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畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者： 學 號：
學院（系、部）：
專 業(yè)： 數控加工與模具設計
題 目： 分油套塑料模具設計
指導者：
評閱者：
摘要
從塑料材料的性能分析，根據塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。通過對塑件工藝性的分析和對模具生產條件及制造水平的掌握。開始進行模具的結構設計。其中模具的結構設計過程包括：型腔的數目和位置的確定，模具的總體結構形式設計，動模及定模成形零件尺寸的確定，澆注系統(tǒng)形式及尺寸的確定，脫模方式的確定，調溫及排氣系統(tǒng)的確定,模具結構各部分完成以后，便開始繪制模具的結構草圖，根據具體尺寸校核注射模具及注射機的有關尺寸，并對工藝參數進行核定和計算。之后進行初步的審查對所存在的問題進行確定和修正，然后繪制模具總裝配圖，按裝配圖繪制成型零件及所有需要加工的零件工作圖，同時考慮零件的加工工藝。
關鍵字：成型工藝；結構設計；試模
Abstract
From the plastic material performance analysis, according to models a basic shape and the size obtain, reasonably selects the injection to take shape the method. Though to models a technological analysis and to the mold working condition and manufacture level grasping, formulates the formed craft card. In formulates after the formed craft card, starts to carry on the mold the structural design. Mold structural design process includes. The cavity number and the position determination, the mold overall structural style design, moves the mold and decides the mold forming components size the determination ,pours the system andthe size determination, the drawing of PA66tterns mode determination after, adjusts warm and the exchaust gas completes, then starts to draw up the mold the structure schematic diagram, according to the specific size examination injection mold and the injection computer relatedsize, and carries on the checking and the computation to the craft PA66rameter. Carries on the determination and the revision afterward, then the plan mold assembly drawing, takes shape the components and all needs to process, simultaneously considers the components the processing craft.
Keyword: takes shape the craft； the structural design.
目錄
摘要 2
ABSTRACT 3
目錄 V
前言 1
第二章 塑件的分析 3
2.1 塑件結構分析 3
2.1.1 塑件及塑件材料的特點 3
2.1.2 影響塑件尺寸精度的因素 4
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析 5
2.2.1 工藝性分析 5
2.2.2 材料的選擇 5
2.2.4 PA66的注射成型工藝參數 6
2.3 塑料成型工藝的種類 7
2.3.1 注射成型 7
2.3.2 壓縮成型 7
2.3.3 壓住成型 7
2.3.4 擠出成型 8
第三章 注塑機的選擇與校核 9
3.1 注塑機的選擇 9
3.1.1 由公稱注射量選定注射機 9
3.1.2 由鎖模力選定注射機 9
3.2 注塑機的校核 10
3.2.1 型腔數目的確定及校核 10
3.2.2 鎖模力的校核 10
3.2.3 開模行程的校核 11
第四章 澆注系統(tǒng) 12
4.1 分型面的確定 12
4.1.1 分型面的選擇原則 12
4.1.2 分型面的決定 13
4.2 澆注系統(tǒng)的定義 13
4.3 主流道的設計 14
4.4 分流道的設計 15
4.5 拉料桿與冷料穴的設計 16
4.6 澆口的設計 16
4.7 澆注系統(tǒng)的計算 18
4.7.1 剪切速率的校核 18
4.7.2 主流道剪切速率校核 18
4.7.3 澆口剪切速率的校核 18
4.8 排溢系統(tǒng)設計 19
第五章 成型零件設計 20
5.1 凹模的工作尺寸計算 20
5.2 型腔壁厚、支撐板厚度的確定 20
第六章 頂出系統(tǒng) 23
6.1 模具對脫模機構的要求 23
6.2 脫模力的計算 23
6.3 頂管的設計 25
第七章 溫度系統(tǒng) 27
