杯子塑料膜毕业设计.doc

摘 要 本产品是一个注塑模具，通过对注塑成型的特点、产品的要求、材料的分 析等，设计制造出合格的产品。塑料注塑模的设计计算包括方案论证、确定成 型设备、注塑模结构设计、注塑模设计的尺寸计算、注塑机有关参数的校核等 方面。 本设计的大体思路及内容是：首先对塑件的工艺性分析和塑件的尺寸精度 分析，从而确定方案。然后对连接座进行造型设计，得到塑件的体积和质量， 来初选注塑机。注塑模结构设计包括：分型面的选择，型腔数目的确定及型腔 的排列，浇注系统的设计，型腔、型芯结构、侧向分型与抽芯机构的确定等方 面。本文注塑模设计的尺寸计算主要是成型零件尺寸的计算以及斜导柱侧向分 型与抽芯结构的计算。注射机注射量的校核、模具轮廓尺寸与注射机装模空间 的校核、开模行程的校核和模具顶出装置的校核。 关键词：注塑模、PC II 目 录 第一章 概述 .1 1.1 塑料工业简介 .1 1.2 我国塑料模现状 .2 1.3 塑料模发展趋势 .3 第二章 制品的分析 .4 2.1 制品(某型茶杯杯盖)的简介 .4 2.2 制品的工艺性及结构分析 .5 2.3 注射成形过程 .5 第三章 拟订模具的结构形式 .7 3.1 确定型腔数量及排列方式 .7 3.2 分型面的确定 .7 3.3 注塑机型号的确定 .10 3.4 浇注系统的设计 .12 3.4.2 主流道的设计 .14 3.4.6 浇口的确定 .26 3.5 脱模推出机构的确定 .28 3.6 合模导向机构的设计 .29 3.7 排气系统的设计 .30 3.8 模架的确定和标准件的选用 .31 第四章 成型零件的结构设计和计算 .32 4.1 成型零件采用整体式或是镶拼式 .32 4.2 成型零件工作尺寸的确定 .37 第五章 温度调节系统设计 .38 5.1 加热系统 .39 5.2 冷却系统 .39 第六章 注塑机的确定 .42 6.1 有关塑件的计算 .42 6.2 注塑机及参数的校核 .43 第七章 总装配图 .46 第八章 总结与展望 .47 致 谢 .48 1 第一章 概述 1.1 塑料工业简介 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从聚氯乙烯塑料问世 以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改进技术的进步、 愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促进塑料工业的发展。 模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工艺装备或工 具，它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低， 其模具的因素占 80%。然而模具的质量的好坏又直接与模具的设计与制造有很大 关系。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求越来越大、产品 更新换代周期越来越短、用户对塑件的质量要求也越高，因而模具制造与设计 的周期和质量要求也相应提高，同时也正是这样促进了塑料模具设计于制造技 术不断向前发展。就目前的形式看，可以说，模具技术，特别是设计与制造大 型、精密、长寿命的模具技术，便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。 按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金 属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的 制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，就中国就有比较远 大的市场，所以模具制造业已成为一个大行业。 在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简 称塑料模。 塑料模具的设计是模具制造中的关键工作。通过合理设计制造出来的模具 不仅能顺利地成型高质量的塑件，还能简化模具的加工过程和实施塑件的高效 率生产，从而达到降低生产成本和提高附加价值的目的，塑料模的优化设计,是 当代高分子材料加工领域中的重大课题。 塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生 产这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺 确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形 状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定 型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、 2 内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加 工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次， 塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分 昂贵的，大型塑料模更是如此。 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉 为塑料制品成型技术的“三大支柱” 。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑 件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化 生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和 更新为前提。 塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当 塑料制品及其成形设备被确定后，由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓 的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程 度。 1.2 我国塑料模现状 塑料模是现代塑料工业生产中的重要工艺装备，塑料模工业是国民经济的基 础工业。