模具毕业设计论文

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1 前言

1.1 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。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，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。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

1.2 各种模具的分类和占有量

模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。

（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50％以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平

模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。

（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。

（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。

（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6％。

（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。

模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。

1.3 我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：5℅），其他各类模具约占11（中国台湾：7℅）。

中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。

萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。

1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。

成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。

1.4 世界五大塑料生产国的产能状况

美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在80年代前期，美国塑料产量就已达2000万吨之多，1986年增至23l0万吨，占全球总产量8100吨的28.5％，此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、3410万吨、4000万吨和4360万吨，占世界总产量的比例从1996年起提高到30％以上。2001年美国塑料产量为4170万吨，其中以聚乙烯为最多，达1500多万吨。其次分别是氯乙烯650万吨、聚丙烯720万吨、聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、聚苯乙烯280万吨。国内塑料消费量(产量+进口量一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量2001年为4280万吨。美国人均塑料消费量也是很高的，2000年为159公斤，2001年略减为155公斤 ，居全球第3位。美国现有各种大小塑料企事业单位1万多家，其中职工人数少于50人的占总数的53％，50~l00人的占21％，100~500人的占23％，超过500人的占近4％，职工总数近90万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达110万，2001年的出货金额为2150亿美元，人均出货金额为195美元。

德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，上世纪90年代初的1991年、1992年和1993年，德国塑料产量都为990多万吨，1994年增达超过1000万吨的1110万吨．1998年达近1300万吨，1999年为近1400万吨，2000年增至1550万吨，超过日本为世界第2大塑料生产国，2001年上升为1580万吨，2002年已过1600万吨。2001年德国生产的种种塑料原料中，聚乙烯为285万吨(低密度聚乙

烯160万吨，高密度聚乙烯125万吨)，氯乙烯175万吨，聚丙烯160万吨。德国2001年的国内塑料消费量为1280万吨，其中聚乙烯265万吨，聚丙烯155万吨．氯乙烯152万吨。德国人均塑料消费量2001年为160公斤，在世界上仅少于比利时的172公斤，高于美国的155公斤，排在世界第2位。德国塑料制品加工业的职工总计有近30万人，2001年的出货金额为360亿美元，人均126美元。德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44％，50~100人的占28％，100~500人的占25％，500人以上的占4％。

中国塑料工业多年持续高速增长，1991年产量仅为250万吨，1995年增为350万吨，1998年超过700万吨，到2002年已增达约1400万吨，超过日本而成为世界第3大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过2500万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过850万吨，工程塑料制品需求量将达400万吨左右，建材塑料制品需求量将达300万吨以上，农用塑料制品需求量将在500万吨左右，日用塑料制品需求量约为80万吨左右。

日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。一直到1997年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在70年代中期就已达500多万吨，1987年突破1000万吨，1991年达约1300万吨，1992年和1993年因受日本经济下滑的影响，产量略有减少，分别降至1258和1225万吨。从1994年起产量再度增长，1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470万吨，1997年的产量又比上年增长3.7％，达到1521万吨，首次超过1500万吨。但这种增势在1998年受到遏制，产量大幅度减少。1998年，日本塑料产量为1390万吨，比上年减少了8.7％。1999年和2000年日本塑料产量分别回升到1432万吨和1445万吨，但仍远未恢复到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的1364万吨和1361万吨。2002年日本塑料(原料)产量减为1361万吨。而中国则增为1366万吨，日本又退居第4位。

韩国塑料产量增长十分迅速，1986年超过200万吨，1990年增达300万吨，1992年突破500万吨，1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700多万吨和800多万吨，1998年产量增至850万吨，1999年突破900万吨，2001年达1200万吨，跻身于世界5大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯180万吨)，聚丙烯以238万吨排在第2位，其次分别是聚酯161万吨、氯乙烯124万吨、ABS·AS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。韩国国内塑料消费量2001年420万吨，只相当于产量的1/3略高。人均塑料消费量2001年为106公斤，韩国塑料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人，出货金额为85亿美元，人均276美元。

塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。

1.5 我国模具技术的现状及发展趋势

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，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。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中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，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48\（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

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。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。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。

（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。

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2 注塑件的设计

2.1 功能设计

功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.