7.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 27
7.2 冷卻系統(tǒng)的設計 28
7.2.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 28
7.2.2 冷卻回路的確定 28
7.3 冷卻系統(tǒng)的計算 28
第八章 導向系統(tǒng) 32
8.1 導柱的設計 32
8.2 導向孔與導套 33
8.3 導柱的數量和布置 33
第九章 抽芯系統(tǒng)設計 35
9.1 側向分型與抽芯機構的分類 35
9.2 側向分型與抽芯機構的設計 36
第十章 模具開合模動作過程 38
總結與展望 39
參考文獻 40
致謝 41
附錄 42
①產品網格劃分 42
②澆注系統(tǒng)的設計 43
③注塑工藝參數的設定 44
④ 模擬結果分析 45
VIII
前言
本文以分油套為對象，詳細介紹其注射模設計過程。設計中主要用PRO/ENGINEER軟件，根據制件的零件圖進行零件的三維造型，采用模具專家系統(tǒng)EMX，提高了設計效率。通過Autocad完成工程圖的制作，從塑料材料的性能分析，根據塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。根據注塑的額定注塑量我們可以確定模具的型腔為一模一腔，制件圓周方向有12個側孔，無法直接脫模，所以我們需要設計側抽芯機構，利用轉盤帶動滑塊來同時完成12個側孔的抽芯，最后當主流道余料全部被拉出后，再利用推桿推出機構完成塑件的推出。
需要分析的問題是：塑料在型腔內的注射過程中流動情況，溫度壓力變化情況、注塑件殘余應力等, 根據分析檢查模具結構、流動狀態(tài)、產品質量等問題。如是否存在澆注系統(tǒng)不合理, 流道和澆口位置尺寸是否不當, 型腔平衡以及產品的翹曲變形等。設計完成后，最后通過Autocad完成工程圖的制作。
1塑料制品和注射成形在模具業(yè)的重要地位
塑料制品具有原料來源豐富,價格低廉,性能優(yōu)良等特點。它在電腦、手機、汽車、電子、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊產品制造中具有不可替代的作用，應用極其廣泛。
注射成形是成形熱塑件的主要方法，因此應用范圍很廣。注射成形是把塑料原料放入料筒中經過加熱熔化，使之成為高黏度的流體，用柱塞或螺桿作為加壓工具，使熔體通過噴嘴以較高壓力注入模具的型腔中，經過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
塑料注射成形工藝的最大特點是復制，能夠復制出所需任意數量的可直接使用或稍作處理即可使用的制品，是一種適宜大批量生產的工藝。雖然在設備上投入較大，但是可以生產制品的數量非常大，實屬一種經濟快捷的生產方式，因此得到廣泛的應用和快速的發(fā)展。
2模具在我國的發(fā)展歷程
過去在我國工業(yè)中，模具長期未受到重視。改革開放以來，塑料成形、家用電器、儀表、汽車等行業(yè)進入大批量生產，模具工業(yè)有了一定的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農業(yè)和日常生活等各個領域的應用越來越廣泛，質量要求也越來越高。當今社會的進步和發(fā)展，使原有的商品已經不能滿足人們對物質的需求，然而有些商品的制造必須依靠模具才能夠生產加工出來，因此，模具的發(fā)展與人們的生活關系越來越緊密，如我們使用的電腦、手機、汽車等產品都要依靠模具。在塑料制品的生產中，高質量的模具設計、先進的模具制造設備、合理的加工工藝、優(yōu)質的模具材料和現(xiàn)代化的成形設備等都是成形優(yōu)質塑件的重要條件。
我國模具工業(yè)雖然有了長足的發(fā)展，取得了巨大進步，但是我們也要清醒地看到，我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達國家要落后很多，這與我國制造業(yè)發(fā)展的要求相比差距還很大；我們的企業(yè)技術裝備還比較落后，勞動生產率也較低；模具生產專業(yè)化、商品化、標準化程度也不夠高；模具產品主要還是以中低檔為主，技術含量較低，高中檔模具多數要依靠進口，產品結構調整的任務很重；人才緊缺，管理滯后的狀況依然突出，等等?？梢?，我國模具工業(yè)的發(fā)展任重而道遠。
3前景展望
我國進入實施國民經濟和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進入一個關鍵時期。在這一時期，模具行業(yè)的主要任務是，在黨中央關于把我國建設成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進一步推進改革，調整結構，開拓市場，苦練內功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個新臺階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實現(xiàn)把我國建設成為制造業(yè)強國的宏偉目標而奮斗。
我國進入實施國民經濟和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進入一個關鍵時期。在這一時期，模具行業(yè)的主要任務是，在黨中央關于把我國建設成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進一步推進改革，調整結構，開拓市場，苦練內功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個新臺階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實現(xiàn)把我國建設成為制造業(yè)強國的宏偉目標而奮斗。