用塑料模生产成型零件的主要优点是制造简、材料利用率高、生产率 高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物 美的经济效果。 在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比 德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水 平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/31/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。 随着我国改革开放步伐的进一步加快，我国正逐步成为全球制造业的基地， 特别是加入 WTO 后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。塑料 模的设计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的确开发和应用。 在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用 塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商 品化尚待规模化；CAD、CAE、Flow Cool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂 少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。 因此，我国要从一个制造业大国发展成为一个制造业强国，必须要振兴和发展 3 我国的模具工业，努力提高模具工业的整体技术水平，提高模具设计与制造水 平，提高国际竞争能力。 1.3 塑料模发展趋势 塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用。其中 注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技 术不段向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑 料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对 模具的要求。 由于计算技术和数控加工迅速发展，使得 CAD/CAM 逐渐取代了过去塑料模 的设计与制造技术，使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。 塑料模 CAD/CAM 的发展不仅可以提高塑料模质量，减少塑料模的设计与制造工 时，缩短塑料模生产周期，加快塑件生产和产品的更新换代，而且更主要的是 能满足当前用户对塑料模行业提出的“质量高、交货快、价格低”的要求。 塑料模以后的发展主要有以下几方面： a、注射模 CAD 实用化； b、挤塑模 CAD 的开发； c、压模 CAD 的开发； d、塑料专用钢材系列化。 4 第二章 制品的分析 2.1 制品的简介 制品的分析是对所要成型的产品有个初步的了解，在接受设计任务书以后就 要对塑料的品种、批量的大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件 有个整体概念，以便在设计模具时优选各种方式来成型塑件。如图 21 为塑 件零件图。 图 21 塑件零件图 2.1.1 对制品的分析主要包括以下几点 a、产品尺寸精度及其图纸尺寸的正确性； b、脱模斜度是否合理； c、塑件厚度及其均匀性； d、塑件种类及其收缩率； e、塑件表面颜色及表面质量要求。 5 2.1.2 本设计中塑件各项要求 a、塑料名称：聚碳酸酯（PC） ； b、色调：半透明、淡黄色； c、生产纲领： 大批大量。 2.2 制品的工艺性及结构分析 2.2.1 结构分析 影响塑件结构的因素主要有脱模斜度、塑件壁厚、有无加强筋、支撑面的 设计、有无圆孔、有无嵌件、嵌件的形状。该制品是洗漱当中的漱口杯，没有 台阶，没有侧孔凹痕，外形简单，壁厚均匀。 2.2.2 成型工艺分析 a、精度等级： 由下表 2-2 得，采用一般精度 MT3 级,未注精度选用 MT5。 b、脱模斜度：由于本制品本身的一半多已经有斜度了，抱紧力不大，所以 脱模斜度设为 1。 2.2.3 材料的性能分析 a、 聚碳酸酯（PC）俗称防弹胶，密度为 1.2g/cm3,透明性好.它具有优良 的“韧而刚”的综合性能，机械强度高、韧性好、耐冲击强度极高、耐热耐候 性好、尺寸精度和稳定性高，无毒无味。 b、PC 热变形温度为 135143，可长期在 120130的工作温度下使用。 c、PC 的缺点是：耐化学腐蚀性较差、流动性差、对水份极敏感,易产生内 应力开裂现象。 2.3 注射成形过程 对聚碳酸酯（PC）的色泽、细度和均匀度等进行检验。塑料在注射机料筒内 经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过 程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 6 表 2-2 精度等级选用的参考值 公差等级 标注公差尺寸材料代号 模 塑 材 料 高精度 一般精度 未注公差 尺寸 ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 MT2 MT3 MT5 AS 丙烯腈-苯乙烯共聚物 MT2 MT3 MT5 CA 醋酸纤维素塑料 MT3 MT4 MT6 EP 环氧树脂 MT2 MT3 MT5 无填料填充 MT3 MT4 MT6 PA 尼龙类塑料 玻璃纤维填充 MT2 MT3 MT5 无填料填充 MT3 MT4 MT6 PBTP 聚对苯二甲酸丁二醇脂 玻璃纤维填充 MT2 MT3 MT5 PC 聚碳酸脂 MT2 MT3 MT5 PDAP 聚邻苯二甲酸二丙烯肢 MT2 MT3 MT5 PE 聚乙烯 MT5 MT6 MT7 PESU 聚醚砜 MT2 MT3 MT5 无填料填充 MT3 MT4 MT6 PEYP 聚对苯二甲酸乙二醇脂 玻璃纤维填充 MT2 MT3 MT5 无机填料填充 MT2 MT3 MT5 PF 酚醛塑料 有机填料填充 MT3 MT4 MT6 PMMA 聚甲基丙烯酸甲脂 MT2 MT3 MT5 150mm MT3 MT4 MT6POM 聚甲醛 150mm MT4 MT5 MT7 无填料填充 MT3 MT4 MT6 PP 聚丙烯 无机填料填充 MT2 MT3 MT5 PPO 聚苯醚 MT2 MT3 MT5 PPS 聚苯硫醚 MT2 MT3 MT5 PS 聚苯乙烯 MT2 MT3 MT5 PSU 聚砜 MT2 MT3 MT5 RPVC 硬质聚氯乙烯(无增塑剂) MT2 MT3 MT5 SPVC 软化质聚氯乙烯 MT5 MT6 MT7 无机填料填充 MT2 MT3 MT5 VF/MF 氨基塑料和氨基酚醛塑料 有机填料填充 MT3 MT4 MT6 收缩率特性值和选用的公差等级 公差等级 标注公差尺寸收缩率特性值 % 高精度 一般精度 未注公差尺寸 01 MT2 MT3 MT5 12 MT3 MT4 MT6 23 MT4 MT5 MT7 3 MT5 MT6 MT7 7 2.3.1 PC 的注射工艺参数 PC 料对温度很敏感,其熔融粘度随温度的提高而明显降低,流动加快.