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三组方便调味盒注射模具设计

学生姓名: 蒋坤 系（部）: 机械工程系 专 业 : 计算机辅助设计与制造 指导教师: 王新莉

2010年 06 月02

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摘要

本设计的内容包括三组方便调味盒的注射模结构设计及相关工艺和结构参数计算分析。本设计力图达到设计任务书所提出的要求：结构简单紧凑、工艺性好、高精度、长寿命、短周期、高效低成本。

设计依据：1、生产纲领：大批量生产；2、三组方便调味盒实物；3、国家有关注射模具设计标准（GB8846--88）。

依据三组方便调味盒产品要求和塑料件的工艺特点：塑料件表面光洁耐磨、外形美观协调、零件壁薄、融熔塑料流动距离长且进人型腔后流动阻力大等特点，设计中采用的塑料件材料为PP、模具结构为点浇口形式且两处侧向抽芯。设计分两个部分组成：第一是CAD/CAM在模具设计上的具体应用，运用三维设计软件PRO/E绘制实体造型图,生成二维图,然后进进一借助于AUTOCAD绘制产品的零件图及装配图;第二是计算说明及成型工艺分析部分，包括模具结构设计、注塑机和模架的选用、浇注系统的设计、成型零件的设计、斜抽心机构和斜导柱机构的设计。特别对抽芯机构和斜导柱结构要求较高：既要求开合模具时因它们产生的阻力小，同时，要保证对流动态塑料的密封要求。

关键词：调味盒; CAD/CAM; 塑料; 注射模

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Abstract

This design content includes three groups of injection mould easily seasoning box structure

design and the related process and structural parameter calculation and analysis. The design tries to achieve the design plan descriptions of the proposed requirements: simple and compact structure, technology, high precision, long life, high efficient, low cost, short cycle.

Design: 1, the production quota: mass production, 2 and 3 groups convenient seasonings box objects, 3 and relevant national standards (injection mould design GB8846-88).

According to the three groups of convenient products and plastic boxes of flavor of process characteristics: plastic surface is smooth, beautiful appearance, coordination and parts wall molten plastic flow into the long distance and after the cavity flow resistance characteristics, such as large plastic materials used in the design of die structure for PP, point to form and two side core-pulling. Design is divided into two parts: the first is the CAD/CAM in the specific application of mould design, three-dimensional design software PRO/E rendering solid modeling two-dimensional chart, formation, and then enters a draw with AUTOCAD and product assembly parts, The second is calculated and analyzed, including parts molding machines and die structure design, selection of formwork and the design of gating system, forming parts design, oblique pumping heart and oblique guide pin the design. Especially for core-pulling mechanism and structure of column oblique guide higher requirements: requires both open when they die because of small resistance, at the same time, to ensure the sealing requirements of dynamic plastics convection.

Keywords:

seasonings box CAD/CAM Plastic Injection mould

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目 录

前言 ................................................................................................................................................. 1 1 注射模具概述 ............................................................................................................................. 2

1.1 塑料简介 ............................................................................................................................ 2 1.2 注射模基本组成[1]............................................................................................................. 2

1.2.1 定模机构 ................................................................................................................... 2 1.2.2 动模机构 ................................................................................................................... 2 1.2.3 浇注系统 ................................................................................................................... 2 1.2.4 导向装置 ................................................................................................................... 2 1.2.5 顶出机构 ................................................................................................................... 2 1.2.6 抽芯机构 ................................................................................................................... 2 1.2.7 冷却和加热装置 ....................................................................................................... 3 1.2.8 排气系统 ................................................................................................................... 3 1.3 软件简介[3]......................................................................................................................... 3 2 零件材料选择及材料性能 ......................................................................................................... 4

2.1 塑料制品设计依据[5]......................................................................................................... 4 2.2 塑件体积与质量[6]............................................................................................................. 5 3设计型腔数与分型面 .................................................................................................................. 6

3.1 型腔数目的确定 ................................................................................................................ 6

3.1.1 根据注射能力 ........................................................................................................... 6 3.1.2 根据锁模力 ............................................................................................................... 6 3.2 分型面确定[3]..................................................................................................................... 6 4 注射机的选择与校核 ................................................................................................................. 7

4.1注射机类型的选择 ............................................................................................................. 8 4.2注射机有关参数的校核 ..................................................................................................... 8

4.2.1 注射量的校核 ........................................................................................................... 8 4.2.2 注射压力校核 ........................................................................................................... 8 4.2.3 锁模力校核 ............................................................................................................... 9 4.2.4 模具闭合厚度校核 ................................................................................................... 9 4.2.5 开模行程的校核 ....................................................................................................... 9

5 浇注系统设计 ........................................................................................................................... 11

5.1 主流道设计[3]................................................................................................................... 11 5.2 浇口套设计 ...................................................................................................................... 11 5.3 分流道设计 ...................................................................................................................... 11

5.3.1 第一分流道设计 ..................................................................................................... 11

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5.3.2 第二分流道设计 ..................................................................................................... 12 5.4 浇口设计 .......................................................................................................................... 12 5.5 冷料井设计 ...................................................................................................................... 12 5.6 排气、引气系统设计 ...................................................................................................... 12 6 成型零件设计 ........................................................................................................................... 12

6.1 成型零件的结构设计 ...................................................................................................... 13

6.1.1 凹模结构设计 ......................................................................................................... 13 6.1.2 凸模和成型杆的结构 ............................................................................................. 13 6.2 成型零件工作尺寸的计算 .............................................................................................. 13

