洗发水瓶盖的热流道注塑模设计

1、目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言21 热流道技术21.1 概述21.1.1 热流道技术的优势21.1.2 热流道技术的不足31.2 热流道技术的发展趋势32 塑件工艺分析32.1 塑件材料的选择32.1.1 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)32.1.2 聚苯乙烯(PS)42.1.3 聚丙烯(PP)42.2 塑件结构工艺性分析53 注射机型号的确定63.1 确定塑件的相关参数63.2 初选注射机64 模具结构设计84.1 分型面的选择及意义84.1.1 分型面选择的意义84.1.2 分型面选择的原则84.1.3 选择分型面94.2 确定型腔数目和排列方式9

2、4.2.1 确定型腔数量94.2.2 确定型腔排列方式94.2.3 本设计的排列方案94.3 模架的选择与调入104.3.1 概述104.3.2 选择模架104.4 热流道系统114.4.1 概述114.4.2 流道板124.4.3 喷嘴134.4.4 浇注系统的设计154.5 顶出机构的设计164.5.1 脱模机构的组成164.5.2 脱模力的计算174.5.3 脱模机构设计174.6 导向机构的设计184.6.1 导柱导向机构194.6.2 导柱的数量和布置194.7 温度调节系统的设计204.7.1 冷却系统设计原则204.7.2 冷却系统的结构设计204.7.3 加热板加热形式选择21

3、5 结论21参考文献22附录23致谢26洗发水瓶盖的热流道注塑模设计机械电子工程专业学生 闫思倍指导老师 张东方摘要：针对塑件的质量要求比较高，此次模具设计引入了热流道技术。设计过程包括设计准备、塑件设计、模具设计、装配图及零件图的绘制和毕业设计论文的完成等六个环节。其中，塑件设计和模具设计是重要环节。因此，本文主要叙述了设计方案的确定、塑件设计及模架的调用及注塑机的选择、热流道系统的设计、脱模推出机构的设计等等。这一系列的设计环节都离不开CAD技术的应用，这样将有助于切入问题的核心，避免不必要错误的造成。关键词：热流道；塑件设计；模具设计；装配；CADShampoo Lid of Hot R

4、unner Injection Mold DesignStudent majoring in Mechanical and Electronic Engineering Yan SibeiTutor Zhang DongfangAbstract: For the plastic parts of the higher quality requirements of the mold design and the introduction of hot runner technology. The design process includes six aspects of design pre

5、paration, plastic part design, mold design, assembly drawing and parts diagram drawing and completion of the graduate design thesis. Among them, the design of plastic parts and mold design is the important part. Therefore, this article describes the determination of the design, the design of plastic

6、 parts and mold base calls and injection molding machine of choice, hot runner system design, mold release ejection mechanism design. This series of design aspects can not be separated from the application of CAD technology, cut into the core of the problem, this will help to avoid unnecessary error

7、 caused.Key words: Hot runner ;plastic part design ;mold design; Assembly; CAD引言 热流道注塑成型作为传统注塑成型一个重要发展方向,其最大特点在于浇注系统内的塑料不会凝固,也不会随制件脱模,整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率；使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度，浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡。本设计通过对实体塑件进行分析、测量，建立可供加工生产的三维模型，并对塑件结构进行工艺性分析，确定其所选用的材料，然后根据塑件的材料特性及结构特征选择相应的注射机

8、。其次就是模具的结构设计，包括分型面的选择、型腔的确定、模架的选取、热流道系统的设计以及后续的脱模机构、导向机构和温度调节系统的控制等。在设计过程中，使用先进的三维软件UG进行辅助设计，使设计的模具达到最佳效果。1 热流道技术1.1 概述 热流道注塑成型于20世纪50年代问世，经历了一段较长时间的推广以后，其市场占有率逐年上升，80年代中期，美国的热流道模具占注塑模具总数的15%17%，欧洲为12%15%，日本约为10%。但到了90年代，美国生产的塑料注塑模具中热流道模具占40%以上，在大型制品的注射模具中则占90%以上。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正在我国逐渐推广使用，在

