铝塑复合方凳塑件模具设计

1、铝塑复合方凳塑件模具设计学生：邹漫漫指导老师：邹隽三峡大学机械与材料学院摘要：本课题进行了铝塑复合方凳塑件模具设计。首先分析了铝塑复合方凳塑件的工艺特点，然后选择了一模一腔，接着选择注射机、确定分型面，最后完成了浇注系统设计、成型零件设计、排气系统设计、脱模机构设计、合模导向机构设计、选择模架、模具的加热与冷却系统设计等过程。用Pro-E和CAD绘制了一套模具装配图和零件图。该模具具有结构紧凑，工作可靠，操作可靠，生产效率高等优点。关键词：塑料；注射模具；设计Abstract：This topic has carried on the aluminum-plastic composite sq

2、uare stool plastics mold design. First analyzes the process characteristics of plastics article of aluminum-plastic composite square stool, then choose one module and one cavity, and then choose the injection machine, determine the parting surface, and finally completed the gating system design, mol

3、ding parts design, the exhaust system design, demoulding mechanism design, choice of clamping steering mechanism design, formwork, and mould heating and cooling system design process. With Pro - E and CAD drawing a set of mold assembly drawing and part drawing. The mold has a compact structure, reli

4、able operation, reliable operation, high production efficiency, etc.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容Key word: Plastic; Injects the mold; Design前言本文主要研究铝塑复合方凳塑料模具的设计过程。本课题研究的目的是对铝塑复合方凳与一般方凳在结构设计、成本、耐用性上进行比较，以更好地运用到实际生产中。铝塑复合方凳结构由塑料面板和铝合金钢管组成，而本课题主要是设计塑料面板的模具结构。注塑成型是热塑性塑料制件最重要的成型方法之一。用此方法加工成型的塑料制件，其品种与样式之多

5、是其他任何成型方法无法比拟的。注塑成型能一次性的成型出外形复杂，尺寸精确，效率高，甚至带有金属嵌件或螺纹的塑料制件。塑料注塑成型的过程是借助于螺杆（或柱塞）的能力，将已塑化好的塑料熔体注入闭和的模具型腔内，经冷却固化定型后开模获得制件。因此，构成注塑成型的必要条件有三：一是塑料必须以熔融状态进入模腔；二是塑料熔体必须有足够的压力和流速，以确保及时迅速的充满整个行腔的各个角落；三是需要有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺要求的模具。这就为注塑成型提出了必须具有塑化，注射和成型这三个基本职能要求。设计注塑模时应考虑以下几方面问题： （1）分析塑件结构及其技术要求塑件的结构决定了模具结构的复杂程度，塑

6、件的技术要求.（如尺寸精度、表面粗糙度等）决定了模具制造及成型工艺的难易，因此对于不符合塑料注塑成型特殊要求、不合理的结构形状等，均应该提出改进塑件涉及的建议，否则会增加模具设计与制造以及注塑成型工艺的难度。（2）了解注射机的技术规格注塑机的技术规格制约了模具的尺寸和所能成型塑件的范围。（3）了解塑料的加工性能和工艺性能主要了解如下几点：塑料熔体的流动行为，所能达到的最大流动距离比。分析流道和型腔各处的流动阻力，模腔内原有空气的导出。塑料在模具内可能的结晶、取向及其导致的内应力。模具总体结构和零件形状应力求简单合理，容易加工制造。合理选择模具材料。模具的热量损耗，冷却水用量以及塑件生产效率等。

7、在塑料注射模制造过程中，总会遇到分型面的确定问题，它是一个很复杂的问题，受到许多因素的制约，常常是顾此失彼。所以在选择分型面时应抓住主要矛盾，放弃次要因素。我近期查阅了不少资料表明它可以按以下原则来确定1：保证塑料制品能够脱模；使型腔深度最浅 ；使塑件外形美观，容易清理 ；尽量避免侧向抽芯；使分型面容易加工 ；使侧向抽芯尽量短；保证塑件制品精度 ；有利于排气；使型腔内总压力较大的方向与分型面垂直。 塑料模具的设计牵涉到方方面面, 设计塑料模具应按一定的设计程序进行, 并对几个设计要点必须予以足够重视, 这样才能保证模具的设计制造质量, 塑料模具设计不仅仅是结构设计还包括模具材料及其热处理选择,

8、 选择正确与否对模具的使用性能及其寿命将产生重大影响模具设计与模具失效紧密相关, 为了尽量避免模具失效 应充分研究分析塑料模具的失效机制, 并在模具设计上采取相应的防范措施。（1）塑料模具的设计程序从工程思维的角度对塑料模具设计的内涵与方法进行研究分析，首先就是要制定出科学合理的设计程序，科学的设计程序是设计制造出高水平，高质量模具的有力保障，无论是简单模具还是复杂模具都应该按照这种设计程序进行设计制造（2）塑料模具的设计要点2一副塑料模具能否顺利用于生产取决于很多因素，除了模具本身的原因外还与塑件用料，成型设备和成型工艺有关，并且这些因素相互关联。 因此，在设计塑料模具时，必须充分考虑各方面

