产品—Ⅱ注射成型模具设计

1、 产品-注射成型模具设计学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 年 月 设计任务书设计题目： 产品注射成型模具设计 系部： 专业: 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标 对于产品塑料产品的设计，自动抽芯结构、自动脱模结构可以有效地提高生产效率和节省人工劳动力等。通过本课题的研究，提出你创新构思的最佳设计方案，并用AUTOCAD软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具外侧抽芯结构及顶出机构进行分析研究，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的模具。2主要任务 1）产品图一张（自己测绘或设计）、装配图一张、除弹簧、螺钉、销钉等标准件以外的所有的成型或结构零件图； 2）

2、模具设计计算，包括力学计算、成型尺寸计算、脱模力计算、流动比计算、冷却系统计算等；3）完成一篇毕业论文的撰写工作。3基本要求 1）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写； 2）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的设计研究方案； 3）论文要求：论理论据正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明，把实践的结果上升到理论认识或应用的高度，并提出自己的见解与观点。设计绘图要严格按国家制图标准，并利用机算机打印； 4）翻译一篇与模具相关的英文文献。4主要参考资料1 申开智. 塑料成型模具M. 第二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.2 黄锐, 曾邦禄.塑料成型工艺学M. 第

3、二版. 北京: 中国轻工业出版社, 2010.3 宋王恒. 塑料注塑模具设计实用手册M. 北京: 航空工业出版社, 1994.4 王晖, 刘军辉. 注射模设计方法及实例解析M. 北京: 机械工业出版社, 2012.5 蒋继宏, 王效岳. 注塑模具典型结构100例M. 北京: 中国轻工业出版社, 2000.5进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，测绘或绘制塑件图2确定设计方案并画装配草图3画装配工作图4画零件图5模具设计计算，查漏补遗6完成毕业论文及答辩工作审核人： 年 月 日产品-注射成型模具设计 摘要：本课题主要研究设计的是产品-的注塑模结构。重点针对外表面螺纹成型和侧抽芯结构

4、进行分析设计。通过查阅文献，调整、优化，提出最佳设计方案，并对模具结构的相关尺寸进行计算校核，使塑件顺利脱模，实现生产自动化。在模具制造行业，精确度和耐久性是人们所关注的；所以可以应用 CAD/CAM来提升模具设计的品质，降低制造过程中的风险。 关键词：注塑模，螺纹成型，侧抽芯The Design of the Product - Injection Forming MoldAbstract: This topic mainly research the product-of injection mold structure. the key to analysis and design fo

5、r the outer surface of the thread forming and pulling side structure. Getting the best design solution by literature reviewing, adjusting and optimizing, and relative size of the mold structure is calculated. making the smooth plastic mold and realizing automate production. In the mold making indust

6、ries, accuracy and tolerance are the important issues. so using CAD/CAM will enhance quality of the work in the mold design and reduce the number of errors in manufacturing.Key words: Injection mold, The thread forming, Pulling side III目 录 1 前言 1 1.1 国内研究进展 1 1.2 国外研究进展 2 1.3 本课题研究的目的及意义 22 塑件分析设计 4

7、2.1 塑件要求分析 42.2 塑件材料的选择 42.3 塑件结构分析 5 2.3.1 塑件图 52.3.2 塑件体积和质量 62.3.3 塑件尺寸精度及表面质量 6 2.3.4 塑料收缩率及脱模斜度 7 2.4 塑件成型工艺参数及塑件图 8 3 分型面的选择 9 4 模具结构方案 11 4.1 注塑机的选择 11 4.2 注塑机有关参数的校核 11 4.2.1 最大注塑量对型腔数的校核 11 4.2.2 注塑压力的校核 12 4.2.3 锁模力的校核 12 4.2.4 抽芯距的确定 12 4.2.5 开模行程的校核 13 4.3 型腔壁厚计算 14 4.3.1 型腔侧壁厚度计算 14 4.3

8、.2 型腔地板厚度计算 15 4.4 模架的选择及装配图 16 5 浇注系统设计 18 5.1 主流道及其衬套设计 18 5.2 分流道设计 20 5.2.1 分流道布置形式 21 5.2.2 分流道截面形状 21 5.3 浇口设计 21 5.4 流动比计算 23 5.5 定位环设计 24 6 成型零部件设计 25 6.1 成型零件的结构设计 25 6.1.1 模具型腔结构设计 25 6.1.2 模具型芯结构设计 26 6.2 成型零件尺寸计算 26 6.2.1 型腔尺寸计算 27 6.2.2 型芯尺寸计算 29 7 侧向分型与抽芯机构设计 30 7.1 脱模力计算 30 7.2 抽芯机构设计

