对塑件的结构分析，结合实际的生产过程，比较各种材料的性能，最终材料选择为热塑性塑料中的ABS （苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚物）。根据《模具结构型式与应用手册》（机械工业出版社）介绍，ABS 综合性能较好，力学性能，抗冲击力强，不易变形，易于加工成型，适于制作一般的机械零件、传动零件和减摩耐磨零件。
2.2.1 ABS 的基本性能指标
表 2.1 ABS 热物理性能
密度(g/ cm3)
1.03—1．07 比热容(J·kg-1K-1) 1255—1674 导热系数
(W·m-1·K-1×10-2)
13.8—31.2 线膨胀系数 (10-5K-1) 5.8—8.6 滞流温度(°C)
130 计算收缩率 0.3—0.8 注射压力/MPa
60—100 成型周期/S 50—220
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表2.2 ABS力学性能
屈服强度（MPa）50 抗拉强度(MPa) 38
断裂伸长率(﹪) 35 拉伸弹性模量(GPa) 1.8
抗弯强度(MPa) 80 弯曲弹性模量(GPa) 1.4
抗压强度(MPa) 53 抗剪强度(MPa) 24
2.2.2 ABS的优点
（1）综合性能良好，抗冲击性强、力学强度高，对低温不性感。
（2）耐腐蚀性、耐磨型、耐水性、耐化学性均为良好。
（3）水、无机盐、碱、酸等对ABS几乎无影响。
（4）尺寸稳定，易于成型和机械加工，不易变形。
2.2.3 ABS的成型性能
（1）吸湿性强，要求含水量小于0.3％，应充分干燥。
（2）流动性能中等，溢边料在0.04mm左右。
（3）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温。一般用螺旋式注塑机时料温为180—200°C，注射压力为 60— 100 MPa。
（4）易产生熔接痕，模具设计时注意尽量减小浇注系统对斜流阻力，模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口位置。
（5）ABS升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度应取稍大，宜取1 °以上。
（6）在一般的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响很小。
2.2.4 ABS成型塑件的主要缺陷及解决措施
主要缺陷：成型时易出现缺料、气孔、飞边、熔接痕等情况，材料不耐高温，热变形温度为93°C左右，且在紫外线照射下易变硬变脆。
解决措施：加大主流道、浇口、分流道、增大注射压力且提高模具预热温度。
3 模具设计
3.1 概述
通过上述对玩具四驱车底座零件的工艺性分析，以及对已选择的ABS材料性能的介绍，可以确定出此塑件需要采用注塑模加工生产，选择的制造机器为注射成型机。
首先做一下基本概念的介绍：
①合模：注射成型机与塑料成型模具配合的过程
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②注射成型模具：制作注塑件所使用的成型模具
注射成型模具主要由以下6部分组成：
①支撑件，定、动模座和垫板与垫块；
②抽芯与分型机构；
③定位与导向件；
④脱模机构；
⑤注射系统；
⑥型件，即凸模与凹模。
3.2 注塑机型号的确定
注塑机的选择应根据注塑件的使用材料，注塑件的加工方式等多方面综合来确定，在本次的设计中，我选择ABS材料，其注射压力为60—100MPa。注塑件的体积为13.6029cm3，ABS材料的密度为1.05g/ cm，所以注塑件的质量为14.283g。
综合以上数据，初步选择注塑机的型号为SZ—68/400。
SZ—68/400型注塑机的主要技术规格如表3.1：
表3.1 SZ—68/400注塑机的主要参数
理论注射容积(cm3）85 螺杆直径(mm) 30 注射压力(MPa) 123 注射速率(g/s) 70
塑化能力(g/s) 35 螺杆转速(r/min) 0—200
锁模力(kN) 400 拉杆有较距离(mm) 220×300
移模行程(mm) 250 模具最大厚度(mm) 240 模具最小厚度(mm) 130 锁模形式双曲肘
模具定位孔直径(mm) 80 喷嘴球半径(mm) SR10 喷嘴口孔径(mm) 3 模板尺寸(mm) 200×315