2.2 材料选择

通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表2-1所示。

+表2-1 材料的特性

拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 断裂伸长率/% 落球冲击强度J/m 洛氏硬度（M） 氧指数（OI） 热变形温度/℃ 维卡软化点/℃ 马丁耐热温度/℃ 体积电阻率/?·cm 吸水率% 透光度/%

85 105 —— 10

17 PS

51.9 110 2 16 115

塑料名称 PC 66~72 95~113 80~100 422 82 24.9 134 153 112

1719 PMMA —— —— —— —— 101 17.3 100 120 ——

~10

2.1×100.13 93

16 10

14~10

15

0.05 88~92

1.19 93

雾度% 折射率 价格（元/吨）

3 1.592 1150~1230

0.9 1.586 33000~41000

0.9 1.492 19500~20700

和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。

表2-2 材料的性能和成型特性比较

塑料 品种 聚苯乙烯

（非结晶型）

点

透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好

有机玻璃（非结晶型）

透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂

聚碳酸酯（非结晶型）

透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，

耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂

尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属

〈130℃脆化温

度

为

在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等

流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高

合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解

收缩率取0.35℅

〈80℃

透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等

成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂

性 能 特

成 型 特 点

模具设计 注意事项 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件

度 —30℃~80℃

使用温

途

装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等

主要用

纹，质硬，易损模具，嵌件，脱模斜度〉使用性能好

2?

—100℃

酮，酯

以上的性能分析对比中看出,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定PS为塑件材料.因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。

2.3 结构设计 图2-1 原始零件图

塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.

2.3.1 对塑件的修改说明

塑件要求能够放置一对7#电池，安放小灯泡，外接系带，所以要考虑到电池和灯泡的固定，开关的安放问题，关于零件的造型图如图2-3所示，详细结构可参考零件图纸。

（1）外型轮廓；原零件2D图的心型曲线不规则,如图2-1和2-2所示。在用PRO/E造型时总会造成曲面不能加厚的问题,用修剪曲面的办法虽然能解决加厚问题,但整个塑件也不规则,给后续工作带来不便.所以在保证基本外型的前提下对尺寸做了修改,目的是为了造型。

（2）结构；原图形有两个小而薄的吊耳,且置于塑件外端,考虑到所有PS料硬而脆,这会使得两个吊耳极易损坏,所以,改两个吊耳为一个,设计吊耳,开关,灯泡在塑件中心位置,如图2.2所示,这样起到吊挂作用又不易损坏.设计凹槽使两半灯罩配合,设置了三个锁位加强. 最终确定的尺寸如图2.2所示。

2.3.2 壁厚 图2-2 原始零件图 各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节

约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高

生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是PS的壁厚推荐值: 最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm 0.75 1.25 1.6 3.2~5.4

该塑件属于中小型件,从图上看,塑件边缘的壁很厚,达到5MM,壳体取中型件壁厚1.6,这样使得整个塑件的壁厚是不均匀的,但若减小边缘壁厚,则对塑件的推出不利,而且有可能使电池不能安装. 边缘壁厚可用来放置推杆或推板。

2.3.3 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍 在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过 大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件 内,外表面都应具有合理的斜度.以下是PS的脱模斜度推荐值: 制件外表面 制件内表面

锁位 35′~1.35° 30′~1°

塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有

脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模 图2-3 修改后的产品零件图 有好处，而且可以更好的锁紧。 2.3.4 加强肋

塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1MM，脱模斜度取2度，顶部倒圆角，低部倒角R，宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低（过高时容易在弯曲和冲击负荷作用下受损），宽度小，而数量多为好（塑件形状所允许的情况下）。

2.3.5 圆角

塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2-3所示。

表2-3 肋的圆角半径值关系表

肋的高度/mm 圆角半径 /mm

6.5 0.8~1.5

6.5~13 1.5~3.0

13~19 2.5~5.0

＞19 3~6.5

塑件上其它的特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍

2.4 塑件的尺寸精度及表面质量 2.4.1尺寸精度

（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，PS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100~120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级

的公差数值为0.78 mm。

（2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： 式中

?=?s+

?z+

?c+

?a （2—1）

s——塑料收缩率波动所引起的误差；

c——模具磨损后所引起的误差；

?——制件总的成型误差； ?z——模具成型零件制造精度所引起的误差；

??