6.2.1 型腔内径尺寸的计算 ............................................................................................. 13 6.2.2 型芯径向尺寸的计算 ............................................................................................. 14 6.2.3 型腔深度尺寸的计算 ............................................................................................. 14 6.2.4 型芯高度尺寸的计算 ............................................................................................. 15 6.3 型腔壁厚与底板厚度的计算 .......................................................................................... 15

6.3.1 计算型腔壁厚[3]...................................................................................................... 15 6.3.2 计算底板厚度 ......................................................................................................... 16 6.3.3 型芯强度计算 ......................................................................................................... 17

7 模架的选择[6]............................................................................................................................ 18 8 导向机构设计 ........................................................................................................................... 19

8.1 导柱设计[9]....................................................................................................................... 19 8.2 导套设计 .......................................................................................................................... 19 8.3 定距拉杆设计 .................................................................................................................. 19 9 推出机构设计 ........................................................................................................................... 21

9.1 推出机构设计原则及选择[7][8] ....................................................................................... 21 9.2 脱模力计算 ...................................................................................................................... 21 9.2 推杆的位置 ...................................................................................................................... 21 9.3 推杆尺寸的确定[14] ......................................................................................................... 22

9.3.1 推杆长度的确定 ..................................................................................................... 22 9.3.2 推杆直径的确定 ..................................................................................................... 22 9.4 复位杆设计 ...................................................................................................................... 23 10 抽芯机构设计 ......................................................................................................................... 24

10.1 抽拔力计算 .................................................................................................................... 24 10.1 斜导柱的结构尺寸[13] ................................................................................................... 24 10.2 抽芯距的计算 ................................................................................................................ 25 10.3 斜导柱所受弯曲力的计算 ............................................................................................ 25 10.4 斜导柱长度的计算 ........................................................................................................ 26

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10.5 定位装置计算 ................................................................................................................ 26 11 冷却系统设计 ......................................................................................................................... 27

11.1 概述 ................................................................................................................................ 27 11.2 冷却系统相关计算[12] ................................................................................................... 27 12开合模说明 ........................................................................................................................ 30 13 模具材料的选用 ..................................................................................................................... 30 结 论 ........................................................................................................................................... 32 总 结 ........................................................................................................................................... 33 参考文献 ....................................................................................................................................... 34 致 谢 ........................................................................................................................................... 35

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前言

塑料在当今这个社会无处不见，它在人们生活中成了不可缺少的角色。而塑料产品的成型主要靠模具的加工制造。模具以其生产零件的精准、高效、适应性广的特色，深受制造业的重视。

近些年中国的模具发展迅速，研究出很多的新技术，比如并行加工（模具的型芯和型腔合并成一个零件在多任务机床上被并行加工），平行加工等。对中国的模具产业进军国际市场作出了贡献。

计算机技术的不断提高对模具方面的发展有着很大的贡献，为模具的研究提供了有效的技术和手段。模具技术的发展会为人们生产出更为精准和复杂的零件。在方便人们生活的同时也产生了巨大的经济效益。

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1 注射模具概述

1.1 塑料简介

本制件材料为聚丙烯（PP），属于热塑性塑料，又称受热可熔性塑料。在常温下是硬的固体，加热后会变软，冷却后还会变硬。可反复加工，废品可以回收利用。由于其具有成型工艺简便、生产效益高和高的物理机械性能等优点，因此，应用十分广泛，特别是在容器、家庭用品、玩具等方面具有广阔的市场，但耐热性和刚性较低。

随着研究的深入，已经发展有抗冲击PP，主要商业用途是用在汽车、家用品、器具中的注塑件。它的抗冲击能力、低密度、着色能力和加工性能使它成为理想的材料。具有较高熔体流速的中等抗冲击树脂品级有较高的流动性能，这个特点在注塑大型部件如：汽车面板时特别有用。

1.2 注射模基本组成[1]

热塑性塑料注射模由下列基本部分组成： 1.2.1 定模机构

定模机构是安装在注射机的固定模板上的部分型腔。由定位环、主流道、定模底板、定模板和凹模组成一体。在注射机固定不动。主流道口与注射机的喷嘴相联，引入熔融塑料。 1.2.2 动模机构

动模机构是安装在注射机上的部分型腔。由凸模、动模板、导柱、动垫和模脚等组成一体，在注射机的锁模装置的驱动下往复运动。

随着动模板向右一起向右运动，完成凹模与凸模闭合，即闭模。注射机料筒里的熔融塑料在高压作用下，通过喷嘴和浇注系统进入模腔，获得需要的制品。当动模板向左运动时，完成开模，借助顶出装置实现制品脱模、落料。 1.2.3 浇注系统

浇注系统是将熔融塑料引向闭合模腔的通道、冷料穴、分流道和浇口等组成。 1.2.4 导向装置

导向装置是用保证动模和定模闭合时位置准确。它由导柱和导套组成。对于多腔注射模，其顶出机构也设置了导向装置，以免顶杆弯曲和折断。 1.2.5 顶出机构

顶出机构是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式、顶管式和推板式等。 1.2.6 抽芯机构

当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机构工作前，先要将可作侧向运动的型芯从制品中抽出，该侧向运动是由抽芯机构实现的。由此可知，该机构只是部分注射成型模才需要

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设置。

1.2.7 冷却和加热装置

加热是为满足注射成型工艺对模具温度的要求；冷却为使熔料能在模具内冷却定型。一般凹模中通冷却水、热水、热蒸汽等。 1.2.8 排气系统

排气系统是为了把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的气体排出，而在模具分型面（凹、凸模相配合的接触面又称合模面）处开设的排气槽。 1.3 软件简介[3]

