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1、 畢業(yè)設計（論文） 題目：茶杯蓋注射模具設計 作 者 XXX 屆 別 XXX 系 別 機 電 系 專 業(yè) 機 械 設 計 及 其 自 動 化 指 導 教 師 XXX 職 稱 XXX 完 成 時 間 2009年 5月 6日 摘要 塑料在當今世界上無處不用，因此塑料模具有很大發(fā)展，特別是注塑模。由 此可知，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質量有很大意義。 本課題主要是針對瓶蓋的模具設計,通過對塑件進行工藝性分析和比較,最終設 計出一副注塑模。該課題從產(chǎn)品結構工藝性及具

2、體模具結構出發(fā)，對模具的澆 注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參 數(shù)的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個 設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。根據(jù)題目設計的主要 任務是茶杯蓋注塑模具的設計。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)茶杯蓋的塑件 產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。 通過本設計，可以對注塑模具有一個較深的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問 題，了解模具結構及工作原理；通過對 PROGRAM 的學習，可以建立較簡單零件 的零件庫，從而有效的提高工作效率；通過畫裝配圖、零件圖，進一步系統(tǒng)深 化 CAD 熟練程度，加深了對模具各個零件

3、的認識。 關鍵字: 塑料模具，注射機，型腔，澆注系統(tǒng) Abstract Plastic is everywhere in the world today with , Therefore has great development prospects of plastic , especially in Injection Molding ,so the study of plastic injection molds for understanding the production process and improve the quality of products have great

4、 significance. This topic mainly aims at bottle caps mold design, Through to models to carry on the technological analysis and the comparison , This topic embarks from the product mix technology capability and the concrete mold structure , To molds gating system, the mold formation parts structure,

5、 goes against the system, the cooling system, injection molding machines choice and the related parameter examination, has the detailed design, Simultaneously and simple establishment molds processing craft. Through the entire design process indicated that this mold can achieve this to model the pro

6、cessing craft which an institute requests. Is the teacup covers injection molds design according to the topic designs primary mission. Is also designs an injection mold to produce the teacup to cover models a product, realizes the automation to raise the output Through the design, injection mold ca

7、n have a deeper understanding of the design notes that some of the details to understand the structure and working principle of mold.Through learning PROGRAM, you can create a simpler components parts store, and effective improve efficiency; through painting assembly drawing, part drawings, and furt

8、her deepen the CAD system proficiency, a better understanding of the various parts of mold. Key Words: Plastic Mold, Injection Machine, Mold Cavity, Pouring System 目錄 1 前言 ................................................5 1.1 模具工業(yè)的地位 ...................................5 1.2 塑料注射模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .........

9、............6 2 茶杯蓋制件分析 ......................................8 2.1 茶杯蓋的模具設計流程 .............................8 2.2 塑件分析 .........................................9 2.3 茶杯蓋的三維圖 ..................................10 3 茶杯盒蓋的注塑模具設計 .............................11 3.1 方案的選擇 .................................

10、.....11 3.2 制件成型位置及分型面選擇 ........................11 3.3 澆注系統(tǒng)設計 ....................................11 3.3 脫模機構設計 ....................................13 3.4 溢料 排氣系統(tǒng)設計 ...............................14 3.5 模具主要零件的結構設計 ..........................15 3.5.1 凹模工作尺寸的計算 ............................15 3.5.2 凸模

11、工作尺寸的計算 .............................16 3.5.3 前模仁的設計 ...................................17 3.5.4 成型零件的設計 .................................18 3.6 導向與定位機構 ..................................19 3.7 選擇脫模方式 ....................................20 3.7.1 脫模機構的設計 .................................20 3.7.2 脫模力計

12、算 ...................................21 3.8 側抽芯機構的設計 ................................21 3.9.模架選用 .......................................22 4.注射機的選擇 .......................................23 4.1 注塑機基本參數(shù) ..................................23 4.2 初選注塑機 ......................................24 4.3 注射機的校

13、核 ....................................25 4.3.1 注射壓力的校核 .................................25 4.3.2 鎖模力的校核 ...................................25 4.3.3 安裝部分相關尺寸的校核 .........................25 4.3.4 模具外形尺寸校核 ...............................26 4.3.5 模具厚度校核 ...................................26 4.3.6 模具安裝尺寸

14、校核 ...............................26 4.3.7 開模行程校核 ...................................26 5.塑件的總裝圖 .......................................27 6 參考文獻 ...........................................27 致謝詞 ...............................................28 附錄 .................................................29

15、 附 1: CAD 部件圖 .....................................29 附 2: 英文翻譯 ......................................29 1 前言 1.1 模具工業(yè)的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或 液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質 量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中 [1]。 模具是一種重要的國工工藝裝備，是國民經(jīng)濟各工業(yè)部門發(fā)展的重要基礎 之一。模具是壓力加工或其它成形加工工藝中，使材料變形制成產(chǎn)品的一種重 要工藝裝備，應用廣泛。它

