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編號：
畢業(yè)設計說明書
題 目： 時尚藝術板凳注塑模具設計
院 （系）： 國防生學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學生姓名： 陳玉成
學 號： 1000110101
指導教師單位： 機電工程學院
姓 名： 曹泰山
職 稱： 講 師
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
2014年 5 月 4 日
摘 要
注塑成型工藝已經(jīng)在我國的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)、國防及日常生活等方面廣泛的運用。為了探究注塑成型工藝的生產(chǎn)過程及其模具的設計制造過程，本次畢業(yè)設計參考相關書籍，結合生活實際，對整套注塑模具的生產(chǎn)設計過程進行詳細探究。
本文將對塑料板凳的注塑模具設計，詳細描述了整套模具的設計過程。主要內容包括塑件的基本介紹、塑件的結構及成型工藝分析、材料的選擇及成型工藝、注射機的選擇及校核、模具的工作及結構原理、澆注系統(tǒng)的設計、成型零件的設計、側向分型抽芯機構的設計、合模導向機構的設計、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計、排氣系統(tǒng)的設計、推出機構的設計等。在正確的分析材料的特點和塑件的工藝特點后，運用三維軟件對塑件和模具的設計，制造及質量進行分析；運用CAXA軟件繪制完整的模具裝配圖和其主要零件圖。此次設計綜合運用多中專業(yè)基礎知識、如模具設計與制造基本理論、機械設計、材料成型基礎、塑性成型工藝、計算機基礎技術、模具CAD/CAM等。
通過對整個模具設計的過程，進一步加深對注塑成型工藝的了解，同時也鞏固了對成型工藝的類型、結構、工作原理等的理論知識，以及在實踐中總結并掌握模具設計的關鍵要點及其設計方法。
關鍵詞: 成型工藝；設計；制造；塑料
Abstract
Injection molding process has been widely used in China's agricultural、 industrial、 manufacturing、defense and other aspects of daily life. In order to explore the injection molding process and mold production process design and manufacturing process, this graduation design reference books, combined with real life, the production of injection molds for the entire design process detailed inquiry.
This article will bench plastic injection mold design, detailed description of the entire mold design process. The main contents include a basic introduction to plastic parts, design selection and verification, working principle and structure of the mold, pouring system structure and plastic parts molding process analysis, choice of materials and molding process, injection machine, forming part of the design, side parting pulling mechanism design, design-oriented organization designed to mold temperature control system, the design of the exhaust system, the introduction of design institutions. After the characteristics and process characteristics of plastic parts correct analysis of the material, the use of three-dimensional software for plastic parts and mold design, manufacturing and quality analysis; using CAXA software to draw a complete mold assembly drawing and its major parts diagram. The design of the integrated use of multi-professional knowledge, such as mold design and manufacture of basic theory, mechanical design, material forming the basis of the plastic molding process, basic computer technology, tooling CAD / CAM and so on.
Key points through the entire mold design process, and further deepen their understanding of the injection molding process, but also to consolidate the process of forming the type, structure and operating principles of the theory of knowledge, as well as summary and master mold design and in practice.
Keywords: Molding process; design; making; plastic.
