电热水壶上盖注塑模设计

1、1 引言12 选择塑件的设计方案23 塑料制品设计53.1 塑料的选材53.2 塑件的分析63.3 塑件的尺寸和精度63.4 塑件的表面质量73.5 壁厚73.6 脱模斜度73.7 PP的性能分析73.8 PP的注射成型过程及工艺参数83.8.1 注射成型过程83.8.2 注射工艺参数84 拟定模具的结构形式94.1 分型面位置的确定94.2 型腔数量和排列方式的确定94.3 注射机型号的确定115 浇注系统的设计135.1 主流道的设计135.2 分流道的设计145.3 浇口的设计155.4 校核主流道的剪切速率175.5 冷料穴的设计及计算176 成型零件的结构设计及计算186.1 成型零

2、件的结构设计186.2 成型零件的选材186.3 成型零件工作尺寸的计算196.3.1 凹模尺寸的计算196.3.2 凸模尺寸的计算216.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算227 模架的确定237.1 各模板尺寸的确定237.2 模架各尺寸的校核238 排气槽的设计249 脱模推出机构的设计249.1 推出方式的确定249.2 脱模力的计算2510 冷却系统的设计2610.1 冷却系统的设计原则2610.2 冷却系统的简单计算2611 导向和定位结构的设计28结论29致谢30参考文献311 引言 2全套图纸，加改革开放以来，我国制造业发展突飞猛进，模具是制造业的重要工艺基础，模具产值与其带

3、动现的工业产值之比为3:100，即每300万元模具产值可以带动实现工业产值1亿元。因此“模具工业是进入富裕社会的原动力”，“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”，“模具是工业之母”等等，成为工业界公认的理念。模具行业的发展十分引人瞩目，特别是随着塑料成型技术的长足进步和广泛的应用，注塑模具所占比重日益增加。传统的模具技术不断地更新，现代技术在注塑模设计领域不断融合，在结构的完善、成型工艺的优化、加工工艺性的提高、新技术的应用、标准化技术的普及等方面都呈现出日新月异的态势。 随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。特别是在电子业中

4、则为突出。电子产品的外客大部分是塑料制品，产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。成型工艺和制品的设计。 塑料制品的成型方法很多。其主要用于是注射，挤出，压制，压铸和气压成型等和气压成型等。而注射模，挤出约占成型总数的60%以上。注射成型分为加料，熔融塑料，注射制件冷却和制件脱模等五个步骤。当然如利用电气控制。可实现半自动化或自动化作业。塑料注射模主要用于热塑料制品的成型，已成功的用于成型热固塑性塑料制品，它是塑料制品生产中十分重要的工艺装置。注射模的基本组成是：定模机构，动模机构，浇注系统，导向装置，顶出机构，芯机构，冷却和加热装置，排气系统。在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进

5、的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。我国的材料工业正在飞速发展，尤其是塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门。 塑料工程通常是指塑料制造与改性，塑料成型及制品后加工，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分。塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展。在塑料制品与模具设计的发展进程中，注塑模具的地位及其重要性日益被人们所认识。模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。当塑料品种入其成型加工设备

6、被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80。由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！塑料模具设计技术与制造水平，常标志一个国家工业化发展的程度。由此可知，塑料模具设计，对于产品质量与产量的重要性是不言而喻的。电热水壶属于西式小家电产品，在中国发展的历史虽然短暂，但发展的速度非常迅猛。在中国国内，很早就开始电热水壶行业的生产，生产时间大概有15年的时间，但主要以出口为主，电热水壶最大的市场在欧洲，而中国国内销售电水壶只有10年的时间。电热水壶具有结构简单、加热迅速、节省能源、操作方便、安全卫生、使用寿命较长等特点。随着消费者对电水壶产品认识的不断提高，电水壶在国内的市场容量