9、因素，用工程综合性思维拟定模具设计方案。 （3）塑料模具的选材与热处理3针对塑料模具工作条件，使用寿命和制造成本选择适当的模具材料，提出合理的热处理要求是塑料模具设计的重要内容之一。 国内外许多研究机构已开展模具材料数据库的建立和模具材料选用专家系统的研究工作。（4）塑料模具的失效形式与防护塑料模具在工作时要承受塑料中的硬质颗粒对模具表面的冲刷磨损，以及由塑料分解出来的腐蚀性气体对模具的腐蚀，同时要承受较强大的成型压力和高温的作用 因此 塑料模具的失效形式主要有以下三种，对它们的失效机制进行分析研究有利于在设计上采取相应的措施。1 注射模具国内外发展状况近年来，随着我国经济的腾飞，塑料成型加工

10、机械和成型模具发展十分迅速，高效，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例越来越大。我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，不少种类模具已能替代进口模具，模具CAD/CAM技术得到了较快推广应用并取得了良好效果，快速成形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶段，高速铣等新一代制造技术已被人们重视并开始应用。从模具使用角度来说，要求高效，自动化，操作简便；从模具制造角度，要求结构合理，制造容易，低成本。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素。模具与其他机械产品比较，一个重要特点就是技术含量高、净产值比重

11、大。随着化工、轻工产业的快速发展，我国的模具工业近年来一直以每年1315左右的增长速度高速发展，而各行业对模具的要求也越来越高。面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角。随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。一直以来我国模具工业在材料选用上由于受售价限制，国产模具的材料多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理。国外则采用专用模具材料DINI、2316，在耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度等综合性能上均明显优于国产材料4。这

12、从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。在生产工艺上，不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。国内企业的模具设计体系处在引进、消化和吸收的初级阶段，尚未形成成熟的理论指导和设计体系。缺乏模具调试条件。国内模具企业因受交货期短，试模场地及设备的局限，通常把质量检验工作放在用户处试模，且难以调试出最佳状态，给用户造成大量的损失和浪费。而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短的时限达到很好的效果。从总体情况看，模具工业投入仍旧不足，模具总量供不应求，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具能力明显不足的情况在短期内仍难有较大

13、改观。纵观模具行业近年来的发展，塑料模具结构的演变，及制造工艺的改进，归纳起来有以下几点：模具标准化是现代模具设计与制造的基础。推行模具标准化是实现模具合理化生产必备条件。国外对模具标准化工作十分重视，是由于采用标准件不仅能有效提高模具质量、降低成本，而且能大大缩短模具生产周期。美国、德国进行模具标准化工作已有100年的历史。而我们一直以来由于模具标准化程度不高，造成生产供应的标准件品种、规格不齐，质量不高，不能满足互换性要求。现在，我国在标准化方面已经有了很大的改进，随着工业产品多品种、小批量、个性化、短周期的发展趋势变得日益明显，模具标准化工作意义更为重大。据介绍，目前我国模具标准件使用比

14、率有所增加，初步估计在4045之间，与国际上7080的比率还有很大差距，我国不同地区、不同企业之间模具标准件使用覆盖率差异也较明显，三资企业要比其他企业高，南方企业要比北方高，尤其是三资企业集中的广东省，其模具企业的模具标准件使用覆盖率要远高于其他地区。今后我国势必采取相应措施，针对模具生产特点，组织行业力量，进行快捷、适时地对模具生产企业进行标准化生产，以便全面推行模具标准化工作。我国“ 十五”模具行业发展规划提出，模具标准件要扩大品种、提高精度，其中主要品种要实现经济规模生产。2005年模具标准件使用覆盖率达到60，2010年达到70以上。因此，加快模具标准件发展，加强模具产品的技术含量，

15、大力发展热流道模具及CADCAECAM技术，对于提升我国塑料模具行业的水平、拓展国内外市场具有重要的意义。由于模具和制造之间的关系密切，可以说，制造是设计的延续。而采用人工设计方法比较迟缓，不可能实现模具设计与制造一体化，也不可达到优化设计的要求。实践证明，模具CAD/CAM技术是当代最合理的模具生产方式。模具CAD/CAE/CAM方面成果进一步扩大，模具生产骨干企业大部分都已应用，取得了良好成效。模具生产也将可以实现高度标准化、通用化和系统化，有利于采用先进设计与制造技术，使模具越做越精，同时，有利于缩短生产周期，降低生产费用。模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。5模具制造的规