本设计主要应用Pro/E完成模具的三维零件图和分模图， AutoCAD完成模具的二维装配图和零件图。

Pro/Engineer是由美国PTC参数技术公司推出，是国际上最先也是最成熟使用的参数化的特征造型技术的大型CAD/CAM集成软件。

Pro/Engineer包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真NC自动编程，板金设计、电路布线，装配管路设计等专家有模块，ID反求工程，CE并行工程等先进的设计方法和模式。其主要特点是参数化的特征造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中相应图形或数据也会自动更新。它的性能优良、功能强大。是一套可以应用于工业设计、机械设计、功能仿真、制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。Pro/Engineer自1988问世以来，10多年来已成为全世界最普及的3D CAD/CAM系统。Pro/Engineer在今日俨然已成为3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。Pro/Engineer可谓是全方位的3D CAD/CAM系统的标准软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、应力分析、产品数据管理等功能于一体，其模块众多。Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。

AutoCAD交互式图形软件是一种功能强大的、在微机上使用的绘图软件包。它可以根据使用者的操作迅速而准确地形成图形；它有强大的编辑功能，能够比较容易地对已画好的图形进行修改；它有许多辅助绘图功能可以使图形的绘制和修改变得灵活而方便。另外，它的编辑功能可以使绘图工作程序化。

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2 零件材料选择及材料性能

2.1 塑料制品设计依据[5]

如图2-1所示，塑件为三组方便调味盒，属于家庭用品，要求有高光洁度、颜色美观并且可以进行多种颜色调配，还需有一定的韧性。因此选用热塑性塑料聚丙烯（PP），其具有如下优缺点：

优点：1、刚硬有韧性。抗弯强度，抗疲劳、抗应力开裂； 2、质轻；

3、在高温下仍保持其力学性能。 4、能进行多种颜色调配，有光泽，美观。 缺点：1、在0?C以下易变脆； 2、耐候性差。

聚丙烯（PP）具体的成型条件表2-1。

表2-1 聚丙烯成形条件

注射机类型 密度(g/cm3） 计算收缩率（%） 计算收缩率（%） 模具温度（0C） 预热 温度（0C） 总周期 螺杆式 0.90-0.91 1-2 1-2 60-80 100—110 50-160 注射压力 MPa 螺杆转速（r/min） 成 型 时间注射时间 高压时间 冷却时间 总周期

70-100 40-60 20-60 0-3 20-90 50-160 （s）

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图2-1 塑件立体图

2.2 塑件体积与质量[6]

直接计算该塑件的体积较为麻烦，所以用在此Pro/E绘出其3D图，利用Pro/E软件里的自动计算零件体积的功能，其体积为

V体＝162 cm3

PP的密度为0.90～0.91g/cm3 取 ?=0.90 g/cm3 则塑件质量为M??V＝0.90?162g=157.8g

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3设计型腔数与分型面

3.1 型腔数目的确定[1] 3.1.1 根据注射能力

以注射机的注射能力为基础，每次注射容积不超过最大注射容积的80％

n?0.8Vmax?V2 （式3-1） V1式中 Vmax——注射机的最大注射容积（cm3）； V1——制品的容积（cm3）; V2——浇注系统的容积（cm3）。

0.8?40?013＝1.9

1623.1.2 根据锁模力

则 n?F?A2pc （式3-2） n?A1式中F——注射机的额定锁模力（kN）； pc——型腔内熔融塑料的平均压力（MP）； A1——制品的投影面积（m2）； A2——浇注系统的投影面积（m2）。

3254?010?05则 n?38?10＝25

0.027通过以上计算，可根据注射机注射能力确定型腔数为1，采用一模一腔。

由于采用一模一腔，故无需考虑型腔的排列顺序。 3.2 分型面确定[3]

分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、嵌件位置及形状、塑件在模具内的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排气、模具制造和成型设备等因素的影响。因此，选择分型面时，应全面考虑，合理选择。

选择模具分型面时，首先应该选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型面。此外，还应考虑以下几项基本原则：

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1 尽量使塑件在开模后留在动模； 2 应合理安排塑件在型腔中的方位； 3 应有利于侧面分型和抽芯； 4 尽量保证塑件外观质量要求； 5 应确保塑件的位置及尺寸精度；

6 尽量使成型零件便于加工，且有利于模具制造； 7 应有利于防止溢料并考虑飞边在塑件上的部位； 8 应有利于排气；

9 考虑对塑件造成的脱模力大小； 10考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。

根据制品形状，以制品的断面轮廓最大的地方作为主分型面，同时，两侧小孔建立两个侧抽芯分型面，由于该模具采用点浇口，因此在定模与定模底板之间增加一个分型面，用于取出凝料。分型面如图3-1，3-2所示。

图 3-1 主分型面示意图

图 3-2 侧抽芯分型面示意图

4 注射机的选择与校核

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4.1注射机类型的选择

根据该产品材料（PP），选用螺杆式卧式注射机。

利用Pro/E软件计算出塑件体积为162cm3，且PP的注射压力为70～100MP，根据塑件体积和注射压力，选用卧式注射机G54－S－400，主要技术参数如表4-1所示。

