注塑模设计毕业论文

毕业论文（设计）

题目：基于solidworks的小型移动硬盘外壳注塑模设计

系部名称： 机械工程系 专业班级： 机自081班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称：

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摘 要

注塑模具是模具工业的重要组成部分，也在很大程度上反应了一个国家的工业水平。塑料在当今世界上无处不用，因此塑料模具有很大发展，特别是注塑模。

本设计采用了SolidWorks三维制图软件中的IMOLD注塑模设计模块，完成了小型移动硬盘外壳注塑模的设计。对模具的型芯型腔的加工工艺进行了简单的分析，最后用SolidWorks导出模具装配图并在CAD中对其进行修改。利用该方法设计注塑模具，可以实现参数化设计，在设计过程中及时修改模型，能减少样机的生产费用，缩短设计周期，提高设计效率。

论文介绍了模具中的各个系统的设计，其中包括浇注系统的设计、成型零部件的设计、结构零部件的设计、合模导向机构的设计、推出机构的设计、温度调节系统的设计、排气调节系统的设计。并且介绍了基于SolidWorks的注塑模建模步骤，其中包括项目初始化、模具坐标系、工件、分型、模架的加载、浇注系统的加载及其其余各系统的加载。最后完成了该模具的设计并生成了三维模型。

关键字：注塑模，成型，型芯，型腔，SolidWorks建模

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Injection mold design of small mobile hard disk shell based on the

SolidWorks

Abstract

The injection mold is an important part of the mold industry, to a large extent reflects a country's industrial level. Plastic is everywhere in the world today, plastic mold with a great development, especially the injection mold.

This design uses SolidWorks 3D mapping software IMOLD injection mold design module, completed a small mobile hard disk shell injection mold design. Core and cavity

machining process analysis of a simple, Finally the mold assembly drawing SolidWorks export and modify it in CAD. Using this method, the design of injection mould, can achieve in parametric design, design process, can reduce the modified model in prototype production cost, shorten the design cycle, and improve the design efficiency.

The paper describes the system design of the mold, including a gating system design, the design of molded parts, the design of structural components, the design of the mold-oriented institutions, introduction of the mechanism design, temperature control systems, exhaust adjust the system design. And injection mold based SolidWorks modeling steps, including the project initialization, mold coordinate system, the workpiece, typing, mold loading, the loading of the gating system, the rest of the system load. To finalize the mold design and generate three-dimensional model.

Keywords：Injection mold forming cores cavity SolidWorks modeling

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目录

1 前言 ............................................................................................................................ 1

1.1 模具工业的地位 .............................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .......................................................................... 1 1.3 计算机技术在模具中的应用 .......................................................................... 4 1.4 本论文的主要内容 .......................................................................................... 7 2 塑件成型工艺分析 .................................................................................................... 7

2.1 塑件材料分析 .................................................................................................. 7 2.2 塑件的结构分析 .............................................................................................. 8 2.3 塑件的工艺性分析 .......................................................................................... 9 2.4 注射机的选择 ................................................................................................ 12 2.4.1 注射机的基本参数 ..................................................................................... 12 2.4.2 注射机的选择 ............................................................................................. 13 2.4.3 注射成型工艺参数 ..................................................................................... 14 2.4.4 最大注射量校核 ......................................................................................... 15 2.4.5 注射压力的校核 ......................................................................................... 16 2.4.6 锁模力的校核 ............................................................................................. 16 3 塑件模具的设计 ...................................................................................................... 17

3.1 塑件分型面选择 ............................................................................................ 17 3.2 模具型芯、型腔方案 .................................................................................... 18 3.3 浇注系统的设计 ............................................................................................ 20 3.3.1 主流道的设计 ............................................................................................. 21 3.3.2 分流道的设计 ............................................................................................. 22 3.3.3 浇口的设计 ................................................................................................. 23 3.3.4 冷料穴的设计 ............................................................................................. 24 3.4 合模导向机构的设计 .................................................................................... 25 3.4.1 合模导向机构的作用 ................................................................................. 25 3.4.2 导向机构的设计 ......................................................................................... 25 3.5 脱模推出机构的设计 .................................................................................... 27 3.5.1 推出机构的组成 ......................................................................................... 27 3.5.2 推出机构的分类 ......................................................................................... 27

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3.5.3 推出机构的设计原则 ................................................................................. 27 3.5.4 脱模力的计算 ............................................................................................. 29 3.6 模具温度调节系统的设计 ............................................................................ 30 3.6.1 温度调节系统的作用 ................................................................................. 30 3.6.2 温度调节系统设计原则 ............................................................................. 31 3.6.3 简单的计算 ................................................................................................. 31 3.7 模具排气系统的设计 .................................................................................... 33 4 模具总装图 .............................................................................................................. 34 结 论 ............................................................................................................................ 35 致 谢 ............................................................................................................................ 36 参考文献 ........................................................................................................................ 37