16、在鍛造、塑料加工、壓鑄等行業(yè)中起著重要作用 [2]。 模鍛件、沖壓件、擠壓和拉拔件等，都是使金屬材料在模具中發(fā)生塑性變形而 獲得的；壓鑄零件、粉末冶金零件也在模具中充填加工成形的；而塑料、陶瓷、 玻璃制品等非金屬材料的成形加工也多是依靠模具。少無切削加工是機械制造 業(yè)發(fā)展的一個方向，而模具是利用壓力加工實現(xiàn)無切削工藝的關鍵。模具成形 有優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗和低成本等特點，因此得到了廣泛應用。據(jù)初步統(tǒng)計： 依靠模具加工的產(chǎn)品和零件，電行業(yè)占 80%，機電行業(yè)占 70%以上。輕工、軍工、 冶金及建材等行業(yè)大部分產(chǎn)品和生產(chǎn)都離不開模具 [3]。 1.2 塑料注射模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1）注射模的現(xiàn)狀

17、塑料制品在人們的日常生活中及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域中得到日益廣泛的應 用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，社會對塑料制品的需求愈來愈大。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代 化工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已經(jīng)成為工 業(yè)發(fā)展的基礎 [2]。而塑料注射模在模具中所占的分量越來越大，其發(fā)展也非常 迅速，大有凌駕其它模具之上的趨勢。專家預測，在未來的模具市場中，塑料 模具在模具總量中的比例將逐步提高，且發(fā)展速度將高于其他模具。 一般來說，國外的模具工業(yè)起步比較早，發(fā)展也比較靠前，技術也比較成 熟,現(xiàn)在注塑成型技術在向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。 例如：(1)混煉與注塑成型組合技術的應用

18、，WP 公司將雙螺桿聚合物玻纖混煉 技術與活塞注塑成型技術組合，把多相體系共混與注塑組合成連續(xù)成型過程 [2]。 (2)多工位、連續(xù)注塑技術的應用。德國 FOBOHA 公司 4 工位雙機注塑成型 64 件 雙色塑料制品技術，4 個側面各有 64 個陽模的結構居中并可轉動，兩側各配有 1 套陰模和 1 臺注塑機，每次轉動 90 度后合模，2 臺注塑機同時注塑。如果注 塑 2 種不同材料或雙色制品，每轉動一次，這套設備可注塑成型 64 個制品。意 大利 PRESMA 公司的 10 工位 EVA 交聯(lián)發(fā)泡注塑機組，由 1 臺注塑機和沿圓周排 列的 10 套注塑模具組成，這 10 個模具依次被移動到注

19、塑機前進行注塑成型， 被注塑后的模具在移動中需要完成定型、開模、取出制品、合模的工序，這些 工序全部由電腦自動控制。這套交聯(lián)發(fā)泡注塑機組將中型塑料制品注塑成型過 程連續(xù)化，提高了注塑機的生產(chǎn)效率 [2]。法國 BILLION 公司雙注塑、可旋轉模 具注塑技術，將 2 個陽模平行放置在 1 個可轉動的支架結構上，2 臺注塑機同 時向各自對應的模具內注塑不同物料，然后開模，陽模支架整體向前移動后旋 轉 180 度，其中 1 個陽模上的雙色制品被取出，進行下次注塑工作。這套雙注 塑設備提高了連續(xù)化程度和設備操作空間的緊湊性。(3)子母螺桿注塑成型技術 的應用。INSHOT 公司推出的子母螺桿雙色注塑

20、技術，可以被稱作是共注塑成型 技術的一次重大突破。這臺注塑成型設備主要是由 1 個機筒、2 個子母螺桿和 2 套傳動系統(tǒng)組成。將大螺桿的空腔作為小螺桿的機筒組成了子母螺桿，這兩 個螺桿各自的轉動與移動由 2 個獨立的傳動系統(tǒng)控制，注塑模具的結構也相對 簡單，極大地降低了共注塑成型技術所需的設備成本。另外，國外在壓塑成型 和吹塑成型自動化和連續(xù)化生產(chǎn)技術方面也有很大的進展。如意大利薩克米公 司的連續(xù)快速壓蘇瓶蓋成型機，主要是由 1 臺片材擠出機、自動切片機構、配 有 64 套瓶蓋壓塑模具的快速旋轉機構組成。擠出片材被切下落到陰模中，陽模 與陰模合模，定型后開模，由一個搓動機構將陽模上的瓶蓋取出。

21、這臺設備每 分鐘最快可制成 1200 個塑料瓶蓋，生產(chǎn)效率之高是目前在國內難以見到 [2]。 相比而言，國內相塑料模具就比國外落后得多，目前大多用的是單型腔， 簡單型腔的模具達 70％以上，仍占主導地位，一模多腔精密復雜的塑料注射模， 多色塑料注射模已經(jīng)能初步設計和制造，但是有很多精密的模具都要靠進口。 不過，我國模具從開始起步到現(xiàn)在有經(jīng)歷了半個世紀的發(fā)展，模具工業(yè)有了很 大的發(fā)展，1999 年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為 245 億，至 2002 年我國模具總產(chǎn)值約 為 360 億元，其中塑料模約 30%左右，年均增速均為 13%。模具制造水平也有了 很大的提高，在大型模具方面已能生產(chǎn) 48 英寸大屏