目 錄
引言 1
1 塑件的基本介紹 2
1.1 塑件3D建模 2
1.2 塑件名稱 2
1.3 塑件材料 2
1.4 塑件前景 3
1.5 塑件總體要求 3
2 塑件的結構及工藝性分析 4
2.1 塑件結構分析 4
2.2 塑件的工藝性分析 4
2.3 開模方向 4
2.4 脫模斜度 5
2.5 收縮率 5
2.6 表面粗糙度 5
2.7 塑件壁厚 6
2.8 圓角 6
3 材料的選擇與工藝參數(shù) 7
3.1 材料的選擇及其性能 7
3.2 塑件的成型工藝 8
4 注射機的選擇及校核 10
4.1 注射機的相關參數(shù) 10
4.2 注射機的選擇 11
4.3 鎖模力的校核 11
4.4 開模行程的校核 12
5 模具的工作及結構原理說明 13
5.1 模具的工作原理 13
5.2 模具的結構說明 13
6 澆注系統(tǒng)的設計 15
6.1 澆注系統(tǒng)的設計要求 15
6.2 型腔的數(shù)目及分布 15
6.3 雙分型面的選擇與設計 16
6.4 主流道的設計 17
6.5 分流道的設計 18
6.6 冷料穴的設計 19
6.7 澆口的設計 19
7 成型零部件的設計 21
7.1 凹模的設計 21
7.2 凸模的結構設計 22
7.3 成型零部件尺寸的設計 22
8 側向分型抽芯機構的設計 25
8.1 斜導柱的傾角 25
8.2 斜導柱直徑設計 25
8.3 斜導柱長度的設計 26
8.4 滑塊的設計 26
8.5 導滑槽的設計 27
8.6 楔緊塊的設計 27
8.7 滑塊定位的設計 27
9 合模導向機構的設計 28
9.1 導柱、導套的設計 28
10 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 30
10.1 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計要求 30
10.2 冷卻回路的設計 30
11 排氣系統(tǒng)的設計 31
12 推出機構的設計 32
12.1 頂出力的計算 32
12.2 凝料推出機構的設計 33
13 支撐零部件設計 34
14 常見問題及其解決辦法 35
14.1 熔接痕產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
14.2 充模不力產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
14.3 彎曲變形產(chǎn)生的原因及解決辦法 35
結論 37
謝辭 38
參考文獻 39
第 38 頁 共 39 頁
桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）說明書用紙
引言
隨著我國工業(yè)技術的飛躍性發(fā)展，模具在我國國民經(jīng)濟的各個領域中發(fā)揮越來越大的作用，享有著“工業(yè)之母”的美稱。模具制造是指通過注塑、壓鑄和鍛壓等方式得到所需的各種產(chǎn)品或工件，一個設計合理的塑件往往能夠代替幾個傳統(tǒng)金屬構件。利用塑性材料獨有的特性，一次注塑成型往往就可以得到非常復雜的形狀，所帶來的實際應用效果非傳統(tǒng)工藝所能相比。模具的生產(chǎn)與制造融合了多項高精密技術為一體，既是高新技術產(chǎn)品，又是高新技術載體。采用模具成型工藝，運用高新技術控制對所需的塑件進行加工生產(chǎn)，不僅可以提高生產(chǎn)時效，保質保量。而且還能減少生產(chǎn)線對材料的過度依賴，壓縮了生產(chǎn)成本，更好的獲取經(jīng)濟效益。
注塑成型是塑性成各個領域型加工中最常見的加工方法，其中注塑模具已經(jīng)被廣泛的采用。它的成型效果、制造精度、生產(chǎn)周期以及生產(chǎn)效率的高低，直接影響到產(chǎn)品的質量、產(chǎn)量和成本。注塑成型現(xiàn)已被廣泛的應用于機械、電子、航空、航天、軍工、交通、汽車、建材、醫(yī)療器械、生物、能源和日用品等領域。在一些發(fā)達國家，模具的生產(chǎn)制造早已形成產(chǎn)業(yè)鏈，成為這些國家的基礎經(jīng)濟工業(yè)之一。模具產(chǎn)業(yè)，在美國被成為“美國工業(yè)的基石”，在日本被稱為“促進社會富裕的源泉、動力”。工業(yè)要發(fā)展，模具要先行。沒有高水平的模具產(chǎn)業(yè)鏈就沒有高水平的工業(yè)產(chǎn)品?，F(xiàn)在，模具工業(yè)水平是衡量一個國家制造工業(yè)制造水平高低的重要標志。
綜上所述，進行模具設計是一項綜合性的研究，其目的和意義在于以下幾點：
(1)查閱中內外文獻檢索和閱讀的能力；
(2)運用專業(yè)理論，解決實際問題的能力；
(3)設計，繪圖的能力，包含計算機的使用能力；
(4)對模具設計制造的初步了解及掌握；
(5)形象思維和邏輯思維相結合的表達能力；
(6)撰寫畢業(yè)論文的能力；
(7)養(yǎng)成認真、嚴肅、嚴謹?shù)淖黠L。
1 塑件的基本介紹
對塑件進行介紹與分析，是對所設計的塑件有個初步的了解。在接受設計任務書后，要及時的對塑件的種類、批量的大小、尺寸條件及技術條件有個整體概念，便于在設計模具時選用適宜的方式來成型塑件。
本章從以下5個方面依次展開介紹：(1)塑件3D建模；(2)塑件名稱；(3)塑件材料；(4)塑件前景；(5)塑件總體要求。
1.1 塑件3D建模
運用3Ds Max三維軟件對塑件進行3D建模，塑件3D模型如圖1.1所示：
圖1.1 塑件的3D建模示意圖
1.2 塑件名稱
塑件的名稱為：時尚藝術板凳。
1.3 塑件材料
綜合生活實際，參考市場上各種材料的價格，及各材料的注塑性能和成型特性，最終選擇聚丙烯（PP）作為本次設計的注塑材料。聚丙烯的物理、成型特性在第三章進行詳細介紹。
1.4 塑件前景
塑料板凳是人們日常生活中十分頻繁接觸到的塑件產(chǎn)品，市場需求量大。要求具有較高的外觀要求，和較長的使用壽命。對塑料板凳進行模具設計，結合生活實際，不脫離現(xiàn)實，加強對模具設計與制造相關知識的了解。
1.5 塑件總體要求
表1.1 塑件總體要求表
塑件名稱
時尚藝術板凳。
使用材料
聚丙烯（PP）。
精度等級
一般精度要求
使用環(huán)境
室內外，0℃～60℃。
抗沖擊要求
從三米高落下表面不開裂，不出現(xiàn)裂痕。
剛性要求
在80 Kg下不出現(xiàn)變形。
外觀要求
色澤良好，無氣泡、飛邊或其他缺陷。
