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本科毕业设计说明书QQ杯塑料模具设计及制造THE DESIGN AND MANUFACTURE OF THE PLASTIC QQ CUP学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 机设07-3班 学生姓名： 指导教师： 2011 年 5 月 25 日QQ杯塑料模具设计及制造摘要 注塑模主要被用在成型热塑性塑料制件，近年来也广泛地用于成型热固性塑料制件。由于注塑模是成型塑料制件的一种重要的工艺装备，所以在塑料制件的生产中起着关键的作用，而且塑件的生产与更新都是以模具的制造和更新为前提的。另外，注塑模具种类繁多，不仅不同的塑料注塑件成型可用不同结构的模具，而且同一塑件也可用多种结构的模具注塑。模具设计的好坏直接影响塑件的质量、生产效率、材料利用率、工人劳动强度、模具的使用寿命以及模具的制造成本等，因此，要求模具设计者从中选择最佳的模具结构设计方案，以达到最佳效益。全套图纸，加153893706关键词：注塑模具；塑料；SolidWorks； THE DESIGN AND MANUFACTURE OF THE PLASTIC QQ CUPABSTRACTInjection mold is mainly used in forming the thermoplastic compactions, widely used in recent years have thermosetting plastic molding parts. Because of injection mold is molding plastics an important parts of the process equipment, so in the production of plastic objects plays a key role, and plastics production and update the manufacturing and mold is the premise of updates. In addition, injection mould variety, not only the different plastic injection parts molding of different structural mold, available in the same plastics also available many structure of mould injection. Mold design will have a direct impact on the quality of plastic parts, production efficiency, material utilization, labor intensity, the service life of die and mould manufacturing cost, etc, therefore, request the mold designers choose best die structure design, in order to achieve the best results. KEYWARDS：Injection mould，plastic, SolidWorks目 录1 前言11.1设计的目的和意义11.2模具工业在国民经济中的地位11.3我国塑料模具行业的发展现状21.4软件的介绍32 塑件成型工艺分析 32.1 塑件的使用要求32.2 塑件的材料分析32.3 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析42.3.1 塑件的尺寸精度分析42.3.2 塑件的表面质量分析42.3.3 塑件的结构工艺性分析43 成型设备的选择与模塑工艺参数的编制53.1 塑件的体积和质量53.2 型腔数量确定53.3 浇注系统凝料的估算53.4 注射机的选用及其技术参数63.5 成型工艺参数74 模具结构方案的确定84.1 分型面位置确定84.