16、范化有利于使模具生产过程趋于科学化、合理化。在模具企业中，对模具生产过程进行计算机控制与管理，是实现合理化生产的保证和条件。从模具设计、生产准备、加工与装配、试模的全过程始终处于控制与管理之中，因此，推进模具生产过程控制与管理有利于提高模具制造精度与质量，减小生产周期与生产费用。今天的模具，精度将越来越高目前，精密模具已普遍达到了23m的精度。10年前。精密模具的精度一般为5um，现在已达23um,虽然生产纳米级模具短期内国内还难以实现，但达到1m 精度的模具是必然趋势。加工精度公差在1m以下的超精加工也必然得到发展。 对于塑料制品企业来说，为了使产品质量更好，产率更高，热流道模具是个很好的选

17、择。这种正在兴起的模具品种技术含量高，它不需要更新设备，只需要更新模具或对原有的模具进行改造，就能大大缩短产品的成型时间和表面质量，由于没有料把，它还能节省原料，尤其是对于小而精密的产品，原料节约十分显著。在国外，热流道模具及技术使用率达到50以上，有的国家可达80以上，而目前热流道技术在我国还处于推广阶段，应用率不足20。随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，井能大幅度节约制件的原材料，因此，热流道技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。许多塑料模具厂所生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术，有的厂使用率甚至

18、80以上，效果十分明显。国内热流道模具已有生产，有些企业使用率达2030，但总的来看，比例低，亟待发展。随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。塑料件的精度分为尺寸精度、几何形状精度和外观精度（即光泽、色调等），为了确保这些精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具，在注射成型中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可减小树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制。气体辅助注射成型技术已比较成熟，它能改善塑件的内在和外观质量，具有注射压力低、

19、制品变形小、易于成型壁厚差异较大的制品等优点，而且可以节约原料及提高制件生产率，从而大幅度降低成本。与之相适应，气辅模具在我国也已出现，并取得了良好效果。12 （1）模具日趋大型化；（2）模具精度将越来越高；（3）多功能复合模具将进一步发展；（4）热流道、气体辅助注塑成型模具，在塑料模具中的比例逐步增长；（5）模具标准件应用更加广泛；（6）快速、经济模具发展前景广阔。在工业经济发展较快时期，产品畅销，要求模具能跟上需求。在工业经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然千方百计开发新产品，这同样给模具带来强劲的需求。因此，现代模具工业有不衰败工业之美称。2 塑件成型工艺性分析2.1 塑件结构根据塑件

20、产品图纸，用Pro/E5.0软件进行方凳面板的三维建模。三维实体模型更加直观地表现了产品造型，可以从各个角度对模型进行观察。如图1图1零件图2.2 塑件材料的选择方凳塑件需要较好的耐磨性，良好的外观。目前所常用的热塑性塑料主要有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、氨基塑料等。根据塑件的要求可以选择聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。从流动性上说，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯属于流动性好的一类，聚甲醛属于中等类，而聚氯乙烯则是最差的。而聚甲醛、聚乙烯的流动性受温度变化的影响很小。塑件主要可选用的高分子材料7如下：聚乙烯 低压聚乙烯分子质量、结晶度和密度较高，较硬、耐磨、耐蚀、耐热及

21、绝缘性好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。主要用于制造塑料管、板材、塑料绳及承载不高的零件。聚丙烯 屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性均比聚乙烯好，有特别高的抗弯曲疲劳强度，不吸水，其绝缘性能不受湿度的影响。但在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。它可制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。其成形收缩率大，易产生缩孔、凹痕及变形；热容量大，注射成形模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。5聚氯乙烯 硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。根据不同的用途，对聚氯乙烯分别加入适量的增塑剂，便可

22、制成硬质、软质和透明塑料件。由于聚氯乙烯的化学稳定性较好，故可用作防腐管道、管件、输油管、离心泵等。在日常生活中，用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。聚氯乙烯在成形过程中易于放出氯化氢。所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格地控制熔体的温度与滞留时间；不能用一般的注射机来成形聚氯乙烯制品，因为聚氯乙烯的耐热性和导热性不好，如果使用一般的注射机，需将料筒内的物料加热到166193，这将会引起分解。聚丙烯与聚乙烯相比较，就成形特性来说，相同点有：结晶性料、吸湿性小，可能发生熔融破裂，流动性极好，收缩率范围大、易变形等。但聚乙烯宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分，其流动性对压力变化敏感。但聚

