塑料果冻盒课程设计

课 程 设 计

塑料果冻盒塑料模设计

董文言 200630330304

指导教师 陈燕副教授

学 院 名 称 工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化

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论文提交日期 2010年01月 论文答辩日期 2010年1月

目 录

1 前言??????????????????????????????????1 1.1设计的目的和意义????????????????????????????1 1.2模具工业在国民经济中的地位???????????????????????1 1.3我国塑料模具行业的发展现状???????????????????????2 1.4 Pro/E软件的介绍????????????????????????????3 2 塑件成型工艺分析????????????????????????????4 2.1 塑件的材料分析????????????????????????????4 2.2 塑件的尺寸精度分析?????????????????????????5 2.3 塑件的表面质量分析?????????????????????????5 3 成型设备的选择与模塑工艺参数的编制???????????????????5 3.1 计算塑件的体积和重量?????????????????????????6 3.2 注射机的选用及其技术参数???????????????????????7 3.3 成型工艺参数?????????????????????????????8 4 模具结构方案的确定???????????????????????????8 4.1 分型面位置确定????????????????????????????8 4.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式??????????????????9 4.3 浇注系统的设计与计算?????????????????????????9 4.3.1 主流道设计?????????????????????????????9 4.3.2 分流道的设计???????????????????????????10 4.3.3 浇口的设计?????????????????????????????11 4.4 排气与引气系统机构的确定???????????????????????11 4.5 冷料穴与拉料杆设计??????????????????????????11 4.6 推出方式的选择与设计?????????????????????????12 5.1 标准模架的选择??????????????????????????15 5.2 导柱长度确定??????????????????????????16 5.3 脱模机构的设计与计算?????????????????????????16 5.4 推出方式的确定??????????????????????????16 5.5 模具冷却系统的计算??????????????????????????17

5.5.1 冷却介质?????????????????????????????17 5.5.2 冷却系统计算??????????????????????????17 6 注射机有关参数的校核??????????????????????????19 6.1 注射量的校核?????????????????????????????19 6.2 注射压力的校核????????????????????????????19 6.3 合模力的校核?????????????????????????????19 6.4 安装部分相关尺寸的校核????????????????????????20 6.5 开模行程的校核????????????????????????????20 7 Pro/E建模????????????????????????????20 8结束语??????????????????????????????21 参考文献 附录 模具装配图 动模板1图 动模板2图 定模板图 型芯图 塑料零件图

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1 前言

1.1 设计的目的和意义

模具在当今工业生产中的地位越来越重要，社会上需要大批的模具从业人员。为了提高模具设计的知识水平，进一步认识和掌握计算机辅助设计，增强自身竞争力，本次塑料果冻盒塑料模设计将会以点带线，以线带面地将大学四年所学的知识贯穿起来，同时也可以了解到塑料模具设计的一般过程，为其它同类设计提供借鉴参考。

本设计是用Pro/E软件进行的塑料模具设计，又是计算机辅助设计这一抽象概念的一个具体体现，在此，可以了解到利用Pro/E软件进行模具设计的具体操作步骤。在以往课本上学到的都是一些单纯的理论知识，如何将其应用到实践中呢？在这里，Pro/E软件的应用贯穿到整个设计过程中，无论是塑件的分模还是模具结构的设计，都实现了理论知识与实际操作的有机结合，这不仅有利于模具理论水平和软件的应用技能的提高，而且在老师指导下，通过独立查找资料，更培养了分析问题、解决问题等综合能力。 1.2 模具工业在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。

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单一个型号的汽车所需模具就达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车须要不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

1.3 我国塑料模具行业的发展现状

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

我国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了很大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。随着现代工业特别是汽车、家电等工业的快速发展，环咨分析认为，我国模具市场的总体趋热是平稳向上的,未来的模具市场中, 注塑模具的发展速度将高于其它模具,并且在模具行业中的比例将逐步提高。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

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（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。 1.4 Pro/E软件的介绍

Pro/E是美国参数技术公司推出的一套CAD/CAE/CAM参数化软件系统，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、数控加工编程。经过多年的发展，随着版本的更新换代，功能也越来越完善，Pro/E目前共有8O多个模块，为用户提供全套解决方案。

Pro/E软件系统提供了丰富而实用的实体造型和装配功能，通过可视化的三维设计，保证了产品设计的合理性、高效性。设计人员在较短时间内，将设计思维在计算机中以立体造型的形式转化出来，从而使设计人员能将注意力始终集中于创造性的设计活动中，提高设计质量和设计效率。