9、70年代，我国已经有热流道技术的应用，从90年代开始，已相继创建了不少热流道装备的经营企业。 热流道系统工作原理是在塑料模具流道附近或中心设有加热棒和加热圈，从注塑机喷嘴出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料保持熔融，从而均匀充满型腔，停机后一般不需要打开流道取出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。因此，热流道工艺有时称为热集流管系统，或者称为无流道模塑。通过热流板、热嘴、及其控制系统的功能，让模具在成形时能节省流道的塑料、减少流道压力、加快生产速度、做出高难度产品。 热流道系统作为模具系统的一个常用部件，能够有效地提高塑料制品的质量、提高生产效率、降低生产成本，并使资本的投

10、入得到更高的回报。在模具产业中，热流道模具所占的比例越来越大，已逐渐取代传统式模具的地位。1.1.1 热流道技术的优势1） 缩短制件成型周期，提高生产效率；2） 节省塑料原料；3） 降低废品率，提高产品质量；4） 消除后续工序，有利于生产自动化。1.1.2 热流道技术的不足1） 模具成本上升；2） 热流道模具制作工艺设备要求高；3） 操作维修复杂。1.2 热流道技术的发展趋势 总之，热流道技术的发展是利远大于弊。在国外已运用了数十年，由于其多方面的技术优势与用途，因此在射出成形塑料模具的使用率与普及率已大幅度的提升。且在“分秒必争”且环保意识观念增强的时代，热流道技术可说已成为“射出成型产业”

11、及“塑料模具产业”不可或缺的热门产品。热流道不但可提高生产速度、减少废料并能进一步的提升模具价值1。 在现今以质量、生产力、提倡环保及节省人力资源的情况中，冷流道模具无论在设计和生产上，都缺乏竞争力，而应用热流道系统再搭配CAD实用技术与模流分析，将极大的提高产品生产效率和改善相关的问题，如果在产品设计初期能综合利用CAD技术来设计和进行模流分析，将有助于直接进入问题的核心，及时发现不必要的错误，缩短产品开发时间，进而避免由此造成更多的资源浪费。2 塑件工艺分析2.1 塑件材料的选择2.1.1 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS) ABS具有良好的综合物理力学性能，耐热，耐磨，耐油，尺寸

12、稳定，加工性能优良，具有三种单体所赋予的优点，其中丙烯腈赋予材料良好的刚性，硬度，耐油性耐寒性,苯乙烯赋予材料刚性, 硬度，光泽性和良好的加工流动性，改变三组分比例可以调节材料性能。ABS为无定型聚合物，无明显熔点，在160C-190C度具有充分的流动性，且热稳定性好在高于285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体粘度明显减小。粘度随温度升高也会明显下降。ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率在0.2%0.45%之间，但由于熔体粘度不高，对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干燥可使制品具有良好的表面光泽并可改善内在质量，在80-90以下干燥2

13、-3个小时，可以满足各种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%-0.8%。在多数情况下，其变化不小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更常用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品，大型制品成型。主要用途：汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等4。2.1.2 聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯是无色无味的透明刚硬固体，制品掷地时有金属般鸣响，聚苯乙烯透光率不低于80%，折射率较大，在1.5%-1.6%之间，具

14、有特殊光亮，在热塑性塑料中属于典型的硬而脆材料，拉伸，弯曲等常规力学性能高于聚苯烃，拉伸时无明显屈服现象。聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定型结构，超过玻璃花温度即开始软化，软化点为95左右，许多力学性能都受到温度升高的明显影响，最高连续实用温度仅6080，120时开始成为熔体，180时开始具有流动性，其热稳定性较好，超过300才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间，但储存容易泛黄，泛黄的原因之一是单体纯度不够，特别是在含微量元素时，二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄，聚苯乙烯较轻，密度在1.04-1.05之间。加工工艺性：吸湿性很小，加工前一般不需要与专门的干燥工序，成型温度范围