第二章 塑件的分析
2.1 塑件結構分析
塑件的分析是對所要成型的產品有個初步的了解，在接受設計任務書以后就要對塑料的品種、批量的大小、尺寸精度與技術條件，產品的功用及工作條件有個整體概念，以便在設計模具時優(yōu)選各種方式來成型塑件。仔細閱讀塑件制品零件圖，從制品的塑料品種，塑件形狀，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考慮注塑成型工藝的可行性和經濟性，必要時，要與產品設計者探討塑件的材料種類與結構修改的可能性。
2.1.1 塑件及塑件材料的特點
本產品是一個塑料件。如圖所示
圖2.1 分油套零件圖
1開模方向
由零件的三維圖分析，外表面的表面質量是比較重要的，再根據模具的結構分析得到，產品的外表面應該在定模上，在產品的分型面設置推出機構，所以開模方向應沿零件的Z軸。
2零件壁厚
是根據零件的工作要求、擺放位置和化學和流動特性確定的。
3脫模斜度
根據產品的外型，結合產品的工作條件、工藝特點，為提高產品的生產效率和表面質量，脫模斜度設置為1°。
4圓角
塑件在面與面之間都設計了圓角過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應力集中，提高塑件強度，而且可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。
5側面12個直徑5的孔
由于塑件有12個不同方向的角度的孔所以必須用側抽芯，考慮到外觀較嚴，所以可以采用轉盤，作為驅動力，來驅動滑塊運動，實現(xiàn)抽芯。
2.1.2 影響塑件尺寸精度的因素
1和模具直接有關系:模具的形式或基本結構；模具的加工制造誤差；模具的磨損、變形、熱膨脹。
2和塑料有關的原因:塑料的標準收縮率的變化；塑料的成型收縮、流動性、結晶化程度的差異；再生塑料的混合、著色劑等添加劑的影響；塑料中的水分以及揮發(fā)和分解氣體的影響。
3和成型工藝有關的原因： 由于成型條件變化造成的成型收縮率的波動；成型操作變化的影響；脫模頂出時的塑料變形，彈性恢復。
4和成型后實效有關的原因： 周圍溫度、濕度不同造成的尺寸變化；塑料的塑性變形及因為外力作用產生的蠕變、彈性恢復；殘余應力、殘余變形起的變化。
5塑件的尺寸公差：本塑件在使用上不需要采用高精度等級，但為了不影響塑件的美觀，也不能采用低精度等級。同時，考慮到該材料的性能和成型工藝特點，經查表《模具設計與制造手冊》，精度等級選為4級。
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析
2.2.1 工藝性分析
塑料是以高分子量的合成樹脂為主要成分。它在一定的溫度和壓力的條件下具有可塑性，能夠流動變形，其被塑造成制品之后，在一定的使用環(huán)境條件之下，能保持形狀、尺寸不變，并滿足一定的使用性能要求的材料。塑料中的必要和主要成分是樹脂，樹脂是由高分子物質所組成，它是通過聚合反應而制成的，所以又叫聚合物或稱高聚物。塑料的主要成分是合成樹脂，并加入填料、增塑劑、燃料、穩(wěn)定劑等各種輔料組成。其多組成分有：樹脂、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、固化劑、著色劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。
塑料具有：1質量輕；2化學穩(wěn)定優(yōu)越；3電絕緣性能好；4比強度高；5減摩、耐磨性能優(yōu)良，自潤滑性好；6成型加工方便；7粘結性能好；8光學性能好；9著色性能較強；10導熱率低的特性。
但是在目前塑料的應用中，塑料也存在著一些缺點，使其應用受到一定限制。一般塑料的機械強度均不如金屬。塑料成型時收縮率較高。塑料對溫度的敏感性遠比金屬或其它非金屬材料的大，塑料的使用溫度范圍遠較其它材料的窄。塑料若長期受載荷作用，即使溫度不高，其形狀會產生“蠕變”，塑料這種漸漸產生的塑件流動是不可塑的，導致塑件尺寸精度喪失。所以，在選擇塑料時要注意揚長避短。
塑料按照受熱后的表現(xiàn)性能，可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。前者的特點是在一定的溫度下，經過一定時間加熱、加壓或加入硬化劑后，發(fā)生化學反映而硬化。硬化后的塑料化學結構發(fā)生變化，質地堅硬，不溶于溶劑，加熱也不再軟化，如果溫度過高就分解。后者的特點為受熱后發(fā)生物態(tài)變化，由固體軟化或者熔化成粘流體狀態(tài)，但冷卻后又可變硬而成為固體。且過程可以多次反復，塑料本身的分子結構則不發(fā)生變化。熱塑性塑料和熱固性塑料的性能對比如下表。
2.2.2 材料的選擇
聚酰胺纖維又稱尼龍（Nylon），簡稱PA66，是分子主鏈上含有重復酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱。
尼龍用途廣泛，因此，在汽車、機械部構、通訊、紡織、造紙工業(yè)等方面應用相當廣泛，隨著社會發(fā)展的日新月異，人民對尼龍的需求越來越大。特別是尼龍作為結構性材料，對尼龍的強度、耐熱性、耐寒性等多方面的性能提出了更高的要求。尼龍也有其自身不足。特別是PA6、PA66兩大品種來說，與PA46、PAl2等品種比具有很高的價格優(yōu)勢，雖某些性能不適用于相關行業(yè)發(fā)展。因此，必須針對一應用特定領域，通過提高其某些性能，來擴大其應用的領域。
2.2.3 尼龍材料特點
優(yōu)點：
1機械強度、韌性好；
2耐疲勞性能突出；
3表面光滑，耐磨；
4耐腐蝕；
5無毒；
6耐熱。
7有較好電氣性能，具有較好的電絕緣性。
8重量輕，易染色，易成形。
缺點：
1計較易吸水。
2耐光較差。
3不耐強酸、氧化劑等。
4設計技術要求并較嚴。
2.2.4 PA66的注射成型工藝參數
1密度（g/ cm3）：1.36;
2計算收縮率（%）：0.3～0.7;