9、 30 7.2.1 侧抽芯形式的确定 31 7.2.2 斜导柱结构设计及计算 31 7.2.3 导滑结构设计 34 7.2.4 定位装置设计 35 7.2.5 锁紧装置设计 35 8 冷却系统设计 37 8.1 冷却系统的设计要点 37 8.2 冷却时间的相关计算 37 8.2.1 冷却时间的计算 37 8.2.2 冷却水体积计算 38 8.2.3 核对冷却水在管道内的流速 39 8.2.4 传热膜系数 39 8.2.5 冷却水在管道内的总传热面积 39 8.2.6 冷却水流动状态校核 40 8.2.7 模具上开设冷却管道的孔数 40 8.3 水嘴结构设计 40 9 脱模机构的设计 42 9.

10、1 脱模结构设计 42 9.2 顶杆直径校核 43 9.3 复位杆的设计 44 10 合模导向机构设计 45 11 排气系统设计 47 12 模具图纸和工作原理 48 12.1 模具装配图和部分非标准零件图 48 12.2 模具的工作原理 48参考文献50致谢 511 前言 1.1 国内研究进展确定模具脱模方向是进行注塑模具自动分模设计系统的第一步。脱模方向的选择是否合理，直接影响模具设计制造的复杂程度、制造成本以及塑件尺寸的稳定性。近年来，模具脱模方向自动确定技术的研究逐渐引起国内外学者的高度重视。注塑模具自动分模技术主要包括模具脱模方向的自动确定、模具分型线和分型面的自动生成三个方面。脱模

11、方向的自动确定是分型线和分型面自动生成技术的基础，分型线决定了分型面的形状和复杂程度，而分型面的自动生成是实现注塑模具自动分模技术的关键。注塑模具自动分模技术三方面的内容是后续模具详细设计的基础，是影响模具结构复杂性、注塑模成本以及模具设计自动化程度的关键因素，不合理的脱模方向、分型线设计和分型面形状甚至会导致模具设计的失败。对于注塑模具自动分模技术，由于塑件结构的复杂性和多样性，而且分模设计是一个经验性比较强的过程，从而导致了其实现的困难性。尽管国内外学者针对这方面进行了大量的研究，并取得了一定的成果，但是对自动分模技术算法的研究进展仍然比较缓慢，且大多都集中在理论研究阶段。在模具设计过程中

12、，脱模方向、分型线和分型面不仅是影响模具复杂性和成本的关键因素，而且它们的确定是一个很耗时的过程。计算机辅助脱模方向的自动确定、分型线和分型面的自动生成，对降低模具的成本，提高模具设计自动化起到重要作用。哈夫模，哈夫是英文“half”的译音，就是一半的意思，就是指模具分成两半拼合的。在管子冲模上应用最多，用两个半圆的哈夫块把管子夹紧再冲裁。两个半圆实际上还差一点点才是完整的半圆，完全拼合的时候，对管子侧面产生很大的挤压力，可以夹紧管子，但是又不会把管子夹变形。含有外部螺纹的制品可采用一对滑块成型，由弯销进行脱螺纹，模具结构较为紧凑；定模板的锥面可以使模块得到虽有力的锁紧，又可使动、定模自动定准

13、中心，使制品获得均匀的壁厚；制品的内外表面均有螺旋式水路进行冷却，具有较好的冷却效果；制品由推块顶出，制品和推快接触面较大且受力均匀。开模时，在弯销的作用下使滑块向两侧分型，同时塑件被带到动模，顶出时，注射机的顶针顶动连接杆带动撞快将塑件从型芯顶出1。1.2 国外研究进展 Ravi和Wong等对沿三个基准轴方向的分模进行了研究，提出了适用于简单三维体的脱模方向判定的方法，但其缺点正是在于此，因为坐标轴的方向并不一定保证是真正的或最优的脱模方向，这样会给正确选择脱模方向带来一定的困难。Urabe等把塑件的脱模方向事先确定在三个坐标主轴方向，然后对每个主轴方向计算侧凹数目、投影面积、圆柱面数目等模