15、较宽。收缩率及其变化范围都很小，一般在0.2%0.8%，有利于成型尺寸精度较高和尺寸稳定性的制品。聚苯乙烯制品容易产生内应力，并且在空气中缓慢老化引起发黄，很明显不适合选用。2.1.3 聚丙烯(PP)聚丙烯无色、无味、无毒的。外观似聚苯乙烯，但比聚苯乙烯更透明、更轻。密度为0.900.91g/cm3。它不吸水、光泽好、易着色。聚丙烯具有聚乙烯的所有优良性能，如卓越的介电性能，耐水性、化学性能稳定，宜于成形加工等；还具有聚乙烯所没有的许多性能，可制作铰链，有教高的抗弯曲疲劳强度。主要用途：可用于各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件；可作为各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里，表面

16、涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。成形特点：成形收缩范围及收缩率大，易发生缩孔，凹痕、变形、方向性强，流动性极好，易于成形；热容量大，注射成形必须设计能充分进行冷却的冷却回路；注意控制成形温度。料温低时方向性明显，尤其是低温、高压时更明显。聚丙烯成形的适宜模温为80度左右，不可低于50度，否则会造成成形塑件表面光泽差，产生熔接痕等缺陷。温度过高会产生翘曲或变形。如表2-1，三种材料性能参数：表2-1 三种材料性能参数表性质材料ABSPSPP密度（g/cm3）1.051.04-1.060.90-0.91收缩率（%）0.3-0.80.2-0.81.0-2.5熔点（C）

17、130-160131-165220-275热变形温度（C）65-9865-90102模具温度（C）60-8040-6040-80注射压力（MPa）60-10060-10068.6-137.2塑化形式螺杆柱塞式螺杆柱塞式螺杆柱塞式拉伸强度（MPa）33-4935-6337拉伸弹性模量（MPa）20002800-3500弯曲强度（MPa）8061-9867.5缺口冲击强度（KJ/m2）11-200.25-0.4078介电常数（KV/mm）2.4-5.02.724喷嘴温度（C）220-240160-170240-2502.2 塑件结构工艺性分析 由于设计的洗发水瓶盖整体体积较小，外形规则，与其他制件

18、的配合比较容易，下面从以下几点去分析塑件。1）塑件壁厚 塑料制件的壁厚是最重要的结构要素。制件的壁厚太大，则塑料在模腔中需要冷却的时间较长，产品的生产周期也会随着延长；制件的壁厚太薄，制件的刚性较差且不耐压，在脱模过程中容易发生变形。另外，壁厚太薄，流动阻力加大，造成塑料的填充不满，成型比较困难。此外，制件的壁厚原则上要求一致，因为壁厚不均匀，在成型时会出现收缩不均匀，产成缩孔，以致发生变形或开裂。 2） 拔模斜度 为了制件可以顺利从模腔中脱出，在平行于开模方向的制件表面上，必须设计一定的拔模斜度。在不影响尺寸精度的情况下，制件的内外表面都应该设计拔模斜度。设计之前，对制件定义的拔模角度为3，

19、但是在实际制件的设计中发现，如果拔模角度太大，所设计的制件会出现局部壁厚过薄，影响制件的注塑生产质量，所以必须降低拔模斜度。由于制件的壁厚相对比较薄，不能设计太大的拔模角度，根据设计当中出现的情况，所以对于这个制件设计了1的拔模斜度，得出的设计效果符合产品要求11。 3） 制件的尺寸与精度 不同塑料材料有其固定的标准收缩率，收缩率小的材料，产品的尺寸误差就很小，容易保证尺寸精度。ABS塑料材料的收缩率为0.5，所以制件的尺寸精度可以得到保证。 经过对材料和制品进行分析，该塑件是一个洗发水瓶盖，属于小型复杂零件，分上下盖两部分，可以开合，外观要求光滑，ABS符合制品的质量和使用要求，它成型性能较