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1 前言

1.1 模具工业的地位

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。

模具是一种重要的国工工艺装备，是国民经济各工业部门发展的重要基础之一。模具是压力加工或其它成形加工工艺中，使材料变形制成产品的一种重要工艺装备，应用广泛。它在锻造、塑料加工、压铸等行业中起着重要作用。模锻件、冲压件、挤压和拉拔件等，都是使金属材料在模具中发生塑性变形而获得的；压铸零件、粉末冶金零件也在模具中充填加工成形的；而塑料、陶瓷、玻璃制品等非金属材料的成形加工也多是依靠模具。少无切削加工是机械制造业发展的一个方向，而模具是利用压力加工实现无切削工艺的关键。模具成形有优质、高产、低消耗和低成本等特点，因此得到了广泛应用。据初步统计：依靠模具加工的产品和零件，电行业占80%，机电行业占70%以上。轻工、军工、冶金及建材等行业大部分产品和生产都离不开模具。

1.2 国内外研究现状及发展趋势

塑料制品在人们的日常生活中及现代化工业生产领域中得到日益广泛的应用。随着塑料工业的发展，社会对塑料制品的需求愈来愈大。据统计，在现代化工业生产中，60%～90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已经成为工业发展的基础。而塑料注射模在模具中所占的分量越来越大，其发展也非常迅速，大有凌驾其它模具之上的趋势。专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。

一般来说，国外的模具工业起步比较早，发展也比较靠前，技术也比较成熟,现在注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。例如：(1)混炼与注塑成型组合技术的应用，WP公司将双螺杆聚合物玻纤混炼技术与活塞注塑成型技术组合，把多相体系共混与注塑组合成连续成型过程。(2)多工位、连续注塑技术的应用。德国FOBOHA公司4工位双机注塑成型64件双色塑

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料制品技术，4个侧面各有64个阳模的结构居中并可转动，两侧各配有1套阴模和1台注塑机，每次转动90度后合模，2台注塑机同时注塑。如果注塑2种不同材料或双色制品，每转动一次，这套设备可注塑成型64个制品。意大利PRESMA公司的10工位EVA交联发泡注塑机组，由1台注塑机和沿圆周排列的10套注塑模具组成，这10个模具依次被移动到注塑机前进行注塑成型，被注塑后的模具在移动中需要完成定型、开模、取出制品、合模的工序，这些工序全部由电脑自动控制。这套交联发泡注塑机组将中型塑料制品注塑成型过程连续化，提高了注塑机的生产效率。法国BILLION公司双注塑、可旋转模具注塑技术，将2个阳模平行放置在1个可转动的支架结构上，2台注塑机同时向各自对应的模具内注塑不同物料，然后开模，阳模支架整体向前移动后旋转180度，其中1个阳模上的双色制品被取出，进行下次注塑工作。这套双注塑设备提高了连续化程度和设备操作空间的紧凑性。(3)子母螺杆注塑成型技术的应用。INSHOT公司推出的子母螺杆双色注塑技术，可以被称作是共注塑成型技术的一次重大突破。这台注塑成型设备主要是由1个机筒、2个子母螺杆和2套传动系统组成。将大螺杆的空腔作为小螺杆的机筒组成了子母螺杆，这两个螺杆各自的转动与移动由2个独立的传动系统控制，注塑模具的结构也相对简单，极大地降低了共注塑成型技术所需的设备成本。另外，国外在压塑成型和吹塑成型自动化和连续化生产技术方面也有很大的进展。如意大利萨克米公司的连续快速压苏瓶盖成型机，主要是由1台片材挤出机、自动切片机构、配有64套瓶盖压塑模具的快速旋转机构组成。挤出片材被切下落到阴模中，阳模与阴模合模，定型后开模，由一个搓动机构将阳模上的瓶盖取出。这台设备每分钟最快可制成1200个塑料瓶盖，生产效率之高是目前在国内难以见到。

相比而言，国内相塑料模具就比国外落后得多，目前大多用的是单型腔，简单型腔的模具达70％以上，仍占主导地位，一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造，但是有很多精密的模具都要靠进口。不过，我国模具从开始起步到现在有经历了半个世纪的发展，模具工业有了很大的发展，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右，年均增速均为13%。模具制造水平也有了很大的提高，在大型模具方面已能生产48英寸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，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和

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机电有限公司和烟台北极星模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%～80%相比，差距较大。