表4-1 卧式注射机G54－S－400 主要技术参数

型 号 注射方式 注射速率（g/s） 螺杆直径（mm） 注射压力（Mpa） 定位圈尺寸(mm) 喷嘴孔径d(mm) G54-S-400 螺杆式 55 109 最大理论注射容量(cm3) 最大开模行程（mm） 最大模具厚度（mm） 最小模具厚度（mm） 喷嘴球半径（mm） 锁模力（KN） 喷嘴移动距离(mm) 400 260 406 165 18 2540 310 ?125 4 4.2注射机有关参数的校核 4.2.1 注射量的校核[4]

通常，应使成型制品每次所需注射容积V小于注射机最大注射容积的80％

0.8Vmax?V??Vi?V浇 （式4-1）

i?1n式中 Vmax——注射机的最大注射量，单位为cm3；

V——制品总体积（包括制品、浇注系统及飞边在内），单位为cm3； Vi——一个制品体积，单位为cm3； n——型腔数；

V浇——浇注系统及飞边体积，单位为cm3。 已知：Vmax＝400 cm3，Vi＝162 cm3，n＝1，V浇?13 cm3。

V＝(1?162?13)cm3=175 cm3

则 0.8Vmax＝0.8 cm3?400＝320 cm3>175 cm3 故满足要求。

4.2.2 注射压力校核

塑件成形所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按下式校核

P成?P注 （式4-2）

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式中：P成——塑件成型所需的注射压力（MP）； P注——所选注射机的额定注射压力(MP); 已知：P成＝70～100MP， P注＝109MP 故满足P成?P注 4.2.3 锁模力校核[1]

锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力其关系用下式校核

kpcA(kN) （式4-3） 1000式中F——注射机的额定锁模力（N）；

F? A——塑件制品与浇注系统在分型面上的总投影面积(m2)；

Pc——熔融塑料在型腔内的平均压力（MP），约为注射压力的25％～50％； k——安全系数，常取k＝1.1～1.2；

已知：F＝2540kN， A?0.027m2，Pc＝35％P注＝38MP，k取1.2。

1.2?38?106?0.027则 最大锁模力Fmax＝kN＝1231.2kN

1000故满足要求。 4.2.4 模具闭合厚度校核

模具闭合厚度必须满足（见[1]式8－7）

Hmin?Hm?Hmax （式4-4）

式中 Hm——模具闭合厚度；

Hmin——动、定模间的最小开距； Hmax——动、定模间的最大开距。

已知：Hm＝379mm，Hmin＝165mm，Hmax＝406mm。 故满足要求。 4.2.5 开模行程的校核

G54-S-400注射机为液压-机械式锁模机构，则其最大开模行程与模具厚度无关。 对于双分型面注射模（带点浇口）的开模行程，用下式校核（[1]式8－9）

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L?H1?H2?(5~10)?a （mm） （式4-5）

式中 H1——脱模距离（mm）；

H2——包括浇注系统在内的制品高度（mm）； L——注射机开模行程（即移动模板行程）（mm）； a——定模板与定模的分离距离（mm）。

由于该制品脱模斜度较大，则脱模距离取制品高度的2/3即可。 已知：H1=45，H2＝65.5?2＝131，a＝65，L＝260。 则L＝260mm>45+131+65+10＝251mm 故满足要求

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5 浇注系统设计

浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴到型腔的必经通道，它直接关系到成型的难易和制品的质量，是注射模设计中的重要组成部分。由主流道、流道、浇口及冷料穴组成。 5.1 主流道设计[3]

已知注射机喷嘴孔径d＝4mm，圆弧半径R＝18mm，则分别与主流道小端孔径dp、始端凹球面半径Rp有如下关系：

RP?R[1?(0.1~0.4)] （mm） （式5-1）

dp?d?(0.5~1.0) （mm） （式5-2）

取 Rp＝20 mm dp＝5 mm

为了方便凝料从主流道取出，主流道设计成圆锥形，其半锥角?＝1.5?，内壁光滑表面粗糙度Ra＝0.4?m，主流道长度L约为定模板厚度，L＝30mm，出口端应有较大的圆角，取r＝0.5mm。 5.2 浇口套设计

浇口套通常选用优质钢，本设计选用T10A，通过淬火热处理使硬度达到50～55HRC，根据浇口套的作用和模具的外形，选用整体嵌入式，如图5-1，主流道衬套与定模之间配合采用H7/m6。 5.3 分流道设计

图5-1 主流道示意图 图5-2 分流道截面图

分流道指主流道与浇口之间的通道。其作用是使熔融塑料过渡和转向。分流道的表面粗糙度应高于保温作用。主流道的表面粗糙度，以增大外层料流的阻速度差，有，起利于熔融对定到塑料冷皮层固力，降低流速，以获得与中心料流有相 5.3.1 第一分流道设计

为了便于加工，将第一分流道设计为梯形，根据塑件断面尺寸推荐范围取梯形上底D＝

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9mm，单边斜度取5?，高h＝6mm，截面如图5-2所示。 5.3.2 第二分流道设计

第二分流道取为圆锥形，见[2]表6-2，大端直径取6.5mm，小端直径取3mm，下端有R＝1.5mm的圆弧，有利于熔体流动补料。 5.4 浇口设计

根据塑件壁厚，查[2]表6-4，取点浇口直径为d＝0.8mm，浇口长度为L＝1.0mm，为防止在清除浇口凝料时损坏制品表面，采用高0.5mm，锥度80?的结构。

为确保塑件的质量，并结合其矩形结构特征，决定在其长轴方向的中心线上使用2个点浇口进料。 5.5 冷料井设计

冷料穴是用来储藏注射间隔产生冷料头的，防止冷料进入型腔而影响塑件质量，并使熔料能顺利地充满型腔，卧式或模的冷料穴，一般都设置在主流道的末端，即主流道正面的动模上，直径稍大于主流大端直径，以利立式注射机上注射冷料流入。