对压力 不敏感,要想提高其流动性,采取升温的办法较快.PC 料加工前要充分干燥(120 左右),水分应控制在 0.02%以内.PC 料宜采用“高料温、高模温和高压中速”的 条件成型，模温控制在 80110左右较好，成型温度在 280320为宜。PC 产品表面易出现气花，水口位易产生气纹，内部残留应力较大，易开裂，因此 PC 料的加工要求较高。PC 收缩率较低（0.6%左右),尺寸变化小；PC 料啤出的制 品可使用“退火”的方法来消除其内应力。 第三章 拟订模具的结构形式 模具的结构形式，是指设计过程中的注射机的确定，浇注系统的形式和浇口 位置的选择，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，侧向分型与抽芯机构的 设计，合模导向机构的设计，温度调节系统的设计及各个零件的设计和装配图 设计。 3.1 确定型腔数量及排列方式 当塑料制件的设计已经完成，并选定所用塑料后，就需要考虑是采用单型腔 模还是多型腔模。与多型腔模相比，单型腔模具有以下优点： 1、塑料制件的形状与尺寸精度始终一致； 2、工艺参数易于控制； 3、模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。 1025碎料翻用(%)用 HDPE 清洗停 机 处 理 螺杆式注塑机注塑机 6080回料转速(rpm)中速或高速注 塑 速 度 46锁模力约(ton/in2)130180注射压力(Mpa) 615背压(Mpa)280320熔胶温度() 28残料量(mm)80110模具温度() 2 小时以上干燥时间约(hr)90100干燥温度() 8 一般来说，精度要求高的小型制品和中大型制品优先采用一模一腔的结构， 但对于精度要求不高的小型制品（没有配合精度要求） ，形状简单，又是大批量 生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。 由以上分析初步定为一模一腔。 3.2 分型面的确定 模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为 分型面。分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构 与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法 用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的 结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制 造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。 3.2.1 分型面的定义 分型面是指模具上用以取出制品或者浇注系统凝料的可分接触表面。通过 分型面将模具分成两个或若干个部分，开模时，有序的完成制品脱模，再由顶 出系统把制品及浇注系统凝料从模具中顶出。根据分型面的数目，可分为单分 型面，双分型面及多分型面。 3.2.2 分型面的设计原则 分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、嵌蒋件位置及其形状、 塑件在模具内的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排 气、模具制造及其成型设备结构等因素的影响。设计合理的分型面可以使塑件 顺利脱模，保证塑件的质量，还有利于简化模具结构，使模具零件易于加工。 分型面的选择是一个复杂的问题，往往要考虑很多因素，但是又不可能把 所以因素都考虑到，因此在选择分型面的时候要抓住主要矛盾，放弃次要因素。 分型面设计是否合理对制品的质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造 都有很大的影响，在选择分型面时应遵循以下原则： a) 分型面应该选择在制品的最大面积处，否则制品无法脱模。 b) 尽可能使制品保留在动模一侧，因为注射机的推出液压缸设在动模一侧， 制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置。 9 c) 有利于保证制品的尺寸精度 d) 有利于保证制品的外观质量，动、定模相配合的分型面稍有间隙，熔体 就会在制品上产生飞边，影响制品的外观质量。因此在制品的光滑平整的表面 或圆弧曲面上，应尽量避免选择分型面。 e) 尽量能满足制品的使用要求，即在分型面的设计时，应该从使用角度避 免工艺缺陷给制品带来的影响。 f) 尽量减少制品在合模方向上的投影面积，以减少锁模力。 g) 长型心应置于开模方向。 h) 有利于排气，熔体充模流动的末端应在分型面上，以便型腔的气体从分 型面上的空隙逸出。 i) 有利于简化模具结构，应尽量避免侧向分型或抽芯，特别应避免在定模 一侧的侧向抽芯。 j) 在选择分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。 3.2.3 分型面的确定 分型面可能是垂直于合模方向或是倾斜于合模方向，也可能是平行于合模方 向。对于本塑件，有以下两种方案可进行选择： 方案一：模具型腔采用瓣合结构，分型面见图 3.1； 10 图 3.1 方案二：以最大轮廓边为分型面，分型面见图 3.2； 图 3.2 两个方案进行了比较，最终决定选用方案二；原因：如果使用方案二，那就 需要设置侧抽芯，使加工复杂化，更因为塑件无侧孔，不使用瓣合模结构。使 用方案二，简化模具，降低成本。 3.3 注塑机型号的确定 注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解 注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。 