22、幕彩電塑殼注射模具、 6.5Kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具， 精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑 封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星模具有限公司制造多腔 VCD 和 DVD 齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要 求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由 于成型收縮造成齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為 0.08mm 的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型 腔制造精度可達 0.02mm～0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2μ

23、m，模具質量、壽命明顯 提高了，非淬火鋼模壽命可達 10～30 萬次，淬火鋼模達 50～1000 萬次，交貨 期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。成型工藝方面，多材質塑料成型 模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進 展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津 通信廣播公司模具廠等廠家成功地在 29～34 英寸電視機外殼以及一些厚壁零件 的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了 C-MOLD 氣輔軟件，取得較好的效果。 如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始 推廣，有的廠采用率達 20%以上，一般采用內熱式或

24、外熱式熱流道裝置，少數(shù) 單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采 用率達不到 10%，與國外的 50%～80%相比，差距較大 [2]。 2）注射模具國內外的發(fā)展狀況 近年來,隨著塑料工業(yè)突飛猛進地向前發(fā)展,模具設計和制造工業(yè)也發(fā)生了 根本的變化.高效率、自動化、大型、超小型、高精度、高壽命的模具在整個模 具產(chǎn)量中所占的比例越來越大。據(jù)統(tǒng)計,汽車、拖拉機、電機電器、儀器儀表、 自行車、電冰箱、電風扇等，分別有 60%、85%和 92%以上的零件用模具進行成 型加工。模具生產(chǎn)的費用將占產(chǎn)品成本的 10%-30%且逐步提高。因此日本稱模 具是進入“富裕社會的原動力” 德國

25、稱為“金屬加工中的帝王”工業(yè)發(fā)達國家 的模具工業(yè)已成為獨立的行業(yè)，把模具技術水平作為國家機械制造工藝水平的 重要標志之一。而國內塑料塑件在人們的日常生活中及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域中占 有很重要的地位。采用模具成型的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生 產(chǎn)效率，保證零件質量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，從而取得很高的生產(chǎn)效率。 因此，在機電、儀表、化工、汽車和航天航空等領域，塑料已成為金屬的良好 代用材料并得到了廣泛的應用，出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢。作為最有效的 塑料成型方法之一的注射成型技術具有可以一次成型各種結構復雜和尺寸精密 的塑件。成型周期短、生產(chǎn)率高、大批生產(chǎn)時成本低廉、易于實現(xiàn)自動化或自

26、動化生產(chǎn)等優(yōu)點，因此，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注射模具 [2]。 近幾年來，在我國其發(fā)展速度之快、需求量之大是前所未有的，但總體上 與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。目前，我國模具工業(yè)的當務之急是加 快技術進步，調整產(chǎn)品結構，增加高檔模具的比重，質中求效益，提高模具的 國產(chǎn)化程度，減少對進口模具的依賴。未來國內外塑性模具的制造技術和成型 技術有如下發(fā)展趨勢：1)在模具設計制造中廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術；2)高 速銑削加工將得到更廣泛地應用；3)在塑料模具中推廣應用熱流道技術、注射 成型和高壓注射成型技術；4)提高模具標準化水平和模具標準件的使用率；5) 研究和應用模具

27、的高速測量技術與逆向工程；6)虛擬技術將得到發(fā)展；7)模具 自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術，逐步走向集成化的 方向發(fā)展。 2 茶杯蓋制件分析 2.1 茶杯蓋的模具設計流程 一般來說，現(xiàn)在國際上比較經(jīng)典的塑料模具設計步驟如 下： （1）首先了解塑料制品所用塑料的品種、塑料的特性、 收縮率及塑料流動特性等。 （2）對塑料制品進行工藝分析，著重分析塑料制品的結構合理性及成型條 件等。 （3）根據(jù)塑料制品的重量和塑料制品投影面積及模具結構類型等，選擇合 適的注射成型機。 （4）進行模具結構設計 （4）進行模具結構設計 1）選擇塑料制品成型位置和模具分型面；

28、 2）確定型腔數(shù)目和排列方式； 3）澆注系統(tǒng)設計； 4）成型零件結構設計； 5）抽芯機結構設計和推出機構設計； 6）加熱系統(tǒng)設計和冷卻系統(tǒng)設計； 7）繪制模具結構圖。 2.2 塑件分析 制件三維實體模型如右圖所示，材料為 ABS，密度 為 1.05g/cm ，收縮率 0.4%-0.7%取 0.5%，由 Pro/e 計3 算可得，單個制件的體積為 107.41cm3。ABS 是由丙烯 腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成。每種單體都具 有不同特性,丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性； 丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、 高光潔度及高強度。 單件體積為 94.66,總

