圆形塑料水槽塑胶模具设计说明书

总体方案设计图3.1圆形塑料水槽蓝图在本项目规划中，首要任务是对圆形塑料水槽的蓝图进行全面解析和理解，掌握其尺寸规格和精度标准，清晰定义其制造需求。接下来，对塑料部件进行工艺评估，同时兼顾经济效益和实际操作性，以决定最佳成型方法。进一步深入，需分析塑料件的构造，设定适宜的工艺流程，力求在保证结构设计和精度的同时，尽量简化模具构造，设计出一套实用且高效的模具方案，为后续设计步骤提供关键数据支持。之后，进入模具设计阶段：选择合适的注塑机，确定分型线位置和型腔数量；紧接着，设计模具的浇注、排气系统，成型零件，合模导向机构，推出机构以及温度控制体系，并对各项参数进行验证。最后阶段，绘制模具的整体装配图和各个零部件图，以此达成完整的模具设计目标。3.3成型方案对比为了确保注射成型过程的顺利进行以及获得高质量的成品，准备工作至关重要。首先，对塑料原料进行细致的外观评估，包括色泽、颗粒细腻度和一致性等方面的检查，如有必要，还需进行工艺性能测试。特别是对于吸湿性较强的塑料，如尼龙、聚碳酸酯和ABS，需确保在成型前进行充分的预热干燥处理，以避免因水分和挥发物质过多导致成品出现气泡、银纹等问题。在生产过程中，如果更换塑料种类、调整颜色或遇到热分解等情况，料筒清洗是必不可少的步骤。此外，为了提高塑料制品的脱模性，模具腔或型芯可能需要涂抹脱模剂。针对本次设计的制件，我们考虑使用PP、ABS和PC中的任何一种，因此接下来将对这三种塑料进行深入的对比分析，以便选择最适宜的材料。PP，即聚丙烯，它无味、无色且无毒，外观类似聚乙烯，但更透明且轻盈，密度仅为0.91g/cm³。它不吸水，表面光泽良好，易于染色。相较于聚乙烯，聚丙烯的抗拉强度、抗压强度和硬度更高，且具有优良的弹性和抗弯曲疲劳性能。例如，经过数百万次弯曲的聚丙烯一体铰链依然完好无损。其熔点为164~170℃，耐热性强，适合高温消毒。然而，PP在低温下易脆化，应在-15℃以上使用。其高频绝缘性能优秀，且不吸水，因此绝缘性能稳定。然而，聚丙烯容易在氧气、热和光的作用下分解老化，因此需要添加防老化剂。由于聚丙烯成型时收缩明显，可能会出现缩孔、凹陷和变形，因此模具设计需考虑充足的冷却系统，适宜模温应保持在80℃左右，避免低于50℃，否则可能导致表面光泽不佳或熔接痕迹，过高的温度还会引发翘曲问题。ABS：一种由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三元共聚而成的复合材料，其独特的组分特性赋予了它卓越的综合机械性能。丙烯腈强化了ABS的耐化学侵蚀性和表面硬度，丁二烯使其具备优异的韧性，而苯乙烯则提升了其加工性和着色性。ABS无害无味，呈现出淡黄色彩泽，制成的塑料制品闪耀光泽，其密度在1.02~1.05克每立方厘米之间。即使在低温环境中，ABS的抗冲击强度也保持稳定。此外，它还展现出良好的机械强度、耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性以及优良的电性能和化学稳定性。尽管水、无机盐、碱和大多数酸对ABS影响不大，但酮、醛、酯和氯代烃可能会导致溶解或形成混浊状态，且长时间接触某些烃类物质会导致软化。ABS表面易受冰醋酸和植物油等化学物质侵蚀，可能引发应力裂纹。ABS具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于塑造加工，并能通过调色实现各种颜色。然而，它的耐热性能有限，正常工作温度约在70℃，热变形温度大约在93℃左右。此外，ABS在紫外线照射下会变得脆硬，且在升温过程中粘度增加，因此需要较高的成型压力，脱模角度需适当增大。由于其吸湿性强，成型前需进行干燥处理，以避免熔接痕迹。模具设计时，应尽量减少浇注系统的阻力。在常规成型条件下，壁厚、熔料温度和收缩率的影响微乎其微。若追求高精度，模具温度应控制在50~60℃，而若注重光泽度和耐热性，则需调整至60~80℃。PC：聚碳酸酯，一种卓越的工程热塑性塑料，其密度为1.2克/立方厘米。其本体略带微黄，添加浅蓝调后能呈现近乎透明的特性，光学透过率高达约90%。它兼具韧性与刚性，在热塑性塑料中冲击抗性强，成型后的零件精度极高，并能在宽广的温度变化中保持尺寸稳定性，成型收缩率稳定在0.5%至0.8%之间。