?a——模具安装，配合间隙引起的误差；

影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 （1）模具—— 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 （2）塑料材料—— 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 （3）成型工艺—— 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。 2.4.2塑件的表面质量

表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02?m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26?m。

3 注塑成型的准备

3.1 注塑成型工艺简介

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。

图3-1 注塑成型压力—时间曲线

（1）物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。

（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。

（3）制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10~20度至热变形温度以下10~20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃，加热温度为100～121℃，保温

时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。

3.2 注塑成型工艺条件

1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS料与温度的经验数据如表3-1所示。

表3-1 温度的经验数据

料筒温度 /℃ 后段

中段

前段

喷嘴温度/℃

模具温度/℃

PA

150~210

170~230

190~250

240~250

5~75

65~96

——

热变形温度 /℃ 1.82M

0.45MPA

2）压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4~27.5MPA。

3）时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3~5秒，保压时间一般为20~120秒，冷却时间一般为30~120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。

表3-2 成型周期与壁厚关系

制件壁厚 /mm 0.5 1.0 1.5

成型周期 / s 10 15 22

制件壁厚 / mm 2.5 3.0 3.5

成型周期 / s 35 45 65

2.0 28 4.0 85

经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。

表3-3 制品成型工艺参数初步确定

特性 内容 特性 内容

注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（r/min） 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50 喷嘴温度(℃) 230 后段温度(℃) 150~210 中段温度(℃) 170~230 前段温度(℃) 190~250 注射压力MPa 90 保压力MPa 80 注射时间s 1.5 保压时间 s 5 冷却时间s 20 其他时间s 3 成型周期s 30 成型收缩(%) 0.6 干燥温度(℃) 60~80 干燥时间(℃) 1~3

后处理温度70℃，保温时间2小时。 3.3注塑机的选择 3.3.1 注塑机简介

1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.

注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有: （1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； （2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。 3.3.2 注塑机基本参数

注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.

(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.

(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.

(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动

速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.

常用的注射速率如表3-4所示。

表3-4 注射量与注射时间的关系

注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5

3(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.

(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.

(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.

(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.

(8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间. 3.3.3选择注塑机

（1）由公称注射量选定注射机

由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取??1.05kg?dm）: 总体积V=49.3cm； 总质量M=56.5g；

流道凝料V’=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；

实际注射量为:V实=49.3×1.5=73.95 cm； 实际注射质量为M实=1.5M=56.5×1.5=84.75g； 根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即：

0.8V公≧ V实 （3—1）

V公= V实/0.8

=79.35÷0.8

33?3

=92.44 cm；

（2）由锁模力选定注射机

F锁3?F胀=A分·P型 （3—2）

=2

?D24·P型

3.14?11026=2××30×10

4=569.91 （KN）

式中 F锁注射机的锁模力（N）； A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；

P型型腔压力，取P型=30MPa ； D取的是塑件的平均直径，D=

120?101=110.5，D?110mm ； 2结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表3-5所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ-160/1000,主要技术参数如下。

表3-5 国产注射机SZ-160/1000技术参数表

特性 结构类型

理论注射容积（cm） 螺杆(柱塞)直径(mm) 注射压(MPa) 注射速率(g/s) 塑化能力(g/s) 螺杆转速(r/min) 锁模力(KN)

3内容

卧 179 44 132 110 10.5 10~150 1000

特性

拉杆内间距(mm) 移模行程(mm) 最大模具厚度(mm) 最小模具厚度(mm) 锁模形式(mm) 模具定位孔直径(mm)