29、高 54mm,徑向最大長度近 100mm，厚度 10mm,內部有螺紋， 該塑件茶杯蓋如圖 1-1 所示。 ABS 具有如下特性 [1]： 圖 1-1 茶杯蓋 (1).綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性，電性能良好； (2).與 372 有機玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻，噴漆處理； (3).有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別； (4).流動性比HIPS 差一點，比PMMA、PC 等好，柔韌性好，適于制作一般 機械零件，減磨耐磨零件。ABS成型的工藝條件見下表： 預熱溫度 80～85C 注射溫度 20～90C 料筒前段溫度

30、 150～170 C 預熱時間 2～3h 高壓時間 0～5s 料筒中段溫度 165～180 C 噴嘴溫度 170～180 C 冷卻時間 2～120s 料筒后段溫度 180～200 C 模具溫度 50～80 C 總周期 5～220s 2.3 茶杯蓋的三維圖 在 PRO/E 的零件（Part）模塊中，通過旋轉創(chuàng)建茶杯蓋的實體模型，如圖 2-1 所示。 圖 2-1 茶杯蓋三維圖 3 茶杯盒蓋的注塑模具設計 3.1 方案的選擇 分析茶杯蓋的結構，由于其內螺紋結構，則設計必須采用側抽心機構，為 保證其表面質量，采用點澆口澆注。 方案 1：直接分模 方案 2：斜導柱側抽芯 針對方案一，本設計產(chǎn)品含內螺

31、紋，無法直接拔模，其型心須采用雙滑塊 側抽心機構。為滿足產(chǎn)品所需表面質量，開模時模具在彈簧作用下，點澆口分 開。 經(jīng)多方面考慮采用方案二，此方案結構合理，質量可靠，操作方便。 3.2 制件成型位置及分型面選擇 分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。以有利于塑件脫 模、保證塑件外觀不被破壞、尺寸精度滿足要求、有利于排氣以及模具加工方便等原則選 取分型面，分型面。由于制件比較大，所以采用一模一件。 3.3 澆注系統(tǒng)設計 采用簡單澆注系統(tǒng)，由主流道，分流道，冷料穴和點澆口組成。 1）主流道 如圖 3-3 所示。 ， 主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段

32、帶有錐度 的流動通道。主流道小端尺寸為 3.5～4mm,一段主流道的設計，主流道圓錐角 α=2～6,內壁粗糙度 Ra0.63μm，主流道的大端呈圓角，半徑 r=1～3mm ,以 圖 3-3 主流道 1 注射機噴嘴； 2-定位環(huán)； 3-澆口套；4-定模 減小料流轉向過渡時的阻力。主流道襯套與定模板采用 H7/m6 過渡配合，與定 位圈的配合采用 H9/f9 間隙配合。主流道襯套一般選用 T8、T10 制造，熱處理 強度為 52～56HRC。主流道襯套的形式，主流道小端入口處與流向機噴嘴反復 接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換 的主流道襯套形式，以便有效的選用優(yōu)質

33、鋼材單獨進行加工和熱處理。襯套都 是標準件，只需去買就行了。襯套小端直徑的規(guī)格有 φ12, φ16、φ20 等幾種 [9]。 主要參數(shù)： (1).塑件材料為 ABS，流動性好，故選擇主流道圓錐角為 α=2～6，內壁 粗糙度為 。m63.0Ra? (2).主流道大端呈圓角，半徑 r=1～3mm 。 (3).由塑件材料為 ABS，塑件質量為 ，選擇主流gM39.05.1694?? 道直徑為 d=3mm，D=6mm。 (4).澆口套與注射機噴嘴由的接觸球面要求吻合，由于注射機噴嘴球面半 徑 SR 是定值，由所選取的注射機決定，根據(jù)所選注射機，SR=20mm，一般取 sr=SR+0.5，為 sr=

34、20.5mm。斷面凹球面深度 L2=3mm，球面與主流道孔應以清角 度連接，不應有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫落。 (5).定位環(huán)是模體與注射機的定位裝置，保證澆口套與注射機噴嘴對中定 位，定位環(huán)的外徑 D 應與注射機的定位孔間隙配合，定位環(huán)厚度取 L1=6mm。 (6).澆口套長度 L 取為 50mm。 2）澆口設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通 道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀， 數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆 口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經(jīng)的通 道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。一 般澆口截面面積為分流道截面面積的 3%-9%截 面形狀常為矩形或圓形

35、，澆口長度為 0.5mm， 表面粗糙度 Ra 不低于 ，由于制件要求m?4.0 表面光滑無痕跡，故選用點澆口形式。塑件壁厚為 1.6mm，故取澆口直徑 d=1.0mm，澆口長度 mm。.1?l 3.3 脫模機構設計 脫模機構是在一次注射完成后，取出制件及澆注系統(tǒng)凝料的裝置，包括脫 出和取出兩個動作，即先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具分離，再將塑件和凝 料取出。 1）設計原則 脫模機構的設計一般遵循以下原則 [1]： （1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。 （2）由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠近型芯，同時推 出力應施于塑件剛性和強度最大的部位。 （3）