23、丙烯却只要求注意控制成形温度，成形特性中并未提及流动性对压力变化敏感。且聚丙烯屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性均比聚乙烯好，有特别高的抗弯曲疲劳强度，这对要求较好的强度，较好的耐磨性的方凳是符合的。因此，聚丙烯与聚乙烯之间当然选聚丙烯。但聚氯乙烯流动性差，分解时有腐蚀及刺激性气体产生。成形温度范围小必须严格控制料温。且不能用一般的注射机来成形聚氯乙烯制品。再考虑到方凳的经济效益，也最好选用聚丙烯。PP的塑件脱模斜度： 型腔2545 型芯2045。PP材料成型条件如表1所示表1 PP材料成型条件缩写计算收缩率/%注射压力/ MPa模具温度/成型注射时间/s成型保压时间/s成型冷却时间/s

24、注射成型机类型PP1.02.57010080902060032090螺杆式注：上述成形条件，仅供参考，且重量为100500g 的塑件时，但实际成形时均需酌情调整。2.3 PP的注塑成型过程及工艺参数2.3.1成型工艺分析（1）外形尺寸：该塑件壁厚为10mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，塑件材料为热塑性材料，流动性好，适合注塑成型。（2）精度等级：采用一般精度5级（3）脱模斜度：PP成型性能好，成型收缩率较小，型腔2545 ，型芯2045，取脱模斜度1。2.3.2注塑过程（1）成型前的准备。对PP的色泽、粒度和均匀度进行检验，PP成型前必须进行干燥，处理温度为80100，干燥时间为2小

25、时。（2）注射过程。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的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（3）塑件的后处理。退火的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70，处理时间2h4h。2.3.3注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为48r/min。（2）料筒温度t/：前段200220； 中段180200； 后段160180。（3）模具温度t/：8090；（4）注射压力（p/MPa）：70110；（5）成型时间（s）：60（注射时间取28，冷却时间取30，高压时间取2）。3 选择注射机及相关参数的校核在对方凳面板进行材料选定、成型工艺过程

26、分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可确定型腔数量和排列方式，根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。3.1型腔数量及排列方式选择模具的型腔数量决定着注塑模具每一次注塑循环所能成型的塑件数量，影响型腔数目的因素有注塑机规格、塑件质量、模具制造难易、塑件成本及交货期等。与多型腔模具相比，单型腔模具具有塑料制件的形状和尺寸始终一致、工艺参数易于控制、模具解构简单紧凑、模具设计自由度大等优点。此外，单型腔模具还具有制造成本低、制造周期短等优点。相反，多型腔模具可以提高生产效率。 根据塑件质量要求，大型、中型、复杂塑件一般采用单型腔注塑模；大多数小型件采用多型

27、腔注塑模；尺寸精度要求高的塑件一般型腔数目不超过4个，在满足其他各项要求的前提下尽量采用单型腔模具。此方凳面板属于中型塑件，形状比较规则，精度要求为一般，且为批量生产。故采用一模一腔简化模具结构，提高制件的精度。3.2注射机选型3.2.1注射量及锁模力计算（1）通过Pro/E建模分析，塑件体积，塑件质量（取PP密度为0.9），流道凝料的质量还是个未知数，可按塑件质量的0.2倍来估算。从上述分析中确定为一模一腔，所以注射量为： （1） （2）（2）塑件和流道凝料在分型面上投影面积及所需锁模力的计算流道凝料在分型面上的投影面积，根据是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍，取0.35来进行估

28、算，所以： （3）式中 模具所需锁模力 （4）式中 型腔压力取25MPa。33.2.2选取注射机根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选SZ2500/500卧式注射机，其主要技术参数如表2表2 SZ2500/500型注塑机工艺参数项目单位参数螺杆直径mm90注射行程mm395塑化能力g/s66.7注射压力MPa141理论注射量cm32500注射速率g/s560螺杆转速r/min20120锁模力kN5000模板最大开距mm1600最小模具厚度mm400最大模具厚度mm拉杆内间距mm850850模具定位孔直径mm250喷嘴球半径mmSR35机筒加热功率kW35喷嘴口直径mm4 模具工艺设

29、计 通过理论计算、计算机分模和浇口位置计算机模拟结合的方法，最终确定成型零件工作尺寸和模具结构形式。4.1分型面位置的确定 分型面的选择在注射模设计中占有相当重要的地位。分型面选择合理与否直接影响到模具整体结构的复杂程度及塑件质量。分型面选择原则如下：6 应有利于塑件的脱模与取出； 应有利于嵌件的安装； 应有利于模具零件的加工； 应有利于模具结构的简化及便于操作； 应有利于塑件的质量及精度要求； 应有利于保证塑件的表面质量； 应有利于预防飞边及溢料的产生； 应有利于排气以确保质量及成型； 应有利于制品的成型及模具的制造。通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底