使用壽命
5年及以上。
生產(chǎn)批量
10萬件及以上。
根據(jù)表1.1所述，現(xiàn)可將此塑件的設計要求歸納為：該塑件產(chǎn)品需要具有較高的外觀要求；且在日常的使用中，不易出現(xiàn)明顯的使用缺陷，就要求塑件具有一定的剛性和剛沖擊性要求；成品低，但要真正做到物美價廉，有較高的使用壽命；市場需求量大，需大批量自動化生產(chǎn)。
2 塑件的結構及工藝性分析
本章，塑件的結構及工藝分析主要從以下8個方面展開介紹：(1)塑件結構分析；(2)塑件的工藝性分析；(3)開模方向；(4)脫模斜度；(5)收縮率；(6)表面粗糙度；(7)塑件壁厚；(8)圓角。
2.1 塑件結構分析
結合(圖1.1)，現(xiàn)將此注塑板凳的結構定為：塑件上平面直徑26cm的圓面，塑件下平面直徑為34cm的圓面，上下表面平行，高為30cm。塑件厚度為5mm，下端兩邊有地孔，增加防滑性能；上端兩邊有側孔，增加便攜性能，但需要借助側向抽芯機構方形成側孔；中間有個定位孔，板凳有個高約5cm定位背靠，增加舒適度。
2.2 塑件的工藝性分析
想要在有限的工序中，生產(chǎn)出優(yōu)秀的塑件，獲取而更好的經(jīng)濟效益。不僅要對塑件的材料進行分析，檢測和實驗外。還需對塑件的結構和工藝問題進行特定的分析和處理。這種方法的目的有兩個：一、可以使成型工藝方便，順利的進行。二、滿足塑件和模具在經(jīng)濟上要求，達到提高產(chǎn)品生產(chǎn)率和減少成本。
在進行塑件結構工藝性設計時，必須遵循以下幾個原則：
(1)在設計塑件時，應考慮原材料的成型工藝性，如流動性、收縮率、熱敏性等；
(2)在設計塑件的同時應考慮其模具的總體結構，模具的型腔和型芯要容易生產(chǎn)和制造，模具抽芯和推出機構要盡可能的簡單；
(3)在保證塑件使用性能、物理性能與力學性能、電性能、耐化學腐蝕性能和耐熱性能等的前提下，力求結構簡單，壁厚均勻，使用方便；
(4)當對設計的塑件外觀要求較高時，應先通過造型，然后逐步繪制圖樣。
塑料制件的結構工藝性設計的主要內容包括：尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形狀、壁厚、斜度、加強筋、支撐面、圓角、孔、螺紋、文字、符號及標記等。
2.3 開模方向
本次設計的塑件，是一個對外觀質量有著苛刻要求的產(chǎn)品。若外觀有稍許瑕疵，將直接淪為廢品，毫無經(jīng)濟價值可言。通過塑件與模具的位置分析可得出結論：塑件在型腔上形成它的外表面，故塑件的內表面形成在型芯上，所以推出機構將設定在型芯內部。根據(jù)經(jīng)驗，一般模具開模都是沿著塑件Z軸負向進行開模，這樣開模對塑件的外表面影響最小。所以塑件Z軸負向為本次設計的開模方向，開模方向具體如圖2.1示意：
圖2.1 模具的開模方向示意圖
2.4 脫模斜度
由于注塑模具的材料是先加熱到熔融態(tài)或粘稠態(tài)時，再通過注射機注射到模具中。然后經(jīng)過一段時間的冷卻和保壓，材料必然會出現(xiàn)部分收縮現(xiàn)象，使他緊緊的包緊在型芯上。
因此為了便于從塑件中抽出型芯或者從型腔中脫出塑件，防止塑件表面在脫模時劃傷，在設計塑件時應考慮與脫模方向平行的脫模斜度。脫模斜度的大小，與塑件的性質、幾何形狀、摩擦系數(shù)的大小、塑件壁厚及收縮率有關，形狀越復雜脫模斜度應取的越大。
首先，以本次設計的塑件為參考依據(jù)。再結合現(xiàn)實工廠中的生產(chǎn)能力，以及制成塑件材料的工藝特性等。以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和外表面質量的目的。依據(jù)《模具設計與制造簡明手冊》查得：設置產(chǎn)品的脫模斜度為1°。
2.5 收縮率
通過查閱相關書籍可查得，PP材料的收縮率的范圍一般在1.6%～2.0%之間。結合材料的特性和產(chǎn)品的結構工藝特點，在本次設計當中，塑件的材料收縮率設定為1.6%。
2.6 表面粗糙度
影響塑件外觀質量的主要因素就是塑件表面粗糙度，而塑件表面粗糙度的主要影響與模具型腔的表面粗糙度密不可分，是最直接的影響。一般來說，模具的表面粗糙程度一般比塑件的表面粗糙程度要求低一到兩個等級。該零件表面質量的要求有：(1)無氣泡；(1)無飛邊；(1)無毛刺。所以設定塑料板凳的表面粗糙度為0.8um。
2.7 塑件壁厚
塑料制品應具有一定的厚度，有以下三個方面的原因：
(1)具有一定的厚度才具有一定的強度和剛度，才能滿足使用性能方面的要求；
(2)具有一定的厚度，使熔融時的材料在型腔中成型的時候能保持良好的流動性；
(3)具有一定的厚度，才能承受脫模力，才能順利脫模。
對于同一塑件的壁厚，壁厚大小應盡量保持一致。不然會因為厚度不一，造成冷卻速度的不一，使成品產(chǎn)生內應力，造成塑件的變形、縮孔等缺陷。所以同一塑件的壁厚應盡量做到一致，盡量避免因壁厚大小所帶來的缺陷出現(xiàn)。
PP材料的塑件壁厚一般取3～5mm，如壁厚取值過大，則易出現(xiàn)氣泡和凹陷等缺陷，也不易進行冷卻。綜合所述，根據(jù)塑件的使用需要和PP的化學性能和流動特性，設定塑件的壁厚為5mm。
2.8 圓角
塑件的面與面之間一般應采用圓弧過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應力集中提高塑件強度，而且可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。另外，塑件轉角處的圓角對應于模具上的圓角，有時可便于模具的加工制造及模具強度的提高，避免模具在淬火或使用時應力裂開。
在一般的模具設計中，塑件圓角半徑的取值通常應取小于0.5mm～1mm。在不影響塑件的外觀質量，和工廠中生產(chǎn)模具的能力允許下。模具圓角半徑應盡可能取值大于2mm。綜合以上所述，本次設定塑件與模具上的過度圓角半徑為2mm。
3 材料的選擇與工藝參數(shù)
對材料進行了解，對于塑件的生產(chǎn)是十分必要的。材料是塑件最直接的組成，對材料性能的分析及工藝參數(shù)的分析，選擇適宜的材料進行注塑，提高經(jīng)濟效益及時間效率。
本章，材料的選擇與工藝參數(shù)主要從以下2個方面來進行介紹：(1)材料的選擇及其性能；(2)塑件的成型工藝。
3.1 材料的選擇及其性能
中文名：聚丙烯（pp）
中文別名：丙綸；聚丙烯纖維；丙綸短纖維
英文名：polypropylene。
CAS號：9003-07-0。
化學式：。
密度：0.91。