Pro/E软件的参数化设计可使CAD系统不仅具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。Pro/E软件使用单一数据库设计，设计人员在设计过程中，任何时候所做的任何修改都会自动调整到整个设计过程中，如零件图中有改动其装配图也会自动发生更改，做到了所谓全相关，这对设计复杂的装备尤为重要。

在模具设计方面，Pro/E软件也是其中一款在国内外应用广泛的三维软件，它有专门面向塑料模设计模块，通过利用其方便快捷的标准模架库外挂（EMX4.1），模具设计中的一些繁琐工作变得尤为简单，其智能式的设计可对零件实现自动装配，并能随心所欲地进行修改，直到得出满意的方案。这一强大而完善的功能无疑是模具设计的首选软件。

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2 塑件成型工艺分析

2.1塑件的材料分析

本产品采用的材料为：ABS塑料 化学名称：丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名称：Acrylonitrile-Butadine-Styrene copolymer 比重：1.05克/立方厘米 成型收缩率：0.4-0.7% 成型温度：200-240℃ 干燥条件：80-90℃ 2小时

特点：

1、综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性好，电性能良好。

2、与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑料，且可表面镀铬，喷漆处理。 3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。 成型特性：

1、无定型料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时。

2、宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270度）。对精度较高的塑件，模具温度宜取50-60度，对高光泽、耐热塑件，模具温度宜取60-80度。

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成型耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表 面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS,SAN,BS的各种性能有机 统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯晴，B代表丙烯晴，S代表苯乙烯。

ABS工程塑料一般是不透明的，外观程浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱

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和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代泾中。 ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

2.2 塑件的尺寸精度分析

影响模塑件尺寸精度的因素十分复杂，主要有模具制造的精度、模制是由于工艺条件的变化引起称性收缩率的波动，同时由于磨损等因素会造成模具尺寸不断变化，活动配合间隙的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑料制件的精度。塑件精度的确应该合理，在满足使用要求前提下应尽可能选用低精度等级。此产品为塑料果冻盒，对尺寸精度要求不高，取MT5精度等级即可满足要求。

图1所示为塑料果冻盒的零件图，其壁厚为1mm。

图1 塑件零件图

2.3 塑件的表面质量分析

本产品不和其他零件配合，对尺寸精度和表面质量都要求不高。不要出现斑痕、云纹等缺陷，因此在成型前应进行干燥处理。同时，在选用成型设备、编制成型工艺参数、选择浇口位置分型面时都应该考虑对塑件表面质量的影响。

3 成型设备选择与模塑工艺参数的编制

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图2是根据塑件壁厚均匀要求，用Pro/E三维软件做的一个塑料果冻盒模型，建模后除了能得到塑料果冻盒体积，分型面面积等参数外，这个模型也是Pro/E分模时的参照模型。

图2 塑件的Pro/E模型

3.1 塑件的体积和重量

通过Pro/E建模后，利用Pro/E的塑件分析可得塑件的体积，如图3所示

可得塑件的体积为V≈1.25cm3，通过设计手册可以查得ABS材料的密度为?≈1.02～1.16g·cm?3因此，塑件的质量为G=V·?≈1.28～1.45g，取1.35塑件的质量。

3.2 注射机的选用及其技术参数

根据以上的计算结果，加上浇注系统的体积，查表，初步选用海天注射机HTF60W2-HB型，该注射机的主要技术规格，如表1所示

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表1 HTF60W2-HB型注射机的主要技术规格 型号 螺杆直径/mm 螺杆长径比（L/D） 理论注射容量（cm3） 理论注射质量PS（g）

注射速率(g/s) 塑化能力(g/s) 注射压力（MPa） 螺杆转速（r/min） 合模力（KN） 移动模板行程（mm） 拉杆内距（mm） 最大模具厚度H(mm) 最大模具厚度H1(mm) 顶出行程（mm） 顶出力（KN） 加热功率（KW） 顶出杆根数与直径（mm） 喷嘴球半径SR(mm) 喷嘴孔孔径（mm） 定位孔直径（mm） 油泵马达（KW） HTF60W2-HB型

30 21 88 80 88 9.3 177 0～290 600 270

310?310

330 120 70 22 5.1 1～?40 10

?2

?100 11 7

3.3成型工艺参数

塑件注射成型工艺参数如下表所示，试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时﹐原则上应按压力 —— 时间 —— 温度的顺序来调机，不应该同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱造成塑件质量不稳定。