7、将会有大幅提升。近年来国内市场开始迅速增长，年增长率稳定在30%以上。作为时尚的欧式家电代表中国电水壶市场的发展潜力还是很巨大的。随着市场的发展，消费者对产品的各方面都会提出越来越高的要求，功能更人性化，外观更美观，造型更时尚。只有尽量满足消费者的各种需求，才能更好地适应市场。电热水壶盖在功能和造型上都在不断的改善，以获得更好的发展。其壶盖也在不断的创新发展，使电热水壶更安全便捷，更美观，更高端。 本次设计是针对以上形势所设计的一个利用CAD、pro/e完成的一个电热水壶上盖注射模设计过程。本设计力求做到结构完整，内容实用、技术先进、使用安全可靠。2 选择塑件的设计方案 根据市场调查，常用到的

8、电热水壶，其壶盖一般分为三种：端盖直接开启式，内滑块锁舌按扣开启和按钮式。方案（一）（如图2-1）造型与制造简单，若采用此方案，水沸腾时易使壶盖被冲开，可能引发使用安全问题；方案（二）（如图2-2）造型较复杂，在内罩中前端部有锁舌伸出，使壶盖与壶身固定，通过手控制内滑块来开盖，操作简单。但在开盖时，可能使手被水蒸气烫伤。方案（三）（如图2-3）与方案（二）在盖与壶身之间固定原理相同，但是由于其采用按钮式开盖法，完全避免了方案（一）与方案（二）的安全隐患，简单安全。而且在设计时可以按照消费者的审美来设计时尚美观的造型。所以，本次设计采用方案（三）。图2-1图2-2图2-33 塑料制品设计 塑件制

9、品的设计不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，同时还要尽量使模具结构简单化。在进行制品结构工艺性能的前提下，尽量选用价廉且成型性能又好的塑料。同时，还应该力求制品结构简单、壁厚均匀且成型方便。另外，同时考虑模具的总体结构合理，使模具型腔易于制造，模具的抽芯和推出机构简单。塑料制品形状应该有利于模具的分型、排气、补缩和冷却。塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中，一方面成型会对塑件的结构、形状、尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产品；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产

10、的难点，为模具设计和制造提供依据。塑料制品的设计主要内容包括：塑件的选材、尺寸和精度、表面粗糙度、塑料制品的形状、壁厚、脱模斜度、圆角、加强肋、支承面、孔、螺纹、齿轮、嵌件、飞边、文字与符号及制品表面彩饰等。3.1 塑料的选材通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。本次设计的塑件是电热水壶的上盖，该塑件对材料的要求首先必须是塑料的流动性和耐热性，其次是成型难易和经济性问题。本次选用PP材料。PP（聚丙烯） 无色、无毒、无味透明制件，密

11、度0.91g/cm3，收缩率 1.5%左右。PP性能上的主要优点： （1）由于在熔融温度下流动性好，成型工艺较宽，且各向异性比PE小，故特别适于制作各种形状简单的制品，制品的表面光泽、染色效果、外伤痕留等方面优于PE料. （2）通用塑料中，PP的耐热性最好。其制品可在100下煮沸消毒，适于制成餐具、水壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械。热变形溫度为100105,可在100以上長期使用。 （3）屈服强度高，有很高的弯曲疲劳寿命。 （4）密度较小，为目前已知的塑料中密度最小的品种之一。3.2 塑件的分析在本设计中，塑件是电热水壶上盖，为塑料端盖，如图3-1。塑件结构简单，塑件结构相对简单，表面精

12、度也要求一般即可，因而不需要考虑侧向分型机构的设置。塑件外观质量要求高，外表面不允许出现划伤、气泡、缩孔、熔接痕等缺陷。3.3 塑件的尺寸和精度塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析， 图3-1 根据具体的使用情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，这样既可以满足使用要求，也可以尽量降低模具成本。根据精度等级选用表，PP一般精度为4级，并且所有表面的粗糙度为Ra0.8。 尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： =+ 式中制