聚碳酸酯表现出良好的抗蠕变性、耐磨性以及适应广泛的温度范围，即使在-100°C以下仍能保持良好性能，长期工作温度可达120°C。尽管吸湿性较低，但对湿度敏感，加工前需充分干燥，以防出现缺陷。由于熔融温度高、粘度大，流动性较差，注塑过程中需要高温高压条件。鉴于其对温度敏感的粘度特性，通常通过升高温度提升流动性。这三种塑料各有独特的性能，它们在各自的行业领域中发挥着关键作用，皆为热塑性材料。因此，在进行注射分析和选择注塑机时，热塑性特性是首要考虑因素。查阅“塑料注射工艺参数”资料后，我们获得了如下的具体参数表格：表3.1三种塑料的塑性PPABSPC注射机类型螺杆式螺杆式螺杆式螺杆转速/(r/min)30〜6030〜6020〜40喷嘴形式直通式直通式直通式温度/C170-190180〜190230〜250料筒温度/℃前段180〜200200-210240〜280中段200〜220210〜230260〜290后段160~170180-200240〜270模具温度/℃40〜8050〜7090〜110注射压力/MPa70〜12070〜9080〜130保压压力/MPa50〜6050〜7040〜50注射时间/s0〜53〜50〜5保压时间/s20〜6015〜3020〜80冷却时间/s15〜5015〜3020〜50成型周期/s40〜12040〜7050〜130生产效率和设备利用率在很大程度上取决于成型周期的时间，因此，在确保品质的基础上，应尽可能地减少各阶段的时间消耗。在全部成型过程中，注射期和冷却期尤为关键，它们对塑料制品的质量起着决定性作用。对比三种塑料的参数，PP的注射时间可以更短，有利于提升生产效率。冷却时间方面，PP和ABS都较短，然而，考虑到ABS的连续工作温度为70ºC，而圆形塑料水槽可能需在高温下运作，且其较低的密度意味着更轻的重量，这对日常用品的使用体验至关重要。综合考虑，选取PP作为圆形塑料水槽的制造材料是较为理想的选项。3.4结构工艺性分析3.4.1塑件的结构分析为了获得高质量的塑料制品，除了选择适宜的原材料之外，还需充分考虑制品的结构工艺性。这将确保制造过程的顺畅，同时满足成本效益，以最低的费用生产出符合标准的产品。在规划塑料制品结构工艺性设计时，需遵循以下原则：（1）设计阶段应充分考虑所选材料的成型特性，如流动性和收缩率。（2）设计时需同步考虑模具的整体构造，确保型腔易于制造，以及抽芯和推出机构简洁。（3）在确保制品的功能性、物理性能、电气性能、耐化学侵蚀性和耐热性等条件下，尽可能简化结构，保持壁厚均匀，提高使用的便利性。（4）对于外观要求严格的制品，应先进行造型，再逐步绘制详细图纸。结构工艺性设计的关键点包括尺寸与精度、表面光洁度、形状、壁厚、斜度、加强筋和圆角等：（1）尺寸及精度。塑件的尺寸精度受多种因素影响，如模具制造精度、塑料收缩率的变化、成型条件及模具结构。因此，通常塑件的精度并不高，设计时应在满足功能需求的前提下选择较低的精度等级。本设计中，已选定塑料类型，依据塑料制件的公差标准，选择精度等级6。（2）表面光洁度。塑件的表面质量主要由模具型腔的光洁度决定。通常，模具表面的光洁度应比制品低1到2级，制品的Ra值一般在0.8至0.2之间。在模具使用过程中，若型腔磨损，应及时抛光恢复。透明制品要求型腔和型芯光洁度一致，而不透明制品的光洁度则根据实际用途决定。在本设计的圆形塑料水槽中，考虑到使用场景，盛水面的内侧光洁度设定为0.8um，其他面为1.6um。（3）形状。制品内外表面的设计应在满足功能需求的基础上，有利于成型，避免采用复杂的侧向抽芯机构。本次设计的圆形塑料水槽结构简单，无需采用抽芯机构。（4）出模倾斜角度。在塑件冷却过程中，其尺寸会有所收缩，这可能导致其紧密附着于模具的凸出部分。为了顺畅脱模并保护塑件表面免受刮痕或磨损，设计时需考虑与其脱模方向平行的内外表面应具备适当的倾斜度。针对本设计的圆形塑料水槽，我们发现只有底部的8mm区域与脱模方向平行。参考常见塑料制品的出模参数，聚丙烯（PP）型腔的倾斜度通常在25°至45°之间，而型芯的倾斜度则在20°至45°，鉴于底部位于型腔内，故将型腔的倾斜度设为30°。（5）壁厚设定。塑件所需的壁厚不仅关乎其在正常使用中的强度和稳定性，而且对塑料的流动性至关重要。热塑性塑料的一般壁厚范围为1至4mm。过厚的壁会导致气泡形成、凹陷出现，并且不利于冷却。通过分析，我们的设计中采用了2mm的壁厚。