熔點：164～170℃。
主要用途：聚丙烯在化工，耐堿行業(yè)有著卓越表現(xiàn)?？芍谱麟p向拉伸薄膜、管材行業(yè)、家用電器外殼、汽車行業(yè)。
基本特性：聚丙烯（pp）是一種乳白色、高結晶聚合物。它無毒、無味、無臭，即使廢棄后對環(huán)境的危害也非常小。它的密度較低，密度值通常為0.90～0.91，是當前已知塑料原料中密度較輕的品種之一。它在水中的性能特別穩(wěn)定，在水中的吸水率也僅有0.01%。它的來源范圍較廣，合成難度較易，成型效果顯著。但因為聚丙烯的收縮率波動較大，容易造成壁厚的制品出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷。對于尺寸精度要求較高的制品，還難以達到所需要求。表面色澤良好，易于著色。
聚丙烯的的成型特性如下：
(1)具有較高的耐熱性。連續(xù)使用時的溫度可達到110～120℃，120℃以上易發(fā)生變形，翹曲；
(2)擁有良好的力學性能，與聚乙烯相比，除了耐沖擊性之外的其它力學性能均在聚乙烯之上，成型加工性能良好；
(3)流動性良好，溢邊值在0.003mm左右；
(4)質地純凈，無毒性，透明性好，吸濕性小，電絕緣性能好；
(5)冷卻速度較快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應該緩慢散熱；
(6)著色性不好，模具處于50℃以下塑件色澤不均，易產(chǎn)生流痕和熔接不良；
(7)因收縮率較大，造成成型時的收縮范圍較大，易發(fā)生縮孔、變形、凹痕等缺陷，方向性強；
(8)塑件壁厚應均勻，盡量避免因缺口和尖角造成的應力集中。
聚丙烯樣式如圖3.1所示：
圖3-1 聚丙烯樣式圖
3.2 塑件的成型工藝
結合所選材料的成型特性和產(chǎn)品的結構尺寸，編寫產(chǎn)品的塑料成型工藝卡片。塑料成型工藝卡片的內容主要有：(1)塑件的名稱；(2)材料及其特性；(3)相關的工藝參數(shù)(溫度、壓力、時間)；(4)設備的型號。塑件的成型工藝卡片如表3.1所示：
表3.1 塑料成型工藝卡
塑料成型工藝卡片
塑件名稱
塑料板凳
材料牌號
PP
重量
650g
零件圖
密度
0.90～0.91
比容
1.92
收縮率
1.6
材料干燥
設備
干燥爐
溫度/℃
70～85
時間/h
1～2
料筒溫度
后段/℃
160～170
時間
注射/s
0～5
中段/℃
200～220
保壓/s
20～60
前段/℃
180～200
冷卻/s
15～50
噴嘴/℃
170～190
總周期/s
40～120
模具溫度/℃
40～80
后期處理
著色
注壓力射（Mpa）
70～120
注射機型號
XS-ZY-1000
檢驗
編制
審核
4 注射機的選擇及校核
模具，是必須要安裝在適宜的模具上才能進行正常的生產(chǎn)運作。所以，所設計的模具與選用的注射機型號有著密切的關系，對注射機的選用與校核是十分必要的。
本章，注射機的選擇及校核主要從以下幾個方面來進行介紹：(1)注射機的相關參數(shù)；(2)注射機的選擇；(3)鎖模力的校核；(4)開模行程的校核。
4.1 注射機的相關參數(shù)
模具是裝置在注射機上才可以進行使用的，兩者相輔相成，缺一不可。所以在進行模具設計的時候，除了要掌握模具的設計要領，也還要對注射機的技術規(guī)范有詳細的了解。保證所選擇的注射機和設計的模具能相適應。所要了解的技術指標主要有一下幾個內容：
最大注射量：在注射機對空注射的條件下，注射機里的螺桿或柱塞向前運動做一次最大注射行程，這段行程推出塑化熔融量就稱為該注射機所能達到的最大注射量，反映了這臺注射機的加工能力。
注射壓力：注射機的噴嘴，模具中的流道和型腔都會對處于熔融狀態(tài)的材料產(chǎn)生阻力，阻止熔料的流動。因此螺桿(或柱塞)必須對熔料施加足夠的壓力，用來克服流動阻力，這種壓力稱為注射壓力。
注射速率：在擁有了足夠的注射壓力外，熔料若要及時的充滿型腔，還需要具有一定的流動速率，描述這一物理狀態(tài)的參數(shù)稱作注射機的注射速率或注射速度；具體參數(shù)如表4.1所示。
表4.1 注射速率參數(shù)表
注射速率
注射量
時間
125
125
1
333
500
1.50
570
1000
1.75
890
2000
2.25
1330
4000
3
2000
10000
5
塑化能力：在單位時間內，注射機能將固態(tài)材料塑化的物料量，稱為這臺注射機的塑化能力。塑化能力應與整個生產(chǎn)周期相互協(xié)調配合。若塑化能力過高，則會造成注射機的空循環(huán)的時間延長；若塑化能力過低，則會延長整個成型周期。
鎖模力：注射機為模具合模所提供的最大夾緊力，在此力的作用下，模具不應被流動的熔料所頂開。
開合模速度：在合模時，力求平穩(wěn)閉合，無誤差。開模時，力求塑件離開凹模時不被碰傷、刮傷。所以整個閉、開模時的速度要合理適中，閉模時，速度由快到慢；開模時，速度由慢到快。
4.2 注射機的選擇
注射機的選擇原則有下列兩個原則：
(1)注射量（容積）不能大于注射機額定注射量的80%：；
(2)注射量不能小于注射機額定注射量的20%：。
根據(jù)塑件所選取的材料為聚丙烯（PP），故選用螺桿式注射機。
根據(jù)選取原則，初步選用型號為XS-ZY-1000的注塑機，注射機的主要參數(shù)如表4.2所示。
表4.2 XS-ZY-1000注射機主要參數(shù)表
設備型號
XS-ZY-1000
注射量
1000
螺桿直徑
85
注射壓力
121
注射行程
260
注射方式
螺桿式
鎖模力
4500
最大成型面積
1800
最大開模成程
1000
模具最大厚度
1000
模具最小厚度
300
噴嘴圓弧半徑
R18
噴嘴孔直徑
7.5
最大安裝尺寸
900×1000
拉桿空間
650×550
機器外形尺寸
7670×1740×2380
液壓泵
流量
18
壓力
614
電動機功率
40
加熱功率
14
4.3 鎖模力的校核
塑件成型時，塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，所需鎖模力也越大。為了可靠的鎖模，不讓模具在注射成型的過程中產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，應對注射機的鎖模力進行校核：
型腔壓力Pc計算公式公式如4-1所示：
Pc=Kp （4-1）
式中：Pc——為型腔壓力，Mpa；
P——為注射壓力，Mpa；
K——為壓力損耗系數(shù)，通常取值在0.25～0.5.