13、件总的成型误差； s塑料收缩率波动所引起的误差；z模具成型零件制造精度所引起的误差； c模具磨损后所引起的误差；模具安装，配合间隙引起的误差；影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。（1）模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。（2）塑料材料 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。（3）成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。3.4 塑件的表面质量塑件的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等。塑件表面粗糙度的高低主要与模具型腔内各成型表面的粗糙度有关。一般磨具型腔表面粗糙度值要比塑件的要求低12级。例如，通常注塑成型塑件表面的粗糙

14、度为Ra0.02Ra1.25m，型腔表面粗糙度应该为Ra0。01Ra0.63.塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。该塑件要求色泽鲜艳、表面光洁无疤痕、无飞边，相应模具材料需要具有抛光性。3.5 壁厚各种塑件，不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度。一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率；其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷。最常见壁厚推荐值为1.8mm3mm。本课题设计的肥皂盒厚度选定为2mm。该塑件属于中小型件，塑

15、件边缘的壁厚均匀。3.6 脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩，使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损，与脱模方向平行的塑件内，外表面都应具有合理的斜度。通过查表得PP材料的脱模斜度：凹模 型芯2545 2045选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度30。3.7 PP的性能分析 （1）聚丙烯（PP）是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。 PP是一种半结晶性材料。它坚硬并且有较高的熔点。 由于均聚物型的PP温度高于0以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP

16、材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。 PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。（2） 干燥处理:PP材料具有吸湿性较小,加工前可进行预备干燥。（3）温度对熔体粘度有影响，控制熔化温度在260340之间，模具温度为50。（4）PP的主要性能指标，见表1-1表1-1 PP的性能指标密度/g.cm-30.910.96屈服强度/MPa37比体积/g.（cm3)-11.101.11拉伸强度/MPa45吸水率(%)0.030.04拉伸弹性模量/MPa11001600熔点/1651

17、70抗弯强度/MPa67计算收缩率(%)1.82.5抗压强度/MPa56比热熔/J.(kg.)-11.9弯曲弹性模量/MPa1.451033.8 PP的注射成型过程及工艺参数3.8.1 注射成型过程 成型前的准备。对PP的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于PP材料吸湿性较小,加工前进行预备干燥，在80100下干燥12h即可。注射过程。塑件在注射机料桶内经过加热、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，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。塑件的后处理。处理的介质为空气和水。成型后为减小内应力，采用退火处理，退火温度为125135,退火两小时，自然冷却到室温。3.8.2

18、 注射工艺参数注射机：螺杆式，螺杆转数为3060r/min。料桶温度（）：后段160180； 中段180200； 前段200230。喷嘴温度（）：180190。模具温度（）：4080。注射压力（Mp）：70120。成型时间（s）：30。4 拟定模具的结构形式4.1 分型面位置的确定 根据分型面的选择原则： (1) 便于塑件脱模；(2) 在开模时尽量使塑件留在动模；（3）有利于排气和模具的加工方便；（4）外观不遭到损坏； （5）满足模具的锁紧要求。 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端面面积最大的平面上，如下图4-1所示。图4-1 分型面的选择4.2 型腔数量和排列方式的确定4.2.1 型腔

19、数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1） 塑件的尺寸精度；（2） 模具制造成本；（3） 注塑成型的生产效益；（4） 模具制造难度。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计应确定型腔数目，常用的方法有：(1) 根据经济性确定型腔数目；(2) 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目；(3) 根据注射机的注射量确定型腔数目；(4) 根据制品精度确定型腔数目。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量

20、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。该塑件精度要求不高，生产批量适中，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模两腔。一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不太高的小型塑件，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。考虑到该塑件是一般日用品，精度要求不是很高，并且该产品由于市场需求量比较大，而且更要考虑其经济性，所以采用一模多型腔该设计中采用一模二型腔。4.2.2 型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，

21、故采用直线对称排列，如图2-2所示。4.2.3 模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构采用脱模板推出的推出形式。浇注系统设计时，浇道采用对称平衡时，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上，如图4-2。图4-2 型腔数量的排列布置4.3 注射机型号的确定注塑机是用于给模具进料的机器，注塑机的种类很多，不同的模具根据其本身的各个因素以及产品的要求选择不同型号的注塑机。注塑机的选用包括两方面的内容：一是确定注塑机的型号，是塑件、塑料、注塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内；二是调整注塑机的技术参数至所需要的参