3.4.2计算塑件的体积和重量在塑料制品的设计与生产过程中，精确计算塑件的体积与重量是至关重要的。这些数据不仅对于选择适当的注射机型号必不可少，同时也是确定模具型腔数量的重要参考。借助先进的UG软件，可以高效且精确地得出这些关键参数，从而优化生产流程。考虑到圆形塑料水槽的体积已通过UG软件精确计算得出，即V1=883284.88,mm3，结合所使用的PP塑料的密度ρ，即M在注射模塑过程中，浇注系统是连接注射机和模具型腔的熔融塑料流动的通道。其设计对塑件的质量和生产效率有显著影响。浇注系统的体积V2经计算为166,cm3M综上所述，通过对塑件及浇注系统的精确计算，不仅为选择合适的注射机提供了数据支持，同时也为优化模具设计和提高生产效率奠定了基础。这种基于UG软件的计算机辅助设计方法，在现代塑料制品的生产中发挥着越来越重要的作用。

4.1注射机的选取选择合适的注塑机是决定性的，因为它的一系列参数必须与模具保持协调，否则将导致操作困难。这也构成了我们挑选注塑机的核心依据。计算涉及多种因素，包括注射容量、合模力、注射压力、拉杆间距、模具的最大和最小厚度、推出方式、推出位置、推进行程以及开模距离。接下来，我们将通过计算这些参数来确定适宜的注塑机类型。4.1.1注射量的计算在塑料注射成型工艺中，注射量是一个至关重要的参数，它指的是注射机在对空注射的条件下，一次所能注射的最大塑料体积或质量。对于螺杆式注射机而言，当需要注射的塑料材料变更时，其注射量的计算方式也会相应调整。注射量的计算公式涉及多个因素，包括注射机的最大注射量、浇注系统凝料量、单个塑件的质量以及型腔数目等。具体计算公式如下：n≤其中：K是注射机最大注射量的利用系数，通常取值为0.8，以确保注射过程的安全性和稳定性。mpm1m是单个塑件的质量，单位克（g）。n为型腔数目，在这个场景下我们取n=1。上述公式中的mp、m1和m也可以以体积单位立方厘米根据之前计算的结果，我们可以得出注射机的最小必要注射量。经过计算，为了确保正常的生产过程，注射机的最大注射量应满足mp≥1022.95,g或以体积表示4.1.2最大注射压力与模腔压力的计算在塑料注射成型工艺中，最大注射压力是一个核心参数，它代表了注射过程中柱塞或螺杆前端熔融塑料所受到的最大压力，通常用符号P来表示。然而，由于多种因素的影响，如注射机类型、喷嘴设计、塑料的流动特性、浇注系统的结构以及型腔内的流动阻力，熔融塑料在进入模腔时的实际压力往往远低于这个最大值。为了更好地评估实际注射过程中的压力情况，引入了一个名为有效注射压力的概念，其计算公式为：P其中，KP在选择合适的注射机时，必须考虑其最大注射压力是否满足生产要求。这里的关键是确保注射机能够提供的最大注射压力不小于模腔内的压力，即PM为了确保注射机的选择满足生产需求，我们需要进行以下计算：P其中，Pinj是注射机需要提供的最小最大注射压力。将已知的PM=30,MPaP这意味着所选注射机的最大注射压力应至少为90MPa，以满足模腔内30MPa的压力要求，同时考虑到压力传递过程中的损失。这样的计算和选择过程确保了注射成型过程中的稳定性和产品质量。4.1.3锁模力的计算在注射成型工艺中，锁模力是一个至关重要的参数。它指的是注射机在注射过程中能够提供的防止模具意外打开的最大锁紧力，通常用符号F来表示。为了确保模具在高压注射过程中保持稳定，注射模从分型面涨开的力必须小于注射机的额定锁模力。计算锁模力的公式如下：F≥n×(其中：F是注射机的额定锁模力，单位为牛顿（N）。As和Aj分别是塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积，单位为平方mm（Pmn是模具型腔数，本例中取值为1。为了计算所需的锁模力，我们首先需要确定塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积。简化起见，我们将两者的面积合并计算，并假设其总和为As将已知数值代入公式，我们得到：F≥1×254152,这意味着所选注射机必须能够提供至少7624.6千牛的锁模力，以确保在30Mpa的模腔内压力下，模具能够保持稳定不被涨开。这一计算对于选择合适的注射机以及确保注射过程的稳定性和产品质量至关重要。4.1.4确定注射机型号根据以上的参数选取注射机型号为：BL1480EK14500/14800，参数如下所示。