近年来,随着塑料工业突飞猛进地向前发展,模具设计和制造工业也发生了根本的变化.高效率、自动化、大型、超小型、高精度、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。据统计,汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表、自行车、电冰箱、电风扇等，分别有60%、85%和92%以上的零件用模具进行成型加工。模具生产的费用将占产品成本的10%-30%且逐步提高。因此日本称模具是进入“富裕社会的原动力” 德国称为“金属加工中的帝王”工业发达国家的模具工业已成为独立的行业，把模具技术水平作为国家机械制造工艺水平的重要标志之一。而国内塑料塑件在人们的日常生活中及现代工业生产领域中占有很重要的地位。采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的生产效率。因此，在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域，塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用，出现了金属材料塑料化的趋势。作为最有效的塑料成型方法之一的注射成型技术具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑件。成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等优点，因此，世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。

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近几年来，在我国其发展速度之快、需求量之大是前所未有的，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。未来国内外塑性模具的制造技术和成型技术有如下发展趋势：1)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM 技术；2)高速铣削加工将得到更广泛地应用；3)在塑料模具中推广应用热流道技术、注射成型和高压注射成型技术；4)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；5)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；6)虚拟技术将得到发展；7)模具自动加工系统的研制和发展。广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向集成化的方向发展。

1.3 计算机技术在模具中的应用

模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高计算机技术在注射模中的应用领域。塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：

1）塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。

2）结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。

3）模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。

4）模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减

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少修模时间。

5）注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。

6）数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。

目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、UG、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有Moldflow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。

此次我的课题是基于SolidWorks的移动硬盘外壳注塑模设计，而SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD软件，自1995年问世以来，以其优异的三维设计功能，在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位，已经成为三维机械设计软件的标准。SolidWorks界面友好，可以充分发挥用三维工具进行产品设计的功能，它提供从现有的二维数据建立三维模型的强大转换工具。并以智能化的操作方式使设计人员在轻松的环境下设计产品。

IMOLD for SolidWorks是SolidWorks环境下最强大的模具设计插件，模具设计者可快速进行产品设计，并可随时预览。利用其自动工具或交互工具，如自动分型面生成工具、型芯、型腔/分割工具及镶块设计等，IMOLD提供的功能与别的模具设计系统相比不可同日而语。IMOLD进一步增强了SolidWorks分模的功能，并提供强大的模架库，利用IMOLD可大大减少塑料模具所需的设计、选择和细化模架部件和组件的时间。

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图1-1 传统塑料模具设计流程

图1-2 基于IMOLD的塑料模具设计流程

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1.4 本论文的主要内容

本课题主要是基于SolidWorks的小型移动硬盘外壳注塑模设计，也就是通过SolidWorks这款三维绘图软件设计并绘制出小型移动硬盘外壳注塑模，模具结构设计计算等内容。生产主要是为了提高生产效率，因此在设计是要力求结构简单，但是一定要保证其精度要求。

本论文包括成型零部件设计、浇注系统设计、结构零部件设计、脱模机构设计、合模导向机构设计、温度调节系统设计等。

2 塑件成型工艺分析

2.1 塑件材料分析

PC是聚碳酸酯的简称，聚碳酸酯的英文是Polycarbonate，简称PC工程塑料，PC材料其实就是我们所说的工程塑料中的一种，作为被世界范围内广泛使用的材料，PC有着其自身的特性和优缺点，PC是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点，在你生活的各个角落都能见到PC塑料的影子，大规模工业生产及容易加工的特性也使其价格极其低廉。

物料性能 冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，但自润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其它树脂相溶性差。 适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件

成型性能 ：

1）无定形料,热稳定性好，成型温度范围宽，流动性差。吸湿小，但对水敏感，须经干燥处理。成型收缩率小，易发生熔融开裂和应力集中，故应严格控制成型条件，塑件须经退火处理。

2）熔融温度高，粘度高，大于200g的塑件，宜用加热式的延伸喷嘴。 3）冷却速度快，模具浇注系统以粗、短为原则，宜设冷料井，浇口宜取大，模具宜加热。

4）料温过低会造成缺料，塑件无光泽，料温过高易溢边，塑件起泡。模温低时收缩率、伸长率、抗冲击强度高，抗弯、抗压、抗张强度低。模温超过120度

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时塑件冷却慢，易变形粘模。

5）塑件壁不宜太厚，应均匀，避免有尖角和缺口。

2.2 塑件的结构分析

塑料制品形状如下图：

图2-1塑件正面

图2-2塑件背面

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图2-3塑件工程图

图2-4塑件左视图

表2-1塑件主要参数

材料密度（density） 体积（volume） 质量（mass） 1190kg/m^3

22621.99 立方毫米 26.92 克 2.3 塑件的工艺性分析

热塑性塑料注射成型工艺过程如图2-5所示：

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图2-5热塑性塑料注射成型工艺过程

塑化是指塑料在注塑机料筒内混炼受热从而达到理想的可模塑状态（即黏流态或熔融态）的过程。对塑化的基本要求是：在规定时间内提供足够的、合格的塑料熔体。塑化量不足，则会导致型腔充不满、腔内压力不足、塑料的保压不足而出现塑件材质疏松、收缩大、凹陷、孔洞等。