22、数。根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。（1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析得 塑件体积：V塑=15.137cm3 塑件质量：m塑=V塑=15.1370.93g=14.077g式中，参考表1-1可取0.93 g/cm3。（2）浇注系统凝料体积的初步估计 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值，但是可根据经验按照塑件体积的0.21倍来估计。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为 V总=V塑（1+0.2）2=15.1371.22 cm3

23、=36.329cm3（3） 选择注射机 根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V 总=21.92 cm3 ，并结合公式则有： V 总/0.8=36.329/0.8 cm3=45.411cm3。根据以上的计算，初步选定公称注射量为100cm3，注射机型号为SZ-100/63卧式注射机,其主要技术参数见表2-1。 表2-1 注射机主要技术参数理论注射容量/ cm375移模行程/mm270螺杆柱塞直径/mm30最大模具厚度/mm300V 注射压力/MPa224最小模具厚度/mm150注射速率/gs-160锁模形式双曲肘塑化能力/gs-17.3模具定位孔直径/mm125螺杆转速/rmin-11

24、4200喷嘴球半径/mm7.5锁模力/kN630喷嘴口孔径/mm3拉杆内间距/mm370320 4.4 注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核。 查表4-1可知，PP所需注射压力为70120MPa，这里选用p0=120MPa，该注射机的公称注射压力p公=224MPa，注射压力的安全系数K1=1.251.4,这里我们取K1=1.4，则： K1 p0=1.4X120=168MPap公,所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积A塑，由三维建模分析得则 A塑=5890.26mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于

25、该流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取A浇=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，则 A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2A塑)=21.2A塑=21.25890.26mm2=14136.624mm2 模具型腔内的胀型力F胀，则 F胀=A总p模=14136.62431N=N=438.235kN式中，p模的型腔的平均计算压力值。通常取注射压力的20%40%，大致范围为1448MPa。对于粘度较大的精度较高的塑件制品应去较大值。PP属中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故p模取31MPa。 查表可得该注射机的公称锁模力F锁=630kN，锁模力安全

26、系数为k2=1.11.2,这里取k2=1.2，则k2 F胀=1.2 F胀=1.2438.235kN=525.9kNF锁,所以注射机锁模力合格。5 浇注系统的设计 浇注系统是产品的材料浇注进模具的通道，一般有主流道，分流道，其中分流道可根据模具的要求设计或不设计。浇口是浇注系统的重要一部分，浇口的设计对产品的质量影响很到。浇口的种类很多，在设计模具时要考虑到浇口的设计方式，设计位置。5.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑件熔体的入口处，他将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时

27、间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。（1）主流道尺寸主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=(3+0.5)mm=3.5mm.主流道大端直径：d=d+2L主tan10mm,式中=4。主流道球面半径：SR。=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=9mm。球面的配合高度：h=5mm。（2） 主流道的凝料体积 V主=50（3.52+1.752+3.51.75）mm3=1121.9mm3=1.12cm3。（3）主流道当量半径 Rn=（3.5+1.75）2mm=2.

28、625mm。（4）主流道浇口套的形式 主流道衬套是标准件可选购，主流道小端口入口与注射机喷嘴反复接触，易磨损，故对材料要求比较高，故一般将主流道衬套与定位圈分开设计，便于拆卸更换。材料选用优质钢材单独加工并进行热处理。故浇口套选用碳素钢T10A，并热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。如图5-1所示。图5-1 主流道浇口套的结构形式5.2 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。5.2.