表4.1注射机参数型号DUO3550/900锁模力/KN1510^14800额定注射量/cm'1959最大成型面积/cm32425螺杆直径/mm120最大开合模行程/mm1550注射压力/MPa187模具最大厚度/mm1450注射行程/mm680模具最小厚度/mm680注射方式螺杆式喷嘴圆弧半径/mm18喷嘴孔直径/mm5.54.2分型面的设计在模具设计过程中，关键环节之一是合理划分分型面，它涉及到模具结构、成本、操作难度以及塑件的质量等多个方面。分型面的设计不仅要确保塑件能顺利脱模，还要兼顾其尺寸、形位精度和表面完整性。为了达到这些目标，设计者需精细权衡多种因素，如塑件在模具中的定位、浇注系统的配置、结构工艺性、嵌件布局、推出机制、模具制造技术、排气系统以及生产流程等。在决定分型面的位置时，有几项基本原则须遵循：首先，应将分型面置于塑件最大外形轮廓线上，这样能确保塑件能顺利从模具中脱出；其次，分型面的选择应利于脱模过程，不应阻碍；第三，为了满足高精度要求，尤其是同心度高的部件，应将它们安置在同侧型腔内；第四，考虑到外观质量，分型面应避开光滑表面或圆弧转折处，以防出现溢流飞边的缺陷；第五，方便加工制造也是分型面选择的重要考量；最后，良好的排气通道设计不可忽视。在本次设计中，选择了塑件最大轮廓线作为分型面，这有助于简化留模步骤，提高脱模效率，同时保证了塑件的精度和外观美观。这样的设计还便于模具的加工制造，减少了分型面投影面积，避免了因填充过满而引起的溢料问题，并且与塑料熔体填充路径的终点型腔壁无缝对接。鉴于塑件的特定形状，开模后塑件留在动模一侧，因此在动模一侧设置了顶出装置，以便于整体操作。4.3浇注系统设计浇注体系是指从注塑机喷嘴至成型腔间的物料输送路径，它是模具设计的关键部分。浇注系统的布局直接影响塑件的特性、尺寸精度、内外部品质，以及模具构造和塑料材料的使用效率。在规划浇注系统时，需紧守以下基本准则：（1）熟悉塑料的成型特性；（2）力求消除或降低熔接线的出现；（3）确保气体能有效从型腔内排出；（4）防止型芯发生形变和嵌件的位置移动；（5）倾向于采用短流程以充分填充型腔；（6）验证流动长度与流动截面面积的比例合理性。4.3.1主流道设计（1）主流道的设计通常采纳表面积与体积比率最低的圆形截面，以减少塑料熔体流动时的阻力和热量损失。在卧式或立式注塑机应用的模具中，主流道与分型面垂直，并采用圆锥结构，锥角范围为2°至6°，过大则可能导致流体紊乱，吸入空气；过小则可能导致凝固物料难以脱模。主流道中心应位于模具内塑料水平分型面投影面积的几何中心。锥形孔壁需平滑，其表面粗糙度要求达到Ra=0.4μm。（2）主流道的小端直径d依据制品重量、填充需求及选定的注塑机规格来设定，通常在2至8mm之间。为配合注塑机喷嘴，主流道起始端应设计成球形凹槽，凹槽半径R与注塑机喷嘴的球面半径相对应。球形凹槽深度通常为3至5mm，或(1/3至2/5)R。主流道长度L基于动模座板的厚度，但在保证成型的前提下应尽可能缩短，以减小压力损失和塑料消耗。参照DUO3550/900型注塑机的喷嘴参数：喷嘴前端孔径：d0=5.5mm；喷嘴前端球面半径：R0=45mm；依据主流道与喷嘴的匹配关系：R=R0+(1~2)mm；d=d0+(0.5~1)mm；据此设定主流道球面半径R为20mm；主流道小端直径d设为6mm；主流道锥角设定为ɑ=4º。为了易于从主流道中移除凝固材料，主流道被设计成1°至3°倾斜的圆锥形，计算得出其大端直径D为19mm。如下图所示。图4.1主流道示意图4.3.2分流道设计在塑料模具设计中，分流道扮演着至关重要的角色。它作为主流道末端与浇口之间的熔体通道，不仅引导塑料熔体流向各个型腔，还确保熔体能够以平稳且均衡的流态进入每个型腔。针对本次设计的圆形塑料水槽，采用了自动脱凝料的三板模模架，分流道被巧妙地设计在定模座板上。为了实现自动脱凝料的功能，我们选择了梯形截面作为分流道的形状。这种设计不仅便于凝料的自动脱出，而且梯形截面分流道的加工也相对容易，同时热量和压力损失均保持在较低水平。梯形截面分流道的尺寸设计是基于一系列的经验公式。在本次设计中，我们使用了以下公式来确定梯形的大底边宽度：b=0.2654其中，b代表梯形的大底边宽度（mm），m是塑件的质量（g），而L是分流道的长度（mm）。通过计算，我们得出梯形的大底边宽度约为30mm，梯形的高度则取其三分之二，即20mm。