30、平面上，其位置如图2所示。方案I，塑件的同轴度不易保证，由于合模不严会使分型面出产生飞边，不易清除痕迹，也不利于浇注系统的放置。方案，影响塑件的外观，也不利于浇注系统的放置。方案III，使塑件整体放在定模中，保证了塑件的同轴度，有利于气体的排出。考虑塑件外观和同轴度，选用方案III。图2 分型面图4.2 浇注系统设计浇注系统一般由主浇道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。17主流道：指连接注射机喷嘴与分流道或型腔（单型腔）的进料通道。其作用是将塑料熔体引入模具，其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和填充时间。分流道：指连接主流道和浇口的进料通道。其作用是通过流道截面及方向的变化使塑料熔体平稳地

31、转换流向，并均衡地分配给各个型腔(多型腔)。浇口：指连接分流道与型腔之间的一段短小的进料通道。它是浇注系统的关键部分，它起到调节熔体流速、控制保压时间和防止熔体倒流的作用。冷料穴：在模具中直接对着主流道（或分流道）的孔或槽，用以储存注射时熔体料流前锋的冷料头，防止冷料进入型腔而影响塑件的质量，或由于冷料堵塞浇口，或降低流动性而造成填充不满。浇注系统要有良好的排气功能，防止塑件出现缺陷，浇注系统的设计是注射模具设计的一个重要环节，设计应遵循以下原则：6型腔布局要采用平衡方式，型腔和浇口开设部位要力求对称，型腔排列要紧凑。分浇道的流程要尽量短，端面尺寸要尽可能大，减少弯曲、死角并增加流道表面的粗糙

32、度以减少热量的散失和压力的损失。在满足各型腔充满物料的前提下，尽量减少浇注系统的容积，以减少塑料的消耗量。浇口应去除方便，不影响塑件的美观和使用。本套模具采用了一模一腔、直浇口的普通流道浇注系统，包括主浇道、浇口和冷料穴组成。4.2.1主浇道设计主浇道位于模具中心，是连接注射机喷嘴与分浇道的通道，垂直于分型面。为了使浇道中凝料顺利拔出，将其设计为圆锥形，锥角约为24，由于PP流动性极好，所以主浇道锥角取3，主浇道内壁表面粗糙度 取值为0.7um 。主流道小端直径3d = 喷嘴直径+（0.51）mm； （5）主流道球面半径R =喷嘴球面半径 +（12）mm； （6）球面配合高度h =35 mm；

33、 (7)主流道大端直径（出口端直径）:D=d2Ltan(0.5) (8)主浇道大端与分浇道连接处应有过渡圆角，以减小塑料熔体流动转向时的阻力，其圆角半径一般取r=13mm ，或者取r= D/8；主浇道长度L尽量60 mm；喷嘴直径=7mm，主流道小端直径d =8 mm；主浇道长度L尽量60 mm；主流道长度L初取为42.5mm；又由于喷嘴球头半径SR为35mm 。主流道球面半径R为37mm。球面配合高度h =5 mm； 主流道大端直径（出口端直径）:D=8242.5tan1.510.2mm；其圆角半径一般取r=13mm ，或者取r= D/8；此处取r=1mm；主浇道进口和注射机喷嘴头部接触的表

34、面一种是平面，一种是弧面。平面连接在密封时需要很高的压力，实际生产中很少应用。加之本模具属于中型模具，所以选用弧面连接。4.2.2主浇道衬套由于主浇道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复地接触与碰撞，所以模具的主浇道通常宜设计成可以拆卸与更换的衬套结构。常用的主浇道衬套有两类：型、型两种类型。此处选择型，如图3所示图3 主浇道衬套4.2.3定位圈设计为了使主浇道与喷嘴和料筒对中，在主浇道衬套上增加定位圈，喷嘴可以在定位环的作用下和主浇道进口对准进料。定位环有6种形式，但是为了弥补不同厂家生产的注射机定位孔不一致的缺点，通常选择的定位圈有以下两种。图4 定位圈的一种形式图5 定位圈的另一种形式图4可以不

35、在定模上加工安装定位环的台阶孔。对于小型模具，优先采用图4所示的定位圈。此模具不是小型模具，主流道衬套和定位环要分开设计，所以选择图4的定位圈形式。而所选择的注射机的定位孔尺寸是，定位圈尺寸，两者之间呈较为松动的连接，定位圈高度取为15 mm。4.2.4拉料杆的设计本方案采用直接浇口，不需使用拉料杆。4.2.5冷料穴的设计冷料穴一般位于主流道末端分型面的动模一侧。其作用是捕集熔体流动的前锋冷料，避免冷料进入模腔，对塑件造成不利影响。开模时又将冷料拉出，因而冷料穴直径稍大于主流道大端直径，该模具采用带球行头拉料杆的冷料穴。其中主流道大端直径为，该设计中冷料穴深度为：（9） 4.2.6浇口设计 浇

