滴注仪下盖的模具设计

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第三章 滴注仪下盖的模具设计

3.1 模具方案的论证和选择

模具方案的不同主要在选择浇口方式的区分上。 方案一：采用直浇口式

直接浇口又称中心浇口、主流道型浇口或非限制性浇口，塑料熔体直接由主流道进入型腔，因而具有流动阻力小、流料速度快及补缩时间长的特点，但注射压力直接作用在塑件上容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形，浇口痕迹和较明显，并且较难清除，这类浇口大多数用于注射成型大型厚壁长流程深型腔的塑件以及一些高粘度塑料。而本设计采用ABS塑料，流动性较好，并且塑料型腔不深，壁厚较薄，所以不宜采用直浇口。

方案二：采用侧浇口式 完整设计及图纸，程序请联系

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侧浇口又称边缘浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面

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充模，其截面形状多位矩形狭缝，调整截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这类浇口加工容易，休整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置。因此它是广泛使用的一种浇口形式。但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大。由于滴注仪下盖与上盖在结合处有槽配合，如采用侧浇口，则会在配合槽处留下浇口痕迹，会影响上盖和下盖的配合。因此下盖的模具设计不宜采用侧浇口。

方案三：点浇口

点浇口又称针点式浇口、橄榄型浇口或菱形浇口，其尺寸很小。采用点浇口成型塑件，去除浇口后残留很极小。易取得浇注系统的平衡。也利于自动化操作。本设计可以在塑件的底面上采用点浇口，并且底面没有外观质量要求，即使有一定的浇口痕迹，对塑件的外观也不影响，所以可以采用点浇口。

综合考虑到塑件的形状、外观和结构上的要求，采用点浇口比较合适，所以选择方案三。

3.2 注射机的选择及型腔数目的确定

3.2.1 塑件的质量体积分析及ABS的注射工艺性

塑件的体积大小：通过Pro/E分析，可知体积为185652.8610 mm3 =185.653㎝3，ABS的密度为1.02g/㎝3，所以质量为189.366 g。

料桶温度的正确选择关系到塑料的塑化质量，其原则是能保证顺利的注射成型而又不引起塑料的局部降解。塑料的加工温度有注射机料筒来控制的。料筒的末端最高温度应高于塑料的流动温度（或熔融温度），但低于塑料的分解温度。

ABS流动性好，易于成型。熔融温度为217～237oC，热分解温度为250oC以上。熔融温度与分解温度比较接近，选择料筒温度为200～230oC，为了防止流涎现象，喷嘴温度稍低于料筒温度取180～190oC。

注射时，需在70～80oC预干燥4小时以上，注射温度为170～200 oC，注射成型过程中，冷却介质用水，模温越低，冷却速度太快，熔体温度降低越迅速，造成熔体粘度增大，注射压力损失，引起充模不足，反之，则有利于提高制品表面质量，但制品生产率大大降低，综合以上两点，取模具温度为60～70oC。

表3.1 ABS注射工艺参数

注射机类型 螺杆转速（r/min） 喷嘴形式 喷嘴温度（C） 料桶前段温度（C） 料桶中段温度（C） ooo螺杆式 30～60 直通式 180～190 200～210 210～230 模具温度（C） 注射压力(MPa) 保压力(MPa) 注射时间(s) 保压时间(s) 冷却时间(s) o60～70 70～90 50～70 3～5 15～30 15～30 26

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料桶后段温度（C） o180～200 成型周期(s) 40～70 3.2.2 型腔数目的确定

在设计实践中，有先确定注射机的型号，再根据所选用的注射机的技术规范及塑件的技术经济要求，计算能够选取的型腔数目，也有根据经验先确定型腔数目的，然后根据生产条件，如注射机的有关技术规范等进行校核计算，看所选得型腔数目是否满足要求。

由于塑件尺寸较大，单个塑件体积为185.653cm3 ，并且结构较复杂，还有一个侧抽芯机构，所以设计时，可以首先确定腔数为单型腔。

3.2.3 注塑机的选择

根据塑件体积为185.653㎝3，并且塑件的大小为280×200×28㎜，选择注射机为XS-ZY-500，为螺杆式。

表3.2 XS-ZY-500的技术规范

额定注射量(cm) 螺杆直径(㎜) 注射压力(MPa) 注射行程(㎜) 螺杆转数(r/min) 合模力(kN) 喷嘴孔直径(㎜)， 3500 65 145 200 最大成型面积(cm) 21000 最大开（合）模行程(㎜) 500 模具最大厚度(㎜) 模具最小厚度(㎜) 450 300 20、25、32、38、42、50、63、80 动定模固定板尺寸(㎜) 700×850 3500 5 拉杆空间(㎜) 喷嘴圆弧半径(㎜) 540×440 18 （1）锁模力的校核

锁模力是指注射机合模机构在工作过程中对模具所能施加的最大夹紧力。在选用注射机时，要对其合模机构进行校核。通常可用下列公式进行：

(nA1?A2)p?F （3—1）

式中 P ，1 ——单个塑件在模具分型面上的投影面积；

A 2 ——浇注系统在模具分型面上的投影面积； N ——型腔数量；

p ——塑料熔体对型腔的成型压力； F ——锁模力。

根据经验取模腔平均压力为P为40 Mpa，通过Pro/E分析，可知塑件在分型面上的投影面积为A=55658.7mm2=556.587cm2。粗略计算锁模力为F =pA=40×106×556.587×10-4=2226.348KN<3500 KN，所以满足锁模力的要求。