注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确 定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射 量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位 置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的 注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核， 11 若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。 3.3.1 注射机的选用原则 a、计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量 （体积或容量）的 0.8 倍； b、模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力； c、模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力； d、模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间； e、模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程； f、模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外 形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位 孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机 床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件 条件。 3.3.2 有关制品的计算 根据提供的塑件形状，利用三维造型软件 UG 建模分析，塑件体积 V1为 79402.26mm3，由于不知道聚碳酸酯（ PC）的密度是多少，所以需查表： 由表 3.2 得：聚甲醛 POM 的密度 为 1.2g/cm3； 根据公式 =m/v 计算质量 m 的值； a、质量 m1：密度 = 1.2g/cm 3；体积 V1=79402.26mm3 =m/v m=*v=1.2g/cm 3*79402.261mm3 =1.2g/cm3*79.40cm3=95.28g b、由于模具初步设计成一模一腔，只有主流道有凝料，利用三维造型软件 UG 建模分析，流道凝料体积 V2为 1816.30mm3， V2=1.82（cm） 质量 m2：密度 = 1.2g/cm 3；体积 V1=1.82mm3 =m/v m=*v=1.2g/cm 3*1.82mm3 =1.2g/cm3*0.00182cm3=0.002g c、该模具一次注射共需塑料的体积约为： V0=V1+ V2 =79.40+1.82=81.22（cm） d、该模具一次注射共需塑料的质量约为： M0=M1+M2=95.28+0.002=95.28g 12 表 3.2 模具材料的密度、收缩率 密度 平均比热 加工温度 模具温度 收 缩 率材 料 标 称 g/cm3 KJ/(kg x K) % 聚苯乙烯 PS 1.05 1.3 180-280 10 0.3-0.6 聚苯乙烯，中.高冲击性 HI-PS 1.05 1.21 170-260 5-75 0.5-0.6 聚苯乙烯-丙烯晴 SAN 1.08 1.3 180-270 50-80 0.5-0.7 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯 ABS 1.06 1.4 210-275 50-90 0.4-0.7 苯烯晴-苯乙烯-丙烯酸 ASA 1.07 1.3 230-260 40-90 0.4-0.6 低密度聚乙烯 LDPE 0.954 2.0-2.1 160-260 50-70 1.5-5.0 高密度聚乙烯 HDPE 0.92 2.3-2.5 260-300 30-70 1.5-3.0 聚丙烯 PP 0.915 0.84-2.5 250-270 50-75 1.0-2.5 聚异丁烯 IB 150-200 聚甲基戊烯 PMP 0.83 280-310 70 1.5-3.0 软质聚氯乙烯 PVC-soft 1.38 0.85 170-200 15-50 0.5 硬质聚氯乙烯 PVC-rigid 1.38 0.83-0.92 180-210 30-50 0.5 聚氟亚乙烯 PVDF 1.2 250-270 90-100 3.0-6.0 聚四氟乙烯 PTFE 2.12-2.17 0.12 320-360 200-230 3.5-6.0 氟化乙烯基丙烯共聚物 FEP 聚甲基丙烯酸甲脂（丙烯） PMMA 1.18 1.46 210-240 50-70 0.1-0.8 聚氧甲烯（乙缩烯） POM 1.42 1.47-1.5 200-210 90 1.9-2.3 聚苯撑氧或聚氧化亚苯 PPO 1.06 1.45 250-300 80-100 0.5-0.7 聚苯撑氧-GR PPO-GR 1.27 1.3 280-300 80-100 0.7 醋酸纤维素 CA 1.27-1.3 1.3-1.7 180-320 50-80 0.5 醋酸-丁酸纤维素 CAB 1.17-1.22 1.3-1.7 180-230 50-80 0.5 丙酸纤维表素 CP 1.19-1.23 1.7 180-230 50-80 0.5 聚碳酸醋 PC 1.2 1.3 280-320 80-100 0.8 聚碳酸脂-GR PC-GR 1.42 1.1 300-330 100-120 0.15-0.55 聚乙烯对苯二甲酸乙酯 PET 1.37 260-290 140 1.2-2.0 尼龙 6（聚酸胺 6） PA 6 1.14 1.8 240-260 70-120 0.5-2.2 尼龙 6-GR PA 6-GR 1.36-1.65 1.26-1.7 270-290 70-120 0.3-1 尼龙 6/6 PA 66 1.15 1.7 260-290 70-120 0.5-2.5 尼龙 6/6-GR PA66-GR 1.20-1.65 1.4 280-310 70-120 0.5-1.5 尼龙 11 PA 11 1.03-1.05 2.4 210-250 40-80 0.5-1.5 尼龙 12 PA 12 1.01-1.04 1.2 210-250 40-80 0.5-1.5 聚脂树脂 UP 2.0-2.1 0.9 40-60 150-170 0.5-0.8 环氧树脂 EP 1.9 1.7-1.9 ca.70 160-170 0.2 3.4 浇注系统的设计 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料 通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。