14、具因子，来综合确定主脱模方向。这一方法除了存在Ravi等相同的不足外，目前仅能处理简单三维体，即不包含复杂组成特征的塑件。 Hui和Tan采用的是一种启发式搜索方法，通过判断面与面之间的遮挡情况，提出引用遮挡因子和性能值两个判据来确定主脱模方向和次脱模方向。这一方法中，测试点数的选取是较为敏感的问题，测试点数太少则结果不正确；测试点数太多，则计算效率低。这种方法虽然并不完善，但对于较复杂的曲面塑件表现出重要的作用。Hui提出了基于遮挡的概念，采用平面分割塑件实体及其凸包，求差获得塑件体和凸分割体，并逐步判别侧凹特征，最终获得主脱模方向、侧抽芯方向和分割抽芯方向，该方法适用多面体形状的塑件。当塑

15、件中包含曲面时，分割空间无法给出，其次效率很低，一个稍微复杂的塑件，计算约需几个小时。从1990年以来，分型线和分型面的研究一直方兴未艾。目前，国内外注塑模具分型线和分型面自动生成方法的研究，主要分为两大类：一类是以整个塑件几何实体作为研究对象，采用不同的算法确定脱模方向的塑件最大轮廓作为分型面；另一类是以塑件实体的表面作为研究对象，根据对面的分析确定塑件的分型线和分型面。当然，这种分类方法并不是绝对的，许多算法之间互相联系，但总的来说都是要找出塑件在某一个方向上的最大轮廓线，作为分型线，并最终确定塑件的分型面位置2。1.3 本课题研究的目的及意义 （1）目的 产品的设计。 开发新的快速经济模

16、具，以适应自动化、大批量的生产方式。 根据题目要求查阅搜集相关文献资料，达到搜集论文证据资料的目的。 通过对该类模具文献资料的分析提出自己创新构思的最佳设计方案，并通过相关软件对成型模具进行设计，同时，重点对该类模具外侧抽芯结构和螺纹设计进行分析研究。 （2）意义 通过对该类模具文献资料的分析提出自己创新构思的最佳设计方案，设计出结构合理、成本低廉、便于操作的产品注塑模具。 对我国精密注塑模具设计技术提升做出自己的一点贡献，使我国在这方面能更快的与国际水平相接轨。 产品属于高度密封性产品，对各个部件的结构合理性和精确度要求极高，提高模具制造技术，可以让塑件成品的品质的到提高。 通过该课题既能够

17、让我对一副模具的设计过程有了更深一个层次的了解，检查我对知识的掌握能力和动手能力，也能让我的思维能力得到很大的锻炼。2 塑件分析设计2.1 塑件要求分析 一个塑料制品在设计的时候，要考虑其使用功能、外观要求、经济效益以及客户的特殊要求和现有的制造能力。在技术方面，要重点考虑塑件的力学性能（如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性等）和成型工艺性（如收缩率、流动性等）。2.2 塑件材料的选择 由于塑件要求很高的几何稳定性，热稳定性，耐化学腐蚀性等；并结合塑件硬度要求及实际使用需求，综合考虑经济成本效益，初步确定选用聚苯乙烯作为塑件材料。其基本的性能见表2.13。表2.1 聚苯乙烯的部分基本性能Table

18、 2.1 Some of the basic properties of polystyrene性能数值性能数值密度/(g/cm3)1.04比热容/J/kgK1340比体积/(cm2/g)0.94-0.96导热率/W/mK0.130玻璃化温度/100泊松比 0.38热变形温度/65-96溢边值cm0.04-0.05线性膨胀系数/(10-5/)6-8 聚苯乙烯玻璃化温度8090，非晶态密度1.041.06g/cm3，晶体密度1.111.12g/cm3，熔融温度240，电阻率为10201022 ·cm。导热系数30时0.116w/(m·k)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具

19、有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度070，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同以及无规立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性，间同聚合物有部分结晶性。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS），高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯

20、环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高和性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。2.3 塑件结构分析 2.3.1 塑件图 图2.1 主视图和俯视图 Figure 2.1 Front vie wand a top view图2.2 塑件三维结构图Figure 2.2 Three dimensional stru