36、結構合理可靠，機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強 度，便于制造和維護。 （4）保證塑件不變形、不損壞，保證塑件外觀良好。 本設計使用簡單的推件板脫模機構和成型零件的脫模機構，如圖 3-6 所示。 因為該塑件的分型面簡單，結構也不復雜，采用推簡單的脫模機構可以簡化模 具結構，給制造和維護帶來方便。在對脫模機構做說明之前，需要對脫模力做 個簡單的計算。 點澆口澆注系統(tǒng)凝料，一般可采用人工機械手取出，但生產(chǎn)效率低，勞動強度 大，為適應自動化生產(chǎn)的需要，可利用定模推板拉斷澆口料機構，如圖所示， 在定模型腔板 3 內鑲一推板 5，開模時由定距分型機構保證定模型腔板 3 與定 模底座 4 首先

37、沿 A-A 而分型，拉料桿 2 將主流道凝料從澆口套中拉出，當開模 到 L 距離十，限位釘 1 帶動流道推板 5 使主流道凝料與拉料桿脫離，既實現(xiàn) B- B 分型面，同時拉斷點澆口，澆注系統(tǒng)凝料便自動脫離 3.4 溢料 排氣系統(tǒng)設計 模具內除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā) 氣體，這些氣體若不能順利排出，則可能因充填時氣體被壓縮而產(chǎn)生高溫，引 起塑料局部炭化燒焦，或使塑料產(chǎn)生氣泡，或使塑料熔接不良而引起缺陷。 通常，選擇排氣槽的開設位置時，應遵循以下原則： 1）排氣口不能正對操作者，以防熔料噴發(fā)而發(fā)生工傷事故： 2）最好開設在分型面上，如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫

38、出： 3）最好設在凹模上，以便于模具加工和清模方便; 4)開設在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端； 5)開設在靠近嵌件和制件壁最薄處，因為這樣的部位最容易形成熔接痕； 6)若型腔最后充滿部位不在分型而上，其附近又無可供排氣的推桿或活動的 型心時，可在型腔相應部位鑲嵌燒結的多孔金屬塊，以供排氣； 7）高速注射薄壁型制件時，排氣槽設在澆口附近，課使氣體連續(xù)派出； 若制作具有高深的型腔，那么在脫模時需要對模具設置引氣系統(tǒng)，那是因為制 作表面與型心表面之間在脫模過程中形成真空，難于脫模，制件容易變形或損 壞。熱固性塑料制件在型腔內的收縮小，特別是不采用鑲拼結構的深型腔，在

39、 開模時空氣無法進入型腔與制件之間，使制件附粘在型腔的情況比熱塑性制件 更甚，因此，必須引入氣系統(tǒng) 3.5 模具主要零件的結構設計 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型 芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體 的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正 確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求 結構合理,有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，應根據(jù)塑 料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口 位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件

40、的加工、熱處理、裝配 等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件 進行強度和剛度校核。成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺 寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。該塑件有需要配合的地方， 所以對尺寸的要求比較高。 成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平 均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按 極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算 [11]；前一種方法簡便，但不適合 精密塑件的模具設計，后一種復雜，但能較好的保證尺寸精度。本設計采用平 均值法。 3.5.1 凹模工作尺寸的計算 凹模是

41、成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過程中 凹模的磨損會使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余 地，以及裝配的需要，在設計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取 上偏差。模具工作尺寸與塑件尺寸的關系如圖 3-4 所示： 1）凹模徑向尺寸的計算 大端面徑向尺寸的計算: L =[(1+S )L － ] m1cps1?43z?? 凹模尺寸如下圖所示。

42、 圖 3-4 凹模尺寸 式中 L —以最大端加工時凹模的徑向尺寸； m1 —塑件的公差值；塑件尺寸公差根據(jù) GB/T14486——1993 模塑件? 尺寸公差表取 MT3——A 級，由尺寸段決定值的大??； —制造公差， =z?z? ； S —塑件的平均收縮率，S =0.006。3cp cp 小端面徑向尺寸的計算： L =[(1+S )L － ] 2mcps2?43z?? 式中 L —以最小端加工時凹模的徑向尺寸；2m 2）凹模深度尺寸的計算：

43、 H =[(1+ S )H － ]mcps32?z?? 式中 H —塑件的凹模側高度尺寸，H =48 mm 。s s 3.5.2 凸模工作尺寸的計算 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過程中凸摸的 磨損會使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及 裝配的需要，在設計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 1）凸模徑向尺寸的計算： L =[(1+ S ) L + ] Mcp1?43Z?? 凸模尺寸如圖 5-2 所示。 式中 L —以小端加工時凸模的徑向尺寸；