（2）注射容量校核

模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关，设计模具时，应保

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证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内，根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的80％，由此有：

m1?m2?80%m （3—2）

塑件的体积为185.653 cm3，加上浇注系统凝料的体积大约为210 cm3，远远小于注射机的额定注射量为500 cm3，满足需求。

（3） 最大注射压力的校核

注射压力是指在螺杆头部产生的熔体压强，注射压力过低会导致型腔压力不足，熔体不能顺利充满型腔；反之，注射压力过大，不仅会造成制品溢料，甚至系统过载。螺式注射机ABS注射压力一般是70～100MPa，取80Mpa。注射机注射压力为145 MPa，满足要求。

（4） 模具厚度的校核

本注射机所允许的最小厚度和最大厚度分别为300和450㎜，所选模架的闭

合高度为448㎜，满足要求。

（5） 开模行程校核

所选注射机的最大开模行程为500㎜，模具结构为斜导柱侧抽芯的双分型面注射模，其开模距为：

smax?H1?H2?a?（5~10) （3—3）

式中 H 1 ——脱模距离（㎜），为58㎜；

H 2 ——包括浇注系统在内的塑件高度（㎜），为120㎜； A ——取出浇注系统凝料所必需的长度（㎜），为100㎜； 所以，开模行程大概为288㎜<500㎜，满足要求。

3.3 分型面的选择

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面成为模具的分型面，本例为点浇口，应该用三版式结构。选择双分型面。

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完美毕业网 图 3-1 分型面的结构 B分型面的分型距离为118㎜，A分型面的分型距离为40㎜。 3.4 排气系统的设计

本设计中塑件的边长较长，分型面与塑件结合的地方较多，因此，可以利用分型面的间隙配合进行排气。同时，在本结构中有28根推杆。也利用推杆与凸模之间的间隙进行排气，同时，侧抽芯机构也可以排气，所以可以不必要单独设计排气槽。

3.5 浇注系统设计

3.5.1 主流道部分设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度，因此它的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使塑料熔体的温度降和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。主流道垂直于分型面。

主流道长度一般按模板厚度确定，但为减小充模时的压力降和减小物料损耗，以短为好，中小模具控制在50㎜以内，在出现过长主流道时，可将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴深入模具。本题取L为50㎜。

由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设成可拆卸更换的主流道衬套。为了拆卸更换方便，模具的定位圈常与主流道衬套分开设计，主流道衬套如图3-2所示：

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中南大学本科生毕业设计 图 3-2 主流道结构 各部分尺寸如下： G54-S200/400注射机喷嘴孔直径为4㎜，喷嘴圆弧半径为18㎜。

d ——主流道小短直径 d=5+1=6㎜ ； R ——主流道球面半径 R a =18/2+2=11㎜ ； R a——表面粗糙度 R a≦0.8um ； a ——主流道锥角 a=5o ； L ——主流道长度 L=36㎜ ； r ——主流道出口端圆角 r=D/8=0.95㎜ ； h ——球面配合高度 h=3㎜ ；

Ｄ ——主流道大端直径 D=d+2Ltg(a/2)=8.3㎜ ；

3.5.2 冷料穴设计

冷料穴是用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流

道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。

冷料穴一般开设在主流到对面的动模板上（亦即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1～1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。

本设计中，冷料穴和分流道均开设在中间板上，主流道的大端直径D为7.53㎜，所以冷料穴的直径可以取8㎜，深度可以取10㎜。

同时在分流道的末端也应设置冷料穴，冷料穴的截面形状和分流道的形状相吻合，为梯形截面，长度为8㎜。

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完美毕业网 图 3-3 冷料穴结构 3.5.3 分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道。分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料有主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换一伙的平稳流态的过渡段。因此要求所设计的分流道能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失和热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

B?0.27M234L?7.810㎜ （3—4）

H?B?5.207㎜ （3—5）

式中 Ｂ ——梯形的大底边宽度（㎜），B取5.21㎜；

ｍ ——流经分流道的塑件的质量（ｇ），型腔内塑件加流道内熔体

的质量为200克，流经分流道塑件质量为200/2=100克；

Ｌ ——该分流道的长度（㎜），Ｌ＝70； Ｈ ——梯形的高度（㎜），H取7.81㎜；

a ——侧边与垂直分型面的夹角，取5o～15o，此处取12o。 分流道的形状设计成梯形截面，如图3-4： 分流道主流道分流道 图 3-4 分流道结构 3.5.4 浇口设计 完美毕业网 中南大学本科生毕业设计

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中介面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。

通常浇口可分为大浇口和小浇口两类，前者也称非限制性浇口，系指直接浇口；后者也称限制性浇口和内浇，常用的有侧浇口，点浇口等。

小浇口最适合于填充薄壁和壁厚均匀的型腔，它能有效的防止制品发生变形、翘曲和裂纹等弊病，而大浇口对补缩有利，它能提高制品的尺寸精度，因此当制品的壁厚不均匀时，应适当增大浇口的尺寸。