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图3.1 所选注射机喷嘴及模板参数
3.3确定型腔数量
选择型腔的数量的影响因素很多，本设计中，已暂定了注塑机的型号和注塑件的尺寸，所以可以根据注塑机的注射能力确定型腔数。同时考虑到四驱车底座的结构复杂，因此需要侧向抽芯机构和大量的推杆，故采用一模一腔结构。
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图3.2 型腔
3.4注塑机与型腔数量的校核
3.4.1 最大注射量的校核
注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。
在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即
V = nV z + V j
式中 V — 个成形周期内所需射入的塑料容积(cm3)；
n — 型腔数目
V z — 单个塑件的容量(cm3）。
V j — 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量(cm3）。
故应使
nV z + V j ≤ 0.8V g
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V g — 注射机额定注射量(cm3）。
根据容积计算
nV z + V j = 26.2272 ≤0.8 x 85
注射机的注射量符合要求
3.4.2 锁模力的校核
锁模力是指注射机的合模装置对模具所施用的最大加紧力，可以按下列公式核算：
1000X A P F 分模≥
10010X PA K F 分≥
式中： F 0 —注视机的锁模力（KN ）；
P 模 — 型腔内熔体压力（MPa ）
此处 P 模 = 30 MPa ；
K 1 — 压力损耗系数,K 1 = 1/3 — 2/3；
P — 注射压力(MPa);
A 分 — 注塑件和浇注系统在分型面上的投影之和（cm 2）
此处 A 分 = 83.2 （cm 2）。
所以 83.2 x 30 x 100 = 249600 N = 249.6 KN < F 0 = 400 KN
故符合要求。
3.4.3 最大注射压力校核
注射机的额定注射压力（最高压力p max ）,应该大于注射机成型时实际调用的的注射压力，即：
p max ﹥Kp 0
易的此式成立，符合要求。
3.4.4 模具闭合高度和平面尺寸的校核
喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。
需满足： H min ﹤H ﹤H max
式中 H — 模具闭合高度 ；
H min — 注射机的最小厚度；
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H max —注射机的最大厚度。
查表可得
130﹤H﹤240
符合要求。
3.4.5 合模行程校核
合模行程指模具开合过程中动模固定板的移动距离。
S max≥ s = H1 + H2 + 5—10mm
式中 H1 —脱模距离（mm）；
H2 —塑件高度（包括浇注系统凝料在内）（mm）。
开模距离取 H1 = 20mm
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40mm
余量取 8mm
则有：
S max≥ s = 20+20+28 =68
符合要求。
3.5浇口的设计
浇口的类型有很多，对于像本次设计使用的ABS这种流动性好的材料，一般使用点浇口。
3.5.1 使用点浇口的一般优缺点
优点：注塑件脱模后浇口痕迹不明显，不需要修正；在塑件被顶出时，浇口脱落，可节省去毛刺工序，有利于机床自动化。
缺点：若注射压力过大，容易造成熔融塑料的旋流；对于薄壁的制品，如果排气不畅，易造成浇口附近的塑料烧焦，导致注塑件上产生黑点。
3.5.2 浇口尺寸的确定
浇口的尺寸大小，应该由注塑件的几何形状、尺寸、结构和塑料的性能来确定。浇口结构尺寸可由经验公式，并由《塑料模具技术手册》中图3-31 查得，浇口深度 h = 0.5 ～ 2.0
h = n t = 0.8 取 h = 1 （mm）
式中 h —浇口深度（mm）;
n —塑料系数；
t —塑件壁厚（mm)
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3.5.3 浇口位置的选择