20、好，可以注塑成型，伸缩率较低。如图2-1所示，塑件壁厚为0.8mm，生产批量大。另外，在设计时ABS塑料要求模具分型面、配合面的精度要高，以免溢料。图2-1 三维零件工程图塑料ABS的一些注塑工艺参数见表2-2。表2-2 ABS注塑工艺参数注射机类型螺杆式保压力(MPa)3070螺杆转速(r/min)2060注射时间（s）35喷嘴形式直通式保压时间（s）1530喷嘴温度（）180260冷却时间（s）1030模具温度（）4085成型周期（s）3070注射压力（MPa）601003 注射机型号的确定3.1 确定塑件的相关参数通过三维软件建模分析计算得：塑件体积：V=15.437cm3塑件质量：M=

21、16.2g浇注系统凝料体积估算：由于本模具采用热流道系统（无凝料系统）所以不必考虑浇注系统的体积。3.2 初选注射机注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关的数据进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。1）公称体积：该模具采用一模四腔，所以一次注入模具型腔塑料的总体积：要与注塑机理论注射量的0.8倍相匹配，依据公式（Vg=V0.8），则有：这样才能满足实际注塑的需要，则注塑机的理论注射量为77.185cm3，考虑到该洗发水瓶盖注射模

22、为一模四腔，由于塑件要求的注射量较小，但是产品覆盖面积比较大，模具体积比较大。因此初步选定注射机理论注射容量为2000 cm3，符合生产要求。2）注射压力：参照表2-1ABS主要技术参数，ABS的注射压力为60-100Mpa，这里取P0=100Mpa，注射压力安全系数k1=1.251.4，取1.3，所以：3）锁模力计算：塑件在分型面上的投影面积A1，则A1=3500mm2。一模四腔，所以总投影面积：模具型腔内的胀力为F1，则（由于塑件壁厚较薄，且模具采用热流道系统，参照表3-1模内的平均压力，所以p取34.3MPa。）表3-1 模内的平均压力制品特点模内平均压力/MPa举例容易成型制品24.5

23、PE、PP、PS等壁厚均匀的日用品一般制品29.4在高温下，成型壁厚较薄的制品中等粘度和精度要求高34.3ABS、PMMA等有精度要求的工程结构件高进度、高粘度、难充模的制品39.2用于机械零件上高精度的齿轮或凹轮根据F1，计算出理论胀力为(k2=1.11.2，取k2=1.2)：由此得出：F锁=4000KN576.24KN（校核通过）综合以上三点再结合塑件高度，注射机选用SZ-2000/4000型号，下表3-2表示注射机主要技术参数。表3-2 SZ-2000/4000主要参数结构类型卧式螺杆直径/mm90理论注射量/ cm32000注射压力/MPa130注射速率/（g/s）430塑化能力/（g

24、/s）75螺杆转速/（r/min）10140锁模力/kN4000拉杆间距/mm750750移模行程/mm750最大模具厚度/mm770最小模具厚度/mm380模具定位孔直径/mm250（深25）喷嘴球半径/mm20喷嘴孔直径/mm4锁模形式双曲肘4 模具结构设计4.1 分型面的选择及意义4.1.1 分型面选择的意义定模与动模相接触的面称为分型面，它是用于将冷却凝固的制件从模腔里面取出的接触面。分型面的选择的好坏对制件的质量、模具结构及其制造、生产操作的难易等都有很大的影响。按分型面的形状来分，有平面分型面、斜分型面、阶梯分型面和曲面型分型面。如图4-1：a.平面分型面；b.斜分型面；c.阶梯分

25、型面；d.曲面分型面图4-1 分型面的几种形式4.1.2 分型面选择的原则 对大多数制品来说，其分型面都在很显而易见的部位，即正好在或者是靠近一个容器的缘口或在一个工业制品的基座面。但是，在另一些制品中，分型面并不那么一目了然，而需进行大量周密的思考5。 选择分型面总的原则是保证塑件质量,且便于制品脱模和简化模具结构,下面列出分型面选择应考虑的基本原则：1）分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；2）分型面一般开设在产品的最大截面处；3）尽量使塑件留在动模一侧；4）有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等；5）有利于成型零件的加工与制造；6）应有利于排气。4.1.3 选择分型面制件的开模方