此外，梯形的侧面斜角通常设置在5º至10º之间，以确保熔体的顺畅流动。考虑到本次设计的圆形塑料水槽体积相对较大，我们选择了通过三个点浇口进行进胶。经过精心设计，分流道的长度确定为270mm，这一长度能够确保熔体均匀且稳定地流入各个型腔。在分流道的表面粗糙度方面，我们特别注意到了分流道与模具接触的外层塑料会迅速冷却的现象。为了确保内部的熔体能够保持理想的流动状态，分流道的表面粗糙度被控制在一定范围内，一般取Ra为1.6um左右。这样的设计可以增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却后形成稳定的绝热层，从而确保熔体的流动性和成型质量。4.3.3浇口设计浇口，作为模具中的关键环节，起着连接分流道与型腔的关键功能。通常，它以极小的尺寸和最短的长度构成整个注塑系统的瓶颈。浇口的设计，无论是其位置、形态还是尺寸，对最终产品的质量和生产效率具有深远影响。通过精心设计，浇口能有效控制熔体的填充行为，确保平稳、有序且迅速地充满型腔。它可以增强塑料熔体间的摩擦，促使温度升高，同时利用剪切效应降低熔体黏度，促使快速填充。此外，它还能封闭型腔，防止熔体回流，并简化脱模过程，减小残留痕迹，便于后续修整。浇口的截面积一般为分流道的3%至9%，长度则保持在0.5mm到2mm之间。在本设计中，我们选择的是点浇口，因其独特的压力分布特性，能够显著提升塑料熔体的剪切速率和热量产生，特别适合于那些对剪切速率敏感的塑料，如聚乙烯和聚丙烯等在薄壁成型中的应用。针对具体产品和模具结构，我们采用了直径为2mm的直锥形点浇口设计，直接与制品接触。这种设计不仅简化了模具结构，使得后处理步骤简便，提高了工作效率，而且有利于模具的机械加工，保证了浇口的精确加工。在试模阶段，调整浇口尺寸变得相当容易，进一步优化了整个工艺流程。4.4排溢系统的设计在塑料熔体填充模具型腔的过程中，必须确保型腔及浇注系统的空气以及由塑料加热或固化释放出的低分子挥发性气体能有效排出。如果气体未被充分排除，这可能导致一系列成型问题，如气泡、接缝、轮廓模糊和填充不足。此外，积聚的气体在高压下体积收缩，可能引起塑件部分碳化或出现烧焦痕迹（表现为褐色斑点）。同时，这些气体还可能产生反作用力，减缓填充速度。因此，设计模具时，排气方案是不可或缺的考量因素。对于排气不畅导致的局部填充难题，可以设置溢流槽，它不仅能容纳冷料，也能帮助排出一部分气体，这种策略往往效果显著。注射模具通常采取以下三种排气方法：（1）通过配合间隙排气（2）在分型面上设置排气槽（3）使用排气塞进行排气在设计这款塑料模具时，我们选择了利用配合间隙排气。通过推杆、型芯以及模板之间的微小间隙（间隙大小不超过0.05mm，通常设定在0.03至0.05mm之间）来实现排气功能。4.5成型零件工作尺寸的计算塑料模具的构建元素，如凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等，它们共同塑造出制品的形态和规格，起着至关重要的作用。在模具运行过程中，这些部件直接接触塑料原料，承受着高温熔融物的压力冲击以及脱模时的摩擦力。因此，设计这些成型零件不仅要求精确的几何构造，高精度的尺寸控制，以及平滑的表面处理，更需注重其结构的合理性，确保具备足够的强度、刚性和优良的耐磨损性。在设计过程中，设计师需充分考虑塑料的特性、使用环境的需求，以及模具的分型面、浇口布局、脱模方式和排气通道等因素。所有这些要素共同决定了模具型腔的整体布局。具体来说，就是基于目标产品的尺寸，通过计算来确定每部分成型零件所需的空间。同时，对于关键承载区域，还需要进行强度和刚度的严格验证，以确保模具的稳定性和耐用性。4.5.1成型零件的结构设计在模具构建中，关键组件涵盖凹模、型芯、嵌件、成型棒和成型环，其中设计的核心元素为凹模和型芯。（1）凹模：作为塑件外部形状的关键元件，凹模又名型腔，其构造根据类型分为单一整体和复合结构。整体式凹模源自单一金属模板，优点在于坚固稳定，不易形变，无拼接痕迹，然而制造过程复杂且不利于热处理；而复合结构，如整体嵌入式、局部镶嵌式等，通过多个部件组合而成，能简化工艺难度，减少热处理时的变形风险，拼接部分留有空隙利于气体排放，便于维护，同时节省珍贵的模具材料。本次设计选择的是复合结构中的整体嵌入式方案。