21、cture of plastic parts2.3.2 塑件体积和质量 计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。该产品材料为聚苯乙烯，其密度为1.04g/cm31.09g/cm3，收缩率为0.4%0.6%，常温下PS密度为1.05g/cm3，平均收缩率为0.5%。使用画出三维实体图，软件能自动计算所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到塑料衣夹的体积。通过SOLIDWORKS软件自动计算该塑件的体积V12.5cm3，表面积S=102.8cm2。可得塑件的质量为：msV1.05×12.513.125g （式2.1）2.3.3 塑件尺寸精度及表面质量 （1）塑件尺寸精

22、度影响塑件尺寸精度的因素很多，除与模具的制造精度及磨损情况以外，还与塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构形状有关。为使生产的塑件合格，应设定塑件的尺寸公差值大于或等于各项因素带来的累积误差。所以，在保证使用要求的前提下，尽量使用较低的精度等级。本课题塑件设定的标注尺寸公差为MT3和未注尺寸公差为MT5（GB/T144861993）。（2）塑件的表观质量塑件的表观质量一般包括：表面粗糙度Ra、光亮度、色彩均匀性、表面缺陷。表面粗糙度是决定塑件表面质量的主要因素。表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时的研磨抛光要求也越高，模具制造的难度也越大。有的制品表面

23、要求很高，型腔表面粗糙度要求达Ra0.02-0.4m。对于透明塑件，要求型腔和型芯的粗糙度保持一致，不透明制品则应根据情况分别考虑，非配合表面和隐蔽的面可去较大的表面粗糙度。还可利用表面粗糙度的差异来使塑件在开模时留在表面粗糙度较大的型芯上或留在欧模中4。考虑本课题塑件的设计要求及加工难度，将粗糙度设定为外表面Ra=3.2m和内表面Ra=1.6m。2.3.4 塑料收缩率及脱模斜度 （1）塑料的收缩率塑料的实际收缩率在注塑成型过程中，会受到众多因素的影响，因而收缩率的计算和选择，也只能使用近似值。对于塑件的收缩率的选取，一般依照以下几个原则：收缩率较小的塑件，取平均收缩率；收缩率较大的塑件，根据

24、制品形状（尤其是壁厚）来确定。壁厚的取上限，壁薄的取下限；制品各部分收缩率不尽相同，依具体情况选择，高精度塑件或某种塑料的收缩率缺乏精准数据时，可采用修模余量加以解决；收缩率较大的塑料，可采用经验数值或材料供应商提供的数据；本课题塑件采用材料PS的收缩率为0.4%-0.6%，依据相关原则，确定其收缩率为0.5%。（2）塑件的脱模斜度塑料在模塑成型过程中，从熔融态转变为固态时，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为此，塑件与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，应带有足够的脱模斜度，以减少脱模阻力。一般塑件（高度<5mm并采用小收缩率的塑

25、件除外）都要考虑脱模斜度。本课题的塑件高度为19mm左右，查询相关资料单边脱模斜度推荐值5，PS的斜度为2°。2.4 塑件成型工艺参数 注射成型是聚苯乙烯最重要的成型方法，由于聚苯乙烯熔体黏度较低，具有较好的流动性，可以制作形状较复杂的制品，但制品脆性较大，模具设计时应充分考虑脱模亵渎，脱模时要控制顶出速度。聚苯乙烯成型温度范围很宽，可以根据制品的形状和厚度不同，在很大范围内调节熔体温度。注射成型可以用螺杆式注射机。采用螺杆式注射机时，最适宜的熔体温度是在190230。典型注射工艺条件见表2.26。表2.2 聚苯乙烯的典型注射工艺条件Table 2.2 Typical polysty

26、rene injection process conditions工艺参数取值范围 料筒温度/加料段140160压缩段170190均化段190230喷嘴温度/180190模具温度/4060注射压力/MPa50100螺杆转速/(r·min-1)70后处理温度/70后处理时间/h243 分型面的选择 模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分面选原则和塑件的成型要求来选择分型面。 制品在模具中的位置，直接影响到模具结构的复杂程度，模具分型面的确定，浇口的设置，制品尺寸精度和质量等。因此，开始制定模具方案时，首先必须正确考虑制品在其中的位置；然后再考虑具体的生产条件（包括