44、 M1 L =[(1+ S ) L + ] 2Mcp2?43Z?? 式中 L —以大端加工時凸模的徑向尺寸。 M2 2）凸模高度尺寸的計算： 圖 3-5 凸模尺寸 H =[(1+ S ) H + ] Mcp32?Z?? 式中 H —凹模深度減去塑件壁厚型芯的理論高度。 S 3.5.3 前模仁的設計 型腔壁厚和底版厚度計算 在注塑成型過程

45、中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具 有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內應 力超過型腔材料本身的許用應力[ ]時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與? 此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間 隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高 的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗確定。 根據(jù)大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計， 按剛度校核原則：模具結構形式 如圖圖 5-3 所示： 側壁厚度計算公式： S≧1.15( ) ][ 4?Ecph

46、31 式中 C—與型腔深度對型腔側壁長邊邊長之比 h/L 有關的系數(shù)；查表1 C=1； 模具結構形式 ——型腔壓力， 取 30MP ； ——型腔深度， =102；ppahh E——模具材料的彈性模量（MP ） ，E 取 2.110 ；5 [ ]——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[ ]=0.04;? ? 圖 3-5 底板厚度計算公式： ≧0.56（ ） sh][ 421?EpLc31 ——由底板短邊與長邊邊長之比 決定的系數(shù)；查表 =0.026；

47、1c 12/L1c ——型腔壓力， 取 30MP ；ppa ——底邊長度(mm)， =120；E——模具材料的彈性模量（MP ） ，E 取2L2La 2.110 ； 5 [ ]——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[ ]=0.04; ? ? 3.5.4 成型零件的設計 （1）模仁尺寸的確定 因為采用的是整體式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定， 模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)， 模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經(jīng)過模仁的冷 卻系統(tǒng)比經(jīng)過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷

48、卻系統(tǒng)留有足夠的空 間，該設計取模仁的大小為 400400 mm。 （2）凸、凹模尺寸的確定 凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進行強度或剛度校核來確定。只要凹模 長邊的寬度滿足 12.85 mm 就可以達到剛度要求，理論上只要取大于 12.85 mm 的值就滿足設計要求，但考慮到導柱和導套、螺釘、冷卻水孔等對模架強度、 剛度的削弱作用，實際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設計中，在長度 方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 40mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單 邊寬度為 40 mm（實際生產(chǎn)中寬度方向的邊值一般比長度方向的邊值大） 。所以 凸、凹模尺寸為 400

49、400 mm。 （3）模具高度尺寸的確定 各塊板的厚度已經(jīng)標準化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這 里有兩個尺寸需要注意： ①凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時型腔中有很大的成型壓力， 當塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時，若凸模底板厚度不夠，則極有可 能使模架發(fā)生變形或者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，厚度 滿足 26.8 可滿足要求，為了安全，取底板厚度為 50 mm， 。凹模的底板因為是 與注塑機的工作臺接觸的，所受的力傳遞到工作臺上，又型腔的深度為 102mm, 所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以。該計取凹模底板 厚度為 125 mm。

50、 ②推板推出距離；在分模時塑件一般是黏結在型芯上的，需要推桿或推板 推出一定的距離才能脫離型芯，該塑件的高度為 132 mm，黏結在型芯上的尺寸 約 102mm 左右，所以當推出距離為 140 mm 時就能使塑件和型芯分離。 需要滿足關系：H－h(huán)1－h(huán)2－h(huán)3－h(huán)＞0 H——C 板高度； h1——擋銷高度； h2——推板厚度； h3 推桿固定板厚度； h——推出距離； 完成了以上的工作，確定模具尺寸為 450400 mm，型腔厚度 125 mm，型芯板 厚度 50 mm。 3.6 導向與定位機構 導向機構的作用是導向、定位以及承受一定的側向壓力，其主要形式有導 柱導

51、向和錐面定位兩種，這里我們采用導柱導向式，如圖 3-6 所示。 圖 3-6 在設計導柱和導套時還應注意以下幾點： 1）導柱應合理地均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足 夠的距離，以保證模具的強度。 2）導柱的長度應比型芯（凸模）端面的高度高出 6～8mm。 3）導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度，常采用 20#低碳鋼經(jīng)滲碳 0.5～0.8mm，淬火 48～55HRC，也可采用 T8A 碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理。 4）導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角。 5）導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷，而設在定模一側則便于順 利脫模取出塑件。 6）一般導柱滑動部

52、分的配合形式按 H8/f8,導柱和導套固定部分配合按 H7/k6，導套外徑的配合按 H7/k6。 7）除了動模、定模之間設導柱、導套外，一般還在動模座板與推板之間 設置導柱和導套。 8）導柱的直徑應根據(jù)模具大小而決定，可參考標準模架數(shù)據(jù)選取。 3.7 選擇脫模方式 3.7.1 脫模機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模 或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出 機構，如圖 3-7。 脫模機構的設計一般遵循以下原則： 1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置， 完成脫模動作。 2）由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠 近型芯，同時推出力