36、口是连接分浇道和型腔的一段细短流道，它的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。 浇口的截面积一般取分浇道的截面积的36，浇口的长度约为0.52mm，这里取L浇 =1.5 mm。浇口的形状有矩形、圆形、梯形和U形。适合塑料聚丙烯的浇口形式有8：直接浇口、边缘浇口、扇形浇口、薄片浇口、点浇口。由于聚丙烯的成形特性本易发生缩孔、变形，加之边缘浇口的缺点是壳形件排气不便，易产生缩孔、气孔等缺陷，这样就可能使生产出的塑件外形不美观。扇形浇口会在方凳塑件上留下浇口形状，且浇口去除较困难，浇口痕迹较明显。由于方凳塑件设计的是单分型面注射模，在型腔上打个孔，就可使熔融的塑料流入模具内，根据这样的结构，选

37、择盘形浇口较合适。盘形浇口开设在塑件的内部，其特点是塑料在充模时进料均匀，各处料流速率大致相同，模腔内气体已排出，避免了侧浇口在塑件上产生的熔接痕，但浇口去除较难，浇口痕迹明显。4.3成型零件设计4.3.1成型零件应具备的性能由于成型零件直接和高温熔料接触，其质量直接影响塑件的质量，所以必须具备如下性能： 具有足够的刚度和强度，以承受塑料熔体的高温和高压。 具有足够的硬度和耐磨性能，以承受流料的摩擦和磨损。 具有良好的抛光性能和耐蚀性能。 加工性能好，可淬性良好，热处理变形小。 成型部位有足够的位置精度和尺寸精度。型腔和型芯选择P20钢材料。它是预硬型塑料钢，加工后无需热处理直接使用，型腔精度

38、很高。 4.3.2成型零件工作尺寸设计成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来成型塑件部位的尺寸。7主要包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度尺寸、型芯的高度尺寸、型芯与型芯之间的位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑料件的尺寸及精度等级来确定成型零件的工作尺寸及其精度等级。影响塑件尺寸和精度的因素主要有：成型收缩率 塑料成型后的收缩率与塑料的品种，塑件的结构、模具的结构以及成型工艺条件等因素有关，在实际工作中，成型收缩率的波动，引起塑件尺寸的误差，塑件尺寸变化值为 S =（Smax Smin）LS (10)式中 S 塑料收缩波动而引起的塑件尺寸误差，； Smax 塑料的最大收缩率，% ；Smin 塑

39、料的最小收缩率，% ；LS 塑件尺寸,mm。一般情况下，由成型收缩率波动所引起的塑件误差，应该小于塑件公差值的1/3左右。模具成型零件的制造误差 模具成型零件的制造精度是影响其塑件尺寸精度的重要因素之一8。成型零件的加工精度越低，其成型塑料件的尺寸精度也越低。生产实际证明，成型零件的制造公差约为塑料件总公差的1/31/4。模具成型零件的磨损 模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时与塑件的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体以及由于上述原因造成的模具成型零件表面粗糙度提高而要求重新打磨抛光等，均可造成成型零件尺寸的变化，其结果是型腔尺寸变大而型芯尺寸变小。一般来说，对于中小型塑料件，最

40、大磨损量可取公差值的1/6；模具装配的误差 模具成型零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙公差应不影响模具成型零件的尺寸精度和位置精度。4.3.3成型零件的结构设计凹模设计 凹模也称为型腔，是成型塑件外形及其表面的零件。按其结构不同可分为：整体式凹模；整体嵌入式凹模；四壁拼合式凹模；拼块式凹模。结合方凳的形状、尺寸以及模具的加工分析，整体式凹模是由整块材料加工而成。这种结构的特点是简单牢固、强度及刚性均好，不易产生变形，塑料件表面分型面痕迹最少，成型的塑件质量较高。它常用于形状结构比较简单的塑料件的成型。相对于组合式凹模，其最大的优点是不会使塑件产生拼接线痕迹。不宜用镶嵌

41、式凹模、四壁拼合式凹模、拼块式凹模。镶嵌式凹模适用于对于型腔复杂或对于形状复杂的型腔底部，而笔筒的型腔形状不太复杂。而且用镶嵌式凹模还要为保证塑件表面质量而增加磨平、抛光等工序，增加了型腔的加工工艺及加工成本。方凳并不存在侧凹，模具也不需要侧向分型，故不选择拼块式凹模。至于四壁拼合式凹模应用场合为大型的和形状复杂的型腔，因此也不适合。综上分析，整体嵌入式凹模是最佳的选择。由模具结构的初步分析，将凹模采用机械加工，然后压入模板之中。这种结构形式加工效率高，拆装方便。而整体式凹模的特点是不易产生变形，塑料件表面分型面痕迹最少，成型的塑件质量较高，但整体式凹模的加工工艺性较差，一旦凹模局部损伤，其维