他的作用是将塑 料熔体顺利地充满到模具行腔深处,以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料 制件。 它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统，普通流道浇注系统包括：主流 道、分流道、冷料穴、浇口；见图 3.3。 13 4 6 1 2 3 I I 局部放大 图 4-6 浇注系统 1 - 主流道 ；2 - 分流道 ；3 - 拉料槽兼冷料 井 4 - 冷料井 ；5 - 分流道 ；6 浇口 5 图 3.3 3.4.1 浇注系统设计原则 a、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布 置； b、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置； c、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间； d、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生 湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位， 以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料； e、避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生； f、浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和 整修； g、熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预 先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响； h、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量； i、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中 浇口应有 IT8 以上的精度要求； 14 j、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施； k、尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离 尽可能小。 3.4.2 主流道的设计 由于模具设计成一模一腔，所以没有分流道、浇口、冷料穴；浇注系统的 设计比较简单。 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导 入型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的 顺利拔出。 a、主流道尺寸 (1) 主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径+0.51 d=4+0.51 取 d =4.5（mm） 这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料能顺利脱出。 (2) 主流道球面半径 主流道入口的凹坑球面半径 R，应该大于注射机喷嘴球头半径的 12mm.反 之，两者不能很好的贴合，会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难。 SR=注射机喷嘴球头半径+12 取 SR=18+1=19（mm） (3) 主流道长度 L 一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好， 小模具控制在 50 之内在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷 嘴伸入模具。 本设计中结合该模具的结构取： L=动模座板+垫板=30+20+50mm (5) 主流道斜度 主流道的斜度一般取 26，由于主流道的长度有 50mm，比较长而且模具 为一模一腔，所以斜度取 4。 b、主流道衬套的形式及尺寸 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因 15 而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效 的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 T8A、T10A 等， 热处理硬度为 5357HRC。由于该模具主流道较长设计成分体式较宜，如下图 3-4 所示浇口套，为本模具的浇口套形式。 图 3-4 浇口套 c、定位圈的结构尺寸 定位圈是对浇口套的固定和对注射方向的导正作用，如图 3-5 定位圈。 16 图 3-5 定位圈 4、主流道衬套的固定，如图 3-6 主流道衬套的固定。（ ）（ ） 12345 1、定位圈 2、内六角螺钉 3、浇口套 4、定模座板 5、浇注凝料 17 图 3-6 主流道衬套的固定 3.4.3 浇口的设计 浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对胶件质量影响很 大。在多数情况下，浇口是整个浇注系统中断面尺寸最小的部分(除主流道型的 直接浇口外)。它的作用： 1 控制熔体进入型腔的充填状态； 2 对非平衡式流道布置，可通过浇口断面尺寸与长度调整，来达到均衡充 模，平衡进料的目的。 3 通过浇口截面尺寸调整，控制充型补缩时间。 4 易于塑件与流道凝料的分离。 3.4.4 浇口的形式和特点 (1)直接浇口 直接浇口又称主流道型浇口，它属于非限 制性型浇口，如图所示。