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式84.3 浇注系统的设计与计算94.3.1 主流道设计94.3.2 分流道的设计114.3.3 浇口的设计124.4 成型零件结构的确定144.4.1 凹模的结构设计144.4.2 凸模(型芯)的结构设计154.5 排气与引气系统机构的确定154.6 冷料穴与拉料杆设计154.7 侧凹部分的处理164.8 模具结构形式的确定175 主要零部件的设计计算175.1 成型零件工作尺寸计算175.2 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算185.2.1 凹模侧壁厚度计算195.2.2 凹模底部厚度计算195.2.3 动模垫板厚度计算195.3导向机构设计 205.4导套结构和精度要求 225.5推板的选择 235.6 标准模架的选择255.6.1 模架的确定255.6.2 各模板尺寸的确定255.6.3 导柱长度确定265.7 脱模机构的设计与计算265.7.1 推出方式的确定265.7.2 脱模力的计算265.7.3 推杆尺寸确定及校核275.8斜导柱的设计计算 295.9 模具冷却系统的计算315.9.1 冷却介质315.9.2 冷却系统计算315.9.3 水路的布置形式326 注射机有关参数的校核336.1 注射量的校核336.2 注射压力的校核346.3 合模力的校核347模具的三维图348 成型零件的加工工艺设计388.1 整体式凹模加工工艺388.2 动模大型芯加工工艺389 绘制模具装配图及相关零件图3910 结束语39致谢40参考文献411 前言1.1 设计的目的和意义模具在当今工业生产中的地位越来越重要，社会上需要大批的模具从业人员。为了提高模具设计的知识水平，进一步认识和掌握计算机辅助设计，增强自身竞争力，本次三角衣架塑料模设计将会以点带线，以线带面地将大学四年所学的知识贯穿起来，同时也可以了解到塑料模具设计的一般过程，为其它同类设计提供借鉴参考。本设计是用Solidworks软件进行的塑料模具设计，又是计算机辅助设计这一抽象概念的一个具体体现，在此，可以了解到进行模具设计的具体操作步骤。在以往课本上学到的都是一些单纯的理论知识，而这次设计，无论是塑件的分模还是模具结构的设计，都实现了理论知识与实际操作的有机结合，这不仅有利于模具理论水平和软件的应用技能的提高，而且在老师指导下，通过独立查找资料，更培养了分析问题、解决问题等综合能力。1.2 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。单一个型号的汽车所需模具就达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车须要不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。1.3 我国塑料模具行业的发展现状20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。我国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了很大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。随着现代工业特别是汽车、家电等工业的快速发展，环咨分析认为，我国模具市场的总体趋热是平稳向上的,未来的模具市场中, 注塑模具的发展速度将高于其它模具,并且在模具行业中的比例将逐步提高。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1.4软件的介绍Solidworks是非常优秀的三维设计软件，其功能强大，易学易用和技术创新三大特点使得Solidworks成为国际上领先的，主流的三维机械CAD的解决方案，Solidworks能够提供设计者不同的设计方法，减少设计中的错误以及提高产品质量。Solidworks在提供强大功能的同时，注重保持软件操作简捷，易学易用的风格。2 塑件成型工艺分析2.1 塑件的使用要求该塑件（QQ杯盖）作为日常用品，要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；同时，作为水杯的杯盖，它应具有一定的耐热性和耐水性。2.2 塑件的材料分析根据2.1中对塑件的分析要求，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用应用广泛的PS(聚苯乙烯)工程塑料。PS无毒，无色透明，着色性，耐水性，化学稳定行良好。其特点如下：（1）无定形料，吸湿性小，不易分解，但性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力 （2）流动性好 （3）易采用高料温，高模温，低压注射压力，延长注射时间，有利于降低内应力 （4）可采用各种形式的浇口，浇口与塑件应圆弧连接 （5）塑件应壁厚均匀2.3 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析图1所示为QQ杯的零件图，其壁厚为2.5mm。