表3 ABS塑料的注射成型工艺参数

工艺参数 料筒温度（后段）/℃ 料筒温度（中段）/℃ 料筒温度（前段）/℃

注射压力/MPa 喷嘴温度/?C 模具温度/℃ 保压压力/MPa 充模保压时间/s 模内冷却时间/s

规格 180～220 200～240 210～250 70～100 200～210 50～80 60～80 13～35 20～70

4 模具结构方案的确定

4.1 分型面位置确定

为使产品顺利从模具中取出，模具必须分成公母两部分，此分界面被称为分型面，有分模及排气的作用，由于分型面受到塑件几何形状、尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件位置、浇口形式等多种因素的影响，在选择分型面时需要注意：

① 分型面不能选择在影响产品外观的表面（或精度要求高的表面）。 ② 分型后塑件应尽可能留在动模一侧，以便方便取出塑件。

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③ 分型面选择应有利于成型模具的加工制造。

④ 对于同轴度要求高的产品或容易造成错位部分，要放置在分型面的同一侧。 ⑤ 分型面应选在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，有利于排气。

该塑件形状简单，原则上只需一个分型面就能顺利取出塑件，根据分型面的选择要求，现选取三角衣架的分型面位置如下图3中的A—A处。这样有利于排气，塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工。

图3 分型面位置

4.2 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式

综合所选注射机的各参数，考虑到模架尺寸也不宜太大以免造成装模困难，现最终确定型腔数量为一模一腔。

尽可能采用平衡式排列布置，且与浇口开设部位对称，并在满足刚度的条件下尽可能紧凑以减少模具外形尺寸。同时这也有利于缩短分流道的长度，这对塑件的成型是非常有利的。因现确定的型腔数目是一模一腔。

4.3 浇注系统的设计与计算 4.3.1 主流道设计

主流道的截面形状通常采用比表面积（表面积与体积之比）最小的圆形面。在卧式注射机用模具中，因注流道垂直于分型面，为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆

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锥形，锥角位3?，其表面粗糙度Ra为0.8μm。

主流道长度L通常不能超过60mm,本设计取L=40mm.

主流道大端与分流道相接处又过度圆角，以减少料流流转向时的阻力，其圆角半径取r=1mm。

由于结构需要，主流道需要穿过两块模板，为了防止在模板结合面处溢料造成主流道凝料脱出困难，采用浇口套。

由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以模具的主流道通常设计成可拆卸更换的衬套（称为浇口衬套），以便选用优质钢材单独进行加工和热处理，浇口套采用T8A材料，热处理硬度为50～55HRC（低于注射机喷嘴的硬度）。浇口衬套与定模座板的配合按H7/f6间隙配合。

为了保证模具安装在注射机上后，其主流道与喷嘴对中，必须凭借定位零件来实现。对于小型模具，可以直接利用浇口衬套的台肩作为模具的定位环，本设计采用定位环与浇口衬套一起设计，材料选用T8A钢制作。

浇口衬套与模板装配后的要求为：浇口衬套与模板配合紧密、无缝隙。 浇口衬套Pro/E建模图如下所示：

图4 浇口衬套3D建模图

4.3.2 分流道的设计

分流道介于主流道和浇口之间，起着分流和转向作用。设计时基本原则为： ① 在条件允许下，分流道截面面积应尽量小，长度尽量短。 ② 分流道表面不要求过分光滑，通常Ra?1.6?m。

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③ 流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量。 （1）分流道的布置形式

本设计中，根据型腔的排列形式，只须要一级分流道就能满足要求。同时根据塑件形状，浇口要开设在定模一侧，所以为了加工方便分流道也设置在定模一侧。 （2）分流道的截面形状

为了方便加工和凝料脱模，分流道需设计在分型面上并在定模一侧。因分流道很短，热量散失是次要因素，为了便于加工，现选用加工性能比较好的半圆形流道，表面粗糙度取Ra?1.6?m。 4.3.3 浇口的设计

浇口是浇注系统的关键部分，浇口的位置、类型及尺寸对塑件质量影响很大。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔。它能很快适时冷却，封闭，防止型腔内塑料熔体倒流。

该塑件外表面质量要求较高，为了不影响外观，现决定选用矩形侧浇口，而且塑件体积小，型腔容易充满，为避免产生更多熔接痕，浇口数目宜选一个，并开设在分型面上定模一侧。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，降低了模具制造成本。从型腔的边缘进料，去除浇口容易，浇口去除后不留明显痕迹，对产品外观影响很小。