3摩擦系數：1.3;
4彎曲彈性模量E：8000 (MPA66)3.0×103N/cm3;
5適用注塑機類型：螺桿式、柱塞式均可。
6后處理:利用油、水、鹽水均可，在溫度為90～100℃時，放置4小時。
2.3 塑料成型工藝的種類
2.3.1 注射成型
注射成型又稱為注射模塑或注塑成型，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除極少數幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料均可用此法成型塑件。注射模塑可成型各種形狀、滿足眾多要求的塑件。注射成型已成功地應用于某些熱固性塑件、甚至橡膠制品的工業(yè)生產中。
注射成型的過程是，將粒狀或粉狀塑件從注射機的料斗送入加熱的料筒，經加熱塑化成熔融狀態(tài)，由螺桿（或柱塞）施壓而通過料筒頂端部的噴嘴注入低溫的、閉合的模具型腔中，經冷卻硬化而保持模腔所賦予的形狀，開模取出塑件。由于注射成型具有成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件；對各種塑料均有良好的適應性；生產效率高，易于實現(xiàn)全自動化生產等一系列優(yōu)點，因而注射成型是一種技術經濟先進的成型方法。
2.3.2 壓縮成型
壓縮成型又稱為壓制成型、壓縮模塑或模壓成型。壓縮成型技術主要用于成型熱固性塑料制品；也可用于熱塑性塑料制品的熱料冷壓成型；也可用于將原料放在模內，施以一定的壓力，先加熱后冷卻定型的成型；還可用于粉料的冷壓成型等。
2.3.3 壓住成型
壓住成型又稱為傳遞成型，壓住模具用于成型熱固性塑料制品，模具具有單獨的加料室，成型時先將型腔閉合，并預熱到成型溫度，將熱固性塑料加入模具的加料室，利用壓柱施壓，塑料在高溫高壓下轉變成黏流態(tài)并以一定的速度通過澆注系統(tǒng)，進型腔，經保溫保壓一段時間塑料交聯(lián)固化，當達到最佳性能時即開模取出塑件。
壓住成型工藝過程和壓縮成型基本相同，他們的主要區(qū)別在于：壓縮成型過程是先加料后閉模，而壓住成型則一般要求先閉模后加料。
2.3.4 擠出成型
擠出成型也稱為擠塑成型。它在熱塑性塑料加工領域中，是一種變化多、用途廣、占比重頗大的加工方法。擠出成型是將塑料在旋轉的螺桿于料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化，定量地通過處于擠塑機頭部的口模和定型裝置，生產出連續(xù)型材的加工工藝。
除了以上幾種外，塑料成型工藝還有氣動擠出成型系列：中空成型、真空成型和壓縮空氣成型。
第三章 注塑機的選擇與校核
3.1 注塑機的選擇
3.1.1 由公稱注射量選定注射機
塑件的體積:V=25.461cm3
塑件的質量：M=1.36gx25.461=34.63g
流道凝料V’=0.2V ；
根據實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8V公≧ V實
3.1.2 由鎖模力選定注射機
F鎖F脹=A分·P型 =·P型 式（3.1）
=1/4×3.14×1122×25×10
=246.18 （KN）
式中 F鎖:注射機的鎖模力（N）； A分:塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；P型:型腔壓力，取P型=25MP ； D取的是塑件的最大直徑。
結合上面兩項的計算，初步確定注塑機為國產注射機SZ-320/1250，其主要技術參數如下表所示。
表3-1國產注射機SZ-320/1250技術參數表
特性
內容
特性
內容
結構類型
臥
拉桿內間距(mm)
910×910
理論注射容積（cm）
816
移模行程(mm)
360
螺桿(柱塞)直徑(mm)
48
鎖模力(KN)
1600
注射壓(MP)
1410
螺桿轉速(r/min)
10~200
注射速率(g/s)
660
鎖模形式(mm)
雙曲肘
塑化能力(g/s)
22.2
模具定位孔直(mm)
150
最小模具厚度(mm)
150
噴嘴球半徑(mm)
18
最大模具厚度（mm）
950
噴嘴口直徑（mm）
6
3.2 注塑機的校核
3.2.1 型腔數目的確定及校核
根據市場經濟及生產效率的要求，本模具采用一模一腔型腔結構，即型腔數目。因型腔數量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數有關，因此有任何一個參數都可以校核型腔的數量。一般根據注射機料筒塑化速率確定型腔數量；
式（3.2）
式中——注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8；
——注射機最大注塑量，g；
——澆注系統(tǒng)所需塑料質量，；
——單個塑件的質量，。
式中、、也可以為注射機最在注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、單個塑件的體積（cm3）。
估算澆注系統(tǒng)的體積：0.2V=15.28cm3
故取滿足我們設計要求。
3.2.2 鎖模力的校核
注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模離，即：
式（3.3）
式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2;
為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2；
P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，MPA66;
為注塑機的額定銷模力,N。
3.2.3 開模行程的校核
注射機開模行程是有限的，開模行程應該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式：
式（3.4）
式中—模具開模行程；