1）塑件的原材料分析

该塑件选择的是PC塑料，PC是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点。

比重:1.18-1.20克/立方厘米 成型收缩率:0.5-0.8% 成型温度：230-320℃ 干燥条件：110-120℃ 8小时 可在 -60~120℃下长期使用。

表2-2 PC各项性能参数

属性 弹性模量 泊松比 抗剪模量 密度 张力强度 热导率 数值 单位 牛顿/m^2 牛顿/m^2 2320000000 0.3912 829100000 1190 62700000 0.189 10

kg/ m^2 牛顿/m^2 W/(m¤k)

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比热 1535 J/(kg¤k) 2）脱模斜度

为了便于脱模，防止脱模是拉伤塑件在设计时必须使塑件塑料封头内外表面沿脱模方向留有足够的脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料收缩率。一般取30ˊ~1o30ˊ, 取斜度的方向一般内孔以小端为准，符合图样要求斜度由扩大方向取得；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向取得，而且脱模斜度不包括在塑料制品公差范围内，脱模斜度见下表：

表2-3常用塑料的脱模斜度

脱模斜度 型腔 型芯 塑料名称 聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯化聚醚 硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜 聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛 热固性塑料 25′～45′ 35′～40′ 35′～1 o30′ 25′～40′ 20′～45′ 30′～40′ 30′～40′ 20′～40′ 3) 壁厚

塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而异。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。

4) 尺寸及精度

塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。在注射成型过程中，流动性差的塑料及薄壁塑件等的尺寸不能设计的过大。大而薄的塑件在塑料尚未充满型腔时已经固化，或勉强能充满但料的前锋已不能很好的熔合而形成冷接缝影响塑件的外观和结构强度。

热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到0.25mm，但一般不宜小于0.6～0.9mm，常取2～4mm。在本设计中，壁厚取2mm左右。同时同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂等的缺陷。

5）在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚

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至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处，理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上。这样避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善制品成型时的塑料流动情况及脱模。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。但是，采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使钳工劳动量增大。通常内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍，一般圆角半径不应小于0.5mm。

6）粗糙度：塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤云纹等疵点来保证外，主要取决于模具型腔表面粗糙度。一般模具粗糙度要比塑件的要求低1～2级。塑料制件表面粗糙度一般为0.8～0.2m之间。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给以抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况决定他们的表面粗糙度。

综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

2.4 注射机的选择

2.4.1 注射机的基本参数

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。常用的注射速率如下表所示。

表2-4 注射量与注射时间的关系

注射量/CM 3125 250 500 1000 12

2000 4000 6000 10000 中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）

注射速率/CM/S 注射时间/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 1 1.25 1.5

1.75 2.25 3 3.75 5 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,开模时由慢到快再到停。

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。 2.4.2 注射机的选择

完整的注射成型工艺过程，按其先后顺序应包括：成型前的准备、注射过程、塑件的后处理等。

1）成型前的准备 为使注射成型过程能顺利进行，并保证塑料制件的质量，在成型前应做一些必要的准备工作，包括：a.原料的检验和预处理，在成型前应对原料进行外观（如色泽、颗粒大小、均匀度）及工艺性能（如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等）的检验;b.料筒的清洗；c.嵌件的预热；d.脱模剂的选用。

2）注射过程 完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模几个步骤。其流动的情况又可分为充型、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。

3）塑件的后处理 塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔

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中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此常需要进行适当的后处理以消除存在的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。其主要方法是退火和调湿处理。 2.4.3 注射成型工艺参数

在塑料成型过程中，工艺条件的选在和控制是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素。主要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力、和相应的各个作用时间。

温度：注射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。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。

压力：注射模注射过程中需要控制的压力包括塑化压力、注射压力和型腔压力三种，它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。

时间：完成一次注射成型过程所需的时间称为成型(或生产)周期，它包括以下各部分：注射时间、保压时间、冷却时间 、其他时间(含开模、脱模、喷涂脱

模剂、放嵌件等)

即：T=t注+t保压+t冷却+t其他，本设计成型周期取20s

成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此生产中，在保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的有关时间。在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，对塑件的质量均有决定性影响。注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个注射时间内所占比例较大，一般为20-25s。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则。冷却时间一般在30-120s之间。冷却时间过长，不仅延长生产周期，降低生产效率，对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度等有关。具体的参数见表2-5，最终确定注射机型号为XS-Z-60。

表2-5注塑机的主要参数

理论注射容积(cm3） 注射压力(MPa) 60 180 14

螺杆直径(mm) 注射速率(g/s) 5 70 中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）

塑化能力(g/s) 锁模力(kN) 移模行程(mm) 模具最小厚度(mm) 模具定位孔直径(mm) 喷嘴口孔径(mm)