4.4排气与引气系统结构的确定

当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，还会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。

本设计中，塑件简单，体积很小，所以模具成型空腔中的气体是很少的，根据塑件形状分析，其最后填充部位在分型面上，因此可利用分型面、推杆活动间隙、型芯嵌件间隙进行排气，就可保证塑件的质量，同时也有利于减少加工成本和不必要的工时，提高了工作效率。

4.5 冷料穴与拉料杆设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕足料流前锋

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的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；通过在冷料穴末端设置拉料杆，主流道冷料穴在开模时又能起到把主流道的凝料拉出的作用。

冷料穴设置在熔料流动方向的转折处，以便将冷料入穴中存留起来。卧式或立式注射机用模具冷料穴一般都设置在主流道正对面的动模上，冷料穴直径稍大于主流道大端的直径，底部常做成曲折的钩星或下陷的凹槽，使冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出时而附在动模一边的作用。本设计使冷料穴直径取d=6mm,深度h=5mm。

拉料杆是与冷料穴对应设计的，故取拉料杆直径d=6mm,材料选用T8A,头部成钩形，头部热处理淬火50～55HRC,钩形与定模板之间采用H9/f9间隙配合。 4.6推出方式的选择与设计

脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。是设计推出机构的主要依据之一。

塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小而将型芯抱紧，在塑件脱模时，必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还要克服大气压力。此外，还要克服机构本身运动的摩擦阻力及塑件与钢材之间的粘附力。

开始脱模的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力，以后脱模所需的力称为相续脱模力，后者要比前者小。所以在计算脱模力的时候，总是计算初始脱模力。影响脱模力大小的因素很多，如型芯成型部分的表面积及其形状；塑料的收缩率以及对于型芯的摩擦系数；塑件的壁厚及同时包紧型芯的数量；成型时的工艺参数等。根据这些因素来精确计算脱模力是相当困难的，设计推出机构要全面分析，根据主要影响因素进行粗略计算。

当塑件包紧型芯时，其受力情况如图5所示。由于型芯一般具有脱模斜度，故在脱模力F脱的作用下，塑件对型芯的正压力降低了Fsina，这时摩擦阻力为： 图5型芯受力图

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F摩=f(F正-F脱sina)

式中F摩－摩擦阻力（N）； f――摩擦系数，此设计取f=0.6;

F正——因塑件收缩产生对型芯的正压力（N）； F脱——脱模力（N）； a——脱模斜度，取a=1?

根据受力图列出力的平衡方程式为：

?FX?0

即 F摩cosa?F脱?F正sina?0 将上式代人可得：

F脱?F正cosa(f?tana)

1?fsinacosaF正?p?A

式中 p——因塑件收缩对型芯产生的单位正压力（MPA）,一般p=8～12MPa,薄件件取小值，厚壁件取大值，所要产生的塑件比较薄，故取p=8MPa；

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A——塑件包紧型芯侧面积。 A=267.78mm2

结合以上所述，将设计中塑件参数代人公式得：

F脱?1234.84N

塑件形状相对比较简单，推杆选用圆截面推杆，本设计推杆长度为52.5mm,材料选用T8A,圆形推杆直径可根据公式计算

?LF脱 d?K??nE?2?? ??14式中 d——推杆的直径（mm）； L——推杆得长度（mm）； ； F脱——塑件的脱模力（N）

E——弹性模量（MPa）,取E=2.1×105MPa； n——推杆数量； K——安全系数，取K=1.5 将参数代入公式得： d=3.01mm 取d=3mm

强度校核，如下公式： d?n???压?4F脱

式中 ??压?——推杆材料的许用压力 （MPa） 根据材料取??压?=160MPa； 计算得：

d?3.13mm 所以取d=3mm符合要求

推杆与模板采用H8/f7间隙配合，其它的采用大间隙配合。推杆工作段淬火处理，硬度为50～55HRC，后面固定端硬度为40～45HRC即可。因为采用较大的间隙配合，为了

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加工经济，推杆表面粗糙度Ra值取3.2um.