—推出距離
—塑件高度；
—定模板與中間板之間的分開距離。
則<500mm
小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。
第四章 澆注系統(tǒng)
4.1 分型面的確定
模具上用以取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面，也叫合模面。
4.1.1 分型面的選擇原則
1符合塑件脫模：為使塑件能從模具內取出，分型面的位置應設在塑件斷面最大尺寸的部位。
2分型面的數目和形狀：通常只采用一個與開模運動方向相垂直的分型面。確定分形面應以模具制造及脫模方便為原則。
3 型腔的選擇：盡量防止形成側孔和側凹，以避免采用較復雜的模具結構。
4確保表面質量：分型面盡量不要選擇塑件光滑的外表面，避免影響塑件的外觀質量;將塑件要求同軸度的部分放在分型面的同一側。以確保塑件的同軸度;要考慮減小造成塑件大、小端的尺寸差異要求等。
5有利于塑件脫模：由于模具的脫模機構通常設置在動模一側，故盡可能使開模后塑件留在動模一側。
6考慮側向軸拔距：一般機械式分型 抽芯機構的側向軸拔距都較小，因此選擇分型面的時應將抽芯或分型距離長的方向置于動、定模的開合模方向上，即將短軸拔距作為側向分型或抽芯。并注意將側抽芯放在動模邊，避免定模抽芯。
7鎖緊模具的要求：側向合模鎖緊力較小，故對于投影面積較大的大型塑件，應將投影面積大的方向放在動、定模的合模方向上，而將投影面積小較小的方向作為側向分型面。
8有利于排氣：當分型面作為主要排氣渠道時，應將分型面設計在塑料的流動末端，以利于排氣。
9模具零件易于加工。
4.1.2 分型面的決定
模具設計中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結構。分型面與模具的整體結構、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝等有關，因此分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵步驟。
將模具適當地分成兩個或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。
應根據分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。該塑件表面質量無特殊要求，結構也比較間單，固選平直分型面。如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。
4.2 澆注系統(tǒng)的定義
定義：指由注射機噴嘴中噴出的塑料進入型腔的流動通道，使塑料熔體平穩(wěn)有序的填充型腔，并在填充和凝固過程中把注射壓力充分傳遞到各個部分，以獲得組織緊密的塑件。
分類：普通澆注系統(tǒng)：冷流道（本模具采用）
無流道凝料澆注系統(tǒng)：熱流道、絕熱流道
普通澆注系統(tǒng)設計原則：
了解塑料的成型性能和塑料的流動性。
要保證塑件的質量，避免常見的充填問題。
盡量減少停滯現(xiàn)象；盡量避免熔接痕；盡量避免過度保壓和保壓不足；盡量減少流向雜亂。
1盡量減少及縮短澆注系統(tǒng)的斷面和長度。
2盡可能做到同步填充。
3便于修整澆口以保證制件外觀。
4.3 主流道的設計
澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。
該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。
1主流道的設計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模是主流道凝料的順利拔出
主流道尺寸
主流道小端直徑 D=注射機噴嘴直徑+（0.5～1）
=3+（0.5～1），取D=4
主流道球面半徑SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（1～2）
=15+(1～2)，取SR0=17
球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm
主流道長度L=40mm
主流道大端直徑D′=D+2Ltanα=4+2×40×tan2°=6.79，取D′=7mm
澆口套總長LO=L+h+2=45mm
2主流道襯套的形式
主流道小端入口處于注塑機噴嘴反復接觸，屬于易損件，對材料要求較嚴格，因而模具主流道部分設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用幼稚鋼材進行單獨加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
圖5-1主流道襯套
4.4 分流道的設計
分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道的作用是改變熔體流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔。設計時應注意盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失。
分流道的形狀及尺寸，應根據塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、注射速率、分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算太復雜，熔料填充型腔比較容易。根據型腔的放置方式可知分流道的長度不長，為了便于加工起見，選用形狀為圓形分流道，查《塑料模設計手冊》得R=3mm。
塑料迅速冷卻，只有內布的熔體流動比較理想，因此分流道表面粗糙度一般取Ra1.6mm
如下圖所示:
圖5.2 分流道
4.5 拉料桿與冷料穴的設計