选择浇口位置时应遵循如下原则：
①避免塑件上产生缺陷，将浇点设在注塑件的边缘；
②浇口开设在塑件截面最厚处；
③应有利于塑料熔体的流动；
④需要考虑塑件受力情况；
⑤考虑流动定向方位对塑件性能的影响；
⑥分析浇口位置和数目对塑件变形的影响；
⑦应防止型芯或嵌件挤压位移或变形。
3.5.4 点浇口形式的选择
点浇口的形式大体分为单点形浇口、双点形浇口和多点形浇口，在选择浇口形式时，还应使浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等。本次设计中选择单点形浇口。
图3.3 浇口套
3.6冷料穴的设计
在注射机注射塑料之前，喷嘴前端的熔融塑料的温度较低，形成了冷料渣，若将这些冷料渣也注入到型腔中，就会产生次品，为了将冷料查收集起来防止进入型腔，在进料口的末端的动模板上或者在流道的末端上开设一个洞穴，这就是冷料穴。一般在冷料穴的末端开设
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一个拉料肝，在脱模时冷料渣会被拉料杆拉出。
图3.4 冷料穴
3.7 排气槽的设计
熔融塑料在填充型腔的过程中，模具型腔内有气体的存在，同时塑料受热也会产生气体，在高速注射成型时也会产生大量的气体，这些气体将会都产品的质量产生影响。所以在模具设计时必须设计排气槽。
排气槽选择在型腔最后充满的地方，且应该开设在分型面上，对于流速小的塑料制品，一般是利用分型面的间隙进行排气。
3.8分型面的设计
分型面是模具上用于取出塑件和浇注系统凝料的可分离表面，分型面对注塑件的形状、工艺操作以及模具制造都有很大的影响。
分型面的选择原则有以下几点：
①不影响塑件的尺寸精度和外观；
②不妨碍塑件脱模和抽芯；
③设计的应尽量简单，使模具制造容易；
④有利于浇注系统的合理设置；
⑤尽可能的有助于排气；
在一般的实际设计中，不能全部满足上述原则，一般抓住主要矛盾，确定合理的分型面。
分型面的形式
分型面的形式有五种，分别是平直分型面、阶梯分型面、倾斜分型面、瓣合分型面和曲面分型面。一副模具至少有一个分型面，也可以设计多个分型面。
在本次设计中，结合实际生产情况，设计为两个分型面的平直分型面。
根据以上原则，可确定该模具的分型面图3.5：
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图3.5模具分型面
3.9侧向抽芯机构的设计
侧型芯尺寸的确定
(1) 侧抽芯的基本尺寸根据模具的整体结构尺寸和抽芯机构抽芯距及抽芯力的计算，可确定抽芯机构型芯部分侧型芯的具体尺寸。
(2) 为了在开模之前，侧抽芯机构能够顺利实现抽芯动作，在型芯固定板上装4个对称布置的弹簧顶销。
(3) 侧抽芯的导滑形式采用圆形导滑孔，侧抽芯与导滑孔之间为间隙配合，配合精度选H8/f7或H8/f8，导滑孔硬度应达到HRC52～56。
①顶销为圆头销：材料35钢、热处理43～48HRC；
②弹簧的规格及尺寸：
圆柱螺旋压缩弹簧：65Mn、型号为1.6?12?24?7Ⅲ类
此弹簧受变负荷作用，最大工作负荷为103.55N。
该模具在开模时由于有弹簧顶销差距的作用，使得开模过程是先实现侧抽芯动作再开模，所以不会造成塑件纵向开模时损坏的情况。
4 合模导向机构设计
4.1 合模导向机构的作用
4.1.1导向机构的作用
注射模合模导向机构的主要作用是保证动模和定模之间的准确配合和可靠的分开，保证注塑件的形状和尺寸精度，合模导向机构分为两种，一种是导柱导向，另一种是锥面定位，前者应用广泛，本次设计中也将使用导柱导向。
4.1.2 导柱导向机构设计
导柱导向机构是靠导柱和导套之间的间隙配合保证模具的对合精度。导柱、导套的尺寸和结构以保准化，可根据具体需要查表得到。
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4.1.3 导柱导套的设计原则
(1) 导柱应合理分布在模具分型面的四周，布置方式一般采用等直径导柱的不队称布置或者是不等直径导柱的对称布置；
(2) 导柱一般设在型芯的一侧，用来保护型芯不被损坏。导柱设在定模一侧也可以方便脱模；
(3)导柱的长度一般比凸模端面高6—8mm，用来保证导柱伸入导套之后型芯才会进入型腔；
(4) 导柱端面要设计成半球形或者是锥形，导套的前端应做倒角；
(5)导柱和导套的耐磨性要好，一般采用渗碳钢经渗碳淬火处理，其表面硬度要达到48—55HRC。表面粗糙度为Ra = 0.8 μm；