本设计浇口采取点浇口，共取2个点浇口，模具结构采用双分型面。 点浇口又称针点式浇口、橄榄型浇口或菱形浇口，其尺寸很小。采用点浇口成型塑件，去除浇口后残留很极小。易取得浇注系统的平衡。也利于自动化操作，但压力损失大，收缩大，易变形。同时在定模部分须加一个分型面，以便浇口凝料脱模。 点浇口的截面为圆形。直径d一般在0.8～2.0㎜范围内选取，常用的直径是0.8～1.5㎜。根据《模具设计手册》第二版，为ABS推荐的点浇口尺寸，在壁厚为1.5～3㎜之间直径为0.9～1.8㎜，此处取1.6㎜。 图 3-5 点浇口结构 图中 d =1.6㎜； L=0.5㎜； a =90o； L 0 =0.75㎜； R =1.5㎜； a 1 =20o。

3.5.5 定位圈和浇口套的选择

浇口套与定位圈配合使用，其中浇口套是树脂注入模具的入口，尺寸与注塑

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机的尺寸有关。标准浇口套分为A型和B型，B型是为了防止注射时在浇口后退而由定位圈压住的类型，本设计选用B型。其尺寸规格如图示，d为25+0.013-0.008㎜，L、N、M根据实际使用情况而定，取L =5, N =6, M =29。 图 3-6 浇口套结构 定位圈的作用是使注塑机的喷嘴与模具浇口的浇口套定位，定位圈分为标准型及特殊型两种，根据要求分别选用。根据JIS标准中规定的特殊型定位圈。尺寸规格如下： 取ΦP为90，ΦD为120㎜。 图 3-7 定位圈结构 3.6 成型零部件设计

表3-3 按平均收缩率计算模具成型零件工作尺寸的实用公式

尺寸类型 型腔径向尺寸 型芯径向尺寸 实用计算公式 ① Dm?（[1?Scp）d?x?]00??mx值 0.5～0.75 0.5～0.75 ② dm?（[1?Scp）D?x?]?? m完美毕业网

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??m型腔深度尺寸 型芯深度尺寸 中心距 ③ Hm?（[1?Scp）h?x?]00 1/2～2/3 1/2～2/3 — ④ hm?（[1?Scp）H?x?]?? m[1?Scp）L]?⑤ Lm?（?m2 Scp——注塑件塑料的平均收缩率；

Δ—塑件的尺寸公差，按SJ1374-78或国标选定（㎜）；

x——系数；

D/d——塑件的包容，被包容径向尺寸（㎜）； H/h——塑件的包容，被包容深度，高度尺寸（㎜）； L/l——塑件的中心距与单边位置尺寸（㎜）； D m/d m——模具的包容，被包容径向尺寸（㎜）； H m/h m——模具的包容，被包容深度，高度尺寸（㎜）； L m/l m——塑件的中心距与单边位置尺寸（㎜）； △m——模具或成型零件的制造公差。

在型腔和型芯的径向尺寸计算时，x=0.5～0.75，在型腔和型芯的高度尺寸计算时，x=1/2～1/3。

3.6.1 成型零件工作尺寸的计算

表3-4 成型零件的尺寸计算

塑件尺寸公差 △ 塑模件 具等等级 级 模具尺寸公差 △m ?0.030?0.029塑件 尺寸 塑件 尺寸 规范化 公式 系数 x 模具尺寸计算结果 模具尺寸规范化 5?0.14 2.60?0.1205?0.14 00.14 4 9 0.030 ③ 0.63 4.9392.690 4.94?0.001 2.69?0.025 19.91±0.026 02.60?0.12 0.12 0.22 0.16 0.14 0.12 4 9 0.025 4 9 0.052 4 9 0.036 4 9 0.030 4 9 0.025 ④ ⑤ ④ ⑤ ③ 0.63 — 0.63 — 0.63 0?0.025 19.8±0.11 19.8±0.11 19.909±0.026 70?0.16 70?0.16 7.1390?0.036 7.13?0.027 5.53±0.015 ?0.0095.5±0.07 5.5±0.07 5.530±0.015 0.5?0.12 320

?0.2600.5?0.12 320?0.2600.42732.358?0.0250 0.43?0.003 32.35?0.054 ?0.008?0.022 0.26 4 9 0.062 ② 0.70 0?0.062 34