35 400 250 150 80 3 螺杆转速(r/min) 拉杆有较距离(mm) 模具最大厚度(mm) 锁模形式 喷嘴球半径(mm) 模板尺寸(mm) 0—200 220×300 250 双曲肘 SR10 200×315 2.4.4 最大注射量校核

注射机的表称注射量：V机=22621.99 立方毫米

注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即

V = nVz + Vj

或 M = nmz + mj

式中 V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm3或g）； n ——型腔数目

Vz（mz）——单个塑件的容量或质量(cm3或g）。

Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm3或g）。 故应使

nVz + Vj ≤ 0.8Vg 或 nmz + mj ≤ 0.8mg 式中

Vg（mg）——注射机额定注射量(cm3或g）。 根据容积计算

nVz + Vj = 26.5672 ≤0.8Vg 可见注射机的注射量符合要求

注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调

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用的注射压力，即：

pmax﹥Kp0

而又因为HDPE的注射压力是70－150MPa，而XS-ZY-60注塑机的压力为180Mpa，显然注塑机的注射压力满足要求。 2.4.5 注射压力的校核

注射机的最大注射压力应大于等于塑件成型所需的注射压力。校核关系式如下：

P机≥P塑

式中 P机——注射机的最大注射压力MPa或N/cm2 P塑——成型塑件所需的注射压力MPa或N/cm2 参考表2-6取值。

表2-6部分塑料的注射压力MPa

塑料 聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 流动性好的厚壁、简单制品 流动性中等或较差的一般制品 流动性较差的薄壁、窄浇口制品 70～100 100～120 80～100 80～110 85～100 100～120 120～125 100～120 100～120 100～120 120～150 ＞150 130～150 120～150 120～150 ABS 聚甲醛 P机=121MPa

P塑=100MPa（由表2-6参考数据得）

P机＞P塑

所以注射机压力校核合格。 2.4.6 锁模力的校核

当高压塑料熔体充满模具型腔时，会在模具型腔内产生很大的力，迫使模具沿分型面胀开，这个力的大小等于塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之各乘以模具型腔内熔体压力，它应小于注塑机的额定锁模力Fp，才能保证注塑时不发

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生溢料现象，即，

Fo=p(nA+A1)

式中 Fo—高压塑料熔体产生的胀模力（N）； Fp—注塑机的公称锁模力（N）； n—模具型腔数目；

A—单个塑件在分型面上的投影面积（mm）； a1—浇注系统在分型面上的投影面积（mm）； p—型腔内熔体压力，20—40 （MPa）； 塑料对模板的压力为： P=0.3×P1=0.3×100=30MPa

F胀=(nA塑件+A浇)×P=（2×2989+2092）×30=242 KN F额=400KN> 242KN=F胀 由此可知锁模力足够。 所以锁模力校核合格。

223 塑件模具的设计

3.1 塑件分型面选择

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。

分型面的选取不仅关系到塑件的正常和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面选择的总体原则是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择：

1）分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔； 当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法形腔脱出。

2）有利于保证塑件尺寸精度；

3）有利于保证塑件的外观质量，塑料熔体容易在分型面上产生飞边，从而影响塑件的外观质量，因此在光滑平整表面或圆弧曲面上应尽量避免选择分型面。

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4）考虑满足塑件的使用要求，注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，；应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。

5）分型面的选择应有利于脱模； 6）分型面的选择应有昨于防止溢料；

7）尽可能将塑件留在动模一侧，易于设置和制造简便易行的脱模机构； 8）分型面的选择应有利于侧向分型和抽芯 9）分型面的选择应有利于排气；

10）选择分型面时，应尽量减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差 ； 综合以上条件分析可确定该制件的分型面为粉红色部分的延伸面。

图3-1分型线分型面选择

3.2 模具型芯、型腔方案

型腔是指模具中塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过把凸凹相反而已。注射成型是先合模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔——型腔。型腔采用整体式凹模，放在定模板一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后更换维修等方面考虑。其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯或凸模。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计应确定型腔数目。

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一般而言，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，可采用一模多腔来提高生产效率为。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。

型芯型腔如下图所示：

图3-2型腔

图3-3型芯

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图3-4模腔布局

3.3 浇注系统的设计

注射模的浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的作用是将熔体平稳地引入模具型腔，并在填充过程中，将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清楚、表面光洁和尺寸稳定的塑件。因此，浇注系统设计的正确与否直接关系到注射成型的效率和塑件的质量。而一个理想的浇注系统应该是：在充模阶段，能够使熔料以尽可能低的表观粘度、较快的速度、平稳的流动充满整个型腔，即快速充模、平稳有序；在保压阶段，能够使压力充分传递到型腔内的各个位置，即压力传递充分，均匀；在定型阶段，能够通过浇口的适时凝固来控制补料时间，防止熔料倒流，即适时凝固；在开模阶段，能够使塑件和料把很方便的分开，减少后工序的操作难度，即便于分离。

浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。而该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

浇注系统设计基本的原则:

浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。

对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：

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1）重点考虑型腔布局。

2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少,表面粗糙度要低。

3）均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。

4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗。

5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。 6）排气良好。

7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。

8）保证塑件外观质量。 9）较高的生产效率。 10）塑料熔体流动特性。 3.3.1 主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥行，以便熔体的流动和开模是主流道泥料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中长设计成可拆卸更换的浇口套。

主流道轴线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以此轴线为中心对称布置。

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图3-5主流道示意图

主流道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，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。

主流道设计的要点如下：

1）主流道圆锥角α=2°～6°，对流动性差的塑料可取3°～6°，内壁粗糙度为Ra =0.63μm；

2）主流道大端成圆角，半径r=1～3mm,以减小料流转向过度时的阻力； 3）在模具结构允许，主流道应尽可能短，一般小于60mm,过长则会影响熔体的顺利充型；

4）主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合；

5）主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。 3.3.2 分流道的设计

流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形梯形和U形等，如下图所视，圆形和正方形截面流道的比表面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料容体的温度下少，阻力亦小，流道的效率最高。

在保证足够的注射压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。

1）避免制件上产生喷射等缺陷（避免喷射有两种方法：a加大浇口截面尺寸，

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降低熔体流速；b采用冲击型浇口，改善塑料熔体流动状况。）该模具采用方法 。

2）浇口应开设在塑件截面最厚处； 3）有利于塑件熔体流动； 4）有利于型腔排气；

5）考虑塑件使用时的载荷状况； 6）减少或避免塑件的熔接痕； 7）考虑分子取向对塑件性能的影响；

8）考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响； 9）防止将型芯或嵌件挤歪变形。

图3-6分流道示意图

分流道直径为6mm。 3.3.3 浇口的设计

由于此次毕业设计课题是基于SolidWorks的移动硬盘外壳的模具设计，移动硬盘不是很大，而且硬盘外壳也比较薄，大致形状区别不是很大。而且对于品牌商来说，他们所制造出来的产品的质量是赢得市场的关键所在。模具开模时，能自动拉断浇口，而且浇口的位置可设在塑件的侧面、端面和背面等各隐蔽处，是塑件外壳无浇口痕迹。同时，模具的结构可简单化为单分型面结构。所以我选用扇形浇口设计方案。

扇形浇口是一种逐渐扩大的浇口，有如折扇，是由测浇口变异而来。其浇口

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沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐变薄，熔体通过约1mm的浇口台阶进入型腔。其结构如图3-7所示。浇口深度根据制品厚度而定，一般取0.25~1.5mm，浇口宽度一般为浇口处型腔宽度的1/4，但最小不得小于8mm。

1）熔体是通过一个逐渐展开的扇形进入型腔的，因此，熔体在横向可得到更均匀的分配，可降低制品的内应力，减少变形。

2）由于熔体是沿横向分散进入型腔，所以流纹和定向效应大为减少。 3）可减少带入空气的可能性，加之型腔排气良好，可避免气体混入熔体中。 扇形浇口由于进料口宽阔，进料通畅，故常用来成型长条，扁平而薄的制品，如盖板、标尺、托盘、板材等。对于流动性不好的塑料，如PC、PSF等，扇形浇口也很能适应。

图3-7扇形浇口示意图

3.3.4 冷料穴的设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径应大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。

采用带Z形头拉料杆的冷料穴，将其设置在主流道的末端，即起到冷料穴的作用，又兼有开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧。稍作侧向移动凝

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料便可以取出的作用。

3.4 合模导向机构的设计

3.4.1 合模导向机构的作用

1）定位作用：模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸正确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。

2）导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。

3）承受一定的侧向压力：塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。

4）保持机构运动平稳：对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。

5）承载作用：当采用脱模板脱模或双分型面模具时，导柱有承受脱模板和型腔板的作用。

3.4.2 导向机构的设计

导柱的设计：

1）该模具采用带头导柱，且不加油槽；

2）导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm；

3）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分；

4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为?25；

5）导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f6的间隙配合；

6）导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm；

7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。

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图3-8导柱示意图

导套的设计

1）结构形式：采用带头导套，导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度；

2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气； 3）导套孔的滑动部分按H7/f6的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；

4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。

图3-9导套示意图

设计导柱、导套时还应注意：

1）导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度；

2）导柱的长度应比型芯端面的高度高出6～8mm,以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏；

3） 导柱和导套应有足够的强度和耐磨度，常采用20#低碳钢经渗碳0.5～0.8

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㎜，淬火48～55HRC，也可采用T8A碳素工具钢，经淬火处理；