26、向是垂直向上，而且设置了1的脱模斜度。分型面的形状为平面分型面，选择在瓶盖处，如图4-2所示。这样有利于制件的脱模而且不会影响制件的外观质量，还可以利用其间隙和型芯、推杆等间隙排气。图4-2 分型面的选择4.2 确定型腔数目和排列方式4.2.1 确定型腔数量考虑到该塑件的精度要求不高，还是大批量生产可以采用一模多腔。根据塑料制品的结构，初步确定采用一模四腔的模具形式。4.2.2 确定型腔排列方式1) 多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，H形排列，直线型排列以及复合排列一边构成平衡式浇注系统，保证制品的质量均一和稳定；2) 型腔布置和浇注口部位应力求对称，以便防止模具称便偏载而产生溢料现象；3

27、) 圆形排列加工麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用H型排列和直线型排列，且尽量选用H型排列，因为该平衡性更好12。4.2.3 本设计的排列方案根据设计需要和生产效率的要求可知，为满足塑件的使用要求，在同一次的注射成型中，一次成型塑件的个数为四个，也就是采用一模四腔的生产方式。型腔排列的简单工程图4-3如下：图4-3 形腔排列图 4.3 模架的选择与调入4.3.1 概述 在现代模具工业中，模具设计主要是对成型制件外形的凹、凸模（型腔、型芯）零件以及开模和脱模方式进行设计，而模具上的大部分零部件可以从专门厂家直接选购，对于一些特殊的，也可以要求厂家另外加工生产。尤其是模架的选购，

28、如果设计制造一套非标准模架，可能需要花费很多的时间、资金和人力，但是根据设计的参数，选择合适的厂家、选购合适的模架，则可降低模具生产的费用，也缩短了设计的周期。 总的来说，模具零件的选购大大节约了模具制造时间和费用。现在，一般的模具厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具，可以在20天左右的时间里完成。4.3.2 选择模架 市场上，模架的种类有很多，不同厂家生产出来的模具也存在差异。具体选哪种模架形式主要根据个人的爱好及所具有的加工设备而定。1 ) 根据整体嵌入式的外形尺寸，又考虑导柱、导套的布置等，再同时参考注射模架的选择方法，可确定自行定制的(即宽长=400450mm)模架结构。 2 )

29、定模板尺寸的确定定模板要开框装入整体嵌入式型腔件，加上整体嵌入式型腔件上还要开设冷却水道，嵌入式型腔件高度为28mm，还有定模板上需要留出足够的距离引出水路，且也要有足够的强度，故定模板厚度取90mm。3）流道固定板该模具为热流道、一模四腔进浇，因此模架中设置一块热流道固定板，作用只是为了容纳热流道板，固定板的厚度与流道板的厚度相关，流道板的厚度是35。4）动模板尺寸具体选取方法与定模板相似，由于动模板下面是模脚，特别是注射时，要承受很大的注射压力，而且必须为动模侧的顶出机构及冷却水路留出导向空间，所以相对定模板来讲相对厚一些，故动模板厚度取100mm。5）模脚尺寸模脚高度=顶出行程+推板厚度

30、+顶出固定板厚度+5mm=50+20+25+5=100mm，所以初定模脚为100mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定好。其外形尺寸：宽长高=400mm450mm400mm，如图4-4：1定模座板；2.流道固定板；3.定模板；4.动模板；5.模脚；6.动模座板图4-4 模架4.4 热流道系统4.4.1 概述 热流道系统是相对于冷流道系统说的，热流道注塑模是无流道凝料注塑模中最常见的一种，是注塑成型技术发展的新阶段。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正逐步推广使用，且应用的厂家越来越广泛，积累起来的技术成果也与日俱增1。 热流道注塑模与一般注塑模具（冷流道注塑模具）相比，具有以下

31、几方面的优势：1）由于有加热器，流道凝料不需脱模，整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率； 2）对浇口系统的统一控制，使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，提高了制件的精度；3）浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡；4）减少进料系统压力损失，充分利用注塑压力，有利于保证制件质量；5）与双分型面的三板模相比，流道更短；6）保压时间更长，减小塑料制件的收缩率。典型的热流道结构，主要由主流道喷嘴、流道板、加热和测温元件以及其他安装和紧固零件组成。热流道系统的塑料熔料输送过程可描述为：注射机料筒射来的熔体经过主流道分送到流道板中的分流道，最后经过喷嘴将熔体射进模具