图1 塑件零件图2.3.1 塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸要求一般，根据GB/T 144861993，按MT3级塑料件精度来确定各尺寸的公差值。2.3.2 塑件的表面质量分析该塑件为杯盖，要求表面光亮美观，塑件外表面应无尖锐的毛刺、斑点和明显的熔接痕。考虑到塑件表面质量高时，其模具的加工成本也会增高，根据塑件的使用要求和模具加工成本综合考虑，故取其粗糙度为Ra1.6.2.3.3 塑件的结构工艺性分析从零件图（图1）可看出，该塑件为壳类零件，其外形结构简单、对称。腔体深35mm，除局部地方壁厚受结构影响外，总体壁厚均匀为2.5mm，属于厚壁塑件，这有利于减少塑料填充型腔时的阻力和收缩的均匀性。塑件的总体尺寸适中，成型性能良好。PS的脱模性一般，脱模斜度通常取2以上。此塑件中，脱模表面的脱模斜度设计成2，塑件易于脱模避免顶坏。3 成型设备选择与模塑工艺参数的编制图2是根据塑件壁厚均匀要求，用Solidworks三维软件做的一个QQ杯模型图2 塑件的Solidworks模型3.1 塑件的体积和重量三角衣架的模型建好后，可以利用软件的Solidworks评估质量属性功能，方便地查出单个塑件的体积。现查得：1. V0=取材料的密度，于是可算得单个塑件质量为： 3.2 型腔数量确定考虑到该塑件为一般日常用品，需求量大，而且产品的形状简单，模腔布置方便，因此确定为大批量生产，模具应采用一模多腔的结构，同时兼顾模具的制造成本，模具整体外形尺寸的大小关系（在满足要求的前提下，尽量减少外形尺寸），模具零件加工的难易程度，现决定选用一模两腔的模具结构形式。3.3 浇注系统凝料的估算浇注系统的凝料体积，可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。同时考虑到模具只有一模两腔，其流道会比较简单，长度也比较短，浇注系统中的凝料是很少的，现采用按塑件体积的0.5倍来进行浇注系统凝料体积的估算，所以对于确定的一模两腔，注塑机一次注入模具型腔的注射量为：3.4 注射机的选用及其技术参数根据上面3.3中估算出的一次注入模具型腔塑料总体积，再按照注射机的每次注射量应小于或等于其公称注射量的80%估算，于是有： 根据以上的计算结果，现选定公称注射量为，型号为XSZY125螺杆式注射机，其主要技术参数如下表2所示。表2 XSZY125注射机主要技术参数技术参数值标称注射量/125螺杆直径/mm42注射压力/Map150注射行程/mm160螺杆转速/（r/min）10140注射时间/s1.8注射方式螺杆式合模力/N最大成型面积/360模板最大行程/mm300模板最大厚度/mm300模板最小厚度/mm200拉杆空间/mm260360合模方式液压机械推出形式中心推出电动机功率/kW11喷嘴球半径/mm12喷嘴孔直径/mm4定位圈尺寸/mm100机器外形尺寸/m3.340.751.553.5 成型工艺参数塑件注射成型工艺参数如下表所示，试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时原则上应按压力 时间 温度的顺序来调机，不应该同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱造成塑件质量不稳定。表3 PS塑料的注射成型工艺参数工艺参数规格密度/g. 1.04-1.06预热和干燥时间/h23料筒温度（后段）/140-160料筒温度（中段）/-料筒温度（前段）/170-190螺杆转速r/min48模具温度/32-65成型时间/s注射时间15-45保压时间03冷却时间15-60成型周期40-120后处理方法（温度/，时间/ s）红外线灯、烘箱4 模具结构方案的确定4.1 分型面位置确定为使产品顺利从模具中取出，模具必须分成公母两部分，此分界面被称为分型面，有分模及排气的作用，由于分型面受到塑件几何形状、尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等多种因素的影响，在选择分型面时需要注意： 分型面不能选择在影响产品外观的表面（或精度要求高的表面）。 分型后塑件应尽可能留在动模一侧，以便方便取出塑件。 分型面选择应有利于成型模具的加工制造。 对于同轴度要求高的产品或容易造成错位部分，要放置在分型面的同一侧。 分型面应选在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气。