27、模具制造的），生产的批量所需的机械化和自动化程度等其他设计问题。（1）分型面的形式分型面是指分开模具取出塑件的面；分型面的形式由塑件的具体情况而定，但大体上有平面式、阶梯式、斜面式、曲面式及综合式几种。（2）选择分型面的基本原则保持塑件外观整洁；分型面应有利于排气；应开率开模时塑件留在动模一侧；应容易保证塑件的精度要求；分型面应力求简单适用并易加工；考虑侧向分型面与主分型面的协调；分型面应与注射机的参数相适应；考虑脱模斜度的影响； 镶件和活动型芯应安装方便。图3.1 水平分型面位置Figure 3.1 Horizontal parting line position图3.2 垂直分型面位置Fi

28、gure 3.2 Vertical parting line position根据本塑件的具体结构和和以上确定分型面的基本原则，本设计确定两个分型面的位置如图3.1和图3.2所示。在该结构中，外侧是采用瓣合模成型，所以在确定分型面时，还要确定好侧抽芯结构。外侧抽芯采用斜导拄侧抽芯，具体结构见总装配图。图3.1为水平分型面，是动模与定模的分离。图3.2为垂直分型面，瓣合模的分型。这样，既保证了塑件质量、精度要求，又不影响塑件的脱模，且不会使模具加工复杂化。4 模具结构方案 4.1 注塑机的选择 由于模具所需的模架和塑件成型需要的注射压力、成形时间等因素都与注塑机相关，每副模具只能安装在于其相适应

29、的注塑机上才能进行生产，因此，在进行模具设计时必须根据塑件的具体情况，选用合适的注塑机。本课题初步选择型号为XS-ZY-60的注塑机，部分相关技术参数见表4.17。表4.1 XS-ZY-60型注塑机部分技术参数Table 4.1 XS-ZY-60 Part of the technical parameters of injection molding machine项目参数项目参数理论注射量/cm³60拉杆空间（长*宽）300×190注射压力/ MPa122定位孔直径/mm55选用模内压力/ MPa36喷嘴球半径/mm12最大注射面积/ cm2130喷嘴孔径/mm4锁模力

30、/kN500顶出孔径/mm50最大模具厚度/mm200注射方式柱塞式最小模具厚度/mm70动定模固定扳尺寸/mm330×340注射行程/mm170模板行程/mm1804.2 注塑机有关参数的校核 4.2.1 最大注塑量对型腔数的校核 对于注射容量，国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚苯乙烯时在对空注射条件下注射机螺杆或柱塞做一次最大行程时所能达到的最大容量（cm3）。本设计采用的是瓣合模形式，所以设两个型腔。以容量计算 （式4.1）式中：V注注射机最大注射容量（cm³）； V件成型零件及浇注系统所需塑料的容量（cm³）； 0.8系数，一般要求成型件的容量不超过

31、注射机容量的80%。其中V注=60cm³，V件=28cm³，所以28cm³0.8×60cm³符合注塑机要求。4.2.2 注塑压力的校核 塑件所需的成型压力是由注塑机类型、喷嘴型式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。注塑机的最大注射压力大于或等于塑件成型所需压力，才能保证塑件完整成型，确保产品符合要求。本课题塑件所用PS材料所需注射压力为P塑=60-100MPa，所选注塑机能提供的最大注塑压力为P机=122MPa。P机>P塑，符合条件要求。 4.2.3 锁模力的校核 锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力

32、必须大于由于高压熔体注入模具型腔而产生的胀模力。采用通用塑料生产中，胀模力通常取20-40MPa，根据表4.1选取胀模力p=36 MPa。注射成型所需锁模力F塑的计算公式： （式4.3）式中：F塑模具所需要的锁模力，kN； A塑件加浇注系统在分型面上的总投影面积，cm2。XS-ZY-60注塑机的额定锁模力为500 kN，塑件总投影面积为36.7 cm2。所以由公式4.3得F塑=132.12kN<500kN，符合条件。4.2.4 抽芯距的确定 抽芯距是将型芯从成形位置抽到不妨碍塑件取出的位置，即型芯（滑块）移动的距离。通常抽芯距等于成形孔深加23mm。如图4.1所示，成形圆形骨架塑件时，其