29、1 分流道的截面形状常用分流道的截面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面如图5-2。 图5-2 圆型分流道5.2.2 分流道的长度分流道的长度应尽量短，且少弯折。单边分流道长度为L=35mm。5.2.3 分流道的布置分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必

30、须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或加上型腔大小不同）。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。因此，本塑件的分流道采用了平衡式布置。5.2.4 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取1.252.5m。即可，此处取Ra1.6m。另外，其脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。5.3 浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的

31、作用主要有以下几点：（1） 熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注塑机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。（2） 熔体在流经狭窄的浇口时产生的摩擦热，使熔体升温，有助于充模。（3） 易于切除浇口尾料，二次加工方便。（4）对于多型腔模具，用以平衡进料；对于多浇口单型腔模具，用于控制熔接痕的位置。3. 易于切除浇口尾料，二次加工方便。浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03%0.09%。浇口截面积通常有矩形和圆形两种。浇口长度约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形

32、浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点：（1） 浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。（2） 浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。（3） 浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。（4） 浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。（5） 浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。（6） 浇口应设置在不影响制品外观的部位。（7）不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口

33、，一般制品浇口附近的强度较差。浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口的选用，设计模具时要考虑好选用哪种浇口，不同的浇口特点不同，浇口按流动形式可分为：非限制浇口和限制浇口。 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模修正，并且设在分型面上，从型腔的边缘进料。5.3.1 侧浇口尺寸的确定计算侧浇口的深度。侧交口的计算公式为式中，t是塑件壁厚，这里t=2mm

34、；n是塑件成型系数，对于PC，取n=0.7。 为了便于试模时发现问题并进行修模处理，参照文选查找PP的侧浇口厚度为0.60.9mm，这里我们选择浇口深度为0.75mm。计算侧浇口的宽度。侧浇口的宽度B的计算公式为式中，n是塑料成型系数，对于PP其n=0.7；A是凹模的内表面积。计算侧浇口的长度。根据查表可得侧浇口的长度L浇一般选用0.50.75mm,这里取L浇=0.7mm。5.3.2 侧浇口剪切速率的校核计算浇口的当量半径。由面积相等可得，由此矩形浇口的当量半径。校核浇口的剪切速率、确定注射时间：查表可取t=1.6s；、计算浇口的体积流量：。、计算浇口的剪切速率：； 该矩形侧浇口的剪切速率处于

35、浇口与分流道的最佳剪切速率51035104s-1之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。5.4 校核主流道的剪切速率（1）计算主流道的体积流量 （2）计算主流道的剪切速率 主流道的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率5x105x10之间,则主流道剪切速率合格。5.5 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于该制件要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，采用球头拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。6 成型零件的结构设计及计算成型零件的结构设

36、计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型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，降低塑件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。6.1 成型零件的结构设计（1） 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按照凹模结构的不同可为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种

37、。根据对塑件结构的分析，本设计中采用整体嵌入式。（2） 凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合是两种类型。本设计采用组合式凸模。6.2 成型零件的选材对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：（1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。（2）抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra0.05m。要求钢材硬度在HRC3540为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。（3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经

38、热处理获得高硬度，但因韧性差而易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应注意使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模刚才选用P20。对于成型塑件的凸模来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此刚才选用高合金工具钢Cr12MoV。6.3 成型零件工作尺寸的计算6.3.1 凹模尺寸的计算 （1）凹模径向尺寸的计算 凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下： 式中 凹模径向尺寸（mm）

39、； 塑件的平均收缩率（PP收缩率0.6%0.7，平均收缩率为0.65%）； 塑件径向公称尺寸（mm）； 塑件公差值(mm)（项系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.250.45之间，取0.6）；凹模制造公差（mm） (当尺寸小于50mm时，z=1/4；当塑件尺寸大于50mm时，z=1/5)； 塑料的最小收缩率（）。凹模长度尺寸计算为： 凹模宽度尺寸计算为：式中，Scp是塑件的平均收缩率，查表可得PP的收缩率为1.0%2.5%,所以其平均收缩率Scp=0.0175；x1、x2是系数，查表可知x一般在0.50.8之间，此处取x1=x1=0.6；1=2=0.5mm分别是塑件上相应尺寸的公差；z1、z2