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13.2?0.18 13.200?0.18013.2?0.18 13.200?0.1800.18 4 9 0.043 ④ 0.63 13.38613.1380?0.043 13.38?0.037 13.14?0.002 28.010?0.052?0.041?0.006 0.18 4 9 0.043 ① 0.75 ?0.0430 28?0.24 67.5±0.19 7.5±0.08 28?0.24 67.5±0.19 7.5±0.08 0.24 0.38 0.16 0.14 4 9 0.052 4 9 0.074 4 9 0.036 4 9 0.030 ③ ⑤ ⑤ ① 0.60 — — 0.75 28.010?0.052 67.871±0.037 7.541±0.018 67.87±0.037 7.54±0.018 4.2?0.14 04.2?0.14 04.118?0.0300 4.12?0.002 1.69?0.014 30.17±0.031 46.25±0.031 56.31±0.037 25.14±0.026 50.28±0.037 75.41±0.037 14.88±0.021 22.62±0.026 3.47±0.015 76.37±0.037 82.95±0.044 120.66±0.05 ?0.009?0.0281.60?0.12 1.60?0.12 0.12 0.26 0.28 0.32 0.24 0.32 0.38 0.20 0.22 0.14 4 9 0.025 4 9 0.062 4 9 0.062 4 9 0.074 4 9 0.052 4 9 0.074 4 9 0.074 4 9 0.043 4 9 0.052 4 9 0.030 4 9 0.074 4 9 0.087 4 9 0.100 4 9 0.043 ② ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤ ③ 0.75 — — — — — — — — — — — — 0.63 1.6990?0.025 30±0.13 46±0.14 56±0.16 25±0.12 50±0.16 75±0.19 14.8±0.10 22.5±0.11 3.45±0.07 75.95±0.19 82.5±0.22 120±0.28 30±0.13 46±0.14 56±0.16 25±0.12 50±0.16 75±0.19 14.8±0.10 22.5±0.11 3.45±0.07 30.165±0.031 46.253±0.031 56.308±0.037 25.138±0.026 50.275±0.037 75.413±0.037 14.881±0.025 22.624±0.026 3.469±0.015 76.368±0.037 82.954±0.045 120.66±0.050 75.95±0.19 0.38 82.5±0.22 120±0.28 0.44 0.56 0.20 16.6?0.20 275.20?1.00016.6?0.20 275.20?1.00016.565?0.0430 16.57?0.005 277.27?0.126 278.57?0.003 ?0.127?0.004?0.038 1.00 4 9 0.130 ② 0.56 277.274278.5670?0.13 277.6?1.00 0277.6?1.00 1.00 4 9 0.130 0① 0.56 ?0.1300 2802000?1.10 2802000?1.10 1.10 4 9 0.130 ① 0.54 280.946?0.1300 280.95?0.004 200.65?0.009 198.28?0.008 196.65?0.113 78.43±0.037 ?0.002?0.107?0.016?0.1260?0.82 0?0.82 0.82 4 9 0.115 ① 0.56 200.6410198.272196.652?0.115 197.6?0.74195.200?0.740 197.6?0.74195.200?0.740 0.74 4 9 0.115 ① 0.56 ?0.1150 0.74 0.38 0.50 4 9 0.115 4 9 0.074 4 9 0.087 ② ⑤ ⑤ 0.56 — — 0?0.115 78±0.19 110±0.25 78±0.19 110±0.25 78.429±0.037 110.605±0.044 110.61±0.044 完美毕业网

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9?0.16 70?0.1609?0.16 70?0.1600.16 4 9 0.036 ① 0.75 8.9307.1596.4352.438?0.0360 8.930?0.036 0.16 4 9 0.036 ② 0.75 0?0.036 7.15?0.027 6.44?0.005 2.44?0.002 15.97?0.008 ?0.035?0.023?0.031?0.0096.5?0.16 2.5?0.12 006.5?0.16 2.5?0.12 000.16 4 9 0.036 ③ 0.63 ?0.0360 0.12 4 9 0.025 ③ 0.63 ?0.0250 16?0.20 016?0.20 00.20 4 9 0.043 ③ 0.63 15.962?0.0430 600?0.16 600?0.16 0.16 4 9 0.036 ② 0.75 6.1531.93516.2142.8057.9240?0.036 6.15?0.033 1.94?0.005 16.21?0.039 2.80?0.020 7.93?0.006 1.44?0.007 ?0.018?0.030?0.005?0.004?0.020?0.0032?0.12 160?0.202?0.12 160?0.200.12 4 9 0.025 ③ 0.63 ?0.0250 0.20 4 9 0.043 ④ 0.63 0?0.043 2.700?0.12 2.700?0.12 0.12 4 9 0.025 ② 0.75 0?0.025 8?0.16 1.5?0.12 08?0.16 1.5?0.12 00.16 4 9 0.036 ① 0.75 ?0.0360 0.12 4 9 0.025 ③ 0.63 1.433?0.0250 20?0.22 18.8?0.20 17.60?0.200020?0.22 18.8?0.20 17.60?0.20000.22 4 9 0.052 ① 0.70 19.95618.753?0.0520 19.96?0.004 18.76?0.007 17.84?0.036 ?0.007?0.045?0.0480.20 4 9 0.052 ① 0.75 ?0.0520 0.20 4 9 0.043 ② 0.75 17.8470?0.043 3.7 凹模型腔侧壁厚度与底板厚度的计算