33、抽芯距按下列公式计算8： （mm） （式4.4）式中：S最小抽芯距离（mm）； D骨架最大直径（mm）； D骨架最小直径（mm）。图4.1 圆形骨架塑件抽芯距尺寸关系Figure 4.1 Round plastic skeleton Pulling away from the size relationship其中D=59mm，d=53.835mm，所以由公式4.4得S=15mm。4.2.5 开模行程的校核 注塑机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模具里必须小于注塑机的最大开模距离9。开模行程校核：所选择的注射机的合模方式为双曲肘锁模机构。它的最大开模行程与模厚无关，开模行程可按下式计算

34、： （mm） （式4.5）式中：S注塑机最大开模（移动模板行程）行程，mm （由表4.1得S=180mm）； H1塑件脱模（推出距离）距离，mm （H1=19mm）； H2塑件高度，包括浇注系统在内，mm （H2=59mm）。式4.5右边代入数据得19mm+59mm+10mm=88mm180mm。又因为该模具结构有侧抽芯，为完成侧向抽芯距离L所需的开模行程为Hc。当时，开模行程按侧向抽芯要求决定。 （mm） （式4.6）当时，仍按式4.5校核。其中Hc按下式计算： （mm） （式4.7） 式中：S最小抽芯距（15mm）； 斜导柱的斜度（18°）。由式4.7得Hc=44mm <

35、19mm+59mm，所以本课题开模行程取88mm符合要求。 4.3 型腔壁厚计算 在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中，将受到高压冲击，其受到的力包括：（1）合模时的压应力；（2）注射过程中塑料流动的注射压力；（3）浇口封闭前一瞬间的保压压力；（4）开模时的拉应力。其中最主要的是注射压力和保压压力。所以，模具型腔应具有足够的强度和刚度。在模具设计时，要根据强度和刚度要求对模具的壁厚进行计算。模具的几何形状、组合形式不同，其计算方法也不同。最常见的有组合式圆形型腔、整体式圆形型腔、组合式矩形型腔、整体式矩形型腔。本课题模具型腔为圆形，在设计时考虑塑件复杂度和加工难易度，采用组合式

36、。4.3.1 型腔侧壁厚度计算 当型腔侧壁受高压塑料熔体作用时，其内半径增长量为10。因此在侧壁后和底之间产生一纵向间隙，间隙过大将会发生溢料，其最大值为： （式4.8） 式中：p型腔内压力，查表4.1为36MPa； E弹性模量，碳钢为2.1×105MPa； r内半径，29.5mm； R外半径，mm； 泊松比，碳钢取0.25。如果一致P、r、E和刚度条件=0.05mm，则式4.8可改写为： 或 （式4.9） 式中：S壁厚。式4.9代入数据得S=3.25mm<13.5mm。按强度计算时，按第三强度理论计算，其计算公式为： （式4.10） 式中：许用应力，160MPa。式4.10代

37、入数据得S=10.3mm<13.5mm，所以符合要求。4.3.2 型腔地板厚度计算 组合式圆形型腔底板，该底板可视为周边简支的圆板，最大挠度发生在圆板的中心，其值为： （式4.11） 式中：S底板厚度，mm R圆环形支座内半径，mm 设允许变形为，可得： （式4.12）式4.12代入数据=0.05mm，p=36MPa，r=29.5mm，E=2.1×105得S=12.43mm，所以底板厚20mm符合要求。按最大应力作强度计算，最大应力也发生在圆板中心，其值为： 故 （式4.13）式4.13代入数据p=36Mpa，MPa，r=29.5mm得S=15.5mm，所以底板厚20mm符合要

38、求。4.4 模架的选择及装配草图 模架的选择应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。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位；动、定模固定板之间通过导向零件定位；推板固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇口套与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫块不需要与动模固定板用销钉精确定位；推板不需与推板固定板用销钉精确定位。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。根据2型腔分布，冷却水道排布和侧抽芯的需要，综合其他各方面的因素，查阅标准塑料注射模中小型模架11，选用A4-250315-1

39、6Z1 GB/T 12556.1-90。模架的具体尺寸为：定模底板厚度：25mm，定模板厚度：20mm，导滑板厚度：19mm，动模板厚度：20mm，动模垫板厚度：30mm，垫块高度：50mm，推板固定版：13mm，推板厚度：17mm，动模底板厚度：25mm，导柱的直径：25mm，复位杆直径：16mm，模具总厚度H=25+20+19+20+30+50+25=189mm。由表4.1得70mm<189mm<200mm，所以模具厚度符合要求。根据拟定的模具结构，初步设计浇注系统、型腔排布、抽芯机构、脱模形式、合模导向机构等。绘制出模具的工作装配草图，见图4.2。图4.2 模具装配草图Fig