53、應施于塑件剛性和強度最大的部位。 3）結構合理可靠，機械的運動準確、可靠、靈活，并有 足夠的剛度和強度，便于制造和維護。 4）保證塑件不變形、不損壞， 保證塑件外觀良好。 本設計使用簡單的推桿式脫模機構和成型零件的脫模機構， 如圖 5-8 所示。 圖 3-7 在彈簧的作用下，定模版帶動以下機構與定模座板分開，此為第一次分型， 便于脫凝料。當導套碰到定模版的下底面后定模做板就不動了，滑塊在斜導柱 的作用下向里滑，同時向下運動，在推桿的作用下，制件被頂出，此為脫模過 程。 3.7.2 脫模力計算 當塑件收縮包緊型芯時，未脫模時，正壓力（F 正）就是對型芯的包緊力， 此時的摩擦阻力即為:

54、F 阻=fF 正 然而，由于型芯有錐度，故在脫模力（F 脫）的作用下，塑件對型芯的正壓 力降低了 F 脫sinα，即變成了（F 正-F 脫sinα） ，所以此時的摩擦阻力為： F 阻=f (F 正-F 脫sinα)=fF 正-fF 脫sinα F 阻——摩擦阻力（N） ； f——摩擦系數(shù)，一般取 f=0.15～1.0; F 正——因塑件收縮對型芯產(chǎn)生的正壓力（即包緊力） （N）; F 脫——脫模力（N） ； α——脫模斜率，一般為1 ～2。 根據(jù)受力圖可列出平衡方程式 Fx=0 即：F 脫+F 正sinα=F 阻cosα 3.8 側抽芯機構的設計 1、斜導柱抽芯機構的設計要

55、點 ①斜導柱和滑塊孔的配合間隙應有 0.5-1mm 的間隙，以保證開模瞬間使塑 件 松動，并使鎖緊楔先脫離滑塊，避免干涉抽芯動作。 ②斜導柱的傾角 a 一般取 15-25，而鎖緊楔的楔角應大于 a，一般為 a+ （2-3）。 ③活動型心可以與滑塊做成一體，也可以將活動型心安裝在滑塊上成組合 式，其連接必須牢固可靠。 ④滑塊在導滑槽中活動必須平穩(wěn)順利，不得發(fā)生卡死或跳動現(xiàn)象。 ⑤為防止滑塊在成性過程中受力而移動，需用鎖緊楔鎖緊。 ⑥為使滑塊在抽芯完畢，停留在規(guī)定位置上，必須用定位裝置。 ⑦斜導柱在定模，滑塊在動模的結構，必須考慮滑塊復位時與推出機構發(fā) 生 干涉的現(xiàn)象。 斜導柱抽芯機構

56、是最常用的一種側抽芯機構，它具有結構簡單、制造方便、 安全可靠等特點 為保證在開模瞬間有一很小空程，使塑件在活動型芯未抽出之前從型腔內 或型芯上獲得松動，并使楔緊塊先脫開滑塊，以免干涉抽芯動作。 如圖 3－8 圖示 圖 3－8 3.9.模架選用 設計模具時，開始就要選定模架。當然選用模架時要考慮到塑件的成型、 流道的分布形式以及頂出機構的形式，有抽芯的還要考慮滑塊的大小等等因素。 本套模具選用標 圖 3-9 模架圖 圖3－9 準塑膠模架如圖3－9所示，其規(guī)格如下：細水口系統(tǒng)的標準型，4540（即 450 ㎜400 ㎜），定模座板的厚度為32mm,凹模固定板的厚度為30

57、mm,整體式 凹模厚度為120mm,推件板厚度30mm,整體式凸模厚度為50mm,墊塊高度為106mm, 動模座板厚度為32mm，整個模具的厚度是400mm。模架的形狀及尺寸見說明書的 附頁。一般導向分為動、定模之間的導向，推板的導向，推件板的導向。一般 導向裝置由于受加工精度的限制或使用一段時間之后，其配合精度降低，會直 接影響制品的精度，因此對精度要求較高的制品必須另行設計精密導向定位裝 置。當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，設計人員只 要按模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置，則須由設計人員根據(jù)模 具結構進行具體設計。 4.注射機的選擇 4.1 注塑機基本參數(shù)

58、注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合 模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數(shù)是設計,制造,購買和使 用注塑機的主要依據(jù)。 (1)公稱注塑量：指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射 行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 (2)注射壓力：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或 柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 (3)注射速率：為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔 料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。 常用的注射速率如

59、表4-1所示。 [5] 表4-1 注射量與注射時間的關系 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 100003 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 (4)塑化能力：單位時間內所能塑化的物料量，塑化能力應與注塑機的整個 成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置 的能力,反之則會加長成型周期。 (5)鎖模力：注塑機的合模機構對模具所能施加的最