3.7.1 凹模侧壁厚度的计算

本设计选用的为整体式矩形型腔，根据《塑料模具设计师指南》其侧壁的厚度按刚度条件为：

s?CPh34?1E[?]?h?3CPh?1E[?] （3—6）

式中 c?3(l/h)2(l/h)?964444，为1.493，Ф1为0.6；

P ——凹模型腔内塑料熔体的最大压力（MPa），为40 Mpa； L ——矩形型腔的长边长度（㎜），为280㎜；

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h ——塑件的高度（㎜），为28㎜；

[δ]——凹模的允许变形量（㎜），由《塑料模具设计师指南》表4.4-13

得，[δ]为0.042㎜；

E ——钢的弹性模量，取2.10×105 N/mm2。 所以 经计算s为19.07㎜。

h/l=0.1<0.41，按强度计算为：

?3ph2s???[?]?????1/2?P??1.73h????[?]??1/2 （3—7）

式中 [σ]——模具强度计算的许用应力N/mm2，一般中碳钢160 N/mm2。 经计算为s为24.22㎜。取最大值为24.22。取整25㎜。

3.7.2 底板厚度的计算

按刚度条件计算底板厚度为

?c,pb4T???E[?]?????1/3 （3—8）

式中 c?,l/b444432[l/b?1]，为0.0248；

b ——为矩形型腔短边长度。 经计算T为56.46㎜。 按强度计算底板厚度为

?Pb2??T???2[?]???1/2 （3—9）

计算结果为71㎜，取大值为71㎜。

3.8 模架的选取

由塑件的基本尺寸大小（280×200×28）和以上的计算结果来确定，凹模部分加上侧壁厚和底板厚的基本尺寸为330×250×99㎜。模具的结构为三版式点浇口加上一个侧抽芯。所以选择P2-450560-54-Z1标准模架，其尺寸参数如下：

表3-5 P2型标准模架尺寸

定模A 动模B 支撑板 C 推杆固定板 完美毕业网

450×560×100 450×560×80 450×560×63 125 286×560×25 垫块高 导柱 闭合高度 推板 垫块 125 Ф40 448 286×560×32 80×560×125 中南大学本科生毕业设计 图3-8 模架结构和尺寸1 126基准面62 图3-9 模架结构尺寸2 3.8.1 定位销的选择 为了保证模板之间不发生相对挫动，在模板中加销钉，选择销钉直径为16㎜，长度为260㎜，材料为35钢，热处理硬度为HRC28～38，表面氧化处理。

3.9 脱模机构的设计

38

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3.9.1 脱模方案的选择

脱模机构一般设置在动模的一侧，有的使用液压推动，也有的用机械推动，总之，在塑件成型后，动模后退到一定的距离，就开始由注射机的脱模机构推动推板和推杆固定板，使塑件从动模上拔出。

一般情况下，推出塑件的动作在动模上完成，但在特殊情况下，也可以在定模上设脱模机构，由于注射机的定模板一侧没有推出机构，在这种情况下必须采用特殊机构。简单脱模机构有推杆机构、推管机构和推件板脱模，本设计考虑到塑件分型面处的地方有配合的槽，加工精度要求高，所以不适合推件板脱模，采用推杆脱模。

用推杆推顶塑件事最简单，也是应用最广泛的脱模机构，由于推杆设置有较大自由度，因而用于推顶箱体等异型制品，以及塑件局部需较大脱模力的场合。厂用推杆为圆形截面，也有半圆和矩形等，圆柱推杆和相配的孔，容易加工到较高精度。且圆柱推杆已有国家标准，更换方便，但是，推杆作用面积小，塑件表面有凹坑痕迹，使用不当，会引起推杆发白和裂纹等弊病，推杆和孔长期磨损，会造成溢料。

布置推杆时应遵循以下原则：

（1） 考虑到脱模力的平衡，尽量避免产生附加侧力矩。在筋、凸台出多设

推杆。

（2） 不要让浇口对准推杆端面，过高压力会损伤推杆。 （3） 推杆尽量设在排气困难的地方。

（4） 只要不损伤塑件表观，尽可能地多设推杆，以减轻塑件的脱模接触应

力。

（5） 应在脱模阻力大的地方多设推杆。 （6） 推杆应布置均匀，把塑件平稳地推出。

（7） 推杆应设在塑件强度刚度较大处。

3.9.2 脱模力的计算和推杆数目的选择

由《塑料模具设计师指南》脱模阻力的计算：

Qe?Qc?Qb （3—10）

式中 Q c ——克服塑件对型芯包紧的脱模阻力（N）；

Q b——一端封闭壳体需克服的真空吸力（N）。

Qb?1bar.Ab?0.1MPa.Ab （3—11）

式中 A b ——型芯横阶段面面积。 经计算 Q b为5371.90N

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Qc?8?EshK1?uf （3—12）

式中 h ——型芯脱模方向高度（㎜）；

s ——塑料的平均成型收缩率，为0.55%； u ——泊松比，为0.32；

f ——塑件与钢之间的摩擦系数，为0.4； β——脱模斜度，为1o；

E ——塑料材料的拉伸弹性模量，为2.2×103N/㎜2。

Kf?fcos??sin?1?fsin?cos?，为0.383 （3-13）

经计算Q c=202.59N

所以脱模力为202.59+5371.90=5574.49 N 推杆数目的计算

推杆的数目应尽量多，应满足应力要求，根据经验，取推杆径为定为6㎜，ABS塑料的需用应力为13.5N/㎜2,所以推杆的总面积应为：

A≧5574.49/13.5=412.93mm2 （3—14）

所以推杆根数至少为412.93/（3.14×3×3）=14.6根，综合考虑塑件的形状，共设28根顶杆。 图3-10 推杆的设置及尺寸 40

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3.9.3 推杆的稳定性计算

根据《塑料模具设计师指南》公式4.6-35

1?64Qe(ul)d?K??nE?3?2?4? （3—15） ??式中 Q e ——脱模力（N），5574.49N； n ——顶杆数,28根； K ——安全系数，K=2；

l ——推杆长度（㎜），为260.1㎜； u ——压杆的长的系数，取0.707； E ——顶杆钢材的弹性模量，2.1×105N/㎜2。 经计算d为5.71㎜<6㎜，所以满足要求。 推杆选用标准推杆，长度自定为270.1㎜。头部厚度为5㎜ 0.5R型(GB4169.1-84) 图3-11 推杆的形状及尺寸 3.10 复位杆设计 为了推出元件合模后能回到原来的位置 ，推杆固定板上同时装有复位杆，一般采用圆形截面，一般每幅模具设置四根复位杆，其位置尽量设置在推杆固定杆四周。 在标准中选择复位杆，选自日本JIS标准，L为246㎜ 图3-12 复位杆的形状及尺寸 完美毕业网