本设计中，在主流道末端，分流道底面开始R＝4.5mm，深为2mm的圆弧状冷料井。 根据模具总体结构尺寸的安排，以上面的设计计算为依据，可决定浇注系统的布置和尺寸，如图5-3所示。

图5-3 浇注系统的布置及尺寸

5.6 排气、引气系统设计

该模具属于中小型模具，且由于侧抽芯分型面在熔料流动的末端，在主分型面，侧抽芯分型面的间隙，推杆和动模的间隙都有排气及引气效果，已能够满足要求，故不需要再开设排气槽。

6 成型零件设计

成型零件是与塑料接触的决定制品几何形状的模具零件。它包括凹模、凸模、型芯、成型镶块及壁厚等，是塑料模具的主要组成部分。

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6.1 成型零件的结构设计 6.1.1 凹模结构设计

凹模用以形成制品的外表面，按其结构组成不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式四种。

由于塑件结构为较简单的矩形状容器类制品，因此采用整体式凹模，均直接在模板上加工出型腔。其优点是牢固，接缝少，结构简单。常用于中、小型模具。 6.1.2 凸模和成型杆的结构

凸模又称型芯或阳模，由于多装在注射机的动模板上，习惯上又称为动模。成型杆是指能形成制品孔、槽的小型芯。

本设计为了节省昂贵的模具材料及方便加工，采用螺钉固定嵌入式凸模。对于侧抽芯的小圆柱型芯采用螺纹装配，如图6-1所示。

图 6-1 滑块及型芯

6.2 成型零件工作尺寸的计算

制品尺寸能否达到图纸尺寸的要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。成型零件工件尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸（含矩形的长和宽）、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的计算方法很多，现以塑料的平均收缩率为基准计算。

本制品为容器类家庭用品，并无配合要求，尺寸精度等级可取较低，查[1]表7－18，取IT12。

6.2.1 型腔内径尺寸的计算

3DM?(D?DQ??)??z （[1]式8－18） （式6-3）

4式中 DM——型腔的内径尺寸（mm）； D——制品的最大尺寸（mm）；

Q——塑料的平均收缩率（％），本设计取Q＝1.5％； ?——制品公差，型腔公差为负偏差，型芯公差为正偏差；

3 ——系数，可随制品精度变化。一般取0.5～0.8之间；

4

，本设计取?z＝0.2。 ?z——模具制造公差，一般取?z＝（1/6～1/4）

已知：制品长度、宽度的最大尺寸分别为

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D1=241mm， D2＝121mm, D3=9mm， D4＝2mm 查[1] 表7－19得，?1＝0.46mm，?2＝0.40mm，?3＝0.15mm，?2＝0.1mm

33DM1?(D1?D1Q??1)??z＝(241?241?1.5%??0.46)??zmm＝244.27?0.115mm

44D3?z3M2?(D2?D2Q?4?2)?＝(121?121?1.5%?4?0.40)??zmm＝122.5?0.1mm

D?(DQ?3??z3M33?D33)?＝(9?9?1.5%?4?0.15)??zmm＝9.02?0.0364mm

D?(DQ?3???z?3M44?D44)＝(2?2?1.5%4?0.1)??zmm＝1.96?0.0254mm

6.2.2 型芯径向尺寸的计算

d?(d?dQ?3M4?)??z （见[1]式8-19） 式中 dM——型芯外径尺寸（mm）； d1——制品内径最小尺寸（mm）； 其余符号含意同式（6-3）

已知：制品长度、宽度、小型芯的最小尺寸分别为

d1＝70mm，d2＝98mm，d3＝5mm

查[1]p150 表7－19得，?1＝0.3mm，?2＝0.35mm，?3＝0.12mm

d?(d33M11?d1Q?4?1)??z＝(70?70?1.5%?4?0.3)??zmm＝71.27?0.074mm

d(d33M2?2?d2Q?4?2)??z＝(98?98?1.5%?4?0.35)??zmm＝99.7?0.087mm

dd33M3?(3?d3Q?4?3)??z＝(5?5?1.5%?4?0.12)??zmm＝5.17?0.03mm

6.2.3 型腔深度尺寸的计算

H(h?hQ?2M?3?)??z （见[1]式8-20） 式中 HM——型腔深度尺寸（mm）； h——制品高度最大尺寸（mm）。

已知：制品高度最大尺寸为h1＝65.5mm， h2＝10.5mm 查[1]p150 表7－19得，?1＝0.3mm，?2＝0.18mm

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6-4）6-5） （式

（式

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22HM1?(h1?h1Q??1)??z＝(65.5?65.5?1.5%??0.3)??z＝66.18?0.074mm

3322HM2?(h2?h2Q??2)??z＝(10.5?10.5?1.5%??0.18)??z＝10.54?0.043mm

336.2.4 型芯高度尺寸的计算

2hM?(H?HQ??)??z (见[1]式8-21) （式6-6）

3式中 hM——型芯高度尺寸（mm）； H——制品深度最小尺寸（mm）。

已知： 制品深度最小尺寸为H1＝70mm，H2＝59mm 查[1]p150 表7－19得，?1＝0.35mm，?2＝0.35mm

hM1?(H1?H1Q?hM222?1)??z＝(70?70?1.5%??0.35)??z＝71.28?0.074mm 3322?(H2?H2Q??2)??z＝(59?59?1.5%??0.35)?0.2＝59.65?0.074mm