60、大夾緊力,在此力的作 用下模具不應被熔融的塑料所頂開。 (6)合模裝置的基本尺寸：包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模 板的行程,模具最大厚度與最小厚度等，這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的 模具尺寸范圍。 (7)開合模速度：為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件 損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快 再到停。 (8)空循環(huán)時間：在沒有塑化，注射保壓，冷卻，取出制件等動作的情況下， 完成一次循環(huán)所需的時間。 4.2 初選注塑機 由注射量選定注射機。由PRO/E建模分析得（材料密度取 ）31.05kgdm???? : 總體積V=94.66

61、cm ；總質量 M=94.661.05=129.21g；流道凝料V’=0.3V(流道3 凝料的體積)是個未知數(shù)，根據(jù)手冊取0.3V(0.3M)來估算，塑件越小則比例可以 取的越大。 實際注射量為:V =94.661.3=123.06 cm ；實 3 實際注射質量為M =1.3M=129.211.3=167.98g；實 根據(jù)實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即： 0.8V ≧ V 公 實 V = V /0.8 公 實 結合上面的計算，初步確定注塑機為表4－2所示，查國產(chǎn)注射機主要技術 參數(shù)表取SZ-160/1000，

62、主要技術參數(shù)如下。 表4-2 國產(chǎn)注射機SZ-500/200技術參數(shù)表 4.3 注射機的校核 4.3.1 注射壓力的校核 該項工作是校核所選注射機的公稱壓力 P 能否滿足塑件成型時所需要的注公 射壓力 P0,塑件成型時所需要的壓力一般由塑料的流動性\塑件的結構和壁厚以 及澆注系統(tǒng)類型等因素決定,其值一般為 70～150MPa。ABS 所需的注射壓力 P0 如表 4-3 所示。 表 4-3 ABS 所需的注射壓力 P0 注射條件塑料 厚壁件 中等厚壁件 難流動的薄壁窄澆口件 ABS 80～100 100～130 130～150 P ≥p0,滿足條件。公 4.3.2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力

63、和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機的額定鎖模 力： 特性 內容 特性 內容 結構類型 臥 拉桿內間距(mm) 360*260 理論注射容積（cm ）3179 移模行程(mm) 280小 螺桿(柱塞)直徑(mm) 44 最大模具厚度(mm) 360 注射壓力(MP )a132 最小模具厚度(mm) 170 注射速率(g/s) 110 模具定位孔直徑(mm) 120 塑化能力(g/s) 10.5 噴嘴球半徑(mm) 10 螺桿轉速(r/min) 10~150 噴嘴口直徑 ---- 鎖模力(KN) 1000 F＞K A P 分 型 式中 F 注塑機額定鎖模

64、力：1000KN； K 安全系數(shù)，通常取 1.1～1.2，取 K=1.2； [7] 4.3.3 安裝部分相關尺寸的校核 噴嘴尺寸：注射機的噴嘴與模具的澆套關系如圖 4-1 所示。主流道的始端 球面半徑 R 應比注射機噴嘴頭球面半徑 R0 大 1～2mm；主流道小端直徑 d 應比 噴嘴直徑 d0 大 0.5～1mm，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模。 圖 4-1 4.3.4 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應小于注塑機工作臺面的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸 要與注塑機拉桿 間距相適應，模具至少有一個方向的尺寸能穿過拉桿間的空間 裝在注塑機的工作臺面上。 4.3.5 模具厚度校核 模具厚度必

65、須滿足下式： H H H min?max 式中 H ——所設計的模具厚度 278 mm； H ——注塑機所允許的最min 小模具厚度 170mm；H ——注塑機所允許的最大模具厚度 360 mm；max 4.3.6 模具安裝尺寸校核 注塑機的動模板，定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或“T”形槽，用 于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘 直接固定時（大型模具常用這種方法） ，模具動，定模板上的螺孔及其間距，必 須與注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中，小模具多用這 種方法） ，只要在模具的

66、固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。 該模具外形尺寸為 450400 屬中小型模具 [9]，所以采用壓板固定法（一 般認為當尺寸在 500500 內為中小模具） 。 4.3.7 開模行程校核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構，最大開模行程受模具厚度影響。此時最 大開模行程 S 等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。開 S ≧H +H +（5～10）mm 開 12 式中 S ——注塑機移模行程 280 mm； H ——推出距離 31 mm；開 1 H ——流道凝料與塑件高度 100 mm。2 5.塑件的總裝圖 6 參考文獻 [1]邱建新、李發(fā)根等模具工業(yè)發(fā)展趨勢綜述CAD/CAM與制造業(yè)信息 化. [3] 汪克飛, 杜濟美, 程德華. 我國緊固件行業(yè)模具生產(chǎn)現(xiàn)狀[J ] . 模具技術, 1992. [4]林清安《Pro/Engineer 中文野火版2.0教程 塑料模具設計》.清 華大學出版社,2005. [5] 葉久新 、王群主編《塑料制品成型及模具