40、、z3、z4是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取z=。（2）凹模深度尺寸的计算凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： 公式（9-2）式中 凹模深度尺寸（mm）； 塑件高度公称尺寸（mm）； 2/3项，有的资料介绍系数为0.1； 其他符号意义同上。式中，x1是系数，查表可知一般在0.50.7之间，故取x1=0.6；1=0.2mm。塑件凹模的成型尺寸的标注如图6-1。图6-1 凹模嵌件6.3.2 凸模尺寸的计算（1）凸模径向尺寸计算凸模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下： 型芯径向尺寸（mm）； 型芯的制造公差（mm）； 其他符号意义同上。凸模长度尺寸计算为：=(1+0.175%)90+

41、0.36=87.69凸模宽度尺寸计算为：=(1+0.175%)115+0.36=78.06（2）凸模深度尺寸计算凸模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： 公式（9-5）凸模深度尺寸（mm）；塑件孔深度尺寸（mm）；其他符号意义同上。=(1+0.175%)10+0.12=10.19mm凸模的成型尺寸标注如图6-2。6.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 （1)凹模测壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与凹模深度有关，根据型腔的布置，模架初选用200mm315mm的标准模架，其厚度根据强度公式计算得S=2mm,式中，p是型腔压力（MPa），一般在3050MPa之间，这里取p=40MPa；p是模具强度计算的许

42、用应力（MPa），这里取p=160MPa。图6-2 凸模（2)动模垫板厚度的计算 动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之际的跨度有关，根据型腔布局，模架在200mm315mm范围内，垫块之间的跨度大约为120mm。则 对于此动模垫板的厚度还可以再小一些，可由两根支撑，故 故动模垫板可按照标准厚度取16mm。7 模架的确定7.1 各模板尺寸的确定 根据模具型腔布局，考虑凹模最小壁厚，导柱导套的布置等，再同时查阅资料，可确定选用模架型号为5号（WL=200mm355mm），模架结构为A4型。各模板尺寸的确定。（1）A板尺寸。A板是定模型腔板，考虑塑件高度，模板上的冷却水道，需留出足够的距离，故根据资料

43、取A模板标准厚度为50。（2）B板尺寸。查的资料取值20mm。（3）C板尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度，这里按垫块标准厚度取80mm。（4）动模垫板的厚度。由之前的的计算取得垫板厚度16mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号为5号，模架结构形式为A1型。其外形尺寸：宽长高=200mm355mm257mm。7.2 模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具的设计尺寸（1）模具平面尺寸200mm355mm370mm320mm(拉杆间距），校核合格（2）模具高度尺寸257mm,150mm257mm300mm(模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。（3）模具的开模行程S=H+

44、H+（510）mm=25mm+32mm+（510）mm=6267mm270mm(开模行程），校核合格。8 排气槽的设计为了在注射成型过程中将型腔内原有的空气和塑料熔体中逸出的气体排出，在模具分型在由常开设排气槽。当型腔内的排气量不大时，可直接利用分型面之间的间隙自然排气，也可利用模具的推杆与配合孔之间的活动间隙排气。此设计是利用分型面之间的间隙排气和利用推杆与配合孔之间的活动间隙排气的。排气系统设计原则：通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则： （1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故； （2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出； （3）最好设在凹模上，以便于模具

45、加工和清模方便； （4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端； （5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕； （6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气； （7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出。此设计是利用分型面之间的间隙排气和利用推杆与配合孔之间的活动间隙排气的。9 脱模推出机构的设计9.1 推出方式的确定脱模机构指开模过程的后期，将制品从模具中脱出的机构。脱模机构一般由推杆、拉料杆、推杆固定板、推板以及动模垫板组成。注射成型每一循环中，

46、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：（1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。（2）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最大的部位。（3）结构合理可靠，便于制造和维护。 本塑件采用脱模板和推杆的综合推出方式。9.2 脱模力的计算（1)薄壁塑件脱模力的计算公式：F=式中，F是脱模力，E是塑料的弹性模量，S是塑料成型的平均收缩率，t是塑件壁厚，L是被包型芯的长度，是塑料的泊松比，是脱模斜度，f是塑料与钢材之间的摩擦因数，r是型芯的平均半径，