塑料熔体由主流道的 大端直接进入型腔，因而具有流动阻力小、流 动路程短及补缩时间长等特点。由于注射压力 直接作用在塑件上，故容易在进料处产生较大 的残余应力而导致塑件翘曲变形。这种形式的 浇口截面大，去除浇口较困难，去除后会留有 较大的浇口痕迹，影响塑件的美观。这类浇口大多用于注射成型大、中型长流 程深型腔筒形或壳形塑件，尤其适合于如聚碳酸脂、聚砜等高粘度塑料。另外， 这种形式的浇口只适于单型腔模具。 (2)侧浇口 侧浇口国外称为标准浇口，如图 4.11 所示。侧浇口一般开设在分型面上， 塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形(扁槽)，改变浇口 的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。 这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，因此它 是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种 塑料的成型适应性均较强。 18 由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且 不留明显痕迹。但这种浇口成型的塑件往往有熔接痕存在，且注射压力损失较 大，对深型腔塑件排气不利。 图 4.7a 为分流道、浇口与塑件在分型面同一侧的形式；图 4.7b 为分流道 和浇口与塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在塑件上；图 4.7c 为分流道与浇 口和塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在分流道上。有搭接形式的侧浇口是 塑件端面进料的侧浇口。设计时选择侧向进料还是端面进料，要根据塑件的使 用要求而定。 图 3.7 侧浇口尺寸计算的经验公式如下： t=（0.60.9）* 式中 b 侧浇口的宽度，mm； A 塑件的外侧表面积，mm 2； t侧浇口的厚度； 浇口处塑件的壁厚，mm。 推荐尺寸： 侧向进料的侧浇口(见图 4.7a)，对于中小型塑件，一般深度 t=0.52.0 mm(或取塑件壁厚的 1/32/3)，宽度 b=1.55.0mm，浇口的长度 L=0.72.0mm； 端面进料的搭接式侧浇口(见图 4.7b)，搭接部分的长度 L1=（0.60.9） +b/2mm，浇口长度 l 可适当加长，取 L=2.03.0mm；侧面进料的搭接式浇口(见 19 图 4.7c)，其浇口长度选择可参考端面进料的搭接式侧浇口。 (3)环形浇口 对型腔充填采用圆环形进料形式的浇口称环形浇口，如图 4.8 所示。环形浇 口的特点是进料均匀，圆周上各处流速大致相等，熔体流动状态好，型腔中的 空气容易排出，熔接痕可基本避免。图 4.8a 所示为内侧进料的环形浇口，浇口 设计在型芯上，浇口的厚度 t=0.251.6mm，长度 L=0.81.8mm；图 4.8b 所示 为端面进料的搭接式环形浇口，搭接长度 L，=0.81.2mmm，总长 L 可取 23 mm；图 4.8c 为外侧进料的环形浇口，其浇口尺寸可参考内侧进料的环形浇口。 实际上，前述的中心浇口也是一种端面进料的环形浇口。环形浇口主要用于成 型圆筒形无底塑件，但浇注系统耗料较多，浇口去除较难，浇口痕迹明显。 图 3.8 环形浇口的形式 (4)轮幅式浇口 轮幅式浇口是在环形浇口基础上改进而成，由原来的圆周进料改为数小段 圆弧进料，浇口尺寸与侧浇口类似，如图 4.9 所示。这种形式的浇口耗料比环 形浇口少得多，且去除浇口容易。这类浇口在生产中比环形浇口应用广泛，多 用于底部有大孔的圆筒形或壳型塑件。轮幅浇口的缺点是增加了熔接痕，这会 影响塑件的强度。 20 图 3.9 轮幅式浇口的形式 (5)爪形浇口 爪形浇口如图 4.10 所示，它可在型芯的头部开设流道，如图 4.10a 所示， 也可在主流道下端开设，如图 4.10b 所示。爪形浇口加工较困难，通常用电火 花成型。型芯可用作分流锥，其头部与主流道有自动定心的作用 (型芯头部有 一段与主流道下端大小致)，从而避免了塑件弯曲变形或同轴度差等成型缺陷。 爪形浇口的缺点与轮幅式浇口类似，主要适用于成型内孔较小且同轴度要求较 高的细长管状塑件。 图 3.10 爪形浇口的形式 (6)点浇口 点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口， 如图 4.11 所示。这种浇口由于前后两端存在较人的压力差，可较大程度地增大 塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流 动性增加，有利于型腔的充填，因而对于薄壁塑件以及诸如聚乙烯、聚丙烯等 表观粘度随剪切速率变化敏感的塑料成型有利，但不利于成型流动性差及热敏 性塑料，也不利于成型平薄易变形及形状非常复杂的塑件。 21 图 3.11 点浇口的各种形式 （7）潜伏浇口 潜伏浇口又称减切浇口，由点浇口变异而来。这种浇口的分流道位于模具 的分形面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面或 推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑见 的表面质量与美观效果。潜伏浇口的形式如图 4.12 所示。 图 4.12a 所示为浇口开设在定模部分的形式； 图 4.12b 所示为浇口开设在动模部分的形式； 图 4.12c 所示为潜伏浇口开设在推杆的上部而进料口在推杆上端的形式。 潜伏浇口一般是圆形截面，其尺寸设计可参考点浇口。潜伏浇口的锥角 B 取 1020，倾斜角 A 为 4245，推杆上进料口宽度为 0.82 mm，具体数 值大小应视塑件大小而定。 由于浇口与型腔相连时有一定角度，形成了能切断浇口的刃口，这一刃口 在脱模或分型时形成的剪切力可将浇口自动切断，不过，对于较强韧的塑料则 不宜采用。 22 图 3.12 潜伏浇口的形式 3.4.5 浇口的设计要求 (1) 浇口位置的选择应保证迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动 距离，这对大型塑件更为重要。 (2) 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷（避免喷射和蠕动） 小的浇口如果正对着一个宽度和厚度较大的型腔，则熔体经过浇口时，由于 受到很高的剪切应力，将产生喷射和蠕动等熔体断裂现象。有时塑料熔体直接 从型腔的一端喷射到型腔的另一端，造成折叠，在塑件上产生波纹状痕迹或其 他表面疵瘢缺陷。