4）为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角；

5）导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此，

根据需要而决定装配方式。

3.5 脱模推出机构的设计

推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的零件称为推出零件。常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。

3.5.1 推出机构的组成

推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的零件称为推出零件。常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。

3.5.2 推出机构的分类

推出机构可按其推出动作的动力来源分为手动推出机构、机动推出机构、液压和气动推出机构。手动推出机构是模具开模后，由人工操纵的推出机构塑件，一般多用于塑件滞留在定模一侧的情况；机动推出机构利用注射机开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模；液压和气动推出机构是依靠设置在注射机上的专用液压和气动装置，将塑件推出或从模具中吹出。推出机构还可以根据推出零件的类别分类，可分为推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、成型推杆（块）推出机构、多无综合推出机构等。另外，也可根据模具的结构来分类。

3.5.3 推出机构的设计原则

1）推出机构应昼调协在动模一侧

由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一

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般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。

2）保证塑件不因推出而变形损坏

为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。

3）机构简单动作可靠

推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利地脱模。

4）良好的塑件外观

推出塑件的位置应尽量设置在塑件内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。 5）合模时的正确复位

设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。

综上所述，本套模具的推出机构形式采用推杆推出，推杆的位置参考原塑件留下的推杆位置，根据以上原则，本设计的推杆位置如图3-10所示：

图3-10顶杆位置示意图

推杆的数量为每个型腔4根，总共8根。推杆的直径为Φ2，其与推杆孔之间

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采用H7/f6间隙配合，推杆与推杆固定板采用单边0.5mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象。推杆的材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度54HRC～58HRC，工作端配合部分懂得表面粗糙度为Ra=0.8?m。

图3-11推杆示意图

3.5.4 脱模力的计算

脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，需克服塑件对型芯包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。本设计主要计算由型芯包紧力形成的脱模阻力。

当开始脱模时，模具所受的阻力最大，推杆刚度及强度应按此时计算，亦即无视脱模斜度（a=0）

由于制品是薄壁矩形件

Q=8t·E·S·l·f/(1-m)(1+f) （kN） 式中，Q—脱模最大阻力（kN） t—塑件的平均壁厚（cm） E—塑料的弹性模量（N/cm） S—塑料毛坯成型收缩率（mm/mm） l—包容凸模长度（cm） f—塑料与钢之间的摩擦系数 m—泊松比，一般取0.38~0.49

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查表得，S=0.005，E=1.8×10N/cm 已知，t?0.12cm，l=4.5cm，f=0.28

Q=8×0.12×1.8×10×0.005×4.0×0.28/(1-0.43)(1+0.28)=1.32kN F阻?f?F正?f?P?A?0.5?10?106?1240.837?10?6?7445.02N

552F阻---摩擦阻力（N）

f---摩擦系数，一般取0.15～1.0，本设计取0.5 F正---因塑件收缩对型芯产生的正压力（N）

P---塑件对型芯产生的单位正压力，一般取8～12MPa,本设计取10MPa A---塑件包紧型芯的侧面积（㎜^2）

3.6 模具温度调节系统的设计

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定向、成型周期和塑件质量。

模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模；

模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷；

当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。

一般注射模具内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷却系统。

3.6.1 温度调节系统的作用

1）缩短成型周期提高生产效率；据统计，模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3，因此，缩短成型周期中的冷却时间是提高生产效率的关键。

2）改善成型性能模具必须保持合适的温度，使塑料熔体具有良好的流动性，以改善成型性能。

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3）减少塑件变形、提高塑件的精度；合适的冷却系统是模具各部分温度保持均匀，使塑件各处冷却速度一致，减少塑件的变形，同时温度恒定能减少塑件成型收缩率的波动，从而提高了塑件的尺寸和形状精度。

4）改善塑件表面质量；模具温度过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显熔合纹。提高模具温度可改善塑件表面形态，降低塑件表面粗糙度值。

3.6.2 温度调节系统设计原则

1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；

2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； 3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于10㎜；

4）浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却；

5）应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于5℃；

6）合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑件应沿收缩方向开设冷却水孔； 7）合理确定冷却水管接头位置。为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具同一侧；

8）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑；

9）冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。 3.6.3 简单的计算

通常对于中小型模具以及对塑料制品要求不太严格时，一般可忽略空气对流、辐射以及与注射机接触传走的热量，同时也忽略高温喷嘴头向模具的接触传给型腔的热。所谓简单计算就是以塑料熔体释放出的热量Q1为总热量，全部由冷却介质传走。所以本设计属中小型模具，采用简单计算方法。具体的计算如下：

塑料传给模具的热量：Q1?n?m?C?T1?T2?（kJ/h）

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式中Q1—单位时间内塑料传给模具的热量（kJ/h） n—每小时的注射次数，取n=50 m—每次注射的塑料量（kg）