Pc=Kp=0.35121=42.35
確定型腔壓力后，再進行注射機鎖模力的校核，公式如4-2所示：
T>KPcA （4-2）
式中：T——為注射機額定鎖模力，KN；
A——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm；
K——為安全系數(shù)，取值范圍為1.1～1.2：
KPcA=3635KN
該注射機的鎖模力符合要求。
4.4 開模行程的校核
每個注射機都有一定的開模距離，但開模行程必須滿足塑件取出的需要。所以注射機的最大開模行程必須大于塑件所需的開模距離。本次設計的模具為雙分型面模具，其開模距離不僅要保證能取出塑件，還要保證澆注系統(tǒng)中的凝料能夠脫出，必須滿足一下條件，如4-3所示：
S=H+H+a+(5～10) （4-3）
式中：S——為模具開模行程，m；
H——模具推出距離,m；
H——為塑件高度,m；
A——為定模板和凝料推板的分開距離,m。
S=1+0.35+0.3+0.1=1.75m。
模具的開模距離滿足條件。
5 模具的工作及結構原理說明
本章，模具的工作及結構原理說明主要從以下2點進行介紹：(1)模具的工作原理；(2)模具的結構說明。
5.1 模具的工作原理
工作時，模具水平安裝在注射機上。澆注口與注射口處于同一水平線上。動模和定模先處于開模狀態(tài)，2個斜導柱、2個主導住和8個復位彈簧保證模具的同軸度。合模時，動模在導柱的引導下，壓縮4個復位彈簧使模具完全閉合。然后注射機通過噴嘴將熔融的聚丙烯注射到模具中。經(jīng)過保壓、冷卻后，塑件制造完畢。開模時，兩個分型面漸漸打開。拉料桿拉動塑件和凝料隨著動模具一起沿負Z軸方向運動。當中間本上固定的定位銷到達最大距離時，定模開模到最大距離，凝料被拉斷，在自重的情況下自行脫落。動模繼續(xù)向后運動，當推板碰到推板擋塊時，推板向前運動，推出塑件，完成塑件的脫模。由于采用的是點澆口形式，澆口對塑件的影響和忽略不計。之后模具將再一次的合模，繼續(xù)下一次的工作。
5.2 模具的結構說明
綜上所述，我們大致可以將模具的各個組成分為八個部分：
(1)澆注系統(tǒng)：注射機將熔融材料通過噴嘴注射今日模具型腔當中，熔料所流經(jīng)的通道稱作澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)的主要作用就是保證熔料按照所設定的路線前進，充滿型腔，得到預期設計的形狀。澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口和冷料穴組成；
(2)成型零部件：主要由凹模和凸模組成，熔料在凹模上形成外表面，在凸模上形成內表面。模具合模后形成塑件的立體幾何邊界，將塑件容納；
(3)側向分型抽芯機構：如果塑件側面擁有側孔或者凹凸類的形狀，就需要借助側向分型機構來成型，否則將無法達到預期設計的形狀。合模時，斜導柱擠壓滑塊，側向凸模水平移動至型腔內。開模時，斜導柱抽出，滑塊未受擠壓，帶動側向凸模水平移出型腔，使塑件能順利脫模。這類機構就被稱為側向分型機構；
(4)導向機構：導向機構分為合模導向機構和推出機構的導向；
(5)溫度調節(jié)系統(tǒng)：為了滿足模具對成型工藝的要求，所以必須對模具的溫度進行調控，因此模具上會設有加熱或冷卻裝置來進行溫度的調控；
(6)排氣系統(tǒng)：模具合模時，會有多余的氣體殘留在型腔內。熔料冷卻時，也會排出多余的氣體，因此需要設立冷卻系統(tǒng)。如果塑件的排氣量不大，一般可直接采用分型面間隙排氣；
(7)頂出機構：開模后，塑件緊緊貼合型芯，需要借助頂出機構將塑件頂出。頂出機構分為兩種：一種需要人工協(xié)助來完成脫模，另一種可全自動脫模，方便快捷；
(8)支承零部件：模具上的其它零件，通過支撐零部件有序、有規(guī)律的組合在了一起。
6 澆注系統(tǒng)的設計
本章，澆注系統(tǒng)的設計主要由以下幾個方面進行介紹：(1)澆注系統(tǒng)的設計要求；(2)型腔的數(shù)目及分布；(3)雙分型面的選擇與設計；(4)主流道的設計；(5)分流道的設計；(6)冷料穴的設計；(7)點澆口的設計。
6.1 澆注系統(tǒng)的設計要求
澆注系統(tǒng)是指模具中與注射機噴嘴接觸的地方到型腔的塑料熔體的流動通道，一般澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口及冷料穴組成。
澆注系統(tǒng)作為模具八大部分之首，其地位不言而喻，是模具設計中一項十分重要的環(huán)節(jié)。設計的合理性對塑件的質量（外觀、性能、尺寸）及注射成型周期都有著顯著的影響。對澆注系統(tǒng)的設計，應遵循以下幾點設計原則：
(1)適應材料的工藝性能，保證熔料在型腔中穩(wěn)定快速流動，不紊亂；
(2)避免熔料正面沖擊型芯或嵌件，造成型芯的變形和嵌件的位移；
(3)流程要短，盡量減少不必要的浪費；
(4)有利于氣體在型腔中的排出；
(5)盡量避免或減少熔接痕的產(chǎn)生；
(6)澆注系統(tǒng)與模具的軸向應盡量對稱；
(7)修整方便，保證塑件外觀質量；
(8)防止塑件產(chǎn)生變形。
6.2 型腔的數(shù)目及分布
根據(jù)一次生產(chǎn)周期制造塑件的數(shù)目可以將模具分為兩類型：單型腔模具和多型腔模具：一個生產(chǎn)周期只能生產(chǎn)一個塑件的模具稱為單型腔模具；一個生產(chǎn)周期能生產(chǎn)兩個或兩個以上塑件的模具稱為多型腔模具。