要克服这种现象，可适当地加大浇口的截面尺寸，或采用冲 击型浇口(浇口对着大型芯等)，避免熔体破裂现象的产生。 (3) 浇口应开设在塑件壁厚处 当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在壁薄处，这时塑料熔体进入型腔 后，不但流动阻力大，而且还易冷却，影响熔体的流动距离，难以保证充填满 整个型腔。从收缩角度考虑，塑件壁厚处往往是熔体最晚固化的地方，如果浇 口开设在薄壁处，那壁厚的地方因液体收缩得不到补缩就会形成表面凹陷或缩 23 孔。为了保证塑料熔体顺利充填型腔，使注射压力得到有效地传递，而在熔体 液态收缩时又能得到充分地补缩，一般浇口的位置应开设在塑件的壁厚处。 (4) 应有利于型腔中气体的排除 要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口。如果这一要求不能充分满足， 在塑件上不是出现缺料、气泡就是出现焦斑，同时熔体充填时也不顾畅，虽然 有时可用排气系统来解决，但在选择浇口位置时应先行加以考虑。 (5) 考虑分子定向的影响 塑料熔体在充填模具型腔期间，会在其流动方向上出现聚合物分子和填料的 取向。由于垂直于流向和平行于流向之处的强度和应力开裂倾向是有差别的， 往往垂直于流向的方位强度低，容易产生应力开裂，所以在选择浇口位置时， 应充分注意这一点。图 4.13a 所示塑件，由于其底部圆周带有一金属环形嵌件， 如果浇口开设在 A 处(直接浇口或点浇口)，则此塑件使用不久就会开裂，因为 塑料与金属环形嵌件的线收缩系数不同，嵌件周围的塑料层有很大的周向应力。 若浇口开设在 B 处(侧浇口)，由于聚合物分子沿塑件圆周方向定向，应力开裂 的机会就会大为减少。图 4.13b 所示塑件为一带有铰链的聚丙烯盒体，为了使 该铰链达到几千万次弯折而不断裂，就要求在铰链处高度定向，为此，将两点 浇口开设在图示位置，有意识地让铰链部位高度定向。 24 图 3.13 浇口位置对定向的影响 (6) 减少熔接痕，提高熔接强度 由于浇口位置的原因，塑料熔体充填型腔时会造成两股或两股以上的熔体料 流的汇合。在汇合之处，料流前端是气体且温度最低，所以在塑件上就会形成 熔接痕。熔接痕部位塑件的熔接强度会降低，也会影响塑件外观，在成型玻璃 纤维增强塑料制件时这种现象尤其严重。如无特殊需要最好不要开设一个以上 的浇口，以免增加熔接痕，如图 4.14 所示。圆环形浇口流动状态好，无熔接痕， 而轮幅式浇口有熔接痕，如图 4.15 所示，而且轮幅越多，熔接痕越多。 图 3.14 减少熔接痕的数量 25 图 3.15 环形浇口与轮幅浇口熔接痕比较 为了提高熔接的强度，可以在料流汇合之处的外侧或内侧设置一冷料穴(溢 流槽)，将料流前端的冷料引入其中，如图 4.16 所示。 26 3.16 (7) 不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口 一般塑件的浇口附近强度最弱。产生残余应力或残余变形的附近只能承受一 般的拉伸力，而无法承受弯曲和冲击力。 (8) 浇口位置的选择应注意塑件外观质量 浇口的位置选择除保证成型性能和塑件的使用性能外，还应注意外观质量， 即选择在不影响塑件商品价值的部位或容易处理浇口痕迹的部位开设浇口。 3.4.6 浇口的确定 通过软件 Moldflow 对塑件进行最佳的浇口分析，得下图 3.17 所示，蓝色 的表示在此处设置浇口最好，红色的为最差。 由于塑件外观经常与人手接触要求光滑，若把浇口开设在塑件的外壁上不 仅使外观不光滑，而且也使塑件不好看，所以浇口不能选择在塑件的外壁上， 由于模具为一模一腔，所以把浇口开设在塑件的底部正中为好，浇注系统只有 主流道，没有冷料穴、分流道和浇口。 27 图 3.17 下图所示为浇口开设在塑件底部的分析图：由下图 3.18 可知，注塑时间为 2.103S，流动前沿温度最低为 203.8符合塑料熔体温度(190-220） ，浇口位 置符合要求。 3.18 28 3.5 脱模推出机构的确定 注射成形每一循环中，塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上 脱出，模具中这种脱出塑件的机构，称为脱模机构，也常称为推出机构。脱模 机构的作用包括脱出、取出两个动作。既首先将塑件和浇注系统凝料等与模具 松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。 3.5.1 脱模推出机构的设计原则 制品推出（顶出）是注射成形过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将 最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构 时应遵循下列原则： a、结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度，且 推出机构应尽量设置在动模一侧； b、保证制品不因推出而变形损坏； c、机构简单动作可靠； d、保证良好的制品外观； e、尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模 动作。 3.5.2 制品推出的基本方式 按模具中的推出零件分 a、推杆推出：推杆推出是一种基本的也是一种常用的制品推出方式，常用 的推杆形式有圆形、矩形、 “D”形。 b、推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。 推件板推出部分的形状根据制品形状而定。 c、推管推出：适用于薄壁圆桶形塑件。 d、推块式脱模：适用于齿轮类或一些带有凸缘的制品，可防止塑件变形。 e、利用成型零件推出制品的脱模：使用于螺纹型环一类的制品，利用模具 中某些成型零件推出塑件 f、多元联合式脱模：对于某些深腔壳体、薄壁制品以及带有环状凸起、凸 肋或金属嵌件的复杂制品，为防止其出现缺陷，常采用两种或两种以上的推出 机构联合动作以完成脱模过程。 3.5.4 推出机构的确定 本套模具的设计中，推出机构形式不算太复杂，采用推件板推出。采用 4 29 根复位杆推推件板，复位杆与推板采用 M5 的螺钉连接。推杆与推杆固定板，通 常采用单边 0.5mm 的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下， 不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。