5.1标准模架的选择

模具标准化对提高模具设计与制作水平、提高模具质量、缩短模具制造周期、降低模具成本、节约材料等均具有重要意义。根据本零件的尺寸及浇口位置等因素，选用A1模具。

表3 标准模架尺寸

模架零件

尺寸（mm）

图11 模架简图

定模板长度 100 宽度 80 高度 38 动模板1长度 70 宽度 80 高度 15.54

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动模板2长度 100 宽度 80 高度 10 垫块 长度 30 宽度 13 高度 15 推板固定板1直径 23.89 高度 3 推板 长度 40 宽度 40 高度 7.04

5.2导柱长度确定

根据导柱工作部分长度至少应比型芯端面高出6～8 mm，以确保其导向与引导作用。该设计中，型芯高度为28mm，为满足导向要求，导柱总长应满足

L?35?28?6mm?69mm。

所以，根据标准值，现确定导柱长度为72mm。 5.3 脱模机构的设计与计算

注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：

①塑件滞留于动模侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。

②由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度部位。

① 结构合理可靠，便于制造和维护和能获得良好的塑件外观。 5.4推出方式的确定

推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果

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好等特点。本设计采用推杆推出机构实现塑件脱模。因为该塑件的分型面简单，有一定壁厚，结构也不复杂，采用推杆推出的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。

②推杆固定及与模体的配合

推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。本设计采用推杆固定板固定，同时，因为顶杆与塑件接触处均为平面，并无特定的方向，所以推杆无须设置止转结构。

推杆和模体的配合一般为H8/f8或H9/f9，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的3~5倍，推杆端面应和塑件成型面在同一平面或比塑件成型表面高出0.05~0.10mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，其相对于固定板是浮动的，各尺寸关系的确定如图13所示。

图13 推杆及其配合

5.5 模具冷却系统的计算 5.5.1 冷却介质

ABS属于中等黏度材料，其成型工艺要求的模温不太高，为200?C，模具温度为50~80?C。现模具温度初步选定为50?C，同时由于水的比热容大、传热系数高、成本低，所以决定选用常温水对模具进行冷却。 5.5.2 冷却系统计算

1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W

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①塑料制品的体积

V?V主?V分?nV塑?1.77?0.446?2?29.84cm2?61.9cm2 ②塑料制品的质量

m??V?1.05?61.9g?64.99g?0.065kg

③塑件的壁厚为2mm，查表可以确定其冷却时间t冷?9.3s，通过所选注射机注射量查表确定注射时间t注?1.6，s取脱模时间t脱?9.1s。因此，注射周期

t?t注?t冷?t脱?（1.6?9.3?9.1）s?20s。

由此得每小时注射的次数：N=(3600/20)次=180次。 ④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：

W?N?m?180?0.065 kg/h?11.7kg/h

2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量QS

查表知ABS的单位热流量QS的值的范围在(310~400)kJ/kg，故取QS?370kJ/kg。 3）计算冷却水的体积流量qv

设冷却水道入水温度为?2?22?C，出水口的水温为?1?25?C，取水的密度

??100kg0/m3，水的比热容c?4.187kJ/(kg??C)。则根据公式可得：

qv?WQS11.7?370?m3/min?0.00574m3/min

60?c(?1??2)60?1000?4.187?(25?22)4）确定冷水路的直径d

根据qv?0.00574m3/min，通过查表可确定模具冷去水孔直径为10mm。 5）冷却水在管内的流速v

v?4qv4?0.00574?m/s?1.22m/s

60??d260?3.14?0.0126）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h

?

因为平均水温为23.5C,查表可得f?6.7（按插值法确定）,则有：

4.187f(?v)0.84.187?6.7?(1000?1.212)0.82?42?h??kJ/(m?h?C)?2.0643?10kJ/(m?h?C0.20.2d0.01

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7）)计算冷却水通道的导热总面积A

A?WQS?h??11.7?370m2?0.00791m2

22?25??2.0643?104??50?2???8）计算模具所需冷却水管的总长度L

L?A0.00791?m?0.252m?252mm ?d3.14?0.01L252?根?0.84根 l3009）冷却水路的根数x 设每条水路的长度为300mm，则冷却水路的根数为：

x?分析可知，计算结果显然不符合实际，实际当中，水路的布置往往受模具结构和塑件形状的影响。为使凹模和型芯能得到充分冷却，需要根据两模腔的实际布置情况来加以修改。所以调整之后，冷却水路的直径也可适当取小些，现确定取较为常用的值：d=8mm。

为了防止漏水，水路在穿过两模板之间应该要可靠密封，根据水路直径为8mm，按装配技术要求选取标准规格为ΦD=16，Φd=2.5的“O”型密封圈进行密封。水路端部密封处用带螺纹的管塞进行可靠密封。