该塑件形状简单，原则上只需一个分型面就能顺利取出塑件，根据分型面的选择要求，现选取的分型面位置如下图3中的AA处。这样有利于排气，塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工。图3 分型面位置4.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式综合所选注射机的各参数，考虑到模架尺寸也不宜太大以免造成装模困难，现最终确定型腔数量为一模两腔。在多型腔模具中型腔尽可能采用平衡式排列布置，且与浇口开设部位对称，并在满足刚度的条件下尽可能紧凑以减少模具外形尺寸。同时这也有利于缩短分流道的长度，这对塑件的成型是非常有利的。因现确定的型腔数目是一模两腔，故采用直线对称排列。参照经验数据，多腔模各型腔间距不小于25mm，同时模具结构中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即为整体式），这种形式，模具的刚度是很容易满足的，所以型腔的距离也可以适当取小些，以便使熔料能更快充满型腔，防止流道冷料。综合考虑，现确定两型腔距离为40mm。模腔的排布和间距如下图4所示。图4 型腔排布4.3 浇注系统的设计与计算4.3.1 主流道设计主流道是连接喷嘴与分流道入口处之间的一段通道。其尺寸大小与塑料流速和充模时间的长短密切相关，若太大，则造成回收冷料过多，冷却时间也会增长，而且容易产生涡流，使塑件质量下降；若流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难，而且塑件容易出现飞边。主流道设计有以下要点： 浇口套内孔锥度取值为3度，太大会造成压力减少，太小会使流速增大，造成成型困难；粗糙度在之间。 主流道大端与分流道交接处应该倒圆角R=13mm，以减小料流阻力。 主流道尽量短，小型模具应尽量小于60mm，以减少冷料回收，和热量损失。 主流道与喷嘴接触处通常设计成半球形凹坑，深度常取35mm。（1）主流道尺寸确定 主流道长度：根据主流道设计要点和对模具尺寸估算，现初取L=60mm进行设计。 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。 主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球半径+（12）mm=（12+1）=13mm。 主流道锥角：取2.76。 主流道大端直径：。 半球形凹坑深度：取h=5mm。 主流道大端圆角：取R=2mm。（2） 主流道的凝料体积（3） 主流道当量半径 （4） 主流道浇口套形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，极易磨损，对材料的要求比较高，故将其分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。现材料选用T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。同时为了防止转，浇口套采用螺钉固定结构。与浇口套相配的定位圈直径取100mm。各形状如下图5示。图5 浇口套、定位圈形状4.3.2 分流道的设计分流道介于主流道和浇口之间，起着分流和转向作用。设计时基本原则为： 在条件允许下，分流道截面面积应尽量小，长度尽量短。 分流道表面不要求过分光滑，通常。 流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量。（1）分流道的布置形式本设计中，根据型腔的排列形式，只须要一级分流道就能满足要求。同时根据塑件形状，浇口要开设在定模一侧，所以为了加工方便分流道也设置在定模一侧。（2）分流道的长度根据上面4.2中型腔的布形式及型腔间的距离，可确定单边分流道长度为。（3）分流道的当量直径因为塑件的壁厚为2.5mm3mm，且其质量也小于200g，因此分流道的当量直径可以用以下经验公式确定。现计算有： 同时，根据经验数据，PS材料的圆形截面分流道直径为4.04.5mm。计算结果与经验值差距较大，所以综合理论计算和经验数据，现取。（4）分流道的截面形状为了方便加工和凝料脱模，分流道需设计在分型面上并在定模一侧。因分流道很短，热量散失是次要因素，为了便于加工，现选用加工性能比较好的半圆形流道，表面粗糙度取。（5）分流道的截面尺寸根据半圆形截面面积与当量直径为的圆面积的相等关系可得分流道直径，有： （6）分流道的凝料体积 （7）剪切速率校核 计算分流道体积流量：（注射时间为t，根据查表可确定t=1.6s，下同） 剪切速率：由计算知，该分流道的剪切速率都处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。