此推杆 与模板上的推杆孔采用 H8/f7 或 H8/f8 的间隙配合；推杆与推杆固定板，通常 采用单边 0.5mm 的间隙；工作端配合部分的表面粗糙度为 Ra 0.8，推杆的材料 常用 T8、T10 碳素工具钢，热处理要求硬度 HRC 50。 当模具开模时推出机构在打杆的作用下向前运动，复位杆带动推件板向前 运动，推件板推出制件，合模时推件板碰到定模板向后运动，使推出机构复位。 3.6 合模导向机构的设计 一般导向分为动、定模之间的导向，推板的导向，推件板的导向，其中动、 定模之间的导向尤为重要。一般导向装置由于受加工精度的限制或使用一段时 间后，其配合精度降低，会直接影响塑件的精度，因此对精度要求较高的塑件 必须另行设计精密导向定位装置。 为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向零件的 作用：模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置， 导向零件要承受一定的侧向力，起导向和定位作用。导向机构的形式主要有导 柱导向和锥面定位两种。 本模具采用导柱导套导向。如图 3-19。 30 12345678 1、 浇口套 2、定模板 3、导柱 4、定模座板 5、支承板 6、瓣合 模 7、推杆 8、型心 图 3-19 合模导向机构示意图 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只 要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模 具结构进行具体设计。 3.7 排气系统的设计 3.7.1 排气系统 排气系统对确保塑件成型质量起着重要的作用，排气方式有以下几种： a、利用排气槽； c、利用型芯、镶件、推杆等配合间隙； d、对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，必须 设置进气装置。 31 3.7.2 排气系统的设置 浇口开设在塑件底部形成的气孔如图 3.20 所示，气孔所存在的地方刚好是 两块板的连接处，所以不用设置其他排气系统即可把型腔中的气体排出。 3.20 3.8 模架的确定和标准件的选用 以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。在学校作设计时，模架部 分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的 形式，规格及标准代号。模板周界尺寸使用括号内的尺寸时，原组合零件的规 定尺寸允许增减。 （1） 、模架的选择原则 模架一般采用标准模架和标准配件,这对缩短制造周期、降低制造成本是非 常有利的。 在国内大部分公司及厂家采用的标准模架有“富得巴” 、 “龙记” 、 “明利” 、 “天祥”等.一般来说,中、小型模胚可选取“富得巴”,较大型模胚则常选取 “龙记” 、 “明利”或“天祥”等。但实际生产中,往往根据模具的价格、结构以 及模架加工的复杂程度来决定。 （2） 、模架确定 本模具由于型腔厚度大，没有适合的标准模架，所以本模具采用非标模架。 32 第四章 成型零件的结构设计和计算 塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。 而构成这个型腔的零件叫做成型零件。注射模的成形零件包括凹模、凸模、小 型芯、螺纹型心、型环或成形杆等。由于这些成型零件直接与高温、高压的塑 料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩檫，因此要求它有足够的强度、刚度、 硬度、耐磨性和较低的表面粗糙度。同时要考虑零件的加工性和模具的制造成 本。 凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成形杆用以形 成制品的局部细节。模具的成形零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料 模具型腔在成形过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果 型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能 因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低制品尺寸精度并影响顺利脱 模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求 高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。 33 构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料 熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等。因此，成型零件不仅要求 有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理 的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性 。 4.1 成型零件采用整体式或者镶拼式的确定 注塑模具的成型零件是指成型制品的型腔、型芯、成型滑块、成型斜顶和螺 纹型芯等。一般型腔是用来成型制品外轮廓形状，而型芯则是用来成型制品内 部形状，成型滑块及成型斜顶可用来成型制品侧面凹凸形状，螺纹型芯可以用 来成型制品的内螺纹。 这些成型零件根据加工的需要、成型条件及成本等因素，按结构形式可分为 整体式和镶拼式两类。 （1） 、整体结构设计要点 对外观要求较为严格（如有电镀要求的外观面）或制品形状较为简单的模具， 由于整体结构型腔内部没有装配缝隙，表面光滑，可以满足高质量的外观要求， 同时强度和刚度很高，可减小模具的大小，因此此类模具的型腔一般采用整体 结构。 1） 、整体结构的优点 1 成型零件的刚性好。 2 模具零件数量少。 3 模具装配及拆卸方便。 4 制品表面无分型痕迹。 5 模具外形尺寸可以缩小。 6 容易设置冷却方式。 2） 、整体结构的缺点 1 排气困难，需要时需要开设排气槽。 2 加工困难，尤其是窄而深的成型部位。 3 维修麻烦，尤其是薄铁的位置，一旦成型零件有磨损，维修将会是大动 作。 3） 、整体结构的结构形式 34 整体结构有以下两种基本类型： 1 模板为成型零件的基本结构 此类模具的结构较为简单，整体强度和刚性很高，可减小模具的大小，一般