336.3 型腔壁厚与底板厚度的计算

注射成型模型腔壁厚的确定应满足模具刚度好、强度大和结构轻巧、操作简便等要求。在塑料注射充型过程中，塑料模具型腔受到熔体的高压作用，故应有足够的强度、刚度。否则可能会因为刚度不足而产生塑料制件变形损坏，也可能会弯曲变形而导致溢料和飞边，降低塑料制件的尺寸精度，并影响塑料制口的脱模。从刚度计算上一般要考虑下面几个因素：

1 使型腔不发生溢料，PP不溢料的最大间隙为0.04mm（查[1]p171表8－9）。

2 保证制品的顺利脱模，为此同时要求型腔允许的弹性变形量小于制品冷却固化收缩量。 3 保证制品达到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高精度，这就要求模具型腔有很好的刚度。

实践证明，在型腔壁厚计算中，对于大尺寸型腔来说，刚度是主要矛盾，应按刚度计算；对于小尺寸型腔而言，因为在发生大的弹性变形以前，其内应力往往超过许用应力，所以强度是主要矛盾，应按强度计算。由于本制件尺寸分界不明确，故分别按强度、刚度计算，取较大者。

本模具采用整体式矩形结构，凹模材料均选用P20（3Cr2Mo）（查[4]附录B），因此按整体式结构计算型腔壁厚和底板厚度。 6.3.1 计算型腔壁厚[3]

（1）按刚度计算公式计算

cpMh4tc?3 （见[3]表3-30） （式6-7）

E?p15

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式中 tc——侧壁厚度；

c——系数，查[3]表3-31得c＝0.930；

pM——模腔压力（MP）,本设计如前取pM＝38MP； h——型腔深度；

E——材料的弹性模量，合金钢取E＝2.1?105MP；

?p——成型零部件的许用变形量，即为塑料不溢料的最大间隙值，t30.930?38?66.184c?2.1?105?0.04mm＝43.2mm （2）按强度计算公式计算

tc?h?pM? （见[3]表3-30） p式中 ?——系数，查[3]表3-33 取?＝2.105； ?p——材料许用应力（MP）,取?p＝[?]＝320MP; 其它符号含意同式（6-7）。

t2.105?38c?66.18?320mm＝33.1mm

根据以上计算，侧壁厚度tc?45mm即可满足要求。

考虑还需安装导柱导套，以及侧抽芯机构，选用400?500mm的模板。 6.3.2 计算底板厚度

（1）按刚度计算公式计算

tc'pMh4h?3E? （见[3]表3-30） p式中 th——底板厚度；

c'——系数，查[3]表3-32得c'＝0.0277；

其它符号含意同式（6-7）。

t0.0277?38?66.184h?32.1?105?0.04mm＝13.4mm （2）按强度计算公式计算

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p＝0.04。

（式6-8） （式6-9）? 河南工程学院毕业设计

th?b?'pM （见[3]表3-30） （式6-10） ?p式中 b——型腔宽度，b＝122.5mm；

?'——系数，查[3]表3-34得，?'＝0.4974； 其它符号含意同式（6-7）。

th?122.5?0.4974?38mm＝29.8mm

320故底板厚度th?30mm即可满足要求。 6.3.3 型芯强度计算

型芯因受熔融塑料流的推压而产生倾斜。要求此倾斜量最好小于成型塑料的收缩量，这样型芯所成型的孔就不会偏离原来位置，保证尺寸精度。实际工作中很难完全防止型芯倾斜，而用调整型芯的粗细来控制倾斜量。

本设计中，型芯可看作悬臂梁，其半径按以下公式计算。

pML4r?3 （见[3]表3-30） （式6-11）

?E?M式中 r——型芯直径（MP）; pM——熔融塑料流的压力（MP）; L——型芯的成型长度（mm）； E——弹性模量（MP）;

?M——允许型芯最大倾斜量（mm）。

已知：pM＝38MP，L＝9mm，E＝2.1?105MP，?M＝1.5%?5mm＝0.04mm。

438?9mm＝2.1mm r?33.14?2.1?105?0.04故型芯直径符合要求。

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7 模架的选择[6]

模架的选择按《塑料注射模中小型模架及 技术条件》（GT/T 12556.1－1990）标准选择，选用P4－400500－43－Z2，具体尺寸如图7-1所示。

各模板厚度及配件参数如下

定模底板厚度 定模板厚度 动模板厚度 动模垫板厚度 垫板 动模底板 推杆固定板 推杆垫板 复位杆 动模固定螺钉 顶杆固定螺钉 导柱 导套

32mm 100mm 40mm 50mm 125mm 32mm 20mm 25mm 4??20mm 6?M16mm 6?M12mm 4??32mm 4??42mm ： 图 7-1 标准模架尺寸图

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8 导向机构设计

导向机构的功能式保证动、定模部分准确对合，从而保证塑件形状、壁厚和尺寸的精确。导柱导向在注射模中应用最普遍，主要零件包括导柱和导套，分别安装在动、定模的两半部分。

8.1 导柱设计[9]

由于该制品大批量生产，因此选用有肩导柱，装在模具另一侧的导套安装孔和导柱安装孔采用同一尺寸，一次加工而成，以保证较高的同轴度，。有肩导柱的另一优点是当导柱工作部分因某种原因绕曲时，容易从模板中卸下更换。导柱结构如图8-1所示。