冷料穴是為儲存因熔體與低溫模具接觸而在料流前鋒產生得冷料而設置的，這些冷料如果進入型腔將減慢熔體填充速度，最終影響制品的成型質量。冷料穴一般設置在主流道的末端，分流道較長時，分流道的末端也應設冷料穴。
一般情況下，主流道冷料穴圓柱體的直徑為5~6mm，深度為5~6mm。對于大型制品，冷料穴的尺寸可適當加大。對于分流道冷料穴，其長度為1~1.5倍的流道直徑。
冷料穴的分類：1底部帶推桿的冷料穴，由于加工方便，故常使用。2推板推出的冷料穴，這種拉料桿專用于制品以推板或推塊脫模得模具中。3無拉料桿的冷料穴，對于具有垂直分型面的注塑模（兩邊抽芯的哈夫模），冷料穴至于左右兩半模的接觸面上，開模時分型面左右分開，制品與前鋒冷料一起拔出，冷料穴不必設置拉料桿。4分流道冷料穴一般采用以形式
4.6 澆口的設計
模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
1盡量縮短流動距離。
2澆口應開設在塑件壁厚最大處。
3必須盡量減少熔接痕。
4應有利于型腔中氣體排出。
5考慮分子定向影響。
6避免產生噴射和蠕動。
7澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
8注意對外觀質量的影響。還應該考慮的因素有：
①不要將澆口置于高壓力區(qū)域；
②盡量避免或減少熔合線；
③盡量使熔合線遠離高壓力區(qū)域；
④對于增強型塑料，澆口位置決定零件的保壓性能 ；
⑤提供足夠的排氣口以避免空氣存集。
考慮到特殊的注塑過程，如下所示：
圖5.3 澆口的的形式
4.7 澆注系統(tǒng)的計算
4.7.1 剪切速率的校核
生產實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據，可用以下經驗公式表示：
式（5.1）
式中q——體積流量（CM/S）；
R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。
4.7.2 主流道剪切速率校核
Q=0.8Q /T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S）
T注射時間：T=2.5（S）；
R主流道的平均當量截面半徑： Rn= =0.538（cm）
d 主流道小端直徑 ，d=0.63 （CM）；d主流道大端直徑，d=1.36（CM）
5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件)
4.7.3 澆口剪切速率的校核
其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R所以R=7mm。
單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模4腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。
從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。
4.8 排溢系統(tǒng)設計
當塑件熔體填充型腔時，必須順序排出型腔中及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體。注射成型時的排氣通常有如下四種方式進行。1利用配合間隙排氣 2在分型面上開設排氣槽排氣 3利用所有排氣塞排氣 4強制性排氣
本塑件采用第一種，其具體深度可按下表3選取取0.03mm
表5.4 分型面上排氣槽深度(mm)
塑料
深度h
塑料
深度h
聚乙烯PP
0.02
尼龍PA66
0.01
聚丙烯PE
0.01~0.02
聚碳酸酯ABS
0.01~0.03
聚苯乙烯PS
0.02
聚甲醛POM
0.01~0.03
ABS
0.03
丙烯酸共聚物
0.03
第五章 成型零件設計
模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。成型零件包括凹模、型芯、鑲塊、成形桿和成型環(huán)等。成型過程中成型零件受到塑料熔體的高壓作用，料流的沖刷，脫模時與塑件間發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外還要求成型零件具有合理的結構和良好的加工工藝性，具有足夠的強度、剛度和表面硬度。
在計算型腔和型芯工作尺寸之前，對塑件各重要尺寸應按機械設計中最大實體原則進行轉化，即塑件外形尺寸（名義尺寸）為最大尺寸，其公差△為負值；塑件的內腔尺寸（名義尺寸）為最小值，其公差△為正值；中心距尺寸為公稱尺寸，其公差為正負△/2。
5.1 凹模的工作尺寸計算
凹模的徑向尺寸計算公式：
L=[Ls(1+k)-X△]0+δ 式(5.1)
式中 ：Ls——塑件外型徑向公稱尺寸；
K——塑料的平均收縮率；
△——塑件的尺寸公差；
δ——模具制造公差，取塑件相應尺寸公差的1/3~1/6。
凹模的深度尺寸計算公式：
H=[Hs(1+k)-X△]+δ0 式（5.2）
式中:Hs——塑件高度方向的公稱尺寸。
經查得ABS的收縮率K=0.5%；塑件未注尺寸公差，所以按MT5B類公差選取，查模塑件尺寸公差表的其單項公差為1.34。
5.2 型腔壁厚、支撐板厚度的確定
塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔和側壁厚度過薄可能因強度不夠而產生塑料變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產生保壓變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
型腔壁厚、支撐板厚度的確定從理論上講是通過力學的強度及剛度公式進行計算的。由于注塑成型受溫度、壓力、塑料特性及塑件復雜程度的影響，所以理論計算并不能完全真實的反映結果。通常在模具設計中，型腔及支撐板厚度不通過計算確定，而是憑經驗確定。經驗數據表如下：
表5-1 壁厚S的經驗數據