中南大学本科生毕业设计 图3-13 复位杆配合件的形状及尺寸 表3-6 复位杆及配合件的尺寸及配合 公称d（轴） 公差 -0.040 D 尺寸 30 8 H 公差 0 公称尺寸 25 -0.1 d（孔） 尺寸 25 0 公差 +0.021 d+1 D+1 1.5d 尺寸 尺寸 25 25 26 31 38 -0.061 3.11 垫块的选择

在标准中选取，材料为45钢（GB700-79）

B=63, L=450, H=100, 垫块63×450×100 GB4169.6-84

3.12 导柱与导套的选择

导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件，合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，通常采用导柱导向定位，本设计采用导柱导向。由于本设计采用两个分型面，因此动模部分和定模部分均须对中间板进行导向和定位，所以，动模部分和定模部分的导柱要分别设计，共需8根导柱。 其余3.20.8中心孔BGB145-59图3-14 动模部分带头导柱的形状及尺寸 动模部分导柱选用最常用的带头导柱，在标准GB4169.4-84 中选取，其尺寸规格如下：

42

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表3-7 动模部分带头导柱的尺寸规格

d 基本尺寸 40 -0.050 极限偏差 -0.025 40 +0.002 d 1 基本尺寸 极限偏差 +0.018 D-0.2 S-0.1 00L-1.5 0L1-1.0-2.0 48 8 180 80 所以选用导柱为Φ40×180×80， GB4169.4-84 ，材料为20钢（GB699-65）。 定模部分也选用最常用的带头导柱，定模部分的导杆同时兼有定距拉杆的作用，所以导杆的长度为：dA+40+dB分型=100+40+118=258㎜，其尺寸规格如下： 其余3.20.8 图3-15 定模部分导柱的形状及尺寸 表3-8 定模部分导柱的尺寸规格 d 基本尺寸 32 -0.050 极限偏差 -0.025 32 +0.002 基本尺寸 d1 极限偏差 +0.018 D-0.2 0S-0.1 0L-1.5 0L1-1.0-2.0 S1 40 8 258 38 2 技术条件为（1）热处理HRC50～55，20钢渗碳0.5～0.8淬硬HRC56～60 （2）图中标注的形位公差值按GB1184-80，t为6级 （3）d的尺寸公差根据使用要求克在相同公差等级内变动 （4）其他按GB4170-84

导套的结构可分为直导套和带头导套，本设计采用直导套，其尺寸规格如下：

表3-10 导套的尺寸规格

d(H7) 基本尺极限偏差 寸 1.5 +0.025 40 0 50 +0.017 +0.033 50 -0.075 -0.050 63 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 d1(n6) d2(e7) R L-1.0-2.0 完美毕业网

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图3-16 导套的形状及尺寸 3.13 推出机构的导向 推出机构中，从保证推出平稳、灵活的角度考虑，通常还设有导向装置，推出机构的导向零件，通常由推板导柱与推板导套所组成，简单的小模具也可以由推板导柱直接与推板上的导向孔组成，导向零件使各推出元件保持一定的配合间隙，从而保证推出和复位动作顺利进行。而且推板导柱除了起导向作用外，还承着动模支撑板，从而改善了支撑板的受力状况，大大提高了支撑板的刚性。推板导柱的数量根据模具大小而定，至少要设置两根，大型模具需设置四根。 本设计中，设置两根推板导柱，直径为32㎜，尺寸规格如下： 图3-17 推板导柱的形状及尺寸 推板导套的设置，尺寸规格如下： B 44

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图3-18 推板导套的形状及尺寸 表3-11 推板导套的尺寸规格

d(H7) 基本尺寸 25 0 极限偏差 +0.021 35 +0.002 d1(k6) 基本尺寸 极限偏差 +0.018 35 d2(e7) 基本尺寸 极限偏差 -0.050 -0.075 D-0.20 040 d4(f7) 基本尺寸 35 -0.050 极限偏差 -0.025 Ll S-0.10 0R L-1.0-2.0 D3+0.20+0.10 32 6 1.5 40 63 除此之外，还应该设置支撑钉，是推板与底板间形成间隙，易保证平面度要求，并且有利于废料、杂物的去除，另外还可以通过支撑钉厚度的调节来控制推出距离。