图8-1 导柱

8.2 导套设计

制件大批量生产，导向孔应带有有肩导套，带肩导套安装需要垫板。导套安装时模板上与之配合的孔按H7确定。带肩型导套安装沉孔视导套直径可曲为D+（1～2）mm。导套长度取决于含导套的模板厚度，其余尺寸随导套导向孔直径而定。导套结构如图8-2所示。

图8-2 导套

8.3 定距拉杆设计

由于制件采用双分型面，因此必须设置定距装置，本设计采用定距拉杆装置，如图8-3

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图 10-1 侧抽芯机构及斜导柱尺寸图

10.2 抽芯距的计算

将活动芯从成型位置抽至不妨碍制品脱模的位置所移动的距离称为抽芯距。通常，抽芯距等于侧芯深度加2～5mm，已知抽芯距为9mm，则抽芯距S为

S?h?3＝9+3＝12mm

故所需开模行程为H?S?ctg?＝12?ctg20?mm＝32.9mm 10.3 斜导柱所受弯曲力的计算

见[1]式8-73得

p?Q （N） （式10-2） cos?式中 p——弯曲力（N）;

Q——抽拔阻力（与抽拔力大小相等，方向相反）； ?——斜导柱的倾斜角。

268N＝285N

cos20?按斜导柱所受最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力的原则，可推导出斜导柱直径的计算

p?公式（[1]式8-76）

d?3pL （式10-3）

0.1???弯式中 p——最大弯曲力； L——斜导柱有效工作长度；

???弯——弯曲许用应力，对碳钢取可取???弯＝137MP；

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其中L＝

H33＝mm＝35mm cos?cos20?d?3285?35mm＝9mm

0.1?137查[3]p202表3-69得，导柱直径d?12mm，即可满足要求。 10.4 斜导柱长度的计算

查[3]p200式3-50得：

L总＝L1?L2?L?L4?d1?Stg?????5~10?mm （式10-4） 2cos?sin?式中 d1——固定轴肩直径（mm）； ?——斜导柱倾角（?）； ?——斜导柱固定板厚度（mm）； S——抽芯距（mm）。

1710012L总?tg20????10mm＝155mm

2cos20?sin20?10.5 定位装置计算

本设计利用限位挡块定位，向上抽芯时，依靠弹簧的弹力使滑块停靠在挡块上而定位，弹簧的弹力应是滑块自重的（1.5～2）倍。

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11 冷却系统设计

11.1 概述

注射工艺过程中，模具的温度直接影响着制品质量和注射周期，各种塑料的性能、成型工艺的不同对模具温度的要求也不同，PP在成型时所需要的模具温度60?C～80?C。对于任何塑料制品，模温波动较大都是不利的。过高的模温会使制品在脱模后发生变形，延长冷却时间，使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，难于充满型腔，增加制品的内应力和明显的溶接痕等缺陷。为了避免这种现象的发生，必须采用模具冷却系统。

模温冷却系统最常用的是水冷，即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温。水的热容量打，导热系数大，成本低。 11.2 冷却系统相关计算[12]

（1）制品平均厚度为2mm，查[6]表10-6得，制品冷却时间为12.5S，由于该制品开模时凝料无法自行坠落，需由手工取出，设开模取出凝料时间为13S，再加上注射时间2S，故制品的成型周期为

T＝（12.5+13+2）S=27.5 S

查[6]表10-4，聚丙烯的单位热量Q1?5.9?102KJ/kg 而每次注射熔体体积为0.1578kg，则每小时注射量为

3600w??0.1578kg?20.7kg

27.5故Q?wQ1?20.7?5.9?102KJ/h?1.22?104KJ/h （2）冷却水的体积流量，见[6]式10-12得

qv?wQ1 （式11-1）

?c1??1??2?式中 qv——冷却介质的体积流量（m3/min）；

w——单位时间内（每分钟）注入模具中的塑料重量（kg/min）； Q1——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（KJ/kg）； ?——冷却介质密度（kg/m3）；

c1——冷却介质比热容（KJ/?kg??C?）；

； ?1——冷却介质出口温度（?C） ?2——冷却介质入口温度（?C）。

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1.22?104qv?m3/min＝0.012 m3/min 360?10?4.187??24?20?分别在凸凹模各设两条直通式冷却水道，则每条冷却水道的体积流量为

q0.0123

qv'?v?m/min=3?10?3 m3/min

44（3）冷却管道直径

查[6]表10-1，为使冷却水处于湍流状态，结合常用水孔直接，去d＝10mm。 （4）由[6]式10-16得，冷却水在馆管内的流速为

4qv'4?3?10?3 v?＝m/s＝0.64m/s

?d2??(10/1000)2?60（5）冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h，查[6]表10-5取f＝6.48（水温为25?C时），再由[6]式10-2得

h?4.187?f??v?d0.20.8 （式11-2）

式中 h——传热膜系数（KJ/?m2?h??C?）； f——与冷却介质温度有关的物理系数； ?——冷却介质密度（kg/m3）； v——冷却介质管内流速（m/s）； d——管道直径（mm）。

h?4.187?6.48?10?0.64(10/1000)0.2?3?0.8＝1.2?104KJ/?m2?h??C?