型腔壓力/MPA66
型腔側壁厚度S/mm
<29(壓塑)
0．14L+12
<49（壓塑）
0．16L+15
<49（注塑）
0．20L+17
表5-2 支撐板h厚度的經驗數據
b/mm
b=L/m
b=1.5L/mm
b=2L/mm
<102
(0.12-0.13)b
(0.10-0.11)b
0.08b
＞102-
300
(0.13-0.15)b
(0.11-0.12)b
(0.08-0.09)b
模具設計時上表查到得數據只是作為驗證性的數據。選擇標準模架后，需要結合塑件具體尺寸來驗證型腔壁厚和支撐板厚度的合理性。
第六章 頂出系統(tǒng)
6.1 模具對脫模機構的要求
注塑模必須設有準確可靠的脫模機構，以便在每一循環(huán)中將塑件從型腔內或型芯上自動地脫出模外，本課題選用簡單的推桿脫模機構，以及斜滑桿內側抽芯時，起到推出塑件的作用。
1結構優(yōu)化、運行可靠，機構盡可能簡單，零件制造方便，配換容易。機構動作要準確可靠、運行靈活、機構本身具有足夠的剛度合強度，以抵抗脫模阻力。
2不影響制件外觀，不造成塑件變形破壞，推塑件的位置盡量設在塑件內部或隱蔽處，以免損壞塑件外觀，要保證塑件在脫模過程中不變形、不擦傷。因此本課題在正確分析脫模力的大小和集中的部位，從而選擇脫模方式和推頂位置如圖，使脫模力得到均勻合理的分布。
3脫出機構應便于使塑件留在動模，模具的結構應保證塑件在開模過程中留在具有脫模裝置的半模即動模上。
6.2 脫模力的計算
脫模力是從動模一側主型芯上脫出制 品所需施加的外力，它包括型芯包緊力、真空吸力、粘附力和脫模機構本身的運動阻力。包緊力是指制品在冷卻過程中，因體積收縮而產生的對型芯的包緊力。真空吸力是指封閉的殼類制品在脫模時與型芯之間形成真空，與大氣壓壓差產生的阻力。粘附力是指脫模時，制品表面與模具鋼材表面之間所產生的吸附力。
脫模力是注射模脫模機構設計的重要依據。但脫模力的計算與測量十分復雜，對于任意形狀的殼類制品只能將其簡化為圓筒形或矩形進行近似計算。
脫模力 由兩部分組成，即
式（7.1）
式中—制品對型芯包緊的脫模阻力（N）；
—使封閉殼體脫模需克服的真空吸力（N），
式（7.2）
這里0.1的單位為MPA66,為型芯的橫截面積。
由資料3，P403的具體參數和公式進行計算
由于
塑件為厚壁制品
對于厚壁圓筒制品
取型芯脫模斜度為，
塑料的平均成形收縮率，
塑料的拉伸彈性模量（MPA66），
又真空吸力
抽拔力
6.3 頂管的設計
注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置成為脫模機構，也稱為推出機構。
6.3.1脫模推出機構的設計原則
塑件推出是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的。在設計推出脫模機構時，應遵循下列原則。
1推出機構應盡量設置在動模一側；
2保證塑件不因推出而變形損壞；
3機構簡單、動作可；
4良好的塑件外觀；
5合模時的準確復位。
6.3.2塑件推出的基本方式選擇
由于產品結構所限制，因此用推板推出，能夠更好的推出塑件
6.3.3頂管布局
圖6-1 頂管
第七章 溫度系統(tǒng)
7.1 溫度調節(jié)對塑件質量的影響
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內的塑料粉體的溫度為200℃左右，熔體固化成為塑件后，從60℃左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于80℃）的塑料，如本設計中僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調節(jié)水的流量就可以調節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內應力和明顯的熔接痕等缺陷。冷卻系統(tǒng)的外形結構如圖所示
圖7-1注射成形機的典型冷卻系統(tǒng) 圖7-2與模板連接之冷卻孔道
設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決定下列設計參數： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質。
7.1.1冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
7.2 冷卻系統(tǒng)的設計
7.2.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則
1在設計冷卻系統(tǒng)應先于推出機構。
2注意凹模和型芯的熱平衡，要把注意力放在型芯的冷卻上。
3對于簡單模具，可先測量冷卻水出入口的溫差，然后計算冷卻水的流量。
4冷卻管道直徑、保證湍流的流速以及維持這一流速所需的壓力降便已夠。
5但對于復雜而精密的模具，則應做詳細計算。
6對于大批量生產的普通塑件，可采用快冷以或得較短的循環(huán)注射周期。
7.2.2 冷卻回路的確定
定模冷卻回路從定模墊板引水進去。
動模冷卻回路 由于動模自身的結構特點，我們采用從動模墊板引水，由于水是由下而上流如，因此我們采用直孔隔板式冷卻方法。多個與型芯底面相垂直的管道與底部的橫向管道形成冷卻回路，同時為了使冷卻水沿著冷卻回路流動，在每一個直管道中均設置了隔板。最后，我們應該注意水管的密封問題，以免漏水。一般，冷卻管道應避免穿過鑲塊，否則在接縫處漏水。
7.3 冷卻系統(tǒng)的計算
一般注射模具內的塑料熔體溫度為200度左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60度以下，所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質量和生產效率。
7.3.1冷卻系統(tǒng)的設計原則：
盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡。
冷卻水孔的數量約多，孔徑約大，則對塑件的冷卻效果約均勻。根據經驗，一般冷卻水孔中心線與型腔壁的距離應為冷卻水孔直徑的1～2倍（常位12～15mm），冷卻水孔中心距約為水孔直徑的3～5倍，水孔直徑約為8～12mm。
盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，當塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面的距離應處處相等。當塑件壁厚不均勻時，壁厚處應強化冷卻、水孔應靠近型腔、距離要小，但也不應小于10mm。
澆口處加強冷卻。一般在注射成型時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低，因此要加強澆口處的冷卻。即冷卻水從澆口附近流入。
應降低進水與出水的溫差。如果進水與出水溫差過大，將使模具的溫度分布不均勻，尤其對流程很長的大型塑件，料溫越流越低，對于矩形模具，通常沿模具寬度方向開設水孔，使進水與出水溫差不大于5℃。
合理選擇冷卻水道的形式。對于收縮大的塑件應沿收縮方向開設冷卻水孔。
合理確定冷卻水管的接頭的位置。為不影響操作，進出口水管接頭通常設在注射機背面的模具的同一側。
冷卻系統(tǒng)的水道應盡量避免與模具上其它機構（如推桿孔、小型芯孔等）發(fā)生干涉現(xiàn)象，設計時要通盤考慮。
冷卻水管進出接頭應埋入模板內，以免模具在搬運過程中造成損壞。最好在進口和出口處分別打出標志，如“IN”（進口）和“OUT”（出口）等。
通常對于中小型模具以及對塑件制品要求不太嚴格時，一般可忽略空氣對流，輻射以及與注射機接觸傳走的熱量，同時也忽略高溫噴嘴頭向模具的接觸傳給型腔的熱。所謂簡單計算就是以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，全部由冷卻介質傳走。
計算單位時間內從型腔中散發(fā)出的總熱量（Q總=Q1）：
1計算每次需要的注射量（Kg或cm3）
G=nG件+G澆n=2
=3.4x10-3x2+0.334x0.91x10-3
=0.007Kg
2確定生產周期（s）
t=t注 + t冷 + t脫
=60s（式中數值查表得）
3求使用的塑料單位熱流量Qs（Kj/Kg）
查表得單位熱流量 590～690 Kj/Kg
4求每小時需要注射的次數
N=3600/60=60次
5求每小時的注射量（Kg/h）
W=N.G
=60x0.007
=0.42Kg/h
6求從型腔內發(fā)出的總熱量（Kj/h）
Q總=Q1=N.G.Qs=W.Qs=0.42 x 600=252 Kj/h
7.3.2求冷水的體積流量（m3/min）
V=q.v=Q/60 / ρ1.C1（T出 – T進） 式（7.1）
式中，ρ為水密度 103Kg/m3，C1為水的比熱熔 C1=4.187J/（Kg.℃），T出為水管出口設定溫度，T進為水管進口設定溫度，實驗表明1/3的熱量是凹模帶走，其余2/3有型芯帶走，也有資料說前者帶走40%而后者帶走60%。Q實為凹模帶走的熱量，但在這里是以簡單的計算公式來計算Q的總量，因此也把Q凹模帶走的熱量當做Q總量（Kj/h）取ΔT=T進-T出=5℃
Q.v=1/3 x 252/60 / [10x4.187x5]℃
=6.67x10-3m3/min
如下表所示，冷卻水管的最低流速是1.32v（m/s）
冷卻水管的的直徑應該是10mm
表8-3 冷卻水管的參數
冷卻水管直徑d（mm）
最低流速v（m/s）
冷卻水體積流量v（m3/min）
8
1.66
5.0 x 10-3
10
1.32
6.2 x 10-3
12
1.10
7.4 x 10-3
15
0.87
9.2 x 10-3
20
0.66
12.4 x 10-3
第八章 導向系統(tǒng)
本設計采用導柱導向機構，導柱導向機構是利用導柱和導向孔之間的配合來保證模具的對合精度。導柱導向機構設計內容包括：導柱和導套的典型結構：導柱與導向孔的以及導柱的數量和布置等。任何一副模具在定、動模之間都設置有導向機構。其功用是：
1定位作用：合模時維持動定模之間的一定方位，合模后保持模腔的正確形狀。
2導向作用：合模時引導動模按序閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側向力。
3承載作用：采用推件板脫?；蛉迨侥＞呓Y構，導柱有承受推件板和定模型腔板的重載荷作用。
4保持運動平穩(wěn)作用：對于大、中型模具的脫模機構，有保持機構運動靈活平穩(wěn)的作用。
8.1 導柱的設計
導柱設計要點如下：
1導柱的直徑視模具大小而定，但必須具有足夠的抗彎強度，且表面要耐磨，芯部要堅韌，因此導柱的材料多采用低碳鋼（20）滲碳淬火，或用碳素工具鋼（T8、T10）淬火處理，硬度為50~55HRC。
2導柱的長度通常應高出凸模端面6~8mm,以免在導柱未導正時凸模先進入型腔與其碰撞而損壞。
3導柱的端部常設計成錐形或半球形，便于導柱順利地進入導向孔。
4導柱的配合精度。導柱與導向孔通常采用間隙配合H7/f6，或H8/f8，而導柱與安裝孔則采用過渡配合H7/m6,或H7/k6，配合部分表示粗糙度為Ra＝0.8同時需要注意，要采用適當的固定方法防止導柱從安裝孔中脫出。
5導柱直徑尺寸按模具模板外形尺寸而定。模板尺寸越大，導柱間中心距應越大，所選導柱直徑也越大。
8.2 導向孔與導套
為了保證導向精度和檢修方便，導向孔一般采用鑲入導套的形式。導向孔的設計要點如下：
1導向孔最好為通孔，否則導柱進入未通的導向孔時，孔內空氣無法逸出，產生反壓力，給導柱運動造成阻力。若受模具結構限制，導向孔必須做成盲孔時，則應在盲孔側壁增設透氣孔式透氣槽
2為使導柱比較順利地進入導索，在導套前端就應倒有圓角。通常導套采用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱的硬