喷嘴球半径(mm) 喷嘴口直径

内容 360×260 280 360 170 液压 120 10 ----

3.4 注射机的校核 3.4.1 最大注塑量的校核

为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。

V实 =73.95 cm 3.4.2 锁模力的校核

3； V公＝179 cm

3；

73.95?100%=41.3%满足要求。 179在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：

F＞K A分·P型 （3—3）

3.14?11026＞1.2×2××30×10

4＞ 683.892 KN 满足要求。

式中 F注塑机额定锁模力：1000KN； K安全系数，通常取1.1~1.2，取K=1.2； 3.4.3 塑化能力的校核

由3.2.3初定的成型周期为30秒计算，实际要求的塑化能力为

每次实际注射量

成型周期即：

73.95=2.465（g/s），小于注塑机的塑化能力10.5（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。 303.4.4 喷嘴尺寸校核

在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大1~2 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5~1 mm，如图3.2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴

尺寸是标准，模具的制造以它为准则。

3.4.5 定位圈尺寸校核 图3-2 喷嘴与浇口套尺寸关系

注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。

3.4.6 模具外形尺寸校核

注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面

的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆 间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。

3.4.7 模具厚度校核

模具厚度必须满足下式：

Hmin? Hm

?Hmax （3—4）

170?301?360 满足要求。

式中 Hm——所设计的模具厚度 301 mm； Hmin——注塑机所允许的最小模具厚度170 mm；

Hmax——注塑机所允许的最大模具厚度360 mm； 3.4.8 模具安装尺寸校核

注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。

该模具外形尺寸为300×400属中，小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在500×500内为中，小模具）。

3.4.9 开模行程校核

所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S开等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。

式中 S开——注塑机移模行程280 mm；

H2——流道凝料与塑件高度67 mm。

S开≧H1+H2+（5~10）mm （3—5）280 ≧15+67+10 280≧92 满足要求。

H1——推出距离15 mm；

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4 模具设计

4.1 塑料配方说明

塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,

其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等.根据PS的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂.

填充剂——玻璃微珠；PS成型后易产生内应力,添加玻璃微珠使塑料的流动性好,残余内应力分布均匀,使光的漫反射率为80%~88%。

增韧剂——SBS,ABS,EPR；PS的冲击性能很差,是一种十分脆的材料,增韧改性是必须的。 光稳定剂——氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，，由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。

润滑剂——硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用,防止塑料在成型加工时黏模,同时提高塑料制品表面光洁度。

着色剂——粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占80%左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望2：提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。

抗菌剂——磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩,因此需要做此设计.很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。

4.2 分型面的确定 根据分型面的选择原则：

（1）便于塑件脱模；

（2）在开模时尽量使塑件留在动模； 4-1 分型面的位置

（3）外观不遭到损坏；

（4）有利于排气和模具的加工方便。

结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图4-1所示。

4.3型腔数目的确定

注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

分型面（1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生产效益； （4）模具制造难度。

考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件的组合,所以初定为一模两腔最合理.排列形式如图4-2所示。

4.4浇口确定

PS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。

4.5模具材料的选择

现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当 图4-2 型腔的排布形式

则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。

在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从PS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。

从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。

查手册选择模仁的材料是4Cr13.属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火)后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.有关参数如下:

物理性能。临界温度（℃）AC1：820 ； AC3： 1100； 线膨胀系数：10.5(在20~100℃) 热导率：27.6W.(M.K)-1 (在20℃左右) 弹性模量（MPa）210000~223500 (20℃左右) 4.6浇注系统设计

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主

流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。

4.6.1主流道

主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图所示：

主要参数： 锥角?=3°；内表面粗糙度Ra=0.63?m；小端直径D=d+(0.5~1)mm； 半径R2=R1+(1~2)mm；材料T8A；

由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。

4.6.2分流道

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称

分流道断面直径

mm

ABS，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体

4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10

聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚 塑料名称

分流道断面直径

mm 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。

4.6.3冷料穴

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时

又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸 图4-3 冷料穴的尺寸 宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径，冷料穴的尺寸如图4-3所示：