（6）冷却管道总传热面积A（设每条管道传热面积相等），由[6]式10-14得

60wQ1A? （式11-3）

h?t式中 ?t——模温与冷却介质温度之间的平均温度差（?C）； 其它符号含意如前所述。

60?1.22?104A?m3＝6.7?10?3m3

24?20??60?4?1.2?104??60??2??（7）模具应开设的冷却管道孔数 由[6]式10-17得，

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A （式11-4） ?dL式中 L——冷却管道开设方向模具长度或宽度（m）。

n?6.7?10?3n??0.53

104003.14??10001000因此分别在凸凹模各设两条直径为d＝10mm的冷却水管道即可满足冷却要求。

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12开合模说明

模具在开模弹簧作用下先从分型面I分型，定距拉杆定距后由分型面II分型，推杆顶出制件自动落下，之后手工取出凝料。

合模时，用复位杆复位，分型面II先闭合，继续合模压缩开模弹簧后分型面I闭合，完成合模过程。

13 模具材料的选用

模具零件的材料及热处理（查参考文献零件类别 成型零件 零件名称 型腔 型芯 模体零件 材料牌号 ［4］［5］［7］［12］［15］

）如下表13-1所示。

表13-1 模具零件的材料及热处理

热处理方法 预硬化 硬度 36～38HRC 3Cr2Mo（P20） 45 45 T10A 45 20 T8A T8A 45 支承板 动 定模底板 浇口套 定位圈 导柱 定模导套 定距拉杆 推杆 推杆固定板 推杆垫板 复位杆 淬火+回火 调质 淬火+回火 43～48HRC 230～270HBC 50～55HRC 浇注系统零件 导向零件 推出机构零件 渗碳、淬火 56～60HRC 淬火+回火 50～55HRC 淬火+回火 54～58HRC 淬火+回火 43～48HRC 定位零件 支承 零件 限位钉 垫块 45 45 淬火+回火 43～48HRC 30

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其它零件 抽芯机构零件 冷却水管接头 斜导柱 滑块 锁紧锲块 挡块 45 T10A 淬火+回火 54～58HRC 45 淬火+回火 4348HRC ～

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结 论

本次设计我做的是三组方便调味盒注塑模具设计，我先制定一套设计方案。这次的塑料我用了pp，它经济实惠，易成型，最重要的是它对人体没有伤害。

我对三组方便调味盒它的空间大小进行了改进和创新。以更方便人们使用。对模具的设计我进行了怎么样可以使模具的精度更高，表面更光滑的改造。对模具的凹模和凸模进行配合之间的间隙误差更小。我查阅了大量资料，怎么样对模具的凹模和凸模的精度达到更高，以利于模具产品的精度更高。

浇口道的大小对模具的成型也是至关重要的，在注塑机进行注料的时候，每次进去多少，以利于模具产品的质量。要考虑到注塑机注塑的压力以及模具所能承受的压力。这样就要求浇口道要能更好的控制塑料流量的多少进入模具型腔内。

随着人们的生活水平的提高，对产品的要求更高，就需要设计者去设计出更好的产品，去满足消费者。我对我设计的三组方便调味盒，在以后的生活中要根据人们的需要做进一步的改进。在大小和美观这这方面在进行创新制造。

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总 结

作为一个课题的设计者，我学会了如何利用手头上的资料。我的设计课题是三组方便调味盒注射模设计及用CAD及PRO/E软件进行三维造型。在设计的初始阶段，我对自己能否独立完成这个模具设计缺乏信心，有些不知从哪里入手的感觉，经过一段时间反复研究课题，去图书馆查资料，在加上孟凯老师王新莉老师和的悉心指导，我才开始对这个设计有了思路。慢慢地，我利用从图书馆和网上查来的资料开始了机械结构方面的设计，当然这期间孟凯老师和王新莉老师给我的帮助最大，他们的指导使我能顺利地进行结构方面的设计。

这次的课题设计除了模具结构的设计之外，还要求有CAD方面的工作。因为PRO/E涉及到三维设计，因此就要求我要熟悉这方面的软件。我开始对三维设计软件不熟悉，通过对实际要求的结构三维设计，我学会了运用Pro/E实体设计。在三维设计的过程中不断有新问题出现，我就和同学们讨论如何解决问题，从而我的实际操作能力又有了进一步的提高。

通过这次毕业设计，巩固了自己所掌握的知识且进一步加强了理解，使自己从感性认识上升到了理性认识；同时对自己设计能力进行了一次全面的检验和提升。设计过程中查阅了众多的资料，丰富了自己的知识，积累了宝贵的设计经验，获得了一定的产品设计和开发能力，能承担一定的设计开发工作；同时也在此过程中发现自己存在许多的知识缺陷，我应该还要努力学习知识，丰富自己的实际经验。

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参考文献

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致 谢

本次毕业设计得到了孟凯老师和王新莉老师的悉心指导，他于百忙之中任对我提出的问题进行耐心的解答，并提出宝贵的意见，在此表示衷心的感谢！在这次设计中遇到了很多我自己难以攻克的难题，每次遇到难题我都会想老师请教，尽管老师的工作很忙，但是他们都会抽出他们宝贵的时间给我详细地帮助我解决难题，使我受益良多，明白了很多问题。每次向老师请教，老师都会给我指出我设计需要注意的问题，使我下一步去更好的设计。在此谢谢老师。

我的毕业设计业得到了我班同学们的帮助，我们互相帮助，共同进步。遇到不明白的我们在一起商量解决的办法，共同感受解决过程的艰辛，和解决问题后成功的喜悦。使我更明白团结力量的伟大，对在以后工作有莫大的帮助。

感谢我在大学生活三年的母校，感谢所有老师对我的关怀和教育，有了老师的无私奉献才有今天毕业设计的顺利完成。最后感谢计辅班的全体同学，大家在相互学习和帮助中进步，成熟。

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