6 注射机有关参数的校核

6.1 注射量的校核

通过上面的计算，浇注系统的尺寸已经确定，现在就可以对注射量进行校核了。 塑件连同浇注系统的实际总体积V?1.77?0.446?2?25.17cm2?52.6cm2。 显然V?52.6cm2?注射机标称注射量?125cm2。校核合格。 6.2 注射压力的校核

查有关模具设计手册可知，ABS成型厚壁塑件时所需的注射压力为80~110MPa，这里取p?100MPa所选的注射机的公称注射压力为150MPa，注射压力安全系数k=1.25~1.4，现取k=1.3，所以有：

kp?1.3?100?130?150，故注射机压力满足要求。

6.3 合模力校核

2①单个塑件在分型面的投影面积A塑可通过proe三维软件测出，为A塑?11205mm。

②单边流道凝料在分型面上的的投影面积A浇。根据流道定出的尺寸有

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A浇?17.5?5.7mm2?99.8mm2。

③塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积A总，有：

A总?n（A塑?A浇）?2?(11205?99.8)mm2?22609.6mm2 ④模具型腔内的胀型力F涨

F涨?A总p模?22609.6?30N?678288N?6.78?105N

该注射机的公称锁模力为F锁?9?105N,锁模力安全系数为k2?1.1~1.2，这里取

k2?1.2，则有：k2F涨?1.2?6.78?105N?8.14?105N?F锁?9?105N。

所以，注射机锁模力合格。

6.4安装部分相关尺寸的校核

①模具平面尺寸 模具长宽尺寸应与注射机的拉杆内间距相适应，以保证模具至少能从一个方向穿过拉杆间的空间安装在注射机上。根据300×450mm<260×360mm(拉杆空间)，故校核合格。

②模具高度尺寸 245mm，200mm< 245mm <300mm，处于模具的最小厚度和最大厚度之间，故校核合格。

③模具定位圈直径为Φ100mm=注射机定位孔直径Φ100mm，符合安装要求。 6.5 开模行程的校核

模具的开模行程

S?H1?H2?(5~10)mm?60?25?(5~10)mm?90~95mm?300mm

其中H1为塑件的高度（含浇注系统的高度，浇注系统高度约为60mm，塑件高度也被包含其中）；塑件被推出距离为H2。故校核合格。

7 Pro/E建模图

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8 结束语

本设计主要是借助Pro/E三维软件进行的塑料果冻盒塑料模设计，是对以往所学知识的总结，可以说是一次真正意义上的学以致用的实践。模具的设计紧凑合理、加工方便、便于维修。在整个设计过程中，都综合运用了以往所学过的理论知识，通过分析塑件的精度以及考虑到模具加工的工艺性，确定出模具的结构形式，并且借助了Pro/E三维软件将这种结构形式表达出来，更增加了模具结构的直观性。

模具设计是一项综合性很强的工作，要具备比较全面的知识，需要多年的经验积累沉淀，由于我的水平有限，在这个设计中，有某些地方没有做到尽善尽美，比如在选择浇口位置时没有用CAE软件来进行模流分析最佳浇口位置，在水道的布置方面不是太合理，没对动模垫板的支撑柱进行压杆稳定性校核，同时在模具加工方面的知识还很欠缺，缺乏实际的实践锻炼，所以对成型零件制造工艺的编写还不在行。

模具设计也是考察一个人对计算机辅助设计软件应用的熟练程度的工作，在当今制造行业，借助计算机进行辅助设计是缩短产品开发周期、降低成本、提高生产率的必然选择。

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模具设计又是一项很枯燥的工作，需要一个人投入很多的耐性和热情才能做好。这次课程设计，不但使我学到了很多模具设计的知识，还令我领悟到了很多道理，使我明白今后无论从事什么工作，都应该充满热情，全身心投入到工作中。只要相信，认真付出了，总会有回报。

参 考 文 献

[1] 洪慎章，实用注射模具结构图册.上海：交通大学出版社，2006. [2]叶久新，王群 塑料成型工艺及模具设计.机械工业出版社，2009 [3] 胡凤兰.互换性与技术测量基础.北京：高等教育出版社，2005.

[4] 周静卿，张淑娟，赵凤芹.机械制图与计算机绘图.北京：中国农业大学出版社，2004. [5] 李锦标，易玲棋，郭雪梅.Pro/ENGINEER Wildfire3.0 注射模具设计.北京：清华大学出版社，2008.

[6] 冯炳尧，韩泰荣，殷振海，蒋文森.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社，1994.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2m06.html