4.6.4浇口

浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性:

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； ②试模时如发现不当，容易及时修改； ③能相对独立地控制填充速度及封闭时间； ④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 (1) 侧浇口深度尺寸H的确定

H=nt =0.6×1.6 = 0.96mm

n塑料系数PS料取0.6； t塑件在浇口位置处的壁厚，该设计取壳体中间壁厚t=1.6 mm。 (经验数据表明，H的取值范围在0.5~2.0mm之间，若按浇口处壁厚计算则H=0.6×5=3mm,超出了经验值，而且由于浇口是易磨损部位，所以开始时取小值是有好处的，这有利于以后的修模)

(2) 侧浇口宽度尺寸W的确定

W=

A型腔一侧的表面积: A=V/t ；

主流道拉料杆nA （4-1） 30V浇注体积 ：V=53.9×10mm； t取平均壁厚

331.6?5=3.3mm 取3mm。 2nV/t0.6?53.9?103?3 W===2.68 取3mm

3030浇口尺寸如图4-3所示： 4.6.5剪切速率的校核

生产实践表明，当注射模主流道和分流道的剪切速率R=5×10~5×10SR=10~10S

45?123?1、浇口的剪切速率

时，所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料，将以上推荐的剪切速率值作为计算

依据，可用以下经验公式表示：

R=

33.3qv （4-2） 3?Rn3 式中 qv——体积流量（CM/S）；Rn——浇注系统断面当量半径（CM）。

（1）主流道剪切速率校核

Q主v=0.8Q公/T =73.95÷1.5=49.3 （CM/S）

T注射时间，T=1.5（S）； Rn=Rn主流道的平均当量截面半径；

d1 主流道小端直径 ， d1=0.4 （CM）； d

R主=

（2）分流道剪切速率的校核 第一级分流道： Q分1=

23d1?d2=0.27（CM） 4主流道大端直径，d

2=0.68（CM）

3.3qv3.3?49.33?1= =2.63×10 S 333.14?0.27?RnQ主53.93 = =27（CM/S）

22 Rn1=0.3（CM）

R分1=

3.3qv3.3?273?1 = =1.05×10 S 333.14?0.3?RnQ分13 第二级分流道： Q分2=?13.5（CM/S）

2因为当量半径和第一级，相同所以，R分2= R分1/2 ?5×10 S

（3）浇口剪切速率的校核 R浇=

32?1

3.3qv3.3?13.54?1 ==1.42×10 S 333.14?0.1?Rn3Q浇= Q分2=13.5（cm/s）； 浇口面积S=1×3=3mm,当量面积S=?Rn当 取Rn当=1mm。 从以上的计算结果看，流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内，证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。

4.7模架的确定

4.7.1型腔壁厚和底版厚度计算

在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力[?]时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。

根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核原则：模具结构形式如图4-4所示：

侧壁厚度计算公式：

2cph43 S≧() （4-3）

E[?]1?30?40413 =() 52.1?10?0.04 =20.91 mm

式中 C—与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L1有关的

系数；查表C=1； 图4-4 模具结构形式

1p——型腔压力，p取30MPa； h——型腔深度，h=40；

E——模具材料的弹性模量（MPa），E取2.1×10； [?]——刚度条件，即允许变形量(mm)，取[?]=0.04; 底板厚度计算公式：

5c1pL241 hs≧（）3 （4-4）

E[?]0.026?30?18041 =（）3=46.02 mm 52.1?10?0.04c1——由底板短边与长边边长之比L2/L1决定的系数；查表c1=0.026；

p——型腔压力，p取30MPa；

5L2——底版短边长度(mm)，L2=180；E——模具材料的弹性模量（MPa），E取2.1×10；

[?]——刚度条件，即允许变形量(mm)，取[?]=0.04; 4.7.2模架的选用

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者适用于模板尺寸为B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。