4.3.3 浇口的设计浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对塑件质量影响很大。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔。它能很快适时冷却，封闭，防止型腔内塑料熔体倒流。该塑件外表面质量要求较高，为了不影响外观，现决定选用矩形侧浇口，而且塑件体积小，型腔容易充满，为避免产生更多熔接痕，浇口数目宜选一个，并开设在分型面上定模一侧。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，降低了模具制造成本。从型腔的边缘进料，去除浇口容易，浇口去除后不留明显痕迹，对产品外观影响很小。（1）浇口尺寸的确定估算侧浇口深度 通过查手册可以得到侧浇口的深度计算公式，再根据塑件厚度t=2.5mm，同时PS材料的成型系数n=0.6。于是有： 查模具设计手册又知，对于壁厚为2.5mm的塑件，PS材料对应的浇口深度为1.01.4mm之间，考虑到要预留一定的修模量（浇口深度常先取小值以便发现问题时修模），现取h=1.0mm。侧浇口宽度 由侧浇口的宽度计算公式可得： 式中，A为凹模的内表面积，由软件方便地测出为。侧浇口长度 侧浇口长度一般在0.72mm之间，在这里取。（2）侧浇口剪切速率的校核浇口当量半径 根据截面面积相等有： ，即计算浇口的体积流量 剪切速率计算 由计算结果知，该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 之间，所以，浇口的剪切速率校核合格，浇口尺寸理论上符合要求。（3）主流道剪切速率校核通过上面已经确定了分流道尺寸，所以浇注系统的体积也已经确定，因而，主流道的剪切速率就可以校核了。 主流道的体积流量 主流道剪切速率 由结果知，求得的主流道熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率也符合要求，尺寸确定合理。图6 浇注系统与塑件的三维模型4.4 成型零件结构的确定4.4.1 凹模的结构设计为了加工方便，简化加工工艺，和避免塑件上可能产生的拼接痕迹，型腔将直接在定模固定板上加工而成，即凹模做成整体式的结构，如图7所示。图7 整体式凹模4.4.2 凸模（型芯）的结构设计通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有一个，做成整体式。型芯形状如下图8示。图8 型芯4.5 排气与引气系统结构的确定当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，还会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。本设计中，塑件简单，体积很小，所以模具成型空腔中的气体是很少的，根据塑件形状分析，其最后填充部位在分型面上，因此可利用分型面、推杆活动间隙、型芯嵌件间隙进行排气，就可保证塑件的质量，同时也有利于减少加工成本和不必要的工时，提高了工作效率。4.6 冷料穴与拉料杆设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕足料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；通过在冷料穴末端设置拉料杆，主流道冷料穴在开模时又能起到把主流道的凝料拉出的作用。根据PS材料的性质和加工方便为原则，主流道冷料穴决定选用Z形冷料穴，其圆柱体直径通常取主流道的大端直径或者比主流道大端直径大12mm，在本设计中，冷料穴直径取D=9mm。冷料穴尺寸确定及与拉料杆、模板之间配合关系如下图9反映。而在本设计中，分流道设计得比较短，不容易积存冷料，因此无须设置分流道冷料穴。图9 “Z”型拉料杆及其配合4.7 侧凸部分的处理塑件是qq杯被盖，盖上有个嘴，且是侧凸，不方便开模，故设计了一个斜导柱侧抽芯机构。如图是滑块4.8模具结构形式的确定通过上面的分析可知，塑件选用侧浇口，而且塑件只有一个分型面，塑件体积很小，这就决定了模架应选用中小型两板模的大水口模架，同时因为成型塑件的动模大型芯采用的是直通式结构，所以模架中还要增加一块垫板来做支承，而且通过垫板在背面用内六角螺钉拉紧。考虑塑件的形状、高度、壁厚等，决定选用推杆推出方式实现塑件脱模。5 主要零部件的设计计算5.1 成型零件工作尺寸计算该塑件的尺寸精度要求比较低，又没有什么配合要求，所以各尺寸均未标注公差。