40、ure 4.2 Sketches mold assembly5 浇注系统设计 浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴通向模具型腔的流动通道。它一般由4部分组成：（1）主流道：是连接注塑机喷嘴与分流道的一段料道；（2）分流道：是主流道与模具型腔浇口之间的一段流道，用于一腔多模或一腔多浇口；（3）浇口：是由分流道或主流道通向型腔的一小段流道，是进入型腔的门户；（4）冷料井：亦称冷料穴，一般位于主流道末端分型面的动模一侧，通常在分流道的末端也会有设置。浇注系统必须保证熔体迅速、顺利、有序地充满型腔，且塑件外观清晰、内在质量优良。因此，在设计浇注系统的时候，要求：（1）重点考虑型腔布局；（2）热量及压力损失要

41、小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；（3）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；（4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量；（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”；（6）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，喷射和蛇行流动，并有利于排气和补缩；（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力；（8）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤，保证塑件外观质量；（9）较高的生产效率；（10）塑料熔体流动特性（充分利用热塑性塑料熔

42、体的假塑性行为）；（11）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口必须有IT8以上精度。 5.1 主流道及其衬套设计 在本课题的卧式注塑机所用模具中，主流道垂直于分型面。如图5.1所示，在进行设计时：图5.1 主流道衬套Figure 5.1 Sprue bushing（1）为便于流道凝料的拨出，流道锥角设计在2°-4°之间，本设计取4°；（2）主流道径向尺寸的小端（即与喷嘴连接端）应大于喷嘴孔口径0.5-1.0mm，以防止当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，主流道凝料不易从定模一侧拉下，本设计取直径为5mm；（3）凹坑球半径应比喷嘴球头半径大1-2mm，以保证注射过程中

43、喷嘴与模具紧密接触，本设计取值R=14mm，并要求其表面粗糙度Ra=1.6µm；（4）主流道内壁的表面粗糙度要求在0.4µm 及以下，其长度依据模板厚度确定，一般控制在60mm以下，以减少压力损失和物料损耗，本设计选取Ra=1.6µm；（5）主流道开设在主流道衬套上，便于选择更好的材料（本设计选用优质钢T8A），便于后期修整更换，降低成本；（6）主流道衬套大口径端面与模板端面留有0.02mm间隙，衬套与模板间采用H7/m6配合；（7）主流道冷料井为无拉料干形式，所以增设弹簧装置，以便主流道冷料与衬套分离，如图5.2所示12。图5.2 主流道衬套弹簧置Figure

44、5.2 Sprue bushing spring set5.2 分流道设计 在多型腔的模具中影响分流道设计的因素很多，制品的几何形状、壁厚、尺寸大小及尺寸的稳定性，内在质量和外在质量要求，塑料的种类，注射机的压力，加热温度，注射速度，主流道及分流道的拉料及脱落方式，型腔布置及浇口形式的选择都能影响分流道的设计。在注射过程中，熔体在流经分流道时，应使它的压力损失以及热量损失最小，而以分流道中产生的凝料最少为原则。分流道的设计要点，归纳起来为：（1）在满足注射成型工艺的条件下，分流道的截面积应尽量小，分流道的冷却时间应比塑件的冷却时间要短；（2）分流道和型腔的分布原则是排列紧凑、间距合理，应采用轴对称或中心对称，使其平衡；（3）分流道的形状要考虑分流道的截面积以周边长度的比最大为好；（4）分流道的长度应尽量的短，以减少压力、降低成本，如果分流道过长，在末端设置冷料井；（5）在分流道上的转向次数尽量少；（6）分流道内表面不必要很光滑，在1.25-2.5µm之间，一般取1.6µm；（7）当分流道在定模一侧或分流道延伸较长时，应在浇口附近或分流道的交叉处设置钩料杆；（8）在总体分布中，应综合考虑冷却系统的方式和布局，并留出冷却系统的空间。5.2.1 分流道布置形式 分流道的布置形式有非平衡布局和平衡布局两种。因为该塑件为两腔对称分布，故采用单