（1）模仁尺寸的确定

因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为180×302 mm。

（2）凸、凹模尺寸的确定

凸、凹模受力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度校核来确定。根据3.3.3的计算结果，只要凹模长边的宽度满足12 mm就可以达到刚度要求，理论上只要取大于12 mm的值就满足设计要求，但考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度的削弱作用，实际生产中都取比理论值大得多的值，在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边的单边宽度为45 mm，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为49 mm（实际生产中宽度方向的边值一般比长度方向的边值大）。所以凸、凹模尺寸为270×400 mm。

（3）模具高度尺寸的确定

各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意： ①凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定，根据4.7.1知道，厚度满足46可满足要求，为了安全，取底板厚度为50 mm，。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为30 mm。

②推板推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为18 mm左右，黏结在型芯上的尺寸约15 mm左右，所以当推出距离为15 mm时就能使塑件和型芯分离。如果C板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，如图4-5所示：

需要满足关系：

H－h1－h2－h3－h＞0

H——C板高度； h1——挡销高度； h2——推板厚度； h3推杆固定板厚度； h——推出距离；

完成了以上的工作，确定模具尺寸为270×400

mm，A板厚度70 mm，B板厚度80 mm，C板厚度 图4-5 推出距离关系 100，为了保证凸、凹模不碰伤，A板和B板之间取1 mm间隙。

为了起吊模具，模具上都设有吊环，关于模具吊环的说明见4.8导向与定位机构

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。

导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。

导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。

附1Hh1hh2h3。

设计导柱和导套需要注意的事项有：

1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。

2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6~8 mm，以确保其导向与引导作用。

3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.5~2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。

4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。

4.9顶出系统设计

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）塑件滞留于动模边，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最大的部位。

3）结构合理可靠，便于制造和维护。

本设计使用简单的推杆和推管脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。

4.9.1脱模力的计算

首先需要对塑件进行理想模型建模，如图4-6所示：

其中A段是塑件凹槽锁位的长度，长度为5mm，B段是圆弧形壳体的理想建模，长度为10MM，原塑件的两端斜率不一致，如图4-6所示，所以取平均值为脱模斜度。

?=

36.5?15.3=25.9 取26° 2对建模进行受力分析，如图4-7所示：

F1——制件对型芯的包紧力（N）；

F2、F3——F1的垂直和水平分量（N）； 图4-6 受力建模

F3′——F3的反作用力（N）； F4——沿凸模表面的脱模力（N）；

F脱——沿制件出模方向所需的脱模力（N）；

?——脱模斜度；

F2= F1×cos?; F2=? F1×cos?; F脱=( F4－F3′) cos?

=(? F1×cos?－F1×sin?) cos? = F1×cos?(? cos?－sin?)

所以，脱模力的计算公式为： 图4-7 受力分析图

F脱= F1×cos?(? cos?－sin?) （4-5）

又 F1=Lch

F3= F3′= F1×sin?;F4=?

脱p包 （4-6）

式中 Lc－凸模成型型部分的截面周长； h－模被制件包紧部分的高度；

p包－制件对凸模的单位包紧力，其数值与制件的几何特点及塑料的性质有关，一般可取8~12MPa;

A段：

F1＝ Lch

p包

?3＝?Dhp包 =3.14×110×10

式中 D取的是塑件的平均直径，D=B段：

F1＝ Lch

/×5×10

?3×9×10 ＝15543(N)

6120?101=110.5，取D=110mm。 2/p包

＝?D hp包

＝3.14×55×10

/?3×10×10

?3×9×10=15543(N)

6B段两端截面周长不等，取等效截面周长在中间D=D/2。

/ 所以脱模力为：F脱＝ F1+ F1

/ ＝F1+ F1 cos?(? cos?－sin?)