在实际生产中，为了简化计算，对于这类尺寸在计算时往往只加上它的收缩量，公差则按模具的经济制造精度取得。现对该塑件的成型零件尺寸计算也按这样的方式处理，公差按经济制造精度IT7级取得，而有配合要求的成型尺寸按配合精度（IT6级）取得。表4 型腔成型尺寸类型塑件上的尺寸（mm）计算公式制造公差收缩率Scp%计算结果（mm）型腔径向尺寸75：IT7级精度Scp%=0.55%75+0.025302410其它8：IT7级精度Scp%=0.55%2015.4616高度尺寸40：IT7级精度Scp%=0.55%5.2 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底部的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，不能仅凭经验确定。5.2.1 凹模侧壁厚度计算根据塑件的外形尺寸，型腔侧壁厚度按刚度计算比较合理。由公式有： 各参数取值如下分析：型腔的尺寸大概为： （长），（宽），（深度）。因为，所以=0.6；E为模具材料的弹性模量，为；为许用变形量，；P为型腔熔体最大压力，通常取注射压力的20%40%，大致为2540MPa，塑件材料为ABS，其粘度中等，而且塑件要求精度不高，现取P=30MPa。在实际模具的结构设计中，凹模是做成整体式的，所以型腔的侧壁厚度要保证,这是很容易满足要求。5.2.2 凹模底部厚度计算根据刚度公式有：式中，其它数值与5.2.1中相同。因此，实际设计中也要保证。5.2.3 动模垫板厚度计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，通过下面5.3节中选定的FUTABA标准模架是300mm450mm，其对应的垫块宽度是58mm，所以两垫块的跨度为：L=300mm582mm=184mm。模具型腔内的压力在上面的计算中已取为30MPa。现结合型腔的布置，通过公式计算，便可得到动模垫板的厚度，有：式中：是动模垫板刚度计算许用变形量，；动模垫板长度；A 为两个型芯投影到动模垫板上的面积，通过Pro/E软件可以快速测得单个型芯的投影面积为： 两个型芯的面积就为：根据计算结果分析，计算出动模垫板厚度过厚，这会使设计的模具过于笨重，为了减少模具重量和模架高度方向的尺寸，现考虑通过增加2根支承柱来对动模垫板底部进行支撑，支承柱的直径取25mm，长度由垫块高度决定为70mm，初定两支承柱与模具中心对称布置，布置距离为230mm。这样，动模垫板厚度可减少为： 最后，考虑到2支承柱的布置位置还会受到模具结构影响，其作用位置不一定就是动模垫板变形最大处。因此，为确保垫板强度，现取垫板厚度为：。导向机构的设计 合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，必须导向。导柱安装在动模或者定模一边均可。通常导柱设在模板四角。 导向机构主要油定位、导向、承受一定侧压力三个作用。 导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模的正确定位和导向的重要零件。导向机构通常采用导柱导向，其主要零件有导柱和导套。导柱导向设计包括对导柱、导向孔的要求和典型结构导柱在模具上的位置等内容。 导向机构的设计原则如下： （1）导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度和防止模板发生变形。（2）导柱（导套）的直径应根据模具尺寸来选定，并应保证有足够的抗弯强度。（3）导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度的要求。（4）导柱和导套应有足够的耐磨性。（5）为了便于塑料制品的脱模，导柱最好装在定模板上，但有时也装在动模板上，这就要根据具体情况而定。5.5.1导柱的尺寸公称直径dd1d1固定孔公差DR尺寸公 差尺 寸公 差尺寸公差20-0.020-0.04120+0.025+0.009+0.0250250-0.22.5导柱材料为20钢，淬火硬度为HRC5055，导柱的长度L=600 -1.5mm。6.5.2 导柱立体图导套结构和精度要求由于 机上面板塑料注射模具属于大型塑料注射模具，且导柱是无储油槽导柱，所以选择使用注塑成型及模具设计P125图6-57（a）所示的导套结构。 5.5.3 导套结构根据塑料模具设计表3-14导套参考尺寸可得如下表格5.5.2 导套尺寸 公称直径d d1 D L尺寸公 差尺 寸公 差 16+0.0210 24 +0.025+0.00928 306.6.4 导套立体图推板的选择这次推板固定板选择的厚度为12.5mm，推板的厚度选择为16mm，他们的长和宽都为220mm94mm，其三维图如下 推板固定板 推板5. 