42、修加工就比较困难。且较浪费材料，从生产效率和经济效益的角度考虑，整体式凹模不适合。型腔的外部可以制成圆形或正方形，但是为了方便加工和节省材料，将型腔的外部制成圆形。 型芯结构的设计 型芯是成型塑料件内表面的模具零部件，根据结构不同可以分为如下三种： 整体式型芯 整体镶嵌式型芯 镶拼式型芯整体式型芯是将型芯和模板制成一体，其结构牢固，但工艺性较差，同时模具材料耗费多。这类型芯主要用于形状简单的单型腔模具中。而笔筒是多型腔结构，且要考虑经济效益，因此排除整体式型芯。方凳有三个型腔，且型腔的形状不是回转体较复杂。而镶拼式型芯则适合凸模结构复杂，因此选镶拼式型芯。4.3.4成型零件工作尺寸的计算 模腔

43、工作尺寸的计算 模腔尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度和型芯高度尺寸、中心距尺寸的计算。a. 型腔径向尺寸计算 选择平均尺寸法计算，公式为 （11） 式中 凹模径向尺寸； 塑件径向公称尺寸； 塑料的平均收缩率，； 塑件公差值，查参考文献17表3-13，取2.50； Z 凹模制造公差，见16表2-11，取0.210； x修正系数，见16表2-10，取0.53；方凳外形尺寸凹模径向尺寸：b.型腔深度尺寸计算 （12）式中 H 塑件开口端到分型面的最大尺寸为40mm；Z 凹模深度制造公差，见16表2-11，取0.100； 塑件公差值，查参考文献17表3-13，取0.56；x修正系数，见16表

44、2-10，取0.58。型腔深度得；c.型腔壁厚的计算 型腔模在注射成形过程中，由于注射压力很高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，这就要求型腔要有一定的强度和刚度。模具型腔如果强度不够，将产生塑性变形或断裂破坏；如刚度不够，将产生较大的弹性变形，使模具贴合面处出现较大的间隙，由此发生溢料及飞边现象。另外，当成型后成型压力消失时，型腔因弹性恢复而收缩，当收缩量大于塑件的收缩时，型腔就会紧紧地包住塑件，造成开模困难或塑件残留在定模上而损坏塑件或塑件质量不良。因此，有必要对模具型腔进行强度和刚度的计算。型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准，对于大型模具型腔，常由于刚度不足而弯曲变形，应按刚度计

45、算；对于小型模具的型腔，型腔常常在弯曲变形前，其内应力往往已经超过了材料的许用应力，所以应以强度计算为主。方凳是长方形型腔，并且为矩形整体式。 1）型腔壁厚。由刚度计算 （13）2）型腔底板厚度。由刚度计算 （14）上两式中，是型腔长度；是型腔深度；是型腔宽度；是决定的常数；是决定的常数；是弹性模量，钢材取；是型腔内熔体的压力，一般取2545MPa，此处取25MPa；是允许变形量，为保证尺寸精度，可取塑件允许公差的左右，取0.56。查17表4-6和4-7得，由上两式计算得：，型腔长度为324.93mm，宽度为324.93mm，厚度为69.61mm选定模板尺寸为500500110mmd.动模垫板

46、厚度计算 动模垫板虽然不是成型部件，但其厚度对型腔底部的强度和刚度有着直接影响，故有必要讨论垫板厚度的确定方法。垫板厚度为 （15）式中，是动模垫板受的总压力（N）；是塑件及浇注系统在分型面上的投影面积；是动模垫板宽度（mm）；是支承块间距（mm）；型腔压力，一般取2545MPa，此处取25MPa；是弯曲许用应力（MPa）；是修正系数，取0.60.75。由计算得由17表4-8知，。其它尺寸计算依此类推，计算结果如表3所列表3 塑件成型零件工作尺寸计算表模具尺寸名称塑件尺寸塑件精度等级塑件尺寸公差模具等级GB/T1800模具尺寸公差模具尺寸计算结果型腔长度30052.5100.210型腔宽度30

47、052.5100.210型腔深度4050.56100.100小型腔6550.74100.120小型腔深度2050.44100.084小型腔3550.56100.100小型腔深度3050.50100.084小型芯6050.94100.120小型芯3050.70100.0844.4排气系统设计对于注射模而言，排气系统尤为重要，因为注塑的过程是通过熔料置换出空气而形成的。当熔体填充型腔时，必须排出型腔、浇注系统的空气和塑料本身挥发出来的气体，否则会在塑件上产生气泡、凹坑、接缝、表面轮廓不清、褐色斑纹等缺陷。模具排气的形式主要有以下几种方式：利用配合间隙排气、在分型面上开设排气槽排气、利用烧结金属块排