型腔數(shù)目的確定有如下幾種方式：
(1)根據(jù)所用的注射機的最大注射量確定型腔數(shù)；
(2)根據(jù)注射機的最大鎖模力確定型腔數(shù)；
(3)根據(jù)塑件的精度確定型腔數(shù)；
(4)根據(jù)經(jīng)濟性確定型腔數(shù)。
本文根據(jù)第一種方法，如公式6-1來確定型腔數(shù)目。
根據(jù)公式：
式中：——代表注射機最大注射量利用系數(shù)，一般取值0.8；
——代表注射機一次注射的最大注塑量，g；
——代表澆注系統(tǒng)一次注射所用塑料質量，g；
——代表單個塑件的質量，g。
所以塑件的體積為=750.1cm。
單個塑件的質量為680.5g。
由于本產(chǎn)品是一個體積相對較大的產(chǎn)品，每個生產(chǎn)周期只能生產(chǎn)一個塑件，固采用單型腔模具進行生產(chǎn)。單型腔模具與多型腔模具相比，其主要優(yōu)勢有：得到塑件產(chǎn)品的外觀、尺寸精度高，模具設計制造成本低廉，生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢。但也存在許多不足：生產(chǎn)效率低，塑件的生產(chǎn)成本高等問題存在。
6.3 雙分型面的選擇與設計
分型面是模具當中重要的基準面，直接影響到塑件的成型質量。它分為平面、斜面、曲面、矩面，且分型面的方向應盡量與開模方向垂直。故確定分型面是模具設計當中一項重要的環(huán)節(jié)。
模具分型面的設計有一下幾點設計原則：
(1)確定了模具的開、閉模方向后，應盡可能的將分型面選在塑件的最大外輪廓處。分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，是利于塑件的脫出；
(2)確定較有利的塑件留在模具中的方式。分型面的選擇，通常應在開模后，塑件隨著動模一起運動。這樣選擇的好處是利于塑件的脫模，使安裝在動模上的推出機構能夠將塑件推出，完成脫模；
(3)保證塑件的精度要求。分型面的選擇應盡量保證和模精度，避免形狀和尺寸所帶來的偏差，從而造成廢品的產(chǎn)生；
(4)要滿足塑件的外觀要求。在選擇分型面時應盡量避免或減少融接痕之類缺陷的不良影響的出現(xiàn)，同時還需考慮到模具工作一段時間后，在分型面處產(chǎn)生的壞損是否容易修繕；
(5)要便于模具的加工與制造。結合現(xiàn)實工廠的生產(chǎn)條件，便于加工與制造，應選擇易于加工的分型面；
(6)對成型面積的影響。一般注射機都會規(guī)定模具所允許的最大成型面積及鎖模力，在注射過程中，塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和超過允許的最大的面積時，會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。為避免溢料現(xiàn)象的發(fā)生，在進行分型面選擇時，應盡量減少塑件和澆筑系統(tǒng)在分型面上的投影面積；
(7)對排氣效果有利。分型面應盡量與料流道末端的表面重合；
(8)保證側向型芯的放置容易及抽芯機構的動作順利。為保證側向抽芯機構的順利運動，應盡量把抽芯機構設置在動模具一側，與分型面垂直。
綜合上述幾點設計原則，結合本塑件的特點，決定采用雙分型面的結構。第一分型面，主要作用是對澆注系統(tǒng)中的殘余凝料進行處理。第二分型面，主要作用是取出塑件，且模具采用的是點澆口設計，故第二分型面是沿著塑件的最大外輪廓。第一分型面和第二分型面分別如圖6.1和圖6.2所示：
圖6.1 第一分型面示意圖
圖6.2 第二分型面示意圖
6.4 主流道的設計
主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。
主流道的設計遵循一下幾點原則：
(1)在注射機上主流道垂直于分型面，為了使凝聊順利的從澆口套中頂出，主流道的設計常用的為圓錐形，便于凝料的脫出；
(2)主流道始端的球面半徑取值應參照注射機的噴嘴圓弧半徑，應比注射機的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，方便注射機進行注射；
(3)主流道小端直徑的取值應參照注射機的噴嘴直徑，應比注射機的噴嘴直徑大0.5～1mm，這是因為防止主流道始端存有凝料，而影響正常的脫模；
(4)主流道大端直徑應不宜選擇過大，因為當直徑過大時型腔內部壓力對澆口套的反作用力也將增大，增大到一定程度后易從模體中彈出。
主流道（澆口套）設計如圖6.2所示：
圖6.2 澆口套示意圖
6.5 分流道的設計
分流道的設計原理
分流道是主流道末端與塑件澆口之間的一段塑料熔體的通道，在設計多型腔與多澆口單型腔澆注系統(tǒng)時應設置分流道。其作用是改變熔體的流向，使其平穩(wěn)的進入各個型腔當中，設計時應減少流動過程中熱量與壓力的損失。
綜上所述，可以總結出幾點設計要點：
(1)在保證熔料能夠順利充模的情況下，分流道的體積、截面積、長度取值應該盡量取小值，避免浪費和流動中熱量、壓力的損失；
(2)分流道過長時，底部應該設置冷料井。避免先鋒冷料進入到型腔中，對塑件質量造成影響；
(3)分流道轉折處應設置成圓弧形狀，用以過渡；
分流道的截面形狀
分流道的截面形狀如圖6.3所示：
圖6.3 分流道截面示意圖
(1)梯形和U形截面的分流道加工方便，熱量和壓力的損失也小，是比較常用的形狀；
(2)圓形截面的熱量和壓力減少最小，是理想的截面形狀；