设置四根支撑钉，支撑的厚度为10㎜，支撑钉与动模座板用过盈配合，从标准中选取，限位钉Φ16 GB169.10-84。

3.14 侧向分型与抽芯机构的设计

3.14.1 侧向分型与抽芯机构的选定

本设计中侧壁上的孔必须用侧向分型与抽芯机构才能实现，侧向分型与抽芯机构简称为侧抽机构，用来成型外侧凸起、凹槽和孔的塑件；成型壳体制品内侧的局部突起、凹槽和盲孔，侧抽机构必须在开模方向塑件脱落之前完成抽拔动作，还必须在闭模过程中让机构复位。侧抽机构种类很多，有斜导柱、斜滑块和齿轮与齿条三种侧抽机构的设计。本设计中选用斜导柱侧抽机构。

斜导柱驱动的侧向分型或抽芯机构应用最广，它不但向外侧，也可以向里侧抽。

3.14.2 抽芯距的确定与抽芯力的计算

侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱落推出位置所移动的距离称为抽芯距，用s表示，为了安全起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大2～3㎜，本设计中侧向抽芯的是侧壁上的一个孔，壁厚为2.4㎜，所以可以取抽芯距s为5.4㎜。

由于抽芯的距离非常短，所以抽芯力不大，抽芯力的计算可以用如下公式：

Fc?chp(ucosa?sina) （3—16）

式中 c ——侧型芯成型部分的截面的平均周长（m），为112.38㎜；

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h ——侧型芯成型部分高度（m），为2.4㎜； p ——塑件对型芯的收缩应力，为1×107Pa； u ——塑料在热状态下对钢的摩擦系数，为0.18； a ——侧型芯的脱模斜度，为0o。 经计算Fc为485.48N

3.14.3 斜导柱的设计

斜导柱材料取20碳素工具钢，热处理硬度为HRC60，表面粗糙度为0.6um，

斜导柱与模板之间采用过渡配合H7/m6，与滑块上斜导柱孔采用间隙配合H11/b11。

图3-19 斜导柱的形状及尺寸

斜导柱直径的计算：

d?310FcHw2[?w]cosa （3—17）

式中 Hw——侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导

柱固定板的距离，为80㎜；

Fc——抽芯力，为485.48N；

[σw]——斜导柱所用材料的许用弯曲应力，为140N/㎜2

经计算，直径为14.38㎜，取d为20㎜。斜导柱的总长度：

46

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L?L1?L2?L3?L4?L5

?d22tga?hcosa?d2tga?ssina?5~10 （3-18）

式中 d2 ——斜导柱固定部分大端直径（㎜），取28㎜； h ——斜导柱固定板厚度（㎜），为100㎜； d ——斜导柱工作部分直径（㎜），为20㎜； s ——抽芯距（㎜），为5.4㎜；

a ——斜导柱的倾斜角，实际生产中，往往取12o～25o之间，本设

计中取15o；

θ——斜导柱尾部倾斜角，比a大2～3左右，所以取θ为17。

o

o

o

斜导柱尾部台肩高度取7㎜

经计算，L为137.83，取140㎜

3.14.4 侧滑块的设计

侧滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零部件，它上面安装有侧向型芯或侧向成型块。滑块的结构形状可以根据具体塑件和模具结构灵活设计，它可以分为整体式和组合式两种，在滑块上直接制出侧向型芯或侧向型腔的结构称为整体式，这种结构仅仅适合形状十分简单的侧向移动零件。由于本设计中侧向孔的零件十分简单，所以可以采取整体式结构。

3.14.5 导滑槽设计

成型滑块在侧向分型抽芯和复位过程中，要求其必须沿一定方向平稳地往复移动，这一过程必须在导滑槽内完成，根据模具上型芯的大小、形状和要求不同，以及各工厂的具体使用情况，滑块与导滑槽的配合形式也有不同，一般采用T形槽或燕尾槽导滑，本设计采用T形槽，其结构形式如图示： 图3-20 导滑槽的设计 完美毕业网

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3.14.6 楔紧块设计

在注射成型中，侧向成型零件受到熔融塑料很大的推力作用，这个力通过滑块传给小导柱，而一般的斜导柱为一细长杆,受力后容易变形，导致滑块后移，因此必须设置楔紧块，以便在合模后锁住滑块， 承受熔融塑料给予侧向成型零件的推力。楔紧角一般比斜导柱倾斜角大2o～3o，配合为H7/m6。楔紧块形式如图： 图3-21 楔紧块的设计 3.14.7 滑块定位装置的设计 滑块定位装置在开模过程中用来保证滑块停留在刚刚脱离斜导柱的位置，不再发生任何移动，以避免合模时斜导柱不能准确地插进滑块的斜导孔内，造成模具损坏。设计斜滑块装置时，应根据模具的结构和滑块所在的不同位置选用不同的形式。本设计选用弹簧顶销式定位装置，弹簧的直径可选1～1.5㎜，顶销的头部制成半球状，滑块上的定位穴设计成球冠状或成90o的锥穴。顶销形式如图： 图3-22 滑块定位装置的设计 3.15 吊环螺钉的设计 模具吊环螺钉是设计师在设计中按模具实重规定的，要保证相对两侧模板上均设吊环螺钉，以保证平衡起吊。在动模板侧壁设置2支吊环螺钉，均选用M24，

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型号为A型。规格为20㎜，材料为20钢，经正火处理。

3.16 温度调节系统的设计

3.16.1 温度调节系统分析

模具温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模中这支温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，是注射成型具有良好的产品质量和较高的生产效率。