32、的型腔内，熔体进入型腔需经浇口的调节。4.4.2 流道板 热流道的流道板是整个热流道系统的中心部件，它的作用是将主流道喷嘴传输来的塑料熔体经流道平衡的输送到各个注射点的喷嘴里面。 流道板的结构繁多，而且随着模具行业的不断发展，该部件的技术也在不断发展。流道板常见有管式和板式结构。其中管式流道板虽然体积小、热效率高、防腐蚀，但是需专门设计，而且加工和装配也较为困难。所以常用的是板式结构，而且是外加热的。 板式结构的流道板悬架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板（有时会在定模板上添加一块板）。流道板是由电加热器加热的高温器件，四周是低温模板。为了与外界绝热，流道板的上下平面以及它的四周和模板间都

33、有间隙。 在模具中央轴线上，流道板与定模板（或附加板）之间配有中心定位销，中心定位销与流道板是紧密配合的。流道板的边缘还设计有止转定位销，它在模板平面的径向，必须有足够的间隙，它只能限制流道板的转动。流道板上的这两种定位销保证了流道板与其他部件的定位精度，保证了流道板与喷嘴的流道的对准，同时防止了流道板产成过大的热应力和热变形。 热流道板的选择或设计有些基本要求必须满足：对于多型腔的塑料充模要有合理的分配；流道板加热升温较快，且温度控制可靠有效；流道板与模具的绝热良好，且与喷嘴间无熔体泄漏等等。 为了熔体能平衡地输送到注射点的喷嘴上，流道板上的流道就应该有合理的几何参数，流道的长度和直径首先在

34、满足注射点的数目和排布的情况下，输送熔体的流动速率也要合理。为了实现充模的平衡，可以通过两个途径来实现：a) 通过设计相等的流径长度，给予几何参量的平衡，也就是自然平衡。这种平衡是基于对各注射点流径的排布，对所有的型腔的流道、浇口的长度都是相等的。流道分叉后，常见的有一分二、一分三和一分四，将流道合理的缩小。b) 根据流径长度的不同，以各注射点有相同压力降为基础，对流道截面积进行补偿，也就是流变学平衡。这种平衡相对于自然平衡，流道的长度较短，总的体积较小，因此流道板较简单、体积小、重量轻。用流变学平衡设计流道，其计算结果要在一定的工艺条件下得到。 流道板上常见的流道直径为610mm。流道直径小

35、于6mm将使传输压力降过大，流道直径大于10mm则会使熔体在流道中花费时间过长，但是大型制件的流道直径有达到16mm。为了充模的平衡性，流道的直径根据自然平衡的方法来计算。在多层分流道直径计算时，使用下式计算上游流道的直径： 式中 上游流道的直径；下游流道的直径；下游流道分支数。由于设计的注射点喷嘴的流道直径为8mm，根据上式，算得上游流道的直径为10mm。本次设计为一模四腔，为了保证塑料熔体在相等的压力和相同的温度和速率输送到每个型腔，所以选择热流道板结构流道设计为两层次的排布方式，如图4-5：图4-5 流道的排布4.4.3 喷嘴 热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器，热电偶和浇口。它

36、将熔体输送到模具的型腔中。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。 主流道喷嘴，也称中央喷嘴，有关零件组成部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是没有分流道和流道板，这种热流道喷嘴被称为单喷嘴。另外一类的主流道喷嘴下游有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。 本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。喷嘴是热流道系统中的复杂部件，其种类繁多。分类也有很多种，以下是其中一些分类形式：1）从加热类型分类，喷嘴有外部加热、内部加热、两者混合加热。2）从功能分类，分主流道喷嘴和注