(3)半圓截面的表面積較大，熱量和壓力的損失也較大，一般很少采用；
(4)矩形截面熱量和壓力損失最大，一般不采用。
總上所述幾種截面特性，結合設計模具特點，考慮到具體的結構和澆口位置的分布，故選用U型分流道。
分流道的尺寸和布局
(1)分流道的尺寸取決于型腔的數(shù)目與澆口的位置，其尺寸和彎折應盡可能的減少，避免過量的浪費與熱量、壓力的損失；
(2)分流道的布局有對稱式和非對稱式兩種，本塑件是一個左右相對稱產(chǎn)品。固采用對稱式布局方案，用以實現(xiàn)熔料的均衡輸送，在型腔中同時充模。使其外觀指標和力學性能都達到一致，保證塑件質量水平。
本模具設計采用一腔一模，兩個點澆口，分流道的尺寸和布局如圖6.4所示：
圖6.4 分流道尺寸、布局圖示意圖
其中
6.6 冷料穴的設計
冷料穴的作用就是容納“先鋒”冷料，避免溫度過低的冷料率先進入型芯，從而影響塑件的質量，造成產(chǎn)生次品。冷料穴的第二個作用就是能將塑件“勾”住。當開模的時候，把塑件和澆注系統(tǒng)中的凝料朝開模方向拉動。
本次設計中的冷料穴，為了避免對塑件質量外觀產(chǎn)生較大影響，故采用如下設計，具體結構見圖6.5：
6.7 澆口的設計
澆口可以理解為進料口，它連接著分流道和型腔，是熔料通過澆注系統(tǒng)進入型腔中的最后一道“門”,他的位置及尺寸對塑件的質量起著主要影響，是澆注系統(tǒng)設計中最重要的環(huán)節(jié)。一般而言，它具體有以下兩個作用：
(1)作為熔料進入型腔的最后一道“門”，它控制著熔料進入型腔的流動速率；
(2)當注射完畢后，封鎖型腔，使在型腔中尚未冷卻凝固的熔料不能倒流。
澆口的類型分為許多種：有直接澆口、點澆口、側澆口、扇形澆口、環(huán)形澆口、薄片澆口、星型十字澆口、潛伏澆口等。澆口的類型選擇取決于塑件的外觀要求，不同的澆口類型會對熔料的充型特性、成型質量都會產(chǎn)生影響。熔料對不同的澆口類型也會產(chǎn)生不同的適應性。根據(jù)塑件的外觀和模具的結構，故采用點澆口的設計形式。
在進行模具澆口位置設計時，應注意一下幾點原則：
(1)澆口位置應選在塑件壁最厚處；
(2)盡量縮短熔料的流動距離；
(3)盡量減少或避免熔接痕的產(chǎn)生；
(4)應利于模具中氣體的排放；
(5)不應再彎折、沖擊載荷處設置澆口；
(6)考慮到分子定向的影響；
(7)避免產(chǎn)生蠕動和噴射；
(8)應注意塑件的外觀質量。
綜上所述，澆口在模具中的位置如圖6.6所示：
圖6.5 冷料穴示意圖
圖6.6 澆口位置示意圖
7 成型零部件的設計
成型零部件是指模具中直接構成塑件的內、外表面，決定塑件形狀尺寸的零件，主要由凹模、型芯、鑲拼件等組成。注塑成型過程中，熔融塑料是與成型零件進行面對面接觸的，否則無法成型。所以成型零件必須要耐得住熔融塑料高溫和高壓，而且脫模時塑件產(chǎn)生的摩擦力還不能對成型零件的表面產(chǎn)生影響。所以，成型零件不但要求具有有較高的幾何精度和較低的表面粗糙度，而且還必須要具有足夠的剛度、強度、耐磨性和表面硬度，用以承受熔融塑料的擠壓力和摩擦力。同時，還要有較好的加工性和較低的成本。
本章，成型零部件的設計主要由以下幾個方面進行介紹：(1)凹模的結構設計；(2)凸模的結構設計；(3)成型零部件的尺寸設計。
7.1 凹模的設計
凹模，也是型芯的一般稱謂。它的主要作用是形成塑件的外表面，它是塑件外表面質量的直接影響。它的結構主要有以下三種：
(1)整體式凹模，整體式凹模是由整塊金屬材料一體加工而成。整體式凹模的結構簡單，無鑲拼件，不會在塑件表面留下鑲拼痕跡。整體強度，剛度高，不易產(chǎn)生變形。缺點是當凹模形狀復雜時，難以加工，且會耗費較多的材料，局部受損后難以進行維修；
(2)整體嵌入式凹模鑲塊，屬于整體式凹模的一種演變。先將整體式凹模嵌入到固定板中，然后再將每個凹模鑲塊嵌入模板中；
(3)局部鑲拼式模具鑲塊，當模具局部形狀結構復雜，難以加工，熱處理過后易開裂、變形。這時可采用局部鑲拼式模具鑲塊。采用此種結構成型塑件，容易留下鑲拼痕跡，且對拼塊精度要求較高。
本次設計的塑件，由于是大尺寸，外觀質量要求較高的塑件。故模具的型腔選用整體式凹模，避免熔融痕的產(chǎn)生，影響塑件外表面質量。型腔如圖7.1所示：
圖7.1 型腔示意圖
7.2 凸模的結構設計
凸模也稱之為型芯，是塑件內表面的成型零件。凸模分為幾種。本次設計采用的是整體式凸模，這類凸模結構簡單，固定牢靠，塑件成型質量好，不會在塑件表面產(chǎn)生明顯的熔融接痕。但這種結構的缺點是機械加工不便，材料耗費巨大。其余的還有整體嵌入式型芯和鑲拼組合式型芯取代。各有優(yōu)缺點，可結合實際情況進行選用。
同理，為避免組合式模具對塑件的外觀表面產(chǎn)生不良影響。故本次設計，凸模也選用整體式凸模為宜。型芯如圖7.2所示：
圖7.2 型芯示意圖
7.3 成型零部件尺寸的設計
成型零件用來構成塑件的主要尺寸，就是成型零件的工作尺寸。主要有一下幾種類型：型腔的徑向尺寸、型芯的徑向尺寸、型腔的深度尺寸、型芯的高度尺寸和中心距尺寸等。在進行模具設計時，要充分考慮到塑件的使用要求和尺寸精度、塑料收縮率偏差和波動、成型零件的工作特點等因素，然后再對成型零件的尺寸進行合理的設計、從而保證成型后塑件的質量。
(1)塑件收縮率波動
在實際成型過程中，塑件的形狀、尺寸、壁厚等都會因塑料的收縮率而產(chǎn)生變化。這與塑料的品種和模具的結構有關。收縮率的波動和偏差，都會造成塑件尺寸上誤差。其變化值可用公式7-1所示：