无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状和尺寸稳定，力学性能以及表面质量比较高。

模具温度的调节是指对模具进行冷却和加热，必要时两者皆有，从而达到控制模温的目的，对于粘度低、流动性好的塑料，因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却，有时为了进一步缩短在模内的冷却时间，亦可以用冷水控制模温。对于粘度高、 流动性差的塑料，为了提高充型性能，成型工艺要求有较高的模温，因此经常需要对模具进行加热。ABS成型工艺性较好，因此不需设置加热系统。所以，只设置冷却系统，用常温水进行冷却。

3.16.2 热平衡计算

对于大多数中小型注射模具的水冷却系统，必须计算冷却传热面积，确定冷却水温度和流量。

进行注射过程热平衡计算，就是计算单位时间内熔体固化放出热量等于冷却水所携走的热量。

Qin??imP??inG （3—19）

Qout?mwCw(tout?tin) （3—20）

?impCw(tout?tin)?inGCw(tout?tin)mw?? （3—21）

式中 Qin——塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量(kJ/H)； Δi——为每千克塑料熔体凝固时放出的热量(kJ/kg)，为350； mp——为每小时注射的塑料量(kg)；

n ——每小时的注射次数，ABS成型周期为40～70s，n大致为90； G ——每次注射的塑料用量(kg)，约为0.200； Qout——冷却水每小时从模具中携走热量(kJ/H)； mout——冷却水每小时用量(kg/H)；

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Cw——冷却水比热容(kj/kg ?oC?H)，为4.187； tout——模具的出水温度(oC)，为28oC；

tin——进入模具的冷却水温度(oC)，为22oC； mw——冷却水每小时用量(kg/H)；

经计算， Qin为6300 kJ/H，mw为250.78 kg/H。

3.16.3 湍流计算

（1） 湍流计算

经计算保证冷却水在管道中处于湍流状态，从而获得冷却水的体积流量V，并确定相应的管径d。

V?mw60??0.398?10?5?inGtout?tin （3—22）

式中 ρ——水的密度(1000kg/m3)； 经计算V为4.18×10-3(m3/min)

根据《塑料模具设计师指南》表4.9-2查表得冷却圆管中管道直径为8×10-3m，所以

v?4V60?d2?0.0202Vd2?1.32m/s （3—23）

3.16.4 冷却面积计算

进一步确定能保证冷却效率的冷却管道的长度和孔数。 由冷却定律，冷却水从模具中带走热量

Qout?a?t?(kj/h) （3—24）

?t?tm?tcp?tm?(tout?tin) （3—25）

a?3.6A0(?v)d0.80.2 （3—26）

0.4A0?0.023?Cwu0.40.6 （3—27）

??n?dl （3—28）

式中 tm——模具温度(oC)，为60；

tcp——冷却水平均温度(oC)，为(28+22)/2=25oC； Δt——模具与冷却水平均温度差(oC)，为60-25=35oC； a ——冷却水的管壁传热系数(kJ/㎡?h?oC)；

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Φ——管道的有效冷却面积(㎡)；

A0——冷却水物理性质参量的函数，根据tcp为25oC，可以查《塑料

模具设计师指南》表4.9-3得，A0为7.93；

ρ——水的密度(1000kg/m3)； v ——水流速，为1.32m/s； d ——管径(㎜)，为8×10-3m； λ——水的导热系数； u ——粘度； Cw——比热容；

l——管长(m)，约560㎜。 经计算，a为23520.79 kJ/㎡?h?oC

由公式(1)得所需的冷却面积为0.0077㎡ 由公式（2） n为1.53根，圆整后取2根

3.16.5 冷却系统设计

冷却系统的设计原则

（1） 管道的直径经湍流计算确定，一般取d=8～25㎜。管道过细，加工和

清理困难，水垢和铁锈辉是冷却效率变坏一个数量级，因此需定期清理。所以冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大，只要不妨碍模具总体结构，管道的孔径和根数愈大愈多越好。进水和出水的接头尽可能在模具一侧，并不妨碍注塑操作的方向。

（2） 冷却管道的布置应以均匀为前提,孔比与型腔壁的间距h=(1.5～

3)d=18㎜，孔壁之间间距b=(2.5～4)d=26㎜。过大的间距会使模温不均匀；过小的间距孔壁承受型腔高压后，由于弯曲应力和剪切应力及其综合变形作用，在孔的中央部位会产生型腔壁的压塌现象。

（3） 浇口处应加强冷却，应避免接触塑件的熔接部位。 （4） 冷却水道出入口温差应尽量小，应控制在5oC以内。 （5） 冷却水道应沿着塑料收缩的方向进行

（6） 从冷却效果来选用模具材料，常用的钢的导热系数均较低，含碳量和

含铬量越高的钢种导热性越差。

本设计冷却的对象是两个点浇口，塑件的深度为28㎜。对凹模部分和凸模部分都应该设置冷却水道。

根据塑件的形状，在凹模部分的上面开设6条冷却水道。直径为10㎜，长度为根据模具尺寸计算。

在凸模两侧边分别开设冷却回路；共开设两条冷却回路，直径为10㎜，长

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度为根据模具尺寸计算。

冷却水道的开设如下图： 图3-23 凹模冷却回路的设计 图3-24 凸模型芯冷却回路的设计 52

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