48、气。由于模具的型腔不太大，空气置换量不太大，又根据设计的单分型面注射模模具的结构，因此利用分型面排气，就能较好地将型腔内空气排除。4.5 脱模机构设计在每一次注射成形后，使塑料件从模具型腔中或型芯上脱出的机构，称之为脱模机构或顶出机构。（1）脱模机构的结构组成脱模机构的设计原则 塑件滞留于动模，模具开启后应使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模机构装置的动模上，使模具脱模装置在注射机顶杆的驱动下完成脱模动作。保证塑件不容易变形，这是脱模机构应达到的基本要求。首先要正确分析塑件对型腔或型芯的附着力的大小及所在的部位，有针对性地选择合适的脱模方法和脱模位置，使顶出重心和脱模阻力中心相重合。型芯由于塑料收缩

49、时对其包紧力最大，因此顶出作用应该尽可能靠近型芯，顶出力应该作用于塑料刚度、强度最大的部位，作用面应尽可能大一些。影响脱模力大小的因素有很多，当材料的收缩率大，塑件壁厚大，模具的型芯形状复杂，脱模斜度小以及型腔粗糙度高时，脱模阻力就会增大；反之则小。力求良好的塑件外观，顶出塑件的位置应该尽量设在塑件内部或对外观影响不大的部位，在采用顶杆脱模时尤其要注意这个问题。脱模机构的分类9 按驱动方式分类：手动脱模、机动脱模、液压脱模、气动脱模。按模具结构分为：简单脱模机构、双向脱模机构、顺序脱模机构、二级脱模机构、浇注系统脱模机构及带螺纹的脱模机构等。（2）脱模机构的结构在实际生产中，对于某些深腔制件、

50、薄壁制件等复杂制件，须采用多元件组合脱模方式，这种脱模机构即称为联合脱模机构。方凳面板由一个中心通孔的正方体和五个环形圆通组成为复杂制件。因此采用联合脱模机构，且此脱模机构主要由推杆、推件板组成。（3）脱模力的计算经过注射机的高压注射，塑料在模具内冷却定型18，此时塑料收缩将型芯包紧，这一包紧力是开模后塑件脱出时所必须克服的。开始脱模时的瞬时阻力是最大的，成为初始脱模力。而此塑件有不通孔存在。脱模力的计算一般是计算初始脱模力。方凳面板平均厚度与方凳长边长度之比t/L=5.17/3000.05，属于薄壁塑件。故按照薄壁塑件选取脱模力的计算公式。塑件断面大体属于矩形断面，所以方凳面板的脱模力计算公

51、式为 (16)式中：是塑件的平均壁厚；是塑料的弹性模量，PP为；是塑料平均成型收缩率，PP为0.0175；是塑件对型芯的包容长度；是塑件与型芯之间的静摩擦因素，常取0.10.2；是模具型芯的脱模斜度；塑料的泊松比；，是型芯的平均半径；是无因次系数；是盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积，通孔塑件的。由此得F=9325.12N推杆直径的确定 根据压杆稳定公式，可得推杆直径计算公式为d=K(L2F/nE)1/4 （17）式中 d推杆的最小直径(mm)； K安全系数，可取K=1.5； L推杆的长度（mm）； F塑料件的脱模力（N）；n推杆数量，根据塑料件和型腔或型芯的结构和尺寸确定；E钢材的弹性模量（

52、MPa）；可取推杆数量n为4，钢材的弹性模量E为200GPa（推杆选材为T8）, 推杆的长度L=250mm,代入公式可得d7.79mm。推杆直径可取10mm。推杆的直径确定后，还应对其强度进行校核，其校核公式如下：=4F/nd2 （18）式中推杆材料的许用应力（MPa）； 推杆所受的应力（MPa）；代入公式得=29.70MPa=720MPa；推出行程为塑件的高度加上浇注系统凝料的高度，推出行程h=90mm。4.6 合模导向机构的设计注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。导柱导向机构用于动模和定模的开合模导向以及脱模机构的运动导向。（1）导向机构的作用每套塑料模具都要设有导向机构，在

53、模具工作时，导向机构可以维持动模和定模正确合模，以及合模后保持型腔的正确形状。导向机构引导动模和定模按顺序合模，避免型芯在合模中损坏；并能承受一定的侧向力。（2）导柱导向机构导柱导向是指导柱与导套采用间隙配合，使导套在导柱上滑动，一般采用H7/h6级配合，主要零件导柱、导套。导柱 导柱有两种形式，一种为带头直通式导柱；第二种是有肩导柱。为了减少导柱导套的摩擦，有的导柱开设油槽。小型模具一般采用直通式导柱，大型模具采用有肩导柱。导套 为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒一圆角。导柱孔最好做成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。当结构需要开不通孔时，就要在不通孔的侧面增加通气孔。导套可使用淬火钢或铜合金等耐磨材料制造，但其硬度一般应低于导柱硬度，可以改善摩擦，防止