37、射点喷嘴。3）从浇口类型分类，有开式喷嘴、顶针式喷嘴、开关式喷嘴和边缘式喷嘴，热流道行业通常以浇口的类型来命名喷嘴。4）从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴。5）除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等。 本次设计的制件的几何尺寸较小，宽度为43.2mm，所以选用的喷嘴必须考虑到这些因素。在常见的四种喷嘴中，我选用了顶针式喷嘴。在热流道行业，这种喷嘴的应用在增加中。这种喷嘴的主要特点就是喷嘴在制件上残留的废料少，控温准确，不会有冷料堵塞浇口的现象，产品浇口痕迹小，适合多腔同时进胶，无定形和结晶型塑料都需要应用这种喷嘴。它有较小的浇口直径范围，为0.63m

38、m，留在制品上的是很低的环圈。对于很小的制件，可用直径为0.6mm的浇口。对于不同类型的塑料，为了得到美观的制件外表，浇口直径的选择范围也有差异。本次设计选用顶针式喷嘴，如图4-6，型号为MT-20-60-M，喷嘴的外直径为25mm，喷嘴的流道直径D为8mm，浇口直径d为1mm，喷嘴长度L104mm。图4-6 热流道喷嘴4.4.4 浇注系统的设计 该模具主要采用热流道系统，从而主流道尺寸、分流道尺寸等取决于所选的热嘴尺寸。1） 浇注系统设计原则 塑料制件在注塑成型时，塑料在注射机喷嘴中熔融，经过主流道、分流道，最后通过浇口进入模具的型腔中，经过冷却固化后可得到所需的制件。所以注塑模具的浇注系统

39、是指从注射机喷嘴到型腔的塑料熔体的流动通道8。 浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，占有非常重要的地位，它的设计合理与否对注塑的成型周期和制件质量（几何特征、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。因此，浇注系统的作用是保证塑料熔体顺利、平稳地填充到型腔当中，在这个过程中，把压力充分地传递到各个部位，以便于获得组织紧密、外形清晰的塑料制件10。由于浇注系统在模具设计中的重要地位，所以设计时应遵循如下原则：a) 型腔布置和浇口开设的部位应对称，防止溢料现象的产生；b) 型腔和浇口的排列要合理，尽量地缩小模具的外形尺寸；c) 流程应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费

40、大），且应尽量减小弯折，降低压力损失，缩短填充时间；d) 对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；e) 在满足充满型腔的前提下，浇注系统的容积应尽量小，以减少塑料的耗量；f) 浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不应影响塑件的外观。g) 浇注系统的排气要良好，能够顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产成涡流和紊流，并能使模腔内的气体顺利排除。 浇注系统的设计包含了主流道的设计、冷料井的设计、分流道的设计、浇口的设计等。其中浇口又称进料口，是连接分流道末端与型腔入口之间的一段细短的流道（直接浇口除外），

41、它是浇注系统的关键部分。浇口的位置对制件的质量有直接的影响，位置选择不当会产生变形、熔接痕、凹陷等等6。2） 浇注系统注意事项在一般的浇注系统设计中，浇口的设计要注意以下几点：a) 浇口的位置应使充模的流程最短；b) 浇口的位置应有利于排气；c) 浇口的位置的选择应该避免制件的变形；d) 浇口的位置避免选择在细长薄壁上；e) 浇口的位置设计应该避免产生熔接痕。3）主流道设计a) 主流道的长度：小型模具L应尽量小于60mm，设计中初取30mm进行设计；b) 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4+1=5mm；c) 主流道大端直径：，式中；d) 主流道球面半径：SR=注射机球头喷

42、嘴半径+（12）mm=20+2=22mm；e) 球面的配合高度：h=4mm。4）主流道的衬套形式 主流道衬套为标准可选购，但由于采用热流道系统，要求有足够的绝热效果，与模座不能有过大的接触。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一体式，但考虑到上述因素及热流道系统通常仍然将其分开来设计，以便拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中我们常采用工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC，如图4-7主流道衬套的结构形式：图4-7 主流道衬套结构形式4.5 顶出机构的设计4.5.1 脱模