＝15543+15543×0.90×（0.4×0.9-0.44）=16662（N）

注：A段脱模斜度为0°，所以A段F脱= F1；B段脱模斜度为26°，需要按前面的分析求解。因为制件对型芯的力总是阻碍脱模，所以，在(? cos?－sin?)为负时我们取其绝对值。由于以上所计算得的只是一腔的脱模力，所以总的脱模力为：

F总=2 F脱=2×16662=33324（N）；

4.9.2推杆脱模机构

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、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。

推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。

1）推杆尺寸计算：本设计采用的是推管和推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：

L2F脱1d=k()4 （4-7）

nE1502?333241=1.5×()4 = 4.91 mm 531?2.1?10d—推杆直径；； n—推杆的数量，n取31（把推管当作推杆） L—推杆长度（参考模架尺寸，估取L=150）； E—推杆材料的弹性模量，取E=2.1×10MPa k—安全系数，取k=1.5； F脱—总的脱模力，F脱=33324（N）； 实际推杆尺寸直径为5 mm，推管直径为7 mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：

54F脱 d≥ （4-8）

n?[?压]＝

[?压]—推杆材料的许用压应力, [?压]

附24?33324 ＝ 3mm 满足强度要求。

32?3.14?150=150Mpa。

2）推杆的固定形式：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。

3）推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。

4）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。

5）推杆与模体的配合：推杆和模体的配

合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔 图4-8 推杆的安装图 料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.5~2倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的，如图4-8所示。

4.9.3推管脱模机构

推管又称空心推管。它特别适用于圆环形、圆筒形等中心带孔的塑件脱模。推管脱模推顶塑件平稳可靠；推管整个周边推顶塑件，使塑件受力均匀，无变形，无推出痕迹；主型芯和型腔可同时设计在动模一侧，有利于提高塑件的同轴度等优点。

1）推管的固定形式：主型芯固定于动模座板，如图所示：此种结构型芯较长，型芯可作为脱模机构运动的导向柱，运动平稳可靠，多用于推出距离不大的情况，推管内径与型芯配合，外径与模板配合，一般均采用间隙配合。小直径推管取H8/f8，大直径推管取H8/f7，如图4-9所示。推管与型芯配合长度为推出行程加3~5mm，故可将推管尾部内径扩大或将型芯尾部减小，以利于减小摩擦阻力。推管与模板的配合长度为推管外径的0.8~2倍。此外还有。主型芯固定于动模型芯固定板和推管开槽结构，限于篇幅，在此不做叙述。

2）推管脱模机构设计要点：从推管的强度和加工角度考虑，推管壁厚应大于1.5mm，细小的推管可以作成阶梯形，推管内径和外径在顶出时，不应与型芯或模体摩擦，为此推管内径应大于塑件内径，推管外径应小于塑件外径，如图所示：推管材料、热处理与表面粗糙度要求与推杆相同，多采用前段局部淬火，其长度大于配合长度和推出形程之和。

该设计本考虑了用推件板脱模机构，但是由于该塑件不是规则的圆柱体形，并且考虑到还有4个镶件，若采用推件板虽然能够让推出平稳，并且不留痕迹，能保证两个配合面的平整度，但是，这让模具的制造困难，镶件与型芯之间，型芯与推件板

之间需要精加工才能保证 图4-9 推管的安装图 配合精度，同时型芯的固定也会造成精度问题，而且推件板的定位精度只是由导柱来决定，但导柱的定位精度在0.02~0.062mm之间，0.02mm是PS料的排气槽深度，可见，这样的定位精度不是很高，当然使用推件板脱模也是可行的，只是要另外增设定位机构，如斜面精定位，加凸、凹模上加装精定位块等。

4.9.4推板厚度的计算

1F脱H?0.54L（）3 （4-9）

BE[?]33324＝0.54×80×（）3＝10.71 mm 5160?2.1?10?0.065 式中 L—推杆对推板的作用间距，参考模架取L取80 mm （较远处的一对推管距离为188 mm，考虑到推杆的作用，所以取较近的一对推杆作为校核）；

B—推板宽度，B=160 mm；

[?]模板中心允许的最大变形量，[?]=0.065 mm，[?]取1/8塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差?=0.52 mm。