标准模架的选择根据塑件尺寸和一模两腔及生产量。查表选择标准模架。5.1 模架的确定在此之前已经确定型腔数目为两腔和布置形式为直线型，再根据上面计算出的型腔侧壁厚度便可确定塑件在分型面上所占的宽和长（）大约为160mm250mm。 5.2 各模板尺寸的确定根据标准模架确定各板得尺寸，各板的尺寸如下图图12 模板各尺寸5.3 导柱长度确定为满足导向要求，导柱总长应满足。所以，根据标准值，现确定导柱长度为50mm。5. 脱模机构的设计与计算注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：塑件滞留于动模侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度部位。 结构合理可靠，便于制造和维护和能获得良好的塑件外观。5.1 推出方式的确定推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。本设计采用推杆推出机构及斜导柱侧抽芯实现塑件脱模。因为该塑件的分型面简单，有一定壁厚，结构也不复杂，采用推杆推出的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。5.4.2 脱模力的计算塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧，在塑件脱模时必须克服这一包紧力，若制件不带通孔，脱模时还要克服大气压力。（1）动模大型芯脱模力计算由于塑件是球形薄壁，所以大型芯的截面形状也是球形，Qe=Qc+Qb Qc是指制品对型芯包紧得脱模阻力，Qb是指使封闭壳体脱模所需克服的真空吸力。其中Qc=2EthK内径是厚度是，高。算得其中，E是材料弹性模量（MPa），查表确定值为；S是塑料平均收缩率，;是脱模斜度，此处；是材料与钢材的摩擦系数，；是塑料泊松比，；一个无因次数，。 5.3 推杆尺寸确定及校核本推出机构选用的是圆形推杆，为了使塑件推出稳定、可靠、受力均匀，每个模腔布置推杆的数目为4条，同时推杆的增多也更有利于排气。圆形推杆直径的估算 由公式得：其中，安全系数； 推杆长度（初步估算值）； F为单模腔总脱模力，为N； 推杆数量n=； 推杆材料的弹性模量。在实际模具设计中，为了确保推杆的稳定性，推杆直径要比计算结果大，根据推杆的标准尺寸，现取为。显然这是满足要求的。但是由于推杆推的是薄壁，薄壁厚度为一毫米。故上端推杆应选择直径一毫米，但为了安全起见，可设计成圆弧状。如下图。但为了安全起见，还应该对推杆进行强度校核。若推杆材料选T8A，于是根据强度条件有：所以能满足要求。推杆固定及与模体的配合推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。本设计采用推杆固定板固定，同时，因为顶杆与塑件接触处均为平面，并无特定的方向，所以推杆无须设置止转结构。推杆和模体的配合一般为H8/f8或H9/f9，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的35倍，推杆端面应和塑件成型面在同一平面或比塑件成型表面高出0.050.10mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，其相对于固定板是浮动的，各尺寸关系的确定如图13所示。图13 推杆及其配合推杆的布置根据塑件推出的平稳性等要求，现推杆在塑件上的布置如下图14所示。图14 推杆的布置5.斜导柱的设计计算如上图，是本设计的斜导柱，我选择的斜导住的倾斜角为25。塑件所需的抽芯距S为16.18mm根据S=Htan得H=34.27mm故图示尺寸完全满足，这里斜导柱的直径为8mm。下图是斜导柱的三维图和其滑块的三维图 斜导柱侧型芯滑块5. 模具冷却系统的计算5.1 冷却介质S属于中等黏度材料，其成型工艺要求的模温不太高，为200，模具温度为5080。现模具温度初步选定为50，同时由于水的比热容大、传热系数高、成本低，所以决定选用常温水对模具进行冷却。5.5.2 冷却系统计算1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W塑料制品的体积 塑料制品的质量 塑件的壁厚为2mm，查表可以确定其冷却时间，通过所选注射机注射量查表确定注射时间，取脱模时间。因此，注射周期。由此得每小时注射的次数：N=(3600/20)次=180次。