43、机构的组成塑件在模腔中成形后，便可以从模具中取下，但在塑件取下以前，模具必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作机构称为脱模推出机构。脱模机构的组成：第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及合模时推迟推出零件复位的零件。推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，合模时要正确复位6。4.5.2 脱模力的计算 当脱模开始时，阻力最大，脱杆刚度及强度应按此时受力计算，亦即无视脱模斜度(0)。由于塑

44、料制品是薄壁件，计算公式：Q=2tESLf/(1-m)(1+f)B10式中：Q脱模力(N)； t塑件平均壁厚，取t0.08cm； E塑件弹性模量(N/ cm2)，取EN/cm2； S塑料平均成型收缩率(mm/mm)，取S1.5%； L包容凸模的长度(cm)，取L2.12cm； f塑件与钢的摩擦系数，取f0.3； m塑料的泊松比，取m0.35； B为不带通孔的壳类塑件时，垂直与顶出方向的投影面积cm2，B350010-2cm2。考虑动模部分有强制出模机构，取Q2500N。4.5.3 脱模机构设计动模部分由于顶出有点困难，设计了活动型芯延时顶出机构，先顶出外形，再强制脱模。1） 顶杆的设计 顶杆的

45、长度计算公式：L杆=h动+h推固+S顶+h推板 式中： L杆顶杆的总长度； h动动模板的高度，取h动100mm； h推固推板固定板的厚度，取h动固25mm； S顶顶出行程，S顶50mm； h推板推板厚度，h推板20mm。则L杆100+25+50+20195mm2） 圆形推杆的直径式中: d圆形推杆直径(cm)； 推杆长度系数，取0.7； l推杆长度(cm)； n推杆数量，n4； E推杆材料的弹性模量(N/ cm2)，钢取E2.1 107N/ cm2； Q总脱模力，Q2500N。则脱模机构主要由推杆、推杆固定板、拉料杆、复位杆，推板等结构组成，设计如图4-8：1复位杆；2.推杆；3.拉料杆；4.

46、推板；5.推板固定板 图4-8 脱模机构4.6 导向机构的设计当动定模合拢后就构成了型腔，为了保证动定模合拢时的导向机构合模导向机构。合模导向机构在模具中的作用，一是定位作用，模具每次合拢时，都有一个唯一的准确方位，从而保证型腔的正确形状；二是导向作用，引导动定模正确闭合，避免凸模式型芯先进入型腔而损坏；三是承受一定的侧压力，在成行过程中承受单向侧压力。导向机构主要由导柱和导套组成，如图4-9：图4-9 导柱导套配合形式图4.6.1 导柱导向机构 导柱导向机构是利用导柱与导向孔之间的配合来保证模具的配合精度。导柱导向机构的设计内容包括：导柱到导套的典型结构；导柱的数量和布置等。导柱设计要点如下

47、9：1) 导柱的直径视模具大小而定，但必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，芯部要坚韧。2) 导柱的长度通常应高出凸模端面6-8mm，以免在导柱未导正时，凸模先进入型腔与其碰撞而损坏。3) 导柱的端部设计成锥形或半球形，便于导柱顺利的进入导向孔。4) 导柱直径尺寸按照模具模板外型尺寸而定。模板尺寸越大，导柱间的中心距应越大，所选导柱直径也越大。4.6.2 导柱的数量和布置导柱应合理分布在模具分型面的四周，导柱中心距模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘的直径通常为导柱直径的11.5倍）。为确保合模时只能以一个方向合模，导柱的布置可采用等导柱直径对称布置或不等直径导柱对称布置

48、的方式，如图4-10，采用等导柱直径对称布置的形式：图4-10 导柱导套在模板上的布置4.7 温度调节系统的设计4.7.1 冷却系统设计原则 在注塑生产过程中，塑件冷却时间约占整个注塑生产周期的80。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，因此塑料注塑模具的冷却系统的设计计算，不仅影响成型制件的质量，还直接影响到生产效率2。常用的方法是用水对模具进行冷却，即在注塑完成后通循环冷水到靠近型腔的制件上或制件上的孔内，以便迅速使模具冷却。冷却系统的设计一般要遵循以下一些原则：1) 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道应尽量靠近型腔（型芯）表面。2) 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道的排布应尽量紧密。3) 制