模具推板的厚度为20 mm，从计算结果看，满足强度要求。 4.10成型零件工作尺寸的计算

成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高，但由于该塑件不是规则的圆柱形，其基本线条是由5段圆弧组成，如图4-10所示：忽略顶尖圆角的影响，现在只考虑剩余的4段圆弧，因为是对称结构，所以只要保证其中一半的精度尺寸就可以保证整个塑件在配合处的尺寸（即近似的把塑件当成两个规则圆柱形的组合体）。

成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。

4.10.1凹模工作尺寸的计算 图4-10 塑件基本尺寸

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺寸的关系如图4-11(a,b,c)所示：

1）凹模径向尺寸的计算

顶尖圆角13??z?] （4-10） 43?0.17 =[(1+0.005)×58.24－×0.40]

4 Lm1=[(1+Scp)Ls1－ =58.23凹模尺寸如图4-11 a所示。

?0.17 mm

式中 Lm1—以R29.12加工时凹模的径向尺寸； LS1—在R29.12弧段塑件的径向尺寸；

?—塑件的公差值；塑件尺寸公差根据GB/T14486——1993模塑件尺寸公差表取

MT2——B级，由尺寸段决定值的大小；

?； Scp—塑件的平均收缩率，Scp=0.005。 33?? Lm2=[(1+Scp)Ls2－?]z （4-11）

43?0.17 =[(1+0.005) ×114.48－×0.52]

4?z—制造公差，?z=

=114.66

?0.17mm

式中 Lm2—以R57.24加工时凹模的径向尺寸； Ls2—在R57.24弧段塑件的凹模径向尺寸。 2）凹模深度尺寸的计算：

Hm=[(1+ Scp)Hs－

2?]??z 图4-11 型腔 32?0.17×0.28] 3 =[(1+0.005)×14.89－ =14.78

?0.17 mm

式中 Hs—塑件的高度尺寸，Hs=14.89 mm 。 4.10.2 凸模工作尺寸的计算

凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸摸的磨损会使被包容尺寸变小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。

1）凸模径向尺寸的计算： LM1=[(1+ Scp) LS1+

3?]??Z 图4-11 塑件 4 =[(1+0.005)×54.24+ =54.81?0.17 mm 凸模尺寸如图4-11 c所示。

3×0.40]?0.17 4 式中 LM1—以R29.12加工时凸模的径向尺寸；

3?]??Z （4-14） 43 =[(1+0.005)×110.48+×0.52]?0.17

4 LM2=[(1+ Scp) LS2+ =111.42?0.17 mm

式中 LM1—以R29.12加工时凸模的径向尺寸。

2）凸模高度尺寸的计算：

2?]??Z （4-15） 32 =[(1+0.005)×13.29+×0.28]?0.17

3 HM=[(1+ Scp) HS+

=13.54?0.17 mm

式中 HS—凹模深度减去塑件壁厚型芯的理论高度。 4.10.3中心距尺寸的计算

模具上中心距尺寸与制品上中心距的公差标注均采用双向等值公差??1?和?Z表示。此外，在中心距尺寸的22计算中不考虑磨损量，如图4-11 c所示。 L=[(1+ Scp) L中心]?=[(1+0.005)×12]??z2 （4-16） 图4-11 型芯

0.17 2 =12.06?0.09 mm

式中 L—模具中心距尺寸； L中心塑件中心距尺寸，L中心=12 mm

4.11排气设计

在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。

模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。PS料推荐的排气槽深度为0.02。

4.11.1排气设计原则：

通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则： 1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故； 2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出； 3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便； 4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；

5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；

6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时， 可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；

7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体

连续排出； 图4-12 排气槽位置

排气槽的开设位置尺寸如图4.9所示：若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制件表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件容易变形或损坏。热固性塑料制件在型腔内的收缩小，特别是不采用镶拼结构的深型腔，在开模时空气无法进入型腔与制件之间，使制件附粘在型腔的情况比热塑性制件更甚，因此，必须引入引气系统。

4.11.2推管、推杆、镶件排气功能的证明 由上面我们知道，推管和型芯的公差配合取

H8，属于间隙配合，现在计算这个配合的极限间f7隙。推管外径为7mm,所以计算?7H8。 f7

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