（2）型芯：负责塑造塑件内部形态的部分被称为凸模或型芯，同样存在整体式和复合式的选择。本模具设计同样倾向于采用复合式的型芯设计，以适应复杂的需求。4.5.2成型零部件工作尺寸的计算在塑料模具设计中，成型零件的工作尺寸是确保塑件精度的关键。这些尺寸直接构成塑件的型面，包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度以及型芯的高度等。为了满足塑件的几何形状和尺寸要求，我们必须根据塑件的尺寸及精度等级来确定模具成型零件的工作尺寸及其精度等级。影响塑件尺寸精度的因素众多，包括塑料的收缩率、模具成型零件的制造误差、磨损以及安装配合误差等。在设计时，我们必须充分考虑这些因素，以确保塑件的精度。对于型腔的尺寸计算，首先需要确定塑料的平均收缩率。以聚丙烯（PP）为例，其收缩率通常在1%～2.5%之间，我们可以取其平均收缩率S=1.75%（即0.0175）。在选择精度等级时，我们选用6级精度。在计算型腔径向尺寸时，我们需要考虑塑件的平均径向尺寸以及模具型腔的基本尺寸。通过公式计算，可以得出型腔的径向尺寸。同时，对于型腔深度尺寸的计算，由于型腔底面的磨损很小，因此可以不考虑磨损量。对于型芯的尺寸计算，其径向尺寸和高度也需要根据塑件的尺寸和精度要求进行计算。型芯的径向尺寸计算与型腔类似，而型芯的高度则可以通过相应的公式得出。此外，我们还需要计算型芯之间或成型孔之间的中心距，以确保塑件的精度和装配要求。具体的计算公式如下：型腔径向尺寸计算公式：L其中，LM是模具型腔的基本尺寸，Ls是塑件的平均径向尺寸，Δz型芯径向尺寸计算公式：l其中，LM是型芯的基本尺寸，L通过这些公式，我们可以精确地计算出模具成型零件的工作尺寸，从而确保塑件的精度和质量。如下表所示。表4.2型腔的计算类别模具零件名称塑件尺寸计算公式型腔工作尺寸型腔深度H7.10H168.665型腔径向L6.40L56.575表4.3型芯的计算类别塑件尺寸变量计算公式型芯的工作尺寸型芯高度hℎ62.261径向尺寸lll4.154径向尺寸ddd59.8374.5.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算在塑料模具的制造过程中，型腔的设计至关重要。由于型腔在成型过程中需要承受高压熔体的作用，因此其必须具备足够的强度和刚度。若型腔侧壁和底板的厚度设计不当，可能会导致塑性变形、破裂、挠曲变形等问题，进而影响塑件的质量和脱模的顺利性。特别是对于高精度或大型模具的型腔设计，更不能仅凭经验来设定侧壁和底板的厚度，而应通过精确的强度和刚度计算来确定。在计算型腔壁厚时，需以型腔内熔体产生的最大压力为依据。此最大压力通常发生在注射过程中，熔体刚充满型腔的瞬间。随着塑料的逐渐冷却和浇口的固化，型腔内的压力会逐渐降低，至开模时已基本降至常压。理论分析和实践经验表明，对于大尺寸模具型腔，其设计的主要矛盾往往在于刚度不足，因此壁厚的设计应以满足刚度要求为主；而对于小尺寸模具型腔，由于其可能在发生显著弹性变形前就已超过材料的许用应力，因此设计的重点应放在强度上。在进行组合式矩形型腔侧壁厚度的计算时，可将侧壁的每一边视为受均布载荷的固支梁，其最大挠度出现在梁的中部，计算公式为：δ其中，δmaxδ式中，s代表矩形型腔侧壁厚度，p是型腔内熔体的压力，H1为承受熔体压力的侧壁高度，l是型腔侧壁的长边长，E为钢的弹性模量，一般取值为2.06×105MPa，H给定参数为：p=30MPa,H1=168mm,l=569mm,H=216mm,s≥因此，为满足刚度要求，型腔侧壁的厚度应至少为231mm。在本次设计中，选择了284mm的侧壁厚度，这完全符合型腔侧壁厚度的要求，确保了模具的刚度和稳定性，进而保证了塑件的质量和生产的顺利进行。4.6合模导向机构设计导向机构在模具中的核心功能在于确保动定模或上、下模精确对接，实现稳定的定位和导向，并能承受适度的侧向压力。在成型过程中，它确保了模具闭合的准确性和型腔的精密复制，防止型芯过早接触导致产品受损。塑料熔体填充期间产生的侧压力，或者设备精度的影响，可能导致导柱承受额外的压力，以保持模具的正常运行。对于高精度需求或大侧压力情况，仅依赖导柱是不够的，这时锥面定位机制会作为补充。4.6.1导柱导向机构设计(1)导柱的构建与规格设定-长度：导柱导向部分应高于凸模端面至少8-12mm，以防止未正确导向就让型芯进入型腔。