47、a是矩形型芯短边的长度，b是矩形型芯长边的长度，因塑件底部有通孔，A为0。参数如下表9-1所示:表9-1 塑料与脱模力有关的某些性能塑料名称 弹性模量 压缩比 成型收缩率 摩擦因数 泊松比 PP 11001600 1.921.96 1.03.0 0.490.51 0.32由以上公式计算得F=2.25（KN）由于以上所计算得的只是一腔的脱模力，所以总的脱模力为： F=2 F=22.25=4.5（KN）本设计采用的是推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是矩形斜推杆(如图9-1），圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：d=k() =1.5() = 4mm

48、d推杆直径 n推杆的数量，n取10 （参考模架尺寸，取L=145）； E推杆材料的弹性模量，取E=2.110MPa 图9-1斜推杆 k安全系数，取k=1.5； F总的脱模力，F=4500（N）；实际推杆尺寸直径为6 mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为： d 1.78mm 满足强度要求。 推杆材料的许用压应力, =150Mpa。（2）推杆的固定形式：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。 10 冷却系统的设计 10.1 冷却系统的设计原则 冷却系统的设计时忽略模具对空气对流、辐射以及注射模具机接触所散发的热量，按单

49、位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。冷却系统的设计原则（1）动定模要分别冷却，保持冷却平衡。（2）孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水孔管径越大，其塑件的壁厚、孔径的大小以及孔的位置的关系可参照表4-32选取。壁厚2mm我们取冷却管道的直径为d=10mm；p为孔径的间距p=(35)d D=（13）d ；D为孔道的深度，它的中心线到塑件的表面。（3）冷却水孔的数量越多，模具内的温度梯度越小，塑件冷却越均匀。（4）尽可能使冷却水孔至型腔表面距离相等，塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。（5）浇口处加强冷却。（6）降低进水与出水的温度。10.2 冷却系统的简单计

50、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V=V+V+n V=1.12+1.4+215.137=32.79cm塑料制品的质量 M=V=32.790.93g=30.5g=0.03kg塑件的壁厚为2mm，查得=12.5s。取注射时间=1.6s，脱模时间为=8S。则注射周期：=+=12.5+1.6+8=22.1s。由此的每小时注射次数：N=（3600/22.1）=163次。单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=163x0.03=4.89kg/h（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs查得PP单位热流量Qs=590kJ/kg。（3）计算冷却水道体积流量设冷却水道

51、入水口的水温为22，出水的水温为5，取水的密度为=1000kg/m，水道比热容C=4.187kJ/（kg）。则根据公式得m3/min=0.00383m3/min（4）确定冷却水路的直径d当=0.00383m/min时，为了使冷却水处于湍流状态，查有关资料计算，取模具冷却水孔的直径d=6mm。（5）冷却水在管内的流速v V=40.00383/(603.140.062)=0.023m/s（6）求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h因为平均水温为23.5，查书的f=6.7，则有：kJ./(mh) =605kJ./(mh)（7）计算冷却水通道的导热总面积A （8）计算模具冷却水管的总长度L （9）冷却水路

52、的根数x，设每条水路长度为200mm，则冷却水路的根数为根由上计算可以看出，至少需要5条冷却水道进行冷却。11 导向和定位结构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合导向和脱模机构的运动导向。按作用分为外定位和模内定位。模外定位通过定位圈使模具的浇口套能与注射剂喷嘴精确定位；而模内定位机构通过导柱导套进行合模定位。本模具造型简单，故采用标准模架本身的定位机构。结论本人设计的产品是电热水壶上盖。该产品对外观没有很大的要求，表面粗糙度C等级。该产品的模具具备了塑料模具的各种典型的特点。经过这阶段的毕业设计工作，我对塑料注射成型工艺及塑料模具设计的相关知识有了较全面的认识和掌握，特别是对塑料注射模具的成型零件结构、冷却控制系统、塑件的脱模机构等方面的设计要点有了较为深入的研究，同时对模具成型零件的加工方法也有了更多的了解。同时也学会了如何在设计过