式中：——由于塑料收縮率偏差和波動造成的塑件尺寸的誤差，%；
——塑料收縮率的最大取值，%；
——塑料收縮率的最小取值，%；
——塑料的基本尺寸，m。
一般而言，因塑料收縮率引起的誤差應控制在塑件公差的1/3以內。
(2)成型零件的磨損
實際生產(chǎn)中，由于熔融塑料在模具中的流動、沖刷。脫模時，模具與塑件表面產(chǎn)生的摩擦。以及成型過程中伴隨著腐蝕性氣體的侵蝕，等等均造成了成型零件尺寸發(fā)生了變化。為簡化計算，與脫模方向平行的成型零件表面，應考慮摩擦的存在；與脫模方向垂直的成型零件表面，摩擦可以不考慮。
(3)成型零件的制造誤差
成型零件的制造誤差，由于成型零件制造所帶來的誤差，已成為影響塑件尺寸精度的最主要因素之一。通過生活實際我們可以知道，成型零件的加工精度越低，成型塑件的尺寸精度也會越低。模具成型零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，那成型零件的制造公差約占塑件尺寸公差的1/3。
(4)模具安裝的配合誤差
成型零件的裝配誤差，不僅會造成成型過程成型零件的間隙誤差，而且直接影響塑件的尺寸精度發(fā)生變化。塑件在成型過程中的最大誤差，應是上述各種誤差的總和。具體計算公式如7-2所示：
式中:——塑件的成型總誤差；
——成型零件的安裝造成的塑件尺寸誤差；
——成型零件在使用過程中的最大磨損誤差；
——成型零件的間隙變化造成的塑件尺寸誤差；
——塑件收縮率變化引起的塑件尺寸誤差；
——成型零件的制造誤差；
(5)成型零件尺寸的計算
經(jīng)查得，PP的平均收縮率為1.6%。根據(jù)現(xiàn)有模具制造條件，成型零件制造公差。
當塑件徑向外形尺寸為時，則型腔的徑向尺寸用公式7-3計算：
當塑件徑向內形尺寸為時，則型芯的徑向尺寸用公式7-4計算：
當塑件外形高度尺寸為時，則型芯的徑向尺寸用公式7-5計算：
當塑件內形深度尺寸為時，則型芯的徑向尺寸用公式7-6計算：
8 側向分型抽芯機構的設計
當塑件上有側孔或者側凹之類不同于開模方向的形狀時，為了順利脫模，就必須用到可活動的側向成型機構。在塑件完成成型在被推出前，先將側向成型零件抽出，完成側型芯抽出與復位的機構成為側向分型機構。側向分型抽芯機構可分為手動、液壓、氣動抽芯三種。本次設計塑件上擁有側孔，故需用到側向分型抽芯機構來成型。
本章，側向分型機構的設計主要由以下幾個方面進行介紹：(1)斜導柱的傾角斜；(2)導柱的直徑設計；(3)滑塊的設計；(4)導滑槽的設計；(5)楔緊塊的設計；(6)滑塊定位的設計。
8.1 斜導柱的傾角
側向分型機構中的斜導柱與開合模方向的夾角叫做斜導柱的傾斜角，的大小關系到斜導柱的有效長度、抽芯距、受力狀況和開模行程。
太大，抽芯時開模力相同，斜導柱的彎曲力將增大；太小，抽芯距相同，斜銷的長度和開模行程將增大，一般取=12°～ 25°,最大不超過25°。
綜上所述，本次設計的傾斜角°。斜導柱如圖8.1所示：
圖8.1 斜導柱示意圖
8.2 斜導柱直徑設計
熔融塑料在冷卻后，會緊緊的粘附在型芯和側向型芯上。所以，側向分型機構和抽芯機構在分型時，必然會受到一定的抽拔阻力。因此，側向分型和抽芯的力一定要大于模具的抽拔阻力，抽拔阻力的計算公式如8-1所示：
式中：A——塑件緊包型芯的面積，mm2；
P——塑件對型芯的緊包力，取值范圍為～，Pa；
——脫模斜度，°；
經(jīng)過計算，A=79600mm，P=1.010，=0.2，=1°。
=796001.0100.2-1.7KN
結合抽拔力和參考文獻，以及斜導柱的傾斜角，故將本次設計的斜導柱的直徑確定為4cm。
8.3 斜導柱長度的設計
導柱長度的計算公式如8-2所示：
式中：——斜導柱的總長度，cm；
——斜導柱大端直徑，cm；
——斜導柱的安裝厚度，cm；
——抽芯距為時斜導柱工作部分的長度，cm。
側向抽芯機構的抽芯距離為塑件壁厚加上凹模厚度再加上2～3cm，故為：
所以：
故斜導柱的長度為80cm。
8.4 滑塊的設計
滑塊，是側抽芯機構的重要組成零件之一，它與側型芯一同組成側滑塊?；瑝K的形式分為兩種，分別是整體式滑塊和組合式滑塊。本次設計采用的是整體式滑塊，在滑塊中加入單個圓柱銷用來固定側型芯。
側滑塊材料選用T10，硬度要求HRC>40，側型芯材料選用T8，硬度要求HRC>50?；瑝K示意圖如圖8.2所示：
圖8.2 滑塊示意圖
8.5 導滑槽的設計
為確保側向型芯能正確、可靠的抽出與復位，且沿一定方向往復運動平穩(wěn)、無竄動和卡死現(xiàn)象，所以必須設置導滑槽。
根據(jù)滑塊的大小和形狀，導滑槽的大小和配合形式也不一樣。本次設計滑塊和導滑槽按照H7/f7配合。導滑槽如圖8.3所示：
圖8.3 滑塊導滑形式示意圖
8.6 楔緊塊的設計
注射成型過程中，側向型芯往往會受到熔融塑料的向外推力。所以側向機構中設置了楔緊塊，用以在模具合模后，鎖緊滑塊，防止產(chǎn)生位移，承受熔融塑料的作用在滑塊上的推力，保證塑件尺寸及外觀。
楔緊塊的楔緊角+（2°～3°）=18°.楔緊塊如圖8.4所示：
圖8.4 楔緊塊示意圖
8.7 滑塊定位的設計
在模具合模時，為了保證斜導柱能正確、可靠的進入滑塊中的斜孔。在滑塊抽芯結束后保持滑塊位置不變，所以，需要對滑塊設計定位裝置。根據(jù)本次塑件以及模具的結構，本次設計選用彈簧拉桿擋塊式。
9 合模導向機構的設計
模具進行工作時，為了保證定模和動模的準確導向和定位，還需設置合模導向機構，導向機構包括導柱導向型和錐面導向型。其中，以導柱導向型設計最為普遍，錐面型導向裝置通常用在精度較高的大型模具中