本设计选定的导柱长度为530mm。-形态：导柱前端需设计成锥形或半球形，以方便顺畅地插入导向孔。本设计选择半球形结构。-材料：导柱表面需硬且耐磨，芯部则坚韧不易折断，常选用渗碳淬火的20钢或T8、T10钢，硬度达到50-55HRC。本设计选用了经过淬火处理的T8钢，表面粗糙度Ra分别为动模部分的mμ8.0和导套部分的mμ4.0。-安排：导柱均匀分布在模具分型面周围，保持足够的距离以增强模具强度（通常导柱中心到边缘距离为其直径的1-1.5倍）。为了确保单向闭合，导柱可以采用不对称或等直径对称布局。在本模具设计中，导柱安置于动模的一侧。-配合精度：导柱固定端与模板间采用H7/m6过渡配合，导向部分通常采用H7/f7的间隙配合，以确保精密连接。图4.2导柱尺寸图(2).导向组件的设计参数和规范①外形设计：为了确保导柱顺畅导入，导套前端需设置圆弧过渡，而导柱孔则建议采用贯穿式设计，以便有效地排除内部积聚的气体和杂质。②材质选择：导套通常选用与导柱兼容的材料，或者耐磨的铜合金，其硬度需略低于导柱，以减缓磨损并防止产生刮痕。固定部分的表面粗糙度控制在Ra=8.0μm，导向部分则更为精细，要求Ra=4.0μm。③安装方式与配合精度：在本设计中，导套采用H7/m6精密嵌入模板的方式进行固定，确保稳固且具有精确的配合间隙。图4.3导套尺寸图4.6.2锥面定位机构的设计在制造大型、深度深邃、薄壁且需求高精度的塑料制品时，动模与定模的精密合模至关重要。针对大型薄壁容器，任何微小的合模偏心都可能导致壁厚分布不均，一侧填充速度过快，这源于导柱与导向孔间的微小间隙，使得精确对齐变得困难。此外，形状不对称的塑件注射过程中会形成侧向压力，如果全部依赖导柱承载，可能会导致导柱卡滞，甚至引发损坏或加剧开模过程中的磨损。因此，锥面定位技术的应用显得尤为必要，它能消除配合间隙，显著提升定位精度。常见的锥面定位策略包括圆形锥面定位和矩形平台锥面定位。圆形锥面定位元件嵌入模具内部，特别适用于小型到中型模具的精确定位。通过在模具内设置围绕型腔的锥面结构，合模时模板的锥面会紧密贴合型腔周缘，这样确保模板间定位精准，型腔与型芯间的间距均匀，从而保证制品壁厚一致性，并有助于抑制型腔的膨胀，增强其刚性。本次设计采用了圆锥定位技术，选取的锥面倾角为20°，考虑到配合要求的稳定性，配合高度设定为至少15mm，而本设计实际选用了20mm的高度，以确保工艺的精细度和产品的高质量。如图所示。图4.4锥面定位机构示意图4.7脱模机构设计4.7.1设计原则（1）确保塑料制品的外观质量。推出机构应避免在制品表面留下明显痕迹，推出组件应布置在不可见或非装饰性表面，尤其对于透明零件，需谨慎选择推出位置和元件形态。（2）防止产品在顶出时发生变形。推出力应均匀分布，最好作用在具有较大脱模阻力和良好刚性的区域，如肋板交叉的厚壁部分或柱子底部等。（3）确保机构运作平稳且安全。为了实现脱模机构的平顺运动，推出元件需要有充足的强度、刚性和耐磨损性，动作应灵活，并避免与其他机构产生冲突。（4）考虑脱模机构的经济性和制造可行性。为了简化加工、方便维修并降低成本，应优先选用标准化的推出结构。4.7.2脱模力的计算在塑料模具中，当塑件冷却定型时，由于塑料的体积收缩，其尺寸会逐渐缩小，导致塑件紧紧包裹住型芯或凸模。为了将塑件从模具中取出，必须克服由包紧力产生的摩擦阻力。特别是对于没有通孔的壳体类塑件，在脱模过程中还需要克服大气压力。此外，还需考虑机构本身运动时的摩擦阻力。通常，塑件在初始脱模时所需克服的阻力最大，因此在进行脱模力计算时，我们主要关注这个初始阶段。图4.5脱模时型芯的受力分析图4.5展示了脱模时型芯的受力分析，为了简化计算，我们暂时忽略机构运动的摩擦阻力。根据力的平衡原理，可以列出以下平衡方程：F其中：FbFfFtα是型芯的脱模斜度。在实际操作中，抽拔型芯时，塑件对型芯的正压力会因为摩擦力的存在而有所减小，但考虑到其他未纳入计算的脱模力因素，我们可以忽略这一影响，直接将脱模时型芯所受的摩擦阻力计算为Ff=f⋅Fb。这里的塑件对型芯的包紧力Fb可以通过塑料的收缩应力p与塑件包裹型芯的面积A的乘积来计算，即F将上述公式整合，我们可以得到脱模力的计算公式：F对于塑料的收缩应力p，模外冷却的塑件通常取值在（2.4～3.9）×107Pa范围内，而模内冷却的塑件则取值在（0.8～1.2）×1×通过三维软件建模，我们可以得到塑件包裹型芯的面积A=202654,mm2以及型芯的脱模斜度将这些数值代入脱模力的计算公式中，我们可以得到：F因此，所需的脱模力大约为83297.29牛顿。