C—塑料的比热容（J/kg·?C），C=1047 J/kg·?C T1—熔融塑料进入模腔的温度（?C） T2—制品脱模温度（?C） Q1?50?0.0?210??471?8?0?605 (kJ/h) ?1.2710冷却时所需要的冷却水量： M1?Q1??T3?T4?（kg） 式中M1—通过模具的冷却水质量（kg） ?—导热系数（） ，不应太大，取3?C ?T3?T4?—进出水温度差（?C）

M1?1.27?1051055?3?39.7kg

根据冷却水处于湍流状态下的流速v与水管道直径d的关系，确定模具冷却

水道的水道直径d为：

d?4?10?M1?v??3?12（mm）

式中v—管道内冷却水的流速，一般取0.8~2.5m/s，取1.6m/s

13332? —水的密度（kgm）； d?4?10?39.7??1.6?10?3.2mm

??取冷却水道的直径d=10mm；冷却管道总传热面积： A?M1R?T

式中R—冷却管道壁与冷却介质间的传热系数（Jm2??C） R?4187f??v?0.8d0.2（Jm2??C）

f—与冷却介质有关的物理系数，为 20?C、f=7.22 ?T—模温与冷却介质之间的平均温差， ?T=30?C R?418?76.?4?00?01.6?515 ?8.5?10Jm2??C 0.2100.839.7?10?3A??0.15?10?3m2n?A5?dL 8.5?10?30 ；冷却孔道的孔数：

式中A—冷却装置总的传热面积（m）

d—冷却水道管道直径（m） L—冷却管道长度（m）

2A?0.15?10?3??10?10?3?250?10?3

?0.019

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由于塑件材料为PC，其注射成型模具并无加热要求。

3.7 模具排气系统的设计

为了使塑料熔体顺利充填模具型腔，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利的排到模外。如果型腔内因各种原因所产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、凹陷、熔接不牢、表面轮廓不清晰等缺陷，另外，气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此模具设计要考虑型腔排气问题。

本次设计的模具，由于型腔尺寸较小，可以利用推杆、活动型芯以及活动镶件的部位与模板的配合间隙进行排气，排气间隙取0.03mm。

模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑料局部炭化烧焦，或使塑料产生气泡，或使塑料熔接不良而引起缺陷。

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，以防熔料喷发而发生工伤事故： 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而上，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，课使气体连续派出； 若制作具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制作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，必须引入排气系统。

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4 模具总装图

图4-1移动硬盘外壳装配图

图4-2模具总装图俯视图

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结 论

本次毕业设计我的课题是基于SolidWorks的小型移动硬盘外壳的模具设计，它对我在大学阶段所学习的模具设计方面的知识做了一个很好的总结和巩固，也对平时所学习的比较零散的知识做到了系统化的运用。也发现了自己在学科内的某些方面知识的欠缺，做到了很好的复习和理解。设计中用到了大量相关的知识，例如机械设计、工程制图、聚合物材料、塑料成型机械、塑料成型模具、公差与配合等学科。通过在设计中查阅和复习其相关知识，我对部分已生疏的学科又得到了重新的锻炼；此外还帮助我学习使用了SolidWorks这款三维制图软件，这款软件对我们学机械专业的学生来说用途十分广泛。

本次设计在传统的注塑模设计方法的基础上，利用SolidWorks软件中的IMold模块，完成了移动硬盘外壳注塑模的的设计工作。在这期间，充分认识到三维设计的优点，它是一种更直观、更方便的设计工具，利用它可以是实现参数化设计，并可以计算机仿真，以便改进模型在设计中存在的不足及纰漏。

根据设计完成的三维模型，利用该软件强大的制图功能生成其二维图，经修改后，完成二维图的绘制，整个过程简便又快捷。

本次设计主要包含以下内容：

1）搜集相关资料，分析塑件的成型工艺，对工件进行工艺审核。 2）确定工艺方案及模具结构形式。 3）进行必要的工艺计算 4）进行模具的总体设计 5）模具主要零部件的结构设计 6）绘制模具总图

在设计的过程中，遇到了很多的问题，特别是在浇口和流道的设计，成型零件的计算等方面，走了一些弯路，浪费了不少时间。而在装配图的绘制中，对细节的反复修改较多。经过很长时间的思考和查阅资料，请教指导老师，才完成了本套模具的设计过程。由于缺乏经验，本次设计没有做到联系实际生产，在应用到实际生产中时，可能会遇到很多问题，在今后的工作和学习中应予以注意。

我对模具从陌生到了解，经过这么久的毕业设计的锻炼，是我深刻地体会到知识是永远学不完的，我们成长的过程也就是一个不断学习的过程，这次毕业设计给我了很大的感触，是我收获颇多，为我以后的人生道路打下了坚实的基础。我相信在以后的学习、工作或生活的道路上我都会以严谨的态度对待每一件事情。

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