单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量查表知ABS的单位热流量的值的范围在，故取。3）计算冷却水的体积流量设冷却水道入水温度为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：4）确定冷水路的直径d根据，通过查表可确定模具冷去水孔直径为10mm。5）冷却水在管内的流速6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为23.5,查表可得（按插值法确定）,则有：7）)计算冷却水通道的导热总面积A8）计算模具所需冷却水管的总长度L9）冷却水路的根数 设每条水路的长度为300mm，则冷却水路的根数为：分析可知，计算结果显然不符合实际，实际当中，水路的布置往往受模具结构和塑件形状的影响。为使凹模和型芯能得到充分冷却，需要根据两模腔的实际布置情况来加以修改。5.5.3 水路的布置形式图15 定模水路布置为了防止漏水，水路在穿过两模板之间应该要可靠密封，根据水路直径为8mm，按装配技术要求选取标准规格为D=16，d=2.5的“O”型密封圈进行密封。水路端部密封处用带螺纹的管塞进行可靠密封。其中孔处为布置水管处6 注射机有关参数的校核6.1 注射量的校核通过上面的计算，浇注系统的尺寸已经确定，现在就可以对注射量进行校核了。塑件连同浇注系统的实际总体积。显然。校核合格。6.2 注射压力的校核查有关模具设计手册可知，ABS成型厚壁塑件时所需的注射压力为80110MPa，这里取所选的注射机的公称注射压力为150MPa，注射压力安全系数k=1.251.4，现取k=1.3，所以有：，故注射机压力满足要求。6.3 合模力校核单个塑件在分型面的投影面积可通过三维软件测出，为。单边流道凝料在分型面上的的投影面积。根据流道定出的尺寸有。塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积，有：模具型腔内的胀型力该注射机的公称锁模力为,锁模力安全系数为，这里取，则有：。所以，注射机锁模力合格。7 模具的三维图 整个模具是一模两腔，选取A-A为分型面，选取标注模架，浇注系统带有交口套，定模底板，支架，动模垫板通过4个螺栓紧固，螺栓尺寸选为直径12mm。定模底板，定模，固芯板也是通过4个螺栓连接，螺栓直径选为12mm。定模和固芯板间用导柱导向。导柱唱50mm，直径16mm。推杆固定板和推板用2个螺栓连接（对角），螺栓直径为8mm。并用销钉对两板定位，推板上设有复位推杆，拉料杆，及推出塑件的推杆等。各部分图如下 导套复位推杆 紧定销钉斜导柱装配体爆炸图8 成型零件的加工工艺设计成型零件的结构设计完毕后，就可以进行加工工艺的编写（各零件图如附件所示）。8. 整体式凹模加工工艺整体式凹模的坯料是直接从定制的标准模架上取下的A板，其加工工艺如表8。表8 整体式凹模加工工艺序号工序名称工序内容1备料标准定模板，已备好加工基准2数控铣 钻孔，钻四周螺栓紧固的孔，钻孔直径至深15mm；钻两侧斜导柱孔，钻至8并贯穿.钻中间导套孔至30.钻侧面水道孔至10。钻导柱孔至24 铣两侧至24mm 铣半圆形分流道及矩形浇口到要求； 铣两侧至20mm3线切割割型腔周边型芯配合孔和浇口套配合孔到要求4数控铣扩24和孔到要求5电火花加工型腔中部凹槽6钳工 划线，钻螺纹孔到要求； 攻丝，攻水孔端口螺纹丝到要求； 打磨型腔表面及线切割表面到要求。8.动模大型芯加工工序动模大型芯的外形大致为圆柱，毛坯同样采用锻件，其加工工艺如表9。表9 定模小型芯加工工艺序号工序名称工序内容1备料毛坯尺寸2热处理退火：HB180220；调质：HRC28323车削车到要求，车上下表面至到要求4端面磨削磨小端端面到要求5数控铣钻四周推杆孔为钻通；并铰孔到要求，铰孔深度为5；6电火花加工出侧面成型凸嘴到要求7线切割线切割上端球形至要求8钳工打磨各加工面到图样要求9磨削小型芯与凹模配合后，磨平大端面到要求9 绘制模具装配图及相关零件图因为autoCAD中的线型和颜色丰富，视图绘制表达更加自由，而且能够表现尺寸。图层管理更加方便，本设计中的CAD装配图及零件图都是自己画出来的。CAD图包括：模具总装配图、整体式凹模、动模大型芯、侧型芯滑块、塑件图、推杆和推杆固定板10 结束语本设计主要是借助solidworks三维软件进行的qq杯塑料模设计，是对以往所学知识的总结，可以说是一次真正意义上的学以致用的实践。模具的设计紧凑合理、加工方便、便于维修。在整个设计过程中，都综合运用了以往所学过的理论知识，通过分析塑件的精度以及考虑到模具
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