4.7.3推出机构设计本设计优先考虑采用滑块推送系统，其推杆的定位自由度高，且大多数采用圆截面设计，便于制造和精确匹配模板或型芯孔，确保滑块在推送过程中阻力小，动作灵活且耐用，易于替换。滑块推送系统作为最常见的设计形式，其合理性至关重要，通过巧妙布局，可以防止塑料件变形或受损。在本模具设计中，滑块放置在受脱模阻力较大的区域，这样可以在型芯外部或靠近侧壁的部位设置，避免仅在中心推送导致塑料件顶裂。为了确保平稳推出，塑料件受力均匀，滑块应在强度和刚度较高的部位安装，避开薄壁部分，如壁厚、凸缘和加强肋，以防止塑件变形。考虑到滑块在推送过程中需要承受强大推力，而该塑料件的凸缘部分有足够空间，因此选用大直径滑块，并在复位时确保其端面与分型面平行。滑块直径d与模板孔采用H8/f7的紧密配合，确保精准无误。滑块的工作端面在注射过程中与模具底部接触，如果低于底部，会导致塑料件表面出现突起，影响使用。因此，滑块安装后，其端面需与底部平齐，或者微高0.05-0.1mm，以避免瑕疵。滑块的固定端与固定板采用单边0.5mm的间隙设计，简化了加工要求，同时能有效防止多滑块因孔位加工误差造成的卡滞问题。滑块材质选择45#钢，热处理要求硬度不低于HRC50，工作端面的粗糙度需控制在mRaμ8.0以下，以确保精确运作。图4.6推杆机构4.8温度调节系统4.8.1模具温度调节的重要性模具温度及其调节系统对塑料制品的质量有着至关重要的影响。模具型腔内的温度分布若不均匀，将导致塑料在不同温度区域的收缩率不一致，进而在塑件内部产生应力和翘曲变形。特别是在壁厚部分和浇口附近，由于热量较为集中，需要通过模温调节系统来强化这些区域的冷却效果。过高的模具温度会使得塑料的成型收缩率增大，如果脱模时的温度过高而塑件未能良好定型，那么塑件的形状和尺寸精度将会受到影响。相反，模具温度过低，在充模速度不高的情况下，会增加塑件的内应力，容易引发翘曲和压力开裂，这种情况在使用黏度较大的工程塑料时尤为明显。模具温度还对制件的外观质量有显著影响。低温会导致熔体流动性减弱，从而使制件表面轮廓模糊、无光泽，并可能出现明显的熔接痕或充模不满的情况。而过高的模具温度则会使制件表面发暗，出现溢料和粘模现象，降低制件的透明度。此外，模具温度与生产效率之间密切相关，这种关系主要通过冷却时间来体现。冷却时间可由以下公式表示：t其中tc是塑件在模具内的冷却时间，ΔT是塑料与模腔之间的温差。这个公式表明，冷却时间与温差成反比。为了提高生产效率，需要在工艺条件允许的前提下，尽可能增大塑料与模腔的温差，以缩短塑件在模内的停留冷却时间。然而，如果模具没有温度调节系统，随着注射次数的增加，模内的热量会不断积累，导致模具温度逐渐升高，温差ΔT4.8.2冷却系统设计原则在模具的设计过程中，水回路的配置与冷却系统的构建至关重要。它们通过连接外部水源，确保在生产过程中持续流动，有效地将模具内部的热量排出，保证制品的成型质量和效率。在规划模具冷却系统时，需遵循一系列关键准则：首先，冷却通道布局需精心设计。对于壁厚均匀的塑件，水孔与型腔边缘的距离应保持一致，并尽可能与型腔形状相符。而对于壁厚不均的件体，应增加厚壁区域的水道密度，并使其接近型腔，以强化这部分的冷却效果。其次，考虑到模具的强度和冷却效果，水孔与型腔表面的距离应适中。过薄的材质可能导致强度不足，易在模腔压力下出现裂纹，而水孔过密则可能引起温度不均，影响制品的尺寸稳定性。通常，水孔距离型腔表面应保持在6-10mm，且不超过30mm，本设计中选择了20mm作为标准。第三，避开可能形成熔接痕的区域设置水道，以防止缺陷的产生。为了操作便利，进出水管的位置应统一安排在模具的一侧。此外，确保水流在通道内按特定方向连续流动，避免形成滞留区域，以维持模具温度的均匀性。最后，合理控制水道的使用，鉴于浇口附近温度较高，应优先加强该区域的冷却。一般要求模具进出口的水温差保持在5摄氏度以内，水孔直径推荐选用10mm。图4.7冷却水路示意图4.9模架设计采用预设的模架设计方法，不仅能简化模具设计与生产过程，一旦选定特定模架类型，就能直接获取精确的参数，如模板的大小、螺丝